JPS61260537A - 電子ビ−ムテスタ - 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） 本発明は電子ビームをプＯ−プとする電子ビームテスタ
に関するもので、特に電圧測定の定量化のためにエネル
ギフィルタが用いられ、超ＬＳＩの内部解析等のために
使用されるものである。

〔発明の技術的背景〕

超ＬＳＩ等の極めて微細な回路の電圧を試験するものと
して、従来の機械式プローブに変えて電・子ビームをプ
ローブとして用いる電子ビームテスタが注目されている
。そしてこの電子ビームテスタには、電圧測定を定量化
するためにエネルギフィルタと呼ばれるものが備えられ
ている。電子ビームテスタで主に用いられるエネルギフ
ィルタには、平行平板型のものと半球型のものとがある
が、平行平板型のものを例にして説明する。

添付図面の第４図は平行平板型エネルギフィルタの機能
を説明するための、電子ビームテスタの要部の構成図で
ある。電子銃（図示しない）から発射された電子ビーム
Ｂ１は試料１に照射され、これによって例えば２次電子
Ｂ　〜Ｂ４が発生する。試料１から飛び出した２次電子
のうち、エネルギの低い電子Ｂ２は引き出しグリッドＧ
、まで届かず、試料１に戻されてしまう。飛び出しエネ
ルギが中程度の２次電子８３は、引き出しグリッドＧ、
によって加速されるが、フィルタグリッドＧｆを越える
ことができずに戻されてしまう。これに対して、エネル
ギの高い２次電子Ｂ４は引き出しグリッドＧ、によって
加速され、フィルタグリッドＧ、をも越えてコレクタ２
に捕えられる。

コレクタ２に捕えられた２次電子Ｂ４はシンチレータ３
によって検出され、この検出信号はライトバイブ４およ
びホトマルチプライヤチューブ５を介して、図示しない
信号検出ｖｉ直に送られる。

試料１から飛び出す２次電子８２〜Ｂ４のエネルギは試
料電圧に依存し、またフィルタグリッドＧ　を越えるこ
とのできる２次電子Ｂ４の最低工「 ネルギレベルは、フィルタグリッドＧｆに印加されるフ
ィルタ電圧Ｖ　に依存する。添付図面の第５図はその関
係を説明する特性図である。図示の如く、試料電圧ｖ　
を例えば−５Ｖ、ＯＶ、５Ｖにし、縦軸にシンチレータ
３を介して検出される検出電流ｔｄを目盛り、横軸にフ
ィルタ電圧ｖｆを目盛ると、８字の特性曲線を描くこと
ができる。

従って、第５図に破線で示ずように検出電流１ｄを一定
ｆＩｌ（Ｉｄ　”　ＩＣ０ｎＳｔ　）にするようフィル
タ電圧Ｖｆを変化させれば、その時のフィルタ電圧■、
の変化ｌと試料電圧■、の変化層が一致する。

このため、あらかじめ例えば試料電圧Ｖ８−ＯＶの時の
特性曲線を求めておけば、試料１に駆動信号を印加した
ときの試料電圧■、をフィルタ電圧Ｖ、で求めることが
できる。

〔背景技術の問題点〕

ところが、第５図に示すようにフィルタ電圧Ｖｆの変化
層が、検出′Ｉ＆流１．が一定（Ｉｄ−Ｉｃｏｎｓｔ　
）という条件の下で一致していれば測定精度に問題はな
いが、超ＬＳＩ等の微細パターンの測定では困難である
。ちなみに、第５図は試料の回路パターン幅を無限大と
したときの理想的な特性曲線であって、超ＬＳＩの如く
パターン幅の著しく狭い試料では特性曲線は第６図に示
すようになる。

図示の如く特性曲線が歪んでしまう理由は、超ＬＳＩ等
では試料のパターン幅が狭くかつ近接しているためであ
る。すなわち、検出信号として用いられる試料からの２
次電子は一般にエネルギが低いため、その軌道が近接し
た位置にある他のパターンによる電界に影響されやすい
からである。

このため、従来装置によって超ＬＳＩ等の微細パターン
の電位を精度よく測定づることができなかった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の従来装置の欠点を克服するためになされ
たもので、超ＬＳＩの如くパターン幅が狭くかつ近接し
た微細パターンの電位をも、精度よく測定できる電子ビ
ームテスタを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため本発明は、試料のパターン幅
の変化に対する検出電流、フィルタ電圧および試料電圧
の変化の依存性をあらかじめメモリに記憶しておき、測
定した試料電圧を別途測定もしくは設定したパターン幅
の値と上記メモリの内容で補正し、補正結果を試料電圧
の測定結果とするようにした電子ビームテスタを提供す
るものである。

（発明の実施例〕 以下、添付図面の第１図乃至第３図を参照して本発明の
一実施例を説明するが、それに先立って第７図にもとづ
き本発明の原理について触れる。

第７図は検出電流（２次電子によるもの）を一定にした
ときの、フィルタ電圧■ｆと試料電圧Ｖ、の関係を示す
特性図である。図において、一点鎖線で示す特性はパタ
ーン幅を無限大にしだときの特性で、実線はパターン幅
を２μｍとしたとぎの特性である。図から明らかなよう
にリニアリティ特性を有している。従ってフィルタ電圧
の検出値をパターン幅に応じて補正すれば、パターン幅
の変化があっても精密にフィルタ電圧すなわち試料電圧
を測定できることがわかる。

第１図は本発明の一実施例の構成図である。カソード１
１で発生された電子はウェーネルト１２およびアノード
１３を通って加速され、ブランキングプレート１４の間
に送られる。１ランキングプレート１４はＣＰＵ１５で
制御されるブランキングコントローラ１６により電位が
制御され、これによって電子ビームが試料に連続照射さ
れたり断続照射されたりすφ。ＣＰＩＪ１５からデータ
を受けるコントローラ１７により制御される第１および
第２のコンデンサコイル１８．１９は、電子銃からの電
子の流れをビームに収束させる役割を果す。このように
して形成された電子ビームはＨスキャニングコイル２０
および■スキャニングコイル２１によって水平および垂
直走査され、対物レンズ２２によって試料１の目標位置
に照射される。

スキャニングコイル２０．２１はＣＰＬ１１５からの命
令を受けるスキャンコントローラ２３と、ランプ電圧を
発生するＨランプジェネレータ２４およびＶランプジェ
ネレータ２５により制御される。信号検出装置Ｍ！２６
はスキャンコントローラ２３からのトリが信号と同期し
て、シンチレータ３により検出信号を取り込み、これを
２値化してＣＰＬＪ１５に送る。メモリ２７は試料のパ
ターン幅の変化と検出電流、フィルタ電圧および試料電
圧の関係の変化との相関関係すなわちキャリブレーショ
ンデータを格納するもので、例えばＲＡＭ。

フロッピディスク装置等により構成される。

次に、第１図に示す実施例の作用と、試料電圧測定の手
順を詳細に説明する。

測定にあたっては、まずメモリ２７に必要なキャリブレ
ーションデータを格納する必要がある。

いま、試料のパターン幅が２μｍ、４μｍ、ｉ。

μｍ１２０μｍ１４０μｍ１６０μｍの６種類であると
仮定すると、必要なデータは全部で６）ｉ類になる。し
かし、パターン幅が５０μｍ以上の場合には、第７図に
示づリニアリテイ特性はパターン幅が無限大の理想特性
とほとんど変らないことが経験的に判明しているので、
実際にメモリ２７に格納すべきデータは２μｍ〜４０μ
ｍの５種類である。そこで、２μｍ〜４０μｍのそれぞ
れのパターン幅について、検出電流（２次電子検出ｆｆ
１）を一定にしたときのフィルタ電圧Ｖ［と試Ｆｌ電圧
Ｖ、を求め、このデータをあらかじめ記憶しておく。

次に試料をセットし、電子ビームをブランキングなしで
連続照射する。これによって発生された２次電子はシン
チレータ３により取り込まれ、信号検出装置２６で適当
なスライスレベルで２値化され、これによってパターン
幅が求まる。次に、このパターン幅測定の原理を第２図
および第３図を参照して説明する。

第２図は試料パターンの平面図で、図に斜線を付したの
が測定すべきパターン部分である。また、記号Ｈで示す
横線は水平走査線を示し、記号■で示すｉｎは垂直走査
線を示している。第３図は上記横線Ｈに沿って試料を水
平走査したときの、シンチレータ３による検出信号（電
流）の波形図である。図示の如く、パターン部分では２
次電子信号のレベルはパターン部分のレベルよりも高く
、また境界部分ではピークが現れる。このように境界部
分でピークが現れるのは、パターンの断面形状は台形を
なしているため、電子ビームはパターン部分に対して斜
めに入射されて多くの２次電子が発生するためである。

そこで、検出された２次電子信号を第３図の如く信号検
出装置２６によって適当なスライスレベルで２値化すれ
ば、第２図のパターン部分の長さｐ　′と、パターン以
外の部分の長さ１２′、１３′が求められる。同様に垂
直走査を行えば、第２図の長さｊ”、４１　　“、１３
′を求めることができ、従ってパターン幅Ｊｌ、と、パ
ターン間隔を数学的に求めることができる。例えば１２
については として求まり、ρ　、ｊ３についても同様である。

このパターン幅およびパターン間隔の算出は、ＣＰＵ１
５によってなされ、結果は図示しないＲＡＭ等に格納さ
れる。

次に、ブランキングをかＧプて電子ビームを試料上で走
査し、検出電流を一定にしたときのフィルタ電圧を測定
して試料電圧を求める。このとき、ブランキングをかけ
て電子ビームを走査するため、検出信号には雑音が乗っ
ている。そこで、信号検出ｉ置２６により検出信号の積
分処理、加算平均処理等を行い、Ｓ／Ｎ比を向上させて
からＣＰＬ１１５に送る。ＣＰＵ１５はＲＡＭ等に格納
させているパターン幅およびパターン間隔のデータと、
メモリ２７に記憶しであるキャブレーションデータによ
り検出信号を補正し、測定結果を算出する。

このようにして、局所電界効果の影響を取り除いた試料
電圧測定値を求めることができる。

本発明が上記実施例に限られないことはδうまでもない
。例えば、キャブレーションデータはオペレータが測定
のたびに設定入力するようにしてもよく、あらかじめ測
定される試料のパターン幅を固定しておき、補正データ
をＲＯＭに格納して自動的に測定値を補正するようにし
ておいてもよい。後者のようにしたときは、当該電子ビ
ームテスタはある試料についての専用のテスタになる。

また、エネルギフィルタは平行平板型のものに限らず、
半球型でもよい。

〔発明の効果〕

上記の如く本発明では、キャブレーションデータをあら
かじめメモリに格納しておき、測定した試料電圧を別途
測定もしくは設定したパターン幅のデータとメモリの内
容にもとづいて補正し、補正後の値を試料電圧の測定結
果としたので、試料のパターン幅が狭くかつ近接した微
細パターンの電位をも、精度よく測定できる電子ビーム
テスタが得られる。従って、エネルギフィルタの構造、
形状や電子ビームテスタの基本構成に変更を加えること
なく、再現性のよい測定電圧精度の向上をローコストで
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は試料パタ
ーンの平面図、第３図は第２図のパターンをブランキン
グなしで水平走査したときの２次電子信号の波形図、第
４図は電子ビームテスタの要部の構成図、第５図および
第６図は検出ｆｆｉ流、フィルタ電圧および試料電圧の
関係を示す特性図、第７図はフィルタ電圧と試料電圧の
リニアリティ特性図である。 １・・・試料、３・・・シンチレータ、１１・・・カソ
ード、１４・・・ブランキングプレート、１８・・・第
１のコンデンサコイル、１９・・・第２のコンデンサコ
イル、２０・・・水平スキャニングコイル、２１・・・
垂直スキｐニングコイル、２２・・・対物レンズ、Ｇｆ
・・・フィルタグリッド、Ｇ、・・・引き出しグリッド
、８１・・・電子ビーム、８２〜Ｂ４・・・２次電子。 第２図 第３図 第５図 汐電圧（＼ ＝ ； 討料“ ’ｆ） −Ｑ〇 一２Ｐｎ１゜ ”Ｖｓ １圧

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料に照射される電子ビームをこの試料の駆動信号
   と同期してチョッピングし、試料から発生された２次電
   子をエネルギフィルタを介して検出し、この検出電流と
   前記エネルギフィルタのフィルタ電圧にもとづいて試料
   電圧を測定する電子ビームテスタにおいて、 試料のパターン幅の変化に対する前記検出電流、フィル
   タ電圧および試料電圧の関係の変化の依存性をあらかじ
   め記憶する記憶手段と、前記検出電流とフィルタ電圧に
   もとづいて測定した試料電圧を別途設定された前記パタ
   ーン幅についてのデータおよび前記記憶手段の内容にも
   とづいて補正する補正手段とを備え、この補正結果を試
   料電圧の測定結果とすることを特徴とする電子ビームテ
   スタ。 ２、試料に照射される電子ビームをこの試料の駆動信号
   に同期してチョッピングし、試料から発生された２次電
   子をエネルギフィルタを介して検出し、この検出電流と
   前記エネルギフィルタのフィルタ電圧にもとづいて試料
   電圧を測定する電子ビームテスタにおいて、 試料のパターン幅の変化に対する前記検出電流、フィル
   タ電圧および試料電圧の関係の変化の依存性をあらかじ
   め記憶する記憶手段と、電子ビームを照射した試料から
   の２次電子を検出してこの試料のパターン幅を測定する
   パターン幅測定手段と、前記検出電流とフィルタ電圧に
   もとづいて測定した試料電圧を前記パターン幅測定手段
   による測定結果および前記記憶手段の内容にもとづいて
   補正する補正手段とを備え、この補正結果を試料電圧の
   測定結果とすることを特徴とする電子ビームテスタ。 ３、前記パターン幅測定手段は、試料に電子ビームを連
   続照射させる手段と、この試料からの２次電子による検
   出電流を所定のレベルで２値化する２値化手段と、この
   ２値化手段から出力されるパルスの間隔にもとづいて試
   料のパターン幅を算出する手段とを有する特許請求の範
   囲第２項記載の電子ビームテスタ。