JP2622575B2 - 電子ビーム装置 - Google Patents

電子ビーム装置

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JP2622575B2
JP2622575B2 JP63025353A JP2535388A JP2622575B2 JP 2622575 B2 JP2622575 B2 JP 2622575B2 JP 63025353 A JP63025353 A JP 63025353A JP 2535388 A JP2535388 A JP 2535388A JP 2622575 B2 JP2622575 B2 JP 2622575B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体装置の各部の動作状態を外部から観察すること
ができる電子ビーム装置に係り、 平面グリッドを有するインレンズ分析器の形式で、電
圧測定誤差の二次電子放出角に対する依存性を最小にす
ることができ、従って電圧測定誤差を小さくすることが
できる電子ビーム装置を提供することを目的とし、 電子ビームを試料の面に入射する対物レンズの内部に
いずれも平面状のメッシュからなる二次電子引き出し用
の引出グリッドと、二次電子を減速してそのエネルギー
を分析する分析グリッドとを具えてなる電子ビーム装置
において、前記引出グリッドと分析グリッドとの中間
に、引き出された二次電子流をコリメートする少なくと
も1枚のコリメートグリッドを設けて構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の各部の動作状態を外部から観察
することができる電子ビーム装置に係り、特に短WD(ワ
ーキングディスタンス)を目的として、対物レンズ内ま
たは対物レンズより電子ビーム源よりにエネルギー分析
器を設けたインレンズ分析器の改良に関するものであ
る。
LSI等の半導体装置においては、一般に入出力端子が
接続されている部分を除き、その内部における電子回路
の動作状態を外部から調べることは不可能である。
しかしながら半導体装置の動作を解析したりまたは障
害の調査を行う等の場合においては、内部回路の動作状
態を知る必要がある場合がある。この目的に対して、半
導体装置に電子ビームを照射したとき放出される二次電
子が照射箇所の電位に相当するエネルギー(速度)を有
することを利用して、走査型電子顕微鏡の電子ビーム鏡
筒と同様の機構によって半導体装置面の各部を走査し、
発生する二次電子のエネルギーを分析することによっ
て、その半導体装置における各部の電位分布を測定する
電子ビーム装置が開発されている。
このような電子ビーム装置における二次電子のエネル
ギー分析器は、一般に試料に近接して設けることが望ま
しいが、この場合、電子ビーム鏡筒は高倍率化のため対
物レンズのWDを短くする必要があるので、エネルギー分
析器を対物レンズと試料の間に設けることはできず、そ
のためエネルギー分析器を対物レンズ内または対物レン
ズより上方(電子ビーム源寄り)に設けるインレンズ分
析器の形式がとられる。
このような電子ビーム装置における二次電子のエネル
ギーの分析は、二次電子の経路に二次電子を減速する電
圧を与えられた減速グリッドを設け、このグリッドを通
過する二次電子を検出することによって行われる。イン
レンズ分析器の場合、エネルギー分析を行う減速(分
析)グリッドの形式として、半球状のグリッドを有する
ものと平面状のグリッドを有するものとがある。半球状
のグリッドを有するものはエネルギー分析精度はよい
が、レンズ上方に大きなスペースを必要としそのため電
子ビーム鏡筒の構成上の障害になるという問題を有して
いる。一方、平面状のグリッドを有するものはスペース
をとらないが、二次電子が分析グリッドに斜めに入射す
るためエネルギー分析精度が悪いという問題がある。
そこでエネルギー分析を行う分析グリッドを平面状と
した場合にも、電圧測定精度が良い電子ビーム装置が要
望される。
〔従来の技術〕
従来、このタイプのエネルギー分析器としては、試料
面から二次電子を引き出すための引出グリッドと、エネ
ルギー分析用の分析グリッドとの両方を平面状に構成し
たものが知られている。
第5図は従来のエネルギー分析器の構成を示したもの
である。同図において1は電子ビーム鏡筒の対物レンズ
を示し、図示されない上方の電子ビーム源から射出され
て対物レンズ1で収束された電子ビーム2が、試料LSI3
の面に照射されるように構成されている。対物レンズ1
の試料面に近い部分に、試料LSIから放出される二次電
子を加速して引き出すための、メッシュからなる引出グ
リッド4が設けられている。引出グリッド4には適当な
正電位が与えられている。引き出された二次電子は引出
グリッド4の網目を通過して上方に向い、対物レンズ上
部に設けられた同様にメッシュからなる分析(減速)グ
リッド5に達し、分析グリッド5の減速電界以上のエネ
ルギーを有するものだけがこれを通り抜けて、二次電子
検出器6によって捕捉されて検出されるようになってい
る。7はこの場合の二次電子軌道を示したものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
第5図に示されたエネルギー分析器は、引出グリッド
4および分析グリッド5として平面状のものを用いてい
る。二次電子軌道7は一般に第5図に示されるような形
状であって、分析グリッド5に対して斜めに入射するた
め、試料LSI3の面における局所的な電界分布の影響を受
けて、エネルギー測定に誤差を生じる。
第6図は二次電子軌道に対する局所電界の効果を説明
するものであって、101,102はそれぞれLSIの配線を示
し、その間隔は通常1μm程度である。いま配線101
電位が0Vであり、配線102の電位が+5Vであったとし、
配線101から垂直上方に放出される二次電子の軌道111
LSI法線に対する傾き(放出角)をαとすると、配線1
02から垂直上方に放出される二次電子の軌道112は隣接
配線電位の影響を受けて曲げられ、放出角α(α
α)をもつようになり、これによってエネルギー検出
誤差を生じる。
第7図は従来のエネルギー分析器内における二次電子
軌道とエネルギー分析誤差とを説明するものである。
第7図において(a)は対物レンズの磁界分布を示
し、試料面から電子ビーム源方向にとった距離Z(mm)
に対する対物レンズ軸上の磁束密度BZは図示のような
形になる。二次電子はこのようなレンズ磁界と、引出グ
リッド,分析グリッドのそれぞれの電位に基づいて生じ
る静電界の重畳された空間を走行することによって、
(b)に示すような二次電子軌道を描く。(b)は5eV
の二次電子における軌道を例示し、α=0゜〜80゜の場
合について示されており、分析グリッドに対する入射方
向の法線との傾き角βはαのこの範囲において、15゜程
度である。
第7図(b)から明らかなように、二次電子が分析グ
リッドに入射する際の傾きβは試料面からの二次電子放
出角αによって変化し、従って分析グリッドに対する垂
直速度成分が変化する。そのため第6図に示されたよう
に二次電子の放出角αがLSIの構成によって変化する
と、エネルギー分析結果に誤差を生じることになる。
第7図において(c)はエネルギー分析特性の一例を
示したものであって、減速電圧VRT(V)を変化させた
場合、理想的にはα=0゜(軸上)で示される二次電子
信号出力が得られるのに対し、この分析器では放出角α
が大きくなるにつれて、分析特性に大きなずれを生じる
ことになる。この場合におけるLSI面の電圧測定誤差
は、(c)における誤差電圧δVRTで示され、約3Vに達
することが示されている。
本発明はこのような従来技術の問題点を解決しようと
するものであって、平面グリッドを有するインレンズ分
析器の形式で、電圧測定誤差の二次電子放出角に対する
依存性を最小にすることができ、従って電圧測定誤差を
小さくすることができる電子ビーム装置を提供すること
を目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は第1図にその実施例を示されるように、 電子ビーム2を試料3の面に入射する対物レンズ1の
内部に引出グリッド4と、分析グリッド5とを具えてな
る電子ビーム装置において、引出グリッド4と分析グリ
ッド5との中間に少なくとも1枚のコリメートグリッド
8を設けて構成する。
引出グリッド4は、平面状のメッシュからなり二次電
子引き出し作用を行うものである。
分析グリッド5は、平面状のメッシュからなり引き出
された二次電子を減速してそのエネルギーの分析を行う
ものである。
コリメートグリッド8は、引き出された二次電子流を
コリメート(平行化)する作用を行うものである。
〔作 用〕
電子ビーム源からの電子ビームを対物レンズを経て試
料であるLSIの面に入射すると、LSIの面における各種回
路部分例えば配線等からは電子ビームの照射に応じて二
次電子が放出されるが、この場合放出される二次電子は
その部位の電位に相当するエネルギー(速度)をもって
いるので、この二次電子エネルギーを分析することによ
って被試料LSIの各部における電位分析を外部から調べ
ることができる。
この際対物レンズの内部に平面状の二次電子引出しグ
リッドと分析グリッドとを設けるインレンズ分析器形式
の電子ビーム装置では、二次電子流が分析グリッドに斜
めに入射するため、二次電子放出部位の局所電界に基づ
く放出角αの影響を受けて分析グリッドに対する垂直速
度成分が変化してエネルギー分析誤差を生じる。
そこで引出しグリッドと分析グリッドとの中間にコリ
メートグリッドを設けて、二次電子流をコリメートする
ことによって、放出角αの変化に拘わらず垂直速度成分
が一様化され、従ってエネルギー分析誤差を小さくする
ことができるようになる。
この場合におけるコリメートグリッドの位置として
は、試料から対物レンズ側において対物レンズの磁束密
度がピーク値の50%に減少する点と引出グリッドとの間
に設けることが、エネルギー分析誤差を小さくする上で
特に好適である。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示したものであって、第
5図におけると同じ部分を同じ番号で示し、8はコリメ
ートグリッドである。
第1図の実施例においては、引出グリッド4と分析
(減速)グリッド5との間にコリメートグリッド8が設
けられている。コリメートグリッド8は、これに適当な
正電位を与えることによって二次電子軌道7をコリメー
ト(平行化)し、二次電子の分析グリッド5に対する前
述の傾き角βを0に近付けて、二次電子放出角αの影響
を小さくする作用を行う。
第2図は第1図に示された実施例における二次電子軌
道とエネルギー分析誤差とを説明するものである。
第2図において(a)は対物レンズの磁界分布を示
し、試料面から電子ビーム源方向にとった距離Z(mm)
に対する対物レンズ軸上の磁束密度BZの分布は第7図の
場合と同じ形になる。同図においてZEは引出グリッド
の位置,ZCはコリメートグリッドの位置を示している。
二次電子はこのようなレンズ磁界と、引出グリッド4,コ
リメートグリッド8,分析グリッド5のそれぞれの電位に
基づいて生じる静電界の重畳された空間を走行すること
によって、(b)に示すような二次電子軌道を描く。
(b)は5eVの二次電子における軌道を例示している。
第2図(b)に示すように、コリメートグリッド8に
よって二次電子のエネルギー(速度)を制御することに
よって、放出角α=0゜〜80゜の二次電子の軌道がコリ
メートされ、分析グリッド5の位置においてほぼ傾き角
β=0゜となって、分析グリッド5に垂直に入射され
る。従って二次電子の分析グリッド5に対するエネルギ
ー(速度)が一様になり、電圧測定誤差が減少する。
第2図において(c)はエネルギー分析特性の一例を
示したものであって、LSI面における電圧測定誤差電圧
δVRT≒0.5Vであり、第7図に示された従来技術の場合
と比較して、約1/6に減少する。
この場合、コリメートグリッド8に印加する電圧(コ
リメート電圧)Vcには、誤差電圧δVRTが最小となる最
適値が存在する。第3図は最適コリメート電圧の一例を
示したものであって、試料面とコリメートグリッドとの
距離Z1=10mmの場合、最適コリメート電圧はほぼ150Vで
あり、このとき電圧測定誤差電圧の最小値δVRTmin≒
0.5Vが得られることが示されている。
第4図は、コリメートグリッド位置と電圧測定誤差電
圧最小値δVRTmin(太線)との関係を示したものであ
って一般にコリメートグリッド位置が引出グリッドに接
近するほど、誤差電圧最小値δVRTminは減少する。し
かしながら試料面から電子ビーム源方向において磁束密
度BZ(細線)がピーク値の1/2に減少する点Zoと、引出
グリッド(ZE)との間においてはその変化は小さく、こ
の範囲内にコリメートグリッドを配置することによっ
て、ほぼ同じように電圧測定誤差を小さく抑えることが
できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、平面からなる引
出グリッドと分析グリッドとを具えたエネルギー分析用
電子ビーム装置において、両グリッドの中間にコリメー
トグリッドを配置して適当な電圧を印加することによっ
て、試料面から放出される二次電子のエネルギー分析を
行う際における、試料面からの二次電子放出角に対する
依存性を小さくすることができ、従って試料面における
電圧測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、 第2図は第1図に示された実施例における二次電子軌道
とエネルギー分析誤差とを説明する図、 第3図は最適コリメート電圧の一例を示す図、 第4図はコリメートグリッド位置と、電圧測定誤差電圧
最小値δVRTminとの関係を示す図、 第5図は従来のエネルギー分析器の構成を示す図、 第6図は二次電子軌道に対する局所電界の効果を説明す
る図、 第7図は従来のエネルギー分析器内における二次電子軌
道とエネルギー分析誤差とを説明する図である。 1……対物レンズ 2……電子ビーム 3……試料LSI 4……引出グリッド 5……分析(減速)グリッド 6……二次電子検出器 7……二次電子軌道 8……コリメートグリッド
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 浜 壮一 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 (56)参考文献 特開 昭60−240042(JP,A) 特開 昭61−220259(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子ビーム(2)を試料(3)の面に入射
    する対物レンズ(1)の内部にいずれも平面状のメッシ
    ュからなる二次電子引き出し用の引出グリッド(4)
    と、二次電子を減速してそのエネルギーを分析する分析
    グリッド(5)とを備えてなる電子ビーム装置におい
    て、 前記引出グリッド(4)と分析グリッド(5)との中間
    に、引き出された二次電子流をコリメートする少なくと
    も1枚のコリメートグリッド(8)を設けたことを特徴
    とする電子ビーム装置。
  2. 【請求項2】前記コリメートグリッド(8)が、試料
    (3)から対物レンズ(1)側において該対物レンズ
    (1)の磁束密度がピーク値の50%に減少する点と引出
    グリッド(4)との間に設けられたことを特徴とする請
    求項第1項記載の電子ビーム装置。
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