JP2008166702A

JP2008166702A - 荷電粒子ビーム装置

Info

Publication number: JP2008166702A
Application number: JP2007258353A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Eto; 藤義之江
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2008-07-17
Also published as: US20080135754A1

Abstract

【課題】配線不良を確実に検出することができる様にする。
【解決手段】電子源から発生した電子ビーム１で配線パターン３が形成された試料４上を二次元走査し、この走査により試料４から得られる信号に基づく試料像を表示部７に表示させる様に成す。試料４上の配線パターンの任意の箇所に２本のプローブ２Ａ，２Ｂを接触させ、これらのプローブを介して得られる吸収電流を差動電流電圧変換器６に入力することにより、各吸収電流の差を電圧信号に変換し、この電圧信号に基づく吸収電流像を表示部７に表示させる様に成す。
【選択図】図１

Description

本発明は試料の不良箇所を特定することができる荷電粒子ビーム装置に関する。

半導体デバイスの不良解析では発光顕微鏡を用いている。しかしながら、分解能（解像度）不足のため、欠陥箇所の物理的位置の特定に直接結びつかないことがある。更に、近年の半導体デバイスは配線が微細化し、上記した発光顕微鏡では、不良箇所の特定が難しくなってきている。

最近、半導体デバイスの表面に荷電粒子ビームを照射し、配線パターンに吸収された電流を検出して画像化し、半導体デバイスの不良解析を行う荷電粒子ビーム装置が注目されている。

図７はこの様な荷電粒子ビーム装置の一構成例を示している。

試料ステージ５の上には試料４が載置されており、該試料４には配線パターン３が形成されている。この配線パターン３の両端にはプローブ２Ａ，２Ｂが接触されている。一方のプローブ２Ａの他端は接地されており、他方のプローブ２Ｂの他端は電流電圧変換器３０に繋がっている。該電流電圧変換器３０はオペアンプ２７及び帰還抵抗２９から成る。

２４は前記電流電圧変換器３０の出力を増幅する電圧増幅回路、７は該電圧増幅回路２４の出力に基づく電流像を表示する表示部である。

この様に構成された装置において、一次電子ビーム１が試料４上を二次元方向に走査すると、前記配線パターン３が吸収した電子ビームに相当する吸収電流がプローブ２Ａ，２Ｂに流れる。該プローブ２Ｂを介して抵抗２９に吸収電流が流れることにより、電流電圧変換器３０は該吸収電流に応じた電圧を出力する。

この電圧信号は電圧増幅回路２４で増幅され、前記二次元走査に同期して表示部７に送られる。この結果、該表示部７には、前記配線パターン３の吸収電流像が表示される。この際、前記配線パターン中に欠陥があると、該欠陥部の両端での吸収電流の流れ方が変わり、吸収電流像における欠陥部の前後でコントラストが変わる。従って、該欠陥部を検出することが出来る。

該表示部７には、別途設けられた二次電子検出器（図示せず）により検出された二次電子に基づく試料像８が前記吸収電流像と重畳して表示される。オペレータは、この吸収電流像と試料像８を観察することにより、前記配線パターン３の不良箇所を特定することができる。
特開２００４−２９６７７１号公報特開２００２−３４３８４３号公報

前記図７に示した装置において、配線パターンの抵抗が小さい場合、例えば、該配線パターンの抵抗が前記電流電圧変換器３０の入力抵抗より低い場合、吸収電流の全てが前記プローブ２Ａから接地側に流れてしまう。その結果、検出出力が得られず、配線パターン中の不良箇所を特定できないという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、配線不良を確実に検出することができる荷電粒子ビーム装置を提供することを目的としている。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム源から発生した荷電粒子ビームで試料上を二次元走査し、該走査により前記試料から得られる信号に基づく試料像を表示装置に表示させる様に成した荷電粒子ビーム装置において、前記試料の任意の箇所に少なくとも２本のプローブを接触させる複数のプロービング手段と、該プロービング手段を介して得られる複数の吸収電流信号の差を電圧信号に変換する差動電流電圧変換器とを具備し、該差動電流電圧変換器の出力信号に基づく試料像を前記表示装置に表示させる様に成したことを特徴とする。

本発明では、第１のプローブに流れる吸収電流と第２のプローブに流れる吸収電流を差動電流電圧変換器に入力することにより、第１のプローブに流れる吸収電流と第２のプローブに流れる吸収電流の差を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいた試料像（吸収電流像）を表示する様にしているので、配線パターンの不良箇所を境にしてコントラスト（明暗）が大幅に強調できるようになり、その結果、配線パターンの配線不良箇所を確実に検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態を示す構成図である。前記図７にて使用した記号と同一記号を付したものは同一構成要素である。

図中２Ａ，２Ｂはプローブで、試料４に形成された配線パターン３の両端に接触している。該両プローブ２Ａ，２Ｂの他端は、差動電流電圧変換器６に繋がっている。

該差動電流電圧変換器６はオペアンプ２７，帰還抵抗２９及び抵抗２８から成り，前記プローブ２Ａの他端が前記オペアンプ２７の正入力端子に、前記プローブ２Ｂの他端が前記オペアンプ２７の負入力端子にそれぞれ接続されている。

尚、前記抵抗２８は前記オペアンプ２７の正入力端子と接地間に接続されている。

この様に構成された装置において、一次電子ビーム１で試料４の表面上を二次元的に走査する。

該走査により、前記試料４上に形成された配線パターン３に、該配線パターンが吸収した電子ビームに相当する吸収電流が流れる。該吸収電流は前記プローブ２Ａ，２Ｂで検出され、それぞれ、差動電流電圧変換器６の正，負入力端子に送られる。該差動電流電圧変換器は、両検出電流の差電流を電圧に変換して電圧増幅回路２４に送る。

ここで、前記プローブ２Ｂに流れる電流をＩ_１、前記プローブ２Ａに流れる電流をＩ_２、前記差動電流電圧変換器６の帰還抵抗２９と抵抗２８の抵抗値を共にＲ、前記オペアンプ２７の入力部の電圧をＶ１、出力電圧をＶ_０とすると、前記プローブ２Ｂに流れる電流Ｉ_１は次式で表される。尚、前記オペアンプ２７の正入力端子の電圧と負入力端子の電圧を同一としている。

Ｉ_１＝（Ｖ_１−Ｖ_０）／Ｒ
一方、Ｖ_１＝ＲＩ_２である。このＶ１を上式に代入すると、
ＲＩ_１＝ＲＩ_２−Ｖ_０
である。これから、出力Ｖ_０は、
Ｖ_０＝Ｒ（Ｉ_２−Ｉ_１）
となる。

前記差動電流電圧変換器６の出力は前記電圧増幅回路２４を介して制御装置（図示せず）に送られる。

該制御装置では、前記電子ビームの二次元走査に同期して前記差動電流電圧変換器６の出力信号Ｖ_０（前記プローブ２Ｂに流れる電流と２Ａに流れる電流の差に対応する信号）を画像信号に変換して表示部７に供給する。該差動信号Ｖ_０は、前記配線パターン３の吸収電流の変化に対応しており、前記表示部７に該配線パターン３の吸収電流像として表示される。

この時、前記配線パターン３の経路に配線不良（抵抗異常）箇所Ａがあると、その配線不良箇所Ａの両側で該配線パターン３に吸収される電流の流れ方が変化し、吸収電流画像で前記配線不良箇所Ａの前後で画像の明暗が明確に変化するので、配線不良箇所Ａを検出することができる。

この場合、前記表示部７でスキャンされるポイントの座標は前記制御装置（図示せず）で認識できるので、不良箇所Ａの座標を求めることができる。即ち、不良箇所の自動認識が可能になる。

ここで、前記配線パターン３を流れる電流が前記差動電流電圧変換器６によって増幅される原理について説明する。

図２は前記配線パターン３と差動電流電圧変換器６の接続部分の等価回路を示す図である。図中、前記図１と同一の構成要素は、同一の記号を付して示す。

図２において、配線パターン３の総延長をＬ、不良部Ａの抵抗をＲｈ、プローブ２Ａ側の端から不良部Ａまでの部分の抵抗をＲ１、該不良部Ａからプローブ２Ｂ側の端までの部分の抵抗をＲ２、前記オペアンプ２７の正，負入力部の入力抵抗をＲｉｎ（ここでは、正入力側の入力抵抗と負入力側の入力抵抗が等しいものとしている）とする。又、前記プローブ２Ａ側の端から不良部Ａまでの距離をｌ１、該不良部Ａから前記プローブ２Ｂ側の端までの距離をｌ２とする。

今、電子ビームを配線パターン３に照射した時に、該配線パターンに吸収される電流をＩａとする。この電流Ｉａは電子ビーム照射部の両側の抵抗により分流される。前記プローブ２Ａ，２Ｂからそれぞれ前記入力抵抗Ｒｉｎを介して前記差動電流電圧変換器６に流れる吸収電流をＩ_１、Ｉ_２とする。

図２に示す等価回路において前記分流される吸収電流は、図３の（ａ），（ｂ）に示す様な特性を示す。尚、縦軸は吸収電流、横軸は配線パターンの距離である。前記プローブ２Ａ側の特性（図３の（ａ））においても又前記プローブ２Ｂ側の特性（図３の（ｂ））においても、不良部Ａのところで、段差ができている。この部分が不良部分での吸収電流Ｉ_０に当たる。

ここで、各配線パターン距離毎に図３（ａ）に示す吸収電流値と図３（ｂ）に示す吸収電流値の差をとり、各配線パターン距離に対する吸収電流差を求めると、図３（ｃ）に示す特性の様になる。この図３（ｃ）に示す特性は、前記差動電流電圧変換器６の出力に相当しており、不良部分Ａの吸収電流Ｉ_０のα倍に増幅されている。尚、α＞１であり、このαが前記差動電流電圧変換器６のゲインに相当し、前記帰還抵抗２９の抵抗Rにより決まる。

前記図７に示すように、一方のプローブを電流電圧変換器に接続し、他方のプローブを接地した場合では、前述した様に、低い抵抗値を持った配線パターンでは吸収電流が全て接地側に流れてしまい、電流検出器側には全く吸収電流が流れず不良部箇所を特定できない問題があった。これに対して、本実施の形態例によれば、第１のプローブに流れる吸収電流と第２のプローブに流れる吸収電流を差動電流電圧変換器に入力することにより、第１のプローブに流れる吸収電流と第２のプローブに流れる吸収電流の差を電圧信号に変換し、該電圧信号に基づいた試料像（吸収電流像）を表示する様にしているので、配線パターンの不良箇所を境にしてコントラスト（明暗）が大幅に強調できるようなり、その結果、配線パターンの配線不良箇所を確実に検出することができる。

図４は前記本実施の形態の全体構成例を示す図である。前記図１にて使用した記号と同一記号を付したものは同一構成要素を示す。

図中１３は試料室、９は該試料室の上部に設けられ、電子ビーム１を加速，集束するレンズ系、走査系などを備えた鏡筒、１０は試料４からの二次電子を検出する二次電子検出器である。

図中１１は、前記二次電子検出器１０の出力、及び前記電圧増幅回路２４の出力を、走査と同期して画像信号に変換し、表示部７に送る制御装置である。該制御装置１１としては例えばコンピュータ又はパソコンが用いられる。尚、図示しないが、真空排気系と試料交換室も設けられている。

このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

前記プローブ２Ａと２Ｂを試料４表面の配線パターン３の両端に接触させ、電子ビーム１で試料４表面の所定領域を走査する。

該走査により、前記試料４表面から二次電子１４が発生すると同時に試料上に形成された配線パターン３には吸収電流が流れる。この吸収電流は、前記配線パターン３に接触している前記プローブ２Ａ，２Ｂで検出され、差動電流電圧変換器６に送られる。該差動電流電圧変換器は前記両検出電流の差を電圧に変換し、電圧増幅回路２４に送られ、ここで増幅され、制御装置１１に入力される。該制御装置は前記増幅された電圧信号を前記電子ビームの走査に同期して画像信号に変換して表示部７に送る。この結果、該表示部７に配線パターン３の吸収電流像が表示される。このように、本例によれば、前記プローブ２Ａ，２Ｂで検出された電流の差を取ることで信号の同位相成分のみを除去して差動成分を検出することができる。この際、前記配線パターン３の経路に配線不良（抵抗異常）箇所があると、その配線不良箇所の両側で該配線パターン３に吸収される電流の流れ方が変化し、吸収電流画像で前記配線不良箇所Ａの前後で画像の明暗が明確に変化するので、配線不良箇所Ａを検出することができる
一方、電子線画像を表示する場合には、前記二次電子検出器１０で検出された信号が増幅器（図示せず）で増幅され、前記制御装置１１に供給される。該制御装置は、走査と同期して画像信号に変換して前記表示部７に送る。この結果、該表示部には配線パターン３の二次電子像が表示される。

尚、二次電子検出信号と前記プローブ２Ａ，２Ｂに流れる吸収電流信号を同時に前記制御装置１１に送り、両信号とも、電子ビーム走査と同期して画像信号に変換し、前記表示部７に同時に同一配線パターンの二次電子像と吸収電流像を表示させる様にしても良い。

図５は同時に表示された２次電子像と吸収電流像を示す図である。図５（ａ）は二次電子像を示し、その中で、４０は配線パターンを示す。図５（ｂ）は吸収電流像を示し、その中で、４１は配線パターン、Ａは配線不良箇所を示す。

この様に二次電子像と吸収電流像を同時に示すことにより、二次電子像では不良箇所を特定できないが、吸収電流像では、不良箇所を特定することができ、同時に、試料の表面情報を含んだ二次電子像と不良位置との照合を行なうことができる。

尚、配線パターン３の解析箇所を設定する場合には、該配線パターン３上を電子ビーム１で走査し、該配線パターン３から発生する２次電子１４を二次電子検出器１０により検出し、表示装置７に配線パターンの二次電子像を表示させ、該二次電子像を観察して解析箇所を設定する。そして、設定された箇所の配線パターンの両端に前記プローブ２Ａ，２Ｂを接触させる。

又、同一の試料４の表面において、別の箇所を解析する場合には、前記ステージ５の移動により、その解析箇所を鏡筒９の対物レンズの真下へ移動させ、上記不良箇所Ａの検出工程と同様の工程により解析を行なう。

尚、前記差動電流電圧変換器６と制御装置１１の間に微分回路を入れ、該差動電流電圧変換器６の出力信号を微分した信号を前記制御装置１１に送る様に成せば、配線パターン３の欠陥部分を高感度に得ることが出来る。
（実施の形態２）
図６は本発明の他の実施の形態の要部を示す構成図である。図中１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。

図中２０は差動電流電圧変換器６の出力信号をフーリエ変換するフーリエ変換回路、２１は該フーリエ変換回路２０の出力信号の周波数を特定する周波数特定手段、２２は該周波数特定手段２１の出力信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換回路である。

前記プローブ２Ａ，２Ｂを試料ステージ５上に置かれた試料４に形成された配線パターン３の両端に接触させた状態で、電子ビーム１で該試料４の表面上に走査すると、前記配線パターン３に吸収電流が流れる。

該吸収電流は前記プローブ２Ａ，２Ｂでそれぞれ検出され、前記差動電流電圧変換器６で両検出電流信号の差分が電圧信号に変換される。この電圧信号は前記フーリエ変換回路２０に入力され、周波数成分の連続スペクトルに分解される。

該フーリエ変換回路２０の出力は周波数特定手段２１に入力され、ノイズ固有の周波数が除去される。該周波数特定手段２１の出力は逆フーリエ変換回路２２に入力され、画像信号に変換され、表示部７に送られる。これにより、ノイズを除去した吸収電流像を得ることができる。

本発明の一実施の形態を示す構成図である。配線パターンと差動電流電圧変換器の接続部分の等価回路を示す図である。吸収電流特性を示す図である。本発明の全体構成の一例を示す図である。同時に表示された二次電子像と吸収電流像を示す図である。本発明の他の実施の形態の要部を示す構成図である。従来装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１…電子ビーム
２Ａ…プローブ
２Ｂ…プローブ
３…配線パターン
４…試料
５…試料ステージ
６…差動電流電圧変換器
７…表示部
８…試料像
９…鏡筒
１０…二次電子検出器
１１…制御装置
１３…試料室
２０…フーリエ変換器
２１…周波数特定手段
２２…逆フーリエ変換回路
２４…電圧増幅回路
２７…オペアンプ
２８…抵抗
２９…帰還抵抗
Ａ…配線不良箇所

Claims

荷電粒子ビーム源から発生した荷電粒子ビームで試料上を二次元走査し、該走査により前記試料から得られる信号に基づく試料像を表示装置に表示させる様に成した荷電粒子ビーム装置において、前記試料の任意の箇所に少なくとも２本のプローブを接触させる複数のプロービング手段と、該プロービング手段を介して得られる複数の吸収電流信号の差を電圧信号に変換する差動電流電圧変換器とを具備し、該差動電流電圧変換器の出力信号に基づく試料像を前記表示装置に表示させる様に成したことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
前記差動電流電圧変換器の出力信号を微分する微分回路を設け、該微分回路の出力信号に基づく試料像を前記表示装置に表示させる様に成したことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
前記差動電流電圧変換器の出力信号をフーリエ変換するフーリエ変換器、該フーリエ変換された信号の周波数を特定する周波数特定手段、該周波数特定手段の出力信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換回路を設け、該逆フーリエ変換回路の出力信号に基づく試料像を前記表示装置に表示させる様に成したことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
前記差動電流電圧変換器は、オペアンプ、帰還抵抗、及び、オペアンプの正入力端子とアース間に挿入された抵抗から成る請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
前記試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器を設け、該二次電子に基づく試料像と、前記差動電流電圧変換器の出力信号に基づく試料像を前記表示装置に同時に表示させる様に成したことを特徴とする請求項１，２，３,４の何れかに記載の荷電粒子ビーム装置。