JPH0634722A - 電子ビーム試験装置 - Google Patents

電子ビーム試験装置

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JPH0634722A
JPH0634722A JP4191171A JP19117192A JPH0634722A JP H0634722 A JPH0634722 A JP H0634722A JP 4191171 A JP4191171 A JP 4191171A JP 19117192 A JP19117192 A JP 19117192A JP H0634722 A JPH0634722 A JP H0634722A
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JP
Japan
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electron beam
layer
wiring
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sem image
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JP4191171A
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Hironori Teguri
弘典 手操
Kazuo Okubo
和生 大窪
Akio Ito
昭夫 伊藤
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子ビームを使用して半導体チップの配線の
電圧測定を行なう電子ビーム試験装置に関し、半導体チ
ップの層と層とのずれを考慮してマッチングを行なうこ
とで、正確な位置決めを可能とすることを目的とする。 【構成】 画像格納部26に半導体チップ16のレイア
ウト図を配線層別に格納しておき、マッチング部21は
半導体チップ16の配線層別にマッチングを行なう構成
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試験装置に関
し、電子ビームを使用して半導体チップの配線の電圧測
定を行なう電子ビーム試験装置に関する。
【0002】従来より、電子ビームで集積回路を走査し
て、SEM(Scanning Electron Microscope)画像を得
て半導体チップを観察し、半導体チップの測定対象の配
線位置に電子ビームを照射して、この配線の電圧を測定
する電子ビーム試験装置がある。
【0003】このような、電子ビーム試験装置では電圧
を測定しようとする配線に正確に電子ビームを照射する
必要がある。
【0004】
【従来の技術】電子ビームを用いて半導体チップの内部
配線の電圧測定を行なう装置として、本出願人は特願平
4−47174号でLSIの内部配線の電圧測定を自動
化するために、LSI設計用のCADデータであるマス
ク図(レイアウト図)とLSI内部のSEM像とのパタ
ーン・マッチングにより、測定点に自動的に電子ビーム
を位置決めする技術を提案している。これは、SEM像
をX,Yの二方向へ投影し、投影データから抽出した配
線のエッジを用いてマスク図(レイアウト図)と相関処
理を施し、X,Yの二方向の位置合わせを行なう方法で
あった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、LSIチッ
プの製造プロセスにおいては、層と層との位置合わせに
最小配線幅の20%までのずれ量を許容している。図8
に二層配線のLSIチップ内部のSEM像を説明するた
めの図を示す。図8に示すように破線で示す第一層42
の配線と、実線で示す第二層41の配線とにずれdが生
じている。
【0006】従来の電子ビーム試験装置のマッチング方
法では、第二層(最上層)41の配線のエッジの寄与が
支配的である。つまり、コントラストの明瞭な第二層4
1の配線のエッジが最もよくマッチする状態をマッチン
グした状態と検出する傾向があった。従って、第一層4
2の配線への電子ビームの位置決めが、第一層42と第
二層41とのずれdだけ不正確になってしまうという問
題点があった。LSIの微細化が進むにつれて電子ビー
ムの位置決め精度が要求されるため、これは大きな問題
となっていた。
【0007】本発明は、半導体チップの層と層とのずれ
を考慮してマッチングを行なうことで、正確な位置決め
を可能とした電子ビーム試験装置を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、二次元移動ステージに載置された多層配線
を有する被検査半導体チップに電子ビームを照射して、
二次電子の検出信号からSEM画像及び測定電圧を得る
電子ビーム装置と、前記半導体チップの配線層別のレイ
アウト図が格納されたレイアウト図格納部と、前記電子
ビーム装置から得たSEM画像を前記レイアウト図格納
部から読み出した配線層別のレイアウト図と比較して、
配線層別にSEM画像とレイアウト図とのずれを検出す
る検出手段と、前記検出手段で検出されたずれ量に応じ
て、前記電子ビームが前記半導体チップ上の測定点に照
射されるように前記二次元移動ステージを制御する照射
制御手段とを有する。
【0009】
【作用】レイアウト図格納部には半導体チップのレイア
ウト図が配線層別に格納されており、マッチング部はレ
イアウト図格納部に格納された配線層別のレイアウト図
と電子ビーム装置により得たSEM画像とを配線層別に
対応させる。
【0010】このため、測定点の配線層の対応を正確に
とることができる。
【0011】
【実施例】図1は本発明装置の一実施例の構成図を示
す。同図中、10は電子ビーム装置であり、電子銃11
から出射された電子ビームは走査偏向器12で偏向され
た後、電子レンズ14により二次元移動ステージ15上
に載置された被検査半導体チップ16に照射され、半導
体チップ16よりの二次電子が検出器17で検出され
る。検出器17の検出信号はSEM像取得部18及び電
圧測定部19に供給される。ここで、偏向制御部20で
走査偏向器12を制御して電子ビームで半導体チップ1
6全面を走査し、そのときの検出器17出力であるSE
M画像をSEM像取得部18に供給し、ここでSEM画
像をディジタル化して格納する。
【0012】SEM像取得部18は増幅器18a,A/
D(アナログ/ディジタル)変換器18b,SEM像格
納部18cよりなる。増幅器18aは検出器17で検出
された二次電子に応じた検出信号を増幅して、A/D変
換器18bに供給する。A/D変換器18bは増幅器1
8aからのアナログ信号をディジタル信号に変換する。
A/D変換器18bの出力ディジタル信号はSEM像格
納部18cに供給され、格納される。
【0013】半導体チップ16のCADデータ(レイア
ウト図)は画像格納部26に格納される。画像格納部2
6に格納されたレイアウト図は制御計算機29で表示制
御され、ディスプレイ装置27に表示される。ディスプ
レイ装置27に表示されたレイアウト図上をポインティ
ング・ディバイス28で指示し、測定点を決定する。
【0014】また、表示選択の指示はポインティング・
ディバイス28から入力され、部分拡大図を表示する場
合はポインティング・ディバイス28で指示することに
より指定された部分拡大図を画像格納部26から読出し
てディスプレイ装置27に表示させる。
【0015】この後、ディスプレイ装置27に表示した
拡大図上でポインティング・ディバイス28を用いて測
定点を指示する。この後、制御計算機29は指示された
測定点に電子ビームが照射される位置までステージ15
を移動するようにステージコントローラ30に指示を与
える。
【0016】ステージコントローラ30は制御計算機2
9からの指示に基づいてステージ15を制御する。
【0017】次に制御計算機29は偏向制御部20を制
御して半導体チップ16上の測定点に電子ビームを照射
する。このときの二次電子を検出した検出器17出力を
電圧測定部19で測定する。
【0018】マッチング部21では、SEM像取得部1
8で得たSEM像と画像格納部26に予め格納された半
導体チップ16のCADデータとを照合してマッチング
が行なわれる。層番号設定部22は、測定配線の層番号
を設定しておくもので、メモリ上、あるいはディスク装
置上に構成される。マッチング部21はこの層番号設定
部22に設定された層番号を参照して、マッチングに用
いられる層のマスク図(レイアウト図)を読み出す。図
2は層別にマッチングを行なうことを説明する模式図で
ある。実線で書いたのが第二層の配線31,点線で書い
たのが第一層の配線32である。この図の斜線を引いた
矩形の投影領域33,34が横方向に投影する範囲であ
り、配線のエッジごとにこの投影領域33,34が決定
される。この図に示したように、マッチング処理では配
線のエッジそれぞれに対して、投影領域33,34を定
めて投影データを取得し、ある一つの層のマッチングを
独立に行なっている。
【0019】測定配線の層番号を参照することにより、
測定配線の層だけのマスク図を用いてマッチングを行な
うことが可能となる。測定配線の層のみで初めからマッ
チングを行なう場合、マッチングに寄与するエッジが少
ないため正しいマッチング結果を得られない。そのた
め、この実施例では図3に示すフローチャートに従って
マッチングを行なう。まず、第一段階のマッチングで、
測定配線の層に限らないマスク図(例えばコントラスト
の明瞭な最上層のマスク図(レイアウト図))を用いて
マッチングを行なう(ステップS1〜S2)。次の第一
段階のマッチング結果に基づいて、ずれを補正する目的
で層番号設定部22を参照し、層番号設定部22に設定
された層のマスク図(レイアウト図)を用いて電圧測定
層のマッチングを行なう(ステップS3〜S5)。
【0020】ステップS3〜S5により得たマッチング
結果に応じて電圧測定のための電子ビーム照射位置を決
定する(ステップS6)。ステップS6で決定された照
射位置に電子ビームを照射して電圧測定を行なう(ステ
ップS7)。
【0021】以上説明したように、本実施例によれば、
半導体チップ16の配線のマッチングを層別に行なうこ
とができるため、それぞれの層の配線に正確に電子ビー
ムを位置決めすることが可能となる。
【0022】図4は本発明の第2実施例のブロック図を
示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付
し、その説明は省略する。
【0023】マッチング部21,層番号設定部22等は
図2と同様である。本実施例では補正量記憶部35を設
けてなる。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を
付し、その説明は省略する。補正量記憶部35は、計算
機のメモリ上、あるいはディスク装置上に構成される。
補正量記憶部35には、層番号と位置決め方向(Xある
いはY方向)の組み合わせに応じて、ずれの補正量が設
定されている。補正量はマッチング、測定を始める前に
設定される。CADデータ格納部26から読み出された
マスク図(レイアウト図)とSEM像取得部18で得た
SEM像とが、パターン・マッチング部21に送られ
て、両者のパターン・マッチングが行なわれる。パター
ン・マッチングはチップ全体でのSEM像とパターンと
のずれ量の分布となるマッチング評価量のピーク値での
ずれ量の分だけSEM像又はパターンをずらすことによ
りSEM像とパターンのマッチングを取る。
【0024】パターン・マッチングの行ない方としては
コントラストの明瞭な層(例えば最上層)のマスク図
(レイアウト図)でマッチングを行なった結果に対し、
測定点の層番号に応じて補正量記憶部35から読み出し
た補正量を加えて電子ビームの照射位置を決定する。
【0025】また、もう一つのパターン・マッチング法
として、補正量記憶部23から読み出したずれ補正量を
考慮して、層別にマッチングをそれぞれ行ない、層別の
マッチング評価量から全体の層を合わせた評価量を算出
し、このマッチング結果から電子ビームの照射位置を決
定する、という方法もある。
【0026】この方法について図5と共に説明する。
【0027】図5(A)で実線はマスク図とSEM像と
の位置ずれ量に対する第二層のみのマスク図を用いたマ
ッチングの評価量の特性図、破線は第一層のみのマスク
図を用いた場合のマッチングの評価量の特性図を示す。
【0028】ここで、破線の第一層の特性は評価する点
が少ないため実線の第二層の特性に比べて評価量が小さ
い。
【0029】このため、図5(A)で実線の第二層の特
性をずれの補正量dだけ移動させて一点鎖線の特性を第
一層のマッチング評価量とし、第二層のマッチング評価
量の実線の特性と足し合わせることで図5(B)に示す
ような全体のマッチング評価量を得る。測定配線の層だ
けを用いたマッチングでは、マッチング位置の候補とな
る点が複数ある場合など、正確さが不足する。このよう
な場合にこの方法は有効となる。
【0030】図6は本発明の第3実施例のブロック図を
示す。同図中、図1,図2と同一構成部分には同一符号
を付し、その説明は省略する。
【0031】本実施例では補正量記憶部35の他にずれ
量検出部36が設けられる。この場合の実施例では、補
正量記憶部35には、ずれ量検出部36で検出した層間
のずれ量をもとに補正量が記憶される。ずれ量検出部3
6ではずれの検出方法を次の通り行なう。層別にマッチ
ングを行なうと、図7に示すように層と層とのずれがマ
ッチング評価量のピーク位置の差として表れる。図7で
実線はマスク図(レイアウト図)とSEM像との位置ず
れ量に対する第二層のみのマスク図(レイアウト図)を
用いたマッチングの評価量の特性図、点線は第一層のみ
のマスク図(レイアウト図)を用いた場合のそのマスク
図(レイアウト図)とSEM像との位置ずれ量に対する
マッチングの評価量の特性図を示し、実線と点線のピー
ク間の差Δが二つの層のずれとなる。ずれ量検出部36
はこのピーク位置の差Δを検出することにより、層間の
ずれ量を検出する。
【0032】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、半導体チ
ップの各層別にマッチングを評価することができるた
め、半導体チップの層と層との位置ずれを補正して、各
層夫々の配線に正確に電子ビームを位置決めすることが
可能となる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のブロック図である。
【図2】本発明の第1実施例の動作説明図である。
【図3】本発明の第1実施例の動作フローチャートであ
る。
【図4】本発明の第2実施例のブロック図である。
【図5】本発明の第2実施例の動作説明図である。
【図6】本発明の第3実施例のブロック図である。
【図7】本発明の第3実施例の動作説明図である。
【図8】従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
10 電子ビーム装置 15 ステージ 16 半導体チップ 18 SEM像取得部 19 電圧測定部 21 マッチング部 22 層番号設定部 29 制御計算機 30 ステージコントローラ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次元移動ステージ(15)に載置され
    た多層配線を有する被検査半導体チップ(16)に電子
    ビームを照射して、二次電子の検出信号からSEM画像
    及び測定電圧を得る電子ビーム装置(10)と、 前記半導体チップ(16)の配線層別のレイアウト図が
    格納されたレイアウト図格納部(26)と、 前記電子ビーム装置(10)から得たSEM画像を前記
    レイアウト図格納部(26)から読み出した配線層別の
    レイアウト図と比較して、配線層別に該SEM画像と該
    レイアウト図とのずれ量を検出するずれ量検出手段(2
    1)と、 前記ずれ量検出手段(21)で検出されたずれ量に応じ
    て、前記電子ビームが前記半導体チップ(16)上の測
    定点に照射されるように前記二次元移動ステージ(1
    5)を制御する照射制御手段(29,30)とを有する
    ことを特徴とする電子ビーム試験装置。
  2. 【請求項2】 前記ずれ量検出手段(21)で得た各配
    線層でのレイアウト図とSEM画像とのずれ量に基づい
    て各配線層間のずれ量を検出する配線層間ずれ量検出手
    段(36)と、 前記配線層間ずれ量検出手段(36)により検出された
    各配線層間のずれ量を記憶する記憶手段(35)とを有
    し、 前記照射制御手段(29)は前記測定しようとする配線
    層のレイアウト図を前記記憶部(35)に記憶されたず
    れ量に応じて補正して、前記測定点を決定することを特
    徴とする請求項1記載の電子ビーム試験装置。
JP4191171A 1901-12-16 1992-07-17 電子ビーム試験装置 Withdrawn JPH0634722A (ja)

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US08/357,983 US5600734A (en) 1991-10-04 1994-12-19 Electron beam tester
US08/783,304 US5825912A (en) 1901-12-16 1997-01-10 Electron beam tester
US08/810,736 US5872862A (en) 1991-10-04 1997-02-06 Electron beam tester

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