(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線光学系と、
前記試料から放出される二次電子を検出する検出器と、
前記試料に接触する探針と、
前記探針からの信号に基づいて画像を形成する試料検査装置において、
前記荷電粒子線の照射により前記探針に流入する電流に基づいて試料像を形成し、
前記試料像を複数の異なる試料の温度において取得し、
前記複数の試料像の信号を加算若しくは減算することにより、新たな画像を形成することを特徴とする試料検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の試料検査装置において、
前記温度の異なる複数の試料像の、一部または全部について重み付けをした画像の信号に加算または減算をすることにより新たな画像を形成することを特徴とする試料検査装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の試料検査装置において、
前記複数の試料像について、各試料像の位置合わせ及び／又は倍率を補正した画像を用
いることを特徴とする試料検査装置。
【請求項４】
荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線光学系と、
前記試料から放出される二次電子を検出する検出器と、
前記試料に接触する探針と、
前記探針からの信号に基づいて画像を形成する試料検査装置において、
前記荷電粒子線の照射により前記探針に流入する電流に基づいて試料像を形成し、
前記試料像を複数の異なる荷電粒子光学系の条件において取得し、
前記複数の試料像の画像の信号を加算若しくは減算することにより、新たな画像を形成することを特徴とする試料検査装置。
【請求項５】
請求項４記載の試料検査装置において、
試料に照射される荷電粒子源の加速電圧，荷電粒子線量，荷電粒子線入射角を変更することにより、前記異なる荷電粒子光学系の条件が変更されることを特徴とする試料検査装置。
【請求項６】
請求項４記載の試料検査装置において、
前記複数の試料像の、一部または全部について重み付けをした画像の信号に加算または減算をすることにより新たな画像を形成することを特徴とする試料検査装置。
【請求項７】
請求項４ないし６記載の試料検査装置のいずれか１つにおいて、
前記複数の試料像について、各試料像の位置合わせ及び／又は倍率を補正した画像を用いることを特徴とする試料検査装置。
【請求項８】
荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線光学系と、
前記試料から放出される二次電子を検出する検出器と、
前記試料に接触する探針と、
前記探針からの信号に基づいて画像を形成する試料検査装置において、
前記荷電粒子線の照射により前記探針に流入する電流に基づいて試料像を形成し、
前記試料像を複数の異なる探針の位置において取得し、
前記複数の試料像の画像の信号を加算若しくは減算することにより、新たな画像を形成することを特徴とする試料検査装置。
【請求項９】
請求項８記載の試料検査装置において、
前記試料の有する配線上の異なる位置に探針を接触させて試料像を取得することを特徴とする試料検査装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の試料検査装置において、
前記複数の試料像の、一部または全部について重み付けをした画像の信号に加算または減算をすることにより新たな画像を形成することを特徴とする試料検査装置。
【請求項１１】
請求項８ないし１０記載の試料検査装置のいずれか１つにおいて、
前記複数の試料像について、各試料像の位置合わせ及び／又は倍率を補正した画像を用いることを特徴とする試料検査装置。
【請求項１２】
荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出される荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線光学系と、
前記試料から放出される二次電子を検出する検出器と、
前記試料に接触する探針と、
前記探針からの信号に基づいて画像を形成する試料検査装置において、
前記荷電粒子線の照射により前記探針に流入する電流に基づいて試料像を形成し、
前記試料像を、試料の深さ方向の異なる位置に荷電粒子線の焦点をあわせて取得し、
前記複数の試料像を試料深さ方向に重ね、各試料像間の信号量を補完することにより、前記試料像と垂直な面を有する新たな画像を形成することを特徴とする試料検査装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の試料検査装置において、
試料に照射される荷電粒子源の加速電圧，荷電粒子線量を変更することにより、
前記異なる荷電粒子光学系の条件が変更されることを特徴とする試料検査装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の試料検査装置において、
前記複数の試料像の、一部または全部について重み付けをした画像の信号に加算または減算をすることにより新たな画像を形成することを特徴とする試料検査装置。
【請求項１５】
請求項１２ないし１４記載の試料検査装置のいずれか１つにおいて、
前記複数の試料像について、各試料像の位置合わせ及び／又は倍率を補正した画像を用いることを特徴とする試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体試料等の解析を行う試料検査装置及び、それを用いた吸収電流像の作成方法に関し、特に、半導体試料等の配線における電気不良箇所を特定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体表面に回路が形成された半導体試料において、欠陥箇所の特定はデバイスの微細化にともない困難となってきており、その不良解析には膨大な時間を要している。そのため、ＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）やＥＢテスタなど解析装置が現在使われている。
【０００３】
上記半導体試料の不良解析において、配線に関する不良解析として、近年電子線を半導体試料表面に照射し、配線から吸収された電流あるいは半導体試料から放出された二次的な信号を解析／画像化する技術が注目されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、配線パターンが形成された半導体試料において、配線パターンの両端あるいは片側に探針を接触させ、電子線を上記半導体試料上の配線パターンに走査させ、探針に流れる電流を測定／画像化することにより不良箇所を特定する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、複数の探針からの信号を増幅させ、それらの信号の差を取り、その差動増幅信号を走査させ像表示させる技術、及び照射電子線を変調させ走査し、前記同様差動増幅信号を走査させ像表示させる技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６８０４９号公報
【特許文献２】特開２００３−８６９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術に記載した通り、複数の探針より入力された電流から生成される画像は、試料の荷電粒子の吸収状態を表している。一般に不良箇所は、この吸収電流像を解析することで見つけられるが、不良箇所の抵抗成分が低い場合や、対象となる配線が複雑に入り組んだ場合などは、不良と正常部との明るさの差が出にくくなり、その箇所の同定が難しくなってくる。不良箇所の同定をしやすくするための手法が必要である。
【０００８】
また、荷電粒子の光学条件を変更することにより、深さ方向の異なる吸収電流画像が取得されるが、深さ方向に、例えば、断線があった場合、ある深さの吸収電流画像から配線の信号が出なくなることになる。この変化を、２次元画像を何枚もみて探すことは困難な作業であり、また、第三者にその状態を説明するのは直感的ではない。直感的に、深さ方向の配線等の不良が判るような画像表示方法が必要である。
【０００９】
さらに、試料に探針を接触させる場合において、試料表面が帯電していたり、探針と試料表面に電位差がある場合には、接触の際に探針と試料との間で放電現象が発生する場合があり、探針や試料にダメージが残る場合が発生する。荷電粒子画像を長い時間に渡って、連続で取得しているような場合も、同じような現象が発生する。そのため、試料と探針の電気的な保護が必要である。
【００１０】
本発明の第１の目的は、複数本の探針を用いて検出された吸収電流像を使用して、不良箇所の同定を容易にする検査装置の提供にある。
【００１１】
本発明の第２の目的は、不良箇所をより見やすい画像で表示するための検査装置の提供にある。
【００１２】
本発明の第３の目的は、検査装置における探針動作時の試料，探針の保護を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一般に不良部は、何らかの抵抗値を持っていると考えられる。試料の温度が変化すると、この抵抗値も変化する傾向が強い。よって、温度変化させた時の吸収電流像（有る意味では、吸収電圧像）間の差分をとった画像をみれば、不良部の抵抗変化による明るさ変化が顕著に表れ、不良箇所の同定をすることが容易に可能となる。
【００１４】
探針の当てる場所を変化させて生じる複数画像の重み付けした画像の加算，減算により得られる画像や、電子光学条件を変化させて生じる複数画像の重み付けした画像の加算，減算により得られる画像も、不良部の明るさ変化が顕著に表れ、不良箇所の同定をすることが容易に可能となる。
【００１５】
また、撮像の条件を変化させた複数画像は、位置が異なる場合があるため、位置補正を実施した上での画像の重み付けした画像の加算，減算を実施すれば、得られる画像も不良部の明るさ変化が顕著に表れ、不良箇所の同定をすることが容易に可能となる。
【００１６】
さらに、荷電粒子の光学条件を変更して取得された、試料の深さ方向の情報を持つ吸収電流像を複数枚使用して、立体的に表示することにより、任意の位置の断面画像を再構成することが可能になるので、不良箇所の断面画像を表示することが可能である。これにより、直感的に深さ方向での不良箇所を表示できる。また、同定もしやすい。
【００１７】
また、試料表面が帯電していたり、探針と試料表面に電位差がある場合には、接触の際に探針と試料との間で、放電現象が発生する場合があり、探針や試料にダメージが残る場合が発生するため、探針を移動する時には、自動的に荷電粒子の光学条件を所定の条件まで落とすような機能にする。例えば、加速電圧を低くしたり、エミッション電流やプローブ電流を低くしたりする。このことにより、試料と探針間の電位を少なくすることができ放電等による探針や試料のダメージを防止することができる。
【００１８】
また、探針を移動する時は、探針を電気的に装置のグランドレベルに切り替え、放電等が起こりにくくする。そして、移動と接触が確認できたときには、探針の電気的な接続を元に戻し、試料に照射する電子光学条件も、もとの荷電粒子の条件に戻るようにする。長い時間に渡って、連続で画像を取得しているような場合も、同じような現象が発生する可能性があるので、同じように光学条件や、探針の電気的なレベルを変更するようにすると、試料と探針を電気的に保護することができる。
【００１９】
更に、試料の帯電状況を検出器により検知し、それを打ち消すような電子光学条件にて電子線を試料に照射したり、探針の電位レベルを試料の帯電状態と同じ電位にしたりして、放電等が起こりにくい状態で針当てを実施する。探針が接触した後で、その表面を電位をグランドレベルに落とすことで、表面に溜まった電位を緩和することが出来る。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、欠陥箇所が吸収電流像では、判別しにくい場合でも、試料の温度変化の画像の変化や、光学条件の変化を見ることにより、欠陥箇所を同定しやすくなる。
【００２１】
また、本発明により、今まで欠陥場所の特定が２次元画像では困難であったところが、３次元画像からの切り出し画像の再構成により、直感的に不良位置が判るようになる。
【００２２】
また、本発明により、探針を動かす時に発生する可能性があった、試料と探針の放電を少なくすることが出来るようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態が適用される試料検査装置の概略構成図である。
【００２５】
一次電子線１が試料２に照射される。試料２の表面には配線パターン３が有り、探針４をこの配線パターン３の片側または、両端あるいはパッドに接触させる。この状態で、上記配線パターン３を含めた試料２の表面に、電子線源５より一次電子線１を走査させる。
【００２６】
照射された一次電子線１のうち、配線パターン３に流入した電子が電流として探針４から検出され、増幅器６に入力され増幅される。増幅器６は、この入力された信号に対し、信号を生成し出力する。この信号を一次電子線１の走査に同期させ、吸収電流像７として表示部８に表示させる。
【００２７】
試料２の下にある試料加熱冷却部９により、試料が加熱，冷却される。その時に、取得される複数の吸収電流像７を重み付け加減算することで、不良箇所の位置を強調して同定することができる。画像の重み付け加減算を実施するにあたっては、画像の位置補正，倍率補正をした上で加減算される。なお、本発明は、加熱，冷却いずれもできる方式で説明しているが、これに限られず、一方のみができる場合にも応用できる。
【００２８】
図２は、真空チャンバー１６内を断面で表示したものである。試料２の下には、試料をのせる試料ホルダ１９があり、その下の試料ホルダ受け部１３の中に、加熱用のヒータ１１と温度を検知する温度センサ１４が内蔵されている。この温度センサとヒータは、温度コントローラ１５に制御され、試料２の温度は一定に保たれる。このシステムを使用し試料２の温度を変化させた場合の吸収電流像７を複数取得し、その画像の重み付け加算，減算をすることにより、不良部の場所を顕著に強調することができる。
【００２９】
重み付けした画像の数値により、色づけをかえれば、更に不良部を強調できる。
【実施例２】
【００３０】
図３は、複数の吸収電流像の重み付け加算，減算の式を表している。重み付け定数のｗとｇにより、二つの吸収電流像を加算，減算するものである。二つの画像は、試料の温度変化した画像であったり、電子光学条件を変更した吸収電流像であったり、探針の接触する位置を変更した吸収電流像であったりする。
【００３１】
図４は、図３の２画像の重み付け加算，減算を３画像以上に広げた場合の式である。
温度の異なる画像の例をＫ＝２場合にて表示している。
【実施例３】
【００３２】
図５は、試料温度の異なる２画像での単純差分の例を記述したものである。温度の変化により、コントラストの変化した部分が、差分画像を取ることにより、その部分だけが強調されている。
【００３３】
ここで、重み付けの係数は、サンプル温度Ａ℃での画像とサンプル温度Ｂ℃での画像のうち、同一位置での画素値を同じ大きさになるように決定すればよい。
【００３４】
この位置が仮に欠陥位置であった場合、重み付けをして差分をとった画像は、欠陥位置以外の場所の画素値が残ることになり、結局欠陥位置も強調されることになる。
【００３５】
図６は、並列配線におけるショート箇所を同定するのに、複数の箇所に探針を当ててその時の吸収電流画像を取得し、複数の吸収電流像の重み付け減算により、ショート箇所のコントラストを強調している場合の例ある。
【００３６】
なお、温度変化だけでなく、電子光学条件を変えた吸収電流画像の重み付け加算，減算によっても、同様に不良箇所を強調する演算ができる。
【実施例４】
【００３７】
異なる２条件での画像を取得すると、画像の中心位置がずれたり、倍率が変化したりする場合があり、単純に加算，減算が使えない場合が発生してくる。そのような場合には、例えば、最小二乗法や位相限定相関法などにより、画像の位置ずれ量を計算し、その値をずらした画素値での重み付け加算，減算を行う。位置ずれが、実数である場合は、小数点以下のところで比例の分割での加算，減算を実施する。倍率の調整は、画像内の特徴部分を用いて、倍率の比較を行えばよい。
【実施例５】
【００３８】
電子光学条件、例えば、加速電圧を変更しながら取得した吸収電流像は、試料表面からの深さ情報を持った画像になる。図８は、加速電圧，電流量を変化させながら取得した画像群を重ね合わし、３Ｄの切り出しソフトを使用して任意の断面画像を取得するものである。
【００３９】
任意の断面の画素データは、近接する各２次元画像の各画素データの比例内挿計算により求める。
【００４０】
この断層面の切り出しにより、水平画像では、見づらかった垂直方向での配線不良を垂直方向の２次元画像として確認することができるようになり、深さ方向にあった不良の同定時間の短縮につながる。
【００４１】
図９は、電子光学条件の異なる５枚の画像を重ねた場合である。水平面の画像では上から３枚目までしか、配線が認識できない。４，５枚目では配線が断線していると思われる例である。重ねられた５枚の画像の断面を３Ｄ画像処理にて、断面の画像を切り出してみると、垂直方向のどの位置で配線が断線しているか、一画像にて確認ができる。
【００４２】
この場合にも、実施例４で挙げた、画像の位置ずれ量を補正してから３次元画像を形成すると、明確な欠陥位置の特定ができることになる。
【実施例６】
【００４３】
試料表面が帯電していたり、探針と試料表面に電位差がある場合には、接触の際に探針と試料との間で、放電現象が発生する場合があり、探針や試料にダメージが残る場合が発生するため、探針を移動する時には、自動的に荷電粒子の光学条件をある条件まで落とすような機能にする。
【００４４】
図１０は、探針を動かす場合の動作フローチャートの例である。探針を移動する時には、自動的に荷電粒子の光学条件を変更し、ある条件まで落とすような機能にする。例えば、加速電圧を低い方に、また、エミッション電流やプローブ電流も低くなる条件に変えるようにする。このことにより、試料と探針間の電位を少なくすることができ放電等による探針や試料のダメージを防止することができる。
【００４５】
その後、探針の移動を行う。移動が終了した時には、その直前の、電子光学条件に自動的に戻す。すなわち、加速電圧を上げ、照射電流を上げる。
【００４６】
この状態で、吸収電流画像を取得し、条件を変更したい時は、また、新たな光学条件に変更し、吸収電流画像を取得する。
【実施例７】
【００４７】
図１１のフローチャートは、図１０の条件に加えて、探針を移動させる時には、電子光学条件を放電現象が起こらない方向に変更するが、加えて、探針の電位も変更するものである。
【００４８】
図２を例に、このフローチャートを説明する。電子光学条件が変更された後で、信号切替部１０のスイッチを使用して、探針が従来のアンプに接続されるのではなく、グランド端子に接続するように切り替える。探針の電位がグランドレベルに切り替わることにより、より安全に試料の表面に探針を接触させることができる。
【００４９】
探針の移動が終了した場合には、探針をグランド接続からアンプに自動切り替えし、電子光学条件を元の状態に自動的に戻す。その後に、吸収電流画像を取得するフローとなる。
【実施例８】
【００５０】
図１２のフローチャートとは、同じフローチャートを使用して、探針の電位変更を更に進めた場合を説明する。図１２は、試料２の表面の電位を計測するための帯電検出器１７を兼ね備えている場合である。帯電検出は、例えば、静電容量を使用した測定器である。
【００５１】
探針を動かす時には、実施例７と同様に電子光学条件を試料に対して自動的に低く変更する。その後、帯電検出器を使用して、試料の表面電位を測定し、その電位と同じ電位を帯電制御電位出力計に出力するようにする。
【００５２】
信号切替部１０をアンプの接続から帯電制御電位出力計に切り替えて、探針の電位を変更する。探針を移動させて、試料に接触させる。探針の電位と試料の電位は同じであるので放電を防止することができる。接触を確認できたところで、帯電制御電位出力計１８の出力をグランドレベルに低下させる。これにより、試料の電位をグランドレベルに下げることができる。探針と試料に電気的な差が生じなければ、放電等による探針や試料のダメージを防止することができる。
【００５３】
また、帯電制御電位出力計１８の出力を任意の電圧レベルに変更することにより、配線部の電位状態が変化し２次電子の出方が変化する。これにより、不良部の画像コントラストが変化し、不良解析の効率化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態が適用される試料検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態が適用される試料検査装置の概略の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用される２枚の画像の重み付け加算，減算の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態が適用される複数枚の画像の重み付け加算，減算の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態が適用される温度差のある画像の重み付け加算，減算の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態が適用される探針接触位置の異なる画像の重み付け加算，減算の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態が適用される位置ずれがある場合の異なる画像の重み付け加算，減算の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態が適用される３Ｄソフトによる断面切り出しの説明図である。
【図９】本発明の一実施形態が適用される３Ｄソフトによる断面切り出しの不良位置同定の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態が適用される探針位置変更時の電子光学条件が変化するフローの説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態が適用される探針位置変更時の電子光学条件が変化し、探針の電位も自動的に変更になるフローの説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態が適用される探針位置変更時の電子光学条件が変化し、探針の電位も自動的に変更になる試料検査装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  一次電子線
２  試料
３  配線パターン
４  探針
５  電子線源
６  増幅器
７  吸収電流像
８  表示部
９  試料加熱冷熱部
１０  信号切替部
１１  ヒータ
１２  可動ステージ部
１３  試料ホルダ受け部
１４  温度センサ
１５  温度コントローラ
１６  真空チャンバー
１７  帯電検出器
１８  帯電制御電位出力計
１９  試料ホルダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005459973.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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