JPH07287055A

JPH07287055A - イオンビームテスタ並びにそれを使ったｉｃ試験装置及びこの装置を用いたｉｃの不良部分特定方法

Info

Publication number: JPH07287055A
Application number: JP6101938A
Authority: JP
Inventors: Akira Goseki; 晃五石; Masayuki Kurihara; 正行栗原; Koji Ueda; 耕司上田
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】装置の操作性向上と画質の向上とをはかる新
たなイオンビームテスタ及びＩＣ試験装置と、被試験素
子の測定方法を提供することを目的とする。【構成】試験パターン発生器に新たに停止信号発生手
段とを設け、イオンビームテスタに取得完了信号発生手
段を設け、停止信号では画像データの取得を開始し、画
像データの取得完了で停止状態を解除し更新を再開す
る。この繰り返しにより所望の電位コントラスト像を繰
り返し取得する。また、荷電粒子線装置側にモード切
り替え手段を設けて、より鮮明な電位コントラスト像を
得る。鮮明な電位コントラストを得る測定方法として、
画像データの取得を１回おきに実行する方法、２つの画
像データのうち一方を反転して加算する方法、同一画面
に複数回荷電粒子線を照射して画像データを取得する方
法を提案している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は被試験ＩＣに荷電粒子
線を照射し、その照射点から発生する２次電子の量を計
測してＩＣ内の電位分布を電位コントラスト像として表
示し、不良部分を特定すること等に利用するイオンビー
ムテスタ並びにこれを使ったＩＣ試験装置及びこの装置
を用いたＩＣの不良部分特定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より被試験ＩＣのチップに荷電粒子
線を掃引照射（走査しながら照射すること）し、各照射
点から発生する２次電子の量を各照射点ごとに計測し、
この計測量を電気信号として取り込むことによりＩＣ内
の電位分布を電位コントラスト像として表示し、不良箇
所の解析等に利用するＩＣ試験装置が実用されている。

【０００３】これらの技術に関し、本出願人は、先に特
願平５−１９０４４９で「電子ビームテスタ及びそれを
使ったＩＣ試験装置」を、また特願平５−２５７６２５
で「ＩＣの不良部分特定方法」を開示した。その後、こ
の開示技術を追求する過程で電子ビームテスタのみなら
ず、イオンビームテスタを含む全ての荷電粒子線装置に
適用でき、有効な発明であることを確認した。以下詳細
に述べる。

【０００４】図１８に従来のこの種のＩＣ試験装置の概
略の構成を示す。図中１００はＩＣ試験装置の全体を指
す。ＩＣ試験装置１００は大きく分けて試験パターン発
生器２００と、荷電粒子線装置３００とによって構成さ
れる。ここで、荷電粒子線装置３００とはイオンビーム
テスタ及び電子ビームテスタをいうが、本明細書ではイ
オンビームテスタを荷電粒子線装置３００と呼称する。
また、イオンビームを荷電粒子線と呼称する。

【０００５】試験パターン発生器２００は荷電粒子線装
置３００に装着した被試験素子ＤＵＴに試験パターン信
号を与える。従来の試験パターン発生器２００は試験パ
ターンの発生を開始させるスタートスイッチ２０１と、
任意の時点で試験パターンの発生を停止させることに用
いるストップスイッチ２０２と、特定した試験パターン
が発生したとき、試験パターンの更新を停止させるため
の停止パターン設定手段２０３と、停止パターン設定手
段２０３に設定した試験パターンが発生したことを検出
して試験パターンの更新を停止させるパターン保持手段
２０４と、試験パターンの更新が停止したことを表す信
号を発信する停止信号発生手段２０５とを具備し、試験
パターン信号の発生開始制御と、停止制御及び特定の試
験パターンにおいて試験パターンの更新動作を停止させ
る制御とを行うことができるように構成されている。

【０００６】一方、荷電粒子線装置３００は被試験素子
ＤＵＴに荷電粒子線を照射する鏡筒部３０１と、この鏡
筒部３０１の下部に設けられ、被試験素子ＤＵＴを真空
中に配置するチャンバ３０２と、このチャンバ３０２の
内部に設けられ、被試験素子ＤＵＴの位置をＸ−Ｙ方向
に移動させるステージ３０３と、被試験素子ＤＵＴから
発生する２次電子の量を計測するためのセンサ３０４
と、センサ３０４によって検出した電気信号を画像デー
タとして取り込む画像データ取得装置３０５と、画像デ
ータ取得装置３０５で処理した画像データを電位コント
ラスト像として表示するモニタ３０６と、荷電粒子線の
出射及びその出射量（電流値）、加速電圧、走査速度、
走査面積等を制御する鏡筒制御器３０７とによって構成
される。

【０００７】パターン保持手段２０４は試験パターン発
生器２００が停止パターン設定手段２０３に設定された
試験パターンを発生したことを検出すると、試験パター
ンの更新動作を一時停止し、停止パターン設定手段２０
３に設定した試験パターンを出し続ける。これと共に画
像データ取得装置３０５及び鏡筒制御器３０７に停止信
号発生手段２０５から試験パターンの更新動作が停止し
たことを表す停止信号が与えられる。鏡筒制御器３０７
は停止信号の供給を受けて荷電粒子線を発射させる制御
を行う。これと共に画像データ取得装置３０５は画像デ
ータの取込みを開始する。

【０００８】ＩＣの不良部分を特定する方法は、不良を
発生する試験パターンを停止パターン設定手段２０３に
設定することで行う。不良を発生する試験パターンは、
予め一般のＩＣテスタで確認している。試験パターン発
生器２００が、停止パターン設定手段２０３に設定され
た不良を発生する試験パターンを発生したことを検出す
ると、試験パターンの更新動作を一時停止し、停止パタ
ーン設定手段２０３に設定した試験パターンを出し続け
る。鏡筒制御器３０７は停止信号の供給を受けて荷電粒
子線を発射させる制御を行う。これと共に画像データ取
得装置３０５は画像データの取込みを開始する。以上の
画像データの取込みを良品状態と不良品状態について行
い、画像データ取得装置３０５で比較演算し、両者の相
違部分を不良部分と特定する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来は試験パターンの
停止時間を画像データの取込みに要する時間より余裕を
持たせて多少長い時間に設定する。このために画像デー
タの取込条件を変更しようとすると、試験パターンの停
止時間も変更しなければならなくなり、操作性が悪い欠
点がある。

【００１０】つまり、画像データの取込みには荷電粒子
線の加速電圧、走査速度、走査面積、走査回数等を設定
しなければならないが、これらの設定を変更すると画像
データの取込みに要する時間が変化することになる。こ
のような理由から画像データの取込条件を変更すると、
これに見合うように試験パターンの停止時間も変更しな
ければならない。この結果、試験パターン発生器２００
と荷電粒子線装置３００の双方を操作しなければならな
いから操作が面倒である。

【００１１】一方、画像データの取込条件は試験の目的
に応じて各種変更する必要がある。特に被試験素子ＤＵ
Ｔが表面に既に保護層として絶縁膜が被せられているＩ
Ｃチップでは、この絶縁膜の下に埋もれている配線導体
の電位を観測することになる。しかしながら、表面に絶
縁膜が被着されたＩＣチップの配線導体の電位分布を電
位コントラスト像として取り出すことはむずかしい点が
ある。つまり、絶縁膜の表面に荷電粒子線を照射する
と、照射時間に比例して絶縁膜上の電荷の蓄積により電
位分布が次第に消滅し、本来求める電位コントラスト像
を得ることができなくなる不都合がある。図１９にその
様子を示す。図１９Ａは絶縁膜の下に存在する導体Ｌ
₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ 、Ｌ₄ にそれぞれＬ論理、Ｈ論理、Ｌ論
理、Ｈ論理の電位を与えた場合の電位コントラスト像を
示す。図示するようにＬ論理の電位（０Ｖに近い電圧又
は負電位）を与えることにより電位コントラスト像は白
色（２次電子のセンサ３０４への到達量大）として表示
される。Ｈ論理の電位（０Ｖより正側の電圧）を与えた
場合は黒色（２次電子のセンサ３０４への到達量が少な
い）に表示される。ここで絶縁基板ＰＢはＬ論理とＨ論
理の中間の電位となり、灰色で表示される。

【００１２】図１９Ｂは荷電粒子線を照射及び走査させ
た直後（0.１〜0.３秒経過時点）の状態を示す。この図
から解るように、荷電粒子線を照射し始めると、数秒後
には図１９Ｃに示すように電位コントラストは急速に低
減し、電位コントラストは消滅する。従って画像データ
の取込みは図１９Ａに示す状態でのみ有効であり、電位
コントラストが存在する時間が短いため画像データを画
像メモリに取り込むにしても、ただ１回の画像データの
取込みだけでは鮮明な画像を得ることはむずかしい。

【００１３】この電位コントラストの低下現象が存在す
るため、画像データの取込条件（荷電粒子線の走査面
積、荷電粒子線の電流値等）を変更する頻度は高い。従
って画像データの取込条件を変更する都度、試験パター
ンを停止させる時間の設定も変更しなければならないか
ら、この点で操作性が悪い不都合がある。この発明の目
的は、この種のＩＣ試験装置の操作性を向上すること
と、電位コントラストの低下現象が存在しても鮮明な電
位コントラスト像を得ることができるイオンビームテス
タ（荷電粒子線装置）並びにそれを使ったＩＣ試験装置
及び新たなＩＣの不良部分を特定する方法を提供しよう
とするものである。

【００１４】この発明の他の目的は、絶縁膜が被せられ
ているＩＣチップにおいて、所望の試験パターンを印加
した状態にあるＩＣチップ内の配線導体の電位分布を表
す電位コントラスト像の画質を向上させることにある。
この目的とする点について簡単に補足説明する。電位コ
ントラスト像は被試験素子ＤＵＴに所望の試験パターン
を印加した状態で被試験素子ＤＵＴの一部の領域に荷電
粒子線を掃引照射し、２次電子の発生量を画像データと
して取り込むことにより得るものであるが、被試験素子
の表面に絶縁膜が被せられているＩＣチップでは先に説
明したように荷電粒子線の照射量に比例して絶縁膜上に
形成される電位分布が消滅する現象がある。このため画
像データの取り込みは荷電粒子線照射の最初の１回の面
走査時だけに限られてしまう。この１回の荷電粒子線の
掃引照射時だけで画像データを取り込み、この画像デー
タを画面メモリ等に記憶し、この記憶した画像データを
繰り返し読みだして、モニタ３０６に電位コントラスト
像を表示しても、画像のデータ量が少ないため細部にわ
たり部分が不鮮明となる欠点がある。

【００１５】この欠点を解消する一つの方法として、試
験パターンを順次更新させて特定の試験パターンｎに到
達するまでの間、縦続して荷電粒子線の掃引照射を続け
る方法が考えられる。この方法を採ることにより試験パ
ターンが高速で変化している間、荷電粒子線を掃引照射
するから、ＩＣチップの上面を覆う絶縁膜の電位は、配
線導体の電位変化の平均値、つまりＨ論理とＬ論理の中
間値となり、目的とする試験パターンｎでパターンの更
新活動が停止すると、その試験パターンによって決まる
電位分布が電位コントラスト像として取り込むことがで
きる。画像データの取り込み後、再び試験パターンの更
新動作を再開し、その状態でも荷電粒子線の掃引照射を
続けると、絶縁膜の電位は再びＨ論理とＬ論理の中間値
となる。

【００１６】従って、これを繰り返すことにより所望の
試験パターンを印加した状態の電位コントラスト像を繰
り返し得ることができ、画像データ量を大きくすること
ができ、電位コントラスト像の画質を向上させることが
できる利点が得られる。しかしながら、この方法にも次
のような欠点がある。つまり所望の試験パターンでパタ
ーンの更新動作を停止するとき、その直前の電位によっ
て電位コントラスト像として表れる配線導体と、電位コ
ントラスト像として表れない配線導体とが混在し、不良
解析には不向きな電位コントラスト像となる。電位コン
トラスト像として表れる導体と表れない導体が混在する
理由は、この出願の第２発明の動作説明により理解され
よう。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この出願の第１発明では
操作性を向上することができる装置を提案するものであ
る。つまり被試験素子に荷電粒子線を掃引照射し、各照
射点から発生する２次電子の量を計測して被試験素子内
の電位分布を画像として表示する荷電粒子線装置と、被
試験素子に試験パターンを与える試験パターン発生器と
を具備して構成されたＩＣ試験装置において、試験パタ
ーン発生器に試験パターンの更新を停止すべき試験パタ
ーンを設定する停止パターン設定手段と、この停止パタ
ーン設定手段で設定した試験パターンを発生した状態で
試験パターンの更新動作を停止させるパターン保持手段
と、試験パターンの更新動作が停止したことを表すパタ
ーン停止信号を出力する停止信号発生手段と、荷電粒子
線装置から画像データの取得完了を表す取得完了信号の
供給を受けてパターン保持手段の保持状態を解除する解
除手段とを設けると共に、荷電粒子線装置には停止信号
発生手段が発生するパターン停止信号を受けて画像デー
タの取込みを開始する画像データ取得手段と、この画像
データ取得手段が所要の画像データを取得したことを表
す取得完了信号を発生する取得完了信号発生手段とを設
けた構造としたものである。

【００１８】この第１発明の構成によれば、画像データ
取込手段が所要の画像データを取得すると、取得完了信
号発生手段が画像データの取得完了を表す取得完了信号
を発生する。この取得完了信号によりパターン発生器は
試験パターンの更新動作を開始する。従って、この構成
によれば試験パターン発生器に試験パターン停止時間を
設定する必要がなく、画像データの取得と、試験パター
ンの自動スタート、ストップとが繰り返され、人手を全
く必要とすることがない。

【００１９】この出願の第２発明では、電位コントラス
トの低下現象を補って画質の向上を目的としている。こ
のために第２発明では、試験パターン発生器に設けた停
止パターン設定手段に少なくとも２つの試験パターンを
設定できるように構成し、第１試験パターンと第２試験
パターンが発生する毎に試験パターンの更新動作を停止
させる。これと共に第１試験パターン発生時は画像デー
タを取得することなく、荷電粒子線の掃引照射のみを実
行し、第２試験パターン発生時において荷電粒子線の照
射と画像データの取得を実行する。これ以外のときに
は、荷電粒子線の照射をしないことにより、第２試験パ
ターンのときに照射させて得られる画像は、第１試験パ
ターンのときと比べて内部電位が変化した部分における
信号が大きく変わって検出される。

【００２０】このように、第１試験パターン発生時に荷
電粒子線の照射のみを実行することにより、被試験素子
の表面の電位コントラストを実際に画像を取得したい第
２試験パターン印加時に電位分布として表示することが
できる。この結果、第１試験パターンの印加時の電位と
第２試験パターン印加時の電位が互いに逆極性になる部
分では、電位コントラスト像を毎回得ることができる。
この結果として画質の向上が達せられる効果が得られ
る。

【００２１】ＩＣの不良部分の特定方法の発明として、
上記発明の装置を用いて第１試験パターンと第２試験パ
ターンとを同一試験パターンとし、各試験パターンの印
加時に被試験素子ＤＵＴに与える動作条件を変える測定
方法、第１試験パターンと第２試験パターンを異なる試
験パターンとし、各試験パターンの印加時に画像データ
を取得して、その差の画像データを表示する測定方法及
び第１試験パターンと第２試験パターンの印加時に第１
回目の照射時の画像データを取得し、その同一画面に複
数回照射して被測定素子の表面電位を平衡電位にする測
定方法を提案する。これらにより故障箇所には鮮明な電
位コントラスト像を得ることができる。

【００２２】

【実施例】図１にこの出願の第１発明の実施例を示す。
図１８と対応する部分には同一符号を付して示す。この
ＩＣ試験装置の特徴とする構造は荷電粒子線装置３００
に取得完了信号発生手段３０８を設けた点である。この
取得完了信号発生手段３０８は画像データ取得装置３０
５において画像データの取得が完了したことを検出し、
この検出時点で取得完了信号を発信する。この取得完了
信号は試験パターン発生器２００側に設けたパターン保
持手段２０４に入力する。

【００２３】パターン保持手段２０４は取得完了信号が
入力されることにより、試験パターン発生器２００に試
験パターンの停止を解除するコマンドを与える。試験パ
ターン発生器２００は停止状態から解放され試験パター
ンの更新動作を開始する。つまり、この発明によれば停
止パターン設定手段２０３に、例えば停止パターンｎを
設定したとすると、この停止パターンｎが発生する毎に
パターン保持手段２０４が働いて試験パターン発生器２
００の試験パターンの更新動作を停止させ、試験パター
ンｎを出力した状態を維持する。図２にその様子を示
す。図２Ａはスタート信号、図２Ｂは試験パターン信号
を示す。試験パターン信号のパターンがｎ（一般にパタ
ーン発生順序を表すアドレスを指す）に達すると、パタ
ーン保持手段２０４が試験パターン発生器２００のパタ
ーンの更新動作を停止させ、パターンｎを出力した状態
を維持させる。これと共に停止信号発生手段２０５から
停止信号が出力され、この停止信号が画像データ取り込
み装置３０５に入力され画像データの取り込みを開始さ
せる。図２Ｄは画像データの取り込み動作期間を示す。

【００２４】画像データの取り込み完了は、例えば荷電
粒子線の掃引照射が１画面分に達したことを表す垂直帰
線信号を検出することにより知ることができる。垂直帰
線信号を１個乃至任意の個数検出したとき取得完了信号
を発信させることにより、荷電粒子線が１画面分から数
画面分の任意の画面分走査したとき取得完了信号を発信
させることができる。図２Ｅに取得完了信号を示す。

【００２５】取得完了信号がパターン保持手段２０４に
与えられることにより、試験パターン信号発生器２００
は停止状態から開放され、図２Ｂに示すように、試験パ
ターンをｎ＋１、ｎ＋２…のように更新し、最終パター
ンＬａｓｔまで出力する。試験パターンの発生を１回に
設定した場合は、最終パターンＬａｓｔを発生した状態
で停止する。

【００２６】試験パターンの発生を連続に設定した場合
は、図３に示すように試験パターンｎを発生するごとに
自動的に停止し、画像データの取得が完了すると再スタ
ートし、最終パターンＬａｓｔが発生した後は再び先頭
の試験パターンに戻り、パターンの発生を繰り返す。な
を、画像データの取得後、試験パターンの発生を図４に
示すように先頭に戻すこともできる。何れにしても特定
した試験パターンｎを印加した状態の画像データを自動
的に複数回取得することができる。終了はストップスイ
ッチ２０２を操作することにより試験パターンの発生を
停止させることができる。

【００２７】このように試験パターンを停止パターン設
定手段２０３に設定すれば、試験パターン発生器２００
の起動と停止動作が荷電粒子線装置３００側の画像デー
タの取得動作と連動するから、画像データの取得条件を
変更しても試験パターン発生器２００側の設定を変更す
る必要がない。よって操作が簡素化され操作性を向上す
ることができる。

【００２８】この出願の第２発明では、上述した第１発
明で提案したＩＣ試験装置を利用して画像の取得性能を
向上させようとするものである。図５にこの出願の第２
発明の実施例を示す。第２発明では停止パターン設定手
段２０３に第１試験パターンｒと第２試験パターンｎと
を設定できるように構成すると共に、荷電粒子線装置３
００にモード切換手段３０９を設ける。モード切換手段
３０９は第１試験パターンｒが発生して試験パターン発
生器２００が試験パターンの更新動作を停止すると、鏡
筒制御器３０７に荷電粒子線の掃引照射を行わせ、画像
データ取得装置３０５は画像の取込みを実行しない第１
動作モードと、第２試験パターンｎが発生して試験パタ
ーン発生器２００が試験パターンの更新動作を停止する
と、鏡筒制御器３０７と画像データ取得装置３０５の双
方を動作させる第２動作モードに切り替える制御を行
う。

【００２９】図６及び図７に第１動作モードと、第２動
作モードの様子を示す。図６は試験パターンを先頭番地
から最終番地Ｌａｓｔまで連続して発生した場合を示
す。また図７は第１動作モードと、第２動作モードを実
行するごとに先頭番地に戻るようにした場合を示す。こ
のように第１動作モードの後に第２動作モードで画像デ
ータの取得を行わせることにより、被試験素子ＤＵＴの
表面（絶縁膜）の電位コントラストの低減による影響を
除去することができる。

【００３０】つまり、第１動作モードで被試験素子ＤＵ
Ｔに荷電粒子線を照射することにより、被試験素子ＤＵ
Ｔの表面の電位を試験パターンに基づく電位コントラス
トに設定される。この電位コントラストが与えられてい
る状態で試験パターンｎが発生することにより、試験パ
ターンｒを印加した状態と試験パターンｎを印加した状
態で逆極性の電位が与えられた配線導体が存在する部分
のみ、電位コントラスト像が繰り返し得られる。よって
電位コントラスト像の蓄積により鮮明な電位コントラス
ト像を得ることができる。

【００３１】図８、図９、図１１及び図１４を用いて説
明する。図８は第１試験パターンｒを印加した場合の導
体Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ 、Ｌ₄ に与えられる電位を示す。図
８の例ではＬ₁ にＬ論理、Ｌ₂ にＨ論理、Ｌ₃ にＬ論
理、Ｌ₄ にＨ論理を与えている状態を示す。図９は第２
試験パターンｎを印加した場合の導体Ｌ₁ 〜Ｌ₄ に与え
られる電位を示す。図９の例では導体Ｌ₁ とＬ₂ にＬ論
理、Ｌ₃ とＬ₄ にＨ論理を与えている状態を示す。

【００３２】図８に示した状態で導体Ｌ₁ 〜Ｌ₄ を含む
領域を荷電粒子線で掃引照射し、図９に示す第２試験パ
ターンｎを与えた状態で荷電粒子線を掃引照射し、その
とき画像データを取り込むことにより、図１１に示す電
位コントラスト像を得ることができる。図１１に示した
電位コントラスト像から明らかなように、第１試験パタ
ーンｒを印加した状態と、第２試験パターンｎを印加し
た状態で与えられる電位が逆極性となる導体だけが電位
コントラスト像として表れる。つまり、この例では導体
Ｌ₂ とＬ₃ がそれに該当し、導体Ｌ₁ とＬ₄ は同一電位
が与えられたことにより電位コントラスト像として表示
されない。

【００３３】その理由を図１４を用いて説明する。第１
試験パターンｒを印加した状態では導体Ｌ₁ とＬ₃ には
Ｌ論理が与えられるから、これら導体Ｌ₁ とＬ₃ の表面
の絶縁膜の電位も図中点線で示す平衡電位Ｖ_S （絶縁体
の電位と等価）より低い電位に偏倚される。また導体Ｌ
₂ とＬ₄ にはＨ論理が与えられるから、これらのＬ₂と
Ｌ₄ の上面を覆う絶縁膜の電位は平衡電位Ｖ_S より正方
向に偏倚される。

【００３４】この状態で荷電粒子線を掃引照射すると、
絶縁膜の電位は暫時、平衡電位Ｖ_Sに向かって変化す
る。荷電粒子線を掃引照射している期間中は絶縁膜上の
電位は変化するが、荷電粒子線の照射が止まると、電位
変化は停止する。第１試験パターンｒから第２試験パタ
ーンｎに経る間に幾つかの試験パターンが印加される
が、荷電粒子線を掃引照射した結果、変化した電位Ｖ
_a 、Ｖ_b 、Ｖ_c 、Ｖ_d は荷電粒子線の照射停止時点の値
に維持される。

【００３５】第２試験パターンｎが発生し、この第２試
験パターンｎが印加され、荷電粒子線の照射が再開され
ると、各導体Ｌ₁ 〜Ｌ₄ に与えられる電位が反対極性の
場合にだけ平衡電位Ｖ_S から大きく離れた電位から電位
変化が開始され、前回と同一極性の電位が与えられた部
分では平衡電位Ｖ_S に近づいた電位Ｖ_a 、Ｖ_d から電位
変化が始まる。従って、第２試験パターンｎが印加さ
れ、前回と同一極性の電圧が与えられた、この例では導
体Ｌ₁ とＬ₄ の部分の絶縁膜の電位は、既に平衡電位Ｖ
_S に近づいた電位から電位変化が始まることと、更に既
に平衡電位Ｖ_S に近づいていることから、短い時間で平
衡電位Ｖ_S に達してしまうことから電位コントラスト像
はほとんど得られない。

【００３６】これに対し逆極性の電圧が与えられた導体
Ｌ₂ とＬ₃ の部分では平衡電位Ｖ_Sから大きく離れた電
位Ｖ_e 、Ｖ_f から電位変化が始まる。この結果、初期状
態と同様に電位コントラスト像を得ることができる。従
って、この第２発明によれば第１試験パターンｒを印加
後に、第２試験パターンｎを印加することにより、第２
試験パターンｎを印加時に第１試験パターンｒを印加し
た電圧と逆極性の電圧が与えられた導体上では必ず電位
コントラスト像を得ることができる。

【００３７】従って、この電位コントラスト像を毎回画
像データとして取り込むことにより画像データを蓄積す
ることができ、画像データの平均化処理等を施すことに
より鮮明な電位コントラスト像を得ることができる。第
１試験パターンｒを順次変更することにより、観察すべ
き試験パターンｎを印加したとき、逆極性となる導体を
順次変えることができる。これにより存在する導体のほ
ぼ全ての状態を観察することができる。

【００３８】次に、ＩＣの不良部分の特定方法の発明に
ついて述べる。第１の測定方法発明として、本発明の装
置を用い第１試験パターンと第２試験パターンとを同一
試験パターンｎとし、各試験パターンの印加時に被試験
素子ＤＵＴに与える動作条件を変えることにより故障箇
所を発見する。つまり第１試験パターンをｎ、第２試験
パターンもｎとし、第１試験パターンｎを印加するとき
は動作電圧を規定の電圧範囲4.５〜5.５Ｖより外れた電
圧、例えば３Ｖを与え、第２試験パターン印加時は規定
の電圧５Ｖを与える。第１試験パターンｎ印加時及び第
２試験パターンｎ印加時に動作が正常であれば第２試験
パターンｎ印加時に電位コントラスト像は全く得られな
い。

【００３９】これに対し、第１試験パターンｎ印加時ま
たは第２試験パターンｎ印加時の何れか一方で動作に異
常が発生すると、印加される電圧が逆極性となる導体が
発生し、電位コントラスト像を得ることができる。よっ
てこの電位コントラスト像の中に動作が異常となる部分
を含むことになり、マージン不良などの故障の解析を速
やかに行うことができる。

【００４０】また動作条件として、動作電圧は一定に保
ち、各試験パターンのクロック・レートを変えて測定す
る方法もある。例えば、第１試験パターンでのクロック
・レートを標準の例えば１０ＭＨｚとし、第２試験パタ
ーン時には１５ＭＨｚに変えて測定する方法である。こ
の測定方法でも何れか一方で動作に異常が発生すると、
電位コントラスト像が得られ、マージン不良などの故障
解析を速やかに行うことができる。

【００４１】第２の方法発明は、第１試験パターンｒ印
加時に取込んだ画像データを極性反転して記憶し、第２
試験パターンｎ印加時に取込んだ画像データとを加算
し、その加算結果を電位コントランス像としてモニタ３
００に表示するものである。この第２の測定方法も電位
コントラスト像は鮮明な画像となる。

【００４２】その理由を再び図８乃至図１４を用いて説
明する。図８は試験パターンｒを印加した場合に、被試
験素子ＤＵＴ内の配線導体Ｌ₁,Ｌ₂,Ｌ₃,Ｌ₄ に与えられ
る電位を示す。つまり図８の例では導体Ｌ₁ にＬ論理、
導体Ｌ₂ にＨ論理、導体Ｌ₃にＬ論理、導体Ｌ₄ にＨ論
理を与えた場合を示す。一方図９は試験パターンｎを印
加した場合に被試験素子ＤＵＴ内の配線導体Ｌ₁ 〜Ｌ₄
に与えられる電位を示す。図９の例では導体Ｌ₁ にＬ論
理、導体Ｌ₂ にＬ論理、導体Ｌ₃ にＨ論理、導体Ｌ₄ に
Ｈ論理を与えた場合を示す。

【００４３】図１０と図１１にこれらの電位コントラス
ト像を示す。図１０は試験パターンｒを印加したときの
電位コントラスト像、図１１は試験パターンｎを印加し
たときの電位コントラスト像を示す。図１０に示す電位
コントラスト像において、導体Ｌ₁ とＬ₄ の電位コント
ラストは消失され、導体Ｌ₂ とＬ₃ の電位コントラスト
だけが残される。また図１１に示す電位コントラスト像
において、導体Ｌ₁ とＬ₄ の電位コントラストは消失
し、導体Ｌ₂ とＬ₃ の電位コントラストだけが残され
る。その理由は導体Ｌ₁ とＬ₄ に与えられる電位は試験
パターンｒの印加時も、試験パターンｎの印加時も同一
の電位であるからである。

【００４４】図１４に電位コントラストが消失する様子
を示す。図１４Ａは試験パターンｒとｎを印加している
期間と、荷電粒子線の照射期間を示す。図１４Ｂは導体
Ｌ₁の表面に存在する絶縁膜に発生する電位コントラス
ト、図１４Ｃは導体Ｌ₂ の表面に存在する絶縁膜に発生
する電位コントラスト、図１４Ｄは導体Ｌ₃ の表面に存
在する絶縁膜に発生する電位コントラスト、図１４Ｅは
導体Ｌ₄ の表面に発生する電位コントラストを示す。

【００４５】図１４Ｂと図１４Ｅに示すように、試験パ
ターンｒを印加した１回目には電位コントラストは発生
するが、その後試験パターンｎを印加した時点では同一
方向の電位が与えられるため、電位コントラストの発生
はなく、荷電粒子線の照射により電位コントラストは消
失する方向に変化し、平衡電位Ｖ_S に収束する。その後
試験パターンｒとｎが交互に印加されても導体Ｌ₁ とＬ
₄ の表面に存在する絶縁膜には電位コントラストは発生
しない。

【００４６】これに対し、導体Ｌ₂ とＬ₃ の表面に存在
する絶縁膜には試験パターンｒとｎが印加される毎に逆
極性の電位が与えられるから、試験パターンｒとｎが印
加される毎に逆向の電位コントラストが発生する。以上
の説明により導体Ｌ₁ とＬ₄ の電位コントラストが消失
する理由が理解できる。

【００４７】図１２は第１試験パターン時に取得した画
像データ（電位コントラスト）の図１０を極性反転した
画像データを示す。この図１２に示した画像データと図
１１に示した画像データとを加算することにより、図１
３に示す画像データが得られる。図１３に示した画像デ
ータは導体Ｌ₂ とＬ₃ の電位コントラストに関して加え
合わされて強調されている。この結果画像の質が向上
し、解像度のよい電位コントラスト像を得ることができ
る。

【００４８】以上説明したように導体に試験パターンｒ
とｎが印加される毎に逆極性の電位が与えられると、そ
の表面に存在する絶縁膜には試験パターンｒとｎが印加
される毎に逆向の電位コントラストが発生する。更に、
この実施例では一方の試験パターン時の画像データを極
性反転したものと、他方の試験パターン時の画像データ
とを加算することにより電位コントラストが強調され、
画像の質が向上し、解像度のよい電位コントラスト像を
得ることができる。

【００４９】第３の方法発明は、第１試験パターンｒ及
び第２試験パターンｎの印加時において最初の画像デー
タ取得後、荷電粒子線照射走査のみを同一画面に複数回
行うものである。図１５及び図１６にその様子を示す。

【００５０】本実施例における電位コントラストが消失
する様子を図１７に示す。図１７Ｂと図１７Ｅに示すよ
うに、第１試験パターンｒを印加した最初に電位コント
ラストは発生するが、荷電粒子線を複数回照射走査する
うちに平衡電位Ｖ_S に収束する。その後第１試験パター
ンｒと第２試験パターンｎが交互に印加されても、導体
Ｌ₁ とＬ₄ には同一方向の電位が与えられるため、その
表面に存在する絶縁膜には電位コントラストは発生しな
い。

【００５１】これに対し、導体Ｌ₂ とＬ₃ の表面に存在
する絶縁膜には第１試験パターンｒと第２試験パターン
ｎが印加される毎に逆極性の電位が与えられるから、試
験パターンｒとｎが印加される毎に逆向の電位コントラ
ストが発生する。本方式では同一画面に複数回の荷電粒
子線の照射走査を行うために、試験パターンを終了した
時点での電位はそれぞれ平衡電位に到達してしまう。こ
れにより、Ｌ₂ とＬ₃ のように電位変化が発生する場合
には、平衡電位に対し、より大きな変位量が得られ、電
位コントラストが強調された、解像度のよい電位コント
ラスト像を得ることができる。

【００５２】

【発明の効果】この発明は従来の装置に比べて、先ず、
取得完了信号発生手段を設けることにより操作性が非常
に向上し、システムが自動化できた。次に、モード切り
替え手段を設けることにより、複数の試験パターン時で
の荷電粒子線の照射方法や画像データ取得方法を種種に
切り替えることができ、測定方法に融通性が大きくなっ
た。また、新たな測定方法で電位コントラスト像を鮮明
に表示できるようになり、しかも被測定素子の異常動作
を電位コントラストとしても発生させることができる。
従って、不良箇所を速やかに直接特定できる利点もあ
り、マージン不良などの故障の解析に大きな効果を発揮
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の第１発明の実施例を示すブロック
図。

【図２】図１に示した実施例の動作を説明するための波
形図。

【図３】図１に示した実施例の動作を説明するための波
形図。

【図４】図１に示した実施例の動作を説明するための波
形図。

【図５】この出願の第２発明の実施例を示すブロック
図。

【図６】図５に示した実施例の動作を説明するための波
形図。

【図７】図５に示した実施例の動作を説明するための波
形図。

【図８】実施例の試験パターンｒを印加した場合の被試
験素子内の配線に与えられる電位を説明するための平面
図。

【図９】実施例の試験パターンｎを印加した場合の被試
験素子内の配線に与えられる電位を説明するための平面
図。

【図１０】実施例の試験パターンｒとｎを交互に印加し
た後に試験パターンｒを印加した状態で得られる電位コ
ントラスト像を示す正面図。

【図１１】実施例の試験パターンｒとｎを交互に与えた
後に試験パターンｎを印加した状態で得られる電位コン
トラスト像を示す正面図。

【図１２】実施例の図１０に示した電位コントラストの
極性を反転した電位コントラストを示す正面図。

【図１３】実施例の演算結果を電位コントラストとして
表示した正面図。

【図１４】実施例の試験パターンｒとｎを交互に印加し
た場合に、同一極性の電位が与えられる部分の電位コン
トラストが消失する理由を説明する波形図。

【図１５】測定方法実施例の動作を説明するための波形
図。

【図１６】測定方法実施例の動作を説明するための波形
図。

【図１７】実施例の試験パターンｒとｎを交互に印加し
た場合に、同一極性の電位が与えられる部分の電位コン
トラストが消失する理由を説明する波形図。

【図１８】従来の技術を説明するためのブロック図。

【図１９】従来の技術の欠点を説明するための電位コン
トラスト像の一例を示す説明図。

【符号の説明】

１００ＩＣ試験装置２００試験パターン発生器２０１スタートスイッチ２０２ストップスイッチ２０３停止パターン設定手段２０４パターン保持手段２０５停止信号発生手段３００荷電粒子線装置３０１鏡筒部３０２チャンバ３０３ステージ３０４センサ３０５画像データ取得装置３０６モニタ３０７鏡筒制御部３０８取得完了信号発生手段３０９モード切替手段３２０荷電粒子線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被試験素子の表面に荷電粒子線を掃引照
射し、各照射点から発生する２次電子の量を計測して上
記被試験素子内の電位分布を画像として表示するイオン
ビームテスタ（３００）と、上記被試験素子に試験パタ
ーン信号を順次更新して与える試験パターン発生器（２
００）とを具備して構成されるＩＣ試験装置（１００）
において、上記試験パターン発生器（２００）側に、上記試験パタ
ーンの更新を停止すべき試験パターンを設定する停止パ
ターン設定手段（２０３）と、上記試験パターン発生器
（２００）に対し上記停止パターン設定手段（２０３）
に設定した試験パターンの発生を保持した状態で試験パ
ターンの更新動作を停止させ、上記イオンビームテスタ
（３００）から画像データの取得完了を表す取得完了信
号の供給を受けて上記試験パターン発生器（２００）の
パターン更新を再開させるパターン保持手段（２０４）
と、上記試験パターンの更新動作が停止したことを表す
パターン停止信号を出力する停止信号発生手段（２０
５）とを設け、上記イオンビームテスタ（３００）に、上記停止信号発
生手段（２０５）が発生するパターン停止信号を受けて
画像データの取り込みを開始する画像データ取得手段
（３０５）と、上記画像データ取得手段（３０５）が所
要の画像データを取得したことを表す上記取得完了信号
を発生する取得完了信号発生手段（３０８）と、を設け
たことを特徴とするＩＣ試験装置。
【請求項２】被試験素子の表面に荷電粒子線を掃引照
射し、各照射点から発生する２次電子の量を計測して上
記被試験素子内の電位分布を画像として表示するイオン
ビームテスタ（３００）と、上記被試験素子に試験パタ
ーン信号を順次更新して与える試験パターン発生器（２
００）とを具備して構成されるＩＣ試験装置（１００）
において、上記試験パターン発生器（２００）側に、上記試験パタ
ーンの更新を一時停止すべき少なくとも第１試験パター
ンと第２試験パターンの２つの試験パターンを設定する
停止パターン設定手段（２０３）と、上記試験パターン
発生器（２００）に対し上記停止パターン設定手段（２
０３）に設定した試験パターンの発生を保持した状態で
試験パターンの更新動作を停止させるパターン保持手段
（２０４）と、上記試験パターンの更新動作が停止した
ことを表すパターン停止信号を出力する停止信号発生手
段（２０５）とを設け、上記イオンビームテスタ（３００）に、上記停止信号発
生手段（２０５）が発生するパターン停止信号を受けて
画像データの取り込みを開始する画像データ取得手段
（３０５）と、上記第１試験パターンが発生し、試験パ
ターンの更新動作が一時停止した状態で上記パターン停
止信号に応答して画像データの取得を禁止し、被試験素
子に荷電粒子線の掃引照射のみを行う第１動作モード
と、上記第２試験パターンが発生し、試験パターンの更
新動作が一時停止した状態で上記被試験素子に荷電粒子
線を掃引照射しながら画像データの取得動作を行う第２
動作モードとを切り替えて実行させるモード切り替え手
段（３０９）と、を設けたことを特徴とするＩＣ試験装
置。
【請求項３】請求項２項記載のＩＣ試験装置（１０
０）において、上記イオンビームテスタ（３００）は上
記画像データ取得手段（３０５）が画像データの取得を
完了するとそれを表す上記取得完了信号を発生する取得
完了信号発生手段（３０８）を含み、上記パターン保持
手段（２０４）は上記イオンビームテスタ（３００）か
ら画像データの取得完了を表す取得完了信号の供給を受
けて上記試験パターン発生器（２００）のパターン更新
を再開させるよう構成されているＩＣ試験装置。
【請求項４】試験パターン発生器（２００）から順次
更新して発生された試験パターンが与えられる被試験素
子の表面に荷電粒子線を掃引照射し、各照射点から発生
する２次電子の量を計測して上記被試験素子の表面電位
分布を画像として表示するイオンビームテスタ（３０
０）において、上記試験パターン発生器（２００）からのパターン停止
信号を受けて画像データの取り込みを開始する画像デー
タ取得手段（３０５）と、上記画像データ取得手段（３
０５）が所要の画像データを取得したことを表す取得完
了信号を発生し、上記試験パターン発生器（２００）に
供給するための取得完了信号発生手段（３０８）と、を
設けたことを特徴とするイオンビームテスタ。
【請求項５】試験パターン発生器（２００）から順次
更新して発生された試験パターンが与えられる被試験素
子の表面に荷電粒子線を掃引照射し、各照射点から発生
する２次電子の量を計測して上記被試験素子の表面電位
分布を画像として表示するイオンビームテスタ（３０
０）において、上記試験パターン発生器（２００）が発生するパターン
停止信号を受けて画像データの取り込みを開始する画像
データ取得手段（３０５）と、上記試験パターン発生器
（２００）において第１試験パターンが発生して試験パ
ターンの更新動作が一時停止した状態で上記パターン停
止信号に応答して画像データの取得を禁止し被試験素子
に荷電粒子線の掃引照射のみを行う第１動作モードと、
上記試験パターン発生器（２００）において第２試験パ
ターンが発生して試験パターンの更新動作が一時停止し
た状態で上記被試験素子に荷電粒子線を掃引照射しなが
ら画像データの取得動作を行う第２動作モードとを切り
替えて実行させるモード切り替え手段（３０９）と、を
設けたことを特徴とするイオンビームテスタ。
【請求項６】請求項５項記載のイオンビームテスタ
（３００）において、上記画像データ取得手段（３０
５）が所要の画像データの取得を完了するとそれを表す
取得完了信号を発生し、上記試験パターン発生器（２０
０）に供給するための取得完了信号発生手段（３０８）
を含むイオンビームテスタ。
【請求項７】被試験素子の表面に荷電粒子線を掃引照
射し、各照射点から発生する２次電子の量を計測して上
記被試験素子表面の電位分布を画像として表示するイオ
ンビームテスタ（３００）と、上記被試験素子に試験パ
ターン信号を順次更新して与える試験パターン発生器
（２００）とを具備し、上記試験パターン発生器（２０
０）側に設けた停止パターン設定手段（２０３）に２つ
の試験パターンを設定するように構成されたＩＣ試験装
置（１００）の上記被試験素子の測定方法において、第１試験パターンと第２試験パターンとを同一試験パタ
ーンｎとし、上記第１試験パターンｎと上記第２試験パ
ターンｎとの印加時での上記被試験素子に与える動作条
件を異なる動作条件に設定し、上記第１試験パターンｎ時は画像データを取得すること
なく、荷電粒子線の掃引照射のみを実行し、第２試験パターンｎ時において荷電粒子線の掃引照射と
画像データの取得を実行し、上記被試験素子表面の電位コントラスト像を表示する、
ＩＣの不良部分特定方法。
【請求項８】被試験素子の表面に荷電粒子線を掃引照
射し、各照射点から発生する２次電子の量を計測して上
記被試験素子表面の電位分布を画像として表示するイオ
ンビームテスタ（３００）と、上記被試験素子に試験パ
ターン信号を順次更新して与える試験パターン発生器
（２００）とを具備し、上記試験パターン発生器（２０
０）側に設けた停止パターン設定手段（２０３）に２つ
の試験パターンを設定するように構成されたＩＣ試験装
置（１００）の上記被試験素子の測定方法において、第１試験パターンｒ時に電子ビームの掃引照射と画像デ
ータの取得を実行し、第２試験パターンｎ時に電子ビームの掃引照射と画像デ
ータの取得を実行し、上記第１試験パターンｒ時に得られた画像データと、第
２試験パターンｎ時に得られた画像データとの差を求
め、上記被試験素子表面の電位コントラスト像を表示する、
ＩＣの不良部分特定方法。
【請求項９】被試験素子の表面に荷電粒子線を掃引照
射し、各照射点から発生する２次電子の量を計測して上
記被試験素子表面の電位分布を画像として表示するイオ
ンビームテスタ（３００）と、上記被試験素子に試験パ
ターン信号を順次更新して与える試験パターン発生器
（２００）とを具備し、上記試験パターン発生器（２０
０）側に設けた停止パターン設定手段（２０３）に２つ
の試験パターンを設定するように構成されたＩＣ試験装
置（１００）の上記被試験素子の測定方法において、第１試験パターンｒ時に荷電粒子線の掃引照射を同一画
面に複数回繰り返し行って被試験素子の表面電位を平衡
電位とし、第２試験パターンｎ時にも荷電粒子線の掃引照射を同一
画面複数回繰り返し行って被試験素子の表面電位を平衡
電位とし、画像データの取得を上記第１試験パターンｒ時もしくは
上記第２試験パターン時ｎの荷電粒子線掃引照射時の第
１画面分を取得し、上記被試験素子表面の電位コントラスト像を表示する、
ＩＣの不良部分特定方法。