JPS6251145A - ストロボ走査形電子顕微鏡 - Google Patents

ストロボ走査形電子顕微鏡

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JPS6251145A
JPS6251145A JP60189459A JP18945985A JPS6251145A JP S6251145 A JPS6251145 A JP S6251145A JP 60189459 A JP60189459 A JP 60189459A JP 18945985 A JP18945985 A JP 18945985A JP S6251145 A JPS6251145 A JP S6251145A
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JP
Japan
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sample
circuit
frequency
charged beam
electron microscope
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Pending
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JP60189459A
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English (en)
Inventor
Satoru Fukuhara
悟 福原
Masahide Okumura
正秀 奥村
Hideo Todokoro
秀男 戸所
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電子ビームによる試料表面の電位測定装置に
係り、特に、走査形電子顕微鏡等の荷電粒子線装置を用
いて、試料上の微細箇所あるいは微少試料表面の電位の
時間的変化(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。
〔発明の背景〕
第6図は、電子ビームをパルス化して試料表面を照射し
、該試料表面からの反射電子又は2次電子を検知して試
料表面における電位分布を測定するストロボ走査形電子
顕微鏡の基本構成を示す図である〔″ストロボ走査電子
顕微鏡と半導体素子への応用″:電子ビーム研究第1巻
(第1回公開学術講座教科書)、大阪大学工学部電子ビ
ーム研究施設、1979年11月刊行〕。すなわち、電
子銃1から放射された電子ビーム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
又は偏向板8でテレビジョンのブラウン管と同じ容量で
該電子ビームを走査する。電子ビームは固体に衝突する
と、反射電子又は2次電子を放出する。これを2次電子
検出器9で検知し、その像をディスプレイ装置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変化する試料を
観察すると、偏向板8に偏向電流を供給する走査回路及
び検出系の増幅器等が高速変化に対応できないために、
全変化が重複して表示されてしまう。そこで、試料に電
位変化を与えている駆動回路11と同期したパルス発生
回路12により、電子ビームのチョッピングを行なうパ
ルスゲート(ブランキングプレート3とアパーチャ4と
の組合せ)を付加する。このような構成にすると、試料
10上を走査する電子ビームを、試料電位変化のある一
定の位相のときにのみ照射するように制御でき、その固
定された位相の試料状態のみを検知できる。第7図はこ
れを説明する図である。同図(1)の縦軸は試料の状態
の変化を示したもので、ここでは、物点がAとCの間で
移動するものとした。横軸は時間である。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、第6
図のディスプレイ装置7には同図(If)の(a)図の
ように、bの時点にすると(b)図のように、Cの時点
にすると(c)図のように状態(黒点で示しである)を
分離してaSできる。どの位相で観察するかは、第6図
に示した位相調整回路5で行なう。
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波形の観測である。
この場合には、2次電子検出器9と試料10の間に2次
電子のエネルギー・アナライザーを付加する(特公昭4
7−51024号公報参照)。
第8図(1)にエネルギー・アナライザーの原理を示す
6検鏡試料10に対向して置かれた2次電子検出器9と
し該試料10との中間に制御電極13が配置されている
。制御電極13は電子ビーム2の照射により、試料10
から放出された2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8図(n)はこの電位障壁の動作を説明する図である
。試料10上部に制御電極13が配置されていない場合
には、すべての2次電子14が2次電子検出器9で検出
される゛。零電位の試料10から放出される2次電子の
エネルギー分布は、第8図(II)のAで示すような分
布をしている。試料10の電位が15Vであると、その
分布は第8図(II)のBのようになる。制御電極13
を設け、これに−5vを印加すると、検出され2次電子
は5eV以上のものに制限されるので、試料10の電位
によって、2次電子の検出量に変化が生じる。このよう
に検出量が試料電圧と関係するので、逆に検出2次電子
から試料10表面の電位を知ることができる。このこと
は、第6図において、検鏡試料IOの任意の点に電子ビ
ームを停止照射し1位相調整回路5の位相を0〜360
’ゆっくりと変化させると、位相に対応した試料の電位
波形を得ることができる。
以上詳述した方式を用いると、電子ビームにより、試料
表面の電位波形を測定することが可能となる。そして、
この電位波形の時間軸の精度は位相調整回路5に大きく
依存している。一般に、この位相調整回路5は、遅延線
の組み合わせで構成されている。第9図に位相調整回路
5の一例を示す。マルチプレクサ−15,16の入力端
に可変遅延線17.18をシリーズに接続し、制御回路
19の制御信号OL、C2によって切換える構成とした
。可変遅延線17の1ケの遅延量は0.ins、可変遅
延線18の遅延量を各々0.8nsとする。マルチプレ
クサ−15、16をステップS7に各々接続すると、全
体の遅延量は6.3 nsとなる。これら各ステップに
おける遅延量は各遅延素子を配線する線の長さによって
変化するために、可変型の遅延素子を用いて調整する必
要がある。また、入力するパルス波の繰り返し周波数に
よっても遅延量が変化する。この原因については明らか
ではないが、ゲート回路の周波数特性、遅延線と基板間
の浮遊容量、実装上の配線間の標遊容量等によるものと
推察される。
したがって、最も使用頻度の高い繰り返し周波数近傍で
精度良く調整しているのが現状である。しかしながら、
繰り返し周波数がI M Hz以上の高周波数になると
、これら可変型素子の調整は困難を極め、わずかな配線
長の変化が遅延量の大きなバラツキとなって現われる。
第10図にその周波数の違いによる遅延量の測定結果を
示す。第9図における制御信号C□、C2を連続的に変
化させると、マルチプレクサ−はステップS。からS7
まで連続的に順次切り替り、その動作を繰り返すことに
よりシンクロスコープに記録する。入力パルス波の立上
りのズレ量から遅延量を測定する。第10図(a)は繰
り返し周波数I M Hz時に遅延量を0.2 nsス
テップで、6.2nsまで変化させた場合である。この
場合は等間隔に遅延していることがわかる。第10図(
b)は繰り返し周波数10MHz時に遅延量を0.i 
nsステップで、 6.3 nsまで変化させた場合で
ある。この場合は遅延量が各ステップでバラツキ、正確
に遅延していないことが明らかである。この現象は遅延
量を0.2 nsステップで6.2 nsまで変化させ
ても同様の結果である。
さらに、周波数を高くする(〜100MHz )と調整
不可能となり1位相調整器の機能をもたなくなり、使用
できなくなる。このように、パルスの繰り返し周波数が
IMHz以上の高周波になると。
高精度の位相制御が不可能となる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前述の従来技術の問題点を解決し、試
料に印加されるパルス電圧の繰り返し周波数がIMHz
以上の高周波である場合においても、試料に印加する周
期電圧と該試料を照射するパルス状荷電ビームとの間の
位相を高精度に制御することができるストロボ走査形電
子顕微鏡を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記の目的を達成するために、周波数特性を
もつ位相調整回路の前段に周波数変換回路を新設して、
位相調整回路に入力するパルス波の繰り返し周波数をほ
ぼ一定とすることにより、ストロボ走査形電子顕微鏡に
用いる位相調整回路の周波数特性を無くしたものである
。しかし、この場合、実用上は差支えないが、パルス状
荷電ビームの減少を伴なうことになる。この点を解決す
るために1本発明においては、さらに前記位相調整回路
の後段に前記周波数変換回路において分周されたパルス
信号を試料を駆動するパルス信号の繰り返し周波数と同
じに復元する機能を備えた回路、例えば固定遅延回路を
付設するようにしだものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例に基いて詳細に説明する。
第1図は、本発明の一実施例を示す概略説明図である。
本実施例は、第6図に示した基本構成に加えて。
周波数変換回路20を駆動回路11と位相調整回路5の
間に挿入した構成としたものである。周波数変    
′換回路20は、周知のフリップフロップを用いたカウ
ンター回路で構成され、任意の分周が可能である。した
がって、駆動回路11から発振した信号は周波数変換回
路20によって、任意の繰り返し周波数を持つパルス信
号に分周され、位相調整回路5を起動させることになる
。第2図は各部のパルス波形を示している。今、説明を
簡単化するために、分周比1/4を仮定する。そして、
位相調整回路5は入力パルス波の繰り返し周波数IMH
zでは正常に動作するが、4 M Hzでは正確な位相
遅延が実行されないものとする。しかしながら、試料1
0には4MHzの駆動信号が供給されなければならない
。そこで、駆動回路11からの4MHzのパルス信号a
は試料lOに供給されると同時に、周波数変換回路20
に入力され、パルス信号すに示すように174に分周さ
れ、繰り返し周波数IMHzのパルスに変換される。そ
して、そのパルス信号は位相調整回路5を通ることによ
り、任意の遅延量φだけ遅れたパルス信号b′となる。
さらに。
位相調整回路5の内部にあるトリガ発生回路により、パ
ルス信号b′の立上り、立下りにトリガパルスを発生し
、繰り返し周波数2 M Hzのパルス信号Cとなる。
そのパルス信号Cはパルス発生回路12を起動し、ブラ
ンキングプレート3にパルス信号dが供給される。する
と、電子ビーム2はパルス信号dの立上り時に試料10
に到達する構成となっているので、パルス電子ビームは
eに示すような波形となる。したがって、このパルス電
子ビームeは位相調整回路5がIMHzで動作している
ことから高精度の位相遅延が実現でき、試料に供給した
パルス信号aに比べて、正確に遅延量φだけ遅れた信号
になる。このように、位相調整回路5の前段に、周波数
変換回路20を新設することにより、位相調整回路5に
入力するパルス繰り返し周波数をI M Hzと一定に
し、高精度の位相遅延が可能となる。
しかしながら、この実施例かられかるように、従来の方
法に比べて、パルス電子ビームが減少する欠点を生じて
いる。電子ビームの減少はS/Nの悪化を生じさせ、測
定時間の増大を引き起す。
第2図から明らかなように、周波数変換回路20の分周
比が1/4の場合、パルス電子ビームは従来に比べて1
72に減少する。このように分周比1/Rの場合、パル
ス電子ビームは2/Rに減少する。この問題を解決した
のが以下の実施例である。
第1図の構成に加えて、固定遅延回路21を位相調整回
路5の後段に新設したもので、その構成を第3図に示す
。位相調整回路5の出力信号までは全く第1図と同じ動
作である。したがって、固定遅延回路21の入力信号は
第2図に示したCのパルス信号である。第4図に、固定
遅延回路21の回路図及び各部のパルス波形を示す。こ
の回路は分周比が1/Rの時、R/2−1の可変形遅延
素子(D1〜D、)とORゲートで構成されるもので、
この図はR=10の時における図である。今、分周比を
1/10と仮定すると、試料の供給信号はlOM Hz
であり、位相調整器5の出力パルス信号は、第4図にC
Oで示すパルス波形となる。各遅延素子(D、〜o 4
 )はCOのパルス信号に対して精度良< 、 100
 nsに調整する。そうすると、各遅延素子D工〜D、
の出力信号はC1〜C4で示すパルス波形となり、それ
らの信号をORゲートに通すことによりC5の様な波形
が得られる゛、このパルス信号をパルス発生回路12の
トリガーとして用いれば、第1図で説明したように、パ
ルス電子ビームが得られ、その繰り返し周波数は試料に
供給しているパルス信号と同じく、10 M Hzとな
る。しかも1位相調整回路5に入力するパルス信号はI
M Hzの繰り返し周波数であるので、高精度の位相遅
延が実現できていることとなる。
なお、本実施例における固定遅延回路21の回路は分周
比1/10に対してだけ対応できるものであるが、分周
比1/Rによっては遅延素子の増減及びゲート回路の追
加により自動的に切り替える構成とすることは容易であ
る。第5図に、その応用の一例を示す。分周比によって
、分周比制御回路22からの制御信号を切り替え、任意
の遅延素子まで選択することが可能となる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、位相調整回路に入力するパルス繰り返
し周波数をいつも一定にすることができるので、位相調
整回路の時間軸を高精度に実現することができると共に
、パルス状荷電ビームの減少を少なくすことができる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第6図は、ストロボ走査形電子顕微鏡の構成の概略を示
す図、第7図は、ストロボ法の原理を説明する図、第8
図は、i!電子ビームよる電位測定を説明する図、第9
図は、一般的な遅延素子を用いた位相調整器の構成図、
第10図は、入力パルスの繰り返し周波数の差による遅
延量の変化を示すオシロ波形図、第1図は1本発明の第
1の実施例の構成の概略を示す図、第2図は、第1図に
おける各部のパルス波形を示す図、第3図は、本発明の
第2の実施例の構成の概要を示す図、第4図は、本発明
に用いる固定遅延回路の回路図及び各部の波形を示す図
、第5図は、固定遅延回路の応用例を示す図である。 図において。 1・・・電子銃      2・・・電子ビーム3・・
・ブランキングプレート 4・・・絞り       5・・・位相調整回路6・
・・電子レンズ    7・・・ディスプレイ装置8・
・・偏向板      9・・・2次電子検出器10・
・・試料       11・・・駆動回路12・・・
パルス発生回路  13・・・制御電極14・・・2次
電子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)試料に印加する周期電圧に同期したパルス状の荷
    電ビームを該試料表面に照射すると共に該試料に印加す
    る周期電圧と該パルス状荷電ビームとの間の位相を位相
    調整回路を用いて順次変化させ、該パルス状荷電ビーム
    を照射した前記試料箇所から放出される2次電子を検出
    することにより前記パルス状荷電ビームを照射した前記
    試料箇所の電圧波形を測定するストロボ走査形電子顕微
    鏡において、前記位相調整回路の前段に周波数変換回路
    を設けたことを特徴とするストロボ走査形電子顕微鏡。
  2. (2)試料に印加する周期電圧に同期したパルス状の荷
    電ビームを該試料表面に照射すると共に該試料に印加す
    る周期電圧と該パルス状荷電ビームとの間の位相を位相
    調整回路を用いて順次変化させ、該パルス状荷電ビーム
    を照射した前記試料箇所から放出される2次電子を検出
    することにより前記パルス状荷電ビームを照射した前記
    試料箇所の電圧波形を測定するストロボ走査形電子顕微
    鏡において、前記位相調整回路の前段に周波数変換回路
    を設けると共に前記位相調整回路の後段に前記周波数変
    換回路において分周されたパルス信号を前記試料に印加
    するパルス信号の繰り返し周波数と同じに復元する機能
    を備えた回路を付加したことを特徴とするストロボ走査
    形電子顕微鏡。
  3. (3)特許請求の範囲第1項または第2項記載のストロ
    ボ走査形電子顕微鏡において、前記周波数変換回路がフ
    リップフロップを用いたカウンター回路で構成されてい
    ることを特徴とするストロボ走査形電子顕微鏡。
  4. (4)特許請求の範囲第2項記載のストロボ走査形電子
    顕微鏡において、前記周波数変換回路において分周され
    たパルス信号を前記試料に印加するパルス信号の繰り返
    し周波数と同じに復元する機能を備えた回路が固定遅延
    回路であることを特徴とするストロボ走査形電子顕微鏡
JP60189459A 1985-08-30 1985-08-30 ストロボ走査形電子顕微鏡 Pending JPS6251145A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998032153A3 (en) * 1997-01-16 1998-11-26 Kla Tencor Corp Electron beam dose control for scanning electron microscopy andcritical dimension measurement instruments

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1998032153A3 (en) * 1997-01-16 1998-11-26 Kla Tencor Corp Electron beam dose control for scanning electron microscopy andcritical dimension measurement instruments

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