JPS6145551A - 電子ビ−ム装置 - 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】 （１）発明の分野 本発明は電子ビームを被射体に照射する装置に係り、特
に電子ビームを集積回路に照射して電圧の測定を行う電
子ビーム装置に関する。

（２）技術の背景 集積回路の動的な電圧変化を測定する手段として、スト
ロボ電子ビーム装置がある。これは集積回路（以下、Ｉ
Ｃで代表する）の被測定部分にパルス状の電子ビームを
照射した時に、該被測定部分の電圧が高ければ、そこか
ら放射される２次電子の量が少なく、電圧が低ければ２
次電子の量が多いことを利用し、該２次電子の量を検出
することにより電圧変化を測定しようというものである
。

さらにＩＣは複数クロック数（例えば１００クロツク）
を１動作周期として一連の動作を繰り返すことを利用し
、該ＩＣを動作させながら前記電子ビームパルスを被測
定部分に照射させ、しかもその照射タイミングを該ＩＣ
の１動作周期目には１クロノクロ、２動作周期口には２
クロツク目、・・・というように少しずつずらしてゆき
、各照射タイミングにおける２次電子量を測定すること
によって、前記被測定部分の動作周期内の電圧の時間的
な変化を測定することができる。（以下、これを波形モ
ードと呼ぶ。）また、前記電子ビームパルスの照射タイ
ミングを前記動作周期中の例えば５０クロツク目という
ように固定し、各照射タイミングごとに該ＩＣ上におけ
る前記電子ビームパルスの照射点を走査しながらずらし
てゆくことによって、該ＩＣの動作周期内の５０クロツ
ク目における各被測定部分の瞬間的な電圧分布像を得る
ことができる。（以下、これを像モードと呼ぶ。）以上
のような機能を有するストロボ電子ビーム装置において
は、前記電子ビームパルスのビーム径が太いと、前記各
被測定部分から放射される２次電子の量が該測定部分の
周囲の部分の電圧変化によるｆ７ｊ響を受けて変化し、
正しい電圧値を測定できないことがある。

一方、同しような電子ビーム装置を用いて集積回路の回
路パターンを製造する装置として電子ビーム露光装置が
ある。これはシリコン・ウェーハなどの試料上にレジス
トと呼ばれる保ｉ！膜を形成させた後、該試料上に電子
ビームを走査させながら断続的に照射させ、前記レジス
トを露光することによって所定パターンを焼きつけてゆ
くものである。その後、シリコン・ウェーハ上の露光部
分を現像した後、エツチングを行うことにより酸化膜が
除かれ試料表面上に所定パターンの窓があけられる。そ
してそこに数々の不純物拡散をおこさせたり、電極や配
線用の金属を付着させたりすることによって、複雑な回
路パターンを試料上に形成させることができる。以上の
ような電子ビーム露光装置においても、前記ストロボ電
子ビーム装置の場合と同様に電子ビームのビーム径が太
いと、回路パターンの幅が数ミクロンというようなｉ＆
綱な回路パターンを形成することが難しくなる。

（２）従来技術と問題点 上記のような背景に対して、従来はストロボ電子ビーム
装置、電子ビーム露光装置共に、使用する電子ビームの
ビーム径が最小で、かつその断面形状が円形になるよう
に非点収差を調整し、被照射点の周囲の影響を極力抑え
るようにしていた。

しかし、近年ＬＳＩなどはますます集積化される方向に
向かっており、それによって試料のパターンが微細にな
るにつれて、電子ビームのビーム径の大きさが相対的に
大きくなってしまい、円形ビームでは周囲の影響を取り
除くことが困難になってきているという問題点があった
。第２図はその一例である。今、２２．２３．２４は配
線パターンでありストロボ電子ビーム装置によって配線
パターン２３上の２５の斜線部分の電圧を測定したいと
する。その場合、円形の電子ビームは同図のように照射
されるがその照射部分は周囲の配線パターン２２及び２
４の近くに達するため、得られる２次電子の量はそれら
周囲の部分の電圧値の影響を受けて変化してしまい、２
５の斜線部分の正しい電圧値に応した量にならない。同
様に、配線パターン２３上の２６の斜線部分では配線パ
ターン２４の部分の電圧値の影響を受けてしまう。

また、ストロボ電子ビーム装置において、試料を破壊す
ることなく電圧測定を行うために、電子ビームの加速電
圧を低くし、試料と電子レンズとの距離を長くとること
が多いため、それによってさらにビーム径が大きくなっ
てしまうという問題点があった。さらに、ストロボ電子
ビーム装置において、逆にビーム径を小さくすると試料
表面の凸凹などによって２次電子の量にばらつきを生し
てしまう　（特にパターンのかどでその１頃向が強い）
という矛盾した問題点があった。

（３）発明の目的 本発明は上記問題点を除くために、試料の各被照射点に
おける配線の方向によって電子ビームの形状を変化させ
、配線と直角方向にはビーム径が小さく、同一方向には
ビーム径が大きくなるように電子ビームを照射すること
により、配線と直角方向の分解能を向上させ、かつ同一
方向に対しては表面の凸凹などによる影響を平均化する
ことによって、精度の高いビーム照射を行うことのでき
る電子ビーム装置を提供することを目的とする。

（４）発明の構成 上記目的を達成するために、電子ビームの断面図形状を
１ｌｌａ整する形状調整手段と、前記電子ビームが照射
される試料上の各被照射点において、咳各被照射点にお
ける配線の長手方向と同一方向に前記電子ビームの断面
形状のビーム径が太くなるように前記形状調整手段を制
御する制御手段ををすることを特徴とする電子ビーム装
置。

（５）発明の実施例 以下、本発明の実施例について詳細に説明を行う。

第１図は本発明によるストロボ電子ビーム装置の全体的
な構成図である。電子銃１から発射されたｆｆｉ子ビー
ム２は電子レンズ３、パルスビームＲ生器４、偏向器５
、Ｘ方向ステイグメータ６、Ｙ方向ステイグメータ７の
間を通過し、被測定［Ｃ８上へ照射される。それにより
発生した２次電子９は、エネルギー分析器１９を介して
２次電子検出器１０で検出される。２次電子検出器は信
号処理回ｒｌＩ！ｒ１４に接続され、信号処理回路１４
は、制御装置１Ｇに接続される。被／ｌｌす定ＪＣＢは
ＩＣドライバ１５に接続され、ＩＣドライバ１５は信号
処理回路１４、及び制御装置１６に接続される。一方、
ストロボユニット１３はパルスビーム発生器４、信号処
理回路１４、及び制御装置１６に接続される。制御装置
１６はディスプレイ１７、及び計算機１８に接続される
。また、制御装置１６はＤＡ変換器１１及び１２に接続
され、ＤＡ変換器１１及び１２のアナログ出力は各々、
Ｘ方向ステイグメータドライバ２０、及びＹ方向ステイ
グメータドライバ２１に接続され、Ｘ方向ステイグメー
タドライバ２０、及びＹ方向ステイグメークドライバ２
１は各々、Ｘ方向ステイグメータ６及びＹ方向ステイグ
メータ７に接続される。

以上のような構成のストロボ電子ビーム装置において、
まず電子銃１から発射された電子ビーム２は電子レンズ
３によって細いビームに収束される。偏向器５は電子ビ
ーム２を被測定ＩＣ８上の所定の位置に走査させるため
のもので、その位置制御及びタイミング制御などは特に
は図示しないが、制御装置１６があらかじめ計算器１８
に記憶させである被測定ＩＣ８の回路パターン情報、及
びＩＣドライバＩ５からの動作クロックパルスなどを基
に＋ｌ；＋ｌ　１ｆｆＩｌする。パルスビーム発生器４
は、電子ビーム２をパルス化するための偏向器であり、
そのパルス（ヒタイミングはストロボユニット１３によ
って制御される。ストロボユニット１３は制御装置１６
からのタイミング信号、及び制御装置１６を介したＩＣ
ドライバ１５からの動作クロックパルスをもとにストロ
ボパルスを発生し、パルスビーム発生器４をドライブす
る。上記のように制御釦された電子ビーム２は被測定Ｉ
Ｃａ上の特定部分に照射される。被測定ＩＣ８はＩＣド
ライバ１５からの動作クロックパルスによりドライブさ
れているので、該特定照射部分からはそのタイミングに
おける電圧に応じた２次電子が放射される。

該２次電子はエネルギー分析ｐ：ｆ１９で分析された後
、２次電子検出器１０でアナログ信号として検出され信
号処理回路１４に取り込まれる。２次電子信号はパルス
ビーム発生器４でパルス化された電子ビーム２が被測定
ＩＣ８に照射されてから所定の遅延の後に検出されるの
で、信号処理回路４においてはストロボユニット１３か
らのストローブ信号に所定の遅延をかけたタイミングで
２次電子信号のＡＤ変換を行う。このようにしてディジ
タル値に変換された２次電子信号は被測定ＩＣ８の複数
の動作周期にわたって加算平均処理などを行なった後、
制御装置１６に出力される。なお、該加算平均処理など
はＩＣドライバ１５からの各動作周期毎の周期パルスに
よってｉｔ；１１御される。最後に制御装置１Ｇにおい
ては信号処理回路１４からのディジタル２次電子信号を
もとに電圧計算を行い、その結果をディスプレイ１７に
表示する。

なお、全体的な制御（波形モード又は像モードの指定な
ど）は計算機１８によって行われる。

次に、本発明によるＸ方向ステイグメータ６、及びＹ方
向スティグメータフの部分について説明する。原理につ
いて説明すると、まず被測定ｒｃ８において被照射点付
近の配線パターンが第３図の２７．２８及び２９に示し
たパターンであるとする。この時、紙面横方向をＸ方向
、縦方向をＹ方向とする。そして被照射点が第３図中、
斜線部分３０のようにＹ方向に配線が伸びている部分に
おいては、照射する電子ビームの断面形状を同図のよう
にＹ方向に匿い楕円形にする。同様に被照射点が斜線部
分３１のようにＸ方向に配線が伸びている部分において
は、照射する電子ビームの断面形状をＸ方向に長い楕円
形にする。また、斜線部分３２のように角の部分では従
来通り円形にする。以上のような電子ビームの断面形状
の調整がＸ方向ステイグメータ６、及びＹ方向ステイグ
メータ７によって行われる。

Ｘ方向ステイグメータ６は電子ビーム２に直角な断面内
で第３図の被測定ＩＣ８のＸ方向と同方向に設置された
磁界発生コイルであり、Ｙ方向ステイグメータ７は同じ
くＹ方向と同方向に設置されたものである。そして、第
３図の例の場合、制御される電子ビームの断面形状は第
４図（ａｌ　（ｂｌ　（Ｃ１に示すように３種類である
。第４図１ｂｌのように円形の場合は、制御装置１６か
らＤＡ変換器１１及び１２に同じ磁界設定値が与えられ
るため、Ｘ方向ステイグメータドライバ２０、及びＹ方
向ステイグメータドライバ２１で発生される設定磁界制
御値は同じとなるので、Ｘ方向ステイグメータ６及びＹ
方向ステイグメータによって発生される磁界ば等しくな
り、そこを通過する電子ビーム２の断面形状が円形とな
る。

同様に第４図１ｂｌのようにＹ方向に長い楕円形の場合
は、ＤＡ変換器１２に与えられる磁界設定値の方がＤＡ
変換器１１に与えられる磁界設定値よよも大きい値が与
えられ、それによってＹ方向ステイグメータ７によって
発生される磁界の方が大きくなり、そこを通過する電子
ビーム２の断面形状がＹ方向に長い楕円形となる。第４
図１ｂｌのようにＸ方向に長い楕円形の場合は、逆にＤ
Ａ変換器１１の方により大きな磁界設定値が与えられ、
それによりＸ方向ステイグメータ６によって発生される
磁界の方が大きくなり、そこを通過する電子ビーム２の
断面形状がＸ方向に長い楕円形となる。

従って第４図１ｂｌ　（ｂｌ　ｔＣ）のように３種類の
断面形状を作るためのＤＡ変換器１１及び１２に与える
磁界設定値の組は３種類となる。そして、各照射点ごと
に被ａ１定ＩＣ８の配線形状が第３図の３種類（Ｘ方向
に伸びているか、Ｙ方向に伸びているか、角であるか）
のうちどれであるかを計算機１８が記憶しており、その
情報をもとに制御装置１６は各照射点への電子ビーム２
の照射のつど、上記３種類の磁界設定値のうち１組を決
定して、第４図ｆａ）　ｆｂｌ　（ｅｌのうち１つの断
面形状の１ｆ［をＸ方向ステイグメータ６、及びＹ方向
ステイグメーク７によって行う。

上記のような動作によって第３図に示すように、例えば
斜線部分３０に電子ビームを照射する場合、その照射部
分は同図に示すように周囲の配線パターン２７及び２９
などの部分に近くならないため、これによって得られる
２次電子の借はそれら周囲の部分の電圧値の影響を受け
ることがなく、斜線部分３０の電圧値に応した量の２次
電子が検出され、それにより正確な電圧測定を行うこと
ができる。また、この場合、電子ビーム２の照射部分は
同図に示すように配線と同一方向には比較的長いので、
その付近の凸凹による２次電子信号量のばらつきを平均
化することができる。なお上記効果は前述の波形モード
のように同一配線上での空間分解をあまり問題としない
場合に有効に現れるが、像モードの場合には同一配線上
での空間分解能も良くする必要があるので、その場合は
電子ビーム２の断面形状は従来通り富に円形とする。

なお、第３図及び第４図の例の場合は電子ビームの断面
形状を３種類としたがステイグメータの配置及び数を変
えることにより４５度の方向の楕円形状なども加えるこ
とも可能である。

第５図は電子ビームの断面形状を楕円ではなく矩形とし
た例である。これば、２枚のスリ７ｌ−を電子ビーム経
路上に配置し、両者を組み合せることにより、あるいは
、ステイグメータの設定を変えることにより実現できる
。

以上はストロボ電子ビーム装置に関する実施例であるが
、電子ビーム露光装置などの場合にも全く同様に考える
ことができ、その場合、配線パタ−ンなどを正６（Ｆに
Ｖεきつける必要上、第５図のような矩形の断面形状を
持つ電子ビームを用いるのが、特に有効である。

（６）効果 本発明によれば試料の配線パターンの方向に応して、電
子ビームの断面形状を配線と直角方向には短かく、同一
方向には長くなるように照射することができ、配線と直
角方向の分解能を向上させることができる。また、配線
と同一方向では照射部分が比較的長いので、該照射部分
における細かい凸凹による２次電子の量のばらつきを平
均化することができ、正確な電圧測定を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるストロボ電子ビーム装Ｗの全体的
な構成図、第２図は従来の電子ビーム装置の問題点の説
明図、第３図は本発明による電子ビーム装置の原理説明
図、第４図は電−子ビームの断面形状の種類の説明図、
第５図は電子ビームの他の断面形状の説明図である。 ６・・・Ｘ方向ステイグメータ、　　　　７・・・Ｙ方
向ステイグメータ、　　　　１１．１２・・・ＤΔ変換
器、　　　　１６・・・制御装置、１７・・・計算機、
　　　２０・・・Ｘ方向ステイグメータドライバ、　　
　　　２１・・・Ｙ方向ステイグメークドライバ。 第４図 Ｙ方向

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビームの断面形状を調整する形状調整手段と
   、前記電子ビームが照射される試料上の各被照射点にお
   いて、該各被照射点における配線の長手方向と同一方向
   に前記電子ビームの断面形状のビーム径が太くなるよう
   に前記形状調整手段を制御する制御手段を有することを
   特徴とする電子ビーム装置。
2. （２）前記電子ビーム装置はストロボ電子ビーム装置で
   あり、該電子ビーム装置における前記形状調整手段によ
   って調整される前記電子ビームの断面形状は、円形又は
   楕円形であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電子ビーム装置。
3. （３）前記電子ビーム装置は電子ビーム露光装置であり
   、該電子ビーム装置における前記形状調整手段によって
   調整される前記電子ビームの断面形状は、矩形であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子ビーム
   装置。