DE4412415A1

DE4412415A1 - Verfahren zur Reduzierung elektrischer Ladung auf einem Isolationsfilm während der Analyse in einem Elektronenstrahl-Testgerät

Info

Publication number: DE4412415A1
Application number: DE19944412415
Authority: DE
Inventors: Koshi Ueda
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1994-04-11
Publication date: 1994-10-13
Also published as: JPH06294848A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Ladungsansammlung auf einem Isolationsfilm während der Analyse in einem Elektronenstrahl- Testgerät. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Ladungsansammlung, die auf einem Schutzfilm oder einem anderen Isolationsfilm erzeugt wird, wenn unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Test gerätes das elektrische Potential von Elektroden gemessen wird, die auf hoch integrierten Chips (LSI′s) und anderen Halbleiterbauelementen angeordnet sind.

Vor der Erläuterung eines konventionellen Verfahrens zum Reduzieren der angehäuften elektrischen Ladung auf einem Isolationsfilm während der Analyse in einem Elektronenstrahl- Testgerät, werden zuerst unter Bezugnahme auf Fig. 4 die Prinzipien des Elektronenstrahl-Meßverfahrens kurz beschrie ben.

Gemäß Darstellung in Fig. 4 tastet ein Elektronenstrahl- Testgerät 40 eine zweidimensionale Fläche mit einem Elektronenstrahl 5 ab. Der Elektronenstrahl 5 wird mittels einer Abtastspule 41 so übertragen, daß ein vergrößertes Bild der überwachten Fläche erhalten wird. Mit anderen Worten, die Abtastspule 41 bewegt den fokussierten Elektronenstrahl 5 längs mehrerer paralleler Geraden hin und her, wodurch das elektrische Signal über eine spezifizierte Fläche detektiert wird, und sich ein vergrößertes Abbild des gemessenen elektrischen Signals ergibt.

Beispielsweise trifft gemäß Darstellung in Fig. 4 der Elektronenstrahl 5 auf den Schutzisolationsfilm 3, auf einer Elektrode 2, die auf der Oberfläche eines LSI 1 angeordnet ist. Ein Sekundärelektronenstrahl 7 mit einer Energie verteilung, die dem elektrischen von der Oberfläche des LSI emittieren elektrischen Potentials entspricht, wird von einem Detektor 43 erfaßt. Als nächstes wird das detektierte Signal des Sekundärelektronenstrahls 7 in der Weise verarbeitet, daß ein Bild, das seinem elektrischen Potential entspricht, auf dem Bildschirm des Elektronenstrahl-Testgerätes 40 dar gestellt werden kann.

In der Praxis ist gemäß Darstellung in Fig. 5 das Elektronenstrahl-Testgerät mit einer Sekundäerextraktions elektrode 6 versehen, welche den Sekundärelektronenstrahl 7 zwischen der Abtastspule 41 und des Oberfläche des LSI 1 extrahiert. Die Spannung in der Sekundäerextraktionselektrode 6 bleibt während der Detektion und Messung des Strahls 7 konstant. Wenn gemäß Darstellung in Fig. 5 der Elektronenstrahl 5 auf den Schutz-Isolationsfilm 3 gerichtet ist, wird der Sekundärelektronenstrahl 7 von dessen Oberfläche emittiert. Der Elektronenstrahl 7 wird durch ein elektrisches Feld extrahiert, das durch die an der Sekundärelektrode 6 angelegte Spannung erzeugt wird. Der Elektronenstrahl 7 erreicht letztlich den Sekundärdetektor 43 und wird darin detektiert. Wenn die von dem Elektronenstrahl 5 erzeugte Ladungsansammlung dieselbe ist wie die von dem Elektronenstrahl 7 erzeugte Ladungsansammlung, dann sammelt der Schutz-Isolationsfilm 3 keine Ladung.

Die Emissionsrate des Sekundärelektronenstrahls ist jedoch 1 oder größer, wenn ein mit einer Beschleunigungs spannung von 1 kV beschleunigter Elektronenstrahl aufgebracht wird. Demzufolge wird der Schutz-Isolationsfilm 3, welcher aus SiN oder SiO₂ besteht, positiv aufgeladen.

Wenn die Oberfläche des Schutz-Isolationsfilms 3 des LSI 1 geladen ist, ist es schwierig, das elektrische Potential der Elektrode 2, die unterhalb des Schutz-Isolationsfilms 3 des LSI 1 angeordnet ist, zu detektieren und zu messen.

Ferner wird das elektrische Potential der Verdrahtungs elektrode 2 aufgrund des Einflusses der erhöhten elektrischen Ladung, welche demzufolge den sekundären Strahl 7 beeinflußt, von dem Schutzfilm nicht richtig wiedergegeben. Daher wird die Erkennung und Messung des elektrischen Potentials sehr schwierig. Als weitere Komplikation hängt die angehäufte elektrische Ladung von der Ladungsmenge des angelegten Strahls, den Strahl-Beschleunigungsspannungen, den Inten sitäten des elektrischen Feldes zum Extrahieren des sekundären Elektronenstrahls, dem Strahl-Emissionsbereich, der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahls, der Art des Schutz-Isolationsfilms und anderen Parametern ab.

Ein konventionelles Elektronenstrahl-Testgerät erkennt und hält während des Meßvorganges die sekundäre Elektronenstrahl-Extraktionsspannung der sekundären Elektrode 6 auf einem konstanten Wert. Das konventionelle Elektronenstrahl-Testgerät setzt die Beschleunigungsspannung des emittierenden Elektronenstrahls auf eine niedrige Spannung und minimiert auch den Einfluß der elektrischen Ladung auf dem Schutz-Isolationsfilm 3 durch eine Begrenzung der Ladungsmenge des aufgebrachten Elektronenstrahls. Diese Verfahren haben sich jedoch zur Reduzierung der angehäuften Ladungsmenge auf den Isolationsfilmen als unzureichend erwiesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Ladungs ansammlung auf der Oberfläche des Isolationsfilms während einer Analyse in einem Elektronenstrahl-Testgerät bezogen auf die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des sekundären Elektronenstrahls und des Emissionsbereichs des Elektronenstrahls bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Zur Lösung der mit der Messung des elektrischen Potentials auf der Oberfläche eines LSI verbundenen Probleme bei der Verwendung eines herkömmlichen Elektronenstrahl- Testgerätes 40, verwendet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Reduzierung der elektrischen Ladung auf isolierenden Filmen, bei dem sich die Intensität des elektrischen Feldes des Sekundärelektronenstrahls automatisch entsprechend einer Detektionsverstärkung verändert. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des elektrischen Feldes des Sekundärelektronenstrahls vorzugs weise erhöht wird, wenn sich der Detektionsbereich ver ringert. Es ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des Sekundär elektronenstrahls vorzugsweise auf einem bestimmten Pegel beibehalten wird, wenn die Detektionsverstärkung über einem bestimmten Wert M₀ liegt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Verteilung elektrischer Potentiale;

Fig. 1(a) ein Diagramm, das das elektrische Potential über der gesamten Oberfläche des LSI darstellt;

Fig. 1(b) ein Diagramm, welches das elektrische Potential in der Umgebung des LSI darstellt;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der elektrischen Potentialbarriere und der Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des Sekundärelektronenstrahls darstellt;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Detektionsverstärkung oder dem Emissionsbereich und der Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des Sekundär elektronenstrahls darstellt;

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die das Elektronen strahl-Testgerät zeigt; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung, welche die Oberfläche des LSI und die Extraktionselektrode für den Sekundärelektronenstrahl zeigt.

Kurz zusammengefaßt, kann die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des sekundären Elektronenstrahls der vorliegenden Erfindung automatisch dem Emissionsbereich des Elektronenstrahls entsprechend verändert werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die vorliegende Erfindung führt eine dynamische Steuerung in der Weise durch, daß mit kleiner werdendem Emissionsbereich des Elektronenstrahls die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des Sekundär elektronenstrahls kleiner wird. Somit kann die Intensität des elektrischen Feldes auf der Oberfläche des LSI durchgehend auf einem idealen Wert gehalten werden. Auf diese Weise kann die Ansammlung elektrischer Ladung auf dem Schutz- Isolationsfilm 3 verhindert werden.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert.

Fig. 1(a) ist eine Darstellung, die das elektrische Potential der Extraktionselektrode 6 und des LSI 1 zeigt. Fig. 1(b) ist eine Darstellung, die das elektrische Potential in der Umgebung des LSI zeigt. Wenn das elektrische Potential V_S des Schutz-Isolationsfilms 3 auf dem LSI 1 Null ist und die Extraktionsspannung V_ext der sekundären Extraktions elektrode 6 positiv ist, dann besteht nur das elektrische Beschleunigungsfeld, das dem sekundären Elektronenstrahl 7 entspricht, zwischen der Extraktionselektrode 6 und der Oberfläche des Schutz-Isolationsfilms 3. Für diesen Fall gilt, daß wenn der Elektronenstrahl 5 auf die Oberfläche des Schutz-Isolationsfilms 3 aufgebracht wird, dann die Detek tionsverstärkung oder der Emissionsbereich der Oberfläche des Films 3 positiv ist, da eine Emissionsrate des Isola tionsfilms, der als Schutz-Isolationsfilm des LSI 1 verwendet wird, üblicherweise 1 oder größer ist. Gemäß Darstellung in Fig. 1(b) ändert sich mit steigender elektrischer Ladungsansammlung die Steigung des elektrischen Feldes in dem Emissionsbereich des Elektronenstrahls, welcher näher an dem Schutz-Isolationsfilm 3 liegt, vom Positiven ins Negative. Das vom Strahl-Emissionsbereich entfernt liegende elektrische Feld, welches auch weiter weg vom Schutz-Isolationsfilm 3 liegt, bleibt jedoch positiv. Es entsteht nämlich ein elektrischer Potential-Sattelpunkt F_S des elektrischen Potentials.

Der emittierte sekundäre Elektronenstrahl 7 wird am Sattelpunkt F_S zurückreflektiert. Folglich kann ein Eingangs/ Ausgangs-Gleichgewicht zwischen dem Elektronenstrahl 5 und dem Elektronenstrahl 7 beibehalten werden. Somit wird die Ladungsansammlung auf der Oberfläche des Schutz-Isolations films 3 reduziert.

Die Lage und das elektrische Potential des Sattelpunktes F_S hängen von der elektrischen Ladungsansammlung, der Inten sität des elektrischen Extraktionsfeldes des sekundären Elektronenstrahls und von dem Emissionsbereich ab. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung der elektrischen Ladungsansammlung auf der Oberfläche des LSI. Dieses wird durch Einstellung des am besten geeigneten Wertes für die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes er reicht, welches der Fläche des Emissionsbereiches entspricht, wobei die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes der Änderung des Emissionsbereiches dynamisch folgt. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet unter Bezugnahme auf die vorstehende Aufgabe gemäß Darstellung in Fig. 1 eine eindimensionale Ansicht, wobei die Z-Achse als eine vertikale Achse definiert ist, welche senkrecht zu der LSI-Oberfläche liegt, und die X-Achse als eine horizontale Achse definiert ist, welche parallel zur Oberfläche des LSI liegt.

Wenn beispielsweise die Oberfläche des Schutz-Isolations films 3 aufgeladen wird, wird der Emissionsbereich und das elektrische Potential des Emissionsbereiches zu 2a bzw. V_S. Wenn dann die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des sekundären Elektronenstrahls F[v/mm] existiert, dann kann das elektrische Potential der (z,x)-Ebene durch die nachstehende Gleichung des Ausdrucks 1 ausgedrückt werden.

Wenn die Lage des Sattelpunktes und seines elektrischen Potentials zu (Zm,0) bzw. Φm wird, dann können ihre Gleichungen gemäß Ausdruck 2 dargestellt werden.

Diese Beziehungen sind in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der elektrischen Potential barriere V und der Intensität des elektrischen Extraktions feldes des sekundären Elektronenstrahls F am Sattelpunkt F_S, wenn der Emissionsbereich als Parameter verwendet wird.

Wenn weiter gemäß Fig. 2 der Wert der Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes F konstant ist, nämlich wenn F = 200 V/mm ist, dann ist die elektrische Potentialbarriere V wie folgt:

Wie vorstehend beschrieben, sinkt die Barriere V mit steigendem Emissionsbereich. Wenn die elektrische Potential barriere V klein ist, kann der von dem Schutz-Isolationsfilm 3 des LSI 1 emittierte sekundäre Elektronenstrahl leicht zu dem elektrischen Extraktionsfeld F herausgezogen werden. Auf diese Weise steigt die Ladungsansammlung auf der Oberfläche des Schutz-Isolationsfilms 3 an. Wenn im Gegensatz dazu V groß ist, wird der von dem Film 3 emittierte sekundäre Elektronenstrahl nur sehr wenig zu dem elektrischen Extraktionsfeld F herausgezogen. Somit wird die Ladungs ansammlung kleiner.

Die Höhe der elektrischen Potentialbarriere V am Sattelpunkt hängt nämlich von dem Emissionsbereich ab. Sobald der Bereich ansteigt, d. h., wenn die Detektionsvergrößerung kleiner wird, wird die Ladungsansammlung auf der Oberfläche des Films größer. Konventionelle Geräte haben einen Nachteil darin, daß mit größer werdendem Emissionsbereich auch die angesammelte Ladung ansteigt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß mit größer werdendem Emissionsbereich die Inten sität des elektrischen Feldes des sekundären Elektronen strahls ebenfalls ansteigt. Um diese Probleme zu lösen, macht die vorliegende Erfindung die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes als Antwort auf den größer werdenden Emissionsbereich klein. Wenn beispielsweise gemäß Darstellung in Fig. 2 die elektrische Potentialbarriere 2 V ist, können die folgenden Ergebnisse erzielt werden:

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Detektions- Verstärkung oder dem Emissionsbereich und dem elektrischen Extraktionsfeld F des Sekundärelektronenstrahls. Wie im vorstehenden Fall verhindert die vorliegende Erfindung ein Anwachsen der elektrischen Ladungsansammlung zusammen mit einem Anwachsen des Emissionsbereichs, indem die Höhe der elektrischen Potentialbarriere beibehalten wird.

Die vorliegende Erfindung reduziert die Intensität des elektrischen Feldes, wenn der Emissionsbereich größer wird. Somit dient die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes auch zur Verhinderung einer Ladungsansammlung auf dem Film 3, wenn die Intensität des elektrischen Rückhaltefeldes, welches das elektrische Extraktionsfeld ist, dessen Elektroden umgekehrt sind, kleiner wird.

Um die vorstehend erwähnten Reaktionen der vorliegenden Erfindung zu erhalten, wird eine bestimmte Detektions verstärkung eingestellt. Die Detektionsverstärkung ist als ein Wert definiert, welcher eine Abbildungsbreite in einer Anzeige eines Elektronenstrahl-Testgerätes in einer Abtast breite des Elektronenstrahls (d. h., in dem Emissionsbereich des Elektronenstrahls) eliminiert. Die Abbildungsbreite in der Anzeige wird in der Größenordnung von Zentimetern (cm) ausgedrückt. Der Emissionsbereich wird in der Größenordnung von Mikrometern (µm) ausgedrückt. Auf der Basis dieser Definition sind der Emissionsbereich und die Detektions verstärkung zueinander disproportional. Daher kann die vorstehende Beschreibung "mit größer werdendem Emissions bereich sinkt die Intensität" als "mit größer werdender Detektionsverstärkung steigt die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des sekundären Elektronenstrahls" inter pretiert werden. Die Verwendung der Detektionsverstärkung macht es leicht, die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung zu verstehen. In der vorliegenden Erfindung wird die Intensität vergrößert, wenn die Detektionsverstärkung größer wird. Das elektrische Extraktionsfeld bewirkt jedoch eine leichte Verschiebung einer Achse, auch wenn das elektrische Extraktionsfeld mit der optischen Achse der elektrischen Linse übereinstimmt. Dieses bewirkt eine Verschiebung des beobachteten Bildes und der Meßpunktlage. Folglich stimmen das CAD-Layout und das SEM-Bild nicht überein und ein vorgegebener Meßpunkt ist verschoben. In derartigen Fällen sollte die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes auf ein und demselben Wert beibehalten werden, sobald die Detektionsverstärkung einen bestimmten Wert überschreitet.

Bei Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Reduzierung der elektrischen Ladungsansammlung auf einem Isolationsfilm während der Analyse in einem Elektronenstrahl-Testgerät ist es möglich, die Ladungsansammlung auf dem Schutz-Isolationsfilm zu minimieren, wenn elektrische Potentiale von auf LSI′s angeordneten Verdrahtungselektroden detektiert und gemessen werden. Somit kann die Detektion und Messung der elektrischen Potentiale von Verdrahtungselektroden konsistent mit hoher Qualität erreicht werden.

Claims

1. Verfahren zum Reduzieren der Ansammlung elektrischer Ladung auf einem Isolationsfilm während der Analyse in einem Elektronenstrahl-Testgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität eines elektrischen Extraktions feldes eines von einer Probe emittierten Sekundär elektronenstrahls automatisch entsprechend der Detektionsverstärkung verändert wird, wenn das elektrische Potential auf einer Oberfläche eines in dem Elektronenstrahl-Testgerät analysierten Halb leiterbauelementes gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des Sekundärelektronenstrahls erhöht wird, wenn der Detektionsbereich kleiner wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekenn zeichnet, daß die Intensität des elektrischen Extraktionsfeldes des Sekundärelektronenstrahls auf einem bestimmten Pegel gehalten wird, wenn die Detektions verstärkung einen bestimmten Wert überschreitet.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.