(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、半導体装置の設計データに基いて、解析対象となる半導体装置を観察した場合の電位濃度分布をシミュレートし、電位濃度シミュレート像を生成する手段と、解析対象の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、前記解析対象の半導体装置の２次電子像に対してデコンボリューション処理を行って原画像を復元する画像復元処理、又は、前記電位濃度シミュレート像に対してコンボリューション処理を行って前記２次電子像相当の劣化画像を得る画像劣化処理のいずれかを実行する手段と、前記画像復元処理又は画像劣化処理をした像と、他方の像とを、表示する手段と、を備える。【選択図】図１
2009250681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の設計データに基いて、解析対象となる半導体装置を観察した場合の電位濃度分布をシミュレートし、電位濃度シミュレート像を生成する手段と、
前記解析対象の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、
前記解析対象の半導体装置の２次電子像に対してデコンボリューション処理を行って原画像を復元する画像復元処理、又は、前記電位濃度シミュレート像に対してコンボリューション処理を行って前記２次電子像相当の劣化画像を得る画像劣化処理のいずれかを実行する手段と、
前記画像復元処理又は画像劣化処理をした像と、他方の像とを、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】
前記画像復元処理又は画像劣化処理をした像と、他方の像とを、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に記載の半導体装置の解析装置。
【請求項３】
前記画像復元処理又は画像劣化処理をした像と、他方の像との、差画像を生成し表示する機能を備えた請求項１又は２に記載の半導体装置の解析装置。
【請求項４】
前記半導体装置に、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３いずれか一に記載の半導体装置の解析装置。
【請求項５】
コンピュータを用いた半導体装置の解析方法であって、
半導体装置の設計データに基いて、解析対象となる半導体装置を観察した場合の電位濃度分布をシミュレートし、電位濃度シミュレート像を生成するステップと、
前記解析対象の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ステップと、
前記解析対象の半導体装置の２次電子像に対してデコンボリューション処理を行って原画像を復元する画像復元処理、又は、前記電位濃度シミュレート像に対してコンボリューション処理を行って前記２次電子像相当の劣化画像を得る画像劣化処理のいずれかを実行するステップと、
前記画像復元処理又は画像劣化処理をした像と、他方の像とを、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。
【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４及び非特許文献１は、撮像系（光学系）により劣化した入力画像（劣化画像）から統計的手法を用いて原画像を復元する技術を開示する文献である。
【０００６】
【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
【特許文献４】特開２００６−２４２７４６号公報
【非特許文献１】田中  和之、「確率モデルによる画像処理技術入門−ベイズ統計と確率的画像処理」、森北出版、２００６年９月２１日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図５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５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５の左下（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）参照。）。これは、半導体装置の実像に、ＳＥＭ光学系から導き出される点像分布関数（ＰＳＦ：Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）による畳み込み（コンボリューション）が行なわれた結果であると考えることができる。
【０００８】
これに対して、対比対象とされている擬似良品画像は、上記ＳＥＭ光学系によるコンボリューションを経ずに、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い（図５の右下（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。
【０００９】
このため、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、両者の比較が難しいという問題点がある。
【００１０】
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。
【００１１】
従って、本発明の課題は、画像の比較を容易化し、解析対象の半導体装置に潜在する欠陥・不具合をより効率よく検出する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の視点によれば、半導体装置の設計データに基いて、解析対象となる半導体装置の２次電子像に現れる電位濃度分布をシミュレートし、電位濃度シミュレート像を生成する手段と、解析対象の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、前記解析対象の半導体装置の２次電子像に対してデコンボリューション処理を行って原画像を復元する画像復元処理、又は、前記電位濃度シミュレート像に対してコンボリューション処理を行って前記２次電子像相当の劣化画像を得る画像劣化処理のいずれかを実行する手段と、前記画像復元処理又は画像劣化処理をした像と、他方の像とを、表示する手段と、を備える半導体装置の解析装置が提供される。
【００１３】
本発明の第２の視点によれば、コンピュータを用いた半導体装置の解析方法であって、半導体装置の設計データに基いて、解析対象となる半導体装置の２次電子像に現れる電位濃度分布をシミュレートし、電位濃度シミュレート像を生成するステップと、解析対象の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ステップと、前記解析対象の半導体装置の２次電子像に対してデコンボリューション処理を行って原画像を復元する画像復元処理、又は、前記電位濃度シミュレート像に対してコンボリューション処理を行って前記２次電子像相当の劣化画像を得る画像劣化処理のいずれかを実行するステップと、前記画像復元処理又は画像劣化処理をした像と、他方の像とを、表示するステップと、を含む半導体装置の解析方法が提供される。
【００１４】
なお、上記原画像とは、光学系による劣化がなかった場合に得られたであろう仮想上の像を指すものとする。
【発明の効果】
【００１５】
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、対比対象とする像の一方にデコンボリューション処理又はコンボリューション処理を行って、他方の像と対比しやすい像に変換する構成を採用したことにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［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。
【００１８】
図１を参照すると、ＳＥＭ像入力手段１０と、デコンボリューション手段１２と、設計データ記憶手段１６と、電位シミュレート手段３０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。
【００１９】
ＳＥＭ像入力手段１０は、ＳＥＭ装置から、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）を入力し、デコンボリューション手段１２に出力する。なお、図１〜図４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。
【００２０】
デコンボリューション手段１２は、ＳＥＭ像入力手段１０から入力された２次電子像に対し、走査ビーム径情報等から得られる点像分布関数（ＰＳＦ：Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）による畳み込み（コンボリューション）とは、逆の畳み込み（デコンボリューション）を行なって、デコンボリューション処理後２次電子像（ＳＥＭ像）を出力する。
【００２１】
具体的には、上記点像分布関数（ＰＳＦ）が既知（例えば、走査ビーム径より一意に定まる。）であれば、逆フィルタや最小２乗フィルタ（ウィナーフィルタ）等によるフィルタリング処理、あるいは、必要に応じて点像分布関数（ＰＳＦ）を推定するブラインド法を用いることにより、デコンボリューションを実施することができる。これらは、各種画像処理ソフトウェアに実装されているデコンボリューション機能を用いて行なうこととしてもよいし、あるいは、特許文献４や非特許文献１に記載の統計的手法を用いた原画像復元方法を用いて行なうこととしてもよい。
【００２２】
図２は、デコンボリューション処理前の入力ＳＥＭ像の例である。図２中の矢線で示した箇所に周囲より明るい局所領域があり、図２下方の周期的パターンを持つマイナス電子領域もぼやけてしまっている。デコンボリューション処理によるエッジの先鋭化及び濃淡のコントラストを強めることによって、これらの局所領域を顕在化し、滲みや丸みとして現れたレイアウトを後記する電位濃度シミュレート像に近づけることが可能となる。
【００２３】
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。
【００２４】
電位シミュレート手段３０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）を用いて、半導体装置の形状（レイアウト）を表した図形データを生成するとともに、該図形データの各箇所の電位濃度分布を計算（シミュレート）し、該電位濃度により着色された電位濃度シミュレート像を生成する。前記電位濃度分布の計算（シミュレート）は、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情報を用いて行なうことができる。
【００２５】
ＳＥＭ像表示手段１８は、上記デコンボリューション処理後２次電子像（ＳＥＭ像）と、電位濃度シミュレート像と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、デコンボリューション処理後２次電子像（ＳＥＭ像）と、電位濃度シミュレート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。
【００２６】
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、解析対象の半導体装置に潜在する不具合箇所の検出が容易化される。その理由は、電位濃度シミュレート像（図１右下（ａ）〜（ｃ））と比較しやすいように、入力された２次電子像（ＳＥＭ像）にデコンボリューション処理を行なった像（図１左下（Ａ’）〜（Ｃ’）参照）を表示するよう構成したことにある。図１の例では、電位濃度シミュレート像（図１右下（ａ）〜（ｃ））と、デコンボリューション処理後ＳＥＭ像（図１左下（Ａ’）〜（Ｃ’）を交互に見れば明らかなように、観察者は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。
【００２７】
［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３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。
【００２８】
ＳＥＭ装置から、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）に対し、デコンボリューション手段１２にてデコンボリューション処理が行われるとともに、電位シミュレート手段３０により、電位濃度シミュレート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。
【００２９】
本実施形態の差画像生成表示手段２０は、上記電位濃度シミュレート像と、上記デコンボリューション処理後の２次電子像（ＳＥＭ像）との差画像を生成する。例えば、図３の下段に例示したように、上記電位濃度シミュレート像と、上記デコンボリューション処理後の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。
【００３０】
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、デコンボリューション処理を行うことにより、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）と電位濃度シミュレート像とのエッジの一致、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。
【００３１】
［第３の実施形態］
続いて、電位濃度シミュレート像側に画像処理を施すことにより対比を容易化した本発明の第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本発明の第３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、デコンボリューション手段１２に代えて、コンボリューション手段１４を設け、電位濃度シミュレート像にコンボリューションを行なうようにした点である。
【００３２】
本実施形態では、ＳＥＭ装置から入力された、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）は、そのままＳＥＭ像表示手段１８に送られ、電位シミュレート手段３０にて生成された電位濃度シミュレート像にコンボリューション処理が行われる。このコンボリューション処理によって、電位濃度シミュレート像は、入力ＳＥＭ像相当の滲みや丸みを持つ像に変換される（図４の右側（ａ’）〜（ｃ’）参照）。
【００３３】
本実施形態においても、上記した第１、第２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）を容易に特定することが可能となる。その理由は、コンボリューション処理を行うことにより、解析対象の半導体装置の２次電子像（ＳＥＭ像）と電位濃度シミュレート像とのエッジの一致、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ためである。図４の例では、コンボリューション処理後の電位濃度シミュレート像（図４右下（ａ’）〜（ｃ’））と、解析対象ＳＥＭ像（図４左下（Ａ）〜（Ｃ）を交互に見れば明らかなように、観察者は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。
【００３４】
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、上記した第３の実施形態のＳＥＭ像表示手段１８に代えて、差画像生成表示手段２０を備える構成も採用可能である。
【００３５】
また、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
また、デコンボリューション処理としては、上記実施形態で言及した手法に限られず、線形フィルタを用いる各種の方法や、最尤推定法、最大事後確率推定法(ＭＡＰ推定法)、ＥＭアルゴリズム等を用いた統計的手法のほか、線形計画法、ニューラルネットワーク、学習アルゴリズム等を用いる各種の画像復元方法を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【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】デコンボリューション処理前の入力ＳＥＭ像の例である。
【図３】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４】本発明の第３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５】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】
【００４０】
１０  ＳＥＭ像入力手段
１２  デコンボリューション手段
１４  コンボリューション手段
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】
2009250681.tif 000003
【図２】
2009250681.tif 000004
【図３】
2009250681.tif 000005
【図４】
2009250681.tif 000006
【図５】
2009250681.tif 000007