(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被解析対象物である半導体集積回路装置に、電子ビームを照射して解析のための電位コントラストを取得する電子ビームテストシステムであって、
前記半導体集積回路装置へ、解析のためのテストパターン信号を供給するとともに、前記供給テストパターン信号を所与のタイミングでホールドするテスタと、
前記ホールドに関連付けて、前記半導体集積回路装置に電子ビームを照射する電子銃と、
前記電子ビームの照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む検出器と、
前記電位コントラストの取り込みを、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し電位コントラスト画像を生成するコントラスト画像生成部と、
を具備することを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項２】
請求項１において、
前記電子銃と前記半導体集積回路装置との間に配置された、電位分布観測のための分析グリッドをさらに含むことを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項３】
請求項１、２のいずれかにおいて、
被解析対象物である半導体集積回路装置を載置するステージであって平面上を自在に移動可能なステージをさらに含むことを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項４】
被解析対象物である半導体集積回路装置に電子ビームを照射して解析のための電位コントラストを取得する電子ビームテストシステムであって、
前記被解析対象物である半導体集積回路装置を載置する第１ステージと、
この半導体集積回路装置と比較するための良品の半導体集積回路装置を載置する第２ステージと、
前記被解析対象物である半導体集積回路装置及び前記良品の半導体集積回路装置へ、解析のためのテストパターン信号を供給するとともに、前記供給テストパターン信号を所与のタイミングでホールドする動作を前記被解析対象物である半導体集積回路装置及び前記良品の半導体集積回路装置それぞれに対して行うテスタと、
被解析対象物である半導体集積回路装置への供給テストパターンのホールドに関連付けて、当該半導体集積回路装置に電子ビームを照射する第１電子銃と、
良品の半導体集積回路装置への供給テストパターンのホールドに関連付けて、当該半導体集積回路装置に電子ビームを照射する第２電子銃と、
電子ビームの照射された前記被解析対象物である半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む第１検出器と、
電子ビームの照射された前記良品の半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む第２検出器と、
前記被解析対象物である半導体集積回路装置の電位コントラストの取り込みを、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し被解析対象物である半導体集積回路装置の電位コントラスト画像を生成するとともに、前記良品の半導体集積回路装置の電位コントラストの取り込みを、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し良品の半導体集積回路装置の電位コントラスト画像を生成するコントラスト画像生成部と、
を具備することを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１電子銃と第１ステージとの間に配置された、電位分布観測のための第１分析グリッドと、
前記第２電子銃と第２ステージとの間に配置された、電位分布観測のための第２分析グリッドと、
をさらに含むことを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項６】
被解析対象物である半導体集積回路装置に電子ビームを照射して電位コントラストを取得する電子ビームテストシステムであって、
前記半導体集積回路装置へ供給されるテストパターン信号を所与のタイミングでホールドし、このホールドと同時またはホールド後、前記半導体集積回路装置に対する電子ビームの照射を開始し、前記電子ビームの照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込むとともに、前記電位コントラストの取り込みを、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し電位コントラスト画像を生成することを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項７】
被解析対象物である半導体集積回路装置及びこの半導体集積回路装置と比較するための良品の半導体集積回路装置に電子ビームを照射して各半導体集積回路装置から電位コントラストを取得する電子ビームテストシステムであって、
前記被解析対象物である半導体集積回路装置及び前記良品の半導体集積回路装置へ供給されるテストパターン信号を所与のタイミングでホールドし、このホールドと同時またはこのホールド後、前記各半導体集積回路装置に対する電子ビームの照射を開始し、前記電子ビームが照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む動作を前記各半導体集積回路装置それぞれに対して行なうとともに、前記電子ビームが照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む動作を、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し被解析対象物である半導体集積回路装置の電位コントラスト画像を生成するとともに、良品の半導体集積回路装置の電位コントラスト画像を生成することを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記半導体集積回路装置に対する電子ビームの照射を、フレームスキャン照射として行い、このフレームスキャン照射を、前記供給テストパターン信号のホールドと同時にまたはその後に行うように電子ビーム制御を行うビーム制御部を有することを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、
前記電子ビームのフレームスキャンは、前記電位コントラストの取り込みの為のフレームスキャンと同期して行われることを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、
前記電位コントラスト画像の生成は、
最先に取り込まれた電位コントラストの積算割合を後に取り込まれた電位コントラストの積算割合より大きく設定して行われることを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかにおいて、
前記供給テストパターン信号のホールド開始に関連付けて、
前記電子ビームの照射開始タイミング及び前記電位コントラストの取り込み開始タイミングを決定することを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記供給テストパターン信号のホールド開始に関連付けてトリガ信号を発生させ、
前記トリガ信号に基づき前記電子ビームの照射開始のタイミングをセットするとともに、前記電位コントラストの取り込み開始タイミングをセットすることを特徴とする電子ビームテストシステム。
【請求項１３】
被解析対象物である半導体集積回路装置に供給されるテストパターンを観測したいタイミングでホールドし、
このホールドに関連付けて、前記半導体集積回路装置に電子ビームを照射し、前記電子ビームが照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込むことにより、プロセス欠陥に起因する不良又は故障を解析する為の電位コントラスト画像を生成するとともに、前記電位コントラストの取り込みを、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し電位コントラスト画像を生成することを特徴とする電子ビームテスト方法。
【請求項１４】
被解析対象物である半導体集積回路装置に供給されるテストパターンを観測したいタイミングでホールドし、このホールドに関連付けて、当該半導体集積回路装置に電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射された当該半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込むとともに、前記半導体集積回路装置と比較するための良品の半導体集積回路装置に供給されるテストパターンを観測したいタイミングでホールドし、このホールドに関連付けて、当該良品の半導体集積回路装置に電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射された当該半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込むことにより、両半導体集積回路装置の電位コントラスト画像を生成するとともに、前記電子ビームが照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む動作を、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し被解析対象物である半導体集積回路装置の電位コントラスト画像を生成するとともに、良品の半導体集積回路装置の電位コントラスト画像を生成し、
両電位コントラスト画像を比較することにより、前記被解析対象物のプロセス欠陥に起因する不良又は故障を解析することを特徴とする電子ビームテスト方法。
【請求項１５】
請求項１３、１４いずれかにおいて、
前記電子ビームのフレームスキャンは、前記電位コントラストの取り込みの為のフレームスキャンと同期して行われることを特徴とする電子ビームテスト方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームテストシステム及び電子ビームテスト方法に係わり、特に、ＤＣ信号や観測したいタイミングの前の時刻から電位変化が無い信号に対してもＨｉｇｈ／Ｌｏｗを判定できる電子ビームテストシステム及び電子ビームテスト方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
図４は、従来の電子ビームテストシステムを示す構成図である。
【０００３】
電子ビームテストシステム１００は、電子ビームプローバ１０１と、これに接続されたデバイスを駆動させるための高精度ＬＳＩテスタ１０２と、電子ビームプローバ１０１及び高精度ＬＳＩテスタ１０２を制御する制御ＥＷＳ（エンジニアリング  ワーク  ステーション）１０６とを備えている。
【０００４】
電子ビームプローバ１０１は、パルスビーム化のためのビームブランカ１０３、電位分布観測・波形測定のための分析グリッド１０４、及び、これに接続された波形測定ユニット１０５をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）に付加したような構造となっている。Ｘ−Ｙ移動ステージ１０８上には半導体ウエハを載置する固定ステージ１０９が配置されている。
【０００５】
固定ステージ１０９に良品又は不良品の半導体ウエハ（半導体集積回路装置）を載置する。
【０００６】
この半導体ウエハは、テストヘッド１１０に接続され、このテストヘッド１１０によって動作させられる。具体的には、テストヘッド１１０から、半導体ウエハの各入力端子に、クロック信号を含む所定のテストパターン信号を入力する。
【０００７】
フィールドエミッションガン（ＦＥ−Ｇｕｎ）１０７により電子ビームを照射し、この電子ビームをビームブランカ１０３を通して動作中の半導体ウエハに照射する。
【０００８】
そして、半導体ウエハからの二次電子を分析グリッド１０４を通して二次電子検出器１１１によって検出し、波形測定ユニット１０５によって動作中の半導体ウエハの電圧波形などを測定する。
【０００９】
図５には、半導体ウエハに供給されるテストパターン信号とその測定波形の一例が示されている。ここでは半導体ウエハの配線のクロック信号波形と、パッシベーション膜上に現れる微分波形の一例を示す。
【００１０】
同図に示すように、電子ビームテストシステムにおける電圧波形測定では、パッシベーション膜上に現れる微分波形を捉える。そして、半導体ウエハに供給されるテストパターン信号が、観測したいパターン信号になったタイミングにおいて、クロック周期を長くし、任意時刻の電位コントラスト画像を取り込む。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の電子ビームテストシステムにおいて、クロックのようなパルス信号では、Ｌｏｗ電位の画像は明るく、Ｈｉｇｈ電位の画像は暗くなるので、パッシベーション膜を剥離しなくてもパッシベーション膜が無い状態と同様に観測することができる。
【００１２】
しかし、従来の手法では、ＤＣ（直流）信号や観測したいタイミングの前から電位変化が無かった信号に関しては、画像がグレー（中間色）になってしまい、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗの判断ができず、電位の認識が困難であった。
【００１３】
また、従来の手法では、テストパターンをループさせながら、所望のテストパターン信号が入力されるたびに電位コントラストを取り込むという処理を行っていた。従って、テストパターンがループする毎に電位コントラストを取り込むという複数ショットが必要であった。そして、得られた複数の電位コントラストを積算し、最終的な電位コントラスト画像を生成していた。
【００１４】
従って、従来の手法では、電位コントラストの画像の生成に時間がかかり、結果として、プロセス結果に起因する不良または故障を迅速に解析することができないという問題があった。
【００１５】
加えて、このような従来の手法では、繰り返し再現性がない不良現象を観測することができないという問題があった。
【００１６】
本発明は前記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、半導体集積回路装置の電位情報を１回の現象を観測することで取得することができ、しかもＤＣ信号や観測したいタイミングの前から電位変化が無い信号に対してもＨｉｇｈ／Ｌｏｗを判定できる電子ビームテストシステム及び電子ビームテスト方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る電子ビームシステムは、
被解析対象物である半導体集積回路装置に、電子ビームを照射して解析のための電位コントラストを取得する電子ビームテストシステムである。
【００１８】
このシステムは、
前記半導体集積回路装置へ、解析のためのテストパターン信号を供給するとともに、前記供給テストパターン信号を所与のタイミングでホールドするテスタと、
前記ホールドに関連付けて、前記半導体集積回路装置に電子ビームを照射する電子銃と、
前記電子ビームの照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む検出器と、
を具備する。
【００１９】
この電子ビームシステムでは、半導体集積回路装置へ供給されるテストパターン信号が、観測したい所望のテストパターンとなったタイミングで、これをホールドする。
【００２０】
そして、前記ホールドに関連付けて（例えば、ホールドが開始されると同時、またはその後）、この半導体集積回路装置へ電子ビームを照射を開始するとともに、この電子ビーム照射の開始された半導体集積回路装置の電位コントラストの取り込みを行う。これにより、半導体集積回路装置内部の電位変化を検出することができる。
【００２１】
すなわち、本発明では、解析用のためのテストパターン信号が供給されている段階では半導体集積回路装置への電子ビーム照射は行わずに、テストパターン信号のホールド動作が開示されたと同時またはその後に、この半導体集積回路装置への電子ビーム照射を開始する。このようにして電子ビーム照射を行うということは、半導体集積回路装置の表面への充電を、前記ホールド動作開始と同時にまたはその後開始することと等価である。このような構成を採用することにより、観測したい信号がＤＣ（直流）信号でも、また観測したいタイミングの前から電位変化がなかった信号でも、これを充電波形として検出することができる。
【００２２】
従って、本発明によれば、入力されるテストパターン信号がホールドされた半導体集積回路装置に対する電子ビームの照射に合わせて、半導体周期回路装置の電位コントラストを取り込むという構成を採用することにより、ＤＣ信号や、観測したいタイミングの前から電位変化がない信号に対しても、その信号がＨｉｇｈまたはＬｏｗかを判定することができる。
【００２３】
加えて、本発明によれば、パッシベーション膜上において信号ラインの電位を充電波形信号として検出することができる。このため、良好な電位コントラスト画像の生成を、テストパターン信号をループさせることなく１回の現象の観測（単発現象の観測）で実現ができる。すなわち、充電波形という単発動作現象を観測し、電位コントラスト画像を生成することができるため、半導体集積回路装置のパッシベーション膜上から電位情報をシングルショットで簡単に取得可能なシステムを実現することができる。
【００２４】
（２）また、本発明においては、
前記電子銃と前記半導体集積回路装置との間に配置された、電位分布観測のための分析グリッドをさらに含むことも可能である。
【００２５】
（３）また、本発明は、
被解析対象物である半導体集積回路装置を載置するステージであって平面上を自在に移動可能なステージをさらに含むことも可能である。
【００２６】
（４）本発明に係る電子ビームシステムは、
被解析対象物である半導体集積回路装置に電子ビームを照射して解析のための電位コントラストを取得する電子ビームテストシステムであって、
前記被解析対象物である半導体集積回路装置を載置する第１ステージと、
この半導体集積回路装置と比較するための良品の半導体集積回路装置を載置する第２ステージと、
前記被解析対象物である半導体集積回路装置及び前記良品の半導体集積回路装置へ、解析のためのテストパターン信号を供給するとともに、前記供給テストパターン信号を所与のタイミングでホールドする動作を前記被解析対象物である半導体集積回路装置及び前記良品の半導体集積回路装置それぞれに対して行うテスタと、
被解析対象物である半導体集積回路装置への供給テストパターンのホールドに関連付けて、当該半導体集積回路装置に電子ビームを照射する第１電子銃と、
良品の半導体集積回路装置への供給テストパターンのホールドに関連付けて、当該半導体集積回路装置に電子ビームを照射する第２電子銃と、
電子ビームの照射された前記被解析対象物である半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む第１検出器と、
電子ビームの照射された前記良品の半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む第２検出器と、
を具備する。
【００２７】
前記電子ビームテストシステムによれば、被解析対象物である半導体集積回路装置の電位コントラストを良品の半導体集積回路装置の電位コントラストと比較することができる。これにより、解析時間を大幅に短縮することができる。
【００２８】
（５）また、本発明において、
前記第１電子銃と第１ステージとの間に配置された、電位分布観測のための第１分析グリッドと、
前記第２電子銃と第２ステージとの間に配置された、電位分布観測のための第２分析グリッドと、
をさらに含むことも可能である。
【００２９】
（６）また、本発明に係る電子ビームシステムは、
被解析対象物である半導体集積回路装置に電子ビームを照射して電位コントラストを取得する電子ビームテストシステムであって、
前記半導体集積回路装置へ供給されるテストパターン信号を所与のタイミングでホールドし、このホールドと同時またはホールド後、前記半導体集積回路装置に対する電子ビームの照射を開始し、前記電子ビームの照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込むことを特徴とする。
【００３０】
（７）さらに、本発明に係る電子ビームシステムは、
被解析対象物である半導体集積回路装置及びこの半導体集積回路装置と比較するための良品の半導体集積回路装置に電子ビームを照射して各半導体集積回路装置から電位コントラストを取得する電子ビームテストシステムであって、
前記被解析対象物である半導体集積回路装置及び前記良品の半導体集積回路装置へ供給されるテストパターン信号を所与のタイミングでホールドし、このホールドと同時またはこのホールド後、前記各半導体集積回路装置に対する電子ビームの照射を開始し、前記電子ビームが照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込む動作を前記各半導体集積回路装置それぞれに対して行なうことを特徴とする。
【００３１】
（８）また、本発明において、
前記半導体集積回路装置に対する電子ビームの照射を、フレームスキャン照射として行い、このフレームスキャン照射を、前記供給テストパターン信号のホールドと同時にまたはその後に行うように電子ビーム制御を行うビーム制御部を有するという構成を採用することも可能である。
【００３２】
電子ビームのフレームスキャンと、電位コントラスト取り込みのためのフレームスキャンとを同期させることにより、半導体集積回路装置表面の電位コントラストをより鮮明に取得し、良好な電位コントラスト画像を生成することができる。
【００３３】
（９）また、本発明において、
前記電子ビームのフレームスキャンは、前記電位コントラストの取り込みの為のフレームスキャンと同期して行われる構成を採用することも可能である。
【００３４】
このように、電位コントラストの取り込みのためのフレームスキャンを、電子ビームのフレームスキャン照射と同期して行うことにより、電子ビーム照射の開始と同時に観測されるパッシベーション膜上からの電位変化、具体的には充電波形としての電位変化を、電位コントラスト画像として確実に取り込むことが可能となる。
【００３５】
（１０）また、本発明において、
前記電位コントラストの取り込みを、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し電位コントラスト画像を生成するコントラスト画像生成部をさらに有するように形成することも可能である。
【００３６】
本発明によれば、テストパターン信号がホールドされた半導体集積回路装置で、電子ビームを照射することにより、パッシベーション膜上において信号ラインの電位を大きな充電波形信号として検出することができる。このため、本発明は、この充電期間中に電位コントラストを複数回に渡り順次取り込み、取り込まれた複数の電位コントラストを所定のルールに従い積算し、電位コントラスト画像を生成するという構成を採用する。これにより、電位コントラストの強度と、Ｓ／Ｎ比とを両立した更に良好な電位コントラスト画像の生成を、単発現象の観測で実現ができる。すなわち、充電波形の観測という単発現象を観測し、半導体集積回路装置の電位情報をパッシベーション膜上からシングルショットで簡単にかつより確実に取得可能なシステムを実現することができる。
【００３７】
また、本発明において、
前記電位コントラスト画像の生成は、
最先に取り込まれた電位コントラストの積算割合を後に取り込まれた電位コントラストの積算割合より大きく設定して行われるような構成を採用することも可能である。
【００３８】
このようにすることにより、取り込まれた複数回の電位コントラストの記憶手段（例えばフレームメモリ）への画像格納割合を最適化することができ、電位コントラスト強度とＳ／Ｎ比とをさらに最適化した電位コントラスト画像を生成することができる。
【００３９】
（１１）また、本発明において、
前記供給テストパターン信号のホールド開始に関連付けて、
前記電子ビームの照射開始タイミング及び前記電位コントラストの取り込み開始タイミングを決定するという構成を採用することも可能である。
【００４０】
以上の構成を採用することにより、電子ビーム照射のタイミングと、電位コントラストの取り込み開始タイミングは最初に１度だけ設定しておけばよく、その後、解析対象となる半導体集積回路装置の品種を変えた場合でも、さらには、観測したいテストパターン信号のタイミングが変わった場合でも、電子ビームの照射タイミングや、電位コントラストの取り込み開始タイミングを再度設定し直す必要がなく、システム全体の取り扱いが極めて簡単なものとなる。
【００４１】
このような構成の一例として、例えば、
前記供給テストパターン信号のホールド開始に関連付けてトリガ信号を発生させ、
前記トリガ信号に基づき前記電子ビームの照射開始のタイミングをセットするとともに、前記電位コントラストの取り込み開始タイミングをセットするという構成を採用することも可能である。
【００４２】
（１２）また、本発明に係る電子ビームテスト方法は、
被解析対象物である半導体集積回路装置に供給されるテストパターンを観測したいタイミングでホールドし、
このホールドに関連付けて、前記半導体集積回路装置に電子ビームを照射し、前記電子ビームが照射された前記半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込むことにより、プロセス欠陥に起因する不良又は故障を解析する為の電位コントラスト画像を生成することを特徴とする。
【００４３】
（１３）また、本発明に係る電子ビームテスト方法は、
被解析対象物である半導体集積回路装置に供給されるテストパターンを観測したいタイミングでホールドし、このホールドに関連付けて、当該半導体集積回路装置に電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射された当該半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込むとともに、前記半導体集積回路装置と比較するための良品の半導体集積回路装置に供給されるテストパターンを観測したいタイミングでホールドし、このホールドに関連付けて、当該良品の半導体集積回路装置に電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射に同期して当該半導体集積回路装置の電位コントラストを取り込むことにより、両半導体集積回路装置の電位コントラスト画像を生成し、
両電位コントラスト画像を比較することにより、前記被解析対象物のプロセス欠陥に起因する不良又は故障を解析することを特徴とする。
【００４４】
（１４）また、本発明の方法において、
前記電位コントラストの取り込みを、前記電子ビームの照射開始に同期して複数回に渡り順次行い、取り込まれた複数の電位コントラストを所与のルールに従い積算し電位コントラスト画像を生成するコントラスト画像生成部を有する構成を採用することも可能である。
【００４５】
（１５）また、本発明の方法において、
前記電子ビームのフレームスキャンは、前記電位コントラストの取り込みの為のフレームスキャンと同期して行われるという構成を採用することも可能である。
【００４６】
（１６）また、本発明は、単体としての半導体集積回路装置の状態でこれを解析するように接してもよく、また半導体集積回路装置が形成された半導体ウエハの状態で半導体集積回路装置を解析するように構成してもよく、またそのいずれの状態においても半導体集積回路装置を解析できるように構成してもよい。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００４８】
１：システム全体の構成
図１は、本発明の実施の形態によるプロセス電子ビームテストシステムを示す構成図である。
【００４９】
このプロセス電子ビームテストシステムは、ＣＭＯＳスタティック動作の半導体集積回路装置においてプロセス欠陥に起因する不良及び故障を解析する専用の電子ビームテストシステムである。
【００５０】
本実施の形態のシステムは、半導体集積回路装置単体の状態においてこれを解析することもでき、また半導体集積回路装置が形成された半導体ウエハの状態でも半導体集積回路装置を解析するようにも形成されている。なお、必要に応じて、半導体集積回路装置単体の場合においてのみこの解析を行うように形成してもよく、またこれとは逆に、半導体集積回路装置が形成された半導体ウエハの状態でのみ、これを解析するように形成してもよい。
【００５１】
プロセス電子ビームテストシステム１０は、電子ビームプローバ１３と、これに接続されたデバイスを駆動させるための解析専用ＬＳＩテスタ１４と、電子ビームプローバ１３及び解析専用ＬＳＩテスタ１４を制御する制御パソコン１７と、電子ビームプローバ用のプローバ制御器５０と、プローバ制御器５０を制御するプローバ制御パソコン５２と、を備えている。
【００５２】
電子ビームプローバ１３は第１及び第２の鏡体１１、１２を有する。第１及び第２の鏡体１１、１２それぞれの上側には電子ビームを照射するサーマルＷ−Ｇｕｎ１５、１６が配置されている。第１及び第２の鏡体１１、１２それぞれの下側には電位分布観測・波形測定のための分析グリッド１８、１９が配置されている。
【００５３】
電子ビームプローバ１３内には、第１及び第２の鏡体１１、１２の下方に位置するＸ−Ｙ移動共通ステージ２０が配置されている。このステージ２０には、第１の鏡体１１の下方に位置する固定ステージ２１が配置されていると共に第２の鏡体１２の下方に位置するＸ−Ｙ移動ステージ２２が配置されている。
【００５４】
固定ステージ２１には比較用の良品の半導体集積回路装置がセットされる。Ｘ−Ｙ移動ステージ２２には測定用（不良品）の半導体集積回路装置がセットされる。なお、良品と不良品をセットするステージは逆でも良い。
【００５５】
なお、必要に応じて、良品の半導体集積回路装置が形成されたウエハを固定ステージ２１上に載置し、不良品の半導体集積回路装置が形成された半導体ウエハをＸ−Ｙ移動ステージ２２上に載置し、これらの半導体ウエハを、ＬＳＩテスタ１４によって上述したと同様に動作するようにしてもよい。
【００５６】
固定ステージ２１の近傍には二次電子検出器２３が配置されており、Ｘ−Ｙ移動ステージ２２の近傍には二次電子検出器２４が配置されている。
【００５７】
測定用の半導体集積回路装置及び良品の半導体集積回路装置それぞれは解析専用ＬＳＩテスタ１４に接続されている。
【００５８】
解析用ＬＳＩテスタ１４は、良品／不良品の半導体集積回路装置を駆動する。具体的には、図８に示すテストパターン信号及び直流電源からの電圧ＶＤＤを対象とする半導体集積回路装置へ供給することで、これらの半導体集積回路装置を駆動する。
【００５９】
このとき、供給される直流電源の電圧は、電源電位ＶＤＤに設定される。加えて、供給されるテストパターン信号は、クロック信号に同期して、各入力端子から複数の信号の組み合わせ（Ｈｉｇｈ及びＬｏｗの信号の組み合わせ）として供給される。ここでは４つの信号波形の組み合わせとして、テストパターン信号が順次供給される場合を例示する。
【００６０】
半導体集積回路装置において、プロセス結果に起因する不良及び故障を解析する場合には、高速のクロックは必要とされない。このため実施例のテスタ１４は、低速のクロックを用いる。しかも信号波形に高いタイミング精度が要求されることがないため、本実施の形態のテスタ１４は、プロセス欠陥専用のものとして形成される。この結果、本実施例のシステムは、簡単な構成で安価なものとなる。
【００６１】
良品の半導体集積回路装置を準備し、この良品の半導体集積回路装置を固定ステージ２１上に載置する。被解析対象物である不良品の半導体集積回路装置を準備し、この不良品の半導体集積回路装置をＸ−Ｙ移動ステージ２２上に載置する。これらの半導体集積回路装置は、解析専用ＬＳＩテスタ１４に接続され、このＬＳＩテスタ１４によって前述したように動作させられる。
【００６２】
サーマルＷ−Ｇｕｎ１５、１６により電子ビームを照射し、この電子ビームを動作中の半導体集積回路装置にフレームスキャン照射する。そして、半導体集積回路装置からの二次電子を分析グリッド１８、１９を通して二次電子検出器２３、２４によって検出し、電位コントラストを取得する。第１及び第２の鏡体を有する電子ビームプローバを用いることにより、良品と不良品の電位コントラストをリアルタイムで比較する。これにより、不良品の半導体集積回路装置を解析することができる。
【００６３】
前述のように、電位コントラストを取得し電位コントラスト画像を生成するために、本実施の形態のプローバ制御器５０には、Ａ／Ｄ変換器３０、３１と、フレームメモリ３２、３３とが設けられている。そして、二次電子検出器２３、２４で検出された電位コントラスト信号は、対応するＡ／Ｄ変換器３０、３１でデジタル信号に変換され、フレームメモリ３２、３３に書き込まれることになる。このとき、プローバ制御パソコン５２及びプローバ制御器５０は、サーマルＷ−Ｇｕｎ１５、１６及び分析グリッド１８、１９を用いた半導体集積回路装置への電子ビーム照射を制御する電子ビーム制御部として機能するとともに、二次電子検出器２３、２４、Ａ／Ｄ変換器３０、３１及びフレームメモリ３２、３３とともにコントラスト画像生成部としても機能する。
【００６４】
２：ホールド及び画像取り込み
図２は、半導体集積回路装置における各波形の具体例を示す。ここでは、配線のクロック波形、パッシベーション膜上からのクロック波形、入力信号波形、パッシベーション膜上からの入力信号波形、直流電源波形及びパッシベーション膜上からの直流電源波形の一例を示す。さらに、同図では、前記各波形に関連付けて設定された、電子ビーム照射のタイミング及び電位コントラスト画像の取り込みタイミングの一例を示す。
【００６５】
良品及び不良品の各半導体集積回路装置は、同じタイプのテストパターン信号が供給されるとともに、直流電源の電圧が供給された状態で動作している。
【００６６】
そして、図２に示すように、観測したいタイミング（観測したいテストパターン信号が入力されたタイミング）でテストパターン信号をホールドする。
【００６７】
このホールドに関連付けて（例えばこのホールドと同時に、またはその直後に）、当該半導体集積回路装置に対する電子ビームのフレームスキャン照射が開始される。ここでは、テストパターン信号がホールドされる以前は、電子ビームが照射されておらず、テストパターン信号のホールドと同時に電子ビームの照射が開始される。この電子ビームの照射により、半導体集積回路装置の表面は充電され、これにより、各信号ラインの電位（例えばＨｉｇｈレベル）をパッシベーション膜上において所与の充電波形の信号として検出することができる。
【００６８】
実施例のシステムでは、この電子ビームのフレームスキャン照射に同期して、半導体集積回路装置の画像取り込みを行う。この電位コントラストの画像取り込みのためのフレームスキャンは、前記電子ビームのフレームスキャンと完全に同期して行うように構成することが好ましい。これにより、十分な電位情報を含んだ、電位コントラストを取得することができる。
【００６９】
図３は、電位コントラスト生成のメカニズムを説明するものである。
【００７０】
図３（ａ）は、電位コントラストを取得する半導体集積回路装置の一部を示す断面図であり、同図に示すように、Ａｌ合金配線２５の上にはパッシベーション膜（絶縁膜）２６が形成されている。
【００７１】
まず、Ａｌ合金配線２５に、Ｈｉｇｈレベルのテストパターン信号が供給されている状態で、テストパターン信号がホールドされた場合を想定する。
【００７２】
図３（ｂ）は、この状態における半導体集積回路装置の等価回路図であり、図３（ｃ）は、この状態でのパッシベーション膜２６の表面電位Ｖｓの波形を示す図である。
【００７３】
Ａｌ合金配線２５にＨｉｇｈレベルの信号が供給されている状態は、図３（ｂ）に示すスイッチがオフ状態のときと等価である。この状態では、パッシベーション膜２６は、プラス電位に充電された状態であるため、パッシベーション膜２６の表面電位Ｖｓは、図３（ｃ）に示すようにＨｉｇｈの状態を保ったままとなる。
【００７４】
そして、このパッシベーション膜２６に、図１に示すサーマルＷ−Ｇｕｎ１５、１６により電子ビームをフレームスキャン照射する。この電子ビーム照射を行うと、パッシベーション膜２６には電子が注入され、パッシベーション膜２６はマイナス電位側にチャージされることになる。この電子ビームの照射は、図３（ｂ）における、スイッチをオンし、マイナス電位側のチャージを開始することと等価であり、これによりパッシベーション膜２６の表面電位Ｖｓは、図３（ｃ）において点線で示すようにマイナス電位側へ向けた充電波形として観測される。
【００７５】
次に、図３（ａ）に示すＡｌ合金配線２５にＬｏｗレベルのパターン信号が供給されている場合を想定する。図３（ｄ）は、この状態における半導体集積回路装置の等価回路図であり、図３（ｅ）は、この状態でのパッシベーション膜２６の表面電位Ｖｓを示す。
【００７６】
Ｌｏｗレベルのテストパターン信号をホールドした状態では、図３（ｅ）において実線で示すように、パッシベーション膜２６の表面電位ＶｓはＬｏｗレベルの電位として観測される。そして、このパッシベーション膜２６に電子ビームをフレームスキャン照射を行う。この電子ビームの照射は、図３（ｄ）に示すスイッチをオンすることと等価であるが、Ａｌ合金配線２５の電位がＬｏｗレベルでありパッシベーション膜２６がマイナス電位にすでにチャージされている。このため、電子ビームを照射してもパッシベーション膜２６の表面電位ＶｓはＬｏｗレベルのまま変化しない。
【００７７】
このように、本実施の形態のシステムでは、半導体集積回路装置に供給されるテストパターン信号を観測したいタイミングでホールドし、このパッシベーション膜２６に、電子ビームをフレームスキャン照射すると、Ｌｏｗレベルの信号が供給されているＡｌ合金配線２５上のパッシベーション膜２６上の電位Ｖｓは変化せず、Ｌｏｗレベルの信号として検出されるが、Ｈｉｇｈレベルの信号が供給されているＡｌ合金配線２５上のパッシベーション膜２６の表面電位Ｖｓは、図３（ｃ）に示すマイナス電位方向への充電波形として観測される。この充電波形は、Ａｌ合金配線２５に供給される信号がＨｉｇｈレベルの信号であれば、これがＤＣ信号や、観測したいタイミングの前の時刻から電位変化がないようなＨｉｇｈレベル信号であっても、確実に発生する。
【００７８】
以上のように、本実施の形態のシステムでは、Ａｌ合金配線２５上のパッシベーション膜２６の表面で観測される電位Ｖｓの信号を観測することにより、Ａｌ合金配線２５の信号の電位がＨｉｇｈかＬｏｗかを検出でき、特に、Ａｌ合金配線２５の信号が、従来のシステムでは観測できなかったＤＣ信号や、観測したいタイミングの前の情報から電位変化がないようなＨｉｇｈのような信号であっても、これを確実に検出することができる。
【００７９】
具体的には、クロック波形や、電位変化のある信号波形も、これを電位コントラストとして取得できる。これに加えて、直流信号や、観測したいタイミングの前後で電位変化がない信号に対しても、充電波形による電位変化を生じさせ、その電位レベルがＨｉｇｈかＬｏｗかを判定できる。
【００８０】
また、本実施の形態によれば、パッシベーション膜２６上において信号ラインの電位を大きな充電信号として検出することができる。このため、この充電期間中に電位コントラストを複数回に渡り順次取り込み、取り込まれた複数の電位コントラストを所定のルールに従い積算し、電位コントラスト画像を生成するという構成を採用することにより、電位コントラストの強度と、Ｓ／Ｎ比とを両立した更に良好な電位コントラスト画像の生成を、１回の画像取得のための観測（単発現象の観測）で実現ができる。
【００８１】
すなわち、従来のシステムでは、テストパターン信号を半導体集積回路装置に繰り返して入力し、所望のテストパターン信号が入力されるたびに電位コントラストを繰り返し取り込むという、複数ショットが必要となり、この様にして得られた複数の電位コントラストを積算し最終的な電位コントラスト画像を生成していた。従って、電位コントラスト画像の生成に時間がかかるととともに、ループするテストパターンにおいて、最適なタイミングで同期を取りながら、各ループでの電位コントラスト取得を行わねばならない。このため、システム全体が複雑かつ高価なものとなることが避けられず、またこのことが解析ミスを引き起こす誘引となっていた。しかも、従来のシステムでは、繰り返し再現性の無い不良現象を解析することもできなかった。
【００８２】
これに対し、本実施の形態のシステムでは、前述したように、充電という単発動作現象を観測し、半導体集積回路装置のパッシベーション膜上から電位情報をシングルショットで簡単にかつ確実に取得可能なシステムを実現することができる。従って、本実施の形態のシステムでは、電位コントラスト画像の生成を短時間で行うことができ、かつその構成を簡単かつ安価なものとすることができる。しかも、従来のシステムでは解析できなかった、繰り返し再現性の無い不良現象をも解析することができ、しかも従来に比べ解析ミスが少なくなり解析精度を高めることができる。
【００８３】
特に、本実施の形態では、充電期間中において、電位コントラストを複数回に渡り取り込んでいるため、よりＳ／Ｎ比の高い、しかも十分な電位コントラスト強度を持った電位コントラスト画像を得ることができる。
【００８４】
また、前記電位コントラスト画像の生成は、最先に取り込まれた電位コントラストの積算割合を後に取り込まれた電位コントラストの積算割合より大きく設定して行われるような構成を採用することが好ましい。
【００８５】
このようにすることにより、取り込まれた複数回の電位コントラストのフレームメモリへの画像格納割合を最適化することができ、電位コントラスト強度とＳ／Ｎ比とをさらに最適化した電位コントラスト画像を生成することができる。
【００８６】
また、本実施の形態のシステムでは、前記供給テストパターン信号のホールド開始後、トリガ信号を発生させ、電子ビームの照射開始タイミング及び電位コントラストの取り込み開始タイミングを決定するという構成を採用することが好ましい。
【００８７】
以上の構成を採用することにより、電子ビーム照射のタイミングと、電位コントラストの取り込み開始タイミングは最初に１度だけ設定しておけばよい。その後、解析対象となる半導体集積回路装置の品種が変わった場合でも、さらには、観測したいテストパターン信号のタイミングが変わった場合でも、電子ビームの照射タイミングや、電位コントラストの取り込み開始タイミングを再度設定し直す必要がなく、システム全体の取り扱いが極めて簡単なものとなり、しかも解析の準備時間を大幅に短縮し、迅速な不良解析を実現できる。
【００８８】
また、実施の形態では、第１及び第２の鏡体を有する電子ビームプローバを用いることにより、良品と不良品の電位コントラストをリアルタイムで比較でき、解析時間を大幅に短縮することができる。これに対して、従来の電子ビームテストシステムでは、良品と不良品を入れ替えて測定する必要があった。
【００８９】
また、実施の形態では、２つの鏡体１１、１２を使用しているが、個々の鏡体の製造コストを低くし、さらに解析専用ＬＳＩテスタを低速にすることで低コスト化している。このため、システム全体としては低コストを実現することができる。従来の電子ビームテストシステムは非常に高価であったが、本実施の形態によるプロセス電子ビームテストシステムは低コストを実現したものである。
【００９０】
すなわち、本実施の形態によるプロセス電子ビームテストシステムは、プロセス欠陥に起因する不良や故障を解析する専用の電子ビームテストシステムである。したがって、設計不良でしばしば生じる速度マージン不良に対応させる必要はなく、またＤＣに近い電位変化が無い信号でもＨｉｇｈかＬｏｗの判断が可能になる。このため、従来の電子ビームテスタにあった波形測定機能を不要とすることができるので、高速波形を測定するためのビームブランカ・波形測定ユニットが不要になる。また、第１種局所電界効果を利用して電位コントラストを取得する場合には分析グリッドも不要になる。さらに、電子ビームをパルス化する必要が無くなったため、高輝度のＦＥ−Ｇｕｎを使用する必要が無くなり、このための高度低真空設備（ターボ分子・イオンポンプ等）も不要となる。よって、システム全体としては低コストを実現することができる。
【００９１】
以上説明した本実施の形態のシステム、特にシングルショットの画像取得を実現可能とした本実施の形態のシステムの作用効果をまとめると、以下の通りである。
【００９２】
ａ：繰り返し再現性がない不良現象を観測することが可能となる。
【００９３】
ｂ：テストパターン信号をループさせないため、ＬＳＩテスターの設定、操作が極めて容易になる。
【００９４】
ｃ：上記ｂの結果、ＬＳＩテスタの操作に精通しないものでも解析が可能となる。
【００９５】
ｄ：上記ｂの結果、解析準備期間が短縮され、解析スピードを向上させることができる。
【００９６】
ｅ：上記ｂの結果、解析準備期間が少なくなり、解析精度を上げることができる。
【００９７】
３：実施例のシステムの具体例
以下に、本実施の形態に係る電子ビームテストシステムを、より詳細に説明する。
【００９８】
３−１：フレームスキャン
まず、電位コントラストの取得のためのフレームスキャンのしくみを説明する。図６はディスプレイとその静電偏向板を示しており、図７は、水平走査のノコギリ波、垂直走査の階段波を示している。
【００９９】
水平走査回路によりディスプレイ左右の偏向板に１つ目のノコギリ波が印加されると、左から右に対して走査線が１本走り再び元の位置に戻る。この走査線はディスプレイ最上部に横１本走った状態で、走査に要した時間は例えば３００μｓｅｃ．である。
【０１００】
次に２つ目のノコギリ波が印加されると、垂直走査回路から垂直走査の階段波が１ステップ進められた（２本目）信号が発せられ、２本目の走査線は先の１本目の走査線より下側に１ステップ移動した位置に走査される。
【０１０１】
正確には、１つ目のノコギリ波によって走査線が左から右に１本走り再び元の位置に戻った瞬間、その詳細位置は１本目の走査線より下側に１ステップ移動した位置になる。垂直走査線は例えば５１２ステップの階段波であり、これによって５１２本の走査線が走り１つの画面（１フレーム）が構成される。
【０１０２】
この場合１フレームの描画に必要な時間は、この例では、
３００μｓｅｃ．×５１２＝１５３．６ｍｓｅｃ．
となる。
【０１０３】
本実施の形態において、以上のようなディスプレイのフレームスキャンは、電子ビームプローバ内で試料（ＬＳＩチップ）表面に対して行われる一次電子ビームのフレームスキャン照射と完全に同期して行われる。
【０１０４】
なお、水平走査はノコギリ波で示したが、デジタルスキャンであれば階段波になる。また垂直走査の階段波に関しては、以降の説明図ではノコギリ状に示す。
【０１０５】
３−２：電位コントラストの取り込み
本実施の形態のシステムでは、試料（ＬＳＩチップ）に対して図８に示すようなテストパターン信号をクロックに同期して順次入力し、このテストパターン信号が所望のテストパターン信号となったタイミングで、このテストパターン信号をホールドする。そして、テストパターン信号がホールドされた試料（ＬＳＩチップ）に対し、その後、電子ビームのフレームスキャン照射を開始し、このフレームスキャン開始直後の所定期間、試料（ＬＳＩチップ）の電位像の取り込みを行う。
【０１０６】
図８に示すように、本実施の形態のシステムでは、電子ビーム照射の開始及び画像取り込みの開始のためのトリガ信号は、観察したいテストパターン信号が入力されるクロックより後のタイミングで、ＬＳＩテスタ１４からプローバ制御器５０に対して与えてやるように設定する。
【０１０７】
このトリガ信号の入力により、プローバ制御器５０はテストパターン信号のホールドが開始されたことを認識し、所定のタイミングで電子ビームの照射及び画像取り込みを開始する。
【０１０８】
同図に示す例では、４フレーム分の画像を取り込む様子を示している。フレームメモリに取り込まれる電位コントラスト画像は、最初の４フレーム分のみである。テストパターンのホールドから画像取り込みまでの条件は固定されているため、観察したいタイミングや解析対象品種（ＬＳＩチップの品種）が替わってクロックレート等が変化しても設定を変える必要はないという利点がある。
【０１０９】
次に、図８に基づき、電位コントラスト取得の手順を説明する。
【０１１０】
パッシベーション膜上に現れた電位コントラストは、図９（Ａ）に示されるように充電波形として変化する。
【０１１１】
同図において、縦軸はＶ（電圧）、横軸はｔ（時間）を表す。
【０１１２】
このような振る舞いを持つ電位情報をより効果的に取得し、単発現象の観測（１回の画像取得による観測）を実現するため、Ｖ（ｔ）が大きいｔ０のとき取得した画像信号を最も大きな割合でフレームメモリに格納し、その後Ｖ（ｔ）の大きさに応じてフレームメモリに格納する画像信号の割合を徐々に小さくしながら画像積算を進める。具体的には、上図の充電波形で例えば時間軸を４分割しｔ０〜３とした場合、それぞれの時間におけるフレームメモリへの画像取得格納の割合を図９（Ｂ）に示すようにする。
【０１１３】
このように、電位コントラストの強さに応じてフレームメモリに格納する画像信号の割合を変化させることで、像のＳ／Ｎを確保しながら効果的に電位コントラストを取得することができる。
【０１１４】
このように、本実施の形態のシステムでは、電位コントラストの充電期間中に画像を複数回にわたり順次取り込み、最先に取り込まれた電位コントラストの積算割合を後に取り込まれた電位コントラストの積算割合より大きく設定して、電位コントラスト画像を生成する。これにより、各時刻毎のフレームメモリへの画像格納割合を最適化することができ、電位コントラスト強度とＳ／Ｎ比を両立した良好な電位コントラスト画像を生成することができる。
【０１１５】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のプロセス電子ビームテストシステムの説明図である。
【図２】配線のクロック波形、パッシベーション膜上からのクロック波形、入力信号波形、パッシベーション膜上からの入力信号波形、電源波形及びパッシベーション膜上からの電源波形の一例を示すものである。
【図３】電位コントラスト生成のメカニズムを説明するものであって、（ａ）は、電位コントラストを取得する半導体集積回路装置の一部を示す断面図であり、（ｂ）（ｄ）は、（ａ）に示す半導体集積回路装置の等価回路図であり、（ｃ）（ｅ）は、（ａ）のパッシベーション膜の表面で発生する波形を示す図である。
【図４】従来の電子ビームテストシステムの説明図である。
【図５】配線のクロック信号波形とパッシベーション上に現れる微分波形の一例を示すものである。
【図６】画像取り込みのフレームスキャンの説明図である。
【図７】水平及び垂直走査の説明図である。
【図８】テストパターン信号及びテストパターン信号のホールド、さらには画像取り込みのタイミングを表すタイミングチャート図である。
【図９】同図（Ａ）は、画像取り込みのタイミングを表す説明図であり、同図（Ｂ）は取り込まれた複数の電位コントラスト画像を積算する際の処理の説明図である。
【符号の説明】
１０  プロセス電子ビームテストシステム
１１  第１の鏡体
１２  第２の鏡体
１３  電子ビームプローバ
１４  解析専用ＬＳＩテスタ
１５、１６  サーマルＷ−Ｇｕｎ
１７  制御パソコン
１８、１９  分析グリッド
２０  Ｘ−Ｙ移動共通ステージ
２１  固定ステージ
２２  Ｘ−Ｙ移動ステージ
２３、２４  二次電子検出器
２５  Ａｌ合金配線
２６  パッシベーション膜
１００  電子ビームテストシステム
１０１  電子ビームプローバ
１０２  高精度ＬＳＩテスタ
１０３  ビームブランカ
１０４  分析グリッド
１０５  波形測定ユニット
１０６  制御ＥＷＳ
１０７  フィールドエミッションガン（ＦＥ−Ｇｕｎ）
１０８  Ｘ−Ｙ移動ステージ
１０９  固定ステージ
１１０  テストヘッド
１１１  二次電子検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003633545.tif 000008
【図８】
0003633545.tif 000009
【図９】
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