JPS60143642A - ストロボ電子ビ−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】 （１）発明の技術分野 本発明はＩＣ又はＬＳＩなどのグイナミソクな動作を解
析するための電子ビーム装置に係り、特に電子ビームパ
ルスの発生タイミングを精度良く制御するようにしたス
トロボ電子ビーム装置に関する。

（２）技術の背景 近年、ＩＣ又はＬＳＩ（以下試料と呼ぶ。）などのグイ
ナミソクな動作を解析するための手段としてストロボ電
子ビーム装置が注目を集めている。

動作中の試料の表面の特定箇所に電子ビームを照射した
場合、そこから空間中に２次電子が放出されるが、検出
される２次電子の量は電子ビームの該照射箇所における
試料の電位によって変化する。

この原理に基すいて試料表面の電位の変化を観測するた
めにストロボ観察手段を備えた走査型電子顕微鏡が用い
られている。試料は一定の周期で同じ動作を繰り返すた
め、その周期に同期した特定のタイミングで短いパルス
状の電子ビーム（以下ＥＢパルスと呼ぶ。）を走査しな
がら試料全体に２次元的に照射し２次電子信号を検出す
れば、ある瞬間における試料の動作の電圧分布を観察す
ることができる（像モード）。また試料の特定箇所に上
記タイミングを少しずつずらしなからＢＢパルスを照射
し、２次電子信号を検出することによって、−周期中で
の動作が少しずつずれて観察されるため、該特定箇所に
おける電圧の時間的変化を観察することができる（波形
モード）。

上記観察において、高い時間分解能を実現するためには
短いパルス幅のＥＢパルスを正確な発生タイミングで照
射できるような精度の高い制御装置が必要となる。

（３）従来技術と問題点 従来のストロボ電子ビーム装置においては上記ＥＢパル
スの発生タイミングを効率良く測定する技術が無かった
ため、その制御には精度的な限界があり、ＥＢパルスの
発生タイミングの誤差によって上記検出２次電子信号（
以下ストロボ観察電圧波形と呼ぶ、）に誤差が生じてし
まうという問題点があった。

（４）発明の目的 本発明は上記問題点を除くために、ＥＢパルス発生タイ
ミング補正用の高精度遅延回路を備え。

予め既知の電圧波形とストロボ観察電圧波形とを比較し
、前述の遅延回路の補正量を決定することによって、Ｅ
Ｂパルスの発生タイミングを高精度制御できるようなス
トロボ電子ビーム装置を提供することを目的とする。

（５）発明の構成 そしてその目的は本発明によれば試料印加電圧値と２次
電子信号量の関係を測定する手段と、この測定結果に基
すいて試料印加所定電圧波形に対する２次電子信号量を
算出する手段と、この算出結果と試料に前記所定電圧波
形を印加した場合のストロボ観察２次電子波形とを比較
して補正量をめる手段と、該補正量に基すいて電子ビー
ムパルスの発生タイミングを補正する手段とからなるこ
とを特徴とするストロボ電子ビーム装置を提供すること
によって達成される。

（６）発明の実施例 以下本発明の実施例について詳細に説明を行なう。

第１図は本発明によるストロボ電子ビーム装置の全体的
な構成図である。１はストロボ電子ビーム光学系鏡筒で
あり、その内部にＢＢパルスを発生させるためのパルス
ゲート２．電子ビームパルス発生タイミングの補正デー
タをめるための適当な試料３．及び２次電子検出器５が
配置される。

試料３は制御面１ｉ！＆１２からのファンクションジェ
ネレータ用電圧値指定信号３１によって制御されるファ
ンクションジェネレータ４又は同じく制御回路１２から
の直流電源用電圧値指定信号３２によって制御される直
流電源１３によって切換スイッチ１４を介して選択的に
駆動される。またパルスゲート２は遅延回路９及び高精
度遅延回路１０がカスケードに接続されたパルスゲート
ドライバ１１において発生される偏向電圧信号２４によ
って駆動される。遅延回路９は制御回路１２からの遅延
量指定信号２７によって遅延設定値が決定され、ファン
クションジェネレータ４からのクロック２１を制御回路
１２からの分周率指定信号２３によって制御される分周
回路８において分周した分周クロック２２に対して遅延
動作が行われる。

また高精度遅延回路１０は制御回路１２からの高精度遅
延量指定信号２８によって高精度遅延設定値が決定され
、遅延回路９の出力信号に対して高５− 精度遅延動作を行なう。またパルスゲートドライバ１１
は制御回路１２からのドライバ制御信号３０によって制
御される。一方増幅器６で増幅された２次電子検出器５
からの２次電子信号２５は高精度遅延回路１０からのス
トローブ信号２９によって制御されるサンプリング回路
７によってサンプリングされデジタル２次電子信号２６
として制御回路１２に与えられる。

第２図は遅延回路９．高精度遅延回路１０．及びサンプ
リング回路７に関する制御回路１２の内部の構成図であ
る。遅延回路９の遅延設定値を指定する遅延量指定信号
２７は遅延量設定回路３３によって発生され、また遅延
量設定回路３３からは補正用２次電子信号量をデジタル
値として記憶している補正用２次電子信号量テーブル３
４に対して、上記指定遅延設定値に対応するアドレス信
号３９が与えられる。

一方、サンプリング回路７の出力であるデジタル２次電
子信号２６は比較回路３５に入力し、比較回路３５にお
いては該デジタル２次電子信号６− ２６と補正用２次電子信号量テーブル３４からの補正用
２次電子信号４０との比較が行われる。比較回路２５の
出力は高精度置設定遅延回路３６に与えられ、高精度遅
延量設定回路３６の出力はスイッチ３８を介して高精度
遅延回路１０の入力に接続されるとともに遅延補正量テ
ーブル３７の入力に接続される。また遅延補正量テーブ
ルの出力は同じくスイッチ３８を介して高精度遅延回路
１０の入力に接続される。遅延補正量テーブル３７の各
補正値のアトルス指定は前記アドレス指定信号３９によ
って行なわれる。

次に以上のような構成のストロボ電子ビーム装置におけ
る遅延量補正動作について説明する。

まず切換スイッチ１４を端子Ｔ２側に接続し。

制御回路１２からの直流電源用電圧値指定信号３２によ
って直流電源１３から試料３に一定直流電圧を与える。

そして２次電子信号を２次電子検出器５から増幅器６及
びサンプリング回路７を介して適当なサンプリング間隔
で検出する。この場合の直流電圧■と検出される２次電
子信号量Ｓとの関係は第３図のようになる。この図から
直流電圧Ｖ対２次電子信号量Ｓとが線形に変化する電圧
区間（Ｖｌ、Ｖ２）を抽出する。なお一般にＶｌと■２
の電位差は数ボルト程度である。次に切換スイッチ１４
を端子ＴＩ側に接続し、また制御回路１２からファンク
ションジェネレータ用電圧値指定信号３１を介して上記
電圧Ｖ！及びＶ２をファンクションジェネレータ４に与
え、ファンクションジェネレータ４において上記電圧レ
ベル間（Ｖｌ、Ｖ２）で変化する第４図に示すような一
定周期Ｔ〔秒〕の鋸歯状電圧波形を発生させ、試料３に
印加する。なお、この周期Ｔ〔秒〕は適当に設定するこ
とができるが、以下では例としてＴを被補正遅延時間幅
に一致させた場合について説明する。まず上記鋸歯状電
圧波形の一周期Ｔ〔秒〕をｎ等分した各時間（以下遅延
設定値ｄ〔秒〕と呼ぶ。）と２次電子信号量Ｓとの関係
は、第３図を用いることによって第５図に示す破線上の
各点（ｄ＋、５ａｄ）（ｄ２，５ａ２）（ｄ３，５ａ３
）　・・・　（ｄｎ、５ａｎ）として計算することがで
きるので、この計算値Ｓａ＋〜Ｓａｎを補正用２次電子
信号量テーブル３４のアドレスＡ１〜Ａｎに記憶させる
。一方、ファンクションジェネレータ４で発生される第
４図に示すような鋸歯状電圧波形に対して１分周回路８
で分周率を１に指定して時刻ｔ＋、ｔ２．ｔ３．　・・
・毎（第４図）に発生する分周クロック２２を作る。次
に遅延量設定回路３３において一定の遅延設定値ｄ〔秒
〕　（第４図）を設定して、遅延回路９においてこの設
定値に従って上記クロック２２を遅延させパルスゲート
２によってＥＢパルスを発生させ試料３に照射する。こ
れによって２次電子検出器５から検出される２次電子信
号をサンプリング回路７においてストローブ信号２９を
用いて同期させて号ンブリングすることによって、各点
　Ａ＋。

Ａ２．Ａ３．　・・・　（第４図）におけるデジタル２
次電子信号２６が得られる。そしてこれらの信号値は遅
延設定値ｄ〔秒〕が一定である限り同一である。さらに
遅延設定値ｄ〔秒〕と２次電子信号量Ｓとの関係は理想
的には第５図の破線上の相９− 当する点に一致するはずである。即ち第５図において例
えば遅延設定値をｄ３　〔秒〕とすれば２次電子検出器
５から増幅器６３号ンプリング回路７を介して得られる
２次電子信号量、即ちストロボ観察波形値はＳａ３とな
るはずである。ところが実際には遅延回路９において遅
延誤差があるため。

遅延設定値をｄ３　（秒〕としてもストロボ観察波形値
は第５図の破線上の点とならずに実線上の値となってし
まう。そこでまず遅延設定値を遅延設定量回路３３にお
いて例えばｄ３に固定し、アドレス信号３９によって補
正用２次電子信号量テーブル３４のアドレス　Ａ３を指
定し、そこに記憶されている理想的な２次電子信号波形
値Ｓａ３とストロボ観察波形とを比較回路３５において
比較し、その差に比例する補正用高精度遅延設定値を高
精度遅延量設定回路３６で設定し、高精度遅延量指定信
号２８として高精度遅延回路１０に与える（この時切換
スイッチ３８は端子Ｔ３側に接続する）。これにより遅
延回路９における遅延に高精度遅延回路１０による補正
用の遅延が加わっ１０− て、補正された発生タイミングでＢＢパルスが発射され
ることになる。上記動作をＳａ３とストロボ観察波形が
一致するまで繰り返し、その時の高精度遅延量設定回路
３６で設定された高精度遅延設定値を、遅延設定値ｄ３
　（秒）に対する遅延補正量Δｄ３　〔秒〕　（第５図
）としてアドレス信号３９によって指定される遅延補正
量テーブル３７のアドレスＡ３に記憶させる。そして以
上の動作を遅延量設定回路３３で設定される各遅延設定
値ｄ１〜ｄｎ（秒）毎に行なうことによって、ｄｉ〜ｄ
ｎ（秒）に対する遅延補正量へｄ１〜Δｄｎ〔秒〕をめ
ることができ、それらが遅延補正量テーブル３７のアド
レスＡ１〜Ａｎに記憶される。

これによって第５図の実線上の各ストロボ観察波形値Ｓ
ｂ＋、Ｓｂ２．Ｓｂ３．　・・・Ｓｂｎは破線上の理想
値Ｓａｄ、Ｓａ２．Ｓａ３．　・−−８ａｎに補正され
、そのための各遅延補正量はΔｄ１、Δｄ２．　Δｄ３
．・・・Δｄｎ（秒〕となる。

以上の動作によって任意の遅延設定値ｄ１〜ｄｎ（秒〕
における補正値Δｄ１〜Δｄｎ（秒〕がまったので１次
に実際に動作解析するための試料に対してストロボ観察
を行なう。そのためにはまず切換スイッチ１４を端子Ｔ
Ｉ側に接続し。

ファンクションジエネレーク４によってクロックパルス
を試料３に与える。そして観察したい発生タイミングに
対応する遅延設定値を遅延量設定回路３３においてｄ１
〜ｄｎ［秒〕の中から選択することによって遅延回路９
に該遅延量指定信号２７が与えられ、又遅延量設定回路
３３からその遅延設定値に対応するアドレス信号３９が
遅延補正量テーブル３７に与えられることによって対応
する遅延補正量が高精度遅延量指定信号２８として高精
度遅延回路１０に与えられる（この時は切換スイッチ３
８は端子Ｔ４側に接続する）。これによって該遅延設定
値に対応する正確な発生タイミングでＥＢパルスが試料
３に照射されるので。

遅延量を１動作周期分変化させて得られるデジタル２次
電子信号２６を遅延時間に対してプロットすれば、正確
なストロボ波形が得られる。

なお本実施例においては補正用電圧波形とじて鋸歯状電
圧波形を用いたが、遅延設定値ｄ〔秒〕と２次電子信号
量Ｓとの関係が対応づけられるような波形であれば他の
ものでも良く、それらはファンクシ日ンジェネレータ４
　（第１図）によって発生させることが可能である。

（７）発明の効果 本発明によれば試料をストロボ観察するためのＥＢパル
スの発生タイミングの誤差を効率良く補正することがで
き、試料動作解析を高精度に行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるストロボ電子ビーム装置の全体的
な構成図、第２図は本発明によるＥＢパルス発生タイミ
ング補正部の具体的な構成図、第３図は試料印加直流電
圧Ｖ対２次電子信号量Ｓの関係図、第４図は試料に印加
される鋸歯状電圧波形の説明図、第５図はＥＢパルス発
生タイミング補正の説明のための遅延設定値ｄ対２次電
子信号量Ｓの関係図である。 １・・・ストロボ電子ビーム光学系鏡筒１３− ３・・・試料　４・・・ファン クションジェネレーク　５・・・２ 次電子検出器　７・・・サンプ リング回路　８・・・分周回 路　９・・・遅延回路　１０・ ・・高精度遅延回路　１１・ ・・パルスゲートドライバ　１２・ ・・制御回路　１３・・・直流電源 １４．３８・・・切換スイッチ ２０・・・試料入力電圧　２１・ ・・クロック　２７・・・遅延量指定信号２８・・・高
精度遅延量指定信号 ２９・・・ストローブ信号　３３ ・・・遅延量指定回路　３４・ ・・補正用２次電子信号量テーブル ３５・・・比較回路　３７ ・・・遅延補正量テーブル ＝１４− 第３図 Ｓ 第４図 ■ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試料印加電圧値と２次電子信号量の関係を測定する手段
   と、この測定結果に基ずいて試料印加所定電圧波形に対
   する２次電子信号量を算出する手段と、この算出結果と
   試料に前記所定電圧波形を印加した場合のストロボ観察
   ２次電子波形とを比較して補正量をめる手段と、該補正
   量に基すいて電子ビームパルスの発生タイミングを補正
   する手段とからなることを特徴とするストロボ電子ビー
   ム装置。