JPH03183145A - Electron beam apparatus - Google Patents

Electron beam apparatus

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JPH03183145A
JPH03183145A JP1322956A JP32295689A JPH03183145A JP H03183145 A JPH03183145 A JP H03183145A JP 1322956 A JP1322956 A JP 1322956A JP 32295689 A JP32295689 A JP 32295689A JP H03183145 A JPH03183145 A JP H03183145A
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JP
Japan
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signal
sample
pulse
pass filter
electron beam
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Application number
JP1322956A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Ito
昭夫 伊藤
Shinichi Wakana
伸一 若菜
Yoshiaki Goto
後藤 善朗
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH03183145A publication Critical patent/JPH03183145A/en
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Abstract

PURPOSE:To eliminate an influence caused by a low-frequency noise, to reduce a measuring error and to shorten a measuring time by finding a difference between the following: a signal component which has passed a high-pass filter out of pulsed secondary electronic signals; and a signal component which has sampled-and-held an output signal of the high-pass filter. CONSTITUTION:An EB pulse-generation control signal is input, as a strobe signal, to a sample-and-hold circuit 22 form a control circuit 11; an input secondary electronic signal whose noise has been eliminated by using a high-pass filter 21 is held at the timing of the strobe signal, i.e., at the timing to generate an EB pulse; a voltage is held for a definite time. Since a differential amplification output of a smaple-and-hold signal and a high-pass filter output signal always uses a level at the rise time of a pulse signal as a reference, a pulse height coincides with a peak value of a pulse. When an output signal of a differential amplifier 23 is sampled at the timing at which the secondary electronic signal becomes maximum and is A-D-converted, an influence by a low-frequency noise is eliminated and a measuring error can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電子ビーム装置に関し、 低周波ノイズの影響を除去して測定誤差の低減および測
定時間の短縮を図るとともに、周期変化している電圧波
形の測定では良好な周波数特性を得ることができ、さら
にMCPを検出器として用いた場合でも十分に実用に供
することができる電子ビーム装置を提供することを目的
とし、試料の測定箇所に対して電子ビームを照射する照
射手段と、試料から放出される2次電子を検出し、2次
電子信号を出力する2次電子検出手段と、該2次電子信
号を信号処理して試料に関連のある物理量を測定する測
定手段と、を備えた電子ビーム装置において、前記電子
ビームをパルス化するパルス化手段と、前記2次電子検
出手段と測定手段との間に配置される信号処理手段とを
設け、該信号処理手段は、前記2次電子検出手段から出
力される2次電子信号のうち交流分のみを通過させるハ
イパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力信号をサン
プルホールドするサンプルホールド回路と、ハイパスフ
ィルタの出力信号とサンプルホールド回路の出力信号と
の差分を出力する差動増幅器とを有し、前記測定手段は
、該差動増幅器の出力に基づいて試料に関連のある物理
量を測定するように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding an electron beam device, it is possible to reduce measurement errors and shorten measurement time by removing the effects of low frequency noise, and to obtain a good frequency when measuring periodically changing voltage waveforms. An irradiation means for irradiating an electron beam onto a measurement point of a sample, with the aim of providing an electron beam device that can obtain characteristics and can be fully put to practical use even when an MCP is used as a detector. a secondary electron detection means for detecting secondary electrons emitted from the sample and outputting a secondary electron signal; and a measuring means for processing the secondary electron signal to measure a physical quantity related to the sample. An electron beam apparatus comprising: a pulsing means for pulsing the electron beam; and a signal processing means disposed between the secondary electron detection means and the measurement means, the signal processing means comprising: A high-pass filter that passes only the alternating current component of the secondary electron signal output from the secondary electron detection means, a sample-and-hold circuit that samples and holds the output signal of the high-pass filter, and a sample-and-hold circuit that samples and holds the output signal of the high-pass filter and the sample-and-hold circuit. and a differential amplifier that outputs a difference from the output signal, and the measuring means is configured to measure a physical quantity related to the sample based on the output of the differential amplifier.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、電子ビーム装置に係り、詳しくは、細く絞っ
た電子ビームを試料に照射し、2次電子信号を検出し、
試料の拡大画像(2次電子像)表示、線幅測定あるいは
電圧測定を行う走査型電子顕微鏡(SEM)、電子ビー
ムテスタなどに適用される電子ビーム装置に関する。
The present invention relates to an electron beam device, and specifically, irradiates a sample with a narrowly focused electron beam, detects a secondary electron signal,
The present invention relates to an electron beam device that is applied to a scanning electron microscope (SEM), an electron beam tester, etc. that displays an enlarged image (secondary electron image) of a sample, measures line width, or measures voltage.

電子ビーム装置はいろいろな応用が考えられるが、典型
的には超LSIの内部動作の診断を行う電子ビーム(E
lectron Beaai:EB)プローバとしての
用途が多く、BBブローバは動作中のLSIチンプ表面
に電子ビームを照射し、放出される2次電子を検出する
ことにより、LSI内部の動作状態を診断するシステム
である。
Electron beam devices can be used in various applications, but typically electron beam devices are used to diagnose the internal operation of VLSIs.
Electron Beaai: EB) Often used as a prober, the BB blower is a system that diagnoses the internal operating status of an LSI by irradiating an electron beam onto the surface of an operating LSI chip and detecting the emitted secondary electrons. be.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の電子ビーム装置としては、例えば第6図に示すよ
うなものがある。同図において、lは電子ビーム鏡筒、
2は試料室、3は試料室2の内部に配置された試料(被
検IC)である。電子ビーム鏡筒1の電子銃から発射さ
れた電子ビームはEBパルスゲート4によりパルス化さ
れてEBパルスとして試料3に照射され、試料3の表面
から2次電子5が放出される。シンチレータ6は2次電
子5を加速・衝突させ、光信号に変換してフォトマルチ
プライヤ(光電子増倍管)7に出力し、フォトマルチプ
ライヤ7はこの光信号を電気信号〈電流信号)に変換す
る。フォトマルチプライヤ7の出力(電流信号)は電流
電圧変換器8によって電圧信号に変換され、その後、増
幅器9により増幅されるとともに、A/D変換器10に
よりA/D変換されて制御回路11に出力される。A/
D変換器10はサンプリングデイレイ回路12からのサ
ンプリングストローブ信号により規定されるタイミング
でアナログ信号をデジタル信号に変換し、その結果は制
御回路11を介して制御計算機13に取り込まれる。制
御回路11は試料3から放出さる2次電子5の検出結果
に基づ<ICの動作電圧測定等のために各回路を制御す
るもので、電子ビームをEBパルス化するための制御信
号(EBパルス制御信号)をブランキングドライバ14
に出力するとともに、この制御信号をサンプリングデイ
レイ回路12にも出力する。ブランキングドライバ14
は制御回路11からの制御信号に基づいてEBパルスゲ
ート4を駆動し、サンプリングデイレイ回路12は制御
信号に基づいて前記サンプリングストローブ信号を生成
するもので、A/D変換器10のサンプリングストロー
ブ信号を発生するためにIIJIIl信号(EBパルス
発生信号)に一定時間の遅延を与えてA/D変換器10
に出力する。制御計算機13はA/D変換器10の出力
結果に基づいて2次電子像の表示あるいは電圧測定など
の処理を行う。
As a conventional electron beam device, there is one shown in FIG. 6, for example. In the figure, l is an electron beam column;
2 is a sample chamber; 3 is a sample (test IC) placed inside the sample chamber 2; The electron beam emitted from the electron gun of the electron beam column 1 is pulsed by the EB pulse gate 4 and irradiated onto the sample 3 as an EB pulse, and secondary electrons 5 are emitted from the surface of the sample 3. The scintillator 6 accelerates and collides the secondary electrons 5, converts it into an optical signal, and outputs it to a photomultiplier (photomultiplier tube) 7, which converts this optical signal into an electric signal (current signal). do. The output (current signal) of the photomultiplier 7 is converted into a voltage signal by a current-voltage converter 8, then amplified by an amplifier 9, A/D converted by an A/D converter 10, and sent to a control circuit 11. Output. A/
The D converter 10 converts the analog signal into a digital signal at a timing defined by the sampling strobe signal from the sampling delay circuit 12, and the result is taken into the control computer 13 via the control circuit 11. The control circuit 11 controls each circuit for measuring the operating voltage of the IC based on the detection result of the secondary electrons 5 emitted from the sample 3, and sends a control signal (EB) for converting the electron beam into an EB pulse. pulse control signal) to the blanking driver 14
At the same time, this control signal is also output to the sampling delay circuit 12. Blanking driver 14
drives the EB pulse gate 4 based on a control signal from the control circuit 11, and the sampling delay circuit 12 generates the sampling strobe signal based on the control signal. In order to generate the signal, a certain time delay is given to the IIJII signal (EB pulse generation signal), and the A/D converter 10
Output to. The control computer 13 performs processing such as displaying a secondary electron image or measuring voltage based on the output result of the A/D converter 10.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、このような従来の電子ビーム装置にあっ
ては、2次電子信号の増幅過程においてすべてDC増幅
器が使用されていたため、以下の問題点があった。
However, in such a conventional electron beam device, a DC amplifier is used in the entire process of amplifying the secondary electron signal, which causes the following problems.

(1)低周波ノイズ、特に電源周波数ノイズが混入し易
く、2次電子像に縞!!様が現れ、細部の観測が困難と
なる。また、線幅測定や電圧測定においては、測定誤差
の増大や測定時間の増加を招く結果となる。
(1) Low-frequency noise, especially power supply frequency noise, is easily mixed in, causing stripes in the secondary electron image! ! This makes it difficult to observe details. Further, in line width measurement and voltage measurement, this results in an increase in measurement errors and an increase in measurement time.

(n)周期変化している電圧波形の測定では、高い繰り
返し周波数に対応するため、2次電子信号処理回路には
通常のSEMよりも高い周波数特性が要求される。この
場合、DC増幅器では、DCから100MIIzに及ぶ
周波数領域で平坦な特性を得ることは困難である。
(n) In order to cope with a high repetition frequency when measuring a periodically changing voltage waveform, a secondary electronic signal processing circuit is required to have higher frequency characteristics than a normal SEM. In this case, with a DC amplifier, it is difficult to obtain flat characteristics in a frequency domain ranging from DC to 100 MIIz.

(I[I)広い検出面を持ち、−様で、高い検出効率の
可能性を持つマイクロチャネルプレート(MCP)など
の電子−電子増倍素子を検出器として用いた場合、DC
の高電圧に重畳されて信号が出力されるため、高い耐電
圧を持つアイソレーションアンプを介して増幅する必要
がある。
(I[I) When an electron-electron multiplier device such as a microchannel plate (MCP), which has a wide detection surface, is -like, and has the potential for high detection efficiency, is used as a detector, the DC
Since the signal is output superimposed on the high voltage of

ところが、アイソレーションアンプを使用する場合、周
波数帯域はせいぜいIMH2程度に制限され、またアイ
ソレーションのためのスイッチングノイズが新たに発生
ずるといった問題があり、実用的にはほとんど使用され
ていない。
However, when using an isolation amplifier, the frequency band is limited to IMH2 at most, and additional switching noise is generated due to isolation, so it is hardly used in practice.

そこで本発明は、低周波ノイズの影響を除去して測定誤
差の低減および測定時間の短縮を図るとともに、周期変
化している電圧波形の測定では良好な周波数特性を得る
ことができ、さらにMCPを検出器として用いた場合で
も十分に実用に供することができる電子ビーム装置を提
供することを目的としている。
Therefore, the present invention aims to reduce measurement errors and shorten measurement time by removing the influence of low frequency noise, and also makes it possible to obtain good frequency characteristics when measuring periodically changing voltage waveforms, and further improves MCP. It is an object of the present invention to provide an electron beam device that can be put to practical use even when used as a detector.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明による電子ビーム装置は上記目的達成のため、試
料の測定箇所に対して電子ビームを照射する照射手段と
、試料から放出される2次電子を検出し、2次電子信号
を出力する2次電子検出手段と、該2次電子信号を信号
処理して試料に関連のある物理量を測定する測定手段と
、を備えた電子ビーム装置において、前記電子ビームを
パルス化するパルス化手段と、前記2次電子検出手段と
測定手段との間に配置される信号処理手段とを設け、該
信号処理手段は、前記2次電子検出手段から出力される
2次電子信号のうち交流分のみを通過させるハイパスフ
ィルタと、ハイパスフィルタの出力信号をサンプルホー
ルドするサンプルホールド回路と、ハイパスフィルタの
出力信号とサンプルホールド回路の出力信号との差分を
出力する差動増幅器とを有し、前記測定手段は、該差動
増幅器の出力に基づいて試料に関連のある物理量を測定
するように構成している。
In order to achieve the above object, the electron beam apparatus according to the present invention includes an irradiation means for irradiating an electron beam onto a measurement location of a sample, and a secondary electron beam device for detecting secondary electrons emitted from the sample and outputting a secondary electron signal. In an electron beam apparatus comprising an electron detection means and a measurement means for signal processing the secondary electron signal to measure a physical quantity related to the sample, a pulsing means for pulsing the electron beam; A signal processing means is provided between the secondary electron detection means and the measurement means, and the signal processing means is a high-pass filter that passes only an alternating current component of the secondary electron signal output from the secondary electron detection means. The measuring means includes a filter, a sample-and-hold circuit that samples and holds an output signal of the high-pass filter, and a differential amplifier that outputs a difference between an output signal of the high-pass filter and an output signal of the sample-and-hold circuit. It is configured to measure physical quantities related to the sample based on the output of the dynamic amplifier.

〔作用〕[Effect]

本発明では、電子ビームがパルス化されて試料に照射さ
れるとともに、2次電子信号のうちのハイパスフィルタ
を通過した信号成分と、ハイパスフィルタの出力信号を
サンプルホールドした信号成分との差分が求められ、該
差分に基づいて試料に関連のある物理量が測定される。
In the present invention, the electron beam is pulsed and irradiated onto the sample, and the difference between the signal component of the secondary electron signal that has passed through the high-pass filter and the signal component obtained by sampling and holding the output signal of the high-pass filter is calculated. and a physical quantity related to the sample is measured based on the difference.

したがって低周波ノイズの影響を除去しつつDC戒分の
復元が可能となり、測定誤差の低減および測定時間の短
縮が図られるとともに、周期変化している電圧波形の測
定でも良好な周波数特性を得ることができ、さらにMC
Pを検出器として用いた場合でも十分に実用に供するこ
とができる。
Therefore, it is possible to restore DC precepts while removing the influence of low-frequency noise, reducing measurement errors and shortening measurement time, and obtaining good frequency characteristics even when measuring periodically changing voltage waveforms. is possible, and further MC
Even when P is used as a detector, it can be sufficiently put to practical use.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on the drawings.

第1〜4図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を
示す図である0本実施例の説明に当り、従来例と同−構
成部分には同一番号を符して重複説明を省略する。第1
図において、電流電圧変換器8の後段側にはハイパスフ
ィルタ21.サンプルホールド回路22および差動増幅
器23が設けられており、これらは信号処理手段24を
構成している。
Figures 1 to 4 are diagrams showing one embodiment of the electron beam device according to the present invention. In explaining this embodiment, the same components as the conventional example are denoted by the same numbers and duplicate explanations are omitted. do. 1st
In the figure, a high-pass filter 21. A sample and hold circuit 22 and a differential amplifier 23 are provided, and these constitute signal processing means 24.

信号処理手段24の具体的回路は第2図のように示され
、電流電圧変換器8はオペアンプOPI 、 O20お
よび抵抗Rz 、R3により構成される。また、ハイパ
スフィルタ21としてはコンデンサC1が用いられ、プ
リアンプ(フォトマルチプライヤ7〉に続く1段目の増
幅器としての電流電圧変換器8の出力をAC結合して差
動増幅器23に送る構成となっている。なお、RIは抵
抗である。したがって、電流電圧変換器8の出力はコン
デンサC1により低周波成分(例えば、低周波ノイズ)
がカントされ、2段目の差動増幅器23の手入力端子と
サンプルホールド回路22に入力される。サンプルホー
ルド回路22にはEBパルス制御信号がストローブ信号
として入力され、サンプルホールド回路22はこのスト
ローブ信号のタイミングで人力される2次電子信号をサ
ンプルホールドし、ホールド信号を差動増幅器23の一
入力端子に出力する。差動増幅器23は各入力信号の差
分をA/D変換器10に出力する。A/D変換器10は
この差分信号をA/D変換し、制御計算機13はA/D
変換器10の出力結果に基づいて2次電子像の表示や電
圧測定のための処理を行う。その他は従来例と同様であ
る。
A concrete circuit of the signal processing means 24 is shown in FIG. 2, and the current-voltage converter 8 is composed of operational amplifiers OPI and O20 and resistors Rz and R3. A capacitor C1 is used as the high-pass filter 21, and the output of the current-voltage converter 8, which is the first stage amplifier following the preamplifier (photomultiplier 7), is AC-coupled and sent to the differential amplifier 23. Note that RI is a resistor. Therefore, the output of the current-voltage converter 8 is filtered by the capacitor C1 to reduce low frequency components (for example, low frequency noise).
is canted and input to the manual input terminal of the second-stage differential amplifier 23 and the sample-and-hold circuit 22. The EB pulse control signal is input as a strobe signal to the sample and hold circuit 22, and the sample and hold circuit 22 samples and holds a secondary electronic signal input manually at the timing of this strobe signal, and sends the hold signal to one input of the differential amplifier 23. Output to the terminal. The differential amplifier 23 outputs the difference between each input signal to the A/D converter 10. The A/D converter 10 converts this difference signal into A/D, and the control computer 13 converts the difference signal into A/D.
Based on the output results of the converter 10, processing for displaying a secondary electron image and measuring voltage is performed. The rest is the same as the conventional example.

本実施例では、EBパルスゲート4およびブランキング
ドライバ14は電子ビームをパルス化するパルス化手段
31を構成し、電子銃を含む電子ビーム鏡筒1は照射手
段32を構成する。また、シンチレータ6およびフォト
マルチプライヤ7および電流電圧変換器8は2次電子検
出手段33を構成し、サンプリングデイレイ回路12、
A/D変換器10、制御回路11および制御計算機13
は測定手段34を構成する。
In this embodiment, the EB pulse gate 4 and the blanking driver 14 constitute a pulsing means 31 that pulses the electron beam, and the electron beam column 1 including the electron gun constitutes an irradiation means 32. Furthermore, the scintillator 6, photomultiplier 7, and current-voltage converter 8 constitute a secondary electron detection means 33, and the sampling delay circuit 12,
A/D converter 10, control circuit 11 and control computer 13
constitutes the measuring means 34.

次に、作用を説明する。Next, the effect will be explained.

測定シーケンスは次の通りである。例えば、試料3の信
号電圧の測定を行う場合は、まず、制御用計算機13で
発生したテストベクトルをICドライバ(図示路)にダ
ウンロードし、同時に照射手段32、パルス化手段31
.2次電子検出手段33および測定手段34を初期化す
る。次いで、テストベクトルに従ってテストパターンを
繰り返し発生し、テストパターンの開始タイミングを示
すトリガ信号を試料3 (すなわち、DUT :  d
evice undertest (テストデバイス)
〉を駆動するためのクロンク信号を試料3に供給する。
The measurement sequence is as follows. For example, when measuring the signal voltage of the sample 3, first, the test vector generated by the control computer 13 is downloaded to the IC driver (the path shown), and at the same time the irradiation means 32 and the pulsing means 31
.. The secondary electron detection means 33 and the measurement means 34 are initialized. Next, a test pattern is repeatedly generated according to the test vector, and a trigger signal indicating the start timing of the test pattern is sent to sample 3 (i.e., DUT: d
evice undertest (test device)
) is supplied to the sample 3.

その後、2次電子検出手段33により2次電子を検出し
、これを信号処理手段24で信号処理した後、測定手段
34で試料3の信号電圧の測定が行われる。
Thereafter, the secondary electron detection means 33 detects secondary electrons, and the signal processing means 24 processes the secondary electrons, and then the measurement means 34 measures the signal voltage of the sample 3.

ここで、本実施例では前述の問題点を解決するため、2
次電子信号処理回路の増幅器として、ハイパスフィルタ
21を含めたAC結合増幅器を使用することで、ノイズ
の影響を除去することとしているが、この効果を得るに
際して2次電子像表示の場合に水平方向に関する微分効
果という不具合が生じる。したがって、かかる微分効果
を除くため、交流成分のみの信号からDCオフセント信
号を復元する手段としてサンプルホールド回路22を設
けている。また、AC結合増幅器でも2次電子信号を増
幅可能とするために、通常のSEMで使用している連続
EBに代わり、電子ビームをパルス化してパルスEBを
常に使用することとし、これにより、2次電子信号をパ
ルス信号としてAC結合増幅器でも増幅可能な信号にし
ている。
Here, in this embodiment, in order to solve the above-mentioned problems, two steps are taken.
The influence of noise is removed by using an AC-coupled amplifier including a high-pass filter 21 as the amplifier of the secondary electron signal processing circuit. A problem called differential effect occurs. Therefore, in order to eliminate such differential effects, a sample and hold circuit 22 is provided as a means for restoring a DC offset signal from a signal containing only AC components. In addition, in order to make it possible to amplify the secondary electron signal with an AC coupled amplifier, the electron beam is pulsed and pulsed EB is always used instead of the continuous EB used in normal SEM. The second electronic signal is made into a pulse signal that can be amplified by an AC coupled amplifier.

ところで、AC増幅器を用いる場合、次の問題がある。By the way, when using an AC amplifier, there is the following problem.

すなわち、パルス化された2次電子信号で意味のある信
号成分はパルスの高さであるが、このままではパルス2
次電子信号のオフセット分くパルスの立ち上がり基準レ
ベル〉は、フローティングになり、現在の基準レベルが
以前のパルス高さやパルス信号のデユーティにより影響
される。
In other words, the meaningful signal component in a pulsed secondary electron signal is the pulse height, but if this continues, the pulse 2
The next pulse rise reference level divided by the offset of the electronic signal becomes floating, and the current reference level is influenced by the previous pulse height and the duty of the pulse signal.

例えば、連続EBによる2次電子信号をDC増幅したと
き第3図に示すような2次電子信号(DC増幅信号)が
観測される場合、AC増幅器では、DC威分がカントさ
れるため、同図にAC増幅信号として示すよ゛うに観測
される波形は歪んでしまう。
For example, when a secondary electron signal (DC amplified signal) as shown in Fig. 3 is observed when a secondary electron signal due to continuous EB is DC amplified, the DC power is canted in the AC amplifier, so the same The waveform observed as an AC amplified signal in the figure is distorted.

そこで、電子ビームをパルス化したパルスEBにより、
2次電子信号をパルス状信号にすると、第4図にAC増
幅信号として示すようにパルス部分についてはその周波
数スペクトルが高くなり、その高さは第4図に示すよう
なりC増幅信号と同じになる。しかし、このパルスのピ
ーク値のサンプリングデータを結ぶ信号のプロファイル
は、やはり、もとの信号を微分した形になってしまう。
Therefore, by using pulsed EB, which is a pulsed electron beam,
When the secondary electron signal is made into a pulsed signal, the frequency spectrum of the pulse part increases as shown in Figure 4 as an AC amplified signal, and its height is the same as that of the C amplified signal as shown in Figure 4. Become. However, the profile of the signal that connects the sampling data of the peak value of this pulse still ends up being a differentiated version of the original signal.

この状況を2次電子像表示にあてはめると、LSIの配
線パターンの明暗像は水平方向に関し、エツジ部分で微
分されてしまう。また、水平方向にのびた配線パターン
の境界はほとんど識別できなくなってしまう。
If this situation is applied to a secondary electron image display, the contrast image of the LSI wiring pattern will be differentiated at the edge portions with respect to the horizontal direction. Moreover, the boundaries of wiring patterns extending in the horizontal direction become almost impossible to discern.

そこで、本実施例では2次電子信号の各パルスの立ち上
がり直前(第4図に示すサンプルホールドタイミング)
のレベルをホールドするサンプルホールド回路22を設
け、このホールドされたレベルを基準に2次電子信号パ
ルスが立ち上がるようにし、もとの2次電子信号とサン
プルホールド出力の差動増幅を差動増幅器23により行
うこととしている。こうすると、パルス信号のピーク値
は、DC増幅信号上にすべてかさなり、DCtc分の復
元が可能となる。
Therefore, in this embodiment, immediately before the rise of each pulse of the secondary electron signal (sample hold timing shown in FIG. 4)
A sample and hold circuit 22 is provided to hold the level of the sample and hold, and the secondary electronic signal pulse rises based on this held level, and the differential amplifier 23 performs differential amplification of the original secondary electronic signal and the sample and hold output. This will be done according to the following. In this way, the peak value of the pulse signal is entirely superimposed on the DC amplified signal, making it possible to restore DCtc.

なお、EBパルスの発生周波数は、種々の応用を考えた
場合でも数IQkflz以上であるため、AC結合増幅
器のカットオフ周波数を数kHz=10kHzに設定し
ても、その信号成分を失うことはなく、その一方で、電
源周波数ノイズに起因する高調波ノイズはハイパスフィ
ルタ21によりほとんど除去することができる。
Note that the EB pulse generation frequency is several IQkflz or higher even when considering various applications, so even if the cutoff frequency of the AC coupled amplifier is set to several kHz = 10 kHz, the signal component will not be lost. On the other hand, harmonic noise caused by power frequency noise can be almost completely removed by the high-pass filter 21.

信号処理手段24の具体的動作を上述の観点から述べる
と、サンプルホールド回路22には、制御回路11から
EBパルス発生制御信号がストローブ信号として入力さ
れ、このストローブ信号のタイミング、すなわちEBパ
ルス発生のタイミングで、ハイパスフィルタ21により
ノイズの除去された入力2次電子信号がホールドされ、
一定時間(例えば1鮎)電圧が保持される。この場合の
各部の信号の変化は第2図に示される。ハイパスフィル
タ21を通過した信号(ノードNlにおける信号)では
、パルス信号の基準レベルは、各パルスごとに異なり、
パルス高さが同じでも、パルススピーク値は一定でない
。これに対し、サンプルホールド信号とハイパスフィル
タ出力信号の差動増幅出力は常にパルス信号の立ち上が
り時点のレベルをリファレンスとしているため、パルス
高さとパルスのピーク値は一致する。そこで、差動増幅
器23の出力信号を2次電子信号が最大となるタイミン
グでサンプリングしてA/D変換すれば、前節で述べた
問題点が解決される。
To describe the specific operation of the signal processing means 24 from the above-mentioned viewpoint, the EB pulse generation control signal is inputted from the control circuit 11 as a strobe signal to the sample hold circuit 22, and the timing of this strobe signal, that is, the timing of the EB pulse generation is inputted to the sample hold circuit 22. At the appropriate timing, the high-pass filter 21 holds the input secondary electronic signal from which noise has been removed.
The voltage is maintained for a certain period of time (for example, one sweetfish). Changes in the signals of each part in this case are shown in FIG. In the signal that has passed through the high-pass filter 21 (signal at node Nl), the reference level of the pulse signal is different for each pulse,
Even if the pulse height is the same, the pulse peak value is not constant. On the other hand, since the differential amplification output of the sample-and-hold signal and the high-pass filter output signal always uses the level at the rising edge of the pulse signal as a reference, the pulse height and the pulse peak value match. Therefore, if the output signal of the differential amplifier 23 is sampled at the timing when the secondary electronic signal is at its maximum and A/D converted, the problem described in the previous section can be solved.

すなわち、低周波ノイズの影響を除去して測定誤差の低
減を図ることができるとともに、ノイズの影響がないの
で、細部の観測も容易であるから、結果的に測定時間を
短縮することができる。また、周期変化している電圧波
形の測定では良好な周波数特性を得ることができ、測定
性能が向上する。
That is, it is possible to reduce the measurement error by removing the influence of low frequency noise, and since there is no influence of noise, it is easy to observe details, and as a result, the measurement time can be shortened. In addition, good frequency characteristics can be obtained when measuring a periodically changing voltage waveform, and measurement performance is improved.

次に、第5図は本発明の他の実施例を示す図であり、本
実施例は2次電子検出手段としてMCP41を用い、そ
の出力電流信号をAC結合増幅器に人力するものである
。すなわち、2次電子5はMCP41により検出され、
MCP41の図中下端面には+100Vが、上端面には
+1kVが印加されている。2次電子信号はDCの高電
圧(+1kV)に重畳されて出力され、AC結合のため
のアイソレーションコンデンサ42を介して増幅器43
に送られて増幅され、その後、第2図のノードN、に接
続される。なお、増幅器43はオペアンプOP、および
抵抗R5、R,からなり、またR4は抵抗である。本実
施例では、MCP42に印加された高電圧はアイソレー
ションコンデンサ42によりカントされるとともに、こ
のコンデンサ42がハイパスフィルタとしての機能も有
し、ノイズ成分も除去されてノードN、に送られる。し
たがって、いわゆるアイソレーションアンプを用いる必
要がなく、従来の問題点で述べたような課題、すなわち
周波数帯域の制限やアイソレージシンのためのスイッチ
ングノイズの影響を解決することができ、MCP41を
検出器として用いて十分に実用に供することができる。
Next, FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention, in which an MCP 41 is used as the secondary electron detection means, and its output current signal is manually input to an AC coupling amplifier. That is, the secondary electrons 5 are detected by the MCP 41,
+100V is applied to the lower end surface of the MCP 41 in the figure, and +1 kV is applied to the upper end surface. The secondary electron signal is superimposed on a DC high voltage (+1 kV) and output, and is sent to an amplifier 43 via an isolation capacitor 42 for AC coupling.
and is amplified, and then connected to node N in FIG. Note that the amplifier 43 includes an operational amplifier OP and resistors R5, R, and R4 is a resistor. In this embodiment, the high voltage applied to the MCP 42 is canted by the isolation capacitor 42, and this capacitor 42 also functions as a high-pass filter, so that noise components are also removed and sent to the node N. Therefore, there is no need to use a so-called isolation amplifier, and it is possible to solve the problems mentioned in the conventional problems, that is, the effects of switching noise due to frequency band limitations and isolation thin. It can be used for practical purposes.

また、2次電子信号の処理の高速化も容易になるという
利点がある。
Further, there is an advantage that it becomes easier to speed up the processing of secondary electron signals.

なお、本発明の適用はSEM、−電子ビームテスタ等に
限らず、2次電子信号を信号処理して試料に関連のある
物理量を得ようとするものには全てに適用が可能である
The application of the present invention is not limited to SEMs, -electron beam testers, etc., but can be applied to anything that processes secondary electron signals to obtain physical quantities related to a sample.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明よれば、低周波ノイズの影響を除去することがで
き、測定誤差の低減および測定時間の短縮を図ることが
できるとともに、周期変化している電圧波形の測定では
良好な周波数特性を得ることができ、さらにMCPを検
出器として用いた場合でも十分に実用に供することがで
きる。
According to the present invention, it is possible to remove the influence of low frequency noise, reduce measurement errors and shorten measurement time, and obtain good frequency characteristics when measuring periodically changing voltage waveforms. Furthermore, even when MCP is used as a detector, it can be sufficiently put to practical use.

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

第1〜4図は本発明に係る電子ビーム装置の−実施例を
示す図であり、 第1図はそのブロック構成図、 第2図はその信号処理手段の回路図、 第3図はその増幅信号の波形を示す図、第4図はそのサ
ンプルホールドを説明するための波形を示す図、 第5図は本発明に係る電子ビーム装置の他の実施例の要
部の構成図、 第6図は従来の電子ビーム装置のブロック構成図である
。 l・・・・・・電子ビーム鏡筒、 2・・・・・・試料室、 3・・・・・・試料、 4・・・・・・EBパルスゲート、 5・・・・・・2次電子、 6・・・・・・シンチレータ、 7・・・・・・フォトマルチプライヤ、8・・・・・・
電流電圧変換器、 10・・・・・・A/D変換器、 11・・・・・・制御回路、 12・・・・・・サンプリングデイレイ回路、13・・
・・・・制御計算機、 14・・・・・・ブランキングドライバ、21・・・・
・・ハイパスフィルタ、 22・・・・・・サンプルホールド回路、23・・・・
・・差動増幅器、 24・・・・・・信号処理手段、 31・・・・・・パルス化手段、 32・・・・・・照射手段、 33・・・・・・2次電子検出手段、 34・・・・・・測定手段、 41・・・・・・MCP (2次電子検出手段〉、42
・・・・・・アイソレーションコンデンサ(ハイパスフ
ィルタ〉、 43・・・・・・増幅器。 2次電子信号 一実施例の増幅信号の波形を示す図 第 図 2次電子信号 AC増幅信号 一実施例のサンプルホールドを説明するための波形を示
す図第 図
1 to 4 are diagrams showing an embodiment of the electron beam device according to the present invention, FIG. 1 is a block diagram thereof, FIG. 2 is a circuit diagram of its signal processing means, and FIG. 3 is its amplification. FIG. 4 is a diagram showing the waveform of the signal, FIG. 4 is a diagram showing the waveform for explaining sample and hold, FIG. 5 is a configuration diagram of the main part of another embodiment of the electron beam device according to the present invention, FIG. is a block diagram of a conventional electron beam device. l...Electron beam column, 2...Sample chamber, 3...Sample, 4...EB pulse gate, 5...2 Next electron, 6...Scintillator, 7...Photomultiplier, 8...
Current-voltage converter, 10... A/D converter, 11... Control circuit, 12... Sampling delay circuit, 13...
... Control computer, 14 ... Blanking driver, 21 ...
...High pass filter, 22...Sample hold circuit, 23...
... Differential amplifier, 24 ... Signal processing means, 31 ... Pulsing means, 32 ... Irradiation means, 33 ... Secondary electron detection means , 34... Measuring means, 41... MCP (Secondary electron detection means), 42
......Isolation capacitor (high pass filter), 43...Amplifier. Figure showing the waveform of the amplified signal of the secondary electronic signal AC amplified signal of one embodiment. Figure showing waveforms to explain sample hold

Claims (1)

【特許請求の範囲】 試料(3)の測定箇所に対して電子ビームを照射する照
射手段(32)と、 試料(3)から放出される2次電子を検出し、2次電子
信号を出力する2次電子検出手段(33、41)と、 該2次電子信号を信号処理して試料(3)に関連のある
物理量を測定する測定手段(34)と、を備えた電子ビ
ーム装置において、 前記電子ビームをパルス化するパルス化手段(31)と
、 前記2次電子検出手段(33、41)と測定手段(34
)との間に配置される信号処理手段24とを設け、 該信号処理手段(24)は、前記2次電子検出手段(3
3、41)から出力される2次電子信号のうち交流分の
みを通過させるハイパスフィルタ(21、42)と、ハ
イパスフィルタ(21、42)の出力信号をサンプルホ
ールドするサンプルホールド回路(22)と、ハイパス
フィルタ(21、42)の出力信号とサンプルホールド
回路(22)の出力信号との差分を出力する差動増幅器
(23)とを有し、前記測定手段(34)は、該差動増
幅器(23)の出力に基づいて試料(3)に関連のある
物理量を測定するように構成したことを特徴とする電子
ビーム装置。
[Claims] Irradiation means (32) for irradiating an electron beam onto a measurement location of the sample (3); and detecting secondary electrons emitted from the sample (3) and outputting a secondary electron signal. An electron beam apparatus comprising a secondary electron detection means (33, 41) and a measurement means (34) for signal processing the secondary electron signal to measure a physical quantity related to the sample (3), pulsing means (31) for pulsing the electron beam; the secondary electron detection means (33, 41); and the measuring means (34).
), and the signal processing means (24) is arranged between the secondary electron detection means (3).
A high-pass filter (21, 42) that passes only the alternating current component of the secondary electronic signal output from the secondary electronic signal (3, 41), and a sample-hold circuit (22) that samples and holds the output signal of the high-pass filter (21, 42). , a differential amplifier (23) that outputs the difference between the output signal of the high-pass filter (21, 42) and the output signal of the sample-and-hold circuit (22), and the measuring means (34) An electron beam device characterized in that it is configured to measure a physical quantity related to the sample (3) based on the output of (23).
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