JPS62219447A - 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】 〔概　　　要〕 本発明は、電子ビームパルスの位相走査を複数回繰返し
て得られる被検集積回路の所定照射点の電圧測定値デー
タ列に対して、各回毎のデータ列間の位相の相関が最大
となるように位相をシフトさせて加算平均処理を行う手
段を有し、それにより電子ビームパルスの照射位相制御
回路または被検集積回路の駆動回路等のドリフトの影響
による観測電圧波形の時間分解能の低下を防ぐことがで
きるストロボ電子ビーム装置である。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、時間分解能の高い電圧測定値データ列を得る
ことのできるストロボ電子ビーム装置に関する。

〔従　来　技　術〕

ＩＣ，ＬＳＩなどの内部動作を解析するためにストロボ
電子ビーム装置が注目されている。ストロボ電子ビーム
装置は繰り返し周期動作をする集積回路の特定位置に対
して、その動作クロックに同期して可変のディレィをか
けて様々な位相の電子ビームパルスを照射し、得られる
２次電子信号より各照射位相における上記特定位置の電
圧測定を行うものである。従って、該照射位相を電圧変
化に対して非常に細かく変化させて電圧測定を行うこと
により、高速に動作する集積回路の各位置の電圧変化を
高い時間分解能で正確に観測することができる。

そして、上記動作を可能にするために、電子ビームパル
スの照射位相を細かく変化させる制御回路が実現されて
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来方式においては、まず１回の位相走査によって
第５図（ａ）に示すように時間的に変化する所定位置の
試料電圧波形に対して、φ０．・・・φ６．・・・φ、
というように各位相で電子ビームを照射して各電圧測定
値データ列を得る。そして、１回の測定ではノイズの影
響を受けやすいため、上記位相走査を複数回（例えば１
０００回）繰返し、各位相毎に加算平均処理を行うこと
によりＳ／Ｎを上げている。

しかし、上記方式において各位相を高精度で細かく変化
させようとしても、位相制御回路がドリフト等の影響を
受けることにより、回を追う毎に電子ビームの照射位相
がある方向にゆらぐという現象が現れる（第５図（ＩＩ
）の５１）。これは、集積回路の駆動回路系についても
同様であり、試料電圧波形そのもののＥＢパルスに対す
る位相かゆらぐ場合もある。このような状態で、各回の
位相走査で得られた電圧測定値データ列に対して各位相
毎に加算平均処理を行うと、位相のゆらぎにより電圧測
定値の時間分解能が低下し、第５図山）に示すように測
定波形が試料電圧波形に対してなまってしまうという問
題点を有していた。

本発明は上記問題点を除（ために、各回の位相走査毎の
電圧測定値データ列間の相関が最大となるように位相を
シフトさせて加算平均処理を行うことにより、高時間分
解能の観測電圧波形を得ることができるストロボ電子装
置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を除くために、各位相走査毎に得ら
れる電圧測定値データ列（｛Ｓｉ｝）と所定回目（例え
ば１回目）の位相走査によって得られる電圧測定値デー
タ列（（Ｗ＋））との相関関数値（Ｒβ）を演算しその
最大値（Ｒｎ、）に対応する位相ずれ量（ｎ）を算出す
る位相ずれ量演算手段（１４１）と、前記電圧測定値デ
ータ列（（５ｚ））の各位相を前記位相ずれ量（ｎ）だ
けずらしたデータ列（（Ｓ、＋、、））を各位相毎に対
応するアドレスに加算し記憶する電圧測定値データ列加
算記憶手段（１４３）とを有する。

〔作　　　用〕

上記手段において、各位相走査毎に得られた電圧測定値
データ列（（Ｓ＋））は、位相ずれ量演算手段（１４１
）において例えば第１回目の位相走査による電圧測定値
データ列（（Ｗ＋））との相関が最大になるように位相
ずれ量（。）が決定され、該位相ずれ量（。）だけずら
したデータ列（（Ｓ；＋ｒＬ）　）として電圧測定値デ
ータ列加算記憶手段（１４３）に足し込まれてゆく。こ
れにより、各位相走査毎に位相のゆらぎが発生しても、
そのゆらぎに対応する位相ずれ量（ｎ）を検出してデー
タをシフトしてから加算平均処理を行うため、時間分解
能の低下を防ぐことができる。

〔実　　施　　例〕 以下、本発明の実施例につき詳細に説明を行う。

（ストロボ電子ビーム装置の構成と動作（第２図））第
２図は、本発明によるストロボ電子ビーム装置の構成図
である。電子ビーム鏡筒１内には、副偏向器２、主偏向
器３、エネルギ分析器４、試料ＩＣ５，２次電子検出器
６などが構成される。なお、電子銃、偏向レンズなどは
図示しであるが本発明とは直接関係しないため説明は省
略する。まず、試料ＩＣ５はＩＣドライバ７からのＩＣ
駆動電圧信号７１によって駆動される。一方、これに同
期してクロック７２がディレィユニット９へ出力される
。ディレィユニット９は演算記憶回路１４からのディレ
ィユニット制御データ１４０２に従って前記クロック７
２に対して可変ディレィをかけ、副偏向器ドライバ１１
を介した副偏向器２、及び固定ディレィ１０、主偏向器
ドライバ１２を介した主偏向器３により、電子ビームパ
ルスを位相走査して試料ＩＣ５上の特定点に照射する。

これにより照射点から放出された２次電子は、電圧測定
回路８からのエネルギ分析器制御信号８１に従ってエネ
ルギ分析器４でエネルギ分析され、２次電子検出器６で
２次電子信号６１として検出された後、電圧測定回路８
に入力して電圧測定され波形データ列８２に変換される
。この時の電圧測定動作は、演算記憶回路１４からの電
圧測定回路制御データ１４０３によって制御され、また
２次電子信号６１のサンプリングのタイミングは固定デ
ィレィ１０からのストローブ１０１によって制御される
。

次に電圧測定回路８からの波形データ列８２は、演算記
憶回路１４に入力し、ここで第１回目の波形データ列と
の相関関数が演算され、その最大値に対応する位相ずれ
量だけシフトされて加算処理が行われる。上記動作を必
要回数だけ繰返した後、平均処理を行った電圧波形デー
タ１４０１を制御用計算機１５に出力する。なお、演算
記憶回路１４は制御用計算機１５からの演算記憶回路制
御データ１５１によって制御される。また、電圧波形デ
ータ１４０１は表示装置１６により任意に表示できる。

（演算記憶回路の構成（第１図）） 次に、本発明に直接関連する演算記憶回路１４の構成を
第１図に示す。まず、電圧測定回路８（第２図）からの
波形データ列８２は波形データ列記憶部１４４に一時記
憶される。そして第１回目の位相走査による波形データ
列（Ｗｌ）は、第１図波形データ列記憶部１４５に記憶
されると共に、波形データ列加算記憶部１４３に初期値
としてセットされる。次に、第２回目以降の位相走査に
よる波形データ列（Ｓｌ）と、第１図波形データ列記憶
部１４５からの第１図波形データ列（Ｗｌ）は位相ずれ
量演算部１４１に入力し、ここで上記１つのデータ列の
相関関数値が演算され、その最大値に対応する位相ずれ
量。が波形データ列シフト部１４２に出力される。波形
データ列シフト部１４２では、波形データ列記憶部１４
４からの波形データ列（Ｓ＋）の位相を位相ずれ量。

だけシフトし、データ列（Ｓｌヤ、）として波形データ
列加算記憶部１４３の各位相毎に対応するアドレスに加
算され記憶される。上記動作を複数位相走査分繰返した
後、平均処理を施された電圧波形データ１４０１が波形
データ列加算記憶部１４３から制御用計算機１５へ出力
される。この時、演算制御部１４６は制御用計算機１５
からの演算記憶回路制御データ１５１に従って、ディレ
ィユニット制御データ１４０２及び電圧測定回路制御デ
ータ１４０３をディレィユニット９及び電圧測定回路８
へ出力する。また、位相ずれ量演算部１４１波形データ
列シフト部１４２、波形データ列加算記憶部１４３、波
形データ列記憶部１４４、及び第１回波形データ列記憶
部１４５を、各制御信号１４０１〜１４０５によって制
御する。

（演算記憶回路の動作（第１図、第３図及び第４図）） 次に、上記演算記憶回路の動作につき、第３図の動作フ
ローチャート、及び第４図の動作説明図を用いて説明を
行う。

まず、制御用計算機１５からの演算記憶回路制御データ
１５１により、演算制御部１４６は第３図の動作フロー
チャートをスタートさせる（Ｔｌ）。

演算制御部１４６はこれにより位相走査回数を示す変数
１を１にセットしくＴ２）、ディレィユニット制御デー
タ１４０２によりディレィユニット［−制御し電子ビー
ムパルス（ＥＢパルス）の照射位相を走査させながら、
電圧測定回路制御データ１４０３により電圧測定回路８
を制御し電圧測定を行なわせ、第４図に示す第１回目の
位相走査に対応する波形データ列８２、即ち【５１）（
＋−１，２＋　　・・・Ｋ）を取得して波形データ列記
憶部１４４に格納する（Ｔ３）。次に、演算記憶部１４
６は第４図に示すようにに個の位相点のデータ列（Ｓｌ
）から任意のＮ個（先頭ポイントからのずれ量−ｋ）を
切り出して、第１図波形データ列携、￥−←＋＋ｔ）（
＋　＝１．２．　　・・・Ｎ）として第１回波形データ
列記憶部１４５に記憶させると共に、波形データ列加算
記憶部１４３の加算波形データ列（Ａ＋）　　（＋＝１
．２．　　・・・Ｎ）の初期値としてセントする（Ｔ３
−Ｔ４−、Ｔ５−Ｔ６−Ｔ７）。なお、これらの動作は
各制御信号１４０３．１４０４．１４０５　（第１図）
により制御する。

次に、演算記憶部１４６は前記と同様にして２回目のＥ
Ｂパルスの位相走査を行い、電圧測定を行って第４図に
示す第２回以降のに個の波形デーータ列８２、即ち（Ｓ
＋）　　（＋＝１．２．　　・・・Ｋ）を取得して波形
データ列記憶部１４４に格納する（Ｔ８−７３）。その
後、演算制御部１４６は制御信号１４０１により位相ず
れ量演算部１４１を起動し、波形データ列記憶部１４４
の波形データ列（Ｓｌ）と第１回波形データ列記憶部１
４５の第１回波形データ列（Ｖ／＋）との相関関数を演
算させる（Ｔ３→Ｔ４→Ｔ５→Ｔ９）。

次に、位相ずれ量演算部１４１では、変数ｌの値を０か
らに−Ｎまで変化させるから、第４図に示すようにに個
の波形データ列（Ｓ：）の中からＮ個のデータ列（Ｓｉ
ヤ見）　　（＋＝１．　２．　　・・・。

Ｎ）を順次切り出して、次式に示すように各位相点毎に
第１回波形データ列（Ｗｌ）と乗算をし、その和をとる
ことにより各相関関数ＲＬを順次演３ｌ−（Ｓ＋ヤｌ）
の平均値 Ｗ＝（Ｗ＋）の平均値 σ♂−（Ｓｉヤ１）の分散 σｔ＝（Ｗ、）の分散 上記演算をデータ列の端（６−に−Ｎ）まで行った後、
各相関関数Ｒ１の中から最大のものを見つける（Ｔｌｌ
−Ｔ１３）。今、対象となっている波形データ列が第１
回波形データ列に対して位相のずれがない場合には、β
＝にとした場合に２つの波形はほとんど重なるためその
時の相関関数Ｒ（が最大となる。しかし、ディレィユニ
ット９（第２図）などの電気回路系のドリフトにより、
その位相が第４図に示すようにｍポイント分ずれている
とすると、ｌｌ　＝ｉ４□とした場合に２つの波形がよ
く重なり、その時の相関関数Ｒｎ＝ＲＡ、が最大となる
。従って、相関関数が最大となる値Ｒｎに対応する位相
ずれ量。＝４＋爪を先頭値としてＮ個の波形データ列（
Ｓｉ＋口）　　（＋−１，２゜・・・、Ｎ）を切り出し
、加算を行えばドリフトなどによる位相のゆらぎを除く
ことができる。

上記のようにして位相ずれ量。が見つかったら、演算制
御部１４６は制御信号１４０２により波形データ列シフ
ト部１４２を起動し、記憶部１４４０波形デ一タ列（Ｓ
＋）　　（＋＝１．２．　　・・・。

Ｋ）から位相ずれ量。を先頭として、Ｎ（ｆｌｉｔのデ
ータ列（Ｓｔ＋乳）　（１−１，２，・・・Ｎ）を切り
出し、波形データ列加算記憶部１４３の各加算波形デー
タ列Ａ＋に加算する。即ち、 Ａ　＋　−Ａ　１　”　Ｓ　ｉヤ、Ｌ（＋＝１．２．　
　・・・Ｎ）とする（Ｔ１３−Ｔ１４→Ｔ８）。

そして、演算制御部１４６は上記加算処理を必要な回数
Ｉ　　ｍａにだけ繰返した後、波形データ列加算記憶部
１４３の各加算波形データ列の平均をＡ＋　＝Ａ＋／Ｉ
　ｍａｘ（＋　＝１．２．　・・・Ｎ）として計算しく
Ｔ４−７１５）、電圧波形データ１４０１として制御用
計算機１５へ出力させ、表水装置１６へ表示させる（Ｔ
１６）。

以上のようにして、各位相走査毎の波形データ列の加算
平均を計算する場合に位相制御回路系のドリフト等によ
って位相ずれが発生しても、その位相ずれ量を自動的に
検出し補正を行うことができるため、高時間分解能での
波形データ列の取得が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電子ビームパルスの照射位相制御回路
または被検集積回路の駆動回路等のドリフトの影響によ
って、各位相走査毎に発生する位相ずれを自動的に検出
でき、補正することが可能となるため、観測電圧波形の
時間分解能の低下を防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、演算記憶回路の構成図、 第２図は、本発明によるストロボ電子ビーム装置の構成
図、 第３図は、演算記憶回路の動作フローチャート、第４図
は、本発明の動作説明図、 第５図（ａｌ、　（ｂｌは、従来の問題点の説明図であ
る。 ５・・・試料ＩＣ。 ８・・・電圧測定回路、 ９・・・ディレィユニット、 １４・・・演算記憶回路、 ６１・・・２次電子信号、 １４１・・・位相ずれ量演算部、 １４３・・・波形データ列加算記憶部、Ｓ；・・・波形
データ列、 Ｗ、・・・第１回波形データ列。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被検集積回路（５）の繰返し周期動作に同期したクロッ
   ク（７２）に可変のディレィを行って電子ビームパルス
   を発生し前記被検集積回路（５）上に照射させるディレ
   ィ可変手段（９）と、該各照射によって得られる２次電
   子信号（６１）より照射点の電圧を測定する電圧測定手
   段（８）とを有するストロボ電子ビーム装置において、 前記電子ビームパルスの照射位相を前記ディレィ可変手
   段（９）によって順次変化させながら位相走査を行うこ
   とにより前記電圧測定手段（８）によって得られる電圧
   測定値データ列（｛Ｓｉ｝）と所定回目の位相走査によ
   り得られる電圧測定値データ列（｛Ｗｉ｝）との相関関
   数値（Ｒｌ）を演算しその最大値（Ｒｎ）に対応する位
   相ずれ量（ｎ）を算出する位相ずれ量演算手段（１４１
   ）と、 前記電圧測定値データ列（｛Ｓｉ｝）の各位相を前記位
   相ずれ量（ｎ）だけずらしたデータ列（｛Ｓ＿ｉ＿＋＿
   ｎ｝）を各位相毎に対応するアドレスに加算し記憶する
   電圧測定値データ列加算記憶手段（１４３）とを有し、 前記電圧測定値データ列（｛Ｓｉ｝）の取得動作及びそ
   れに対応する修正電圧測定値データ列（｛Ｓ＿ｉ＿＋＿
   ｎ｝）の加算・記憶動作を複数回繰返すことを特徴とす
   るストロボ電子ビーム装置。