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JP2012032179A - Defect inspection method and apparatus - Google Patents

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JP2012032179A
JP2012032179A JP2010169658A JP2010169658A JP2012032179A JP 2012032179 A JP2012032179 A JP 2012032179A JP 2010169658 A JP2010169658 A JP 2010169658A JP 2010169658 A JP2010169658 A JP 2010169658A JP 2012032179 A JP2012032179 A JP 2012032179A
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image
sample
defect inspection
distance
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JP2010169658A
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Japanese (ja)
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Masahiro Sasajima
正弘 笹島
Hiroyuki Suzuki
浩之 鈴木
Toru Ando
徹 安藤
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Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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Abstract

【課題】簡単な手法によりプローブ先端と試料の間の距離及び接触を正確に検出することができる技術を提供する。
【解決手段】試料に電子ビームを照射する電子光学系と、試料に触針させる少なくとも1つのプローブと、試料からの2次電子又は反射電子を検出する複数の検出器と、を有する不良検査装置を用いて、試料上に形成された検査対象の電気特性を測定する。先ず、試料上の検査対象にプローブを接近させる。次に、複数の検出器からの信号を入力して、プローブの先端の像を含むように検査対象の画像を生成する。複数の検出器のうち、ユーザによって選択された検出器からの信号に基づいて、検査対象の画像を生成する。
【選択図】図2
Provided is a technique capable of accurately detecting the distance and contact between a probe tip and a sample by a simple method.
A defect inspection apparatus comprising: an electron optical system that irradiates a sample with an electron beam; at least one probe that causes the sample to touch the probe; and a plurality of detectors that detect secondary electrons or reflected electrons from the sample. Is used to measure the electrical characteristics of the inspection object formed on the sample. First, the probe is brought close to the inspection object on the sample. Next, signals from a plurality of detectors are input to generate an image to be inspected so as to include an image of the tip of the probe. An image to be inspected is generated based on a signal from a detector selected by the user among the plurality of detectors.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、プローブを試料に触針させて試料の電気特性を測定するプローブ式不良検査方法及び装置に関する。   The present invention relates to a probe type defect inspection method and apparatus for measuring electrical characteristics of a sample by bringing a probe into contact with the sample.

特許文献1には、半導体チップ上に形成された微細な配線の欠陥を検出するために、複数のプローブを半導体チップ上に形成された配線に接触させて、電気特性を測定する技術が記載されている。プローブを試料に接触させるとき、プローブと試料の間の距離を正確に検出しないと、プローブ先端が試料に衝突し、破損する。そこで、プローブを試料に接触させるとき、光学式カメラ像やSEM画像を用いて、プローブと試料の相対位置を確認している。例えば、プローブと試料間が数百μm程度になるまでは、光学式カメラを用い、その後はSEM画像を用いる。SEM画像を観察しながら、プローブ先端と試料表面の電子光学系のフォーカス値を利用してプローブと試料の間の距離が50から100μm程度になるまで、プローブを移動させる。その後、更に微小な単位(数マイクロメートルから数ナノメートル)でプローブの移動を繰り返す。プローブ先端が試料に接触した時に、プローブ位置の移動が発生する。これをSEM画像により観察することで、プローブと試料の接触を確認することができる。   Patent Document 1 describes a technique for measuring electrical characteristics by bringing a plurality of probes into contact with a wiring formed on a semiconductor chip in order to detect a defect in a fine wiring formed on the semiconductor chip. ing. When the probe is brought into contact with the sample, if the distance between the probe and the sample is not accurately detected, the probe tip collides with the sample and breaks. Therefore, when the probe is brought into contact with the sample, the relative position between the probe and the sample is confirmed using an optical camera image or SEM image. For example, an optical camera is used until the distance between the probe and the sample is about several hundred μm, and then an SEM image is used. While observing the SEM image, the probe is moved until the distance between the probe and the sample becomes about 50 to 100 μm using the focus value of the electron optical system between the probe tip and the sample surface. Thereafter, the probe is repeatedly moved in smaller units (several micrometers to several nanometers). When the probe tip comes into contact with the sample, movement of the probe position occurs. By observing this with an SEM image, the contact between the probe and the sample can be confirmed.

特開2002−343843号公報JP 2002-343843 A

近年、LSI等の半導体素子上に形成される回路パターンが複雑化及び微細化し、プローブ先端も微細化している。それに伴い、観察画像の高倍率化が必須となっている。プローブ先端の曲率半径が数十nm程度となると、プローブ先端の形状を維持可能な許容圧力は小さくなる。そのため、プローブを接触させる最終工程において、プローブ先端の破損が多発する傾向にある。   In recent years, circuit patterns formed on semiconductor elements such as LSIs have become complicated and miniaturized, and probe tips have also been miniaturized. Accordingly, it is essential to increase the magnification of the observation image. When the radius of curvature of the probe tip is about several tens of nanometers, the allowable pressure that can maintain the shape of the probe tip becomes small. For this reason, the probe tip tends to be damaged frequently in the final step of contacting the probe.

本発明の目的は、簡単な手法によりプローブ先端と試料の間の距離及び接触を正確に検出することができる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of accurately detecting the distance and contact between a probe tip and a sample by a simple technique.

本発明では、試料に電子ビームを照射する電子光学系と、試料に触針させる少なくとも1つのプローブと、試料からの2次電子又は反射電子を検出する複数の検出器と、を有する不良検査装置を用いて、試料上に形成された検査対象の電気特性を測定する。   In the present invention, a defect inspection apparatus having an electron optical system that irradiates a sample with an electron beam, at least one probe that causes the sample to touch, and a plurality of detectors that detect secondary electrons or reflected electrons from the sample. Is used to measure the electrical characteristics of the inspection object formed on the sample.

先ず、試料上の検査対象にプローブを接近させる。次に、複数の検出器からの信号を入力して、プローブの先端の像を含むように検査対象の画像を生成する。ここで、複数の検出器のうち、ユーザによって選択された検出器からの信号に基づいて、検査対象の画像を生成する。   First, the probe is brought close to the inspection object on the sample. Next, signals from a plurality of detectors are input to generate an image to be inspected so as to include an image of the tip of the probe. Here, an image to be inspected is generated based on a signal from a detector selected by the user among the plurality of detectors.

本発明によると、簡単な手法によりプローブ先端と試料の間の距離及び接触を正確に検出することができる。   According to the present invention, the distance and contact between the probe tip and the sample can be accurately detected by a simple method.

本発明による不良検査装置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the defect inspection apparatus by this invention. 本発明による不良検査装置により、プローブと試料のSEM画像の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the SEM image of a probe and a sample by the defect inspection apparatus by this invention. 本発明による不良検査装置におけるプローブと検出器の配置の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of arrangement | positioning of the probe and detector in the defect inspection apparatus by this invention. 本発明による不良検査装置により、プローブと試料の間の距離を計測する方法の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the method of measuring the distance between a probe and a sample with the defect inspection apparatus by this invention.

図1を参照して、本発明による不良検査装置の例を説明する。不良検査装置では、試料である半導体素子上に形成された回路パターンにプローブを直接触針させ、回路の論理的な動作や電気特性を測定する。試料とプローブの間の接触状態及び接触位置を確認するために、走査型顕微鏡(SEM)、又は、フォーカスイオンビーム(FIB)装置が設けられている。ここでは、走査型顕微鏡を備えたSEM式不良検査装置の例を説明するが、本発明の不良検査装置は、他の荷電粒子線装置を用いた不良検査装置であってもよい。   An example of a defect inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In a defect inspection apparatus, a probe is brought into direct contact with a circuit pattern formed on a semiconductor element as a sample, and the logical operation and electrical characteristics of the circuit are measured. In order to confirm the contact state and the contact position between the sample and the probe, a scanning microscope (SEM) or a focus ion beam (FIB) apparatus is provided. Here, an example of an SEM type defect inspection apparatus provided with a scanning microscope will be described, but the defect inspection apparatus of the present invention may be a defect inspection apparatus using another charged particle beam apparatus.

本例のSEM式不良検査装置は、SEM式電子光学系100と試料室108を有する。電子光学系100は試料室108の筐体に設けられている。試料室108には、試料101を載置する試料ホルダ102と、試料ホルダ102を支持する試料ステージ103と、プローブ107A、107Bを支持するプローブホルダ106A、106Bと、プローブホルダ106A、106Bを支持するプローブステージ105A、105Bと、試料ステージ103及びプローブステージ105A、105Bを支持するベースステージ104と、が設けられている。試料室108の筐体は、一点鎖線で示す除振機能を有する架台117によって支持されている。試料室108の筐体には更に、検出器109A、109Bが設けられている。   The SEM type defect inspection apparatus of this example includes an SEM type electron optical system 100 and a sample chamber 108. The electron optical system 100 is provided in the housing of the sample chamber 108. In the sample chamber 108, a sample holder 102 for placing the sample 101, a sample stage 103 for supporting the sample holder 102, probe holders 106A and 106B for supporting probes 107A and 107B, and probe holders 106A and 106B are supported. Probe stages 105A and 105B, and a sample stage 103 and a base stage 104 that supports the probe stages 105A and 105B are provided. The housing of the sample chamber 108 is supported by a gantry 117 having a vibration isolation function indicated by a one-dot chain line. Detectors 109A and 109B are further provided in the housing of the sample chamber 108.

プローブ107A、107B、プローブホルダ106A、106B、及び、プローブステージ105A、105Bをプローブユニットと称する。図1では、1対のプローブユニットが図示されているが、本例のSEM式不良検査装置では、3つ以上のプローブユニットを設けることができる。図1では、1対の検出器109A、109Bが図示されているが、本例のSEM式不良検査装置では、3つ以上の検出器109を設けることができる。   The probes 107A and 107B, the probe holders 106A and 106B, and the probe stages 105A and 105B are referred to as probe units. In FIG. 1, a pair of probe units is shown, but in the SEM type defect inspection apparatus of this example, three or more probe units can be provided. In FIG. 1, a pair of detectors 109 </ b> A and 109 </ b> B is illustrated, but in the SEM type defect inspection apparatus of this example, three or more detectors 109 can be provided.

プローブステージ105A、105Bを移動させることにより、プローブホルダ106A、106Bに支持されたプローブ107A、107Bを3次元方向に移動させることができる。試料ステージ103を移動させることにより、試料ホルダ102に搭載された試料101を3次元方向に移動させることができる。更に、ベースステージ104を移動させることにより、プローブステージ105A、105Bと試料ステージ103を同時に移動させることができる。即ち、プローブ107A、107Bと試料101の間の相対位置を変化させることなく、プローブ107A、107Bと試料101を同時に3次元方向に移動させることができる。   By moving the probe stages 105A and 105B, the probes 107A and 107B supported by the probe holders 106A and 106B can be moved in a three-dimensional direction. By moving the sample stage 103, the sample 101 mounted on the sample holder 102 can be moved in a three-dimensional direction. Furthermore, by moving the base stage 104, the probe stages 105A and 105B and the sample stage 103 can be moved simultaneously. That is, the probes 107A and 107B and the sample 101 can be simultaneously moved in the three-dimensional direction without changing the relative position between the probes 107A and 107B and the sample 101.

本例のSEM式不良検査装置は、更に、信号処理システム113と電源部114を有する制御部112、画像表示部115、及び、電気特性評価部116を有する。   The SEM type defect inspection apparatus of this example further includes a control unit 112 having a signal processing system 113 and a power supply unit 114, an image display unit 115, and an electrical characteristic evaluation unit 116.

試料室108には、ターボ分子ポンプ(TMP)110およびこれに連結されたドライポンプ(DRP)111が接続されている。これらのポンプ110、111は、制御部112からの信号によって駆動され、試料室108の内部が真空排気される。   A turbo molecular pump (TMP) 110 and a dry pump (DRP) 111 connected thereto are connected to the sample chamber 108. These pumps 110 and 111 are driven by a signal from the control unit 112, and the inside of the sample chamber 108 is evacuated.

本例のSEM式不良検査装置の動作を説明する。先ず、制御部112に操作情報が供給される。制御部112は操作情報を制御信号に変換し、それをプローブステージ105A、105B、試料ステージ103及びベースステージ104に送信する。それによって、プローブ107A、107Bと試料101の間の相対的位置が変化し、プローブ107A、107Bが試料101に接触する。プローブ107A、107Bからの電気信号は電気特性評価部116へ送られる。電気特性評価部116はプローブからの信号を解析し、電気特性を評価し、評価結果を制御部112に送信する。評価結果を示すグラフ又は表は、画像表示部115又は電気特性評価部116によって表示される。   The operation of the SEM type defect inspection apparatus of this example will be described. First, operation information is supplied to the control unit 112. The control unit 112 converts the operation information into a control signal and transmits it to the probe stages 105A and 105B, the sample stage 103, and the base stage 104. Thereby, the relative positions between the probes 107A and 107B and the sample 101 change, and the probes 107A and 107B come into contact with the sample 101. Electrical signals from the probes 107A and 107B are sent to the electrical characteristic evaluation unit 116. The electrical property evaluation unit 116 analyzes the signal from the probe, evaluates the electrical property, and transmits the evaluation result to the control unit 112. The graph or table indicating the evaluation result is displayed by the image display unit 115 or the electrical characteristic evaluation unit 116.

一方、電子光学系100では、荷電粒子ビームを試料101に照射する。試料101から発生する2次電子信号又は反射電子信号は、検出器109A、109Bによって検出され、制御部112の信号処理システム113に送られる。信号処理システム113によって生成された画像信号は画像表示部115に送られ、SEM画像が表示される。   On the other hand, the electron optical system 100 irradiates the sample 101 with a charged particle beam. Secondary electron signals or reflected electron signals generated from the sample 101 are detected by the detectors 109A and 109B and sent to the signal processing system 113 of the control unit 112. The image signal generated by the signal processing system 113 is sent to the image display unit 115, and an SEM image is displayed.

本例のSEM式不良検査装置では、信号処理システム113は、複数の検出器からの信号から所望の信号を選択して1つのSEM画像を生成し、更に、複数の検出器からの信号から所望の信号を選択して合成(積算)して1つのSEM画像を生成する。こうして所望のSEM画像を生成することによって、試料とプローブの接触を正確に且つ的確に確認することができるが、これについては以下に詳細に説明する。   In the SEM type defect inspection apparatus of this example, the signal processing system 113 generates a single SEM image by selecting a desired signal from signals from a plurality of detectors, and further generates a desired SEM image from the signals from the plurality of detectors. These signals are selected and combined (integrated) to generate one SEM image. By generating a desired SEM image in this manner, the contact between the sample and the probe can be confirmed accurately and accurately, which will be described in detail below.

図2を参照して、本発明によるSEM式不良検査装置において、検出器の位置及び方向とSEM画像の関係を説明する。図2は、試料101を上から見た状態を示す。試料101の上方に、プローブ107と検出器109A、109B、109Cが配置されている。試料101から発生する2次電子信号又は反射電子信号は検出器109A、109B、109Cによって検出され、SEM画像が生成される。左側の第1の検出器109Aによって第1のSEM画像201が生成され、右側の第2の検出器109Bによって第2のSEM画像202が生成され、上側の第3の検出器109Cによって第3のSEM画像203が生成されたものとする。   With reference to FIG. 2, in the SEM type defect inspection apparatus according to the present invention, the relationship between the position and direction of the detector and the SEM image will be described. FIG. 2 shows a state in which the sample 101 is viewed from above. A probe 107 and detectors 109A, 109B, and 109C are arranged above the sample 101. Secondary electron signals or reflected electron signals generated from the sample 101 are detected by the detectors 109A, 109B, and 109C, and an SEM image is generated. A first SEM image 201 is generated by the first detector 109A on the left side, a second SEM image 202 is generated by the second detector 109B on the right side, and a third SEM image 202 is generated by the upper third detector 109C. It is assumed that the SEM image 203 has been generated.

本例では、プローブ107と試料101の間の間隔は、10μm程度である。この場合、試料101から発生する2次電子信号又は反射電子信号は、検出器に到達する前にプローブ107によって遮蔽される。従って、プローブ107の両側に検出器を配置する。第1及び第2の検出器109A、109Bは、プローブ107の横側に配置されている。第1及び第2のSEM画像201、202では、プローブの像2011、2021とその影2012、2022が現れている。影2012、2022は、検出器からの信号が減少していることを示す。影2012、2022の形状及び大きさは、プローブ107の高さ、即ち、プローブ107と試料101の間の間隔によって変化する。プローブ107と試料101の間の間隔が小さいほど、影2012、2022は濃くなり、プローブ107と試料101の間の間隔が大きいほど、影2012、2022は薄くなる。プローブ107と試料101の間の間隔が、数十マイクロメートル程度では、検出器の方向による信号差は無くなる。   In this example, the interval between the probe 107 and the sample 101 is about 10 μm. In this case, secondary electron signals or reflected electron signals generated from the sample 101 are shielded by the probe 107 before reaching the detector. Therefore, detectors are arranged on both sides of the probe 107. The first and second detectors 109A and 109B are arranged on the lateral side of the probe 107. In the first and second SEM images 201 and 202, probe images 2011 and 2021 and their shadows 2012 and 2022 appear. Shadows 2012 and 2022 indicate that the signal from the detector is decreasing. The shape and size of the shadows 2012 and 2022 vary depending on the height of the probe 107, that is, the distance between the probe 107 and the sample 101. The shadows 2012 and 2022 are darker as the distance between the probe 107 and the sample 101 is smaller, and the shadows 2012 and 2022 are lighter as the distance between the probe 107 and the sample 101 is larger. When the distance between the probe 107 and the sample 101 is about several tens of micrometers, there is no signal difference due to the direction of the detector.

第3の検出器109Cは、プローブ107の先端側に配置されている。この場合、試料101から発生する2次電子信号又は反射電子信号は、プローブ107によって遮蔽されない。従って、第3のSEM画像203では、プローブの像2031のみが現れ、その影が現れていない。   The third detector 109C is disposed on the tip side of the probe 107. In this case, secondary electron signals or reflected electron signals generated from the sample 101 are not shielded by the probe 107. Accordingly, in the third SEM image 203, only the probe image 2031 appears, and the shadow thereof does not appear.

このように、プローブ107と試料101の間の間隔が10μm程度のとき、SEM画像は、検出器の位置及び方向によって、異なる。即ち、異なる位置及び方向に配置された複数の検出器を用いることによって、異なるSEM画像が得られる。これらのSEM画像から、観察目的及び観察対象に応じて、所望のSEM画像を選択することができる。即ち、ユーザは複数の検出器のうち、所望の検出器を選択して用いることができる。   Thus, when the distance between the probe 107 and the sample 101 is about 10 μm, the SEM image varies depending on the position and direction of the detector. That is, different SEM images are obtained by using a plurality of detectors arranged at different positions and directions. From these SEM images, a desired SEM image can be selected according to the observation purpose and the observation object. That is, the user can select and use a desired detector among a plurality of detectors.

(1)プローブと試料が近接すると、検出器によって検出する信号が変化する。図2の例では、第1及び第2の検出器109A、109Bからの信号によって得られた第1及び第2のSEM画像201、202では、プローブの像2011、2021に隣接して影2012、2022が現れている。このように、影2012、2022が現れると、プローブが試料に近接していると判定することができる。   (1) When the probe and the sample are close to each other, the signal detected by the detector changes. In the example of FIG. 2, in the first and second SEM images 201, 202 obtained by the signals from the first and second detectors 109A, 109B, shadows 2012, adjacent to the probe images 2011, 2021, 2022 appears. Thus, when the shadows 2012 and 2022 appear, it can be determined that the probe is close to the sample.

(2)SEM画像201、202に影2012、2022が現れると、試料の像が不鮮明となる。そこで、影が生じないSEM画像を生成するには、第3の検出器109Cからの信号によって得られた第3のSEM画像203を用いればよい。しかしながら、第3の検出器109Cが設けられていない場合には、第1及び第2の検出器109A、109Bからの信号を加算することによって合成信号を生成し、この合成信号によってSEM画像を生成すればよい。それによって影が消去され、影が無い像が得られる。   (2) When shadows 2012 and 2022 appear in the SEM images 201 and 202, the sample image becomes unclear. Therefore, in order to generate an SEM image in which no shadow is generated, the third SEM image 203 obtained by the signal from the third detector 109C may be used. However, when the third detector 109C is not provided, a combined signal is generated by adding the signals from the first and second detectors 109A and 109B, and an SEM image is generated using the combined signal. do it. As a result, the shadow is erased and an image without a shadow is obtained.

図3を参照して、プローブと検出器の配置の例を説明する。本発明の不良検査装置では、互いに異なる位置及び方向に配置された複数のプローブ107A、107B、107C、107D及び複数の検出器109A、109B、109Cが装着されている。図示のプローブの中心軸線と検出器の中心軸線の方向は、例示であり、実際には、プローブの中心軸線と検出器の中心軸線の方向は任意の方向を向いている。電気特性の評価に使用するプローブの数は、検査対象によって異なる。例えば、半導体素子のトランジスタを検査対象とする場合には、4本のプローブを用いる。LSI等の半導体素子の配線パターンを検査対象とする場合には、1又は2本のプローブを用いる。使用するプローブの数と検出器の数は同一であるとは限らない。   With reference to FIG. 3, the example of arrangement | positioning of a probe and a detector is demonstrated. In the defect inspection apparatus of the present invention, a plurality of probes 107A, 107B, 107C, and 107D and a plurality of detectors 109A, 109B, and 109C arranged at different positions and directions are mounted. The directions of the center axis of the probe and the center axis of the detector shown in the figure are examples, and in fact, the directions of the center axis of the probe and the center axis of the detector are in arbitrary directions. The number of probes used for the evaluation of electrical characteristics varies depending on the inspection object. For example, when a semiconductor element transistor is to be inspected, four probes are used. When a wiring pattern of a semiconductor element such as an LSI is to be inspected, one or two probes are used. The number of probes used and the number of detectors are not necessarily the same.

ユーザは、プローブ毎に、複数の検出器からの信号のうち所望の検出器からの信号を選択的に用いることによって、所望のSEM画像を生成することができる。例えば、第1のプローブ107Aの接触を検出する場合には、3つの検出器109A、109B、109Cからの信号のうち所望の検出器からの信号を選択して、SEM画像を生成する。第1のプローブ107Aが試料に接近すると、3つの検出器109A、109B、109Cからの信号より得たSEM画像のうちいずれかのSEM画像にて、プローブの像に隣接して影が現れる。それによって、プローブ107Aの接触を確認することができる。同様に、第2のプローブ107Bの接触を確認するには、3つの検出器109A、109B、109Cからの信号のうち所望の検出器からの信号を選択して、SEM画像を生成する。   The user can generate a desired SEM image by selectively using signals from a desired detector among signals from a plurality of detectors for each probe. For example, when detecting contact of the first probe 107A, a signal from a desired detector is selected from the signals from the three detectors 109A, 109B, and 109C, and an SEM image is generated. When the first probe 107A approaches the sample, a shadow appears adjacent to the probe image in any one of the SEM images obtained from the signals from the three detectors 109A, 109B, and 109C. Thereby, the contact of the probe 107A can be confirmed. Similarly, in order to confirm the contact of the second probe 107B, a signal from a desired detector is selected from the signals from the three detectors 109A, 109B, and 109C, and an SEM image is generated.

次に、第1のプローブ107Aの接触を検出する場合において、影が生じないSEM画像が必要となることがある。この場合には、3つの検出器109A、109B、109Cからの信号のうち所望の検出器からの信号を選択して、SEM画像を生成すればよい。これらのSEM画像において、影が生じないSEM画像がある場合には、それを用いる。影が生じないSEM画像が無かった場合には、3つの検出器109A、109B、109Cからの信号のうち所望の複数の検出器からの信号を加算することにより、影が消失し、影が無いSEM画像を生成することができる。   Next, when detecting the contact of the first probe 107A, an SEM image in which no shadow is generated may be required. In this case, an SEM image may be generated by selecting a signal from a desired detector from among the signals from the three detectors 109A, 109B, and 109C. In these SEM images, when there is an SEM image in which no shadow is generated, it is used. When there is no SEM image in which no shadow occurs, the shadow disappears and there is no shadow by adding signals from a plurality of desired detectors among the signals from the three detectors 109A, 109B, and 109C. SEM images can be generated.

図4A、図4B及び図4Cを参照して、本発明によるSEM式不良検査装置において、プローブと試料の間の間隔を測定する方法を説明する。先ず、図4Aを参照して、プローブ107と検出器109Aの相対的な位置を説明する。検出器109Aは、プローブ107の横側に配置されている。即ち、検出器109Aは、その中心軸線がプローブ107の軸線に対して直交するように、配置されている。本願の発明者は、試料に対する検出器の角度を変化させて、SEM画像に現れる影を観察した。試料101上面に対する検出器109Aの中心軸線のなす角度をθ、試料101上面に対するプローブ107の中心軸線のなす角をαとする。一般には、0°<θ<αである。プローブの取り付け角αは予め決まっているものとする。たとえば、α=30〜60°である。ここでは、α=45°であるとする。   With reference to FIGS. 4A, 4B, and 4C, a method of measuring the distance between the probe and the sample in the SEM type defect inspection apparatus according to the present invention will be described. First, the relative positions of the probe 107 and the detector 109A will be described with reference to FIG. 4A. The detector 109A is disposed on the lateral side of the probe 107. That is, the detector 109A is arranged so that its central axis is orthogonal to the axis of the probe 107. The inventors of the present application observed the shadow appearing in the SEM image by changing the angle of the detector with respect to the sample. The angle formed by the central axis of the detector 109A with respect to the upper surface of the sample 101 is θ, and the angle formed by the central axis of the probe 107 with respect to the upper surface of the sample 101 is α. In general, 0 ° <θ <α. It is assumed that the probe attachment angle α is predetermined. For example, α = 30-60 °. Here, it is assumed that α = 45 °.

本願の発明者は、検出器109Aの取り付け角θは、できるだけ小さいほうがよいことを見出した。即ち、検出器109Aの取り付け角θを小さくすると、SEM画像に現れる影が明確化することを見出した。検出器109Aの取り付け角θは、θ=0〜45°であることが好ましく、更に、θ=0〜10°であるとより好ましいことが見出された。次に、プローブを試料の表面に近づけながら、SEM画像を観察した。   The inventor of the present application has found that the mounting angle θ of the detector 109A should be as small as possible. That is, it was found that the shadow appearing in the SEM image is clarified when the mounting angle θ of the detector 109A is reduced. It has been found that the mounting angle θ of the detector 109A is preferably θ = 0 to 45 °, and more preferably θ = 0 to 10 °. Next, the SEM image was observed while bringing the probe close to the surface of the sample.

図4Bは、プローブが試料に接触していないときのSEM画像301の例を示し、図4Cは、プローブが試料に接触しているときのSEM画像302の例を示す。図4Bに示すように、プローブが試料に接触していないとき、影の像3012はプローブの像3011より離れている。図4Cに示すように、プローブが試料に接触しているとき、影の像3022はプローブの像3021に隣接している。従って、影の像3012とプローブの像3011の間の距離xを測定することにより、プローブが試料に接触しているか否かを判定することができる。   FIG. 4B shows an example of the SEM image 301 when the probe is not in contact with the sample, and FIG. 4C shows an example of the SEM image 302 when the probe is in contact with the sample. As shown in FIG. 4B, when the probe is not in contact with the sample, the shadow image 3012 is separated from the probe image 3011. As shown in FIG. 4C, the shadow image 3022 is adjacent to the probe image 3021 when the probe is in contact with the sample. Therefore, by measuring the distance x between the shadow image 3012 and the probe image 3011, it can be determined whether or not the probe is in contact with the sample.

例えば、先ず、プローブと試料の間の実際の距離yを、適当な方法によって正確に測定する。同時に、影の像とプローブの像の間の距離xを測定する。こうして、影の像とプローブの像の間の距離xと、プローブと試料の間の距離yの関係を予め求め、それを信号処理システム113に保存する。そこで、影の像とプローブの像の間の距離xを測定したら、信号処理システム113に保存された2つの距離x・yの関係より、プローブと試料の間の距離yが正確に得られる。   For example, first, the actual distance y between the probe and the sample is accurately measured by an appropriate method. At the same time, the distance x between the shadow image and the probe image is measured. Thus, the relationship between the distance x between the shadow image and the probe image and the distance y between the probe and the sample is obtained in advance and stored in the signal processing system 113. Therefore, when the distance x between the shadow image and the probe image is measured, the distance y between the probe and the sample can be accurately obtained from the relationship between the two distances x · y stored in the signal processing system 113.

本発明によると、SEM画像を用いてLSI等に直接触針して電気特性を高感度に測定する不良検査装置において、検出器によって試料からの2次電子信号又は反射電子信号を検出する。この信号量は、プローブが試料に接触する直前にて変化する。この信号量の変化を検出することによって、プローブを試料に接触させる最終工程の繰り返し作業を減らすことができる。また、本発明によると、プローブの接触過程が容易化されるので、信頼性の高い測定と、操作性のよい不良解析装置を提供することができる。   According to the present invention, a secondary electron signal or a reflected electron signal from a sample is detected by a detector in a defect inspection apparatus that measures electrical characteristics with high sensitivity by directly contacting an LSI or the like using an SEM image. This signal amount changes immediately before the probe contacts the sample. By detecting this change in the signal amount, it is possible to reduce the repetitive work of the final process of bringing the probe into contact with the sample. In addition, according to the present invention, since the probe contact process is facilitated, it is possible to provide a failure analysis apparatus with high reliability and good operability.

更に、本発明によれば、複数のメカニカルプローブを直接触針して電気特性を測定するSEM式プロービング装置において、プローブを試料に接触させる場合に、SEM画像において、プローブの像とプローブの影の像との間の距離を測定することにより、プローブと試料の間の距離を測定することができる。即ち、本発明によると、プローブの配置に関係なくの中にプローブと試料の接触直前の相対位置を定量化することができる。そのため、プローブ先端が試料に衝突して変形することを回避することが可能であり、安定した不良解析をすることができる。更に、プローブを試料に接触させることなくプローブと試料の間の相対的位置を知ることができるから、プローブ先端を破損することなく、プローブの自動移動が可能となる。   Further, according to the present invention, in the SEM type probing apparatus that measures the electrical characteristics by directly contacting a plurality of mechanical probes, when the probe is brought into contact with the sample, in the SEM image, the image of the probe and the shadow of the probe are displayed. By measuring the distance between the images, the distance between the probe and the sample can be measured. That is, according to the present invention, the relative position immediately before the contact between the probe and the sample can be quantified regardless of the arrangement of the probe. Therefore, it is possible to avoid the probe tip from colliding with the sample to be deformed, and a stable failure analysis can be performed. Furthermore, since the relative position between the probe and the sample can be known without bringing the probe into contact with the sample, the probe can be automatically moved without damaging the probe tip.

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。   Although the examples of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described examples, and it is easy for those skilled in the art to make various modifications within the scope of the invention described in the claims. Will be understood.

100・・・電子光学系、101・・・試料、102・・・試料ホルダ、103・・・試料ステージ、104・・・ベースステージ、105・・・プローブステージ、106・・・プローブホルダ、107・・・プローブ、108・・・試料室、109・・・検出器、110・・・ターボ分子ポンプ(TMP)、111・・・ドライポンプ(DRP)、112・・・制御部、113・・・信号処理システム、114・・・電源部、115・・・画像表示部、116・・・電気特性評価部、117・・・架台 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electro-optic system, 101 ... Sample, 102 ... Sample holder, 103 ... Sample stage, 104 ... Base stage, 105 ... Probe stage, 106 ... Probe holder, 107 ... Probe, 108 ... Sample chamber, 109 ... Detector, 110 ... Turbo molecular pump (TMP), 111 ... Dry pump (DRP), 112 ... Control unit, 113 ...・ Signal processing system, 114 ... Power supply unit, 115 ... Image display unit, 116 ... Electrical characteristic evaluation unit, 117 ... Stand

Claims (12)

試料に電子ビームを照射する電子光学系と、試料に触針させる少なくとも1つのプローブと、試料からの2次電子又は反射電子を検出する複数の検出器と、を有する不良検査装置を用いて、試料上に形成された検査対象の電気特性を測定する不良検査方法において、
試料上の検査対象にプローブを接近させるプローブ移動ステップと、
前記複数の検出器からの信号を入力して、それぞれ、前記プローブの先端の像を含むように前記検査対象の画像を生成する画像生成ステップと、
前記検査対象の画像を画像表示部に表示する画像表示ステップと、
前記複数の検出器のうち、ユーザによって選択された検出器からの信号に基づいて前記検査対象の画像を生成するステップと、
を有する不良検査方法。
Using a defect inspection apparatus having an electron optical system that irradiates a sample with an electron beam, at least one probe that causes the sample to touch, and a plurality of detectors that detect secondary electrons or reflected electrons from the sample, In a defect inspection method for measuring electrical characteristics of an inspection object formed on a sample,
A probe moving step for bringing the probe closer to the inspection object on the sample;
An image generation step of inputting signals from the plurality of detectors and generating an image of the inspection target so as to include an image of the tip of the probe, respectively.
An image display step for displaying the image to be inspected on an image display unit;
Generating an image of the inspection object based on a signal from a detector selected by a user among the plurality of detectors;
A defect inspection method.
請求項1記載の不良検査方法において、
ユーザによって選択された複数の検出器からの画像信号を合成して1つの合成画像信号を生成するステップと、
前記合成画像信号に基づいて、前記検査対象の画像を生成するステップと、
を有することを特徴とする不良検査方法。
The defect inspection method according to claim 1,
Combining image signals from a plurality of detectors selected by a user to generate one combined image signal;
Generating an image to be inspected based on the composite image signal;
A defect inspection method characterized by comprising:
請求項1の記載の不良検査方法において、
前記試料に対する前記検出器の中心軸線のなす角度をθとするとき、該角度θは10°以下であることを特徴とする不良検査方法。
The defect inspection method according to claim 1,
A defect inspection method, wherein an angle formed by a central axis of the detector with respect to the sample is θ, and the angle θ is 10 ° or less.
請求項1の記載の不良検査方法において、
前記試料に対する前記検出器の中心軸線のなす角度をθ、前記試料に対する前記プローブの中心軸線のなす角をαとするとき、0°<θ<αであることを特徴とする不良検査方法。
The defect inspection method according to claim 1,
A defect inspection method, wherein 0 ° <θ <α, where θ is an angle formed by the central axis of the detector with respect to the sample and α is an angle formed by the central axis of the probe with respect to the sample.
請求項1記載の不良検査方法において、
前記不良検査装置を用いて、前記プローブの像と該プローブの像に隣接して生じる影の間の距離を測定し、該プローブの像と影の間の距離と実際のプローブと試料の間の距離の関係を求め、該2つの距離の関係を保存するステップと、
前記検査対象の画像において、前記プローブの像と該プローブの像に隣接して生じる影の間の距離を求めるステップと、
前記検査対象の画像において求めた前記プローブの像と影の間の距離から、前記保存された2つの距離の関係を用いて、前記プローブと前記試料の間の距離を求めるステップと、
を有することを特徴とする不良検査方法。
The defect inspection method according to claim 1,
The defect inspection apparatus is used to measure the distance between the probe image and a shadow generated adjacent to the probe image, and the distance between the probe image and the shadow between the actual probe and the sample. Determining a relationship between the distances and storing the relationship between the two distances;
Obtaining a distance between an image of the probe and a shadow generated adjacent to the image of the probe in the image to be inspected;
Obtaining the distance between the probe and the sample using the relationship between the two stored distances from the distance between the image and the shadow of the probe obtained in the image to be inspected;
A defect inspection method characterized by comprising:
試料を載置する試料ステージと、試料に電子ビームを照射する電子光学系と、試料に少なくとも1つのプローブを触針させるプローブユニットと、試料からの2次電子又は反射電子を検出する複数の検出器と、前記プローブ毎に前記複数の検出器からの信号を入力して前記試料の画像を生成する信号処理システムと、前記画像を表示する画像表示部と、を備え、前記プローブからの電気信号により試料上に形成された配線パターンの電気特性を測定する不良検査装置において、
前記信号処理システムは、試料上の検査対象にプローブを接近させるとき、前記複数の検出器のうち、ユーザによって選択された検出器からの信号に基づいて前記プローブの先端の像を含むように前記検査対象の画像を生成し、前記画像表示部に表示することを特徴とする不良検査装置。
A sample stage on which the sample is placed, an electron optical system that irradiates the sample with an electron beam, a probe unit that causes the sample to touch at least one probe, and a plurality of detections that detect secondary electrons or reflected electrons from the sample An electrical signal from the probe, and a signal processing system for generating an image of the sample by inputting signals from the plurality of detectors for each probe and an image display unit for displaying the image In the defect inspection apparatus that measures the electrical characteristics of the wiring pattern formed on the sample by
The signal processing system includes an image of a tip of the probe based on a signal from a detector selected by a user among the plurality of detectors when the probe is brought close to an inspection target on a sample. A defect inspection apparatus that generates an image to be inspected and displays the image on the image display unit.
請求項6の記載の不良検査装置において、
前記信号処理システムは、ユーザによって選択された所定の複数の検出器からの信号を加算して得られた合成信号を用いて前記検査対象の画像を生成し、前記画像表示部に表示することを特徴とする不良検査装置。
The defect inspection apparatus according to claim 6,
The signal processing system generates an image to be inspected using a composite signal obtained by adding signals from a plurality of predetermined detectors selected by a user, and displays the image on the image display unit. A feature defect inspection device.
請求項6の記載の不良検査装置において、
前記試料に対する前記検出器の中心軸線のなす角度をθとするとき、該角度θは10°以下であることを特徴とする不良検査装置。
The defect inspection apparatus according to claim 6,
A defect inspection apparatus, wherein an angle formed by a central axis of the detector with respect to the sample is θ, the angle θ is 10 ° or less.
請求項6の記載の不良検査装置において、
前記試料に対する前記検出器の中心軸線のなす角度をθ、前記試料に対する前記プローブの中心軸線のなす角をαとするとき、0°<θ<αであることを特徴とする不良検査装置。
The defect inspection apparatus according to claim 6,
A defect inspection apparatus, wherein 0 ° <θ <α, where θ is an angle formed by the central axis of the detector with respect to the sample and α is an angle formed by the central axis of the probe with respect to the sample.
請求項6の記載の不良検査装置において、
前記信号処理システムは、前記プローブの像と該プローブの像に隣接して生じる影の間の距離と、前記プローブと試料の間の実際の距離の関係を保存しており、
前記検査対象の画像において、前記プローブの像と該プローブの像に隣接して生じる影の間の距離が求められたとき、該プローブの像と影の間の距離から、前記保存された2つの距離の関係を用いて、前記プローブと前記試料の間の距離を求めることを特徴とする不良検査装置。
The defect inspection apparatus according to claim 6,
The signal processing system stores a relationship between a distance between the probe image and a shadow generated adjacent to the probe image, and an actual distance between the probe and the sample;
When the distance between the image of the probe and the shadow generated adjacent to the probe image is determined in the image to be inspected, the two stored images are calculated from the distance between the image of the probe and the shadow. A defect inspection apparatus characterized in that a distance between the probe and the sample is obtained using a distance relationship.
試料に電子ビームを照射する電子光学系と、試料に触針させる少なくとも1つのプローブと、試料からの2次電子又は反射電子を検出する複数の検出器と、を有する不良検査装置を用いて、試料上に形成された検査対象の電気特性を測定する不良検査方法において、
前記不良検査装置を用いて、前記プローブの像と該プローブの像に隣接して生じる影の間の距離xを測定し、該プローブの像と影の間の距離と実際のプローブと試料の間の距離yの関係を求め、該2つの距離x・yの関係を保存するステップと、
試料上の検査対象にプローブを接近させるプローブ移動ステップと、
前記複数の検出器からの信号を入力して、前記プローブの先端の像を含むように前記検査対象の画像を生成する画像生成ステップと、
前記検査対象の画像において、前記プローブの像と該プローブの像に隣接して生じる影の間の距離を求めるステップと、
前記検査対象の画像において求めた前記プローブの像と影の間の距離から、前記保存された2つの距離の関係を用いて、前記プローブと前記試料の間の距離を求めるステップと、
を有することを特徴とする不良検査方法。
Using a defect inspection apparatus having an electron optical system that irradiates a sample with an electron beam, at least one probe that causes the sample to touch, and a plurality of detectors that detect secondary electrons or reflected electrons from the sample, In a defect inspection method for measuring electrical characteristics of an inspection object formed on a sample,
The defect inspection apparatus is used to measure the distance x between the probe image and the shadow generated adjacent to the probe image, and the distance between the probe image and the shadow and the actual probe and sample. Determining the relationship between the distances y and storing the relationship between the two distances x · y;
A probe moving step for bringing the probe closer to the inspection object on the sample;
An image generation step of inputting signals from the plurality of detectors and generating an image of the inspection object so as to include an image of the tip of the probe;
Obtaining a distance between an image of the probe and a shadow generated adjacent to the image of the probe in the image to be inspected;
Obtaining the distance between the probe and the sample using the relationship between the two stored distances from the distance between the image and the shadow of the probe obtained in the image to be inspected;
A defect inspection method characterized by comprising:
請求項11の記載の不良検査方法において、
前記検査対象の画像は、前記複数の検出器のうち、ユーザによって選択された検出器からの信号に基づいて生成することを特徴とする不良検査方法。
The defect inspection method according to claim 11,
The defect inspection method, wherein the image to be inspected is generated based on a signal from a detector selected by a user among the plurality of detectors.
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