ナノプロービング

ナノプロービングは、ナノスケールのタングステン線を使用してデバイスの電気パラメータを抽出する方法であり、主に半導体業界で使用されています。個々のデバイスの特性評価は、初期の製品開発およびデバッグ中にエンジニアや集積回路設計者にとって役立ちます。これは、歩留まりの向上、品質と信頼性の問題、および顧客からの返品に対処するために、デバイス障害分析ラボでよく使用されます。市販のナノプロービングシステムは、真空ベースの走査型電子顕微鏡(SEM) または原子間力顕微鏡(AFM) のいずれかに統合されています。AFM 技術に基づくナノプロービングシステムは、原子間力ナノプローバー (AFP) と呼ばれます。

原理と動作

AFM ベースのナノプローバーでは、最大 8 つのプローブチップをスキャンして、高解像度の AFM トポグラフィー画像、および導電性 AFM、走査型静電容量、静電力顕微鏡画像を生成できます。導電性 AFM は、ショート、オープン、抵抗性接触、リークパスなどの電気的障害を識別して特定するためのピコアンペアの解像度を提供し、電流電圧測定のための正確なプローブ配置を可能にします。^[1] AFM ベースのナノプローバーは、高エネルギー電子ビームの露出によって引き起こされる物理的損傷や電気的バイアスなしに、ナノメートル規模のデバイス欠陥の位置特定と正確なトランジスタデバイスの特性評価を可能にします。

SEM ベースのナノプローバーの場合、ナノプロービングシステムを収容する顕微鏡の超高解像度により、オペレーターはプローブチップを正確に動かしてナビゲートできるため、ユーザーはチップがどこに着地するかをリアルタイムで正確に確認できます。既存のナノプローブニードルまたは「プローブチップ」の一般的なエンドポイント半径は 5 ～ 35 nm です。^[2]細いチップにより、最新の IC トランジスタの個々の接点ノードにアクセスできます。SEM ベースのナノプローバーでのプローブチップのナビゲーションは、通常、高精度の圧電マニピュレーターによって制御されます。一般的なシステムには、2 ～ 8 個のプローブマニピュレーターがあり、X、Y、Z 軸で 5 nm を超える配置解像度を備えたハイエンドツールと、テスト対象のサンプルをナビゲートするための高精度サンプルステージがあります。

半導体デバイスの用途と機能

一般的なナノプロービング技術には、以下のものが含まれますが、これらに限定されません。

一般的な
- DCトランジスタ特性評価（Id-VgおよびId-Vd測定）^[3]^[4]
- SRAM ビットセルの特性^[5]^[6]
- BEOL金属抵抗測定
AFMベースのツール特有の
- 導電性原子間力顕微鏡 (CAFM)
- 走査型静電容量顕微鏡 (SCM)
- 静電力顕微鏡（EFM）
SEMベースのツールに特化
- 電子線吸収電流イメージング（EBAC）^[7]^[8]
- 電子ビーム誘起電流 ( EBIC )
- 電子ビーム誘起抵抗変化（EBIRCH）^[9]

課題

よく発生する問題:

ナノプローブマニピュレータの安定性^[10]
ライブ画像解像度
プローブの導電性を維持する
チャンバー/表面汚染

参考文献

^ Kane, Terence; Tenney, Michael P. 「ナノプローブ容量電圧分光法（NCVS）による32nm SOI SRAMアレイ障害の局在化」。dl.asminternational.org . doi : 10.31399/asm.cp.istfa2009p0073 . 2023年4月23日閲覧。
^ Toh, SL; Tan, PK; Goh, YW; Hendarto, E.; Cai, JL; Tan, H.; Wang, QF; Deng, Q.; Lam, J.; Hsia, LC; Mai, ZH (2008). 「ナノプロービングによる故障メカニズムの解明に向けた詳細な電気解析」IEEE Transactions on Device and Materials Reliability . 8 (2): 387. doi :10.1109/TDMR.2008.920300. S2CID 24235354.
^ Fukui, M.; Nara, Y.; Fuse, J. (2012). 「ナノプロービングによる実際の LSI トランジスタの特性変動評価」2012 IEEE 21st Asian Test Symposium . p. 4. doi :10.1109/ATS.2012.80. ISBN 978-1-4673-4555-2. S2CID 23388036。
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外部リンク

ASM 国際試験および故障解析シンポジウム (ISTFA) の会議議事録
IEEE 集積回路の物理および故障解析に関する国際シンポジウム (IPFA)
SEMベースのナノプローバーに関する技術論文
SEMベースのシャトルナノプローバー
SEM用モバイルロボットベースのナノプローバー
Python スクリプト可能なナノプローバー

[1] Kane, Terence; Tenney, Michael P. 「ナノプローブ容量電圧分光法（NCVS）による32nm SOI SRAMアレイ障害の局在化」。dl.asminternational.org . doi : 10.31399/asm.cp.istfa2009p0073 . 2023年4月23日閲覧。

[2] Toh, SL; Tan, PK; Goh, YW; Hendarto, E.; Cai, JL; Tan, H.; Wang, QF; Deng, Q.; Lam, J.; Hsia, LC; Mai, ZH (2008). 「ナノプロービングによる故障メカニズムの解明に向けた詳細な電気解析」IEEE Transactions on Device and Materials Reliability . 8 (2): 387. doi :10.1109/TDMR.2008.920300. S2CID 24235354.

[3] Fukui, M.; Nara, Y.; Fuse, J. (2012). 「ナノプロービングによる実際の LSI トランジスタの特性変動評価」2012 IEEE 21st Asian Test Symposium . p. 4. doi :10.1109/ATS.2012.80. ISBN 978-1-4673-4555-2. S2CID 23388036。

[4] Toh, SL; Mai, ZH; Tan, PK; Hendarto, E.; Tan, H.; Wang, QF; Cai, JL; Deng, Q.; Ng, TH; Goh, YW; Lam, J.; Hsia, LC (2007). 「ナノスケールデバイスの診断ツールとしてのナノプロービングの使用」。2007第 14 回集積回路の物理および故障解析に関する国際シンポジウム。p. 53。doi : 10.1109 / IPFA.2007.4378057。ISBN 978-1-4244-1014-9.S2CID 15046150 。

[5] Hendarto, E.; Lin, HB; Toh, SL; Tan, PK; Goh, YW; Mai, ZH; Lam, J. (2008). 「ナノプロービング技術を用いたサブナノメートルデバイスにおけるソフトフェイル問題の調査」。2008第 15 回集積回路の物理および故障解析に関する国際シンポジウム。p. 1。doi : 10.1109/ IPFA.2008.4588174。ISBN 978-1-4244-2039-1. S2CID 15534732。

[6] Lin, HS; Chang, WT; Chen, CL; Huang, TH; Chiang, V.; Chen, CM (2006). 「先進ナノ SRAM デバイスにおける非対称動作の研究」。集積回路の物理的および故障解析に関する第 13 回国際シンポジウム。p. 63。doi : 10.1109/ IPFA.2006.250998。ISBN 1-4244-0205-0. S2CID 15417689。

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[8] Wen Pin Lin、Hsiu Ju Chang (2010)。「ナノプロービング SEM システムによる電子ビーム吸収電流と電子ビーム誘起電流検出による物理的故障解析事例」。2010第 17 回 IEEE 国際集積回路物理および故障解析シンポジウム。p. 1。doi :10.1109 / IPFA.2010.5532245。ISBN 978-1-4244-5596-6. S2CID 14131647。

[9] Moldovan, Grigore; Courbat, William. 「EBIRCHにおけるコントラストの物理的起源を特定するための戦略」. dl.asminternational.org . doi :10.31399/asm.cp.istfa2022p0277 . 2023年4月23日閲覧。

[10] Gong, Z.; Chen, BK; Liu, J.; Sun, Y. (2013). 「走査型電子顕微鏡による自動ナノプロービング」。2013 IEEE 国際ロボット工学・オートメーション会議。p. 1433。doi : 10.1109 / ICRA.2013.6630759。ISBN 978-1-4673-5643-5. S2CID 17213432。