JPH09133737A - 荷電粒子線試験装置及びその観測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電位コントラスト画像において、荷電粒子線
プロービングなどを行なうときのＳ（信号）ラインの位
置ズレを無くし、０．３ミクロン以下のＳラインでも正
確な位置を高速に表示して観測する荷電粒子線試験装置
を提供する。 【解決手段】 全体の電位コントラスト画像は高速のリ
アルタイム画像取得部取得部３１１で処理しモニタ３０
６に表示し、正確な位置が必要な場所をボックス・カー
ソルで指定して指定したボックス領域をストロボ画像取
得部３１２で処理し、画像合成部３１３でリアルタイム
画像データ上にストロボ画像データを重畳して置き換
え、そのハイブリッド画像をモニタ３０６に表示して観
測を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は被試験素子である
ＩＣチップの表面に荷電粒子線を照射し、その照射点か
ら発生する２次電子の量を計測してＩＣ表面の電位分布
を電位コントラスト像として表示し、欠陥部分を特定や
被観測信号の測定等に用いる荷電粒子線試験装置に関す
るもので、この試験装置でも特に画像データ取得装置に
関する。ここで、荷電粒子線とは電子ビームやイオンビ
ームのように荷電した粒子線をいう。

【０００２】

【従来の技術】被試験素子（以下「ＤＵＴ」という）で
ある半導体集積回路（以下「ＩＣ」という）のチップ表
面に荷電粒子線を走査しながら照射するいわゆる掃引照
射をし、各照射点から発生する２次電子の量を各照射点
ごとに計測し、この計測量を電気信号として取り込むこ
とによりＩＣ表面の電位分布を電位コントラスト像とし
て表示し、不良箇所の解析等に利用するＩＣテストシス
テムが実用されている。

【０００３】図５に、従来のこの種のＩＣテストシステ
ム例の概略構成図を示す。図中１００はＩＣテストシス
テムの全体構成を指す。ＩＣテストシステム１００は大
きく分けて試験パターン発生器２００と、荷電粒子線装
置３００とによって構成されている。試験パターン発生
器２００は荷電粒子線試験装置３００のステージ３０３
に装着したＤＵＴ１１０に連続して試験パターン信号を
供給する。また、試験パターンに同期した同期信号を荷
電粒子線試験装置３００に供給する。

【０００４】試験パターン発生器２００は荷電粒子線装
置３００のステージ３０３に装着したＤＵＴ１１０に試
験パターン信号を与える。試験パターン発生器２００は
試験パターンの発生を開始させるスタートスイッチ２０
１と、任意の時点で試験パターンの発生を停止させるこ
とに用いるストップスイッチ２０２と、特定した試験パ
ターンが発生したとき試験パターンの更新を停止させる
ための停止パターン設定手段２０３と、停止パターン設
定手段２０３に設定した試験パターンが発生したことを
検出して試験パターンの更新を停止させるパターン保持
手段２０４と、試験パターンの更新が停止したことを表
す信号を発信する停止信号発生手段２０５とを具備し、
試験パターン信号の発生開始制御と、停止制御及び特定
の試験パターンにおいて試験パターンの更新動作を停止
させる制御とを行うことができるように構成されてい
る。

【０００５】一方、荷電粒子線装置３００はＤＵＴ１１
０に荷電粒子線を照射する鏡筒部３０１と、この鏡筒部
３０１の下部に設けられ、ＤＵＴ１１０を真空中に配置
するチャンバ３０２と、このチャンバ３０２の内部に設
けられ、ＤＵＴ１１０の位置をＸ−Ｙ方向に移動させる
ステージ３０３と、ＤＵＴ１１０から発生する２次電子
の量を計測するためのセンサ３０４と、センサ３０４に
よって検出した電気信号である２次電子検出信号を画像
データとして取り込み一定の処理をする画像データ取得
装置３０５と、画像データ取得装置３０５で処理した画
像データを電位コントラスト像として表示するモニタ３
０６と、荷電粒子線の出射及びその出射量（電流値）、
加速電圧、走査速度、走査面積等を制御する鏡筒制御器
３０７とによって構成されている。

【０００６】パターン保持手段２０４は試験パターン発
生器２００が停止パターン設定手段２０３に設定された
試験パターンを発生したことを検出すると、試験パター
ンの更新動作を一時停止し、停止パターン設定手段２０
３に設定した試験パターンを出し続ける。これと共に画
像データ取得装置３０５及び鏡筒制御器３０７に停止信
号発生手段２０５から試験パターンの更新動作が停止し
たことを表す停止信号が与えられる。鏡筒制御器３０７
は停止信号の供給を受けて荷電粒子線を発射させる制御
を行う。これと共に画像データ取得装置３０５は画像デ
ータの取込みを開始する。

【０００７】この画像データを取り込み画像を生成する
手法の一つとして、ＤＵＴ１１０内部のパターン印加信
号の変化に無関係に非同期で荷電粒子線３０９を順次位
置をシフトしながら照射し、２次元的に画像データを取
り込み表示するいわゆるリアルタイム画像が有る。この
リアルタイム画像は被観測信号（パターン印加信号）と
非同期で荷電粒子線３０９を照射するので、２次電子検
出信号の取得が非常に速くできる。

【０００８】例えば、１画面の大きさを５１２ｘ５１２
ピクセルとする。リアルタイム画像では１ピクセルの取
得時間は１マイクロ秒（１０−６秒）ですむので、１画
面を得るための取得時間は、１０−６ｘ５１２ｘ５１２
＝０．２６２秒ですむ。ただし、１画面のみでは被観測
信号がオンの場合とオフの場合が有り、正しい電位コン
トラスト画像が得られないので、同一面を複数回照射
し、その画像データを平均化して表示することが行われ
ている。しかし、このときでも数秒で画像データを得る
ことができる。

【０００９】他の手法として、荷電粒子の照射を信号の
変化に同期させて画像を得る、いわゆるストロボ画像も
有る。ストロボ画像では、被観測信号が高電位時にはＳ
（信号）ラインが黒くなり、観測信号が低電位時には白
くなる。通常、高電位はＰ（電源）ラインと同電位であ
り、低電位はＧ（接地）ラインと同電位であるからであ
る。このストロボ画像は、時間情報と関連したサンプリ
ングデータが得られるので有効で有るが、サンプリング
の度毎に被観測信号と同期を取るので時間がかかり過ぎ
る。

【００１０】例えば、被観測信号の信号の長さが１００
ミリ秒、つまり１０−１秒のとき、この信号に同期を掛
けて荷電粒子線３０９を照射するのであるから、１ピク
セルの情報を得るのに、１０−１秒の時間を要する。従
って、５１２ｘ５１２ピクセルの１画面の情報を取るの
に約７．３時間の時間を要する。

【００１１】荷電粒子線試験装置３００の使用法に、初
めに電位コントラスト画像を求め、その画像を用いてＳ
（信号）ラインの中央に荷電粒子線３０９を照射し、デ
ータを取得する、いわゆる荷電粒子プロービング法で被
観測信号の波形観測を行う場合が有る。このときにスト
ロボ画像で行うとすると数時間、前述の例では約７時間
も待つ必要が有り、一般に数秒で生成できるリアルタイ
ム画像を用いて荷電粒子プロービングを行なっている。

【００１２】図６にリアルタイム画像やストロボ画像で
得られる電位コントラスト画像を示す。簡単のために、
ＰラインやＧラインは省略し、Ｓラインのみを示す。Ｓ
ラインの幅は、０．５ミクロンから４ミクロン程度であ
る。Ｓラインのみ他の領域に比べて黒く示している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、荷電
粒子試験装置でのいわゆる電位コントラスト画像は、リ
アルタイム画像かストロボ画像で処理し表示する。そし
て必要に応じてその画像を用いて荷電粒子線プロービン
グで被観測信号を観測する。

【００１４】荷電粒子線プロービングを行なう場合、従
来はＳラインの幅が５ミクロン以上もあったので、リア
ルタイム画像を用いて、比較的短い時間で被観測信号を
正しく観測することができた。ところが最近の１ミクロ
ン以下のＳラインでは、リアルタイム画像を用いてはＳ
ラインにプロービングすることができない場合が生じて
きた。

【００１５】これは、被観測信号と非同期で荷電粒子線
を照射するリアルタイム画像では、被観測信号のオン・
オフの変化でＤＵＴ上に発生する磁界や電界の変動の影
響により、リアルタイム画像とＤＵＴの実際のポイント
との間に位置ズレが生じる場合があることが判明した。
しかもその位置ズレは、大きい場合では２ミクロンもず
れる場合があった。これでは、０．５ミクロンのＳライ
ンに正確なプロービングすることができない。

【００１６】一方、ストロボ画像では被観測信号と同期
を取って荷電粒子線を照射しているので、磁界や電界の
影響は波形観測の場合と同一となる。そこで、プロービ
ングする場合にはストロボ画像を用いれば解決するが、
前述したように１枚の画像を取得するのに、被観測信号
の長さに依存するが数時間も要し、前回の例ではプロー
ビングを１回行なうために約７時間も待つ必要がある。
従って、場合によっては実時間でのプロービングが困難
となる。

【００１７】この発明は、比較的短時間に荷電粒子線プ
ロービング（以下「プロービング」という）に適する電
位コントラスト画像を得る荷電粒子線試験装置を提供す
るものである。ここでのプロービングとは、ＤＵＴ表面
の１点に荷電粒子線を照射して、その点の電位の変化を
観測する手法をいう。

【００１８】

【課題を解決するための手段】これを解決しる手段とし
て、１画面を５１２ｘ５１２ピクセルとすると、その全
画面をリアルタイム画像で処理し、プロービングを行な
う場所にカーソルを合わせてその周辺のみボックス
（箱）状にストロボ画像を求め、その両画面を合成し
て、そのハイブリッド画像を表示させるものである。

【００１９】このボックス状のストロボ画像を、例え
ば、６行４列の６ｘ４＝２４ピクセルとする。この２４
ピクセルの全点をストロボ画像で求めてもよい。しか
し、より高速にするには、１行の６ピクセルのみストロ
ボ画像の処理を行い、その値を用いて４列に並列に並べ
て作成すると、その処理時間は約１／４になる。より正
確にするため２行あるいは３行のピクセルのストロボ画
像処理をしてもよい。また６ｘ４ピクセルの行列の大き
さ、つまりボックスの大きさを可変できるようにしても
よい。

【００２０】このようにして、全体的にはリアルタイム
画像処理をし、プロービングに必要な部分のみストロボ
画像処理を行い、これらのハイブリッド画像を表示させ
ると時間的に速く、しかも必要な精度を得ることができ
る。

【００２１】請求項１の発明は、従来の画像データ取得
装置のリアルタイム取得部及びストロボ画像取得部に付
加して、あるいは置き換え、あるいは一部共用して、セ
ンサで取得した２次電子検出信号をリアルタイム画像に
処理するリアルタイム画像取得部と、ボックス状のスト
ロボ画像に処理するストロボ画像処理部と、上記リアル
タイム画像に上記ボックス状のストロボ画像を重畳させ
たハイブリッド画像データをモニタに送出する画像合成
部から成るハイブリッド画像生成器を有する荷電粒子線
試験装置である。

【００２２】請求項２の発明は、ボックス状のストロボ
画像を生成する請求項１のストロボ画像処理部を具現化
した一例の発明である。これは、処理時間を最小にする
ために、１行、つまり一次元のみストロボ画像を２次電
子検出信号で生成し、そのデータを並列に並べてボック
ス状の２次元画像データを生成するものである。

【００２３】請求項３の発明は、この発明の荷電粒子線
試験装置における観測方法である。装置の調整や設定が
既に行われているとする。初めにリアルタイム画像デー
タを取得して処理しモニタに表示する。このリアルタイ
ム画像表示上の必要領域にボックス・カーソルでストロ
ボ画像領域を指定する。この指定したボックス領域の少
なくとも１行目を、あるいは数行を被観測信号と同期を
取りつつ荷電粒子線をスキャンさせてストロボ画像デー
タを得る。この取得したデータを並列に並べてボックス
領域内のストロボ画像データを生成し、画像合成部の画
像メモリ上でリアルタイム画像データのボックス・カー
ソル指定領域をこのストロボ画像データにより置き換え
ハイブリッド画像データを生成する。このハイブリッド
画像をモニタに表示してプロービング等を行なう観測方
法である。

【００２４】

【実施例】図１にこの発明の一実施例を示す。図５と同
一部分には同一符号を付す。図１はこの発明のハイブリ
ッド画像生成器３１０を有する荷電粒子線試験装置３０
０Ｂの構成図である。図５の従来の構成図と比べて、画
像データ取得装置３０５Ｂにハイブリッド画像生成器３
１０を有している。従来の画像データ取得装置３０５に
は、リアルタイム画像取得部とストロボ画像取得部とを
有しているので、これらに付加して、あるいは置き換え
て、あるいは一部を共用して構成してもよい。従来の装
置と異なる部分について説明する。

【００２５】図１において、画像データ取得装置３０５
Ｂはハイブリッド画像生成器３１０を有している。ハイ
ブリッド画像生成器は３１０は、リアルタイム画像取得
部３１１とストロボ画像取得部３１２と画像合成部３１
３とから成っている。

【００２６】初めにリアルタイム画像データを取得す
る。荷電粒子線３０９を被観測信号に非同期で掃引照射
する。センサ３０４で取得した２次電子検出信号をリア
ルタイム画像取得部３１１で取得して、そのリアルタイ
ム画像データは画像合成部３１３の画像データメモリに
記憶させ、そのままパス（通過）してモニタ３０６にリ
アルタイム画像を表示する。

【００２７】モニタ３０６は、図示していないが、丁度
パソコンのカーソルをマウスで動かして位置決めしてい
るように、例えば、マウスでボックス・カーソルを位置
決めできるように構成されている。マウスで無くてキー
ボードでボックス・カーソルを移動させるようにしても
よい。これらは従来技術であるので詳細説明は省略す
る。

【００２８】このボックス・カーソルをリアルタイム画
像上の、例えばプロービングを行なう被観測信号ライン
の場所に移動させ表示させる。ボックス・カーソルは箱
状の２次元表示するのが良いが、表示を点表示にして画
像データメモリにボックス領域を指定して実行できるよ
うにしても良い。

【００２９】ボックス・カーソル領域が指定されると、
ストロボ画像取得部３１２においてその領域のストロボ
画像の生成に移る。被観測信号と同期をとりつつ荷電粒
子線を掃引照射して２次電子検出信号を取得する。この
２次電子検出信号の取得は、ボックス領域の全域を取得
しても良いが、取得時間を速めるために１行の１次元デ
ータのみのストロボ画像データを取得し、２行目以降は
そのデータを並列に並べて作成すると良い。数行のスト
ロボ画像データを取得して、そのデータを並べてボック
スのストロボ画像データを作成しても良い。ボックス・
カーソル領域のストロボ画像が生成されると、そのスト
ロボ画像データを画像合成部３１３に伝送する。

【００３０】画像合成部３１３では、画像データメモリ
上で、リアルタイム画像取得部３１１からのリアルタイ
ム画像データ上にストロボ画像取得部３１２からのボッ
クス状のストロボ画像データを重畳して置き換え、ハイ
ブリッド画像データを生成する。このハイブリッド画像
データをモニタ３０６に伝送してハイブリッド画像をモ
ニタ３０６に表示させる。

【００３１】このハイブリッド画像を生成し表示させる
時間を前述の例の条件でみてみる。リアルタイム画像を
得るのに約０．２６２秒であった。ボックス状のストロ
ボ画像を６ｘ４＝２４ピクセルとし、その１行の６ピク
セルのストロボ画像の２次電子検出信号を取得し、２行
目から４行目までをそのデータを並列に並べるとする
と、その時間は、１００ｍｓｘ６＝６００ｍｓとなる。
それに画像合成時間が多くて数十秒であるから、１画面
を生成する時間は、たかだか数十秒以内でよい。これは
前例のストロボ画像を生成する時間、約７時間に比し格
段に高速である。

【００３２】図２に、このハイブリッド画像の一例を示
す。全体的にはリアルタイム画像であるが、ａとｂのボ
ックス領域がストロボ画像である。Ｓ（信号）ラインの
ボックス領域はリアルタイム画像のＳラインに比し若干
ズレている。このボックスのＳラインが正しい位置であ
るので、これを用いてプロービングで被観測信号の測定
を行なうと位置ズレは生じない。

【００３３】図３は、ボックス領域のストロボ画像デー
タの説明図である。図３（Ａ）は、図２のａの画像デー
タメモリであり横方向に荷電粒子線を掃引照射、つまり
スキャンし、例えば１行のデータＤ１ からＤ６ まで
のストロボ画像を２次電子検出信号で生成し、２行目か
ら４行目までのデータは１行目のデータＤ１ からＤ６
までのデータを並列に並べて作成する。図３（Ｂ）は
図２のｂの画像データであり、図面の縦方向が行であ
り、縦方向にスキャンして作成する。

【００３４】（他の実施例）図４はこの装置を用いた観
測方法の一例のフロー図である。図４には測定方法の一
例を詳細に示しており、図示の通りの手順で観測すると
良いが、しかしこれらの中で必須要件は左方にａからｅ
で示している。つまり、パルス幅設定やコントラスト・
グリッド電圧の調整は事前に設定や調整ができるし、ま
た任意時間に行なっても良い。ハイブリッド画像を表示
した後はボックス領域内のストロボ画像を用いて正確な
位置ラインが必要な観測に使用する。例えば荷電粒子線
プロービンング等に用いるものである。必須要件は前述
した通りであり、請求項３に記載の通りである。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、高速に画面
が得られるリアルタイム画像では、磁界や電界の影響で
リアルタイム画像とＤＵＴの実際のポイントとの位置ズ
レが２ミクロンも生じることがあったが、この発明によ
ればボックス・カーソルで指定した必要な位置の位置ズ
レはほとんど無くなった。

【００３６】例えば荷電粒子線プロービング手法で被観
測信号の動作状態を観測するとき、Ｓラインの正確な中
央位置を確認するのに、従来はほとんど位置ズレを起こ
さないストロボ画像で数時間以上待機する必要があった
が、この発明によれば、高速なリアルタイム画像とボッ
クス状のストロボ画像とのハイブリッド画像により数十
秒以下で正確な位置を確認でき、正確な観測が可能にな
った。

【００３７】技術革新のテンポの早い現在、Ｓラインの
ライン幅が０．３ミクロン以下になろうとするとき、こ
の発明の利用価値は大きく、その技術的効果は大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の装置で得られる電位コントラスト画像図
である。

【図３】図２のストロボ画像を生成する説明図である。

【図４】この発明の測定方法の一実施例のフロー図であ
る。

【図５】従来技術の構成図である。

【図６】図５の装置で得られる電位コントラスト画像図
である。

【符号の説明】

１００ ＩＣテストシステム １１０ ＤＵＴ（被試験素子） ２００ 試験パターン発生器 ２０１ スタートスイッチ ２０２ ストップスイッチ ２０３ 停止パターン設定手段 ２０４ パターン保持手段 ２０５ 停止信号発生手段 ３００ 荷電粒子線試験装置 ３０１ 鏡筒部 ３０２ チャンバ ３０３ ステージ ３０４ センサ ３０５、３０５Ｂ 画像データ取得装置 ３０６ モニタ ３０７ 鏡筒制御器 ３０９ 荷電粒子線 ３１０ ハイブリッド画像生成器 ３１１ リアルタイム画像取得部 ３１２ ストロボ画像取得部 ３１３ 画像合成部 Ｓライン 信号線 Ｐライン 電源線 Ｇライン 接地線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被試験素子（１１０）の表面に荷電粒子
   線を掃引照射し、各照射点から発生する２次電子の量を
   センサ（３０４）で取得し、取得した２次電子検出信号
   を画像データ取得装置（３０５）で処理を施してモニタ
   （３０６）に上記被試験素子（１１０）表面の電位分布
   を画像として表示する荷電粒子線試験装置（３００）に
   おいて、 センサ（３０４）で取得した２次電子検出信号をリアル
   タイム画像に処理するリアルタイム画像取得部（３１
   １）と、上記センサ（３０４）で取得した２次電子検出
   信号をボックス状のストロボ画像に処理するストロボ画
   像取得部（３１２）と、上記リアルタイム画像に上記ボ
   ックス状のストロボ画像を重畳させたハイブリッド画像
   データをモニタ（３０６）に送出する画像合成部（３１
   ３）と、から成るハイブリッド画像生成器（３１０）を
   有する画像データ取得装置（３０５Ｂ）を具備ことを特
   徴とする荷電粒子線試験装置。
2. 【請求項２】 ストロボ画像取得部（３１２）は、荷電
   粒子線（３０９）の一次元スキャンによる２次電子検出
   信号の一次元データのみをセンサ（３０４）から取得
   し、上記一次元データを並列に並べ合わせて２次元デー
   タをボックス状に生成するストロボ画像取得部（３１
   ２）であることを特徴とする請求項１項記載の荷電粒子
   線試験装置。
3. 【請求項３】 被試験素子（１１０）の表面に荷電粒子
   線を掃引照射し、各照射点から発生する２次電子の量を
   センサ（３０４）で取得し、取得した２次電子検出信号
   を画像データ取得装置（３０５Ｂ）で処理を施してモニ
   タ（３０６）に上記被試験素子（１１０）表面の電位分
   布をリアルタイム画像とストロボ画像のハイブリッド画
   像で表示する荷電粒子線試験装置（３００）の観測方法
   において、 初めにリアルタイム画像の画像データを取得し処理して
   モニタ（３０６）に表示し、 次に、上記モニタ（３０６）に表示されているリアルタ
   イム画像上でボックス・カーソルによりストロボ画像の
   領域を指定し、 上記ボックス・カーソル範囲におけるストロボ画像の画
   像データを少なくとも１行の一次元データを取得し並列
   に並べてボックス・カーソル範囲内のストロボ画像を生
   成し、 画像メモリ上で上記リアルタイム画像データのボックス
   ・カーソル指定領域部分を上記ストロボ画像データによ
   り置き換え、 上記リアルタイム画像データ上にストロボ画像データを
   置き換えたハイブリッド画像データをモニタ（３０６）
   に伝送し表示して観測を行なう、 ことを特徴とする荷電粒子線試験装置（３００）の観測
   方法。