JPH04343245A - 半導体装置の評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置の評価を
行うための評価装置、特に半導体装置の複数の微小領域
に電圧あるいは電流を印加することができ、あるいは半
導体装置の任意の微小領域に電圧あるいは電流を印加し
ながら前記半導体装置の電位コントラスト像を観察する
ことができる半導体装置の評価装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の半導体装置の評価装置の模
式図である。同図に示すように、この評価装置は、評価
対象たる半導体装置１を搭載しＸＹ方向に位置決めする
ＸＹステージ１０と、半導体装置１上に収束電子ビーム
Ｂを走査する第１ビーム光学系２０と、半導体装置１か
ら発生する量子（ここでは２次電子）を検出し、半導体
装置１の２次電子像を撮像する撮像ユニット３０と、半
導体装置１に所定電圧を印加するための電圧印加ユニッ
ト４０とで構成されている。

【０００３】第１ビーム光学系２０では、電子銃２１か
らの電子が電子引出し用電極２２によって引き出された
後、電子ビームＢとして収束レンズ２３に入射される。 この電子ビームＢは収束レンズ２３により収束され、さ
らに走査用コントローラ２４からの信号に応じて走査用
コイル２５によって偏向されて半導体装置１上をＸ，Ｙ
方向に走査される。

【０００４】こうして、半導体装置１表面に電子ビーム
Ｂが照射されると、各種の量子（２次電子，反射電子，
Ｘ線等）が発生する。撮像ユニット３０では、２次電子
Ｅを２次電子検出器３１で検出し、その検出器３１から
の出力信号を増幅器３２によって増幅した後、走査用コ
ントローラ２４からの信号に基づいて電子ビームＢの走
査に同期させることによって、ＣＲＴ３３上に２次電子
像が表示される。

【０００５】また、電圧印加ユニット４０は、外部電源
４１と、真空チャンバー５に取り付けられた真空コネク
ター４２と、半導体装置１の電極パッド（図示省略）に
接触された配線４３とで構成されており、外部電源４１
から所定の電圧が真空コネクター４２及び配線４３を介
して半導体装置１に印加されている。

【０００６】図４は、所定電圧が印加された半導体装置
１の２次電子像を示す模式図である。同図において、５
１はモニター画面であり、このモニター画面５１には２
つの金属配線５２，５３の像５２ｉ，５３ｉが観察され
る。２つの金属配線５２，５３のうち、一方の金属配線
５２は比較的高電位であり、逆に他方の金属配線５３は
比較的低電位となっている。そのため、２次電子像５２
ｉ，５３ｉの間に、その電位差に応じた濃淡差が生じ、
電位コントラスト像が得られる。従来より、こうして得
られた電位コントラスト像に基づき、半導体装置１の不
良解析や特性解析等が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体装置
の評価を行うには、半導体装置１の任意の領域に電圧や
電流を印加しながら、上記電位コントラスト像を撮像す
ることがある。そこで、従来より、ニードル針を半導体
装置１の任意の領域に直接接触させて、そのニードル針
を介して電圧等を印加していた。なお、説明の便宜から
、この明細書では半導体装置１の領域に電圧や電流を印
加することを「プロービング」と称する。

【０００８】しかしながら、半導体装置の高集積化にと
もなって、ニードル針によるプロービングにも一定の限
界があリ、微小領域に電圧等を印加することができる非
接触のプロービングが望まれている。

【０００９】また、第１ビーム光学系２０の収束レンズ
２３を適当に制御することによって、電子ビームＢのビ
ーム径をナノメータオーダーまで絞ることができる。し
たがって、収束された電子ビームＢを半導体装置１の任
意の微小領域に照射することによってその照射領域に負
の電圧を印加することができる。しかしながら、従来の
評価装置にはこうしたビーム光学系が１つしか設けられ
ていないために、所定領域をプロービングしながらその
プロービング領域から離れた領域の電位コントラスト像
を観察することができないという問題があった。

【００１０】さらに、半導体装置１の素子特性を確認す
るためには、通常複数のプロービング箇所が必要である
が、上記理由から従来の評価装置では複数箇所のプロー
ビングは不可能であった。その結果、半導体装置の不良
特性等を正確に評価することが困難であった。

【００１１】この発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、半導体装置の不良特性等を正確に評価す
ることができる半導体装置の評価装置を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる半導体
装置の評価装置は、半導体装置の評価を行うための評価
装置であって、上記目的を達成するために、電子あるい
はイオンビームを収束させ、その収束ビームを評価対象
たる半導体装置の表面上を走査する複数のビーム光学系
と、前記半導体装置から発生する量子を検出し、その量
子の発生量から前記半導体装置の表面像を得る撮像手段
とを備えている。

【００１３】

【作用】この発明における半導体装置の評価装置では、
複数の収束ビームが半導体装置の表面に照射され、複数
箇所でのプロービングが実行される。また、複数のビー
ム光学系のうちの１つが収束ビームを半導体装置の表面
に照射されて電子あるいはイオンビームによるプロービ
ングを実行されるとともに、別のビーム光学系が電子あ
るいはイオンビームをその半導体装置上を走査させてそ
のプロービング領域から離れた領域の表面像を撮像する
。

【００１４】

【実施例】図１はこの発明の一実施例である半導体装置
の評価装置の要部構成を示す模式図である。同図と図３
との比較から容易に理解することができるように、この
実施例が従来例（図３）と相違する点は、電子ビームを
半導体装置１に照射する第２ビーム光学系５０がさらに
設けられている点であり、その他の構成は同一である。

【００１５】この第２ビーム光学系５０は、電子銃５１
，電子引出し用電極５２，収束レンズ５３および走査用
コイル５４で構成されている。この第２ビーム光学系５
０では、電子銃５１からの電子が電子引出し用電極５２
によって引き出され、プロービング用の電子ビームＢＢ
として収束レンズ５３に入射される。そして、この収束
レンズ５３によって電子ビームＢＢは収束され、さらに
走査用コイル５４によって偏向されて、半導体装置１の
任意の領域に照射される。

【００１６】次に、上記のように構成された評価装置を
用いて半導体装置１の評価する手順について説明する。 まず、半導体装置１をＸＹステージ１０上に固定した後
、真空チャンバー５に連結された真空ポンプ（図示省略
）を作動させる。そして、真空チャンバー５内の真空度
が所定値に達した後、第１ビーム光学系２０からの電子
ビームＢを半導体装置１上を走査させる一方、ＣＲＴ３
３に半導体装置１の２次電子像を表示させる。ここで、
２次電子像を見ながら、ＸＹステージ１０を動作させる
ことによって、電位コントラストを観察する箇所あるい
は第１ビーム光学系２０によってプロービングを行う第
１のプロービング領域を決定し、半導体装置１を位置決
めする。

【００１７】続いて、第２ビーム光学系５０によってプ
ロービングを行う第２のプロービング領域を設定する。 この実施例では第２ビーム光学系５０は固定式であるた
め、第２のプロービング領域の設定可能な範囲は第２ビ
ーム光学系５０のビーム偏向範囲、すなわち走査用コイ
ル５４によって偏向可能な範囲であり、コイル５４に与
える電圧等を制御することによってその範囲内で第２の
プロービング領域を設定することができる。但し、第２
ビーム光学系５０に、例えばＸＹステージ１０を駆動す
る駆動ユニット（図示省略）と同様の駆動ユニットを連
結することによって、第２のプロービング領域の設定可
能な範囲を大幅に拡げることができる。

【００１８】また、第２ビーム光学系５０は第１ビーム
光学系２０と同様に電子ビームＢＢを半導体装置１の表
面上を走査する機能を有しているので、電子ビームＢＢ
を走査すると同時に、電子ビームＢＢの照射領域からの
２次電子を検出器３１により検出しながら、検出器３１
からの信号に基づきＣＲＴ３３にその走査領域の２次電
子像を表示することができる。したがって、この２次電
子像を観察しながら、第２のプロービング領域を設定す
ることができ、その結果、第２のプロービング領域を正
確に定めることができる。

【００１９】上記のようにして電位コントラスト像を観
察する箇所およびプロービング領域が設定されると、以
下のようにして半導体装置１の評価を実行する。第１の
評価方法として、第２ビーム光学系５０によって収束電
子ビームＢＢを第２のプロービング領域に照射して、所
定の電圧あるいは電流を印加する。なお、ここでは電子
ビームＢＢを照射していることから、印加される電圧は
負電圧となり、またビームＢＢの電流量や走査範囲ある
いは加速電圧等を調整することによって電圧，電流の印
加量を制御することができる。また、このプロービング
と並行して、第１ビーム光学系２０によって電子ビーム
Ｂを半導体装置１上を走査させることによって、ＣＲＴ
３３に上記設定箇所における電位コントラスト像を表示
させる。そして、このコントラスト像に基づいて半導体
装置１の不良特性等を評価する。

【００２０】また、第２の評価方法として、収束電子ビ
ームＢ，ＢＢをそれぞれ第１及び第２のプロービング領
域に照射するとともに、半導体装置１の電極パッド（図
示省略）に接触された配線４３および真空コネクター４
２を介して半導体装置１からの電気信号を取り出し、そ
の信号に基づき半導体装置１の不良特性等の評価を行う
。

【００２１】このように、この実施例では、第１ビーム
光学系２０による電子ビームＢの走査に加え、収束電子
ビームＢＢを半導体装置１の任意の微小領域に照射する
ことができるので、収束電子ビームＢＢによる微小領域
でのプロービングを実行しながら、そのプロービング領
域から離れた領域の電位コントラスト像を撮像すること
ができる。また、２箇所でのプロービングも可能となる
。その結果、半導体装置１の不良特性等を正確に評価す
ることができる。

【００２２】なお、上記実施例では、第１及び第２ビー
ム光学系２０，５０は電子ビームＢ，ＢＢを発生するよ
うに構成されているが、いずれか一方あるいは両方をイ
オンビームを発生するように構成しても良い。この場合
、Ｇａ，Ａｒ等の正のイオンビームによってプロービン
グされた領域には、正の電圧が印加されることとなる。

【００２３】また、上記実施例では、第１及び第２ビー
ム光学系２０，５０は固定されているが、両者ともＸ，
Ｙ方向に移動可能に構成してもよい。また、その際、図
２に示すように、２次電子検出器３１を第１及び第２ビ
ーム光学系２０，５０の間に位置するように配置しても
良い。

【００２４】また、上記実施例では、ビーム光学系を２
つ設けた場合について説明したが、ビーム光学系を３つ
以上設けても良いことは言うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明にかかる
半導体の評価装置によれば、電子あるいはイオンビーム
を収束させ、その収束ビームを評価対象たる半導体装置
の表面上を走査するビーム光学系が複数個設けられてい
るので、複数箇所でのプロービングが可能となり、しか
も電子あるいはイオンビームによるプロービングを実行
しながら、そのプロービング領域から離れた領域の電位
コントラスト像を撮像することができる。そのため、半
導体装置の不良特性等を正確に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である半導体装置の評価装
置の要部構成を示す模式図である。

【図２】この発明の他の実施例を示す模式図である。

【図３】従来の半導体装置の評価装置を示す図である。

【図４】電位コントラスト像の一例を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　半導体装置 ２０　　第１ビーム光学系 ３０　　撮像ユニット ５０　　第２ビーム光学系 Ｂ，ＢＢ　　電子ビーム Ｅ　　　　２次電子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体装置の評価を行うための評価装
   置であって、電子あるいはイオンビームを収束させ、そ
   の収束ビームを評価対象たる半導体装置の表面上を走査
   する複数のビ−ム光学系と、前記半導体装置から発生す
   る量子を検出し、その量子の発生量から前記半導体装置
   の表面像を得る撮像手段とを備えたことを特徴とする半
   導体装置の評価装置。