JPH03180044A - 電子ビーム装置 - 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〕 電子ビーム装置に関し、 測定波形の観測およびタイミング測定の双方を同時に行
って測定時間の短縮を図ることのできる電子ビーム装置
を提供することを目的とし、試料の測定箇所に対して、
照射手段により該試料の動作信号に同期した電子ビーム
パルスを位相制御して照射し、測定手段により測定箇所
から放出される２次電子を検出して測定箇所の電圧を測
定する電子ビーム装置において、前記測定箇所の波形デ
ータから電圧測定波形が所定のしきい値を横切るエツジ
タイミングの概略値を求めるエツジ概略検出手段と、エ
ツジ概略検出手段により求められたエツジタイ旦ングの
概略値近傍の電圧波形データと測定波形の傾きに基づい
て測定波形のエツジタイミングを決定するエツジ測定手
段と、を設けるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ＬＳＩ等の動作電圧を測定する電子ビーム装
置に係り、特に動作電圧がしきい値電圧と交差するタイ
ミングを高精度に求めるための電子ビーム・テスタと称
される電子ビーム装置に関する。

ＬＳＩの高集積化および高速化に伴い、電子ビームを用
いてＬＳＩの動作解析、不良解析および動作試験等を行
う技術が重要となってきている。

このＬＳＩ動作解析等において、例えば、ゲート遅延時
間といった２つの波形間の時間差を測定することが基本
的な測定の一つになっている。

高速動作するＩＣ内部の電圧を測定する手段としては、
ＩＣを繰り返し動作せ、これに同期してパルス化した電
子ビームをＩＣ表面に照射して２次電子信号を取得する
ストロボ電子ビーム装置が注目を集めている。これによ
れば、ＩＣの繰り返し動作周期中における任意の位相で
の電圧分布像や、ＩＣ線上の特定点の電圧の時間的な変
化波形を（することか可能である。

〔従来の技術〕

従来のストロボ電子ビーム装置の動作概念は以下のよう
なものである。まず、ある電圧状態にあるＩＣ配線上の
特定部分に電子ビームパルス（以下、適宜ＥＢパルスと
いう）を照射すると、その表面部分から２次電子が放出
される。そして、それによって得られる２次電子信号、
量は該特定部分が低電圧状態であれば多く、高電圧状態
であれば少ない。したがって、２次電子信号量を測定す
ることによってＢＢパルスを照射した瞬間におけるＩＣ
表面の特定部分の電圧状態を測定することができる。

さらに、ＩＣを特定のクロック（例えば、ＴＭＨｚのク
ロック）によって動作させた場合、該１ｃが例えば１０
０クロツクで一連の動作を行うとすると、クロックが進
むにつれてＩＣの各部分は１００クロツク毎に同じ電圧
状態を繰り返す。そこでＩＣ配線上の特定部分の電圧状
態のクロックによる時間変化をＥＢパルスによって測定
するために、ＩＣがｌ繰り返し動作周期毎に同じ動作を
繰り返すことを利用し、各繰り返し動作周期毎のＥＢパ
ルスの照射タイ藁ングを少しずつずらしてゆくことによ
って、電圧状態の時間的な変化を測定することが可能で
ある（これを波形モードと呼ぶ）。

また、繰り返し動作周期中の特定のタイミングにおける
ＩＣ表面の電圧分布像（これを像モードと呼ぶ）を測定
するためには、例えば、まず、繰り返し動作第１周期日
の特定位相でＥＢパルスを特定部分に照射し、その部分
の電圧を測定する。

次に、繰り返し動作２周期口の同じ位相で他の部分にＥ
Ｂパルスを照射し、その部分の電圧を測定する。以上の
ように、ＥＢパルス照射タイミングを特定位相に固定し
てＥＢパルスをｔＣ表面上で走査することにより、繰り
返し動作周期中の該特定位相におけるＩＣ表面の電圧分
布像を得ることができる。

次に、ゲートの遅延時間測定について具体的に述べると
、従来、電子ビーム装置によりＬＳＩのゲート遅延時間
を得るためにエツジ・タイミングを測定する場合、測定
箇所に動作信号に同期した電子ビームパルスを照射して
放出される２次電子信号を検出することにより電圧波形
を測定し、この電圧波形がしきい値電圧と一致する位相
を求めている。高速ＬＳＩの多数試験に対しては、高精
度のタイミング測定が必要であるが、このためには、測
定波形の精度を上げなければならず、測定時間の長大化
を招き、全数試験等には不適当である。このため、位相
の収束動作により高速にタイミング測定を行う電子ビー
ム装置が考案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の電子ビーム装置にあっ
ては、動作試験において遅延時間の測定のみならず測定
波形の観測が併せて要求されることも多く、波形を測定
し尚かつ高精度のタイミング測定も行いたいという場合
、この両者を順次行うしか方法がなかった。このため、
動作試験に多大の時間を要し、能率が悪いという問題点
があった。

すなわち、従来の装置で測定波形がらエツジ・タイミン
グを高精度に求めるためには、波形観測を目的とする場
合の数倍の加算回数により測定波形の精度を向上させる
必要があり、この結果、必然的に測定時間が長いものと
なる。

そこで本発明は、測定波形の観測およびタイミング測定
の双方を同時に行って測定時間の短縮を図ることができ
る電子ビーム装置を提供することを目的としている。

〔４題を解決するための手段〕 本発明による電子ビーム装置は上記目的達成のため、試
料の測定箇所に対して、照射手段により該試料の動作信
号に同期した電子ビームパルスを位相制御して照射し、
測定手段により測定箇所から放出される２次電子を検出
して測定箇所の電圧を測定する電子ビーム装置において
、前記測定箇所の波形データから電圧測定波形が所定の
しきい値を横切るエツジタイミングの概略値を求めるエ
ツジ概略検出手段と、エツジ概略検出手段により求めら
れたエツジタイミングの概略値近傍の電圧波形データと
測定波形の傾きに基づいて測定波形のエツジタイミング
を決定するエツジ測定手段１９と、を設けている。

〔作用〕

本発明では、測定波形がしきい値を横切るエツジ・タイ
ミングの概略値が波形データから求められ、そのタイミ
ング概略値近傍の電圧波形データと測定波形の傾きに基
づいて測定波形のエツジ・タイミングが決定される。

したがって、粗精度で測定した電圧波形デ７りと測定波
形の傾きから正確なエツジ・タイミングが計算により求
められることとなり、この方法では、エツジ・タイミン
グの近傍領域の波形データ数点を計算に用いるため、加
算回数が数分の■に節約され、測定波形の観測およびタ
イミング測定の双方を同時に行って測定時間の短縮が図
られる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜４図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を
示す図であり、第１図はその全体構成図である。第１図
において、１はストロボ電子ビーム装置、２は電子ビー
ム鏡筒であり、電子ビーム鏡筒２には試料室３が接続さ
れる。試料室３の内部には被検ＩＣ（試料）４が配置さ
れる。被検ＸＣ４には電子ビーム鏡筒２からＥＢパルス
５が照射され、２次電子６が得られる。２次電子６は試
料室３に接続された２次電子検出器７によって検出され
、その出力は２次電子信号として電圧測定回路８に入力
する。また、被検ＩＣ４はパターンジェネレータＰＧあ
るいはＬＳＩテスタからなるＬＳＩ駆動回路９によって
動作し、ＬＳＩ駆動回路９からのＬＳＩ動作クロ・ツク
は位相制御回路１０に入力される。位相制御回路１０は
ＬＳＩ動作クロックを取り込み電子銃１１から照射され
た電子ビーム５ａをパルス化するために該動作クロック
の位相を制御するもので、位相制御回路１０の出力はＥ
Ｂパルス用ドライバ１２に人力される。ＥＢパルス用ド
ライバ１２は電子ビーム鏡筒２の内部に配置されたＥＢ
パルスゲ−１−１３に接続され、ＥＢパルスゲート１３
に電気的なパルスを印加することにより電子ビーム５ａ
を振ってパルス化させ、ＥＢパルス５を形成する。

なお、電子銃１１からの電子ビーム５ａは電子レンズ１
４によって収束し、ＥＢパルスゲート１３を通過してＥ
Ｂパルス５となり、さらにその後スキャンコイル１５に
より電磁偏向されて被検ＩＣ４の配線上をスキャンする
。

電圧測定回路８は２次電子検出器７の出力（２次電子信
号）に基づいて被検ＩＣ４の動作電圧を測定し、測定結
果を分析電圧制御回路１６および波形データバッファ１
７に出力する。分析電圧制御回路１６は電圧測定回路８
の出力に基づいてエネルギ分析器１８に印加する電圧を
制御し、エネルギ分析器１８は、例えば２次電子の引き
出し電界の等力比を図るコントロールグリッドやバンフ
ァグリソドを有し、分析電圧制御回路１６から供給され
た電圧が印加されている。なお、エネルギ分析器１８を
設けているのは、単なる電圧コントラスト信号からは定
量的な電圧測定を行うことが困難であるため、放出２次
電子数の大小ではなく、そのエネルギ分布が電子ビーム
照射点の電圧で移動する現像を利用した電圧測定法（エ
ネルギ分析法）を用いることで、電圧測定の定量化を行
うためである。

一方、波形データバッファ１７は電圧測定回路８の出力
に基づいて測定電圧の波形データをバッファ増幅し、エ
ツジタイミング計測部１９および表示装置２０に出力す
る。エツジタイミング計測部１９は波形データバッファ
１７の出力に基づいて測定波形が所定のしきい値を横切
るエツジタイミングの概略値を波形データから計測し、
表示装置２０は被検ＩＣ４の測定箇所の電圧測定等に必
要な波形データを表示する。

上記位相制御回路１０、電子銃１１ＳＥＢパルス用ドラ
イバ１２、ＥＢパルスゲート１３、電子レンズ１４およ
びスキャンコイル１５は全体として照射手段３１を構成
し、上記２次電子検出器７、電圧測定回路８、波形デー
タバッファ１７および表示装置２０は測定手段３２を構
成する。また、エツジタイミング計測部１９はエツジ概
略検出手段およびエツジ測定手段としての機能を有する
。

次に、作用を説明する。

測定シーケンスは次の通りである。まず、所定のテスト
ベクトルをＬＳＩ駆動回路９にダウンロードし、マルチ
ストロボ測定系、すなわちＥＢパルス用ドライバ１２等
を含む照射手段３１および測定手段３２を初期化する。

次いで、ＬＳＩ駆動回路９でテストベクトルに従ってテ
ストパターンを繰り返し発生し、テストパターンの開始
タイミングを示ずトリガ信号と被検ＩＣ４（すなわち、
ＤＵＴ：　ｄｅｖｉｃｅ　ｕｎｄｅｒ　Ｌｅｓｔ（テス
トデバイス））を駆動するためのクロック信号を被検Ｉ
Ｃ４に供給する。

その後、照射手段３１ではトリガ信号を基準としてクロ
ック信号のパルス信号に同期して２次電子信号のサンプ
リングを行い、そのサンプリング結果に基づいて被検Ｉ
Ｃ４の信号電圧の測定が行われ、また、エツジタイミン
グ計測部１９により第２図に示すプログラムに従ってエ
ツジタイミングの測定が行われる。

第２図はエツジタイミング測定のフローチャートである
。フローチャートの前半は波形を測定する動作で、従来
と同様、位相を走査しながら電圧を測定し、これを加算
平均するものである。すなわち、まず、５ｔ（Ｓｉはス
テップを指す。以下、同様）で電圧測定の加算回数に対
応するループインジケータｉをｉ＝１　　（初期化）と
おき、Ｓ２でｉをインクリメントし、さらにＳ３でルー
プインジケータｉを所定の加算回数に対応する基準値Ｎ
ｗと比較する。最初はｉ＜Ｎ、であるからＳ４に進み、
測定電圧の位相点数（位相をピックアップする点の数〉
のループインジケータｊを１−０　（初期化）とおき、
Ｓ、でｊをインクリメントし、さらにＳ、でループイン
ジケータｊを所定の位相点数に対応する基準値Ｎ、と比
較する。ｊ≦ＮＰのときはＳ７において位相ｔ　　（ｊ
）で電圧■を測定し、このときの測定値を Ｖ　（ｊ）　＝Ｖ　（ｊ）　＋Ｖ としてＳ５に戻る。Ｓ５ではｊをインクリメントし、そ
の後再びＳ６に進む。そして、Ｓｈでｊ〉Ｎ、になると
８２に戻り、ここからさらにＳ３に進む。Ｓ３でｉ＞Ｎ
Ｈになると、Ｓ８で全位相の電圧データについての加算
平均を次式で求める。

Ｎ。

次いで、Ｓ、で加算平均した電圧データＶ　（ｊ）と所
定のしきい値電圧ｖＬｈとの差１ｖ（ｊ）−Ｖいｌが所
定の規定電圧以下となる位相の境界、言い換えれば範囲
Ｔ。＝＝　（Ｔ、、Ｔ、）を求め、この領域をエツジタ
イミング近傍領域とする。ここで、規定電圧は測定の要
求精度により決定される。

位相の境界範囲（エツジタイミング近傍領域）は第３図
（ａ）に示すようにしきい値Ｖいを中心としてＴｓ、Ｔ
、で表されるゾーンとなる。このゾーンの具体的な決め
方は第４図のように示され、電圧データの絶対値が（振
幅×　　　）となるように上記規定電圧を設定すると、
このときの工。

ジタイミング近傍領域は第４図中にハンチングで表す範
囲となる。したがって、測定の要求精度に応じて電圧デ
ータの絶対値の大きさを変えるようにするとよい。なお
、第４図中でＴｌ、Ｔｎで表される範囲はエツジ測定の
ための設定ゾーンである。

次いで、ＳＩＯでエツジタイミング近傍領域内の全ての
電圧データについてエツジ・タイミングの候補値を計算
する。候補値は、式ｔ’（ｊ）＝α（Ｖい−Ｖ（ｊ））
で定義される。αは波形の傾きである（第３図（ａ）参
照）。また、゛第３図（ａ）のハツチング部分を拡大す
ると、第３図（ｂ）のように示される。ｔ’（ｊ）は第
３図（ｂ）で示すようにハンチング部分内のしきい値ｖ
ｔｈレベルに存在する複数の点となる。次いで、Ｓ、で
全てのｔ’（ｊ）について加算平均を求め、その平均値
をエツジタイミングＴｅｄｇｅとする（第３図（ｂ）参
照）。

このように、本実施例では測定波形がしきい値を横切る
エツジ・タイミングの概略値を波形データから求め、そ
のタイミング概略値近傍の電圧波形データと測定波形の
傾きから計算したエツジ・タイミングを加算平均し、そ
の平均値をエツジ・タイミングとしている。すなわち、
粗精度で測定した電圧波形データと測定波形の傾きから
正確なエツジ・タイミングを計算により求めている。こ
の方法では、エツジ・タイミングの近傍領域の波形デー
タ数点を計算に用いるため、加算回数を従来に比して数
分のｌに節約することができ、測定波形の観測およびタ
イミング測定の双方を同時に行って測定時間の短縮を図
ることができる。

なお、得られるタイミングの精度は、測定波形のＳ／Ｎ
とエツジ近傍領域内のデータ点数で決まり、エツジ近傍
領域内のデータ点数は、規定電圧値と位相刻み幅により
制御できるので、要求される精度により変えることがで
きる。このとき、位相刻み幅は測定時間に直接係わるの
で、規定電圧で精度を制御する方が好ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、測定波形の観測およびタイミング測定
の双方を同時に行うことができ、測定時間の短縮を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を
示す図であり、 第１図はその全体構成図、 第２図はそのエツジ・タイミング測定のフローチャート
、 第３図はそのエツジ・タイミングの測定の方法を説明す
る図、 第４図はそのエツジ近傍領域の決定方法を説明する図で
ある。 １・・・・・・ストロボ電子ビーム装置、２・・・・・
・電子ビーム鏡筒、 ３・・・・・・試料室、 ４・・・・・・被検ＩＣ。 ５・・・・・・ＥＢパルス、 ６・・・・・・２次電子、 ７・・・・・・２次電子検出器、 ８・・・・・・電圧測定回路、 ９・・・・・・ＬＳＩ駆動回路、 １０・・・・・・位相制御回路、 １２・・・・・・ＥＢパルス用ドライバ、１６・・・・
・・分析電圧制御回路、 １７・・・・・・波形データバッファ、１８・・・・・
・エネルギ分析器、 １９・・・・・・エツジタイミング計測部（エツジ概略
検出手段、エツジ測定手段）、 ２０・・・・・・表示装置、 ３１・・・・・・照射手段、 ３２・・・・・・測定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　試料（４）の測定箇所に対して、照射手段（３１）に
   より該試料（４）の動作信号に同期した電子ビームパル
   ス（５）を位相制御して照射し、 測定手段（３２）により測定箇所から放出される２次電
   子（６）を検出して測定箇所の電圧を測定する電子ビー
   ム装置において、 前記測定箇所の波形データから電圧測定波形が所定のし
   きい値を横切るエッジタイミングの概略値を求めるエッ
   ジ概略検出手段（１９）と、エッジ概略検出手段（１９
   ）により求められたエッジタイミングの概略値近傍の電
   圧波形データと測定波形の傾きに基づいて測定波形のエ
   ッジタイミングを決定するエッジ測定手段（１９）と、
   を設けたことを特徴とする電子ビーム装置。