JPH05814B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の対象 本発明は、走査形電子顕微鏡の像表示に係り、
特にストロボ方式の走査形電子顕微鏡の像表示装
置に関する。

従来技術 ストロボ走査形電子顕微鏡は、通常の走査形電
子顕微鏡にパルスゲートと同期回路とを付加して
構成される。以下、図を用いて説明する。第１図
にストロボ走査形電子顕微鏡の基本構成図を、第
２図にその原理説明図を示した。電子銃１から射
出された電子ビーム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
又は偏向板８でテレビジヨンの撮像管と同じ要領
で走査する。電子ビームは固体に衝突すると反射
電子又は二次電子を試料から反射、放出するが、
この反射電子又は二次電子を検出器９で検知し、
その像をデイスプレイ装置７上に表示する。これ
が走査形電子顕微鏡の原理である。

ところが、この走査形電子顕微鏡で高速変化す
る試料を観察すると、走査速度が試料の変化速度
で追従できず、全変化が重複して表示されてしま
う。そこで、試料変化を与えている駆動装置１１
と同期したパルス回路１２によりビームのチヨツ
ピングを行うパルスゲート（偏向板３とアパーチ
ヤー４との組合せ）を付加する。このように構成
すると、試料上を走査する電子ビームを、試料変
化のある一定の位相のときにのみ照射するように
制御でき、その照射の瞬間の試料状態のみを検知
できる。第２図は、これを説明する図であつて、
説明を理解し易くするために、例えば、試料内で
点状物体が、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｂ→Ａと同期的に高速
度で移動しているものとする。位相調整器５で、
ａの時点に電子ビームを照射するように位相を調
整したとすると、ａの時点で点状物体は常にＡの
位置にある。そのため、走査像では、第２図の下
方ａに示すように、Ａの位置に点状物体が停止し
ているように見える。同じようにして、位相を調
整し、ｂ，ｃにすると、第２図の下方ｂ，ｃに示
すように、点状物体はＢ，Ｃの位置にそれぞれ止
まつているように見える。これがストロボ走査形
電子顕微鏡による高速動作観察の原理である。

このストロボ走査形電子顕微鏡の主な応用は、
LSI内で高速変化する電圧変化の観察である。ほ
とんどのLSIはパツシベーシヨン膜で覆われてい
る。このパツシベーシヨン膜は次の理由で必要と
なる。すなわち、PN接合に対して逆電圧を印加
すると、電界の強い空乏層が表面に生じる。この
電界は、外界の影響を受けやすいが、PN接合の
電気的特性は内部バルクと表面層の並列接続によ
るので、外界の条件に左右されやすい表面層の特
性に大きく左右され、安定した電気的特性が得ら
れない。従つて、絶縁物（主にSiO₂）で表面を
覆う必要がある。この絶縁物膜のことをパツシベ
ーシヨン膜という。

そこで、パツシベーシヨン膜で覆われたLSIの
ストロボ走査形電子顕微鏡による観察では、パツ
シベーシヨン膜の電子ビームによる帯電を避ける
ため、1000V程度の低エネルギー電子ビームが用
いられている。この場合、パツシベーシヨン膜は
絶縁物であり、かつ測定したい電極と電子ビーム
との間に介在するので、コンデンサとしての作用
をする。このコンデンサの存在は、定常的な電圧
（直流電圧）としての観察ができないことを意味
している。ストロボ方式は、高速現象を定常化
（電子ビームが放射された瞬時における試料の状
態を固定化して検知する）しているので、この事
情は同様である。そこで、ストロボ走査形電子顕
微鏡で、パツシベーシヨン膜を覆つたLSI内の一
定位相の電圧像を観察すると、電位によるコント
ラストが消滅してしまい、十分な目的が達せられ
なかつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記のような従来の欠点を改
善するため、パツシベーシヨン膜で覆われたLSI
等の高速変化状態を定常的に観察できるストロボ
走査形電子顕微鏡の像表示装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明によるスト
ロボ走査形電子顕微鏡の像表示装置は、試料（第
４図の１０）に高周波電圧を印加する試料駆動回
路と、試料上に電子ビーム（第４図の２）を照射
するための電子ビーム発生手段（第４図の１）
と、電子ビームを高周波電圧波形にもとづいてチ
ヨツピングによりパルス化するための信号を発生
するチヨツピング信号発生手段（第４図の１２）
と、パルス化された電子ビームを試料上に走査す
る走査手段（第４図の８）と、試料より発生した
二次電子または反射電子を検出する検出手段（第
４図の９）と、検出された二次電子または反射電
子を映像化する像表示手段（第４図の７）とを有
するストロボ走査形電子顕微鏡の像表示装置にお
いて、試料に印加される上記高周波電圧に対する
チヨツピング信号の位相関係を周期的に変化させ
る位相調整手段（第４図の２０）と、チヨツピン
グ信号中の同一の位相関係にあるパルス化された
電子ビームにより発生した二次電子また反射電子
を選択的に映像信号として取り出す手段（第４図
の２１）とを具備したことを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の原理および実施例を、図面によ
り説明する。

第３図は、本発明の原理を説明する図であり、
ストロボ走査形電子顕微鏡により、パツシベーシ
ヨン膜で覆われたLSIを観察する際の等価モデル
回路の図である。

パツシベーシヨン膜が作るコンデンサ作用と、
得られる信号との関係をモデルで示すと第３図に
示すようになる。第３図ａは、試料と電圧検出の
関係のモデルを示す図、第３図ｂは、測定の位相
点を示す図である。

試料のLSI内の電極１８には、高周波電源１７
から電圧Ｖが与えられる。ここで、１４はパル
ス・ビームの照射タイミングをスイツチングによ
り置き替えたもので、ONのときにのみ抵抗１５
（検出回路に相当）が接続され、電流１６（実際
は、２次電子流）としてパツシベーシヨン膜上の
電圧が検出される。ここで、第３図ｂに示すよう
な波形の電圧がLSI電極１８に印加され、矢印の
ときにのみスイツチ１４がONになるものとす
る。コンデンサ１３を介して測定のための電流１
６が流れるため、電流値は次第に減少する。した
がつて、コンデンサ１３の上部電極１９（測定
点）の電圧は、最初は与えられた電圧と同じであ
るが、次第にコンデンサ１３の作用により信号が
検出されなくなる。減少の割合は、RCの時定数
で決定される。このように、パツシベーシヨン膜
を介した測定では、電位によるコントラストが削
減する。これを防ぐためには、電流１６が完全に
減衰する前に、スイツチ１４のタイミングを変化
させればよい。例えば、スイツチ１４をONする
タイミング（位相）を電圧の印加された時点に４
回、０電位のときに４回というようにすると、位
相関係を細かく動かすことができるので、連続的
な波形となる。そして、この位相を動かす周期を
時定数よりも十分に短くすると、殆んどこの減衰
が問題にならなくなる。例えば、時定数RCが
10msのとき、位相を変える周期を0.1msとすれ
ば、減衰は約１％にしかならないため、減衰の問
題はなくなる。本発明は、このような基本原理に
着目して実現されたものである。

第４図は、本発明の実施例を示すストロボ走査
形電子顕微鏡の構成図である。本実施例は、第１
図に示したストロボ走査形電子顕微鏡を基本形と
し、これに位相を周期的に変化させることのでき
る位相回路２０と、この位相回路２０と同期した
ゲート回路２１とを付加した構成をもつ。第５図
は試料に与える電圧波形ａ、信号として検出され
る波形ｂ、ゲート回路２１の出力波形ｃの３者の
関係を示したものである。試料には1M〜100MHz
程度の高周波が印加されているものとするａ。検
出される信号は、位相回路２０により、電子ビー
ムをチヨピングするパルス１１の位相を周期的に
変化させているため、パルス１１と試料に印加し
た高周波との位相が同一の周期、たとえば、20K
〜50KHzの比較的低い周波数に変換されるｂ。こ
の波形はａの波形をよく反映している。しかし、
第３図ｂで示したようにある定常状態の上に高周
波が乗つている場合には、パツシベーシヨン膜の
コンデンサ作用のため、前述したように、この定
常状態を観察できない。そこで位相回路２０と同
期したゲート回路２１でｂ波形のある位相のみの
信号、つまりｃの期間のみの像をデイスプレイす
ることとする。そうするとRCの時定数より早い
周期で波形ｂとゲート回路２１との位相関係を変
化できるので、電圧コントラストが消滅すること
がない。

なお、位相回路２０は、例えば、マルチプレク
サ素子に接続された複数本の遅延線と、カウンタ
と発振器から構成され、ゲート回路２１は例え
ば、２倍周波数回路、４倍周波数回路、論理回路
およびアナログ・スイツチ等から構成される。

位相回路２０では、発振器の発振周波数を変化
させて位相を変化させ、それにより速度を調整す
る。発振器はカウンタを駆動し、マルチプレクサ
素子はカウンタの出力で入力パルスを遅延線に順
次換えることにより、入力パルスに対して順次遅
れたパルスを出力する。

ゲート回路２１では、位相回路２０のカウンタ
の基本周波数と２倍周波数および４倍周波数を論
理回路に入力し、全信号のアンドをとつてアナロ
グスイツチをオンさせる。

発明の効果 本発明によれば、ある位相のみの信号をデイス
プレイするため、パツシベーシヨン膜の問題を避
け、かつ、静止画像を得ることが可能となる。

また、複数個のゲート回路と、デイスプレーま
たはメモリを準備し、ゲートを開く位相を序々に
変えておけば、同時に位相の異つたストロボ静止
画像を見たり、記録を残したりしておくことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はストロボ走査形電子顕微鏡の基本形を
示す図、第２図はストロボ方式の原理を説明する
図、第３図はストロボ走査形電子顕微鏡により、
パツシベーシヨン膜で覆われたLSIを観察する場
合の等価モデル回路を示す図、第４図は本発明の
一実施例を示す図、第５図は第４図を説明するた
めの図である。 １……電子銃、２……電子ビーム、３……偏向
板、４……アパーチヤー、６……電子レンズ、７
……デイスプレー、８……走査コイル、９……検
出器、１０……試料、１１……試料駆動装置、１
２……パルス回路、２０……位相回路（周期変
化）、２１……ゲート回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料に高周波電圧を印加する試料駆動回路
   と、該試料上に電子ビームを照射するための電子
   ビーム発生手段と、 上記高周波電圧波形にもとづいてチヨツピング
   により上記電子ビームをパルス化するための信号
   を発生するチヨツピング信号発生手段と、 上記パルス化された電子ビームを上記試料上に
   走査する走査手段と、 上記試料より発生した二次電子または反射電子
   を検出する検出手段と、 上記検出された上記二次電子または反射電子を
   映像化する像表示手段と を有するストロボ走査形電子顕微鏡の像表示装置
   において、 上記試料に印加される上記高周波電圧に対する
   上記チヨツピング信号の位相関係を周期的に変化
   させる位相調整手段と、 上記チヨツピング信号中の同一の位相関係にあ
   る上記パルス化された電子ビームにより発生した
   二次電子または反射電子を選択的に映像信号とし
   て取り出す手段と を具備したことを特徴とするストロボ走査形電子
   顕微鏡の像表示装置。 ２ 上記位相調整手段によるチヨツピング信号の
   周期的な変化は、上記試料のパツシベーシヨン膜
   のコンデンサ作用で定まる時定数より早い周期で
   電子ビームパルスの位相を変化させることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のストロボ走査
   形電子顕微鏡の像表示装置。 ３ 上記二次電子または反射電子を選択的に映像
   信号として取り出す手段は、チヨツピング信号中
   の同一の位相関係にあるパルス化された電子ビー
   ムにより発生した二次電子または反射電子のう
   ち、各周期の所定の位相のときの二次電子または
   反射電子のみを取り出してデイスプレイに表示す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ストロボ走査形電子顕微鏡の像表示装置。 ４ 上記位相調整手段は、試料のパツシベーシヨ
   ン膜のコンデンサ作用で定まる時定数が10msの
   とき、位相を変える周期を0.1ms以下にすること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載のストロボ走査形電子顕微鏡の像表示装
   置。