JPH0521034A

JPH0521034A - 荷電ビーム装置

Info

Publication number: JPH0521034A
Application number: JP3168456A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nakazawa; 和広中沢; Akio Ito; 昭夫伊藤; Takayuki Abe; 貴之安部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】ＬＳＩの試験や不良解析のために試料の電圧
を測定する電子ビームテスタ等の荷電ビーム装置に関す
る。検出信号を得るための加算回数を少なくできるよう
にした荷電ビーム装置を実現することを目的とする。【構成】減速電界を与えるエネルギ分析器の分析グリ
ッド１１に対して、試料の１次荷電ビームの照射面から
放出される２次電子が分析グリッド１１の入射面に対し
て鋭角θで入射するよう、一次荷電ビームの光軸に対し
て傾けて形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は荷電ビーム装置に係り、
特に大規模集積回路（ＬＳＩ）の試験や不良解析のため
に試料の電圧を測定する電子ビームテスタ等の荷電ビー
ム装置に関する。

【０００２】荷電ビーム装置は、半導体集積回路等の試
料に荷電ビーム、例えば電子ビームを照射したときに、
試料表面から放出される２次電子が試料の電子ビーム照
射面の電位の影響を受ける（電位が低いときには多く、
高いときには少ない）ので、逆にこの２次電子のエネル
ギーを検出及び分析することで試料の電子ビーム照射面
の電位（例えばＬＳＩの内部配線の電圧）を測定するこ
とができる。かかる荷電ビーム装置では測定時間の短縮
化などが要求されている。

【０００３】

【従来の技術】図７は従来の荷電ビーム装置の一例の構
成図を示す。電子銃１は電子ビームを発生する。電子銃
１の電子ビーム進行方向に、コンデンサレンズ２，リフ
レクタグリッド３及び対物レンズ４が夫々設けられてい
る。コンデンサレンズ２は電子ビームを収束するための
レンズ、リフレクタグリッド３は２次電子がコンデンサ
レンズ２側へ反射されるのを防止するためのグリッドで
ある。また、対物レンズ４は電子ビームをＬＳＩ等の試
料５の表面上に結像させるためのレンズである。

【０００４】対物レンズ４は概略中空円筒状で、その中
空内部には、減速電界型のエネルギ分析器６が配設され
ている。エネルギ分析器６は電子銃１側から試料５方向
へ向かって順に配列された分析グリッド６１，バッファ
グリッド６２及び引出グリッド６３からなる。また、リ
フレクタグリッド３と対物レンズ４の間の所定位置に
は、光電子増倍管（ＰＭＴ）その他からなる２次電子検
出器７が設けられている。

【０００５】かかる構成の荷電ビーム装置は電子ビーム
テスタと称され、ＬＳＩ等の試料５の電位を測定する。
すなわち、電子銃１から放射された電子ビーム（１次電
子）Ａは、コンデンサレンズ２で収束され、リフレクタ
グリッド３の中央の孔を通り、更に分析グリッド６１，
バッファグリッド６２及び引出グリッド６３の各孔を通
過し、かつ、対物レンズ４により収束され、試料５の表
面に焦点一致して照射される。

【０００６】すると、試料５の表面から２次電子Ｂが放
出される。この２次電子はＢに示す如く、引出グリッド
６３で引上げられ、バッファグリッド６２で軌道が修正
され、分析グリッド６１を通してリフレクタグリッド３
で軌道を更に修正されて２次電子検出器７に入射され
る。ここで、分析グリッド６１の電圧（分析電圧）を掃
引することで一定値以上のエネルギを持つ２次電子のみ
が２次電子検出器７に到達するようにし、結果として図
８に示す如き２次電子のエネルギ分布を積分した形の図
９に示す如き分析曲線を得る。

【０００７】この分析曲線の、２次電子検出信号が或る
一定信号量レベル（スライスレベル）に一致するように
分析電圧をフィードバック制御したときの分析電圧のシ
フト量が図９に示す測定電圧であり、これにより試料５
の電圧変化が測定される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置では、
分析グリッド６１の電圧を一定とした状態で、電子銃１
からパルス状に電子ビームを放射させ、その各々で試料
５面より発生した微弱な２次電子を各電子ビームパルス
照射毎に２次電子検出器７で検出し、それらの検出結果
を加算することによって検出信号を得ているが、所要の
精度を確保するためには多くの加算回数を必要とする。

【０００９】しかも、近年、試料５として用いられるＬ
ＳＩは益々高集積化、高密度化の傾向にあり、そのＬＳ
Ｉ検査用テストパターンが長周期化されているため、Ｌ
ＳＩ検査用テストパターンを試料（ＬＳＩ）５に印加し
つつ試験や不良解析のために、上記の２次電子検出を行
なう従来装置では、測定に長時間を要するという問題が
ある。

【００１０】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
検出信号を得るための加算回数を少なくできるようにす
ることにより、上記の課題を解決した荷電ビーム装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明になる荷電ビーム
装置は、パルス状に一次荷電ビームを低速電界型エネル
ギ分析器を通して試料面上に照射し、これにより該試料
の表面から放出されて前記エネルギ分析器を通過する２
次電子を検出器で検出して各パルス状ビーム毎の検出結
果を得、この検出結果を複数個加算して前記試料の電圧
検出信号を得る荷電ビーム装置において、図１に示す如
く、減速電界を与える前記エネルギ分析器の分析グリッ
ド１１に対して、前記２次電子１２が該分析グリッド１
１の入射面に対して鋭角θで入射するよう、該分析グリ
ッド１１の入射面を前記一次荷電ビームの光軸に対して
傾けて形成したものである。

【００１２】

【作用】本発明では図１に示すように、分析グリッド１
１の入射面に対し、２次電子１２が９０°より小なる角
度、すなわち鋭角θをもって入射するため、２次電子１
２には分析グリッド１１の入射面に垂直方向の速度成分
ｖにのみ減速電界が作用する。この速度成分ｖは２次電
子１２の進行方向の速度成分をｖ₀とすると、ｖ ₀sin
θで表わされる。

【００１３】一方、分析グリッド１１を通過する直前の
２次電子１２の全エネルギＷ₀は２次電子１２の質量を
ｍとすると、（１／２）・ｍ・ｖ₀ ²で表わされる。これ
に対し、分析グリッド１１を通過した２次電子１２のエ
ネルギＷは、

【００１４】

【数１】

【００１５】で表わされる。

【００１６】従って、分析グリッド１１の印加電圧（分
析電圧）Ｖ_r（＝Ｗ）に対する見掛け上の２次電子エネ
ルギ分布は図２に示す如くになり、前記した従来の図８
に示した２次電子エネルギ分布に比し圧縮された分布に
なる。その結果、分析曲線は図３に示す如く、従来の分
析曲線（図９に示した）に比し傾斜が急峻になる。図３
及び図９からわかるように、検出信号の誤差は分析曲線
の傾斜に反比例するため、従来と同じ精度の場合は本発
明の方が従来に比し検出信号を得るための、２次電子検
出結果加算回数を少なくすることができる。

【００１７】

【実施例】図４は本発明の要部の第１実施例の構成図を
示す。同図中、図７と同一構成部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。図４において、２１は分析グ
リッドで、その入射面に対して２次電子２２が鋭角で入
射するよう、入射面が一次電子ビームの光軸２３に対し
て傾斜して形成されている。分析グリッド２１は光軸２
３と交叉する中央位置に孔が設けられ、また、その周囲
にも多数の小孔が設けられたメッシュ形状とされてい
る。

【００１８】また、上記の分析グリッド２１に近接離間
する位置に、分析グリッド２１を挟むように第１及び第
２のシールドメッシュ２４及び２５が設けられている。
これらシールドメッシュ２４及び２５の電子ビーム通過
面は、分析グリッド２１の２次電子入射面と平行に形成
されている。また、分析グリッド２１が例えば−５Ｖ程
度の分析電圧が印加されるのに対し、２つのシールドメ
ッシュ２４及び２５のうち対物レンズ４側、すなわち分
析入口側のシールドメッシュ２４は例えば０Ｖが印加さ
れ、分析出口側のシールドメッシュ２５は例えば＋１０
Ｖ程度が印加される。

【００１９】これにより、試料５の一次電子入射面から
放出された２次電子は、引出グリッド６３で引上げら
れ、バッファグリッド６２で平行化され、シールドメッ
シュ２４を通過して分析グリッド２１の中央孔及びその
周辺の小孔に入射する。分析グリッド２１で分析された
２次電子は分析電圧より高い正電圧＋１０Ｖが印加され
ているシールドメッシュ２５に吸引される結果、軌道を
曲げられ、更にシールドメッシュ２５を透過して２次検
出器７に入射される。

【００２０】本実施例によれば、前記した原理に基づ
き、図３のような分析曲線が得られ、検出信号の誤差を
低減できるため、従来に比し２次電子検出結果の加算回
数を減らすことができ、よって測定時間を短縮すること
ができる。これは、試料５が長周期のＬＳＩ検査テスト
パターンで検出されるＬＳＩである場合に特に有効であ
る。

【００２１】図５は本発明の要部の第２実施例の構成図
を示す。同図中、図４と同一構成部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。図５において、３１は分析グ
リッド、３２は電磁界複合型偏向器、３３はシールドメ
ッシュ、３４は２次電子である。電磁界複合型偏向器３
２は光軸２３上で、かつ、バッファグリッド６２より電
子銃側に配置された偏向器で、ウィーンフィルタと称さ
れ、図６に示す如き動作を行なう。

【００２２】すなわち、電磁界複合型偏向器３２は図６
（Ａ），（Ｂ）に示すように、互いに直交するように磁
界Ｂと電界Ｅとを作用させ、その電磁界中を図６（Ａ）
に示すように１次電子ビームが図（Ａ）中、上方向から
垂直に入射されると、１次電子ビームに対して磁界によ
る力Ｆ_Bと電界による力Ｆ_Eとを発生するが、これらの
力Ｆ_B及びＦ_Eは互いに反対方向に、かつ、等量発生す
るため打ち消し合う。従って、１次電子ビームは電磁界
複合型偏向器３２内を直進して試料方向へ進む。

【００２３】これに対し、２次電子３４は電磁界複合型
偏向器３２内を下方から上方向へ通過するため、図６
（Ｂ）にＦ_B’で示す如く、２次電子３４に対して磁界
Ｂによる力が電界Ｅによる力Ｆ_Eと同方向に働くため、
２次電子３４の軌道が曲げられる。従って、電磁界複合
型偏向器３２は２次電子にのみ偏向作用を持つ。

【００２４】また、図５に示すように、２次電子３４は
シールドメッシュ３３を通して分析グリッド３１に入射
するようにされている。ここで、分析グリッド３１はメ
ッシュ状に構成されており、その入射面に２次電子３４
が鋭角で入射するように配置されている。また、分析グ
リッド３１の分析出口側には２次電子検出器７が配置さ
れている。

【００２５】次に本実施例の動作について説明する。直
線的な光軸２３に沿って１次電子ビームがパルス状に、
すなわち間歇的に、シールドメッシュ３３，電磁界複合
型偏向器３２，バッファグリッド６２及び引出グリッド
６３を順次透過して試料５の表面に照射される。する
と、その１次電子ビームの試料照射面から２次電子が間
歇的に放出され、その２次電子が３４で示す如く引出グ
リッド６３で引上げられ、バッファグリッド６２で平行
化され、電磁界複合型偏向器３２により軌道を曲げら
れ、更にシールドメッシュ３３を透過して分析グリッド
３１に斜めに入射されてエネルギ分析された後、２次電
子検出器７で断続的に検出される。この２次電子検出器
７で断続的に検出された２次電子を所定回数加算するこ
とによって検出信号が得られる。

【００２６】本実施例も前記第１実施例と同様に、従来
と同じ検出精度とした場合は従来より測定時間を短縮す
ることができ、しかも第１実施例に比べて１次電子が分
析グリッド３１を通過しないため、分析出口側のシール
ドメッシュ（図４の２５）を不要にできるという特長が
ある。

【００２７】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、従来と同
じ２次電子検出精度とした場合は、２次電子検出結果加
算回数を従来より少なくすることができるため、測定時
間を短縮することができ、よって特に試料として長周期
のＬＳＩ検査テストパターンで検査されるＬＳＩに適用
して好適であり、また従来と同程度の測定時間とした場
合は、検出精度を従来より高精度化できる等の特長を有
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の２次電子のエネルギ分布を示す図であ
る。

【図３】本発明の分布曲線を示す図である。

【図４】本発明の要部の第１実施例の構成図である。

【図５】本発明の要部の第２実施例の構成図である。

【図６】電磁界複合型偏向器の動作説明図である。

【図７】従来装置の一例の構成図である。

【図８】従来の２次電子のエネルギ分布説明図である。

【図９】分布曲線を示す図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１分析グリッド１２，２２，３４２次電子２４，２５，３３シールドメッシュ３２電磁界複合型偏向器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス状に一次荷電ビームを低速電界型
エネルギ分析器（６）を通して試料（５）面上に照射
し、これにより該試料（５）の表面から放出されて前記
エネルギ分析器（６）を通過する２次電子を検出器
（７）で検出して各パルス状ビーム毎の検出結果を得、
この検出結果を複数個加算して前記試料（５）の電圧検
出信号を得る荷電ビーム装置において、減速電界を与える前記エネルギ分析器（６）の分析グリ
ッド（１１，２１，３１）に対して、前記２次電子が該
分析グリッド（１１，２１，３１）の入射面に対して鋭
角で入射するよう、該分析グリッド（１１，２１，３
１）の入射面を前記一次荷電ビームの光軸に対して傾け
て形成したことを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】前記分析グリッド（２１）は、分析電圧
より高い正の電圧が印加される第１及び第２のシールド
メッシュ（２４，２５）により、間隔を開けて挟まれた
構成とされたことを特徴とする請求項１記載の荷電ビー
ム装置。
【請求項３】前記２次電子に対してのみ偏向作用を持
つ電磁界複合型偏向器（３２）を設け、前記分析グリッ
ド（３１）は該電磁界複合型偏向器（３２）からの２次
電子の進行方向に対して入射面が傾斜して配置されたこ
とを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム装置。