JPS6339099B2 - - Google Patents
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- JPS6339099B2 JPS6339099B2 JP53093809A JP9380978A JPS6339099B2 JP S6339099 B2 JPS6339099 B2 JP S6339099B2 JP 53093809 A JP53093809 A JP 53093809A JP 9380978 A JP9380978 A JP 9380978A JP S6339099 B2 JPS6339099 B2 JP S6339099B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- circuit
- light absorption
- absorption current
- signal
- Prior art date
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Lasers (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はレーザービームを走査させ、この走査
ビームを光学レンズ系で微細スポツト径に集束し
て試料半導体デバイスに照射し、この試料半導体
デバイスより光吸収電流に伴う信号を検出して光
吸収電流像で観測するレーザー走査顕微鏡装置に
おいて、試料半導体デバイスを動作させながら、
各位相での特性を測定できるようにした半導体デ
バイスの動特性測定可能なレーザー走査顕微鏡装
置に関する。
ビームを光学レンズ系で微細スポツト径に集束し
て試料半導体デバイスに照射し、この試料半導体
デバイスより光吸収電流に伴う信号を検出して光
吸収電流像で観測するレーザー走査顕微鏡装置に
おいて、試料半導体デバイスを動作させながら、
各位相での特性を測定できるようにした半導体デ
バイスの動特性測定可能なレーザー走査顕微鏡装
置に関する。
近年、半導体集積回路は微細加工技術の急速な
進歩により、益々高集積密度、大容量化の方向に
進んでいる。これに伴い集積回路（以下ICと呼
称する）の入出力ピンのみにより大規模ICの検
査、故障解析等を行なうことは、テストパターン
が莫大な量になり時間的に困難になつている。直
流的なテストでさえこのような困難が伴うため、
況してやタイミングをも考慮したダイナミツクテ
ストは時間的な点から不可能に近い。一方、IC
の注目回路のパターンにプローブを機械的に当て
る方法に於いても高集積密度化により微細パター
ンになつていく為に困難になつてきている。
進歩により、益々高集積密度、大容量化の方向に
進んでいる。これに伴い集積回路（以下ICと呼
称する）の入出力ピンのみにより大規模ICの検
査、故障解析等を行なうことは、テストパターン
が莫大な量になり時間的に困難になつている。直
流的なテストでさえこのような困難が伴うため、
況してやタイミングをも考慮したダイナミツクテ
ストは時間的な点から不可能に近い。一方、IC
の注目回路のパターンにプローブを機械的に当て
る方法に於いても高集積密度化により微細パター
ンになつていく為に困難になつてきている。
そこでICの非接触検査解析装置として、従来
はSEM（走査形電子顕微鏡）やレーザー走査顕微
鏡が利用されているが、その内のSEMについて
は、一部の測定回路も含んだ試料系を真空に引く
必要があるため、装置が大がかりになるのと操作
時間が長くなるという大きな欠点がある。また、
試料が真空中にある為に、実際の半導体表面とは
異なつた状態となるし、更に電子ビームの照射に
よるチヤージアツプ現象が生じ表面状態が変化す
るので、実際の使用状態での現象の観察もできな
いという欠点もある。
はSEM（走査形電子顕微鏡）やレーザー走査顕微
鏡が利用されているが、その内のSEMについて
は、一部の測定回路も含んだ試料系を真空に引く
必要があるため、装置が大がかりになるのと操作
時間が長くなるという大きな欠点がある。また、
試料が真空中にある為に、実際の半導体表面とは
異なつた状態となるし、更に電子ビームの照射に
よるチヤージアツプ現象が生じ表面状態が変化す
るので、実際の使用状態での現象の観察もできな
いという欠点もある。
次に、大気中で容易に、使用状態での半導体
IC表面現象の観察ができるレーザー走査顕微鏡
について、従来の測定方法は、ICの入力条件を
変えて回路の動作状態を注目する状態に設定し
て、その時の光吸収電流像を測定するものであ
り、非接触でIC内部回路のスタテイツクな状態
での測定はできるが、ICを動作させると一般に
電源電流が変化してしまうので、光吸収電流は電
源電流変化を連続的に測定することで行なう従来
の方法では、ICの動特性は測定できないという
欠点があつた。つまり、リフレツシユ動作を必要
とするようなダイナミツク形のMOSメモリなど
のダイナミツク動作ICの測定は、従来のレーザ
ー走査顕微鏡装置では不可能である。
IC表面現象の観察ができるレーザー走査顕微鏡
について、従来の測定方法は、ICの入力条件を
変えて回路の動作状態を注目する状態に設定し
て、その時の光吸収電流像を測定するものであ
り、非接触でIC内部回路のスタテイツクな状態
での測定はできるが、ICを動作させると一般に
電源電流が変化してしまうので、光吸収電流は電
源電流変化を連続的に測定することで行なう従来
の方法では、ICの動特性は測定できないという
欠点があつた。つまり、リフレツシユ動作を必要
とするようなダイナミツク形のMOSメモリなど
のダイナミツク動作ICの測定は、従来のレーザ
ー走査顕微鏡装置では不可能である。
第１図は、従来のレーザー走査顕微鏡装置に於
ける構成をブロツク化して示すもので、レーザー
光源１から出たレーザービームは、Ｘ軸走査駆動
装置２及びＹ軸走査駆動装置３でＸ−Y2次元に
ラスタースキヤンされた後、光学顕微鏡４で数μ
ｍφのスポツトに絞られて半導体デバイス（IC、
トランジスタ等）の試料５の表面を２次元走査し
ながら照射する。試料５への電源電流は、電源６
より直列抵抗７を通して供給されているので、光
の照射により発生する半導体の光吸収電流は、
ICの電源ピンの電圧変化として検知される。こ
の検知信号をレーザー走査顕微鏡装置のコントロ
ール部８に設けられた増幅器９により増幅し、更
に輝度変調回路１０で変調を行なつてモニター用
オシロスコープ１４にＺ信号として加える。レー
ザービームのＸ軸走査は光検知器１６で検知さ
れ、それに同期してモニター用オシロスコープ１
４の電子ビーム走査用のＸ信号はＸ信号発生回路
１１で、Ｙ信号はＹ信号発生回路１２で作られ
る。またそのＹ信号はレーザービームのＹ軸走査
駆動装置３にも加えられている。従つて、モニタ
ー用オシロスコープ１４上にはレーザー走査領域
での試料からの光吸収電流の２次元輝度変調像が
現われることになる。また、試料５から得た光吸
収電流の信号とモニター用オシロスコープ１４の
Ｙ信号とを混合回路１３で混合することにより３
次元的な等高線的表示像が表示できる。表示像切
換スイツチ１５で表示像は切換えられ、Ａの位置
にすると輝度変調像が、Ｂの位置にすると等高線
的表示像がモーター用オシロスコープ１４に現わ
れる。入力信号発生回路１７で、試料（IC）５
への入力条件をかえて動作状態をかえた時の光吸
収電流像を観察して、それぞれのスタテイツクな
回路状態でのIC内部の特性測定等が変調度の違
いを検出することによつて行なえる。このように
従来のレーザ走査顕微鏡装置に於いては、スタテ
イツクな回路状態でのIC内部の特性を測定する
ことはできてもICの動特性を測定することはで
きなかつた。
ける構成をブロツク化して示すもので、レーザー
光源１から出たレーザービームは、Ｘ軸走査駆動
装置２及びＹ軸走査駆動装置３でＸ−Y2次元に
ラスタースキヤンされた後、光学顕微鏡４で数μ
ｍφのスポツトに絞られて半導体デバイス（IC、
トランジスタ等）の試料５の表面を２次元走査し
ながら照射する。試料５への電源電流は、電源６
より直列抵抗７を通して供給されているので、光
の照射により発生する半導体の光吸収電流は、
ICの電源ピンの電圧変化として検知される。こ
の検知信号をレーザー走査顕微鏡装置のコントロ
ール部８に設けられた増幅器９により増幅し、更
に輝度変調回路１０で変調を行なつてモニター用
オシロスコープ１４にＺ信号として加える。レー
ザービームのＸ軸走査は光検知器１６で検知さ
れ、それに同期してモニター用オシロスコープ１
４の電子ビーム走査用のＸ信号はＸ信号発生回路
１１で、Ｙ信号はＹ信号発生回路１２で作られ
る。またそのＹ信号はレーザービームのＹ軸走査
駆動装置３にも加えられている。従つて、モニタ
ー用オシロスコープ１４上にはレーザー走査領域
での試料からの光吸収電流の２次元輝度変調像が
現われることになる。また、試料５から得た光吸
収電流の信号とモニター用オシロスコープ１４の
Ｙ信号とを混合回路１３で混合することにより３
次元的な等高線的表示像が表示できる。表示像切
換スイツチ１５で表示像は切換えられ、Ａの位置
にすると輝度変調像が、Ｂの位置にすると等高線
的表示像がモーター用オシロスコープ１４に現わ
れる。入力信号発生回路１７で、試料（IC）５
への入力条件をかえて動作状態をかえた時の光吸
収電流像を観察して、それぞれのスタテイツクな
回路状態でのIC内部の特性測定等が変調度の違
いを検出することによつて行なえる。このように
従来のレーザ走査顕微鏡装置に於いては、スタテ
イツクな回路状態でのIC内部の特性を測定する
ことはできてもICの動特性を測定することはで
きなかつた。
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、従来
のレーザー走査顕微鏡装置の光吸収電流測定回路
に簡単な回路を付加するのみで、すなわち具体的
には試料半導体デバイスを動作制御せしめる駆動
回路の動作周波数の１／Ｎ（Ｎは整数、Ｎ≧１）
の周波数で同期したサンプルホールド回路を設け
ることによつて、試料半導体デバイスを高速で動
作させながら、サンプリングパルスの位相を移動
させることによつて、種々の位相の動作状態での
光吸収電流像を観察して、大気中で、かつ非接触
で半導体デバイスの動特性を測定できるようにし
たレーザー走査顕微鏡装置を提供することを目的
とする。
のレーザー走査顕微鏡装置の光吸収電流測定回路
に簡単な回路を付加するのみで、すなわち具体的
には試料半導体デバイスを動作制御せしめる駆動
回路の動作周波数の１／Ｎ（Ｎは整数、Ｎ≧１）
の周波数で同期したサンプルホールド回路を設け
ることによつて、試料半導体デバイスを高速で動
作させながら、サンプリングパルスの位相を移動
させることによつて、種々の位相の動作状態での
光吸収電流像を観察して、大気中で、かつ非接触
で半導体デバイスの動特性を測定できるようにし
たレーザー走査顕微鏡装置を提供することを目的
とする。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第２図はこの発明の一実施例を示すもので、
図中上記した第１図と同一部分は同一符号を付し
その説明を省略する。この第２図の構成が上記第
１図に示した構成と特に異なる部分は、一定周期
の基本クロツク信号を得るクロツク信号発生回路
２５と、このクロツク信号発生回路２５より得ら
れるクロツク信号に基づいて各種のタイミング信
号を得るタイミング信号発生回路１８と、このタ
イミング信号発生回路１８より得られるタイミン
グパルスに基づいて試料半導体デバイス（以下単
に試料と呼称する）動作用の信号を得るパターン
発生回路１９と、上記タイミング信号発生回路１
８より得られるタイミングパルスに基づいて所望
するサンプリングパルスを得る可変サンプリング
パルス発生回路２０と、試料５の光吸収電流を含
む電源電流の変化を直列抵抗７で電圧変化に変換
した信号から交流（AC）成分を取出すカツプリ
ングコンデンサ２４と、このカツプリングコンデ
ンサ２４で取出された信号をインピーダンス変換
するインピーダンス変換回路２１と、このインピ
ーダンス変換回路２１より得られる信号をレベル
補正するレベルシフト回路２２と、このレベルシ
フト回路２２より得られる信号を可変サンプリン
グパルス発生回路２０より得られるサンプリング
パルスに同期してサンプリングするサンプルホー
ルド回路２３とを設け、このサンプルホールド回
路２３でサンプルされた信号をコントロール部８
の増幅器９に供給する構成とした点である。
る。第２図はこの発明の一実施例を示すもので、
図中上記した第１図と同一部分は同一符号を付し
その説明を省略する。この第２図の構成が上記第
１図に示した構成と特に異なる部分は、一定周期
の基本クロツク信号を得るクロツク信号発生回路
２５と、このクロツク信号発生回路２５より得ら
れるクロツク信号に基づいて各種のタイミング信
号を得るタイミング信号発生回路１８と、このタ
イミング信号発生回路１８より得られるタイミン
グパルスに基づいて試料半導体デバイス（以下単
に試料と呼称する）動作用の信号を得るパターン
発生回路１９と、上記タイミング信号発生回路１
８より得られるタイミングパルスに基づいて所望
するサンプリングパルスを得る可変サンプリング
パルス発生回路２０と、試料５の光吸収電流を含
む電源電流の変化を直列抵抗７で電圧変化に変換
した信号から交流（AC）成分を取出すカツプリ
ングコンデンサ２４と、このカツプリングコンデ
ンサ２４で取出された信号をインピーダンス変換
するインピーダンス変換回路２１と、このインピ
ーダンス変換回路２１より得られる信号をレベル
補正するレベルシフト回路２２と、このレベルシ
フト回路２２より得られる信号を可変サンプリン
グパルス発生回路２０より得られるサンプリング
パルスに同期してサンプリングするサンプルホー
ルド回路２３とを設け、このサンプルホールド回
路２３でサンプルされた信号をコントロール部８
の増幅器９に供給する構成とした点である。
ここで作用を説明する。なお第２図に示す１乃
至１６の各部の動作は既に述べた第１図の場合と
同様であるので、ここではその説明を省略する。
クロツク信号発生回路２５で生成された基本クロ
ツクパルスはタイミング信号発生回路１８に加わ
り、パターン発生回路１９用のタイミングパルス
及び可変サンプリングパルス発生回路２０用のタ
イミングパルスを作る。
至１６の各部の動作は既に述べた第１図の場合と
同様であるので、ここではその説明を省略する。
クロツク信号発生回路２５で生成された基本クロ
ツクパルスはタイミング信号発生回路１８に加わ
り、パターン発生回路１９用のタイミングパルス
及び可変サンプリングパルス発生回路２０用のタ
イミングパルスを作る。
一般に、半導体ICの電源電流は、入力条件に
従つた回路動作状態によつて違つているので、
ICのダイナミツク動作時には電源電流値はクロ
ツク周波数で変化することになる。ところが試料
（IC）５へのレーザービーム照射による光吸収電
流の測定は、電源電流の変化を検知することによ
つて行つているので、ICのダイナミツク動作時
には、回路状態の変化に起因する電源電流変化分
に光吸収電流の変化分が重畳される様になつてい
て連続的に電源電流の変化を検出、増巾するだけ
では光吸収電流像は観察できない。そこで光吸収
電流を含んだ電源電流の変化を直列抵抗７で電圧
変化に変換して、カツプリング・コンデンサ２４
で交流成分だけを取出してインピーダンス変換回
路２１を介し、レベルシフト回路２２に入れてレ
ベルを調整し、サンプルホールド回路２３に加え
る。この際のサンプリングパルスは可変サンプリ
ングパルス発生回路２０で作られるが、その周波
数はクロツクパルスの周波数の１／Ｎ（Ｎは整数、
Ｎ≧１）で同期している。そして、サンプルホー
ルド回路２３からの出力は増幅器９に入力されて
増幅された後、輝度変調又は等高線的変調を加え
られて、モニター用オシロスコープ１４上に光吸
収電流像として表示される。ここで、サンプリン
グパルスは、サンプリングパルスの周期、つまり
NX（クロツク周期）（Ｎは整数、Ｎ≧１）の範囲
内で可変であるので、IC動作中にそのサンプリ
ング周期内に於ける種々の位相で、回路状態をあ
たかも静止させた様にして光吸収電流像を観察す
ることができる。
従つた回路動作状態によつて違つているので、
ICのダイナミツク動作時には電源電流値はクロ
ツク周波数で変化することになる。ところが試料
（IC）５へのレーザービーム照射による光吸収電
流の測定は、電源電流の変化を検知することによ
つて行つているので、ICのダイナミツク動作時
には、回路状態の変化に起因する電源電流変化分
に光吸収電流の変化分が重畳される様になつてい
て連続的に電源電流の変化を検出、増巾するだけ
では光吸収電流像は観察できない。そこで光吸収
電流を含んだ電源電流の変化を直列抵抗７で電圧
変化に変換して、カツプリング・コンデンサ２４
で交流成分だけを取出してインピーダンス変換回
路２１を介し、レベルシフト回路２２に入れてレ
ベルを調整し、サンプルホールド回路２３に加え
る。この際のサンプリングパルスは可変サンプリ
ングパルス発生回路２０で作られるが、その周波
数はクロツクパルスの周波数の１／Ｎ（Ｎは整数、
Ｎ≧１）で同期している。そして、サンプルホー
ルド回路２３からの出力は増幅器９に入力されて
増幅された後、輝度変調又は等高線的変調を加え
られて、モニター用オシロスコープ１４上に光吸
収電流像として表示される。ここで、サンプリン
グパルスは、サンプリングパルスの周期、つまり
NX（クロツク周期）（Ｎは整数、Ｎ≧１）の範囲
内で可変であるので、IC動作中にそのサンプリ
ング周期内に於ける種々の位相で、回路状態をあ
たかも静止させた様にして光吸収電流像を観察す
ることができる。
次にモニター用オシロスコープ１４上でのＸ軸
及びＹ軸走査周波数と試料５の動作周波数の関係
について説明する。第３図は、光吸収電流のサン
プルホールド動作を説明する為の単純な試料
（IC）の接続図の１部であり、試料５への電源電
流の供給は、電源６から直列抵抗７を通して行な
われている。従つて、光吸収電流を含んだ電源電
流の変化は電圧変化に変換され、カツプリングコ
ンデンサ２４で交流（AC）成分のみがサンプル
ホールド系回路に伝達される。I1〜INは入力端子
に加わる信号であり、CPはクロツクパルスで、
QA，QBは出力信号である。
及びＹ軸走査周波数と試料５の動作周波数の関係
について説明する。第３図は、光吸収電流のサン
プルホールド動作を説明する為の単純な試料
（IC）の接続図の１部であり、試料５への電源電
流の供給は、電源６から直列抵抗７を通して行な
われている。従つて、光吸収電流を含んだ電源電
流の変化は電圧変化に変換され、カツプリングコ
ンデンサ２４で交流（AC）成分のみがサンプル
ホールド系回路に伝達される。I1〜INは入力端子
に加わる信号であり、CPはクロツクパルスで、
QA，QBは出力信号である。
第３図に対応したタイミング図は第４図に示さ
れている。第４図ｄに示す電源電流iccは、クロツ
クを含んだ入力条件に従つた回路動作状態の違い
により異つた電流値を示すので、同図ｅに示すサ
ンプリングパルスSPは回路動作状態が同じになる
ような周期TSで出さなければならない。従つて、
第４図では、同図ａに示すクロツクパルスCPの
周期TCとすれば、同図ｅに示すサンプリングパ
ルスSPの周期TSは、TS＝４×TCである。つまり、
クロツク周期TCを１とした場合に、同一回路動
作状態になる繰返し係数Ｎは４である。尚、第３
図の試料５の入力信号I1〜INは、説明を簡単にす
る為に、すべて変化しないとしてあるが、通常動
作時の様に変化する場合には、入力信号の組み合
わせが増えるので、同一回路状態になる繰返し係
数Ｎは４より大きくなるのが一般的である。ここ
で試料５のクロツク周期をTC、クロツク周波数
をCサンプリング周期をTS、サンプリング周波
数をS、TCに対する同一回路状態になる繰返し
係数をＮ、Ｘ軸走査周波数つまりライン周波数を
L、Ｙ軸走査周波数つまりフレーム周波数をFと
し、また、本発明による表示像は１種のサンプリ
ング像になるが、Ｘライン１本当りのサンプル点
をｍとし、フレーム１面当りのＸラインの数を
NLとすると、次の関係式が成り立つ。
れている。第４図ｄに示す電源電流iccは、クロツ
クを含んだ入力条件に従つた回路動作状態の違い
により異つた電流値を示すので、同図ｅに示すサ
ンプリングパルスSPは回路動作状態が同じになる
ような周期TSで出さなければならない。従つて、
第４図では、同図ａに示すクロツクパルスCPの
周期TCとすれば、同図ｅに示すサンプリングパ
ルスSPの周期TSは、TS＝４×TCである。つまり、
クロツク周期TCを１とした場合に、同一回路動
作状態になる繰返し係数Ｎは４である。尚、第３
図の試料５の入力信号I1〜INは、説明を簡単にす
る為に、すべて変化しないとしてあるが、通常動
作時の様に変化する場合には、入力信号の組み合
わせが増えるので、同一回路状態になる繰返し係
数Ｎは４より大きくなるのが一般的である。ここ
で試料５のクロツク周期をTC、クロツク周波数
をCサンプリング周期をTS、サンプリング周波
数をS、TCに対する同一回路状態になる繰返し
係数をＮ、Ｘ軸走査周波数つまりライン周波数を
L、Ｙ軸走査周波数つまりフレーム周波数をFと
し、また、本発明による表示像は１種のサンプリ
ング像になるが、Ｘライン１本当りのサンプル点
をｍとし、フレーム１面当りのＸラインの数を
NLとすると、次の関係式が成り立つ。
TS＝Ｎ×TC
従つて
C＝Ｎ×S ………(1)
S＝ｍ×L ………(2)
L＝NL×F ………(3)
(1)、(2)、(3)より
C＝Ｎ×ｍ×L ………(4)
Ｎ×ｍ×NL×F ………(5)
一般に、Ｘライン１本当りのサンプル点ｍは最
低256点あれば分解能の点からは一応満足される。
１フレーム当りのＸラインの数NLが256本のケー
スを仮定すると、多少残光性のあるオシロスコー
プを使用した場合に、目視により光吸収電流像を
観察する上でのフレーム周波数Fの下限は２Hz位
である。従つて、TCに対する同一回路状態にな
る繰り返し係数Ｎと試料ICの動作周波数つまり
クロツク周波数Cの最低値との関係は、上記式(5)
より Cmin＝Ｎ×ｍ×NL×F ＝Ｎ×256×256×２ ＝Ｎ×1.31×105 （Hz） となる。そこで、Ｎが大きくなると、つまり、
ICが大規模化して入力信号の組み合わせが増え
れば増える程、クロツク周波数の最低値Cminは
上げていかねばならないが、IC動作周波数の上
限値をオーバーしてしまうケースも生じる。この
ような場合には、Ｎが小さくなる様な入力信号パ
ターンを工夫する必要があるが、一方、モニター
用オシロスコープ１４として例えばメモリー用オ
シロスコープを使用すれば、試料ICの動作周波
数の上限値に応じて、フレーム周波数Fを十分下
げることができる。また、メモリーオシロスコー
プの代わりに、メモリー装置を使用して、光吸収
電流を試料ICのクロツク周波数Cの１／Ｎ（Ｎは
整数Ｎ≧１）のサンプリング周波数Sのスピード
で一旦記憶しておいて、その後に、目視観察する
に必要なフレーム周波数Fで読み出してモニター
用オシロスコープ１４に表示する方法もある。そ
の際の実施例の構成ブロツク図を第５図に示す。
図中８Ａは本発明に係るサンプルホールド系回路
を設けてなるレーザー走査顕微鏡装置であり、
Ｘ、Ｙ、Ｚアナログ信号が出ている。アドレスに
相当するＸ信号、Ｙ信号はＡ／Ｄコンバーター５
１及びＡ／Ｄコンバーター５２でデイジタル信号
に変換され、サンプルホールド回路のサンプリン
グパルスSPで動作するスイツチングゲート５３を
径てデーターレジスタ５４に一旦保持される。Ｚ
信号もＡ／Ｄコンバーター５５でデイジタル信号
に変換されて、スイツチングゲート５３及びデー
ターレジスタ５４を経てメモリー装置５６に加わ
る。メモリー装置５６は、サンプリングパルスの
周波数Sで動作し、データーレジスタ５４のＸ、
Ｙで決まる番地に、データレジスタ５４のＺ出力
が書き込まれる。メモリー装置５６への書き込み
（WRITE）及び読出し（READ）は、Ｒ／Ｗコ
ントローラー５７でコントロールする。Ｒ／Ｗコ
ントローラー５７を読出しモードにすると、メモ
リー装置５６から、データレジスタ５４のXYで
決まる番地の内容が読み出されて、Ｄ／Ａコンバ
ーター５８でアナログ信号に変換されたＺ信号が
モニター用オシロスコープ１４のＺ端子に加わ
り、レーザー走査顕微鏡装置８ＡからのＸ信号、
Ｙ信号とで、モニター用オシロスコープ１４に光
吸収電流像が表示される。読み出し動作は、モニ
ター用オシロスコープ１４のフレーム周波数Fに
比例するので、出来るだけ高速の方が好ましい。
そこで、クロツク周波数コントローラ５９で、読
出し時の高速クロツクパルスHP及び書込み時に
サンプルホールド回路のサンプリングパルスSPと
の切り換えが行なうが、そのコントロール信号
は、Ｒ／Ｗコントローラ５７から送られてくる。
メモリー装置５６を使用すれば、サンプリングパ
ルスSPの位相をサンプリング周期TS内で変化さ
せた時に、各位相に対応した光吸収電流像をすべ
て記憶することもできるし、その他試料IC周囲
条件を種々変えた時に、その各々に対応した光吸
収電流像を記憶できる。その操作は条件選択回路
６０で行ない、この回路６０からの信号に対応し
て、各条件での光吸収電流像が区別されて、メモ
リー装置５６にすべて記憶される。この機能を利
用すれば、読出し時に異なつた条件での光吸収電
流像を２つ読み出して、ハードウエアーで自動的
に比較した結果の像をモニター用オシロスコープ
１４に表示することも容易にできるなど、その用
途は非常に広い。
低256点あれば分解能の点からは一応満足される。
１フレーム当りのＸラインの数NLが256本のケー
スを仮定すると、多少残光性のあるオシロスコー
プを使用した場合に、目視により光吸収電流像を
観察する上でのフレーム周波数Fの下限は２Hz位
である。従つて、TCに対する同一回路状態にな
る繰り返し係数Ｎと試料ICの動作周波数つまり
クロツク周波数Cの最低値との関係は、上記式(5)
より Cmin＝Ｎ×ｍ×NL×F ＝Ｎ×256×256×２ ＝Ｎ×1.31×105 （Hz） となる。そこで、Ｎが大きくなると、つまり、
ICが大規模化して入力信号の組み合わせが増え
れば増える程、クロツク周波数の最低値Cminは
上げていかねばならないが、IC動作周波数の上
限値をオーバーしてしまうケースも生じる。この
ような場合には、Ｎが小さくなる様な入力信号パ
ターンを工夫する必要があるが、一方、モニター
用オシロスコープ１４として例えばメモリー用オ
シロスコープを使用すれば、試料ICの動作周波
数の上限値に応じて、フレーム周波数Fを十分下
げることができる。また、メモリーオシロスコー
プの代わりに、メモリー装置を使用して、光吸収
電流を試料ICのクロツク周波数Cの１／Ｎ（Ｎは
整数Ｎ≧１）のサンプリング周波数Sのスピード
で一旦記憶しておいて、その後に、目視観察する
に必要なフレーム周波数Fで読み出してモニター
用オシロスコープ１４に表示する方法もある。そ
の際の実施例の構成ブロツク図を第５図に示す。
図中８Ａは本発明に係るサンプルホールド系回路
を設けてなるレーザー走査顕微鏡装置であり、
Ｘ、Ｙ、Ｚアナログ信号が出ている。アドレスに
相当するＸ信号、Ｙ信号はＡ／Ｄコンバーター５
１及びＡ／Ｄコンバーター５２でデイジタル信号
に変換され、サンプルホールド回路のサンプリン
グパルスSPで動作するスイツチングゲート５３を
径てデーターレジスタ５４に一旦保持される。Ｚ
信号もＡ／Ｄコンバーター５５でデイジタル信号
に変換されて、スイツチングゲート５３及びデー
ターレジスタ５４を経てメモリー装置５６に加わ
る。メモリー装置５６は、サンプリングパルスの
周波数Sで動作し、データーレジスタ５４のＸ、
Ｙで決まる番地に、データレジスタ５４のＺ出力
が書き込まれる。メモリー装置５６への書き込み
（WRITE）及び読出し（READ）は、Ｒ／Ｗコ
ントローラー５７でコントロールする。Ｒ／Ｗコ
ントローラー５７を読出しモードにすると、メモ
リー装置５６から、データレジスタ５４のXYで
決まる番地の内容が読み出されて、Ｄ／Ａコンバ
ーター５８でアナログ信号に変換されたＺ信号が
モニター用オシロスコープ１４のＺ端子に加わ
り、レーザー走査顕微鏡装置８ＡからのＸ信号、
Ｙ信号とで、モニター用オシロスコープ１４に光
吸収電流像が表示される。読み出し動作は、モニ
ター用オシロスコープ１４のフレーム周波数Fに
比例するので、出来るだけ高速の方が好ましい。
そこで、クロツク周波数コントローラ５９で、読
出し時の高速クロツクパルスHP及び書込み時に
サンプルホールド回路のサンプリングパルスSPと
の切り換えが行なうが、そのコントロール信号
は、Ｒ／Ｗコントローラ５７から送られてくる。
メモリー装置５６を使用すれば、サンプリングパ
ルスSPの位相をサンプリング周期TS内で変化さ
せた時に、各位相に対応した光吸収電流像をすべ
て記憶することもできるし、その他試料IC周囲
条件を種々変えた時に、その各々に対応した光吸
収電流像を記憶できる。その操作は条件選択回路
６０で行ない、この回路６０からの信号に対応し
て、各条件での光吸収電流像が区別されて、メモ
リー装置５６にすべて記憶される。この機能を利
用すれば、読出し時に異なつた条件での光吸収電
流像を２つ読み出して、ハードウエアーで自動的
に比較した結果の像をモニター用オシロスコープ
１４に表示することも容易にできるなど、その用
途は非常に広い。
第２図の実施例では、レーザービームのスキヤ
ンと試料ICの動作との関係が非同期の場合につ
いて説明されているが、Ｘ軸走査駆動装置２、Ｙ
軸走査駆動装置３にパルスモーターなどのデイジ
タル機器を使用すればレーザービーム走査と試料
ICの動作との間に同期がとれる。そうすれば試
料５の表面上に対応したサンプリング箇所が固定
されることになり、非同期で試料５表面上をラン
ダムにサンプルするより、より詳しい正確なデー
ターがとれる。
ンと試料ICの動作との関係が非同期の場合につ
いて説明されているが、Ｘ軸走査駆動装置２、Ｙ
軸走査駆動装置３にパルスモーターなどのデイジ
タル機器を使用すればレーザービーム走査と試料
ICの動作との間に同期がとれる。そうすれば試
料５の表面上に対応したサンプリング箇所が固定
されることになり、非同期で試料５表面上をラン
ダムにサンプルするより、より詳しい正確なデー
ターがとれる。
また第２図の実施例について、レーザー光源１
の波長は、半導体デバイス（IC、トランジスタ
等）の構造から6328ÅのHe−Neレーザーが一般
的であり、その光束は代表的なシリコン半導体の
素材の表面から１〜2μｍの深さでほとんど吸収
されてしまう。しかし、本発明のレーザー走査顕
微鏡装置用のレーザー光源は、He−Neレーザー
に限つたものではなく、紫外線領域の短波長から
赤外線領域の長波長のどの波長のレーザーでもよ
い。試料ICの測定箇所の状態に応じて、またど
のような測定を行なうかによつてレーザーの波長
は選択すればよい。浅い領域での特性を測定する
場合には短波長のレーザーを、そして深い所の特
性を測定する場合には長波長のレーザーを使用す
る。長波長のレーザーを使用すれば、シリコンウ
エハーの裏面からレーザー走査をして光吸収電流
像を測定できるという特徴も持つ。
の波長は、半導体デバイス（IC、トランジスタ
等）の構造から6328ÅのHe−Neレーザーが一般
的であり、その光束は代表的なシリコン半導体の
素材の表面から１〜2μｍの深さでほとんど吸収
されてしまう。しかし、本発明のレーザー走査顕
微鏡装置用のレーザー光源は、He−Neレーザー
に限つたものではなく、紫外線領域の短波長から
赤外線領域の長波長のどの波長のレーザーでもよ
い。試料ICの測定箇所の状態に応じて、またど
のような測定を行なうかによつてレーザーの波長
は選択すればよい。浅い領域での特性を測定する
場合には短波長のレーザーを、そして深い所の特
性を測定する場合には長波長のレーザーを使用す
る。長波長のレーザーを使用すれば、シリコンウ
エハーの裏面からレーザー走査をして光吸収電流
像を測定できるという特徴も持つ。
また、レーザー光源１は、第２図の実施例では
連続発振（CW）のもので説明してあるが、それ
に限つたものではなく、パルス変調を加えられた
レーザー光源でもよい。試料ICの動作とレーザ
ー走査及びレーザーのパルス変調とのすべての同
期をとれば拡散距離、拡散速度等の測定も、IC
を動作させながらできるという特徴をもつことに
なる。また、第２図の実施例では、光吸収電流は
試料ICの電源電流を電源ピンで検知することに
よつて測定しているが、電源ピンに限つたもので
はなく、測定の目的により試料ICのすべてのピ
ンのどのピンで測定してもよく、また複数ピンを
同時に測定してもよい。
連続発振（CW）のもので説明してあるが、それ
に限つたものではなく、パルス変調を加えられた
レーザー光源でもよい。試料ICの動作とレーザ
ー走査及びレーザーのパルス変調とのすべての同
期をとれば拡散距離、拡散速度等の測定も、IC
を動作させながらできるという特徴をもつことに
なる。また、第２図の実施例では、光吸収電流は
試料ICの電源電流を電源ピンで検知することに
よつて測定しているが、電源ピンに限つたもので
はなく、測定の目的により試料ICのすべてのピ
ンのどのピンで測定してもよく、また複数ピンを
同時に測定してもよい。
以上の説明から明らかな様に、光吸収電流を試
料半導体デバイスの動作周波数の１／Ｎ（Ｎは整
数、Ｎ≧１）の周波数でサンプルホールドするこ
とによつて、試料ICを動作させた状態で光吸収
電流が測定でき、また、サンプリング周期TS内
でサンプリングパルスの位相を可変させて、各位
相での光吸収電流像を観察できる。それらの光吸
収電流像からIC内部回路の特性を測定できる。
すなわち、動作中の半導体デバイスの回路状態
を、サンプリングパルスの位相で止めた状態にし
て、大気中でかつ非接触で測定できるので、半導
体デバイス動作時での各位相でのロジツクレベル
の非接触測定はもとより、半導体デバイス内部回
路の過度現象の解析、測定等もできる。例えば低
速では正常動作するが、高速動作時にのみに異常
動作する様な現象も大気中で、非接触で解析でき
る。
料半導体デバイスの動作周波数の１／Ｎ（Ｎは整
数、Ｎ≧１）の周波数でサンプルホールドするこ
とによつて、試料ICを動作させた状態で光吸収
電流が測定でき、また、サンプリング周期TS内
でサンプリングパルスの位相を可変させて、各位
相での光吸収電流像を観察できる。それらの光吸
収電流像からIC内部回路の特性を測定できる。
すなわち、動作中の半導体デバイスの回路状態
を、サンプリングパルスの位相で止めた状態にし
て、大気中でかつ非接触で測定できるので、半導
体デバイス動作時での各位相でのロジツクレベル
の非接触測定はもとより、半導体デバイス内部回
路の過度現象の解析、測定等もできる。例えば低
速では正常動作するが、高速動作時にのみに異常
動作する様な現象も大気中で、非接触で解析でき
る。
また、IC等の半導体デバイスにはエラーの起
こり易い入力パターンの組み合わせ、つまりパタ
ーンセンシテイビテイーを持つ場合があるが、こ
の解析については、従来のスタテイツクな光吸収
電流像の測定からは何の解析もできないが、本発
明の測定方法を用いれば、エラーの起こり易いパ
ターンでダイナミツク動作をさせながら、半導体
デバイス内部の回路状態が各位相ごとに観察でき
るのでパターンセンシテイビテイーの解析も可能
となる。また、高集積高密度半導体デバイスにな
ると、発熱量も大きくなると共にホツトスポツト
が生じることも考えられるがこのような場合には
半導体デバイス動作のデユーテイ（DUTY）比
を変えることによつて、半導体デバイス動作時に
於ける発熱による特性変化を測定できるし、更に
はホツトスポツトの半導体デバイス動作特性に与
える影響を調べることができる。更に試料半導体
デバイスとして、リフレツシユ動作を必要とする
ダイナミツクMOSメモリーなどの、ダイナミツ
ク動作ICでは、動作をさせながら特性を測定す
る必要があるが、本発明のレーザー走査顕微鏡装
置では動特性の測定を可能にしているため、この
種の特性が測定できる。今後、高集積密度、大容
量化されたICの検査、故障解析において本発明
の大気中でかつ非接触で動特性測定できるという
機能は非常に有効となる。
こり易い入力パターンの組み合わせ、つまりパタ
ーンセンシテイビテイーを持つ場合があるが、こ
の解析については、従来のスタテイツクな光吸収
電流像の測定からは何の解析もできないが、本発
明の測定方法を用いれば、エラーの起こり易いパ
ターンでダイナミツク動作をさせながら、半導体
デバイス内部の回路状態が各位相ごとに観察でき
るのでパターンセンシテイビテイーの解析も可能
となる。また、高集積高密度半導体デバイスにな
ると、発熱量も大きくなると共にホツトスポツト
が生じることも考えられるがこのような場合には
半導体デバイス動作のデユーテイ（DUTY）比
を変えることによつて、半導体デバイス動作時に
於ける発熱による特性変化を測定できるし、更に
はホツトスポツトの半導体デバイス動作特性に与
える影響を調べることができる。更に試料半導体
デバイスとして、リフレツシユ動作を必要とする
ダイナミツクMOSメモリーなどの、ダイナミツ
ク動作ICでは、動作をさせながら特性を測定す
る必要があるが、本発明のレーザー走査顕微鏡装
置では動特性の測定を可能にしているため、この
種の特性が測定できる。今後、高集積密度、大容
量化されたICの検査、故障解析において本発明
の大気中でかつ非接触で動特性測定できるという
機能は非常に有効となる。
第１図は従来のレーザー走査顕微鏡の構成ブロ
ツク図、第２図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図、第３図は上記実施例に於けるサンプルホー
ルド動作を説明する為の単純な試料ICの接続の
１部を示す図、第４図は第３図の試料ICの動作
に対応したタイミング図、第５図はこの発明を応
用した他の実施例を示すブロツク図である。 １……レーザー光源、２……Ｘ軸走査駆動装
置、３……Ｙ軸走査駆動装置、４……光学顕微
鏡、５……試料半導体デバイス、６……電源、７
……直列抵抗、８……コントロール部、１４……
モニター用オツシロスコープ、１８……タイミン
グ信号発生回路、１９……パターン発生回路、２
０……可変サンプリングパルス発生回路、２１…
…インピーダンス変換回路、２２……レベルシフ
ト回路、２３……サンプルホールド回路、２４…
…カツプリングコンデンサ。
ツク図、第２図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図、第３図は上記実施例に於けるサンプルホー
ルド動作を説明する為の単純な試料ICの接続の
１部を示す図、第４図は第３図の試料ICの動作
に対応したタイミング図、第５図はこの発明を応
用した他の実施例を示すブロツク図である。 １……レーザー光源、２……Ｘ軸走査駆動装
置、３……Ｙ軸走査駆動装置、４……光学顕微
鏡、５……試料半導体デバイス、６……電源、７
……直列抵抗、８……コントロール部、１４……
モニター用オツシロスコープ、１８……タイミン
グ信号発生回路、１９……パターン発生回路、２
０……可変サンプリングパルス発生回路、２１…
…インピーダンス変換回路、２２……レベルシフ
ト回路、２３……サンプルホールド回路、２４…
…カツプリングコンデンサ。
Claims (1)
- １ レーザービームを走査させ、この走査ビーム
を光学レンズ系で微細スポツト径に集束して試料
半導体デバイスに照射し、この試料半導体デバイ
スより光吸収電流に伴う信号を検出して光吸収電
流像を観測するレーザー走査顕微鏡装置におい
て、上記光吸収電流を電圧変化の信号として取出
す検出回路と、この検出回路より得られる信号を
上記試料半導体デバイスの動作に同期する１／Ｎ
（Ｎは整数、Ｎ≧１）の周波数でなるサンプリン
グパルスによりサンプリングするサンプルホール
ド回路とを設け、上記サンプルホールド回路の出
力信号より光吸収電流像を得ることを特徴とした
レーザー走査顕微鏡装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9380978A JPS5521056A (en) | 1978-08-01 | 1978-08-01 | Laser scanning microscopic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9380978A JPS5521056A (en) | 1978-08-01 | 1978-08-01 | Laser scanning microscopic apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5521056A JPS5521056A (en) | 1980-02-14 |
| JPS6339099B2 true JPS6339099B2 (ja) | 1988-08-03 |
Family
ID=14092723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9380978A Granted JPS5521056A (en) | 1978-08-01 | 1978-08-01 | Laser scanning microscopic apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5521056A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001159734A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-06-12 | Olympus Optical Co Ltd | レーザ走査顕微鏡 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4630276A (en) * | 1984-10-09 | 1986-12-16 | Aeronca Electronics, Inc. | Compact laser scanning system |
| DE102005047884A1 (de) * | 2005-10-06 | 2007-04-26 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Scanmikroskop und Scanverfahren mit einem Scanmikroskop |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5137867B2 (ja) * | 1971-08-16 | 1976-10-18 | ||
| JPS5242379A (en) * | 1975-10-01 | 1977-04-01 | Hitachi Ltd | Method of inspecting pinholes of insulating film formed on semiconduct or surface |
| JPS5328375A (en) * | 1976-08-11 | 1978-03-16 | Fujitsu Ltd | Inspecting method |
-
1978
- 1978-08-01 JP JP9380978A patent/JPS5521056A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001159734A (ja) * | 1999-09-24 | 2001-06-12 | Olympus Optical Co Ltd | レーザ走査顕微鏡 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5521056A (en) | 1980-02-14 |
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