JPH03229179A - 荷電ビーム装置 - 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〕 本発明は荷電粒子ビームを用いて、半導体デバイスの内
部信号波形を測定する装置に係り、特に論理信号を取扱
う半導体デバイスの計測手法に関する。

〔従来の技術〕

特開昭６０−１２７６４８では、論理デバイスの測定を
効率良く行う方法として複数のパルス電子を一輪理周期
内に発生させる方法について開示した。しかし、上記従
来例においては、二次電子パルスの具体的な検出手段に
ついては何も記載されていない。本発明は、二次電子パ
ルスの具体的な検出方法に関するもので、特にパルス間
隔が短くなった場合に有効な検出方法に関するものであ
る。

第２図は特開昭６０−１２７６４８で開示した複数パル
スを発生させる測定法の実施例を説明する図である。電
子銃１から出射された電子ビーム２を電子レンズ６を用
いて検鏡試料１０上に焦点を結ばせ、かつ走査コイル８
でテレビジョンの撮影管と同じ要領で矩形状に走査させ
る。電子ビームは固体に衝突すると、そこから二次電子
又は反射電子を放出させる。この二次電子あるいは反射
電子を検出器９で検知し、この信号強度で、走査コイル
８と同期して動作しているデイスプレィ装置７上に試料
像を表示する。これが走査電子顕微鏡の原理である。こ
の走査電子顕微鏡は、動作している半導体回路の観察や
測定に応用できる。この場合には試料である半導体回路
の動作の周期に同期したパルス回路１２の出力を偏向板
３に与えて、電子ビーム２を偏向させる。電子ビームが
アパーチャ４の開孔上に偏向されたときのみ下方に通過
するので、ここで電子ヒームはパルス化される。このパ
ルス化された電子ビームで試料１０上を走査すると、試
料１０の変化のある一定の位相のときのみ電子が照射さ
れるので、全動作が重ることなく、試料状態のある時点
（位相）の像のみが選択表示できる。上記の方式を用い
て、試料変化の全貌を観察するため遅延回路５を発振器
１２と駆動装置１１の間に挿入する。この装置でＷＲ察
する試料は主に集積回路（ＬＳＩ）である。この場合に
は、ＬＳＩのクロック信号を基準としてパルス電子ビー
ムを作る。ＬＳＩのクロック信号周期と観察する周期と
が一致している場合には、遅延回路５の遅延量はクロッ
ク信号の周期と同一でよい。しかし１ｗ１察周期がクロ
ック信号周期のｎ倍になると遅延回路５の遅延量もｎ倍
を必要とし、測定に要する時間もｎ倍となる。

そこで、第１図の実施例ではパルス電子ビームをクロッ
ク信号と同期させ、クロック信号に同期したそれぞれの
パルス電子ビームに全測定範囲の１　／　ｎずつ分担さ
せるようにしている。この方式では二次電子信号の検出
系にクロック信号に同期したｎ個のゲート回路１８を備
える必要がある。

さらに詳細については、特開昭６０−１２７６４８に記
述しである。

この方法における技術的課題はゲート回路１８である。

クロック周波数がＩＭＨｚのように遅い場合には、ゲー
ト回路１８で切換えた後に、積分回路を用いてパルス信
号を積分し、サンプリングすることが可能であったが、
５０　Ｍ　Ｈｚのような速いクロック周波数になると積
分回路、ゲート回路の追従速度が問題となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

これまで詳述したように、上記従来技術は、５０　Ｍ　
Ｈｚを越すようなパルス信号の検出の点については配慮
がされていなかった。本発明は、これを可能にし、さら
に検出効率の向上を計ることのできる方法を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、積分回路を用
いるのではなく、二次電子パルス信号上の複数箇所をサ
ンプリンタし、この和を作る方法で、高速に対応し、か
つＳ／Ｎ比の改善を計るものである。

〔作用〕

二次電子パルスの周期に同期したＡＤコンノヘータを動
作させる。このコンバータのサンプリングのタイミング
は二次電子パルスのピーク値に合致させている。ＡＤコ
ンバータには、すでに１００ＭＨｚのものが市販されて
いるので、高速性は十分である。しかし、−点のサンプ
リングでは積分法に比較するとＳ　／　Ｎ比の劣化が起
る。そこで、本発明では、パルス波形内の複数箇所でサ
ンプリングをし、その和を用いることでＳ　／　Ｎ比の
改善を計る。具体的には、複数個のＡＤコン／＜−夕に
一定間隔の遅延を与え、それぞれのサンプリング値を和
算する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。検出
器９の後段に、５個のサンプリング回路２６が置かれて
いる。このサンプリング回路２６のサンプリング・タイ
ミングはタイミング設定回路２５で決められる。以下、
このサンプリングの動作を動作周波数（クロック周波数
）が５０　Ｍ　Ｈｚである例で説明する。

第３図に二次電子信号とサンプリングのタイミングとの
関係を示した。５０ＭＨｚの場合には、例えばｉｎｓパ
ルス幅の電子ビームが検鏡試料１０に照射される（Ａ）
。検出器９の出力では、検出器の応答性能のため半値幅
がＩｏｎｓ程度のパルスになって検出される（Ｂ）。こ
の二次電子パルス幅内に２ｎｓ間隔に５箇所のサンプリ
ングを行う　（Ｃ）。このサンプリングのタイミングを
与える信号は遅延回路１５を通過したクロック信号（Ｄ
）に二次電子パルスのピークを含む範囲をサンプリング
するように遅延を与えることで作られる（（Ｅ）〜（１
））。この例では、（Ｇ）が二次電子のピークに一致し
たサンプリングを行っている。

ここでサンプリングされた値は、後段のラインメモリ回
路２３に記録される。例えばこの各ラインメモリのチャ
ンネル数は１２８にチャンネルある。これは１クロツク
内で３２位相点と４にクロックサイクル分の記憶容量に
相当する。記憶容量を増やして記録できるクロックサイ
クルを増やすことも可能であるが、長いサイクルの４に
分程度で解析には十分である。

第４図に各ラインメモリへの記録の方法と記憶されたデ
ータの読み出し方法を示す。サンプリング回路２６の８
１によるサンプリング結果は、Ｍｌのメモリーに記憶さ
れるが、最初のクロックサイクルのサンプリング値（第
３図（Ｂ）のａ）がＭｌ−■−１のチャンネルに、第２
番目のサンプリング値（ａ′）がＭｌ−■−１に記憶さ
れる。

その他のサイクルについても同様である。Ｍ２について
はす、ｂ’　が、Ｍ５についてはｅ、ｅ’　というよう
に記憶される。つぎに遅延回路５て位相（遅延）を変え
て同様に測定する。３２分割であれば０．６２５ｎｓ　
　ずつ遅延させて、各クロックに対応するチャンネルの
１から３２チヤンネルまでを記憶する。Ｓ　／　Ｎを改
善するために、この測定を複数回くり返す。メモリ回路
２４では、ＭｌからＭ５までの各対応するチャンネルの
和を取り込む。これによりメモリ回路２４にはＳ／Ｈの
改善された波形を取り込むことができる。

この記憶されたデータの読み呂しは、Ｍ１〜Ｍ５のデー
タを加算しながら、読み出す。Ｍ１〜Ｍ５を順次に読み
出し、その後加算してもよいことはもちろんである。

尚、本実施例では、５箇所としたが、３箇所でも良い。

また、この箇所をクロック周波数に、すなわちパルス間
隔によって変えることは、より実用的である。また、パ
ルス電子ビームの幅が長くなることと関係して、筒数を
変えることも実用的な方法である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、短いパルスの二次電子
で、しかも間隔の短いパルスを効率よく検出できること
から、電子ビームを用いた、論理解析の測定時間の短縮
に効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置構成を示すブロック図
、第２図は従来例の装置構成を示すブロック図、第３図
は本発明の実施例のサンプリング方法を説明するパルス
タイミング図、第４図は実施例のメモリへの記憶方法の
説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、荷電粒子ビームを断続させ、該荷電粒子ビームによ
   り発生した二次電子パルスをそれぞれ分離して検出し、
   該荷電粒子ビームの断続と同期して動作している検査半
   導体デバイスの内部動作波形又は論理動作を測定する荷
   電ビーム装置において、二次電子パルス幅内でかつピー
   ク値を含む複数箇所の値をサンプリングし、該サンプリ
   ング値の和あるいは平均値をもつて二次電子パルスの情
   報とすることを特徴とする荷電ビーム装置。 ２、一つの二次電子パルスのサンプリング数が、二次電
   子パルスの間隔に関係して変化することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、一つの二次電子パルスのサンプリングの間隔が二次
   電子パルス間隔に関係して変化することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ４、一つの二次電子パルスのサンプリング数と間隔が、
   二次電子パルスの間隔に関係して変化することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５、一つの二次電子パルスのサンプリング数が、３点で
   、しかも相互の間隔が５ｎｓであることを特徴とする荷
   電ビーム装置。