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Dokumentenidentifikation DE112005000420T5 18.01.2007
Titel Halbleiter-Prüfverfahren und System für dieses
Anmelder SII Nano Technology Inc., Chiba, JP
Erfinder Ogawa, Takashi, Chiba, JP
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Aktenzeichen 112005000420
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 18.02.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2005/002537
WO-Veröffentlichungsnummer 2005081305
WO-Veröffentlichungsdatum 01.09.2005
Date of publication of WO application in German translation 18.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.2007
IPC-Hauptklasse H01L 21/66(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 23/225(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01R 31/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01R 31/28(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
[Technisches Gebiet]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Prüfverfahren und eine einen fokussierten Ionenstrahl (FIB- Focused Ion Beam) verwendende Vorrichtung, die ein Rasterelektronenmikroskop (REM) umfasst, das sich zum Prüfen eines Halbleiters eignet.

[Stand der Technik]

Wenn eine Probe durch eine REM-Vorrichtung beobachtet wird, die eine leitfähige Sonde in einem System beinhaltet, ist, wenn die Sonde einen lokalen Bereich einer Probe berührt, ein Phänomen zu beobachten, bei dem sich dieser auf einer Anzeige gezeigte Bereich erhellt oder im Gegenteil verdunkelt. Dieses Phänomen wird Potentialkontrast genannt. Auf der linken Seite von 8 ist der Fall gezeigt, bei dem eine Probenoberfläche, auf der eine Verdrahtung R bloßliegt, durch ein REM beobachtet und der Verdrahtungsabschnitt R in der REM-Abbildung hell angezeigt wird. Wenn eine leitfähige Sonde P mit einem Verdrahtungsabschnitt B in Berührung kommt, der hell angezeigt wurde, verdunkelt sich bei diesem Phänomen der Berührungsabschnitt der Verdrahtung R, wie auf der rechten Seite von 8 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass eine Probenoberfläche bei der REM-Beobachtung mit negativ geladenen Elektronen bestrahlt wird und in dem Zustand, in dem der Verdrahtungsabschnitt B durch die Elektronen geladen ist, die leitfähige Sonde P mit dem Verdrahtungsabschnitt B in Berührung kommt und die Ladung abfließen lässt, wodurch sich das Potential dieses Abschnitts verändert. Wenn ein Elektronenstrahl zum Abtasten beispielsweise in einer Rasteranordnung auf einer Probenoberfläche verwendet wird, wird das Bild des REM, da aufgrund der Eigenschaften des bestrahlten Abschnitts ein Sekundärelektron abgegeben wird, dadurch erhalten, dass dieses Sekundärelektron erfasst und mit der bestrahlten Stelle in Verbindung gebracht wird, um das Bild der Probe zweidimensional anzuzeigen. Im Falle, dass ein bestimmter Bereich der Probe positiv geladen ist, wie in der oberen Hälfte von 9 gezeigt ist, wird, da ein Sekundärelektron, das nach der Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl abgegeben wird, eine negative Ladung hat, das Sekundärelektron von diesem Bereich angezogen und gerät in einen Zustand, in dem es nur schwerlich einen Sekundärelektronen-Detektor (SED) erreichen kann, und lässt sich nicht so einfach erfassen. Deshalb verdunkelt sich ein Bild in diesem Abschnitt. Andererseits stößt im Falle, dass ein bestimmter Bereich einer Probe, wie in der unteren Hälfte von 9 gezeigt ist, negativ geladen ist, eine durch die Ladung dieses Bereichs bedingte Abstoßung Sekundärelektronen ab, die nach der Bestrahlung durch einen Elektronenstrahl abgegeben wurden, und der Elektronenstrahl wird mühelos zum Sekundärelektronen-Detektor hin ausgestoßen und von diesem erfasst. Deshalb erhellt sich das Bild in diesem Abschnitt. Eine Bezugsschrift 1, bei der es sich um keine Patentschrift handelt, offenbart ein Verfahren zum Prüfen der Durchgängigkeit einer Verdrahtung und des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Mangels nach einer Veränderung eines Spannungskontrastes (VC – Voltage Contrast), der in der Verdrahtung dadurch bewirkt wird, dass eine leitfähige Sonde unter Nutzung dieses Phänomens mit einer Halbleitervorrichtung in Berührung gebracht wird.

Bei diesem Prüfverfahren muss eine Bedienperson eine Sonde zu einem Bereich wie etwa einem Verdrahtungsbereich bringen, bei dem es sich um ein Prüfobjekt handeln soll, und gleichzeitig eine Probenoberfläche mit einem REM beobachten. Der Direktzugriff der Sonde ist eine mühsame Arbeit für die Bedienperson und braucht Zeit.

[Patentbezugsschrift 1]

  • JP-A-2-123749 „Section Machining Observation Apparatus", S. 2, 3.

[Bezugsschrift 1, bei der es sich um keine Patentschrift handelt]

  • K. Ura und H. Fujioka, „Electron Beam Testing", Advances in Electronics and Electron Physics, Bd. 73, S. 247, 8.

[Offenbarung der Erfindung] [Von der Erfindung zu lösende Probleme]

Das von der Erfindung zu lösende Problem erfordert es, ein Prüfverfahren vorzuschlagen, das es möglich macht, die Durchgängigkeit oder Kontinuität oder dergleichen eines Schaltungselements in einer Halbleitervorrichtung ausgehend von der Beobachtung mit einer abtastenden Ladungsträger-Mikrokanone wie einer Elektronenmikrokanone ohne mühsame Arbeit wie einem Direktzugriffsvorgang einer Sonde zu prüfen, und ein System bereitzustellen, das das Prüfverfahren umsetzt.

[Mittel zur Lösung de Probleme]

Ein Prüfverfahren der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine mikroskopische Beobachtung und Analyse der Zustände, wenn eine Probenoberfläche mit einem Elektronenstrahl oder einem positiv geladenen Ionenstrahl bestrahl wird, um die Probenoberfläche zu laden, und wenn ein Bereich in einem stark geladenen Zustand mit einem entgegengesetzt geladenen Ionenstrahl oder einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, um die Veränderung des Ladungszustands zu bestimmen.

Bei einem Prüfsystem der Erfindung handelt es sich um eine Verbundvorrichtung, die eine Elektronenkanone, eine Ionenstrahlkanone und einen Sekundärladungsträger-Detektor aufweist, Einrichtungen zum Bestrahlen einer Probenoberfläche mit Ladungsträgern aus einer der Kanonen umfasst, eine Beobachtung einer Probenoberfläche im Mikro-Maßstab, und ein Bestrahlen mit Ladungsträgern mit einer zu den Ladungsträgern aus der anfänglichen Kanone entgegengesetzten Ladung.

[Vorteile der Erfindung]

Das Halbleiter-Prüfverfahren der Erfindung verwendet ein Mikroskop, um die Veränderung zwischen den Zuständen zu beobachten und zu analysieren, bei denen eine Probenoberfläche mit einem Elektronenstrahl oder einem Ionenstrahl mit einer positiven Ladung bestrahlt wird, um die Probenoberfläche zu laden, und bei denen ein Bereich in einem stark geladenen Zustand mit einem Ionenstrahl oder einem Elektronenstrahl mit einer zum anfänglichen Strahl entgegengesetzten Ladung bestrahlt wird. Da somit nur die Lichtpunktposition in einem bestimmten Bereich bestimmt werden muss und die Arbeit, eine Sonde zu bewegen, nicht notwendig ist, ist die Belastung der Bedienperson leicht und die Arbeitszeit kann verkürzt werden.

Zusätzlich wird beim Halbleiter-Prüfverfahren der Erfindung eine Probe mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, um sie negativ zu laden, und die Probe wird mit einem REM beobachtet, mit einem positiv geladenen Ionenstrahl punktbestrahlt, und die Kontrastumkehr mit einem REM beobachtet, wobei die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls zur Punktbestrahlung auf eine niedrige Beschleunigung von 10 kV oder darunter eingestellt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine schädliche Kontaminierung der Probenoberfläche aufgrund von Sputter-Ätzen und Restionen zu verhindern.

Darüber hinaus handelt es sich im Prüfverfahren der Erfindung bei dem Ionenstrahl zur Punktbestrahlung um einen Ionenstrahl in intermittierenden Impulsen, wovon jeder eine vorbestimmte Ladungsmenge hat, wodurch es möglich ist, die angelegte Ladungsmenge je nach der Anzahl von Impulsen digital zu messen.

Darüber hinaus ist es möglich, eine Prüfung zur Analyse verschiedener Zustände durchzuführen, indem das Prüfverfahren der Erfindung auf Standardproben angewendet wird und Unterschiede bestimmt werden.

Das Prüfsystem der Erfindung ist eine Verbundvorrichtung, die eine Elektronenkanone, eine Ionenstrahlkanone und einen Sekundärladungsträger-Detektor aufweist, Einrichtungen zum Bestrahlen einer Probenoberfläche mit Ladungsträgern aus einer der Kanonen umfasst, die Probenoberfläche in einem Mikro-Maßstab zu beobachten und mit Ladungsträgern mit einer zur Strahlung aus der anderen Kanone entgegengesetzten Ladung zu bestrahlen. Somit macht das Halbleiter-Prüfverfahren keine mühsame Arbeit notwendig, um eine Sonde mit einem Betätigungsvorgang durch eine Bedienperson zu einer bestimmten Stelle zu bewegen, und die Prüfung einer Probe kann lediglich mit dem Vorgang einer Bestrahlungspositionssteuerung eines Ladungsträgerstrahls durchgeführt werden. Darüber hinaus umfasst das Halbleiterprüfsystem darüber hinaus eine Einheit, die Positionsinformation des mit einem Mikroskopbild abgedeckten Bereichs ausgibt, und eine Einheit, die die auf Grundlage der Positionsinformation bezeichnete Position mit einem Ladungsträgerstrahl bestrahlt. In der Folge kann das Halbleiterprüfsystem den Ladungsträgerstrahl mit hoher Geschwindigkeit und genau zu einer bestimmten Position bewegen.

[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]

1 ist ein Schaubild, das einen Grundaufbau eines Systems zeigt, das ein Prüfverfahren der Erfindung ausführt.

2 ist ein Schaubild, das ein Phänomen der Erfindung erläutert, das Elektronenladung nutzt.

3 ist ein Schaubild, das ein Phänomen der Erfindung erläutert, das positive Ionenladung nutzt.

4 ist ein Schaubild, das den Arbeitsablauf der Erfindung erläutert, der das Einschießen einer entgegengesetzten Ladung in Impulsen zeigt.

5 ist ein Schaubild, das einen Arbeitsablauf der Erfindung erläutert, bei dem eine Ionenladung mit einer niedrigen Beschleunigungsspannung eingeleitet wird.

6 ist ein Schaubild, das eine Verdrahtungsdurchgangsprüfung erläutert, die erfindungsgemäß durchgeführt wird.

7 ist ein Schaubild, das eine Verdrahtungsfehlerprüfung erläutert, die erfindungsgemäß durchgeführt wird.

8 ist ein Schaubild, das eine herkömmliche technische Vorgehensweise erläutert, die eine Grundlage der vorliegenden Erfindung ist.

9 ist ein Schaubild, das die Ursache eines Phänomens erläutert, das von der Erfindung genutzt wird.

[Beste Art und Weise, die Erfindung umzusetzen]

Die Erfindung führt eine Prüfung eines Halbleiters unter Verwendung einer Verbundvorrichtung durch, die sowohl ein Rasterelektronenmikroskop (REM) als auch eine einen fokussierten Ionenstrahl (FIB) verwendende Vorrichtung (FIB-Vorrichtung) umfasst. Herkömmlicher Weise wurde eine Verbundvorrichtung aus einer sogenannten Doppelkanone, die eine Elektronenkanone und eine Ionenstrahlkanone umfasst, in einem System verwendet, in dem durch den FIB bearbeitete Proben mit dem REM beobachtet werden, einem System, das eine schnelle und genaue Bearbeitung bewerkstelligen kann (siehe Patentbezugsschrift 1). Obwohl die vorliegende Erfindung eine ähnliche komplexe REM/FIB-Vorichtung verwendet, beruht sie doch auf einem vollkommen neuen technischen Gedanken zur Prüfung eines Halbleiters, der die Tatsache nutzt, dass im Falle, dass ein positives Ion als Ionenquelle übernommen wird, Ladungen eines Elektrons und des Ions entgegengesetzt sind.

Zuallererst beginnt der Ablauf des Prüfverfahrens der Erfindung damit, dass die Bedienperson einer Probe ein Ladung verleiht. Bei diesem Laden wird in manchen Fällen ein Elektronenstrahl verwendet, und ein Ionenstrahl in anderen Fällen. Im Falle, dass ein Elektronenstrahl verwendet wird, stellt die Bedienperson einen Strahlstrom des REMs auf einen hohen Wert ein (in der Größenordnung von nA), und bestrahlt die Probe mit dem Elektronenstrahl, um sie negativ zu laden (Schritt 1).

Als Nächstes beobachtet die Bedienperson eine Probenoberfläche unter Verwendung des REMs (Schritt 2). Dabei wird eine Struktur, die der Struktur der Probe entspricht, ausgehend von der REM-Abbildung beobachtet, und gleichzeitig verändert sich der Kontrast der Struktur entsprechend einer durch das REM angelegten Ladung. Die Bedienperson kann diese Beobachtung durchführen, während die Probe zum Laden mit dem Ionenstrahl bestrahl wird. In diesem Fall kann beobachtet werden, dass der Kontrast schrittweise stärker wird, wenn die Probe stärker geladen wird. Die Bedienperson kann auch jedes strukturelle Element analysieren, indem dabei eine Veränderung mit der Veränderung bei einer Standardprobe verglichen wird.

Wenn die Kontrastveränderung aufgrund der Ladung bestimmt ist, setzt die Bedienperson einen Ionenstrahl ab, um einen von der Bedienperson gewünschten Prüfzielpunkt zum Einschießen einer positiven Ladung zu bestrahlen (Schritt 3).

Die Bedienperson beobachtet den Zustand der Probenoberfläche mit dem REM, nachdem im Schritt 3 die Ionen abgegeben wurden (Schritt 4). Hier kann die Bedienperson, wenn ein Bereich beobachtet wird, der dieselbe Kontrastveränderung aufweist wie der Zielpunkt, beurteilen, ob der Bereich und der Zielpunkt miteinander verbunden sind, und kann aus dem Grad der Kontrastveränderung eine Kondensatorkapazitäts- und einen Widerstandswert des Zielpunkts abschätzen. Da, anders ausgedrückt, eine Veränderung im Potential aufgrund des Einschießens einer positiven Ladung in den Ionenbestrahlungsbereich in einer REM-Abbildung als ein Spannungskontrast erscheint, ist es möglich, eine Analyse einer elektronischen Schaltung wie etwa eine Überprüfung der Verdrahtungsdurchgängigkeit und des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Fehlers (Verdrahtungsdurchgängigkeit, Kontaktausfall und Transistorausfall) für den Bereich ausgehend von der Veränderung durchzuführen.

1 zeigt einen Grundaufbau eines Systems zur Ausführung des Prüfverfahrens der Erfindung. Die Bezugszahl 1 bezeichnet eine FIB-Kanone; 2 eine REM-Kanone; 3 eine Vakuumkammer; 4 einen Sekundärelektronen-Detektor; 5 einen Computer zum Regen/Steuern dieses Systems; 6 eine Anzeige; 7 eine Eingabeeinheit für den Computer 5; 8 eine FIB-Stromversorgung; und 9 eine REM-Stromversorgung.

Die jeweiligen Schritte des Prüfungsablaufs werden auf Grundlage dieses Schaubilds erläutert.

Schritt 1

Die Bedienperson gibt ihre Wahl, ob ein Elektronen- oder ein Ionenstrahl zum Laden verwendet werden soll, und ihre Einstellung der Größenordnung des Strahlstroms über die Eingabeeinheit 7 wie etwa eine Tastatur ein. Im Ansprechen auf die Eingabe schickt der Computer 5 Einstellinformation an die FIB-Stromversorgung 8 oder die REM-Stromversorgung 9 der bezeichneten FIB-Kanone 1 bzw. REM-Kanone 2, um eine Probe mit Ladungsträgern zu bestrahlen, um diese sowohl zu beobachten als auch zu laden. Ein Fall, bei dem Elektronen aus der REM-Kanone 2 zum Laden verwendet werden, wird nachstehend beschrieben. Im Falle, dass ein hoher Strom zur Beobachtung der Probe verwendet wird, wird in einem Stadium, bei dem das Laden ausreichend voranschreitet und eine Kontrastveränderung klar auszumachen ist, ein Stromwert des Elektronenstrahls gesenkt, um von einer Beobachtungsbetriebsart auf eine Beobachtungsbetriebsart umzuschalten, die nur eine Beobachtungsfunktion berücksichtigt.

Schritt 2

Wenn die REM-Kanone 2 eine Elektronenstrahlabtastung für einen Mikroskopbetrieb im Ansprechen auf einen Abtastbefehl aus dem Computer 5 ausführt, werden Sekundärelektronen von dem mit dem Elektronenstrahl 1 bestrahlten Punkt abgegeben, der Sekundärelektronen-Detektor 4 erfasst die Sekundärelektronen und speichert deren erfassten Wert zusammen mit den Positionsdaten im Computer 5. Wenn die Daten eines Abtastbereichs gespeichert und gesammelt sind, gibt der Computer 5 die Daten an die Anzeige 6 als Bildinformation aus, und die Anzeige 6 zeigt das Bild der Probe an diesem Punkt.

Schritt 3

Wenn die Bedienperson einen Zielpunkt bestimmt, den sie ausgehend von der Probenabbildung prüfen möchte, und die Lage des Zielpunkts unter Verwendung einer Eingabeeinheit 7 wie einer Maus festlegt, schickt der Computer 5 die Positionsinformation des Zielpunkts zu der FIB-Kanone, die über die Ladung zum Neutralisieren der ursprünglichen Ladung verfügt. Die FIB-Kanone, die dieses Positionssignal empfangen hat, stellt eine Ablenkvorrichtung so ein, dass der Strahl auf den Zielpunkt eingestellt ist, und gibt einen Ionenstrahl mit einer vorgegebenen Beschleunigungsspannung ab, um ein Ion einzuschießen.

Schritt 4

Die Elektronenkanone wird unter der im Mikromaßstab erfolgenden Steuerung des Computers 5 betrieben, und die Bedienperson beobachtet den Zustand der Probenoberfläche bei der Durchführung der Ionenbestrahlung im Schritt 3.

[Erste Ausführungsform]

2 zeigt eine Ausführungsform des Halbleiter-Prüfverfahrens der Erfindung. Wenn ein Elektronenstrahl eines REMs zum Abtasten einer Probenoberfläche, um diese mit einer negativen Ladung zu laden und im Mikromaßstab zu beobachten, auf einen hohen Wert eingestellt wird, ist der Verdrahtungsabschnitt im Vergleich zum Substratabschnitt um den Verdrahtungsabschnitt hell. Die linke Seite von 2 zeigt diesen Zustand. Dann fährt eine Bedienperson den Cursor in der Mikroskopabbildung auf diesen Verdrahtungsbereich und betätigt die Eingabeeinheit 7 durch Anklicken. Dann liest der Computer 5 die Positionsinformation des Verdrahtungsbereichs aus und schickt diese an die FIB-Kanone 1. Die FIB-Kanone 1, die die Positionsinformation erhalten hat, steuert die Ablenkeinrichtung so, dass die Bestrahlungsposition auf den Verdrahtungsbereich eingestellt wird, und bestrahlt den Verdrahtungsbereich mit positiven Ionen wie Ga+ im Strahlstrom. Während die Beobachtung durch das REM erfolgt, kann beobachtet werden, dass sich der Verdrahtungsabschnitt schrittweise verdunkelt und schließlich dunkler wird als der ihn umgebende Substratabschnitt, so dass der Kontrast umgekehrt ist.

[Zweite Ausführungsform]

3 zeigt eine Ausführungsform, in der ein FIB zum Laden und Beobachten verwendet wird, und die Ladung durch einen Elektronenstrahl neutralisiert wird, der die Probenoberfläche mit der entgegengesetzten Ladung lädt. Die Probenoberfläche wird durch ein positives Ion wie Ga+ und somit positiv geladen. Darüber hinaus wird das Potential im Verdrahtungsabschnitt erhöht, und Sekundärelektronen, die nach der FIB-Bestrahlung abgegeben werden, werden zur Probe hin angezogen, und es fällt ihnen schwer, den Sekundärelektronen-Detektor 4 zu erreichen. Deshalb ist der Verdrahtungsabschnitt, wie auf der linken Seite von 3 gezeigt ist, im Vergleich zum Substratabschnitt um den Verdrahtungsabschnitt dunkler. Wenn eine Bedienperson jetzt den Cursor in einer Mikroskopabbildung auf diesen Verdrahtungsbereich setzt und die Eingabeeinheit 7 durch Anklicken betätigt, liest der Computer 5 die Positionsinformation des Verdrahtungsbereichs aus und schickt sie an die REM-Kanone 2. Die REM-Kanone 2, die die Positionsinformation erhält, steuert die Ablenkeinrichtung so, dass die Bestrahlungsposition auf den Verdrahtungsbereich eingestellt ist und gibt einen Elektronenstrahl mit einem eingestellten Strahlstrom ab. Während die Beobachtung mit dem Rasterionenmikroskop (RIM) vonstatten geht, kann beobachtet werden, dass der Verdrahtungsabschnitt schrittweise heller wird und schließlich heller als der ihn umgebende Substratabschnitt wird, so dass der Kontrast umgekehrt ist.

[Dritte Ausführungsform]

4 zeigt ein Beispiel, bei dem ein positiv geladener Ionenstrahl zur Ladungsneutralisierung verwendet und ein FIB von diesem in intermittierenden Impulsen abgegeben wird. Grundsätzlich ist der Betriebsablauf derselbe wie im 2. Abschnitt unter „Vorteile der Erfindung" beschrieben ist. Jedoch setzt eine Bedienperson, wie auf der linken Seite von 4 gezeigt ist, in einem Zustand, bei dem der Verdrahtungsabschnitt heller ist als der ihn umgebende Substratabschnitt, den Cursor auf diesen Verdrahtungsabschnitt und betätigt die Eingabeeinheit 7 durch Anklicken. Wie im vorstehend beschriebenen Beispiel liest der Computer 5 die Positionsinformation des Verdrahtungsbereichs aus und schickt diese an die FIB-Kanone 1, und diese FIB-Kanone 1, die die Positionsinformation erhalten hat, steuert die Ablenkeinrichtung so, dass die Bestrahlungsposition auf den Verdrahtungsbereich eingestellt wird. Jedoch wird in diesem Fall ein positives Ion wie Ga+ intermittierend in Impulsform und nicht kontinuierlich mit einem eingestellten Strahlstrom abgestrahlt. Das positive Ion wird impulsartig abgestrahlt, indem eine Dunkeltastungselektrode in der FIB-Kanone 1 gesteuert wird. Während die Beobachtung durch das REM vonstatten geht, kann beobachtet werden, dass beim Anstieg der Impulsanzahl der Verdrahtungsabschnitt schrittweise dunkler wird und schließlich dunkler wird als der ihn umgebende Substratabschnitt, so dass der Kontrast umgekehrt ist. Es ist möglich, die Anzahl von Impulsen mit dem Veränderungszustand in Verbindung zu setzen, wodurch eine Digitalwertanalyse möglich wird. Zusätzlich ist es je nach den Einstellungen für die Stärke des Elektronen- und Ionenstrahls und der Ein-/Ausschaltzeit des Impulses des Ionenstrahls möglich, ein Phänomen zu beobachten, bei dem ein Kontrast während einer Impulsabstrahlungsdauer des Ionenstrahls umgekehrt wird, der Kontrast während einer Unterbrechungsdauer durch eine Elektronenladung entgegengesetzt umgekehrt wird, und sich diese Umkehrungen bei jeder Impulsabstrahlung wiederholen. In der zweiten Ausführungsform wird derselbe Vorteil erzielt, wenn ein Elektronenstrahl in Impulsen abgegeben wird.

[Vierte Ausführungsform]

In einer in 5 gezeigten Form wird ein bei der Ladungsneutralisierung verwendeter FIB mit einer niedrigen Beschleunigungsspannung von 10 kV oder weniger abgegeben. Eine Ionenbestrahlung mit einer höheren Beschleunigungsspannung bewirkt ein Phänomen, bei dem eine Probenoberfläche geätzt oder ein Ion implantiert wird und in der Probe verbleibt. Um einen solchen möglichen Schaden zu senken, den die Probe aufgrund der FIB-Bestrahlung erleidet, wird in dieser Ausführungsform eine Beschleunigungsspannung des FIB so geregelt, dass sie niedrig ist. In der zweiten Ausführungsform ist es möglich, den möglichen Schaden durch einen FIB, der zum Laden verwendet wird, zu senken, indem die Beschleunigungsspannung auf 10 kV oder weniger gehalten wird.

[Fünfte Ausführungsform]

In 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der sich eine Verbindungsunterbrechungsprüfung mit dem Prüfverfahren der Erfindung leicht durchführen lässt. Hier ist ein Beispiel gezeigt, bei dem festgestellt wird, ob ein stark geladener Verdrahtungsabschnitt und ein Bauteil miteinander verbunden sind. Wie bei A in 6 gezeigt ist, wird im Falle, dass es einen Bereich mit einem stark geladenen Verdrahtungsabschnitt und ein Bauteil in einem Abtastbereich auf der Probenoberfläche gibt, zum Feststellen, ob die Verdrahtung und das Bauteil miteinander verbunden sind, der in Frage kommende Bereich mit einem neutralisierenden Strahl bestrahlt, und es wird festgestellt, ob das Bauteil und der Verdrahtungsbereich dieselbe Kontrastveränderung aufweisen. Der in Frage kommende Bereich wird mit dem FIB bestrahlt, wie in der Figur bei B gezeigt ist, und, falls sich der Kontrast im Bauteil auf dieselbe Weise ändert wie in der Verdrahtung, lautet das Urteil, dass die Verdrahtung und das Bauteil miteinander verbunden sind. Falls es keine Kontrastveränderung im Bauteil gibt, besteht keine Verbindung zwischen dem Verdrahtungsbereich und dem Bauteilbereich.

[Sechste Ausführungsform]

In der in 7 gezeigten Ausführungsform wird festgestellt, mit welchem Bauteil ein stark geladener Verdrahtungsabschnitt verbunden ist. Wie bei A in 7 gezeigt ist, wird unter der Annahme, dass es mehrere stark geladene Punkte in einem Abtastbereich auf einer Probenoberfläche gibt, um festzustellen, welcher der Punkte eine leitende Verbindung mit der in Frage kommenden Verdrahtung hat, ein neutralisierender Strahl auf die Verdrahtung abgestrahlt, um die Punkte ausfindig zu machen, die dieselbe Kontrastveränderung aufweisen wie die Verdrahtung. Wenn alle Punkte dieselbe Kontrastveränderung aufweisen wie die in Frage kommende Verdrahtung, wie bei B in 7 gezeigt ist, sind alle Punkte mit der Verdrahtung verbunden. Auch wenn diese Punkte in Reihe angeschlossen sind und ausgehend von einem Bereich in der Mitte keine Kontrastveränderung aufweisen, wie in der Figur bei C gezeigt ist, besteht keine Verbindung zwischen diesen Punkten und der Verdrahtung. Falls es zusätzlich einen Bereich gibt, in dem sich der Kontrast mit einer Zeitverzögerung gegenüber der Veränderung bei der in Frage kommenden Verdrahtung verändert, kann davon ausgegangen werden, dass der Bereich mit dem Verdrahtungsbereich mit einer bestimmten Impedanz verbunden ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine zeitweilige Kontrastveränderung bei einer Probe mit Zeitreihen von Veränderungen bei einer Standardprobe zu vergleichen, um dadurch verschieden Gütediagnosen an der Probe vorzunehmen.

[Industrielle Anwendbarkeit]

Wie vorstehend beschrieben erfolgt das Halbleiter-Prüfverfahren der Erfindung unter Verwendung einer REM/FIB-Verbundvorrichtung. Das System zum Ausführen des Halbleiter-Prüfverfahrens braucht somit kein System zu sein, das der Prüfung vorbehalten ist. Das System kann Arbeit ausführen, die von der Bearbeitung einer Probe bis zu dem in der Erfindung vorgestellten Prüfverfahren als kontinuierlicher Arbeitsprozess in derselben Kammer reicht, und dieses System kann ausgeführt werden, indem einfach die herkömmliche komplexe REM/FIB-Vorrichtung verbessert wird, die eine Abschnitte ausschneidende Bearbeitung für eine Probe vornimmt.

Zusätzlich ist es auch möglich, wenn ein mängelbehafteter Abschnitt identifiziert werden kann, indem eine Prüfung eines Halbleiterbauteils nach dieser Erfindung unter Verwendung der REM/FIB-Verbundvorrichtung durchgeführt wird, eine mängelbehebende Bearbeitung in einem kontinuierlichen Prozess in derselben Kammer unter Einsatz der Ätzfunktion und der CVD-Funktion eines FIB durchzuführen.

Zusammenfassung

Es soll ein Prüfverfahren bereitgestellt werden, das es möglich macht, die Durchgängigkeit eines Schaltungselements oder dergleichen in einer Halbleitervorrichtung ausgehend von einer Beobachtung mit einem Rasterladungsträgermikroskops wie einem Elektronenmikroskop ohne mühsame Arbeit wie einer Direktzugriffsbetätigung einer Sonde zu prüfen, und es soll ein das Prüfverfahren ausführendes System bereitgestellt werden.

Ein Verfahren der Erfindung zum Prüfen einer elektronischen Schaltung verwendet eine Verbundvorrichtung, die eine Elektronenkanone 2, eine Ionenstrahlkanone 1 und einen Sekundärladungsträger-Detektor 4 umfasst, um eine im Mikromaßstab erfolgende Kontrastveränderung auf einer Probenoberfläche in dem Fall zu beobachten, bei dem die Oberfläche einer Probenhalbleitervorrichtung mit einem Elektronenstrahl oder einem positiv geladenen Ionenstrahl, um die Probenoberfläche stark zu laden, bestrahlt wird, und in dem Fall, bei dem eine gewünschte Struktur in einem Bereich mit dem stark geladenen Zustand mit einem geladenen Ionenstrahl oder einem Elektronenstrahl mit der entgegengesetzten Ladung bestrahlt wird.

1
FIB-Kanone
2
REM-Kanone
3
Vakuumkammer
4
Sekundärelektronen-Detektor
5
Computer
6
Anzeige
7
Eingabeeinheit
8
FIB-Stromversorgung
9
REM-Stromversorgung
P
Sonde
R
Verdrahtung


Anspruch[de]
Halbleiter-Prüfverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass sowohl der Zustand einer Probenoberfläche, die mit einem Elektronenstrahl oder einem positiv geladenen Ionenstrahl, um die Oberfläche zu laden, bestrahlt wird, als auch die Veränderung des Zustands, wenn ein stark geladener Zustand mit einem entgegengesetzt geladenen Ionenstrahl oder einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, mikroskopisch beobachtet und analysiert werden. Halbleiter-Prüfverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Probe mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, um die Probe negativ zu laden, die Probe mit einem REM beobachtet wird, die Probe mit einem positiv geladenen Ionenstrahl punktbestrahlt wird, und eine Kontrastumkehr mit dem REM beobachtet wird. Halbleiter-Prüfverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Probe mit einem positiv geladenen Ionenstrahl bestrahlt wird, um die Probe positiv zu laden, die Probe mit einem FIB beobachtet wird, die Probe mit einem negativ geladene Elektronenstrahl punktbestrahlt wird, und eine Kontrastumkehr mit einem FIB beobachtet wird. Halbleiter-Prüfverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsspannung des (punktbeseitigenden) Ionenstrahls auf eine niedrige Beschleunigung von 10 kV oder darunter eingestellt wird. Halbleiter-Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem punktbestrahlenden Ionenstrahl um einen intermittierenden Impuls mit einer vorbestimmten Ladungsmenge handelt, und die Ladungsmenge durch die Anzahl von Impulsen bestimmt wird. Halbleiter-Prüfverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyse durch Vergleich mit einer Standardprobe erfolgt. Halbleiter-Prüfsystem, das eine Verbundvorrichtung mit einem Ladungsträger-Detektor mit Doppelfunktion einschließlich einer Elektronenkanone und einer Ionenstrahlkanone umfasst, wobei Einrichtungen zur Abgabe von Ladungsträgern aus einer der Kanonen zur Oberfläche einer Probe vorhanden sind, zur mikroskopischen Beobachtung der Probenoberfläche und zur Bestrahlung eines bestimmten Bereichs mit Ladungsträgern, die zu den aus der anderen Kanone abgegebenen Ladungsträgern entgegengesetzt geladen sind. Halbleiter-Prüfsystem nach Anspruch 7, Folgendes umfassend: eine Einrichtung zum Ermitteln von Positionsinformation eines bestimmten Bereichs durch ein Mikroskop, und eine Einrichtung zum Bestrahlen der Position, die auf Grundlage der Positionsinformation festgelegt wird, mit einem bestimmten Ladungsträgerstrahl. Halbleiter-Prüfverfahren, das Folgendes umfasst: einen ersten Schritt des Bestrahlens eines vorbestimmten Bereichs einer Probenoberfläche einer Halbleitervorrichtung, auf der eine Verdrahtungsstruktur ausgebildet ist, mit einem ersten Ladungsträgerstrahl, um den vorbestimmten Bereich zu laden; und einen zweiten Schritt des Abstrahlens eines zweiten Ladungsträgerstrahls, der zu den ersten Ladungsträgern entgegengesetzt geladen ist, in eine gewünschten Struktur im vorbestimmten geladenen Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung beim Kontrast auf der Probenoberfläche nach dem zweiten Schritt ab dem Zeitpunkt des ersten Schritts durch ein Mikroskop unter Verwendung des ersten Ladungsträgerstrahls beobachtet wird.






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