JP2003332396A - 半導体装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の検査方法では、半導体装置におけるビ
アプラグに対する配線のビアカバー量、重ね合わせずれ
量等のプロセスばらつきを高精度かつ簡便に検査できな
かった。 【解決手段】 ＳＥＭ式画像比較型検査装置において、
所定のパターンを有する被検査パターンとおよび参照パ
ターンの電位コントラスト画像を比較することにより、
二値化されているコントラストの一方のコントラストの
みを含む比較画像を生成し、当該比較画像のコントラス
トに基づく寸法を測定し、当該測定結果から、前記半導
体形成によりばらつきが生じる特性化寸法を解析する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の検
査方法に係る発明であって、特に、製造途中でビアカバ
ー量、重ね合わせずれ量およびショートマージン等の特
性化寸法を測定する半導体装置の検査方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、製品の品質を維持するため、ま
た、製造不良を早期検出するために、半導体装置の製造
過程において、半導体装置の検査が適宜行われている。
この検査方法として、特に製造過程でばらつきが生じ
る、ビアプラグに対する上層配線の接続関係（ビアカバ
ー量）や、配線間のショートマージン等を測定する方法
があり、この方法では、走査型二次電子顕微鏡（Ｓｃａ
ｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ：ＳＥＭ）や、光学的手法による重ね合わせ検査機が
複合的に用いられている。

【０００３】まず従来技術における、ビアプラグに対す
る上層配線の接続不良の検査方法を説明する。図２３
は、半導体装置の設計を示す断面図である。また、図２
４は、図２３の設計に基づいて実際に製造された半導体
装置の断面図を示す。

【０００４】図２３、２４において、１は下層配線、２
は層間絶縁膜、４は上層配線、３は下層配線１と上層配
線４とを電気的に接続するビアプラグであり、また、ａ
はビアカバー量、ｂはビアプラグ径、ｃは上層配線幅、
ｂ’はビアプラグ径の設計値であり、ａ’はビアカバー
量の設計値、ｃ’は上層配線幅の設計値、ｄ’はずれ量
（ビアプラグ径ｂ’の中心と上層配線幅ｃ’の中心との
距離）の設計値である。さらに、ｄは重ね合わせずれ量
であり、実際のパターン形成時に生ずる、ずれ量の設計
値ｄ’からのずれの量である。したがって、ｄ＋ｄ’が
実際に形成されたビアプラグ径ｂの中心と上層配線幅ｃ
の中心との距離である。

【０００５】なお設計段階において、ビアカバー量ａ’
を次のように定義する。つまり、ビアプラグ３の中心軸
に近い側の上層配線４の端部を第一の端部とし、当該第
一の端部が面していない側のビアプラグ３の端部を第二
と端部とすると、ビアカバー量ａ’は第一の端部から第
二の端部からの距離である（図２３参照）。

【０００６】ビアカバー量ａに関しては、上記設計時で
定義した端部において、第一の端部から第二の端部まで
の距離である（図２４参照）。

【０００７】以下、図２３、２４を用いて、ビアプラグ
３に対する上層配線４のビアカバー量ａの従来の検査方
法について説明する。

【０００８】図２３において、ビアプラグ３に対する上
層配線４のビアカバー量ａ’は、 ａ’＝（ｂ’＋ｃ’）／２−ｄ’ ・・・（１） で与えられる。

【０００９】これに対して、図２４において、ビアプラ
グ３に対する上層配線４のビアカバー量ａは、同様にし
て、 ａ＝（ｂ＋ｃ）／２−（ｄ’±ｄ） ・・・（２） で与えられる。

【００１０】したがって、式（２）−式（１）により、 ａ＝ａ’＋（ｂ−ｂ’）／２＋（ｃ−ｃ’）／２±ｄ ・・・（３） となり、実際に製造されたときのビアカバー量ａに関す
る式が得られる。ここで、設計段階における上層配線４
の中心を基準にして、実際に形成された上層配線４の中
心が左側方向にずれている場合は、「マイナス」であ
り、右側方向にずれている場合は、「プラス」である。

【００１１】したがって、ＳＥＭを用いてビアプラグ径
ｂ、上層配線幅ｃを測定し、光学的手法による重ね合わ
せ検査機を用いて重ね合わせずれ量ｄを測定することに
より、式（３）から間接的に、ビアプラグ３に対する上
部配線４のビアカバー量ａを測定することができる。

【００１２】このように、ビアカバー量ａを測定するこ
とによりビアプラブに対する上層配線の接続不良を検査
していた。

【００１３】また、従来技術における隣接する配線間不
良の検査方法であるが、これは、ＳＥＭを用いて隣接す
る上層配線４間のショートマージンを直接的に測定する
ことにより、検査を行っていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ビアカバー量
ａを求める際に用いられる光学的手法による重ね合わせ
検査機は、当該装置の性能上、誤差を無視できる程度に
は取り除くことができず、当該誤差により高精度にビア
カバー量ａを測定することができず、ビアプラグ３に対
する上層配線４の接続不良を正確に検査することができ
なかった。

【００１５】また、上層配線４間のショートマージンを
測定するにあたり、図２５のように上層配線４の幅が均
一であれば問題ないのだが、実際の製造では図２６のよ
うにテーパ（傾斜）を形成する。つまり、上層配線４の
トップ幅ｃ１よりもボトム幅ｃ２の方が大きく形成され
る。上記のようにテーパが形成されており、アスペクト
比が高い場合においては、上記のＳＥＭによる検査方法
ではボトム幅ｃ２が観測できなかった。

【００１６】また、図２７のダマシン構造においても、
上層配線４の底部が層間絶縁膜２内部に形成されている
ので、上記ＳＥＭによる検査方法では、同じくボトム幅
ｃ２を観測することができなかった。

【００１７】したがって、図２６、２７の場合、上層配
線４間不良の検査方法において、高精度に上層配線４間
のショートマージンを測定することができず、配線間の
不良を正確に検査することが困難であった。

【００１８】そこで、この発明は、プロセスばらつきが
生じる、ビアプラグに対する上層配線のビアカバー量や
（上層）配線間のショートマージン等のを高精度に測定
することができる半導体装置の検査方法を提供すること
を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る請求項１に記載の半導体装置の検査
方法は、所定の領域に一次電子線を照射することで発生
する二次電子を検出し、当該二次電子の強度に基づいて
生成した電位コントラスト画像を用いて半導体基板上に
形成途中の半導体装置を検査する検査方法において、
（ａ）所定のパターンを有する被検査パターンを用意す
る工程と、（ｂ）前記一次電子線を照射する主面上にお
いて、前記被検査パターンとパターンにおいて同じ構成
を有する参照パターンを用意する工程と、（ｃ）前記被
検査パターンの前記電位コントラスト画像を生成する工
程と、（ｄ）前記参照パターンの前記電位コントラスト
画像を生成する工程と、（ｅ）前記被検査パターンの電
位コントラスト画像と前記参照パターンの電位コントラ
スト画像とを比較することにより、比較画像を生成し、
当該比較画像を二値化する工程と、（ｆ）前記工程
（ｅ）において、二値化されたコントラストの一方のコ
ントラストのみを含む比較画像を生成する工程と、
（ｇ）前記一方のコントラストのみを含む比較画像のコ
ントラストに基づく寸法を測定する工程と、（ｈ）前記
工程（ｇ）の測定結果から、前記半導体装置の製造過程
によりばらつきが生じる特性化寸法を決定する工程と
を、備えている。

【００２０】また、請求項２に記載の半導体装置の検査
方法は、前記工程（ａ）は、線形の導電体と複数の第一
の導体とを有しており、前記線形の導電体は電位固定さ
れており、前記複数の第一の導体は、前記線形の導電体
と交差し、第一の傾きを有する第一の仮想直線上に一定
の間隔で点在している、被検査パターンを用意する工程
である。

【００２１】また、請求項３に記載の半導体装置の検査
方法は、前記工程（ａ）は、前記線形の導電体の線方向
に所定の間隔ずつ隔てて形成されている複数の第二の導
体をさらに有しており、前記第一の導体と前記第二の導
体とが各々電気的に接続されている、被検査パターンを
用意する工程である。

【００２２】また、請求項４に記載の半導体装置の検査
方法は、前記工程（ａ）は、複数のビアプラグを有して
おり、前記複数のビアプラグは、前記複数の第一の導体
である第一のビアプラグ群と、前記複数の第二の導体で
あり、かつ第二の傾きを有する第二の仮想直線上に一定
の間隔で点在している第二のビアプラグ群とを含んで構
成されている、被検査パターンを用意する工程である。

【００２３】また、請求項５に記載の半導体装置の検査
方法は、前記工程（ａ）は、前記第一の傾きと前記第二
の傾きとは同じ大きさであり、向きは反対である被検査
パターンを用意する工程であり、前記工程（ｂ）は、前
記主面上において、電位固定されていない参照パターン
を用意する工程である。

【００２４】また、請求項６に記載の半導体装置の検査
方法は、前記工程（ａ）は、前記第一の傾きと前記第二
の傾きとが方向、大きさ共に同じである被検査パターン
を用意する工程であり、前記工程（ｂ）は、前記主面上
において、電位固定されている参照パターンを用意する
工程である。

【００２５】また、請求項７に記載の半導体装置の検査
方法は、前記工程（ａ）は、前記第一および第二のビア
プラグ群の構成要素であるビアプラグ同士が電気的に接
続され、対のビアプラグを複数対形成し、前記複数対の
ビアプラグのうち電位固定しているビアプラグを一対備
えて構成されている、被検査パターンを用意する工程で
ある。

【００２６】また、請求項８に記載の半導体装置の検査
方法は、前記工程（ａ）は、前記第一の傾きと前記第二
の傾きとの大きさが異なっている被検査パターンを用意
する工程であり、前記工程（ｂ）は、前記主面上におい
て、電位固定されていない参照パターンを用意する工程
である。

【００２７】また、請求項９に記載の半導体装置の検査
方法は、前記工程（ａ）は、前記第一の傾きと前記第二
の傾きとの大きさが異なっている被検査パターンを用意
する工程であり、前記工程（ｂ）は、前記主面上におい
て前記線形の導電体に該当するパターンは電位固定され
ており、前記主面上において前記第一のビアプラグ群に
該当するパターンと前記第二のビアプラグ群に該当する
パターンとは電気的に独立である、参照パターンを用意
する工程である。

【００２８】また、請求項１０に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記複数のビアプラグと
して、前記線形の導電体の線方向に沿って一定の間隔で
点在している第三のビアプラグ群を、さらに含んで構成
し、前記第一〜三のビアプラグ群の構成要素であるビア
プラグの対応するもの同士が電気的に接続されている、
被検査パターンを用意する工程である。

【００２９】また、請求項１１に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記主面上に、前記複数
のビアプラグとそれぞれ接続しており、前記線形の導電
体とは接続していなくて、前記線方向の幅が同一であ
り、当該ビアプラグよりも面積が大きい、複数の孤立導
体を形成する工程を、さらに備えている。

【００３０】また、請求項１２に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、長さが一定の規則に基づ
いて変化している前記複数の孤立導体を形成する工程で
ある。

【００３１】また、請求項１３に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記線方向の幅が同一な
前記複数の第二の導体を備える被検査パターンを用意す
る工程であり、前記工程（ｂ）は、前記主面上におい
て、電位固定されていない参照パターンを用意する工程
である。

【００３２】また、請求項１４に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記線方向の幅が同一な
前記複数の第二の導体を備える被検査パターンを用意す
る工程であり、前記工程（ｂ）は、前記主面上において
前記線形の導電体に該当するパターンは電位固定されて
おり、前記主面上において前記第一の導体に該当するパ
ターンと前記第二の導体に該当するパターンとは電気的
に独立である、参照パターンを用意する工程である。

【００３３】また、請求項１５に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ｇ）は、前記一方のコントラスト
のみを含む比較画像に点在するコントラストを所定の集
合として認識し、当該集合の範囲の寸法測定をする工程
である。

【００３４】また、請求項１６に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ｈ）は、予め用意されている対応
表に基づいて前記特性化寸法を決定する工程である。

【００３５】また、請求項１７に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記複数の第二の導体に
おいて、前記線方向の前記第二の導体間の距離である縦
方向のずらし量は、前記第二の導体の前記線方向の幅よ
りも大きい、被検査パターンを用意する工程である。

【００３６】また、請求項１８に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記複数の第一の導体に
おいて、前記線方向と垂直な方向の前記第一の導体間の
距離である横方向のずらし量は、前記第一の導体の大き
さの１／１０未満である、被検査パターンを用意する工
程である。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、この発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、従来技
術で記した符号と同一符号のものは、同一または同等の
部材および変数を示している。また、本発明においてビ
アカバー量ａ、重ね合わせずれ量ｄおよび配線間ショー
トマージンを表すために用いる変数ｅ（変数ｅとは、隣
接する配線のボトム幅ｃ２同士が接触した瞬間におけ
る、トップ幅ｃ１間の距離のことである。以下、トップ
幅間距離と称す。）等を、まとめて特性化寸法と称す
る。

【００３８】本発明では、パターン欠陥の検出だけでな
く、電位コントラストの差異から判明する電位不良欠陥
（電位コントラスト欠陥）等を検出可能な、走査型二次
電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を基本としたＳＥＭ式画
像比較型検査装置が用いられている。図１は、ＳＥＭ式
画像比較型検査装置５００の構成を模式的に示す図であ
る。

【００３９】＜装置構成＞図１に示すように、ＳＥＭ式
画像比較型検査装置５００は、ＳＥＭ本体部ＳＥと、Ｓ
ＥＭ本体部ＳＥの各構成を制御する制御部ＳＣとを備え
ている。

【００４０】ＳＥＭ本体部ＳＥは、電子銃５０１、電子
銃５０１から放出される一次電子線５０２を収束させる
収束レンズ５０３、一次電子線５０２を試料上で収束さ
せる対物レンズ５０４、一次電子線５０２を走査する偏
光器５０５、試料を搭載するステージ５０７、試料から
放出される二次電子５１２を検出する二次電子検出器５
１３とを備え、ステージ５０７上には試料として半導体
装置５０８が搭載されている。

【００４１】また、制御部ＳＣは、偏光器５０５を制御
して一次電子線５０２を走査する一次電子線走査部５０
６、二次電子検出器５１３の出力を受ける画像取得部５
１４、画像取得部５１４で得られた電位コントラスト画
像を比較する画像比較部５１５、画像比較部５１５で生
成された比較画像のコントラストの寸法を測定するため
のコントラスト寸法測定部５１６、およびコントラスト
寸法測定部５１６の測定結果によりビアカバー量ａ等の
特性化寸法を解析する特性化寸法解析部５１７を備えて
いる。

【００４２】＜装置動作＞次に、ＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００の基本的な動作について、図１を参照して
説明する。

【００４３】電子銃５０１から放出された一次電子線５
０２は、収束レンズ５０３および対物レンズ５０４によ
り半導体装置５０８の被検査パターンに照射される。

【００４４】そして、一次電子走査線部５０６により制
御された偏光器５０５により一次電子線５０２が半導体
装置５０８上を走査する。前記走査と同期して二次電子
検出器５１３が、一次電子線５０２の照射を受けて半導
体装置５０８から放出される二次電子５１２を受ける。

【００４５】画像取得部５１４は、前述で受信した二次
電子５１２を二次電子強度として受け取る。画像取得部
５１４では、二次電子強度を輝度変調して被検査パター
ンの電位コントラスト画像を生成する。

【００４６】次に、検査領域を同じ半導体装置５０８上
に形成されている参照パターンに変更し、上記と同様な
処理を行う。これにより画像取得部５１４では、参照パ
ターンの電位コントラスト画像を生成する。

【００４７】さらに、画像比較部５１５では、被検査パ
ターンの電位コントラスト画像と参照パターンの電位コ
ントラスト画像とをコントラスト比較し、比較画像を生
成する。また、画像比較部５１５では、前記比較画像の
コントラストを二値化し、一方のコントラストのみを含
む比較画像を生成する。

【００４８】コントラスト寸法測定部５１６では、画像
比較部５１５で生成された、一方のコントラストのみを
含む比較画像のコントラストの寸法を、クラスタリング
機能と寸法測定機能とを用いて測定する。具体的に、比
較画像のコントラスト領域が複数存在するとき、クラス
タリング機能を用いて必要なコントラストを一つの集合
領域として再認識させ、前記集合領域の大きさを寸法測
定機能を用いて測定する。

【００４９】ここで、電位コントラスト画像および比較
画像がデジタル化されているので、容易な設定により、
画像比較部５１５での比較画像の生成、比較画像の二値
化、一方のコントラストのみを含む比較画像の生成、コ
ントラスト寸法測定部５１６でのコントラスト寸法測定
およびクラスタリング処理を自動的に行うことが可能で
ある。

【００５０】その後、特性化寸法解析部５１７では、コ
ントラスト寸法測定部５１６で測定された、一方のコン
トラストのみを含む比較画像のコントラストに基づく寸
法を自動的に解析し、特性化寸法（ビアカバー量ａ等）
を導出する。

【００５１】次に、ＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
の動作処理の流れについて、図２に示すフローチャート
を用いて説明する。

【００５２】まず、半導体装置５０８上に一次電子線５
０２が照射されるようにステージ５０７を移動する（ス
テップＳＴ１１）。

【００５３】次に、半導体装置５０８上の被検査パター
ン領域を一次電子線５０２で走査し、当該検査領域から
放出される二次電子５１２を二次電子検出器５１３で検
出することにより、被検査パターンの電位コントラスト
画像を生成する（ステップＳＴ１２）。

【００５４】次に、半導体装置５０８上の参照パターン
領域を一次電子線５０２で走査し、当該検査領域から放
出される二次電子５１２を二次電子検出器５１３で検出
することにより、参照パターンの電位コントラスト画像
を生成する（ステップＳＴ１３）。

【００５５】その後、画像比較部５１５において、被検
査パターンの電位コントラスト画像と参照パターンの電
位コントラスト画像とのコントラスト比較を行い、比較
画像を生成し、当該比較画像の二値化を行い、さらに、
一方のコントラストのみを含む比較画像を生成する（ス
テップＳＴ１４）。

【００５６】さらに、コントラスト寸法測定部５１６に
おいて、前記一方のコントラストのみを含む比較画像の
コントラストに基づく寸法を測定する（ステップＳＴ１
５）。

【００５７】最後に、特性化寸法解析部５１７におい
て、ステップＳＴ１５で測定されたコントラストに基づ
く寸法を元に、特性化寸法（ビアカバー量ａ等）の解析
を行い、導出する（ステップＳＴ１６）。

【００５８】以上の機能を備えたＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて、以下の各実施の形態において、
半導体装置５０８に形成されたビアプラグに対する上層
配線のビアカバー量ａ、重ね合わせずれ量ｄまたはトッ
プ幅間距離ｅ等を測定することによる半導体装置の検査
方法を具体的に説明する。

【００５９】＜実施の形態１＞本実施の形態では、ビア
プラグに対する上層配線のビアカバー量ａを高精度に測
定することを目的とする。具体的、本実施の形態では、
図３に示すように、設計段階としてｄ’＝０（ビアプラ
ブ３の径の中心と上層配線４の幅の中心とが一致）をデ
ザインしたときに、これを基に実際の半導体装置５０８
に形成されたビアプラグ３に対する上層配線４のビアカ
バー量ａと重ね合わせずれ量ｄを高精度に求めることを
目的とする。そのために、図４に示すテスト構造を設計
する。

【００６０】図４は、デザインされたテスト構造を上方
向から見た図である。図４において、１１は下層配線、
１２は第一の上層配線（線形の導電体）、１３は下層配
線１１と電気的に接続しているビアプラグ、１４は第一
の上層配線１２の電位を固定するための第一の電位固定
ビアプラグである。

【００６１】ここで、本発明では、第一の上層配線（線
形の導電体）１２の形成方向（線方向）をｙ軸とした右
手座標系を用いる。

【００６２】図４において、下層配線１１がｘ方向にス
トライプ状にデザインされており、第一の上層配線１２
がｙ方向にデザインされている。ここで、測定対象とな
るビアプラグ１３１が、その径の中心と第一の上層配線
１２の幅の中心とが一致（ｄ’＝０）するようにデザイ
ンされている。

【００６３】また、複数のビアプラグ１３が第一の上層
配線１２を対称軸として、対の状態でデザインされてい
る。ここで、対のビアプラグ１３は、お互いに下層配線
１１を介して電気的に接続されるように、また、ｙ方向
に進むにつれて、対のビアプラグ１３の一方と他方との
間の距離は、２ｓ（ｓを横方向のずらし量と称す）単位
で広がってデザインされている。つまり、対のビアプラ
グ１３は、所定の傾き（第一の傾き）の大きさを有する
第一の仮想直線上に一定の間隔で点在して配列する第一
のビアプラグ群１３ｆ（第一の導体）の構成要素となる
ビアプラグと、第一の仮想直線と大きさは同じであるが
向きが異なる傾きを有する第二の仮想直線上に一定の間
隔で点在して配列する第二のビアプラグ群１３ｇ（第二
の導体）の構成要素となるビアプラグとで構成されてい
る。また、測定対象となるビアプラグ１３１は、第一の
仮想直線と第二の仮想直線の交点に位置している。

【００６４】また、第一の電位固定ビアプラグ１４が第
一の上層配線１２と電気的に接続するようにデザインさ
れている。

【００６５】次に、図４に示す設計図に基づいてテスト
構造を実際に形成する。これが図５であり、以下、図５
に示すテスト構造を用いて説明する。

【００６６】ここで、図５（ａ）は、半導体装置５０８
を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターンで
の電位コントラスト画像を示す図である。また図５
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図５（ｃ）は、図５（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像と図５（ｂ）の参照パターンでの
電位コントラスト画像との比較画像から生成した、一方
のコントラストのみを含む比較画像を示す図である。

【００６７】まず、図５（ａ）の被検査パターン構造に
ついて具体的に説明する。

【００６８】はじめに、シリコン基板（図示せず）の主
面上には、層間絶縁膜（図示せず）がｚ軸方向に堆積さ
れている。この層間絶縁膜中には、図５（ａ）から分か
るように下層配線１１がｘ方向にストライプ状に形成さ
れている。ここで、下層配線１１は層間絶縁膜中に形成
されているので、点線にてその形状を図示している。

【００６９】また、層間絶縁膜表面上を貫通して下層配
線１１に達するように（ｚ軸方向に）、複数のビアプラ
グ１３が形成されている。これらのビアプラグ１３は、
一つの下層配線１１に対して、ｘ方向に対の状態で形成
されており、ｙ方向に進むにつれて、対の間隔は２ｓず
つ増加する。

【００７０】また、層間絶縁膜表面上に、第一の上層配
線１２がｙ方向に形成されている。ここで、設計時に
は、第一の仮想直線と第二の仮想直線との交点に測定対
象となるビアプラグ１３１がデザインされており、ビア
プラグ１３１の径の中心と第一の上層配線１２の中心軸
とが一致（ｄ’＝０）してデザインされていたが、実際
のテスト構造の形成時には、第一の仮想直線の傾きと第
二の仮想直線の傾きは変わらないが、両仮想直線の交点
に位置する測定対象となるビアプラグ１３１の径の中心
が、第一の上層配線１２の中心軸に対してｘ方向にｄだ
けずれて形成されている。したがって、ｄ’＝０でデザ
インされているので、ビアプラグ１３１の径の中心と第
一の上層配線１２の中心軸とのずれ量ｄが重ね合わせず
れ量ｄに該当する。

【００７１】さらに、第一の電位固定ビアプラグ１４
が、第一の上層配線１２とシリコン基板を電気的に接続
するようにｚ軸方向に形成されており、シリコン基板は
アースに接続されている。したがって、第一の上層配線
１２もアースに接続されることとなり、第一の上層配線
１２の電位はアース電位に固定される。ここで、第一の
電位固定ビアプラグ１４は第一の上層配線１２の下側に
位置しているので、点線にてその形状を図示している。

【００７２】上記構造において、下層配線１１上に形成
された複数のビアプラグ１３の一部が、第一の上層配線
１２とショートしている。

【００７３】次に、図５（ａ）の被検査パターンでの電
位コントラスト画像について具体的に説明する。

【００７４】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図５（ａ）の被検査パターンを観察すると（ス
テップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域（第一
の上層配線１２と電気的に接続されていない対のビアプ
ラグ１３ａ）は電気的にフローティング状態となるた
め、一次電子線５０２が照射された当該領域を正電位に
帯電させることができる。その結果、対のビアプラブ１
３ａからの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当
該領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【００７５】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線１２および、第一の上層配線１２
と電気的に接続している対のビアプラグ１３ｂ）は電荷
が帯電することがないので、当該領域上に一次電子線５
０２が照射されると、正常に二次電子５１２が発生し、
第一の上層配線１２および対のビアプラグ１３ｂは、明
るいコントラスト画像として認識される。

【００７６】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られるので、
第一の上層配線１２とビアプラグ１３の電位情報のみ反
映し、下層配線１１と第一の電位固定ビアプラグ１４の
電位情報は反映されない。

【００７７】次に図５（ｂ）の参照パターン構造につい
てであるが、これは、図５（ａ）の構造とほぼ同じであ
るが、第一の電位固定ビアプラグ１４が形成されていな
い点において図５（ａ）と異なる。

【００７８】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図５（ｂ）の参照パターンを観察
すると（ステップＳＴ１３）、電位が固定されていない
領域（第一の上層配線１２とビアプラグ１３）は電気的
にフローティング状態となるため、一次電子線５０２が
照射された当該領域を正電位に帯電させることができ
る。その結果、第一の上層配線１２およびビアプラグ１
３からの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当該
領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【００７９】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られるので、
第一の上層配線１２とビアプラグ１３の電位情報のみ反
映し、下層配線１１の電位情報は反映されない。

【００８０】上記のようにして得られた、図５（ａ）と
図５（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像比較
部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較は、
コントラストの差をとることにより行われる。すなわ
ち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パタ
ーンの電位コントラスト画像とを比較して、明るいコン
トラスト領域同士（または、暗いコントラスト領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが図５（ｃ）である。

【００８１】したがって、図５（ｃ）の比較画像におい
て、第一の上層配線１２および対のピアプラグ１３ｂ
は、明るいコントラストとしてそのまま残り、対のビア
プラグ１３ａは相殺される。

【００８２】次に、コントラスト寸法測定部５１６にお
いて、クラスタリング機能により、図５（ｃ）の比較画
像のコントラストのうち、ビアプラグに該当するすべて
のコントラストを含む最小限のｘ方向の距離を認識し、
当該コントラストのｘ方向の寸法を測定する（ステップ
ＳＴ１５）。

【００８３】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、測定対象となるビアプラグ１３１に対する第
一の上層配線１２の実際のビアカバー量ａを導出する
（ステップＳＴ１６）。具体的な解析方法は、以下の通
りである。

【００８４】図６は、ビアカバー量ａの導出を説明する
ための図である。

【００８５】図６のビアプラグに該当するすべてのコン
トラストを含む最小限のｘ方向の距離ｌは、 ｌ＝ｃ＋２ｂ＋２ｄ ・・・（４） で与えられる。ここで、ｃは第一の上層配線１２の幅で
あり、ｂはビアプラグ１３の径である。なお、本実施の
形態において、横方向のずらし量ｓを微小となるように
設計することにより、式（４）の導出に際し、ｌの測定
の対象となった対のビアプラグ１３の一方は、第一の上
層配線１２に接するように形成されていると近似した。
ここで、横方向のずらし量ｓの具体的な量として、ビア
プラグの径ｂの大きさの１/１０未満程度であれば、当
該近似は妥当とみなせる。

【００８６】式（４）において、ビアプラグ径ｂと第一
の上層配線幅ｃとを別途ＳＥＭで測定した値を代入し、
ｌとしてコントラスト寸法測定部５１６で測定した値を
代入することにより、重ね合わせずれ量ｄが求まる。

【００８７】したがって、式（２）により、ビアカバー
量ａの寸法を導出することができる。ここで、特性化寸
法解析部５１７において、上記式に基づいたコントラス
トの寸法と、ビアカバー量ａおよび重ね合わせずれ量ｄ
の対応表をデータベースとして予め記憶させておくこと
により、当該特性化寸法解析部５１７は自動かつ迅速に
特性化寸法の導出を行うことが可能となる。

【００８８】以上のようにして、比較画像のビアプラグ
に該当するすべてのコントラストを含む最小限のｘ方向
の寸法を測定することにより、重ね合わせずれ量ｄとビ
アカバー量ａとを求めることができる。よって、横方向
のずらし量ｓを微小に設計すればするほど、ビアカバー
量ａと重ね合わせずれ量ｄの精度は向上させることがで
きる。

【００８９】また、被検査パターンの電位コントラスト
画像と参照パターンの電位コントラスト画像から比較画
像を生成し、当該比較画像を二値化させることにより、
当該コントラストに基づく寸法測定が容易となり、設定
によっては自動での検査も可能となり、人的誤差が生じ
ることもない。

【００９０】ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につい
て考えたが、ｄ’が有限の値を持っていても良く、この
値は、設計値であり既知なので式（２）にその値を代入
するだけである。

【００９１】このように本実施の形態では、光学的手法
による重ね合わせ検査機を用いることなく、高精度にビ
アカバー量ａ等を測定することができるので、ビアプラ
グに対する第一の上層配線の接続不良の正確な検査が可
能となる。

【００９２】＜実施の形態２＞本実施の形態において
も、図３に示すように、設計段階としてｄ’＝０（ビア
プラブ３の径の中心と上層配線４の幅の中心とが一致）
をデザインしたときに、これを基に実際の半導体装置５
０８に形成されたビアプラグ３に対する上層配線４のビ
アカバー量ａを求めることを目的とする。そのために、
図７に示すテスト構造を設計する。

【００９３】図７は、デザインされたテスト構造を上方
向から見た図である。図７において、２１は下層配線、
２２は第一の上層配線（線形の導電体）、２３は下層配
線２１と電気的に接続しているビアプラグ、２４は第一
の上層配線２２の電位を固定するための第一の電位固定
ビアプラグである。

【００９４】図７に示しているように、第一の上層配線
２２がｙ方向にデザインされている。ここで、第一の上
層配線２２の幅は、実際に評価したい上層配線幅の２倍
の幅をデザインする。ここでの第一の上層配線２２のデ
ザインは、後の特性化寸法解析部５１７での解析時の便
宜上のものであり、後で算出されるビアカバー量ａの値
に影響しない。

【００９５】また、複数のビアプラグ２３は以下のよう
にデザインされている。

【００９６】複数のビアプラグ２３は、第一のビアプラ
グ群（第一の導体）２３ｆと第二のビアプラグ群（第二
の導体）２３ｇとから構成されている。ここで、第一の
ビアプラグ群２３ｆの構成要素となるビアプラグは、測
定対象となるビアプラグ２３１（第一の上層配線２２の
幅の中心軸とビアプラグ２３１の径の中心とが一致
（ｄ’＝０）するようにデザインされている）を含み、
お互いのビアプラグは、ｙ方向の距離ｔ（縦方向のずら
し量）の間隔毎に、ｘ方向に微小距離ｓ（横方向のずら
し量）ずつシフトさせてデザインされている。

【００９７】一方、第二のビアプラグ群２３ｇの構成要
素となるビアプラグにおいても、お互いのビアプラグ
は、ｙ方向の距離ｔ（縦方向のずらし量）の間隔毎に、
ｘ方向に微小距離ｓ（横方向のずらし量）ずつシフトさ
せてデザインされている。

【００９８】つまり、第一のビアプラグ群２３ｆは、所
定の傾き（第一の傾き＝ｔ／ｓ）を有する第一の仮想直
線上に一定の間隔でビアプラグが点在して配列されてお
り、第二のビアプラグ群２３ｇは、同じ傾き（ｔ／ｓ）
を有する第二の仮想直線上に一定の間隔でビアプラグが
点在して配列されている。ここで、第一のビアプラグ群
２３ｆから−ｘ方向に所定の距離だけ隔てて、第二のビ
アプラグ群２３ｇをデザインされている。

【００９９】後は、第一のビアプラグ群２３ｆを構成し
ているビアプラグと、第二のビアプラグ群２３ｇを構成
しているビアプラグとを電気的に接続するように下層配
線２１がｘ方向にストライプ状にデザインされている。
つまり下層配線にビアプラグが対となってデザインされ
ている。

【０１００】さらに、第一の電位固定ビアプラグ２４
が、第一の上層配線２２と接続するようにデザインされ
ている。

【０１０１】次に、図７に示す設計図に基づいてテスト
構造を実際に形成する。これが図８であり、以下、図８
に示すテスト構造を用いて説明する。

【０１０２】ここで、図８（ａ）は、半導体装置５０８
を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターンで
の電位コントラスト画像を示す図である。また図８
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図８（ｃ）は、図８（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像と図８（ｂ）の参照パターンでの
電位コントラスト画像との比較画像から生成した、一方
のコントラストのみを含む比較画像を示す図である。

【０１０３】まず、図８（ａ）の被検査パターン構造に
ついて具体的に説明する。

【０１０４】はじめに、シリコン基板（図示せず）の主
面上には、層間絶縁膜（図示せず）がｚ軸方向に堆積さ
れている。この層間絶縁膜中には、下層配線２１がｘ方
向にストライプ状に形成されている。ここで、下層配線
２１は層間絶縁膜中に形成されているので、点線にてそ
の形状を図示している。

【０１０５】また、層間絶縁膜表面上を貫通して下層配
線２１に達するように（ｚ軸方向に）、複数のビアプラ
グ２３が形成されている。ここで、複数のビアプラグ２
３は、図７で説明した関係で配列している、第一のビア
プラグ群２３ｆと第二のビアプラグ群２３ｇとで構成さ
れている。

【０１０６】また、層間絶縁膜表面上に、第一の上層配
線２２がｙ方向に形成されている。ここで、本実施の形
態では、図７でデザインされた通り、製造による重ね合
わせのずれが生じることなく（ｄ＝０）図８に示された
テスト構造が形成されている。つまり、図８において
も、測定対象となるビアプラグ２３１の径の中心と、第
一の上層配線２２の幅の中心軸とが一致している。

【０１０７】さらに、第一の電位固定ビアプラグ２４
が、第一の上層配線２２とシリコン基板とを電気的に接
続するようにｚ軸方向に形成されており、シリコン基板
はアースに接続されている。したがって、第一の上層配
線２２もアースに接続されることとなり、第一の上層配
線２２の電位はアース電位に固定される。ここで、第一
の電位固定ビアプラグ２４は第一の上層配線２２の下側
に位置しているので、点線にてその形状を図示してい
る。

【０１０８】上記構造において、下層配線２１上に形成
された複数のビアプラグ２３の一部が、第一の上層配線
２２とショートしている。

【０１０９】次に、図８（ａ）の被検査パターンでの電
位コントラスト画像について具体的に説明する。

【０１１０】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図８（ａ）の被検査パターンを観察すると（ス
テップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域（第一
の上層配線２２と電気的に接続していない対のビアプラ
グ２３ａ）は電気的にフローティング状態となるため、
一次電子線５０２が照射された当該領域を正電位に帯電
させることができる。その結果、対のビアプラグ２３ａ
からの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当該領
域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０１１１】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線２２および、第一の上層配線２２
と電気的に接続している対のビアプラグ２３ｂ）は電荷
が帯電することがないので、当該領域上に一次電子線５
０２が照射されると、正常に二次電子５１２が発生し、
第一の上層配線２２および対のビアプラグ２３ｂは、明
るいコントラスト画像として認識される。

【０１１２】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られるので、
第一の上層配線２２とビアプラグ２３の電位情報のみ反
映し、下層配線２１と第一の電位固定ビアプラグ２４の
電位情報は反映されない。

【０１１３】次に図８（ｂ）の参照パターン構造につい
てであるが、これは、図８（ａ）の構造とほぼ同じであ
るが、以下に示す点において図８（ａ）と異なる。

【０１１４】それは、図８（ｂ）には、下層配線２１の
電位を固定するための第二の電位固定ビアプラグ２５が
形成されているという点である。

【０１１５】第二の電位固定ビアプラグ２５は、下層配
線２１とシリコン基板を電気的に接続するようにｚ軸方
向に形成されており、シリコン基板はアースに接続され
ている。したがって、下層配線２１もアースに接続され
ることとなり、下層配線２１の電位はアース電位に固定
される。ここで、第二の電位固定ビアプラグ２５は下層
配線２１の下側に位置しているので、点線にてその形状
を図示している。

【０１１６】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図８（ｂ）の参照パターンを観察
すると（ステップＳＴ１３）、電位がアース電位に固定
されている領域（第一の上層配線２２およびビアプラグ
２３）は電荷が帯電することがないので、当該領域上に
一次電子線５０２が照射されると、正常に二次電子５１
２が発生し、当該領域は、明るいコントラスト画像とし
て認識される。

【０１１７】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０１１８】上記のようにして得られた、図８（ａ）と
図８（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像比較
部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較は、
コントラストの差をとることにより行われる。すなわ
ち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パタ
ーンの電位コントラスト画像との間でコントラストが明
るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同士）
は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域は、
被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま残
る。これが図８（ｃ）である。

【０１１９】したがって、図８（ｃ）の比較画像におい
て、対のピアプラグ２３ａは、暗いコントラストとして
そのまま残り、対のビアプラグ２３ｂと第一の上層配線
２２は相殺される。

【０１２０】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図８（ｃ）の比較画
像の点在するコントラストを一つの集合として認識さ
せ、当該集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ１
５）。ここで、この集合範囲の規定は、すべてのコント
ラストを含有する最小限の大きさの長方形であり、当該
長方形のｘ方向、ｙ方向の寸法をそれぞれ測定する。

【０１２１】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、図３に描かれたビアプラグ３に対する上層配
線４の実際のビアカバー量ａを導出する（ステップＳＴ
１６）。具体的な解析方法は、以下の通りである。

【０１２２】まず、前記集合範囲のｙ方向の寸法Ｙは、 Ｙ＝ｂ＋（ｎ−１）・ｔ ・・・（５） で与えられる。ｂはビアプラグ２３の径であり、ｔは縦
方向のずらし量であり、ｎは認識されるコントラストの
対の数である。

【０１２３】したがって、コントラスト寸法測定部５１
６で測定された、前記集合範囲のｙ方向の測定結果を、
式（５）に代入し、ｔ＞＞ｂ（この条件は、デザイン上
容易に実現可能である）とすることにより、 ｎ＝Ｙ／ｔ＋１ ・・・（６） となり、ｎの値を求めることができる。式（６）によ
り、特性化寸法解析部５１７では、ｎの値を認識でき
る。ここで、式（６）で得られるｎの値は、小数の値で
算出されるが、特性化寸法解析部５１７では、ｎに対し
て最も近い整数の値を認識する。

【０１２４】他方、前記集合範囲のｘ方向の寸法Ｘは、 Ｘ＝２ｃ＋２ｂ＋２ｎ・ｓ ・・・（７） で与えられる。ここで、２ｃは第一の上層配線幅であ
り、ｓは横方向のずらし量である。なお、式（７）の導
出に際し、横方向のずらし量ｓを微小であることを用い
た。すなわち、ビアプラグ２３が第一の上層配線２２を
横切る際、近似的に第一の上層配線２２に接するビアプ
ラグ２３が存在する。ここで、横方向のずらし量ｓの具
体的な量として、ビアプラグの径の大きさの１/１０未
満程度であれば、当該近似は妥当とみなせる。

【０１２５】式（７）より、 ｂ＋ｃ＝Ｘ／２−ｎ・ｓ ・・・（８） となり、これを式（２）に代入することにより、 ａ＝（Ｘ−２ｎ・ｓ）／４・・・（９） が導出される。ここで、本実施の形態ではｄ＝ｄ’＝０
について考えているので、これを加味している。

【０１２６】したがって、上式（９）に、コントラスト
寸法測定部５１６で測定された前記集合範囲のｘ方向の
測定結果Ｘと、式（６）で近似される整数値ｎとを代入
することにより、特性化寸法解析部５１７では、ビアカ
バー量ａの値を求めることができる。

【０１２７】ここで、特性化寸法解析部５１７におい
て、上記式に基づいたコントラストの寸法Ｘ，Ｙ（また
は、整数値ｎ）と、ビアカバー量ａの対応表をデータベ
ースとして予め記憶させておくことにより、当該特性化
寸法解析部５１７は自動かつ迅速に特性化寸法の導出を
行うことが可能となる。

【０１２８】以上のようにして、一方のコントラスト
（明もしくは暗）のみを含む比較画像のコントラスト集
合範囲の寸法を測定することにより、ビアカバー量ａを
求めることができる。よって、縦方向のずらし量ｔを大
きく設計すればするほど、また、横方向のずらし量ｓを
微小に設計すればするほど、ビアカバー量ａの精度は向
上させることができ、ビアプラグに対する上層配線の接
続関係を正確に検査することができる。

【０１２９】また、実施の形態１では、第一の上層配線
のコントラスト像も含まれていたので、クラスタリング
機能を用いて希望するコントラストだけを選択するの
に、困難な処理を要していたが、本実施の形態において
は、図８（ｃ）の比較画像内に特性化寸法を求めるため
に必要なコントラストしか現れていないので、クラスタ
リング機能での集合範囲は容易に設定することができ
る。

【０１３０】また、本実施の形態において、デジタル化
された画像を取り扱うので、簡単な設定により、上記一
連の作業を自動化させることができる。

【０１３１】ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につい
て考えたが、ｄ’が有限の値を持っていても良く、この
値は、設計値であり既知なので式（２）にその値を代入
するだけである。

【０１３２】＜実施の形態３＞本実施の形態は、実施の
形態２を基にした変形形態である。実施の形態２では、
テスト構造が、重ね合わせのずれが生じることなく形成
される場合についてビアカバー量ａを求めた。これに対
して本実施の形態では、重ね合わせずれ量ｄが生じる場
合において、半導体装置５０８に形成されたビアプラグ
に対する上層配線のビアカバー量ａ、およびビアプラグ
に対する上層配線の重ね合わせずれ量ｄを測定すること
を目的とする。

【０１３３】まず、図９に示す設計図に基づいてテスト
構造（図１０）を実際に形成する。ここで、図９（本実
施の形態）は図７（実施の形態２）の設計図とほぼ同じ
であるが、以下の点において異なる。

【０１３４】それは、第一の上層配線３２に対して対称
となる対のビアプラグ３３ｃ同士を電気的に接続してい
る基準箇所となる下層配線３１ｃを選択し、前記下層配
線３１ｃの電位を固定するための第二の電位固定ビアプ
ラグ３５を下層配線３１ｃにデザインされている点であ
る。

【０１３５】以下、図１０に示すテスト構造を用いて説
明する。

【０１３６】ここで、図１０（ａ）は、半導体装置５０
８を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターン
での電位コントラスト画像を示す図である。また図１０
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図１０（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０１３７】図１０（ａ），（ｂ）において、３１は下
層配線、３２は第一の上層配線（線形の導電体）、３３
は下層配線３１と電気的に接続しているビアプラグ、３
４は第一の上層配線３２の電位を固定するための第一の
電位固定ビアプラグ、３５は下層配線３１の電位を固定
するための第二の電位固定ビアプラグである。

【０１３８】まず、図１０（ａ）の被検査パターン構造
については、図８（ａ）の被検査パターン構造とほぼ同
じであるが、以下の点において異なる。

【０１３９】まず、第二の電位固定ビアプラグ３５が、
基準箇所となる下層配線３１ｃと、シリコン基板とを電
気的に接続するようにｚ軸方向に形成されているという
点である。ここで、シリコン基板はアースに接続されて
いるので、基準箇所となる下層配線３１ｃもアースに接
続されることとなり、下層配線３１ｃの電位はアース電
位に固定される。また、第二の電位固定ビアプラグ３５
は下層配線３１ｃの下側に位置しているので、点線にて
その形状を図示している。

【０１４０】さらに本実施の形態では、実際のテスト構
造の形成時には、測定対象となるビアプラグ３３１の径
の中心に対して第一の上層配線３２の幅の中心軸は、ｘ
方向にｄだけずれて形成されているという点である。

【０１４１】今、ｄ’＝０でデザインされているので、
前記ずれ量ｄが重ね合わせずれ量に該当する。

【０１４２】上記構造において、下層配線３１上に形成
されたビアプラグ３３の一部が、第一の上層配線３２と
ショートしている。

【０１４３】次に、図１０（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像について具体的に説明する。

【０１４４】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図１０（ａ）の被検査パターンを観察すると
（ステップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域
（第一の上層配線３２と電気的に接続していない対のビ
アプラグ３３ａ。ここで、対のビアプラグ３３ｃは除か
れる。）は電気的にフローティング状態となるため、一
次電子線５０２が照射された当該領域を正電位に帯電さ
せることができる。その結果、対のビアプラグ３３ａか
らの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当該領域
は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０１４５】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線３２、第一の上層配線３２と電気
的に接続している対のビアプラグ３３ｂ、および対のビ
アプラグ３３ｃ）は電荷が帯電することがないので、当
該領域上に一次電子線５０２が照射されると、正常に二
次電子５１２が発生し、当該領域は、明るいコントラス
ト画像として認識される。

【０１４６】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０１４７】次に図１０（ｂ）の参照パターン構造につ
いてであるが、これは、図１０（ａ）の構造とほぼ同じ
であるが、以下に示す点において図１０（ａ）と異な
る。

【０１４８】それは、図１０（ｂ）には、すべての下層
配線３１に対して、下層配線３１の電位を固定するため
の第二の電位固定ビアプラグ３５が形成されているとい
う点である。

【０１４９】第二の電位固定ビアプラグ３５は、下層配
線３１とシリコン基板を電気的に接続するようにｚ軸方
向に形成されており、シリコン基板はアースに接続され
ている。したがって、下層配線３１もアースに接続され
ることとなり、下層配線３１の電位はアース電位に固定
される。ここで、第二の電位固定ビアプラグ３５は下層
配線３１の下側に位置しているので、点線にてその形状
を図示している。

【０１５０】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図１０（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位がアース電位に固
定されている領域（第一の上層配線３２およびビアプラ
グ３３）は電荷が帯電することがないので、当該領域上
に一次電子線５０２が照射されると、正常に二次電子５
１２が発生し、当該領域は、明るいコントラスト画像と
して認識される。

【０１５１】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０１５２】上記のようにして得られた、図１０（ａ）
と図１０（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像
比較部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較
は、コントラストの差をとることにより行われる。すな
わち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パ
ターンの電位コントラスト画像との間でコントラストが
明るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが、図１０（ｃ）である。

【０１５３】したがって、図１０（ｃ）の比較画像にお
いて、対のピアプラグ３３ａは、暗いコントラストとし
てそのまま残り、対のビアプラグ３３ｂ，３３ｃおよび
第一の上層配線３２は相殺される。

【０１５４】次に、図１０（ｃ）の比較画像を用いてビ
アカバー量ａと重ね合わせずれ量ｄとを求める。まず、
重ね合わせずれ量ｄの求め方について説明する。

【０１５５】コントラスト寸法測定部５１６では、クラ
スタリング機能を用いて、図１０（ｃ）の比較画像の点
在するコントラストを二つの集合３８，３９として認識
させ、当該集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ
１５）。ここで、これらの集合範囲の規定は、該当する
コントラストを含有する最小限の大きさの長方形であ
り、当該長方形のｙ方向の寸法をそれぞれ測定する。

【０１５６】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された測定対象となるビアプラ
グ３３１に対する第一の上層配線３２の実際の重ね合わ
せずれ量ｄを導出する（ステップＳＴ１６）。具体的な
解析方法は、以下の通りである。

【０１５７】もし、重ね合わせのずれ量ｄが生じなけれ
ば、ビアプラグ３３は下層配線３１ｃに関する反転対象
の構成となっているため、集合３８のｙ方向の寸法Ｙ１
と集合３９のｙ方向の寸法Ｙ２とは、同じとなり、両者
の差分はゼロである。

【０１５８】しかし、実際に半導体装置５０８を製造す
るにあたり、重ね合わせのずれが生じており、Ｙ１とＹ
２との寸法に差が現れる。ここで、縦方向のずらし量ｔ
をビアプラグの径ｂと比べて大きく設定し、横方向のず
らし量ｓを微小とすることにより、重ね合わせずれ量ｄ
は、 ｄ＝（ｎ１−ｎ２）・ｓ ・・・（１０） で表される。ここで、ｎ１とｎ２は、それぞれ集合３８
に含まれるコントラストの対の数と集合３９に含まれる
コントラストの対の数であり、式（６）と前記測定結果
であるＹ１、Ｙ２とを用いることにより、求められる整
数（ｎ１、ｎ２が小数で表されるときは、最も近い整数
で表す）である。当該整数ｎ１，ｎ２を式（１０）に代
入することにより、重ね合わせずれ量ｄを求めることが
できる。

【０１５９】ここで、横方向のずらし量ｓの具体的な量
として、ビアプラグの径の大きさの１/１０未満程度で
あれば、当該近似は妥当とみなせる。

【０１６０】以上のようにして本実施の形態では、図１
０（ｃ）の比較画像の二つの集合範囲３８，３８のｙ方
向の寸法Ｙ１，Ｙ２を測定し、式（６）により、特性化
寸法解析部５１７が整数値ｎ１，ｎ２を認識すること
で、重ね合わせのずれ量ｄを求めることができる。さら
に、縦方向のずらし量ｔを大きく設計すればするほど、
および横方向のずらし量ｓを微小に設計すればするほ
ど、重ね合わせのずれ量ｄの精度は向上させることがで
きる。

【０１６１】ここで、特性化寸法解析部５１７におい
て、上記式に基づいたコントラストの寸法Ｙ１，Ｙ２
（または、整数値ｎ１，ｎ１）と、重ね合わせずれ量ｄ
の対応表をデータベースとして予め記憶させておくこと
により、当該特性化寸法解析部５１７は自動かつ迅速に
特性化寸法の導出を行うことが可能となる。

【０１６２】次に、ビアカバー量ａであるが、これは、
実施の形態２と同様な解析方法で導出できるの説明を省
略する。なお、本実施の形態においては、重ね合わせず
れ量ｄが生じているため、式（９）に上述で導出された
重ね合わせずれ量ｄを加える必要がある。

【０１６３】ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につい
て考えたが、ｄ’が有限の値を持っていても良く、この
値は、設計値であり既知なので式（２）にその値を代入
するだけである。

【０１６４】＜実施の形態４＞本実施の形態は、実施の
形態２を基にした変形形態である。実施の形態２で得ら
れる比較画像図８（ｃ）のコントラストは、ビアプラグ
の径の大きさに相当する大きさであり、その大きさは小
さいので、クラスタリング機能を用いてコントラストの
集合範囲を規定するに際し、コントラストの認識が困難
なものとなり、正確に集合範囲を規定できない場合があ
る。本実施の形態は、上記問題を克服するためのもので
る。そこで本実施の形態では、図１１に示すテスト構造
を形成する。

【０１６５】ここで、図１１（ａ）は、半導体装置５０
８を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターン
での電位コントラスト画像を示す図である。また図１１
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図１１（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０１６６】また、図１１（ａ），（ｂ）において、４
１は下層配線、４２は第一の上層配線（線形の導電
体）、４３は下層配線４１と電気的に接続しているビア
プラグ、４４は第一の上層配線４２の電位を固定するた
めの第一の電位固定ビアプラグ、４５は下層配線４１の
電位を固定するための第二の電位固定ビアプラグであ
る。ここで、本実施の形態において第一の上層配線４２
の幅ｃとする。

【０１６７】なお、本実施の形態においても実施の形態
２と同様に、製造による重ね合わせのずれは生じないも
のとする。

【０１６８】この図１１から分かるように本実施の形態
のテスト構造は、図８（実施の形態２）のテスト構造
に、ビアプラグの径の面積よりも大きい面積の複数の孤
立導体４６を形成したものである。

【０１６９】孤立導体４６は、第一の上層配線４２と同
一層に、かつ第一の上層配線４２と接続しないように形
成されている。また、孤立導体４６は、各下層配線４１
に対応して、その上方に孤立状態で配置されており、か
つ、孤立導体４６は、複数ののビアプラグ４３と電気的
に接続されている。

【０１７０】まず、図１１（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像について具体的に説明する。

【０１７１】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図１１（ａ）の被検査パターンを観察すると
（ステップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域
（第一の上層配線４２と電気的に接続していない対のビ
アプラグ４３ａ、および対のピアプラグ４３ａと電気的
に接続している孤立導体４６ａ）は電気的にフローティ
ング状態となるため、一次電子線５０２が照射された当
該領域を正電位に帯電させることができる。その結果、
対のビアプラグ４３ａおよび孤立導体４６ａからの二次
電子５１２の発生効率が下がるので、当該領域は、暗い
コントラスト画像として認識される。

【０１７２】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線４２、第一の上層配線４２と電気
的に接続している対のビアプラグ４３ｂ、および対のピ
アプラグ４３ｂと電気的に接続している孤立導体４６
ｂ）は電荷が帯電することがないので、当該領域上に一
次電子線５０２が照射されると、正常に二次電子５１２
が発生し、当該領域は、明るいコントラスト画像として
認識される。

【０１７３】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０１７４】次に図１１（ｂ）の参照パターン構造につ
いてであるが、これは、図１１（ａ）の構造とほぼ同じ
であるが、以下に示す点において図１１（ａ）と異な
る。

【０１７５】それは、図１１（ｂ）には、すべての下層
配線４１に電位を固定するための第二の電位固定ビアプ
ラグ４５が形成されているという点である。第二の電位
固定ビアプラグ４５は、下層配線４１とシリコン基板を
電気的に接続するようにｚ軸方向に形成されており、シ
リコン基板はアースに接続されている。したがって、下
層配線４１もアースに接続されることとなり、下層配線
４１の電位はアース電位に固定される。ここで、第二の
電位固定ビアプラグ４５は下層配線４１の下側に位置し
ているので、点線にてその形状を図示している。

【０１７６】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図１１（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位がアース電位に固
定されている領域（第一の上層配線４２、ビアプラグ４
３および孤立導体４６）は電荷が帯電することがないの
で、当該領域上に一次電子線５０２が照射されると、正
常に二次電子５１２が発生し、当該領域は、明るいコン
トラスト画像として認識される。

【０１７７】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０１７８】上記のようにして得られた、図１１（ａ）
と図１１（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像
比較部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較
は、コントラストの差をとることにより行われる。すな
わち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パ
ターンの電位コントラスト画像との間でコントラストが
明るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが図１１（ｃ）である。

【０１７９】したがって、図１１（ｃ）の比較画像にお
いて、対のピアプラグ４３ａおよび孤立導体４６ａは、
暗いコントラストとしてそのまま残り、対のビアプラグ
４３ｂ、孤立導体４６ｂおよび第一の上層配線４２は相
殺される。

【０１８０】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図１１（ｃ）の比較
画像のコントラストを一つの集合として認識させ、当該
集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ１５）。こ
こで、この集合範囲の規定は、すべてのコントラストを
含有する最小限の大きさの長方形であり、当該長方形の
ｙ方向の寸法を測定する。

【０１８１】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された測定対象となるビアプラ
グ４３１に対する第一の上層配線４２の実際のビアカバ
ー量ａを導出する（ステップＳＴ１６）。具体的な解析
方法は、以下の通りである。

【０１８２】まず、前記孤立導体４６のｙ方向の幅をｐ
とすると、式（５）において、ｂがｐに変わるだけであ
る。次に、コントラスト寸法測定部５１６で測定された
前記集合範囲のｙ方向の寸法をｂとｐに置き換えた式
（５）に代入し、ｔ＞＞ｐ（この条件は、デザイン上容
易に実現可能である）とすることにより、ｎの値が式
（６）で与えられる。

【０１８３】式（６）により、特性化寸法解析部５１７
ではｎの値を認識できる。ここで、式（６）で得られる
ｎの値は、小数の値で算出される場合もあるが、特性化
寸法解析部５１７では、ｎに対して最も近い整数の値を
認識する。

【０１８４】他方、前記集合範囲のｘ方向の寸法Ｘは、
対のビアプラグ４３の中心間距離をｕとすると、式
（７）は、 Ｘ＝ｃ＋２ｂ＋２ｎ・ｓ＝ｕ＋ｂ＋（ｎ−１）・ｓ ・・・（１１） で与えられる。ここで、本実施の形態では第一の上層配
線４２の幅はｃとしている。なお、式（１１）の導出に
際し、横方向のずらし量ｓ（＜ｂ／１０）を微小である
ことを用いた。すなわち、ビアプラグ４３が第一の上層
配線４２と横切る際、近似的に第一の上層配線４２に接
するビアプラグ４３が存在する。

【０１８５】式（１１）より、 （ｂ＋ｃ）／２＝ｕ／２−（ｎ＋１）・ｓ／２ ・・・（１２） となり、これを式（２）に代入することにより、測定対
象となるビアプラグ４３１に対する第一の上層配線４２
の実際のビアカバー量ａは、 ａ＝ｕ／２−（ｎ＋１）・ｓ／２ ・・・（１３） で導出される。ここで、本実施の形態ではｄ＝ｄ’＝０
について考えているので、これを加味している。

【０１８６】したがって、上式（１３）のｎとして式
（６）で近似される整数値を代入することにより、特性
化寸法解析部５１７では、ビアカバー量ａの値を求める
ことができる。なお、ｕ，ｓ，ｔはデザイン値なので、
既知量である。

【０１８７】以上のようにして、図１１（ｃ）の比較画
像のコントラスト集合範囲の寸法を測定することによ
り、ビアカバー量ａを求めることができる。ここで、縦
方向のずらし量ｔを大きく設計すればするほど、および
横方向のずらし量ｓを微小に設計すればするほど、ビア
カバー量ａの精度は向上させることができる。

【０１８８】本実施の形態では、ビアプラグ４３の面積
よりも広い面積の孤立導体４６を導入したことにより、
コントラストがより鮮明に認識されるので、コントラス
ト集合範囲の設定をより容易に、しかも正確に行うこと
ができる。

【０１８９】ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につい
て考えたが、ｄ’が有限の値を持っていても良く、この
値は、設計値であり既知なので式（２）にその値を代入
するだけである。

【０１９０】なお、本実施の形態においても、実施の形
態３のように、被検査パターンの下層配線に基準箇所と
なる下層配線を設けることにより、実際のパターン形成
で重ね合わせずれが生じても、当該ずれ量を求めること
ができる。

【０１９１】ここで本実施の形態においても、特性化寸
法解析部５１７において、上記式に基づいたコントラス
トの寸法Ｙ（または整数値ｎ）と、ビアカバー量ａの対
応表をデータベースとして予め記憶させておくことによ
り、当該特性化寸法解析部５１７は自動かつ迅速に特性
化寸法の導出を行うことが可能となる。

【０１９２】また、本実施の形態の孤立導体は、他の実
施の形態においても適用できることは、言うまでもな
い。

【０１９３】＜実施の形態５＞本実施の形態において
も、図３に示すように、設計段階としてｄ’＝０（ビア
プラブ３の径の中心と上層配線４の幅の中心とが一致）
をデザインしたときに、これを基に実際の半導体装置５
０８に形成されたビアプラグ３に対する上層配線４のビ
アカバー量ａ、および重ね合わせずれ量ｄを求めること
を目的とする。そのために、図１２に示すテスト構造を
設計する。

【０１９４】図１２は、デザインされたテスト構造を上
方向から見た図である。図１２において、５１は下層配
線、５２は第一の上層配線（線形の導電体）、５３は下
層配線５１と電気的に接続しているビアプラグ、５４は
第一の上層配線５２の電位を固定するための第一の電位
固定ビアプラグである。

【０１９５】図１２に示しているように、第一の上層配
線５２がｙ方向にデザインされている。

【０１９６】また、測定対象となるビアプラグ５３１
が、第一の上層配線５２の幅の中心軸とビアプラグ５３
１の径中心とが一致（ｄ’＝０）するようにデザインさ
れている。

【０１９７】次に、測定対称となるビアプラグ５３１に
対して対となるように、−ｘ方向に間隔ｒを隔ててビア
プラグ５３２がデザインされている。

【０１９８】複数のビアプラグ５３は、ビアプラグ５３
１を有する第一のビアプラグ群（第一の導体）５３ｆ
と、ビアプラグ５３２を有する第二のビアプラグ群（第
二の導体）５３ｇとで構成されている。

【０１９９】第一のビアプラグ群５３ｆは、構成要素と
なるビアプラグが、所定の傾き（第一の傾き）を有する
第一の仮想直線上を一定の間隔で点在して配列してい
る。ここで、第一のビアプラグ群５３ｆを構成するビア
プラグ同士は、ｙ方向に距離ｔ（縦方向のずらし量）、
ｘ方向に距離ｓ１（第一の横方向のずらし量）だけシフ
トさせてデザインされている。つまり第一の仮想直線の
傾きは、ｔ／ｓ１であり、各ビアプラグ間の間隔は、
（ｔ²＋ｓ１²）^1/2である。

【０２００】一方、第二のビアプラグ群５３ｇは、構成
要素となるビアプラグが、所定の傾き（第二の傾き）を
有する第二の仮想直線上を一定の間隔で点在して配列し
ている。ここで、第二のビアプラグ群５３ｇを構成する
ビアプラグ同士は、ｙ方向に距離ｔ（縦方向のずらし
量）、ｘ方向に距離ｓ２（第二の横方向のずらし量）だ
けシフトさせてデザインされている。つまり第二の仮想
直線の傾きは、ｔ／ｓ２であり、各ビアプラグ間の間隔
は、（ｔ²＋ｓ２²）^1/2である。

【０２０１】ここで、ｓ２＞ｓ１の関係を満たしていれ
ば、ｓ１，ｓ２のシフトさせる向きが上記と逆の場合で
もかまわないが、ｓ１とｓ２とでシフトの方向は反対で
ある方が望ましい。また、第一のビアプラグ群５３ｆの
構成要素のビアプラグと、第二のビアプラグ群５３ｇの
構成要素のビアプラグとが対を形成しており、当該対の
方向はｘ方向である。

【０２０２】後は、対のビアプラグ５３を電気的に接続
するように下層配線５１がｘ方向にストライプ状にデザ
インされており、さらに、第一の電位固定ビアプラグ５
４が、第一の上層配線５２と接続するようにデザインさ
れている。

【０２０３】次に、図１２に示す設計図に基づいてテス
ト構造を実際に形成する。これが図１３であり、以下、
図１３に示すテスト構造を用いて説明する。

【０２０４】ここで、図１３（ａ）は、半導体装置５０
８を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターン
での電位コントラスト画像を示す図である。また図１３
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図１３（ｃ）は、図１３（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図１３（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０２０５】まず、図１３（ａ）の被検査パターン構造
について具体的に説明する。

【０２０６】はじめに、シリコン基板（図示せず）の主
面上には、層間絶縁膜（図示せず）がｚ軸方向に堆積さ
れている。この層間絶縁膜中には、図１３（ａ）から分
かるように下層配線５１がｘ方向にストライプ状に形成
されている。ここで、下層配線５１の間隔はｔ（縦方向
のずらし量）である。なお、下層配線５１は層間絶縁膜
中に形成されているので、点線にてその形状を図示して
いる。

【０２０７】また、層間絶縁膜表面上を貫通して下層配
線５１に達するように（ｚ軸方向に）、複数のビアプラ
グ５３が形成されている。複数のビアプラグ５３は、図
１２で説明した関係を有する第一のビアプラグ群５３ｆ
と第二のビアプラグ群５３ｇとで構成されている。

【０２０８】また、層間絶縁膜表面上に、第一の上層配
線５２がｙ方向に形成されている。

【０２０９】なお、設計時には、測定対象となるビアプ
ラグ５３１の径の中心と第一の上層配線５２の幅の中心
軸とが一致するようにデザインされていたが、実際のテ
スト構造の形成時には、ビアプラグ５３１の径の中心に
対して第一の上層配線５２の幅の中心軸は、ｘ方向にｄ
だけずれて形成されている。今、ｄ’＝０でデザインさ
れているので、前記ずれ量ｄが重ね合わせずれ量に該当
する。

【０２１０】また、第一の電位固定ビアプラグ５４が、
第一の上層配線５２とシリコン基板とを電気的に接続す
るようにｚ軸方向に形成されており、シリコン基板はア
ースに接続されている。したがって、第一の上層配線５
２もアースに接続されることとなり、第一の上層配線５
２の電位はアース電位に固定される。ここで、第一の電
位固定ビアプラグ５４は第一の上層配線５２の下側に位
置しているので、点線にてその形状を図示している。

【０２１１】上記構造において、第一のビアプラグ群５
３ｆを構成するビアプラグの一部が、第一の上層配線５
２とショートしている。

【０２１２】次に、図１３（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像について具体的に説明する。

【０２１３】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図１３（ａ）の被検査パターンを観察すると
（ステップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域
（第一の上層配線５２と電気的に接続していない対のビ
アプラグ５３ａ）は電気的にフローティング状態となる
ため、一次電子線５０２が照射された当該領域を正電位
に帯電させることができる。その結果、対のビアプラグ
５３ａからの二次電子５１２の発生効率が下がるので、
当該領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０２１４】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線５２、第一の上層配線５２と電気
的に接続している対のビアプラグ５３ｂ）は電荷が帯電
することがないので、当該領域上に一次電子線５０２が
照射されると、正常に二次電子５１２が発生し、当該領
域は、明るいコントラスト画像として認識される。

【０２１５】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０２１６】次に図１３（ｂ）の参照パターン構造につ
いてであるが、これは、図１３（ａ）の構造とほぼ同じ
であるが、以下に示す点において図１３（ａ）と異な
る。

【０２１７】それは、図１３（ｂ）には、第一の上層配
線５２をアース電位に固定するための第一の電位固定ビ
アプラグ５４が形成されていないという点である。

【０２１８】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図１３（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位が固定されていな
い領域（第一の上層配線５２およびビアプラグ５３）は
電気的にフローティング状態となるため、一次電子線５
０２が照射された当該領域を正電位に帯電させることが
できる。その結果、第一の上層配線５２およびビアプラ
グ５３からの二次電子５１２の発生効率が下がるので、
当該領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０２１９】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０２２０】上記のようにして得られた、図１３（ａ）
と図１３（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像
比較部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較
は、コントラストの差をとることにより行われる。すな
わち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パ
ターンの電位コントラスト画像との間でコントラストが
明るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが図１３（ｃ）である。

【０２２１】したがって、図１３（ｃ）の比較画像にお
いて、第一の上層配線５２および対のビアプラグ５３ｂ
は、明るいコントラストとしてそのまま残り、対のビア
プラグ５３ａは相殺される。

【０２２２】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図１３（ｃ）の比較
画像の点在する第二のビアプラグ群５３ｇに該当するコ
ントラストを一つの集合として認識させ、当該集合の範
囲のｙ方向の寸法Ｙを測定し、さらに、ｘ方向のクラス
タリング機能を用いることにより、間隔の最も広い対の
ビアプラブ５３のｘ方向の寸法Ｘを測定する（ステップ
ＳＴ１５）。

【０２２３】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された測定対象となるビアプラ
グ５３１に対する第一の上層配線５２の実際のビアカバ
ー量ａ、重ね合わせのずれ量ｄを導出する（ステップＳ
Ｔ１６）。具体的な解析方法は、以下の通りである。

【０２２４】はじめに、重ね合わせずれ量ｄを求める。

【０２２５】まず前記寸法Ｘは、測定対象となるビアプ
ラグ５３１より＋ｙ方向側に見えるコントラストの対の
数をｎ１とすると、 Ｘ＝ｒ＋ｎ１・（ｓ１＋ｓ２）＋ｂ ・・・（１４） で与えられる。ここで、ｒはビアプラグ５３１の中心と
ビアプラグ５３２の中心との距離であり、ｓ１，ｓ２は
第一、第二の横方向のずらし量であり、ｂはビアプラグ
５３の径である。

【０２２６】式（１４）において、ｓ１＋ｓ２＞＞ｂ
（この条件は、デザイン上容易に実現可能である）とす
ることにより、ｎ１は、 ｎ１＝（Ｘ−ｒ）／（ｓ１＋ｓ２） ・・・（１５） で与えられる。

【０２２７】次に、前記集合範囲のｙ方向の寸法Ｙは、
測定対象となるビアプラグ５３１より−ｙ方向側に見え
るコントラストの対の数をｎ２とすると、 Ｙ＝ｂ＋（ｎ１＋ｎ２）・ｔ ・・・（１６） で与えられる。ここで、ｔは縦方向のずらし量である。

【０２２８】式（１６）において、ｔ＞＞ｂ（この条件
は、デザイン上容易に実現可能である）とすることによ
り、ｎ２は、 ｎ２＝Ｙ／ｔ−（Ｘ−ｒ）／（ｓ１＋ｓ２） ・・・（１７） で与えられる。ここで、ｎ１として式（１５）を用いて
いる。

【０２２９】したがって、コントラスト寸法測定部５１
６で測定された、前記寸法Ｘおよび前記寸法Ｙの測定結
果を、式（１５）、（１７）に代入することにより、ｎ
１とｎ２を求めることができ、この値を特性化寸法解析
部５１７が認識する。ここで、ｎ１、ｎ２が小数値であ
る場合は、最も近い整数値をｎ１、ｎ２を採用する。

【０２３０】ところで、重ね合わせずれ量ｄは、整数値
ｎ１、ｎ２および第一の横方向のずらし量ｓ１を用いる
ことにより、 ｄ＝（ｎ１−ｎ２）・ｓ１ ・・・（１８） で与えられる。ここで、ｓ１（＜ｂ／１０）は微小量で
あることを用いている。

【０２３１】したがって、式（１５）、（１７）により
求められた整数値ｎ１、ｎ２を用いることにより、式
（１８）から重ね合わせずれ量ｄを求めることができ
る。

【０２３２】一方、ビアカバー量ａは次のようにして求
めることができる。

【０２３３】第一の横方向のずらし量ｓ１を微小（すな
わち、ビアプラグ５３が第一の上層配線５２と横切る
際、近似的に第一の上層配線５２に接するビアプラグ５
３が存在する）とすると、ｂ＋ｃは、 ｂ＋ｃ＝（ｎ１＋ｎ２）・ｓ１ ・・・（１９） で与えられる。ここで、ｃは第一の上層配線５２の幅で
ある。したがって式（２）に式（１８）、（１９）を代
入することにより、ビアカバー量ａは、 ａ＝（ｎ１＋ｎ２）・ｓ１／２±（ｎ１−ｎ２）・ｓ１ ・・・（２０） で与えられる。ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につ
いて考えているので、これを加味している。したがっ
て、式（２０）に、式（１５），（１７）により求めら
れた整数値ｎ１、ｎ２を代入することにより、ビアカバ
ー量ａを求めることができる。

【０２３４】ここで、特性化寸法解析部５１７におい
て、上記式に基づいたコントラストの寸法Ｘ，Ｙ（また
は、整数値ｎ１，ｎ２）と、ビアカバー量ａおよび重ね
合わせずれ量ｄの対応表をデータベースとして予め記憶
させておくことにより、当該特性化寸法解析部５１７は
自動かつ迅速に特性化寸法の導出を行うことが可能とな
る。

【０２３５】以上のようにして、図１３（ｃ）の比較画
像のコントラストの寸法を測定することにより、ビアカ
バー量ａおよび重ね合わせずれ量ｄを求めることができ
る。よって、縦方向のずらし量ｔ、第二の横方向のずら
し量ｓ２を大きく設計すればするほど、また、第一の横
方向のずらし量ｓ１を微小に設計すればするほど、ビア
カバー量ａおよび重ね合わせずれ量ｄの精度は向上させ
ることができる。

【０２３６】また、本実施の形態では、第二の横方向の
ずらし量ｓ２を導入し、ｓ２をｓ１よりも大きい値とす
ることにより、寸法Ｘの範囲が広がるので、クラスタリ
ング機能を用いてコントラストのｘ方向の範囲を規定す
るとき、より明確となり、ｘ方向の範囲の規定を容易に
設定することができる。

【０２３７】ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につい
て考えたが、ｄ’が有限の値を持っていても良く、この
値は、設計値であり既知なので式（２）にその値を代入
するだけである。

【０２３８】＜実施の形態６＞本実施の形態は、実施の
形態５の変形形態である。実施の形態５では、ｘ方向の
範囲の規定を容易に設定することができたが、本実施の
形態では、ｙ方向の集合範囲の規定においても容易に設
定できるようにすることを目的とする。

【０２３９】本実施の形態においても、図３に示すよう
に、設計段階としてｄ’＝０（ビアプラブ３の径の中心
と上層配線４の幅の中心とが一致）をデザインしたとき
に、これを基に実際の半導体装置５０８に形成されたビ
アプラグ３に対する上層配線４のビアカバー量ａ、およ
び重ね合わせずれ量ｄを求めることを目的とする。その
ために、図１４に示すテスト構造を設計する。

【０２４０】図１４は、デザインされたテスト構造を上
方向から見た図である。図１４において、６１は下層配
線、６２は第一の上層配線（線形の導電体）、６３は下
層配線６１と電気的に接続しているビアプラグ、６４は
第一の上層配線６２の電位を固定するための第一の電位
固定ビアプラグである。

【０２４１】図１４に示しているように、第一の上層配
線６２がｙ方向にデザインされている。

【０２４２】また、測定対象となるビアプラグ６３１
が、第一の上層配線６２の幅の中心軸とビアプラグ６３
１の径の中心とが一致（ｄ’＝０）するようにデザイン
されている。

【０２４３】次に、測定対称となるビアプラグ６３１に
対して、−ｘ方向に所定の間隔を隔ててビアプラグ６３
２がデザインされており、さらにビアプラグ６３２に対
して、−ｘ方向に間隔ｗを隔ててビアプラグ６３３がデ
ザインされている。つまり、ビアプラグ６３２と６３３
との中心点間距離がｗである。

【０２４４】複数のビアプラグ６３は、ビアプラグ６３
１を有する第一のビアプラグ群（第一の導体）６３ｆ
と、ビアプラグ６３２を有する第二のビアプラグ群（第
二の導体）６３ｇと、ビアプラグ６３３を有する第三の
ビアプラグ群６３ｈとで構成されている。

【０２４５】第一のビアプラグ群６３ｆは、構成要素と
なるビアプラグが、所定の傾き（第一の傾き）を有する
第一の仮想直線上を一定の間隔で点在して配列してい
る。ここで、第一のビアプラグ群６３ｆを構成するビア
プラグ同士は、ｙ方向に距離ｔ（縦方向のずらし量）、
ｘ方向に距離ｓ１（第一の横方向のずらし量）だけシフ
トさせてデザインされている。つまり第一の仮想直線の
傾きは、ｔ／ｓ１であり、各ビアプラグ間の間隔は、
（ｔ²＋ｓ１²）^1/2である。

【０２４６】一方、第二のビアプラグ群６３ｇは、構成
要素となるビアプラグが、所定の傾き（第二の傾き）を
有する第二の仮想直線上を一定の間隔で点在して配列し
ている。ここで、第二のビアプラグ群６３ｆを構成する
ビアプラグ同士は、ｙ方向に距離ｔ（縦方向のずらし
量）、ｘ方向に距離ｓ２（第二の横方向のずらし量）だ
けシフトさせてデザインされている。つまり第二の仮想
直線の傾きは、ｔ／ｓ２であり、各ビアプラグ間の間隔
は、（ｔ²＋ｓ２²）^1/2である。

【０２４７】さらに、第三のビアプラグ群６３ｈでは、
構成要素となるビアプラグは、ｙ方向に間隔ｔ（縦方向
のずらし量）毎に点在して配列している。

【０２４８】ここで、ｓ２＞ｓ１の関係を満たしていれ
ば、ｓ１，ｓ２のシフトさせる向きが上記と逆の場合で
もかまわない。また、第一のビアプラグ群６３ｆの構成
要素のビアプラグと、第二のビアプラグ群６３ｇの構成
要素のビアプラグと、第三のビアプラグ群６３ｈの構成
要素のビアプラグとで組を形成しており、当該組の生成
方向はｘ方向である。

【０２４９】後は、ｘ方向に並ぶ組のビアプラグ６３を
電気的に接続するように下層配線６１がｘ方向にストラ
イプ状にデザインされており、さらに、第一の電位固定
ビアプラグ６４が、第一の上層配線６２と接続するよう
にデザインされている。

【０２５０】次に、図１４に示す設計図に基づいてテス
ト構造を実際に形成する。これが図１５であり、以下、
図１５に示すテスト構造を用いて説明する。

【０２５１】ここで、図１５（ａ）は、半導体装置５０
８を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターン
での電位コントラスト画像を示す図である。また図１５
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図１５（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０２５２】まず、図１５（ａ）の被検査パターン構造
について具体的に説明する。

【０２５３】はじめに、シリコン基板（図示せず）の主
面上には、層間絶縁膜（図示せず）がｚ軸方向に堆積さ
れている。この層間絶縁膜中には、図１５（ａ）から分
かるように下層配線６１がｘ方向にストライプ状に形成
されている。ここで、下層配線６１の間隔はｔ（縦方向
のずらし量）であり、また、下層配線６１は層間絶縁膜
中に形成されているので、点線にてその形状を図示して
いる。

【０２５４】また、層間絶縁膜表面上を貫通して下層配
線６１に達するように（ｚ軸方向に）、複数のビアプラ
グ６３が形成されている。ここで複数のビアプラグ６３
は、図１４で説明した関係を有する第一のビアプラグ群
６３ｆ、第二のビアプラグ群６３ｇ、第三のビアプラグ
群６３ｈで構成されている。

【０２５５】また、層間絶縁膜表面上に、第一の上層配
線６２がｙ方向に形成される。

【０２５６】なお、設計時には、測定対象となるビアプ
ラグ６３１の径の中心と第一の上層配線６２の幅の中心
軸とが一致するようにデザインされていたが、実際のテ
スト構造の形成時には、ビアプラグ６３１の径の中心に
対して第一の上層配線６２の幅の中心軸は、ｘ方向にｄ
だけずれて形成されている。今、ｄ’＝０でデザインさ
れているので、前記ずれ量ｄが重ね合わせずれ量に該当
する。

【０２５７】また、第一の電位固定ビアプラグ６４が、
第一の上層配線６２とシリコン基板とを電気的に接続す
るようにｚ軸方向に形成されており、シリコン基板はア
ースに接続されている。したがって、第一の上層配線６
２もアースに接続されることとなり、第一の上層配線６
２の電位はアース電位に固定される。ここで、第一の電
位固定ビアプラグ６４は第一の上層配線６２の下側に位
置しているので、点線にてその形状を図示している。

【０２５８】上記構造において、第一のビアプラグ群６
３ｆを構成するビアプラグの一部が、第一の上層配線６
２とショートしている。

【０２５９】次に、図１５（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像について具体的に説明する。

【０２６０】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図１５（ａ）の被検査パターンを観察すると
（ステップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域
（第一の上層配線６２と電気的に接続していない組のビ
アプラグ６３ａ）は電気的にフローティング状態となる
ため、一次電子線５０２が照射された当該領域を正電位
に帯電させることができる。その結果、組のビアプラグ
６３ａからの二次電子５１２の発生効率が下がるので、
当該領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０２６１】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線６２、第一の上層配線６２と電気
的に接続している組のビアプラグ６３ｂ）は電荷が帯電
することがないので、当該領域上に一次電子線５０２が
照射されると、正常に二次電子５１２が発生し、当該領
域は、明るいコントラスト画像として認識される。

【０２６２】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０２６３】次に図１５（ｂ）の参照パターン構造につ
いてであるが、これは、図１５（ａ）の構造とほぼ同じ
であるが、以下に示す点において図１５（ａ）と異な
る。

【０２６４】それは、図１５（ｂ）には、第一の上層配
線６２をアース電位に固定するための第一の電位固定ビ
アプラグ６４が形成されていないという点である。

【０２６５】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図１５（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位が固定されていな
い領域（第一の上層配線６２およびビアプラグ６３）は
電気的にフローティング状態となるため、一次電子線５
０２が照射された当該領域を正電位に帯電させることが
できる。その結果、第一の上層配線６２およびビアプラ
グ６３からの二次電子５１２の発生効率が下がるので、
当該領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０２６６】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０２６７】上記のようにして得られた、図１５（ａ）
と図１５（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像
比較部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較
は、コントラストの差をとることにより行われる。すな
わち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パ
ターンの電位コントラスト画像との間でコントラストが
明るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが図１５（ｃ）である。

【０２６８】したがって、図１５（ｃ）の比較画像にお
いて、第一の上層配線６２および組のビアプラグ６３ｂ
は、明るいコントラストとしてそのまま残り、組のビア
プラグ６３ａは相殺される。

【０２６９】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図１５（ｃ）の比較
画像の点在するコントラストを一つの集合として認識さ
せ、当該集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ１
５）。ここで、この集合範囲の規定は、第二のビアプラ
グ群６３ｇと第三のビアプラグ群６３ｈに該当するすべ
てのコントラストを含有する最小限の大きさの長方形で
あり、当該長方形のｘ方向、ｙ方向の寸法をそれぞれ測
定する。

【０２７０】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された測定対象となるビアプラ
グ６３１に対する第一の上層配線６２の実際のビアカバ
ー量ａ、重ね合わせのずれ量ｄを導出する（ステップＳ
Ｔ１６）。具体的な解析方法は、以下の通りである。

【０２７１】はじめに、重ね合わせずれ量ｄを求める。

【０２７２】まず、前記集合範囲のｘ方向の寸法Ｘは、
測定対象となるビアプラグ６３１より＋ｙ方向側に見え
るコントラストの組の数をＮ１とすると、 Ｘ＝ｗ＋Ｎ１・ｓ２＋ｂ ・・・（２１） で与えられる。ここで、ｗはビアプラグ６３２の中心と
ビアプラグ６３３の中心との距離であり、ｓ２は第二の
横方向のずらし量であり、ｂはビアプラグ６３の径であ
る。

【０２７３】式（２１）において、ｓ２＞＞ｂ（この条
件は、デザイン上容易に実現可能である）とすることに
より、Ｎ１は、 Ｎ１＝（Ｘ−ｗ）／ｓ２ ・・・（２２） で与えられる。

【０２７４】次に、前記集合範囲のｙ方向の寸法Ｙは、
測定対象となるビアプラグ６３１より−ｙ方向側に見え
るコントラストの組の数をＮ２とすると、 Ｙ＝ｂ＋（Ｎ１＋Ｎ２）・ｔ ・・・（２３） で与えられる。ここで、ｔは縦方向のずらし量である。

【０２７５】式（２３）において、ｔ＞＞ｂ（この条件
は、デザイン上容易に実現可能である）とすることによ
り、Ｎ２は、 Ｎ２＝Ｙ／ｔ−（Ｘ−ｗ）／ｓ２ ・・・（２４） で与えられる。ここで、Ｎ１として式（２２）を用いて
いる。

【０２７６】したがって、コントラスト寸法測定部５１
６で測定された、前記集合範囲のｘ方向の測定結果Ｘお
よびｙ方向の測定結果Ｙを、式（２２）、（２４）に代
入することにより、Ｎ１とＮ２を求めることができ、こ
の値を特性化寸法解析部５１７が認識する。ここで、Ｎ
１、Ｎ２が小数値である場合は、最も近い整数値をＮ
１、Ｎ２に採用する。

【０２７７】ところで、重ね合わせずれ量ｄは、整数値
Ｎ１、Ｎ２および第一の横方向のずらし量ｓ１を用いる
ことにより、 ｄ＝（Ｎ１−Ｎ２）・ｓ１ ・・・（２５） で与えられる。ここで、ｓ１は微小量（ｓ１＜ｂ／１
０）であることを用いている。

【０２７８】したがって、式（２２）、（２４）により
求められた整数値Ｎ１、Ｎ２を用いることにより、式
（２５）から重ね合わせずれ量ｄを求めることができ
る。

【０２７９】一方、ビアカバー量ａは次のようにして求
めることができる。

【０２８０】第一の横方向のずらし量ｓ１を微小（すな
わち、ビアプラグ６３が第一の上層配線６２と横切る
際、近似的に第一の上層配線６２に接するビアプラグ６
３が存在する）とすると、ｂ＋ｃは、 ｂ＋ｃ＝（Ｎ１＋Ｎ２）・ｓ１ ・・・（２６） で与えられる。ここで、ｃは第一の上層配線６２の幅で
ある。したがって式（２）に式（２５）、（２６）を代
入することにより、ビアカバー量ａは、 ａ＝（Ｎ１＋Ｎ２）・ｓ１／２±（Ｎ１−Ｎ２）・ｓ１ ・・・（２７） で与えられる。ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につ
いて考えているので、これを加味している。したがっ
て、式（２７）に、式（２２）、（２４）により求めら
れた整数値Ｎ１、Ｎ２を代入することにより、ビアカバ
ー量ａを求めることができる。

【０２８１】ここで、特性化寸法解析部５１７におい
て、上記式に基づいたコントラストの寸法Ｘ，Ｙ（また
は、整数値Ｎ１，Ｎ２）と、ビアカバー量ａおよび重ね
合わせずれ量ｄの対応表をデータベースとして予め記憶
させておくことにより、当該特性化寸法解析部５１７は
自動かつ迅速に特性化寸法の導出を行うことが可能とな
る。

【０２８２】以上のようにして、図１５（ｃ）の比較画
像のコントラスト集合範囲の寸法を測定することによ
り、ビアカバー量ａおよび重ね合わせずれ量ｄを求める
ことができる。よって、縦方向のずらし量ｔ、第二の横
方向のずらし量ｓ２を大きく設計すればするほど、ま
た、第一の横方向のずらし量ｓ１を微小に設計すればす
るほど、ビアカバー量ａおよび重ね合わせずれ量ｄの精
度は向上させることができる。

【０２８３】また、本実施の形態では、第二の仮想直線
の傾きを第一の仮想直線の傾きより小さくすることによ
り（ｓ２＞ｓ１）、クラスタリング機能を用いてコント
ラストの集合範囲を規定するとき、ｘ方向に関しては集
合範囲が広がり、より当該方向のコントラストの認識が
明確となるので、ｘ方向の集合範囲の規定を容易に設定
することができる。他方、ｙ方向に関しては、ｙ方向に
沿ってコントラストが配列しているので、ｙ方向の集合
範囲の規定を簡単に設定することができる。

【０２８４】ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につい
て考えたが、ｄ’が有限の値を持っていても良く、この
値は、設計値であり既知なので式（２）にその値を代入
するだけである。

【０２８５】＜実施の形態７＞本実施の形態は、実施の
形態５の変形形態であり、実施の形態５と評価したい被
検査パターンが同じで、参照パターンが異なる場合のも
のである（したがって比較画像も異なる）。以下、図１
６に示すテスト構造を用いて説明する。

【０２８６】ここで、図１６（ａ）は、半導体装置５０
８を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターン
での電位コントラスト画像を示す図である。また図１６
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図１６（ｃ）は、図１６（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図１６（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０２８７】図１６（ａ），（ｂ）において、７１は下
層配線、７１ａ，７１ｂはお互いに電気的に分断されて
いる下層配線片、７２は第一の上層配線（線形の導電
体）、７３は下層配線７１、７１ａまたは７１ｂと電気
的に接続しているビアプラグ、７４は第一の上層配線７
２の電位を固定するための第一の電位固定ビアプラグで
ある。

【０２８８】まず、図１６（ａ）の被検査パターン構造
および電位コントラスト画像については、図１３（ａ）
の被検査パターン構造および電位コントラスト画像と同
じなので、ここでの説明は省略する。ここで、７３１は
測定対象となるビアプラグ（設計段階でｄ’＝０、つま
り、ビアプラブの径の中心と第一の上層配線の幅の中心
とが一致）を示し、７３ａは第一の上層配線７２と電気
的に接続していない対のビアプラグを示し、７３ｂは第
一の上層配線７２と電気的に接続している対のビアプラ
グを示している。

【０２８９】次に図１６（ｂ）の参照パターン構造につ
いてであるが、これは、図１６（ａ）の構造とほぼ同じ
であるが、以下に示す点において図１６（ａ）と異な
る。

【０２９０】それは、図１６（ｂ）は、下層配線７１
が、電気的に分断された下層配線片７１ａ，７１ｂに置
換わっているという点である。ここで、前記分断の方法
は、対のビアプラグ７３の一方と他方とを電気的に独立
となるように分断されている。

【０２９１】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図１６（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位が固定されていな
い領域（第一の上層配線７２と電気的に接続していない
ビアプラグ７３ｃ）は電気的にフローティング状態とな
るため、一次電子線５０２が照射された当該領域を正電
位に帯電させることができる。その結果、ビアプラグ７
３ｃからの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当
該領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０２９２】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線７２、第一の上層配線７２と電気
的に接続しているビアプラグ７３ｄ）は電荷が帯電する
ことがないので、当該領域上に一次電子線５０２が照射
されると、正常に二次電子５１２が発生し、当該領域
は、明るいコントラスト画像として認識される。

【０２９３】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０２９４】上記のようにして得られた、図１６（ａ）
と図１６（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像
比較部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較
は、コントラストの差をとることにより行われる。すな
わち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パ
ターンの電位コントラスト画像との間でコントラストが
明るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが図１６（ｃ）である。

【０２９５】したがって、図１６（ｃ）の比較画像にお
いて、対のビアプラグ７３ｂからビアプラグ７３ｄを除
いた部分は、明るいコントラストとしてそのまま残り、
第一の上層配線７２、対のビアプラグ７３ａおよびビア
プラグ７３ｄは相殺される。

【０２９６】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図１６（ｃ）の比較
画像の点在するコントラストを一つの集合として認識さ
せ、当該集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ１
５）。ここで、この集合範囲の規定は、すべてのコント
ラストを含有する最小限の大きさの長方形であり、当該
長方形のｘ方向の寸法を測定する。

【０２９７】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された測定対象となるビアプラ
グ７３１に対する第一の上層配線７２の実際のビアカバ
ー量ａを導出する（ステップＳＴ１６）。具体的な解析
方法は、以下の通りである。

【０２９８】まず、前記集合範囲のｘ方向の寸法Ｘは、
コントラストの数をＮとすると、 Ｘ＝Ｎ・ｓ２＋ｂ ・・・（２８） で与えられる。ここで、ｓ２は第二の横方向のずらし量
であり、ｂはビアプラグ７３の径である。

【０２９９】式（２８）において、ｓ２＞＞ｂ（この条
件は、デザイン上容易に実現可能である）とすることに
より、Ｎは、 Ｎ＝Ｘ／ｓ２ ・・・（２９） で与えられる。したがって、コントラスト寸法測定部５
１６で測定された、前記集合範囲のｘ方向の測定結果Ｘ
を、式（２９）に代入することにより、Ｎを求めること
ができ、この値を特性化寸法解析部５１７が認識する。
ここで、Ｎが小数値である場合は、最も近い整数値をＮ
に採用する。

【０３００】ところで、第一の横方向のずらし量ｓ１を
微小（すなわち、ビアプラグ７３が第一の上層配線７２
と横切る際、近似的に第一の上層配線７２に接するビア
プラグが存在する。具体的にｓ１＜ｂ／１０程度。）と
すると、ｂ＋ｃは、 ｂ＋ｃ＝Ｎ・ｓ１ ・・・（３０） で与えられる。ここで、ｃは第一の上層配線７２の幅で
ある。

【０３０１】したがって式（２）に式（３０）を代入す
ることにより、ビアカバー量ａは、 ａ＝Ｎ・ｓ１／２±ｄ ・・・（３１） で与えられる。ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につ
いて考えているので、これを加味している。

【０３０２】したがって式（３１）に、式（２９）のＮ
を代入することにより、ビアカバー量ａは重ね合わせず
れ量ｄの範囲で求まる。ここで、第二の横方向のずらし
量ｓ２を大きく設計すればするほど、また、第一の横方
向のずらし量ｓ１を微小に設計すればするほど、ビアカ
バー量ａの精度は向上させることができる。

【０３０３】ここで、特性化寸法解析部５１７におい
て、上記式に基づいたコントラストの寸法Ｘ（または、
整数値Ｎ）と、ビアカバー量ａの対応表をデータベース
として予め記憶させておくことにより、当該特性化寸法
解析部５１７は自動かつ迅速に特性化寸法の導出を行う
ことが可能となる。

【０３０４】また、本実施の形態では、第二の横方向の
ずらし量ｓ２の値を大きく設定することにより、クラス
タリング機能を用いてコントラストの集合範囲を規定す
るとき、ｘ方向に関しては集合範囲が広がり、よりコン
トラストが明確となるので、ｘ方向の集合範囲の規定を
容易に設定することができる。

【０３０５】また、上記では、前記集合範囲のｘ方向の
寸法を測定することにより、ビアカバー量ａを求めた
が、前記集合範囲のｙ方向の寸法を測定することによっ
てもビアカバー量ａを求めることができる。

【０３０６】つまり、前記集合範囲のｙ方向の寸法Ｙ
は、 Ｙ＝ｂ＋Ｎ・ｔ ・・・（３２） で与えられる。ここで、ｔは縦方向のずらし量である。

【０３０７】式（３２）において、ｔ＞＞ｂ（この条件
は、デザイン上容易に実現可能である）とすることによ
り、Ｎは、 Ｎ＝Ｙ／ｔ ・・・（３３） で与えられる。したがって、式（３１）に式（３３）を
代入することにより、ビアカバー量ａを求めることがで
きる。ここでも、縦方向のずらし量ｔを大きく設計すれ
ばするほど、ビアカバー量ａの精度は向上させることが
できる。

【０３０８】また、本実施の形態は、実施の形態５の効
果に加えて次の効果も生じる。それは、実施の形態５の
比較画像（図１３（ｃ））では、第一の上層配線のコン
トラストも現れていたが、本実施の形態では現れないの
で、より簡単に点在するコントラストの集合範囲を規定
することができるという効果も生じる。

【０３０９】ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につい
て考えたが、ｄ’が有限の値を持っていても良く、この
値は、設計値であり既知なので式（２）にその値を代入
するだけである。

【０３１０】なお、本実施の形態においては、参照パタ
ーンの下層配線を分断し対のビアプラグを電気的に切断
したが、参照パターンにおいて、対のビアプラグが電気
的に分断されるのであれば、これ以外の方法により分断
してもかまわない。例えば、下層配線自身を形成しない
等の方法が挙げられる。

【０３１１】＜実施の形態８＞本実施の形態は、実施の
形態７の変形形態である。実施の形態７では、重ね合わ
せずれ量を求めることはできなかったが、本実施の形態
では、ビアカバー量と重ね合わせずれ量とを同時に測定
することを目的とする。この目的を達成するために形成
されたテスト構造を図１７に示す。

【０３１２】ここで、図１７（ａ）は、半導体装置５０
８を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターン
での電位コントラスト画像を示す図である。また図１７
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図１７（ｃ）は、図１７（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図１７（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０３１３】図１７（ａ），（ｂ）において、８１は下
層配線、８１ａ，８１ｂはお互いに電気的に分断されて
いる下層配線片、８２は第一の上層配線（線形の導電
体）、８３は下層配線８１、８１ａまたは８１ｂと電気
的に接続しているビアプラグ、８４は第一の上層配線８
２の電位を固定するための第一の電位固定ビアプラグで
ある。また、８３１は測定対象となるビアプラグであ
り、当該ビアプラグ８３１の径の中心と第一の上層配線
の幅の中心とは、設計段階において一致している（ｄ’
＝０）。

【０３１４】まず、図１７（ａ）の被検査パターン構造
について具体的に説明する。

【０３１５】図１７（ａ）の被検査パターン構造は、図
１６（ａ）の被検査パターン構造とほぼ同じであるが、
以下の点において異なる。

【０３１６】それは、ｙ方向に沿って点在するビアプラ
グを構成要素とする第三のビアプラグ群８３ｈを形成し
た点である。ここで、第三のビアプラグ群８３ｈの構成
要素であるビアプラグは、下層配線８１と電気的に接続
している。また、第一のビアプラグ群（第一の導体）８
３ｆ、第二のビアプラグ群（第二の導体）８３ｇにおい
ては、実施の形態５のそれらと同じなので説明は省略す
る。

【０３１７】したがって、各下層配線８１には、３つ一
組のビアプラブ８３が電気的に接続されて形成されてい
る。ここで、第一のビアプラグ群８３ｆの構成要素であ
る測定対象となるビアプラグ８３１に対して、−ｘ方向
に所定の間隔を隔てて第二のビアプラグ群８３ｇの構成
要素であるビアプラグ８３２が形成されており、さらに
ビアプラグ８３２に対して、−ｘ方向に間隔ｗを隔てて
第三のビアプラグ群８３ｈの構成要素である８３３が形
成されている。つまり、ビアプラグ８３２と８３３との
中心点間距離がｗである。

【０３１８】上記構造において、第一のビアプラグ群８
３ｆを構成するビアプラグの一部が、第一の上層配線８
２とショートしている。

【０３１９】次に、図１７（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像について具体的に説明する。

【０３２０】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図１７（ａ）の被検査パターンを観察すると
（ステップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域
（第一の上層配線８２と電気的に接続していない組のビ
アプラグ８３ａ）は電気的にフローティング状態となる
ため、一次電子線５０２が照射された当該領域を正電位
に帯電させることができる。その結果、組のビアプラグ
８３ａからの二次電子５１２の発生効率が下がるので、
当該領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０３２１】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線８２、第一の上層配線８２と電気
的に接続している組のビアプラグ８３ｂ）は電荷が帯電
することがないので、当該領域上に一次電子線５０２が
照射されると、正常に二次電子５１２が発生し、当該領
域は、明るいコントラスト画像として認識される。

【０３２２】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０３２３】次に図１７（ｂ）の参照パターン構造につ
いてであるが、これは、図１７（ａ）の構造とほぼ同じ
であるが、以下に示す点において図１７（ａ）と異な
る。

【０３２４】それは、図１７（ｂ）は、下層配線８１
が、電気的に分断された下層配線片８１ａ，８１ｂに置
換わっているという点である。ここで、前記分断の方法
は、第一のビアプラグ群８３ｆと第二のビアプラグ群８
３ｇとが電気的に独立となるように分断されている。

【０３２５】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図１７（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位が固定されていな
い領域（第一の上層配線８２と電気的に接続していない
ビアプラグ８３ｃ）は電気的にフローティング状態とな
るため、一次電子線５０２が照射された当該領域を正電
位に帯電させることができる。その結果、ビアプラグ８
３ｃからの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当
該領域は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０３２６】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線８２、第一の上層配線８２と電気
的に接続しているビアプラグ８３ｄ）は電荷が帯電する
ことがないので、当該領域上に一次電子線５０２が照射
されると、正常に二次電子５１２が発生し、当該領域
は、明るいコントラスト画像として認識される。

【０３２７】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０３２８】上記のようにして得られた、図１７（ａ）
と図１７（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像
比較部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較
は、コントラストの差をとることにより行われる。すな
わち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パ
ターンの電位コントラスト画像との間でコントラストが
明るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが図１７（ｃ）である。

【０３２９】したがって、図１７（ｃ）の比較画像にお
いて、組のビアプラグ８３ｂからビアプラグ８３ｄを除
いた部分は、明るいコントラストとしてそのまま残り、
第一の上層配線８２、組のビアプラグ８３ａおよびビア
プラグ８３ｄは相殺される。

【０３３０】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図１７（ｃ）の比較
画像の点在するコントラストを一つの集合として認識さ
せ、当該集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ１
５）。ここで、この集合範囲の規定は、すべてのコント
ラストを含有する最小限の大きさの長方形であり、当該
長方形のｘ方向、ｙ方向の寸法をそれぞれ測定する。

【０３３１】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された測定対象となるビアプラ
グ８３１に対する第一の上層配線８２の実際のビアカバ
ー量ａ、重ね合わせのずれ量ｄを導出する（ステップＳ
Ｔ１６）。具体的な解析の考え方は実施の形態６と同じ
なので、ここでの説明は省略する。

【０３３２】以上のように本実施の形態では第三のビア
プラグ群８３ｈをさらに形成することにより、実施の形
態７の効果に加えて次の効果が生じる。

【０３３３】それは、重ね合わせずれ量ｄが正確に求め
られることと、これにより、ビアカバー量ａも正確に定
まるという効果である。

【０３３４】加えて、ｙ方向に沿ってコントラストが配
列しているので、ｙ方向の集合範囲の規定を簡単に設定
することができるという効果をも生じる。

【０３３５】ここで、特性化寸法解析部５１７におい
て、上記式に基づいたコントラストの寸法（または、コ
ントラストに基づく整数値）と、ビアカバー量ａおよび
重ね合わせずれ量ｄの対応表をデータベースとして予め
記憶させておくことにより、当該特性化寸法解析部５１
７は自動かつ迅速に特性化寸法の導出を行うことが可能
となる。

【０３３６】なお、本実施の形態では、下層配線を分断
することにより第一のビアプラグ群８３ｆと第二のビア
プラグ群８３ｇとを電気的に切断したが、両ビアプラグ
グ群を電気的に切断できるのであれば、他の方法を用い
ていも良く、例えば、下層配線片８１ａを形成しない方
法も挙げられる。

【０３３７】＜実施の形態９＞本実施の形態は、実施の
形態６の変形形態である。つまり、実施の形態６で形成
された第三のビアプラグ群６３ｈの変わりに、本実施の
形態では、複数の孤立導体を形成している。

【０３３８】以下、図１８に示すテスト構造を用いて説
明する。ここで、図１８（ａ）は、半導体装置５０８を
上方から見た被検査パターンおよび被検査パターンでの
電位コントラスト画像を示す図である。また図１８
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図１８（ｃ）は、図１８（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図１８（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０３３９】図１８（ａ），（ｂ）において、９１は下
層配線、９２は第一の上層配線（線形の導電体）、９３
は下層配線９１と電気的に接続しているビアプラグ、９
３１は測定対象となるビアプラグ、９４は第一の上層配
線９２の電位を固定するための第一の電位固定ビアプラ
グ、９６は第一の上層配線９２と同一層に形成される孤
立導体である。

【０３４０】まず、図１８（ａ）の被検査パターン構造
は、図１５（ａ）の被検査パターンとほぼ同じである
が、以下の点において異なる。

【０３４１】それは、上記で説明したように、第三のビ
アプラグ群６３ｈの変わりに、ビアプラグ９３よりも面
積の大きい複数の孤立導体９６が形成されているという
点である。その他の第一のビアプラグ群（第一の導体）
９３ｆ、第二のビアプラグ群（第二の導体）９３ｇ、第
一の上層配線９２、下層配線９１、第一の電位固定ビア
プラグ９４等の構成は、実施の形態６のそれらと同じ構
成関係にあるので、ここでの説明は省略する。

【０３４２】さて、孤立導体９６の詳細の構成である
が、各孤立導体９６は、第一の上層配線９２と同一層の
ｘ方向に、ストライプ状に形成されている。また、各孤
立導体９６は、第二のビアプラグ群９３ｇの構成要素と
なるビアプラグと、それぞれ電気的に接続されている。
さらに、隣接する孤立導体９６同士の長さおよび間隔
は、所定の関係を保持している。例えば本実施の形態で
は、隣接する孤立導体９６の長さは、第二の横方向のず
らし量ｓ２ずつ変化しており、また、間隔は縦方向のず
らし量ｔで形成されている。ここで、各孤立導体９６
は、第一の上層配線９２とショートしないように形成さ
れている。

【０３４３】なお、測定対象となるビアプラグ９３１と
対を形成しているビアプラグと電気的に接続している孤
立導体９６ｃの長さは、ｍで形成されている。

【０３４４】次に、図１８（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像について具体的に説明する。

【０３４５】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図１８（ａ）の被検査パターンを観察すると
（ステップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域
（第一の上層配線９２と電気的に接続していない対のビ
アプラグ９３ａ、および、対のビアプラグ９３ａの一方
と電気的に接続している孤立導体９６ａ）は電気的にフ
ローティング状態となるため、一次電子線５０２が照射
された当該領域を正電位に帯電させることができる。そ
の結果、対のビアプラグ９３ａおよび孤立導体９６ａか
らの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当該領域
は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０３４６】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線９２、第一の上層配線９２と電気
的に接続している対のビアプラグ９３ｂ、および、対の
ビアプラグ９３ｂの一方と電気的に接続している孤立導
体９６ｂ）は電荷が帯電することがないので、当該領域
上に一次電子線５０２が照射されると、正常に二次電子
５１２が発生し、当該領域は、明るいコントラスト画像
として認識される。

【０３４７】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０３４８】次に図１８（ｂ）の参照パターン構造につ
いてであるが、これは、図１８（ａ）の構造とほぼ同じ
であるが、以下に示す点において図１８（ａ）と異な
る。

【０３４９】それは、図１８（ｂ）には、第一の上層配
線９２をアース電位に固定するための第一の電位固定ビ
アプラグ９４が形成されていないという点である。

【０３５０】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図１８（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位が固定されていな
い領域（第一の上層配線９２、ビアプラグ９３および孤
立導体９６）は電気的にフローティング状態となるた
め、一次電子線５０２が照射された、当該領域を正電位
に帯電させることができる。その結果、第一の上層配線
９２、ビアプラグ９３および孤立導体９６からの二次電
子５１２の発生効率が下がるので、当該領域は、暗いコ
ントラスト画像として認識される。

【０３５１】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０３５２】上記のようにして得られた、図１８（ａ）
と図１８（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像
比較部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較
は、コントラストの差をとることにより行われる。すな
わち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パ
ターンの電位コントラスト画像との間でコントラストが
明るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが図１８（ｃ）である。

【０３５３】したがって、図１８（ｃ）の比較画像にお
いて、第一の上層配線９２、ビアプラグ９３ｂ、および
孤立導体９６ｂは、明るいコントラストとしてそのまま
残り、孤立導体９６ａ、およびビアプラグ９３ａは相殺
される。

【０３５４】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図１８（ｃ）の比較
画像のコントラストを一つの集合として認識させ、当該
集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ１５）。こ
こで、この集合範囲の規定は、孤立導体９６に該当する
すべてのコントラストを含有する最小限の大きさの長方
形であり、当該長方形のｘ方向、ｙ方向の寸法をそれぞ
れ測定する。

【０３５５】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された測定対象となるビアプラ
グ９３１に対する第一の上層配線９２の実際のビアカバ
ー量ａ、重ね合わせのずれ量ｄを導出する（ステップＳ
Ｔ１６）。具体的な解析方法は、以下の通りである。

【０３５６】はじめに、重ね合わせずれ量ｄを求める。

【０３５７】まず、前記集合範囲のｘ方向の寸法Ｘは、
測定対象となるビアプラグ９３１より＋ｙ方向側に見え
る孤立導体のコントラストの数をＮ１とすると、 Ｘ＝ｍ＋Ｎ１・ｓ２ ・・・（３４） で与えられる。ここで、ｍは、測定対象となるビアプラ
グ９３１と電気的に接続している孤立導体９６ｃの長さ
であり、ｓ２は隣接する孤立導体９６の長さの変化量で
ある。

【０３５８】したがって、式（３４）よりＮ１は、 Ｎ１＝（Ｘ−ｍ）／ｓ２ ・・・（３５） で与えられる。

【０３５９】次に、前記集合範囲のｙ方向の寸法Ｙは、
測定対象となるビアプラグ９３１より−ｙ方向側に見え
る孤立導体のコントラストの数をＮ２とすると、 Ｙ＝ｖ＋（Ｎ１＋Ｎ２）・ｔ ・・・（３６） で与えられる。ここで、ｔは縦方向のずらし量であり、
ｖは形成されている各孤立導体９６のｙ方向の幅（設計
段階での既知量）である。

【０３６０】式（３６）において、ｔ＞＞ｖ（この条件
は、デザイン上容易に実現可能である）とすることによ
り、Ｎ２は、 Ｎ２＝Ｙ／ｔ−（Ｘ−ｍ）／ｓ２ ・・・（３７） で与えられる。ここで、Ｎ１の値として式（３５）を用
いた。

【０３６１】したがって、コントラスト寸法測定部５１
６で測定された、前記集合範囲のｘ方向の測定結果Ｘお
よびｙ方向の測定結果Ｙを、式（３５）、（３７）に代
入することにより、Ｎ１とＮ２を求めることができ、こ
の値を特性化寸法解析部５１７が認識する。ここで、Ｎ
１、Ｎ２が小数値である場合は、最も近い整数値をＮ
１、Ｎ２に採用する。

【０３６２】ところで、重ね合わせずれ量ｄは、整数値
Ｎ１、Ｎ２および第一の横方向のずらし量ｓ１を用いる
ことにより、 ｄ＝（Ｎ１−Ｎ２）・ｓ１ ・・・（３８） で与えられる。ここで、ｓ１は微小量（ｓ１＜ｂ／１
０）であることを用いている。

【０３６３】したがって、式（３５）、（３７）により
求められた整数値Ｎ１、Ｎ２を用いることにより、式
（３８）から重ね合わせずれ量ｄを求めることができ
る。

【０３６４】一方、ビアカバー量ａについては、実施の
形態６と同様にして導出できるので、ここでの説明は省
略する。

【０３６５】ここで、特性化寸法解析部５１７におい
て、上記式に基づいたコントラストの寸法Ｘ，Ｙ（また
は、整数値Ｎ１，Ｎ２）と、ビアカバー量ａおよび重ね
合わせずれ量ｄの対応表をデータベースとして予め記憶
させておくことにより、当該特性化寸法解析部５１７は
自動かつ迅速に特性化寸法の導出を行うことが可能とな
る。

【０３６６】以上のようにして、図１８（ｃ）の比較画
像のコントラスト集合範囲の寸法を測定することによ
り、ビアカバー量ａおよび重ね合わせずれ量ｄを求める
ことができる。よって、縦方向のずらし量ｔを大きく設
計すればするほど、また、第一の横方向のずらし量ｓ１
を微小に設計すればするほど、ビアカバー量ａおよび重
ね合わせずれ量ｄの精度は向上させることができる。

【０３６７】また、本実施の形態では、ビアプラグより
も面積が大きい孤立導体９６を用いたので、コントラス
トがビアプラグと比較して明瞭となり、クラスタリング
機能を用いてコントラストの集合範囲を規定するとき、
簡単に設定することができる。

【０３６８】ここで、本実施の形態ではｄ’＝０につい
て考えたが、ｄ’が有限の値を持っていても良く、この
値は、設計値であり既知なので式（２）にその値を代入
するだけである。

【０３６９】なお、本実施の形態において、各孤立導体
９６と電気的に接続されるビアプラグとして、第二のビ
アプラグ群９３ｇを採用したが、下層配線９１を介し
て、第一のビアプラグ群９３ｆの構成要素となるビアプ
ラグと電気的に接続されているビアプラグであれば、第
二のビアプラグ群９３ｇでなくても良く、例えば、第三
のビアプラグ群９３ｈであっても良い。

【０３７０】＜実施の形態１０＞本実施の形態では、隣
接する配線間のショートマージンを高精度に測定するこ
とにより、配線間の不良を検査することを目的とする。
この目的を達成するために、図１９に示すテスト構造を
形成する。以下、図１９に示すテスト構造を用いて説明
する。

【０３７１】ここで、図１９（ａ）は、半導体装置５０
８を上方から見た被検査パターンおよび被検査パターン
での電位コントラスト画像を示す図である。また図１９
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図１９（ｃ）は、図１９（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図１９（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０３７２】図１９（ａ），（ｂ）において、１０１は
下層配線、１０２は第一の上層配線（線形の導電体）、
１０３は下層配線１０１と電気的に接続しているビアプ
ラグ、１０３ｆは第一の傾きを有する仮想直線上に一定
の間隔で点在している第一のビアプラグ群、１０４は第
一の上層配線１０２の電位を固定するための第一の電位
固定ビアプラグ、１０６は第一の上層配線１０２と同一
層に形成される導体（第二の導体）、１０７は第一の上
層配線１０２と同一層に形成される第二の上層配線（第
一の導体）である。ここで、上記各部材１０１〜１０６
および第一のビアプラグ群１０３ｆの構成関係は、実施
の形態９における各部材９１〜９６および第一のビアプ
ラグ群９３ｆと同じであるので、詳細な説明は省略す
る。ここで導体１０６は孤立導体９６とほぼ同じ構成で
あるが、導体１０６の長さに特定の関係を持たせる必要
はない。

【０３７３】まず、図１９（ａ）の被検査パターン構造
は、図１８（ａ）の被検査パターンとほぼ同じである
が、第一のビアプラグ群１０３ｆの構成要素であるビア
プラグと電気的に接続される第二の上層配線１０７が形
成されている点において異なる。

【０３７４】第二の上層配線１０７は、第一の上層配線
１０２および導体１０６と同一層に形成されており、導
体１０６とは接続していない。さらに、第二の上層配線
１０７は、第一のビアプラグ群１０３ｆの構成要素であ
る各ビアプラグと対応して、個別に形成されている。ま
た、各第二の上層配線１０７のｘ方向の幅は、それぞれ
同一であり、ｙ方向に隣接する第二の上層配線１０７同
士は、第一の横方向のずらし量ｓ１づつずれた状態で形
成されている。

【０３７５】ここで、本実施の形態では、複数の第二の
上層配線１０７のうち、基準となる第二の上層配線１０
７ｃを形成する。この基準となる第二の上層配線１０７
ｃの幅の中心は、第一の上層配線１０２の幅の中心と一
致している。

【０３７６】なお、本実施の形態において、第一の上層
配線１０２と第二の上層配線１０７とは、テーパ構造を
有していてもよい（つまり上層配線のトップ幅がボトム
幅よりも小さい）。以下、本実施の形態では、第一およ
び第二の上層配線はテーパ構造を有しているものとして
説明する。

【０３７７】次に、図１９（ａ）の被検査パターンでの
電位コントラスト画像について具体的に説明する。

【０３７８】図１のＳＥＭ式画像比較型検査装置５００
を用いて図１９（ａ）の被検査パターンを観察すると
（ステップＳＴ１２）、電位が固定されていない領域
（第一の上層配線１０２と電気的に接続していない導体
１０６ａおよび第二の上層配線１０７ａ）は電気的にフ
ローティング状態となるため、一次電子線５０２が照射
された当該領域を正電位に帯電させることができる。そ
の結果、導体１０６ａおよび第二の上層配線１０７ａか
らの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当該領域
は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０３７９】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線１０２、第一の上層配線１０２と
電気的に接続している導体１０６ｂおよび第二の上層配
線１０７ｂ）は電荷が帯電することがないので、当該領
域上に一次電子線５０２が照射されると、正常に二次電
子５１２が発生し、当該領域は、明るいコントラスト画
像として認識される。

【０３８０】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られるので、
第一の上層配線１０２、導体１０６および第二の上層配
線１０７の電位情報のみ反映し、下層配線１０１、ビア
プラグ１０３および第一の電位固定ビアプラグ１０４の
電位情報は反映されない。

【０３８１】次に図１９（ｂ）の参照パターン構造につ
いてであるが、これは、図１９（ａ）の構造とほぼ同じ
であるが、以下に示す点において図１９（ａ）と異な
る。

【０３８２】それは、図１９（ｂ）には、第一の上層配
線１０２をアース電位に固定するための第一の電位固定
ビアプラグ１０４が形成されていないという点である。

【０３８３】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図１９（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位が固定されていな
い領域（第一の上層配線１０２、導体１０６および第二
の上層配線１０７）は電気的にフローティング状態とな
るため、一次電子線５０２が照射された、当該領域を正
電位に帯電させることができる。その結果、第一の上層
配線１０２、導体１０６および第二の上層配線１０７か
らの二次電子５１２の発生効率が下がるので、当該領域
は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０３８４】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０３８５】上記のようにして得られた、図１９（ａ）
と図１９（ｂ）の電位コントラスト画像の比較を、画像
比較部５１５にて行う（ステップＳＴ１４）。この比較
は、コントラストの差をとることにより行われる。すな
わち、被検査パターンの電位コントラスト画像と参照パ
ターンの電位コントラスト画像との間でコントラストが
明るい領域同士（または、コントラストの暗い領域同
士）は相殺され、明と暗とでコントラストの異なる領域
は、被検査パターンの電位コントラスト画像がそのまま
残る。これが図１９（ｃ）である。

【０３８６】したがって、図１９（ｃ）の比較画像にお
いて、第一の上層配線１０２、導体１０６ｂおよび第二
の上層配線１０７ｂは、明るいコントラストとしてその
まま残り、導体１０６ａおよび第二の上層配線１０７ａ
は相殺される。

【０３８７】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図１９（ｃ）の比較
画像のコントラストを一つの集合として認識させ、当該
集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ１５）。こ
こで、この集合範囲の規定は、導体１０６に該当するす
べてのコントラストを含有する最小限の大きさの長方形
であり、当該長方形のｙ方向の寸法を測定する。

【０３８８】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された第一の上層配線１０２と
第二の上層配線１０７とのトップ幅間距離ｅを導出する
（ステップＳＴ１６）。具体的な解析方法は、以下の通
りである。

【０３８９】まず、前記集合範囲のｙ方向の寸法Ｙは、
導体１０６のコントラストの数をｎとすると、 Ｙ＝ｆ＋（ｎ−１）・ｔ ・・・（３９） で与えられる。ここで、ｆは導体１０６のｙ方向の幅
（設計段階での既知量）であり、ｔは縦方向のずらし量
である。

【０３９０】したがって、式（３９）においてより、ｎ
は、 ｎ＝Ｙ／ｔ＋１ ・・・（４０） で与えられる。ここで、ｔ＞＞ｆ（この条件は、デザイ
ン上容易に実現可能である）の関係を用いた。

【０３９１】したがって、コントラスト寸法測定部５１
６で測定された、前記集合範囲のｙ方向の測定結果Ｙ
を、式（４０）に代入することにより、ｎを求めること
ができ、この値を特性化寸法解析部５１７が認識する。
ここで、ｎが小数値である場合は、最も近い整数値をｎ
に採用する。

【０３９２】ところで、第一の横方向のずらし量ｓ１が
微小であるとすると、基準となる第二の上層配線１０７
ｃからｘ方向に第一の横方向のずらし量ｓ１ずつずらし
て第二の上層配線１０７を形成していくと、第二の上層
配線１０７ｅは、近似的に、図２０に示す状態とみなせ
る。つまり、第一の上層配線１０２のボトム幅と第二の
上層配線１０７ｅのボトム幅とが接している状態と近似
できる。

【０３９３】したがって、図２０で示されているトップ
幅間距離ｅは、 ｅ＝（ｎ−１）ｓ１−（α＋β）／２ ・・・（４１） で与えられる。ここで、αは第一の上層配線１０２のト
ップ幅であり、βは第二の上層配線１０７ｅのトップ幅
である。

【０３９４】よって、式（４１）のαとβとしてＳＥＭ
の実測値を、ｎの値として式（４０）で得られる整数値
を代入することにより、トップ幅間距離ｅを求めること
ができ、同条件により製造された配線間ショートマージ
ンは、以下のようにして決められる。

【０３９５】つまり、図２１の配線同士のトップ幅の間
隔が実測によりＬだと判明すると、配線間ショートマー
ジンδ（ボトム幅間の間隔）は、 δ＝Ｌ−ｅ ・・・（４２） で決められる。

【０３９６】ここで、特性化寸法解析部５１７におい
て、上記式に基づいた、コントラストの寸法Ｙ（また
は、整数値ｎ）と、トップ幅間距離ｅの対応表をデータ
ベースとして予め記憶させておくことにより、当該特性
化寸法解析部５１７は自動かつ迅速に特性化寸法の導出
を行うことが可能となる。

【０３９７】ところで上記では、クラスタリング機能に
より、図１９（ｃ）の比較画像の導体１０６に該当する
すべてのコントラストを含有する最小限の大きさの長方
形を認識し、当該長方形のｙ方向の寸法を測定し、当該
ｙ方向の寸法に基づいてトップ幅間距離ｅを求めた。し
かし、同じクラスタリング機能を用いて、第二の上層配
線１０７に該当するすべてのコントラストを含有する最
小限のｘ方向の距離を認識し、当該ｘ方向の距離を測定
することによっても、トップ幅間距離ｅを求めることが
できる。

【０３９８】すなわち、第一の横方向のずらし量ｓ１を
微小とすると、前記ｘ方向の寸法Ｘは、 Ｘ＝β＋（ｎ−１）・ｓ１ ・・・（４３） で与えられる。故に、前記ｘ方向の寸法の測定値Ｘと、
前記第二の上層配線１０７のトップ幅βのＳＥＭによる
実測値を式（４３）代入することにより、ｎが、 ｎ＝（Ｘ−β）／ｓ１＋１ ・・・（４４） で求まる。ここで、式（４４）から求まるｎが小数の場
合は、最も近い整数をｎとする。後の手順は上記と同じ
なので、説明は省略する。

【０３９９】以上のようにして、従来の技術では測定不
可能であったテーパ構造やダマシン構造の配線間ショー
トマージンを、図１９（ｃ）の比較画像のコントラスト
集合範囲の寸法を測定することにより、トップ幅間距離
ｅから間接的に求めることができる。さらに、縦方向の
ずらし量ｔを大きく設計すればするほど、また、第一の
横方向のずらし量ｓ１を微小に設計すればするほど、配
線間ショートマージンの精度は向上させることができ
る。

【０４００】また、本実施の形態では、導体１０６を用
いて検査したが、用いる必要もなく、第一のビアプラグ
群の構成要素であるビアプラグと電気的に接続してい
て、ｙ方向の間隔が一定で点在する複数のビアプラグが
あれば、本実施の形態の効果は十分に得られる。しか
し、面積の大きい導体１０６を用いたので、コントラス
トがビアプラグと比較して明瞭なため、クラスタリング
機能を用いてコントラストの集合範囲を規定するとき、
簡単に設定することができる。

【０４０１】＜実施の形態１１＞本実施の形態は、実施
の形態１０の変形形態である。図１９（ｃ）の比較画像
から第一および第二の上層配線のコントラストを無くす
ことにより、クラスタリング処理を容易ならしめること
を目的とする。

【０４０２】以下、図２２に示すテスト構造を用いて説
明する。ここで、図２２（ａ）は、半導体装置５０８を
上方から見た被検査パターンおよび被検査パターンでの
電位コントラスト画像を示す図である。また図２２
（ｂ）は、同じく半導体装置５０８を上方から見た、被
検査パターンとの比較に用いる参照パターン、および参
照パターンでの電位コントラスト画像を示す図である。
さらに図２２（ｃ）は、図２２（ａ）の被検査パターン
での電位コントラスト画像と図２２（ｂ）の参照パター
ンでの電位コントラスト画像との比較画像から生成し
た、一方のコントラストのみを含む比較画像を示す図で
ある。

【０４０３】図２２（ａ），（ｂ）において、１１１は
下層配線、１１１ａ，１１１ｂは下層配線片、１１２は
第一の上層配線（線形の導電体）、１１３は下層配線１
１１と電気的に接続しているビアプラグ、１１３ｇは第
二の傾きを有する仮想直線上に一定の間隔で点在してい
る第二のビアプラグ群、１１４は第一の上層配線１１２
の電位を固定するための第一の電位固定ビアプラグ、１
１６は第一の上層配線１１２と同一層に形成される導体
（第二の導体）、１１７は第一の上層配線１１２と同一
層に形成される第二の上層配線（第一の導体）である。

【０４０４】ここで、上記各部材１１１〜１１７および
第一のビアプラグ群１１３ｆの構成関係は、実施の形態
１０における各部材１０１〜１０７および第一のビアプ
ラグ群１０３ｆとほぼ同じであり、参照パターンにおい
て構造が異なる。なお、第一のビアプラグ群１１３ｆの
構成要素であるビアプラグと、第二のビアプラグ群１１
３ｇの構成要素であるビアプラグ群とで対を形成してい
る。また、本実施の形態において、第二のビアプラグ群
１１３ｇを構成しているビアプラグ同士がｙ方向に一定
の距離ずつ隔てているのであれば、前記第二の傾きは特
に要しない。

【０４０５】実施の形態１０の参照パターン図１９
（ｂ）とは、図２２（ｂ）には、第一の上層配線１０２
の電位を固定するための第一の電位ビアプラグ１１４が
形成されているという点と、対のビアプラグ１１３を電
気的に分断しているという点において異なる。ここで、
図２２（ｂ）では、対のビアプラグ１１３を電気的に分
断する方法として、下層配線を下層配線片１１１ａと１
１１ｂとに分断する方法を採用しているが、結果的に、
第二の上層配線１１７と導体１１６とが電気的に分断さ
れているなら、例えば第二のビアプラグ群１１３ｇを省
略してもかまわない。

【０４０６】したがって、図１のＳＥＭ式画像比較型検
査装置５００を用いて図２２（ｂ）の参照パターンを観
察すると（ステップＳＴ１３）、電位が固定されていな
い領域（導体１１６、第一の上層配線１１２と電気的に
接続していない第二の上層配線１１７ｄ）は電気的にフ
ローティング状態となるため、一次電子線５０２が照射
された当該領域を正電位に帯電させることができる。そ
の結果、導体１１６および第二の上層配線１１７ｄから
の二次電子５１２の発生効率が下がるので、当該領域
は、暗いコントラスト画像として認識される。

【０４０７】他方、電位がアース電位に固定されている
領域（第一の上層配線１１２、および第一の上層配線１
１２と電気的に接続している第二の上層配線１１７ｃ）
は電荷が帯電することがないので、当該領域上に一次電
子線５０２が照射されると、正常に二次電子５１２が発
生し、当該領域は、明るいコントラスト画像として認識
される。

【０４０８】ここで、電位コントラスト画像は、半導体
装置５０８の最表面の電位情報のみから得られる。

【０４０９】なお、図２２（ａ）に示す被参照パターン
は、図１９（ａ）に示す参照パターンと同じ構造である
ので、ここでの説明は省略する。

【０４１０】したがって、図２２（ａ）電位コントラス
ト画像として、電位固定されていない領域（第一の上層
配線１１２と電気的に接続されていない導体１１６ａお
よび第二の上層配線１１７ａ）は、暗いコントラストと
して認識され、電位固定されている領域（第一の上層配
線１１２、第一の上層配線１１２と電気的に接続してい
る導体１１６ｂおよび第二の上層配線１１７ｂ）は、明
るいコントラストして認識される。

【０４１１】次に、図２２（ａ）と図２２（ｂ）の電位
コントラスト画像の比較を、画像比較部５１５にて行う
（ステップＳＴ１４）。この比較は、コントラストの差
をとることにより行われる。すなわち、被検査パターン
の電位コントラスト画像と参照パターンの電位コントラ
スト画像との間でコントラストが明るい領域同士（また
は、コントラストの暗い領域同士）は相殺され、明と暗
とでコントラストの異なる領域は、被検査パターンの電
位コントラスト画像がそのまま残る。これが図２２
（ｃ）である。

【０４１２】したがって、図２２（ｃ）の比較画像にお
いて、導体１１６ｂは、明るいコントラストとしてその
まま残り、第一の上層配線１１２、導体１１６ａおよび
第二の上層配線１１７は相殺される。

【０４１３】次に、コントラスト寸法測定部５１６で
は、クラスタリング機能を用いて、図２２（ｃ）の比較
画像のコントラストを一つの集合として認識させ、当該
集合の範囲の寸法を測定する（ステップＳＴ１５）。こ
こで、この集合範囲の規定は、導体１１６に該当するす
べてのコントラストを含有する最小限の大きさの長方形
であり、当該長方形のｙ方向の寸法を測定する。

【０４１４】その後、特性化寸法解析部５１７におい
て、コントラスト寸法測定部５１６で測定された寸法結
果を元に、パターン形成された第一の上層配線１１２と
第二の上層配線１１７とのトップ幅間距離ｅを導出する
（ステップＳＴ１６）。

【０４１５】その結果、トップ幅間距離ｅを求めること
により、同条件により製造された配線間ショートマージ
ンを決定することができる。具体的な解析方法は実施の
形態１０と同じなので、ここでの説明は省略する。

【０４１６】以上により、本実施の形態では、比較画像
（図２２（ｃ））に示したように第一および第二の上層
配線１１２，１１７のコントラストを取り除くことがで
きるので、クラスタリング機能により特徴あるコントラ
ストを簡単に一つの集合として認識することができる。

【０４１７】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の半導体装置の
検査方法は、所定の領域に一次電子線を照射することで
発生する二次電子を検出し、当該二次電子の強度に基づ
いて生成した電位コントラスト画像を用いて半導体基板
上に形成途中の半導体装置を検査する検査方法におい
て、（ａ）所定のパターンを有する被検査パターンを用
意する工程と、（ｂ）前記一次電子線を照射する主面上
において、前記被検査パターンとパターンにおいて同じ
構成を有する参照パターンを用意する工程と、（ｃ）前
記被検査パターンの前記電位コントラスト画像を生成す
る工程と、（ｄ）前記参照パターンの前記電位コントラ
スト画像を生成する工程と、（ｅ）前記被検査パターン
の電位コントラスト画像と前記参照パターンの電位コン
トラスト画像とを比較することにより、比較画像を生成
し、当該比較画像を二値化する工程と、（ｆ）前記工程
（ｅ）において、二値化されたコントラストの一方のコ
ントラストのみを含む比較画像を生成する工程と、
（ｇ）前記一方のコントラストのみを含む比較画像のコ
ントラストに基づく寸法を測定する工程と、（ｈ）前記
工程（ｇ）の測定結果から、前記半導体装置の製造過程
によりばらつきが生じる特性化寸法を決定する工程とを
備えているので、被検査パターン等のテストパターンの
設計により測定誤差を限りなく小さくさせることができ
る。また、比較画像を生成し、二値化していることか
ら、当該コントラストに基づく寸法測定が容易となり、
設定によっては自動での検査も可能となり、人的誤差が
生じることもない。

【０４１８】本発明の請求項２に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、線形の導電体と複数の第
一の導体とを有しており、前記線形の導電体は電位固定
されており、前記複数の第一の導体は、前記線形の導電
体と交差し、第一の傾きを有する第一の仮想直線上に一
定の間隔で点在している、被検査パターンを用意する工
程であるので、当該線形の導電体と当該第一の導体とが
例えばテーパ形状を有しているなら、当該第一の導体の
コントラストの寸法を測定することにより、テーパ形状
の配線間のトップ配線間距離を求めることができ、当該
トップ配線間距離に基づいた配線間ショートマージンを
検査することができる。

【０４１９】本発明の請求項３に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記線形の導電体の線方
向に所定の間隔ずつ隔てて形成されている複数の第二の
導体をさらに有しており、前記第一の導体と前記第二の
導体とが各々電気的に接続されている、被検査パターン
を用意する工程であるので、前記第二の導体に該当する
コントラストの前記線方向の寸法を測定することによ
り、特性化寸法を決定することができる。

【０４２０】本発明の請求項４に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、複数のビアプラグを有し
ており、前記複数のビアプラグは、前記複数の第一の導
体である第一のビアプラグ群と、前記複数の第二の導体
であり、かつ第二の傾きを有する第二の仮想直線上に一
定の間隔で点在している第二のビアプラグ群とを含んで
構成されている、被検査パターンを用意する工程である
ので、規則的に配列している当該第一および第二のビア
プラグ群に該当するコントラストの寸法を測定すること
により、特性化寸法の解析が容易に行える。

【０４２１】本発明の請求項５に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記第一の傾きと前記第
二の傾きとは同じ大きさであり、向きは反対である被検
査パターンを用意する工程であり、前記工程（ｂ）は、
前記主面上において、電位固定されていない参照パター
ンを用意する工程であるので、例えば、線形の導電体と
ビアプラグの重ね合わせずれの測定誤差を被検査パター
ン等の設計によりいくらでも小さくでき、大きな誤差が
生じる光学的手法による重ね合わせ検査機を用いずに済
むので、当該重ね合わせずれを高精度に決定することが
できる。

【０４２２】本発明の請求項６に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記第一の傾きと前記第
二の傾きとが方向、大きさ共に同じである被検査パター
ンを用意する工程であり、前記工程（ｂ）は、前記主面
上において、電位固定されている参照パターンを用意す
る工程であるので、一方のコントラストのみを含む比較
画像から線形の導電体のコントラストを削除でき、規則
的に配列している当該第一および第二のビアプラグ群に
該当するコントラストの寸法を容易に測定することによ
り、特性化寸法の解析が簡単に行える。

【０４２３】本発明の請求項７に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記第一および第二のビ
アプラグ群の構成要素であるビアプラグ同士が電気的に
接続され、対のビアプラグを複数対形成し、前記複数対
のビアプラグのうち電位固定しているビアプラグを一対
備えて構成されている、被検査パターンを用意する工程
であるので、電位固定している対のビアプラグを基準と
して、一方のコントラストのみを含む比較画像のコント
ラストを２つ集合として認識できるので、当該２つの集
合の寸法を測定することにより、重ね合わせずれを決定
することができる。

【０４２４】本発明の請求項８に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記第一の傾きと前記第
二の傾きとの大きさが異なっている被検査パターンを用
意する工程であり、前記工程（ｂ）は、前記主面上にお
いて、電位固定されていない参照パターンを用意する工
程であるので、一方のビアプラグ群の構成要素となるビ
アプラグ間の、前記線方向に垂直な方向の間隔は広くな
り、コントラストの識別が容易となり寸法測定が容易に
行える。

【０４２５】本発明の請求項９に記載の半導体装置の検
査方法は、前記工程（ａ）は、前記第一の傾きと前記第
二の傾きとの大きさが異なっている被検査パターンを用
意する工程であり、前記工程（ｂ）は、前記主面上にお
いて前記線形の導電体に該当するパターンは電位固定さ
れており、前記主面上において前記第一のビアプラグ群
に該当するパターンと前記第二のビアプラグ群に該当す
るパターンとは電気的に独立である、参照パターンを用
意する工程であるので、一方のコントラストのみを含む
比較画像から線形の導電体のコントラストを削除でき、
寸法測定されるコントラストの認識がより容易なものと
なる。

【０４２６】本発明の請求項１０に記載の半導体装置の
検査方法は、前記工程（ａ）は、前記複数のビアプラグ
として、前記線形の導電体の線方向に沿って一定の間隔
で点在している第三のビアプラグ群を、さらに含んで構
成し、前記第一〜三のビアプラグ群の構成要素であるビ
アプラグの対応するもの同士が電気的に接続されてい
る、被検査パターンを用意する工程であるので、コント
ラストの前記線方向の寸法測定が容易となる。

【０４２７】本発明の請求項１１に記載の半導体装置の
検査方法は、前記工程（ａ）は、前記主面上に、前記複
数のビアプラグとそれぞれ接続しており、前記線形の導
電体とは接続していなくて、前記線方向の幅が同一であ
り、当該ビアプラグよりも面積が大きい、複数の孤立導
体を形成する工程を、さらに備えているので、一方のコ
ントラストのみを含む比較画像の寸法測定されるコント
ラストが大きくなり、よりコントラストを認識しやすく
なる。

【０４２８】本発明の請求項１２に記載の半導体装置の
検査方法は、前記工程（ａ）は、長さが一定の規則に基
づいて変化している前記複数の孤立導体を形成する工程
であるので、当該導体に該当するコントラストは非常に
認識しやすくなり、前記長さ方向は一定の規則に基づい
て形成されているので、特性化寸法の解析も容易に行え
る。

【０４２９】本発明の請求項１３に記載の半導体装置の
検査方法は、前記請求項３において、前記工程（ａ）
は、前記線方向の幅が同一な前記複数の第二の導体を備
える被検査パターンを用意する工程であり、前記工程
（ｂ）は、前記主面上において、電位固定されていない
参照パターンを用意する工程であるので、請求項３の効
果に加えて、一方のコントラストのみを含む比較画像と
して寸法測定されるコントラストが効率よく抽出でき、
前記線方向の幅が同一にすることで、特性化寸法の解析
が容易に行える。

【０４３０】本発明の請求項１４に記載の半導体装置の
検査方法は、請求項３において、前記工程（ａ）は、前
記線方向の幅が同一な前記複数の第二の導体を備える被
検査パターンを用意する工程であり、前記工程（ｂ）
は、前記主面上において前記線形の導電体に該当するパ
ターンは電位固定されており、前記主面上において前記
第一の導体に該当するパターンと前記第二の導体に該当
するパターンとは電気的に独立である、参照パターンを
用意する工程であるので、請求項１３の効果に加えて、
一方のコントラストのみを含む比較画像から線形の導電
体のコントラストを削除できことにより、より寸法測定
されるコントラストの認識が容易に行える。

【０４３１】本発明の請求項１５に記載の半導体装置の
検査方法は、前記工程（ｇ）は、前記一方のコントラス
トのみを含む比較画像に点在するコントラストを所定の
集合として認識し、当該集合の範囲の寸法測定をする工
程であるので、一方のコントラストのみを含む比較画像
から特徴あるコントラストを一つの集合として自動で認
識できる。

【０４３２】本発明の請求項１６に記載の半導体装置の
検査方法は、前記工程（ｈ）は、予め用意されている対
応表に基づいて前記特性化寸法を決定する工程であるの
で、特性化寸法の決定が迅速かつ自動で行え、一連の検
査処理を通じて自動化が可能となり、人的誤差が働く余
地がなくなる。

【０４３３】本発明の請求項１７に記載の半導体装置の
検査方法は、前記工程（ａ）は、前記複数の第二の導体
において、前記線方向の前記第二の導体間の距離である
縦方向のずらし量は、前記第二の導体の前記線方向の幅
よりも大きい、被検査パターンを用意する工程であるの
で、前記縦方向のずらし量を前記第二の導体の前記線方
向の幅よりも大きく設定すればするほど、特性化寸法は
より高精度に求めることができる。

【０４３４】本発明の請求項１８に記載の半導体装置の
検査方法は、前記工程（ａ）は、前記複数の第一の導体
において、前記線方向と垂直な方向の前記第一の導体間
の距離である横方向のずらし量は、前記第一の導体の大
きさの１／１０未満である、被検査パターンを用意する
工程であるので、前記横方向のずらし量を前記第二の導
体の大きさの１／１０未満よりも小さく設定すればする
ほど、特性化寸法はより高精度に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のＳＥＭ式画像比較型検査装置の構成
を模式的に示した図である。

【図２】 本発明の半導体装置の検査方法の一連の流れ
を示すフローチャートである。

【図３】 設計段階で、ビアプラグビアプラグと上層配
線とがお互いの中心が一致する状況を示す断面図であ
る。

【図４】 実施の形態１の設計段階のテストパターンを
示す図である。

【図５】 実施の形態１の被検査パターン、参照パター
ンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を示
す図である。

【図６】 実施の形態１における特性化寸法を求めるた
めの説明図である。

【図７】 実施の形態２の設計段階のテストパターンを
示す図である。

【図８】 実施の形態２の被検査パターン、参照パター
ンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を示
す図である。

【図９】 実施の形態３の設計段階のテストパターンを
示す図である。

【図１０】 実施の形態３の被検査パターン、参照パタ
ーンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を
示す図である。

【図１１】 実施の形態４の被検査パターン、参照パタ
ーンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を
示す図である。

【図１２】 実施の形態５の設計段階のテストパターン
を示す図である。

【図１３】 実施の形態５の被検査パターン、参照パタ
ーンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を
示す図である。

【図１４】 実施の形態６の設計段階のテストパターン
を示す図である。

【図１５】 実施の形態６の被検査パターン、参照パタ
ーンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を
示す図である。

【図１６】 実施の形態７の被検査パターン、参照パタ
ーンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を
示す図である。

【図１７】 実施の形態８の被検査パターン、参照パタ
ーンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を
示す図である。

【図１８】 実施の形態９の被検査パターン、参照パタ
ーンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像を
示す図である。

【図１９】 実施の形態１０の被検査パターン、参照パ
ターンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像
を示す図である。

【図２０】 実施の形態１０のテスト構造において、第
一の上層配線のボトム幅の一端と第二の上層配線のボト
ム幅の一端とが接している状況を示す図である。

【図２１】 トップ幅間距離から配線間のショートマー
ジを求めるための説明図である。

【図２２】 実施の形態１１の被検査パターン、参照パ
ターンの構成および電位コントラスト画像と、比較画像
を示す図である。

【図２３】 従来の技術において、特性化寸法を求める
ために設計された半導体装置の断面図である。

【図２４】 図２３の設計図に基づいて実際に形成され
た半導体装置の断面図である。

【図２５】 配線幅が均一な配線の形成状況を示す図で
ある。

【図２６】 テーパ構造の配線の形成状況を示す図であ
る。

【図２７】 ダマシン構造の配線の形成状況を示す図で
ある。

【符号の説明】

１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９
２，１０２，１１２第一の上層配線（線状の導電体）、
１３ｆ，２３ｆ，５３ｆ，６３ｆ，８３ｆ，９３ｆ，１
０３ｆ，１１３ｆ 第一のビアプラグ群（第一の導
体）、１３ｇ，２３ｇ，５３ｇ，６３ｇ，８３ｇ，９３
ｇ，１１３ｇ 第二のビアプラグ群（第二の導体）、６
３ｈ，８３ｈ 第三のビアプラグ群、１０７，１１７
第二の上層配線（第一の導体）、１０６，１１６ 導体
（第二の導体）、４６，９６ 孤立導体、５００ ＳＥ
Ｍ式画像比較型検査装置、５１４ 画像取得部、５１５
画像比較部、５１６ コントラスト寸法測定部、５１
７ 特性化寸法解析部、ａビアカバー量（特性化寸
法）、ｄ 重ね合わせずれ量、ｅ トップ幅間距離、ｓ
横方向のずらし量、ｓ１ 第一の横方向のずらし量、ｓ
２ 第二の横方向のずらし量、ｔ 縦方向のずらし量。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の領域に一次電子線を照射すること
   で発生する二次電子を検出し、当該二次電子の強度に基
   づいて生成した電位コントラスト画像を用いて半導体基
   板上に形成途中の半導体装置を検査する検査方法におい
   て、 （ａ）所定のパターンを有する被検査パターンを用意す
   る工程と、 （ｂ）前記一次電子線を照射する主面上において、前記
   被検査パターンとパターンにおいて同じ構成を有する参
   照パターンを用意する工程と、 （ｃ）前記被検査パターンの前記電位コントラスト画像
   を生成する工程と、 （ｄ）前記参照パターンの前記電位コントラスト画像を
   生成する工程と、 （ｅ）前記被検査パターンの電位コントラスト画像と前
   記参照パターンの電位コントラスト画像とを比較するこ
   とにより、比較画像を生成し、当該比較画像を二値化す
   る工程と、 （ｆ）前記工程（ｅ）において、二値化されたコントラ
   ストの一方のコントラストのみを含む比較画像を生成す
   る工程と、 （ｇ）前記一方のコントラストのみを含む比較画像のコ
   ントラストに基づく寸法を測定する工程と、 （ｈ）前記工程（ｇ）の測定結果から、前記半導体装置
   の製造過程によりばらつきが生じる特性化寸法を決定す
   る工程とを、備えることを特徴とする半導体装置の検査
   方法。
2. 【請求項２】 前記工程（ａ）は、 線形の導電体と複数の第一の導体とを有しており、 前記線形の導電体は電位固定されており、 前記複数の第一の導体は、前記線形の導電体と交差し、
   第一の傾きを有する第一の仮想直線上に一定の間隔で点
   在している、被検査パターンを用意する工程である、こ
   とを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方
   法。
3. 【請求項３】 前記工程（ａ）は、 前記線形の導電体の線方向に所定の間隔ずつ隔てて形成
   されている複数の第二の導体をさらに有しており、 前記第一の導体と前記第二の導体とが各々電気的に接続
   されている、被検査パターンを用意する工程である、こ
   とを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の検査方
   法。
4. 【請求項４】 前記工程（ａ）は、 複数のビアプラグを有しており、 前記複数のビアプラグは、 前記複数の第一の導体である第一のビアプラグ群と、前
   記複数の第二の導体であり、かつ第二の傾きを有する第
   二の仮想直線上に一定の間隔で点在している第二のビア
   プラグ群とを含んで構成されている、被検査パターンを
   用意する工程である、ことを特徴とする請求項３に記載
   の半導体装置の検査方法。
5. 【請求項５】 前記工程（ａ）は、 前記第一の傾きと前記第二の傾きとは同じ大きさであ
   り、向きは反対である被検査パターンを用意する工程で
   あり、 前記工程（ｂ）は、 前記主面上において、電位固定されていない参照パター
   ンを用意する工程である、ことを特徴とする請求項４に
   記載の半導体装置の検査方法。
6. 【請求項６】 前記工程（ａ）は、 前記第一の傾きと前記第二の傾きとが方向、大きさ共に
   同じである被検査パターンを用意する工程であり、 前記工程（ｂ）は、 前記主面上において、電位固定されている参照パターン
   を用意する工程である、ことを特徴とする請求項４に記
   載の半導体装置の検査方法。
7. 【請求項７】 前記工程（ａ）は、 前記第一および第二のビアプラグ群の構成要素であるビ
   アプラグ同士が電気的に接続され、対のビアプラグを複
   数対形成し、 前記複数対のビアプラグのうち電位固定しているビアプ
   ラグを一対備えて構成されている、被検査パターンを用
   意する工程である、ことを特徴とする請求項６に記載の
   半導体装置の検査方法。
8. 【請求項８】 前記工程（ａ）は、 前記第一の傾きと前記第二の傾きとの大きさが異なって
   いる被検査パターンを用意する工程であり、 前記工程（ｂ）は、 前記主面上において、電位固定されていない参照パター
   ンを用意する工程である、ことを特徴とする請求項４に
   記載の半導体装置の検査方法。
9. 【請求項９】 前記工程（ａ）は、 前記第一の傾きと前記第二の傾きとの大きさが異なって
   いる被検査パターンを用意する工程であり、 前記工程（ｂ）は、 前記主面上において前記線形の導電体に該当するパター
   ンは電位固定されており、前記主面上において前記第一
   のビアプラグ群に該当するパターンと前記第二のビアプ
   ラグ群に該当するパターンとは電気的に独立である、参
   照パターンを用意する工程である、ことを特徴とする請
   求項４に記載の半導体装置の検査方法。
10. 【請求項１０】 前記工程（ａ）は、 前記複数のビアプラグとして、前記線形の導電体の線方
    向に沿って一定の間隔で点在している第三のビアプラグ
    群を、さらに含んで構成し、 前記第一〜三のビアプラグ群の構成要素であるビアプラ
    グの対応するもの同士が電気的に接続されている、被検
    査パターンを用意する工程である、ことを特徴とする請
    求項８または請求項９に記載の半導体装置の検査方法。
11. 【請求項１１】 前記工程（ａ）は、 前記主面上に、前記複数のビアプラグとそれぞれ接続し
    ており、前記線形の導電体とは接続していなくて、前記
    線方向の幅が同一であり、当該ビアプラグよりも面積が
    大きい、複数の孤立導体を形成する工程を、さらに備え
    ている、ことを特徴とする請求項４ないし請求項１０の
    いずれかに記載の半導体装置の検査方法。
12. 【請求項１２】 前記工程（ａ）は、長さが一定の規則
    に基づいて変化している前記複数の孤立導体を形成する
    工程である、ことを特徴とする請求項１１に記載の半導
    体装置の検査方法。
13. 【請求項１３】 前記工程（ａ）は、 前記線方向の幅が同一な前記複数の第二の導体を備える
    被検査パターンを用意する工程であり、 前記工程（ｂ）は、 前記主面上において、電位固定されていない参照パター
    ンを用意する工程である、ことを特徴とする請求項３に
    記載の半導体装置の検査方法。
14. 【請求項１４】 前記工程（ａ）は、 前記線方向の幅が同一な前記複数の第二の導体を備える
    被検査パターンを用意する工程であり、 前記工程（ｂ）は、 前記主面上において前記線形の導電体に該当するパター
    ンは電位固定されており、前記主面上において前記第一
    の導体に該当するパターンと前記第二の導体に該当する
    パターンとは電気的に独立である、参照パターンを用意
    する工程である、ことを特徴とする請求項３に記載の半
    導体装置の検査方法。
15. 【請求項１５】 前記工程（ｇ）は、前記一方のコント
    ラストのみを含む比較画像に点在するコントラストを所
    定の集合として認識し、当該集合の範囲の寸法測定をす
    る工程である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項
    １４のいずれかに記載の半導体装置の検査方法。
16. 【請求項１６】 前記工程（ｈ）は、予め用意されてい
    る対応表に基づいて前記特性化寸法を決定する工程であ
    る、ことを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいず
    れかに記載の半導体装置の検査方法。
17. 【請求項１７】 前記工程（ａ）は、 前記複数の第二の導体において、前記線方向の前記第二
    の導体間の距離である縦方向のずらし量は、前記第二の
    導体の前記線方向の幅よりも大きい、被検査パターンを
    用意する工程である、ことを特徴とする請求項３ないし
    請求項１６のいずれかに記載の半導体装置の検査方法。
18. 【請求項１８】 前記工程（ａ）は、 前記複数の第一の導体において、前記線方向と垂直な方
    向の前記第一の導体間の距離である横方向のずらし量
    は、前記第一の導体の大きさの１／１０未満である、被
    検査パターンを用意する工程である、ことを特徴とする
    請求項２ないし請求項１７のいずれかに記載の半導体装
    置の検査方法。