(57)【要約】【課題】配線パターンの抵抗値異常箇所を高感度に検出する。【解決手段】半導体検査装置４０には、照射部１、観察部２、及び検査解析部３が設けられる。観察部２には、試料ステージ１１、試料１２、プロービング部１３ａ、及びプロービング部１３ａが設けられる。試料１２は、配線パターンが形成され、試料ステージ１１に固定され、表面に照射部１から電子ビームが入射される。検査解析部３には、増幅部１４、算出部１５、記憶部１６、及び比較判定部１７が設けられる。検査解析部３では、観察部２で観察された吸収電流信号が入力され、増幅処理、電流電圧変換処理、及びデジタル変換処理が行われ、画像データ信号の輝度値が算出される。算出された輝度値と所定の輝度値が比較され、輝度差が求められる。比較判定部１７で、この輝度差を基準値と比較することにより、配線パターンの抵抗値異常個所の検出が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線パターンが形成された試料と、
前記試料に荷電ビームを照射する照射部と、
前記荷電ビームの照射により発生された前記配線パターンを流れる吸収電流を増幅し、吸収電流信号にもとづいた画像データ信号を生成する増幅部と、
前記画像データ信号の輝度値を算出し、所定の輝度値と比較して輝度差を算出する算出部と、
前記輝度差が基準値よりも小さな場合、前記荷電ビームが照射された前記配線パターン部の抵抗値を正常と判断し、前記輝度差が基準値よりも大きな場合、前記荷電ビームが照射された前記配線パターンの抵抗値を異常と判断する比較判定部と、
を具備することを特徴とする半導体検査装置。
【請求項２】
前記画像データ信号は、前記吸収電流信号が電流電圧変換され、電圧変換された信号がデジタル変換されたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体検査装置。
【請求項３】
前記輝度差が基準値よりも大きな場合、前記荷電ビームが照射された前記配線パターン部の位置を強調表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体検査装置。
【請求項４】
配線パターンが形成された試料に荷電ビームが照射されたとき、発生する吸収電流を前記配線パターンの抵抗検査に用いる半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、
前記配線パターンに発生された吸収電流を増幅し、吸収電流信号を電流電圧変換し、電圧変換した信号をデジタル変換して画像データ信号の輝度値を算出するステップと、
前記輝度値と所定の輝度値を比較して輝度差を算出するステップと、
前記輝度差が基準値よりも大きな場合、前記荷電ビームが照射された前記配線パターンの抵抗値を異常と判断するステップと、
を具備することを特徴とする半導体検査装置を用いた半導体検査方法。
【請求項５】
配線パターンが形成された試料に荷電ビームが照射されたとき、発生する吸収電流を前記配線パターンの抵抗検査に用いる半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、
参照試料の配線パターンに発生された吸収電流を増幅し、吸収電流信号を電流電圧変換し、電圧変換した信号をデジタル変換して画像データ信号の輝度値を層別にエリアを分けて算出するステップと、
試験試料の配線パターンに発生された吸収電流を増幅し、吸収電流信号を電流電圧変換し、電圧変換した信号をデジタル変換して画像データ信号の輝度値を層別にエリアを分けて算出するステップと、
前記参照試料の輝度値と前記試験試料の輝度値とを重ね合わせるステップと、
前記参照試料の輝度値と前記試験試料の輝度値を比較し、エリア毎に輝度差を算出するステップと、
前記輝度差が基準値よりも大きな場合、前記荷電ビームが照射された前記配線パターンの抵抗値を異常と判断するステップと、
異常ありと判断されたエリアがなくなるまで、前記参照試料の輝度値と前記試験試料の輝度値を繰り返し比較するステップと、
を具備することを特徴とする半導体検査装置を用いた半導体検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブを用いた半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化、低消費電力化の進展に伴い、半導体集積回路（ＬＳＩ）は高集積度化されている。高集積度化された論理回路や順序回路などを含む、半導体集積回路としてのシステムＬＳＩやＳｏＣ（System  on  a  chip）では、多層配線化が進んでいるため、テスタによる不良検出が欠陥箇所の物理的位置の特定に直接結びつかないので、その欠陥位置の特定が非常に困難となってきており、不良解析に要する時間の増大をもたらしている。このため、発光顕微鏡、電子ビームテスタ、或いはＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ（Optical  Beam  Induced  Resistance  Change）などの解析装置が整備され、これらの解析装置を用いることで迅速な欠陥位置を特定できるようにしている。そして、多層配線化された半導体集積回路の配線系の不良として課題となっている高抵抗接続を含む断線系欠陥の解析手段として、荷電ビーム（電子ビームやイオンビーム）を半導体集積回路表面に照射し、配線に吸収される吸収電流を検出して画像化する故障解析装置技術が注目されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１などに記載される荷電ビームを用いた故障解析装置技術では、吸収電流像からの故障箇所の特定を、目視によりコントラストの変化ポイントを求めている。変化ポイントの判断は、コントラスト差が明瞭ではない場合、判定が困難となり個人差が発生するという問題点がある。また、低抵抗不良ではコントラスト比が小さいため、目視では判定が困難となる問題点がある。
【特許文献１】特開２００６−７１５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、抵抗値異常を高感度に検出できる半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の半導体検査装置は、配線パターンが形成された試料と、前記試料に荷電ビームを照射する照射部と、前記荷電ビームの照射により発生された前記配線パターンを流れる吸収電流を増幅し、吸収電流信号にもとづいた画像データ信号を生成する増幅部と、前記画像データ信号の輝度値を算出し、所定の輝度値と比較して輝度差を算出する算出部と、前記輝度差が基準値よりも小さな場合、前記荷電ビームが照射された前記配線パターン部の抵抗値を正常と判断し、前記輝度差が基準値よりも大きな場合、前記荷電ビームが照射された前記配線パターンの抵抗値を異常と判断する比較判定部とを具備することを特徴とする。
【０００６】
更に、本発明の一態様の半導体検査装置を用いた半導体検査方法は、配線パターンが形成された試料に荷電ビームが照射されたとき、発生する吸収電流を前記配線パターンの抵抗検査に用いる半導体検査装置を用いた半導体検査方法であって、前記配線パターンに発生された吸収電流を増幅し、吸収電流信号を電流電圧変換し、電圧変換した信号をデジタル変換して画像データ信号の輝度値を算出するステップと、前記輝度値と所定の輝度値を比較して輝度差を算出するステップと、前記輝度差が基準値よりも大きな場合、前記荷電ビームが照射された前記配線パターンの抵抗値を異常と判断するステップとを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、抵抗値異常を高感度に検出できる半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【０００９】
まず、本発明の実施例１に係る半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法について、図面を参照して説明する。図１は半導体検査装置を示す概略構成図、図２は吸収電流から抵抗異常個所の検出を示す模式図、図３は観測位置ごとの輝度分布を示す図である。本実施例では、検出された吸収電流を輝度値に変換して、抵抗異常個所を検出する。
【００１０】
図１に示すように、半導体検査装置４０には、照射部１、観察部２、及び検査解析部３が設けられる。半導体検査装置４０は、多層配線化された半導体集積回路としてのシステムＬＳＩやＳｏＣ（System  on  a  chip）の配線パターンの抵抗値異常を、検出された吸収電流信号にもとづいて、算出された画像データの輝度値から判定している。
【００１１】
観察部２には、試料ステージ１１、試料１２、プロービング部１３ａ、及びプロービング部１３ａが設けられる。試料ステージ１１は、検査用としての試料１２を上面に吸着固定し、上下左右に移動可能となっている。
【００１２】
試料１２は、試料ステージ１１に固定され、表面に電子ビームが入射される。ここで、試料１２とは、配線パターンの抵抗値異常が観察されるものであり、例えば、多層配線化された半導体集積回路としてのシステムＬＳＩやＳｏＣ（System  on  a  chip）のウエーハ、半導体集積回路チップが搭載された回路基板やモジュール基板、素子特性評価用としてのＴＥＧ（Test  Element  Group）チップなどである。
【００１３】
プロービング部１３ａ及び１３ｂは、試料１２表面に設けられた端子と接触し、試料１２を流れる吸収電流を検出することができる。ここでは、プロービング部１３ａが試料１２の一方の端子を介して接地電位（グランド）に接続され、試料１２の他方の端子を介してプロービング部１３ｂから吸収電流が検出される。ここでは、プロービング部は、２つ設けているが、適宜３つ以上設けてもよい。
【００１４】
照射部１には、図示しない電子銃、収束レンズ、走査コイル、対物レンズなどが設けられ、荷電ビームとしての電子ビームを発生し、試料１２表面に照射する。
【００１５】
吸収電流から抵抗異常個所を検出する場合、図２に示すように、配線及びビアから構成される配線パターン（試料）に電子ビームを照射する。配線パターンが図中、左右方向に配置形成されている場合、試料ステージ１１を左右方向にスキャンして適切な箇所に電子ビームがスキャン照射されるようにする。ここでは、説明を簡略化させるために、配線パターンを下層配線、ビア、及び上層配線と表している。試料ステージをスキャンする代わりに、照射部１を左右方向にスキャンしてもよい。
【００１６】
入射電子線（一次電子）が試料に入射されると、試料から２次電子、オージェ電子等が放出され、放出電流（Ｉｏｕｔ）が生じる。試料に侵入する注入電流（Ｉｉｎ）と放出電流（Ｉｏｕｔ）の差を相殺するために吸収電流（Ｉｋ）が発生する。吸収電流（Ｉｋ）は、試料の接地端子（接地電位）側に接続されるプローブから照射部方向に流れる。
【００１７】
放出電流（Ｉｏｕｔ）、注入電流（Ｉｉｎ）、及び吸収電流（Ｉｋ）は、
Ik＝Iin−Iout・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
と表される。この吸収電流は、接地端子側に接続されるプローブとは反対側のプローブを介して検出される。ここで、吸収電流は、照射位置が接地端子側に近いほど抵抗が大きくなるので小さな電流しか流れず、半導体検査装置４０では暗く表示される。一方、照射位置が観察側のプローブに近いほど抵抗が小さくなるので大きな電流が流れ、半導体検査装置４０では明るく表示される。
【００１８】
検査解析部３には、増幅部１４、算出部１５、記憶部１６、及び比較判定部１７が設けられる。検査解析部３は、観察部２で観察された吸収電流を入力し、配線パターンの抵抗値異常個所の検出を行う。
【００１９】
増幅部１４には、図示しないアンプ及びＡＤ変換器が設けられる。アンプは、吸収電流信号を入力し、増幅処理及び電流電圧変換して、検出信号として出力する。ＡＤ変換器は、アンプから出力された検出信号をデジタル信号に変換する。
【００２０】
算出部１５は、増幅部１４から出力されたデジタル信号を入力し、輝度データ信号として、例えば諧調処理する。諧調処理することにより輝度値の差異を明瞭にすることができる。算出部１５は、算出された輝度値と、例えばＴＥＧ（Test  Element  Group）などで予め算出され、記憶部１６などに格納されている所定の値を有する輝度値とを比較し、輝度差を算出する。
【００２１】
記憶部１６は、所定の値などの輝度値情報、輝度差の基準値情報、或いは画像データ情報など種々の情報を格納する。
【００２２】
比較判定部１７は、算出部１５から出力される輝度差情報及と、記憶部１６から出力される輝度差の基準値情報とを入力して比較判定を行う。算出部１５から出力される輝度差が基準値よりも小さな場合、照射された配線パターン部の抵抗値は正常と判定し、算出部１５から出力される輝度差が基準値よりも大きな場合、照射された配線パターン部の抵抗値は異常と判定する。判定結果は、比較判定部１７から出力される。
【００２３】
諧調表示された輝度データ信号は、図３（ａ）に示すように、接地端子側での配線パターンでは、輝度値のピーク位置が暗部側に偏る。ピーク位置での輝度値と、ＴＥＧなどで予め算出しておいた輝度値データ（図中の斜め斜線と輝度ピークが交わる点の値）との差が輝度差となる。配線パターンの抵抗異常個所では比較的大きな電圧降下が発生するので、輝度値のピークが大きくなり、大きな諧調変化点として表示される。
【００２４】
図３（ｂ）に示すように、接地端子側と吸収電流の検出側の中間部での配線パターンでは、輝度値のピーク位置が暗部側と明部側の中間になる。ピーク位置での輝度値と、予め算出しておいた輝度値データ（図中の斜め斜線と輝度ピークが交わる点の値で、暗部側よりも輝度値が大きい）との差が輝度差となる。
【００２５】
図３（ｃ）に示すように、増幅部側（吸収電流の検出側）での配線パターンでは、輝度値のピーク位置が明部側に偏る。ピーク位置での輝度値と、予め算出しておいた輝度値データ（図中の斜め斜線と輝度ピークが交わる点の値で、中間部よりも輝度値が大きい）との差が輝度差となる。
【００２６】
次に、配線パターンの抵抗異常個所の検出感度について図４を参照して説明する。図４は抵抗異常個所の検出可能領域を示す図である。ここで、図中に表示している従来とは、目視で抵抗異常であるかを判別する場合である。
【００２７】
図４に示すように、従来では、配線パターンの異常かどうかの判定レベルが、例えば５００Ωと検出レベルが低く、コントラスト差が小さい場合判別が困難となる。しかも判断レベルに個人差が生じる。
【００２８】
一方、本実施例では、吸収電流信号から、所定の輝度値に対する画像データの輝度差を算出し、基準値と比較している。このため、配線パターンの異常かどうかの判定レベルが、例えば１００Ωと検出レベルを向上させることができる。また、輝度差で比較判定しているので、判断レベルに個人差が発生しない。なお、従来と本実施例では、分解能に差がなく、ここでは最高の分解能は１０ｎｍである。
【００２９】
上述したように、本実施例の半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法では、照射部１、観察部２、及び検査解析部３が設けられる。観察部２には、試料ステージ１１、試料１２、プロービング部１３ａ、及びプロービング部１３ａが設けられる。試料１２は、配線パターンが形成され、試料ステージ１１に固定され、表面に照射部１から電子ビームが入射される。検査解析部３には、増幅部１４、算出部１５、記憶部１６、及び比較判定部１７が設けられる。検査解析部３では、観察部２で観察された吸収電流信号が入力され、増幅処理、電流電圧変換処理、及びデジタル変換処理が行われ、画像データ信号の輝度値が算出される。算出された輝度値と所定の輝度値が比較され、輝度差が求められる。この輝度差と基準値が比較判定部１７で比較判定される。
【００３０】
このため、吸収電流像を目視により配線パターンの抵抗値異常の確認行う従来技術と比較して、配線パターンの抵抗値異常箇所の検出感度（判定レベル）を向上させることができる。また、電子ビームが照射された配線パターン部が抵抗値異常箇所である判断レベルに個人差が発生しない。
【００３１】
なお、本実施例では、電子ビームを用いて配線パターンの抵抗異常個所を検査しているが、電子ビームの代わりにイオンビームを用いてもよい。また、配線パターンの吸収電流を増幅部１４では、電流電圧変換及びデジタル変換して、画像データ信号としているが、吸収電流を電流電圧変換せずに、デジタル変換し、画像データ信号として輝度値を算出してもよい。
【実施例２】
【００３２】
次に、本発明の実施例２に係る半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法について、図面を参照して説明する。図５は半導体検査方法の手順を示すフローチャート、図６は吸収電流から輝度値の検出を示す模式図、図７は吸収電流から抵抗異常個所の検出を示す模式図である。本実施例では、実施例１の半導体検査装置を用いて、多層配線化された配線パターンの抵抗異常の有無を層毎にエリアを分けて解析調査している。
【００３３】
図５に示すように、多層配線化された配線パターンの検査では、まず、ＴＥＧなどで予め抵抗値が確認され、略設計値で製造された半導体集積回路の配線パターンでの吸収電流から輝度値を算出する。輝度値の算出には、例えば吸収電流信号を電流電圧変換し、電圧変換した信号をデジタル変換したものを用いる。この配線パターン（参照試料）での輝度値は、これ以降所定の輝度値（正常品）として用いる。この場合、配線が存在する層により吸収電流像のコントラストが異なるので層毎に輝度値を求め、その情報を記憶部１６に格納する。具体的には、図６に示すように、例えば４層目配線と３‘ｒｄビア、３層目配線と２’ｎｄビア、２層目配線と１‘ｓｔビア、１層目配線などを層別に輝度値情報を取得する。ここでは、配線とビアを層としているが、配線及びビアを別々の層として輝度情報を取得してもよい（ステップＳ１）。
【００３４】
次に、試験試料としての半導体集積回路の配線パターンでの吸収電流から、図７に示すように層毎に輝度値を求める。ここでは、試験試料としての半導体集積回路の配線パターンを参照試料（正常品）と同様な配線及びビア構造にするのが好ましい（ステップＳ２）。
【００３５】
続いて、所定の輝度値である参照試料（正常品）の輝度値と試験試料の輝度値を重ね合わせる（ステップＳ３）。そして、多層配線化された配線パターンのエリアを指定する（ステップＳ４）。次に、エリア毎に試験試料の輝度値を参照試料（正常品）の輝度値と比較して輝度差を算出する（ステップＳ５）。
【００３６】
続いて、予め設定され、記憶部１６に格納されている輝度差の基準値と算出された輝度差との比較を行う（ステップＳ６）。算出された輝度差が基準値よりも小さな場合、試験試料の配線パターンの抵抗値は正常と判定する（ステップＳ７）。算出された輝度差が基準値よりも大きな場合、試験試料の配線パターンの抵抗値は異常と判定する（ステップＳ８）。
【００３７】
異常と判定された場合、配線パターンの抵抗値異常の検査を繰り返すのかを確認する（ステップＳ９）。作業を繰り返す場合、エリア指定のステップ（Ｓ４）に戻り、作業を繰り返さない場合、異常のある箇所を吸収電流像の画像データで強調表示して位置の確認を行う。この場合、異常個所を目視できるようにレーザマークしてもよい。レーザマークは、例えば図７に示すＡ点が異常個所の場合、Ａ点の周囲を囲むように複数箇所、最上層の絶縁膜を介してレーザマークするのが好ましい（ステップＳ１０）。
【００３８】
上述したように、本実施例の半導体検査装置及びそれを用いた半導体検査方法では、照射部１、観察部２、及び検査解析部３が設けられる。観察部２には、試料ステージ１１、試料１２、プロービング部１３ａ、及びプロービング部１３ａが設けられる。試料１２は、配線パターンが形成され、試料ステージ１１に固定され、表面に照射部１から電子ビームが入射される。検査解析部３には、増幅部１４、算出部１５、記憶部１６、及び比較判定部１７が設けられる。多層配線化された配線パターンの検査では、参照試料（正常品）の輝度値を層毎にエリアを分けて算出し、次に、試験試料の輝度値を層毎にエリアを分けて算出する。続いて、参照試料（正常品）の輝度値と試験試料の輝度値を重ね合わせ、エリア毎に試験試料の輝度値を参照試料（正常品）の輝度値と比較して輝度差を算出する。そして、輝度差の基準値と算出された輝度差との比較を行う。
【００３９】
このため、吸収電流像を目視により配線パターンの抵抗値異常の確認行う従来技術と比較して、層別にコントラストが異なる吸収電流像をエリア毎に重ね合わせているので、配線パターンの抵抗値異常箇所の検出感度（判定レベル）を向上させることができる。また、電子ビームが照射された配線パターン部が抵抗値異常箇所であるの判断レベルに個人差が発生しない。
【００４０】
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。
【００４１】
例えば、実施例では、配線パターンのビア部の抵抗値が基準値に対して、所定のバラツキ範囲内にあるかを観測し、正常或いは異常であるかを検査（解析及び判定）しているが、配線パターン間でのショート不良の有無についても検査することができる。
【００４２】
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。  
（付記１）  配線パターンが形成された試料と、前記試料に電子ビーム或いはイオンビームを照射する照射部と、前記電子ビーム或いはイオンビームの照射により発生された前記配線パターンを流れる吸収電流を増幅し、吸収電流信号にもとづいた画像データ信号を生成する増幅部と、前記画像データ信号の輝度値を算出し、所定の輝度値と比較して輝度差を算出する算出部と、前記輝度差が基準値よりも小さな場合、前記電子ビーム或いはイオンビームが照射された前記配線パターン部の抵抗値を正常と判断し、前記輝度差が基準値よりも大きな場合、前記電子ビーム或いはイオンビームが照射された前記配線パターンの抵抗値を異常と判断する比較判定部とを具備する半導体検査装置。
【００４３】
（付記２）  前記配線パターンの一端は第１のプローブを介して接地電位に接続され、前記配線パターンの他端は第２のプローブを介して前記増幅部に接続される付記１に記載の半導体検査装置。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体検査装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る吸収電流から抵抗異常個所の検出を示す模式図。
【図３】本発明の実施例１に係る観測位置ごとの輝度分布を示す図。
【図４】本発明の実施例１に係る抵抗値異常個所の検出可能領域を示す図。
【図５】本発明の実施例２に係る半導体検査方法の手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施例２に係る吸収電流から輝度値の検出を示す模式図。
【図７】本発明の実施例２に係る吸収電流から抵抗異常個所の検出を示す模式図。
【符号の説明】
【００４５】
１  照射部
２  試料支持部
３  検査解析部
１１  試料ステージ
１２  試料
１３ａ、１３ｂ  プロービング部
１４  増幅部
１５  算出部
１６  記憶部
１７  比較判定部
４０  半導体検査装置
【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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