JPH0792240A

JPH0792240A - Ｉｃの不良部分特定方法

Info

Publication number: JPH0792240A
Application number: JP5257625A
Authority: JP
Inventors: Akira Goseki; 晃五石; Masayuki Kurihara; 正行栗原
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】被試験素子に電子ビームを照射し、被試験素
子内の配線導体の電位コントラスト像を表示して、被試
験素子に与える動作条件を変えることによる故障箇所発
見方法の発明と、そのための電位コントラスト像の画質
の向上を目的とする。【構成】鮮明な電位コントラストを得るために、電子
ビーム照射に対し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、数フレームの間電子ビームを照射する方法を発
明している。そして、同一の試験パターン例えばｎを繰
り返し印加し、その印加毎に被試験素子に与える例えば
電源電圧を変化させることにより、異常動作を電位コン
トラストとして発生させ、マージン不良などの故障解析
を可能にしている。

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に電子ビー
ムを照射し、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
示することを応用した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のチップに電子ビー
ムを掃引照射（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】図２２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、電子ビームテスタ３００とによって構成
される。試験パターン発生器２００は電子ビームテスタ
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２
０４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。

【０００４】一方、電子ビームテスタ３００は被試験素
子ＤＵＴに電子ビームＥＢ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３
０２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ＤＵ
Ｔから発生する２次電子の量を計測するためのセンサ３
０４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、電子ビー
ムＥＢ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。

【０００５】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電子ビームＥＢ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。

【０００６】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。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２０
３に設定した試験パターンを出し続ける。鏡筒制御器３
０７は停止信号の供給を受けて電子ビームＥＢ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。

【０００７】

【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。

【０００８】つまり、画像データの取込みには電子ビー
ム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
電子ビームテスタ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。

【０００９】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、絶縁膜の表面に電子ビームを照射する
と、照射時間に比例して絶縁膜上の電荷の分布による電
位勾配が次第に消滅し、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２３にその
様子を示す。図２３Ａ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次電子の放出量大）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
電子の放出量が少ない）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。

【００１０】図２３Ｂは電子ビームＥＢ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、電子ビームＥＢを照射し始める
と、数秒後には図２３Ｃ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２３Ａ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。

【００１１】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（電子ビームの走査面
積、電子ビームの電流値等）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。この発明の課
題は、この種のＩＣ試験装置の操作性を向上し、電位コ
ントラストの低下現象が存在してもＩＣの不良部分を特
定する方法を発明することと、そのための鮮明な電位コ
ントラスト像を得ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の課題の一つで
ある、ＩＣの不良部分を特定できる鮮明な電位コントラ
スト像を得るためには、操作性を向上したＩＣ試験装置
を提案する必要がある。つまり被試験素子に電子ビーム
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再現する電
子ビームテスタと、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、電子ビー
ムテスタ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、電子ビームテスタには停止
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。

【００１３】この構成によれば、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。

【００１４】また試験パターンの発生を繰り返し発生モ
ードに設定することにより同一の試験パターンを印加し
た状態の画像データを繰り返し取得することができる。
ＩＣの不良部分を特定するためには、電位コントラスト
の低下現象を補って画質の向上した鮮明な電位コントラ
スト像を得る必要がある。このため実施例１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、電子
ビームの掃引照射のみを実行し、第２試験パターン発生
時において電子ビームの照射と画像データの取得を実行
する。

【００１５】このように、第１試験パターン発生時に電
子ビーム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。

【００１６】実施例２では、第１試験パターン発生時及
び第２試験パターン発生時共に電子ビームの照射と画像
データの取得を実行し、更に第１試験パターン印加時に
得られた画像データを反転し、第２試験パターン印加時
に得られた画像データとの和を求める。これにより、電
位が変化した部分だけを電位コントラスト像として表示
することができる。この場合、２つの画像データの和を
求めるから、第１試験パターンと第２試験パターンの印
加時に電位が逆転した部分の電位コントラストが強調さ
れて得られ、像の画質が向上し、鮮明な画像を得ること
ができる。

【００１７】実施例３では、第１試験パターン発生時及
び第２試験パターン発生時共に電子ビームの照射を数フ
レーム行うため、試験パターンを終了した時点での電位
がそれぞれ平衡電位に到達する。これにより、第１試験
パターン発生時と第２試験パターン発生時に電位変化が
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。

【００１８】ＩＣの不良部分の特定方法として、第１試
験パターンと第２試験パターンとを同一パターンにし、
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。これにより故障箇所には電位コントラ
スト像を得ることができる。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）図２に操作性を向上したＩＣ試験装置の実
施例を示す。図２２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電子ビー
ムテスタ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３０５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。

【００２０】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。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電子ビームテスタ３０
０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。

【００２１】この出願の発明は、操作性を向上したこの
ＩＣ試験装置を利用して画像の取得性能を向上させ、Ｉ
Ｃの不良部分を特定できる鮮明な電位コントラスト像を
得ることである。図３にこの出願の一実施例を示す。こ
の実施例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、電子ビームテスタ３００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に電
子ビームＥＢ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２０
０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。

【００２２】図４及び図５に第１動作モードと、第２動
作モードの様子を示す。図４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５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。

【００２３】つまり、第１動作モードで被試験素子ＤＵ
Ｔに電子ビームＥＢを照射することにより、被試験素子
ＤＵＴ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。

【００２４】図６より図８にその様子を示す。図６は第
１試験パターンｒを印加した場合の導体Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ
₃ 、Ｌ₄ に与えられる電位を示す。図６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７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７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。

【００２５】図６に示した状態で導体Ｌ₁ 〜Ｌ₄ を含む
領域を電子ビームＥＢで掃引照射し、図７に示す第２試
験パターンｎを与えた状態で電子ビームＥＢ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８に
示す電位コントラスト像を得ることができる。図８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。

【００２６】その理由を図１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Ｌ₂
とＬ₄ にはＨ論理が与えられるから、これらのＬ₂ とＬ
₄ 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。

【００２７】この状態で電子ビームＥＢ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。電子ビームＥＢ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、電子ビームＥＢ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、電子ビームＥＢを掃引照射した結果、変化
した電位Ｖ_a 、Ｖ_b 、Ｖ_c 、Ｖ_d は電子ビームＥＢの照
射停止時点の値に維持される。

【００２８】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、電子ビームＥＢ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。

【００２９】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、この実施例によれば第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。

【００３０】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。

【００３１】以上説明した第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
とができるという特徴から、本発明であるＩＣの不良部
分の特定方法が可能となる。つまり、第１試験パターン
と第２試験パターンとを同一にし、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できる。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試験パターン印加時
及び第２試験パターン印加時に動作が正常であれば第２
試験パターン印加時に電位コントラスト像は全く得られ
ない。

【００３２】これに対し、第１試験パターン印加時また
は第２試験パターン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。

【００３３】（実施例２）図９に電位コントラストを強
調するＩＣ試験装置の実施例を示す。この実施例の特徴
とする構造は電子ビームテスタ３００に画像データ取得
手段を３０５Ａと３０５Ｂの複数設けた点と、これら画
像データ取得手段３０５Ａと３０５Ｂに取得した画像デ
ータの和を求める演算手段３１０を設けた点である。

【００３４】取得完了信号発生手段３０８は画像データ
取得手段３０５Ａ及び３０５Ｂ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。
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２
００は停止状態から解放された試験パターンの更新動作
を開始する。

【００３５】つまり、この実施例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ｒとｎを設定した
とすると、この停止パターンｒと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２００
の試験パターンの更新動作を停止させ、試験パターンｒ
又はｎを出力した状態を維持する。図１０にその様子を
示す。図１０Ａはスタート信号、図１０Ｂ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ｒ又は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ｒ又
はｎを出力した状態を維持する。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
画像データ取込装置３０５に入力され画像データの取込
を開始させる。図１０Ｆは画像データの取得動作期間を
示す。

【００３６】試験パターンの発生を連続して、また画像
データ取得後の再スタートを先頭のパターンに戻すよう
に設定した場合は、図１１に示すように試験パターンｒ
を発生すると自動的に停止し、画像データの取得が完了
すると先頭のパターンに戻って再スタートし、次回は試
験パターンｎで停止し、画像データの取得後は再び先頭
の試験パターンに戻り、パターンの発生を繰返す。この
ように設定することにより特定した試験パターンｒと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。

【００３７】このように、この実施例によれば電位コン
トラスト像を観測したり試験パターンｎと基準となるパ
ターンｒと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電子
ビームテスタ３００側の画像データの取得動作に連動す
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。

【００３８】この出願の発明は、操作性を向上したこの
ＩＣ試験装置を利用して画像の取得性能を向上させ、Ｉ
Ｃの不良部分を特定できる、より鮮明な電位コントラス
ト像を得ることである。図９に示すように複数の画像デ
ータ取得手段３０５Ａと３０５Ｂに異なる試験パターン
を印加した状態の画像データを取込む。つまり画像デー
タ取得手段３０５Ａに試験パターンｒを被試験素子ＤＵ
Ｔに与えた状態の画像データを取込む。また画像データ
取得手段３０５Ｂに試験パターンｎを被試験素子ＤＵＴ
に与えた状態の画像データを取込む。

【００３９】画像データ取得手段３０５Ａに取込んだ画
像データは極性反転して演算手段３１０に与えると共
に、画像データ取得手段３０５Ｂに取込んだ画像データ
をそのまま演算手段３１０に与える。演算手段３１０で
は画像データ取得手段３０５Ａと３０５Ｂから与えられ
た画像データを加算し、その加算結果をモニタ３００に
表示する。演算手段３１０の演算結果をモニタ３０６に
表示することにより電位コントラスト像は鮮明な画像と
なる。

【００４０】その理由を以下に説明する。図１２に試験
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１３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。

【００４１】図１４と図１５にこれらの電位コントラス
ト像を示す。図１４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１５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１４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１５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。

【００４２】図１８に電位コントラストが消失する様子
を示す。図１８Ａは試験パターンｒとｎを印加している
期間と、電子ビームの照射期間を示す。図１８Ｂ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１８Ｃ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１８Ｄ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１８Ｅは
導体Ｌ₄ の表面に発生する電位コントラストを示す。

【００４３】図１８Ｂと図１８Ｅ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、電子ビームＥＢ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Ｌ₄ 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。

【００４４】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。この実施例ではこのようにして
残された電位コントラストの何れか一方、この例では画
像データ取得手段３０５Ａに取得した画像データ（電位
コントラストと同じ意）を極性反転して演算手段３１０
に与え、演算手段３１０で画像データ取得手段３０５Ｂ
に取得した画像データと加算する。

【００４５】図１６は画像データ取得手段３０５Ａに取
得した画像データ（電位コントラスト）を極性反転した
画像データを示す。この図１６に示した画像データと図
１５に示した画像データとを加算することにより、図１
７に示す画像データが得られる。図１７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。

【００４６】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、
この実施例では極性反転した画像データを加算すること
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。この特徴から、本発明であるＩＣの不良部分の特定
方法が可能となる。つまり試験パターンｒとｎを同一に
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、実施例１以上の電位コ
ントラスト像で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。

【００４７】（実施例３）本実施例は、電位コントラス
トを強調する方法の一つの手法であり、ＩＣ試験装置と
して実施例２と同じものを使用する。実施例２との違い
は、試験パターンｒ及びｎにおいて画像データ取得後、
ビーム照射走査のみを数フレーム（１フレーム以上）実
行することである。図１９及び図２０にその様子を示
す。

【００４８】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２１に示す。図２１Ｂと図２１Ｅに示すよ
うに、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、ｒを数フレーム照射走査するうちに平
衡電位Ｖ_S に集束する。その後試験パターンｒとｎが交
互に印加されても、同一方向の電位が与えられるため導
体Ｌ₁ とＬ₄ 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。

【００４９】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。本方
式では数フレームの間電子ビーム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。

【００５０】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、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。この特徴か
ら、本発明であるＩＣの不良部分の特定方法が可能とな
る。つまり試験パターンｒとｎを同一にし、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、実施例１以上の電位コントラスト像で
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。

【００５１】

【発明の効果】同一の試験パターン例えばｎを繰り返し
印加し、その印加毎に被試験素子ＤＵＴに与える例えば
電源電圧を変化させることにより、異常動作を電位コン
トラストとして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があり、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】本発明（実施例１）の動作を説明するための波
形図。

【図２】操作性を向上したＩＣ試験装置の実施例を示す
ブロック図。

【図３】実施例１を示すブロック図。

【図４】実施例１の動作を説明するための波形図。

【図５】実施例１の動作を説明するための波形図。

【図６】実施例１の動作を説明するための平面図。

【図７】実施例１の動作を説明するための平面図。

【図８】実施例１による表示結果を表す正面図。

【図９】実施例２を示すブロック図。

【図１０】実施例２の動作を説明するための波形図。

【図１１】実施例２の動作を説明するための波形図。

【図１２】実施例２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１３】実施例２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１４】実施例２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１５】実施例２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１６】実施例２の図１４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１７】実施例２の演算手段により演算した結果を電
位コントラストとして表示した正面図。

【図１８】実施例２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１９】実施例３の動作を説明するための波形図。

【図２０】実施例３の動作を説明するための波形図。

【図２１】実施例３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２２】従来の技術を説明するためのブロック図。

【図２３】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正面図。

【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電子ビームテスタ３０１鏡筒部３０２チャンバ３０３ステージ３０４センサ３０５、３０５Ａ、３０５Ｂ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３１０演算手段

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【手続補正書】

【提出日】平成６年４月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】また試験パターンの発生を繰り返し発生モ
ードに設定することにより同一の試験パターンを印加し
た状態の画像データを繰り返し取得することができる。
ＩＣの不良部分を特定するためには、電位コントラスト
の低下現象を補って画質の向上した鮮明な電位コントラ
スト像を得る必要がある。このため実施例１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、電子
ビームの掃引照射のみを実行し、第２試験パターン発生
時において電子ビームの照射と画像データの取得を実行
する。この第２試験パターン発生時以外では、電子ビー
ムの照射をしないことにより、第２試験パターン時での
照射による画像データは、第１試験パターン時と第２試
験パターン時で内部電位が変化した部分のみが鮮明な電
位コントラストの画像データとして検出される。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】実施例２では、第１試験パターン発生時及
び第２試験パターン発生時共に電子ビームの照射と画像
データの取得を実行し、更に第１試験パターン印加時に
得られた画像データを反転し、第２試験パターン印加時
に得られた画像データとの和を求める。これにより、電
位が変化した部分だけを電位コントラスト像として表示
することができる。この場合、２つの画像データの差を
求めることであるから、第１試験パターンと第２試験パ
ターンの印加時に電位が逆転した部分の電位コントラス
トが強調されて得られ、像の画質が向上し、鮮明な画像
を得ることができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】実施例３では、第１試験パターン発生時及
び第２試験パターン発生時共に電子ビームの照射を数フ
レーム（同一画面に複数回）行うため、試験パターンを
終了した時点での電位がそれぞれ平衡電位に到達する。
これにより、第１試験パターン発生時と第２パターン発
生時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。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】（実施例３）本実施例は、電位コントラス
トを強調する方法の一つの手法であり、ＩＣ試験装置と
して実施例２と同じものを使用する。実施例２との違い
は、試験パターンｒ及びｎにおいて画像データ取得後、
ビーム照射走査のみを数フレーム（同一画面に複数回）
実行することである。図１９及び図２０にその様子を示
す。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被試験素子に電子ビームを掃引照射し、
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再現する電子ビームテスタ
と、上記被試験素子に試験パターン信号を与える試験パ
ターン発生器とを具備して構成されるＩＣ試験装置にお
いて、試験パターン発生器に設けた停止パターン設定手段に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
パターン発生時は画像データを取得することなく、電子
ビームの掃引照射のみを実行し、第２試験パターン発生
時において電子ビームの照射と画像データの取得を実行
し、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
表示し、第１試験パターンと第２試験パターンとを同一パターン
にし、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、これにより故障箇所に電位コント
ラスト像を得ることによって行うＩＣの不良部分特定方
法。
【請求項２】第１試験パターン発生時及び第２試験パ
ターン発生時共に電子ビームの照射と画像データの取得
を実行し、更に第１試験パターン印加時に得られた画像
データを反転し、第２試験パターン印加時に得られた画
像データとの和を求め、電位が変化した部分だけを電位
コントラスト像として表示し、電位コントラストが強調
されて得られ、像の画質が向上し、鮮明な画像を得るこ
とによって行う請求項１記載のＩＣの不良部分特定方
法。
【請求項３】第１試験パターン発生時及び第２試験パ
ターン発生時共に電子ビームの照射を数フレーム行い、
試験パターンを終了した時点での電位をそれぞれ平衡電
位に到達させ、第１試験パターン発生時と第２試験パタ
ーン発生時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、解像度の良い電位コントラスト像を得るこ
とによって行う請求項１記載のＩＣの不良部分特定方
法。