JP2976423B2 - 半導体集積回路の断線故障検出装置及びその方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路の断
線故障検出装置及びその方法並びにその制御プログラム
を記録した記録媒体に関し、特にＣＭＯＳ構造の半導体
集積回路の断線故障検出方式の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体集積回路（ＬＳＩと称す）
の故障信号の発生源を特定するために使用される電子ビ
ームテスタでは、ロジックテスタから供給されるテスト
ベクトルによる内部配線の電位変化がＬＳＩ表面に電子
ビームを照射した際の表面電位ポテンシャルに及ぼす二
次電子放出量の変化を測定することによって、着目する
配線の電位変化パターンを得て、これを良品と不良品の
ＬＳＩ間で比較するようになっている。

【０００３】この他にも、断線故障のみに特化した、よ
り簡便な検出方法として、断線のある配線と直接接続さ
れているゲートへ電子を注入することにより、電源線と
接地線との間に生じる電位変化を利用したＣＩＶＡ（Ch
arge Induced Voltage Alternation）法が文献１（E.I.
Cole Jr. and R.E.Anderson,“Rapid Localization of
Open Conductors Using Charge Induced Voltage Alter
nation” Proceedingsof the 30th International Rel
iability Physics Symposium, 288-298(1992)）に開示
されており、これが実用化されている。

【０００４】しかしながら、従来の単一モード故障に特
化した解析技術と比較して電子ビームテスタを使用した
故障解析では、解析標準時間が２時間以上を要すること
が欠点となっている。従来、電子ビームテスタでは、注
目した配線の電位変化を検証するためにＬＳＩの動作試
験を行うためのテストベクトルと、それをＬＳＩに与え
るためのロジックテスタとが必要である。ＬＳＩとロジ
ックテスタとの接続のために複雑な配線治具の準備に時
間をかける必要があり、ＬＳＩの大規模化による多ピン
化に伴い、解析の事前に不可欠な準備時間が増大すると
いう欠点がある。

【０００５】また、ＣＩＶＡ法では、例えば、３入力の
ＮＡＮＤゲートにおいて、断線のある配線以外の二つの
入力がハイレベル（以下、Ｈと記す）とローレベル（Ｌ
と記す）とに別れていて出力が固定されている場合のよ
うに、断線のあるゲートの入力を変化させてもそのゲー
ト出力に変化が生じなければ断線を検知できない。即
ち、断線故障の場所によってはＣＩＶＡ法では検出でき
ないという問題があった。更に、通常の走査電子顕微鏡
（ＳＥＭ）装置に加えて、画像化のために別途演算処理
装置を必要とするため、システム構成が複雑になるとい
う欠点があった。

【０００６】そこで、これ等の従来提案されている技術
に対して指摘されている課題を解決するために、本願発
明者らが特願平８−２９４１４９号において、ＣＭＯＳ
構造の半導体集積回路の電源線と接地線から繰返しパル
ス電圧を印加することによって、静的な状態では半導体
集積回路の大半の内部配線は必ず電源線か接地線のいず
れか一方と電気的に接続する回路構造を利用して、テス
トベクトルを用いずに内部配線に電位変化を伝播させて
得た電位像にＣＡＤレイアウト像をマスクとして重ね合
せて断線箇所の視認性を向上し断線箇所を検出する技術
を出願している。

【０００７】更に、同じく本願発明者らが特願平９−０
８０５４９号において、上記発明においてレイアウトデ
ータを用いずに良品と不良品の電位像の差像のみから断
線箇所を検出する技術を出願している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特願平８−２
９４１４９号に記載の断線検出法では、電位像を取得す
る以外にレイアウトデータを用いて実時間画像処置を実
施するための高性能ＷＳ（ワークステーション）を必要
とし、運用コストがかかるため簡易な断線検出技術では
ない。

【０００９】また、特願平９−０８０５４９号に記載の
断線検出法では、良品と不良品の電位像を比較する場
合、良品と不良品の電位像を迅速に取得するために電子
ビームテスタを２台用意するかもしくは良品と不良品を
交換する毎に真空度を低下させるため画像取得に時間が
かかり、簡易で高速な検出技術ではない。

【００１０】そこで本発明は、大規模回路のＬＳＩの断
線故障箇所を検出する簡易でかつ高速な方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＣＭＯ
Ｓ構造の半導体集積回路の信号線には定電圧を印加し電
源線及び接地線には夫々パルス状電圧を印加しつつ前記
半導体集積回路に対して電子ビームを照射し、この照射
による二次電子信号を検出して当該半導体集積回路の配
線の電位像を取得してこの電位像から断線故障検出をな
すようにした半導体集積回路の断線故障検出装置であっ
て、前記半導体集積回路の良品と不良品とを前記電子ビ
ームの照射部に移動交換して各々の前記電位像を取得す
る手段と、前記電位像を同一画面上に交互に表示する手
段とを含むことを特徴とする半導体集積回路の断線故障
検出装置が得られる。

【００１２】また、本発明によれば、ＣＭＯＳ構造の半
導体集積回路の信号線には定電圧を印加し電源線及び接
地線には夫々パルス状電圧を印加しつつ前記半導体集積
回路に対して電子ビームを照射し、この照射による二次
電子信号を検出して当該半導体集積回路の配線の電位像
を取得してこの電位像から断線故障検出をなすようにし
た半導体集積回路の断線故障検出方法であって、前記半
導体集積回路の良品と不良品とを前記電子ビームの照射
部に移動交換して各々の前記電位像を取得するステップ
と、前記電位像の各々を同一画面上に交互に表示するス
テップとを含むことを特徴とする半導体集積回路の断線
故障検出方法が得られる。

【００１３】そして、前記電位像の各々の明度差により
前記不良品の断線箇所を検出するようにしたことを特徴
とし、前記良品及び不良品の前記電子ビームの被照射領
域の差が最小になるように一方の被照射領域を調整して
前記電位像の取得を行うステップを更に含むことを特徴
とする。

【００１４】また、前記良品及び不良品の電位像の明度
差が最小となるように一方の電位像の明度を調整して前
記電位像の取得を行うステップを含むことを特徴とし、
更に、前記良品及び不良品の電位像の差像を生成するス
テップを含み、この差像における中間明度領域の有無に
より前記不良品の断線箇所を検出するようにしたことを
特徴とする。

【００１５】更にはまた、前記良品及び不良品の電位像
の差像を生成するステップと、この差像の明度変更を行
うステップとを含み、この明度変更された差像により前
記不良品の断線箇所を検出するようにしたことを特徴と
する。

【００１６】また、本発明によれば、ＣＭＯＳ構造の半
導体集積回路の信号線には定電圧を印加し電源線及び接
地線には夫々パルス状電圧を印加しつつ前記半導体集積
回路に対して電子ビームを照射し、この照射による二次
電子信号を検出して当該半導体集積回路の配線の電位像
を取得してこの電位像から断線故障検出をなすようにし
た半導体集積回路の断線故障検出方法をコンピュータに
より実行せしめるための制御プログラムを記録した記録
媒体であって、前記半導体集積回路の良品と不良品とを
前記電子ビームの照射部に移動交換して各々の前記電位
像を取得するステップと、前記電位像の各々を同一画面
上に交互に表示するステップとを含むプログラムを記録
した記録媒体が得られる。

【００１７】本発明の作用を述べる。上述の方法により
取得された良品と不良品の電位像は、断線した配線とＬ
ＳＩの動作に寄与する構造をもたない領域及びＬＳＩの
動作に寄与する構造を有する領域とを、画素の明度の差
異によって識別できる画像となり、断線箇所のみで明度
変化が異なる画像となり、極めて容易に迅速に断線箇所
の検出が可能となる。

【００１８】また、良品と不良品とに対する電子ビーム
照射を、真空チャンバ内で移動交換自在とすることで、
真空度を低下させることなく試料の交換が可能であるた
めに、従来は試料交換時に真空度が低下して、当該真空
度を所定値に上げるための待ち時間が必要だったものを
省略できる、当該待機時間が１０分以上から１０秒以下
に短縮できる。

【００１９】更に、良品と不良品との電位像が同じ位置
座標を表示する様に、一方の電位像の中央の位置座標を
基準にしてもう一方の電位像が同じ位置座標を表示する
様に表示位置を移動し、更に電位像同士のずれが最小に
なる様に一方の像に歪みを持たせたり、傾ける等の画像
処理を施した後、電位像を取得し同一画面上に交互に表
示することで断線箇所をより検出しやすくする。

【００２０】上記の様にして得られる画像は、不良品と
良品で位置座標が同じ画素が重なり合う様に画像処理を
施しているので、断線した配線と半導体集積回路の動作
に寄与する構造を持たない領域及び半導体集積回路の動
作に寄与する構造を持つ領域とを明度変化の大きさによ
って識別できる画像であり、断線箇所で明度が異なる画
像である。この様に断線箇所の視認性が向上するので断
線箇所検出が容易となる。

【００２１】また、不良品と良品の電位像同士が全く重
なり合う様に画像処理を施し、更に、電位像の明度分布
の差違が断線箇所以外では最小になる様に、一方の電位
像を基準としてもう一方の電位像に明度分布をずらす画
像処理を施し、同一画面上に交互に表示すること断線箇
所をより検出しやすくする。

【００２２】上記の様にして得られる画像は、単に不良
品と良品で位置座標が同じ画素が画面上で重なり合う様
に画像処理を施した画像よりも、断線した配線と半導体
集積回路の動作に寄与する構造を持たない領域及び半導
体集積回路の動作に寄与する構造を持つ領域とを画素の
明度によって識別しやすい画像であり、断線箇所のみで
大きな明度変化がある画像である。この様に断線箇所の
視認性が向上するので断線箇所検出が容易となる。

【００２３】また、不良品と良品の電位像が断線以外の
領域では同じ明度分布の電位像から差像を作成し画面上
に表示することで断線箇所をより検出しやすくする。

【００２４】上記の様にして得られる画像は、単に不良
品と良品で断線以外の領域では同じ明度分布になる様画
像処理を施した電位像とは異なり、断線した配線と他の
領域とを画素の明度によって識別できる画像であり、断
線箇所のみが中間明度とは異なる画像である。この様に
断線箇所の視認性が向上するので断線箇所検出が容易と
なる。

【００２５】更に、両電位像の差像中の画素の明度を断
線箇所特有の明度のものを白または黒に変更して表示し
た２つの画像を作成して同一画面上に交互表示すること
で、断線箇所をより検出しやすくする。

【００２６】上記の様にして得られる画像は、単に断線
した配線と他の領域とを画素の明度によって識別できる
画像よりも、断線箇所の視認性を向上させた画像であ
り、断線箇所検出が容易となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２８】図１（Ａ）は本発明を実施する半導体集積
回路の故障解析装置の一例を示す構成図である。この解
析装置は電子銃１１０を含む走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）１０１と、良品と不良品を真空度を低下させずに交
換する装置１０５と、試料ＣＭＯＳ−ＬＳＩ１００の電
位像を作成するワークステーション（ＷＳ）１１１とか
ら構成されている。尚、このＳＥＭ１０１等を含む装置
を電子ビームテスタ１０２として示している。ＳＥＭ１
０１の真空容器内に設置された試料ＬＳＩ１００には、
パルスジェネレータ１０３から電源線の端子１０６と接
地線の端子１０７に接続して繰返しパルス電圧が印加さ
れており、試料ＬＳＩ１００の信号入力を行う端子１０
８に定電圧電源１０４を接続して初段入力電圧が印加さ
れている。

【００２９】ＣＭＯＳ−ＬＳＩの内部配線の電位変化
は、ＳＥＭ１０１の真空容器内にてＣＭＯＳ−ＬＳＩに
電子銃１１０を用いて一次電子ビーム１０９を走査しな
がら照射し、一次電子ビームが照射された部位に応じて
放出される二次電子の検出器への到達量によって測定さ
れる。測定結果はＷＳ１１１によりピクセル分割された
所定の領域毎に二次電子の放出量を白黒の階調表示を行
う様に画像処理し、ディスプレイ１１２に表示させる。
記憶媒体１１８はＷＳ１１１の動作制御プログラムを記
録したＲＯＭ等のメモリ装置である。

【００３０】次に、電子ビーム１０９の照射領域に設置
された試料ＬＳＩ１００の移動交換について図１（Ｂ）
を用いて説明する。図１（Ｂ）は良品と不良品を電子ビ
ーム照射領域に移動させる装置１０５の構成図である。
水平方向１１６に移動することによって良品か不良品の
どちらか一方を電ビーム照射領域に設置し、更に垂直方
向１１７に移動することによってパルスジェネレータ１
０３と定電圧電源１０４からの電気信号の供給を可能と
する。

【００３１】次に電気信号の供給と本発明における電位
像の取得法について図１（Ｃ）を用いて説明する。図１
（Ｃ）は印加する電圧の模式図である。パルスジェネレ
ータ１０３によって電源線に印加する繰返しパルス電圧
１２１の高い電圧と接地線に印加する繰返しパルス電圧
１２３の低い電圧の電位差は試料ＬＳＩ毎に定められて
いる最大定格電圧１２０に、電源線に印加する繰返しパ
ルス電圧１２１の低い電圧は接地線に印加する繰返しパ
ルス電圧１２３の高い電圧より低くなる様に、信号線に
接続する定電圧電源１０４の電圧をパルス電圧１２１と
１２３が交差する範囲内の電圧値に設定する。その後、
電圧が高い状態での二次電子信号検出期間１２４もしく
は電圧が低い状態での二次電子信号検出期間１２５にお
いて、良品と不良品の電位像を取得し両者を比較するこ
とによって、断線箇所を検出する。

【００３２】尚、図１（Ｃ）において、二次電子信号検
出期間１２４と１２５との２つの期間を交互に設けてい
るのは、一方の期間で検出（サンプリング）を行い、他
方の期間でリセットを行うことにより、検出電位像がよ
り明瞭となる様にしたものであり、その詳細は前述した
本願発明者らによって提案中の特願平８−２９４１４９
号に開示されている。また、信号線への印加定電圧１２
２をパルス電圧１２１と１２３とが交差する範囲内の電
圧値とするのは、この範囲内の電圧が最良の結果を生ず
ることによる。

【００３３】次に断線検出方法について、図２を用いて
説明する。図２は第一の実施の形態における断線検出の
アルゴリズムを示すフローチャートである。先ず、良品
と不良品の半導体集積回路において、不良品のＬＳＩを
電子ビームの照射領域に固定する（ステップ２００）。
電源線と接地線から繰返しパルス電圧を、信号入力線か
ら定電圧を印加し（ステップ２０１）電位像を取得する
（ステップ２０２）。

【００３４】次にパルス電圧の供給を停止し（ステップ
２０３）、不良品と良品を交換して（ステップ２０４）
パルス電圧の供給を再開してから（ステップ２０５）、
良品の電位像を取得する（ステップ２０６）。次にステ
ップ２０２とステップ２０６で取得した不良品と良品の
電位像を同一画面に交互に表示し（ステップ２０８）、
断線を示す良品と不良品の明度が異なる箇所の存否を確
認する（ステップ２０９）。

【００３５】電位像内において、明度が良品と不良品で
異なる画素が集中している領域が存在すればその画像内
に断線が接続している配線が存在すると判断し（ステッ
プ２２４）処理を終了する。断線に接続した配線が存在
しない場合、電子ビームの照射位置を変更し（ステップ
２２３）、ステップ２００に戻って上記の動作を繰返
す。

【００３６】上記のステップ２０９における判断基準
は、電位像内の同じ位置の画素同士で明度が異なる画素
が一定密度以上で存在する領域の有無により判断を行う
ことができ、これは装置利用者が目視により判断しても
良く、また、断線と判断する明度の画素の密度に境界値
を設定する等の公知のソフトウェア技術により行うこと
もでき、その方法は特に限定されることはない。

【００３７】以下に、この第一の実施の形態に従った画
像比較による断線検出の方法について図３を参照して具
体的に説明する。図３（Ａ）は装置構成図である図１に
おいて信号入力線から定電圧を印加され、かつ電源線と
接地線から繰返しパルス電圧を供給している良品の電位
像の模式図で、図３（Ｂ）は、不良品だが電位像内には
断線が存在しない電位像の模式図である。図３（Ｃ）は
不良品の電位像内に断線が存在する場合の模式図であ
る。

【００３８】各図中、３０１は高い電位が伝播している
配線，３０２は配線が存在しない領域，３０３は低い電
位が伝播している領域，３０４は断線箇所，３０５は断
線して電位変化が伝播しない配線を示している。

【００３９】先ず、内部に断線が存在する不良品の半導
体集積回路に対して、図１（Ａ）に示すパルスジェネレ
ータ１０３によって電源線に与えるパルス電圧を５Ｖと
２．５Ｖの間に振幅する様に設定し、接地線に与えるパ
ルス電圧を２．６Ｖと０Ｖとの間で振幅する様に設定す
る。パルス周波数は２０００Ｈｚに、電源線と接地線に
与えるパルスの位相差は９０度に設定する。

【００４０】繰返し電圧パルスをトリガーとしてパルス
の立上がりまたは立下がり後１５μｓｅｃ以内に二次電
子到達数検出を行い、更に繰返し信号を積算してＳＮ比
を向上させることによって、良品の電位像である図３
（Ａ）を作成する。また不良品である半導体集積回路に
対して同じ条件で電圧を印加し電位像である図３（Ｂ）
を作成する。図３（Ａ）と（Ｂ）の画像比較では断線箇
所は存在しないと判断し、隣接する領域を表示するよう
電子ビーム照射領域を移動する。

【００４１】図３（Ｃ）の様に、電位像内に断線が存在
する場合、図３（Ａ）と（Ｃ）を交互に表示することに
よって断線を目視で検出する。またはソフトウェアによ
る自動判別を行うことによって、電位像内に断線を検出
することもできる。

【００４２】更に、本発明の第二の実施の形態を説明す
る。第一の実施の形態で示した方法で良品と不良品の電
位像を取得し、不良品と良品の電位像が同じ位置座標を
表示させるために一方の電位像の中央の位置座標を基準
にしてもう一方の電位像が同じ位置座標を表示する様に
表示位置を移動し、更に電位像同士のずれが最小になる
様に一方の像に画像の位置補正を施したり、傾ける等の
画像処理を施した後、電位像を取得し同一画面上に交互
に表示することで断線箇所の明度変化のみをより検出し
やすくする。

【００４３】良品と不良品の電位像を基にして断線箇所
を容易に識別するために、電圧パルスを印加することに
よって生じる断線箇所の画像内での明度変化が、それ以
外の領域の画像内での明度変化よりも大きい像を作成す
る。

【００４４】次に、この第二の実施例の形態における断
線検出の方法について、図４を用いて説明する。ハッチ
ングを付けているところが図２と異なる箇所であり、図
４はこの第二の実施の形態における断線検出方法を示す
フローチャートである。

【００４５】先ず、不良品と良品の半導体集積回路にお
いて、先の第一の実施の形態に記載したステップ２００
から２０６までを実行する。次にステップ２０２とステ
ップ２０６で取得した電位像を比較し、通常はチップ毎
にパッケージングする際のチップの位置ずれや傾きの違
いによって生じる不良品と良品の電位像の中心座標のず
れを検出し（ステップ２０７）、良品の電位像の座標を
ずらすことによって一致させ（ステップ２１０）、更に
電位像同士の位置ずれを調整し画像の対応する領域が同
じ位置に表示されるよう調整する（ステップ２１１）。

【００４６】尚、ステップ２１１において、「像を変形
するパラメータ」とは位置ずれ調整のためのパラメータ
であり、中心座標のずれ角，ずれ量である。

【００４７】良品と不良品の電位像を同一画面に交互に
表示し（ステップ２０８）、断線を示す良品と不良品で
明度が異なる画素が集中している領域の存否を確認する
（ステップ２０９）。電位像内において、明度が良品と
不良品で異なる画素が集中している領域が存在すればそ
の画像内に断線に接続している配線が存在すると判断し
（ステップ２２４）処理を終了する。断線に接続した配
線が存在しない場合、電子ビームの照射位置を変更し
（ステップ２２３）、ステップ２００に戻って上記の動
作を繰返す。

【００４８】以下に、この第二の実施の形態に従った画
像処理の方法について図３及び図５を参照して具体的に
説明する。図３（Ａ）は、装置構成図である図１におい
て信号入力線から定電圧を印加され、かつ電源線と接地
線から繰返しパルス電圧を供給している良品内の電位像
の模式図で、図３（Ｂ）は不良品だが電位像内には断線
は存在しない場所の模式図である。

【００４９】図５（Ａ）は図３（Ａ）を図３（Ｂ）の中
心座標と重なる様にビーム照射領域を移動し、更に電位
像の歪みを図３（Ｂ）に合せる画像処理を施した電位像
の模式図である。図５（Ｃ）に模式図として示す断線を
含む試料ＬＳＩに次に示す方法を適用し、断線箇所を検
出する。

【００５０】先ず、内部に断線が存在する不良品の半導
体集積回路に対して、図１（Ａ）に示すパルスジェネレ
ータ１０３によって電源線に与えるパルス電圧を５Ｖと
２．５Ｖの間に振幅する様に設定し、接地線に与えるパ
ルス電圧を２．６Ｖと０Ｖとの間で振幅する様に設定す
る。パルス周波数は２０００Ｈｚに、電源線と接地線に
与えるパルスの位相差は９０度に設定する。

【００５１】繰返し電圧パルスをトリガーとしてパルス
の立上がりまたは立下がり後１５μｓｅｃ以内に二次電
子到達数検出を行い、更に繰返し信号を積算してＳＮ比
を向上させることによって、良品の電位像である図３
（Ａ）を作成する。また不良品である半導体集積回路に
対して同じ条件で電圧を印加し電位像を取得した後に不
良品の電位像と同じ位置の像を表示する様に画像処理を
施すことによって、図５（Ｂ）と同じ位置座標の電位像
である図５（Ａ）を作成する。図５（Ａ）と（Ｂ）の画
像比較では断線箇所は存在しないと判断し、隣接する領
域を表示するよう電子ビーム照射領域を移動する。

【００５２】図５（Ｃ）の様に、電位像内に断線が存在
する場合、図５（Ａ）と（Ｃ）を交互に表示することに
よって断線を目視で検出する。またはソフトウェアによ
る自動判別を行うことによって、電位像内に断線を検出
することもできる。

【００５３】更に、本発明の第三の実施の形態として、
第一の実施の形態で示した方法で良品と不良品の電位像
を取得し、更に第二の実施の形態で示した方法で不良品
と良品の電位像が同じ位置座標を同一画面上に表示する
様に画像処理を施した後、画素の明度分布の差が最小に
なる様に良品もしくは不良品の電位像の明度分布をずら
し、同一画面上に交互に表示することで断線箇所をより
検出しやすくする。

【００５４】良品と不良品の電位像を基にして断線箇所
を容易に識別するために、電圧パルスを印加することに
よって生じる断線箇所の画像内での明度変化が、それ以
外の領域の画像内での明度変化よりも大きい像を作成す
る。

【００５５】次に、この第三の実施の形態における断線
検出の方法について、図６を用いて説明する。ハッチン
グを付けている箇所が図４と異なる部分であり、図６は
この第三の実施の形態における断線検出法を示すフロー
チャートである。

【００５６】先ず、不良品と良品の半導体集積回路にお
いて、本発明の第２の実施の形態に記載したステップ２
００から２１１までを実行する。次に断線箇所以外では
画素の明度差が最小の電位像を表示させる様に不良品の
明度分布（コントラスト）をずらす（ステップ２１
２）。良品と不良品の電位像を同一画面上に交互に表示
し（ステップ２０８）断線を示す良品と不良品で明度が
異なる画素が集中している領域の存否を確認する（ステ
ップ２０９）。

【００５７】電位像内において、明度が良品と不良品で
異なる画素が集中している領域が存在すればその画像内
に断線に接続している配線が存在すると判断し（ステッ
プ２２４）、処理を終了する。断線に接続した配線が存
在しない場合、電子ビームの照射位置を変更し（ステッ
プ２２３）、ステップ２００に戻って上記の動作を繰返
す。

【００５８】以下に、この第三の実施の形態に従った画
像処理の方法について図７を参照して具体的に説明す
る。図７（Ａ）は装置構成図である図１において信号入
力線から定電圧を印加され、かつ電源線と接地線から繰
返しパルス電圧を供給している良品内の電位像の模式図
で、図７（Ｂ）は不良品内の電位像の模式図である。図
７（Ｂ）に模式図として示す断線を含む試料ＬＳＩに次
に示す方法を適用し、断線箇所を検出する。

【００５９】先ず内部に断線が存在する不良品の半導体
集積回路に対して、図１（Ａ）に示すパルスジェネレー
タ１０３によって電源線に与えるパルス電圧を５Ｖと
２．５Ｖの間に振幅する様に設定し、接地線に与えるパ
ルス電圧を２．６Ｖと０Ｖとの間で振幅する様に設定す
る。パルス周波数は２０００Ｈｚに、電源線と接地線に
与えるパルスの位相差は９０度に設定する。

【００６０】繰返し電圧パルスをトリガーとしてパルス
の立上がりまたは立下がり後１５μｓｅｃ以内に二次電
子到達数検出を行い、更に繰返し信号を積算してＳＮ比
を向上させることによって、不良品の電位像である図７
（Ｂ）を作成する。また良品である半導体集積回路に対
して同じ条件で電圧を印加し電位像を取得した後に不良
品の電位像と同じ位置の像を表示する様に画像処理を施
すことによって、図７（Ｂ）と同じ位置座標の電位像で
ある図７（Ａ）を作成する。

【００６１】電位像内に断線が存在する場合、図７
（Ａ）と（Ｂ）を交互に表示することによって断線を目
視で検出した。またはソフトウェアによる自動判別を行
うことによって、電位像内に断線を検出する。

【００６２】以下に、本発明の第四の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。第一の実施の形態と同様
に、図１に模式的に示した断線検出装置と方法を用い
る。断線を容易に検出する画像処理法について図８を用
いて説明する。ハッチングを付けている箇所が図６と異
なる部分であり、図８はこの第四の実施の形態における
断線検出方法を示すフローチャートである。

【００６３】先ず、不良品と良品の半導体集積回路にお
いて、第三の実施の形態で記載したステップ２００から
２１２までを実行し、不良品の電位像を基にしてステッ
プ２１２にて作成した良品の電位像との差像を作成する
（ステップ６００）。

【００６４】次にステップ６００にて作成した差像内に
おいて、明度が中間明度（灰色）ではない画素が一定密
度以上で存在するか目視または自動判断するソフトウェ
アによって、判断する（ステップ６０１）。断線に接続
した配線がない場合、電子ビームの照射位置を変更し
（ステップ２２３）、ステップ２００に戻って上記の動
作を繰返す。電位像内において、明度が異なる画素が集
中している領域を発見するまで探索が続けられることと
なる。

【００６５】この第四の実施の形態が特徴とする点につ
いて図９を参照して説明する。図９（Ａ）は観測領域内
に断線が存在しない不良品の電位像と良品の電位像の差
像の模式図であり、図９（Ｂ）は観測領域内に断線箇所
３０４を含む不良品の電位像と良品の電位像の模式図で
ある。

【００６６】第三の実施の形態での断線検出方法では、
図７（Ａ）と（Ｂ）に示す様に、電位像内に３つ以上の
明度を示す領域が存在し、断線箇所と他の領域との識別
はしやすいが、断線箇所の明度が中間明度のため視認性
は良くない。本例における画像処理では、図９（Ｂ）に
示す様に断線箇所と直接接続している配線上の領域だけ
が他の領域とは異なる明度で表示されるので、断線箇所
を特定するのに第一の実施の形態よりも短時間で特定す
ることができる。

【００６７】本例における断線検出の方法では、差像内
に断線特有の明度である中間明度よりも明るい明度か暗
い明度の画素が一定以上の密度で存在しないか、目視ま
たはソフトウェアによる自動判別を行うことによって、
電位像内に断線特有の明度の画素を発見することができ
る。

【００６８】本発明の第五の実施の形態による半導体集
積回路の断線検出方法は、第二〜第四の実施の形態で示
した画像処理を施した結果の差像において、断線以外は
全て中間明度で断線のみが黒または白の明度で表示され
た２枚の画像を作成し、同一画面上に交互に表示するこ
とで断線箇所をより検出しやすくする。

【００６９】以下、断線を容易に検出する画像処理法に
ついて図１０を用いて説明する。ハッチングを付けてい
る箇所が図８と異なる部分であり、図１０はこの第五の
実施の形態における断線検出方法のフローチャートであ
る。

【００７０】先ず、不良品と良品の半導体集積回路にお
いて、第四の実施例の形態で記載したステップ２００か
ら６００までを実行し、差像を基にして断線箇所特有の
中間明度とは異なる明度を持つ画素を全て黒もしくは白
の明度の画素で表示した２枚の画像を作成し（ステップ
８００）、その２つの画像内において、明度が中間明度
（灰色）でない画素が一定密度以上で存在する領域の有
無を目視または自動判断するソフトウェアによって判断
する（ステップ８０１）。

【００７１】断線に接続した配線がない場合、電子ビー
ムの照射位置を変更し（ステップ２２３）、ステップ２
００に戻って上記の動作を繰返す。電位像内において、
明度が異なる画素が一定密度以上で存在する領域を発見
するまで探索が続けられることとなる。

【００７２】本例が特徴とする点について図１１を参照
して説明する。図１１（Ａ）は電位像内に断線箇所３０
４を含む不良品の模式図である図７（Ｂ）と良品の電位
像の模式図である図７（Ａ）の差像において、断線箇所
の明度を最低にした画像の模式図であり、図１１（Ｂ）
は電位像内に断線箇所３０４を含む不良品の模式図であ
る図５（Ｂ）と良品の電位像の模式図である図５（Ａ）
の差像において断線箇所の明度を最大にした画像の模式
図である。

【００７３】先ず、不良品である半導体集積回路に対し
て、第二の実施の形態で記載した電位像の取得法を適用
することによって良品と不良品で電位像を表示している
位置座標のずれが最小である電位像を取得した。次に良
品である半導体集積回路に対して第三の実施の形態で記
載した電位像の取得法を適用することによって良品と不
良品で明度分布の差が最小である電位像を取得した。

【００７４】良品と不良品の電位像の画素毎に差を取り
その明度が中間明度でない場合は最大明度または最小明
度に画素の明度を変更することによって、図１１（Ａ）
と（Ｂ）を作成した。差像内に断線特有の明度である中
間明度よりも明るい明度か暗い明度の画素が一定以上の
密度で存在しないか目視またはソフトウェアによる自動
判別を行うことによって、電位像内に断線特有の明度の
画素を発見することができる。

【００７５】先の第四の実施の形態での断線検出方法で
は、図９（Ｂ）に示す様に電位像内の明度分布が非常に
中間明度に局在し、断線箇所が下層配線に存在した場
合、他の領域との識別がしにくい。本例における画像処
理では、図１１（Ａ）と（Ｂ）に示す様に断線箇所３０
４と半導体素子に直接接続している配線領域３０５だけ
が中間明度ではない白と黒の明度で表示されるので、第
四の実施例よりも断線箇所の視認性を向上している。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、信号線と電源線と接地
線夫々の種類に応じてに対して同じ電圧の供給を実施す
れば良く、ＬＳＩ内部に電位変化を与えるための配線治
具の準備時間は１／以下になる。

【００７７】また、ＬＳＩ内部の配線に電位変化を与え
るためのＬＳＩテスタが不要であり、更に画面を移動さ
せる毎にレイアウトデータを利用して画像処理演算を行
うための高性能のＷＳは必要なく、電子ビームテスタを
制御する能力があれば良いので、システムを簡便にでき
る。また、良品と不良品の電位像を別途取得する時間が
短縮でき、短時間で断線箇所が特定化できる。

【００７８】更に、単に繰返しパルス電圧を印加する方
法によって得られる電位像の比較では、電位変化が生じ
ないため中間明度で表示され視認性の悪い断線箇所を、
逆に断線箇所のみが明度が大きく変化する様に画像処理
を行うことによって容易に断線箇所を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるＬＳＩの故障解析装置の一例を
示す構成図（Ａ）、良品と不良品を移動交換する装置の
部分拡大図（Ｂ）、印加する電圧の模式図（Ｃ）であ
る。

【図２】第一の実施の形態における断線検出法のアルゴ
リズムを示すフローチャートである。

【図３】図１の良品ＬＳＩ１１３内の電位像を拡大表示
した模式図（Ａ）、不良品ＬＳＩ１１４内の電位像を拡
大表示した断線を含む模式図（Ｂ）、断線を含まない模
式図（Ｃ）である。

【図４】第二の実施の形態における断線検出法のアルゴ
リズムを示すフローチャートである。

【図５】図３（Ｂ）と（Ｃ）の不良品の電位像（Ａ）の
良品の電位像と同じ位置座標を示す様に画像処理を施し
た電位像の模式図（Ｂ），（Ｃ）である。

【図６】第三の実施の形態における断線検出法のアルゴ
リズムを示すフローチャートである。

【図７】良品の電位像を不良品の電位像と同じ明度分布
を示す様に画像処理を施した電位像の模式図（Ａ）、電
位像内に断線箇所が存在する不良品の電位像の模式図
（Ｂ）である。

【図８】第四の実施の形態に用いるアルゴリズムを示す
フローチャートである。

【図９】図５と図７（Ａ）の差像（Ａ）、図７（Ａ）と
図７（Ｂ）の差像（Ｂ）である。

【図１０】第五の実施の形態における断線検出法のアル
ゴリズムを示すフローチャートである。

【図１１】図７（Ａ）を基にした図５（Ｂ）との差像図
９（Ｂ）に断線箇所特有の明度の画素を黒で表示する明
度変更を施した模式図（Ａ）、白で表示する明度変更を
施した模式図（Ｂ）である。

【符号の説明】

１００ 試料ＬＳＩ １０１ ＳＥＭ １０２ 電子ビームテスタ １０３ パルスジェネレータ １０４ 定電圧電源 １０５ 良品と不良品の交換器 １０９ 一次電子ビーム １１０ 電子銃 １１１ ワークステーション（ＷＳ） １１２ 電位像を表示するディスプレイ １１３ 良品ＬＳＩ １１４ 不良品ＬＳＩ １１８ 記憶媒体

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＭＯＳ構造の半導体集積回路の信号線
   には定電圧を印加し電源線及び接地線には夫々パルス状
   電圧を印加しつつ前記半導体集積回路に対して電子ビー
   ムを照射し、この照射による二次電子信号を検出して当
   該半導体集積回路の配線の電位像を取得してこの電位像
   から断線故障検出をなすようにした半導体集積回路の断
   線故障検出装置であって、 前記半導体集積回路の良品と不良品とを前記電子ビーム
   の照射部に移動交換して各々の前記電位像を取得する手
   段と、 前記電位像を同一画面上に交互に表示する手段と、を含
   むことを特徴とする半導体集積回路の断線故障検出装
   置。
2. 【請求項２】 ＣＭＯＳ構造の半導体集積回路の信号線
   には定電圧を印加し電源線及び接地線には夫々パルス状
   電圧を印加しつつ前記半導体集積回路に対して電子ビー
   ムを照射し、この照射による二次電子信号を検出して当
   該半導体集積回路の配線の電位像を取得してこの電位像
   から断線故障検出をなすようにした半導体集積回路の断
   線故障検出方法であって、 前記半導体集積回路の良品と不良品とを前記電子ビーム
   の照射部に移動交換して各々の前記電位像を取得するス
   テップと、 前記電位像の各々を同一画面上に交互に表示するステッ
   プと、を含むことを特徴とする半導体集積回路の断線故
   障検出方法。
3. 【請求項３】 前記電位像の各々の明度差により前記不
   良品の断線箇所を検出するようにしたことを特徴とする
   請求項２記載の半導体集積回路の断線故障検出方法。
4. 【請求項４】 前記良品及び不良品の前記電子ビームの
   被照射領域の差が最小になるように一方の被照射領域を
   調整して前記電位像の取得を行うステップを更に含むこ
   とを特徴とする請求項２または３記載の半導体集積回路
   の断線故障検出方法。
5. 【請求項５】 前記良品及び不良品の電位像の明度差が
   最小となるように一方の電位像の明度を調整して前記電
   位像の取得を行うステップを更に含むことを特徴とする
   請求項２または３記載の半導体集積回路の断線故障検出
   方法。
6. 【請求項６】 前記良品及び不良品の電位像の差像を生
   成するステップを更に含み、この差像における中間明度
   領域の有無により前記不良品の断線箇所を検出するよう
   にしたことを特徴とする請求項２〜５いずれか記載の半
   導体集積回路の断線故障検出方法。
7. 【請求項７】 前記良品及び不良品の電位像の差像を生
   成するステップと、この差像の明度変更を行うステップ
   とを含み、この明度変更された差像により前記不良品の
   断線箇所を検出するようにしたことを特徴とする請求項
   ２〜５いずれか記載の半導体集積回路の断線故障検出方
   法。
8. 【請求項８】 ＣＭＯＳ構造の半導体集積回路の信号線
   には定電圧を印加し電源線及び接地線には夫々パルス状
   電圧を印加しつつ前記半導体集積回路に対して電子ビー
   ムを照射し、この照射による二次電子信号を検出して当
   該半導体集積回路の配線の電位像を取得してこの電位像
   から断線故障検出をなすようにした半導体集積回路の断
   線故障検出方法をコンピュータにより実行せしめるため
   の制御プログラムを記録した記録媒体であって、前記半
   導体集積回路の良品と不良品とを前記電子ビームの照射
   部に移動交換して各々の前記電位像を取得するステップ
   と、前記電位像の各々を同一画面上に交互に表示するス
   テップとを含むプログラムを記録した記録媒体。