JPS6130377B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は真空試料室内で試料保持板上に保持
された試料に電子ビームを導く電子光学系を収め
た鏡筒を備え、試料を電子ビームによつて走査す
ることにより無接触検査するための走査電子顕微
鏡に関するものである。試料としては電子デバイ
ス特に集積回路が考えられている。試料は走査電
子顕微鏡を通して画像面上に拡大して投像され
る。

電子デバイス特に集積回路の機能の検査が走査
電子顕微鏡を使用する無接触電位測定によつて実
施することができることは公知である。走査電子
顕微鏡の主要部は電子銃を含み一般に電子ビーム
を断続しそれを偏向する装置を備えた電子光学筒
である。一般に電子ビームを断続する装置とそれ
を偏向する装置をも備えている。これらの装置は
鏡筒内の真空中に置かれている。検査対象試料は
試料室内に置かれ、この室も排気される。

電子デバイスに電子ビームを当てるとその導電
体部分から二次電子が放出され電子捕集器に集め
られて電気信号を発生する。一次電子ビームによ
つて測定個所から放出された二次電子の数は測定
個所の電位に関数し、この電位が正であれば比較
的少数の二次電子が導電体表面から放出され、そ
れに対応して画像面上の画点の輝度も低い。零電
位および負電位では放出二次電子数が大きく画点
もそれに応じて明るくなる。従つて画像面上では
正電位にある導体路は暗く、負電位にある導体路
は明るく表われる。

この現象を利用して試料を走査することにより
導体路の電位分布を定めそれを画像面上に表示す
ることができる。

電位を定量的に測定するためには走査電子顕微
鏡に分光計例えば逆電場分光計を組合わせる。こ
の分光計では円筒形の偏向コンデンサが減速電場
によつて二次電子を電子捕集電極に導き、この電
極の出力信号を増幅して分光計にフイードバツク
する。逆電場電極への格子電圧は格子電極と測定
点の間の電位差が元の一定値に戻るまで調整す
る。これにより格子電圧の変化が直接試料の測定
点の電位変化に対応する。

このような電位測定によつて機能検査、欠陥分
析および電位分布表示を行なう際には試料例えば
集積回路をそのセラミツク容器と共に試料室に入
れ、電気接続線は特殊なケーブルに集めて気密ブ
ツシングを通して試料室外に導く。しかし制御線
が長く、また特に高周波制御信号を導く際には障
害が起り易く、信号の立上りと下降が緩慢になり
制御の行過ぎまたは不足を生ずる。更に試料を一
次電子ビームに対して位置合せするための移動機
構も真空中に置かれるから、気密導入部を通して
外部から操作する必要がある。

試料を交換する際には顕微鏡の給電および排気
を遮断し試料室を開放する。その際進入する空気
は電子光学筒にも達しこの部分を汚染する危険が
ある。また試料を挿入した後に試料室ならびに電
子光学筒を更めて排気しなければならない。

この発明は発明の詳細な説明の冒頭に挙げた走
査電子顕微鏡を改良し、特にその試料室を上記の
電気接続線の導入に伴う難点が避けられ試料の交
換が簡単になる構造とすることを目的としてい
る。この目的はこの発明によれば、試料としての
集積回路の機能を検査するための電子光学系と、
この電子光学系に連結した試料室とを備え、試料
室の電子光学系と連結される側と反対側を、外側
が前記集積回路に対し設けた基板、内側が基板を
補強する補強体により形成された気密閉鎖体で気
密封止し、前記補強体のさらに内側に電子光学系
に対向するように試料保持板を固定し、前記基板
は試料室の室壁に対し玉軸受を介して移動可能に
しかも気密結合し得るようにすることによつて達
成される。

この発明においては、試料保持板は試料室壁の
気密閉鎖部として一次電子ビームの軸上に設けら
れる。試料への電気接続線は真空外にあるから気
密導入の問題は避けられる。試料例えば集積回路
は直接試験用構成物例えば計算機制御の試験場に
おいて検査することができる。

この発明の一つの実施例においては電子光学筒
と試料室の間に閉鎖板例えば機械的スライダが設
けられ、それによつて電子光学筒を気密閉鎖する
ことができる。このスライダにより電子光学筒を
真空に保持したまま試料室の試料の交換が可能と
なる。スライダには一次電子ビームを通過させる
孔を設ける。

電子デバイス特に集積回路の機能検査に対して
は給電電圧、制御電圧、試験電圧等を導くための
多数の接続導線を設けなければならないから、電
子光学筒は試料室の下側に設けるのが有効であ
る。この構造では試料保持板が試料室の気密閉鎖
蓋を構成する。電位分布測定のためにはこの閉鎖
蓋を試料室壁に例えばねじ止めにより取外し可能
に結合する。

別の実施例では試料保持板が横方向即ち一次電
子ビームに対して垂直方向に移動可能に支承され
る。そのためには例えば試料保持板と試料室壁と
の接触面を滑り面とする。一次電子ビームに垂直
な平面内で移動可能な試料とするためには、試料
保持板と試料室壁の間につば玉軸受を設ける。

場合によつては試料保持板を直接気密閉鎖に使
用せず別の板の上に置く方が良いことがある。試
料が集積回路であれば例えば集積回路のための基
板の肥大部を試料室壁との間の可動的な気密結合
として構成することができる。このような基板は
集積回路を検査する際接続線端素子例えば抵抗又
は平滑コンデンサ等の収容に利用される。電気接
続線は試料保持板による気密閉鎖部を通して試料
の対応する接続端に結ばれる。

次に図面に示した実施例についてこの発明を更
に詳細に説明する。

第１図に示した実施例の電子光学筒２は陰極
５、ウエーネルト電極６および陽極７から成る電
子銃４を含む。この電子銃が発生する一点鎖線で
示した一次電子ビーム１０は断続装置１２によつ
てパルス列と変えられ、コイル１５および１６を
使用する偏向系１４によつて偏向され試料２２上
を走査する。試料２２は例えば集積回路であつ
て、試料保持板２４に固定され真空中に置かれ
る。

試料から放出された二次電子は円筒偏向コンデ
ンサ２６によつて偏向され、逆電場分光計の逆電
場電極２８および２９を通して電子捕集器３０に
導かれる。電子捕集器３０には一般に捕集網電極
３２と図に示されていないシンチレータとの間に
二次電子加速区間がある。二次電子の経路は破線
２７で示されている。シンチレータから放出され
た光子は光伝送路３４を通して光電増倍管３６に
導かれる。光電増倍管には一般に高感度前置増幅
器が接続され、後に制御増幅器３８が接続されて
いて例えば図に示されていないフイードバツクル
ープによつて逆電場電極２８および２９の減速電
場を制御することができる。

回路を簡単にするため断続装置１２と一次電子
ビーム１０の偏向装置１４と逆電場分光計の総て
に共通の制御回路４０が設けられている。制御回
路４０は破線の作用線で示すように試料２２に対
する電流とその検査パルスも供給する。

試料２２としての集積回路は試料室２０の気密
閉鎖体２５の一部を構成する試料保持板２４にと
りつけられる。気密閉鎖体は基板５０と補強部４
８を含む。試料保持板２４は挿込みプラグ（図に
はその中の４４と４６だけが示されている）によ
つて固定され、これらのプラグのソケツト５２，
５４は気密導入部となるもので例えば基板５０に
はんだづけされる。基板５０には試料２２への接
続線の末端素子を収めることができる。電気接続
線は気密ブツシング５２，５４および試料保持板
の導入孔を通して試料に結合される。閉鎖体２５
と試料室２０の壁５５の間の気密結合は真空パツ
キン５８による。試料室は例えば容器５６と蓋５
７から構成される。試料室壁を貫通する部分には
総て真空パツキンが設けられている。容器５６と
補強部４８の間には軸受６０が設けられ、試料保
持板２４従つて試料２２の一次電子ビームに垂直
な面内での移動が可能である。試料２２内の電位
分布測定に適した簡単化された試料室２０の構造
として、図に示すような玉軸受６０の代りに補強
部４８と試料室壁の接触面を適当に加工してすべ
り軸受とすることができる。更に進んで試料２２
を試料室内に固定支承することも可能である。こ
のような構造を採用する場合には試料保持板を直
接試料室壁に気密に結合することができる。

試料２２の所望個所の設定は試料保持板２４を
一次電子ビームに対して垂直な面内において電子
ビーム発生系に相対的に移動させることによつて
実施される。この場合試料保持板２４は縦方向運
動に対する嚮導棒６４，６５と横方向運動に対す
る嚮導棒６６とによつて支承ブロツク６８に結合
された枠６２に補強部４８と基板５０を介して結
合する。この枠は嚮導棒と支承ブロツクと共に一
次電子ビームに対する試料の任意の位置決めを可
能とする移動台を構成する。

試料室２０は連結管７２によつて真空ポンプ７
０に連結され、電子光学筒２も真空ポンプ７４に
連結されている。

更に別の有利な実施例においては、電子光学筒
２と試料室２０の間にスライダ７７を含む閉鎖体
７６が設けられる。この閉鎖体は気密閉鎖するも
のが良い。閉鎖体には例えばガラス製の絶縁環７
８を介して操作棒７９が結合されている。スライ
ダ７７は一次電子ビームを通過される孔８０を持
ち、例えばセラミツク製の気密封鎖部に設けられ
た真空パツキンにより極片８４，８５および試料
室２０との間が気密閉鎖されている。試料を交換
する際はスライダ７７を横に移動させて電子光学
筒２を試料室２０から分離し、電子光学筒内に設
けられた各部品の汚染の危険を減小させると同時
に試料交換後に筒２内室を更めて排気する必要が
ないようにする。

試料室２は台８６の上に乗せられているが、こ
の台は図に簡単に枠の形で示されている。

場合によつてはセラミツク製の試料保持板２４
を第２図に示すように直接気密閉鎖体となるよう
に構成することができる。試料２２は試料保持板
２４に固定され、電気接続（その中の二つだけを
２１，２３として示す）はこの試料保持板を気密
に貫通する。接続２１，２３等は細い線であつて
コンセント４４，４６に接続され、それらのソケ
ツト５２，５４は基板５０に固定されている。導
電板５０の上面には図に示されていない測定、検
査等のための素子が設けられる。試料保持板２４
は試料室２０の蓋５７の上で一点鎖線で示した一
次電子ビーム１０に垂直な平面内で位置の調整が
可能であり、真空パツキン５８を介して気密に結
合される。この発明の走査電子顕微鏡は集積回路
以外の電子デバイス例えばトランジスタの試験検
査にも使用することができる。その場合素子の基
板またはケース底板が直接又は間接に試料室の気
密閉鎖部を構成するようにする。更にこの発明の
走査電子顕微鏡は試料の拡大投像やＸ線マイクロ
アナライザとして使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による走査電子顕微鏡の一つ
の実施例の断面図、第２図は試料室の気密閉鎖体
の構成の一例を示す断面図である。 ２……電子光学系を収めた鏡筒、２０……試料
室、２２……試料、２４……試料保持板、２５…
…気密閉鎖体、５０……基板、５５……室壁、６
０……軸受。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試料２２としての集積回路の機能を検査する
   ための電子光学系と、この電子光学系に連結した
   試料室２０とを備え、試料室２０の電子光学系と
   連結される側と反対側を、外側が前記集積回路に
   対し設けた基板５０、内側が基板５０を補強する
   補強体４８により形成された気密閉鎖体２５で気
   密封止し、前記補強体４８のさらに内側に電子光
   学系に対向するように試料保持板２４を固定し、
   前記基板５０は試料室２０の室壁５５に対し玉軸
   受６０を介して移動可能にしかも気密結合し得る
   ようにしたことを特徴とする走査電子顕微鏡。 ２ 電子光学系を収めた鏡筒２が試料室２０の下
   に吊り下げられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の走査電子顕微鏡。