JPS59217934A - 走査電子顕微鏡の二次電子信号検出装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体デバイスの表面電位測定などに用いら
れる走査電子顕微鏡に係シ、特に試料表面から発生する
二次電子の信号量を検出する二次電子信号検出装置に関
する。

〔発明の技術的背景〕

試料に電子ビームを照射したときに試料表面から発生す
る二次電子は、試料表面の電位にょシエネルギ分布およ
び放出量が変化する。これは、二次電子のエネルギ分布
が数ｅＶ〜数十ｅＶと低いため、試料表面の電位の影響
を受けやすいからである。この現象は電位コントラスト
と呼ばれ、試料表面の電位が正の場合には二次電子放出
量は減少し、表面電位が負になると二次電子放出量は増
大する。この掠理に基いた走査電子顕微鏡は、電位分布
の存在している試料表面を電子ビームで走査し、このと
き得られる二次電子像の観察によって、試料表面の電位
分布に応じた明暗のコントラスト像を観察するものであ
る・また、同じ現象を用いて、を子ビームを半導体デバ
イス、特にＬＳＩの表面の一点に照射し、ＬＳＩの回路
動作による上記点の電圧状態の変化を二次電子信号の変
化として検出することによ、９、ＬＳＩの回路動作を知
ることができる。

さらに、電子ビームを高速のｉ４ルスピームにし−ＬＳ
Ｉの回路動作に同期させて照射することによシ、回路動
作波形を観測することが可能となシ、これはストロボ走
査電子顕微鏡の基本原理となっぞいる。

上述したようなストロボ走査電子顕微鏡（電子ビームテ
スタ）は、ＬＳＩが微細化によって内部の素子や配線領
域の寸法が小さくなってきている現在、電子ビームを細
く絞ることによってＬＳＩや超ＬＳＩの内部動作を知る
だめの手段として有効なものでちる。

〔背景技術の問題点〕

ところで、上述したような走査電子顕微鏡において、電
圧測定の精度に影響を与える要因としては、（イ）試料
表面からの二次電子の放出量の変化、（Ｄ！１入射電子
ビーム量の変化、が考えられる。上記（イ）項は、１Ｌ
子ビームを照射することにより生じる照射ダメージ、た
とえば試料室中の残留ガスによる汚染（コンタミネーシ
ョン）やチャージ・ア、ゾによるものである。

そして、従来、前記←）項の対策として、入射鎧。

電子ビーム量の変動を補償する目的で、電子上から発生
する電子ビームをアノードで検出し、政 この検出値に応じて電子上のフィラメント電流を変化さ
せている。即ち、電子ビームの発生量を一定にすること
によシ、その結果として入射ビーム量を一定に保つよう
にしている。

しかし、電圧測定精度に直接に影響するのは、電子ビー
ムの発生量ではなく、試料自体に入射した一次電子ビー
ム量の変動によシ発生ずる二次電子信号量の変化で′ｔ
り’）　、上述したように電子ビームの発生量を一定に
保つ方法は測定精度の向上策として必らずしも十分では
ない。特に、電子ビームの加速電圧が低い領域では、レ
ンズ系その他の鏡筒内、即ち電子光学系での電子ビーム
のアライメントのずれなどによる一時的な変動が問題に
なシ、この変動に対して前述した従来の方法は必らずし
も有効ではない。

〔発明の目的〕

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、試料に対
する入射電子ビーム量が変動しても二次電子信号量を一
定に保つことが可能となυ、試料表面の電圧ｉ１！Ｕ定
のイ′百度を向上し得る走五電子順倣娩の二次電子信号
検出装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

即ち、本発明の走査電子顕微鏡の二次電子（１号検出装
Ｕ！ｉ：ｔよ、試別表面から放出される二次電子を検出
する二次電子検出器および試料表面から放出される反射
電子を検出する反射電子信出力全それぞれ試料室内部に
設け、前記二次電子検出器の二次電子信号出力と前記反
則電子検出器の反射電子信号出力と金差動的に検出して
増幅する回路を設けてなることを特徴とするものである
。

このような二次電子信号検出装置によれば、試料に対す
る入射電子ビーム量の変動に伴なう二次電子信号■の変
動分を反射電子信号量の変動分にょ力補償して二次電子
信号ｉを１１は一定に保つことが可能になる。これによ
って、二次電子信号量は試料表面の電圧に正確に対応す
ることになシ、二次電子信号量に基く電圧測定の精度が
向上する。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

図において、１は走査電子顕微鏡の試料室内部に設けら
れたポールピースであシ、その下方の試料台２上に試料
（たとえばＬＳＩ　）　Ｊが載置され、その斜め上方に
は一般にトーンレー・エバハート型と呼ばれている二次
電子検出器４φ配設されている。５は、上記ポールピー
ス１の一次電子用出口の周囲に設欣された反射電子検出
器であシ、これはたとえば浅いｐｎ接合を有するシリコ
ンを用いた半導体型検出器からなる。

６は上記反射電子検出器５の検出４８号を増幅するため
のヘッドアンプ、７は前記二次電子検出器４の検出信号
を増幅するだめのヘッドアンプである。８は上記２個の
ヘッドアンプ７．６の出力信号が差動入力として導かれ
る差動増幅器、９は上記差動増幅器８の出力信号を増幅
するためのビデオアンプであり、その出力信号は後段の
図示しない電圧像表示系に導かれる。なお、上記ヘッド
アンプ６．７、差動増幅器８、ビデオアンプ９は試料室
外部に設けられている。

また、Ａは一次電子ビーム（入射電子ビーム）の軌跡、
Ｂは二次電子の軌跡、Ｃは反射電子の軌跡である。

次に、上記構成における動作を説明する。試料３に一次
を子ビームが入射すると、試料表面からは二次電子以外
にオージェ電子、特性Ｘ＆！、反射電子等が発生する。

そして、上記二次電子は二次電子検出器４によシ検出さ
れ、反射電子は反射電子検出器５によシ検出される。こ
の場合、反射電子はエネルギが高いので二次電子検出器
４には検出されない。上記二次電子検出器４の検出信号
は、へ、ドアンプ７によシ増幅されたのち差動増幅器８
の一方の入力となり・反射電子検出器５の検出信号は、
ヘッドアンプ６により増幅されたのち差動増幅器８の他
方の入力となる。差動増幅器８は、二次電子信号入力を
反射電子−信号入力分だけ相殺して増幅し、この二次電
子信号量に応じたビデオアンプ９の出力信号に基いて電
圧像表示器（図示せず）に電圧像が表示されるようにな
る。いま、入射電子ビーム量が増大したとすると、二次
電子が増大し、差動増幅器８の二次を子信号人力が増大
する。ところが、同時に反射電子も増大し、差動増幅器
８の反射電子信号入力も増大するので、これにえり上記
二次電子信号入力の増大分が相殺され、差動増幅器８の
出力信号量はほぼ一定に保たれる。上記とは逆に、入射
電子ビーム是が減少すれば、二次電子イら号−量が減少
するけれども、反射電子信号量も減少し、差動増幅器８
の二次電子信号入力の減少分は反射１１．子化号入力の
減少分が相殺されるので、差動増幅器８の出力信号量は
はは一定に保たれる。

このように入射電子ビーム量が変動しても、反射電子量
をモニタし、この反射電子量の変動を入射電子ビーム量
の変動として捉え、この変動量に見合うように二次電子
信号量を補償することによシ、二次電子信号量を入射電
子ビーム量の変動に拘らずほぼ一定に保つことが可能と
なる。

したがって、入射電子ビームの電子光学系全ての部分に
おける変動を検出して二次電子信号量を補償することが
可能であシ、しかも試料への入射電子ビーム量の変動に
伴なう二次電子信号量の変動を直接に補償しているので
、二次電子信号量は試料表面の電圧に正確に対応するよ
うになり、％ＬａＥ測定精度が向上することになる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明の走査電子顕微鏡の二次電子信号
検出装置によれば、試料に対する入射電子ビーム量が変
動しても二次電子信号量を一定に保つことが可能となり
、試料表面の電圧測定の精度を向上させることができる
ので、ＬＳＩの回路動作の観測に好適である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る走査電子顕微鏡の二次電子信号検出
装置の一実施例を示す構成説明図である。 ３・・・試料、４・・・二次電子検出器、５・・・反射
電子検出器、６．７・・・ヘッドアンプ、８・・・差動
増幅器、９・・・ビデオアンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 走査を子顕徴鋭の試料室内部に、試料表面から放出され
   る二次電子を検出する二次電子検出器および試料表面か
   ら放出される反射電子を検出する反射電子検出器を設け
   、前記二次電子検出器の二次電子信号出力と前記反射電
   子検出器の反則電子信号出力とを差動的に検出して増幅
   する回路を設けてなシ、試料に対する入射電子ビーム九
   の変動に伴なう二次電子信号量の変動分を反射電子信号
   量の変動分によシ補償することを特徴とする走査電子顕
   微鏡の二次電子信号検出装置。