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Dokumentenidentifikation DE60308482T2 21.06.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001473560
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung einer Probe eines Spezimen mittels eines Elektronenstrahls
Anmelder ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH, 85551 Kirchheim, DE
Erfinder Feuerbaum, Hans-Peter, 81739 München, DE
Vertreter Zimmermann & Partner, 80331 München
DE-Aktenzeichen 60308482
Vertragsstaaten DE, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.04.2003
EP-Aktenzeichen 030095582
EP-Offenlegungsdatum 03.11.2004
EP date of grant 20.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse G01N 1/32(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01J 37/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Bereich der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe eines Spezimen durch einen Elektronenstrahl. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen eines dünnen Stücks eines Halbleiterwafers.

Hintergrund der Erfindung

Für den Fortschritt in der Mikroelektronik ist es wichtig, Werkzeuge zum Untersuchen von mikroelektronischen Strukturen auf einem Chip oder Wafer mit immer größer werdendem Auflösungsvermögen zu haben. Zur selben Zeit ist es wichtig, die Kosten für solche Untersuchungen zu senken, so dass die Industrie die Geräte mit immer zunehmender Komplexität zu geringen Kosten fabrizieren kann.

Ein hervortretendes Werkzeug für solche Untersuchungen ist das Rasterelektronenmikroskop (SEM). Das SEM verwendet einen primären Elektronenstrahl als ein Mittel, um die Flächenstruktur eines gegebenen Spezimen zu untersuchen. Eine Wechselwirkung des primären Elektronenstrahls mit dem Spezimen verursacht es, dass Elektronen in Bezug auf den primären Elektronenstrahl in rückwärtiger Richtung freigesetzt werden, wo sie durch einen Elektronendetektor detektiert werden. Indem der primäre Elektronenstrahl über das Spezimen gerastert wird und an der jeweiligen Rasterposition die Rate der freigesetzten Elektronen bestimmt wird, erhält man ein Bild der Fläche des Spezimen mit einer hohen Ortsauflösung. Die Ortsauflösung des Bildes ist im Wesentlichen durch die Größe des Strahl-Fokusses gegeben.

Durch die fortschreitende Miniaturisierung von integrierten Schaltungen ist es wichtig geworden, die Kristall- und Schichtstruktur einer integrierten Schaltkreisstruktur unter der Oberfläche des Wafers zu studieren. Dies wird gewöhnlich durchgeführt, indem ein dünnes Querschnitts-Stück (Membran) des Wafers oder Chips durch ein Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) untersucht wird. Mit einem TEM kann eine Ortsauflösung bis in den atomaren Bereich erzielt werden, was ausreichend ist um Kristallstrukturen und Schichten, die nur wenige Atomlagen dick sein mögen, zu analysieren. Das TEM ist dadurch charakterisiert, dass es Elektronen detektiert, die durch das Spezimen transmittiert wurden. Daher ist der Detektor eines TEM hinter dem Spezimen positioniert. Weiterhin beinhaltet ein TEM anstelle des Verwendens einer Rastereinheit zum Generieren eines Bildes eine komplexe Elektronenstrahl-Optik zwischen dem Detektor und dem Spezimen, um ein Bild der Spezimen-Struktur auf den Detektor zu projizieren und zu vergrößern. Um ein Bild der Spezimen-Struktur mit hoher Genauigkeit aufzunehmen, muss der TEM-Detektor hoch-segmentiert sein, z.B. wie ein CCD.

Die Präparation und Handhabung einer Membran eines Wafers oder eines Chips für eine TEM-Untersuchung stellt eine größere Komplikation dar, da es die Verwendung eines TEM notwendig macht, dass die Membran ausreichend dünn ist (typischerweise 10 bis 100 nm dick), so dass die primären Elektronen durch die Probe transmittiert werden. Die Fabrikation und Handhabung solch dünner Membrane ist keine einfache Aufgabe. In den letzten Jahren wurde jedoch die Verwendung von fokussierten Ionenstrahlgeräten (FIB) zum Ätzen einer Membran von einem Wafer eingeführt, die die Probenpräparation signifikant vereinfacht, siehe z.B. US 5,270,552 oder US 6, 188,068 von F. Shaapur und R. Graham, oder B. Köhler and L. Bischoff "Entwicklung einer neuen Technologie zur Probenpräparation für die Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) auf der Basis der Ionenfeinstrahlbearbeitung" aus "Wissenschaftlich-Technische Berichte", FZR-329, August 2001, ISSN 1437-322X, Forschungszentrum Rossendorf. Ein kombiniertes FIB/SEM/TEM-System ist in EP 0 687 897 beschrieben.

Trotz des Fortschritts bei der TEM-Probenpräparation und TEM-Untersuchung ist es immer noch kompliziert, teuer und zeitaufwendig, eine TEM-Untersuchung durchzuführen, da für jede Messung viele Schritte notwendig sind. Zum Beispiel ist es für eine TEM-Fehleranalyse eines integrierten Schaltkreises notwendig, dass (a) die Position des Defektes auf dem Wafer oder der Chipfläche bestimmt wird; dieser Schritt wird gewöhnlich durch eine SEM-Untersuchung durchgeführt; (b) eine Querschnitts-Membran des Wafers an der defekten Position präpariert wird; dieser Schritt wird gewöhnlich durch ein FIB durchgeführt; das FIB kann mit einem zweiten SEM kombiniert werden, um das Ätzen des Wafers zu betrachten und zu kontrollieren; (c) die Membran in das TEM eingebracht wird, und (d) die Membran mit dem TEM untersucht wird.

Jeder der Schritte ist zeitaufwendig und hat seine eigenen Fallen. Zum Beispiel ist Schritt (b) wegen der mechanischen Zerbrechlichkeit der sehr dünnen Membrane sehr kritisch; Schritt (c) ist wegen einer möglichen Verschmutzung der Membran in der atmosphärischen Umgebung während des Transports kritisch; und Schritt (d) ist teuer, weil das TEM selbst ein teures Gerät ist und schwierig zu bedienen ist, was Experten benötigt, die das TEM bedienen und die Messungen evaluieren können. Weiter benötigt das Durchführen der Schritte (a) bis (d) für eine TEM-Membranuntersuchung ein SEM, ein FIB, oder FIB/SEM-System, und ein TEM, welche zusammen teuer sind. Darüber hinaus benötigt jedes der SEM, FIB und TEM für den Betrieb ein Vakuum hoher Qualität. Es ist zeitaufwendig ein solches Vakuum jedes Mal zur Verfügung zu stellen, wenn ein Wafer aus dem jeweiligen Gerät hinein- und herausgenommen wird.

Aus diesen Gründen sind Untersuchungen von dünnen Querschnitts-Stücken eines Spezimen, insbesondere die Untersuchung von Membranen von einem Wafer oder einem Chip teuer. Daher sind Querschnittsuntersuchungen für eine Fehleranalyse von integrierten Schaltkreisen auf einer regelmäßigen Basis nicht möglich.

Es ist folglich ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe eines Spezimen zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile nicht haben.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Untersuchen eines Querschnitts-Stücks (Membran) eines Wafers auf eine kosten- und zeitsparende Weise zur Verfügung zu stellen, um Produktionslinien mit einem hohen Durchsatz erhältlich zu machen.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Membran zur Verfügung zu stellen, die Wafer-Handhabungsprobleme und die Einwirkung atmosphärischer Umgebung auf die Membran reduziert.

Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Membran eines Wafers zur Verfügung zu stellen, die in bestehende Halbleiter-Herstellungslinien auf eine effiziente Weise integriert werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Probleme werden durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch das Verfahren, das in Anspruch 18 offenbart ist, gelöst. Weitere Aspekte und Verbesserungen der Erfindung sind in der Beschreibung, den abhängigen Ansprüchen und den Zeichnungen offenbart.

Die vorliegende Erfindung enthält eine Vorrichtung zum Untersuchen einer Probe eines Spezimen durch einen Elektronenstrahl, beinhaltend eine Vakuumkammer, ein Ionenstrahlgerät zum Generieren eines Ionenstrahls, verwendet, um eine Probe von dem Spezimen innerhalb der Vakuumkammer zu ätzen; ein Elektronenstrahlgerät mit einer Scan-Einheit zum Scannen des Elektronenstrahls über das Spezimen innerhalb der Vakuumkammer; das Elektronenstrahlgerät hat einen ersten Detektor, der positioniert ist, um Elektronen, die von dem Spezimen in einer rückwärtigen Richtung bezüglich der Richtung des Elektronenstrahls freigesetzt werden, zu detektieren; das Elektronenstrahlgerät hat einen zweiten Detektor, der positioniert ist, um Elektronen, die von der Probe in einer vorwärts gerichteten Richtung bezüglich der Richtung des Elektronenstrahls freigesetzt werden, zu detektieren; und ein Separationsmittel innerhalb der Vakuumkammer, um die Probe von dem Spezimen für die Untersuchung der Probe durch den zweiten Detektor zu separieren.

Mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ist es möglich, die Fläche eines Spezimen durch das Elektronenstrahlgerät und den ersten Detektor (SEM-Modus) zu untersuchen, eine Probe des Spezimen durch das Ionenstrahlgerät (FIB-Modus) zu ätzen, und die Probe des Spezimen durch den zweiten Detektor (Transmissions-Modus) zu untersuchen, wobei alles innerhalb derselben Vakuumkammer durchgeführt wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Probe des Spezimen in einem Vakuum verbleibt, bis die Untersuchung fertig ist. Als Konsequenz werden Messungen der Probe nicht durch eine Verschmutzungsschicht verfälscht, die sich ansonsten während des Transports in einer atmosphärischen Umgebung auf der Probe ausgebildet hätte. Weiter sind mit einer gemeinsamen Vakuumkammer zeitaufwendige Belüftungs- und Evakuierungs-Vorgänge zwischen einer SEM-Untersuchung, FIB-Ätzen und einer Untersuchung im Transmissions-Modus eliminiert.

Darüber hinaus ist mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 kein teures TEM mit seiner komplexen Vergrößerungsoptik und Bild-detektoren für eine Transmissions-Abbildung notwendig. Anstelle dessen wird die Untersuchung der Probe in dem Transmissions-Modus durch das Elektronenstrahlgerät in Kombination mit dem zweiten Detektor durchgeführt. Das Elektronenstrahlgerät gemäß Anspruch 1 in Kombination mit dem zweiten Detektor mag keine so hohe Ortsauflösung wie ein TEM erzielen. Jedoch ist in Abhängigkeit der Elektronenstrahl-Spotgröße und der Dicke der Probe eine Ortsauflösung von 1 nm, die oft für eine Fehleranalyse ausreichend ist, noch erzielbar. (Siehe z.B.: L. Reimer: "Scanning Electron Microscopy, Physics of Image Formation and Microanalysis ", Chapter 8.4, Springer Verlag; E. Coyne "A working Method for adapting the (SEM) Scanning Electron Microscope to Produce (STEM) Scanning Transmission Electron Microscope Images" Proceedings from the 28th International Symposium for Testing and Failure Analysis, 3–7 November 2002, Phoenix, Arizona; oder W. E. Vanderlinde "STEM (scanning transmission electron microscopy) in a SEM (scanning electron microscope) for Failure Analysis and Metrology", Proceedings from the 28th International Symposium for Testing and Failure Analysis, 3–7 November, 2002, Phoenix Arizona).

Obwohl ein TEM eine höhere Ortsauflösung als ein Transmissions-Rasterelektronenmikroskop erreichen mag, macht es das Scannen des Elektronenstrahls zusätzlich möglich, ein Röntgenbild der Probe des Spezimen zu kreieren, indem ein zusätzlicher Röntgendetektor zur Verfügung gestellt wird, der Röntgenstrahlen während des Scannens detektiert. Das Röntgenbild trägt nicht nur Informationen über die strukturelle Form sondern auch über die atomare Material-Verteilung in der Probe des Spezimen. Diese Information kann für viele Anwendungen, insbesondere für eine Analyse eines integrierten Schaltkreises, wichtig sein.

Weiter ist es durch die Anwesenheit des ersten und des zweiten Detektors möglich, eine hochauflösende Aufnahme der Probe des Spezimen mit Elektronen, die in einer rückwärtigen Richtung ausgelöst werden (das heißt sekundäre oder rückgestreute Elektronen) parallel zu einer Messung im Transmissions-Modus durchzuführen. Durch die dünne Probendicke ist die Ortsauflösung des Bildes der "rückwärtig freigesetzten Elektronen" besser als die Ortsauflösung der Untersuchung an dem Spezimen.

Weiter spart die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 im Vergleich zu der zuvor bekannten Ausrüstung, die für eine Untersuchung einer Membran eines Wafers notwendig war, die ein SEM, ein FIB mit einem SEM und ein TEM beinhalten musste, drastisch Kosten ein. Mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 kann derselbe Betrieb durchgeführt werden, wobei man nur ein SEM mit einem zusätzlichen zweiten Detektor und ein FIB hat. Die mehrfache Verwendung des Elektronenstrahlgeräts spart erhebliche Anschaffungskosten. Weiter ist für die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 eine Vakuum-Ausrüstung für nur eine Vakuumkammer anstelle von zwei oder drei Vakuumkammern notwendig. Insbesondere ist der Betrieb eines SEM und seines zweiten Detektors einfacher als ein TEM mit seiner anspruchsvollen Strahlabbildungsoptik und seinem anspruchsvollen Bilddetektor.

Die einfache Handhabung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ermöglicht ein hohes Maß an Automation, was insbesondere in einer Halbleiter-Fabrikationslinie mit einem hohen Durchsatz nützlich ist. Weiter ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie einfach in eine gegebene Halbleiter-Prozesslinie integriert werden kann, in der SEMs sowieso für nicht-destruktive Untersuchungen während der Fabrikation notwendig sind. Indem ein solches SEM durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung ersetzt wird, wird eine Untersuchung von Membranen von Wafern, die in der Produktionslinie bearbeitet werden, zu verhältnismäßig geringen Kosten zur Verfügung gestellt. Geringe Kosten und ein hoher Durchsatz ermöglicht Querschnitts-Probenuntersuchungen in der Fabrikationslinie auf einer regelmäßigen Basis, was hilft, die Qualitätskontrolle drastisch zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet weiter ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe eines Spezimen durch einen Elektronenstrahl, das die in Anspruch 16 enthaltenen Schritte enthält, das heißt: a) Bereitstellen einer Vorrichtung mit einer Vakuumkammer, einem Ionenstrahlgerät, um einen Ionenstrahl zu generieren, und einem Elektronenstrahlgerät, um einen Elektronenstrahl zu generieren; b) Einführen des Spezimen in die Vakuumkammer; c) Bestrahlen des Spezimen in der Vakuumkammer durch den Elektronenstrahl; d) Ätzen der Probe des Spezimen in der Vakuumkammer durch den Ionenstrahl; e) Separieren des Spezimen und der Probe in der Vakuumkammer durch ein Separierungsmittel, das einen Spezimen-Halter und einen Proben-Halter beinhaltet; und f) Bestrahlen der Probe des Spezimen in der Vakuumkammer durch den Elektronenstrahl.

Mit diesem Verfahren ist es mit nur einem Elektronenstrahlgerät und nur einem Ionenstrahlgerät möglich, einen Defekt auf einem Wafer (SEM-Modus) zu lokalisieren, eine Membran des Wafers herzustellen (FIB-Modus) und die Membran durch transmittierte Elektronen zu untersuchen (Transmissions-Modus). Auf diese Weise kann ein Oberflächenbild und ein komplementäres Querschnittsbild einer fehlerhaften Region eines integrierten Schaltkreises in einer zeit- und kosteneffizienten Weise erhalten werden. Zusätzlich zu den geringen Kosten im Vergleich zu den zuvor bekannten TEM-Untersuchungssystemen kann das Verfahren gemäß Anspruch 18 verwendet werden, um Zeit zu sparen, indem der Inspektions-Zyklus der Schritte c) bis f) von Anspruch 18 unter Vakuum durchgeführt wird. Das eliminiert Verzögerungen durch wiederholte Belüftungs- und Evakuierungsvorgänge, die zum Beladen und Entladen von zuvor bekannten SEMs, FIBs und TEMs notwendig sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Einige der oben aufgezeigten und andere weitere detaillierte Aspekte der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung beschrieben und teilweise unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei:

1a bis 1d offenbart eine erste Ausführungsform der Erfindung und Schritte für das Verfahren gemäß der Erfindung.

2 offenbart eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung mit zwei zusätzlichen Spannungsquellen um die Strahl-Transmissionsenergie zu erhöhen.

3 offenbart eine dritte Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei das Ionenstrahlgerät und das Elektronenstrahlgerät zueinander mit einem Winkel orientiert sind, um eine gemeinsame Fokussierungsposition auf dem Spezimen zu haben.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In der Beschreibung der detaillierten Ausführungsformen, siehe unten, beziehen sich die Nummern auf die beigefügten 1a bis 1d, 2 und 3. Jedoch stellen die Figuren nur besondere, nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung dar, die nur den Zweck von erläuternden Beispielen haben. Die folgende Beschreibung, obwohl sie auf die Figuren Bezug nimmt, ist in einem breiten Sinne zu verstehen und beinhaltet Abweichungen der beschriebenen Ausführungsformen, die für einen Fachmann offensichtlich sind.

Im Allgemeinen soll die Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung für die Untersuchung irgendeiner Probe 12 eines Spezimen 14 verwendet werden, die für eine Untersuchung mit Transmissions-Mikroskopie geeignet ist. Bevorzugt ist das Spezimen ein festes Substrat, wie z.B. ein Halbleiterwafer oder ein Chip, und bevorzugt ist dessen Probe 12 ein dünnes Querschnitts-Stück des Wafers oder des Chips. Für eine solche Untersuchung resultiert die Untersuchung des Wafers 14 mit dem Elektronenstrahlgerät 30 unter Verwendung des ersten Detektors 36 in einem Bild der Oberfläche des Wafers 14 (SEM-Modus) z.B. um einen Defekt auf der strukturierten Fläche des Wafers zu lokalisieren, während eine Untersuchung des dünnen Querschnitts-Stücks 12 mit dem Elektronenstrahlgerät unter Verwendung des zweiten Detektors 40 in einem Bild der Querschnittsstruktur des Wafers 14 (Transmissions-Modus) resultiert. Zur Vereinfachung wird im Folgenden, ohne auf solche Proben beschränkt zu sein, das dünne Querschnitts-Stück 12 wegen seiner Elastizität und seiner ziemlich dünnen flachen Form "Membran" genannt.

Bevorzugt wird die Membran 12 von dem Wafer 14 in einer Region fabriziert, in der der Wafer durch eine vorherige Elektronenstrahl-Flächenuntersuchung mit dem ersten Detektor 36 untersucht wurde. Auf diese Weise kann das Bild, das man von der Membran erhält und das Bild, das man von der Waferfläche erhält, kombiniert werden, um komplementäre Informationen dieser Region des Wafers zu haben. Bevorzugt hat die Membran eine Dicke in dem Bereich von 5 bis 500 nm und insbesondere bevorzugt im Bereich von 10 nm bis 100 nm. Auf diese Weise kann die Membran 12 durch das Elektronenstrahlgerät mit dem zweiten Detektor 40 (Transmissions-Modus) mit typischen SEM-Elektronenstrahlenergien von 5 bis 50 keV (typischerweise werden Energien bis zu 30 keV verwendet, aber manche Hersteller bieten Geräte mit 50 keV an) untersucht werden.

Die Vakuumkammer gemäß der Erfindung ist gedacht, um ein kontinuierliches Vakuum während der Bestrahlung des Wafers 14 durch das Elektronenstrahlgerät 30 (SEM-Modus), während des Ätzens der Membran 12 von dem Wafer 14 durch das Ionenstrahlgerät 20 (FIB-Modus) und während des Bestrahlens der Membran 12 durch das Elektronenstrahlgerät 30 (Transmissions-Modus) zur Verfügung zu stellen. Bevorzugt wird das Vakuum während der Zeit zwischen den drei Betriebsmodi aufrechterhalten. In diesem Fall wird die Untersuchung der Membran 12 und des Wafers 14 durchgeführt, ohne dass eines der zwei in Kontakt mit einer externen Umgebung treten muss. Das verbessert die Verlässlichkeit der Messungen stark.

Typischerweise ist die Vakuumkammer gemacht, um ein Vakuum in der Region des Spezimen zur Verfügung zu stellen, das besser als 10–3 mbar, bevorzugt besser als 10–5 mbar ist. Je besser das Vakuum ist, desto besser ist das Abbildungsverhalten des Elektronenstrahlgeräts 30 und desto geringer ist die Verschmutzung der Membran 12. Weiterhin bevorzugt ist die Vakuumkammer mit dem Ionenstrahlgerät 20 und/oder dem Elektronenstrahlgerät 30 verbunden, um ein hermetisches Vakuum für den Elektronenstrahl 34 und den Ionenstrahl 22 auf deren Weg von den jeweiligen Strahlquellen zu der gemeinsamen Vakuumkammer 18 zur Verfügung zu stellen.

Das Ionenstrahlgerät 20 wird verwendet, um einen Ionenstrahl 22 zum Ätzen einer Probe 12 von dem Spezimen 14 zu generieren. Eine Probe 12 von einem Spezimen 14 durch einen Ionenstrahl 22 zu trennen ist ein Standardvorgang (siehe z.B. US 6,188,068 B1, Spalte 3, Zeile 49 bis Spalte 5, Zeile 12). Wie in US 6,188,068 beschrieben, wird der fokussierte Ionenstrahl des fokussierten Ionenstrahlgeräts (FIB) verwendet, um Material des Wafers mit einer hohen lateralen Ortsauflösung zu entfernen, um eine dünne Querschnitts-Membran von dem Wafer zu "meißeln". Bevorzugt ist das Ionenstrahlgerät 20 gemäß der Erfindung mit einem Mechanismus, z.B. einem Ionenstrahl-Ablenker, ausgestattet, um den Auftreffwinkel auf dem Spezimen anzupassen. Das verbessert die Flexibilität zur Verwendung des Ionenstrahls als ein Messer, das die Membran formt und sie aus dem Wafer in einer gewünschten Form schneidet, stark. Alternativ ist der Spezimen-Halter 50, der das Spezimen oder den Wafer hält, neigbar unterhalb des Ionenstrahlgeräts verbunden, um anpassbare Auftreffwinkel für den Ionenstrahl 20 auf dem Wafer zur Verfügung zu stellen, um die Membran 12 von dem Wafer 14 zu meißeln. Bevorzugt generiert die Ionenstrahlquelle 56 einen Gallium-Ionenstrahl.

Das Elektronenstrahlgerät 30 gemäß der Erfindung beinhaltet bevorzugt zumindest eine Elektronenstrahlquelle 54, um einen Elektronenstrahl 34 zu generieren. Die Elektronenstrahlquelle 54 kann jede der Elektronenstrahlquellen, die gewöhnlich in einem Elektronenmikroskop verwendet werden, z.B. eine thermische Wolfram-Haarnadel-Kanone oder eine der vielen bekannten Typen von Feldemission-Elektronenkanonen sein. Bevorzugt enthält das Elektronenstrahlgerät 30 Strahloptik-Komponenten, um den Elektronenstrahl auf das Spezimen 14 zu fokussieren, um die Ortsauflösung sowohl für den SEM-Untersuchungsmodus als auch den Transmissions-Modus zu erhöhen. Das Elektronenstrahlgerät 30 enthält bevorzugt darüber hinaus zumindest eine Anode, um die Elektronen des Elektronenstrahls 34 auf eine vorbestimmte Energie zu beschleunigen und/oder die Auftreffenergie auf dem Spezimen zu definieren. Für typische SEM-Anwendungen auf einem Silizium-Wafer ist die Auftreffenergie in dem Bereich von 100 eV bis 30 keV. Bevorzugt enthält das Elektronenstrahlgerät 30 auch eine Fokussierungslinse 33, um den Elektronenstrahl 34 auf das Spezimen 14 oder auf die Probe 12 des Spezimen 14 mit einer Spotgröße bis hinunter zu 1 nm zu fokussieren.

Das Elektronenstrahlgerät 30 enthält weiter eine Scan-Einheit 32 zum Scannen des Elektronenstrahls 34 über das Spezimen 14 und/oder die Probe 12 des Spezimen 14. Auf diese Weise kann das Elektronenstrahlgerät 30 als ein SEM betrieben werden, um die Fläche des Spezimen unter Verwendung des ersten Detektors 36 zu untersuchen, um die Elektronen 38, die von dem Spezimen 14 in der rückwärtigen Richtung in Bezug auf die Richtung des Elektronenstrahls 34 freigesetzt werden, zu detektieren. Weiter kann mit der Scan-Einheit 32 das Elektronenstrahlgerät 30 als ein Raster-Transmissions-Elektronenmikroskop betrieben werden, um die Probe 12 des Spezimen 14 in dem Transmissions-Modus zu untersuchen, indem der zweite Detektor 40 verwendet wird. Der zweite Detektor soll die Elektronen 42 detektieren, die von dem Spezimen in einer vorwärts gerichteten Richtung in Bezug auf die Richtung des Elektronenstrahls 34 freigesetzt werden.

Der erste Detektor 36 soll zumindest ein Teil des Bereichs der oberen Halbkugel des Spezimen 14 abdecken. Der Begriff "obere Halbkugel" bezieht sich auf die Halbkugel, in die Elektronen 38 gerichtet sind, die von dem Spezimen in einer rückwärtig Richtung in Bezug auf den Elektronenstrahl 34 freigesetzt/ausgelöst werden. Der erste Detektor 36 kann, wie in den 1a bis 1d dargestellt, in der Elektronenstrahlsäule 31 eingeschlossen sein; es ist jedoch auch möglich, den ersten Detektor 36 außerhalb der Emissionsstrahlsäule 31, z.B. an der Seite der Elektronenstrahlsäule 31 für die Detektion rückwärtiger Elektronen 38 zu positionieren.

Die Größe und der Aufbau des ersten Detektors 36 hängt von dem Aufbau des Elektronenstrahlgeräts 30 ab, insbesondere von dem zur Verfügung stehenden Platz und der elektrischen Feldverteilung in der Region des Elektronenstrahls. In den 1a bis 1d umgibt der erste Detektor 36 die Elektronenstrahl-Achse mit einer kreisförmigen Symmetrie, um die rückwärts gerichteten Elektronen, die in das Elektronenstrahlgerät 30 durch die Fokussierlinse 33 eingetreten sind, zu detektieren. Bevorzugt ist der erste Detektor 36 ein Halbleiter-Detektor oder ein Szintillations-Fotovervielfacher-Detektor (Everhart-Thornley-Detektor). Beide Detektoren sind bevorzugt geeignet, sekundäre Elektronen mit einer Energie von typischerweise 0 bis 50 eV und rückgestreute Elektronen mit einer Energie bis zu der vollen primären Elektronenstrahlenergie zu detektieren.

Der zweite Detektor 40 soll zumindest einen Teil des Bereichs der unteren Halbkugel der Probe 12 des Spezimen 14 abdecken. Der Begriff "untere Halbkugel" bezieht sich auf die Halbkugel in die Elektronen 42, die von der Probe 12 in eine vorwärts gerichtete Richtung in Bezug auf den Elektronenstrahl 34 freigesetzt/ausgelöst werden, gerichtet sind. Die Größe und der Aufbau des zweiten Detektors 40 kann frei gewählt werden, da unter der Probe mehr Platz vorhanden ist und weniger Beschränkungen in Bezug auf das elektrische Feld für den zweiten Detektor bestehen. Je größer jedoch der durch den zweiten Detektor abgedeckte Bereich der unteren Hemisphäre ist, desto besser ist das Signal-Rausch-Verhältnis des Transmissions-Bildes.

Bevorzugt sind der erste Detektor 36 und/oder der zweite Detektor 40 im Wesentlichen nicht-abbildende Detektoren, das heißt Detektoren, die nicht segmentiert sind, um ein Pixel-Bild zu erhalten. Vielmehr ist es bevorzugt, dass der erste Detektor 36 und/oder der zweite Detektor 40 jeweils Ein-Kanal-Detektoren sind, die wesentlich einfacher betrieben werden können als ein abbildender Detektor wie z.B. ein CCD oder jeder andere Mehrfach-Pixel-Detektor. Ein abbildender Detektor ist für die Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht notwendig, da das Abbilden bevorzugt durch Scannen des Elektronenstrahls über das Spezimen oder die Probe des Spezimen durchgeführt wird.

Es gibt mehrere Optionen in Bezug auf den Typ des Detektors, der als zweiter Detektor 40 genommen werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Detektor 40 ein Halbleiter-Detektor. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Detektor 40 ein Everhart-Thornley-Detektor. In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Detektor 40 ein Szintillator-Detektor, der einen Fotovervielfacher zum Verstärken des Szintillator-Signals verwendet. In diesem Fall wird bevorzugt ein Lichtleiter verwendet, um das Szintillator-Signal zu dem Fotovervielfacher zu transferieren.

Weiter ist es bevorzugt, dass der Abstand zwischen der Fokussierlinse 33 und dem zweiten Detektor 40 kleiner als 10 cm und besonders bevorzugt kleiner als 5 cm ist. Ein geringer Abstand des zweiten Detektors 40 zu der Fokussierlinse 33 kann verwendet werden, um die Probe 12 nahe an dem zweiten Detektor 40 zu haben. Das vereinfacht es, einen großen Raumwinkel der "unteren Halbkugel" mit einem kleinen Detektorbereich zu detektieren.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält ferner ein Separationsmittel 50, 52 zum Separieren der Probe 12 von dem Spezimen 14. Bevorzugt enthält das Separationsmittel 50, 52 einen Spezimen-Halter 50, um das Spezimen 14 zu halten. Es ist weiter bevorzugt, dass der Spezimen-Halter 50 in der Lage ist, das Spezimen von der Untersuchungsposition unter dem Elektronenstrahlgerät 30 zu der Ätzposition unter dem Ionenstrahlgerät 20 und zurück zu bewegen. Auf diese Weise kann der Spezimen-Halter 50 verwendet werden, das Spezimen 14 für die Flächenuntersuchung mit dem Elektronenstrahlgerät (SEM-Modus) als auch für die Ionenstrahl-Behandlung (FIB-Modus) für die Präparation einer Probe von dem Spezimen zu positionieren. In dem Fall, dass das Spezimen 14 ein Halbleiterwafer oder ein Chip ist, kann der Spezimen-Halter 50 eine bewegliche Wafer-Halterung sein.

Bevorzugt beinhaltet der Spezimen-Halter 50 auch ein mechanisches Mittel, um das Spezimen in Bezug auf die Ionenstrahl-Achse zu kippen. Auf diese Weise ist der Auftreffwinkel des Ionenstrahls 22 auf dem Spezimen anpassbar, um eine gewünschte Probe aus dem Spezimen mit größerer Flexibilität "zu meißeln".

Bevorzugt enthält das Separationsmittel 50, 52 weiter einen Proben-Halter 52, um die Probe 12 zu halten. Bevorzugt ist der Proben-Halter 52 beweglich, um die Probe 12 von dem Spezimen aufzunehmen und sie von dem Spezimen 14 zu entfernen. Bevorzugt ist der Proben-Halter 52 in der Lage, die Probe zu dem Elektronenstrahlgerät 30 für die Untersuchung in dem Transmissions-Modus, das heißt mittels des zweiten Detektors 40, zu bewegen. Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Proben-Halter 52 die Probe 12 in einem Vakuum zu dem Elektronenstrahlgerät 30 bewegt. Auf diese Weise ist die Probe 12 nicht der Atmosphäre ausgesetzt.

Die jeweilige Form und Funktionalität des Proben-Halters 52 hängt von der Anwendung und der Art des Spezimen ab. Die Technologie, um eine dünne Membran aufzunehmen und zu bewegen ist bekannt, z.B. offenbart US 6,188,068 B1 ein Beispiel eines solchen Proben-Halters in Spalte 5, Zeilen 12 bis 62, wo ein Proben-Halter mit einer Glasspitze verwendet wird, um eine Membran von einem Wafer aufzunehmen, um sie zu einem TEM für TEM-Untersuchungen zu tragen. Ein ähnlicher Proben-Halter 52 kann für die vorliegende Verwendung verwendet werden, wenn das Spezimen 14 ein Wafer ist und die Probe 12 eine Membran ist (siehe 1a bis 1d). In diesem Fall ist der Proben-Halter 52 ausgebildet, um die Probe in den Elektronenstrahl 34 des Elektronenstrahlgeräts 30 zu tragen und zu positionieren.

Als Alternative ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung 10 eine Tragestruktur beinhaltet, die ausgebildet und positioniert ist, um die Probe 12 in den Elektronenstrahl 34 des Elektronenstrahlgeräts 30 zu halten. In diesem Fall ist der Proben-Halter 52 da, um die Probe 12 zu dem Proben-Halter zu bewegen und sie darauf zu platzieren. Ein solches Verfahren stellt eine gute Stabilität des Spezimen während der Untersuchung in dem Transmissions-Modus zur Verfügung. Die Haltestruktur hält die Probe 12 bevorzugt zwischen der Fokussierlinse 33 und dem zweiten Detektor 40. Weiter ist die Haltestruktur bevorzugt auf eine Weise geformt, dass sie die Passage für die Elektronen 42, die von der Probe 12 in einer vorwärts gerichteten Richtung zu dem zweiten Detektor 40 ausgelöst werden, frei lässt.

Bevorzugt ist die Elektronenstrahlsäule 31 des Elektronenstrahlgerätes 30 im Wesentlichen parallel zu der Ionenstrahlsäule 21 des Ionenstrahlgeräts 20. Auf diese Weise können der Elektronenstrahl 34 und der Ionenstrahl 22 so zur Verfügung gestellt werden, dass sie denselben Auftreffwinkel auf dem Spezimen 14 haben, um das Spezimen zu untersuchen oder zu ätzen. Jedoch ist es auch bevorzugt, dass das Elektronenstrahlgerät 30 einen Kippmechanismus hat, um das Spezimen 14 unter anderen Auftreffwinkeln zu untersuchen. Ähnlich ist es auch für das Ionenstrahlgerät 30 (20) bevorzugt, einen Kippmechanismus zu haben, um das Spezimen unter unterschiedlichen Winkeln zu ätzen. Ein kippbares Ionenstrahlgerät 20 stellt eine größere Flexibilität zur Verfügung, um eine Membran oder irgendeine andere Probe 12 von einem gegebenen Spezimen in einer gewünschten Form zu ätzen. Zusätzlich oder alternativ ist das Ionenstrahlgerät 30 (20) mit strahloptischen Komponenten zur Verfügung gestellt, z.B. einem Strahlablenker oder einem Strahlverschieber, um den Ionenstrahl 22 über das Spezimen 14 unter verschiedenen Winkeln zu bewegen, um von dem Spezimen 14 eine gewünschte Probe 12 zu erhalten.

Bevorzugt sind der Proben-Halter 52 und/oder die Haltestruktur so gemacht, dass sie elektrisch mit einer Gleichstrom-Spannungsquelle V1 verbindbar sind, um in der Lage zu sein, die Auftreff-Energie des Elektronenstrahls 34 auf der Probe 12 des Spezimen anzupassen. Auf diese Weise kann das Elektronenstrahlgerät 30 unter höheren Auftreff-Energien während des Transmissions-Modus betrieben werden als ohne die erste Spannungsquelle V1. Während des Transmissions-Modus ist eine höhere Energie für eine höhere Ortsauflösung bevorzugt.

Typischerweise ist die DC-Spannungsquelle V1 in der Lage, eine Spannung bis zu 10 keV und bevorzugt bis zu 50 keV an der Probe 12 zur Verfügung zu stellen. Für den SEM-Modus ist die Auftreff-Energie auf dem Spezimen 12 bevorzugt zwischen 5 keV bis 50 keV oder, insbesondere bevorzugt, zwischen 0,1 bis 30 keV.

1a bis 1d erläutert ein bevorzugtes Verfahren zum Untersuchen einer Probe eine Spezimen gemäß der Erfindung. In den Figuren ist das Spezimen 14 ein Silizium-Wafer mit einem integrierten Schaltkreis. Die Vorrichtung 10 ist bevorzugt in eine Produktionslinie für integrierte Schaltkreise integriert.

1a bis 1d offenbart einen Elektronenstrahlgerät 30 mit einer Elektronenstrahlsäule 31, die eine Elektronenstrahlquelle 54, eine Scan-Einheit 32 zum Ablenken des Elektronenstrahls 34 über den Wafer 14, eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls 34 hinunter auf eine Fokus-Spotgröße von weniger als 10 nm, hat. Das Elektronenstrahlgerät 30 beinhaltet weiter einen Elektronen-Detektor 36 (erster Detektor), um die Elektronen 38 zu detektieren, die rückwärts in die obere Halbkugel durch eine Interaktion des Elektronenstrahls 34 mit dem Wafer 14 ausgelöst werden.

1a offenbart weiter ein Ionenstrahlgerät 20, welches in 1a ein fokussiertes Ionenstrahlgerät (FIB) ist. Das FIB 20 beinhaltet eine Gallium-Ionenstrahlquelle 56 und eine Ionenstrahl-Scan-Einheit 66, um den Ionenstrahl 22 über den Wafer zu scannen, um eine Membran 12 aus dem Wafer zu ätzen. Der Fokus des Ionenstrahls 22 auf dem Wafer 14 ist typischerweise 5 bis 100 nm weit. Mit dem Ionenstrahl 22 ist das FIB 20 in der Lage, eine Membran aus dem Wafer 14 zu ätzen, die nur weniger 10 nm dick sein muss. Die Ionenstrahlsäule 21 des FIB 20 und die Elektronenstrahlsäule 31 des Elektronenstrahlgeräts 30 sind parallel zueinander ausgerichtet.

1a offenbart weiter eine Tisch 68, auf dessen Fläche der Spezimen-Halter 50 von der Untersuchungsposition 62 zu der Ätzposition 64 bewegt werden kann. Der Tisch 68 trägt auch den Proben-Halter 52, der entlang der Tischfläche bewegt werden kann. Der Proben-Halter 52 hat einen Handhabungsarm 70, um die Spitze 72 zum Ausheben und Positionieren der Membran 12 an einer gewünschten Position zu bewegen.

Der Tisch 68, der Proben-Halter 52, der Spezimen-Halter 50 und der zweite Detektor 40 (der in 1a teilweise durch den Spezimen-Halter 50 bedeckt ist) sind alle von der Vakuumkammer 18 umgeben, um ein Vakuum besser als 10–5 mbar zur Verfügung zu stellen. Das hohe Vakuum ist notwendig, um ein Streuen des Elektronenstrahls zu minimieren. Die gemeinsame Vakuumkammer 18 macht es möglich, dass die Vorrichtung in dem SEM-Modus, dem FIB-Modus oder dem Transmissions-Modus betrieben werden kann, ohne das Vakuum zu brechen, wenn zwischen einem Modus zu dem anderen gewechselt wird. Auf diese Weise ist die Membran 12 niemals während des Untersuchungsvorgangs einer Umgebungsverschmutzung ausgesetzt.

1a zeigt die Vorrichtung 10 während des SEM-Modus-Betriebs, das heißt der Wafer 14 wird durch den Elektronenstrahl 34 unter Verwendung der Scan-Einheit 32 gescannt, während das FIB 20 ausgeschaltet ist. Die Auftreff-Energie des Elektronenstrahls 34 auf dem Wafer 14 ist 0,1 bis 30 keV. Der Elektronenstrahl 34 trifft auf dem Wafer 14 auf, wodurch Elektronen 38 in eine rückwärtige Richtung ausgelöst werden. Der erste Detektor 36, der bei dieser Ausführungsform ein Szintillations-Detektor ist, detektiert und zählt die Zahl der rückwärts gerichteten Elektronen 38 für jede Scan-Position. Auf diese Weise wird ein Bild der Oberflächenstruktur des Wafers mit einer Ortsauflösung von nahezu 1 nm generiert. Das Bild der Oberfläche des Wafers 14 wird verwendet, um zu bestimmen, ob und welche Region von Interesse nun im Transmissions-Modus untersucht werden soll.

In dem Fall, dass keine Region von Interesse für eine Transmissions-Modus-Untersuchung auf dem Wafer gefunden wird, wird der Wafer 14 zu der nächsten Bearbeitungseinheit der Halbleiter-Produktionslinie zur Vervollständigung der Prozessierung geschickt. Für den Fall, dass das SEM-Bild auf dem Wafer eine Region von Interesse für eine weitere Untersuchung in dem Transmissions-Modus anzeigt, wird der Spezimen-Halter 50 jedoch auf dem Halter 68 von der Untersuchungsposition 22 zu der Ätzposition 64 bewegt, um den FIB-Modus zu starten, um eine Membran 12 von dem Wafer 14 zu ätzen. Um die Membran an der gewünschten Region von Interesse auf dem Wafer 14 zu ätzen ist es wichtig, dass eine Kommunikationseinheit (nicht dargestellt) die Koordinaten der Region von Interesse, wie sie durch das Elektronenstrahlgerät in dem SEM-Modus gemessen worden sind, zu dem Spezimen-Halter 14 und/oder FIB kommuniziert. Auf diese Weise kann der Spezimen-Halter 50 zu der richtigen Ätzposition 64 bewegt werden, um den Wafer 14 an der Position zu ätzen, an der die Region von Interesse ist.

1b zeigt die Vorrichtung von 1a während des Betriebs des FIB-Modus. Bei dem FIB-Modus ist das Elektronenstrahlgerät 30 ausgeschaltet und das FIB 30 (20) generiert einen Ionenstrahl 22, um die Membran 12 aus dem Wafer 14 zu ätzen, in dem der Ionenstrahl in dem Bereich von Interesse gescannt wird. Das Verfahren zum Ätzen einer Membran 12 von einem Wafer 14 durch einen FIB-Ionenstrahl wurde bereits diskutiert und ist bekannt.

Sobald die Membran 12 geätzt worden ist, wird der Spezimen-Halter 50 mit dem geätzten Wafer 14 und der Membran 12, die immer noch darauf liegt, in die Inspektionsposition 22 zurückbewegt. Dort wird der Spezimen-Halter 50 geneigt, um eine einfache Extraktion der Membran 12 von dem Wafer 14 zu erlauben. Während dieses Vorgangs kann das Elektronenstrahlgerät 30 helfen, die exakte Position der Membran 12 innerhalb des Wafers 14 zu bestimmen. Mit der Information der Membran-Position wird der Proben-Halter 52 auf dem Halter 68 zu dem Wafer 14 bewegt, um die Membran 12 aufzunehmen und sie von dem Wafer 14 zu lösen. Das Aufnehmen der Membran 12 wird mittels einer elektrostatischen Kraft durchgeführt, die zwischen der Spitze 72 des Proben-Halters 52 und der Membran 12 generiert wird. 1c erläutert ein Szenarium zu dem Moment, wenn die Spitze 72 des Spezimen-Halters 52 in Kontakt mit der Membran 12 auf dem Wafer 14 kommt.

Sobald die Membran 12 durch den Arm 70 des Proben-Halters 52 gelöst wurde, wird der Spezimen-Halter 50 von der Inspektionsposition 62 entfernt, um Raum für die Untersuchung der Membran 12 im Transmissions-Modus zu schaffen. Dann wird die Membran 12 durch den Proben-Halter 52 zwischen die Fokussierlinse 33 und den zweiten Detektor 40 für die Untersuchung im Transmissions-Modus positioniert.

1d illustriert ein Szenarium während der Untersuchung der Membran im Transmissions-Modus. Der zweite Detektor 40, ein Szintillations-Detektor, wird verwendet, um die Elektronen 42, die von der Membran 12 in einer vorwärts gerichteten Richtung in Bezug auf den Elektronenstrahl 34 ausgelöst werden, während der Elektronenstrahl 34 über die Membran 12 gescannt wird, zu detektieren. Durch Evaluieren des Elektronen-Signals des Szintillations-Detektors 40 in Bezug zu der entsprechenden Scan-Position wird ein Transmissions-Bild der Membran generiert. Obwohl die Ortsauflösung eines solchen Scan-Bildes nicht ausreichend sein mag, um eine Kristallstruktur der Membran deutlich zu machen, ist die Ortsauflösung im Allgemeinen hoch genug, um sehr dünne Schichten und Details von Schnittstellen-Regionen zwischen den Schichten abzubilden.

Es sollte erwähnt werden, dass es während des Transmissions-Modus auch möglich ist, Elektronen 38 mittels des ersten Detektors 36 zu detektieren, die von der Membran 12 in einer rückwärtigen Richtung in Bezug auf den Elektronenstrahl 34 ausgelöst werden. Das durch den ersten Detektor 36 generierte Bild kann helfen, komplementäre Informationen über die Oberfläche der Membran (die mit einem Querschnitt des Wafers aus dem die Membran gebildet wurde) zu erhalten.

2 erläutert dieselbe Vorrichtung wie in 1a bis 1d mit dem Unterschied, dass eine erste Spannung der ersten Spannungsquelle V1 und eine zweite Spannung der zweiten Spannungsquelle V2 jeweils zwischen dem Proben-Halter 52 und der Vakuumkammer 18, und dem Szintillations-Detektor 40 und der Vakuumkammer angelegt sind. Die erste Spannungsquelle V1 wird vor allem im Transmissions-Modus verwendet, um eine positive Spannung an die Membran 12 anzulegen, um die Transmissions-Energie der Elektronen des Elektronenstrahls 34 zu erhöhen, wenn sie durch die Membran 12 passieren. Mit einer höheren Transmissions-Energie kann die Ortsauflösung des Transmissions-Modus-Bildes erhöht werden, um noch mehr Details der Membranstruktur zu sehen.

Im SEM-Modus wird die Spannung der ersten Spannungsquelle V1 normalerweise verringert um sicherzustellen, dass niedrig-energetische Sekundär-Elektronen den ersten Detektor 36 erreichen können. Eine niedrige Spannung der ersten Spannungsquelle V1 hält auch die Auftreff-Energie niedrig, um eine höhere Ortsauflösung im SEM-Modus zu erhalten.

Die zweite Spannungsquelle V2 wird verwendet, um die Spannung des zweiten Detektors 40 anzupassen, um sicherzustellen, dass die transmittierten Elektronen 42 genügend Energie haben, um den Detektor zu erreichen, selbst wenn die Membran auf ein höheres positives Potential angehoben wird.

3 illustriert eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 10 in 3 ist dieselbe wie die Vorrichtung 10 der 1a bis 1d mit dem Unterschied, dass das FIB 20 in Bezug auf das Elektronenstrahlgerät 30 geneigt ist. Der Kippwinkel des FIB 20 ist so gewählt, dass der Ionenstrahl 22 und der Elektronenstrahl 34 auf dieselbe Region auf den Wafer 14 gerichtet werden können. Auf diese Weise ist es möglich, den Wafer 14 während des Ätzens des Wafers 12 (14) durch das FIB 20 zu untersuchen, das heißt SEM-Modus und FIB-Modus können zur selben Zeit durchgeführt werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig, den Spezimen-Halter 50 zu dem FIB nach der Untersuchung im SEM-Modus zu bewegen. Dies könnte hilfreich sein, die Genauigkeit für das Ätzen der Membran 12 an der gewünschten Region von Interesse zu erhöhen.


Anspruch[de]
Eine Vorrichtung (10) zum Untersuchen einer Probe (12) eines Spezimen (14) durch einen Elektronenstrahl (34) beinhaltend:

eine Vakuumkammer (18);

ein Ionenstrahlgerät (20) zum Generieren eines Ionenstrahls (22), verwendet, um eine Probe (12) von dem Spezimen (14) innerhalb der Vakuumkammer (18) zu ätzen;

ein Elektronenstrahl-Gerät (30) mit einer Scan-Einheit (32) zum Scannen des Elektronenstrahls (34) über das Spezimen (14) innerhalb der Vakuumkammer (18);

das Elektronenstrahl-Gerät (30) hat einen ersten Detektor (36), der positioniert ist, um Elektronen (38), die von dem Spezimen (14) in einer rückwärtigen Richtung bezüglich der Richtung des Elektronenstrahls (34) ausgelöst werden, zu detektieren; und

das Elektronenstrahl-Gerät (30) hat einen zweiten Detektor (40), der positioniert ist, um Elektronen (42), die von der Probe (12) des Spezimen (14) in einer vorwärtsgerichteten Richtung bezüglich der Richtung des Elektronenstrahls (34) ausgelöst werden, zu detektieren; und

ein Separationsmittel (50; 52) innerhalb der Vakuumkammer (18), um die Probe (12) von dem Spezimen (14) für die Untersuchung der Probe (12) durch den zweiten Detektor (40) zu separieren.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Elektronenstrahl-Gerät (30) eine Fokussierlinse (33) enthält, um den Elektronenstrahl (34) auf das Spezimen (14) oder die Probe (12) zu fokussieren. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Separationsmittel (50; 52) einen Spezimen-Halter (50) zum Halten des Spezimen (14) beinhaltet. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Spezimen-Halter (50) in der Lage ist, das Spezimen (14) von einer Untersuchungsposition (62) wegzubewegen. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Spezimen-Halter (50) in der Lage ist, das Spezimen (14) bezüglich der Bewegungsrichtung zu neigen. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Separationsmittel (50; 52) einen Proben-Halter (52) beinhaltet, um die Probe (12) zu halten. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Proben-Halter (52) in der Lage ist, die Probe (12) durch eine elektrostatische und/oder kapillare Kraft zu halten. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Proben-Halter (52) in der Lage ist, die Probe (12) in eine Untersuchungsposition (62) zu bewegen. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) eine Tragestruktur enthält, die positioniert ist, um die Probe an einer Position zwischen der Scan-Einheit (32) und dem zweiten Detektor (40) und bevorzugt zwischen der Fokussierlinse (33) und dem zweiten Detektor (40) zu halten. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Elektronenstrahl-Gerät (30) eine Elektronenstrahl-Säule (31) und/oder das Ionenstrahl-Gerät (20) eine Ionenstrahl-Säule (21) beinhaltet. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Elektronenstrahl-Säule (31) im Wesentlichen parallel zu der Ionenstrahl-Säule (21) ist. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Elektronenstrahl-Säule (31) mit einem Neige-Mechanismus verbunden ist, um die Elektronenstrahl-Säule (31) bezüglich der Ionenstrahl-Säule (21) zu neigen. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 10, 11 oder 12, wobei die Ionenstrahl-Säule (21) optische Komponenten hat, um den Auftreffwinkel des Ionenstrahls (22) auf dem Spezimen (14) zu ändern. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Proben-Halter (52) mit einer Spannungsquelle V1 verbindbar ist, um die Auftreffenergie des Elektronenstrahls (34) auf der Probe (12) einzustellen. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Detektor (36) und/oder der zweite Detektor (40) ein Detektor ist, der einen Szintillator und einen Lichtleiter verwendet. Die Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Detektor (36) und/oder der zweite Detektor (40) im Wesentlichen ein nichtabbildender Detektor ist. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei der Abstand zwischen der Fokussierlinse (33) und dem zweiten Detektor (40) kleiner als 50 cm, bevorzugt kleiner als 10 cm, und besonders bevorzugt kleiner als 5 cm ist. Verfahren zum Untersuchen einer Probe (12) eines Spezimen (14) durch einen Elektronenstrahl (34) mit den Schritten:

a) Zur Verfügung stellen einer Vorrichtung mit einer Vakuumkammer (18), einem Ionenstrahl-Gerät (20), um einen Ionenstrahl (22) zu generieren, und einem Elektronenstrahl-Gerät (30), um einen Elektronenstrahl (34) zu generieren;

b) Einführen des Spezimen (14) in die Vakuumkammer (18);

c) Bestrahlen des Spezimen (14) in der Vakuumkammer (18) durch den Elektronenstrahl (34);

d) Ätzen der Probe (12) von dem Spezimen (14) in der Vakuumkammer (18) durch den Ionenstrahl (22);

e) Separieren des Spezimen (14) und der Probe (12) in der Vakuumkammer durch ein Separierungsmittel (50; 52) beinhaltend einen Spezimen-Halter (50) und einen Proben-Halter (52); und

f) Bestrahlen der Probe (12) des Spezimen (14) in der Vakuumkammer (18) durch den Elektronenstrahl (34).
Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei während Schritt c) Elektronen, die von der Probe (12) in einer rückwärtigen Richtung bezüglich der Richtung des Elektronenstrahls (34) ausgelöst werden, detektiert werden. Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei während Schritt e) Elektronen, die von der Probe (12) in einer vorwärtsgerichteten Richtung bezüglich der Richtung des Elektronenstrahls (34) ausgelöst werden, detektiert werden. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei während Schritt e) der Elektronenstrahl (34) über die Probe (12) gescannt wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei während der Dauer der Abarbeitung der Schritte c) bis e) ein Vakuum in der Vakuumkammer aufrechterhalten wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei der Proben-Halter (52) und/oder der Spezimen-Halter (50) bewegt werden, um die Probe von dem Spezimen zu separieren. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei der Proben-Halter (52) bewegt wird, um die Probe (12) unter dem Elektronenstrahl (34) zu positionieren. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei die Probe durch den Proben-Halter unter Vakuum-Bedingungen positioniert wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei der Proben-Halter (52) die Probe (12) durch elektrostatische und/oder kapillare Kräfte hält.






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