JPH02195271A - 電圧波形計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被検回路における信号配線の電圧波形を計測
するためのシステムに関し１例えば半導体集積回路の故
障や不良解析さらには性能評価を行うための電圧波形計
測システムに適用して有効な技術に関するものである。

〔従来技術〕

半導体集積回路の内部電圧波形を観測することによって
その半導体集積回路の故障や不良解析さらには性能評価
を行うことができる。

従来そのような電圧波形を計測する装置もしくはシステ
ムとして、電子ビームテスタやプローブシステムが提供
されている。プローブシステムは、触針を半導体集積回
路の所要信号配線に接触させて直接その電圧信号をサン
プリングして電圧波形を計測する。したがって、入力電
圧信号は綴針さらには信号ケーブルを経てサンプリング
される性質上そのような触針やケーブルの不所望な容量
成分や抵抗成分により、久方信号に伝播遅延を生じ、こ
れにより、計測される電圧信号波形に鈍りを生じ、電圧
レベルの遷移状態に対して高精度な計測を行うことがで
きない。上記電子ビームテスタは、半導体集積回路の信
号配線に電子ビームを照射して得られる２次電子の量に
従って当該信号配線の相対的な電圧波形を非接触で計測
可能とするものであり、その非接触検出故に電圧レベル
の遷移状態に対しては高い精度をもって電圧波形を計測
することができる。

尚、電子ビームテスタについて記載された文献の例とし
ては昭和６０年１１月８日に日本学術振興会発行の「第
１３２委員会第９３回研究会資料ＪＰ１１５〜Ｐ１２３
及びＰ１３７〜Ｐ１４２がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、電子ビームテスタは、高真空試料室の中で半
導体集積回路の所要配線に１次電子を加速照射し、その
衝撃を受けて当該配線から放出される２次電子を、被検
対象信号配線とグリッドとの電位差で形成される電界に
より検出器に導き、この検出器で検出した２次電子の量
を電圧レベルに変換してその信号配線上の電圧波形を測
定するものである。したがって、この電子ビームテスタ
によって計測される電圧波形は相対的な電位差波形とさ
れ、上記プローブシステムのように回路の接地レベルを
基準とするような絶対的な電圧波形を得ることはできな
い。このため、従来の電子ビームテスタでは絶対電圧波
形を高精度に計測するような用途には利用することがで
きなかった。例えばＭＯＳＦＥＴなどの論理しきい値は
回路の接地レベルに対して定量的に決定されるため、信
号線の電圧波形とトランジスタのしきい値電圧とを比較
し−で回路の遅延解析などを行うような場合には、絶対
電圧波形を高精度に計測する必要がある本発明の目的は
回路の絶対電圧波形を高精度に計測することができる電
圧波形計測システムを提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、被検回路の信号配線に電子ビームを照射して
得られる２次電子の量に従って当該信号配線の相対的な
電圧波形を計測可能な電子ビームテスタの相対的な計測
電圧波形を、被検回路の信号配線に触針を当てて当該信
号配線の絶対的な電圧波形を計測可能なプローブシステ
ムの絶対的な電圧波形と上記相対的な計測電圧波形との
差電圧に基づいて、絶対電圧波形に補正するように構成
するのである。

ここで、双方の計測電圧波形における非遷移状態部分で
の電位差を上記差電圧とし、この差電圧分だけ電子ビー
ムテスタによって得られた相対電圧波形をシフトさせて
、絶対電圧波形を得るようにすることができる。

また、電子ビームテスタによる計測動作とプローブシス
テムによる計測動作とは同一対象に対して同時に行うこ
とはできないが、双方の波形計測期間を、被検回路の所
定動作に容易に同期させるには、被検回路の制御用テス
トパターンを発生する制御手段を含め、上記電子ビーム
テスタ及びプローブシステムを、その制御手段から出力
される同期信号に基づいて電圧波形測定動作タイミング
を制御するようにすることが望ましい。

〔作　用〕

上記した手段によれば、電子ビームテスタによって得ら
れる相対電圧波形とプローブシステムによって得られる
絶対電圧波形との差電圧に基づいて、その相対電圧波形
を絶対電圧波形にレベル補正することは、電子ビームテ
スタによって得られる電圧波形の遷移状態波形をそのま
ま保存するように機能し、これにより回路の絶対電圧波
形を高精度に計測することを達成するものである。

〔実施例〕

第１図には本発明の一実施例である電圧波形計測システ
ムが示される。

この電圧波形計測システムは、被検回路の一例である半
導体集積回路チップ３０の所定信号配線に電子ビームを
照射して得られる２次電子の量に従って当該信号配線の
相対的な電圧波形を計測可能な電子ビームテスタ１と、
半導体集積回路チップ３０の所定信号配線に触針を当て
て当該信号配線の絶対的な電圧波形を計測可能なプロー
ブシステム１０と、上記電子ビームテスタ１によって得
られる電圧波形とプローブシステム１０によって得られ
る電圧波形の差電圧を求め、この差電圧に基づいて上記
電子ビームテスタ１によって得られた相対電圧波形を絶
対電圧波形に補正する演算装置２０、この演算装置２０
で補正して得られた絶対電圧波形を表示する表示装置２
１とを含んで構成される。

上記電子ビームテスタ１は、特に制限されないが、図示
しない排気ポンプにて内部を高真空とし得る試料室２、
半導体集積回路チップ３０を載置するＸ−Ｙステージ３
．このＸ−Ｙステージ３に載置された半導体集積回路チ
ップ３０の所要配線（以下単に被検配線とも記す）に１
次電子を放出する電子銃４、この電子銃４から放出され
る１次電子を集束するための電子レンズ５、上記電子銃
４及び電子レンズ５を制御する制御回路６、被検配線に
１次電子が加速照射されることによって放出される２次
電子を減速又は加速したりするための電界を被検配線と
の間で形成するグリッド７、このクリッド７と被検配線
との電位差で形成される電界により導かれる２次電子の
量を検出して電圧レベルに変換する検出器８、この検出
器８の出力信号から電圧波形を生成する電子ビームテス
タ波形生成回路９によって構成される。

この電子ビームテスタ１は、半導体集積回路チップ３０
の所要配線から放出される２次電子を、被検配線とグリ
ッド７との電位差で形成される電界により検出器８に導
き、この検出器８で検出した２次電子の量を電圧レベル
に変換してその被検配線上の電圧波形を測定するから、
第２図に示されるように、測定された電圧波形Ｗｅｂは
、相対的な電位差波形、即ち電圧波形のローレベルとハ
イレベルとの間の電位差だけが実質的に意味を持つよう
な波形とされ、その波形Ｗ’ｅｂのローレベルは電子ビ
ームテスタ波形生成回ｉ！８９の電源に対して適当なレ
ベルを基準に決定された実質的に意味を持たない電位と
され、半導体集積回路チップ３０の接地レベルＧＮＤを
基準とするような絶対的な電圧波形にはなっていない、
但し、第２図に示されるように、電子ビームテスタ１の
非接触検出故に、半導体集積回路チップ３０の内部の電
圧レベルの遷移状態に対して、その測定波形Ｗｅｂの変
化は不所望に遅延したり鈍ったりすることなく高精度な
波形とされる。

上記プローブシステム１０は、上記Ｘ−Ｙステージステ
ージ３上で半導体集積回路チップ３０の任意配線に自由
に接触可能な位置を採り得る触針としてのメカニカルプ
ローバ１１．このメカニカルプローバ１１から入力され
る電圧信号から電圧波形を生成するプローブシステム波
形生成回路１２によって構成される。このプローブシス
テム１０は、半導体集積回路チップ３０の信号配線に接
触して電圧信号を取り込むから、半導体集積回路チップ
３ｏの接地電位レベルＧＮＤと、プローブシステム波形
生成回路１２の接地電位レベルとを等しくすることによ
り、測定電圧波形は第２図に示されるように回路の接地
レベルＧＮＤを基準とするような絶対的な電圧波形Ｗｐ
とされる。但し、メカニカルプローバ１１は半導体集積
回路チップ３０の配線に接触して電圧信号をプローブシ
ステム波形生成回路１２に供給するから、そのようなメ
カニカルブローバ１１などの不所望な容量成分や抵抗成
分に起因して入力電圧信号信号が伝播遅延し、第２図に
示されるように、計測される電圧信号の遷移状態波形に
は鈍りを生じ、電圧レベルの遷移状態に対して高精度な
計測を行うことはできない。

第１図において２４は半導体集積回路チップ３０をテス
ト動作させるためにテストパターンなどを発生するテス
トパターンジェネレータである。

このテストパターンジェネレータ２４は、半導体集積回
路チップ３０に各種タイミング信号やデータなどを供給
して半導体集積回路をテスト動作させるとき、その動作
に同期する所定の同期信号５ＹＮＣＩ、５ＹＮＣ２など
を上記電子ビームテスタ波形生成回路９及びプローブシ
ステム波形生成回路１２に供給する。この同期信号は電
子ビームテスタ波形生成回路９及びプローブシステム波
形生成回路１２の動作をイネーブル／ディスエーブル制
御するための信号とみなされる。即ち、電子ビームテス
タ１による電圧波形の計測動作とプローブシステム１０
による電圧波形の計測動作とはその性質上同時に行うこ
とができないので、上記同期信号５ＹＮＣＩ、５ＹＮＣ
２は、夫々電子ビームテスタ１とプローブシステム１０
とによる計測動作を別々に行うとき、夫々別々に行われ
る計測動作を半導体集積回路チップ３０の動作に同期さ
せる為の信号とされる。したがって、半導体集積回路チ
ップ３０を動作させて電子ビームテスタ１により電圧波
形を計測したとき、半導体集積回路チップ３０における
それと同じ動作タイミングでプローブシステム１０によ
る電圧波形計測動作を行うことができる。

既述したように電子ビームテスタ１で計測された電圧波
形のローレベルは、電子ビームテスタ波形生成回路９の
電源に対して適当なレベルを基準に決定された実質的に
意味を持たない電位とされている。上記演算回路２０は
、第２図に示されるように、電子ビームテスタ１及びプ
ローブシステム１０が半導体集積回路チップ３０のテス
ト動作上同じタイミングで相互に同一配線より電圧波形
を測定した後、電子ビームテスタ波形生成回路９で得ら
れた波形ＷｅｂのローレベルＶＬａｂからプローブシス
テム波形生成回路１２で得られた波形ＷＰのローレベル
ＶＬｐを減算し、その差電圧分Ｖｄ１ｆだけ、上記電子
ビームテスタ波形生成回路９で得られた波形Ｗｅｂを低
レベル側にシフト演算する。この演算結果により得られ
た波形ＷＣは、電子ビームテスタ１によって得られる計
測波形Ｗｅｂと同様に高精度であり、且つプローブシス
テム１０によって得られる波形ＷＰと同様の絶対電圧波
形とされ、表示装置２２に表示される上記実施例によれ
ば以下の作用効果を得るものである。

（１）電子ビームテスタ１によって得られる相対電圧波
形Ｗｅｂとプローブシステム１０によって得られる絶対
電圧波形Ｗｐとの差電圧に基づいて、その相対電圧波形
Ｗｅｂを絶対電圧波形にレベル補正した波形Ｗｃを得る
ことにより、１１子ビームテスタ１によって得られる電
圧波形Ｗｅｂの遷移状態波形がそのまま保存され、これ
により半導体集積回路チップ３０１；おける所要配線の
絶対電圧波形を高精度に計測することができる。

（２）上記作用効果より、半導体集積回路の故障や不良
解析さらには性能評価を確実に行うことができるように
なる。

（３）上記電子ビームテスタ波形生成回路９及びプロー
ブシステム波形生成回路１２は、テストパターンジェネ
レータ２４から出力される同期信号５ＹＮＣＩ、５ＹＮ
Ｃ２により、半導体集積回路チップ３０のテスト動作に
同期してその動作のイネーブル／ディスエーブルが制御
されるから、半導体集積回路チップ３０を動作させて電
子ビームテスタ１により電圧波形を計測したとき、半導
体集積回路チップ３０におけるそれと同じ動作タイミン
グでプローブシステム１０による電圧波形計測動作を行
うことができる。したがって、電子ビームテスタ１とプ
ローブシステム１０の双方を用いて絶対電圧波形を高精
度に計測する動作をやり易くすることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づいて
具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更す
ることができる。

例えば電子ビームテスタの構成は上記実施例に限定され
るものではなく、非接触で被検回路の信号配線の電圧波
形を計測可能なその他の構造に変更することができる。

また、電子ビームテスタやプローブシステムに対する動
作を制御する同期信号は、特別な専用信号に限定されず
、被検回路のティスト動作のための外部制御信号を利用
することもできる。また、被検回路は半導体集積回路チ
ップに限定されず、ウェーハスケールメモリなどであっ
てもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体集積回路の故
障や不良解析さらには性能評価を行うための電圧波形計
測システムに適用した場合について説明したが、本発明
はそれに限定されるものではなく、その他の回路の電圧
波形測定にも利用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、電子ビームテスタによって得られる相対電圧
波形とプローブシステムによって得られる絶対電圧波形
との差電圧に基づいて、その相対電圧波形を絶対電圧波
形にレベル補正するから。

電子ビームテスタによって得られる高精度の電圧波形の
遷移状態波形がそのまま保存され、これにより、被検回
路の絶対電圧波形を高精度に計測することができるとい
う効果がある。

また、上記レベル補正のための演算として、上記差電圧
分だけ電子ビームテスタによって得られた相対電圧波形
をシフトさせる手段を採用することにより、そのための
演算処理を容易化することができる。

そして、電子ビームテスタによる計測動作とプローブシ
ステムによる計測動作とは同一対象に対して同時に行う
ことはできないという性質上、被検回路の制御用テスト
パターンを発生する制御手段を含め、上記電子ビームテ
スタ及びプローブシステムを、その制御手段から出力さ
れる同期信号に基づいて電圧波形測定動作タイミングを
制御するようにすることにより、双方の波形計測期間を
、被検回路の所定動作に容易に同期させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である電圧波形計測システム
の構成説明図、 第２図は、電子ビームテスタによる計測波形。 プローブシステムによる計測波形、電子ビームテスタに
よる計測波形をプローブシステムによる計測波形に基づ
いて補正して得られる波形の夫々の一例を示す説明図で
ある。 １・・・電子ビームテスタ、４・・・電子銃、７・・・
グリッド、８・・・検出器、９・・・電子ビームテスタ
波形生成回路、１０・・・プローブシステム、１１・・
・メカニカルプローバ、１２・・・プローブシステム波
形生成回路、２０・・・演算装置、２１・・・表示装置
、２５・・・テストパターンジェネレータ、３０・・・
半導体集積回路チップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検回路の信号配線に電子ビームを照射して得られ
   る２次電子の量に従って当該信号配線の相対的な電圧波
   形を計測可能な電子ビームテスタと、被検回路の信号配
   線に触針を当てて当該信号配線の絶対的な電圧波形を計
   測可能なプローブシステムと、上記電子ビームテスタに
   よって得られる電圧波形とプローブシステムによって得
   られる電圧波形の差電圧を求め、この差電圧に基づいて
   上記電子ビームテスタによって得られた相対電圧波形を
   絶対電圧波形に補正する演算手段とを含んで成る電圧波
   形計測システム。 ２、上記演算手段は、電子ビームテスタによって得られ
   た相対電圧波形を、その電子ビームテスタによって得ら
   れる電圧波形とプローブシステムによって得られる電圧
   波形の差電圧分シフトさせて、絶対電圧波形を得るもの
   である請求項１記載の電圧波形計測システム。 ３、被検回路の制御用テストパターンを発生する制御手
   段を含み、上記電子ビームテスタ及びプローブシステム
   は、その制御手段から出力される同期信号に基づいて電
   圧波形測定動作タイミングが制御されようにされてなる
   ものである請求項１又は２記載の電圧波形計測システム
   。