JPH09264935A - 電子ビーム検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被試験試料の解析には非常に長い時間と手間が
必要であつた。 【解決手段】被試験試料のレイアウト情報に試験パター
ン情報を入力して得られる演算結果をレイアウト情報に
重ねることによりＳＥＭ画像の比較対象となる基準画像
を求めるようにする。このように基準とする被試験試料
のＳＥＭ画像を実際に取得することにより基準画像を決
定するのでなく、演算により求めるようにしたことによ
り、従来に比して被試験試料の解析を短時間で終わらせ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 発明の属する技術分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 発明の実施の形態 （１）原理（図１） （２）電子ビーム検査装置の構成（図２〜図５） （３）他の実施例 発明の効果

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は電子ビーム検査装置
に関する。特に半導体チツプ内に形成された集積回路の
配線に印加されている電圧の状態を測定するものに適用
して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より、半導体チツプの不良箇所を解
析する装置としてＥＢＴ（Electron Beam Tester）が知
られている。このＥＢＴは、テスターから半導体チツプ
に特定の検査パターン信号（以下、ベクターという）を
与えることにより配線電位を「Ｈ」又は「Ｌ」に固定
し、固定された電位の状態を電子ビームの走査によりＳ
ＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像として取り
出すものである。なお不良解析の際には、当該ＥＢＴを
用いて良品及び不良品のそれぞれに同一のベクターを与
えて２枚のＳＥＭ画像を得、当該２枚のＳＥＭ画像を比
較することにより不良箇所を特定するようになされてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでＥＢＴによつ
て検査できるのは一度に１つの半導体チツプに限られる
ため、不良解析の際には良品の半導体チツプについてＳ
ＥＭ画像を得る工程と、不良品の半導体チツプについて
ＳＥＭ画像を得る工程とを設けなければならない。とこ
ろがかかる検査の際に対象となる半導体チツプの交換に
は非常に時間がかかるという問題があつた。

【０００５】すなわち２枚のＳＥＭ画像を得るために
は、一方のＳＥＭ画像が得られた段階でチヤンバ内を真
空状態から常圧に戻し、半導体チツプの交換後、チヤン
バ内を再度真空状態に戻してＳＥＭ画像の取得にかかる
動作を実行するといつた一連の動作が必要であり、１箇
所につき２枚のＳＥＭ画像を得るためだけの作業に約15
分も時間が必要であつた。ところが通常、不良解析にお
いて必要となる良品及び不良品それぞれについてのＳＥ
Ｍ画像は１組（すなわち２枚）で済まず、数十組から 1
00組以上のＳＥＭ画像を取得する必要があつた。このよ
うに１つの半導体チツプの不良箇所を検査するのに大変
な手間と時間が必要とされるというのが現実である。

【０００６】この他、ＥＢＴは、動作環境の違い（例え
ば電源電圧Ｖ_CCが 5.0〔Ｖ〕のときと 3.0〔Ｖ〕のとき
の違い）に基づく不良品の解析にも用いられるが、この
場合でも検査対象となる半導体チツプの交換にかかる一
連の処理が必要とされないだけであり、好ましい動作環
境下におけるＳＥＭ画像と好ましくない動作環境下にお
けるＳＥＭ画像との２種類を取得しなければならず、約
5分の時間が一箇所の検査に必要であつた。

【０００７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来に比して短時間で検査を終了することができる
電子ビーム検査装置を実現しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、被試験試料のレイアウト情報と試
験パターン情報とを演算することによりＳＥＭ画像取得
時の被試験試料の電位の分布を求め、当該演算結果をレ
イアウト情報に重ねることにより基準画像を生成するよ
うにする。このように基準画像を演算によつて求めるこ
とにより、基準とする被試験試料のＳＥＭ画像を実際に
取得する必要がなく、その分解析時間を短縮することが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施例を詳述する。

【００１０】（１）原理 この実施例で説明する電子ビーム検査装置は、テスター
と論理シユミレータとをインターフエース（例えばGPIB
（General Purpose Interface Bus ）インターフエー
ス）を介して接続することにより相互に通信可能な状態
とし、テスターから半導体チツプに与えられるベクター
の内容に基づいてＳＥＭ画像の取り込み対象となつてい
る箇所のあるべき電位の状態を論理シユミレーシヨンに
よつて求められるようにしたことを特徴としている。

【００１１】そして電子ビーム検査装置では、かかる論
理シユミレーシヨンによつて求めた結果をレイアウト上
に重ね、実際に取り込まれるＳＥＭ画像と比較する基準
画像を生成するようにしたことを特徴としている。すな
わち図１（Ａ）に示すＳＥＭ画像が電子ビームの走査に
よつて取り込まれている間に、対応するレイアウト上の
位置の電位状態を図１（Ｂ）に示すように演算によつて
求めて基準画像とするのである。このようにすると実際
にＳＥＭ画像を取り込むのは常に１種類だけで良く、従
来例のように検査対象を交換したり動作環境を変えてＳ
ＥＭ画像を取り込まなくて済むようになされている。因
に１枚のＳＥＭ画像を得るのは約３分で済むので処理時
間は格段的に短縮される。

【００１２】なお図１（Ｃ）は実際に得られたＳＥＭ画
像と基準画像との差像を表している。また図中、黒色の
部分は電位が「Ｈ」レベルに張り付いた部分を表してお
り、白色の部分は電位が「Ｌ」レベルに張り付いた部分
を表しており、密な斜線で示された部分は電位が時間的
に変動して一定していない部分を表している。図１では
縦に伸びる３本のクロツクラインが該当する。そして粗
な斜線で示されている部分が配線等の設けられていない
部分である。続いてかかる原理を用いた電子ビーム検査
装置の構成例を示す。

【００１３】（２）電子ビーム検査装置の構成 図２にかかる電子ビーム検査装置の構成例を示す。電子
ビーム検査装置１は、検査対象である半導体チツプ２を
電子ビームによつて照明しながら走査し、そこから戻つ
てくる２次電子を検出することによりＳＥＭ画像及び測
定電圧を得る装置本体３と、半導体チツプ２にベクター
を与えて検査するテスター４と、装置本体３の検出結果
を信号処理する信号処理部５とで構成されている。

【００１４】このうち装置本体３は、現在一般的に使用
されている装置構成とほぼ同じ構成でなり、半導体チツ
プ２を２次元面内で移動させる２次元移動ステージ３Ａ
と、当該２次元移動ステージ３Ａに搭載された半導体チ
ツプ２に電子ビームを射出する電子銃３Ｂと、電子ビー
ムを偏向して走査させる走査偏向器３Ｃと、電子レンズ
３Ｄと、２次電子を検出する検出器３Ｅとで構成されて
いる。なお装置本体３は、ＳＥＭ画像の取り込み時、テ
スター４から入力されたベクターを半導体チツプ２に与
えて検査領域にある配線の電位の状態を固定する一方、
ベクターの内容をインターフエースを介して信号処理部
５に与えるようになされている。

【００１５】一方、信号処理部５は、ＳＥＭ画像格納部
５Ａと、システム全体を制御する制御計算機５Ｂと、半
導体チツプ２のレイアウト情報を格納しているレイアウ
ト登録／表示部５Ｃと、論理シユミレータ５Ｄと、比較
部５Ｅと、モニタ５Ｆとでなる。ここでＳＥＭ画像格納
部５Ａは、装置本体３から入力された検出信号に基づい
てＳＥＭ画像を生成しメモリ内に格納する他、装置本体
３で検出されたベクターの内容を制御計算機５Ｂに転送
するようになされている。なおＳＥＭ画像格納部５Ａ
は、制御計算機５Ｂから与えられる制御信号を装置本体
３に転送し、２次元移動ステージ３Ａや偏向器３Ｃを制
御するようになされている。

【００１６】レイアウト登録／表示部５Ｃは、登録され
ているレイアウトのうちＳＥＭ画像の取り出し対象とな
つている領域部分のレイアウトを読み出し、論理シユミ
レータ５Ｄの演算結果と重ねて基準画像を生成するよう
になされている。なおこのときレイアウト登録／表示部
５Ｃは、生成される基準画像の色分けがＳＥＭ画像と同
じ色分けになるように着色処理するようになされてい
る。

【００１７】論理シユミレータ５Ｄは、レイアウト登録
／表示部５Ｃから読み出したレイアウト情報に対してテ
スター４から与えられるベクターの内容に基づいて動作
状態をシユミレーシヨンする回路であり、現在ＳＥＭ画
像の取り込み対象となつている領域部分のシユミレーシ
ヨン結果（すなわち電位の分布状態）をレイアウト登録
／表示部５Ｃに与えるようになされている。

【００１８】さて比較部５Ｅは、ＳＥＭ画像格納部５Ａ
から読み出したＳＥＭ画像と、レイアウト登録／表示部
５Ｃから読み出した基準画像とを比較し、差像を検出す
る回路であり、当該差像をＳＥＭ画像及び基準画像と共
にモニタ５Ｆに出力するようになされている。かくして
モニタ５Ｆには図１（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すよ
うな３種類の画像が表示されるようになつている。

【００１９】以上の構成において、電子ビーム検査装置
１による検査時の処理の流れを図３を用いて説明する。
なおここでは、検査対象である半導体チツプ２のレイア
ウト情報が既にレイアウト登録／表示部５Ｃに格納され
ているものとする。さてステツプＳＰ１から処理が開始
される。すると次のステツプＳＰ２において、テスター
４から図４（Ａ）に示す半導体チツプ２の各入力端子Ａ
０〜ＡＮには図４（Ｂ）に示す検査信号、すなわちベク
ターが時間順次に与えられ、出力端子Ｄ０〜ＤＮから出
力される信号の値が入力に応じた正しい値になつている
か否かの確認動作が実行される。

【００２０】用意されている全てのベクターについて検
査が終了すると、電子ビーム検査装置１による処理はス
テツプＳＰ３の処理段階に移り、予め予定された出力と
一致しない出力が現れたピン番号とその誤りが現れたベ
クターの番号（すなわちパターン番号）とが求められ
る。例えば図４（Ｂ）の時間ｔにおいて入出力関係が一
致しなかつた場合、この時間ｔのベクター番号が求めら
れる。このようにピン番号とベクター番号とが求められ
ると、処理はステツプＳＰ４とステツプＳＰ５及びＳＰ
６とで与えられる並列処理に移る。なおこの段階で、こ
れから検査対象となるピン番号とベクター番号（すなわ
ちベクターの内容）との情報はテスター４から信号処理
部５の制御計算機５Ｂ側に伝送される。

【００２１】まずステツプＳＰ４の処理から説明する。
このとき制御計算機５Ｂは誤りが検出された出力端子付
近をＳＥＭ画像の取り込み位置として特定し、当該位置
のＳＥＭ画像を取り出せるように装置本体３に２次元移
動ステージ３Ａの駆動情報を出力する。位置決めが終わ
ると、電子ビームの射出及び偏向器３Ｃによる偏向が開
始され、２次電子の出現分布から図５（Ａ）に示すよう
なＳＥＭ画像が取り込まれる。なおこのＳＥＭ画像の取
り込み処理は必要に応じ、取り込み領域を少しづつ移動
させながら数枚から数十枚のＳＥＭ画像が連続的に求め
られる。

【００２２】一方、ステツプＳＰ５及びＳＰ６では、ス
テツプＳＰ４と並列して、制御計算機５Ｂが特定するベ
クターについて論理シユミレーシヨンを実行し、制御計
算機５Ｂで特定された領域部分の電位がどのようになる
かを求める。そして当該領域部分のどの配線の電位がど
のようになるかが求められると、レイアウト登録／表示
部５Ｃは当該結果をレイアウトに重ねて表示し、図５
（Ｂ）に示すような基準が像を得る。この場合にも必要
に応じて取り込み領域を少しづつ移動させながら数枚か
ら数十枚の基準画像が連続的に求められる。なお各基準
画像についての演算処理はＳＥＭ画像を取り込んでいる
間に終了するのでＳＥＭ画像の取り込みにかかる以上時
間がかかることはない。

【００２３】このように、これらＳＥＭ画像と基準画像
を取得するのに要する時間は、例えば20枚のＳＥＭ画像
を得る場合にも 3〔分〕×20〔枚〕＝60〔分〕で良い。
因に従来のように良品と不良品を交互に交換しながらチ
ヤンバ内の真空状態を切換えてＳＥＭ画像を取得する場
合には同じ20〔枚〕のＳＥＭ画像を得るにも15〔分〕×
20〔枚〕＝ 300〔分〕必要であつたので処理時間は格段
的に短縮される。

【００２４】ステツプＳＰ４とステツプＳＰ５及びＳＰ
６の処理が終了すると、ステツプＳＰ７において、ＳＥ
Ｍ画像と基準画像との比較処理が比較部５Ｅで実行さ
れ、その差像がモニタ５Ｆ上に表示されることになる。
例えば図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す３本の配線のうち左
端の配線のように、本来「Ｈ」レベルであるにも係わら
ず「Ｌ」レベルになつている場合にはこの部分に差像が
表示されることになる。従つて作業者はかかる差像が現
れなくなる位置まで配線を遡ることにより誤りが出現す
る箇所を特定することができる。

【００２５】以上の構成によれば、ＳＥＭ画像と比較す
る基準画像を論理シユミレーシヨンによつて求めるよう
にしたので、半導体チツプ上の各位置について求めるＳ
ＥＭ画像は常に１枚で良く、検査に要する時間を短縮す
ることができる。また複数箇所についてＳＥＭ画像と基
準画像とを比較をしなければならない場合にも検査対象
である不良品の半導体チツプを所定位置に取り付けたま
ま連続して検査を実行できるので検査が短時間で済むだ
けでなく、解析処理をスムーズに実行できる。

【００２６】また従来、配線や回路が複雑に配置される
半導体チツプの不良箇所を解析するには解析対象となる
半導体チツプの回路について熟知していることが必要と
されてたが、本実施例の場合には効率良く検査を進める
ことができるので設計者でなくとも半導体チツプの解析
が可能となる。また同様に解析者の技能によらず統一し
た検査結果が得られるため従来に比して検査結果の信頼
性を向上させることができる。

【００２７】さらにまた解析対象となる配線が半導体チ
ツプの深部に位置するために良品の半導体チツプであつ
てもその電位の分布状態が検出するのが極めて難しいよ
うな場合でも、本実施例によれば、良品が採るべき正確
な電位の分布状態を必ず得ることができるので基準画像
の信頼性を向上でき、解析処理による信頼性を一段と高
めることができる。

【００２８】（３）他の実施例 なお上述の実施例においては、動作環境が同じにも係わ
らず入出力関係が良品と異なることになる不良品の動作
解析処理を例に電子ビーム検査装置１による検査時の処
理の流れを説明したが、動作環境を変更して行うマージ
ン検査（例えば電源電圧Ｖ_CCを５〔Ｖ〕と３〔Ｖ〕とで
変更して行う検査）の場合にも同様に行うことができ
る。このマージン検査の場合には、本来の動作環境に比
して劣悪な動作環境に設定された半導体チツプ２につい
てＳＥＭ画像を求め、当該ＳＥＭ画像と演算により求め
た理想環境下での基準画像とを比較すれば必要な検査を
実行することができる。この場合にも理想環境下でＳＥ
Ｍ画像を取り込む必要がないので、一段と短い時間で解
析処理を実行することができる。

【００２９】また上述の実施例においては、モニタ５Ｆ
上にＳＥＭ画像と基準画像だけでなくその差像について
も表示する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、差像については表示しない場合にも適用し得る。こ
の場合、ＳＥＭ画像と基準画像との違いは解析者が目で
確認することになるが、ＳＥＭ画像と基準画像との取り
込みに要する時間自体、従来に比して短いので従来に比
して短時間で処理を進めることができる。

【００３０】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、ＳＥＭ画
像の比較対象となる基準画像を、被試験試料のレイアウ
ト情報に試験パターン情報を入力して解析することによ
つて得られる演算結果をレイアウト情報に重ねて求める
ことにより従来に比して被試験試料の解析が短時間で済
む電子ビーム検査装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子ビーム検査装置で用いる検査
原理の説明に供する略線図である。

【図２】本発明による電子ビーム検査装置の一例を示す
ブロツク図である。

【図３】本発明による電子ビーム検査装置によつて実行
される不良解析処理の一例を示すフローチヤートであ
る。

【図４】ベクターとその出力電圧との関係を示す信号波
形図である。

【図５】あるベクターについて得られるＳＥＭ画像と基
準画像との関係を示す略線図である。

【符号の説明】

１……電子ビーム検査装置、２……半導体チツプ、３…
…装置本体、３Ａ……２次元移動ステージ、３Ｂ……電
子銃、３Ｃ……走査偏向器、３Ｄ……電子レンズ、３Ｅ
……検出器、４……テスター、５……信号処理部、５Ａ
……ＳＥＭ画像格納部、５Ｂ……制御計算機、５Ｃ……
レイアウト登録／表示部、５Ｄ……論理シユミレータ、
５Ｅ……比較部、５Ｆ……モニタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームによつて被試験試料を走査し、
   当該電子ビームの照射位置より順次出現する２次電子を
   検出することにより、当該被試験試料の電位の分布をＳ
   ＥＭ画像として取り出すＳＥＭ画像取得部と、 上記被試験試料のレイアウト情報と、ＳＥＭ画像の取得
   の際に上記被試験試料に印加される試験パターン情報と
   に基づいて、上記ＳＥＭ画像が取得される時刻における
   上記被試験試料の電位の分布状態を演算により求め、演
   算結果を上記レイアウト情報に重ねることにより基準画
   像を生成する基準画像生成部とを具えることを特徴とす
   る電子ビーム検査装置。
2. 【請求項２】上記基準画像生成部は、上記基準画像の表
   示の際、電位の状態を上記ＳＥＭ画像と同じ表記で表示
   することを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム検査
   装置。
3. 【請求項３】上記ＳＥＭ画像取得部で得られた上記ＳＥ
   Ｍ画像と、上記基準画像生成部で生成された上記基準画
   像との差分を求め、当該差分を不良箇所として解析を進
   める信号処理部を具えることを特徴とする請求項１に記
   載の電子ビーム検査装置。