JPH01153983A - 電子ビームによる電位測定方法および装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子ビームを用いて、集積回路等の微細な配
線上の電圧波形をｎ１定する電位測定方法および装置に
係り、特に、高速で変化する電圧波形を精度良く測定す
るに好適な電位測定方法および装置に関する。

（従来の技術） 集積回路基板等の、電圧の変化している部分に電子ビー
ムを照射し、そこから発生する二次電子を、メツシュ状
の分析電極（エネルギーフィルタ）を通過させて検出す
ると、電子ビーム照射点と分析電極との相対電位差によ
り、通過する二次電子の量が変化するために、電子ビー
ム照射点の電圧Ｖｓに対応して検出される二次電子量が
変化することが知られている。

そして、これを利用して、集積回路基板等の上の微小点
の電圧波形７１１１１定を行うことが実現されている。

第３図は、電子ビーム照射点の電圧（Ｖｓ　）をパラメ
ータとして、分析電極電圧（Ｖｇ　：横軸）を変化させ
たときに検出される二次電子（信号）量（Ｖｌ　）の変
化を示す典型的な、分析電圧対二次電子等信号量の特性
曲線の例である。

従来使用されている測定法には、 （１）分析電極電圧Ｖｇを固定しておいて、二次電子信
号ｉ１Ｖｌを直接測定する方法（開ループ法）と、 （２）検出された二次電子信号Ｖｉを、比較増幅器を介
して、分析電極へ負帰還し、検出される二次電子信号が
一定値になるように制御して、分析電極の電圧を測定す
る方法（閉ループ法）の２つがある。

開ループ法では、例えば第３図のＶｇｌの値に分桁電極
電圧Ｖｇを固定しておく。第３図の例では、電子ビーム
照射点の電圧ＶｓがＯＶから＋５Ｖ程度の範囲で、電圧
ＶＳに対して検出される二次電子ｍＶｌが変化するので
、Ｖｉを測定することによってＶｓを検出することがで
きる。

しかし、第３図からも容品に分るように、電子ビーム照
射点の印加電圧Ｖｓと、検出される二次電子信号量ｖｉ
との関係は直線的ではなく、シかもその非直線性が一様
でなく、ｖｇの値等によって変化するため、正確な電圧
波形の測定は困難である。

一方、閉ループ法では、第４図のような負帰還ループを
形成する。

すなわち、二次電子検出用の検出器５の出力を比較増幅
器１６の一入力端子に接続し、前記比較増幅器１６の出
力を分析電極４に接続する。比較増幅器１６の他入力端
子には基準電圧Ｖｌｌを入力する。なお、集積回路２は
電子ビーム１によって照射され、二次電子を発生する。

この二次電子が検出器５によって捕捉される。

同図のように構成した回路において、検出器５によって
検出される二次電子信号量ｖｌが、例えば第３図のＶｉ
ｌの値にバランスするようにする。

この例で、ｖｓが０，１．・・・５■と変化してゆくと
すると、バランス点は同図のａ、ｂ、ｃ、ｄ。

ｅ、　　ｆ点と順次に右方へ移行してゆく。

このときの分析電極電圧Ｖｇａ、　　Ｖｇｂ・・・Ｖｇ
「であり、電圧ＶＳとの間には、良好な直線関係が得ら
れるので、分析電極の電圧Ｖｇを測定して、これを電圧
Ｖｓの測定データとすることにより、正確な電圧波形Δ
Ｉｌｌ定を行うことができる。

現在はこの閉ループ法が主として用いられている。その
例は、文献　日本学術振興会第１３２委員会第８２回研
究会資料（１９８２年１０月２５日）第８頁から第１３
頁、および日本学術振興会第１３２委員会第８９回研究
会資料（１９８４年１１月ｌＯ日）第５３頁から第５６
頁などに記載がある。前者はハードウェア回路を用いた
ものであり、後者はソフトウェアを介在させたものであ
るが、動作原理および効果は同等である。

（発明が解決しようとする問題点） 前述のように、閉ループ法を用いると正確な電圧波形測
定が可能であるが、この方法では、ループかバランスす
るためにはある程度の時間が必要であるから、被測定点
の電圧Ｖｓの時間的変化はこれより遅くなければならな
い。

ハードウェア回路を用いた場合、許されるＶｓの変化速
度はせいぜい１００ＫＨｚ程度である。実質的にＶｓの
測定帯域をあげるためにストロボ法を用いているが（例
えば、特願昭６２−１６９４７５など参照）、この場合
にも、サンプリング位相を走査する速度は、ループの応
答速度により制限を受ける。

また、ストロボ法において、帰還ループがバランスする
ためには、原理的に、被測定波形の同一位相で複数回の
パルス電子ビームを照射することが必要であるから、被
測定電圧波形のくり返し周期が長い場合には、その測定
に長い時間を要することになる。

一方、開ループ法では、信号検出、増幅回路等の構成は
比較的（１１純であり、数１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程
度の応答速度を得ることが可能であるが、前述のように
測定した電圧の直線性に欠けるという問題がある。

本発明は開ループ、閉ループ両法の利点のみを生かし、
高速に応答し、かつ直線性の良い測定を行うことのでき
る、電子ビームによる電位測定方法および装置を提供す
ることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 前記の目的を達成するために、本発明では、被測定点に
予定の電圧波形をくり返し印加しながら、分析電極の異
る複数の電圧（分析電圧）について開ループ法で測定を
行い、得られた測定データの中、前記電圧波形の同一タ
イミングでの複数のデータから、検出される二次電子信
号量が予定の値（第３図の例でＶｉｌに相当）になる分
析電極電圧を計算で求め、前記のようにして求めた分析
電極電圧（すなわち、エネルギーフィルタの分析電圧）
を印加電圧波形のタイミング順に連結して前記電圧波形
を得るようにした点に特徴がある。

また、本発明は、電子ビームを細く収束して集積回路等
の配線上に照射する手段と、前記集積回路等にある波形
の電圧を印加する手段と、電子ビームの前記照射によっ
て前記集積回路等から発生した二次電子等をエネルギー
フィルタを通して検出する手段と、エネルギーフィルタ
の分析電圧を順次に変化させる分析電圧制御手段と、そ
れぞれの分析電圧毎に前記検出手段の出力信号波形を記
憶する出力信号記憶手段と、前記出力信号記憶手段中の
、前記印加電圧波形の同一タイミングにおけるそれぞれ
の出力信号値に基づいて、前記二次電子等の信号量を予
定値にするような前記エネルギーフィルタの分析電圧を
、種々のタイミングに付いて求める手段と、前記のよう
にして求めたエネルギーフィルタの分析電圧をタイミン
グ順に連結して前記電圧波形を形成する電圧波形形成手
段とを具備した点に特徴がある。

（作用） 分析電極電圧を異る値に設定して開ループ法で測定を０
行い、同一のタイミングにおける（換言すれば、被測定
点の同一電圧値に対する）測定値をとり出すと、ある一
定の印加電圧（Ｖｓ　）に対して異る分析電極電圧で測
定したデータが得られる。

換言すれば、第３図に示した分析特性曲線のうち、ある
一定電圧Ｖｓに対応する１つの曲線上の数点の個別デー
タを離散的に測定したことになる。

分析特性曲線は、Ｖｓの値により、第３図の横軸（分析
電極電圧）方向にシフトし、また測定系の利得、電子ビ
ームの電流値等により、たて軸方向に圧縮又は伸長され
るが、特性曲線の形そのものはほぼ同じに保たれる。

それ故に、測定した数点のデータから、分析曲線を近似
して求めることができ、これを第３図のＶｉｌに相当す
る値でスライスして、これと交る分析電極電圧を求めれ
ば、対応する印加電圧（Ｖｓ　）を求めることができる
。

この計算を印加電圧波形のすべてのタイミングについて
行い、求めた分析電極電圧をそのタイミング順に連結し
て電圧波形データとすることにより、直線性の良い波形
データを得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図、第２図および第５図に
より説明する。

第１図は本発明の全体構成を示すブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すブロック図であり、同図におい
て、第４図と同一の符号は同一または同等の部分を表し
ている。

第２図において、検出器５の出力は増幅器６に接続され
、増幅器６の出力はＡＤ変換器７でデジタル値に変換さ
れる。ＡＤ変換器７の出力はメモリ１０（１０ａ〜１０
ｎ）に蓄積される。パターンジェネレータ３は集積回路
２に所定波形の電圧を繰返し供給するとともに、タイミ
ング制御回路９にトリガ信号を供給する。

タイミング制御回路９はＡＤ変換器７とメモリ１０の動
作タイミングを制御する。計算制御装置１２は、ＤＡ変
換器８を介して分析電極４の電圧を設定するとともに、
タイミング制御回路９およびメモリ１０．波形データメ
モリ１１の動作を制御する。

エネルギーフィルタすなわち分析電極４が第３図のよう
な分析特性を有する場合、分析電極電圧を一６Ｖ、−４
Ｖ、−２Ｖ、ＯＶ、＋２Ｖ。

＋１０Ｖに固定して、第５図（ａ）に示すような時間的
変化をする電圧波形を被測定点に印加して開ループ法で
測定したとすると、それぞれ第５図（ｂ）〜（ｇ）に示
す測定波形が得られる。

第５図（ｈ）は、同図（ｂ）〜（ｇ）の６本のデータ（
測定波形）から、−例として、印加電圧波形上のタイミ
ングｔがｔｌ、ｔ２．ｔ３におけるデータを抜き出し、
分析電極４の電圧Ｖｇを横軸にとってプロットしたもの
である。

第３図の分析特性曲線を適宜の関数、 Ｖｉ　＝Ｋ　ｆ　（Ｖｇ　＋ＶｇＯ） の形で近似しくここで、関数ｆは予め定められる多項式
であることができる）、第５図（ｈ）の測定値（タイミ
ングｔｌの曲線）に最も良く一致する定数Ｋ（たて軸方
向の圧縮、伸長）およびＶｇＯ（横軸方向のシフト）を
求める。そしてこの関数ｖｌがスライスレベルＶｉｌと
なるＶｇ（ｔｌ）の値を求める。

前述の操作を他のすべてのタイミングｔ２゜ｔ３・・・
について行なって、対応するＶｇ（ｔ２）。

Ｖｇ（ｔ３）・・・の値を求め、これをタイミング順に
連結すれば第５図（ｉ）の電圧波形データを作ることが
できる。ところで、第５図（ｉ）のたて軸は分析電極４
の電圧であるので、このデータは被測定電圧ＶＳに対し
てオフセットを有している。

しかし、このオフセット値は、第３図からも分るように
、スライスレベルＶｉｌによりほぼ決るので、補正をし
たデータを作ることが容易にできる。

尚、オフセットを問題にしない場合（振幅すなわち絶対
電位ではなく、相対的な電位すなわち電圧Ｖｓの波形が
正確に測定できればよい場合）には、前記のＶｇＯをそ
のまま用いてデータとしてもよい。

第５図（ｊ）は、より簡略化した電位測定方法を示すも
ので、第５図（ｈ）と同様に、あるタイミングごとに抜
き出したデータの中から、スライスレベルＶｌｌに最も
近い（なるべくは、その両側にある）２点〜数点のデー
タのみを用いて、近似曲線または直線を近似し、これら
がスライスレベルＶｉｌと交る点の分析電極電圧Ｖｇ　
　（ｔｉ）を求める方法を図示したものである。

分析特性曲線の飽和値（前出の定数Ｋに相当する）がほ
ぼ決った値になるように、測定系の利得をあらかじめ調
整してから測定を行えば、スライスレベルＶｉｌ近傍で
は、前記の分析特性曲線は簡単に二次式程度で近似でき
、また定数にの導出が不要となるなど、計算はずっと簡
単になる。

つぎに、第２図に示した本発明の実施例装置の動作を説
明する。

集積回路（ＩＣ）２は、パターンジェネレータ３の出力
によりくり返し動作をさせてお（。集積回路２上の測定
しようとする配線に電子ビーム１を照射し、発生した二
次電子の中、分析電極４を通過したものを検出器５で検
出する。

このようにして検出した信号を増幅器６で増幅し、ＡＤ
変換器７でデジタル信号に変換してメモリ１０に格納す
る。

タイミング制御回路９は、パターンジェネレータ３で、
１くり返しパターンごとに１回発生されるトリガ信号を
受けて、ＡＤ変換器７に与えるサンプリングパルスと、
メモリ１０用のアドレス及びタイミング信号を起動し、
波形データのサンプリングを行う。

分析電極４の電圧は、ＤＡ変換器８で与えられる。その
電圧値は計算制御装置１２によって設定される。測定は
、以下の手順で行う。

（１）計算制御装置１２により、分析電極４の電圧Ｖｇ
を、分析曲線が飽和する値（＋１０Ｖ程度）に設定し、
増幅器６の出力電圧が所望の一定値になるように、検出
器５及び増幅器６の利得を調整する。

（２）分析電極４の電圧Ｖｇを第１の値（例えば、第５
図の例で一６Ｖ）に設定し、タイミング制御回路９を、
スタンバイ状態にする。

（３）トリガ信号によりタイミング制御回路９が起動さ
れ、第１の測定データ（例えば、第５図の波形ｂ）が検
出器５および増幅器６によって得られ、ＡＤ変換器７を
介してメモリ１０ａに格納される。

（４）以下、分析電極４の電圧Ｖｇを第２．第３・・・
第ｎの値（例えば、−４，−２Ｖ・・・）に設定して上
記（２）　、　（３）の操作をくり返し、得られた測定
データは、順にメモリ１０ｂ、１０ｃ・・・１０ｎへと
格納される。

（５）測定終了後、計算制御装置１２は、メモリ１０ａ
〜１０ｎの先頭アドレスのデータ、すなわち、第５図の
波形（ａ）〜（ｇ）の最左端のデータを読み出し、前述
の計算処理を行ない、その結果（例えば、第５図りまた
はｊのｔｌに対応する波形）を波形データメモリ１１の
先頭アドレスへ格納する。

（６）以下同様に、メモリ１０のすべてのアドレスにつ
いて、前記第（５）項の計算処理を行い、その結果（例
えば、第５図りまたはｊのｔ２．ｔ３・・・に対応する
波形）を波形データメモリ１１へ格納する。

（７）メモリ１１に記憶した各波形を用い、これに前述
のスライス処理を施こして最終波形データすなわち、第
５図（ｉ）に示したような被測定点の電圧波形を作る。

この場合、分析電極４の電圧値は、測定しようとする電
圧範囲の分析曲線をカバーする範囲で選び、また、測定
する電圧の点数は、要求される電圧精度に応じて適当な
数に設定することかで・きる。

以上、本実施例では、電子ビームを連続照射して直接信
号をサンプリングする方法について述べたが、パルス電
子ビームを用いるストロボ法の場合にも、同様に本発明
の手法を用いることができることは、容易に理解できる
であろう。

（発明の効果） 本発明によれば、閉ループ法によらずに、直線性のよい
電圧波形測定を行うことができる。

本発明の最大の効果は、ストロボ法を用いないでも、高
い周波数帯域まで測定できることであり、１００ＭＨｚ
程度までの測定帯域が実現可能である。　　　　　　・ また、ストロボ法を用いる場合にも、サンプリング間隔
を短くでき、しかも、閉ループ法で問題になるくり返し
周期が長いときの負帰還ループの不安定さなどが生じな
い等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体構成を示すブロック図、第２図は
本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第３図は分
析電極電圧と検出二次電子量の特性曲線を示す図、第４
図は閉ループ法を用いた従来の電位測定装置の一例を示
す概略ブロック図、第５図は本発明の一実施例の方法を
説明するための波形図である。 １・・・電子ビーム、２・・・集積回路、３・・・パタ
ーンジェネレータ、４・・・分析電極、５・・・検出器
、６・・・増幅器、７・・・ＡＤ変換器、８・・・ＤＡ
変換器、９・・・タイミング制御回路、１０・・・メモ
リ、１１・・・波形データメモリ、１２・・・計算制御
装置代理人　　弁理士　平　木　道　人 第　　　１　　　図 第　　　２　　　図 第５図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）細く収束した電子ビームを集積回路等の配線上に
   照射し、発生した二次電子等をエネルギーフィルタを通
   して検出し、検出された二次電子等の信号量から前記配
   線の電圧波形を測定する、電子ビームによる電位測定方
   法であって、前記エネルギーフィルタの分析電圧を複数
   の予定値に順次設定して、複数回の前記二次電子等の信
   号量の測定を行なう段階と、前記電圧波形の同一タイミ
   ングにおけるそれぞれの測定信号量に基づいて、前記二
   次電子等の信号量を予定値にするような前記エネルギー
   フィルタの分析電圧を、種々のタイミングに付いて求め
   る段階と、前記のようにして求めたエネルギーフィルタ
   の分析電圧をタイミング順に連結して前記電圧波形を形
   成する段階とよりなることを特徴とする電子ビームによ
   る電位測定方法。
2. （２）前記電圧波形の同一タイミングにおけるそれぞれ
   の測定信号量に基づいて、前記二次電子等の信号量を予
   定値にするような前記エネルギーフィルタの分析電圧を
   、種々のタイミングに付いて求める段階は、前記電圧波
   形の同一タイミングにおけるそれぞれの測定信号量の中
   、少なくとも信号量の前記予定値に近い前記測定信号量
   を用いて近似的な分析電圧対二次電子等信号量の特性曲
   線を演算する段階と、この近似的特性曲線が信号量の前
   記予定値となる前記エネルギーフィルタの分析電圧を演
   算する段階とよりなることを特徴とする前記特許請求の
   範囲第１項記載の電子ビームによる電位測定方法。
3. （３）前記電圧波形は予定の繰返し電圧波形であること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の電子ビー
   ムによる電位測定方法。
4. （４）電子ビームを細く収束して集積回路等の配線上に
   照射する手段と、前記集積回路等にある波形の電圧を印
   加する手段と、電子ビームの前記照射によって前記集積
   回路等から発生した二次電子等をエネルギーフィルタを
   通して検出する手段と、エネルギーフィルタの分析電圧
   を順次に変化させる分析電圧制御手段と、それぞれの分
   析電圧毎に前記検出手段の出力信号波形を記憶する出力
   信号記憶手段と、前記出力信号記憶手段中の、前記印加
   電圧波形の同一タイミングにおけるそれぞれの出力信号
   値に基づいて、前記二次電子等の信号量を予定値にする
   ような前記エネルギーフィルタの分析電圧を、種々のタ
   イミングに付いて求める手段と、前記のようにして求め
   たエネルギーフィルタの分析電圧をタイミング順に連結
   して前記電圧波形を形成する電圧波形形成手段とを具備
   したことを特徴とする電子ビームによる電位測定装置。
5. （５）前記出力信号記憶手段中の、前記印加電圧波形の
   同一タイミングにおけるそれぞれの出力信号値に基づい
   て、前記二次電子等の信号量を予定値にするような前記
   エネルギーフィルタの分析電圧を、種々のタイミングに
   付いて求める手段は、前記印加電圧波形の同一タイミン
   グにおけるそれぞれの出力信号値の中、少なくとも信号
   量が前記予定値に近い前記出力信号値をそれぞれのタイ
   ミング毎に読出す信号読出手段と、このように読出した
   出力信号値を用いてそれぞれのタイミング毎に近似的な
   分析電圧対二次電子等信号量の特性曲線を演算する手段
   と、このようにして求めた近似的特性曲線が信号量の前
   記予定値となる前記エネルギーフィルタの分析電圧をそ
   れぞれのタイミング毎に演算する分析電圧演算手段とよ
   りなることを特徴とする前記特許請求の範囲第４項記載
   の電子ビームによる電位測定装置。
6. （６）前記電圧波形は予定の繰返し電圧波形であること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第４項記載の電子ビー
   ムによる電位測定装置。