JPS62282443A - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔概　　　要〕 本発明は、各指定位相における偏向電圧波形と電子ビー
ムによる電圧波形測定開始時において測定した特定位相
における偏向電圧波形の差から前記各指定位相における
実際の各電子ビームパルス照射位相を算出し、該各照射
位相で加算平均を演算することにより、電子ビームの偏
向電圧制御回路又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。

〔従来の技術〕

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Ｉ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８図（ａｌ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・・・。

φｉ・・・、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１０００回）繰り返し、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
させようとすると、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われる（第８図（ａ
ｌのＡ）。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位相がゆらぐ場合も
ある。このような状態で、各回の位相走査で得られる電
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８図（ｂｌ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くために、偏向電圧波形から実
際の電子ビームパルス照射位相を算出し該位相で加算平
均を演算することにより、高時間分解能の観測電圧波形
を得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。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために、偏向電正波形測
定手段（１３）、電子ビームパルス照射位相演算手段（
１４１）、電圧測定値データ列記憶手段（１４２）、及
び加算平均値演算手段（１４５）等を有する。

〔作　　　用〕

上記手段において、まず電子ビームパルスによる電圧波
形の観測位相範囲は複数個のブロックに分割される。そ
して、各ブロックにおいてその中の所定位相（例えば先
頭位相）の偏向電圧波形が、偏向電圧波形測定手段（１
３）によって測定される。そしてこの測定波形は電子ビ
ームパルス照射位相演算手段（１４１）に送られ、この
波形と電子ビームによる電圧波形の測定開始時において
特定の位相に対して同様に測定された偏向電圧波形との
発生タイミング時間の差が演算され、これを用いてブロ
ック内の各指定位相に対応する実際の電子ビームパルス
照射位相が演算される。

次に、ブロック内の各指定位相において得られた各電圧
測定値データ列１３ｋ））は、電圧測定値データ列記１
．α手段（１４２）内の前記実際の電子ビームパルス照
射位相に対応するアドレスに加算される。この動作は各
ブロック毎に複数回ずつ繰り返される。そして、これら
加算平均結果から加算平均値演算回路（１４５）におい
て加算平均値が算出され出力される。

上記動作においては、偏向電圧制御回路におけるドリフ
ト等の影響により、偏向電圧の発生タイミングがずれて
指定位相と実際の電子ビームパルス照射位相とが一致し
なくなっても、実際の照射位相を演算しなおしてその位
相で加算平均するため、時間分解能の低下を防くことが
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なう。

（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
図示は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ｔＣ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・
ノド制御データ１４０２に従って前記クロック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
相走査しながら試料ＩＣ５上の特定点に照射する。

これにより各位相において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８
１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８
２に変換される。

この時の電圧７．１足動作は、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。このようにして得られた波形データ列８２は、演
算記憶回路１４に入力する。

一方、主偏向電圧１２１は偏向電圧波形モニタ回路１３
に入力し、偏向電圧波形がモニタされる。

その時のタイミングは、ＩＣ駆動電圧信号７１により制
御される。偏向電圧波形モニタ回路１３の出力である偏
向電圧波形データ１３１は、演算記憶回路１４に入力す
る。演算記憶回路１４では、偏向電圧波形データ１３１
を用いてＥＢ　（電子ビーム）パルス照射位相時間を演
算し、その位相で前記波形データ列８２の加算平均処理
を行なう。

上記動作を必要回数だけ繰り返した後、加算平均処理を
行な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１
５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、偏向電圧波形モニタ回路１３からの偏向電圧波形
データ１３１は、ＥＢパルス照射位相時間演算部１４１
に入力する。なお、ＥＢによる電圧波形測定開始時の初
期位相に対応する主偏向電圧波形の立上り部がＯＶとな
る時間（この瞬間にＥＢパルスが発生する）はＩＩ＋定
開定時始時初期位相時間記憶部１４３憶される。ＥＢパ
ルス照射位相時間演算部１４１では、偏向電圧波形デー
タ１３１と該測定開始時初期位相時間を用いてＥＢパル
ス照射の実際の位相時間が演算され、位相ずれ量ｉが出
力信号１４０８として波形データ列加算記憶部１４２に
送られる。

一方、電圧測定回路８からの部分波形データ列８２は、
部分波形データ列記憶部１４４に一時的に記憶された後
、波形データ列記憶部１４２の位相ずれ量ｉに対応する
アドレスから順次加算され記憶される。上記動作を各ブ
ロック（ｔ＆述する）につき複数回繰り返した後、加算
平均結果が平均値演算部１４５へ出力され、各加算平均
が演算されて電圧波形データ１４０１として制御用計算
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
圧制御回路８へ出力する。また、ＥＢパルス照射位相時
間演算部１４１、部分波形データ列記憶部１４４、測定
開始時初期位相時間記憶部１４３、波形データ列加算記
憶部１４２、及び平均値演算部１４５を、各制御信号１
４０４〜１４０８によって制御する。

（演算記憶回路の動作（第３図〜第６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〜第６図の説明図を用いて説明を行なう
。

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図の動存フロー
チャートをスタートさせ、演算制御部１４６はディレィ
ユニット制御データ１４０２によりディレィユニット９
　（第２図）を制御し、ＥＢパルス照射位相時間φＧを
指定する。これにより、電圧波形モニタ回路１３　（第
２図）は、φ０に対応する主偏向電圧１２１の電圧波形
を測定する。それにより得られる電圧波形データ１３１
は、第４図（ｂ）の破線で示され、その時の基準となる
時間ＯはＩＣ駆動電圧信号７１　（第２図）によ□って
決定される。この波形データ１３１は、ＥＢパルス照射
位相時間演算部１４１に入力し、第４図ｆｂｌに示すよ
うに主偏向電圧波形の立上り部がＯＶとなる時間ｔｏが
測定され、測定開始時初期位相時間記憶部１４３に記憶
される（以上、第３図Ｔ’ｌ”）。なお、以上の動作は
演算制御部１４６からの制御信号１４０４．１４０６に
より制御される。

次に、演算制御部１４６は制御信号１４０７により波形
データ列加算記憶部１４２の各アドレスのデータＡＬを
Ｏにセットした後（第３図Ｔ２）、位相走査回数を示す
変数Ｉを１にセットする（Ｔ３）。その後、本発明にお
いては、１回目のＥＢ（電子ビーム）パルス観測位相時
間範囲φ０〜φ８が、第４図（ａｌに示すようにｍ位相
点毎の複数個のブロックφＯ〜φ４．φ、〜φ２１．・
・・に分割される。この動作は、演算制御部１４６がブ
ロック番号措定用の変数Ｊを０からＪ　ｍａｘまで動か
すことにより（Ｔ５．Ｔ６〜Ｔ１２）、実際の各ブロッ
クの先頭位相ｊ＝Ｊ−ｍを指定しながら行なう　（Ｔ８
）。各ブロックＪにおいては、演算制御部１４６はディ
レィユニット制御データ１４０２によりディレィユニッ
ト９を制御して、ブロックの先頭位相時間φ４＝φｆｆ
−を措定する。

これにより、電圧波形モニタ回路１３（第２図）は、φ
４に対応する主偏向電圧１２１の電圧波形を前記測定開
始時のφ０の場合と同様に測定し、電圧波形データ１３
１をＥＢパルス照射位相時間演算部１４１へ出力する。

該演算部１４１は、これにより第４図（ｂｌの実線を示
す波形からその立上がり部が０■となる時間１．をヨリ
定した後、測定開始時初期位相時間記憶部１４３に記憶
されている測定開始時初期位相時間ｔｏとの差を演算す
る。

今、この差（ｔ４　　ｔｏ）は測定開始時の初期位相時
間φ０からの位相ずれ量に相当し、第２図のディレィユ
ニット９．１０等にドリフト等が生じていなければφ０
に上記位相ずれ量を足した値は、現在の指定位相時間φ
４に等しくなる。しかし、実際には上記ドリフト等が生
じることにより主偏向電圧１２１のタイミングがずれる
為、実際のＥＢパルス照射位相時間は指定位相時間φｊ
と一致しない。そこで、ＢＢパルス照射位相時間演算部
１４１では、前記立上がり時間量から次式により実際の
ＥＢパルス照射位相時間φ、を求め、その時の位相ずれ
ｆｆ１ｉを算出する（以上、第３図Ｔ９）。

φ１＝φｏ＋（ｊｊ−ｔｏ）　　　・・・・（１）上記
動作は演算制御部１４６からの制御信号１４０４．１４
０６により行われる。

次に、演算制御部１４６は電圧測定回路制御データ１４
０３により、電圧測定回路８を起動し、現在のブロック
の先頭の指定位相時間φ４からｍ位相点を指定しながら
それらに対応する電圧測定を行なわせ、ｍ個の部分波形
データ列８２として（Ｓ　ｋ）を得て、部分波形データ
列記憶部１４４へ格納させる（第３図Ｔｌ０）。上記の
ようにして得られた部分波形データ列の実際の位相は、
前記のようにドリフトなどにより指定位相時間φ４〜φ
ｊ＋４ｍ−＋）からずれて、実際とは前記（１）式で求
まる位相時間φ、からφ１ヤ、−１、までとなる。そこ
で、部分波形データ列記憶部１４４と記憶された各デー
タ列（Ｓｋ）は、波形データ列加算記憶部１４２内の位
相ずれ量ｉに対応する各データ列Ａ１〜ＡＩ＋（、、−
、）に足し込まれる（第３図Ｔｌ　１）、これによりド
リフトなどによる位相ずれの影響を除くことができる。

なお、上記動作は演算制御部１４６からの制御信号１４
０５．１４０７．及びＥＢパルス照射位相時間演算部１
４１からの位相ずれ量ｉを示す出力信号１４０８により
行われる。

以上の動作を第４図（ａｌに示す各ブロックに対して行
い、この位相走査を複数回行って各位相の加算平均をと
りＳ／Ｎを向上させる。第５図に波形データ列加算記憶
部１４２の記憶形式を示す。カウンタＭＬ　＜１＝０．
１．　　・・・、Ｎ）は、各位相時間の加算回数を示す
。上記動作により加算回数が所定回数（ｌ　ｍａｘ　）
を越えたら（第３図Ｔ４）、演算制御部１４６は制御信
号１４０８により平均値演算部１４５を起動し、波形デ
ータ列加算記憶部１４２の各加算波形データＡＬを各カ
ウンタ値ＭＬで除算させ、加算平均を計算させる。この
時、各位相点毎の加算波形データはデータ数が等しくな
い。Ｓ／Ｎを一定に保つ必要がある場合には第６図に示
すように必要加算回数以上のデータは加算記憶部１４２
内で加算しないようにすればよい（以上、第３図Ｔ１３
）。

以上の加算平均結果を電圧波形データ１４０１として制
御用計算機１５へ出力させ、表示装置１６へ表示させる
（第３図Ｔ１４）。

上記一連の動作により、各指定位相時間毎の波形データ
列の加算平均を計算する場合Ｇこ、ドリフト等によって
位相ずれが発生しても、常に正しい位相ずれ量ｉが演算
されているため、高時間分解能での波形データ列の取得
が可能となる。

（本発明の他の実施例） 上記実施例の他に、観測時間に要する時間を短縮するた
めに、第７図に示すように測定電圧波形の時間変化率が
小さい位相範囲は、ブロック幅ｍを変化率の大きい範囲
でのブロック幅ｍ′に比べて長くとるようにし、ブロッ
クの再配列を測定中に行うことにより効率のよい測定を
行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電子ビームパルスの制御回路系のドリ
フト等の影響により、各位相走査毎に発生する位相ずれ
を自動的に検出でき、常に正しい位相を検出できるため
、加算平均をとる場合の上記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
（ａ）、　ｆｂ）は、本発明の原理説明図、第５図は、
波形データ列加算記憶部の記憶形式を示した図、 第６図は、加算回数の説明図、 第７図は、本発明の他の実施例の説明図、第８図（ａ）
、　（ｂｌは、従来の問題点の説明図である。 °５・・・試料ＩＣ５ ８・・・電圧測定回路、 ９・・・ディレィユニット、 １０・・・固定ディレィ、 １１・・・副偏向器ドライバ、 １２・・・主偏向器ドライバ、 １３・・・電圧波形モニタ回路、 １４・・・演算記憶回路、 ６１・・・２次電子信号、 １４１・・・ＩＢパルス照射位相時間演算部、１４２・
・・波形データ列加算記憶部、（Ｓ　ｋ）　　・・・波
形データ列。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）試料（５）の繰り返し周期動作に同期したクロック
   （７２）に可変のディレイを行なって偏向電圧を発生さ
   せ該偏向電圧により電子ビームを偏向し電子ビームパル
   スを発生させ前記試料（５）上に照射させる電子ビーム
   発生手段（９〜１２）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、 各指定位相における偏向電圧波形と電圧波形測定開始時
   の特定位相における偏向電圧波形の差から前記各指定位
   相における実際の各電子ビームパルス照射位相を算出し
   、前記各指定位相において前記電圧測定手段（８）によ
   って得られた各電圧測定値（｛Ｓｋ｝）を前記実際の各
   電子ビームパルス照射位相における各電圧測定値として
   加算平均を演算する加算平均電圧測定手段（１３、１４
   １、１４２）を有することを特徴とするストロボ電子ビ
   ーム装置。 ２）前記加算平均電圧測定手段は、前記偏向電圧の波形
   を測定する偏向電圧波形測定手段（１３）と、電子ビー
   ムパルスによる電圧波形観測位相範囲を複数個のブロッ
   クに分割し各ブロック内の所定位相において前記偏向電
   圧波形測定手段（１３）によって測定された偏向電圧波
   形と測定開始時に特定位相において同様に測定された偏
   向電圧波形との発生タイミングの差から前記各ブロック
   内の各指定位相に対応する実際の電子ビームパルス照射
   位相を算出する電子ビームパルス照射位相演算手段（１
   ４１）と、 前記各ブロック内の各指定位相において前記電圧測定手
   段（８）によって得られた各電圧測定値データ列（｛Ｓ
   ｋ｝）を前記電子ビームパルス照射位相演算手段（１４
   １）により得られた実際の電子ビームパルス照射位相に
   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
   記憶手段（１４２）と、該各加算結果から平均値を演算
   する加算平均値演算手段（１４５）とによって構成され
   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）前記電圧測定値データ列記憶手段（１４２）の各ア
   ドレスに加算される各電圧測定値データ列の加算回数は
   、各アドレス毎に同一回数であることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載のストロボ電子ビーム装置。 ４）前記各ブロックの幅は、観測電圧波形の時間変化率
   の大きさに応じて可変に設定されることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載のストロボ電子ビーム装置。