集積回路デバイス構造をナノプロービングするための方法（集積回路デバイス構造のナノプロービング）
【課題】集積回路のデバイス構造をナノプロービングするための方法を提供する。
【解決手段】この方法は、デバイス構造の第１の領域全体にわたって、第１の領域に近接する少なくとも１つのプローブを使用して、１次荷電粒子ビームを走査することを含み、デバイス構造の第２の領域は１次荷電粒子ビームからマスクされる。この方法は、２次電子イメージを形成するために、デバイス構造の第１の領域および少なくとも１つのプローブから放出される２次電子を収集することをさらに含む。２次電子イメージは、結像部分としての第１の領域および少なくとも１つのプローブと、非結像部分としての第２の領域とを含む。別の方法として、第２の領域は、第１の領域よりも速い走査速度で荷電粒子ビームによって走査可能であるため、結果として第２の領域は２次電子イメージの結像部分でもある。
【解決手段】この方法は、デバイス構造の第１の領域全体にわたって、第１の領域に近接する少なくとも１つのプローブを使用して、１次荷電粒子ビームを走査することを含み、デバイス構造の第２の領域は１次荷電粒子ビームからマスクされる。この方法は、２次電子イメージを形成するために、デバイス構造の第１の領域および少なくとも１つのプローブから放出される２次電子を収集することをさらに含む。２次電子イメージは、結像部分としての第１の領域および少なくとも１つのプローブと、非結像部分としての第２の領域とを含む。別の方法として、第２の領域は、第１の領域よりも速い走査速度で荷電粒子ビームによって走査可能であるため、結果として第２の領域は２次電子イメージの結像部分でもある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に集積回路製造に関し、具体的に言えば、集積回路のデバイス構造を電気的にプロービングするためにナノプローバ（nanoprober）を操作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＥＭナノプローバと呼ばれる特殊な電子ビーム計器は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびＳＥＭ真空室内に配設されたプローブ・セットからなる。ＳＥＭからの２次電子イメージを使用して、電気的にテストされることになる集積回路のデバイス構造に対してプローブを位置決めする。プローブは、デバイス構造を電気的に特徴付けるために使用される。ナノプロービングによって、しきい値電圧（Ｖｔ）、オフ状態リーク電流（Ｉｏｆｆ）、飽和電流（Ｉｓａｔ）、および電流／電圧（Ｉ／Ｖ）曲線測定による接合挙動（junction behavior）などの、基本的なトランジスタ・パラメータを直接測定することができる。これらの電気測定は、応用例の中でも特に、欠陥のあるデバイス構造の障害の根本的原因を分析する際に有用な可能性がある。
【０００３】
プローブおよびデバイス接点は、プローブをランディング（land）し、その後、電気測定が実行されている間に今後のプローブ挙動を監視するために、ＳＥＭでリアルタイムにイメージングされる。テスト中のデバイス構造内に付着する電子線量、すなわち単位面積当たりの電子の総電荷は、ビーム電流、露光時間、および倍率を通じた走査表面積に比例する。電子ビーム露光によるデバイスの電気的特徴の変化に対処するために、加速電圧、倍率、およびビーム電流などの電子ビームの特徴は最小限に抑えられる。しかしながらこれらの操作特徴は、プローブのイメージングおよびテスト中のデバイス構造を適切に保つために、十分な２次電子放出を誘導できるしきい値を超えるように維持しなければならない。
【０００４】
プローブがデバイス接点上にランディングする場合、プローブは通常、Ｚ方向に定着し、これによってサブミクロン・プローブ・チップを接点に対して横（Ｘ−Ｙ）方向に移動させることができる。横方向移動はプローブを曲げる可能性があり、その結果、プローブ・チップまたはテスト中のデバイスに損傷が生じる可能性がある。プローブは接点を外れてスライドする可能性もあり、その結果、電気的導通が失われる。横方向移動を監視するために、計器ユーザは２次電子イメージングを用いて各プローブを監視する。必要であれば、計器ユーザは、接点へのランディング時およびしばしばその後の電気測定中にプローブ・チップの圧力を調節し、圧力の上昇に対処する。計器ユーザは、２次電子イメージにおけるアークの増加、またはプローブ・シャンクの曲り、またはプローブ・チップの実際の横方向の動きを観察することによって、プローブ上での圧力上昇に注意し、必要に応じて正しい措置を講じることができる。
【０００５】
計器ユーザが２次電子イメージにおける横方向のプローブ移動を検出できるように、ＳＥＭの１次電子ビームは低速および高倍率でサンプル全体を走査しなければならない。残念ながら、１次電子ビームを用いた低速で高倍率のイメージングは、デバイス構造によって吸収される電子線量を増加させ、残念ながらこれによって電気的特徴を変化させてしまう。電子ビーム線量の蓄積はサンプルの帯電も引き起こし、これによって２次電子イメージの解像度および品質を低下させる。
【０００６】
電子ビーム線量の蓄積に関連付けられた諸問題を軽減するための従来の解決策の１つは、接点上へのプローブの接地後および電気測定中に、１次電子ビームを完全にブランキングする（blank）ことである。この抜本的な手法では、対象となるデバイス構造の１インスタンスが、低速、高倍率イメージングを用いて、電気的特徴における電子線量変化を顧慮せずにプロービングされる。その後、同じ間隔を空けたプローブの配置構成を保持しながらビームをブランキングし、サンプル・ステージはデバイス構造の他のインスタンスへと精密に段階を経て進み、プローブはイメージングなしで接点を確立するために手探りで下ろされる。その後、ＳＥＭを使用したいずれのイメージングもなしに電気測定が実行される。
【０００７】
完全なビーム・ブランキングにより、ビーム露光は減少するが、２次電子イメージングは完全に中断される。圧力上昇の結果として突然の移動が発生した場合、プローブは変形および屈曲する可能性がある。リアルタイム・イメージングなしでは、イメージングが再開された場合にプロービング・セッションが終了するまで、屈曲したプローブは検出できない。それまでに、プローブが不可逆的損傷を受けるか、または短絡したプローブがテスト中のデバイス構造を破壊してしまう可能性がある。
【０００８】
より小さくなりつつあるテクノロジ・ノードによって、より薄いフィルムおよびより小型のデバイス・フィーチャがもたらされるにつれて、ナノプローバによって使用されるＳＥＭのビーム特徴を最適化するだけでは、プロービングが不適切な可能性がある。具体的に言えば、従来の方法で最適化された条件を用いるイメージングは、接点上にプローブを正確にランディングさせるために、およびそれと同時に、電子ビーム露光の結果としてテスト中のデバイス構造の電気的特徴が変化しないよう保証するためには、適切でない可能性がある。従来型のＳＥＭナノプローバは、１次電子ビームの加速電圧およびビーム電流をさらに減少させる能力に関する限りは、ビーム光学機器の限界に達している。加えて、より小さなテクノロジ・ノードで必要とされるより小型のプローブ・チップは横移動する傾向がさらに強いため、完全なビーム・ブランキングは実行可能な解決策ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、デバイス構造、特にＳＥＭナノプローバにおけるプロービング・セッション中に、より小さなテクノロジ・ノードを用いて製造されたデバイス構造の、高感度領域への電子ビーム照射を減少させるように改良された方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある実施形態では、少なくとも１つのプローブを使用してサンプル上のデバイス構造をナノプロービングするための方法が提供される。この方法は、デバイス構造の第１の領域および第２の領域に対して少なくとも１つのプローブを位置決めすること、ならびに、第１の領域および少なくとも１つのプローブ全体にわたって荷電粒子ビームを走査することを含む。第１の領域全体にわたって１次荷電粒子ビームが走査される場合、デバイス構造の第２の領域は１次荷電粒子ビームへの露光からマスクされる。この方法は、２次電子イメージを形成するために、デバイス構造の第１の領域および少なくとも１つのプローブから放出された２次電子を収集することをさらに含む。２次電子イメージは、結像部分（imaged portion）としての第１の領域および少なくとも１つのプローブと、非結像部分としての第２の領域とを含む。
【００１１】
本発明の他の実施形態では、少なくとも１つのプローブを使用してサンプル上のデバイス構造をナノプロービングするための方法が提供される。この方法は、デバイス構造の第１の領域およびデバイス構造の第２の領域に対して少なくとも１つのプローブを位置決めすること、デバイス構造の第１の領域全体にわたって１次荷電粒子ビームを第１の走査速度で走査すること、ならびに、デバイス構造の第２の領域全体にわたって１次荷電粒子ビームを第１の走査速度よりも速い第２の走査速度で走査することを含む。デバイス構造の第１および第２の領域ならびに少なくとも１つのプローブから放出される２次電子は、サンプルの２次電子イメージを形成するために収集される。２次電子イメージは、結像部分としての第１および第２の領域ならびに少なくとも１つのプローブを含む。
【００１２】
次に、本発明の諸実施形態について、添付の図面を参照しながら単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のある実施形態に従ったＳＥＭナノプローバを示す線図（diagrammatic view）である。
【図２】電気測定を実行するために接点上にプローブ・チップをランディングさせた、接点レベルでのデバイス構造の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明のある実施形態に従った、マスクされる高感度領域が定義された図２のデバイス構造の２次電子イメージを示す線図である。
【図４】本発明の代替実施形態に従った、図３の２次電子イメージを生成するためにサンプル上での１次電子ビームのベクトル走査およびラスタ走査の組み合わせの使用を示す、サンプル表面の概略上面図である。
【図５】本発明の代替実施形態に従った、図３の２次電子イメージを生成するためにサンプル上での１次電子ビームの個々のラスタ走査を伴う部分領域（sub-region）の使用を示す、図２と同様の線図である。
【図６】図５の個々の部分領域に関するラスタ走査線を示す、図４と同様のサンプル表面の概略上面図である。
【図７】本発明の代替実施形態に従った、ＣＡＤレイアウトの使用を示す図５と同様の線図である。
【図８】本発明の代替実施形態に従った、差分ラスタ速度（differential raster rates）を使用して生成された図２のデバイス構造の２次電子イメージを示す、図４と同様の線図である。
【図９】図８の２次電子イメージを生成するためにサンプル上での１次電子ビームに関する差分ラスタ速度の使用を示す、図２と同様の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の様々な実施形態は、電子ビーム照射に対して敏感なデバイス領域の露光を削減し、それによって、ＳＥＭナノプローバ内、ならびに他のタイプの荷電粒子でイメージングする他のナノプローバ内でのプロービング・セッション中に、関連付けられたデバイス構造の電気的劣化があればこれを軽減する、予防的手段を提示する。これらの諸実施形態を実施した結果として、イメージングに適切であり、依然としてデバイスの電気的整合性を保証する、従来型の電子ビーム特徴が利用可能である。本発明の諸実施形態は、デバイスの接点または端末上にプローブをランディングさせるための能力を維持しながら、電子ビームの露光からテスト中のデバイス構造上の高感度領域をマスクするための技法を提供する。結果として、プロービング・セッション中に高感度のデバイス領域に送達される電子線量が削減され、これにより、電気的特徴のより正確な測定が促進され、ビームによって誘発されるデバイスの変化が低減される。
【００１５】
図１を参照すると、本発明のある実施形態によれば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）ナノプローバ１０は、真空室３２内に収容された、電子銃１２、走査コイル・セット１４、１６、他の走査コイル・セット１８、２０、サンプル・ステージ２２、およびプローブ・セット２４、２６、２８、３０を含む。電子銃１２は、陰極からの放出電流を抽出する相対的に大きな電位差を作成するため、およびそれにより、電界放出または熱電子放出のいずれかによって１次電子ビーム２５を生成するために、加速電圧が印加される、陽極および陰極（図示せず）を含む。ＳＥＭナノプローバ１０の真空室３２内部には、電子銃１２からサンプル・ステージ２２への進行経路内の１次電子ビーム２５を集束およびコリメート（collimate）する電子光学として集合的に動作する、様々な集光レンズ、対物レンズ、およびアパーチャを特色として備える、カラム３３が配置されている。走査コイル１４、１６、１８、２０も真空室３２内部に配置されている。サンプル・ステージ２２は、サンプル３６上の該当する異なる領域を１次電子ビーム２５の視野内に位置付けるために、ステージ・コントローラ３４の管理の下で移動可能である。サンプル３６は、障害の根本的原因を分析するためにＳＥＭナノプローバ１０内での電気的プロービング用に準備された、集積回路を担持しているダイとすることができる。別の方法として、サンプル３６は、複数の製品チップを担持しているウェハとすることができる。
【００１６】
本明細書では１次電子ビーム２５の使用に関して説明しているが、当業者であれば、本発明の諸実施形態が、ナノプロービングと共に、陽イオンを含む集束イオン・ビームまたは他のタイプの集束荷電粒子ビームの使用にも適用可能であることを理解されよう。当業者であれば、陽イオンなどの他のタイプの荷電粒子と共に使用するようにツールを変換するために必要な、ＳＥＭナノプローバ１０に対する修正を理解されよう。
【００１７】
走査コイル１４、１６、１８、２０は、カラム３３内の電子銃１２とサンプル・ステージ２２との間に配設される。走査コイル１４、１６、１８、２０は、サンプル３６の表面上の該当する領域全体にわたって、２つの範囲内の１次電子ビーム２５を走査するように電圧が加えられる。そのため、一方の走査コイル・セット１４、１６は、１次電子ビーム２５をサンプル３６の表面に対して第１の方向に偏向させるように構成され、他方の走査コイル・セット１８、２０は、１次電子ビーム２５をサンプル３６の表面に対して第１の方向に直角の第２の方向に偏向させるように構成される。
【００１８】
２次電子３５は、１次電子ビーム２５によって照射された場合、サンプル３６から放出される。２次電子３５は、１次電子ビーム２５とサンプル３６の表面、または表面近くの原子との相互作用によって生成される。２次電子３５は、真空室３２内部に配置された２次電子検出器３８によって収集される。通常、２次電子検出器３８は、収集された２次電子３５を閃光に変換する蛍光体またはシンチレータ（scintillator）と、これらの閃光を増幅電気信号に変換する光電子倍増管とを含む。２次電子検出器３８は２次電子３５を引き付けるために、正バイアスがかけられる。
【００１９】
２次電子検出器３８からの増幅電気信号出力は、イメージ表示制御ユニット４０によってビデオ信号に変換され、サンプル３６上の視野の２次電子イメージとして表示するためにビデオ表示ユニット４２に供給される。２次電子イメージは、１次電子ビーム２５とサンプル３６の表面との相互作用によって誘導された、２次電子放出の２次元強度分布またはマップを含む。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ中の個々のピクセルの強度は、２次電子検出器３８に到達するサンプル３６上の対応する位置からの２次電子３５の数に依存する。別の方法として、サンプル３６からの２次電子イメージは、ビデオ表示ユニット４２上に表示される前に離散ピクセルにデジタル化し、コントローラ６４のストレージ７０内にデジタル形式で保存することができる。サンプル３６上の任意の地点から放出される２次電子３５の数は、１次電子ビーム２５に露光される材料のタイプに依存する。
【００２０】
１次電子ビーム２５の進行経路は、ＳＥＭナノプローバ１０のカラム３３内の走査コイル１４、１６、１８、２０を通過する。走査コイル１４、１６、１８、２０は協働して、１次電子ビーム２５をｘ軸およびｙ軸で偏向させるため、走査コイル１４、１６、１８、２０からダウンストリームの１次電子ビーム２５は、サンプル３６上の表面域に対して事前に設定されたパターンで走査する。電子ビーム制御ユニット４４は、励起電圧が印加された走査コイル１４、１６、１８、２０によって、１次電子ビーム２５の偏向を監視および制御するように構成される。そのため、電子ビーム制御ユニット４４は、１次電子ビーム２５のラスタ走査、１次電子ビーム２５のベクトル走査、ビームのドウェル（dwell）または掃引（sweep）のタイミング、およびビーム・ブランキングを実行可能にすることによって、事前に設定されたパターンを生成するように構成される。ＳＥＭナノプローバ１０は、１次電子ビーム２５、ならびにサンプル・ステージ２２の動作、２次電子イメージング、および電気的プロービングを制御および管理するために使用される、様々な制御モジュールを含む。ラスタ走査の場合、走査コイル１４、１６、１８、２０には、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６から、最終倍率に対応する振幅を有する２次元走査信号を供給することができる。電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８は、ラスタ・セットの開始コーナ、掃引レート（またはドウェルおよびステップ・レート）、ラスタ走査線の初期および終端位置、連続するラスタ走査線間の間隔、ならびに、ラスタ・ボックスの高さを、走査信号生成回路４６に示すように構成される。電子ビーム制御ユニット４４のベクトル制御モジュール５０は、ベクトル開始点、ベクトル方向、ベクトル終端点、および１次電子ビーム２５のベクトル走査線の掃引レートを、走査信号生成回路４６に示すように構成される。
【００２１】
電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２は、ラスタ走査またはベクトル走査のいずれにおいても、サンプル３６全体にわたって移動される場合、１次電子ビーム２５のブランキングのための開始および停止位置を設定するように構成される。ビーム・ブランキング制御モジュール５２は、１次電子ビーム２５をカラム３３内のダウンストリーム・アパーチャ・ストップ５７へと横方向に偏向させるために、偏向板５３、５５のセットに電圧を印加することが可能であり、それによってビーム２５をブランキングするため、結果として１次電子はサンプル３６に入射しない。１次電子ビーム２５は、偏向板５３、５５から電圧を除去することによって復元されるため、結果として１次電子ビーム２５は、アパーチャ・ストップ５７内の開口部を通ってサンプル３８へと再度進むことができる。ビーム・ブランキング制御モジュール５２が１次電子ビーム２５をブランキングするように操作された場合、１次電子ビーム２５のサンプル３６への進行がブロックされるため、サンプル３６からの２次電子放出は停止する。
【００２２】
ラスタ走査モードでは、サンプル３６全体にわたる１次電子ビーム２５の移動は、走査線と呼ばれる一連の水平ストリップに分割される。走査線はそれぞれ、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６に、１本の軸に平行な線形経路に沿って始点から終点まで一定の増分で（または連続掃引として）１次電子ビーム２５を偏向するように、走査コイル１４、１６、１８、２０を動作させることによって、実装される。１次電子ビーム２５は、始点と終点との間の各介在点で、一定のドウェル時間だけドウェルすることができる。各走査線の終点で、１次電子ビーム２５の位置は第１の軸に直角な第２の軸に沿って増分的に前進する。１次電子ビーム２５は、正味連続走査線（net successive scan line）を開始するために第１の軸の始点に戻ることができるか、または１次電子ビーム２５は終点から始点に戻るように逆方向に偏向することができる。このプロセスは、サンプル３６上のすべてのラスタ走査線がトレースされ、１次電子ビーム２５が各走査線のすべての地点でドウェルするまで続けられる。
【００２３】
ＳＥＭナノプローバ１０のイメージ表示制御ユニット４０は、ビデオ表示ユニット４２の動作を管理する。２次電子イメージ９４（図３）は、ビデオ表示ユニット４２上で定期的にリフレッシュされる。イメージ表示制御ユニット４０は、ビデオ表示ユニット４２上に表示されるか、または表示バッファ５４に格納されてビデオ表示ユニット４２に定期的に転送される、２次電子イメージ９４と、電子ビーム制御ユニット４４および走査コイル１４、１６、１８、２０によって引き起こされる１次電子ビーム２５の偏向とを、緊密に同期させる。したがって、ビデオ表示ユニット４２上に結果として生じる２次電子イメージ９４は、サンプル３６上の走査域から放出される２次電子３５の強度の分布マップであり、これに密接にリンクされる。
【００２４】
イメージ表示制御ユニット４０は、２次電子イメージ９４上のオペレータ定義マスク領域、ゾーン、またはＣＡＤレイアウトをビデオ表示ユニット４２上で重ね合わせ、電子ビーム制御ユニット４４による電子ビームの制御のためにこうしたオペレータ定義情報を取り込むための機能を有する。イメージ表示制御ユニット４０は、電子ビーム視野に対してイメージを拡縮するため、およびマスク、ゾーン、またはＣＡＤレイアウトを拡縮するための、ＳＥＭ倍率に関する補償コントロールを含む。イメージ表示制御ユニット４０は、ビーム・ブランキング制御モジュール５２によって１次電子ビーム２５に関して実装された、サンプル３６上のマスク領域と相関する空間座標に関して、ビデオ表示ユニット４２または表示バッファ５４への２次電子イメージ強度信号をブロックするための能力を含む。
【００２５】
２次電子イメージ９４を使用して、プローブ２４、２６、２８、３０は、サンプル３６上の導電フィーチャと直接接触してプローブ２４、２６、２８、３０のチップを位置決めするために、電動式極微操作装置（motorized micromanipulator）５６、５８、６０、６２によって操作される。この位置決めプロセス中に、２次電子イメージ９４を使用して、サンプル３６上の接点の位置、およびオプションでプローブ２４、２６、２８、３０のリアルタイム位置が監視される。プローブ２４、２６、２８、３０のチップが適切に位置決めされた場合、電気テスト信号は、プローブ２４、２６、２８、３０からサンプル３６上の導電フィーチャに向けて送られる。当業者であれば理解されるように、ＳＥＭナノプローバ１０に関連付けられたプローブ２４、２６、２８、３０正確な数は、図１に示された代表的な数と異なる可能性があり、電気テスト測定のタイプに応じて、１から８までの範囲、あるいは８より多くてもよい。
【００２６】
ＳＥＭナノプローバ１０の動作は、ステージ・コントローラ３４、イメージ表示制御ユニット４０、および電子ビーム制御ユニット４４と電気的に結合された、コントローラ６４によって調整および制御される。コントローラ６４は、プロセッサ６６、およびプロセッサ６６と結合されたメモリ６８を含む。プロセッサ６６は１つまたは複数の個々のプロセッサ（たとえばマイクロプロセッサ）を表すことが可能であり、メモリ６８は、コントローラ６４のメイン・ストレージを備えるランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）デバイス、ならびに、たとえばキャッシュ・メモリ、不揮発性またはバックアップ・メモリ（たとえばプログラマブルまたはフラッシュ・メモリ）、読み取り専用メモリなどの、任意の補助レベルのメモリを表すことが可能である。加えて、メモリ６８は、コントローラ６４内のいずれかに物理的に配置されたメモリ・ストレージ、たとえば、プロセッサ６６内の任意のキャッシュ・メモリ、ならびに、たとえば大容量ストレージ・デバイス７０上に格納されるなど、仮想メモリとして使用される任意のストレージ容量を含むものとみなすことができる。大容量ストレージ・デバイス７０は、１つまたは複数のデータベース７２を含むことができる、キャッシュまたは他のデータ・ストレージを含むことができる。データベース７２は、たとえば、本発明の諸実施形態を実施する際に使用するためのＣＡＤナビゲーション・データおよびＣＡＤレイアウト・データを含むことができる。
【００２７】
コントローラ６４は、通常、外部と情報を通信するためのいくつかの入力および出力も受信する。コントローラ６４は、通常、ユーザまたはオペレータとインターフェースするために、とりわけ、キーボード、マウス、トラックボール、ジョイスティック、タッチパッド、キーパッド、スタイラス、あるいはマイクロフォン、またはそれらすべてなどの、１つまたは複数の入力デバイスと、ならびに、ＣＲＴモニタなどのディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ・パネル、あるいはスピーカ、またはそれらすべて、あるいはプリンタなどの他のタイプの出力デバイスとの、グラフィカル・ユーザ・インターフェース７４を含む。コントローラ６４とのインターフェースは、コントローラ６４と直接または遠隔に接続された外部端末を通じて、あるいは、ネットワーク７６、モデム、または他のタイプの認識された通信デバイスを介してコントローラ６４と通信する他のコンピュータを通じて、行うこともできる。コントローラ６４は、ネットワーク・インターフェース７８を通じてネットワーク７６上で通信する。
【００２８】
コントローラ６４は、オペレーティング・システム８０の制御下で動作し、様々なコンピュータ・ソフトウェア・アプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、データ構造などを実行するか、さもなければそれらに依拠する。一般に、本発明の諸実施形態を実装するために実行されるルーチンは、オペレーティング・システムまたは特定アプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、または命令シーケンスの一部として実装されるかどうかにかかわらず、本明細書では「コンピュータ・プログラム・コード」または単に「プログラム・コード」と呼ばれる。コンピュータ・プログラム・コードは、通常、コンピュータ内の様々なメモリおよびストレージ・デバイス内に様々な時に常駐し、コンピュータ内の１つまたは複数のプロセッサによって読み取りおよび実行された場合、そのコンピュータに、本発明の様々な態様を具体化するステップまたは要素を実行するために必要な諸ステップを実行させる、１つまたは複数の命令を備える。
【００２９】
ＳＥＭナノプローバ１０は、１次電子ビーム２５への露光からデバイス構造の高感度領域をマスクするために使用される、様々な実施形態に関する命令および設定を用いてコントローラ６４をプログラミングするための機能を、ユーザに提供することができる。たとえばユーザは、ユーザ・インターフェース７４を介してコントローラ６４にマスキング動作に関する命令を供給することができる。別の方法として、マスキング動作に関する命令は、たとえばネットワーク７６を介してコントローラ６４に動作可能に結合された他のコンピュータからなどのように、リモートに受信することができる。
【００３０】
図２および図３を参照すると、本発明のある実施形態に従った、デバイス構造の接点（ＣＡ）レベルで実行されるプロービング・セッション時のＳＥＭナノプローバ１０の動作が示され、サンプル３６上で全体として参照番号８２で示されている。デバイス構造８２は、たとえば電界効果トランジスタまたはいくつかの電界効果トランジスタを含むメモリ・セルとすることができる。プローブ２４、２６、２８、３０のチップは、テスト中のデバイスであるデバイス構造８２の電気的特徴付けのためにＣＡレベルの端末または接点８４、８６、８８、９０と接触して配置される。
【００３１】
プロービング・セッション中、電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２を使用して、１次電子ビーム２５が、ビーム・ブランキングを使用するデバイス構造８２の高感度領域と空間的に一致する、サンプル３６上のマスク領域９１（図３）を照射するのを防止する。高感度領域は、たとえばデバイス構造８２のゲート・スタック領域とすることができる。しかしながら、プローブ２４、２６、２８、３０および接点８４、８６、８８、９０の少なくとも一部分は、図２で明らかなように、視野７５内で連続的に２次電子ビーム２５に露光され、図３で明らかなように、ビデオ表示ユニット４２上に表示された２次電子イメージ９４内のプローブ２４ａ、２６ａ、２８ａ、３０ａ、および接点８４ａ、８６ａ、８８ａ、９０ａとして見える。
【００３２】
電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８を使用して、試験中のデバイスを構成するデバイス構造８２および接点８４、８６、８８、９０を包含する該当領域全体にわたって、１次電子ビーム２５のラスタ走査が実施される。初期には、イメージ倍率は低い値に設定される。低い倍率でのイメージングでは、デバイス構造８２を含むサンプル３６上の該当領域は即時に位置が突き止められる。初期の２次電子イメージ（図示せず）は低倍率で取り込まれ、ビデオ表示ユニット４２上に表示される。低倍率イメージを取り込むために必要な露光時間および低電子束は、デバイス構造８２の電気的特徴を変更するために、しきい値未満で維持される。ユーザ・インターフェース７４を介して、計器ユーザは、デバイス構造８２の高感度領域と一致するようにマスク領域９１を定義する。
【００３３】
イメージ倍率は高値に上げられ、１次電子ビーム２５の位置は、デバイス構造８２に対してプローブ２４、２６、２８、３０を位置決めし、最終的にプローブ２４、２６、２８、３０のチップを接点８４、８６、８８、９０上に配置するために、横方向に移動することができる。プロービング・セッション中および高倍率の間に、１次電子ビーム２５は視野７５を構成するサンプル３６の表面域全体にわたって走査している。マスク領域９１は、走査コイル１４、１６、１８、２０の励起を用いて、ビーム・ブランキング制御モジュール５２の動作のタイミングを取ることにより、視野７５内で実装される。コントローラ６４は、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６から供給される走査コイル１４、１６、１８、２０に関する信号を監視し、マスク領域９１と交差するが、ビーム・ブランキングのためにマスク領域９１内に存在することになる視野７５全体にわたって、それらのラスタ走査線の一部に対して１次電子ビーム２５をブランキングするために、ビーム・ブランキング制御モジュール５２を活動化する。
【００３４】
個々のラスタ走査線それぞれについて、コントローラ６４は、１次電子ビーム２５の位置がマスク領域９１の該当する１縁部と交差しようとしている場合、走査コイル１４、１６、１８、２０から検出する。サンプル３６上のマスク領域９１の最初の縁部で、コントローラ６４は１次電子ビーム２５をブランキングし、これによって１次電子ビーム２５への露光に対してマスク領域９１をマスクする。そのため、コントローラ６４は、偏向板５３、５５に圧力を印加するようビーム・ブランキング制御モジュール５２に指示し、その結果として１次電子ビーム２５はアパーチャ・ストップ５７に当たるように横方向に偏向される。
【００３５】
コントローラ６４は、コントローラ６４が走査コイル１４、１６、１８、２０に供給された電圧から、ブランキングされた１次電子ビーム２５の位置がマスク領域９１の反対側の縁部と交差しようとしていることを感知するまで、１次電子ビーム２５をブランキングされた状態で維持する。コントローラ６４は、１次電子ビーム２５がマスク領域９１外部の視野７５内にあるプローブ２４、２６、２８、３０およびサンプル３６に衝突（impinge）できるように、ビーム・ブランキング制御モジュール５２を非活動化する。別の方法として、コントローラ６４は、１次電子ビーム２５を該当する領域の外へ、またはアパーチャ・ストップ５７内の開口部を超えて、移動することのみによって、走査コイル１４、１６、１８、２０を用いたビーム・ブランキングを実行することもできる。ラスタ走査は、各ラスタ走査線の終端まで続行され、この地点で、ラスタ走査およびブランキング・プロセスは次の連続するラスタ走査線で反復される。
【００３６】
接点８４、８６、８８、９０およびプローブ２４、２６、２８、３０は、依然として視野７５内で１次電子ビーム２５に露光されており、２次電子を放出している。前述のように、イメージ表示制御ユニット４０およびビデオ表示ユニット４２は、１次電子ビーム２５のラスタ走査線とリンクしている。結果として接点８４ａ、８６ａ、８８ａ、９０ａおよびプローブ２４ａ、２６ａ、２８ａ、３０ａそれぞれの少なくとも一部は、イメージ表示制御ユニット４０によって処理されたサンプル３６の２次電子イメージ９４（図３）内で連続してイメージングされ、ビデオ表示ユニット４２上に表示される。１次電子ビーム２５はデバイス構造８２の高感度領域と一致するマスク領域９１全体にわたってブランキングされるため、２次電子はサンプル３６上の領域９１からは放出されない。２次電子が放出されないため、マスク領域９１は、２次電子イメージ９４内に埋め込まれた非結像領域９２として現れる。
【００３７】
倍率の増分に伴い、マスク領域９１の寸法は、デバイス構造８２の高感度領域を備えるマスク領域９１の登録を維持するために、コントローラ６４によって設定される倍率の変化と共に拡縮される。拡縮は、マスク領域９１に対して電子ビーム走査の中心などの基準点を利用することによって、および、基準点を保持しながら任意の倍率変化に比例してマスク領域９１の寸法を拡縮させることによって、実施可能である。マスク領域９１は、非マスク接点８４、８６、８８、９０のイメージングを最適化するように、およびさらに継続してデバイス構造８２の高感度領域を保護するように、倍率を変更するために、コントローラ６４によって必要に応じて自動的に調節される。イメージング中に発生する任意のビーム移動動作は、ビーム移動の大きさと等価の変位により、マスク領域９１に対する基準点を調節することによって対処される。イメージ倍率の変更に伴い、計器ユーザはマスク領域のサイズを調節することができる。
【００３８】
本発明の代替実施形態では、視野７５は、ラスタ走査線ではなくベクトル走査線を排他的に用いてイメージング可能である。ベクトル制御モジュール５０は、ベクトル走査線を生成するために、適切な励起電圧を走査コイル１４、１６，１８，２０に提供するために、電子ビーム制御ユニット４４と共に使用される。具体的に言えば、マスク領域９１を除いた視野７５をカバーするために、複数のベクトル走査線が定義され、電子ビーム制御ユニット４４のベクトル制御モジュール５０を使用して実装される。ベクトル・セット中の個々のベクトルそれぞれについて、ベクトル制御モジュール５０による使用のためのベクトル始点およびベクトル終点が確立される。イメージ表示制御ユニット４０によって処理され、ビデオ表示ユニット４２上に表示される、２次電子イメージ９４内の接点８４ａ、８６ａ、８８ａ、９０ａおよびプローブ２４ａ、２６ａ、２８ａ、３０ａを識別するため、適切な解像度で２次電子イメージを生成するのに十分な強度の２次電子信号を提供するために、ベクトル制御モジュール５０による使用のためのベクトル掃引レートおよびベクトル密度も確立される。
【００３９】
マスク領域９１は、図２および図３に関して説明したように、デバイス構造８２の高感度領域と一致するように定義される。ベクトル線の定義は、１次電子ビーム２５を用いて視野７５を走査するが、デバイス構造８２の高感度領域が１次電子ビーム２５への露光からマスクされるように、マスク領域９１は避ける。走査コイル１４、１６、１８、２０は、視野７５に対応するアドレスでのみ、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６からの電圧によって励起される。走査コイル１４、１６、１８、２０は、１次電子ビーム２５に関するベクトル内には見られない、マスク領域９１に対応するアドレスについては、走査信号生成回路４６からの電圧によって励起されない。
【００４０】
イメージ表示制御ユニット４０および表示バッファ５４は、サンプル３６上の１次電子ビーム２５のベクトル化と同期される。１次電子ビーム２５に関するベクトル走査線は、イメージ表示制御ユニット４０が連続して表示バッファ５４を更新できるように、連続して反復またはループされる。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４は、視野７５からの２次電子イメージ９４が連続して表示されるように、表示バッファ５４から連続してリフレッシュされる。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４の外観は図３に示される通りであり、埋め込まれた非結像領域９２を含む。
【００４１】
必要であれば、コントローラ６４は、ビーム２５が異なるベクトル走査線間でベクトル化される場合、オプションで１次電子ビーム２５をブランキングするために、電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２を使用することができる。マスク領域９１と交差するサンプル３６上のそれぞれのベクトル走査線の一部をビーム・ブランキングすることで、１次電子ビーム２５がマスク領域９１に入らないようにする。もちろん、１次電子ビーム２５がいずれのベクトル走査線に沿って移動する場合も、マスク領域９１に入らないように、それぞれのベクトル走査線をサンプル３６上の視野７５内にある始点および終点を用いて選択することができる。
【００４２】
図４を参照すると、本発明の代替実施形態に従って、サンプル３６上のマスク領域９１の使用は、プローブ２４、２６、２８、３０および接点８４、８６、８８、９０をイメージングしながら、デバイス構造８２の高感度領域を保護するために、１次電子ビーム２５のベクトル走査およびラスタ走査の組み合わせと共に使用することもできる。具体的に言えば、視野７５は矩形フィールドまたは部分領域９６〜９９のセットに区分され、１次電子ビーム２５は異なる部分領域９６〜９９の間でベクトル化される。１次電子ビーム２５をベクトル始点からベクトル終点までベクトル化した後、それぞれの部分領域９６〜９９はラスタ走査によって連続してイメージングされる。それぞれのベクトル終点は、部分領域９６〜９９のうちの１つに関するラスタ走査の開始コーナと一致する。
【００４３】
マスク領域９１は、図２および図３に関して説明したように、デバイス構造８２の高感度領域と一致するように定義される。ビーム・ベクトル・セットはコントローラ６４によって定義される。ビーム・ベクトル・セットは、部分領域９６〜９９のそれぞれにおいてラスタ走査が実装可能なように、サンプル３６に対して１次電子ビーム２５を移動させるために算出される。その後マスク領域９１は、部分領域９６〜９９それぞれに関するラスタ・セットの開始コーナ、掃引レート（または増分移動に関するドウェルおよびステップ・レート）、部分領域９６〜９９内の各走査線の初期位置、部分領域９６〜９９内の各走査線の終端位置、および部分領域９６〜９９それぞれに関する高さを定義するために、コントローラ６４によって使用される。これらのラスタリング・パラメータは、プローブ２４、２６、２８、３０およびサンプル３６をイメージングするために選択されるが、１次電子ビーム２５に対するデバイス構造８２の高感度領域の露光は回避する。
【００４４】
コントローラ６４は、異なる部分領域９６〜９９間でベクトル化するように、部分領域９６〜９９および電子ビーム制御ユニット４４のベクトル制御モジュール５０を実装するために、電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８を動作させる。走査コイル１４、１６、１８、２０は、部分領域９６〜９９に対応し、部分領域９６〜９９を結合するベクトルを実装するためのアドレスでのみ、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６からの電圧によって励起される。それぞれの部分領域９６〜９９内で、走査コイル１４、１６、１８、２０は、コントローラ６４によって指示されたように、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６からの電圧によって励起される。走査コイル１４、１６、１８、２０は、部分領域９６〜９９間のベクトル化中以外の、マスク領域９１に対応するアドレスについては、走査信号生成回路４６からの電圧によって励起されない。
【００４５】
代表的な実施形態では、部分領域９６はマスク領域９１によって部分領域９９とは分離され、同様に、部分領域９７はマスク領域９１によって部分領域９８とは分離される。各イメージ・フレームについて、最初に部分領域９６が１次電子ビーム２５によってラスタ走査され、１次電子ビーム２５が部分領域９７に対する開始コーナへとベクトル化され、部分領域９７がラスタ走査され、１次電子ビーム２５が部分領域９８に対する開始コーナへとベクトル化されるという具合である。最終的に１次電子ビーム２５は、ループの初めに戻るために、部分領域９９の終点から部分領域９６に対する開始コーナへと戻ってベクトル走査され、次のフレームが開始される。
【００４６】
イメージ表示制御ユニット４０および表示バッファ５４は、サンプル３６上の１次電子ビーム２５のベクトルおよびラスタ走査と同期される。１次電子ビーム２５に関するベクトルおよびラスタ走査は、イメージ表示制御ユニット４０によって処理されたイメージ・データを用いて表示バッファ５４を連続して更新するために、連続して反復またはループされる。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４は、部分領域９６〜９９の２次電子イメージ９４が図３に示されたような外観でビデオ表示ユニット４２上に表示されるように、表示バッファ５４によってリフレッシュされる。非結像領域９２は２次電子イメージ９４内に埋め込まれる。
【００４７】
コントローラ６４はオプションで、ビーム２５がベクトル終点からベクトル始点へと移動される場合、１次電子ビーム２５をブランキングするために、電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２を使用することができる。マスク領域９１と交差するサンプル３６上のそれぞれのベクトルの一部をビーム・ブランキングすることで、１次電子ビーム２５がマスク領域９１に入らないようにする。
【００４８】
図５および図６を参照すると、本発明のある実施形態に従って、デバイス構造８２近くの結像表面域を、１次電子ビーム２５によってラスタ走査される矩形の部分領域１００〜１０３に区分することができる。部分領域１００〜１０３の使用により、電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２のビーム・ブランキングまたは動作を不要とすることができる。マスク領域９１は、図２、図３、および図４の実施形態におけるように、デバイス構造８２の高感度領域と一致するように定義される。その後マスク領域９１は、サンプル３６上にプローブ２４、２６、２８、３０および視野７５をイメージングするために必要な部分領域１００〜１０３に対する境界を定義するために、コントローラ６４によって使用されるが、１次電子ビーム２５に対するデバイス構造８２の高感度領域の露光は回避する。
【００４９】
コントローラ６４は、部分領域１００〜１０３のそれぞれについて、ラスタ・セットの開始コーナ、掃引レート（または増分移動に関するドウェルおよびステップ・レート）、部分領域１００〜１０３における各走査線の初期位置、部分領域１００〜１０３における各走査線の終端位置、および部分領域１００〜１０３それぞれに関する高さを決定する。電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８は、１次電子ビーム２５に対するマスク領域９１の露光を避ける旨の指令によって、部分領域１００〜１０３内でラスタ走査を実装するために、コントローラ６４によって使用される。部分領域１００〜１０３それぞれにおいて、走査コイル１４、１６、１８、２０は、ラスタ制御モジュール４８およびコントローラ６４の制御の下で、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６からの電圧によって励起される。
【００５０】
ビデオ表示ユニット４２上にイメージ表示制御ユニット４０によって生成されるラスタ・ボックスは、サンプル３６上の視野７５の２次電子イメージ９４がビデオ表示ユニット４２上に表示されるように、１次電子ビーム２５のラスタ・セットと空間的に同期される。そのため、ビデオ表示ユニット４２のラスタ走査線は、イメージ表示制御ユニット４０およびコントローラ６４によって、部分領域１００〜１０３に対応する部分領域に区分される。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４は、サンプル３６上の視野７５内のマスク領域９１に対応するイメージ９４内に非結像領域９２が埋め込まれた、図３に示されるような外観を有する。
【００５１】
２次電子イメージ９４内を見やすくするように、サンプル３６上の視野７５におけるラスタ・セット内の部分領域１００〜１０３は、相対的に高い走査速度でループ可能である。これにより、視野７５およびプローブ２４、２６、２８、３０のチップ全体にわたって、サンプル３６のビデオ表示ユニット４２上でリアルタイムのレンダリングが可能となる。別の方法として、表示バッファ５４を使用してイメージを獲得し、ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４を連続してリフレッシュすることができる。この場合、イメージ表示制御ユニット４０から表示バッファ５４へのイメージ・データの書き込みは、サンプル３６上の視野７５全体にわたる１次電子ビーム２５の部分領域１００〜１０３のラスタ走査と同期される。
【００５２】
この実施形態では、ビーム・ブランキング制御モジュール５２の使用は省略される。代わりに、コントローラ６４の制御の下で、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６から走査コイル１４、１６、１８、２０に印加される励起電圧を使用して、部分領域１００〜１０３のそれぞれに走査線のセットが生成される。たとえば、部分領域１００内のすべてのラスタ走査線は部分領域１０１内のラスタ走査線が掃引される前に掃引され、部分領域１０１内のすべてのラスタ走査線は部分領域１０３内のラスタ走査線が掃引される前に掃引され、部分領域１０３内のすべてのラスタ走査線は部分領域１０２内のラスタ走査線が掃引される前に掃引される。
【００５３】
図７を参照すると、本発明の代替実施形態に従って、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）レイアウトおよびＣＡＤナビゲーションが１次電子ビーム２５のマスキングと共に利用される。コントローラ６４は初期に、対象となるデバイス構造８２から遠隔のチップ領域全体にわたり、プローブ２４、２６、２８、３０をサンプル３６と位置合わせするために、ステージ・コントローラ３４にサンプル・ステージ２２を動作させる。初期位置合わせのための場所が選択されるため、デバイス構造８２は１次電子ビーム２５に露光されない。対象となるデバイス構造８２に関するＣＡＤレイアウト１０８は、プローブ２４、２６、２８、３０の２次電子イメージ９４全体にわたってオーバレイまたは重ね合わされる。ＣＡＤレイアウト１０８は、接点８４、８６、８８、９０に対応するフィーチャ８４ｂ、８６ｂ、８８ｂ、９０ｂを含む、デバイス構造８２に対応するフィーチャを含む。次に、プローブ２４、２６、２８、３０のおよびＣＡＤレイアウト１０８が位置合わせされる。２次電子イメージ９４は、プロービング・セッションに関する最終の高倍率に対応する倍率で取り込まれる。マスク領域９１は、最終高倍率でのデバイス構造８２に関しても定義される。
【００５４】
次に、１次電子ビーム２５はオフに切り換えられ、サンプル３６からの２次電子放出は停止する。コントローラ６４はＣＡＤデータを使用してステージ・コントローラ３４を操作し、１次電子ビーム２５がコントローラ６４によって復元された場合、デバイス構造８２周囲の領域が１次電子ビーム２５に露光されるように、サンプル・ステージ２２にサンプル３６を移動させる。計器倍率は、サンプル・ステージの解像度およびプロービング・セッションに使用されることになる高倍率に依存し、最終の高倍率であるが、それでもなお１次電子ビーム２５がオンに切り換えられた場合、対象となるデバイス構造８２が視野内に入ることが保証可能な倍率に最も近い倍率にセットされる。一実施形態では、ＣＡＤデータを使用するＣＡＤナビゲーションの精度は５０ナノメータに近いかまたはこれを超えることができる。
【００５５】
その後、プロービング・セッションが開始される。１次電子ビーム２５はオンに切り換えられ、サンプル３６上の視野７５は高倍率でイメージングされる。前述のように事前にプログラミングされたマスク領域９１が瞬間的に存在することで、１次電子ビーム２５への露光からデバイス構造８２の高感度領域を保護する。２次電子イメージングが開始された後、プローブ２４、２６、２８、３０およびマスク領域９１下へのサンプル３６の配置は、必要であればできる限り速やかに微細に調整される。プローブ２４、２６、２８、３０は接点８４、８６、８８、９０まで下げられ、サンプル３６上のマスク領域９１を１次電子ビーム２５に露光させることもなく、デバイス電気測定が実行される。プローブ２４、２６、２８、３０は、ビーム２５をオンで維持することにより、プロービング・セッション中の圧力上昇あるいは横移動またはその両方を監視することができる。
【００５６】
図８および図９を参照すると、本発明のある実施形態に従って、プロービング・セッション中にデバイス構造８２の高感度領域に送達される電子線量を減少させるために、１次電子ビーム２５に関する差分ラスタ走査速度が適用される。１次電子ビーム２５は、ラスタ・ボックス１２４において相対的に高速で、コントローラ６４および電子ビーム制御ユニット４６の指示の下に視野１２６内で走査される。ラスタ・ボックス１２４は、サンプル３６上のマスク領域９１に空間的に登録される。サンプル３６上の視野１２６の残余部分は、高速の走査速度よりも大幅に遅い相対的に低速の走査速度で、コントローラ６４および電子ビーム制御ユニット４６の指示の下に、１次電子ビーム２５によって走査される。低速および高速の走査速度は、１次電子ビーム２５に関するそれぞれの結像点での異なるドウェル設定値によって確立することができる。プローブ２４、２６、２８、３０およびサンプル３６の表面は、電気測定中に２次電子イメージ９４内にイメージングすることができる。
【００５７】
ビデオ表示ユニット４２上にイメージ表示制御ユニット４０によってレンダリングされる２次電子イメージ９４は、１次電子ビーム２５と同期される。計器ユーザは、ユーザ・インターフェース７４、コントローラ６４、およびサンプル３６から獲得された２次電子イメージ９４を採用して、サンプル３６上のマスク領域９１とリンクされた高速ラスタ・ボックス１２４を定義する。高速ラスタ・ボックス１２４の長さおよび高さは、電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８によって使用されるパラメータを設定することにより、ユーザによって定義される。コントローラ６４は、このユーザ設定値に基づき、ラスタ制御モジュール４８からの命令を電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６に提供し、２次電子イメージ９４内に高速ラスタ・ボックス１２４がはめ込まれる。各ラスタ走査線では、任意の地点での１次電子ビーム２５のドウェル時間は、高速ラスタ・ボックス１２４の外周縁内よりも高速ラスタ・ボックス１２４の外側の方が遅い。
【００５８】
サンプル３６上の高速ラスタ・ボックス１２４に対応する高速ラスタ・ボックス１２０が、２次電子イメージ９４内に表されている。高速ラスタ・ボックス１２０内のオブジェクトは２次電子イメージ９４内に半透明で表されており、高速ラスタ・ボックス１２０の外側のイメージ品質は相対的に高解像度である。計器ユーザは、２次電子イメージ９４の高速ラスタ・ボックス１２０内の接触地点で、プローブ２４、２６、２８、３０を視覚化および監視することができる。高速ラスタ・ボックス１２０の外側でのプローブ２４、２６、２８、３０の低速イメージングにより、ユーザはプローブ２４、２６、２８、３０のシャンクのイメージを明瞭に目視し、圧力が上昇しているかどうかを判別することができる。サンプル３６上の高速ラスタ・ボックス１２４内での１次電子ビーム２５の走査速度は、１５０％、２００％、５００％など、またはサンプル３６上の視野１２６の残余部分に関する他のユーザ定義の走査速度パーセントに調節可能である。
【００５９】
代替実施形態では、高速ラスタ・ボックス１２４は、１次電子ビーム２５への暴露を受けず、視野１２６内にはめ込まれた、マスク領域（図示せず）を有することができる。このマスク領域では低速走査が実行され、その後高速ラスタ・ボックス１２４内で高速走査が実行される。この走査の組み合わせがループまたは循環され、表示バッファ５４を使用して走査が取り込まれ、ビデオ表示ユニット４２上の２次電子イメージ９４が表示バッファ５４からリフレッシュされる。
【００６０】
本発明の他の代替実施形態では、前述の様々な手法を組み合わせて適用し、プロービング・セッション中に１次電子ビーム２５に露光されるデバイス構造８２に送達される電子線量を最小限に抑えることができる。たとえば、図５および図６に関連して説明したようなラスタ走査の部分領域、ならびに図２および図３のマスク・ラスタ走査手法を、互いに組み合わせて使用することができる。本明細書で言及する低倍率走査は、イメージングにラスタ走査、ベクトル走査、またはその両方が使用されるかどうかにかかわらず、高倍率走査と比較して低い加速電圧あるいはビーム電流またはその両方で実行可能である。電子ビーム照射およびイメージングは、プローブ２４、２６、２８、３０を監視するためにデバイス電気測定中に実行されるものとして説明されるが、プローブ２４、２６、２８、３０を監視せずに、測定中に１次電子ビーム２５をオフにすることが可能である。
【００６１】
本明細書で使用される用語は特定の諸実施形態を説明するためのみのものであり、本発明を限定することは意図していない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が特に明確に指示していない限り複数形も含むものと意図される。さらに、「備える（comprises）」あるいは「備えている（comprising）」という用語、またはその両方は、本明細書で使用される場合、示された機能、整数、ステップ、動作、要素、あるいはコンポーネント、またはそれらすべての存在を指定するものであるが、他の機能、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、あるいはそれらのグループ、またはそれらすべてのうちの１つまたは複数の存在または追加を排除するものではないことを理解されよう。さらに、「含む（includes）」、「有している（having）」、「有する（has）」、「伴う（with）」、またはそれらの変形の用語が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用されるという点で、こうした用語は、「備えている（comprising）」と同様に包括的であるものと意図される。本発明の諸実施形態の特徴は、図面内で必ずしも一定の比率で拡縮されて示されていないことも理解されよう。
【００６２】
以下の特許請求の範囲におけるすべての手段またはステップの対応する構造、材料、動作、および等価物、ならびに機能要素は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、または動作を含むことが意図されている。本発明の説明は例示および説明の目的で提示されてきたが、本発明を網羅するかまたは開示された形に限定することは意図されていない。当業者であれば、本発明の範囲および趣旨を逸脱することなく、多くの修正および変形が明らかとなろう。実施形態は、本発明の原理および実際の応用例を最もよく説明するため、ならびに、企図された特定の用途に好適なものとして様々な修正を伴う様々な実施形態について、当業者が本発明を理解できるようにするために、選択および説明された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に集積回路製造に関し、具体的に言えば、集積回路のデバイス構造を電気的にプロービングするためにナノプローバ（nanoprober）を操作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＥＭナノプローバと呼ばれる特殊な電子ビーム計器は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）およびＳＥＭ真空室内に配設されたプローブ・セットからなる。ＳＥＭからの２次電子イメージを使用して、電気的にテストされることになる集積回路のデバイス構造に対してプローブを位置決めする。プローブは、デバイス構造を電気的に特徴付けるために使用される。ナノプロービングによって、しきい値電圧（Ｖｔ）、オフ状態リーク電流（Ｉｏｆｆ）、飽和電流（Ｉｓａｔ）、および電流／電圧（Ｉ／Ｖ）曲線測定による接合挙動（junction behavior）などの、基本的なトランジスタ・パラメータを直接測定することができる。これらの電気測定は、応用例の中でも特に、欠陥のあるデバイス構造の障害の根本的原因を分析する際に有用な可能性がある。
【０００３】
プローブおよびデバイス接点は、プローブをランディング（land）し、その後、電気測定が実行されている間に今後のプローブ挙動を監視するために、ＳＥＭでリアルタイムにイメージングされる。テスト中のデバイス構造内に付着する電子線量、すなわち単位面積当たりの電子の総電荷は、ビーム電流、露光時間、および倍率を通じた走査表面積に比例する。電子ビーム露光によるデバイスの電気的特徴の変化に対処するために、加速電圧、倍率、およびビーム電流などの電子ビームの特徴は最小限に抑えられる。しかしながらこれらの操作特徴は、プローブのイメージングおよびテスト中のデバイス構造を適切に保つために、十分な２次電子放出を誘導できるしきい値を超えるように維持しなければならない。
【０００４】
プローブがデバイス接点上にランディングする場合、プローブは通常、Ｚ方向に定着し、これによってサブミクロン・プローブ・チップを接点に対して横（Ｘ−Ｙ）方向に移動させることができる。横方向移動はプローブを曲げる可能性があり、その結果、プローブ・チップまたはテスト中のデバイスに損傷が生じる可能性がある。プローブは接点を外れてスライドする可能性もあり、その結果、電気的導通が失われる。横方向移動を監視するために、計器ユーザは２次電子イメージングを用いて各プローブを監視する。必要であれば、計器ユーザは、接点へのランディング時およびしばしばその後の電気測定中にプローブ・チップの圧力を調節し、圧力の上昇に対処する。計器ユーザは、２次電子イメージにおけるアークの増加、またはプローブ・シャンクの曲り、またはプローブ・チップの実際の横方向の動きを観察することによって、プローブ上での圧力上昇に注意し、必要に応じて正しい措置を講じることができる。
【０００５】
計器ユーザが２次電子イメージにおける横方向のプローブ移動を検出できるように、ＳＥＭの１次電子ビームは低速および高倍率でサンプル全体を走査しなければならない。残念ながら、１次電子ビームを用いた低速で高倍率のイメージングは、デバイス構造によって吸収される電子線量を増加させ、残念ながらこれによって電気的特徴を変化させてしまう。電子ビーム線量の蓄積はサンプルの帯電も引き起こし、これによって２次電子イメージの解像度および品質を低下させる。
【０００６】
電子ビーム線量の蓄積に関連付けられた諸問題を軽減するための従来の解決策の１つは、接点上へのプローブの接地後および電気測定中に、１次電子ビームを完全にブランキングする（blank）ことである。この抜本的な手法では、対象となるデバイス構造の１インスタンスが、低速、高倍率イメージングを用いて、電気的特徴における電子線量変化を顧慮せずにプロービングされる。その後、同じ間隔を空けたプローブの配置構成を保持しながらビームをブランキングし、サンプル・ステージはデバイス構造の他のインスタンスへと精密に段階を経て進み、プローブはイメージングなしで接点を確立するために手探りで下ろされる。その後、ＳＥＭを使用したいずれのイメージングもなしに電気測定が実行される。
【０００７】
完全なビーム・ブランキングにより、ビーム露光は減少するが、２次電子イメージングは完全に中断される。圧力上昇の結果として突然の移動が発生した場合、プローブは変形および屈曲する可能性がある。リアルタイム・イメージングなしでは、イメージングが再開された場合にプロービング・セッションが終了するまで、屈曲したプローブは検出できない。それまでに、プローブが不可逆的損傷を受けるか、または短絡したプローブがテスト中のデバイス構造を破壊してしまう可能性がある。
【０００８】
より小さくなりつつあるテクノロジ・ノードによって、より薄いフィルムおよびより小型のデバイス・フィーチャがもたらされるにつれて、ナノプローバによって使用されるＳＥＭのビーム特徴を最適化するだけでは、プロービングが不適切な可能性がある。具体的に言えば、従来の方法で最適化された条件を用いるイメージングは、接点上にプローブを正確にランディングさせるために、およびそれと同時に、電子ビーム露光の結果としてテスト中のデバイス構造の電気的特徴が変化しないよう保証するためには、適切でない可能性がある。従来型のＳＥＭナノプローバは、１次電子ビームの加速電圧およびビーム電流をさらに減少させる能力に関する限りは、ビーム光学機器の限界に達している。加えて、より小さなテクノロジ・ノードで必要とされるより小型のプローブ・チップは横移動する傾向がさらに強いため、完全なビーム・ブランキングは実行可能な解決策ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、デバイス構造、特にＳＥＭナノプローバにおけるプロービング・セッション中に、より小さなテクノロジ・ノードを用いて製造されたデバイス構造の、高感度領域への電子ビーム照射を減少させるように改良された方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある実施形態では、少なくとも１つのプローブを使用してサンプル上のデバイス構造をナノプロービングするための方法が提供される。この方法は、デバイス構造の第１の領域および第２の領域に対して少なくとも１つのプローブを位置決めすること、ならびに、第１の領域および少なくとも１つのプローブ全体にわたって荷電粒子ビームを走査することを含む。第１の領域全体にわたって１次荷電粒子ビームが走査される場合、デバイス構造の第２の領域は１次荷電粒子ビームへの露光からマスクされる。この方法は、２次電子イメージを形成するために、デバイス構造の第１の領域および少なくとも１つのプローブから放出された２次電子を収集することをさらに含む。２次電子イメージは、結像部分（imaged portion）としての第１の領域および少なくとも１つのプローブと、非結像部分としての第２の領域とを含む。
【００１１】
本発明の他の実施形態では、少なくとも１つのプローブを使用してサンプル上のデバイス構造をナノプロービングするための方法が提供される。この方法は、デバイス構造の第１の領域およびデバイス構造の第２の領域に対して少なくとも１つのプローブを位置決めすること、デバイス構造の第１の領域全体にわたって１次荷電粒子ビームを第１の走査速度で走査すること、ならびに、デバイス構造の第２の領域全体にわたって１次荷電粒子ビームを第１の走査速度よりも速い第２の走査速度で走査することを含む。デバイス構造の第１および第２の領域ならびに少なくとも１つのプローブから放出される２次電子は、サンプルの２次電子イメージを形成するために収集される。２次電子イメージは、結像部分としての第１および第２の領域ならびに少なくとも１つのプローブを含む。
【００１２】
次に、本発明の諸実施形態について、添付の図面を参照しながら単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のある実施形態に従ったＳＥＭナノプローバを示す線図（diagrammatic view）である。
【図２】電気測定を実行するために接点上にプローブ・チップをランディングさせた、接点レベルでのデバイス構造の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明のある実施形態に従った、マスクされる高感度領域が定義された図２のデバイス構造の２次電子イメージを示す線図である。
【図４】本発明の代替実施形態に従った、図３の２次電子イメージを生成するためにサンプル上での１次電子ビームのベクトル走査およびラスタ走査の組み合わせの使用を示す、サンプル表面の概略上面図である。
【図５】本発明の代替実施形態に従った、図３の２次電子イメージを生成するためにサンプル上での１次電子ビームの個々のラスタ走査を伴う部分領域（sub-region）の使用を示す、図２と同様の線図である。
【図６】図５の個々の部分領域に関するラスタ走査線を示す、図４と同様のサンプル表面の概略上面図である。
【図７】本発明の代替実施形態に従った、ＣＡＤレイアウトの使用を示す図５と同様の線図である。
【図８】本発明の代替実施形態に従った、差分ラスタ速度（differential raster rates）を使用して生成された図２のデバイス構造の２次電子イメージを示す、図４と同様の線図である。
【図９】図８の２次電子イメージを生成するためにサンプル上での１次電子ビームに関する差分ラスタ速度の使用を示す、図２と同様の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の様々な実施形態は、電子ビーム照射に対して敏感なデバイス領域の露光を削減し、それによって、ＳＥＭナノプローバ内、ならびに他のタイプの荷電粒子でイメージングする他のナノプローバ内でのプロービング・セッション中に、関連付けられたデバイス構造の電気的劣化があればこれを軽減する、予防的手段を提示する。これらの諸実施形態を実施した結果として、イメージングに適切であり、依然としてデバイスの電気的整合性を保証する、従来型の電子ビーム特徴が利用可能である。本発明の諸実施形態は、デバイスの接点または端末上にプローブをランディングさせるための能力を維持しながら、電子ビームの露光からテスト中のデバイス構造上の高感度領域をマスクするための技法を提供する。結果として、プロービング・セッション中に高感度のデバイス領域に送達される電子線量が削減され、これにより、電気的特徴のより正確な測定が促進され、ビームによって誘発されるデバイスの変化が低減される。
【００１５】
図１を参照すると、本発明のある実施形態によれば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）ナノプローバ１０は、真空室３２内に収容された、電子銃１２、走査コイル・セット１４、１６、他の走査コイル・セット１８、２０、サンプル・ステージ２２、およびプローブ・セット２４、２６、２８、３０を含む。電子銃１２は、陰極からの放出電流を抽出する相対的に大きな電位差を作成するため、およびそれにより、電界放出または熱電子放出のいずれかによって１次電子ビーム２５を生成するために、加速電圧が印加される、陽極および陰極（図示せず）を含む。ＳＥＭナノプローバ１０の真空室３２内部には、電子銃１２からサンプル・ステージ２２への進行経路内の１次電子ビーム２５を集束およびコリメート（collimate）する電子光学として集合的に動作する、様々な集光レンズ、対物レンズ、およびアパーチャを特色として備える、カラム３３が配置されている。走査コイル１４、１６、１８、２０も真空室３２内部に配置されている。サンプル・ステージ２２は、サンプル３６上の該当する異なる領域を１次電子ビーム２５の視野内に位置付けるために、ステージ・コントローラ３４の管理の下で移動可能である。サンプル３６は、障害の根本的原因を分析するためにＳＥＭナノプローバ１０内での電気的プロービング用に準備された、集積回路を担持しているダイとすることができる。別の方法として、サンプル３６は、複数の製品チップを担持しているウェハとすることができる。
【００１６】
本明細書では１次電子ビーム２５の使用に関して説明しているが、当業者であれば、本発明の諸実施形態が、ナノプロービングと共に、陽イオンを含む集束イオン・ビームまたは他のタイプの集束荷電粒子ビームの使用にも適用可能であることを理解されよう。当業者であれば、陽イオンなどの他のタイプの荷電粒子と共に使用するようにツールを変換するために必要な、ＳＥＭナノプローバ１０に対する修正を理解されよう。
【００１７】
走査コイル１４、１６、１８、２０は、カラム３３内の電子銃１２とサンプル・ステージ２２との間に配設される。走査コイル１４、１６、１８、２０は、サンプル３６の表面上の該当する領域全体にわたって、２つの範囲内の１次電子ビーム２５を走査するように電圧が加えられる。そのため、一方の走査コイル・セット１４、１６は、１次電子ビーム２５をサンプル３６の表面に対して第１の方向に偏向させるように構成され、他方の走査コイル・セット１８、２０は、１次電子ビーム２５をサンプル３６の表面に対して第１の方向に直角の第２の方向に偏向させるように構成される。
【００１８】
２次電子３５は、１次電子ビーム２５によって照射された場合、サンプル３６から放出される。２次電子３５は、１次電子ビーム２５とサンプル３６の表面、または表面近くの原子との相互作用によって生成される。２次電子３５は、真空室３２内部に配置された２次電子検出器３８によって収集される。通常、２次電子検出器３８は、収集された２次電子３５を閃光に変換する蛍光体またはシンチレータ（scintillator）と、これらの閃光を増幅電気信号に変換する光電子倍増管とを含む。２次電子検出器３８は２次電子３５を引き付けるために、正バイアスがかけられる。
【００１９】
２次電子検出器３８からの増幅電気信号出力は、イメージ表示制御ユニット４０によってビデオ信号に変換され、サンプル３６上の視野の２次電子イメージとして表示するためにビデオ表示ユニット４２に供給される。２次電子イメージは、１次電子ビーム２５とサンプル３６の表面との相互作用によって誘導された、２次電子放出の２次元強度分布またはマップを含む。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ中の個々のピクセルの強度は、２次電子検出器３８に到達するサンプル３６上の対応する位置からの２次電子３５の数に依存する。別の方法として、サンプル３６からの２次電子イメージは、ビデオ表示ユニット４２上に表示される前に離散ピクセルにデジタル化し、コントローラ６４のストレージ７０内にデジタル形式で保存することができる。サンプル３６上の任意の地点から放出される２次電子３５の数は、１次電子ビーム２５に露光される材料のタイプに依存する。
【００２０】
１次電子ビーム２５の進行経路は、ＳＥＭナノプローバ１０のカラム３３内の走査コイル１４、１６、１８、２０を通過する。走査コイル１４、１６、１８、２０は協働して、１次電子ビーム２５をｘ軸およびｙ軸で偏向させるため、走査コイル１４、１６、１８、２０からダウンストリームの１次電子ビーム２５は、サンプル３６上の表面域に対して事前に設定されたパターンで走査する。電子ビーム制御ユニット４４は、励起電圧が印加された走査コイル１４、１６、１８、２０によって、１次電子ビーム２５の偏向を監視および制御するように構成される。そのため、電子ビーム制御ユニット４４は、１次電子ビーム２５のラスタ走査、１次電子ビーム２５のベクトル走査、ビームのドウェル（dwell）または掃引（sweep）のタイミング、およびビーム・ブランキングを実行可能にすることによって、事前に設定されたパターンを生成するように構成される。ＳＥＭナノプローバ１０は、１次電子ビーム２５、ならびにサンプル・ステージ２２の動作、２次電子イメージング、および電気的プロービングを制御および管理するために使用される、様々な制御モジュールを含む。ラスタ走査の場合、走査コイル１４、１６、１８、２０には、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６から、最終倍率に対応する振幅を有する２次元走査信号を供給することができる。電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８は、ラスタ・セットの開始コーナ、掃引レート（またはドウェルおよびステップ・レート）、ラスタ走査線の初期および終端位置、連続するラスタ走査線間の間隔、ならびに、ラスタ・ボックスの高さを、走査信号生成回路４６に示すように構成される。電子ビーム制御ユニット４４のベクトル制御モジュール５０は、ベクトル開始点、ベクトル方向、ベクトル終端点、および１次電子ビーム２５のベクトル走査線の掃引レートを、走査信号生成回路４６に示すように構成される。
【００２１】
電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２は、ラスタ走査またはベクトル走査のいずれにおいても、サンプル３６全体にわたって移動される場合、１次電子ビーム２５のブランキングのための開始および停止位置を設定するように構成される。ビーム・ブランキング制御モジュール５２は、１次電子ビーム２５をカラム３３内のダウンストリーム・アパーチャ・ストップ５７へと横方向に偏向させるために、偏向板５３、５５のセットに電圧を印加することが可能であり、それによってビーム２５をブランキングするため、結果として１次電子はサンプル３６に入射しない。１次電子ビーム２５は、偏向板５３、５５から電圧を除去することによって復元されるため、結果として１次電子ビーム２５は、アパーチャ・ストップ５７内の開口部を通ってサンプル３８へと再度進むことができる。ビーム・ブランキング制御モジュール５２が１次電子ビーム２５をブランキングするように操作された場合、１次電子ビーム２５のサンプル３６への進行がブロックされるため、サンプル３６からの２次電子放出は停止する。
【００２２】
ラスタ走査モードでは、サンプル３６全体にわたる１次電子ビーム２５の移動は、走査線と呼ばれる一連の水平ストリップに分割される。走査線はそれぞれ、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６に、１本の軸に平行な線形経路に沿って始点から終点まで一定の増分で（または連続掃引として）１次電子ビーム２５を偏向するように、走査コイル１４、１６、１８、２０を動作させることによって、実装される。１次電子ビーム２５は、始点と終点との間の各介在点で、一定のドウェル時間だけドウェルすることができる。各走査線の終点で、１次電子ビーム２５の位置は第１の軸に直角な第２の軸に沿って増分的に前進する。１次電子ビーム２５は、正味連続走査線（net successive scan line）を開始するために第１の軸の始点に戻ることができるか、または１次電子ビーム２５は終点から始点に戻るように逆方向に偏向することができる。このプロセスは、サンプル３６上のすべてのラスタ走査線がトレースされ、１次電子ビーム２５が各走査線のすべての地点でドウェルするまで続けられる。
【００２３】
ＳＥＭナノプローバ１０のイメージ表示制御ユニット４０は、ビデオ表示ユニット４２の動作を管理する。２次電子イメージ９４（図３）は、ビデオ表示ユニット４２上で定期的にリフレッシュされる。イメージ表示制御ユニット４０は、ビデオ表示ユニット４２上に表示されるか、または表示バッファ５４に格納されてビデオ表示ユニット４２に定期的に転送される、２次電子イメージ９４と、電子ビーム制御ユニット４４および走査コイル１４、１６、１８、２０によって引き起こされる１次電子ビーム２５の偏向とを、緊密に同期させる。したがって、ビデオ表示ユニット４２上に結果として生じる２次電子イメージ９４は、サンプル３６上の走査域から放出される２次電子３５の強度の分布マップであり、これに密接にリンクされる。
【００２４】
イメージ表示制御ユニット４０は、２次電子イメージ９４上のオペレータ定義マスク領域、ゾーン、またはＣＡＤレイアウトをビデオ表示ユニット４２上で重ね合わせ、電子ビーム制御ユニット４４による電子ビームの制御のためにこうしたオペレータ定義情報を取り込むための機能を有する。イメージ表示制御ユニット４０は、電子ビーム視野に対してイメージを拡縮するため、およびマスク、ゾーン、またはＣＡＤレイアウトを拡縮するための、ＳＥＭ倍率に関する補償コントロールを含む。イメージ表示制御ユニット４０は、ビーム・ブランキング制御モジュール５２によって１次電子ビーム２５に関して実装された、サンプル３６上のマスク領域と相関する空間座標に関して、ビデオ表示ユニット４２または表示バッファ５４への２次電子イメージ強度信号をブロックするための能力を含む。
【００２５】
２次電子イメージ９４を使用して、プローブ２４、２６、２８、３０は、サンプル３６上の導電フィーチャと直接接触してプローブ２４、２６、２８、３０のチップを位置決めするために、電動式極微操作装置（motorized micromanipulator）５６、５８、６０、６２によって操作される。この位置決めプロセス中に、２次電子イメージ９４を使用して、サンプル３６上の接点の位置、およびオプションでプローブ２４、２６、２８、３０のリアルタイム位置が監視される。プローブ２４、２６、２８、３０のチップが適切に位置決めされた場合、電気テスト信号は、プローブ２４、２６、２８、３０からサンプル３６上の導電フィーチャに向けて送られる。当業者であれば理解されるように、ＳＥＭナノプローバ１０に関連付けられたプローブ２４、２６、２８、３０正確な数は、図１に示された代表的な数と異なる可能性があり、電気テスト測定のタイプに応じて、１から８までの範囲、あるいは８より多くてもよい。
【００２６】
ＳＥＭナノプローバ１０の動作は、ステージ・コントローラ３４、イメージ表示制御ユニット４０、および電子ビーム制御ユニット４４と電気的に結合された、コントローラ６４によって調整および制御される。コントローラ６４は、プロセッサ６６、およびプロセッサ６６と結合されたメモリ６８を含む。プロセッサ６６は１つまたは複数の個々のプロセッサ（たとえばマイクロプロセッサ）を表すことが可能であり、メモリ６８は、コントローラ６４のメイン・ストレージを備えるランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）デバイス、ならびに、たとえばキャッシュ・メモリ、不揮発性またはバックアップ・メモリ（たとえばプログラマブルまたはフラッシュ・メモリ）、読み取り専用メモリなどの、任意の補助レベルのメモリを表すことが可能である。加えて、メモリ６８は、コントローラ６４内のいずれかに物理的に配置されたメモリ・ストレージ、たとえば、プロセッサ６６内の任意のキャッシュ・メモリ、ならびに、たとえば大容量ストレージ・デバイス７０上に格納されるなど、仮想メモリとして使用される任意のストレージ容量を含むものとみなすことができる。大容量ストレージ・デバイス７０は、１つまたは複数のデータベース７２を含むことができる、キャッシュまたは他のデータ・ストレージを含むことができる。データベース７２は、たとえば、本発明の諸実施形態を実施する際に使用するためのＣＡＤナビゲーション・データおよびＣＡＤレイアウト・データを含むことができる。
【００２７】
コントローラ６４は、通常、外部と情報を通信するためのいくつかの入力および出力も受信する。コントローラ６４は、通常、ユーザまたはオペレータとインターフェースするために、とりわけ、キーボード、マウス、トラックボール、ジョイスティック、タッチパッド、キーパッド、スタイラス、あるいはマイクロフォン、またはそれらすべてなどの、１つまたは複数の入力デバイスと、ならびに、ＣＲＴモニタなどのディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ・パネル、あるいはスピーカ、またはそれらすべて、あるいはプリンタなどの他のタイプの出力デバイスとの、グラフィカル・ユーザ・インターフェース７４を含む。コントローラ６４とのインターフェースは、コントローラ６４と直接または遠隔に接続された外部端末を通じて、あるいは、ネットワーク７６、モデム、または他のタイプの認識された通信デバイスを介してコントローラ６４と通信する他のコンピュータを通じて、行うこともできる。コントローラ６４は、ネットワーク・インターフェース７８を通じてネットワーク７６上で通信する。
【００２８】
コントローラ６４は、オペレーティング・システム８０の制御下で動作し、様々なコンピュータ・ソフトウェア・アプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、データ構造などを実行するか、さもなければそれらに依拠する。一般に、本発明の諸実施形態を実装するために実行されるルーチンは、オペレーティング・システムまたは特定アプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、または命令シーケンスの一部として実装されるかどうかにかかわらず、本明細書では「コンピュータ・プログラム・コード」または単に「プログラム・コード」と呼ばれる。コンピュータ・プログラム・コードは、通常、コンピュータ内の様々なメモリおよびストレージ・デバイス内に様々な時に常駐し、コンピュータ内の１つまたは複数のプロセッサによって読み取りおよび実行された場合、そのコンピュータに、本発明の様々な態様を具体化するステップまたは要素を実行するために必要な諸ステップを実行させる、１つまたは複数の命令を備える。
【００２９】
ＳＥＭナノプローバ１０は、１次電子ビーム２５への露光からデバイス構造の高感度領域をマスクするために使用される、様々な実施形態に関する命令および設定を用いてコントローラ６４をプログラミングするための機能を、ユーザに提供することができる。たとえばユーザは、ユーザ・インターフェース７４を介してコントローラ６４にマスキング動作に関する命令を供給することができる。別の方法として、マスキング動作に関する命令は、たとえばネットワーク７６を介してコントローラ６４に動作可能に結合された他のコンピュータからなどのように、リモートに受信することができる。
【００３０】
図２および図３を参照すると、本発明のある実施形態に従った、デバイス構造の接点（ＣＡ）レベルで実行されるプロービング・セッション時のＳＥＭナノプローバ１０の動作が示され、サンプル３６上で全体として参照番号８２で示されている。デバイス構造８２は、たとえば電界効果トランジスタまたはいくつかの電界効果トランジスタを含むメモリ・セルとすることができる。プローブ２４、２６、２８、３０のチップは、テスト中のデバイスであるデバイス構造８２の電気的特徴付けのためにＣＡレベルの端末または接点８４、８６、８８、９０と接触して配置される。
【００３１】
プロービング・セッション中、電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２を使用して、１次電子ビーム２５が、ビーム・ブランキングを使用するデバイス構造８２の高感度領域と空間的に一致する、サンプル３６上のマスク領域９１（図３）を照射するのを防止する。高感度領域は、たとえばデバイス構造８２のゲート・スタック領域とすることができる。しかしながら、プローブ２４、２６、２８、３０および接点８４、８６、８８、９０の少なくとも一部分は、図２で明らかなように、視野７５内で連続的に２次電子ビーム２５に露光され、図３で明らかなように、ビデオ表示ユニット４２上に表示された２次電子イメージ９４内のプローブ２４ａ、２６ａ、２８ａ、３０ａ、および接点８４ａ、８６ａ、８８ａ、９０ａとして見える。
【００３２】
電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８を使用して、試験中のデバイスを構成するデバイス構造８２および接点８４、８６、８８、９０を包含する該当領域全体にわたって、１次電子ビーム２５のラスタ走査が実施される。初期には、イメージ倍率は低い値に設定される。低い倍率でのイメージングでは、デバイス構造８２を含むサンプル３６上の該当領域は即時に位置が突き止められる。初期の２次電子イメージ（図示せず）は低倍率で取り込まれ、ビデオ表示ユニット４２上に表示される。低倍率イメージを取り込むために必要な露光時間および低電子束は、デバイス構造８２の電気的特徴を変更するために、しきい値未満で維持される。ユーザ・インターフェース７４を介して、計器ユーザは、デバイス構造８２の高感度領域と一致するようにマスク領域９１を定義する。
【００３３】
イメージ倍率は高値に上げられ、１次電子ビーム２５の位置は、デバイス構造８２に対してプローブ２４、２６、２８、３０を位置決めし、最終的にプローブ２４、２６、２８、３０のチップを接点８４、８６、８８、９０上に配置するために、横方向に移動することができる。プロービング・セッション中および高倍率の間に、１次電子ビーム２５は視野７５を構成するサンプル３６の表面域全体にわたって走査している。マスク領域９１は、走査コイル１４、１６、１８、２０の励起を用いて、ビーム・ブランキング制御モジュール５２の動作のタイミングを取ることにより、視野７５内で実装される。コントローラ６４は、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６から供給される走査コイル１４、１６、１８、２０に関する信号を監視し、マスク領域９１と交差するが、ビーム・ブランキングのためにマスク領域９１内に存在することになる視野７５全体にわたって、それらのラスタ走査線の一部に対して１次電子ビーム２５をブランキングするために、ビーム・ブランキング制御モジュール５２を活動化する。
【００３４】
個々のラスタ走査線それぞれについて、コントローラ６４は、１次電子ビーム２５の位置がマスク領域９１の該当する１縁部と交差しようとしている場合、走査コイル１４、１６、１８、２０から検出する。サンプル３６上のマスク領域９１の最初の縁部で、コントローラ６４は１次電子ビーム２５をブランキングし、これによって１次電子ビーム２５への露光に対してマスク領域９１をマスクする。そのため、コントローラ６４は、偏向板５３、５５に圧力を印加するようビーム・ブランキング制御モジュール５２に指示し、その結果として１次電子ビーム２５はアパーチャ・ストップ５７に当たるように横方向に偏向される。
【００３５】
コントローラ６４は、コントローラ６４が走査コイル１４、１６、１８、２０に供給された電圧から、ブランキングされた１次電子ビーム２５の位置がマスク領域９１の反対側の縁部と交差しようとしていることを感知するまで、１次電子ビーム２５をブランキングされた状態で維持する。コントローラ６４は、１次電子ビーム２５がマスク領域９１外部の視野７５内にあるプローブ２４、２６、２８、３０およびサンプル３６に衝突（impinge）できるように、ビーム・ブランキング制御モジュール５２を非活動化する。別の方法として、コントローラ６４は、１次電子ビーム２５を該当する領域の外へ、またはアパーチャ・ストップ５７内の開口部を超えて、移動することのみによって、走査コイル１４、１６、１８、２０を用いたビーム・ブランキングを実行することもできる。ラスタ走査は、各ラスタ走査線の終端まで続行され、この地点で、ラスタ走査およびブランキング・プロセスは次の連続するラスタ走査線で反復される。
【００３６】
接点８４、８６、８８、９０およびプローブ２４、２６、２８、３０は、依然として視野７５内で１次電子ビーム２５に露光されており、２次電子を放出している。前述のように、イメージ表示制御ユニット４０およびビデオ表示ユニット４２は、１次電子ビーム２５のラスタ走査線とリンクしている。結果として接点８４ａ、８６ａ、８８ａ、９０ａおよびプローブ２４ａ、２６ａ、２８ａ、３０ａそれぞれの少なくとも一部は、イメージ表示制御ユニット４０によって処理されたサンプル３６の２次電子イメージ９４（図３）内で連続してイメージングされ、ビデオ表示ユニット４２上に表示される。１次電子ビーム２５はデバイス構造８２の高感度領域と一致するマスク領域９１全体にわたってブランキングされるため、２次電子はサンプル３６上の領域９１からは放出されない。２次電子が放出されないため、マスク領域９１は、２次電子イメージ９４内に埋め込まれた非結像領域９２として現れる。
【００３７】
倍率の増分に伴い、マスク領域９１の寸法は、デバイス構造８２の高感度領域を備えるマスク領域９１の登録を維持するために、コントローラ６４によって設定される倍率の変化と共に拡縮される。拡縮は、マスク領域９１に対して電子ビーム走査の中心などの基準点を利用することによって、および、基準点を保持しながら任意の倍率変化に比例してマスク領域９１の寸法を拡縮させることによって、実施可能である。マスク領域９１は、非マスク接点８４、８６、８８、９０のイメージングを最適化するように、およびさらに継続してデバイス構造８２の高感度領域を保護するように、倍率を変更するために、コントローラ６４によって必要に応じて自動的に調節される。イメージング中に発生する任意のビーム移動動作は、ビーム移動の大きさと等価の変位により、マスク領域９１に対する基準点を調節することによって対処される。イメージ倍率の変更に伴い、計器ユーザはマスク領域のサイズを調節することができる。
【００３８】
本発明の代替実施形態では、視野７５は、ラスタ走査線ではなくベクトル走査線を排他的に用いてイメージング可能である。ベクトル制御モジュール５０は、ベクトル走査線を生成するために、適切な励起電圧を走査コイル１４、１６，１８，２０に提供するために、電子ビーム制御ユニット４４と共に使用される。具体的に言えば、マスク領域９１を除いた視野７５をカバーするために、複数のベクトル走査線が定義され、電子ビーム制御ユニット４４のベクトル制御モジュール５０を使用して実装される。ベクトル・セット中の個々のベクトルそれぞれについて、ベクトル制御モジュール５０による使用のためのベクトル始点およびベクトル終点が確立される。イメージ表示制御ユニット４０によって処理され、ビデオ表示ユニット４２上に表示される、２次電子イメージ９４内の接点８４ａ、８６ａ、８８ａ、９０ａおよびプローブ２４ａ、２６ａ、２８ａ、３０ａを識別するため、適切な解像度で２次電子イメージを生成するのに十分な強度の２次電子信号を提供するために、ベクトル制御モジュール５０による使用のためのベクトル掃引レートおよびベクトル密度も確立される。
【００３９】
マスク領域９１は、図２および図３に関して説明したように、デバイス構造８２の高感度領域と一致するように定義される。ベクトル線の定義は、１次電子ビーム２５を用いて視野７５を走査するが、デバイス構造８２の高感度領域が１次電子ビーム２５への露光からマスクされるように、マスク領域９１は避ける。走査コイル１４、１６、１８、２０は、視野７５に対応するアドレスでのみ、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６からの電圧によって励起される。走査コイル１４、１６、１８、２０は、１次電子ビーム２５に関するベクトル内には見られない、マスク領域９１に対応するアドレスについては、走査信号生成回路４６からの電圧によって励起されない。
【００４０】
イメージ表示制御ユニット４０および表示バッファ５４は、サンプル３６上の１次電子ビーム２５のベクトル化と同期される。１次電子ビーム２５に関するベクトル走査線は、イメージ表示制御ユニット４０が連続して表示バッファ５４を更新できるように、連続して反復またはループされる。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４は、視野７５からの２次電子イメージ９４が連続して表示されるように、表示バッファ５４から連続してリフレッシュされる。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４の外観は図３に示される通りであり、埋め込まれた非結像領域９２を含む。
【００４１】
必要であれば、コントローラ６４は、ビーム２５が異なるベクトル走査線間でベクトル化される場合、オプションで１次電子ビーム２５をブランキングするために、電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２を使用することができる。マスク領域９１と交差するサンプル３６上のそれぞれのベクトル走査線の一部をビーム・ブランキングすることで、１次電子ビーム２５がマスク領域９１に入らないようにする。もちろん、１次電子ビーム２５がいずれのベクトル走査線に沿って移動する場合も、マスク領域９１に入らないように、それぞれのベクトル走査線をサンプル３６上の視野７５内にある始点および終点を用いて選択することができる。
【００４２】
図４を参照すると、本発明の代替実施形態に従って、サンプル３６上のマスク領域９１の使用は、プローブ２４、２６、２８、３０および接点８４、８６、８８、９０をイメージングしながら、デバイス構造８２の高感度領域を保護するために、１次電子ビーム２５のベクトル走査およびラスタ走査の組み合わせと共に使用することもできる。具体的に言えば、視野７５は矩形フィールドまたは部分領域９６〜９９のセットに区分され、１次電子ビーム２５は異なる部分領域９６〜９９の間でベクトル化される。１次電子ビーム２５をベクトル始点からベクトル終点までベクトル化した後、それぞれの部分領域９６〜９９はラスタ走査によって連続してイメージングされる。それぞれのベクトル終点は、部分領域９６〜９９のうちの１つに関するラスタ走査の開始コーナと一致する。
【００４３】
マスク領域９１は、図２および図３に関して説明したように、デバイス構造８２の高感度領域と一致するように定義される。ビーム・ベクトル・セットはコントローラ６４によって定義される。ビーム・ベクトル・セットは、部分領域９６〜９９のそれぞれにおいてラスタ走査が実装可能なように、サンプル３６に対して１次電子ビーム２５を移動させるために算出される。その後マスク領域９１は、部分領域９６〜９９それぞれに関するラスタ・セットの開始コーナ、掃引レート（または増分移動に関するドウェルおよびステップ・レート）、部分領域９６〜９９内の各走査線の初期位置、部分領域９６〜９９内の各走査線の終端位置、および部分領域９６〜９９それぞれに関する高さを定義するために、コントローラ６４によって使用される。これらのラスタリング・パラメータは、プローブ２４、２６、２８、３０およびサンプル３６をイメージングするために選択されるが、１次電子ビーム２５に対するデバイス構造８２の高感度領域の露光は回避する。
【００４４】
コントローラ６４は、異なる部分領域９６〜９９間でベクトル化するように、部分領域９６〜９９および電子ビーム制御ユニット４４のベクトル制御モジュール５０を実装するために、電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８を動作させる。走査コイル１４、１６、１８、２０は、部分領域９６〜９９に対応し、部分領域９６〜９９を結合するベクトルを実装するためのアドレスでのみ、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６からの電圧によって励起される。それぞれの部分領域９６〜９９内で、走査コイル１４、１６、１８、２０は、コントローラ６４によって指示されたように、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６からの電圧によって励起される。走査コイル１４、１６、１８、２０は、部分領域９６〜９９間のベクトル化中以外の、マスク領域９１に対応するアドレスについては、走査信号生成回路４６からの電圧によって励起されない。
【００４５】
代表的な実施形態では、部分領域９６はマスク領域９１によって部分領域９９とは分離され、同様に、部分領域９７はマスク領域９１によって部分領域９８とは分離される。各イメージ・フレームについて、最初に部分領域９６が１次電子ビーム２５によってラスタ走査され、１次電子ビーム２５が部分領域９７に対する開始コーナへとベクトル化され、部分領域９７がラスタ走査され、１次電子ビーム２５が部分領域９８に対する開始コーナへとベクトル化されるという具合である。最終的に１次電子ビーム２５は、ループの初めに戻るために、部分領域９９の終点から部分領域９６に対する開始コーナへと戻ってベクトル走査され、次のフレームが開始される。
【００４６】
イメージ表示制御ユニット４０および表示バッファ５４は、サンプル３６上の１次電子ビーム２５のベクトルおよびラスタ走査と同期される。１次電子ビーム２５に関するベクトルおよびラスタ走査は、イメージ表示制御ユニット４０によって処理されたイメージ・データを用いて表示バッファ５４を連続して更新するために、連続して反復またはループされる。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４は、部分領域９６〜９９の２次電子イメージ９４が図３に示されたような外観でビデオ表示ユニット４２上に表示されるように、表示バッファ５４によってリフレッシュされる。非結像領域９２は２次電子イメージ９４内に埋め込まれる。
【００４７】
コントローラ６４はオプションで、ビーム２５がベクトル終点からベクトル始点へと移動される場合、１次電子ビーム２５をブランキングするために、電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２を使用することができる。マスク領域９１と交差するサンプル３６上のそれぞれのベクトルの一部をビーム・ブランキングすることで、１次電子ビーム２５がマスク領域９１に入らないようにする。
【００４８】
図５および図６を参照すると、本発明のある実施形態に従って、デバイス構造８２近くの結像表面域を、１次電子ビーム２５によってラスタ走査される矩形の部分領域１００〜１０３に区分することができる。部分領域１００〜１０３の使用により、電子ビーム制御ユニット４４のビーム・ブランキング制御モジュール５２のビーム・ブランキングまたは動作を不要とすることができる。マスク領域９１は、図２、図３、および図４の実施形態におけるように、デバイス構造８２の高感度領域と一致するように定義される。その後マスク領域９１は、サンプル３６上にプローブ２４、２６、２８、３０および視野７５をイメージングするために必要な部分領域１００〜１０３に対する境界を定義するために、コントローラ６４によって使用されるが、１次電子ビーム２５に対するデバイス構造８２の高感度領域の露光は回避する。
【００４９】
コントローラ６４は、部分領域１００〜１０３のそれぞれについて、ラスタ・セットの開始コーナ、掃引レート（または増分移動に関するドウェルおよびステップ・レート）、部分領域１００〜１０３における各走査線の初期位置、部分領域１００〜１０３における各走査線の終端位置、および部分領域１００〜１０３それぞれに関する高さを決定する。電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８は、１次電子ビーム２５に対するマスク領域９１の露光を避ける旨の指令によって、部分領域１００〜１０３内でラスタ走査を実装するために、コントローラ６４によって使用される。部分領域１００〜１０３それぞれにおいて、走査コイル１４、１６、１８、２０は、ラスタ制御モジュール４８およびコントローラ６４の制御の下で、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６からの電圧によって励起される。
【００５０】
ビデオ表示ユニット４２上にイメージ表示制御ユニット４０によって生成されるラスタ・ボックスは、サンプル３６上の視野７５の２次電子イメージ９４がビデオ表示ユニット４２上に表示されるように、１次電子ビーム２５のラスタ・セットと空間的に同期される。そのため、ビデオ表示ユニット４２のラスタ走査線は、イメージ表示制御ユニット４０およびコントローラ６４によって、部分領域１００〜１０３に対応する部分領域に区分される。ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４は、サンプル３６上の視野７５内のマスク領域９１に対応するイメージ９４内に非結像領域９２が埋め込まれた、図３に示されるような外観を有する。
【００５１】
２次電子イメージ９４内を見やすくするように、サンプル３６上の視野７５におけるラスタ・セット内の部分領域１００〜１０３は、相対的に高い走査速度でループ可能である。これにより、視野７５およびプローブ２４、２６、２８、３０のチップ全体にわたって、サンプル３６のビデオ表示ユニット４２上でリアルタイムのレンダリングが可能となる。別の方法として、表示バッファ５４を使用してイメージを獲得し、ビデオ表示ユニット４２上に表示される２次電子イメージ９４を連続してリフレッシュすることができる。この場合、イメージ表示制御ユニット４０から表示バッファ５４へのイメージ・データの書き込みは、サンプル３６上の視野７５全体にわたる１次電子ビーム２５の部分領域１００〜１０３のラスタ走査と同期される。
【００５２】
この実施形態では、ビーム・ブランキング制御モジュール５２の使用は省略される。代わりに、コントローラ６４の制御の下で、電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６から走査コイル１４、１６、１８、２０に印加される励起電圧を使用して、部分領域１００〜１０３のそれぞれに走査線のセットが生成される。たとえば、部分領域１００内のすべてのラスタ走査線は部分領域１０１内のラスタ走査線が掃引される前に掃引され、部分領域１０１内のすべてのラスタ走査線は部分領域１０３内のラスタ走査線が掃引される前に掃引され、部分領域１０３内のすべてのラスタ走査線は部分領域１０２内のラスタ走査線が掃引される前に掃引される。
【００５３】
図７を参照すると、本発明の代替実施形態に従って、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）レイアウトおよびＣＡＤナビゲーションが１次電子ビーム２５のマスキングと共に利用される。コントローラ６４は初期に、対象となるデバイス構造８２から遠隔のチップ領域全体にわたり、プローブ２４、２６、２８、３０をサンプル３６と位置合わせするために、ステージ・コントローラ３４にサンプル・ステージ２２を動作させる。初期位置合わせのための場所が選択されるため、デバイス構造８２は１次電子ビーム２５に露光されない。対象となるデバイス構造８２に関するＣＡＤレイアウト１０８は、プローブ２４、２６、２８、３０の２次電子イメージ９４全体にわたってオーバレイまたは重ね合わされる。ＣＡＤレイアウト１０８は、接点８４、８６、８８、９０に対応するフィーチャ８４ｂ、８６ｂ、８８ｂ、９０ｂを含む、デバイス構造８２に対応するフィーチャを含む。次に、プローブ２４、２６、２８、３０のおよびＣＡＤレイアウト１０８が位置合わせされる。２次電子イメージ９４は、プロービング・セッションに関する最終の高倍率に対応する倍率で取り込まれる。マスク領域９１は、最終高倍率でのデバイス構造８２に関しても定義される。
【００５４】
次に、１次電子ビーム２５はオフに切り換えられ、サンプル３６からの２次電子放出は停止する。コントローラ６４はＣＡＤデータを使用してステージ・コントローラ３４を操作し、１次電子ビーム２５がコントローラ６４によって復元された場合、デバイス構造８２周囲の領域が１次電子ビーム２５に露光されるように、サンプル・ステージ２２にサンプル３６を移動させる。計器倍率は、サンプル・ステージの解像度およびプロービング・セッションに使用されることになる高倍率に依存し、最終の高倍率であるが、それでもなお１次電子ビーム２５がオンに切り換えられた場合、対象となるデバイス構造８２が視野内に入ることが保証可能な倍率に最も近い倍率にセットされる。一実施形態では、ＣＡＤデータを使用するＣＡＤナビゲーションの精度は５０ナノメータに近いかまたはこれを超えることができる。
【００５５】
その後、プロービング・セッションが開始される。１次電子ビーム２５はオンに切り換えられ、サンプル３６上の視野７５は高倍率でイメージングされる。前述のように事前にプログラミングされたマスク領域９１が瞬間的に存在することで、１次電子ビーム２５への露光からデバイス構造８２の高感度領域を保護する。２次電子イメージングが開始された後、プローブ２４、２６、２８、３０およびマスク領域９１下へのサンプル３６の配置は、必要であればできる限り速やかに微細に調整される。プローブ２４、２６、２８、３０は接点８４、８６、８８、９０まで下げられ、サンプル３６上のマスク領域９１を１次電子ビーム２５に露光させることもなく、デバイス電気測定が実行される。プローブ２４、２６、２８、３０は、ビーム２５をオンで維持することにより、プロービング・セッション中の圧力上昇あるいは横移動またはその両方を監視することができる。
【００５６】
図８および図９を参照すると、本発明のある実施形態に従って、プロービング・セッション中にデバイス構造８２の高感度領域に送達される電子線量を減少させるために、１次電子ビーム２５に関する差分ラスタ走査速度が適用される。１次電子ビーム２５は、ラスタ・ボックス１２４において相対的に高速で、コントローラ６４および電子ビーム制御ユニット４６の指示の下に視野１２６内で走査される。ラスタ・ボックス１２４は、サンプル３６上のマスク領域９１に空間的に登録される。サンプル３６上の視野１２６の残余部分は、高速の走査速度よりも大幅に遅い相対的に低速の走査速度で、コントローラ６４および電子ビーム制御ユニット４６の指示の下に、１次電子ビーム２５によって走査される。低速および高速の走査速度は、１次電子ビーム２５に関するそれぞれの結像点での異なるドウェル設定値によって確立することができる。プローブ２４、２６、２８、３０およびサンプル３６の表面は、電気測定中に２次電子イメージ９４内にイメージングすることができる。
【００５７】
ビデオ表示ユニット４２上にイメージ表示制御ユニット４０によってレンダリングされる２次電子イメージ９４は、１次電子ビーム２５と同期される。計器ユーザは、ユーザ・インターフェース７４、コントローラ６４、およびサンプル３６から獲得された２次電子イメージ９４を採用して、サンプル３６上のマスク領域９１とリンクされた高速ラスタ・ボックス１２４を定義する。高速ラスタ・ボックス１２４の長さおよび高さは、電子ビーム制御ユニット４４のラスタ制御モジュール４８によって使用されるパラメータを設定することにより、ユーザによって定義される。コントローラ６４は、このユーザ設定値に基づき、ラスタ制御モジュール４８からの命令を電子ビーム制御ユニット４４内の走査信号生成回路４６に提供し、２次電子イメージ９４内に高速ラスタ・ボックス１２４がはめ込まれる。各ラスタ走査線では、任意の地点での１次電子ビーム２５のドウェル時間は、高速ラスタ・ボックス１２４の外周縁内よりも高速ラスタ・ボックス１２４の外側の方が遅い。
【００５８】
サンプル３６上の高速ラスタ・ボックス１２４に対応する高速ラスタ・ボックス１２０が、２次電子イメージ９４内に表されている。高速ラスタ・ボックス１２０内のオブジェクトは２次電子イメージ９４内に半透明で表されており、高速ラスタ・ボックス１２０の外側のイメージ品質は相対的に高解像度である。計器ユーザは、２次電子イメージ９４の高速ラスタ・ボックス１２０内の接触地点で、プローブ２４、２６、２８、３０を視覚化および監視することができる。高速ラスタ・ボックス１２０の外側でのプローブ２４、２６、２８、３０の低速イメージングにより、ユーザはプローブ２４、２６、２８、３０のシャンクのイメージを明瞭に目視し、圧力が上昇しているかどうかを判別することができる。サンプル３６上の高速ラスタ・ボックス１２４内での１次電子ビーム２５の走査速度は、１５０％、２００％、５００％など、またはサンプル３６上の視野１２６の残余部分に関する他のユーザ定義の走査速度パーセントに調節可能である。
【００５９】
代替実施形態では、高速ラスタ・ボックス１２４は、１次電子ビーム２５への暴露を受けず、視野１２６内にはめ込まれた、マスク領域（図示せず）を有することができる。このマスク領域では低速走査が実行され、その後高速ラスタ・ボックス１２４内で高速走査が実行される。この走査の組み合わせがループまたは循環され、表示バッファ５４を使用して走査が取り込まれ、ビデオ表示ユニット４２上の２次電子イメージ９４が表示バッファ５４からリフレッシュされる。
【００６０】
本発明の他の代替実施形態では、前述の様々な手法を組み合わせて適用し、プロービング・セッション中に１次電子ビーム２５に露光されるデバイス構造８２に送達される電子線量を最小限に抑えることができる。たとえば、図５および図６に関連して説明したようなラスタ走査の部分領域、ならびに図２および図３のマスク・ラスタ走査手法を、互いに組み合わせて使用することができる。本明細書で言及する低倍率走査は、イメージングにラスタ走査、ベクトル走査、またはその両方が使用されるかどうかにかかわらず、高倍率走査と比較して低い加速電圧あるいはビーム電流またはその両方で実行可能である。電子ビーム照射およびイメージングは、プローブ２４、２６、２８、３０を監視するためにデバイス電気測定中に実行されるものとして説明されるが、プローブ２４、２６、２８、３０を監視せずに、測定中に１次電子ビーム２５をオフにすることが可能である。
【００６１】
本明細書で使用される用語は特定の諸実施形態を説明するためのみのものであり、本発明を限定することは意図していない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が特に明確に指示していない限り複数形も含むものと意図される。さらに、「備える（comprises）」あるいは「備えている（comprising）」という用語、またはその両方は、本明細書で使用される場合、示された機能、整数、ステップ、動作、要素、あるいはコンポーネント、またはそれらすべての存在を指定するものであるが、他の機能、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、あるいはそれらのグループ、またはそれらすべてのうちの１つまたは複数の存在または追加を排除するものではないことを理解されよう。さらに、「含む（includes）」、「有している（having）」、「有する（has）」、「伴う（with）」、またはそれらの変形の用語が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用されるという点で、こうした用語は、「備えている（comprising）」と同様に包括的であるものと意図される。本発明の諸実施形態の特徴は、図面内で必ずしも一定の比率で拡縮されて示されていないことも理解されよう。
【００６２】
以下の特許請求の範囲におけるすべての手段またはステップの対応する構造、材料、動作、および等価物、ならびに機能要素は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、または動作を含むことが意図されている。本発明の説明は例示および説明の目的で提示されてきたが、本発明を網羅するかまたは開示された形に限定することは意図されていない。当業者であれば、本発明の範囲および趣旨を逸脱することなく、多くの修正および変形が明らかとなろう。実施形態は、本発明の原理および実際の応用例を最もよく説明するため、ならびに、企図された特定の用途に好適なものとして様々な修正を伴う様々な実施形態について、当業者が本発明を理解できるようにするために、選択および説明された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス構造の第１の領域および第２の領域に対して少なくとも１つのプローブを位置決めすること、
前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブ全体にわたって荷電粒子ビームを走査すること、
前記第１の領域全体にわたって前記荷電粒子ビームが走査される場合、前記第２の領域を前記荷電粒子ビームへの露光からマスクすること、および、
結像部分としての前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブと、非結像部分としての前記第２の領域とを含む、２次電子イメージを形成するために、前記デバイス構造の前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブから放出された２次電子を収集すること、
を含む、少なくとも１つのプローブを使用してサンプル上のデバイス構造をナノプロービングするための方法。
【請求項２】
前記第２の領域をマスクすることが、
前記荷電粒子ビームが前記第２の領域に衝突することのないよう、前記第２の領域内の前記サンプル上で走査される位置に対して前記荷電粒子ビームをブランキングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームをブランキングすることが、
前記サンプルからアップストリームのアパーチャ・ストップに衝突するように前記荷電粒子ビームを偏向するために有効な１つまたは複数の偏向板に電圧を印加することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記荷電粒子ビームを走査することが、
複数の走査線として、前記サンプルに対して前記荷電粒子ビームをラスタ走査することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記走査線が前記第２の領域に入ることのないよう、前記第２の領域内の前記サンプル上で走査される位置に対して前記荷電粒子ビームをブランキングすることをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の領域全体にわたって前記荷電粒子ビームを走査することが、
前記第１の領域内に限定された複数のベクトル走査線内で、前記サンプル上の前記荷電粒子ビームを移動させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記２次電子イメージをビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上に表示された前記２次電子イメージを、前記荷電粒子ビームの前記ベクトル走査線と同期させるために、表示バッファを使用すること、
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の領域をマスクすることが、
前記第１の領域を前記サンプル上の複数の矩形の部分領域に分割すること、および
それぞれの前記矩形の部分領域について、複数のラスタ走査線として、前記サンプルに対して前記荷電粒子ビームをラスタ走査すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記２次電子イメージをビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上のラスタ走査線を、それぞれの前記矩形の部分領域内の前記ラスタ走査線と同期させること、
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
それぞれの前記矩形の部分領域内の前記ラスタ走査線が、１つの前記ベクトルの終点で開始し、他の前記ベクトルの始点で終了するように、複数のベクトル内で前記サンプル上の前記荷電粒子ビームを移動する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の領域をマスクすることが、
前記荷電粒子ビームが前記ラスタ走査中に前記第２の領域に衝突しないように、前記第２の領域と交差する前記サンプル上のそれぞれの前記ベクトルの一部に対して前記荷電粒子ビームをブランキングすることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記２次電子イメージをビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上のベクトルおよびラスタ走査線を、前記荷電粒子ビームの前記ベクトルおよび前記ラスタ走査線と同期させること、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記デバイス構造の前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブから放出された２次電子を収集する間に、前記デバイス構造から電気測定を獲得するために前記少なくとも１つのプローブを使用すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのプローブを、前記電気測定の目的で前記デバイス構造の接点と接触させること、および
前記デバイス構造の前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブから放出された２次電子を収集する間に、前記少なくとも１つのプローブのシャンクの変形、または前記接点に対する前記少なくとも１つのプローブのチップの横方向移動について、前記２次電子イメージ内の前記少なくとも１つのプローブを監視すること、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記荷電粒子ビームが１次電子ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記２次電子イメージをビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上の走査線を、前記荷電粒子ビームの前記走査と同期させること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記デバイス構造の前記第１の領域および前記第２の領域に対して前記少なくとも１つのプローブを位置決めすることが、
前記デバイス構造のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）レイアウトを使用して、前記第１の領域および前記第２の領域に対して前記少なくとも１つのプローブを位置決めすること、
前記デバイス構造の前記第１の領域全体にわたって前記荷電粒子ビームが走査される前に、前記デバイス構造の前記第１の領域が前記少なくとも１つのプローブに対して位置決めされるように、ＣＡＤナビゲーションを使用して、前記少なくとも１つのプローブに対して前記サンプルを移動すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の領域および前記第２の領域に対して前記少なくとも１つのプローブを位置決めすることが、
前記デバイス構造から遠隔の前記サンプル上の位置で、前記少なくとも１つのプローブの他の２次電子イメージを獲得すること、
前記少なくとも１つのプローブの前記２次電子イメージ上に、前記デバイス構造の前記ＣＡＤレイアウトを重ね合わせること、および
前記ＣＡＤレイアウトに対して前記少なくとも１つのプローブを位置決めすること、
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記デバイス構造の前記ＣＡＤレイアウトに対して前記第２の領域に関する境界を定義することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
デバイス構造の第１の領域および第２の領域に対して少なくとも１つのプローブを位置決めすること、
前記第１の領域全体にわたって荷電粒子ビームを第１の走査速度で走査すること、
前記第２の領域全体にわたって前記荷電粒子ビームを前記第１の走査速度よりも速い第２の走査速度で走査すること、および
結像部分としての前記第１および第２の領域と、前記少なくとも１つのプローブとを含む、２次電子イメージを形成するために、前記第１および第２の領域と前記少なくとも１つのプローブとから放出された２次電子を収集すること、
を含む、少なくとも１つのプローブを使用してサンプル上のデバイス構造をナノプロービングするための方法。
【請求項２１】
前記デバイス構造の前記第１および第２の領域と、前記少なくとも１つのプローブとから放出された２次電子を収集する間に、前記デバイス構造から電気測定を獲得するために前記少なくとも１つのプローブを使用すること、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記２次電子をビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上のラスタ走査線を、前記荷電粒子ビームの前記走査と同期させること、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の領域が、前記第２の領域よりも高い解像度で前記２次電子イメージ内に表示されるように、前記第２の領域から放出される単位面積当たりの前記第２の電子の強度が、前記第１の領域から放出される単位面積当たりの前記第２の電子の強度よりも低い、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記荷電粒子ビームが１次電子ビームである、請求項２０に記載の方法。
【請求項１】
デバイス構造の第１の領域および第２の領域に対して少なくとも１つのプローブを位置決めすること、
前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブ全体にわたって荷電粒子ビームを走査すること、
前記第１の領域全体にわたって前記荷電粒子ビームが走査される場合、前記第２の領域を前記荷電粒子ビームへの露光からマスクすること、および、
結像部分としての前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブと、非結像部分としての前記第２の領域とを含む、２次電子イメージを形成するために、前記デバイス構造の前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブから放出された２次電子を収集すること、
を含む、少なくとも１つのプローブを使用してサンプル上のデバイス構造をナノプロービングするための方法。
【請求項２】
前記第２の領域をマスクすることが、
前記荷電粒子ビームが前記第２の領域に衝突することのないよう、前記第２の領域内の前記サンプル上で走査される位置に対して前記荷電粒子ビームをブランキングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記荷電粒子ビームをブランキングすることが、
前記サンプルからアップストリームのアパーチャ・ストップに衝突するように前記荷電粒子ビームを偏向するために有効な１つまたは複数の偏向板に電圧を印加することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記荷電粒子ビームを走査することが、
複数の走査線として、前記サンプルに対して前記荷電粒子ビームをラスタ走査することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記走査線が前記第２の領域に入ることのないよう、前記第２の領域内の前記サンプル上で走査される位置に対して前記荷電粒子ビームをブランキングすることをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の領域全体にわたって前記荷電粒子ビームを走査することが、
前記第１の領域内に限定された複数のベクトル走査線内で、前記サンプル上の前記荷電粒子ビームを移動させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記２次電子イメージをビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上に表示された前記２次電子イメージを、前記荷電粒子ビームの前記ベクトル走査線と同期させるために、表示バッファを使用すること、
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の領域をマスクすることが、
前記第１の領域を前記サンプル上の複数の矩形の部分領域に分割すること、および
それぞれの前記矩形の部分領域について、複数のラスタ走査線として、前記サンプルに対して前記荷電粒子ビームをラスタ走査すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記２次電子イメージをビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上のラスタ走査線を、それぞれの前記矩形の部分領域内の前記ラスタ走査線と同期させること、
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
それぞれの前記矩形の部分領域内の前記ラスタ走査線が、１つの前記ベクトルの終点で開始し、他の前記ベクトルの始点で終了するように、複数のベクトル内で前記サンプル上の前記荷電粒子ビームを移動する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の領域をマスクすることが、
前記荷電粒子ビームが前記ラスタ走査中に前記第２の領域に衝突しないように、前記第２の領域と交差する前記サンプル上のそれぞれの前記ベクトルの一部に対して前記荷電粒子ビームをブランキングすることをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記２次電子イメージをビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上のベクトルおよびラスタ走査線を、前記荷電粒子ビームの前記ベクトルおよび前記ラスタ走査線と同期させること、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記デバイス構造の前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブから放出された２次電子を収集する間に、前記デバイス構造から電気測定を獲得するために前記少なくとも１つのプローブを使用すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのプローブを、前記電気測定の目的で前記デバイス構造の接点と接触させること、および
前記デバイス構造の前記第１の領域および前記少なくとも１つのプローブから放出された２次電子を収集する間に、前記少なくとも１つのプローブのシャンクの変形、または前記接点に対する前記少なくとも１つのプローブのチップの横方向移動について、前記２次電子イメージ内の前記少なくとも１つのプローブを監視すること、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記荷電粒子ビームが１次電子ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記２次電子イメージをビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上の走査線を、前記荷電粒子ビームの前記走査と同期させること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記デバイス構造の前記第１の領域および前記第２の領域に対して前記少なくとも１つのプローブを位置決めすることが、
前記デバイス構造のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）レイアウトを使用して、前記第１の領域および前記第２の領域に対して前記少なくとも１つのプローブを位置決めすること、
前記デバイス構造の前記第１の領域全体にわたって前記荷電粒子ビームが走査される前に、前記デバイス構造の前記第１の領域が前記少なくとも１つのプローブに対して位置決めされるように、ＣＡＤナビゲーションを使用して、前記少なくとも１つのプローブに対して前記サンプルを移動すること、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の領域および前記第２の領域に対して前記少なくとも１つのプローブを位置決めすることが、
前記デバイス構造から遠隔の前記サンプル上の位置で、前記少なくとも１つのプローブの他の２次電子イメージを獲得すること、
前記少なくとも１つのプローブの前記２次電子イメージ上に、前記デバイス構造の前記ＣＡＤレイアウトを重ね合わせること、および
前記ＣＡＤレイアウトに対して前記少なくとも１つのプローブを位置決めすること、
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記デバイス構造の前記ＣＡＤレイアウトに対して前記第２の領域に関する境界を定義することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
デバイス構造の第１の領域および第２の領域に対して少なくとも１つのプローブを位置決めすること、
前記第１の領域全体にわたって荷電粒子ビームを第１の走査速度で走査すること、
前記第２の領域全体にわたって前記荷電粒子ビームを前記第１の走査速度よりも速い第２の走査速度で走査すること、および
結像部分としての前記第１および第２の領域と、前記少なくとも１つのプローブとを含む、２次電子イメージを形成するために、前記第１および第２の領域と前記少なくとも１つのプローブとから放出された２次電子を収集すること、
を含む、少なくとも１つのプローブを使用してサンプル上のデバイス構造をナノプロービングするための方法。
【請求項２１】
前記デバイス構造の前記第１および第２の領域と、前記少なくとも１つのプローブとから放出された２次電子を収集する間に、前記デバイス構造から電気測定を獲得するために前記少なくとも１つのプローブを使用すること、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記２次電子をビデオ表示ユニット上に表示すること、および
前記ビデオ表示ユニット上のラスタ走査線を、前記荷電粒子ビームの前記走査と同期させること、
をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の領域が、前記第２の領域よりも高い解像度で前記２次電子イメージ内に表示されるように、前記第２の領域から放出される単位面積当たりの前記第２の電子の強度が、前記第１の領域から放出される単位面積当たりの前記第２の電子の強度よりも低い、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記荷電粒子ビームが１次電子ビームである、請求項２０に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１２−５１４１９０（Ｐ２０１２−５１４１９０Ａ）
【公表日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４２７５３（Ｐ２０１１−５４２７５３）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６６６９８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７６１３６
【国際公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０６６６９８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０７６１３６
【国際公開日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（３９０００９５３１）インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション (4,084)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＳＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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