JPH01214769A - 非接触電位測定装置 - Google Patents
非接触電位測定装置Info
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- JPH01214769A JPH01214769A JP63040507A JP4050788A JPH01214769A JP H01214769 A JPH01214769 A JP H01214769A JP 63040507 A JP63040507 A JP 63040507A JP 4050788 A JP4050788 A JP 4050788A JP H01214769 A JPH01214769 A JP H01214769A
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- measured
- sample
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- metal probe
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- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (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。
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、ＬＳＩチップ等の細い配線の電位を測定する
非接触電位測定装置に関する。
非接触電位測定装置に関する。
第７図は従来の非接触電位測定装置の例を示す図である
。
。
ＬＳＩチップ等の細い配線の電位を測定する装置として
、１ｔ！ｍ以下の細い針の先端を被測定電極に接触させ
てその被接触電極の電位を測定し、オシロスコープに表
示するものがある。この装置は、測定する容量や機械的
ダメージ等の問題があると共に、被測定電極の幅が針の
先端より細くなると、忠実な波形を計測することが難し
くなるという問題を有している。そこで、近年は、電子
ビームを使った非接触のＥＢテスタ（非接触電位測定装
置）が用いられるようになってきた。
、１ｔ！ｍ以下の細い針の先端を被測定電極に接触させ
てその被接触電極の電位を測定し、オシロスコープに表
示するものがある。この装置は、測定する容量や機械的
ダメージ等の問題があると共に、被測定電極の幅が針の
先端より細くなると、忠実な波形を計測することが難し
くなるという問題を有している。そこで、近年は、電子
ビームを使った非接触のＥＢテスタ（非接触電位測定装
置）が用いられるようになってきた。
従来の非接触電位測定装置は、第７図に示すようにメツ
シュ状のエネルギー分析器３１、二次電子検出器３５、
比較器３６等からなり、フォーカスされた電子ビーム３
３を試料３２の測定面に照射し、発生した二次電子３４
のエネルギー分布を測定することによって電子ビーム照
射部の電位を測定するものである。この場合、エネルギ
ー分析器３１のバイアス電位ｖＧは、電子ビーム照射部
の電位Ｖ、が変化しても二次電子検出器３５における検
出電流Ｉ、が一定となるように比較器３６を通しフィー
ドバックをかけて制御している。このとき、 ＶＧ−Ｖ、＝一定 となるから、 Δ■。＝Δ■。
シュ状のエネルギー分析器３１、二次電子検出器３５、
比較器３６等からなり、フォーカスされた電子ビーム３
３を試料３２の測定面に照射し、発生した二次電子３４
のエネルギー分布を測定することによって電子ビーム照
射部の電位を測定するものである。この場合、エネルギ
ー分析器３１のバイアス電位ｖＧは、電子ビーム照射部
の電位Ｖ、が変化しても二次電子検出器３５における検
出電流Ｉ、が一定となるように比較器３６を通しフィー
ドバックをかけて制御している。このとき、 ＶＧ−Ｖ、＝一定 となるから、 Δ■。＝Δ■。
となり、試料電位の変化ΔＶ、をＶＧ電位の変化ΔｖＧ
として読み取ることができる。
として読み取ることができる。
ところで、エネルギー分析器３１は、減速電界型が普通
であり、減速メツシュに二次電子が垂直に入射しないと
エネルギー分解能が悪くなる。
であり、減速メツシュに二次電子が垂直に入射しないと
エネルギー分解能が悪くなる。
しかし、ＬＳＩチップ等を試料とする場合、測定しよう
とする電極が細くなっているため、上記の如き従来の非
接触電位測定装置では、隣接１極との間で強い電界が生
じ、エネルギー分析器３１に入る二次電子３４の軌道を
曲げたり二次電子を引き戻したり（図示３７）する。そ
の結果、積分曲線が第８図の実線から点線で示すように
変形する。すなわち、第８図は二次電子■、とエネルギ
ー分析器のバイアス電位ｖＧとの関係を示す図であり、
比較器の一方の入力となる基準電圧ｖ０゜により、ｒｓ
ｒがフィードバックの動作点として設定される。従って
、実線で示す真のエネルギー分布（積分曲線）に対して
分解能の思い分析器による曲線が点線で示すように変化
すると、ΔＶ ｏｒが電位測定誤差となる。
とする電極が細くなっているため、上記の如き従来の非
接触電位測定装置では、隣接１極との間で強い電界が生
じ、エネルギー分析器３１に入る二次電子３４の軌道を
曲げたり二次電子を引き戻したり（図示３７）する。そ
の結果、積分曲線が第８図の実線から点線で示すように
変形する。すなわち、第８図は二次電子■、とエネルギ
ー分析器のバイアス電位ｖＧとの関係を示す図であり、
比較器の一方の入力となる基準電圧ｖ０゜により、ｒｓ
ｒがフィードバックの動作点として設定される。従って
、実線で示す真のエネルギー分布（積分曲線）に対して
分解能の思い分析器による曲線が点線で示すように変化
すると、ΔＶ ｏｒが電位測定誤差となる。
また、上記従来の非接触電位測定装置は、フォーカスさ
れた電子ビームを測定面に照射するため、試料損傷が生
じるという問題もある。
れた電子ビームを測定面に照射するため、試料損傷が生
じるという問題もある。
本発明は、上記の問題点を解決するものであって、隣接
電極の影響による測定誤差がな（、且つ試料損傷のない
非接触電位測定装置を提供することを目的とするもので
ある。
電極の影響による測定誤差がな（、且つ試料損傷のない
非接触電位測定装置を提供することを目的とするもので
ある。
そのために本発明の非接触電位測定装置は、試料電位の
変化を非接触で読み取る非接触電位測定装置Ｔあって、
先端が尖った金属針、該金属針を通してフィールドエミ
ッション電流又はトンネル電流を検出し該電流が一定に
なるように金属針に電圧を印加するフィードバック回路
、及び金属針電圧を読み出す回路を備え、被測定電極に
接近させて金属針を保持し試料電位の変化を読み取るよ
うに構成したことを特徴とするものである。
変化を非接触で読み取る非接触電位測定装置Ｔあって、
先端が尖った金属針、該金属針を通してフィールドエミ
ッション電流又はトンネル電流を検出し該電流が一定に
なるように金属針に電圧を印加するフィードバック回路
、及び金属針電圧を読み出す回路を備え、被測定電極に
接近させて金属針を保持し試料電位の変化を読み取るよ
うに構成したことを特徴とするものである。
本発明の非接触電位測定装置では、先端が尖った金属針
、該金属針を通してフィールドエミッション電流又はト
ンネル電流を検出し該電流が一定になるように金属針に
電圧を印加するフィードバック回路、及び金属針電圧を
読み出す回路を備えているので、被測定電極（試料）に
接近させて金属針を保持すると、フィードバック回路に
よりフィールドエミッション電流又はトンネル電流が一
定に制御される。このときの金属針電圧は、被測定電極
の電位に追従するので、この電圧を読み取ることにより
試料電位の変化を読み取ることができる。
、該金属針を通してフィールドエミッション電流又はト
ンネル電流を検出し該電流が一定になるように金属針に
電圧を印加するフィードバック回路、及び金属針電圧を
読み出す回路を備えているので、被測定電極（試料）に
接近させて金属針を保持すると、フィードバック回路に
よりフィールドエミッション電流又はトンネル電流が一
定に制御される。このときの金属針電圧は、被測定電極
の電位に追従するので、この電圧を読み取ることにより
試料電位の変化を読み取ることができる。
以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
第１図は本発明の非接触電位測定装置の１実施例を示す
図、第２図は金属針を使って取り出されるフィールドエ
ミッション電流特性を示す図である。
図、第２図は金属針を使って取り出されるフィールドエ
ミッション電流特性を示す図である。
第１図において、１は金属針、２は被測定電極、３は電
流電圧変換器、４は比較器を示す、金属針１は、曲率半
径が０．１μｍ程度の先端が尖った電極であり、被測定
電極２に極めて接近させて保持される。そこで、この金
属針１にＶ、なる負電圧を一印加すると、被測定電極２
の印加電圧ｖ１との間の電位差 Ｖ、−Ｖ。
流電圧変換器、４は比較器を示す、金属針１は、曲率半
径が０．１μｍ程度の先端が尖った電極であり、被測定
電極２に極めて接近させて保持される。そこで、この金
属針１にＶ、なる負電圧を一印加すると、被測定電極２
の印加電圧ｖ１との間の電位差 Ｖ、−Ｖ。
によって金属針１の先端に強い電界Ｅを生ずる。
この電界がＥ＞１０’Ｖ／ｃｍ程度になるように金属針
１の先端と被測定電極２とのギャップｄを小さくしてい
くと、金属針１の先端よりフィールドエミッション電子
が放出されるようになる。このフィールドエミッション
電子を特徴とする特許電流Ｉ、は、（Ｖ、−Ｖ、）に対
して第２図に示すように変化する。
１の先端と被測定電極２とのギャップｄを小さくしてい
くと、金属針１の先端よりフィールドエミッション電子
が放出されるようになる。このフィールドエミッション
電子を特徴とする特許電流Ｉ、は、（Ｖ、−Ｖ、）に対
して第２図に示すように変化する。
第１図において、まず、ｖ１＝０として基準電圧Ｖ１．
．を子方向に変化させていくと、電流電圧変換器３の金
属針１に接続された側の入力端子の電圧Ｖ、は降下して
いく、そして、■、が第２図に示す−Ｖｔｈを越えると
、フィールドエミッション電流が流れ始める。この電流
がアンプのダイナミックレンジ内の任意に定めた点■、
。に達したところで基準電圧Ｖ ｒａｔを固定する。
．を子方向に変化させていくと、電流電圧変換器３の金
属針１に接続された側の入力端子の電圧Ｖ、は降下して
いく、そして、■、が第２図に示す−Ｖｔｈを越えると
、フィールドエミッション電流が流れ始める。この電流
がアンプのダイナミックレンジ内の任意に定めた点■、
。に達したところで基準電圧Ｖ ｒａｔを固定する。
次に、被測定電極２をＬＳＩの駆動回路に接続し、印加
電圧Ｖ、を駆動回路によって制御する。
電圧Ｖ、を駆動回路によって制御する。
このとき、フィードバックループは、ＩＦ＝ＩＦ。
となるように変化させ、Ｖ、−Ｖ、＝一定となる。
従って、ΔＶ、＝ΔＶ、が成り立ち、被測定電極２にお
ける試料電圧の変化分を金属針１の電位の変化として読
み出すことができる。つまり、比較器４の出力電圧をオ
シロスコープ等で観察することによって、被測定電極２
における試料電圧の変化分を観察することができる。
ける試料電圧の変化分を金属針１の電位の変化として読
み出すことができる。つまり、比較器４の出力電圧をオ
シロスコープ等で観察することによって、被測定電極２
における試料電圧の変化分を観察することができる。
第２図に示す特性は、Ｖ、−Ｖ、が変化したときに１．
が変化すればよいので、長時間にわたって安定である必
要はない。従って、従来法では、隣接電極の影響でＶ、
−Ｖ、が一定であっても、ｖｌによってカーブの形が変
わったのに比べ、上記本発明の方法ではこのような変化
はない。
が変化すればよいので、長時間にわたって安定である必
要はない。従って、従来法では、隣接電極の影響でＶ、
−Ｖ、が一定であっても、ｖｌによってカーブの形が変
わったのに比べ、上記本発明の方法ではこのような変化
はない。
第３図は本発明の非接触電位測定装置における金属針と
被測定電極の具体的な構成例を示す図である。この第３
図に示すように 金属針１の先端をｒ＝０．１μｍ１ 被測定電極２とのギャップｄ＝１０ｎｍとすると、Ｖ、
−−１０Ｖで Ｅ ’ｑ Ｖ ｓ ／ ｄ ＝ １０ ’ Ｖ ／ ｃ
ｍとなってフィールドエミッション電流が得られる。
被測定電極の具体的な構成例を示す図である。この第３
図に示すように 金属針１の先端をｒ＝０．１μｍ１ 被測定電極２とのギャップｄ＝１０ｎｍとすると、Ｖ、
−−１０Ｖで Ｅ ’ｑ Ｖ ｓ ／ ｄ ＝ １０ ’ Ｖ ／ ｃ
ｍとなってフィールドエミッション電流が得られる。
被測定電極２の幅、間隔に比べてｄが非常に小さいので
、■７は隣接電極の電圧の影響を受けない。
、■７は隣接電極の電圧の影響を受けない。
さらに、図示の如く先端のみを残して金属針１を絶縁体
５やシールドバイブロによりシールドすると、静電容量
による電圧の誘導を防ぐことができる。
５やシールドバイブロによりシールドすると、静電容量
による電圧の誘導を防ぐことができる。
また、ｄ＝１ｎｍとすると、Ｖ、＝−ＩＶ程度でフィー
ルドエミッション電流あるいはトンネル電流を得ること
ができる。この場合には、ｄｒ Ｆ ／ ａ Ｖ − が大きくなるので、電圧測定感度が向上する。
ルドエミッション電流あるいはトンネル電流を得ること
ができる。この場合には、ｄｒ Ｆ ／ ａ Ｖ − が大きくなるので、電圧測定感度が向上する。
一方、Ｉｙは、走査トンネル顕微鏡と同様に金属針と試
料間の微少振動による間隔の変化で大きな影響を受ける
ので、防振処理を厳重に行う必要がある。
料間の微少振動による間隔の変化で大きな影響を受ける
ので、防振処理を厳重に行う必要がある。
第４図は波形測定を行う場合の構成例を示す図、第５図
は第４図に示す回路の動作を説明するための波形図であ
る。
は第４図に示す回路の動作を説明するための波形図であ
る。
第４図において、１１はドライブ回路、１２は被測定電
極、１３は針電橿、１４は電流電圧変換器、１５は比較
器、１６はボックスカーアベレージヤ−を示す、ボック
スカーアベレージヤ−１６は、ドライブ回路１１からの
トリガーパルスを入力とするデイレイ回路、フィードバ
ックループに挿入接続されるゲート、積分回路、増幅器
からなる。そして、第５図に示すようにドライブ回路１
１から被測定電極１２に印加する試料電圧の立ち上がり
で発生するトリガーパルスをデイレイ回路に入力して信
号取り込みゲートを制御する。このように電位測定のフ
ィードバックループ内にボックスカーアベレージヤ−１
６を組み込み、駆動回路１１が被測定電極１２を高周波
で駆動する場合にも、ゲートのデイレイτ−をゆっくり
スキャンすることにより、被測定電極１２における原波
形を再現することができる。
極、１３は針電橿、１４は電流電圧変換器、１５は比較
器、１６はボックスカーアベレージヤ−を示す、ボック
スカーアベレージヤ−１６は、ドライブ回路１１からの
トリガーパルスを入力とするデイレイ回路、フィードバ
ックループに挿入接続されるゲート、積分回路、増幅器
からなる。そして、第５図に示すようにドライブ回路１
１から被測定電極１２に印加する試料電圧の立ち上がり
で発生するトリガーパルスをデイレイ回路に入力して信
号取り込みゲートを制御する。このように電位測定のフ
ィードバックループ内にボックスカーアベレージヤ−１
６を組み込み、駆動回路１１が被測定電極１２を高周波
で駆動する場合にも、ゲートのデイレイτ−をゆっくり
スキャンすることにより、被測定電極１２における原波
形を再現することができる。
第６図は走査電子顕微鏡により金属針の位置を設定する
例を示す図であり、２１は試料、２２は金属針、２３は
試料駆動機構、２４は金属針微動機構を示す。試料の測
定点に金属針２２を正確に位置決めするには、高い位置
決め精度を必要とする。そこで、第６図に示す例は、走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により試料面を走査して測定点
を設定し、試料駆動機構２３を使って試料のＸ、Ｙ方向
及び回転（Ｒ）の平面的な移動を行うと共に、金属針微
動機構２４を使って試料とは独立に金属針２２を動かす
ようにしたものである。
例を示す図であり、２１は試料、２２は金属針、２３は
試料駆動機構、２４は金属針微動機構を示す。試料の測
定点に金属針２２を正確に位置決めするには、高い位置
決め精度を必要とする。そこで、第６図に示す例は、走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により試料面を走査して測定点
を設定し、試料駆動機構２３を使って試料のＸ、Ｙ方向
及び回転（Ｒ）の平面的な移動を行うと共に、金属針微
動機構２４を使って試料とは独立に金属針２２を動かす
ようにしたものである。
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
（、種々の変形が可能である。
（、種々の変形が可能である。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、先端
の尖った金属針を被測定電極に接近させて電界をかけ、
フィールドエミッション電流を検出することによって被
測定電極の電位を測定するので、隣接電極の影響による
測定誤差をなくすことができる。また、その加速電圧Ｖ
、はＳＥＭ電子ビームより２桁小さいエネルギーとなり
、試料の損傷をなくすことができる。しかも、非接触測
定であるので、試料に機械的な損傷を与えることもない
。また、エミッターのワークファンクションの変化によ
り加速電圧とフィールドエミッション電流との特性が変
化しても、それが測定中の変化でなければ測定誤差にな
らず、測定精度の向上を図ることができる。
の尖った金属針を被測定電極に接近させて電界をかけ、
フィールドエミッション電流を検出することによって被
測定電極の電位を測定するので、隣接電極の影響による
測定誤差をなくすことができる。また、その加速電圧Ｖ
、はＳＥＭ電子ビームより２桁小さいエネルギーとなり
、試料の損傷をなくすことができる。しかも、非接触測
定であるので、試料に機械的な損傷を与えることもない
。また、エミッターのワークファンクションの変化によ
り加速電圧とフィールドエミッション電流との特性が変
化しても、それが測定中の変化でなければ測定誤差にな
らず、測定精度の向上を図ることができる。
第１図は本発明の非接触電位測定装置の１実施例を示す
図、第２図は金属針から取り出されるフィールドエミッ
ション電流特性を示す図、第３図は本発明の非接触電位
測定装置における金属針と被測定＄極の具体的な構成例
を示す図、第４図は波形測定を行う場合の構成例を示す
図、第５図は第４図に示す回路の動作を説明するための
波形図、第６図は走査電子顕微鏡により電極針を設定す
る例を示す図、第７図は従来の非接触電位測定装置の例
を示す図、第８図は二次電子■、とエネルギー分析器の
バイアス電位Ｖ、との関係を示す図である。 １・・・金属針、２・・・被測定電極、３・・・電流電
圧変換器、４・・・比較器。 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 阿 部 龍 吉（外４名）第２図 第３図 第４図
図、第２図は金属針から取り出されるフィールドエミッ
ション電流特性を示す図、第３図は本発明の非接触電位
測定装置における金属針と被測定＄極の具体的な構成例
を示す図、第４図は波形測定を行う場合の構成例を示す
図、第５図は第４図に示す回路の動作を説明するための
波形図、第６図は走査電子顕微鏡により電極針を設定す
る例を示す図、第７図は従来の非接触電位測定装置の例
を示す図、第８図は二次電子■、とエネルギー分析器の
バイアス電位Ｖ、との関係を示す図である。 １・・・金属針、２・・・被測定電極、３・・・電流電
圧変換器、４・・・比較器。 出 願 人 日本電子株式会社 代理人 弁理士 阿 部 龍 吉（外４名）第２図 第３図 第４図
Claims (2)
- （１）試料電位の変化を非接触で読み取る非接触電位測
定装置であって、先端が尖った金属針、該金属針を通し
てフィールドエミッション電流又はトンネル電流を検出
し該電流が一定になるように金属針に電圧を印加するフ
ィードバック回路、及び金属針電圧を読み出す回路を備
え、被測定電極に接近させて金属針を保持し試料電位の
変化を読み取るように構成したことを特徴とする非接触
電位測定装置。 - （２）走査型電子顕微鏡の試料ステージ上に試料とは独
立に３次元駆動可能にしたチップステージを構築して金
属針を保持するようにしたことを特徴とする請求項１記
載の非接触電位測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63040507A JPH0758297B2 (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 非接触電位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63040507A JPH0758297B2 (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 非接触電位測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01214769A true JPH01214769A (ja) | 1989-08-29 |
| JPH0758297B2 JPH0758297B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=12582460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63040507A Expired - Fee Related JPH0758297B2 (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 非接触電位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758297B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009043936A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Hitachi High-Technologies Corp | 電子顕微鏡 |
| US8263934B2 (en) | 2006-12-19 | 2012-09-11 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method for detecting information of an electric potential on a sample and charged particle beam apparatus |
| CN116577690A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-08-11 | 爱优特空气技术（上海）有限公司 | 一种用于外置电源场电模块的质量检测方法 |
| CN121476376A (zh) * | 2026-01-07 | 2026-02-06 | 合肥工业大学 | 一种润滑材料电蚀测试与量化分析仪及其分析方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5313033B2 (ja) * | 2009-04-30 | 2013-10-09 | 日置電機株式会社 | 電圧検出装置および線間電圧検出装置 |
-
1988
- 1988-02-23 JP JP63040507A patent/JPH0758297B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8263934B2 (en) | 2006-12-19 | 2012-09-11 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method for detecting information of an electric potential on a sample and charged particle beam apparatus |
| US8487250B2 (en) | 2006-12-19 | 2013-07-16 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method for detecting information of an electronic potential on a sample and charged particle beam apparatus |
| US8766182B2 (en) | 2006-12-19 | 2014-07-01 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method for detecting information of an electric potential on a sample and charged particle beam apparatus |
| JP2009043936A (ja) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Hitachi High-Technologies Corp | 電子顕微鏡 |
| US7989768B2 (en) | 2007-08-09 | 2011-08-02 | Hitachi High-Technologies Corporation | Scanning electron microscope |
| US8481935B2 (en) | 2007-08-09 | 2013-07-09 | Hitachi High-Technologies Corporation | Scanning electron microscope |
| CN116577690A (zh) * | 2023-06-02 | 2023-08-11 | 爱优特空气技术（上海）有限公司 | 一种用于外置电源场电模块的质量检测方法 |
| CN121476376A (zh) * | 2026-01-07 | 2026-02-06 | 合肥工业大学 | 一种润滑材料电蚀测试与量化分析仪及其分析方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0758297B2 (ja) | 1995-06-21 |
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