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JP2631290B2 - Ion beam processing equipment - Google Patents

Ion beam processing equipment

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Publication number
JP2631290B2
JP2631290B2 JP62332494A JP33249487A JP2631290B2 JP 2631290 B2 JP2631290 B2 JP 2631290B2 JP 62332494 A JP62332494 A JP 62332494A JP 33249487 A JP33249487 A JP 33249487A JP 2631290 B2 JP2631290 B2 JP 2631290B2
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JP
Japan
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ion beam
sample
processing apparatus
ion
secondary electron
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JP62332494A
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Japanese (ja)
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JPH01180791A (en
Inventor
浩二 岩崎
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、IC内部の配線をイオンビームによるエッチ
ングあるいは、金属膜のデポジションにより配線変更を
行なうイオンビーム加工装置において、イオンビーム照
射により、試料から発生した二次電子のエネルギーを分
析することで、試料の電位を測定するようにしたICテス
タ機能を有する、イオンビーム加工装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an ion beam processing apparatus for etching a wiring inside an IC using an ion beam or changing a wiring by depositing a metal film. The present invention relates to an ion beam processing apparatus having an IC tester function for measuring the potential of a sample by analyzing the energy of secondary electrons generated from the sample.

〔発明の概要〕 本発明は、イオンビーム加工装置において、IC配線の
切断や接続加工の前後及び加工中の電位を測定するため
に、二次電子のエネルギー弁別用グリット電極を備え、
該グリットを通過した二次電子を検出することにより、
加工試料表面電位をリアルタイムに測定できるようにし
た、イオンビーム加工装置を提供するものである。
[Summary of the Invention] The present invention, in an ion beam processing apparatus, in order to measure the potential before and after cutting and connection processing of the IC wiring and during processing, equipped with a grid electrode for energy discrimination of secondary electrons,
By detecting secondary electrons that have passed through the grit,
It is an object of the present invention to provide an ion beam processing apparatus capable of measuring a processed sample surface potential in real time.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

IC配線の高密度化、微細化が急激な進歩を逐げている
中で、それに対応したデバイス評価技術や故障解析技術
が必要である。ICの内部信号を先端の細いタングステン
針などで直接接触させて、オシロスコープ等で測定して
いた従来の方法では、金属針の細さや微小領域への位置
合わせの困難さから、VLSIへの適用は不可能な状況にな
ってきた。これに代わるものとして、EBテスタが開発さ
れ、微細パターン上の信号測定が可能になった。
With the rapid progress of high density and miniaturization of IC wiring, device evaluation technology and failure analysis technology corresponding to it are required. With the conventional method of directly contacting the internal signal of the IC with a thin-tungsten needle or the like and measuring it with an oscilloscope, etc., it is difficult to apply it to VLSI because of the fineness of the metal needle and the difficulty in positioning to a small area. It has become impossible. As an alternative, an EB tester has been developed to enable signal measurement on fine patterns.

しかし、この方法も多層配線構造を持つ素子やパシベ
ーション膜の上からの適用に対しては有効でない。そこ
で開発されたのが、イオンビームエッチングによる配線
上のパシベーション膜の穴あけや、配線の切断、イオン
ビームCVD法を利用した金属膜形成によるパシベーショ
ン膜越しの配線接続や、プロービングパットの形成等が
行える集束イオンビーム加工装置である。この装置で、
IC配線上のパシベーション膜の穴あけや、プロビングパ
ットの形成により、EBテスタでICの内部信号を測定でき
るようになった。(月刊Semiconductor World1987.9「F
IBを用いたVLSIの新しい評価・解析技術」) 第2図は、一般的なEBテスタを示す図で、1は電子ビ
ーム,2は対物レンズ,3は走査電極,4はグリット電極,5は
引き出し電極,6はIC等の試料,7は二次電子,8は二次電子
検出器,9は増幅器,10は比較器,11はグリット電源,12は
モニター,13は引き出し電極電源である。
However, this method is also not effective for an element having a multilayer wiring structure or for application from above a passivation film. Therefore, it has been developed to drill holes in the passivation film on the wiring by ion beam etching, cut the wiring, connect the wiring through the passivation film by forming a metal film using the ion beam CVD method, and form a probing pad. It is a focused ion beam processing device. With this device,
By drilling a passivation film on the IC wiring and forming a probing pad, the internal signal of the IC can be measured with the EB tester. (Monthly Semiconductor World 1987.9 “F
New VLSI evaluation and analysis technology using IB ”) Fig. 2 shows a general EB tester. 1 is an electron beam, 2 is an objective lens, 3 is a scanning electrode, 4 is a grit electrode, and 5 is a grit electrode. An extraction electrode, 6 is a sample such as an IC, 7 is a secondary electron, 8 is a secondary electron detector, 9 is an amplifier, 10 is a comparator, 11 is a grid power supply, 12 is a monitor, and 13 is an extraction electrode power supply.

このような構成のEBテスタは、電子ビーム1の試料6
への照射により発生した二次電子7を引き出し電極5と
グリット電極4との減速電界で、そのエネルギーに応じ
て弁別し、該グリットを通過した二次電子のみが二次電
子検出器8で検出される。検出信号は、増幅器9により
増幅され比較器10に入力され、この信号が基準信号と一
致するように電源11からグリット電極4へ電位を制御し
て与えられ、この電位はオシロスコープや記録計などの
モニター12に表示される。
The EB tester having such a configuration can be used for the electron beam 1 sample 6
The secondary electrons 7 generated by the irradiation of the laser beam are discriminated according to the energy of the deceleration electric field between the extraction electrode 5 and the grid electrode 4, and only the secondary electrons passing through the grid are detected by the secondary electron detector 8. Is done. The detection signal is amplified by the amplifier 9 and input to the comparator 10, and the potential is controlled and supplied from the power supply 11 to the grid electrode 4 so that the signal coincides with the reference signal. This potential is applied to an oscilloscope or a recorder. Displayed on the monitor 12.

第3図は、集束イオンビーム加工装置の実施例を示す
図で、21はイオン源,22はイオンビーム,23はビームモニ
タ,24はコンデンサレンズ,25はブランカ,26は仕切りバ
ルブ,27は可変絞り,28は8極スティグメータ,29は対物
レンズ,30はXYデフレクタ,31はガス銃,32は試料,33は試
料ステージ,34は高圧電源,35はイオン光学系コントロー
ラ,36はブランキングアンプ,37はスキャンコントロー
ラ,38はガス銃コントローラ,39は二次電子検出器,40は
増幅器,41はCRT,42はステージドライバー,43はステージ
コントローラ,44は制御用コンピュータシステムであ
る。
FIG. 3 is a view showing an embodiment of a focused ion beam processing apparatus, wherein 21 is an ion source, 22 is an ion beam, 23 is a beam monitor, 24 is a condenser lens, 25 is a blanker, 26 is a partition valve, and 27 is variable. Aperture, 28 is an 8-pole stigmeter, 29 is an objective lens, 30 is an XY deflector, 31 is a gas gun, 32 is a sample, 33 is a sample stage, 34 is a high voltage power supply, 35 is an ion optical system controller, and 36 is a blanking amplifier. Reference numeral 37 denotes a scan controller, 38 denotes a gas gun controller, 39 denotes a secondary electron detector, 40 denotes an amplifier, 41 denotes a CRT, 42 denotes a stage driver, 43 denotes a stage controller, and 44 denotes a control computer system.

このような構成の集束イオンビーム装置は、イオン源
21に、ガリウム等の液体金属イオン源を用い、ビームモ
ニタ23によりエミッション電流を検出し、ビームの安定
化を図っている。イオンビーム22は、コンデンサレンズ
24と対物レンズ29によって試料32上にフォーカスされて
照射される。又、可動絞り27によりビーム電流を変える
ことができる。試料ステージ33とXYデフレクタ30によ
り、集束されたイオンビームは試料上の任意の場所を走
査することができる。目的加工場所の位置決めは、イオ
ンビーム照射により試料から発生する二次電子を、二次
電子検出器39で検出し、二次電子像をCRT21に表示す
る。制御用コンピュータシステム44は、この二次電子像
を取り込み、複数の加工条件を登録し、連続加工処理が
可能である。
The focused ion beam apparatus having such a configuration is
A beam monitor 23 detects an emission current by using a liquid metal ion source such as gallium for stabilizing the beam. Ion beam 22 is a condenser lens
The sample 24 is focused on the sample 32 by the objective lens 24 and irradiated. Further, the beam current can be changed by the movable diaphragm 27. With the sample stage 33 and the XY deflector 30, the focused ion beam can scan an arbitrary position on the sample. The positioning of the target processing location is such that secondary electrons generated from the sample by ion beam irradiation are detected by the secondary electron detector 39, and a secondary electron image is displayed on the CRT 21. The control computer system 44 can take in this secondary electron image, register a plurality of processing conditions, and perform continuous processing.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

従来は、集束イオンビーム加工装置でICの配線変更や
プロービングパットを形成した後に、ICを真空チャンバ
ーから取り出し、EBテスタ等の外部テスタで動作解析す
るという作業が必要であった。この方法だと、試料の出
し入れや再加工時の真空引き・再加工・再解析等の作業
が加わり、作業時間が増大する等の欠点を有する。
Conventionally, after changing the wiring of the IC or forming a probing pad with a focused ion beam processing apparatus, it was necessary to take out the IC from the vacuum chamber and analyze the operation with an external tester such as an EB tester. According to this method, work such as evacuation, rework, reanalysis, etc. at the time of loading / unloading and reworking of a sample is added, and there is a drawback that the working time is increased.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、集束イオンビーム加工装置において、イオ
ンビーム照射により試料から発生した二次電子を引き出
す引き出し電極と、そのエネルギーに応じて弁別するた
めのグリットを備え、該グリットを通過した二次電子を
検出することにより、加工試料表面電位の測定が可能な
二次電子分光装置を配置すること特徴とする。
The present invention provides, in a focused ion beam processing apparatus, an extraction electrode for extracting secondary electrons generated from a sample by ion beam irradiation, and a grit for discriminating according to the energy thereof, and the secondary electrons passing through the grit are provided. A secondary electron spectroscopy device capable of measuring the surface potential of the processed sample by detection is provided.

〔作用〕[Action]

本発明のイオンビーム加工装置は、イオンビーム照射
により発生した二次電子のエネルギーを弁別する二次電
子分光装置を有するため、加工試料表面電位の測定が可
能になり、IC試料に外部のパターンジェネレータから信
号を入れることにより、一台で加工から動作解析まで行
えるため、作業時間の大幅な短縮が可能である。
Since the ion beam processing apparatus of the present invention has a secondary electron spectroscopy apparatus that discriminates the energy of secondary electrons generated by ion beam irradiation, the surface potential of the processed sample can be measured, and an external pattern generator can be attached to the IC sample. By inputting a signal from, the processing from the processing to the operation analysis can be performed by one machine, so that the working time can be greatly reduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明のイオンビーム加工装置の実施例を図面
を参照して説明する。
Hereinafter, embodiments of the ion beam processing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図及び第3図は、イオンビーム加工装置に二次電
子分光装置を備えたものの一実施例で、図中、45はグリ
ット電極,46は引き出し電極,47はグリット電源,48は引
き出し電源,49はイオン照射による二次電子,50は比較
器,51はICソケット付ホルダー,52はパターンジェネレー
タである。液体金属イオン源(図示せず),引き出し電
極(図示せず),及びアパーチャー(図示せず)等によ
り得られたイオンビーム22は、対物レンズ29によりサブ
ミクロン程度に集束され、XYデフレクタ30によりIC試料
上を走査する。イオンによって励起された二次電子49
は、検出器39で検出され、CRT41で像観察されて、加工
場所の位置合わせが可能である。イオンビーム22による
加工領域を設定し、つまりイオンビーム22の走査範囲を
限定し、イオンビームエッチングによるパシベーション
膜の穴あけ・配線の切断や、イオンビームCVD法を利用
して配線接続・プロービング・パットの形成等の加工を
する。次に、イオンビーム22の走査範囲を広げる、又は
イオンビーム電流を小さくし、電流密度を下げてエッチ
ングを押さえる。イオン励起の二次電子49は、引き出し
電極46により引き出され、グリット電極45へ向かい、引
き出し電極46をグリット電極45の間の減速電界に打ち勝
つエネルギーを有する二次電子のみがグリット45を通過
し、検出器39で検出される。増幅器40により信号が増幅
され比較器50に入力され、この信号が基準信号と一致す
るように電源47からグリット電極45へ電位を制御して与
えられる。そして、比較器50の基準信号を適当に選び、
二次電子強度が一定になるようにグリット電位を制御す
れば、グリット電位が試料電位に対応するので、グリッ
ト電位をモニターすることで、試料の電位が測定でき
る。ここで、IC試料32をICソケット付ホルダー51に取り
付け、外部のパターンジェネレータ52から信号を入力す
ることにより、加工後の動作解析ができる。制御用コン
ピュータシステムは、二次電子像を取り込み、複数の加
工条件の登録によって連続加工処理やリピート加工処理
を行ったり、試料ステージ33の操作やグリット電位のモ
ニターを行なうことができる。
FIGS. 1 and 3 show an embodiment in which a secondary electron spectrometer is provided in an ion beam processing apparatus. In the drawings, reference numeral 45 denotes a grid electrode, 46 denotes an extraction electrode, 47 denotes a grid power supply, and 48 denotes an extraction power supply. Numeral 49 denotes secondary electrons by ion irradiation, numeral 50 denotes a comparator, numeral 51 denotes a holder with an IC socket, and numeral 52 denotes a pattern generator. An ion beam 22 obtained by a liquid metal ion source (not shown), an extraction electrode (not shown), an aperture (not shown), and the like is focused by an objective lens 29 to about a submicron, and an XY deflector 30 Scan over the IC sample. Secondary electrons 49 excited by ions
Is detected by the detector 39, and the image is observed on the CRT 41, so that the processing location can be aligned. Set the processing area by the ion beam 22, that is, limit the scanning range of the ion beam 22, drill holes in the passivation film by ion beam etching, cut the wiring, and use the ion beam CVD method for wiring connection, probing, and padding. Processing such as formation. Next, the scanning range of the ion beam 22 is increased, or the ion beam current is reduced, and the current density is reduced to suppress etching. Secondary electrons 49 of ion excitation are extracted by the extraction electrode 46 and head toward the grid electrode 45, and only secondary electrons having energy that overcomes the deceleration electric field between the extraction electrode 46 and the grid electrode 45 pass through the grit 45, Detected by the detector 39. The signal is amplified by the amplifier 40 and input to the comparator 50, and the potential is controlled and applied from the power supply 47 to the grid electrode 45 so that the signal matches the reference signal. Then, appropriately select the reference signal of the comparator 50,
If the grid potential is controlled so that the secondary electron intensity becomes constant, the grid potential corresponds to the sample potential. Therefore, the potential of the sample can be measured by monitoring the grid potential. Here, the operation after the processing can be analyzed by attaching the IC sample 32 to the holder 51 with an IC socket and inputting a signal from the external pattern generator 52. The control computer system can take in the secondary electron image, perform continuous processing and repeat processing by registering a plurality of processing conditions, operate the sample stage 33, and monitor the grid potential.

第4図は、本発明である集束イオンビーム加工装置を
使用して、IC試料の加工及び動作解析を行なう手順を示
した図です。
FIG. 4 is a diagram showing a procedure for processing and analyzing an operation of an IC sample using the focused ion beam processing apparatus according to the present invention.

図中、53は2層配線構造を持つIC試料,54は基板,55は
パシベーション膜,56はAl配線,57は金属有機化合物ガ
ス,58はイオンビームCVDによる金属膜である。先ず最初
に集束イオンビーム22によるエッチングを利用して、パ
シベーション膜55に穴を開ける(a)。次に、ガス銃31
よりガス分子57を供給し、IC試料53表面に吸着させ、イ
オン照射領域に選択適に金属膜を形成させる(b)。加
工後に、イオンビーム22の電流密度を下げ、二次電子49
のエネルギーを弁別して、加工試料表面電位を測定す
る。
In the figure, 53 is an IC sample having a two-layer wiring structure, 54 is a substrate, 55 is a passivation film, 56 is an Al wiring, 57 is a metal organic compound gas, and 58 is a metal film formed by ion beam CVD. First, a hole is formed in the passivation film 55 by using etching by the focused ion beam 22 (a). Next, the gas gun 31
More gas molecules 57 are supplied and adsorbed on the surface of the IC sample 53, and a metal film is selectively formed in the ion irradiation area (b). After processing, the current density of the ion beam 22 is reduced, and secondary electrons 49
And the surface potential of the processed sample is measured.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本願発明のイオンビーム加工装置は、イオンビーム照
射により発生した二次電子のエネルギーを弁別する二次
電子分光装置を有するため、イオンビームによるエッチ
ング加工や金属膜形成を行った後のIC試料の加工表面電
位測定が可能なため、外部のパターンジェネレータから
信号を入力することにより、加工から動作解析まで行
え、作業時間の大幅な短縮ができる。
Since the ion beam processing device of the present invention has a secondary electron spectroscopy device that discriminates the energy of secondary electrons generated by ion beam irradiation, the processing of an IC sample after performing an ion beam etching process or a metal film formation. Since surface potential measurement is possible, by inputting a signal from an external pattern generator, processing to operation analysis can be performed, and the working time can be greatly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の集束イオンビーム加工装置の断面及び
ブロック図、第2図は一般的なEBテスタの断面及びブロ
ック図、第3図は集束イオンビーム加工装置の断面及び
ブロック図、第4図(a)(b)(c)は本発明の集束
イオンビーム加工装置を用いて、IC試料の加工及び動作
解析を行なう手順を示した断面図である。 22……イオンビーム 29……対物レンズ 30……XYデフレクタ 31……ガス銃 32……試料 33……試料ステージ 37……スキャンコントローラ 38……ガス銃コントローラ 39……二次電子検出器 40……増幅器 41……CRT 44……制御用コンピュータシステム 45……グリット電極 46……引き出し電極 47……グリット電源 48……引き出し電源 49……イオン照射による二次電子 50……比較器 51……ICソケット付ホルダー 52……パターンジェネレータ 53……IC試料 54……基板 55……パシベーション膜 56……Al配線 57……金属有機化合物ガス 58……金属膜(イオンビームCVD膜)
FIG. 1 is a cross-sectional view and a block diagram of a focused ion beam processing apparatus of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view and a block diagram of a general EB tester, FIG. FIGS. 7A, 7B, and 7C are cross-sectional views showing procedures for processing and analyzing an operation of an IC sample using the focused ion beam processing apparatus of the present invention. 22 ... Ion beam 29 ... Objective lens 30 ... XY deflector 31 ... Gas gun 32 ... Sample 33 ... Sample stage 37 ... Scan controller 38 ... Gas gun controller 39 ... Secondary electron detector 40 ... … Amplifier 41… CRT 44… Control computer system 45… Grit electrode 46… Drawer electrode 47… Grit power supply 48… Drawer power supply 49… Secondary electrons due to ion irradiation 50… Comparator 51… Holder with IC socket 52 Pattern generator 53 IC sample 54 Substrate 55 Passivation film 56 Al wiring 57 Metal organic compound gas 58 Metal film (ion beam CVD film)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】試料をX−Y−Z方向に駆動する試料台
と、試料に集束イオンビームを照射するイオンビーム照
射系と、集束イオンビーム照射位置に金属有機化合物ガ
スを吹き付けるガス銃と、集束イオンビーム照射により
試料から発生する二次電子を検出する検出器を備えたイ
オンビーム加工機において、検出器と試料の間に、イオ
ンビーム照射により発生した二次電子をエネルギーに応
じて弁別する二次電子分光装置を配置したことを特徴と
するイオンビーム加工装置。
1. A sample stage for driving a sample in XYZ directions, an ion beam irradiation system for irradiating the sample with a focused ion beam, a gas gun for blowing a metal organic compound gas to a focused ion beam irradiation position, In an ion beam machine equipped with a detector that detects secondary electrons generated from a sample by focused ion beam irradiation, secondary electrons generated by ion beam irradiation are discriminated between the detector and the sample according to energy. An ion beam processing apparatus comprising a secondary electron spectrometer.
【請求項2】前記二次電子分光装置は、二次電子引き出
し電極とグリッド電極から成り、試料と引き出し電極と
の間隔が0.2mm〜1mmである請求項1記載のイオンビーム
加工装置。
2. The ion beam processing apparatus according to claim 1, wherein the secondary electron spectrometer comprises a secondary electron extraction electrode and a grid electrode, and a distance between the sample and the extraction electrode is 0.2 mm to 1 mm.
【請求項3】前記イオンビームのイオン源には、液体金
属イオン源を用いた請求項1記載のイオンビーム加工装
置。
3. The ion beam processing apparatus according to claim 1, wherein a liquid metal ion source is used as the ion source of the ion beam.
【請求項4】前記試料はIC試料であり、前記試料台には
前記IC試料を固定し、外のパターンジェネレータの信号
を前記IC試料に入力できるICソッケトを備えている請求
項1記載のイオンビーム加工装置。
4. The ion according to claim 1, wherein the sample is an IC sample, and the sample stage is provided with an IC socket for fixing the IC sample and inputting a signal from an external pattern generator to the IC sample. Beam processing equipment.
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JP2810370B2 (en) * 1988-01-12 1998-10-15 株式会社 日立製作所 Focused ion beam processing method
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