JPH0342586A - 電子ビーム装置 - 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】 （概要〕 電子ビーム装置に関し、 高速の電圧波形の測定時間を短縮することのできる電子
ビーム装置を提供することを目的とし、試料に印加され
る周期的な電圧波形に同期して所定のタイごングでパル
ス状の電子ビームを該試料上に照射する照射手段と、該
試料表面から放出される２次電子を検出し、該検出結果
に基づいて試料上の電子ビーム照射点の電圧を測定する
測定手段と、電子ビームパルスを照射する前記タイミン
グを設定するタイミング設定手段と、測定手段の出力に
基づいて電子ビーム照射点の電圧波形を観測する波形観
測手段とを備えた電子ビーム装置において、前記観測波
形中の電圧の変化の状態に応じて波形中の電圧測定を行
うタイミングの間隔を変化させる間隔可変手段を設け、
前記タイミング設定手段は、間隔可変手段の出力に基づ
いて前記タイミングを設定するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、周期的な動作を行うＩＣ内部の配線に周期動
作に同期したストロボ電子ビームを照射することによっ
て配線の電圧波形を測定する電子ビーム装置に係り、特
に、電圧波形を高速測定するためのサンプリング方式を
改良した電子ビーム装置に関する。

高速動作するｉｃ内部の電圧を測定する手段としては、
ＩＣを繰り返し動作させ、これに同期してパルス化した
電子ビームをＩＣ表面に照射して２次電子信号を取得す
るストロボ電子ビーム装置が注目を集めている。これに
よれば、ＩＣの繰り返し動作周期中における任意の位相
での電圧分布像や、ＩＣ配線上の特定点の電圧の時間的
な変化波形を得ることが可能である。

〔従来の技術〕

従来のストロボ電子ビーム装置の動作概念は以下のよう
なものである。まず、ある電圧状態にあるＩＣ配線上の
特定部分に電子ビームパルス（以下、適宜ＥＢパルスと
いう）を照射すると、その表面部分から２次電子が放射
される。そして、それによって得られる２次電子信号量
は該特定部分が低電圧状態であれば多く、高電圧状態で
あれば少ない。したがって、２次電子信号量を測定する
ことによって、ＥＢパルスを照射した瞬間におけるｒｃ
表面の特定部分の電圧状態を測定することができる。

さらに、ＩＣを特定のクロック（例えば、１ＭＨｚのク
ロック）によって動作させた場合、該ＩＣが例えば１０
０クロツクで一連の動作を行うとすると、クロックが進
むにつれてＩＣの各部分は１００クロツク毎に同じ電圧
状態を繰り返す。そこでＩＣ配線上の特定部分の電圧状
態のクロックによる時間変化をＥＢパルスによって測定
するために、ＩＣが１繰り返し動作周期毎に同じ動作を
繰り返すことを利用し、各繰り返し動作周期毎のＥＢパ
ルスの照射タイミングを少しずつずらしてゆくことによ
って、電圧状態の時間的な変化を測定することが可能で
ある（これを波形モードと呼ぶ）。

また、繰り返し動作周期中の特定のタイミングにおける
ＩＣ表面の電圧分布像（これを像モードと呼ぶ）を測定
するためには、例えば、まず、繰り返し動作第１周期日
の特定位相でＥＢパルスを特定部分に照射し、その部分
の電圧を測定する。次に繰り返し動作第２周期日の同じ
位相で他の部分にＥＢパルスを照射し、その部分の電圧
を測定する。以上のように、ＥＢパルス照射タイミング
を特定位相に固定してＥＢパルスをＩＣ表面上で走査す
ることにより、繰り返し動作周期中の該特定位相におけ
るＩＣ表面の電圧分布像を得ることができる。

ここで、ＩＣ表面における電圧は２次電子をエネルギ分
析して求めるのが一般的であり、エネルギ分析による測
定原理は第４図のように示される。

検出された２次電子と適切な方法で定めたスライスレヘ
ルＳｌが一致するような分析電圧Ｖｇに収束するまで分
析電圧Ｖｇのフィードバンクを繰り返す。得られる分析
電圧Ｖｇを適切に処理した値を測定点の電圧とする。

なお、図中、ΔＶｇｉ’　は次式で与えられる。

ΔＶｇｊ’　＝ｋ　（Ｓｔ　　Ｓ正７）また、Ｖｇｉ’
　は次式で与えられる。

Ｖｇｉ’　　＝　Ｖｇｉ’−’　＋ΔＶｇｉ’電圧波形
はタイミングを一定則みで徐々に変化させながら上記の
電圧測定を行うことによって求められ、その−例を第５
図に示す。この場合、各タイミング毎にフィードバック
を完結させるのではなく、タイミングを変化させながら
一回ずつフィードバンクを進めていく。以上の処置を全
タイミングで分析電圧が収束するまで繰り返す（予備収
束ステップ）。この後も更に同じ処理を繰り返し、各タ
イミングの分析電圧を加算平均することによって波形の
Ｓ／Ｎを向上させる（加算平均ステップ）。

〔発明が解決しようとする課題〕

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、高速波形を測定するためには、上記電子ビーム・
パルスの時間幅と電圧測定タイミング間隔の両方を被測
定波形の変化率に対して十分に小さくする必要がある。

前者を小さくすると、照射１次電子個数が少なくなるた
め、１次電子個数の統計的な変動によるノイズの影響を
除去して十分なＳ／Ｈの波形を観測するためには、上記
で説明した加算平均ステップにおける加算平均の回数を
増大させる必要がある。このため、高速波形の測定は処
理時間が長くなるという不具合がある。

一方、上記後者（電圧測定タイごング間隔）を小さくす
ると、波形のサンプリング点数の増大を招き、これも結
局は処理時間を長くする。以上のため、高速波形の測定
には長い時間が必要で作業の効率が悪いという問題点が
あった。

そこで本発明は、高速の電圧波形の測定時間を短縮する
ことの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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電子ビーム装置は上記目的達成のため、試
料に印加される周期的な電圧波形に同期して所定のタイ
ミングでパルス状の電子ビームを該試料上に照射する照
射手段と、該試料表面から放出される２次電子を検出し
、該検出結果に基づいて試料上の電子ビーム照射点の電
圧を測定する測定手段と、電子ビームパルスを照射する
前記タイミングを設定するタイミング設定手段と、測定
手段の出力に基づいて電子ビーム照射点の電圧波形を観
測する波形観測手段とを備えた電子ビーム装置において
、前記観測波形中の電圧の変化の状態に応じて波形中の
電圧測定を行うタイミングの間隔を変化させる間隔可変
手段を設け、前記タイミング設定手段は、間隔可変手段
の出力に基づいて前記タイミングを設定するようにして
いる。

〔作用〕

本発明では、観測波形の各部分の変化の状態（例えば、
変化率）に応じてサンプリングの間隔が変えられ、この
設定されたタイミングでのみ電子ビームパルスが照射さ
れる。

したがって、不必要なサンプリングが無くなり、波形観
測の時間が短縮する。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜３図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を
示す図であり、第１図はその全体構成図である。第１図
において、ｌはストロボ電子ビーム装置、２は電子ビー
ム鏡筒であり、電子ビーム鏡筒２には試料室３が接続さ
れる。試料室３の内部には被検ＩＣ４が配置される。被
検ＩＣ４には電子ビーム鏡筒２からＥＢパルス５が照射
され、２次電子６が得られる。２次電子６は試料室３に
接続された検出器７によって検出され、その出力は２次
電子信号として２次電子信号処理回路８に入力する。ま
た、被検ＩＣ４にはパターンシネレータ（ＰＧ）あるい
はＬＳＩテスタからなるＩＣドライバ９によって周期的
な電圧が印加され、この印加電圧波形に同期する周期ト
リガは遅延回路１０に入力される。遅延回路１０はこれ
らの信号を一定時間遅延させストローブ信号として２次
電子信号処理回路８およびＥＢパルスゲートドライバ１
１に出力する。２次電子信号処理回路８にはストローブ
信号の他に波形測定制御回路１２からの制御信号が入力
され、２次電子信号処理回路８からは波形測定制御回路
１２に出力データおよびシーケンスコントロールに必要
な動作終了信号等が出力される。

なお、一般に、検出器７で検出された２次電子信号は非
常に微弱であり、１シヨツトで確実に見ることはできず
、特定箇所に何度（例えば、１０００〜１００００回）
もＥＢパルスを照射してその加算結果を得る必要がある
。２次電子信号処理回路８は前記各人力信号に従って検
出された２次電子信号をディジタル化するとともに、そ
のディジタル信号を加算平均してそのデータを波形測定
制御回路１２に出力する。波形測定制御回路１２は電子
ビームパルス（ＥＢパルス）を照射するタイミングを設
定するとともに、２次電子信号処理回路８の出力に基づ
いてＥＢパルス照射点の電圧を測定し、さらに電圧波形
を観測し、波形中の電圧の変化状態に応じて電圧測定を
行うタイミングの間隔を変化させる処理を行い、その処
理結果に応じて遅延回路１０に制御信号を出力する。一
方、ＥＢパルスゲートドライバ１１にはさらに制御用計
算機１３からＥＢパルスゲートドライバ制御信号が人力
され、ＥＢパルスゲートドライバ１１の出力は電子ビー
ム鏡筒２の内部に配置されたＥＢパルスゲート１４に接
続される。ＥＢパルスゲートドライバ１１はＥＢバルス
ゲーロ４に電気的なパルスを印加することにより電子ビ
ームを振ってパルス化させる。また、制御用計算機１３
には表示装置１５が接続され、必要なデータ等が表示さ
れるとともに、制御用計算機１３は上記各回路に対して
波形測定に必要な制御を行う。

上記電子ビーム鏡筒２、遅延回路１０、ＥＢパルスゲー
トドライバ１１および制御用計算機１３は照射手段２１
を構威し、検出器７．２次電子信号処理回路８および波
形測定制御回路１２は測定手段２２を構成する。また、
波形測定制御回路１２はタイミング設定手段、波形観測
手段および間隔可変手段としての機能を有する。

次に、作用を説明する。

第２図は波形測定の処理を行うフローチャートである。

まず、Ｐ、〜Ｐ３で予備収束処理を行うが、このステッ
プの動作は従来例と同じである。詳細には、まずＰｌで
次の如く初期設定を行う。

タイミングデータ：　（φ　（ｉ））　＝　（φ　（１
）＋Δφｘ（ｉ−１）） 但し、ｉ＝１．２・・・・・・Ｍ 分析電圧データ’　　（Ｖｇ　（ｉ）　）　＝　（Ｖｒ
ｏ）予備収束フラッグ：　　（Ｆｐｃ　（ｉ））　＝　
（Ｏ）ＥＢ照射フラッグ：　　（Ｆｅｂ　（ｉ））＝　
（１）次いで、Ｐ２で全ての予備収束フラッグＦｐｃ（
ｉ）が（１）か否かを判別し、ＮｏのときはＰ３に進み
、ＹＥＳのときはＰ４に抜ける。Ｐ３ではｉ＝１からＭ
まで次の処理を行う。

■分析電圧Ｖｇ　（ｉ）を印加する。

■ＥＢパルスを照射して２次電圧信号Ｓ　（ｉ）を測定
する。

■タイミングｉに対し、第０回のフィードバックによる
分析電圧Ｖｇ”　（ｉ）を次式で求める。

Ｖ、”　（ｉ）＝Ｖ９’−’（ｉ）＋ＫＸ　（ＳＬ−３
’　（ｉ）・・・・・・■ には、２次電子信号−分析電圧の変換係数であり、２次
電子のエネルギ分析特性におけるＳＬ付近の微分値の逆
数とする。すなわち、 で与えられる。

■　Ｆｐｃ（ｉ）＝Ｏ ３Ｌ−３’　　（ｉ）ｌ≦ε・・・・・・■の条件が満
たされれば収束と判定し、Ｆｐｃ（ｉ）＝１とする。一
方、 ＳＬ　　　Ｓ’　　（ｉ）ｌ＞ε・・・・・・■のとき
は未収束と判定する。なお、εは２次電子信号のノイズ
振幅（別途に測定）の１／２とする。

全タイミングで■弐が成立すれば、予備収束ステップが
終了する。この状態の分析電圧収束値のデータ列は （Ｖ９　’　（ｉ））（１＝　１，２，３．・・・・・
・、Ｍ）・・・・・・■ なる式で表され、第３図（ａ）に示す状態である。

次いで、Ｐ４で分散に基づくサンプリング判定を行い、
詳細は次の通りである。

ｉ　＝Ｎ＋　１からＭ−Ｎまで、次の処理を行う。

・・・・・・■ という式から分析電圧の平均値を求める。

■　第３図（ａ）のようなデータに対し、タイミングｉ
を含む前後、Ｎ点のタイミング範囲（２ＸＮ＋　１点）
の部分的な分散σ　Ｖｒ（＋）を次式■から求める。

／　　（２ＸＮ＋１）　　・・・・・・■■　各タイミ
ングｉに対し、 σ２　ｖ、　（ｉ）　　≦２×に×ε２・・・・・・■
を満たすタイごングは、波形における電圧変化が小さい
と見なすことができるので、次の加算平均ステップで処
理を行わない、すなわち、電圧のサンプリングを行わな
い候補点とし、ＥＢ照射フラッグＦｅｂ（ｉ）　＝０と
する。この状態は第３図（ｂ）のように表される。次い
で、Ｐ、でサンプリングの修正を行う。具体的には■弐
を満たしてもｉ＝ｌからＭまでＦｅｂ（ｉ）　−〇とい
う条件のとき、（ＩＶ、’　（ｉ）−Ｖ、’　（ｉ−１
）ｌ　＋　ＩＶ、’　（ｉ＋１）Ｖ＊　’　（ｉ）ｌ）
／２＞　　２Ｘε・・・・・・■なる弐が満足されれば
、Ｆｅｂ（ｉ）　＝　１とする。また、Ｆｅｂ（ｉ）　
＝Ｏが連続的にＬ点以上続くなら、その範囲の中央点の
Ｆｅｂ（＋）　　−１とする。すなわち、０式を満たす
タイミングｉは、微小な時間範囲で電圧変化があると見
なして、サンプリングを行う点とする。サンプリングを
行わないタイミング点が連続する最大の個数をＬとする
制限を設けて、次のステップで処理を行うタイミングを
設定する。この状態は第３図（ｃ）のように表される。

次いで、Ｐ、で分析電圧加算データ （Ｖｇｓ（ｉ）　）　　＝　（Ｏ）　　（但しく　ｉ＝
１．２・・・・・・Ｍ）として初期設定を行い、Ｐ、で
加算回数ＪをＪ＝１とする。Ｐ８では加算回数Ｊを所定
値Ｊ　ｍａｘと比較し、ＪＳＪｔａａｘのときはＰ、に
進み、Ｊ〉Ｊ　ｗａｘのときはＰ、に抜ける。Ｐ、では
ｉ＝１からＭまで、次の処理を行う。

■　前提として、Ｆｅｂ（ｉ）　＝　Ｏであれば以降の
処理ｂ　％　ｅは行わない。

■　分析電圧Ｖｇ（ｉ）を印加する。

■　ＥＢパルスを照射して２次電子信号５（ｉ）を測定
する。

■　Ｖｇ（ｉ）＝Ｖｇ（ｉ）　　＋ＫＸ　（Ｓｔ　−３
（ｉ））なる式に基づいて分析電圧を補正する。

■　Ｖｇｓ（ｉ）　　＝　Ｖｇｓ（ｉ）　　＋　Ｖｇ（
ｉ）なる式により分析電圧を加算（累積）していく。

次いで、ＰＩ６で加算回数Ｊをインクリメント（Ｊ＝Ｊ
＋１）Ｌ、Ｐ、に戻る。一方、Ｐ、に抜けると、Ｐ、で
ｉ＝ｌからＭまで次の処理を行う。

すなわち、Ｆｅｂ（ｉ）　＝０なら、Ｆｅｂ（ｎ）　＝
　１である両端のＶ　ｇｓ　（ｎ）の平均をＶｇｓ（ｉ
）とする。次いで、ｐ＋ｚで波形データ列（Ｗｖ　（ｉ
）　）　＝　（Ｖｇｓ（ｎ）　／Ｊｍａｘ　＋Ａ）を求
める。但し、Ａは修正のためのオフセット項である。そ
して、ＰＩ３で波形データ列に基づいて波形を表示する
。したがって、加算平均ステップではこの設定されたタ
イミングでのみ電子ビーム・パルスを発生し、従来法と
同様の加算平均処理を行う。この状態は第３図（ｄ）の
ように示される。そして、最終的な電圧波形データとし
ては、サンプリングを行わなかったタイミングの電圧は
前後のサンプリングを行ったタイミングでの電圧測定値
の平均とする。

以上のことから、本実施例では観測中の電圧波形におい
て電圧の変化が少ないタイミング点て電圧測定値の加算
平均処理を行わないことが可能となるので、不必要なサ
ンプリングを無くして高速の電圧波形の測定時間を短縮
することができ、ＩＣの故障原因の特定等の作業効率を
向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、不必要なサンプリングを無くして高速
の電圧波形の測定時間を短縮することができる。その結
果、ＩＣの故障原因の特定等の作業効率を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を
示す図であり、 第１図はその全体構成図、 第２図はその波形測定処理のフローチャート、第３図は
そのサンプリング処理を説明する図、第４図はエネルギ
分析による電圧の測定原理を示す図、 第５図は電圧波形の測定処理を説明する図である。 １・・・・・・ストロボ電子ビーム装置、２・・・・・
・電子ビーム鏡筒、 ３・・・・・・試料室、 ４・・・・・・被検ＩＣｌ ３・・・・・・ＥＢパルス、 ６・・・・・・２次電子、 ７・・・・・・検出器、 ８・・・・・・２次電子信号処理回路、９・・・・・・
ＩＣドライバ、 ｌＯ・・・・・・遅延回路、 １１・・・・・・ＥＢパルスゲートドライバ、１２・・
・・・・波形測定制御回路（タイミング設定手段、波形
観測手段、間隔可変手段）、 １３・・・・・・制御用計算機、 １４・・・・・・ＥＢパルスゲート、 １５・・・・・・表示装置、 ２１・・・・・・照射手段、 ２２・・・・・・測定手段。 一実施例のエネルギ分析による電圧の測定原理を示す図
第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）試料（４）に印加される周期的な電圧波形に同期
   して所定のタイミングでパルス状の電子ビームを該試料
   （４）上に照射する照射手段（２１）と、 該試料（４）表面から放出される２次電子 （６）を検出し、該検出結果に基づいて試料（４）上の
   電子ビーム照射点の電圧を測定する測定手段（２２）と
   、 電子ビームパルスを照射する前記タイミングを設定する
   タイミング設定手段（１２）と、測定手段の出力に基づ
   いて電子ビーム照射点の電圧波形を観測する波形観測手
   段（１２）とを備えた電子ビーム装置において、 前記観測波形中の電圧の変化の状態に応じて化させる間
   隔可変手段（１２）を設け、 前記タイミング設定手段（１２）は、間隔可変手段（１
   ２）の出力に基づいて前記タイミングを設定するように
   したことを特徴とする電子ビーム装置。 （２）前記間隔可変手段（１２）は、検出される２次電
   子信号が定められた一定値になるようなエネルギ分析の
   動作点を求め、 ある一定のタイミング範囲における等間隔の各タイミン
   グに対して前記エネルギ分析の動作点を求めた結果に基
   づいて電圧測定値の加算平均処理を行うタイミングを選
   択して電圧測定を行うタイミングの間隔を変化させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。 （３）前記間隔可変手段（１２）は、前記タイミングの
   選択を、そのタイミングを含む複数点のタイミングにお
   ける前記動作点の全体的な変化の大きさに基づき、電圧
   測定値の加算平均処理を行わないタイミングが一定数以
   上連続させないことを特徴とする請求項２記載の電子ビ
   ーム装置。