JPH0354857B2

JPH0354857B2 -

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Publication number: JPH0354857B2
Application number: JP59156640A
Authority: JP
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1991-08-21
Also published as: JPS6156426A

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野本発明はICの繰り返し動作に同期してパルス
状電子ビームをIC表面に照射することにより、
得られた２次電子信号から該表面部分の電圧を測
定するストロボ電子ビーム装置に係り、特にIC
の動作クロツクに同期してパルス状電子ビームを
IC表面に照射することによつて、高速に電圧分
布画像およびICの配線画像を測定する電子ビー
ム照射方式に関する。

(2) 技術の背景高速動作するIC内部の電圧を測定する手段と
して、ICの繰り返し動作に同期してパルス化し
た電子ビーム（以下、EBパルスと呼ぶ）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
子ビーム技術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
相での電圧分布像を得ることが可能である。

(3) 従来技術と問題点上記のような方式に基づく従来の電子ビーム装
置の動作概念を以下に説明する。まず、ある電圧
状態にあるIC表面の特定部分にEBパルスを照射
すると、その表面部分から２次電子が放射され
る。そして、それによつて得られる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。従つて２次電子信号量を
測定することによつて、EBパルスを照射した瞬
間におけるIC表面の特定部分の電圧状態を測定
することができる。

もう１つ重要なことは、ICを特定のクロツク
（例えば1MHzのクロツク）によつて動作させた場
合、該ICが例えば100クロツクの周期で一連の動
作を行うとする（これを１繰り返し動作周期と呼
ぶ）と、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１繰り返し動作周期中の
特定のタイミングにおけるICの各部分の電圧分
布像を取得（これを像モードと呼ぶ）するために
は、EBパルスを繰り返し動作周期中の該特定タ
イミングで発生するようにし、該EBパルスをIC
表面上で２次元走査して２次電子信号を取得す
る。表示用CRTの画面をEBパルス走査位置に対
応する２次電子信号で輝度変調することにより繰
り返し動作周期中の該特定タイミングにおける
IC表面の電圧分布像が表示される。繰り返し動
作周期中でEBパルスを発生するタイミングを変
えれば、そのタイミングにおける電圧分布像を得
ることができる。

以上が従来のストロボ電子ビーム装置の動作概
念であるが、上記のような方式によるとICの１
繰り返し動作周期に１個のEBパルスしか照射し
なかつた。電圧分布像がＮ×Ｎ＝Ｌ個の画素から
なる場合、Ｌ個のEBパルス照射が必要となる
（加算平均処理がない場合）。従つて、例えばIC
の１繰り返し動作周期が1000クロツクというよう
に長周期デバイスで、画素数Ｌが256×256点であ
るとすれば、全てのクロツク状態に対する電圧分
布像を得るためには、256×256×1000もの繰り返
し動作周期を必要としてしまうという問題点があ
つた。またこの場合、EBパルスの位相は繰り返
し動作周期の１クロツク目に１個発生される周期
パルスを基準に設定していたため、上記例のよう
な場合、EBパルスの位相を１繰り返し動作周期
の中で長い時間範囲にわたつて高精度に制御する
必要があつたしかし実際には制御装置の制限など
から測定不可能な位相範囲が生じたり、ジツタに
よる影響のために時間分解能が低下してしまうと
いうような問題点があつた。さらに、一般に試料
となるICはその表面が絶縁保護膜で被覆されて
おり、コントラスト・空間分解能のよい電圧分布
像が得られない。特に高電圧の配線部分と層間絶
縁膜部分から検出される２次電子信号量は共に少
ないため、両者を区別できないという問題点があ
つた。絶縁保護膜に関するこのような問題点を解
決するために、電子ビームの加速電圧を高くする
ということが考えられるが、ICがMOSデバイス
などの場合、デバイスを破壊してしまう可能性が
高くなるという問題点があつた。

(4) 発明の目的本発明は上記問題点を除くために、ICの動作
クロツクをEBパルスの照射タイミングを設定す
るための信号とし、ICの各繰り返し動作周期中
に複数個のEBパルスを照射することによつて、
測定時間とEBパルスの照射タイミングの精度を
大幅に改善でき、なおかつ１フレーム画像データ
取得毎にEBパルスを空打ちすることによつて保
護膜の影響を軽減させながら上記動作を複数回繰
り返してそれらの加算平均をとることによつて絶
縁保護膜を介してS/Nの良い電圧分布像を取得で
き、さらに各画素毎に全クロツク状態の２値画像
のORをとることによつて配線部分と層間絶縁膜
部分を区別した２値画像を得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する。

(5) 発明の構成上記目的は、パルス状の電子ビームをICクロ
ツクによつて動作するIC表面上に照射し、それ
により得られる２次電子信号を検出する検出手段
を有する電子ビーム装置において、前記ICの繰
り返し動作に同期した前記パルス状の電子ビーム
を前記IC表面上を２次元走査しながら照射する
第１の照射手段と、前記ICクロツクを基準とし
た所定のタイミングの前記パルス状の電子ビーム
を前記ICの繰り返し動作に同期して前記IC表面
上を２次元走査しながら前記ICの繰り返し動作
周期毎に複数個照射する第２の照射手段と、該第
２の照射手段によつて前記パルス状の電子ビーム
が照射される毎に放射される２次電子を検出する
検出手段と、該検出手段によつて検出される２次
電子信号を前記ICクロツクに対応したタイミン
グで記憶する記憶手段と、前記第２の照射手段に
よる走査を複数回行つて得られる各測定点毎の２
次電子信号を加算平均する加算平均手段と、前記
第２の照射手段による各走査の間に前記第１の照
射手段を選択し走査及び照射を行わせるため該第
１または第２の照射手段を切り換える切り換え手
段と、前記記憶手段に記憶された２次電子信号デ
ータをもとに前記IC表面の電圧分布像を取得す
る取得手段と、該取得手段によつて得られた複数
枚の電圧分布像を各画素毎に合成し、前記ICの
配線部分と層間絶縁膜部分を区別した画像を合成
する画像合成手段を有することを特徴とする電子
ビーム装置を提供することにある。

(6) 発明の実施例以下、本発明の実施例について詳細に説明を行
う。

第１図は本発明による電子ビーム装置の全体的
な構成図である。電子ビーム鏡筒１には試料室２
が接続され、試料室２の内部には被検IC３が配
置される。被検IC３には電子ビーム鏡筒１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２に接続された検出器７によ
つて検出され、その出力は２次電子信号７１とし
て２次電子信号処理回路８に入力する。また、被
検IC３はICドライバ１０よつて駆動される。ま
た、２次電子信号処理回路８には制御用計算機１
３からの遅延時間指定信号１３１、複数の画像デ
ータ合成制御信号１３２及び遅延回路１２からの
ストローブ１７１が切り換えスイツチ１７を介し
て入力する。また、その出力である画像データ８
４１は画像データ合成回路９に入力する。また画
像データ合成回路９には画像データ合成制御信号
１３２が入力し、その出力である合成画像データ
９４２は制御用計算機１３に入力する。一方遅延
回路１２にはICドライバ１０からのICクロツク
１０２、及び制御用計算機１３から位相指定信号
１３３が入力する。遅延回路１２の出力であるス
トローブ１２１は前記したように切り換えスイツ
チ１７を介して選択的に２次電子信号処理回路８
に入力すると共に、切り換えスイツチ１６を介し
て選択的にEBパルスゲートドライバ１４に入力
する。一方EBパルスゲートドライバ１４には切
り換えスイツチ１６を介してICドライバ１０か
らの繰り返し動作周期信号１０１が選択的に入力
する。また、EBパルスゲートドライバ１４には
制御用計算機１３からのEBパルスゲートドライ
バ制御信号１３４が入力し、その出力は鏡筒１の
内部に配置されたEBパルスゲート４に接続され
る。なお切り換えスイツチ１６，１７は切り換え
信号１３５によつて制御される。また、制御用計
算機１３には表示装置１５が接続される。

次に、第２図は第１図における２次電子信号処
理回路８の部分のより具体的な回路構成図であ
る。第２図において、検出器７からの２次電子信
号７１（第１図参照）はAD変換器８１に入力す
る。サンプルタイミング信号８２１を出力する遅
延回路８２には制御入力として制御用計算機１３
からの遅延時間指定１３１が入力し、またスイツ
チ１７を介して遅延回路１０からのストローブ１
７１（第１図参照）が入力する。AD変換器８１
の出力である２次電子信号データ８１１は加算回
路８３の一方の入力に入力する。加算回路８３の
他方の入力には、メモリ８４の出力である画像デ
ータ８４が切り換えスイツチSW３により選択的
に入力され、加算回路８３の出力ある加算データ
８３１はメモリ８４に入力する。メモリ８４の出
力である画像データ８４１は切り換えスイツチ
SW３を介して画像データ合成回路９または前記
加算回路８３の一方の入力に選択的に入力する。

一方、加算、READ/WRITE制御回路８５に
は切り換えスイツチ１７（第１図参照）からスト
ローブ信号１７１（第１図参照）が入力し、その
一方の出力である加算制御信号８５２は加算回路
８３に入力する。また、他方の出力であるREA
Ｄ／ＷＲＩＴＥ制御信号８５１は切り換えスイツチ
SW１を介して選択的にメモリ８４に入力する。
また、メモリアドレス制御回路８６にはやはり切
り換えスイツチ１７からのストローブ信号１７１
が入力し、その出力であるアドレスデータ８６１
は切り換えスイツチSW２を介して選択的にメモ
リ８４に入力する。読み出し制御回路８８には制
御用計算機１３からの読み出し回路起動信号１３
２−１（第１図の１３２の一部）が入力し、その
出力であるアドレスデータ８８１及びREAD制
御信号８８２は、それぞれれ切り換えスイツチ
SW２及び切り換えスイツチSW１を介して、選
択的にメモリ８４に入力する。また、ICドライ
バ１０からの繰り返し動作周期信号１０１（第１
図参照）は、メモリアドレス制御回路８６に入力
する。なお、制御用計算機１３からの切り換え信
号１３２−２（第１図の１３２の一部）は、切り
換えスイツチSW１，SW２，SW３を制御する。

次に第３図は第１図における画像データ合成回
路９の部分のより具体的な回路構成図である。第
３図において２次電子処理回路８からの画像デー
タ８４１は２値化回路９２に入力する。２値化回
路９２は制御用計算機１３からの画像データ合成
制御信号１３２によつて制御され、その出力であ
る２値化画像データ９２１はOR回路９３の一方
の入力に入力する。OR回路９３の他方の入力は
メモリ９４の出力である合成画像データ９４１が
切り換えスイツチSW４を介して選択的に入力す
る。OR回路９３の出力であるOR回路出力９３
１はメモリ９４に入力する。メモリ９４は画像デ
ータ合成制御信号１３２によつて制御される。メ
モリ９４の出力である合成画像データ９４１は画
像データ合成制御信号１３２によつて制御される
切り換えスイツチSW４を介して選択的にOR回
路９３または合成画像データ９４２として制御用
計算機１３に入力する。なお、２値化回路９２、
メモリ９４、及び切り換えスイツチSW４を制御
する画像データ合成制御信号１３２は同一の信号
ではなくそれぞれ独立した複数の信号である。

以上、第１図及び第２図のような構成の電子ビ
ーム装置の動作について、まず第４図の説明図を
用いながら説明を行う。第４図において同図ａは
ICクロツク１０２（第１図参照）であり、Cijは
ｉ番目の繰り返し動作周期目のｉ番目のクロツク
パルスであることを示す。この場合、披検IC３
（第１図参照）はこのクロツクに従つて動作し、
１繰り返し動作周期を第４図ｅに示すようにＮク
ロツク＝Tsecとし、同図ａのクロツク周期t_cは例
えば1μsec（1MHzクロツク）であるとする。次に
第４図ｂは被検IC３の特定部分の電圧状態の時
間変化の例を示したものであり、１繰り返し動作
周期毎に同じ電圧状態を示していることがわか
る。第４図ｃは繰り返し動作同期信号１０１（第
１図参照）でありSiはｉ番目の繰り返し動作周期
の時間原点を与えるパルスであることを示す。第
４図ｄはEBパルス（またはストローブ）（共に第
１図のEBパルス５またはストローブ１２１に等
しい。）であり、Eijは同図ａのクロツクパルス
Cijを基準とするEBパルス（又はストローブ）で
あることを示す。

第４図を用いて電圧分布像を得る動作について
以下に説明する。まず、第１図の切り換え信号１
３５により切り換えスイツチ１６及び１７は端子
ａ側に接続する。そして第１図の遅延回路１２に
は位相指定信号１３３によつて例えばdsecなる位
相を指定する。これによりICドライバ１０から
出力されるICクロツク１０２は第４図ａに示し
たCijとして遅延回路１２に入力する。それによ
りまず遅延回路１２に第１繰り返し動作周期目に
おける第４図ａのC₁₁〜C_1Nが入力すると、その出
力であるストローブ１２１は第４図ｄに示すE₁₁
〜E_1Nとなる。これは４図ａのC₁₁〜C_1Nに対して
dsecだけ位相が遅れた信号となつている。このス
トローブ１２１によつてEBパルスゲートドライ
バ制御信号１３４で制御されるEBパルスゲート
ドライバ１４が動作しEBパルスゲート４を制御
することによつて、電子ビーム鏡筒１内の電子銃
（特には図示せず）から発射された電子ビームが
EBパルスゲート４によつて被検IC３上の特定部
分へEBパルス５として照射される。このEBパル
ス５の照射タイミングは第４図ｄのE₁₁〜E_1Nと同
じパルス状の電子ビームである。これによつて２
次電子６が検出器７によつて検出され、２次電子
信号７１として２次電子信号処理回路８に入力す
る。次に、第２繰り返し動作周期目も各ICクロ
ツク１０２であるC₂₁〜C_2N（第４図ａ）に対して
dsecだけ位相が遅れたEBパルス５が第４図ｄの
E₂₁〜E_2Nのタイミングで照射される。たたし、こ
の場合は電子ビーム鏡筒１内の偏向コイルを制御
用計算機１３によつて制御し（特に図示せず）、
EBパルス５の被検IC３上への照射位置を第１繰
り返し動作周期目に比べて少しずらす。このよう
に各繰り返し動作周期毎に照射位置を少しずつず
らすことにより、EBパルスを２次元的に走査す
る。従つて、今、画像がＫ×Ｋ＝Ｌ個の画素から
なる場合、Ｌ回の繰り返し動作周期が必要であ
る。

次に上記のように検出された各２次電子信号７
１を第２図のメモリ８４に取り込む動作について
説明する。まず、切り換え信号１３２−２によつ
て切り換えスイツチSW１は加算・READ/WRI
ＴＥ制御回路８５の側に接続し、切り換えスイツ
チSW２はメモリアドレス制御回路８６の側に接
続する。この状態でAD変換器８１に入力する２
次電子信号７１は第４図ｄのタイミングで照射さ
れるEBパルス５（第１図）に対してわずかに遅
延された信号となつている。従つてそのわずかな
遅延時間を遅延時間指定信号１３１によつて指定
し、EBパルス５のタイミングと等価な第４図ｄ
に示したストローブ１７１を用いて遅延回路８２
によつてサンプルタイミング信号８２１を発生さ
せる。その信号によりAD変換器８１でAD変換
を行いデイジタルの２次電子信号データ８１１を
得る。いま、それらの信号を便宜的に第４図ｄの
各Eijで表す。このようにして得られたEijはメモ
リ８４にそれぞれ記憶される。なお、以下では加
算回数＝１すなわち加算を行わない場合について
説明する。メモリアドレス制御回路８６において
ストローブ１７１が入力する毎にアドレスが１つ
ずつ進められ、それに従つて各Eijが次のように
記憶される。

E₁₁，E₁₂，E₁₃，…，E_1N ……第１繰り返し周期目 E₂₁，E₂₂，E₂₃，…，E_2N ……第２繰り返し周期目 E_L1，E_L2，E_L3，…E_LN ……第Ｌ繰り返し周期目 ……(1) なお、第２繰り返し周期目の各E_2jは第１繰り
返し周期目のE_1jに続くアドレスに順に記憶され、
以下第３、第４、…というように第Ｌ繰り返し周
期目まで同様に記憶される。

以上のようにして記憶された各Eijに対して、
まず加算回路８３において加算を行わず、さらに
画像データ合成回路９においても特別な合成処理
は行わない場合の読み出し方について説明する。
初めに切り換え信号１３２−２によつて切り換え
スイツチSW１およびSW２は読み出し制御回路
８８の側に接続し、切り換えスイツチSW３は画
像データ合成回路９の側に接続する。さらに第３
図の切り換えスイツチSW４は画像データ合成制
御信号１３２によつて制御用計算機１３の側に接
続する。この状態で第２図においてまず読み出し
回路起動信号１３２−１によつて読み出し制御回
路８８を起動し、そこから出力されるREAD制
御信号８８２によつてメモリ８４をREAD状態
とする。そしてアドレスデータ８８１をメモリ８
４に与え先頭アドレスから順にＮ番地おきにＬ個
ずつ各Eijを読み出してゆく。すなわち、前記(1)
式において各列毎に左から順に読み出してゆく。
すなわち読み出し順は E₁₁，E₂₁，E₃₁，…，E_L1 ……始めのＬ個 E₁₂，E₂₂，E₃₂，…，E_L2 ……始めのＬ個 E_1N，E_2N，E_3N，…，E_LN ……最後のＬ個 ……(2) の順になる。このようにして読み出された２次電
子信号データ８１１において、始めのＬ個は１繰
り返し動作周期の１クロツク目からdsecだけずれ
たタイミングにおける被検IC３上のＬ点の画素
から成る電圧分布像データとなり、次のＬ個、３
番目、４番目、…、Ｎ番目の各Ｌ個のデイジタル
データは１繰り返し動作周期のそれぞれ２クロツ
ク目、３クロツク目、４クロツク目、…、Ｎクロ
ツク目からdsecだけずれたタイミングにおける被
検IC３上の電圧分布像データＡとなる。これら
は第３図の画像データ合成制御信号１３２によつ
て制御される２値化回路９２において２値化さ
れ、OR回路９３およびメモリ９４をそのまま通
過し制御用計算機１３に送られた後、表示装置１
５においてＮ枚の電圧分布像として表示される。
以上のようにしてＬ回の繰り返し周期の測定時間
でＮ個の異なるクロツク状態におけるＮ枚の電圧
分布像を同時に求めることが可能となる。これは
従来のものがＬ回の繰り返し周期の測定時間では
１枚の電圧分布像しか得られなかつたのに比べ、
効率がＮ倍となつていることがわかる。また、こ
の場合、EBパルスゲート４（第１図）において
指定すべき位相制御量ｄは、１クロツク間隔t_c
（第４図ａ）以内の狭い範囲でよいので、高精度
な制御が可能である。

次に第２図の加算回路８３において加算処理を
行う場合について説明を行う。一般に検出器７
（第１図）によつて得られる２次電子信号７１は
SN比が悪い。従つて同じ画像どうしで各２次信
号データの加算平均をとることによつてSN比を
改善する。そこでまず、前記のようにしてＬ回の
繰り返し周期にわたる測定によつてＮ枚分の画像
データがメモリ８４に記憶されたとする。これを
第１フレームの動作とする。次に、まつたく同様
にして同じ測定を行う。すなわち、第２フレーム
の測定を行う。しかしその場合、一般に被検IC
３（第１図）の表面は絶縁性の保護膜によつて被
覆されている。従つてEBパルス５（第１図）は
実際にはこの保護膜上に照射され、下部の電極の
電位の影響で保護膜上に現れた電圧を反映した２
次電子６を検出していることになる。この場合、
第１フレームの直後に第２フレーム、その直後に
第３フレーム…と画像信号を行うと保護膜上に電
荷が蓄積してしまい、得られる２次電子６は次第
に下部の電極の電圧を反映しなくなる（電位コン
トラストの消失）。そこで１フレームの測定が終
る毎に保護膜上に蓄積した電荷による影響を除く
処理を行う。そのために、まず第１図において第
１フレームの測定が終つたら切り換え信号１３５
によつて切り換えスイツチ１６および切り換えス
イツチ１７を端子ｂ側に接続する。これによつ
て、ICドライバ１０を動作させながらICドライ
バ１０から出力される繰り返し動作同期信号１０
１によつて１４を動作させEBパルス５を照射さ
せる。

すなわちこれによるEBパルス５の照射のタイ
ミングは第４図ｃの繰り返し動作同期信号１０１
の各S₁のタイミングと等しくなる。そして電子ビ
ーム鏡筒内の偏向コイルによつて被検IC３上の
視野内でEBパルス５を２次元走査する。この場
合、切り換えスイツチ１７は端子ｂ側に接続され
ているので２次電子信号処理回路８において２次
電子信号７１は取り込まれない。すなわち、被検
IC３上のＬ点の画素からなる視野にEBパルス５
を空打ちすることになる。各フレーム間にこのよ
うな処理を行うことにより、電位コントラストの
消失が抑えられる。

以上の処理を簡単に表したのが第５図である。
今、第１フレーム目の測定が行われた後、切り換
えスイツチ１６、切り換えスイツチ１７が切り換
わり繰り返し動作周期信号１０１に同期させて位
相ＯでEBパルス５の空打ちを行つた。今度は切
り換えスイツチ１６、切り換えスイツチ１７を再
び端子ａ側に接続し、第２フレーム目の測定を行
う。この処理について第２図で説明する。まず第
１フレームの測定によつてメモリ８４には(1)式で
表したように各Eijが記憶されている。次に第２
フレーム目も第１フレーム目と全く同様にして第
４図ｄに示したタイミングでEBパルス５を照射
し、得られた２次電子信号７１をAD変換器８１
において取り込む。従つてこのようにして２次電
子信号データ８１１として加算回路に取り込まれ
るデータを次のように表す。

E₁₁′，E₁₂′，E₁₃′，…E_1N′ ……第１繰り返し周期目 E₂₁′，E₂₂′，E₂₃′，…E_2N′ ……第２繰り返し周期目 E_L1′，E_L2′，E_L3′，…E_LN′ ……第Ｌ繰り返し周期目 ……(3) ここで、切り換えスイツチSW₁，SW₂，SW₃は
それぞれ加算・READ/WRITE制御回路８５、
メモリアドレス制御回路８６、加算回路８３の側
に接続しておき、上記(3)式の各EijがE₁₁′から順
に入力するのと全く同じタイミングで、メモリ８
４に記憶されている(1)式で表した第１フレーム目
の各EijをE₁₁から順に読み出し、加算回路８３に
入力させる。その動作はメモリアドレス制御回路
８６によつて行われる。従つて加算回路８３には
第２フレーム目の測定された各Eijとメモリ８４
から読み出された第１フレーム目の対応する各
Eijが順に対で入力する。そして加算回路８３に
おいてそれらの値を加算する。それは加算・RE
ＡＤ／ＷＲＩＴＥ制御回路８５の制御のもとで行われ
る。そしてそのように加算された各Eijを再びメ
モリ８４上に記憶させる。したがつてメモリ８４
には次のように記憶される。

（E₁₁＋E₁₁′）、（E₁₂＋E₁₂′）、（E₁₃＋E₁₃′）、…
、
（E_1N＋E_1N′） ………第１繰り返し周期（E₂₁＋E₂₁′）、（E₂₂＋E₂₂′）、（E₂₃＋E₂₃′）、…
、
（E_2N＋E_2N′） ……第２繰り返し周期（E_L1＋E_L1′）、（E_L2E_L2′）、（E_L3＋E_L3′）、…、
（E_LN＋E_LN′） ……第Ｌ繰り返し周期以上のように第２フレーム目の画像データが取
り込まれ、第１フレーム目の対応する画像データ
と加算され、再びメモリ８４に記憶される。この
ようにして第２フレーム目の測定が終了したら、
第１フレーム目と全く同様にして切り換えスイツ
チ１６、切り換えスイツチ１７（第１図）を切り
換え、繰り返し動作周期信号１０１に同期させて
位相ＯでEBパルス５の空打ちを行う（第５図）。
以上の操作をｍフレーム分繰り返すことによりメ
モリ８４には最終的にはｍ回加算された各画像デ
ータが記憶され、この加算処理によつて１フレー
ムだけの画像データに比べてSN比の良い画像を
得ることができる。以上の処理が終了したら、切
り換えスイツチSW１，SW２を読み出し制御回
路８８の側、SW３を画像データ合成回路９の
側、SW４（第３図）は制御用計算機１３の側に
接続し、加算処理を行わない場合と全く同様にし
て、前記(2)式のようにメモリ８４の内容をＮ番地
おきにＬ個ずつ読み出し、２値化回路９２で２値
化を行つてＮ枚の電圧分布の画像データを制御用
計算機１３に取り組む。制御用計算機１３におい
ては各画像データをｍで割ることによつて加算処
理後の平均化処理を行い、表示装置１５において
Ｎ枚の電圧分布像ととして表示を行う。このよう
な処理によつてSN比が良く解像度の高い電圧分
布像を得ることが可能となる。

次に、第３図の画像データ合成回路９の動作に
ついて説明する。一般に被検IC３上のＬ個の各
測定点において、その測定点の電位が低ければ得
られる２次電子信号は大きく、電位が高ければ２
次電子信号が小さい。従つて第３図においてメモ
リ８４（第２図）から読み出されてきた画像デー
タ８４１を２値化回路９２において２値化した場
合、低電位部分は“１”、高電位部分は“０”と
なる。ところが、電極以外の層間絶縁膜部分では
得られる２次電子信号が小さいため、２値化回路
９２において“０”に２値化される。従つて得ら
れる電圧分布像は“０”の部分が高電位の配線部
分であるのか、層間絶縁膜部分であるのか区別が
つかないものとなつてしまう。そこで第１３図の
画像データ合成回路９において配線部分と層間絶
縁膜部分とを区別した画像を得る。以下にその動
作について説明する。

まず、切り換えスイツチSW４はOR回路９３
の側に接続する。そして始めに１枚めの画像デー
タ（(2)）式の始めのＬ個）をメモリ８４から画像
データ８４１として読み出し２値化回路９２にお
いて２値化し、得られた２値化画像データ９２１
をOR回路９３を介してOR回路出力９３１とし
てメモリ９４に格納する。次に、２枚めの画像デ
ータ（(2)式の次のＬ個）をメモリ８４から画像デ
ータ８４１として読み出し２値化回路９２におい
て２値化し、得られた２値化画像データ９２１を
OR回路９３に入力させる。この時同時にメモリ
９４から１枚めの画像データを読み出し、OR回
路９３において２枚めの画像データと各画素毎に
ORをとる。なおこの処理は画像データ合成制御
信号１３２によつて制御される。以上の処理をＮ
枚の画像データ全てについて行う。これによつ
て、各画素毎に１繰り返し周期分のすべての画像
データのORがとられる。このようにすると、も
しある画素が動作している配線部分であれば、第
４図ｂに示すように１繰り返し周期の中で必ず
“１”（低電位）になる部分があるので、配線部分
の画像データは必ず“１”になる。それに対して
層間絶縁膜部分は決して“１”になることはな
い。従つてＮ枚の画像データのORをとり最終的
にメモリ９４に記憶された１枚分の画像データ
は、配線部分が“１”、層間絶縁膜部分が“０”
である画像データとなる。従つて、切り換えスイ
ツチSW４を制御用計算機１３側に接続した後、
その画像データをメモリ９４から読み出し表示装
置１５で表示すれば、配線部分と層間絶縁膜部分
を区別した画像を得ることが可能となる。なお、
画像データ８４１として入力する画像データを前
記加算処理を行つたものにするか、そうでないも
のにするかは適時判断して入力するが、加算処理
を行つたものが望ましい。

(7) 発明の効果本発明によれば、ICの動作クロツクをEBパル
スの照射タイミング設定のための信号とし、それ
によつて各繰り返し動作周期中に複数個のEBパ
ルスを照射するため、同時に異なつたクロツク状
態の電圧分布像を得ることができ、全体の測定時
間を大幅に短縮することが可能となる。その場
合、各動作クロツク基にEBパルスの位相を制御
するため、位相制御範囲を狭くすることができ、
高精度な位相制御が可能となる。加えて、上記処
理を何回か繰り返して各画像データ毎に加算平均
をとる場合、１フレーム画像データ取得毎に、
EBパルスを特定位相で視野に空打ちすることに
より、絶縁保護膜の２次電子信号への影響を軽減
することができ、それによつてSN比のよい電圧
分布像を得ることができる。更に、各画素毎に全
てのクロツク状態の２値化信号のORをとる手段
を設けたことにより、配線部分と層間絶縁膜部分
を区別した２値画像を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子ビーム装置の全体的
な構成図、第２図は本発明による２次電子信号処
理回路の具体的な回路構成図、第３図は本発明に
よる画像データ合成回路の具体的な回路構成図、
第４図は本発明による電子ビーム装置の動作説明
図、第５図は本発明による加算処理の動作説明図
である。１…電子ビーム鏡筒、２…試料室、３…被検
IC、４…EBパルスゲート、５…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…画像データ合成回路、１０…ICドライ
バ、１２…遅延回路、１３…制御用計算機、１４
…EBパルスゲートドライバ、１５…表示装置、
１６，１７…SW１，SW２、SW３，SW４…切
り換えスイツチ、７１…２次電子信号、８１…
AD変換器、８２…遅延回路、８３…加算回路、
８４…メモリ、８５…加算・READ/WRITE制
御回路、８６…メモリアドレス制御回路、８８…
読み出し制御回路、８１１…２次電子信号デー
タ、８２１…サンプルタイミング信号、８３１…
加算データ、８４１…画像データ、８５１…RE
ＡＤ／ＷＲＩＴＥ制御信号、８５２…加算制御信号、
８６１…アドレスデータ、８８１…アドレスデー
タ、８８２…READ制御信号、９１…合成画像
データ、９２…２値化回路、９３…OR回路、９
４…メモリ、９２１…２値化画像データ、９３１
…OR回路出力、９４１，９４２…合成画像デー
タ、１０１…繰り返し動作周期信号、１０２…
ICクロツク、１２１，１７１…ストローブ、１
３１…遅延時間指定信号、１３２…画像データ合
成制御信号、１３２−１…読み出し回路起動信
号、１３２−２…切り換え信号、１３３…位相指
定信号。

Claims

【特許請求の範囲】１パルス状の電子ビームをICクロツクによつ
て動作するIC表面上に照射し、それにより得ら
れる２次電子信号を検出する検出手段を有する電
子ビーム装置において、前記ICの繰り返し動作
に同期した前記パルス状の電子ビームを前記IC
表面上を２次元走査しながら照射する第１の照射
手段と、前記ICクロツクを基準とした所定のタ
イミングの前記パルス状の電子ビームを前記IC
の繰り返し動作に同期して前記IC表面上を２次
元走査しながら前記ICの繰り返し動作周期毎に
複数個照射する第２の照射手段と、該第２の照射
手段によつて前記パルス状の電子ビームが照射さ
れる毎に放射される２次電子を検出する検出手段
と、該検出手段によつて検出される２次電子信号
を前記ICクロツクに対応したタイミングで記憶
する記憶手段と、前記第２の照射手段による走査
を複数回行つて得られる各測定点毎の２次電子信
号を加算平均する加算平均手段と、前記第２の照
射手段による各走査の間に前記第１の照射手段を
選択し走査及び照射を行わせるため該第１または
第２の照射手段を切り換える切り換え手段と、前
記記憶手段に記憶された２次電子信号データをも
とに前記IC表面の電圧分布像を取得する取得手
段と、該取得手段によつて得られた複数枚の電圧
分布像を各画素毎に合成し、前記ICの配線部分
と層間絶縁膜部分を区別した画像を合成する画像
合成手段を有することを特徴とする電子ビーム装
置。２前記画像合成手段は前記取得手段によつて得
られた各電圧分布像を２値化する２値化回路と、
該２値化回路によつて得られた１枚分の２値化電
圧分布像を記憶するメモリと、該メモリに記憶さ
れた２値化電圧分布像と前記２値化回路によつて
２値化された次の２値化電圧分布像とを各画素毎
に論理和をとるオア回路と、該オア回路の出力で
ある合成画像を再び前記メモリに入力する入力手
段とを有し、前記オア回路による論理和を前記複
数枚の電圧分布像に対して行うことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム装置。