JPH0665020B2 - 電子ビ−ム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体表面上に絶縁保護膜が設けられた半導体素子の配
線電圧の測定は、前述の絶縁保護膜上に電荷が蓄積され
るために誤差が発生する。これを解決するため、本発明
は繰返し周期に同期させてランダムな位相で測定すると
ともに半導体表面に照射するストロボ電子ビームの位置
をもランダムに変化させ、絶縁保護膜上に蓄積される電
荷の影響を少なくして測定を行っている。

〔産業上の利用分野〕

本発明はストロボ電子ビーム装置に係り、特にストロボ
電子ビームを照射するタイミングと位置を制御して照射
点の電圧を測定するストロボ電子ビーム装置に関する。

〔従来技術〕

ストロボ電子ビーム装置は被測定点に電子ビームを照射
し、その照射に対して発生する二次電子の量によって被
測定点の電圧を測定する装置である。このストロボ電子
ビーム装置は非接触で被測定点の電圧が測定できるの
で、半導体、特にＬＳＩ等の配線電圧を測定する装置と
して、多く用いられている。

例えば、ＬＳＩ中の配線電圧を測定する場合には、ＬＳ
Ｉを特定のテストパターン動作で繰り返し駆動し、その
繰返し周期に対し、順次位相（遅れ時間）を変化させて
いる。この位相の変化はＬＳＩの動作波形の時間軸に対
応しており、位相を順次変化させることによって、ＬＳ
Ｉの繰返し動作における電圧波形が求められる。

一方、ＬＳＩ等を動作させた時に目的の動作とならない
等のような問題が発生した時には、ＬＳＩチップの全領
域の電圧を特定位相単位で求め、その特定位相を変化さ
せて全領域の電圧がどのように変化しているかを測定し
ている。そして、目的の動作とならない点すなわちＬＳ
Ｉの障害等がどこに存在するかを求めていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ストロボ電子ビーム装置は被測定点に電子ビームを照射
するため、照射した電子が導体等を介して流れ出るよう
な被測定物でなければならない。しかしながら、例えば
ＬＳＩ等にはそのＬＳＩチップの表面を保護する保護膜
が設けられており、このような場合には目的の電圧波形
を得ることができない問題を有している。例えば第５図
に示すような配線電圧波形を有する配線の電圧を測定し
ようとした場合、保護膜に電子ビームによる電荷が蓄積
してしまい、第７図に示すように従来の装置の二次電子
信号波形はその配線電圧波形を微分したような波形とな
ってしまう問題を有している。

この問題は特定な位置に対し常に電圧を測定している場
合の他に、前述したようなＬＳＩチップの全領域に対し
てその電圧波形を測定する場合にも同様に生ずる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記問題点を解決するものであり、その特徴と
するところは半導体素子を繰返し動作させ、 該半導体素子の繰返し動作に同期して前記半導体の表面
にストロボ電子ビームを照射し、 該ストロボ電子ビームによる二次電子放出の量によっ
て、 前記半導体素子の表面のストロボ電子ビームが照射した
点の電圧を測定するストロボ電子ビーム装置において、 前記ストロボ電子ビームの照射時期を前記半導体素子の
繰返し動作に対しランダムに遅らせるとともに、 前記ストロボ電子ビームを前記半導体に照射する位置を
ランダムに決定する制御手段を設けたことを特徴とした
電子ビーム装置にある。

〔作用〕

半導体素子を繰返し動作させ、該半導体素子の繰返し動
作に同期して前記半導体の表面にストロボ電子ビームを
照射し、該ストロボ電子ビームによる二次電子放出の量
によって前記半導体の表面のストロボ電子ビームが照射
した点の電圧を測定するストロボ電子ビーム装置におい
て、制御手段によって電子ビームを照射する半導体表面
上の位置と前記半導体素子の繰返し動作に対し遅らせる
時期をランダムに変化させ、保護膜上に蓄積する電荷に
よる影響をなくす。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例の電子ビーム装置のブロック図
である。ＬＳＩテスタ１は被測定物であるＬＳＩ２を駆
動する回路である。このＬＳＩはＬＳＩテスタ１によっ
て特定の動作を繰り返し行う。ＬＳＩテスタ１はこの特
定の動作の繰返しに同期したテスタトリガをランダムパ
ターンメモリに加える。ランダムパターンメモリ３は制
御回路を有し、この制御回路によってテスタトリガに同
期して順次測定すべきＬＳＩ２の位置データと測定時刻
のデータを読出すとともに、偏向ドライバ４に位置情報
を出力する。そして、テスタトリガから更に読出した測
定時刻のデータに対応した遅れを有するストロボパルス
をストロボドライバ５に加える。なお、測定時刻のデー
タ分の遅れは、ＬＳＩテスタ１より加わるテスタクロッ
クの数によってなされる。例えば１０クロック遅れさせ
る場合にはテスタトリガが加わってから１０クロック分
のテスタクロックの後にストロボパルスがストロボドラ
イバ５に加わる。第２図はランダムテストパターン番号
配列図、第３図はランダムＥＢ偏向位置配列図である。
ランダムＥＢ偏向位置配列には測定する位置データとそ
の測定時刻データが測定順に格納されている。そしてラ
ンダムテストパターン番号配列には第３図に示したラン
ダムＥＢ偏向位置配列の番号が格納されている。ランダ
ムパターンメモリの制御回路は第２図のランダムテスト
パターン番号配列に従ってランダムＥＢ偏向位置配列を
読出し、ランダムＥＢ偏向位置配列のＬＳＩ２の指示さ
れる各点の時間遅れの電圧を順に測定する。すなわち第
１番目はランダムテストパターン番号配列の最初のテス
トパターン番号のランダムＥＢ偏向位置配列を順次読出
して電圧測定を行う。そして、次に第２番目のテストパ
ターン番号配列に格納されている番号のランダムＥＢ偏
向位置配列を同様に順次読出して電圧測定を行う。同様
にランダムパターン番号配列順にランダムＥＢ偏向位置
配列に従った測定を行う。第４図はランダムＥＢ偏向位
置配列とランダムテストパターン配列の関係を表わした
ランダムパターンメモリ構成図である。ランダムＥＢ偏
向位置配列はＬＳＩ２の平面上の位置を指示するデータ
とその時刻データを二次元的に有し、その二次元的なデ
ータをランダムテストパターン番号配列順に縦方向に行
う。

一方、偏向ドライバ４は電子ビーム装置６内に設けられ
た電子銃によって発射された電子を偏向するＥＢ偏向器
（ｘ，ｙ方向の二次元的な偏向）７をドライブする回路
であり、ランダムパターンメモリ３より加わる位置デー
タで指示される位置に電子ビームが照射されるように動
作される。この偏向ドライバ４によって偏向位置が決定
された後、前述したランダムパターンメモリの各ランダ
ムＥＢ偏向位置配列より読出された測定時刻に対応して
遅れたパルスがランダムパターンメモリ３の制御回路よ
り出力される。ストロボドライバ５はこの遅れたパルス
に同期して電子ビーム装置内のＥＢパルスゲート８をオ
ンとする。電子銃はＥＢパルスゲート８の上部に配置さ
れており、ＥＢパルスゲート８のオン、オフとはこの電
子銃より発射された電子ビームを通過させるか否かの制
御を行うことを意味するものである。

通過させる場合には通過させるに充分な電圧がストロボ
ドライバ５より印加される。ストロボドライバ５はラン
ダムパターンメモリより加わる測定パルスに同期して非
常に短いパルスでＥＢパルスゲート８をドライブするの
で、この間、電子ビームはＥＢ偏向器７を介してＬＳＩ
２に照射される。

ＬＳＩ２に照射された電子ビームにより、二次電子がＬ
ＳＩ２より発生する。電子ビームが照射される時間は非
常に短く一定であるので、二次電子が発生する量は照射
された点の電圧に関係する。

この二次電子ビームを検出するのが検知器９であり、検
知器９は二次電子量に比例した電圧をＡ／Ｄコンバータ
１０に出力する。なお、二次電子の発生はＬＳＩ２に電
子ビームを照射した点の電圧に関係して変化するので、
Ａ／Ｄコンバータ１０にはＬＳＩ２の照射された電圧に
関係した電圧が加わることになる。

Ａ／Ｄコンバータ１０はアナログ電圧をディジタル値に
変換する回路であり、この回路によって目的の位置で更
に動作クロックすなわちテスタトリガに対し特定時間遅
れた点の電圧値を表わすデータが電圧像メモリ１１に出
力される。

電圧像メモリ１１は三次元配列して設けられたメモリで
あり、遅れ時間とｘ，ｙ座標すなわち、電子ビームがＬ
ＳＩ２上の照射された位置データが電圧像メモリ１１に
加わっているのでこれらのデータに対応した位置に前述
したＡ／Ｄコンバータのディジタルデータが順序よく格
納される。

ランダムパターンメモリ３内に格納されている位置デー
タと測定時刻データが乱数的に格納されているので、Ｌ
ＳＩ２における測定も同様にランダムに行われる。しか
しながら前述したように電圧像メモリ１１にはアクセス
した位置と測定時刻に対応したデータが加わり、このデ
ータによって特定のメモリ位置が決定されるので電圧像
メモリ１１にはＡ／Ｄコンバータ１０より出力されるデ
ータが位置と時間に並び変えられて格納される。すなわ
ちＬＳＩ２のｘ軸ならびにｙ軸、更に時刻順に三次元的
に格納される。

電圧像メモリ１１に格納されたデータは例えば電圧値に
比例して輝度変調し、ＬＳＩ２の同時刻におけるｘ，ｙ
軸内の電圧パターンが表示装置１２で表示される。この
表示は図示しない制御回路によってなされるものであ
り、更に前述の表示と異なる表示、例えば表示の横軸を
時間、縦軸をＬＳＩ２の特定点の電圧値として表示する
ことも可能である。

第６図は第５図に示したＬＳＩ２の特定点の配線電圧波
形を測定した時のデータを表わす波形図である。第５図
と同様第６図において横軸は時間ｔ、縦軸は二次電子信
号である。第６図からも明瞭なように配線電圧波形と同
様の波形が求められており、従来装置のように第７図で
示す微分波形的な誤差は無くなっている。これは、ラン
ダムパターンメモリに格納された乱数的な位置と時間に
よって測定したことにより、例えばＬＳＩ２の表面上に
設けられている保護膜等による電子の蓄積による影響が
なくなったためである。

以上、本発明の実施例を用いて本発明を詳細に説明した
が、本発明における測定は同一位置、同一時刻において
一点としたがそれに限らず前述動作を複数行い、例えば
平均等を求めることによって精度を更に上げることも可
能である。また、一般的には測定点の電圧の変化が大き
いので図示しない分析器に対し分析電圧を印加し、二次
電子信号が特定の出力となるスライスレベルを設けてい
る。そして、そのスライスレベルとなる分析電圧より配
線電圧を求めているが、この場合には分析電圧が収束す
るまで、順次前述した動作を繰り返すことによって、精
度よく更に保護膜等による影響を防止した電圧波形を得
ることができる。

〔発明の効果〕

以上、述べたように本発明は電子ビーム装置で測定す
る、例えばＬＳＩ等の表面に保護膜が設けられていて
も、電子ビームより発射されて電子が蓄積しないように
乱数的に位置と時間を変化させて順次測定するので、本
発明によれば保護膜を有するＬＳＩ等の無接触電圧測定
を精度よくＬＳＩ全面にわたって行う電子ビーム装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の電子ビーム装置のブロック
図、 第２図はランダムテストパターン番号配列図、 第３図はランダムＥＢ偏向位置配列図、 第４図はランダムパターンメモリ構成図、 第５図は配線電圧波形図、 第６図は本発明の実施例による装置の二次電子信号波形
図、 第７図は従来の装置の二次電子信号波形図である。 １……ＬＳＩテスタ、 ３……ランダムパターンメモリ、 １１……電圧像メモリ．

フロントページの続き (72)発明者 尾崎 一幸 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 伊藤 昭夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−220940（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−214151（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を繰返し動作させ、 該試料の繰返し動作に同期して前記試料の表面にストロ
   ボ電子ビームを照射し、 該ストロボ電子ビームによる二次電子放出の量によっ
   て、 前記試料の表面のストロボ電子ビームが照射した点の電
   圧を測定するストロボ電子ビーム装置において、 前記ストロボ電子ビームの照射時期を前記試料の繰返し
   動作に対しランダムに遅らせるとともに、 前記ストロボ電子ビームを前記試料に照射する位置をラ
   ンダムに決定する制御手段を設けたことを特徴とした電
   子ビーム装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は、 前記ストロボ電子ビームの照射時期を前記試料の繰返し
   動作に対しランダムに遅らせる時間と、 前記ストロボ電子ビームを前記試料に照射するランダム
   な位置とを記憶する記憶手段を有することを特徴とした
   特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム装置。