JP2004253182A - Defect analyzing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハなどの一部の欠陥を解析する不良解析装置に係り、特に、収束イオンビーム装置(FIB)により欠陥の一部を加工した後、走査型電子顕微鏡(SEM)により加工部分を観察する場合に好適な不良解析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の不良解析装置では、解析対象物の試料が半導体や絶縁物のとき、SEMによって観察しようとすると、SEMの電子によって、試料がチャージアップし観察できない現象が生じることがある。このチャージアップ対策としては、試料表面にカーボン(C)やアルミニューム(Al),白金(Pt)などを蒸着する方法が知られている。
【0003】
また、例えば、特開平2−15546号公報に記載のように、試料の裏面からイオンシャワーを照射してチャージアップした電子を中和する方法が知られている。
【特許文献】
特開平2−15546号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カーボンなどを試料の表面に蒸着する方法は、半導体用ウエハに複数のチップが形成され、そのうちの一つのチップの欠陥を調査する場合でも、観察面以外の試料全表面にチャージアップ防止用金属を蒸着しなければならず、調査後汚染によりウエハは破棄する必要があった。したがって、欠陥のあるチップ以外の正常なチップまで廃棄することとなり、歩留まりが低下するという問題があった。
【0005】
また、特開平2−15546号公報に記載の方法では、イオンシャワーを試料表面に照射した場合、試料が加工され、ダメージを与えるため、歩留まりが低下するという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、SEMで観察する試料表面以外にはダメージを与えないで、検査の終わったウエハを再びラインに戻して使用でき、歩留まりを向上できる不良解析装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明は、イオンビームを照射して試料を加工する収束イオンビーム装置と、この収束イオンビーム装置により加工された箇所に電子ビームを照射する走査型電子顕微鏡と、この走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって発生した二次電子を検出し、画像表示する不良解析装置において、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射と同時に、この電子ビーム照射位置よりも広い範囲に、上記収束イオンビーム装置による加工時のイオンビームの加速電圧よりも低い加速電圧にてイオンシャワーを照射するイオンシャワー装置とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、イオンシャワーの照射により、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって上記試料表面がチャージアップするのを防止して、SEMで観察する試料表面以外にはダメージを与えないで、検査の終わったウエハを再びラインに戻して使用でき、歩留まりを向上し得るものとなる。
【0008】
(2)上記(1)において、好ましくは、上記イオンシャワー装置のイオン源として、不活性ガスのイオン源を用いるようにしたものである。
【0009】
(3)上記(1)において、好ましくは、電子ビーム照射によって発生した二次電子を画像処理する際、上記イオンシャワー装置によるイオンシャワーにより発生した二次電子信号を除去する画像処理装置を備えるようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図6を用いて、本発明の一実施形態による不良解析装置の構成及び動作について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による不良解析装置の全体構成図である。図2及び図3は、チャージアップの説明図である。図4は、本発明の一実施形態による不良解析装置を用いたチャージアップ防止の原理説明図である。
【0011】
本実施形態による不良解析装置は、欠陥部の加工用に用いる収束イオンビーム装置(FIB)10と、FIB10によって加工された箇所を観察するために用いる走査型電子顕微鏡(SEM)20と、SEM20による観察時のチャージアップ防止目的に用いるArイオンシャワー30とを備えている。
【0012】
FIB10は、イオン銃11からイオンビーム12を照射し、FIB電磁レンズ13とFIB対物レンズ15によりビームが絞られ、FIB偏向レンズ14により、試料ホルダー40に保持された試料42の面上を走査する。試料42は、例えば、半導体ウェハであり、その表面には複数の半導体チップが形成されている。複数のチップの内、例えば、1つのチップに欠陥部があることが検出された場合、FIB10からイオンビーム12をその欠陥部に照射して、欠陥部の断面構成が観察可能なような加工する。なお、欠陥部へのイオンビーム照射により、試料42の表面からは二次電子が発生するが、発生した二次電子は二次電子検出器50に導かれ、画像処理装置42で処理された信号を画像表示モニター44に表示する。
【0013】
SEM20は、電子銃21から電子ビーム22を照射し、SEM電磁レンズ23とSEM対物レンズ25によりビームが絞られ、SEM偏向レンズ24により試料42の面上を走査する。ここでは、FIB10によって加工された欠陥部の断面形状が分かる部分に電子ビーム22を照射して、欠陥部を観察し、不良解析を行う。電子ビームの照射により二次電子が発生するが、発生した二次電子は二次電子検出器50に導かれ、画像処理装置52で処理された信号を画像表示モニター44に表示する。
【0014】
ここで、SEM20の電子ビーム22を加速電圧1kVで観察する場合は問題ないが、加速電圧を高く(2〜15kV)して観察した場合、観察面がチャージアップし電子ビーム照射位置がずれ、欠陥部分が観察できない現象が発生する。特に、FIB10によって欠陥部を加工した場合、加工した部分には加工粉が付着するため、加速電圧1KV程度で観察すると、加工粉の影響で断面形状がよく観察できない場合がある。このような場合、加速電圧を2〜15KVと高くすると欠陥部の観察がしやすくなるが、その一方で、上述したように、チャージアップによる問題が生じてくる。
【0015】
ここで、図2及び図3を用いて、SEMの電子ビーム照射によるチャージアップ現象について説明する。
【0016】
図2(A)に示すように、試料ホルダー40に保持された試料(半導体ウェハ)42に電子ビーム22を照射すると、通常、チャージアップしない場合は、図2(B)に示すように、試料42の上に形成された細長いパターン42Aや円形のパターン42Bが画像表示モニタ44によって観察される。しかしながら、加速電圧を高く(2〜15kV)して観察した場合、試料42の表面に電子e−がチャージアップすることにより、図2(C)に示すように、チャージアップした領域42Cでは、パターンが観察されず、観察されるパターン42A’,42B’は、チャージアップ領域42C以外となり、不完全な像が観察されることになる。
【0017】
また、図3(A)に示すように、電子e−によるチャージアップが発生すると、電子ビーム22’の照射位置が移動する。その結果、図3(B)に示すように、図2(C)に示した状態に比べて、電子ビームの照射位置が移動した分、観察される位置が移動する。
【0018】
以上のチャージアップによる現象を回避するため、本実施形態では、図1に示すように、SEM20による観察時のチャージアップ防止目的に用いるArイオンシャワー30を備えている。
【0019】
Arイオンシャワー30は、Arイオン銃31からArイオンビーム32を照射し、Ar用電磁レンズ33とAr用対物レンズ34により、適度に調整され試料42に照射する構造になっている。
【0020】
ここで、図4(A)に示すように、電子ビーム22の照射部の試料(半導体ウエハ)42の表面にArイオンビーム32を照射し、電子e−とプラスイオン(+)との電気的中和を図り、試料(半導体ウエハ)42のチャージアップの防止を図るようにしている。
【0021】
ここで、イオンシャワーとしては、Ar(アルゴン)の他に、N2(窒素)等の不活性ガスのイオンシャワーを用いている。不活性ガス以外のイオンシャワーを用いると、そのイオンシャワーの原子が試料42の表面に付着するため、汚染されるチップが増加し、歩留まりが低下するからである。
【0022】
また、Arイオンシャワーの加速電圧は、100〜500V程度の低加速電圧としている。この加速電圧は、FIB加工時の加速電圧(30〜40KV)よりも低い加速電圧としている。加速電圧を高くするとイオンビームによって試料の表面がエッチングされるため、試料にダメージが与えられるので、これを避けるため、FIB加工時の加速電圧(30〜40KV)よりも低い加速電圧としている。
【0023】
なお、FIB加工を行った後、その端面を平面に加工するフラットミリングでは、Arイオンの加速電圧を2〜3KVとしており、Arイオンシャワー30の加速電圧は、2〜3KV程度とすることも可能である。
【0024】
次に、図5及び図6を用いて、本実施形態による不良解析装置の動作について説明する。
図5は、本発明の一実施形態による不良解析装置の動作時の模式図である。図6は、本発明の一実施形態による不良解析装置によって検出される二次電子信号の説明図である。
【0025】
図5に示すように、電子ビーム22は、試料42の表面のSEM画像観察位置S1内を、偏向レンズ24によって走査される。電子ビーム22の走査に伴って、試料42の表面から発生した二次電子は、二次電子検出器50によって検出される。
【0026】
一方、Arイオンシャワー32は、Arイオンビーム照射範囲I1のように、SEM画像観察位置S1より大きな範囲に照射される。Arイオンビームの照射によっても試料42の表面から発生した二次電子は、二次電子検出器50によって検出される。
【0027】
二次電子検出器50によって検出された二次電子の強度は、例えば、図6(A)に示すようになる。図6において、横軸は、走査範囲Lを示し、図5に示したSEM画像観察位置S1の巾に相当する。縦軸は、二次電子強度を示している。図6(A)に示すように、検出される二次電子強度は、Arイオンビーム32により発生した僅かなイオンビームによる二次電子Ixと、電子ビーム22により発生した電子ビームによる二次電子Sxとなる。イオンビームによる二次電子Ixは、イオンビームが広い範囲を低い加速電圧で照射されるため、強度も少なく、また、全体の巾に渡ってほぼ一定の強度となる。一方、電子ビームによる二次電子Sxは、試料の表面のパターンに応じて変動し、例えば、図2(B)の線状のパターンの場合、図6(A)に示すような正弦波状の強度となる。イオンビームによる二次電子Ixがバックグラウンドのように存在するため、電子ビームによる二次電子SxのSN比が相対的に低下することになる。
【0028】
そこで、本実施形態では、最初に、Arイオンビーム32のみを試料の表面に照射し、そのとき発生する二次電子を二次電子検出器50により検出し、検出された二次電子強度Ixを画像処理装置52に記憶する。次に、Arイオンビーム32と電子ビーム22を同時に、図5に示すように照射することにより、そのとき発生する二次電子を二次電子検出器50により検出し、検出された二次電子強度Sx+Ixを画像処理装置52に記憶する。そして、画像処理装置52は、最初に記憶されたイオンビームによる二次電子強度Ixを、Arイオンビーム32と電子ビーム22を同時に照射した場合において検出される二次電子強度Sx+Ixから差し引いた上で、画像表示モニター54に表示することにより、結果として、電子ビームに対する二次電子信号だけをSEM画像として表示でき、SN比を向上することができる。
【0029】
以上説明したように、本実施形態によれば、半導体用ウエハなどの不良解析において、チャージアップを防ぐために行う導電性をとるための蒸着作業が不要になるばかりでなく、高精度の不良解析ができ、欠陥解析終了後にウエハを再利用するためラインに戻すことが可能となる。したがって、正常なチップはそのまま使用できるため、歩留まりを向上できる。また導電性をとるための蒸着作業のため、一旦試料を装置外に取り出す手間が省け、不良解析時間を短縮できる。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、SEMで観察する試料表面以外にはダメージを与えないで、検査の終わったウエハを再びラインに戻して使用でき、歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による不良解析装置の全体構成図である。
【図2】チャージアップの説明図である。
【図3】チャージアップの説明図である。
【図4】本発明の一実施形態による不良解析装置を用いたチャージアップ防止の原理説明図である。
【図5】本発明の一実施形態による不良解析装置の動作時の模式図である。
【図6】本発明の一実施形態による不良解析装置によって検出される二次電子信号の説明図である。
【符号の説明】
10…FIB
11…イオン銃
12…イオンビーム
13…FIB電磁レンズ
14…FIB偏向レンズ
15…FIB対物レンズ
20…SEM
21…電子銃
22…電子ビーム
23…SEM電磁レンズ
24…SEM偏向レンズ
25…SEM対物レンズ
30…Arイオンシャワー
31…Arイオン銃
32…Arイオンビーム
33…Ar用電磁レンズ
34…Ar用対物レンズ
40…試料ホルダー
42…試料
50…二次電子検出器
52…画像処理装置
54…画像表示モニター[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a failure analysis apparatus for analyzing a part of a defect such as a semiconductor wafer, and more particularly, to processing a part of the defect by a focused ion beam apparatus (FIB) and then processing the part by a scanning electron microscope (SEM). The present invention relates to a failure analysis device suitable for observing a failure.
[0002]
[Prior art]
In a conventional failure analysis device, when a sample to be analyzed is a semiconductor or an insulator, when the SEM is used to observe the sample, the SEM electrons may charge up the sample and cause a phenomenon that cannot be observed. As a measure against the charge-up, a method of depositing carbon (C), aluminum (Al), platinum (Pt), or the like on a sample surface is known.
[0003]
Also, for example, as described in JP-A-2-15546, a method of irradiating an ion shower from the back surface of a sample to neutralize charged electrons is known.
[Patent Document]
JP-A-2-15546
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of depositing carbon or the like on the surface of a sample is a method for preventing charge-up on the entire surface of the sample other than the observation surface, even when multiple chips are formed on a semiconductor wafer and defects of one of the chips are investigated. Metal had to be deposited and the wafers had to be discarded after investigation due to contamination. Therefore, normal chips other than defective chips are discarded, and the yield is reduced.
[0005]
Further, in the method described in JP-A-2-15546, when the ion shower is applied to the surface of the sample, the sample is processed and damaged, so that the yield is reduced.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a failure analysis apparatus that can return a wafer after inspection to a line again without damaging the surface other than the sample surface observed by the SEM and can improve the yield.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a focused ion beam device for processing a sample by irradiating an ion beam, and a scanning electron beam for irradiating a portion processed by the focused ion beam device with an electron beam. In a microscope and a defect analysis device that detects secondary electrons generated by electron beam irradiation by the scanning electron microscope and displays an image, simultaneously with the electron beam irradiation by the scanning electron microscope, the electron beam irradiation position is wider than the electron beam irradiation position. An ion shower device for irradiating an ion shower with an acceleration voltage lower than the acceleration voltage of the ion beam at the time of processing by the focused ion beam device is provided in the range.
With this configuration, the irradiation of the ion shower prevents the sample surface from being charged up by the electron beam irradiation with the scanning electron microscope, and does not damage the surface other than the sample surface to be observed by the SEM. The finished wafer can be returned to the line and used again, and the yield can be improved.
[0008]
(2) In the above (1), preferably, an ion source of an inert gas is used as an ion source of the ion shower device.
[0009]
(3) In the above (1), preferably, an image processing device for removing a secondary electron signal generated by an ion shower by the ion shower device when performing image processing of secondary electrons generated by electron beam irradiation is provided. It was made.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration and operation of the failure analysis device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a failure analysis device according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are explanatory diagrams of charge-up. FIG. 4 is a view for explaining the principle of charge-up prevention using the failure analyzer according to one embodiment of the present invention.
[0011]
The failure analyzer according to the present embodiment includes a focused ion beam device (FIB) 10 used for processing a defective portion, a scanning electron microscope (SEM) 20 used for observing a portion processed by the FIB 10, and an
[0012]
The FIB 10 irradiates the
[0013]
The
[0014]
Here, when the
[0015]
Here, the charge-up phenomenon due to the electron beam irradiation of the SEM will be described with reference to FIGS.
[0016]
As shown in FIG. 2A, when a sample (semiconductor wafer) 42 held in a
[0017]
Further, as shown in FIG. 3A, when charge-up due to electrons e- occurs, the irradiation position of the electron beam 22 'moves. As a result, as shown in FIG. 3B, the position to be observed moves by an amount corresponding to the movement of the irradiation position of the electron beam as compared with the state shown in FIG. 2C.
[0018]
In order to avoid the above-described phenomenon due to charge-up, the present embodiment includes an
[0019]
The
[0020]
Here, as shown in FIG. 4A, the surface of the sample (semiconductor wafer) 42 at the irradiation part of the
[0021]
Here, as the ion shower, in addition to Ar (argon), an ion shower of an inert gas such as N 2 (nitrogen) is used. If an ion shower other than the inert gas is used, the atoms of the ion shower adhere to the surface of the
[0022]
The acceleration voltage of the Ar ion shower is set to a low acceleration voltage of about 100 to 500 V. This accelerating voltage is lower than the accelerating voltage (30 to 40 KV) at the time of FIB processing. If the acceleration voltage is increased, the surface of the sample is etched by the ion beam, and the sample is damaged. To avoid this, the acceleration voltage is set lower than the acceleration voltage (30 to 40 KV) during FIB processing.
[0023]
In the flat milling in which the end face is processed into a flat surface after performing the FIB processing, the acceleration voltage of Ar ions is set to 2 to 3 KV, and the acceleration voltage of the
[0024]
Next, the operation of the failure analysis device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the operation of the failure analysis device according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram of a secondary electron signal detected by the failure analysis device according to one embodiment of the present invention.
[0025]
As shown in FIG. 5, the
[0026]
On the other hand, the
[0027]
The intensity of the secondary electrons detected by the
[0028]
Therefore, in the present embodiment, first, only the
[0029]
As described above, according to the present embodiment, in the failure analysis of a semiconductor wafer or the like, not only the vapor deposition work for obtaining conductivity to prevent charge-up is unnecessary, but also a highly accurate failure analysis is performed. After the defect analysis, the wafer can be returned to the line for reuse. Therefore, since a normal chip can be used as it is, the yield can be improved. In addition, since a vapor deposition operation for obtaining conductivity is performed, it is not necessary to temporarily remove the sample from the apparatus, and the failure analysis time can be reduced.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, the wafer after the inspection can be returned to the line and used without damaging the surface other than the sample surface observed by the SEM, and the yield can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a failure analysis device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of charge-up.
FIG. 3 is an explanatory diagram of charge-up.
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of charge-up prevention using a failure analysis device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the operation of the failure analysis device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a secondary electron signal detected by the failure analysis device according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... FIB
DESCRIPTION OF
21 ...
Claims (3)
上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射と同時に、この電子ビーム照射位置よりも広い範囲に、上記収束イオンビーム装置による加工時のイオンビームの加速電圧よりも低い加速電圧にてイオンシャワーを照射するイオンシャワー装置とを備え、
このイオンシャワーの照射により、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって上記試料表面がチャージアップするのを防止することを特徴とする不良解析装置。A focused ion beam device that irradiates an ion beam to process a sample, a scanning electron microscope that irradiates a portion processed by the focused ion beam device with an electron beam, and an electron beam irradiated by the scanning electron microscope. In a failure analyzer that detects secondary electrons and displays an image,
Simultaneously with the electron beam irradiation by the scanning electron microscope, ions that are irradiated with an ion shower at an acceleration voltage lower than the acceleration voltage of the ion beam at the time of processing by the convergent ion beam device over a range wider than the electron beam irradiation position. Equipped with a shower device,
A defect analysis apparatus characterized in that the irradiation of the ion shower prevents the sample surface from being charged up by electron beam irradiation by the scanning electron microscope.
上記イオンシャワー装置のイオン源として、不活性ガスのイオン源を用いることを特徴とする不良解析装置。The defect analysis device according to claim 1,
A failure analysis device characterized in that an inert gas ion source is used as the ion source of the ion shower device.
電子ビーム照射によって発生した二次電子を画像処理する際、上記イオンシャワー装置によるイオンシャワーにより発生した二次電子信号を除去する画像処理装置を備えたことを特徴とする不良解析装置。2. The image processing apparatus according to claim 1, further comprising an image processing device for removing a secondary electron signal generated by an ion shower by said ion shower device when performing image processing on secondary electrons generated by electron beam irradiation. Failure analysis device.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2006155983A (en) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Sii Nanotechnology Inc | Destaticizing method of electron beam defect correction device and its device |
JP2008145242A (en) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Sii Nanotechnology Inc | Observation method and machining method of diamond probe for machining of atomic force microscope |
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- 2003-02-18 JP JP2003040146A patent/JP2004253182A/en active Pending
Cited By (2)
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