JPS6159271A - 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 この発明は、保１１ＦＩを被ったＩＣ内部の電圧波形を
測定するための、ストロボ電子ビーム装置に関する。

（２）°技術の背景 ＶＬＳＩの発展とともに大規模な論理回路の各ゲート出
力の電圧の論理的な状態あるいは入力に対する出力の電
圧波形、あるいはアナログ回路の各節点の電圧波形を高
速かつ無接触で調べることは重要視され、最近電子ビー
ム装置を用いて電子ビームをＩＣ内部配線に投射し、放
出される２次電子ビームのエネルギー分布から内部配線
の電圧を測定する技術が注目を集めている。

しかし、ＩＣの表面を保護するために、製造工程の最後
ではＩＣ表面に保護膜をかぶせるので。

すでに保護膜を付けたＩＣを保護膜を除去せずに配線電
圧を測定する技術の確立が要請されている。

（３）従来技術とその欠点 従来は照射電子ビームのエネルギーを高くして保護膜付
■Ｃの電圧コントラストを観測していたが、ＭＯＳディ
バイスの場合ディバイスが破壊されてしまうという問題
があった。

ストロボ法を利用して低ビームエネルギー、低ビーム電
流で電圧コントラストを観測する手法も提案されている
が、ＥＢパルス照射の制御等が繁雑でハードウェア構造
が非常に複雑であるという欠点を有していた。

（４）発明の目的 本発明は電子ビーム装置に係り、特に保護膜を被ったＩ
Ｃ内部例えば、ディジタル論理回路の各ゲート出力やア
ナログ回路の各節点の時間変化に対する電圧波形、ある
いは、論理回路の各ゲート出力の状態の二次元的な電圧
像を簡便に観測するため、ＩＣ繰り返しクロックを２つ
に分岐し、一方にプリチャージタイミング用遅延、もう
一方にＥＢパルス照射タイミング用遅延を与えることに
よってプリチャージと２次電子信号取得を交互に行うス
トロボ電子ビーム装置を提供するものである。

（５）発明の構成 上記目的は１本発明によればストロボ機能を設けた電子
ビーム装置において、基準位相におけるプリチャージと
任意の測定位相における２次電子信号のサンプリングを
交互に行う手段を設けたことを特徴とする電子ビーム装
置を提供することで達成される。

（６）発明の実施例 本発明のストロボ電子ビーム装置を図面を参照して説明
する。

本発明のストロボ電子ビーム装置の構成を第１図に示す
。第１図において、電子ビーム鏡筒１内で電子銃から電
子ビーム（ＥＢ）パルスゲート３を介して投射された電
子ビームパルス５は、偏向コイル４によって適当な方向
に偏向されて試料室２内にある被検ＩＣ６内部の内部配
線の表面に当てられる。電子ビーム（ＥＢ）パルス５が
投射されると内部配線表面から２次電子７が放出される
ので、これを２次電子検出器で検出し、アナログ２次電
子信号１２１を出力する。信号処理回路１３はこのアナ
ログ２次電子信号１２１を増幅し標本化し量子化してデ
ィジタル信号に変換すると同時に制御用計算機１４にそ
のディジタルデータ１３１を転送したり制御用計算機の
制御下でＳ／Ｎ比を上げるために各標本点近傍のディジ
タル信号を加算平均するための機能も含んでいる。

前記被検ＩＣ６はＩＣドライバ８によって電源電圧や入
力電圧が供給されるとともにクロック信号も供給される
と、クロ７り信号の各クロック周期において与えられた
入力論理ある入力変化に従って各ゲートの出力が変化し
、その変化の状態あるいは定常的な論理状態がそのゲー
ト出力に接続された配線に伝搬することになる。

ＥＢパルスゲート制御回路９は被検ＩＣ６に供給される
クロック信号と同じＩＣ繰り返しクロック信号８１を前
記ＩＣドライバ８から受け、制御用計算機１４からの分
周率指定信号１４１を解読して後述す−る理由のために
そのクロック信号に対する分周クロック信号をつくると
ともにその分周クロック信号をプリチャージ用とＥＢパ
ルス照射用の２つに分岐するための回路である。そして
この回路９は、プリチャージ用信号φ０とそれよりもτ
時間だけ遅延されたＥＢパルス照射用信号φ１とのＯＲ
信号としてのドライバ駆動信号９１を出力し、これをＥ
Ｂパルスゲートドライバ１０に与えると、ＥＢパルスゲ
ートドライバ１０は制御計算機１４からの指示信号１４
２の制御の下でＥＢパルスゲート３を制御してまずプリ
チャージ用信号φ０でＥＢパルス５をプリチャージ用と
して発生し、それよりもτ時間だけ遅延されてＥＢパル
ス照射信号φｉで再びＥＩ３パルス５を発生ずることに
なる。

この時、前者のプリチャージ用信号φ０によるＥＢパル
ス５によって被検ＩＣ６の配線上の保護膜表面がプリチ
ャージされる。

それから７時間後にＥＢパルス照射信号φ１によるＥＢ
パルス５によって被検ＩＣ６の配線から放出される２次
電子７のエネルギーを検出して。

その配線の電圧の変化や各配線の二次元的な電圧状態を
観察する。偏向制御回路１１は、制御用計算機からの座
標等の制御データ１４３を受けて偏向コイル４を駆動し
て、ＥＢパルス５を被検ＩＣ６の任意の場合に投射でき
るように制御する。また１本発明の電子、ビー、ム装置
において最も重要な部分である信号処理回路１３とＥＢ
パルスゲート制御回路９との間では、信号処理回路１３
が処理中のときには制御回路９にクロック信号８１を入
力しないようにゲート信号１３２を与えて、　ＥＢパル
ス５の投射を禁止するようにし、配線の電圧波形を観察
するときには制御回路９から発生する２次電子信号取得
用のＥＢパルス照射信号φ１の位相を少しずつ移動させ
ることになるので、このφ１をストローブ信号９２とし
て２次電子信号１２１のＡＤ変換時におけるサンプリン
グ用のタイミングとして信号処理回路１３に与えている
。

このように本発明の電子ビーム装置は、保護膜を被った
ＩＣ内部の配線の電圧波形や電圧像を簡単に観測するた
めに、ＩＣ繰り返しクロック８１あるいはそれを分周し
たクロックを２つに分岐し。

一方にプリチャージタイミング用遅延、もう一方をＥＢ
パルス照射タイミング用遅延を与えることによってプリ
チャージと２次電子信号取得を交互に行うことに特徴が
ある。

次に、第１図の電子ビーム装置において最も重要である
ＥＢパルスゲート制御回路９と信号処理回路１３を詳細
に説明する。

ＥＢパルスゲート制御回路を第２図に示す。

ＥＢパルスゲート制御回路では、まず【Ｃドライバ８か
らのＩＣ周期クロ７り８１を分周回路９３によって分周
する。分周回路９３は制御用計算機１４からの分周率指
定データ１４１−１を基にＩＣ周期クロックを分周する
。分周しないとすれば９分周器の出力である分周クロッ
ク９７はＩＣ繰り返しクロック信号８１と同じ周期とな
る。この分周クロ７り９７は２つに分岐され、２つの遅
延回路９５．９４によってそれぞれ遅延され、プリチャ
ージタイミング設定用の信号φＯとＥＢパルス照射用信
号φＣとして、それぞれ９５０と９２に出力される。こ
のとき、その遅延時間はそれぞれ、遅延時間指定データ
１４１−１と１４１−３として制御用計算機１４から遅
延回路９５゜９６に与えられる。これらのプリチャージ
用信号φｏ（９５０）とそれよりもτ時間だけ遅れたＥ
Ｂパルス照射用信号φ＋（９２）はＯＲ回路９６で統合
されてＥＢパルスゲートドライバ駆動信号９１として出
力される。このＥＢパルスゲート制御回路において、も
し、クロック信号８１が分周されないとき、プリチャー
ジ用信号φ０から１時間後にＥＢパルス照射信号φＩが
出力されたとすると、φ０によるプリチャージ用ＥＢパ
ルス５とφ１による２次電子信号取得用ＥＢパルス５及
びこれらに対するアナログ２次電子信号１２１の関・係
は、第４図に示すようになる。

すなわち、プリチャージ用位相φ０を０とするとプリチ
ャージ用ＥＢパルス５はＩＣ繰り返しクロック８１とほ
ぼ同じタイミングで照射され、ＥＢパルス照射用の信号
φ１によるＥＢパルス５はそれよりもτ時間遅延されて
照射されている。この場合プリチャージ用ＥＢパルスの
照射によってアナログ２次電子信号波形Ａが発生し、そ
れから時間τ後に実際に取得すべき２次電子信号波形Ｂ
が発生することになる。

しかし、ＩＣ繰り返しクロック信号８１を分周しないま
まであると、φ０とφ１の時間差τが小さい場合には、
アナログ２次電子信号１２１の波形ＡとＢとが重なり合
ってしまうことがある。そこで第５図に示すように、Ｅ
Ｂパルスゲート制御回路９内の分周回路９３において、
ＩＣ繰り返しクロック信号８１を３分周してできる分周
クロック９７に対してプリチャージ用信号φ０を元のク
ロック８１の第１番目の周期内で発生させ、　ＥＢパル
ス照射用信号φ１をクロック信号８１の第２番目の周期
内で発生させるようにすれば、アナログ２次電子信号１
２１のプリチャージに対する信号波形Ａとディジタルデ
ータ取得用信号波形Ｂとが重なり合わないようにするこ
とができる。分周器９３でＩ（ＪＪり返しクロック信号
８１を分周することは、これ以外の目的にもいろいろと
利用できる。

次に、第３図を参照して信号処理回路１３について詳細
に説明する。信号処理回路１３ではＥＢパルス５によっ
て被検ＩＣ６から放出された２次電子７を検出する検出
器１２から出力されるアナログ２次電子信号１２１を増
幅器１３３で増幅し。

その出力をＡＤ変換器１３６に入力する。ＡＤ変換器１
３６は、増幅された゛アナログ２次電子信号を、ディジ
クル信号に変換する。このとき、アナログ信号をサンプ
リングするタイミングを指定するために、ＥＢパルスゲ
ート制御回路１３内で生成されたＥＢパルス照射用信号
φ１のストローブ信号９２を、遅延回路１３４で適当に
遅延した信号１３５がサンプリング信号としてＡＤ変換
器１３６に入力される。ＡＤ変換されたディジタル２次
電子信号は加算平均処理回路１３７に入力される。ここ
では、ＥＢパルス照射信号φ１の位相を固定したままで
ＥＢパルスを照射して得られるディジタル２次電子信号
の加算平均が計算され位相φ、Ｉに対するデータとなる
。このように加算平均すれば、信号に対するＳ／Ｎ　（
信号雑音比）が向上することになる。

この信号処理回路１３は制御用計算１ａ１４の制御下に
あり、計算機」４からスタート信号１４４−３を入力し
て信号処理を開始し、遅延回路１３４に対してストロー
ブ信号９２の遅延時間を指定するデータ（１４４−１）
や加算平均処理回路１３７に対してその加算回数を指定
するデータ（１４４−２）が与えられ、計算された加算
平均。

すなわち、被検ＩＣの配線電圧に対応するディジタルデ
ータ１３１が加算平均処理回路　１３７から制御用計算
機１４で転送され、計算機１４内で適当にディジタル処
理されて表示されることになる。

（７）発明の効果 このように１本発明はストロボ機能を設けた電子ビーム
装置において、基準位相におけるプリチャージと任意の
測定位相における２次電子信号のサンプリングを交互に
行う手段を設けることによって、保護膜付ＩＣの配線電
圧をプリチャージした後に測定でき、極めて簡単な構造
で、その電圧の時間的変化およびＩＣ表面上にある二次
元的な空間にある各部の電圧状態を精度高く観測するこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は上記
実施例のうちＥＢパルス制御回路の具体的ブロック図、
第３図は上記実施例のうち信号処理回路の具体的ブロッ
ク図、第４図及び第５図はＥＢパルスとアナログ２次電
子信号の関係を示すタイミングチャートである。 ５・・・電子ビームパルス、　　　　６・・・被検ＩＣ
，？・・・２次電子、　　　　９・・・ＥＢパルスゲー
ト制御回路、　　　　１３・・・信号処理回路、　　　
　１４・・・制御用計算機。 第１図 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ストロボ機能を設けた電子ビーム装置において、
   基準位相におけるプリチャージと任意の測定位相におけ
   る２次電子信号のサンプリングを交互に行う手段を設け
   たことを特徴とする電子ビーム装置。
2. （２）被検ＩＣに投射する電子ビームをプリチャージ用
   電子ビームと測定用電子ビームに分離し前記プリチャー
   ジ用電子ビームを被検ＩＣに投射後前記測定用電子ビー
   ムを被検ＩＣに投射する制御回路と、前記被検ＩＣへの
   電子ビーム投射後放出される２次電子ビームから得られ
   る２次電子信号を前記測定用電子ビームが被検ＩＣに投
   射されるタイミングでサンプリング処理しかつ前記制御
   回路と相互に制御しあう信号処理回路と、前記制御回路
   と前記信号処理回路を制御する制御用計算機を有するこ
   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。