JPS62202448A - ストロボ電子ビームによる電圧波形測定方法 - 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〕 電子ビーム装置による試料の電圧波形測定には時間誤差
が含まれている。本発明はトリガパルスに対する電子ビ
ームパルスの遅延時間の誤差を測定して、電子ビームパ
ルスの照射のタイミングを補正する。あるいは得られた
電圧波形の時間軸を補正する。これにより、時間誤差の
少ない測定が行なえる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビームによって試料の電圧を測定する電
子ビーム装置に係り、特に試料のくりかえし動作に同期
して電子ビームパルスを試料に照射して電圧測定を行い
、試料の電圧波形を求めるストロボ電子ビーム装置に関
する。

〔従来の技術〕

電子ビーム装置、特にストロボ電子ビーム装置における
電圧測定は非接触であるので、集積回路等の試料を破壊
することなく測定できる特徴を有している。この特徴に
よりＬＳＩ等の集積回路の内部動作の解析にはストロボ
電子ビーム装置すなわちＥＢブローバによる電圧波形測
定が用いられている。

一般的に、ストロボ電子ビーム装置における電圧測定は
、試料の繰り返し周期動作に同期したトリガパルスに対
して遅延時間を設け”で電子ビームパルスを試料に照射
し、それによって発生ずる２次電子量を用いて電圧を求
めている。そして、前述した遅延時間を可変にして、試
料の動作周期の波形を測定している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のストロボ電子ビーム装置においては、ストロボ電
子ビームパルスの照射制御を行なう制御回路のストロボ
パルス発生回路に時間的なドリフトすなわち不安定性が
あると、電子ビームパルスの照射位相にゆらぎが生じ、
取得電圧波形の時間分解能が制限される。すなわち時間
分解能が低下してしまう。

たとえば、第８図のＥＢパルスのドリフトを説明する図
で明確な様に、位相φ。、φｉ、φ。に対し、時間的に
前後したドリフトが発生している。

このドリフトが発生する場合には、特に立上りの急しゅ
んなパルス波形を測定すると、Ｓ／Ｎの良好な波形を得
るための複数回測定した結果を平均して求めるので、ド
リフトによって等価的に高域フィルタが挿入されたごと
くの波形となる。たとえば第９図点線の波形を測定した
場合には第９図実線の様な波形となってしまう。

また、ゆらぎすなわちドリフトの他に、トリガパルスに
対してストロボパルス発生回路が応答して特定時間遅ら
してストロボ電子ビームパルスを発生する時に、目的の
特定時間遅れに誤差があると、求めた電圧波形の時間軸
も同様の誤差となり、求める時間に対する精度が低下す
る。

本発明は上記従来の欠点に鑑み、時間的分解能と精度が
高いストロボ電子ビーム装置を提供することを目的とす
る。

〔問題点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に、トリガパルス信号
に対して遅延時間を有する電子ビームパルスを電子ビー
ム照射手段（２，５，７，８，９゜１０．１１）によっ
て試料（４）に照射し、該試料（４）より発生する二次
電子をエネルギー分析して試料の電圧を電圧測定手段（
１３，１４゜１５）によって測定する電子ビーム装置に
おいて、前記トリガパルス信号に対する電子ビームパル
スの遅延時間の誤差を検出する遅延誤差検出手段（１６
）と、該検出手段より得られる誤差データより前記電圧
測定手段（１５）の出力を補正する補正手段（６あるい
は１９）を有することを特徴とする。

〔作　　　用〕

トリガパルス信号に対して遅延時間を有する電子ビーム
パルスを電子ビーム手段によって試料４に照射２．３．
５．７〜１１し、該試料４より発生する２次電子をエネ
ルギー分析して試料の電圧を電圧測定手段１３．１４．
１５によって測定する電子ビーム装置において、遅延誤
差検出手段によってトリガパルス信号に対する電子ビー
ムパルスの遅延時間の誤差を求める。そして、電圧測定
手段の出力を記憶する記憶手段において前記遅れ時間に
対応して格納するアドレス値を補正手段で補正して格納
する。あるいは、補正手段である第２の遅延手段１９に
より、検出手段より得られる誤差データに応じて前記電
子ビーム照射手段が有する第１の遅延手段５の遅延時間
を補正する。

〔実　　施　　例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

（第１の補正） 第１図は本発明の第１の実施例の回路構成図である。Ｉ
Ｃドライバ１は電子ビーム鏡筒の下部に設けられた試料
台３上のＩＣ４を動作させる。このＩＣ４は、ＩＣドラ
イバ１によってくりかえし動作する。ＩＣドライバ１は
、このＩＣをくりかえし動作させる他にＩＣ４のくりか
えし動作の開始を表わすクロックパルスをディレィユニ
ット５に出力する。ディレィユニット５は後述する記憶
回路６より加わるディレィデータで指示される時間分の
遅れを有するクロックパルスを出力する回路である。

一般的に電子ビームによる電圧測定は被測定部をくりか
えし動作させ、そのくりかえし動作中のＥＢパルスを照
射するタイミングを前述したディレィユニット５で変化
して、くりかえし動作における被測定部の電圧波形を求
めている。第１図に示した本発明の実施例においても前
述した様に同様であり、ディレィユニット５からはＩＣ
ドライバ１より出力される基本クロック（ＩＣ４の動作
開始のクロックパルス）に対して記憶回路６より出力さ
れるディレィデータ分遅れて出力される。

そして、ディレィユニット５より出力されたクロックパ
ルスの入力によって偏向器駆動手段７はパルス状の偏向
電圧を電子ビーム鏡筒内の副偏向器８に印加する。また
、更にディレィユニット５より出力されたクロックパル
スは固定ディレィ回路９に加わり、特定の遅延が設けら
れて偏向器駆動手段１０に入力され、パルス状の偏向電
圧が主偏向器１１に加わる。電子ビーム鏡筒２内のビー
ム装置の原理は一般的であるので、説明は略す。副偏向
器８ならびに主偏向器１１は絞り板（図中には記載され
ていない）上で電子ビームを偏向することによって電子
ビームパルスを発生するものであり、ディレィユニット
５によって出力されるクロックパルスに同期してＥＢパ
ルスが発生される。

尚、主偏向器１１の下部はビームの位置の集束を；１１
制御するコイル等１２が設けられている。

ＩＣ４に照射された電子ビームによってＩＣ４からは２
次電子が発生し、エネルギー分析器１３を介して２次電
子検出器１４で検出される。エネルギー分析器１３には
電圧測定回路１５より特定の電圧が印加されており、２
次電子検出器１４で検出される２次電子信号量は、この
エネルギー分析器１３に加わる電圧に依存した値となる
。本発明の実施例においては２次電子検出器１４から得
られる２次電子信号量が特定値となる様なエネルギー分
析器１３に加える電圧を求めることにより電子ビームパ
ルス照射点の照射タイミングにおける電圧値を算出して
いる。よって電圧測定回路１５は固定ディレィ回路９よ
り出力されるクロックパルスによって、２次電子検出器
１４からの信号量を求め、その値が特定値となる様にク
ロックパルス単位でエネルギー分析器１３に加える電圧
を制御している。そして、２次電子信号量が特定値とな
った時のエネルギー分析器１３の電圧値より、試料すな
わちＩＣ４の電圧値を算出している。

一般的には前述した電圧値を電子ビームパルス照射点の
電子ビームパルス照射位相の電圧値としているが、本発
明の実施例においては目的の時間遅れで電子ビーム力月
０４に照射されているかを検出する電圧波形モニタ１６
を有している。遅れ時間の誤差や変動は、回路からも明
確な様にＩＣドライバ１デイレイユニツト５、固定ディ
レィ９、偏向器ドライバ１０より発生する。電圧波形モ
ニタエ６は、ＩＣ４を駆動する駆動波形をトリガにして
偏向電圧波形をモニタする機能を有し、このモニタ機能
によって前述した遅延時間の誤差や変動を検出すること
ができる。そして、ここで得られた遅延時間の誤差デー
タは記憶回路６に加わる。

記憶回路６からは前述した様にクロックパルスを指定時
間だけ遅らせるディレィデータがディレィユニットに加
わっており、それぞれのディレィデータに対応した電圧
測定値が電圧測定回路１５より記憶回路６に加わるが、
記憶回路６は電圧波形モニタ１６より出力される遅延時
間誤差を考慮して記憶回路６内のメモリに記憶する。尚
、電圧測定回路１５には、固定ディレィ回路９の出力が
加わっており、電圧測定回路はこの出力からのクロック
パルスによって２次電子信号データをサンプリングする
。

第２図は電圧波形モニタ１６で得られる主偏向器をドラ
イブする波形（主偏向電圧波形）を表わす電圧波形図で
ある。破線は電圧波形測定開始時においてディレィユニ
ット５に例えば遅延時間φ。を指定した場合の、また実
線は測定途中の遅延時間φ、を指定した場合の主偏向電
圧波形とする。電子ビームパルスは主偏向電圧の立上り
部がＯＶを横切る瞬間に発生するのでそれぞれの指定遅
延時間に対する電子ビームパルス発生タイミングは１ｏ
、１．であることがわかるクロックパルスに対して加え
られた遅延時間に誤差や変動がなければφ、−ψ、＝１
．−１０が正確に成立するはずである。言い換えると遅
延時間φ、を指定してもφ。＋（１，−１゜）＝φ４が
成立するならばクロックパルスに対して実際に加えられ
た遅延は誤差や変動のためφユになっていることが検出
される。

前述した様に記憶回路６はこの誤差を考慮して電圧測定
値をメモリに格納するが、この考慮すなわち誤差補正は
、メモリへ格納するアドレス位置を変化させて行ってい
る。なぜならば、指定遅延時間を変化させながら求めた
一連の電圧測定データは上記モニタ手段によって検出さ
れた実際の遅延時間に対応するアドレス位置のメモリに
格納されるからである。すなわち、遅延時間φ０．・・
・、φｉ、・・・、φｊ、・・・、φ７・・・に対応し
て第３図に示す様にアドレス０・・・ｉ・・・ｊ・・　
　・・・に、それぞれデータＳ０　・Φ　ｎ ・・Ｓ、・・・ＳＪ　・・・Ｓ、ｌ　・・・が格納され
るが、指定遅延時間φ、に対して測定された電圧値デー
タは、アドレスｉに格納するのではなく、上記のモニタ
手段で検出された実際の遅延時間φ４に対応するアドレ
スに格納することにより遅延時間の誤差が補正される。

尚、２次電子信号に含まれるノイズによる電圧測定値の
バラツキを低減するため、電圧測定回路１５は同一の指
定遅延時間に対し複数回の電圧測定を行ない、得られる
電圧データを記憶回路６内で加算平均する。

すなわち上記の補正と併せて説明すると、遅延時間φ、
を指定して得られた電圧測定値データを、上記モニタ手
段で検出された実際の遅延時間φ４に対応するアドレス
ｊの前回までの加算デーＳＪに加算したものをアドレス
ｊに格納すると共にアドレスｊに対するデータ加算個数
カウンタの内容を１つ進める。この一連の動作を同一の
指定遅延時間φｉで繰り返すと共に指定遅延時間を順次
変化させる。

以上の動作によれば各アドレスのデータ加算個数が不揃
いとなるので本発明では第４図に示す様にそれぞれの遅
延時間φ。〜φ。、に対応するアドレスＯ１・・・、ｎ
に対し、電圧測定データの加算個数がＡより大となった
時にそのアドレスに対する加算を終了し、得られた加算
値を加算されたデータ個数Ａで割って、その電圧値とし
ている。

制御用計算機１７と記憶回路６とは接続されており、制
御用計算機１７より記憶回路６内のメモリに格納された
データをアドレス順に読出すことによって、遅れ誤差が
補正されたデータを読出すことになる。例えば制御用計
算機１７に接続されている表示装置１８に電圧波形を表
示しても、その表示装置で表示される電圧波形は時間の
遅れ誤差が補正された波形となる。

以上の動作によってディレィ・ユニットの誤差や電気回
路の不安定性によるドリフトの影響を除去でき、時間軸
の精度が高い電圧波形データが得られる。

（第２の補正） 本発明の第１の実施例においては、時間の誤差を求め、
結果が格納されるアドレス値を変更して補正を行なって
いる。第５図は本発明の第２の実施例の回路構成図であ
り、この場合には、後述するが主偏向器ならびに副偏向
器に加える信号を遅延して補正を行なっている。尚、第
１図と同じ回路は同一符号を付して、説明を略す。

試料４すなわちＩＣは、ＩＣドライバ１でくりかえし駆
動され、その繰り返し駆動の初期時点を表わすクロック
パルスがディレィユニット５と電圧波形モニタ１６に加
わる。ディレィユニット５は制御用計算機１７′より出
力されるディレィデータに対応して加わるクロックパル
スを遅延する回路である。そして、目的の時間遅らせた
クロックパルス５はさらに補正用ディレィユニット１９
に加わり、さらに補正時間遅れてクロックパルスが偏向
器ドライバ７と固定ディレィ回路９に加わる。以後の電
圧測定動作は第１の実施例と同様であり、電圧測定回路
１５で測定された電圧データが記憶回路６′に加わる。

第１図に示した本発明の実施例においては記憶回路６に
おけるメモリの格納アドレスで時間補正を行なっている
が、第５図に示す本発明の実施例においては、ここでの
補正は行なわず、測定結果を順次記憶回路６′内のメモ
リの指定遅延時間に対応するアドレスに格納する。そし
て、制御用計算機１７′で記憶回路６′の内容を読出す
ことによって電圧波形を読出すことができる。一方、電
圧波形モニタ１６′にはＩＣドライバ１のクロックパル
ス出力がトリガとして、また増幅器１０の出力がモニタ
波形として加わっている。制御用計算機１７′からの制
御信号でドライバ１から出力されたクロックパルスに対
し、主偏向器ドライバ１０からの出力が目的の時間遅れ
て加わっており、この時間遅れが電圧波形モニタ１６′
で検出されて制御用計算機１７に加わる。制御用計算機
はその遅れ時間データが目的の遅れ時間であるかを求め
、その差分値骨、補正用ディレィユニット１９に加える
補正遅延データを変化させ、前述した遅延時間を目的の
値となるようにする。

前述した動作によって、ディレィユニット５の誤差や電
気回路系の不安定性による遅延時間のドリフトが検出さ
れ、補正用ディレィユニット１９で補正される。よって
電圧測定回路１５で測定され、記憶回路６′に格納され
たデータは目的の時間遅れに対する電圧値となる。すな
わち制御用計算機１７′で記憶回路６′の内容を読取っ
た時には精度の高い波形データを得ることができる。

第６図に示す様に、波形データ測定開始時の指定遅延時
間φ。に対する電子ビームパルス発生タイミングをｔ。

、測定途中における指定遅延時間φ８に対する電子ビー
ムパルス発生タイミングをも、とする。尚、前者に対す
る主偏向電圧波形を破線で、また後者に対する主偏向電
圧波形を実線で示した。

指定遅延時間をφ、としても誤差やドリフトがあるとφ
１−φ。＝ｊ＝−ｔ０が成立しない。言い換えるとφ、
を指定した時の電子ビームパルスの発生タイミング（主
偏向電圧が０■を横切る瞬間）がｔ。＋（φｉ−φ。）
であれば（主偏向電圧波形を一点鎖線で示す）、誤差の
無い遅延が行われていることになる。

従って本発明の第２の実施例では必要な補正量＝ｔｏ”
（φ１−φ。）−ｔｉを算出し、補正用ディレィユニッ
ト１９によってこの補正を行う。

第７図は、前述した補正用ディレィユニットの回路構成
図である。ディレィユニット５の出力は増幅器２０を介
して同軸線２１に加わり、増幅器２２をさらに介して固
定ディレィ回路９、偏向器ドライハフへ出力される。ま
た、同軸線２１と増幅器２２の接続点にはバリキャップ
２３が接続されており、このバリキャップ２３の容量の
変化に対応して増幅器２０に加わったパルスの遅延時間
が調整される。このハリキャップ２３の容量はデジタル
アナログ変換回路ＤＡＣの出力電圧によって決定される
ものであり、デジタルアナログ変換回路には制御用計算
機１７′からの補正デジタルデータが加わっているので
、このデジタルデータによって遅延時間が可変可能とな
る。尚、本発明の第２の実施例においては、第７図に示
した回路における遅延時間は、波形測定の初期状態にお
いては、遅延時間の調整範囲の中央付近に設定すること
が望ましい。なぜならば補正用ディレィユニット１９に
は負の補正（遅延時間を減じる）が指定されることがあ
るからである。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明は、電圧波形モニタによって、第
１には求めるべき遅延時間の電圧測定に時間誤差が発生
した時に、メモリに格納すべき時間に対応したアドレス
位置を補正して正しい遅れ時間に対する波形をメモリに
格納する様にしたものであり、また、第２には、電子ビ
ームを照射する時間誤差を補正する様にしたものであり
、本発明によれば時間分解能と精度が高いストロボ電子
ビーム装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の回路構成図、第２図は、電
圧波形図、 第３図は、メモリ構成図、 第４図は、測定データ回数を説明する図、第５図は、本
発明の第２の実施例の回路構成図、第６図は、電圧波形
図、 第７図は、補正用ディレィユニット回路構成図、第８図
は、ＥＢパルスのドリフトを説明する図、第９図は、従
来回路による電圧波形図である。 ６・・・記憶回路、 １５・・・電圧波形モニタ、 １６．１６′・・・電圧波形モニタ、 １９・・・補正用ディレィユニット。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）トリガパルス信号に対して遅延時間を有する電子ビ
   ームパルスを電子ビーム照射手段（２，５，７，８，９
   ，１０，１１）によって試料（４）に照射し、該試料（
   ４）より発生する二次電子をエネルギー分析して試料の
   電圧を電圧測定手段（１３，１４，１５）によって測定
   する電子ビーム装置において、 前記トリガパルス信号に対する電子ビームパルスの遅延
   時間の誤差を検出する遅延誤差検出手段（１６）と、 該検出手段より得られる誤差データより前記電圧測定手
   段（１５）の出力を補正する補正手段（６）を有するこ
   とを特徴としたストロボ電子ビーム装置。 ２）前記補正手段（６）は、遅延時間に対応したアドレ
   スに測定データを記憶する記憶手段（６）を有し、 前記補正手段（６）は、前記記憶手段に記憶するための
   アドレスを補正することを特徴とした特許請求の範囲第
   １項記載のストロボ電子ビーム装置。 ３）前記遅延誤差検出手段（１６）は電子ビームパルス
   発生タイミングをモニタする手段からなり、前記補正手
   段（６）は観測の初期状態における特定ディレィ状態に
   対して前記モニタ手段で測定した電圧波形のデータと観
   測途中の各ディレィ状態に対してモニタして該電圧波形
   データから各ディレィ状態に対する実際の電子ビームパ
   ルス照射位相を算出し測定電圧データを前記記憶手段（
   ６）の前記位相に対応するアドレスに書き込みあるいは
   、該アドレスに加算することを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載のストロボ電子ビーム装置。 ４）前記補正手段（６）は各アドレスに対する加算デー
   タ数を一定に備える手段を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のストロボ電子ビーム装置。 ５）トリガパルス信号に対して遅延時間を有する電子ビ
   ームパルスを電子ビーム照射手段（２，５，７，８，９
   ，１０，１１）によって試料（４）に照射し、該試料（
   ４）より発生する二次電子をエネルギー分析して試料の
   電圧を電圧測定手段（１３，１４，１５）によって測定
   する電子ビーム装置において、 前記トリガパルス信号に対する電子ビームパルスの遅延
   時間の誤差を検出する遅延誤差検出手段（１６′）と、 該検出手段より得られる誤差データより前記電圧測定手
   段の出力を補正する補正手段（１９）を有することを特
   徴としたストロボ電子ビーム装置。 ６）前記電子ビーム照射手段（２，３，５，７〜１１）
   は、トリガパルス信号に対して電子ビームパルスを遅ら
   せる第１の遅延手段（５）を有し、前記補正手段（１９
   ）は前記第１の遅延手段（５）に接続された第２の遅延
   手段（９）を含むことを特徴とした特許請求の範囲第５
   項記載のストロボ電子ビーム装置。 ７）前記遅延誤差検出手段（１６′）は電子ビームパル
   ス発生タイミングをモニタする手段からなり、前記補正
   手段は観測の初期状態における特定ディレイに対する電
   圧波形データと観測途中の各ディレイに対する電圧波形
   データから各ディレイに対する必要補正量を算出しディ
   レイの補正を行うことを特徴とした特許請求の範囲第６
   項記載のストロボ電子ビーム装置。