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KR20230154949A - 시료 검사 장치, 검사 시스템, 박편 시료 제작 장치 및 시료의 검사 방법 - Google Patents

시료 검사 장치, 검사 시스템, 박편 시료 제작 장치 및 시료의 검사 방법 Download PDF

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KR20230154949A
KR20230154949A KR1020237034028A KR20237034028A KR20230154949A KR 20230154949 A KR20230154949 A KR 20230154949A KR 1020237034028 A KR1020237034028 A KR 1020237034028A KR 20237034028 A KR20237034028 A KR 20237034028A KR 20230154949 A KR20230154949 A KR 20230154949A
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probe
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defective
controller
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마사히로 요시다
준이치 후세
노리오 사토
히로츠구 가지야마
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주식회사 히타치하이테크
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Publication date
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Abstract

시료 검사 장치(200)는, 시료(11)가 스테이지(8) 상에 설치되었을 때 실행되는 검사 수단을 구비하는 검사 수단은, (a) 탐침(10a)을 도전체(11a)에 접촉시키고, 또한, 탐침(10b)을 도전체(11b)에 접촉시킨 상태에서, 전자빔(EB1)을 시료(11)의 표면 상에서 주사하는 스텝, (b) 전자빔(EB1)의 주사와 동기시키면서, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위차의 변화의 미분값을 계측하는 스텝, (c) 전위차의 변화의 미분값에 의거하여, 도전체(11a)와 도전체(11b) 사이에 존재하는 불량 개소(12)가 명부 및 암부로서 나타난 DI-EBAC상을 취득하는 스텝, (d) DI-EBAC상으로부터, 불량 개소(12)의 방향을 특정하는 스텝을 갖는다.

Description

시료 검사 장치, 검사 시스템, 박편 시료 제작 장치 및 시료의 검사 방법
본 발명은, 시료 검사 장치, 검사 시스템, 박편 시료 제작 장치 및 시료의 검사 방법에 관한 것이고, 특히, 불량 개소의 방향을 특정할 수 있는 시료 검사 장치와, 시료 검사 장치를 사용한 시료의 검사 방법과, 불량 개소의 방향이 특정된 화상 데이터를 사용해서 시료의 제작을 행할 수 있는 박편 시료 제작 장치와, 시료 검사 장치 및 박편 시료 제작 장치를 갖는 검사 시스템에 관한 것이다.
근래, 반도체 디바이스의 미세화가 진행되고 있다. 특히, 입체 구조를 갖는 반도체 디바이스에서는, 적층 기술과 조합함으로써, 고집적화 및 대용량화가 비약적으로 진행되고 있다. 이러한 반도체 디바이스의 해석을 행하기 위한 하전 입자선 장치로서, 주사형 전자 현미경(SEM：Scanning Electron Microscope) 등이 사용되고 있다.
복잡한 회로가 형성된 반도체 시료의 불량 해석에 있어서는, 반도체 디바이스의 미세화에 수반해서, 불량 개소의 특정이 어려워져, 해석에 방대한 시간이 필요해지고 있다. 현재, 이러한 불량 해석에서는, OBIRCH(Optical Beam Induced Resistance Change) 또는 EB(Electron Beam) 테스터 등의 해석 장치가 사용되고 있다.
특히, 배선의 불량 해석에 관한 분야에서는, 전자빔으로 대표되는 하전 입자선을 반도체 시료에 조사함과 함께, 시료에 탐침을 접촉시켜서, 배선에 의해 흡수된 전류, 또는, 반도체 시료로부터 방출된 이차적인 신호(이차 전자 혹은 반사 전자 등)를, 해석하고, 추가로 화상화하는 기술이 주목받고 있다. 배선에 의해 흡수된 전류(흡수 전류)에 의거하여 얻어지는 신호(흡수 전류 신호)의 분포상은, 전자빔 흡수 전류(EBAC：Electron Beam Absorbed Current)상이라고 불린다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 시료 표면의 배선 패턴에 하전 입자선을 조사하고, 상기 배선 패턴에 접촉시킨 2개의 탐침 사이에 흐르는 흡수 전류를 측정하는 흡수 전류 검출 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는, 측정된 흡수 전류를 전압으로 변환하는 전류/전압 변환기와, 상기 배선 패턴 사이에, 소정의 저항값을 갖는 출력 전압 조정용의 입력 저항이 삽입되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 주사형 전자 현미경(SEM：Scanning Electron Microscope) 탐침의 접촉에 의해 특정되는 회로에, 탐침을 통해 전압을 인가하면서, 하전 입자선에 의해 시료를 주사하고, 국소적으로 가열된 불량 개소의 저항값의 변화를, 탐침을 통해 측정하는 기술이 개시되어 있다. 이에 의해, 종래의 EBAC법으로 검출하기 어려웠던 고저항의 불량 개소, 또는, 시료 내부에 매몰된 불량 개소에 기인하는 신호가, 검출되기 쉬워진다. 또한, 특허문헌 2에는, 취득된 EBAC상과 SEM상을 중첩시킴으로써, 불량 개소의 위치를 특정하는 기술도 개시되어 있다.
일본국 특개2008-203075호 공보 국제공개 제2017/038293호
특허문헌 2에서는, EBAC상과 SEM상을 중첩시킨 합성상에 의해, 불량 개소의 위치를 어느 정도의 정밀도로 특성하는 것이 가능하지만, 예를 들면, 쇼트 불량에 있어서의 단락의 방향을 특정할 수 없다. 그러므로, 집속 이온빔(FIB：Focused Ion Beam) 장치 또는 FIB-SEM 장치와 같은 박편 시료 제작 장치를 사용해서, 불량 개소의 절단 및 박막화를 행하여, 불량 개소의 단면 관찰을 행하는 공정에 있어서, 불량 개소가 부적절한 방향으로 절단되어 버려서, 불량 개소의 정보가 상실될 경우가 있다.
본원의 주된 목적은, EBAC상으로부터 불량 방향을 특정할 수 있는 시료 검사 장치와, 그 시료 검사 장치를 사용한 검사 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 시료 검사 장치에서 취득된 정보를 박편 시료 제작 장치에서 사용함으로써, 불량 개소가 적절한 방향으로 절단되도록, 박편 시료의 제작을 행하는 것을 목적으로 한다. 그 밖의 과제 및 신규한 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명확해진다.
본원에 있어서 개시되는 실시형태 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 다음과 같다.
일 실시형태에 있어서의 하전 입자선 장치는, 전자빔을 조사 가능한 전자원과, 상기 전자빔의 집속 및 주사가 가능한 전자 광학계와, 그 표면에 제1 도전체 및 제2 도전체가 형성된 시료를 설치 가능한 제1 스테이지와, 상기 전자빔이 상기 시료에 조사되었을 때, 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출하기 위한 검출기와, 제1 탐침과, 제2 탐침과, 상기 전자원, 상기 전자 광학계, 상기 제1 스테이지, 상기 검출기, 상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침의 각각의 동작을 제어하는 제1 컨트롤러와, 상기 시료가 상기 제1 스테이지 상에 설치되었을 때 실행되는 검사 수단을 구비한다. 여기에서, 상기 검사 수단은, (a) 상기 제1 탐침을 상기 제1 도전체에 접촉시키고, 또한, 상기 제2 탐침을 상기 제2 도전체에 접촉시킨 상태에서, 상기 전자빔을 상기 시료의 표면 상에서 주사하는 스텝, (b) 상기 스텝 (a)에 있어서의 상기 전자빔의 주사와 동기시키면서, 상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침 사이의 전위차의 변화의 미분값을 계측하는 스텝, (c) 상기 스텝 (b)에서 계측된 상기 전위차의 변화의 미분값에 의거하여, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 사이에 존재하는 불량 개소가 명부(明部) 및 암부(暗部)로서 나타난 DI-EBAC상을 취득하는 스텝, (d) 상기 스텝 (c)에서 취득된 상기 DI-EBAC상으로부터, 상기 불량 개소의 방향을 특정하는 스텝을 갖는다.
일 실시형태에 있어서의 박편 시료 제작 장치는, 이온빔을 조사 가능한 이온원과, 그 표면에 제1 도전체 및 제2 도전체가 형성된 시료를 설치 가능한 제2 스테이지와, 상기 이온원 및 상기 제2 스테이지의 각각의 동작을 제어하는 제2 컨트롤러와, 상기 시료가 상기 제2 스테이지 상에 설치되었을 때 실행되는 제작 수단을 더 구비한다. 여기에서, 상기 제작 수단은, (a) 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 촬상된 SEM상, 또는, 상기 시료의 설계 데이터이고, 또한, 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 나타난 CAD상과, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 사이에 존재하는 불량 개소가 명부 및 암부로서 나타난 DI-EBAC상을 중첩시킨 합성상으로서, 상기 불량 개소의 방향이 나타나 있는 상기 합성상을 준비하는 스텝, (b) 상기 스텝 (a) 후, 상기 합성상에 나타나 있는 상기 불량 개소의 방향을 참조해서, 상기 시료의 절단 방향을 결정하는 스텝, (c) 상기 스텝 (b) 후, 상기 절단 방향에 의거하여, 상기 이온빔을 상기 시료에 대해 조사하여, 상기 시료의 일부를 가공함으로써, 상기 불량 개소의 단면이 포함된 박편 시료를 제작하는 스텝을 갖는다.
일 실시형태에 있어서의 시료의 검사 방법은, 시료 검사 장치 및 박편 시료 제작 장치를 사용해서 행해진다. 상기 시료 검사 장치는, 전자빔을 조사 가능한 전자원과, 상기 전자빔의 집속 및 주사가 가능한 전자 광학계와, 그 표면에 제1 도전체 및 제2 도전체가 형성된 시료를 설치 가능한 제1 스테이지와, 상기 전자빔이 상기 시료에 조사되었을 때, 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출하기 위한 검출기와, 제1 탐침과, 제2 탐침과, 상기 전자원, 상기 전자 광학계, 상기 제1 스테이지, 상기 검출기, 상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침의 각각의 동작을 제어하는 제1 컨트롤러를 구비한다. 상기 박편 시료 제작 장치는, 이온빔을 조사 가능한 이온원과, 상기 시료를 설치 가능한 제2 스테이지와, 상기 이온원 및 상기 제2 스테이지의 각각의 동작을 제어하고, 또한, 상기 제1 컨트롤러에 전기적으로 접속된 제2 컨트롤러를 구비한다. 또한, 시료의 검사 방법은, (a) 상기 시료를 상기 제1 스테이지 상에 설치하는 스텝, (b) 상기 스텝 (a) 후, 상기 제1 탐침을 상기 제1 도전체에 접촉시키고, 또한, 상기 제2 탐침을 상기 제2 도전체에 접촉시킨 상태에서, 상기 전자빔을 상기 시료의 표면 상에서 주사하는 스텝, (c) 상기 스텝 (b)에 있어서의 상기 전자빔의 주사와 동기시키면서, 상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침 사이의 전위차의 변화의 미분값을 계측하는 스텝, (d) 상기 스텝 (c)에서 계측된 상기 전위차의 변화의 미분값에 의거하여, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 사이에 존재하는 불량 개소가 명부 및 암부로서 나타난 DI-EBAC상을 취득하는 스텝, (f) 상기 스텝 (d)에서 취득된 상기 DI-EBAC상으로부터, 상기 불량 개소의 방향을 특정하는 스텝, (g) 상기 스텝 (a)에 있어서의 상기 전자빔의 주사와 동기시키면서, 상기 검출기에서 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출함으로써, 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 촬상된 SEM상을 취득하는 스텝이거나, 상기 시료의 설계 데이터이고, 또한, 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 나타난 CAD상을, 상기 제1 컨트롤러에 도입하는 스텝, (h) 상기 스텝 (f) 및 상기 스텝 (g) 후, 상기 SEM상 또는 상기 CAD상과, 상기 DI-EBAC상을 중첩시킨 합성상을 취득함으로써, 상기 불량 개소의 위치를 특정하는 스텝, (i) 상기 스텝 (h) 후, 상기 시료를 상기 시료 검사 장치로부터 박편 시료 제작 장치로 반송하고, 상기 시료를 상기 제2 스테이지 상에 설치하는 스텝, (j) 상기 스텝 (h)에서 취득된 상기 합성상과, 상기 스텝 (f)에서 특정된 상기 불량 개소의 방향의 정보를, 상기 제1 컨트롤러로부터 상기 제2 컨트롤러에 도입하는 스텝, (k) 상기 스텝 (j) 후, 상기 합성상에 상기 불량 개소의 방향을 나타내는 스텝, (l) 상기 스텝 (k) 후, 상기 불량 개소의 방향을 참조해서, 상기 시료의 절단 방향을 결정하는 스텝, (m) 상기 스텝 (l) 후, 상기 절단 방향에 의거하여, 상기 이온빔을 상기 시료에 대해 조사하여, 상기 시료의 일부를 가공함으로써, 상기 불량 개소의 단면이 포함된 박편 시료를 제작하는 스텝을 갖는다.
일 실시형태에 따르면, EBAC상으로부터 불량 방향을 특정할 수 있는 시료 검사 장치와, 그 시료 검사 장치를 사용한 검사 방법을 제공할 수 있다. 또한, 시료 검사 장치에서 취득된 정보를 기초로 해서, 불량 개소가 적절한 방향으로 절단되도록, 박편 시료의 제작을 행할 수 있는 박편 시료 제작 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 있어서의 검사 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시형태 1에 있어서의 시료 검사 장치를 나타내는 모식도이다.
도 3은 실시형태 1에 있어서의 시료 검사 장치의 일부를 확대한 요부 모식도이다.
도 4는 CURR 모드, DIFF 모드 및 DI-EBAC 모드를 나타내는 모식도이다.
도 5는 CURR 모드, DIFF 모드 및 DI-EBAC 모드에서 얻어진 히스토그램을 나타내는 개념도이다.
도 6은 DI-EBAC 모드에 있어서의 전위차의 변화의 미분값과, 불량 개소의 위치의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시형태 1에 있어서의 시료의 검사 방법(검사 수단)을 나타내는 플로우차트이다.
도 8a는 실시형태 1에 있어서의 DI-EBAC상을 나타내는 모식도이다.
도 8b는 실시형태 1에 있어서의 SEM상을 나타내는 모식도이다.
도 8c는 실시형태 1에 있어서의 SEM상과 DI-EBAC상을 중첩시킨 합성상을 나타내는 모식도이다.
도 8d는 실시형태 1에 있어서의 SEM상과 DI-EBAC상을 중첩시킨 합성상을 나타내는 모식도이다.
도 9는 실시형태 1에 있어서의 박편 시료 제작 장치를 나타내는 모식도이다.
도 10은 실시형태 1에 있어서의 시료의 검사 방법(제작 수단)을 나타내는 플로우도이다.
도 11은 실시형태 1에 있어서의 박편 시료 제작 장치를 조작 중인 화면이다.
이하, 실시형태를 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 실시형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한, 이하의 실시형태에서는, 특별히 필요할 때 이외는 동일 또는 마찬가지인 부분의 설명을 원칙적으로 반복하지 않는다.
(실시형태 1)
＜검사 시스템의 구성＞
이하에 도 1을 사용해서, 시료의 검사 및 제작을 행하는 것이 가능한 검사 시스템(100)의 구성에 대해 설명한다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 검사 시스템(100)은, 시료 검사 장치(200), 박편 시료 제작 장치(300), 컴퓨터(30), 표시 장치(31), 입력 장치(32) 및 기억 장치(33)를 포함한다.
시료 검사 장치(200)와 박편 시료 제작 장치(300) 사이에서는, 컴퓨터(30)를 통해, 각종 정보가 상호 통신된다. 각종 정보는, 시료 검사 장치(200)에 있어서 검사된 시료의 정보, 및, 박편 시료 제작 장치(300)에 있어서 제작된 시료의 정보이고, 예를 들면, 불량 개소의 위치 좌표, 불량 방향, 제작 개소의 위치 좌표 및 화상 데이터 등이다. 이들 정보는, 컴퓨터(30)에 구비된 기억 장치(33)에 보존된다.
컴퓨터(30)에는, 표시 장치(31) 및 입력 장치(32)가 접속되어 있다. 표시 장치(31)에는, GUI 화면 등이 표시된다. GUI 화면에는, EBAC상 및 SEM상 등의 화상 데이터, 및, 유저의 각종 지시 등이 표시된다. 유저는, GUI 화면을 확인하면서, 입력 장치(32)를 사용해서 각종 지시를 입력할 수 있다. 그 경우, 각종 지시가 컴퓨터(30)에 송신되고, 컴퓨터(30)로부터 시료 검사 장치(200) 및 박편 시료 제작 장치(300)의 각각의 컨트롤러에 제어 신호가 전달된다.
또한, 입력 장치(32)는, 예를 들면 키보드 또는 마우스이고, 기억 장치(33)는, 예를 들면 플래시 메모리 또는 하드디스크이다. 또한, 컴퓨터(30)는, 정보를 통신할 수 있는 것이면 되고, 네트워크 또는 그 밖의 정보 매체 등이어도 된다.
＜시료 검사 장치의 구성＞
이하에 도 2~도 6을 사용해서, 실시형태 1에 있어서의 시료 검사 장치(200)에 대해 설명한다. 시료 검사 장치(200)는, 하전 입자선 장치이고, 예를 들면 나노 프로버이다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 시료 검사 장치(200)는, 시료실(1)과, 시료실(1)에 부착된 경통(鏡筒)(2)을 구비한다. 경통(2)의 내부에는, 전자빔(하전 입자빔)(EB1)을 조사 가능한 전자원(하전 입자원)(3)과, 전자빔(EB1)의 집속 및 주사가 가능한 전자 광학계(4)가 설치되어 있다. 전자 광학계(4)는, 예를 들면, 콘덴서 렌즈(5), 주사 코일(6) 및 대물 렌즈(7)를 포함한다.
시료실(1)의 내부에 있어서 전자원(3)의 하방에는, 3차원적으로 이동 가능하고, 또한, 시료(11)를 설치 가능한 스테이지(8)가 설치되어 있다. 여기에서는, 불량 개소(12)를 포함하는 시료(11)가 스테이지(8) 상에 설치되어 있는 경우를 나타낸다.
시료(11)는, p형 및 n형의 불순물 영역이 형성된 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 형성된 트랜지스터 등의 반도체 소자, 및, 상기 반도체 소자 상에 형성된 배선 등을 포함하고 있다. 여기에서는, 시료(11)의 표면에, 상기 배선을 구성하는 도전체(11a) 및 도전체(11b)가 형성되고, 이들 간에 불량 개소(12)가 존재하고 있는 경우를 나타낸다.
시료실(1)에는, 예를 들면 이차 전자 검출기와 같은 검출기(9)가 설치되어 있다. 전자선(EB1)이 시료(11)에 충돌했을 때, 시료(11)로부터 발생한 이차 전자는, 검출기(9)에 의해 검출된다. 이 검출된 이차 전자는, 검출기(9)에 전기적으로 접속된 화상 처리 기기 등에 의해, 관찰상(SEM상, 이차 전자상)으로서 화상 데이터화된다. 또한, 상기 화상 처리 기기는, 후술하는 컨트롤러(C1)에 포함되어 있다.
또한, 시료실(1)에는, 탐침(10a) 및 탐침(10b)이 설치되어 있다. 탐침(10a)을 도전체(11a)에 접촉시키고, 탐침(10b)을 도전체(11b)에 접촉시킴으로써, 도전체(11a), 도전체(11b) 및 불량 개소(12)의 전류, 전위 및 저항값 등을 계측할 수 있다. 탐침(10a) 및 탐침(10b)은, 차동 증폭기(20)에 전기적으로 접속되고, 차동 증폭기(20)는, 컨트롤러(C1)에 포함되는 화상 처리 기기에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 여기에서는 탐침의 수를 2개로 하고 있지만, 탐침의 수는, 1개 또는 3개 이상인 탐침이어도 된다.
컨트롤러(C1)는, 경통(2)(전자원(3), 전자 광학계(4)), 스테이지(8), 검출기(9), 탐침(10a) 및 탐침(10b)에 전기적으로 접속되어, 이들의 동작을 제어한다. 또한, 컨트롤러(C1)는, 컴퓨터(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
시료(11)에 전자빔(EB1)이 조사되면, 시료(11)에 전하가 축적되고, 도전체(11a)와 도전체(11b) 사이에 전위차가 발생한다. 도전체(11a)와 도전체(11b) 사이에서 생긴 전위차는, 차동 증폭기(20)에 의해 증폭되고, 컨트롤러(C1)에 출력 신호로서 입력되고, 컨트롤러(C1)의 상기 화상 처리 기기에 의해 EBAC상으로서 화상 데이터화된다.
또한, 도전체(11a)와 도전체(11b) 사이에 도통이 없으면, 이들 간에 전위차가 생긴다. 한편, 이들 간에 도통이 있을 경우는, 이들 간에 전위차가 생기지 않는다.
EBAC상을 관찰함으로써, 도전체(11a)와 도전체(11b) 사이의 도통의 유무를 확인할 수 있어, 쇼트 불량(본래 도통이 없어야 하는 도전체 간에, 도통이 있는 불량) 및 오픈 불량(본래 도통이 있어야 하는 도전체 간에, 도통이 없는 불량)의 개소를 특정할 수 있다.
컨트롤러(C1)는, 시료(11) 상에 있어서, 전자빔(EB1)의 조사 위치마다 차동 증폭기(20)로부터 출력된 신호를 측정할 수 있고, 출력 신호의 강도에 따른 화소 계조 데이터를 제작할 수 있다. 컨트롤러(C1)는, 전자빔(EB1)의 편향 속도에 따라, 1프레임 주사의 완료마다, 1라인 주사의 완료마다, 또는, 1화소 주사의 완료마다, 화상 데이터로서 화소 계조 데이터를 컴퓨터(30)에 출력한다. 컴퓨터(30)는, 출력된 화상 데이터를 표시 장치(31)에 표시한다.
도 3은, 시료 검사 장치(200)의 일부를 확대한 요부 모식도이고, EBAC상을 형성할 때의 원리도이다.
시료(11)의 표면을 주사 중인 전자빔(EB1)이 도전체(11a)에 조사되면, 전하는, 탐침(10a)을 통해, 차동 증폭기(20)의 플러스 측에 입력된다. 이 때, 어떤 저항값을 갖는 불량 개소(12)가 도전체(11a) 및 도전체(11b)에 접해 있으면, 불량 개소(12)를 통해 도전체(11b)에 전하가 흐르고, 전하는, 탐침(10b)을 통해, 차동 증폭기(20)의 마이너스 측에 입력된다. 도전체(11b)의 전위는, 불량 개소(12)에 의한 전압 강하분만큼, 도전체(11a)보다 낮아진다.
불량 개소(12)의 저항값이 낮은 경우, 전압 강하량이 적고, 도전체(11a)와 도전체(11b) 사이의 전위차가 적으므로, 불량 개소(12)가 쇼트 불량이라고 인식할 수 있다. 그러나, 불량 개소(12)의 저항값이 높은 경우, 예를 들면 불량 개소(12)의 저항값이 차동 증폭기(20)의 입력 임피던스보다 큰 경우, 불량 개소(12)를 통한 전류가 흐르기 어려워진다. 그러므로, 도전체(11a)와 도전체(11b) 사이에 전위차가 생겨, 불량 개소(12)가 없는 상태와의 구별을 짓기가 어려워진다는 문제가 있다.
그러한 문제를 해결하기 위해, 실시형태 1에 있어서의 시료 검사 장치(200)에서는, 탐침(10a) 및 탐침(10b)과, 차동 증폭기(20) 사이에는, 미분 회로가 설치되어 있다. 즉, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이에는, 탐침(10a)에 전기적으로 접속된 가변 저항 소자(21a)와, 가변 저항 소자(21a)에 전기적으로 접속된 정전압 전원(22a)과, 정전압 전원(22a)에 전기적으로 접속된 정전압 전원(22b)과, 정전압 전원(22b) 및 탐침(10b)에 전기적으로 접속된 가변 저항 소자(21b)가 설치되어 있다. 그리고, 가변 저항 소자(21a)와 차동 증폭기(20) 사이에는, 콘덴서(23a)가 설치되고, 가변 저항 소자(21b)와 차동 증폭기(20) 사이에는, 콘덴서(23b)가 설치되어 있다.
또한, 차동 증폭기(20)의 입력 바이어스 전류를 어스로 놓아줘서, 차동 증폭기(20)를 보호하기 위해, 콘덴서(23a)와 차동 증폭기(20) 사이에는, 저항 소자(24a)가 설치되고, 콘덴서(23b)와 차동 증폭기(20) 사이에는, 저항 소자(24b)가 설치되어 있다.
탐침(10a)을 도전체(11a)에 접촉시키고, 탐침(10b)을 도전체(11b)에 접촉시킨 상태에서는, 불량 개소(12)에는, 항상 전력이 공급된다. 즉, 상기 상태에서는, 불량 개소(12)에는, 정전압 전원(22a) 및 정전압 전원(22b)으로부터 항상 전압이 인가된다.
시료(11)의 표면을 주사 중인 전자빔(EB1)이 불량 개소(12)에 조사되면, 전자빔(EB1)의 가속 전압에 비례한 운동 에너지에 의해, 불량 개소(12)가 가열되어, 불량 개소(12)의 저항값이 증가한다. 전자빔(EB1)의 조사가 끝나면, 불량 개소(12)의 열은, 그 주위로 방출된다. 그 결과, 불량 개소(12)의 온도의 저하에 수반해서, 불량 개소(12)의 저항값도 원래로 되돌아간다. 따라서, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위는, 전자빔(EB1)이 불량 개소(12)에 조사되고 있는 기간 중에 있어서, 크게 변화된다.
일반적으로, 도전체(11a) 및 도전체(11b)를 포함하는 시료(11)와, 불량 개소(12)에서는, 열전도율 및 저항값의 온도 특성의 차이에 의해, 전자빔(EB1)의 조사에 의한 저항값의 변화가 상이하다. 그러므로, 가령 불량 개소(12)의 저항값이 매우 높았다고 해도, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위차의 변화(불량 개소(12)의 저항값의 변화)를 계측함으로써, 불량 개소(12)에 기인하는 출력 신호를 검출할 수 있다.
출력 신호를 차동 증폭기(20)에서 직접 검출해도 되지만, 이 출력 신호는, 종래의 EBAC 신호와 비교해서 미소하다. 그래서, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위차의 변화를, 콘덴서(23a) 및 콘덴서(23b)에 의해 미분화하고, 전위차의 변화의 미분값을 차동 증폭기(20)에 출력함으로써, 미소한 출력 신호를 정밀하게 검출할 수 있다. 콘덴서(23a) 및 콘덴서(23b)를 경유하므로, 차동 증폭기(20)의 입력 임피던스의 영향도 없다. 또한, 가변 저항 소자(21a) 및 가변 저항 소자(21b)의 각각의 저항값을 조정함으로써, 임의의 저항값을 갖는 불량 개소(12)에의 대응이 가능해진다. 또한, 이러한 미분 회로를 포함하는 차동 증폭기(20)의 상세한 원리에 대해서는, 상술한 특허문헌 2를 참조할 수 있다.
이와 같이, 전자빔(EB1)의 주사와 동기시키면서, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위차의 변화의 미분값(탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 저항값의 변화)을 계측함으로써, DI-EBAC(Dynamic Induced Electron Beam Absorbed Current)상을 취득할 수 있다.
도 4는, 탐침을 사용해서 EBAC상을 생성하여, 불량 개소(12)를 검출하는 모드를 나타내고 있다. 도 4에는, CURR 모드, DIFF 모드 및 DI-EBAC 모드의 3개의 검출 방법이 나타나 있다. CURR 모드는 주로 오픈 불량의 검출에 이용되고, DIFF 모드는 주로 고저항 불량의 검출에 이용되고, DI-EBAC 모드는 주로 쇼트 불량의 검출에 이용된다.
CURR 모드에서는, 1개의 탐침(10a)을 도전체(11a)에 접촉시킨 상태에서, 전자빔(EB1)을 시료(11) 상에서 주사하고, 탐침(10a)에서 흡수되는 전류값을 출력 신호로 해서, EBAC상(41)을 생성하고 있다. 이 모드에서는, 전자빔(EB1)이 도전체(11a)에 조사된 경우, 탐침(10a)에서 검출되는 전류값이 커지고, 전류값이 큰 부분이 암부로서 표시된다.
DIFF 모드에서는, 탐침(10a)을 도전체(11a)에 접촉시키고, 탐침(10b)을 도전체(11b)에 접촉시킨 상태에서, 전자빔(EB1)을 시료(11) 상에서 주사하고, 탐침(10a) 및 탐침(10b)에서 흡수되는 전류값을 출력 신호로 해서, EBAC상(42)을 생성하고 있다. 불량 개소(12)의 전후에서 탐침(10a) 및 탐침(10b)에서 흡수되는 전류값이 크게 변화하므로, 그 변화가 명부 및 암부로서 표시된다.
DI-EBAC 모드에서는, 도 3에 나타나는 차동 증폭기(20) 및 미분 회로가 적용된다. 탐침(10a)을 도전체(11a)에 접촉시키고, 탐침(10b)을 도전체(11b)에 접촉시킨 상태에서, 전자빔(EB1)을 시료(11) 상에서 주사하고, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위차의 변화의 미분값을 출력 신호로 해서, EBAC상(DI-EBAC상)(43)을 생성하고 있다. 이 모드에서는, 불량 개소(12)의 방향에 따라, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위차의 변화의 미분값이 크게 변화하므로, 그 변화가 명부 및 암부로서 표시된다.
도 5는, 히스토그램을 사용해서 불량 개소(12)를 추출하는 개념도이다.
CURR 모드에 있어서, 도 5의 횡축은, 탐침(10a)에서 흡수되는 전류값의 변화를 나타내고, 도 5의 종축은, 동일한 변화가 발생하는 빈도를 나타내고 있다. 또한, 도면 중에 나타나는 베이스 라인(BL)은, 히스토그램(44) 중 전류값의 변화가 가장 작은 개소이거나, 빈도가 가장 많은 개소이다.
CURR 모드에서는, 불량 개소(12)는 암점(暗点)으로서 관찰되므로, 히스토그램(44)에 나타나는 바와 같이, 베이스 라인(BL)에 대해 전류값의 변화가 충분히 큰 개소(음측에서 큰 개소)를, 암부(46)로서 추출하고, 불량 개소(12)로서 특정한다.
DIFF 모드에 있어서, 도 5의 횡축은, 탐침(10a) 및 탐침(10b)에서 흡수되는 전류값의 변화를 나타내고, 도 5의 종축은, 동일한 변화가 발생하는 빈도를 나타내고 있다. 또한, 도면 중에 나타나는 베이스 라인(BL)은, 히스토그램(45) 중 전류값의 변화가 가장 작은 개소이거나, 빈도가 가장 많은 개소이다.
DIFF 모드에서는, 히스토그램(45)에 나타나는 바와 같이, 베이스 라인(BL)에 대해 전류값의 변화가 음측(負側)에서 충분히 큰 개소를, 암부(46)로서 추출하고, 불량 개소(12)로서 특정한다. 또한, 베이스 라인(BL)에 대해 전류값의 변화가 양측(正側)에서 충분히 큰 개소를, 명부(47)로서 추출하고, 불량 개소(12)로서 특정한다.
DI-EBAC 모드에 있어서, 도 5의 횡축은, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위차의 변화의 미분값을 나타내고, 도 5의 종축은, 상기 미분값이 발생하는 빈도를 나타내고 있다. 또한, 도면 중에 나타나는 베이스 라인(BL)은, 히스토그램(45) 중 상기 미분값이 가장 작은 개소이거나, 빈도가 가장 많은 개소이다.
DI-EBAC 모드에서는, 히스토그램(45)에 나타나는 바와 같이, 베이스 라인(BL)에 대해 상기 미분값이 음측에서 충분히 큰 개소를, 암부(46)로서 추출하고, 불량 개소(12)로서 특정한다. 또한, 베이스 라인(BL)에 대해 상기 미분값이 양측에서 충분히 큰 개소를, 명부(47)로서 추출하고, 불량 개소(12)로서 특정한다.
전자빔(EB1)에 의해 주사되는 개소의 대부분은, 불량 개소(12) 이외의 개소이므로, 불량 개소(12) 이외의 개소의 빈도가, 필연적으로 많아진다. 또한, 불량 개소(12)로부터 멀어짐에 따라, 전류값의 변화 또는 전위차의 변화의 미분값은 작아진다. 따라서, 베이스 라인(BL)을 상술한 바와 같이 설정함으로써, 불량 개소(12)의 특정이 용이해진다.
전류값의 변화가 가장 큰 개소, 또는, 상기 미분값이 가장 큰 개소가, 불량 개소(12)의 위치이므로, 콘트라스트를 추출하는 개소(암부(46) 또는 명부(47)를 추출하는 개소)를 이들 개소로 한정함으로써, 불량 개소(12)를 특정할 수 있다.
도 6은, DI-EBAC 모드에 있어서의 전위차의 변화의 미분값과, 불량 개소(12)의 위치의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6의 횡축의 불량 개소(12)의 위치는, 도 4의 DI-EBAC상에 나타나는 A-A′의 위치에 대응하고 있다.
도 6에 나타나는 바와 같이, 양측 및 음측에 있어서 충분히 큰 전위차의 변화의 미분값을, 히스토그램(45)으로부터 추출함으로써, 콘트라스트가 큰 암부(46) 및 명부(47)를 표시할 수 있어, 불량 개소(12)의 특정을 용이하게 할 수 있다.
또한, 히스토그램(44) 및 히스토그램(45)에 있어서, 어떤 개소를 암부(46) 또는 명부(47)로서 추출할지에 대해서는, 유저가 적절히 선택해도 되고, 컨트롤러(C1)에 포함되는 인공 지능에, 과거의 데이터를 기계 학습시킴으로써, 컨트롤러(C1)가 자동적으로 선택해도 된다.
또한, CURR 모드 또는 DI-EBAC 모드에서는, 예외적으로, 반도체 기판에 형성되어 있는 pn 접합에 기인해서, 휘점(輝點) 및 암점이 발생할 경우가 있다. 통상, 전자빔의 조사에 의해 발생한 전자·홀 쌍은, 바로 재결합한다. 그러나, pn 접합의 근방에서는, 전장에 의해 전자·홀 쌍의 발생이 가속되고, 다른 전자가 여기됨에 의해, EBAC 반응이 발생한다.
상술한 바와 같은 히스토그램에 의한 추출을 행했을 경우, 마찬가지인 이유에 의해, pn 접합에 기인하는 휘점 및 암점도 추출되어 버려서, 이들이 불량 개소인 오인되어 버리는 경우가 있다. 한편, 휘점 및 암점은, 불량 개소(12)를 제외한 개소에 포함되어 있다. 그래서, 히스토그램으로부터 불량 개소(12)로서 암부(46) 및 명부(47)를 추출함으로써, 휘점 및 암점을 제외한 화상 데이터를 생성할 수 있다. 따라서, 불량 개소의 오인을 억제할 수 있다.
＜시료의 검사 방법(검사 수단)＞
이하에 도 7 및 도 8a~도 8d를 사용해서, 시료 검사 장치(200)를 사용하여 행해지는 시료(11)의 검사 방법에 대해 설명한다. 또한, 시료(11)의 검사 방법은, 상술한 DI-EBAC 모드에서 행해진다. 또한, 시료(11)의 검사 방법인 스텝 S1~S6 중, 스텝 S2~S6은, 시료(11)가 스테이지(8) 상에 설치되었을 때 실행되는 검사 수단이고, 시료 검사 장치(200)가 구비하는 검사 수단이라고도 할 수 있다.
우선, 스텝 S1에서는, 예를 들면 도 2에 나타나는 바와 같이, 유저에 의해, 시료(11)를 시료 검사 장치(200)의 스테이지(8) 상에 설치한다.
스텝 S2에서는, 컨트롤러(C1)의 제어에 의해, 탐침(10a)을 도전체(11a)에 접촉시키고, 또한, 탐침(10b)을 도전체(11b)에 접촉시킨 상태에서, 전자빔(EB1)을 시료(11)의 표면 상에서 주사한다. 다음으로, 전자빔(EB1)의 주사와 동기시키면서, 컨트롤러(C1)에 있어서, 탐침(10a)과 탐침(10b) 사이의 전위차의 변화의 미분값을 계측한다.
스텝 S3에서는, 스텝 S2에서 계측된 전위차의 변화의 미분값에 의거하여, 컨트롤러(C1)에 있어서, 도전체(11a)와 도전체(11b) 사이에 존재하는 불량 개소(12)가 명부(47) 및 암부(46)로서 나타난 DI-EBAC상(43)을 취득한다.
즉, 우선, 도 5에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(C1)에 있어서, 스텝 S2에서 계측된 전위차의 변화의 미분값의 히스토그램(45)을 생성한다. 다음으로, 히스토그램(45) 중 전위차의 변화의 미분값이 가장 작은 개소를 베이스 라인(BL)으로 하고, 베이스 라인(BL)에 대해 전위차의 변화의 미분값이 충분히 큰 개소를, 불량 개소(12)로서 특정한다. 다음으로, 컨트롤러(C1)에 의해, 특정된 불량 개소(12)가 명부(47) 및 암부(46)로서 나타난 DI-EBAC상(43)을 취득한다.
또한, 베이스 라인(BL)으로부터 불량 개소(12)를 특정하는 작업, 즉, 어떤 개소를 암부(46) 또는 명부(47)로서 추출하는 작업은, 유저에 의해 적절히 선택되어도 되고, 컨트롤러(C1)에 포함되는 인공 지능에, 과거의 데이터를 기계 학습시킴으로써, 컨트롤러(C1)에 의해 자동적으로 선택되어도 된다.
스텝 S4에서는, 도 8a에 나타나는 바와 같이, 스텝 S3에서 취득된 DI-EBAC상(43)으로부터 불량 개소(12)의 방향을 특정하고, DI-EBAC상(43)에, 불량 개소(12)의 방향(48)을 표시한다. 여기에서는, 방향(48)을 나타내는 방법으로서, DI-EBAC상(43)에 화살표를 표시하고 있지만, 방향(48)을 나타내는 방법은, 화살표에 한정되지 않고, 다른 방법이어도 상관없다.
또한, 불량 개소(12)의 방향(48)은, 명부(47)와 암부(46)의 경계에 대해 수직인 방향으로서 특정된다. 또한, 방향(48)을 특정하는 작업은, 유저에 의해 행해져도 되고, 컨트롤러(C1)에 포함되는 인공 지능에 의해 행해져도 된다.
스텝 S5에서는, 도 8b에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(C1)에 의해, 스텝 S2에 있어서의 전자빔(EB1)의 주사와 동기시키면서, 검출기(9)에서 시료(11)로부터 발생하는 이차 전자를 검출함으로써, 도전체(11a) 및 도전체(11b)가 촬상된 SEM상(49)을 취득한다. 또한, SEM상(49)에는, 탐침(10a) 및 탐침(10b)도 촬상된다.
스텝 S6에서는, 도 8c에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(C1)에 의해, SEM상(49)과, DI-EBAC상(43)을 중첩시킨 중첩상(합성상)(50)을 취득한다. DI-EBAC상(43)만으로는, 불량 개소(12)와, 도전체(11a) 및 도전체(11b) 등과의 위치 관계가 판연(判然)으로 하지 않지만, 합성상(50)을 생성함으로써, 불량 개소(12)의 위치를 특정할 수 있다.
여기에서, 스텝 S5에 있어서, SEM상(49)의 취득을 대신해서, CAD상을 컨트롤러(C1)에 도입해도 된다. 그리고, 스텝 S6에 있어서, CAD상과 DI-EBAC상(43)을 중첩시킨 중첩상(합성상)(50)을 취득해도 된다. CAD상은, 시료(11)의 설계 데이터이고, 또한, 도전체(11a) 및 도전체(11b)가 나타난 데이터이다. 그러므로, CAD상을 적용했을 경우에도, 불량 개소(12)의 위치를 특정할 수 있다.
또한, 도 8d에 나타나는 바와 같이, 스텝 S3에 있어서, 히스토그램(45)으로부터 전위차의 변화의 미분값이 특히 큰 개소만을 추출하여, DI-EBAC상을 생성해도 된다. 이 경우, 이 DI-EBAC상과, SEM상(49) 또는 CAD상을 중첩해서 합성상(51)을 생성함으로써, 불량 개소(12)의 위치를 보다 정밀하게 특정할 수 있다.
또한, 시인성을 향상하기 위해, DI-EBAC상(43)을 채색한 후, SEM상(49) 또는 CAD상과, DI-EBAC상(43)을 중첩해도 된다.
이와 같이, 실시형태 1에 따르면, 불량 개소(12)의 방향(48)을 특정할 수 있는 시료 검사 장치(200)와, 그 시료 검사 장치(200)를 사용한 검사 방법을 제공할 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 쇼트 불량에 있어서의 단락의 방향을 특정할 수 있으므로, 박편 시료 제작 장치(300)를 사용해서, 불량 개소(12)의 단면 관찰을 행할 경우, 불량 개소(12)가 부적절한 방향으로 절단되어, 불량 개소(12)의 정보가 상실된다는 우려를 억제할 수 있다.
또한, 상술한 시료의 검사 방법에서는, DI-EBAC 모드의 DI-EBAC상(43)에 대해 설명했지만, 도 4에 나타나는 CURR 모드의 EBAC상(41) 및 DIFF 모드의 EBAC상(42)에 대해서도, 스텝 S1~S7을 행할 수 있다.
CURR 모드 및 DIFF 모드에서는, 불량 개소(12)의 방향은 도 4의 횡 방향임을, 미리 알고 있다. 그러나, 도 5에 나타나는 히스토그램(44) 및 히스토그램(45)을 사용해서, 베이스 라인(BL)에 대해 전류값의 변화가 충분히 큰 개소를, 암부(46) 및 명부(47)로서 추출함으로써, 보다 선명한 콘트라스트로서 불량 개소(12)의 특정을 행할 수 있다. 그리고, 보다 선명한 콘트라스트로 된 EBAC상(41) 또는 EBAC상(42)과, SEM상(49) 또는 CAD상을 중첩시킨 합성상을 생성함으로써, 불량 개소(12)의 위치의 특정이 용이해진다.
＜박편 시료 제작 장치의 구성＞
이하에 도 9를 사용해서, 실시형태 1에 있어서의 박편 시료 제작 장치(300)에 대해 설명한다. 박편 시료 제작 장치(300)는, 하전 입자선 장치이고, 예를 들면 FIB-SEM 장치이다.
박편 시료 제작 장치(300)는, 시료실(61)과, 시료실(61)에 부착된 이온빔 칼럼(62) 및 전자빔 칼럼(64)을 구비한다.
이온빔 칼럼(62)은, 이온빔(하전 입자빔)(IB)을 조사 가능한 이온원(63), 이온빔(IB)을 집속하기 위한 렌즈, 및, 이온빔(IB)을 주사하고, 또한, 시프트하기 위한 편향계 등, FIB 장치로서 필요한 구성 요소를 모두 포함한다.
전자빔 칼럼(64)은, 전자빔(하전 입자빔)(EB2)을 조사 가능한 전자원(65), 전자빔(EB2)을 집속하기 위한 렌즈, 및, 전자빔(EB2)을 주사하고, 또한, 시프트하기 위한 편향계 등, SEM 장치로서 필요한 구성 요소를 모두 포함한다.
이온빔 칼럼(62)을 통과한 이온빔(IB), 및, 전자빔 칼럼(64)을 통과한 전자빔(EB2)은, 주로 이온빔 칼럼의 광축과 전자빔 칼럼의 광축의 교점인 크로스 포인트(CP)에 포커스된다.
여기에서는, 이온빔 칼럼(62)을 수직 배치하고, 전자빔 칼럼(64)을 경사 배치하고 있지만, 이것에 한하지 않고, 이온빔 칼럼(62)을 경사 배치하고, 전자빔 칼럼(64)을 수직 배치해도 된다. 또한, 이온빔 칼럼(62) 및 전자빔 칼럼(64)의 쌍방을 경사 배치해도 된다.
시료실(61)의 내부에는, 3차원적으로 이동 가능하고, 또한, 시료(11)를 설치 가능한 스테이지(66)가 설치되어 있다. 스테이지(66)는, 시료(11)에 이온빔(IB) 및 전자빔(EB2)이 조사되는 위치에 설치되어 있다.
시료실(1)에는, 예를 들면 이차 전자 검출기와 같은 검출기(67)가 설치되어 있다. 전자선(EB2)이 시료(11)에 충돌했을 때, 시료(11)로부터 발생한 이차 전자는, 검출기(67)에 의해 검출된다. 이 검출된 이차 전자는, 검출기(67)에 전기적으로 접속된 화상 처리 기기 등에 의해, 관찰상(SEM상, 이차 전자상)으로서 화상 데이터화된다. 또한, 상기 화상 처리 기기는, 후술하는 컨트롤러(C2)에 포함되어 있다. 또한, 검출기(67)는, 전자뿐만 아니라 이온의 검출도 가능한 복합 하전 입자 검출기여도 된다.
착탈기(68)는, 시료(11)가 이온빔(IB) 및 전자빔(EB1)이 조사되는 위치에 도달할 수 있도록, 시료실(61) 내에 설치된다. 착탈기(68)는, 3차원적으로 이동 가능하고, 예를 들면 나노 핀셋 또는 마이크로 프로브이다.
컨트롤러(C2)는, 이온빔 칼럼(62), 전자빔 칼럼(64), 스테이지(66), 검출기(67) 및 착탈기(68)에 전기적으로 접속되어, 이들 동작을 제어한다. 또한, 컨트롤러(C2)는, 컴퓨터(30)에 전기적으로 접속되어 있다.
전자빔 칼럼(64)에 의해 생성되는 SEM상을 확인하면서, 시료(11)에 이온빔(IB)을 조사함으로써, 시료(11)의 일부가 가공되고, 불량 개소(12)의 단면이 포함된 박편 시료를 제작할 수 있다. 제작된 박편 시료는, 착탈기(68)를 조작함으로써, 시료(11)로부터 취득할 수 있다.
＜시료의 검사 방법(제작 수단)＞
이하에 도 10 및 도 11을 사용해서, 박편 시료 제작 장치(300)를 사용하여 행해지는 시료(11)의 검사 방법(박편 시료의 제작 방법)에 대해 설명한다. 도 10에 나타나는 스텝 S7~S10은, 도 7의 스텝 S1~S6에 계속되는 시료(11)의 검사 방법이다. 또한, 스텝 S8~S10은, 시료(11)가 스테이지(66) 상에 설치되었을 때 실행되는 제작 수단이고, 박편 시료 제작 장치(300)가 구비하는 제작 수단이라고도 할 수 있다.
스텝 S7에서는, 우선, 시료 검사 장치(200)로부터 박편 시료 제작 장치(300)로 시료(11)를 반송한다. 다음으로, 예를 들면 도 9에 나타나는 바와 같이, 유저에 의해, 시료(11)를 박편 시료 제작 장치(300)의 스테이지(66) 상에 설치한다.
스텝 S8에서는, 스텝 S6에서 취득된 합성상(50)과, 스텝 S4에서 특정된 불량 개소(12)의 방향(48)의 정보를, 컨트롤러(C1)로부터 컨트롤러(C2)에 도입한다. 다음으로, 합성상(50)에 불량 개소(12)의 방향(48)을 나타낸다.
예를 들면, 도 11에 나타나는 바와 같이, 표시 장치(31)의 GUI 화면에는, 불량 위치의 표시 버튼(34)과, 불량 방향의 표시 버튼(35)이 마련되어 있다. 유저가 표시 버튼(34)을 누름으로써, 합성상(50)이 표시 장치(31)의 GUI 화면에 표시되고, 유저가 표시 버튼(35)을 누름으로써, 방향(48)이 표시 장치(31)의 GUI 화면에 표시된다.
또한, 방향(48)은, 유저의 선택에 상관없이, 컨트롤러(C1)에 의해, 자동적으로 합성상(50)에 나타나 있어도 된다. 즉, 후술하는 스텝 S9 전에, 방향(48)이 나타난 합성상(50)이 준비되어 있으면 된다.
스텝 S9에서는, 합성상(50)에 나타나 있는 불량 개소(12)의 방향(48)을 참조해서, 시료(11)의 절단 방향을 결정한다. 이 결정 작업은, 유저에 의해 행해져도 되고, 컨트롤러(C1)에 포함되는 인공 지능에 의해 행해져도 된다.
스텝 S10에서는, 스텝 S9에서 결정된 절단 방향에 의거하여, 컨트롤러(C1)에 의해, 이온빔(IB)을 시료(11)에 대해 조사하고, 시료(11)의 일부를 가공함으로써, 불량 개소(12)의 단면이 포함된 박편 시료를 제작한다.
이와 같이, 실시형태 1에 따르면, 시료 검사 장치(200)에서 취득된 정보를 기초로 해서, 불량 개소(12)가 적절한 방향으로 절단되도록, 박편 시료의 제작을 행할 수 있는 박편 시료 제작 장치(300)를 제공할 수 있다.
또한, 도 1에서는 도시하고 있지 않지만, 검사 시스템(100)은, 컴퓨터(30)에 전기적으로 접속된 해석용의 하전 입자선 장치가 포함되어 있다. 그러한 하전 입자선 장치는, 예를 들면 투과 전자 현미경(TEM：Transmission Electron Microscope)이다. 스텝 S10에서 제작된 박편 시료는, 투과 전자 현미경으로 반송된다. 그리고, 투과 전자 현미경의 내부에 있어서, 불량 개소(12)의 단면의 상세한 해석이 행해진다.
이상, 상기 실시형태에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경 가능하다.
1 시료실 2 경통
3 전자원 4 전자 광학계
5 콘덴서 렌즈 6 주사 코일
7 대물 렌즈 8 스테이지
9 검출기 10a, 10b 탐침
11 시료 11a, 11b 도전체
12 불량 개소 20 차동 증폭기
21a, 21b 가변 저항 소자 22a, 22b 정전압 전원
23a, 23b 콘덴서 24a, 24b 저항 소자
30 컴퓨터 31 표시 장치
32 입력 장치 33 기억 장치
34 불량 위치의 표시 버튼 35 불량 방향의 표시 버튼
41~43 EBAC상 44, 45 히스토그램
46 암부 47 명부
48 불량 개소의 방향 49 SEM상
50, 51 합성상(중첩상) 61 시료실
62 이온빔 칼럼 63 이온원
64 전자빔 칼럼 65 전자원
66 스테이지 67 검출기
68 착탈기 100 검사 시스템
200 시료 검사 장치 300 박편 시료 제작 장치
BL 베이스 라인 C1 제1 컨트롤러
C2 제2 컨트롤러 CP 크로스 포인트
EB1, EB2 전자빔 IB 이온빔

Claims (14)

  1. 전자빔을 조사 가능한 전자원과,
    상기 전자빔의 집속 및 주사가 가능한 전자 광학계와,
    그 표면에 제1 도전체 및 제2 도전체가 형성된 시료를 설치 가능한 제1 스테이지와,
    상기 전자빔이 상기 시료에 조사되었을 때, 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출하기 위한 검출기와,
    제1 탐침과,
    제2 탐침과,
    상기 전자원, 상기 전자 광학계, 상기 제1 스테이지, 상기 검출기, 상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침의 각각의 동작을 제어하는 제1 컨트롤러와,
    상기 시료가 상기 제1 스테이지 상에 설치되었을 때 실행되는 검사 수단
    을 구비하고,
    상기 검사 수단은,
    (a) 상기 제1 탐침을 상기 제1 도전체에 접촉시키고, 또한, 상기 제2 탐침을 상기 제2 도전체에 접촉시킨 상태에서, 상기 전자빔을 상기 시료의 표면 상에서 주사하는 스텝,
    (b) 상기 스텝 (a)에 있어서의 상기 전자빔의 주사와 동기시키면서, 상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침 사이의 전위차의 변화의 미분값을 계측하는 스텝,
    (c) 상기 스텝 (b)에서 계측된 상기 전위차의 변화의 미분값에 의거하여, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 사이에 존재하는 불량 개소가 명부(明部) 및 암부(暗部)로서 나타난 DI-EBAC상을 취득하는 스텝,
    (d) 상기 스텝 (c)에서 취득된 상기 DI-EBAC상으로부터, 상기 불량 개소의 방향을 특정하는 스텝
    을 갖는, 시료 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스텝 (c)는,
    (c1) 상기 스텝 (b)에서 계측된 상기 전위차의 변화의 미분값의 히스토그램을 생성하는 스텝,
    (c2) 상기 히스토그램 중 상기 전위차의 변화의 미분값이 가장 작은 개소를 베이스 라인으로 하고, 상기 베이스 라인에 대해 상기 전위차의 변화의 미분값이 충분히 큰 개소를, 상기 불량 개소로서 특정하는 스텝,
    (c3) 상기 스텝 (c2)에서 특정된 상기 불량 개소가 상기 명부 및 상기 암부로서 나타난 상기 DI-EBAC상을 취득하는 스텝
    을 갖는, 시료 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스텝 (d)에서는, 상기 명부와 상기 암부의 경계에 대해 수직인 방향이, 상기 불량 개소의 방향으로서 특정되는, 시료 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침은, 차동 증폭기를 통해 상기 제1 컨트롤러에 전기적으로 접속되고,
    상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침 사이에는, 상기 제1 탐침에 전기적으로 접속된 제1 가변 저항 소자와, 상기 제1 가변 저항 소자에 전기적으로 접속된 제1 정전압 전원과, 상기 제1 정전압 전원에 전기적으로 접속된 제2 정전압 전원과, 상기 제2 정전압 전원 및 상기 제2 탐침에 전기적으로 접속된 제2 가변 저항 소자가 설치되고,
    상기 제1 가변 저항 소자와 상기 차동 증폭기 사이에는, 제1 콘덴서가 설치되고,
    상기 제2 가변 저항 소자와 상기 차동 증폭기 사이에는, 제2 콘덴서가 설치되고,
    상기 스텝 (a)에서는, 상기 불량 개소에는, 상기 제1 정전압 전원 및 상기 제2 정전압 전원으로부터 항상 전압이 인가되고 있는, 시료 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검사 수단은,
    (e) 상기 스텝 (a)에 있어서의 상기 전자빔의 주사와 동기시키면서, 상기 검출기에서 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출함으로써, 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 촬상된 SEM상을 취득하는 스텝,
    (f) 상기 SEM상과, 상기 DI-EBAC상을 중첩시킨 제1 합성상을 취득함으로써, 상기 불량 개소의 위치를 특정하는 스텝
    을 더 갖는, 시료 검사 장치.
  6. 제5항에 기재된 시료 검사 장치와, 박편 시료 제작 장치를 포함하는 검사 시스템으로서,
    상기 박편 시료 제작 장치는,
    이온빔을 조사 가능한 이온원과,
    상기 시료를 설치 가능한 제2 스테이지와,
    상기 이온원 및 상기 제2 스테이지의 각각의 동작을 제어하고, 또한, 상기 제1 컨트롤러에 전기적으로 접속된 제2 컨트롤러와,
    상기 시료가 상기 제2 스테이지 상에 설치되었을 때 실행되는 제작 수단
    을 더 구비하고,
    상기 제작 수단은,
    (g) 상기 스텝 (f)에서 취득된 상기 제1 합성상과, 상기 스텝 (d)에서 특정된 상기 불량 개소의 방향의 정보를, 상기 제1 컨트롤러로부터 상기 제2 컨트롤러에 도입하는 스텝,
    (h) 상기 스텝 (g) 후, 상기 제1 합성상에 상기 불량 개소의 방향을 나타내는 스텝,
    (i) 상기 스텝 (h) 후, 상기 불량 개소의 방향을 참조해서, 상기 시료의 절단 방향을 결정하는 스텝,
    (j) 상기 스텝 (i) 후, 상기 절단 방향에 의거하여, 상기 이온빔을 상기 시료에 대해 조사하여, 상기 시료의 일부를 가공함으로써, 상기 불량 개소의 단면(斷面)이 포함된 박편 시료를 제작하는 스텝
    을 갖는, 검사 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검사 수단은,
    (e) 상기 시료의 설계 데이터이고, 또한, 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 나타난 CAD상을, 상기 제1 컨트롤러에 도입하는 스텝,
    (f) 상기 CAD상과, 상기 DI-EBAC상을 중첩시킨 제2 합성상을 취득함으로써, 상기 불량 개소의 위치를 특정하는 스텝
    을 더 갖는, 시료 검사 장치.
  8. 제7항에 기재된 시료 검사 장치와, 박편 시료 제작 장치를 포함하는 검사 시스템으로서,
    상기 박편 시료 제작 장치는,
    이온빔을 조사 가능한 이온원과,
    상기 시료를 설치 가능한 제2 스테이지와,
    상기 이온원 및 상기 제2 스테이지의 각각의 동작을 제어하고, 또한, 상기 제1 컨트롤러에 전기적으로 접속된 제2 컨트롤러와,
    상기 시료가 상기 제2 스테이지 상에 설치되었을 때 실행되는 제작 수단
    을 더 구비하고,
    상기 제작 수단은,
    (g) 상기 스텝 (f)에서 취득된 상기 제2 합성상과, 상기 스텝 (d)에서 특정된 상기 불량 개소의 방향의 정보를, 상기 제1 컨트롤러로부터 상기 제2 컨트롤러에 도입하는 스텝,
    (h) 상기 스텝 (g) 후, 상기 제2 합성상에 상기 불량 개소의 방향을 나타내는 스텝,
    (i) 상기 스텝 (h) 후, 상기 불량 개소의 방향을 참조해서, 상기 시료의 절단 방향을 결정하는 스텝,
    (j) 상기 스텝 (i) 후, 상기 절단 방향에 의거하여, 상기 이온빔을 상기 시료에 대해 조사하여, 상기 시료의 일부를 가공함으로써, 상기 불량 개소의 단면이 포함된 박편 시료를 제작하는 스텝
    을 갖는, 검사 시스템.
  9. 이온빔을 조사 가능한 이온원과,
    그 표면에 제1 도전체 및 제2 도전체가 형성된 시료를 설치 가능한 제2 스테이지와,
    상기 이온원 및 상기 제2 스테이지의 각각의 동작을 제어하는 제2 컨트롤러와,
    상기 시료가 상기 제2 스테이지 상에 설치되었을 때 실행되는 제작 수단
    을 더 구비하고,
    상기 제작 수단은,
    (a) 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 촬상된 SEM상, 또는, 상기 시료의 설계 데이터이고, 또한, 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 나타난 CAD상과, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 사이에 존재하는 불량 개소가 명부 및 암부로서 나타난 DI-EBAC상을 중첩시킨 합성상으로서, 상기 불량 개소의 방향이 나타나 있는 상기 합성상을 준비하는 스텝,
    (b) 상기 스텝 (a) 후, 상기 합성상에 나타나 있는 상기 불량 개소의 방향을 참조해서, 상기 시료의 절단 방향을 결정하는 스텝,
    (c) 상기 스텝 (b) 후, 상기 절단 방향에 의거하여, 상기 이온빔을 상기 시료에 대해 조사하여, 상기 시료의 일부를 가공함으로써, 상기 불량 개소의 단면이 포함된 박편 시료를 제작하는 스텝
    을 갖는, 박편 시료 제작 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 합성상은, 시료 검사 장치에 의해 취득된 화상 데이터이고,
    상기 시료 검사 장치는,
    전자빔을 조사 가능한 전자원과,
    상기 전자빔의 집속 및 주사가 가능한 전자 광학계와,
    상기 시료를 설치 가능한 제1 스테이지와,
    상기 전자빔이 상기 시료에 조사되었을 때, 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출하기 위한 검출기와,
    제1 탐침과,
    제2 탐침과,
    상기 전자원, 상기 전자 광학계, 상기 제1 스테이지, 상기 검출기, 상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침의 각각의 동작을 제어하는 제1 컨트롤러
    를 구비하고 있는, 박편 시료 제작 장치.
  11. 시료 검사 장치 및 박편 시료 제작 장치를 사용해서 행해지는 시료의 검사 방법으로서,
    상기 시료 검사 장치는,
    전자빔을 조사 가능한 전자원과,
    상기 전자빔의 집속 및 주사가 가능한 전자 광학계와,
    그 표면에 제1 도전체 및 제2 도전체가 형성된 시료를 설치 가능한 제1 스테이지와,
    상기 전자빔이 상기 시료에 조사되었을 때, 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출하기 위한 검출기와,
    제1 탐침과,
    제2 탐침과,
    상기 전자원, 상기 전자 광학계, 상기 제1 스테이지, 상기 검출기, 상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침의 각각의 동작을 제어하는 제1 컨트롤러
    를 구비하고,
    상기 박편 시료 제작 장치는,
    이온빔을 조사 가능한 이온원과,
    상기 시료를 설치 가능한 제2 스테이지와,
    상기 이온원 및 상기 제2 스테이지의 각각의 동작을 제어하고, 또한, 상기 제1 컨트롤러에 전기적으로 접속된 제2 컨트롤러
    를 구비하고,
    (a) 상기 시료를 상기 제1 스테이지 상에 설치하는 스텝,
    (b) 상기 스텝 (a) 후, 상기 제1 탐침을 상기 제1 도전체에 접촉시키고, 또한, 상기 제2 탐침을 상기 제2 도전체에 접촉시킨 상태에서, 상기 전자빔을 상기 시료의 표면 상에서 주사하는 스텝,
    (c) 상기 스텝 (b)에 있어서의 상기 전자빔의 주사와 동기시키면서, 상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침 사이의 전위차의 변화의 미분값을 계측하는 스텝,
    (d) 상기 스텝 (c)에서 계측된 상기 전위차의 변화의 미분값에 의거하여, 상기 제1 도전체와 상기 제2 도전체 사이에 존재하는 불량 개소가 명부 및 암부로서 나타난 DI-EBAC상을 취득하는 스텝,
    (f) 상기 스텝 (d)에서 취득된 상기 DI-EBAC상으로부터, 상기 불량 개소의 방향을 특정하는 스텝,
    (g) 상기 스텝 (a)에 있어서의 상기 전자빔의 주사와 동기시키면서, 상기 검출기에서 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출함으로써, 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 촬상된 SEM상을 취득하는 스텝이거나, 상기 시료의 설계 데이터이고, 또한, 상기 제1 도전체 및 상기 제2 도전체가 나타난 CAD상을, 상기 제1 컨트롤러에 도입하는 스텝,
    (h) 상기 스텝 (f) 및 상기 스텝 (g) 후, 상기 SEM상 또는 상기 CAD상과, 상기 DI-EBAC상을 중첩시킨 합성상을 취득함으로써, 상기 불량 개소의 위치를 특정하는 스텝,
    (i) 상기 스텝 (h) 후, 상기 시료를 상기 시료 검사 장치로부터 박편 시료 제작 장치로 반송하고, 상기 시료를 상기 제2 스테이지 상에 설치하는 스텝,
    (j) 상기 스텝 (h)에서 취득된 상기 합성상과, 상기 스텝 (f)에서 특정된 상기 불량 개소의 방향의 정보를, 상기 제1 컨트롤러로부터 상기 제2 컨트롤러에 도입하는 스텝,
    (k) 상기 스텝 (j) 후, 상기 합성상에 상기 불량 개소의 방향을 나타내는 스텝,
    (l) 상기 스텝 (k) 후, 상기 불량 개소의 방향을 참조해서, 상기 시료의 절단 방향을 결정하는 스텝,
    (m) 상기 스텝 (l) 후, 상기 절단 방향에 의거하여, 상기 이온빔을 상기 시료에 대해 조사하여, 상기 시료의 일부를 가공함으로써, 상기 불량 개소의 단면이 포함된 박편 시료를 제작하는 스텝
    을 갖는, 시료의 검사 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스텝 (d)는,
    (d1) 상기 스텝 (c)에서 계측된 상기 전위차의 변화의 미분값의 히스토그램을 생성하는 스텝,
    (d2) 상기 히스토그램 중 상기 전위차의 변화의 미분값이 가장 작은 개소를 베이스 라인으로 하고, 상기 베이스 라인에 대해 상기 전위차의 변화의 미분값이 충분히 큰 개소를, 상기 불량 개소로서 특정하는 스텝,
    (d3) 상기 스텝 (d2)에서 특정된 상기 불량 개소가 상기 명부 및 상기 암부로서 나타난 상기 DI-EBAC상을 취득하는 스텝
    을 갖는, 시료의 검사 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 스텝 (e)에서는, 상기 명부와 상기 암부의 경계에 대해 수직인 방향이, 상기 불량 개소의 방향으로서 특정되는, 시료의 검사 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 탐침 및 상기 제2 탐침은, 차동 증폭기를 통해 상기 제1 컨트롤러에 전기적으로 접속되고,
    상기 제1 탐침과 상기 제2 탐침 사이에는, 상기 제1 탐침에 전기적으로 접속된 제1 가변 저항 소자와, 상기 제1 가변 저항 소자에 전기적으로 접속된 제1 정전압 전원과, 상기 제1 정전압 전원에 전기적으로 접속된 제2 정전압 전원과, 상기 제2 정전압 전원 및 상기 제2 탐침에 전기적으로 접속된 제2 가변 저항 소자가 설치되고,
    상기 제1 가변 저항 소자와 상기 차동 증폭기 사이에는, 제1 콘덴서가 설치되고,
    상기 제2 가변 저항 소자와 상기 차동 증폭기 사이에는, 제2 콘덴서가 설치되고,
    상기 스텝 (b)에서는, 상기 불량 개소에는, 상기 제1 정전압 전원 및 상기 제2 정전압 전원으로부터 항상 전압이 인가되고 있는, 시료의 검사 방법.
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