JPH01264156A - 電子ビーム試験装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 この発明は電子ビームを用いて電子素子などを試験する
電子ビーム試験装置に関する。

従来の技術 米国特許第３５４９９９９号、同第４１６９２４４号、
同第４２９２５１９号明細書に記載のように、集積回路
のような電子素子上の種々の点や部分に、電子ビームを
順次指向させる走査電子顕微鏡を用いて電子素子を試験
することは従来公知である。これは電子ビームの照射に
応じて２次電子流を放出させ、電気信号に変換して被試
験点の電気的パラメータの値を測定するものである。

発明が解決しようとする課題及びそれを解決するための
手段 しかし、殆んどの従来装置では、分解能の制約から１ａ
ｍ以下相当の領域しか測定できない。

より広い電子素子領域を測定するためには、ビームに対
して素子を移動させる必要があった。

参考文献として、アイ・ビー・エム・テクニカル・ディ
スクロージャ・プルティン、２８巻、８号、１９８６年
１月が上げられる。

従来装置の他の問題点は、ビーム電流の変化が測定結果
に悪影響を及ぼすことである。

上記従来の問題点を解決するため、この発明は２次電子
コレクタを採用して、電子素子を移動させることなく放
出２次電子を広い領域に亘って正確に測定することを特
徴としている。またこの発明の他の特徴は、ビーム電流
消去時における該ビーム電流を収集、測定する消去兼フ
ァラデーカップを用いて精度を向上させることにある。

この発明のさらに他の特徴は、電子ビームを用いて電子
素子内の回路の容量を測定することにある。

この発明によると、電子素子の部分へ電子ビームを投射
して該部分から放出される２次電子を測定する電子ビー
ム試験装置は、電子素子の部分へ電子ビームを指向させ
る手段と、電子素子の上方に配置された抽出手段と、こ
の抽出手段の上方に配置された減速手段と、この減速手
段の上方に配置された２次電子コレクタとを備えている
。コレクタは複数個の垂直スクリーンと１個の頂面スク
リーンとを有していて、減速格子の上方に２次電子を受
入れる閉止域を形成する。少なくとも１個の垂直スクリ
ーンに隣接して２次電子検出手段を配設し、また、広い
領域に亘って２次電子を効率よく収集するために、コレ
クタの各スクリーンに異なる電圧を印加する手段を設け
る。コレクタは少なくとも３個の垂直スクリーンを有す
るが、効率向上のためには垂直スクリーンを６個を設け
るのが好適である。１実施例によると、検出器は１つの
垂直スクリーンの全面積に結合し、該全面積を介して２
次電子を受取る。

この発明の他の目的は、電子ビームの各側方にそれぞれ
配置された正極板と、負極板とからなる１組の消去板を
備えた消去兼ファラデーカップを提供するにある。正極
板には電子ビーム消去時に、該ビームを受入れる開口が
形成されている。ファラデーカップが上記開口に連通し
て設けられ、消去時に開口を通過する電子ビームを受入
れる。ファラデーカップに接続した手段によって、ファ
ラデーカップ内の電子ビーム電流を測定する。このよう
な構成により、ビーム電流を頻繁にチエツクできるので
、出力測定の精度が大幅に向上する。

この発明のさらに他の目的は、検出手段に接続されて回
路が所定電圧まで充電するのに要する時間を測定する手
段を用いて、電子素子内の回路の容量を測定するにある
。電子ビームは非常に高インピーダンスで零容量のプロ
ーブに等価であるから、これを用いれば、本来自己容量
が大きい単一の機械的プローブによって帯電を行なう現
存の容量試験器に比べ、信頼度の高い試験をより高速に
行なうことができる。

実施例 以下実施例によりこの発明の詳細な説明する。

第１図に示すように、この発明の試験装置ｌＯは走査電
子顕微鏡１２を備え、この電子顕微鏡は電子ビーム１６
発生用の電子銃１４と、真空室２４内の支持部材２２上
に載置されている集積回路のような電子素子２０へ電子
ビーム１６を照射する電子光学系１８とを有している。

電子素子２０へ照射される電子ビーム１６に応じて、素
子２０から放出される２次電子を検出手段２６によって
測定する。

また、通常の走査電子顕微鏡用制御装置２８を始めアナ
ログ電子機器３０、ディジタル電子機器３２、ビデオモ
ニタ３４、モニタ３８付きＰＣ／ＡＴコンピュータ３６
、制御マウス４０が設けられている。

制御装置は消去信号４２と、電子ビームを電子素子２０
の種々の被試験部分へ順次指向制御する偏向信号４４と
を供給し、２次放出検出信号４６を受取って放出２次電
子を測定する。

通常のように、被試験電子素子（基板）２０の例えば２
■上方に、抽出格子とか磁界抽出器とかを有する抽出手
段４８が配置されている。素子２０の一部分をなす回路
を細い電子ビーム１６で走査するとき、抽出手段４８は
正電圧印加の下で電界を形成し、この電界によって電子
素子２０からの放出２次電子を著るしく加速して、近傍
の素子部分による局所電界の影響を大幅に低減している
。したがって、２次電子はそのエネルギの大小に関係な
く抽出手段４８を通過して減速電界に達する。負に帯電
した減速格子のような減速手段５０が上記減速電界を形
成している。素子２０の負帯電部分から放出される２次
電子のエネルギは大きいので該２次電子は減速電界に打
勝って減速手段５０を通過する。したがって、減速手段
５０に印加される電圧によって帯電電位に対する閾値が
定まり１手段４８．５０を通過した２次電子を収集すれ
ば該帯電電位が求められる。さらに、通常のフラッドガ
ン（ｆｌｏｏｄ　ｇｕｎ）５２を用いれば、電子素子２
０に適当なエネルギの電子を投射して負電荷を除去し、
素子２０の全面をほぼ接地電位へ回復させることができ
る。

従来の電子ビーム試験装置が可能な試験領域は数ｍ相当
に過ぎず、電子ビーム１６に対して電子素子２０を動か
すことなく試験できる集積回路チップ領域は高々１】相
当の領域に過ぎなかった。この発明の装置１０は電子素
子２０の少なくともｌＯａ＊平方の領域の試験を可能に
している。このように広い素子領域に亘って電圧を正確
に測定するためには、２次電子の収集効率を試験領域に
亘り等しくする必要がある。２次電子の検出効率は、２
次電子放出点と検出手段２６との間の距離に依存する。

第３図に示すように、電子素子２０の異なる部分からそ
れぞれ放出される２次電子５４．５６についてみると、
２次電子５４が検出手段２６に到達するまでに移動する
距離５３は２次電子５６の移動距離と異なる。そこで、
この発明の装置１０では、複数個の垂直スクリーンをも
つ２次電子コレクタ６０を設ける。この実施例において
は、減速手段５０の上方に６個のスクリーン６２．６４
．６６、６８゜７０、７２を配設し、頂面スクリーン７
４と共に閉止域を形成している。そして、電圧手段６３
．６５゜６７、６９．７１．７３．７５により各スクリ
ーン６２．６４゜６６、６８．７０．７２．７４への印
加電圧をそれぞれ調節することによって閉止域内に種々
の電界が形成され、いずれの部分からの放出２次電子で
あっても１個のスクリーン（図示の例では６８）もしく
はそれ以上のスクリーンの後方に配設された検出手段２
６へ指向される。いずれか特定の２次電子放出湯所に対
して適切な電圧設定が一旦行なわれると、これらの設定
電圧は減速手段５０の電位が変らない限り変更されない
。コレクタ６０の各電圧を減速手段電圧を基準にし、減
速手段電圧源から得るようにすれば、１個の電圧を用い
てエネルギしゃ断範囲に亘るフィルタチューニングが行
なえる。電子素子２０上で電子ビーム１６が走査される
につれてコレクタ６０の各スクリーンの電圧が、試験場
所に対して最適となるように設定される。垂直スクリー
ンの数は第３図の実施例に示すように６個である必要は
なく、例えば３個に減少させることもできる。逆に６個
以上にして効率を上げることもできる。しかし収集の効
率と構造の複雑化とのかね合いからすると６個が好まし
い。

コンピュータ３６は各スクリーンの電圧を設定する。１
例として抽出手段４８の正電圧が１００Ｖ、減速手段５
０の負電位がＩＯＶのとき、スクリーン６８に５０Ｖの
正電圧、スクリーン６２に５０Ｖの負電圧、スクリーン
６４．７２に３０Ｖの負電圧、スクリーン６６、７０に
ＩＯＶの負電圧が印加される。

検出手段２６は、通常の光電子増倍管に接続した正電位
シンチレータなどである。隣接スクリーン６８の背面全
域を光ガイド２７で覆い、スクリーン６８を通過する全
ての２次電子を受取るようにするとよい、他のスクリー
ンの後方にもシンチレータを設ければ、収集の効率、−
様性を向上できる。

第２図、第２Ａ図に示すように、電子素子２０はＸ方向
、Ｙ方向にそれぞれ複数個の通常の位置合せ格子線８０
．８２を有している。通常のように、格子線８０．８２
を用いて電子素子２０上の部分の位置合せ状態を測定し
て素子上の電子ビームの位置を較正する。最も簡単な較
正方法では、操作者がマウス４０を動かして、第２Ａ図
に示す目標映像８１をビデオモニタ３４上に投影する。

操作者は対話的に誤差を測定して交差格子線８０゜８２
に対する部位を訂正し、訂正関数の作成のために上記誤
差をコンピュータ３６へ送り、これによって電子ビーム
を所望位置へ正確に指向させる。この処理はプログラミ
ングによって完全自動化されており、操作者は格子交差
点を知って偏向系に対する交差点の位置を測定すること
ができる。通常、従来の電子ビーム測定装置は分解能に
制限があるために、ＩＣ１１平方程度の領域しか測定で
きない。したがって、素子２０に端点Ｂ、Ｂ’によって
決まる回路８４．端点Ａ、Ａ’によって決まる回路８６
が形成されているとすると、従来の装置は各回路８４．
８６の端点をカバーできないので、該回路８４．８６が
たとえば短絡しているのか開放しているのか判断できな
い。これに対して、第３図の放出２次電子コレクタ６０
を備えたこの発明の装置は、１００平方の電子素子２０
の全面をカバーできる。さらに、上記較正手段を用いる
ことによって、放出された２次電子の正確な位置を求め
ることができ、コレクタ６０の各スクリーンの電圧を適
切に設定して、各位置ごとに最適なスクリーン電圧を与
えることができる。

通常、電子ビーム１６は絞りを通過するようになってい
るから、ビーム１６の指向位置を変えている間にビーム
消去を行ないたい場合は、絞りからはずれるようにビー
ムを偏向させればよい。

しかし、このときビーム１６による電流が変化して試験
の結果が不正確になる。そこで、第１図、第４図、第４
Ａ図、第４Ｂ図に示すような消去兼ファラデーカップを
用いて、ビーム消去時の電子ビーム１６による電流を測
定する。すなわち、電子ビーム１６の各測方に配置され
た正極板９０と負極板９２とからなる１組の消去板を設
ける。正極板９０には開口９４が形成されていて、わき
へそらされたビーム１６はこの間口９４を通って消去さ
れるので電子素子２０へは到達しない。このようにして
消去された電子ビームは、開口９４の後方のファラデー
カップ９６に注入される。周知構造のファラデーカップ
に入射したビームは、カップの一端で収集される。この
ようにしてビーム消去時にカップ９６に閉込められた電
流は電流・電圧変換器９８で測定され、　Ａ／Ｄ変換器
１００とライン１０２を介してコンピュータ３６へ送ら
れる。したがって、電子ビーム１６による電流を頻繁に
チエツクして検出手段２６の出力電圧値を補正できるの
で精度が向上する。

この発明は、装置１０と併用されたり全く単独に用いら
れたりする電子ビーム回路容量試験器を提供することも
特徴としている。現存の容量試験器は単一のプローブを
用いて、電子素子２０上の回路に接触、帯電を行ってい
る。一般に試験速度は１秒当り約１０回の試験に制限さ
れ、その上、被測定容量が小さいときはプローブの自己
容量が誤差を招く。これに対して、電子ビームは高イン
ピーダンス、零容量のプローブと等価であり、回路への
ビーム照射時において該回路が所定電圧まで帯電するの
に要する時間を測定すれば、副次的に回路容量を測定で
きる。

第５図は電子ビームを容量試験に用いるときの回路構成
を示し、消去制御部１０４を通過した電子ビーム１６は
電子素子２０上の回路１０６に投射され、放出２次電子
が検出器２６によって検出される。回路１０６の容量値
は回路１０６の大きさの関数である。もし他の回路へ短
絡していると容量値は増大し、一方、回路１０６中に断
線または開放部があると容量が低下する。検出手段２６
の出力は比較器１０８へ送られ１回路１０６が比較器１
０８への基準電圧入力１１０に対して所定電圧値に達し
た時点が判断される。回路１０６が比較器ｌＯ８の所定
電圧まで帯電するのに要する時間を測定するために、充
電時間測定回路を設ける０例えば、ライン１１２上の「
ビームオン」信号をラッチ１１４へ供給すると同時にこ
の信号によってカウンタ１１６をリセットする。ラッチ
１１４の出力は消去制御部の作動を停止させてビーム１
６を回路１０６上八指向させ、同時に該出力はライン１
１８を介してクロック１２０へ送られ、クロックの出力
が上記カウンタ１１６へ与えられる。比較器１０８が所
定の帯電状態を検出すると、リセットライン１２４を介
して送出された出力がラッチ１１４をリセットするので
消去制御部１０４が作動され、ライン１１８を介して送
出された信号がクロック１２０を停止させる。充電時間
、充電電圧、ビーム１６による電流が知れれば１回路１
０６の容量が求まる。

このように、電子ビームによる零容量プローブを用いる
ことによって、毎秒１０，０００回にのぼる容量試験が
行なえ、高信頼性の高速容量試験を実現できる。

したがって、この発明は既述の諸口的を達成し、かつ他
の本来の利点を得るのに適している。

この発明の上記の実施例は説明のために用いたものであ
り、その構造および諸部品の配置の詳細にわたる数多く
の変形が、この発明の特許請求の範囲内で当業者によっ
て実施できるものである６

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電子ビーム試験装置の実施例の全体
構成を示すブロック図、第２図は。 電子素子上の較正線を用いて電子素子上の電子ビームと
電子素子からの放出２次電子の位置を較正する方法の説
明図、第２Ａ図は第２図の部分２Ａの拡大図、第３図は
この発明の２次電子コレクタと検出器の斜視図、第４図
はこの発明のビーム電流測定用の消去兼ファラデーカッ
プを示す概略回路図、第４Ａ図は第４図の４Ａ−４Ａ線
による断面図、第４Ｂ図は第４Ａ図の４Ｂ−４Ｂ線によ
る断面図、第５図は、電子素子上の回路の容量を測定す
る回路を示す概略回路図である。 ｌＯ・・・電子ビーム試験装置　　　１６・・・電子ビ
ーム１８・・・電子ビーム指向手段　　　２０・・・電
子素子２６・・・２次電子検出手段　　　　４８・・・
抽出手段５０・・・減速手段　　　　　　　　６０・・
・２次電子コレクタ６２、６４．６６、６８．７０．７
２・・・垂直スクリーン６３、６５．６７、６９．７１
．７３．７５・・・電圧印加手段７４・・・頂面スクリ
ーン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子素子の部分へ電子ビームを投射して該部分から
   放出される２次電子を測定する電子ビーム試験装置であ
   って、電子素子の部分へ電子ビームを指向させる手段と
   、電子素子の上方に配置された抽出格子をもつ抽出手段
   と、抽出格子の上方に配置された減速格子をもつ減速手
   段と、この減速手段の上方に配置され、複数個の垂直ス
   クリーンと１個の頂面スクリーンとを有していて、減速
   手段の上方に閉止域を形成する２次電子コレクタと、垂
   直スクリーンのいずれかに隣接して配置された２次電子
   検出手段と、広い領域に亘って２次電子を効率よく収集
   するために、コレクタの各スクリーンに異なる電圧を印
   加する手段とを備えた電子ビーム試験装置。 ２、請求項１において、コレクタは少なくとも３個の垂
   直スクリーンを有する電子ビーム試験装置。 ３、請求項１において、コレクタは６個の垂直スクリー
   ンを有する電子ビーム試験装置。４、請求項１において
   、検出手段は少なくとも１個の垂直スクリーンの全面積
   と結合している電子ビーム試験装置。 ５、請求項１において、消去兼ファラデーカップを備え
   、この消去兼ファラデーカップは、電子ビームの一側方
   に配置され、電子ビーム消去時に該電子ビームを受入れ
   る開口が形成された正極板と、他側方に配置された負極
   板とからなる１組の消去板と、消去時に開口を通過する
   電子ビームを受入れるために該開口に連通して設けられ
   たファラデーカップと、このファラデーカップに接続し
   て該カップ内の電子ビーム電流を測定する手段とを備え
   ている電子ビーム試験装置。 ６、請求項１において、電子素子内回路の容量のパラメ
   ータを測定する手段を設け、この測定手段は、前記検出
   手段に接続されて回路が所定電圧まで充電するのに要す
   る時間を測定する手段を有する電子ビーム試験装置。 ７、電子素子の部分へ電子ビームを投射して、該部分か
   ら放出される２次電子を測定する電子ビーム試験装置で
   あって、電子ビームの一側方に配置されて、電子ビーム
   消去時に該電子ビームを受入れる開口が形成された正極
   板と、他側方に配置された負極板とからなる１組の消去
   板と、消去時に開口を通過する電子ビームを受入れるた
   めに、該開口に連通して設けられたファラデーカップと
   、このファラデーカップに接続して該カップ内の電子ビ
   ーム電流を測定する手段とを備えている電子ビーム試験
   装置。 ８、電子素子の部分へ電子ビームを投射して該部分から
   放出される２次電子を測定する電子ビーム試験装置であ
   って、検出器に接続されて前記部分が電子ビームによっ
   て所定電圧まで充電された時を測定する手段と、上記部
   分が前記所定電圧まで充電するのに要する時間を測定す
   る手段とを備えている電子ビーム試験装置。