JPH0634723A - 半導体評価解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子ビームをＸ方向又はＹ方向にのみにライ
ンスキャンさせ、半導体デバイス表面の情報を得て、自
動的に配線の位置を検出する。 【構成】 検出器８から得たコントラスト信号を増幅器
９に入力し、増幅信号から配線のエッジを検出する位置
検出器２４へ信号を入力する。 【効果】 電子ビームを使用する電子ビームテスタの自
動化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被測定物である半導
体デバイスの位置を自動的に検出する半導体評価解析装
置（電子ビームテスタ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体評価解析装置の構成につい
て図４を参照しながら説明する。図４は、従来の半導体
評価解析装置を示す図であって、配線幅１μｍ以下の微
細な配線を測定するのに用いている電子ビームテスタの
ハードウェアの簡略化した図を示す。

【０００３】図４において、１は電子銃、２は電子銃１
から出た電子ビームを細く絞るためのコンデンサレン
ズ、３は照射された電子ビームを振る（走査）ための偏
光コイル、４は照点合わせのための対物レンズ、５は被
測定物である半導体デバイス（半導体集積回路）、６は
半導体デバイス５から出てくる２次電子を引き出すため
の引き出し電極、７は半導体デバイス５から出てくる２
次電子のエネルギーを調整するためのエネルギーフィル
タである半球状グリッドである。

【０００４】また、８は半球状グリッド７から出た２次
電子を検出する２次電子検出器、９は微弱な２次電子信
号を増幅するための増幅器、１０は２次電子信号強度の
調整をする半球状グリッド７に半導体デバイス５の配線
の電位情報をフィードバックするためのフィードバック
回路、１１はＣＲＴに写し出す映像信号を走査させるた
めの偏向コイル、１２は電子ビームを走査させるための
走査電源、１３は倍率可変用の可変抵抗、１４はＳＥＭ
像を表示するためのＣＲＴである。

【０００５】次に、前述した従来の半導体評価解析装置
の動作について説明する。まず、ＳＥＭ像観察時の動作
について説明する。電子銃１から照射された電子ビーム
をコンデンサレンズ２で充分細く絞ったのち、テレビと
同じように２次元的偏向コイル３で電子ビームを走査さ
せる。この走査している電子ビームを被測定物の半導体
デバイス５に照射すると試料表面の状態を反映した２次
電子が半導体デバイス５から出てくる。

【０００６】この２次電子信号を検出器８で検出し、微
弱な２次電子信号を蛍光物質で光に変換し、増幅器９内
部の光電子増倍管で増幅した電気信号へと変換する。増
幅器９から出てくる信号が映像信号となり、この信号を
画像表示するため電子ビームの走査と偏光コイル１１の
走査を同期させるとＣＲＴ１４にＳＥＭ像が表示され、
半導体デバイス５表面の像観察ができる。

【０００７】次いで、半導体デバイス５上の配線の電圧
波形測定法について説明する。電子銃１から照射された
電子ビームをコンデンサレンズ２を通して細く絞る。こ
の時、電子ビームは像観察時のように走査はせず、偏光
コイル３でＸ座標、Ｙ座標を任意の配線上の測定ポイン
トに手動で調整し、一点照射させる。この一点照射して
いる電子ビームを被測定物である半導体デバイス５上に
照射する。

【０００８】一般的に配線電位が高い（５Ｖ）の場合、
発生する２次電子のエネルギが低くなり、逆に配線電位
が低い（−５Ｖ）の場合、発生する２次電子のエネルギ
が高くなる。この２次電子信号Ｖ_Pと基準信号Ｖ_THのレ
ベルが同じようになるため、フィードバック回路１０で
半球状グリッド７の電圧を変化させる。この半球状グリ
ッド７の微少時間の電位変化量を積分することで、測定
配線の電圧波形を形成し時間的な電位の変化を測定する
ことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体評価解析
装置は以上のように構成されているので、装置を操作す
るオペレータ自身が電圧波形を測定する位置、Ｘ座標、
Ｙ座標を手動で指示することが必要であった。このため
半導体デバイスの特性評価などの際、複数のチップに渡
り同じ箇所を測定する場合、最低でも一人の作業者が装
置の操作をしなければならないという問題点があった。

【００１０】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、半導体デバイスの内部配線の
位置座標を自動的に検出することができる半導体評価解
析装置を得ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体評
価解析装置は、測定する配線の位置情報を得るためＸ方
向またはＹ方向にのみ電子ビームを半導体デバイスに照
射する電子ビーム照射手段、前記半導体デバイス表面の
電位コントラスト、形状コントラスト、材質コントラス
トの情報を得る二次電子検出手段、及びコントラストの
変化が現れる時間を検出して、その時間で電子ビームの
走査を止めさせる位置検出手段を備えたものである。

【００１２】

【作用】この発明においては、自動的に半導体デバイス
の配線の位置を認識することが可能になるため、装置の
自動化がなされる。このため人手を介さなくても測定で
きるので、半導体デバイスの評価を非常に効率的に行う
ことができる。

【００１３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１の構成について図
１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施例
１を示す図であり、構成については従来装置とほぼ同じ
ものである。図１において、１は電子銃、２はコンデン
サレンズ、３は偏光コイル、１５は入力側が増幅器９に
接続され、かつ出力側がＣＲＴ１４に接続された位置検
出器である。

【００１４】次に、本発明の実施例１の動作について図
２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施例
１の電子ビームの走査時間と信号強度の関係を示す図で
ある。

【００１５】まず、電子銃１によって照射された電子ビ
ームをコンデンサレンズ２で細く絞り込む。この電子ビ
ームは、偏向コイル３によりまずＸ方向またはＹ方向に
のみ走査させる（ラインスキャン）。このように走査さ
せた電子ビームを半導体デバイス５表面に照射し、出て
くる２次電子の信号を検出器８で検出する。

【００１６】この時に出てくる２次電子信号強度は、試
料の幾何学的形状と材質に依存する。この状態を図２に
示す。ラインスキャンしているＡ−Ａ’表面の幾何学形
状の影響として、パターン下部端付近では試料からの２
次電子が出にくいことから強度は小さくなり（影の効
果）、一方パターン上部のエッジ付近では、逆に信号強
度が大きくなる（エッジ効果）。また、配線Ａは電源電
圧（５Ｖ）の電位で、配線ＢはＧＮＤレベルだとすると
配線Ａに比べて配線Ｂの信号強度は大きくなる。

【００１７】このエッジ効果で現れる最初の信号強度の
強い時間をｔ₁、次のエッジ効果で現れる信号強度の強
い時間をｔ₂とし、ｔ₂−ｔ₁＝ｄｔとすると、配線の位
置はｔ₁＋１／２・ｄｔの時間で走査を止めると、配線
Ａの中心に電子ビームを照射する事が可能となる。

【００１８】この作業を増幅器９から出力される映像信
号を位置検出器１５によりエッジ効果による信号強度を
検出して偏光コイル３に位置情報を伝える。この位置情
報を偏光コイル３が受け、Ｘ方向またはＹ方向の走査を
一点照射に切り換える。一点照射にした後、電圧波形の
測定を開始する。この一連の動作を行う事で、自動的に
位置座標を検出し電圧波形を測定することができる。

【００１９】実施例２．なお、上記実施例１では測定す
る位置座標と配線を決定するプログラムを組むことがで
きる。本プログラムの実施例を示すフローチャートを図
３に示す。図３は、この発明の実施例２の自動波形測定
プログラムを示すフローチャートである。

【００２０】まず、ＣＲＴ１４に表示する倍率とチップ
上のどのエリアに被測定配線があるかを示すＸ座標及び
Ｙ座標（以下（Ｘ_i，Ｙ_i）_i=1〜jとする）のパラメータ
を設定し（ステップ２１〜２３）、コンピュータに認識
させる。

【００２１】（Ｘ_i，Ｙ_i）の位置をよび出す。左から電
子ビームを走査させる場合この座標上に表示された配線
の左から何番目の配線の電圧波形を測定するかを設定す
る（ステップ２４）。この設定によりエッジ効果により
変化している信号強度をスキップすることができる。

【００２２】最後に電圧波形の測定をするサブルーチン
を起動させ自動的に波形を測定する。これを当初設定し
た（Ｘ_i，Ｙ_i）_i=1〜jまで実行し（ステップ２５〜２
９）、１〜ｊの各項目につき全て何番目の配線を測定す
るかを各々設定すると自動波形測定プログラムのソフト
ウェアができる。

【００２３】このソフトウェアを各製品毎に作成する
と、特に開発品種の特性評価をする上で複数のチップの
電圧波形を効率的に測定することが可能となる。

【００２４】実施例３．また、この方式を集束イオンビ
ーム装置に適用することで同じように加工位置を検出す
ることができる。つまり、配線加工のサブルーチンを作
成し、図３に示すフローチャートを実行することで自動
配線加工を行う事が可能になる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば電子ビ
ームを走査させるための偏光コイルに、コントラスト情
報による位置検出器を新たに構成したので、半導体デバ
イス内部の配線の位置を自動的に検出することができ、
その位置に電子ビームを自動的に照射することができる
ための内部波形測定の自動化ができ、作業時間の効率
化、省力化を図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】この発明の実施例１を示す図である。

【図２】この発明の実施例１の動作を示す図である。

【図３】この発明の実施例２の動作を示すフローチャー
トである。

【図４】従来の半導体評価解析装置を示す図である。

【符号の説明】

１ 電子銃 ２ コンデンサレンズ ３ 電子ビーム走査用の偏光コイル ４ 対物レンズ ５ 被測定物である半導体デバイス ６ 引き出し電極 ７ 半球状グリッド ８ 二次電子検出器 ９ 二次電子信号増幅器 １０ フィードバック回路 １１ 映像信号走査用の偏光コイル １２ 走査用電源 １３ 倍率変換用の可変抵抗 １４ ＣＲＴ １５ 位置検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを水平又は垂直方向にのみ走
   査して被測定物である半導体デバイスに照射する電子ビ
   ーム照射手段、前記半導体デバイスから出てくる二次電
   子の電位コントラスト、形状コントラスト、材質コント
   ラストを検出する二次電子検出手段、及び走査時間とコ
   ントラストの関係に基づいて前記コントラストの変化が
   現れる点で前記電子ビームの走査を止めさせる位置検出
   手段を備えたことを特徴とする半導体評価解析装置。