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WO2001063660A1 - Appareil de detection de defauts dans un dispositif et procede de detection de defauts - Google Patents

Appareil de detection de defauts dans un dispositif et procede de detection de defauts Download PDF

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Publication number
WO2001063660A1
WO2001063660A1 PCT/JP2000/001108 JP0001108W WO0163660A1 WO 2001063660 A1 WO2001063660 A1 WO 2001063660A1 JP 0001108 W JP0001108 W JP 0001108W WO 0163660 A1 WO0163660 A1 WO 0163660A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conductor probe
sample
conductor
defect inspection
image
Prior art date
Application number
PCT/JP2000/001108
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tohru Ishitani
Hidemi Koike
Aritoshi Sugimoto
Isamu Sekihara
Kaoru Umemura
Satoshi Tomimatsu
Junzo Azuma
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
Hitachi Ulsi Systems Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi, Ltd., Hitachi Ulsi Systems Co., Ltd. filed Critical Hitachi, Ltd.
Priority to JP2001562747A priority Critical patent/JP3729784B2/ja
Priority to US09/936,941 priority patent/US6734687B1/en
Priority to PCT/JP2000/001108 priority patent/WO2001063660A1/ja
Priority to EP00905353A priority patent/EP1261022B1/en
Priority to DE60043268T priority patent/DE60043268D1/de
Publication of WO2001063660A1 publication Critical patent/WO2001063660A1/ja
Priority to US10/803,932 priority patent/US6970004B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
    • G01R31/311—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of integrated circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/303—Contactless testing of integrated circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]

Definitions

  • the present invention relates to a device defect inspection apparatus and a defect inspection method, and is particularly useful for detecting a defect of a device formed on a wafer used in the manufacture of a semiconductor integrated circuit, in particular, a disconnection of an electric wiring and a defect of a short circuit.
  • the present invention relates to a defect inspection apparatus and a defect inspection method for various devices. Background art
  • the semiconductor manufacturing process consists of repeating a series of processes such as exposure, etching, film deposition, and doping. Depending on the maturity of the production process used, inter-process inspections (shape defects, electrical defects) and dimensional measurements are performed. From the standpoint of early start-up of the manufacturing process, it is necessary to provide early feedback of the data from these inspection and measurement equipment to the manufacturing process.
  • inspection equipment for electrical defects such as short-circuiting of wiring in a device requires a voltage contrast in an image of a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as SEM) or a scanning ion microscope (hereinafter abbreviated as SIM).
  • Inspection apparatuses using the latter electron beam or focused ion beam are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 9-133264, Hei 10-31330, It is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-121559.
  • the voltage of the component determines the luminance of that component in the image.
  • the voltage to the component may be applied by a mechanical probe (conductor probe) or by applying a charge to the scanning beam itself.
  • the floating conductors eg, wires
  • the conductor that is grounded stores charge Is not observed, it is observed as an image of the same brightness. It is also known to provide a filter mesh with a bias potential applied between the sample and the secondary electron detector in order to optimize the detection capability of the voltage contrast.
  • the conductor probe in the conventional inspection equipment is mounted on the sample stage and is a sample stage synchronous conductor probe that moves synchronously with the sample stage, or is fixed relatively to the FIB generation unit. Either a fixed conductor probe to be fixed is employed.
  • TEG is a test element group for monitoring the characteristic values of various elements such as transistors, capacitors, resistors, and wiring, and the manufacturing process.
  • TEG is a test element group for monitoring the characteristic values of various elements such as transistors, capacitors, resistors, and wiring, and the manufacturing process.
  • FIB device for example, when observing a defect of a 0.1 m-level TEG pattern wiring, if 0.1 m is assigned to the number of 4 pixels of the SIM image, the SIM image field of 1024 ⁇ 1024 pixels is about 26 pixels. m square.
  • This size is as small as 140 to 1/200 compared to the TEG unit size of 1 to 2.5 mm square, but when combined with the beam shift function that shifts the origin of the SIM image field of view, the minimum magnification is If the SIM image field can cover almost the entire TEG unit, the operability will be improved. However, even if a 1-2.5 mm square TEG unit can be covered, SIM images cannot be observed for all TEG circuit wiring patterns fabricated in one chip without moving the sample stage.
  • the conductor probe in the conventional inspection apparatus is a sample stage synchronous conductor probe mounted on the sample stage and moved synchronously with the sample stage, or a fixed conductor probe fixed relative to the FIB generation unit.
  • the larger the range of movement of the tip of the conductor probe the lower the accuracy of the movement position tends to be. For this reason, the movement of the probe tip requires a wide range of movement over the entire chip (approximately 20 to 25 mm square) and a high-precision movement of the SIM image field of view (1 to 2.5 mm square) with the lowest magnification. There was nothing that satisfied both.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has been described in the context of wide-range movement and high-position It is an object of the present invention to provide a device defect inspection apparatus and a defect inspection method that satisfy the requirements for both precision movement and improve the usability of a conductor probe and improve inspection efficiency.
  • a device for example, an electrically isolated structure (for example, a wiring) of a semiconductor chip is set to have a different voltage from an electrically grounded structure (for example, a substrate).
  • the voltage contrast data of the chip including such a structure is acquired using the SIM image.
  • the voltage contrast data is analyzed to detect a component at a voltage different from a predetermined voltage for such a component.
  • the supply of electric charge occurs while irradiating the FIB itself for SIM image observation, or a conductor probe utilizing mechanical contact can be used.
  • the conductor probe that enables mechanical contact with the floating structure can remove the electric charge supplied by FIB irradiation to a desired electric potential or supply it further. Control and high reliability for defect inspection by voltage contrast analysis.
  • the conductor probe constitutes a conductor probe means as a set with the conductor probe moving mechanism for moving the conductor probe.
  • the defect inspection apparatus for a device includes a plurality of conductor probe means, some of which are of a type which moves in synchronization with the movement of the sample stage, and the rest of which are provided to a focused ion beam generation unit.
  • This is a type of conductor probe that is relatively fixed and does not move even when the sample stage is moved.
  • Movement of the observation field position of the SIM image is performed only by the beam shift when the destination is located within the low magnification SM image field (normally 100 m square) when the beam shift amount is set to zero. When it is located outside the field of view, coarse movement by the sample stage and fine movement by the beam shift are combined.
  • the image display section In addition to the SIM observation image A on the sample surface, the image display section also displays an inspection area image B representing the inspection area of the sample, and the inspection area image B shows the field of view of the SIM observation image A and the position of each conductor probe. The tip position is also displayed overlapping. Also, the tip position of each conductor probe is displayed Status information indicating whether the lobe tip is in contact with the sample is also displayed. If it is desired to move the observation field of the SIM observation image A or the tip of each conductor probe on the inspection area image B, a means is provided to specify each movement destination position.
  • the tip of a specific conductor probe to the center position of the SIM image field of view, if the SIM image field of view is moved, the tip of the conductor probe will also be located within the field of view where the field of view moves.
  • a defect inspection apparatus for a device includes a sample chamber, a sample stage capable of holding and moving a device sample in the sample chamber, and a focused ion beam for irradiating the sample held on the sample stage with a focused ion beam.
  • a generator a charged particle detector that detects secondary charged particles generated from the sample by the irradiation of the focused ion beam, and an image display that displays an observation image A that uses the detection intensity of the secondary charged particles as a luminance signal
  • a focused ion beam generator is used as the conductor probe means.
  • the conductor probe means fixed relative to the focused ion beam generator can move the tip of the conductor probe with higher positional accuracy than the conductor probe means fixed relative to the sample stage.
  • the moving range of the tip of the conductor probe is smaller in the conductor probe means fixed relative to the focused ion beam generator than in the conductor probe means fixed relative to the sample stage.
  • the conductor probe moving mechanism of the conductor probe means which is fixed relative to the focused ion beam generation unit, can be fixed to the side wall surface, the ceiling surface of the sample chamber, or the focused ion beam generation unit.
  • the conductor probe moving mechanism of the conductor probe means which is fixed relatively to, can be fixed to the sample stage.
  • Inspection area image B showing the tip position of the conductor probe on the sample is displayed on the image display section Is preferred. At this time, it is preferable that the inspection area image B indicates the presence or absence of mechanical contact between the tip of the conductor probe and the sample. Inspection area image B can also display the spatial interference state between a plurality of conductor probes.
  • the tip of a conductor probe is brought into contact with a voltage application point of a device sample held on a sample stage, and focusing is performed with a voltage applied to the sample from the conductor probe.
  • a device defect inspection method for detecting a wiring defect based on a voltage contrast of a scanning ion microscope image obtained by irradiating a focused ion beam to a sample from an ion generation unit and detecting secondary charged particles generated from the sample and scanning.
  • a voltage is applied to the voltage application point of the sample, which needs to be changed in relation to the movement of the field of view of the ion microscope, from the conductor probe held at a position relatively fixed to the focused ion generator, A voltage is applied from the conductor probe held on the sample stage to the voltage application point of the sample that does not necessarily need to be changed in relation to the movement of the field of view of the scanning ion microscope. It is characterized by the following.
  • the visual field of the scanning ion microscope is moved by moving the sample stage or by using the beam shift function.
  • the voltage application point of the sample that needs to be changed in relation to the movement of the field of view of the scanning ion microscope is usually a voltage application point for confirming a defect, and is typically set on a fine pattern.
  • the voltage application point of the sample that does not necessarily need to be changed in relation to the movement of the field of view of the scanning ion microscope is a point for applying a voltage to the TEG pattern, such as a wiring pad portion.
  • the voltage application point does not change in synchronization with the movement of the field of view of the scanning ion microscope during the inspection of one TEG, but must be changed when inspecting another TEG.
  • the tip of the conductor probe held at a position fixed relative to the focused ion generation unit is moved while being linked to the field of view of the scanning ion microscope.
  • the tip position of the conductor probe is displayed as a mark superimposed on the scanning ion microscope image, and by moving the display position of the mark with respect to the scanning ion microscope image, the tip position of the conductor probe is moved in accordance with the movement. You can do so.
  • the movement of the display position of the mark with respect to the scanning ion microscopic image can be performed by operating the mark using a pointing device such as a mouse.
  • a device under test such as a semiconductor integrated circuit chip is FIB-scanned, and By applying a desired potential by mechanically contacting a conductor probe with any part of the wiring on the chip, a SIM image of the chip is formed. Can be detected with high reliability.
  • there are a plurality of conductor probes at least one of which is a sample stage-synchronous conductor probe that can move in synchronization with the sample stage, and the other is fixed relatively to the focused ion beam generator. It is a fixed type conductor probe.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a device defect inspection apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the sample chamber of the apparatus shown in FIG. 1 as viewed from the direction of the FIB axis.
  • 'FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a fixed-type conductor probe means fixed to the side wall surface of the sample chamber.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a sample stage synchronous type conductor probe means mounted on a sample stage.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a fixed-type conductor probe means fixed to a ceiling surface of a sample chamber.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a fixed-type conductor probe means fixed to a lower surface of a focused ion beam generator.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a CRT display screen that is an image display unit.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a display example of the inspection area image B.
  • FIG. 9 is a processing flowchart for moving the position of the probe tip.
  • FIG. 10 is a view showing an example of a zoomed-in inspection area image B of the wiring pattern TEG.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a zoomed-in inspection area image B of the wiring pattern TEG.
  • Figure 12 is a schematic diagram (before processing) of repair processing of short defects between wirings using FIB.
  • Figure 13 is a schematic diagram (after processing) of repair processing of short-circuit defects between wirings using FIB.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an SIM image of a device in which a conductor pattern is repeatedly arranged.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an SIM image of a device in which conductive patterns are repeatedly arranged.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of a voltage signal applied to a pad pattern.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram of the luminance signal intensity I of the conductor patterns 55 to 57.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram of a luminance signal intensity difference ⁇ I between adjacent conductor patterns.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a defect inspection apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a sample 15, a sample stage 16, and conductor probe means 21, 22, and 23 in a sample chamber of the defect inspection apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic top view as seen from the FIB axis direction.
  • the FIB generation unit 10 extracts ions from the gallium liquid metal ion source, accelerates to 30 kV, and focuses to generate FIIB11.
  • the FIB current is in the range of about 1 pA to 20 nA, and is usually 1 pA to 100 pA force for SIM image observation of defects ⁇ several 10 for FIB-assisted conductor film deposition.
  • the FIB 11 is irradiated onto the sample chip 15, and the secondary electrons 12, which are the largest in the secondary charged particles emitted from the sample, are detected by the charged particle detector 13.
  • the sample 15 is mounted on the sample stage 16 and is movable in a plane perpendicular to the FIB axis (taken along the z axis), that is, in the XY plane.
  • conductor probe means 21, 22, 23 for applying a potential to the sample by mechanical contact are arranged.
  • the conductor probe means 21 is a fixed conductor which is fixed to the side of the sample chamber 20 where it does not move relative to the FIB generator, as shown in FIG. Probe means.
  • Conductor probe means 2 1 The tip of the conductor probe 21a can be moved and controlled in Xyz directions by the conductor probe moving mechanism 21c.
  • the maximum area that can be moved by Xy covers the maximum scanning field of view of the FIB, which is about 2 mm square in the example described here.
  • the remaining conductor probe means 22 and 23 are, as shown in FIG. 4, sample-stage-synchronized conductor probe means mounted on the sample stage 16.
  • the tip of each of the conductor probes 22a and 23a of the conductor probe means 22 and 23 can be controlled to move Xyz by the respective conductor probe movement mechanisms 22c and 23c.
  • the FIB generator 10, the charged particle detector 13, the sample stage 16, and the conductor probe means 21, 22, and 23 are controlled by the computer 18 via the controller 17. Further, a gas gun 14 for FIB assist deposition for locally applying a conductive thin film on the sample surface is also connected to the control unit 17.
  • the computer 18 is connected to an image display unit 19 such as a CRT for displaying a position image B of the irradiation position of the scanning secondary electron images A and FIB and the position of the tip of the conductor probe.
  • the fixed conductor probe means 21 is fixed to the side wall surface 20a of the sample chamber 20.
  • the fixed conductor probe means 21 may be fixed to the surface 20b, or may be fixed to the lower surface 10a of the focused ion beam generator 10 as shown in FIG.
  • the fixed conductor probe means 21 is fixed to the side wall surface 20a of the sample chamber 20 by the ceiling surface 2 Ob of the sample chamber shown in Fig. 5 or the focused ion beam generator shown in Fig. 6. It is easier to remove from the fixed object than the method of fixing to the lower surface 10a of the part 10 and is convenient for maintenance.
  • the system fixed to the focused ion beam generator 10 uses a conductor probe because the distance from the synchronous conductor probe moving mechanism 21c to the sample surface is shorter than in other systems.
  • the feature is that the length of the conductor probe can be shortened, the vibration of the conductor probe can be reduced, and the positioning accuracy of the tip can be improved.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of an example of a CRT screen serving as the image display section 19.
  • the CRT screen 19a includes a monitor SIM image A, an inspection area image B that displays the position of the tip of the conductor probe and the monitor SIM inspection field, and a specification of the SIM image intensity X.
  • graph window C showing y or X line distribution at y position, display of ion accelerating voltage controlled by FIB generator, focusing lens voltage, beam aperture, beam current, image acquisition conditions of SIM image, etc.
  • Window D and menu bar E for pulling out various control windows are displayed. Have been.
  • a navigation image F for the sample stage movement is also provided. The window of this image F can be displayed by pulling it out from the menu bar E.
  • Inspection area image B As a base of the image of the inspection area image B, a recorded image of the SIM image of the inspection area is used. Inspection area image B display The outer frame of the window has an up / down button for zooming the image and a slide bar that slides the image up, down, left, and right at the time of uploading, and an image that can be grabbed at any point on the image and slided up, down, left, or right It comes with a hand-shaped display button to turn on the function. In addition, a plurality of display windows of the inspection area image B can be displayed so that inspection area images having different zoom magnifications can be compared and referenced.
  • mark shapes ( ⁇ and ⁇ ) 21 b-2 representing the tip positions of the conductor probes 21a to 23a of the conductor probe means 21 to 23, respectively.
  • 3b and a rectangular frame 25 representing the area (position and size) of the field of view of the SIM image for monitoring are displayed superimposed on the underlying image.
  • the mark shape ( ⁇ and ⁇ ) also distinguishes whether the tip of the conductor probe is in contact with the sample surface.
  • the mark shape ⁇ indicating the tip positions 21b and 22b of the conductor probe shown in FIG. 8 indicates contact
  • the mark shape ⁇ indicating the tip position 23b of the conductor probe. Represents non-contact.
  • the display color of the mark shape is changed to distinguish a plurality of conductor probes.
  • Figure 9 shows the processing flow diagram.
  • a mouse drag method or a key input method is used as a moving method.
  • the presence or absence of a link movement with the probe tip in the SIM image scanning area is selected (S11).
  • the link moving function is a function that links the movement of the tip of the conductor probe and also moves the field of view of the SIM image, and monitors the moving state of the tip of the conductor probe with the SIM image. The movement of the SIM image field will be described later.
  • the moving method is the mouse drag method or the key input method (S12). If the mouse drag method is used, the tip position mark shape ⁇ or ⁇ of the conductor probe to be moved on the position display image B is grabbed with the mouse, dragged to the destination and released (S13). On the other hand, if the key input method is used, the tip position of the conductor probe to be moved on the position display image B Click and select the mark shape ⁇ or ⁇ with the mouse and select the amount of movement of the selected conductor probe (X and y components of the movement distance; ⁇ ⁇ and A y, or the movement distance ⁇ s and the azimuth of the movement destination ⁇ ) Is input by key (S14).
  • the coordinates of the movement destination and the movement distance are calculated (S15). Subsequently, it is determined whether or not the tip position mark shape of the conductor probe is “ ⁇ ” representing a contact state or “ ⁇ ” representing a non-contact state (S16). If the mark shape is ⁇ , the tip of the conductor probe is moved by a specific amount ⁇ z in the z direction to make no contact, and the mark shape is changed from ⁇ to ⁇ (S17). After that, the actual movement of the tip of the conductor probe and the movement of the mark shape ⁇ ⁇ are performed. ⁇ blinks during actual movement. If there is a link movement, the SIM image visual field also moves the link (S18).
  • step 19 the blinking of the mark shape ⁇ is stopped (S 19). If the mark shape is “ ⁇ ” in the judgment of step 16, the tip position of the moving target conductor probe is in a non-contact state, so the process of step 17 is skipped and the process proceeds to step 18, and so on. Is performed.
  • the beam is shifted from the control unit, Alternatively, a combination of the beam shift and the movement of the sample stage is instructed, and the movement of the SIM image visual field is executed.
  • This movement is performed only by the beam shift when the destination is located within the low magnification SIM image field of view (normally 10 squares) when the beam shift amount is set to zero.
  • the coarse movement by the sample stage and the fine movement by the beam shift are combined.
  • the amount of movement due to the beam shift is limited to avoid that the SIM image is distorted when the amount of deflection of the beam scanning is large, and that the movement position accuracy is not greatly reduced.
  • the position marks of both are flashed simultaneously, etc., and the presence or absence of the interference is presented to the equipment operator, Softly limit the probe so that it does not come closer It is.
  • the zoom up / down function and the slide function of the inspection area image B the movement of the tip of the conductor probe can be moved at a position resolution of submicron level.
  • the circuit pattern arrangement data of the device to be inspected is received from a workstation (not shown), and this circuit pattern image is obtained via the computer 18 and displayed on the position display image. Magnification, image rotation angle, etc. can be corrected and superimposed on B for display. This makes it possible to visually predict the position of the buried lower layer wiring or element.
  • a SIM image of a device wiring pattern having a comb structure is used as a base, and a field frame 25 of the SIM image A for monitoring and a position mark 2 at the tip of the conductor probe are provided thereon. 1b to 23b are shown. Also shown are the pads 26 and 27 that the mechanical probe contacts to apply a voltage. The potential of the sample substrate is usually grounded, but a voltage can be applied. Apply potentials of 0 and several volts to the pads 26 and 27 in various combinations, and compare the SIM images of the voltage contrast at that time to find defects such as breaks or shorts in the wiring pattern. be able to.
  • the pad 26 is a circuit pattern that should originally have conduction with all of the wirings 28 to 30.
  • the wiring 28 Following the change in potential, wirings 29 and 30 did not. From the SIM observation of the boundary between the following and the non-following of the contrast, it was found that the foreign matter 32 caused a wiring cutting defect at that position. Therefore, as a mark for later FIB cross-section processing analysis, an elongated triangular mark ⁇ 34 was FIB-processed next to the wiring cut portion so that the direction thereof points to the defect direction.
  • the xy coordinates of this defect position are given as the total vector sum of the xy coordinates of the sample stage 16, the xy coordinates of the beam shift, and the coordinates of the defect position in the SIM image field of view 25. It was registered as the position coordinates of the cutting defect No. X calculated in the computer 18 and created in the memory of the computer 18. If you plan to perform a cross-section analysis later, M images were also registered as attached information.
  • the wiring 30 no longer contained a cut portion.
  • the wiring 30 by comparing and observing the voltage contrast of the SIM image while moving the mechanical contact position of the conductor probe 21 to the wiring, it is possible to sequentially detect the wiring cutting defects.
  • the potential contrast of the SIM image of the wiring 41 is the potential of the wiring 31, that is, the potential of the wiring 31, which should be linked to the potential change of the conductor probe means 23 applied to the pad 27. This is an example linked to a change in the potential of the conductor probe means 22 applied to the pad 26. From the comparative observation of the voltage contrast of the SIM image, the wiring 41 is cut off from the wiring 31 (cut defect position 45), and a short circuit between the wiring 40 and the wiring 41 caused by a foreign substance 4 2 is generated. It also turned out to be flawed.
  • the conductor probe means 22 and 21 were electrically connected to the wiring 40 and the wiring 41, respectively.
  • Conductor probe means 2 2 2 1 was grounded through a series connection of a DC power supply of the resistor R and the potential pixels respectively V 2 2 and V 2 1 having the same resistance value.
  • the series resistance R is necessary to prevent the power supply from over-current when the conductor probe comes into contact with a different potential pattern or when it is grounded due to malfunction.
  • Table 1 summarizes the potentials of the wiring 40 and the wiring 41 before and after the cutting of the foreign matter 42 causing the short circuit. table 1
  • disconnection defects 45 were electrically connected by applying a local conductor film by FIB assist deposition.
  • W (CO) s was used as the deposition material gas, and a W film was deposited on the disconnection defect.
  • the completion of the repair processing for the disconnection defect was confirmed by experimental confirmation of the change in the influence of the voltage contrast in the same manner as described above.
  • the charged charge can be released by contacting a ground potential conductor probe, and the information on the change in SIM image voltage contrast can also be obtained.
  • the chip stage size is approximately 20 to 25 mm square, and the sample stage is step-moved in the SIM observation visual field size (maximum 1 to 2.5 mm square).
  • the tip of at least one conductor probe is always located within the maximum field of view of the SIM image from the viewpoint of improving the efficiency of the work of confirming the above-described defective portion and the end of the repair processing. This is because the tip of the probe is always located within the field of view of the SIM image, so the movement of the tip of the probe can be controlled in a short time with high positional accuracy.
  • Probe hand in response is a fixed-type conductor probe means 21 fixed relative to the FIB generator 10.
  • the conductor probe means for applying a voltage to a pad on the sample surface regardless of the movement of the sample stage, is a sample stage synchronous type conductor probe means which moves in synchronization with the sample stage. Is preferred. In this way, by using the fixed conductor probe means and the sample stage synchronous conductor probe means for different purposes, it is possible to perform defect inspection with good operability and high positional accuracy.
  • the range of movement is as wide as one chip (approximately 20 to 25 mm square), but due to the large pad pattern, the contact position accuracy is loose at the submicron level.
  • a fixed probe means capable of performing high-precision movement control is assigned to the former contact probe means, and a sample stage synchronous probe means capable of performing a wide range of movement control to the latter contact probe means. Assigned.
  • FIGS. 14 and 15 are SIM images of a device in which the conductor patterns 50 are repeatedly arranged. All of the repeated conductor patterns 40 were produced so as to have the same potential as the pad pattern 52 via the lower wiring 51. Figure 14 shows that the substrate of this device is grounded.
  • FIG. 15 shows that the potential of the conductor probe 53 is changed from the state of FIG. 14 to the potential V s +
  • Vs is 0 V
  • Vt is 10 V, for example. You.
  • the luminance signal intensity of most of the repeated conductor pattern changes in conjunction with the voltage applied to the pad pattern 52.
  • the conductor patterns to the right from the conductor pattern 56 in the middle row of the eye are not linked. That is, it can be seen that the lower layer wiring 54 in the fourth row is disconnected in the region 59 between the conductor patterns 55 and 56.
  • the conductor pattern 58 in the fifth row since the pattern before and after the column changes in conjunction with the fluctuation of the voltage applied to the pad pattern 52, the disconnection is caused by the conductor pattern 58.
  • the connection with the lower-layer wiring 60 in the fifth row was determined.
  • FIG. 16, FIG. 17 and FIG. 18 show the voltages applied to the pad patterns 52 in FIGS. 14 and 15 in the states a and b, respectively, and the conductor patterns 55 to 7 shows the luminance signal intensity I of each of the reference numerals 57 and the luminance signal intensity difference ⁇ I between the conductor patterns 56 and 55 and between the conductor patterns 57 and 56 in the states a and b.
  • a luminance signal threshold intensity Ic for determination is set for the luminance signal I, and the presence / absence of sign inversion of the value (I-Ic) in the states a and b is adopted as the determination means.
  • the signs of state a and state b are + and 1, respectively, and sign inversion has occurred.
  • the conductor patterns 56 and 57 the signs of the states a and b are both +, and no sign inversion has occurred. That is, it is understood that the conductor patterns 56 and 57 are electrically disconnected from the pad pattern 52.
  • the potential of an adjacent pattern affects I.
  • a weak change occurs in I of the conductor patterns 56 and 57 at a floating potential due to a disconnection defect in conjunction with the voltage applied to the pad pattern 52.
  • the influence of the potential of the adjacent pattern narrows the margin of the reference for setting Ic of the sign inversion.
  • the presence / absence of sign inversion in the states a and b of the luminance signal intensity difference ⁇ I with the adjacent pattern was adopted as a new determination means (see Fig. 18).
  • connection resistance can be estimated from the pattern luminance signal intensity at the time of the test. it can.
  • the defects detected in this way are processed by FIB cross section, and the cross section is observed by SIM observation or scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM). Factors such as abnormalities can be analyzed with higher resolution.
  • a defect inspection apparatus and a defect inspection apparatus that can satisfy the requirements for both wide-range movement and high-precision movement in a narrow range, are easy to use, and can improve inspection efficiency A method can be provided.

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Description

明 細 書
デバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法
技術分野
この発明は、 デバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関し、 特に半導体集積回 路の製造において使用されるウェハ上に形成されるデバイスの欠陥、 特に電気的配線 の切断とショートの欠陥の検知に有用なデバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法に 関する。 背景技術
半導体の製造プロセスは、 露光、 エッチング、 膜付け、 ドーピングなどの一連の処 理の繰り返しからなる。 使用される生産プロセスの成熟度に依存して、 処理間で欠 (形状欠陥、 電気的欠陥） 検査や寸法計測を行う。 製造プロセスの早期立ち上げの観 点からは、 これらの検査装置や計測装置のデータを早期に製造プロセスにフィードバ ックすることが必要である。 デバイスの異物や配線の異常形状を検査する形状検査装 置には、 光学的顕微鏡と走査電子顕微鏡がある。 一方、 デバイス中の配線の切断ゃシ ョート等の電気的欠陥の検査装置には、 走査電子顕微鏡 （以下、 S E Mと略す） や走 査イオン顕微鏡 （以下、 S I Mと略す） の像における電圧コントラストを利用した検 査装置がある。 後者の電子ビームあるいは集束イオンビーム （以下、 F I Bと略す） を用いた検査装置は、 例えば特開平 9一 3 2 6 4 2 5号公報、 特開平 1 0— 3 1 3 0 2 7号公報、 特開平 1 1— 1 2 1 5 5 9号公報に開示されている。
電圧コントラスト画像においては、 その画像を形成している構成体 （例えば、 配 線） の電圧が、 画像におけるその構成体の輝度を決定する。 その構成体への電圧は、 機械的プローブ （導体プローブ） で印加する場合や走査ビーム自体の電荷付与によつ て印加する場合とがある。 後者の場合において、 フローティング導体 （例えば配線） は少し正に充電されるため、 最適化された検査装置で S I M像を観察する場合、 これ らは暗く、 あるいはくすんだように見える。 一方、 接地されている導体は電荷が蓄積 されないため、 同一の明るさの像として観察される。 また、 電圧コントラス卜の検出 能力を最適化するために、 試料と二次電子検出器間にバイアス電位を印加したフィル 夕一メッシュを設けることも知られている。
従来の検査装置における導体プローブは、 試料ステージに搭載され、 試料ステージ と同期移動する試料ステージ同期型導体プローブか、 F I B生成部に対して相対的に 固定されている、 例えば試料室側天井面に固定される固定型導体プローブかのいずれ かが採用されている。
シリコン集積回路のチップサイズは、 その世代と共に変化していく力 現在及び次 世代のチップサイズは約 20〜 25 mm角、 T E G (Test Element Group) の 1ュニ ッ卜のサイズは 1〜2. 5 mm角、 最小配線幅は 0. 1〜0. 5 zmである。 ここで TEGとはトランジスタやコンデンサ、 抵抗、 配線などの種々素子の特性値や製造プ 口セスをモニターするためのテスト用素子群である。 一方、 従来の F I B装置におい て、 例えば、 0. 1 mレベルの TEGパターン配線の欠陥観察において、 0. 1 mを S I M画像の 4ピクセル数に割り当てると、 1024X 1024ピクセルの S I M像視野は約 26 m角となる。 この大きさは TEG 1ュニッ卜のサイズ 1〜2. 5 mm角と比べて 1 40〜1/200と小さいが、 S I M像視野の原点をシフ卜す るビームシフト機能と組み合わせれば最低倍率の S I M像視野で TEG 1ュニッ卜の ほぼ全域をカバーできれば操作性が向上する。 しかし、 1〜2. 5mm角の TEG1 ュニッ卜をカバーできても、 1チップ内に作られた全ての TEGの回路配線パターン を、 試料ステージを移動すること無く S I M像観察することはできない。
従来の検査装置における導体プローブは、 試料ステージに搭載され、 試料ステージ と同期移動する試料ステージ同期型導体プローブか、 F I B生成部に対して相対的に 固定されている固定型導体プローブかである。 一般に、 導体プローブ先端の移動範囲 が大きいほどその移動位置精度が悪い傾向がある。 そのため、 プローブ先端の移動に 関して、 1チップ全面 （約 20〜25 mm角） の広範囲移動と、 最低倍率の S I M像 視野 （1〜2. 5 mm角） の高位置精度での移動との両者を満足させたものがなかつ た。
本発明は、 このような従来技術の問題点に鑑み、 広範囲移動と狭い範囲での高位置 精度での移動の両者に対する要求を満たすと共に、 導体プローブの使い勝手を改善し、 検査効率を向上したデバイスの欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することを目的 とするものである。
発明の開示
本発明では、 まず、 （1 ) デバイス例えば半導体チップの電気的に分離された構成 体 （例えば、 配線） が電気的に接地された構成体 （例えば、 基板） に対して異なる電 圧になるように電荷を供給し、 次に （2 ) S I M像を利用してこのような構成体を含 むチップの電圧コントラストデ一夕を取得する。 最後に、 （3 ) 電圧コントラストデ 一夕を解析してこのような構成体に対する所定の電圧と異なる電圧にある構成体を検 知する。 ステップ （1 ) において、 電荷の供給は S I M像観察用の F I B自体を照射 している最中にも生じるし、 機械的接触を利用する導体プローブを用いることもでき る。 また、 フローティング構成体に機械的接触を可能とする導体プローブは、 F I B 照射で供給された電荷を所望の電位にまで取り除いたり、 更に供給することもでき、 F I Bのみの場合に比べて種々の電位制御ができ、 電圧コントラスト解析による欠陥 検査に高い信頼性をもたらす。 導体プローブは、 それを移動する導体プローブ移動機 構とセッ卜となって導体プローブ手段を構成している。
本発明によるデバイスの欠陥検査装置は、 複数の導体プローブ手段を備え、 そのう ちの一部は試料ステージ移動と同期して移動するタイプの導体プローブ手段であり、 残りは集束イオンビーム生成部に对して相対的に固定され試料ステージを移動させて も移動しないタイプの導体プロ一ブ手段である。
S I M像の観察視野位置の移動は、 その移動先がビームシフト量を 0にした時の低 倍率の SM像視野 （通常数 1 0 0 z m角） 内に位置する時はビームシフトのみで行う。 その視野外に位置する時は試料ステージによる粗移動とビームシフトによる微移動と を組み合わせて行う。
画像表示部には、 試料表面の S I M観察像 Aの他に、 試料の検査領域を表す検査領 域画像 Bも表示し、 検査領域画像 Bには S I M観察像 Aの視野位置や各導体プローブ の先端位置も重ねて表示する。 また、 各導体プローブの先端位置の表示には、 そのプ ローブ先端を試料に接触させているか否かの状態情報も表示する。 検査領域画像 B上 で S I M観察像 Aの観察視野や各導体プローブの先端を移動させたい場合は、 それぞ れその移動先位置を指定することにより行う手段を設ける。 また、 特定の導体プロ一 ブの先端を S I M像視野の中心位置とリンクしておくことにより、 S I M像視野を移 動すれば、 導体プローブの先端も視野移動先の視野内に位置する様に移動させるリン ク移動手段を設ける。
すなわち、 本発明によるデバイスの欠陥検査装置は、 試料室と、 試料室内でデバイ ス試料を保持して移動可能な試料ステージと、 試料ステージに保持された試料に集束 イオンビームを照射する集束イオンビーム生成部と、 集束イオンビームの照射によつ て試料から発生する二次荷電粒子を検出する荷電粒子検出部と、 二次荷電粒子の検出 強度を輝度信号とする観察像 Aを表示する画像表示部と、 試料に接触させる導体プロ ーブ及び当該導体プローブを移動させる導体プローブ移動機構を備える複数の導体プ ローブ手段とを含むデバイスの欠陥検査装置において、 導体プローブ手段として、 集 束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段と、 試料ステー ジに対して相対的に固定された導体プローブ手段とを備えることを特徴とする。 集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段は、 試料ス テージに対して相対的に固定された導体プローブ手段より高位置精度で導体プローブ 先端を移動することができる。 導体プローブ先端の移動範囲は、 試料ステージに対し て相対的に固定された導体プローブ手段より、 集束イオンビーム生成部に対して相対 的に固定された導体プローブ手段の方が小さい。
集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プロ ーブ移動機構は試料室の側壁面、 天井面、 あるいは集束イオンビーム生成部に固定す ることができ、 試料ステージに対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プ 口一ブ移動機構は試料ステージに固定することができる。
また、 集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段の導 体プロ一ブの先端を前記観察像 Aの視野内に常に位置づける機能を有することが好ま しい。
画像表示部に試料上での前記導体プロ一ブの先端位置を示す検査領域画像 Bを表示 することが好ましい。 その際、 検査領域画像 Bには、 導体プローブの先端と試料との 機械的接触の有無を表示することが好ましい。 検査領域画像 Bには、 更に複数の導体 プローブどうしの空間的千渉状態を表示することもできる。
本発明によるデバイスの欠陥検査方法は、 試料ステージ上に保持されたデバイス試 料の電圧印加点に導体プロ一ブの先端を接触させ、 その導体プロ一ブから試料に電圧 を印加した状態で集束イオン生成部から試料に集束イオンビームを照射し、 試料から 発生する二次荷電粒子を検出して撮像した走査イオン顕微鏡像の電圧コントラストに 基づいて配線欠陥を検出するデバイスの欠陥検査方法において、 走査イオン顕微鏡の 視野移動に関連して変更する必要のある試料の電圧印加点には集束イオン生成部に対 して相対的に固定された位置に保持された導体プロ一ブから電圧印加を行い、 走査ィ オン顕微鏡の視野移動に必ずしも関連して変更する必要のない試料の電圧印加点には 試料ステージに保持された導体プローブから電圧印加を行うことを特徴とする。 走査イオン顕微鏡の視野移動は、 試料ステージ移動又はビームシフ卜機能によって 行われる。 走査イオン顕微鏡の視野移動に関連して変更する必要のある試料の電圧印 加点とは、 通常は欠陥の確認のための電圧印加点であり、 典型的には微細なパターン 上に設定される。 走査イオン顕微鏡の視野移動に必ずしも関連して変更する必要のな い試料の電圧印加点とは、 配線のパッド部分など T E Gパターンに電圧を印加するた めの箇所である。 この場合の電圧印加点は、 1つの T E Gの検査中に走査イオン顕微 鏡の視野移動と同期して変更することはないが、 別の T E Gの検査に際しては変更す る必要がある。
集束イオン生成部に対して相対的に固定された位置に保持された導体プローブの先 端は、 走査イオン顕微鏡の視野とリンクして移動させるようにするのが好ましい。 また、 導体プローブの先端位置を走査イオン顕微鏡像に重ねてマークで表示し、 走 查イオン顕微鏡像に対するマークの表示位置を移動することによりその移動に対応さ せて導体プローブの先端位置を移動するようにすることができる。 この走査イオン顕 微鏡像に対するマークの表示位置の移動は、 マウス等のポインティングデバイスを用 いてマークを操作することで行うことができる。
本発明によると、 半導体集積回路チップ等の被検デバイスを F I B走査し、 かつ、 チップ上の配線部の任意個所に導体プロ一ブを機械的に接触させて所望の電位を印加 することにより、 チップの S I M像を形成し、 その電位コントラストの解析により配 線の断線やショート欠陥を高信頼性をもって検知できる。 特に、 導体プローブを複数 個とし、 そのうちの少なくとも一つは試料ステージと同期して移動可能な試料ステー ジ同期型導体プローブであり、 他は集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定さ れてい固定型導体プローブである。 これにより、 T E G ( 1〜2 . 5 mm角） が多数 配置されている 1チップ （2 0〜2 5 mm角） の全領域において （全 T E Gに対し て） 、 サブ z mサイズの配線パターンの断線やショート欠陥などの配線パターンの欠 陥を、 操作性よく、 かつ効率的、 高い信頼度で検査することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明によるデバイスの欠陥検査装置の概略構成図である。
図 2は、 図 1に示した装置の試料室内を F I B軸方向から見た概略上面図である。' 図 3は、 試料室の側壁面に固定した固定型導体プローブ手段の例を示す概略図であ る。
図 4は、 試料ステージ上に搭載した試料ステージ同期型導体プローブ手段の例を示 す概略図である。
図 5は、 試料室の天井面に固定した固定型導体プローブ手段の例を示す概略図であ る。
図 6は、 集束イオンビーム生成部の下部面に固定した固定型導体プローブ手段の例 を示す概略図である。
図 7は、 画像表示部である C R T表示画面の一例を示す説明図である。
図 8は、 検査領域画像 Bの表示例を示す説明図である。
図 9は、 プローブ先端部位置を移動する処理フロー図である。
図 1 0は、 配線パターン T E Gのズームアップした検査領域画像 Bの例を示す図で ある。
図 1 1は、 配線パターン T E Gのズームアップした検査領域画像 Bの例を示す図で ある。 図 1 2は、 配線間のショー卜欠陥の F I Bによる修復加工の概略図 （加工前） であ る。
図 1 3は、 配線間のショート欠陥の F I Bによる修復加工の概略図 （加工後） であ る。
図 1 4は、 導体パターンが繰り返し配置されているデバイスの S I M像の例を示す 図である。
図 1 5は、 導体パターンが繰り返し配置されているデバイスの S I M像の例を示す 図である。
図 1 6は、 パッドパターンに印加する電圧信号の説明図である。
図 1 7は、 導体パターン 5 5〜 5 7の輝度信号強度 Iの説明図である。
図 1 8は、 隣接導体パターン間の輝度信号強度差△ Iの説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図 1は本発明による欠陥検査装置の概略構成図、 図 2は図 1に示した欠陥検査装置 の試料室内の試料 1 5や試料ステージ 1 6、 導体プローブ手段 2 1， 2 2， 2 3をF I B軸方向から見た概略上面図である。 F I B生成部 1 0はガリウム液体金属イオン 源からイオンを引き出して 3 0 k Vに加速して集束し F I B 1 1を生成する。 F I B の電流は約 1 p Aから 2 0 n Aの範囲にあり、 通常、 欠陥の S I M像観察には 1 p A から 1 0 0 p A力^ F I Bアシストによる導体膜デポジションには数 1 0 p Aが、 ま た断面加工や穴加工には数 1 0 p Aから 2 0 n Aが使われる。 F I B 1 1は、 試料チ ップ 1 5に照射され、 試料からの放出二次荷電粒子で最も多い二次電子 1 2は荷電粒 子検出器 1 3にて検出される。 試料 1 5は試料ステージ 1 6に搭載されており、 F I B軸 （z軸に取る） に垂直な面、 つまり X y面で移動可能である。
試料 1 5の周りには、 試料に機械的接触により電位を印加する導体プローブ手段 2 1， 2 2， 2 3が配置されている。 そのうち、 導体プローブ手段 2 1は、 F I B生成 部に対して相対的に移動の無い個所、 ここでは図 3に示すように、 試料室 2 0の側壁 而 2 0 aに固定されている固定型導体プローブ手段である。 導体プローブ手段 2 1は、 導体プローブ移動機構 2 1 cにより導体プローブ 2 1 aの先端部を X y z方向に移動 制御できる。 X y移動できる最大領域は、 F I Bの最大走査視野、 ここで述べる例で は約 2 mm角をカバーしている。 残りの導体プローブ手段 2 2と 2 3は、 図 4に示す ように、 試料ステージ 1 6上に搭載された試料ステージ同期型導体プローブ手段であ る。 導体プローブ手段 2 2 , 2 3の各導体プローブ 2 2 a， 2 3 aの先端部は、 それ ぞれの導体プローブ移動機構 2 2 c， 2 3 cにより X y z移動制御できる。
F I B生成部 1 0、 荷電粒子検出器 1 3、 試料ステージ 1 6、 導体プローブ手段 2 1 , 2 2， 2 3は、 制御部 1 7を介してコンピュータ 1 8からそれぞれ制御される。 また、 試料表面に局部的に導体薄膜付けを行う F I Bアシストデポジション用ガス銃 1 4も制御部 1 7に接続されている。 コンピュータ 1 8には、 走査二次電子画像 A及 び F I Bの照射位置及び導体プローブの先端部位置の位置画像 Bを表示する C R T等 の画像表示部 1 9が接続されている。
上記では固定型導体プローブ手段 2 1を試料室 2 0の側壁面 2 0 aに固定した例を 説明したが、 固定型導体プローブ手段 2 1は、 図 5に示すように試料室 2 0の天井面 2 0 bに固定してもよいし、 図 6に示すように集束イオンビーム生成部 1 0の下部面 1 0 aに固定してもよい。 図 3のように固定型導体プローブ手段 2 1を試料室 2 0の 側壁面 2 0 aに固定する方式は、 図 5に示す試料室の天井面 2 O bや図 6に示す集束 イオンビーム生 部 1 0の下部面 1 0 aに固定する方式と比べ被固定物体からの取り 外しが容易であり、 保守に好都合である。 一方、 図 6に示すように集束イオンビーム 生成部 1 0に固定する方式は、 同期型導体プローブ移動機構部 2 1 cから試料表面ま での距離が他の方式と比べて短いため、 導体プローブの長さを短くでき、 導体プロ一 ブの揺れを少なくしてその先端の位置合わせ精度を高くできる特徴がある。
図 7は画像表示部 1 9である C R T画面の一例の説明図である。 図 7に示すように、 C R T画面 1 9 aには、 モニター用 S I M像 A、 導体プローブの先端部位置やモニタ 一用 S I M像検査視野枠を表示する検査領域画像 B、 S I M画像強度の特定 Xあるい は y位置での yあるいは Xライン分布を表すグラフ窓 C、 F I B生成部などで制御す るイオン加速電圧、 集束レンズ電圧、 ビーム絞り、 ビーム電流、 S I M像の像取得条 件などの表示窓 D、 また種々の制御窓を引き出すためのメニューバー Eなどが表示さ れている。 試料ステージ移動に関するナビゲーシヨン画像 Fも用意されている力 こ の画像 Fの窓表示は、 メニューバ一Eから引き出すことで行える。
次に、 図 8を用いて検査領域画像 Bについて詳細に説明する。 検査領域画像 Bの画 像の下地には、 その検査領域の S I M像の記録画像を用いる。 検査領域画像 Bの表示 窓の外枠には、 画像のズームのアツプ/ダウンボタン及びァップ時に画像を上下左右 にスライドするスライドバーや画像の任意の点で画像をつかんで上下左右にスライド するための機能を O NZO F Fする手型表示のボタンが付属している。 また、 検査領 域画像 Bの表示窓を複数表示して、 ズーム倍率の異なる検査領域画像を比較参照する こともできる。 この検査領域画像 Bの中には、 導体プローブ手段 2 1〜2 3のそれぞ れの導体プローブ 2 1 a〜2 3 aの先端部位置を表すマーク形状 （◎と〇） 2 1 b〜 2 3 b , 及びモニター用 S I M像視野の領域 （位置と大きさ） を表す矩形枠 2 5が下 地の画像に重ねて表示されている。 マーク形状 （◎と〇） は、 導体プローブの先端部 が試料表面に接触しているか否かの状態も区別している。 例えば、 図 8に示されてい る導体プローブの先端部位置 2 1 b， 2 2 bを示しているマーク形状◎は接触を表し、 導体プローブの先端部位置 2 3 bを示しているマーク形状〇は非接触を表している。 また、 複数の導体プローブを区別するために、 マーク形状の表示色を変えてある。 検査領域画像 B上で導体プ口一ブ手段のプ口一ブ先端部位置を他の特定位置に移動 するには、 マウスドラッグ方法とキー入力方法の 2つの方法がある。 図 9にその処理 フロー図を示す。
まず初めに、 移動方式としてマウスドラッグ方式とキー入力方式との二者択一をす る。 また、 S I M像走査領域のプローブ先端とのリンク移動の有無の二者択一をする ( S 1 1 ) 。 リンク移動機能とは、 導体プローブの先端の移動とリンクして S I M像 視野も移動させる機能で、 導体プローブの先端の移動中の状態を S I M像でモニター するためのものである。 S I M像視野の移動については後述する。
次に、 移動方式がマウスドラッグ方式かキー入力方法かを判定する （S 1 2 ) 。 マ ウスドラッグ方式であれば、 位置表示画像 B上で移動対象導体プローブの先端位置マ ーク形状◎あるいは〇をマウスでつかみ、 移動先までドラッグして離す （S 1 3 ) 。 一方、 キー入力方式であれば， 位置表示画像 B上で移動対象導体プローブの先端位置 マーク形状◎あるいは〇をマウスでクリックして選択し、 選択した導体プロ一ブの移 動量 （移動距離の Xと y成分； Δ χと A y、 あるいは移動距離△ sと移動先の方位角 Θ ) をキー入力する （S 1 4 ) 。
次に、 移動先座標と移動距離の計算する （S 1 5 ) 。 続いて、 導体プローブの先端 位置マーク形状が接触状態を表す 「◎」 であるかあるいは否接触状態を表す 「〇」 で あるかを判定する （S 1 6 ) 。 マーク形状が◎であれば、 導体プローブの先端を z方 向にある特定量△ z移動して否接触状態にし、 マーク形状を◎から〇に変更する （S 1 7 ) 。 その後、 導体プローブの先端の実移動とマーク形状〇の移動を行う。 実移動 中は〇を点滅表示する。 また、 リンク移動有りの場合は S I M像視野もリンク移動す る （S 1 8 ) 。 最後に、 移動終了後はマーク形状〇の点滅表示を停止する （S 1 9 ) 。 ステップ 1 6の判定で、 マーク形状が〇であるばあいには、 異動对象導体プローブの 先端位置が非接触状態であるため、 ステップ 1 7の処理をスキップしてステップ 1 8 に進み、 以下同様の処理を行う。
また、 S I M像視野の移動もプローブ先端部位置のマウスドラッグ方式と同様、 図 8に示した S I M像視野枠 2 5をマウスでつかんで移動先までドラッグして離せば、 制御部からビームシフト、 あるいはビームシフ卜と試料ステージ移動の組み合せが指 令され、 S I M像視野の移動が実行される。 この移動は、 その移動先がビームシフト 量を 0にした時の低倍率の SIM像視野 （通常数 1 0 角） 内に位置する時はビー ムシフトのみで行う。 一方、 その視野外に位置する時は試料ステージによる粗移動と ビームシフトによる微移動とを組み合わせて行う。 ここで、 ビームシフトによる移動 量に制限を設けたのは、 ビーム走査の偏向量が大きくなると S I M像が歪み、 移動位 置精度が大きく落ちるのを避けたためである。
操作性の向上を図るため、 導体プローブ 2 1 a〜2 3 aの先端位置マーク 2 1 b〜 2 3 b (◎あるいは〇） に関する位置情報に、 プローブ先端の大きさやそのプローブ の向きの情報もリンクしてコンピュータ内に組み込んである。 それにより、 プローブ 先端部が互いに近くなりすぎたりして空間的に干渉を起こす恐れがある場合は、 両者 の位置マークを同時に点滅させるなどして、 その干渉の有無を装置オペレータに提示 するとともに、 そのプローブがそれ以上近づくことがない様にソフト的に制限をかけ てある。 さらに、 検査領域画像 Bのズームのアップ/ダウン機能及びスライド機能の 利用で位置分解能サブミクロンレベルで上記導体プローブ先端の移動ナピゲ一シヨン ができる。 また、 デバイスの検査効率を上げるために、 検査対象デバイスの回路パ夕 ーン配置データをワークステーション （図示せず） から貰い、 コンピュータ 1 8を介 してこの回路パターン像を上記の位置表示画像 B上に倍率、 像回転角などを補正して 重ね合わせて表示することもできる。 これにより、 埋設している下層の配線や素子の 位置を視覚的に予測することができる。
次に、 配線パターン T E Gの検査方法の一例について、 図 1 0及び図 1 1のズーム アップした検査領域画像 Bを用いて説明する。 この例の検査領域画像 Bには、 櫛構造 のデバイス配線パターンの S I M画像が下地に使われており、 その上にモニター用 S I M像 Aの視野枠 2 5及び導体プローブの先端部の位置マーク 2 1 b〜2 3 bが示さ れている。 また、 機械的プローブが電圧を印加するために接触するパッド 2 6 , 2 7 も示されている。 試料基板の電位は、 通常、 接地してあるが、 電圧を印加することも できる。 パッド 2 6及び 2 7に 0及び数 Vの電位を種々の組み合わせで印加し、 その 時の電圧コントラス卜の S I M像を比較することにより、 配線パターンの断線ゃショ ―ト等の欠陥個所を見つけることができる。
まず、 図 1 0において、 パッド 2 6は、 本来、 配線 2 8〜3 0の全てと導通がある べき回路パターンである。 しかし、 パッド 2 6に試料ステージ 1 6に固定された試料 ステージ同期型導体プローブ手段 2 2を介して種々の電位を印加して、 電圧コントラ ストの S I M像を比較観察すると、 配線 2 8はこの電位の変化に追随するが、 配線 2 9及び 3 0は追随しなかった。 そのコントラス卜の追随と不追随との境界部の S I M 観察から、 その位置で異物 3 2が配線の切断欠陥を引き起こしていることが分かった。 そこで、 後の F I B断面加工解析のための目印として、 その配線切断部の隣に、 細長 の三角形マーク△ 3 4をその向きが欠陥方向を指すように F I B加工した。 なお、 こ の欠陥位置の x y座標は、 試料ステージ 1 6の X y座標、 ビームシフトの x y座標、 及び S I M画像視野 2 5内の欠陥位置座標との全べクトル和で与えられ、 これをコン ピュー夕 1 8で計算してコンピュータ 1 8内のメモリに作成した切断欠陥 N o . Xの 位置座標として登録した。 また後に断面加工解析を予定する場合は、 その欠陥の S I M画像も添付情報として登録した。
次に、 配線 2 9と 3 0に注目し、 そこに試料室側壁 2 0 aに固定されている固定型 導体プローブ 2 1 aの先端部を位置 2 1 bに機械的に接触させ、 配線に 0及び数 Vの 電位を印加し、 S I M像の電圧コントラス卜を比較観察した。 前記と同様、 配線 2 9 はその電位変化に追随するが、 配線 3 0は追随しないことが観察された。 これより配 線 2 9と 3 0間にも切断個所 3 3があることが分かった。 そこにも、 F I B断面加工 解析用の目印マーク 3 5を F I B加工した。 次に、 固定型導体プローブ 2 1の先端部 位置を 2 1 bから 2 1 b ' に移動し、 配線 3 0の電圧コントラストの S I M像を同様 に比較観察した。 観察の結果、 配線 3 0にはもう切断個所が含まれていないことが分 かった。 こうして、 導体プローブ 2 1の配線への機械的接触位置を移動させながら S I M像の電圧コントラストを比較観察していくことにより、 配線の切断欠陥を順次、 検出していくことができる。
次に、 図 1 1を用いて、 図 1 0とは異なる試料位置でのショート欠陥の検査の例に ついて説明する。 配線 4 1の S I M像の電位コントラストは、 導通しているべき配線 3 1の電位、 つまりパッド 2 7に印加した導体プローブ手段 2 3の電位変化に連動す べきなのに、 配線 4 0の電位、 つまりパッド 2 6に印加した導体プローブ手段 2 2の 電位変化に連動した例である。 この S I M像の電圧コントラストの比較観察から、 配 線 4 1は配線 3 1と切断され （切断欠陥位置 4 5 ) 、 また、 配線 4 0と配線 4 1間に は異物 4 2でショートを起こすショート欠陥があることも分かった。
この配線 4 0と配線 4 1間のショー卜欠陥は以下の様にして修復、 確認した。 図 1 2及び図 1 3を用いて、 その概略を説明する。 図 1 2は加工前の状態を示し、 図 1 3 は加工後の状態を示している。
図示するように、 配線 4 0と配線 4 1に、 それぞれ導体プローブ手段 2 2と 2 1を 電気的に接続した。 導体プローブ手段 2 2と 2 1は、 同じ抵抗値の抵抗 Rと電位がそ れぞれ V 2 2及び V 2 1の直流電源との直列接続を介して接地した。 直列抵抗 Rは、 導 体プロ一ブの異なる電位のパ夕一ンへの接触時や誤動作移動による接地時の電源の過 電流を防止するために必要である。 ショート原因である異物 4 2の切断加工前後の配 線 4 0と配線 4 1の電位を表 1にまとめる。 表 1
Figure imgf000015_0001
配線 4 0と配線 4 1が電気的につながつている間は、 配線 4 0と配線 4 1の電位は 同じであるため、 それらの電位コントラストは電源電位 V 2 2及び V 2 1のいずれにも 影響を受ける。 一方、 図 1 3に示すように切断加工が完全に終了すると、 配線 4 0と 配線 4 1の電位はそれぞれの電源電位 V 2 2及び V 2 1と一致するため、 それらの電位 コントラストはそれぞれの電源電位 V 2 2及び V 2 のみの影響しか受けない。 これら の影響の変化の実験的確認により、 ショー卜欠陥の修復加工の終了を確認した。
一方、 断線欠陥 4 5については F I Bアシストデポジションによる局部的導体膜付 け加工により電気的接続を行った。 本例では、 デポジション用材料ガスとして W ( C O) sを採用し、 断線欠陥部分に W膜を堆積した。 断線欠陥の修復加工の終了確認は、 上記と同様に電圧コントラストの影響の変化の実験的確認により行った。 また、 どこ にも電気的につながつていないフローティング電位のパターンについては、 接地電位 の導体プローブを接触させることにより帯電電荷を逃がすこともでき、 やはり S I M 像電圧コントラストの変化情報が得られる。 S I M像の電圧コントラスト観察におい て、 配線やコンタクト部の切断やショー卜欠陥の部位は、 特に、 そのパターンに周期 性がある場合は、 そのパターン輝度の周期的異常個所として目視で容易に見付けるこ とができる。
デバイス欠陥検査においては、 1チップ相当サイズ約 2 0〜2 5 mm角を S I M観 察視野サイズ （最大 1〜2 . 5 mm角） で試料ステージをステップ移動させながら行 う。 この場合、 S I M像最大視野内に常に少なくとも 1本の導体プローブの先端が位 置していることが、 上記の欠陥部位や修復加工終了の確認作業の効率化向上の観点か ら望まれる。 プローブ先端の移動先が常に S I M像視野内にあるので、 プローブ先端 を短時間に、 かつ高位置精度で移動制御できるからである。 これに応えたプローブ手 段が F I B生成部 1 0に対して相対的に固定されている固定型導体プローブ手段 2 1 である。 一方、 試料ステージ移動とは無関係に試料表面のパッドなどに電圧を印加す るための導体プローブ手段に関しては、 その導体プローブ手段は試料ステージと同期 して移動する試料ステージ同期型導体プローブ手段であることが好ましい。 この様に、 固定型導体プローブ手段と試料ステージ同期型導体プローブ手段を目的により使い分 けることにより操作性が良く、 かつ位置精度の高い欠陥検査が行える。
導体プローブで機械的に接触させるパターンには微細なパターン （0 . 1〜0 . 5 x m) と、 比較的大きなパッド （l〜5 m) などがある。 微細パターンへの接触は 見つけた欠陥の再確認のためが多く、 プローブ先端の移動範囲は S I M像視野内 （1 〜2 . 5 mm角） と狭く、 かつ、 接触には数 1 0 n mの高い位置精度が要求される。 —方、 比較的大きなパッド （l〜5 // m) などへの接触は、 T E Gパターンに電圧を 印加するためであり、 プローブ先端の移動に関しては、 1つの T E Gの検査中に試料 ステージと非同期で移動させることはなく、 別 T E Gの検査に対してのみ移動させる 必要がある。 その移動範囲は 1チップ （約 2 0〜2 5 mm角） と広いが、 パッドパ夕 ーンは大きいためにその接触位置精度はサブミクロンレベルとゆるい。 そのため、 本 発明では前者の接触用プローブ手段に高い位置精度の移動制御ができる固定型プロ一 ブ手段を割り当て、 後者の接触用プローブ手段に広範囲の移動制御ができる試料ステ ージ同期型プローブ手段を割り当てた。
次に図 1 4〜図 1 8を用いて、 導体パターンの特定個所の S I M像輝度信号強度が、 その導体パターンに印加されているべき電圧信号と連動して変化しているか否かの判 定手段を用いたデバイスの欠陥検査方法の例について説明する。
図 1 4及び図 1 5は、 導体パターン 5 0が繰り返し配置されているデバイスの S I M像である。 くり返し導体パターン 4 0は全て下層配線 5 1を介してパッドパターン 5 2と同電位になるように作製された。 図 1 4は、 このデバイスの基板をアース電位
V s . またパッドパターン 5 2に導体プローブ 5 3を接触させ、 導体プローブ 5 3の 電位を基板と同じのアース電位 V sに設定した状態 aの S I M像である。 図 1 5は、 図 1 4の状態から導体プローブ 5 3の電位をアース電位 V sの状態 aから電位 V s +
V tの状態 bに設定した時の S I M像である。 V sは 0 V、 V tは例えば 1 0 Vであ る。
図 1 5の S I M像を図 1 4の S I M像と比較すると、 くり返し導体パターンの大部 分の輝度信号強度は、 パッドパターン 5 2への印加電圧と連動して変わっているが、 第 4行目の列半ばの導体パターン 5 6から右方向の導体パターンは連動していない。 つまり、 第 4行目の下層配線 5 4において導体パターン 5 5と 5 6の間の領域 5 9で 断線していることが分かる。 同様に、 第 5行目の導体パターン 5 8の場合は、 その列 の前後のパターンがパッドパターン 5 2への印加電圧の変動と連動して変わっている ことから、 断線は導体パターン 5 8と第 5行目の下層配線 6 0との接続部と判定でき た。
図 1 6、 図 1 7及び図 1 8は、 それぞれ図 1 4及び図 1 5におけるパッドパターン 5 2への状態 a及び状態 bの印加電圧、 状態 a及び状態 bの時の導体パターン 5 5〜 5 7のそれぞれの輝度信号強度 I、 及び状態 a及び状態 bの時の導体パターン 5 6と 5 5、 及び 5 7と 5 6との輝度信号強度差 Δ Iを示したものである。
図 1 7において、 輝度信号 Iに判定用輝度信号しきい強度 I cを設定し、 判定手段 として値 （ I 一 I c ) の、 状態 aと状態 bでの符号反転の有無を採用した。 導体パ夕 ーン 5 5において状態 aと状態 bの符号はそれぞれ +及び一であり、 符号反転が起き ている。 一方、 導体パターン 5 6及び 5 7では、 状態 aと状態 bの符号はいずれも + であり、 符号反転が起きていない。 つまり、 導体パターン 5 6及び 5 7は、 パッドパ ターン 5 2と電気的に切断されていることがわかる。
しかし、 くり返し導体パターンが密になると、 隣接するパターンの電位が Iに影響 してくる。 例えば、 断線欠陥で浮動電位にある導体パターン 5 6及び 5 7の Iに、 パ ッドパターン 5 2への印加電圧と連動した弱い変化が生じる。 （図 1 7の導体パ夕一 ン 5 6における状態 aと状態 b間で観察される I差） 。 この隣接パターンの電位の影 響は、 上記の符号反転の I cの設定基準の裕度を狭くする。 この影響の解決策として、 隣接パターンとの輝度信号強度差 Δ Iの状態 aと状態 bでの符号反転の有無を新たな 判定手段として採用した （図 1 8参照） 。 導電パターン 5 6と 5 5の輝度信号強度差 Δ Iに符号反転があり、 どちらかの導電パターンがパッドパターン 5 2の印加電圧と 速動して変化していないことが判定できる。 別の S I M像観察結果から導電パターン 5 5は、 パッドパターン 5 2の印加電圧と変動することが既に分かっていることから, 導電パターン 5 6が下層配線 5 4と断線していると断定できる。 一方、 導電パターン 5 7と 5 6の輝度信号強度差には符号反転がなく、 両導電パターンとも印加電圧と連 動して変化していないか、 変化しているかを示している。 導電パターン 5 6が下層配 線 6 0と断線していることが前のデ一夕から分かっていることから、 導電パターン 5 7も断線していると判定できる。 この新たな判定手段では、 図 1 8の導電パターン 5 7 - 5 6における I Δ I a— Δ I b I /△ I cが図 1 7の導電パターン 5 6における | I a— I b I Z I eと比べて 3〜1 0分の 1と小さくなることから上述の隣接するパ夕 ーンの影響を大きく低減できていることがわかる。
また、 電位コントラスト像における検査パターンの輝度信号強度とそのパターンの 周辺部への接続抵抗との関係カーブを検査に先立って作っておけば、 検査時のパター ン輝度信号強度からその接続抵抗が推定できる。
こうして検出された欠陥は、 その部位を F I Bで断面加工し、 その断面を S I M観 察、 あるいは走査電子顕微鏡 （S E M) や透過電子顕微鏡 （T E M) で観察すること により、 断線やショート、 異物、 構造異常などの要因がより高分解能で解析できる。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明によると、 広範囲移動と狭い範囲での高位置精度での 移動の両者に対する要求を満たし、 使い勝手が良く検査効率の向上を図ることができ る欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することができる。

Claims

求 の 範 囲
1 . 試料室と、 前記試料室内でデバイス試料を保持して移動可能な試料ステージと、 前記試料ステージに保持された試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム 生成部と、 集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次荷電粒子を検出す る荷電粒子検出部と、 前記二次荷電粒子の検出強度を輝度信号とする観察像 Aを表示 する画像表示部と、 試料に接触させる導体プロ一ブ及び当該導体プローブを移動させ る導体プローブ移動機構を備える複数の導体プローブ手段とを含むデバイスの欠陥検 査装置において、
前記導体プローブ手段として、 前記集束イオンビーム生成部に対して相対的に固定 された導体プロ一ブ手段と、 前記試料ステージに対して相対的に固定された導体プロ ーブ手段とを備えることを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
2 . 請求項 1記載のデバイスの欠陥検查装置において、 前記集束イオンビーム生成部 に対して相対的に固定された導体プローブ手段は前記試料ステージに対して相対的に 固定された導体プローブ手段より高位置精度で導体プロ一ブ先端を移動することがで きることを特徴とするデバィスの欠陥検査装置。
3 . 請求項 1又は 2記載のデバイスの欠陥検査装置において、 前記集束イオンビーム 生成部に対して相対的に固定された導体プローブ手段の導体プローブ移動機構は前記 試料室の側壁面、 天井面、 あるいは前記集束イオンビーム生成部に固定されており、 前記試料ステージに対して相対的に固定された導体プロ一ブ手段の導体プ口一ブ移動 機構は前記試料ステージに固定されていることを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
4 . 請求項 1〜 3のいずれか 1項記載のデバイスの欠陥検査装置において、 前記集束 イオンビーム生成部に対して相対的に固定された導体プロ一ブ手段の導体プロ一ブの 先端を前記観察像 Aの視野内に常に位置づける機能を有することを特徴とするデバィ スの欠陥検査装置。
5 . 請求項 1〜4のいずれか 1項記載のデバイスの欠陥検査装置において、 前記画像 表示部に試料上での前記導体プローブの先端位置を示す検査領域画像 Bを表示するこ とを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。
6 . 請求項 5記載のデバイスの欠陥検査装置において、 前記検査領域画像 Bに前記導 体プローブの先端と試料との機械的接触の有無を表示することを特徴とするデバイス の欠陥検査装置。
7 . 請求項 5又は 6記載のデバイスの欠陥検査装置において、 前記検査領域画像 Bに 複数の導体プローブどうしの空間的干渉状態を表示することを特徴とするデバイスの 欠陥検査装置。
8 . 試料ステージ上に保持されたデバイス試料の電圧印加点に導体プローブの先端を 接触させ、 その導体プローブから試料に電圧を印加した状態で集束イオン生成部から 試料に集束イオンビームを照射し、 試料から発生する二次荷電粒子を検出して撮像し た走査イオン顕微鏡像の電圧コントラストに基づいて配線欠陥を検出するデバイスの 欠陥検査方法において、
前記走査イオン顕微鏡の視野移動に関連して変更する必要のある試料の電圧印加点 には前記集束イオン生成部に対して相対的に固定された位置に保持された導体プロ一 ブから電圧印加を行い、 前記走査イオン顕微鏡の視野移動に必ずしも関連して変更す る必要のない試料の電圧印加点には前記試料ステージに保持された導体プロ一ブから 電圧印加を行うことを特徴とするデバイスの欠陥検査方法。
9 . 請求項 8記載のデバイスの欠陥検査方法において、 前記集束イオン生成部に対し て相対的に固定された位置に保持された導体プローブの先端を前記走査イオン顕微鏡 の視野とリンクして移動させることを特徴とするデバイスの欠陥検査方法。
1 0 . 請求項 8又は 9記載のデバイスの欠陥検査方法において、 前記導体プローブの 先端位置を前記走査イオン顕微鏡像に重ねてマークで表示し、 前記走査イオン顕微鏡 像に対する前記マークの表示位置を移動することによりその移動に対応させて前記導 体プローブの先端位置を移動することを特徴とするデバイスの欠陥検査方法。
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