Способ диагностики функционирования кристаллов на пластинах

 

Сущность изобретения; записывают элементы топологии эталонного изображения кристалла. Используют их в качестве реперных знаков. Для точности позиционирования пластины сканируют контролируемый кристалл лучом. Величину погрешности определяют сравнением эталонного и контролируемого кристаллов. 6 з.п, ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (11) (51)5 Н 01 (21/66

,)О м

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Ь3 (Я 4 4 4 (21) 4868132/25 (22) 24.09.90 (46) 07.04.92. Бюл. Ъ 13 (72) В.В.Рыбалко (53) 621.382(088.8) (56) Патент Японии

N 60-100444, кл. Н 01 1 21/66, 1983.

Контрольно измерительный растровый электронный микроскоп ZRM -20. — Народное предприятие Карл-Цейс Иена, ГДР, Инструкция по эксплуатации, 1986.

Изобретение относится к области контроля и измерений микроэлектроники и может быть использовано в лучевых средствах диагностики изделий микроэлектроники, например, в лазерных ионно- и электроннолучевых приборах.

Известен способ диагностики, заключающийся в установке контролируемой БИС в объектодержатель, сканировании ее поверхности остросфокусированным электронным пучком, формировании изображения поверхности, выборе по изображению тестируемых элементов, облучении этих элементов, измерении спектральных характеристик сигнала и определении по ним потенциалов облучаемых участков.

Недостатком аналога является высокая радиационная нагрузка на объект контроля, которая связана с необходимостью многократного сканирования поверхности. Кроме того, способ характеризуется принципиально ограниченной производительностью, (54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ НА ПЛАСТИНАХ (57) Сущность изобретения: записывают элементы топологии эталонного изображения кристалла. Используют их в качестве реперных знаков. Для точности позиционирования пластины сканируют контролируемый кристалл лучом. Величину погрешности определяют сравнением эталонного и контролируемого кристаллов. 6 з.п. ф-лы. обусловленной маркировкой тестируемых участков на иэображении. И, наконец, он предусматривает контроль отдельных корпусированных БИС, а не кристаллов на пластине.

Наиболее близким к предлагаемому является способ диагностики, заключающийся в установке полупроводниковой пластины в объектодержателе, грубом и точном позиционировании пластины относительно реперных элементов, облучении заданных участков поверхности остросфокусированным корпускулярным, в частности электронным, пучком подачи управляющих сигналов на кадровые и строчные элементы растровой системы, измерении спектральных характеристик информационного сигнала и определении по измеренным величинам искомых параметров.

Недостатками известного способа являются сравнительно низкая точность и сложность реализации. Так, в частности, 1725777 точность способа ограничена точностью выполнения операций механического позиционирования полупроводниковой пластиной, т.е. в лучшем случае десятыми долями или единицами микрометров.

При наличии погрешности позиционирования диагностируемой структуры остро-. фокусированный корпускулярный пучок будет облучать выбранный участок поверхности кристалла будущей БИС с некотЬрой погрешностью. В том случае, если погрешность позиционирования больше планарных размеров облучаемого элемента, возможна ситуация, когда облучению будет подвергаться соседний участок, т.е. достоверность диагностики будет приближаться к нулю. Однако даже если погрешность позиционирования не будет превосходить размеры тестируемого участка, точность диагностики, например, при измерении микропотенциалов участков с линейными размерами менее 10х10 мкм, будет зависеть от того, на сколько пучок отклоняется от центра участка. По мере приближения к его краю будет возрастать погрешность, связанная с влиянием полей соседних уча-. стков. B то же время для выполнения "точного" позиционирования в прототипе необходимы крайне сложные прецизионные механические приводы и устройства контроля позиционирования. Обычно в качестве последних используют лазерные интерферометрические преобразователи с системой обратной связи.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение способа на полупроводниковых пластинах.

Поставленная цель достигается тем, что после выполнения операции грубого позиционирования пластины операцию точного позиционирования выполняют путем сканирования участка ее поверхности, попавшего в поле растра корпускулярного пучка, затем, используя в качестве реперных элементов фрагменты предварительно записанного видеосигнала эталонного изображения поверхности контролируемого кристалла, осуществляют сравнение этих двух видеосигналов, а по их отличиям определяют координаты сдвига реальной поверхности контролируемого кристалла относительно эталонного изображения реперного элемента и амплитуды соответствующих корректирующих сигналов, затем подают эти корректирующие сигналы на растровую систему и осуществляют контроль выбранных участков, Кроме того, сравнение двух видеосигналов осуществляют путем сравнения сдвигов их фаз по кадровым и сточным разверткам соответственно, причем величины амплитуд корректирующих сигналов определяют по соотношениям ,Л l х=4 Ж 1х /(p< Тх):

5 Л 1у=4 Л!у/ (фу Тх), где Ь ly, Л 1» — амплитуды корректирующих сигналов, подаваемых на кадровые и строчные катушки растровой системы;

1», 1у — максимальные значения управ10 ляющих сигналов, подаваемых на строчную и кадровую катушки растровой системы;

Tx — длительность развертки строки растра; уЪ, ру — сдвиги фаз между эталонным и реальным видеосигналами для двух ортогональных направлений строчной развертки.

Сдвиг фаз определяют по соотношению .р= 2л/(йэ- Np) 7: где г — время разложения одной строки;

N>, Np — номера строки эталонного видеосигнала и идентифицированной строки реального видеосигнала соответственно.

Кроме того, сравнение двух видеосигна25 лов Осуществляют путем Одновременного формирования с их помощью на экране эталонного изображения и контролируемого, а их отличия оценивают путем прямого измерения линейных и/или угловых величин взаимного смешения этих изображений, причем амплитуды корректирующих сигналов определяют по соотношению

Л1» = Rxlx дх/fx, Л ly Ryly ä„/iy, где 1,8 (R4», Ry (2,2 — коэффициенты, учитывающие нелинейность кадровой (Rx) и строчной (Ry) развертки; дх, ду — смешения изображений по строке и кадру;

t»x, (у — длины строки и кадра.

В дополнение к этому формирование изображений осуществляют в одном масштабе увеличения.

Примером реализации способа является контроль потенциалов в узлах БИС, проводимый с помощью прибора тира РЭМ вЂ” И, до разрезки полупроводниковой пластины на отдельные кристаллы. Для этого, кроме координат тестируемых элементов БИС, записывают эталонный видеосигнал изображения топологии кристалла, в пределах которого сформирована БИС, Установленную в объектодержатель по базовому срезу полупроводниковую пластину перемещают в плоскости, перпендикулярной оси электронного пучка, и устанавливают под электронный пучок тестируемый кристалл с погрешностью 20 — 30 мкм. Далее сфокусированным до 0,05 мкм электронным пучком

1725777 тки д, и по направлению развертки кадра ду, сканируют поверхность кристалла или его участка по растру, регистрируют вторично эмиссионный поток и преобразуют его в видеосигнал изображения просканированной поверхности. Современные БИС имеют типовые размеры элементов топологии порядка 1 мкм, поэтому для обеспечения требуемой (порядка 10 ) точности позиционирования масштаб полезного увеличения формируемого изображения должен быть (с учетом разрешающей способности глаза оператора 0,1 мм) порядка,и-1000 крат. В том случае, если позиционирование осуществляется с участием оператора, изображение просканированной поверхности в масштабе 1000 крат выводят на экран индикатора. Одновременно на этот же экран выводят эталонное изображение топологии кристалла. Из-за наличия значительной погрешности, характеризующей грубое позиционирование, оба изображения оказываются сдвинутыми: друг относительно друга. По экрану измеряют этот сдвиг по двум ортогональным направлениям: по направлению строчной разверПусть эти значения соответственно 12 и 18 мм. При использовании квадратного растра и индикаторного экрана размеры, типичные для ВКУ РЭМ, 4 х g = 100х100 мм. Токи растровой системы обычно составляют в приборах типа РЭМ 1х=!у=1. Отсюда величины корректирующих сигналов, которые следует подать на растровую систему, чтобы совместить координаты реально контролируемой структуры с эталонной, будут соответственно при скомпенсированной нелинейности развертки (R=2).

A Iõ=0,024 А:

Л!у=0,036 А.

Далее подают эти постоянные корректирующие сигналы и тем самым добиваются того, что электронный пучок, который будет перемещаться от контролируемого узла к контролируемому узлу по программе, координатно сопряженной с эталонным изображением, будет попадать именно в требуемые участки реальной поверхности кристалла. Далее подают на контактные площадки с помощью механических зондов рабочие напряжения и облучают первый тестируемый элемент, например, токоведущую до рожку. Ге н е ри руем ы и при этом поток вторичных электронов пропускают сквозь анализатор энергий и по параметрам спектра этого потока определяют значение потенциала, под которым находится данная токоведущая дорожка. После этого облуча. ют электронным пучком следующий эле5

55 мент поверхности и повторяют измерения.

Остаточная погрешность позиционирования, выполненного по данному способу, составит величину порядка двух элементов разложения растра. Принимая за размер элемента разложения иэображения на экране разрешающую способность глаза оператора Лo = 0,1 мм, получают погрешность позиционирования:

Лп =2 Ло/ф= 0,2 Mêì.

При этом погрешность позиционирования может быть уменьшена, если использовать большее полезное увеличение, формируемое на индикаторном экране. Например, для электроннолучевых контрольно-измерительных приборов типа РЭМ характерным является,и = 10000*, Тогда погрешность позиционирования по данному способу составит порядка 0,02 мкм. Причем такая высокая точность, благодаря предлагаемому способу, достигается при существенном упрощении механической системы позиционирования, используемой для реализации способа.

Другим примером выполнения способа является процесс автоматического диагностирования времени жизни неравновесных носителей заряда в базовых областях транзисторов БИС с помощью лазерного сканирующего устройства. После записи изображения топология БИС и координат тестируемых элементов полупроводниковую пластину с помощью электрического привода позиционируют относительно оси неотклоненного лазерного луча с погрешностью 20 — 30мкм. Далеесканируютлазерным лучом по растру поверхности пластины, попавшую в поле растра, преобразуют отраженный поверхностью свет в видеосигнал изображения поверхности. После этого при нулевой фазе кадровой развертки с помощью устройства сравнения определяют сдвиг фазы видеосигнала от тестируемой структуры относительно эталонного видеосигнала, Измерив значения сдвигов фаз, определяют амплитуды корректирующих сигналов, которые должны быть поданы на растровую систему, обеспечивающую сканирование лазерного луча. Для этого последовательно сканируют контролируемую поверхность строка за строкой, выводят осциллограмму либо на экран осциллографа, либо в стандартное устройство анализа формы видеосигнала "Аист-2" и сравнивают форму видеосигнала каждой строки с формой эталонного видеосигнала. Находят строку с номером Np,у = 60, на которой форма видеосигнала совпала с эталонным N y =

1725777

=52. При разложении растра пхп

1000х1000 элементов и времени разложения строки 50 мс сдвиг фаз в направлении, перпендикулярном разложению строки, следующий: у = — 2.7г /400.

Далее меняют направление кадровой и строчной разверток и повторяют операции, Если в этом направлении эталонная строка имеет Na x = 27, а идентифицированная Npx =

=22, то ф» = 2ц, /250.

При указанных параметрах длительность строчной развертки

Тх= и г =5 10 мс.

Тогда искомые величины корректирующих сигналов при lx=ly=10 B составят:

Л!х= 10 В;

Ь!у = -1,6 10 В.

После этого осуществляют коррекцию положения лазерного луча на поверхности тестируемой структуры, Подают на нее питающие напряжения, облучают импульсным пучком контролируемые активные элементы БИС, регистрируют кривые спада фотоиндуцированного тока и по их форме определяют искомые величины, Предлагаемый способ позволяет упростить реализацию способа за счет снижения требований к исполнительным механизмам, выполняющим операции позиционирования. В то же время предлагаемая совокупность признаков обеспечивает повышение точности позиционирования объекта контроля вплоть до нанометрового диапазона.

Формула изобретения

1, Способ диагностики функционирования кристаллов на пластинах, включающий запись координат контролируемых участков кристалла, последовательное выполнение операций грубого и точного позиционирования пластины относительно реперных знаков, подачу рабочих напряжений на контактные площадки кристалла, облучение заданных контролируемых участков кристалла остросфокусированным корпускулярным пучком путем подачи управляющих сигналов на кадровые и строчные элементы растровой системы, измерение характеристик возникающего при облучении информационного сигнала и определение по этим характеристикам искомых величин, от л и ч-. а ю шийся тем, что с целью повышения точности и упрощения способа, предварительно записывают видеосигнал эталонного изображения топологии диагностируемого кристалла и используют элементы этого видеосигнала в качестве реперных знаков, а операцию точного позиционирования пластины осуществляют путем сканирования корпускулярным пучком участка поверхности пластины, попавшего в поле неотклоненного растра, регистрации видеосигнала

5 этого участка, сравнения этих двух видеосигналов и определения по их фазовым различиям погрешности позиционирования пластины относительно реперных знаков эталонного положения и определения амп10 литуд соответствующих корректирующих сигналов, которые затем подают на кадровые и строчные элементы растровой системы.

2. Способ по и 1, отличающийся

15 тем, что сравнение двух видеосигналов осуществляют путем измерения сдвигов их фаз по крайней мере для двух ортогональных направлений строчных разверток, после чего определяют величины амплитуд коррек20 тирующих сигналов в соответствии с соотношениями

< Ix = 4 x/ рх Тх, 4 ly = 4X ly/ фу " х. где Ь!у и Л lx -амплитуды корректирующих

25 сигналов, подаваемых на кадровые и строчные элементы растровой системы;

lx, ly — максимал ьн ые значения уп равл яющих сигналов, подаваемых на строчный и кадровый элементы растровой системы;

З0 T» — длительность развертки строки растра; уЪ, у — сдвиги фаз видеосигналов для двух ортогональных направлений строчной развертки.

Э5 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что, последовательно сканируя строку за строкой, в растре сравнивают форму регистрируемого видеосигнала с формой фрагментов эталонного видеосигнала и по40 сле идентификации искомой строки определяют фазу сдвига зарегистрированного и эталонного видеосигналов в направлении, ортогональном направлению просканированной строки

45 ру 2д/(Ns. Д х) г где Na,y — номер строки эталонного видеосигнала;

Np.x- номер идентифицированной строки в растре зарегистрированного видеосиг50 нала; г- время разложения одной строки, после этого изменяют направление развертки на ортогональное, повторяют операции и находят величину фазового сдвига в направлении первоначального сканирования строк

p< = 2 Л /(1з.x - N p.х) 7.

4. Способ по п,1, отличающийся тем, что сравнение двух видеосигналов осу1725777

Alx-=Rxlx А/ х, Лly= Ryly ä„/ty, 10

25

35

45

Составитель А.Щитов

Техред М.Моргентал

Редактор Е.Папп

Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 1189, Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ществляют путем одновременного формирования с их помощью на одном экране эталонного изображения и контролируемого, а их отличие оценивают путем прямого измерения линейных и/или угловых вели-, 5 чин взаимного смешения этих изображений, амплитуды корректирующих сигналов определяют по соотношениям где 1,8 < Ях, Ry 2,2 — корректирующие коэффициенты, учитывающие нелинейность разверток изображения по строке и кадру 15 соответственно; дх, д — взаимные смешения элементов двух изображений по строке и кадру соответственно;

f><, Ry — длины строки и кадра изображения соответственно.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что формирование изображений осуществляют в одинаковом масштабе увеличения.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что выводимые одновременно на экран изображения формируют с отличающимися не менее чем на 5 уровнями черного.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что выводимые одновременно на экран изображения тонируют визуально отличающимися цветами.