JP2528906B2 - 電圧測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 試料に対して電子ビームを照射し、その試料から放出
される二次電子を検出して電圧測定を行う電圧測定装置
に関し、 電子ビームの照射電流変化や試料の二次電子放出効果
の変化および局所電界効果等の影響を受けることなく、
高精度に試料の電圧を測定することを目的とし、 試料に対して電子ビームを照射し、該試料から放出さ
れる二次電子を分析電極に印加する電圧を変化させて検
出し、前記試料の電圧を測定する電圧測定装置であっ
て、前記分析電極を通過した二次電子を検出する通過二
次電子検出手段と、前記分析電極で阻止された二次電子
を検出する阻止二次電子検出手段とを具備し、前記通過
二次電子検出手段の出力と前記阻止二次電子検出手段の
出力とから前記試料の電圧を算出するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電圧測定装置に関し、特に、試料に対して電
子ビームを照射し、その試料から放出される二次電子を
検出して電圧測定を行う電圧測定装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、高速駆動されるLSI内部の動作解析を行うため
に、LSI内部の配線パターンや電極等に電子ビームを照
射し、電子ビーム照射によりLSI内部の電極等から二次
電子を放出させ、その放出された二次電子を検出して電
圧を測定する電圧測定装置が注目されている。

第５図は従来の電圧測定装置の一例を一部模式的に示
すブロック図である。同図に示されるように、従来の電
圧測定装置は、対物レンズ108により試料101（具体的
に、試料101上の配線パターンや電極等）に対して電子
ビーム102を収束させ、試料101から放出される二次電子
103を分析電極104でエネルギー分析してマイクロチャン
ネルプレート105により検出するようになされている。
すなわち、電子ビーム102の照射により試料101から放出
された二次電子103は引出電極107により加速され、分析
電極104に印加される電圧でエネルギー分析される。分
析電極104を通過した二次電子（或る値よりも大きいエ
ネルギーを有する二次電子）103aは、反射電極121の周
囲に設けられた円板形状のマイクロチャンネルプレート
105で検出される。ここで、分析電極104で阻止された二
次電子103bは、引出電極107の方向に戻されることにな
る。

マイクロチャンネルプレート105の出力は、増幅器191
で増幅されて作動増幅器193の一方の入力端子に供給さ
れる。差動増幅器193の他方の入力端子には基礎電圧発
生器196の出力電圧（閾値電圧）V_thが印加され、増幅器
191の出力電圧と閾値電圧V_thとが差動増幅されるように
なされている。差動増幅器193の出力は電圧発生器194に
供給され、電圧発生器194からは差動増幅器193の出力に
応じた電圧が分析電極104に印加されることになる。ま
た、電圧発生器194の出力はA/Dコンバータ195にも供給
され、そして、A/Dコンバータ195の出力は分析電圧デー
タとなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、第５図に示した従来の電圧測定装置
は、分析電極104を通過した二次電子103aだけをマイク
ロチャンネルプレート105で検出し、そのマイクロチャ
ンネルプレート105の出力から試料101の電圧を算出する
ようになされている。

第６図は第５図の電圧測定装置で検出されたエネルギ
ー分析曲線を示す図である。同図に示されるように、分
析電圧Ｖに対する増幅器191の出力電圧、すなわち、分
析電極104に印加された電圧に対してマイクロチャンネ
ルプレート105で検出される分析電極104を通過した二次
電子103aの数は、Ｓ字形状の曲線（エネルギー分布曲線
S₀）を示す。このエネルギー分布曲線S₀は閾値電圧V_th
によりスライスされ、そして、エネルギー分布曲線S₀が
閾値電圧V_thと交わる分析電圧の値V₀が求められるよう
になされている。

ところで、試料101を照射する電子ビーム102の強度
（照射電流）は常に一定ではなく変化し得るものであ
り、また、試料101から放射される二次電子103が有する
エネルギーは試料101上の配線パターンや電極等（試料1
01）の材質や形状等により変化する。さらに、例えば、
測定する配線パターンから放出される二次電子103のエ
ネルギーは隣接する配線パターンの電位変化の影響（局
所電界効果の影響）を受けることになる。第６図中、で
示したエネルギー分布曲線S₁は、照射電流が変化した場
合を示すもので、このような照射電流が変化すると、閾
値電圧V_thとエネルギー分布曲線S₁との交点である分析
電圧の値V₁は、正確な分析電圧の値V₀と相違することに
なる。

すなわち、従来の電圧測定装置は、分析電極104を通
過した二次電子103aだけを検出して試料101の電圧を算
出するようになされているために、電子ビームの照射電
流変化や試料の二次電子放出効率の変化および局所電界
効果等の影響を受けて試料101の電圧測定を高精度に行
うことが困難であった。

本発明は、上述した従来形の電圧測定装置が有する問
題点に鑑み、電子ビームの照射電流変化や試料の二次電
子放出効果の変化および局所電界効果等の影響を受ける
ことなく、高精度に試料の電圧を測定することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る電圧測定装置の構成を示す図で
ある。

本発明の電圧測定装置によれば、試料１に対して電子
ビーム２を照射し、該試料１から放出される二次電子３
を分析電極４に印加する電圧を変化させて検出し、前記
試料１の電圧を測定する電圧測定装置であって、前記分
析電極４を通過した二次電子3aを検出する通過二次電子
検出手段５と、前記分析電極４で阻止された二次電子3b
を検出する阻止二次電子検出手段６とを具備し、前記通
過二次電子検出手段５の出力と前記阻止二次電子検出手
段６の出力とから前記試料１の電圧を算出することを特
徴とする電圧測定装置が提供される。

〔作 用〕

上述した構成を有する本発明の電圧測定装置によれ
ば、電子ビーム２の照射により試料１から放出された二
次電子３は、分析電極４でエネルギー分析される。分析
電極４を通過した二次電子3aは通過二次電子検出手段５
により検出され、また、分析電極４で阻止された二次電
子3bは阻止二次電子検出手段６により検出される。そし
て、通過二次電子検出手段５の出力と阻止二次電子検出
手段６の出力とから試料１の電圧が算出されることにな
る。

これによって、電子ビームの照射電流変化や試料の二
次電子放出効果の変化および局所電界効果等の影響を受
けることなく、高精度に試料の電圧を測定することがで
きる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る電圧測定装置の実
施例を説明する。

第２図は本発明の電圧測定装置の一実施例を一部模式
的に示すブロック図である。同図に示されるように、本
実施例の電圧測定装置は、対物レンズ８により試料１
（具体的に、試料１上の配線パターンや電極等）に対し
て電子ビーム２を収束させ、試料１から放出される二次
電子３を分析電極４でエネルギー分析してマイクロチャ
ンネルプレート５およびで６で検出するようになされて
いる。すなわち、電子ビーム２の照射により試料１から
放出された二次電子３は引出電極７により加速され、分
析電極４に印加される電圧でエネルギー分析される。分
析電極４を通過した二次電子（或る値よりも大きいエネ
ルギーを有する二次電子）3aは、反射電極21の周囲に設
けられた円板形状のマイクロチャンネルプレート５で検
出され、また、分析電極４で阻止された二次電子（或る
値よりも小さいエネルギーを有する二次電子）3bは、引
出電極７に隣接して設けられたマイクロチャンネルプレ
ート６で検出されることになる。

マイクロチャンネルプレート５の出力は、増幅器91で
増幅されて差動増幅器93の一方の入力端子に供給され、
また、マイクロチャンネルプレート６の出力は、増幅器
92で増幅されて差動増幅器93の他方の入力端子に供給さ
れる。差動増幅器93の出力は電圧発生器94に供給され、
電圧発生器94からは差動増幅器93の出力に応じた電圧が
分析電極４に印加されることになる。また、電圧発生器
94の出力はA/Dコンバータ95にも供給され、そして、A/D
コンバータ95の出力は分析電圧データとなる。

第３図は第２図の電圧測定装置で検出されたエネルギ
ー分析曲線を示す図である。同図に示されるように、分
析電圧Ｖに対する増幅器91の出力電圧、すなわち、分析
電極４に印加された電圧に対し、マイクロチャンネルプ
レート５で検出される分析電極４を通過した二次電子3a
の数は、Ｓ字形状の曲線（エネルギー分布曲線S₅）を示
す。また、分析電圧Ｖに対する増幅器92の出力電圧、す
なわち、分析電極４に印加された電圧に対し、マイクロ
チャンネルプレート６で検出される分析電極４で阻止さ
れた二次電子3bの数は、逆Ｓ字形状の曲線（逆エネルギ
ー分布曲線S₆）を示す。ここで、増幅器91および92の出
力は差動増幅器93にそれぞれ供給され、エネルギー分布
曲線S₅と逆エネルギー分布曲線S₆との交点C₀が導出され
る。そして、この交点C₀から分析電圧の値V_cが求められ
るようになされている。

ところで、試料１を照射する電子ビーム２の強度（照
射電流）が変化すると、エネルギー分布曲線S₅および逆
エネルギー分布曲線S₆は、第３図中の破線で示されるよ
うに、それぞれ曲線S₅₁およびS₆₁のようにシフトする。
しかし、電子ビーム２の照射電流変化はエネルギー分布
曲線S₅₁および逆エネルギー分布曲線S₆₁を同等にシフト
させることになるため、エネルギー分布曲線S₅₁と逆エ
ネルギー分布曲線S₆₁との交点C₀₁から求めた分析電圧の
値V_cは、電子ビーム２の照射電流変化がない場合の分析
電圧の値と一致することになる。また、局所電界効果の
影響により試料１から放出される二次電子３が変化した
場合も、電子ビーム２の照射電流が変化した場合と同様
に、エネルギー分布曲線S₅₁と逆エネルギー分布曲線S₆₂
との交点C₀から電子ビーム２の照射電流変化がない場合
の分析電圧の値と同一の分析電圧の値V_cが得られること
になる。

このように、本実施例の電圧測定装置は、分析電極４
を通過した二次電子3aおよび分析電極４で阻止された二
次電子3bを共に検出してエネルギー分布曲線S₅および逆
エネルギー分布曲線S₆を導出し、これらエネルギー分布
曲線S₅と逆エネルギー分布曲線S₆との交点C₀から分析電
圧の値V_cが求めるものである。そのために、たとえ、電
子ビーム２の照射電流が変化したり、局所電界効果の影
響が生じたとしても、導出されたエネルギー分布曲線S₅
および逆エネルギー分布曲線S₆から得られた分析電圧の
値V_cは変化せず、試料１の電圧測定を高精度に行うこと
ができる。

第４図は本発明の電圧測定装置の他の実施例を一部模
式的に示すブロック図である。この第４図に示す電圧測
定装置は、引出電極72,マイクロチャンネルプレート6,
分析電極４およびマイクロチャンネルプレート５を対物
レンズ８の位置に配設したものである。すなわち、電子
ビーム２の照射により試料１から放出された二次電子３
を第１の引出電極71で対物レンズ８のヨーク8b内に加速
して引出し、さらに、第２の引出電極72で二次電子３を
加速して分析電極４でエネルギー分析する。ここで、第
２の引出電極72に印加される電圧は、第１の引出電極71
に印加される電圧と等しいか、または、引出電極71の電
圧よりも低くなされている。

第４図の電圧測定装置の他の構成は、第２図の電圧測
定装置と同じであり、分析電極４を通過した二次電子3a
はマイクロチャンネルプレート５で検出され、そのマイ
クロチャンネルプレート５の出力は増幅器91で増幅さ
れ、また、分析電極４で阻止された二次電子3bはマイク
ロチャンネルプレート６で検出され、そのマイクロチャ
ンネルプレート６の出力は増幅器92で増幅されるように
なされている。ここで、参照符号8aは、ヨーク8bに巻設
されたコイルである。

以上の実施例において、通過二次電子検出手段および
阻止二次電子検出手段としては、平面形状のマアイクロ
チャンネルプレート５および６が使用されているが、本
発明の電圧測定装置に使用する二次電子検出手段はマイ
クロチャンネルプレートに限定されるものではなく、ま
た、二次電子検出手段および分析電極の形状も平面形状
以外に、例えば、球面形状等にすることができるのはい
うまでもない。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明に係る電圧測定装置
は、分析電極を通過した二次電子および分析電極で阻止
された二次電子を共に検出して試料の電圧を算出するこ
とによって、電子ビームの照射電流変化や試料の二次電
子放出効率の変化および局所電界効果等の影響を受ける
ことなく、高精度に試料の電圧を測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電圧測定装置の構成を示す図、 第２図は本発明の電圧測定装置の一実施例を一部模式的
に示すブロック図、 第３図は第２図の電圧測定装置で検出されたエネルギー
分析曲線を示す図、 第４図は本発明の電圧測定装置の他の実施例を一部模式
的に示すブロック図、 第５図は従来の電圧測定装置の一例を一部模式的に示す
ブロック図、 第６図は第５図の電圧測定装置で検出されたエネルギー
分析曲線を示す図である。 （符号の説明） １……試料、 ２……電子ビーム、 ３……二次電子、 3a……分析電極を通過した二次電子、 3b……分析電極で阻止された二次電子、 ４……分析電極、 ５……通過二次電子検出手段、 ６……阻止二次電子検出手段、 7,71,72……引出電極、 ８……対物レンズ、 21……反射電極、 91,92……増幅器、 93……差動増幅器、 94……電圧発生器、 95……A/Dコンバータ。

フロントページの続き (72)発明者 大窪 和生 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料（１）に対して電子ビーム（２）を照
   射し、該試料（１）から放出される二次電子（３）を分
   析電極（４）に印加する電圧を変化させて検出し、前記
   試料（１）の電圧を測定する電圧測定装置であって、 前記分析電極（４）を通過した二次電子（3a）を検出す
   る通過二次電子検出手段（５）と、 前記分析電極（４）で阻止された二次電子（3b）を検出
   する阻止二次電子検出手段（６）とを具備し、前記通過
   二次電子検出手段（５）の出力と前記阻止二次電子検出
   手段（６）の出力とから前記試料（１）の電圧を算出す
   ることを特徴とする電圧測定装置。
2. 【請求項２】前記分析電極（４）に印加する電圧は、前
   記通過二次電子検出手段（５）の出力と前記阻止二次電
   子検出手段（６）の出力とが特定の関係となるように制
   御される特許請求の範囲第１項に記載の装置。