JPH0417250A

JPH0417250A - 電子ビーム装置

Info

Publication number: JPH0417250A
Application number: JP2119286A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Abe; 貴之安部; Kazuo Okubo; 大窪　和生
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1992-01-22

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】〔目次〕概要産業上の利用分野従来の技術（第５図）発明が解決しようとする諜肪（第６図）課題を解決する
ための手段（第１図）作用実施例（第２〜第４図）発明の効果〔概要〕電子ビーム装置、特にＩＩ！ｉ縁保護膜上から電子ビー
ムを照射して、その二次電子信号量に基づいて電圧波形
等を測定する装置に関し、該二次電子信号量の信号処理を工夫して、被照射領域下
に形成された配線位置を正確に求め、該被照射領域下の
配線に電子ビームを再現性良く、かつ、精度良く位置合
わせすることを目的とし、少なくとも、被照射対象物に
電子ビームを出射する電子銃と、前記電子ビームを偏向
走査する偏向手段と、前記被照射対象物からの反射電子
又は二次電子を検出する検出手段と、前記反射電子又は
二次電子の信号処理をする信号処理手段と、前記電子銃
、偏向手段及び信号処理手段の入出力を制御する制御手
段とを其備する電子ビーム装置において、前記制御手段
が、前記被照射対象物の測定ｆｆＩ域内に、複数の被測
定点を設定する設定処理をし、前記各被測定点毎に電子
ビームの照射処理をし、前記各被測定点毎に被照射対象
物からの反射電子又は二次電子の検出処理をし、前記検
出処理に基づいて得られた反射電子又は二次電子の検出
量の標準偏差の演算処理をし、前記演算処理に基づいて
電子ビームの位置決めを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、絶縁保護膜上から電子ビームを照射して、
その二次電子信号量に基づいて電圧波形等を測定する装
置に関するものである。

近年、絶縁性の膜により保護された被照射対象物に電子
ビームを偏向走査して画像取得をする電子顕微鏡や電子
ピーステスタ等の電子ビーム装置が使用されている。

これによれば、配線試料電圧が絶縁性の膜を介して反射
電子又は二次電子を変調することを利用して、被照射領
域下に形成された配線位置を正確に求め、安定した反射
電子又は二次電子を取得して電圧波形等を精度良く測定
することができる電子ビーム装置が望まれている。

段２等の電子光学系を通して被照射対象６に出射される
０次に被照射対象６からの反射電子や二次電子１ｂが、
二次電子検出器３により検出される。

その後、反射電子や二次電子１ｂが信号処理回路４によ
り信号処理される。これにより、被照射対象物６の配線
位置に電子ビーム１ａを位置合わせして電圧波形等を測
定することができる。

〔従来の技術〕

第５．６図は、従来例に係る説明図である。

第５図は、従来例の電子ビーム装置に係る構成図を示し
ている。

図において、電子ビームテスタ等の電子ビーム装置は、
鏡筒内に設けられた電子銃１、偏向手段２及び二次電子
検出器３と、その外部に該二次電子検出器３からの反射
電子や二次電子１ｂの信号処理をする信号処理回！４と
、該電子銃１．偏向手段２及び信号処理回ｔＩＩ４の入
出力を制御する制御計算機５から構成されている。

該装置の機能は、まず電子ビーム１ａが偏向手〔発明が
解決しようとする課題〕ところで、従来例によれば、ＬＳＩ（半導体集積回路装
Ｗ）の試験や故障診断をする場合、そのチップ表面の絶
縁膜を除去してＬＳＩの配線に、直接、電子ビーム１ｂ
を照射していた。従って、この場合には、配線を横切る
ように電子ビームｌａを線走査することにより、配線６
Δから放出される反射電子や二次電子１ｂの変化から配
線位置を正確に求めることができる。

すなわち、配線６Ａに電子ビーム１ａが照射されたとき
の反射電子や二次電子１ｂの検出量が多く、眉間絶縁膜
にそれが照射されたときの反射電子や二次電子１ｂの検
出量が少なくなる。これを利用して、その検出量の加算
平均処理をすることにより配線位置を正確に求めること
ができる。

しかし、絶縁膜の除去によって、高集積化・超微細化す
るＬＳＩの破壊発生の恐れがあるためチシプ表面の絶縁
膜を除去せずに、それを残留させた状態で電圧測定等が
行われる傾向にある。

このため、第６図の問題点の説明図に示すように、表面
が絶縁性の膜で覆われている場合には、配線位置を正確
に求めることができない。

すなわち、同図において、縦軸に二次電子検出量ｅ、横
軸に被測定点の位置Ｘｉをそれぞれ示すものとすれば、
配線を横切るように電子ビームｌａを線走査した場合、
二次電子信号量の変化が小さくなる。

これは、絶縁性の膜を介して配線６Ａ上に電子ビーム１
ａが照射されることによって、そこからの反射電子や二
次電子１ｂの検出量と、眉間絶縁膜にそれが照射された
ときの反射電子や二次電子ｌｂの検出量とがほとんど差
が無くなるためであこのことで、表面が絶縁性の膜で覆
われていない場合のように、二次電子信号量を加算平均
する方法では正確に配線位置を検出することができない
という問題がある。

本発明はかかる従来例の問題点に鑑み創作されたもので
あり、二次電子信号量の信号処理を工夫して、被照射領
域下に形成された配線位置を正確に求め、該被照射領域
下の配線に電子ビームを再現性良く、かつ、精度良く位
置合わせ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。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明に係る電子ビーム装置の原理図を示し
ている。

その装置は、少なくとも、被照射対象物１６に電子ビー
ム１１ａを出射する電子銃１１と、前記電子ビーム１１
ａを偏向走査する偏向手段１２と、前記被照射対象物１
６からの反射電子又は二次電子１１ｂを検出する検出手
段１３と、前記反射電子又は二次電子１１ｂの信号処理
をする信号処理手段１４と、前記電子銃１１．偏向手段
１２及び信号処理手段１４の入出力を制御する制御手段
１５とを具備する電子ビーム装置において、前記制御手
段１５が、同図の破線内フローチャートにおいて、まず
、ステップＰ１で前記被照射対象物１６の測定量域Ａ内
に複数の被測定点Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｉを設定する設定
処理をし、次いで、ステップＰ２で前記各被測定点Ｘ１
、Ｘ２・・・Ｘｉ毎に電子ビーム１１ａの照射処理をし
、次に、ステップＰ３で前記各被測定点Ｘ１、Ｘ２・・
・Ｘｉ毎に被照射対象物１６からの反射電子又は二次電
子１１ｂの検出処理をし、さらに、ステップＰ４で前記
検出処理に基づいて得られた反射電子又は二次電子１１
ｂの検出量の標準偏差の演算処理をし、その後、ステッ
プＰ５で前記演算処理に基づいて電子ビーム１１ａの位
置決め処理をすることを特徴とし、前記装置であって、前記複数の被測定点ＸＩ。

Ｘ２・・・Ｘｉが被測定領域Ａ内において、直線状に設
定処理されることを特徴とし、前記装置において、絶縁性の膜に覆われた被照射対象物
１６下の配線１６Ａに印加された試料電圧已に基づいて
、電子ビーム１１ａの位置決め処理がされることを特徴
とし、上記目的を達成する。

【作用〕

本発明によれば、第１図の破線内フローチャートにおい
て、ステップＰ２で被照射対象物１６の測定頭域Ａ内に
設定された各被測定点Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｉ毎に電子ビ
ーム１１ａの照射処理をし、次に、ステップＰ３．Ｐ４
で反射電子又は二次電子１１ｂの検出処理をし、それに
基づいて得られた反射電子又は二次電子１１ｂの検出量
の標準偏差σの演算処理等をする制御手段１５が設けら
れている。

例えば、絶縁性の膜に覆われた被照射対象物１６下の配
線１６Ａとその絶縁性の膜とにより形成された容量性結
合により、該配線１６Ａに印加された試料電圧已に基づ
いて各測定点Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｉに係る反射電子又は
二次電子１１ｂが変調処理される。また、複数の被測定
点Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｉが測定領域Ａ内において、直線
状に設定処理されることから、変調された各測定点Ｘ１
、Ｘ２・・・Ｘｉの反射電子又は二次電子１１ｂの検出
量の標準偏差σの演算処理に基づいてラインプロファイ
ルを生成することができる。このことで、制御手段１５
が最も変調の大きい部分、すなわち、標準偏差σの最も
大きい位置を配線位置中心と認識することができる。

このため、被照射対象物１６上が絶縁性の膜に覆われた
場合であっても、その被照射対象物１６下の配線位置を
正確に求めることができる。

これにより、被照射領域１６下の配線に電子ビームを再
現性良く、かつ、精度良く位置合わせすることが可能と
なる。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明する
。

第２〜第４図は、本発明の実施例に係る電子ビーム装置
を説明する図であり、第２図は電子ビーム装置の構成図
を示している。

図において、例えば、被照射対象物１６の一実施例とな
る試料ＬＳＩ３０の電圧を測定する電子ビーム装置は、
鏡筒２０内に、ＬＳＩ３０に電子ビーム２１ａを出射す
る電子銃２１と、電子ビーム２１ａを偏向走査するパル
スゲート２２Ｄ、偏向コイル２２Ｅと、ＬＳＩ３０から
の反射電子や二次電子２１ｂのエネルギー分析をする分
析器２７と、二次電子２１ｂを検出する二次電子検出器
２３が設けられている。

また、その外部に、電子ビーム２１ａをパルス状に照射
するパルス発生器２２Ａ、ゲート回路２２Ｂ及びパルス
ゲートドライバ２２Ｃと、分析器２７に分析電圧を供給
するＤ／Ａコンバータ２６と、反射電子や二次電子２１
ｂの信号処理をするサンプリングＡ／Ｄ回路２４Ａ、加
算平均回路２４Ｂ及びメモリ装置２２Ｃと、ＬＳＩ３０
の配線に試料電圧Ｅを供給するＬＳＩドライバ２８と、
電子銃２１．パルス発生器２２Ａ、偏向器コイル２２Ｅ
、メモリ装置２２Ｃ，Ｄ／Ａコンバータ２６及びＬＳＩ
ドライバ２８の入出力を制御する制御計算機２５とを具
備している。

制御計算機２５は、電子銃を制御する電子銃制御回路２
５Ａと、偏向器コイル２２Ｅを制御する偏向駆動制御回
路２５Ｂと、ＬＳＩドライバ２８を制御するＬＳＩ駆動
制御回路２５Ｃと、ＬＳＩ３０の二次電子検出量の標準
偏差σのラインプロファイルに係るデータ等を記憶する
記憶回路２５Ｄと、信号処理された反射電子や二次電子
２１ｂの検出データに基づいて標準偏差σを演算する標
準偏差演算回路２５Ｅと、各回路からの入出力データに
基づいて演算処理をするＭＰ０２５Ｆと、その他の回路
２５Ｇから成る。

２５Ｈはシステムバスであり、各種データを転送するも
のである。２９はモニタであり、ＬＳＩ３０の画像（Ｓ
ＥＭ像）を表示するものである。

次に、当該装置の動作について説明をする。

第３図は、本発明の実施例に係る電子ビーム装置の動作
フローチャートであり、第４図は、その補足説明図であ
る。

図において、例えば、第４図に示した絶縁保護膜３０Ｂ
により配線３０Ａが保護された試料ＬＳＩ３０の配線位
置に電子ビーム２１ａを位置合わせして、その電圧を測
定する場合、まず、ステップＰＩで試料表面の画像取得
処理をする。この際に、電子銃２１から電子ビーム２１
ａがＬＳＩ３０に照射される。電子ビーム２１ａは、パ
ルス発生器２２Ａ、ゲート回路２２Ｂ、パルスゲートド
ライバ２２Ｃ及びパルスゲ−）２２Ｄによりパルス状に
照射され、それが偏向コイル２２Ｅ等により偏向走査さ
れる。さらに、ＬＳＩ３０からの反射電子や二次電子２
１ｂが二次電子検出器２３により検出される。この際に
、Ｄ／Ａコンバータ２６により分析器２７に分析電圧が
供給される。また、反射電子や二次電子２１ｂはサンプ
リングＡ／Ｄ回路２４Ａによりデジタル信号に変換され
、それが加算平均処理される。この際の加算平均処理は
、標準偏差σを求めるためのものであり、二次電子検出
データを５Ｅｉ（ｉ＝１．２．・・・ｎ）すれば、加算
平均値ＳＥは、で与えられる。

この加算平均値ＳＥに係るデータはメモリ装置２２に入
力される。

次に、ステップＰ２で画像上で測定点の粗指定をする。

この際に、モニタ２９上で試料ＬＳＩ３０の測定領域Ａ
内に複数の被測定点Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｉが設定される
０例えば、試料ＬＳＩ３０の被測定領域Ａ内において、
被測定点Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘ１０が直線状に設定処理さ
れる（第２図破線円内図参照）。

次いで、ステップＰ３でラインプロファイル測定の前処
理をする。この際に、また、ＬＳＩ３０の配線３０Ａに
ＬＳＩドライバ２日により試料電圧Ｅが供給される。試
料電圧Ｅは、動作周波数の高い１例えば、試料ＬＳＩ３
０のシステムクロック信号等である。

その後、ステップＰ４で第１番目の被測定点Ｘ１に電子
ビーム２１ａを移動する。この際に、電子ビーム２１ａ
は、偏向駆動制御回路２５Ｂ、偏向コイル２２Ｅ等によ
り偏向移動される。

次に、ステップＰ５で被測定点ＸＩで、例えば、ｎ−１
０００回サンプリングをする。この際に、被測定点ＸＩ
に係る試料ＬＳＩ３０の反射電子又は二次電子２１ｂの
検出処理がされる。また、その検出信号はステップＰＩ
と同様に信号処理され、その加算平均値ＳＥがメモリ装
置２２Ｃに格納される。

次いで、ステップＰ６で被測定点Ｘ１でｎ＝１０００回
サンプリングしたデータの標準偏差σを求め、被測定点
Ｘｌのラインプロファイルデータとする。

この際に、制御計算機２５の標準偏差演算回路２５Ｅに
より二次電子検出データＳＥｉ等に基づいて標準偏差σ
が演算処理される。

ここで、標準偏差σは、先の二次電子検出デーで与えら
れるこの標準偏差σのラインプロファイルに係るデータ等が
ＭＰＵ２５Ｆを介して記憶回路２５Ｄに記憶される。

その後、ステップＰ７で取得終了位置に達したか否かの
判断をする。この際に、取得終了位置に達した場合（ｙ
Ｅｓ）には、ステップＰ９に移行する。また、取得終了
位置に達しない場合（ＮＯ）には、ステップＰ８に移行
して、被測定点Ｘについて、ｌを加算処理してステップ
Ｐ５に戻り、ステップＰ５〜Ｐ７の処理を繰り返す、こ
れにより、試料ＬＳＩ３０の被測定領域Ａ内において、
直線状に設定処理され被測定点Ｘ１、Ｘ２・・・ＸＩＯ
に係る標準偏差σのラインプロファイルを生成すること
ができる。

次いで、ステップＰ９でラインプロファイルをモニタ２
９に表示処理をする。

その後、ステップＰＩＯでラインプロファイル上で被測
定点Ｘｉを指定する０例えば、第４図（ｂ）の位ｊｌＸ
５が最も標準偏差σが大きい位置とすれば、この配線位
置ｘ５に電子ビーム２１ａを位置合わせするようにする
。

次いて、ステップｐＨで指定された配線位置Ｘ５に電子
ビーム２１ａを移動して測定処理をする。

この際に、ステップＰＩの信号処理と同様にＬＳＩ３０
からの反射電子や二次電子２１ｂが二次電子検出器２３
により検出される。また、Ｄ／Ａコンバータ２６により
分析器２７に分析電圧が供給される。これにより、分析
電圧をフィードバック法等により解析することで、絶縁
保Ｗ１膜３０Ｂにより配置３０Ａが保護された試料ＬＳ
ｒ３０の配線の電圧を測定することができる。

なお、ステップＰ１２で測定終了か否かの判断処理をす
る。この際に、測定終了でない場合（ＮＯ）には、ステ
ップＰ１に戻って、ステップＰ１〜ｐＨの処理を繰り返
す。

このようにして、本発明の実施例によれば、第１図の破
線内フローチャートにおいて、ステップＰ５．Ｐ７．Ｐ
ａで試料ＬＳｆ３０の測定頭域Ａ内に設定された各被測
定点Ｘ１、Ｘ２・・・ＸＩＯ毎に電子ビーム２１ａの照
射処理をし、ステップＰ６で反射電子又は二次電子２１
ｂの検出処理をし、それに基づいて得られた反射電子又
は二次電子２１ｂの検出量の標準偏差σの演算処理等を
する制御計算８１２５が設けられている。

このため、絶縁保護Ｗ！Ｊ、３０Ｂに覆われた試料ＬＳ
Ｉ３０下の配線３０Ａとその膜３０Ｂとにより形成され
た容量性結合により、該配線３０Ａに印加された試料電
圧已に基づいて各測定点Ｘ１、Ｘ２・・・ＸＩＯに係る
反射電子又は二次電子２１ｂが変調処理される。また、
複数の被測定点Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘ１０が測定領域Ａ内
において、直線状に設定処理されることから、変調され
た各測定点Ｘ１、Ｘ２・・・ＸＩＯの反射電子又は二次
電子２１ｂの検出量の標準偏差σの演算処理に基づいて
ラインプロファイルを生成することができる。このこと
で、ＭＰＵ２５Ｆが最も変調の大きい部分、すなわち、
標準偏差σの最も大きい位ＷＸ５を配線位置中心と認識
することができる。

このことで、試料ＬＳＩ３０上に絶縁保ｆｉｌ膜３０Ｂ
に覆われた場合であっても、その試料ＬＳＩ３０下の配
線位置を正確に求めることができる。

これにより、ＬＳＩ３０の照射Ｍ城下の配線３０Ａに電
子ビーム２１ａを再現性良く、かつ、精度良く位１合わ
せして、精度良く電圧波形等の取得処理をすることが可
能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば被照射対象物の各
被測定点毎に電子ビームの照射処理をし、それに基づい
て得られた反射電子又は二次電子の検出量の標準偏差の
演算処理等をする制御手段が設けられている。

このため、配線に印加された試料電圧に基づいて変調さ
れた各測定点の反射電子又は二次電子の検出量の標準偏
差の演算処理することにより、ラインプロファイルを生
成することができる。このことで、制御手段が最も変調
の大きい部分、すなわち、標準偏差の最も大きい位置を
配線位置中心と認識することができる。

これにより、被照射領域下の配線に電子ビームを再現性
良く、かつ、精度良く位置合わせして、電圧測定等をす
ることが可能となる。このことで、故障診断や解析等を
高効率に行うことが可能な電子ビーム装置の製造に寄与
するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る電子ビーム装置の原理図、第２図は、本発明の実施例に係る電子ビーム装置の構成
図、第３図は、本発明の実施例に係る電子ビーム装置の動作
フローチャート、第４図は、本発明の実施例に係る動作フローチャートの
補足説明図、第５図は、従来例に係る電子ビーム２置の構成図、第６図は、従来例に係る問題点を説明する検出量対位置
関係図である。（符号の説明）１１・・・電子銃、１２・・・偏向手段、１３・・・検出手段、１４・・・信号処理手段、１５・・・制御手段、１１ａ・・・電子ビーム、１１ｂ・・・反射電子又は二次電子、ＸＩ−Ｘｎ・・・被測定点、Ａ・・・被測定頭域、Ｅ・・・試料電圧。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも、被照射対象物（１６）に電子ビーム
（１１ａ）を出射する電子銃（１１）と、前記電子ビー
ム（１１ａ）を偏向走査する偏向手段（１２）と、前記
被照射対象物（１６）からの反射電子又は二次電子（１
１ｂ）を検出する検出手段（１３）と、前記反射電子又
は二次電子（１１ｂ）の信号処理をする信号処理手段（
１４）と、前記電子銃（１１）、偏向手段（１２）及び
信号処理手段（１４）の入出力を制御する制御手段（１
５）とを具備する電子ビーム装置において、前記制御手段（１５）が、前記被照射対象物（１６）の
測定領域（Ａ）内に複数の被測定点（Ｘ１、Ｘ２・・・
Ｘｉ）を設定する設定処理をし、前記各被測定点（Ｘ１
、Ｘ２・・・Ｘｉ）毎に電子ビーム（１１ａ）の照射処
理をし、前記各被測定点（Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｉ）毎に
被照射対象物（１６）からの反射電子又は二次電子（１
１ｂ）の検出処理をし、前記検出処理に基づいて得られ
た反射電子又は二次電子（１１ｂ）の検出量の標準偏差
（σ）の演算処理をし、前記演算処理に基づいて電子ビ
ーム（１１ａ）の位置決め処理をすることを特徴とする
電子ビーム装置。
（２）請求項１記載の電子ビーム装置であって、前記複
数の被測定点（Ｘ１、Ｘ２・・・Ｘｉ）が被測定領域（
Ａ）内において、直線状に設定処理されることを特徴と
する電子ビーム装置。
（３）請求項１記載の電子ビーム装置において、絶縁性
の膜に覆われた被照射対象物（１６）下の配線（１６Ａ
）に印加された試料電圧（Ｅ）に基づいて、電子ビーム
（１１ａ）の位置決め処理がされることを特徴とする電
子ビーム装置。