JPH05218152A

JPH05218152A - 二次電子像変形補正装置

Info

Publication number: JPH05218152A
Application number: JP1746592A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Okubo; 和生大窪; Hironori Teguri; 弘典手操; Akio Ito; 昭夫伊藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-02-03
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1993-08-27
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JP2986995B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、二次電子像変形補正装置に関し、二
次電子像変形を高精度で自動的に補正することを目的と
する。【構成】一次変換パラメータに応じて、電子ビーム走査
位置を、偏向方向が互いに直交する第１偏向器及び第２
偏向器３への駆動信号に一次変換し、この一次変換パラ
メータを変化させることにより、Ｘ−Ｙ座標系の軸Ｘを
固定した状態で軸Ｙを回転させ、軸Ｙに平行な直線に沿
った二次電子像の輝度を加算した投影輝度Ｂ（Ｘ）を求
め、投影輝度Ｂ（Ｘ）から配線パターンの線方向とＹ軸
との平行度評価量ｄを求め、軸Ｙの回転に対し平行度評
価量ｄが極大となる回転角Ａ_sを求め、回転角Ａ_sを二
次電子像の変形の補正量とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム装置で電子
ビームを試料上に走査して得られた二次電子像の変形を
補正する二次電子像変形補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームテスタで半導体チップ上の配
線の電圧を測定する場合、チップ表面上を電子ビームで
走査して二次電子像を取得し、これをディスプレイ装置
に表示させ、二次電子像を目視して測定点を指定した後
に、その点に電子ビームを照射して電圧測定を行ってい
る。しかし、半導体集積回路の大規模化、高集積化に伴
い、二次電子像の視野が相対的に極めて狭くなり、二次
電子像上で測定点を指定するのは容易でない。

【０００３】そこで、配線パターンのＣＡＤデータに基
づいて指定した測定点を、ＣＡＤデータ上のパターンと
二次電子像とのパターンマッチングにより二次電子像上
の測定点に自動変換する方法が提案されている。

【０００４】電子ビーム装置のＸ偏向器とＹ偏向器の偏
向方向直交誤差、Ｘ偏向器とＹ偏向器の感度特性差及び
試料ステージのＸ軸に対する試料のＸ軸の平行誤差によ
り、二次電子像が変形するので、このパターンマッチン
グの前処理としで二次電子像の変形を補正する必要があ
る。従来ではこの補正を、二次電子像を目視しながら、
電子ビーム走査位置をＸ偏向器及びＹ偏向器への供給電
流に変換するマトリックスのパラメータを少しずつ変化
させて行なっていた。

【０００５】この補正は、ＣＡＤデータ上のＸ−Ｙ軸に
対応した二次電子像上のＸ−Ｙ軸のＸ軸回転及びＹ軸回
転に相当する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような目
視による方法では、Ｘ軸及びＹ軸の回転補正誤差を０．
５度以下にすることは困難である。局所電界効果の影響
を低減して精度よく電圧を測定するには、電子ビーム照
射点を中心とする等電位の円の半径をできるだけ大きく
する必要があり、そのためには配線パターンの幅方向中
点に電子ビームを照射する必要がある。配線幅が１μｍ
の場合、この中点の位置決め誤差を１０％以内にするに
は、Ｘ軸及びＹ軸の回転補正誤差を０．１〜０．２度程
度にする必要がある。

【０００７】また、従来の手動補正では、補正量が微小
であるので試行錯誤により繰り返し処理しなければなら
ず、操作が煩雑であった。

【０００８】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、二次電子像変形を高精度で自動的に補正することが
できる二次電子像変形補正装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段及びその作用】図１は、本
発明に係る二次電子像変形補正装置の原理構成を示す。

【００１０】本発明では、電子ビーム装置１で電子ビー
ムＥＢを試料２上に走査して得られた二次電子像の変形
を補正する二次電子像変形補正装置において、一次変換
パラメータに応じて、電子ビーム走査位置を、偏向方向
が互いに異なる第１偏向器及び第２偏向器３への駆動信
号に一次変換する偏向制御手段４と、該二次電子像が格
納される二次電子像記憶手段５と、Ｘ−Ｙ座標系の軸Ｙ
を回転させたときの該軸Ｙに平行な直線に沿った該二次
電子像の輝度を加算した投影輝度Ｂ（Ｘ）を求める座標
軸回転・投影輝度分布作成手段６と、該投影輝度Ｂ
（Ｘ）から配線パターンの線方向と該軸Ｙとの平行度評
価量ｄを求める平行度評価手段７と、該軸Ｙの回転に対
し平行度評価量ｄが極大となる回転角Ａ_Sを求める補正
量決定手段８とを有し、該回転角Ａ_Sを該二次電子像の
変形の補正量とする。

【００１１】本発明では、軸Ｙを回転させた投影輝度分
布Ｂ（Ｘ）に基づいて配線パターンの線方向と軸Ｙとの
平行度評価量を求めるので、二次電子像変形を高精度で
自動的に補正することができる。

【００１２】Ｙ軸回転角を変化させる方法としては、一
次変換パラメータを変えて実際に二次電子像を回転させ
る方法と、一次変換パラメータを変えずに二次電子像を
擬似的に回転させる方法とがある。

【００１３】本発明の第１態様では、座標軸回転・投影
輝度分布作成手段６は、一次変換パラメータを変化させ
ることにより、Ｘ−Ｙ座標系の軸Ｘを固定した状態で軸
Ｙを回転させる。

【００１４】この構成の場合、軸Ｙを回転させた投影輝
度分布を容易に求めることができる。

【００１５】本発明の第２態様では、座標軸回転・投影
輝度分布作成手段６は、例えば図９に示す如く、Ｘ−Ｙ
座標系の軸Ｘに平行に画素列をシフトさせることにより
軸Ｘを固定した状態で軸Ｙを回転させる。

【００１６】この構成の場合、一次変換パラメータを変
化させた二次電子像を取得する必要がないので、軸Ｙを
回転させた投影輝度分布を短時間で求めることができ
る。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明に係る二次電子
像変形補正装置の実施例を説明する。

【００１８】［第１実施例］図２は、配線パターンのＣ
ＡＤデータに基づいて測定点を指定することにより、二
次電子像上の対応する測定点を自動的に決定して電圧測
定する電子ビームテスタのハードウエア構成を示す。

【００１９】電子ビーム照射装置１０は、測定点の電圧
及びエネルギー分析グリッドの印加電圧に応じた二次電
子量を検出するものであり、ステージ１１上に載置され
た試料１２に対し電子銃１３から電子ビームＥＢを射出
させると、電子ビームＥＢがコンデンサ磁界レンズ１４
Ａ、ブランキング用偏向器１５及びブランキング用アパ
ーチャ１６を通ってパルス化され、コンデンサ磁界レン
ズ１４Ｂ、偏向器１７及び対物磁界レンズ１８を通って
試料１２上の測定点に収束照射され、照射点から放出さ
れた二次電子ＳＥが引出しグリッド１９１、制御グリッ
ド１９２及びエネルギー分析グリッド１９３を通って二
次電子検出器２０で検出される。

【００２０】試料１２上の電子ビーム照射点は、偏向器
１７が磁界式の場合、偏向制御装置２１から偏向器１７
のコイルに供給される駆動電流により走査される。二次
電子像の倍率は、この駆動電流の振幅Ｉ0に反比例す
る。偏向制御装置２１は、電子ビーム走査位置に対応し
た走査カウンタ２１ａを備えており、走査カウンタ２１
ａはクロックＣＫを計数し、その計数値ＡＤは、画像入
力装置２２に供給される。例えば、走査カウンタ２１ａ
は１８ビットであり、その上位９ビットをＹ、下位９ビ
ットをＸとすると、理想的な場合、偏向器１７のＸ偏向
コイルには電流Ｉ0（Ｘ−２５６）／２５６が供給さ
れ、偏向器１７のＹ偏向コイルには電流Ｉ0（Ｙ−２５
６）／２５６が供給される。

【００２１】画像入力装置２２は、二次電子検出器２０
の出力を増幅した後デジタル値に変換し、これを輝度Ｌ
としてＳＥＭ像フレームメモリ２３のアドレスＡＤに書
き込む。ＳＥＭ像フレームメモリ２３の内容は、ディス
プレイ装置２４に供給されて二次電子像がその画面に表
示され、かつ、コンピュータ２５で読み出されて後述の
如く画像処理される。

【００２２】一方、ＣＡＤデータ記憶装置２７には配線
パターンのフォトマスクを得るためのＣＡＤデータが格
納されている。コンピュータ２５は、後述の如く、指定
範囲に基づいてＣＡＤデータ記憶装置２７からこのＣＡ
Ｄデータを読み出し、ステージ１１の目標位置を決定し
てこれをステージ制御装置２６に設定し、二次電子像と
ＣＡＤデータとのパターンマッチングを行って、ＣＡＤ
データ上の測定点から二次電子像上の測定点を決定す
る。

【００２３】ＣＡＤデータ上の測定点は、キーボードや
記憶装置などの入力装置２８から供給され、ディスプレ
イ装置２９にはこの入力データや他のデータが表示され
る。

【００２４】偏向制御装置２１の構成を図３に示す。

【００２５】走査カウンタ２１ａの計数値ＡＤの下位９
ビットＸは、Ｄ／Ａ変換器２１１に供給されて電圧Ｖ_X
となる。この電圧Ｖ_Xは乗算器２１２及び２１３に供給
され、乗算器２１２は、レジスタ２１４に設定された倍
率ｋ₁でこれを増幅し、乗算器２１３は、レジスタ２１
５に設定された倍率ｋ₂でこれを増幅する。同様に、計
数値ＡＤの上位９ビットＹは、Ｄ／Ａ変換器２１６に供
給されて電圧Ｖ_Yとなる。この電圧Ｖ_Yは乗算器２１７及
び２１８に供給され、乗算器２１７は、レジスタ２１９
に設定された倍率ｋ₃でこれを増幅し、乗算器２１８
は、レジスタ２１ｂに設定された倍率ｋ₄でこれを増幅
する。

【００２６】乗算器２１２及び２１８の出力電圧は加算
器２１ｃに供給されて加算され、Ｘ偏向ドライバ２１ｄ
は加算器２１ｃの出力電圧をこれに比例した電流Ｉ_Xに
変換する。同様に、乗算器２１３及び２１７の出力電圧
は加算器２１ｅに供給されて加算され、Ｙ偏向ドライバ
２１ｆは加算器２１ｅの出力電圧をこれに比例した電流
Ｉ_Yに変換する。

【００２７】電流Ｉ_X及びＩ_Yはそれぞれ、１７のＸ偏向
器及びＹ偏向器のコイルに供給される。αを定数とする
と、電流Ｉ_X及びＩ_Yはこのような構成により、Ｉ_X＝α（ｋ₁Ｖ_X＋ｋ₄Ｖ_Y）・・・（１）Ｉ_Y＝α（ｋ₂Ｖ_X＋ｋ₃Ｖ_Y）・・・（２）と表される。理想的な場合には、ｋ₁＝１、ｋ₂＝０、
ｋ₃＝１、ｋ₄＝０となる。

【００２８】レジスタ２１４、２１５、２１９及び２１
ｂはコンピュータ２５により設定され、適当な設定を行
うことにより、二次電子像の変形を補正することができ
る。この変形は、偏向器１７のＸ偏向コイルとＹ偏向コ
イルの偏向方向直交誤差、Ｘ偏向コイルとＹ偏向コイル
の感度特性差及び試料ステージ１１のＸ軸に対する試料
１２のＸ軸の平行誤差に起因する。

【００２９】次に、Ｙ軸回転による変形補正方法を、図
５及び図６に基づいて説明する。

【００３０】図５（Ａ）に示す二次電子像３０には、Ｙ
軸に平行な配線パターン３１、３２及び３３が含まれて
いる。図中の斜線は、暗部を表している。二次電子像３
０の各画素は多値の輝度を表している。座標（Ｘ，Ｙ）
の画素の輝度をＳ（Ｘ，Ｙ）で表し、二次電子像３０の
範囲を０≦Ｘ≦Ｎ、０≦Ｙ≦Ｎとする。Ｎは、例えば５
１１である。

【００３１】Ｘ軸投影輝度Ｐ（Ｘ）、Ｐ（Ｘ）＝Σ_Y=0,NＳ（Ｘ，Ｙ）・・・（３）は、図５（Ｂ）に示す如くなる。ここに、Σ_Y=0,Nは、
Ｙ＝０〜Ｎについての総和を表す。

【００３２】これに対し、図６（Ａ）に示す如く、二次
電子像４０に含まれる配線パターン４１、４２及び４３
がＹ軸に対し傾斜している場合には、Ｘ軸投影輝度Ｐ
（Ｘ）は図６（Ｂ）に示す如く、ピークのエッジの傾き
が緩やかになり、エッジ幅が広くなる。そこで、Ｙ軸に
対する配線パターンの平行度評価量ｄを、例えば、次式
（４）又は（５）のｎ次モーメント又は差分ｎ乗和で定
義する。

【００３３】ｄ＝Σ_X=0,N｜Ｐ（Ｘ）−Ｐｍ｜ⁿ ・・・（４）ｄ＝Σ_X=0,N-1｜Ｐ（Ｘ＋１）−Ｐ（Ｘ）｜ⁿ・・・（５）図５及び図６から明らかなように、Ｙ軸に対し配線パタ
ーンが平行に近づくほど、平行度評価量ｄの値は大きく
なる。したがって、二次電子像を回転させながら平行度
評価量ｄを算出し、平行度評価量ｄが最大となる上記一
次変換パラメータｋ₁〜ｋ₄を設定することにより、Ｙ
軸回転による変形補正を正確かつ自動的に行なうことが
できる。Ｘ軸回転による変形補正についてもＹ軸の場合
と同様である。

【００３４】Ｙ軸回転角を変化させる方法としては、一
次変換パラメータｋ₁〜ｋ₄を変えて実際に二次電子像
を回転させる方法と、一次変換パラメータｋ₁〜ｋ₄を
変えずに二次電子像を擬似的に回転させる方法とがあ
る。次に、前者の方法を用いた、Ｙ軸回転による変形補
正量の算出手順を図４に基づいて説明する。以下、括弧
内の数値は、図中のステップ識別番号を表す。

【００３５】（７０）Ｙ軸回転角Ａに、最小値Ａ_minを
初期設定する。Ａ_minは、例えば−０．７°である。

【００３６】（７１）回転角Ａに対応した一次変換パラ
メータｋ₁〜ｋ₄を求め、これをレジスタ２１４、２１
５、２１９及び２１ｂに設定し、電子ビームＥＢを走査
して二次電子像を取得する。そして、上式（３）を用い
て、Ｘ軸投影輝度Ｐ（Ｘ）、Ｘ＝０〜Ｎを求める。

【００３７】（７２）平行度評価量ｄ（ａ）を上式
（４）又は（５）により算出する。

【００３８】（７３）回転角Ａの値をΔＡだけ増加させ
る。ΔＡは、例えば０．２°である。

【００３９】（７４）Ａ≦Ａ_maxであれば、上記ステッ
プ７１へ戻る。Ａ_maxは、例えば０．７°である。

【００４０】上記ステップ７１〜７４の繰り返し処理に
より、例えば図７に示すような平行度評価量ｄ（Ａ）が
得られる。

【００４１】（７５）Ａ＞Ａ_maxとなると、平行度評価
量ｄ（Ａ）の最大値を求める。図７の場合、この最大値
はｄ（０．１）である。次に、この最大値付近で平行度
評価量ｄ（Ａ）を二次曲線近似する。

【００４２】（７６）この二次曲線の極大点に対応する
回転角Ａ_Sを求める。このような回転角Ａ_Sに対応した一
次変換パラメータｋ₁〜ｋ₄を図３のレジスタ２１４、
２１５、２１９及び２１ｂに設定して二次電子像を取得
すると、例えば図８に示す如く、補正前の二次電子像５
０に含まれる配線パターン５１及び５２はそれぞれ、補
正後には二次電子像６０内の配線パターン６１及び６２
となる。ＣＡＤデータ上の配線はＸ軸又はＹ軸に平行な
ものが殆どであり、図８（Ａ）において、φ _Xは配線パ
ターンとＸ軸とのなす角度であり、φ_Yは配線パターン
とＹ軸とのなす角度である。

【００４３】上記同様にして、Ｘ軸回転による変形補正
も行う。但し、場合によってはＸ軸及びＹ軸の一方の回
転による変形補正を行なえばよい。例えば図８（Ｂ）に
示す如く、配線パターン６２上の点ＭＰを測定点とする
場合、配線パターン６２の長さＬがＹ軸方向シフト誤差
ΔＹよりも大きければ、Ｙ軸方向に測定点ＭＰがずれて
も、測定点ＭＰを配線パターン６２の幅方向の中央点に
位置させることができる。

【００４４】本第１実施例によれば、Ｘ軸及びＹ軸の回
転補正誤差０．１〜０．２°程度の高精度で二次電子像
変形を自動的に補正することが可能となる。

【００４５】［第２実施例］上記実施例では、図４の処
理において一次変換パラメータｋ₁〜ｋ₄を変化させ実
際に二次電子像を回転させたが、一次変換パラメータｋ
₁〜ｋ₄を変化させずに擬似的に二次電子像を回転させ
てもよく、次に、これを図９に基づいて説明する。

【００４６】図９は、図８（Ａ）に示す最初に取得した
二次電子像５０について、Ｘ軸に平行な画素列を画素単
位でシフトさせることにより、図８（Ｂ）の二次電子像
６０に相当する二次電子像８０を取得することができる
ことを示している。図中の数字−８〜９は、右方向への
画素列シフト量を表している。

【００４７】平行度評価量ｄを算出して回転角Ａ_Sを決
定するためには、このようなシフトは実際に行う必要は
ない。上式（１）の代わりに、Ｘ軸投影輝度Ｐ（Ｘ）、Ｐ（Ｘ）＝Σ_Y=0,NＳ（Ｘ−ＹｔａｎＡ，Ｙ／ｃｏｓＡ）・・・（６）を用いてＸ軸投影輝度Ｐ（Ｘ）を算出し、これに基づい
て上式（４）又は（５）で平行度評価量ｄ（Ａ）を算出
し、平行度評価量ｄが極大となる回転角Ａ_Sを求めるこ
とができるからである。

【００４８】他の点は上記第１実施例と同様である。

【００４９】なお、本発明には外にも種々の変形例が含
まれる。

【００５０】例えば、平行度評価量は、上式（４）又は
（５）に限定されず、例えば、投影輝度のピークの傾斜
又はピーク幅を用いてもよい。

【００５１】

【発明の効果】本発明では、軸Ｙを回転させた投影輝度
分布に基づいて配線パターンの線方向とＸ−Ｙ座標系の
一方の軸Ｙとの平行度評価量を求めるので、二次電子像
変形を高精度で自動的に補正することができるという優
れた効果を奏し、ＣＡＤデータ上の配線パターンと二次
電子像とのパターンマッチングによる二次電子像上の測
定点決定の正確化及び容易化に寄与するところが大き
い。

【００５２】本発明の上記第１態様では、一次変換パラ
メータを変化させることにより、Ｘ−Ｙ座標系の軸Ｘを
固定した状態で軸Ｙを回転させるので、軸Ｙを回転させ
た投影輝度分布を容易に求めることができるという効果
を奏する。

【００５３】本発明の上記第２態様では、Ｘ−Ｙ座標系
の軸Ｘに平行に画素列をシフトさせることにより軸Ｘを
固定した状態で軸Ｙを回転させるので、一次変換パラメ
ータを変化させた二次電子像を取得する必要がなく、軸
Ｙを回転させた投影輝度分布を短時間で求めることがで
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二次電子像変形補正装置の原理構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明が適用された電子ビームテスタの要部構
成図である。

【図３】図２の偏向制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図４】Ｙ軸回転変形補正量算出手順を示すフローチャ
ートである。

【図５】二次電子像及びそのＸ軸投影輝度を示す図であ
る。

【図６】二次電子像及びそのＸ軸投影輝度を示す図であ
る。

【図７】Ｙ軸回転角に対する平行度評価量を示す図であ
る。

【図８】Ｙ軸回転補正前後の二次電子像を示す図であ
る。

【図９】二次電子像のＹ軸擬似回転を示す図である。

【符号の説明】

ＥＢ電子ビーム１２試料２１偏向制御装置２１ａ走査カンウタ２１１、２１６Ｄ／Ａ変換器２１２、２１３、２１７、２１８乗算器２１ｃ、２１ｅ加算器２１ｄＸ偏向ドライバ２１ｆＹ偏向ドライバ３０、４０、５０、６０、８０二次電子像３１〜３３、４１〜４３、５１、５２、６１、６２、８
１、８２配線パターンｋ₁〜ｋ₄ 一次変換パラメータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビーム装置（１）で電子ビームを試
料（２）上に走査して得られた二次電子像の変形を補正
する二次電子像変形補正装置において、一次変換パラメータに応じて、電子ビーム走査位置を、
偏向方向が互いに異なる第１偏向器及び第２偏向器
（３）への駆動信号に一次変換する偏向制御手段（４）
と、該二次電子像が格納される二次電子像記憶手段（５）
と、Ｘ−Ｙ座標系の軸Ｙを回転させたときの該軸Ｙに平行な
直線に沿った該二次電子像の輝度を加算した投影輝度Ｂ
（Ｘ）を求める座標軸回転・投影輝度分布作成手段
（６）と、該投影輝度Ｂ（Ｘ）から配線パターンの線方向と該Ｙ軸
との平行度評価量ｄを求める平行度評価手段（７）と、該軸Ｙの回転に対し該平行度評価量ｄが極大となる回転
角Ａ_Sを求める補正量決定手段（８）と、を有し、該回転角Ａ_Sを該二次電子像の変形の補正量と
することを特徴とする二次電子像変形補正装置。
【請求項２】前記座標軸回転・投影輝度分布作成手段
（６）は、前記一次変換パラメータを変化させることに
より、前記Ｘ−Ｙ座標系の軸Ｘを固定した状態で前記軸
Ｙを回転させることを特徴とする請求項１記載の二次電
子像変形補正装置。
【請求項３】前記座標軸回転・投影輝度分布作成手段
（６）は、前記Ｘ−Ｙ座標系の軸Ｘに平行に画素列をシ
フトさせることにより該軸Ｘを固定した状態で前記軸Ｙ
を回転させることを特徴とする請求項１記載の二次電子
像変形補正装置。