KR20180036739A - 회로 검사 방법 및 시료 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 종래의 EBAC에서는 특정이 곤란했던 불량 개소에 기인하는 신호를 검출하는 것에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 형태에서는, 회로가 형성된 시료에 적어도 1개의 탐침을 접촉시키고, 탐침을 통하여, 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 전력을 공급하면서 하전 입자선에 의하여 시료를 주사하고, 국소적으로 가열된 불량의 저항값 변화를 탐침을 통하여 측정한다. 본 발명에 의하면, 고저항 불량이나 시료 내부에 매몰된 불량에 기인하는 신호이더라도 용이하게 검출할 수 있다.

Description

회로 검사 방법 및 시료 검사 장치
본 발명은, 회로가 형성된 반도체 및 그 외의 시료에 대하여 적어도 1개의 탐침을 접촉시키면서 시료에 하전 입자선을 조사하고, 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 있어서의 불량의 해석을 행하는 회로 검사 방법 및 시료 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 표면에 회로가 형성된 반도체 시료의 불량 해석에 있어서는, 불량 개소의 특정이 중요하다. 한편, 작금에 있어서의 디바이스의 미세화에 수반하여 불량 개소의 특정이 어려워지고 있다. 그 결과, 불량 해석에 방대한 시간이 필요하게 되었다. 그 때문에 현재는, OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change)나 EB(Electron Beam) 테스터 및 그 외의 해석 장치가 이러한 종류의 불량 해석에 사용되고 있다.
그 중에서도 배선의 불량 해석에 관한 분야에서는, 전자선으로 대표되는 하전 입자선을 반도체 시료에 조사함과 함께 시료에 프로브(탐침)를 접촉시키고, 배선에 의하여 흡수된 전류나 반도체 시료로부터 방출된 2차적인 신호(2차 전자나 반사 전자 등)를 해석하여 화상화하는 기술이 주목받고 있다. 배선에 의하여 흡수된 전류(흡수 전류)에 기초하여 얻어지는 신호(흡수 전류 신호)의 분포상은 전자선 흡수 전류상(EBAC, Electron Beam Absorbed Current)이라 칭해진다.
일본 특허 공개 제2008-203075호 공보(특허문헌 1)에는, 시료 표면의 배선 패턴에 하전 입자선을 조사하고, 당해 배선 패턴에 접촉시킨 2개의 탐침 a 및 b에 흐르는 흡수 전류를 측정하는 흡수 전류 검출 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1의 장치는, 탐침 a 및 b에 흐르는 흡수 전류를, 소정의 저항값을 갖는 출력 전압 조정용의 입력 저항을 통하여 전류/전압 변환기에 부여하는 것을 특징으로 한다.
한편, 일본 특허 공개 제2009-252854호 공보(특허문헌 2)에는, 흡수 전류상을 작성할 때의 시료 온도를 가변하고, 각 온도에서 작성된 흡수 전류상의 차분 화상을 취득함으로써, 불량부와 정상부 사이에서 신호의 변위가 적더라도 불량 개소를 특정하기 쉽게 하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2008-203075호 공보 일본 특허 공개 제2009-252854호 공보
본원 발명자가, 저항값이 높은 불량 개소의 특정에 대하여 예의 검토한 결과, 다음의 지견을 얻는데 이르렀다.
특허문헌 1과 같이, 조사한 전자선을 신호원으로서 이용하는 종래의 EBAC 장치에서는, 불량 개소의 저항값이 높은(이하, 이러한 불량을 고저항 불량이라 칭함) 경우, 흡수 전류가 적어져 신호의 변위가 작아져 버린다. 그 때문에, 배선 사이에서 절연이 유지되고 있는 정상의 상태와, 배선 사이에 고저항 불량이 존재하는 상태의 구별이 곤란하였다.
EBAC의 신호량을 증가시키기 위해서는, 전자선의 조사량을 증가시키는 것이 생각된다. 그러나 전자선의 조사량을 증가시킴으로써, 전자선에 의한 시료에 대한 손상이나, 오염량, 대전량도 동시에 증가해 버린다. 또한 불량이 시료 내부에 매몰되어 있는 경우, 시료 내부에서 전자의 확산이 일어남으로써 불량의 위치가 흐릿해져 버린다.
한편, 특허문헌 2에 나타내는 장치는, 시료를 전체적으로 가열 또는 냉각함으로써 불량 개소를 특정하기 쉽게 하는 것이 가능하다. 그러나 당해 장치의 방법은 시료의 온도를 국소적으로 변화시키는 것을 의도하고 있지 않으며, 불량 개소(및 그 근방)의 국소적인 온도 변화에 기인한 신호를 추출할 수 없어, 고저항 불량을 특정하는 것은 곤란하였다.
본 발명의 목적은, 종래의 EBAC에서는 특정이 곤란했던 불량 개소에 기인하는 신호를 검출하는 것에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시 형태에서는, 회로가 형성된 시료에 적어도 1개의 탐침을 접촉시키고, 탐침을 통하여, 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 전력을 공급하면서 하전 입자선에 의하여 시료를 주사하고, 국소적으로 가열된 불량의 저항값 변화를 탐침을 통하여 측정한다.
본 발명에 의하면, 고저항 불량이나 시료 내부에 매몰된 불량에 기인하는 신호이더라도 용이하게 검출할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 시료 검사 장치의 기본적 구성의 개략도.
도 2는 실시예 1에 따른 시료 검사 장치에 있어서의, EBAC상을 형성할 때의 원리도.
도 3은 실시예 1에 따른 시료 검사 장치에서 얻어지는 SEM상 및 EBAC상의 모식도.
도 4는 불량 매몰 시의 개략도와, 그 EBAC상의 모식도.
도 5는 실시예 1에 따른 시료 검사 장치의 전체 구성의 개략도.
도 6은 실시예 1에 따른 시료 검사 장치의 측정 원리도.
도 7은 불량 매몰 시의, 전자의 이동과 열의 이동을 도시하는 모식도.
도 8은 실시예 1에 따른 시료 검사 장치에서 얻어지는 DI-EBAC상, 및 SEM상과 DI-EBAC상을 중첩시킨 상의 모식도.
도 9는 실시예 2에 따른 시료 검사 장치의 전체 구성의 개략도.
실시예에서는, 회로가 형성된 시료에 적어도 1개의 탐침을 접촉시키고, 탐침을 통하여, 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 전력을 공급하면서 하전 입자선에 의하여 시료를 주사하고, 국소적으로 가열된 불량의 저항값 변화를 탐침을 통하여 측정함으로써, 회로의 불량 해석을 행하는 회로 검사 방법을 개시한다.
또한 실시예에서는, 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 일정한 전압을 인가함으로써 당해 회로에 전력을 공급하고, 불량의 가열에 의한, 당해 불량의 양 단부 전압의 변화를 측정하여 당해 불량의 저항값 변화를 측정하는 회로 검사 방법을 개시한다.
또한 실시예에서는, 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 일정한 전류를 공급함으로써 당해 회로에 전력을 공급하고, 불량의 가열에 의한, 당해 불량의 양 단부 전압의 변화를 측정하여 당해 불량의 저항값 변화를 측정하는 회로 검사 방법을 개시한다.
또한 실시예에서는, 탐침이 측정한 신호를 시간 미분함으로써 불량의 저항값 변화를 측정하는 회로 검사 방법을 개시한다.
또한 실시예에서는, 불량의 저항값 변화를 하전 입자선의 주사와 동기시켜 화상화하는 회로 검사 방법을 개시한다.
또한 실시예에서는, 하전 입자선의 조사에 의하여 발생하는 2차 입자를 검출하여 시료의 표면 정보를 화상화하고, 불량의 저항값 변화를 하전 입자선의 주사와 동기시켜 화상화하고, 불량의 저항값 변화에 의한 화상을 표면 정보의 화상과 중첩시킴으로써 불량의 위치를 특정하는 회로 검사 방법을 개시한다.
또한 실시예에서는, 시료를 적재하는 시료대와, 시료를 향하여 하전 입자선을 조사하는 하전 입자선 조사계와, 시료와 접촉하는 적어도 1개의 탐침과, 탐침을 통하여, 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 전력을 공급하는 전원을 구비하고, 전원에 의하여 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 전력을 공급하면서 하전 입자 광학계에 의하여 하전 입자선을 시료에 주사하고, 탐침에 의하여 국소적으로 가열된 불량의 저항값 변화를 측정하는 시료 검사 장치를 개시한다.
또한 실시예에서는, 회로에 전력을 공급하는 전원이 일정한 전압을 인가하는 정전압원인 시료 검사 장치를 개시한다.
또한 실시예에서는, 회로에 전력을 공급하는 전원이 일정한 전류를 공급하는 정전류원인 시료 검사 장치를 개시한다.
또한 실시예에서는, 탐침과 접속되는 미분 회로를 구비하고, 당해 미분 회로에 의하여, 탐침을 통하여 얻어지는, 불량의 저항값 변화에 의한 신호를 시간 미분하는 시료 검사 장치를 개시한다.
또한 실시예에서는, 불량의 저항값 변화에 의한 신호를 하전 입자선의 주사에 동기시킨 화상을 표시하는 화상 표시부를 구비하는 시료 검사 장치를 개시한다.
또한 실시예에서는, 하전 입자의 조사에 의하여 발생하는 2차 입자를 검출하는 검출기와, 당해 2차 입자에 의한 시료의 표면상과, 불량의 저항값 변화에 의한 신호를 하전 입자선의 주사에 동기시킨 화상을 중첩시켜 표시하는 화상 표시부를 구비하는 시료 검사 장치를 개시한다.
이하, 상기 및 그 외의 신규의 특징과 효과에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
실시예 1
도 1은, 본 실시예에 따른 시료 검사 장치의 기본적 구성의 개략도이다. 이 시료 검사 장치는, 하전 입자선인 전자선(3)을, 불량(22)을 갖는 시료(19)에 조사하기 위한 SEM 칼럼(1), 시료(19)를 적재하기 위한 시료 스테이지(10), 시료(19) 상의 구리나 알루미늄 등을 포함하는 도전체(20a, 20b)에 접촉시키고, 도전체(20a, 20b)로부터 전위를 취출하기 위한 프로브(21a, 21b) 등을 구비한다. 또한 SEM 칼럼(1)이나 프로브(21a, 21b) 등의 요소를 제어하는 제어부(11)를 구비한다.
또한 여기서는 프로브를 2개 구비하는 것으로 했지만, 예를 들어 도전체(20b)가 어스되어 있는 경우에는, 프로브는 (21a)의 1개만으로 해도 상관없다. 또한 3개 이상의 프로브를 구비하는 구성으로 해도 된다.
제어부(11)는, 전자원(2)이나 제1 수렴 렌즈(5) 등의 전자 광학 요소를 제어하는 전자선 제어부(12), 검출기(4)의 정보로부터 SEM상을 형성하는 화상 처리부(13), 각 구성 요소를 제어하는 시스템 제어 수단(14) 등을 구비한다. 또한 이 시료 검사 장치는, 장치에 지시를 내리기 위한 입력 장치인 키보드(15), 포인팅 장치인 마우스(16), 화상 표시기(17)를 구비한 컴퓨터(18)를 구비한다.
화상 처리부(13)는 A/D 컨버터(24), 화소 적산부(25), 프레임 적산부(26) 등을 구비한다. 차동 증폭기(23)로부터 입력된 신호를 A/D 컨버터(24)에 의하여 디지털 데이터로 변환하고, 화소 적산부(25)에서 주사 신호에 동기하여 입력되는 신호로부터 1화소당 계조값으로 환산하고, 프레임 적산부(26)에서 화상 데이터로 형성하여 컴퓨터(18)에 송신한다.
SEM 칼럼(1)은 전자선(3)을 방출하는 전자원(2)을 구비한다. 전자원(2)으로부터 방출된 전자선(3)은 제1 수렴 렌즈(5), 제2 수렴 렌즈(6), 편향 코일(7), 전기적 시야 이동 코일(8), 대물 렌즈(9) 등을 경유하여 시료(19) 상에 집속되고, 시료(19)의 임의의 위치를 주사한다. 시료(19)에 조사하는 전자선(3)의 초점 위치는, 전자선 제어부(12) 중, 대물 렌즈 구동부(12b)가 대물 렌즈(9)에 흐르게 하는 전류를 변화시켜 조정한다.
이 시료 검사 장치는, 전자선(3)이 시료(19) 또는 프로브(21a, 21b) 등에 조사됨으로써 시료(19) 또는 프로브(21a, 21b) 등의 최표면으로부터 발생하는 2차 입자를 검출기(4)에서 검출함으로써, SEM상을 형성한다.
시료에 조사된 전자선(3)이 시료(19) 상의 도전체(20a나 20b)에 조사되면, 도전체(20a나 20b)에 전하가 축적되어 전위가 발생한다. 그 전위를 프로브(21a나 21b)에서 취출하여 차동 증폭기(23)에 입력한다. 도전체(20a와 20b) 사이에 도통이 없으면 도전체(20a와 20b) 사이에 전위차가 발생한다. 한편, 이들 사이에 도통이 있는 경우에는 이들 사이에 전위차가 발생하지 않는다.
도전체(20a와 20b) 사이의 전위차의 유무를 차동 증폭기(23)에 의하여 증폭하고 화상 처리부(13)에 입력하여 화상화함으로써, EBAC상이 얻어진다. 화상 처리부(13)로부터 송신된 정보를 수신한 컴퓨터(18)는, 수신한 화상 데이터를 EBAC상으로 하여 화상 표시기(17)에 표시한다. EBAC상을 관찰함으로써 도전체 사이의 도통의 유무를 확인할 수 있으며, 쇼트 불량(본래 도통이 있어서는 안 되는 도전체 사이에 도통이 있는 불량)이나 오픈 불량(본래 도통이 있어야 하는 도전체 사이에 도통이 없는 불량)의 개소를 특정할 수 있다.
도 2는, 이 시료 검사 장치에 있어서, EBAC상을 형성할 때의 원리도이다. 시료(19)의 표면을 주사 중인 전자선(3)이 도전체(20a)에 조사되면, 전하가 프로브(21a)를 전반하여 차동 증폭기(23)의 플러스측에 입력된다.
이때, 어느 저항값을 가진 불량(22)이 도전체(20a와 20b)에 접해 있으면, 불량(22)을 통하여 도전체(20b)에 전하가 흐르고, 프로브(21b)를 전반하여 차동 증폭기(23)의 마이너스측에 입력되게 된다. 도전체(20b)의 전위는, 불량(22)에 의한 전압 강하 분만큼 도전체(20b)보다도 낮아진다.
불량(22)의 저항값이 낮은 경우에는, 전압 강하량이 적어 도전체(20a와 20b) 사이의 전위차가 적기 때문에 불량(22)을 쇼트 불량으로서 인식할 수 있다. 그러나 불량(22)의 저항값이 높은 경우, 예를 들어 차동 증폭기(23)의 입력 임피던스(27a나 27b)보다 큰 경우, 불량(22)을 통한 전류가 흐르기 어려워진다. 그 때문에, 도전체(20a와 20b) 사이에 전위차가 발생하여, 불량(22)이 없는 상태와의 구별이 어려워진다.
도 3의 (a)는, 시료(19) 및 프로브(21a, 21b) 상에서 전자선(3)을 조사한 경우에 얻어지는 SEM상의 모식도이다. 2차 입자는 시료 등의 단부로부터 많이 생성되기 때문에, 시료(19)와 프로브(21a, 21b)의 윤곽이 강조된 상이 얻어진다. 한편, 불량(22)이 시료의 내부에 매몰되어 있는 경우, 내부에 매몰되어 있지 않더라도 주위와 높이의 차가 없는 경우, 매우 미세한 것인 경우 등에는, 불량(22)은 SEM상에 거의 현출되지 않는다.
도 3의 (b)는, 불량(22)이 쇼트 불량이던 경우의 EBAC상의 모식도이다. 불량(22)이 SEM상에 현출되지 않는 것이더라도, 전자선(3)은 불량(22)까지 도달한다. 그 때문에 EBAC상에는, 프로브(21a와 21b) 사이에, 그라데이션을 가진 콘트라스트가 발생한다. 또한 이 그라데이션의 상태는, 도전체(20a, 20b)나 불량(22)의 길이나 저항값 등에 따라 상이하다. 결과로서, SEM상에서는 특정할 수 없던 불량(22)의 개소를 특정할 수 있다.
도 3의 (c)는, 불량(22)이 존재하지 않는 정상의 경우의 EBAC상의 모식도이다. 이 예에서는, 불량(22)이 존재하지 않기 때문에 도전체(20a와 20b) 사이에 도통이 없다. 그 때문에, 전자선(3)의 조사에 의하여 도전체(20a와 20b) 사이에 전위차가 발생한다. 그 결과, EBAC상에 명확한 콘트라스트가 발생한다.
한편, 불량(22)이 고저항 불량이던 경우에는, 불량이 없는 상태와 구별되기 어려워진다. 도 3의 (d)에, 불량(22)이 고저항 불량이던 경우의 EBAC상을 도시한다. 불량(22)의 저항이 높은 경우에는 도전체(20a와 20b) 사이에 거의 도통이 없다(불량(22)을 통한 전류가 거의 흐르지 않음). 결과로서, 불량(22)이 존재하는 데도 불구하고 도전체(20a와 20b) 사이에 전위차가 발생하여, EBAC상에는 도 3의 (c)와 거의 마찬가지의 콘트라스트가 발생한다. 또한 불량(22)의 저항값에 따라서는, 불량(22)의 개소에 있어서의 휘도가 그 주위의 휘도와 거의 동일한 정도로 된다. 그 때문에 불량(22)의 위치의 특정도 곤란해진다.
또한 도 4의 (a)에, 불량(22)이 시료(19)의 내부 깊숙이 매몰되어 버려 있는 경우의 개략도를 도시한다. 도 4의 (a)는, 시료(19)를 바로 옆(전자선이 조사되는 방향과 수직인 방향)에서 본 도면이다. 불량(22)은 도전체(20a와 20b) 사이에 존재하는데, 시료(19)가 깊은 위치에 매몰되어 있다.
전자선(3)의 가속 전압이나 시료의 재질에 따라 상이하지만, 전자선(3)의 시료 내에서의 비정 반경(28)은 일반적으로 수 나노미터 내지 수 마이크로미터로 되어 있다. 따라서 전자선(3)의 시료 내에서의 비정 반경(28)이 작아 불량(22)에 닿지 않는 경우에는 프로브(21a나 21b)에 전자가 공급되지 않는다. 결과로서, 불량(22)이 시료(19)가 깊은 위치에 매몰되어 있는 경우, 차동 증폭기(23)는 불량(22)에 기인하는 신호를 검출할 수 없다.
또한, 가령 불량(22)이 전자선(3)의 시료 내에서의 비정 반경(28) 이내에 존재하여, 불량(22)에 기인하는 신호를 검출할 수 있었다고 하더라도, 전자선(3)은 시료 내부를 통과할 때 산란하기 때문에, 불량(22)의 정확한 위치를 특정할 수 없게 되어 버린다.
도 4의 (b)에, 불량(22)이 시료(19)의 내부에 매몰되어 버려 있는 경우의, EBAC상의 모식도를 도시한다. 도전체(20a와 20b)는 불량(22)을 통하여 도통을 갖기 때문에, EBAC상에는 도 3의 (b)와 거의 마찬가지의 콘트라스트가 발생한다. 그러나 전자선(3)이 불량(22) 상을 주사하더라도 불량(22)에 전자선(3)이 닿지 않기 때문에, EBAC상에 불량(22)은 관찰되지 않는다.
도 5에, 본 발명의 실시 형태에 따른 시료 검사 장치의 개략도를 도시한다. 또한 SEM 칼럼(1) 등의 구성 요소에 대해서는 도 1과 마찬가지의 구성이어서, 도시를 생략한다.
본 실시 형태에 따른 시료 검사 장치에 의하면, 불량(22)이 고저항 불량이던 경우나 시료(19) 내부에 매몰되어 있던 경우에 있어서도, 불량(22)에 기인하는 신호를 검출할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 시료 검사 장치에서는, 도 1의 프로브(21a, 21b)와 차동 증폭기(23) 사이에 각각 가변 저항(30a, 30b)과 정전압 전원(31a, 31b)을 접속한다. 또한 가변 저항(30a, 30b)과 차동 증폭기(23) 사이에는, 미분 회로를 구성하기 위하여 콘덴서(29a, 29b)를 설치하는 것이 바람직하다. 또한 그 경우, 콘덴서(29a, 29b)와 차동 증폭기(23) 사이에는, 차동 증폭기(23)의 입력 바이어스 전류를 어스로 방출하여 차동 증폭기(23)를 보호하기 위한 저항(32a, 32b)을 접속하는 것이 바람직하다.
도 6에, 본 실시 형태에 따른 시료 검사 장치에 있어서의, 불량(22)에 기인하는 신호의 측정 원리도를 도시한다. 저항(34)을 갖는 불량(22)에는 정전압 전원(31a, 31b)으로부터 상시 전류(33)가 흐르게 된다. 이때, 불량(22) 양 단부에는 하기 전압 V22가 인가된다.
V22=R34/(R30a+R34+R30b)×2Vo
R34: 불량(22)의 저항(34)의 저항값, R30a: 가변 저항(30a)의 저항값, R30b: 가변 저항(30b)의 저항값, Vo: 정전압 전원(31a, 31b)의 출력 전압
여기서, 시료(19) 상을 주사하고 있는 전자선(3)이 불량(22)에 조사되면, 전자선의 가속 전압에 비례한 운동 에너지에 의하여 불량(22)이 가열된다. 일반적으로 온도가 상승하면 저항도 증대되기 때문에, 불량(22)의 가열에 수반하여 저항(34)의 저항값 R34도 상승한다. R34가 상승하면, 상기 식에 따라 양 단부 전압 V34도 상승하게 된다.
불량(22)에 대한 전자선(3)의 조사가 종료되면, 불량(22)의 열은 그 주위로 방출된다. 결과, 불량(22)의 온도는 전자선(3)의 조사 전으로 복귀되고, 아울러 저항(34)의 저항값 R34도 본래대로 복귀된다. 즉, 양 단부 전압 V34은 전자선(3)의 조사 시에만 변화되게 된다.
일반적으로, 도전체(20a나 20b), 및 시료(19) 및 그 외의 부분과 불량(22)에서는, 열전도율이나 저항값의 온도 특성의 차이에 따라, 전자선(3)의 조사에 의한 저항값의 변화가 상이하다. 그 때문에, 불량(22)이 고저항 불량이었다고 하더라도 이 양 단부 전압의 변화(즉, 저항값 R34의 변화)를 검출함으로써, 불량(22)에 기인하는 신호를 검출할 수 있다.
이 신호를 직접, 차동 증폭기(23)에서 검출해도 되지만, 이 신호는 종래의 EBAC 신호와 비교하면 미소한 것으로 되는 경향이 있다. 불량(22)에 기인하는 신호량을 증가시키기 위해서는, 전자선(3)의 조사량을 증가시키는 것이나 전자선(3)의 주사 속도를 느리게 하는(1점에 조사되는 시간을 길게 하는) 것이 생각된다. 그러나 이들 방법을 채용한 경우, 전자선(3)의 조사에 의한 시료(19)의 손상이나 오염량, 대전량이 커져 버린다. 또한 주사 속도를 느리게 한 경우에는, 시료(19)를 측정하기 위하여 필요한 시간이 길어진다.
그래서, 본 실시 형태에 따른 시료 검사 장치에 있어서는, 양 단부 전압 V34의 전압 변화를 콘덴서(29a, 29b)에서 미분화하고 차동 증폭기(23)에 출력함으로써, 미소한 신호를 고정밀도로 검출한다. 콘덴서를 경유한 입력으로 인하여, 차동 증폭기(23)의 입력 임피던스의 영향도 없이 가변 저항(30a, 30b)의 저항값을 조절함으로써, 임의의 저항값을 갖는 불량(22)에 대응할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 시료 검사 장치에 있어서는, 불량(22)이 시료(19) 내부에 매몰되어 있었다고 하더라도, 불량(22)에 기인하는 신호를 검출할 수 있다. 도 7은, 불량(22)이 시료(19)의 내부에 있는 경우의, 시료 내부에서의 전자의 궤도와 열의 이동을 도시하는 모식도이다.
전자선(3)이 시료(19)에 조사되면, 전자는, 가속 전압에 의존한 비정 반경(28) 내에서 시료(19) 내부를 확산한다. 한편, 전자의 운동 에너지는 열량(35)으로서 전달된다. 전자선(3)의 가속 전압이 낮아 전자가 닿지 않는 깊이에서도, 열은 시료(19) 내부를 전반하여 불량(22)에 닿는다.
또한, 가령 전자가 도전체(20a나 20b)로 분류(分流)되어 버리는 경우에도, 열량(35)도 동시에 도전체(20a나 20b)를 전반하여 불량(22)에 도달한다. 특히 불량(22)이 고저항 불량인 경우에는, 도전체(20a나 20b)로 방출되어 버리는 전자에 대하여, 열전도율이 높은 도전체(20a나 20b)를 통하여 전반하는 열량과의 차는 현저해진다. 불량(22) 양 단부의 전압을, 전자선(3)이 아니라 정전압 전원으로 공급하는 본 방식은, 불량(22)이 시료(19) 내부에 매몰되어 있던 경우에도 불량(22)의 검출이 가능해진다.
도 8의 (a)에, 양 단부 전압 V34의 전압 변화의 미분값을 전자선(3)의 주사와 동기시킴으로써 생성되는 상(DI-EBAC상, Dynamic Induced Electron Beam Absorbed Current상)의 모식도를 도시한다. 전자선(3)이 불량(22)에 조사되어 불량(22)의 온도가 향상되는 것에 의한, 불량(22)의 저항값의 변화만이, 명암으로서 표시되어 있다.
이 DI-EBAC상을 SEM상과 중첩시킴으로써, 불량(22)이 고저항 불량이더라도 불량(22)의 위치를 특정할 수 있다. 도 8의 (b)는, SEM상과 DI-EBAC상을 중첩시킨 상의 모식도이다. DI-EBAC상만에서는 불량(22)과 도전체(20a, 20b) 등과의 위치 관계가 명확하지 않지만, SEM상과 중첩시킴으로써 불량(22)의 위치를 특정할 수 있는 것을 알 수 있다.
본 실시예에 따른 시료 검사 장치는, 불량(22)의 가열에, 수렴한(전형적으로는 빔 직경이 수 나노미터 내지 수십 나노미터인) 전자선(3)을 사용하고 있기 때문에, 불량(22)과 그 근방만을 뜨겁게 할 수 있다. 따라서 이 시료 검사 장치는 SEM과 동일한 정도의 분해능으로 불량(22)의 개소를 특정할 수 있다.
또한 SEM상이 아니라 EBAC상과 DI-EBAC상을 중첩시킴으로써 불량(22)의 위치를 특정해도 된다. 또한 이 시료 검사 장치는 통상의 SEM과 마찬가지로 전자선(3)의 조사량이나 가속 전압, 주사 속도 등을 용이하게 제어 가능하며, 다양한 조건 하에서의 시료의 검사가 가능하다.
또한 전자선(3)은, SEM상을 얻기 위한 전자선임과 동시에, DI-EBAC상을 얻기 위한 가열원이기 때문에, SEM상과 DI-EBAC상은 동시에 취득할 수 있다.
이상으로부터, 본 실시예에 의하면, 고저항 불량이나 시료 내부에 매몰된 불량에 기인하는 신호를 용이하게 검출하는 것이 가능해진다.
실시예 2
본 실시예에 따른 시료 검사 장치는 실시예 1과 거의 동등한 구성을 구비하지만, 그 회로 구성이 상이한 것으로 되어 있다. 이하, 실시예 1과의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 9는, 본 실시예에 따른 시료 검사 장치의 개략도이다. 실시예 1의 장치와 달리, 어스 사이의 가변 저항(30a, 30b)과 정전압 전원(31a, 31b)을 정전류 전원(36)으로 치환한 것으로 되어 있다.
가변 저항(30a, 30b)과 정전압 전원(31a, 31b)을 구비하는 방식에서는, 저항값 R34인 저항(34)을 갖는 불량(22)을 측정할 때 가변 저항(30a, 30b)의 저항값을 R34와 매칭시킬 필요가 있다. 이 때문에, 저항값 R34가 미지인 값인 경우나 저항값 R34가 경시 변화되는 경우에는, 가변 저항(30a, 30b)의 저항값을 매회 조정해야만 하여 측정의 수순이 복잡한 것으로 된다. 그래서, 본 실시예에 따른 시료 검사 장치에서는, 정전류 전원(36)을 사용함으로써 측정을 간편한 것으로 할 수 있다.
정전류 전원(36)이 생성하는 전류값을 I0이라 하면, 저항값 R34인 저항(34)을 갖는 불량(22)에는 V22=R34×I0의 전압이 인가되게 된다. 여기서, 전자선(3)의 조사에 의하여 저항(34)의 저항값 R34가 변화되면, 그에 수반하여 V22도 변화되게 된다. 이 V22의 변화를 직접 측정하거나, 미분 회로를 구성하는 콘덴서(29a, 29b), 차동 증폭기(23)를 통하여 측정함으로써, 불량(22)에 기인하는 신호의 측정이 가능해진다.
이상으로부터, 본 실시예에 의하면, 정전류 전원(36)을 사용함으로써, 가변 저항의 값을 조정하지 않고 불량(22)에 기인하는 신호를 검출하는 것이 가능해진다.
실시예 1 및 2에서는, 하전 입자선으로서 전자선(3)을 사용한 장치를 설명했지만, 이는 이온 빔이어도 된다. 또한 실시예에서는, 불량(22)의 신호를 차동 증폭기(23)에서 증폭하는 것으로 했지만 이는 차동 증폭에 한정되지 않으며, 단순한 전류 증폭이나 전압 증폭이어도 된다. 또한 SEM 칼럼(1)과 프로브(21a, 21b)는 하나의 제어부(11)에 의하여 제어되는 것으로 했지만, SEM과 프로버가 별개인 장치로 되어 있어 각각 독립적으로 제어되는 것으로 해도 된다.
그 외에, 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서의, 구성 요소의 치환이나 추가, 삭제가 가능하다.
1: SEM 칼럼
2: 전자원
3: 전자선
4: 검출기
5, 6: 수렴 렌즈
7: 편향 코일
8: 전기적 시야 이동 코일
9: 대물 렌즈
11: 제어부
12: 전자선 제어부
12b: 대물 렌즈 구동부
13: 화상 처리부
14: 시스템 제어 수단
15: 키보드
16: 마우스
17: 화상 표시기
18: 컴퓨터
19: 시료
20a, 20b: 도전체
21a, 21b: 프로브
22: 불량
23: 차동 증폭기
24: A/D 컨버터
25: 화소 적산부
26: 프레임 적산부
28: 비정 반경
29a, 29b: 콘덴서
30a, 30b: 가변 저항
31a, 31b: 정전압 전원
32a, 32b: 저항
33: 정상 전류
34: 불량(22)의 저항
35: 열량
36: 정전류 전원

Claims (12)

  1. 회로가 형성된 시료에 적어도 1개의 탐침을 접촉시키고,
    상기 탐침을 통하여, 상기 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 전력을 공급하면서 하전 입자선에 의하여 상기 시료를 주사하고, 국소적으로 가열된 불량의 저항값 변화를 상기 탐침을 통하여 측정함으로써, 상기 회로의 불량 해석을 행하는 것을 특징으로 하는 회로 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 일정한 전압을 인가함으로써 당해 회로에 전력을 공급하고, 상기 불량의 가열에 의한, 당해 불량의 양 단부 전압의 변화를 측정하여 당해 불량의 저항값 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 회로 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 일정한 전류를 공급함으로써 당해 회로에 전력을 공급하고, 상기 불량의 가열에 의한, 당해 불량의 양 단부 전압의 변화를 측정하여 당해 불량의 저항값 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 회로 검사 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탐침이 측정한 신호를 시간 미분함으로써 상기 불량의 저항값 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 회로 검사 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불량의 저항값 변화를 상기 하전 입자선의 주사와 동기시켜 화상화하는 것을 특징으로 하는 회로 검사 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전 입자선의 조사에 의하여 발생하는 2차 입자를 검출하여 시료의 표면 정보를 화상화하고,
    상기 불량의 저항값 변화를 상기 하전 입자선의 주사와 동기시켜 화상화하고,
    상기 불량의 저항값 변화에 의한 화상을 상기 표면 정보의 화상과 중첩시킴으로써 상기 불량의 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 회로 검사 방법.
  7. 시료를 적재하는 시료대와,
    상기 시료를 향하여 하전 입자선을 조사하는 하전 입자선 조사계와,
    상기 시료와 접촉하는 적어도 1개의 탐침을 구비하는 시료 검사 장치이며,
    상기 탐침을 통하여, 상기 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 전력을 공급하는 전원을 구비하고,
    상기 전원에 의하여, 상기 탐침의 접촉에 의하여 특정되는 회로에 전력을 공급하면서 상기 하전 입자 광학계에 의하여 하전 입자선을 상기 시료에 주사하고, 상기 탐침에 의하여 국소적으로 가열된 불량의 저항값 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 시료 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전원은 일정한 전압을 인가하는 정전압원인 것을 특징으로 하는 시료 검사 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전원은 일정한 전류를 공급하는 정전류원인 것을 특징으로 하는 시료 검사 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탐침과 접속되는 미분 회로를 구비하고,
    당해 미분 회로에 의하여, 상기 탐침을 통하여 얻어지는, 상기 불량의 저항값 변화에 의한 신호를 시간 미분하는 것을 특징으로 하는 시료 검사 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불량의 저항값 변화에 의한 신호를 상기 하전 입자선의 주사에 동기시킨 화상을 표시하는 화상 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 검사 장치.
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    하전 입자의 조사에 의하여 발생하는 2차 입자를 검출하는 검출기와,
    당해 2차 입자에 의한 시료의 표면상과, 상기 불량의 저항값 변화에 의한 신호를 상기 하전 입자선의 주사에 동기시킨 화상을 중첩시켜 표시하는 화상 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 시료 검사 장치.
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