JP5116689B2 - ナノスケールの故障分離及び測定システム - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、ナノスケールのデバイス又は材料を測定及び検査するためのシステム及び方法に関する。より具体的には、本発明は、ナノスケールの電気的及び物理的測定を行うため、又はナノスケールの故障を分離するための、共通プラットフォーム上の種々のセンサ又はエネルギー源による近接場走査を可能にするシステムに関する。

電気的性質を有する対象物（例えば、チップ、ダイ、集積回路、デバイス又は材料）を解析するため、及びその動作及び／又は状態に関する情報をできる限り提供するために、種々の電気的及び物理的測定技術を用いることができる（以下において、「及び／又は」は「いずれか少なくとも１つ」を意味する）。例えば、種々の集積回路（ＩＣ）の物理的故障分離（fault isolation）ツールは、レーザ走査型ツール（例えば、レーザ走査型顕微鏡検査法（ＬＳＭ）又はレーザ補助デバイス変更法（Laser Assisted Device Alteration）（ＬＡＤＡ））、熱画像ツール（例えば、熱誘導型電圧変更法（ＴＩＶＡ））、発光ツール（例えば、光誘導型電圧変更法（ＬＩＶＡ））、及び動作中の集積回路の電気的活性を測定するツール（例えば、電子ビーム・プロービング又は電子ビーム検査法（ＥＢＴ）、レーザ電圧プロービング（ＬＶＰ）、磁界又は磁力顕微鏡検査法、光子放出顕微鏡検査法（ＰＥＭ）、時間分解放射法（ＴＲＥ）、ピコ秒画像回路分析（ＰＩＣＡ）等）を含む。しかしながら、これらの種々の物理的故障分離ツールに関連する技術は、一般的には、感度及び空間分解能に関して一定の限界に達している。具体的には、こうした物理的故障分離ツールは、１００ナノメートル及びそれ以下のＩＣデバイス又は材料にとっては、急速に陳腐化してきている。

走査型プローブ・システムはまた、様々なデバイス又は材料上で測定を行うためにも用いられる。しかしながら、外部の電気エネルギー又はバイアスが必要とされる場合には、このような走査型プローブ・システムは、はんだ付け又はワイヤ・ボンディングを行うのに十分な大きさの接続点を有する対象物での使用に限定される。これらは、また、対象物の表面に非常に近接して走査される必要があるプローブを物理的に妨害しないように目的領域から十分に離れた接続点を有する対象物での使用に限定される。更に、このような走査型プローブ・システムは、一度にこのような走査プローブ１つでの取得か、又は一度に１つの個別の機器での取得に限定されるので、最初のプローブ又は機器で取得されたデータは次のプローブ又は機器から取得されたデータと空間的に重ね合わせ及び位置合わせされないので、１つのセンサからの信号内に含まれる特徴を他のセンサからの信号内に含まれる特徴と正確に相関させることができない。

従って、異なる電気的及び物理的測定を可能とする多数の走査型プローブを有する、改善されたナノスケールの故障分離及び測定システムが必要とされる。改善されたシステムは、ナノスケールの回路ノードに電気的に接続されること可能であるべきであり、高い感度、及びナノスケールの空間分解能を有するべきである。最後に、改善されたシステムは、いずれのプローブにより取得されたデータも、他のいずれのプローブからのデータとも自動的に正確に空間的に重ね合わせ及び位置合わせされるように、共通プラットフォームから様々な異なる測定値を得ることを可能とすべきである。

前述のことがらを考慮すると、本発明の実施形態は、共通プラットフォーム上の複数の近接場（near-field）走査型の物理的故障分離及び測定技術を用いて、電気的性質（特性）を有する対象物（例えば、チップ、ダイ、集積回路、デバイス、材料等）の所定領域からデータを取得することを可能にする、ナノスケールの故障分離及び測定システム、並びに関連方法を提供する。システムは、所定領域に電気的バイアスを供給するように適合されたホルダと、所定領域内の同一の固定位置においてパラメータを検知する及び／又はエネルギー源を印加する複数の器具（implement）を用いて対象物を評価するように適合されたマルチ・プローブ組立体とを含むことができる。対象物ホルダは、対象物の所定領域が露出するように対象物を保持するために構成されることができる。ホルダは、更に、ホルダを通る電気的刺激により供給される電気的バイアスを所定領域に与えることができるように、所定領域内の異なる導電性構造体に容易に電気的に接続することができるように構成されることができる。例えば、ホルダは、隆起した縁部をもつ、剛直な絶縁の平面部を含むことができる。平面部は、対象物の側面が隆起縁部に当接し、且つ対象物の上面の所定領域は露出されたままになるように対象物を保持するために、構成されることができる。隆起縁部は、対象物を受け入れるために構成された水平な溝部を有することができる。隆起縁部は、対象物がホルダ内にあるときに対象物の上面に向かって下方へ延びる、テーパ付けされた上部面もまた有することができる。

複数の第１導体（例えば、リード線に接続するピン）が、隆起縁部を貫通して垂直に延びることができる。複数の第２導体が、第１導体に接続することができる。第２導体は、隆起縁部のテーパ付けされた上部面に沿って、第１導体から対象物の上面に向かって延びることができる。ホルダを通して伝導された電気的刺激を、所定領域に電気的にバイアスをかけるために用いることができるように、第２導体は、ホルダを通って伝導された電気的刺激を所定領域に電気的にバイアスをかけるために用いることができるように、局所的に堆積された別個の第３導体（例えば、集束イオン・ビーム堆積導体、レーザ堆積導体、導電性インク等）によって所定領域内の異なる導電性構造体（例えば、デバイス又は材料内の異なる内部回路ノード）にそれぞれ電気的に接続することができる。例えば、電源によりホルダ上のリード線に供給された電気的刺激は、第１導体、第２導体及び第３導体を通って、所定領域内の第１ノードに伝導されることができる。第３導体は、表面上に導電性インクを塗布することができる機器の走査プローブの１つを用いて堆積することができる。電流は、次に、所定領域内の第２ノードを通り、ホルダを逆に通って伝送されることができる（例えば、別の第３導体、別の第２導体、及び別の第１導体を通って）。同時に、第３導体が隆起縁部に近接して位置するノード又は構造体（例えば、ゲート、ソース／ドレイン領域等）上に堆積されている場合には、第３導体又はホルダによってあまり妨害されずに対象物の所定領域をプローブにより走査することができる。

更に、マルチ・プローブ組立体は、対象物内の所定領域を画像化するために用いることができる多数の物理的故障分離及び測定技術のための、共通プラットフォームを含むことができる。具体的には、マルチ・プローブ組立体は、支持構造体（例えば、シャフト、タレット等）と、共通基準点（例えば、支持構造体の中心）と、支持構造体に取り付けられ、そこから（例えば、半径方向に）延びる多数のアームとを有することができる。それぞれのアームは、対象物を評価するように適合された１つ又は複数の器具（例えば、異なる種類の故障分離のための異なるセンサ若しくはエネルギー源、又は他の種類のツール）を含むプローブを有することができる。より具体的には、それぞれの器具は、パラメータ（例えば、光、電界、磁界、温度、静電容量、トポグラフィ（形状）等）を検知すること、又は異なるエネルギー源（例えば、熱、光、電界、磁界等）を印加することのいずれかにより、対象物を評価するように適合されることができる。例えば、それぞれの器具は、１つ又は複数の、光センサ又はエネルギー源、磁気センサ又はエネルギー源、電界センサ又はエネルギー源、トポグラフィ・センサ、熱センサ又はエネルギー源、静電容量センサ又はエネルギー源等を含むことができる。それぞれのプローブは、支持構造体が移動する（例えば、回転する）か、又はアームが支持構造体に対して移動する（例えば、支持構造体の周囲を回転する）か、実施形態に応じてどちらの場合でも、各プローブの異なる器具のそれぞれが所定領域内の同一の固定位置で対象物を評価することができるように、共通基準点から既知の位置に配置されるべきである。それに加えて、マルチ・プローブ組立体は、異なる器具が所定領域内の多数の同一固定位置から対象物を評価することができるように所定領域を走査するように、適合されることができる。このようにして、異なる器具（例えば、センサ又はエネルギー源）により取得され又は付与されたそれぞれの信号は、互いに、空間的に重ね合わせすることができ、従って、位置合わせすることができる。

システムは、また、第１プロセッサ及び第２プロセッサを含むことができる。第１プロセッサ（即ち、信号プロセッサ）は、多数のプローブからの信号、並びに電気的刺激（例えば、電圧等）に関するデータを受信できるように、且つ必要に応じて信号を処理するように適合されることができる。必要とされる具体的な信号処理は、用いられている器具の種類、並びに用いられている物理的故障分離及び測定ツールの種類に応じて、多様であり得る。信号プロセッサにより処理された信号は、更なる処理のために第２プロセッサに送られる。

第２プロセッサは、第１プロセッサから受信したデータを解析するように、特に、各プローブからの信号に基づいて所定領域の複数の画像を形成するように、適合されることができる。例えば、異なるセンサ又はエネルギー源のそれぞれにより検知され又は印加される異なる性質のそれぞれに関して、所定領域の信号画像（例えば、ナノメートル・スケールの高分解能信号画像）を第２プロセッサにより形成することができる。

第２プロセッサは、また、ユーザが、取得された種々の信号を表す画像を表示画面上に表示し、層として重ねることができるように、適合されることもできる。信号は、所定領域内の同一の固定位置から得られるので、積層された画像の位置合わせは必要とされない。画像を表示画面上に表示して重ね合わせることにより、ユーザは、位置合わせされた画像それぞれにおける既知の点を視覚的に観察することができ、次に、位置合わせされた画像を用いて、画像内の特徴（フィーチャ）の予め知られていない位置（例えば、注目される点、故障等）を識別することができる。それに加えて、第２プロセッサは、所定領域内で故障を分離するか又は測定を行うために、これらの信号画像を対象物の意図される構造を示す外部から供給されたデータ（即ち、設計データ）と正確に相関させるように、適合されることができる。例えば、ユーザは、信号画像のうちの１つの中の既知の点を選択して、外部から供給された設計データ画像内の既知の点と手動で位置合わせすることができるので、残りの信号画像内の特徴を設計データ内の位置と相関させることができる。

共通プラットフォーム上の複数の近接場走査型物理的故障分離及び測定技術を用いることにより、電気的性質を有する対象物（例えば、チップ、ダイ、集積回路、デバイス、材料等）の所定領域からナノメートル・スケールのデータを取得する方法の実施形態は、最初にホルダ（例えば、上記で詳述したようなホルダ）を準備するステップを含む。対象物は、対象物の所定領域が露出するように、且つ、対象物の側部が隆起縁部に当接するように、ホルダの平面部に（例えば、接着材又はクランプにより）固定される。対象物がホルダにより保持されると、第２導体が所定領域内の異なる導電性構造体（例えば、内部回路ノード、デバイス、材料等）に電気的に接続するように、別個の第３導体が局所的に堆積される。次に、所定領域に電気的にバイアスをかけるために、電源により供給される電気的刺激が、ホルダに印加され、対象物内へと伝導される。

所定領域に電気的にバイアスがかけられているときに、上述のような、多数の物理的故障分離及び測定技術のための共通プラットフォームを含むマルチ・プローブ組立体を用いて、所定領域を走査することができ、所定領域内の１つ又は複数の同一の固定位置において、異なるパラメータ（例えば、光、電界、磁界、トポグラフィ、熱、静電容量等）を検知すること、又は異なるエネルギー源（例えば、光、電界、磁界、熱等）を印加することのいずれかによって対象物を評価することができる。例えば、組立体の各アーム上のそれぞれのプローブは、パラメータを検知すること、又はエネルギー源を印加することのいずれかによって対象物を評価するように適合された器具を含むことができる。それぞれの器具は、所定領域内の固定位置に位置決めされることができ、その固定位置において対象物を評価することができる。次に、組立体（例えば、支持構造体自体、又は支持構造体周囲のアームのいずれか）を、異なる器具のそれぞれが同一の固定位置から対象物を評価することができるように、周期的に回転させることができる。１つの固定位置における１サイクルを完了した後、マルチ・プローブ組立体は、器具のそれぞれが別の同一の固定位置で対象物を再び評価することができるように、（例えば、マルチ・プローブ組立体とホルダとの相対的な位置決めを変更することにより）所定領域を走査することができる。

器具のそれぞれが対象物を評価するときに（即ち、異なる特性の各々が、異なるセンサ又はエネルギー源の各々により、それぞれ、検知されるか、又は印加されるときに）、信号は、マルチ・プローブ組立体上のプローブから、又はセンサから、第１プロセッサ（即ち、信号プロセッサ）へと伝送され、解析のために第２プロセッサ（例えば、コンピュータ）上に伝送される。信号プロセッサによる処理は、用いられている故障分離ツールの種類に応じて変わることになる。第２プロセッサは、次に、各器具から受け取った信号に基づいて複数の画像を提供するために、デジタル信号を処理する。例えば、それぞれの信号画像（例えば、ナノメートル・スケールの高分解能信号画像）は、異なる器具のそれぞれにより検知され又は印加された、異なる性質を表すことができ、且つ所定領域の全部又は一部に対応することができる。種々の信号が同一の固定位置から取得されるので、信号画像は、第２プロセッサによって位置合わせされた層として配置されることができ、表示画面上に表示されることができる。積層された信号画像は、次に、故障を検出して分離するか、又は測定を行うために、解析されることができる。それに加えて、位置合わせされた信号画像を表示画面上に表示することにより、ユーザは、信号画像内の特徴（例えば、故障）の予め知られていない位置を設計データ内の既知の特徴と相関させるために、外部から供給された設計データ内の既知の共通位置合わせ点を、信号画像内の既知の共通位置合わせ点とを、更に重ね合わせ、視覚的に位置合わせすることができる。

本発明の実施形態は、図面を参照して以下の詳細な説明からより理解されるであろう。

上述の通り、現在利用可能な物理的故障分離ツールは、要求される感度及び空間分解能を達成することができないので、１００ナノメートル及びそれ以下のデバイス又は材料にとっては、急速に陳腐化してきている。物理的故障分離及び測定技術における近年の進歩において、近接場において（即ち、目的とする回路の数ナノメートル上方で信号を収集することにより）上述の測定技術（例えば、走査型プローブ顕微鏡検査法及び走査型磁気顕微鏡検査法）を用いることにより、感度及び分解能の両方を向上させることを試みてきた。しかしながら、これらの進歩は、部分的で限定的な解決法を提供するだけである。例えば、走査型プローブ顕微鏡は、いわゆる「内部回路」、及び、電気的刺激を必要とし、且つ、比較的大きいパッドを通じて、ワイヤ・ボンディング、はんだ付け、又は他の方法で接続されることができない、個々のデバイス又は材料を測定する能力に欠ける。走査型プローブ顕微鏡はまた、デバイス、材料、又は回路全体を分析するときに必要とされるような大きな領域を走査する能力にも欠ける。近接場走査型磁気顕微鏡は、例えば、磁気信号をトポグラフィ画像に相関させるための十分な位置合わせ能力に欠ける。これらの解決法は両方共、高分解能のトポグラフィ画像を通じて実際の試料に正確に位置合わせする、デバイス又は材料設計のデータが組み込まれていない。これらの解決法は両方共、光子放出測定、或いは光子又は熱走査型顕微鏡検査法を可能にする、近接場光走査能にも欠ける。最後に、これらの解決法は、種々の電気的バイアス配置を必要とする別個のプラットフォーム上に含まれ、機器間での試料の取り扱いが重要であり、そして最も重要なことには、個別に取得された測定値の重ね合わせ又は位置合わせの能力がない。

従って、図１を参照すると、ナノスケールのデバイス又は材料のような通電された対象物から高分解能及び高感度の信号を取得するためのシステム１００及び方法がここで開示され、これは、信号内の特徴を処理して、対象物のトポグラフィ又は設計データ内の既知の特徴と空間的に相関させることができるように、互いに正確に位置合わせ及び重ね合わせされる。システム１００及び方法は、特徴づけ、診断試験、故障分離、測定、又は解析のために用いることができる。システム１００及び方法は、電気的デバイス又は材料のような対象物（例えば、集積回路、チップ、ダイ、ナノ電子デバイス又は材料等）に適用することができ、同様に、近接場走査型プローブを用いて測定又は印加されることができる信号を生成するか、又はそれに応答するような電気的性質を有する他のいかなる対象物（例えば、ナノ材料、ナノ結晶、自己組織化材料、量子ドット、ナノワイヤ、分子デバイス又は材料、トンネル接合、ジョセフソン接合等）にも、適用することができる。

より具体的には、共通プラットフォーム上で多数の近接場走査型の物理的故障分離及び測定技術を提供する、ナノスケールの物理的故障分離及び測定システム１００がここで開示される。ナノスケールの物理的故障分離及び測定システム１００は、電気的性質を有する対象物２１０（例えば、上述のような、チップ、ダイ、集積回路、電子デバイス又は材料、ナノ材料、ナノ結晶等）を保持するための、且つ、対象物２１０の所定領域内に位置する、異なる導電性構造体（例えば、回路ノード、デバイス、材料等）に電気的バイアスを供給するための、特殊なキャリア１０２（即ち、ホルダ）の使用を含む。

システム１００は、更に、支持構造体（例えば、シャフト、タレット等）と、共通基準点（例えば、支持構造体の中心）と、共通基準点の周囲で支持構造体上に取り付けられた多数のアームとを有する、マルチ・プローブ組立体１０４の使用を含む。各アームは、異なる物理的故障分離及び測定技術と協同して使用するための器具を含む、プローブを有する。支持構造体及び／又はホルダは、プローブが対象物の所定領域を走査して、所定領域内の様々な固定位置から測定値を取得することができるように、その相対的位置決めを変更することができるように構成される。支持構造体及び／又はアームのための取付け部はまた、各プローブが複数の同一の固定位置から測定値を取得することができるように回転するように、構成される。加えて、システムは、ナノメートル・スケールの高分解能画像１２６が形成され、表示１１６されることができるように、各プローブを用いて取得されたデータを分析するため、及び分析されたデータを設計ＣＡＤレイアウト１１４に正確に相関させるための、信号プロセッサ１０６及び別のプロセッサ１１２の使用を含む。

より具体的には、本発明の実施形態は、共通プラットフォーム上で複数の近接場走査型物理的故障分離及び測定技術を用いることによって、対象物２１０の所定領域からデータを取得することを可能にする、ナノスケールの故障分離及び測定システム１００並びに関連方法を提供する。システム１００は、対象物２１０の所定領域に電気的バイアスを供給するように適合されたホルダ１０２と、異なるパラメータを検知することにより、又は所定領域内の固定位置に異なるエネルギー源を印加することにより、対象物、特に所定領域を評価するように適合された、マルチ・プローブ組立体とを含むことができる。ホルダ１０２は、対象物２１０を所定領域が露出されるように保持するために、構成することができる。ホルダ１０２は、また、ホルダ１０２を通る電気的刺激により供給される電気的バイアスを所定領域に与えることができるように、所定領域内の多数の異なる導電性構造体に簡単に電気的に接続することができるように構成することができる。

図２及び図３は、対象物２１０がホルダ１０２内に固定される前と後の例示的なホルダ１０２をそれぞれ示す。ホルダ１０２は、隆起縁部２０３を有する平面部２０２を含むことができる。ホルダ１０２は、プリント回路板又は配線板を形成するために用いられるような剛直な絶縁材料で形成することができる。平面部２０２は、対象物２１０の側面２１１が隆起縁部２０３に当接することができるように、且つ、対象物２１０の上面２１３の所定領域２２０を露出されたままにすることができるように対象物２１０を保持するために、構成することができる。対象物２１０は、例えば、接着剤又はクランプによってホルダ１０２内の所定の位置に固定されることができる。隆起縁部２０３は、（上述のように）対象物２１０を受けるように構成され、平面部２０２に直接隣接して位置する水平な溝部２１５を含むことができる。例えば、溝部２１５は、対象物２１０を受けて所定の位置に固定するポケットを形成することができる。隆起縁部２０３は、（図３に示されるように）対象物２１０がホルダ１０２内に固定されたときに、対象物２１０の上面２１３に向かって下方へ延びる、テーパ付けされた上部面２０４を含むこともできる。

複数の第１導体２０５（例えば、リード線に接続するピン２０５）は、隆起縁部２０３を貫通して垂直に延びることができる。複数の第２導体２０６は、第１導体２０５に接続することができる。第２導体２０６は、第１導体２０５から対象物２１０の上面２１３に向かって、隆起縁部２０３のテーパ付けされた上部面２０４に沿って延びることができる。第２導体２０６は、局所的に堆積された別個の第３導体３１０によって、所定領域内の異なる内部回路ノード又は異なる内部回路デバイス若しくは材料といった２つ以上の異なる導電性構造体３２２、３２１に、それぞれ電気的に接続することができる。例えば、図４に示されるように、１つの第２導体２０６は、第３導体３１０により、所定領域２２０内のゲート３２２に電気的に接続することができ、別の第２導体２０６は、別の第３導体３１０により、所定領域内のドレイン領域３２１に接続することができる。別個の第３導体３１０は、例えば、集束イオン・ビーム堆積又はレーザ堆積により、或いは導電性インク塗布により局所的に堆積することができるので、ホルダ１０２を通って伝導される電気的刺激１０８を、所定領域２２０に電気的にバイアスをかけるために用いることができる。

例えば、電源１１０によりホルダ１０２上のリード線に供給された電気的刺激１０８は、第１導体２０５、第２導体２０６及び第３導体３１０を通じて、所定領域２２０内のゲート３２２に伝導されることができる。電流１０８は、次に、所定領域２２０を通ってドレイン領域３２１に伝送され、ホルダ１０２を逆に通って（例えば、別の第３導体３１０、別の第２導体２０６及び別の第１導体２０５を通って）、接地へと伝送されることができる。同時に、対象物２１０の所定領域２２０は、マルチ・プローブ組立体１０４を用いて走査されることができる。具体的には、図３に示されるように、第３導体３１０が、隆起縁部２０３とは反対側の所定領域の第２端部３３２に近接して配置された構造体ではなく、隆起縁部２０３に最も近い所定領域２２０の第１端部３３１に近接して配置された構造体３２１及び３２２（例えば、ゲート、ソース／ドレイン領域等）の上に堆積されている場合、下記に説明される組立体のプローブは、第３導体３１０によってあまり妨害されることなく、所定領域２２０を走査することができる。

図４を参照すると、マルチ・プローブ組立体１０４は、対象物２１０内の所定領域２２０を画像化するために用いることができる多数の物理的故障分離及び測定技術のための共通プラットフォームを含むことができる。具体的には、マルチ・プローブ組立体１０４は、シャフト、タレット等のような支持構造体４６０と、支持構造体４６０の中心といった共通基準点４６１と、支持構造体４６０に取り付けられ、そこから（例えば、半径方向に）延びる多数のアーム４１０とを含むことができる。各アーム４１０は、異なる種類の故障分離又は他の種類のツール（例えば、導電性又はトポグラフィ・マッピング）と協同して用いるための（図５の（Ａ）に示されるような）異なる器具（計器）４１２又は（図５の（Ｂ）に示されるような）多数の異なる器具４１２ａ−ｂを含む、プローブ４１１を有することができる。従って、それぞれのプローブ４１１の異なる器具４１２は、異なるパラメータ（例えば、光、電界、磁界、温度、静電容量、トポグラフィ等）を検知することによって、或いは１つ又は複数の異なるエネルギー源（例えば、光、電界、磁界、温度等）を対象物に印加することによって対象物を評価するように適合されることができる。例えば、それぞれの器具４１２は、１つ又は複数の、光センサ又はエネルギー源、磁気センサ又はエネルギー源、電界センサ又はエネルギー源、トポグラフィ・センサ、熱センサ又はエネルギー源、静電容量センサ等を含むことができる。より具体的には、支持構造体４６０上に取り付けられた各アーム４１０は、走査型熱顕微鏡検査法（ＳＴｈＭ）のための熱プローブ、原子間力顕微鏡検査法（ＡＦＭ）のためのトポグラフィ・プローブ、ＬＩＶＡのための光ファイバ光プローブ、磁気抵抗（ＭＲ）又は磁気力（ＭＦＭ）の磁気プローブ、静電容量プローブ等を含むことができる。支持構造体４６０自体を回転させるか、又はアーム４１０が（例えば、回転取付け部上で）支持構造体４６０の周囲を回転するかのいずれかの場合に、異なる器具４１２のそれぞれが（例えば、所与のパラメータを検知することにより、又は所与のエネルギー源を印加することにより）所定領域２２０内の同一の固定位置４５１から対象物を評価することができるように、プローブ４１１のそれぞれは、共通基準点４６１から既知の位置に配置されるべきである。

更に、図６を参照すると、マルチ・プローブ組立体１０４は、異なる器具４１２が所定領域２２０内の多数の同一の固定位置４５１ａ−ｃから上述のように対象物を評価することができるように、所定領域２２０を走査するように適合されることができる。例えば、支持構造体４６０（したがって、共通基準点４６１）は、アーム４１０上のプローブ４１１が所定領域２２０内の異なる固定位置へと（例えば、４５１ａから４５１ｂへと）移動するように、同じ水平面内でホルダ１０２に対して異なる位置へと（例えば、前後、左右、斜めに、等）移動することができる。それぞれの新しい固定位置で、支持構造体４６０又はアーム４１０は、上述のように、各器具４１２（例えば、センサ又はエネルギー源）からデータを取得するために回転させることができる。

再び図１を参照すると、ホルダ１０２及びマルチ・プローブ組立体１０４に加えて、システム１００は、第１プロセッサ１０６及び第２プロセッサ１１２もまた含むことができる。第１プロセッサ１０６（即ち、信号プロセッサ）は、マルチ・プローブ組立体１０４上のプローブの異なる器具（例えばセンサ、エネルギー源等）４１２からの信号１２１、並びに、対象物２１０に印加される電気的刺激１０８（例えば、電圧等）に関するデータ１２２を受信するように適合され、且つ、必要に応じて信号１２１を処理するように適合されている。当業者であれば、必要とされる特定の信号処理は、マルチ・プローブ組立体１０４で用いられる器具の種類、並びに用いられている物理的故障分離及び測定技術によって様々であるということを認識するであろう。例えば、第１プロセッサ１０６は、検知された（例えば、光ファイバ・センサ由来の、又は光などの適用された属性で励起されたときのデバイス若しくは材料由来の）アナログ信号を増幅するための増幅器、及び増幅された信号をデジタル領域に変換するためのアナログ−デジタル変換器を含むことができる。信号が、信号プロセッサ１０６によって処理されてデジタル信号１２３（即ち、デジタル・データ）に変換されると、それらは、第２プロセッサ１１２（例えば、コンピュータ処理ユニット）へ送られ、更に処理される。

第２プロセッサ１１２は、第１プロセッサ１０６から受け取ったデジタル信号データ１２３を解析するように適合されることができ、特に、信号１２１に基づいて、所定領域２２０の複数の信号画像１２６を形成するように適合されることができる。所定領域の信号画像１２６は、所定領域全体又はその一部を含むことができる。従って、検知された異なる性質のそれぞれに関して、又は印加された各エネルギー源に関して、所定領域の信号画像１２６（例えば、ナノメートル・スケールの高分解能信号画像）を第２プロセッサ１１２によって形成することができる。例えば、図７の（Ａ）及び図７の（Ｂ）は、所定領域２２０内の同じ固定位置から得られたトンネル電流信号画像７００、及びトポグラフィ信号画像７１０をそれぞれ示す。図７の（Ｃ）の重ね合わされた画像７２０により示されるように、第２プロセッサ１１２は、ユーザが種々の信号画像（例えば、画像７００及び７１０）を表示画面１１６上に表示して重ね合わせることが可能なように、更に適合されることができる。信号１２１は所定領域２２０内の同一の固定位置から取得されるので、積層された画像７００及び７１０の視覚的位置合わせは必要とされない。画像７００及び７１０を表示画面１１６上に表示すること及び重ね合わせることにより、ユーザは、積層された、位置合わせされた画像７００、７１０のそれぞれにおける既知の点７０１−７０３を視覚的に観察することができ、次に、既知の点７０１−７０３に基づいて積層された画像を解析して、予め知られていない故障位置７０４又は注目される他の点の位置を識別することができ、且つ、所定領域内で測定を行うことができる。

所定領域内で故障を分離し、又は測定を行うために、第２プロセッサ１１２は、積層されているか又は個別であるかいずれかの信号画像１２６を、対象物（例えば、チップ、ダイ、集積回路、デバイス、材料等）の意図される構造、特に、対象物の所定領域の意図される構造を示す、外部から供給されたデータ１１４（即ち、設計データ）由来の設計画像１２８と正確に相関させるように、更に適合されることができる。例えば、図８の（Ａ）−図８の（Ｃ）に示されるように、ユーザは、図８に示されるような、静電容量画像などの信号画像８００内の既知の点８０１−８０３を選択することができ、それらの既知の点８０１−８０３を（図８の（Ｂ）に示されるような）外部から供給された設計データ画像８１０内の同じ既知の点８０１−８０３に手動で位置合わせして、（図８の（Ｃ）に示されるような）重ね合わされた画像８２０を形成することができる。これらの既知の位置８０１−８０３に基づいて、この重ね合わされた画像８２０は、信号画像８００内の付加的な特徴８０４（例えば、故障又は他の注目される点）を識別して位置を求めるために、及び所定領域内で測定を行うために、解析されることができる。

図９を図１−図８と共に参照すると、上記で詳述されるように、共通プラットフォーム上で複数の近接場走査型物理的故障分離及び測定技術を用いることにより電気的性質を有する対象物２１０の所定領域からナノメートル・スケールのデータを取得する方法の実施形態は、最初に、対象物２１０を対象物の所定領域２２０が露出されるように保持することができるホルダ１０２を準備するステップを含む（９０２、図２−図３を参照のこと）。これに加えて、ホルダ１０２は、電源１１０からホルダ１０２を通る電気的刺激１０８により供給される電気的バイアスを所定領域２２０に印加することができるように、所定領域２２０内の多数の異なる導電性構造体３２１−３２２に対して容易に電気的接続するように構成されるべきである（例えば、上記のホルダ１０２の詳細な記述を参照のこと）。

対象物２１０は、対象物２１０の所定領域２２０が露出され、且つ対象物２１０の側部２１１が隆起縁部２０３に当接するように、（例えば、接着剤又はクランプにより）ホルダ１０２の平面部２０２に固定される。対象物２１０がホルダ１０２により保持されると、ホルダの第２導体２０６が所定領域内部の異なる導電性構造体３２２、３２１（例えば、内部回路ノード、又はデバイス若しくは材料）に電気的に接続するように、多数の別個の第３導体３１０がホルダ１０２及び対象物２１０の上に局所的に堆積される（９０４）。別個の第３導体３１０は、例えば、集束イオン・ビーム堆積、レーザ堆積、又は導電性インク塗布により局所的に堆積されることができるので、ホルダ１０２を通って伝導される電気的刺激１０８は、所定領域２２０に電気的にバイアスをかけるために用いられることができる。

電気的刺激１０８は、電源１１０によりホルダ１０２に供給される。例えば、電気的刺激１０８は、ホルダ１０２の隆起縁部２０３内の第１導体２０５に接続されたリード線に印加することができる（９０６）。電気的刺激１０８は、所定領域２２０に電気的にバイアスをかけるために、ホルダ１０２から対象物内の異なる導電性構造体３２２、３２１を通って伝導することができる（９０８）。

（プロセス９０８において）所定領域に電気的にバイアスがかけられているときに、上記で詳述するような、多数の物理的故障分離及び測定技術のための共通プラットフォームを含むマルチ・プローブ組立体１０４を用いて、所定領域を走査することができ、所定領域内部の１つ又は複数の同じ固定位置において、異なるパラメータ（例えば、光、電界、磁界、トポグラフィ、熱、静電容量等）を検知すること、又は異なるエネルギー源（例えば、光、電界、磁界、熱等）を印加することのいずれかによって対象物を評価することができる（９１０−９１２）。例えば、（図４−図５に示されるように）、組立体のプローブ４１１のうちの１つは、所定領域２２０内の固定位置（例えば、固定位置４５１ａ）に位置決めすることができる。プローブ４１１の器具４１２（例えば、上記で詳述したようなセンサ又はエネルギー源）は、固定位置４５１ａで対象物を評価することができる。次に、隣接するアーム上の異なる器具４１２が所定領域２２０内の同一の固定位置４５１ａで対象物を評価することができるように、支持構造体４６０、又は組立体のアーム４１０のいずれかを回転させることができ、以下同様である（９１０）。（プロセス９１０における）１つの固定位置４５１ａでのサイクルが完了した後に、マルチ・プローブ組立体１０４は、異なる器具４１２のそれぞれが所定領域２２０内の別の同じ固定位置４５１ｂで対象物を評価するために再び用いられることができるように、（例えば、同じ水平面においてマルチ・プローブ組立体１０４及びホルダ１０２の相対的位置決めを変更することにより）所定領域２２０を走査することができ、以下同様である（９１２）。

器具４１２のそれぞれが対象物を評価しているときに、信号１２１は、マルチ・プローブ組立体１０４から第１プロセッサ１０６（即ち、信号プロセッサ）へと伝送され、解析のために第２プロセッサ１１２（例えば、コンピュータ処理ユニット）上に送られる。信号プロセッサ１０６による処理は、用いられている故障分離ツールの種類に応じて変わることになり、アナログ信号をデジタル信号に変換するステップを含むことができる。第２プロセッサ１１２は、次に、異なる信号１２１のそれぞれについて、所定領域の全体又は一部の画像（例えば、ナノメートル・スケールの高分解能画像）を提供するために、デジタル信号１２３を処理する（９１４）。

信号画像は、表示画面１１６上で表示され、重ね合わされることができる（９１６−９１８）。信号１２１は、所定領域２２０内部の同一の固定位置から取得されるので、積層された画像の位置合わせは必要とされない。表示画面１１６上で画像を表示して重ね合わせることにより、既知の点は位置合わせされ、積層され、位置合わせされた画像のそれぞれにおいて視覚的に観察することができる。これらの既知の位置合わせされた点に基づいて、積層された画像は、所定領域内で予め知られていない故障位置を識別するか、又は測定を行うために解析されることができる。

更に、積層されているか又は個別であるかいずれかの信号画像は、所定領域内で故障を分離するか又は測定を行うために、対象物（例えば、チップ、ダイ、集積回路、デバイス、材料等）の意図される構造、特に、対象物の所定領域の意図される構造を示す外部から供給されたデータ１１４（即ち、設計データ）由来の設計画像１２８と相関させることができる。例えば、信号画像内の既知の点を、外部から供給された設計データ画像内の同じ既知の点と手動で位置合わせすることができる（９２０）。これらの既知の点が位置合わせされると、位置合わせされた画像は、他の特徴（例えば、故障又は他の注目される点）の位置を識別するために、及び所定領域内で測定を行うために、解析されることができる（９２２）。

従って、共通プラットフォーム上の多数の近接場走査型物理的故障分離及び測定技術を提供するナノスケールの物理的故障分離及び測定システムが、上記で開示される。具体的には、電気的性質を有する対象物を保持するため、及び対象物の所定領域に電気的バイアスを供給するための特殊キャリアの使用を含む、ナノスケールの物理的故障分離及び測定システムが開示される。システムは、更に、対象物を評価するためのマルチ・プローブ組立体の使用を含む。マルチ・プローブ組立体は、共通基準点の周囲で支持構造体に取り付けられた複数のアームを含む。各アームは、異なる種類の物理的故障分離及び測定ツールのための器具を含む、プローブを有する。支持構造体及び／又はアームは、各プローブが同一の固定位置から測定値を取得することができるように移動するように、構成される。支持構造体及び／又はホルダは、対象物の所定領域内の多数の同一の固定位置から測定値を取得するためにその相対的位置決めを変更することができるように、構成される。更に、システムは、信号プロセッサ、及び信号を分析するための別のプロセッサの使用を含む。具体的には、測定を行うか、又は障害位置を分離するために、各信号に関連する画像が形成され、設計データと正確に位置合わせされ、且つ他の信号画像と積層される。

本発明の故障分離システムの実施形態の概略図を示す。 図１のシステムの例示的なデバイス又は材料ホルダの概略的な断面図を示す。 図１のシステムの例示的なデバイス又は材料ホルダの概略的な断面図を示す。 図１のシステムの、マルチ・プローブ組立体に対しての例示的なデバイス又は材料ホルダの概略的な平面図を示す。 図１のシステムの、マルチ・プローブ組立体の例示的なプローブの概略的な側面図を示す。 図１のシステムの、マルチ・プローブ組立体に対しての例示的なデバイス又は材料ホルダの概略的な平面図を示す。 （Ａ）及び（Ｂ）に図１のシステムで取得された例示的な信号画像を示し、（Ａ）及び（Ｂ）の信号画像の例示的な重ね合わせを（Ｃ）に示す。 （Ａ）に図１のシステムで取得された例示的な信号画像を示し、（Ｂ）に例示的な設計画像を示し、（Ｃ）に（Ａ）の信号画像と（Ｂ）の設計画像の例示的な重ね合わせを示す。 本発明の方法の実施形態を示す、概略的なフロー図である。

符号の説明

１００：システム
１０２：ホルダ
１０４：マルチ・プローブ組立体
１０６：第１プロセッサ
１０８：電気的刺激
１１２：第２プロセッサ
１１４：設計データ
１１６：表示画面
２０３：隆起縁部
２０４：テーパ付けされた上面部
２０５：第１導体
２０６：第２導体
２１０：対象物
２２０：所定領域
３１０：第３導体
４１０：アーム
４１１：プローブ
４１２：器具
４６０：支持構造体
４６１：共通基準点

Claims (11)

1. 電気的性質を有する対象物の所定領域からデータを取得するためのシステムであって、前記システムは、
   導体を有するホルダであって、前記導体に印加された電圧が前記所定領域に電気的にバイアスをかけるように、前記導体が前記対象物の前記所定領域内の多数の異なる導電性構造体に電気的に接続されたホルダと、
   マルチ・プローブ組立体と、
   を含み、
   前記マルチ・プローブ組立体は、
   支持構造体と、
   前記支持構造体から延びる複数のアームであって、前記アームのそれぞれは、電気的及び物理的測定のためのパラメータを検知すること、及び前記電気的及び物理的測定のためのエネルギー源を印加することのうちの１つによって前記電気的及び物理的測定をするように適合された器具を備えたプローブを含み、前記器具のそれぞれが前記所定領域内の同一の固定位置で前記電気的及び物理的測定をすることができるように、前記支持構造体及び前記複数のアームのうちの１つが移動するように適合されている、アームと、
   前記マルチ・プローブ組立体と通信する第１プロセッサと、
   前記第１プロセッサと通信する第２プロセッサと、
   を含み、前記第１プロセッサは、前記器具のそれぞれから信号を受信し、前記信号を処理し、処理した後に前記信号を前記第２プロセッサに送信するように適合されており、前記第２プロセッサは、前記器具のそれぞれからの前記第１プロセッサにより処理された前記信号に基づいて、前記所定領域の複数の画像を形成するように適合され、且つ前記所定領域の設計データを更に含み、前記画像を前記設計データと正確に相関させるように適合されている、
   システム。
2. 前記プローブは複数の器具を含み、前記器具のそれぞれは、前記電気的及び物理的測定のためのパラメータを検知すること、及び前記電気的及び物理的測定のためのエネルギー源を印加することのうちの１つによって前記電気的及び物理的測定をするように適合されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記マルチ・プローブ組立体は、前記器具のそれぞれが複数の前記同一の固定位置で前記電気的及び物理的測定をすることができるように、前記所定領域を走査するように適合されている、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
4. 前記対象物は、デバイス、材料、集積回路、ダイ及びチップのうちの１つを含む、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
5. 前記異なる導電性構造体は、前記所定領域内の、内部回路ノード、内部回路デバイス、及び内部回路材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
6. 電気的性質を有する対象物の所定領域からデータを取得する方法であって、
   前記対象物の前記所定領域が露出されるように、前記対象物をホルダで保持するステップと、
   前記所定領域内の多数の異なる導電性構造体を、前記ホルダの導体に電気的に接続するステップと、
   前記導体に電圧を印加するステップと、
   前記所定領域に電圧バイアスをかけるために、前記電圧を、前記導体から前記多数の異なる導電性構造体を通して伝導するステップと、
   マルチ・プローブ組立体を用いることにより、前記所定領域内の同一の固定位置から電気的及び物理的測定をするステップと、
   前記電気的及び物理的測定をするための器具のそれぞれから信号を受信するステップと、
   前記信号に基づいて前記所定領域の複数の画像を提供するために前記信号を処理するステップと、
   前記所定領域内の故障を識別するために、前記画像を前記所定領域に関する設計データに相関させるステップと、
   を含む方法。
7. 前記所定領域内の前記多数の異なる導電性構造体を前記ホルダの導体に接続する前記ステップは、
   隆起縁部を有する平面部と、前記隆起縁部を貫通して垂直に延びる複数の第１導体と、前記隆起縁部の上部面に配置され、前記複数の第１導体に接続される複数の第２導体とを備えた、前記ホルダを形成するステップと、
   前記対象物の側面が前記隆起縁部に当接するように、前記対象物を前記平面部上に置くステップと、
   前記第２導体のうちの少なくとも２つが前記多数の異なる導電性構造体のうちの少なくとも２つに電気的に接続されるように、多数の別個の第３導体を前記対象物及び前記隆起縁部上に局所的に堆積するステップと、
   を含む請求項６に記載の方法。
8. 前記電気的及び物理的測定をする前記ステップは、
   支持構造体と、前記支持構造体の共通基準点に取り付けられた複数のアームとを有するマルチ・プローブ組立体を準備するステップであって、前記アームのそれぞれは前記共通基準点から延び、少なくとも１つの器具を備えたプローブを含み、前記器具のそれぞれは、前記電気的及び物理的測定のためのパラメータを検知すること、及び、前記電気的及び物理的測定のためのエネルギー源を印加することのうちの１つによって前記電気的及び物理的測定をするように適合されているステップと、
   前記器具のそれぞれが前記所定領域内の前記同一の固定位置から前記電気的及び物理的測定をすることができるように、前記支持構造体及び前記複数のアームのうちの１つを回転させるステップと、を含む請求項６に記載の方法。
9. 前記器具のそれぞれが複数の前記同一の固定位置で前記電気的及び物理的測定をすることができるように、前記所定領域を走査するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
10. 前記画像を提供する前記ステップが、ナノメートル・スケールの高分解能画像を提供するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
11. 前記所定領域内の故障位置を識別すること、及び前記所定領域内で測定を行うことのうち少なくとも１つのために、表示画面上に前記画像を表示するステップと、前記画像を重ね合わせるステップと、前記画像を解析するステップと、を更に含む請求項６に記載の方法。

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