專利名稱：半導(dǎo)體器件測試方法和測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電子束對半導(dǎo)體器件的測試，具體地說，本發(fā)明涉及通過在用電子束輻射測試樣品時測量流經(jīng)測試樣品的電流來判定被測試的樣品質(zhì)量的器件測試。
目前已經(jīng)出現(xiàn)了用電子束來測試半導(dǎo)體器件的接觸孔或通孔的半導(dǎo)體器件測試裝置。例如JP H10-281746A公開了一種半導(dǎo)體器件測試裝置。其中用電子束來輻射接觸孔，并且當(dāng)電流流過該器件時判定為開口，而當(dāng)沒有電流流過時則判定為非開口。在這種半導(dǎo)體器件測試裝置中，可以通過與電子束掃描時間相應(yīng)地測量的電流時間差來測量接觸孔底部的直徑。
隨著SOC(System-On-Chip芯片上系統(tǒng))的普及，已經(jīng)在半導(dǎo)體器件中形成了邏輯電路如存儲器和CPU等。因為一般而言對邏輯電路的布局沒有規(guī)律性，所以接觸孔的位置通常是隨機(jī)布置的?？梢岳蒙鲜黾夹g(shù)來測試隨機(jī)布置的接觸孔。
但是，為了使所測量的電流反映接觸孔的質(zhì)量，需要知道與接觸孔對應(yīng)的測量電流部分。因此，需要用CAD數(shù)據(jù)得到所有接觸孔的位置信息，并為每個半導(dǎo)體器件準(zhǔn)備這些數(shù)據(jù)。
另一方面，隨著近來半導(dǎo)體器件集成化的加速普及，在一塊芯片上可以集成超過1億個的半導(dǎo)體器件。在這種情況下，保存每個芯片層布局需要的存儲容量變?yōu)閹讉€G(千兆)字節(jié)?，F(xiàn)實當(dāng)中不可能為一個器件準(zhǔn)備測試裝置，并且在批量生產(chǎn)的工廠中要生產(chǎn)很多種邏輯器件。因此，為了用CAD數(shù)據(jù)判定通孔的位置，需要積累大量的數(shù)據(jù)，并且難以在單個測試裝置中積累所有的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種半導(dǎo)體器件的測試方法和一種測試裝置，即使在象邏輯電路中那樣隨機(jī)布置通孔的情況下，也可以不用CAD數(shù)據(jù)而獲得測試的正確結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種半導(dǎo)體器件測試裝置包括電子束輻射裝置，用于通過用電子束來掃描被測試樣品(以后稱“測試樣品”)的表面來輻射測試樣品；電流測量裝置，用于測量由電子束輻射在所述測試樣品中產(chǎn)生的電流，其特征在于，包括存儲裝置，用于當(dāng)由電子束輻射裝置移動電子束的輻射位置時，將電流測量裝置所測量的多個測試樣品中每一個的電流值的變化作為與電子束輻射位置相應(yīng)的電流波形來儲存；比較裝置，用于將從多個測試樣品中得到的電流波形與儲存在所述存儲裝置中的電流波形相比較，并當(dāng)所儲存的電流波形之間存在的電流值差異超過預(yù)定值時，輸出與測試樣品上的位置相關(guān)的信息。
實際當(dāng)中，存儲裝置的作用是儲存由一塊晶片上的兩個測試樣品中得到的電流波形，并且比較裝置優(yōu)選將測試樣品的電流波形相互比較。但是，并不總是需要用形成在相同晶片上的兩個測試樣品。根據(jù)需要，可以預(yù)先從兩個測試樣品之一中獲得要從兩個測試樣品中得到的電流波形之一。
優(yōu)選電子束輻射裝置可以將電子束的束寬度設(shè)置為基本上等于在測試樣品中形成的接觸孔的直徑，并且，在用電子束在掃描線方向上掃描測試樣品后，可以將掃描線在垂直于掃描線方向移動與電子束寬度相應(yīng)的距離。此外，更為優(yōu)選的是，電子束輻射裝置在用電子束在掃描線方向上掃描測試樣品后，可以將電子束的束寬度設(shè)置為小于在測試樣品中形成的接觸孔直徑，并且可以將掃描線在垂直于掃描方向的方向上移動基本上等于接觸孔直徑的距離。此外，優(yōu)選電子束輻射裝置可以將電子束寬度設(shè)置為使得形成在測試樣品中的多個接觸孔同時被電子束所輻射，并且在用電子束在掃描線方向上掃描測試樣品后，可以在垂直于掃描線方向的方向上將掃描線移動基本上等于束寬度的距離。此外，優(yōu)選電子束輻射裝置可以將電子束寬度設(shè)置為使得測試樣品的包括多個接觸孔的區(qū)域同時被電子束所輻射，并且在用電子束在一個掃描線方向上掃描測試樣品后，可以在垂直于掃描線方向的方向上將掃描線移動基本上等于束寬度的距離。電子束輻射裝置可包括主掃描裝置，用于使用電子束通過移動測試樣品來掃描測試樣品，還包括副掃描裝置，用于當(dāng)主掃描裝置掃描測試樣品時，將電子束偏轉(zhuǎn)到不同于主掃描方向的方向上。
在使用寬度小于接觸孔直徑的電子束的情況下，比較裝置可包括用于比較多個測試樣品的瞬時電流值的裝置，每個測試樣品在某種電路圖形中產(chǎn)生的電流波形的上升沿和下降沿之間的中間位置處被測量。另外，在使用寬度基本等于或小于接觸孔直徑的電子束的情況下，比較裝置可包括用于將在某種電路圖形中產(chǎn)生的電流波形從上升沿到下降沿積分的裝置，用于將來自積分裝置的積分結(jié)果除以在電流波形的上升沿和下降沿之間距離的除法裝置，以及平均值比較裝置，其用于將除法裝置所得到的平均電流值進(jìn)行比較。比較裝置可包括積分值比較裝置，用于將在相同電路圖形位置處測得的電流波形的電流值積分，并比較該積分的電流值。
此外，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件測試裝置可包括用于在移動和輻射電子束的位置時對測量的電流波形進(jìn)行頻率分析的裝置，以及用于將測試樣品位置分組的裝置，根據(jù)頻率分析的結(jié)果，將具有相同的頻率成份的每個區(qū)域中得到電流波形的位置分組。在這種情況下，該半導(dǎo)體器件測試裝置優(yōu)選還包括用于與頻率成份相應(yīng)地設(shè)置每個分組區(qū)域的測試方法的裝置。
該比較裝置可包括用于計算在一電流波形中所包含的脈沖的上升位置和下降位置之間的中間位置以作為接觸孔的中心位置的裝置，和用于對兩個測試樣品所計算的接觸孔中心位置的相對位置加以比較的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種使用上述半導(dǎo)體器件測試裝置的測試方法，其特征在于包括如下步驟當(dāng)在與電子束的矩形橫截面的縱向垂直的方向上進(jìn)行電子束掃描時，用電子束輻射形成在電路圖形中的第一測試樣品，其中電子束具有矩形的橫截面，并且其寬度等于接觸孔的直徑，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔直徑相應(yīng)的距離，將用電子束輻射第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形，按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存；當(dāng)在與電子束的矩形橫截面的較長邊的方向垂直的方向上進(jìn)行電子束掃描時，用電子束輻射以相同電路圖形形成的第二測試樣品，其中電子束具有矩形的橫截面，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔直徑相應(yīng)的距離，將用電子束輻射第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，將第一電流波形與第二電流波形相比較，并在第一和第二電流波形之間電流值之差等于或大于預(yù)定值時提取該位置的坐標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種使用上述半導(dǎo)體器件測試裝置的測試方法，其特征在于包括如下步驟當(dāng)在一個方向上進(jìn)行電子束掃描時，用電子束輻射形成在電路圖形中的第一測試樣品，其中電子束具有小于接觸孔直徑的寬度，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔直徑相應(yīng)的距離，將用電子束輻射第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波，形按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存；當(dāng)在一個方向上進(jìn)行電子束掃描時，用電子束輻射以相同電路圖形形成的第二測試樣品，其中電子束具有小于接觸孔直徑的寬度，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔直徑相應(yīng)的距離，將用電子束輻射第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形，按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，提取在與同一電路圖形相應(yīng)的第一和第二電流波形的上升位置和下降位置之間的中間位置處每個測量的第一和第二電流波形的瞬時電流值，將瞬時電流值相互比較，并提取第一和第二電流波形之間的電流值之差等于或大于預(yù)定值的位置的坐標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，一種使用上述半導(dǎo)體器件測試裝置的測試方法，其特征在于包括如下步驟當(dāng)在與電子束的矩形橫截面的較長邊方向垂直的方向上進(jìn)行電子束掃描時，用電子束同時輻射以相同電路圖形形成的第一測試樣品的多個接觸孔，其中電子束具有矩形的橫截面，并且其寬度等于接觸孔的直徑，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與電子束寬度相應(yīng)的距離，將用電子束輻射第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形，按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，當(dāng)在與電子束的矩形橫截面的較長邊方向垂直的方向上進(jìn)行電子束掃描時，用電子束同時輻射形成在同一電路圖形中的第二測試樣品的多個接觸孔，其中電子束具有矩形的橫截面，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與電子束寬度相應(yīng)的距離，將用電子束輻射第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形，按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，將第一電流波形與第二電流波形相比較，并在第一和第二電流波形電流值之差等于或大于預(yù)定值時提取與該差異對應(yīng)位置的坐標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，一種使用上述半導(dǎo)體器件測試裝置的測試方法，其特征在于包括如下步驟用電子束同時輻射形成在電路圖形中的第一測試樣品的含有多個接觸孔的區(qū)域來對其進(jìn)行掃描，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔的直徑相應(yīng)的距離，將用電子束輻射第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形、按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，用電子束同時輻射以相同電路圖形形成的第二測試樣品的含有多個接觸孔的區(qū)域，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔的直徑相應(yīng)的距離，將用電子束輻射第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形、按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，將第一電流波形與第二電流波形積分并對積分后的電流進(jìn)行比較，并在第一和第二電流波形電流值之差等于或大于預(yù)定值時提取該位置的坐標(biāo)。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，一種使用上述半導(dǎo)體器件測試裝置的測試方法，其特征在于包括如下步驟將用電子束輻射測試樣品以對其進(jìn)行掃描時在測試樣品中產(chǎn)生的電流值作為電流波形、按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，將包含在電流波形中的從上升沿到下降沿之間的電流積分，將積分結(jié)果除以電流波形中從上升沿到下降沿之間的距離，將相除后的結(jié)果與預(yù)先儲存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較的結(jié)果判定測試樣品的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，一種使用上述半導(dǎo)體器件測試裝置的測試方法，其特征在于包括如下步驟用電子束輻射形成在電路圖形中的第一測試樣品來對該第一測試樣品進(jìn)行掃描，將用電子束輻射第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形、按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，將包含在電流波形中的從上升沿到下降沿之間的電流積分，將積分結(jié)果除以電流波形中從上升沿到下降沿之間的距離，以得到第一平均值，用電子束輻射以相同電路圖形形成的第二測試樣品來對該第二測試樣品進(jìn)行掃描，將用電子束輻射第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形、按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，將包含在電流波形中的從上升沿到下降沿之間的電流積分，將積分結(jié)果除以該電流波形中從上升沿到下降沿之間的距離，以得到第二平均值，并通過比較第一平均值與第二平均值來判定第一和第二樣品的質(zhì)量。
在上述測試方法中，每次當(dāng)電子束的主掃描在第一方向進(jìn)行了與測試樣品中包含的接觸孔直徑相應(yīng)的距離時，可以交替地在與執(zhí)行電子束主掃描的第一方向不同的第二方向執(zhí)行定量的掃描，或是在與第二方向相反的第三方向上執(zhí)行定量的掃描。
可以通過對至少一個電流波形頻率分析，將獲得電流波形的位置分組，每個區(qū)域具有相同的頻率成份。在這種情況下，可以給每個區(qū)域根據(jù)其頻率成份設(shè)置多種測試方法之一。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，一種使用上述半導(dǎo)體器件測試裝置的測試方法，其特征在于包括如下步驟用電子束輻射形成在電路圖形中的第一測試樣品來對該第一測試樣品進(jìn)行掃描，將用電子束輻射第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形、按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，計算第一電流波形的上升沿和下降沿之間的中間位置，作為接觸孔的中心位置，用電子束輻射形成在電路圖形中的第二測試樣品來對該第二測試樣品進(jìn)行掃描，將用電子束輻射第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形、按照將電流值與用電子束輻射的位置對應(yīng)的方式儲存，計算第二電流波形的上升沿和下降沿之間的中間位置，作為接觸孔的中心位置，將得到的第一測試樣品的中心位置與得到的第二測試樣品的中心位置相比較，并且當(dāng)中心之間的差異等于或大于預(yù)定值時，提取與此差異相應(yīng)的中心位置的坐標(biāo)。
將參考下面的附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明，圖中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置的構(gòu)成框圖；圖2是半導(dǎo)體器件測試的流程圖；圖3顯示了被測試的第一樣品與第二樣品之間的位置關(guān)系；圖4放大顯示了圖3的各部分；圖5a顯示了圖1所示的半導(dǎo)體器件測試裝置執(zhí)行測試的例子，其顯示了正常芯片的測試區(qū)域；
圖5b顯示了顯示了圖1所示的半導(dǎo)體器件測試裝置執(zhí)行測試的例子，其顯示了有缺陷芯片的測試區(qū)域；圖6a和6b顯示了圖1所示的半導(dǎo)體器件測試裝置執(zhí)行測試的另一例子，分別顯示了正常芯片和有缺陷芯片的測試區(qū)域；圖7a和7b顯示了圖1所示的半導(dǎo)體器件測試裝置執(zhí)行測試的另一例子，分別顯示了正常芯片和有缺陷芯片的測試區(qū)域；圖8a和8b顯示了圖1所示的半導(dǎo)體器件測試裝置執(zhí)行測試的另一例子，分別顯示了正常芯片和有缺陷芯片的測試區(qū)域；圖9a和9b顯示了圖1所示的半導(dǎo)體器件測試裝置執(zhí)行測試的另一例子，分別顯示了正常芯片和有缺陷芯片的測試區(qū)域；圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置構(gòu)成的框圖；圖11是用圖10所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行器件測試的流程圖；圖12顯示了圖10所示第二實施例的對于與圖5a和5b所示被測試樣品類似的樣品執(zhí)行測試的例子；圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置構(gòu)成的框圖；圖14是用圖13所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行器件測試的流程圖；圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置構(gòu)成的框圖；圖16是用圖15所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行器件測試的流程圖；圖17a和17b是用于解釋測試原理的附圖，分別顯示了電子束孔覆蓋率為100％與50％的情況下的例子；圖18顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置構(gòu)成的框圖；圖19是用圖18所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行器件測試的流程圖20顯示了當(dāng)用細(xì)電子束執(zhí)行測試時顯著提高測試速度的半導(dǎo)體器件測試裝置的構(gòu)成；圖21顯示了電子束掃描軌跡的例子；圖22是半導(dǎo)體器件測試方法的流程圖，該半導(dǎo)體器件在單塊芯片上包括一塊隨機(jī)布置接觸孔的區(qū)域和一塊以固定間隔布置接觸孔的陣列區(qū)域，以與其它區(qū)域分開地測試該陣列區(qū)域；圖23顯示了接觸孔布局的一個例子；圖24是接觸孔位置空間分布的功率譜圖；圖25是通過用電流波形的位置信息來判定接觸孔質(zhì)量的方法流程圖；圖26a和26b分別是正常和有缺陷芯片的測試?yán)印?br> 下面將結(jié)合


本發(fā)明的實施例。圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置的構(gòu)成框圖；圖2是用圖1所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行半導(dǎo)體器件測試的流程圖。
該半導(dǎo)體器件測試裝置包括作為用電子束垂直輻射被測試的半導(dǎo)體晶片或樣品的電子束輻射系統(tǒng)的一電子槍11；一XY平臺12，用于收納測試樣品10和判定測試樣品10與從電子槍11發(fā)出的電子束之間位置關(guān)系；一電子束輻射位置檢測器13，用于測量電子束輻射的位置；一電子束輻射位置控制裝置14，用于控制電子束輻射的測試樣品的輻射位置；一電子槍控制裝置15，用于在電子束輻射位置控制裝置14和平臺控制器16的控制下控制電子槍11和XY平臺12。該半導(dǎo)體器件測試裝置還包括作為電流測量和測試系統(tǒng)的一電極20，設(shè)置在XY平臺12上，以便該電極與測試樣品10的后表面接觸，從而測量補償電流，一電流放大器21，用于放大流經(jīng)電極20的電流，一A/D轉(zhuǎn)換器22，用于將電流放大器21的電流值輸出以及來自電子束輻射位置檢測器13的位置信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，存儲器23和24，用于將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號分別儲存，波形比較器25，用于比較儲存在存儲器23和24中的信號波形，缺陷芯片判定裝置26，用于根據(jù)波形比較器25的比較結(jié)果判定接觸孔的質(zhì)量，數(shù)據(jù)庫27，用于儲存缺陷芯片判定裝置26用來判定接觸孔質(zhì)量的信息，缺陷位置存儲器28，用于儲存判定為有缺陷的接觸孔的位置，以及缺陷位置輸出裝置29，用于將缺陷位置輸出至圖象顯示器、打印機(jī)或網(wǎng)絡(luò)。
作為電子束輻射位置檢測器13，可以使用光學(xué)精密測距裝置。存儲器23和24分別儲存與被測試的兩個樣品或芯片相應(yīng)的電流波形。但是，可以使用單個存儲器來取代存儲器23和24。此外，存儲器23和24還可以用作缺陷位置存儲器28。缺陷位置存儲器28可以根據(jù)需要將缺陷分等級，并根據(jù)分等得到的分等規(guī)格儲存每個等級的位置信息。
通過將電子槍11固定在特定位置并將XY平臺12相對于電子槍11的位置移動來進(jìn)行電子束掃描。XY平臺12的位置由電子束輻射位置檢測器13檢測。當(dāng)使用光學(xué)精密測距裝置作為電子束輻射位置檢測器13時，可以使測量電子束輻射的精度達(dá)到100埃。當(dāng)用電子束沿一條線移動來掃描第一測試樣品時，在被測試的第一樣品中產(chǎn)生的電流由電流放大器21和A/D轉(zhuǎn)換器22測量作為第一電流波形，并且該第一電流波形與從電子束輻射位置檢測器13的輸出得到的第一電子束輻射位置的坐標(biāo)一起儲存在第一存儲器23中。對在另一芯片的相同圖形位置處的第二被測試樣品進(jìn)行類似的測量，并且將第二電流波形與從電子束輻射位置檢測器13的輸出得到的第二電子束輻射位置的坐標(biāo)一起儲存在第二存儲器24中。然后，波形比較器25檢測第一和第二信號波形的差異，并且缺陷芯片判定裝置26將該差異與從數(shù)據(jù)庫27讀出的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。當(dāng)該差異小于基準(zhǔn)值時，可判定為被測試樣品是正常的。相反，當(dāng)該差異大于基準(zhǔn)值時，則判定被測試樣品是有缺陷的，并將與該缺陷位置相應(yīng)的電子束輻射位置的坐標(biāo)儲存在缺陷位置存儲器28中。缺陷位置輸出裝置29將缺陷位置存儲器28中儲存的信息通過網(wǎng)絡(luò)輸出至圖象顯示器或其它裝置中。
圖3顯示了本發(fā)明的該實施例及其它實施例中被測試的第一樣品與第二樣品之間的位置關(guān)系。圖4顯示了其放大的部分。在單個基片上形成兩個測試樣品1和2，并與最后要被切開為兩塊芯片的區(qū)域相對應(yīng)。通過用一稱為stepper的曝光裝置制造半導(dǎo)體LSI，相鄰芯片之間的間隔和芯片內(nèi)的布局是相同的。即，由將原點(0，0)設(shè)置為第一測試樣品1的一角的相對坐標(biāo)表示的芯片內(nèi)的布局與由將原點(0，0)設(shè)置為第二測試樣品2的一角的相對坐標(biāo)表示的芯片內(nèi)的布局是極為一致的。因此，當(dāng)比較這些區(qū)域并且其差異超過了某個基準(zhǔn)時，這些區(qū)域可被認(rèn)為是包含缺陷的。在本發(fā)明中，可以只要知道通過用這種比較來指定有缺陷接觸孔的位置，而不必從CAD數(shù)據(jù)得到被測試樣品的布局信息。
在圖3中，兩個測試樣品是位于同一塊半導(dǎo)體晶片上分開布設(shè)的位置處的芯片。但是，兩個測試樣品可以是同時形成在單個半導(dǎo)體晶片上的多個芯片中的任何兩個芯片。盡管被相對測試的兩個芯片根據(jù)情況而不同，一般情況下將相鄰芯片之一或位于通常獲得正常產(chǎn)品的特定位置處的芯片之一選擇為第一測試樣品，然后順序改變第二測試樣品來進(jìn)行測試。用電子束判定正?；蛴腥毕莸慕佑|孔采用了在測試樣品被電子束輻射時產(chǎn)生的電流的幅值和/或極性。為了簡化說明，下面的說明是以因為在有缺陷接觸孔的底部有腐蝕殘留物存在，所以對有缺陷接觸孔觀察的電流遠(yuǎn)小于對正常接觸孔觀察的電流這一假設(shè)為基礎(chǔ)的。
圖5a顯示了根據(jù)圖1所示測試裝置實施例的測試?yán)姓Ｐ酒臏y試區(qū)域；圖5b顯示了根據(jù)圖1所示測試裝置實施例的測試?yán)杏腥毕菪酒臏y試區(qū)域。在圖5a和5b中，被測試的接觸孔用A，B，C，D，E，F(xiàn)，G表示，同時顯示了當(dāng)這些接觸孔被電子束輻射時產(chǎn)生的電流最大值。電子束掃描的行號示于圖5a和5b的左側(cè)，用數(shù)字1至7表示。這些圖中右側(cè)的字母W表示每個掃描中電子束的寬度。在這個例子中，被測試的接觸孔的大小假定為不變的，例如都為0.15微米，如同在普通的半導(dǎo)體器件中那樣。一般而言，半導(dǎo)體器件中接觸孔的間隔比接觸孔的直徑長，這是由于半導(dǎo)體器件的曝光技術(shù)和腐蝕技術(shù)的限制所造成的。在該例子中，接觸孔是隨機(jī)布設(shè)的，沒有固定的規(guī)律性。
在圖5a和5b所示的例子中，圖5a所示的正常芯片的接觸孔A，B，C，D，E，F(xiàn)和G的最大電流值分別是10，9，10，7，9，6，和9而圖5b顯示的缺陷芯片的最大電流值分別是10，9，10，7，9，6和1。因此，顯然接觸孔G是有缺陷的。在圖5a和5b中，顯示了當(dāng)在第6次電子束掃描中用電子束輻射接觸孔G時觀察到的并且與電子束掃描位置對應(yīng)的電流值。
該測試方法將更詳細(xì)地予以說明。
首先，使芯片(即測試樣品)位置的坐標(biāo)與執(zhí)行電子束輻射位置的坐標(biāo)一致。因為作為測試樣品的最先進(jìn)的器件的接觸孔的大小是0.2微米或更小，所以要執(zhí)行位置精度高于1000埃數(shù)量級的對準(zhǔn)，這樣就可以復(fù)制該位置坐標(biāo)。為了實現(xiàn)這一目的，使用形成在晶片上的對準(zhǔn)標(biāo)記。
有一些使用對準(zhǔn)標(biāo)記的方法。其中之一是，使用在通常的半導(dǎo)體工藝中所用的掩模對準(zhǔn)的對準(zhǔn)標(biāo)記。該對準(zhǔn)標(biāo)記通過氧化膜或金屬膜形成在基片的表面，并被用設(shè)置在半導(dǎo)體器件測試裝置中的掃描顯微鏡轉(zhuǎn)換為二次電子圖形。因為圖像中的位置是用電子束正確輻射的位置，所以電子束掃描系統(tǒng)的位置坐標(biāo)系是使得對準(zhǔn)標(biāo)記的位置為電子束掃描系統(tǒng)的原點。
作為另一種不使用掃描顯微鏡的方法，有一種測量流經(jīng)對準(zhǔn)標(biāo)記的電流的方法。在這種情況下，具有與被測試樣品相似結(jié)構(gòu)的對準(zhǔn)掩模被另外制備。對準(zhǔn)標(biāo)記的尺寸可以與測試樣品的接觸孔的相似。為了提高測量精度，對準(zhǔn)標(biāo)記可以比樣品中的接觸孔小。與接觸孔的測試原理類似，當(dāng)電子束輻射除對準(zhǔn)標(biāo)記以外的其它位置時觀察到的電流小，而當(dāng)電子束輻射對準(zhǔn)標(biāo)記的位置時，則觀察到的電流增加。因為，當(dāng)用電子束輻射的位置與對準(zhǔn)標(biāo)記一致時，所觀察到的電流變?yōu)樽畲?，觀察到的電流變?yōu)樽畲螅^察到最大電流的位置被用作與對準(zhǔn)標(biāo)記相一致的位置。
在完成對準(zhǔn)后，用具有矩形橫截面的垂直電子束沿行1從左到右掃描第一測試樣品的形成有接觸孔的表面區(qū)域。該電子束的矩形橫截面的較長邊的尺寸與接觸孔直徑相一致。當(dāng)電子束到達(dá)測試區(qū)邊緣時，電子束輻射位置在垂直于掃描方向的方向上移動W，沿行2重復(fù)電子束的掃描。該掃描可以沿S形的路徑進(jìn)行，或者也可以在返回到起始位置后從左向右進(jìn)行。電子束垂直移動的量被設(shè)置為與接觸孔直徑基本相等的值。
沿3，4，5，6，7行的掃描也類似地進(jìn)行，以覆蓋整個被測試的樣品。正常樣品和缺陷樣品之間進(jìn)行比較的定時與在半導(dǎo)體器件測試裝置中設(shè)置的存儲器容量有關(guān)。當(dāng)每行都進(jìn)行比較時，使用能夠儲存與一掃描行相應(yīng)的電流波形的存儲器是足夠了。當(dāng)在整個正常芯片的測量后測到了缺陷芯片時，存儲容量必須足以保存整個芯片的信息。但是為了提高測試速度，最好采用具有足夠大容量能儲存整個芯片的信息、并可適合于將缺陷芯片的信息與正常芯片的信息進(jìn)行比較的存儲器，因為將電子束輻射位置在芯片之間移動一個物理距離是相當(dāng)費時的。
假定作為這種測試的結(jié)果，當(dāng)電子束在沿第6行掃描中輻射位置變?yōu)榕c接觸孔G相應(yīng)的位置時，具有最大值為9的電流在一個樣品中被觀察到，而當(dāng)電子束在沿第6行掃描中輻射位置變?yōu)榕c接觸孔G相應(yīng)的位置時，在其它測試樣品中觀察到具有最大值為1的電流，如圖5所示。在這種情況下，顯然其它樣品的接觸孔G是有缺陷的?？梢酝ㄟ^由電子束輻射位置檢測器13測量的電子束輻射位置來得到缺陷位置。
這樣，根據(jù)該實施例，即使不知道測試樣品接觸孔位置，也可以檢測有缺陷的接觸孔并指出該有缺陷的接觸孔的位置。
圖6a和6b至圖9a和9b顯示了由圖1所示的半導(dǎo)體器件測試裝置所執(zhí)行測試的其它例子，其中圖6a、圖7a、圖8a和圖9a顯示了正常芯片測試區(qū)域的例子，而圖6b、圖7b、圖8b和圖9b顯示了缺陷芯片測試區(qū)域的例子。盡管在圖5的測試?yán)又?，電子束的寬度被設(shè)為基本等于形成在測試樣品中接觸孔的直徑，但圖6a至9b所示的測試?yán)又须娮邮膶挾缺辉O(shè)為大于形成在測試樣品中的接觸孔的直徑，從而可以用電子束同時輻射形成在測試樣品中的接觸孔。詳細(xì)地說，在這些例子中的電子束的矩形截面部分在掃描方向上具有100埃的長度，其寬度為幾微米。此外，在完成一次掃描后，電子束被垂直于掃描方向移動該電子束寬度的距離，然后進(jìn)行第二次掃描。
在圖6a和6b所示的例子中，通過用電子束同時輻射多個隨機(jī)布設(shè)的相同大小的接觸孔來進(jìn)行測試。在掃描方向上電子束截面的邊長非常小，而在垂直于掃描方向上電子束截面的邊長則足以覆蓋多個接觸孔。電流值為幾皮安至幾納安。為了簡化說明，在圖6a和6b所示的例子中同時掃描兩個接觸孔。在接觸孔右側(cè)給出的數(shù)字顯示當(dāng)用電子束輻射時流經(jīng)該接觸孔的電流的最大值。
在顯示出一正常的芯片的圖6a所示的測試?yán)又?，?dāng)電子束到達(dá)接觸孔D時電流開始流動，而當(dāng)電子束到達(dá)接觸孔B時，測量的電流變?yōu)榱鹘?jīng)接觸孔D和B的電流和。當(dāng)電子束通過接觸孔D的區(qū)域時，則電流減小，而電子束通過接觸孔D的區(qū)域時，電流變?yōu)榱恪Ａ硪环矫?，在顯示包含有一個缺陷接觸孔D的芯片的圖6b所示的測試?yán)又?，在電子束到達(dá)接觸孔D的位置測量的電流是非常小的。即，在正常和有缺陷的芯片中形成有相同接觸孔圖形的位置處的兩個電流波形是彼此不同的。另一方面，在正常和有缺陷的芯片中形成有正常接觸孔圖形的位置處的電流波形是彼此相同的。因此，可以象圖5a和5b所示的測試?yán)幽菢訖z測有缺陷的接觸孔和指出有缺陷的接觸孔的位置。
當(dāng)用電子束輻射多個接觸孔，并且如果缺陷芯片的接觸孔位置偏離其正確位置時，則由于對于各測量位置分別測量各接觸孔產(chǎn)生的電流，因此正常和有缺陷的芯片之間的電流波形差異很大。所以就能夠通過波形比較來檢測有缺陷的接觸孔。
圖7a和7b顯示了多個接觸孔垂直交迭的測試?yán)?。根?jù)本發(fā)明的測試原理，電子束輻射產(chǎn)生的電流值等于在同時被電子束輻射的接觸孔中產(chǎn)生的電流之和。因此，當(dāng)接觸孔位置重迭時測量的電流值變?yōu)楫?dāng)這些接觸孔被分別用電子束輻射時產(chǎn)生的電流之和。在圖7a所示的正常芯片的測試?yán)又?，?dāng)電子束到達(dá)接觸孔B和D時觀察到最大電流值為17，而在圖7b所示的缺陷芯片的測試?yán)又校畲箅娏髦祪H為11。因此，在正常芯片和缺陷芯片之間的電流波形有很大的差異，從而檢測到存在有缺陷的接觸孔。
圖8a和8b顯示了在一列中具有不同大小的接觸孔的情況下的測試?yán)印．?dāng)使用在圖7a和7b所示例子中的線形電子束時，測量的電流值變?yōu)橛秒娮邮椛涓鹘佑|孔所產(chǎn)生的電流之和。在該例子中，流經(jīng)圖8a所示的正常芯片的正常接觸孔A的電流為10，而流經(jīng)圖8b所示的缺陷芯片的有缺陷接觸孔A的電流為1。因此，當(dāng)電子束到達(dá)位置A時在正常芯片和缺陷芯片之間存在電流波形差異。因為從接觸孔A貢獻(xiàn)的電流小，接著觀察到的電流波形也相應(yīng)變小。因為在一列中具有不同尺寸的接觸孔的情況下，即使同時測試接觸孔，在正常芯片和缺陷芯片之間也存在著電流波形的差異，從而能夠檢測出有缺陷的接觸孔。
圖9a和9b顯示了在接觸孔A、B、C、D有隨機(jī)的不同尺寸的情況下測試的例子。在該例子中，假定缺陷芯片的接觸孔C是如圖9b所示有缺陷的。當(dāng)用與在先前例子中所用一樣的電子束掃描該芯片時在正常芯片的位置B的電流變化量與在缺陷芯片的位置B的電流變化量是不同的，如圖9a和9b所示。
圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置構(gòu)成的框圖；圖11是用圖10所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行器件測試的流程圖。
圖10中所示的半導(dǎo)體器件測試裝置與第一實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置不同之處在于，圖10所示的半導(dǎo)體器件測試裝置包括，在第一實施例的波形比較器25位置具有脈沖檢測器31和32以及瞬時電流比較器33，從電子槍11發(fā)射的電子束具有細(xì)長的橫截面，其尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接觸孔的直徑。
當(dāng)在具有底部為均勻的接觸孔的測試樣品中產(chǎn)生的電流通過用電子束輛射來測量時，通常底部每單位面積產(chǎn)生的電流量是相同的。因此，并不總是要為了判定接觸孔的質(zhì)量而用電子束一次輻射整個接觸孔。鑒于此，在本實施例中使用的電子束采用點狀電子束的形式，其橫截面直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接觸孔的直徑。點狀電子束的相鄰掃描線之間的距離基本上等于接觸孔的直徑。當(dāng)用上述條件下的電子束垂直輻射測試樣品來對其進(jìn)行掃描時，在掃描正常接觸孔部分時得到脈沖電流。此外，通常情況下，即使用電子束掃描正常接觸孔，在該電子束通過一個接觸孔期間流過的總電流取決于電子束通過的接觸孔的位置。但是，在電子束掃描得到的電流波形的中心位置處測得的瞬時電流值不管電子束通過的接觸孔位置如何都是相同的。鑒于此，在該實施例中，檢測脈沖電流的上升沿和下降沿，得到在波形的中央位置測得的瞬時電流值，并將該瞬時電流值與用電子束輻射測試樣品的位置一起儲存。通過比較從測試樣品得到的瞬時電流值與所儲存的正常接觸孔的瞬時電流值相比較，就可以判定接觸孔的質(zhì)量。
圖12a和12b顯示了使用圖10所示第二實施例對與圖5a和5b所示被測試樣品類似的樣品執(zhí)行測試的例子。其中圖12a顯示了正常接觸孔的測試區(qū)域，而圖12b顯示了有缺陷的接觸孔的測試區(qū)域。在圖12a和圖12b中，顯然，因為在與正常芯片的接觸孔F的中間位置對應(yīng)的位置b測量的瞬時電流值和在缺陷芯片的接觸孔F的中間位置對應(yīng)的位置d測量的瞬時電流值是相同的，正常芯片和缺陷芯片的接觸孔F是正常的接觸孔，并且，因為在與正常芯片的接觸孔G的中間位置對應(yīng)的位置a測量的瞬時電流值和在缺陷芯片的接觸孔G的中間位置對應(yīng)的位置c測量的瞬時電流值是不同的，則判定正常芯片和缺陷芯片的接觸孔G之一是有缺陷的接觸孔。
該測試方法將更詳細(xì)地予以說明。
在與第一實施例相似地完成對準(zhǔn)之后，正常測試樣品的形成接觸孔的表面區(qū)域被用垂直電子束從左到右地沿線1進(jìn)行掃描，該電子束與接觸孔的直徑相比足夠細(xì)。當(dāng)電子束到達(dá)測試區(qū)域的邊緣時，在與掃描方向垂直的方向上將電子束輻射位置移動W距離，沿線2重復(fù)地進(jìn)行電子束掃描。該掃描可以沿S形路徑進(jìn)行，或是在返回到初始位置后從左向右進(jìn)行。電子束的垂直位移量W被設(shè)為與接觸孔直徑基本相等的值。
類似地沿線3，4，5，6和7掃描，以覆蓋整個測試樣品。
通過將電子槍11固定在一個特定位置并將XY平臺12相對于電子槍11的位置移動，來進(jìn)行電子束的掃描。XY平臺12的位置由電子束輻射位置檢測器13檢測。當(dāng)使用光學(xué)精密測距裝置作為電子束輻射位置檢測器13時，可以使測量電子束輻射的精度達(dá)到100埃。當(dāng)用電子束沿一條線移動來掃描第一測試樣品時，在被測試的第一樣品中產(chǎn)生的電流由電流放大器21和A/D轉(zhuǎn)換器22測量作為第一電流波形，并且該第一電流波形與從電子束輻射位置檢測器13的輸出得到的第一電子束輻射位置的坐標(biāo)一起儲存在第一存儲器23中。對在另一芯片的相同圖形位置處的第二被測試樣品進(jìn)行類似的測量，并且將第二電流波形與從電子束輻射位置檢測器13的輸出得到的第二電子束輻射位置的坐標(biāo)一起儲存在第二存儲器24中。
如前所述，在第一實施例中，兩個測試樣品的質(zhì)量是通過將電子束到達(dá)接觸孔位置時兩個測試樣品產(chǎn)生的電流進(jìn)行比較來判定的。但是，當(dāng)在第二實施例中用細(xì)的電子束時，測試樣品的質(zhì)量是由接觸孔中央位置的電流值，即，脈沖波形中央的瞬時值來判定的。因此，屬于第一電流波形的脈沖的上升沿和下降沿的位置由脈沖檢測器31檢測，以得到屬于第一電流波形的脈沖的中央位置，并提取在該位置測量的瞬時電流值。然后，屬于第二電流波形的脈沖上升沿和下降沿的位置由脈沖檢測器32檢測，以得到屬于第一電流波形的脈沖的中央位置，并提取在該位置測量的瞬時電流值。然后，在相互對應(yīng)的位置處獲得的瞬時電流值是通過瞬時電流比較器33來比較的。當(dāng)瞬時電流值不同時，在該位置處的接觸孔是有缺陷的，并被儲存在缺陷位置存儲器28中。
如前所述，在圖5a和5b所示的測試?yán)又?，在?次掃描中，當(dāng)電子束到達(dá)與第一測試樣品的接觸孔G對應(yīng)的位置時觀察到的最大電流為9，而當(dāng)電子束到達(dá)與第二測試樣品的接觸孔G對應(yīng)的位置時觀察到的最大電流為1。因此，判定第二測試樣品的接觸孔G是有缺陷的。但是，在第二實施例中，因為在位置a和c處測量的瞬時電流值是不一樣的，如圖12a和圖12b所示，所以判定為其中一個接觸孔G有缺陷。
圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置構(gòu)成的框圖，圖14是用圖13所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行器件測試的流程圖。
根據(jù)本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置與第一或第二實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置不同之處在于，在第一實施例的波形比較器25位置處或在第二實施例的具有脈沖檢測器31和32以及瞬時電流比較器33的位置處，具有脈沖積分器41和42以及積分值比較器43，并且芯片的質(zhì)量通過流經(jīng)各接觸孔的電流來判定。
從兩個測試樣品獲得的電流波形與它們的位置信息一起暫時儲存在存儲器23和24中。暫時儲存的信息由脈沖積分器41和42積分。積分值比較器43對該積分值進(jìn)行相互比較。通過將比較結(jié)果與從數(shù)據(jù)庫27中儲存的信息作對照，來判定測試樣品的質(zhì)量。將與判斷為有缺陷的波形相應(yīng)的位置的坐標(biāo)儲存在缺陷位置存儲器28中，并從缺陷位置輸出裝置29輸出至圖象顯示器、打印機(jī)或網(wǎng)絡(luò)等中。
圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置構(gòu)成的框圖；圖16是用圖15所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行器件測試的流程圖。
根據(jù)第四實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置與第一至第三實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置不同之處在于，圖15所示的半導(dǎo)體器件測試裝置在A/D轉(zhuǎn)換器22和缺陷判定裝置26之間包括存儲器51，脈沖積分器52，脈沖寬度檢測器53，除法器54和存儲器55，并且是根據(jù)流經(jīng)接觸孔的單位面積的電流來判定的。
在第四實施例中，測量的電流波形儲存在存儲器51中，并且從一屬于該電流波形的一個脈沖的上升沿到下降沿的電流通過脈沖積分器52進(jìn)行積分，以得到在該脈沖中流過的總電流。與此同時，從一脈沖波形的上升沿到下降沿所測量的寬度L(其等于接觸孔的橫跨距離)用脈沖寬度檢測器53檢測。然后，用除法器54將總電流除以寬度L的平方。根據(jù)該算術(shù)運算，可以得到流經(jīng)接觸孔單位面積的電流，而與電子束掃描的軌跡無關(guān)。缺陷判定裝置26將每個單位面積的電流值與先前獲得并儲存在數(shù)據(jù)庫中的基準(zhǔn)值相比較，并根據(jù)每個單位面積的電流值與基準(zhǔn)值的差異來判定芯片的質(zhì)量。
圖17a和17b是用于解釋第四實施例測試原理的附圖。因為，在本發(fā)明中，可以不用從例如CAD中得到的位置坐標(biāo)而指出有缺陷接觸孔的位置，并不總是用測試中所使用的電子束輻射整個接觸孔。圖17a顯示了電子束通過接觸孔整個區(qū)域的覆蓋率為100％的情況，而圖17b顯示了電子束通過接觸孔一半?yún)^(qū)域的覆蓋率為50％的情況。流經(jīng)具有固定尺寸的正常接觸孔的電流值是恒定的。根據(jù)從所測量的與一個接觸孔對應(yīng)的電流波形的脈沖上升沿到下降沿的總電流，可以知道電子束通過的正常接觸孔的區(qū)域。
在判定接觸孔質(zhì)量時與被測量電流相比較的基準(zhǔn)值是正常接觸孔每單位面積的電流值。因此，通過相同步驟加工的其它晶片的芯片的接觸孔值、從測試圖形或用諸如仿真等方法估計的值可以用作基準(zhǔn)值。特別是，因為在第四實施例中基準(zhǔn)值是為其它晶片的芯片的接觸孔得到的值，當(dāng)在半導(dǎo)體器件的工藝開發(fā)初期在一晶片內(nèi)具有正常接觸孔的半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率很低時，使用該第四實施例。
圖18顯示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置構(gòu)成的框圖；圖19是用圖18所示的半導(dǎo)體器件測試裝置進(jìn)行器件測試的流程圖。
根據(jù)第五實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置與第四實施例的半導(dǎo)體器件測試裝置不同之處在于，圖18所示的半導(dǎo)體器件測試裝置與存儲器51，脈沖積分器52，脈沖寬度檢測器53，除法器54和存儲器55并行地還具有存儲器61，脈沖積分器62，脈沖寬度檢測器63，除法器64和存儲器65，并且還包括一除法器66，用于將儲存在存儲器55中的電流值除以儲存在存儲器65中的電流值，以及用在單個襯底上的多個芯片進(jìn)行比較測試。
第五實施例可用于產(chǎn)量在一定程度上穩(wěn)定的批量生產(chǎn)的工廠中。如同在第四實施例中一樣，通過用電子束輻射第一和二測試樣品所得到的電流波形被分別儲存在存儲器51和61中。然后，從屬于該電流波形的一個脈沖的上升沿到下降沿的電流波形通過脈沖積分器52和62分別進(jìn)行積分，以得到在該脈沖內(nèi)的總電流值。另一方面，從脈沖波形的上升沿到下降沿所測量的寬度L(其等于接觸孔的橫跨距離)用脈沖寬度檢測器53和63分別加以檢測。然后，用除法器54和64分別將脈沖積分器52和62得到的總電流除以寬度L的平方。根據(jù)該算術(shù)運算，可以得到流經(jīng)接觸孔單位面積的電流值，而與電子束掃描的軌跡無關(guān)。在從第一和第二測試樣品得到的值被分別儲存在存儲器55和65中后，儲存在存儲器中的值被除法器66進(jìn)一步相互執(zhí)行除法運算。缺陷判定裝置26將除法器66的輸出與基準(zhǔn)值相比較。該基準(zhǔn)值定義了芯片之間的可允許差異。當(dāng)在一位置處的比較結(jié)果是大于基準(zhǔn)值時，則判定在該位置有缺陷。因此，該位置的缺陷被儲存在缺陷位置存儲器28中，并通過缺陷位置輸出裝置29輸出至圖象顯示器、打印機(jī)和/或網(wǎng)絡(luò)中。
圖20顯示了對第二實施例的改進(jìn)，以當(dāng)用細(xì)電子束執(zhí)行測試時顯著提高測試速度。在此改進(jìn)中，提供用于副掃描的電子束偏轉(zhuǎn)器17，對測試樣品的副掃描與XY平臺12執(zhí)行的主掃描同時進(jìn)行，以確定晶片的位置。
通過移動XY平臺12執(zhí)行主掃描。但是，目前難以在超過1米/秒的速度下穩(wěn)定地移動XY平臺12。因為電流測量的測試是以很高的速度進(jìn)行的，測試速度的上限由掃描速度限定。鑒于此，在與主掃描方向垂直的方向上與主掃描同時進(jìn)行高速的副掃描，以便提高測試速度。因為副掃描是通過將電子束偏轉(zhuǎn)來進(jìn)行的，該副掃描的速度是XY平臺12移動速度的數(shù)萬倍。當(dāng)副掃描的距離小時，可以利用通常的電子束偏轉(zhuǎn)器，因為電子束的入射角基本上等于90度，并且對測試沒有影響。當(dāng)副掃描的距離大時，采用平行移動電子束的移束器(beamshifter)。
圖21顯示了電子束掃描軌跡的例子。在該例子中，當(dāng)主掃描在固定方向上低速進(jìn)行時，在固定的距離內(nèi)往復(fù)地進(jìn)行高速的副掃描。在主掃描方向上的往復(fù)平行副掃描的間隔基本上等于被測試接觸孔的直徑。因此，在與主掃描速度與副掃描速度之積對應(yīng)的速度下對測試樣品進(jìn)行掃描，從而可以大大提高測試速度。
圖22至圖24顯示了對具有芯片的器件的測試方法例子。該芯片包括隨機(jī)布置有接觸孔的區(qū)域和一塊以有規(guī)律的間隔布置元件的陣列區(qū)域，圖22是將該陣列區(qū)域與其它區(qū)域分開地測試的方法流程圖，圖23顯示了接觸孔布局的一個例子；圖24是接觸孔位置空間分布的功率譜圖。
在諸如SOC器件中，提供有陣列區(qū)域，其中用于存儲器等以及任意的邏輯電路的接觸孔以有規(guī)律的間隔沿一長距離布置。如果該器件只包括此陣列區(qū)域，則常規(guī)的通過同時用電子束輻射多個接觸孔來獲得缺陷率的高速測試方法是可以被采用的。但是，這種測試不能被用于隨機(jī)邏輯的情況。根據(jù)圖22的流程圖所示的方法，從測試樣品中自動提取陣列區(qū)域，而不用來自CAD等的布局信息，并且陣列區(qū)域和其它區(qū)域是分開測試的。
即，通過用在垂直于掃描方向的方向上具有基本等于或小于接觸孔直徑的寬度的電子束測試第一測試樣品得到電流波形。利用這種電子束，可以檢測沿掃描方向存在的接觸孔。暫時儲存接觸孔的位置，然后，每隔一定的特定部分(例如幾十或幾百微米)，就對接觸孔位置的空間分布進(jìn)行頻率分析?？梢缘玫饺鐖D24所示的功率頻譜的位置依賴關(guān)系。因為在互相關(guān)性強的區(qū)域中功率也大，所以檢測到在該區(qū)域存在陣列。相反，相關(guān)性小于1的區(qū)域表示隨機(jī)邏輯區(qū)域。在陣列部分的測試速度可以通過采用常規(guī)的高速測試方法來提高，以通過用電子束同時輻射多個接觸孔得到缺陷率。
圖25和圖26顯示了用電流波形的位置信息判定接觸孔質(zhì)量的方法，其中圖25是其流程圖而圖26是由該方法獲得的測試?yán)印Ｔ谠摲椒ㄖ?，掃描第一測試樣品以得到電流波形，并判定第一測試樣品中的接觸孔位置，這和前一例子一樣。然后，掃描第二測試樣品以得到電流波形，并判定第二測試樣品中的接觸孔位置。比較被測量的接觸孔位置，當(dāng)位置偏差大于固定值時，將接觸孔確定為有缺陷的。與此同時，將該位置儲存在存儲器中。
在所述實施例中，電子束具有細(xì)的矩形截面。但是，本發(fā)明可以采用具有與細(xì)長矩形不同的其它截面長度和/或結(jié)構(gòu)的電子束。例如，根據(jù)測試對象的不同，可使用圓形、橢圓形或正方形截面的電子束。此外，用電子束的區(qū)域不總是連續(xù)的。盡管電子束輻射的強度優(yōu)選在被同時輻射的區(qū)域內(nèi)是恒定的，如果電子束強度等于或高于固定值，則可進(jìn)行比較測試。為了執(zhí)行更精確的測量，電子束輻射的分布優(yōu)選為已知的?？梢赃B續(xù)或斷續(xù)地進(jìn)行電子束的輻射。并不總是需要用電子束掃描不同的位置。可以通過覆蓋其小部分來掃描區(qū)域。可以根據(jù)被測試的樣品來選擇電子束的加速電壓和/或注入電流。電子束輻射位置檢測器可以是任何能夠檢測能夠根據(jù)距離相應(yīng)地改變的物理量的檢測器，例如光學(xué)檢測器、利用電磁波的檢測器、利用電阻的檢測器、利用電容的檢測器或根據(jù)量子力學(xué)的測量裝置。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明，通過比較流經(jīng)各測試樣品的電流測量值來判定測試樣品。因此，不需要將接觸孔的狀態(tài)顯示為二次電子圖象，并且不需要用于二次電子圖象顯示的復(fù)雜設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，可以不用CAD數(shù)據(jù)而測試隨機(jī)布設(shè)的接觸孔質(zhì)量。因為不需要在裝置間交換大量的CAD數(shù)據(jù)，在大存儲器和CPU之間的大量數(shù)據(jù)傳遞就不需要了，從而可以提高測試速度。此外還可以減小存儲器容量。另外，即使當(dāng)接觸孔隨機(jī)地布設(shè)，也可以同時進(jìn)行多個接觸孔的測試，從而可以提高測試速度。
在本發(fā)明中，可以在測試中獲得電子束所穿過的接觸孔的有效信息而與其位置無關(guān)，而且也不是總需要用電子束輻射接觸孔的特定位置。因為接觸孔的質(zhì)量是利用接觸孔的位置信息來測試的，即使當(dāng)不能一直僅從接觸孔底部的變化得到明確的測試結(jié)果時，該測試也是可行的。
一般而言，與多個接觸孔隨機(jī)布設(shè)以及將陣列式接觸孔和隨機(jī)布設(shè)接觸孔混合布設(shè)在一塊芯片上的情況相比，可以容易地提高在一陣列中設(shè)置有多個接觸孔的情況下的測試速度。在本發(fā)明中，通過在開始測試時預(yù)先檢測接觸孔的布置、從被測量電流的頻率分布中估計一接觸孔按陣列方式排列的區(qū)域、以及根據(jù)被估計信息選擇最佳測試方法，可以提高測試速度。
在采用電子束的副掃描的情況下，可以提高有效掃描的速度，從而可以進(jìn)一步提高測試速度。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件測試裝置，包括電子束輻射裝置，用于通過用電子束來掃描被測試的測試樣品來輻射所述測試樣品；和電流測量裝置，用于測量由電子束輻射在所述測試樣品中產(chǎn)生的電流，所述半導(dǎo)體器件測試裝置的特征在于，包括存儲裝置，用于當(dāng)由所述電子束輻射裝置移動電子束的輻射位置時，將所述電流測量裝置所測量的多個所述測試樣品中每一個的電流值的變化與所述電子束輻射位置對應(yīng)地作為電流波形來儲存；和比較裝置，用于將從多個所述測試樣品中得到的電流波形與儲存在所述存儲裝置中的電流波形相比較，并當(dāng)所儲存的電流波形之間存在的差異超過預(yù)定值時，輸出與所述一個測試樣品上的位置相關(guān)的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述存儲裝置儲存一塊晶片上的兩個所述測試樣品的電流波形，并且所述比較裝置將所述兩個測試樣品中一個的電流波形與另一個測試樣品的電流波形進(jìn)行比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述電子束輻射裝置將電子束的寬度設(shè)置為基本上等于在所述測試樣品中形成的接觸孔的直徑，并且，將電子束設(shè)置為，在用電子束沿掃描線掃描所述測試樣品后，使電子束沿下一條掃描線掃描所述測試樣品，所述下一條掃描線在垂直于所述掃描線的方向上與所述掃描線偏離與電子束寬度相等的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述電子束輻射裝置將電子束的束寬度設(shè)置為小于在所述測試樣品中形成的接觸孔直徑，并且將電子束設(shè)置為，在用電子束在掃描線方向上掃描所述測試樣品后，使電子束沿下一條掃描線掃描所述測試樣品，所述下一條掃描線在垂直于所述掃描線方向的方向上與所述掃描線偏離基本上等于所述接觸孔直徑的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述電子束輻射裝置將電子束寬度值設(shè)置為使電子束足以同時覆蓋形成在所述測試樣品中的多個接觸孔，并且，將電子束設(shè)置為，在用電子束沿掃描線掃描所述測試樣品后，使電子束沿下一條掃描線掃描所述測試樣品，所述下一條掃描線在垂直于所述掃描線的方向上與所述掃描線偏離與電子束寬度相等的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述電子束輻射裝置將電子束寬度設(shè)置為使得電子束輻射包含所述測試樣品中形成的多個接觸孔的區(qū)域，并且，將電子束設(shè)置為，在用電子束沿掃描線掃描所述測試樣品后，使電子束沿下一條掃描線掃描所述測試樣品，所述下一條掃描線在垂直于所述掃描線的方向上與所述掃描線偏離與電子束寬度相等的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述電子束輻射裝置包括主掃描裝置，用于使用電子束通過移動所述測試樣品來掃描所述測試樣品，還包括副掃描裝置，用于在所述主掃描裝置進(jìn)行掃描的過程中，將電子束偏轉(zhuǎn)到不同于所述主掃描方向的方向上。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述比較裝置包括用于比較多個所述測試樣品的瞬時電流值的裝置，所述測試樣品的瞬時電流值在由某種電路圖形所產(chǎn)生的電流波形的上升沿和下降沿之間的中間位置處測量。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述比較裝置包括用于對某種電路圖形所產(chǎn)生的電流波形從上升沿到下降沿進(jìn)行電流積分的裝置，用于將來自所述積分裝置的積分結(jié)果除以在電流波形的上升沿和下降沿之間距離的除法裝置，以及平均值比較裝置，用于將所述除法裝置所得到的商進(jìn)行比較。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述比較裝置包括積分值比較裝置，用于將與相同電路圖形位置所對應(yīng)的電流波形積分，并比較該積分的電流值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，還包括用于在移動電子束輻射位置時對測量的電流波形進(jìn)行頻率分析的裝置，以及用于將在每個具有相同頻率成份的區(qū)域中得到電流波形的位置進(jìn)行分組的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，還包括用于與頻率成份相應(yīng)地設(shè)置每個分組區(qū)域的測試方法的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件測試裝置，其中所述比較裝置包括用于計算在一電流波形中所包含的上升沿和下降沿之間的中間位置作為接觸孔的中心位置的裝置，和用于比較兩個測試樣品所計算的兩個接觸孔的兩個中心位置以獲得相對位置的裝置。
14.一種半導(dǎo)體器件測試方法，利用當(dāng)用電子束輻射測試樣品時產(chǎn)生的電流來確定半導(dǎo)體器件的質(zhì)量，所述半導(dǎo)體器件測試方法包括如下步驟當(dāng)在與電子束的矩形橫截面的較長邊的方向垂直的掃描方向上進(jìn)行電子束掃描時，用該電子束輻射第一測試樣品，其中所述電子束具有矩形的橫截面，并且該矩形較長邊等于接觸孔的直徑，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔直徑相等的距離，將用電子束輻射所述第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形，與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；當(dāng)具有矩形橫截面的電子束在掃描方向上進(jìn)行電子束掃描時，用該電子束輻射形成在與所述第一測試樣品為同一電路圖形的第二測試樣品，所述電子束矩形橫截面的長邊等于第二測試樣品中形成的接觸孔直徑，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔直徑相等的距離，將用電子束輻射所述第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形，與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；和將第一電流波形與第二電流波形相比較，并在第一和第二電流波形之間的差異超過預(yù)定值時提取與該差異對應(yīng)的位置的坐標(biāo)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件測試方法，其中每次當(dāng)電子束的主掃描在第一方向進(jìn)行了與所述測試樣品中包含的接觸孔直徑相應(yīng)的距離時，在與執(zhí)行電子束主掃描的第一方向不同的第二方向上或是在與第二方向相反的第三方向上執(zhí)行定量的掃描。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件測試方法，其中至少對第一和第二電流波形之一進(jìn)行頻率分析，并將在每個具有相同頻率成份的區(qū)域中獲得電流波形的位置分組。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件測試方法，其中根據(jù)頻率成份設(shè)置被分組區(qū)域的測試方法。
18.一種半導(dǎo)體器件測試方法，利用電子束輻射測試樣品所產(chǎn)生的電流，該測試方法包括如下步驟當(dāng)在一個固定方向上進(jìn)行電子束掃描時，用該電子束輻射第一測試樣品，其中電子束具有小于形成在所述第一測試樣品中的接觸孔直徑的寬度，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔直徑相等的距離，將用電子束輻射所述第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；當(dāng)在掃描方向上用具有矩形橫截面的電子束進(jìn)行掃描時，用電子束輻射形成在與所述第一測試樣品具有相同電路圖形的第二測試樣品，其中電子束具有小于接觸孔直徑的寬度，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔直徑相等的距離，將用電子束輻射所述第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；和提取在與同一電路圖形相應(yīng)的第一和第二電流波形的上升沿和下降沿之間的中心位置處的瞬時電流值，并將瞬時電流值相互比較，并在瞬時電流值之間的差異超過預(yù)定值時提取與該差異對應(yīng)的位置的坐標(biāo)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件測試方法，其中每次當(dāng)電子束的主掃描在第一方向進(jìn)行了與所述測試樣品中包含的接觸孔直徑相應(yīng)的距離時，在與執(zhí)行電子束主掃描的第一方向不同的第二方向或是在與第二方向相反的第三方向上執(zhí)行定量的副掃描。
20.一種半導(dǎo)體器件測試方法，利用電子束輻射測試樣品時產(chǎn)生的電流，所述測試方法包括如下步驟當(dāng)在與電子束的矩形橫截面的較長邊方向垂直的方向上進(jìn)行電子束掃描時，用電子束同時輻射形成在第一測試樣品中的多個接觸孔，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與電子束較長邊長度相等的距離，將用電子束輻射所述第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形，與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；當(dāng)在所述掃描方向上進(jìn)行電子束掃描時，用電子束同時輻射形成在與所述第一測試圖形具有相同電路圖形的所述第二測試樣品中的多個接觸孔，其中電子束具有矩形的橫截面，將掃描位置在與電子束的矩形橫截面較長邊方向垂直的方向上移動與接觸孔直徑相應(yīng)的距離，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與電子束矩形橫截面相應(yīng)的距離，將用電子束輻射所述第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形，與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；和將相同電路圖形位置處的第一電流波形與第二電流波形相比較，并在其間的差異超過預(yù)定值時提取與該差異相應(yīng)位置的坐標(biāo)。
21.一種半導(dǎo)體器件測試方法，利用電子束輻射測試樣品時產(chǎn)生的電流，所述測試方法包括如下步驟用電子束同時輻射第一測試樣品的含有多個接觸孔的區(qū)域來對該第一測試樣品進(jìn)行掃描，每當(dāng)完成一行掃描，就在與掃描方向垂直的方向上將掃描位置移動與接觸孔的直徑相等的距離，將用電子束輻射所述第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值，作為第一電流波形與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；用電子束同時輻射形成在與所述第一測試樣品相同的電路圖形中的所述第二測試樣品的含有多個接觸孔的區(qū)域，每當(dāng)完成一行掃描，就在與所述掃描方向垂直的方向上將所述掃描位置移動與接觸孔的直徑相等的距離，將用電子束輻射所述第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；和將第一電流波形與第二電流波形分別積分，并對第一電流波形的積分值與第二電流波形的積分值進(jìn)行比較，并在積分值之間的差異超過預(yù)定值時，提取對應(yīng)于該差異的位置的坐標(biāo)。
22.一種半導(dǎo)體器件測試方法，利用電子束輻射測試樣品時產(chǎn)生的電流，所述測試方法包括如下步驟將用電子束輻射所述測試樣品以對其進(jìn)行掃描時在所述測試樣品中產(chǎn)生的電流值作為電流波形與該電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存；將包含在電流波形中的脈沖從上升沿到下降沿之間的電流積分；將積分后的電流除以電流波形中從上升沿到下降沿之間的距離；將相除后的商與預(yù)先儲存的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果確定所述測試樣品的質(zhì)量。
23.一種半導(dǎo)體器件測試方法，利用電子束輻射測試樣品時流經(jīng)該樣品的電流，包括如下步驟用電子束輻射形成在電路圖形中的第一測試樣品來對所述第一測試樣品進(jìn)行掃描，將用電子束輻射所述第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存，將包含在電流波形中的相應(yīng)電流波形從上升沿到下降沿之間的電流積分，將積分后的電流除以電流波形中從上升沿到下降沿之間的距離，以得到第一平均值；用電子束輻射形成在電路圖形中的第二測試樣品來對所述第二測試樣品進(jìn)行掃描，將用電子束輻射所述第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存，將包含在電流波形中的相應(yīng)電流波形從上升沿到下降沿之間的電流積分，將積分后的電流除以該電流波形中從上升沿到下降沿之間的距離，以得到第二平均值；通過比較商值與預(yù)先儲存的基準(zhǔn)值來確定測試樣品的質(zhì)量。
24.一種半導(dǎo)體器件測試方法，利用電子束輻射測試樣品時產(chǎn)生的電流，包括如下步驟用電子束輻射第一測試樣品來對所述第一測試樣品進(jìn)行掃描，將用電子束輻射所述第一測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第一電流波形、與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存，計算包含在電流波形中的相應(yīng)電流波形的上升沿和下降沿之間的中間位置，作為接觸孔的中心位置；用電子束輻射第二測試樣品來對所述第二測試樣品進(jìn)行掃描，將用電子束輻射所述第二測試樣品時產(chǎn)生的電流值作為第二電流波形、與電子束輻射的位置對應(yīng)地儲存，計算包含在電流波形中的相應(yīng)電流波形的上升沿和下降沿之間的中間位置，作為接觸孔的中心位置；將得到的所述第一測試樣品的接觸孔中心位置與得到的所述第二測試樣品的接觸孔中心位置相比較，并且當(dāng)中心之間的差異大于預(yù)定值時提取差與該差異對應(yīng)的位置的坐標(biāo)。
全文摘要
用電子束在掃描測試樣品時對一測試樣品和另一測試樣品的輻射,將測試樣品中產(chǎn)生的電流值作為電流波形與電子束輻射的位置相應(yīng)地儲存,并比較電流波形,來檢測被測試樣品的缺陷位置。
文檔編號G01R31/305GK1333466SQ0111618
公開日2002年1月30日 申請日期2001年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月30日
發(fā)明者山田惠三 申請人:日本電氣株式會社