WO2010089959A9 - 吸収電流像を利用した半導体検査方法及び装置 - Google Patents

吸収電流像を利用した半導体検査方法及び装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor inspection method and apparatus, and more particularly, to a semiconductor inspection method and apparatus for inspecting a semiconductor using an absorption current in a sample by an electron beam of a scanning electron microscope (SEM).
  • SEM scanning electron microscope
  • This method is suitable for open system defects, short circuit defects, and resistance because the amount of current absorbed by only the wiring that is conducted by the amplifier flows through the multilayered wiring and the current absorbed by the amplifier is changed as it is. Therefore, there is a feature that the defective position can be clearly understood.
  • the EBAC image displays the absorption current flowing inside the sample, it is necessary to apply a probe (needle) to the sample and connect it to the amplifier in order to display the absorption current.
  • the sample to be measured is a long wiring or via chain mat, and the long one is about 4 mm. Since an image shift of 4 mm cannot be performed with an image shift deflector, in order to view an EVAC image over a long distance, it is necessary to lift the needle, move it away from the sample, move the stage, and perform the needle contact again after observing the needle contact. It was. This is because the tip of the probe that is thin enough to be directly applied to the wiring is about 100 nm, and basically the probe bends when the stage is moved with the needle applied.
  • the defect position may be found even at a magnification as low as 400 times, but the defect is becoming increasingly difficult to notice due to miniaturization, and in order to clearly identify the defect position from the EVAC image, it is about 20,000 times. It is necessary to determine the brightness difference in detail with the magnification.
  • the field of view is 126 ⁇ m wide on a horizontally long screen (640 ⁇ 480 dots) and a thousand times screen.
  • a horizontally long screen 640 ⁇ 480 dots
  • 32 screens which is an operation while further enlarging and confirming a place that seems to be a defect.
  • the field of view for one screen is 6.3 ⁇ m wide, so it is necessary to observe 635 screens sequentially.
  • the image display using the absorption current of the electron beam cannot support a fast scan like the TV scan mode in which one screen is raster scanned in 20 msec. In order to display a correct image, it takes several seconds to scan one screen. A slower scan is better for clarifying the defective position, but the entire analysis takes time.
  • stage it is necessary to move the stage by a distance of 4 mm with the probe applied.
  • the relationship between the stage and the probe is that the probe is on the moving stage and must be linked and moved, but the probe may still bend due to vibration. Moreover, if the stage is stopped every time an image is acquired, the vibration load increases and analysis time is required.
  • an object of the present invention is to realize a semiconductor inspection method and apparatus capable of clearly indicating a defective position of a wiring quickly and accurately.
  • the stage is moved while the probe is applied to the sample, and the defect observation of the long wiring is automatically performed, so that it is not necessary to apply the needle every time the stage is moved.
  • the vibration to the probe there is an influence on the vibration to the probe, but it can be handled by moving the stage with less damage including backlash.
  • the correction method adjusts the Y-axis speed based on the current X-axis / Y-axis speed and the amount of deviation of the Y-axis from the brightness of the absorbed current.
  • ⁇ Stage movement is also S-shaped movement that reduces acceleration to reduce vibration to the probe.
  • the primary electron beam should be swung in such a range that the vicinity of the wiring can be accommodated instead of the image display frame of the entire screen because the wiring only needs to be displayed.
  • the wiring is displayed in a range of 1/4 of the screen height (480 dots is 120 dots). Since it is necessary to continue displaying the wiring while the stage is moving, if the height of the screen is 1 ⁇ 4, it is important to move at the correct angle while moving a length of several millimeters. Therefore, using the fact that the wiring is a straight line, it was decided to correct by image shift so that the wiring always comes near the center of the height of the screen.
  • a defective position of wiring can be analyzed quickly and accurately, a semiconductor inspection method, a semiconductor inspection apparatus and a semiconductor inspection apparatus can be realized, and the usability of the apparatus user is improved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor inspection apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a semiconductor inspection apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.
  • the semiconductor inspection apparatus applies a primary electron beam 101 of a scanning electron microscope (SEM) to a thin sample 103 in a vacuum chamber partition wall 105. Then, the secondary electron beam 102 is detected by the secondary electron detector 104, and a semiconductor SEM image is displayed on the display device 133 via the control computer 135. This SEM image is used when the probe 127 is applied to the sample 103.
  • SEM scanning electron microscope
  • the absorption current image is controlled by applying the primary electron beam 101 to the thin sample 103 in the vacuum chamber partition wall 105, and the current absorbed in the sample 103 is amplified by the absorption current amplifier 134 through the probe 127.
  • the computer 135 calculates the amount of current as luminance, and displays an absorption current image on the display device 133. This absorbed current image clarifies the wiring failure location.
  • the control computer 135 uses the first image processing system 131, the storage means 132, and the display device 133 to perform semiconductor inspection such as SEM image and absorption current image switching, absorption current image image editing, stage movement, and magnification switching. Control the operation of the entire device.
  • the electron beam illumination optical system 118 generates the primary electron beam 101 from the electron gun 111 via the condenser lenses 112 and 113, the diaphragm 114, the scan deflector 115, the image shift deflector 116, and the objective lens 117. There may be only one condenser lens.
  • the scan deflector 115 determines the scan direction and magnification, and the image shift deflector 116 changes the image shift amount.
  • the stage 124 has a large stage 122, a sample stage driving means 123, a sample stage 124 and a probe driving means 125, a probe attachment 126, and a probe 127 mounted on a base 121.
  • the probe 127 moves in synchronization with the movement of the stage, and a type in which the probe 127 does not move, and there is a type that has both.
  • a description will be given using a system in which a probe is applied to a sample and the stage is moved.
  • the type in which the probe 127 and the stage move synchronously is indispensable because it is desired to move the stage during needle contact, and corresponds to the type in which the probe 127 is mounted on the large stage 122.
  • the stage of the base 121 moves in synchronization with the probe 127, and the sample stage driving means 123 is not synchronized with the probe 127 but is used for rough alignment of the probe 127 and the sample 103.
  • the scanning direction and the wiring need to be parallel. This is because if the scanning interval from end to end of the wiring is long, the stage moves, and therefore, a part of the wiring loses data, and if a defective portion is missing, the defective position cannot be determined. Conversely, if the scan direction and the wiring are orthogonal, there will be an acquisition interval for the movement. In order to avoid data acquisition omission, the parallel movement is less affected by stage movement.
  • the primary electron beam 201 is applied to create an absorption current image.
  • the probe 204 is applied to the wiring, and an absorbed current image 205 is displayed by the primary electron beam 201 absorbed by the wiring.
  • the method of swinging the primary electron beam 201 is not limited to the image display frame 202 of the entire screen, but may be in a range that allows the vicinity of the wiring to be accommodated because the wiring may be displayed.
  • the inside of the absorption current image display frame 203 having a height of 1/4 is scanned. Since the scan area becomes 1 ⁇ 4 and the processing time for one screen becomes 1 ⁇ 4, in this method using the image recognition of the absorption current image, the stage speed can also be increased. As a result, the overall throughput increases, so that a result can be obtained quickly.
  • the stage is moved to the left side, and the absorbed current image 205 is always moved so as to pass through the center of the screen, so that it is possible to know where the wiring has failed.
  • the absorbed current image 302 cannot be accurately operated due to backlash or the like. Therefore, the absorbed current image 302 is deviated from the center line 301 at the center of the screen, and a display shift 303 occurs. Since the absorption current image display frame is only 126 ⁇ m even at a thousand times magnification, it immediately disappears from the field of view.
  • the center line 301 and the absorption current image 302 of the screen are inclined obliquely, but they appear just beside when the scanning direction 401 is inclined by raster rotation.
  • the image display frame 202 shows the same direction as the stage without any SEM rotation, so the direction of the image display frame 202 and the direction of the stage are expressed as the same.
  • the moving direction of the stage is indicated by 411. Since the stage normally operates on the X-axis and the Y-axis, the stage operates on the X-axis with a vector having a magnitude of movement 412 and on the Y-axis with a vector having a magnitude of movement 413. Initially, the moving direction of the stage and the scanning direction are the same, but in the first place, there is a deviation between the SEM axis and the stage axis, which is not necessarily correct. Therefore, when the stage is moved, a display shift 303 occurs in the absorbed current image 302 from the center line 301 of the screen. Here, in order to correct the appearance of the display deviation, an image shift correction amount 402 is required.
  • the vectors on the stage side are expressed as 411 to 415.
  • an absorption current image is acquired every several hundred milliseconds and this display deviation is automatically measured.
  • the image shift is performed by the same amount as the stage correction amount 414, the absorption current image can always be displayed in the absorption current image display frame 203, and the defect position can be analyzed.
  • the absorption current image display frame sometimes protrudes, it means that the stage speed is too fast, and the image correction in units of several hundred milliseconds is not in time, and the slower stage speed in the system adjustment stage It is possible to respond by adjusting to. This correction is slower than the correction of only the stage that tries to operate at the correct angle because of image confirmation and communication overhead.
  • the display deviation due to the image recognition is stage corrected (stage movement direction 415 after correction), and the stage coordinates are read and corrected every 20 milliseconds (stage correction).
  • Correction 416 the absorption current image is corrected by an image shift that can be corrected instantaneously, and three corrections are included.
  • ⁇ Acquisition of absorption current image is performed while moving the stage.
  • the accuracy is lower than still images.
  • the scan mode is slow, there is no integration processing like a TV image, so there is no delay due to integration. Images for several screens are acquired while moving one screen, and images are not checked.
  • a difference or differentiation from the previous image is performed to check a difference that is likely to be overlooked by human eyes.
  • the interval for stage correction of the display deviation due to image recognition differs depending on the display deviation tolerance range, and therefore differs depending on the display magnification. The higher the magnification, the slower the stage speed.
  • the sample When the sample is a via chain, it looks like a rectangle unlike the wiring, but like the raster on the screen, the wiring is arranged in one row and next to many columns. After all, since the contrast is different between the top and bottom of the defect position, the defect position can be found by looking directly at the position where the defect is present. Therefore, like the wiring, the defect position can be accurately found by this method.
  • Figure 6 shows an example of defective beer chains.
  • a via chain region 601 where an EBAC image is displayed, a step may be displayed (602) at the defective position 603.
  • An enlarged view of the defective position is 604.
  • the configuration of the via chain includes a wiring 605 and a via 606.
  • the primary electron beam reaches the lower layer wiring, and a defective position such as a short circuit in the layer that has not been seen so far can be known.
  • applying a high acceleration voltage from the beginning increases damage to the sample, and it is important to increase the acceleration voltage gradually in order not to be affected by the primary electron beam.
  • An apparatus in which the sample stage itself rotates can cope with a lateral movement by moving only the X axis after rotation by a specified angle.
  • the two axes of the X axis and the Y axis are used. Move and move to the side. Factors that do not move sideways include backlash, ball screw thread height, and errors due to two axes.
  • the stage movement is attracting attention as to how it can stop at the correct position, but there are few things that pursue the correct movement direction like this device. In other words, it is important to stop at the specified position accurately and quickly, so the stage movement so far has drawn a curved curve.
  • the absorption current image may fluctuate up and down in a certain cycle, but this could be dealt with by performing image shift correction and stage angle correction based on the absorption current image. In this case, since it is not known whether the height of the ball screw thread is the cause or the true stage moving angle is different, the stage angle is also corrected.
  • the specified angle is divided into sin and cos, and each component is on the X and Y axes. However, since it moves substantially along the X axis, the Y axis is closer to 0.
  • the specified value for moving the stage has a drawback that it cannot be specified with high accuracy such as a decimal number.
  • the value closest to the sin value in the minimum unit of the Y axis is set to the Y axis, and the X axis is also set from the cos value.
  • the Y axis value is small, the error is large and the calculated XY axis If the angle is recalculated from, a large error occurs.
  • the correct angle can be dealt with by obtaining the value of the X axis so that the correct angle is obtained based on the value of the Y axis. This angle can be moved while keeping the correct angle by revising and correcting the actual amount of movement in units of 20 milliseconds.
  • the wiring runs vertically and horizontally, it can be bent 90 degrees automatically.
  • priority is given to just beside. If the raster rotation is automatically performed along the wiring as described above, it is not possible to know where the current position is as a whole. Therefore, it is possible to determine where the current position is indicated by showing the overall bird's-eye view and the direction in which it is proceeding. In addition, it is convenient to move to a designated defect position by showing several defect positions in the whole bird's-eye view.
  • the defect position has information associated with the image, and remembers the stage position, image shift movement amount, raster rotation amount, and magnification in the information, and the displacement between the current image and the image that was remembered after the movement. By recognizing, the defect position can be reproduced in more detail.

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Abstract

　指定された配線の不良位置を自動で検出する装置を提供する。　試料にプローブと電子線を当て試料に吸収された吸収電流の像を利用して、長い配線でも不良位置を自動で検出する装置とその方法。プローブを当てたまま真横へ移動しながら吸収電流画像を取得し、その画像の吸収電流像を基にイメージシフトとステージの両方で補正する。試料回転ステージのないステージでバックラッシュ等の正しい角度で移動しないハード要因を含めて対策し、正確に長い配線の端まで移動しても配線を表示し続け、自動で配線の両端まで数往復する間に不良位置を検出する。

Description

吸収電流像を利用した半導体検査方法及び装置
　本発明は、半導体の検査方法及び装置に関し、特に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の電子線によって試料内の吸収電流を使って、半導体の検査を行う半導体検査方法及び装置に関する。
　近年、４５ｎｍデバイスと半導体の微細化が進み、配線の不良解析も容易ではなくなってきている。配線の不良解析において、レーザー光によるＯＢＩＲＣＨやエミッション顕微鏡も有効であるが、電子線の試料内の吸収電流を使って不良位置を判断する、ＥＢＡＣ（Electron Beam Absorbed Current）像を観察する手法が有効である。例えば特許文献１などがある。
　この方法は、多層に及ぶ配線にも電子線の吸収電流が流れ増幅器によって導通している配線のみ吸収した電流量がそのまま輝度に変わって見えるため、オープン系不良，ショート系不良，抵抗に対応して不良位置が明確に判る特徴がある。
　ＥＢＡＣ像は、試料内部に流れる吸収電流を表示するので、吸収電流を表示するためには試料にプローブ（針）を当てアンプに接続する必要がある。
特開２００２－３４３８４３号公報
　測定する試料は、長い配線やビアチェインのマットであり、長いものでは約４mm程ある。イメージシフト偏向器にて４mmものイメージシフトはできないので、長い距離のＥＶＡＣ像を見るためには針当て観察後、針を上げて試料から離してステージを移動し、再度針当てを行う必要があった。配線に直当てができる程細いプローブの先端は１００ｎｍ前後であり、基本的に針当てをしたままステージを移動するとプローブが曲がってしまうからである。
　不良位置は４００倍程の低倍でも判る場合もあるが、微細化により不良も段々と気付き難いものになってきており、ＥＶＡＣ像から不良位置が明確に判るためには、約２万倍の倍率で詳細の輝度の差を見極める必要がある。
　吸収電流像に違いが判るためには、横長の画面上（６４０×４８０ドット）で、千倍の画面だと視野は１２６μｍの幅となる。例えば４mmの配線の識別をするには、３２画面分を認識することが必要で、欠陥と思われるところを更に拡大して確認しながらの作業となる。
　また、２万倍だと、１画面分の視野が６.３μｍの幅となるため、６３５画面分を順次観察する必要がある。
　このように、数ミリ程の直線であっても、数万倍まで拡大する必要があるので、上記膨大な画面を観察者が確認しなければならなかった。
　また、観察像を得るにも以下の課題がある。
　電子線の吸収電流を使った画像表示は、２０ｍsecで１画面をラスタスキャンするようなＴＶスキャンモードのように速いスキャンには対応できない。正しい像を表示するためには１画面に数秒のスキャンを要する。より不良位置を明確にするには遅いスキャンの方が良いが、全体の解析に時間が掛かってしまう。
　さらに、プローブを当てたまま４mmの距離をステージ移動する必要がある。ステージとプローブの関係は移動するステージ上にプローブがあり、リンクして動くことが必須であるが、それでも振動でプローブが曲がる可能性がある。また、画像を取得する度にステージを止めると振動負荷が大きくなり、解析時間が掛かってしまう。
　本発明の目的は、上記の課題に鑑み、迅速かつ、正確に、配線の不良位置を明確に示すことが可能な半導体検査方法及び装置を実現することである。
　本発明の半導体検査方法では、試料にプローブを当てたままステージを移動し、長い配線の不良観察を自動で行うこととし、ステージを移動する度に針当てをしなくて済むようにした。このことにより、プローブへの振動に対する影響があるが、バックラッシュを含めたダメージを少なくしたステージ移動にて対応する。
　ゆっくりとしたステージ速度でバックラッシュが取れる最低距離分の移動を行い、高さのバックラッシュが取れた時点で大きく画面から移動するので、配線が画面中央に来るよう画像を監視して補正を行うこととした。横側には、バックラッシュが取れるまで移動する。補正方法は、現在のＸ軸／Ｙ軸の速度と、吸収電流の輝度からＹ軸のずれ量より、Ｙ軸の速度を調整する。
　さらに、配線が直線的であることを利用して、画像からのフィードバックをして正しい角度に修正し続ける。つまり、数＋ｍ秒単位に補正を繰り返して、イメージシフトをしなくても配線が中央に来るように補正をし、現在のずれ分をイメージシフトで補正をし、正しく動作するように角度を決め直す。また、この移動で、イメージシフト量が少ないと判断されたときは、ステージを敢えて行き過ぎまで制御し、イメージシフトの振り幅を少なくするまで移動する。
　スキャン方向と配線が直交している場合には、本方式ではスキャン方向と配線がほぼ平行になるようにする。
　ステージ移動についても、プローブへの振動を少なくするために加速度を少なくするＳ字駆動の移動とする。
　また、スキャンスピードを速くするために、１次電子ビームの振り方は、配線が表示されればよいことから、画面全体の像表示枠ではなくて、配線付近が収まる程度の範囲にした。
　例えば、画面の高さ（４８０ドットを１２０ドット）の１／４の範囲で表示する。ステージ移動中、配線を表示し続ける必要があるので、画面の高さを１／４とすると、数ミリの長さを移動する間、正しい角度で移動することがポイントとなる。そこで、配線が直線であることを利用して、常に画面の高さ中心付近にこの配線が来るようにイメージシフトにて補正することとした。
　本発明によると、迅速かつ、正確に、配線の不良位置を解析でき、半導体検査方法，半導体検査装置及び半導体検査装置を実現することができ、装置ユーザの使い勝手が向上する。
半導体検査装置の概略構成図。 吸収電流像の表示図。 吸収電流像の表示枠中心線からのずれを表す図。 配線が斜めになっていた場合に必要な補正方法を表す図。 補正のためのフローチャート。 ビアチェインの不良を表す図。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態が適用される半導体検査装置の概略構成図である。
　図１において、半導体検査装置は、真空チャンバ隔壁１０５内の薄片の試料１０３に対してＳＥＭ（走査電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）の１次電子ビーム１０１を当てる。そして、２次電子ビーム１０２を２次電子検出器１０４で検出して、制御コンピュータ１３５を介して表示装置１３３に半導体のＳＥＭ像を表示する。このＳＥＭ像は、試料１０３にプローブ１２７を当てるときに利用する。
　また、吸収電流像は、真空チャンバ隔壁１０５内の薄片の試料１０３に対して１次電子ビーム１０１を当て、試料１０３内に吸収された電流はプローブ１２７を通じて、吸収電流アンプ１３４で増幅し、制御コンピュータ１３５にて電流量を輝度として計算し、表示装置１３３に吸収電流像を表示する。この吸収電流像によって、配線の故障箇所を明確にする。
　制御コンピュータ１３５は、第１の画像処理システム１３１，記憶手段１３２，表示装置１３３を利用して、ＳＥＭ像，吸収電流像の切り替え、吸収電流像の画像編集，ステージ移動，倍率切り替え等、半導体検査装置全体の動作制御を行う。
　電子ビーム照光学系１１８は、電子銃１１１からコンデンサレンズ１１２，１１３，絞り１１４，スキャン偏向器１１５，イメージシフト偏向器１１６，対物レンズ１１７を経由して１次電子ビーム１０１を発生させる。コンデンサレンズは１つしかない場合もある。スキャン偏向器１１５にて、スキャンの方向や倍率を決め、イメージシフト偏向器１１６にて、イメージシフト量を変更する。
　ステージ１２４は、ベース１２１の上に大ステージ１２２，試料台駆動手段１２３，試料台１２４とプローブ駆動手段１２５，プローブ用アタッチメント１２６，プローブ１２７を搭載している。
　ステージ移動によって、プローブ１２７も同期して動くものと、プローブ１２７は動かないタイプがあり、両方を持ち合わせるタイプも存在する。本実施例では試料にプローブを当てて、ステージ移動する方式を用いて説明する。目的のＥＢＡＣ像を取る場合、プローブ１２７とステージが同期して動くタイプは針当て中にステージを動かしたいため必須であり、大ステージ１２２の上にプローブ１２７が搭載されているタイプにあたる。概略構成図では、ベース１２１のステージがプローブ１２７と同期して移動し、試料台駆動手段１２３は、プローブ１２７と同期せず、プローブ１２７と試料１０３の粗寄せに利用する。
　ステージの移動方向と検査する配線の方向は、同じ方向でないと端から端まで検査することができない。また、針当て中に、かつ、ステージ移動中でＥＢＡＣ像の配線を判断するためには、スキャン方向と配線が平行である必要がある。なぜなら、配線の端から端までのスキャン間隔が長いとステージが移動しているため、配線の一部がデータ抜けし、不良箇所が抜けると不良位置が判らなくなってしまうからである。逆にスキャン方向と配線が直交していると、移動分の取得間隔があくことになる。データ取得漏れが無いようにするためにはステージ移動の影響が少ない平行となる。
　図２において、ＳＥＭ像より針当て後、１次電子ビーム２０１を当て、吸収電流像を作成する。像表示枠２０２内では、配線にプローブ２０４を当て、配線に吸収された１次電子ビーム２０１によって、吸収電流像２０５が表示される。
　１次電子ビーム２０１の振り方は、配線が表示されればよいことから、画面全体の像表示枠２０２ではなくて、配線付近が収まる程度の範囲であればよい。例えば、高さ１／４の吸収電流像表示枠２０３内をスキャンする。スキャン領域が１／４となり、１画面分の処理時間が１／４となるため、吸収電流像の画像認識を利用する本方式ではステージの速度も追従して速くすることができる。このことにより、全体のスループットが上がることによって、早く結果を出すことができる。
　１次電子ビーム２０１をスキャン領域内に当てるとプローブ２０４と導通が取れたところのみ、増幅器に電流が流れるため、吸収電流像２０５となって光る。
　次にステージを左側に移動させ、この吸収電流像２０５が常に画面の中央を通るように移動させることにより、何処に配線の故障があるのかを判るようにする。
　しかしながら、図３において、吸収電流像３０２は、バックラッシュ等により正確に動作できないため、本来あるべき画面中央の中心線３０１上から吸収電流像３０２が外れて表示ずれ３０３が発生する。吸収電流像表示枠は、千倍でも１２６μｍしかないため、直ぐに視野から消えてしまうことになる。
　実際には、試料台に試料を貼る際、数度のずれが生じ、傾きがある。
　そのため、図４のように画面の中心線３０１と吸収電流像３０２は斜めに傾いているが、ラスターローテーションによって、スキャン方向４０１を傾けることで真横に見える。
　ここでは、像表示枠２０２は、ＳＥＭの回転が全く無く、ステージと同じ方向を示している場合を示しているので、像表示枠２０２の方向とステージの方向が同じものとして表現している。
　この状態でステージを真横に移動させると、当然ずれてしまうので、ラスターローテーション分、傾けてステージも移動する必要がある。ステージの移動方向は４１１に示す。ステージは、通常、Ｘ軸とＹ軸で動作するため、Ｘ軸に移動の大きさ４１２のベクトルで、Ｙ軸に移動の大きさ４１３のベクトルで動作する。初めは、ステージの移動方向とスキャン方向は同じ方向であるが、そもそもＳＥＭの軸とステージの軸にずれがあるため、正しいとは限らない。そのため、ステージ移動していると、吸収電流像３０２が画面の中心線３０１から表示ずれ３０３が発生する。ここで、表示ずれ分の見た目を補正するため、イメージシフト補正量４０２が必要となる。
　また、ステージ側のベクトルを４１１～４１５で表現した。別のタスクにおいて、数百ｍ秒毎に吸収電流像を取得して、この表示ずれ分を自動で測定する。
　図５のフローチャートを用いて説明する。初めにステージの移動方向４１１でステージを移動させるため、ステージＸ軸の移動４１２とステージＹ軸の移動４１３に分けて動かしていたが、表示ずれ３０３分の補正が必要となるので、現在のステージの移動方向４０１からステージの補正量４１４のベクトル加算し、この表示ずれ３０３分を相殺する方向へステージ移動５０２をステージの補正量４１４とし、結果、補正後のステージ移動方向４１５を求め、その移動方向をＸＹ軸に成分分けをすること５０４で、正しい角度へ近づけていく。
　このことで、今後、表示ずれが小さくなり画面の中心線へ近づくことになる。また、現在の表示ずれを補正するためにステージの補正量４１４と同じ分だけイメージシフトを行い、常に吸収電流像表示枠２０３内に吸収電流像を表示することができ、不良位置を解析できる。
　もし、吸収電流像表示枠からはみ出てしまうことがあるときはステージの速度が速過ぎであり、数百ｍ秒単位の画像補正が間に合っていないことを意味し、システム調整段階でもっと遅いステージスピードに合わせることで対応可能である。本補正は、画像確認や通信のオーバーヘッドがあるため、正しい角度で動作しようとするステージのみの補正よりも遅い補正となる。
　つまり、本来の正しいとされる角度で動作するため、画像認識による表示ずれ分をステージ補正すること（補正後のステージ移動方向４１５）と、２０ｍ秒毎にステージ座標を読み補正すること（ステージの補正４１６）と、見た目上、吸収電流像を一瞬で補正できるイメージシフトで補正することと、３つの補正から成りたっている。
　吸収電流像の取得は、ステージ移動しながら行う。当然、移動しながらなので、静止画よりも精度が落ちる。また、スキャンモードが遅いため、ＴＶ像のような積算処理はないため、積算による遅れはない。１画面移動する間に数画面分の画像を取得し、チェック抜けのない画像とする。画像処理は、より吸収電流の違いを見るため、前回画像との差分や微分を行い人の目では見逃しそうな違いをチェックする。画像認識による表示ずれ分をステージ補正する間隔は、表示ずれの許容範囲によって異なるため、表示倍率によって異なることになり、倍率が高くなる程、ステージの速度を遅くして対応することになる。
　試料がビアチェインの場合、配線と違って長方形として見えるが、画面のラスタと同じように１行真横に配線されているものが何列にも渡って構成されている。結局、不良位置の上下でコントラストが異なるため、不良がある位置を真横に見ていくと不良位置が判るので、配線同様、本方法で不良位置を正確に見つけることができる。
　図６にビアチェインの不良例を示す。ビアチェインの領域６０１があり、ＥＢＡＣ像を表示すると不良位置６０３で段差を表示（６０２）することがある。不良位置を拡大した図が６０４である。
　ビアチェインの構成は、配線６０５とビア６０６で構成されている。端にプローブ６０７を当て１次電子ビーム６０８をスキャンすると６０２のように電気の流れるところと流れないところで輝度が変わることにより、不良位置が判るものである。
　１次電子ビーム６０８がビア不良位置６０９よりも左に振られるとプローブ６０７へは電気が流れないし、右側だと電気が流れる。加速電圧を大きくすることで下側の配線まで吸収された電流がプローブまで流れるため、繋がっていることが判る。段差表示６０２を境に上側が暗く、下側が明るい表示となる。拡大の絵は２段で表現したが、ビアチェインの領域６０１全体で幾重にも繰り返し全てが繋がっている。
　このようなビアチェインの場合であっても段差を表示６０２したところを横一直線に検査することによって正確な不良位置が明確となる。
　このように真横にステージ移動するとき、倍率を変更したり、１次電子ビームの加速電圧を変更して複数回往復することで、より明確に不良位置へ到達できる。倍率を高倍へ変更することによって、当然、今まで判らなかった不良位置が拡大されてより、明確になる。
　また、加速電圧を上げるとより下層の配線まで１次電子ビームが到達することになり、今まで見えていなかった層でのショート等の不良位置が判ることになる。しかし、初めから高い加速電圧を掛けることは、試料へのダメージが大きくなり、１次電子ビームによって影響を与えないためにも段々と加速電圧を上げることが重要である。
　試料台自体が回転する装置は、指定角度回転後、Ｘ軸のみ移動することで真横に移動することに対応できるが、試料台の回転が無い装置では、Ｘ軸，Ｙ軸の２つの軸を移動して真横に移動させる。真横に動かない要因として、バックラッシュ，ボールネジ山の高さ，２軸による誤差がある。バックラッシュがないピエゾー素子のステージもあるが、ここではボールネジを使ったタイプを前提とする。
　ステージ移動は、如何に正しい位置に停止できるか、停止精度が注目されているが、本装置のように正しい移動方向を追求したものが少ない。つまり、指定された位置に正確に早く止まることが重要視されているため、これまでのステージ移動の経緯は大きく曲がった曲線を描いていた。
　バックラッシュについては、最大バックラッシュ量は判るが、現在どの位のバックラッシュ量があるのかによって対応を変えている。バックラッシュだけを考慮すると、開始時，同一方向時，逆方向時の３つのパターンがある。開始時は、開始する前にどのようにステージを移動したかに依存するため、バックラッシュ量が判らない。また、ユーザがどちらに移動させるのかを意識して、必ず、バックラッシュを除去してから針当てをし、移動することも考えられるが、Ｙ軸方向は０度付近のため、除去方向がどちらであるのか判り難いという欠点があり、この場合だけはバックラッシュ量が判らない前提で動作をしている。
　具体的には、移動方向は決まっているので、ステージのスピードを抑えて吸収電流像を基にイメージシフトによる補正を行う。ただし、ステージの方向が違うからといってステージ移動方向を変更すると移動角度が全く違う角度になってしまうため、ステージ移動方向の修正は行わない。同一方向へ移動する場合はバックラッシュがないため、考慮しなくて良い。
　逆方向へ移動する場合は、最大バックラッシュ分だけステージが移動しないので、最大バックラッシュの手前まで、移動したい角度を無視して移動することができる。そこから徐々に移動して吸収電流像を基にイメージシフトによる補正を行うことで対応できた。
　ボールネジ山の高さによって、ある周期で吸収電流像が上下にゆれることがあるが、吸収電流像を基にイメージシフトによる補正とステージ角度の補正を行うことで対応できた。この場合は、ボールネジ山の高さが原因であるのか、真のステージ移動角度が違う原因でなっているのか判らないため、ステージ角度の補正も行う。
　２軸の誤差については、指定角度をsinとcosに分け、各成分をＸ軸，Ｙ軸にしている。しかし、ほぼＸ軸に沿って移動するため、Ｙ軸の方は、０に近い値となってしまう。また、ステージ移動するための指定値は、少数第何位といった具合に精度が良く指定できない欠点がある。sinの値からＹ軸の最小単位で一番近い値をＹ軸に設定し、Ｘ軸も同様にcosの値から設定するが、Ｙ軸の値が小さいため、誤差が大きく、計算したＸＹ軸から角度を計算し直すと大きな誤差が発生する。この対策として、Ｙ軸の小さな値は変更できないので、Ｙ軸の値を基に正しい角度となるようなＸ軸の値を求めることで正しい角度の対応ができた。この角度を２０ｍ秒単位に実際の移動量をフィードバックして修正し直すことで正しい角度をキープして移動できた。
　試料台に試料を貼り付け、配線が縦にあるとき、本操作は横に移動なので、ラスターローテーションを９０度傾けることで対応する。ラスタを９０度偏向して出すことによって、配線も横に見えるし、真横に移動することになる。
　また、配線が縦横に走っている場合、自動で９０度曲げることも可能である。但し、丁字の場合は、真横を優先とする。このように配線に沿って自動でラスターローテーションを行うと現在が全体の何処なのか判らなくなってしまうため、全体の鳥瞰図と進んでいる方向を示すことにより何処を示しているか判断できる。また、いくつかの不良位置を全体の鳥瞰図に示すことによって、指定された不良位置へ移動でき便利である。
　不良位置は、画像と付随した情報をもっており、その情報の中に各ステージ位置，イメージシフト移動量，ラスターローテーション量，倍率を覚えておき、移動後に現在の画像と覚えていた画像の位置ずれの認識をすることでより詳細に不良位置を再現できる。
　最終的な結果として、不良位置をマーキングする必要がある。画面上にマーキングすることしかできないが、例えば、プローブを利用して、試料に印をつけることも可能である。
　この不良位置を他の装置に伝えることは大変重要なことである。一般的に半導体を作成するときのＣＡＤデータを利用して不良位置等をマークするＣＡＤナビゲーションがある。このＣＡＤナビゲーションに、プローブの位置，不良位置を追加して伝えることによって、便利になる。
　プローブの位置は、半導体を作成するときにデータが無いため、通常のＣＡＤナビゲーション側ではデータが無い。針当てしたプローブの位置をＣＡＤナビゲーションに伝達することによって、近くにある配線を調査して、配線の等電位をハイライトすることができる。ＣＡＤナビゲーションを用いてプローブを移動することができれば、配線を選択することで針当ての粗寄せが可能になる。
１０１　１次電子ビーム
１０２　２次電子ビーム
１０３　試料
１０４　２次電子検出器
１０５　真空チャンバ隔壁
１１０　電子ビーム照光学系
１１１　電子銃
１１２　コンデンサレンズ１
１１３　コンデンサレンズ２
１１４　絞り
１１５　スキャン偏向器
１１６　イメージシフト偏向器
１１７　対物レンズ
１２１　ベース
１２２　大ステージ
１２３　試料台駆動手段
１２４　試料台
１２５　プローブ駆動手段
１２６　プローブ用アタッチメント
１２７，２０４，６０７　プローブ
１２８　電気特性計測器
１３１　第１の画像処理システム
１３２　記憶手段
１３３　表示装置
１３４　吸収電流アンプ
１３５　制御コンピュータ
２０１　１次電子ビーム
２０２　像表示枠
２０３　吸収電流像表示枠
２０５，３０２　吸収電流像
３０１　画面の中心線
３０３　表示ずれ
４０１　スキャン方向
４０２　イメージシフト補正量
４１１　ステージの移動方向
４１２　ステージＸ軸の移動
４１３　ステージＹ軸の移動
４１４　ステージの補正量
４１５　補正後のステージ移動方向
４１６　ステージの補正
６０１　ビアチェインの領域
６０２　段差表示
６０３　不良位置
６０４　拡大図
６０５　配線
６０６　ビア
６０８　１次電子ビーム
６０９　ビア不良位置（オープン）

Claims (7)

  1. 　試料を載置できる試料台と、
    　前記試料台を移動できるステージと、
    　電子線を照射できる電子線照射光学系と、
    　前記試料から発生する二次電子を検出できる検出器と、
    　前記試料に接触できる複数の探針と、
    　前記複数のプローブに流れる電流を計測する計測器と、
    　前記計測器からの信号が入力される増幅器と、
    　前記増幅器からの信号と、前記電子線照射光学系の走査に依存した信号とに基づいて吸収電流像を出力する画像装置とを備え、
    　試料の配線、または、パッドにプローブを当てた状態で電子線を当てることで試料内の配線を通してプローブに流れる電流を増幅し、前記画像装置にて、半導体の配線を輝度に表現して吸収電流像を取得し、上記ステージにて、プローブを当てた状態でステージ移動させ、移動中に吸収電流像を取得することを特徴とする半導体検査装置。
  2. 　請求項１記載の半導体検査装置において、
    　前記電子線は前記配線に沿う方向であって、前記吸収電流増が前記画像装置の表示面の所定の幅の表示枠内に表示されるように走査し、
    　前記所定の幅内に、配線の画像が収まるようにステージ移動することを特徴とする半導体検査装置。
  3. 　請求項２記載の半導体検査装置において、
    　前記ステージは、配線の方向に移動するように、ステージのＸ軸とＹ軸の移動速度を定め、
    　所定の時間間隔ごとにステージ座標を読み取って、ステージ移動方向を補正し、配線の画像が前記表示枠内の中心方向に表示されるように電子線を変更する偏向器を備えたことを特徴とする半導体検査装置。
  4. 　請求項１記載の半導体検査装置において、試料の配線の端にステージ移動する度に電子線照射光学系の加速電圧を変更し、深さのことなる配線の吸収電流像を取得することを特徴とする半導体検査装置。
  5. 　請求項１記載の半導体検査装置において、不良位置の可能性のある位置を電子線照射光学系の倍率を上げて不良位置をより明確にすることを特徴とする半導体検査装置。
  6. 　請求項１記載の半導体検査装置において、
    　吸収電流像に基づいて不良位置を求め、当該不良位置にプローブを用いてマーキングをすることを特徴とする半導体検査装置。
  7. 　試料を載置できる試料台と、
    　前記試料台を移動できるステージと、
    　電子線を照射できる電子線照射光学系と、
    　前記試料から発生する二次電子を検出できる検出器と、
    　前記試料に接触できる複数の探針と、
    　前記複数のプローブに流れる電流を計測する計測器と、
    　前記計測器からの信号が入力される増幅器と、
    　前記増幅器からの信号と、前記電子線照射光学系の走査に依存した信号とに基づいて吸収電流像を出力する画像装置とを備えた半導体検査装置を用いた半導体検査方法において、
    　試料の配線、または、パッドにプローブを当てた状態で電子線を当てることで試料内の配線を通してプローブに流れる電流を増幅し、前記画像装置にて、半導体の配線を輝度に表現して吸収電流像を取得し、上記ステージにて、プローブを当てた状態でステージ移動させ、移動中に吸収電流像を取得することを特徴とする半導体検査方法。
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