JPH0484781A - サンプリング装置 - 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〕 特にアナログ信号をストロボ測定によりサンプリングし
てディジタル信号に変換する装置であって、ベースライ
ンサンプルホールドを併用するサンプリング装置に関し
、 サンプリングレートを充分に高めることができるサンプ
リング装置を提供することを目的とし、第１ストローブ
信号を発生する第１信号発生手段と、第２ストローブ信
号を発生する第２信号発生芋段と、前記第１ストローブ
信号に従ってアナログ入力信号のベースラインレベルを
サンプリングし、ホールドするホールド手段と、該ホー
ルド手段の出力とアナログ入力信号の差に相当する差信
号を発生する差信号発生手段と、前記第２ストローブ信
号に従って差信号をサンプリングし、ディジタル信号に
変換する変換手段と、前記第１ストローブ信号の間隔に
対して前記第２ストローブ信号の間隔が狭（なるように
両間隔の比を設定する間隔比設定手段と、を備えたこと
を特徴とし、好ましくは、前記間隔比設定手段は、少な
くともアナログ入力信号に重畳される低周波ノイズの低
減度合および当該ノイズの周波数に基づいて前記間隔の
比を設定することを特徴とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、サンプリング装置に関し、特にアナログ信号
をストロボ測定によりサンプリングしてディジタル信号
に変換する装置であって、ベースラインサンプルホール
ドを併用する例えばＬＳＩ診断用のＥＢ　（電子ビーム
）テスタに用いられるサンプリング装置に関する。

電子ビームを試料上に照射し、その試料から放出される
二次電子量に基づいて試料の良否を診断するＥＢテスタ
は、特に高密度化、微細化が進むＬＳＩ（集積回路）を
精度よく診断でき、今後の発展が期待されている。

〔従来の技術〕

第４図は従来のＥＢテスタの信号処理回路を示すブロッ
ク図である。

この装置では、検出器ｌＯから取り出した二次電子量に
対応するアナログ信号Ｓ１を、差動アンプ１１の十人力
に加えると共に、サンプルホールド回路１２にも送り、
サンプルホールド回路１２で所定のトリガ信号Ｓ２に従
ってアナログ信号Ｓ、のベースラインレベルＳ、を取り
出して（以下、ベースラインサンプリング）、これを差
動アンプ１１の入力に加えている。そして、上記アナロ
グ信号Ｓ１とベースラインレベルＳ３の差信号Ｓ４を差
動アンプ１１から出力し、これをＡＤ変換器１３で所定
のストローブ信号Ｓ、に従ってサンプリングしく以下、
ストロボサンプリング）、ディジタル信号Ｓｈに変換し
た後、信号積算回路１４で所定時間積算して信号処理回
路１５への送出データＳ、を生成している。なお、１６
はトリガ信号Ｓ２を所定時間ｄ。

遅延してストローブ信号Ｓ、とする回路である。

これによれば、アナログ信号のベースラインレベルと該
アナログ信号との差値をディジタル変換しているので、
アナログ信号に重畳された低周波ノイズ（例えば電源ノ
イズ）の影響を回避できる。

ここで、ノイズ低減の原理を説明する。第５図（ａ）は
、アナログ信号に重畳される低周波ノイズの一例を示し
ている。ノイズ低減前の正弦波Ｓを、 Ｓ　（ｔ）　＝αｓｉｎ　　（２πｔ／τ、　＞　・・
・・・・■但し、τＩ　：信号の１周期の時間 α：信号の振幅 で表し、このＳを時間幅τ２なる矩形ウィンドで測定し
た場合、その測定正弦波ＳＡは、同図（ｂ）のようにな
り、その振幅α１　（ウィンド内の正弦波振幅の平均値
）は、 α、−ατ、５ｉｎ（πτ２／τ１） ／（πτ２）・・・・・・■ で与えられる。

また、矩形ウィンドの始めにベースラインサンプリング
を行った場合、その測定正弦波Ｓ、は、同図（ｃ）のよ
うになり、その振幅α２は、α２＝α（πτ２／τ１）
・・・・・・■で与えられる（但し、τ２〈〈τ、）。

すなわち、矩形ウィンドを用いた測定により低周波ノイ
ズの振幅αが振幅α１に低減され、さらにベースライン
サンプリングの併用によって振幅α２に低減されるから
、これらふたつの測定間におけるノイズの低減度合は、
πτ２／τ、　　＜＝α２／α、）で表すことができる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる従来のサンプリング装置にあって
は、ふたつのサンプリング動作、すなわちベースライン
サンプリングとストロボサンプリングとを交互に行う構
成となっていたため、例えばＥＢテスタにＰＭＴ　（フ
ォトマルチ）やＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）と
いった実用レヘルでの帯域幅が狭い検出器（ＰＭＴでｌ
ＯＭＨｚ程度、ＭＣＰではそれよりも狭い）を使用した
場合、サンプリングレートを充分に高めることができな
いといった問題点があった。

第６図において、サンプリングレートはディジタル変換
のタイミングを決定するストローブ信号Ｓ５の間隔（し
たがってトリガ信号Ｓ２の間隔）で決まり、この信号間
隔を狭めればサンプリングレートを向上できる。

しかし、サンプリングレートを高めていくと、アナログ
信号Ｓ１の間隔も同様にして狭くなり、遂にはアナログ
信号Ｓ、の裾が図中破線で示すように重なってしまい、
もはや正しいベースラインサンプリングを行えなくなる
。このため、実際上はアナログ信号ＳＩが重ならず、し
かもベースラインサンプリングに必要な静定時間ｄ２を
確保できる程度に信号間隔を広目に設定せざるを得す、
サンプリングレートを充分に高めることができなかった
。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
サンプリングレートを充分に高めることができるサンプ
リング装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するためその原理構成図を第
１図に示すように、第１ストローブ信号を発生する一第
１信号発生手段と、第２ストローブ信号を発生する第２
信号発生手段と、前記第１ストローブ信号に従ってアナ
ログ入力信号のベースラインレベルをサンプリングし、
ホールドするホールド手段と、該ホールド手段の出力と
アナログ入力信号の差に相当する差信号を発生する差信
号発生手段と、前記第２ストローブ信号に従って差信号
をサンプリングし、ディジタル信号に変換する変換手段
と、前記第１ストローブ信号の間隔に対して前記第２ス
トローブ信号の間隔が狭くなるように両間隔の比を設定
する間隔比設定手段と、を備えたことを特徴とし、 好ましくは、前記間隔比設定手段は、少なくともアナロ
グ入力信号に重畳される低周波ノイズの低減度合および
当該ノイズの周波数に基づいて前記間隔の比を設定する
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、第１ストローブ信号の間隔と第２ストロー
ブ信号の間隔との比が間隔比設定手段で設定され、例え
ば比を〉０とすると、１回のベースラインサンプリング
に対して複数回のストロボサンプリングが行われる。

したがって、複数回分のアナログ入力信号については当
該信号間でベースラインサンプリングが行われないから
、信号間に重なり部分が発生しても何等支障がなく、そ
の結果、信号間隔を極力狭くでき、サンプリングレート
を充分に高めることができる。

〔実施例］ 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２．３図は本発明に係るサンプリング装置の一実施例
を示す図であり、ＥＢテスタに適用した例である。

第２図において、２０はＩＣ等の試料がら放出される二
次電子を検出し、二次電子の量に対応したピーク値を持
つパルス状のアナログ信号Ｓ、。を発生する検出器であ
り、この検出器２ｏには実用レベルでの帯域幅が狭い例
えばＰＭＴ　（フォトマルチ）やＭＣＰ　（マイクロチ
ャネルプレート）が用いられる。

上記アナログ信号Ｓ１゜は差動アンプ２１の十人力に加
えられると共に、サンプルホールド回路２２にも加えら
れ、サンプルホールド回路２２（ボールド手段）は第１
ストローブ信号Ｓ、に従ってアナログ入力信号Ｓ、。の
ベースラインレベルをサンプリングし、そのサンプリン
グ信号ｓＩ□を出力すると共に、次回の第１ストローブ
信号Ｓ１１入力までの間サンプリング信号Ｓ＋Ｚをホー
ルドする。

差信号発生手段として機能する差動アンプ２１は、−人
力に加えられたサンプリング信号Ｓ１□と十人力に加え
られたアナログ信号Ｓ、。との差値をとり、その差値を
示す差信号５ｌｆｆをＡＤ変換器２３に出力し、ＡＤ変
換器２３（変換手段）は第２ストローブ信号５１４に従
って差信号Ｓ１１をサンプリングしてディジタル信号Ｓ
Ｉ５に変換し、信号積算回路２４に出力する。

信号積算回路２４は、初期状態で制御装置２５からの書
き込み（ライト）が可能な第ルジスタ２４ａ、同しく初
期状態で制御装置２５からの読み出しくリード）が可能
な第２レジスタ２４ｂを備えると共に、第ルジスタ２４
ａの内容で初期値をセットし、積算の都度そのカウント
値を更新する積算カウンタ２４ｃを含み、初期状態で制
御装置２５から任意の積算回数を第ルジスタ２４ａに書
き込むと共に、この積算回数で積算カウンタ２４ｃをセ
ットし、積算カウンタ２４ｃの値が所定値になるまでの
間、ディジタル信号Ｓ１５を積算してその値を第２レジ
スタ２４ｂに書き込む。

なお、ＳＩ６は任意のタイミングで制御装置２５がら出
力される測定開始ストローブ信号、３１７は前記積算回
数を完了した直後、信号積算回路２４から出力される測
定終了ストローブ信号である。

２６はサンプリング制御回路であり、サンプリング制御
回路２６は第１信号発生手段、第２信号発生手段および
間隔比設定手段として機能し、測定開始ストローブ信号
Ｓ＋６のタイミング、または後述の時間ｔｂが経過後に
最初に発生した第２ストローブ信号Ｓ１４のタイミング
で時間ｔａの計測を開始する第１タイマ２６ａ、および
第１り・、イマ２６ａの計測完了時点から時間ｔｂの計
測を開始する第２タイマ２６ｂを含み、測定開始ストロ
ーブ信号３１６から時間ｔａ後に最初の第１ストローブ
信号Ｓ。

（＃０）を発生し、以降、はぼｔａ十ｔｂの間隔で順次
に第１ストローブ信号Ｓ＋＋　（＃１１＃２、・・・・
・・）を発生する。サンプリング制御回路２６はまた、
トリガ信号Ｓ１８に同期した第２ストローブ信号Ｓ１４
を発生する。この第２ストローブ信号ＳＩ４は第１スト
ローブ信号Ｓｌｌの１周期中に複数回発生するようにな
っている。ここで、第１ストローブ信号Ｓ１１の間隔を
Ｌｌとし、第２ストローブ信号ＳＩ４の間隔をＬ２とす
ると、比（Ｌ、／ＬＸ　）が１よりも大きくなるように
設定する。

Ｌ、は、アナログ信号３１０に重畳する低周波ノイズの
低減度合ｎとノイズ周波数ｆに基づいて設定するのが好
ましく、例えば次式■に従って求めることができ、上記
の比（Ｌ＋／Ｌ２）もこの式から得ることができる。

Ｌｌ　＝　（１／　（ｎＸ　ｆ　Ｘｚ））＋ｔ　ｂ＋ｄ
　ｘ・・・・・・■ 但し、ｄｘは、時間ｔｂの計測完了時点がら最初の第２
ストローブ信号ＳＩ４が発生するまでの時間。

因みに、ノイズ周波数ｆを５０Ｈｚとし、ノイズ低減度
合ｎ（低減率）を（Ｉ　）　１／１００　、または（Ｉ
Ｉ）１／１０００とした場合のＬｌ　　（ベースライン
サンプリング時間）は、（１）で６３．７．ｃｚｓ　＋
　ｔ　ｂ　＋　ｄ　ｘ、（ｎ）で６．３７μｓ　＋ｔ　
ｂ十ｄｘとなり、これは、およそ１０μｓ間隔でベース
ラインサンプリングを行うと、低周波ノイズを１／１０
０以下に低減できることを示している。

次に、第３図のタイミングチャートを参照して回路動作
を説明する。

測定開始ストローブ信号Ｓ０が出力されると、まず、第
１タイマ２６ａが時間ｔａの計測を開始し、この計測を
完了した時点で、最初の第１ストローブ信号Ｓ、、（＃
Ｏ）を発生して最初のベースラインサンプリングを行う
。と同時に、第２タイマ２６ｂが時間ｔｂの計測を開始
し、この計測期間中、第２ストローブ信号３１４を複数
回発生してアナログ信号ＳＩＯのサンプリングを行う。

時間ｔｂの計測を完了すると、その後に発生する最初の
第２ストローブ信号Ｓ　１４のタイミングで前記時間ｔ
ａの計測を再開し、計測完了の時点で次の第１ストロー
ブ信号Ｓ、、（＃１）を発生して以上の動作を繰り返し
、信号積算回路２４における積算回数が第ルジスタ２４
ａに書き込まれた積算指定値に到達すると、測定終了ス
トローブ信号Ｓ１７を発生して一連の測定動作を完了す
る。そして、この測定にょって得られたデータ（第２レ
ジスタ２４ｂ内のディジタル信号積算値）が制御装置２
５によって読み出され、この制御装置２５において試料
に対する所要の診断、評価が行われる。

以上述べたように、本実施例では、第１ストローブ信号
Ｓ１１の１周期中に第２ストローブ信号Ｓ１４を複数回
含むように、言い替えれば複数回のストロボサンプリン
グに対して１回のベースラインサンプリングを行うよう
にしたので、アナログ信号Ｓ、。の裾が重なる程度に信
号間隔を狭めた場合でも、支障なくベースラインサンプ
リングを行うことができ、サンプリングレートを充分に
高めることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ベースラインサンプリングに関与する
第１ストローブ信号の間隔に対して、ストロボサンプリ
ングに関与する第２ストローブ信号の間隔が狭くなるよ
うに両間隔の比を設定したので、アナログ信号の裾が重
なる程度に信号間隔を狭めた場合でも、支障なくベース
ラインサンプリングを行うことができ、サンプリングレ
ートを充分に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、 第２．３図は本発明に係るサンプリング装置の一実施例
を示す図であり、 第２図はその構成図、 第３図はその動作タイミングチャート、第４〜６図は従
来例を示す図であり、 第４図はその構成図、 第５図はそのノイズ低減作用を説明するための波形図、 第６図はその動作タイミングチャートである。 ２１・・・・・・差動アンプ（差信号発生手段）、２２
・・・・・・サンプルホールド回路（ホールド手段）、 ２３・・・・・・ＡＤ変換器（変換手段）、２６・・・
・・・サンプリング制御回路（第１信号発生手段、第２
信号発生手段、間隔比設定手段）、 Ｓｌ。・・・・・・アナログ信号、 Ｓｌ＋・・・・・・第１ストローブ信号、ＳＩ□・・・
・・・サンプリング信号、Ｓ１１・・・・・・差信号、 ３１４”・・・・・第２ストローブ信号、ＳＩＳ・・・
・・・ディジタル信号、 Ｓ１６・・・・・・測定開始ストローブ信号、Ｓｌ？・
・・・・・測定終了ストローブ信号。 ０ワ 従来例のノイズ低減作用を説明するための波形同第 図 従来例のノイズ低減作用を説明するための波形図第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１ストローブ信号を発生する第１信号発生手段
   と、 第２ストローブ信号を発生する第２信号発生手段と、 前記第１ストローブ信号に従ってアナログ入力信号のベ
   ースラインレベルをサンプリングし、ホールドするホー
   ルド手段と、 該ホールド手段の出力とアナログ入力信号の差に相当す
   る差信号を発生する差信号発生手段と、 前記第２ストローブ信号に従って差信号をサンプリング
   し、ディジタル信号に変換する変換手段と、 前記第１ストローブ信号の間隔に対して前記第２ストロ
   ーブ信号の間隔が狭くなるように両間隔の比を設定する
   間隔比設定手段と、 を備えたことを特徴とするサンプリング装置。
2. （２）前記間隔比設定手段は、少なくともアナログ入力
   信号に重畳される低周波ノイズの低減度合および当該ノ
   イズの周波数に基づいて前記間隔の比を設定することを
   特徴とする請求項１記載のサンプリング装置。