JPS62174937A - ストロボ方式の電位測定装置 - Google Patents

ストロボ方式の電位測定装置

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JPS62174937A
JPS62174937A JP61015631A JP1563186A JPS62174937A JP S62174937 A JPS62174937 A JP S62174937A JP 61015631 A JP61015631 A JP 61015631A JP 1563186 A JP1563186 A JP 1563186A JP S62174937 A JPS62174937 A JP S62174937A
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JP
Japan
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wave form
potential
delay
sample
phase
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Pending
Application number
JP61015631A
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English (en)
Inventor
Hideo Todokoro
秀男 戸所
Osamu Yamada
理 山田
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302Contactless testing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子ビームによる電位測定装置に係わり、特
に走査形電子顕微鏡などの粒子線を用いiに て、試料上の微細箇所あるいは微小処料の電位の時間変
化(電位波形)を測定するストロボ方式の電位測定装置
に関する。
〔従来の技術〕
第2図は、電子ビームをパルス化し、電圧波形を測定す
るストロボ走査形電子顕微鏡の基本構成図である。電子
銃1から射出された電子ビーム2を電子レンズ6を用い
て検鏡試料10上に焦点を結ばせ、かつ走査コイルまた
は偏向板8でテレビジョンの撮像管と同じ要領で走査す
る。
電子ビームは固体に衝撃すると反射電子または二次電子
を放出する。これを検出器9で検知し、その像をデスプ
レイ装置7上に表示する。これが走査形電子顕微鏡の原
理である。
ところが、この走査形電子顕微鏡で高速に変化する試料
を観察すると走査コイル8により電子ビームの走査速度
が試料の変化速度に追従できず、全変化が重複して表示
されてしまう。そこで、試料変化を与えている駆動装置
11と同期したパルス回路12によりビームのチョッピ
ングを行うパルスゲート(偏向板3とアパチャー4との
組合せ)を付加する。このような構成にすると、試料上
を走査する電子ビーム、試料変化のある一定の位相吋き
、3.)カヤ射す、よう、。制御、、r!s、おλや射
の瞬間の試料状態のみを検知できる。第3図はこれを説
明する図である。(A)のたて軸は、試料の状態の変化
を示したもので、ここでは物点がAとCとの間で移動す
るものとした。電子ビームを照射する位相(タイミング
)をaの時点にすると。
ディスプレイ装置17には(B)の(a)のように。
bの時点にすると(b)のように、Cの時点にすると(
c)のように状態を分離して観察できる。
どの位相でfJR察するかは、第2図に示した位相調整
器5で行う、−・般にはこの位相調整器5は遅延線の組
合せで構成されている。
このストロボ走査形電子顕微鏡の主な応用は。
LSI内で高速変化する電圧の観察である。この場合に
は、検出器9と試料10の間の二次電子のエネルギーア
ナライザを付加する(特公昭47−51024号参照)
第4図の(a)にこの原理を示す。検鏡試料ビーム2の
照射により試料10から放出された二次電子14のエネ
ルギーを区別するための電位障壁を形成する。第4図の
(b)はこの電位障壁の動作を説明する図である。制御
電極13が配置されていない場合には、すべての二次電
子が検出器9で検出される。零電位の検鏡試料10から
放出される二次電子のエネルギー分布は第4図の(b)
のAで示すような分布をしている。試料10の電位が一
5vであるとその分布はBのよう1こなる。
制御電極13を設け、これに−5vを印加すると検出さ
れる二次電子は5eV以上のものに制限されるので、検
鏡試料10の電位によって、二次電子の検出量に変化が
生ずる。このように検出量が試料電位に関係するので、
逆に検出二次電子量から試料10の電位を知ることがで
きる。
しかし、上記の制御極1;うを配置したのみによる電位
測定では、試料10の電位と検出される二次電子量との
関係は直線的でなく、電位の定量的な測定は難しい。
ち そこで、これに直線性をも呼せるため、検出二次電子量
を常に一定に保つように制御電極の電位を回路的に調整
するフィードバック法を用いる(参照:アイ・トリプル
・イーノジャーナル・オブ・ソリッド・ステート・サー
キット(IEIEE 。
Journal of 5olid 5tate C1
rcuits)VoLSC−13。
Nα3 、1978)。
第5図は、このフィードバック法を説明するブロック図
である。検出器9の出力を基準電圧15と比較し、その
差を増幅器14で増幅し、その出力を制御電極13に与
する。二次電子検出量が増加すると、制御電極13の電
位が低下し、検出量の増加を抑するように構成されてい
るので、検鏡試料10の電位がどのように変化しても二
次電子検出量は一定に保たれる。このとき、試料電位の
変化量と制御電極13の変化量は一対一になるので、未
知の試料の電位変化を定量的に知ることができる。
前述した定量的な電位測定を行いながら、位相調整器5
の位相を0−360度変化させると、位相に対応して、
電位波形が得られる。以上、詳述した方法で電位波形の
測定が可能となる。
このストロボ走査波形電子顕微鏡の主な応用は、LSI
内の電位波の測定であるが、LSIは多くの場合、半導
体回路を汚れや湿気から防ぐために、パッシベーション
と呼ばれる絶縁膜が被覆されている。この場合、バツシ
ベション膜は電子ビームとLSI内の金属電極との間に
介在するので、等価的にコンデンサとして作用する。こ
のコンデンサの介在は、定常的な電圧(例えば直流電圧
)の測定ができないことを意味する。そこで、前述した
緩やかに位相を調整する方式では、電位波形が得られな
くなる。この様子を図をもって、以下に説明する。パッ
シベーションが作るコンデンサ作用と、得られる信号と
の関係をモデルにすると第6図にようになる。電子ビー
ムを照射した場所18とLSIの配、t119との間で
作られる静電容量20を通して交流電圧21の電流17
が抵抗16を流れる。抵抗16は等価的な検出抵抗であ
る。
このモデル内での伴流電圧21の振幅LSI内の電圧と
等しいが、周波数は、LSI内の実際の周波数でなく、
位相(360度)変える周期である。
位相を固定している場合には、直流となる。この等価回
路から分かるように、位相を変する周期をできるかぎり
速くすれば、原波形(LSI内の測定したい波形)を測
定できるようになる。
そこで本発明者らは、一般に行われている全位相(36
0度)を10−40秒で走査する方式を改良し、全位相
を1010−4Oで走査しこの測定値を複数回重ね合わ
せる方法を行ってきた(参照ニスキャンニング・エレク
トロン・マイクロスコビイ(Scanning Ele
ctron Microscopy) 、 1983゜
Vol、2,561−568)。
しかし、上記方法でも、パシベーション膜が厚<、LS
Iの配線が細くなると原波形に近に波形を再現するのが
困難になる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、前述の問題を解決し、原波形に近い波
形を再現し、かつ詳細な波形を測定し得るストロボ方式
の電位測定装置を提供するものである。
〔問題を解決するための手段〕
上記問題を解決するために、本発明においては、試料内
の周期電圧とパルス状荷電ビームとの間の位置を、第1
の値から第2の値まで増加したのちに、第2の値から第
1の値まで、減少するようよ少なくとも一回走査し、得
られた信号を平均処理するように構成したことを特徴と
する。第7図を用いてそれを説明する。(A)は原波形
で、矩形波とする。これを従来通りOから360度へ走
査すると(B)に示すような波形になる。ところが。
位相が逆に360度からOに走査すると、(C)に示す
ように逆に微分した波形になる。本発明はここに着目し
たものである。
〔作用〕
そこで、(B)と(C)との和をとり、これを2で割る
と(D)に示すような波形が得られる。
これが本発明の原理である。
第1図は位相走査の差を従来法と比較して示したもので
ある。(A)が従来法、(B)が本発明である。従来法
では0から位相を増加させ360度になると、すぐに0
に戻し、これを繰返して加算し、平均値を出力するよう
にしていた0本発明では、0に戻さずに逆に順次減少さ
せる。すなわち、従来が鋸歯状波の位相走査であったの
に対し。
本発明では三角波の位相走査を行う。以上の説明には零
から360度に位相を走査すぎ説明をしたが、一部分の
位走査でも同様に効果は得られる。
また本発明の他の利点はフィードバック回路の周波数帯
域を狭くできることである。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図と共に説明する。
第8図は本発明の一実施例である。この実施例の検鏡試
料10はLSIで、駆動電源11で駆動される。該駆動
電源11からのトリガー出力信号は制御計算機17で制
御される位相調!器5で遅延(位相調′9Ii)をうけ
、電子ビームをパルス化するパルス発振器12に入力さ
れる。検鏡試料10内の電子ビーム照射箇所から発生し
た二次電子は。
制御グリッド13を介して検知器9で検出される。
制御グリッド13は増幅器14、基準電圧15でフィー
ドバック制御されている。測定出力である制御グリッド
13の電位はA/D変換回路16を介して制御計算機1
7に入力する。本実施例で用いられている位相調整器、
第9図のような構成になっている。駆動電源11からト
リガー出力信号はバッファアンプ18に入力される。バ
ッファアンプの後方には3列のマルチプレクサ−19゜
20.21があり、マルチプレクサ−と出力間にもバッ
ファアンプ22,23.24が設けられている。マルチ
プレクサ−19,20,21は4ビツトで制御計算機の
パスライン25を介して制御される6初段のマルチプレ
クサ−1,9’V’0 、 i n sの遅延線26を
15本、中段のマルチプレクサ−20で1.6ns  
の遅延線27を15本、終段のマルチプレクサ−21−
で25.6 n t、の遅延線を15本備え、これを組
合せても総量で409.5n sの遅延を作る。
周期102.4nsの波形を?1lll定する例で説明
する。まず、0.insのきざみて最大102.3ns
の遅延を与する。例えば、Onsの遅延でA / D変
換回路16のゲートを開け、データを取り込み、つぎに
0.1 n s  の遅延で同様にデータを取り込む。
このようにして102.3ns  の遅延まで行う。つ
ぎに102.3 n sから0.1r+sのきざみで順
次、遅延量を減少させOnsまで行う。これを例えば、
2048回行い、平均し、一つの波形を得る。一回のデ
ータ取り込みは10Psとすると、この波形測定は、4
0秒で終了する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、パシベーション
膜を被ったLSIで生じていた波形歪みの問題を解決す
ることができ、LSI開発に与える効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の位相走査と本発明の位相走査を比較した
図、第2図はストロボ走査形電子顕微鏡の構成を示す図
、第3図はストロボ法の原理を示す図、第4図は電子ビ
ームによる電位測定を説明する図、第5図は電位の定量
測定を説明する図。 第6図はパッシベーション膜を被ったLSIFIIII
定した場合の等価回路を示す図、第7図はパッシベーシ
ョン膜を被ったLSI測定する本発明の説明図、第8図
は本発明の一実施例を示す図、第9図は本実施例で用い
た位相調整器の構成図である。 5・・・位相調整器、9・・・検出器、10・・・試料
、1,1・・・駆動電源、13・・・制御グリッド、1
′6・・・A/D変換回路、17・・・制御計算器、1
8,19,20゜21・・・バッファアンプ、19,2
0,21・・・マルチプレクサ−126・・・遅延線。          −〒 1 図 時向− 吟向一 藁 4 図 qり 電″!rn数 、−晴唱 \; 不 5 l て z z 冨 7 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、試料内の周期電圧に同期したパルス状の荷電ビーム
    を用い、該試料内の周期電圧と該パルス状荷電ビームと
    の間の位相を順次変化させることにより、該パルス状荷
    電ビームを照射した箇所の周期電圧の波形を測定するス
    トロボ方式の電位測定装置において、一回の位相の走査
    が第1の値から第2の値まで増加したのちに、第2の値
    から第1の値まで減少する一往復で構成され、この走査
    を少なくとも一回行つた後、平均処理し、一つの測定結
    果を作り出すごとく構成したことを特徴とするストロボ
    方式の電位測定装置。
JP61015631A 1986-01-29 1986-01-29 ストロボ方式の電位測定装置 Pending JPS62174937A (ja)

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JP61015631A JPS62174937A (ja) 1986-01-29 1986-01-29 ストロボ方式の電位測定装置
US07/008,253 US4774460A (en) 1986-01-29 1987-01-29 Stroboscopic type potential measurement device

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US4774460A (en) 1988-09-27

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