JPH03179655A - 電子ビーム装置 - 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】 〔概要〕 電子ビーム装置に関し、 有限個の検出器に対して２次電子の軌道を適切に収束さ
せて２次電子の検出効率を高め、測定性能を向上できる
電子ビーム装置を提供することを目的とし、 試料に対して照射手段により電子ビームを照射し、試料
から放出させる２次電子を２次電子検出器により検出す
るとともに、試料と反対の位置に反射電極を配置し、２
次電子検出器１７からの２次電子信号に基づいて測定手
段により試料に関連のある物理量を測定する電子ビーム
装置において、前記反射電極を、２次電子検出器の周辺
部分でかつ２次電子の軌道に対して対称となるように配
置して構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビーム装置に係り、詳しくは、細く絞っ
た電子ビームを試料に照射し、２次電子信号を検出し、
試料の拡大画像（２次電子像）表示、線幅測定あるいは
電圧測定を行う走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電子ビー
ムテスタなどに適用される電子ビーム装置に関する。

電子ビーム装置はいろいろな応用が考えられるが、典型
的には超ＬＳＩの内部動作の診断を行う電子ビーム（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　：　Ｅ　Ｂ　）プローバと
しての用途が多く、ブローバは動作中のＬＳＩチップ表
面に電子ビームを照射し、放出される２次電子を検出す
ることにより、ＬＳＩ内部の動作状態を診断するシステ
ムである。

〔従来の技術〕 電子ビーム装置は試料に電子ビームを照射し、放出され
る２次電子を検出してＬＳＩの不良解析等を行うが、２
次電子を検出する検出器近傍に反射板（リフレクタ）を
設けて２次電子を収束させることが行われており、従来
のりコレクタとしては、例えば第７図に示すようなもの
がある。同図において、１ａ〜１ｄは２次電子を検出す
る検出器であり、検出器１ａは前面側（２次電子の検出
側）にリング状のコレクタ２ａを有し、これには正の電
位が印加されている。なお、他の検出器１ｂ−１ｄにつ
いても同様である。検出器１ａ−１ｄの図中上方側には
円板状のりコレクタ３が配置され、これには負の電位が
印加されている。なお、Ｚはリフレクタ３の中心軸（Ｚ
軸ともいう〉で電子ビームの軌道（電子ビーム光軸に相
当）である。

したがって、電子ビームは図中上方からリフレクタ３の
中心孔３ａを通過して試料（例えばＩＣ）に照射され、
試料から放出された２次電子は図中下方から上方に向か
い、リフレクタ３、コレクタ２ａを含む平面上へ曲げら
れ、検出器１ａ〜１ｄを含む円環状の領域に収束させら
れて検出される。

このとき、電子の捕獲効率は検出器１ａ−１ｄの置かれ
た円周上のすべての位置で等しくなっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の電子ビーム装置にあっ
ては、検出器の個数の制限のため、発生する２次電子の
ごく一部しか検出されず、結果として検出効率が悪く、
２次電子に基づいて測定される試料に関連する物理量（
例えば、電圧波形、試料の拡大画像等）の測定性能を十
分に高めることができないという問題点があった。

すなわち、第８図番こ示すように円周上番こ配置された
検出器１ａ〜ｌｄは少数個（この例では４個〉であり、
円環領域４（全２次電子線領域）のさらに一部を占める
に過ぎない。円環領域４はほぼ均一な２次電子密度を有
しており、検出器１ａ−１ｄに入射する電子のみが検出
されるので、検出効率が悪い。

一方、検出器の個数を単に多くすると、信号処理回路の
複雑化やコストアンプ等を招くので好ましくない。

そこで本発明は、有限個の検出器に対して２次電子の軌
道を適切に収束させて２次電子の検出効率を高め、測定
性能を向上できる電子ビーム装置を提供することを目的
としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電子ビーム装置は上記目的達成のため、試
料に対して照射手段により電子ビームを照射し、試料か
ら放出させる２次電子を２次電子検出器により検出する
とともに、試料と反対の位置に反射電極を配置し、２次
電子検出器からの２次電子信号に基づいて測定手段によ
り試料に関連のある物理量を測定する電子ビーム装置に
おいて、前記反射電極を、２次電子検出器の周辺部分で
、かつ２次電子の軌道に対して対称となるように配置し
ている。

〔作用〕

本発明では、反射電極が２次電子検出器の周辺に該２次
電子の軌道に対して対称となるような形状に加工して配
置され、負の電位が印加される。

したがって、２次電子の軌道が有限個の検出器に有効に
収束することとなり、検出効率が高まり、測定性能が向
上する。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜４図は本発明に係る電子ビーム装置の第１実施例
を示す図であり、第１図はその全体構成図である。第１
図において、１１はストロボ電子ビーム装置、１２は電
子ビーム鏡筒であり、電子ビーム鏡筒１２には試料室１
３が接続される。試料室１３の内部には被検ＩＣ（試料
〉１４が配置される。被検ＩＣ１４には電子ビーム鏡筒
１２からＥＢパルス１５が照射され、２次電子１６が得
られる。２次電子１６は試料室１３に接続された検出器
（２次電子検出器〉１７によって検出され、このとき、
２次電子１Ｇの軌道はりフレフタ（反射電極）３１（詳
細は後述）によって検出器１７に有効に収束させられる
。そして、検出器１７の出力は２次電子信号として２次
電子信号処理回路１８に入力する。また、被検ＩＣ１４
はパターンジェネレータ（ＰＧ）あるいはＬＳＩテスタ
からなるＩＣドライバ１９によって動作し、２次電子信
号処理回路１８にはＩＣドライバ１９からのクロックが
人力されるとともに、周期トリガがＩＣドライバ１９か
ら入力され、さらに、制御用計算機２０からの制御信号
および後述する遅延回路からのストローブ信号が人力し
、２次電子信号処理回路１ｇからは′ＭＪ御用計算ａ２
０４こ出力データおよびシーケンスコントロールに必要
な動作終了信号等が出力される。

なお、一般に、検出器１７で検出された２次電子信号は
非常に微弱であり、ｌショットで確実に見ることかでき
ず、特定箇所に何度（例えば、１０００回）もＥＢパル
スを照射してその加算結果を得る必要がある。そのため
、２次電子信号処理回路１８はＩＣドライバ１９からの
パルス信号、周期トリガおよび制御用計算機２０からの
制御信号に従って２次電子信号をサンプリングし、この
検出された２次電子信号をディジタル化するとともに、
そのディジタル信号を加算平均してそのデータを制御用
計算機２０に出力する。

一方、２１はＥＢパルストリガ発生回路であり、ＥＢパ
ルストリガ発生回路２１はｌ動作周期中に複数個のＥＢ
パルストリガを発生する。ＥＢパルストリガ発生回路２
１にはＩＣドライバ１９からのパルス信号、周期トリガ
に加えてイベントトリガが入力されるとともに、制御用
計算機２０から所定のコントロール信号が入力され、Ｅ
Ｂパルストリガ発生回路２１からは遅延回路２２にＥＢ
パルストリガが出力される。この場合、ＥＢパルストリ
ガ発生回路２１は前記パルス信号に同期して１クロツク
中に複数回のＥＢパルストリガを１威する。遅延回路２
２にはさらに制御用計算機２０から指定信号が入力され
、遅延回路２２からは２次電子信号処理回路１８および
ＥＢパルスゲートドライバ２３にストローブ信号が出力
される。ＥＢパルスゲートドライバ２３にはさらに制御
用計算機２０からＥＢパルスゲートドライバ制御信号が
人力され、ＥＢパルスゲートドライバ２３の出力は電子
ビーム鏡筒２の内部に配置されたＥＢパルスゲート２４
に接続される。ＥＢパルスゲートドライバ２３はＥＢパ
ルスゲート２４に電気的なパルスを印加することにより
電子ビームを振ってパルス化させる。また、制御用計算
機２０には表示装置２５が接続される。

上記ＥＢパルストリガ発生回路２１、遅延回路２２、Ｅ
Ｂパルスゲートドライバ２３、ＥＢパルスゲート２４お
よび制御用計算機２０は全体として照射手段２６を構威
し、２次電子信号処理回路１８および制御用計算機２０
は測定手段２７を構成する。

ここで、本実施例の特徴部分であるリフレクタ３１の詳
細について説明する。第１図では、検出器１７を１個の
み図示しているが、実際には第２図に詳細を示すように
４個の検出器１７３〜１７ｄが従来例と同様に配置され
ている。検出器１７ａ〜１７ｄの図中上方側（被検ＩＣ
１４に対し反対側〉には全体として漏斗状のりコレクタ
３１が配置され、リフレクタ３１の中心部にはＥＢパル
ス１５が通過する中心孔３１ａが開口している。リフレ
クタ３１の周辺部は４個の検出器１７ａ〜１７ｄによる
２次電子検出系に対して４回の対称性を持つような形状
、すなわち、各検出Ｆｉ１７ａ〜１７ｄの周辺の空間部
分で、かつ２次電子の軌道に対して対称的に検出器自身
を覆うような波形に一体成形した形状に形成されている
。

１つの検出器１７ａを透視図的に表すと、第３図のよう
に示される。第３図では検出器１７ａの前端面を示し、
図中、１１７はリング状のコレクタ、１１８は２次電子
１６の捕獲して光信号に変換するシンチレータ面である
。第３図からも明らかであるように、リフレクタ３１は
２次電子１６を集めるように検出器１７ａの周辺を対称
に覆っている。シンチレータ面１１Ｂには正の電位、リ
フレクタ３１には負の電位が印加される。

次に、作用を説明する。

測定シーケンスは次の通りである。まず、制御用計算機
２０で発生したテストベクトルをＩＣドライバ１９にダ
ウンロードするととも、マルチストロボ測定系、すなわ
ちＥＢパルストリガ発生回路２１等を含む照射手段２６
および測定手段２７を初期化する。次いで、ＩＣドライ
バ１９でテストベクトルに従ってテストパターンを繰り
返し発生し、テストパターンの開始タイミングを示すト
リガ信号と被検ＩＣ１４（すなわち、Ｄ　Ｕ　Ｔ　：　
ｄｅｖｉｃｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｅｓｔ（テストデバイス
）〉を駆動するためのクロック信号を被検ＩＣ１４に供
給する。その後、測定手段２７ではトリガ信号を基準と
してクロック信号のパルスに同期して２次電子信号のサ
ンプリングを行い、そのサンプリング結果に基づいて被
検ＩＣ１４の信号電圧の測定が行われる。

ここで、本実施例では第３図に示すように被検ＩＣ１４
から放出された２次電子１６がりコレクタ３１の負電圧
による静電的な圧力によりその軌道が曲げられて検出器
１７ａ側に収束させられる。これは、他の検出器１７ｂ
−１７ｄについても同様である。従来と異なるのは第４
図（ｂ）に示すように、リフレクタ３１に沿って有効に
収束している点であり、従来であれば同図（ａ）に示す
ようにリフレクタ３が円板状であるため収束の効率が悪
いのに対し、本実施例の場合は各検出器１７ａ−１７ｄ
の間の領域に到着する２次電子をリフレクタ３１により
積極的に検出面であるシンチレータ面１１８に集めるこ
とができ、特に方位角方向の２次電子収束機能を十分に
発揮することができる。また、リフレクタ３１が全体と
して漏斗状の形状であるため、動径方向（第８図参照）
外向きへの２次電子１６軌道の変化も容易でシンチレー
タ面１１８に集められる。したがって、有限個の検出器
１７ａ＝１７ｄに対して２次電子１６の検出効率を高め
ることができ、被検ＩＣ１４の測定性能を向上させるこ
とができる。

なお、本実施例では検出器が４個であるので、リフレク
タ３１は４回の対称性を持つ形状にしているが、検出器
が６個なら６回の対称性、８個なら８回の対称性、ｎ個
ならｎ回の対称性と、リフレクタ３１に検出器と同し対
称性を持たせるようにすればよい。

次に、第５図は本発明の第２実施例を示す図であり、本
実施例ではＺ方向収束のための円板状（若しくは漏斗状
でもよい）の中心電極４１を１枚と、方位角方向収束の
ための検出器間用の補助電極４２ａ〜４２ｄを４枚揃え
ることにより、リフレクタ４３が構成されている。補助
電極４２８〜４２ｄは中心電極４１にほぼ垂直でかつ検
出器１７ａ〜１７ｄの間に等間隔で配置され、中心電極
４１にはＶＩ、補助電極４２ａ〜４２ｄにはＶ８なる負
の異なる電位が印加されている。したがって、本実施例
ではりコレクタ４３の加工が容易であるとともに、各電
極にそれぞれ異なる負電位（ｖｌ、ｖ２）を与えること
により生じる電界によって、２次電子１６の軌道を検出
器１７ａ〜１７ｄに有効に収束させることができる。

第６図は本発明の第３実施例を示す図であり、本実施例
は２枚１組で４対の電極板４５ａ、４５ｂ。

４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４８ｂによ
り、それぞれ各検出器１７ａ−１７ｄを覆うように放射
状に角度を持たせて配置してリフレクタ４９を構成した
ものである。本実施例においても第１実施例と同様の効
果を得ることができる他、第２実施例と同様にリフレク
タ４９の加工が比較的容易である他、さらに検出器１７
ａ〜１７ｄの左右の電極に異なる負電位を与えることに
より発生する電界によって、２次電子４６の運動量のψ
成分（第８図に示す方位角方向の成分）を相殺し、２次
電子１６の軌道を検出器１７ａ〜１７ｄに前記実施例以
上に効率よく収束させることが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、有限個の検出器に対して２次電子の軌
道を適切に収束させて２次電子の検出効率を高めること
ができ、試料の測定性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明に係る電子ビーム装置の第１実施例
を示す図であり、 第１図はその全体構成図、 第２図はそのリフレクタの構成図、 第３図はそのリフレクタの一部の透視図、第４図はその
動作を説明する図、 第５図は本発明に係る電子ビーム装置の第２実施例を示
すリフレクタの構成図、 第６図は本発明に係る電子ビーム装置の第３実施例を示
すリフレクタの構成図、 第７．８図は従来の電子ビーム装置を示す図であり、 第７図はそのリフレクタの構成図、 第８図はその電子検出領域を説明する図である。 １１・・・・・・ストロボ電子ビーム装置、１２・・・
・・・電子ビーム鏡筒、 １３・・・・・・試料室、 １４・・・・・・被検ＩＣ１ １５・・・・・・ＥＢパルス、 １６・・・・・・２次電子、 １７、１７　ａ　＝１７　ｄ・・・・・・検出器（２次
電子検出器）１８・・・・・・２次電子信号処理回路、
１つ・・・・・・ＩＣドライバ、 ２０・・・・・・制御用計算機、 ２１・・・・・・ＥＢパルストリガ発生回路、２２・・
・・・・遅延回路、 ２３・・・・・・ＥＢパルスゲートドライバ、２４・・
・・・・ＥＢパルスゲート、 ２５・・・・・・表示装置、 ２６・・・・・・照射手段、 ２７・・・・・・測定手段、 ３１、４３．４９・・・・・・リフレクタ、４１・・・
・・・中心電極、 ４２ａ〜４２ｄ・・・・・・補助電極、代 理 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕試料（１４）に対して照射手段（２６）により電
   子ビームを照射し、 試料（１４）から放出させる２次電子を２次電子検出器
   （１７）により検出するとともに、試料（１４）と反対
   の位置に反射電極（３１、４３、４９）を配置し、 ２次電子検出器１７からの２次電子信号に基づいて測定
   手段（２７）により試料（１４）に関連のある物理量を
   測定する電子ビーム装置において、前記反射電極（３１
   、４３、４９）を、２次電子検出器（１７）の周辺部分
   で、かつ２次電子の軌道に対して対称となるように配置
   したことを特徴とする電子ビーム装置。 〔２〕前記反射電極（４３）は、円板又は漏斗状の中心
   電極（４１）と、該中心電極（４１）にほぼ垂直に２次
   電子検出器（１７）間に配置される複数の板状の補助電
   極（４２ａ〜４２ｄ）とからなることを特徴とする請求
   項１記載の電子ビーム装置。 〔３〕前記反射電極（４９）は、２×ｎ枚の電極（４５
   ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂ、４７ａ、４７ｂ、４８ａ
   、４８ｂ）を放射状に傾けて配置し、１枚おきに２種の
   負電位を印加するようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の電子ビーム装置。