JPS5976439A - Diagnostic method of semiconductor device - Google Patents

Diagnostic method of semiconductor device

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JPS5976439A
JPS5976439A JP57185537A JP18553782A JPS5976439A JP S5976439 A JPS5976439 A JP S5976439A JP 57185537 A JP57185537 A JP 57185537A JP 18553782 A JP18553782 A JP 18553782A JP S5976439 A JPS5976439 A JP S5976439A
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semiconductor device
electron beam
region
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後藤 善朗
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昭夫 伊藤
Yasuo Furukawa
古川 泰男
Yushi Inagaki
雄史 稲垣
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Abstract

PURPOSE:To facilitate fault analysis of LSI by appliying in common a test voltage pattern to a normal apparatus and sample, executing scanning by electron beam under a voltage pattern where outputs do not match, and indicating a fault by comparing voltage images through detection of secondary electron in unit of region. CONSTITUTION:Semiconductor devices 10, 11 are irradiated with electron beam by controlling 17 it, the secondary electron is detected 14 through an energy analyzer 13, and an output is supplied to a controller 17 after A/D conversion and additional average processing 22. A test data of apparatuses 10, 11 is read 17 from an auxiliary apparatus 24 and the same data is applied independently through a driver 25. Outputs are independently read and are compared 31 with RAM24 and the result is returned to the controller 17. The X-Y board 8 is driven 26 by a control pulse 17. Matching and unmatching for all regions of apparatus 10, 11 are indicated 27, 28, unmatching region is designated with the cursor consoles 29, 30 and voltage picture of such region is indicated 27, 28 in order to analyze a fault. According to this structure, voltage measurement of wiring of LSI can be performed in unit of fault region for diagnosis of LSI.

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 本発明は半導体4i (Jの診断方式に関するものであ
り、特に、電子ビームを使用した不良解析に関するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field of the Invention The present invention relates to a method for diagnosing a semiconductor 4i (J), and in particular to failure analysis using an electron beam.

(2)技術の背景 近年、半導体装置における集積回路の集積度は飛躍的に
高まりそのパターンも非常に微細になっている。この結
果、集積回路の診断(集積回路の動作が正常かどうかを
試験し、不良である場合にはその原因が集積回路内部の
どこにあるかを明らかにすること)は製品開発の上で棲
めて重要であるが、非常に困難に外っている。
(2) Technical background In recent years, the degree of integration of integrated circuits in semiconductor devices has increased dramatically, and their patterns have become extremely fine. As a result, integrated circuit diagnosis (testing to see if the integrated circuit is working properly, and if it is defective, identifying where the cause is inside the integrated circuit) is a part of product development. It's important, but it's very difficult to get out of the way.

(3)従来技術と問題点 上記診断を行う従来周知の集積回路試験装置では集積回
路に種々の入力信号を与えその結果表われる出力信号が
正常かどうかによって集積回路の良・不良を試験してい
る。不良の場合には、さらに異常な出力信号の内容を分
析し集積回路内部のどこが不良の原因であるかを推定し
ている。この推定で不十分な場合には集積回路のパッケ
ージの上板を除去し集積回路のチップを露出して微小先
端の金属針をチップの所要点に接触させてその′電圧を
測定することによυ不良原因の特定を行っている。しか
しこの機械的な触針には集積回路を破壊する恐れがあり
、又、空間的な分解も不十分で炉頂で時間がかかるとい
った問題があり、大規模が集結回路には適用できない。
(3) Prior Art and Problems Conventionally known integrated circuit testing equipment that performs the above-mentioned diagnosis tests whether an integrated circuit is good or bad by applying various input signals to the integrated circuit and determining whether the resulting output signal is normal or not. There is. In the case of a defect, the content of the abnormal output signal is further analyzed to estimate where within the integrated circuit the cause of the defect is. If this estimation is insufficient, remove the top plate of the integrated circuit package to expose the integrated circuit chip, touch a metal needle with a minute tip to a specific point on the chip, and measure the voltage. υThe cause of the failure is being identified. However, this mechanical stylus has problems in that it may destroy the integrated circuit, and is not sufficiently spatially resolved and takes time at the top of the furnace, so it cannot be applied to large-scale integrated circuits.

そこでこれに代わる集積回路内部の診断法として電子ビ
ームグローブを用いる方法が、近年、盛ム・ブロービン
グ」9日経エレクトロニクス、1982年3月15日号
、  PP172−201に記述されている。
Therefore, a method using an electron beam glove as an alternative method for diagnosing the inside of an integrated circuit has recently been described in "Seimu Bloving", 9 Nikkei Electronics, March 15, 1982 issue, PP 172-201.

この方法は、動作中の集積回路に電子ビームを照射し走
時発生する2次電子が表面の電圧の情報を含んでいるこ
とを利用するものである。即ち、この2次電子を2次遊
子検出器で検出して得られる2次電子信号には、高い電
圧の所から発生した2次電子の信号は小さく、低い電圧
の所から発生した2次電子の信号は太きいという性質が
ある。
This method utilizes the fact that secondary electrons generated when an operating integrated circuit is irradiated with an electron beam contain information about the surface voltage. That is, in the secondary electron signal obtained by detecting these secondary electrons with a secondary playback detector, the signal of secondary electrons generated from a high voltage area is small, and the signal of secondary electrons generated from a low voltage area is small. The signal has a characteristic of being thick.

従って、走査型電子顕微鏡(SEM)のように、細く絞
った′電子ビームで動作中の集積回路を2次元に走査し
て得られる2次電子信号を陰極管表示装置(CRT)の
Z軸(輝度変調軸)に入力し、電子ビームの走査信号を
x、Y軸に入力すれば、該表示装置(CRT)土に電圧
の高い所は暗く、電圧の低い所は明かるく表示された集
積回路の像が得られる。これは走査型電子顕微鏡(SE
M)の電圧コントラスト像としてよく知られている。
Therefore, like a scanning electron microscope (SEM), a secondary electron signal obtained by scanning an operating integrated circuit two-dimensionally with a finely focused electron beam is transmitted to the Z-axis ( By inputting electron beam scanning signals to the x and y axes (brightness modulation axis), the display device (CRT) displays an integrated circuit display where high voltage areas are dark and low voltage areas are bright. An image of is obtained. This is a scanning electron microscope (SE
It is well known as the voltage contrast image of M).

この方法を用いれば集積回路のチップ表面の軍。Using this method, the surface of the integrated circuit chip can be removed.

圧状態を一目瞭然に把握することができるから、集積回
路の診断に有力な武器となる。
Since the pressure status can be clearly understood at a glance, it is a powerful weapon for diagnosing integrated circuits.

しかしなが呟近年の半導体装置の大面積化、微 パターンサイズの伝細化に伴い、不良デバイスにおける
設計、プロセス等の不良原固の発見、検出はこの電子ビ
ーム走査による電圧コントラスト像の観測手段のみでは
困難である。即ち、チップのサイズが10数10.パタ
ーンサイズが2μmといったものを対象にして、走査型
電子顕微鏡でチップ全面の写真を取った場合、数100
枚の電圧コントラスト像(電圧線)写真が必要となり、
又この写真の解析を行τまためには熟練を要した半導体
装置の設計者でなくては解読不能であるという欠点があ
る。
However, as the area of semiconductor devices has become larger and the fine pattern size has become smaller in recent years, the discovery and detection of defects in the design, process, etc. of defective devices has become possible using this method of observing voltage contrast images using electron beam scanning. It is difficult to do so alone. That is, the size of the chip is 10. If you take a picture of the entire surface of a chip with a scanning electron microscope for a pattern size of 2 μm, there will be hundreds of photographs.
Two voltage contrast images (voltage line) photographs are required.
Another drawback is that this photograph cannot be deciphered by anyone but a skilled semiconductor device designer in order to analyze it.

又、電圧像観測では暗いコントラストの配線は゛間圧が
高く、明るいコントラストの配線は電圧が低いといった
定性的な判断は可能であるが、定量的に何ボルトの電圧
がAt配線上に印加されているかを知ることは不可能で
ある。
In addition, although it is possible to qualitatively judge from voltage image observation that wiring with dark contrast has high intervoltage and wiring with bright contrast has low voltage, quantitatively it is not possible to determine how many volts are applied to the At wiring. It is impossible to know if there are any.

かかる点に錯みて、本発明者等は、特願昭56−168
841号「集積回路の不良解析装置」昭5610、23
出願を提案した。これは、正常半導体装置と被診断半導
体装置の対応領域を電子ビーム走査し、電圧コントラス
ト像を逐次記憶装置に取り込み、その格納データを表示
1’−Wt Ic表示して比軸するというものであるが
、正常半導体装置と被診断半導体装置の対応領域の位箭
合わせ並びに表示俊の比較を目ネ卵で行うため、炉頂で
時間がかがるという欠点を完全には克服するに致ってい
ない。
In view of this, the inventors of the present invention have filed the patent application
No. 841 "Failure analysis device for integrated circuits" 1985, 23
I proposed an application. This involves scanning the corresponding areas of a normal semiconductor device and a semiconductor device to be diagnosed with an electron beam, sequentially importing voltage contrast images into a storage device, and displaying the stored data as 1'-Wt Ic and calculating the ratio. However, since the positioning of the corresponding areas of the normal semiconductor device and the semiconductor device to be diagnosed and the comparison of display speed are done using a visual aid, the drawback of time-consuming process at the top of the furnace has not been completely overcome. do not have.

又、電圧の’=−を的測定に関しては上記と同様不可能
である。
Also, as mentioned above, it is impossible to accurately measure the voltage '=-.

(4)発明の目的 本発明の目、的は、前記欠点を解決し、大規模半導体装
置の不良解析を容易にすることにある。
(4) Object of the Invention An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and facilitate failure analysis of large-scale semiconductor devices.

(5)発明の構成 本発明は上記目的を達成するため、正常半導体装置と被
診断半導体装置に対し、試験電圧パターンを共通に印加
し、両生導体装置の出力状態の比較により不一致を検出
すると、不一致の検出された試験電圧パターンを両生導
体装置に印加した状態で電子ビームによる各半導体装置
の走査を行い、該走査で得られた2次電子の検出による
電圧像を得、複数に分割された各半導体装置の領域眼位
で両生導体装置の電圧像を比較することにより、半導体
装置の領域単位の異常状態を表示し、該異常状幀の発生
した領域単位で、配線の電圧測定を可能としたことを特
徴とする半導体装置の診断方式(6)発明の実施例 ここで、先ず本発明の実施例の概要を説明すると、電子
銃、電子レンズ、電子偏向器並びに2次電子検出器を備
えた電子ビーム装置を使用し、真空室中に設置された正
常半導体装置と被診断半導体装置に対して真空室外よシ
共通に試験データを供給する手段、該試験データに対す
る両生導体装置出力を独立に検出する手段並びに検出さ
れた出力結果を比較照合する手段を設け、両生導体出力
結果の不一致を検出して、不良半清体内部の解析をff
+(子ビームを用いて行う。解析の第1段階では、正常
・被診断半導体装置のチップをたとえば500μm口で
逐次電子ビームによる二次元走査を行ないその時の二次
電子信号を検出し、AD変換器、!1III御装詮を経
由して補助記憶装置に上記領域サイズの電圧像を逐次格
納、蓄積する手段をそなえ、Xの −Yステーイ勾動を行いながら正常半導体装置並びに被
診断半・・Y体装置チップ全面の電圧像を取得する。そ
の取得後、両生導体装置チyプの対応領域の電圧像デー
タの自動比較を実施する手段であるパターン・コンパレ
ータに両電圧データを送り、パターンのマツチング度デ
ータを求め、対応領域の電圧像の一致、不一致を判定し
、被診断半導体装置チップの電圧像不一致領域マツプを
取得し、表示装置に表示する。
(5) Structure of the Invention In order to achieve the above object, the present invention applies a common test voltage pattern to a normal semiconductor device and a semiconductor device to be diagnosed, and detects a mismatch by comparing the output states of the bidirectional conductor devices. Each semiconductor device is scanned by an electron beam while the test voltage pattern in which the discrepancy was detected is applied to the amphibonic conductor device, and a voltage image is obtained by detecting secondary electrons obtained in the scan, which is divided into multiple parts. By comparing the voltage images of the bidirectional conductor device at the regional position of each semiconductor device, it is possible to display the abnormal state of the semiconductor device in each region, and to measure the wiring voltage in each region where the abnormal state has occurred. (6) Embodiments of the Invention First, an outline of an embodiment of the present invention will be explained. A means for supplying test data to a normal semiconductor device installed in a vacuum chamber and a semiconductor device to be diagnosed using an electron beam device commonly installed outside the vacuum chamber, and outputs of the amphibatic conductor device for the test data independently. A means for detecting and a means for comparing and collating the detected output results are provided to detect discrepancies in the output results of the amphibian conductor, and to analyze the inside of the defective half body.
+ (Performed using a child beam. In the first stage of analysis, the chip of the normal/diagnosed semiconductor device is sequentially scanned two-dimensionally by an electron beam with an aperture of, for example, 500 μm, the secondary electron signal at that time is detected, and AD conversion is performed. The device is equipped with means for sequentially storing and accumulating the voltage images of the above area size in the auxiliary storage device via the !1III control device, and while performing the X-Y stay gradient, the normal semiconductor device and the half to be diagnosed are... A voltage image of the entire surface of the Y-body device chip is acquired.After that acquisition, both voltage data are sent to a pattern comparator, which is a means for automatically comparing the voltage image data of the corresponding area of the amphibonic conductor device chip. Matching degree data is obtained, it is determined whether the voltage images of the corresponding areas match or do not match, and a voltage image mismatch area map of the semiconductor device chip to be diagnosed is obtained and displayed on the display device.

このマツプにより、被診断半導体装置の不良原因の箇所
を限定することができる。
Using this map, it is possible to limit the location of the cause of the defect in the semiconductor device to be diagnosed.

次に該マツプより不良原因の存在する可能性のある領域
を1推定して、対応不良半導体領域のステージ・アドレ
スを求め、ステージ移動により電子ビーム走査領域に該
領域を移動する。
Next, the area where the cause of the defect may exist is estimated from the map, the stage address of the corresponding defective semiconductor area is determined, and the area is moved to the electron beam scanning area by moving the stage.

移動終了後、電子ビームを上記領域上でデジタル偏向に
より二次元走査し、その時の二次電子信号をAD変換し
、表示装置に書き込む。この表示装置上で、表示装置に
付属したカーソル・コンソールを動作させ、電圧の測定
を行いたいkt配線パターンにカーソルを重ね、その座
標を制御装置に送る。この座標は、電子ビームのデジタ
ル偏向座標位置に1対1に対応させておムこの座標デー
タを偏向制御装置に力えて、成子ビームを該At配線上
に位置決めさせ、エネルギー分析器の分析ti圧を逐次
変化させながら、分析電圧設定毎にビーム・ブランカを
解除して電子ビームを該At配線に一定時間照射して、
そこから発生する二次電子信号を加算・平均回路を含む
信号処理回路で処理を行い、制御装置によみとる。この
分析器電圧と二次電子信号の関係を分析カーブと称する
。この分析カーブの分析器電圧軸方向におけるシフト量
から該At配線電圧を求める。
After the movement is completed, the electron beam is two-dimensionally scanned over the area by digital deflection, and the secondary electron signal at that time is AD converted and written on the display device. On this display device, operate the cursor console attached to the display device, place the cursor on the kt wiring pattern whose voltage is to be measured, and send the coordinates to the control device. These coordinates are in one-to-one correspondence with the digital deflection coordinate position of the electron beam. This coordinate data is input to the deflection control device to position the adult beam on the At wiring, and the energy analyzer analyzes the Ti pressure. While successively changing the voltage, the beam blanker is released for each analysis voltage setting, and the electron beam is irradiated to the At wiring for a certain period of time.
The secondary electronic signals generated therefrom are processed by a signal processing circuit including an addition/average circuit, and then read by a control device. The relationship between this analyzer voltage and the secondary electron signal is called an analysis curve. The At wiring voltage is determined from the amount of shift of this analysis curve in the analyzer voltage axis direction.

以下、図面に従って本発明を更に詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の1実施例であるシステム構成図を示
す。電子ビーム1を発生する電子銃2゜発生した電子ビ
ーム1をチョップするビームブランカ3.電子ビーム1
の集束、偏向を行う集束レンズ4.対物レンズ5並びに
X−Y偏向コイル6よシミ子光学系は構成されている。
FIG. 1 shows a system configuration diagram that is one embodiment of the present invention. 2. An electron gun that generates an electron beam 1. A beam blanker that chops the generated electron beam 1. 3. electron beam 1
A focusing lens for focusing and deflecting 4. The objective lens 5 and the X-Y deflection coil 6 constitute a simulator optical system.

又、真空に保たれた試料室7には、X−Yステージ8.
x−yステージ8上に設けられたプリント板9に解析を
行う被検半導体装置10.11が実装されている。これ
らX−Yステージ8.プリント板9.半導体装置10.
11を覆う金属製の箱12が設けられている。この金属
調の箱12はX−Yステージ8の位置による試料室7内
部の電界変動が、エネルギー分析器13.二次電子検出
器14の空間に及ばないようにするだめのシールドボッ
クスである。シールドボックス12と、対物絞シ15の
間にたとえば100メツシユの金属メツシネで構成され
た3枚構成のエネルギー分析器13が設けられており、
電子ビーム1の通過が可能な様に、各金属メツシュの中
心並びにシールドボックスにに91程度の円孔が設けら
れている。シールドボックス12とエネルギー分析器1
3は試料室7の外部からX−Yステージ16により移動
させることができる。
In addition, in the sample chamber 7 kept in vacuum, there is an X-Y stage 8.
A semiconductor device under test 10.11 to be analyzed is mounted on a printed board 9 provided on an xy stage 8. These X-Y stages8. Printed board9. Semiconductor device 10.
A metal box 12 that covers 11 is provided. This metal-like box 12 is connected to the energy analyzer 13. This is a shield box to prevent it from reaching the space of the secondary electron detector 14. Between the shield box 12 and the objective diaphragm 15, there is provided an energy analyzer 13 composed of three pieces of metal mesh, for example, 100 meshes.
Approximately 91 circular holes are provided in the center of each metal mesh and in the shield box so that the electron beam 1 can pass through. Shield box 12 and energy analyzer 1
3 can be moved by an X-Y stage 16 from outside the sample chamber 7.

電子ビーム1のオン・オフは電子計算機より成る制御装
置17によシ、ビーム拳ブランキングコントローラ18
により行なわれる。又電子ビーム1のx −y偏向、X
−y偏向の回転補正は制御装[17並びに偏向制御装置
19により行われる。
The electron beam 1 is turned on and off by a control device 17 consisting of an electronic computer, and a beam fist blanking controller 18.
This is done by Also, the x-y deflection of the electron beam 1,
- Rotational correction of the y deflection is performed by the control device [17 and the deflection control device 19.

半導体装置10又は11に電子ビーム1を照射すること
により発生する。0〜数10eVの二次電子20をエネ
ルギー分析器13を通して2次電子検出器14で検出す
る。この検出2次電子信号を信号処理回路22でAD変
換処理並びに加算平均処理を行って制御装置17に取如
込む。
It is generated by irradiating the semiconductor device 10 or 11 with the electron beam 1. Secondary electrons 20 of 0 to several tens of eV are detected by a secondary electron detector 14 through an energy analyzer 13 . The detected secondary electron signal is subjected to AD conversion processing and averaging processing in the signal processing circuit 22, and is then input to the control device 17.

エネルギー分析器13は3枚構成の電界阻止型であり、
第1グリツド131は引き出しグリッドで1〜2KVの
電圧を、第2グリツド132はバッファグリッドで60
〜120■の直流電圧が印加されている。第3グリツド
133は半導体装置1o又は11から発生する0〜数1
0eVのエネルギーを有する二次電子20のエネルギー
を検出するために制御されるグリッドであり、このグリ
ッド133には一10〜10vの電圧が真空室外に設け
られた電圧コントローラ23によって供給されている。
The energy analyzer 13 is a three-layer electric field blocking type,
The first grid 131 is an extraction grid with a voltage of 1-2 KV, and the second grid 132 is a buffer grid with a voltage of 60 KV.
A DC voltage of ~120 μm is applied. The third grid 133 is 0 to number 1 generated from the semiconductor device 1o or 11.
This grid is controlled to detect the energy of secondary electrons 20 having an energy of 0 eV, and a voltage of -10 to 10 V is supplied to this grid 133 by a voltage controller 23 provided outside the vacuum chamber.

電圧コントローラ23の出力指定は制御装置17によっ
てなされる。
The output designation of the voltage controller 23 is made by the control device 17.

被検半導体装置10.11の駆動並びに該半導体装置内
部読み出しは、プリント板9のコネクタ91゜真空室壁
面に設けられだハーメチックシール端子92を通して複
数の信号線により行なわれる。
The driving of the semiconductor device 10.11 to be tested and the internal reading of the semiconductor device are performed by a plurality of signal lines through a connector 91 of the printed circuit board 9 and a hermetically sealed terminal 92 provided on the wall of the vacuum chamber.

駆動のだめの信号はあらかじめ集積回路装置の段組時に
作成された試験データが制御装置17の補助記憶装置2
4に格納されておシ、そのデータを制御装置17で読み
取シ、ドライバ25に転送することにより行なわれる。
The drive signal is stored in the auxiliary storage device 2 of the control device 17 using test data created in advance when stacking the integrated circuit device.
This is done by reading the data stored in the controller 4 and transmitting it to the driver 25.

ドライバ25からは、半導体装置10.11に対して独
立に同一め試験データが印加されるようになっている○ 又半導体装置10.11の出力信号はドライバ25に独
立に読み出されるようになっておシ、半導体10.11
の出力信号の互相比較がなされ、一致。
From the driver 25, the same test data is applied independently to the semiconductor devices 10.11. Also, the output signals of the semiconductor devices 10.11 are read out independently to the driver 25. Oshi, Semiconductor 10.11
The output signals of are compared with each other and match.

制御装置17から送出される制御信号をステージ・ドラ
イバ26で制御してステッピングモータによりステップ
状に移動する。このステージ・ドライバ26にはY軸並
びにY軸について、カウンタが設けられておシ、ドライ
バ26に制御装置17より送られた制御パルスを計数し
、常にステージの現在位置を保持する機能を有している
。そこで制御装置17はそのカウンタ値を読み出すこと
で、x −−yステージ8の現在位置を知るととができ
る。
The stage driver 26 controls the control signal sent from the control device 17, and the stepper motor moves the stage in a stepwise manner. This stage driver 26 is provided with a counter for the Y-axis and the Y-axis, and has the function of counting the control pulses sent to the driver 26 from the control device 17 and always maintaining the current position of the stage. ing. Therefore, the control device 17 can know the current position of the x--y stage 8 by reading the counter value.

表示装置27.28は2−6×25684ビツトのビデ
オラムを備え空間分解能が256X256ドツト、輝度
16レベルの陰極管表示装置であり、制御装置17から
該ビデオラムに書き込捷れた内容で画像表示が行なわれ
る。表示装置27.28には表示画像に重ねてカーソル
表示が行えるようコンソール29.30が接続されてお
り、カーソル移動はコンソール29又は30に設けられ
たX−Yカーソル移動機構をアニーアル操作することに
より行なわれる。又そのカーソルの位置座標は常に制御
装@17で読、み出すことができる。
The display devices 27 and 28 are cathode tube display devices equipped with a 2-6 x 25684 bit video ram and have a spatial resolution of 256 x 256 dots and a brightness of 16 levels. Display is performed. Consoles 29 and 30 are connected to the display devices 27 and 28 so that a cursor can be displayed superimposed on the displayed image, and the cursor can be moved by annealing an X-Y cursor movement mechanism provided on the console 29 or 30. It is done. Further, the position coordinates of the cursor can always be read and retrieved by the control unit @17.

パターンコンパレータ31は、内部に256×256ビ
ツト容量のランダムアクセスメモリを2面そなえ、制@
装置17から、パターン比較を実施したい二値化画像デ
ータを該メモリに各々転送し、比較開始命令を与えると
、両面像間の比較を行いその結果を制御装置17に返し
てくる。
The pattern comparator 31 has two internal random access memories with a capacity of 256 x 256 bits, and
Binary image data to be subjected to pattern comparison is transferred from the device 17 to the memory, and when a comparison start command is given, the double-sided images are compared and the results are returned to the control device 17.

ことで、第2図に半導体装置10.11の駆動。Accordingly, FIG. 2 shows the driving of the semiconductor devices 10 and 11.

出力信号の比較を行うだめの本実施例におけるドライバ
25の詳細構成図を示す。補助記憶装置24に格納され
た試験データを制御装置17に逐次読み取り、その試験
データを半導体装置10のドライバ32と半導体装置1
1のドライバ33に共通に転送する。
A detailed configuration diagram of the driver 25 in this embodiment for comparing output signals is shown. The test data stored in the auxiliary storage device 24 is sequentially read by the control device 17, and the test data is transmitted to the driver 32 of the semiconductor device 10 and the semiconductor device 1.
1 driver 33 in common.

この試験データは半導体装置のピンに対して、リード、
ライトピンの区別情報をもちライトビンに対してそのデ
ータがuQ“、−\1″に応じた電圧を印加する。
This test data is based on the pins of the semiconductor device, the leads,
A voltage corresponding to the data uQ", -\1" is applied to the light bin having the discrimination information of the light pin.

半導体装置10.11のリード・ライトビンに表われだ
電圧情報は、比較器34に入力されわ、全ピンに対して
その電圧が二値化され対応ピン毎にコンパレータで一致
、不一致が判定される。半導体装置10.11の対応ピ
ン電圧の比較が全て一致した場合、試験データを取り替
えて上記処理を繰返し続行する。一方、−ピンでも相違
が生じた場合、比較器34よシ、不一致信号35が制御
装置17にあげられる。
The voltage information appearing on the read/write bin of the semiconductor device 10.11 is input to the comparator 34, and the voltage is binarized for all pins, and the comparator determines whether it matches or does not match for each corresponding pin. . If all the corresponding pin voltages of the semiconductor devices 10 and 11 match, the test data is replaced and the above process is repeated. On the other hand, if a difference also occurs at the - pin, the comparator 34 sends a mismatch signal 35 to the control device 17.

この不一致信号35を検出すると、制御装置17は、そ
の不一致状態の生じたときの成圧印加状聾を保持した1
\次のステップである電子ビームによる半導体装置内部
の解析を開始する。
Upon detecting this discrepancy signal 35, the control device 17 controls the controller 17 that maintains the pressure application state when the discrepancy state occurred.
\The next step is to start analyzing the inside of the semiconductor device using an electron beam.

そこで、次に、この半導体装置内部の解析に関し説明す
る。
Next, analysis of the inside of this semiconductor device will be explained.

本発明では電子ビームによる半導体装置の解析手段とし
て、正常半導体装置と被診断半導体装置の電圧直;比較
による不一致領域マツプの作成と不一致領域における玉
子ビームによる電圧測定手段を有している。
In the present invention, as means for analyzing a semiconductor device using an electron beam, there is provided a means for creating a map of a mismatch area by comparing the voltages of a normal semiconductor device and a semiconductor device to be diagnosed, and a means for measuring voltage in the mismatch area using an egg beam.

まず電圧像比較による不一致領域マツプの作成について
説明する。第3図は半導体装置10.11の各チップ3
6.37を示しており、それらがプリント板9上に配置
されている。
First, the creation of a mismatch area map by voltage image comparison will be explained. Figure 3 shows each chip 3 of the semiconductor device 10.11.
6.37, which are arranged on a printed board 9.

半導体装置のチップは通指そのソケットとの位置関係は
厳密に規定されていないだめ、プリント板9に対する位
置関係も図に示すチップ36.37の様に必ずしも平行
ではないし左右の位置ずれをもつ。半導体装置1o、1
1のチップ36.37の電圧像を対応領域毎に比較する
ためには、電子ビームの二次元走査の方向をチップの回
転方向にあわせて、回転させてやる必要がある。又チッ
プ内の電圧像を取得する領域を電子ビームの走査位置に
移動する際にもチップの回転、上下左右のずれを考慮し
たステージ移ωI制御が必要である。
Since the positional relationship between the chips of the semiconductor device and the socket is not strictly defined, the positional relationship with respect to the printed board 9 is not necessarily parallel to the chips 36 and 37 shown in the figure, and there is a left-right misalignment. Semiconductor device 1o, 1
In order to compare the voltage images of the chips 36 and 37 in each corresponding region, it is necessary to rotate the two-dimensional scanning direction of the electron beam in accordance with the rotation direction of the chip. Furthermore, when moving the region within the chip where the voltage image is to be obtained to the scanning position of the electron beam, stage movement ωI control is required that takes into consideration the rotation of the chip and the vertical and horizontal deviations.

なおこの領域のサイズは、電子ビームで走査して半導体
装置の内部At配線が表示装置で十分に観測できる必要
がありX本実線側では5ooμm口としている。
Note that the size of this region is set to 50 μm on the X solid line side because it is necessary that the internal At wiring of the semiconductor device can be sufficiently observed on the display device by scanning with an electron beam.

正常半導体装置1oと被診断半導体装置11のチップ内
′m圧像比較について述べると、各チップ36.37を
500μm口の領域(361,362,・・・、371
゜372、・・・)で分割し、−回の電子ビーム走査領
域とする。電子ビームの走査はこの領域に対して第3図
の3611に示されるように平行に二次元走査される。
Regarding the comparison of the intra-chip pressure images of the normal semiconductor device 1o and the semiconductor device to be diagnosed 11, each chip 36.
372, . . .) to provide - times of electron beam scanning regions. The electron beam scans this area two-dimensionally in parallel as shown at 3611 in FIG.

この走査点から発生する2次電子信号は、第1図におけ
る信号処理回路22を通し制御装置17にダイレクト・
メモリ・アクセス方式で読み取られ、補助記憶装置24
に書き込まれる。一つの領域の電圧像が補助記憶装置2
4に取り込まれると、電子ビームの照射領域が該半導体
装置(例えば1o)のチップ内の隣シの領域(361か
ら362)にくるようにステージ移動する。この操作を
繰返してチップ内全領域の’fli’圧像を補助記憶装
置24に格納する。
The secondary electron signal generated from this scanning point is directly sent to the control device 17 through the signal processing circuit 22 in FIG.
The auxiliary storage device 24 is read using the memory access method.
will be written to. The voltage image of one region is stored in the auxiliary storage device 2.
4, the stage is moved so that the irradiation region of the electron beam comes to an adjacent region (361 to 362) in the chip of the semiconductor device (for example, 1o). This operation is repeated to store the 'fli' pressure image of the entire area within the chip in the auxiliary storage device 24.

次に他方の半導体装置(例えば11)チップに対し同様
の処理を行う。補助記憶装置24に格納された第3図の
半導体装置チップ36.37の各領域361、362.
・・・、371,372.・・・の電圧像データが、電
圧凶比軸のデータとなる。従ってチップ36と37の各
対応領域に対する玉子ビームの走査一致精度が少くとも
X−Yステージ8の送り精度程度に得られている必要が
ある。この精度を得るために、との訪゛析に入る前にあ
らかじめ、チップと電子ビーム走査方向の一致を取る必
要がある。又第3図におけるチップ36並びにチップ3
7の各左」−隅の領域のステージアドレスを各々得てお
く必要がある。
Next, similar processing is performed on the other semiconductor device (for example, 11) chip. Each area 361, 362 . . . of the semiconductor device chip 36 , 37 in FIG.
..., 371,372. The voltage image data of ... becomes the data of the voltage ratio axis. Therefore, it is necessary that the scanning matching accuracy of the egg beam for each corresponding area of the chips 36 and 37 is at least as high as the feeding accuracy of the XY stage 8. In order to obtain this accuracy, it is necessary to match the scanning direction of the chip and the electron beam before starting the analysis. Also, chip 36 and chip 3 in FIG.
It is necessary to obtain the stage address of each left corner area of 7.

そこで、以下この抽圧手法について述べる。Therefore, this pressure extraction method will be described below.

第1図におけるプリント板9に対する半導体装fi? 
10.1 ]の配TItは概知であり又x −yステー
シル 8の座柳原点に対する半導体装置10.11も採知であ
るから、第3図における半導体装置のチップ36.37
も概略旭知である。従って通常半導体装置に設けられて
いる重ね合せ露光用のマーク(At薄膜による例えば十
字形の)くターン)の位置をステージ座標系でおよそ指
定することができる。
Semiconductor device fi? for printed board 9 in FIG.
10.1 ] is generally known, and since the semiconductor device 10.11 with respect to the Zayanagi origin of the x-y stay 8 is also taken, the semiconductor device chips 36 and 37 in FIG.
It is also roughly known as Asahi. Therefore, the position of the overlay exposure mark (for example, a cross-shaped cross-shaped turn made of an At thin film) normally provided on a semiconductor device can be approximately specified in the stage coordinate system.

これらのマークの概略ステージ座標を第1図に示す制御
装置17に入力し、x−yステージ8を移動させ電子ビ
ームの走査領域にもってくる。そして、ビームブランカ
3を解除し、偏向制御装置19を働かせて500μm口
の領域を256X256の分解能で2次元デジタル走査
する。二次元走査により、試料面より二次電子20が発
生し、エネルギー分析器13を通して、二次電子検出器
14により検出される。この検出2次電子信号は上記デ
ジタル走査に際して同期して発生されるAD変換サンプ
リング信号でサンプリングされ、制御装置17の図示せ
ざる記憶装置にダイレクト・メモリ・アクセス方式で転
送される。電子ビームの二次元走査の完了(上記領域の
走査が完了)でビーム・ブランカ3がビーム−ブランカ
・コントローラ18により働かされ電子ビーム1を再び
オフにする。
The approximate stage coordinates of these marks are input to the control device 17 shown in FIG. 1, and the x-y stage 8 is moved to the scanning area of the electron beam. Then, the beam blanker 3 is released and the deflection control device 19 is activated to perform two-dimensional digital scanning of the 500 μm aperture area with a resolution of 256×256. Due to the two-dimensional scanning, secondary electrons 20 are generated from the sample surface, passed through the energy analyzer 13, and detected by the secondary electron detector 14. This detected secondary electron signal is sampled by an AD conversion sampling signal generated in synchronization with the digital scanning, and is transferred to a storage device (not shown) of the control device 17 using a direct memory access method. Upon completion of the two-dimensional scanning of the electron beam (scanning of the area is completed), the beam blanker 3 is activated by the beam-blanker controller 18 to turn off the electron beam 1 again.

制御装置17に取り込まれたマーク画像データを表示装
置27又は28に表示し、その表示画面上でマーク中心
位置並びにマーク直線部分の2点全カーソル移動用コン
ソール29又は30で指定し、その指定座標を制御装置
17に読み込捷す。
The mark image data taken in by the control device 17 is displayed on the display device 27 or 28, and on the display screen, the mark center position and two points on the straight line part of the mark are specified using the full cursor movement console 29 or 30, and the specified coordinates are displayed. is read into the control device 17.

これにより制御装置17では、第3図に示す半導体装置
のチップ36あるいは37の電子ビーム走査に対する回
転角度及び、マーク位置の誤差を求める。その結果チッ
プ36に対する回転角をθ。。
As a result, the control device 17 determines the rotation angle of the chip 36 or 37 of the semiconductor device shown in FIG. 3 with respect to electron beam scanning and the error in the mark position. As a result, the rotation angle with respect to the chip 36 is θ. .

そのマーク位置誤差を△XO+△Yo、同様にチップ3
7に対する回転角をθ7.そのマーク位置誤差を△X1
.△Y、とすると、それを制御装置17の記憶装置に格
納干る。かかる情報を使用してチップ36並びに37に
おける電子ビームの二次元走査を行う回転補正手段であ
る偏向制御装置19の詳細を第4図(C示す。制御装置
17からは前記チップ回転角度θ0あるいはθ、に対し
て各々Sinθ。+CosθeあるいはSinθ++C
osθ、に対応したデジタルデータが信号ft1A39
並びに38に対して出力される。このデジタルデータは
マルチプライングDAコンバータ40.41.42.4
3に印加される。一方、偏向制御装置19内部に設けら
れたデジタルスキ号XIYに変換し 信号線47.48
を介して前記DAコンバータ40〜43に与える。
The mark position error is △XO + △Yo, and similarly chip 3
The rotation angle with respect to 7 is θ7. The mark position error is △X1
.. If ΔY, then it is stored in the storage device of the control device 17. The details of the deflection control device 19, which is a rotation correction means that performs two-dimensional scanning of the electron beam on the chips 36 and 37 using such information, are shown in FIG. 4 (C). , respectively Sinθ.+Cosθe or Sinθ++C
The digital data corresponding to osθ is the signal ft1A39
and output to 38. This digital data is multiplied DA converter 40.41.42.4
3 is applied. On the other hand, the signal line 47.48 is converted into a digital signal XIY provided inside the deflection control device 19.
The signal is supplied to the DA converters 40 to 43 via the DA converters 40 to 43.

そこで、DAコンバータ40〜43では両信号を掛算し
、DAコンバータ40と41の出力は演算増巾器49で
引算され、DAコンバータ42と43の出力は演算増巾
器50で加暑−される。
Therefore, the DA converters 40 to 43 multiply the two signals, the outputs of the DA converters 40 and 41 are subtracted by the operational amplifier 49, and the outputs of the DA converters 42 and 43 are heated by the operational amplifier 50. Ru.

その結果、演算増巾器49からは、 XCo5θ。−YSjnθ0 ・・・・ ・・・・・・
(1)あるいは X Co 3θ+−YSinθ1 ・・・・・・・・・
・・・・・(2)の信号が得られる。
As a result, from the operational amplifier 49, XCo5θ. −YSjnθ0 ・・・・・・・・・・・・
(1) Or X Co 3θ+-YSinθ1 ・・・・・・・・・
...The signal of (2) is obtained.

又、演算増巾器50からは X5inθo+Ycos 06 ・・・・・・・・・・
・・・・(3)あるいは X S i nθ++YCo3θ1 ・・・・・・・・
・・・・・・(4)の信号が得られる。
Also, from the operational amplifier 50, X5inθo+Ycos 06...
・・・・・・(3) Or X S inθ++YCo3θ1 ・・・・・・・・・
...The signal of (4) is obtained.

これらの信号は夫々信号線51.52を介して電子光学
系X−Y偏向コイル6に印加される。
These signals are applied to the electron optical system X-Y deflection coil 6 via signal lines 51 and 52, respectively.

この偏向制御装置19によ、!lll電子ビーム走査方
向を第3図に示す該半導体チップ36,37の回転角θ
。、θ、に合わせて走査することを可能にする。
By this deflection control device 19! The rotation angle θ of the semiconductor chips 36 and 37 shown in FIG.
. , θ,.

々お、電子ビームの二次元走査においては偏向制御装置
19内に設けられたデジタルスギャンジェネレータ44
の出力信号をデジタル偏向制御信号どして使用している
。制1ii1装置17からのデジタル偏向制御信号とス
キャンジェネレータ44からのデジタル偏向制御信号の
切換はスイッチ53゜54で行なわれ、この切換はii
i制御装置17から行う。デジタルスキャンジヱネレー
タ44からは、第1図に示す信号処理回路22に2次覗
子信号のザンブリング信号が信−号線55に出力されて
いる。
Furthermore, in two-dimensional scanning of the electron beam, a digital scan generator 44 provided in the deflection control device 19 is used.
The output signal is used as a digital deflection control signal. Switching between the digital deflection control signal from the control 1ii1 device 17 and the digital deflection control signal from the scan generator 44 is performed by switches 53 and 54, and this switching is performed by ii.
This is done from the i control device 17. From the digital scan generator 44, a zumbling signal of the secondary observer signal is outputted to the signal line 55 to the signal processing circuit 22 shown in FIG.

従って第3図に示す半導体装置チップ36を電子ど−ム
で走査したり、照射する際にはSinθ0゜Cosθ0
のデジタル値を第4図の制御装置17から信号線39.
38に各々出力してやればよい。又x −yステージ8
の移動制御もΔXo、△Yo で半導体チップ36の原
点補正を行い、移動方向をSinθ0・Cosθ0で補
正する。
Therefore, when scanning or irradiating the semiconductor device chip 36 shown in FIG.
The digital value of is transmitted from the control device 17 in FIG. 4 to the signal line 39.
38 respectively. Also x-y stage 8
In the movement control, the origin of the semiconductor chip 36 is corrected using ΔXo and △Yo, and the movement direction is corrected using Sinθ0 and Cosθ0.

次に補助記憶装置24に格納された上記半導体チップ内
電圧fオデータの比較照合並びにその不一致領域マツプ
の作成手段の詳細を第5図に示す。
Next, details of the means for comparing and collating the semiconductor chip internal voltage data stored in the auxiliary storage device 24 and creating a mismatch area map are shown in FIG.

第3図に示した半導体チップ36,37の分割領域毎の
電圧像データが補助記憶装置24に格納されている。そ
こで、各半導体チップ36,37の対応するチップ分割
領域の電圧像データを補助記憶装置24から制御装置1
7に読み出し、半導体チップ36に対するデータをパタ
ーン・コンパレータ31のランダムアクセスメモリ56
に、半導体チップ37に対する電圧像データをランダム
アクセスメモリ5,7に書き込む、ここで各ランダムア
クセスメモリ56.57は256X256ビノトで構成
されている。画ランダムアクセスメモリへの書込み終了
とともに制御装置17より比較開始命令がコンパレータ
部58に与えられる。
Voltage image data for each divided region of the semiconductor chips 36 and 37 shown in FIG. 3 is stored in the auxiliary storage device 24. Therefore, the voltage image data of the corresponding chip division area of each semiconductor chip 36, 37 is transferred from the auxiliary storage device 24 to the control device 1.
7, and the data for the semiconductor chip 36 is read out to the random access memory 56 of the pattern comparator 31.
Next, voltage image data for the semiconductor chip 37 is written into the random access memories 5, 7, where each random access memory 56, 57 is composed of 256×256 bits. Upon completion of writing to the image random access memory, a comparison start command is given from the control device 17 to the comparator unit 58.

コンパレータ部58では、第6図(5)のランダムアク
セスメモリ56の斜線で示した200X200ピット領
域561に対して、第6図CB)〜■)に示す様に、ラ
ンダムアクセスメモリ57の200X200ビツト領域
を斜線で示した5 71.572.・・・、573の桶
に切り出して、ビット対応で相互比較をしてゆく。
In the comparator section 58, the 200x200 bit area 561 of the random access memory 57 shown in FIG. 5 71.572. is shown with diagonal lines. ..., cut out into 573 buckets and compare them bit by bit.

コンパレータ部58ではこの様に切り出したデータ領域
561と571〜573のビット対応での比較結果を計
数し、最適の重ね合わせ状態即ち、不一致ビット数の最
小の状態を求め、その時の不一致ピット数62を制御装
置17に送る。
The comparator unit 58 counts the results of comparing the bits of the data areas 561 and 571 to 573 cut out in this way, and determines the optimum overlapping state, that is, the state with the minimum number of mismatched bits, and the number of mismatched pits at that time is 62. is sent to the control device 17.

制御装置17ではこの不一致ビット数62と、予め制御
装置17に設定されたスライスレベル即ち、許容できる
不一致ビットaとの比較から、第3図に示した半導体チ
ップ36.37の該対応領域単位で一致、不一致を判定
し、制御装jii17にその判定結果を格納しておく。
The control device 17 compares the number of mismatch bits 62 with the slice level set in advance in the control device 17, that is, the allowable mismatch bit a, and calculates the number of mismatch bits for each corresponding area of the semiconductor chip 36 and 37 shown in FIG. A match or a mismatch is determined, and the determination result is stored in the control device jii 17.

上記処理を半導体チップ36並びに37の全領域データ
に対して行い、制御装置17に蓄積格納された全領域に
対する判定結果を表示装置27又は28に表示する。こ
の表示状態を第7図に示しており、示された例は7覇口
のチップサイズをもつ2個の半導体装置の照合マツプを
示したもので、一つの矩形は500μmの分割領域を示
している。
The above processing is performed on all area data of the semiconductor chips 36 and 37, and the determination results for all areas accumulated and stored in the control device 17 are displayed on the display device 27 or 28. This display state is shown in FIG. 7. The example shown is a comparison map of two semiconductor devices with a chip size of 7 mm, and one rectangle indicates a divided area of 500 μm. There is.

図中図印は2つの半導体装置の対応領域が不一致である
ことを示し、口は一致していることを表わしている。
The symbols in the figure indicate that the corresponding regions of the two semiconductor devices do not match, and the openings indicate that they match.

そこで、このマツプ上でカーソル・ コンソール29又
は30から図印領域の1つを指定すると、半導体チップ
36.37の該当電圧像を補助記憶装置24より制御装
置17に各々読み出し、表示装置27並びに28に電圧
像を表示する。その結果な、第8図に示す。
Therefore, when one of the graphic areas is designated on this map from the cursor console 29 or 30, the corresponding voltage images of the semiconductor chips 36 and 37 are read out from the auxiliary storage device 24 to the control device 17, and displayed on the display devices 27 and 28. Display the voltage image. The result is shown in FIG.

ここで明るいコントラスト (白ぬき部)で表示されて
いるのは約4μmのAt配線でその電圧がOvであるこ
とを示している。
Here, what is displayed with bright contrast (white area) is the At wiring of approximately 4 μm, and its voltage is Ov.

尚、5vのAt配線は暗いコントラストとなり、絶縁膜
コントラスト(斜線部)とほぼ同じとなり識別できない
Note that the 5V At wiring has a dark contrast, which is almost the same as the insulating film contrast (hatched area) and cannot be identified.

但し、第8図かられかる叩く、半導体装置チップ36.
37の対応領域の電圧像は異っている。
However, as shown in FIG. 8, the semiconductor device chip 36.
The voltage images of the 37 corresponding regions are different.

即ち、第8図(4)は正常な半導体装置チップ36の前
記指定領域′電圧像を示し、(B)図は異常の認められ
た半導体装置チップ37の対応領域電圧像を示しており
、(Bj図の■、0に示した部分の配線は囚図で認めら
れない。これにより、一応の不良部の判断はできるもの
の、更に詳細な不良判断はでき々い。
That is, FIG. 8(4) shows the voltage image of the specified region' of the normal semiconductor device chip 36, and FIG. The wiring in the parts indicated by ■ and 0 in the Bj diagram is not recognized in the diagram.Thus, although it is possible to make a tentative determination of the defective part, it is not possible to make a more detailed determination of the defect.

そこで次に、さらに詳細な不良半導体装置の解析を行う
手段である、′電子ビームによる該半導体装置の内部A
t配線の電圧測定手段について述べる。
Therefore, next, we will introduce a method for conducting a more detailed analysis of a defective semiconductor device.
The means for measuring the voltage of the t-wire will be described.

先ず、前記不一致領域マ、ツブを表示した表示装置例え
ば28の画面上で、該表示装@28のカーソル・コンソ
ール30を動作させ、詳細な解析を行いだい不良半導体
装置チップ37の領域を指定したとき、ft11.’御
装置17はこのカーソル座標から、不良半導体装置チッ
プ37の対応ステージアドレスを算出し、X−yステー
ジ8を算定アトL/スに移動し、その移動終了後、その
指定領域の風圧像を表示装置27.28に表示している
First, the cursor console 30 of the display device @ 28 was operated on the screen of the display device @ 28 that displayed the mismatched area marks and bumps, and after detailed analysis, the area of the defective semiconductor device chip 37 was designated. When, ft11. 'The control device 17 calculates the corresponding stage address of the defective semiconductor device chip 37 from the cursor coordinates, moves the X-y stage 8 to the calculation point L/S, and after completing the movement, displays the wind pressure image of the specified area. It is displayed on display devices 27 and 28.

そこで電圧像を表示しだ、表示装置例えば28に付aし
たカーソル・コンソール30で電圧測定をしだいAt配
線の1点を指示する。この指示座標が制御装置17に読
み取られる。
Then, the voltage image is displayed, and as soon as the voltage is measured using the cursor console 30 attached to the display device 28, one point on the At wiring is indicated. The indicated coordinates are read by the control device 17.

この座標は、電子ビームのデジタル二次元走査座1lF
−と17J 1に対応しており、第4シーに示した偏向
制御装置19の偏向制御データ線171,172に該座
標データとして出力され、そのとき、切換スイッチ53
.54を制御装置17側に設定されている0 この操作により表示画面上から指示されたAt配線上に
電子ビーム1を位置決めすることができる0 位置決め完了後、第1図のエネルギー分析器13の第3
グリツド133に制御装置17から電圧コントローラ2
3を制御して一10〜10vの範囲でデ フBmVきざみでスジノブ状に電圧を上昇し、印加して
ゆく。この各第3グリツド電圧設定後に、ビームブラン
キングコントローラ18に対し制御装fff17から、
64μsの間電子ビームlをオンにする指令を出し、電
子ビームを該At配線に照射する。雷、子ビームを照射
している時間、該At配線からは、その電圧によって変
調された二次電子が放出される。この二次電子を上記の
第3グリツド133に印加された電圧をもったエネルギ
ー分析器13を辿して二次軍1子検出器14で、光電変
換し電気信号となし、信号処理回路22にて1μs毎に
AD変換し64μsの間その信号を加算し、平均処理を
行い制御装置17に送る。
These coordinates are the digital two-dimensional scanning position 1lF of the electron beam.
- and 17J1, and is output as the coordinate data to the deflection control data lines 171, 172 of the deflection control device 19 shown in the fourth sheet, and at that time, the changeover switch 53
.. 54 is set on the control device 17 side.0 By this operation, the electron beam 1 can be positioned on the At wiring specified from the display screen.0 After the positioning is completed, the 3
Voltage controller 2 from control device 17 to grid 133
3, the voltage is increased and applied in a linear knob-like manner in steps of BmV in the range of -10 to 10V. After setting each third grid voltage, the control device fff17 sends a message to the beam blanking controller 18.
A command is issued to turn on the electron beam 1 for 64 μs, and the At wiring is irradiated with the electron beam. During the period of irradiation with lightning or a sub beam, secondary electrons modulated by the voltage are emitted from the At wiring. These secondary electrons are traced through the energy analyzer 13 with the voltage applied to the third grid 133, photoelectrically converted into an electric signal by the secondary single-child detector 14, and sent to the signal processing circuit 22. The signals are AD-converted every 1 μs, and the signals are added for 64 μs, averaged, and sent to the control device 17.

この処理をエネルギー分析器13の第3グリツド亀圧の
全スデップにわたり繰返す。
This process is repeated over all steps of the third grid pressure of the energy analyzer 13.

その結果、第9図のXVで示す〃エネルギー分析器13
の第3グIJ ツド電圧Vc対二次電子信号Vaの関係
即ち、分析カーブが得られる。
As a result, the energy analyzer 13 shown by XV in FIG.
The relationship between the third group IJ voltage Vc and the secondary electron signal Va, that is, an analytical curve is obtained.

尚、第9図にはAt配線電圧がOv、Xv、5vに対す
る分析カーブが示されているが、ここで、求めたいのは
Xvに示す被検査電圧であり未知である。そこで、この
Xvの電圧の決定について述べるO 既 先ず、At配線電圧が珍知のOvと5vのものに対して
エネルギー分析器工3の第3グリツド電圧Vcと二次電
子信号出力Vsの関係即ち、分析カーブを予め測定し、
その分析カーフ゛の二次電子出力v!Iの最大値VSM
AX、最小値VSMIυを求めその1/2の出力をスラ
イスレベルVSLとする。このスライスレベルVSLに
一致した二次電子信号出力Vsを与えたときのエネルギ
ー分析2i13の第3グリツL′叫圧をAt配線厩圧O
v、5vに対して夫々求める。
Incidentally, FIG. 9 shows analysis curves for At wiring voltages Ov, Xv, and 5v, but what is desired here is the test voltage indicated by Xv, which is unknown. Therefore, the determination of the voltage of Xv will be described below. , measure the analysis curve in advance,
The secondary electron output of the analysis curve v! Maximum value of I VSM
AX, find the minimum value VSMIυ, and set the output of 1/2 thereof as the slice level VSL. When the secondary electron signal output Vs matching this slice level VSL is given, the third grit L' screaming pressure of the energy analysis 2i13 is determined as At wiring stable pressure O
v and 5v, respectively.

即ち、このグリッド電圧を夫々VGO,VC,とすると
、このVco 、 Vc、を制御装置17の記憶装置に
格納しておく。かかる状態で、制御装置17(ま今求め
られた未知のAt配線の電圧Xvに対する分析カーブよ
り、二次電子出力Vsの最大値と最小値の1/2の値を
スライスレベルとし、そのときのグリッド電圧値Vcx
求める。
That is, assuming that the grid voltages are VGO and VC, respectively, Vco and Vc are stored in the storage device of the control device 17. In this state, the control device 17 (based on the analysis curve for the voltage Xv of the unknown At wiring just obtained, set the value of 1/2 of the maximum value and minimum value of the secondary electron output Vs as the slice level, Grid voltage value Vcx
demand.

次に、制御装置17は、予じめ記憶装置に格納されてい
た前記電圧値VG、、 Va、より次の演算を行う。
Next, the control device 17 performs the following calculation using the voltage values VG, Va, which have been stored in advance in the storage device.

X = A X Vc x −A X Va6 =−・
・・・・・=”(5)A=5/ (VGy  Vco 
)  ・’=””=””’(6)これにより、未知のA
t配線の電圧Xが求まる。
X = A X Vc x −A X Va6 =-・
...=”(5) A=5/ (VGy Vco
) ・'=””=””’ (6) This allows the unknown A
The voltage X of the t wiring is determined.

そこで、例えば、半導体装置チップ上に形成された機能
素子のソース・ドレイン、ゲート配線を指定し、夫々電
圧Xを求めることにより、その機能素子のリーク状態ま
で詳細に知ることができる。
Therefore, for example, by specifying the source/drain and gate wiring of a functional element formed on a semiconductor device chip and determining the voltage X for each, it is possible to know the leakage state of the functional element in detail.

(7)発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、大規模高密度化し
ている半導体装置の不良解析において、正常半導体装置
と被診断半導体装置を同一試験データで駆動し、両半導
体装董の出力に差異が出た時に、電子ビームにより両生
導体装置の内部を非接触・高分解能の電子ビームで走査
し、対応領域の電圧異常を電圧像比較により自動的に検
出表示することができ、被診断半導体装置の不良箇所の
限定に非常に効果的であり、従来の機械式の金属プロー
ブによる触針ではこのような機能並びに効果は得られな
い。
(7) As described in detail, according to the present invention, in failure analysis of large-scale, high-density semiconductor devices, a normal semiconductor device and a semiconductor device to be diagnosed are driven with the same test data, and both semiconductor devices are driven with the same test data. When a difference occurs in the output of the equipment, a non-contact, high-resolution electron beam scans the inside of the amphibious conductor device, and voltage abnormalities in the corresponding area are automatically detected and displayed by comparing the voltage images. This function and effect are very effective in locating defective parts of semiconductor devices to be diagnosed, and such functions and effects cannot be obtained with conventional mechanical metal probe probes.

又正常と被診断半導体装置の電圧像比較から得られる不
一致マツプから、不良原因となるチップ領域の推定の後
に、その不良箇所を電子ビームを用い電圧測定すること
が可能であり、より高精度で詳細な不良解析を行うこと
ができる。
In addition, after estimating the chip area that is the cause of the defect from the discrepancy map obtained by comparing the voltage images of the normal and diagnosed semiconductor devices, it is possible to measure the voltage of the defective location using an electron beam with higher accuracy. Detailed failure analysis can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例であるシステム構成図、第2
図は第1図のドライノくの詳細図、第3図はプリント板
に腿載された半導体装置の各チップの配置図、第4図は
第1図の電子ビーム偏向制御装置の詳細図、第5図は第
1図のノくターンコン・くレータの詳細図、第6図は第
5図のランダムアクセスメモリの内容読出し状態を示す
図、第7図は第1図の表示装置に表示される不一致領域
マツプ例を示す図、第8図は第1図の表示装置に表示さ
れる半導体装置の電圧像を示す図、第9図は配線電圧を
測定する特性図である。 図中、1は電子ビーム、2は峨子銃、3はビーム・ブラ
ンカ、4は集束レンズ、5は対物レンズ。 6はx −V偏向コイル、7は試料室、8はx −7は
電界阻止型エネルギー分析器、14は二次電子ス移動用
x−yステージ、17は制御母針簿梱。 18はビーム舎ブランキング弓ントローラ、19は偏向
制御装置、20は二次成子、22は二次重子信号処理回
路、23は電圧コントローラ、24は補助記憶装置、2
5は半導体装置ドライバ、2661 x −’Iステー
ジドライバ、27.28は表示装置。 2q、30はカーソル・コンソール、31はパターンコ
ンパレータ、56.57はランダム・アクセス・メモリ
、58はコンパレータ部である。 滲5目 第6 目 寮7 目 (Aノ ネβ図
Figure 1 is a system configuration diagram that is an embodiment of the present invention;
The figure is a detailed view of the dry nozzle in Figure 1, Figure 3 is a layout diagram of each chip of the semiconductor device mounted on the printed board, Figure 4 is a detailed view of the electron beam deflection control device in Figure 1, FIG. 5 is a detailed view of the nokuturn contorter shown in FIG. 1, FIG. 6 is a diagram showing the state of reading the contents of the random access memory shown in FIG. 5, and FIG. 7 is displayed on the display device shown in FIG. 1. FIG. 8 is a diagram showing an example of a mismatch area map, FIG. 8 is a diagram showing a voltage image of a semiconductor device displayed on the display device of FIG. 1, and FIG. 9 is a characteristic diagram for measuring wiring voltage. In the figure, 1 is an electron beam, 2 is an Emiko gun, 3 is a beam blanker, 4 is a focusing lens, and 5 is an objective lens. 6 is an x-V deflection coil, 7 is a sample chamber, 8 is x-7 is an electric field blocking energy analyzer, 14 is an x-y stage for moving secondary electrons, and 17 is a control guidebook. 18 is a beam blanking bow controller, 19 is a deflection control device, 20 is a secondary multiplexer, 22 is a secondary multiplexer signal processing circuit, 23 is a voltage controller, 24 is an auxiliary storage device, 2
5 is a semiconductor device driver, 2661x-'I stage driver, and 27.28 is a display device. 2q, 30 is a cursor console, 31 is a pattern comparator, 56.57 is a random access memory, and 58 is a comparator section. 5th eye, 6th eye, 7th eye (A none β diagram)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 正常半導体装置と被診断半導体装置に対し、試験電圧パ
ターンを共通に印加し、両生導体装置の出力状態の比較
により不一致を検出すると、不一致の検出された試験電
圧パターンを両生導体装置に印加した状陣で電子ビーム
による各半導体装置の走査を行い、該走査で得られた2
次電子の検出による電圧像を得、複数に分割された各半
導体装置の領域琳位で両生導体装置の電圧像を比較する
ことにより、半導体装置の領域学位の異常状態を表示し
、該異常状態の発生した領域学位で、配線の電圧測定を
可能としたことを特徴とする半導体装置の診断方式。
When a test voltage pattern is commonly applied to a normal semiconductor device and a semiconductor device to be diagnosed, and a mismatch is detected by comparing the output states of the amphibonic conductor device, the test voltage pattern in which the mismatch was detected is applied to the amphibatic conductor device. Each semiconductor device is scanned by an electron beam at the laboratory, and the 2
By obtaining a voltage image by detecting secondary electrons and comparing the voltage images of the bidirectional conductor device in the region of each semiconductor device divided into a plurality of regions, an abnormal state of the region of the semiconductor device is displayed, and the abnormal state is A method for diagnosing semiconductor devices characterized by making it possible to measure wiring voltage in the area where the problem occurs.
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