JP5873741B2 - 半導体検査装置および半導体検査方法 - Google Patents
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Description
100 荷電粒子光学系装置
101 荷電粒子源
102 荷電粒子線
103 試料室
104 プローバステージ
104a 開口部
104b 支柱
105 プローバ
106 プローブホルダ
107,107a〜107d プローブ針
108 試料ステージ
109 試料ホルダ
109a 検査素子
110 試料ウェーハ
111 排気装置
112 粗寄せ画像取得ユニット
112a 第2の粗寄せ画像取得ユニット
113 プローブ交換ロボット
114 プローブ交換前室
115 交換用プローブホルダ
116 ストッカ
117 試料搬送ロボット
118 試料交換前室
119 試料ウェーハ格納容器
120 荷電粒子画像取得ユニット
121 電流電圧検出ユニット
122 電流電圧画像取得ユニット
125 制御コンピュータ
126 表示装置
Claims (19)
- 荷電粒子線を集束させ検査対象の試料に照射する荷電粒子光学系装置と、前記試料が収容される試料室と、前記試料を保持して、前記試料室内を自在に移動する試料ステージと、プローブ針を備えたプローバを搭載し、前記試料室内を前記試料ステージとは独立に自在に移動するプローバステージと、前記プローブ針を前記試料上の接触目的の位置に粗寄せするときに前記試料の光学画像を取得する粗寄せ画像取得ユニットと、前記荷電粒子線を走査させながら前記試料に照射したときに前記試料から放出される二次荷電粒子の検出信号と前記荷電粒子線を走査させる制御信号とに基づき前記試料の荷電粒子画像を取得する荷電粒子画像取得ユニットと、前記プローブ針に電気的に接続され、前記プローブ針から得られる電流または電圧を検出する電流電圧検出ユニットと、制御コンピュータと、を含んで構成された半導体検査装置であって、
前記試料ステージは、前記試料室の床面に設けられ、
前記プローバステージは、前記試料ステージとは分離して前記試料室の天井面に設けられ、
前記制御コンピュータは、
前記プローバステージおよび前記試料ステージをそれぞれ前記粗寄せ画像取得ユニット近傍まで移動させるとともに、前記粗寄せ画像取得ユニットによって取得される前記接触目的の位置近傍の配線または端子の像および前記プローブ針の像をともに含んだ光学画像に基づき、前記試料と前記プローブ針との相対的な位置関係を定める制御と、
前記定めた前記試料と前記プローブ針との相対的な位置関係を保持した状態で、前記プローバステージおよび前記試料ステージを前記荷電粒子光学系装置下方の前記荷電粒子線の照射位置まで移動させる制御と、
前記荷電粒子画像取得ユニットによって取得される前記試料上の接触目的の配線または端子の像および前記プローブ針の像をともに含んだ荷電粒子画像に基づき、前記プローバにより前記プローブ針を前後、左右および上下に移動させて、前記プローブ針の先端を前記試料上の接触目的の位置に接触させる制御と、
前記荷電粒子光学系装置により前記荷電粒子線を前記試料に照射し、そのとき前記電流電圧検出ユニットによって検出される電流値または電圧値を取得する制御と、
を行うこと
を特徴とする半導体検査装置。 - 前記荷電粒子線を走査させながら前記試料に照射したときに前記電流電圧検出ユニットによって検出される電流値または電圧値と前記荷電粒子線を走査させる制御信号とに基づき、前記試料の電流電圧画像を取得する電流電圧画像取得ユニットを、さらに、備え、
前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって取得した電流電圧画像を表示装置に表示すること
を特徴とする請求項1に記載の半導体検査装置。 - 前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって電流電圧画像を取得するとき、その電流値または電圧値を取得し、前記電流電圧画像を表示装置に表示するときには、その取得した電流値または電圧の値に応じて、前記電流電圧画像を単色または複数の色で階調表示すること
を特徴とする請求項2に記載の半導体検査装置。 - 前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって取得した電流電圧画像と、前記取得した電流電圧画像部分に含まれる前記試料に形成された半導体回路の設計データに基づき生成される電流電圧画像のシミュレーション画像との画像比較を行い、不一致箇所が検出された場合には、その不一致箇所を欠陥箇所と判定すること
を特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体検査装置。 - 前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって取得した電流電圧画像と、前記電流電圧画像取得ユニットによって以前に取得し、欠陥が含まれていないことが既知の電流電圧画像との画像比較を行い、不一致箇所が検出された場合には、その不一致箇所を欠陥箇所と判定すること
を特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体検査装置。 - 前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって取得した電流電圧画像に基づき、前記試料に形成された配線の幅、配線の長さ、不純物領域の寸法、電極の寸法およびコンタクトホールの径のうち少なくとも1つを測長すること
を特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体検査装置。 - 前記プローブ針は、プローブホルダに取り付けられ、プローブホルダは、プローバに着脱可能に装着されること
を特徴とする請求項1に記載の半導体検査装置。 - 前記試料室には、新品のプローブ針が取り付けられたプローブホルダを格納するストッカと、前記プローバに装着されているプローブホルダを脱着して、前記脱着したプローブホルダを前記試料室から搬出し、前記ストッカに格納するとともに、前記ストッカから前記新品のプローブ針が取り付けられたプローブホルダを取り出し、前記取り出したプローブホルダを前記試料室へ搬入し、前記プローバに装着するプローブ交換ロボットと、を収容するプローブ交換前室が設けられていること
を特徴とする請求項7に記載の半導体検査装置。 - 前記試料ステージの上面には、前記プローブ針の性能チェック用の検査素子が設けられていること
を特徴とする請求項1に記載の半導体検査装置。 - 前記プローブ針の性能チェック用の検査素子は、抵抗素子であること
を特徴とする請求項9に記載の半導体検査装置。 - 前記プローバステージには、複数のプローバが搭載され、
前記複数のプローバのうちの1つのプローバは、他のプローバが備えるプローブ針よりも機械的強度が大きいプローブ針を備え、前記プローブ針を前記試料に接触、移動させて、前記試料表面に前記プローブ針による引っかき傷のマークをつけること
を特徴とする請求項1に記載の半導体検査装置。 - 荷電粒子線を集束させ検査対象の試料に照射する荷電粒子光学系装置と、前記試料が収容される試料室と、前記試料を保持して、前記試料室内を自在に移動する試料ステージと、プローブ針を備えたプローバを複数個搭載し、前記試料室内を前記試料ステージとは独立に自在に移動するプローバステージと、前記プローブ針を前記試料上の接触目的の位置に粗寄せするときに前記試料の光学画像を取得する粗寄せ画像取得ユニットと、前記荷電粒子線を走査させながら前記試料に照射したときに前記試料から放出される二次荷電粒子の検出信号と前記荷電粒子線を走査させる制御信号とに基づき前記試料の荷電粒子画像を取得する荷電粒子画像取得ユニットと、前記プローブ針に電気的に接続され、前記複数個のプローバのうち一部のプローバのプローブ針へ電流または電圧を供給するとともに、前記複数個のプローバのうち他の一部のプローバのプローブ針から得られる電流または電圧を検出する電流電圧検出ユニットと、制御コンピュータと、を含んで構成された半導体検査装置であって、
前記試料ステージは、前記試料室の床面に設けられ、
前記プローバステージは、前記試料ステージとは分離して前記試料室の天井面に設けられ、
前記制御コンピュータは、
前記プローバステージおよび前記試料ステージをそれぞれ前記粗寄せ画像取得ユニット近傍まで移動させるとともに、前記粗寄せ画像取得ユニットによって取得される前記接触目的の位置近傍の配線または端子の像および前記プローブ針の像をともに含んだ光学画像に基づき、前記試料と前記プローブ針との相対的な位置関係を定める制御と、
前記定めた前記試料と前記プローブ針との相対的な位置関係を保持した状態で、前記プローバステージおよび前記試料ステージを前記荷電粒子光学系装置下方の前記荷電粒子線の照射位置まで移動させる制御と、
前記荷電粒子画像取得ユニットによって取得される前記試料上の接触目的の配線または端子の像および前記プローブ針の像をともに含んだ荷電粒子画像に基づき、前記プローバにより前記プローブ針を前後、左右および上下に移動させて、前記プローブ針の先端を前記試料上の接触目的の位置に接触させる制御と、
前記電流電圧検出ユニットを介して、前記一部のプローバのプローブ針に供給した電流または電圧と、前記他の一部のプローバのプローブ針から検出された電流または電圧との関係データを取得し、その関係データを表示装置に表示する制御と、
を行うこと
を特徴とする半導体検査装置。 - 荷電粒子線を集束させ検査対象の試料に照射する荷電粒子光学系装置と、前記試料が収容される試料室と、前記試料を保持して、前記試料室内を自在に移動する試料ステージと、プローブ針を備えたプローバを搭載し、前記試料室内を前記試料ステージとは独立に自在に移動するプローバステージと、前記プローブ針を前記試料上の接触目的の位置に粗寄せするときに前記試料の光学画像を取得する粗寄せ画像取得ユニットと、前記荷電粒子線を走査させながら前記試料に照射したときに前記試料から放出される二次荷電粒子の検出信号と前記荷電粒子線を走査させる制御信号とに基づき前記試料の荷電粒子画像を取得する荷電粒子画像取得ユニットと、前記プローブ針に電気的に接続され、前記プローブ針から得られる電流または電圧を検出する電流電圧検出ユニットと、制御コンピュータと、を含んで構成された半導体検査装置による半導体検査方法であって、
前記試料ステージは、前記試料室の床面に設けられ、
前記プローバステージは、前記試料ステージとは分離して前記試料室の天井面に設けられ、
前記制御コンピュータは、
前記プローバステージおよび前記試料ステージをそれぞれ前記粗寄せ画像取得ユニット近傍まで移動させるとともに、前記粗寄せ画像取得ユニットによって取得される前記接触目的の位置近傍の配線または端子の像および前記プローブ針の像をともに含んだ光学画像に基づき、前記試料と前記プローブ針との相対的な位置関係を定める制御と、
前記定めた前記試料と前記プローブ針との相対的な位置関係を保持した状態で、前記プローバステージおよび前記試料ステージを前記荷電粒子光学系装置下方の前記荷電粒子線の照射位置まで移動させる制御と、
前記荷電粒子画像取得ユニットによって取得される前記試料上の接触目的の配線または端子の像および前記プローブ針の像をともに含んだ荷電粒子画像に基づき、前記プローバにより前記プローブ針を前後、左右および上下に移動させて、前記プローブ針の先端を前記試料上の接触目的の位置に接触させる制御と、
前記荷電粒子光学系装置により前記荷電粒子線を前記試料に照射し、そのとき前記電流電圧検出ユニットによって検出される電流値または電圧値を取得する制御と、
を行うこと
を特徴とする半導体検査方法。 - 前記半導体検査装置は、
前記荷電粒子線を走査させながら前記試料に照射したときに前記電流電圧検出ユニットによって検出される電流値または電圧値と前記荷電粒子線を走査させる制御信号とに基づき、前記試料の電流電圧画像を取得する電流電圧画像取得ユニットを、さらに、備え、
前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって取得した電流電圧画像を表示装置に表示すること
を特徴とする請求項13に記載の半導体検査方法。 - 前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって電流電圧画像を取得するとき、その電流値または電圧値を取得し、前記電流電圧画像を表示装置に表示するときには、その取得した電流値または電圧の値に応じて、前記電流電圧画像を単色または複数の色で階調表示すること
を特徴とする請求項14に記載の半導体検査方法。 - 前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって取得した電流電圧画像と、前記取得した電流電圧画像部分に含まれる前記試料に形成された半導体回路の設計データに基づき生成される電流電圧画像のシミュレーション画像との画像比較を行い、不一致箇所が検出された場合には、その不一致箇所を欠陥箇所と判定すること
を特徴とする請求項14または請求項15に記載の半導体検査方法。 - 前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって取得した電流電圧画像と、前記電流電圧画像取得ユニットによって以前に取得し、欠陥が含まれていないことが既知の電流電圧画像との画像比較を行い、不一致箇所が検出された場合には、その不一致箇所を欠陥箇所と判定すること
を特徴とする請求項14または請求項15に記載の半導体検査方法。 - 前記制御コンピュータは、
前記電流電圧画像取得ユニットによって取得した電流電圧画像に基づき、前記試料に形成された配線の幅、配線の長さ、不純物領域の寸法、電極の寸法およびコンタクトホールの径のうち少なくとも1つを測長すること
を特徴とする請求項14または請求項15に記載の半導体検査方法。 - 荷電粒子線を集束させ検査対象の試料に照射する荷電粒子光学系装置と、前記試料が収容される試料室と、前記試料を保持して、前記試料室内を自在に移動する試料ステージと、プローブ針を備えたプローバを複数個搭載し、前記試料室内を前記試料ステージとは独立に自在に移動するプローバステージと、前記プローブ針を前記試料上の接触目的の位置に粗寄せするときに前記試料の光学画像を取得する粗寄せ画像取得ユニットと、前記荷電粒子線を走査させながら前記試料に照射したときに前記試料から放出される二次荷電粒子の検出信号と前記荷電粒子線を走査させる制御信号とに基づき前記試料の荷電粒子画像を取得する荷電粒子画像取得ユニットと、前記プローブ針に電気的に接続され、前記複数個のプローバのうち一部のプローバのプローブ針へ電流または電圧を供給するとともに、前記複数個のプローバのうち他の一部のプローバのプローブ針から得られる電流または電圧を検出する電流電圧検出ユニットと、制御コンピュータと、を含んで構成された半導体検査装置による半導体検査方法であって、
前記試料ステージは、前記試料室の床面に設けられ、
前記プローバステージは、前記試料ステージとは分離して前記試料室の天井面に設けられ、
前記制御コンピュータは、
前記プローバステージおよび前記試料ステージをそれぞれ前記粗寄せ画像取得ユニット近傍まで移動させるとともに、前記粗寄せ画像取得ユニットによって取得される前記接触目的の位置近傍の配線または端子の像および前記プローブ針の像をともに含んだ光学画像に基づき、前記試料と前記プローブ針との相対的な位置関係を定める制御と、
前記定めた前記試料と前記プローブ針との相対的な位置関係を保持した状態で、前記プローバステージおよび前記試料ステージを前記荷電粒子光学系装置下方の前記荷電粒子線の照射位置まで移動させる制御と、
前記荷電粒子画像取得ユニットによって取得される前記試料上の接触目的の配線または端子の像および前記プローブ針の像をともに含んだ荷電粒子画像に基づき、前記プローバにより前記プローブ針を前後、左右および上下に移動させて、前記プローブ針の先端を前記試料上の接触目的の位置に接触させる制御と、
前記電流電圧検出ユニットを介して、前記一部のプローバのプローブ針に供給した電流または電圧と、前記他の一部のプローバのプローブ針から検出された電流または電圧との関係データを取得し、その関係データを表示装置に表示する制御と、
を行うこと
を特徴とする半導体検査方法。
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