JP5352135B2 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の電気特性をプローブを用いて検査する検査装置及び検査方法に関する。

半導体チップ上に形成された微細な電子回路の電気的欠陥を検出するための検査装置としては、被測定点に電子ビームを照射し、測定点より発生する２次電子放出量が測定点の電圧値によって変化することを利用して、ＬＳＩの電気的不良箇所を検出する電子ビームテスタや、ＬＳＩ上に形成した特性測定用パッドの位置に合わせて配置された複数のメカニカルプローブ（探針）をその測定用パッドに触針させて、ＬＳＩの電気特性を測定するプローバ装置等の検査装置が知られている。このようなプローバ装置に関わる技術としては、例えば、特許文献１，２及び３に記載のものがある。

特許文献１には、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）の試料室内にプローブ（探針）を設置し、走査電子顕微鏡で測定対象試料である電子素子を観察しながら、プローブの先端をその電子素子の所望箇所に触針させることにより、微細な電子素子の電気特性を計測する不良検査装置が記載されている。

特許文献２には、走査電子顕微鏡を用いた不良検査装置において、プローブ及び試料を載置する試料台のそれぞれを駆動する独立の駆動手段と、プローブと試料台を一体的に駆動するベースステージ駆動手段とを備え、さらに、走査電子顕微鏡画像と配線レイアウトのデータを用いたＣＡＤナビゲーション方式を採用することにより、触針所望箇所の走査電子顕微鏡画像を取得し、プローブの触針を行う不良検査装置が記載されている。

また、特許文献３には、独立して駆動できる複数のプローブの位置や動作等を容易に制御するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を有する不良検査装置が記載されている。

特開平９−３２６４２５号公報 特開２００５−２１００６７号公報 特開２００６−１２５９０９号公報

近年、半導体素子の電気特性評価技術においては、電気回路としての電気特性評価やトランジスタ単体の電気特性評価に加えて、半導体素子の信頼性及び安全性評価のための温度特性評価技術に関するニーズが高まっている。

従来技術による温度特性評価では、測定対象である半導体試料を試料台に固定し、まず、常温時に、先端を半導体試料の測定用パッドに触針させて電気特性を測定した後、プローブ先端を少し離し、次いで、試料全体の温度を調整（加熱又は冷却）して、試料が熱平衡に達した後、プローブの先端を半導体試料の測定用パッドに触針させて電気特性を測定し、その後、プローブ先端を少し離すという作業を繰り返す。

このような温度特性評価においては、温度調整時に、試料台及びプロービング機構等を含む試料室全体の温度を変化させており、この温度変化による試料台及びプロービング機構等の伸縮により試料ドリフトが発生していた。このため、温度調整の度にプローブの触針位置を調整する必要があり非常に手間がかると共に、温度調整から熱平衡に達し試料ドリフトが収束するまでの時間は非常に長く、スループットの悪化を招いていた。スループットを改善するために、試料ドリフト中にプローブを測定用パッドに触針し電気特性を測定することも考えられるが、試料ドリフト中の無理な触針動作は、プローブ先端や試料の測定用パッドの破損や磨耗を引き起こし、プローブ及び測定対象試料の寿命低下の原因となる。また、試料台及びプロービング機構等の加熱による電気的ノイズの増加は、測定精度や測定安定性に悪影響を及ぼす可能性がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、試料の温度調整を局所的に行うことにより、試料ドリフトを抑制することができる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、試料を保持する試料ステージと、前記試料に電磁波を照射する電磁波照射手段とを備え、前記試料に電磁波を照射することにより、前記試料の温度を調整するものとする。

本発明によれば、試料の測定対象箇所に電磁波を照射することにより、試料の温度調整を行うので、その試料の局所的な温度調整が可能となり、試料ドリフトを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

本発明の第１の実施の形態を図１〜図４を用いて説明する。

図１は、本実施の形態の不良検査装置の全体構成を示した図である。

図１において、本実施の形態の不良検査装置１００は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：以下ＳＥＭと記載する）１と、試料駆動装置２と、試料測定装置３と、制御システム４と、電磁波制御システム５と、ＳＥＭ制御用ＰＣ１１７とを備えている。

ＳＥＭ１は、１次電子線１０３を射出する電子源（図示せず）及び１次電子線１０３を導き測定対象試料である半導体試料１１８に照射する電子ビーム光学系と、１次電子線１０３の照射により半導体試料１１８から発生した２次電子１０５を検出する２次電子検出器１０４と、電子ビーム光学系の動作、例えば、電子源の電子ビーム引出し電圧や偏向レンズへの印加電圧などを制御する電子ビーム光学系制御装置１１６とを備えている。本実施の形態の電子ビーム光学系は、１次電子線１０３を測定対象試料上に照射し、かつ走査する照射光学系を形成しており、電子ビームを発生する電子源やビームを走査するための偏向装置，電子ビームを収束するためのレンズ等を含んでいる。

また、本実施の形態の不良検査装置１００は、真空チャンバ１０２内に設けられた試料台１０９に保持された半導体試料１１８の上側及び横側からの画像を取得するための複数の光学顕微鏡又はＣＣＤカメラ（図示せず）等を備えている。

真空チャンバ隔壁１０２は、大気圧の領域と真空の領域を隔てる隔壁である。ＳＥＭ１の電子ビーム光学系を覆う電子ビームカラム１０１の照射部及び２次電子検出器１０４の電子を検出するセンサ部は、真空チャンバ隔壁１０２内に配置されているが、電源及び伝送線が接続される部分は、真空チャンバ隔壁１０２の外部に突き出て配置されている。つまり、ＳＥＭ１の電子ビーム光学系を覆う電子ビームカラム１０１及び２次電子検出器１０４は、真空チャンバ隔壁１０２を貫通するように配置されている。

試料駆動装置２は、半導体試料１１８を保持する試料台１０９と、試料台１０９を保持し、この試料台１０９をＸ，Ｙ（水平）方向へ駆動する試料台駆動装置１１０と、試料台駆動手段１１０を保持し、Ｘ，Ｙ（水平），Ｚ（垂直）方向へ駆動する駆動手段を有するベースステージ１１１と、ベースステージ１１１を保持するベース１１２を備えている。試料台１０９と試料台駆動装置１１０とを合わせて試料ステージと呼ぶ。ベースステージ１１１上には、試料ステージと共にプローブ駆動部（後述）１０８が保持されており、ベースステージ１１１をベース１１２に対して相対的に駆動することにより、試料ステージとプローブ駆動部１０８を一体的に駆動することができる。試料ステージ、ベースステージ１１１及びベース１１２は、真空チャンバ隔壁１０２内に配置されている。

試料測定装置３は、半導体試料１１８の所定箇所に触針される複数（例えば６つ）のメカニカルプローブ（図１では２つのみ図示）１０６と、この複数のメカニカルプローブ（以下、単にプローブと記載する）１０６のそれぞれを保持するプローブホルダである複数（例えば６つ）のアタッチメント１０７と、このアタッチメント１０７のそれぞれを保持し、プローブ１０６をアタッチメント１０７と共に所望の位置に移動する複数（例えば６つ）のプローブ駆動部１０８と、プローブ１０６を介して半導体試料１１８の電気特性を計測する電気特性測定器１１３とを備えている。

プローブ１０６は、半導体試料１１８の測定用パッド２０３，２０４，２０５，２０６（後の図３参照）などの所定箇所に触針するものであり、このプローブ１０６を介して半導体試料１１８の電気特性測定を行う（後述）。

プローブ駆動部１０８は、試料駆動装置２の試料ステージと共に、ベースステージ１１１に保持されている。６つのプローブ駆動部１０８は、それぞれ、プローブ１０６をアタッチメント１０７ごとＸ，Ｙ（水平），Ｚ（垂直）方向に駆動する駆動手段である。

試料ステージは、試料台１０９を駆動することにより半導体試料１１８を駆動することができ、プローブ駆動部１０８は、６つのプローブ１０６を個別に駆動することができ、ベースステージ１１１は、試料ステージとプローブ駆動部１０８とを一体的に駆動することができるので、従って、半導体試料１１８とプローブ１０６の両者を、独立的にも一体的にも駆動することができる。また、試料台１０９を試料台駆動装置１１０によりベースステージ１１１に対して相対的に駆動することにより、６つのプローブ１０６同士の相対位置を変えることなく半導体試料１１８に対する相対位置を変えることが出来る。

試料測定装置３の電気特性測定器１１３は、真空チャンバ隔壁１０２の外部に設置されており、プローブ１０６，アタッチメント１０７及びプローブ駆動部１０８は、真空チャンバ隔壁１０２の内部に設置されている。

電気特性測定器１１３は、プローブ１０６を介して半導体試料１１８の所望の箇所、例えば、測定用パッド２０３，２０４，２０５，２０６（後の図３参照）に電流，電圧を印加する電源（図示せず）と、半導体試料１１８の所望の箇所の電流，電圧を検出する検出器（図示せず）とを有している。試料台１０９及びアタッチメント１０７は、この電気特性測定器１１３に接続されており、電気特性測定器１１３は、電圧，電流の印加及び検出を行い、主としてプローブ１０６及びアタッチメント１０７を介して半導体試料１１８の電流，電圧特性を計測し、その電流，電圧特性を元に所望の特性値を算出する。この特性値は、例えば、プローブ１０６の触針箇所の電流値，電圧値及び抵抗値などである。本実施の形態のように、測定対象試料として半導体試料を用いる場合には、電気特性測定器１１３として、例えば、半導体パラメータアナライザなどが用いられる。電気特性測定器１１３により得られた半導体試料１１８の電流，電圧特性の波形及び各特性値（以下、単に電気特性データと記載する）は、伝送線を介して制御システム４の制御コンピュータ１１４に伝送される。

電磁波制御システム５は、電磁波を生成する電磁波光源（電磁波生成装置）１２１と、電磁波光源１２１で生成した電磁波を半導体試料１１８の測定対象箇所に照射する光ファイバ１２０と、半導体試料１１８の測定対象箇所から放射される電磁波の強さを検出する電磁波計測機構１２２と、半導体試料１１８の測定対象箇所から放射される電磁波を電磁波計測機構１２２に伝える光ファイバ１１９と電磁波計測機構１２２で計測した電磁波（例えば、赤外線）の強さを基に半導体試料１１８の温度を計算し、その温度のデータを制御コンピュータ１１４に出力すると共に、制御コンピュータ１１４からの指令信号に基づいて電磁波光源１２１で生成する電磁波の周波数及び強さを制御する電磁波制御機構１２３とを備えている。本例においては、電磁波計測機構１２２及び電磁波制御機構１２３が半導体試料１１８の電磁波照射箇所の温度を測定する温度測定機構を構成する。但し、電磁波計測機構１２２に電磁波の検出値を温度測定値に変換する機能がある場合には、電磁波計測機構１２２が単体で温度測定を行い、電磁波制御機構１２３において半導体試料１１８の温度を算出する機能を省略することができる。

電磁波光源１２１は、種々の周波数の電磁波を生成することが可能である。生成する電磁波の周波数を調整する具体的方法としては、電磁波を生成する光源の種類を切り換える方法や電磁波を生成する光源からの電磁波の中から特定の周波数の電磁波を選択的に取り出す方法がある。前者の場合、例えば、異なる周波数の電磁波を生成する光源をリボルバー状に構成した光源切り換え機構を回転させて光源種を変更する方法が例示できる。後者の場合、例えば、回折格子を用いて特定の波長を選択する方式が考えられる。電磁波光源１２１では、例えば赤外線（波長０.７μｍ〜１mm）や紫外線（波長１０ｎｍ〜４００ｎｍ）などの電磁波を生成する。

電磁波光源１２１，電磁波計測機構１２２及び電磁波制御機構１２３は真空チャンバ隔壁１０２の外部に配置されており、一端を電磁波光源１２１及び電磁波計測機構１２２に接続された光ファイバ１１９，１２０は、真空チャンバ隔壁１０２を貫通して設けられ、他端を半導体試料１１８の測定対象箇所の近傍に、その先端を測定対象箇所に向けて配置されている（後の図２参照）。

制御システム４は、制御コンピュータ１１４と、メモリ等の記憶機器１１５とを備えている。電気特性測定器１１３で計測され、制御コンピュータ１１４に伝送された半導体試料１１８の電気特性データは、制御コンピュータ１１４に備えられた光学ディスク，ハードディスク又はメモリなどの記憶機器１１５に格納され、制御コンピュータ１１４は、この電気特性を解析することにより半導体試料１１８の測定箇所が不良か正常かなどの判定を行う。また、制御コンピュータ１１４は、不良検査装置１００の全体の動作を制御する役割も果たしており、入力手段により各装置の設定パラメータが設定されたら、記憶機器１１５に記憶したソフトウェアに従って、電子銃制御装置１１６，２次電子検出器１０４，電磁波制御機構１２３，試料ステージ及びベースステージ１１１等の各構成装置を制御する。

ＳＥＭ制御用ＰＣ１１７は、ＳＥＭ１の光学条件，倍率，フォーカス，イメージシフト，ＳＥＭ画像の明るさ，スキャンスピード，アライメント，画像の記録，試料駆動装置２の試料ステージ及び試料測定装置３のプローブ１０６の位置等をＧＵＩ（Graphical User Interface）操作やキーボードへのコマンド入力により制御するものであり、制御コンピュータ１１４を介して電子銃制御装置１１６に制御信号を伝送することで電子ビーム光学系（図示せず）を制御し、２次電子検出器１０４で検出した検出信号を取得すると共に、試料台駆動装置１１０，ベースステージ１１１，プローブ駆動部１０８，光学顕微鏡，ＣＣＤカメラ等の動作を制御する。

図２は、本実施の形態の不良検査装置における電気特性測定時の横方向からの光学顕微鏡像を示す図である。

図２において、半導体試料１１８は試料台１０９に保持されており、この半導体試料１１８の測定対象箇所には、ＳＥＭ１の電子ビーム光学系（図示せず）から１次電子線１０３が照射されると共に、その測定用パッド（後の図３参照）２０３，２０４，２０５，２０６にはプローブ１０６が触針されている。また、半導体試料１１８の測定対象箇所の近傍には光ファイバ１１９，１２０の一端が、その先端を測定対象箇所に向けて配置されている。この状態で、電磁波光源１２１において電磁波（例えば、赤外線や紫外線）を生成し、光ファイバ１２０を介して半導体試料１１８の測定対象箇所に照射する。

電磁波光源１２１において、例えば、赤外線（例えば、波長４μｍ〜１mmの遠赤外線）を生成し、光ファイバ１２０を介して半導体試料１１８の測定対象箇所に照射する場合、測定対象箇所は照射された赤外線の作用により局所的に加熱される。また、全ての物体は、その温度に比例した強さの赤外線を放出しており、測定対象箇所から放出される赤外線を光ファイバ１１９を介して電磁波計測機構１２２に入力して赤外線の強さを計測し、この赤外線の強さのデータを電磁波制御機構１２３に送り、このデータを基に半導体試料１１８の測定対象箇所の温度を知ることができる。制御コンピュータ１１４は、このようにして得られた半導体試料１１８の測定対象箇所の温度と設定温度の偏差が小さくなるように電磁波光源１２１で生成する赤外線の強さを制御することにより、測定対象箇所の温度を調整する。

また、電磁波光源１２１において、紫外線（波長１０ｎｍ〜４００ｎｍ）を生成し、光ファイバ１２０を介して半導体試料１１８の測定対象箇所に照射する場合、半導体試料１１８の表面の帯電や汚染を除去することができる。また、帯電除去に有効な電磁波としては、例えば、波長が２５３.７ｎｍの紫外線が知られている。また、例えば、真空チャンバ１０２内に適量の酸素を導入した状態で、例えば、波長が１８４.９ｎｍ及び２５７.７ｎｍの紫外線（低圧紫外線ランプなどで生成可能）を半導体試料１１８に照射した場合には、半導体試料１１８の表面の汚染物質（例えばカーボン等の有機物）を除去することができる。

図３は、半導体試料１１８の電気特性を測定する場合のＳＥＭ画像を示す図である。

図３において、半導体試料１１８は、ソース，ドレイン，ゲート，ウェルのそれぞれに繋がる測定用パッド２０３，２０４，２０５，２０６を有しており、試料測定装置３が備える６つのプローブ１０６のうちの４つのプローブ１０６がプローブ駆動部１０８等により、それぞれの測定用パッドに触針されている。測定用パッドに触針しない２つのプローブ１０６は、その他のプローブ１０６などの駆動に障害にならない位置に退避させる。

この状態で、電気特性測定器１１３により測定用プローブ１０６を介して所望の測定用パッドに電圧を印加し、測定用プローブ１０６を介して所望の測定用パッドの電圧や電流を測定することにより、半導体試料１１８の電気特性データを取得する。例えば、ソースに繋がる測定用パッド２０３とドレインに繋がる測定用パッド２０４間に電圧を印加した状態でゲートに繋がる測定用パッド２０５に電圧を掃引し、測定用パッド（ソース）２０３と測定用パッド（ドレイン）２０４の間を流れる電流を測定することにより、あるソース，ドレイン間電圧における、ゲート電圧とドレイン電流の関係を示す波形（電流，電圧特性）を得ることが出来る。この電流，電圧特性の波形や各特性値などの電気特性データは、電気特性測定器１１３のディスプレイ（図示せず）に表示されると共に、制御コンピュータ１１４に伝送される。

以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。

本実施の形態の不良検査装置１００において、測定対象試料の一例として半導体試料１１８を測定する場合、この半導体試料１１８は試料台１０９に保持される。

まず、ＳＥＭ制御用ＰＣ１１７を操作し、光学顕微鏡の低倍率の観察像により半導体試料１１８の測定対象箇所と本実施の形態で使用する４つのプローブ１０６プローブ１０６を水平方向及び垂直方向の位置関係を観察しながら、４つのプローブ１０６を水平方向及び垂直方向に駆動し、半導体試料２０１の測定対象箇所と４つのプローブ１０６の相対位置をＳＥＭ１で観察可能な範囲まで近づける。

次に、ＳＥＭ１を用いて、半導体試料１１８の測定対象箇所及び４つのプローブ１０６を観察しながら、例えば、４つのプローブ１０６を半導体試料２０１の所望の測定用パッドに触針させる。

この状態で、例えば半導体パラメータアナライザ等の電気特性測定器１１３が有する通電手段により、所望のプローブ１０６を介して半導体試料１１８の測定用パッドに電圧，電流を掃引し、それと同時に所望のプローブ１０６を介して半導体試料１１８の測定用パッドの電圧，電流を測定することにより、常温における半導体試料１１８の電流，電圧特性の波形を得る。電気特性測定器１１３は、この電流，電圧特性を元に、電流値，電圧値及び抵抗値等の所望の特性値を算出し、この特性値と電流，電圧特性の波形を図示しないディスプレイに表示すると共に、伝送線を介して制御コンピュータ１１４に伝送する。制御コンピュータ１１４は、電気特性測定器１１３から伝送された特性値を記憶機器１１５に格納すると共に、この特性値を解析することにより半導体試料１１８の測定箇所が不良か正常かなどの判定を行う。常温における半導体試料１１８の電流，電圧特性の測定が終了したら、半導体試料１１８の測定用パッドへの電流，電圧の掃引を停止する。

次に、制御コンピュータ１１４の入力手段を用いて、半導体試料１１８の測定対象箇所の温度を設定する。制御コンピュータ１１４は、電磁波制御機構１２３を制御して、電磁波光源１２１に赤外線（例えば、波長４μｍ〜１mmの遠赤外線）を生成させ、光ファイバ１２０を介して半導体試料１１８の測定対象箇所に照射することにより、この測定対象箇所を局所的に加熱する。

ここで、プローブ１０６を試料へ接触させる前に、電磁波照射部領域内に移動することによりプローブ１０６も加熱され、プローブと試料の接触時に起きる熱損失及び熱膨張を回避することができる。なお、常温においてプローブを接触させた状態であれば、接触状態のまま、プローブ及び試料測定箇所に電磁波を照射させてもよい。

そして、半導体試料１１８の測定対象箇所が所望の設定温度に達して安定したら、電気特性測定器１１３は、所望のプローブ１０６を介して半導体試料１１８の測定用パッドに電圧，電流を掃引すると共に、所望のプローブ１０６を介して半導体試料１１８の測定用パッドの電圧，電流を測定することにより、所望の高温時における半導体試料１１８の電流，電圧特性の波形を得る。電気特性測定器１１３は、この電流電圧特性を元に特性値を算出し、この特性値と電流，電圧特性をディスプレイに表示すると共に、伝送線を介して制御コンピュータ１１４に伝送する。制御コンピュータ１１４は、電気特性測定器１１３から伝送された特性値を記憶機器１１５に格納すると共に、この特性値を解析することにより半導体試料１１８の測定箇所が不良か正常かなどの判定を行う。

このように、半導体試料１１８の測定対象箇所を局所的に加熱するので、試料全体を加熱する場合と異なり試料駆動装置２及び試料測定装置３の熱膨張による試料ドリフトが抑制される。したがって、プローブ１０６を測定用パッドに触針した状態での温度変調において、試料ドリフトによりプローブ１０６が受ける曲げ力を抑えることができる。よって、プローブ１０６を測定用パッドに触針した状態での温度変調においても、プローブ１０６及び測定用パッドへの負荷を抑制することができる。

以上のように構成した本実施の形態においては、半導体試料１１８の測定対象箇所を局所的に加熱することにより、試料駆動装置２及び試料測定装置３の伸縮を抑制することができ、試料ドリフトを抑制しつつ温度変調を行うことができる。これにより、半導体試料１１８の温度変調を行う場合、従来のように試料ドリフトが収束するまでの間に測定を中断する必要が無くなり、試料ドリフトの収束を待っていた従来と比較して、スループットを大幅に改善することができる。

また、試料駆動装置及び試料測定装置などの加熱による電気的ノイズの増加を防止することができ、測定精度や測定安定性を確保することができる。

さらに、半導体試料１１８の所望の箇所を所望の温度で加熱することができるので、半導体試料１１８の所望の箇所に付着したカーボンなどの吸着物を加熱することにより除去することができる。

また、半導体試料１１８の所望の箇所に紫外線を照射し、ＳＥＭ１による観察時の所望箇所の帯電及び試料汚染を除去することが出来るので、長時間の安定した観察が可能となる。

本発明の第２の実施の形態を図４及び図５を用いて説明する。本実施の形態は、上記第１の実施の形態における電磁波照射用の光ファイバの先端に電磁波の照射範囲を絞り込むためのレンズを備えたものである。

図４は、本実施の形態における電磁波照射用の光ファイバの先端部を示す図である。

図４において、本実施の形態における電磁波照射用の光ファイバ３０３は、電磁波光源１２１で生成された電磁波を伝える光ファイバ部３０１と、伝えられた電磁波を絞り込むレンズ部３０２とを備えている。電磁波光源１２１で生成された電磁波（例えば、波長４μｍ〜１mmの遠赤外線）は、光ファイバ部３０１により伝えられ、レンズ部３０２において絞り込まれて照射されるので、半導体試料１１８に加工マーキングを施すことができる。

図５は、本実施の形態におけるＳＥＭ画像の一例を示す図である。図５に示すＳＥＭ画像中には、半導体試料１１８と、４つのプローブ１０６と、光ファイバ３０３が示されている。電磁波光源１２１で生成した赤外線を、光ファイバ３０３を介して半導体試料１１８に照射しながら、半導体試料１１８と共に試料台１０９を試料台駆動装置１１０によりＸ，Ｙ（水平）方向に方形に駆動すると、図５中に符号３０４で示すように、方形の加工マーキングを施すことができる。

その他の構成は、本発明の第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においては、電磁波光源１２１で生成した電磁波を半導体試料１１８の所望の箇所に絞り込んで照射することができるので、その照射位置に加工マーキングを施すことができる。

また、半導体試料１１８に赤外線を照射しながら、半導体試料１１８を試料台１０９と共に駆動することにより、半導体試料１１８に任意の形状の加工マーキングを施すことができる。

なお、本実施の形態では、方形の加工マーキング３０４を施す場合を例にとり説明したが、これに限られず、半導体試料１１８を任意の方向（水平方向）に駆動することにより、任意の形状の加工マーキングを施すことが可能である。

本発明の第３の実施の形態を図６〜図１１を用いて説明する。図中、図１に示した部材と同等の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。本実施の形態は、プローブのアタッチメントの一部を電磁波照射用の光ファイバのアタッチメントと交換し、電磁波照射用の光ファイバを駆動できるようにしたものである。

図６は、本実施の形態の不良検査装置１００Ａの全体構成を示した図である。

図６において、本実施の形態の不良検査装置１００Ａは、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：以下ＳＥＭと記載する）１と、試料駆動装置２と、試料測定装置３Ａと、制御システム４と、電磁波制御システム５Ａと、ＳＥＭ制御用ＰＣ１１７とを備えている。

試料測定装置３Ａは、半導体試料１１８の所定箇所に触針される複数（例えば４つ）のプローブ（図１では１つのみ図示）１０６と、半導体試料１１８の所望の箇所に電磁波を照射するための光ファイバ１２７と、半導体試料１１８の所望の箇所から放射される電磁波を受けるための光ファイバ２２７（後の図１０参照）と、プローブ１０６及び光ファイバ１２７，２２７のそれぞれを先端部１２５ａ及び先端部１２５ｂを介して保持する複数（例えば６つ）のアタッチメント１０７ａと、このアタッチメント１０７ａのそれぞれを保持し、プローブ１０６及び光ファイバ１２７，２２７のそれぞれをタッチメント１０７ａと共に所望の位置に移動する複数（例えば６つ）のプローブ駆動部１０８と、プローブ１０６を介して半導体試料１１８の電気特性を計測する電気特性測定器１１３とを備えている。

アタッチメント１０７ａの保持する先端部１２５ａ及び１２５ｂは取り外し可能となっており、それぞれ、プローブ１０６や光ファイバ１２７，２２７を保持する種々の先端部と交換可能である。

電磁波制御システム５Ａは、電磁波を生成して出力すると共に、入力される電磁波の強さを計測する電磁波光源及び電磁波計測機構１２４と、電磁波光源及び電磁波計測機構１２４で生成した電磁波を光ファイバ１２７に伝える光ファイバ１２６と、光ファイバ２２７で受けた電磁波を電磁波光源及び計測機構１２４に伝えるための光ファイバ（図示せず）と、電磁波光源及び電磁波計測機構１２４で計測した電磁波の強さを基に半導体試料１１８の温度を計算し、その温度のデータを制御コンピュータ１１４に出力すると共に、制御コンピュータ１１４からの指令信号に基づいて電磁波光源及び電磁波計測機構１２４で生成する電磁波の周波数及び強さを制御する電磁波制御機構１２３とを備えている。

電磁波光源及び電磁波計測機構１２４は、生成する電磁波の周波数を変えることが可能であり、例えば、異なる周波数の電磁波を生成する光源をリボルバー式で変更及び選択する方式や、回折格子を用いて各波長を選択する方式などにより電磁波を生成する。電磁波光源１２１では、例えば赤外線（波長０.７μｍ〜１mm）や紫外線（波長１０ｎｍ〜４００ｎｍ）などの電磁波を生成する。

図７は、本実施の形態におけるアタッチメントと、その接続関係の一例を示した模式図であり、図８及び図９は、それぞれ、アタッチメント及び先端部の詳細を示す図である。

図７において、アタッチメント１０７ａは、プローブ駆動部１０８に保持されており、光ファイバ１２６を介して電磁波光源及び電磁波計測機構１２４と接続されると共に、伝送線１１３ａを介して、電気特性計測器１１３と接続されている。アタッチメント１０７ａには、電磁波照射用の光ファイバ１２７を有する先端部１２５ｂが接続されており、光ファイバ１２７は、先端部１２５ｂとアタッチメント１０７ａの接続部で光ファイバ１２６に接続されている。電気特性測定器１１３に接続された伝送線１１３ａは、アタッチメント１０７ａと先端部１２５ｂの接続部で遮断されている。このようにアタッチメント１０７ａと先端部１２５ｂを接続した場合においては、電磁波光源及び電磁波計測機構１２４で生成した電磁波を光ファイバ１２６を介して伝え、光ファイバ１２７を介して半導体試料１１８に照射することができる。

先端部１２５ｂは、図８に示すように、アタッチメント１０７ａに対して取り外し可能となっており、先端部１２５ｂに代えて、図９に示す先端部１２５ａ又は１２５ｃなど、他の構成のアタッチメントを接続することができる。アタッチメント１０７ａに先端部１２５ａを接続した場合、プローブ１０６は先端部１２５ａとアタッチメント１０７ａの接続部で伝送線１１３ａと接続され、光ファイバ１２６は遮断される。このように、アタッチメント１０７ａと先端部１２５ａを接続した場合において、電気特性測定器１１３は、プローブ１０６を介して半導体試料１１８の電気的特性を測定することができる。また、アタッチメント１０７ａに先端部１２５ｃを接続した場合、半導体試料１１８の所望箇所から放出される赤外線を光ファイバ２２７で受け、伝搬用の光ファイバ（図示せず）を介して電磁波光源及び電磁波計測機構１２４に入力して赤外線の強さを計測し、この赤外線の強さのデータを元に磁波制御機構１２３で計算することにより半導体試料１１８の所望箇所の温度を知ることができる。

図１０は、本実施の形態における半導体試料の電気特性測定時の横方向からの光学顕微鏡増を示す図であり、図１１は、電気特性測定時のＳＥＭ画像を示す図である。

図１０及び図１１において、半導体試料１１８の測定用パッド２０３，２０４，２０５，２０６にはプローブ１０６が触針されている。また、半導体試料１１８の測定対象箇所の近傍には光ファイバ１２７，２２７が測定対象箇所に向けて配置されている。この状態で、電磁波光源及び電磁波計測機構１２４において電磁波（例えば、赤外線や紫外線）を生成し、光ファイバ１２６及び光ファイバ１２７を介して半導体試料１１８の測定対象箇所に照射する。また、測定対象箇所から放出される赤外線を光ファイバ２２７を介して電磁波光源及び電磁波計測機構１２４に入力して赤外線の強さを計測し、この赤外線の強さのデータを電磁波制御機構１２３に送り、このデータを基に半導体試料１１８の測定対象箇所の温度を知ることができる。制御コンピュータ１１４は、このようにして得られた半導体試料１１８の測定対象箇所の温度と設定温度の偏差が小さくなるように電磁波光源１２１で生成する赤外線の強さを制御することにより、測定対象箇所の温度を調整する。

その他の構成は、本発明の第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様に、半導体試料１１８の測定対象箇所を局所的に加熱することにより、試料駆動装置２及び試料測定装置３の伸縮を抑制することができ、試料ドリフトを抑制しつつ温度変調を行うことができる。これにより、半導体試料１１８の温度変調を行う場合、従来のように試料ドリフトが収束するまでの間に測定を中断する必要が無くなり、試料ドリフトの収束を待っていた従来と比較して、スループットを大幅に改善することができる。

また、電磁波を照射する位置を、プローブ１０６と同様にアタッチメント１０７ａを駆動することにより操作することができるので、所望箇所に電磁波を照射することができる。

なお、本発明の実施の形態においては、電磁波光源及び電磁波計測機構は１つの構成である場合を例に取り説明したがこれに限られず、電磁波光源と電磁波計測機構を別々に設けても良い。

また、電磁波照射用の光ファイバを設けた先端部と電磁波を受けるための光ファイバを設けた先端部を別々に用意したがこれに限られず、この両方の光ファイバを設けた先端部及び、この先端部の光ファイバのそれぞれと電磁波光源及び電磁波計測機構を接続できるアタッチメントを用いても良い。

図１２に、電磁は照射用の光ファイバ１２６ａ及び、電磁波を受けるための光ファイバ１２６ｂを設けたアタッチメント１０７ｂを示す。本機構はプローブ１０６のみを加熱することが可能であり、プローブと試料の接触時に起きる熱損失及び熱膨張を回避することができる。

さらに、電磁波照射用の光ファイバの先端にレンズ部を設けたものを用いても良い。

また、本発明の第１〜第３の実施の形態においては、電磁波照射機構に光ファイバを用いる場合について説明したがこれに限られず、例えば、電磁波生成装置と一体又は別に設けたレンズなどを電磁波照射装置として用いても良い。

本発明の第１の実施の形態における不良検査装置の全体構成を示した図である。 本発明の第１の実施の形態における電気特性測定時の横方向からの光学顕微鏡像を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における電気特性測定時のＳＥＭ画像を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における光ファイバの詳細を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるＳＥＭ画像を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における不良検査装置の全体構成を示した図である。 本発明の第３の実施の形態におけるアタッチメントとその接続関係の一例を示す図である。 本実施の第３の実施の形態におけるアタッチメントの詳細を示す図である。 本実施の第３の実施の形態における先端部の詳細を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における電気特性測定時の横方向からの光学顕微鏡像を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における電気特性測定時のＳＥＭ画像を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるアタッチメントとその接続関係を示す図である。

符号の説明

１ ＳＥＭ
２ 試料駆動装置
３，３Ａ 試料測定装置
４ 制御システム
５，５Ａ 電磁波制御システム
１００，１００Ａ 不良検査装置
１０１ 電子ビームカラム
１０２ 真空チャンバ隔壁
１０３ １次電子線
１０４ ２次電子検出器
１０５ ２次電子
１０６ プローブ（メカニカルプローブ）
１０７，１０７ａ，１０７ｂ アタッチメント
１０８ プローブ駆動部
１０９ 試料台
１１０ 試料台駆動装置
１１１ ベースステージ
１１２ ベース
１１３ 電気特性測定器
１１４ 制御コンピュータ
１１５ 記憶機器
１１６ 電子ビーム光学系制御装置
１１７ ＳＥＭ制御用ＰＣ
１１８ 半導体試料
１１９，１２０，１２６，１２６ａ，１２６ｂ，１２７，２２７，３０３ 光ファイバ
１２１ 電磁波光源
１２２ 電磁波計測機構
１２３ 電磁波制御機構
１２４ 電磁波光源及び電磁波計測機構
１２５ａ，１２５ｂ 先端部
２０３〜２０６ 測定用パッド
３０１ 光ファイバ部
３０２ レンズ部
３０４ 加工マーキング

Claims (6)

1. 試料を保持するステージと、
   前記試料上の半導体素子の電気特性を測定するのに用いる複数のプローブと、
   前記試料に相対して前記プローブを駆動する駆動部と、
   前記プローブに電圧及び／又は電流を印加する電源と、
   前記プローブが接触した前記試料上の半導体素子の電気特性を測定する検出器と、
   前記プローブと試料に電磁波を照射する電磁波照射機構と、
   前記試料を真空雰囲気内に配置するための真空チャンバと、
   前記試料から放出される電磁波を計測する電磁波計測機構と、
   当該電磁波計測機構によって計測された電磁波に基づいて前記試料の温度を求め、当該温度に応じて前記電磁波照射機構を制御する制御コンピュータを備え、
   前記電磁波照射機構は、前記プローブと試料に照射される電磁波を生成する電磁波光源と、当該電磁波光源で生成した電磁波を照射する光ファイバとを備えていることを特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記プローブ又は前記電磁波照射機構を選択的に前記駆動部に取り付けるためのアタッチメントを備えていることを特徴とする検査装置。
3. 請求項１記載の検査装置において、
   前記電磁波照射機構が照射する電磁波の周波数及び／又は強度を調整する電磁波制御機構を備えていることを特徴とする検査装置。
4. 請求項１記載の検査装置において、
   前記電磁波照射機構は、前記電磁波として赤外線を試料に照射し、試料の赤外線照射箇所を加熱することを特徴とする検査装置。
5. 請求項１記載の検査装置において、
   前記電磁波照射機構は、前記電磁波として赤外線を試料に照射し、試料の赤外線照射箇所を加工することを特徴とする検査装置。
6. 請求項１記載の検査装置において、
   前記電磁波照射機構は、前記電磁波として紫外線を試料に照射し、試料の紫外線照射箇所の帯電又は汚染を除去することを特徴とする検査装置。

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