JPS59180372A - 電圧測定方法及びその装置 - 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】 （イ）発明の技術分野 本発明は電圧測定方法及びその装置にイＫ、す、特に被
測定物の内部電圧の測定に供される分析電圧の決定過程
を改善した電圧測定方法及びその装置に関する。

（Ｄ）技術の背景 集積回路においてもその故障診Ｗｉ、動作解析のためそ
の内部電圧測定を行なう必要があるが、集積回路の集積
度が高まれば高まるほど、プローン等を用いての測定は
困難乃至不可能になる。この従来手段に代わる測定手段
として、エネルギー分析器を備えた電子ビーム装置があ
る。

この電子ビーム装置は電子ヒームの照射点から放出され
る２次電子のエネルギー分析を行ない、この分析から得
られる分析カーブのンフト量から電子ビーム照射点にお
ける電圧を算定するものである。

しかしながら、従来の分析カーブの取ｊ３方法に難点が
あって測定に時間がかかり過ぎ、迅速な測定を行ないた
いという要求を満しきれないでいる。

（ハ）従来技術と問題点 即ち、従来の上述電子ビーム装置による集積回路の内部
電圧の測定は次のようなものである。第１図に示される
電子ヒニム装置のエネルギー分析制御回路１からディジ
タル−アナログ変換器２へ第２図に示される如き分析電
圧のためのディジタルデータが順次に与えられ、分析グ
リッド３へ第２図に示される分析電圧が与えられている
間に、エネルギー分析制御回路１がブランキングＩ・ラ
イム４をして第２図に示される如きブランキング信号を
ブランカ５へ供給して電子銃６からの電子ビームを試料
である半導体集積回路の所望の位置に照射させる（その
位置は偏向器７にて決められる。

８は電子レンズである）。その位置から放出される２次
電子が２次電子検知器９で検知され（第３図参照）、そ
こからの信号がアナログ−ディジタル変換器１０を経て
エネルギー分析制御回路１へ取り込まれ、第３図に示さ
れる如き分析カーブが得られる。この分析カーブの振幅
ａの３分の１の値をスライスレベルに設定し、このスラ
イスレベルと上記分析カーブとの交点の分析電圧ＶＲＯ
。

ＶＲＩを求め、ｖ−ｖＲ，ＶＲＯの如くして測定電圧を
算定する。なお、第３図において、白丸で示されるカー
ブは試料電圧ＶＳか０ホルトである場合で、黒丸で示さ
れるカーブは試料電圧ＶＳが５ボルトである場合を示す
。

上述の如く、分析カーブを不連続点位置で求める、例え
ば、上述分析電圧を一１０ボルトから０．０８ボルトの
ピノヂで２５６回順次に変えて２次電子信号を得るよう
にすると、約１秒もの時間がその電子ビーム照射点毎に
かかってしまい、所望する速さでの電圧測定が困難とな
る。又、迅速な測定を行なわんとして上述ピッチを入き
くすると、それとは引き替えに精度か低下してしまう結
果となる。

（ニ）発明の目的 本発明は上述したような従来装置に存在する技術的課題
に鑑みて創案されたもので、その目的は測定時間を雉縮
しつつ、高い測定精度をも享受しうる電圧測定方法及び
その装置を提供することにある。

（ホ）発明の構成 そして、その第１の目的は被電圧測定物−電子ビームを
照射し、その電子ヒーム照射点から放出される２次電子
のエネルギーをエネルギー分析器で分析して上記電子ビ
ーム照射点の電圧を測定する方法において、上記玉名ル
ギー分析器へ印加される分析電圧を所定の値だけ順次に
変更して第１の分析カーブデークを取得し、該分析カー
フデークから補間分析カーブを求めて該Ｎｉ間分析カー
ブと分析カーブに設定されるスライスレベルとから始点
分析電圧を求め、該始点分析電圧を基にして上記エネル
ギー分析器へ印加される分析電圧を上記変更より細かく
変更して第２の分析カーブデータを取得する過程を少な
くとも１回行ない、上記第２の分析カーフデークと上記
スライスレベルとから上記電子ビーム照射点における電
圧算定に供する分析電圧を決定して上記電子ビーム照射
点の電圧を算定出力することにより、又第２の目的は被
電圧測定物の電圧測定点に電子ビームを！（（射する電
子ビーム照射手段と、上記電圧測定点から放出される電
子ビームのエネルギーを分析するエネルギー分析器を有
して上記エネルギー分析から上記電圧測定点の電圧を算
定出力する電圧測定装置において、上記エネルギー分析
器への分析電圧を所定の値だけ順次に変更して第１の分
析カーブデータを取得する手段と、該分析カーブデータ
から補間分析カーブを求める演算手段と、該補間分析カ
ーフト分析カーブに設定されるスライスレベルとから始
点分析電圧を発生ずる手段と、該始点分析電圧を基にし
て上記分析電圧を上記変更より細かく変更して上記分析
カーブデータ取得手段をして第２の分析カーブデータを
取得せしめる手段とを備え、該第２の分析力−ブデーク
と上記スライスレベルとから分析電圧を求め、該分析電
圧を用いて上記電圧測定点の電圧を算定出力するように
構成することにより達成される。

（・・）発明の実施例 以下、添イ」図面を参照しながら、本発明の詳細な説明
する。

第４図は本発明の第１の実施例を示す。この実施例は走
査型電子顕微鏡を用いて構成されている。

２０は電子銃、２１はブランカ、２２，２３．２４は電
子レンズ、２５は偏向器、２６は試料室２７内に置かれ
た試料例えば半導体集積回路、２８゜２９は夫々エネル
ギー分析器を構成する分析グリッド、２次電子検知器で
ある。

２次電子検知器２９の出力はアナログーティジタル変換
器（ＡＩ）Ｃ）３０、スイッチ３１を経て中央演算処理
装置３２へ接続される。

ＡＤＣ３０の出力は又スイッチ３１を経てエネルギー分
析制御回路３３へ接続される。回路３３は始点分析電圧
データレジスフ３４を有して構成されるほか、プランキ
ングギライハ３４′　（その出力はブランカ２１へ接続
されている。）及びＡＤＣ３０へ制御信号を送る出力、
中央演算処理装置３２からの始点分析電圧データを受け
てこのデータを基にして細かく分析電圧を変更するだめ
の分析電圧データをディジタル−アナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）３５へ送る出力、初期的に粗く分析電圧を変更する
だめの分析電圧データをＬＩＡＣ３６へ送る出力、及び
電圧算定値を送出する出力を有する。

ＤＡＣ３５，３６は加算増幅器３７を経て分析グリッド
２８に接続されている。

次に、上述実施例における電圧測定態様を説明する。

その動作開始と共に、スイッチ３】はＡＤＣ３０の出力
を中央演算処理装置３２−・接続するよう切り換えられ
る。その後に、第５図に示されるような分析電圧がエネ
ルギー分析制御回路３３の制御の下にエネルギー分析開
始電圧−１ｏホルトがら１．２５ボルト刻みで１６段階
で変えられながら、４ビツトＤＡＣ３６から分析グリッ
ド２８へ印加される。

このような分析電圧の印加毎に、第１図に示されるよう
なブランキング信号をブランカ２１へ供給するように、
エネルギー分析制御回路３３はブランキングドライバ３
４゛　へ制御信号を送る。

又、この制御信号はＡＤＣ３０−１も送られて２次電子
検知器２９からの２次電子信号をＡＤＣ３０でディジタ
ル値に変換して中央演算処理装置３２へ送るが、その２
次電子信号はブランキング信号のアンブランキング時に
ブランカ２１を通過した電子ビームが半導体集積回路２
６の被電圧測定点へ照射され、この被電圧測定点の電圧
及び上述の分析電圧によって決まる値の２次電子が被電
圧測定点から放出され、これを検知する２次電子検知器
２９から出力された信号である。

このようにして、第６図の白丸で示される分析カーブデ
ータが中央演算処理装置３２へ取り込まれる。この分析
カーブデータを基にして第６図の実線（点線は真の分析
カーブを示す。）で示される如き補間分析カーブを中央
演算処理装置３２で求める。この補間分析カーブから従
来と同様にしてスライスレベル（補間分析カーブの振幅
をａとすると、ａ　／　３がスライスレベルとなる。）
の決定をし、このスライスレベルと補間分析カーブとの
交点から分析電圧Ｖ　’　Ｒ１を算定する。この第１の
ステップで求められる補間分析カーブでも真の分析カー
ブとの間にずれが存在する可能性がある。

そこで、上述分析電圧■“Ｒ４を基にしてより高精度の
分析カーブの取得に入る。この高精度分析カーブの取得
は分析電圧Ｖ’Ｒ＋を中心にして予め決められた範囲例
えばＶ　’　Ｒ、±０．５ボルト内で行なわれる。その
ために、中央演算処理装置３２からＶ’Ｒ１０，５ボル
トの電圧のためのデータを始点分析電圧データとして始
点分析電圧データレシスク３４にセントする。この始点
分析電圧データから予め決められた電圧値、例えは０．
０８ポル］−刻みで増分される分析電圧テークがエネル
ギー分析制御回路３３からＤＡＣ３５へ与えられて第６
図の第２ステツプで示されるような階段状の分析電圧が
ＤＡＣ３５から加算増幅器３７を経て分析グリッド２８
へ印加される。この場合にも第１のステップと同様のプ
ランキンク−アンブランキングのタイミングがとられて
いる。

従って、第７図に示されるような、はぼ真の分析カーブ
に近い乃至それの分析カーブデータが求められる。この
データはエネルギー分析制御回路３３側へ切り換えられ
ているスイッチ３１を経て該回路３３へ送られる。この
分析カーブデータと第１のステップで求められたスライ
スレヘルとの交点における分析電圧ＶＲ＋が求められる
（第７図参照）。このようにして、求められた分析電圧
を基にして、半導体集積回路の被電圧測定点の電圧が従
来と同様にして求められる。

第８図は本発明の第２の実施例要部を示す。この実施例
は上述第１の実施例の第１のステップ及び第２のステッ
プの分析電圧の発生態様を変更している点に第１の実施
例との間に相違がある。即ち、第１のステップにおいて
は、始点レジスフ３８の開始分析電圧値及びピッチレジ
スタ３９のピッチ値（第１の実施例における第１のステ
ップでの分析電圧増分値に相当する値）をスイッチ４０
を介してカウンタ４１に与えて８ピッ１−ＤＡＣ４２か
ら第５図の第１のステップと同し階段状の分析電圧を発
生し、又第２のステップにおいては、中央演算処理装置
３２から始点分析電圧データレジスフ３４ヘセノトされ
た始点分析電圧データ及びピッチレジスタ４３のピンチ
値（第１の実施例における第２のステップでの分析電圧
増分値に相当する値）をスイッチ４０を介してカウンタ
４１に与えて８ビツトＤＡＣ４２から第５図の第２のス
テップと同し階段状の分析電圧を発生さ一已るごとにそ
の特長がある。なお、４４は制御回路で、上述分析電圧
発生態様の変更分だけ上述エネルギー分析制御回路３３
と相違する。４５は第１図実施例と同様の、ブランキン
グドライバ及びＡＤＣ（ごれらを第１図実施例の参照番
号で示せは、３４’、３０である。）へ制御信号を供給
する線で、４６はＡＤＣ（これを第１図実施例の参照番
ぢで示−ぜば、３０である。）から２次電子信号データ
を送って来る線である。４７は電圧算定値を出力する線
である。

上記実施例では、第１の分析カーブデータの取得、補間
分析カーブの算定を１回のめ行なっている例について説
明したが、本発明の特長が活がされる床度において、求
められる分析電圧近傍において適宜な回数を行なっても
よい。

（ト）発明の効果 以」二述べたところから明らかなように、本発明によれ
ば、先ず粗い分析電圧の変更で第１の分析カーブデータ
を取得し、このデータから補間分析カーブを求めて分析
カーブに設定されるスライスレヘルと補間分析カーブと
から近似の分析電圧を求める処理を、必要に応して、求
められた分析電圧近傍において漸次より細かく分析電圧
を変更して適宜回数行ない、そうして最終の分析電圧近
傍におけるより細かい分析電圧の変更を行なって分析カ
ーブデータを取得し、このデータと上記スライスレヘル
とから被電圧測定点の電圧算定に用いる分析電圧を（Ｍ
るようにしているから、電圧１ＵＩＪ定精度を高くし、
しかもその測定を短時間のうちになしうるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置を示す図、第２図及び第３図は従来装
置の動作を説明するための図、第４図は本発明の第１の
実施例を示す図、第５図乃至第７図は本発明第１の実施
例の説明に用いる各挿図、第８図は本発明の第２の実施
例要部を示す図である。 図中、２０は電子銃、２２．２３．２４は電子レンズ、
２５は偏向器、２６は試料、２８は分ＩＪｉ’グリッド
、２９は２次電子検知器、３０はΔＤＣ１３１はスイッ
チ、３２は中央演算処理装置、３３はエネルギー分析制
御回路、３５．３６はＤＡＣ１３７は加算増１゛ＩＳ器
、３８は始点レンスタ、３９゜４３はビノチレジスク、
４０はスイッチ、４１はカウンタ、４２はＤＡＣ１４４
は制御回路である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被電圧測定物へ電子ビームを照射し、その電子ビ
   ーム照射点から放出される２次電子のエネルギーをエネ
   ルギー分析器で分析して上記電子ビーム照射点の電圧を
   測定する方法において、上記エネルギー分析器へ印加さ
   れる分析電圧を所定の値だけ順次に変更して第１の分析
   カーブデータを取得し、該分析カーブデータから補間分
   析カーブを求めて該補間分析カーブと分析カーブに設定
   されるスライスレベルとから始点分析電圧を求め、該始
   点分析電圧を蒸にして上記エネルギー分析器へ印加され
   る分析電圧を上記変更より細かく変更して第２の分析カ
   ーブデータを取得する過程を少なくとも１回行ない、上
   記第２の分析カーブデータと上記スライスレベルとから
   上記電子ビーム照射点における電圧の算定に供する分析
   電圧を決定して上記電子ビーム照射点の電圧を算定出力
   することを特徴とする電圧測定方法。
2. （２）被電圧測定物の電圧測定点に電子ビームを照射す
   る電子ビーム照射手段と、上記電圧測定点から放出され
   る電子ビームのエネルギーを分析するエネルギー分析器
   を有して上記エネルギー分析から上記電圧測定点の電圧
   を算定出力する電圧測定装置において、上記エネルギー
   分析器への分析電圧を所定の値だけ順次に変更して第１
   の分析カーブデータを取得する手段と、該分析カーブデ
   ータから補間分析カーブを求める演算手段と、該補間分
   析カーブと分析カーブに設定されるスライスレベルとか
   ら始点分析電圧を発生ずる手段と、該始点分析電圧を基
   にして上記分析電圧を」上記変更より細かく変更して上
   記分析カーブデーク取得手段をして第２の分析カーブデ
   ータを取得せしめる手段とを備え、該第２の分析カーブ
   デークと上記スライスレベルとから分析電圧を求め、該
   分析電圧を用いて上記電圧測定点の電圧を算定出力する
   ように構成したことを特徴とする電圧測定装置。