(57)【要約】【課題】２次電子像による半導体装置の不具合解析の効率化。【解決手段】半導体装置の解析装置は、半導体装置に荷電粒子ビームを照射して得られる２次電子を検出して得られる２次電子像を入力する手段と、比較元となる半導体装置の設計データと、該比較元となる半導体装置の２次電子像とに基づいて、比較元となる半導体装置の２次電子像を電位別の領域に区分けする手段と、前記比較元となる半導体装置の２次電子像の電位別に区分けされた各領域について、各領域の濃度を平滑化する平滑化処理を行って、擬似良品２次電子像を生成する手段と、前記擬似良品２次電子像と、解析対象の半導体装置の２次電子像とを、表示する手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置に荷電粒子ビームを照射して得られる２次電子像を入力する手段と、
比較元となる半導体装置の設計データと、該比較元となる半導体装置の２次電子像とに基づいて、比較元となる半導体装置の２次電子像を、電位別の領域に区分けする手段と、
前記比較元となる半導体装置の２次電子像の電位別に区分けされた各領域について、該各領域の濃度を平滑化する平滑化処理を行って、擬似良品２次電子像を生成する手段と、
前記擬似良品２次電子像と、解析対象の半導体装置の２次電子像とを、表示する手段と、を備えたこと、を特徴とする半導体装置の解析装置。
【請求項２】
前記比較元となる半導体装置の２次電子像の電位別に区分けされた各領域を、それぞれ所定の大きさの小エリアに分割し、該小エリア毎に、濃度の平滑化処理を行う請求項１に記載の半導体装置の解析装置。
【請求項３】
前記平滑化処理として、前記各領域又は小エリアの最頻度濃度又は平均濃度を求め、該濃度に置き換える処理を実行する請求項１又は２に記載の半導体装置の解析装置。
【請求項４】
前記擬似良品２次電子像と、前記解析対象の半導体装置の２次電子像とを、同一画面の同一位置に交互に表示することにより比較が可能である請求項１乃至３いずれか一に記載の半導体装置の解析装置。
【請求項５】
前記擬似良品２次電子像と、前記解析対象の半導体装置の２次電子像との、差画像を生成し表示する機能を備えた請求項１乃至４いずれか一に記載の半導体装置の解析装置。
【請求項６】
観察対象物に、荷電粒子ビームを照射し、２次電子を検出し、２次電子像を生成する２次電子像生成装置が含まれている請求項１乃至５いずれか一に記載の半導体装置の解析装置。
【請求項７】
コンピュータに、半導体装置に荷電粒子ビームを照射して得られる２次電子像を入力して実施する半導体装置の解析方法であって、
比較元となる半導体装置の設計データと、該比較元となる半導体装置の２次電子像とに基づいて、比較元となる半導体装置の２次電子像を、電位別の領域に区分けするステップと、
前記比較元となる半導体装置の２次電子像の電位別に区分けされた各領域について、該各領域の濃度を平滑化する平滑化処理を行って、擬似良品２次電子像を生成するステップと、
前記擬似良品２次電子像と、解析対象の半導体装置の２次電子像とを、対比可能に表示するステップと、を含むこと、を特徴とする半導体装置の解析方法。
【請求項８】
前記比較元となる半導体装置の２次電子像の電位別に区分けされた各領域を、それぞれ所定の大きさの小エリアに分割し、該小エリア毎に、濃度の平滑化処理を行う請求項７に記載の半導体装置の解析方法。
【請求項９】
前記平滑化処理として、前記各領域又は小エリアの最頻度濃度又は平均濃度を求め、該濃度に置き換える処理を実行する請求項７又は８に記載の半導体装置の解析方法。
【請求項１０】
前記擬似良品２次電子像と、前記解析対象の半導体装置の２次電子像とを、同一画面の同一位置に交互に表示することにより対比可能とする請求項７乃至９いずれか一に記載の半導体装置の解析方法。
【請求項１１】
前記擬似良品２次電子像と、前記解析対象の半導体装置の２次電子像との、差画像を生成し表示することにより対比可能とする請求項７乃至１０いずれか一に記載の半導体装置の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の解析装置及び半導体装置の解析方法に関し、特に、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以下、「ＳＥＭ」という。）やＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）装置等から得られる２次電子像を観察して行なう半導体装置の解析装置及び半導体装置の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＥＭあるいはＦＩＢを用いて、解析対象とする半導体装置に電子銃から１次電子ビームを照射した際に、検出される２次電子の強度を輝度変換して得られる２次電子像を観察することで、半導体装置の表面から見えにくい不具合や、電気的な不具合を検出できることが知られている。例えば、特許文献１には、ダイから導出された画像同士を比較するダイ・ダイ検査と、ダイから導出された画像と、当該ダイのＣＡＤデータを入力した画像シミュレータで生成された画像（擬似良品画像）とを比較するダイ・データベース検査が提案されている。
【０００３】
特許文献２には、設計データから作成した被検体の形状を示す図形と、透過画像又はラミノ画像と、を合成した合成画像を表示することのできるＸ線検査装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献３には、半導体装置を物理解析して得られた異常な反応情報を収集し、その重複箇所を抽出し、レイアウトデータと照合して、故障の疑いのある配線や欠陥箇所を推定することのできるＣＡＤツールが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２５８７０３号公報
【特許文献２】特開平７−３０６１６５号公報
【特許文献３】特開２００３−８６６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６は、特許文献１のダイ・データベース検査の概要を表した図である。図６に表されたように、半導体装置の微細化が進んでいることもあって、一般にＳＥＭ等で観察される２次電子像は、その分解能の影響で画像パターンのエッジが丸まっている（図６の左下（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）参照。）。これに対して、対比対象とされている擬似良品画像は、設計データそのものから忠実に作成されるためエッジの丸み等が無く（図６の右下（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）、両者の比較が難しいという問題点がある。また、２次電子像の縮尺が、上記擬似良品画像の縮尺と異なったり、上記擬似良品画像において表された電位分布の彩色が、２次電子像上の濃度と異なったりするため、上記比較を一層困難にしている。
【０００７】
特許文献２には、設計データから作成した被検体の形状を示す図形の方を画像処理部にて倍率変換する旨が記載されているが、同公報記載の方法を適用したとしても、上記エッジの不一致や濃度の相違が残ってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の視点によれば、半導体装置に荷電粒子ビームを照射して得られる２次電子像を入力する手段と、比較元となる半導体装置の設計データと、該比較元となる半導体装置の２次電子像とに基づいて、比較元となる半導体装置の２次電子像を、電位別の領域に区分けする手段と、前記比較元となる半導体装置の２次電子像の電位別に区分けされた各領域について、該各領域の濃度を平滑化する平滑化処理を行って、擬似良品２次電子像を生成する手段と、前記擬似良品２次電子像と、解析対象の半導体装置の２次電子像とを、表示する手段と、を備えた半導体装置の解析装置が提供される。
【０００９】
本発明の第２の視点によれば、コンピュータに、半導体装置に荷電粒子ビームを照射して得られる２次電子像を入力して実施する半導体装置の解析方法であって、比較元となる半導体装置の設計データと、該比較元となる半導体装置の２次電子像とに基づいて、比較元となる半導体装置の２次電子像を、電位別の領域に区分けするステップと、前記比較元となる半導体装置の２次電子像の電位別に区分けされた各領域について、該各領域の濃度を平滑化する平滑化処理を行って、擬似良品２次電子像を生成するステップと、前記擬似良品２次電子像と、解析対象の半導体装置の２次電子像とを、対比可能に表示するステップと、を含むこと、を特徴とする半導体装置の解析方法が提供される。
【００１０】
なお、上記平滑化処理には、各種の統計的手法を用いて濃度を平滑化する処理が含まれるものとし、例えば、画像処理の分野で用いられる平滑化フィルタのほか、処理対象領域（処理対象ブロック）の画素濃度を、最も頻度が高い濃度値に置き換える処理や、平均値・メジアン値（中央値）に置き換える処理も含まれるものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、解析対象の半導体装置に潜在する不具合を効率よく検出することができる。その理由は、対比対象とする擬似良品画像を設計データを用いて作成するのではなく、解析対象と略同一形状であることが期待できる比較元の半導体装置の２次電子像をベースとし、その濃度情報に基づいて、良品相当の着色が得られる画像処理を行なった擬似良品２次電子像を用いた比較を可能としたことにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
続いて、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の解析装置の構成を表したブロック図である。
【００１４】
図１を参照すると、ＳＥＭ像入力手段１０と、電位別区分け手段１２と、領域平滑化手段１４と、設計データ記憶手段１６と、ＳＥＭ像表示手段１８と、を備える半導体装置の解析装置が示されている。
【００１５】
ＳＥＭ像入力手段１０は、ＳＥＭ装置から、解析対象の半導体装置又は比較元となる半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）を入力し、ＳＥＭ像表示手段１８又は電位別区分け手段１２に出力する。なお、図１〜図５の例では、濃い領域（ａ）が高電位領域（２次電子エネルギーが低いプラス電位領域）を表し、薄い領域（ｂ）が低電位領域（２次電子エネルギーが高いマイナス電位領域）を表しているものとする。
【００１６】
電位別区分け手段１２は、ＳＥＭ像入力手段１０から入力された比較元となる半導体装置の２次電子像を、その電位コントラストや設計データを参照して、等電位の領域に区分けする（等電位領域情報を生成する。）。その際に、電位別区分け手段１２は、設計データ記憶手段１６に記憶された設計データ（ＣＡＤデータ）の配線情報を参照することができる。例えば、設計データ（ＣＡＤデータ）から、ｐ＋拡散層に接続された配線、ｎ＋拡散層に接続された配線、ポリシリ（ｐｏｌｉ−Ｓｉ）に接続された配線、孤立したポリシリに接続された配線等の電位を計算（シミュレート）し、２次電子像と対応付けることにより、２次電子像をより正確に等電位の複数の領域に区分けすることが可能となる。
【００１７】
領域平滑化手段１４は、比較元となる半導体装置の２次電子像の前記区分けされた等電位の領域毎に、画素濃度の平滑化処理を行って擬似良品２次電子像を生成する。平滑化処理としては、平均フィルタ、メジアンフィルタ等の平滑化フィルタを用いる方法のほか、領域内の画素濃度を最頻度濃度や平均濃度に置き換える方法も採用可能である。平滑化することの技術的意義については、後に最頻度濃度や平均濃度に置き換える例を挙げて詳細に説明する。
【００１８】
設計データ記憶手段１６は、比較元となる半導体装置の配線情報等の設計データ（ＣＡＤデータ／レイアウトデータ）を記憶する手段である。
【００１９】
ＳＥＭ像表示手段１８は、解析対象の半導体装置又は比較元となる半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）又は前述した擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）を所定の表示装置に表示する手段である。例えば、ユーザの操作に応じて、解析対象の半導体装置２次電子像（ＳＥＭ像）と、比較元となる半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）とを対比可能なように、並べて表示する機能や、交互に切替えて表示する機能や、一方を半透明にし他方の上に重ねて表示する機能を備えていることが望ましい。
【００２０】
このようにして構成される半導体装置の解析装置によれば、比較元となる半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）を、等電位の領域に区分し、各領域毎に平滑化したものとなるため、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）と画像パターンが略同一である擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）を得ることができる。また、上記した半導体装置の解析装置
によれば、例えば、図１の右側に表した表れた比較元となる半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）に不良箇所がある場合であっても（（ｂ）参照）、平滑化処理により、除去乃至ぼかすことにより、比較元として使用可能な擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）を得ることができる。
【００２１】
また、平滑化処理としては、各種平滑化フィルタを用いる方法に代えて、区分けされた各領域の濃度を、平均濃度や最頻度濃度に置き換える処理を用いることもできる。例えば、図２に示すように、電位別に区分けされた領域（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を更に、所定の小エリア（ブロック）に分割し、該小エリア（ブロック）毎に平均濃度を求めて、置き換える処理や（図３参照）、該小エリア（ブロック）毎に最頻度濃度を求めて、置き換える処理（図４参照）を用いることができる。
【００２２】
このようにして得られた擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）によれば、図２と図３、図２と図４を交互に見れば明らかなように、解析対象の半導体装置の不良箇所（Ｂ）を容易に特定することが可能となる。
【００２３】
平均濃度と、最頻度濃度とのいずれかを用いるかは、解析対象とする半導体装置のパターンや、等電位領域を細分化する小エリア（ブロック）のサイズや想定される不良箇所の大きさに応じて適宜決定することができる。例えば、図２の程度の大きな不良箇所の場合（ｂ）、最頻度濃度に置き換えることにより、図４に示すように良品と変わらない擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）が得られている。
【００２４】
［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の解析装置の構成を表したブロック図である。本実施形態と上記した第１の実施形態の構成上の相違点は、ＳＥＭ像表示手段１８に代えて、差画像生成表示手段２０を備えている点である。
【００２５】
ＳＥＭ装置から、比較元となる半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）が入力され、電位別区分け手段１２にて等電位の領域に区分けされ、領域平滑化手段１４にて領域毎に平滑化処理が行われ、擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）が生成されるまでの流れは上記した第１の実施形態と同様である。
【００２６】
本実施形態の差画像生成表示手段２０は、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）と、比較元となる半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）から生成した擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）との差画像を生成する。例えば、図５の下段に例示したように、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）と、擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）との濃度の差を濃度で表した差画像を得ることができる。
【００２７】
本実施形態によれば、上記した第１の実施形態と同様に、解析対象の半導体装置の不良箇所（Ｂ―ｂ）を容易に特定することが可能となる。特に、本発明では、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）と擬似良品２次電子像（ＳＥＭ像）とのエッジの一致や不具合を持たない領域における濃度の一致が期待できるため、差画像においても、これらの不一致による濃度差が現れにくくなっている。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、上記した各実施形態では、画像の対比や差画像の生成により不具合箇所を見つけることを前提に説明したが、例えば、単位面積当たりに、一定値以上の濃度差が所定の面積以上ある箇所（領域）を検出して不具合があると推定される箇所を自動検出する機能や、対比観察や差画像を生成すべき箇所を自動的に絞込む機能を備えた構成も採用可能である。
【００２９】
また例えば、上記した実施形態では、ＳＥＭ装置から２次電子像を得るものとして説明したが、その他、ＦＩＢ装置等の荷電粒子照射機能と２次電子像生成機能を備えた各種の検査装置を用いることが可能である。
【００３０】
また上記した実施形態では、ＳＥＭ装置と独立した構成であるものとして説明したが、ＳＥＭ装置、ＦＩＢ装置等の一機能として本発明を実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の解析装置の構成を表したブロック図である。
【図２】擬似良品２次電子像の作成過程を説明するための図である。
【図３】擬似良品２次電子像の作成過程を説明するための図である。
【図４】擬似良品２次電子像の作成過程を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の解析装置の構成を表したブロック図である。
【図６】特許文献１の記載のダイ・データベース検査の概要を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ＳＥＭ像入力手段
１２  電位別区分け手段
１４  領域平滑化手段
１６  設計データ記憶手段
１８  ＳＥＭ像表示手段
２０  差画像生成表示手段
３０  電位シミュレート手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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