JPS58123650A - ストロボ走査電子顕微鏡装置 - Google Patents

ストロボ走査電子顕微鏡装置

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Publication number
JPS58123650A
JPS58123650A JP57005677A JP567782A JPS58123650A JP S58123650 A JPS58123650 A JP S58123650A JP 57005677 A JP57005677 A JP 57005677A JP 567782 A JP567782 A JP 567782A JP S58123650 A JPS58123650 A JP S58123650A
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JP
Japan
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output
circuit
detector
electron microscope
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP57005677A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsutomu Minagawa
勉 皆川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP57005677A priority Critical patent/JPS58123650A/ja
Publication of JPS58123650A publication Critical patent/JPS58123650A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/266Measurement of magnetic- or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy
    • H01J37/268Measurement of magnetic- or electric fields in the object; Lorentzmicroscopy with scanning beams

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

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】 発明の技術分野 この発明はストロボ走査電子顕微鏡装置に関する。
発明の技術的背景 走査電子顕微鏡[SEM (Scanning Ele
ctronMicro謹oop@) ]は、一般に試料
表面に電子ビームを照射し、試料表面の電位変化に対応
するレスポンスをCRTに表示することによって試料表
面の顕微鏡像を得るようにしている。
このSgMを使って、LSI(大規模集積回路)の内部
動作の観劇を行なうことができる。これは表面に電位分
布を持ったLSIをIMの2次市子像で観察し、負電位
の部分と正電位の部分とのコントラストの差を利用し、
LSI内部電位の分布を観察するもので、T、SIの動
作解析あるいは不良解析の有効な手段となっている。
また、IC−4’LSI素子の内部を伝搬する電気信号
のような同期現象では、電位変化は毎日規則正しく繰り
返して起る。従って、ある特定の位相だけにパルス電子
ビームを繰り返し照射すると、出力信号はこの位相での
電位に対応したものとなる。そこで、試料表面上の希望
する点にビームを止めておき、試料励振とノヤルス電子
ビームとの位相差を電気的に変化させ、CRTの横軸に
この移相量を、絣軸に2次電子毎号量をそれぞれ入力す
ることによって、CRTの画面上に希望点での電圧波形
會表示するようにしたストロボS[CMが開発されてい
る。
また、試料観測には大別して次の2つの観測モードがあ
る。すなわち、試料上に機械的プローブを立て、オシロ
スロープでそのプローブ接触点での電圧波形を観、測す
る考え万と類似する波形モードと、ビームを試料面上に
走査し、その2次電子毎号彊をCRTに表示して各位相
点での試料面上の電位コントラスト像を観測する像モー
ドである。このようなSKMによる波形観測を機能的に
行なうために、通常ストロボSEMにコンピュータを結
合して処理が行なわれる。このようなデータ処理装置l
l結合した従来のストロy3?sEM装置を第1図に示
す。このシステムにおいては、図示しないパルス電子ビ
ーム照射部を有するストロyW IM本体1で試料から
得られた2次電子毎号は、光電子増倍管を用いた2次電
子検出器2によって検出され、アナログ信号として出力
される。この検出器2からのアナログ信号出力は、S/
N比改善のために設けられた受動RC積分回路3にて積
分された後、アナログ・デジタル(A/D)変換器4で
デジタル信号に変換される。このデジタル信号はコンピ
ュータ処理系5に取り込まれ、ここで所定のデータ処理
が実行される。このコンピュータ処理系5によって、上
記・♀ルスti11子ビーム照射部による電子ビーム照
射と試料励振との同期をとるためSEMコントローラ6
を制御する。このSEMコントロー26dスキャンコン
トローラ7を制御し、電子ビームによる所定の試料観測
点を走査させる。
このスキャンコントローラ7からの信号と2次電子検出
器2からの信号とが画像表示器(CRT )8に送出さ
れるので、CRT B上には試料の映像が観測されるこ
とになる。
第2図は上記従来のメトロがSEM装置における受動R
C槓分回路3の具体的寿構成を示す回路図であり、前記
2次電子検出器2からのアナログ信号出力は抵抗9を介
してコンデンサ10の一端に結合され、このコンデンサ
10における端子電圧が積分出力としてアナログ・ディ
ジタル変換器4に与えられる。
上記装置kにおいては、87N比をさらに改善するため
に、同一位相のデータをN刈取p込み、コンピュータ処
理系5でソフトウェアによシ平均化処理を行なっている
。このような装置の動作原理を説明すると、凍ず最初の
位相点で信号を8回サンプルし、このサンプル出力を加
算してから次の位相点へ移動し、同じ操作を繰り返して
いく。この時、ビームが観測点に留まってい5− る時間tは次式で表わされる。
t=tp+[(tム+ta)N+tx:IM   −(
1)ここで、tはビームが観測点に留まっている時間。
tpはビームが移動した場合のビームが安定する時間。
tムはサンプリング回数トを開くための演算に要する時
間。
tsはサンプリング?−)時間。
Nはある位相点での信号のサンプリング回数。
txFi位相を移動させるのに要する時間。
Mは位相刻み数。
である。
第3図はコンピータ処理系5でソフト、ウェア処理をし
ない場合(N=1)のタイムチャートを示す。電源を投
入すると、ストロ?IM 1ではその内部に設置された
試料、例えばMO8型LSIに第3図に示す試料内勤作
信号が印加される。この時、第3図に示すビームiJ?
ルスが位相刻み数Mが設定値になるまで特定な周期で(
試6− 科内部動作の周期とけ必ずしも一致しない)繰り返し、
試料に照射される。これら試利内信号とビーム・ぞルス
に対応した試料からの2次電子信号を2次’*、子検出
器2が検出して第3図に示すようなアナログ出力信号を
送出する。この検出器2の出力信号は積分回路3に入力
され、ここで積分された後、第3図に示すような積分出
力となる。この積分器3の出力けA / D変換器4で
デジタル信号に変換される。この時、コンビーータ処理
系5から第3図に示すようがサンプリングダート信号が
A/D変排器4に加えられるので、このサンプリングダ
ート信号がノ1イレペルに゛なっているサンプリングダ
ート信号t8の間だけ、A/Di換器4からn個のデジ
タルデータがコンビーータ処理系5に取り入れられ、こ
こでその平均値がN=1の信号として処理される。
背景技術の問題点 前記(1)式から判るようにソフト処理する場合は、さ
らに第3図の場合のN倍の時間ビームが照射されること
に々る。この様に積分回路3を用いた積分方式での信号
のサンプリングは、S/N比の改善には有効であるが測
定時間がかかり、試料面に対してビーム照射時間が長く
なる。
−万、電子ビームの照射効果による素子への悪影響は通
常、照射線量すなわち単位面積当シの照射電流と照射時
間の積に依存し、特に前述した波形モードでの観測は点
照射となり、照射条件は像モードの面照射に比べてさら
に悪く々る。
甘た、試料がバイポーラ素子の場合にはビームとの相互
作用はそれほど問題とはならないが、MO8素子の場合
には上記装置によるビーム照射のため臨界電圧vT■、
その他に変化を引起こし、正確な試料表面の電位変化を
測定することが難しかった。
さらに、受動RCC仕分回路の致命的な欠点は、試料励
振の繰り返し一号のインターバルによって積分値が影響
を受けることである。このことは、励振周波数をある範
囲内で自由に選べる試料、たとえばメモリ回路を観測す
る場合にはさほど問題にはなら力いが、マイクロプロセ
ツサ(CPU )などのランダムロジックを観測する場
合は問題となる。特に、CPUはどの命令を実行するに
しても実行前には必らず、その命令の解読ルーチン(フ
ェッチサイクル)を実行しなくては々らない。たとえば
、基本クロック周波数が8 MHzで動作するCPUの
アダー回路を観測したい時、加算命令は4ステート後(
1ステート125μ8)に実行されるため、観測者にと
っては500μBごとにアダー回路が観測されることに
なる。一般に、ステート数はCPUの種類及び命令の種
類によっても異なるが、最大18ステート数くらいあり
、ステート数の多い命令を実行した場合などは積分回路
3の積分値の直流成分が減少し、2次電子検出器2の出
力のSlN比が低下したり、あるいはコンピュータ処理
系5にデータの読込みが不可能にもなシかねない等の不
都合が発生する。
発明の目的 したがって、この発明の目的に、2次電子の9− 検出を試料励振の繰シ返し信号のインターバルに影響さ
れることなしに行なうことができ、試料表面への電子ビ
ーム照射時間を最小にすることによってビームによる影
響をうけやすく素子への悪影響が極めて少ガいストロボ
走査電子顕微鏡装置を提供することにある。
発明の概要 この発明によるスi・口が走査重子顕微鏡装置は、2次
電子検出器とこの検出器出力を積分する受動型積分回路
との間にダイオードを順方向に挿入することKよって、
試料励振の繰り返しイ=号のインターバルにおける放電
を阻止して短時間で所定の積分出力が得られるようにし
たものである。したがって、試料表面への電子ビーム照
射時間を最小にすることができ、ビームによる影響をう
けやすい素子への悪影響は極めて少なくなる。1だ観、
測点が移動する場合にはMOS FETを介して受動型
積分回路がリセットされる。
発明の実施例 10− 以下図面を参照してこの発明の詳細な説明する。第4図
はこの発明r(よるストロ?走査電子顕微鏡装置の構成
図であり、第1図と同−鋤所は同一符号を付して説明す
る。第4図に示すように、コンピュータ処理系5によっ
テSEM :1ントローラ6が制御され、さらにこのS
EEMコントローラ6によってストロ&SEM本体1お
よびスキャンコントローラ7が駆動される。
ストロがIM本体1の2次電子検出器2がらのアナログ
出力は、図示極性のダイオード11を介して受動RCC
仕分回路3内抵抗9の一端に供給される。この抵抗9の
他端は、−万端が基準電位点(アース電位点)に結合さ
れた受動RCC仕分回路3内コンデンサ1θの他端に結
合され、このコンデンサ10の端子電圧はアナログ・デ
イノタル変換器4に寿えられる。また、受動RC積分回
路3の出力端すなわち上記コンデンサ1θの一方端と基
準電位点”との間にはMOS−FET I 2のソース
・ドl/イン間が挿入され、このMO8FE’p 12
のr−トには前記コンピュータ処理系5から出力される
リセット信号が供給される。
このような構成でなる装置では、2次電子検出器2から
のアナログ出力を、ダイオード11を介して受動RCC
仕分回路で積分しているために、積分回路3で一度積分
された信号は2次電子検出器2側に再び放電されること
なしに保持される。したがって、2次電子の検出は試料
励振の繰9返し信号のインターバル圧影響されることな
しに行なうことができ、従来よりも短時間で所定のイ★
分出力が得られる。この結果、試料表面への電子ビーム
照射時間を最小にすることができ、これによってビーム
による影響をうけやすい素子への悪影響を極めて少なく
することができる。
一方、1つの位相点から次の位相点にビームが移動する
場合には、コンピュータ処理系5から予めリセット信号
を出力される。そして上記リセット信号が前1i−: 
Mo5F’gT” 12のダートに入力することによ#
)MOSFET 12がオンし、コンデンサ10に蓄え
られていた電荷がこのMO8FEET 12を介して放
電されて受動RC積分回路3がリセットされる。リセッ
ト後、積分回路3は再びダイオード1ノを介して供給さ
れる2次電子検出器2からのアナログ出力を積分するこ
とになる。
ところで、前記第2図に示すような受動RC撹分回路3
を持つ従来のストロキsEM装置では、2次電子検出器
2の出力レベルによってコンデンサ10の充放電が行な
われるために、2次電子検出器2の出力に含まれるノイ
ズは積分回路3で相殺され、SZN比に関してはすぐれ
ている。
ところが上記実施例装置では、積分回路3けノイズも一
緒に積分してしまうことになるが、2次電享検出器2か
らの信号に含まれるノイズの量は信号量に関係なく一定
綾であることから、コンピュータ処理系5においてソフ
ト処理で除くことができ、したがってノイズに関しては
あまシ問題とならない。
また、前記ダイオード1ノとしては、正しい信号レベル
を得るために順方向′電位vyが極力低いほうが打着し
く、たとえばV、が0.2〜0.3v13− 程度のシ璽ツキ−ダイオード等が使用可能である。さら
にダイオード11として、リーク電流が少ない等、逆方
向特性も優れている必要がある。これと同様に、MOS
FET 12も特性の優れたものを使用する必要がある
。すなわち、オフ時には、コンデンサ10が保持してい
る信号レベルのリークをできるだけ防ぐために高いイン
ピーダンス特性を示し、オン時にはリセットをすみやか
に行なうためにオン抵抗の低い特性のものが必要である
前記第2図に示す従来装置の積分回路3内の抵抗9およ
びコンデンサ10の値は、試料励振の繰り返し信号のイ
ンターバルに応じた所定の時定数が得られるように設定
されるが、上記実施例装置における積分回路3では前記
したように繰り返し信号のインターバルに一切影響され
ない。したがって、抵抗9の値は電流制限用として適当
な値に設定され、2次電子検出器2からの信号レベルに
もよるがたとえば1000程度に設定される。そしてま
た、上記のような理14− 由から特に111′流を制限する必要がない場合、抵抗
9に省略してもかまわない。−万、コンデンサ10の値
はこのコンデンサ10の端子からのリーク状態によって
決するが、極端に小さな値に設定するとノイズに対して
弱くなるので、適当に大きな値、たとえば2000 P
[i’〜10000PF程度に設定される。
なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、たとえば前記2次電子検出器2とダイオード11との
間にローフ9スフイルタを介在させることによって、積
分回路3にノイズが供給されることを防止するようにし
てもよい。
また上記実施例では積分回路3をリセットするためにM
OSFET 12 k用いたが、これはオフ時の抵抗が
十分に高くかつオン抵抗が十分に低いスイッチ菓子であ
れば他にアナログスイッチやVMOSスイッチを用いる
こともできる。
発明の効果 このようにこの発明によれば、2次電子の検出全試料励
損の繰り返し1g号のインターバルに影響されることな
しに行なうことができ、試料表面への電子ビーム照射時
間を最小にすることによってビームによる影響をうけや
すい素子への悪影譬が極めて少ないストロ?走査電子顕
微儒装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のストロyI?−iM査電子顕微鏡装置の
構成図、第2図はその一部の回路図、第3図は上記従来
装置の動作f説明するためのタイムチャート、第4図は
この発明の実施例の構成図である。 1・・・ストロボSIDM本体、2・・・2次電子検出
器、3・・・受動RC積分回路、4・・・アナログ・デ
ィジタル変換器、5・・・コンピュータ処理系、6・・
・SEMコントローラ、7・・・スキャンコントローラ
、8・・・画像表示器(CRT )、9・・・抵抗、1
0・・・コンデンサ、11・・・ダイ≠−ド、12・・
・MOSFET 。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)試料表面にパルス電子ビームを照射するビーム照
    射部を有する走査電子顕微鏡本体と、前記ビーム照射部
    の電子ビーム照射と試別励振との同期をとる走査電子顕
    微鏡制御部と、前記電子ビーム照射された試料から放出
    される2次電子を検出する2次電子検出器と、この検出
    器出力を積分する受動型積分回路と、前記2次電、子検
    出器と上記受動型積分回路との間に挿入されるダイオー
    ド素子と、前記積分回路の出力をアナログ・ディジタル
    変換して得られるデータを取り込んで所定の処理を行な
    うことに1より前記走査電子顕微鏡制御部を制御するコ
    ンピュータ処理系と、前記2次電子検出器の出力を映像
    表示する表示手段と、前記受動型積分回路をリセットす
    る手段とを具備したことを特徴とするストロボ走査電子
    顕微鏡装置。
  2. (2)前記2次電子検出器と前記ダイオード素子ト(7
    ) 間にローパスフィルタを介在させた特許請求の範囲
    第1項に記賊のストロン2走査電子顕微鏡装置。
JP57005677A 1982-01-18 1982-01-18 ストロボ走査電子顕微鏡装置 Pending JPS58123650A (ja)

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JPS58123650A true JPS58123650A (ja) 1983-07-22

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60138933A (ja) * 1983-12-27 1985-07-23 Toshiba Corp 電気信号のサンプリング方法
JPH01500548A (ja) * 1986-06-06 1989-02-23 サンタ・バーバラ・リサーチ・センター フォトダイオードの電子ビーム試験

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60138933A (ja) * 1983-12-27 1985-07-23 Toshiba Corp 電気信号のサンプリング方法
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