JP5021373B2 - Inspection device, inspection method, and probe unit used for inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子の電気特性をプローブを用いて検査する検査装置及び検査方法に関する。 The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for inspecting electrical characteristics of a semiconductor element using a probe.
半導体チップ上に形成された微細な電子回路の電気的欠陥を検出するための検査装置としては、被測定点に電子ビームを照射し、測定点より発生する2次電子放出量が測定点の電圧値によって変化することを利用して、LSIの電気的不良箇所を検出する電子ビームテスタや、LSI上に形成した特性測定用パッドの位置に合わせて配置された複数のメカニカルプローブ(探針)をその測定用パッドに触針させて、LSIの電気特性を測定するプローバ装置等の検査装置が知られている。このようなプローバ装置に関わる技術としては、例えば、特許文献1,2及び3に記載のものがある。 As an inspection apparatus for detecting an electrical defect of a fine electronic circuit formed on a semiconductor chip, an electron beam is irradiated to a measurement point, and the amount of secondary electrons emitted from the measurement point is the voltage at the measurement point. Utilizing the change depending on the value, an electron beam tester that detects an electrical failure point of the LSI and a plurality of mechanical probes (probes) arranged in accordance with the positions of the characteristic measurement pads formed on the LSI An inspection apparatus such as a prober apparatus that measures the electrical characteristics of an LSI by bringing the measuring pad into contact with the probe is known. Examples of techniques relating to such a prober device include those described in Patent Documents 1, 2, and 3.
特許文献1には、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)の試料室内にプローブ(探針)を設置し、走査電子顕微鏡で測定対象試料である電子素子を観察しながら、プローブの先端をその電子素子の所望箇所に触針させることにより、微細な電子素子の電気特性を計測する不良検査装置が記載されている。 In Patent Document 1, a probe (probe) is installed in a sample chamber of a scanning electron microscope (SEM), and the tip of the probe is attached to the probe while observing an electronic element that is a sample to be measured with the scanning electron microscope. A defect inspection apparatus is described that measures the electrical characteristics of a fine electronic element by bringing a desired portion of the electronic element into contact with a stylus.
特許文献2には、走査電子顕微鏡を用いた不良検査装置において、プローブ及び試料を載置する試料台のそれぞれを駆動する独立の駆動手段と、プローブと試料台を一体的に駆動するベースステージ駆動手段とを備え、さらに、走査電子顕微鏡画像と配線レイアウトのデータを用いたCADナビゲーション方式を採用することにより、触針所望箇所の走査電子顕微鏡画像を取得し、プローブの触針を行う不良検査装置が記載されている。 In Patent Document 2, in a defect inspection apparatus using a scanning electron microscope, independent drive means for driving each of a probe and a sample stage on which a sample is placed, and a base stage drive for integrally driving the probe and the sample stage A defect inspection apparatus for acquiring a scanning electron microscope image of a desired stylus and performing a probe stylus by adopting a CAD navigation method using a scanning electron microscope image and wiring layout data Is described.
また、特許文献3には、独立して駆動できる複数のプローブの位置や動作等を容易に制御するためのGUI(Graphical User Interface)を有する不良検査装置が記載されている。 Further, Patent Document 3 describes a defect inspection apparatus having a GUI (Graphical User Interface) for easily controlling the positions and operations of a plurality of probes that can be driven independently.
近年、半導体素子の電気特性評価技術においては、電気回路としての電気特性評価やトランジスタ単体の電気特性評価に加えて、半導体素子の信頼性及び安全性評価のための温度特性評価技術に関するニーズが高まっている。 In recent years, in the electrical property evaluation technology for semiconductor elements, in addition to the electrical property evaluation as an electric circuit and the electrical property evaluation of a single transistor, there has been an increasing need for temperature characteristic evaluation technology for reliability and safety evaluation of semiconductor devices. ing.
従来技術による温度特性評価では、測定対象である半導体試料を試料台に固定し、まず、常温時に、先端を半導体試料の測定用パッドに触針させて電気特性を測定した後、プローブ先端を少し離し、次いで、試料全体の温度を調整(加熱又は冷却)して、試料が熱平衡に達した後、プローブの先端を半導体試料の測定用パッドに触針させて電気特性を測定し、その後、プローブ先端を少し離すという作業を繰り返す。 In the conventional temperature characteristic evaluation, a semiconductor sample to be measured is fixed to a sample stage, and at the normal temperature, the tip is brought into contact with a measurement pad of the semiconductor sample to measure electrical characteristics, and then the probe tip is slightly moved. Then, adjust the temperature of the entire sample (heat or cool), and after the sample reaches thermal equilibrium, measure the electrical characteristics by bringing the tip of the probe into contact with the measurement pad of the semiconductor sample. Repeat the work of releasing the tip slightly.
このような温度特性評価においては、温度調整時に、試料台及びプロービング機構等を含む試料室全体の温度を変化させており、この温度変化による試料台及びプロービング機構等の伸縮により試料ドリフトが発生していた。このため、温度調整の度にプローブの触針位置を調整する必要があり非常に手間がかると共に、温度調整から熱平衡に達し試料ドリフトが収束するまでの時間は非常に長く、スループットの悪化を招いていた。スループットを改善するために、試料ドリフト中にプローブを測定用パッドに触針し電気特性を測定することも考えられるが、試料ドリフト中の無理な触針動作は、プローブ先端や試料の測定用パッドの破損や磨耗を引き起こし、プローブ及び測定対象試料の寿命低下の原因となる。また、試料台及びプロービング機構等の加熱による電気的ノイズの増加は、測定精度や測定安定性に悪影響を及ぼす可能性がある。 In such temperature characteristic evaluation, the temperature of the entire sample chamber including the sample stage and probing mechanism is changed during temperature adjustment, and sample drift occurs due to the expansion and contraction of the sample stage and probing mechanism due to this temperature change. It was. For this reason, it is necessary to adjust the probe stylus position each time the temperature is adjusted, and it is very time consuming.It takes a very long time to reach thermal equilibrium after the temperature adjustment and the sample drift converges, resulting in a deterioration in throughput. It was. In order to improve throughput, it is conceivable to measure the electrical characteristics by stylusing the probe to the measurement pad during sample drift. Damage and wear of the probe and the life of the probe and the sample to be measured are reduced. In addition, an increase in electrical noise due to heating of the sample stage and the probing mechanism may adversely affect measurement accuracy and measurement stability.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、試料の温度調整を局所的に行うことにより、試料ドリフトを抑制することができる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an inspection apparatus and an inspection method that can suppress sample drift by locally adjusting the temperature of the sample.
上記目的を達成するために、本発明は、試料の部分温度調整用の少なくとも2つの変温プローブと、前記少なくとも2つの変温プローブの一つを前記試料に触針させ、他の変温プローブを触針させない状態、或いは、前記少なくとも2つの変温プローブのいずれも前記試料に触針させない状態のいずれかの状態で、前記少なくとも2つの変温プローブ間を接触させるように、前記試料に相対して前記少なくとも2つの変温プローブを駆動する駆動手段と、前記少なくとも2つの変温プローブが接触した状態にて通電を行うことによって、前記変温プローブの温度を調整する温度調整手段とを備えたものとする。
In order to achieve the above object, the present invention provides at least two temperature change probes for adjusting a partial temperature of a sample, one of the at least two temperature change probes to the probe, and another temperature change probe. The at least two temperature change probes are in contact with each other so that the at least two temperature change probes are brought into contact with each other. Driving means for driving the at least two temperature change probes, and temperature adjusting means for adjusting the temperature of the temperature change probe by energizing the at least two temperature change probes in contact with each other. Shall be.
本発明によれば、プローブを加熱または冷却することにより、測定対象試料の温度調整を行うので、その試料の局所的な温度調整が可能となり、試料ドリフトを抑制することができる。 According to the present invention, since the temperature of the sample to be measured is adjusted by heating or cooling the probe, local temperature adjustment of the sample can be performed, and sample drift can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第1の実施の形態を図1〜図4を用いて説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施の形態の半導体試料測定方法を用いた不良検査装置の構成例を示した図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a defect inspection apparatus using the semiconductor sample measurement method of the present embodiment.
図1において、本実施の形態の不良検査装置100は、SEM(Scanning Electron Microscope:以下SEMと記載する)1と、試料駆動装置2と、試料測定装置3と、制御システム4と、SEM制御用PC117とを備えている。
In FIG. 1, a
SEM1は、1次電子線103を測定対象試料である半導体試料118に照射する電子銃を含む電子ビーム光学系101と、1次電子線103の照射により半導体試料118から発生した2次電子105を検出する2次電子検出器104と、電子ビーム光学系101の動作、例えば、電子源の電子ビーム引出し電圧や偏向レンズへの印加電圧などを制御する電子ビーム光学系制御装置116とを備えている。本実施の形態の電子ビーム光学系101は、1次電子線103を測定対象試料上に照射し、かつ走査する照射光学系を形成しており、電子ビームを発生する電子源やビームを走査するための偏向装置、電子ビームを収束するためのレンズ等を含んでいる。
The SEM 1 includes an electron beam
また、本実施の形態の不良検査装置100は、真空チャンバ102内に設けられた試料台109に保持された半導体試料118の上側及び横側からの画像を取得するための複数の光学顕微鏡又はCCDカメラ(図示せず)等を備えている。
In addition, the
真空チャンバ隔壁102は、大気圧の領域と真空の領域を隔てる隔壁である。SEM1の電子ビーム光学系101の照射部及び2次電子検出器104の電子を検出するセンサ部は、真空チャンバ隔壁102内に配置されているが、電源及び伝送線が接続される部分は、真空チャンバ隔壁102の外部に突き出て配置されている。つまり、SEM1の電子ビーム光学系101及び2次電子検出器104は、真空チャンバ隔壁102を貫通するように配置されている。
The
試料駆動装置2は、半導体試料118を保持する試料台109と、試料台109を保持し、この試料台109をX,Y(水平)方向へ駆動する試料台駆動手段110と、試料台駆動手段110を保持し、X,Y(水平),Z(垂直)方向へ駆動する駆動手段を有するベースステージ111と、ベースステージ111を保持するベース112を備えている。試料台109と試料台駆動手段110とを合わせて試料ステージと呼ぶ。ベースステージ111上には、試料ステージと共にプローブ駆動手段(後述)108が保持されており、ベースステージ111をベース112に対して相対的に駆動することにより、試料ステージとプローブ駆動手段108を一体的に駆動することができる。試料ステージ、ベースステージ111及びベース112は、真空チャンバ隔壁102内に配置されている。
The sample driving device 2 holds a
試料測定装置3は、半導体試料118の所定箇所に触針される複数(例えば6つ)のメカニカルプローブ(図1では2つのみ図示)106,206(後の図3参照)と、この複数のメカニカルプローブ(以下、単にプローブと記載する)106,206のそれぞれを保持するプローブホルダである複数(例えば6つ)のアタッチメント107と、このアタッチメント107のそれぞれを保持し、プローブ106,206をアタッチメント107と共に所望の位置に移動する複数(例えば6つ)のプローブ駆動手段108と、プローブ106,206を介して半導体試料118の電気特性を計測する電気特性測定器113とを備えている。ここで、プローブ106は半導体試料201への通電、プローブ206は半導体試料201の加熱に夫々用いるプローブであり、プローブ206は加熱専用のものを用意しても良いが、プローブ106と同一構成のものでも良い(プローブ106をプローブ206として利用することもできる)。本例ではプローブ106が4本、プローブ206が2本の場合を例示説明するが、本実施の形態では、プローブ106,206とも複数であれば本数は問わない。即ち、プローブ106として2本、3本、或いは5本以上のプローブを用意しても良いし、プローブ206として3本以上のプローブを用意しても良い。
The sample measuring apparatus 3 includes a plurality of (for example, six) mechanical probes (only two are shown in FIG. 1) 106 and 206 (see FIG. 3 later) touched to a predetermined position of the
プローブ106,206は、半導体試料118の測定用パッド202,203,204,205(後の図2参照)などの所定箇所に触針するものであり、このプローブ106,206を介して半導体試料118の電気特性測定を行う(後述)。また、プローブ106,206は、アタッチメント107の全部又は一部と共に取り外し可能となっており、形状や素材の異なる種々のプローブと交換可能である。
The
プローブ駆動手段108は、試料駆動装置2の試料ステージと共に、ベースステージ111に保持されている。6つのプローブ駆動装置108は、それぞれ、プローブ106,206をアタッチメント107ごとX,Y(水平),Z(垂直)方向に駆動する駆動手段である。
The probe driving means 108 is held on the
試料ステージは、試料台109を駆動することにより半導体試料118を駆動することができ、プローブ駆動手段108は、複数のプローブ106,206を個別に駆動することができ、ベースステージ111は、試料ステージとプローブ駆動手段108とを一体的に駆動することができるので、従って、半導体試料118とプローブ106,206の両者を、独立的にも一体的にも駆動することができる。また、試料台109を試料台駆動手段110によりベースステージ111に対して相対的に駆動することにより、6つのプローブ106,206同士の相対位置を変えることなく半導体試料118に対する相対位置を変えることが出来る。
The sample stage can drive the
試料測定装置3の電気特性測定器113は、真空チャンバ隔壁102の外部に設置されており、プローブ106,206、アタッチメント107及び駆動手段108は、真空チャンバ隔壁102の内部に設置されている。
The electrical
電気特性測定器113は、プローブ106,206を介して半導体試料118の所望の箇所、例えば、測定用パッド202,203,204,205(後の図2参照)に電流、電圧を印加する通電手段(図示せず)と、半導体試料118の所望の箇所の電流、電圧を検出する検出手段(図示せず)とを有している。試料台109及びアタッチメント107は、この電気特性測定器113に接続されており、電気特性測定器113は、通電手段及び検出手段を用いて、主としてプローブ106,206及びアタッチメント107を介して半導体試料118の電流電圧特性を計測し、その電流電圧特性を元に所望の特性値を算出する。この特性値は、例えば、プローブ106の触針箇所の電流値、電圧値及び抵抗値などである。本実施の形態のように、測定対象試料として半導体試料を用いる場合には、電気特性測定器113として、例えば、半導体パラメータアナライザなどが用いられる。電気特性測定器113により得られた半導体素子118の電流電圧特性の波形及び各特性値(以下、単に電気特性データと記載する)は、伝送線を介して制御システム4の制御コンピュータ114に伝送される。
The electrical
制御システム4は、制御コンピュータ114と、記憶手段115とを備えている。電気特性測定器113で計測され、制御コンピュータ114に伝送された半導体試料118の電気特性データは、制御コンピュータ114に備えられた光学ディスク、ハードディスク又はメモリなどの記憶手段115に格納され、制御コンピュータ114は、この電気特性を解析することにより半導体試料118の測定箇所が不良か正常かなどの判定を行う。また、制御コンピュータ114は、不良検査装置100の全体の動作を制御する役割も果たしており、入力手段により各装置の設定パラメータが設定されたら、記憶手段115に記憶したソフトウェアに従って、電子銃制御装置116、2次電子検出器104、試料ステージ及びベースステージ111等の各構成装置を制御する。
The
SEM制御用PC117は、SEM1の光学条件、倍率、フォーカス、イメージシフト、SEM画像の明るさ、スキャンスピード、アライメント、画像の記録、試料駆動装置2の試料ステージ及び試料測定装置3のプローブ106,206の位置等をGUI(Graphical User Interface)操作やキーボードへのコマンド入力により制御するものであり、制御コンピュータ114を介して電子銃制御装置116に制御信号を伝送することで電子銃101を制御し、2次電子検出器104で検出した検出信号を取得すると共に、試料台駆動手段110、ベースステージ111、プローブ駆動手段108、光学顕微鏡、CCDカメラ等の動作を制御する。
The
図2は、一例として、半導体試料201の常温での電気特性を測定する場合のSEM画像を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an SEM image in the case where the electrical characteristics of the
図2において、半導体試料201は、ゲート、ソース、ドレイン、ウェルのそれぞれに繋がる測定用パッド202,203,204,205を有しており、プローブ106は、プローブ駆動手段108等により、それぞれの測定用パッドに触針されている。
In FIG. 2, a
この状態で、電気特性測定器113により測定用プローブ106を介して所望の測定用パッドに電圧を印加し、測定用プローブ106を介して所望の測定用パッドの電圧や電流を測定することにより、半導体試料201の電気特性データを取得する。例えば、ソースに繋がる測定用パッド203とドレインに繋がる測定用パッド204間に電圧を印加した状態でゲートに繋がる測定用パッド202に電圧を掃引し、測定用パッド(ソース)203と測定用パッド(ドレイン)204の間を流れる電流を測定することにより、あるソース、ドレイン間電圧における、ゲート電圧とドレイン電流の関係を示す波形(電流電圧特性)を得ることが出来る。この電流電圧特性の波形や各特性値などの電気特性データは、電気特性測定器113のディスプレイ(図示せず)に表示されると共に、制御コンピュータ114に伝送される。
In this state, by applying a voltage to the desired measurement pad via the
図3は、本実施の形態における温度特性測定時のSEM画像を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an SEM image at the time of temperature characteristic measurement in the present embodiment.
図3に示すSEM画像中には、測定対象である半導体試料201の一部と、電気特性測定用の6つのプローブ106,206とが映されている。このうち、4つのプローブ106は、それぞれ、半導体試料201の所望の測定用パッドに対して触針されており、その他2つのプローブ206は、半導体試料201の測定対象部分の近傍において、互いに接して配置されている。このように、2つのプローブ206を互いに接する場合、例えば、一方のプローブ206の側部に他方のプローブ206の先端部を接触させた場合において、電気特性測定器113の通電手段により、プローブ206に電流を流すと、電流路の断面積が最も小さくなる他方のプローブ206の先端部を中心に発熱し、その発熱部からの放射熱により試料201の測定対象部分が加熱される。
In the SEM image shown in FIG. 3, a part of the
加熱時の測定対象部分の温度は、例えば、測定箇所の付近に予め設置した熱伝対等の温度測定手段(図示せず)により取得した温度データを基に制御コンピュータ114で算出される。このとき、制御コンピュータ114は、算出した測定対象部分の温度を温度測定手段と測定対象部分の距離に応じて補正する。プローブ206の発熱量の調整は、このようにして算出された実際の測定対象部分の温度と設定の目標温度との偏差が小さくなるようにプローブ206に印加する電流量を調整することにより行う。
The temperature of the part to be measured at the time of heating is calculated by the
図4(a)及び図4(b)は、図3に示した温度特性評価時の様子を横方向から見た光学顕微鏡像を示す模式図である。 FIG. 4A and FIG. 4B are schematic views showing an optical microscope image when the temperature characteristic evaluation shown in FIG. 3 is seen from the lateral direction.
図4(a)において、4つのプローブ106は、それぞれ、半導体試料201の所望の測定用パッドに対して触針されており(図3参照)、その他2つのプローブ206は、半導体試料201の測定対象部分の近傍において、互いに接し、かつ、一方のプローブ206が半導体試料201に触針して配置されている。図4(b)においても、図4(a)と同様に、4つのプローブ106は、それぞれ、半導体試料201の所望の測定用パッドに対して触針されており、その他2つのプローブ206は、半導体試料201の測定対象部分の近傍において、互いに接して配置されているが、2つのプローブ206の配置に関しては図4(a)と異なり、2つのプローブ206のいずれも半導体試料201には触針されていない。
In FIG. 4A, each of the four
以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。 The operation of the present embodiment configured as described above will be described.
本実施の形態の不良検査装置100において、測定対象試料の一例として半導体試料201を測定する場合、この半導体試料201は試料台109に保持される。
In the
まず、SEM制御用PC117を操作し、光学顕微鏡の低倍率の観察像により半導体試料201の測定対象部分と6つのプローブ106,206を水平方向及び垂直方向の位置関係を観察しながら、6つのプローブ106,206を水平方向及び垂直方向に駆動し、半導体試料201の測定対象部分と6つのプローブ106,206の相対位置をSEM1で観察可能な範囲まで近づける。
First, by operating the
次に、SEM1を用いて、半導体試料201の測定対象部分及び6つのプローブ106,206を観察しながら、例えば、4つのプローブ106を半導体試料201の所望の測定用パッドに触針させ、2つのプローブ206を測定対象部分の近傍において互いに触針させる。このときの2つのプローブ206の半導体試料201に対する位置は、図4(a)で示したように、2つのプローブ206のうち一方を半導体試料201に触針するか、あるいは、図4(b)で示したように、いずれも触針させないかの何れかである。
Next, while observing the measurement target portion of the
この状態で、例えば半導体パラメータアナライザ等の電気特性測定器113が有する通電手段により、所望のプローブ106を介して半導体試料201の測定用パッドに電圧、電流を掃引し、それと同時に所望のプローブ106を介して半導体試料201の測定用パッドの電圧、電流を測定することにより、常温における半導体試料201の電流電圧特性の波形を得る。電気特性測定器113は、この電流電圧特性を元に、電流値、電圧値及び抵抗値等の所望の特性値を算出し、この特性値と電流電圧特性の波形を図示しないディスプレイに表示すると共に、伝送線を介して制御コンピュータ114に伝送する。制御コンピュータ114は、電気特性測定器113から伝送された特性値を記憶手段115に格納すると共に、この特性値を解析することにより半導体試料201の測定箇所が不良か正常かなどの判定を行う。常温における半導体試料201の電流電圧特性の測定が終了したら、半導体試料201の測定用パッドへの電流、電圧の掃引を停止する。
In this state, voltage and current are swept through the desired
次に、制御コンピュータ114の入力手段を用いて、半導体試料201の測定対象部分の温度を設定する。制御コンピュータ114は、電気特性測定器113の通電手段を制御して、2つのプローブ206に通電し、プローブ206をジュール熱により加熱させ、その放射熱により半導体試料201の測定対象部分を局所的に加熱する。そして、半導体試料201の測定対象部分が所望の設定温度に達して安定したら、電気特性測定器113は、所望のプローブ106を介して半導体試料201の測定用パッドに電圧、電流を掃引すると共に、所望のプローブ106を介して半導体試料201の測定用パッドの電圧、電流を測定することにより、所望の高温時における半導体試料201の電流電圧特性の波形を得る。電気特性測定器113は、この電流電圧特性を元に特性値を算出し、この特性値と電流電圧特性をディスプレイに表示すると共に、伝送線を介して制御コンピュータ114に伝送する。制御コンピュータ114は、電気特性測定器113から伝送された特性値を記憶手段115に格納すると共に、この特性値を解析することにより半導体試料201の測定箇所が不良か正常かなどの判定を行う。
Next, the temperature of the measurement target portion of the
このように、半導体試料201を局所的に加熱するので、試料全体を加熱する場合と異なり試料駆動装置2及び試料測定装置3の熱膨張による試料ドリフトが抑制される。したがって、プローブ106を測定用パッドに触針した状態での温度変調において、試料ドリフトによりプローブ106が受ける曲げ力を抑えることができる。よって、プローブ106を測定用パッドに触針した状態での温度変調においても、プローブ106及び測定用パッドへの負荷を抑制することができる。
Thus, since the
以上のように構成した本実施の形態においては、半導体試料201の測定対象部分を局所的に加熱することにより、試料駆動装置2及び試料測定装置3の伸縮を抑制することができ、試料ドリフトを抑制しつつ温度変調を行うことができる。これにより、半導体試料201の温度変調を行う場合、従来のように試料ドリフトが収束するまでの間に測定を中断する必要が無くなり、試料ドリフトの収束を待っていた従来と比較して、スループットを大幅に改善することができる。
In the present embodiment configured as described above, by locally heating the measurement target portion of the
また、試料駆動装置及び試料測定装置などの加熱による電気的ノイズの増加を防止することができ、測定精度や測定安定性を確保することができる。 In addition, an increase in electrical noise due to heating of the sample driving device and the sample measuring device can be prevented, and measurement accuracy and measurement stability can be ensured.
さらに、半導体試料201の所望の箇所を所望の温度で加熱することができるので、半導体試料201の所望の箇所に付着したカーボンなどの吸着物を加熱することにより除去することができる。
Furthermore, since a desired portion of the
なお、本実施の形態においては、2つのプローブ206を互いに直接接触させ、通電することにより、プローブ206を加熱させたが、これに限られず、例えば、2つのプローブ206の触針箇所に、プローブ206よりも抵抗値の高い抵抗物質を挟みこんでも良い。この場合においても、測定対照資料の測定対象部分を局所的に加熱して温度調整することができ、試料ドリフトを抑制することができる。
In the present embodiment, the
本発明の第2の実施の形態を図5を用いて説明する。図中、図3に示した部材と同等の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態は、試料の測定対象部分を加熱する2本のプローブのうちの一方に円環状の先端部を設けたものである。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, members equivalent to those shown in FIG. In this embodiment, an annular tip is provided on one of the two probes that heat the measurement target portion of the sample.
図5は、本実施の形態における温度特性測定時のSEM画像を示す図である。図5に示すSEM画像中には、測定対象である半導体試料201の測定対象部分の近傍と、電気特性測定用の4つのプローブ106と、加熱用のプローブ207とが映されている。図5において、第1の実施の形態と異なる点は、互いに接触させた2本のプローブ206の一方を先端部の形状が異なるプローブ207に交換した点である。本例では、プローブ206,207を一対設けた場合を例示するが、プローブ206,207を複数対設けても良い。
FIG. 5 is a diagram showing an SEM image at the time of temperature characteristic measurement in the present embodiment. In the SEM image shown in FIG. 5, the vicinity of the measurement target portion of the
プローブ207は、円環状の先端部207aを有している。この先端部207aは、プローブ206と比較して高い電気抵抗を有しており、プローブ207を試料表面に沿う方向に曲成して形成されている。温度特性測定時、プローブ207の先端部207aは、図5に示したようにプローブ206の先端と半導体試料201の測定対象部分の近傍で互いに接した状態で配置される。このようにプローブ206とプローブ207を互いに接触させ、電気特性測定器113の通電手段によりプローブ206及びプローブ207に電流を流すと、電気抵抗の大きいプローブ207の先端部207aを中心に発熱し、その放射熱により試料201の測定対象部分の所望の範囲が加熱される。
The
その他の構成や電気特性及び温度特性の測定方法は第1の実施の形態と同様である。 Other configurations and methods for measuring electrical characteristics and temperature characteristics are the same as those in the first embodiment.
以上のように構成した本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施の形態においては、プローブ207の電気抵抗が高い先端部207a(つまり発熱部)を試料表面に沿って円環状に延在させたので、第1の実施の形態のように針状のプローブ206を複数接触させて発熱させる場合に比べて広い範囲を加熱することができる。これにより、半導体試料201の試料ドリフトを抑制しつつも、半導体試料201の所望の範囲を平均的に加熱することができる。
Also in the present embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In particular, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態においては、プローブ207の先端部207aの形状を試料表面に沿った円環状としたがこれに限られず、例えば、試料表面に沿って他の二次元形状に形成しても良い。この場合、他の二次元形状の一例としては、楕円形状、矩形状、或いは特定の測定対象部分の形状(外形線等)に沿った形状等が考えられる。場合によっては、二次元形状に限らず、先端部207aを三次元形状(球状等)に形成することも考えられる。先端部207aを全体に発熱する三次元形状とした場合も、試料表面に対向する発熱面積が第1の実施の形態に比べて大きくなるので、第1の実施の形態に比べて試料の広い範囲を加熱することができる。
In the present embodiment, the shape of the
本発明の第3の実施の形態を図6を用いて説明する。図中、図3に示した部材と同等の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態は、試料の測定対象部分を冷却するプローブを設けたものである。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, members equivalent to those shown in FIG. In this embodiment, a probe for cooling a measurement target portion of a sample is provided.
図6は、本実施の形態における温度特性測定時のSEM画像を示す図である。図6に示すSEM画像中には、測定対象である半導体試料201の測定対象部分の近傍と、電気特性測定用の4つのプローブ106と、冷却用のプローブ208とが映されている。図6において、第1の実施の形態と異なる点は、互いに接触させた2本のプローブ206に代えて冷却装置(図示せず)を有するプローブ208を備えた点である。
FIG. 6 is a diagram showing an SEM image at the time of temperature characteristic measurement in the present embodiment. In the SEM image shown in FIG. 6, the vicinity of the measurement target portion of the
プローブ208は、図示しない冷却装置を有しており、半導体試料201の測定対象部分の近傍に配置され、或いはその測定対象部分に接して配置されている。この冷却装置は、例えば、ペルチェ素子を用いたものであり、このペルチェ素子に決められた方向の電流を流すことでプローブ208を冷却する。ペルチェ素子への通電手段は専用のものを用意しても良いが、プローブ106への通電手段で兼用することができる。このプローブ208を半導体試料201の測定対象部分の近傍に配置、或いはその測定対象部分に接して配置し、電気特性測定器113の通電手段により、プローブ208の冷却装置のペルチェ素子に電流を流すと、ペルチェ素子によりプローブ208が冷却され、このプローブ208が接している半導体試料201の測定対象部分の近傍が局所的に冷却される。
The
以上のように構成した本実施の形態においては、半導体試料201の測定対象部分を局所的に冷却することにより、試料駆動装置2及び試料測定装置3の伸縮を抑制することができ、試料ドリフトを抑制しつつ温度変調を行うことができる。これにより、半導体試料201の温度変調を行う場合、従来のように試料ドリフトが収束するまでの間に測定を中断する必要が無くなり、スループットを大幅に改善することができる。
In the present embodiment configured as described above, by locally cooling the measurement target portion of the
また、半導体試料201の所望の箇所を所望の温度で冷却することができるので、SEMによる観察中において、電子線103により半導体試料201の表面や内部から脱離したガス分子をプローブ208でトラップすることが可能となる。これにより、SEMによる観察中において、半導体試料201の表面汚染を低減することができ、より長時間の観察を行うことができる。
In addition, since a desired portion of the
なお、本実施の形態においては、半導体試料201の電気特性測定に4つのプローブ106を、半導体素子201の冷却に1つのプローブ208を用いたがこれに限られず、試料測定装置3で駆動可能な数のプローブの範囲内において、それぞれ、いくつのプローブを用いても良い。また、複数のプローブ208を用いて201を冷却しても良い。
In this embodiment, four
また、本実施の形態においては、ペルチェ素子をプローブ208の冷却に用いたがこれに限られず、例えば、ペルチェ素子に流す電流の方向をプローブ208の冷却に使用する場合と逆方向とすれば、プローブ208を加熱することができ、この場合は、本発明の第1の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
In the present embodiment, the Peltier element is used for cooling the
本発明の第4の実施の形態を図7を用いて説明する。図中、図6に示した部材と同等の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態は、半導体試料の測定対象部分を冷却するプローブに円環状又は方形状の先端部を設けたものである。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, members equivalent to those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In this embodiment, an annular or rectangular tip is provided on a probe that cools a measurement target portion of a semiconductor sample.
図7は、本実施の形態における半導体素子201の測定対象部分の冷却に用いるプローブをSEM画像中に配置した場合の図である。図7に示すSEM画像中には、半導体試料201、上記第3の実施の形態で説明したプローブ208と共に、プローブ209及びプローブ210とが映されている。プローブ209は、半導体試料201の測定対象部分を囲むような円環状の先端部209aを有しており、プローブ209を試料表面に沿う方向に曲成して形成されている。プローブ210は、測定対象部分の形状に沿うような方形状の先端部210aを有しており、プローブ210を試料表面に沿う方向に曲成して形成されている。プローブ209及びプローブ210は、上記第3の実施の形態と同様に、図示しない冷却装置を有しており、この冷却装置は、例えばペルチェ素子を用いたものである。本実施の形態において、第3の実施の形態と異なる点は、プローブ208に代えて、プローブ209又はプローブ210を備えた点である。本例では、プローブ209又はプローブ210のいずれか一方を設けた場合を例示するが、プローブ209とプローブ210を同時に設けても良い。
FIG. 7 is a diagram in the case where the probe used for cooling the measurement target portion of the
半導体素子201の測定対象部分の近傍にプローブ209を配置し、或いはその測定対象部分の近傍にプローブ209を接して配置し、電気特性測定器113の通電手段によりプローブ209の冷却装置のペルチェ素子に電流を流すと、ペルチェ素子によりプローブ208は冷却され、このプローブ209を接している半導体試料201の測定対象部分の所望の範囲が局所的に冷却される。また、プローブ209に代えてプローブ210を半導体素子201の測定対象箇所の近傍に接して配置し、電気特性測定器113の通電手段によりプローブ210の冷却装置のペルチェ素子に電流を流す場合も同様であり、半導体試料201の測定対象部分の所望の範囲が局所的に冷却される。
The
その他の構成や電気特性及び温度特性の測定方法は第3の実施の形態と同様である。 Other configurations and methods for measuring electrical characteristics and temperature characteristics are the same as those in the third embodiment.
以上のように構成した本実施の形態においても、第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施の形態においては、プローブ209の先端部209a試料表面に沿って円環状に、プローブ210の先端部210aを試料表面に沿って方形状にそれぞれ延在させたので、第3の実施の形態のように針状のプローブ208を冷却する場合に比べて広い範囲を冷却することができる。これにより、半導体試料201の試料ドリフトを抑制しつつ、半導体試料201の所望の範囲を平均的に冷却することができる。
Also in the present embodiment configured as described above, the same effects as in the third embodiment can be obtained. Particularly in the present embodiment, the
なお、本実施の形態においては、プローブ209の先端部209aの形状を円環状とし、プローブ210の先端部210aの形状を方形状としたがこれに限られず、例えば、試料表面に沿って他の二次元形状に形成しても良い。この場合、他の二次元形状の一例としては、楕円形状、矩形状、或いは特定の測定対象部分の形状(外形線等)に沿った形状等が考えられる。場合によっては、二次元形状に限らず、先端部209a、或いは先端部210aを三次元形状(球状等)に形成することも考えられる。先端部209a、或いは先端部210aを全体に冷却される三次元形状とした場合も、試料表面に対向、或いは接する面積が第3の実施の形態に比べて大きくなるので、第3の実施の形態に比べて試料の広い範囲を冷却することができる。
In the present embodiment, the
本発明の第5の実施の形態を図8(a),(b)を用いて説明する。図中、図5及び図7に示した部材と同等の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態は、プローブによる加熱と冷却を同時に用いるものである。 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 (a) and 8 (b). In the figure, members equivalent to those shown in FIGS. 5 and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this embodiment, heating and cooling by a probe are used simultaneously.
図8(a)は、本実施の形態における温度特性測定時のSEM画像を示す図である。図8に示すSEM画像中には、測定対象である半導体試料201の測定対象部分の近傍と、電気特性測定用の3つのプローブ106と、加熱に用いるプローブ206,207と、冷却に用いるプローブ209とが映されている。本実施の形態において、電気特性測定用のプローブ106のうちの1つを冷却用のプローブ209に交換した点以外は第2の実施の形態と同様の構成である。
FIG. 8A is a diagram showing an SEM image at the time of temperature characteristic measurement in the present embodiment. In the SEM image shown in FIG. 8, the vicinity of the measurement target portion of the
プローブ207は、上記第2の実施の形態で説明したように、円環状の先端部207aを有しており、プローブ207の先端部207aとプローブ206の先端を半導体試料201の測定対象部分の近傍で互いに接して配置されている。
As described in the second embodiment, the
プローブ209は、上記第4の実施の形態で説明したように、円環状の先端部209aを有しており、半導体素子201の測定対象部分の近傍に配置されている。
As described in the fourth embodiment, the
図8(b)は、図8(a)に示した温度特性評価時の様子を横方向から見た光学顕微鏡像を示す模式図である。図8(b)において、プローブ206とプローブ207は、半導体試料201の特定対象部分の近傍で互いに接して配置されており、プローブ209は、半導体試料201の測定対象部分の近傍で、かつ、プローブ207の図示上方に他のプローブに接しないように配置されている。
FIG. 8B is a schematic diagram showing an optical microscope image when the temperature characteristic evaluation shown in FIG. In FIG. 8B, the
このように、プローブ206、207、209を配置した場合において、電気特性測定器113の通電手段により、プローブ206,207に電流を流すと、電気抵抗の大きいプローブ207の先端部207aを中心に発熱し、その放射熱により試料201の測定対象部分の所望の範囲が加熱される。これと同時に、プローブ209の冷却装置のペルチェ素子に電流を流すと、ペルチェ素子によりプローブ208は冷却され、SEMによる観察中において、電子線103により半導体試料201の表面や内部から脱離したガス分子をプローブ208でトラップすることが可能となる。
As described above, when the
以上のように構成した本実施の形態においては、半導体試料201の測定対象部分を局所的に加熱することにより、試料駆動装置2及び試料測定装置3の伸縮を抑制することができ、試料ドリフトを抑制しつつ温度変調を行うことができると共に、SEMによる観察中において、電子線103により半導体試料201の表面や内部から脱離したガス分子をプローブ208でトラップすることができるので、半導体試料201の表面汚染を低減することができ、より長時間の観察を行うことができる。
In the present embodiment configured as described above, by locally heating the measurement target portion of the
なお、本実施の形態においては、プローブ207の先端部207a及びプローブ209の先端部209aを半導体試料201に接しないように配置したがこれに限られず、先端部207a、先端部209aの何れか片方、或いはその両方が半導体素子201の測定対象部分に接するように配置しても良い。
In this embodiment, the
1 SEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子顕微鏡)
2 試料駆動装置
3 試料測定装置
4 制御システム
100 不良検査装置
101 電子ビーム光学系
102 真空チャンバ隔壁
103 1次電子線
104 2次電子検出器
105 2次電子
106 プローブ(メカニカルプローブ)
107 アタッチメント
108 プローブ駆動手段
109 試料台
110 試料台駆動手段
111 ベースステージ
112 ベース
113 電気特性測定器
114 制御コンピュータ
115 記憶手段
116 電子銃制御装置
117 SEM制御用PC
118,201 半導体試料
202〜205 測定用パッド
206〜210 プローブ(メカニカルプローブ)
1 SEM (Scanning Electron Microscope)
2 Sample drive device 3
107
118, 201 Semiconductor samples 202-205 Measuring pads 206-210 Probe (mechanical probe)
Claims (7)
前記試料上の半導体素子の電気特性測定に用いる複数の検査プローブと、
前記試料に相対して前記検査プローブを駆動する駆動手段と、
前記検査プローブに通電する通電手段と、
前記通電手段により前記検査プローブを介して通電された前記試料上の半導体素子の電気特性を測定する測定手段と、
前記試料の部分温度を調整する少なくとも2つの変温プローブと、
前記少なくとも2つの変温プローブの一つを前記試料に触針させ、他の変温プローブを触針させない状態、或いは、前記少なくとも2つの変温プローブのいずれも前記試料に触針させない状態のいずれかの状態で、前記少なくとも2つの変温プローブ間を接触させるように、前記試料に相対して前記少なくとも2つの変温プローブを駆動する駆動手段と、
前記少なくとも2つの変温プローブが接触した状態にて通電を行うことによって、前記変温プローブの温度を調整する温度調整手段と
を備えたことを特徴とする検査装置。 A sample stage for holding the sample;
A plurality of inspection probes used for measuring electrical characteristics of semiconductor elements on the sample;
Driving means for driving the inspection probe relative to the sample;
Energization means for energizing the inspection probe;
Measuring means for measuring electrical characteristics of a semiconductor element on the sample energized via the inspection probe by the energizing means;
At least two temperature change probes for adjusting the partial temperature of the sample;
Either one of the at least two temperature change probes is touched to the sample and the other temperature change probes are not touched, or neither of the at least two temperature change probes is touched to the sample. Driving means for driving the at least two temperature change probes relative to the sample so as to bring the at least two temperature change probes into contact with each other .
An inspection apparatus comprising: a temperature adjusting unit configured to adjust a temperature of the temperature change probe by energizing the at least two temperature change probes in contact with each other.
前記複数の変温プローブのうち少なくとも1つは前記試料の表面と沿う方向に曲成された先端部を備えていることを特徴とする検査装置。 The inspection apparatus according to claim 1,
At least one of the plurality of temperature change probes includes an end portion bent in a direction along the surface of the sample.
前記試料上の半導体素子の電気特性測定に用いる複数の検査プローブと、
前記試料に相対して前記検査プローブを駆動する駆動手段と、
前記検査プローブに通電する通電手段と、
前記通電手段により前記検査プローブを介して通電された前記試料上の半導体素子の電気特性を測定する測定手段と、
前記試料を部分的に加熱する少なくとも2つの加熱プローブと、
前記試料を部分的に冷却する少なくとも1つの冷却プローブと、
前記少なくとも2つの加熱プローブの一つを前記試料に触針させ、他の加熱プローブを触針させない状態、或いは、前記少なくとも2つの加熱プローブのいずれも前記試料に触針させない状態のいずれかの状態で、前記少なくとも2つの加熱プローブ間を接触させるように、前記試料に相対して前記少なくとも2つの加熱プローブを駆動する駆動手段と、
前記試料に相対して前記冷却プローブを駆動する駆動手段と、
互いに接触させた前記少なくとも2つの加熱プローブの間に通電する通電手段と、
前記冷却プローブに接続したペルチェ素子と、
このペルチェ素子に通電する通電手段とを備えていることを特徴とする検査装置。 A sample stage for holding the sample;
A plurality of inspection probes used for measuring electrical characteristics of semiconductor elements on the sample;
Driving means for driving the inspection probe relative to the sample;
Energization means for energizing the inspection probe;
Measuring means for measuring electrical characteristics of a semiconductor element on the sample energized via the inspection probe by the energizing means;
At least two heating probes for partially heating the sample;
At least one cooling probe for partially cooling the sample;
Any one of the state in which one of the at least two heating probes is touched to the sample and the other heating probe is not touched, or neither of the at least two heating probes is touched to the sample Driving means for driving the at least two heating probes relative to the sample so as to bring the at least two heating probes into contact with each other ;
Driving means for driving the cooling probe relative to the sample;
Energization means for energizing between the at least two heating probes in contact with each other;
A Peltier element connected to the cooling probe;
An inspection apparatus comprising an energization means for energizing the Peltier element.
前記検査プローブの一部を前記変温プローブに用いることを特徴とする検査装置。 The inspection apparatus according to claim 1,
A part of the inspection probe is used for the temperature change probe.
前記少なくとも2つの変温プローブの一つを前記試料に触針させ、他の変温プローブを触針させない状態、或いは、前記少なくとも2つの変温プローブのいずれも前記試料に触針させない状態のいずれかの状態で、前記少なくとも2つの変温プローブ間を接触させるように、前記試料に相対して前記少なくとも2つの変温プローブを駆動する駆動手段と、
前記少なくとも2つの変温プローブが接触した状態にて通電を行うことによって、前記変温プローブの温度を調整する温度調整手段とを備えたことを特徴とするプローブユニット。 At least two temperature change probes for partial temperature adjustment of the sample;
Either one of the at least two temperature change probes is touched to the sample and the other temperature change probes are not touched, or neither of the at least two temperature change probes is touched to the sample. Driving means for driving the at least two temperature change probes relative to the sample so as to bring the at least two temperature change probes into contact with each other .
A probe unit comprising: a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the temperature change probe by energizing the at least two temperature change probes in contact with each other.
前記複数の検査プローブを前記試料の電気特性の測定対象箇所に接触させる手順と、
前記試料の部分温度を調整する少なくとも2つの変温プローブの一つを前記試料に触針させ、他の変温プローブを触針させない状態、或いは、前記少なくとも2つの変温プローブのいずれも前記試料に触針させない状態のいずれかの状態で、前記少なくとも2つの変温プローブ間を前記測定対象箇所の近傍で互いに接触させる手順と、
互いに接触させた前記少なくとも2つの変温プローブの間に通電し、前記変温プローブを発熱させ放射熱により前記測定対象箇所を加熱する手順と、
前記複数の検査プローブを介して前記測定対象箇所に通電し、前記測定対象箇所の電気特性を測定する手順とを有することを特徴とする検査方法。 A sample stage for holding the sample, a plurality of inspection probes used for measuring electrical characteristics of the semiconductor element of the sample, a driving means for driving the inspection probe relative to the sample, and an energization means for energizing the inspection probe; In a measurement method using an inspection apparatus including a measurement unit that measures electrical characteristics of a semiconductor element on the sample that is energized via the inspection probe by the energization unit,
A step of bringing the plurality of inspection probes into contact with the measurement target location of the electrical characteristics of the sample;
One of at least two temperature change probes for adjusting the partial temperature of the sample is caused to touch the sample and the other temperature change probe is not touched, or any of the at least two temperature change probes is the sample. A procedure of bringing the at least two temperature change probes into contact with each other in the vicinity of the measurement target portion in any state where the stylus is not touched;
Energizing between the at least two temperature change probes brought into contact with each other, heating the temperature change probe and heating the measurement target portion by radiant heat; and
An inspection method comprising: energizing the measurement target portion via the plurality of inspection probes and measuring electrical characteristics of the measurement target portion.
前記複数の検査プローブを前記試料の電気特性測定対象箇所に接触させる手順と、
前記試料を部分的に加熱する少なくとも2つの加熱プローブの一つを前記試料に触針させ、他の加熱プローブを触針させない状態、或いは、前記少なくとも2つの加熱プローブのいずれも前記試料に触針させない状態のいずれかの状態で、前記少なくとも2つの加熱プローブ間を前記測定対象箇所の近傍で互いに接触させる手順と、
前記試料を部分的に冷却する少なくとも1つの冷却プローブを前記測定対象箇所の近傍に移動させる手順と、
互いに接触させた前記少なくとも2つの加熱プローブの間に通電し、前記加熱プローブを発熱させ放射熱により前記測定対象箇所を加熱する手順と、
前記冷却プローブに接続したペルチェ素子に通電し、前記冷却プローブを冷却する手順と、
前記複数の検査プローブを介して前記測定対象箇所に通電し、前記測定対象箇所の電気特性を測定する手順とを有することを特徴とする検査方法。 A sample stage for holding the sample, a plurality of inspection probes used for measuring electrical characteristics of the semiconductor element of the sample, a driving means for driving the inspection probe relative to the sample, and an energization means for energizing the inspection probe; In a measurement method using an inspection apparatus including a measurement unit that measures electrical characteristics of a semiconductor element on the sample that is energized via the inspection probe by the energization unit,
A step of bringing the plurality of inspection probes into contact with the electrical property measurement target portion of the sample;
One of at least two heating probes for partially heating the sample is caused to touch the sample and the other heating probe is not touched, or both of the at least two heating probes are touched to the sample. A procedure of bringing the at least two heating probes into contact with each other in the vicinity of the measurement target portion in any state of not allowing
Moving at least one cooling probe for partially cooling the sample to the vicinity of the measurement target location;
Energizing between the at least two heating probes brought into contact with each other, heating the heating probe and heating the measurement target portion by radiant heat; and
Energizing a Peltier element connected to the cooling probe to cool the cooling probe;
An inspection method comprising: energizing the measurement target portion via the plurality of inspection probes and measuring electrical characteristics of the measurement target portion.
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