JPS6156427A - ストロボ電子ビ−ム装置 - 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】 （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ストロボ電子ビ
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■ｃの動作クロッ
クにストロボ電子ビームを同期させることによって、高
速に電圧変化を測定するストロボ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、Ｉ
Ｃ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測定技術が注目を
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や、ＩＣ配線上の特
定点の電圧の時間的な変化波形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〈従来のストロボ電子ビーム装
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配線上の特定部分に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、それによって得られる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、従って２次電１　　　　　子信号量を１１定す
ることによって、ＥＢパルスを照射した瞬間におけるＩ
Ｃ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を特定のクロック（例えば
ＩＭＩｌｚのクロック）によって動作させ′た場合、該
ＩＣが例えば１００クロツクで一連の動作を行うとする
と、クロックが進むにつれて■ｃの各部分は１００クロ
フク毎に同じ電圧状態を繰り返す。そこでＩＣ配線上の
特定部分の電圧状態のクロックによる時間変化をＥＢパ
ルスによって測定するためには１例えば、繰り返し動作
第１周期日の１クロツク目に同期させてまずＥＢパルス
を該特定部分に１発照射し、ぞの２次電子信号量から電
圧を測定する。次に繰り返し動作第２周期日の２クロツ
ク目に同期させてＥＢパルスを同部分に照射し、同様の
測定をおこなう。続いて、繰り返し動作第３周期日は３
クロック目、繰り返し動作量４周期日は４クロツク目と
いうようにＥＢパルスの照射タイミングを少しずつずら
してゆくことによって、該特定部分の電圧状態のクロッ
クにようエエ。イ、。ｊ６□。よヵ、７ｏ。。０よ　　
　（うに、ＩＣが１繰り返し動作周期毎に同じ動作を繰
り返すことを利用し、各繰り返し動作周期毎のＥＢパル
スの照射タイミングを少しずつずらしてゆくことによっ
て、電圧状態の時間的な変化を測定することが可能であ
る（波形モード）。また。

繰り返し動作周期中の特定のタイミングにおけるＩＣ表
面の電圧分布像（これを像モードと呼ぶ）を測定するた
めには２例えばまず、繰り返し動作第１周期日の特定位
相でＥＢパルスを特定部分に照射し、その部分の電圧を
測定する。次に繰り返し動作第２周期日の同じ位相で他
の部分にＥＢパルスを照射し、その部分の電圧を測定す
る。以上のように、ＥＢパルス照射タイミングを特定位
相に固定してＥＢパルスをＩＣ表面上で走査することに
より、繰り返し動作周期中の該特定位相におけるＩＣ表
面の電圧分布像を得ることができる。

以上の原理を簡単にまとめたのが第１図である。

同図（１１はＩＣの動作クロックであり、ＩＭＩｌｚの
周波数であるとすると１クロック周期ｔ　ｃ−１μｓｅ
ｃとなる。そして同図の場合、簡単のため１繰り返し動
作周期Ｔ−５クロック（同図（ｆ））とし、各繰り返し
動作周期の１クロフク目に同期して同図（Ｃ１に示すよ
うに繰り返し動作同期（ｇ号が得られるとする。このよ
うな場合において、ＩＣの特定配線の電圧状態のクロッ
クによる時間変化の例を示したのが同図（ｂ）である。

これを見てわかるように１繰り返し動作周期毎に同じ電
圧状態を繰り返す。

そこでいま、このような電圧変化（波形モード）の測定
を１クロック周期ｔｃの４倍の時間精度。

すなわちΔＬ＝％μｓｅｃの時間精度で行うためのＥＢ
パルスの照射タイミングの例を示したのが同図（ｄ）で
ある。すなわち、まず繰り返し動作第１周期日において
は、繰り返し動作同期信号（同図（Ｃ））のパルスと同
じタイミングでＥＢパルスをＩＣの特定配線上に照射し
電圧を測定する。次に繰り返し動作第２周期日において
は、繰り返し動作同期信号のパルスに対してΔｔ　　（
”！４μｓｅｃ　）だけ位相をずらしてＥＢパルスを同
部分に照射する。以下、繰り返し動作第３周期日は２Δ
ｔ、繰り返し動作量４周期日は３Δｔというように、　
ＩＥ、Ｂパルスの照射タイミングを繰り返し動作同期信
号の各パルスに対してΔｔずつずらしてゆく。従って以
上の動作を、ＥＢパルスの照射タイミングが繰り返し動
作同期信号のパルスに対して１繰り返し動作周期分だけ
ずれるまで繰り返せば、ＩＣ上の特定部分の１繰り返し
動作周期分の電圧状態の変化をΔｔの時間１４度で測定
することができる。

上記例の場合、１繰り返し動作周期−５クロ・ツクで、
１クロック周期ｔＣ−４Δｔであるから。

１繰り返し動作周期−５×４Δｔ−２０Δｔとなり。

これより２０繰り返し動作周期にわたって上記測定を繰
り返せば、同図（ｂｌに示したような特定配線の１繰り
返し動作周期分の電圧波形を測定することができる。ま
た、像モードの測定を行うためには。

同図（ｅ）に示すように各繰り返し動作周期におけるＢ
’Ｂパルスの照射タイミングを繰り返し動作同期信号の
パルスに対して例えばΔｔだけ位相がずれた時間と決め
ておき、ＥＢパルスを各照射毎にＩＣ上の照射部分をず
らしてゆくことにより、繰り１　　　　　返し動作周期
中の開始時刻からΔｔだけ経過した瞬間におけるＩＣ表
面の電圧分布像を測定することができる。いま１画像が
例えば１００　Ｘ　１００個の画素から成る場合、　１
００Ｘ　１００　＝　１００００繰り返し動作周期にわ
たって上記測定を繰り返せばよい。なお１以上では説明
のため、加算平均処理を施さない場合について述べた。

２Ｈ回の加算を行う場合、電圧波形あるいは電圧分布像
の取得に必要な繰り返し周期数は上記の２　倍となる。

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第１図に示したように、
多くともｒｃの１繰り返し動作周期に１個のＥＢパルス
しか照射しなかった。従って１例えばＩＣの１繰り返し
動作周期が１０００クロツター１　ｒ＊ｓというように
長周期デバイスで、測定の時間精度Δｔを１クロック周
期の１００倍（Ｉｏｎｓ）とすれば、特定部分の１繰り
返し動作周期分の電圧変化波形を得るためには、少なく
とも１００×１０００−１０００００繰り返し動作周期
＝１００ｓという長い時間を必要としてしまうという問
題点かあ・た。　　　　　　１）またこの場合、ＥＢパ
ルスの位相は繰り返し動作同期信号（第１図（Ｃ））の
パルスを基準に設定しているため、上記例のような場合
ＥＢパルスの位相を長い時間範囲にわたって高精度に制
御する必要があった。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、ジッタによ
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
な問題点があった。これらの問題点は像モードの測定の
場合にも同様であり１例えば上記例において画像数を１
００Ｘ　１００個とすれば、１枚の電圧分布像取得に少
なくとも１００Ｘ　１００　Ｘ　１　ｍ５−１０ｓ要す
るのですべてのクロック状態に対する電圧分布像（１０
００枚）を取得するためには、長大な時間を必要とする
ことになる。

（４）発明の目的 本発明は上記問題点を除くために、ＩＣの各動作クロッ
クをＥＢパルスの照射タイミング設定のための信号とし
、ＩＣの各繰り返し動作周期中に複数個のＥＢパルスを
照射することによって、測定時間を短縮でき、かつＥＢ
パルスの照射タイミングの精度を大幅に向上させること
のできるストロボ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、ＩＣドライバから出力されるＩＣクロンツ
ク同期して動作するＩＣ表面上にパルス状の電子ビーム
を照射し、それにより得られる２次電子信号を用いて該
ＩＣの各測定点の電圧を測定する測定手段を有するスト
ロボ電子ビーム装置において、前記ＩＣＣクロック基準
として前記電子ビームの照射タイミングを制御する照射
タイミング制御手段と、該照射タイミング制御手段の出
力をもとに前記電子ビームを前記ＩＣの各繰り返し動作
周期毎に複数個照射する照射手段と、該照射手段によっ
て前記電子ビームを前記ＩＣ表面上に照射することによ
って得られる２次電子信号データを、前記クロックに対
応したタイミングで記憶する記憶手段と、該記憶手段に
記憶された２次電子信号データをもとに前記ＩＣの各測
定点の電圧波形、または、該各側定点の電圧分布像を取
得する取得手段を有することを特徴とするスト・ロボ電
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１本発明の実施例について詳細に説明を行う。

第２図は本発明によるストロボ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ｌ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４が照射
され、２次電子５が得られる。２次電子５は試料室２に
接続された検出器６によって検出され、その出力は２次
電子信号６１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７によって動作され
、２次電子信号処理回路８にはＩＣドライバ７からの繰
り返し動作周期信号７１が入力する。また、２次電子信
号処理回路８には制御用計算機１３からの複数の２次電
子信号処理回路制御信号１３１．及び遅延回路１０から
のストローブ１０１が入力する。また、その出力である
加算処１　　　　　　理終了信号８７１及び取得データ
８４１は制御用計算機１３に入力する。一方１分周器９
にはＩＣドライバ７からのＩＣクロック７２．及び制御
用計算機１３からの分周率指定信号１３２が入力し。

出力である分周ＩＣクロック９１は遅延回路■０に入力
する。また、遅延回路１０には制御用計算機１３から位
相指定信号１３３が入力する。遅延回路１０の出力であ
るストローブ１０１は前記したように２次電子信号処理
回路８に入力すると共に、ＥＢパルスゲートドライバ１
１に入力する。

また、ＥＢパルスゲートドライバ１１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１２に接続される。

また、制御用計算機１３には表示装置１４が接続される
。

次に、第３図は第２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３図において、検出器６からの２次電子信号６１（ｉ
２″″″）ｃ″１″１１１２”９ｏ−ｇ−ｙ７”　　　
　。

ルタイミング信号８２１によって号ンプリングされるＡ
Ｄ変換器８１に入力する。サンプルタイミング信号８２
１を出力する遅延回路８２には制御入力として制御用計
算［１３からの遅延時間指定１３１−１　　（第２図の
１３１の一部）が入力し。

また遅延回路１０からのストローブ１０１　（第２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
データ８４１がスイッチＳＷ３によって選択的に入力さ
れ、加算回路８３の出力である加算データ８３１はメモ
リ８４に入力する。メモリ８４の出力データ８４１はス
イッチＳＷ３を介して制御用計算機１３または前記加算
回路の一方の入力に選択的に入力する。

一方、加算・ＲＥＡＤ／崎ＲＩＴＥ制御回路８５には遅
延回路１０からのストローブ信号１０１　（第２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Ｒ
ＥＡＤ／　ＷｒｌｌＴＥ制御信号８５１はスイッチＳＷ
Ｉ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にはやはり遅延口ｌ１８１０か
らのストローブ信号１０１が入力し、その出力であるア
ドレスデータ８６１はスイッチ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１３１−３（
第２図の１３１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。

それぞれスイッチＳＷ２及びスイッチＳＷＩを介して１
選択的にメモリ８４に入力する。また。

ＩＣドライバ７からの繰り返し動作同期信号７１（第２
図参照）は、メモリアドレス制御回路８６に入力すると
共に、カウンタ８７に入力する。カウンタ８７には制御
用計算ｔｍ１３からの加算回数指定信号１３１−２（第
２図の１３１の一部）が入力し、その出力である加算終
了信号８７１はメモリアドレス制御回路８６に入力する
と共に、制御用計算ｔｌ１３に入力する。なお、制御用
計算機１３からの切り換え信号１３１−４（第２図の１
３１の一部）は、スイッチＳＷ１．ＳＷ２゜ＳＷ３を制
御する。

以上、第２図及び第３図のような構成のストロボ電子ビ
ーム装置の動作について１次に第４図の説明図を用いな
がら説明を行う。

まず、第４図（１）はＩＣクロック７２（第２図参照）
であり、Ｃ４はｉ番目の繰り返し動作周期口のｊ番目の
クロックパルスであることを示す。この場合、被検ＩＣ
３（第２図参照）はこのクロックに従って動作し、１繰
り返し動作周期Ｔを第４図（ｆ）に示すように５クロツ
クとし、クロック周期ｔ　ｏ＝　１　μｓｅｃ　　（Ｉ
ＭＩＩｚクロック）　（第４図（ａ））とする。次に第
４図（ｂ）は被検ＩＣ３の特定部分の電圧状態のクロッ
クＣ２４による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す。第４図（Ｃ１
は繰り返し動作同期信号７１　（第２図、第３図参照）
であり、Ｓｔはｉ番目の繰り返し動作周期口のパルスで
あることを示す。第４図ｆｄ）は波形モードの場合のＥ
Ｂパルス（またはストローブ）第４図（０１は像モード
の場合のｉ　　　　　　　ＥＢパルス（またはストロー
ブ）（共に第２図のＥＢパルス４またはストローブ１０
１に等しい）であり、共にＥ　ｔａｌｋはＩＣクロック
パルスＣｑからにΔｔだけタイミングが遅れたＥＢパル
ス（またはストローブ）であることを示す。なお、第４
図の場合測定の時間精度Δｔをクロック周期ｔｃの４倍
、すなわちΔｔ　＝　ｔ　ｃ／４−％μｓｅｃとする。

第４図を用いてまず波形モード電圧測定の場合について
説明を行う。波形モードの場合は第４図（ｄ）に示すよ
うに、１動作周期毎に、各ｒＣクロック７２に対してΔ
ｔ〜３Δｔずつ位相が遅れたＥＢパルス４が被検ＩＣ３
の特定部分に照射される。

それについて以下に説明する。

まず第２図において制御用計算機１３から出力される分
周率指定信号１３２を用いて分周器９における分周率を
１にセットする。また、制御用計算機１３から第３図の
カウンタ８７に与えられる加算回数指定信号１３１−２
によって加算回数を１回（加算平均処理無し）に指定す
る。これにより、まず第２図のＩＣドライバ７から出力
される　　　　　　ｊＩＩＣＩＣクロック７２器９をそ
のまま通過し。

分周ＩＣクロック９１として、遅延回路１０に入力する
。その分周ＩＣクロック９１は第４図（ａｌに示したも
のに等しい。そしてまず繰り返し動作第１周期日は位相
指定信号１３３が０にセットされる。それにより遅延回
路１０に第４図（ａ）のＣ＋＋〜Ｃ１！ｌが入力すると
、その出力であるストローブ１０１は第４図（ｄ）に示
すＥ＋＋ａ〜Ｅ＋ａｏとなる。これは第４図＋ａｌのＣ
＋＋〜Ｃ＋ｓと全く同じである。このストローブ１０１
によって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１１が動作しＥＢパ
ルスゲート１２を制御することによって、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
ビームがパルス化され、被検ＩＣ３上の特定部分へＥＢ
パルス４として！！召射される。このＥＢパルス４も第
４図＋ｄｉに示すＥ＋＋ｏ〜Ｅ１５０と同じパルスとな
る。これによって２次電子５が検出器６によって検出さ
れ２次電子信号６・１として２次電子信号処理回路８に
入力する。

次に、繰り返し動作第２周期日に入ると、まずＩＣドラ
イバ７から繰り返し動作周期信号７１として第４図（Ｃ
）に示すＳｔが出力される。これによってカウンタ８７
（第３図）から加算処理終了信号８７１が出力される。

なお、カウンタ８７は加算回数を１にセットしであるの
で第４図（Ｃ）のＳｉが入力する毎に加算処理終了信号
８７１を出力する。これを認識することにより制御用計
算１１１１３はその出力である位相指定信号１３３　（
第２図）をΔｔにセットする。従って繰り返し動作第２
周期日に入ると、遅延回路１０に第４図（ａ）のＣ２１
〜Ｃ２５が入力する毎に、各０２ｊに対してΔｔ（×μ
ｓｅｃ　）だけ位相が遅れたストローブ１０１として、
第４図（ｄｌに示したＥ２１１〜Ｅ２５１を出力する。

これにより同様のタイミングでＥＢパルス４が被検ＩＣ
３の特定部分に照射され、それによって得られた２次電
子信号６１が２次電子信号処理回路８に入力する。続い
て繰り返し動作第３周期日に入ると、繰り返し動作周期
信号７１として第４図（Ｃ）の８３が出力され、これに
より同様にカウンタ８７　（第３図）から加算処理終了
信号８７１が出力され、制御用計算機１３はそれを認識
して位相指定信号１３３（第２図）を２Δｔにセットす
る。従って３繰り返し動作周期口に入ると、遅延回路１
０に第４図（ＩＩ）のＣコ１〜Ｃ３５が入力する毎に、
各Ｃ＝ｊとに対して２Δｔだけ位相が遅れた。ストロー
ブ１０１またはＥＢパルス４として、第４図（ｄｌに示
してＥ３１２〜Ｅ３５２を出力する。そして繰り返し動
作第４周期日も同様に第４図（Ｃ１の８４で示した繰り
返し動作同期信号７１により２位相指定倍号１３３が３
Δｔにセットされ、ストローブ１０１またはＥＢパルス
４として第４図（ｄｉに示したＥ　ａ　ｌ　３〜Ｅ　ａ
　ａ　３が出力される。以上のようにして、１動作周期
毎に各ＩＣクロック７２に対してΔｔ〜３Δｔずつ位相
が遅れたＥＢパルス４が被検ＩＣ３の特定部分に照射さ
れ、それによって得られた各２次電子信号６１が２次電
子信号処理回路８に入力される。

次に上記のようにして得られた各２次電子信号゛　　　
　　　６１を第３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１３１−４によってＳ
ＷＩは加算・ＲＥＡＤ／　ＷＩＩＩＴＥ制御回路８５に
接続し、スイッチＳＷ２はメモリアドレス制御回路８６
に接続し、スイッチＳＷ３は加算回路８３に接続する。

そして加算制御信号８５２により加算回路８３における
加算は行なわないこととする。

さらに、　ＲＥＡＤ／　ＷＲＩＴＥ制御信号８５１はＷ
Ｉ？ＩＴＥ状態とする。この状態で変換器８１に入力す
る２次電子信号６１は第４図（ｄ）のタイミングで照射
されるＥＢパルス４（第２図）に対してわずかに位相が
遅れた信号となっている。これは２次電子５が検出器６
　（第２図）に検出されるまでの遅延時間である。従っ
てそのわずかな位相遅れを遅延時間指定１３１−１によ
って指定し、ＥＢパルス４のタイミングと等価なストロ
ーブ１０１　（第２図参照）を用いて遅延＠１ｉ８２に
よってサンプルタイミング信号８２１を発生させ、ＡＤ
変換器８１でＡＤ変換を行いディジタルの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
４１図（ｄｌの各Ｅｉμで表す。このようにして得られ
る各Ｅ　、、、、Ａはメモリ８４にそれぞれ記憶される
。このとき、メモリアドレス制御回路８６においてスト
ローブ１０１が入力する毎にアドレスが１ずつ進められ
、それに従って各Ｅλｊが記憶されてゆく。

さらに、メモリアドレス制御回路８６に入力する繰り返
し動作同期信号７１　（第４図（Ｃ）の各Ｓ＋）によっ
て、１繰り返し動作周期毎にアドレスが区切られてゆく
。そしてこの場合、入力した順にアドレスは進んでゆく
。

従って、メモリ８４には各Ｅ、５は次のように記憶され
る。

ＥＩＩＯ，ＥＩ２０．Ｅ１３０．ＥＩ４０．Ｅ１５・・
・繰り返し動作第１周期日 Ｅ２１　＋、Ｅ２２１．Ｅ２３１１　Ｅ２４１１　　Ｅ
２５・・・繰り返し動作第２周期日 Ｅ３１２．Ｅｚ２２．Ｅ３３２．Ｅ３４２１　Ｅ３５・
・・繰り返し動作第３周期日 Ｅ４１３．Ｅ４２３．　Ｅ４３３，２４ｍ３１　ＥＡＳ
・・・繰り返し動作第４周期日 ・　・　・　・　・（１１ 以上のようにしてメモリ８４に各Ｅλｉが記憶されたら
、まず切り換え信号１３１−４によってスイッチＳＷＩ
およびスイッチＳＷ２は読み出し制御回路８日に接続し
、スイッチＳＷ３は制御用計算機１３に接続する。そし
てまず、読み出し回路起動１３１−３によって読み出し
制御回路８８を起動し、そこから出力されるＲＨＡＤ制
御信号８８２によってメモリ８４をＲＩＥＡＤ状態とす
る。そして。

アドレスデータ８８１をメモリ８４に与え先頭アドレス
から順に５番地おきに各Ｅλ）を読み出してゆく。すな
わち、上記（１）式において各列毎に左か１　ら順に読
み出してゆく。すなわち読み出し順は。

ＥＩＩＯＩ　Ｅ２１１．Ｅ３１２．Ｅ４１３１’　　　
Ｅ１２Ｑ、Ｅ２２１．Ｅ３２２、Ｅａ２ｚｌＥ１３０．
　　　Ｅ２３１．　　　Ｅ３３２．　　２４３　　コ　
　１２　　Ｅ＋ｉｏ、Ｅ２４１．Ｅ３４２．Ｅ４４３１
Ｅ１５　０　、　　　Ｅ２５１．　　　Ｅ３５２．　　
　Ｅａｓａｌ　　の３　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は上記２０データで
被検ＩＣａ上の特定部分のちょうど１繰り返し動作周期
分の電圧波形を示している。従って上記各Ｅ　ｊｌを制
御用計算機１３に取り込み１表示装置１４によって波形
表示を行うことができる。このことは、上記各Ｂｉｔの
出力順が第４図（ｂｌの１繰り返し動作周期毎に繰り返
される電圧波形上で、Δｔずつずれたものとなっている
ことから明らかである。

上記のように第４図のように１繰り返し動作周期が５ク
ロツクで、測定時間精度Δｔを１クロツク周期の４倍精
度とすれば２本発明の場合、４繰り返し動作周期の測定
時間で特定部分の１繰り返し動作周期分の電圧波形を得
ることができる。これは第１図で示した従来のものが同
じ測定を行うのに２０繰り返し動作周期かかったのに比
べて１１５の測定時間となっている。以上のことから。

１繰り返し動作周期がＮクロックで、測定時間精度Δｔ
を１クロツク周期のｍ倍精度（Δ１．＝１Ｃ／　ｍ　）
とすれば本発明の場合９ｍ繰り返し動作周期の測定時間
で特定部分の１繰り返し動作周期分の電圧波形を得られ
ることになり、これは従来のものがｍ　Ｘ　Ｎ繰り返し
動作周期必要だったのに比べて、１／Ｎの測定時間でよ
いことになる。なお。

この場合は、第４図の場合と同様にメモリ８４からはＮ
番地おきに各Ｅλｊを読み出してゆけばよいことは明ら
かである。さらに本発明の場合、遅延回路１０において
ＥＢパルス４　（またはストローブ１０１）（第２図）
の位相制御をすべき範囲は。

各ＩＣクロック７２（第４図（ａ））に対して０〜（ｍ
−１）Δｔ　（第４図の場合と、０〜３Δｔ）の狭い範
囲でよいので、従来のものに比べて高精度の位相制御が
可能である。

次に第４図を用いて像モードの電圧測定の場合について
説明する。像モードの場合は第４図（ｅ）に示すように
すべてのＥＢパルス４（またはストローブ１０１）（第
２図）の位相を各ＩＣクロック７２（第４図（ａ））に
対して、Δｔというように固定する。これは第２図の位
相指定信号１３３をΔｔに固定すればよい。そして、波
形モードの場合と全く同様にして２次電子信号データ８
１１を得て、メモリ８４に記憶させる。ただしこの場合
、、１１各繰り返し動作周期毎に電子ビーム鏡筒１内の
偏向器（特には図示せず）を制御用計算機１３によって
制御し、ＥＢパルス４を被検ＩＯ３上で走査する。従っ
て画像が１００　Ｘ　１００点の画素から成る場合、１
００ｘ　１００−１００００回の繰り返し動作周期分測
定を行う。以上の測定によって、メモリ８４上には各Ｅ
λｊは次のように記憶される。

Ｅｌｌｌｌ　　Ｂ１２１．　　Ｂ１３１．　　Ｅ＋ａ＋
＋　　ＩＥ＋ａ＋・・・・繰り返し動作第１周期日 Ｂ２１　＋、Ｅ２２１．Ｅ２３１．Ｅ２４１１　Ｂ２５
１・・・・繰り返し動作第２周期日 Ｅｑｑｑｑｎ　　　−Ｅｑｑ９ｑｚｔ　　、　　Ｅｑｑ
ｑｑｉｔ　　、　　Ｅ４９ｆｔ４１．　　Ｅｑｑりｐｆ
／・　・　・繰り返し動作第デテ２テ周期日Ｆ４ｏｏｏ
ａｔｔ　　　＋　　　Ｅｔｏｏｏ６ｚ７　　＋　　　Ｅ
ｌＯＤｅｐρｊ／　Ｉ　　Ｅ　１ｅａｅ〜ハ　　ＥＩＤ
Ｏｏｔｓｔｌ・・・繰り返し動作第１ｏｏｏｏ周期目・
・・・・（２） 以上の記憶内容を波形モードの場合と全く同様にして、
５＠地おきに各Ｆｙｉを読み出してゆく。すなわち、上
記（２）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１Ｅｌ１１．Ｂ２１１１・・・＋　　Ｅ９９
９ｑＨ＊　Ｊｏｏｏｏｌｌｌ　Ｅ　Ｉ　２１．　Ｅ　２
２　ＩＩ・・伊＊　Ｅ９９９ｆｘｌ＊　　Ｅｔｔｐａｏ
ｏ２．ＩＪＥ＋　ｓ　＋、　Ｂ２３　ｌｌＴ１′＋　　
ＥｔＨｔｑａｔ　　ｒ　　Ｅｔａａｏｏｕ　　ｌＥ＋　
　４１ｔ　　２２４１゜０００ｒ　　Ｅｑｑｑｑ４ｔ＋
　　Ｅｔｏａａｔｐｗ　　ｌ］Ｅ＋ｓ＋、Ｂ２　ａ＋　
。

・・’　＋　　ＥｆｌｉｆｌＪｒｌ　、　　ＥｌＯａｔ
ｔｏ！；／　　ｌ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１００
００データは繰り返し動作周期の１クロツク目からΔｔ
だけずれたタイミングにおける被検ＩＯ３上の１００Ｘ
　１００個の画素からなる電圧分布像を示しており１次
の１００００データ、３番目２４番目、５＠目の１０（
１００データ毎にそれぞれ繰り返し動作周期の２クロツ
ク目。

３クロック目、４クロック目、５クロツクロからΔｔだ
けずれたタイミングにおける被検ＩＯ３上の電圧分布像
を示している。上記の５枚の電圧分布像の取得に必要な
時間は１００００繰り返し動作周期であり、従来の方法
で必要な繰り返し動作周期数の１１５となっている。こ
のように本発明では１回の測定で複数枚の電圧分布像が
得られることがわかる。以上のように１繰り返し周期が
Ｎクロックから成り、１枚の画像がＬＸＬ個の画素で構
成されている場合、従来の方法でＬＸＬ回の繰り返し動
作周期で１枚の電圧分布像しか得られなかったのに対し
２本発明によればＮ枚の電圧分布像（クロックからの時
間差は等しい）が同時に得られる。なお、この場合も、
波形モードの場合と同様にメモリ８４からはＮ番地おき
に各Ｅ４′を読み出してゆけばよい。また、この場合の
位相制御も波形モードの場合と同様の狭い範囲でよいの
で。

高精度な制御が可能である。

以上が本発明によるストロボ電子ビーム装置の基本的な
動作であるが、第２図において被検ＩＣ３とドライブす
るためのＩＣクロック７２が数十Ｍ　Ｉｌｚというよう
に高い周波数になった場合、そのような高い周波数では
ＥＢパルス４を連続的に照射できないことがある。その
場合は、ＩＣクロック７２を分周器９によって分周して
用いる。例えばクロック周期ｔｃが１０ＭＩＩｚで分周
率を２とする。この場合１分周率指定倍号１３２によっ
て分周率２を分周器９に与える。従って分周器９の出１
　　　　　　力である分周ＩＣクロック９１はＩＣクロ
ック７２を１クロツクおきにとっていったものとなり。

ＥＢパルス４の周波数は５ＭＩＩｚとなる。この場合。

ＥＢパルス４の位相はＩＣクロック７２の１クロツクず
つではなくＩＣクロック７２を１クロツクずつとばした
ものを基準として決定するので１位相の制御範囲は分周
率１のときの２倍となり、測定すべき繰り返し動作周期
数は２倍必要なるが。

それでも従来のものより短い測定時間でよい。例えば、
ｌ繰り返し動作周期をＮクロックとし、δＩ１１定時間
精度Δｔはクロック周期ｔｃのｍ倍精度としくΔｔ＝ｔ
ｃ／ｍ）、分周率をｄ（ＮＡ（ｄで割り切れるようにｄ
を選ぶのがよい）とすると、波形モードの場合１繰り返
し動作周期分の電圧波形を得るためには、ｍＸｄ繰り返
し動作周期の測定時間が必要となる。しかし、一般にク
ロック周期が高くなれば測定すべき時間精度Δｔはその
クロツタ周期に従って高くする必要はそれほどないので
、全体的な測定時間はそれほど長くならずにすむ。例え
ば、クロック周期ｔｃが２倍になったと６．オニｄや。

。５．ユ、□えアオイ　　　（ｍの値はｔｃに従って〃
倍になるので、ｍＸｄの値はもとの場合と変わらず、測
定時間は増えずにすむ。以上のことは像モードの場合に
も全く同様である。おな、２次電子信号処理回路８にお
ける各処理（メモリ８４からのデータの取り出し方など
）は分周率１の場合と全く同じである。

次に加算回路８３およびカウンタ８７（第３図）の動作
について説明を行う。一般に検出器６　（第２図）によ
って得られる２次電子信号６１はＳＮ比が悪い。従って
ＥＢパルス４を全く同じ位相で数周期分照射し、その加
算平均をとることによってＳＮ比を改善することがある
。その場合９例えば第４図Ｆｄｌの波形モードの場合、
繰り返し動作第１周期分のＥＢパルス４の照射タイミン
グを数周期分繰り返し、それぞれを加算回路８３におい
て加算してゆく。いま、それを例えば２繰り返し動作周
期分加算するとする。その場合２加算回数指定１３１−
２によってカウンタ８７に加算回数２をセットする。そ
してまず、第４図（ｄｌの始めの繰り返し動作第１周期
分をメモリ８４に記憶させる。

すなわち次のように記憶される。

Ｅ＋　　ｔｏ、　　Ｅ１２０．　　Ｅ１３０”’、Ｅ１
４［１，Ｅ１５Ｑ・　・　・　・　・（３） 次に繰り返し動作第１周期分も全く同じタイミングでＥ
Ｂパルス４を照射する。それは、カウンタ８７からの加
算処理終了信号８７１が制御用計算ｔＪ３ｉ１３へ出力
されないため１位相指定倍号１３３（第２図）の値が変
化しないことによって実現される。これによって、まず
加算・ｒｌＥＡＤ／　ＷＲＩＴＥ制御回路８５からのＲ
ＥＡＤ／　Ｗｌ？　ＩｔＥ制御信号８５１によってメモ
リ８４にＩ？ＥＡＤ命令を与え、上記（３）式の内容を
順に読み出す。このときのメモリアドレス制御回路８６
におけるアドレス指定は上記（３）式の５発目のアドレ
ス指定の次にストローブ１０１によって再び１発目のア
ドレスにもどるようにする。

ことによって実現される。そしてこれら読み出しされた
各Ｅ　４と新たに入力したＥ＋＋ｏ”。

Ｅ１２０’、　　Ｅ１３０’、　　Ｅ＋ａｏ　　′、　
　Ｅ１５０’とをそれぞれ加算回路８３で加算制御信号
８５２に従って加算し、再びＲＥＡＤ／ＷＲＩＴＥ制御
信号８５１によってメモリ８４にＷＩ？ＩＴＥ命令を与
え。

同じアドレスに記憶させる。すなわち９次のようになる
。（ＥｌＩＯ＋ＥｌｌＧ’）、　　（Ｅ１２０＋Ｅ１２
（１”）Ｉ　　ＣＥ１３０＋Ｅ１３０’）。

（Ｅ１４０＋Ｅ＋４０′）ｌ　　（Ｅｌａｏ＋Ｅ＋ｉ。

・　・　・　・　・　・　・　・　・　・　・（４）こ
のようにデータが加算されたら、カウンタ８７から加算
処理終了信号８７１が出力されるため、メモリアドレス
制御回路８６によって指定されるアドレスデータ８６１
は次の５デ一タ分で進む。

そして、制御用計算機１３は加算処理終了信号８７１を
認識したことによって位相指定信号１３３をΔｔにセッ
トし、第４図（ｄｌの繰り返し動作第３゜第４周期日に
対して全く同様に２周期分の加算を行う。以上を第４図
（ｄｌの繰り返し動作第８周期日が終了するまで繰り返
す。従ってこの場合、全体の測定時間はくもとの繰り返
し動作周期分）×（加算回数）となる。以上の処理を終
了したら。

１　　　　　それらのデータを加算回数１の場合と全く
同様にして制御用計算機１３に読み出し、各データを（
加算回数）で割り平均をとった後に表示装置１４に表示
する。以上の動作は像モードの場合もまったく同様であ
る。以上のような処理を行うことによって、ＳＮ比の良
い電圧測定を行うことが可能となる。

（７）発明の効果 本発明によれば、ＩＣの各動作クロックまたはそのクロ
ックを分周したものをＥＢパルスの照射タイミング設定
のための信号とし、それによっ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、１繰り返し動作
周期で複数の電圧状態を測定することが可能となり、全
体の測定時間を大幅に短縮することが可能となる。

また各動作クロックをもとにＥＢパルスの位相を制御す
るため１位相制御範囲を狭くすることができ、それによ
って従来に比べて高精度の位相制御が可能となる。

Ｊ″’ｆｅｅ、　２　ｖｏ’ＡＭ１“°”ｃｏｙ″’１
ＭＬ’ｌ：Ｊ’１）ｔＪ］”゛　　　！長くなればなる
程顕著になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のストロボ電子ビーム装置の説明図、第２
図は本発明によるストロボ電子ビーム装置の全体的な措
成図、第３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４図は本発明によるストロボ電子
ビーム装置の説明図である。 １・・・電子ビーム鏡筒、°　　　２・・・試料室、　
　　　３・・・被検ＩＣ，４・・・ＥＢパルス、　　　
　５・・・２次電子、　　　　６・・・検出器、　　　
　７・・・ＩＣドライバ。 ８・・・２次電子信号処理回路、　　　　９・・・分周
器、　　　　１０・・・遅延回路、　　　　　１１・・
・ＥＢパルスゲートドライバ、　　　　１２・・・ＥＢ
パルスゲート、　　　　１３・・・制御用計算機、　　
　　１４・・・表示装置。 ６１・・・２次電子信号、　　　　７１・・・繰り返し
動作周期信号、　　　　７２・・・ＩＣクロック、　　
　　８１・・・ＡＤ変換器、　　　　８１１・・・２次
電子信号データ、　　　　８２・・・遅延回路、　　　
　８２１・・・サンプルタイミング信号、　　　　８３
・・・加算回路、　　　　８３１・・・加算データ、　
　　　８４・・・メモリ。 ８４１・・・出力データ、　　　　８５・・・加算・Ｒ
ＥＡＤ／　ＷＲＩＴＥ制御回路、　　　　８５１・・・
ＲＥＡＤ／切ＲＩＴＥ制御信号、　　　　８５２・・・
加算制御信号、　　　　８６・・・メモリアドレス制御
回路、　　　　８６１・・・アドレスデータ。 ８７・・・カウンタ、　　　　８７１・・・加算終了信
号、　　　　８８・・・読み出し制御回路。 ８８１・・・アドレスデータ、　　　　８８２・・・Ｒ
ＥＡＤ制御信号、　　　９１・・・分周ＩＣクロック、
　　　　１０１・・・ストローブ。 １３１・・・２次電子信号処理回路制御信号。 １３１−１・・・遅延時間指定信号、　　　１３１−２
・・・加算回数指定信号、　　　　　１３１−３・・・
読み出し回路起動信号、　　　　　１３１−４・・・切
り換え信号、　　　　１３２・・・分周率指定信号、　
　　　１３３・・・位相指定信号。 １３４・・・ＥＢパルスゲートドライバ制御信号。 ＳＷＩ、ＳＷ２．ＳＷ３　・・　・スイッチ。 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＩＣドライバから出力されるＩＣクロックに同期
   して動作するＩＣ表面上にパルス状の電子ビームを照射
   し、それにより得られる２次電子信号を用いて該ＩＣの
   各測定点の電圧を測定する測定手段を有するストロボ電
   子ビーム装置において、前記ＩＣクロックを基準として
   前記電子ビームの照射タイミングを制御する照射タイミ
   ング制御手段と、該照射タイミング制御手段の出力をも
   とに前記電子ビームを前記ＩＣの各繰り返し動作周期毎
   に複数個照射する照射手段と、該照射手段によって前記
   電子ビームを前記ＩＣ表面上に照射することによって得
   られる２次電子信号データを、前記クロックに対応した
   タイミングで記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶さ
   れた２次電子信号データをもとに前記ＩＣの各測定点の
   電圧波形、または、該各測定点の電圧分布像を取得する
   取得手段を有することを特徴とするストロボ電子ビーム
   装置。
2. （２）前記照射タイミング制御手段は前記ＩＣクロック
   を分周した信号を基準として前記電子ビームの照射タイ
   ミングを制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のストロボ電子ビーム装置。
3. （３）前記ストロボ電子ビーム装置は、前記２次電子信
   号データを前記ＩＣの複数の繰り返し動作周期にわたっ
   て加算平均する加算平均手段を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のストロボ電子ビーム装置。