JPS5853504B2 - 集積回路装置の試験方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＩＣ、ＬＳＩ等と称せられる集積回路装置の試
験方法に係り、特に内部素子の論理動作を的確に検査し
得る動作試験方法に係る。

近年の半導体集積回路装置（以下ＩＣと呼ぶ）は高度に
集積化され極めて多数の素子を含むものとなっている。

従って、このようなＩＣの動作試験は非常に煩雑であっ
てしばしば人手のみの試験ができないという事態が生ず
る。

そこで、従来動作試験を計算機処理により大幅に自動化
する試みがなされている。

例えば、論理回路の動作を計算機によりシミュレーショ
ンするとか、また種々のパターン化された電位信号を被
試験ＩＣに印加し、その出力端子にあられれる電位が所
期のものまたはシュミレーション結果と一致するかどう
かを検査するという方法はしばしば行われる。

更に、上記試験方法とは大きく異なる試験方法として、
ＩＣの内部素子の動作状態を素子表面の電位分布を観測
することにより直接試験する方法も提案されている。

第１図ないし第３図はかかる観測方法の原理を説明する
ための図である。

図中、１は電子銃、２ａｔ２ｂは電子光学系４は直流電
源であって、試料台５に載置された試料６に一定電位を
与える。

Ｓは２次電子検出器であって前記試料から放出される２
次電子を加速するため高電圧が印加されたアルミニウム
膜７と、前述の２次電子を受けて発行する螢光体層８と
、該螢光体層８で電子−光変換されて得られる光を後述
する光電子増倍管に導く光伝送線９と、該光伝送線で導
かれた光を電気信号に変換する光電子増倍管１０を具え
る。

１１は該光電子増倍管１０の出力端子である。

電子銃１からの電子ビームは電子光学系２ａ。

２ｂによって偏向集束され試料台５上の試料６に照射さ
れるため、該試料６から２次電子が放出される。

この２次電子の放出数は周知のように試料電位に対応し
ており、２次電子検出器Ｓによって前記試料６から放出
される２次電子数に比例した電気信号に変換される。

即ち、前記試料６から放出された２次電子は高電位にあ
るアルミニウム膜７によって加速され該アルミニウム膜
７を通過し螢光体層８に衝突する。

このため該螢光体層８が発光し、この光は光伝送線９で
光電子増倍管１０に導かれて電気信号に変換される。

第２図は試料電位と２次電子検出器の出力信号レベルと
の関係を示す図であって、横軸は試料電位Ｖｉを、縦軸
は２次電子検出器Ｓの出力信号レベル■。

をそれぞれ任意スケールで示す。第２図から明らかなよ
うに試料電位が正の領域では試料電位Ｖｉと、２次電子
検出器Ｓの出力めはほぼ比例関係にある。

第３図ａは試料であるＩＣの電極配線部を示す上面図で
あって、基板ＳＵＢ表面に電極Ｃ１，Ｃ２゜Ｃ３，Ｃ，
が形成されており、電極Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３゜Ｃ４には電
位Ｖ ｔ ｔ Ｖ ２１ Ｖ ３１ ｖ、が付与されて
いるものとする。

このような試料を第１図の試料台５に載置する。

電子銃１からの電子ビームは電子光学系２ ａ ｒ２ｂ
の作用を受けて前記試料表面を同図の鎖線ＳＣに沿って
順次走査を行い、該試料からの２次電子を２次電子検出
器Ｓで検出する。

第３図すは前記２次検出器Ｓの出力信号を第３図ａの試
料と対応させて示したものであって、縦軸は２次電子検
出器Ｓの出力信号レベルを示す。

電子銃１からの電子ビームがｖｌなる電位にある電極Ｃ
８を照射したときの２次電子検出器Ｓの出力は第２図か
ら明らかなように■、であり、前記電子ビームが■２な
る電位にある電極を照射した時の２次電子検出器Ｓの出
力は第２図から明らかなようにＩ２である。

同様にして■３．■４なる電位にある電極Ｃ３，Ｃ４を
前記電子ビームが照射したときの２次電子検出器Ｓの出
力は第２図より■３．■４となる。

また前記電子ビームが試料基板ＳＵＢを照射していると
きの２次電子検出器Ｓの出力は該試料基板の２次電子放
出係数から定まり、この場合■。

なる値となる。

ところで、この観測方法は主に目視によって行われてい
る。

というのは第２図に示す試料電位と２次電子検出器の出
力信号レベルとの関係が試料の形状等の違いによって変
化するため、２次電子検出器の出力信号レベルより直ち
に試料電位を計測できないためである。

従って、この２次電子検出器の出力信号を走査式表示管
に印加してパターン（画像）を表示させてから、被測定
点の明暗の程度を周囲と比較している。

或いはより精度を高めるため、ＩＣの電源電圧及び信号
入力端子に加える電位を全てアース電位に落し、被測定
点の電位をアース電位、すなわち既知電位に設定する。

その後電源を投入し所要の入力信号を印加して被測定点
における２次電子放出数と前記既知電位における２次電
位放出数との差を求め、これから所要の被測定点電位を
計測するようにしている。

しかしながら、この方法においても精密な電位計測を行
うことは困難であり、その理由を次に述べる。

２次電子の検出信号は次のような式によって表わされる
。

Ｖｔ＝Ｖｐ＋Ｖｓ＋ＶｃただしＶｔは検出信号。

Ｖｐは被測定点の表面電位に依存する成分、Ｖｓは試料
の材質および形状に依存する成分、Ｖｃは被測定点の周
囲の表面電位分布に依存する成分である。

すなわち、２次電子の検出信号は単に被測定点の表面電
位のみで定まるものでなく、試料の材質および形状、な
らびに被測定点以外の表面電位分布によっても大きく変
化する。

従って、ＩＣの動作時において被測定点電位を計測する
には、前記Ｖｓ、Ｖｃを予め求めておき、その分を減じ
なければならない。

例えば、前記のように同一被測定点で２度言悼１１すれ
ば試料の材質・形状は変化しないからＶｓを一定の見做
して差し引くことが可能である。

しかしながら、前記手法の場合には、電源電圧が１回目
の計測時オンであって、２回目の計測時オフとなるから
被測定点の周囲、すなわち電源配線部分に電圧変動があ
る。

とりわけ、電源配線は素子パターンのいたるところに分
布している。

従って、電源のオン・オフにより被測定点周囲電位分布
が大巾に変動し検出信号が大巾に変化して単に１回目の
検出信号を差し引くことによってはその影響を無視する
ことができない。

本発明はこうした問題を解決することを目的とするもの
であり、この目的は本発明においては集積回路装置の素
子パターンを真空中に裸出せしめて該集積回路装置に常
に一定の電源電圧を印加するとともに該集積回路装置の
信号入力端子には複数回にわたりそれぞれ異なる電位を
印加し、各電位印加時前記素子パターン上に電子ビーム
を照射して該素子パターンから放出される２次電子を検
出し、異なる電位印加時における２次電子検出結果の差
によって前記集積回路の動作を検査することによって達
成されるが、以下その一実施例を図面に従って詳細に説
明する。

第４図は本発明を実施するにあたって使用し得る装置構
成の一例を示す図であり、第５図は本発明の詳細な説明
するための図である。

第４図において、Ｂは真空容器、５は試料（ＩＣチップ
）６０を載置するための試料台、Ｓは試料６０に照射さ
れる電子ビームによって放出される２次電子を捕獲し電
流信号に変換する２次電子検出器、２０は２次電子検出
器Ｓの出力を増幅する増幅器、３０は増幅された２次電
子検出出力をディジタル信号に変換するアナログ・ディ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器と呼ぶ）、３００はディジ
タル化された２次電子検出出力を処理する処理装置（コ
ンピュータと呼ぶ）、４００はコンピュータ３００によ
って処理された２次電子検出出力を画像として記録また
は表示する画像出力装置、１００は試料６０の論理信号
入力端子に種々のパターン化された論理電位を印加する
ファクション発生器、２００は試料６０に動作に必要な
所要電源電圧源である。

前記のコンピュータ３００は機能的には２つのメモリ手
段と１つの減算回路とより横取される。

すなわち、図中、３１０，３２０はこれら２つのメモリ
手段に対応した第１記憶領域と第２記憶領域であり、３
３０は減算を行い得る演算回路である。

動作を説明すると、まず第１段階として、試料６０に一
定の電源電位および論理電位を加えておいて、電子ビー
ムＥＢにより試料６０表面を走査する。

これにより、２次電子検出器Ｓを介して試料６０表面の
電位分布情報を含む信号が読取らへ増幅器２０およびＡ
／Ｄ変換器３０によりディジタル・データ列に変換され
る。

これらのディジタル・データの１つ１つが前記試料６０
表面上の１点１点における電位情報を含む信号強度を表
わすことは熱論である。

コンピュータ３００はこうした各点における電位情報を
含む信号強度を表わすディジタル・データ列を最初は第
１記憶領域３１０に順序よく記憶する。

この第１記憶領域３１０は試料６０の表面１走査によっ
て得られるディジタル・データ列を記憶できる記憶容量
を有している。

以上のようにして１回の走査が終わると、次に第２段階
としてファンクション発生器１００からの論理電位を変
化させてから、もう１度試料６０の表面を走査する。

この走査により、１回目の走査と同様にＡ／Ｄ変換から
ディジタル・データ列が次々と送出される。

しかし、コンピュータ３００はこのとき入力されるディ
ジタル・データ列を第１記憶領域３１０ではなく、第２
記憶領域３２０へ順序よく記憶する。

この第２記憶領域３２０は第１記憶領域３１０と同じ大
きさのものであって記憶順も同一となっている。

そこで、２回目の走査において第２記憶領域３２０には
第１記憶領域に１回目の走査時に記憶されるデータ列と
１：１に対応するように記憶がなされる。

そして、第３段階として、第１記憶領域３１０と第２記
憶領域とからそれぞれ１つずつ相互に対応するデータが
順次読出される。

読出された１対のデータは演算回路３３０に入力され、
これら１対のデータ間の差に変換される。

変換されたデータ列は画像出力装置において、例えば各
データが表わす値に応じた濃淡を有する点となって２次
元上に展開され元の試料６０の表面の電位像と対応する
ように復元される。

ただし、この復元される電位像は１回目の走査時の試料
表面の電位像から２回目の走査時の試料表面の電位像を
差し引いたもの、あるいはその逆となる。

このような動作を必要に応じて複数回行うことによりＩ
Ｃチップの内部の動作を的確にとらえることが可能とな
る。

このことを第５図に示している。

すなわち、第５図において、６１は１回目の走査時にお
けるＩＣチップの電位像を示しており、６２は同様に２
回目の走査時のものを、６３は３回目の走査時のものを
示している。

また、６４は１回目の走査時の電位像６１と２回目の同
様な電位像６２との差よりなる電位像であり、６５は同
様に２回目と３回目の各走査の電位像６２．６３の差の
電位像である。

これらの差の電位１１６４，６５は既述しまた図示する
ように演算回路３３０によって作成される。

電位分布は、斜線（匹り）が５Ｖ、砂地 （区ヨ）がＯ■近辺、網目（５）が−５■を夫夫示すも
のとする。

従って、例えば、電位像６１における５Ｖ以上の電位分
布が電位像６２においてＯｖに降下したとすると、この
変化は差の電位像６４においては一５Ｖの電位分布とし
て表出する。

逆に電位が上昇すると、＋５■の電位分布となる。

尚、差の電位像６４．６５で変化がないものつまりＯ■
近辺の電位分布は背影に隠れて表出しない。

このように、電位を５．０．−５の３値に類別して表示
するためには、例えば２．５Ｖ、−２，５Ｖ等のように
５■とＯｖとの間に第１の閾値、Ｏｖと一５ｖとの間に
第２の閾値を設定し、第１の閾値より高いものを＋５■
とし、第１の閾値と第２の閾値との中間のものをＯｖと
し、第２の閾値より低いものを一５■とすればよい。

さて、このように本発明においては、検査されるＩＣに
定常的に電源電圧を供給している。

従ってＩＣチップ上領域の比較的多くを占め、またほと
んどいたるところに入りくんでいる電源配線における電
位は変化しない。

一方、論理信号入力端子に印加する電位を変化させたと
きに、電位変化を生ずる部分はＩＣチップの比較的少な
い領域である。

つまり、２次電子放出数に影響を与える因子のうち、被
測定点周囲の電位分布の変化が小さい。

熱論、本発明では同一被測定点における電位変化をみる
ようにしているから、試料の形状・材質による２次電子
放出数の変化もない。

よって、１回目の走査と２回目の走査とで２次電子放出
数が変化したとすれば、その殆んどは被測点の電位変化
のみに依存すると考えることができる。

この結果、本発明においては、ＩＣ等の動作を従来にな
く正確に検査することが可能となるのである。

以上、本発明によればＩＣ等の動作を局所的に検査する
ことが可能となるから、ＩＣの設計開発等に大きな助力
となることができ、その効果は頗る犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来の観測方法を説明するための
図、第４図は本発明を実施する場合に使用される装置構
成図、第５図は本発明の詳細な説明するための図である
。 １００・・・・・・ファンクション発生器、２００・・
・・・・直流電圧源、３００・・・・・・処理装置、４
００・・・・・・画像出力装置、３３０・・・・・・演
算回路、６０・・・・・・試料、Ｂ・・・・・・真空容
器、Ｓ・・・・・・２次電子検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 集積回路の素子パターンを真空中に裸出せしめて該
   集積回路装置の信号入力端子に複数回にわたりそれぞれ
   異なる電位を印加すると共に該集積回路装置の電源端子
   に一定の電源電圧を供給し、信号入力端子への異なる電
   位印加時毎に前記素子パターン上に電子ビームを照射し
   て該素子パターンから放出される２次電子を検出し、該
   異なる電位印加時における２次電子検出結果の差によっ
   て前記集積回路の動作を検査することを特徴とする集積
   回路装置の試験方法。