JPS6156426A

JPS6156426A - 電子ビ−ム装置

Info

Publication number: JPS6156426A
Application number: JP59156640A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Ozaki; 一幸尾崎; Yoshiaki Goto; 後藤　善朗; Akio Ito; 昭夫伊藤; Toshihiro Ishizuka; 俊弘石塚; Kazuo Okubo; 大窪　和生
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1986-03-22
Also published as: JPH0354857B2

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の繰り返し動作に同期してパルス状電子ビ
ームをＩＣ表面に照射することにより。

得られた２次電子信号から該表面部分の電圧を測定する
ストロボ電子ビーム装置に係り、特にＩＣの動作クロッ
クに周期してパルス状電子ビームをＩＣ表面に照射する
ことによって、高速に電圧分布画像およびＩＣの配線画
像を測定する電子ビーム照射方式に関する。

１　　　　　　（２）技術の背景高速動作するＩＣ内部の電圧を測定する手段として、Ｉ
Ｃの繰り返し動作に同期してパルス化した電子ビーム（
以下、ＥＢパルスと呼ぶ）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技術が注目を集め
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を得ることが可能である
。

（３）従来技術と問題点上記のような方式に基づ〈従来の電子ビーム装置の動作
概念を以下に説明する。まず、ある電圧状態であるＩＣ
表面の特定部分にＥＩ３パルスを照射すると、その表面
部分から２次電子が放射される。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。従って２次電子
信号量を測定することによって、　ＥＢ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。

もう１つｆｆ１９なことは、ＩＣを特定のクロック４，
１１えＬｆ　Ｉ　Ｍｌｌｚ（７）’）。ｙ、）、：：よ
り□４．あ、え　　　（場合、該ｔＣが例えば１００ク
ロツクの周期で一連の動作を行うとする（これを１繰り
返し動作周期と呼ぶ）と、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１繰り返し動作
周期中の特定のタイミングにおけるＩＣの各部分の電圧
分布像を取得（これを像モードと呼ぶ）するためには、
ＥＢパルスを繰り返し動作周期中の該特定タイミングで
発生するようにし　＠　ｇ　１３パルスをＩＣ表面上で
２次元走査して２次電子信号を取得する。表示用ＣＲＴ
の画面をＥＢパルス走査位置に対応する２次電子信号で
輝度変調することにより繰り返し動作周期中の該特定タ
イミングにおけるＩＣ表面の電圧分布像が表示される。

繰り返し動作周期中でＥＢパルスを発生するタイミング
を変えれば、そのタイミングにおける電圧分布像を得る
ことができる。

以上が従来のストロボ電子ビーム装置の動作概念である
が、上記のような方式によるとＩＣの１繰り返し動作周
期に１個のＥＢパルスしか照射しなかった。電圧分布像
がＮＸＮ＝Ｌ個の画素からなる場合、Ｌ個のＥＢパルス
照射が必要となる（加算平均処理がない場合）。従って
１例えばＩＣの１繰り返し動作周期が１０００クロツク
というように長周期デバイスで１画素数りが２５６Ｘ　
２５６点であるとすれば、全てのクロック状態に対する
電圧分布像を得るためには、　　２５６ｘ　２５６　ｘ
　１０００もの繰り返し動作周期を必要としてしまうと
いう問題点があった。またこの場合、ＥＢパルスの位相
は繰り返し動作周期の１クロツク目に１１個発生される
周期パルスを基準に設定していたため、上記例のような
場合、ＥＢパルスの位相を１繰り返し動作周期の中で長
い時間範囲にわたって高精度に制御する必要があった。

しかし実際には制御装置の制限などから測定不可能な位
相範囲が生じたり。

ジッタによる影響のために時間分解能が低下してしまう
というような問題点があった。さらに、一般に試料とな
るＩＣはその表面が絶縁保護膜で被覆されており、コン
トラスト・空間分解能のよい電圧分布像が得られない。

特に高電圧の配線部分と層間絶縁膜部分から検出される
２次電子信号毒は共に少ないため１両者を区別できない
という間照点があった。絶縁保護膜に関するこのような
問題点を解決するために、電子ビームの加速電圧を高く
するということが考えられるが、ＩＣがＭＯＳデバイス
などの場合、デバイスを破壊してしまう可能性が高くな
る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、ＩＣの動作クロック
をＥＢパルスの照射タイミングを設定するための信号と
し、ＩＣの各繰り返し動作周期中に複数個のＥＢパルス
を照射することによって。

測定時間とＥＢパルスの照射タイミングの精度を大幅に
改善でき、なおかつ１フレ一ム画像データ取得毎にＥＢ
パルスを空打ちすることによって保ｖ！ｉ膜の影響を軽
減させながら上記動作を複数回繰り返してそれらの加算
平均をとることによって絶縁保護膜を介してＳ／Ｎの良
い電圧分布像を取得でき、さらに各画素毎に全クロック
状態の２値画像のＯＲをとることによって配線部分と層
間絶縁町膜部分を区別した２値画像を得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する。

（５）発明の構成上記目的は、パルス状の電子ビームをＩＣクロックによ
って動作するＩＣ表面上に照射し、それにより放出され
る２次電子を検出する手段を有する電子ビーム装置にお
いて、前記ＩＣの繰り返し動作に同期した前記パルス状
の電子ビームを前記ＩＣ表面上を走査しながら照射す　
る第１の、照射手段と、前記ＩＣクロックを基準とした
所定のタイミングの前記パルス状の電子ビームを前記Ｉ
Ｃの繰り返し動作に同期して前記ＩＣの表面上を２次元
走査しながら前記ＩＣ周期毎に複数個照射する第２の照
射手段と、該第２の照射手段によって前記パルス状の電
子ビームが照射される毎に前記検出手段によって検出さ
れる２次電子信号を前記ＩＣクロックに対応したタイミ
ングで記憶する記憶手段と、前記第１または第２の照射
手段を切り換える切り換え手段と、前記記憶手段に記憶
された２次電子信号データをもとに前記１０表面０電　
　　　　　１．（圧分布像を取得する取得手段と、該取
得手段によって得られた複数枚の電圧分布像を各画素毎
に合成し、前記ＩＣの配線部分と層間絶縁膜部分を区別
した画像を合成する画像合成手段を有することを特徴と
する電子ビーム装置を提供することである。

（６）発明の実施例以下２本発明の実施例について詳細に説明を行う。

第１図は本発明による電子ビーム装置の全体的な構成図
である。電子ビーム鏡筒１には試料室２が接続され、試
料室２の内部には被検ＩＣ３が配置される。被検ＩＣ３
には電子ビーム鏡筒ｌ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２に接続された検出器７によって検
出され、その出力は２次電子信号７１として２次電子信
号処理回路８に入力する。また、被検Ｉ　ＣＵはＩＣド
ライバ１０よって駆動される。

また、２次電子信号処理回路８には制御用計算機１３か
らの遅延時間指定信号１３１．複数の画像データ合成制
御信号１３２及び遅延回路１２からのストローブ１７１
が切り換えスイッチ１７を介して入力する。また、その
出力である画像データ８４１は画像データ合成回路９に
入力する。また画像データ合成回路９には画像データ合
成制御信号１３２が入力し、その出力である合成画像デ
ータ９４２は制御用計算ｍ１３に入力する。一方遅延回
路１２にはＩＣドライバ１０からのＩＣクロック１０２
．及び制御用計算機１３から位相指定信号１３３が入力
する。遅延回路１２の出力であるストローブ１２１は前
記したように切り換えスイッチ１７を介して選択的に２
次電子信号処理回路８に入力すると共に、切り換えスイ
ッチ１６を介して選択的にＥＢパルスゲートドライバ１
４に入力する。−万ＥＢパルスゲートドライバ１４には
切り換えスイッチ１６を介してＩＣドライバ１０からの
繰り返し動作周期信号１０１が選択的に入力する。また
、ＥＢパルス゛ゲートドライバ１４には制御用計算機１
３からのＥＢパルスゲートドライバ制御信号１３４が入
力し、その出力は鏡筒１の内部に配置されたＥＢパルス
ゲート４に接続される。なお切り換えスイッチ１６．１
７は切り換え信号１３５によって制御される。また。

制御用計算機１３には表示装置１５が接続される。

次に、第２図は第１図における２次電子信号処理回路８
の部分のより具体的な回路構成図である。

第２図において、検出器７からの２次電子信号７１　（
第１図参照）はＡＤ変換器８１に入力する。

サンプルタイミング信号８２１を出力する遅延回路８２
には制御入力として制御用計算機１３からの遅延時間指
定１３１が入力し、またスイッチ１７を介して遅延回路
１０からのストローブ１７１　（第１図参照）が入力す
る。八り変換器８１の出力である２次電子信号データ８
１１は加算回路８３の一方の入力に入力する。加算回路
８３の他方の入力には、メモリ８４の出力である画像デ
ータ８４１が切り換えスイッチＳＷ３によって選択的に
入力され、加算回路８３の出力である加算データ８３１
はメモリ８４に入力する。メモリ８４の出力である画像
データ８４１は切り換えスイッチＳＷ３を介して画像デ
ータ合成回路９または前記加算回路の一方の入力に選択
的に入力する。

一方、加算、　ＲＥＡＤ／匈ＲＩＴＥ制御回路８５には
切り換えスイ・７チ１７　（第１図参照）からストロー
ブ信号１７１　（第１図参照）が入力し、その一方の出
力である加算制御信号８５２は加算回路８３に入力する
。また、他方の出力であるＩＩＩＥＡＤ／ＷＲＩＴＥ制
御信号８５１は切り換えスイッチＳＷＩを介して選択的
にメモリ８４に入力する。また、メモリアドレス制御回
路８６にはやはり切り換えスイッチ１７からのストロー
ブ信号１７１が入力し。

その出力であるアドレスデータ８６１は切り換えスイッ
チＳＷ２を介して選択的にメモリ８４に入力する。読み
出し制御回路８８には制御用計算機１３からの読み出し
回路起動信号１３２−１　　（第１図の１３２の一部）
が入力し、その出力であるアドレスデータ８８１及びＲ
ＥＡＤ制御信号８８２は。

それぞれ切り換えスイッチＳＷ２及び切り換えスイッチ
ＳＷＩを介して１選択的にメモリ８４に入力する。また
、ＩＣドライバ１０からの繰り返し　　　　　１動作周
期信号１０１　（第１図参照）は、メモリアドレス制御
回路８６に入力する。なお、制御用計算機１３からの切
り換え信号１３１−２（第１図の１３２の一部）は、切
り換えスイッチｓｗｉ。

ＳＷ２．ＳＷ３を制御する。

次に第３図は第１図における画像データ合成回路゛９の
部分のより具体的な回路構成図である。第３図において
２次電子処理回路８からの画像データ８４１は２値化回
路９２に入力する。２値化回路９２は制御用計算機１３
からの画像データ合成制御信号１３２によって制御され
、その出力である２値化画像データ９２１はＯＲ回路９
３の一方の入力に入力する。ＯＲ回路９３の他方の入力
はメモリ９４の出力である合成画像データ９４１が切り
換えスイッチＳＷ４を介して選択的に入力する。ＯＲ回
路９３の出力であるＯＲ回路出力９３１はメモリ９４に
入力する。メモリ９４は画像データ合成制御信号１３２
によって制御される。

メモリ９４の出力である合成画像データ９４１は画像デ
ータ合成制御信号１３２によって制御される切り換えス
イッチＳＷ４を介して選択的にＯＲ回路９３または合成
画像データ９４２として制御用計算機１３に入力する。

なお、２値化回路９２゜メモリ９４．及び切り換えスイ
ッチＳＷ４を制御する画像データ合成制御信号１３２は
同一の信号ではなくそれぞれ独立した複数の信号である
。

以上、第１図及び第２図のような構成の電子ビーム装置
の動作について、まず第４図の説明図を用いながら説明
を行う、第４図において同図（ａ）はｒｃクロック１０
２（第１図参照）であり、　　Ｃｉｊはｉ番目の繰り返
し動作周期口のｊ番目のクロックパルスであることを示
す。この場合、１−ｔ＆Ｔｃ３　（第１図参照）はこの
クロックに従って動作し。

１繰り返し動作周期を第４図１ｅ）に示すようにＮクロ
ック＝　Ｔ　ｓｅｃとし、同図（ａｌのクロック周期ｔ
ｃは例えば１μｓｅｃ　　（Ｉ　Ｍ　ｔｌｚクロック）
であるとする。次に第４図（ｂ）は被検ＩＣ３の特定部
分の電圧状態の時間変化の例を示したものであり、１繰
り返し動作周期毎に同じ電圧状態を示していることがわ
かる。第４図（Ｃ）は繰り返し動作同期信号１０１　（
第１図参照）でありＳｉはｉ番目の繰り返し動作周期の
時間原点を与えるパルスであることを示す。第４図（ｄ
）はＥＢパルス（またはストローブ）（共に第１図のＥ
Ｂパルス５またはストローブ１２１に等しい。）であり
、　　Ｅ＝７は同図＋ａ）のクロックパルス（Ａ７を基
準とするＥＢパルス（又はストローブ）であることを示
す。

第４図を用いて電圧分布像を得る動作について以下に説
明する。まず、第１図の切り換え信号１３５により切り
換えスイッチ１６及び１７は端子ａ側に接続する。そし
て第１図の遅延回路１２には位相指定信号１３３によっ
て例えばｄ　ｓｅｃなる位相を１旨定する。これにより
ＩＣドライバー０から出力されるＩＣＣクロック１０は
第４図＋８）に示したＣ２ｊとして遅延回路１２に入力
する。それによりまず遅延回路１２に第１繰り返し動作
周期口における第４図（ａ）のＣｌ１−ＣＩＮが入力す
ると、その出力であるストローブ１２１は第４図（ｄ）
に示ずＥ１１〜ＥＩＮとなる。これは第４図（ｉｌｌ）
のＣ１１〜ＣＩＮに対してｄ　Ｓｅｃだけ位相が遅れた
信号となっている。このストローブ１２１によってＥＢ
パルスゲートドライバ制御信号１３４で制御されるＥＢ
パルスゲートドラーイバ１４が動作しＥＢパルスゲート
４を制御することによって、電子ビーム鏡筒１内の電子
銃（特には図示せず）から発射された電子ビームがＥＢ
パルスゲート４によって被検ＩＯ３上の特定部分へＥＢ
パルス５として照射される。このＥＢパルス５の照射タ
イミングは第４図（ｄｌのＥ＋＋〜ＥＩＮと同じパルス
状の電子ビームである。これによって２次電子６が検出
器７によって検出され、２次電子信号７１として２次電
子信号処理回路８に入力する。次に。

第２繰り返し動作周期口も各ＩＣクロック１０２である
Ｃ２＋＝Ｃ２ＴＪ（第４図（ａ））に対してｄ　Ｓｅｃ
だけ位相が遅れたＥＢパルス５が第４図（ｄ）のＥ２１
〜Ｅ２Ｎのタイミングで照射される。たたし、この場合
は電子ビーム鏡筒１内の偏向コイルを制御用計算機１３
によって制御しく特に図示せず）。

ＥＢパルス５の被検ＩＣ３上への照射位置を第１繰り返
し動作周期口に比べて少しずらす。このよ　　　　　　
１゜うに各繰り返し動作周期毎に照射位置を少しずつず
らすことにより、ＥＢパルスを２次元的に走査する。従
って、今１画（象がＫ　Ｘ　Ｋ　＝　Ｌ　（ｌｌｉｌの
画素からなる場合、Ｌ回の繰り返し動作周期が必要であ
る。

次に上記のように検出された各２次電子信号７１を第２
図のメモリ８４に取り込む動作について説明する。まず
、切り換え信号１３２−２によって切り換えスイッチＳ
ＷＩは加算・ＲＥＡＤ／　ＷＲＩＴＥ制御回路８５の側
に接続し、切り換えスイッチＳＷ２はメモリアドレス制
御回路８６の側に接続する。この状態でＡＤ変換器８１
に入力する２次電子信号７１は第４図（ｄｌのタイミン
グで照射されるＥＢパルス５（第１図）に対してわずか
に遅延された信号となっている。従ってそのわずかな遅
延時間を遅延時間指定信号１３１によって指定し。

ＥＢパルス５のタイミングと等価な第４図＋ｄｌに示し
たストローブ１７１を用いて遅延回路８２によってザン
ブルタイミング信号８２１を発生させる。

その信号によりＡＤ変換器８１でＡＤ変換を行いディジ
クルの２次電子信号デーク８１１を得る。

いま、それらの信号を便宜的に第４図（ｄ）の各Ｅｔｊ
で表す。このようにして得られた各Ｅｔｊはメモリ８４
にそれぞれ記憶される。なお、以下では加算回数−１す
なわち加算を行わない場合について説明する。メモリア
ドレス制御回路８６においてストローブ１７１が入力す
る毎にアドレスが１つずつ進められ、それに従って各Ｅ
　が次のように記憶される。

Ｅ＋　＋、Ｅ＋　２．Ｅ＋　３１　１１＋、Ｅ＋Ｎ・・
・・・第１繰り返し周期口２２　ＩＩ　Ｅ　２２１２２３＋　　・・・１Ｅ２Ｎ・
・・・・第２繰り返し周期口ＥＬ、ｔｔ　Ｅ、２．　ＥＬ、３１　　・・・、ＥＬ、
Ｎ・・・・・第り繰り返し周期口なお、第２繰り返し周期口の各Ｅａ７は第１繰り返し周
期口のＥｉ７　　に続くアドレスに順に記憶され。

以下第３．第４．・・・というように第り繰り返し周期
口まで同様に記憶される。

以上のようにして記憶された各ＥＬｊに対して。

まず加算回路８３において加算を行わず、さらに画像デ
ータ合成回路９においても特別な合成処理は行わない場
合の読み出し方について説明する。

初めに切り換え信号１３２−２によって切り換えスイッ
チＳＷＩおよびＳＷ２は読み出し制御回路８８の側に接
続し、切り換えスイッチＳＷ３は画像データ合成画１８
９の側に接続する。さらに第３図の切り換えスイッチＳ
Ｗ４は画像データ合成制御信号１３２によって制御用計
算機１３の側に接続する。この状態で第２図においてま
ず読み出し回路起動信号１３２−１によって読み出し制
御回路８８を起動し、そこから出力されるＲＥＡＤ制御
信号８８２によってメモリ８４をＲ［！ＡＤ状態とする
。

そしてアドレスデータ８８１をメモリ８４に与え先頭ア
ドレスから順にＮ番地おきにＬ個ずつ各Ｅｊ７を読み出
してゆ（。すなわち、前記＋１１式において各列毎に左
から順に読み出してゆく。すなわち読み出し順はＥｌｆ、Ｅ２１．Ｅ３１．　１１１．ＥＬＬ、ｉ　　　
　　　　　　　　　　　　　　・・・・・始めのし１固
ｆＥ＋　２．Ｅ２２．Ｅ３２．　　・・・、ＥＬＬ２・
・・・・始めのし１囚ＥＩＮ、２２Ｎ、８３Ｎ、　　・　・　・、ＩＥＬＮ・
・・・・最後のＬ個の順になる。このようにして読み出された２次電子信号
データ８１１において、始めのＬ個は１繰り返し動作周
期の１クロツク目からｄ　ｓｅｃだけずれたタイミング
における被検ＩＯ３上のＬ点の画素から成る電圧分布像
データとなり１次のＬ（ＩＵ。

３番目、４番目、・・・、Ｎ番目の各り個のディジタル
データは１繰り返し動作周期のそれぞれ２クロック目、
３クロック目、４クロック目、・・・、Ｎクロック目か
らｄ　５１３Ｃだけずれたタイミングにおける被検ＩＯ
３上の電圧分布像データ人となる。これらは第３図の画
像データ合成制御信号１３２によって制御される２値化
回路９２において２値化され、ＯＲ回路９３およびメモ
リ９４をそのまま通過し制御用計算機１３に送られた後
。

表示装置１５においてＮ枚の電圧分布像として表示され
る。以上のようにしてＬ回の繰り返し周期　　　　　（
の測定時間でＮ個の異なるクロック状態におけるＮ枚の
電圧分布像を同時に求めることが可能となる。これは従
来のものがＬ回の繰り返し周期の測定時間では１枚の電
圧分布像しか得られなかったのに比べ、効率がＮ倍とな
っていることがわかる。

また、この場合、ＥＢパルスゲート４（第１図）におい
て指定すべき位相制御量ｄは、１クロック間隔ｔｃ（第
４図（ａ））以内の狭い範囲でよいので。

高精度な制御が可能である。

次に第２図の加算図１ｉｓ８３において加算処理を行う
場合について説明を行う、一般に検出器７（第１図）に
よって得られる２次電子信号７１はＳＮ比が悪い。従っ
て同じ画像どうしで各２次信号データの加算平均をとる
ことによってＳＮ比を改善する。そこでまず、前記のよ
うにしてＬ回の繰り返し周期にわたる測定によってＮ枚
分の画像データがメモリ８４に記憶されたとする。これ
を第１フレームの動作とする。次に、まったく同様にし
て同じ測定を行う。すなわち、第２フレームの測定を行
う。しかしその場合、一般に被検■Ｃ３（第１図）の表
面は絶縁性の保護膜によって被覆されている。従ってＥ
Ｂパルス５（ｉ１図）は実際にはこの保護膜上に照射さ
れ、下部の電極の電位の影響で保護膜上に現れた電圧を
反映した２次電子６を検出していることになる。この場
合。

第１フレームの直後に第２フレーム、その直後に第３フ
レーム・・・と画像取得を行うと保護膜上に電荷が蓄積
してしまい、得られる２次電子６は次第に下部の電極の
電圧を反映しなくなる（電位コントラストの消失）。そ
こで１フレームの測定が終る毎に保護膜上に蓄積した電
荷による影響を除く処理を行う。そのために、まず第１
図において第１フレームの測定が終ったら切り換え信号
１３５によって切り換えスイッチ１６および切り換えス
イッチ１７を端子す側に接続する。これによって、ＩＣ
ドライバ１０を動作させながらＩＣドライバ１０から出
力される繰り返し動作同期信号１０１によって１４を動
作させＥＢパルス５を照射させる。

すなわちこれによるＥＢパルス５の照射のタイミングは
第４図（Ｃ）の繰り返し動作同期信号１０１の各８１の
タイミングと等しくなる。そして″１″内の偏向コイル
によって被検Ｔ　Ｃ３上の視野内でＥＢパルス５を２次
元走査する。この場合、切り換えスイッチ１７は端子す
側に接続されているので２次電子信号処理回路８におい
て２次電子信号７１は取り込まれない。すなわち、被検
ＩＣ３上のＬ点の画素からなる視野にＥＢパルス５を空
打ちすることになる。各フレーム間にこのような処理を
行うことにより、電位コントラストの消失が抑えられる
。

以上の処理を簡単に表したのが第５図である。

今、第１フレーム目の測定が行われた後、切り換えスイ
ッチ１６．切り換えスイッチ１７が切り換わり繰り返し
動作周期信号１０１に同期させて位相０でＥＢパルス５
の空打ちを行った。今度は切り換えスイッチ１６．切り
換えスイッチ１７を再び端子ａ側に接続し、第２フレー
ム目の測定を行う。この処理について第２図で説明する
。まず第１　　　　　１フレームの測定によってメモリ
８４には（１）式で表したように各Ｅ４ｊが記憶されて
いる０次に第２フレーム目も第１フレーム目と全く同様
にして第４図（ｄ）に示したタイミングでＥＢパルス５
を照射し、得られた２次電子信号７１をＡＤ変換血８１
において取り込む。従ってこのようにして２次電子信号
データ８１１として加算回路に取り込まれるデータを次
のように表す。

Ｅ＋ＩＺＥ＋２’ｌＢ＋３’＋・・・ＥＩＮ”・・・第
１繰り返し周期目Ｅ２１’、Ｅ２２′、Ｒ２３”、　　′＝Ｅ２Ｈ’・・
・第２繰り返し周期目ＥＬｌ’、ＥＬ、２′ｌ　ＥＬ、３’ｌ　　・・・Ｅ、
Ｎ／・・・第り繰り返し周期目ここで、切り換えスイッチＳ　Ｗ　Ｉ、　　Ｓ　Ｗ　２
　。

ＳＷ３はそれぞれ加算−Ｒ１１！ＡＤ／　ＷＩ？ＩＴＩ
Ｅ制御回路８５、メモリアドレス制御回路８６．加算回
路８３の側に接続しておき、上記（３）式の各Ｅｔｊが
計１から順に入力するのと全く同じタイミングで、メモ
リ８４に記憶されている（１１式で表した第１フレーム
目の各Ｅｊ７をＥ＋＋から順に読み出し、加算図　　　
　　　：（路８３に入力させる。その動作はメモリアド
レス制御回路８６によって行われる。従って加算回路８
３には第２フレーム目の測定された各Ｅｌ：、ｌ°とメ
モリ８４から読み出された第１フレーム目の対応する各
Ｅｊ７が順に対で入力する。そして加算回路８３におい
てそれらの値を加算する。それは加算・ｒｌＥＡＤ／　
ＷＲＩＴＥ制御回路８５の制御のもとで行われる。そし
てそのように加算された各２４７を再びメモリ８４上に
記憶させる。したがってメモリ８４には次のように記憶
される。

（Ｅ＋　＋　＋ＥＩ＋　”）、　　（Ｅ＋　２＋Ｅｌ　
２　’）。

（Ｅ１３＋Ｅｌ　３　’）、　　・・・、　　（ＥＩＮ
　＋Ｅ＋Ｎ　’）−・・・・−・第１繰り返し周期（Ｅ２１＋Ｅ２１′）、　　（Ｅ２２＋２２２’）。

（Ｅ２３　＋Ｅ２３　’）　、　　・・・、　　（Ｅ２
Ｎ　＋Ｅ２Ｎ　’）・−−−一・−・・第２繰り返し周
期（ＥＬ、ｌ　＋ＥＬ　ｌ　′）、（ＥＬ　２　＋ＥＬ、
２　”）。

（ＥＬ３　＋ＥＬ３　’）、　　・・・、（ＥＬ、Ｎ　
＋ＥＬ＃　’）−一−−−−・−・第り繰り返し周期以上のように第２フレーム目の画像データが取り込まれ
、第１フレーム目の対応する画像データと加算され、再
びメモリ８４に記憶される。このようにして第２フレー
ム目の測定が終了したら。

第１フレーム目と全く同様にして切り換えスイッチ１６
．切り換えスイッチ１７　（第１図）を切り換え、繰り
返し動作周期信号１０１に同期させて位相０″ｒＥＢパ
ルス５の空打ちを行う（第５図）。

以上の操作をｍフレーム分繰り返すことによりメモリ８
４には最終的にはｍ回加算された各画像データが記憶さ
れ、この加算処理によって１フレームだけの画像データ
に比べてＳＮ比の良い画像を得ることができる。以上の
処理が終了したら、切り換えスイッチＳＷＩ、ＳＷ２を
読み出し制御回路８８の側、ＳＷ３を画像データ合成回
路９の側。

ＳＷ４　（第３図）は制御用針Ｗ、機１３の側に接続し
、加算処理を行わない場合と全く同様にして。

前記（２）式のようにメモリ８４の内容をＮ番地おきに
Ｌ個ずつ読み出し、２値化回路９２で２値化を行ってＮ
枚の電圧分布の画像データを制御用計算機１３に取り組
む。制御用計算機１３においては各画像データをｍで割
ることによって加算処理後の平均化処理を行い８表示装
置１５においてＮ枚の電圧分布像ととして表示を行う。

このような処理によってＳＮ比が良く解像度の高い電圧
分布像を得ることが可能となる。

次に、第３図の画像データ合成回路９の動作について説
明する。一般に被検ＩＯ３上のＬ個の各測定点において
、その測定点の電位が低ければ得られる２次電子信号は
大きく、電位が高ければ２次電子信号が小さい。従って
第３図においてメモリ８４　（第２図）から読み出され
てきた画像データ８４１を２値化回路９２において２値
化した場合、低電位部分は“１゛、高電位部分はＯ”と
なる。ところが、電極以外の層間絶縁膜部分では得られ
る２次電子信号が小さいため、２値化回路９２において
“０″に２値化される。従って得られる電圧分布像は“
０”の部分が高電位の配線部分であるのか、Ｆ７間絶縁
膜部分であるのか区別が１　　　　　　つかないものと
なってしまう。そこで第１３図の画像データ合成回路９
において配線部分と層間絶縁膜部分とを区別した画像を
得る。以下にその動作について説明する。

まず、切り換えスイッチＳＷ４はＯＲ＠ｒｉｆ！ｒ９３
の側に接続する。そして始めに１攻めの画像データ（（
２１）式の始めのＬ個）をメモリ８４から画像データ８
４１として読み出し２値化回路９２において２値化し、
得られた２値化画像デーク９２１をＯＲ回路９３を介し
てＯＲ回路出力９３１としてメモリ９４に格納する。次
に、２枚めの画像データ（（２）式の次のＩｌ［１ｉｌ
）をメモリ８４から画像データ８４１として読み出し２
値化回路９２において２値化し、得られた２値化画像デ
ータ９２１をＯＲ回路９３に入力させる。この時同時に
メモリ９４から１攻めの画像データを読み出し、ＯＲ回
路９３において２枚めの画像データと各画素毎にＯＲを
とる。なおこの処理は画像データ合成制御信号１３２に
よって制御される。以上の処理をＮ枚の画像データ全て
について行う。これによって。

各画素毎に１繰り返し周期分のすべての画像デー　　　
　　　！夕のＯＲがとられる。このようにすると、もし
あるＩｌ素が動作している配線部分であれば、第４図（
ｂｌに示すように１繰り返し周期の中で必ず“１”（低
電位）になる部分があるので、配線部分の画像データは
必ず“１”になる。それに対して層間絶縁膜部分は決し
て“１”になることはない。従ってＮ枚の画像データの
ＯＲをとり最終的にメモリ９４に記憶された１枚分の画
像データは、配線部分が“１”、層間絶縁膜部分がＯ”
である画像データとなる。従って、切り換えスイッチＳ
Ｗ４、を制御用計算機１３側に接続した後、その画像デ
ータをメモリ９４から読み出し表示装置１５で表示すれ
ば、配線部分と層間絶縁膜部分を区別した画像を得るこ
とが可能となる。なお１画像データ８４１として入力す
る画像データを前記加算処理を行ったものにするか、そ
うでないものにするかは適時判断して入力するが、加算
処理を行ったものが望ましい。

（７）発明の効果本発明によれば、ＩＣの動作クロックをＥＢパルスの照
射タイ・ミング設定のための信号とし、それによって各
繰り返し動作周期中に複数個のＥＢパルスを照射するた
め、同時に異なったクロ、り状態の電圧分布像を得るこ
とができ、全体の測定時間を大幅に短縮することが可能
となる。その場合、各動作クロックを基にＥＢパルスの
位相を制御するため１位相制御範囲を狭くすることがで
き。

高精度な位相制御が可能となる。加えて、上記処理を何
回か繰り返して各画像データ毎に加算平均をとる場合、
１フレ一ム画像データ取得毎に。

ＥＢパルスを特定位相で視野に空打ちすることにより、
絶縁保護膜の２次電子信号への影口をＰ！、減すること
ができ、それによってＳＮ比のよい電圧分布像を得るこ
とができる。更に、各画素毎に全てのクロック状態の２
値化信号のＯＲをとる手段を設けたことにより、配線部
分と層間絶縁膜部分を区別した２値画像を得ることが可
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２次電子信号処理回路の具体的
な回路構成図、第３図は本発明による画像データ合成回
路の具体的な回路構成図。第４図は本発明による電子ビーム装置の動作説明図、第
５図は本発明による加算処理の動作説明図である。 ■・・・電子ビーム鏡筒、　　　　２・・・試料室、　
　　　３・・・被検ＩＣ，４・・・ＥＢパルスゲート、
　　　　５・・・ＥＢパルス。６・・・２次電子、　　　　７・・・検出器。８・・・２次電子信号処理回路、　　　　９・・・画像
データ合成回路、　　　　１０・・・ＩＣドライバ、　
　　　１２・・・遅延回路、　　　　１３・・・制御用
計算機、　　　　１４・・・ＥＢパルスゲートドライバ
、　　　　１５・・・表示装置。１６．１？、　　・・・ＳＷＩ、ＳＷ２．　　　　ＳＷ
３゜ＳＷ４．　　・・・切り換えスイッチ、　　　　７
１・・・２次電子信号、　　　　８１・・・　ＡＤ変換
器、　　　　８２・・・遅延回路、　　　　８３・・・
加算回路、　　　　８４・・・メモリ。８５・・・加算・ＲＥＡＤ／　ＷＲＩＴＥ制御回路。８６・・・メモリアドレス制御回路、８８・・・読み出
し制御回路、　　　　８１１・・・２次電子信号データ
、　　　　８２１・・・サンプルタイミング信号、　　
　　８３１・・・加算データ。８４１・・・画（象データ、　　　　　８５１・・・１
？ＩＥＡＤ／　ＷＲＩＴＥ制御信号、　　　　　　８５
２・・・加算制御信号、　　　　８６■・・・アドレス
データ、８８１・・・アドレスデータ、　　　　８８２
・・・ＲＥＡＤ制御信号、　　　　　９１・・・合成画
像データ、　　　　９２・・・２値化回路。９３・・・ＯＲ回路、　　　　　９４・・・メモリ。９２１・・・２値化画像データ、　　　　９３１・・・
ＯＲ回路出力、　　　　　９４１，９４２・・・合成画
像データ、　　　　１０１・・・繰り返し動作周期信号
、　　　　　１０２・・・ＩＣクロック。１２１．１７１．　　・・・ストローブ５１３１・・・
遅延時間指定信号、　　　　１３２・・・画像データ合
成制御信号、　　　　　１３２−１・・・読み出し回路
起動信号、　　　　　１３２−２、　、　、″″Ｉ？Ｑ
Ｉ？Ｑ獣信　　１３３°°°位相指　　　　　　１，１
定倍号。第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パルス状の電子ビームをＩＣクロックによって動
作するＩＣ表面上に照射し、それにより得られる２次電
子信号を検出する検出手段を有する電子ビーム装置にお
いて、前記ＩＣの繰り返し動作に同期した前記パルス状
の電子ビームを前記ＩＣ表面上を２次元走査しながら照
射する第１の照射手段と、前記ＩＣクロックを基準とし
た所定のタイミングの前記パルス状の電子ビームを前記
ＩＣの繰り返し動作に同期して前記ＩＣ表面上を走査し
ながら前記ＩＣの繰り返し動作周期毎に複数個照射する
第２の照射手段と、該第２の照射手段によって前記パル
ス状の電子ビームが照射される毎に前記検出手段によっ
て検出される２次電子信号を前記ＩＣクロックに対応し
たタイミングで記憶する記憶手段と、前記第１または第
２の照射手段を切り換える切り換え手段と、前記記憶手
段に記憶された２次電子信号データをもとに前記ＩＣ表
面の電圧分布像を取得する取得手段と、該取得手段によ
って得られた複数枚の電圧分布像を各画素毎に合成し、
前記ＩＣの配線部分と層間絶縁膜部分を区別した画像を
合成する画像合成手段を有することを特徴とする電子ビ
ーム装置。
（２）前記電子ビーム装置は前記第２の照射手段による
走査を複数回行って得られる各測定点毎の２次電子信号
を加算平均する加算平均手段を有し、前記第２の照射手
段による各走査の間に前記切り換え手段によって前記第
１の照射手段を選択し走査および照射を行うことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム装置。
（３）前記画像合成手段は前記取得手段によって得られ
た各電圧分布像を２値化する２値化回路と、該２値化手
段によって得られた１枚分の２値化電圧分布像を記憶す
るメモリと、該メモリに記憶された２値化電圧分布像と
前記２値化回路によって２値化された次の２値化電圧分
布像とを各画素毎に論理和をとるオア回路と、該オア回
路の出力である合成画像を再び前記メモリに入力する入
力手段とを有し、前記オア回路による論理和を前記複数
枚の電圧分布像に対して行うことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の電子ビーム装置。
（４）前記検出手段は、前記第１の照射手段による前記
パルス状電子ビーム装置によって２次電子信号を検出し
ないことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子
ビーム装置。