JP4954470B2 - Current measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、電流測定装置に関する。また、本発明は、電子ビームを利用して、半導体デバイス製造工程途中のプロセス評価などを行うのに好適な電流測定装置に関する。 The present invention relates to a current measuring equipment. Further, the present invention utilizes an electron beam, directed to suitable current measuring equipment for performing a semiconductor device manufacturing process during the process evaluation.

電子ビーム照射時に流れる基板電流を用いて半導体デバイスのプロセス良否を評価する方法として基板電流法が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。この方法は、例えばエッチングを終えた状態のウエハに対して、一定のエネルギーを持つ電子ビームを数秒の間、照射し、その時に生じる基板電流の大小あるいは極性からプロセスの状態を知る方法である。例えば電子ビームエネルギーとしては1KeVが利用され、電流量としてはピコアンペア(pA)の大きさを用いる。   A substrate current method is known as a method for evaluating process quality of a semiconductor device using a substrate current that flows during electron beam irradiation (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3). In this method, for example, a wafer after etching is irradiated with an electron beam having a constant energy for several seconds, and the state of the process is known from the magnitude or polarity of the substrate current generated at that time. For example, 1 KeV is used as the electron beam energy, and a picoampere (pA) magnitude is used as the current amount.

この方法では、プロセス結果が同じである場合、同じ基板電流が生じ、プロセス結果が異なる場合、異なった電流が生じることでプロセス状態を把握できる。   In this method, when the process result is the same, the same substrate current is generated, and when the process result is different, the process state can be grasped by generating a different current.

以上のようにプロセスの相対的な変化を知る場合、照射電子ビームのエネルギーレベルは単一で良いが、絶対的なプロセス状態を調べるためには、種々の加速電圧を組み合わせて利用することが必要である。また、測定感度は電子ビームエネルギーによって変化するので最適な値を測定対象毎に見つける必要がある。このためには、図14に示すように、電子ビーム源2から放出される電子ビーム3に加えられる加速電圧(高圧電源の電圧)Vhを切り替えて使用していた。
特許第3334750号公報 特許第3292159号公報 特許第3175765号公報
As described above, when knowing the relative changes in the process, the energy level of the irradiated electron beam may be single, but in order to investigate the absolute process state, it is necessary to use various acceleration voltages in combination. It is. Further, since the measurement sensitivity varies depending on the electron beam energy, it is necessary to find an optimum value for each measurement object. For this purpose, as shown in FIG. 14, the acceleration voltage (voltage of the high voltage power supply) Vh applied to the electron beam 3 emitted from the electron beam source 2 is switched and used.
Japanese Patent No. 3334750 Japanese Patent No. 3292159 Japanese Patent No. 3175765

基板電流から精密な測定を行うためには、複数のエネルギーレベルを有した電子ビームを利用することが必要である。つまり、全く同じ測定点に対して電子ビームのエネルギーレベルだけが異なる状態で測定を行うことが必要である。しかし、従来は、照射電子ビームのエネルギーレベルを変えるために電子ビーム発生装置の高圧電源の電圧を変更していた。高圧電源の電圧を変更すると、電子ビームの軸が大きく変化するため、全く同じ場所に正確に電子ビームを照射することが困難であった。そのため、従来の基板電流測定方法では、測定精度が低下するという課題があった。   In order to perform precise measurement from the substrate current, it is necessary to use an electron beam having a plurality of energy levels. In other words, it is necessary to perform measurement in a state where only the energy level of the electron beam is different at the same measurement point. However, conventionally, the voltage of the high-voltage power supply of the electron beam generator has been changed in order to change the energy level of the irradiation electron beam. When the voltage of the high-voltage power supply is changed, the axis of the electron beam changes greatly, and it is difficult to accurately irradiate the electron beam at exactly the same place. Therefore, the conventional substrate current measuring method has a problem that the measurement accuracy is lowered.

また、測定感度を変化させるために非常に低いエネルギーレベルを有した電子ビームを使用する必要があるが、従来における高圧電源の電圧の変更だけでは、非常に低いエネルギーレベルの電子ビームを実現することは困難であった。また、従来方法としては、図15に示すように半導体基板である測定サンプル4にバイアス電圧Vbを印加する方法も知られていた。しかし、この方法では、電流計5と並列に電源20が入るため、測定に必要な基板電流が電源20を介してグランド(接地)に流れてしまう。このため実質的に電流計5に流れる電流が「0」となってしまい測定できない。そればかりか、電子ビーム3のエネルギーレベルを変えるために、電源20により数キロボルトという電圧Vbを測定サンプル4に加えると電流計5が破壊するなど、実用的には使えないという大きな課題があった。   In addition, it is necessary to use an electron beam having a very low energy level in order to change the measurement sensitivity. However, an electron beam having a very low energy level can be realized only by changing the voltage of a conventional high-voltage power supply. Was difficult. As a conventional method, a method of applying a bias voltage Vb to a measurement sample 4 which is a semiconductor substrate as shown in FIG. 15 is also known. However, in this method, since the power supply 20 is turned on in parallel with the ammeter 5, a substrate current necessary for measurement flows to the ground (ground) via the power supply 20. For this reason, the current flowing through the ammeter 5 is substantially “0” and cannot be measured. In addition, when the voltage Vb of several kilovolts is applied to the measurement sample 4 by the power source 20 in order to change the energy level of the electron beam 3, there is a big problem that the ammeter 5 cannot be used practically. .

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、半導体基板などの測定サンプルに対して照射する電子ビームのエネルギーレベルを容易に設定できる電流測定装置及び電流測定方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、測定サンプルして対してダメージを与えることなく、測定サンプルに流れる電流の測定について感度と精度を向上させことができる電流測定装置及び電流測定方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a current measuring device and a current measuring method capable of easily setting the energy level of an electron beam irradiated to a measurement sample such as a semiconductor substrate. It is to provide.
Another object of the present invention is to provide a current measuring apparatus and a current measuring method capable of improving the sensitivity and accuracy of measuring the current flowing through the measurement sample without damaging the measurement sample. .

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の電流測定装置は、電子ビームが照射された測定サンプルに生じる電流を測定する電流測定装置であって、電子ビームの放出が可能なように雰囲気制御されたチャンバーと、電子ビームを設定されたエネルギーで放出する電子ビーム放出源と、前記電子ビーム放出源から放出された電子ビームを測定サンプルの特定場所に照射する手段と、前記測定サンプルに流れる電流について少なくとも増幅する電流測定回路と、前記電流測定回路と接地電位との間に電圧を印加する電圧印加手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、電圧印加手段によって電流測定回路にバイアス電圧を印加することができる。これにより、測定サンプルの電位を制御することができる。そして、測定サンプルが電子ビーム照射で受ける実効エネルギーは、その電子ビームのエネルギーから測定サンプルの電位を引いた値となる。したがって、本発明は、電子ビーム放出源から高エネルギーの電子ビームを放出しても、測定サンプルが受ける実効エネルギーを小さくすることができる。そこで、本発明は、測定サンプルして対してダメージを与えることなく、測定サンプルに流れる電流の測定について感度と精度を向上させることができる。
The present invention has been made to solve the above problems, and the current measuring device of the present invention is a current measuring device for measuring a current generated in a measurement sample irradiated with an electron beam, and the electron beam is emitted. A chamber whose atmosphere is controlled as possible, an electron beam emission source that emits an electron beam with a set energy, and a means for irradiating a specific location of the measurement sample with the electron beam emitted from the electron beam emission source; A current measurement circuit that at least amplifies the current flowing through the measurement sample, and a voltage application unit that applies a voltage between the current measurement circuit and a ground potential.
According to the present invention, the bias voltage can be applied to the current measuring circuit by the voltage applying means. Thereby, the potential of the measurement sample can be controlled. The effective energy that the measurement sample receives by electron beam irradiation is a value obtained by subtracting the potential of the measurement sample from the energy of the electron beam. Therefore, the present invention can reduce the effective energy received by the measurement sample even when a high-energy electron beam is emitted from the electron beam emission source. Therefore, the present invention can improve the sensitivity and accuracy of measuring the current flowing through the measurement sample without damaging the measurement sample.

また、本発明の電流測定装置は、電子ビームが照射された測定サンプルに生じる電流を測定する電流測定装置であって、電子ビームの放出が可能なように雰囲気制御されたチャンバーと、電子ビームを設定されたエネルギーで放出する電子ビーム放出源と、前記電子ビーム放出源から放出された電子ビームを測定サンプルの特定場所に照射する手段と、前記測定サンプルに容量結合している電極と、前記電極に流れる電流について少なくとも増幅する電流測定回路と、前記電流測定回路と接地電位との間に電圧を印加する電圧印加手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、測定サンプルに対して直接バイアス電圧を印加せずに、電流測定回路に印加した電圧により測定サンプルの電位を変化させることができる。そして、測定サンプルが受ける実効エネルギーは、照射された電子ビームのエネルギーから測定サンプルの電位を引いた値となる。したがって、本発明は、測定サンプルして対してダメージを与えることなく、測定サンプルに流れる電流の測定について感度と精度を向上させることができる。また、本発明は、測定サンプルと電流測定回路(又は電極)とを配線接続する必要がなく、測定サンプルの測定位置などへの設置及び取り外しが容易となり、実用性を高くすることができる。
The current measuring device of the present invention is a current measuring device for measuring a current generated in a measurement sample irradiated with an electron beam. The current measuring device includes a chamber whose atmosphere is controlled so that the electron beam can be emitted, and an electron beam. An electron beam emission source that emits at a set energy; means for irradiating a specific location of the measurement sample with an electron beam emitted from the electron beam emission source; an electrode capacitively coupled to the measurement sample; and the electrode A current measuring circuit for amplifying at least the current flowing through the current measuring circuit, and voltage applying means for applying a voltage between the current measuring circuit and a ground potential.
According to the present invention, the potential of the measurement sample can be changed by the voltage applied to the current measurement circuit without directly applying the bias voltage to the measurement sample. The effective energy received by the measurement sample is a value obtained by subtracting the potential of the measurement sample from the energy of the irradiated electron beam. Therefore, the present invention can improve the sensitivity and accuracy of measuring the current flowing through the measurement sample without damaging the measurement sample. Further, the present invention does not require wiring connection between the measurement sample and the current measurement circuit (or electrode), facilitates installation and removal of the measurement sample at the measurement position, and can increase the practicality.

また、本発明の電流測定装置は、電子ビームを測定サンプルに照射することにより生じる電流を測定する電流測定装置であって、電子ビームの放出が可能なように雰囲気制御されたチャンバーと、電子ビームを設定されたエネルギーで放出する電子ビーム放出源と、前記電子ビーム放出源から放出された電子ビームを測定サンプルの特定場所に照射する手段と、前記測定サンプルへの電子ビームの照射によって発生した散乱電子又は二次電子を回収する電極と、前記電極に流れる電流について少なくとも増幅する電流測定回路と、前記電流測定回路と接地電位との間に電圧を印加する電圧印加手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、電圧印加手段によって電流測定回路にバイアス電圧を印加することができる。これにより、測定サンプルの電位を制御することができる。そして、測定サンプルが電子ビーム照射で受ける実効エネルギーは、その電子ビームのエネルギーから測定サンプルの電位を引いた値となる。したがって、本発明は、電子ビーム放出源から高エネルギーの電子ビームを放出しても、測定サンプルが受ける実効エネルギーを小さくすることができる。ここで、低いエネルギーを有する電子ビームは、二次電子放出確率を向上させることができる。そこで、本発明は、測定サンプルへの電子ビーム照射により生じる電流の測定において、測定サンプルして対してダメージを与えることなく、感度と精度を向上させることができる。
The current measurement device of the present invention is a current measurement device for measuring a current generated by irradiating a measurement sample with an electron beam, and includes a chamber whose atmosphere is controlled so that the electron beam can be emitted, and an electron beam An electron beam emission source that emits a predetermined energy, means for irradiating the electron beam emitted from the electron beam emission source to a specific location of the measurement sample, and scattering generated by irradiation of the electron beam to the measurement sample An electrode for collecting electrons or secondary electrons, a current measuring circuit for amplifying at least a current flowing through the electrode, and a voltage applying means for applying a voltage between the current measuring circuit and a ground potential. To do.
According to the present invention, the bias voltage can be applied to the current measuring circuit by the voltage applying means. Thereby, the potential of the measurement sample can be controlled. The effective energy that the measurement sample receives by electron beam irradiation is a value obtained by subtracting the potential of the measurement sample from the energy of the electron beam. Therefore, the present invention can reduce the effective energy received by the measurement sample even when a high-energy electron beam is emitted from the electron beam emission source. Here, the electron beam having low energy can improve the secondary electron emission probability. Therefore, the present invention can improve the sensitivity and accuracy without damaging the measurement sample in the measurement of the current generated by the electron beam irradiation to the measurement sample.

また、本発明の電流測定装置は、前記電子ビーム放出源から放出された電子ビームの一部分を通過させるアパーチャを有することを特徴とする。
本発明によれば、電子ビームについてアパーチャを通過させることにより、エネルギーの揃った電子ビームを測定サンプルへ照射することができる。そこで、本発明は、測定サンプルの所望部位に高度に焦点の合った電子ビームを照射でき、高解像度に測定サンプルを検査することができる。
In addition, the current measuring device of the present invention is characterized by having an aperture that allows a part of the electron beam emitted from the electron beam emission source to pass therethrough.
According to the present invention, it is possible to irradiate a measurement sample with an electron beam with uniform energy by passing an aperture through the electron beam. Therefore, the present invention can irradiate a desired portion of a measurement sample with a highly focused electron beam and inspect the measurement sample with high resolution.

また、本発明の電流測定装置は、前記電子ビーム放出源から放出された電子ビームを第1のエネルギーレベルに加速する加速電極と、前記加速電極に電圧を印加する加速電源と、前記加速電極で加速された電子ビームの一部分を通過させるアパーチャと、前記アパーチャを通過した電子ビームのエネルギーを第2のエネルギーレベルに変換する減速電極と、前記減速電極に電圧を印加する減速電源とを有することを特徴とする。
本発明によれば、電子ビームについてアパーチャを通過させることにより、エネルギーの揃った電子ビームを測定サンプルへ照射することができる。さらに、本発明は、減速電極により、電子ビームを第1のエネルギーレベルから第2のエネルギーレベルに変換することができる。そこで、加速電極などで電子ビームのエネルギーをいくら高くしても、測定サンプルに到達する電子ビームのエネルギーは減速電極によって制御可能である。そこで、本発明は、測定サンプルへダメージを与えることを回避しながら、測定サンプルの所望部位に高度に焦点の合った電子ビームを照射でき、高解像度に測定サンプルを検査することができる。
The current measuring apparatus according to the present invention includes an acceleration electrode that accelerates the electron beam emitted from the electron beam emission source to a first energy level, an acceleration power source that applies a voltage to the acceleration electrode, and the acceleration electrode. An aperture that passes a portion of the accelerated electron beam; a deceleration electrode that converts energy of the electron beam that has passed through the aperture to a second energy level; and a deceleration power source that applies a voltage to the deceleration electrode. Features.
According to the present invention, it is possible to irradiate a measurement sample with an electron beam with uniform energy by passing an aperture through the electron beam. Furthermore, the present invention can convert the electron beam from the first energy level to the second energy level by the deceleration electrode. Therefore, no matter how much the energy of the electron beam is increased by the acceleration electrode or the like, the energy of the electron beam reaching the measurement sample can be controlled by the deceleration electrode. Thus, the present invention can irradiate a desired portion of a measurement sample with a highly focused electron beam while avoiding damage to the measurement sample, and can inspect the measurement sample with high resolution.

また、本発明の電流測定装置は、前記電圧印加手段が、前記電流測定回路と接地電位との間に可変電圧を印加する可変電源を有してなることを特徴とする。
本発明によれば、電子ビーム放出源側の設定を変更せずに、可変電源の出力を変更することのみで、測定サンプルに照射する電子ビームの実効エネルギーレベルを変更することができる。したがって、非常に簡便且つ迅速に実効エネルギーレベルを変更することができる。また、本発明によれば、測定サンプルにおける同一箇所に異なる実効エネルギーレベルの電子ビームを迅速に照射でき、測定精度の向上を図れるとともに、測定のスループットを向上させることができる。
The current measuring device of the present invention is characterized in that the voltage applying means includes a variable power source that applies a variable voltage between the current measuring circuit and a ground potential.
According to the present invention, it is possible to change the effective energy level of the electron beam irradiated to the measurement sample only by changing the output of the variable power source without changing the setting on the electron beam emission source side. Therefore, the effective energy level can be changed very simply and quickly. Furthermore, according to the present invention, it is possible to quickly irradiate the same location in the measurement sample with electron beams having different effective energy levels, thereby improving measurement accuracy and improving measurement throughput.

また、本発明の電流測定装置は、前記電流測定回路の電流測定タイミングと同期して、前記電圧印加手段又は可変電源による電圧印加のタイミングを制御する制御手段を有することを特徴とする。
本発明によれば、電流測定回路を介しての測定サンプルへのバイアス電圧印加のタイミングと、電流測定タイミングとを同期させることができる。これにより、電流測定において問題となるホワイトノイズなどを簡便に除去することができ、測定サンプルに流れる電流などの測定について感度及び精度をさらに向上させることができる。
In addition, the current measurement device of the present invention includes control means for controlling the voltage application timing by the voltage application means or the variable power supply in synchronization with the current measurement timing of the current measurement circuit.
According to the present invention, it is possible to synchronize the timing of applying the bias voltage to the measurement sample via the current measurement circuit and the current measurement timing. As a result, white noise or the like, which is a problem in current measurement, can be easily removed, and sensitivity and accuracy can be further improved with respect to measurement of the current flowing through the measurement sample.

また、本発明の電流測定装置は、前記電流測定回路の構成要素をなすものであるとともに、前記測定サンプルに流れる電流について増幅する演算増幅器と、前記演算増幅器における正又は負入力端子に電圧を印加するバイアス電源とを有することを特徴とする。
本発明によれば、例えば、演算増幅器の負入力端子に測定サンプルを電気的に接続し、演算増幅器の正入力端子にバイアス電圧を印加し、演算増幅器の出力と負入力端子との間に抵抗器を配置した構成とすることができる。このようにすると、バイアス電圧が演算増幅器の負入力端子を介して測定サンプルに印加される。そこで、本発明は、電子ビーム放出源から高エネルギーの電子ビームを放出しても、測定サンプルが受ける実効エネルギーを小さくでき、測定サンプルに対してダメージを与えることなく、測定サンプルに流れる電流の測定について感度と精度を向上させることができる。
The current measuring device according to the present invention is a component of the current measuring circuit, and an operational amplifier that amplifies the current flowing through the measurement sample, and applies a voltage to a positive or negative input terminal of the operational amplifier. And a bias power source.
According to the present invention, for example, a measurement sample is electrically connected to the negative input terminal of the operational amplifier, a bias voltage is applied to the positive input terminal of the operational amplifier, and a resistor is connected between the output of the operational amplifier and the negative input terminal. It can be set as the structure which has arrange | positioned the container. In this way, a bias voltage is applied to the measurement sample via the negative input terminal of the operational amplifier. Therefore, the present invention can reduce the effective energy received by the measurement sample even when a high-energy electron beam is emitted from the electron beam emission source, and can measure the current flowing through the measurement sample without damaging the measurement sample. Sensitivity and accuracy can be improved.

また、本発明の電流測定装置は、前記電流測定回路の構成要素をなすものであるとともに、前記測定サンプルに流れる電流について増幅する演算増幅器と、前記演算増幅器における正又は負入力端子に可変電圧を印加する演算増幅器用可変電源と、前記可変電源の出力電圧を制御する信号を出力する制御信号発生部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、制御信号発生部が出力する信号により、測定サンプルの電位を制御することができる。ここで、演算増幅器用可変電源が出力する可変電圧としては、サイン波、矩形波、ノコギリ波などの周期的な波形でもよく、トリガー的な波形でもよい。これらにより、本発明は、測定サンプルの属性などに応じて、最適な可変電圧を選んで電流測定などをすることができ、より高精度にプロセス評価などをすることができる。
The current measuring device of the present invention is a component of the current measuring circuit, and an operational amplifier that amplifies the current flowing through the measurement sample, and a variable voltage at a positive or negative input terminal of the operational amplifier. A variable power supply for the operational amplifier to be applied, and a control signal generator for outputting a signal for controlling the output voltage of the variable power supply.
According to the present invention, the potential of the measurement sample can be controlled by the signal output from the control signal generator. Here, the variable voltage output from the variable power supply for the operational amplifier may be a periodic waveform such as a sine wave, a rectangular wave, or a sawtooth wave, or a trigger waveform. Thus, according to the present invention, an optimum variable voltage can be selected according to the attribute of the measurement sample and the like, and current measurement can be performed, so that process evaluation can be performed with higher accuracy.

また、本発明の電流測定方法は、電子ビームを測定サンプルに照射し、該測定サンプルに生じる電流を測定する電流測定方法であって、前記測定サンプルに生じる電流について増幅する増幅回路を配置する手順と、前記増幅回路と接地電位との間に電圧を印加する手順とを有することを特徴とする。
本発明によれば、増幅回路と接地電位との間に電圧を印加することにより、測定サンプルの電位を制御することができる。したがって、測定サンプルが電子ビーム照射で受ける実効エネルギーを、前記電圧によって小さくすることができる。そこで、本発明は、測定サンプルして対してダメージを与えることなく、測定サンプルに流れる電流の測定について感度と精度を向上させることができる。
The current measurement method of the present invention is a current measurement method for irradiating a measurement sample with an electron beam and measuring a current generated in the measurement sample, and a procedure for disposing an amplification circuit that amplifies the current generated in the measurement sample. And a procedure for applying a voltage between the amplifier circuit and a ground potential.
According to the present invention, the potential of the measurement sample can be controlled by applying a voltage between the amplifier circuit and the ground potential. Therefore, the effective energy that the measurement sample receives by electron beam irradiation can be reduced by the voltage. Therefore, the present invention can improve the sensitivity and accuracy of measuring the current flowing through the measurement sample without damaging the measurement sample.

本発明は、半導体基板などの測定サンプルに対して照射する電子ビームの実効エネルギーレベルを低くしながら、測定サンプルに流れる電流などの測定について感度及び精度を向上させることができる。したがって、測定サンプルに対してダメージを与えることなく、測定サンプルの属性等の測定について感度と精度を向上させることができる。   The present invention can improve the sensitivity and accuracy of measuring a current flowing through a measurement sample while lowering the effective energy level of an electron beam applied to the measurement sample such as a semiconductor substrate. Therefore, it is possible to improve the sensitivity and accuracy in measuring the attributes of the measurement sample without damaging the measurement sample.

また、本発明は、電子ビームが照射された測定サンプルにおける実効エネルギーレベルを低くすることができるので、二次電子放出確率を向上でき、測定感度を高くすることができる。   Moreover, since the effective energy level in the measurement sample irradiated with the electron beam can be lowered according to the present invention, the secondary electron emission probability can be improved and the measurement sensitivity can be increased.

また、本発明は、電子ビーム源などの設定を変えないで、測定サンプルにおける実効エネルギーレベルを大きく可変できるので、非常に早くエネルギーレベルを変更できる。したがって、例えば、測定サンプルにおける同じ箇所に異なるエネルギーレベルの電子ビームを迅速に照射することができ、測定精度を大幅に高めながら、測定のスループットを向上させることができる。   Further, according to the present invention, since the effective energy level in the measurement sample can be largely changed without changing the setting of the electron beam source or the like, the energy level can be changed very quickly. Therefore, for example, it is possible to quickly irradiate the same location in the measurement sample with electron beams of different energy levels, and to improve the measurement throughput while greatly increasing the measurement accuracy.

また、本発明は、測定サンプルに電子ビームを照射する態様として、電子ビーム源側及びバイアス電源側のそれぞれで各種設定をすることができる。したがって、測定サンプルにおける実効エネルギーレベルが同一であっても、電子ビーム照射及びバイアス電圧の態様として、いろいろな組み合わせをすることができる。その結果、平均的には同じエネルギーを持つ電子ビームのエネルギー分散状態及び空間分布についての調節が可能となり、用途に応じて最適な組み合わせを選んで、高精度な測定をすることができる。   Further, according to the present invention, various modes can be set on the electron beam source side and the bias power source side as modes for irradiating the measurement sample with the electron beam. Therefore, even if the effective energy level in the measurement sample is the same, various combinations can be made as the modes of electron beam irradiation and bias voltage. As a result, it is possible to adjust the energy dispersion state and spatial distribution of electron beams having the same energy on average, and it is possible to perform highly accurate measurement by selecting an optimal combination according to the application.

次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る電流測定装置の全体構成例を示す図である。本実施形態の電流測定装置は、チャンバー1と、電子ビーム源2と、電流計(電流測定回路)5と、バイアス電源(電圧印加手段)6と、XYステージ9とを有して構成されている。また、図1において、測定サンプル4は本電流測定装置の測定対象となるものであり、測定サンプル4には電子ビーム3が照射される。例えば、半導体基板であるウエハなどが測定サンプル4となる。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration example of a current measuring device according to a first embodiment of the present invention. The current measuring apparatus of the present embodiment includes a chamber 1, an electron beam source 2, an ammeter (current measuring circuit) 5, a bias power source (voltage applying means) 6, and an XY stage 9. Yes. In FIG. 1, a measurement sample 4 is a measurement target of the current measuring device, and the measurement sample 4 is irradiated with an electron beam 3. For example, a measurement sample 4 is a wafer which is a semiconductor substrate.

チャンバー1は、電子ビーム3が放出できるように雰囲気制御するためのものである。チャンバー1内には、電子ビーム源2、測定サンプル4、電流計5、バイアス電源6及びXYステージ9が配置されている。電子ビーム源2は、設定された一定のエネルギーで電子ビーム3を放出するものである。ここで、電子ビーム源2が放出する電子ビーム3のエネルギーは、高圧電源の電圧(加速電圧)Vhを可変することで変更可能となっている。それぞれの設定電圧は電圧値記憶手段によって、記憶されている。XYステージ9は、電子ビーム源2から放出された電子ビーム3を測定サンプル4における所望の場所に照射するための位置決め機構であり、本発明の特定場所に照射する手段の一例である。電子ビームが照射される場所等も記憶手段によって記憶されている。   The chamber 1 is for controlling the atmosphere so that the electron beam 3 can be emitted. In the chamber 1, an electron beam source 2, a measurement sample 4, an ammeter 5, a bias power source 6 and an XY stage 9 are arranged. The electron beam source 2 emits the electron beam 3 with a set constant energy. Here, the energy of the electron beam 3 emitted from the electron beam source 2 can be changed by changing the voltage (acceleration voltage) Vh of the high-voltage power supply. Each set voltage is stored by the voltage value storage means. The XY stage 9 is a positioning mechanism for irradiating a desired location in the measurement sample 4 with the electron beam 3 emitted from the electron beam source 2, and is an example of means for irradiating a specific location of the present invention. The place where the electron beam is irradiated is also stored by the storage means.

電流計5は、本発明の電流測定回路の一例である。すなわち、電流計5は、測定サンプル4に流れる電流について少なくとも増幅する回路を有し、測定サンプル4への電子ビーム照射時に生じる電流を測定するためのものである。また、電流計5は、実際には、機械的な指針による電流計ではなく、微小な電流を電圧信号などに変換して増幅する演算増幅器などを用いた電流測定回路で構成されている(以下、電流計5について同じ)。なお、電流測定回路の詳細については後述する。
バイアス電源6は、本発明の電圧印加手段の一例をなし、電流計5と基準電位(接地電位)との間に電圧Vmを印加するものである。
The ammeter 5 is an example of a current measuring circuit of the present invention. That is, the ammeter 5 has a circuit that at least amplifies the current flowing through the measurement sample 4, and is for measuring the current generated when the measurement sample 4 is irradiated with the electron beam. In addition, the ammeter 5 is not actually an ammeter based on a mechanical pointer, but is composed of a current measuring circuit using an operational amplifier that converts and amplifies a minute current into a voltage signal or the like (hereinafter, referred to as an ammeter). The same for the ammeter 5). The details of the current measurement circuit will be described later.
The bias power source 6 constitutes an example of a voltage application unit of the present invention, and applies a voltage Vm between the ammeter 5 and a reference potential (ground potential).

本実施形態の電流測定装置は、測定サンプル4に直列に、電流計5及び電流計5バイアス用のバイアス電源6を接続した構成に特徴がある。ここで、電流計5のインピーダンスは非常に小さく、事実上ゼロとみなせる。したがって、測定サンプル4を直接バイアスしていないにも関わらず、電流計5に加えたバイアス電圧Vmによって、測定サンプル4の電位を変化させることが可能となる。そこで、本実施形態によれば、測定サンプル4に対して、電子ビーム照射エネルギーEirから電流計5に加えるバイアス電圧Vmを引いた実効エネルギーを有する電子ビーム照射が実現できる。   The current measuring device according to the present embodiment is characterized in that an ammeter 5 and a bias power source 6 for biasing the ammeter 5 are connected in series with the measurement sample 4. Here, the impedance of the ammeter 5 is very small and can be regarded as virtually zero. Therefore, although the measurement sample 4 is not directly biased, the potential of the measurement sample 4 can be changed by the bias voltage Vm applied to the ammeter 5. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize electron beam irradiation having an effective energy obtained by subtracting the bias voltage Vm applied to the ammeter 5 from the electron beam irradiation energy Eir with respect to the measurement sample 4.

また、バイアス電圧Vmを変化させることで、瞬時に、測定サンプル4における電子ビーム3のエネルギーレベルを変更することができる。また、ウエハ等の測定サンプル4の表面近傍でエネルギーの変換が行われるため、電子ビームエネルギーのレベル変更による電子ビームの経路の変化が非常に小さい。従って、例えば、パターンマッチング法などを使用した位置決めによって、数nmオーダーの位置合わせを行った後に、測定サンプル4における電子ビームの実効エネルギーレベルをいろいろ変えながら、全く同じ場所(数nmオーダーの位置合わせ精度)に繰り返し電子ビームを照射することが可能となる。   Moreover, the energy level of the electron beam 3 in the measurement sample 4 can be instantaneously changed by changing the bias voltage Vm. Further, since energy conversion is performed in the vicinity of the surface of the measurement sample 4 such as a wafer, the change of the electron beam path due to the change of the electron beam energy level is very small. Therefore, for example, after performing alignment on the order of several nanometers by positioning using a pattern matching method or the like, while changing the effective energy level of the electron beam in the measurement sample 4 in various ways, the alignment is exactly the same (alignment on the order of several nanometers). (Accuracy) can be repeatedly irradiated with an electron beam.

また、本実施形態の電流測定装置によれば、測定サンプル4を流れる電流が直接電流計5に入力されるので、従来のように電流計5に並列に電源を入れていた場合と比較して(図15参照)、測定サンプル4で生じた微少な電流を非常に正確に測定できる。   Further, according to the current measuring device of the present embodiment, since the current flowing through the measurement sample 4 is directly input to the ammeter 5, compared with the case where the power is turned on in parallel to the ammeter 5 as in the past. (Refer to FIG. 15) The minute current generated in the measurement sample 4 can be measured very accurately.

[第2実施形態]
図2は、本発明の第2実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図2において図1の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第1実施形態との相違点は、本実施形態では電極10を有している点である。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those in FIG. The difference between this embodiment and 1st Embodiment is a point which has the electrode 10 in this embodiment.

すなわち、本実施形態の電流測定装置では、測定サンプル4の下に、その測定サンプル4との間で容量結合するプレート状の電極10が付設されている構成に特徴がある。したがって、電極10と測定サンプル4との間は交流的に接続されている。この電極10は、測定サンプル4の裏面にあってもよいし、測定サンプル4の表面又は側面にあってもかまわない。電極10を測定サンプル4の裏面に配置した場合、電極10は測定サンプル4とほぼ同じ大きさを有することとして、非常に大きな容量を形成することができる。ここで、非常に大きな容量とは、例えば、測定サンプル4と電流測定装置の筐体との寄生容量等に比較して、非常に大きな容量という意味である。   That is, the current measuring device of the present embodiment is characterized in that a plate-like electrode 10 that is capacitively coupled to the measurement sample 4 is attached below the measurement sample 4. Therefore, the electrode 10 and the measurement sample 4 are connected in an alternating manner. The electrode 10 may be on the back surface of the measurement sample 4 or may be on the front surface or side surface of the measurement sample 4. When the electrode 10 is disposed on the back surface of the measurement sample 4, the electrode 10 has almost the same size as the measurement sample 4, so that a very large capacity can be formed. Here, the very large capacity means a very large capacity as compared with, for example, the parasitic capacity between the measurement sample 4 and the casing of the current measuring device.

本実施形態の電流測定装置は、測定サンプル4の下に設けられた電極10に電流計5が直接接続されており、その電流計5に直列に電圧を加えるためのバイアス電源6が設けられている。測定系に存在する容量成分は、電極10と測定サンプル4との間にできた容量と、測定サンプル4と測定装置筺体間に生じる寄生容量が主な成分となる。この中で、測定サンプル4と電極10の間に生じる容量は圧倒的にほかの容量と比較して大きい。したがって、測定サンプル4を直接バイアスしていないにも関わらず、電流計5に加えたバイアス電圧Vmによって測定サンプル4の電位を変化させることができる。そこで、本電流測定装置は、測定対象の測定サンプル4に対して、電子ビーム3の照射エネルギーEirから電流計5に加えるバイアス電圧Vmを引いた実効エネルギーを加えることができる。また、本実施形態の電流測定装置によれば、測定サンプル4に電流計5を直接接続する必要がなく、実用性を高めることができる。   In the current measuring device of this embodiment, an ammeter 5 is directly connected to an electrode 10 provided under a measurement sample 4, and a bias power source 6 for applying a voltage in series to the ammeter 5 is provided. Yes. The capacitance component existing in the measurement system is mainly composed of a capacitance formed between the electrode 10 and the measurement sample 4 and a parasitic capacitance generated between the measurement sample 4 and the measurement device housing. In this, the capacity | capacitance produced between the measurement sample 4 and the electrode 10 is overwhelmingly large compared with another capacity | capacitance. Therefore, although the measurement sample 4 is not directly biased, the potential of the measurement sample 4 can be changed by the bias voltage Vm applied to the ammeter 5. Therefore, the current measuring apparatus can apply effective energy obtained by subtracting the bias voltage Vm applied to the ammeter 5 from the irradiation energy Eir of the electron beam 3 to the measurement sample 4 to be measured. Moreover, according to the current measuring device of this embodiment, it is not necessary to directly connect the ammeter 5 to the measurement sample 4, and practicality can be improved.

[第3実施形態]
図3は、本発明の第3実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図3において図1の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第1実施形態との相違点は、本実施形態では加速電極11と加速電源11aとアパーチャ12とを有している点である。加速電極11は、電子ビーム源2から放出された電子ビームを加速するものである。加速電源11aは、加速電極11に加速電圧Vaを印加するものであり、加速電極11におけるその加速の度合いを可変制御するものである。アパーチャ12は、電子ビーム源2から放出されて加速電極11で加速された電子ビームの一部分を通過させるものである。
[Third Embodiment]
FIG. 3 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those of FIG. The difference between this embodiment and 1st Embodiment is a point which has the acceleration electrode 11, the acceleration power supply 11a, and the aperture 12 in this embodiment. The acceleration electrode 11 accelerates the electron beam emitted from the electron beam source 2. The acceleration power supply 11a applies an acceleration voltage Va to the acceleration electrode 11, and variably controls the degree of acceleration in the acceleration electrode 11. The aperture 12 allows a part of the electron beam emitted from the electron beam source 2 and accelerated by the acceleration electrode 11 to pass therethrough.

光学の原理によれば、物体を見分ける指標となる分解能は利用する光の波長と同等程度であることが分かっている。電子ビームは波長が非常に短いことが特徴である。例えば、100eVの電子ビームでさえ波長は1オングストロームよりも小さい。しかしながら、実際に発生し得る電子ビームは大きなエネルギーの分散があり、波長から想定されるよりもはるかに低い分解能しか得ることができない。   According to the principle of optics, it has been found that the resolution serving as an index for identifying an object is comparable to the wavelength of light to be used. The electron beam is characterized by a very short wavelength. For example, even a 100 eV electron beam has a wavelength smaller than 1 angstrom. However, the electron beam that can actually be generated has a large energy dispersion and can only obtain a resolution much lower than expected from the wavelength.

図3に示す本実施形態の電流測定装置では、加速電極11及び加速電源11aを用いて電子ビーム源2から飛び出た電子ビーム3を加速電圧Vaにより一旦非常に高いエネルギーレベルの状態にする。例えば、電子ビーム3を加速電極11により5kV程度までエネルギーを増加させる。この状態で非常に小さな円筒形のアパーチャ12を通過させ、エネルギーレベルの揃っている部分だけを取り出す。その後、図1に示す第1実施形態の場合と同様な構成により、測定サンプル4における実効的な電子ビーム照射エネルギーを下げる。   In the current measuring apparatus of the present embodiment shown in FIG. 3, the electron beam 3 that has jumped out of the electron beam source 2 using the acceleration electrode 11 and the acceleration power source 11a is once brought into a very high energy level state by the acceleration voltage Va. For example, the energy of the electron beam 3 is increased to about 5 kV by the acceleration electrode 11. In this state, a very small cylindrical aperture 12 is passed, and only the portion having the same energy level is taken out. Thereafter, the effective electron beam irradiation energy in the measurement sample 4 is lowered by the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG.

アパーチャ12は、例えば数ミクロンの大きさを有しており、一種のエネルギーフィルターを構成する。電子ビーム源2から放出される電子ビームはチップと呼ばれる電子ビーム放出電極の広い範囲から放出される。放出される領域は数百オングストロームの範囲と小さな領域ではあるが、放出される場所によって電子ビームのエネルギーに差が生じる。この差が生じると、電子ビーム3をフォーカスした際に、収差が生じて異なった場所に焦点を結ぶため、像がぼけてしまう原因となる。これらは、測定精度を下げる原因になるので、できるだけ等しいエネルギーを持った電子ビーム3のみを測定に使用したいという要望がある。   The aperture 12 has a size of several microns, for example, and constitutes a kind of energy filter. The electron beam emitted from the electron beam source 2 is emitted from a wide range of electron beam emission electrodes called chips. Although the emitted region is a small region of a few hundred angstroms, the energy of the electron beam varies depending on the emitted region. When this difference occurs, when the electron beam 3 is focused, an aberration occurs and the focal point is set at a different location, which causes the image to be blurred. Since these cause the measurement accuracy to be lowered, there is a demand to use only the electron beam 3 having the same energy as possible for the measurement.

本実施形態によれば、アパーチャ12において、電子ビームにおけるエネルギーレベルが揃っている中心部のみが通過する。これにより、電子ビーム源2から電子ビームが放出された時のエネルギー分散に比べ非常に小さな分散を持つようになる。このような状態の電子ビーム3は電子ビームエネルギーが低くても良いフォーカスを実現できる。その後、電流計5に加えられた例えば4.5kVというようなバイアス電圧Vmにより、測定サンプル4が実際に受ける電子ビームエネルギーは500eVと小さなものになる。しかしながら、この電子ビーム3は非常にエネルギーレベルが揃っており、ビームがシャープにフォーカスするようになる。   According to the present embodiment, in the aperture 12, only the central portion where the energy levels in the electron beam are uniform passes. Thereby, it has a very small dispersion compared to the energy dispersion when the electron beam is emitted from the electron beam source 2. The electron beam 3 in such a state can realize a focus that may have a low electron beam energy. Thereafter, the electron beam energy actually received by the measurement sample 4 becomes as small as 500 eV by the bias voltage Vm applied to the ammeter 5 such as 4.5 kV. However, the electron beam 3 has a very uniform energy level, and the beam is focused sharply.

これらにより、本実施形態の電流測定装置によれば、測定サンプル4の所望部位に高度に焦点の合った電子ビーム3を照射でき、高解像度に測定サンプル4を検査することができる。   As a result, according to the current measuring device of the present embodiment, the electron beam 3 that is highly focused can be irradiated onto a desired portion of the measurement sample 4, and the measurement sample 4 can be inspected with high resolution.

[第4実施形態]
図4は、本発明の第4実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図4において図1から図3の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第3実施形態との相違点は、本実施形態では電極10を有している点である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 4 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 4, the same components as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. The difference between this embodiment and 3rd Embodiment is a point which has the electrode 10 in this embodiment.

すなわち、本実施形態の電流測定装置では、測定サンプル4の下に、その測定サンプル4との間で容量結合するプレート状の電極10が付設されている構成に特徴がある。したがって、電極10と測定サンプル4との間は交流的に接続されている。電極10は、測定サンプル4とほぼ同じ大きさを有しており、他の寄生容量と比較して非常に大きな容量を形成している。そして、測定サンプル4の下に設けられた電極10には電流計5が直接接続されている。電流計5には、バイアス電源6によってバイアス電圧Vmが印加されている。   That is, the current measuring device of the present embodiment is characterized in that a plate-like electrode 10 that is capacitively coupled to the measurement sample 4 is attached below the measurement sample 4. Therefore, the electrode 10 and the measurement sample 4 are connected in an alternating manner. The electrode 10 has substantially the same size as the measurement sample 4 and forms a very large capacitance compared to other parasitic capacitances. An ammeter 5 is directly connected to the electrode 10 provided under the measurement sample 4. A bias voltage Vm is applied to the ammeter 5 by a bias power source 6.

このような構成により、測定サンプル4を直接バイアスしていないにも関わらず、電流計5に加えたバイアス電圧Vmによって測定サンプル4の電位を変化させることができる。そこで、本電流測定装置は、測定対象の測定サンプル4に対して、電子ビーム3の照射エネルギーEirから電流計5に加えるバイアス電圧Vmを引いた実効エネルギーを加えることができる。また、本実施形態の電流測定装置によれば、測定サンプル4に電流計5を直接接続する必要がなく、実用性を高めることができる。   With such a configuration, although the measurement sample 4 is not directly biased, the potential of the measurement sample 4 can be changed by the bias voltage Vm applied to the ammeter 5. Therefore, the current measuring apparatus can apply effective energy obtained by subtracting the bias voltage Vm applied to the ammeter 5 from the irradiation energy Eir of the electron beam 3 to the measurement sample 4 to be measured. Moreover, according to the current measuring device of this embodiment, it is not necessary to directly connect the ammeter 5 to the measurement sample 4, and practicality can be improved.

また、本実施形態の電流測定装置によれば、電子ビーム3のエネルギー分散を小さくするためのエネルギーフィルターを加速電極11及びアパーチャ12で構成している。したがって、測定サンプル4の所望部位に高度に焦点の合った電子ビーム3を照射でき、高解像度に測定サンプル4を検査することができる。   Further, according to the current measuring device of the present embodiment, the energy filter for reducing the energy dispersion of the electron beam 3 is configured by the acceleration electrode 11 and the aperture 12. Therefore, it is possible to irradiate the electron beam 3 that is highly focused on a desired portion of the measurement sample 4 and to inspect the measurement sample 4 with high resolution.

[第5実施形態]
図5は、本発明の第5実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図5において図1から図4の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第3実施形態との相違点は、本実施形態では減速電極13と減速電源13aとを有している点である。減速電極13は、アパーチャ12を通過した電子ビーム3のエネルギーレベルに変換するものである。減速電源13aは、減速電極13に電圧を印加するものである。
[Fifth Embodiment]
FIG. 5 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals. The difference between this embodiment and 3rd Embodiment is a point which has the deceleration electrode 13 and the deceleration power supply 13a in this embodiment. The deceleration electrode 13 converts the energy level of the electron beam 3 that has passed through the aperture 12. The deceleration power supply 13 a applies a voltage to the deceleration electrode 13.

すなわち、本実施形態の電流測定装置では、加速電極11によって電子ビームが加速されてエネルギー上昇する。その電子ビーム3はアパーチャ12を通過してフィルタリングされる。その電子ビーム3は、減速電極13によって減速され、測定サンプル4に照射する手前でエネルギーレベルが下げられる。   That is, in the current measuring device of this embodiment, the electron beam is accelerated by the acceleration electrode 11 and the energy rises. The electron beam 3 passes through the aperture 12 and is filtered. The electron beam 3 is decelerated by the deceleration electrode 13 and the energy level is lowered before irradiating the measurement sample 4.

例えば、加速電極11に印可する加速電圧Vaを100kVに設定し、減速電極13に印加する減速電圧Vdを99kVに設定する。すると、測定サンプル4の表面では実効的に1keVのエネルギーを持つ電子ビームが得られる。さらに、この状態で電流計5に例えば900Vのバイアス電圧Vmを印加することにより、実効的に100eVのエネルギーを有する電子ビームを実現できる。5kVを超える高加速状態からいきなり数百eVのエネルギーを実現するためには、従来は非常に大きなバイアス電圧Vmを電流計5に加えることが必要となり、実用上困難であった。   For example, the acceleration voltage Va applied to the acceleration electrode 11 is set to 100 kV, and the deceleration voltage Vd applied to the deceleration electrode 13 is set to 99 kV. Then, an electron beam having an energy of 1 keV is effectively obtained on the surface of the measurement sample 4. Furthermore, by applying a bias voltage Vm of, for example, 900 V to the ammeter 5 in this state, an electron beam having an energy of 100 eV can be realized effectively. In order to realize energy of several hundred eV suddenly from a high acceleration state exceeding 5 kV, it has conventionally been necessary to apply a very large bias voltage Vm to the ammeter 5, which is practically difficult.

本実施形態の電流測定装置によれば、加速電極11などにより電子ビーム3のエネルギーレベルがどのように高くなっても、減速電極13を用いてそのエネルギーレベルを制御することができる。そのため、電流計5に加えるバイアス電圧Vmを小さく設定することができる。   According to the current measuring device of this embodiment, no matter how high the energy level of the electron beam 3 is due to the acceleration electrode 11 or the like, the energy level can be controlled using the deceleration electrode 13. Therefore, the bias voltage Vm applied to the ammeter 5 can be set small.

[第6実施形態]
図6は、本発明の第6実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図6において図1から図5の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第5実施形態との相違点は、本実施形態では電極10を有している点である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals. The difference between the present embodiment and the fifth embodiment is that the electrode 10 is provided in the present embodiment.

すなわち、本実施形態の電流測定装置では、測定サンプル4の下に、その測定サンプル4との間で容量結合するプレート状の電極10が付設されている構成に特徴がある。したがって、電極10と測定サンプル4との間は交流的に接続されている。電極10は、測定サンプル4とほぼ同じ大きさを有しており、他の寄生容量と比較して非常に大きな容量を形成している。そして、測定サンプル4の下に設けられた電極10には電流計5が直接接続されている。電流計5には、バイアス電源6によってバイアス電圧Vmが印加されている。   That is, the current measuring device of the present embodiment is characterized in that a plate-like electrode 10 that is capacitively coupled to the measurement sample 4 is attached below the measurement sample 4. Therefore, the electrode 10 and the measurement sample 4 are connected in an alternating manner. The electrode 10 has substantially the same size as the measurement sample 4 and forms a very large capacitance compared to other parasitic capacitances. An ammeter 5 is directly connected to the electrode 10 provided under the measurement sample 4. A bias voltage Vm is applied to the ammeter 5 by a bias power source 6.

このような構成により、測定サンプル4を直接バイアスしていないにも関わらず、減速電極13と電流計5に加えたバイアス電圧Vmによって測定サンプル4の電位を変化させることができる。そこで、測定サンプル4に対して、電子ビーム3の照射エネルギーEirから減速電圧Vd及びバイアス電圧Vmを引いた実効エネルギーを加えることができる。また、本実施形態の電流測定装置によれば、測定サンプル4に電流計5を直接接続する必要がなく、実用性を高めることができる。   With such a configuration, although the measurement sample 4 is not directly biased, the potential of the measurement sample 4 can be changed by the bias voltage Vm applied to the deceleration electrode 13 and the ammeter 5. Therefore, effective energy obtained by subtracting the deceleration voltage Vd and the bias voltage Vm from the irradiation energy Eir of the electron beam 3 can be applied to the measurement sample 4. Moreover, according to the current measuring device of this embodiment, it is not necessary to directly connect the ammeter 5 to the measurement sample 4, and practicality can be improved.

[第7実施形態]
図7は、本発明の第7実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図7において図1から図6の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第5実施形態との相違点は、本実施形態ではバイアス電源6を備えず、可変電源7と制御信号発生部8とを有している点である。可変電源7は、電流計5と接地電位との間に可変電圧を印加するものである。制御信号発生部8は、可変電源7の動作を制御する電圧制御信号を出力するものである。
[Seventh Embodiment]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals. The difference between the present embodiment and the fifth embodiment is that the present embodiment does not include the bias power source 6 but includes the variable power source 7 and the control signal generator 8. The variable power source 7 applies a variable voltage between the ammeter 5 and the ground potential. The control signal generator 8 outputs a voltage control signal for controlling the operation of the variable power source 7.

すなわち、本実施形態の電流測定装置は、制御信号発生部8が出力する電圧制御信号によって、電流計5に印加するバイアス電圧Vmを可変制御できる構成に特徴がある。制御信号発生部8は、自立発振的な交流信号発生装置でもよいし、外部のコンピュータ(図示せず)からのデジタルあるいはアナログ信号を基に電圧制御信号を生成する装置でもよい。   That is, the current measuring device of the present embodiment is characterized in that the bias voltage Vm applied to the ammeter 5 can be variably controlled by the voltage control signal output from the control signal generator 8. The control signal generator 8 may be a self-oscillating AC signal generator or a device that generates a voltage control signal based on a digital or analog signal from an external computer (not shown).

例えば、外部のコンピュータには本発明の電流測定装置を自動制御するためのプログラムが存在し、ある一定のシーケンスに基づいて、測定サンプル4に流れる電流の測定がなされる。例えば、測定サンプル4をなす測定対象ウエハが、先ず、ウエハカセットから1枚ずつ取り出されて、本電流測定装置にロボットによって搬入される。搬入されたウエハはアライメント機構により、正確な位置だしをされ、さらに精密な機械ステージを有するチャンバーに搬送される。   For example, an external computer has a program for automatically controlling the current measuring device of the present invention, and the current flowing through the measurement sample 4 is measured based on a certain sequence. For example, the measurement target wafers constituting the measurement sample 4 are first taken out from the wafer cassette one by one and loaded into the current measurement device by a robot. The loaded wafer is accurately positioned by an alignment mechanism, and further transferred to a chamber having a precise mechanical stage.

チャンバーに搬送されたウエハは光学的及び電子ビーム的手段により正確な位置だしが行われる。シーケンスには予めウエハのどの部分を測定するのか記録してあるので、そのシーケンスに従って機械ステージが動作し、電子ビーム3を照射する位置が定められる。必要により電子ビームを利用したパターンマッチングなどを行い、正確に測定対象位置を決定する。   The wafer transferred to the chamber is accurately positioned by optical and electron beam means. Since the part of the wafer to be measured is recorded in advance in the sequence, the machine stage operates according to the sequence, and the position where the electron beam 3 is irradiated is determined. If necessary, pattern matching using an electron beam is performed to accurately determine the measurement target position.

決定された位置に対して、1回目の電子ビーム照射をバイアス電圧Vm1で行う。次いで、2回目の電子ビーム照射をバイアス電圧Vm2で行う。この2つのバイアス電圧時に得られる電流をそれぞれ測定して保存する。測定された電流値は適当に補正を掛けた後、所定の方程式に代入をして材料の厚みなどへ変換する。   The first electron beam irradiation is performed with the bias voltage Vm1 on the determined position. Next, the second electron beam irradiation is performed with a bias voltage Vm2. The currents obtained at these two bias voltages are measured and stored. The measured current value is appropriately corrected and then substituted into a predetermined equation to be converted into a material thickness or the like.

[第8実施形態]
図8は、本発明の第8実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図8において図1から図7の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第7実施形態との相違点は、本実施形態では電極10を有している点である。
[Eighth Embodiment]
FIG. 8 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same components as those in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals. The difference between the present embodiment and the seventh embodiment is that the electrode 10 is provided in the present embodiment.

すなわち、本実施形態の電流測定装置では、測定サンプル4の下に、その測定サンプル4との間で容量結合するプレート状の電極10が付設されている構成に特徴がある。したがって、電極10と測定サンプル4との間は交流的に接続されている。電極10は、測定サンプル4とほぼ同じ大きさを有しており、他の寄生容量と比較して非常に大きな容量を形成している。そして、測定サンプル4の下に設けられた電極10には電流計5が直接接続されている。電流計5には、可変電源7によってバイアス電圧Vmが印加されている。また、第7実施形態の電流測定装置と同じように、電子ビーム源2、加速電極11、アパーチャ12、減速電極13などが設けられている。   That is, the current measuring device of the present embodiment is characterized in that a plate-like electrode 10 that is capacitively coupled to the measurement sample 4 is attached below the measurement sample 4. Therefore, the electrode 10 and the measurement sample 4 are connected in an alternating manner. The electrode 10 has substantially the same size as the measurement sample 4 and forms a very large capacitance compared to other parasitic capacitances. An ammeter 5 is directly connected to the electrode 10 provided under the measurement sample 4. A bias voltage Vm is applied to the ammeter 5 by a variable power source 7. Moreover, the electron beam source 2, the acceleration electrode 11, the aperture 12, the deceleration electrode 13, etc. are provided like the current measuring device of 7th Embodiment.

本実施形態の電流測定装置では、第7実施形態の電流測定装置と同じように、電子ビーム源2から放出された電子ビーム3が加速電極11に加えられた加速電圧Vaによって加速される。加速された電子ビーム3はアパーチャ12を通過し、電子ビーム軸中心を形成する電子ビーム3のみが取り出される。軸中心を形成する電子ビーム3のエネルギーは、電子ビーム源2から放出された時に電子ビーム3が有するエネルギー分散に比べて格段に揃っている。エネルギーが揃った電子ビーム3は減速電極13に加えられた減速電圧Vdに応じて減速し、測定サンプル4の手前で低いエネルギーを有する状態となる。測定サンプル4の表面の電位は電流計5に印加されたバイアス電圧Vmによって制御される。したがって、測定サンプル4の表面においては、減速電極13で得られるエネルギーよりもさらに低いエネルギーを持つ電子ビーム3に変換される。   In the current measurement device of the present embodiment, the electron beam 3 emitted from the electron beam source 2 is accelerated by the acceleration voltage Va applied to the acceleration electrode 11 as in the current measurement device of the seventh embodiment. The accelerated electron beam 3 passes through the aperture 12 and only the electron beam 3 forming the electron beam axis center is taken out. The energy of the electron beam 3 that forms the axis center is much more uniform than the energy dispersion of the electron beam 3 when emitted from the electron beam source 2. The electron beam 3 having the same energy is decelerated in accordance with the deceleration voltage Vd applied to the deceleration electrode 13 and has a low energy before the measurement sample 4. The surface potential of the measurement sample 4 is controlled by a bias voltage Vm applied to the ammeter 5. Therefore, the surface of the measurement sample 4 is converted into the electron beam 3 having energy lower than that obtained by the deceleration electrode 13.

測定サンプル4は容量的に電流計5と接続されている。しかし、測定サンプル4と電極10の間に生じる容量は、測定サンプル4と電子ビーム源2との間に生じる容量と比較して非常に大きい。そこで、電流計5に加えられたバイアス電圧Vmはほとんど電子ビーム源2と測定サンプル4との間に実質的に加えられる。   The measurement sample 4 is capacitively connected to the ammeter 5. However, the capacitance generated between the measurement sample 4 and the electrode 10 is very large as compared with the capacitance generated between the measurement sample 4 and the electron beam source 2. Therefore, the bias voltage Vm applied to the ammeter 5 is substantially applied between the electron beam source 2 and the measurement sample 4.

[第9実施形態]
図9は、本発明の第9実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図9において図1から図8の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第7実施形態との相違点は、制御信号発生部8が測定タイミング信号を出力する点である。すなわち、制御信号発生部8は、電流計5の電流測定タイミングと同期して、可変電源7によるバイアス電圧Vmの印加のタイミングを制御する制御手段をなしている。
[Ninth Embodiment]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. 9, the same components as those in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals. The difference between the present embodiment and the seventh embodiment is that the control signal generator 8 outputs a measurement timing signal. That is, the control signal generator 8 serves as a control unit that controls the timing of applying the bias voltage Vm by the variable power source 7 in synchronization with the current measurement timing of the ammeter 5.

換言すれば、本実施形態の電流測定装置は、電流計5に可変電源7によりバイアス電圧Vmを印加するタイミングと、電流計5が電流を測定するタイミングとを同期させるように構成されたことに特徴がある。   In other words, the current measuring device of the present embodiment is configured to synchronize the timing at which the bias voltage Vm is applied to the ammeter 5 from the variable power source 7 and the timing at which the ammeter 5 measures current. There are features.

測定を行わない通常状態ではバイアス電圧Vmは非印加又はあるグローバルに設定された電圧に維持されている。そして、電流計5で測定が実際に行われるタイミングに同期して、電流計5にバイアス電圧Vmが印加される。バイアス電圧Vmが印加されるタイミングは、非常に短い周期の交流信号であっても良いし、比較的長いオンオフ信号であってもかまわない。   In a normal state where no measurement is performed, the bias voltage Vm is not applied or is maintained at a globally set voltage. Then, the bias voltage Vm is applied to the ammeter 5 in synchronization with the timing at which the measurement is actually performed by the ammeter 5. The timing at which the bias voltage Vm is applied may be an alternating signal with a very short period or a relatively long on / off signal.

本実施形態の電流測定装置によれば、電流計5を介しての測定サンプル4へのバイアス電圧Vmの印加のタイミングと、電流測定タイミングとを同期させることができる。これにより、電流測定において問題となるホワイトノイズなどを簡便に除去することができ、測定サンプル4に流れる電流などの測定について感度及び精度をさらに向上させることができる。   According to the current measurement device of the present embodiment, the timing of applying the bias voltage Vm to the measurement sample 4 via the ammeter 5 can be synchronized with the current measurement timing. As a result, white noise or the like, which is a problem in current measurement, can be easily removed, and sensitivity and accuracy can be further improved with respect to measurement of the current flowing through the measurement sample 4.

[第10実施形態]
図10は、本発明の第10実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図10において図1から図9の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第8実施形態との相違点は、本実施形態では電極10を有している点である。
[Tenth embodiment]
FIG. 10 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. 10, the same components as those in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals. The difference between this embodiment and 8th Embodiment is a point which has the electrode 10 in this embodiment.

すなわち、本実施形態の電流測定装置では、測定サンプル4の下に、その測定サンプル4との間で容量結合するプレート状の電極10が付設されている構成に特徴がある。したがって、電極10と測定サンプル4との間は交流的に接続されている。電極10は、測定サンプル4とほぼ同じ大きさを有しており、他の寄生容量と比較して非常に大きな容量を形成している。そして、測定サンプル4の下に設けられた電極10には電流計5が直接接続されている。その他の構成部分と動作は、図9に示した第9実施形態の電流測定装置と同様である。   That is, the current measuring device of the present embodiment is characterized in that a plate-like electrode 10 that is capacitively coupled to the measurement sample 4 is attached below the measurement sample 4. Therefore, the electrode 10 and the measurement sample 4 are connected in an alternating manner. The electrode 10 has substantially the same size as the measurement sample 4 and forms a very large capacitance compared to other parasitic capacitances. An ammeter 5 is directly connected to the electrode 10 provided under the measurement sample 4. Other components and operations are the same as those of the current measuring device of the ninth embodiment shown in FIG.

[第11実施形態]
図11は、本発明の第11実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図11において図1から図10の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態は上記の各実施形態の電流測定装置における電流計5の具体例としての電流測定回路5aを示している。
[Eleventh embodiment]
FIG. 11 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the eleventh embodiment of the present invention. In FIG. 11, the same components as those in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals. The present embodiment shows a current measurement circuit 5a as a specific example of the ammeter 5 in the current measurement device of each of the above embodiments.

電流測定回路5aは、演算増幅器14と、演算増幅器14の正入力端子にバイアス電圧Vmを印加するバイアス電源6と、演算増幅器14の出力端子と負入力端子との間に配置された高抵抗器R1とを有してなる。演算増幅器14の負入力端子には測定サンプル4が電気的に接続されている。   The current measurement circuit 5 a includes an operational amplifier 14, a bias power source 6 that applies a bias voltage Vm to the positive input terminal of the operational amplifier 14, and a high resistor disposed between the output terminal and the negative input terminal of the operational amplifier 14. R1. The measurement sample 4 is electrically connected to the negative input terminal of the operational amplifier 14.

これらにより、電流測定回路5aは演算増幅器14を用いた電流電圧変換回路を構成している。測定すべき電流は演算増幅器14の負入力端子に導入される。負入力端子は演算増幅器14を構成するFETトランジスタのゲートに内部的には接続されており、演算増幅のための元信号となる。演算増幅器14は2つの入力端子の電圧差がゼロボルトになるように動作する。そのため、負入力端子に入力された電流と同じ大きさになるように高抵抗器R1をバイアスする。このバイアスに必要な電圧が演算増幅器14の出力となる。   As a result, the current measurement circuit 5a constitutes a current-voltage conversion circuit using the operational amplifier 14. The current to be measured is introduced into the negative input terminal of the operational amplifier 14. The negative input terminal is internally connected to the gate of the FET transistor that constitutes the operational amplifier 14 and serves as an original signal for operational amplification. The operational amplifier 14 operates so that the voltage difference between the two input terminals is zero volts. Therefore, the high resistor R1 is biased so as to have the same magnitude as the current input to the negative input terminal. The voltage necessary for this bias becomes the output of the operational amplifier 14.

一方、演算増幅器14が正常に動作しているときは、演算増幅器14の正入力端子と負入力端子間の電圧がゼロボルトになるように制御されている。従って、演算増幅器14の正入力端子にバイアス電圧Vmを加えると、そのバイアス電圧Vmと負入力端子の電圧は同じになる。したがって、測定サンプル4に直接電圧を加えなくても、演算増幅器14の正入力端子に電圧を加えることで、実質的に測定サンプル4の電位を変化させることができる。そこで、電子ビーム照射エネルギーEirから演算増幅器14の正入力端子に印加されたバイアス電圧Vmを引いたエネルギーに相当する電子ビームが測定サンプル4に照射される。   On the other hand, when the operational amplifier 14 is operating normally, the voltage between the positive input terminal and the negative input terminal of the operational amplifier 14 is controlled to be zero volts. Therefore, when the bias voltage Vm is applied to the positive input terminal of the operational amplifier 14, the bias voltage Vm and the voltage at the negative input terminal are the same. Therefore, the potential of the measurement sample 4 can be substantially changed by applying a voltage to the positive input terminal of the operational amplifier 14 without applying a voltage directly to the measurement sample 4. Therefore, the measurement sample 4 is irradiated with an electron beam corresponding to energy obtained by subtracting the bias voltage Vm applied to the positive input terminal of the operational amplifier 14 from the electron beam irradiation energy Eir.

そこで、本実施形態の電流測定装置は、電子ビーム源2から高エネルギーの電子ビームを放出しても、測定サンプル4が受ける実効エネルギーを小さくでき、測定サンプル4に対してダメージを与えることなく、測定サンプル4に流れる電流の測定について感度と精度を向上させることができる。   Therefore, the current measurement apparatus of the present embodiment can reduce the effective energy received by the measurement sample 4 even when a high-energy electron beam is emitted from the electron beam source 2, without damaging the measurement sample 4. Sensitivity and accuracy can be improved in measuring the current flowing through the measurement sample 4.

[第12実施形態]
図12は、本発明の第12実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図12において図1から図11の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第11実施形態との相違点は、本実施形態ではバイアス電源6を備えず、可変電源7と制御信号発生部8とを有している点である。可変電源7は、演算増幅器14における正入力端子に可変電圧を印加する演算増幅器用可変電源をなすものである。制御信号発生部8は可変電源7の出力電圧を制御する電圧制御信号を出力するものである。
[Twelfth embodiment]
FIG. 12 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the twelfth embodiment of the present invention. In FIG. 12, the same components as those in FIGS. 1 to 11 are denoted by the same reference numerals. The difference between the present embodiment and the eleventh embodiment is that the present embodiment does not include the bias power source 6 but includes the variable power source 7 and the control signal generator 8. The variable power source 7 constitutes a variable power source for an operational amplifier that applies a variable voltage to the positive input terminal of the operational amplifier 14. The control signal generator 8 outputs a voltage control signal for controlling the output voltage of the variable power source 7.

すなわち、本実施形態の電流測定装置は、演算増幅器14に加えるバイアス電圧Vmを制御信号発生部8からの電圧制御信号により可変とした構成に特徴がある。制御信号発生部8は、電圧制御信号を出力することで、測定サンプル4における電子ビームの実質的なエネルギーレベルを可変することができる。ここで、電圧制御信号によって可変制御されるバイアス電圧Vmは、サイン波、矩形波又はノコギリ波などの周期的な信号でもよいし、トリガー的なワンショット信号でもよい。   That is, the current measuring device of this embodiment is characterized in that the bias voltage Vm applied to the operational amplifier 14 is variable by the voltage control signal from the control signal generator 8. The control signal generator 8 can vary the substantial energy level of the electron beam in the measurement sample 4 by outputting a voltage control signal. Here, the bias voltage Vm variably controlled by the voltage control signal may be a periodic signal such as a sine wave, a rectangular wave, or a sawtooth wave, or may be a trigger one-shot signal.

これらにより、本実施形態の電流測定装置は、測定サンプル4の属性などに応じて、最適なバイアス電圧Vmの印加形態を選んで電流測定などをすることができ、より高精度にプロセス評価などをすることができる。   As a result, the current measuring apparatus according to the present embodiment can perform current measurement by selecting an optimum application mode of the bias voltage Vm according to the attribute of the measurement sample 4 and the like, and can perform process evaluation with higher accuracy. can do.

[第13実施形態]
図13は、本発明の第13実施形態に係る電流測定装置を示す回路図である。図13において図1から図12の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。本実施形態と第12実施形態との相違点は、制御信号発生部8がアパーチャ12に対して照射タイミング制御信号を出力する点である。より具体的に述べると、アパーチャ上部に存在するブランキング電極に電圧を印加して電子ビームがアパーチャーを通り抜けないようにすることで、電子ビームの照射タイミングを決定する。あるいは、アパーチャー自身の大きさが電気信号によって変化する機構をもちいてもよい。
[Thirteenth embodiment]
FIG. 13 is a circuit diagram showing a current measuring apparatus according to the thirteenth embodiment of the present invention. In FIG. 13, the same components as those in FIGS. 1 to 12 are denoted by the same reference numerals. The difference between the present embodiment and the twelfth embodiment is that the control signal generator 8 outputs an irradiation timing control signal to the aperture 12. More specifically, the irradiation timing of the electron beam is determined by applying a voltage to the blanking electrode existing above the aperture so that the electron beam does not pass through the aperture. Or you may use the mechanism in which the magnitude | size of an aperture itself changes with an electrical signal.

すなわち、本実施形態の電流測定装置は、演算増幅器14に加えるバイアス電圧Vmを電子ビーム照射タイミングと同期させることを特徴としている。制御信号発生部8は、測定サンプル4に流れる電流の測定を行うタイミングと同期して、アパーチャ12における電子ビームの断続と可変電源7でのバイアス電圧Vmとを制御する。   That is, the current measuring device of this embodiment is characterized in that the bias voltage Vm applied to the operational amplifier 14 is synchronized with the electron beam irradiation timing. The control signal generator 8 controls the intermittent operation of the electron beam at the aperture 12 and the bias voltage Vm at the variable power source 7 in synchronization with the timing of measuring the current flowing through the measurement sample 4.

本実施形態の電流測定装置によれば、電子ビームのオンオフタイミングと、電流測定回路5aでの測定タイミングとを同期させることによって、外部から測定系に入り込む非同期なノイズ(ホワイトノイズなど)を簡便に除去することが可能となる。   According to the current measurement device of this embodiment, by synchronizing the on / off timing of the electron beam and the measurement timing in the current measurement circuit 5a, asynchronous noise (white noise or the like) entering the measurement system from the outside can be easily obtained. It can be removed.

以上説明したように、本発明の電流測定装置においては、非常に低いエネルギーを持つ電子ビームを利用して測定することができる。低いエネルギーを有する電子ビームは、二次電子放出確率を向上させ、測定感度を高くすることができる。また、低いエネルギーを有する電子ビームは、測定サンプルに対してダメージを与えない。   As described above, in the current measuring device of the present invention, measurement can be performed using an electron beam having very low energy. An electron beam having a low energy can improve the secondary electron emission probability and increase the measurement sensitivity. Further, the electron beam having low energy does not damage the measurement sample.

また、本発明によれば、電子ビーム源の設定を変えることなく、電子ビームのエネルギーレベルを大きく変えられるので、高速で電子ビームのエネルギーレベルを変更できる。このため、電子ビームのエネルギーレベルを変更した後に同じ場所に電子ビーム照射できるので、複数のエネルギーレベルの電子ビームを用いて測定する場合、測定精度を著しく向上させることができ、またスループットを向上させることができる。   Further, according to the present invention, the energy level of the electron beam can be changed greatly without changing the setting of the electron beam source, so that the energy level of the electron beam can be changed at high speed. For this reason, since the electron beam can be irradiated to the same place after changing the energy level of the electron beam, the measurement accuracy can be remarkably improved and the throughput can be improved when measuring using the electron beam of a plurality of energy levels. be able to.

また、本発明によれば、1つの電子ビームエネルギーを設定するときに、電子ビーム源側及び電流測定回路側のそれぞれで、いろいろな条件の組み合わせができる。例えば、電子ビーム源に印加する高圧電源Vh、加速電圧Va、減速電圧Vd、バイアス電圧Vm、バイアス電圧Vmの波形などを組み合わせることができる。その結果、平均的には同じエネルギーを持つ電子ビームのエネルギー分散状態や空間分布についての調節が可能なので用途に応じて最適な組み合わせの電子ビーム照射形態を選んで使用できる。   Further, according to the present invention, when one electron beam energy is set, various combinations of conditions can be made on the electron beam source side and the current measurement circuit side. For example, the waveforms of the high voltage power supply Vh, acceleration voltage Va, deceleration voltage Vd, bias voltage Vm, bias voltage Vm, and the like applied to the electron beam source can be combined. As a result, it is possible to adjust the energy dispersion state and the spatial distribution of electron beams having the same energy on average, so that an optimal combination of electron beam irradiation forms can be selected and used according to the application.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の電流測定装置及び電流測定方法は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the current measuring device and the current measuring method of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course, it can be added.

例えば、上述の実施形態では、測定サンプルへの電子ビームの照射によりその測定サンプルに流れる電流を測定することとしたが、本発明はこれに限定されず、測定サンプルへの電子ビームの照射によって発生した散乱電子又は二次電子を回収する電極を設け、その電極に流れる電流について、上記実施形態と同様にして測定することとしてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the current flowing through the measurement sample is measured by irradiating the measurement sample with the electron beam. However, the present invention is not limited to this, and is generated by irradiating the measurement sample with the electron beam. An electrode for collecting the scattered electrons or secondary electrons may be provided, and the current flowing through the electrode may be measured in the same manner as in the above embodiment.

本発明は、電子ビームの照射により半導体基板などの測定サンプルに流れる電流などを測定する際に、測定サンプルして対してダメージを与えることなく、その測定について感度と精度を向上させるので、本発明は、各種の電流測定装置及び電流測定方法等に有用である。   The present invention improves the sensitivity and accuracy of the measurement without damaging the measurement sample when measuring the current flowing through the measurement sample such as a semiconductor substrate by irradiation with an electron beam. Is useful for various current measuring devices and current measuring methods.

本発明の第1実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 10th Embodiment of this invention. 本発明の第11実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 11th Embodiment of this invention. 本発明の第11実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 11th Embodiment of this invention. 本発明の第11実施形態に係る電流測定装置を示す図である。It is a figure which shows the electric current measurement apparatus which concerns on 11th Embodiment of this invention. 電流測定についての説明図である。It is explanatory drawing about an electric current measurement. 従来の電流測定装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional electric current measurement apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…チャンバー、2…電子ビーム源、3…電子ビーム、4…測定サンプル、5…電流計、5a…電流測定回路、6…バイアス電源、7…可変電源、8…制御信号発生部、9…XYステージ、10…電極、11…加速電極、11a…加速電源、12…アパーチャ、13…減速電極、13a…減速電源、14…演算増幅器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 2 ... Electron beam source, 3 ... Electron beam, 4 ... Measurement sample, 5 ... Ammeter, 5a ... Current measurement circuit, 6 ... Bias power supply, 7 ... Variable power supply, 8 ... Control signal generation part, 9 ... XY stage, 10 ... electrode, 11 ... acceleration electrode, 11a ... acceleration power source, 12 ... aperture, 13 ... deceleration electrode, 13a ... deceleration power source, 14 ... operational amplifier

Claims (6)

電子ビームが照射された測定サンプルに生じる電流を測定する電流測定装置であって、
電子ビームの放出が可能なように雰囲気制御されたチャンバーと、
電子ビームを設定されたエネルギーで放出する電子ビーム放出源と、
前記電子ビーム放出源から放出された電子ビームを測定サンプルの特定場所に照射する手段と、
前記測定サンプルに容量結合している電極と、
前記電極に流れる電流について少なくとも増幅する電流測定回路と、
前記電流測定回路と接地電位との間に電圧を印加することにより前記測定サンプルにバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、
前記電流測定回路の電流測定タイミングと同期して、前記バイアス電圧印加手段による前記測定サンプルへのバイアス電圧印加のタイミングを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電流測定装置。
A current measuring device for measuring a current generated in a measurement sample irradiated with an electron beam,
A chamber whose atmosphere is controlled so that an electron beam can be emitted;
An electron beam emission source that emits an electron beam at a set energy;
Means for irradiating a specific location of a measurement sample with an electron beam emitted from the electron beam emission source;
An electrode capacitively coupled to the measurement sample;
A current measurement circuit that at least amplifies the current flowing through the electrode;
Bias voltage applying means for applying a bias voltage to the measurement sample by applying a voltage between the current measuring circuit and a ground potential;
Control means for controlling the timing of bias voltage application to the measurement sample by the bias voltage application means in synchronization with the current measurement timing of the current measurement circuit;
A current measuring device comprising:
前記電子ビーム放出源から放出された電子ビームの一部分を通過させるアパーチャを有することを特徴とする請求項1に記載の電流測定装置。   The current measuring apparatus according to claim 1, further comprising an aperture that allows a part of the electron beam emitted from the electron beam emission source to pass therethrough. 前記電子ビーム放出源から放出された電子ビームを第1のエネルギーレベルに加速する加速電極と、
前記加速電極に電圧を印加する加速電源と、
前記加速電極で加速された電子ビームの一部分を通過させるアパーチャと、
前記アパーチャを通過した電子ビームのエネルギーを第2のエネルギーレベルに変換する減速電極と、
前記減速電極に電圧を印加する減速電源とを有することを特徴とする請求項1または2に記載の電流測定装置。
An accelerating electrode for accelerating the electron beam emitted from the electron beam emission source to a first energy level;
An acceleration power source for applying a voltage to the acceleration electrode;
An aperture for passing a portion of the electron beam accelerated by the acceleration electrode;
A deceleration electrode that converts the energy of the electron beam that has passed through the aperture to a second energy level;
The current measuring device according to claim 1, further comprising a deceleration power source that applies a voltage to the deceleration electrode.
前記電圧印加手段は、前記電流測定回路と接地電位との間に可変電圧を印加する可変電源を有してなることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電流測定装置。   4. The current measuring device according to claim 1, wherein the voltage applying unit includes a variable power source that applies a variable voltage between the current measuring circuit and a ground potential. 5. . 前記電流測定回路の構成要素をなすものであるとともに、前記測定サンプルに流れる電流について増幅する演算増幅器と、
前記演算増幅器における正又は負入力端子に電圧を印加するバイアス電源とを有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電流測定装置。
An operational amplifier that constitutes a component of the current measurement circuit and amplifies the current flowing through the measurement sample;
5. The current measuring device according to claim 1, further comprising a bias power supply that applies a voltage to a positive or negative input terminal of the operational amplifier.
前記電流測定回路の構成要素をなすものであるとともに、前記測定サンプルに流れる電流について増幅する演算増幅器と、
前記演算増幅器における正又は負入力端子に可変電圧を印加する演算増幅器用可変電源と、
前記可変電源の出力電圧を制御する信号を出力する制御信号発生部とを有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電流測定装置。
An operational amplifier that constitutes a component of the current measurement circuit and amplifies the current flowing through the measurement sample;
A variable power supply for an operational amplifier that applies a variable voltage to a positive or negative input terminal of the operational amplifier;
5. The current measuring device according to claim 1, further comprising: a control signal generation unit that outputs a signal for controlling an output voltage of the variable power source.
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