JPS60127648A - ストロボ走査形電子顕微鏡 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ストロボ走査形電子顕微鏡に係り、特に論理
ＬＳＩ等の試料をテストするのに好適なストロボ走査形
電子顕微鏡に関する。

〔発明の背景〕

ストロボ走査形電子顕微鏡は、通常の走査形電子顕微鏡
にビームのパルス化装置と同期回路を付加して構成され
る。以下、図を用いて説明する。

第１図はストロボ走査形電子顕微鏡の基本構成図である
。電子銃１から出射された電子ビーム２を電子Ｖンズ６
を用いて検鏡試料１０上に焦点を結ばせ、かつ走査コイ
ル８でテレビジョンの撮像管と同じ要領で矩形状に走査
させる。電子ビームは固体に衝突すると、そこから２次
電子又は反射電子を放出させる。この２次喧子あるいは
反射電子を検出器９で検知し、この信号強度で、走査コ
イル８と同期して動作しているディスプレイ装置７上に
試料像を表示する。これが走査形電子顕微鏡の基本原理
である。

ところが、この走査形電子顕微鏡で高速変化する試料（
例えば、図示の如く位置がＡ、Ｂ、Ｃと変化する場合）
を観察すると、走査速度が試料の変化速度に追従できず
、試料の全変化が重複して表示されてしまう。そこで、
試料に周期的変化を与えている試料駆動回路１１と同期
したノくルス回路１２の出力を偏向板３に与えて電子ビ
ームを偏向させる。電子ビームがアパーチャ４の開孔上
に偏向されたときのみ下方に通過するので、ここでｔ子
ビームはパルス化される。このノくルス化し’ｃ電子ビ
ームで試料上を走査すると、試料変化のある一定の位相
のときのみ電子照射されているので、全動梓が重なるこ
となく、試料状態のある時点（位相）の像のみを選択表
示できる。

上記の方式を用いて、試料変化の全貌を観察するため、
遅延回路５を発振器１２と駆動装置１１の間に挿入する
。

ストロボ走査形電子顕微鏡で観測する試料は、主に高集
積回路（ＬＳＩ）である。ここでは、ＬＳＩのクロック
信号がパルス電子ビーム＆作るトリガー信号となる。こ
の様子を第２図に示した。

■は、クロック信号で周期はＴＣの典型的な値は１００
〜５００ｎｓである。■はＬＳＩ内の信号波形で、この
例ではクロック１ｇ号と同一周期である。

■はクロック信号に同期して作られたパルス電子ビーム
である。パルス電子ビームはＴｃの期間に１個作られる
。■′、■“は遅延回路５によりパルス電子ビームの発
生を遅らせた様子を示したものである。■“は波形の変
化は全体を観測するのに必要な最大の遅延（Ｔｄｌ　）
を作った場合である。この例では　＋ｌｌ　ＣとＴ（１
１は一致している。

ところが、クロック信号の周期とＬＳＩ内の周期が一致
しない場合がある。これは特に論理ＬＳＩをテストする
場合に起る。第３図に周期が一致していない場合の観測
法を示した。■はクロック信号、■はＬＳＩ内の信号波
形である。この信号波形は、クロック信号の４倍の周期
になっている。

実際の論理ＬｓＩでは１００〜１０００倍の長周期にも
なる。■′はクロック信号の４倍の周期の信号で、周波
数変換回路１３（第１図参照）で作られる。■、■′、
■〃は■′に同期して作られたパルス電子ビームで、必
要な最大遅延はＴｄ＜で、これはＴＣの４倍である。

第３図に示すようなりロック信号よシもｎ倍周期の波形
を観察する場合、パルス電子ビームの数はｌ／ｎになる
。そこで、論理ＬＳＩのような長周期の場合、（１）同
一周期の測定に比べるとｎ倍の測定時間を必要とする。

（２）長い遅延時間をもった遅延回路（例えばＴｃを５
００ｎｓ、ｎｅｌｏｏ　とすると５０μＳ）を必要とす
る、等の問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、か＼る点に着目してなされたものであり、長
周期のＬＳＩ等のテストをパルス電子ビームの発生周期
と遅延時間とをｎ倍化することなしに達へ得るストロボ
走査形電子顕微鏡を提供することを目的とするものであ
る。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明では、パルス電子ビ
ームはクロック信号と同期させて発生させるが、クロッ
ク信号に同期したそれぞれのパルス電子ビームに全測定
範囲のｌ／ｎづつ分担させる如く構成したものであシ、
２次電子信号の検出系にクロック信号に同期したｎ個の
ゲート回路を備えることで可能となる。

〔発明の実施例〕 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。

第４図は本発明の一実施例を説明する図である。

第１図に示した従来例では試料駆動回路１１と遅延回路
５の間に周波数変換回路１３が挿入されていたが、本芙
厖例には周波数変換回路は用いられていない。その代シ
に、２次１Ｌ子検出器９の出力にゲート回路１８と、画
像メモリ１７が設けられている。この画像メモリ１７は
ディスプレイ装置７と同期して動作している。ゲート回
路１８ｒｉ、試料１４に周期的変化を与えている試料駆
動回路１１のクロック信号と同期して動作するカウンタ
１５によって開閉し、２次電子検出器９からの信号をそ
れぞれのメモリに選別して供給する。

このゲート回路１８の開閉動作のタイミングを第５図を
用いて説明する。■は試料駆動回路１１のクロック信号
である。■はこのクロックで動作している論理Ｌ８Ｉの
内部信号波形で、ここではクロック信号の４倍の周期で
動作している例で示した。■はパルス電子ビーム照射の
タイミングを示したもので、クロック信号と同一の周期
である（従来法では、このパルスビーム照射のタイミン
グを４倍周期にしていた）。■ｌは最大遅延を与えたと
きのパルス電子ビームのタイミングである。

遅延量Ｔａはクロック信号の周期ＴＣと同じ量である。

■から■“′はゲート（（ｂ　、Ｇ２　、Ｇ３．Ｇ４）
の動作のタイミングを示したものである。電圧が出力さ
れたときにゲートが開になる。■はＧｌの、■′はＧ２
の、■“は０３の、■″はＧ４のゲートの開閉信号であ
る（第４図にはｎ番までのゲートを記しである）。

この構成にすると、■で示した”１”のパルス電子ビー
ムで発生した２次電子信号はＧｌを通つてＭｌの画像メ
モリＶこ、”２“のパルスで発生した２次電子信号はＧ
２を通ってＭ２の画像メモリへにそれぞれ蓄積される。

Ｍ３．Ｍ４　も同様でおる。このメモリへの信号取込み
と蓄積を１０秒から１０００秒程度０間行い、Ｓ／Ｎの
改嵜・と計る。

メモリＭ１をスイッチ１９（ＳＩ　）で選択し、ディス
プレー１６で観察すると、’［”ｃ（１）（ｉｓ図■参
照）の領域内のストロボ１？！を観察できる。スィッチ
１９會選択すれば、同様にＴＣ（２）、　Ｔ　Ｃ（３）
。

Ｔ　ｃ　（４）の領域のストロボ像をも観察できる。す
なわち、この構成では、１回のデータの取込みで４枚（
ｎ枚）の異ったストロボ像が得られる。

本発明の他の実施例を第６図に示す。これは論理テスト
ヲ主眼とした実施例でおる。ここでハノクルスビームの
幅はｌｎ３というように短い必−躍はなく、クロックの
周期′１゛Ｃよりも小さい値であればよい。このパルス
ビームをクロック周期のほぼ中央に設定する。ゲート回
路１８は前実施例と同様にカウンタ１５によって開閉さ
れる。検出された２次電子信号は、ゲート回路１８の開
閉でそれぞれのメモリ２２に蓄積される。データ取込み
佐、このメモリに蓄積された信号量の走を比軟回路Ｚ　
０　テ”　）（ｉｇｌｌ”　、”Ｌｏｗ　’　に分別し
、８１ｇｈ”ならばランプ２１を点灯（”Ｌ　０　Ｗ″
ならば点灯しない）させる。この表示では、クロック信
号に対して論理がどのように進行していくかか論説でき
る。また、ランプ表示ばかりでなく、プリンタに出力あ
るいはう°ラウン管に出力することも可能である。この
テスト法では、ディスプレイ装置７を用いて論理を検査
したい配線に電子ビームを点灯に照射している。さらに
、メモリ２２を用いる代シに前記実施例と同様な２次元
メモリ１７を用いれば、電子ビームを試料１匝走査し”
Ｈｉｇｈ”。

”ＬＯＷ″佃号（２値化１ｉ号）の像を作ることも可能
で、−理テストのよシ尚速化が可能となる。

本発明のさらに他の実施例を第７図に示す。前記２実施
例が、２値化あるいは画像であったの１対して、この実
施列では論理信号波形そのものを測定する。また、この
実施例では、ゲート回路１Ｑ糾二目扁１ｒ＋Ｉ　１４＄
凡の鼾禍１−かクロック信号に同期したカウンタ１５で
開閉される。ゲート１８には、それぞれ−次元のメモリ
２３が接続されている。

このメモリのチャンネルの選択は、遅延回路５の選択と
一致している。

第８図に本実施例でのゲート回路の開閉のタイミンクト
パルスビーム照射との関係を示した。■はパルスビーム
照射のタイミングを示すもので、クロック信号の周期Ｔ
Ｃで照射している。この論理Ｌ８ＩもやはシＴＣの４倍
周期で動作している場合とした。３−４．３−４’　、
３−４“、３−４“′は、それぞれゲート回路１８　（
Ｇ１．　Ｇ２　、　Ｇｓ　、　Ｇ４　）の開くタイミン
グで電圧が出力されているときだけゲートが開く。■は
遅延（約Ｔｄ／２）を加えたときのパルスビーム照射の
タイミングである。

３’−４，３’−４’は、■のパルスビーム照射のとき
の、ゲート回路１８（０１〜Ｇ４　、Ｇａと０４は省略
した）の開くタイミングでおる。ここではパルスビーム
照射のタイミングに追従してゲートがＴＣの期間だけ開
いている。ゲート回路１８をパルスビームに追従させて
動作させている理由は、２次電子の検出に１００ｓ前後
の遅れがでるためである。試料のクロック信号に同期し
たままで、パルスビームを遅延させると、最大の遅延を
与えた場合に次のゲート内に信号が混入してしまう。

もち勺ん、この方式を前記２実施例に適用することも可
能である。

■は測定しようとする論理信号波形である。この波形は
次のようにして測定する。まず遅延回路５の遅延を零と
し、このときの信号をＧ、、Ｇ２゜Ｇｓ　、Ｇ４　を通
して、メモリ、Ｍｌ　、Ｍｌ　＋　Ｍｓ　＋Ｍ４の最初
のチャンネルに記憶させる。次に一定量の遅延を遅延回
路５で与え、このときの信号をメモリ、Ｍｌ、Ｍｌ　、
Ｍｓ　、Ｍ４の次のチャンネルに記憶させる。次にまた
一定の遅延を与えて、信号を記憶させる。このようにし
てクロック信号の周期ＴＣの時間分遅延させて、信号を
記憶させる。第９図の■）、’９−’Ｄ　、’ｊＤは、
このようにして、メモリ、Ｍｌ　、Ｍｌ　、Ｍｓ　、Ｍ
４に記憶された信号である。横軸は一次元メモリのチャ
ンネルで遅延回路５で作った遅延時間と一致している。

これを４個並べると論理信号の全貌を見ることができる
（図示ＭＯ）。第７図の表示回路２４は上記の表示を行
うための回路である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来法に比較し以下のような利点があ
る。

（１）測定時間のｌ／ｎ化が計れる。

（２）遅延回路の遅延量が小さくてすむ。

（３）電子ビームの利用効果がｎ倍。

【図面の簡単な説明】

第１図はストロボＳＥＭを説明する図、第２図はストロ
ボＳＥＭの動作を説明する図、１ｉ１４３図は論理テス
ト（長周期）を説明する図、第４図は本発明の一実施例
を説明する図、第５図はその動作を説明する図、第６図
は本発明の他の実施例を説明する図、第７図は本発明の
さらに他の実施例を説明する図、第８図および第９図は
その動作を説明する図である。 １・・・電子銃、２・・・電子ビーム、３・・・偏向板
、４・・・アパーチャ、５・・・遅延回路、６・・・電
子レンズ、７、・・ディスプＶイ装置、８・・・走査コ
イル、９・・・２次電子検出器、１１・・・試料駆動回
路、１２・・・パルス回路、１４・・・試料、１５・・
・カウンタ、１６・・・ディスプレー、１７・・・画像
メモリ、１８・・・ゲｌト回路、茅１図 芋２０ １− 茅５凹 ＄４０ 茅ろ囚 茅７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料の励振周期に同期させてパルス電子ビームを発
   生させる電子ビーム照射系と、パルス電子ビーム発生の
   タイミング調整のための遅延回路と、２次電子信号経路
   内に前記試料の励振周期と同期して開閉する複数個のゲ
   ートを具備したことを特徴とするストロボ走査形電子顕
   微鏡。 ２、前記ゲートの後段にメモリ回路を具備したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のストロボ走査形電
   子顕微鏡。 ３、前記試料の基本励振周期に同期してパルスビームを
   発生させ、かつｎ個のゲーＩｆ設け、これを前記基本励
   振周期に同期して順次に開閉させて、０段ステップの論
   理Ｌ８Ｉｋテストすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項及び第２項記載のストロボ走査形電子顕微鏡。 ４、前記ゲートの開閉を前記遅延回路を経由した好歇１
   曲Ｆ、６ゴ三し１劃廿ｎλ小イ舛八ンし％Ｊ襲６ＬＩた
   特許請求の範囲第３項記載のストロボ走査形電子顕微鏡
   。