JP2978971B2

JP2978971B2 - 荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム位置決め方法

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Publication number: JP2978971B2
Application number: JP3009306A
Authority: JP
Inventors: 和生大窪
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-01-29
Filing date: 1991-01-29
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: JPH04252976A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔目次〕産業上の利用分野従来の技術（図８）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（図１，図２）作用実施例（図３〜図７）発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子ビーム装置及
び荷電粒子ビーム位置決め方法に関するものであり、更
に詳しく言えば、絶縁物に覆われた被測定対象物の測定
点に電子ビームを位置合わせをする機能と方法に関する
ものである。

【０００３】近年、高集積，超微細化する半導体集積回
路装置（以下ＬＳＩという）等の被測定対象物に荷電粒
子ビームを偏向走査して、そのＳＥＭ（Ｓcanning Ｅle
ctron Ｍicroscope ）像の画像取得をし、被試験ＬＳＩ
の画像解析をする電子顕微鏡，電子ビーステスタ及び収
束イオンビーム装置が使用されつつある。

【０００４】ところで、従来例によれば被試験ＬＳＩの
試験や故障診断をする場合、チップ表面の絶縁膜を全部
除去せずに、それを残留させた状態で絶縁膜下の配線と
電子ビームとを位置合わせをしている。これは、絶縁膜
の除去によって、高集積化・超微細化するＬＳＩの破壊
発生の恐れがあるためである。

【０００５】このため、絶縁膜下の配線に電子ビームが
間接的に照射されるため、反射電子や二次電子の検出量
が少なくなる。これにより、表面が絶縁性の膜で覆われ
ていない場合のように、二次電子信号量を加算平均する
方法では正確に配線位置を検出することができない。

【０００６】そこで、予め、該絶縁膜下の配線が露出す
る位置合わせマークの形成をし、該対象物の設計モニタ
画像に指定された測定点を該対象物のＳＥＭ像の表示画
面の中心位置に精度良く，かつ、再現性良く一致させる
ことできる位置決め方法が望まれている。

【０００７】

【従来の技術】第８図は、従来例の電子ビーム装置及び
電子ビーム位置決め方法に係る説明図を示している。

【０００８】図において、被測定対象物（被試験ＬＳ
Ｉ）９の電圧測定やＳＥＭ像の観測をする電子ビームテ
スタや走査型電子顕微鏡等の電子ビーム装置は、鏡筒内
に設けられた電子銃１，偏向手段２及び二次電子検出器
３と、その外部に該二次電子検出器３からの反射電子や
二次電子１ｂの信号処理をする信号処理回路４と、偏向
手段２の駆動制御する偏向制御回路５と、被測定対象物
９のステージを移動制御するステージ移動回路６と、Ｓ
ＥＭ像を表示するモニタ７と、該電子銃１，偏向制御回
路５，信号処理回路４，ステージ移動回路６及びモニタ
７の入出力を制御する制御計算機８から構成されてい
る。

【０００９】該装置の機能は、まず電子ビーム１ａが偏
向手段２等の電子光学系を通して被照射対象９に出射さ
れる。次に被照射対象９からの反射電子や二次電子１ｂ
が、二次電子検出器３により検出される。その後、反射
電子や二次電子１ｂが信号処理回路４により信号処理さ
れる。これにより、被測定対象物９の配線位置に電子ビ
ーム１ａを位置合わせして電圧波形等を測定することが
できる。

【００１０】また、電子ビーム１ａの位置決め方法は、
例えば、ＳＥＭ像に表示された形状コントラストを利用
して絶縁膜に覆われた被測定対象物９の被測定点に電子
ビーム１ａを位置合わせをする場合には、電子銃１から
電子ビーム１ａが出射されると、該電子ビーム１ａが偏
向器２により偏向され、それが被測定対象物９の絶縁膜
上に照射される。さらに、被測定対象物９からの反射電
子や絶縁膜下の配線９Ａからの二次電子１ｂが二次電子
検出器３により検出され、その検出器３からの検出信号
が信号処理回路４により画像処理される。なお、ＳＥＭ
像は制御計算機８を介してモニタ７に表示される。

【００１１】この際に、図８の破線内図に示すように、
表面が絶縁性の膜で覆われている被測定対象物９では、
配線９Ａを横切るように電子ビーム１ａが線（ライン）
走査される。また、検出された二次電子信号量は加算平
均法により信号処理される。これにより得られたＳＥＭ
像をモニタ７の中心付近になるように、移動データＤ12
を演算し、被測定対象物９を載置したＸＹステージを移
動修正をしていた。

【００１２】これにより、絶縁膜に覆われた被測定対象
物９の被測定点に電子ビーム１ａが位置合わせされてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例によ
ればＬＳＩ（半導体集積回路装置）の試験や故障診断を
する場合、チップ表面の絶縁膜を全部除去せずに、それ
を残留させた状態で絶縁膜下の配線９Ａと電子ビーム１
ａとを位置合わせをしている。これは、絶縁膜の除去に
よって、高集積化・超微細化するＬＳＩの破壊発生の恐
れがあるためである。

【００１４】このため、絶縁膜下の配線９Ａに電子ビー
ム１ａが間接的に照射されるため、反射電子や二次電子
１ｂの検出量が少なくなる。これにより、配線位置を正
確に求めることができない。これは、絶縁膜を介して配
線９Ａ上に電子ビーム１ａが照射されることによって、
配線９Ａからの反射電子や二次電子１ｂの検出量と、絶
縁膜にそれが照射されたときの反射電子や二次電子１ｂ
の検出量とがほとんど差が無くなるためである。

【００１５】このことで、表面が絶縁性の膜で覆われて
いない場合のように、二次電子信号量を加算平均する方
法では正確に配線位置を検出することができない。これ
により、形状コントラスト方法では十分Ｓ／Ｎ比が得ら
れないことから正確に絶縁膜下の配線９Ａと電子ビーム
１ａとを位置合わせをすることが困難になるという問題
がある。

【００１６】なお、ＩＣパッドを利用して電子ビーム１
ａの位置決めをする方法もあるが該パッドから離れた測
定点における位置合わせ精度が低下をするという問題が
ある。

【００１７】本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創
作されたものであり、被測定対象物の絶縁膜下の配線等
に電子ビームを間接的に位置合わせ処理をすることな
く、予め、該絶縁膜下の配線が露出する位置合わせマー
クの形成をし、該対象物の設計モニタ画像に指定された
測定点を該対象物のＳＥＭ像の表示画面の中心部分に精
度良く，かつ、再現性良く一致させることが可能となる
荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム位置決め方法の
提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明に係る荷
電粒子ビーム装置の原理図、図２は、本発明に係る荷電
粒子ビーム位置決め方法の原理図をそれぞれ示してい
る。

【００１９】本発明の荷電粒子ビーム装置は図１に示す
ように、被測定対象物１８に荷電粒子ビーム11ａを出射
する荷電粒子発生源１１と、前記荷電粒子ビーム11ａを
偏向走査する偏向手段１２と、前記荷電粒子11ａの偏向
走査に基づいて前記被測定対象物１８の二次元画像Ａを
取得する画像取得手段１３と、前記被測定対象物１８の
移動をする移動手段１４と、前記荷電粒子発生源１１，
偏向手段１２，画像取得手段１３，移動手段１４の入出
力を制御する制御手段１５とを具備する荷電粒子ビーム
装置において、前記制御手段１５に位置決め制御手段15
Ａが設けられ、前記被測定対象物１８の位置検出マーク
Ｍに係る画像取得データＤ１と、前記被測定対象物１８
の設計画像Ｂに基づく画像表示データＤ２と、前記被測
定対象物１８の測定点Ｐに係る外部設定データＤ３とに
基づいて前記荷電粒子ビーム11ａのビーム偏向データＤ
４を出力することを特徴とする。

【００２０】また、前記装置において、前記二次元画像
Ａを表示する第１の表示手段１６と、前記被測定対象物
１８の設計画像Ｂを表示する第２の表示手段１７とが設
けられていることを特徴とする。

【００２１】さらに、前記装置において、前記移動手段
１４が前記被測定対象物１８の画像取得データＤ１及び
画像表示データＤ２に基づいて処理された移動制御デー
タＤ５により制御されることを特徴とする。

【００２２】なお、荷電粒子ビーム位置決め方法は図２
のフローチャートに示すように、まず、ステップＰ１で
予め、絶縁膜に覆われた被測定対象物１８に位置合わせ
マークＭの作成処理をし、次に、ステップＰ２で前記位
置合わせマークＭが作成された被測定対象物１８に荷電
粒子ビーム11ａを照射偏向処理をし、さらに、ステップ
Ｐ３で前記照射偏向処理に基づいて前記被測定対象物１
８の二次元画像Ａの取得処理をし、その後、ステップＰ
４で前記二次元画像Ａの中の位置合わせマークＭと前記
被測定対象物１８の設計画像Ｂに指定された測定点Ｐと
に基づいて荷電粒子ビーム11ａの位置合わせ処理をする
ことを特徴とする。

【００２３】また、前記位置決め方法方法において、前
記被測定対象物１８の位置合わせマークＭの作成処理
は、該被測定対象物１８の配線部分が露出する開口部18
Ａを設けることにより行うことを特徴とする。

【００２４】さらに、前記位置決め方法において、前記
被測定対象物１８の位置合わせマークＭは、該被測定対
象物１８の配線幅Φに基づいて重み付け処理をする。

【００２５】また、前記位置決め方法において、前記位
置合わせマークＭが被測定対象物１８に複数個設けられ
た場合には、該位置合わせマークＭに係る第１の位置座
標データＤP1と前記被測定対象物１８の測定点Ｐに係る
第２の位置座標データＤP2との変換処理の際に、最小二
乗法により線形近似処理をすることを特徴とする。

【００２６】なお、前記位置決め方法において、前記位
置合わせ処理は、前記位置合わせマークＭが作成された
被測定対象物１８を荷電粒子ビーム11ａの偏向可能領域
に移動処理をし、前記偏向可能領域で荷電粒子ビーム11
ａの照射偏向処理をし、前記照射偏向処理に基づいて被
測定対象物１８の二次元画像Ａの取得処理をし、前記取
得処理に基づいて荷電粒子ビーム11ａの偏向調整処理を
することを特徴とし、上記目的を達成する。

【００２７】

【作用】本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、図１に
示すように、荷電粒子発生源１１，偏向手段１２，画像
取得手段１３，移動手段１４及び制御手段１５が具備さ
れ、該制御手段１５に位置決め制御手段15Ａが設けられ
ている。

【００２８】例えば、予め、絶縁膜に覆われた被測定対
象物１８に作成された位置合わせマークＭに荷電粒子発
生源１１からの荷電粒子ビーム11ａが出射されると、該
荷電粒子ビーム11ａが偏向手段１２により偏向走査され
る。また、荷電粒子11ａの偏向走査に基づいて被測定対
象物１８の二次元画像Ａが画像取得手段１３により取得
され、該二次元画像Ａが第１の表示手段１６により表示
される。一方、第２の表示手段１７には該対象物１８の
設計画像Ｂが表示される。この際に、制御手段１５を介
して、例えば、被測定対象物１８の位置検出マークＭに
係る画像取得データＤ１と、その設計画像Ｂに基づく画
像表示データＤ２と、その測定点Ｐに係る外部設定デー
タＤ３とに基づいて荷電粒子ビーム11ａのビーム偏向デ
ータＤ４が出力される。

【００２９】このため、被測定対象物１８の絶縁膜下の
配線が露出した位置合わせマークＭに荷電粒子ビーム11
ａが直接的に照射される。このことで、反射電子や二次
電子１ｂの検出量が多くなることから、配線を横切るよ
うに荷電粒子ビーム11ａを線走査することにより、該配
線から放出される反射電子や二次電子11ｂの変化から配
線位置を特定することができる。これを利用して、その
検出量の加算平均処理等をすることにより位置合わせマ
ークＭを正確に求めることが可能となる。

【００３０】これにより、被測定対象物１８の画像取得
データＤ１及び画像表示データＤ２に基づいて処理され
た移動制御データＤ５により移動手段１５が制御され、
被測定対象物１８が移動手段１４により移動される。こ
のことで、第２の表示手段１７の設計画像Ｂに指定した
測定点Ｐと該対象物のＳＥＭ像の中の位置合わせマーク
Ｍに基づいて，例えば、第１の表示手段１６の画面の中
心に荷電粒子ビームを再現性良く一致させることが可能
となる。

【００３１】また、本発明の荷電粒子ビーム位置決め方
法によれば、図２のフローチャートに示すように、予
め、絶縁膜に覆われた被測定対象物１８に，例えば、そ
の配線部分を露出する開口部18Ａから成る位置合わせマ
ークＭが作成処理されている。また、位置合わせマーク
Ｍが被測定対象物１８の配線幅Φに基づいて重み付け処
理される。さらに、位置合わせマークＭが被測定対象物
１８に複数個設けられた場合には、該位置合わせマーク
Ｍに係る第１の位置座標データＤP1とその測定点Ｐに係
る第２の位置座標データＤP2との変換処理の際に最小二
乗法により線形近似処理される。

【００３２】このため、被測定対象物１８が荷電粒子ビ
ーム11ａの偏向可能領域に移動処理され、該偏向可能領
域において、位置合わせマークＭが作成された被測定対
象物１８に荷電粒子ビーム11ａが照射偏向処理されるこ
とで、該照射偏向処理に基づいて被測定対象物１８の二
次元画像Ａが取得処理され、その後、該取得処理に基づ
いて荷電粒子ビーム11ａの偏向調整処理をすることがで
きる。

【００３３】これにより、第２の表示手段１７の設計画
像Ｂに指定した測定点Ｐを該対象物のＳＥＭ像の中の位
置合わせマークＭに基づいて，例えば、第１の表示手段
１６の画面の中心部分に荷電粒子ビーム11ａを精度良く
かつ再現性良く位置決めを行うことが可能となる。

【００３４】

【実施例】次に図を参照しながら本発明の実施例につい
て説明する。第３〜第７図は、本発明の実施例に係る荷
電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム位置決め方法を説
明する図であり、第３図は、本発明の実施例に係る電子
ビーム装置の構成図を示している。

【００３５】図において、設計ＬＳＩのマスク図表示画
面を参照しながら被試験ＬＳＩ２８の電圧測定やＳＥＭ
像の観測をする電子ビームテスタや走査型電子顕微鏡等
の電子ビーム装置は、鏡筒２０内に電子銃２１，電磁偏
向器22Ａ，静電偏向器22Ｂ，電子レンズ22Ｃ，二次電子
検出器23Ａ及びＸＹステージ24ａ等が設けられている。
また、その外部に、偏向駆動制御回路22Ｄ，ＳＥＭ像取
得表示制御回路23Ｂ，第１，第２のモニタ２６，２７，
ステージ制御回路24ｂ，制御計算機２５，キーボード２
９及びＣＡＤデータ表示制御回路３０が設けられてい
る。

【００３６】すなわち、電子銃２１は荷電粒子発生源１
１の一実施例であり、荷電粒子ビーム11ａの一例となる
電子ビーム21ａを被測定対象物１８の一例となる被試験
ＬＳＩ２８に出射するものである。電磁偏向器22Ａ，静
電偏向器22Ｂ，電子レンズ22Ｃ及び偏向駆動制御回路22
Ｄは偏向手段１２の一実施例であり、ビーム偏向データ
Ｄ４に基づいて電子ビーム21ａを電磁偏向，静電偏向及
び焦点結像するものである。

【００３７】また、二次電子検出器23Ａ及びＳＥＭ像取
得表示制御回路23Ｂは画像取得手段１３の一実施例であ
り、被試験ＬＳＩ２８からの二次電子21ｂを検出し、そ
の二次電子検出信号を信号処理して被試験ＬＳＩ２８の
二次元画像Ａの一例となるＳＥＭ像を表示するための画
像取得データＤ１を制御計算機２５に出力するものであ
る。

【００３８】ＸＹステージ24ａ及びステージ制御回路24
ｂは移動手段１４の一実施例であり、被試験ＬＳＩ２８
が載置されたＸＹステージ24ａを制御計算機２５からの
移動制御データＤ５に基づいて移動制御するものであ
る。なお、移動制御データＤ５は被試験ＬＳＩ２８の画
像取得データＤ１及び画像表示データＤ２に基づいて信
号出力処理される。

【００３９】制御計算機２５は制御手段１５の一実施例
であり、電子銃２１，電磁偏向器22Ａ，静電偏向器22
Ｂ，電子レンズ22Ｃ，偏向駆動制御回路22Ｄ，ＳＥＭ像
取得表示制御回路23Ｂ，第１，第２のモニタ２６，２
７，ステージ制御回路24ｂ，キーボード２９及びＣＡＤ
データ表示制御回路３０の入出力を制御するものであ
る。

【００４０】また、本発明の実施例では、該制御計算機
２５に位置決め制御回路25ａが設けられ、被試験ＬＳＩ
２８の位置検出マークＭに係る画像取得データＤ１と、
被試験ＬＳＩ２８の設計画像Ｂに基づく画像表示データ
Ｄ２と、被試験ＬＳＩ２８の測定点Ｐに係る外部設定デ
ータＤ３とに基づいて電子ビーム11ａのビーム偏向デー
タＤ４を出力するものである。なお、当該制御回路25ａ
については図４において、また、位置合わせマークＭに
ついては測定点Ｐと共に図５において詳述する。

【００４１】第１のモニタ２６は第１の表示手段１６の
一実施例であり、制御計算機２５からの取得位置表示デ
ータＤ６に基づいて、被試験ＬＳＩ２８のＳＥＭ（Ｓca
nning Ｅlectron Ｍicroscope）像を表示するものであ
る。

【００４２】第２のモニタ２７は第２の表示手段１７の
一実施例であり、制御計算機２５からの画像表示データ
Ｄ２に基づいて、被試験ＬＳＩ２８の設計画像Ｂの一例
となる設計ＬＳＩのマスク全体図を画面表示するもので
ある。なお、本発明の実施例では、第２のモニタ２７の
画面中に測定点Ｐが指定される。

【００４３】また、２９はキーボードであり、制御計算
機２５に制御命令データＤ３を入力するものであり、例
えば、観測者が第２のモニタ２７に表示されるマスク図
の選択をしたり、表示画面中に測定点Ｐを指定するもの
である。

【００４４】ＣＡＤデータ表示制御回路３０は、ＬＳＩ
のＣＡＤデータベースに係る設計データＤ７を入力して
設計表示データＤ71を制御計算機２５に出力するもので
ある。

【００４５】図４は、本発明の実施例に係る制御計算機
の内部構成図を示している。図４において、制御計算機
２５は位置決め制御回路25ａ及びデータ制御装置25ｂか
ら成る。

【００４６】位置決め制御回路25ａは位置決め制御手段
15Ａの一実施例であり、偏向座標算定回路５２及び詳細
位置決め回路５１から成る。偏向座標算定回路５２は第
２のモニタ２７に表示されたマスク図の表示画面中に指
定された測定点Ｐに係る測定点レイアウト座標データＤ
21と詳細位置決め回路５１からのアライメントデータＤ
22に基づいてビーム偏向データＤ４を偏向駆動制御回路
22Ｄに出力するものである。

【００４７】詳細位置決め回路５１はＳＥＭ像取得表示
制御回路23Ｂからの画像取得データＤ１と位置合わせマ
ークＭの座標を示すマーク座標データＤ11とに基づいて
アライメントデータＤ22を出力するものである。

【００４８】データ制御装置25ｂはＣＰＵ（中央演算処
理装置）から成り、画像取得データＤ１，外部設定デー
タＤ３及び設計表示データＤ71に基づいて画像取得デー
タＤ１，マーク座標データＤ11，画像表示データＤ２，
測定点レイアウト座標データＤ21，移動制御データＤ５
及び取得位置表示データＤ６を出力するものである。

【００４９】図５（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例に
係る測定点と位置合わせマークとの説明図であり、同図
（ａ）は設計画像Ｂを示している。

【００５０】同図（ａ）において、設計画像Ｂは被試験
ＬＳＩ２８の設計表示データＤ71に基づく画像表示デー
タＤ２により表示されるものである。なお、Ｐは測定点
であり、被試験ＬＳＩ２８の電圧測定やＳＥＭ像の観測
をする際に該設計画像Ｂの表示画面中に指定されたもの
である。また、ｍはレイアウト座標上の位置合わせマー
クであり、実物の被試験ＬＳＩ２８に作成される位置合
わせマークＭの位置座標を示すものである。

【００５１】また、同図（ｂ）はＳＥＭ像Ａの全体図を
示している。同図（ｂ）において、ＳＥＭ像Ａは被試験
ＬＳＩ２８の二次電子検出に基づく画像取得データＤ１
により表示されるものであり、実際にはＳＥＭ像Ａの一
部分が第１のモニタ２６に拡大表示される。また、Ｍは
位置合わせマークであり、被試験ＬＳＩ２８の電圧測定
やＳＥＭ像の観測をする際に、予め、絶縁膜に覆われた
被試験ＬＳＩ２８の領域に作成されたものである。な
お、位置合わせマークＭの作成方法については図７にお
いて詳述する。

【００５２】また、本発明の実施例では第２のモニタ２
７に指定した測定点Ｐは第１のモニタ２６の画面中心に
位置合わせマークＭが表示されるように制御系を組むも
のとする。

【００５３】このようにして、本発明の実施例に係る電
子ビーム装置によれば、図３に示すように、電子銃２
１，電磁偏向器22Ａ，静電偏向器22Ｂ，電子レンズ22
Ｃ，二次電子検出器23Ａ，ＸＹステージ24ａ，偏向駆動
制御回路22Ｄ，ＳＥＭ像取得表示制御回路23Ｂ，第１，
第２のモニタ２６，２７，ステージ制御回路24ｂ，制御
計算機２５，キーボード２９及びＣＡＤデータ表示制御
回路３０が具備され、該制御計算機２５に位置決め制御
回路25ａが設けられている。

【００５４】例えば、予め、絶縁膜に覆われた被試験Ｌ
ＳＩ２８に作成された位置合わせマークＭに電子銃２１
からの電子ビーム21ａが出射されると、該電子ビーム21
ａが電磁偏向器22Ａ及び静電偏向器22Ｂ等により偏向走
査される。また、電子21ａの偏向走査に基づいて被試験
ＬＳＩ２８の二次元画像Ａが二次電子検出器23Ａ，ＳＥ
Ｍ像取得表示制御回路23Ｂにより取得され、該二次元画
像Ａが第１のモニタ２６により表示される。一方、第２
のモニタ２７には該ＬＳＩ２８の設計画像Ｂが表示され
る。この際に、制御計算機２５を介して、例えば、被試
験ＬＳＩ２８の位置検出マークＭに係る画像取得データ
Ｄ１と、その設計画像Ｂに基づく画像表示データＤ２
と、その測定点Ｐに係る外部設定データＤ３とに基づい
て電子ビーム21ａのビーム偏向データＤ４が出力され
る。

【００５５】このため、被試験ＬＳＩ２８の絶縁膜下の
配線が露出した位置合わせマークＭに電子ビーム21ａが
直接的に照射される。このことで、反射電子や二次電子
１ｂの検出量が多くなることから、配線を横切るように
電子ビーム21ａを線走査することにより、該配線から放
出される反射電子や二次電子11ｂの変化から位置合わせ
マーク（配線位置）Ｍを特定することができる。これを
利用して、その検出量の加算平均処理等をすることによ
り位置合わせマークＭを精度良く求めることが可能とな
る。

【００５６】これにより、被試験ＬＳＩ２８の画像取得
データＤ１及び画像表示データＤ２に基づいて処理され
た移動制御データＤ５によりステージ制御回路24ｂが制
御され、被試験ＬＳＩ２８がＸＹステージ24ａにより移
動される。このことで、第２のモニタ２７の設計画像Ｂ
に指定した測定点Ｐを該対象物のＳＥＭ像を表示する第
１のモニタ２６の画面中心において再現性良く一致させ
ることが可能となる。

【００５７】次に、本発明の実施例に係る電子ビーム位
置決め方法について当該装置の動作を補足しながら説明
をする。

【００５８】図６は、本発明の実施例に係る電子ビーム
位置決め方法のフローチャートであり、図７はその位置
合わせマークの形成方法の説明をそれぞれ示している。

【００５９】例えば、設計ＬＳＩのマスク図表示画面に
指定した測定点Ｐ＝（ｌｘ，ｌｙ）と被試験ＬＳＩ２８
のＳＥＭ像の複数の位置合わせマークＭに基づく画面中
心位置に電子ビーム21ａを一致させ、その後、電圧測定
等をする場合について説明をする。

【００６０】図６において、予め、ステップＰ１で絶縁
膜に覆われた被試験ＬＳＩ２８に位置合わせマークＭの
作成処理をする。

【００６１】この際に、被試験ＬＳＩ２８への位置合わ
せマークＭの作成処理は、図７において該ＬＳＩ２８の
配線部分が露出する開口部18Ａを設けることにより行
う。例えば、開口部18Ａは１〜数μｍにフォーカス処理
をしたレーザカッターやＦＩＢ（Focused Ion Beam，収
束イオンビーム）装置により除去する。すなわち、同図
７（ａ）において、開口部18ＡはＳｉ基板28Ａ，ＳｉＯ
₂膜28Ｂ上のＰＳＧ膜28Ｄに覆われたアルミ配線28Ｃの
一部が露出するようにレーザービーム光３１をスポット
照射する。また、開口部18Ａは１画面のＳＥＭ像Ａ＝
（２〜300 〔μｍ〕角）の場合、２個以上設け、可能な
らば３個以上設ける。

【００６２】なお、被試験ＬＳＩ２８の位置合わせマー
クＭは、該被試験ＬＳＩ２８の配線幅Φに基づいて重み
付け処理をする。すなわち、位置合わせマークＭはレー
ザービーム光３１がアルミ配線28ＣとＰＳＧ膜28Ｄとに
またがっているとき（図７（ａ）のレーザースポット領
域ＬＰ参照）には、Ｓｉ基板28Ａ，ＳｉＯ₂膜28Ｂ上の
ＰＳＧ膜28Ｄが除かれずに、アルミ配線28Ｃ上のＰＳＧ
膜28Ｄのみが除去されるという性質がある。従って、同
図７（ｂ）において、アルミ配線28Ｃの配線幅Φが２μ
ｍ以下になるとレーザービーム光３１により形成される
開口部（ＰＳＧ膜除去領域ＬＱ参照）18Ａは配線の長手
方向に細長くなる楕円形状となる。このため、位置合わ
せマークＭの精度は、配線に対して垂直方向に電子ビー
ム21ａを走査すると、高い検出精度が得られる。なお、
本発明の実施例では、位置合わせマークＭのマーク座標
データＤ11と設定精度との関係を予め、制御計算機２５
のメモリ等に格納されている。例えば、ｍ番目の位置合
わせマークＭのレイアウト座標（ｌxm, ｌym）とその精
度（ａxm, ａym）との関係がＲＡＭ等に書き込まれてい
る。また、精度（ａxm,ａym）はＦＩＢ装置，レーザー
カッターを用いて開口部18Ａを形成した場合には１（垂
直方向基準）とし、それ以外の開口手段の場合にはａと
するものとする。

【００６３】これにより、開口部18Ａからの二次電子21
ｂが多く検出され、電圧コントラストによりＳＥＭ像を
二値化をすると位置合わせマークＭを容易に行うことが
可能となる。

【００６４】次に、ステップＰ２でレイアウト座標系と
ステージ座標系の位置合わせ処理をする。ここで、被試
験ＬＳＩの第２のモニタ２７の画面上の第１の位置合わ
せマークｍ１に係るレイアウト座標を（ｌx1，ｌy1）と
し、そのステージ座標を（ｇx1, ｇy1）とする。また、
第２の位置合わせマークｍ２に係るレイアウト座標を
（ｌx2，ｌy2）とし、そのステージ座標を（ｇx2, ｇx
2）とする。

【００６５】その後、ステップＰ３で第２のモニタ２７
において測定点Ｐの指定処理をする。この際に、キーボ
ード２９により測定点Ｐ＝（ｌｘ，ｌｙ）を制御命令デ
ータＤ３にして設定をする。

【００６６】次いで、ステップＰ４で位置合わせマーク
Ｍが作成された被試験ＬＳＩ２８を電子ビーム21ａの偏
向可能領域に移動処理をする。この際に制御計算機２５
はステージ移動制御回路24ｂに、ｇｘ＝ｇx1＋（ｇx2−ｇx1）（ｌｘ−ｌx1）／（ｌx2−ｌx1）及びｇｙ＝ｇy1＋（ｇy2−ｇy1）（ｌy −ｌy1）／（ｌy2−ｌy1）なる内容の移動制御データＤ５を出力する。これによ
り、ＸＹステージ24ａがステージ座標系の（ｇｘ，ｇ
ｙ）に移動される。

【００６７】さらに、ステップＰ５で位置合わせマーク
Ｍが作成された被試験ＬＳＩ２８に電子ビーム21ａを照
射偏向処理をする。この際に、電子銃２１から電子ビー
ム21ａが被試験ＬＳＩ２８に照射され、その二次電子21
ｂが二次電子検出器23Ａに検出される。

【００６８】次に、ステップＰ６で照射偏向処理に基づ
いて被試験ＬＳＩ２８のＳＥＭ像Ａの取得処理をする。
この際に、ステージ座標系の位置（ｇｘ，ｇｙ）で取得
された二次電子21ｂに基づいて、ＳＥＭ像Ａの二値化を
すると位置合わせマークＭを抽出することができる。す
なわち、第１の位置座標データＤP1の一例となるＳＥＭ
像Ａ上のｋ個の位置合わせマークＭの重心をＳＥＭ像座
標リスト（ｓxi, ｓyi），ｉ＝１，２，３…ｋを作成す
る。また、ＳＥＭ像Ａ上の第１の位置合わせマークＭ１
に対応するビーム偏向座標を（−ｓx1, −ｓy1）、その
第２の位置合わせマークＭ２に対応するビーム偏向座標
を（ｓx1, ｓy1）とし、ＳＥＭ座標をレイアウト座標に
変換する際の倍率に依存する係数をｍｘ，ｍｙとする
と、レイアウト座標系におけるｋ個の位置合わせマーク
Ｍの重心座標（ｌxi, ｌyi）は、ｌxi＝ｌｘ＋ｍｘ×ｓx1 ｌyi＝ｌｙ＋ｍｙ×ｓy1 となる。但し、（ｌｘ，ｌｙ）は測定点Ｐのレイアウト
座標である。

【００６９】次に、位置合わせマークＭの重心座標（ｌ
xi, ｌyi）に最も距離が近い位置合わせマークＭのマー
ク座標（ｌxm, ｌym）から選択して、第２の位置座標デ
ータＤP2の一例となる新たな位置合わせマークＭの重心
座標（ｌxi, ｌyi）を置き換える。これにより、ＳＥＭ
像Ａから抽出した位置合わせマークＭの正確なレイアウ
ト座標とＳＥＭ像Ａとの関係を得ることができる。この
際に、ＳＥＭ像取得表示制御回路23Ｂからの画像取得デ
ータＤ１と位置合わせマークＭの座標を示すマーク座標
データＤ11とに基づくアライメントデータＤ22が詳細位
置決め回路５１から偏向座標算定回路５２に出力され
る。また、第２のモニタ２７に表示されたマスク図の表
示画面中に指定された測定点Ｐ＝（ｌｘ，ｌｙ）に係る
測定点レイアウト座標データＤ21と詳細位置決め回路５
１からのアライメントデータＤ22に基づいてビーム偏向
データＤ４が偏向座標算定回路５２から偏向駆動制御回
路22Ｄに出力される。これにより、第１のモニタ２６の
ＳＥＭ像Ａの画面中心位置と第２のモニタ２７の測定点
Ｐとを一致させることができる。

【００７０】なお、複数個のＳＥＭ像Ａとレイアウト座
標との関係から最小二乗法による近似処理により、ＳＥ
Ｍ像Ａ，レイアウト座標間の変換式を求め、測定点Ｐ＝
（ｌｘ，ｌｙ）に対応するＳＥＭ像Ａの画面中心部分に
電子ビーム21ａを偏向し、高精度にその位置決めを行う
ことができる。

【００７１】その後、ステップＰ７で被試験ＬＳＩ２８
の電圧測定等の測定処理をする。ここでは、被試験ＬＳ
Ｉ２８に試験電圧等を印加し、その電圧変化を分析する
ことにより行う。

【００７２】そして、ステップＰ８で測定終了か否かの
判断処理をする。この際に、測定終了しない場合（Ｎ
Ｏ）には、ステップＰーに戻って処理を継続する。ま
た、測定終了（ＹES) により、測定処理を終了する。

【００７３】このようにして、本発明の実施例に係る位
置決め方法によれば、図６のフローチャートに示すよう
に、予め、絶縁膜に覆われた被試験ＬＳＩ２８に，例え
ば、その配線部分を露出する開口部18Ａから成る位置合
わせマークＭが作成処理されている。また、位置合わせ
マークＭが被試験ＬＳＩ２８の配線幅Φに基づいて重み
付け処理され、さらに、それが被試験ＬＳＩ２８に複数
個設けられた場合には、該位置合わせマークＭに係る第
１の位置座標データＤP1とその測定点Ｐに係る第２の位
置座標データＤP2とが最小二乗法により線形近似処理さ
れている。

【００７４】このため、被試験ＬＳＩ２８が電子ビーム
21ａの偏向可能領域に移動処理され、該偏向可能領域に
おいて、位置合わせマークＭが作成された被試験ＬＳＩ
２８に電子ビーム21ａが照射偏向処理されることで、該
照射偏向処理に基づいて被試験ＬＳＩ２８の二次元画像
Ａが取得処理され、その後、該取得処理に基づいて電子
ビーム21ａの偏向調整処理を行うことができる。

【００７５】これにより、第２のモニタ２７の設計画像
Ｂに指定した測定点Ｐを該対象物のＳＥＭ像の中の位置
合わせマークＭに基づいて，例えば、第１のモニタ２６
の画面の中心部分に電子ビーム21ａを精度良くかつ再現
性良く位置決めを行うことが可能となる。

【００７６】なお、本発明の実施例では、電子ビーム装
置及び電子ビーム位置決め方法について説明をしたが荷
電粒子ビームにイオンビームを用いる収束イオンビーム
装置及び収束イオンビーム位置決め方法においても同様
な効果を得ることができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の荷電粒子
ビーム装置によれば荷電粒子発生源，偏向手段，画像取
得手段，移動手段及び制御手段が具備され、該制御手段
に位置決め制御手段が設けられ、絶縁膜に覆われた被測
定対象物に作成された位置合わせマークに荷電粒子ビー
ムが直接出射偏向されている。

【００７８】このため、被測定対象物の絶縁膜下の配線
が露出した位置合わせマークに荷電粒子ビームが直接的
に照射されることで、反射電子や二次電子の検出量が多
くなる。このことから、配線を横切るように荷電粒子ビ
ームを線走査することにより、該配線から放出される反
射電子や二次電子の変化から位置合わせマークを特定す
ることができる。

【００７９】これにより、第２の表示手段の設計画像に
指定した測定点を該対象物のＳＥＭ像を表示する第１の
表示手段の画面の中心部分に再現性良く一致させること
が可能となる。また、本発明の荷電粒子ビーム位置決め
方法によれば、予め、絶縁膜に覆われた被測定対象物に
配線幅に基づいて重み付け処理され、その配線部分が露
出する位置合わせマークが作成処理されている。

【００８０】このため、荷電粒子ビームの偏向可能領域
において、位置合わせマークが作成された被測定対象物
に荷電粒子ビームが照射偏向処理され、該照射偏向処理
に基づいて被測定対象物の二次元画像が取得処理され
る。その後、該取得処理に基づいて荷電粒子ビームの偏
向調整処理をすることにより第２の表示手段の設計画像
に指定した測定点を該対象物のＳＥＭ像の中の位置合わ
せマークに基づいて第１の表示手段の画面の中心部分に
精度良くかつ再現性良く行うことが可能となる。

【００８１】また、位置合わせマークが被測定対象物に
複数個設けられた場合には、該位置合わせマークに係る
第１の位置座標データとその測定点に係る第２の位置座
標データとの変換処理が最小二乗法等により線形近似処
理されることにより精密な荷電粒子ビームの位置決めを
行うことが可能となる。

【００８２】これにより、ＳＥＭ像に基づいて高集積，
超微細化する半導体集積回路装置等の画像解析をする電
子顕微鏡，電子ビーステスタ及び収束イオンビーム装置
の性能の向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る荷電粒子ビーム装置の原理図であ
る。

【図２】本発明に係る荷電粒子ビーム位置決め方法の原
理図である。

【図３】本発明の実施例に係る電子ビーム装置の全体構
成図である。

【図４】本発明の実施例に係る制御計算機の内部構成図
である。

【図５】本発明の実施例に係る測定点と位置合わせマー
クとの説明図である。

【図６】本発明の実施例に係る電子ビーム位置決め方法
のフローチャートである。

【図７】本発明の実施例に係る位置合わせマークの形成
方法の説明図である。

【図８】従来例に係る電子ビーム装置の構成図である。

【符号の説明】

１１…荷電粒子発生源、１２…偏向手段、１３…画像取得手段、１４…移動手段、１５…制御手段、１６…第１の表示手段、１７…第２の表示手段、 11ａ…荷電粒子ビーム、Ｄ１…画像取得データ、Ｄ２…画像表示データ、Ｄ３…外部設定データ、Ｄ４…ビーム偏向データ、Ｄ５…移動制御データ、Ａ…二次元画像、Ｂ…設計画像、Ｍ…位置合わせマーク、Ｐ…測定点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 31/302 H01J 37/256 H01L 21/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定対象物（１８）に荷電粒子ビーム
（11ａ）を出射する荷電粒子発生源（１１）と、前記荷
電粒子ビーム（11ａ）を偏向走査する偏向手段（１２）
と、前記荷電粒子（11ａ）の偏向走査に基づいて前記被
測定対象物（１８）の二次元画像（Ａ）を取得する画像
取得手段（１３）と、前記被測定対象物（１８）の移動
をする移動手段（１４）と、前記荷電粒子発生源（１
１），偏向手段（１２），画像取得手段（１３），移動
手段（１４）の入出力を制御する制御手段（１５）とを
具備する荷電粒子ビーム装置において、前記制御手段
（１５）に位置決め制御手段（15Ａ）が設けられ、前記
被測定対象物（１８）の位置検出マーク（Ｍ）に係る画
像取得データ（Ｄ１）と、前記被測定対象物（１８）の
設計画像（Ｂ）に基づく画像表示データ（Ｄ２）と、前
記被測定対象物（１８）の測定点（Ｐ）に係る外部設定
データ（Ｄ３）とに基づいて前記荷電粒子ビーム（11
ａ）のビーム偏向データ（Ｄ４）を出力することを特徴
とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】請求項１記載の荷電粒子ビーム装置にお
いて、前記二次元画像（Ａ）を表示する第１の表示手段
（１６）と、前記被測定対象物（１８）の設計画像
（Ｂ）を表示する第２の表示手段（１７）とが設けられ
ていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】請求項１記載の荷電粒子ビーム装置にお
いて、前記移動手段（１４）が前記被測定対象物（１
８）の画像取得データ（Ｄ１）及び画像表示データ（Ｄ
２）に基づいて処理された移動制御データ（Ｄ５）によ
り制御されることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】予め、絶縁膜に覆われた被測定対象物
（１８）に位置合わせマーク（Ｍ）の作成処理をし、前
記位置合わせマーク（Ｍ）が作成された被測定対象物
（１８）に荷電粒子ビーム（11ａ）を照射偏向処理を
し、前記照射偏向処理に基づいて前記被測定対象物（１
８）の二次元画像（Ａ）の取得処理をし、前記二次元画
像（Ａ）の中の位置合わせマーク（Ｍ）と前記被測定対
象物（１８）の設計画像（Ｂ）に指定された測定点
（Ｐ）とに基づいて前記荷電粒子ビーム（11ａ）の位置
合わせ処理をすることを特徴とする荷電粒子ビーム位置
決め方法。
【請求項５】請求項４記載の荷電粒子ビーム位置決め
方法において、前記被測定対象物（１８）の位置合わせ
マーク（Ｍ）の作成処理は、該被測定対象物（１８）の
配線部分が露出する開口部（18Ａ）を設けることにより
行うことを特徴とする荷電粒子ビーム位置決め方法。
【請求項６】請求項４記載の荷電粒子ビーム位置決め
方法において、前記被測定対象物（１８）の位置合わせ
マーク（Ｍ）は、該被測定対象物（１８）の配線幅
（Φ）に基づいて重み付け処理をすることを特徴とする
荷電粒子ビーム位置決め方法。
【請求項７】請求項４記載の荷電粒子ビーム位置決め
方法において、前記位置合わせマーク（Ｍ）が被測定対
象物（１８）に複数個設けられた場合には、該位置合わ
せマーク（Ｍ）に係る第１の位置座標データ（ＤP1）と
前記被測定対象物（１８）の測定点（Ｐ）に係る第２の
位置座標データ（ＤP2）との変換処理の際に最小二乗法
により線形近似処理をすることを特徴とする荷電粒子ビ
ーム位置決め方法。
【請求項８】請求項４記載の荷電粒子ビーム位置決め
方法において、前記位置合わせ処理は、前記位置合わせ
マーク（Ｍ）が作成された被測定対象物（１８）を荷電
粒子ビーム（11ａ）の偏向可能領域に移動処理をし、前
記偏向可能領域で荷電粒子ビーム（11ａ）の照射偏向処
理をし、前記照射偏向処理に基づいて被測定対象物（１
８）の二次元画像（Ａ）の取得処理をし、前記取得処理
に基づいて荷電粒子ビーム（11ａ）の偏向調整処理をす
ることを特徴とする荷電粒子ビーム位置決め方法。