JPH0618636A - イオンビームを用いたデバイステスト方法およびテスタ - Google Patents

イオンビームを用いたデバイステスト方法およびテスタ

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JPH0618636A
JPH0618636A JP4172990A JP17299092A JPH0618636A JP H0618636 A JPH0618636 A JP H0618636A JP 4172990 A JP4172990 A JP 4172990A JP 17299092 A JP17299092 A JP 17299092A JP H0618636 A JPH0618636 A JP H0618636A
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JP
Japan
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ion beam
sample
voltage
conductor layer
scanning
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JP4172990A
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Tadashi Kishi
正 岸
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビームの試料への侵入を極力防止し、高加速
度かつ高分解能のIC等のデバイスのテストを実現する
ことである。 【構成】 デバイスの導体層に電圧が発生する状態に
し、この状態で、その導体層にイオンビームを照射し、
その導体層から発生する2次電子量を検出し、その2次
電子検出量に応じた像を形成し、この像の明暗パターン
または、2次電子検出量の変化から前記導体層の電圧状
態を検出して、デバイスの動作状態を検査する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームを用いた
デバイステスト方法およびイオンビームを用いたデバイ
ステスタに関する。
【0002】
【従来の技術】ICあるいは液晶のような電気的に動作
するデバイスの微細化の進展に伴い、配線は、その線幅
が1μm以下のサブミクロンレベルで加工されるように
なり、デバイスの不良解析(内部動作状態の試験等)に
あたっても、デバイスのピンにプローブ針を当てての従
来の典型的な手法だけでは通用しなくなっている。そこ
で、近年、ICのような微細なデバイスの内部の動作状
態を測定して不良解析を行う装置として、電子ビームテ
スタ(以下、EBTという)が使用されはじめている。
【0003】EBTは走査電子顕微鏡(SEM)をIC
のような微細なデバイスのテストに応用したものであ
り、電子ビームを試料に照射し、そこから得られる2次
電子を検出するという基本的原理はSEMと同様である
が、SEMがその検出信号に基づいて試料表面(あるい
は断面)の像を得るのに対し、EBTは、DCあるいは
ACバイアスがを与えられて電圧が発生している状態の
配線(導体層)に、電子ビームを照射し、その配線の2
次電子を検出してその配線パターンを再現し、その再現
パターンの明暗分布から、その配線における電圧分布を
検出する点で異なる。すなわち、EBTは外観観察(検
査)ではなく、電気的検査を行う装置である。
【0004】EBTでデバイスの試験を行うには、配線
の線幅レベルに絞り込んだ電子ビームをその配線に沿っ
て走査していくことが必要である。このような電子ビー
ムの高精度の制御を行うためには、20〜30KV程度
の加速電圧をもつ高分解能の走査型電子顕微鏡を使用す
ることが、本来は望ましい。しかし、このような高い加
速電圧のものを使用した場合、電子の径が小さいために
電子が、配線層内に1.5 μm程度は侵入し、また、乱反
射によって横方向にも広がってしまい、現実には使用で
きない。すなわち、配線層への電子の侵入は、配線の電
位分布を変動させて正確な電圧測定を妨げ、乱反射によ
る横方向の広がりは、ターゲット以外の隣接する配線か
らの2次電子放出を起こさせることになり、検出誤差を
与える要因となる。
【0005】したがって、実際は、走査電子顕微鏡の加
速電圧を1〜3KVと、EBT専用に低く調整し、使用
している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術には、
以下の問題点がある。 (1)加速電圧を低下させたといっても、それによって
電子ビームの試料(配線)への侵入を完全に防止できる
ことにはならず、侵入した電子による試料のチャージア
ップ等がどうしても生じる。したがって、一定の検出誤
差を生じることになる。
【0007】(2)また、加速電圧を減少させたことに
より、電子ビームの集束機能が低下する。この集束力の
低下した電子ビームは、(1)の項で述べた侵入電子に
よる電位変動の影響で配線内(あるいは配線近傍)でゆ
がみ、2次電子発生の状態を変化させたり、最近の極め
て微細な(0.5 ミクロン以下の)配線では、正確に対象
に当たらない等の新たな問題を生じる。 (3)このため、最近のIC等のデバイスの急進な高集
積化の現実を考慮すると、EBTは、今後のデバイスの
微細化には充分対応できない。
【0008】本発明はこのような考察に基づいてなされ
たものであり、その目的は、ビームの試料への侵入を極
力防止し、高加速度かつ高分解能のデバイステストを実
現することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明のデバイステスト方法は、動作電圧供給に
よるデバイスの駆動等によってデバイスの導体層に電圧
が発生する状態にし、この状態で前記デバイスの導体層
にイオンビームを照射し、その導体層から発生する2次
電子量を検出し、その2次電子検出量に応じた像を形成
し、この像の明暗パターンまたは前記2次電子検出量の
変化から前記導体層の電圧状態を検出して、デバイスの
動作状態を検査することを特徴とするものである。 (2)イオンビームとしては、ガリウムイオンビーム等
を使用する。
【0010】(3)本発明のデバイステスタは、加速さ
れたイオンビームを発生させるイオンビーム発生手段
と、イオンビームの照射対象である試料を載置する試料
台と、この試料台を取り囲む真空チャンバーと、イオン
ビーム照射の結果として前記試料から発生する2次電子
を検出する2次電子検出手段と、前記試料にDCまたは
ACのバイアスを供給するためのバイアス供給手段とを
有することを特徴とする。 (4)イオンビームは10KV〜35KVの範囲で加速
される。
【0011】
【作用】
(1)イオンは原子核と電子からなり、電子と異なり数
Åオーダの大きさを持つため、10〜35KVの加速電
圧では、試料の極表面で反射し、電子ビームのように試
料に深く侵入しない。したがって、この侵入を警戒して
ビーム加速電圧を低く抑える必要がなく、10〜35K
Vの加速電圧領域において、比較的自由に、最適のレベ
ルを設定することができる。この結果、電子ビームを使
用した場合より、特に微細な配線パターンの電圧分布測
定においては、鮮明な明暗パターン像が得られ、検出分
解能(検査精度)を向上できる。 (2)イオンの種類としては、取扱いが容易で弊害の少
ないものならば、本質的にその種類を問わないが、イオ
ン源におけるイオン発生の容易の観点から、低融点,低
蒸気圧のものがよく、Ga,In等の3族の元素のイオ
ンビームがよい。
【0012】(3)装置としては、加速度電圧の設定に
おいて電子ビームを用いた場合ような制限がなく、走査
顕微鏡のテスタ専用化のための微妙な調整を行う必要が
なく、通常のICの表面や断面観察用のものをそのまま
使用できる。このため、使い勝手がよく、はるかに経済
的である。 (4)特に、電子ビームでは使用できなかった、10K
V〜35KVの範囲の高加速域を使用できるため、鮮明
な明暗パターンが得られる。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明のデバイステスタの一実施例
(ICテスタ)の構成を示す図である。 (装置の構成)
【0014】図中、参照番号1はイオンビームを発生,
集束させるためのイオンカラムであり、2は真空チャン
バーである。参照番号3はチャンネルエレクトロン(2
次電子検出器),4はAC電源,5はDC電源である。
参照番号6はカラムの真空引きをするためのイオンポン
プ,7は真空チャンバー内を排気するターボポンプ,8
はチャンネルエレクトロン3の信号を増幅するアンプ,
9はビームをX−Y方向にスキャンさせる信号の発生
器,10はこの発生器9の信号のコントローラ,11は
実際のビームをX−Yにスキャンさせるための電圧を発
生するアンプ,12は2次電子像(走査像)を得るため
のビデオモニタ,13は試料台,14は測定対象である
IC(試料),15はガリウムイオンビームである。ま
た、参照番号30は試料にプラチナ化合物のガスを吹き
つけるためのガスユニットであり、31はプラチナ化合
物のガス(トリメチルサイクロペンタダイエニルプラチ
ナム)である。この30,31は、ICのリペア(修
理)のために設けられている。
【0015】(装置の動作)試料であるIC(14)
に、AC電源4およびDC電源5よりバイアスを印加
し、ICを駆動する。この状態でイオンビーム15を試
料上に照射し、このイオンビームを、参照番号9,1
0,11の構成を使ってX,Y方向に走査する。
【0016】チャンネルエレクトロン3はプラスに帯電
しており、イオンビームの照射により試料14から発生
する2次電子を引き込み検出する。この2次電子の検出
信号を増幅してビデオモニタ12上にイオンビームの走
査像を得る。 (IC等のデバイスのテスト原理)図2はイオンビーム
走査によるデバイスのテスト原理を示す図である。図
中,参照番号16は0Vのアルミニュウム配線,15は
5Vにバイアスされたアルミニュウム配線,20はアー
スされた基板である。
【0017】集束イオンビーム15aが0Vのアルミニ
ュウム配線16に入射すると、電子ビームの場合と異な
り、試料中に深く侵入することなく表面で反射し、そこ
からイオンビームの電子数の数倍の2次電子が発生し、
これが2次電子検出器に捕獲されて検出信号となる。
【0018】しかし、一方の5Vのアルミニュウム配線
17に関しては、集束イオンビーム15bの照射によっ
て発生した2次電子の相当数は、5Vのバイアスによる
電気力線19に捉えられ、2次電子検出器に到達しな
い。すなわち、ターゲットが同じ材質であっても、その
ターゲットの電圧が高い程、2次電子の捕獲がすすみ、
2次電子検出器が検出する電子の量は減少する。この結
果、X、Y方向にイオンビームを走査させながら2次電
子を検出して像をモニタ上に描くと、デバイスの導体層
(アルミ等の金属配線層やポリサイド配線等)の電圧に
相当した明暗が現れる。この明暗パターンから、デバイ
スの動作状態を知ることができる。
【0019】(実験結果)本発明者は、25KVの加速
電圧によるイオンビームを用いて、ICのアルミニュウ
ム配線像を取得した。その例が図3に示される。この例
は、アルミニュウム配線に固定バイアスを与えた例であ
り、SiO2膜の影響を受けない、鮮明な像が得られた。Si
O2膜はイオンビームの照射を受けると即座に所定バイア
スにチャージされるため、バイアス変化による不安定な
パターンが見られない。
【0020】図4は他の例であり、ICにACバイアス
をかけて内部のアルミニュウム配線の電圧を周期的に変
化させると、電圧が変化した部分にのみ縞模様パターン
が得られた。像は鮮明であり、これらにより、イオンビ
ームによるテスタ(FIBT)が実際に充分に使用可能
であることを立証できた。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、以
下の効果が得られる。 (1)イオンビームは試料の極表面で反射し、電子ビー
ムのように試料に深く侵入しない。したがって、高加速
度電圧域において、比較的自由に、最適のレベルを設定
することができ、電子ビームを使用した場合より、特に
微細な配線パターンの電圧分布測定においては、鮮明な
明暗パターン像が得られ、検出分解能(検査精度)を向
上できる。
【0022】(2)装置としては、加速度電圧の設定に
おいて電子ビームを用いた場合ような制限がなく、走査
顕微鏡のテスタ専用化のための微妙な調整を行う必要が
なく、通常のデバイス(ICや液晶等)の表面や断面観
察用のものをそのまま使用できる。この結果、イオンビ
ーム(IB)テスタとして使用して不良箇所を検出した
後に、不要な配線をカットしたり、各種のメタル化合物
ガスを流しながらイオンビームを照射して必要な所にの
み選択的に金属配線を追加し、IC等のデバイスの修理
を行うことが、同一チャンバー内で連続的に行える。
【0023】(3)これらにより、現在および将来のI
Cのようなデバイスの微細化にも充分適用可能な、デバ
イス内部の動作試験を確立できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のデバイステスタの一実施例の構成を示
す図である。
【図2】イオンビーム走査によるデバイスのテスト原理
を示す図である。
【図3】実験により取得された、イオンビームによるI
C(デバイス)のアルミニュウム配線(固定バイアス)
の像である。
【図4】実験により取得された、イオンビームによるI
C(デバイス)のアルミニュウム配線(ACバイアス)
の像である。
【符号の説明】
1 イオンカラム 2 真空チャンバー 3 2次電子検出器 4 AC電源 5 DC電源 6 イオンポンプ 7 ターボポンプ 8,11 アンプ 9 X−Y走査信号発生器 10 コントローラ 12 ビデオモニタ 13 試料台 14 試料(IC等の微細デバイス) 15 イオンビーム 30 ガス供給ユニット 31 トリメチルメタサイクロペンタダイエニルプラチ
ナム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デバイスの導体層に電圧が発生する状態
    にし、この状態で前記デバイスの導体層にイオンビーム
    を照射し、その導体層から発生する2次電子量を検出
    し、その2次電子検出量に応じた像を形成し、この像の
    明暗パターンまたは前記2次電子検出量の変化から前記
    導体層の電圧状態を検出して、デバイスの動作状態を検
    査することを特徴とするイオンビームを用いたデバイス
    テスト方法。
  2. 【請求項2】 加速されたイオンビームを発生させるイ
    オンビーム発生手段と、イオンビームの照射対象である
    試料を載置する試料台と、この試料台を取り囲む真空チ
    ャンバーと、イオンビーム照射の結果として前記試料か
    ら発生する2次電子を検出する2次電子検出手段と、前
    記試料にDCまたはACのバイアスを供給するためのバ
    イアス供給手段とを有することを特徴とするイオンビー
    ムを用いたデバイステスタ。
JP4172990A 1992-06-30 1992-06-30 イオンビームを用いたデバイステスト方法およびテスタ Pending JPH0618636A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970048546A (ja) * 1995-12-26 1997-07-29
DE102008013105A1 (de) 2007-03-15 2008-10-23 Aisan Kogyo K.K., Obu Strömungssteuerungsventile
CN109946589A (zh) * 2019-04-08 2019-06-28 京东方科技集团股份有限公司 一种检测显示面板电学不良的方法及装置

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