JP2726379B2

JP2726379B2 - Ｉｃの不良部分特定方法

Info

Publication number: JP2726379B2
Application number: JP5257624A
Authority: JP
Inventors: 正行栗原; 晃五石
Original assignee: ADOBANTESUTO KK
Current assignee: ADOBANTESUTO KK
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH0792239A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は被試験ＩＣに電子ビー
ムを照射し、その照射点から発生する２次電子の量を計
測してＩＣ内の電位分布を電位コントラスト像として表
示することを応用したＩＣの不良部分特定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より被試験ＩＣのチップに電子ビー
ムを掃引照射（走査しながら照射すること）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内
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試験装置が実用されている。

【０００３】図１３に従来のこの種のＩＣ試験装置の概
略の構成を示す。図中１００はＩＣ試験装置の全体を指
す。ＩＣ試験装置１００は大きく分けて試験パターン発
生器２００と、電子ビームテスタ３００とによって構成
される。試験パターン発生器２００は電子ビームテスタ
３００に装着した被試験素子ＤＵＴに試験パターン信号
を与える。従来の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２０１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２
０４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。

【０００４】一方、電子ビームテスタ３００は被試験素
子ＤＵＴに電子ビームＥＢを照射する鏡筒部３０１と、
この鏡筒部３０１の下部に設けられ、被試験素子ＤＵＴ
を真空中に配置するチャンバ３０２と、このチャンバ３
０２の内部に設けられ、被試験素子ＤＵＴの位置をＸ−
Ｙ方向に移動させるステージ３０３と、被試験素子ＤＵ
Ｔから発生する２次電子の量を計測するためのセンサ３
０４と、センサ３０４によって検出した電気信号を画像
データとして取り込む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３０６と、電子ビー
ムＥＢ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
って構成される。

【０００５】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電子ビームＥＢ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。

【０００６】ＩＣの不良部分を特定する方法は、不良を
発生する試験パターンを停止パターン設定手段２０３に
設定することで行う。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、不良を発生する
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。鏡筒制御器３
０７は停止信号の供給を受けて電子ビームＥＢ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。以上の画像データの
取込みを良品と不良品について行い、画像データ取得装
置３０５で比較演算し、両者の相違部分を不良部分と特
定する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は試験パターンの
停止時間を画像データの取込みに要する時間より余裕を
持たせて多少長い時間に設定する。このために画像デー
タの取込条件を変更しようとすると、試験パターンの停
止時間も変更しなければならなくなり、操作性が悪い欠
点がある。

【０００８】つまり、画像データの取込みには電子ビー
ムの加速電圧走査速度、走査面積、走査回数等を設定し
なければならないが、これらの設定を変更すると画像デ
ータの取込みに要する時間が変化することになる。この
ような理由から画像データの取込条件を変更すると、こ
れに見合うように試験パターンの停止時間も変更しなけ
ればならない。この結果、試験パターン発生器２００と
電子ビームテスタ３００の双方を操作しなければならな
いから操作が面倒である。

【０００９】一方、画像データの取込条件は試験の目的
に応じて各種変更する必要がある。特に被試験素子ＤＵ
Ｔが表面に既に保護層として絶縁膜が被せられているＩ
Ｃチップでは、この絶縁膜の下に埋もれている配線導体
の電位を観測することになる。しかしながら、表面に絶
縁膜が被着されたＩＣチップの配線導体の電位分布を電
位コントラスト像として取り出すことはむずかしい点が
ある。つまり、絶縁膜の表面に電子ビームを照射する
と、照射時間に比例して絶縁膜上の電荷による電位の分
布が次第に消滅し、本来求める電位コントラスト像を得
ることができなくなる不都合がある。図１４にその様子
を示す。図１４Ａは絶縁膜の下に存在する導体Ｌ₁ 、Ｌ
₂ 、Ｌ₃ 、Ｌ₄ にそれぞれＬ論理、Ｈ論理、Ｌ論理、Ｈ
論理の電位を与えた場合の電位コントラスト像を示す。
図示するようにＬ論理の電位（０Ｖに近い電圧又は負電
位）を与えることにより電位コントラスト像は白色（２
次電子の放出量大）として表示される。Ｈ論理の電位
（０Ｖより正側の電圧）を与えた場合は黒色（２次電子
の放出量が少ない）に表示される。ここで絶縁基板ＰＢ
はＬ論理とＨ論理の中間の電位となり、灰色で表示され
る。

【００１０】図１４Ｂは電子ビームＥＢを照射及び走査
させた直後（0.１〜0.３秒経過時点）の状態を示す。こ
の図から解るように、電子ビームＥＢを照射し始める
と、数秒後には図１４Ｃに示すように電位コントラスト
は急速に低減し、電位コントラストは消滅する。従って
画像データの取込みは図１４Ａに示す状態でのみ有効で
あり、電位コントラストが存在する時間が短いため画像
データを画像メモリに取り込むにしても、ただ１回の画
像データの取込みだけでは鮮明な画像を得ることはむず
かしい。

【００１１】この電位コントラストの低下現象が存在す
るため、画像データの取込条件（電子ビームの走査面
積、電子ビームの電流値等）を変更する頻度は高い。従
って画像データの取込条件を変更する都度、試験パター
ンを停止させる時間の設定も変更しなければならないか
ら、この点で操作性が悪い不都合がある。この発明の課
題は、この種のＩＣ試験装置の操作性を向上し、電位コ
ントラストの低下現象が存在してもＩＣの不良部分を特
定する方法を発明することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の課題であるＩ
Ｃの不良部分の特定には、鮮明な電位コントラスト像が
得られる操作性を向上したＩＣ試験装置を提案する必要
がある。つまり被試験素子に電子ビームを掃引照射し、
各照射点から発生する２次電子の量を計測して被試験素
子内の電位分布を画像として再現する電子ビームテスタ
と、被試験素子に試験パターンを与える試験パターン発
生器とを具備して構成されたＩＣ試験装置において、試
験パターン発生器に停止すべき試験パターンを設定する
停止パターン設定手段と、この停止パターン設定手段で
設定した試験パターンを発生した状態で試験パターンの
更新動作を停止させるパターン保持手段と、試験パター
ンの更新動作が停止したことを表すパターン停止信号を
出力する停止信号発生手段と、電子ビームテスタから画
像データの取得完了を表す取得完了信号の供給を受けて
パターン保持手段の保持状態を解除する解除手段とを設
けると共に、電子ビームテスタには停止信号発生手段が
発生するパターン停止信号を受けて画像データの取込み
を開始する画像データ取得手段と、この画像データ取得
手段が所要の画像データを取得したことを表す取得完了
信号を発生する取得完了信号発生手段とを設けた構造と
したものである。

【００１３】この構成によれば、画像データ取込手段が
所要の画像データを取得すると、取得完了信号発生手段
が画像データの取得完了を表す取得完了信号を発生す
る。この取得完了信号によりパターン発生器は試験パタ
ーンの更新動作を開始する。従って、この構成によれば
試験パターン発生器に試験パターン停止時間を設定する
必要がなく、画像データの取得と、試験パターンの自動
スタート、ストップとが繰り返され、人手を全く必要と
することがない。

【００１４】また試験パターンの発生を繰り返し発生モ
ードに設定することにより同一の試験パターンを印加し
た状態の画像データを繰り返し取得することができる。
ＩＣの不良部分を特定する方法として、第１試験パター
ンｒ時に被試験素子の電源をＯｆｆにする。これによ
り、ｒパターンでの配線導体の論理をＬ論理に固定で
き、第２試験パターンｎで良品と不良品間に論理に相違
があった場合には、必ず電位コントラスト像に差像が表
れる。つまり、良品と不良品の電位コントラスト像の差
像によって、ＩＣの不良部分を特定できる。

【００１５】図３にこの発明に使用するＩＣ試験装置の
ブロック図を示す。図１３と対応する部分には同一符号
を付して示す。このＩＣ試験装置の特徴とする構造は電
子ビームテスタ３００に画像データの取得完了を表す取
得完了信号を発信する取得完了信号発生手段３０８を設
けた点と、画像データ取得手段を３０５Ａと３０５Ｂの
複数設けた点と、これら画像データ取得手段３０５Ａと
３０５Ｂに取得した画像データの差を求める演算手段３
０９を設けた点である。

【００１６】取得完了信号発生手段３０８は画像データ
取得手段３０５Ａ及び３０５Ｂにおいて画像データの取
得が完了したことを検出し、この検出時点で取得完了信
号を発信する。この取得完了信号は試験パターン発生器
２００側に設けたパターン保持手段２０４に入力する。
パターン保持手段２０４は取得完了信号が入力されるこ
とにより試験パターン発生器２００に試験パターンの停
止を解除するコマンドを与える。試験パターン発生器２
００は停止状態から解放された試験パターンの更新動作
を開始する。

【００１７】つまり、この装置によれば停止パターン設
定手段２０３に例えば停止パターンｒとｎを設定したと
すると、この停止パターンｒとｎが発生する毎にパター
ン保持手段２０４が働いて試験パターン発生器２００の
試験パターンの更新動作を停止させ、試験パターンｒ又
はｎを出力した状態を維持する。図４にその様子を示
す。図４Ａはスタート信号、図４Ｂは試験パターン信号
を示す。試験パターン信号のパターンがｒ又はｎ（一般
にパターン発生順序を表わすアドレスを指す）に達する
と、パターン保持手段２０４が試験パターン発生器２０
０のパターンの更新動作を停止させ、パターンｒ又はｎ
を出力した状態を維持する。これと共に停止信号発生手
段２０５から停止信号が出力され、この停止信号が画像
データ取込装置３０５に入力され画像データの取込を開
始させる。図４Ｆは画像データの取得動作期間を示す。

【００１８】試験パターンの発生を連続して、また画像
データ取得後の再スタートを先頭のパターンに戻すよう
に設定した場合は、図５に示すように試験パターンｒを
発生すると自動的に停止し、画像データの取得が完了す
ると先頭のパターンに戻って再スタートし、次回は試験
パターンｎで停止し、画像データの取得後は再び先頭の
試験パターンに戻り、パターンの発生を繰返す。このよ
うに設定することにより特定した試験パターンｒとｎを
印加した状態の画像データを自動的に複数回取得するこ
とができる。終了はストップスイッチ２０２を操作する
ことにより試験パターンの発生を停止させることができ
る。

【００１９】このように、この装置によれば電位コント
ラスト像を観測したり試験パターンｎと基準となるパタ
ーンｒとを停止パターン設定手段２０３に設定すれば、
試験パターン発生器２００の起動と停止動作が電子ビー
ムテスタ３００側の画像データの取得動作に連動するか
ら、画像データの取得条件を変更しても試験パターン発
生器２００側の設定を変更する必要がない。よって操作
が簡素化され操作性を向上することができる。

【００２０】この出願の発明は、操作性を向上したこの
ＩＣ試験装置を利用して、良品と不良品の電位コントラ
ストを比較し、ＩＣの不良部分を特定できる方法を得る
ことである。図３に示すように複数の画像データ取得手
段３０５Ａと３０５Ｂに異なる試験パターンを印加した
状態の画像データを取込む。つまり画像データ取得手段
３０５Ａに試験パターンｒを被試験素子ＤＵＴに与えた
状態の画像データを取込む。また画像データ取得手段３
０５Ｂに試験パターンｎを被試験素子ＤＵＴに与えた状
態の画像データを取込む。

【００２１】画像データ取得手段３０５Ａに取込んだ画
像データは極性反転して演算手段３０９に与えると共
に、画像データ取得手段３０５Ｂに取込んだ画像データ
をそのまま演算手段３０９に与える。演算手段３０９で
は画像データ取得手段３０５Ａと３０５Ｂから与えられ
た画像データを加算し、その加算結果をモニタ３００に
表示する。演算手段３０９の演算結果をモニタ３０６に
表示することにより電位コントラスト像は鮮明な画像と
なる。

【００２２】その理由を以下に説明する。図６に試験パ
ターンｒを印加した場合に被試験素子ＤＵＴ内の配線導
体Ｌ₁,Ｌ₂,Ｌ₃,Ｌ₄ に与えられる電位を示す。つまり図
の例では導体Ｌ₁ にＬ論理、導体Ｌ₂ にＨ論理、導体Ｌ
₃ にＬ論理、導体Ｌ₄ にＨ論理を与えた場合を示す。一
方図７は試験パターンｎを印加した場合に被試験素子Ｄ
ＵＴ内の配線導体Ｌ₁ 〜Ｌ₄ に与えられる電位を示す。
図の例では導体Ｌ₁ にＬ論理、導体Ｌ₂ にＬ論理、導体
Ｌ₃ にＨ論理、導体Ｌ₄ にＨ論理を与えた場合を示す。

【００２３】図８と図９にこれらの電位コントラスト像
を示す。図８は試験パターンｒを印加したときの電位コ
ントラスト像、図９は試験パターンｎを印加したときの
電位コントラスト像を示す。図８に示す電位コントラス
ト像において、導体Ｌ₁ とＬ₄ の電位コントラストは消
失され、導体Ｌ₂ とＬ₃ の電位コントラストだけが残さ
れる。また図９に示す電位コントラスト像において、導
体Ｌ₁ とＬ₄ の電位コントラストは消失し、導体Ｌ₂ と
Ｌ₃ の電位コントラストだけが残される。その理由は導
体Ｌ₁ とＬ₄ に与えられる電位は試験パターンｒの印加
時も、試験パターンｎの印加時も同一の電位であるから
である。

【００２４】図１２に電位コントラストが消失する様子
を示す。図１２Ａは試験パターンｒとｎを印加している
期間と、電子ビームの照射期間を示す。図１２Ｂは導体
Ｌ₁の表面に存在する絶縁膜に発生する電位コントラス
ト、図１２Ｃは導体Ｌ₂ の表面に存在する絶縁膜に発生
する電位コントラスト、図１２Ｄは導体Ｌ₃ の表面に存
在する絶縁膜に発生する電位コントラスト、図１２Ｅは
導体Ｌ₄ の表面に発生する電位コントラストを示す。

【００２５】図１２Ｂと図１２Ｅに示すように、試験パ
ターンｒを印加した１回目には電位コントラストは発生
するが、その後試験パターンｎを印加した時点では同一
方向の電位が与えられるため、電位コントラストの発生
はなく、電子ビームＥＢの照射により電位コントラスト
は消失する方向に変化し、平衡電位Ｖ_S に収束する。そ
の後試験パターンｒとｎが交互に印加されても導体Ｌ₁
とＬ₄ の表面に存在する絶縁膜には電位コントラストは
発生しない。

【００２６】これに対し、導体Ｌ₂ とＬ₃ の表面に存在
する絶縁膜には試験パターンｒとｎが印加される毎に逆
極性の電位が与えられるから、試験パターンｒとｎが印
加される毎に逆向の電位コントラストが発生する。以上
の説明により導体Ｌ₁ とＬ₄ の電位コントラストが消失
する理由が理解できる。このようにして残された電位コ
ントラストの何れか一方、この例では画像データ取得手
段３０５Ａに取得した画像データ（電位コントラストと
同じ意）を極性反転して演算手段３０９に与え、演算手
段３０９で画像データ取得手段３０５Ｂに取得した画像
データと加算する。

【００２７】図１０は画像データ取得手段３０５Ａに取
得した画像データ（電位コントラスト）を極性反転した
画像データを示す。この図１０に示した画像データと図
９に示した画像データとを加算することにより、図１１
に示す画像データが得られる。図１１に示した画像デー
タは導体Ｌ₂ とＬ₃ の電位コントラストに関して加え合
わされて強調されている。この結果画像の質が向上し、
解像度のよい電位コントラスト像を得ることができる。

【００２８】以上説明したように導体に試験パターンｒ
とｎが印加される毎に逆極性の電位が与えられると、そ
の表面に存在する絶縁膜には試験パターンｒとｎが印加
される毎に逆向の電位コントラストが発生する。更に、
極性反転した画像データを加算することにより電位コン
トラストが強調され、画像の質が向上し、解像度のよい
電位コントラスト像を得ることができる。

【００２９】以上のように、試験パターンｒとｎに同一
方向の電位が与えられた場合は灰色の電位コントラスト
像が得られ、試験パターンｒでＬ論理、試験パターンｎ
でＨ論理が与えられた場合は黒色の電位コントラスト像
が得られ、試験パターンｒでＨ論理、試験パターンｎで
Ｌ論理が与えられた場合は白色の電位コントラスト像が
得られることを利用して、良品と不良品の論理信号の電
位コントラスト像の比較によりＩＣの不良部分の特定が
可能となる。表１に良品と不良品に起こり得る論理パタ
ーンの組み合わせでの、良品と不良品の電位コントラス
ト像の差像の有無、故障検出上の問題の有無を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１の項目３、項目８、項目９、項目１４
は、良品と不良品の論理信号が同じであるため差像が同
じになる。故障検出上の問題は項目２と項目１５であ
る。つまり、良品と不良品で各試験パターンの論理レベ
ルが違っているにもかかわらず差像として表れない。本
発明は、この故障検出上の問題を解消する方法である。

【００３２】図２に本発明の動作を説明するための波形
図を示す。この特徴は、第１試験パターンｒ時に被試験
素子の電源をＯｆｆにし、その状態でビームを照射走査
し画像データ取得を実行することである。試験パターン
ｒ時は電源Ｏｆｆの状態のため常にＬ論理となる。試験
パターン発生（電源Ｏｎ）と電源Ｏｆｆを繰り返し行う
場合を図１に示す。本発明の方法での良品と不良品の電
位コントラスト像の差像の有無、故障検出上の問題の有
無を表２に示す。故障検出上の問題がなくなり、良品と
不良品の電位コントラストの比較で、ＩＣの不良部分を
特定することができる。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【発明の効果】第１試験パターンｒ時のビーム照射走
査、画像データ取得を行う時、被試験素子の電源をＯｆ
ｆにすることで、ｒパターンでの配線導体の論理をＬ論
理に固定することができる。これにより良品と不良品間
で論理に相違があった場合には、必ず電位コントラスト
像に差像が表れるため、ＩＣの不良部分を電位コントラ
ストの差像で特定することができる。つまり、不良箇所
を良品と比較特定できる利点があり、ＩＣの故障の解析
に大きな効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作を説明するための波形図。

【図２】本発明の動作を説明するための波形図。

【図３】本発明のためのＩＣ試験装置のブロック図。

【図４】本発明の元になる動作を説明するための波形
図。

【図５】本発明の元になる動作を説明するための波形
図。

【図６】図４の試験パターンｒを印加した場合の被試験
素子内の配線に与えられる電位を説明するための平面
図。

【図７】図４の試験パターンｎを印加した場合の被試験
素子内の配線に与えられる電位を説明するための平面
図。

【図８】図４の試験パターンｒとｎを交互に印加した後
に試験パターンｒを印加した状態で得られる電位コント
ラスト像を示す正面図。

【図９】図４の試験パターンｒとｎを交互に与えた後に
試験パターンｎを印加した状態で得られる電位コントラ
スト像を示す正面図。

【図１０】図８に示した電位コントラストの極性を反転
した電位コントラストを示す正面図。

【図１１】図４の演算手段により演算した結果を電位コ
ントラストとして表示した正面図。

【図１２】図４の試験パターンｒとｎを交互に印加した
場合に、同一極性の電位が与えられる部分の電位コント
ラストが消失する理由を説明する波形図。

【図１３】従来の技術を説明するためのブロック図。

【図１４】従来の技術の欠点を説明するための電位コン
トラスト像の一例を示す正面図。

【符号の説明】

１００ＩＣ試験装置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電子ビームテスタ３０１鏡筒部３０２チャンバ３０３ステージ３０４センサ３０５、３０５Ａ、３０５Ｂ画像データ取得装置３０６モニタ３０７鏡筒制御部３０８取得完了信号発生手段３０９演算手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被試験素子の表面に電子ビームを掃引照
射し、各照射点から発生する２次電子の量を計測して上
記被試験素子の表面電位分布を画像として表示する電子
ビームテスタ（３００）と、上記被試験素子に試験パタ
ーン信号を順次更新して与える試験パターン発生器（２
００）とを具備し、上記試験パターン発生器（２００）
に設けた停止パターン設定手段（２０３）に２つ以上の
試験パターンを設定するように構成されたＩＣ試験装置
（１００）での上記被試験素子の測定方法において、１の試験パターン時には上記被試験素子の電源電圧をオ
フにし、電子ビームのみを掃引照射して第１画像データ
を取り込み、他の試験パターン時には上記被試験素子の電源電圧をオ
ンにして上記他の試験パターンを印加し、電子ビームを
掃引照射して第２画像データを取り込み、上記第１画像と上記第２画像との差データを求め、予め測定していた良品の画像データと上記差データとを
比較し、差像データを求めて不良部分を特定する、ＩＣの不良部分特定方法。