JPH01120753A

JPH01120753A - 電子ビーム装置

Info

Publication number: JPH01120753A
Application number: JP27854387A
Authority: JP
Inventors: Akio Ito; 昭夫伊藤; Toshihiro Ishizuka; 俊弘石塚; Kazuyuki Ozaki; 一幸尾崎; Kazuo Okubo; 大窪　和生
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-11-04
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1989-05-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕本発明は電子ビーム装置、特に二次電子のエネルギーを
分析する減速電界型のエネルギー分析筒を内蔵する電子
ビーム装置に関し、該エネルギー分析筒内の各グリッドを製作困難な半球面
形状のグリッドに変えて、製作容易な平面形状のグリッ
ドを用い、半球面分布の等電位面を形成し、試料の電圧
分布等を取得することを目的とし、少なくとも電子ビームを発射する電子銃と、電子ビーム
を偏向する偏向系と、試料より放出される二次電子のエ
ネルギー分析をするエネルギー分析筒と、二次電子の゛
検出をする二次電子検出器とを具備する電子ビーム装置
において、前記エネルギー分析筒が、試料に近い方から順に引出グ
リッド、バッファグリッド及び減速グリッドを配置され
、かつ前記バッフアゲリントと、減速グリッドとの間を
高抵抗材料の筒とすることを含み構成する。

〔産業上の利用分野］本発明は電子ビーム装置に関するものであり、更に詳し
く言えば、二次電子のエネルギー分析をする減速電界型
のエネルギー分析筒を内蔵する電子ビーム装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第４，５図は従来例に係る電子ビーム装置を説明する図
である。

第４図は、電子ビームを用いて試料の電圧分布等を取得
する電子ビーム装置の構成図である０図において、１は
電圧が測定される試料であり、集積回路等を内蔵する半
導体装置等である。２は電子ビーム鏡筒、３は電子銃、
３ａは電子ビーム、４はアライメントコイル４ａ、スト
ロボゲート４ｂ１コンデンサレンズ４Ｃ，スキャンコイ
ル４ｄからなる偏向系である。

なお、５は電子ビーム３ａを試料ｌに照射することによ
って、試料ｌより放出される二次電子３ｂのエネルギー
を分析するエネルギー分析筒である。６は二次電子を検
出する二次電子検出器である。

また、７は電子ビーム３ａを集束し、試料１上に微少ス
ポットを形成する対物レンズであり、これにはまた、二
次電子３ｂを一旦電子ビームの光軸に集束する働きもあ
る。対物レンズは不図示の電磁コイルや鉄芯等の磁気作
用により形成される。

なお、８は試料をセットするステージであり、９は、二
次電子検出器６から出力される信号を処理する信号処理
系、１０は偏向系４や試料１の試験電圧等を制御する制
御系、１１は試料ｌの電圧分布等を表示するモニタ手段
である。これ等により電子ビーム装置を構成する。

第５図は従来例の電子ビーム装置内に設けられているエ
ネルギー分析筒５に係る説明図である。

同図（ａ）は、エネルギー分析筒５の拡大図であり、図
において、Ｇ、は減速電圧ｖ３を印加する減速グリッド
である。なお、減速電圧Ｖ、は二次電子３ｂの分析条件
を与える電圧である。Ｇｔは、バッファ電圧Ｖｚ　　（
直流電圧Ｏ〜２００Ｖ程度）を印加するバッファグリッ
ドであり、二次電子３ｂの分析条件の一つを構成する。

なお、その分析条件は、バッファグリッドＧ３と分析グ
リッドＧ１との間に生ずる半球面分布の等電位面（電位
障壁分布）により決定され、例えば、高エネルギーの二
次電子３ｂは等電位面を突き抜けて、二次電子検出器９
に到達し、低エネルギーの二次電子３ｃはある等電位面
の電位障壁を突き抜けずに折り返す。なお、Ｇ、は引出
電圧（数１００Ｖ程度）■、を印加する引出グリッドで
あり、電子ビーム３ａを照射した試料ｌより放出される
二次電子３ｂ、３ｃを引き出す機能を有している。また
、これ等のグリッドＧ、、Ｇ、、　Ｇｓの形状は同図（
Ｃ）に示すような半球状かつメツシュ状を有している。

なお、５ａ、５ｂは絶縁筒である。

同図（ｂ）は、グリッドＧ２とＧ、との間の等電位面を
説明する図であり、図において、１２は放射状に放散す
る二次電子３ｂ、３ｃに分析条件を与える等電位面であ
る。なお、二次電子３ｂ。

３ｃは等電位面１２に対して法線方向に放散するため、
その等電位面１２の形状は半球面状となる。

また、１３は電位分布曲線であり、縦軸にグリッドＧ２
．Ｇ３間の距離を示し、横軸にグリッドＧｔ　、Ｇ３間
の電位を示している。なお、その電位分布曲線１３は湾
曲線となる。

同図（ｃ、）は、グリッドＧ１〜Ｇ、の形状を示す図で
あり、１４は半球面状メッシェ部、１５は電子ビーム通
過穴、１６は支持部である。この半球面状に電圧を加え
ることによって半ｆｒｇ面分布を有する等電位面を形成
する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで従来例によれば、二次電子３ｂ、３ｃが等電位
面１２に対して法線方向に放散するので、その分析条件
を正確に具現するために等電位面を半球面分布にする。

このため第３図（ｄ）に示すような半球面形状のグリッ
ドを作成しなくてはならない、しかし、半球面状のグリ
ッドを精度よく作製することは非常に困難である。

そこで、最近半球面状のグリッドに変わって同図（４，
）に示すような製作が比較的容易な平面形状のグリッド
が考案されている。なお、同図（ｄ）において、１７は
円形メツシュ、１日は電子ビーム通過穴、１９は支持部
である。

ところが、同図（ｅ）に示すような平面形状のグリッド
を減速グリッドＧｚａと、バッフアゲリントＧ　ｚ　ａ
とに用いた場合、そのグリッドＧ、ａ、Ｇ２ａ間の減速
電界によって二次電子３ｂが外側に曲げられる現象を招
くことがある。

同図（ｅ）において３２２は平面分布の等電位面であり
３２３は電位分布直線である。なおミその電位は、分析
グリッドＧｚａに近づく程、降下する。また破線円２１
は、二次電子の方向成分であり、二次電子３ｂは、その
入射成分と光軸に垂直な成分とを合成した成分方向に曲
げられて放散する。

なお、光軸に垂直な成分は、二次電子３ｂが等電位面２
２の法線方向に突き抜けなかったために生ずるものと考
えられ、その成分は電圧測定精度を低下させる原因とな
る。

このようにして、半球面分布の等電位面を有する半球面
形状のグリッドでは、製作が困難であり、製作容易な平
面分布の等電位面を有する平面形状のグリッドでは電圧
測定精度が悪いという問題がある。

本発明はかかる従来の問題点に鑑み創作されたものであ
り、エネルギー分析筒内の各グリッドを製作困難な半球
面形状のグリッドに変えて、製作容易な平面形状のグリ
ッドを用い半球面分布の等電位面を形成し、試料の電圧
分布等を取得することを可能とする電子ビーム装置の提
供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電子ビーム装置は、その一実施例を第１．２図
に示すように少なくとも電子ビーム３３ａを発射する電
子銃３３と、電子ビーム３３ａを偏向する偏向系３４と
、試料３１より放出される二次電子３３ｂのエネルギー
分析をするエネルギー分析筒３５と、二次電子の検出を
する二次電子検出器とを具備する電子ビーム装置におい
て、前記エネルギー分析筒３５が、試料３１に近い方か
ら順に引出グリッドＧ１２、バッファグリッドＧ２２及
び減速グリッドＧ３２を配置され、かつ前記バッファグ
リッドＧ２２と、減速グリッドＧ１２との間を高抵抗材
料で形成され、かつ上方に開いた円錐台状を有すること
を特徴とし、上記目的を達成する。

〔作用〕

本発明によれば、バッフアゲリントと減速グリッドとの
間の抵抗値を、高抵抗材料を円錐台状に形成するごとに
よって、非直線的に変化する抵抗分布にすることができ
る。このため、バッファグリッドと減速グリッドとの間
に直流電圧を印加した場合、そのグリッド間の電位分布
を半球面状に放射する等電位面にすることが可能となる
。

これにより、従来の半球面状のグリッドにより形成され
る半球面状の等電位面と同様な等電位面を、製作容易な
平面グリッドと、円錐台状を構成する高抵抗材料とによ
り形成し、試料の電圧分布等を正確に取得することが可
能となる。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施について説明する。

第１，２図は本発明の実施例に係る電子ビーム装置の説
明図であり、第１図は例えば試料３１の電圧分布等を取
得する電子ビーム装置のその構成図を示している。

図において、３１は集積回路を内蔵する半導体装置等の
電圧が測定される試料、３２は電子ビーム鏡筒、３３は
試料３１に電子ビーム３３ａを照射する電子源、３４は
電子ビーム３３ｂを偏向するアライメントコ不ル３４ａ
１ストロボゲート３４ｂ、コンデンサレンズ３４Ｃ及び
スキャンコイル３４ｄ等により構成される偏向系である
。

また、３５は二次電子３３ｂのエネルギーを分析するエ
ネルギー分析筒、３６は試料３１の金属配線等により放
出される二次電子３３ｂを検出する二次電子検出器、３
７は電子ビーム３３ａを試料３１上に集束し、かつ二次
電子を一旦電子ビーム３３ａの光軸に集束する対物レン
ズ、３８は試料３１をセットするステージである。

なお、３９は二次電子検出器３６より出力される信号を
処理する信号処理系、４０は偏向系３４、エネルギー分
析筒３５の各グリッド（Ｊｌｌ　ｃａｔ。

Ｇ２＊及び試料３１の試験電圧等の制御をする制御系、
４１は試料３１の電圧分布等を表示するＣＲＴ装置等の
モニタ手段である。

これ等により、電子ビーム装置を構成する。

第２図は本発明の実施例の電子ビーム装置内のエネルギ
ー分析筒の構成を説明する断面図である。

図において、３５はエネルギー分析筒であり、例えば炭
化シリコン（ＳｉＣ）等の高抵抗材料により、第３図（
ｂ）に示す斜視図のような上方を開口する円錐台状に形
成される。なお、ＧＩ！は引出電圧■１．（直流電圧、
数１００ｖ程度）を印加するの引出グリッドであり、試
料３１から放出される二次電子３３ｂを引出す機能を有
する。またＧｔ冨はバッファ電圧Ｖｚｉ（直流電圧、数
０〜２００ｖ程度）を印加するバッファグリッドであり
、二次電子３３ｂの分析条件を具見する等電位面を構成
する。Ｇ、は減速電圧ｖ３！を印加する減速グリッドで
あり、バッファグリッドＧ２□と共に等電位面を形成し
、二次電子３３ｂに減速電界を与えて、あるエネルギー
準位を保有する二次電子３３ｂのエネルギー分析を行う
ことができる。なお各グリッドＧ１□、Ｇ、及びＧ３！
の形状は、製作容易な平面形状のグリッドである。また
従来の製作困難な半球面状のグリッドを用いても良い。

第３図は本発明の実施例のエネルギー分析筒３５に係る
説明図であり同図（ａ）は円錐台状のエネルギー分析筒
３５断面と、その抵抗分布曲線４２と、その電位分布曲
線４３との関係を示している。

図において、θは傾斜角度であり、電子ビーム３３ａの
光軸と、エネルギー分析筒３５が上方に開口する円錐台
状の断面における斜面とをなす角度である。

ここで、円錐台状のバッファグリッドＧｚｔから減速グ
リッドＣＳｔ間で、かつ電子ビーム３３ａの光軸に直交
する任意の面における単位長さ当たりの抵抗値Ｒ〔Ω／
鵬］を ρ Ｒ−□　　〔Ω／■〕２πｄ　（ｒｅ　＋Ｚｓｉａ　θ）により求めることができる。

但し、ρ　：高抵抗材料の体積抵抗率、ｒｏ　：バッフ
ァグリッドｃｇｚの存効半径（光軸３３ｃ、エネルギー
分析筒３５の内壁間の距離）ｄ　；エネルギー分析筒３５の電子ビーム３３ａに直交
する面方向の厚み、２　ニゲリッドＧ、、、Ｇ、、間の距離、である。

また、４２は高抵抗材料により円錐台状に上方を間口す
るエネルギー分析筒３５の抵抗分布曲線を示し、４３は
そのエネルギー分析筒３５の各グリッドＧ、、、Ｇ３ｚ
間に直流電圧を印加した場合の電位分布曲線を示してい
る。

なお、同図（ｂ）はエネルギー分析筒３５の一部破砕断
面を示す斜視図である。

図において、３５は、円錐台状をしたエネルギー分析筒
であり、上方に向かって開口している。

３５ａは電子ビーム３３ａ（−次電子）を通過させる穴
であり、各グリッドＧ＋ｘ、Ｇｚ□及びＧ３！は製作容
易な円形メツシュ３５ｂによる平面形状のグリッドによ
り形成されている。

また、同図（Ｃ）は、本発明者らの実験結果に基づく抵
抗分布曲線４２を示すものであり、縦軸はバッファグリ
ッドＧ０、減速グリフ１００間の距離Ｚ（ｗ）を示し、
横軸は単位長さ当たりの抵抗４１ｔｉＲ（ＭΩ／閤）を
示している。なお、バッツアゲリッドＧ、を０点とし、
減速グリッドＧ。を１２〔■〕としている。また、測定
条件として、ρ−ＩＸＩＯ’　　（Ω・１〕、ｒ＠　＝
−９，５（Ｃ１ｌ）、ａ＝０．　１　（ｃ＋＊）　、θ
、　ｍ　３　Ｑ　＠、θ８−５０゜の場合について抵抗
１ｉｌＲを算出している。

次に算出した単位長さ当たりの抵抗値Ｒ＝０゜１１［Ｍ
Ω／ＩＩＩ）　〜０．　３　（ＭΩ／■〕ノドｙ　）を
接続することにより非直線的に変化する抵抗分布曲線４
２を１？）ることができる。

なお、同図（ｄ）はこのような抵抗分布曲線４２を有す
る円錐台状のエネルギー分析筒３５のバッファグリッド
Ｇ、と減速グリッドＧ３．に直流電圧（Ｖ　、ｚ　　Ｖ
　ｚｚ）を印加した場合に形成される電位分布曲線４３
を示している。

図において、縦軸はグリッドＧｔ＠、ｃｚｚ間の距離Ｚ
、横軸はその間の電位Ｖを示している。なお電位分布曲
線４３は非直線的（湾曲的）に変化する。従って、等電
位面４４は、半球面分布になり、高エネルギーの二次電
子３３ｂは等電位面４４の法線方向に放散する。また、
低エネルギーの電子３３ｃは等電位面４４の減速電界に
より追い返される。なお高エネルギーの二次電子３３ｂ
のみを二次電子検出器３６を介して捕捉し、さらに光電
変換し、その信号を処理し、モニタすることによって、
試料３１の電圧分布等を取得する。

このようにして、バッファグリッドＧ０と減速グリッド
Ｇ。との間の抵抗値をＳｉＣ等の高抵抗材料を円錐台状
に形成することによって、非直線的に変化する抵抗分布
曲線４２にすることができる。このため、各グリッドＧ
ｚｔｒ　Ｇｘｚ間に直流電圧（Ｖｚｘ　　Ｖ３ｇ）を印
加した場合、そのグリッドＧＺｆ＋　Ｇ、、間の電位分
布を半球面状に放射する等電位面４４にすることが可能
となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、製作容易な平面グ
リッドと円錐台状の高抵抗材料の筒により半球面重分の
等電位面を形成することができる。

これにより、等電位面の法線方向に放射する二次電子の
光軸と垂直な移動成分を無くすことができるので、半球
面状のグリッドの場合と同等の電圧測定晴度を得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電子ビーム装置の構成を
説明する模式図、第２図は本発明の実施例に係るエネルギー分析筒の構成
を説明する図、第３図は本発明の実施例のエネルギー分析筒に係る説明
図、第４図は従来例に係る電子ビーム装置の説明図、第５図
は従来例のエネルギー分析筒に係る説明図である。（符号の説明）ｌ、３１・・・試料、２．３２・・・電子ビーム鏡筒、３．３３・・・電子銃、３ａ、３３ａ・・・電子ビーム、３ｂ、３３ｂ・・・二次電子（高エネルギー）、３ｃ、
３３ｃ・・・二次電子（低エネルギー）、４．３４・・
・偏向系、５．３５・・・エネルギー分析筒、６．３６・・・二次電子検出器、７．３７・・・対物レンズ、８．３８・・・ステージ、９．３９・・・信号処理系、１０．４０・・・制御系、１１．４１・・・モニタ手段、１２．２２．４４・・・等電位面、２３・・・電位分布直線、１３．４３・・・電位分布曲線、１４・・・半球メツシュ部、１５．１８．３５ａ−電子ビーム通過穴、１６．１９・
・・支持部、１７．３５ｂ・・・円形メツシュ、２０．３３ｃ・・・光軸、２１・・・二次電子方向成分、４２・・・抵抗分布曲線、５ａ、５ｂ・・・絶縁筒、Ｖ３．Ｖ３！・・・減速電圧、Ｖ！、Ｖ！ｍ・・・バッファ電圧、Ｖｒ　、　　Ｖ１２・・・引出電圧、Ｇ、、Ｇ、□・・・引出グリッド、Ｇｚ、Ｇｚ□・・・バッファグリッド、Ｇ１．　ＩＣ３
１・・・減速グリッド。（ｂ） −不発叩■賀孝ヤダ°１のゴネ・ぎ＝６ヂイＬり粂６シ
コ目淫第３区（＃、ｚ２）３３ｂ纒てそしτ゛くン駐子べ３３ｂ、３３ｄ二：Ｚ望手（ｄ）力ｊ芒叩■゛に窄シブ１１０？ルマ＝づプ作句トｌまＳ
款咀記吊　３　図（鮨３）第　５Ｌ凶（酢の１）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも電子ビーム（３３ａ）を発射する電子
銃（３３）と、電子ビーム（３３ａ）を偏向する偏向系
（３４）と、試料（３１）より放出される二次電子（３
３ｂ）のエネルギー分析をするエネルギー分析筒（３５
）と、二次電子の検出をする二次電子検出器とを具備す
る電子ビーム装置において、前記エネルギー分析筒（３５）が、試料（３１）に近い
方から順に引出グリッド（Ｇ＿１＿２）、バッファグリ
ッド（Ｇ＿２＿２）及び減速グリッド（Ｇ＿３＿２）を
配置され、かつ前記バッファグリッド（Ｇ＿２＿２）と
、減速グリッド（Ｇ＿１＿２）との間を高抵抗材料で形
成され、かつ上方に開いた円錐台状を有することを特徴
とする電子ビーム装置。
（２）前記各グリッド（Ｇ＿１＿２、Ｇ＿２＿２及びＧ
＿３＿２）は平面格子電極又は半球面格子電極であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載する電子ビ
ーム装置。