JPS62119849A

JPS62119849A - 電子ビ−ム装置

Info

Publication number: JPS62119849A
Application number: JP60260327A
Authority: JP
Inventors: Akio Ito; 昭夫伊藤; Kazuyuki Ozaki; 一幸尾崎; Kazuo Okubo; 大窪　和生; Toshihiro Ishizuka; 俊弘石塚; Yoshiaki Goto; 後藤　善朗
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-11-20
Filing date: 1985-11-20
Publication date: 1987-06-01
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: JPH06105606B2

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】〔発明の概要〕本発明は電子ビーム装置に係り、微細な構造を有する半
導体ディバイスのエネルギー分析を行うための電子ビー
ム装置の電極構造の改良を行うもので、従来の電磁コイ
ル構成の対物レンズを静電レンズとすると共にエネルギ
ー分析用電極を上記静電レンズに兼用した電子ビーム装
置を提供するものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電子ビーム装置の電極構造の改良に係り、特に
従来一般に用いられている電磁型対物レンズを静電型の
対物レンズとし、該対物レンズをエネルギー分析電極に
用いた電子ビーム装置に関する。

〔従来の技術〕

近時、半導体ディバイスが高密度化され、そのパターン
は益々微細化され、ディバイスの試験のために機械的な
プローブを用いて試験を行うことが困難となってきてい
る。そのため半導体ディバイスのチップに対し非接触で
試験を行うための種々のマイクロアナライザが提案され
２例えばＸ線マイクロアナライザ、イオンマイクロアナ
ライザ。

電子ビームを用いたものなどが知られている。これらの
うち電子ビームを試料である半導体ディバイスに照射し
、２次電子を取り出してエネルギー分析を行う電子ビー
ム装置がクローズアップされている。

このような電子ビーム装置の従来構成を第５図について
説明する。

第５図で１は全体として電子ビーム装置を示し。

２はコラムで該コラム内には電子銃３．アノード４、コ
ンデンサレンズ５．ビーム偏向コイル６゜対物レンズ９
．エネルギー分析器１１からなるメツシュ状の半球形状
のエネルギー分析電極があり。

これら電極やレンズ系を通してｘ、Ｙ方向に摺動自在と
なされたステージ１３上に半導体ディバイスである試料
１２が載置され、この試料に電子ビームが照射される。

ビーム偏向コイル６は偏向系７からの信号でビームを偏
向させ、更に２次電子検出器１０はエネルギー分析器１
１を通じて試料１２からの２次電子を検出し、該検出出
力はブラウン管８等にて観測される。また、ステージ上
に載置された試料１２への電源電圧および信号電圧はコ
ラム外に配した電源およびパターンジェネレータ１４に
より供給され、該パターンジェネレータはコンピュータ
１５でコントロールされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

畝上の従来構成による電子ビーム装置では電磁コイルか
らなる対物レンズ９と、エネルギー分析器１１からなる
２つのメツシュ状電極１１ａ。

１１ｂの例えば試料側の半球状電極１１ａに＋１００〜
５００■の電圧を印加し、対物レンズ９側の半球状電極
１１ｂには分析電圧−１０〜ＩＯＶの電圧を印加して試
料１２のエネルギー電圧すなわち２次電子を２次電子検
出器１０で検出する。該２次電子検出器１０としては２
次電子増倍管あるいはシンチレータで一度光に変換した
あと光電子増倍管で検知し電気信号に変換するようにな
されているが。

電磁コイルとエネルギー分析器とを別々に設けているた
めに構造が複雑であるだけでなく大型化し。

電子ビームの作動範囲が長くなるためにビーム径が増大
する等の欠点を有する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は畝上の欠点に鑑みなされたものであり。

その目的とするところは対物レンズをエネルギー分析器
に兼用し、構造簡単でウオーキングディスタンスの短い
集束レンズ系を得んとするもので。

その手段は、試料に電子ビームを照射し該試料から放出
される２次電子のエネルギーを分析して。

該試料電圧の測定を行う装置において。

上記電子ビームを試料に照射する電子ビーム装置の対物
レンズは静電レンズで構成し。

該静電レンズの１つの電極をエネルギー分析電極として
なること特徴とする電子ビーム装置によって達成される
。

〔作　　　用〕本発明の電子ビーム装置は電子銃から放出される電子ビ
ームを集束レンズで集束すると共に試料上にフォーカシ
ングするための対物レンズを静電型レンズとすると共に
該静電型レンズを構成する３つの電極の１つをエネルギ
ー分析用の電極としたものであり、３枚の静電型電極の
うち電子銃側に配設したレンズ電極に焦点合わせ電圧を
、真中の分析電極に分析電圧−１０〜１０ｖを加え、更
に試料側に配設した引出電極に５００〜１０００　Ｖの
引出電圧を印加することで２次電子検出器に２次電子を
与えるようにしたものである。

〔実　施　例〕

以下１本発明の電子ビーム装置の一実施例を第１図乃至
第３図について詳記する。

第１図は本発明の電子ビーム装置の構成図。

第２図は第１図のエネルギー分析レンズ部分の拡大図。

第３図は本発明の電子ビーム装置のエネルギー分析レン
ズ内の電位分布と電子ビームならびに２次電子の軌道を
模式的に示した模式図である。

第１図の電子ビーム装置において、コラム２内には電子
銃Ｊから放出された電子ビームを第１の集束レンズ１６
ａ→ビーム偏向コイル６→第２の集束レンズ１６ｂ−エ
ネルギー分析レンズ１７−必要に応じて焦点補償コイル
２０に与えてステージ１３上の試料１２に照射される。

上記構成では集束レンズ１６を第１および第２の集束レ
ンズ１６ａ、１６ｂで構成したものを示したが、電子銃
からの電子ビーム径を試料位置でどの程度の微小径とす
るかで集束レンズ数を適宜窓めればよい。

エネルギー分析レンズ１７は第１乃至第３の静電レンズ
を構成するレンズ電極１７ａ２分析電極１７ｂ、引出電
極１７Ｃより構成されている。焦点補償コイル２０はエ
ネルギー分析電圧の変化に伴う対物レンズ焦点距離変動
を補償するために引出電極１７Ｃと試料間に設けるを可
とする。

また、この焦点補償コイル２０に加えられる電圧は分析
電極１７ｂに加える分析電圧−１０〜ＩＯＶに応じて定
まるゲインを増巾器１８を通じて印加する。

他の構成は第５図と同一なので重複説明を省略する。

第２図に示す拡大図で静電レンズで構成されている対物
レンズ、すなわちエネルギー分析レンズ１７の各電極１
７ａ、１７ｂ、１７ｃを詳記する。

１７ａのレンズ電極は電子銃から放出される電子ビーム
に対する焦点距離を制御し、試料１２上にフォーカスす
るためのプラス数１００Ｖ　（可変）の電圧が焦点合わ
せ電源２２から与えられ１分析電極１７’ｂにはエネル
ギー分析用の電圧２例えば。

−ＩＯＶ〜＋ＩＯＶの可変電圧が印加されている。また
、引出電極１７Ｃには試料１２に照射した電子ビームに
よって放出される２次電子を加速し、引き出すために引
出電源２２から例えば１０００　Ｖ程度の電圧が印加さ
れる。

上記レンズ電極１７ａ１分析電極１７ｂ、引出電極１７
Ｃは中心にアパチャーの穿たれた円板でコラム２にステ
ム２６を介して保持されている。

また、２次電子検出器１０はレンズ電極１７ａの上方に
配設されている。一般に静電レンズを用いることは公知
で１例えば第４図に示すように３枚の電極１７ａ’、１
７ｂ’、１７ｃ’で構成されているが電極１７ａ’＝１
７ｃ’＝ＯＶ、１７ｂ＝負の電圧が印加されたユニポテ
ンシャル型レンズであるが本発明では外側の電極に正の
電圧を印加して試料の２次電子の引出レンズ作用の制御
に利用している点で従来のユニポテンシャル型の静電レ
ンズとは異なる。

上記構成における。対物レンズおよびエネルギー分析器
を構成するエネルギー分析レンズ１７の等電位線と試料
に照射される電子ビームならびに試料からの２次電子の
様子を示す第３図および第２図によって、エネルギー分
析レンズ１７近傍でのこれら電子ビームと２次電子の軌
跡を模式的に説明する。

第３図で、試料電圧■。＝０■、レンズ電極１７ａの印
加電圧Ｖｌ　＝　５００Ｖ、分析電極１７ｂの印加電圧
Ｖ２＝−５Ｖ、引出電極１７Ｃの印加電圧’／ｌ　＝１
０００Ｖとすれば、これらによって生ずる等電位線は符
号２５で示す如く表される。ここで第２図にも示すよう
に電子ビーム２３を１０００ｅＶ（電子ボルト）程度の
電圧で試料１２に照射したとすれば、その軌跡は破線で
示すように分析電極１７ｂのアパチャ近傍で減速拡散さ
れて試料１２に集束する。また、この電子ビーム２３の
照射によって試料１２から放出される２次電子が例えば
ｌｅＶ程度の低速の２次電子２４ｂであれば分析電極近
傍で押し戻されるが、１ＯｅＶ程度の高速な２次電子２
４ａであれば分析電極１７ｂのアパチャ近傍で拡散され
ながらレンズ電極１７ａのアパチャを飛び出して２次電
子検出器１０に達する。

また、第２図に一点鎖線で示す２次電子軌跡は１ＯｅＶ
より更に大きな速度を有する２次電子の軌跡を示してい
る。よって試料のエネルギー分析を行うことが可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明は畝上の如く構成させたので電子ビーム装置のワ
ーキングディスタンスを短縮できると共に電子ビームか
ら照射されるビーム径の増大を防止することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電子ビーム装置の構成図。第２図は第１図に示すエネルギー分析レンズの拡大図。第３図は本発明の電子ビーム装置のエネルギー分析レン
ズ内の電位分布と電子ビームならびに２次電子の軌跡を
示す模式図。第４図は静電レンズ構成を示す電極配置図。第５図は従来の電子ビーム装置の構成図である。１・・・電子ビーム装置。２・・・コラム。３・・・電子銃。４・・・アノード。５・・・コンデンサレンズ。６・・・ビーム偏向コイル。７・・・偏向系。８・・・ＣＲＴ。９・・・対物レンズ。ｌＯ・・・２次電子検出器。１１・・・エネルギー分析器。１２・・・試料。１３・・・ステージ。１４・・・パターンジェネレータ。１５・・・コンピュータ。１６・・・集束レンズ。１７・・・エネルギー分析レンズ。１７ａ・・・レンズ電極。１７ｂ・・・分析電極。１７Ｃ・・・引出電極。１８・・・増巾器。２０・・・焦点補償コイル。２１・・・焦点合わせ電源。２２・・・引出電源。２３・・・電子ビーム。２４ａ、２４ｂ−・・２次電子。２６・・・ステム。、１工、ネＩし￥−＃ｊｉｌｒレンス゛羽叱六〇ｎ第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）試料に電子ビームを照射し該試料から放出される
２次電子のエネルギーを分析して。該試料電圧の測定を行う装置において、上記電子ビームを試料に照射する電子ビーム装置の対物
レンズは静電レンズで構成し、該静電レンズの１つの電極をエネルギー分析電極として
なること特徴とする電子ビーム装置。
（２）前記静電レンズは少なくとも３つの電極を有し、
中央の電極にはエネルギー分析用の分析電圧が印加され
、該３つの電極のうち前記試料側に配された電極には２次
電子引出用の正の電圧が印加され、電子銃側に配された
電極には電子ビーム焦点合わせ用の高電圧を印加してな
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）前記分析電圧の印加される電極には−１０Ｖ〜＋
１０Ｖ、前記２次電子引出用電極には５００Ｖ〜１００
０Ｖの電圧をそれぞれ印加してな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。
（４）前記静電レンズと試料間にエネルギー分析電圧の
変化に伴う対物レンズの焦点距離変動を補償する焦点補
償手段を設けてな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。
（５）前記焦点補償手段は焦点補償コイルであることを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電子ビーム装置
。