纳米探针系统系透过配备在电子显微镜中极小曲率半径探针，搭接IC内部线路或接触层(Contact Layer)，来达到电性量测或缺陷定位的分析机台系统。在电性量测部分，可透过外接电性量测设备经微小探针输入讯号并进行量测电特性曲线；此外，亦可应用电子显微镜里电子束的特性，进行相关缺陷定位应用分析，包括电子束感应电流(Electron Beam Induced Current，简称EBIC)、电子束吸收电流(Electron Beam Absorbed Current，简称EBAC )、电子束感应阻抗侦测 (Electron Beam Induced Resistance Change，简称EBIRCH)。

各国大厂近年致力挑战3纳米、2纳米微缩角力战，制程技术是一场永无止境的竞争。当研发遇上瓶颈时，无论是芯片检测分析、IC设计、晶圆制造、测试、封装等，都需要故障分析辅助来厘清问题所在。

而先进工艺中的故障分析，对于研发与产能来说更是至关重大，但组件尺寸越做越小，如何在仅有数纳米的微小尺度下，进行晶体管的特性量测以及缺陷处定位则成为了一大难题。

而纳米探针电性量测(Nano-Probing) 对上述问题有极大帮助，纳米探针系统是由纳米探针与扫描式电子显微镜 (SEM)两个系统整合而成的工具，SEM的奈米级高分辨率搭配尺寸极小的奈米探针，不管是精确定位出一个奈米级的晶体管位置进行晶体管特性量测，或是一个奈米级的异常点定位分析，都能够因该奈米探针系统的应用而被一一实现。本期宜特小学堂将与您分享「如何利用奈米探针系统，定位缺陷位置的应用方式」。

一、电子束吸收电流(Electron Beam Absorption Current ，简称EBAC)

图一为电子束吸收电流(EBAC)的示意图，当电子显微镜中的电子束(E-beam)照射在样品上并扫描至某定点时，若此处为金属导线且有透过奈米探针导通，则电子会被组件中的金属导线吸收，再经由奈米探针(Nano-Probe)导出至放大器(Amp)，进而得到该位置的吸收电流，经由讯号处理可以形成电流影像，我们将其称为EBAC影像。

图一：EBAC示意图

而前述提到有电流导出的位置，在电流影像上会形成亮区。反之，若此处「不为金属导线」或是发生「开路(Open)」的异常现象，造成探针无法获得电流，则在电流影像成像上为暗区。通常亮暗区交接处即为导线开路异常的位置。

电子显微镜中的二次电子影像(Secondary Electron image，简称SE)，可以反映组件的表面形貌(Topography)，将EBAC影像与二次电子影像两者搭配迭图后，可以得到组件表面的电流走向分布。这样的量测方式可以侦测出整个导线的走向分布，若导线中有开路异常，可以经由好、坏品比对或是与走线布局(Layout)对照，即可定位出发生异常的精确位置。

下图是实际案例，图二(左)为电路布局图(Layout)，图二(右)为EBAC影像重迭于SEM二次电子影像上所做出的迭图，亮起来的区域表示吸收到电子束中的电子，经由纳米探针导出至参数分析仪的电流。对照图二(左)，我们可以明确地看出导线走向分布，宜特故障分析实验室就是借着这样的方式，来判断导线有无故障、开路等等异常。

这个案例是导线末端有开路异常，而EBAC影像亮暗交界处即为开路异常发生位置。EBAC除了常用于金属导线的量测与状况判断之外，亦可以用来判断闸极氧化层(Gate Oxide)的异常漏电侦测。

图二(左)：电路布局图(Layout)；图二(右)：EBAC影像重迭SEM二次电子影像

二、电子束诱发电流(Electron Beam Induced Current，简称EBIC)

在P-N Junction中间会形成「空乏区(Depletion Region)」(图三中间的黄色区域)，空乏区内会形成「内建电场(Build-in Electric Field)」。当电子显微镜的电子束照射在正负接面(P-N Junction) 时产成的电子电洞对 (Electron-Hole Pair)透过内建电场作用而诱发的电流量测 (参见图三)称之为电子束诱发电流(EBIC) ，形成电流后再经由奈米探针导出至放大器(Amp) ，最后形成电流影像。以材料常见的硅(Si)举例，激发一对电子电洞对所需的能量为3.6eV。

EBIC可以分析P-N Junction中的特性，像是内建电场强度分布影像，或是更进阶的藉由强度分布去推算载子的扩散长度(Diffusion Length)，这些信息对于材料特性的分析相当有帮助。

三、电子束诱发阻抗变化(Electron Beam Induced Resistance Change，简称EBIRCH)

EBIRCH的原理与激光束电阻异常侦测(OBIRCH) 相同，差异只是在OBIRCH所用的激发源为「雷射」，受限于雷射波长的关系，其空间分辨率约为微米(µm)等级；而EBIRCH的激发源为电子显微镜的「电子束」，其波长远小于雷射，因此可以将空间分辨率提升至奈米(nm)等级，进而可更精准地定位出缺陷位置，大幅增加后续进行物性故障分析的缺陷呈现能力与 穿透式电子显微镜(TEM)分析的成功率。

当电子束照射在样品上，因为不同物质的升温系数不同与热电效应(Seebeck Effect)的双重影响，导致缺陷异常处的阻抗与正常处不同，经由好坏品的比对，便可以定位出缺陷的异常位置。

EBIRCH分析时，可透过施加不同偏压条件的往复选定，来进行更精准的异常位置定位。EBIRCH的用途广泛，通常可以用来针对短路(Short)、漏电(Leakage)或高阻抗(High Resistance)的异常进行侦测与定位。

图五的实际案例是在电性量测发现有漏电，于是先在接触层(Contact Layer)利用纳米探针系统对相关位置进行点针，得到EBIRCH影像(图五(左))，之后再将EBIRCH与二次电子影像迭加后，可以准确找出故障的接触点(图五(右))，提供后续进行PFA或TEM分析的精确定位。

图五：EBIRCH与二次电子影像迭加后准确找出故障接触点