JPH0340448A - 電子ビーム装置 - 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】 〔概要〕 電子ビーム装置に関し、 試料表面の絶縁保護膜上における不均一帯電の影響を除
去してＬＳＩの特性の測定精度を向上できる電子ビーム
装置を提供することを目的とし、表面が絶縁保護膜で覆
われた試料に印加された周期的な電圧波形に同期してパ
ルス状の電子ビームを該試料の絶縁保護膜上に点照射し
、該試料の絶縁保護膜表面から放出される２次電子を検
出する測定手段により試料上の電子ビーム照射点の電圧
を測定する電子ビーム装置において、前記試料の点照射
部分を含む領域に対し、電子ビームを面照射するように
該電子ビームの走査を制御する面照射制御手段２１を設
け、前記測定手段は、電子ビ−ムが面照射されて前記絶
縁保護膜表面の不均一帯電状態が消去・初期化された後
に電子ビーム照射点の電圧測定を開始するように構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビーム装置に係り、詳しくは、長周期の
繰り返し動作を行うＩＣ内部の電圧、あるいは、論理変
化を、ストロボ電子ビームをＩＣの動作クロックに同期
させることによって、ＩＣ内部配線の電圧波形を測定し
動作状態の診断を行う電子ビーム（ＥＢ）ブローμと称
される電子ビーム装置に関する。

高速動作するＩＣ内部の電圧を測定する手段としては、
ＩＣを繰り返し動作させ、これに同期してパルス化した
電子ビームをＩＣ表面に照射して２次電子信号を取得す
るストロボ電子ビーム装置が注目を集めている。これに
よれば、ＩＣの繰り返し動作同期中における任意の位相
で電圧分布像や、ＩＣ配線上の特定点の電圧の時間的な
変化波形を得ることが可能である。

〔従来の技術〕

従来のストロボ電子ビーム装置の動作概念は以下のよう
なものである。まず、ある電圧状態にあるＩＣ配線上の
特定部分に電子ビームパルス（以下、適宜ＥＢパルスと
いう）を照射すると、その表面部分から２次電子が放射
される。そして、それによって得られる２次電子信号量
は該特定部分が低電圧状態であれば多く、高電圧状態で
あれば少ない。したがって、２次電子信号量を測定する
ことによって、ＥＢパルスを照射した瞬間におけるＩＣ
表面の特定部分の電圧状態を測定することができる。

さらに、ＩＣを特定のクロック（例えば、ＩＭＨｚのク
ロック）によって動作させた場合、８ｇ　Ｉ　Ｃが例え
ば１００クロツクで一連の動作を行うとすると、クロッ
クが進むにつれてＩＣの各部分は１００クロツク毎に同
じ電圧状態を繰り返す。そこでＩＣ配線上の特定部分の
電圧状態のクロックによる時間変化をＥＢパルスによっ
て測定するために、ＩＣが１繰り返し動作周期毎に同じ
動作を繰り返すことを利用し、各繰り返し動作周期毎の
ＥＢパルスの照射タイ藁ングを少しずつずらしてゆくこ
とによって、電圧状態の時間的な変化を測定することが
可能である（これを波形モードと呼ぶ）。

また、繰り返し動作周期中の特定のタイミングにおける
ＩＣ表面の電圧分布像（これを像モードと呼ぶ）を測定
するためには、例えば、まず、繰り返し動作筒１周期日
の特定位相でＥＢパルスを特定部分に照射し、その部分
の電圧を測定する。次に、繰り返し動作第２周期日の同
じ位相で他の部分にＥＢパルスを照射し、その部分の電
圧を測定する。以上のように、ＥＢパルス照射タイミン
グを特定位相に固定してＥＢパルスをＩＣ表面上で走査
することにより、繰り返し動作周期中の該特定位相にお
けるＩＣ表面の電圧分布像を得ることができる。

従来、ＬＳＩの試験や故障診断で電子ビーム装置を用い
る場合、チップ表面が絶縁膜で覆われていないものを使
用したり、絶縁膜を除去して行っていた。しかし、絶縁
膜を除去することでＬＳＩを破壊する恐れや、除去によ
って故障の状況が変化する心配がある。

そこで、絶縁膜を除去しないで測定する技術が開発され
てきた。ところが、絶縁膜に電子ビームを照射すると、
絶縁膜表面が帯電し、測定に大きな影響を及ぼす。特に
、電圧波形等を測定する場合には、電子ビームを点照射
するため、照射点がまわりに比べ、その帯電状態が変化
するために正確な測定が行えなくなる。

従来は、絶縁膜の帯電を抑えるため、■貴金属のコーテ
ィング、■帯電防止剤を塗る等の方法が用いられている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の電子ビーム装置にあっ
ては、絶縁膜の帯電を抑えるために上記■■の方法が用
いられているものの、確実に帯電を抑えることができず
、■の方法は、電圧振幅の減少、■の方法は帯電防止剤
のムラによる不均一帯電の発生という問題点があり、特
に■の方法では不均一帯電が生じた場合には、絶縁膜表
面の不均一帯電状態の消去・初期化を行うことが困難で
あり、その結果、測定精度が低下するという問題点があ
った。

そこで本発明は、試料表面の絶縁保護膜上における不均
一帯電の影響を除去してＬＳＩの特性の測定精度を向上
できる電子ビーム装置を提供することを目的としている
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電子ビーム装置は上記目的達成のため、表
面が絶縁保護膜で覆われた試料に印加された周期的な電
圧波形に同期してパルス状の電子ビームを該試料の絶縁
保護膜上に点照射し、該試料の絶縁保護膜表面から放出
される２次電子を検出して測定手段により試料上の電子
ビーム照射点の電圧を測定する電子ビーム装置において
、前記試料の点照射部分を含む領域に対し、電子ビーム
を面照射するように該電子ビームの走査を制御する面照
射制御手段２１を設け、前記測定手段は、電子ビームが
面照射されて前記絶縁保護膜表面の不均一帯電状態変化
が消去・初期化された後に電子ビーム照射点の電圧測定
を開始するようにしている。

〔作用〕

本発明では、まず、試料の絶縁保護膜に電子ビームが面
照射されてその不均一帯電状態変化が消去・初期化され
、その後電子ビームが点照射されて電圧測定が行われる
。

したがって、絶縁保護膜の不均一帯電の影響が除去され
、電圧測定の精度が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１．２図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を
示す図であり、第１図はその全体構成図である。第１図
において、１はストロボ電子ビーム装置、２は電子ビー
ム鏡筒であり、電子ビーム鏡筒２には試料室３が接続さ
れる。試料室３の内部には被検ＩＣ（試料）４が配置さ
れる。被検ｌＣ４は金属配線の上部がｖＡ縁保護膜で全
て覆われており、この絶縁保護膜に対して電子ビーム鏡
筒２の電子銃５からＥＢパルス６が照射され、２次電子
７が得られる。２次電子７は試料室３に接続された検出
器８によって検出され、その出力は２次電子信号として
２次電子信号処理回路９に入力する。また、被検ＩＣ４
はパターンシネレータ（ＰＣ）あるいはＬＳＩテスタか
らなるＩＣドライバ１０によって動作し、２次電子信号
処理回路９にはＩＣドライバ１０からのクロックおよび
周期トリガが入力されるとともに、制御用計算機１１か
らの制御信号および後述する遅延回路１３からのストロ
ーブ信号が入力し、２次電子信号処理回路９からは制御
用計算機１１に出力データおよびシーケンスコントロー
ルに必要な動作終了信号等が出力される。

一般に、検出！Ｓ８で検出された２次電子信号は非常に
微弱であり、１シヨツトで確実に見ることはできず、特
定箇所に何度（例えば、１０００回）もＥＢパルスを照
射してその加算結果を得る必要がある。２次電子信号処
理回路９はＩＣドライバ１０からのクロック、周期トリ
ガおよび制御計算機１１からの制御信号に従って検出さ
れた２次電子信号をディジタル化するとともに、そのデ
ィジタル信号を加算平均してそのデータを制御用計算機
１１に出力する。一方、１２はＥＢパルストリガ発生回
路であり、ＥＢパルストリガが発生回路１２は１動作周
期中に複数個のＥＢパルストリガを発生する。

ＥＢパルストリガが発生回路１２にはＩＣドライバ１０
からのクロック、周期トリガに加えてイベントトリガが
入力されるとともに、制御用計算機１１から所定のコン
トロール信号が入力され、ＥＢパルストリガ発生回路１
２からは遅延回路１３にＥＢパルストリガが出力される
。遅延回路１３にはさらに制御用計算機１１から指定信
号が入力され、遅延回路１３からは２次電子信号処理回
路９およびＥＢパルスゲートドライバ１４にストローブ
信号が出力される。ＥＢパルスゲートドライバ１４には
さらに制御用計算機１１からＥＢパルスゲートドライバ
制御信号が入力され、ＥＢパルスゲートドライバ１４の
出力は電子ビーム鏡筒２の内部に配置されたＥＢパルス
ゲート１５に接続される。ＥＢパルスゲートドライバ１
４はＥＢパルスゲート１５に電気的なパルスを印加する
ことにより電子ビームを振ってパルス化させる。また、
制御用計算機１１には表示装置１６が接続される。

一方、ＥＢパルス６の照射位置は電子ビーム鏡筒２の内
部に設けられたＥＢ走査用コイル１７によって制御され
ており、ＥＢ走査用コイル１７には走査用コイル制御回
路１８から制御電圧が給される。

走査用コイル制御回路１８は被検ＩＣ４の測定箇所を点
（スポット）として走査するための制御電圧を発生する
。また、ＥＢ走査用コイル１７には面照射回路１９ａ、
１９ｂから面照射用の走査信号が供給されるようになっ
ており、その供給時間や供給タイミングはタイマ２０に
よって制御される。上記面照射回路１９ａ、１９ｂおよ
びタイマ２０は面照射制御手段２１を構成する。面照射
制御手段２１は制御用計算機１１によってその作動が制
御され、被検ＩＣ４の点照射部分を含む領域に対し、Ｅ
Ｂパルスを面照射するようにＥＢ走査用コイル１７への
走査信号を制御する。タイマ２０は上記面照射モードが
開始されると、サンプリング停止信号を前記２次電子信
号処理回路９に出力し、２次電子信号処理回路９は面照
射が終了した後に、再び２次電子信号のサンプリングを
開始する。

上記２次電子信号処理回路９および制御用計算機１１は
測定手段２２を構成する。

次に、作用を説明する。

第２図は被検ＩＣ４の電圧測定処理のフローチャートで
ある。まず、Ｐ、で面照射モード起動か否かを判別し、
ＹＥＳのときはＰ２で被検ＩＣ４の絶縁保護膜に対し面
照射を開始する。なお、面照射モードの起動時間は予め
設定される。次いで、Ｐ、で検出器８からの２次電子の
サンプリングを停止し、一定時間後にＰ４で面照射を終
了し、Ｐ。

でタイマ２０をリセットする。したがって、被検出ＩＣ
４の絶縁保護膜における表面の帯電状態が上記面照射に
よって一様になり、言い換えれば平均−帯電状態が消去
・初期化される。その後、Ｐ。

で被検出ＩＣ４にＥＢパルスを点照射して電位を測定す
る。次いで、Ｐ、で必要な箇所の電圧測定が終了したか
否かを判別し、終了していなければＰ、に戻り、終了し
ていれば処理を終える。なお、ＰｌでＮＯに分岐すると
きは直ちにＰ、に進む。

このように、本実施例では測定中は一定時間毎に面照射
が自動的に行われ、被検ＩＣ４の絶縁保護膜上における
不均一帯電状態が消去・初期化（つまり、電荷の均一状
態に維持）される。したがって、不均一帯電の影響を除
去することができ、安定に被検ＩＣ４の電圧を測定して
その精度を向上させることができる。その結果、被検Ｉ
Ｃ４の故障診断を正確に行うことができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、試料の絶縁保護膜上における不均一帯
電の影響を除去することができ、電圧測定の精度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を
示す図であり、 第１図はその全体構成図、 第２図はその電圧測定処理のフローチャートである。 １・・・・・・ストロボ電子ビーム装置、２・・・・・
・電子ビーム鏡筒、 ３・・・・・・試料室、 ４・・・・・・被検ＩＣ（試料）、 ５・・・・・・電子銃、 ６・・・・・・ＥＢパルス、 ７・・・・・・２次電子、 ８・・・・・・検出器、 ９・・・・・・２次電子信号処理回路、ｌＯ・・・・・
・ＩＣドライバ、 １１・・・・・・制御用計算機、 １２・・・・・・ＥＢパルストリガ発生回路、１３・・
・・・・遅延回路、 １４・・・・・・ＥＢパルスゲートドライバ、１５・・
・・・・ＥＢパルスゲート、 １６・・・・・・表示装置、 １７・・・・・・ＥＢ走査用コイル、 １８・・・・・・走査用コイル制御回路、１９ａ、１９
ｂ・・・・・・面照射回路、２０・・・・・・タイマ、 ２１・・・・・・面照射制御手段、 ２２・・・・・・測定手段。 一実施例の電圧測定処理のフローチャート第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面が絶縁保護膜で覆われた試料（４）に印加された周
   期的な電圧波形に同期してパルス状の電子ビーム（６）
   を該試料（４）の絶縁保護膜上に点照射し、 該試料（４）の絶縁保護膜表面から放出される２次電子
   （７）を検出して測定手段（２２）により試料（４）上
   の電子ビーム照射点の電圧を測定する電子ビーム装置に
   おいて、 前記試料（４）の点照射部分を含む領域に対し、電子ビ
   ーム（７）を面照射するように該電子ビーム（７）の走
   査を制御する面照射制御手段（２１）を設け、 前記測定手段（２２）は、電子ビーム（７）が面照射さ
   れて前記絶縁保護膜表面の不均一帯電点の電圧測定を開
   始するようにしたことを特徴とする電子ビーム装置。