半盲探针技术提升器件测试效能

纳米探针测试面临的关键挑战之一是待测器件（DUT）因持续暴露于电子束而产生的退化现象。本应用实例展示了SmarProbe如何有效消除电子束诱导的退化——即使在更高束流能量下——从而实现各类扫描电子显微镜系统中对敏感样品的可靠纳米探针测试。

束流诱导的退化会显著改变器件特性。例如在晶体管探测过程中，电子束可能引发表面电荷效应，导致阈值电压偏移及沟道导电性改变。退化程度主要受两大关键参数影响：

• 束流能量
• 暴露时长

图1通过展示FD-SOI技术制造的pFET晶体管阈值电压偏移，说明了该效应。该数据集采用SmarAct公司的高精度SmarProbe纳米探针系统采集，在超过35分钟的测量过程中确保了纳米级稳定性和恒定的接触电阻。

图1：扫描电子显微镜成像过程中晶体管的退化现象。SmarProbe系统可在累计成像时间不足2秒的情况下完成对完整6T存储单元的探测。

在100 eV和200 eV两种束流能量下，仅需一分钟照射即可观察到退化效应，且200 eV能量下的影响更为显著。尽管100 eV能量下的退化进程较缓慢，但该能量水平会导致图像质量大幅下降，从而显著延缓探测过程。因此，基于视觉反馈的纳米探针技术——即通过SEM成像手动引导探针定位——对于电子束敏感样品而言并不可行。

为规避此限制，此类样品通常采用原子力探针（AFP）进行分析，该技术可在无需电子束成像的情况下实现接触。作为创新替代方案，SmarProbe纳米探针实现了半盲探测技术。该方法可在总计不足2秒的SEM成像时间内可靠完成完整6T存储单元的探测——在此期间未观测到与AFP测量值相比的可测降解现象。该方案兼具高精度与最小束流交互特性，为敏感器件表征提供了强有力的解决方案，成为AFP技术的有效替代方案。

图2：半盲纳米探针技术的未剪辑视频。在200 eV电压下，PU、PD和PG晶体管以串联方式进行探测，未出现任何束流诱导退化现象。

SmarProbe系统具备半盲探针功能，这得益于其三大核心特性，确保探针定位精准可靠且可重复，同时最大限度减少电子束照射：

1. 全编码探针与样品定位，闭环控制精度达1纳米
2. 主动温度稳定化技术，在所有环境条件下抑制热漂移
3. 全表面类型自动探针着陆

这些特性共同使扫描电子显微镜成像能够限制在离散步骤中——仅在每次探针或样品移动完成后进行。例如，初始扫描电子显微镜图像（在200 eV电压下以120毫秒周期时间获取）提供位置反馈。用户可基于该图像进行点选定位，将探针精确引导至晶体管接触垫。抵达目标位置后，系统会自动采集后续图像以验证探针定位。得益于系统的主动定位保持能力，探针保持稳定状态，无漂移或压电蠕变现象。

该流程将重复应用于其余探针，通常仅需6至9张图像即可完成所有接触垫的设置。定位完成后，SmarProbe可自动连续表征多个晶体管，前提是已知相对接触垫位置（例如通过CAD布局数据获取）。由此可实现三晶体管连续探测，总扫描电子显微镜曝光时间仅需1.3秒，有效消除束流诱导退化。此高效探测工作流程已在配套视频中演示。