JPH02295043A - 電子ビームによる電圧測定装置 - 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］ 本発明は、電子ビームによる電圧測定装置に係り、とく
に上記電圧測定装置における電圧測定精度の向上技術に
関する。 ［従来の技術］ ＬＳＩの高密度、高集積化による配線の微細化に伴い、
細い金属針とオシロスコープを使用して波形観測や電圧
測定を行うＬＳＩの故障診断や不良解析は、きわめて困
難になってきている。また、ＬＳＩの入力信号と出力信
号の比較、照合による解析方法においても、故障箇所の
断定に至るまでには多くの時間を要し、しかも迷宮入り
になることも多い。このような問題を解決する手段とし
て、電子ビームを針として電圧測定を行う電子ビームテ
スタが提案されている（参考文献二″電子ビームＬＳＩ
テスタ”，日立評論，６５．７（１９８３−７）Ｐ．３
３〜３８）。 以下に電子ビームによる電圧測定の原理とこれまでの測
定手法を第３図から第５図を用いて説明する。 第３図の試料２に電子ビーム］．を照射すると試料から
二次電子３が放出される。この二次電子３のエネルギー
を２枚の半球状グリッドで構成されるエネルギーアナラ
イザ４，５で分析する。内側のグリッド４には二次電子
を引き出すため、＋１０Ｖ〜＋ＩＯＯＶの一定電圧Ｅ４
が印加されている。ここで外側のグリッド５に印加する
電圧Ｅ５を例えば、−３０Ｖ〜＋３０Ｖで変化させ，該
外側グリッド５への印加電圧Ｅ５と、二次電子検出器６
の出力信号電圧Ｅｓとの変化を表示器７に表示させると
Ｓ字形をしたＥｓ−Ｅ５曲線８が一３ー 得られる。この曲線８は一般的にｒｒｓ字曲線″と呼ば
れているが、これは二次電子のエネルギー分布をエネル
ギーの高い方から順に積分したものに相当する。このＳ
字曲線の位置は試料電圧の変化に応じて水平移動する。 第４図は、試料電圧が異なる場合のＳ字曲線の例で、試
料電圧の変化に応じてＳ字曲線が８８から８ｂへ移動し
ていることを示している。この移動量は、試料電圧の変
化と等しいので、このＳ字曲線の移動量から試料各部の
電圧が測定できる。 具体的には、図のようにＳ字曲線のスライスレベル１１
を設定し、それぞれの曲線との交点の外側グリッド電圧
Ｖａ，Ｖｂを求め、（　Ｖ　ｂ　−　Ｖ　ａ　）から試
料電圧を測定する。 図において、例えば８ａの曲線が既知試料電圧０ボルト
の部分のもので、８ｂが未知試料電圧部分の曲線であれ
ば、（Ｖｂ−Ｖａ）ボルトとして未知試料電圧部分の電
圧が求められる。しかし、既知試料電圧部分についての
曲線８ａの測定を終えて、次の未知試料電圧部分につい
ての曲線８ｂの測定に移る間に、あるいは曲線８ｂの測
定中に、電子ビームの照射によって試料上の照射箇所に
大量のコンタミネーションが付着したとすると、該曲線
８ｂは破線で示す曲線８ｂ’で示すようにＳ字曲線の高
さが低くなり、上記と同様のスライスレベルを設定して
測定すると大きな誤差が生じてしまう。そこで、このよ
うなコンタミネーションの影響を小さくするために、従
来は、電子ビームを試料上の一点に固定して照射せずに
、第５図に示すように、適当な広さの面積に渡って走査
しながら照射して二次電子を検出するようにしていた。

【発明が解決しようとする課題】

前述の照射方法は、コンタミネーションによる測定誤差
を減らす方法として非常に有効である。 しかしながら、近年のＬＳＩの高密度化、高集積化によ
って、さらに高度の測定精度向上が要請されている。そ
こで、発明者等は、より測定誤差を減らし、電圧測定の
信頼性を向上させる方法を追及した。 発明者らの実験では、従来の如く電子ビームを試料上で
適当な広さの面積で走査した場合に、照射領域に一様に
コンタミネーションが付着するのではなく、第６図に示
すように、照射箇所の周辺部４０には多く付着し、中央
部４］−では少ないことが見出された。 本発明は上記の知見に基ずいてなされたもので、その目
的は、コンタミネー・シ虫ンによる測定誤差を従来より
もさらに軽減して、信頼性の高い電圧測定装置を提供す
るものである。 【課題を解決するための手段１ 本発明の第一の特徴は、一次電子の走査に応じて得られ
る二次電子の検出回路中にゲー１・を設け、電子ビーム
照射を行う面積の内側の特定の領域から発生する二次電
子のみを検出して電圧測定を行う点にある。 さらに、本発明の第二の特徴は、」二記電子ビーム照射
を行う第１の領域と、二次電子の検出を行う第２の領域
の指定を、二次電子像表示部等に表示された二欣電子像
上で任意に移動可能なマーカ類の座標値をもとに決定す
る点にある。 さらに、本発明の第三の特徴は、上記第２の領域の大き
さが第１の領域の指定に伴い、あらかじめ指定された縮
小係数によって自動的に、かつその中心点が第１の領域
の中心点と同一の座標になるように決定される点にある
。 さらに、本発明の第四の特徴は、上記第１の領域の大き
さが第２の領域の指定に伴い、あらかじめ指定された寸
法だけ周辺部に付加され、あるいは拡大係数によって自
動的に、かつその中心点が第１の領域の中心点と同一の
座標になるように決定される点にある。 さらに、本発明の第五の特徴は、上記第２の領域の指定
をＬＳＩ等の設計データにもとすいて自動的に行う点に
ある。 さらに、本発明の第六の特徴は、上記第１の領域におけ
る電子ビームの走査がうずまき状で、かつ第２の領域の
外側から開始される点にある。 ［作用） 本発明によれば、上記第一の特徴により、電子ビーム照
射面積のうちでコンタミネーションの少ない場所の二次
電子のみを検出して電圧測定を行うので、誤差の少ない
測定が可能になり、電子ビームによる電圧測定装置の信
頼性が向上する。また、上記第二の特徴により、第１の
領域及び第２の領域の指定をオペレータの所望の場所に
決定することが可能となり、上記装置の操作性が向上す
る。 また、上記第三または第四の特徴により、二つの領域指
定操作のうち、一方の領域の指定のみでもう一方の領域
が自動的に決定されるので、オペレータ等による領域の
指定操作が軽減され、上記装置の操作性が向上する。 また、上記第五の特徴により、ＬＳＩ等の電圧測定にお
ける第２及び第１の領域の決定をオペレータの手を介さ
ずに行うことが可能となり、上記装置の自動化が推進さ
れる。 また、上記第六の特徴により、二次電子信号の信号処理
回路入力時のゲー１・開閉頻度の減少と電子ビーム照射
による第２の領域へのコンタミネーション付着の軽減が
可能になる。 【実施例］ 以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。 第１図は本発明の基本構成図である。電子ビーム１は走
査信号源２０の出力に基づいて、試料２上に照射される
。走査信号源２０は，電子ビーム１を試料２上で二次元
走査させるための電源で走査領域をコンピュータまたは
手入力により指定できるものである。電子ビーム１の照
射によって試料２から発生した二次電子３は検出器６で
検出され、増幅器２１を通った後、二次電子像（以下Ｓ
ＥＭ像と略す）表示用のＣＲＴ２２及びコンピュータへ
のＳＥＭ画像入力データ作成のためのＡ−Ｄコンバータ
２３及び試料の電圧測定データを得るための信号処理回
路２４の入力となる。ゲートコントロール回路２５は走
査信号源２０からの制御信号に基づき、二次電子検出器
６の出力と信号処理回路２４の間にあるゲート２６にオ
ープン／クローズの制御を行う。信号処理回路２４では
、ゲート２６を通った二次電子検出器の出力信号に対し
加算平均、スムージング等の信号処理を行い、Ｓ字曲線
等のデータを作成する。信号処理回路２４の出力は表示
部２７またはコンピュータ２８に送られ、電圧測定のデ
ータとして利用される。 次に、本発明の動作順序を第２図を用いて説明する。第
２図はＳＥＭ像が表示されるＣＲＴまたはコンピュータ
ディスプレイに対応している。 まず、走査信号源２ｏに走査開始位置（ＸＯ，ＹＯ）及
び走査終了位置（Ｘ２５５，Ｙ２５５）をそれぞれ設定
した後、試料２上で電子ビーム１を二次元走査し、ＣＲ
Ｔ２２またはコンピュータディスプレイ２８にＳＥＭ像
を表示させる。表示されたＳＥＭ像内に電圧測定を行う
予定の試料未知電圧部分やＬＳＩの配線等が存在してい
たら、はじめに第１の領域すなわち電圧測定時の電子ビ
ーム照射領域３０を指定する。この領域の指定は、オペ
レータがＳＥＭ像上に表示された任意に移動可能なマー
カ類を用いて所望の領域の例えば苅角を指示するなどの
方法で行い、その座標をもとに電子ビ１−ム照射領域の
走査開始位置（ＸＡ．，ＹＡ）及び走査終了位Ｗ（ＸＢ
，ＹＢ）をそれぞれ走査信号源２０に設定する。 次に、第２の領域すなわち二次電子検出を行う領域３１
を上記第１−の領域指定と同様の方法で指定し、二次電
子の検出開始位置（Ｘａ，Ｙａ）及び検出終了位置（ｘ
ｂ，ｙｂ）をそれぞれ走査信号源２０に設定する。 オペレータにより測定開始が指示されたら、走査信号源
２０は第１の領域３ｏで電子ビームの走査を開始する。 電子ビームの走査方法にはいくつかの方法があるが、一
般的に用いられている方法は、第７図に示すように走査
領域の一端３０ａから他端３０ｂまて水平走査を繰返し
ながら塗りつぶすように走査を行う方法である。 この走査法の場合には、走査開始時にはゲー１〜２６は
クローズしており、二次電子信号は信号処理回路２４に
は入力されない。そして、電子ビームが第２の領域３１
に入ったとき、走査信号源２０は、ゲートコン１−ロー
ル回路２５にゲートオープンの制御括号を出力する。こ
の時から、二次］２ 電子信号が信号処理回路２４に入刀される。電子ビーム
が第２の領域３１からでたときには、走査信号源２０は
ゲートコントロール回路２５にゲートクローズの制御信
号を出力し、二次電子信号の信号処理回路２４への入力
を中止する。そして再度電子ビームが第２の領域に入っ
たときに、走査信号源２０はゲートコントロール回路２
５にゲートオープンの制御信号を出力し、二次電子信号
の信号処理回路２４への入力を再開する。以」二の動作
が電圧測定終了まで繰り返される。 また、電子ビームの別の走査法として、第８図のような
、うずまき状に走査も可能である。このような走査によ
ると、前記の走査法と測定時間が同一でも、ゲート２６
のオーブン／クローズの頻度を大幅に減少できることや
、電子ビームの照射を第１の領域３ｏの輪郭部から始め
ることにより、第２の領域３１へのコンタミネーション
の付着を軽減できるなどの利点がある。 いずれの走査法においても、第２の領域から発生した二
次電子のみが信号処理回路２７］に入力され電圧測定の
データとして信号処理されることになる。 上記の実施例では、第１の領域指定、第２の領域指定と
もにオペレータによる手入力による方式を説明した。本
発明の他の実施例として、二つの領域指定操作のうち、
一方の領域の指定のみをオペレータまたはコンピュータ
が行い、もう一方の領域はあらかじめ作成しておいた関
係式を用いてその大きさを決定し、その中心点が前者の
領域の中心点と同一座標になるように決定する方法があ
る。 第９図は、実線で示す第１の領域３０をオペレータが指
定し、破線で示す第２の領域３１を、あらかじめ作成し
ておいた関係式（この実施例では縮小係数ｋ）を用いて
決定した様子を示している。 図は縮小係数ｋをＸ方向、Ｙ方向ともに０．５にした例
である。 第１０図は実線で示す第２の領域３１をオペレータが指
定し、破線で示す第１の領域３０を、あらかじめ作成し
ておいた拡大係数Ｋを用いて決定した様子を示している
。図は拡大係数ＫをＸ方向、Ｙ方向ともに２．０にした
例である。 また、第２の領域に対して、一定の寸法だけ大きく第１
の領域を設定する方法も有効である。この一定寸法は、
第６図で示した、周辺部の山裾の大きさ以上とする。発
明者らの実験では、この寸法は０．５〜１μｍである。 係数と一定量拡大の両者を取り入れた方式も可能であり
、本発明の範囲である。 本発明のさらに他の実施例として試料がＬＳＩ等の場合
は、第２の領域の指定をＣＡＤの設計データを利用して
行う方法がある。 第１１−図は、電圧測定を予定している配線Ｌの設計デ
ータより、ａ点，ｂ点の座標を取得し、その座標値を対
角とする領域（図の斜線部）を第２の領域、すなわち二
次電子を検出する領域としている。同図で、破線で示す
領域は第１の領域、すなわち電子ビーム照射を行う領域
で、この第１の領域の指定は前述の一定量の追加または
、拡大係数を用いて決定したものである。 【発明の効果） 以上、実施例を用いて説明したごとく、本発明によれば
電子ビーム照射箇所にコンタミネーシミンが付着するこ
とによる測定誤差の発生を減少させることが可能となり
、電子ビームによる電圧測定及び電圧測定装置の信頼性
向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の装置構成を示す模式図、
第２図は本発明の動作説明図、第３図は従来の電圧測定
装置の基本構成を示す模式図、第４図は電圧測定の原理
説明図、第５図は電子ビームの面積照射を表す模式図、
第６図は試料上のコンタミネーションの様子を示す平面
図及び断面図、第７図，第８図は電子ビームの走査法を
示す平面図、第９図乃至第１１図は本発明の実施例にお
ける電子ビーム照射領域と二次電子検出領域の決定方法
を説明するための平面図である。 符号の説明 １・・・電子ビーム、２・・・試料（ＬＳＩ）．３・・
・二次電子、６・検出器、２０・・走査信号源、２３・
・Ａ−Ｄコンバータ、２４・・信号処理回路、２５・・
・ゲー１−コントロール回路、２６・ケー１〜、２８・
・制御コンピュータ、３０・第１の領域、３１・・・第
２の領域。 ｙ： ヘ ２， 第 Ｓ 図 第 図 第 図 巣 と 図 第 ｑ 図 弟 ｌ０ 図 ７ｆ＝，２θ 第 月 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子ビームを試料上に照射し、該試料から発生する
   二次電子を検出して、電子ビーム照射箇所の電圧を測定
   する電圧測定装置において、上記電子ビームを、試料上
   のあらかじめ指定された第１の領域で走査させ、該第１
   の領域内のあらかじめ指定された第２の領域から発生す
   る二次電子のみを検出することを特徴とする電子ビーム
   による電圧測定装置。 ２、上記第１の領域と第２の領域の指定は、二次電子像
   表示部等に表示される二次電子像上で任意に移動可能な
   マーカ類の座標値をもとに決定することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電子ビームによる電圧測定装
   置。 ３、上記第２の領域の大きさが、第１の領域の指定に伴
   い、あらかじめ与えられた縮小係数によって自動的に決
   定され、かつその中心点が第１の領域の中心点と同一座
   標であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電子ビームによる電圧測定装置。 ４、上記第１の領域の大きさが、第２の領域の指定に伴
   い、あらかじめ与えられた拡大係数によって自動的に決
   定され、かつその中心点が第２の領域の中心点と同一座
   標であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   電子ビームによる電圧測定装置。 ５、上記第１の領域の大きさが、第２の領域よりも一定
   寸法だけ大きく決定され、かつその中心点が第２の領域
   の中心点と同一座標であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の電子ビームによる電圧測定装置。 ６、請求項４記載の電子ビームによる電圧測定装置にお
   いて、第２の領域の指定がＬＳＩ等の設計データにもと
   ずいて、自動的に決定されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子ビームによる電圧測定装置。 ７、上記第１の領域における電子ビームの走査がうずま
   き状であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電子ビームによる電圧測定装置。 ８、請求項７記載の電子ビームによる電圧測定装置にお
   いて、第１の領域における電子ビームのうずまき走査は
   第２の領域の外側から開始されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電子ビームによる電圧測定装置
   。