(57)【要約】【課題】本発明は半導体デバイス検査方法及び装置に関し、複雑な配線構造のデバイスでも故障箇所特定が可能になる半導体デバイス検査方法及び装置を提供することを目的としている。【解決手段】荷電粒子線装置内に、荷電粒子線を変調する機能と、荷電粒子線をデバイス上の任意の位置に照射する機能と、単数又は複数のプロービング用探針及び探針移動機構を組み込んだ半導体検査装置を設け、該半導体検査装置は、半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射する手段と、該荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を探針のプロービングにより検出する手段と、入射荷電粒子の応答特性と検出される信号の応答特性を比較して半導体デバイスの欠陥箇所を特定する手段と、を有し、前記単数又は複数のプロービング用探針は、容量結合によりグランドポテンシャルに接続されて構成される。【選択図】図３
2011043346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を、探針のプロービングによって検出し、検出される信号の応答特性をモニターする機能を有する荷電粒子線装置において、
該荷電粒子線装置内に、荷電粒子線を変調する機能と、荷電粒子線をデバイス上の任意の位置に照射する機能と、単数又は複数のプロービング用探針及び探針移動機構を組み込んだ半導体検査装置を設け、
前記単数又は複数のプロービング用探針は容量結合によりグランドポテンシャルに接続され、
該半導体検査装置で、半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射し、
該荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を探針のプロービングにより検出し、
入射荷電粒子の応答特性と検出される信号の応答特性を比較して半導体デバイスの欠陥箇所を特定する、
ようにしたことを特徴とする半導体デバイス検査方法。
【請求項２】
前記探針のプロービングにより検出した信号をディスプレイに表示するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス検査方法。
【請求項３】
半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を、探針のプロービングによって検出し、検出される信号の応答特性をモニターする機能を有する荷電粒子線装置において、
該荷電粒子線装置内に、荷電粒子線を変調する機能と、荷電粒子線をデバイス上の任意の位置に照射する機能と、単数又は複数のプロービング用探針及び探針移動機構を組み込んだ半導体検査装置を設け、
該半導体検査装置は、半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射する手段と、
該荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を探針のプロービングにより検出する手段と、
入射荷電粒子線の応答特性と検出される信号の応答特性を比較して半導体デバイスの欠陥箇所を特定する手段と、
を有し、
前記単数又は複数のプロービング用探針は、容量結合によりグランドポテンシャルに接続されることを特徴とする半導体デバイス検査装置。
【請求項４】
前記単数又は複数のプロービング用探針は、容量結合によりグランドポテンシャルに接続され、検出系の寄生容量を補正することを特徴とする請求項３記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項５】
前記探針のプロービングにより検出した信号を表示するディスプレイを更に設けたことを特徴とする請求項３記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項６】
変調された荷電粒子線が半導体デバイスに照射された際、該半導体デバイス内で検出される電気信号を探針により検出し、その信号を前記半導体検査装置内に設けられた演算制御部で演算処理することを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項７】
変調された荷電粒子線が半導体デバイスに照射された際、該半導体デバイス内で検出される電気信号を増幅させる検出信号増幅器を前記半導体検査装置内に設けたことを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項８】
前記検出信号増幅器には、応答特性を変化させる機能を設けたことを特徴とする請求項７記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項９】
増幅された検出信号を演算処理する機能を有することを特徴とする請求項７記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項１０】
変調された荷電粒子線が半導体デバイスに照射された際、該半導体デバイス内で生成される電気信号を検出する探針は、変調された荷電粒子線信号を参照信号として、ロックイン検出することを特徴とすることを特徴とする請求項７記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項１１】
前記得られた信号強度から欠陥箇所の抵抗値を算出する機能を有することを特徴とする請求項６記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項１２】
変調した荷電粒子線の照射点を、半導体デバイス設計図面から指定できるようにしたことを特徴とする請求項３記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項１３】
前記得られた信号強度から、半導体デバイス設計画面上に欠陥箇所を表示するようにしたことを特徴とする請求項３記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項１４】
複数の信号検出探針からの検出信号を比較し、故障領域を推定し、半導体デバイス設計画面上に故障推定領域を表示することを特徴とする請求項３記載の半導体デバイス検査装置。
【請求項１５】
複数の探針を信号検出用、電源供給用、電気信号入力用として、異なる目的に振り分けるようにしたことを特徴とする請求項３記載の半導体デバイス検査装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷電粒子線装置における半導体デバイス検査方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置を用いた半導体故障解析技術には、電位コントラスト法と、吸収電流法が用いられている。
（ａ）電位コントラスト法
図１５は電位コントラスト法の説明図である。図において、１はパターンである。図のように完全オープン箇所を含む配線パターンにおいては、左パターンには照射される荷電粒子の電荷が蓄積される。しかしながら、右側パターンでは荷電粒子の電荷は、グランドに移動し、パターンは電気的に中性を維持する。
【０００３】
このことによって、パターン左、右においてポテンシャル（電位）が異なり、この結果、２次電子放出効率の差が生じ、２次電子像において、左右異なるコントラストが生成される。このコントラスト差が生じている箇所が欠陥箇所と認識することができる。
（ｂ）吸収電流法
図１６は吸収電流法の説明図である。図において、１はパターン、２、３は探針（プローブ）、４はアンプである。探針２の他端は接地されている。不完全オープンの箇所を境にして、プローブ２側には大きな電流が流れ、プローブ３側には小さな電流が流れる。これにより不完全オープンの箇所（高抵抗箇所）を検出することができる。
【０００４】
従来のこの種の装置としては、連続ビーム（レーザ，電子，イオン）を対象領域に走査しながら照射し、配線に定電圧をかけた時の電流減少量を検出することにより故障箇所の同定を行なうようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、所定の配線の両端にプローブを接触させた状態で、荷電粒子ビームを照射し、各プローブに流れる吸収電流を増幅し、双方の信号の差信号を得て、配線の内部の欠陥箇所を特定するようにした技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
また、隣接する配線内の一方の配線に周期的に変化する電位を与えつつ、前記配線に対して電子ビームを照射し、前記隣接する配線から二次的に発生する粒子像を得るステップと、前記二次的に発生する粒子像の輝度を観察するステップとにより配線パターンの欠陥を検出する技術が知られている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１６００９５号公報（段落００２７〜００３０）
【特許文献２】特開２００４−２９６７７１号公報（段落０００８〜０００９）
【特許文献３】特開２００１−７７１６３号公報（段落００３４〜００３７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術にはいろいろと問題がある。図１７は電位コントラスト法の問題点の説明図である。図１５と同一のものは、同一の符号を付して示す。電位コントラスト法では、図に示すように完全オープンではなく、ある高抵抗の抵抗値でつながっている配線では、全てのパターン１が同一ポテンシャル（電位）になるため、高抵抗故障箇所を含む配線で、２次電子像でコントラスト差を確認することができないという問題がある。
【０００９】
図１８は吸収電流法の問題点の説明図である。図１６と同一のものは、同一の符号を付して示す。吸収電流法による高抵抗箇所の検出方法の問題点は、半導体デバイスの故障箇所を含む全ての領域を荷電粒子ビームによって走査することになる。従って、荷電粒子による層間絶縁膜のシュリンク（縮み）といった二次的故障を誘発し、本来観察対象となる故障部位にダメージを与えている。
【００１０】
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、変調荷電粒子線を用いることによって、複雑な配線構造のデバイスでも故障箇所特定が可能になる半導体デバイス検査方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の問題を解決するために、本発明は以下に示すような構成をとっている。
（１）請求項１記載の発明は、半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を、探針のプロービングによって検出し、検出される信号の応答特性をモニターする機能を有する荷電粒子線装置において、該荷電粒子線装置内に、荷電粒子線を変調する機能と、荷電粒子線をデバイス上の任意の位置に照射する機能と、単数又は複数のプロービング用探針及び探針移動機構を組み込んだ半導体検査装置を設け、前記単数又は複数のプロービング用探針は容量結合によりグランドポテンシャルに接続され、該半導体検査装置で、半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射し、該荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を探針のプロービングにより検出し、入射荷電粒子の応答特性と検出される信号の応答特性を比較して半導体デバイスの欠陥箇所を特定する、ようにしたことを特徴とする。
【００１２】
（２）請求項２記載の発明は、前記探針のプロービングにより検出した信号をディスプレイに表示するようにしたことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を、探針のプロービングによって検出し、検出される信号の応答特性をモニターする機能を有する荷電粒子線装置において、該荷電粒子線装置内に、荷電粒子線を変調する機能と、荷電粒子線をデバイス上の任意の位置に照射する機能と、単数又は複数のプロービング用探針及び探針移動機構を組み込んだ半導体検査装置を設け、該半導体検査装置は、半導体デバイスに変調された荷電粒子線を照射する手段と、該荷電粒子線を照射することによって発生する電気信号を探針のプロービングにより検出する手段と、入射荷電粒子の応答特性と検出される信号の応答特性を比較して半導体デバイスの欠陥箇所を特定する手段と、を有し、前記単数又は複数のプロービング用探針は、容量結合によりグランドポテンシャルに接続されることを特徴とする。
【００１３】
（４）請求項４記載の発明は、前記単数又は複数のプロービング用探針は、容量結合によりグランドポテンシャルに接続され、検出系の寄生容量を補正することを特徴とする。  （５）請求項５記載の発明は、前記探針のプロービングにより検出した信号を表示するディスプレイを更に設けたことを特徴とする。
【００１４】
（６）請求項６記載の発明は、変調された荷電粒子線が半導体デバイスに照射された際、該半導体デバイス内で検出される電気信号を探針により検出し、その信号を前記半導体検査装置内に設けられた演算制御部で演算処理することを特徴とする。
【００１５】
（７）請求項７記載の発明は、変調された荷電粒子線が半導体デバイスに照射された際、該半導体デバイス内で検出される電気信号を増幅させる検出信号増幅器を前記半導体検査装置内に設けたことを特徴とする。
【００１６】
（８）請求項８記載の発明は、前記検出信号増幅器には、応答特性を変化させる機能を設けたことを特徴とする。
（９）請求項９記載の発明は、増幅された検出信号を演算処理する機能を有することを特徴とする。
【００１７】
（１０）請求項１０記載の発明は、変調された荷電粒子線が半導体デバイスに照射された際、該半導体デバイス内で生成される電気信号を検出する探針は、変調された荷電粒子線信号を参照信号として、ロックイン検出することを特徴とすることを特徴とする。
【００１８】
（１１）請求項１１記載の発明は、前記得られた信号強度から欠陥箇所の抵抗値を算出する機能を有することを特徴とする。
（１２）請求項１２記載の発明は、変調した荷電粒子線の照射点を、半導体デバイス設計図面から指定できるようにしたことを特徴とする。
【００１９】
（１３）請求項１３記載の発明は、前記得られた信号強度から、半導体デバイス設計画面上に欠陥箇所を表示するようにしたことを特徴とする。
（１４）請求項１４記載の発明は、複数の信号検出探針からの検出信号を比較し、故障領域を推定し、半導体デバイス設計画面上に故障推定領域を表示することを特徴とする。
【００２０】
（１５）請求項１５記載の発明は、複数の探針を信号検出用、電源供給用、電気信号入力用として、異なる目的に振り分けるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以下のような効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、変調荷電粒子線と容量結合したプローブを用いることで、ダメージなく高抵抗故障箇所を特定することが可能になる。また、変調荷電粒子線を用いることにより、複雑な配線構造の半導体デバイスでも故障箇所の特定が可能になる。
【００２２】
（２）請求項２記載の発明によれば、探針のプロービングにより検出した信号をディスプレイに表示することで、故障箇所の確認をすることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、変調荷電粒子線と容量結合したプローブを用いることで、ダメージなく高抵抗故障箇所を特定することが可能になる。また、変調荷電粒子線を用いることにより、複雑な配線構造の半導体デバイスでも故障箇所の特定が可能になる。
【００２３】
（４）請求項４記載の発明によれば、寄生容量を補正することにより、正確な抵抗値測定が可能になる。
（５）請求項５記載の発明によれば、探針のプロービングにより検出した信号をディスプレイに表示することで、故障箇所の確認をすることができる。
【００２４】
（６）請求項６記載の発明によれば、探針により検出した信号を演算処理することで、高抵抗故障箇所の抵抗を算出することが可能になる。
（７）請求項７記載の発明によれば、半導体デバイス内で検出した信号を増幅することで、検出信号を把握することが容易になる。
【００２５】
（８）請求項８記載の発明によれば、応答特性を変化させる機能を設けることで、電位コントラスト法、吸収電流法では不可能であった抵抗値の定量化実現でき、異常箇所の抵抗値を測定することが可能になる。
【００２６】
（９）請求項９記載の発明によれば、検出信号を演算処理することにより欠陥箇所の抵抗を算出することが可能になる。
（１０）請求項１０記載の発明によれば、変調された荷電粒子線信号を参照信号として、ロックイン検出することで、高抵抗検出が可能になる。
【００２７】
（１１）請求項１１記載の発明によれば、探針で検出された信号から欠陥箇所の抵抗を算出することが可能になる。
（１２）請求項１２記載の発明によれば、荷電粒子線の照射点を設計図面から指定できるようにすることで、自動的に半導体デバイス検査を行なうことが可能になる。
【００２８】
（１３）請求項１３記載の発明によれば、半導体デバイス設計画面上に欠陥箇所を表示するようにしたので、欠陥箇所の把握が容易になる。
（１４）請求項１４記載の発明によれば、複数の探針の検出信号を比較して故障領域を推定して半導体デバイス設計画面上に表示することで、欠陥箇所の把握が容易になる。
【００２９】
（１５）請求項１５記載の発明によれば、複数の探針を目的に応じて使い分けることにより、半導体デバイス検査時の操作性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の第２の実施例の動作説明図である。
【図５】本発明の第３の実施例の応答モニタ波形を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例の動作説明図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す構成図である。
【図８】設計データの一例を示す図である。
【図９】設計データの他の例を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施例の要部を示す構成図である。
【図１１】本発明の第６の実施例の要部を示す構成図である。
【図１２】本発明の第７の実施例の要部を示す構成図である。
【図１３】本発明の第８の実施例を示す構成図である。
【図１４】本発明の第９の実施例の要部を示す構成図である。
【図１５】電位コントラスト法の説明図である。
【図１６】吸収電流法の説明図である。
【図１７】電位コントラスト法の問題点の説明図である。
【図１８】吸収電流法の問題点の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例を示す構成図である。図において、５は荷電粒子線源、６はブランカー、３０は該ブランカー６に印加する変調信号を生成する変調発生信号生成回路である。７は荷電粒子線源５から出射される荷電粒子線９を試料上で走査するための走査部、８は試料１４上に細く絞った荷電粒子線を照射するための対物レンズである。
【００３２】
１１は試料１４に接触するためのプローブ、１０は該プローブ１１を任意の位置に移動させるためのマニピュレータ、１３は試料１４に接触するためのプローブ、１２は該プローブ１３を任意の位置に移動させるためのマニピュレータである。Ｃはコンデンサであり、プローブ１３と接地間に接続されている。
【００３３】
３２はプローブ１１からの検出信号を増幅するアンプ、２０は該アンプ３２の出力及び変調発生信号生成回路３０の出力とを受けて検出された信号をブランカー６の印加信号と同期させる信号同期回路、３１は該信号同期回路２０の出力を受けて欠陥抵抗値を演算する欠陥抵抗値演算回路である。１６はバスである。変調発生信号生成回路３０と欠陥抵抗値演算回路３１は該バス１６に接続されている。
【００３４】
１５は全体の動作を制御するコンピュータ、１７は画像情報その他のデータを記憶するメモリ、１８は本発明に係る半導体デバイス検査装置で得られた各種の情報を表示する表示装置である。メモリ１７としては、例えばＤＲＡＭやハードディスク装置が用いられる。また表示装置１８としては、例えば液晶ディスプレイが用いられる。１９は各種コマンドやデータをコンピュータ１５に入力する操作部である。該操作部１９としては、例えばキーボードやマウス等が用いられる。コンピュータ１５は、前記バス１６と接続されている。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。
【００３５】
操作部１９から動作開始の指令をコンピュータ１５に送る。該コンピュータ１５は、動作開始指令を受けると、変調発生信号生成回路３０に制御信号を送る。該変調発生信号生成回路３０は、ブランカー６に制御信号を印加する。このブランカー６により、荷電粒子線９は試料１４に例えばパルス状に照射される。
【００３６】
この時の試料１４の電流信号はプローブ１１で検出される。プローブ１１で検出された検出信号はアンプ３２で増幅された後、信号同期回路２０に与えられる。該信号同期回路２０はアンプ３２の出力と変調発生信号生成回路３０の出力を受けて、検出信号を同期化させた後、欠陥抵抗値演算回路３１に入る。該欠陥抵抗値演算回路３１は、欠陥箇所の抵抗値を求め、バス１６を介してコンピュータ１５に通知する。該コンピュータ１５は、この通知されてきた抵抗値を入力して、半導体デバイスの故障箇所を判断する。また、アンプ３２からの信号は、バス１６を介してコンピュータ１５に入力され、該コンピュータ１５から表示装置１８にパターン部分の電流信号を表示する。
【００３７】
図２は本発明の動作説明図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、Ｃはプローブ１３と接地間に接続されるコンデンサである。Ｒ１とＲ２はパターン間の抵抗である。ここでは、パターン間抵抗Ｒ１とＲ２は直列接続されている。プローブ１３の他端は抵抗Ｒ１に接続され、プローブ１１の一端は抵抗Ｒ２に接続されている。該プローブ１１の他端はアンプ３２に接続されている。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００３８】
今、図の丸１の領域に荷電粒子線が照射されたものとする。この荷電粒子線照射点からみたコンデンサ側のインピーダンスＺｃは、抵抗ＲとコンデンサＣの容量として、この記号を用いるものとすると、以下の式で表される。
【００３９】
Ｚｃ＝√｛Ｒ１2＋１／（２πｆＣ）2｝              （１）
次に同じ荷電粒子線照射点からみたアンプ側のインピーダンスＺａは次式で表される。
Ｚａ＝Ｒ２                                        （２）
（１）式よりＺｃは周波数ｆに依存する値をとることが分かる。Ｚｃの傾向は以下の通りである。
【００４０】
ｆ→大（高）  の時Ｚｃ→小
ｆ→小（低）  の時Ｚｃ→大
周波数が高い成分はコンデンサ側に、周波数が低い成分はアンプ側に分流される。特にＲ１が小さくなると、１／（２πｆＣ）2の項の寄与が大きくなる。従って、低抵抗検出では有効な手法といえる。また、Ｃ→大で、Ｚｃ→小となるため、できるだけ大きな容量のコンデンサを配置することが検出感度を向上させるために必要であることが分かる。以上の実施例では、図２の丸１の位置に荷電粒子線が照射される場合を説明したが、本発明はこれに限る必要はない。図の照射点丸２に照射された場合でも、同様にＺｃを求めることができる。同じ荷電粒子線照射点からみたアンプ側のインピーダンスＺｂは、以下の式で表される。
【００４１】
Ｚｃ＝√｛（Ｒ１＋Ｒ２）2＋１／（２πｆＣ）2｝      （３）
本発明で試料のパターンに荷電粒子線が照射された場合、照射点の照射位置ではアンプ３２で検出信号の波形が異なる。図中波線で示すように矩形状の荷電粒子線が照射された場合、プローブ１１で検出される応答波形は図中実線で示すように検出信号の波形は変化する。この時の矩形の立ち上がりの時定数は、丸１の位置で照射点が入射された場合の応答波形の傾きを決める時定数τはτ∝Ｒ２・Ｃで表される。次に、丸２の位置で照射点が入射された場合の応答波形の傾きを決める時定数τはτ∝（Ｒ１＋Ｒ２）・Ｃで表される。
【００４２】
コンデンサＣの容量は予め決められており、アンプの応答波形（プランキング信号に対する応答信号）の傾きは求めることができ、欠陥抵抗値演算回路３１は応答図形の傾きから欠陥抵抗Ｒ１又はＲ２の値を算出することができる。なお、図１では欠陥抵抗値を求めるのに、欠陥抵抗値演算回路３１を用いたが、コンピュータ１５でも求めることができることは言うまでもない。
【００４３】
以上、説明したように、第１の実施例では、荷電粒子線が照射された時の応答波形の傾きから欠陥抵抗値を求めることができ、求めた欠陥抵抗値は表示装置１８に表示することができる。なお、試料１４のパターンは２次電子検出器（図示せず）で求めておき、２次電子検出器で検出された２次電子像の欠陥箇所をコンピュータ１５で指示して、欠陥抵抗値の値を表示させるようにすることができる。
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、５は荷電粒子源、６はブランカー、７は走査部、８は対物レンズ、１０，１２はマニピュレータで、１１はマニピュレータ１０の先端に取り付けられたプローブ（探針）、１３はマニピュレータ１２の先端に取り付けられたプローブ（探針）である。１４は試料、２９は該試料１４をその上に載置し、所定方向に移動できる電子顕微鏡ステージ（以下単に試料ステージという）である。
【００４４】
２６はブランカー６にブランキングパルス信号を印加する荷電粒子線変調デバイス、２７はコンピュータ１５からの制御信号に基づいて変調信号を発生する変調発生回路、２８はコンピュータ１５からの制御信号に基づいて走査部７を走査する走査駆動回路である。２０はコンピュータ１５からの制御信号により対物レンズ８を駆動する対物レンズ駆動回路、２１はコンピュータ１５からの制御信号によりマニピュレータ１０をＸ,Ｙ,Ｚ方向に駆動するマニピュレータ駆動制御回路である。
【００４５】
２２はプローブ１１からの検出電流信号を検出して増幅し、Ａ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換する変調検出回路である。１６はバスである。１５は前記したコンピュータ、１７はコンピュータ１５と接続され、各種情報を記憶するメモリ、１９はコンピュータ１５と接続され、各種コマンドやデータを入力する操作部、１８は各種情報を表示する表示装置である。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。
【００４６】
荷電粒子線源５から出射された荷電粒子線９は、ブランカー６によりより変調され、走査部７,対物レンズ８を経由して試料１４上に照射される。この時、変調発生回路２７における変調信号は、バス１６を経由し、コンピュータ１５,メモリ１７に格納され、そのタイミングが表示装置１８に表示される。変調されて荷電粒子線９が試料１４上に照射された場合に発生する吸収電流、微小電位等の信号は、マニピュレータ１０の先端に取り付けられているプローブ１１,変調検出回路２２によって検出され、コンピュータ１５,メモリ１７に格納される。
【００４７】
その後、そのタイミングが表示装置１８に表示される。このようにして得られる入射荷電粒子線の変調応答特性と試料１４からプローブ１１,変調検出回路２２によって検出される信号の変調応答特性は、試料１４内の抵抗に依存するため、高抵抗故障を含む試料では、応答特性が大きく変化する。
【００４８】
図４は本発明の第２の実施例の動作説明図である。（ａ）は正常な配線に変調荷電粒子線を照射した場合の動作を、（ｂ）は高抵抗故障箇所を含む配線に変調荷電粒子線を照射した場合を、（ｃ）は高抵抗故障箇所の絞り込み方法をそれぞれ示している。
【００４９】
（ａ）に示すように正常な配線のＡ点に変調荷電粒子線を照射した場合、高抵抗が存在しないので、照射電流は殆どコンデンサＣを介して接地ラインに流れる。この結果、応答信号はプローブ１１で検出され、変調検出回路２２で所定の処理がなされた後、表示装置（応答モニタ）１８に表示される。図の太い実線が入射波形、波線が検出波形である。検出波形の入射波形に対する応答の遅れはほとんどないことが分かる。
【００５０】
（ｂ）に示すようにＢ点に高抵抗故障箇所がある場合に、図のＡ点に荷電粒子線を照射した場合を考える。この時、検出波形は応答モニタの波線で示すように遅れが生じる。この遅れの時定数をτ、高抵抗箇所の抵抗をＲ、コンデンサＣの容量をＣとすると、時定数τ＝Ｒ・Ｃと表すことができる。時定数τは計測することができ、コンデンサＣの容量も予め分かっているので、高抵抗値Ｒ＝τ／Ｃで表すことができる。その高抵抗を求める演算は、コンピュータ１５が行なう。算出された高抵抗値は、表示装置１８上に表示される。
【００５１】
次に、高抵抗故障箇所の特定について説明する。（ｃ）は高抵抗箇所の絞り込み方法を示す。先ずＡ点で変調荷電粒子線を照射すると、その波形は応答モニタの丸１に示すようになり、次にＢ点で変調荷電粒子線を照射すると、その波形は応答モニタの丸２に示すように鈍った波形となる。Ａ点では遅れは生じず、Ｂ点で鈍った波形が観測されたということは、図のＤ〜Ｆ点の内のＥ点に高抵抗箇所が存在することを示している。
（実施例３）
図５は本発明の第３の実施例の応答モニタ波形を示す図である。図において、丸１は故障箇所を含む場合の応答波形を、丸２は故障箇所を含まない場合の波形をそれぞれ示している。τ１は故障箇所を含まない場合の遅延時間を、τ２は故障箇所を含む場合の遅延時間をそれぞれ示している。
【００５２】
そこで、応答モニタに表示される応答特性において、故障箇所を含まない照射点における遅延時間τ１と、故障箇所を含む照射点における遅延時間τ２を比較し、故障箇所の抵抗値を推測することができる。図６は第３の実施例の動作説明図である。図１６，図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。荷電粒子線が図のＡ点に入射され、図のＢ点に故障点があるものとすると、故障点がある場合の応答特性は、図５の丸１に示すようなものとなり、故障点がない場合は、図５の丸２に示すようなものとなる。遅延時間τ２は測定することができ、コンデンサＣの容量も予め分かっているので、故障箇所の抵抗値を推測することができる。
（実施例４）
図７は本発明の第４の実施例を示す構成図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、３０はコンピュータ１５に入力される設計データを記憶する設計データ記憶装置、３１は該設計データ記憶装置３０とコンピュータ１５間を接続するネットワーク、３２はコンピュータ１５からの制御信号を受けて試料ステージ２９にステージ駆動信号を与えるステージ駆動回路である。その他の構成は図３と同じである。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。
【００５３】
設計データ記憶装置３０からの設計データは、ネットワーク３１を経由してコンピュータ１５に格納される。コンピュータ１５は、試料となる半導体デバイスの設計情報を画面上に表示する機能を有し、その設計データ上に荷電粒子線を照射する位置を指定する機能を有する。位置指定された座標は、走査駆動回路２８に照射点データとして入力され、荷電粒子線は設計データ上で指定された照射点に自動的に照射される。
【００５４】
この指定位置の指定は、ステージ駆動回路３２による電子顕微鏡ステージ２９の移動と、走査駆動回路２８による走査部７の走査位置の指定により行われる。荷電粒子線源５から出射された荷電粒子線９は、ブランカー６により変調され、走査部７、対物レンズ８を経由して試料１４上の設計データ上に指定された位置に照射される。
【００５５】
また、設計データ上にはプローブ位置も指定することが可能であり、指定されたプローブ位置情報は、ステージ駆動回路３２及びマニピュレータ駆動回路２１に伝達され、自動的にプローブを試料１４上の指定された位置に接触させることが可能である。変調発生回路２７における変調信号は、バス１６を経由し、コンピュータ１５、メモリ１７に格納され、そのタイミングが表示される。
【００５６】
変調された荷電粒子線９が試料上に照射された場合に発生する、微小電位等の信号は、マニピュレータ１０の先端に取り付けられているプローブ１１、変調検出回路２２によって検出され、コンピュータ１５、メモリ１７に格納後、そのタイミングが表示される。このようにして得られる入射荷電粒子線の変調応答特性と、試料１４からプローブ１１、変調検出回路２２により検出される信号の変調応答特性は、試料１４内の抵抗に依存するため、高抵抗故障を含む配線経路では、大きく応答特性が変化する。設計データ上に複数の照射点を指定することによって、故障箇所を特定し、図面上に表示させることが可能になる。
【００５７】
図８は設計データの一例を示す図である。設計データ上に表示される特定の配線上に荷電粒子線の位置を２の照射点位置指定丸１、照射点位置指定３の丸２、照射位置指定４の丸３のように指定し、プローブ位置を５のプローブ位置指定のように表示すると、その後変調荷電粒子線及びプローブ１１は自動的に指定された座標に移動する。照射位置丸１〜丸３の照射点は、図中に矢印で示す。
【００５８】
黒点を高抵抗箇所と想定すると、照射位置指定２の丸１、照射位置指定３の丸２における検出信号は遅延を含み、照射点位置４の丸３では遅延が発生しない。従って、黒点部コンタクトに異常がある可能性が高いと判断でき、その点を故障箇所として設計データ上に印を付与することが可能になる。
【００５９】
図９は設計データの他の例を示す図である。設計データ上の配線に、複数の入出力端がある場合、２のプローブ位置指定を丸１、３のプローブ位置指定を丸２、４のプローブ位置指定を丸３のように複数実行できる。ここで、５の照射点位置指定を行なう。ここで、５の照射点位置は、図中に矢印で示す。ここで、黒点部が高抵抗故障箇所と想定すると、２のプローブ位置指定丸１のみ応答特性が異なることから、故障箇所は配線分岐点６から２のプローブ位置指定丸１の間に存在することが解る。また、異常箇所を含む配線支流を他の配線と異なる表示方法で示すこともできる。
（実施例５）
図１０は本発明の第５の実施例の要部を示す構成図である。図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す回路は、変調検出回路２２の後段に寄生容量補正回路３５を設けたものである。プローブ１１，１３を試料１４上の所定の位置に接触させ、変調検出回路２２で変調検出を行なう。この変調検出回路２２の出力には、検出系の寄生容量が含まれるから、寄生容量補正回路３５で検出系の寄生容量を補正するようにしたものである。具体的には、寄生容量分を差し引く補正を行なうことになる。
【００６０】
このように構成すると、検出系の寄生容量を補正することができ、正確な故障箇所の高抵抗を測定することができるようになる。
（実施例６）
図１１は本発明の第６の実施例の要部を示す構成図である。図１０と同一のものは、同一の符号を付して示す。図１０と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す回路は、変調検出回路２２の後段に演算処理回路３６を設けたものである。プローブ１１，１３を試料１４の上の所定の位置に接触させ、演算処理回路３６で演算処理を行なう。この演算処理回路３６は、検出効率を向上させるため、変調検出回路２２の出力に演算処理を行なうようにしたものである。
【００６１】
例えば、演算処理回路３６は変調検出回路２２の出力を受けて、微分処理を行なう。例えば、変調検出回路２２から図のＰに示すような波形が出力されたものとすると、演算処理回路３６でこの変調検出回路２２の波形Ｐを微分する。微分する結果、図のＱに示すような微分波形が得られるから、この微分波形のピークとピーク間の時間を検出するようにしたものである。
【００６２】
このように構成すると、検出信号の検出効率を向上させることができる。
（実施例７）
図１２は本発明の第７の実施例の要部を示す構成図である。図１１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す回路は、プローブ１１の検出した信号を増幅回路３７で増幅するようにしたものである。この増幅回路３７の後段に、変調検出回路２２を設けたものである。
【００６３】
このように構成された回路によれば、プローブ１１で検出した信号を増幅回路３７で増幅してから変調するようにしているので、ＳＮ比がよくなり、正確な検出信号を得ることかできる。
（実施例８）
図１３は本発明の第８の実施例を示す構成図である。図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す回路は、プローブ１１の検出した信号を変調検出回路３８でロックイン検出処理により信号処理するようにしたものである。該変調検出ロックイン検出回路３８には、変調発生回路２７からの信号が参照信号として入力されている。このように構成された回路の動作を以下に説明すれば以下の通りである。
【００６４】
荷電粒子線源５から出射された荷電粒子線９は、ブランカー６により変調され、走査部７，対物レンズ８を経由して、試料１４上に照射される。この時、変調発生回路２７における変調信号は、バス１６を経由してコンピュータ１５，メモリ１７に格納され、そのタイミングが表示装置１８に表示されると共に変調検出回路３８に参照信号として入力される。
【００６５】
変調された荷電粒子線９が試料１４上に照射された場合に発生する吸収電流、微小電位等の信号は、マニピュレータ１０の先端に取り付けられたプローブ１１と、変調検出回路３８により検出される。この場合、変調検出回路３８は荷電粒子線９の変調成分を参照信号としてロックイン検出を行ない、その信号がコンピュータ１５，メモリ１７に格納後、タイミング表示される。
【００６６】
このようにして得られる入射荷電粒子線９の変調応答特性と試料１４からプローブ１１，変調検出回路３８によって検出される信号の変調応答特性は、試料内の抵抗に依存するため、高抵抗故障を含む試料では、大きく応答特性が変化するので、高抵抗故障部を判定することができる。
（実施例９）
図１４は本発明の第９の実施例の要部を示す構成図である。図は電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）に本発明を適用したものである。４０〜４２はプローブである。Ｄはドレイン、Ｓはソース、Ｇはゲートである。プローブ４０では電源Ｖｄｄを印加し、プローブ４１では電源Ｖｓｓを印加し、プローブ４２では出力を取り出す。
【００６７】
このように構成された回路において、照射位置に変調信号を印加して、プローブ４２から変調信号を取り出し、デバイスの動作確認を行なうことができる。
上述の実施例では、荷電粒子線を用いた場合を例にとって説明したが、例えばその一例として電子線やイオン線等を用いることができることは言うまでもない。
【００６８】
以上、説明したように本発明によれば、以下のような効果が得られる。
１）電子顕微鏡／集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）において、変調荷電粒子線／容量結合したプローブを用いることによって、ダメージ無く高抵抗故障箇所を特定することが可能になった。
２）電子顕微鏡／ＦＩＢ内において、変調荷電粒子線を用いることによって、複雑な配線構造のデバイスでも故障箇所特定が可能になった。
３）電位コントラスト法、吸収電流法では不可能であった抵抗値の定量化が、応答特性測定結果から、異常箇所の抵抗値を定量的に特定することが可能になった。
４）設計データからプローブコンタクト位置、荷電粒子線照射位置を指定し、これをプローブ、荷電粒子線制御信号に変換することによって測定の自動化が可能になった。
５）設計データに故障箇所を表示する機能により、故障箇所の絞り込みが容易になった。
６）応答特性検出器に寄生容量補正機能を取り付けることによって、正確な抵抗値測定が可能になった。
７）応答特性検出器に演算機能、ロックイン検出機能を取り付けることによって、低抵抗検出が可能になった。
８）変調荷電粒子線を指定位置に照射することにより、他の解析手法と比較し、デバイスへのダメージ軽減が可能になった。
９）電源投入を行なうことによって、任意の回路を動作状態にして応答特性の測定が可能になった。
１０）応答特性は半導体デバイスの抵抗値に大きく依存するため、より低抵抗の故障箇所を短時間に特定することが可能になった。
【符号の説明】
【００６９】
５    荷電粒子線源
６    ブランカー
７    走査部
８    対物レンズ
９    荷電粒子線
１０    マニピュレータ
１１  プローブ
１２  マニピュレータ
１３  プローブ
１４  試料
１５  コンピュータ
１６  バス
１７  メモリ
１８  表示装置
１９  操作部
２０  対物レンズ駆動回路
２１  マニピュレータ駆動制御回路
２２  変調検出回路
２６  荷電粒子線変調デバイス
２７  変調発生回路
２８  走査駆動回路
２９  電子顕微鏡ステージ
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2011043346.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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