JPH0580823B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はマルチ荷電ビームによる電子デバイス
試験装置に係り、特に、VLSI等の電子デバイス
の特性評価あるいは障害検出を、マルチ荷電ビー
ム照射によつて非接触状態で高精度に、かつ効率
良く行なう電子デバイス試験装置に関する。

〔発明の背景〕

今後の電子デバイスとりわけVLSIの実現には、
サブミクロン領域での各種プロセス技術と回路構
成技術を開発する必要がある。それと共にこれら
微細加工技術を効率的に実用化し高品質かつ低価
格の電子デバイスを提供するためには各種製造段
階における評価手段の具体化が不可欠である。

従来、電子デバイスの試験には機械式探針手段
を用いるものが採用されてきたが、このような接
触方式の試験では、主として空間分解能の点か
ら、サブミクロン領域への適用は困難である。こ
れに対して、近年、高分解能の非接触形電子ビー
ム試験装置が用いられるようになつたが、これ
は、電極配線パターンを形成した後のデバイス評
価には効力があるものの、単一ビームによる測定
であることから、デバイス製造段階におけるプロ
セス評価に適用することはほとんど不可能であつ
た。

これに対処して、一次荷電ビームを別個の加速
電圧源によりそれぞれ電圧値可変に加速して得ら
れる２本のうちの１本を電源用、残りの１本を検
出用ビームとして、電子デバイスの被検パターン
上のＡ点及びＢ点にそれぞれ照射し、上記検出用
ビームの照射点であるＢ点の電位レベルを二次電
子検出器で検出する方式の電子デバイス試験装置
が提案されている。

この提案方式によれば、プロセス途中での電子
デバイスの評価をも、非接触状態のままで行なう
ことができるが、しかし、効率の点でなお不充分
であるという問題が残つている。即ち、例えばメ
モリLSIの配線数は１チツプ内に数百から数千程
度存在し、それぞれの配線に電源用ビームと検出
用ビームを照射するために、ビームを次々と順次
移動させていくのでは、偏向器に入力されるDA
変換器出力信号の速度が遅いことから、測定時間
が増大し効率の悪い試験装置になるという問題が
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した問題点を解決し、プ
ロセスの各段階での電子デバイスの評価を高速か
つ高精度に行なうことのできるマルチ荷電ビーム
による電子デバイス試験装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、上記目的を達成するために、
少なくとも２本以上の荷電ビームのうちの１本を
電源用ビームとして電子デバイスの被検パターン
上の１点に照射し残りの荷電ビームを検出用ビー
ムとして上記パターン上の別の点に照射し、上記
検出用ビーム照射点の電位レベルを二次電子検出
器で検出することで特性評価を行なうものにおい
て、複数の荷電ビーム源からの各ビームをいずれ
も照射時間が互いに重なることのない複数本ずつ
のビームに分離して上記電源用ビームと上記検出
用ビームを形成するビームスプリツタを有する構
成とすることにある。

〔発明の実施例〕

荷電ビームによる電子デバイスの評価試験例と
して電極配線パターン（以下配線と略称する）の
断線を検査する場合を考える。多層配線の電子デ
バイスの製造途中では各配線はチツプ内に電気的
に独立した状態で形成される場合があるので、完
成時に行なうのと同じ方法により電源用パツドを
設けて被測定配線に電流を供給することは不可能
である。しかし、荷電ビームを配線に照射すれば
パツドを設けて電気回路的に電流を供給しなくて
も、それと等価な効果がある。このように荷電ビ
ームを電流供給源として用いる非接触試験法が有
効であるが、単一の荷電ビームでこれを行なう場
合は、リーク電源などにより被測定部分を電気的
安定状態に保つことが難しいことから、高精度の
測定を期待できない。ここに、電源用ビームと検
出用ビームとを別個に用いる意義がある。さて、
配線の断線検査は、配線の一端に電源用ビームを
照射し、これによる配線の電位レベル変化の有無
を、配線の他端に検出用ビームを照射することに
より検出して行なう。この時、検出信号のSN比
向上の観点から、配線材質の二次電子放出比をδ
として、電源用ビームの加速電圧はδ≠１となる
ように設定し、検出用ビームの加速電圧はδ＝１
となるように設定すると共に、検出用ビームの照
射時間と電源用ビームの照射時間とは互いに重な
り合うことがないように制御することが望まし
い。さらに、例えば１チツプ内に数百から数千程
度の配線数が存在するメモリLSIのような場合、
それぞれの配線に電源用ビームと検出用ビームを
照射するために、ビームを逐次移動したのでは、
DA変換器出力信号の速度が遅いことから、測定
時間の大幅な増大を招くという問題があることは
前述した通りである。従つて、測定時間を短縮す
るために、電源用ビームと検出用ビームを共に複
数本にし、かつ、これらの照射を高速に行なうこ
とが重要になる。この場合、各配線上の照射点に
おける電位レベル信号を混同することなく識別す
ることを可能にするため、複数の電源用ビーム及
び複数の検出用ビーム相互を時分割に照射するこ
とが重要になる。従つて、マルチ荷電ビームによ
る電子デバイス試験装置の照射条件として、 (1)各々複数本の電源用ビームと検出用ビームを
用いる、(2)上記電源ビーム群の加速電圧と上記検
出ビーム群の加速電圧とは相互に独立に制御でき
る、(3)上記電源ビーム群と上記検出ビーム群は高
速に照射すると共に上記検出ビーム群は上記電源
ビーム群の照射時間と重なり合うことがないよう
にその照射時間が制御されること、などが挙げら
れる。

さて、単一の荷電ビーム源のみから、加速電圧
をそれぞれ別個に制御できる電源ビーム群と検出
ビーム群とを発生させる装置の実現方法として
は、荷電ビーム源から発生した１本の荷電ビーム
を複数本の荷電ビームに分離してその各々の荷電
ビームをクライストロン等の速度変調管で加減速
させる方法が考えられる。しかし、この方法は、
荷電ビーム光学系の光軸近傍に多数の速度変調管
を並列に配置する必要があり、構造が複雑化し実
用的でない。従つて、マルチ荷電ビームによる電
子デバイス試験装置の構成としては、電源ビーム
群に対応して１個の荷電ビーム源を配置し、また
検出ビーム群に対応して１個の荷電ビーム源を配
置し、これらの荷電ビーム源にそれぞれ別個に電
圧値を可変に制御できる加速電圧源を設ける構成
が望ましい。即ち、複数本の電源用ビームと複数
本の検出用ビームとを発生させる方法としては荷
電ビーム源自体の個数を増やすことも考えられる
が、しかしこの方法では、荷電ビーム源とビーム
引き出し電極等を相互に絶縁性を充分維持した
上、電磁界的に干渉することなく、かつ、後段の
レンズ系と整合した位置に（つまり、収差が増大
しないように）多数並列に配置する必要があるこ
とから、自ずと配置可能な荷電ビーム源の個数に
は制限が生じる。従つて、荷電ビーム源の設置個
数はできるだけ少なくして、これらに荷電ビーム
源からの荷電ビームをそれぞれ複数本化して電源
ビーム群、検出ビーム群とする前述した構成が実
用的である。

本発明はこの考え方に基づくもので、第１図は
本発明の一実施例の全体構成図である。第１図に
おいて、１−１，１−２，１−３はそれぞれ荷電
ビーム源で、それぞれ電圧値を可変に制御できる
加速電圧源（図示省略）に接続されていて、それ
ぞれ１本の連続した荷電ビーム２−１，２−２，
２−３を発生する。３−１，３−２，３−３は各
荷電ビームごとに設けられて各荷電ビームをそれ
ぞれ離散的な荷電ビーム群４−１，４−２，４−
３に分離するビームスプリツタである。荷電ビー
ム群４−１，４−２，４−３を構成する個々の荷
電ビームは、コンデンサレンズからなる収束系
５、各荷電ビームごとに偏向できる偏向系６、全
荷電ビーム群に対して共通に配置される対物レン
ズ１５及び偏向器１６を順次介して被測定試料１
７上の任意の測定点に結像される。７は二次電子
検出器で、試料１７から放出される二次電子ｅを
入力に受けて測定点の電位レベルを検出する。

以上の構成を備えた第１図実施例装置における
ビームスプリツタ３−１，３−２，３−３の機能
を、第２図のタイムチヤートを用いてさらに詳細
に説明する。第２図は、第１図における２−１を
電源ビームに用い、２−２を検出ビームに用いる
と仮定したとき、それぞれを図示しないｎ本の被
検査配線パターン（第２図ではｎ＝２）を検査す
るために、ビームスプリツタ３−１，３−２によ
り電源ビーム群４−１〔a₁，a₂，…a_o〕，検出ビー
ム群４−２〔b₁，b₂，…b_o〕に分離した場合のタ
イムチヤートを示す。第２図のＡは電源ビーム群
４−１の、Ｂは検出ビーム群４−２のタイムチヤ
ートを示し、a₁，a₂は時間的にスプリツトされた
個々の電源用ビーム、b₁，b₂は時間的にスプリツ
トされた個々の検出用ビームにそれぞれ対応する
タイムチヤートを示している。いま、例えば、ｎ
本の被検査配線パターンのうちのｉ番目の配線の
一方の端部を、上記のように分離された電源用ビ
ームa_iで照射し、他方の端部を検出用ビームb_iで
照射する。こうすることにより、電源ビームと検
出ビーム間の時間的重なりはもとより、検出ビー
ム相互間のビーム照射の時間的重なりを避けるこ
とができ、このような照射動作を、電源ビームa_i
による配線パターンへの荷電供給量が連続ビーム
照射の場合と同量以上になるまで繰返すことによ
り、配線パターンの断線検査が可能になる。

以上の説明では、被検査配線のパターン形状が
例えば直線形状のもので、その一方端に電源ビー
ム群４−１〔a_o〕を照射し他方端に検出ビーム群
４−２〔b_o〕を照射することで断線検査を行うと
してきたが、被検査配線のパターン形状が、例え
ばトランジスタ用などの３方端に分岐した形状の
ものである場合は、第１図に示すように３本の荷
電ビーム２−１，２−２，２−３を用い、それぞ
れをスプリツタ３−１，３−２，３−３により分
離し、分離された荷電ビーム群４−１を電源ビー
ム群〔a_o〕として被検査配線の一方端に照射し、
荷電ビーム群４−２，４−３はそれぞれ検出ビー
ム群〔b_o〕，〔c_o〕として被検査配線の残りの２つ
の端部に照射するようにする。この場合の電源ビ
ーム群４−１〔a_o〕，検出ビーム群４−２〔b_o〕
及び４−３〔c_o〕の各タイムチヤートを第３図に
示す。この場合も、ビームスプリツタ３−１，３
−２，３−３により、被検査配線に照射される各
電源用ビームと検出用ビームは、群相互間の時間
的重なりはもとより、群内ビーム相互間でもビー
ム照射の時間的重なりがないように、各荷電ビー
ム２−１，２−２，２−３がそれぞれ複数ｎ本ず
つのビーム群〔a_o〕，〔b_o〕，〔c_o〕に分離される。

このように、１本の連続荷電ビームを複数本の
荷電ビームに分離して用いる方式とすることによ
り、分離されたそれぞれの荷電ビームは時間的重
複なしに試料に入射でき、SN比向上のために有
利である。これは前記したマルチ荷電ビームによ
る電子デバイス試験装置の照射条件(3)を満足す
る。

第４図はビームスプリツタ３−１（３−２，３
−３も構成は同じ）の詳細説明図である。第４図
において、簡単のために、荷重ビーム源１−１か
らの１本の連続状の荷電ビーム２−１を２本の荷
電ビーム９−１，９−２に分離するものとする。
１０は荷電ビーム２−１を任意の方向に偏向する
偏向器であり、例えばＸ方向偏向板１０−１，１
０−２とＹ方向偏向板１０−３，１０−４とによ
つて構成される。１１はアパーチヤ板で、１１−
１と１１−２はこのアパーチヤ板の２つのアパー
チヤで、これらのアパーチヤは偏向器１０の光軸
に対して軸対称に、かつ、Ｘ軸上に配置される。
この構成で偏向器１０により荷電ビーム２−１
を、Ｘ方向偏向板１０−１，１０−２を用いてＸ
軸方向に繰返し偏向させれば、荷電ビーム２−１
がアパーチヤ１１−１を通過中は荷電ビーム９−
１に、アパーチヤ１１−２を通過中は荷電ビーム
９−２に切り替えられる。即ち、偏向器１０に印
加される偏向信号の繰返し周期に周期して、１本
の連続的な荷電ビーム２−１は、相互に時間的に
重なり合うことのない、離散的な２本の荷電ビー
ム９−１と９−２に分離される。荷電ビーム９−
１と９−２はアパーチヤに対応して配置された偏
向器群１２によつて、即ち荷電ビーム９−１は偏
向板１２−１と１２−２で構成される偏向器によ
つて、荷電ビーム９−２は偏向板１２−２と１２
−３で構成される偏向器によつて、第５図におい
て後述する電子レンズ１３の光軸に平行になるよ
うに偏向される。これにより、非点収差等の諸収
差を低減できる。この第４図構成により電源ビー
ム群及び検出ビーム群の各群内においては相互に
重なり合うことのない複数本ずつのビームに分離
させることができるが、さらに、各ビームスプリ
ツタ３−１，３−２，３−３には、図示は省略さ
れているがそれぞれフエーズ・シフタが設けられ
ていて、ビーム群間においても各ビーム照射時間
が互いに重なり合うことがないように構成されて
いる。

第５図は電源ビーム群または検出ビーム群９−
１，９−２を被測定試料１７の測定点に照射する
収束・偏向系の実施例構成図を示す。第５図にお
いて、１３は電源ビーム群あるいは検出ビーム群
に対応して配置したコンデンサレンズ、１４−１
と１４−２は個々の電源用ビームあるいは検出用
ビームに対応して配置した偏向器で、１４−１は
偏向板１４−１１と１４−１２により、１４−２
は偏向板１４−２１と１４−２２により、それぞ
れ構成される。１５と１６は全荷電ビーム群に共
通して配置される対物レンズと偏向器である。こ
の構成により、例えば電源用ビームあるいは検出
用ビームのいずれかである荷電ビーム９−１はコ
ンデンサレンズ１３により収束され、偏向器１４
−１，対物レンズ１５、偏向器１６により被測定
試料１７上の所定の測定点に結像する。ここにお
いて、偏向器１４−１と偏向器１４−２は別個に
配置されているため、荷電ビーム９−１は他の電
源用ビームあるいは検出用ビームと独立に偏向で
きる構成となつている。

以上のことから、第４図のビームスプリツタを
用いることにより前記した照射条件を満足するマ
ルチ荷電ビームによる電子デバイス試験装置の具
体化が可能になる。

なお、第４図実施例では、１本の荷電ビームを
２本の荷電ビームに分離する例を示したが、１本
の荷電ビームから３本以上の荷電ビームを発生さ
せるには、第６図に示すように、アパーチヤ板１
１上に荷電ビーム２−１の光軸に対して対称にア
パーチヤ１１−１，１１−２，…，１１−ｎを設
け、偏向器１０により荷電ビーム２−１を円運動
させる構成とすればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、電子デ
バイス製造時の、従来の電子ビームテスタでは困
難であつたプロセス途中における各段階での検査
も含めて、全ての段階における特性評価や障害検
出等の各種の検査を、非接触状態で高精度かつ高
効率で行なうことが可能となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２
図、第３図はそれぞれ第１図中のビームスプリツ
タの動作説明用の荷電ビーム群のタイムチヤー
ト、第４図は第１図中のビームスプリツタの一実
施例構成図、第５図は第１図中の収束系５及び偏
向系６の詳細説明図、第６図は第１図中のビーム
スプリツタの他の実施例構成図である。 符号の説明、１−１〜１−３……荷電ビーム
源、２−１〜２−３……荷電ビーム、３−１〜３
−３……ビームスプリツタ、４−１〜４−３……
荷電ビーム群、５……収束系、６……偏向系、７
……二次電子検出器、９−１，９−２……荷電ビ
ーム、１０……偏向器、１０−１〜１０−４……
偏向板、１１……アパーチヤ板、１１−１〜１１
−ｎ……アパーチヤ、１２……偏向器群、１２−
１〜１２−３……偏向板、１３……コンデンサレ
ンズ、１４−１，１４−２……偏向器、１５……
対物レンズ、１６……偏向器、１７……被測定試
料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２本の荷電ビームを用いそのうち
   の１本を電源用ビームとして電子デバイスの被検
   パターン上の１点に照射し、残りの荷電ビームを
   検出用ビームとして上記被検パターン上の別の点
   に照射し、上記検出用ビーム照射点の電位レベル
   を二次電子検出器で検出することで特性評価を行
   う電子デバイス試験装置において、複数の荷電ビ
   ーム源からの各ビームをいずれも照射時間が互い
   に重なることのない複数本ずつのビームに分離し
   て上記電源用ビームと上記検出用ビームを形成す
   るビームスプリツタを有することを特徴とするマ
   ルチ荷電ビームによる電子デバイス試験装置。 ２ 前記ビームスプリツタは、偏向器と、この偏
   向器の後段に偏向器光軸に対して垂直かつ同一平
   面内に配置された複数個のアパーチヤを有するア
   パーチヤ板と、前記電源用ビーム及び前記検出用
   ビームは上記複数個のアパーチヤを時間的に順次
   通過するように上記偏向器により偏向され、上記
   アパーチヤ板の後段に配置されて各アパーチヤ通
   過後の各ビームごとにその方向を偏向させる偏向
   器群とを備えたビームスプリツタであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のマルチ荷電
   ビームによる電子デバイス試験装置。