JP2837935B2 - 電子ビーム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 電子ビーム装置に関し、 電子ビームの偏向方式にかかわらず、高精度な測定結
果を安定して得ることのできる電子ビーム装置を提供す
ることを目的とし、 パルス化した電子ビームを測定すべき試料に照射する
電子ビーム照射手段と、該電子ビーム照射手段からの電
子ビームを所定の一方向に偏向する第１偏向手段と、該
第１偏向手段の偏向方向に対して垂直方向に電子ビーム
を偏向する第２偏向手段と、該第1,2偏向手段を所定の
タイミングで駆動し、パルス幅の異なる２以上の電子ビ
ームを発生させる駆動手段と、該駆動手段による該第２
偏向手段の駆動タイミングを任意に調整するタイミング
調整手段と、該電子ビームを試料に照射することにより
該試料から放出される二次電子を検出するセンサと、該
センサによる検出タイミングを前記駆動手段による駆動
タイミングから所定の時間間隔の後に設定する検出タイ
ミング設定手段とを備え、前記タイミング調整手段は、
前記電子ビームのパルス幅に応じて駆動タイミングを調
整するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビーム装置に係り、詳しくは、電子ビ
ームテスタの分野に用いて好適な、パルス化した電子ビ
ームを試料を照射し、その内部動作状態を測定する電子
ビーム装置に関する。

近年、測定すべき試料に電子ビームを照射し、この電
子ビームの照射によって試料から放出される二次電子を
検出して、例えば、LSI等の内部配線電圧といった半導
体集積回路の微細な内部動作状態を測定する電子ビーム
装置が数多く開発されている。

電子ビーム装置は、電子銃から放出された電子を垂直
（Ｙ軸）、および水平（Ｘ軸）方向に偏向し、予め設け
られたアパーチャ上の穴を通過させることで、試料に向
けて電子ビームを照射するものであり、この穴の通過時
間を変えることでパルスビームの長さを変えることがで
きる。

電子ビームをX,Y軸方向に移動させることによって得
られる電子ビームの偏向方式には、 （ａ）ノーマリオフ偏向、 （ｂ）位相差偏向、 （ｃ）ノーマリオフ楕円偏向、等があり、 各偏向方式を第５図に基づいて説明すると、 ノーマリオフ偏向は、サブブランカ印加波形の電圧
（以下、サブ電圧という）を0Vのままとし、メインブラ
ンカ印加波形の電圧（以下、メイン電圧という）を“L"
から0Vに上げることで、電子ビームをアパーチャ上の穴
の中央までＸ軸正方向に移動させ、メイン電圧が0Vであ
る間、電子ビームを照射し、その後メイン電圧を0Vから
“L"に下げることで、電子ビームを穴の中央から元の位
置に戻す方式である。

位相差偏向は、まず、メイン電圧を0Vとし、サブ電圧
を“L"から0Vに上げることで、電子ビームをアパーチャ
上の穴の中央までＹ軸正方向に移動させて電子ビームを
照射し、メイン電圧を0Vから“H"に上げた時点で電子ビ
ームの照射を停止するとともに、電子ビームをアパーチ
ャ上の穴の中央からＸ軸正方向に移動させ、以後、サブ
電圧を0Vから“L"に下げることで、電子ビームをＹ軸負
方向に移動させ、さらに、メイン電圧を“H"から0Vに下
げることで、電子ビームを穴の中央から元の位置に戻す
方式である。

ノーマリオフ楕円偏向は、まず、メイン電圧を“L"と
し、サブ電圧を“L"から0Vに上げることで、電子ビーム
をＹ軸正方向に移動させた後、メイン電圧を一気に“L"
から“H"に上げ、電子ビームをＸ軸正方向に移動させ
て、アパーチャ上の穴を通過させるとともに、メイン電
圧が0Vとなる瞬間だけ電子ビームを照射し、以後、サブ
電圧を0Vから“L"に下げることで、電子ビームをＹ軸負
方向に移動させ、さらに、メイン電圧を“H"から“L"に
下げることで、電子ビームを穴の中央から元の位置に戻
す方式である。なお、図中、太実線はビームの照射を示
し、中実線はメインブランカ印加波形、細実線はサブブ
ランカ印加波形を示す。

したがって、ノーマリオフ偏向方式では、メイン電圧
が0Vである間、位相差偏向方式では、メイン電圧，およ
びサブ電圧が共に0Vである間、ノーマリオフ楕円偏向方
式では、メイン電圧が0Vとなる瞬間に、それぞれ電子ビ
ームを照射することとなり、パルスビームのパルス幅
は、ノーマリオフ偏向，位相差偏向，ノーマリオフ楕円
偏向、の順に短いものが発生可能となる。測定波形の時
間分解能は、このビームのパルス幅と遅延回路の時間送
りの分解能によって決定される。ビームのパルス幅だけ
を考えた場合、パルス幅が長いと、時間分解能が低くな
り、逆に短いと時間分解能が高くなる。

実際の測定では、測定目的に応じて必要とする時間分
解能、すなわち、電子ビームのパルス幅を自由に選択で
きることが要求される。

〔従来の技術〕

従来のこの種の電子ビーム装置としては、例えば、第
６図に示すようなものがある。

この電子ビーム装置１は、大別して電子ビーム照射手
段である電子縦２、第１偏向手段であるメインブランカ
３、第２偏向手段であるサブブランカ４、駆動手段５、
タイミング調整手段である第２遅延回路６、センサ７、
検出タイミング設定手段８、メイン用パルスジェネレー
タ９、サブ用パルスジェネレータ10から構成されてお
り、さらに、駆動手段５は、第１遅延回路11、LSIテス
タ12からなり、検出タイミング設定手段８は、第３遅延
回路13、信号処理回路14から構成されている。なお、15
はアパーチャ、Ｓは試料のLSIである メインブランカ３、およびサブブランカ４は、それぞ
れメイン用パルスジェネレータ９、サブ用パルスジェネ
レータ10によって電子ビーム偏向のための印加電圧を発
生させるものであり、駆動手段５をなすLSIテスタ12
は、試料ＳであるLSIの駆動信号に同期して、第１遅延
回路11にクロック信号、およびトリガ信号を出力して、
同じく駆動手段５をなす第１遅延回路11は、このトリガ
信号に対して所定の遅延をかけることで、測定すべき時
間的場所の位置決めを行う。

第２遅延回路６は、第５図に示す偏向方式中、ノーマ
リオフ楕円偏向以外の偏向方式の場合、遅延量を変える
ことにより、パルスビームの長さ、すなわち、パルス幅
を可変するためのものである。

第３遅延回路13は、サブ用パルスジェネレータ10によ
ってパルスビーム照射信号が出力されてから、センサ７
によって試料Ｓから放出される二次電子信号のピークが
検出されるまでの時間、すなわち、電子ビーム装置１内
を電子が走行して、信号処理回路14に到着する時間だけ
遅延させて信号処理回路14によりセンサ７からの信号を
取り込む。

以上の構成において、例えば、位相差偏向方式で試料
Ｓの測定を行う場合、駆動手段５からの制御信号がサブ
用パルスジェネレータ10に出力され、サブ用パルスジェ
ネレータ10によってサブブランカ４にサブブランカ印加
波形が出力されて、同時に、パルスビーム照射の基準と
なるパルスビーム照射信号が出力される。

第２遅延回路６では、測定に適したパルス幅の電子ビ
ームが得られるように、駆動手段５からの制御信号が所
定の時間だけ遅延されてメイン用パルスジェネレータ９
に出力され、メイン用パルスジェネレータ９によってメ
インブランカ３にメインブランカ印加波形が出力され
る。

検出タイミング設定手段８では、駆動手段５からの制
御信号が第３遅延回路13によって所定時間遅延されて信
号処理回路14に出力され、信号処理回路14によってセン
サ７からの検出信号が取り込まれるとともに、検出信号
が処理される。

また、ノーマリオフ楕円偏向方式で試料Ｓの測定を行
う場合、この方式では原理的にパルス幅の可変がなされ
ないため、第２遅延回路６では、何の処理も行われず、
その他は、位相差偏向方式で試料Ｓの測定を行う場合と
同一の動作となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の電子ビーム装置にあ
っては、サブブランカ印加波形としてトリガ出力を行う
ときに、パルスビーム照射の基準となるパルスビーム照
射信号を出力するという構成となっていたため、ノーマ
リオフ楕円偏向方式で測定を行うときと、ノーマリオフ
楕円偏向方式以外の方式で測定を行うときとでは、同一
試料を測定しても異なった測定結果がでるという問題点
があった。

すなわち、第７図に示すように、位相差偏向方式によ
る印加波形を（Ａ）、ノーマリオフ楕円偏向方式による
印加波形を（Ｂ）とし、（Ａ），（Ｂ）のパルスビーム
照射信号を出力するタイミングであるサブブランカ印加
波形の立ち上がり時間を一致させて比較してみると、位
相差偏向方式では、サブブランカ印加波形の立ち上がり
と同時に電子ビームの照射が行われているが、ノーマリ
オフ楕円偏向方式では、サブブランカ印加波形の立ち上
がり時間と、実際の電子ビーム照射時間との間にズレが
あり、位相差偏向方式とノーマリオフ楕円偏向方式とで
は測定結果にズレが生じることがわかる。

したがって、同一試料（同一測定場所）の測定を行う
場合でも、測定に用いる電子ビームの偏向方式、すなわ
ち、パルス幅の違いによって異なる測定結果を生じてし
まっていた。

そこで本発明は、電子ビームの偏向方式にかかわら
ず、高精度な測定結果を安定して得ることのできる電子
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〕

本発明による電子ビーム装置は上記目的達成のため、
その原理図を第１図に示すように、パルス化した電子ビ
ームを測定すべき試料Ｓに照射する電子ビーム照射手段
２と、該電子ビーム照射手段２からの電子ビームを所定
の一方向に偏向する第１偏向手段３と、該第１偏向手段
３の偏向方向に対して垂直方向に電子ビームを偏向する
第２偏向手段４と、該第1,2偏向手段3,4を所定のタイミ
ングで駆動し、パルス幅の異なる２以上の電子ビームを
発生させる駆動手段５と、該駆動手段５による該第２偏
向手段４の駆動タイミングを任意に調整するタイミング
調整手段６と、該電子ビームを試料Ｓに照射することに
より該試料Ｓから放出される二次電子を検出するセンサ
７と、該センサ７による検出タイミングを前記駆動手段
５による駆動タイミングから所定の時間間隔の後に設定
する検出タイミング設定手段８とを備え、前記タイミン
グ調整手段６は、前記電子ビームのパルス幅に応じて駆
動タイミングを調整するように構成する。

〔作用〕

本発明では、タイミング調整手段による第２偏向手段
の駆動タイミングが、電子ビームのパルス幅、すなわ
ち、電子ビームの偏向方式に応じて調整され、駆動手段
による駆動タイミングが電子ビームの偏向方式によって
変わることがないので、検出タイミング設定手段による
センサの検出タイミングが一定化され、測定がなされ
る。

したがって、電子ビームの偏向方式にかかわらず、高
精度な測定結果が安定して得られる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を示
す図であり、第２図において、第６図に示した従来例と
同一番号は同一または相当部分を示す。

第６図に示す従来例で、第２遅延回路６は、第５図に
示す偏向方式中、ノーマリオフ楕円偏向以外の偏向方式
の場合、遅延量を変えることにより、パルスビームの長
さ、すなわち、パルス幅を可変するためのものであり、
第１遅延回路11とメイン用パルスジェネレータ９との間
に設けられていたが、本実施例のタイミング調整手段で
ある第２遅延回路６は、第１遅延回路11とサブ用パルス
ジェネレータ10との間に設けられ、電子ビームの偏向方
式によって駆動手段５による制御信号を遅延させ、サブ
ブランカ４の駆動タイミングを任意に調整するものであ
る。

また、従来例では、サブ用パルスジェネレータ10によ
ってサブブランカ４にサブブランカ印加波形が出力され
るときに、パルスビーム照射の基準となるパルスビーム
照射信号を出力していたが、本実施例では、メイン用パ
ルスジェネレータ９によってメインブランカ３にメイン
ブランカ印加波形が出力されるときに、パルスビーム照
射の基準となるパルスビーム照射信号を出力するように
なっている。

以上の構成において、その動作例を説明する。

まず、第３図に示すように、LSIテスタ12により試料
ＳであるLSIの駆動信号に同期して、第１遅延回路11に
トリガ信号、およびクロック信号が出力され、第１遅延
回路11によって、測定すべき時間的場所の位置決めが行
われるように、このトリガ信号に対して所定の遅延αが
かけられ、第１遅延回路11からの信号がメイン用パルス
ジェネレータ９、第２遅延回路６、検出タイミング設定
手段８にそれぞれ出力される。

メイン用パルスジェネレータ９では、第１遅延回路11
から入力された信号に基づいてメインブランカ３にメイ
ンブランカ印加波形が出力されるときに、パルスビーム
照射の基準となるパルスビーム照射信号が出力され、第
２遅延回路６では、電子ビームの偏向方式（この場合、
位相差偏向方式）によって第１遅延回路11から入力され
た信号に所定の遅延βがかけられて、この信号がサブ用
パルスジェネレータ10に出力され、サブブランカ４の駆
動タイミングが調整される。検出タイミング設定手段８
では、第１遅延回路11から出力された信号が第３遅延回
路13に入力され、この信号がメイン用パルスジェネレー
タ９によりパルスビーム照射信号が出力されたときか
ら、センサ７によって試料Ｓから放出される二次電子信
号のピークが検出されるまでの時間、すなわち、第３図
中、遅延γだけ第３遅延回路13により第１遅延回路11か
ら出力された信号が遅延され、二次電子サンプリング信
号として信号処理回路14に出力される。これにより、セ
ンサ７から出力される二次電子信号が信号処理回路14に
取り込まれ、所定の処理が行われる。

このように本実施例では、タイミング調整手段である
第２遅延回路６により電子ビームの偏向方式に応じて駆
動手段５によるサブブランカ４の駆動タイミングを調整
することで、第４図に示すように、位相差偏向方式によ
る印加波形を（Ａ）、ノーマリオフ楕円偏向方式による
印加波形を（Ｂ）とし、（Ａ），（Ｂ）のパルスビーム
照射信号を出力するタイミングであるメインブランカ印
加波形の立ち上がり時間を一致させて比較してみると、
位相差偏向方式，ノーマリオフ楕円偏向方式共に、メイ
ンブランカ印加波形の立ち上がりと同時に電子ビームの
照射が行われ、位相差偏向方式とノーマリオフ楕円偏向
方式といった異なる偏向方式での測定においても測定結
果にズレが生じることがない。すなわち、同一試料（同
一測定場所）の測定を行う場合でも、測定に用いる電子
ビームの偏向方式、すなわち、パルス幅の違いによって
異なる測定結果が生じるのを防止でき、検出タイミング
設定手段８によるセンサ７の検出タイミングを一定した
ものとすることができる。

したがって、電子ビームの各偏向方式にかかわらず、
高精度な測定結果を安定して得ることができる。

なお、上記実施例は位相差偏向方式とノーマリオフ楕
円偏向方式とを比較して説明を行ったが、ノーマリオフ
偏向方式とノーマリオフ楕円偏向方式との場合も同様で
ある。

〔発明の効果〕

本発明では、電子ビームの偏向方式に応じて駆動手段
による軌道タイミングを調整することができ、検出タイ
ミング設定手段によるセンサの検出タイミングを一定化
することができる。

したがって、電子ビームの偏向方式にかかわらず、高
精度な測定結果を安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子ビーム装置の原理説明図、 第２〜４図は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を
示し、 第２図はその全体構成を示すブロック図、 第３図はその動作タイミングを示す波形図、 第４図はその動作例を説明するための波形図、 第５図は電子ビームの各偏向方式を説明するための図、 第６、７図は従来例の電子ビーム装置を示し、 第６図はその全体構成を示すブロック図、 第７図はその動作例を説明するための波形図である。 １……電子ビーム装置、 ２……電子銃（電子ビーム照射手段）、 ３……メインブランカ（第１偏向手段）、 ４……サブブランカ（第２偏向手段）、 ５……駆動手段、 ６……第２遅延回路（タイミング調整手段）、 ７……センサ、 ８……検出タイミング設定手段、 ９……メイン用パルスジェネレータ、 10……サブ用パルスジェネレータ、 11……第１遅延回路、 12……LSIテスタ、 13……第３遅延回路、 14……信号処理回路、 15……アパーチャ、 Ｓ……試料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−155455（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−202448（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−2238（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−229728（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−2441（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−282443（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−56878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−200450（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/66 G01R 31/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス化した電子ビームを測定すべき試料
   に照射する電子ビーム照射手段と、 該電子ビーム照射手段からの電子ビームを所定の一方向
   に偏向する第１偏向手段と、 該第１偏向手段の偏向方向に対して垂直方向に電子ビー
   ムを偏向する第２偏向手段と、 該第1,2偏向手段を所定のタイミングで駆動し、パルス
   幅の異なる２以上の電子ビームを発生させる駆動手段
   と、 該駆動手段による該第２偏向手段の駆動タイミングを任
   意に調整するタイミング調整手段と、 該電子ビームを試料に照射することにより該試料から放
   出される二次電子を検出するセンサと、 該センサによる検出タイミングを前記駆動手段による駆
   動タイミングから所定の時間間隔の後に設定する検出タ
   イミング設定手段とを備え、 前記タイミング調整手段は、前記電子ビームのパルス幅
   に応じて駆動タイミングを調整することを特徴とする電
   子ビーム装置。