JPS62298779A - トランジスタゲ−トの遅延時間測定装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔概要〕 本発明は、トランジスタゲートの匠延時間を測定する装
置において、 任意のトランジスタゲートに照射するレーザーの照射タ
イミングをレーザー光路長を可変することにより予め設
定した順序で漸次変化させると共に、レーザー照射によ
りトランジスタゲートに流れる光励起電流の変化を測定
することにより、任意のトランジスタゲートのＲ延時間
を、他のトランジスタゲートとは分離させて−１−分な
時間分解能で測定でき、しかも大気中で１〜ランジスタ
ゲートをＬＳＩ（大規模集積回路）に組込んだままの状
態で測定できるようにしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明はトランジスタゲートの避延時間測定装置、特に
集積回路に組込まれたトランジスタゲートの遅延時間を
測定する装置に関する。

ＬＳＩの性能を決定する要因には種々あるが、そのうち
近年のＬＳＩの高速化に伴い、ＬＳＩを構成するトラン
ジスタゲートの遅延時間を正確に知ることが重要となっ
ており、任意のトランジスタゲートの遅延時間を十分な
時間分解能で測定できる測定装置が必要とされる。

〔従来の技術〕

従来のトランジスタゲートの遅延時間の測定は、通常は
トランジスタゲートの人ツノ信号波形と出力信号波形と
の時間差をオシ［１ス］−ブで観測、測定していた。ま
たトランジスタゲート１個の遅延時間が極めて短い場合
、通常は複数個縦続接続したトランジスタゲートの入力
信号波形と出力信号波形との時間差をオシロスコープに
より観測し、その時間差（すなわち、全体の遅延時間）
をトランジスタゲートの個数で除算することにより、１
個当りのトランジスタゲートの遅延時間を測定していた
。

また、従来のトランジスタゲートの遅延時間の他の測定
方法として、Ｅ　Ｂ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　
：電子ビーム）ブローバを用いて行なう方法がある。

第５図はこのＥＢプローバの一例の構成図を示す。

同図中、制御用計算機１よりのｆｌｉ＋制御データはデ
ィレィユニット２．ドライバ３及び信号処理回路４に夫
々供給される。

ディレィユニット２の出力信号は信号処理回路４に供給
される一方、ドライバ３を経て屈折型偏向器６に印加さ
れる。この屈折型偏向器６は電子銃５より取り出された
電子ビームを屈折し、■ネルギ分析器７に照射し、ここ
で引出されて試料（ここではＩＣ）８に照射する。ディ
レィユニット２は電子ビームの照射位相を所定範囲内に
おいて段階的に変化させる。また、試料８の任意の部位
の電圧を定量的に測定するため平面メツシュ引出し電極
付半球状エネルギ分析器７が用いられている。試料８に
はＩＣドライバ９の出カバターンが入力されている。

試料８の表面の電位に応じて、電子ビームが照射される
ことによって生じる二次電子の量が変化するため、この
二次電子は検出器１０によって検出され、信号処理回路
４によって二次電子信号データに変換された後制御用８
１鼻機１に供給される。

これにより、試ＦｌＢ上の電位が測定される。なお、測
定結果は表示装置１１に表示される。

このＥＢプローバは本来は試料８上の電位を測定するた
めの装置であるが、トランジスタゲートの遅延時間も、
トランジスタゲートの入出力信号間の時間差を測定する
ことにｊ；って測定することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、前記したオシロスコープを用いたトランジス
タゲートの「延時量測定方法のうち、トランジスタグー
１−を複数個縦続接続した測定方法の場合、複数個のト
ランジスタゲート全体の遅延時間を測定した後、その測
定時間をトランジスタゲートの個数で除算して１個当り
の遅延時間を算出するが、トランジスタゲートはオン時
とオフ時とでは遅延時間が異なるので、得られたトラン
ジメタゲート１個当りの遅延時間は平均値となり、正確
なものではなかった。

また、入力段のトランジスタゲート（入力バッファ）と
出力段のトランジスタゲート（出力バッファ）は、その
特性上それぞれを縦続接続して、オシロスコープにより
遅延時間を測定することはできない。

このため、入力バッファ又は出力バッファ単体でオシロ
スコープを用いてグー１−遅延時間を測定しようとする
と、プローブ等測定系の容量が入力バッフ７や出力バッ
フ？のそれに比しかなり大であるため、入力、出力バッ
ファ遅延時間が正確に測定できないという問題点もあっ
た。

他方、前記したＥＢプローバを用いてゲート遅延時間を
測定する方法は、試Ｆ１８を真空中に置かねばならない
ので真空を得るための特別な装置が必要であり、また試
料８がＬＳＩの場合は、ＬＳＩには通常、透明の保護膜
が形成されているが、これを取り除いてからでないと測
定ができず、操作性が悪いという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みて８１作されたもので、任意の
トランジスタゲートの「延時間を十分な時間分解能で、
しかも大気中で測定できるトランジスタゲー］への「延
時間測定装冒を捉供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のトランジスタゲートの遅延時間測定装置は、被
測定物中の任意のトランジスタゲートにレーザービーム
を照射するレーザー光源と、レーザー光源よりのレーザ
ーの被測定物に至る光路長を一定時間毎に漸次変化させ
る光路長可変手段と、上記光路長の段階的変化に拘らず
一定タイミングで前記被測定物に入力信号を一定タイミ
ングで供給すると共に、レーザービームの任意のトラン
ジスタゲートへの照射により発生した光励起電流の値が
変化した時の前記光路長に基づいて、上記任意のトラン
ジスタゲートの遅延時間を算出する測定手段とよりなる
。

〔作用〕

レーザー光源よりのレーザーは光路長可変手段を通して
被測定物に照射される。レーザーの光路長は光路長可変
手段により一定時間毎に漸次段階的に変化Ｊ−るため、
被測定物のトランジスタゲートへのレーザービーム照射
タイミング（照射位相）もそれに伴って漸次段階的に変
化する。

一方、測定手段により被測定物には一定のタイミングで
入力信号が印加されており、この入力信号による任意の
トランジスタゲートのオン又はオフ状態は、Ｆ配光励起
電流の値の変化により検出される。

従って、上記光励起電流の値が変化して所定値になった
時点における光路長可変手段による光路長に基づいて、
上記任意のトランジスタゲートの遅延時間の算出、測定
ができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例のブロック図を示す。

同図中、１３は制御・データ解析用］ンピコータで、レ
ーザー光源１４の駆動用クロックパルスを発生してレー
ザー光源１４へ供給すると共に、光路長可変機構１５へ
制御信号を供給して、後述する如くレーザー光路長を一
定時間毎に漸次変化させる。また、コンピュータ１３は
被測定物１７に電源電圧を供給し、かつ、被測定物１７
よりの光励起電流の値を検出する。更に、コンピュータ
１３はＸ−Ｙステージ１８を制御すると共に、パターン
発生器１９を駆動する。

レーザー光源１４は入カク［１ツクパルスの一周期内で
一回発生後消失する（すなわち、レーザー光源１４は入
〕Ｊクロックパルスの一周期内で点滅する。）。このレ
ーザー光源１４により発生されたレーザービームは、後
述する光路長可変機構１５ににる所定の光路長の光路を
経て対物レンズ１６に入射され、更にこれより人気中に
ある被測定物１７の表面上に、焦点一致して収束照射さ
れる。この被測定物１７上でのレーザービーム径は対物
レンズ１６の倍率によって決まる。

被測定物１７上のレーザービーム照射位置はＸ−Ｙステ
ージ１８により、任意の位置に設定される。被測定物１
７は例えば多くの１〜ランジスタゲートからなるＬＳＩ
で、この１３１に保護膜が設けられていても、保護膜は
透明であるので、保護膜を取り除く必要なく、そのまま
の状態で、レーザービームを照射される。

このレーザービームの照射位置は、１−ランジスタゲー
トが例えば第４図に示す如く、ＰチャンネルＭＯ８型電
界効果トランジスタＱ１とＮチャンネルＭＯ８型電界効
果トランジスタＱ２とよりなり、入力端子２６よりトラ
ンジスタＱ＋及びＱ２の両ゲートに入力信号が印加され
、トランジスタＱ１及びＱ２の両ドレインより入力信号
の位相反転信号を出力端子２７へ出力するＣ−ＭＯＳイ
ンバータ回路であるものとすると、破線２８で示すトラ
ンジスタＱ１及びＱ２の両ドレイン領域又はその近傍に
選定される。

この位置２８に照射されたレーザービームによって光励
起電流が発生し、例えばトランジスタＱＩのソース（Ｃ
−ＭＯＳインバータのドレイン）に流れる光励起電流を
測定すると、その値はトランジスタＱ１．Ｑ２のオン、
オフと対応した値を示す。従って、この光励起電流の値
からトランジスタＱ１．Ｑ２のオン又はオフ状態がわか
ることになる。

前記したパターン発生器１９は被測定物（ここではＬＳ
Ｉ）１７が設計通りの論理動作を行なうかどうかをテス
トするための所定パターンの入力信号を発生して被測定
物１７に供給する。この入力信号によって被測定物１７
中の任意のトランジスタゲートがオン又はオフとなるか
を、上記のレーザービーム照射による光励起電流の値を
コンピュータ１３により測定することによって検出し、
入力信号の入力時点から上記ｆｆ意のトランジスタゲー
トのオン又はオフ時点までの時間をコンピュータ１３に
より測定することによってゲート遅延時間が測定できる
。上記のゲート近延時間の測定は、オシロスコープを使
用した際のプローブの如きものを必要とすることなく非
接触で行なえるから、測定系の容量が小さくでき、トラ
ンジスタゲート自体のもつ容量が小さく、匠延時間が短
かい場合でも正確に行なえる。

ところで、上記の光励起電流の値の検出は、レーザー光
源１４の駆動用クロックパルスの一周期毎に行なわれる
から、このクロックパルスの繰り返し周波数以上の速さ
で変化する信号は測定することができない。つまり、こ
の装買の時間分解能は上記のクロックパルスの繰り返し
周波数で制限されている。

トランジスタゲートの遅延時間の測定をしようとすると
き、相当高い時間分解能（例えば数百ｐｓ）が必要とさ
れるが、その程度の時間分解能を得るためのクロックパ
ルスの繰り返し周波数は例えば数ＧＨｚ程度と極めて高
周波数となるので、そのままでは実現は困難である。

しかし、本実施例によれば、光路長可変機構１５を設け
、レーザー照射のタイミングを漸次変化することにより
、高い繰り返し周波数のクロックパルスでレーザー光源
１４を駆動しＩＣのと実質的に同等の高い時間分解能が
得られる。

このことにつぎ更に詳細に説明する。光路長可変機構１
５は例えば第２図に示す如く全反射鏡２０〜２３よりな
り、全反射鏡２０〜２３がコンピュータ１３よりの制御
信号に基づいて移動自在に構成されである。

レーザー光源１４より放射されたレーザーは、全反射鏡
２０により全反射されて光路を変えられた後、更に全反
射鏡２１．２２及び２３により順次全反射されて対物レ
ンズ１６に入射される。

ここで、全反射鏡２０と２１との間の距離をｅｌ、全反
射鏡２１と２２との間の距離をｆｌｌ。

全反射鏡２２と２３との間の距離をｆｌｌとすると、レ
ーザー光源１４より放射されたレーザーは距離（２之ｌ
−１−２２）に、レーザー光源１４より全反射鏡２０に
至る第１の距離と、全反射鏡２３より対物レンズ１６に
至る第２の距離とを夫々加算した距離を、光速で除粋し
て得た時間分遅延されて対物レンズ１６に入射され、更
にこれより被測定物１７上に照射されることになる。

また、全反射鏡２０及び２３の位置は変えずに、全反射
ｌＩ２１及び２２の位置がコンビコータ１３からの制御
信号に基づいて第２図中、実線で示す位置から破線２１
ａ及び２２ａの位置へ、距離９．３ずつ互いに平行に移
動されたものとすると、レーザー光源１４よりのレーザ
ーは前記の場合よりも２之３だけ長い光路を経て対物レ
ンズ１６に入射されるから、前記の場合よりも長い時間
遅延されて被測定物１７に照射されることになる。従っ
て、例えば全反射鏡２１及び２２の位置を変えることに
よって、レーザーの対物レンズ１６及び被測定物１７へ
至る光路長が変化し、これによりレーザーが被測定物１
７上に到達する時間を可変することができる。

ここで、パターン発生器１９等よりなる第１図の各回路
の共通のクロックパルスを第３図にａで示すものとする
と、全反射鏡２１及び２２が第２図中、実線で示す位置
よりも全反射鏡２０及び２３に近い所定位置にあるとき
は、レーザー光源１４よりのレーザーは第３図にｂで示
す如く、共通のクロックパルスａに対して殆ど時間遅れ
なくハイレベルの期間、被測定物１７上に照射され、全
役０４鏡２１及び２２が実線で示す位置にあるときは第
３図にＣで示すハイレベルの期間照射される。

同様に、全反射１ｔ２１及び２２が第３図に実線で示す
位置と、破線２１ａ及び２２ａで示す位置との中間にあ
るときはクロックパルスａに対して第３図にｄで示すタ
イミングで、また破線２１ａ及び２２ａで示す位置にあ
るときは第３図にｅで示す如く最も遅延されたタイミン
グで各々被測定物１７上にそのハイレベルの期間照射さ
れる。

ここで、被測定物１７中の任意のトランジスタゲートの
遅延時間は、被測定物１７の入力端子にパターン発生器
１９より供給される入力信号が上記トランジスタゲート
に入力されてから、該トランジスタゲートがこの入力信
号によって実際にオン又はオフ動作するまでの時間であ
る。このうち、上記入力信号は、例えば２０　Ｍ　ｌ−
Ｉ　Ｚ程度のクロックパルスａに同期して一定タイミン
グで発生されるから、入力信号の被測定物１７への入力
時点は第３図に示すクロックパルスａの例えば所定周期
毎の立上り時点に相当する。

これに対し、上記のトランジスタゲートのオン又はオフ
動作は前記したように光励起電流の値が所定の値になっ
たか否かにより検出される。光励起電流の測定には第３
図にｂ〜ｅで示したレーザー照射タイミング波形の成る
立上り時点（レーザー照射開始時点）よりクロックパル
スａの一周期より長い所要の時間要し、その測定時間で
の光励起電流の積分値によってトランジスタゲートのオ
ン又はオフ動作が検出される。

このようにして、成る遅延時間での測定が終ると、次に
光路長可変機構１５ににリレーザーの光路長が切換えら
れると共に、再びクロックパルスａの立上りに同期して
被測定物１７に上記と同じ入力信号が供給され、かつ、
切換後のレーザー光路長に応じたタイミングでレーザー
ビームが被測定物１７の前記トランジスタグー１−に照
射され、これと同時に光励起電流の測定が再び開始され
る。

以下、上記と同様にして、レーザーの光路長は光路長可
変機構１５により一回の測定時間毎に漸次切換えられ、
その光路長に基づくレーザー照射位相での光励起電流の
値が測定され、その測定値が変化したときの光路長可変
機構１５の光路長から得られるレーザー照射の遅延時間
に基づいてトランジスタグー１〜の遅延時間が算出され
る。

この結果、高い繰り返し周波数のクロックパルスでトラ
ンジスタゲートの遅延時間を測定した場合と実質的に同
等の高い時間分解能でゲート遅延時間の測定ができる。

この時間分解能は第３図にｂ−ｅで示したレーザー照射
タイミング波形のパルス幅と遅延時間の精度によって定
まり、例えば数百ｐｓの高い時間分解能が得られる。

本実施例によれば、高い時間分解能が得られると共に、
トランジスタゲートに非接触でゲート遅延時間を測定で
きるから、入力バッフ？又は出力バッファを構成するト
ランジスタゲート単体のゲート遅延時間も伯のトランジ
スタゲートと分離して正確に測定できる。

なお、入力信号は被測定物１７の入力端子にのみ供給さ
れるから、例えば出力バッフ７を構成するトランジスタ
ゲートの遅延時間は、被測定物１７の入力端子より出力
バッフ７の出力端子までの全トランジスタゲートの総遅
延時間から、被測定物１７の入力端子より出力バッフ７
の入力段直前までの複数個のトランジスタゲートの遅延
時間を差し引くことにより求めることができる。

なお、光路長可変機構１５は第２図以外の他の光路長可
変手段でも良いことは勿論である。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、レーザー照射位相を漸次
変化させるようにしたので、高い繰り返し周波数のクロ
ックパルスでトランジスタゲートの遅延時間を測定した
場合と実質的に同等の高い時間分解能で任意のトランジ
スタゲートの遅延時間を測定することができ、また人力
バッフ７又は出力バッファを構成するトランジスタゲー
トの遅延時間を他の内部のトランジスタゲートと分離し
て単体で正確に測定することができ、Ｌ　Ｓ　Ｉを組立
てた状態でトランジスタゲー１〜の遅延時間を測定でき
るから、配線にＪ：るＨ延ム含めてより正確にトランジ
スタゲートの遅延時間の測定ができる。

更に、本発明によれば、真空中に被測定物を置く必要は
なく大気中でトランジスタゲートの遅延時間の測定がで
き、また更にＬＳＩの保護膜を取り除くことなく、レー
ザーを用いてＬＳＩ内のトランジスタゲートの遅延時間
の測定ができ、操作性が良い等の数々の特長を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図図示ブロック中の遅延回路の一実施例を示す構成
図、 第３図は本発明におけるレーザー照射タイミングを説明
する図、 第４図は本発明におけるレーＩＪ’−照射位置を説明す
る図、 第５図はＦＢプローバの一例の構成を示すブロック図で
ある。 図中において、 １３は制御・データ解析用］ンピ」−タ、１４はレーザ
ー光源、 １５は光路長可変機構、 １７は被測定物、 １９はパターン発生器、 ２０〜２３は全反射鏡、 ２８はレーザー照射位置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数個のトランジスタゲートを有して構成された被測定
   物（１７）中の任意のトランジスタゲートにレーザービ
   ームを照射するレーザー光源（１４）と、 該レーザー光源（１４）より放射されたレーザーの該被
   測定物（１７）に至る光路長を一定時間毎に漸次変化さ
   せる光路長可変手段（１５）と、該光路長可変手段（１
   ５）による該レーザーの光路長の段階的変化に拘らず一
   定タイミングで前記被測定物（１７）に入力信号を供給
   すると共に、前記レーザービームの照射により前記任意
   のトランジスタゲートに発生した光励起電流の値が変化
   した時の該光路長可変手段（１５）による光路長に基づ
   いて該任意のトランジスタゲートの遅延時間を算出する
   測定手段（１３、１９）とよりなることを特徴とするト
   ランジスタゲートの遅延時間測定装置。