(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電した半導体集積回路等の試料にレーザビームを走査しながら照射し、前記照射に伴う前記試料の電流値変化を測定することにより、前記試料の欠陥箇所を検査する電流値変化測定装置において、
前記試料と直列に接続される可変抵抗手段と、
前記可変抵抗手段、前記試料に直列に接続され、前記試料に流れる電流を電圧信号に変換して出力する電流／電圧変換増幅器と、
前記可変抵抗手段、前記試料、前記電流／電圧変換増幅器からなる直列回路に入力電圧に比例した電圧を印加する第１の電圧源と、
前記第１の電圧源に接続され、入力された電圧値を前記第１の電圧源にそのまま出力する動作と、入力された電圧値を保持して保持された電圧値を前記第１の電圧源に出力する動作の２種類を切り替える電圧保持手段と、
出力電圧値を調整可能な第２の電圧源と、
前記電圧保持手段に接続され、前記第２の電圧源と前記電流／電圧変換増幅器の出力電圧とを比較する演算増幅器と、
レーザビームの照射前に前記電圧保持手段の帰還制御により、前記試料に流れる電流値を一定に維持して前記試料の内部抵抗を判定し、前記直列回路の抵抗値が所定値以上となるよう前記可変抵抗手段の抵抗を設定するとともに、レーザビームの照射時は前記電圧保持手段を保持動作に保ち、電流値変化の測定を行う信号処理部と、
を備えていることを特徴とする電流値変化測定装置。
【請求項２】
前記可変抵抗手段は、その抵抗値が０〜５０Ωまで連続的に変化可能であることを特徴とする請求項１記載の電流値変化測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等の試料の検査装置として用いられる試料にレーザビームを照射して、これに伴う試料の電流変化を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路等の試料の欠陥を検査する装置として、特開昭５６−４５０４５号公報に記載されている装置がある。この装置のブロック構成図を図４に示す。
【０００３】
光源であるレーザ発生部１から出射されるレーザビームの光路上にこのレーザビームを入射方向に直交する２次元方向にラスタースキャンさせるレーザ走査部２と走査されたレーザビームを微小スポット径に集束させる顕微鏡３が配されている。顕微鏡３の焦点位置には、半導体集積回路等の被測定試料４が配置される。試料４には、電圧源５により所定の電圧が印加されている。被測定試料４は、演算増幅器８と帰還抵抗９からなる電流／電圧変換増幅器７に接続されている。電流／電圧変換増幅器７は、信号処理部１０に接続され、信号処理部１０には、さらに、モニター１１が接続されている。信号処理部１０はまた、レーザ走査部２に接続されている。
【０００４】
レーザ発生部１から射出されたレーザビームは、レーザ走査部２で光路に直交する２次元方向にラスタースキャンされたうえ顕微鏡部３で集光されて被測定試料４表面の微細部分に照射される。この走査は信号処理部１０によって制御される。試料４には、電圧源５により予め所定の電圧が印加されており、回路内には所定の電流が流れている。試料４のレーザビームを照射されている箇所では、レーザビームを吸収して温度が上昇し、抵抗率が変化するため、試料４を流れる電流値も変化する。ボイド等の欠陥がある箇所では熱伝導が悪いため、こうした箇所にレーザを照射した場合は、周囲へ熱が逃げにくいために温度上昇が大きくなり、それに伴う抵抗率変化も大きく、結果として電流値変化も大きくなる。
【０００５】
この電流値を電流／電圧変換増幅器７により電圧値に変換して信号処理部１０に転送する。信号処理部１０は、この電圧値の差を輝度情報に変換してレーザビーム照射位置に対応して並べた画像情報を生成してモニター１１に表示する。
【０００６】
これにより、試料の欠陥箇所を画面上で確認することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この装置における試料の欠陥の検出精度は、電流／電圧変換増幅器７における電圧値変化の検出精度に依存する。この電流／電圧変換増幅器７の信号検出時の信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比S/N及び増幅率Ｇは、
S/N＝ΔＩ（Ｒf／４ｋＴＢ）1/2     (1)
Ｇ＝Ｒf／Ｒi                      (2)
と示される。ここで、ΔＩは電流の変動分、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度、Ｂは演算増幅器８の周波数帯域、Ｒfは帰還抵抗９の抵抗値、Ｒiは電圧源５から演算増幅器８の負入力端まで内部抵抗値である。
【０００８】
(1)式に示されるように信号検出のＳ／Ｎ比を決定するのは、帰還抵抗９の抵抗値Ｒfであるため、Ｓ／Ｎ比を向上させるには、帰還抵抗９の抵抗値Ｒfを大きくすることが好ましい。しかし、測定対象となる試料４の内部抵抗は、測定対象によって数Ωから数十ｋΩと大きく異なる。試料４の内部抵抗が大きい試料の電流値変化を正確に測定するため、帰還抵抗９の抵抗値Ｒfを数ＭΩまで大きくすると、逆に試料４の内部抵抗が数Ωと小さい場合には、増幅率Ｇは(2)式より約１００万倍と非常に大きな値になる。増幅率が大きいと、電圧源５や電流／電圧変換増幅器７の低周波雑音が試料４を流れる電流の変動分ΔＩに比べて著しく大きくなり、出力信号のＳ／Ｎ比も低下してしまう。また、一般に増幅率が大きくなると電流／電圧変換増幅器７の周波数帯域が低周波域に移行するため、レーザ光照射に伴う試料４の抵抗値変化速度に追従できなくなるという問題があった。したがって、数Ω程度と内部抵抗の小さい試料を測定することが困難であった。
【０００９】
また、ＡＣ動作するような試料を測定する場合には、印加される電圧自体が変動する場合がある。特開昭５６−４５０４５号公報には、さらにこの電圧変動を調整する技術が開示されている。これは、図４に示される装置を改良したもので、図５に示されるように電圧源５に上限電圧リミッタ回路１５と下限電圧リミッタ回路１６が接続され、これらと信号処理部１０とがさらに接続されたものである。
【００１０】
測定中は、信号処理部１０で試料４に印加されている電圧と、上限電圧リミッタ回路１５及び下限電圧電圧リミッタ回路１６でそれぞれ設定されている上限電圧及び下限電圧と比較し、印加電圧がこの上限電圧を越えた場合は、電圧源５が印加する電圧をこの上限電圧以下に、又印加電圧がこの下限電圧を下回った場合には、電圧源５が印加する電圧をこの下限電圧以上になるように制御するものである。しかし、この技術では、印加電圧は上限電圧と下限電圧の間で変動して一定とならず、それに伴って被測定試料に流れる電流も変動し、測定精度が劣化するという問題点があった。
【００１１】
本発明は、半導体集積回路等の試料にレーザを照射したときの電流値変化を高精度で測定可能な電流値変化測定装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、通電した半導体集積回路等の試料にレーザビームを走査しながら照射し、この照射に伴う試料の電流値変化を測定することにより、試料の欠陥箇所を検査する電流値変化測定装置において、試料と直列に接続され、レーザビームを照射しない場合の試料との直列回路の全抵抗値が所定の抵抗値以上となるよう直列回路の全抵抗値を調整する可変抵抗手段と、レーザビーム照射前に試料を流れる電流が所定の電流値となるよう試料へ印加する電圧値を設定し、レーザビームを走査して測定する間、試料に印加する電圧を常に設定した電圧値に保持する電圧保持手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、試料と可変抵抗を直列に接続した回路の全抵抗値が所定の抵抗値以上に保たれるため、試料を流れる電流値は所定の電流値以下に抑えられる。また、試料に印加する電圧は、測定中事前に設定した測定に好適な電圧値に保たれる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、通電した半導体集積回路等の試料にレーザビームを走査しながら照射し、この照射に伴う試料の電流値変化を測定することにより、試料の欠陥箇所を検査する電流値変化測定装置において、試料と直列に接続される可変抵抗手段と、この可変抵抗手段、試料に直列に接続され、試料に流れる電流を電圧信号に変換して出力する電流／電圧変換増幅器と、可変抵抗手段、試料、電流／電圧変換増幅器からなる直列回路に入力電圧に比例した電圧を印加する第１の電圧源と、第１の電圧源に接続され、入力された電圧値を第１の電圧源にそのまま出力する動作と、入力された電圧値を保持して保持された電圧値を第１の電圧源に出力する動作の２種類を切り替える電圧保持手段と、出力電圧値を調整可能な第２の電圧源と、電圧保持手段に接続され、第２の電圧源と電流／電圧変換増幅器の出力電圧とを比較する演算増幅器と、レーザビームの照射前に電圧保持手段の帰還制御により、試料に流れる電流値を一定に維持して試料の内部抵抗を判定し、直列回路の抵抗値が所定値以上となるよう可変抵抗手段の抵抗を設定するとともに、レーザビームの照射時は電圧保持手段を保持動作に保ち、電流値変化の測定を行う信号処理部と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
最初に本装置の構成を説明する。光源であるレーザ発生部１から出射されるレーザビームの光路上に、このレーザビームを光路に直交する２次元方向にラスタースキャンさせるレーザ走査部２と、走査されたレーザビームを微小スポット径に集束させる顕微鏡３が配されている。顕微鏡３の焦点位置には、半導体集積回路等の被測定試料４が配置される。試料４には、その抵抗値を設定できる可変抵抗手段６が直列に接続されている。この直列回路の一端には、入力電圧に比例した電圧を出力する例えばバッファアンプからなる第１の電圧源５により所定の電圧が印加されている。
【００１６】
そして、直列回路の他方の端は、第１の演算増幅器８の負入力端が接続され、この第１の演算増幅器９の負入力端と出力端には、帰還抵抗９が並列に接続されている。また、第１の演算増幅器８の正入力端は接地されており、これにより第１の演算増幅器８と帰還抵抗９は電流／電圧変換増幅器７を構成している。電流／電圧変換増幅器７は、信号処理部１０に接続され、信号処理部１０には、さらに、モニター１１が接続されている。この信号処理部１０は、レーザ走査部２、可変抵抗手段６の制御も行う。
【００１７】
一方、第１の電圧源５の入力側には、信号処理部１２に制御される電圧保持手段１２を介して、第２の演算増幅器１３の出力端が接続されている。電圧保持手段１２は、入力された電圧値をそのまま出力させる動作と、入力された電圧値を保持して保持された電圧を出力する動作の２種類の動作を行うもので、例えば、サンプルホールド素子を用いることができる。第２の演算増幅器１３の負入力端には、信号処理部１０に制御された第２の電圧源１４が接続されており、一方、正入力端は、電流／電圧変換増幅器７の出力端に接続されている。
【００１８】
可変抵抗手段６は、試料４と電流／電圧変換増幅器７の間に設置することもできるが、試料４は、接地電位の顕微鏡３等に近接して取り付けられるため、誘導雑音を抑制するためには、片側の電位を接地電位にできる図１の配置が好ましい。
【００１９】
本実施形態では、この可変抵抗手段６には、０Ω（短絡）と５０Ωの抵抗のいずれかを選択して接続する手段を用いている。ここで、試料４に付加する抵抗として５０Ωの抵抗を選んだ理由について説明する。図２は、図１の直列回路の抵抗値を変化させた場合の電流／電圧増幅器７の出力雑音の測定結果である。この時の帰還抵抗９の抵抗値は１ＭΩとした。内部抵抗値が１０Ωの場合は、特に１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの低周波雑音が装置のベース雑音よりも１０ｄＢ以上高くなる。しかし、内部抵抗値を５０Ωに設定すると、１００Ｈｚ以上の雑音はベース雑音とほぼ同じレベルまで低下する。内部抵抗値をこれ以上大きな値に設定しても雑音特性の向上は見込めない。
【００２０】
一方、試料４に流れる電流の変動ΔＩは、
ΔＩ＝−（ΔＲ／Ｒ）Ｉ            (3)
で与えられる。ここで、ΔＲはレーザ照射に伴う試料４の抵抗増加分、Ｒは試料４の内部抵抗値、Ｉは試料４に流す電流値である。(1)、(3)式より、試料４の内部抵抗値Ｒが小さいほど、Ｓ／Ｎ比が大きくなることが分かる。従って、試料４の内部抵抗値Ｒは、低周波雑音成分を抑制できる範囲でできるだけ小さい値であることが好ましい。したがって、本実施形態では、可変抵抗手段６と試料４との直列回路の抵抗値が５０Ω以上になるように、可変抵抗手段６で付加する抵抗値を５０Ωに設定した。この場合の増幅率は最大で２００００倍になる。なお、可変抵抗手段６には、０〜５０Ωまで連続的に抵抗値を変化できる抵抗を用いて、試料４と可変抵抗手段６の直列回路の抵抗を５０Ω以上に保つものでもよい。
【００２１】
続いて、本実施形態の動作を図１、図３により説明する。図３は、本実施形態のタイミングチャートである。
【００２２】
図１に示される装置への電源投入後、可変抵抗手段６の抵抗値が５０Ωに設定され、電圧保持手段１２の帰還制御が行われる（図３(a)の時点）。具体的には、第１の演算増幅器８の出力値と第２の電圧源１４が第２の演算増幅器１３で比較されて、その出力が第１の電圧源５に入力される。従って、可変抵抗手段６の抵抗値変化に対しても試料４を流れる電流が常に一定になるような帰還制御がかけられる。第２の電圧源１４は、試料に流す電流値を設定するもので、出力電圧値を大きくすることにより、試料に流される電流を大きくできる。
【００２３】
第１の電圧源５の電圧が安定した後、試料４の内部抵抗値の算出処理が行われる（同図(b)の時点）。具体的には、試料４と可変抵抗手段６との直列回路に流れる電流を電流／電圧変換増幅器７により電圧信号に変換して、信号処理部１０に伝送する。信号処理部１０では、伝送された電圧信号から直列回路に流れる電流が算出され、この電流値と第１の電圧源５の出力電圧、可変抵抗手段６の付加抵抗値を基にして試料４の内部抵抗値が算出される。算出された内部抵抗値が５０Ω以上の場合には、可変抵抗手段６は、短絡状態に切り替えられる（同図(c)の時点）。内部抵抗値が５０Ωに満たない場合には、可変抵抗手段６は、５０Ωの抵抗をそのまま付加する。これにより、直列回路の抵抗値を５０Ω以上に保ち、Ｓ／Ｎ比が十分に高く、かつ、増幅率も大きな条件下で測定を行うことができる。
【００２４】
内部抵抗値の算出処理が終了して、可変抵抗手段６の抵抗値が切り替えられた場合は、前述の帰還制御により第１の電圧源５の電圧が調整される。（同図(c)の時点）。第１の電圧源５の電圧が安定して、試料４の内部を流れる電流値が安定した後、電圧保持手段１２は、電圧保持動作に切り替えられる（同図(d)の時点）。この後は、第１の電圧源５の電圧は、帰還制御動作終了時（同図(c)の時点）に設定された電圧に保持される。保持動作に切り替えるのは、帰還制御動作のままだと帰還制御によってレーザ照射に伴う電流値の変動が打ち消されて測定ができないからである。一方、電圧が常に一定に保持されるため、測定時に電圧が変動することがなく、試料４の内部の欠陥以外の要因による試料４を流れる電流の変動が抑えられて高精度での検出が可能になる。
【００２５】
その後、測定動作が開始される（同図(e)の時点）。レーザ発生部１から出射されたレーザビームは、レーザ走査部２により、２次元方向にラスタスキャンされ、顕微鏡３で集光されて試料４上に照射される。試料４の欠陥箇所にレーザビームが照射されると（同図(f)の時点）、周囲への熱伝導が悪いために照射された部分の温度が上昇して、内部抵抗値が増大し、試料を流れる電流が小さくなる。欠陥のない部分では、周囲への熱伝導により照射された部分の温度は上昇せず、抵抗値変化もないため、電流値も変化しない。これをレーザを照射した走査位置の情報とともに信号処理部１０で処理することにより、試料４の欠陥位置をモニタ１１上に輝度変化として表示することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、試料に直列に任意の抵抗値を有する抵抗を付加することにより、試料の内部抵抗が小さい場合でも、試料に流れる電流値を検出する演算増幅器の増幅率を常に適切な範囲に設定することができる。このため、従来、増幅率が大きくなりすぎていた内部抵抗が数Ω程度の試料についてもＳ／Ｎ比の良い測定が行えるようになった。さらに、測定の際に試料に印加されるべき適正な電圧値を自動的に求めて測定中印加電圧をこの電圧値に保持する機能を備えているので、試料を流れる電流の不要な変動が少なく、高精度の測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態のブロック図である。
【図２】図１に係る装置において内部抵抗値の異なる試料について比較測定した雑音特性を示す図である。
【図３】図１に係る装置の動作タイミングチャートである。
【図４】第１の従来例のブロック図である。
【図５】第２の従来例のブロック図である。
【符号の説明】
１…レーザ発生部、２…レーザ走査部、３…顕微鏡、４…被測定試料、５…電圧源、６…可変抵抗手段、７…電流／電圧変換増幅器、８…演算増幅器、９…帰還抵抗、１０…信号処理部、１１…モニタ、１２…電圧保持手段、１３…演算増幅器、１４…電圧源、１５…上限電圧リミッタ回路、１６…下限電圧リミッタ回路。
【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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