JPH0750152B2

JPH0750152B2 - ストロボ電子ビーム装置のサンプリング位置決め方法

Info

Publication number: JPH0750152B2
Application number: JP63232908A
Authority: JP
Inventors: 達也石井; 哲生多田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-09-17
Filing date: 1988-09-17
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0280970A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、高精度な電圧波形測定が可能なストロボ電
子ビーム装置のサンプリング位置決め方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第６図〜第９図は従来のストロボ電子ビーム装置の基本
構成と電圧波形測定時のサンプリング位置決め方法を説
明するための図であり、第６図はストロボ電子ビーム装
置の基本構成、第７図はストロボ電子ビーム装置による
電位コントラスト像、第８図は第７図に示す配線A,配線
Ｂの回路シュミレーション波形、第９図は第７図に示す
配線Ｂのストロボ電子ビーム装置による測定電圧波形を
示している。これらの図において、１はSEM（Scanning
Electron Microscope）鏡筒部、２は電子銃、３はビー
ム偏向器、４は二次電子検出器、５は半導体集積回路等
の試料、６はストロボパルス制御回路、７は電圧測定回
路、８はLSI（Large Scale Integrated Circuit）テス
タ、９は前記半導体集積回路等の試料５の動作時の任意
位相における電位コントラスト像、10は前記電位コント
ラスト像９における配線Ａの回路シュミレーション波
形、11は前記電位コントラスト像９における配線Ｂの回
路シュミレーション波形、12は前記電位コントラスト像
９における配線Ａ上のａ点をサンプリング位置とした測
定電位波形である。

次に動作について説明する。

第６図において、LSIテスタ８は半導体集積回路等の試
料５を動作状態にさせるとともに、繰り返しトリガ信号
をストロボパルス制御回路６に与える。これによりスト
ロボパルス制御回路６は、動作状態にある試料５の繰り
返し周波数と同期して、このストロボパルス制御回路６
に接続されたビーム偏向器３により電子銃２から放出さ
れる一次ビームをパルス化し、特定の位相で特定の時間
幅をもって試料５の表面を照射する。パルス化された一
次ビームは繰り返して試料５の表面を照射するが、常に
同じ位相であるため、この状態におけるSEM像は、例え
ば第７図に示すようにその特定位相での電位コントラス
ト像９となる。

第８図に示した配線A,配線Ｂにおけるの位相でパルス
化された一次ビームを照射した場合、配線Ａの電位はLo
wであるため像の配線領域は明るくなり、配線Ｂの電位
はHiであるため像の配線領域は暗くなる。ここで一次ビ
ームの走査を止め配線領域上の一点だけを照射し、スト
ロボパルス制御回路６によりパルス化された一次ビーム
の位相を少しづつずらしながら位相に対応して、二次電
子検出器４により二次電子信号をとらえると電圧波形が
得られる。第９図はこの方法により第７図の配線Ａの電
圧波形を測定したもので、電位コントラスト像９のａ点
をサンプリング位置とし、第８図のの位相からの位
相まで位相をずらして電圧波形を得ている。

なお、一次ビームを遅延させる位相に対応して二次電子
検出器４により二次電子信号を得るため、電圧測定回路
７には、ストロボパルス制御回路６から位相軸の基準と
なるトリガ信号が、二次電子検出器４からは二次電子信
号が入力されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の電子ビームによる半導体集積回路の
配線上の電圧波形測定方法は、動作状態にある半導体集
積回路のある特定の位相における電位コントラスト像を
もとにサンプリング位置を定め電圧測定を行っていたた
め、被測定電極（配線）の電位変化による一次ビーム着
地誤差を考慮したサンプリング位置になっておらず、こ
のため電圧測定精度を低下させることがあった。例えば
第９図の測定電圧波形12は、第８図のの位相における
電位コントラスト像９（第７図）をもとにサンプリング
位置をａ点と定めて配線Ａの電位波形を測定したもので
あるが、実際には第８図の配線Ａの回路シュミレーショ
ン波形10と一致していない。

この発明は、問題点を解決するためになされたもので、
高精度な電圧波形測定を可能にするストロボ電子ビーム
装置のサンプリング位置決め方法を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るストロボ電子ビーム装置のサンプリング
位置決め方法は、電圧波形を測定する試料表面の被測定
電極を含む領域を、任意位相から任意ステップ時間で遅
延させた状態の任意時間幅を有したパルス状の電子ビー
ムで面走査または線走査して被測定電極の表面から放出
される二次電子像または信号強度のラインプロファイル
を取得し、電圧波形の全測定位相において、二次電子像
が重なり合う領域またはラインプロファイルの各ピーク
の重なり合う領域を電圧波形の測定位置とするものであ
る。

〔作用〕

この発明においては、全測定位相において一次ビームが
被測定電極に着地する領域、またはライン内にサンプリ
ング位置が定められ、電圧測定位相内において一次ビー
ムが被測定電極のエッジあるいは被測定電極の領域外に
照射されることがなくなる。

〔実施例〕

第１図〜第５図はこの発明のストロボ電子ビーム装置の
サンプリング位置決め方法の一実施例を説明するための
図であり、第１図は試料の繰り返し周期に同期した任意
位相とこの任意位相から任意ステップ時間で遅延させた
位相による電位コントラスト像、第２図は第１図のｂ点
を測定した電圧波形、第３図は第１図のＸ−Ｘ′間の二
次電子信号を示すラインプロファイル、第４図はこの発
明を実施するのに最適な構成のストロボ電子ビーム装置
の一例、第５図は第４図に示したストロボ電子ビーム装
置の像観察モード，波形観測モード，サンプリング位置
決めモードに対応する各ポイントのスイッチS₁〜S₅の状
態を示している。

これらの図において、第６図〜第９図と同一符号は同一
のものを示し、9a,9bは前記電位コントラスト像９のパ
ターン、13は二次電子信号強度のラインプロファイル、
14はドライバ、15は増幅器、16は像観察制御回路、17は
波形観測制御回路、18は高速位相走査回路、19はマルチ
サンプリング回路、20は面走査制御回路、21は線走査制
御回路、22はポイント制御回路、23は振幅変調回路、24
は輝度変調回路、25はCRT（Cathode Ray Tube）、26は
X,Y偏向器、27は一次ビームの走査コイル、28はフレー
ムメモリ、29はコンピュータを示す。

次にこの発明のストロボ電子ビーム装置のサンプリング
位置決め方法について説明する。

まず、ストロボ電子ビーム装置により、パルス化された
一次ビームを面走査の状態で、目的とする測定電圧波形
の位相間を所定のステップ時間で高速に走査させると、
その電位コントラスト像９は第１図に示すようになる
が、これは第８図に示した波形の全位相時における電位
コントラスト像９を重ねたものとなっている。いま、第
８図の配線Ｂの回路シュミレーション波形11において、
配線電位がHiからLowに変化した時、一次ビームが着地
誤差を起こし、第１図の配線パターンにおいて、電位コ
ントラスト像９のパターン9aからパターン9bに変化した
とすると、第８図に示したの位相がパターン9a、の
位相がパターン9bとなるが、第１図では、第８図の全位
相時における電位コントラストが観察されているため、
パターン9a,9bが重なり合って現れている。ここでパタ
ーン9a,9bの両方のパターンが重なり合うｂ点をサンプ
リング位置とすると、その測定電圧波形12は、第２図に
示すようになる。すなわち、ｂ点は、全測定位相におい
て一次ビームが被測定電極の配線Ａに着地する領域内に
位置するため、着地誤差による電圧測定誤差がなくな
り、第２図の電圧測定結果は第８図の回路シュミレーシ
ョン波形10と一致する。

次にこの発明の他の実施例を説明する。

まず、第１図に示した電位コントラスト像９のＸ−Ｘ′
ライン上において、目的とする測定電圧波形12の位相間
を所定のステップ時間で高速に線走査させると、この際
に発生する二次電子信号強度のラインプロファイル13は
第３図に示すようになる。この第３図のラインプロファ
イル13は、第８図に示した波形の全位相における二次電
子強度のプロファイルが重なったものとなっており、こ
こで配線ＡのHiおよびLowのパターンが全位相において
重なり合う位置Ｃをサンプリング位置とすれば、上記実
施例と同様に着地誤差による電圧測定誤差がなくなり、
第２図に示す測定電圧波形12が得られる。

なお、目的とする測定電圧波形12の位相間で一次ビーム
を高速に走査させる繰り返し周期の一周期内におけるサ
ンプリング位置数は、１個に限らず複数個の位相であっ
てもよく、複数個の位相でサンプリングした場合は電位
コントラスト像９のS/N（Signal/Noise）が向上する。

次に第４図に示したストロボ電子ビーム装置を第５図を
参照して説明する。

第４図に示したストロボ電子ビーム装置の従来技術と異
なる点は、ストロボパルス制御回路６内に、高速位相走
査回路18と、繰り返し一周期内におけるサンプリング位
相数を複数個にする、いわゆるマルチサンプリング回路
19が加わっていることである。

像観察モード、すなわち任意位相における電位コントラ
ストの観察においては、スイッチS₁→1,スイッチS₂→１
に接続される。これによりストロボパルス制御回路６は
LSIテスタ８から試料５の繰り返しサイクルとなるトリ
ガ信号を受け、これにより像観察制御回路16はサンプリ
ングパルス幅（一次ビームのパルス幅）および観察位相
を所定の値に設定し、この出力信号がドライバ14を介し
てビーム偏向器３に与えられる。ビーム偏向器３はこれ
を受けて、電子銃２から放出される一次ビームをパルス
化する。また、スイッチS₄→１に接続されることから、
面走査制御回路20はドライバ14を介して一次ビームの走
査コイル27を制御するとともに、これに同期してCRT25
のX,Y偏向器26に信号を与える。一方、ビーム偏向器３
によりパルス化され、走査コイル27により面走査して照
射される一次ビームは、試料５の表面から二次電子を放
出させ、これが二次電子検出器４によりとらえられるこ
とにより電気信号に変換される。この電気信号はスイッ
チS₅→２に接続されることから、増幅器15を介して輝度
変調回路24に送られる。そして、輝度変調回路24により
輝度変調された信号は、CRT25に送られX,Y偏向器26によ
り像として映し出される。ここで試料５はLSIテスタ８
により動作させられているため、所定の位相における電
位コントラスト像９を観察することができる。

次に波形観測モードについて説明する。

ストロボパルス制御回路６においては、スイッチS₁→1,
スイッチS₂→２に接続される。これにより波形観測制御
回路17はLSIテスタ８からトリガ信号を受け、波形観測
位相，遅延ステップ時間等を所定の値に設定し、この出
力信号がドライバ14を介してビーム偏向器３に与えられ
る。ビーム偏向器３はこれを受けて、電子銃２から放射
される一次ビームをパルス化する。また、スイッチS₄→
３に接続されることから、ポイント制御回路22は、ドラ
イバ14を介して一致ビームの走査コイル27を制御し、サ
ンプリング位置を決定するとともに、これに同期してCR
T25のX,Y偏向器26に信号を与えてCRT25画面上でサンプ
リング位置がモニタできるようにする。一方、ビーム偏
向器３によりパルス化され、走査コイル27により照射位
置が決定された一次ビームは、試料５の表面から２次電
子を放出させ、これが２次電子検出器４によりとらえら
れることにより、電気信号に変換される。そして、この
電気信号を前記従来技術と同様、ストロボパルス制御回
路６からのトリガ信号により位相に対応させて電圧測定
回路７でとらえると電圧波形が得られる。

次にこの波形観測を行う際のサンプリング位置決めモー
ドについて説明する。

まず、電位コントラスト像９を用いてサンプリング位置
を決定するモードについて説明する。

ストロボパルス制御回路６においては、スイッチS₁→2,
イチッチS₃→１もしくは２に接続される。ストロボパル
ス制御回路６は、LSIテスタ８から試料５の繰り返しサ
イクルとなるトリガ信号を受け、スイッチS₃→１の場
合、高速位相走査回路18が走査する位相および走査ステ
ップ時間を所定の値に設定し、設定した位相間で高速に
位相走査を行う。また、スイッチS₃→２の場合、マルチ
サンプリング回路19が設定された所定の値の走査位相お
よび走査ステップ時間で設定した走査位相間で複数個の
位相について高速に位相走査を行う。これらの出力信号
はドライバ14を介してビーム偏向器３に与えられ、ビー
ム偏向器３はこれを受けて電子銃２から放出される一次
ビームをパルス化する。また、スイッチS₄→１に接続さ
れることから、面走査制御回路20はドライバ14を介して
一次ビームの走査コイル27を制御するとともに、これに
同期して面走査制御回路20はCRT25のX,Y偏向器26に信号
を与える。一方、ビーム偏向器３によりパルス化され、
走査コイル27により面走査して照射される一次ビーム
は、試料５の表面から二次電子を放出させ、これが二次
電子検出器４によりとらえられ電気信号に変換される。
この電気信号はスイッチS₅→２に接続されることから、
増幅器15を介して輝度変調回路24に送られる。そして、
輝度変調回路24により輝度変調された信号はCRT25に送
られ、X,Y偏向器26により像として映し出される。ここ
で試料５は、LSIテスタ８により動作させられており、
かつ高速位相走査回路18もしくはマルチサンプリング回
路19により一次ビームが偏向されていることから、像は
測定電圧波形の全位相における電位コントラスト像が重
なり合った電位コントラスト像９となる。次にこの電位
コントラスト像９をフレームメモリ28に取り込み、CRT2
5の画面上に電位コントラスト像９を表示した状態のま
まで波形観測モードに切り換えれば、ポイント制御回路
22により電位コントラスト像９における被測定電極の領
域が重なり合う領域内にサンプリング位置を定めること
ができる。

次にラインプロファイル13を用いてサンプリング位置を
決定するモードについて説明する。

ストロボパルス制御回路６に関しては上記の電位コント
ラスト像９を用いる場合と全く同一である。しかし、ス
イッチS₄→２に接続されることから線走査制御回路21が
ドライバ14を介して一次ビームの走査コイル27を制御す
るとともに、これに同期してCRT25のX,Y偏向器26に信号
を与える。一方、ビーム偏向器３によりパルス化され、
走査コイル27により線走査して照射される一次ビーム
は、試料表面から二次電子を放出させ、これが二次電子
検出器４によりとらえられ電気信号に変換される。この
電気信号はスイッチS₅→１に接続されることから増幅器
15を介して振幅変調回路23に送られる。そいて、振幅変
調回路23により振幅変調された信号はCRT25に送られ、
X,Y偏向器26により二次電子信号強度のラインプロファ
イル13として映し出される。ここで試料５は、LSIテス
タ８により動作させられており、かつ高速位相走査回路
８もしくはハルチサンプリング回路19により一次ビーム
が偏向されていることから、二次電子信号強度を示すラ
インプロファイル13は、測定電圧波形12の全位相におけ
る二次電子信号強度のラインプロファイルが重なり合っ
たラインプロファイル13となる。次にこのラインプロフ
ァイル13をフレームメモリ28に取り込み、CRT25の画面
上にラインプロファイル13を表示した状態のままで波形
観測モードに切り換えれば、ポイント制御回路22により
ラインプロファイル13上における被測定電極のラインが
重なり合うライン、すなわちＸ軸上にサンプリング位置
を定めることができる。なお、Ｙ軸は線走査制御回路21
からのＹ軸信号により決定される。以上の測定における
スイッチS₁〜S₅の切替えをまとめると第５図に示すよう
になる。

なお、ここまでに述べた電位コントラスト像９およびラ
インプロファイル13によるサンプリング位置決め方法
は、目的とする測定電圧波形12の全位相において被測定
電極の領域もしくはラインが重なり合う箇所を人間の目
で認識するものとしたが、これをコンピュータに認識さ
せる方法もある。例えば第４図においては、コンピュー
タ29が高速位相走査回路18、マルチサンプリング回路1
9、面走査制御回路20、線走査制御回路21、ポイント制
御回路22、振幅変調回路23、輝度変調回路24、フレーム
メモリ28に接続されているが、コンピュータ29により自
動的にCRT25上に被測定電極の領域、もしくはラインを
表示させ、ポイント制御回路22は、被測定電極の領域、
ライン内のみのポインテイングを行うように構成すれば
よい。また被測定電極の領域、ラインを認識させる方法
としては、例えば、あらかじめ設定した位相ポイントで
の画像、ラインプロファイルを取り込み、画像比較よっ
て配線領域のみの画像、ラインプロファイルを抽出、比
較プログラムにより全測定位相ポイントで画像、ライン
プロファイルが重なり合う領域、ラインをCRT25に表示
させる方法がある。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、電圧波形を測定する試
料表面の被測定電極を含む領域を、任意位相から任意ス
テップ時間で遅延させた状態の任意時間幅を有したパル
ス状の電子ビームで面走査または線走査して被測定電極
の表面から放出される二次電子像または信号強度のライ
ンプロファイルを取得し、電圧波形の全測定位相におい
て、二次電子像が重なり合う領域またはラインプロファ
イルの各ピークの重なり合う領域を電圧波形の測定位置
とするので、電圧測定位相内において、一次ビームが被
測定電極のエッジあるいは被測定電極以外の領域に照射
されることがなくなり、これによる電圧波形測定誤差が
生じなくなるため、電圧波形測定精度が向上するという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するための電位コン
トラスト像を示す図、第２図はこの発明の一実施例を説
明するための測定電圧波形図、第３図はこの発明の他の
実施例を説明するための二次電子信号強度のラインプロ
ファイルを示す図、第４図はこの発明を実施するのに最
適な構成のストロボ電子ビーム装置の一例を説明するた
めの図、第５図は、第４図に示したストロボ電子ビーム
装置の動作を説明するための図、第６図は従来のストロ
ボ電子ビーム装置の基本構成を示す図、第７図は従来の
ストロボ電子ビーム装置による電位コントラスト像を示
す図、第８図は回路シュミレーション波形を示す図、第
９図は従来の方法による測定電圧波形を示す図である。図において、１はSEM鏡筒部、２は電子銃、３はビーム
偏向器、４は二次電子検出器、５は試料、６はストロボ
パルス制御回路、７は電圧測定回路、８はLSIテスタ、
９は電位コントラスト像、9a,9bはパターン、10,11は回
路シュミレーション波形、12は測定電圧波形、13はライ
ンプロファイル、14はドライバ、15は増幅器、16は像観
察制御回路、17は波形観測制御回路、18は高速位相走査
回路、19はマルチサンプリング回路、20は面走査制御回
路、21は線走査制御回路、22はポイント制御回路、23は
振幅変調回路、24は輝度変調回路、25はCRT、26はX,Y偏
向器、27は走査コイル、28はフレームメモリ、29はコン
ピュータを示す。なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】任意時間幅を有する電子ビームを試料の繰
り返し周期に同期した任意位相から任意ステップ時間で
遅延させて前記試料表面の被測定電極に照射し、この被
測定電極の表面から放出されている二次電子を検出し、
前記被測定電極の電圧波形を測定するストロボ電子ビー
ム装置において、前記電圧波形を測定する前記試料表面
の前記被測定電極を含む領域を、前記任意位相から前記
任意ステップ時間で遅延させた状態の前記任意時間幅を
有する前記パルス状の前記電子ビームで面走査または線
走査して前記被測定電極の表面から放出される二次電子
像または信号強度のラインプロファイルを取得し、前記
電圧波形の全測定位相において、前記二次電子像が重な
り合う領域または前記ラインプロファイルの各ピークの
重なり合う領域を前記電圧波形の測定位置とすることを
特徴とするストロボ電子ビーム装置のサンプリング位置
決め方法。