CN1516811A - 用于波形采集的开环 - Google Patents

Abstract

包括计算机程序产品在内的方法和设备，它们实现并采用用于开环波形采集的技术。概括地说，本发明一方面提供了一种用于开环波形采集的方法。该方法包括获取一个电子束探测系统的采集环路的S曲线。该S曲线代表了采集环路对采集环路与待测设备之间电压差变化作出的响应。该方法包括对采集环路进行校准以获得所获取S曲线的线性区域，并利用所获取S曲线的线性部分计算待测设备的探测点电压。

Description

用于波形采集的开环

本专利申请要求获得美国临时申请序列号60/287787的优先权利，该申请于2001年4月30日提交，并在这里通过引用完全包括进来。

技术领域

本发明涉及通过电子束探测系统进行波形采集。

背景技术

传统的电子束探测系统使用闭环方案来采集波形。一个实际的例子就是加利福尼亚州圣何塞的Schlumberger科技公司生产的IDS10000^TM。闭环采集方案将被称为闭环方案。

有若干理由让我们采用闭环方案。闭环方案中的反馈环路允许采集环路的输出线性追踪探测点上的电压变化。探测点是电子束脉冲被导向的位置。因此，闭环方案通常能使探测系统可靠地测量一个待测设备(DUT)上探测点处的电压。

图1示出了一种传统的闭环电子束测量系统100。探测仪104对DUT 102施加某种模式的测试向量。在一个合适的时间点上，探测仪104会触发一个定时控制器106。在被触发后，定时控制器106就向一个电-光设备108提供波束脉冲定时信号。响应于上述的波束脉冲定时信号，电-光设备108向DUT 102上的探测点处投射一道初级电子波束脉冲110。初级电子波束脉冲110由一个消隐电路进行脉冲调制。来自初级电子波束脉冲110的电子与探测点发生作用。这种相互作用产生低能量电子，称为次级电子，这些电子中的一部分具有足够的能量来克服过滤网112的势能障碍，所述的过滤网位于电-光设备108和DUT 102之间。也就是说，一部分次级电子具有足够的能量来摆脱DUT 102上的探测点与过滤网112之间的电压差。这些次级电子形成一道次级波束114，探测器116可以检测到该波束，并产生一个相应的次级电子电流I_SEC。次级电子电流I_SEC会随着DUT 102上探测点处的表面电势V_DUT作非线性变化。

反馈环路118能促使过滤网电压V_FILTER随着V_DUT的改变而等比例变化，从而实现I_SEC与V_DUT之间关系的线性化。也就是说，反馈环路能使V_FILTER跟踪V_DUT。反馈环路包括一个探测器116、减法器120、一个门控积分器122、一个偏置电压132以及过滤网112。减法器接收一个参考电流I_REF和次级电子流I_SEC作为输入。减法器120产生一个误差信号V_ERROR，该信号的幅度与次级电子流I_SEC和参考电流I_REF之间的差值成正比。参考电流I_REF由恒流源之类的器件产生。误差信号V_ERROR被发送给门控积分器122。门控积分器122包括一个受控门124、一个电容器126、一个放大器128以及一个开关130。误差信号V_ERROR通过受控门124到达电容器126和放大器128。这样，门控积分器就能提供一个输出电压，该电压被称为积分器电压或V_INT。过滤网112上的电压V_FILTER是V_INT减去偏置电压132 V_OFFSET后的值，该电压抑制了I型局部场效应。具有足够能量来克服过滤网112的势能障碍的电子的数量受到V_DUT和V_FILTER之间差值的控制。当V_DUT变化时，反馈环路118能维持克服势能障碍的电子数量不变。也就是说，反馈环路可以通过改变V_INT(＝V_FILTER+V_OFFSET)来保持次级电子流I_SEC恒定。当V_FILTER的变化与V_DUT的变化相等时，就能达到这种稳定条件。也就是说，过滤网电压V_FILTER能跟踪(在固定V_OFFSET的情况下)DUT 102上探测点处的表面电势V_DUT的变化。(积分器电压V_INT也会跟踪DUT上探测点处的表面电势V_DUT的变化。)在每次采集时间点开始之前，开关130都会被闭合以重置门控积分器122。受控门124在每个波束脉冲间隔期间都会被闭合，从而使选通时间与探测器116上的次级波束114中电子的到达时间一致，这样就避免了参考电流对门控积分器过度充电，也避免了随机次级电子流所产生的白噪声。

为了获取波形，当探测仪104发出一个触发信号之后，要在多个周期时间点上重复上述对V_DUT的测量。这些时间点被标为t₁、t₂、...、t_m，并且代表了相对于触发时间点的时间延迟。在多个时间点上进行的测量构成了一次扫描。对于许多应用场合来说，500是一个合适的时间点数量。对于每次扫描，都会通过标号来表示时间点。

测量结果中往往会包含不需要的白噪声。该噪声在本质上一般是随机的，并且可以通过进行许多次扫描再对扫描结果求平均来减小噪声。一般来讲，16至32次扫描就足以降低白噪声电平了。

对DUT电压做一次精确测量所需要的时间-也就是采集时间，取决于要让采集环路稳定下来V_EILTER必须改变的量。当V_FILTER达到稳定值时，I_SEC与I_REF之间的差值减小。这样，积分器充电过程放慢，结果V_INT的稳定过程也会放慢。

采集时间可以被略微缩短，同时又保持闭环方法稳定和线性的优点。影响采集时间的因素包括：次级电子探测器的带宽、初级电子束的脉冲宽度、初级电子束注入DUT的程度、电子束电流、积分器电容、光电倍增管(PMT)增益强度、探测仪触发器频率、信噪比以及V_DUT和V_FILTER变化关系的线性程度。

可以对上述的因素进行优化以缩短闭合采集环路的采集时间。然而，即使采集环路经过了优化，充电电流还是会随着采集环路接近稳定条件而下降。

发明内容

本发明提供了用于开环波形采集方案的方法和设备，包括计算机程序产品，所述的采集方案参考采集环路的S曲线。

符合本发明的方法与设备利用S曲线的线性部分和计算机控制来稳定一个开放式采集环路并显著地缩短采集时间。S曲线是代表一个采集环路的响应的数据，该采集环路用于一个具体的DUT。在经过校准之后，S曲线能在采集环路的探测器电流与过滤网电压和探测点电压之间的电势差之间提供线性的关系。

概括地说，本发明一方面提供了一种用于开环波形采集的方法。该方法包括获取一个电子束探测系统的采集环路的S曲线。S曲线代表该采集环路对于采集环路与待测设备之间电势差的变化所作出的响应。该方法包括校准采集环路以便得到获得的S曲线中的线性部分，还包括利用所获取的S曲线的线性部分计算待测设备的探测点处的电压。

本发明的其他方面内容包括一个或多个下列特点。获取S曲线可以包括改变采集环路与待测设备之间的电压差，并测量采集环路的输出。改变采集环路与待测设备之间的电压差可以包括改变待测设备的校准点电压，同时又保持过滤网的电压不变，所述的过滤网是采集环路的一部分。改变采集环路与待测设备之间的电压差可以包括改变过滤网的电压，同时又保持待测设备的校准点电压不变，所述的过滤网是采集环路的一部分。

校准采集环路可以包括将过滤网电压调节到所获得的S曲线的线性部分上，并调节采集环路的增益以使采集环路的输出直接与探测点电压成正比。校准采集环路可以包括进行线性回归来确定S曲线的斜率和偏移量，从而使探测点的电压能与采集环路的输出成正比。对待测设备上探测点处的电压的校准和计算可以被结合起来。该方法可以包括重新校准采集环路以减小误差。

另一方面，本发明提供了一种带电粒子束探测系统，用于探测待测设备上感兴趣位置处的电压。该系统包括一个电压源，用来提供一个过滤器电压。根据所获取的待测设备S曲线数据对该电压源进行校准。该系统包括一个由过滤器电压充电的过滤网，它位于待测设备与一个探测器之间；一个波束源，用来在选定的延时ti时向感兴趣的位置施加一个带电粒子束脉冲；一个探测器，用来探测通过了过滤网的次级带电粒子，并产生一个探测器电流(I_SEC)；一个电流组合电路，用来将探测器电流和一个参考电流组合起来以产生一个误差信号(V_ERROR)；一个积分器，用来将误差信号对时间做积分以产生一个积分器电压(V_INT)，该电压代表感兴趣位置处的电压；以及一个计算装置，用来储存所获得的S曲线数据的线性部分，以供计算感兴趣位置处的电压时使用。

本发明的其他方面内容包括一个或多个下列特点。电压源可以包括一个数模转换器，该转换器被连接以从计算装置接收所获得的S曲线数据用来提供过滤器电压。计算装置可以选择一个工作点(V_W)，让该工作点落在S曲线的线性部分之内，并将过滤网驱动到工作点上。积分器可以包括一个电容器，以及一个可控开关，用来对电容器放电以重置电容器电压。

另一方面，本发明提供了一种电子束探测系统，该系统包括一个波束源，用来将电子投射到待测设备上的探测点处；一个过滤网；以及一个探测器，用来探测具有足够能量克服过滤网与探测点之间电压差的电子。探测器产生一个输出，该输出与它检测到的电子数成正比。该系统包括一个减法器，它接收探测器的输出以及一个输入参考电压，并产生一个输出信号，该输出信号正比于探测器的输出与参考输入之间的差值。该系统包括一个积分器，它接收减法器的输出并产生一个输出信号，该输出信号与电压差成线性正比关系，系统中还包括一个计算装置，该装置储存用于电子束探测系统的S曲线数据、接收积分器的输出并计算出探测点的电压，所述的计算过程至少是部分基于S曲线数据的。

另一方面，本发明提供了一种计算机程序产品，用于计算待测设备上探测点处的电压，该程序产品切实地存储在可由机器读取的媒质上。该产品中所包含的指令能让处理器接收一个电子束探测系统的开放式采集环路的输出信号、获取S曲线数据、并根据获得的S曲线数据计算探测点的电压，所述的S曲线数据描述了采集环路的输出响应于采集环路与待测设备上探测点之间电压差的变化而发生的改变。

本发明可以被实施来实现一条或多条下列优点。符合本发明的系统令开放式采集环路稳定而可靠，同时显著提高采集速度。通过提高采集速度，需要注入DUT的电子束数量就会减小，从而减少了对DUT的电荷污染，实现更为可靠的测量。

在附图和以下的说明中，描述了本发明一个或多个实施例的细节。本发明的其他特点、目标及优势将在说明、附图以及权利要求中体现出来。

附图说明

图1示出了一种传统的波形采集系统。

图2示出了符合本发明的波形采集系统。

图3示出了一种符合本发明的可用于开环波形采集的方法。

图4示出了符合本发明的另一种波形采集系统。

图5示出了在不同的DUT电压下测得的S曲线实例。

图6示出了一种符合本发明的利用S曲线的局部线性测量V_DUT的方法。

图7示出了另一种符合本发明的利用S曲线的局部线性测量V_DUT的方法。

图8示出了另一种符合本发明的利用S曲线的局部线性测量V_DUT的方法。

各张附图中相似的引用号及标注表示类似的元素。

具体实施方式

用于波形采集的开环系统

图2示出了一个符合本发明的开环波形采集系统200。该系统包括一个电子脉冲源202、一个采集环路204以及一个计算装置206。采集环路204包括一个过滤网和一个积分器，积分器能产生一个表示探测点电压的输出信号。采集环路204可以被设置成一个闭合环路，也可以被设置成开环。计算装置206中包含用于从采集环路204接收读出诸如积分器输出端的电压或电流的设备和计算机程序。计算装置206中包含能驱动某个节点(比如采集环路204的过滤网)的电压的设备和计算机程序。计算装置206中包含能根据给定的积分器输出计算探测点电压的设备和计算机程序产品。

图3示出了符合本发明的用于采集波形的方法300。如图所示，系统获取开放式采集环路-如采集环路204-在DUT校准点处的S曲线(步骤302)。DUT校准点是DUT上的一个位置，系统在此测量电势以获取一条S曲线。系统利用获得的S曲线校准采集环路，使得积分器输出的变化与校准点电压的变化成线性正比(步骤304)。如上所述，系统通过向DUT上某个感兴趣的位置-如信号垫片-投射电子束脉冲来采集波形，测量积分器的输出，并利用经过校准的环路的S曲线的线性部分计算感兴趣位置处的电压(步骤306)。另外，系统也可以将校准和波形采集步骤合并起来。

图4示出了另一个符合本发明的开环波形采集系统400。系统400包括一个探测仪402、一个定时控制器404、一个电-光设备406、一个采集环路408、一个模-数转换器(ADC)410、一个计算装置414以及一个数-模转换器(DAC)416。

探测仪402、定时控制器404以及电-光设备406的工作过程已经在图1中示出并进行了说明。采集环路408包括一个过滤网418、一个电子探测器410、一个减法器420、一个门控积分器422以及一个电压偏置424。断开门控积分器422的输出端与过滤网418之间的连接，就能将采集环路408打开。也就是说，如果V_INT节点没有与V_FILTER节点相连，那么采集环路408就是开路的。计算装置414可以储存S曲线数据，其表示了采集环路408对应于各种不同DUT的响应。DAC 416响应于来自计算装置414的信号来驱动过滤网电压。ADC 412将模拟信号-也就是积分器的输出电压-数字化，以便输入到计算装置414中。

获取S曲线

系统400有多种方法来获取DUT 426的S曲线。一般来说，系统400会打开采集环路408，改变校准点与过滤网418之间的电压差，再测量电子探测器410所探测到的次级电流的变化。

一种测量S曲线的方法需要将过滤器电压设置为一个固定的值，同时向DUT上的校准点施加一个三角电压信号。通过探测投射到校准点上的电子束，并将V_INT绘制成V_DUT三角信号的上升斜坡的函数，就可以画出S曲线。通过从一个外部信号源向DUT上的校准点施加一个三角信号，就能获得对应于任何给定DUT的S曲线。可以为该目的专门设计一个与管脚相连的焊盘。

测量S曲线的第二种方法需要通过DAC 416向过滤网418施加一个三角电压信号。对于未经钝化的器件来说，电子束可以被投射到一个接地焊盘或任何只有DC电平的焊盘上。对于经过钝化的器件来说，电子束可以被投射到DUT上没有电压摆动的任何位置处。通过将V_INT绘制成V_FILTER三角信号的上升斜坡的函数，就可以画出S曲线。

图5示出了典型S曲线的示例图线，这些S曲线是通过扫描V_FILTER并探测透射的次级电子而测量出来的。如果对不同的V_DUT重复测量，S曲线就会相对于0偏置S曲线502横向偏移一个等于V_DUT的量。例如，在V_DUT＝-2.5V时测得的S曲线504就向0偏置S曲线502的左侧偏移了2.5V，而在V_DUT＝5V时测得的S曲线506就向0偏置S曲线502的右侧偏移了5V。

两种测量S曲线的方法之间的差别在于一种方法中包括在V_FILTER固定的情况下扫描V_DUT，而另一种方法中则包括在V_DUT固定的情况下扫描V_FILTER。这两种测量S曲线的方法定量地产生相似的图线特性，因为探测到的次级电子流是由V_FILTER和V_DUT之间的电压差决定的，因此积分器电压V_INT也由该电压差决定。

校准采集环路

系统可以使用若干种方法来校准采集环路408。一种方法是使用线性回归。另一种方法是调节采集环路408的各种参数，使得S曲线线性部分的斜率最大化，并且要让校准点处电压变化之间的关系引起门控积分器422输出端电压的正比例变化。

例如，计算装置414可以使用S曲线数据来将过滤网电压驱动到一个合适的电平上。计算装置414将过滤器电压V_FILTER设置在一个固定的工作点上，在采样期间，工作点V_W(＝V_DAC-V_OFFSET)位于S曲线的线性区域内，这样产生的V_INT就与DUT 426上探测点处信号V_DUT的电压摆幅成正比了。

波形采集

为了获取DUT 426上感兴趣位置处的波形，系统400按不同的时间间隔对探测点的表面电势采样。下文将对采样过程进行说明。探测仪402将测试向量驱动到DUT 426中。如上所述，探测仪402触发定时控制器404，定时控制器会引起电-光设备406向DUT 426上的探测点发射电子束脉冲，也就是初级电子束脉冲。所产生的一部分次级电子具有足够的能量逃脱过滤网418和探测点之间的电势差。电子探测器410探测到这些次级电子，并产生一个次级电流。

探测点处的电势，也就是V_DUT，会随着DUT 426对探测仪402提供的测试向量作出响应而发生变化。当探测点处的电势改变时，具有足够能量挣脱过滤网418的电子数量就会改变，从而引起次级电流变化。响应于这种变化，减法器420会产生一个输出电压，该电压会引起门控积分器422产生一个V_INT。计算装置414接收一个代表V_INT的数字化信号，并计算探测点处的电势，也就是V_DUT。计算过程是基于经过校准的采集环路408的S曲线的。

S曲线代表了探测到的次级电流I_SEC与过滤网电压和V_DUT之间电压差的关系(也就是说，I_SEC正比于(V_FILTER-V_DUT))。如上所述，经过适当的校准，就可以计算出S曲线的斜率和偏置(在工作点附近V_W＝V_FILTER＝V_DAC-V_OFFSET)。因此，对于任何测定的V_INT，都能计算出一个对应的V_DUT(带偏置)。因为V_FILTER在测量期间是固定的，所以结果得到的V_INT的摆幅其实就是DUT 426上的信号的摆幅。

示例

以下是几个符合本发明的波形采集方法的实例。示例方法利用S曲线的局部线性计算开环波形采集方案中的过滤器电压V_FILTER。

图6示出了一种方法600，用于准备采集环路以便进行符合本发明的波形采集。先由一个系统-如系统400-向一个DUT的校准点投射电子束(步骤602)。如果要测量经过钝化的位置上的波形，那么电子束可以被投射到任何没有电压对照的钝化后的区域上。如果要测量未经钝化的位置上的波形，那么电子束则可以被投射到有一个DC电平的未经钝化的位置上(比如说，已知接地的焊盘)。

系统获取一个N点波形(步骤604)。在一种实施例中，系统得到一个500点的波形。该500点波形可以通过驱动一个交替方波来取得，该方波的高电平为(V_X+500mV)，低电平为(V_X-500mV)，其中V_X代表可调节的工作点。通过调节用户界面上的电压滑块，可以改变过滤网电压，所述的用户界面是由计算装置-如计算装置414提供的。方波可以每64个标号(或是任意数量标号)交替一次。如图5中所示，V_DUT和V_FILTER之间的差值产生了一个V_INT波形。

比较理想的情况是，系统调节过滤器电压滑块以获取最大的(且非失真的)波形(步骤606)。注意，有一个V_OFFSET被加到过滤器上以抑制I型局部场效应。通过取得尽可能大的斜率，就可以得到最大的波形。正是通过这个工作电压V_W，S曲线的局部线性才能产生最好的结果。

系统通过调节例如PMT增益来微调采集环路的增益，以产生一个1V的波形(步骤608)，从而使得V_DUT中1V的变化能产生V_INT中1V的变化。

系统对DUT进行测量以获取波形(步骤610)。电子束可以被投射到DUT的任何位置上。测得的V_INT的摆幅能够反映V_DUT的摆幅。

图7示出了一种方法700，用于准备采集环路以便进行符合本发明的波形采集。系统先向DUT的校准点上投射一个电子束(步骤702)。如上所述，系统可以向一个经过钝化的位置或一个未经钝化的位置投射电子束。

系统通过选择一个合适的过滤网电压来选取S曲线的一个线性区域，该过滤网电压就是工作电压V_W，在图4中，该工作电压等于DAC的输出电压减去偏置电压(步骤704)。为了选取合适的过滤网电压，下面说明了系统可用来选择合适过滤网电压的一种方法。系统可以例如施加一个三角波形，其高电平为V_DAC＝V_MAX＝(V_X+500mV-V_OFFSET)，低电平为V_DAC＝V_MIN＝(V_X-500mV-V_OFFSET)，其中V_X是可以通过一个用户界面调节的。V_X可以被调节来为V_INT产生一个三角波形。如果系统不能调节V_X来为V_INT产生一个三角波形，那么系统可能需要减小施加到过滤网上的三角波形的幅度，也就是说，通过减小三角波形的幅度，可以找到S曲线上的一个线性部分。系统通过例如调节PMT增益来调节采集环路的增益，以得到一个合理放大的V_INT摆幅。就是通过工作电压V_W决定了优选的S曲线线性部分的位置。

当V_INT是三角波形时，系统就得到N点波形(步骤706)。N可以是500。系统计算出工作点V_W附近的局部斜率和偏置(步骤708)。通过执行下面所述的线性回归技术，就可以用所述的N点数据来计算S曲线在工作点V_W附近的局部斜率和偏置。通过解方程2和3，就能得到斜率a和偏置b。

V_INTi＝aV_FILTERi+bi＝0，1，...，N-1    (方程1)

令T＝∑_i(V_INTi-aV_FILTERi-b)

T/a＝0 ∑_i(V_INTi-aV_FILTERi-b)V_FILTERi＝0   (方程2)

T/b＝0 ∑_i(V_INTi-aV_FILTERi-b)＝0           (方程3)

系统对DUT进行测量以获得波形(步骤710)。对于任何测定的V_INT，都能计算出V_FILTER。因为在测量过程中V_FILTER是固定的，因此计算出来的V_FILTER摆幅能反映VDUT的摆幅。

图8示出了一种方法800，用于准备采集环路以便进行符合本发明的波形采集。系统使用一种闭环方法来测量DUT上信号的电压(步骤802)。如果外部信号不容易被施加到DUT的焊盘上，在这种情况下可以使用已知信号，如时钟信号、数据信号、寄存器地址信号、片选信号等等。这些信号通常可以在DUT的焊盘上找到，并通过传统的闭环方法快速地加以测量。

一旦知道了V_DUT的电压摆幅，就可以使用开环波形采集方案了(步骤804)。对V_FILTER进行调节以便采用S曲线上理想的线性区域(步骤806)。对S曲线的局部斜率和偏置进行计算(步骤808)。上述的线性回归技术可以被用来计算S曲线的局部斜率和偏置(也就是说，V_DUTi可以被V_FILTERi代替)。一旦算出了斜率和偏置，用户可以利用开环波形采集方案对任何探测点进行探测，以测量V_DUT的信号摆幅。

可以把校准和波形采集步骤合并起来。系统对采集环路进行校准，从而在相当大的过滤网电压范围内都存在局部的线性性(达1V)。对于任何逻辑信号或小幅度(也就是小于1伏特)模拟波形采集来说，门控积分器的输出-也就是V_INT与V_DUT和V_FILTER之间的差值具有线性关系。即，

V_INT＝a(V_DUT-V_FILTER)+b         (方程4)

其中a是斜率，而b是固定的(对于一个特定的局部线性区域)偏置。方程4可以被变形成与方程1类似的格式。也就是说，方程4可以被写为

V_INTi＝a(V_DUTi-V_FILTERi)+b＝-aV_FILTERi+(aV_DUTi+b)    (方程5)

在校准期间，系统探测一个没有信号摆幅的DUT位置，使得V_DUTi保持恒定。因此，方程5可以被写作

V_INTi＝a′V_FILTER+b′         (方程6)

系统在N个时间点的扫描中对V_INT进行测量。N可以是例如500。为了进行测量，系统将过滤网电压改变一个很小的量。也就是说，V_FILTER(＝V_DAC-V_OFFSET)，并且V_DAC＝V_W+δ。V_W是一个固定电压，对于每个安装好的DUT只需调整一次V_W，以保证DUT不会落入S曲线的饱和区。(饱和区的示例可以参见图5。)δ是一个小电压值，比如0.01V，它是系统将过滤网电压改变的大小。系统用V_DAC＝V_W-δ进行另一次扫描。

如下给出了两次测量扫描的两个方程：

V_INTi＝a(V_DUTi-V_W-δ-V_OFFSET)+b+ε_ii＝1，2，..，N  (方程7)

V_INTj＝a(V_DUTj-V_W+δ-V_OFFSET)+b+ε_jj＝1，2，...，N(方程8)

其中ε_j和ε_j被定型为白噪声、DUT充电、I型局部场效应以及其他误差。关于I型局部场效应的细节，参见“Local Field Effect andDevice Voltage Measurement(局部场效应及装置电压测量)”，ISSUES in VLSI Diagnostics & Test，Vol.1，Schlumberger，July1987。第二次扫描中各个时间点的触发延时都与前一次时间点测量中的对应点相同。也就是说，对于任何i＝j，有V_DUTi＝V_DUTj。

系统用方程8减去方程7，并对N个点求和，得到

∑_i，j(V_INTi-V_INTj)＝-2aNδ+ε       (方程9)

其中ε代表误差。通过上述的减法运算，最后的两个误差因子几乎完全或部分被消除。并且，在∑求和之后，ε与方程9中的另外两项相比应该可以忽略不计。(对于该次求和来说，信号-噪声比提高了N^1/2。)因此，

a＝-∑_i，j(V_INTi-V_INTj)/(2Nδ)    (方程10)

一旦系统计算出这个斜率，它就能如下计算V_DUT，

V_DUTk＝(V_DUTi+V_DUTj)/2＝(V_INTi+V_INTj)/(2a)+V_W+V_OFFSET-b/a-(ε_i+ε_j)/(2a)

k，i，j＝1，2，...，N    (方程11)

其中：V_INTi和V_INTj都是测量值；a由(5)给出；V_W和V_OFFSET是已知的常量；而b和(ε_i+ε_j)是未知的。因为系统测量的是电压摆幅，因此在这里系统可以忽略b。如上所述，(ε_i+ε_j)代表了测量误差，比如白噪声、I型局部场效应以及非线性。这些误差同样存在于其他方法中，并且可以在系统设计期间最小化。所述的方法很适合用来测量逻辑波形或小幅度模拟信号。注意，白噪声、信号-噪声比都被改善了2^1/2，这是因为系统进行了2次测量扫描。系统可以随意地进行更多次扫描以便进一步减小误差。如果进行更多次的扫描，系统就可以根据V_DUTk算出计算出更平均的斜率a以及更平均的波形V_DUTk(其中k＝1，2，...，N)。

重新校准

如果DUT的表面电势由于充电、污染或暴露金属焊盘上DC偏置的改变而发生变化，那么连续使用经过预校准的系统来测量输出波形就可能带来测量误差。当DUT的表面电势发生变化时，必须重新进行校准。对于一个经过钝化处理的DUT来说，可以通过探测信号焊盘之外临近区域的探测点并利用上述的S曲线局部线性来重新校准系统。用于重新校准的临近区域应该具有与信号焊盘相同的充电程度和污染程度。对一个暴露的金属焊盘可以采用传统的闭环方法，该焊盘上的DC偏置可能与经过预校准的焊盘不同。在某些极端的例子中，比如有一个很长的测试环路(例如，一个非常慢的触发频率)，使用闭环方法可能要花费30分钟时间来完成波形测量的500个时间点。在这种情况下，用户可以根据图8中所示的方法重新校准系统。首先，可以执行一个闭环方法来取得一个100点的波形。如果所测量的波形是一个逻辑波形，那么该信号就可以被用来重新校准开环波形采集系统。一旦开环采集系统经过重新校准，用户就可以向相同的焊盘投射电子束，并继续进行开放式环路采集方案。

其他的采集参数(比如电容大小和参考电流大小)都可以被优化。

本发明可以被实现为数字电子电路，或是计算机硬件、固件、软件以及它们的组合形式。本发明的设备可以被实现为计算机程序产品，该产品切实地储存在可由机器读取的媒质中，以供可编程处理器执行；并且本发明的方法步骤可由一个可编程处理器执行，该处理器通过执行指令程序对输入数据进行操作并产生输出来实现本发明的功能。本发明最好被实现为一个或多个能在可编程系统上执行的计算机程序，所述的可编程系统包括至少一个可编程处理器，该处理器可以从一个数据存储系统接收数据和指令并向数据存储系统发送数据和指令；系统中还应包括至少一个输入装置和至少一个输出装置。每个计算机程序都可以用高度结构化或面向对象的编程语言来实现，如果需要，也可以用汇编或机器语言来实现；在任何情况下，所述的语言都可以是一个经过编译或解释的语言。举例来说，合适的处理器包括通用和专用的微处理器。一般而言，处理器会从一个只读存储器和/或一个随机存取存储器接收指令和数据。计算机的基本元件是一块用来执行指令的处理器和一个存储器。通常，一台计算机中会包括一个或多个大容量存储设备，用来储存数据文件；这类设备包括磁盘-如内部硬盘和可移动盘片；磁光盘；以及光盘。适合用来存储计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储器件-如EPROM、EEPROM以及闪存器件；磁盘-如内部硬盘和可移动盘片；磁光盘；以及CD-ROM光盘。上述的所有设备都可以由ASIC补足或包括在ASIC(专用集成电路)中。

为了与用户进行互动，可以将本发明实现在带有显示设备以及键盘和定位设备的计算机系统上，所述的显示设备可以是监视器或LCD屏幕，用来向用户显示信息，而所述的定位设备则可以是鼠标或轨迹球，用户可以通过它们向计算机系统提供输入。可以对计算机系统编程来提供图形化用户界面，计算机程序通过该界面与用户互动。

以上说明了本发明的多种实施方式。然而应该明白的是，可以对本发明进行各种改进，而不会偏离本发明的思想和范围。例如，不必通过向DAC提供一个数字值来产生预测的滤波器电压，而可以直接从一个可控模拟电压源提供。不必根据先前的测量结果或先前测量结果的平均值来预测滤波器电压，而可以通过对DUT的期望工作过程进行仿真或根据其他需要的来源进行预测。计算装置可以使用一个查找表来储存S曲线数据。相应地，其他实施方式也包括在下列权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种用于开环波形采集的方法，该方法包括：

获取一个电子束探测系统的采集环路的S曲线，该S曲线代表采集环路对采集环路与待测设备之间的电势差变化作出的响应；

校准采集环路以便得到所获取的S曲线中的线性区域；以及

利用所获取的S曲线的线性部分计算待测设备上探测点处的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中获取S曲线包括：

改变采集环路和待测设备之间的电压差；以及

测量采集环路的输出。

3.根据权利要求2所述的方法，其中改变采集环路与待测设备之间的电压差包括：

改变待测设备上校准点处的电压，同时保持过滤网电压不变，所述的过滤网是采集环路的一部分。

4.根据权利要求2所述的方法，其中改变采集环路与待测设备之间的电压差包括：

改变过滤网电压，同时保持待测设备上校准点处的电压不变，所述的过滤网是采集环路的一部分。

5.根据权利要求1所述的方法，其中校准采集环路包括：

将过滤网电压调节到所获得的S曲线的线性部分；以及

调节采集环路的增益，使得采集环路的输出直接与探测点电压成正比。

6.根据权利要求1所述的方法，其中校准采集环路包括：

执行线性回归来确定S曲线的斜率和偏置，使得探测点电压与采集环路的输出成正比。

7.根据权利要求1所述的方法，其中校准和计算待测设备上探测点处电压的步骤被合并起来了。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

重新校准采集环路以减小误差。

9.一种带电粒子束探测系统，用于探测待测设备上感兴趣位置处的电压，该系统包括：

一个用来提供过滤器电压的电压源，该电压源是根据所获得的待测设备S曲线数据进行校准的；

一个被所述过滤器电压充电的过滤网，位于待测设备和一个探测器之间；

一个波束源，用来在选定的延时ti处向感兴趣的位置投射一个带电粒子束脉冲；

一个探测器，用来探测穿透了过滤网的次级带电粒子并产生一个探测器电流(I_SEC)；

一个电流合并电路，用来合并探测器电流和一个参考电流，以产生一个误差信号(V_ERROR)；

一个积分器，用来将误差信号积分一段时间，以产生一个积分器电压(V_INT)，该电压代表感兴趣位置处的电压；以及

一个计算装置，用来储存所获得的S曲线数据的线性部分，以供计算感兴趣位置处的电压时使用。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述的电压源包括一个数字-模拟转换器，它被连接来从计算装置接收所获得的S曲线数据，以提供过滤器电压。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述的计算装置还会选择一个工作点(V_W)，其中使所述的工作点位于S曲线的线性部分内，并将过滤网驱动到工作点上。

12.根据权利要求9所述的设备，其中所述的积分器包括一个电容，以及一个可控的开关用来对电容放电以便重置积分器电压。

13.一种电子束探测系统，包括：

一个波束源，用来向待测设备上的探测点投射电子；

一个过滤网；

一个探测器，用来探测具有足够能量克服过滤网与探测点之间电压差的电子，该探测器产生一个与它探测到的电子数量成正比的输出；

一个减法器，它接收探测器的输出和一个参考输入，该减法器产生的输出与探测器的输出和参考输入之间的差值成正比；

一个积分器，它接收减法器的输出，并产生一个与电压差成线性正比的输出；以及

一个计算装置，它为电子束探测系统储存S曲线数据，接收积分器的输出，并计算探测点处的电压，该计算过程至少是部分基于S曲线数据的。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述的计算装置还会选择一个工作点(V_W)，所述的工作点位于S曲线的线性部分内，并将过滤网驱动到工作点上。

15.一种切实地储存在可由机器读取的媒质中的计算机程序产品，用于计算待测设备上探测点处的电压，该产品中所包含的指令能让处理器：

接收电子束探测系统的开放式采集环路的输出；

取得S曲线数据，该数据描述了采集环路响应于采集环路与待测设备上探测点之间电压差的变化而发生的改变；以及

根据取得的S曲线数据计算探测点的电压。

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