JPH0474981A - 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】 ［概要］ 半導体集積回路装置の配線電位の測定や信号波形の測定
等に使用される電子ビーム試験装置に関し、 ビームの径を充分に絞り込むことができ、がっ、試料を
破壊することのない最適エネルギーを有する電子ビーム
を試料に照射する場合において、試料面上、ビーム照射
点付近の絶縁膜に正の電荷が分布しないようにし、精度
の高い配線電圧の測定ないし信号波形の測定等を行うこ
とができるようにすることを目的とし、 試料の測定点に照射し、前記試料の測定点から二次電子
を放出させるための電子ビームを発生する電子ビーム発
生源のほかに、前記試料の表面に形成された絶縁膜から
の二次電子放出比が１以下の低エネルギーの電子を発生
する低エネルギー電子発生源を設け、該低エネルギー電
子発生源から発生される低エネルギーの電子を前記電子
ビームの照射点を中心として前記試料面上、一定の範囲
にシャワー状に照射するように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体集積回路装置（以下、ＬＳＩという）の
配線電圧の測定や信号波形の測定等に使用される電子ビ
ーム試験装置（以下、電子ビームテスタという）に関す
る。

［従来の技術］ 従来、電子ビームテスタとして、第４図及び第５図にそ
れぞれその要部の概念図及び斜視図を示すようなものが
提案されている。

図中、１は試料台、２は試料台１に載五された試料ＬＳ
Ｉ、３は電子ビーム発生源、４は電子ビーム発生源３か
ら発生された電子ビーム、５は電子ビーム４をスポット
状にして試料ＬＳＩ２に照射する対物レンズ、６は試料
ＬＳＩ２から放出された二次電子、７は試料ＬＳＩ２に
対して図上、上方向の電界を印加して、試料ＬＳＩ２か
ら二次電子を引き出すためのグリッド、いわゆる引き出
しグリッドであり、この引き出しグリッド７には通常、
＋　１０００　［Ｖ　］の直流電圧が印加される。

また、８は試料ＬＳＩ２から引き出され、引き出しグリ
ッドを通過した二次電子６の速度を減速し、その進行方
向を後述する分析グリッドに垂直、即ち、電子ビーム軸
に平行にするためのグリッド、いわゆるコリメートグリ
ッドであり、このコリメートグリッド８には、通常、＋
１００　　［Ｖｌの直流電圧が印加される。

また、９は所定のエネルギーを有している二次電子６の
みを通過させるためのグリッド、いわゆる分析グリッド
であり、この分析グリッド９には、通常、−２０〜＋２
０［Ｖｌの直流電圧が印加される。

また、１０は分析グリッド９を通過した二次電子６の進
行方向を後述する二次電子検出器側に曲げる（反射させ
る）ためのグリッド、いわゆるリフレクタグリッドであ
り、このリフレクタグリッド１０には、通常、−５０［
Ｖｌの直流電圧が印加される。

また、１１はリフレクタグリッド１０によって反射され
た二次電子６を収束するためのグリッド、いわゆるコレ
クタグリッドであり、このコレクタグリッド１１には、
通常、＋１００［Ｖｌの直流電圧が印加される。

また、１２はコレクタグリッド１１を通過した二次電子
６を検出するための二次電子検出器であり、この二次電
子検出器１２は、加速電極１３、シンチレータ１４、ラ
イトガイド１５、光検出器１６を設けて構成されている
。ここに、加速電極１３は、コレクタグリッド１１を通
過した二次電子６を加速してシンチレータ１４面に衝突
させるためのものであり、この加速電ｉ１３には、通常
、＋１０［ＫＶ］の直流電圧が印加される。また、シン
チレータ１４は、衝突された二次電子６をその強度に応
じた光信号１７に変換するものである。

また、ライトガイド１５はアクリルの棒体からなり、光
信号１７を光検出器１６に伝播するためのものである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、かかる従来の電子ビームテスタにおいては、
次のような問題点があった。即ち、試料ＬＳＩ２上の配
線の電圧が、第６図Ａに示すように変化し、その最高値
をＶｌ　［Ｖｌとする場合であっても、電子ビーム４を
照射し続けていると、測定される電圧は、第６図Ｂ、Ｃ
に示すように、Ｖ２（＜Ｖｌ）や、場合によっては、０
［Ｖコとなり、測定が不正確、不可能となってしまう場
合があるという問題点があった。

本発明者による実験、研究の結果、かかる問題点は、第
７図に示すように、配線１８上の５ｉ０２膜１９に正の
電荷２０が分布してしまうためであることが判明した。

なお、２１は基板、２２はＳｉＯ□膜である。

また、ここに、第８図は、５ｉ０２膜１９における電子
ビーム４のエネルギーと２次電子放出比との関係を示し
ているが、５ｉ０２膜１９に正の電荷２０が分布してし
まう原因は、通常、電子ビーム４の照射エネルギーが１
０００　［ｅ　Ｖ　］に設定されるため、５ｉ０２膜１
９における２次電子放出比が１以上になり、入射される
電子の数よりも、放出される二次電子の数が多くなって
しまうからであることも判明した。

なお、第８図から明らかなように、電子ビーム４のエネ
ルギーを４００　［ｅ　Ｖ　］以下にする場合には、５
ｉ０２膜１９における２次電子放出比を１以下にし、Ｓ
ｉＯ□膜１９膜圧９電荷２０が分布しないようにするこ
とができる。しかしながら、このようにする場合には、
電子ビーム４を充分に絞り込めないという問題点があり
、したがって、この方法を採用することはできない。

また、同じく第８図から明らかなように、電子ビーム４
のエネルギーを２０００　［ｅ　Ｖ　］以上にする場合
にも、５ｉ０２膜１９における２次電子放出比を１以下
にし、５ｉ０２膜１９に正の電荷２０が分布しないよう
にすることができる。しかしながら、このようにする場
合には、電子ビーム４のエネルギーが余りに大きいため
、試料ＬＳＩ２の破壊を招いてしまう場合があるという
問題点があり、したがって、この方法も採用することが
できない。

本発明は、かかる点に鑑み、ビームの径を充分に絞り込
むことができ、かつ、試料を破壊することのない最適エ
ネルギーを有する電子ビームを試料に照射する場合にお
いて、試料面上、ビーム照射点付近の絶縁膜に正の電荷
が分布しないようにし、精度の高い配線電圧の測定ない
し信号波形の測定等を行うことができるようにした電子
ビームテスタを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明による電子ビームテスタは、その構成要素を、例
えば、実施例図面第１図〜第３図に対応させて説明する
と、試料２の測定点に照射し、試料２の測定点から二次
電子６を放出させるための電子ビーム４を発生する電子
ビーム発生源３のほかに、試料２の表面に形成された絶
縁膜からの二次電子放出比が１以下の低エネルギーの電
子を発生する低エネルギー電子発生源２３を設け、この
低エネルギー電子発生源２３から発生される低エネルギ
ーの電子３４を電子ビーム４の照射点を中心として試料
２面上、一定の範囲にシャワー状に照射するように構成
される。

［作用コ かかる本発明においては、ビームの径を充分に絞り込む
ことができ、かつ、試料を破壊することのない最適エネ
ルギーを有する電子ビーム４を試料面に照射する場合に
おいて、ビーム照射点付近の絶縁膜に分布してしまう正
の電荷を低エネルギー電子発生源２３から発生される電
子３４によって中和することができる。したがって、か
がる正の電荷の影響を受けることなく、精度の高い配線
電圧の測定ないし信号波形の測定を行うことができる。

［実施例コ 以下、第１図〜第３図を参照して、本発明の一実施例に
つき説明する。なお、第１図及び第３図において、第４
図及び第５図に対応する部分には同一符号を付し、その
重複説明は省略する。

第１図は本発明の一実施例の要部を示す概念図であり、
本実施例においては、低エネルギー電子発生源として、
引き出しグリッド７と、コリメートグリッド８との間に
、第２図にその斜視図を示すようなループ状のフィラメ
ント２３が設けられる。このフィラメント２３は、高融
点電子放出材料、例えば、０．１ｍｍφ程度のタングス
テン材料から構成される。また、このフィラメント２３
には、直流電源２４によって、−１０〜−１００［Ｖコ
の直流電圧が印加されると共に、加熱電源２５がら加熱
電流が供給されて加熱される。

第３図は対物レンズ５の内側部分をより詳しく説明する
ための中央縦断端面図であって、図中、２６は対物レン
ズのヨーク、２７．２８．２９は円筒形状ないしリング
状に形成されたセラミック部材、３０はセラミック部材
２８にコーティングされた高抵抗体層、３１．３２．３
３は共にリング状のステンレス部材である。なお、ステ
ンレス部材３１．３２はコリメートグリッド８と同電位
となるように接続されている。

ここに、フィラメント２３は、ステンレス部材３１と３
２との間の間隙に、これらステンレス部材３１．３２に
接触することなく、セラミック部材２７の内部側面に沿
うように配置されている。

かかる本実施例においては、フィラメント２３に加熱電
流を供給すると、フィラメント２３から電子（熱電子）
３４が発生する。この電子３４のうち、その一部はステ
ンレス部材３１．３２に吸収され、その一部は、引き出
しグリッド７により加速されて、引き出しグリッド７を
通過し、その後、引き出しグリッド７により減速されて
、電子ビーム４の照射点を中心として試料ＬＳＩ２の表
面にシャワー状に照射される。

ここに、フィラメント２３の直流電位は、−１０〜−１
００［Ｖ］に設定される。また、試料ＬＳＩ２の直流電
位はＯ［Ｖ］に設定されるにの結果、フィラメント２３
から発生され、引き出しグリッド７を通過した電子は、
１０〜１００［ｅＶ］の低エネルギーで試料ＬＳＩ２に
照射される。

したがって、本実施例によれば、ビームの径を充分に絞
り込むことができ、かつ、試料Ｌ　Ｓ　Ｉ　２を破壊す
ることのない最適エネルギー、例えば、１０００　［ｅ
　Ｖコを有する電子ビーム４を試料ＬＳＩ２に照射する
場合において、ビーム照射点付近のＳｉＯ□膜１９（第
７図参照）に分布してしまう正の電荷２０（第７図参照
）をフィラメント２３から発生される電子３４により中
和することができ、この結果、かかる正の電荷２０の影
響を受けることなく、試料ＬＳＩ２につき、精度の高い
配線電圧の測定ないし信号波形の測定を行うことができ
る。

なお、ここに、フィラメント２３を引き出しグリッド７
と試料ＬＳＩ２との間に配置することは不適当である。

なぜなら、このようにする場合には、フィラメント２３
から発生した電子３４は、すべて高電圧＋１０００［Ｖ
］を印加されている引き出しグリッド７に進み、試料Ｌ
ＳＩ２には到達しないからである。また、フィラメント
２３をコリメートグリッド８と分析グリッド９との間、
あるいは分析グリッド９と二次電子検出器１２との間に
配置することも不適当である。なぜなら、このようにす
る場合には、フィラメント２３から発生した電子３４が
二次電子６に混入してしまうからである。したがって、
フィラメント２３の位置は、本実施例の場合のように、
引き出しグリッド７とコリメートグリッド８との間に配
置するのが好適である。

［発明の効果コ 以上のように、本発明によれば、試料の表面に形成され
た絶縁膜からの二次電子放出比が１以下の低エネルギー
の電子を発生する低エネルギー電子発生源を設け、この
低エネルギー電子発生源から発生される低エネルギーの
電子を電子ビームの照射点を中心として試料面上、一定
の範囲にシャワー状に照射するという構成を採用したこ
とにより、ビームの径を充分に絞り込むことができ、か
つ、試料を破壊することのない最適エネルギーを有する
電子ビームを試料に照射する場合において、試料面上、
ビーム照射点付近の絶縁膜に分布してしまう正の電荷を
低エネルギー電子発生源から発生される電子により中和
することができるので、かかる正の電荷の影響を受ける
ことなく、精度の高い配線電圧の測定ないし信号波形の
測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部を示す概念図、第２図
は低エネルギー電子発生源をなすフィラメントを示す斜
視図、 第３図は対物レンズの内側部分をより詳しく説明するた
めの中央縦断端面図、 第４図は従来の電子ビームテスタの要部を示す概念図、 第５図は従来の電子ビームテスタの要部を示す斜視図、 第６図は第４図従来例の電子ビームテスタが有する問題
点を示す波形図、 第７図は第４図従来例の電子ビームテスタが有する問題
点の原因を示す断面図、 第８図は５ｉ０２膜における入射電子ビームのエネルギ
ーと二次電子放出比との関係を示す図である。 １２・・・光検出器 ２３・・・フィラメント ３４・・・低エネルギーの電子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料の測定点に照射し、前記試料の測定点から二
   次電子を放出させるための電子ビームを発生する電子ビ
   ーム発生源のほかに、前記試料の表面に形成された絶縁
   膜からの二次電子放出比が１以下の低エネルギーの電子
   を発生する低エネルギー電子発生源を設け、該低エネル
   ギー電子発生源から発生される低エネルギーの電子を前
   記電子ビームの照射点を中心として前記試料面上、一定
   の範囲にシャワー状に照射するように構成されているこ
   とを特徴とする電子ビーム試験装置。
2. （２）前記低エネルギー電子発生源は、前記試料に前記
   二次電子を引き出すための電界を与えて前記二次電子の
   放出効率を上げるために設けられているグリッドと、前
   記試料から放出されて前記グリッドを通過した前記二次
   電子の進行方向を電子ビーム軸に平行にするために設け
   られているグリッドとの間に設けられていることを特徴
   とする請求項１記載の電子ビーム試験装置。
3. （３）前記低エネルギー電子発生源は、ループ状のフィ
   ラメントで構成されていることを特徴とする請求項２記
   載の電子ビーム試験装置。