JPH022968A - ビーム査察装置 - 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】 本発明は放射線源と、ビーム制御システムおよび試験さ
れるべき対象を位置決めするための測定空間を具え、ま
たビームと対象との間の相互作用によって対象から出現
する電子を検出する検出装置を具えたビーム査察装置に
関連する。

この種類の査察装置は、チップの査察用電子ビーム装置
の形ではＥＰ−Ａ−１９６９５８から知られ、また走査
電子顕微鏡の形ではＵＳ４４３８３３２から知られる。

既知の装置では、測定点、例えばチップの金属通路から
起こる電子電流が測定される。この点が電子ビームに露
出された場合には、主に二次電子が出現し、また二次放
射係数はこことここ以後に存在すると想定される適当な
環境ではほぼ１であるから、復帰ビーム中の電流強度は
一次ビームの電流強度とほぼ等しい。光ビームあるいは
もっと一般的に光子ビーム、例えば紫外線レーザーへの
露出の場合には、主に光電子が出現する。光電子と同様
に二次電子の測定に対しては、例えば倍増型光電管が光
学的に結合された螢光素子が用いられる。螢光材料にお
ける定常度（パーシステンス）と低エネルギーの二次電
子および光電子に対する飛行時間における拡張とは、パ
ルス化された方法で測定することが望ましくあるいは必
要にさえもする。この目的のために、既知の装置はビー
ム断流器を使用する。ボックスカー回路と呼ばれるもの
を使用して、信号における信号対雑音比が積分によって
改善される。ボックスカー回路による測定はＥ！Ｐ−Ａ
−１９６９５８に詳細に記載される。

査察されるべき素子のデイメンジョン、例えばチップ内
の通路は、段々と小さくなり現在ではすでに０．５μｍ
のオーダーになっているので、相応の解答を保証するた
めには比較的小さい断面を有する電子スポットあるいは
光子スポットを利用して測定しなくてはならない。例え
ば０．１　μｍの断面を有する電子スポットが用いられ
た場合には、普通のビームパラメータと約１の二次放射
係数に対して、多くても約１ｎＡの電子ビーム電流しか
生じない。測定が例えば多くても約０．５ｎｓのパルス
継続期間で行われた場合、パルス当りにたった数個の電
子の電荷に相当する電荷が測定されねばならない。光子
ビームに露出された場合でも同様の制限が存在する。中
でも電子傍受で受けた損失によって検出器の効率がよく
ないので、短いパルスと小さい電流（スポットの直径）
の両方またはいずれか一方のために、二次電子電流を測
定することはますます困難になる。そのような場合には
信号はすぐに雑音中に失われるようになる。チップはま
すます複雑になるので、信頼できる査察に対しては多く
の測定を行わねばならない。ボックスカー回路を用いる
と、いつも一つのサンプルのみが各トリガの後に形成さ
れ得る。並列に接続された複数のボックスカー回路を使
用すると、査察装置は極めて複雑になる。

前述の欠点を緩和することが本発明の目的であり、これ
を達成するために、本発明に従って説明される種類のビ
ーム査察装置は検出装置が電子係数装置を具えることを
特徴とする。

本発明に従った装置では、例えば電子が個別に係数され
得て、だから測定信号に対する雑音の影響はほぼ減少さ
れ得るので、低い信号強度の場合でさえも信号が雑音中
に失われることなく、正確で迅速な測定が可能である。

情報が計数器内で失われないので、ボックスカーのよう
な積分測定法で必要な固定トリガ周波数は廃止され得る
。本発明に従った電子装置で直ちに行われ得る複数サン
プリングを行うことにより、各トリガの後に多くのサン
プルが取られ得る。小さい電流パルスに対しては電子係
数が用いられ得て、一方高い電流強度に対してはアナロ
グ−ディジタル帰還が用いられ得る。

本発明に従った好適な実施例では、放射線源が電子源で
形成され、特に測定されるべき対象が集積半導体素子（
チップ）である。このチップが測定空間で活性化され得
るように配設される。

別の好適な実施例では、装置はチップから起こる電子パ
ルスからの最高の情報を提供するパルス周波数を利用し
たパルス化された測定用のビーム断流器を具える。

好適な実施例において、各トリガ信号の後の複数の測定
から起こる信号の測定に適した装置が測定データが一時
的に貯蔵され得る高速メモリを含む。

別の好適な実施例では、検出装置が電子的遅延装置と、
例えばサンプルアンドホールド装置とを具える。

この検出方法における計数装置によるアナログ測定に対
して、例えば倍増型光電管からの信号は積分ＲＣ回路を
介して、信号をディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）
の出力と比較する差動増幅器へ印加される。ＤＡＣの出
力は、例えば最大の倍増型光電管信号の半分に最初に調
節される。トリがパルスの供給に続く所定の遅延の後に
、制御パルスがビーム断流器へ印加される。倍増型光電
管の出力信号が例えば１００ｎＳ積分され、従って個別
の電子計数の慎重な計数特性が伝えられる。サンプルア
ンドホールド回路が例えば１１０ｎｓ後に信号を取り上
げる。この信号がディジタル−アナログ変換器の出力よ
り低い場合には、ＤＡＣを制御する計数器は１ユニツト
だけ減少され、その他の場合には１ユニツトだけ増加さ
れる。例えば数百個のトリガパルスの後に、ＤＡＣ出力
はかくして平均の倍増型光電管出力電圧に等しくなる。

多大な雑音を含む信号の場合には、そのとき区別が幾つ
かの整流された信号の後にのみ起こるので、そのとき雑
音抑制器として実際に働く計数器の最大ビットへＤＡＣ
を結合することがより魅力的である。この測定方法は複
数のサンプリングに対しても用いられ得る。

計数器はこのときアドレスされるべきメモリからロード
されるかあるいはアンロードされる。

別の実施例は対象から出現する電子のエネルギー依存検
出用の手段を具え、従って測定点での絶対電圧または電
圧変化が測定され得る。特にこのとき遅延グリッドがチ
ップと検出器との間に配設される。このグリッドはＤＡ
Ｃを介して可変電圧に調節され得る。この遅延グリッド
へのディジタル帰還を用いて、倍増型光電管出力が一定
チヤンネルに維持され得て、従って分光計的測定を可能
にする。グリッドの電位は測定されるべき選択された位
置で信号に追従する。

別の好適な実施例は測定されるべき電子の個別の計数に
適している。所定の制限電圧を超えた上昇がこのとき計
数器内に貯蔵され得る。関係のある情報が期待される場
合のみに、すなわち断流器を介して装置へ提供されたパ
ルスに続く遅延の後の測定周期の間、計数器が好適に力
を付与される。

複数サンプリングに対しては、各サンプリングの後に計
数器の内容が次のトリガ信号が現れるまで高速メモリに
貯蔵され、次のサンプルが形成される前に次のメモリ位
置の内容によって置き換えられる。第２の計数器内に全
トリガ信号が計数され、それを基礎として制御装置が測
定の終了について知らされる。

第１図のブロック図は既知の装置の以下の要素を示し、
電子光学的円柱２は、そのうちの電子源４、ビーム断流
装置６．絞り８および対象運搬器１０のみが示されてい
る。対象運搬器ｌＯ上に試験されるべき対象１２が配置
され、それはこの場合には集、積率導体素子すなわちチ
ップである。電子源４から発散する電子ビーム１４は、
ビーム断流装置が働いていない場合には、ビーム断流装
置６を通過し絞り８を介して測定空間１６へ入る。この
ビームが対象１２へ入射し、従ってそこからなかんずく
二次電子の出現を起こす。二次電子１８は二次電子検出
器（ＳＥＤ）２０により検出され得る。そのような二次
電子検出器は測定空間に好適に配設され、例えば円柱の
壁部分に構成された光学的導体２４を介して倍増型光電
管２６へ接続された螢光素子を具える。

適切な検出のためには螢光材料が電子を冷光に変換する
ことおよびそれが比較的短い定常度を発揮することおよ
び倍増型光電管が迅速な応答と小さい雑音を発揮するこ
とが望ましい。トリガクロツタ３０から起こるトリガパ
ルスを用いて、第１の遅延回路３２を介してパルス発生
器３４が活性化される。

この場合には活性化に基づいて電子ビームが絞り８によ
り転送されるようなビーム反射装置として構成されたビ
ーム断流装置６ヘパルス発生器が例えば電圧パルスを印
加する。従ってパルス幅ΔＴに相当する期間反射されな
かったビームが絞り８を通って測定空間１６へ入り得る
。第２の遅延回路３６を介して、同じトリガパルスがボ
ックスカー５０のスイッチ５２を制御するゲートパルス
発生器３８を活性化する。

既に述べたように、螢光体の慣性（普通螢光体は例えば
５Ｑｎｓの定常度を発揮する）により、またチップ表面
から検出器の入力端子へ″誘引″されるべき二次電子の
飛行時間の幅により、急速な変化の測定は制限される。

迅速な測定を可能にするために、トリガパルスの後の固
定された瞬間に短い期間ΔＴの間露出される。定常度に
よるほぼ６０ｎｓの持続期間を有する倍増型光電管信号
はこのとき例えば０．３ｎｓの露光パルスから起こる。

この信号は低い入射エネルギーによって小さく、例えば
５Ｑｎｓの短い持続期間のみを有し、また雑音内に含ま
れる。原理的には増幅器５４．積分コンデンサ５６およ
び抵抗５８．漏洩抵抗５８および出力増幅器６０から成
るボックスカー５０を用いて、関与の時間間隔がゲート
パルス発生器３８を介してスイッチ５２の活性化により
選択される。信号は積分コンデンサ５６に貯蔵される。

幾つかのトリガされた測定の後に、従って雑音は平均化
される。増幅器６０の出力端子６２に生じる電位は二次
電子の電流強度に比例し、トリガの後の所定の瞬間ｔに
おける時間間隔ΔＴの間の測定点の電位に対する測定で
ある。

第２図はボックスカー５０が本発明に従って計数器７２
と７４．ディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）７６お
よびメモリ７７を具える検出装置７０に上り置き換えら
れた装置を示し、その装置には抵抗８０とコンデンサ８
２とを具えるＲＣ積分器７８および計算機８４が検出器
２０と差動増幅器５４との間に接続される。装置のその
他の要素は原理的には第１図に示した要素に相当し、相
当する符号で表される。第１の計数器７クヘ接続された
ＤＡＣ７６の出力端子は、差検出器５５の入力端子へ接
続される。

既知の装置ではボックスカーによって実行される雑音の
平均化は、今や倍増型光電管出力信号をＤＡＣ７６の出
力信号と反復比較することにより実現される。比較結果
が負の場合にはＤＡＣ出力電位が１ユニツトだけ減じら
れ、他の場合にはｌユニットだけ増やされる。例えば数
百のトリガの後に、ＤＡＣ出力電圧の平均は倍増型光電
管の出力電圧と等しくなる。このときＤＡＣ電圧は計数
器７２の内容に比例する。各トリガの後に、計数器７２
はパルスを受ける。このパルスが加算されるか減算され
るかは、クロックパルスの立ち上がり縁が遅延回路３６
から到着する瞬間における、倍増型光電管信号とＤＡＣ
信号との比較の結果によって決定される。

差動増幅器５４の動作が充分速くない場合には、サンプ
ルアンドホールド回路が検出器と差動増幅器５４との間
に挿入され得る。計数器７４がトリガの数を計数し、測
定が完了したことを計算機８４へ知らせる。

雑音の平均化のために、ＤＡＣが高位ビットへ接続され
る。第３ビツトを用いると、ＤＡＤ’電圧の適合を起こ
すために信号の比較はこのとき８回連続して高くなるか
または低くなる。

ここまでに得られた測定結果はボックスカー装置によっ
て得られた結果と本質的に等しい。然しなから、本発明
に従った測定方法に対してはトリガ周波数が一定である
必要はない。５Ｑｎｓの測定周期の終結の後に、次の励
起パルスが与えられ得て、光増幅器出力が再びＤＡＣ出
力と比較され得る。計数器７２が次の測定に参加する電
圧値によってロードされていることが保証されねばなら
ず、その値はこの目的のためにメモリから引き出され得
る。

先行する測定め計数器内容は、それが次のトリガのため
１こ・要求されるまでメモリに貯蔵される。従って、１
０μｓの掃引を用いて、それぞれ１００ｎｓの１００個
の測定が実行され得て、係数１００による時間節約が実
現できる。

性質が伝′えられる。

す乞７δめに、電圧発生器９１で作られた制限電圧Ｖｔ
が差検出器５５の入力端子９０へ印加され、計数器７２
で単一の電子に相当する限界の各超過が計数される。ゲ
ートパルス発生器３８を介して、関連する情報が期待さ
れる場合のみに計数器７２が力を付与される。ボックス
カー法とは逆に、雑音がいずれにしても記録されないの
で、ビーム断流装置によって不等に送られた何らかの電
子の不当な計数を減少せしめる以外は、この装置は雑音
を抑制しない。

実際にこれはビームパルスの後はぼ１ＱＱｎｓで始まる
ほぼ１００ｎｓの間起こる。計数器７４で全トリガパル
スが再び計数される。メモリ７７が複数サンプリングを
可能にするために含まれる。計数器７２の内容が次のト
リガパルスが現れるまでメモリに一時的に貯蔵され得る
。トリガの数の計数に加えて、トリガの調節可能な数、
例えば１０４個の後に、関連する測定過程が完了したこ
とを計数器７４がまた計算機８４へ知らせる。

第４図は分光器的測定用の配置のブロック図を示す。相
当する要素は再び相当する符号で表される。絶対電圧の
測定のために、２個の付加的グリッドが検出器２０と測
定点１５との間の配設される。

第１のグリッド９４は、測定面の上方例えばほぼ１ｍｍ
に配設される。これは例えば６００ｖの電位を運ぶ抽出
グリッドと呼ばれるものである。第２のグリッド９６は
遅延グリッドとして働く。グリッド電位よりも低い電位
から出発した電子のみがこのグリッドを通過できる。測
定されるべき二次電子は数エレクトロンボルト（ｅＶ）
の幅を有するエネルギー分布を示し、光電子に対しては
それはせいぜい１ｅＶに等しい。結果として、特に二次
電子に対する応答曲線は、非常に狭いエネルギー分布を
有する電子に対する階段状曲線の代わりにＳ字状曲線で
ある。遅延グリッド９６のグリッド電圧は例えば最大信
号の５０％が測定されるように調節され得る。

例えばチップの通路上の測定点１５の電位が低下すると
信号が増大する。このとき遅延グリッドの電圧を減少さ
せることによって信号の５０％への再調節が行われる。

この帰還は好適に電子的に実現される。所要のグリッド
電圧適応の程度が測定点の電圧低下あるいは増大を与え
る。この実施例では、出力電圧がＤＡＣ７６に対する遅
延グリッドの電位を制御する。倍増型光電管の出力信号
が電圧発生器９１の固定された参照電圧と比較される。

参照電圧は例えば最大信号の５０％に等しい。複数サン
プリングが再びメモリ７７によって用いられ得て、トリ
ガ周波数もまた一定である必要はない。

個別電子計数システムと結合する装置で分光器的な測定
を遂行することが特に可能であり、従って絶対的電位測
定が実行され得る。この目的のために、グリッド電圧の
セットに対する図形が含まれ、計算機８４が補間法を介
して電子の検出された数が検出されるべき最大数の５０
％と等しいグリッド電圧を決定し、遅延時間の関数とし
て想起された電圧値をプロットする。

単一の平均遅延グリッド電位でチップ中の信号を測定す
ることおよび単に最大と最小との信号値および５０％の
点を通る絶対電位に対してＳ字状曲線を決定することに
より、測定時間は減少され得る。これは多くの応用に対
する充分な情報を提供する。大多数の場合には２つの端
末の値の間で電位がいかに変化するかは無関係である。

【図面の簡単な説明】

第１図はボックスカーによる既知の検出装置を具える装
置のブロック図を示し、 第２図は計数装置を具えた本発明に従ったそのような装
置のブロック図を示し、 第３図は電子の個別計数に適するそのような装置のブロ
ック図を示し、 第４図は検出装置の分光器的な変形のブロック図を示す
。 ２・・・電子光学的円柱 ６・・・ビーム断流器 １０・・・対象運搬器 １４・・・電子ビーム １６・・・測定空間 ２０・・・二次電子検出器 ２６・・・倍増型光電管 ３２・・・第１の遅延回路 ３６・・・第２の遅延回路 ３８・・・ゲートパルス発生器 ５２・・・スイッチ ５６・・・積分コンデンサ ５８・・・漏洩抵抗 ６２・・・出力端子 ７２、７４・・・計数器 ７６・・・ディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）７７
・・・メモリ７８・・・ＲＣ積分器５０・・・ボックス
カー ５４・・・増幅器 ５７・・・積分抵抗 ６０・・・出力増幅器 ７０・・・検出装置 ４・・・電子源 ８・・・絞り １２・・・対象 １５・・・測定点 １８・・・二次電子 ２４・・・光学的導体 ３０・・・トリガクロック ３４・・・パルス発生器 ８０・・・抵抗 ８４・・・計算機 ９１・・・電圧発生器 ９６・・・第２のグリッド ８２・・・コンデンサ ９０・・・入力端子 ９４・・・第１のグリッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射線源と、ビーム制御システムおよび試験される
   べき対象を位置決めるための測定空間を具え、またビー
   ムと対象との間の相互作用によって対象から発散する電
   子を検出する検出装置を具えたビーム査察装置において
   、検出装置が電子計数装置を具えることを特徴とするビ
   ーム査察装置。 ２、放射線源が電子源であることを特徴とする請求項１
   記載のビーム査察装置。 ３、放射線源が光子源であることを特徴とする請求項１
   記載のビーム査察装置。 ４、対象が集積半導体回路であることを特徴とする請求
   項１、２または３のいずれか１項記載のビーム査察装置
   。 ５、パルス化測定のために露出ビーム断流器を具えるこ
   とを特徴とする請求項１、２、３または４のいずれか１
   項記載のビーム査察装置。 ６、対象から発散する電子のエネルギー依存測定用の手
   段を具えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１
   項記載のビーム査察装置。 ７、チップの形の対象が活性化され得るように測定空間
   に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
   １項記載のビーム査察装置。 ８、露出パルスの連続とビーム断流器とを介して複数サ
   ンプル測定に適することを特徴とする請求項１〜７のい
   ずれか１項記載のビーム査察装置。 ９、検出装置が測定信号の一時貯蔵メモリを具えること
   を特徴とする請求項８記載のビーム査察装置。 １０、積分ＲＣ回路とアナログ電子検出用のディジタル
   −アナログ変換器とを具えたことを特徴とする請求項１
   〜９のいずれか１項記載のビーム査察装置。 １１、計数器を介してディジタル−アナログ変換器の結
   合された演算増幅器へ調節可能な参照電圧が印加され得
   て、円柱内の遅延グリッドの電位がこのディジタル−ア
   ナログ変換器を介して検出信号によって制御可能である
   ことを特徴とする請求項１０記載のビーム査察装置。 １２、ディジタル−アナログ変換器の出力が装置の円柱
   内の遅延グリッド電極へ接続されたことを特徴とする請
   求項１０または１１記載のビーム査察装置。 １３、検出器により傍受された電子の個別の計数用に所
   定の制限電圧が差検出器へ印加され、この制限を超えた
   検出信号が計数器で計数されることを特徴とする請求項
   １〜９のいずれか１項記載のビーム査察装置。 １４、関連する測定周期の選択のために計数器がゲート
   回路へ接続され、このゲート回路が装置内のビーム断流
   器へ結合されたことを特徴とする請求項１３記載のビー
   ム査察装置。