JP3729784B2 - デバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、デバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関し、特に半導体集積回路の製造において使用されるウエハ上に形成されるデバイスの欠陥、特に電気的配線の切断とショートの欠陥の検知に有用なデバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
背景技術
半導体の製造プロセスは、露光、エッチング、膜付け、ドーピングなどの一連の処理の繰り返しからなる。使用される生産プロセスの成熟度に依存して、処理間で欠陥（形状欠陥、電気的欠陥）検査や寸法計測を行う。製造プロセスの早期立ち上げの観点からは、これらの検査装置や計測装置のデータを早期に製造プロセスにフィードバックすることが必要である。デバイスの異物や配線の異常形状を検査する形状検査装置には、光学的顕微鏡と走査電子顕微鏡がある。一方、デバイス中の配線の切断やショート等の電気的欠陥の検査装置には、走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略す）や走査イオン顕微鏡（以下、ＳＩＭと略す）の像における電圧コントラストを利用した検査装置がある。後者の電子ビームあるいは集束イオンビーム（以下、ＦＩＢと略す）を用いた検査装置は、例えば特開平９−３２６４２５号公報、特開平１０−３１３０２７号公報、特開平１１−１２１５５９号公報に開示されている。
電圧コントラスト画像においては、その画像を形成している構成体（例えば、配線）の電圧が、画像におけるその構成体の輝度を決定する。その構成体への電圧は、機械的プローブ（導体プローブ）で印加する場合や走査ビーム自体の電荷付与によって印加する場合とがある。後者の場合において、フローテイング導体（例えば配線）は少し正に充電されるため、最適化された検査装置でＳＩＭ像を観察する場合、これらは暗く、あるいはくすんだように見える。一方、接地されている導体は電荷が蓄積されないため、同一の明るさの像として観察される。また、電圧コントラストの検出能力を最適化するために、試料と二次電子検出器間にバイアス電位を印加したフィルターメッシュを設けることも知られている。
従来の検査装置における導体プローブは、試料ステージに搭載され、試料ステージと同期移動する試料ステージ同期型導体プローブか、ＦＩＢ生成部に対して相対的に固定されている、例えば試料室側天井面に固定される固定型導体プローブかのいずれかが採用されている。
シリコン集積回路のチップサイズは、その世代と共に変化していくが、現在及び次世代のチップサイズは約２０〜２５ｍｍ角、ＴＥＧ（Test Element Group）の１ユニットのサイズは１〜２．５ｍｍ角、最小配線幅は０．１〜０．５μｍである。ここでＴＥＧとはトランジスタやコンデンサ、抵抗、配線などの種々素子の特性値や製造プロセスをモニターするためのテスト用素子群である。一方、従来のＦＩＢ装置において、例えば、０．１μｍレベルのＴＥＧパターン配線の欠陥観察において、０．１μｍをＳＩＭ画像の４ピクセル数に割り当てると、１０２４×１０２４ピクセルのＳＩＭ像視野は約２６μｍ角となる。この大きさはＴＥＧ１ユニットのサイズ１〜２．５ｍｍ角と比べて１／４０〜１／２００と小さいが、ＳＩＭ像視野の原点をシフトするビームシフト機能と組み合わせれば最低倍率のＳＩＭ像視野でＴＥＧ１ユニットのほぼ全域をカバーできれば操作性が向上する。しかし、１〜２．５ｍｍ角のＴＥＧ１ユニットをカバーできても、１チップ内に作られた全てのＴＥＧの回路配線パターンを、試料ステージを移動すること無くＳＩＭ像観察することはできない。
従来の検査装置における導体プローブは、試料ステージに搭載され、試料ステージと同期移動する試料ステージ同期型導体プローブか、ＦＩＢ生成部に対して相対的に固定されている固定型導体プローブかである。一般に、導体プローブ先端の移動範囲が大きいほどその移動位置精度が悪い傾向がある。そのため、プローブ先端の移動に関して、１チップ全面（約２０〜２５ｍｍ角）の広範囲移動と、最低倍率のＳＩＭ像視野（１〜２．５ｍｍ角）の高位置精度での移動との両者を満足させたものがなかった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、広範囲移動と狭い範囲での高位置精度での移動の両者に対する要求を満たすと共に、導体プローブの使い勝手を改善し、検査効率を向上したデバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的とするものである。
発明の開示
本発明では、まず、（１）デバイス例えば半導体チップの電気的に分離された構成体（例えば、配線）が電気的に接地された構成体（例えば、基板）に対して異なる電圧になるように電荷を供給し、次に（２）ＳＩＭ像を利用してこのような構成体を含むチップの電圧コントラストデータを取得する。最後に、（３）電圧コントラストデータを解析してこのような構成体に対する所定の電圧と異なる電圧にある構成体を検知する。ステップ（１）において、電荷の供給はＳＩＭ像観察用のＦＩＢ自体を照射している最中にも生じるし、機械的接触を利用する導体プローブを用いることもできる。また、フローティング構成体に機械的接触を可能とする導体プローブは、ＦＩＢ照射で供給された電荷を所望の電位にまで取り除いたり、更に供給することもでき、ＦＩＢのみの場合に比べて種々の電位制御ができ、電圧コントラスト解析による欠陥検査に高い信頼性をもたらす。導体プローブは、それを移動する導体プローブ移動機構とセットとなって導体プローブ手段を構成している。
本発明によるデバイスの欠陥検査装置は、複数の導体プローブ手段を備え、そのうちの一部は試料ステージ移動と同期して移動するタイプの導体プローブ手段であり、残りは集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定され試料ステージを移動させても移動しないタイプの導体プローブ手段である。
ＳＩＭ像の観察視野位置の移動は、その移動先がビームシフト量を０にした時の低倍率のＳＩＭ像視野（通常数１００μｍ角）内に位置する時はビームシフトのみで行う。その視野外に位置する時は試料ステージによる粗移動とビームシフトによる微移動とを組み合わせて行う。
画像表示部には、試料表面のＳＩＭ観察像Ａの他に、試料の検査領域を表す検査領域画像Ｂも表示し、検査領域画像ＢにはＳＩＭ観察像Ａの視野位置や各導体プローブの先端位置も重ねて表示する。また、各導体プローブの先端位置の表示には、そのプローブ先端を試料に接触させているか否かの状態情報も表示する。検査領域画像Ｂ上でＳＩＭ観察像Ａの観察視野や各導体プローブの先端を移動させたい場合は、それぞれその移動先位置を指定することにより行う手段を設ける。また、特定の導体プローブの先端をＳＩＭ像視野の中心位置とリンクしておくことにより、ＳＩＭ像視野を移動すれば、導体プローブの先端も視野移動先の視野内に位置する様に移動させるリンク移動手段を設ける。
すなわち、本発明によるデバイスの欠陥検査装置は、試料室と、試料室内でデバイス試料を保持して移動可能な試料ステージと、試料ステージに保持された試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム生成部と、集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次荷電粒子を検出する荷電粒子検出部と、二次荷電粒子の検出強度を輝度信号とする観察像Ａを表示する画像表示部と、試料に接触させる導体プローブ及び当該導体プローブを移動させる導体プローブ移動機構を備える複数の導体プローブ手段とを含むデバイスの欠陥検査装置において、導体プローブ手段として、集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段と、試料ステージに対して相対的に固定された導体プローブ手段とを備えることを特徴とする。
集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段は、試料ステージに対して相対的に固定された導体プローブ手段より高位置精度で導体プローブ先端を移動することができる。導体プローブ先端の移動範囲は、試料ステージに対して相対的に固定された導体プローブ手段より、集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段の方が小さい。
集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プローブ移動機構は試料室の側壁面、天井面、あるいは集束イオンビーム生成部に固定することができ、試料ステージに対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プローブ移動機構は試料ステージに固定することができる。
また、集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プローブの先端を前記観察像Ａの視野内に常に位置づける機能を有することが好ましい。
画像表示部に試料上での前記導体プローブの先端位置を示す検査領域画像Ｂを表示することが好ましい。その際、検査領域画像Ｂには、導体プローブの先端と試料との機械的接触の有無を表示することが好ましい。検査領域画像Ｂには、更に複数の導体プローブどうしの空間的干渉状態を表示することもできる。
本発明によるデバイスの欠陥検査方法は、試料ステージ上に保持されたデバイス試料の電圧印加点に導体プローブの先端を接触させ、その導体プローブから試料に電圧を印加した状態で集束イオン生成部から試料に集束イオンビームを照射し、試料から発生する二次荷電粒子を検出して撮像した走査イオン顕微鏡像の電圧コントラストに基づいて配線欠陥を検出するデバイスの欠陥検査方法において、走査イオン顕微鏡の視野移動に関連して変更する必要のある試料の電圧印加点には集束イオン生成部に対して相対的に固定された位置に保持された導体プローブから電圧印加を行い、走査イオン顕微鏡の視野移動に必ずしも関連して変更する必要のない試料の電圧印加点には試料ステージに保持された導体プローブから電圧印加を行うことを特徴とする。
走査イオン顕微鏡の視野移動は、試料ステージ移動又はビームシフト機能によって行われる。走査イオン顕微鏡の視野移動に関連して変更する必要のある試料の電圧印加点とは、通常は欠陥の確認のための電圧印加点であり、典型的には微細なパターン上に設定される。走査イオン顕微鏡の視野移動に必ずしも関連して変更する必要のない試料の電圧印加点とは、配線のパッド部分などＴＥＧパターンに電圧を印加するための箇所である。この場合の電圧印加点は、１つのＴＥＧの検査中に走査イオン顕微鏡の視野移動と同期して変更することはないが、別のＴＥＧの検査に際しては変更する必要がある。
集束イオン生成部に対して相対的に固定された位置に保持された導体プローブの先端は、走査イオン顕微鏡の視野とリンクして移動させるようにするのが好ましい。
また、導体プローブの先端位置を走査イオン顕微鏡像に重ねてマークで表示し、走査イオン顕微鏡像に対するマークの表示位置を移動することによりその移動に対応させて導体プローブの先端位置を移動するようにすることができる。この走査イオン顕微鏡像に対するマークの表示位置の移動は、マウス等のポインティングデバイスを用いてマークを操作することで行うことができる。
本発明によると、半導体集積回路チップ等の被検デバイスをＦＩＢ走査し、かつ、チップ上の配線部の任意個所に導体プローブを機械的に接触させて所望の電位を印加することにより、チップのＳＩＭ像を形成し、その電位コントラストの解析により配線の断線やショート欠陥を高信頼性をもって検知できる。特に、導体プローブを複数個とし、そのうちの少なくとも一つは試料ステージと同期して移動可能な試料ステージ同期型導体プローブであり、他は集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定されてい固定型導体プローブである。これにより、ＴＥＧ（１〜２．５ｍｍ角）が多数配置されている１チップ（２０〜２５ｍｍ角）の全領域において（全ＴＥＧに対して）、サブμｍサイズの配線パターンの断線やショート欠陥などの配線パターンの欠陥を、操作性よく、かつ効率的、高い信頼度で検査することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるデバイスの欠陥検査装置の概略構成図である。
図２は、図１に示した装置の試料室内をＦＩＢ軸方向から見た概略上面図である。
図３は、試料室の側壁面に固定した固定型導体プローブ手段の例を示す概略図である。
図４は試料ステージ上に搭載した試料ステージ同期型導体プローブ手段の例を示す概略図である。
図５は、試料室の天井面に固定した固定型導体プローブ手段の例を示す概略図である。
図６は、集束イオンビーム生成部の下部面に固定した固定型導体プローブ手段の例を示す概略図である。
図７は、画像表示部であるＣＲＴ表示画面の一例を示す説明図である。
図８は、検査領域画像Ｂの表示例を示す説明図である。
図９は、プローブ先端部位置を移動する処理フロー図である。
図１０は、配線パターンＴＥＧのズームアップした検査領域画像Ｂの例を示す図である。
図１１は、配線パターンＴＥＧのズームアップした検査領域画像Ｂの例を示す図である。
図１２は、配線間のショート欠陥のＦＩＢによる修復加工の概略図（加工前）である。
図１３は、配線間のショート欠陥のＦＩＢによる修復加工の概略図（加工後）である。
図１４は、導体パターンが繰り返し配置されているデバイスのＳＩＭ像の例を示す図である。
図１５は、導体パターンが繰り返し配置されているデバイスのＳＩＭ像の例を示す図である。
図１６は、パッドパターンに印加する電圧信号の説明図である。
図１７は、導体パターン５５〜５７の輝度信号強度Ｉの説明図である。
図１８は、隣接導体パターン間の輝度信号強度差ΔＩの説明図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は本発明による欠陥検査装置の概略構成図、図２は図１に示した欠陥検査装置の試料室内の試料１５や試料ステージ１６、導体プローブ手段２１，２２，２３をＦＩＢ軸方向から見た概略上面図である。ＦＩＢ生成部１０はガリウム液体金属イオン源からイオンを引き出して３０ｋＶに加速して集束しＦＩＢ１１を生成する。ＦＩＢの電流は約１ｐＡから２０ｎＡの範囲にあり、通常、欠陥のＳＩＭ像観察には１ｐＡから１００ｐＡが、ＦＩＢアシストによる導体膜デポジションには数１０ｐＡが、また断面加工や穴加工には数１０ｐＡから２０ｎＡが使われる。ＦＩＢ１１は、試料チップ１５に照射され、試料からの放出二次荷電粒子で最も多い二次電子１２は荷電粒子検出器１３にて検出される。試料１５は試料ステージ１６に搭載されており、ＦＩＢ軸（ｚ軸に取る）に垂直な面、つまりｘｙ面で移動可能である。
試料１５の周りには、試料に機械的接触により電位を印加する導体プローブ手段２１，２２，２３が配置されている。そのうち、導体プローブ手段２１は、ＦＩＢ生成部に対して相対的に移動の無い個所、ここでは図３に示すように、試料室２０の側壁面２０ａに固定されている固定型導体プローブ手段である。導体プローブ手段２１は、導体プローブ移動機構２１ｃにより導体プローブ２１ａの先端部をｘｙｚ方向に移動制御できる。ｘｙ移動できる最大領域は、ＦＩＢの最大走査視野、ここで述べる例では約２ｍｍ角をカバーしている。残りの導体プローブ手段２２と２３は、図４に示すように、試料ステージ１６上に搭載された試料ステージ同期型導体プローブ手段である。等体プローブ手段２２，２３の各導体プローブ２２ａ，２３ａの先端部は、それぞれの導体プローブ移動機構２２ｃ，２３ｃによりｘｙｚ移動制御できる。
ＦＩＢ生成部１０、荷電粒子検出器１３、試料ステージ１６、導体プローブ手段２１，２２，２３は、制御部１７を介してコンピュータ１８からそれぞれ制御される。また、試料表面に局部的に導体薄膜付けを行うＦＩＢアシストデポジション用ガス銃１４も制御部１７に接続されている。コンピュータ１８には、走査二次電子画像Ａ及びＦＩＢの照射位置及び導体プローブの先端部位置の位置画像Ｂを表示するＣＲＴ等の画像表示部１９が接続されている。
上記では固定型導体プローブ手段２１を試料室２０の側壁面２０ａに固定した例を説明したが、固定型導体プローブ手段２１は、図５に示すように試料室２０の天井面２０ｂに固定してもよいし、図６に示すように集束イオンビーム生成部１０の下部面１０ａに固定してもよい。図３のように固定型導体プローブ手段２１を試料室２０の側壁面２０ａに固定する方式は、図５に示す試料室の天井面２０ｂや図６に示す集束イオンビーム生成部１０の下部面１０ａに固定する方式と比べ被固定物体からの取り外しが容易であり、保守に好都合である。一方、図６に示すように集束イオンビーム生成部１０に固定する方式は、同期型導体プローブ移動機構部２１ｃから試料表面までの距離が他の方式と比べて短いため、導体プローブの長さを短くでき、導体プローブの揺れを少なくしてその先端の位置合わせ精度を高くできる特徴がある。
図７は画像表示部１９であるＣＲＴ画面の一例の説明図である。図７に示すように、ＣＲＴ画面１９ａには、モニター用ＳＩＭ像Ａ、導体プローブの先端部位置やモニター用ＳＩＭ像検査視野枠を表示する検査領域画像Ｂ、ＳＩＭ画像強度の特定ｘあるいはｙ位置でのｙあるいはｘライン分布を表すグラフ窓Ｃ、ＦＩＢ生成部などで制御するイオン加速電圧、集束レンズ電圧、ビーム絞り、ビーム電流、ＳＩＭ像の像取得条件などの表示窓Ｄ、また種々の制御窓を引き出すためのメニューバーＥなどが表示されている。試料ステージ移動に関するナビゲーション画像Ｆも用意されているが、この画像Ｆの窓表示は、メニューバーＥから引き出すことで行える。
次に、図８を用いて検査領域画像Ｂについて詳細に説明する。検査領域画像Ｂの画像の下地には、その検査領域のＳＩＭ像の記録画像を用いる。検査領域画像Ｂの表示窓の外枠には、画像のズームのアップ／ダウンボタン及びアップ時に画像を上下左右にスライドするスライドバーや画像の任意の点で画像をつかんで上下左右にスライドするための機能をＯＮ／ＯＦＦする手型表示のボタンが付属している。また、検査領域画像Ｂの表示窓を複数表示して、ズーム倍率の異なる検査領域画像を比較参照することもできる。この検査領域画像Ｂの中には、導体プローブ手段２１〜２３のそれぞれの導体プローブ２１ａ〜２３ａの先端部位置を表すマーク形状（◎と○）２１ｂ〜２３ｂ、及びモニター用ＳＩＭ像視野の領域（位置と大きさ）を表す矩形枠２５が下地の画像に重ねて表示されている。マーク形状（◎と○）は、導体プローブの先端部が試料表面に接触しているか否かの状態も区別している。例えば、図８に示されている導体プローブの先端部位置２１ｂ，２２ｂを示しているマーク形状◎は接触を表し、導体プローブの先端部位置２３ｂを示しているマーク形状○は非接触を表している。また、複数の導体プローブを区別するために、マーク形状の表示色を変えてある。
検査領域画像Ｂ上で導体プローブ手段のプローブ先端部位置を他の特定位置に移動するには、マウスドラッグ方法とキー入力方法の２つの方法がある。図９にその処理フロー図を示す。
まず初めに、移動方式としてマウスドラック方式とキー入力方式との二者択一をする。また、ＳＩＭ像走査領域のプローブ先端とのリンク移動の有無の二者択一をする（Ｓ１１）。リンク移動機能とは、導体プローブの先端の移動とリンクしてＳＩＭ像視野も移動させる機能で、導体プローブの先端の移動中の状態をＳＩＭ像でモニターするためのものである。ＳＩＭ像視野の移動については後述する。
次に、移動方式がマウスドラッグ方式かキー入力方法かを判定する（Ｓ１２）。マウスドラッグ方式であれば、位置表示画像Ｂ上で移動対象導体プローブの先端位置マーク形状◎あるいは○をマウスでつかみ、移動先までドラッグして離す（Ｓ１３）。一方、キー入力方式であれば、位置表示画像Ｂ上で移動対象導体プローブの先端位置マーク形状◎あるいは○をマウスでクリックして選択し、選択した導体プローブの移動量（移動距離のｘとｙ成分；ΔｘとΔｙ、あるいは移動距離Δｓと移動先の方位角θ）をキー入力する（Ｓ１４）。
次に、移動先座標と移動距離の計算する（Ｓ１５）。続いて、導体プローブの先端位置マーク形状が接触状態を表す「◎」であるかあるいは否接触状態を表す「○」であるかを判定する（Ｓ１６）。マーク形状が◎であれば、導体プローブの先端をｚ方向にある特定量Δｚ移動して否接触状態にし、マーク形状を◎から○に変更する（Ｓ１７）。その後、導体プローブの先端の実移動とマーク形状○の移動を行う。実移動中は○を点滅表示する。また、リンク移動有りの場合はＳＩＭ像視野もリンク移動する（Ｓ１８）。最後に、移動終了後はマーク形状○の点滅表示を停止する（Ｓ１９）。ステップ１６の判定で、マーク形状が○であるばあいには、異動対象導体プローブの先端位置が非接触状態であるため、ステップ１７の処理をスキップしてステップ１８に進み、以下同様の処理を行う。
また、ＳＩＭ像視野の移動もプローブ先端部位置のマウスドラッグ方式と同様、図８に示したＳＩＭ像視野枠２５をマウスでつかんで移動先までドラッグして離せば、制御部からビームシフト、あるいはビームシフトと試料ステージ移動の組み合せが指令され、ＳＩＭ像視野の移動が実行される。この移動は、その移動先がビームシフト量を０にした時の低倍率のＳＩＭ像視野（通常数１００μｍ角）内に位置する時はビームシフトのみで行う。一方、その視野外に位置する時は試料ステージによる粗移動とビームシフトによる微移動とを組み合わせて行う。ここで、ビームシフトによる移動量に制限を設けたのは、ビーム走査の偏向量が大きくなるとＳＩＭ像が歪み、移動位置精度が大きく落ちるのを避けたためである。
操作性の向上を図るため、導体プローブ２１ａ〜２３ａの先端位置マーク２１ｂ〜２３ｂ（◎あるいは○）に関する位置情報に、プローブ先端の大きさやそのプローブの向きの情報もリンクしてコンピュータ内に組み込んである。それにより、プローブ先端部が互いに近くなりすぎたりして空間的に干渉を起こす恐れがある場合は、両者の位置マークを同時に点滅させるなどして、その干渉の有無を装置オペレータに提示するとともに、そのプローブがそれ以上近づくことがない様にソフト的に制限がかけてある。さらに、検査領域画像Ｂのズームのアップ／ダウン機能及びスライド機能の利用で位置分解能サブミクロンレベルで上記導体プローブ先端の移動ナビゲーションができる。また、デバイスの検査効率を上げるために、検査対象デバイスの回路パターン配置データをワークステーション（図示せず）から貰い、コンピュータ１８を介解してこの回路パターン像を上記の位置表示画像Ｂ上に倍率、像回転角などを補正して重ね合わせて表示することもできる。これにより、埋設している下層の配線や素子の位置を視覚的に予測することができる。
次に、配線パターンＴＥＧの検査方法の一例について、図１０及び図１１のズームアップした検査領域画像Ｂを用いて説明する。この例の検査領域画像Ｂには、櫛構造のデバイス配線パターンのＳＩＭ画像が下地に使われており、その上にモニター用ＳＩＭ像Ａの視野枠２５及び導体プローブの先端部の位置マーク２１ｂ〜２３ｂが示されている。また、機械的プローブが電圧を印加するために接触するパッド２６，２７も示されている。試料基板の電位は、通常、接地してあるが、電圧を印加することもできる。パッド２６及び２７に０及び数Ｖの電位を種々の組み合わせで印加し、その時の電圧コントラストのＳＩＭ像を比較することにより、配線パターンの断線やショート等の欠陥個所を見つけることができる。
まず、図１０において、パッド２６は、本来、配線２８〜３０の全てと導通があるべき回路パターンである。しかし、パッド２６に試料ステージ１６に固定された試料ステージ同期型導体プローブ手段２２を介して種々の電位を印加して、電圧コントラストのＳＩＭ像を比較観察すると、配線２８はこの電位の変化に追随するが、配線２９及び３０は追随しなかった。そのコントラストの追随と不追随との境界部のＳＩＭ観察から、その位置で異物３２が配線の切断欠陥を引き起こしていることが分かった。そこで、後のＦＩＢ断面加工解析のための目印として、その配線切断部の隣に、細長の三角マーク△３４をその向きが欠陥方向を指すようにＦＩＢ加工した。なお、この欠陥位置のｘｙ座標は、試料ステージ１６のｘｙ座標、ビームシフトのｘｙ座標、及びＳＩＭ画像視野２５内の欠陥位置座標との全ベクトル和で与えられ、これをコンピュータ１８で計算してコンピュータ１８内のメモリに作成した切断欠陥Ｎｏ．Ｘの位置座標として登録した。また後に断面加工解析を予定する場合は、その欠陥のＳＩＭ画像も添付情報として登録した。
次に、配線２９と３０に注目し、そこに試料室側壁２０ａに固定されている固定型導体プローブ２１ａの先端部を位置２１ｂに機械的に接触させ、配線に０及び数Ｖの電位を印加し、ＳＩＭ像の電圧コントラストを比較観察した。前記と同様、配線２９はその電位変化に追随するが、配線３０は追随しないことが観察された。これより配線２９と３０間にも切断個所３３があることが分かった。そこにも、ＦＩＢ断面加工解析用の目印マーク３５をＦＩＢ加工した。次に、固定型導体プローブ２１の先端部位置を２１ｂから２１ｂ’に移動し、配線３０の電圧コントラストのＳＩＭ像を同様に比較観察した。観察の結果、配線３０にはもう切断個所が含まれていないことが分かった。こうして、導体プローブ２１の配線への機械的接触位置を移動させながらＳＩＭ像の電圧コントラストを比較観察していくことにより、配線の切断欠陥を順次、検出していくことができる。
次に、図１１を用いて、図１０とは異なる試料位置でのショート欠陥の検査の例について説明する。配線４１のＳＩＭ像の電位コントラストは、導通しているべき配線３１の電位、つまりパッド２７に印加した導体プローブ手段２３の電位変化に連動すべきなのに、配線４０の電位、つまりパッド２６に印加した導体プローブ手段２２の電位変化に連動した例である。このＳＩＭ像の電圧コントラストの比較観察から、配線４１は配線３１と切断され（切断欠陥位置４５）、また、配線４０と配線４１間には異物４２でショートを起こすショート欠陥があることも分かった。
この配線４０と配線４１間のショート欠陥は以下の様にして修復、確認した。図１２及び図１３を用いて、その概略を説明する。図１２は加工前の状態を示し、図１３は加工後の状態を示している。
図示するように、配線４０と配線４１に、それぞれ導体プローブ手段２２と２１を電気的に接続した。導体プローブ手段２２と２１は、同じ抵抗値の抵抗Ｒと電位がそれぞれＶ₂₂及びＶ₂₁の直流電源との直列接続を介して接地した。直列抵抗Ｒは、導体プローブの異なる電位のパターンへの接触時や誤動作移動による接地時の電源の過電流を防止するために必要である。ショート原因である異物４２の切断加工前後の配線４０と配線４１の電位を表１にまとめる。

配線４０と配線４１が電気的につながっている間は、配線４０と配線４１の電位は同じであるため、それらの電位コントラストは電源電位Ｖ₂₂及びＶ₂₁のいずれにも影響を受ける。一方、図１３に示すように切断加工が完全に終了すると、配線４０と配線４１の電位はそれぞれの電源電位Ｖ₂₂及びＶ₂₁と一致するため、それらの電位コントラストはそれぞれの電源電位Ｖ₂₂及び₂₁のみの影響しか受けない。これらの影響の変化の実験的確認により、ショート欠陥の修復加工の終了を確認した。
一方、断線欠陥４５についてはＦＩＢアシストデポジションによる局部的導体膜付け加工により電気的接続を行った。本例では、デポジション用材料ガスとしてＷ（ＣＯ）₆を採用し、断線欠陥部分にＷ膜を堆積した。断線欠陥の修復加工の終了確認は、上記と同様に電圧コントラストの影響の変化の実験的確認により行った。また、どこにも電気的につながっていないフローテイング電位のパターンについては、接地電位の導体プローブを接触させることにより帯電電荷を逃がすこともでき、やはりＳＩＭ像電圧コントラストの変化情報が得られる。ＳＩＭ像の電圧コントラスト観察において、配線やコンタクト部の切断やショート欠陥の部位は、特に、そのパターンに周期性がある場合は、そのパターン輝度の周期的異常個所として目視で容易に見付けることができる。
デバイス欠陥検査においては、１チップ相当サイズ約２０〜２５ｍｍ角をＳＩＭ観察視野サイズ（最大１〜２．５ｍｍ角）で試料ステージをステップ移動させながら行う。この場合、ＳＩＭ像最大視野内に常に少なくとも１本の導体プローブの先端が位置していることが、上記の欠陥部位や修復加工終了の確認作業の効率化向上の観点から望まれる。プローブ先端の移動先が常にＳＩＭ像視野内にあるので、プローブ先端を短時間に、かつ高位置精度で移動制御できるからである。これに応えたプローブ手段がＦＩＢ生成部１０に対して相対的に固定されている固定型導体プローブ手段２１である。一方、試料ステージ移動とは無関係に試料表面のパッドなどに電圧を印加するための導体プローブ手段に関しては、その導体プローブ手段は試料ステージと同期して移動する試料ステージ同期型導体プローブ手段であることが好ましい。この様に、固定型導体プローブ手段と試料ステージ同期型導体プローブ手段を目的により使い分けることにより操作性が良く、かつ位置輝度の高い欠陥検査が行える。
導体プローブで機械的に接触させるパターンには微細なパターン（０．１〜０．５μｍ）と、比較的大きなパッド（１〜５μｍ）などがある。微細パターンへの接触は見つけた欠陥の再確認のためが多く、プローブ先端の移動範囲はＳＩＭ像視野内（１〜２．５ｍｍ角）と狭く、かつ、接触には数１０ｎｍの高い位置精度が要求される。一方、比較的大きなパッド（１〜５μｍ）などへの接触は、ＴＥＧパターンに電圧を印加するためであり、プローブ先端の移動に関しては、１つのＴＥＧの検査中に試料ステージと非同期で移動させることはなく、別ＴＥＧの検査に対してのみ移動させる必要がある。その移動範囲は１チップ（約２０〜２５ｍｍ角）と広いが、パッドパターンは大きいためにその接触位置精度はサブミクロンレベルとゆるい。そのため、本発明では前者の接触用プローブ手段に高い位置精度の移動制御ができる固定型プローブ手段を割り当て、後者の接触用プローブ手段に広範囲の移動制御ができる試料ステージ同期型プローブ手段を割り当てた。
次に図１４〜図１８を用いて、導体パターンの特定個所のＳＩＭ像輝度信号強度が、その導体パターンに印加されているべき電圧信号と連動して変化しているか否かの判定手段を用いたデバイスの欠陥検査方法の例について説明する。
図１４及び図１５は、導体パターン５０が繰り返し配置されているデバイスのＳＩＭ像である。くり返し導体パターン４０は全て下層配線５１を介してパッドパターン５２と同電位になるように作製された。図１４は、このデバイスの基板をアース電位Ｖｓ、またパッドパターン５２に導体プローブ５３を接触させ、導体プローブ５３の電位を基板と同じのアース電位Ｖｓに設定した状態ａのＳＩＭ像である。図１５は、図１４の状態から導体プローブ５３の電位をアース位置Ｖｓの状態ａから電位Ｖｓ＋Ｖｔの状態ｂに設定した時のＳＩＭ像である。Ｖｓは０Ｖ、Ｖｔは例えば１０Ｖである。
図１５のＳＩＭ像を図１４のＳＩＭ像と比較すると、くり返し導体パターンの大部分の輝度信号強度は、パッドパターン５２への印加電圧と連動して変わっているが、第４行目の列半ばの導体パターン５６から右方向の導体パターンは連動していない。つまり、第４行目の下層配線５４において導体パターン５５と５６の間の領域５９で断線していることが分かる。同様に、第５行目の導体パターン５８の場合は、その列の前後のパターンがパッドパターン５２への印加電圧の変動と連動して変わっていることから、断線は導体パターン５８と第５行目の下層配線６０との接続部と判定できた。
図１６、図１７及び図１８は、それぞれ図１４及び図１５におけるパッドパターン５２への状態ａ及び状態ｂの印加電圧、状態ａ及び状態ｂの時の導体パターン５５〜５７のそれぞれの輝度信号強度Ｉ、及び状態ａ及び状態ｂの時の導体パターン５６と５５、及び５７と５６との輝度信号強度ΔＩを示したものである。
図１７において、輝度信号Ｉに判定用輝度信号しきい強度Ｉｃを設定し、判定手段として値（Ｉ−Ｉｃ）の、状態ａと状態ｂでの符号反転の有無を採用した。導体パターン５５において状態ａと状態ｂの符号はそれぞれ＋及び−であり、符号反転が起きている。一方、導体パターン５６及び５７では、状態ａと状態ｂの符号はいずれも＋であり、符号反転が起きていない。つまり、導体パターン５６及び５７は、パッドパターン５２と電気的に切断されていることがわかる。
しかし、くり返し導体パターンが密になると、隣接するパターンの電位がＩに影響してくる。例えば、断線欠陥で浮動電位にある導体パターン５６及び５７のＩに、パッドパターン５２への印加電圧と連動した弱い変化が生じる。（図１７の導体パターン５６における状態ａと状態ｂ間で観察されるＩ差）。この隣接パターンの電位の影響は、上記の符号反転のＩｃの設定基準の裕度を狭くする。この影響の解決策として、隣接パターンとの輝度信号強度差ΔＩの状態ａと状態ｂでの符号反転の有無を新たな判定手段として採用した（図１８参照）。導電パターン５６と５５の輝度信号強度差ΔＩに符号反転があり、どちらかの導電パターンがパッドパターン５２の印加電圧と連動して変化していないことが判定できる。別のＳＩＭ像観察結果から導電パターン５５は、パッドパターン５２の印加電圧と変動することが既に分かっていることから、導電パターン５６が下層配線５４と断線していると断定できる。一方、導電パターン５７と５６の輝度信号強度差には符号反転がなく、両導電パターンとも印加電圧と連動して変化していないか、変化しているかを示している。導電パターン５６が下層配線６０と断線していることが前のデータから分かっていることから、導電パターン５７も断線していると判定できる。この新たな判定手段では、図１８の導電パターン５７−５６における｜ΔＩ_a−ΔＩ_b｜／ΔＩ_cが図１７の導電パターン５６における｜Ｉ_a−Ｉ_b｜／Ｉ_cと比べて３〜１０分の１と小さくなることから上述の隣接するパターンの影響を大きく低減できていることがわかる。
また、電位コントラスト像における検査パターンの輝度信号強度とそのパターンの周辺部への接続抵抗との関係カーブを検査に先立って作っておけば、検査時のパターン輝度信号強度からその接続抵抗が推定できる。
こうして検出された欠陥は、その部位をＦＩＢで断面加工し、その断面をＳＩＭ観察、あるいは走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することにより、断線やショート、異物、構造異常などの要因がより高分解能で解析できる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によると、広範囲移動と狭い範囲での高位置精度での移動の両者に対する要求を満たし、使い勝手が良く検査効率の向上を図ることができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することができる。

Claims (8)

1. 試料室と、前記試料室内でデバイス試料を保持して移動可能な試料ステージと、前記試料ステージに保持された試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム生成部と、集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次荷電粒子を検出する荷電粒子検出部と、前記二次荷電粒子の検出強度を輝度信号とする観察像Ａを表示する画像表示部と、試料に接触させる導体プローブ及び当該導体プローブを移動させる導体プローブ移動機構を備える複数の導体プローブ手段とを含むデバイスの欠陥検査装置において、
   前記導体プローブ手段として、前記集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段と、前記試料ステージに対して相対的に固定された導体プローブ手段とを備え、
   前記集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プローブの先端を前記観察像Ａの視野とリンクして移動させる機能を有することを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
2. 請求項１記載のデバイスの欠陥検査装置において、前記集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段は前記試料ステージに対して相対的に固定された導体プローブ手段より高位置精度で導体プローブ先端を移動することができることを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
3. 請求項１又は２記載のデバイスの欠陥検査装置において、前記集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プローブ移動機構は前記試料室の側壁面、天井面、あるいは前記集束イオンビーム生成部に固定されており、前記試料ステージに対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プローブ移動機構は前記試料ステージに固定されていることを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のデバイスの欠陥検査装置において、前記画像表示部に試料上での前記導体プローブの先端位置を示す検査領域画像Ｂを表示することを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
5. 請求項４記載のデバイスの欠陥検査装置において、前記検査領域画像Ｂに前記導体プローブの先端と試料との機械的接触の有無を表示することを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
6. 請求項４又は５記載のデバイスの欠陥検査装置において、前記検査領域画像Ｂに複数の導体プローブどうしの空間的干渉状態を表示することを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
7. 試料ステージ上に保持されたデバイス試料の電圧印加点に導体プローブの先端を接触させ、その導体プローブから試料に電圧を印加した状態で集束イオン生成部から試料に集束イオンビームを照射し、試料から発生する二次荷電粒子を検出して撮像した走査イオン顕微鏡像の電圧コントラストに基づいて配線欠陥を検出するデバイスの欠陥検査方法において、
   前記走査イオン顕微鏡の視野移動に関連して変更する必要のある試料の電圧印加点には前記集束イオン生成部に対して相対的に固定された位置に保持された導体プローブから電圧印加を行い、前記走査イオン顕微鏡の視野移動に必ずしも関連して変更する必要のない試料の電圧印加点には前記試料ステージに保持された導体プローブから電圧印加を行い、前記集束イオン生成部に対して相対的に固定された位置に保持された導体プローブの先端を前記走査イオン顕微鏡の視野とリンクして移動させることを特徴とするデバイスの欠陥検査方法。
8. 請求項７記載のデバイスの欠陥検査方法において、前記集束イオン生成部に対して相対的に固定された位置に保持された導体プローブ及び前記試料ステージに保持された導体プローブの先端位置を前記走査イオン顕微鏡像に重ねてマークで表示し、前記走査イオン顕微鏡像に対する前記マークの表示位置を移動することによりその移動に対応させて前記導体プローブの先端位置を移動することを特徴とするデバイスの欠陥検査方法。

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