JPH10275841A

JPH10275841A - 半導体デバイスの検査方法

Info

Publication number: JPH10275841A
Application number: JP7947997A
Authority: JP
Inventors: Yukiko Hashimoto; 由紀子橋本; Takayuki Yamada; 隆順山田; Kouji Eriguchi; 浩二江利口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体デバイスの異常発生解析や信頼性評価
などに供される半導体デバイス検査システムに関するも
のであり、特に仮想画素を配置することにより高分解能
で破壊箇所を正確に算出する画像処理方法と、現有の撮
像装置およびレンズを用いた従来の高感度評価モード
と、撮像装置もしくはウエハステージを移動させ、破壊
箇所を特定する高分解能評価モードを容易に切り替える
ことのできる半導体検査装置を提供する。【解決手段】分解能以下の間隔でずらして撮像された
発光像を重ね合わせ、仮想画素を配置し、その論理積を
とることにより高分解能で破壊箇所を正確に特定する。
また、現有の撮像装置およびレンズを用いた従来の高感
度評価モードと、撮像装置もしくはウエハステージを移
動させることにより、破壊箇所を特定する高分解能評価
モードを容易に切り替えることのできる半導体検査装置
を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
異常発生解析や信頼性評価などに供される半導体デバイ
スの検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化に伴
い、半導体チップに形成されている内部回路などの異常
解析や信頼性評価を行うことの困難性が益々増大してき
ている。

【０００３】このような現状において、半導体デバイス
の異常箇所から発生するきわめて微弱な光（以下、極微
弱光という）を検出することにより異常箇所を突き止め
る解析技術が注目され、この解析技術を適用した半導体
デバイス検査装置として、エミッション顕微鏡が知られ
ている。このエミッション顕微鏡は、半導体デバイス内
部の異常箇所に電界が集中した時に生じるホットキャリ
アに起因して発生する極微弱光や、ラッチアップに起因
する赤外域の極微弱光を高感度で撮像するので、被検査
半導体デバイスを非接触かつ高精度で測定することがで
きるという優れた機能を有する。

【０００４】ところが、このエミッション顕微鏡におい
ては撮像装置、あるいはレンズなどの解像度の限界から
1画素がたとえば０．５μｍ程度の分解能しか有してい
ない。ところが、急速な半導体の微細化に伴い、たとえ
ばゲート長が０.２５μｍのＬＳＩの製造においては、
０.２５μｍ以下の分解能での解析が要求されるように
なっており、エミッション顕微鏡を用いて異常箇所を高
精度に特定することは困難となってきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記問題点を解決する
ための方法として、以下の２つが行われている。第１
に、撮像装置における１画素の大きさを小さくするこ
と、第２にレンズの解像度を上げることである。

【０００６】上記した第１の撮像装置における１画素の
サイズを小さくすることに関しては、容易に１画素の大
きさを小さくすることができる。しかし、１画素の大き
さを小さくした場合では、受光面積が小さくなるため感
度が悪くなってしまうという新たな問題が発生する。第
２のレンズの解像度を上げることは非常に困難で、デバ
イスの微細化のスピードに追いついていない。

【０００７】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、現有
の撮像装置およびレンズを用いて、より高分解能な解析
を実現することのできる半導体デバイス検査方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体デバイス検査方法は、半導体デバイス
の破壊に基づいて発生する光を読み出して検査を行うに
際して、予め設定された１画素を１画素よりも小さい複
数の仮想画素に分割する工程と、特定の仮想画素を含む
ような複数の異なる領域を設定し、複数の領域から得ら
れる光を読み出す工程と、複数の異なる領域から得られ
た光のデータを重ね合わせて仮想画素中の半導体デバイ
スの検査を行う工程とを有する構成となっている。

【０００９】上記の構成により、光の検出領域を微小に
ずらすだけで、従来の１画素よりも小さな領域での検査
を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態における
半導体デバイスの検査方法について図面とともに説明す
る。

【００１１】本発明は、半導体デバイスの破壊に基づい
て発生する光を読み出して検査を行う半導体デバイスの
検査方法である。そして、予め設定された１画素を前記
１画素よりも小さい複数の仮想画素に分割し、特定の仮
想画素を含むような複数の異なる領域を設定し、複数の
領域から得られる前記光を読み出し、複数の異なる領域
から得られた光のデータを重ね合わせて仮想画素中の半
導体デバイスの検査を行うものである。

【００１２】ここで上記した予め設定された１画素の大
きさとは、例えばエミッション顕微鏡の性能に基づいて
決定される大きさのことである。また、仮想画素を含む
ような複数の領域としては、仮想画素を取り囲むような
正方形の領域を例として挙げることができるが、これに
ついては詳細に後述する。

【００１３】さらに、上記の複数の異なる領域の設定に
関しては、撮像装置を、撮像装置の画素サイズ以下の間
隔で光路と垂直な平面内で連続して移動させること、試
料ステージを、エミッション顕微鏡の空間分解能以下の
間隔で光路と垂直な平面内で連続して移動させること、
または、撮像装置を、所望の方向に評価点を中心として
任意の角度で傾けることにより行うことができる。

【００１４】（実施の形態１）以下に、本発明の実施の
形態１における半導体デバイス検査装置を用いた検査方
法を図面を参照しながら説明する。図１に本発明におけ
る半導体デバイス検査方法の工程図を、図２には１画素
の分割方法を、図３には分割数を２とした時の画像処理
の模式図を、図４にはｎ＝３の場合において実際に画像
処理を行った場合について示す。ただし、ａはコンピュ
ータの画像メモリに記憶されている発光像の１画素サイ
ズであり、ｎは１画素の分割数である。本実施の形態に
おいてはａ＝０．５μｍ、ｎ＝２の場合について説明す
る。

【００１５】まず、図２に示すような１画素の大きさが
ａ²／（ｎ²）＝０．５²／４［μｍ²］である仮想画素を
（ｎ²）＝４個配置する（ステップ１０１）。次に、撮
像装置、もしくは評価試料を移動させて得られたａ／ｎ
＝０．５／２＝０．２５［μｍ］ずつずれた画像それぞ
れについて1光子像につき1画素のみの発光となるよう、
例えば、最も光量の多い画素のみの発光とした像を作成
する。図３（ａ）〜（ｄ）に発光像の例を示す（ステッ
プ１０２）。ステップ１０２で得られた（ｎ²）＝４枚
の画像をａ／ｎ＝０．２５［μｍ］ずつずらして重ね合
わせる。図３（ｅ）に重ね合わせた発光像の例を示す
（ステップ１０３）。さらに、それぞれ１仮想画素につ
き論理積をとる（ステップ１０４）。以上の処理によ
り、１画素が（ａ／ｎ）²＝０．０６２５［μｍ²］の大
きさの発光像が１枚得られる。図３（ｆ）に画像処理に
より得られた発光像の例を示す。

【００１６】本実施の形態により、０．５μｍの分解能
を持つ撮像装置をもちいた場合には、０．２５μｍの空
間分解能を得ることができる。

【００１７】なお、本実施の形態においては直行座標系
を用いたが、任意の角度を有する斜交座標系について画
像処理を行った場合についても同等の効果を得ることが
できる。

【００１８】（実施の形態２）以下本発明の実施の形態
２における半導体デバイス検査装置について図面を参照
しながら説明する。図５には本実施の形態の半導体デバ
イス検査装置の構成を、図６には撮像装置を移動させ、
１画素のサイズが（ａ／ｎ）²［μｍ²］の発光像を得る
場合の工程図を示す。ただし、ａは撮像装置の1画素の
サイズであり、例えば２０［μｍ］程度である。

【００１９】まず、照明装置（５０１）から半導体デバ
イス（５０２）へ光を照射する。ここで、モニタ（５０
３）に表示されたパターン像を見ながらステージコント
ロールユニットによりステージ（５０４）を動かして位
置合わせを行う。そして、撮像装置（５０５）より得ら
れた画像をアナログ画像信号として出力し、カメラコン
トロールユニット（５０６）でディジタル信号に変換す
る。このディジタル信号がコンピュータ（５０７）の画
像メモリに記憶される（ステップ６０１）。

【００２０】次に、照明装置（５０１）の照明を消し、
電源（５０８）から半導体デバイスにバイアス、クロッ
ク等を印加する（ステップ６０２）。この時、半導体デ
バイス（５０２）では酸化膜の破壊箇所があるとそこか
ら極微弱光が発せられる。この極微弱光による発光像が
読み出され、発光像のディジタル信号がコンピュータ
（５０７）の画像メモリに記憶される（ステップ６０
３）。そして、撮像装置（５０５）を撮像装置コントロ
ールユニット（５０６）を用いて図２に示すように順次
X方向、Y方向にａ／ｎ［μｍ］移動させ、随時発光像を
収集し、コンピュータの画像メモリに記憶させる（ステ
ップ６０４）。ステップ６０４を（ｎ²）［回］繰り返
す。さらに、ｎ²枚の発光像を用いて、図１に示すよう
な画像処理を行い、１画素が（ａ／ｎ）²［μｍ²］の発
光像を作成する（ステップ６０５）。以上の処理を行う
ことにより得られた発光像を１）のパターン像と重ね合
わせた像がモニタに表示される（ステップ６０６）。

【００２１】本実施の形態の半導体デバイス検査装置に
おいては、ａ（撮像装置の１画素の大きさ）が例えば２
０μｍと大きいため、ａ／ｎが比較的大きいので、分割
数ｎを大きすることが容易であり、より高分解能な発光
像を得ることができる。たとえば０．５μｍの分解能を
持つ撮像装置に対して、ｎ＝１０とし分解能を０．０５
μｍとした場合でも、ａ／ｎ＝２［μｍ］と比較的大き
く、移動に伴う誤差が少ない。

【００２２】（実施の形態３）以下に、本発明の実施の
形態３における半導体デバイス検査装置について図面を
参照しながら説明する。図７にはステージを移動させる
場合の装置構成図を、図８にはフローを示す。ただし、
ａは発光像の1画素のサイズであり、例えば０．５［μ
ｍ］程度である。

【００２３】まず、照明装置（７０１）から半導体デバ
イス（７０２）へ光を照射する。モニタ（７０３）に表
示されたパターン像を見ながらステージコントロールユ
ニット（７０４）によりステージを動かして位置合わせ
を行う。そして、撮像装置（７０５）より得られた画像
をアナログ画像信号として出力し、カメラコントロール
ユニット（７０６）でディジタル信号に変換する。この
ディジタル信号がコンピュータ（７０７）の画像メモリ
に記憶される（ステップ８０１）。

【００２４】次に、照明装置（７０１）の照明を消し、
電源（７０８）から半導体デバイスにバイアス、クロッ
ク等を印加する（ステップ８０２）。この時、半導体デ
バイス（７０２）では酸化膜の破壊箇所があるとそこか
ら極微弱光が発せられる。この極微弱光による発光像が
読み出され、発光像のディジタル信号がコンピュータ
（７０７）の画像メモリに記憶される（ステップ８０
３）。さらに、ステージをステージコントロールユニッ
ト（７０４）を用いてX、Y方向にａ／ｎ［μｍ］移動さ
せ、随時発光像を収集し、コンピュータの画像メモリに
記憶させる（ステップ８０４）。ステップ８０４を（ｎ
²）［回］繰り返す。得られたｎ²枚の発光像を用いて、
図１に示すような画像処理を行い、１画素が１／
（ｎ²）［μｍ²］の発光像を作成する（ステップ８０
５）。以上の処理を行うことにより得られた発光像を
１）のパターン像と重ね合わせた像がモニタに表示され
る（ステップ８０６）。

【００２５】本実施の形態の半導体デバイス検査装置に
おいては、ステージの移動に、たとえば図９に示すよう
に圧電素子等を用いることにより、分割数ｎを大きする
ことが容易であり、より高分解能な発光像を得ることが
できる。例えば、ｎ＝５とした場合、０.１μｍの分解
能を得ることができる。

【００２６】また、サンプルを移動させるため、撮像装
置とレンズとの軸ずれが起きず、長期間の使用において
も経時変動が生じにくい。

【００２７】（実施の形態４）以下に、本発明の実施の
形態４における半導体デバイス検査装置について図面を
参照しながら説明する。図１０には撮像装置を必要に応
じて傾ける場合のフローを示す。

【００２８】まず、照明装置から半導体デバイスへ照射
する。モニタに表示されたパターン像を見ながらステー
ジコントロールユニットによりステージを動かして位置
合わせを行う。そして、中央に配置された撮像装置１よ
り得られた画像をアナログ画像信号として出力し、カメ
ラコントロールユニットでディジタル信号に変換する。
このディジタル信号がコンピュータの画像メモリに記憶
される（ステップ１００１）。

【００２９】次に、照明装置の照明を消し、電源から半
導体デバイスにバイアス、クロック等を印加する（ステ
ップ１００２）。この時、半導体デバイスでは酸化膜の
破壊箇所があるとそこから極微弱光が発せられる。この
極微弱光による発光像が撮像装置１〜（ｎ²）で読み出
され、発光像のディジタル信号がコンピュータの画像メ
モリに記憶される（ステップ１００３）。ここで、より
高精度に場所の特定が必要な場合は、ステージを破壊箇
所を中心となるように移動させる。次に撮像装置をＸ方
向にθだけ傾け、ステップ１００３と同様に発光像を収
集し、画像メモリに記憶される（ステップ１００４）。
ステップ１００４で得られた発光像をＹ方向に同倍率と
なるよう、Ｘ方向にのみｃｏｓθ倍する（ステップ１０
０５）。以上の処理を行うことにより得られた発光像を
１）のパターン像と重ね合わせた像がモニタに表示され
る（ステップ１００６）。

【００３０】本実施の形態の半導体デバイス検査装置に
おいては、分解能ａのエミッション顕微鏡を用いた場
合、Ｘ方向にのみａ×ｃｏｓθの分解能を得ることがで
きる。例えば、ａ＝０．５μｍ、θ＝６０°の場合、Ｘ
方向には０．２５μｍの分解能を得ることができる。

【００３１】なお、本実施の形態においてはＸ方向のみ
にしか分解能が向上しないが、評価点を中心にステージ
を回転させる、もしくは、撮像装置をＹ方向にも傾ける
ことにより、所望の方向に対して分解能を向上させるこ
とができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明は、仮想画素を配置
することにより高分解能で破壊箇所を正確に算出する画
像処理方法と、現有の撮像装置およびレンズを用いた従
来の高感度評価モードと、撮像装置もしくはウエハステ
ージを移動させ、破壊箇所を特定する高分解能評価モー
ドを必要に応じて容易に切り替えることのできる半導体
デバイス検査装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施の形態１における画像処理方法の工
程図

【図２】本発明の実施の形態における１画素の分割方法
を示す図

【図３】本発明実施の形態１における画像処理方法の模
式図

【図４】本発明実施の形態１における画像処理の例を示
す図

【図５】本発明実施の形態２における半導体デバイス検
査装置の構成を示す斜視図

【図６】本発明実施の形態２における半導体デバイス検
査方法の工程図

【図７】本発明実施の形態３における半導体デバイス検
査装置の構成を示す斜視図

【図８】本発明実施の形態３におけるプロセス管理方法
の工程図

【図９】本発明実施の形態３におけるステージ移動装置
の構成を示す斜視図

【図１０】本発明実施の形態４におけるプロセス管理方
法の工程図

【符号の説明】

５０１照明装置５０２半導体デバイス５０３モニタ５０４ステージ５０５撮像装置５０６カメラコントロールユニット５０７コンピュータ５０８電源５０９撮像装置コントロールユニット５１０レンズ７０１照明装置７０２半導体デバイス７０３モニタ７０４ステージ７０５撮像装置７０６カメラコントロールユニット７０７コンピュータ７０８電源７０９ステージコントロールユニット７１０レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体デバイスの破壊に基づいて発生する
光を読み出して検査を行う半導体デバイスの検査方法で
あって、予め設定された１画素を前記１画素よりも小さ
い複数の仮想画素に分割する工程と、特定の前記仮想画
素を含むような複数の異なる領域を設定し、前記複数の
領域から得られる前記光を読み出す工程と、前記複数の
異なる領域から得られた光のデータを重ね合わせて前記
仮想画素中の半導体デバイスの検査を行う工程とを有す
る半導体デバイスの検査方法。
【請求項２】撮像装置を、前記撮像装置の画素サイズ以
下の間隔で光路と垂直な平面内で連続して移動させて複
数の異なる領域を設定することを特徴とする請求項１記
載の半導体デバイスの検査方法。
【請求項３】試料ステージを、エミッション顕微鏡の空
間分解能以下の間隔で光路と垂直な平面内で連続して移
動させて複数の異なる領域を設定することを特徴とする
請求項１記載の半導体デバイスの検査方法。
【請求項４】撮像装置を、所望の方向に評価点を中心と
して任意の角度で傾けて複数の異なる領域を設定するこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの検査方
法。