本发明专利技术提供在微小器件的不良解析中能够高灵敏度地检测异常的半导体检查装置。半导体检查装置具有：试样台(6)，其载置试样；电子光学系统(1)，其对试样照射电子束；测量探针(3)，其与试样接触；测量器(8)，其测量来自测量探针的输出；信息处理装置(9)，其取得与电子束对试样的照射响应的来自测量探针的输出的测量值，信息处理装置设定对试样开始照射电子束的时刻以及将电子束的照射冻结的时刻、在电子束照射到试样的状态下测量器测量来自测量探针的输出的第1测量期间、在电子束的照射被冻结之后测量器测量来自测量探针的输出的第2测量期间，根据在第1测量期间测量出的第1测量值与在第2测量期间测量出的第2测量值之差，求出与电子束对试样的照射响应的来自测量探针的输出的测量值。的测量值。的测量值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体检查装置
[0001]本专利技术涉及半导体的检查装置，尤其涉及使用了电子显微镜的微小器件特性评价装置涉及的半导体器件的故障解析技术。
技术介绍
[0002]通过半导体器件的微细化，大规模集成电路(LSI：Large-Scale Integration)的高速化、高性能化得以发展。伴随着这样的半导体器件的微细化，晶体管数、布线数、接触数增大，故障器件的不良解析变得复杂化，并且对于微小器件中的故障检测技术，要求更高灵敏度化。另外，所谓微小器件是指集成于LSI的元件、形成于LSI的布线等的微细结构。目前，作为该故障检测技术，使测量探针与微细的区域直接接触来测量电气特性的纳米探测装置受到关注。由此，使测量探针与10nm代工艺的晶体管等纳米器件的端子直接接触，能够评价其电气特性，成为其他解析技术没有的较大特征。
[0003]作为使用了纳米探测装置的器件故障解析方法，除了这样的电气特性的测量以外，还已知有专利文献1等所示的称为EBAC(电子束吸收电流：Electron Beam Absorption Current)观察的故障解析方法。在通常的SEM观察中，检测通过对试样入射电子束(1次电子)而产生的2次电子，从而进行试样表面的结构观察，此时入射的1次电子的一部分对于2次电子的产生没有帮助，失去能量而成为在试样中流动的微弱的电流(吸收电流)。在EBAC观察中，检测在电子束的照射位置与测量探针之间局部流动的吸收电流，将所得到的信号量的变化作为对比度而与电子束的扫描对应起来，由此，显示为图像(EBAC像)。在EBAC像中，能够包含测量试样的内部信息，例如在试样的深度方向上形成的布线的形状而变得可视化。布线存在断线部位时，从测量探针的接触部位观察，根据电子束照射位置处于断线部位近前的布线上还是处于断线部位前端的布线上，吸收电流的检测量不同，在EBAC像中以不同的对比度进行表现。由此，能够不破坏缺陷部分而简便地掌握器件的故障部位。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2010-135684号公报
技术实现思路
[0007]专利技术要解决的课题
[0008]虽然是这样的EBAC观察，但存在以下那样的课题。
[0009](1)对于低电阻性的缺陷，EBAC像的对比度弱，难以检测缺陷部位。例如，如果以布线不良为例，则在断线那样的开路故障的情况下缺陷部位为高电阻而获得强的对比度，但在布线短路的情况下，在EBAC像中无法得到强对比度的情况较多，难以检测。
[0010](2)在EBAC像的图像处理中，有时因对比度的黑斑等、映射信号的数字处理或放大器的特性而产生EBAC信息的缺损。
[0011]首先，对第1课题进行说明。在EBAC观察中，在低体的情况下，相对于要入射的电子
束量(以下，记为探头电流)，试样中的电阻体产生的电压信号变得极小。因此，在低电阻的材料的情况下，几乎不表现为电压信号的差异，其结果是，根据EBAC像的对比度难以检测异常部位的情况较多。
[0012]为了提高EBAC像的对比度，通过使用肖特基电子枪等获得较大的探头电流的电子枪，由此能够获得更大的反应信号(电压信号)。但是，过度的探头电流的照射有时因此使缺陷部变质，从故障解析的观点出发不优选。因此，报告了EBAC(EBIC)测量系统的高灵敏度化、例如锁相放大器的导入、映像信号的灰度数增加带来的EBAC像的高灵敏度化等。但是，作为测量对象的微小器件有时存在具有电容性的时间常数的部分。在基于锁相放大器的噪声的去除中，需要设定最佳的参照频率，但若测量部位具有电容性的时间常数，则测量信号会平缓地衰减，有时无法充分地去除噪声。作为半导体检查装置，希望即使试样具备具有电容性的时间常数的部分，也能够实现低噪声、高灵敏度测量的装置。
[0013]接着，对第2课题进行说明。如果使用电流放大器对混合半导体层和金属层的试样进行EBAC观察，则有时在EBAC像中出现半导体层特有的反应即EBIC(电子束激发电流：Electron Beam Induced Current)反应。EBIC是电子束入射到接合附近时产生的电子和空穴引起的漂移电流，基于EBIC反应获得的信号成为极强的电流信号。因此，在对混合半导体层和金属层的试样进行观察的情况下流入到EBAC装置的电流信号为从基于EBIC反应的10nA左右到基于电流几乎不流动的结构部的0.001nA左右的广泛范围。例如，即使将这样的广泛范围的信号分配为256灰度来显示映像的浓淡，信息的精细度也会受损，从而成为信息容易缺损的状态。或者，若流过过度的电流，则在EBAC观察中使用的放大器有时会饱和，在饱和区域中无法显示对比度的差异。在这样的情况下，本来应该得到的电流分布信息缺损，结果是会妨碍针对微小器件所产生的现象的物理解释。
[0014]这样，虽然使检测信号的变化图像化的EBAC观察是简便的，但是根据测量内容有时会漏看本来应该获得的信息。本专利技术者们确认了以下内容：在对使用纳米探测装置测量出的电气特性进行图像化(电气特性映射)时，通过使信号处理高灵敏度化，能够获得在现有的EBAC观察中无法观察到的器件信息。此外，使用纳米探测装置的优点在于，通过测量微小器件的各种电气特性，能够从多种观点进行器件故障解析。因此，提供一种半导体检查装置，能够协同执行基于多个电气特性映射像的解析、或者基于电气特性映射像的解析和基于其他解析方法的解析。
[0015]用于解决课题的手段
[0016]作为本专利技术的一个实施方式的半导体检查装置具有：试样台，其载置试样；电子光学系统，其对试样照射电子束；测量探针，其与试样接触；测量器，其测量来自测量探针的输出；以及信息处理装置，其取得与电子束对试样的照射响应的来自测量探针的输出的测量值，信息处理装置设定对试样开始照射电子束的时刻及将电子束的照射冻结的时刻、在电子束照射到试样的状态下测量器测量来自测量探针的输出的第1测量期间、以及在将电子束的照射冻结后测量器测量来自测量探针的输出的第2测量期间，根据在第1测量期间测量出的第1测量值与在第2测量期间测量出的第2测量值之差，求出与电子束对试样的照射响应的来自测量探针的输出的测量值。
[0017]此外，作为本专利技术的另外其他一个实施方式的半导体检查装置具有：试样台，其载置试样；电子光学系统，其对试样照射电子束；测量探针，其与试样接触；测量器，其测量来
自测量探针的输出；检测器，其检测因电子束与试样的相互作用而释放的信号电子；以及信息处理装置，其取得与电子束对试样的照射响应的来自测量探针的输出的测量值，电子光学系统根据第1拍摄条件在试样上进行二维扫描，信息处理装置根据由检测器检测出的信号制作SEM像，根据SEM像设定虚拟坐标，电子光学系统根据第2拍摄条件在试样上进行二维扫描，信息处理装置根据由测量器测量出的来自测量探针的输出的测量值来制作电气特性映射像，信息处理装置根据第1拍摄条件及第2拍摄条件对虚拟坐标进行坐标变化，由此在电气特性映射像上确定由虚拟坐标指定的位置。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体检查装置，其特征在于，具有：试样台，其载置试样；电子光学系统，其对所述试样照射电子束；测量探针，其与所述试样接触；测量器，其测量来自所述测量探针的输出；以及信息处理装置，其取得与所述电子束对所述试样的照射响应的来自所述测量探针的输出的测量值，所述信息处理装置设定对所述试样开始照射所述电子束的时刻及将所述电子束的照射冻结的时刻、在所述电子束照射到所述试样的状态下所述测量器测量来自所述测量探针的输出的第1测量期间、和在将所述电子束的照射冻结之后所述测量器测量来自所述测量探针的输出的第2测量期间，根据在所述第1测量期间测量出的第1测量值与在所述第2测量期间测量出的第2测量值之差，求出与所述电子束对所述试样的照射响应的来自所述测量探针的输出的测量值。2.根据权利要求1所述的半导体检查装置，其特征在于，所述信息处理装置检测对所述试样照射了所述电子束时的来自所述测量探针的输出的时间变化，并设定为所述第1测量期间和所述第2测量期间被包含在所述时间变化少的时间段。3.根据权利要求2所述的半导体检查装置，其特征在于，所述第1测量值是对所述测量器在所述第1测量期间测量出的测量值进行累计处理而得的值，所述第2测量值是对所述测量器在所述第2测量期间测量出的测量值进行累计处理而得的值。4.根据权利要求3所述的半导体检查装置，其特征在于，所述测量器检测响应于所述电子束的照射而在所述测量探针中产生的电压信号。5.根据权利要求3所述的半导体检查装置，其特征在于，所述半导体检查装置具有：与所述试样接触的第1测量探针和第2测量探针；以及第1输入端子与来自所述第1测量探针的输出连接，且第2输入端子与来自所述第2测量探针的输出连接的差动放大器，所述测量器测量从所述差动放大器输出的电压信号。6.根据权利要求5所述的半导体检查装置，其特征在于，所述信息处理装置控制所述差动放大器的增益。7.根据权利要求3所述的半导体检查装置，其特征在于，所述测量器测量响应于所述电子束的照射而在所述测量探针中产生的电流信号。8.根据权利要求3所述的半导体检查装置，其特征在于，所述电子光学系统在所述试样上进行二维扫描，所述信息处理装置将与所述电子束的照射响应的来自所述测量探针的输出的测量值和所述电子束的照射位置关联起来进行存储。9.根据权利要求8所述的半导体检查装置，其特征在于，所述信息处理装置生成数值映射图像，所述数值映射图像根据与所述电子束的照射响
应的来自所述测量探针的输出的测量值来决定与所述电子束的照射位置对应的像素的像素值。10.根据权利要求8所述的半导体检查装置，其特征在于，所述半导体检查装置具有：检测器，其检测因所述电子束与所述试样的相互作用而释放的信号电子，所述信息处理装置根据从所述检测器检测出的信号来制作SEM像，根据所述SEM像来设定虚拟坐标。11.根据权利要求10所述的半导体检查装置，...
【专利技术属性】
技术研发人员：古森正明，大木克夫，
申请(专利权)人：株式会社日立高新技术，
类型：发明
国别省市：
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