JPH0682718B2

JPH0682718B2 - 電子デバイスの試験装置およびその使用方法

Info

Publication number: JPH0682718B2
Application number: JP60177449A
Authority: JP
Inventors: 正浩吉沢; 章菊池; 康和田; 明平藤波; 信生島津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1985-08-12
Publication date: 1994-10-19
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPS6237939A; US4851768A; EP0228502B1; EP0228502A1; DE3676667D1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、VLSI等の電子デバイスの特性評価あるいは障
害検出を、製造工程の途中で荷電ビームにより非接触で
行うための試験装置に関するものである。特に、FET,イ
ンバータの閾値電圧等のトランジスタ特性の測定等を行
う試験装置およびその使用方法に関するものである。

〔従来の技術〕

VLSIなどの微細な電子デバイスの実現には、製造工程の
途中で電子デバイスの試験を行うための試験装置の開発
が不可欠である。従来から、電子デバイスの微細なパタ
ーンの電気的特性試験を行うために、空間分解能のよい
電子ビームを用いた電子ビームテスタが用いられてい
る。上記の電子ビームテスタとしては、たとえば、「IC
用電子ビーム試験技術」，スキャニング・エレクトロン
・マイクロスコピイ,1981,第１巻,305頁（「ELECTRON B
EAM TEST TECHNIQUES FOR INTEGRATED CIRCUITS」,Scan
ning Electron Microscopy,1981,vol.1,p.305）に記載
されているものがある。第10図（ａ）は電位コントラス
トの測定，第10図（ｂ）は電位信号波形の測定を行うた
めの装置構成を示した図である。

第10図（ａ）において、１は電子銃、２はレンズ、３は
電子ビームの照射点を定めるためのスキャンコイル、４
はスキャンコイル３に電流を供給するためのスキャン・
ゼネレータ、５は二次電子SEを検出するための検出器、
６は検出器５の出力信号を増幅する増幅器、７は試験対
象ICを駆動するためのICドライブ・ユニット、８はモニ
タ用TVである。

また第10図（ｂ）において、９はチョッパ、10はチョッ
パ９にパルスを供給するパルス・ゼネレータ、11は信号
移相を行うフェーズ・シフタ、12は信号を遅延させるデ
ィレイ・ユニット、13は二次電子スペクトル・メータ、
14はリニアライゼーション・ユニット、15はオシロスコ
ープ・プロッタである。第10図（ｂ）において第10図
（ａ）と同一部分又は相当部分には同一符号が付してあ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第10図（ａ），（ｂ）に示す装置は、ICパッケージに封
じられた電子デバイスへ外部端子から接触式手段により
テスト信号を入力しており、検出手段としてのみ電子ビ
ームを使用する装置構成である。接触式手段とは、第10
図において、試験対象ICとICドライブ・ユニットの結線
が接触式手段であることを示している。従って、外部端
子との接続に面積の大きい電極を必要とし、完成された
ウェハまたはLSIの機能検査等に用いられ、製造途中で
の試験には用いられていなかった。また、電子ビームを
電圧コントラストの像の表示またはある点の電位の時間
変化を観察するためのプローブとして用いており、電圧
の供給源としての電子ビームの使い方がなされていなか
った。

また特開昭57-196540号公報あるいは特公昭45-8820号公
報にあるように、電子ビームを電子デバイスの一部に照
射し、その場所もしくは他の場所の二次電子をエネルギ
ーアナライザ等を用いて測定してゲートリーク，金属配
線の断線の有無を評価する試験装置や方法が提案されて
いる。しかし、この方法では、荷電ビームの照射点の電
位は時間とともに増減し一定に保たれないので、定量的
な特性試験は行えないという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために本発明は、照射位置
の電位が設定値になるように一次荷電ビームを制御する
制御回路と、上記荷電ビームの照射位置と異なる複数の
照射位置に上記荷電ビームと異なる荷電ビームを照射す
る電圧供給測定用手段と、上記複数の照射位置からの二
次電子を区別して検出しそれぞれの電位を測定する測定
手段とを設けるようにしたものである。

また使用方法として、荷電ビームを電子デバイスの第１
の位置に照射し、ビーム電流等の制御により照射位置の
電位をある値に設定した後第１の照射位置と異なる第２
の位置に荷電ビームを照射することにより第２の照射位
置の電位を変化させ、上記２点とは異なる電子デバイス
の第３の照射位置の電位を測定することにより電子デバ
イスの電気特性を測定し、電子デバイスの動作の良否を
判断するようにしたものである。

〔作用〕

本発明においては、２本又は３本の荷電ビームを用いて
第1,第２の照射位置に所定の値に制御された電位を非接
触で供給し、第３の照射位置の電位を測定する。

２本の荷電ビームを用いる場合、第１の照射位置に第１
の荷電ビームを照射してこの照射位置の電位を設定し、
第２の照射位置と第３の照射位置に対して第２の荷電ビ
ームをある時間間隔で交互に照射し、第２の照射位置に
荷電ビームが照射されている時にこの照射位置の電位を
設定し、第３の照射位置に荷電ビームが照射されている
時にこの照射位置の電位を測定する。

３本の荷電ビームを用いる場合、第１の照射位置に第１
の荷電ビームを照射してこの照射位置の電位を設定し、
第２の照射位置を第２の荷電ビームで照射してこの照射
位置に電圧を供給し、第３の照射位置を第３のビームで
照射してこの照射位置の電位を測定する。

〔実施例〕

本発明に係わる電子デバイスの試験装置の一実施例を第
１図に示す、この装置は２本の鏡筒を有し、電圧供給用
鏡筒としての第１の鏡筒は筒20a,加速電圧源24,アライ
ナ25,レンズ26,ブランカ28,ブランキングアパーチャー3
0,偏向器31,対物レンズ33から構成され、電圧供給測定
用鏡筒としての第２の鏡筒は筒20b,加速電圧源24,アラ
イナ25,レンズ26,ブランカ28,ブランキングアパーチャ
ー30,偏向器31,対物レンズ33から構成されている。第１
の鏡筒から発生した荷電ビーム21は加速電圧源24により
加速され、試料台35の上の電子デバイス34上第１の照射
位置に照射される。第２の鏡筒から発生した荷電ビーム
22は加速電圧源24により加速され、試料台35の上の電子
デバイス34上の第2,第３の照射位置に照射される。この
電子デバイス34は、完成デバイスに限らず、製造工程中
のウェハであってもよい。27はレンズ電源、27aは制御
回路としてのビーム電流制御回路、29はブランキング電
源、32は偏向電源である。荷電ビーム21を偏向器31で電
子デバイス34の所定の位置に照射するように偏向させる
とともに、対物レンズ33で焦点調整を行う。第１図で
は、各鏡筒１組の偏向器しか図示していないが、X,Yの
２方向に偏向するため、実際には２組の偏向器と偏向電
源がある。ビーム電流はレンズ電源27を変化させて調整
する。荷電ビームのオン・オフはブランカ28に加える電
圧で制御する。これらはいずれも通常の走査電子顕微鏡
と同じである。22は第２の鏡筒から発生した荷電ビーム
である。

36は電子デバイスから発生した二次電子のエネルギーを
分析して電位を求めるためのエネルギー分析器、37は二
次電子を検出して二次電子信号を出力する二次電子検出
器、38は増幅器、39は電子デバイスの電位を測定するた
めの電位測定回路であり、エネルギー分析器36,二次電
子検出器37および電位測定回路39は測定手段を構成す
る。エネルギー分析器36および電位測定回路39について
は、例えば、「電圧測定用二次電子分析器」，スキャニ
ング・エレクトロン・マイクロスコピイ,1983,第１巻,6
5頁（「SECOND-ARY ELECTRON ANALYZERS for VOLTAGE M
EASUREME-NTS」,Scanning Electron Microscopy,1983,v
ol.1,p.65）に記載されているものがある。

二次電子検出器37の出力は、増幅器38を介して電位測定
回路39に入力されている。電位測定回路39の出力は電位
に対応し、表示装置43に入力され、表示される。また、
増幅器38の出力はホールド回路40に入力され、電位が設
定された時の二次電子信号量をホールドしておく。

次に、荷電ビーム22を照射した時は、二次電子信号を増
幅器38で増幅した後、差分増幅器41で、ホールド回路40
でホールドしてあった荷電ビーム21による二次電子信号
と前記荷電ビーム22による二次電子信号との差を求めて
電位測定回路39に入力する。電位測定回路39の出力は、
電位をある値に設定するために、荷電ビームのビーム電
流を制御するビーム電流制御回路27aに入力される。こ
れらは、切替スイッチS1,S2で切替える。

荷電ビーム21で第１の照射位置に電位を設定する時に
は、増幅器38の出力がホールド回路40および電位測定回
路39に入力され、電位測定回路39の出力がビーム電流を
制御するビーム電流制御回路27aにも接続されるように
切替スイッチS1,S2,S3,S4が接続されている。

第2,第３の照射位置の電位測定の場合には、増幅器38の
出力は差分増幅器41に入力され、ホールド回路40の出力
との差が電位測定回路39に入力される。この時、電位測
定回路39の出力はビーム電流を制御するビーム電流制御
回路27aには接続されていない。44は第２の鏡筒の偏向
電源である。荷電ビーム22は、第２の照射位置の電圧供
給と第３の照射位置の電位測定との２つの目的に用いら
れる。このため、第2,第３の２つの照射位置を交互に照
射するため、偏向電源44はパルス発生器45で発生したパ
ルスを入力し増幅している。このパルスとしては、第３
の照射位置に荷電ビームがある時に第２の照射位置の電
位が下がらないのに充分なほど繰り返し周波数の高い高
周波のパルスを用い、第２の照射位置の照射時間が長
く、第３の照射時間が短いようなパルスであり、第３の
照射位置の電位測定が終わるとすぐに第２の照射位置へ
荷電ビームを偏向させる。このパルス発生器45の出力
は、電位測定回路39の出力（電圧）と同時に信号処理回
路42にも入力され、第2,第３の照射位置の電位を区別し
て検出するのに用いる。すなわち、パルス発生器45の出
力電圧は第２の照射位置を照射するか第３の照射位置を
照射するかで２値化できる。例えば、この電圧の値を、
第２照射位置の電圧の場合に「０」，第３照射位置の電
圧の場合に「１」の２値化信号にし、電位測定回路39の
出力をこの「０」，「１」の信号でタイミングをとって
測定することにより、第2,第３の照射位置の電位をそれ
ぞれ区別して測定できる。

複数の荷電ビームを用いた場合、複数の点から発生した
二次電子が同時に同じ二次電子検出器37で検出されるの
で、これを切り分けて、それぞれの点の電位を検出する
必要がある。第１の照射位置の二次電子と第2,第３の照
射位置の二次電子の切り分けを行う方法を次に述べる。
第１のビームとしての荷電ビーム21のビーム電流は、あ
る電位に設定した後では一定に保たれるので、発生する
二次電子の量は一定である。第２のビームとしての荷電
ビーム22をオフしたまま二次電子信号量を測定すれば、
この信号量Saは第１のビームによる二次電子だけの信号
であり、この値に第２のビームによる二次電子信号量Sb
が加わる。従って、第２のビームをオンする前の二次電
子信号量Saを記憶しておき、全体の二次電子信号量から
信号量Saを差し引くようにすればよい。

この装置では、まず、荷電ビーム21をオン状態，荷電ビ
ーム22をオフ状態にした時の増幅器38の出力をホールド
回路40に入力し、電位が一定に保たれた時の二次電子信
号量をホールドしておく。次に、荷電ビーム21をオン状
態にしたまま荷電ビーム22を照射すると、第１および第
２のビームによる二次電子が同時に二次電子検出器37に
検出される。この時切替スイッチS1,S3,S4を切替え、二
次電子信号を増幅器38で増幅した後、差分増幅器41に入
力し、ホールド回路40でホールドしてあった第１のビー
ムによる二次電子信号との差を求めて電位測定回路39に
入力して電位を測定する。これによって、複数の荷電ビ
ームの照射による影響を除いて測定することができる。

ここで、図中の差分増幅器41のゲインは１になってい
る。差分増幅器41のゲインが１になっていない場合に
は、電位を設定する時には切替スイッチS1,S3により増
幅器38から直接に電位測定回路39へ信号が入力されてい
るが、この途中に増幅器を置き、この増幅器のゲインを
差分増幅器41のゲインと等しくしておけばよい。あるい
は、第２図に示す本発明の第２の実施例のように、電位
設定時には切替スイッチS5をホールド回路40,切替スイ
ッチS6をグランドに接続して増幅器38の出力信号とグラ
ンドとの間で差分増幅し、第２のビームがオン状態にな
った時にはホールド回路40の出力を切替スイッチS6によ
り切替えて差分増幅器41に接続する。すなわち、電位設
定時には、増幅器38の出力はホールド回路40に入力さ
れ、ホールド回路40の出力は差分増幅器41に接続しな
い。電位測定時には、増幅器38の出力は、ホールド回路
40から切り離し、ホールド回路40の出力が差分増幅器41
に入力される。この切替スイッチS5,S6の切替えは、電
位測定回路39の出力をビーム電流制御回路27aにフィー
ドバックするかしないかの切替スイッチS2と連動してい
る。

なお、ここでは信号量Saを検出し、全二次電子信号量か
ら信号量Saを引いて信号量Sbを求めて電位検出を行って
いるが、信号量Saの分だけスライスレベルをずらして全
二次電子信号量を用いて電位を測定するようにしてもよ
い。またホールド回路40,切替スイッチS5,S6を用いず、
二次電子信号量を計算機に入力し、信号量Sa分を減算す
るようにして信号量Sbを求めてもよい。

次に電位を設定する方法について説明する。電位を負に
設定する場合には、負に帯電した荷電ビーム（電子ビー
ム）を用い、二次電子放出比δが１より小さい加速電圧
にすればよく、電位を正に設定するには、二次電子放出
比δが１より大きい加速電圧の電子ビームもしくは正に
帯電した荷電ビームを用いればよい。この装置では、電
位測定回路39の出力をビーム電流制御回路27aにフィー
ドバックし、電位が一定になるようにレンズ電源27を調
整してビーム電流を増減させている。

パルスビームの場合には、二次電子信号量の各パルス毎
の同位相の信号を比較して、この値が一定になるよう
に、電位測定回路39の出力をビームのブランキングを制
御する後述の第３図に示すパルス制御回路にフィードバ
ックし、パルスビームのオン・オフ時間を変える構成で
も電位を一定に保つことができる。荷電ビーム21がパル
スビームである場合には、荷電ビーム22による二次電子
と切り分ける際に、荷電ビーム21のオン・オフに同期し
て全二次電子信号量から荷電ビーム21による二次電子信
号量Saを差し引けばよい。このため、第３図に示す本発
明の第３の実施例のように、ホールド回路40の出力を差
分増幅器41に入力する部分に記録スイッチS7を設け、こ
の切替スイッチS7のオン・オフの切替をブランキング電
源29を駆動する制御回路としてのパルス制御回路46によ
って行うことにより、切替スイッチS7のオン・オフを荷
電ビーム21のブランキング電圧に同期させ、荷電ビーム
21がオンの時にホールド回路40の出力を差分増幅器41に
入力させるようにすることができる。またこの時、電位
測定回路39の出力はブランキング電源29を駆動するパル
ス制御回路46に入力され、パルスのオン・オフ時間を変
化させる。

次に、この試験装置を用いてインバータの閾値電圧を測
定する方法について説明する。第４図（ａ）および
（ｂ）に、測定するE/Dインバータの回路図および平面
パターンの一例を示す。配線50に一定の駆動電圧V_DDを
加え、配線51に加える入力電圧V_inを変化させて、その
時の配線52の出力電圧V_outの変化を観測して閾値電圧を
求める。通常は、この駆動電圧V_DD，入力電圧V_inの印加
と出力電圧V_outの測定とは、外部端子に接続して接触式
で行っている。しかし製造途中の測定においては、接触
部位が小さいので、これらを非接触で行う必要がある。

第４図（ｂ）において、P1〜P3は照射位置を示す。本装
置では、まず、荷電ビーム21で配線50を照射し、電位を
設定する。ここで設定する電位はトランジスタ，インバ
ータの駆動電圧である。電位の設定方法は前に説明した
通りである。駆動電圧V_DDが設定された後、配線51に荷
電ビーム22を照射し、照射位置P2の電位を変化させてい
くとともに、配線52上の照射位置P3の電位を測定する。
入力電圧V_inが閾値V_THを越えると、出力電圧V_outは反転
して電位が変化する。従って、出力電圧V_outが反転した
時の入力電圧V_inを測定することにより、閾値電圧V_THの
測定ができる。照射位置P3だけでなく、照射位置P2の電
位も順次測定していけば、トランジスタ特性の１つとし
て入力電圧V_inに対する出力電圧V_outの変化が求められ
る。また、始めに入力電圧V_inを設定しておき、駆動電
圧V_DDに対する出力電圧V_outの変化を測定することもで
きる。MOSFET等で配線50に比較的大きい容量のある電極
が接続されている場合には、駆動電圧V_DDを設定した後
に荷電ビームの照射を停止しても、チャージは保持され
る。この状態でゲート電極すなわち照射位置P2を荷電ビ
ーム21で照射しながら荷電ビーム22でトランジスタの出
力電圧V_outをモニタし、チャージが急激に無くなった時
のゲート電極電圧を測定することによってもトランジス
タの閾値を求めることができる。この場合は、大きな負
荷抵抗のない場合にも測定できる。

ここで照射位置はP1,P2,P3と示したが、必ずしも点であ
る必要はなく、その点のまわりを配線からはみださない
範囲で平面スキャンして電圧供給を行ったり、電位の測
定を行ったりしてもよい。これは、照射配線内の電圧を
均一化する効果がある。第1,第２に鏡筒のどちらを駆動
電圧V_DDの供給用に用いてもよいが、第３図に示すよう
に、荷電ビームを偏向して２つの照射位置を照射する荷
電ビーム22を垂直に配置した鏡筒から発生させ、斜めに
照射する荷電ビーム21で駆動電圧V_DDの供給を行う方が
照射位置の制御が容易である。ここで２本の鏡筒は同一
のものである必要はなく、斜めに配置した第１の鏡筒は
電圧供給が目的であるので、荷電ビームのビーム電流が
確保できれば、鏡筒の性能は多少低いものを用いてもよ
い。

次に第５図に本発明の第４の実施例を示す。第５図の装
置は、第３図の装置の試料台35付近のみを示したもので
あり、引出電極60,減速電極61,エネルギー分析用電極62
から成るエネルギー分析器36の外側に、二次電子検出用
電極63と二次電子抑制用電極64とを設けたものである。
その他は第３図の装置と同様の構成の装置であり、抵抗
の測定を可能としたものである。二次電子検出用電極63
は二次電子検出器37の方向だけ一部をメッシュにしてビ
ームの通過領域に穴を開けたものであり、二次電子抑制
用電極64は二次電子検出用電極63の外側にビームの通過
領域に穴を開け二次電子検出器37の方向だけ一部をメッ
シュにしたものである。65,66は電流計である。

次にこの装置を使用して抵抗を測定する方法について、
第４図のインバータの負荷抵抗（配線50と配線52との間
の抵抗）を測定する場合を例として説明する。まず荷電
ビーム21で第１の照射位置すなわち配線50を照射して電
位を設定するとともに、ビーム電流と二次電子電流の測
定を行う。電流の測定時には、二次電子抑制用電極64に
負の電圧を印加し、二次電子を内部に閉じ込め、エネル
ギー分析器36の各電極60〜62,二次電子検出用電極63,二
次電子抑制用電極64に流れる電流の和として二次電子電
流を求め、これに試料台に流れる基板電流を加えてビー
ム電流を測定する。電流を測定しない場合には、二次電
子が二次電子検出器37に入射されるように、二次電子検
出用電極63,二次電子抑制用電極64に正の電圧を印加す
る。このようにして、ビーム電流，二次電子電流の測定
を行う。次に荷電ビーム21をオンにしたまま、荷電ビー
ム22を第２の照射位置（配線52）に照射して別の電位を
測定する。この時のビーム電流，二次電子電流も測定す
る。この電流は荷電ビーム21による電流を引けばよい。
以上の測定から第１と第２の照射位置の間を流れる電流
と電位差が測定でき、抵抗が測定できる。これに対し
て、第３の荷電ビームで第１と第２の照射点の間の電位
を測定していくと、抵抗の絶対値だけでなく、抵抗分布
も測定できる。トランジスタやインバータ等の測定の場
合には、第１の照射点に対しては通常は電位が高く大き
なビーム電流を必要とするが、第２の照射点のゲート電
圧の印加，第３の照射点の電位測定の場合には余り大き
なビーム電流は必要としない。このため２本以上の荷電
ビームを用いている。抵抗測定の場合のように余り大き
なビーム電流を必要としない場合には、１本の荷電ビー
ムで３点を交互に照射しながら前述した内容と同じ測定
を行うことができる。

第６図は３本の鏡筒を有する本発明の第５の実施例を示
す構成図である。第６図において、21は電圧供給用鏡筒
としての第１の鏡筒から発生される荷電ビーム、22は電
圧供給測定用鏡筒としての第２の鏡筒から発生される荷
電ビーム、23は電圧供給測定用鏡筒としても第３の鏡筒
から発生される荷電ビームであり、20cは第３の鏡筒を
構成する筒、S8〜S12は切替スイッチである。第６図に
おいて第１図と同一部分又は相当部分には同一符号が付
してある。第２の鏡筒は荷電ビームにより電圧を供給す
るためのものである。トランジスタやインバータの測定
では、荷電ビーム21と同じ極性の電圧を供給するので、
荷電ビーム21,22の加速電圧はほぼ同じである。荷電ビ
ーム23は電位測定用であり、通常は二次電子放出比δが
１に近い加速電圧を用いる。電位測定回路39の出力は第
1,第２の鏡筒のビーム電流制御回路27aに切替えて入力
し、それぞれの照射位置の電位が一定なるようにビーム
電流を制御する。また、ブランキングは個々の荷電ビー
ムに対して独立にかけられる。

鏡筒が３本の場合の第1,第2,第３の３つの照射位置から
の二次電子の切り分けの方法は、基本的には、２本の鏡
筒の場合と同じである。荷電ビーム21,22を同時にオン
状態にし、この時の二次電子信号量Sabをホールド回路4
0に記憶し、荷電ビーム23をオンした時の全二次電子信
号量から信号量Sabを引けばよい。すなわち、差分増幅
器41で増幅器38の出力とホールド回路40の出力の差を出
力し、電位測定回路39に入力する。また、別の切り分け
の方法として、荷電ビーム21だけ又は荷電ビーム22だけ
がオン状態の時の二次電子信号量Sa又はSbを求め、全二
次電子信号量から信号量Sa＋Sbを引けばよい。

この場合のハード構成を本発明の第６の実施例として第
７図に示す。第７図において、47,48はホールド回路、4
9は加算回路、S13は切替スイッチである。ホールド回路
47,48は第1,第２の各照射位置に荷電ビームを照射して
電位を測定した時の二次電子信号量を記憶するためのも
のである。切替スイッチS13は、荷電ビーム21で第１の
照射位置を照射した時に増幅器38とホールド回路47を接
続し、荷電ビーム22で第２の照射位置を照射した時に増
幅器38とホールド回路48とを接続する。この切替えは、
電位を設定する時のビーム電流制御回路27aへのフィー
ドバックを行うかどうかの切替スイッチS11と連動す
る。第３の照射位置の電位測定の時は、増幅器38と差分
増幅器41とを接続するとともに、加算回路49で２つのホ
ールド回路47,48の和を出力し、差分増幅器41に入力す
る。差分増幅器41で差を求めて電位測定回路39に入力す
る。この実施例では、荷電ビーム21,22のいずれか一方
がオフの時にも測定できる。

第８図に本発明の第７の実施例を示す。第８図におい
て、71,72はホールド回路、73は加算回路、S14,S15はス
イッチである。第８図において第６図と同一部分又は相
当部分には同一符号が付してある。荷電ビーム21,22に
パルスビームを用い、電位を設定するブランキングを制
御する制御回路としてのパルス制御回路46に電位測定回
路39からのフィードバックをかけ、オン・オフ時間を変
えて電位を一定に設定する。途中、スイッチS14,S15が
あり、フィードバックを鏡筒にかけるか否か、あるい
は、第1,第２のいずれの鏡筒にかけるかを選択する。第
1,第2,第３の荷電ビーム照射による二次電子の切り分け
は第７図に示したものと同様であり、荷電ビーム21だけ
オンの時の設定時の二次電子信号量Saをホールド回路71
に、荷電ビーム22だけオンの時の二次電子信号量Sbをホ
ールド回路72に記憶し、荷電ビーム21,22,23がオンの時
の全二次電子信号量ＳからSa＋Sb（加算回路73の出力）
を引けばよい。この際、荷電ビーム21,22はパルスビー
ムでオン・オフするので、荷電ビーム21のオン・オフを
制御するパルス制御回路46によりスイッチS14のオン・
オフを荷電ビームと同期して行い、荷電ビーム22のオン
・オフを制御するパルス制御回路46によりスイッチS15
のオン・オフを荷電ビームと同期して行う。この動作に
よって、荷電ビーム21はオンで荷電ビーム22はオフの状
態ならば、スイッチS14はオンでスイッチS15はオフとな
り、荷電ビーム21による二次電子信号量Saを全二次電子
信号量Ｓから引くことができる。

なお、３本の鏡筒は、どれを電圧供給用，電位測定用に
してもよいが、垂直に荷電ビームが入射する鏡筒を電位
測定用に用いるほうが照射位置の制御が容易である。

第６図では便宜上、第1,第2,第３の鏡筒および二次電子
検出器37を同一平面上に配列してあるが、必ずしも同一
平面上になくてもよい。第９図は第６図に示す装置の３
本の鏡筒および二次電子検出器37に配列を示すための図
であり、斜め上方より見た図である。第１の鏡筒の筒20
aは水平な試料台に上に置かれたウェハに対して垂直に
配置されている。これに対し、第2,第３の鏡筒の筒20b,
20cは第９図（ａ），（ｂ）に２種の配置が示されてい
る。第９図（ａ）においては、第2,第３の鏡筒の筒20b,
20cは同一平面に配列され、二次電子検出器37はこの平
面に直角な向きに配置されている。第９図（ｂ）におい
ては、第2,第３の鏡筒の筒20b,20cと二次電子検出器37
が３方に配置されている。３本の鏡筒とにおいてをすべ
て同一平面に配列してしまうと、それぞれの鏡筒と二次
電子検出器37のなす角がそれぞれ異なってしまうため
に、二次電子，反射電子の検出量が鏡筒によって異なっ
てしまう。第９図（ａ），（ｂ）の配列では、これを防
ぐ効果がある。また、第９図（ａ）では、鏡筒が並ぶ平
面の左右に複数の二次電子検出器を配置することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、照射位置の電位が設定値
になるように荷電ビームを制御する制御回路と、上記荷
電ビームの照射位置と異なる複数の照射位置に上記荷電
ビームと異なる荷電ビームを照射する電圧供給測定鏡筒
と、上記複数の照射位置からの二次電子を区別して検出
しそれぞれの電位を測定する測定手段とを設けることに
より、また使用方法として、荷電ビームを電子デバイス
の第１の位置に照射してビーム電流等の制御により照射
位置の電位をある値に設定し、上記荷電ビームの照射位
置と異なる第２の位置に荷電ビームを照射することによ
り第２の照射位置の電位を変化させ、上記２点とは異な
る電子デバイスの第３の照射位置の電位を測定すること
により電子デバイスの電気特性を測定し、電子デバイス
の動作の良否を判断することにより、非接触で微細な電
子デバイスの所定の位置に電位を設定し、電子デバイス
のリークの値・容量・電圧依存性，トランジスタの閾値
電圧等の定量的な測定，電子デバイスの検査を製造途中
で行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる電子デバイスの試験装置の一実
施例を示す構成図、第２図は本発明の第２の実施例を示
す構成図、第３図は本発明の第３の実施例を示す構成
図、第４図（ａ）は試料としてのインバータの回路図、
第４図（ｂ）はその平面パターン図、第５図，第６図，
第７図，第８図は本発明の第4,第5,第6,第７の実施例を
示す構成図、第９図は鏡筒の配置を示す斜視図、第10図
は従来の電子デバイスの試験装置を示す構成図である。 20a〜20c……筒、21,22……荷電ビーム、24……加速電
圧源、25……アライナ、26……レンズ、27……レンズ電
源、27a……ビーム電流制御回路、28……ブランカ、29
……ブランキング電源、30……ブランキングアパーチャ
ー、31……偏向器、32,44……偏向電源、33……対物レ
ンズ、34……電子デバイス、35……試料台、36……エネ
ルギー分析器、37……二次電子検出器、38……増幅器、
39……電位測定回路、40……ホールド回路、41……差分
増幅器、42……信号処理回路、43……表示装置、45……
パルス発生器、S1〜S4……切替スイッチ。

フロントページの続き (72)発明者藤波明平神奈川県厚木市森の里若宮３番１号日本電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (72)発明者島津信生神奈川県厚木市森の里若宮３番１号日本電信電話株式会社厚木電気通信研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電ビームを電子デバイスの所定の位置に
照射する電圧供給用鏡筒と、照射された部分から発生し
た二次電子を検出する二次電子検出器と、前記電子デバ
イスの照射位置の電位を測定するエネルギー分析器およ
び電位測定回路とを有する電子デバイスの試験装置にお
いて、前記電位測定回路の出力が接続され前記照射位置
の電位が設定値になるように荷電ビームのビーム電流ま
たはパルスのオン・オフ時間を制御する制御回路と、前
記荷電ビームの照射位置と異なる複数の照射位置に前記
荷電ビームと異なる荷電ビームを照射する電圧供給測定
用鏡筒と、前記複数の照射位置からの二次電子を区別し
て検出しそれぞれの電位を測定する測定手段とを備えた
ことを特徴とする電子デバイスの試験装置。
【請求項２】電圧供給測定用鏡筒は１個の鏡筒から成る
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子デバ
イスの試験装置。
【請求項３】電圧供給測定用鏡筒は２個の鏡筒から成る
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子デバ
イスの試験装置。
【請求項４】荷電ビームを電子デバイスの第１の位置に
照射し、照射された部分の電位が設定値になるようにビ
ーム電流またはパルスビームのオン・オフ時間を制御し
て照射位置の電位をある値に設定した後前記荷電ビーム
の第１の照射位置と異なる第２の位置に荷電ビームを照
射することにより第２の照射位置の電位を変化させ、前
記２点とは異なる電子デバイスの第３の照射位置の電位
を測定することにより電子デバイスの電気特性を測定
し、電子デバイスの動作の良否を判断することを特徴と
する電子デバイスの試験装置の使用方法。