DEVICE AND METHOD FOR THE DIRECT MEASURING OF SIGNAL VARIATIONS AT SEVERAL MEASURING POINTS WITH HIGH TIME RESOLUTION

Abstract: 1. A device for directly measuring signal curves (1, 2) at at least one measurement point of a test member (PR), having a corpuscular probe (PE), a deflecting system (AS) for the corpuscular probe (PE) and a detector (DT) for secondary electrons (SE) ; characterised in that - in order to produce a strong attraction field for removing the secondary electrons (SE) the detector (DT) is provided with a screen (SI) positioned relative to the test member (PR) and the corpuscular probe (PE), - that this screen (SI) contains an opening for the outlet of the attraction field solely in the vicinity of the relevant measurement point on the test member (PR) and - that an electrostatic X-Y deflection system (AS) for positioning the corpuscular probe (PE) is arranged at an interval of a few millimeters above the test member (PR).

Description: Vorrichtung und Verfahren zur direkten Messung von Signalverläufen an mehreren Messpunkten mit hoher Zeitauflösung. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur direkten Messung von Signalverläufen an mehreren Messpunkten auf einer Probe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren. Mit einem Elektronenstrahl-Messgerät sollen zeitabhängige bzw, speziell periodische Vorgänge in integrierten Schaltungen an einem oder -..ehreren Messpunkten in Echtzeit gemessen werden. Solche Messpunkte können z.B. Stücke von Leitebehnen sein. Mit einer bekannten Anordnung (H.P. Feuerbaum, Scanning Electron Mioroscopy/1979/I, 285-296) können hochfrequente Signalverläufe, welche beispielsweise eine Frequenz f grösser els 2 MHz aufweisen, nur stroboskopisch nach dem Sampling-Prinzip abgetastet werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der schnelle zeitabhängige Vorgänge an einem oder mehreren Messpunkten auf einer Probe in Eohtzeit gemessen werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrion Aui tung nahc dem Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellt. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Vorrich tung. Fig.2 erläutert das Prinzip eines erfindungsgemässen Verfahrens. Fig.1 zeigt schematiscn eire erfindungsgemässe vorlch- tung. Der Primär-Elektronenstrahl PE wird mit Hilfe eines elektrostatischen X-Y-Ablenksystems AS auf den jeweils gewünschten Messpunkt auf der Probe PR positioniert. Die an diesem Messpunkt auf der Probe PR ausgelösten Sekundärelektronen SE werden über ei starkes Absaugfeld zum Szintillato SZ des Detektors DT hin beschleunigt. Die in Fig. 1 mit Zehlen bezeichneten Kurven seien näherungsweise angegebene Äquipotentiallinie dieses Absaugfeldes. Die dabei angegebenen Zahlen von 0,05 bis 7 bezeichnen dabei jeweils die Spannung in 103 Vol. Beispielsweise liegt also der Szintillator Sz auf einem Potential von 7000 Volt. Die in Szintillator Sz ausgelösten Photonen PH werden vom Lichtleiter LI zu einem Fotomultiplier und zu einem deran angeschlossenen Vorverstärker weitergeleitet. Der Detektor weist eine Abschirmung SI zur Probe PR und zum Primär Elektronenstrahl PE hin auf. in einem Abstand von wenigen Millimetern zum Mzsspunkt befindet sich eine Öff rur dieser Abschirmung SI, die einen Durchnesser von wenigen Millimetern aufweist, so dass aus dieser Öffnung das Absaugfeld bis hin zum Messpunkt auf der Probe PR wirksam werden kann. Durch Verwendung eines speziellen Detektors DT mit einem starken Absaugfeld von etwa 250 V/mm oberhalb der Probe PR, beispielsweise einer integrierten Schaltung, kann mit einem schnellen Szintillator SZ, Fotomultiplier und Vorverstärker eine Am- stiegszeit für das Sekundärelektronen-Messsignal von 1,5 ns erreicht werden. Dies bedeutet eine Bandbreite von 230 MHz bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung. Ein solches schnelles, zeitabhängiges Sekundärelektro- nen-Messsignal kann mit Hilfe eines Ossillografen, Tran sientenrecorders, Logikanalysators oder lock-1n-Ver- stärkere sichtbar gemacht werden bzw. weiterverarbeitet werden. Fig. 2 erläutert des Prinzip eines erfindungsgemässen Verfahrens. Zur Messung an verschiedenen Messpunkten, beispielsweise au verschiedenen Leiterbahnen mt den Nummern 1, 2, wird ein elekrostatisches X-Y-Ablenksystem AS verwendet, das in wenigen Millimetern Abstand oberhalb der Probe PR, beispielsweise einer integrierten Schaltung, angeordnet ist und den Primär-Elektronenstrahl PE auf den jeweiligen Messpunkt auf der Probe PR positioniert. Der Primär-Elektronenstrahl PE verweilt dabei auf den einzelnen Messpunkten, beispielsweise auf den einzelnen Leiterbahnen, solange, bis im Detektor DT das an dem betreffenden Messpunkt ausgelöste Sekundär elektronen-Messsignal im Rauschen erkannt wird. Das resultierende Signal gelangt zu einem Fotomultiplie, sodann zu einem Vorverstärker und kann dann am Ausgang dieses Vorverstärkers über eine elektronische Schaltung EL den einzelnen Messpunkten, beispielsweise den Leiter- bahnen mit den Nummern 1 > 2, zugeordnet werden. Diese elektronische Schaltung EL gibt die Signalverläufe M1, M2 an verschiedenen Ausgängen aus, die den jeweiligen Messpunkten entsprechen. Der Signalverlauf M1 entspricht dem Potentialverlauf an der Leiterbahn mit der Nummer 1, der Signalverlauf M2 entspricht dem Potentialverlauf an der Leiterbahn mit der Nummer 2. An der Leiterbahn mit der nummer 1 liege das zeitabhängige Potential 1 an. Die ses Potential 1 ist in Fig.2 in Abhängigkeit von der Zeit t eingezeichnet. Zu einer bestimmten Zeit wird der Primär-Elektronenstrahl PE mit einem Strahlstrom S auf die Leiterbahn ml der Nummer 1 positioniert. Dieser Strahlstrom S löst auf dieser Leiterbehn mit der Nummer 1 ein Messsignal M aus. Dieses Messsignal wird über die elektronische Schaltung EL dem Signalverlauf M1 mit einer bestimmten Zeit-Koordinate t1 und mit dem für des Messsignal M zur Zeit t1 auf der Leiterbahn mit der Mummer 1 gemessenen Wert zugeordnet. Zu einem kurz nach dem Zeitpurkt t1 eintretenden Zeitpunkt t2 ist der Primär-Elektronenstrahl PE auf die Leiterbahn mit der Nummer 2 posiioniert. Das zum Zeitpunkt t2 en der Leiterbahn mit der Nummer 2 enlisgende Potential wird über ein neues Messsignal festgestellt und dieses neue Messsignel wird nunmehr mit dem Zeitpunkt t2 dem Signalverlauf M2 zugeordnet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip eines er findungsgemässen Verfahrens wird nunmehr der Pimär-Elek tronenstrahl PE wiederum auf die Leiterbahn mit der Num- mer 1 positioniert und nach Zuordnung des dabei erhaltenen Messsignals zum Signalverlauf M1 wird der Primar Elektronenstrahl zu einem noch späteren Zeitpunkt wiederum auf die Leiterbahn mit der Nummer 2 post4. onert. Da in Fig.2 sowohl für den Potentialverlauf 1 als auch für den Potentialverlauf 2 jeweils genau eine Periode angegeben ist, wird auf diese Weise durch zeitliches Hin- und Herschalten der Position des Primär-Elektronenstrahls PE zwischen der Leiterbahn mit der Nummer 1 und der Leiterbahn mit der Nummer 2 der jeweilige Potentialverlauf 1, 2 in Echtzeit aufgezeichnet. Die Erfindung ermöglicht eine direkte Messung auch bei sehr hochfrequenten Potentialverläufen 1, 2 oder auch bei sehr schnellen, nicht-teriodischen Potentialverläufen 1, 2. Zu jedem Zeitpunkt ti, i = 1, 2, ..., wird ein Messsignal M an die elektronische Schaltung EL weitergegeben. Wenn die in Fig.2 dargestellten Perioden des Potential- verlaufs 1 und des ,Potentialverlaufs 2 beendet sind, ist auch die Aufzeichnung aies@r @kisden der Signalverläufe Ml, M2 beendet. Wie aus der Literatur (N.C. MacDonald. J. Appl. Phys, 40, 1969, 4516-4528) bekannt ist, wird die Bandbreite der Sekndäelektonen-Signalverarbeitung von den Sekundärelektronen-Laufzeitdifferenzen zwischen Messpunkt auf der Probe FR und Detektor DT, der Abklingzeit des Szin- tillators SZ und der Anstiegszeit von Fotomultiplier und Vorverstärker bestimmt. Wesentlich dabei sind die Sekun- därelektronen-Laufzeitdifferenzen zwischen Messpunkt au der Probe FR und Detektor DT. Die Erfindung hat gerade eine wesentliche Verkurzung der SE-Laufzeitdifferenzen zwischen Messpunkt auf der Probe FR und Detektor DT zur Folge. Gerade deshalb ermöglicht die Erfindung eine wesentliche Erhöhung der Bandbreite der Sekundärelek- tronen-Signalverarbeitung gegenüber dem Stand der Tech nik.

Claims: PatentensPrüche: 1. Vorrichtung zur direkten Messung von Signalverläu- fen (1, 2) an mindestens einem Messpunkt auf einer Probe (PR), mit einer Korpuskularsonde (PE), mit einem Ablenksystem (AS) für die Korpuskularsonde (PE) mit einem De tektor (DT) für Sekundärelektronen (SE), dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Detektor (DT) ein starkes Absaugfeld für die Sekundärelektronen (SE) aufweist, und dass ein elektrostatisches X-Y-Ablenksystem (AS) für die Positionierung der Korpuskularsonde (PE) in weniger Mi'-etern Abstand oberhalb der Probe (PR) angeordnet ist. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Detektor (DT) eine Abschir- mung (SI) zur Probe (PR) und zur Korpuskulersonde (PE) hin aufweist, welche Abschirmung (SI) eine Öffnung zum Austritt des Absaugfeldes nur in Nachbarschaft zu dem jeweiligen Messpunkt auf der Probe (PR) aufweist. 3. Verfahren zur direkten Messung von Signelverläufen (1, 2) an mindestens einem Messpunkt auf einer Probe (PR), bei dem eine Korpuskularsonde (FE) ein Ablenksystem (aS) durchläuft und auf der Probe (PR) Sekundärelektronen (SE) auslöst und bei dem die Sekundärelektronen (SE) von eie Detektor (DT) nachgewiesen werden, dadurch g e k e n n z e 1 c h n e t , dass ein elektrostatisches X-Y- Ablenksystem (AS) zu bestimmten Zeitpurkten (t1, t2) die Korpuskularsonde (PE) auf den jeweiligen Messpunkt positioniert, dass die Korpuskularsonde (PE) solange auf dem jeweiligen Messpunkt verweilt, bis im Detektor (DT) das an dem jeweiligen Messpunkt ausgelöste Sekundärelektro- nen-Signal im Rauschen erkannt wird, dass das resultierende Signal über eine Schaltung (EL) dem jeweiligen Messpunkt mit dem entsprechenden Zeitpunkt (t1, t2) zugeordnet wird, dass die Schaltung (EL) die gemessenen Signalverläufe (M1, M2) so ausgibt, dass sie den jeweiligen Messpunkten zugeordnet werden können.

Inventors: FEUERBAUM, HANS-PETER, DR., DIPL.-PHYS.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: G01R31
IPC codes: G01R31, G01N23, H01J37