JPS624335A - 半導体デバイスの検査方法及び装置 - Google Patents
半導体デバイスの検査方法及び装置Info
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- JPS624335A JPS624335A JP61108762A JP10876286A JPS624335A JP S624335 A JPS624335 A JP S624335A JP 61108762 A JP61108762 A JP 61108762A JP 10876286 A JP10876286 A JP 10876286A JP S624335 A JPS624335 A JP S624335A
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- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
以下の順序で本発明を説明する。
Ａ、産業上の利用分野
Ｂ、従来技術
Ｃ０発明が解決しようとする問題点
り０問題点を解決するための手段
Ｅ、実施例
ｅ １． 本発明の装置（第１図）
ｅ ２． 他の実施例の装置（第２図）ｅ ３．
さらに他の実施例の装置（第３図）Ｆ０発明の効果 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、電子の衝撃によって生じた正孔・電子対の
分布を表示するための方法及び装置に関するものである
。そのようなものの最も良く知られた例は、電子ビーム
誘導導電率（ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍ １ｎｄｕｃ
ｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ：ＥＢＩＣ）方法で
あシ、これは一般に電荷収集影像化とも呼ばれる。この
タイプの方法及び装置は、例えば集積回路や発光ダイオ
ードなどの半導体物質及びデバイスのような非金属試料
の構造的及びその他の特性を検査するために使用される
。この発明は特に、衝撃電子が低エネルギーであるタイ
プの高解像度の方法及び装置に関するものである。
さらに他の実施例の装置（第３図）Ｆ０発明の効果 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、電子の衝撃によって生じた正孔・電子対の
分布を表示するための方法及び装置に関するものである
。そのようなものの最も良く知られた例は、電子ビーム
誘導導電率（ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍ １ｎｄｕｃ
ｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ：ＥＢＩＣ）方法で
あシ、これは一般に電荷収集影像化とも呼ばれる。この
タイプの方法及び装置は、例えば集積回路や発光ダイオ
ードなどの半導体物質及びデバイスのような非金属試料
の構造的及びその他の特性を検査するために使用される
。この発明は特に、衝撃電子が低エネルギーであるタイ
プの高解像度の方法及び装置に関するものである。
Ｂ、従来技術
従来のＥＢＩＣ方法においては、半導体デバイスのよう
な非金属サンプルが内部電界によシバイアスされ、走査
電子顕微鏡中で集束された電子ビームにより走査される
。入射電子ビームはサンプル物質中に正孔・電子対また
は荷電担体をつくシ出し、それらは内部電界の作用で電
気接点に対して反対方向に流れてゆき凝集しまたは集結
して、外部回路中の電流をなす。この正孔・電子対は典
形的にはｐ−ｎ接合、ショットキー障壁または収集電極
（すなわち、それらによってつくシ出される内部電界）
によって集められる。外部回路につくり出された電子ビ
ーム誘導電流は、次に電子ビームによるサンプル表面の
走査と同期して表示され、これによシ検査中のサンプル
の影像がつくり出される。正孔・電子対がサンプル中で
発生される効率と、それらが集められる効率は、電子ビ
ームによって照射される物質の局所的な特性に依存する
ので、この表示は、サンプルの空間的な特性または構造
についての情報を開示する影像を形成する。
な非金属サンプルが内部電界によシバイアスされ、走査
電子顕微鏡中で集束された電子ビームにより走査される
。入射電子ビームはサンプル物質中に正孔・電子対また
は荷電担体をつくシ出し、それらは内部電界の作用で電
気接点に対して反対方向に流れてゆき凝集しまたは集結
して、外部回路中の電流をなす。この正孔・電子対は典
形的にはｐ−ｎ接合、ショットキー障壁または収集電極
（すなわち、それらによってつくシ出される内部電界）
によって集められる。外部回路につくり出された電子ビ
ーム誘導電流は、次に電子ビームによるサンプル表面の
走査と同期して表示され、これによシ検査中のサンプル
の影像がつくり出される。正孔・電子対がサンプル中で
発生される効率と、それらが集められる効率は、電子ビ
ームによって照射される物質の局所的な特性に依存する
ので、この表示は、サンプルの空間的な特性または構造
についての情報を開示する影像を形成する。
ＦＢＩＣ方法は、例えば、半導体物質中へのｐ型または
ｎ型不純物拡散の結果として、しばしばｐ−ｎ接合の近
傍に形成される転位を影像化するために使用することが
できる。すなわち、ｐ型またはｎ型不純物の拡散は、ｐ
−ｎ接合が形成されたときに半導体の表面につくり上げ
られた高不純物濃度の領域によってひき起こされた格子
の歪みに起因する局所的な可塑変形をもたらす。ＥＢｒ
Ｃ方法はまた、結晶欠陥、反転層、デプリーション領域
等を影像化するためにも使用することができる。
ｎ型不純物拡散の結果として、しばしばｐ−ｎ接合の近
傍に形成される転位を影像化するために使用することが
できる。すなわち、ｐ型またはｎ型不純物の拡散は、ｐ
−ｎ接合が形成されたときに半導体の表面につくり上げ
られた高不純物濃度の領域によってひき起こされた格子
の歪みに起因する局所的な可塑変形をもたらす。ＥＢｒ
Ｃ方法はまた、結晶欠陥、反転層、デプリーション領域
等を影像化するためにも使用することができる。
ｇＢＩｃ方法についての記載は、）（ｅＪ、ＩＪ−ミー
（Ｌｅａｍｙ）による、Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ。
（Ｌｅａｍｙ）による、Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ。
Ｖｏｌ、５３、Ｎｏ、６、Ｒ５１−Ｒ８０（１９８２）
の”電荷収集走査電子顕微鏡検査（ＣｈａｒｇｅＣｏｌ
ｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）″と題する論文及び、プレ
ナム・プレス（Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ ）ニュー
ヨーク及ヒロントン、１９７５刊のＪ、１． ゴール
ドシュタイン（Ｇｏｌｄａｔｅｉｎ ）及びＨ，ヤコウ
イツツ（Ｙａｋｏｗｉｔｚ ）著の”実用走査電子顕微
鏡検査（Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ
ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ）” と題
する刊行物の２０２ページ以下にある。
の”電荷収集走査電子顕微鏡検査（ＣｈａｒｇｅＣｏｌ
ｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）″と題する論文及び、プレ
ナム・プレス（Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ ）ニュー
ヨーク及ヒロントン、１９７５刊のＪ、１． ゴール
ドシュタイン（Ｇｏｌｄａｔｅｉｎ ）及びＨ，ヤコウ
イツツ（Ｙａｋｏｗｉｔｚ ）著の”実用走査電子顕微
鏡検査（Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ
ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ）” と題
する刊行物の２０２ページ以下にある。
従来のＥＢＩＣ方法は十分な価値を有するものであるが
、その欠点は入射電子が試料に深く貫入するため解像度
が限定されてしまうことである。
、その欠点は入射電子が試料に深く貫入するため解像度
が限定されてしまうことである。
すなわち、その貫入の間に、電子はあらゆる可能な方向
に散乱し、以て電子ビームが拡がってしまうのである。
に散乱し、以て電子ビームが拡がってしまうのである。
このとき弾性散乱のみならず非弾性散乱も生じ、これに
よシ正孔・電子対が生成される。
よシ正孔・電子対が生成される。
半導体素子は小型化されてゆく傾向にあるので、物質や
デバイスの検査は一層微細なスケールで行なわれること
が要望されている。その結果、電子衝撃によシ生じた正
孔・電子対の分布を表示するためのよｐ高解像度の方法
が必要となる。
デバイスの検査は一層微細なスケールで行なわれること
が要望されている。その結果、電子衝撃によシ生じた正
孔・電子対の分布を表示するためのよｐ高解像度の方法
が必要となる。
理論的には、電子ビームのエネルギーを低下させること
により電子散乱効果が低減することが分かつているのだ
が、従来の電子ビーム装置における達成可能な最小の直
径は、電子ビームのエネルギーが低下するにつれて増大
する。これはと９わけ磁気または電子レンズにおける色
収差に起因する。その結果、従来の電子ビーム装置にお
いて電子のエネルギーを低下させるについて、電子の散
乱自体は問題ではなくなるけれども、ビームの直径が増
大する結果として解像度は改善されずむしろ低下するの
である。
により電子散乱効果が低減することが分かつているのだ
が、従来の電子ビーム装置における達成可能な最小の直
径は、電子ビームのエネルギーが低下するにつれて増大
する。これはと９わけ磁気または電子レンズにおける色
収差に起因する。その結果、従来の電子ビーム装置にお
いて電子のエネルギーを低下させるについて、電子の散
乱自体は問題ではなくなるけれども、ビームの直径が増
大する結果として解像度は改善されずむしろ低下するの
である。
Ｃ６発明が解決しようとする問題点
この発明の目的は、高解像度を達成できるＥＢＩＣ方法
及び装置を提供することにある。
及び装置を提供することにある。
Ｄ１問題点を解決するための手段
本発明によれば、上記の目的は、試料の表面のきわめて
小さい領域に高エネルギーではなく低エネルギーの電子
を衝撃し、試料に対して電子ビームのみならず電子源自
体も物理的に走査（すなわち移動）させることにより達
成される。
小さい領域に高エネルギーではなく低エネルギーの電子
を衝撃し、試料に対して電子ビームのみならず電子源自
体も物理的に走査（すなわち移動）させることにより達
成される。
前にも述べたように、低エネルギーで高解像度の電子ビ
ームは従来の電子ビーム装置では達成することができな
い。なぜなら、低エネルギーの電子は、実用的な電子密
度の適当に小さい直径（高解像度）のビームを形成する
ように集束させることができないからである。しかし、
この発明によれば、試料のきわめて小さい領域が低エネ
ルギー電子によって衝撃され、この際、電子によって衝
撃される面にきわめて近接して鋭く尖った電極から低エ
ネルギーの電子を放出することにより、電子の集束手段
は必要でない。
ームは従来の電子ビーム装置では達成することができな
い。なぜなら、低エネルギーの電子は、実用的な電子密
度の適当に小さい直径（高解像度）のビームを形成する
ように集束させることができないからである。しかし、
この発明によれば、試料のきわめて小さい領域が低エネ
ルギー電子によって衝撃され、この際、電子によって衝
撃される面にきわめて近接して鋭く尖った電極から低エ
ネルギーの電子を放出することにより、電子の集束手段
は必要でない。
電子を放出する尖った電極は、試料の面にきわめて近接
して物理的に走査される。そして、その先端から電子を
放出させ試料面に衝撃させるために、尖った電極と試料
面との間に電圧が加えられる。高解像度は、尖った電極
の先端の直径と、その先端と試料面の間の距離とを小さ
く保つことにより達成される。試料面と電子放出端との
間の電圧は１００ｖ以下（好ましくは１０ｖ以下）であ
シ、これによシ試料面に衝撃される電子のエネルギーは
低く、散乱は低減されもしくは解消される。
して物理的に走査される。そして、その先端から電子を
放出させ試料面に衝撃させるために、尖った電極と試料
面との間に電圧が加えられる。高解像度は、尖った電極
の先端の直径と、その先端と試料面の間の距離とを小さ
く保つことにより達成される。試料面と電子放出端との
間の電圧は１００ｖ以下（好ましくは１０ｖ以下）であ
シ、これによシ試料面に衝撃される電子のエネルギーは
低く、散乱は低減されもしくは解消される。
尖った電極は、検査すべき試料の面上を（好ましくは実
質的にその面から等距離で）走査され、電子の衝撃によ
って生成された正孔・電子対が感知され、そのような正
孔・電子対の感知された数の測定値が電極の走査と同期
して表示される。これにより、電子衝撃により引き起こ
された正孔・電子対の分布が表示され、以て試料面の構
造的またはその他の特性が開示される。尖った電極と試
料平面の間の距離、及び電極チップの直径は、ともに好
適には０．１ないし１０ ｎｍであシ、尖った電極と試
料面の間の電圧は、好適には１ないし１０ボルトである
。
質的にその面から等距離で）走査され、電子の衝撃によ
って生成された正孔・電子対が感知され、そのような正
孔・電子対の感知された数の測定値が電極の走査と同期
して表示される。これにより、電子衝撃により引き起こ
された正孔・電子対の分布が表示され、以て試料面の構
造的またはその他の特性が開示される。尖った電極と試
料平面の間の距離、及び電極チップの直径は、ともに好
適には０．１ないし１０ ｎｍであシ、尖った電極と試
料面の間の電圧は、好適には１ないし１０ボルトである
。
尖った電極と衝撃される面との間の間隔が１ｎｍ以下で
あるときは、尖った電極の先端の原子の電子雲が、対向
する試料面の原子の電子雲に接触し、尖った電極と試料
面の間にはトンネル電流経路が形成される。その間隔が
３ｎｍ以上になると、電子は電界放出によシ尖った電子
源から離れなくてはならない。その間隔が約１ｎｍと３
ｎｍの間にある場合は、その両方の電流効果が経験され
る。いかなる場合でも、電子を受容する面の領域は、尖
った電子源とターゲツト面の間の距離にほぼ等しい直径
を有する。
あるときは、尖った電極の先端の原子の電子雲が、対向
する試料面の原子の電子雲に接触し、尖った電極と試料
面の間にはトンネル電流経路が形成される。その間隔が
３ｎｍ以上になると、電子は電界放出によシ尖った電子
源から離れなくてはならない。その間隔が約１ｎｍと３
ｎｍの間にある場合は、その両方の電流効果が経験され
る。いかなる場合でも、電子を受容する面の領域は、尖
った電子源とターゲツト面の間の距離にほぼ等しい直径
を有する。
走査電子顕微鏡において、平面に近接配置された尖った
電子源から低エネルギー電子を放出することは、次の文
献に記載されている。
電子源から低エネルギー電子を放出することは、次の文
献に記載されている。
（ｉ） ４９ Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、５７−
６１ （１９８２）−、ピニング（Ｂｉｎｎｉｎｇ）ら
による”走査トンネル顕微鏡検査による表面検査（Ｓｕ
ｒｆａｃｅＳｔｕｄｉｅｓ ｂｙ Ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ）”
と題する論文。
６１ （１９８２）−、ピニング（Ｂｉｎｎｉｎｇ）ら
による”走査トンネル顕微鏡検査による表面検査（Ｓｕ
ｒｆａｃｅＳｔｕｄｉｅｓ ｂｙ Ｓｃａｎｎｉｎ
ｇ ＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ）”
と題する論文。
（ｆｔ） ４０ Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、１７８−１
８０（１９８２）、ピニングらによる”制御可能な真空
ギャップ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ ａ
ＣｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅＶａｃｕｕｍ Ｇａｐ ）”
と題する論文。
８０（１９８２）、ピニングらによる”制御可能な真空
ギャップ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ ａ
ＣｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅＶａｃｕｕｍ Ｇａｐ ）”
と題する論文。
（１１υ ピニングらの米国特許第４５４３９９５号。
低エネルギー電子はまた、３７ Ｒｅｖ、Ｓｃｉ。
Ｉｎｓｔｒｕｍ、２７５−２７８（１９６６）のＲｌＤ
、ヤング（Ｙｏｕｎｇ）による”電界放出超マイクロメ
ータ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｕｌｔｒａ
−ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ ）″ と題する論文に記載さ
れた装置によって、表面に近接配置された尖った電子源
から発生される。
、ヤング（Ｙｏｕｎｇ）による”電界放出超マイクロメ
ータ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｕｌｔｒａ
−ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ ）″ と題する論文に記載さ
れた装置によって、表面に近接配置された尖った電子源
から発生される。
上記従来技術の装置が微小表面領域を低エネルギー電子
で衝撃するものであることが窺われるけれども、これら
の装置は、電子衝撃によって引き起こされた正孔・電子
対を衣示しまたは電荷収集影像を形成するために使用さ
れず、距離または高さを測定し幾何的な影像を形成する
ために使用されるものであった。すなわち、この従来技
術の装置は正孔・電子対を生成するために使用されず、
また従来技術の装置をそのために使用することは何ら示
唆されていない。さらに、従来技術の装置は、正孔・電
子対を感知せず、それを行う能力も有していない。
で衝撃するものであることが窺われるけれども、これら
の装置は、電子衝撃によって引き起こされた正孔・電子
対を衣示しまたは電荷収集影像を形成するために使用さ
れず、距離または高さを測定し幾何的な影像を形成する
ために使用されるものであった。すなわち、この従来技
術の装置は正孔・電子対を生成するために使用されず、
また従来技術の装置をそのために使用することは何ら示
唆されていない。さらに、従来技術の装置は、正孔・電
子対を感知せず、それを行う能力も有していない。
本発明においては、試料の表面は、輻射された領域に正
孔・電子対をつくり出すために低エネルギー電子で走査
される。従来技術の装置においては、近接面が電子源の
放出特性に与える効果は、試料面に対する電子源の位置
を制御しまたは測定するために使用された。それは、近
接面の位置または高さを測定しその幾何形状を表示する
ためであって、試料に正孔・電子対の分布をつくり出し
その分布を表示するためではなかった。
孔・電子対をつくり出すために低エネルギー電子で走査
される。従来技術の装置においては、近接面が電子源の
放出特性に与える効果は、試料面に対する電子源の位置
を制御しまたは測定するために使用された。それは、近
接面の位置または高さを測定しその幾何形状を表示する
ためであって、試料に正孔・電子対の分布をつくり出し
その分布を表示するためではなかった。
従来技術は、正孔・電子対を試料の微小な領域に正孔・
電子対をつくシ出すという直接の目的で尖った電子源を
試料面にきわめて近接させて使用するということを行な
っていないように思われる。
電子対をつくシ出すという直接の目的で尖った電子源を
試料面にきわめて近接させて使用するということを行な
っていないように思われる。
Ｅ、実施例
ｅ １． 本発明の装置
第１図を参照すると、半導体デバイスなどのような検査
されるべき試料３が、その上面５を電子放出用電極７に
きわめて近接するように（好ましくは真空槽１２内に）
配置されている。電極７は、表面５にきわめて近接する
が接触しない鋭く尖った先端またはチップ１を有してい
る。電極７のチップ１の先端の直径は好ましくは１０υ
ｍまたはそれ以下である。
されるべき試料３が、その上面５を電子放出用電極７に
きわめて近接するように（好ましくは真空槽１２内に）
配置されている。電極７は、表面５にきわめて近接する
が接触しない鋭く尖った先端またはチップ１を有してい
る。電極７のチップ１の先端の直径は好ましくは１０υ
ｍまたはそれ以下である。
本発明の方法を実施するに際しては、電子放出用の尖っ
たチップ１が表面５からは実質的に等距離で１次元また
は２次元に沿って試料３とは相対ツブ１の先端と表面５
との間の距離は１〜１０υｍ程度である。このことを実
施するために、チップ１と狭面５間のギャップは、好適
には走査処理のの間に動的に制御されなくてはならない
。そこで、ギャップ（Ｚ）方向の調節を行うためと、走
査（Ｘ及びＹ）方向の位置決めを行うために、個別の粗
及び微小機械的位置決め装置を使用することができる。
たチップ１が表面５からは実質的に等距離で１次元また
は２次元に沿って試料３とは相対ツブ１の先端と表面５
との間の距離は１〜１０υｍ程度である。このことを実
施するために、チップ１と狭面５間のギャップは、好適
には走査処理のの間に動的に制御されなくてはならない
。そこで、ギャップ（Ｚ）方向の調節を行うためと、走
査（Ｘ及びＹ）方向の位置決めを行うために、個別の粗
及び微小機械的位置決め装置を使用することができる。
このとき、チップ１と平面５の一方または双方を動かす
ことができる。好適には、機械的な位置決め装置はチッ
プ１を表面５上で１ｎｍ程度の解像度で走査し、またチ
ップ１と表面５の間の間隔ｔＯ，１ｎｍの精・度で制御
し得るものでなくてはならない。このことを実行するの
に適した機械的駆動装置はよく知られてお９、本発明の
部分を構成しない。例えば、ＩＢＭテクニカル・ディス
クロシャープルティン（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃ
ｌｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ） Ｖｏｌ、 ２６、
Ｎｏ、１ ＯＡ、１９８４年３月の４８９８−９９ペー
ジ及び前述のピニングの論文に適当な位置決め装置につ
いて記載されている。
ことができる。好適には、機械的な位置決め装置はチッ
プ１を表面５上で１ｎｍ程度の解像度で走査し、またチ
ップ１と表面５の間の間隔ｔＯ，１ｎｍの精・度で制御
し得るものでなくてはならない。このことを実行するの
に適した機械的駆動装置はよく知られてお９、本発明の
部分を構成しない。例えば、ＩＢＭテクニカル・ディス
クロシャープルティン（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃ
ｌｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ） Ｖｏｌ、 ２６、
Ｎｏ、１ ＯＡ、１９８４年３月の４８９８−９９ペー
ジ及び前述のピニングの論文に適当な位置決め装置につ
いて記載されている。
第１図において、尖った電極７はフレーム１０上に載置
された位置決め機構１４．１６によって、ｘ、ｙ及び２
方向に位置決めされまたは移動される。電極のチップ１
と表面５の間には、チップ１から表面５へ低エネルギー
電子の流れが生じるように、電源１８によって電位差が
維持される。第１図において、電源１８は電圧源１９を
もち、電圧源１９は電極７ｆ！：はぼ一定の（しかし調
節可能な）電位に保ち、一方試料５はアースに接続され
る。チップ１から表面５への電子の流れは、試料６中に
おける正孔・電子対の形成をもたらす。それにより形成
された正孔・電子対の数は（直接的または間接的に）第
１図で図式的に示された装置２０によって感知される。
された位置決め機構１４．１６によって、ｘ、ｙ及び２
方向に位置決めされまたは移動される。電極のチップ１
と表面５の間には、チップ１から表面５へ低エネルギー
電子の流れが生じるように、電源１８によって電位差が
維持される。第１図において、電源１８は電圧源１９を
もち、電圧源１９は電極７ｆ！：はぼ一定の（しかし調
節可能な）電位に保ち、一方試料５はアースに接続され
る。チップ１から表面５への電子の流れは、試料６中に
おける正孔・電子対の形成をもたらす。それにより形成
された正孔・電子対の数は（直接的または間接的に）第
１図で図式的に示された装置２０によって感知される。
生成された正孔・電子対の個数または振幅をあらわす信
号２２が次に、試料６に対する電極７のＸ−Ｙ位置の関
数として、ＣＲＴディスプレイまたはグラフ記録装置な
どの適当な装置２４上に記録される。走査発生装置２６
は、Ｘ−Ｙ位置決め機構を同時に駆動し、それに同期し
て光示（または記録）装置２４を作動させる。
号２２が次に、試料６に対する電極７のＸ−Ｙ位置の関
数として、ＣＲＴディスプレイまたはグラフ記録装置な
どの適当な装置２４上に記録される。走査発生装置２６
は、Ｘ−Ｙ位置決め機構を同時に駆動し、それに同期し
て光示（または記録）装置２４を作動させる。
チップ１のすぐ近くには比較的高い電界強度が発生され
る。そのような強い電界にさらきれることによっである
種の試料が悪影響を受けるということが有シ得る。もし
、そのような高い電界強度に対して試料を保護する必要
があるなら、試料の表面を薄い金属層で覆うことも可能
である。すると、入射した電子は薄い金属層を通過して
下層の試料中に正孔・電子対を生成し、一方その薄い金
属層が下層の試料を、チップ１の近傍の強い電界から保
護する。
る。そのような強い電界にさらきれることによっである
種の試料が悪影響を受けるということが有シ得る。もし
、そのような高い電界強度に対して試料を保護する必要
があるなら、試料の表面を薄い金属層で覆うことも可能
である。すると、入射した電子は薄い金属層を通過して
下層の試料中に正孔・電子対を生成し、一方その薄い金
属層が下層の試料を、チップ１の近傍の強い電界から保
護する。
正孔・電子対を検出するには、知られている任意の方法
を使用することができる。理論的には、このことは、正
孔・電子対を分離させるために試料に内部電界を加えな
くとも、すなわち正孔・電子対が再結合するときに発生
する光を感知することによシ行うことができる。荷電担
体を収集するための電界を用いることなく正孔・電子対
を感知する別の方法は、例えば次の文献に記載されてい
るように、うず電流を感知することである：５ＣＡＮＮ
ＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＭＩ ＣＲＯ８ＣＯＰＹ／
１９７６ （Ｐａｒｔ ［Ｖ）、Ｐｒｏｃ、ｏｆ
ｔｂｅ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ−
ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄｅｗ、Ｆａｂｒ、＆
Ｑｕａｌ。
を使用することができる。理論的には、このことは、正
孔・電子対を分離させるために試料に内部電界を加えな
くとも、すなわち正孔・電子対が再結合するときに発生
する光を感知することによシ行うことができる。荷電担
体を収集するための電界を用いることなく正孔・電子対
を感知する別の方法は、例えば次の文献に記載されてい
るように、うず電流を感知することである：５ＣＡＮＮ
ＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＯＮＭＩ ＣＲＯ８ＣＯＰＹ／
１９７６ （Ｐａｒｔ ［Ｖ）、Ｐｒｏｃ、ｏｆ
ｔｂｅ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ−
ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄｅｗ、Ｆａｂｒ、＆
Ｑｕａｌ。
Ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＳＥＭｓ
Ｐｌ）、５３９−５４２、 Ｉ ｒ Ｔ Ｒｅ
５ｅａｒｃｈ Ｉｎ５ｔ、、Ｃｈｉｃａｇｏ、 Ｉ
１１．１９７６年８月の”ＳＥＭにおけるうず電流技術
を用いて測定された導電率の偏差（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖ
ｉｔｙ ＶａｒｉａｔｉｏｎｓＭｅａｓｕｒｅＪ ｗ
ｉｔｈ ａｎ Ｅｄｄｙ−ＣｕｒｒｅｎｔＴｅｃｈ
ｎｉｑｕｅ ｉｎ ａｎ ＳＥＭ）’と題するＥ
。
Ｐｌ）、５３９−５４２、 Ｉ ｒ Ｔ Ｒｅ
５ｅａｒｃｈ Ｉｎ５ｔ、、Ｃｈｉｃａｇｏ、 Ｉ
１１．１９７６年８月の”ＳＥＭにおけるうず電流技術
を用いて測定された導電率の偏差（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖ
ｉｔｙ ＶａｒｉａｔｉｏｎｓＭｅａｓｕｒｅＪ ｗ
ｉｔｈ ａｎ Ｅｄｄｙ−ＣｕｒｒｅｎｔＴｅｃｈ
ｎｉｑｕｅ ｉｎ ａｎ ＳＥＭ）’と題するＥ
。
ブランディス（Ｂｒａｎｄｉｓ ）及びＷ、ウェストド
ープ（Ｗｅｓｔｄｏｒｐ ）の論文。
ープ（Ｗｅｓｔｄｏｒｐ ）の論文。
荷電担体を収集するための電界を用いることなく正孔・
電子対を感知するさらに別の方法は次の文献に記載され
ている光スポットとマイクロ波吸収を用いることによる
ものである： Ｊａｐ、Ｊ、Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、１８、ｐｐ
。
電子対を感知するさらに別の方法は次の文献に記載され
ている光スポットとマイクロ波吸収を用いることによる
ものである： Ｊａｐ、Ｊ、Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ、Ｖｏｌ、１８、ｐｐ
。
２１７１−２１７２．１９７９の１シリコン・ウェーハ
中の少数キャリア寿命の空間的分布を測定するための非
破壊方法（Ａ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｍｅｔｈ
ｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ
５ｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ
ｍ１ｎｏｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒｌｉｆｅｔｉｍｅ
ｉｎ ５ｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒ ）”と題す
る論文。
中の少数キャリア寿命の空間的分布を測定するための非
破壊方法（Ａ ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｍｅｔｈ
ｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ
５ｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ
ｍ１ｎｏｉｔｙ ｃａｒｒｉｅｒｌｉｆｅｔｉｍｅ
ｉｎ ５ｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒ ）”と題す
る論文。
しかし、電界発生源（第２図及び第３図参照）２６によ
シ試料の一部または全体に電界を加えることによって正
孔・電子対の検出を容易ならしめることが好ましく、こ
れによシ正孔と電子は互いに逆方向に流れてオーム性の
電荷収集接点の方向へ移動し、外部回路中の電流となシ
、これは容易に測定される。第２図及び第３図には、こ
の手段が実行される実施例について詳細に示されている
。
シ試料の一部または全体に電界を加えることによって正
孔・電子対の検出を容易ならしめることが好ましく、こ
れによシ正孔と電子は互いに逆方向に流れてオーム性の
電荷収集接点の方向へ移動し、外部回路中の電流となシ
、これは容易に測定される。第２図及び第３図には、こ
の手段が実行される実施例について詳細に示されている
。
電極７と試料乙の間に加えられた電圧により、チップ１
と表面５の間のギャップに、その間隔に応じて電界放出
電流またはトンネル電流の一方または両方が流れる。こ
の電流は、ギャップが狭くなるにつれて（ギャップ間の
電圧が一定であるとして）大きくなシ、従って、その電
流を検出することによりギャップがほぼ一定であるよう
にサーボ制御することが可能であシ、これは好都合であ
る。
と表面５の間のギャップに、その間隔に応じて電界放出
電流またはトンネル電流の一方または両方が流れる。こ
の電流は、ギャップが狭くなるにつれて（ギャップ間の
電圧が一定であるとして）大きくなシ、従って、その電
流を検出することによりギャップがほぼ一定であるよう
にサーボ制御することが可能であシ、これは好都合であ
る。
試料に入射する電流（この電流を、正孔・電子対の生成
によシ発生する電流と混同してはいけない）は、電極７
に電流を供給する外部回路中で測定され、または試料自
体に接続した外部回路によシ検出することができる。そ
の前者の例は第１及び２図に示されておシ、後者の例は
第６図に示されている。
によシ発生する電流と混同してはいけない）は、電極７
に電流を供給する外部回路中で測定され、または試料自
体に接続した外部回路によシ検出することができる。そ
の前者の例は第１及び２図に示されておシ、後者の例は
第６図に示されている。
第１図において、電極７に供給された電流は、電流アン
プ６６のような適当な手段３４によって測定される。電
極７によって表面５に供給されている電流の振幅をあら
わすライン３８上の信号は、サーボ制御（離隔制御）ユ
ニット４２によって、所望の間隔ｚ０に対応するライン
４０上の基準振幅信号と比較される。サーボ・ユニット
４２は、ライン３８及び４０上の信号の間の差を低減す
るように２方向駆動装置１４を制御し、以て電極７と表
面５の間の間隔をほぼ一定に保つ働きをする。
プ６６のような適当な手段３４によって測定される。電
極７によって表面５に供給されている電流の振幅をあら
わすライン３８上の信号は、サーボ制御（離隔制御）ユ
ニット４２によって、所望の間隔ｚ０に対応するライン
４０上の基準振幅信号と比較される。サーボ・ユニット
４２は、ライン３８及び４０上の信号の間の差を低減す
るように２方向駆動装置１４を制御し、以て電極７と表
面５の間の間隔をほぼ一定に保つ働きをする。
ｅ ２． 他の実施例の装置
第２図に奢いて、試料３は水平方向に向けられたｐ−ｎ
接合４４をもつ半導体デバイスであシ、電極４８．５０
を介して電圧源４６によりバイアスされている。このｐ
−ｎ接合は、横断方向に向けられた接合であってもよい
。電源４６はｐ−ｎ接合の近傍（％にデプリーション帯
域）に電界をつくシ出す。正孔・電子対の検出は、電流
アンプ５２によって行なわれる。尚、この実施例では、
電極７から接点４８への入射電流の流れは、接点５０を
介してアンプ５２へ至るのではなく、接点４８へ至シラ
イン５４を介してアース・フレーム１０へ流入すること
に注意されたい。その結果、電極７からの入射電流と、
生成された正孔・電子対によってもたらされた電流とが
自動的に分離され、これらの２つの電流を分離するため
の特別の回路は必要ではない。
接合４４をもつ半導体デバイスであシ、電極４８．５０
を介して電圧源４６によりバイアスされている。このｐ
−ｎ接合は、横断方向に向けられた接合であってもよい
。電源４６はｐ−ｎ接合の近傍（％にデプリーション帯
域）に電界をつくシ出す。正孔・電子対の検出は、電流
アンプ５２によって行なわれる。尚、この実施例では、
電極７から接点４８への入射電流の流れは、接点５０を
介してアンプ５２へ至るのではなく、接点４８へ至シラ
イン５４を介してアース・フレーム１０へ流入すること
に注意されたい。その結果、電極７からの入射電流と、
生成された正孔・電子対によってもたらされた電流とが
自動的に分離され、これらの２つの電流を分離するため
の特別の回路は必要ではない。
第１図においては、電極７は電圧源１９によってほぼ一
定の電位に保たれ、それによって電極７に、供給された
電流の振幅は差動電流アンプ３６によって測定されてい
た。第２図においては、電極７は電流源５６からほぼ一
定の電流を受は取るが、そのような電流を供給するのに
必要な電圧の振幅は、差動電圧アンプ５８によって測定
される。表面５の電位はライン５４を介してアース電位
に保たれるので、アンプ５８がギャップ２の両端の電圧
を測定する。その電圧は、（ギャップ間の電流が一定で
あるとして）ギャップ２の大きさが増大するにつれて増
加する。こうしてライン３８上の信号は再び間隔（ギャ
ップ２）の測定値をあられし、そめ信号の値はサーボ・
ユニット４２によってライン４０上の基準電圧と比較さ
れ、こうしてギャップ２をほぼ一定に保つようにギャッ
プ２が自動的に制御される。アンプ５２によって感知さ
れた正孔・電子対の数は、走査に同期してＣＲＴディス
プレーまたはグラフ記録装置などの装置２４によって記
録される。
定の電位に保たれ、それによって電極７に、供給された
電流の振幅は差動電流アンプ３６によって測定されてい
た。第２図においては、電極７は電流源５６からほぼ一
定の電流を受は取るが、そのような電流を供給するのに
必要な電圧の振幅は、差動電圧アンプ５８によって測定
される。表面５の電位はライン５４を介してアース電位
に保たれるので、アンプ５８がギャップ２の両端の電圧
を測定する。その電圧は、（ギャップ間の電流が一定で
あるとして）ギャップ２の大きさが増大するにつれて増
加する。こうしてライン３８上の信号は再び間隔（ギャ
ップ２）の測定値をあられし、そめ信号の値はサーボ・
ユニット４２によってライン４０上の基準電圧と比較さ
れ、こうしてギャップ２をほぼ一定に保つようにギャッ
プ２が自動的に制御される。アンプ５２によって感知さ
れた正孔・電子対の数は、走査に同期してＣＲＴディス
プレーまたはグラフ記録装置などの装置２４によって記
録される。
ｅ ５． さらに他の実施例の装置
第３図において、試料３は、上面に水平方向に向きづけ
られたショットキー障壁６０をもつものとして示されて
いる。ショットキー障壁６０の箇所では（特にデプリー
・イヨン領域において）電源６２によって電界が形成さ
れる。第６図の実施例では、電極７は、第１図の実施例
と同様に、電源１９によってほぼ一定の電位に保たれる
。しかし、ギャップ２を横切って流れる入射電流は、電
極７ではなく試料３において測定される。入射電流はギ
ャップの大きさを制御するために使用され、一方、正孔
・電子対によって生成された電流は、光示または記録装
置によって影像を形成するために使用されるので、入射
電流と正孔・電子対の生成電流とは、この実施例では互
いに分離されなくてはならない。このことは、２つの電
流アンプ６４．６５と、２つの差動アンプ６６．６７に
よって達成される。すなわち、電流アンプ６４が接点」
８から集められた電流を測定し、一方電流アンプ６５は
接点７０から集められた電流を測定する。次に、差動ア
ンプ６６は、表面５上に入射した電流の量を決定するた
めにそ０２つの測定電流を加え、一方差動アンプ６７は
、２つの接点の間に流れる電流の量を決定するために一
方の測定電流値から他方の測定電流値を差し引く。こう
して得られた信号は、第１図及び第２図の実力例と同様
に使用される。
られたショットキー障壁６０をもつものとして示されて
いる。ショットキー障壁６０の箇所では（特にデプリー
・イヨン領域において）電源６２によって電界が形成さ
れる。第６図の実施例では、電極７は、第１図の実施例
と同様に、電源１９によってほぼ一定の電位に保たれる
。しかし、ギャップ２を横切って流れる入射電流は、電
極７ではなく試料３において測定される。入射電流はギ
ャップの大きさを制御するために使用され、一方、正孔
・電子対によって生成された電流は、光示または記録装
置によって影像を形成するために使用されるので、入射
電流と正孔・電子対の生成電流とは、この実施例では互
いに分離されなくてはならない。このことは、２つの電
流アンプ６４．６５と、２つの差動アンプ６６．６７に
よって達成される。すなわち、電流アンプ６４が接点」
８から集められた電流を測定し、一方電流アンプ６５は
接点７０から集められた電流を測定する。次に、差動ア
ンプ６６は、表面５上に入射した電流の量を決定するた
めにそ０２つの測定電流を加え、一方差動アンプ６７は
、２つの接点の間に流れる電流の量を決定するために一
方の測定電流値から他方の測定電流値を差し引く。こう
して得られた信号は、第１図及び第２図の実力例と同様
に使用される。
電極７が好適にはナノ・メートルの範囲の間隔で試料３
の表面５上で走査され、圧電によるＸ−Ｙ移動機構によ
って達成される解像度が同様の大きさであることに鑑み
ると、電極７と試料３は外部の騒音及び振動から隔絶さ
れることが重要である。このことは、例えば、真空チェ
ンバ１２内のすべての構成部品を減衰架設装置７２上に
載置することによって達成することができる。この減衰
架設装置７２は、弾性部材７６によって分離されたプレ
ート７４の積層物から成っている。さまざまの周波数の
振動を吸収するために、弾性部材７６の断面積及び弾性
を積層に沿って異ならせることができる。
の表面５上で走査され、圧電によるＸ−Ｙ移動機構によ
って達成される解像度が同様の大きさであることに鑑み
ると、電極７と試料３は外部の騒音及び振動から隔絶さ
れることが重要である。このことは、例えば、真空チェ
ンバ１２内のすべての構成部品を減衰架設装置７２上に
載置することによって達成することができる。この減衰
架設装置７２は、弾性部材７６によって分離されたプレ
ート７４の積層物から成っている。さまざまの周波数の
振動を吸収するために、弾性部材７６の断面積及び弾性
を積層に沿って異ならせることができる。
Ｆ０発明の効果
以上のように、この発明によれば、電子衝撃によシ検査
を行う装置において、電子のエネルギーの小さくすると
ともに、走査を例えば圧電体により機械的に行うように
したので、検査の解像度を微小にして正確な検査を行う
ことができる。
を行う装置において、電子のエネルギーの小さくすると
ともに、走査を例えば圧電体により機械的に行うように
したので、検査の解像度を微小にして正確な検査を行う
ことができる。
第１図は、本発明の実施例の構成を示す概要図、第２図
は、本発明の他の実施例の構成を示す概要図・ 第５図は、本発明のさらに他の実施例の構成を示す概要
図である。 ３・・・・試料、７・・・・電極、１４・・・・２方向
駆動装置、１日・・・・電源、１６・・・・ｘ−ｙ方向
駆動装置、２０・・・・正孔・電子対を検出するための
装置、２４・・・・六示装置。 ２０−正孔・電子対検戯券 に 本発明Ｏｉｔ 第１図 ４４−−−ｐ−ｎ擦合 ツＲ イ也の実施伊上の腹１ 第２図
は、本発明の他の実施例の構成を示す概要図・ 第５図は、本発明のさらに他の実施例の構成を示す概要
図である。 ３・・・・試料、７・・・・電極、１４・・・・２方向
駆動装置、１日・・・・電源、１６・・・・ｘ−ｙ方向
駆動装置、２０・・・・正孔・電子対を検出するための
装置、２４・・・・六示装置。 ２０−正孔・電子対検戯券 に 本発明Ｏｉｔ 第１図 ４４−−−ｐ−ｎ擦合 ツＲ イ也の実施伊上の腹１ 第２図
Claims (6)
- （１）低エネルギー電子衝撃によつて半導体物質の試料
中に形成された正孔・電子対の空間的な分布を表示する
ための方法であつて、 （ａ）上記試料に接触しないように尖つた電極を近接配
置し、 （ｂ）上記電極から上記試料に低エネルギーの電子の流
れが生じて上記試料中に正孔・電子対が生じるように上
記電極と上記試料間に電圧を印加し、 （ｃ）上記電極を上記試料に近接させた状態で機械的に
走査し、 （ｄ）上記試料中に生じた正孔・電子対の個数を時間の
関数として感知し、 （ｅ）上記感知された正孔・電子対の個数を上記走査と
同期して表示する段階を含む、 半導体デバイスの検査方法。 - （２）上記感知が電荷担体を電界により収集することに
よつてなされ、上記表示が上記試料の電荷収集影像によ
りなされる特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 - （３）（ａ）先端が尖つた電極と、 （ｂ）上記電極に半導体物質からなる試料を接触しない
ように近接配置するための手段と、 （ｃ）上記試料中に正孔・電子対を形成するために、上
記電極と上記試料の間に低エネルギーの電子の流れを生
じさせるための手段と、 （ｄ）上記電極を上記試料に対し、上記近接関係を保つ
たままで機械的に走査するための手段と、 （ｅ）上記低エネルギーの電子の流れによつて、上記試
料中に生成した正孔・電子対を検出してその正孔・電子
対の個数をあらわす信号を発生するための手段と、 （ｆ）上記試料における正孔・電子対の分布をあらわす
ために、上記機械的走査と同期して上記信号を表示する
ための手段、 とを具備する半導体デバイスの検査装置。 - （４）上記尖つた電極の先端の直径が、０．１ないし１
０ｎｍである特許請求の範囲第（３）項記載の装置。 - （５）上記低エネルギーの電子の流れを生じさせるため
の手段が、上記電極と上記試料の間に電圧を加える手段
を含む特許請求の範囲第（３）項記載の装置。 - （６）上記加えられる電圧が１００Ｖ以下である特許請
求の範囲第（５）項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/750,624 US4665313A (en) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | Apparatus and method for displaying hole-electron pair distributions induced by electron bombardment |
| US750624 | 1985-06-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS624335A true JPS624335A (ja) | 1987-01-10 |
| JPH0312772B2 JPH0312772B2 (ja) | 1991-02-21 |
Family
ID=25018606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61108762A Granted JPS624335A (ja) | 1985-06-28 | 1986-05-14 | 半導体デバイスの検査方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4665313A (ja) |
| EP (1) | EP0206016B1 (ja) |
| JP (1) | JPS624335A (ja) |
| CA (1) | CA1236595A (ja) |
| DE (1) | DE3674076D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010066250A (ja) * | 2008-08-11 | 2010-03-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体試験装置および半導体試験方法 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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