JPH0280970A - ストロボ電子ビーム装置のサンプリング位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高精度な電圧波形測定が可能なストロボ電
子、ビーム装置のサンプリング位置決め方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第６図〜第９図は従来のストロボ電子ビーム装置の基本
構成と電圧波形測定時のサンプリング位置決め方法を説
明するための図であり、第６図はストロボ電子ビーム装
置の基本構成、第７図はストロボ電子ビーム装置による
電位コントラスト像、第８図は第７図に示す配線Ａ，配
線Ｂの回路シュミレーション波形、第９図は第７図に示
す配線Ｂのストロボ電子ビーム装置による測定電圧波形
を示している。これらの図において、１ばＳＥＭ　（Ｓ
ｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｅｒｏｓｅｏ
ｐｅ）　ｌｉ筒部、２は電子銃、３はビーム偏向器、４
は二次電子検出畳、５は半導体集積回路等の試料、６は
ストロボパルス制御回路、７は電圧測定回路、８はＬＳ
Ｉ（Ｌａｒｇｅ　５ｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　
Ｃ１ｒｃｕｉｔ）テスタ、９ｊよ前記半導体集積回路５
の動作時の任意位相における電位コントラスト像、１０
は前記電位コント２ス１−像９におけろ配線Ａの回路シ
ュミレーショー波形、１１は前記電位コントラスト像９
におけ・Ｓ　配ＲＢの回路シュミレーション波形、１２
は前ｉ１１．．！を位コントラスト をサンプリング位置とした測定電圧波形である。

次に動作についで説明する。

第６図において、ＬＳＩテスタ８は半導体集積回路５を
動作状態にさせるとともに、繰り返し１・１ガ信号をス
トロボパルス制御回路６に与える。

、これによりストロボパルス制御回路６は、動作状態に
ある試料５の繰り返し周波数と同期して、こ−ハブ、ト
ロボパルス制御回路６に接続されたビーム偏向器３によ
り電子銃２から放出されろ一次ビムをパルス化し、特定
の位相で特定の時間幅をもフて試料５の表面を照射する
。パルス化された一次ビームは繰り返して試料５０表向
を照射するが、常に同じ位相であるため、この状態にお
けるＳＥＭ像は、例えば第７図に示すようにその特定位
相での電位コントラスト像 第８図に示した配線Ａ，配綿Ｂにおける■の位相でパル
ス化された一次ビームを照射した場合、配線Ａの電位は
ＬｏｗであるＩ：め像の配線領域は明るくなり、配線Ｂ
の電位はＨ！であるため像の配線領域は暗くなる。ここ
で−次ビームの走査を止め配線領域上の一点だけを照射
し、ストロボパルス制御回路６によりパルス化された一
次ビームの位相を少しづつずらしながら位相に対応して
、二次電子検出器４により２次電子信号をとらλると電
圧波形が得られろ。第９図はこの方法により第７図の配
線Ａの電圧波形を測定したもので、電位コントラスト し、第８図の■の位相から■の位相まで位相をずらして
電圧波形を得ている。

なお、−次ビームを遅延させる位相に対応して二次電子
検出器４により２次電子信号を得るため、電圧測定回路
７には、ストロボパルス制御回路６から位相軸の基準と
なるトリガ信号が、二次電子検出器４からは二次電子信
号が入力されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の電子ビームによる半導体集積回路の
配線上の電圧波形測定方法は、動作状態にある半導体集
積回路のある特定の位相における電位コントラスト像を
もとにサンプリング位置を定め電圧測定を行っていたた
め、被測定電極（配線）の電位変化による一次ビーム着
地誤差を考慮したサンプリング位置になっておらず、こ
のため電圧測定精度を低下させることがあった。例えば
第９図の測定電圧波形１２は、第８図の■の位相におけ
る電位コン！・ラスト像９（第７図）をもとにサンプリ
ング位置をａ点と定めて配線Ａの電圧波形を測定したも
のであるが、実際には第８図の配線Ａの回路シュミレー
ション波形１０と一致していない。

この発明は、問題点を解決するためになされたもので、
電圧波形測定を可能にするストロボ電子ビーム装置のサ
ンプリング位置決め方法を得る乙とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るストロボ電子ビーム装置のサンプリング
位置決め方法は、電圧波形を測定する試料表面の被測定
電極を含む領域を、任意位相から任意ステップ時間で遅
延させた状態の任意時間幅を有したパルス状の電子ビー
ムで面走査または線走査して被測定電極の表面から放出
される二次電子像または信号強度のラインプロファイル
を取得し、電圧波形の全測定位相において、二次電子像
が重なり合う領域またはラインプロファイルの各ピーク
め重なり合う領域を電圧波形の測定位置とするものであ
る。

〔作用〕 この発明においては、全測定位相において一次ビームが
被測定電極に着地する領域、またはライン内にサンプリ
ング位置が定められ、電圧測定位相内において１次ビー
ムが被測定電極のエツジあるいは被測定電極の領域外に
照射されることがなくなる。

〔実施例〕

第１図〜第５図はこの発明のストロボ電子ビーム装置の
サンプリング位置決め方法の一実施例を説明するための
図であり、第１図は試料の繰り返し周期に同期した任意
位相とこの任意位相から任意ステップ時間で遅延させた
位相による電位コントラスト 圧波形、第３図は第１図のｘ−ｘ’間の二次電子信号を
示すラインプロファイル、第４図はこの発明を実施する
のに最適な構成のストロボ電子ビーム装置の一例、第５
図は第４図に示したストロボ電子ビーム装置の像観察モ
ード、波形観測モード。

サンプリング位置決めモードに対応する各ポイントのス
イッチＳＩ〜Ｓ５の状態を示している。

これらの図において、第６図〜第９図と同一符号は同一
のものを示し、９ａ，９ｂは前記電位コノトラスト Ｍ度のラインプロファイル、１４はドライバ、１５は増
幅器、１６は像観察制御回路、１７は波形観測制御回路
、１８は高速位相走査回路、１９はマルチサンプリング
回路、２０は面走査制御回路、２１は線走査制御回路、
２２はポイント制御回路、２３は振幅変調回路、２４は
輝度変調回路、２５はＣ　Ｒ　Ｔ　（Ｃａｔｈｏｄｅ　
Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ）　　２　６はＸ，Ｙ偏向器、２７は
二次ビームの走査コイル、２８はフレームメモリ、２９
はコンピュータを示す。

次にこの発明のストロボ電子ビーム装置のサンプリング
位置決め方法について説明する。

まず、ストロボ電子ビーム装置により、パルス化された
二次ビームを面走査の状態で、目的とするｆｆｉｌ＋定
電圧波形の位相間を所定のステップ時間で高速に走査さ
せると、その電位コン）・ラスト像は第１図に示すよう
になるが、これは第８図に示した波形の全位相時におけ
る電位コントラスト重ねたものとなっている。いま、第
８図の配線Ｂの回路ンユミレーション波形１１において
、配線電位がＨｉからＬｏｗに変化した時、−次ビーム
が着地誤差を起こし、第１図の配線パターンにおいて、
７４位コントラスト らパターン９ｂに変化したとすると、第８図に示しな■
の位相がパターン９ａ、■の位相がパターン９ｂとなる
が、第１図では、第８図の全位相時における電位コノト
ラスト パターン９ａ，９ｂが重なり合って現れている。

ここでパターン９ａ，９ｂの両方のパターンが重なり合
うｂ点をサンプリング位置とすると、その測定電圧波形
は、第２図に示すようになる。すなわち、ｂ点は、全測
定位相において二次ビームが被測定電極の配線Ａに着地
する領域内に位置するため、着地誤差による電圧測定誤
差がなくな９、第２図の電圧測定結果は第８図の回路シ
ュミレーション波形１０と一致する。

次にこの発明の他の実施例を説明する。

まず、第１図に示した電位コントラストｘ−ｘ’　ライ
ン上において、目的とする測定電圧波形の位相間を所定
のステップ時間で高速に線走査させると、この際に発生
する二次電子信号強度のラインプロファイルは第３図に
示すようになる。

この第３図のラインプロファイルは、第８図に示した波
形の全位相における二次電子強度のプロファイルが重な
ったものとなっており、ここで配線ＡのＨｉおよびＬ　
ｏ　ｗのパターンが全位相において重なり合う位置Ｃを
サンプリング位置とすれば、上記実施例と同様に着地誤
差による電圧測定誤差がなくなり、第２図に示す測定電
圧波形１２が得られる。

なお、目的とする測定電圧波形の位相間で二次ビームを
高速に走査させる繰り返し周期の一周期内におけるサン
プリング位相数は、１個に限らず複数個の位相であって
もよく、複数個の位相でサンプリングした場合は電位コ
ントラスト像９のＳ　／　Ｎ　（Ｓｉｇｎａｌ／　Ｎｏ
ｉｓｅ）が向上する。

次に第４図に示したストロボ電子ビーム装置を第５図を
参照して説明する。

第４図に示したストロボ電子ビーム装置の従来技術と異
なる点は、ストロボパルス制御＠諮６内に、高速位相走
査回路１８と、繰り返し一周期内におけるサンプリング
位相数を複数個にする、いわゆるマルチサンプリング回
路１９が加わってぃることである。

像観察モード、すなわち任意位相におけろ電位コントラ
スト １、スイッチ５２．１に接続される。これによりスＩ・
ロボバルス制御回路６はＬＳＩテスタ８から試料５の繰
り返しサイクルとなるｌ・リガ信号を受け、これにより
像観察制御回゛路１６はサンプリングパルス幅（−次ビ
ームのパルス幅）および観察位相を所定の値に設定し、
この出力信号がドライノ（１４を介してビーム偏向器３
に与えられる。ビム偏向器３はこれを受けて、電子銃２
から放出される一次ビームをパルス化する。また、スイ
ッチＳ４−１に接続されることから、面走査制御回路２
０はドライバ１４を介して一次ビームの走査コイル２７
を制御するとともに、これに同期してＣＲＴ２５のＸ，
Ｙｌ向器２６に信号を与えろ。

方、ビーム偏向器３によりパルス化され、走査コイル２
７により面走査して照射される一次ビームは、試料５の
表面から二次電子を放出させ、これが二次電子検出器４
によりとらえられることにより電気信号に変換される。

この電気信号はスイッチＳ，→２に接続されることから
、増幅器１５を介して輝度変調回路２４に送られる。そ
して、輝度変調回路２４により輝度変調された信号は、
ＣＲＴ２５に送られＸ，Ｙｉ向器２６により像として映
し出されろ。ここで試料５はＬＳＩテスタ８により動作
させられているため、所定の位相における電位コントラ
スト る。

次に波形観測モードについて説明する。

ストロボパルス制御回路６においては、スイッチＳ□→
１，スイッチＳ，→１に接続される。これにより波形ｍ
ｌ測制御回路１７はＬＳＩテスタ８からトリガ信号を受
け、波形観測位相，遅延ステップ時間等を所定の値に設
定し、この出力信号がドライバ１４を介してビーム偏向
器３に与えられる。ビーム偏向器３はこれを受けて、電
子銃２カ）ら放射される一次ビームをパルス化する。ま
た、スイッチＳ４→３に接続されることから、ポイント
制御回路２２は、ドライバ１４を介して一次ビームの走
査コイル２７を制御し、サンプリング位置を決定すると
ともに、これに同期してＣＲＴ２５のＸ，Ｙ偏向器２６
に信号を与左てＣＲＴ２５画面上でサンプリング位置が
モニタできるようにする。一方、ビーム偏向器３により
パルス化され、走査コイル２７により照射位置が決定さ
れた一次ビームは、試料５の表面から２次電子を放出さ
せ、これが２次電子検出器４によりとらえられることに
より、電気信号に変換される。そして、この電気信号を
前記従来技術と同様、ストロボパルス制御回路６からの
トリガ信号により位相に対応させて電圧測定回路７でと
らえると電圧波形が得られる。

次にこの波形観測を行う際のサンプリング位置決めモー
ドについて説明する。

まず、電位コントラスト グ位置を決定するモードについて説明する。

ストロボパルス制御回路６においては、スイッチＳ１→
２，スイッチＳ３→１もしくは２に接続されろ。ストロ
ボパルス制御回路 テスタ８から試料５の繰り返しサイクルとなるトリガ信
号を受け、スイッチＳ３−１の場合、高速位相走査回路
１８が走査する位相および走査ステップ時間を所定の値
に設定し、設定した位相間で高速に位相走査を行う。ま
た、スイッチＳ３−２の場合、マルチサップリング回路
１９が設定されｔＳ所定の値の走査位相および走査ステ
ップ時間で設定した走査位相間で複数個の位相について
高速に位相走査を行う。これらの出力信号はドライバ１
４を介してビーム偏向器３に与えられ、ビーム偏向器３
はこれを受けて電子銃２から放出される一次ビームをパ
ルス化する。また、スイッチＳ４−１−１に接続される
ことから、面走査制御回路２０はドライバ１４を介して
一次ビームの走査コイル２７を制御するとともに、これ
に同期して制御回路２０はＣＲＴ２５（７）Ｘ，Ｙ偏向
器２６に信号を与える。一方、ビーム偏向器３によりパ
ルス化され、走査コイル２７により面走査して照射され
ろ一次ビームは、試料５の表面から二次電子を放出させ
、これが二次電子検出器４によりとらえられ電気信号に
変換される。乙の電気信号はスイッチＳ、→２に接続さ
れる乙とから、増幅器１５を介して輝度変調回路２４に
送られる。そして、輝度変調回路２４により輝度変調さ
れた信号はＣＲＴ２５に送られ、Ｘ、Ｙ偏向器２６によ
り像として映し出される。ここで試料５は、ＬＳＩテス
タ８により動作させられており、かつ高速位相走査回路
１８もしくはマルチサンプリング回路１９によリー次ビ
ームが偏向されていることから、像は測定電圧波形の全
位相における電位コントラストが重なり合った電位コン
トラスＩ−　１１　９となる。次にこの電位コントラス
ト ８に取り込み、ＣＲＴ２５の画面上に電位コントラスト トに切り換えれば、ポイント制御回路２２により電位コ
ントラスト が重なり合う領域内にサンプリング位置を定めることが
できろ。

次にラインプロファイルを用いてサンプリング位置を決
定するモードについて説明する。

ストロボパルス制御回路６に関しては上記の電位コント
ラスト しかし、スイッチＳ４→２に接続されることがら線走査
制御回路２１がドライバ１４を介して一次ビームの走査
コイル２７を制御するとともに、これに同期してＣＲＴ
２　５のＸ，Ｙ偏向器２６に信号を与える。一方、ビー
ム偏向器３によりパルス化され、走査コイル２７により
線走査して照射される一次ビームは、試料表面から二次
電子を放出させ、これが二次電子検出ｗ４によりとらえ
られ電気信号に変換される。この電気信号はスイッチＳ
，→１に接続されることから増幅器１５を介して振幅変
調回路２３に送られる。そして、厚幅変調回路２３によ
り振幅変調された信号はＣＲＴ’２５に送られ、Ｘ，Ｙ
偏向器２６により二次電子信号強度のラインプロファイ
ルとして映し出される。

ここで試料５は、ＬＳＩテスタ８により動作させられて
おり、かつ高速位相走査回路８もしくはマルチサンプリ
ング回路１９により一次ビームが偏向されていることか
ら、二次電子信号強度を示すラインプロファイルは、測
定電圧波形の全位相における二次電子信号強度のライン
プロファイルが重なり合ったラインプロファイル１３と
なる。次にこのラインプロファイル１３をフレームメモ
リ２８に取り込み、ＣＲＴ２５の画面上にラインプロフ
ァイル１３を表示した状態のままで波形観測モードに切
り換えれば、ポイント制御回路２２によりラインプロフ
ァイル１３上における被測定電極のラインが重なり合う
ライン、すなわちＸ軸上にサンプリング位置を定めるこ
とができる。なお、Ｙ軸は線走査制御回路２１からのＹ
軸信号により決定される。

なお、ここまでに述べた電位コントラストよびラインプ
ロファイルによるサンプリング位置決め方法は、目的と
する測定電圧波形の全位相において被測定電極の領域も
しくはラインが重なり合う箇所を人間の目で認識するも
のとしたが、これをコンピュータに認識させる方法もあ
る。例えば第４図においては、コンピュータ２９が高速
位相走査回路１８、マルチサンプリング回路１９、面走
査制御回路２０，線走査制御回路２１、ポイント制御回
路２２、振幅変調回路２３、輝度変調回路２４、フレー
ムメモリ２８に接続されているが、コノピユータ２９に
より自動的にＣＲＴ２５上に被測定電極の領域、もしく
はラインを表示させ、ポイント制御回路２２は、被測定
電極の領域、ライン内のみのボインティングを行うよう
に構成すればよい。また被測定電極の領域、ラインを認
識させる方法としては、例λば、あらかじめ設定した位
相ポイントでの画像、ラインプロファイルを取り込み、
画像比較によってＬｏｗレベルのみの画像、ラインプロ
ファイルを抽出、比較プログラムにより全測定位相ポイ
ントで画像、ラインプロファイルが重なり合う領域、ラ
インをＣＲＴ２５に表示させる方法がある。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、電圧波形を測定する試
料表面の被測定電極を含む領域を、任意位相から任意ス
テップ時間で遅延させた状態の任意時間幅を有したパル
ス状の電子ビームで面走査または線走査して被測定電極
の表面から放出されろ二次電子像または信号強度のライ
ンプロファイルを取得し、電圧波形の全測定位相におい
て、二次電子像が重なり合う領域またはラインプロファ
イルの各ピークの重なり合う領域を電圧波形の測定位置
とするので、電圧測定位相内において、次ビームが被測
定電極のエツジあるいは被測定電極以外の領域に照射さ
れる乙とがなくなり、これによる電圧波形測定誤差が生
じなくなるため、電圧波形測定精度が向上するという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

発明の他の実施例を説明するための二次電子信号強度の
ラインプロファイルを示す図、第４図はこの発明を実施
するのに最適な構成のストロボ電子ビーム装置の一例を
説明するための図、第５図は、第４図に示したストロボ
電子ビーム装置の動作を説明するための図、第６図は従
来のストロボ電子ビーム装置の基本構成を示す図、第７
図は従来のストロボ電子ビーム装置による電位コントラ
スト像を示す図、第８図は回路シュミレーション波形を
示す図、第９図は従来の方法による測定電圧波形を示す
図である。 図において、１はＳＥＭ鏡筒部、２は電子銃、３はビー
ム偏向器、４は二次電子検出器、５は試料、６はストロ
ボパルス制御回路、７は電圧測定回路、８はＬＳＩテス
タ、９は電位コントラスト像、９ａ，９ｂはハターン、
１０，１１Ｌｊ回路ン：Ｌミレーンヨン波形、１２は測
定電圧波形、１３はラインプロファイル、１４はドライ
バ、１５は増幅器、１６は像観察制御回路、１７は波形
観測制御回路、１８は高速位相走査回路、１９はマルチ
サンプリング回路、２０は面走査制御回路、２１は線走
査制御回路、２２はボイノト制御回路、２３は振幅変調
回路、２４は輝度変調回路、２５（、ｉＣＲＴ，２６１
ｔＸ，Ｙ偏向器、２７は走査コイル、２８はフレームメ
モリ、２９はコンピュータを示す。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 任意時間幅を有する電子ビームを試料の繰り返し周期に
   同期した任意位相から任意ステップ時間で遅延させて前
   記試料表面の被測定電極に照射し、この被測定電極の表
   面から放出されている二次電子を検出し、前記被測定電
   極の電圧波形を測定するストロボ電子ビーム装置におい
   て、前記電圧波形を測定する前記試料表面の前記被測定
   電極を含む領域を、前記任意位相から前記任意ステップ
   時間で遅延させた状態の前記任意時間幅を有する前記パ
   ルス状の前記電子ビームで面走査または線走査して前記
   被測定電極の表面から放出される二次電子像または信号
   強度のラインプロファイルを取得し、前記電圧波形の全
   測定位相において、前記二次電子像が重なり合う領域ま
   たは前記ラインプロファイルの各ピークの重なり合う領
   域を前記電圧波形の測定位置とすることを特徴とするス
   トロボ電子ビーム装置のサンプリング位置決め方法。