JP4876001B2 - 半導体デバイス評価方法及び半導体デバイス評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスの不良箇所を特定して、断面観察用基板を作製する半導体デバイス評価方法及び半導体デバイス評価装置に関する。

近年の半導体デバイスの微細化、多層化に伴い、半導体デバイス製造工程におけるプロセス数が飛躍的に多くなり、半導体デバイス中の物理欠陥の発生頻度が増えてきている。
この物理欠陥の内、表面に位置する異物による欠陥および形状欠陥などは従来から行われている光学検査などにより検出することができる一方で、各層間及び層下に位置するコンタクトプラグの導通不良などの電気的な欠陥は、電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）を用いたＳＥＭ（走査型電子顕微鏡；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）式検査装置により検出することができる。例えば、複数のコンタクトプラグが露出している状態でＥＢを照射すると、下層導体と導通不良になっているコンタクトプラグでは電子の帯電が生じ、他の正常なコンタクトプラグに比べて２次電子発生量が減少するためにコントラストが低下する。この電位コントラストに差が生じる現象を利用して不良ビットを特定する。

しかし、ＳＥＭ式検査装置では、電気的欠陥の位置を特定することはできるが、ＥＢでは構成材料を加工することができない。したがって、検出された電気的欠陥が物理的にどのような欠陥であるか分からないため、プロセスにおけるどのような現象が原因となり欠陥となったかの判断ができない。そのため、その電気的な欠陥の位置を特定し、加工して不良部位を露出させて断面解析を行い、欠陥の物理的な状態を判断することが欠陥の発生原因を解明するために非常に重要である。

そのため、ＳＥＭ式検査装置で電気的欠陥の位置を特定した後、構成材料の加工が可能なＦＩＢ（集束イオンビーム装置；Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置に半導体基板を移動させ、不良箇所の加工を行なう方法が用いられる。この半導体基板の移動の際、欠陥の位置が不明にならないように、特許文献１に開示される技術等によりバーンマーク（帯電を利用したＥＢによる焼き付け）が付けられる。そのバーンマークを基にＦＩＢ装置に移動した後、不良ビット位置が特定される。
特開２００１−１２７１２５号公報

しかしながら、上述のバーンマークは、帯電した電荷がその場から漏洩すると消滅してしまう不安定なマークなので、時間が経過するほど判別できなくなる。したがって、検査装置からＦＩＢ装置へ半導体基板を移動した段階でバーンマークを確認できない事態がしばしば生じる。そのため、現実的には基板をＦＩＢ装置によって徐々に削りながら断面のＳＥＭレビューを行う事を欠陥が現れるまで繰り返し行い、不良ビット位置を探り当てる必要がある。しかし、この方法では予め不良ビット位置が正確に分かっていないためＦＩＢ加工を長時間行う必要があり、また、不良ビットの欠陥そのものをＦＩＢ装置で削って消失してしまう恐れもある。

また、マット端、すなわち基板上に形成された観察対象物のパターン配列の端部の特定ビット位置から、ビット数をカウントすることで不良ビット位置を特定する方法も行われているが、この方法ではマニュアルでカウントするので非常に長い時間と多くの労力を必要とするという問題もある。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、不良箇所を正確に特定し、容易に断面観察用基板を作製することのできる半導体デバイス評価方法及び半導体デバイス評価装置を提供する事である。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、本発明は、半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物を評価する半導体デバイス評価装置における半導体デバイス評価方法であって、前記半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出する第１ステップと、前記第１のステップにて検出した前記電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出する第２ステップと、前記一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、前記半導体基板を移動させ、移動に応じて生じる他方向の積分波形のピークの数を計測する第３のステップと、前記半導体基板が前記不良箇所から前記半導体基板の予め定められる基準位置まで移動される間に生じる総ピーク数を計測する第４のステップと、を含むことを特徴とする半導体デバイス評価方法である。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記半導体デバイス評価装置は、集束イオンビーム発生手段を備えており、前記半導体基板の基準位置を検出する第５のステップと、前記半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出する第６のステップと、前記第６のステップにて検出した前記電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出する第７のステップと、前記一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、前記基準位置から前記半導体基板を移動させ、移動に応じて生じる他方向の前記積分波形のピーク数を計測する第８のステップと、前記第８のステップの計測を前記半導体基板の配列の縦方向と横方向に対して行い、前記第８のステップにて計測されるそれぞれの方向のピーク数が、前記第４のステップにて計測される前記半導体基板の配列の縦方向と横方向のそれぞれの総ピーク数となるまで、前記半導体基板を移動させる第９のステップと、前記第９のステップによる移動終了後の前記半導体基板に対して前記集束イオンビーム発生手段が発生する集束イオンビームにより加工が行われる第１０のステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第３のステップ、または前記第８のステップは、前記一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に前記半導体基板を移動させる際に、前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが最大となる方向に補正しつつ移動させることを特徴とする。

また、本発明は、半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物を評価する半導体デバイス評価装置であって、前記半導体基板を移動させる第１の移動手段と、前記半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出する第１の検出手段と、前記第１の検出手段が検出した前記電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出する第１の演算手段と、前記第１の演算手段の演算結果に基づいて、前記一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、前記半導体基板を第１の移動手段に移動させる第１の制御手段と、を備え、前記第１の演算手段は、前記第１の移動手段による前記半導体基板の移動に応じて生じる他方向の積分波形のピークの数を計測し、前記第１の移動手段により前記半導体基板が前記不良箇所から前記半導体基板の予め定められる基準位置まで移動される間に生じる総ピーク数を計測することを特徴とする半導体デバイス評価装置である。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記半導体デバイス評価装置は、集束イオンビーム発生手段と、前記半導体基板を移動させる第２の移動手段と、前記半導体基板の基準位置を検出し、前記半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出する第２の検出手段と、前記第２の検出手段が検出した前記電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出する第２の演算手段と、前記第２の演算手段の演算結果に基づいて、前記一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、前記基準位置から前記半導体基板を前記第２の移動手段により移動させる第２の制御手段と、を備え、前記第２の演算手段は、前記第２の制御手段が前記第２の移動手段による移動を前記半導体基板の配列の縦方向と横方向に対して行う際に、当該第２の移動手段による移動に応じて生じる他方向の前記積分波形のピーク数を計測し、前記第２の制御手段は、前記第２の演算手段により計測される前記半導体基板の配列の縦方向と横方向のそれぞれのピーク数が、前記第１の演算手段にて計測される前記半導体基板の配列の縦方向と横方向のそれぞれの方向の総ピーク数となるまで、前記半導体基板を前記第２の移動手段により移動させ、前記集束イオンビーム発生手段は、前記第２の制御手段による移動終了後の前記半導体基板に対して発生する集束イオンビームにより加工を行うことを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第１の制御手段、または前記第２の制御手段は、前記一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に前記半導体基板を移動させる際に、前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが最大となる方向に補正しつつ移動させることを特徴とする。

本発明は、半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出し、検出した電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出し、一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、半導体基板を移動させ、移動に応じて生じる他方向の積分波形のピークの数を計測し、半導体基板が前記不良箇所から半導体基板の予め定められる基準位置まで移動される間に生じる総ピーク数を計測する構成とした。これにより、半導体基板の不良箇所から基準位置までの正確な位置が特定できることになる。

また、本発明は、集束イオンビーム発生手段を備えており、半導体基板の基準位置を検出し、半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出し、検出した電気的情報を観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出し、一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、基準位置から半導体基板を移動させ、移動に応じて生じる他方向の前記積分波形のピーク数を計測し、当該移動を半導体基板の配列の縦方向と横方向に対して行い、計測されるそれぞれの方向のピーク数が、不良箇所を特定する半導体基板の配列の縦方向と横方向の総ピーク数となるまで、半導体基板を移動させ、移動終了後の半導体基板に対して集束イオンビームにより加工を行う構成とした。これにより、予め計測した半導体基板の不良箇所から基準位置までの位置の情報を用いて、集束イオンビームによる加工を行う際に、逆に基準位置から不良箇所まで半導体基板を移動させることができ、断面観察用基板を作製することが可能となる。

また、本発明は、一方の積分波形にて不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に前記半導体基板を移動させる際に、不良箇所を含む配列のピークの大きさが最大となる方向に補正しつつ移動させる構成とした。これにより、移動方向が不良箇所を含む配列の方向とずれた場合であっても、当該配列の方向に移動方向を補正することが可能となる。

以下に、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体デバイスの評価方法を示すフローチャートである。同図において、ステップＳ１〜Ｓ６は、ＳＥＭ装置（走査型顕微鏡装置）による不良箇所特定方法であり、ステップＳ７〜Ｓ１４は、ＦＩＢ装置（集束イオンビーム装置）による断面観察用基板作製方法を示したフローチャートである。

本実施形態では、この方法をＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などのビット単位が規則的に配列されたメモリ製品の不良ビット位置を特定するために使用するものとして説明する。

また、図２は、本実施形態に係る半導体デバイス評価方法を実行するために用いる半導体デバイス評価装置の構成図である。
同図に示す様に、半導体デバイス評価装置は、ＳＥＭ装置３００と、ＦＩＢ装置４００と、基板移動手段２１５とを含んで構成される。なお、ＦＩＢ装置４００にはＳＥＭ装置３００とは別にＳＥＭ機能が内蔵されている。
基板移動手段２１５は、ＳＥＭ装置３００とＦＩＢ装置４００との間で基板を移動するためのものである。

また、ＳＥＭ装置３００は、電子ビーム発生手段２００、真空チャンバー２０１、基板２０２、検出手段２０３、移動手段２０４、表示手段２０５、波形処理手段２０６、記憶手段２０７、演算手段２０８、制御手段２０９、ステージ２１０を含んで構成される。なお、その他の構成要素は、通常のＳＥＭ装置と共通するので記載を省略する。

電子ビーム発生手段２００は電子ビーム（ＥＢ）を発生して基板２０２に照射し、検出手段２０３は基板表面から発生する２次電子を検出して電気信号に変換するものである。真空チャンバー２０１は、内部に基板２０２、検出手段２０３、移動手段２０４、ステージ２１０を備えるものである。

移動手段２０４は、制御手段２０９の制御に基づいてステージ２１０に搭載された基板２０２を移動させるものである。波形処理手段２０６は、検出手段２０３によって得られた電気信号を波形処理するものである。表示手段２０５は、波形処理手段２０６によって波形処理された信号をＳＥＭ画像として表示するものである。記憶手段２０７は、ＳＥＭ画像のデータを記憶するものである。演算手段２０８は、記憶手段２０７に記憶されたＳＥＭ画像のデータを基に積分演算を行うと共に、積分演算して得られた波形のピークの数をカウントするものである。制御手段２０９は、演算手段２０８による演算結果を基に移動手段２０４を制御するものである。

また、ＦＩＢ装置４００は、ＥＢ発生手段２２０、ＦＩＢ発生手段２２０ａ、真空チャンバー２２１、検出手段２２３、移動手段２２４、表示手段２２５、波形処理手段２２６、記憶手段２２７、演算手段２２８、制御手段２２９、ステージ２３０を含んで構成される。なお、その他の構成要素は、通常のＦＩＢ装置と共通するので記載を省略する。

ＥＢ発生手段２２０は、ＥＢを発生して基板２２２に照射し、検出手段２２３は基板表面から発生する２次電子を検出して電気信号に変換するものである。ＦＩＢ発生手段２２０ａは、ＦＩＢ（イオンビーム）を発生し、ＥＢ発生手段２２０、検出手段２２３、波形処理手段２２６を介して得られるＳＥＭ画像の特定部位の基板２２２を加工するものである。その他の構成要素は、前述のＳＥＭ装置３００が備える各構成要素と同様の機能を備えるため、詳細な説明は省略する。
なお、表示手段２２５、波形処理手段２２６、記憶手段２２７、演算手段２２８、制御手段２２９は、前述のＳＥＭ装置３００が有する表示手段２０５、波形処理手段２０６、記憶手段２０７、演算手段２０８、制御手段２０９と共用しても良い。

（半導体デバイスの不良箇所特定方法）
次に、図１のフローチャートについて、図２を参照しながら説明する。
まず、図２に示したＳＥＭ装置３００のＥＢ発生装置２００により、基板２０２に対してＥＢを照射し、表面から発生する２次電子を検出手段２０３が有する走査型電子顕微鏡により検出し、電気信号に変換する。電気信号は、波形処理手段２０６により、２次電子の強弱に応じた信号波形とＳＥＭ画像（観察画像）に変換され、表示手段２０５に表示される。これらの信号波形およびＳＥＭ画像から不良ビット位置を検出する（ステップＳ１）。

波形処理手段２０６により変換されたＳＥＭ画像は、記憶手段２０７に記憶される。演算手段２０８は、記憶手段２０７に記憶されたＳＥＭ画像を基に、信号波形の積分演算を２方向に関して行い、２次元積分波形を検出する（ステップＳ２）。

この２方向の積分とは、ステージ２１０の移動方向を決めるために利用される積分Ａ（図３（ａ））と、不良ビット位置３０から基準位置、すなわち基板上に形成された観察対象物のパターン配列の端部までの移動ビット数のカウントを行うために利用される積分Ｂ（図３（ｂ）（ｃ））である。図３に示す様に、積分Ａにより２次元波形３１が得られ、積分Ｂにより２次元波形３２が得られる。なお、積分Ａを行う方向は、積分結果のピークが最大になる方向とする。この２方向の積分は、記憶手段２０７に記憶されたＳＥＭ画像の電気信号を基に、演算手段２０８により同時に並行して行なわれる。

図３（ａ）（ｂ）は、不良ビット位置３０を検出した状態のＳＥＭ画像を示している。図３（ａ）（積分Ａ）では、ＳＥＭ画像を基にＹ方向（ステージ移動方向）に電気信号波形を積分した２次元積分波形３１が示されている。Ｙ方向で見た場合、両端のビット数は中央部に比べて少ないため、２次元積分波形のピークは小さくなる。大きな２次元積分波形のピークを得るためには、不良ビット位置３０をＳＥＭ画像の中心付近に位置させる。

一方、図３（ｂ）（積分Ｂ）では、ＳＥＭ画像を基にＸ方向に電気信号波形を積分した２次元積分波形３２が示されている。Ｘ方向で見た場合、ビット数にほとんど差がないため、得られる２次元積分波形のピークはどの位置でも同じ大きさとなる。この初期状態で、積分Ｂで得られる２次元積分波形の内、不良ビット位置３０に対応するピークをカウント０と指定する。その後、ステージをＹ方向（図３（ａ）図の矢印方向）に移動させると、積分Ｂで得られる２次元積分波形３２も連続的に下方へ移動し、不良ビット位置より上方に位置したビットは、不良ビット位置を通過していく。この時、不良ビット位置を通過する２次元積分波形のピークをカウントすることにより、Ｙ方向に移動したビット数をカウントすることができる。図３（ｂ）では４個まで示され、図３（ｃ）はさらに移動した場合のｎ１からｎ７までカウントする状態を示している。
このように、不良ビット位置３０から基準位置までの移動ビット数のカウントをビット並び方向の縦方向と横方向の両方に関して行うことで、不良ビット位置３０の位置を特定することが可能となる。

ここで、図３（ａ）に示した、移動方向のずれを補正するための積分（Ａ）について更に説明する。図４に示すように、電気特性コントラスト、または電位差コントラストとして欠陥を検出できるＳＥＭ装置３００でビット位置を検出したときのＳＥＭ画像４０を演算手段２０８によって積分方向４２に積分すると、ＳＥＭ画像４０のコントラストの明暗（強度）に対応する２次元積分波形４３が得られる。積分方向４２が各ビットの並び方向の中心線からずれると積分されるコントラスト強度が変化するので、２次元積分波形４３のピーク４４は高さが変化する。そこで、このピーク４４が最も高くなる積分方向４２を検出すれば、この積分方向４２がビット４１の並び方向の中心線４５と一致する。同図に示すように、積分方向４２がビット４１の並び方向４５からずれると不良ビット位置４６を含むコントラストのピーク４４の強度が減衰する。演算手段２０８は、この減衰量を基に、制御手段２０９を介して移動手段２０４を制御し、ピーク４４の高さが最大となるように積分方向４２のずれを補正しながらビット４１の並び方向の中心線４５と一致する最適な積分方向に移動することができる。

次に、図１のフローチャートの説明に戻る。制御手段２０９は、移動手段２０４を制御して図３に示した積分Ａの方向（演算手段２０８によって得られた方向）と平行になるように基板２０２の搭載されたステージ２１０を移動させながら（ステップＳ３）、演算手段２０８は積分Ｂによって得られるピーク位置から移動ビット数をカウントする（ステップＳ４）。

続いて、演算手段２０８は、基板２０２の基準位置までのカウントが終了したか否か判定する（ステップＳ５）。この判定には、例えばビットの並びが途絶える端の位置では、積分波形の連続性がなくなることを判定基準とすることができる。カウントが終了した場合、演算手段２０８はカウント数を記憶手段２０７に記憶してステップＳ７に移行する（ステップＳ５；Ｙｅｓ）。カウントが終了していない場合、ステップＳ６に移行する（ステップＳ５；Ｎｏ）。

次に、演算手段２０８で得られる積分Ａの２次元積分波形を基に、制御手段２０９は得られた２次元積分波形のピークの大きさに基づいてステージ２１０の移動手段２０４をフィードバック制御してビットの並びからのずれを補正する（ステップＳ６）。続いて、ステップＳ３からステップＳ６をステップＳ５において基準位置までのカウントが終了するまで繰り返し、ステージ２１０の移動精度を保ちながら演算手段２０８が積分Ｂの２次元積分波形を基に、不良ビットからの移動ビット数をカウントする。

ここで、上述のステージ２１０の移動について更に説明する。図５に示すように、基板２０２の搭載されたステージ２１０を積分方向５０に動かすことでビットの並びと平行に移動することができる。この場合、不良ビット位置を含むコントラストのピーク強度は、ステージ２１０がビットの並びと平行に移動している限り維持される。

しかし、ステージ座標に基づいてステージ２１０を移動させるとステージ２１０の移動方向がビットの並び方向からずれる場合がある。この場合、２次元の波形のピークが移動あるいは消えてしまうので、このピークを検出して、そのピークを維持するようにステージ２１０の移動手段２０４をフィードバック制御することによって、ステージ２１０をビットの並びと平行に移動させることができる。

つまり、図６に示すように、ステージ２１０の移動方向がビット並びからずれると不良ビット位置を含むピークが移動するので、制御手段２０９は、ステージ２１０の移動手段２０４をフィードバック制御してピークの移動量を打ち消す様にステージ２１０を移動させる。即ち、制御手段２０９は２次元積分波形のピークのＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ）比を高く保持して、不良ビット位置を含むピーク位置がずれないようにステージ２１０の移動手段２０４をフィードバック制御する。
なお、ステージ２１０は、所定の小区間（ビット間隔の１／２以上ずれない範囲）移動した後にピーク位置のずれ分が補正される。

次に、前述のビット数のカウントについて更に説明する。図７に示すように、演算手段２０８は積分Ａで得られる２次元積分波形７０に加えて積分Ｂで得られる２次元積分波形７１も常に算出し、ステージ２１０の移動に伴って位置が移動する２次元積分波形７１のピークをカウントする。２次元積分波形７１のピーク数は、移動方向に移動したビット数に対応するので、このビット数をカウントすることにより不良ビット位置から移動したビット数を精度よく把握することができる。そして、演算手段２０８は、ＳＥＭ像の２次元積分波形をビット並び方向の縦方向と横方向の両方に関して算出し、ビット数を縦方向と横方向の両方向でカウントしながら基準位置７２まで移動することにより、不良ビット位置７３からマット端の基準位置７２までのビット数を得る。これにより、不良ビット位置７３が正確に特定される。
なお、ピーク数は前述のステージ２１０の位置補正を行いながらカウントされるため、正確にカウントされることになる。

また、上述してきた方法に加え、高加速電圧（１０ｋＶ以上）を用いることで、下地のパターンの模様との位置関係も位置調整に利用することが可能である。つまり、ビットの数をカウントしながら基準位置であるマット端まで移動した際に、高加速電圧に変更することで下地のパターンが見えることがある。そこで、下地パターンの位置関係を記憶手段２０７に記憶させておくことで、ＦＩＢなどによる加工時にその位置関係も用いてより正確にビット位置を特定することができる。

（半導体デバイスの断面観察用基板作製方法）
次に、ＦＩＢ装置４００において行われる処理について説明する。
ＳＥＭ装置３００において不良ビット位置から特定位置までのカウントが終了すると（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、基板２０２は基板移動手段２１５によってＦＩＢ装置４００に移動されて基板２２２として配置され、断面観察用基板を作製するためにビット位置の算出が行われる。

まず、ＳＥＭ装置３００にて基準位置とされたマット端のビット位置がＦＩＢ装置４００の基準位置として図２に示したＦＩＢ装置４００に内蔵されたＳＥＭ機能（ＥＢ発生手段２２０、検出手段２２３、表示手段２２５、波形処理手段２２６、記憶手段２２７、演算手段２２８、制御手段２２９、移動手段２２４、ステージ２３０）によって検出される（ステップＳ７）。ＳＥＭ装置３００の処理と同様に、検出手段２２３により検出されて波形処理手段２２６により変換されたＳＥＭ画像が記憶手段２０７に記憶される。記憶手段２２７にＳＥＭ画像を記憶させる。演算手段２２８が記憶手段２２７に記憶されたＳＥＭ画像を基に積分演算を２方向に関して行い、２次元積分波形を得る（ステップＳ８）。

制御手段２２９は移動手段２２４を制御してビットの並びと平行になるようにステージ２３０を移動させながら（ステップＳ９）、演算手段２２８は積分によって得られるピーク位置をカウントする（ステップＳ１０）。

続いて、演算手段２２８は、カウント（即ち、基板の不良ビット位置までのカウント）がステップＳ４、Ｓ５において得られたカウント数に達している否か判定する（ステップＳ１１）。当該カウント数に達していないと判定した場合、ステップＳ１２に移行する（ステップＳ１１；Ｎｏ）。当該カウント数に達していると判定した場合、ステップＳ１３に移行する（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）。

次に、演算手段２２８で得られる、積分の２次元積分波形を基に、制御手段２２９は得られた２次元波形のピークの大きさに基づいてステージ２３０の移動手段２２４をフィードバック制御してビットの並びからのずれを補正する（ステップＳ１２）。続いて、ステップＳ９からステップＳ１２までの処理をステップＳ４、Ｓ５において得られたカウント数までのカウントが終了するまで繰り返し、ステージの移動精度を保ちながら演算手段２２８が基準位置から移動したビット数をカウントする。

上記のステップＳ９からステップＳ１２までの処理をビット並び方向の縦方向（例えば、図３（ｂ）のＹ方向）と横方向（例えば、図３（ｂ）のＸ方向）の両方に関して行い、それぞれの処理におけるカウント数が、ステップＳ４、Ｓ５において縦方向と横方向に対して得られたカウント数、すなわち総ピーク数の数に達すると、ＳＥＭ装置３００によって特定された不良ビット位置に到達する。ＦＩＢ発生手段２２０ａは、ＦＩＢの照射領域が、ＥＢ発生手段２２０のＥＢ照射領域に合わせて予め設定されている。従って、ＥＢ発生手段２２０、検出手段２２３、波形処理手段２２６を介して得られるＳＥＭ画像内で不良ビットを特定した後、ＦＩＢを基板２２２に照射して不良ビット位置を加工する事で断面観察用基板を作製することができ（ステップＳ１３）、作製した断面観察用基板を用いて断面観察が行なわれる（ステップＳ１４）。

なお、上記の実施形態の構成において、基板２０２、２２２の基準位置、すなわち基板上に形成された観察対象物のパターン配列の端部は、ＳＥＭ装置３００やＦＩＢ装置４００が通常備える機能により検出することが可能である。

以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明によれば、ビアやコンタクトホールなどの不良箇所を特定する事も可能であり、また、メモリデバイス以外の半導体デバイスの不良箇所を特定する事もできる。さらに、基板の移動は、オペレータが移動手段２０４，２２４、基板移動手段２１５を操作することにより行っても良い。

また、本発明に記載の第１の移動手段は、移動手段２０４に対応し、第１の検出手段は、検出手段２０３に対応し、第１の演算手段は、演算手段２０８に対応し、第１の制御手段は、制御手段２０９に対応する。また、本発明に記載の第２の移動手段は、移動手段２２４に対応し、第２の検出手段は、検出手段２２３に対応し、第２の演算手段は、演算手段２２８に対応し、第２の制御手段は、制御手段２２９に対応し、集束ビーム発生手段は、ＦＩＢ発生手段２２０ａに対応する。

本発明の実施形態に係る半導体デバイスの不良箇所特定方法及び断面観察用基板作製方法を示すフローチャートである。 同実施形態の半導体デバイスの不良箇所特定方法及び断面観察用基板作製方法を実行するために用いる半導体デバイス評価装置の構成図である。 同実施形態の２方向の積分を説明する図である。 同実施形態のピーク強度を説明する図である。 同実施形態のステージの移動を説明する図である。 同実施形態のステージの移動方向のずれを説明する図である。 同実施形態のビット数のカウントについて説明する図である。

符号の説明

２００，２２０；電子ビーム発生手段、２０１，２２１；真空チャンバー、２０２，２２２；基板、２０３，２２３；検出手段、２０４，２２４；移動手段、２０５，２２５；表示手段、２０６，２２６；波形処理手段、２０７，２２７；記憶手段、２０８，２２８；演算手段、２０９，２２９；制御手段、２１０，２３０；ステージ、２１５；基板移動手段、３００；ＳＥＭ装置、４００；ＦＩＢ装置。

Claims (6)

1. 半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物を評価する半導体デバイス評価装置における半導体デバイス評価方法であって、
   前記半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出する第１ステップと、
   前記第１のステップにて検出した前記電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出する第２ステップと、
   前記一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、前記半導体基板を移動させ、移動に応じて生じる他方向の積分波形のピークの数を計測する第３のステップと、
   前記半導体基板が前記不良箇所から前記半導体基板の予め定められる基準位置まで移動される間に生じる総ピーク数を計測する第４のステップと、
   を含むことを特徴とする半導体デバイス評価方法。
2. 前記半導体デバイス評価装置は、集束イオンビーム発生手段を備えており、
   前記半導体基板の基準位置を検出する第５のステップと、
   前記半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出する第６のステップと、
   前記第６のステップにて検出した前記電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出する第７のステップと、
   前記一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、前記基準位置から前記半導体基板を移動させ、移動に応じて生じる他方向の前記積分波形のピーク数を計測する第８のステップと、
   前記第８のステップの計測を前記半導体基板の配列の縦方向と横方向に対して行い、前記第８のステップにて計測されるそれぞれの方向のピーク数が、前記第４のステップにて計測される前記半導体基板の配列の縦方向と横方向のそれぞれの総ピーク数となるまで、前記半導体基板を移動させる第９のステップと、
   前記第９のステップによる移動終了後の前記半導体基板に対して前記集束イオンビーム発生手段が発生する集束イオンビームにより加工が行われる第１０のステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス評価方法。
3. 前記第３のステップ、または前記第８のステップは、
   前記一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に前記半導体基板を移動させる際に、前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが最大となる方向に補正しつつ移動させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体デバイス評価方法。
4. 半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物を評価する半導体デバイス評価装置であって、
   前記半導体基板を移動させる第１の移動手段と、
   前記半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出する第１の検出手段と、
   前記第１の検出手段が検出した前記電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出する第１の演算手段と、
   前記第１の演算手段の演算結果に基づいて、前記一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、前記半導体基板を第１の移動手段に移動させる第１の制御手段と、を備え、
   前記第１の演算手段は、
   前記第１の移動手段による前記半導体基板の移動に応じて生じる他方向の積分波形のピークの数を計測し、前記第１の移動手段により前記半導体基板が前記不良箇所から前記半導体基板の予め定められる基準位置まで移動される間に生じる総ピーク数を計測する
   ことを特徴とする半導体デバイス評価装置。
5. 前記半導体デバイス評価装置は、
   集束イオンビーム発生手段と、
   前記半導体基板を移動させる第２の移動手段と、
   前記半導体基板の基準位置を検出し、前記半導体基板上に配列された不良箇所を含む観察対象物の電気的情報を検出する第２の検出手段と、
   前記第２の検出手段が検出した前記電気的情報を前記観察対象物の配列方向のうちの少なくとも２方向に積分し、いずれか一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークが少なくとも１つの他のピークよりも大きいピークとなり、他方向の積分波形のピークが略同じ大きさのピークとなる積分波形を検出する第２の演算手段と、
   前記第２の演算手段の演算結果に基づいて、前記一方向の積分波形の前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に、前記基準位置から前記半導体基板を前記第２の移動手段により移動させる第２の制御手段と、を備え、
   前記第２の演算手段は、
   前記第２の制御手段が前記第２の移動手段による移動を前記半導体基板の配列の縦方向と横方向に対して行う際に、当該第２の移動手段による移動に応じて生じる他方向の前記積分波形のピーク数を計測し、
   前記第２の制御手段は、
   前記第２の演算手段により計測される前記半導体基板の配列の縦方向と横方向のそれぞれのピーク数が、前記第１の演算手段にて計測される前記半導体基板の配列の縦方向と横方向のそれぞれの方向の総ピーク数となるまで、前記半導体基板を前記第２の移動手段により移動させ、
   前記集束イオンビーム発生手段は、
   前記第２の制御手段による移動終了後の前記半導体基板に対して発生する集束イオンビームにより加工を行う
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体デバイス評価装置。
6. 前記第１の制御手段、または前記第２の制御手段は、
   前記一方向の積分波形にて前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが維持される方向に前記半導体基板を移動させる際に、前記不良箇所を含む配列のピークの大きさが最大となる方向に補正しつつ移動させる
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の半導体デバイス評価装置。

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