JPS62254061A - 電子ビームテストプローブ装置 - 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】 本発明は、大略、走査型電子顕微鏡の分野に関するもの
であり、更に詳細には、集積回路を可視化し且つテスト
する為のテストプローブとして使用する走査型電子顕微
鏡に関するものである。

集積回路の設計及び製造における進歩の結果。

個々の導体及びノードが１乃至２ミクロンである数百の
導体及びトランジスタを持った回路を形成することが可
能となった。これらの回路は、機械的なプローブ即ち探
査器を使用する技術によってテスト及び解析を行うには
小さ過ぎ且つ複雑過ぎる２機械的プローブは、テスト中
の回路を容量的に負荷をかける傾向があり、従って測定
することを望む動作を変化させることとなる。更に１機
械的なプローブは、小さな導体及びそれが接触されるノ
ードを実際的に物理的に損傷することがある。

最後に、ＶＬＳＩ＊積回路をデバッグする為に検査せね
ばならないノード数は迅速に多数となり一度にひとつづ
つのノードを手作業で行うには不向きとなっている。そ
の結果、電子ビームに基づくテストが開発された。これ
らのテストプローブは、小さな導体上の電位を測定する
手段及び何等物理的な損傷を与えること無しに導体及び
周囲回路の画像を形成する手段を提供する。

第１図は、電−ｆ−ビームテストプローブが動作する基
本原理を図示している。充分なエネルギの電子ビームが
導体に衝突すると、該導体」二の電位の関数であるエネ
ルギ分布を持った二次電子が射出される。接地及び−５
■にある導体に対する典型的なエネルギ分布を第２図［
こ示しである。二次電子に加えて、電子ビームからの′
電子の幾らかは又該導体によって後方へ散乱され、それ
は電子ビームのエネルギにおいて又はその近傍で小さな
ピークを発生する。これらの電子は後方散乱された電子
と呼称される。衝撃下の導体が負の５ｖにあると、導体
から出る二次電子の各々は該導体の負電位により電子の
反発から発生する５■の付加的なエネルギを持っている
。従って、接地電位にある導体に対して第２図に示した
エネルギ分布は、該導体が負の５ｖにある時には５ｖだ
けシフトされる。逆に、衝撃下にある導体から射出され
る二次電子のエネルギ分布を′Ｒ察すると、原理的には
その導体の電位を推論することが可能である。

従来の電子ビームテストプローブは走査型電子顕微鏡に
基づいていた。これらはＰｉｏｕｓ等の米国特許第３，
６２８，０１２号の業績に代表される。ＰｌｏνＳが開
示している装置を第３図に概略示しである。走査型電子
顕微鏡からの電子ビームはｍ測中の導体へ指向される。

フィルタグリッドによって発生される妨害電界に打ち勝
つべく電子ビームと平行な方向へ充分な速度で該導体か
ら出てくる二次電子が検知器によって測定される。

このＰｌｏｗｓの装置は幾つかの問題を持っている。

第１に、衝撃下の導体の電位に対する測定した値は衝撃
点の近傍における電界に依存する。これは、主に、電子
のエネルギを測定する為に選ばれた手段の結果であり、
即ち入射電子ビームの方向に平行な二次電子速度の成分
を測定することを選択することの結果である。第４図を
参照すると、各二次電子は、速度Ｖ及び電子ビームの方
向と相対的な射出角度Ｔによって特性付けることが可能
である。角度Ｔで射出される二次電子数はＴのコサイン
即ち余弦の平方に比例する。二次電子速度ベクトル■は
、電子ビームの方向に平行な成分ｖｐと電子ビームの方
向に垂直な成分ｖｒとしこ分解することが可能である、
フィルタグリッドによって発生される妨害電界は速度の
ｖｐ酸成分影響を与えるのみであるから、該グリッドを
横断することに成功する電子数は成る所定の値より大き
なりｐを持った二次電子数の測定値であり、所定の値よ
り大きな全速度を持った電子数の測定値ではない。

その結果、大きな速度及びＴが９０″又はその近傍で射
出された二次電子は計数さ才しず、もっと小さな速度で
０′又はその近傍で射出される二次電子が計数される。

従来の電子ビームテストプローブの別の問題は、射出角
度Ｔが、第５図に図示した如く、二次電子の射出点の近
傍での電界によって変化されることがあるということで
ある。ここで、９０°近傍の角度で射出される二次電子
は、負の電位にある第２導体上を通過する。この負の電
位は局所的電界を発生し、それは問題の二次電子を偏向
させ、その結果この実効射出角度を減少させる。その結
果。

検知器で計数されない様な二次電子も計数されてしまう
。この結果、探査中の導体と隣の導体との間に「クロス
トーク」が発生する。隣の導体上の信号は探査中の導体
、Ｊ−の信号として呪わわる。何故ならば、隣の導体上
の信号によって発生される電位は、前記信号が負又は正
になる時は該検知器によって計数される電子数を夫々増
加又は減少させるからである。このことは従来装置にお
ける重大な問題である。

クロス１−一りに加えて、測定した電位の局所電界に対
する感度は、探査中の回路の表面電位における変化が遅
いので、？！！１１定された電位におけるドリフ１−と
なる。集積回路上の導体間の領域は、電子ビームを成る
点から別の点へ移動させた時に電子ビームによる衝撃即
ちボンバードメン１−の結果として電荷を蓄積する。こ
の様な電荷の蓄積は、又、回路上のどの点を探査するか
を決定する前に該回路の画像を形成する為に回路区域全
体を走査する結果としても発生する。該回路のこれらの
区域は比較的高い感度を持っているので、この電荷はゆ
っくりと時間と共に減衰する電界を発生する。

従来のシステ１１ば探査中の点の近傍における電界に敏
感であるから、これらのシステムは４体間の区域のゆっ
くりとした放電の結果として測定した電位中に長期的ド
リフトを表す。

この問題に対する従来の解決法は、テスト中の回路の表
面の直」二方に大きな正電位にある抽出グリッドを位置
させることであった。このグリッドは回路の表面から離
れる方向へ二次電子を引き付け、表面電界の影響を最小
とさせるものである。

然し乍ら、このグリッドは全ての表面電位効果に打ち勝
つことは出来ない。特に、それは隣接する導体間のクロ
ストークを除去するものではない。

更に、このグリッドは屡々回路の表面を高度に正に帯電
させることとなる。何故ならば、標本の表面を逃避する
電子はこのグリッドによって払拭されるからである。従
って、電子ビームが、吸収される各電子に対して標本に
よって１つを越えて二次電子が射出されるエネルギであ
ると１表面電荷が抽出グリッド電界を中和する値に表面
電荷が到達する迄標本は段々と正に荷電されることとな
る。

この表面電荷は又テスト中の動作に悪影響を与えること
がある。

装置の他の部分における迷電界も、二次電子の軌道を変
化させるか又は電子ビームの軌道を変化させるかの何れ
かによって測定電位に影響を与える。例えば、抽出及び
フィルタグリッドは絶縁体によって位置決めされ且つ支
持されねばならない。

これらの絶縁体は、電子ビームに完全にコリメートされ
なかった電子により、後方散乱された電子により、又二
次電子によって衝突される結果として非再現性の無い態
様で電荷を収集する。従来技術は１問題の絶縁体の周り
に複雑な接地シールドを使用することによってこの電荷
蓄積問題を解決しており、該シールドは迷電子が絶縁体
に衝突することを防止し且つ電子ビーム及び二次電子を
これらのシールドを通過させ問題の絶縁体上に蓄積した
電荷によって発生される電界からシールドする。

同様に、迷電界は電子ビーム偏向方式に影響を与えるこ
とが可能である。電子ビームは１屡々磁気偏向によって
回路？横断して掃引される３電子ビームは管内の掃引磁
石を介して通過せねばならず、該管は電荷蓄積を防止す
る為に充分しこ導電性でなければならないが、渦電流が
掃引磁石の応答時間と干渉することを防止するのに充分
しこ抵抗性でなければならない。この問題に対する１従
来技術の解決法は、内側表面上に薄い炭素の層を具備す
る絶縁性管を使用することである。

従来のシステム即ち方式においてフィルタと抽出グリッ
ド組立体とを収納する為に電子ビーム光学系において標
本と最後の磁気レンズとの間にかなりの空間が必要とさ
れたことは、これら従来の方式において第２の主要な欠
点を発生している。

この空間は２つの観点によって決定される。第１に、電
子ビーム及び二次電子はこれらのグリッドを通過せねば
ならず、従って該グリッドを形成する為に使用されるワ
イヤ間の空間はワイヤの直径に比軟して大きくな（づれ
ばならない。そうでないと、電子ビーム及び二次電子の
かなりの部分がグリッドでインターセプト即ち捕獲され
てしまう。

第２に、この様な開放グリッドが理想的な電位障壁であ
る為には、抽出グリッドとフィルタグリッドとの間の距
離は、グリッドを形成するワイヤ間の間隔と比較して大
きくなければならなｔｌ、これら２つの考察の結果、第
６図に示した如く、かなりの距離りが電子ビームコラム
における最後の合焦磁石と標本との間に存在せねばなら
ない。この大きな空間は、探査中の導体上の電子ビーム
のスポットの寸法を制限する。

第６図を参照すると、電子ビームコラ１５内の最後の磁
石は電子ビームを探査中の点において標本−１−のスポ
ットへ合焦させる。このスポットの最小寸法は、この磁
石レンズの色収差によって決定される。磁石レンズの色
収差は大体その焦点距ｍに比例する。この目的に使用さ
れる従来の磁石レンズの焦点距離は少なくともレンズの
底部から標本への距離程度の長さである。従って、抽出
グリッドとフィルタグリッドとを収納する為に必要とさ
れる空間は、従来方式が長い焦点距離の磁石レンズを使
用することを強制しており、それは大きな色収差を発生
させるＪ７に囚となっていた。この色収差は従来の方式
の空間分解能を制限していた。

従来の方式は基本的に修正した走査型゛ｌ′ｌｉ子顕微
鏡であるという事実は、第二０の問題を発生させる。

通常の走査型電子顕微鏡は可及的に最高の空間分解能を
持つ様に最適化される。５　／　、１０００ミクロンの
分解能は杼道である。これは高エネルギ電−ｆ−ビーム
、典型的に１０乃至２０　Ｋ　ｅ　’Ｊを必要とする。

発生されたこの問題は第１に、この高エネルギビームは
テスト中の回路の動作ど４−渉することがあるというこ
とである。第２に、そ扛は閉じ込め容器の壁に衝突する
後方散乱された電子からの電子の高いバックグランドを
発生することである。これらの電ｔはプローブの信号対
雑ｎ比を制限する。最後に、それは小型の装置を製造す
る。ことを阻むことである。

更に詳細に説明すると、２０　Ｋ　ｅ　Ｖの電子ビーム
はテスト中の集積回路の表面内にかなりの距離浸透する
ことが可能である。この浸透はテスト中の回路内の離隔
されたゲート要素の充電又は放電を発生させる。この様
な充電及び放電は永久的な回路損傷を発生することがあ
る。

第２に電子ビームの著しい部分はデス１−中の種によっ
て後方散乱される。これらの後方散乱された電子は真空
容器の壁に衝突し且つ電子検知器によって検知される範
囲内のエネルギを有する二次電子を発生する。この様な
各後方散乱された電子によって発生される二次電子の数
は、後方散乱された電子のエネルギが増加すると増加す
る１、２０ＫｅＶにおいて、これらの二次電子はテスト
プローブ装置における著しい雑音源である。

最後に、装置の物理的寸法は、電子ビームのエネルギに
よって拘束されており、電子ビームエネルギが大きけれ
ば大きい程、装置の物理的寸法は一層大きくなる。多く
の走査型電子顕微鏡において、電子ビームは、磁気偏向
コイルによってテスト中の標本を走査させられる。偏向
コイル及び電子ビームを合焦させる為に使用する磁気レ
ンズの寸法及び電力散逸は電子ビームのエネルギに直接
的に関係している。２０ＫｅＶにおいて、これらのコイ
ルはかなりの電力を消費し、従ってそれらは冷却されね
ばならず、それは物理的構成を複雑化させる。この冷却
を取り入れる為に、磁気偏向コイルが通常真空室の外側
に位置される。このことは、真空室が各磁気偏向コイル
を貫通する管を有することが要求される。この幾何学的
形状は、真空容器を複雑化させ且つそのコスｌ−を増加
させる。更に、電子ビームエネルギが増加すると共に、
磁気レンズから標本への距離が増加する。これは電子ビ
ームコラムの最小高さを拘束する。

従来のテストプローブ方式は又、メインテナンス及び電
子顕微鏡の使用において訓練されていない人によって使
用可能である様には設計されていない、通常、それは複
雑な機器であって、所望の画像が得られる前にオペレー
タによる多大の同調作業が必要とされる。

走査型電子顕微鏡は、標本、ヒの小さな区域の画像を形
成する為に最適化される。デスドブローブ方式は、集積
回路内の何れの個所であり得る特定の点での電圧の迅速
な変化をｔ！Ｉ’ｌ定する為に最適化されねばならない
。

このことは、この様な装置がテストプローブとして使用
すべく適合される場合に更に２つの問題が提起される。

第１に、典型的なＶＬＳ　Ｉ集積回路の物理的寸法は、
典型的な走査型電子顕微鏡の「視野」よりもかなり大き
い。その結果、回路の小さな部分のみが成る１つの時間
に探査されるに過ぎない。第２に、特定の点において電
位をＨ４１ｌ定するのに必要とされる時間は長ずぎるこ
とが多い。

測定された電位は測定を行うのに必要とされる時間に関
してその導体トの電位の平均であるから、電位測定の間
に導体北の電位が著しく変化すると、このことは不正確
性を発生する。

この第２の問題を回避する為には、電子ビームは、回路
の動作を支配するテスト信号と相対的に精密に定義され
た時間において非常に短いパルスにパルス化されねばな
らない。これは、従来の方式の構成において適切に組み
込まれていない設計拘束条件を課している。例えば、電
子ビームパルス化を制御する為に使用されるタイミング
回路は。

屡々２これらの方式によってｉｌｌ！］定することのｉ
＋Ｊ能な電気信号の周波数を制限する。

最後に、集積回路は絶縁性物質からなる層によって被覆
されている導体を有している。この様な理込導体上の電
位を測定する手段が必要とさ九ている。これらの導体上
の電位は、絶縁層の表面にの静電電位を発生ずる６従っ
て、下側の導体の電位を１ｌ１１定することが可能であ
るはずである。然し乍ら、従来の方式はこれらの電位を
測定する為の満足のいく方法を提供するものではなかっ
た。従来の方式においては、絶縁性物質表面の電子ビー
ム衝撃は、前記表面の電位に変化を発生させ、それは下
側の導体の電位を推論することを内鑵とさせていた。

従って１本発明の目的とするところは、探査中の回路」
二の点におけるよりも標本上の点における電界に従来の
方式よりも影響を受けない電子ビームテストプローブ方
式を提供することである。

本発明の別の目的とするところは、改良した信号対雑音
比を持った電子ビームテストプローブ方式を提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的とするところは、生産ラインの使
用に適した小型で使い易い電子ビームテストプローブ方
式を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、たとえ集積回路
の物理的境界が走査型電子顕微鏡の視野をこえる場合で
もその回路の物理的境界内の任意の点でのＶＬＳ　Ｉ葉
積回路上の電位を測定することの可能なテストプローブ
を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、高周波数電気信
号を測定することの可能な電子ビームテストプローブ方
式を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、絶縁層によって
被覆されている導体の電位を測定することである。

最後に、本発明の更に別の目的とするところは、テスト
中の回路内の複数個の選択した点の１つ以上において電
位を同時的に測定する一方テスｉ〜中の回路の画像を発
生させることの可能なテストプローブ方式を提供するこ
とである。

本発明は、改良した電子ビームテストプローブ装置及び
その装置を使用する方法に関するものであり、それは標
本の電位が測定されている点の近傍に置ける局所的電界
に従来の方式よりも影響を受けずに測定を行うことを可
能としている。本発明の装置は、標本の電位を測定する
点において標本を衝撃する電子ビーム、この衝撃に応答
して標本から射出される二次電子をコリメート即ち平行
化させる磁気レンズ、その様にコリメー！・された二次
電子のエネルギ分布を測定する検知器システムを有して
いる。従来技術の検知システムの角度依存性によって発
生させる制限は、二次電子のエネルギ分布を測定する前
に二次電子をコリメートする為に磁気レンズを使用する
ことによって著しく減少される。管状電極をエネルギ分
布検知システム内で使用している。この様な電極は著し
く高い電界一様性を持っており且つ従来システムにおい
て使用されているワイヤメツシュ電極よりも二次電子の
より小さな部分をインターセプトする。

本発明において使用される電極は、従来システムにおい
てＰｉｌｌｌｌ不可能な電界を発生していた静電電荷の
ＴＩ積を防止する僅かに導電性のプラスチックから構成
される絶縁体」二に支持されている。標本を衝撃するの
に使用される電子ビームは、走査型電子顕微鏡において
通常使用されるものよりもかなり低いエネルギのもので
あり、従って従来システムの高エネルギ電子ビーム＊撃
に関連する問題を減少させている。デジタル遅延技術と
アナログ遅延技術とのタンデム組合せを使用する改良型
電子遅延回路が開発されて、デス１−中の回路に印加さ
れるテスト信号パターンと同期して正確な時間で短いパ
ルスで電子ビームをターンオンさせることを可能として
いる。この遅延回路は、これらの短いパルスの、タイミ
ングを、数ミリ秒翳く遅延回路へ印加されるトリガパル
スと相対的に５ピコ秒の精度に特定させることを可能と
する。

更に、改良された信号平均化回路が開発されており、そ
れは電圧測定の信号対雑音比を改良しており且つそれは
従来技術の信号平均化回路よりも一層高速の応答時間を
持っている。該回路は、ノイズ信号のみが存在する期間
中にゼロに設定される利得を持−〕でいる演算増幅器を
使用しでいろ９、これは、一層良好な周波数応答及び低
ノイズとさせている。

本装置は、衝撃点での電位を測定する一方その点の近傍
において標本の画像を形成する為に使用することが可能
である。更に、本発明に基づく方法は、絶縁層の下側に
位置された埋込導体にの電位をｉｉｌ！ｌ定することを
可能どしている。この方法は又標本」−の変化する表面
電界から発生する′市ｔビーム内のドリフ（−を防止し
ている。

以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。

本発明に基づいて構成されるテストプローブは第７図に
大略］００として示しである、それは、電流をそれに通
過させることによって加熱された場合に電子を放出する
タングステンフィラメント１０２を具備する電子ビーム
源を有している。該電子ビーム源の構成に影響を与える
要因に付いては後述する。これらの電子は、フィラメン
ト１０３と加速型＄４１０４との間に維持される電位差
によって加速される。電極１０４によって加速される電
子は、電極１０４内のオリフィス１０６によって電子ビ
ームに形成される７この電子ビームは２個の磁気レンズ
、即ち磁気レンズ１１０及びコリメート用磁気レンズ１
１２によって標本】０８内の点上に合焦される。電子ビ
ームコラムの軸１１６とフィラメント１０２との間の如
何なる多少の不整合に対しても補正する為に偏向コイル
１１４が使用されている。この電子ビームによって標本
１０８の衝撃に応答して発生される二次電子は、コリメ
ート用磁気レンズ１１２によって第２のコリメートされ
たビームに形成される。この第２のコリメートされたビ
ームは、標本１０８を？＋４？撃する為に使用される電
子ビームの方向に平行な方向及び前記？＃撃するビーム
の方向と反対の方向へ進行する。フィルタ電極１１８を
通過するのに充分なエネルギを持ったこれらの二次電子
は、抑圧電極１２２に印加される負電圧及び二次電子検
知器１２０の表面１２４に印加される正電位の組合せに
よって二次電子検知器】２０内に偏向される。

−ツ男乳−二上用」（気−レ９ンーヌ コリメート用磁気レンズ］１２の断面をより詳細に第８
（ａ）図に示しである。好適実施例において、コリメー
ト用磁気レンズ１１２は、標本が電子ビームによって衝
撃される点１３２へ向かって下方向へ傾斜されたスロツ
Ｉ−１３０を持ったポールピース１２８内に形成されて
いる環状ダクト１２７内に巻着されているコイル１２６
を有している。ポールピース１２８はドーナツ形状をし
ており、電子ビームコラムの軸１１６と一致する軸を具
備する円筒形状をした通路１３４を持っでいる。該ポー
ルピースは高透磁率を持った強磁性物質から構成されて
いる。

コイル１２６を介して電流が長されると、第８（ｂ）図
に図示した如く磁界が発生される。このようにして発生
された磁界は磁気回路を形成し、その中で、磁力線はコ
イル１２６内のワイヤの方向と垂直な面内に存在する。

ポールピースは高透磁性物質で構成されているので、こ
の磁気回路の殆どは磁束線１３６によって示される如く
ポールピース】２８を介して流れる様に拘束される。然
し乍ら、スロット１３０はこの様に高度に透磁性の物質
を包含していないので、磁束線はスロットの位置で「膨
出」し、点１３２において強力な磁界領域を形成する。

ポールピース】２日に拘束さ九ない磁界の小さな部分は
、磁束線１３Ｂで図示した如く、磁気レンズのボア１３
４内の一様でより弱い磁界領域を形成している。

コリメート用磁気レンズ１１２は、レンズの焦点に位置
された点光源から射出されたホ１−ンに対しての光学的
レンズの作用ど類似する態様で二２次電子に作用する。

これは第９図に図示しである。

例えば、光ｉｎ　Ｌ　４１からのホトン］、　４０が光
学レンズ１４２の焦点において射出され５該レンズの軸
１４６に関して角度１４４でレンズ１４２へ向かった進
行するものと仮定する。ホトン１４０がレンズ１４２に
衝突すると、その進行方向は、それがレンズを出る時に
、１４８で示した如く、レンズの軸３−４６に平行に進
行する様に変化される。

同様に、理想的な磁気レンズは、焦点においで射出され
た二次電子の進行方向を変化させるが、その嚇合に１問
題の二次電子は、前記二次電子が発生源から射出された
角度とは独立的に磁気レンズの軸に平行な方向に進行す
る様に変化される。

この二次層−そのコリメーションは７著しく二次電子エ
ネルギ分布の測定を容易化しｌ］、つ従来技術の電子ビ
ームデス１ヘブローブ方式においで存在していたｒクロ
ス１−−り」を取り除いている。時間に関し、て一定な
磁界は′電子な何等のエネルギを付与することは出来な
いので、電子の進行方向のみが変化される。従って、こ
のコリメート作用により、全ての速度がレンズの軸に平
行な速度成分に集中されることとなる。従って、磁気レ
ンズによる電子のコリメー１へ作用の後、レンズの軸に
平行な速度成分のｉｌｌ’ｌ定は各電子の全速度即ちそ
のエネルギの測定と等価である。この測定は、二次電子
〜が標本から射出された角度に独立しており且つ隣の電
界による爾後の偏向にも実質的に独立しＣいる。従って
、隣の導体により二次なその偏向から発生していた「ク
ロストーク」は実質的に減少される。従って、コリメー
１へ用磁気レンズ１ｊ−２を導入することにより、従来
の電子ビームテストプローブ方式における主要な問題の
１つが補正される。

然し乍ら、理想的な光学レンズを形成するよりも理想的
な磁気レンズを形成する方がかなり回道である。然し乍
ら、Ｋｒｕｉｔ及びＲｅａｄ、　　ｒジャーナルオブフ
ィジックスＪ　（Ｊ、　Ｐｈｙｓｊ、ｃｓ９Ｅ：Ｓｅｉ
、　ＩｎｓｔｒｌＪｍ−＋νｏｌ、　１６．　ｐ、　３
１３．１９８３．英国）は、二次電子の放出点に磁束の
高強度領域を持つ磁界を形成し、前記磁界が一様な磁束
領域へ発散しその中で磁束線がレンズ軸と平行になる様
にすることによって理想的な磁気レンズ１３対する良好
な近似を構成することが可能であることを示している。

これは第１．０図に示しである。磁気レンズ軸１５３に
の方向に関して角度１５２を持って点１５０から射出さ
れた電子は磁界によって捕捉され１１っ１５４で示した
如く磁束線によって決定される経路に沿って進行すべく
拘束される。電子が一定の磁界領域に入ると、それらの
速度ベクトルの角度は新たな角度１５６へ回転され、そ
の新たな角度は元の角度１５２よりも著しく小さい。に
ｒ１４　、ｉ　を及びＲｅａｄは次式を示している。

ｓｉｎ　（Ａ）／ｓｉｎ　（Ｂ）　＝（Ｂｆ／１３ｉ）
”尚、Ａ及びＢはレンズの軸に関しての電子速度ベクト
ルの最後及び最初の夫々の角度であり１月一つＬｌ　ｆ
及びＢｉは一様な磁界領域及び高強度の発散する磁界内
の夫々の磁界強度である３従って、？ｔｊ子の放出点１
．５　Ｑの領域における磁界が一様な磁界領域内の磁界
と比較して大きいと、電子は磁気レンズの軸に実質的に
平行な方向を持ったビームにコリメートされる。

本発明トこ基づく装置においては、このコリメート作用
の効果は、標本１０８から射出された二次電子・が、標
本から射出された角度とは基本的に独立した方向に磁気
レンズの一様な磁界領域に入る。

このコリメート作用の結果として、標本から射出された
基本的に全ての二次電子が収集され、且つそれらの速度
ベクトルはそれらがレンズの軸にＩＩＬ行になる様に向
きが変化される。従って、与えられた二次電子が計数さ
れるか否かの蓋然性は、そのエネルギのみに依存し、標
本が電子ビームによって衝撃された点での放出角度には
依存しない６従って、エネルギフィルタの角度依存性か
ら発生していた隣の導体間のクロストークの如きアーテ
ィファクトは実質的に減少される。

更に、標本から放出された基本的に全ての電子がエネル
ギフィルタに到達する。従来の電子ビームテストプロー
ブでは標本から放出された二次電子の小さな部分を収集
していたに過ぎない。与えられた精度で標本上の正位を
測定１゛るのに必要な時間は、エネルギ分布検知手段に
よって収集さＡする電子の部分即ち割合に逆比例するの
で、＝ヌリメート用磁気レンズを導入するごとにより標
本Ｊ−，の成る点における電圧な８１り定するのに必要
な時間は著しく減少さ扛る。

コリメート作用は完全ではないので、一般的には、各電
子は、電子ビーｌいコラム１】、６の軸と一致するレン
ズ１．、　ｌ　２の軸に垂直な方向へ小さな半径方向速
度成分を未だ持っ又いる。この部分の磁気レンズ１］２
における磁束と結合してこの速度成分は、該電子を該レ
ンズの軸トこ平行な磁力線の周りに螺旋経路を描かせる
。この半径力面の速度成分が該レンズの軸１．１：平行
な速度成分に比へ゛（小さい限り、電位障壁はなおかつ
それらの全工心ルギに基づいで異なったエネルギの電子
を識別する。

こオしは以下の如くに理解する１？′どがｌｊ丁能であ
る。

電子のエネルギ■くはその速度■に次式の如く関５１し
ている。

Ｅ””０．５ｍｖ” ここで、ｍは電子の質臘である。

速度Ｖは速ｙ「成分ｖｐ及びｖ　ｒ　Ｌ’次式の如く関
係している。

Ｖ　２”　Ｖ　ｐ２→Ｖｒ” ここで、ｖｐは磁気レンズの軸に平行な速度成分であり
、ｖｒはその軸に框直な速度成分である。

ｖｐがｖｒよりもかなり人きい嚇’ｅ、Ｖはｇ！８ｖ　
、ｐて“ある。例えば、Ｖｌ・がｖｐの」０％であると
、Ｖはｖｐから約１％だけ相違するに過ぎない。従っ？
：。

標本から出てきた時にそれらの全エネルギに従って二次
電子を分離することを可能とする方式を形成する為には
完全なコリメー１へ作用は必要ではない。

本発明の装置において使用される磁気レンズ１１２が独
得であることは、このレンズによって発生される高強度
磁束領域はポールピース即ち極部材１２８の物理的境界
の外側に存在し２ているということである。上述した如
く、このことは、二次電子が放出される点に向かって下
方向にポールピースにおける間隙１３０を傾斜させるこ
とによって達成される。従来の磁気レンズの高強度磁束
領域を発生する構成は、この領域をポールピースの限界
の内側に位置させている。このことはこれらの構成を、
直径が最大６インチであるウェハ上に位置されることが
あり従って従来の方式においては高強度の磁束領域内に
位置させることは不可能である集積回路をテストすべく
構成されるテストプローブに使用するのには不向きなも
のとしている。

標本を収容する為に必要な空間に加えて、テストプロー
ブは、標本の１側部に回路及び接続用の空間を有するこ
とが必要であり且つ電子ビームの方向に垂直な面内で標
本を移動させる空間も設けることが必要である。このこ
とは、従来のコリメート用磁気レンズをこの様な構成と
のテスト点を４１す定するには一層実際的ではないもの
としている。

電子ビームにより標本の衝撃点近傍の静電電界によって
発生されるアーティファクトを除去することに加えて、
二次′電子のコリメート作用はテストプローブのエネル
ギ分解能を改善し且つ標本の電位を決定する精度を改善
している２、上に指摘した如く、従来のテストプローブ
は、電子ビームの方向に平行な二次電子の速度成分の分
布をａｌ’ｌ定゛邊るのみであった。この分布は二次電
子のエネルギ分布及び二次電子の速度ベクトルの両方に
依存しているので、それはエネルギ分布よりもがなり広
範である。従って、ピーク（又は分布を特徴付りるその
他のパラメータ）を決定することの可能な精度は、エネ
ルギ分布のピークを決定することが可能な精度よりも劣
る。標本電位を決定することの可能な精度は、測定され
る分布のピークを決定する精度と直接関係している。従
って、従来のナス１〜プローブは、本発明のテス１ヘブ
ローブよりも著しく劣った電位測定能力を持つものであ
る。

テストプローブのエネルギ分解能を改良し且つ従来方式
が二次電子の放出角度に依存しでいた問題を除去するこ
とに加えて、本発明に基づくコリメート用磁気レンズは
、幾つかの付加的な改良点を与えている。第１に、標本
から放出される二次電子の遥かに大きな部分が二次電子
検知器１２０に到達する。従来方式においては、二次電
子は検知器に到達するには２つの特性を持つことが必要
であった。第１に、それは電位障壁に打ち勝つ為に電子
ビームの方向に平行な方向に充分な速度をもたねばなら
ない、第２に、−１−述した方向に垂直なその半径方向
速度成分が大き過ぎると、計数されない、この半径方向
速度成分は、二次電子を電子ビームコラムの軸から離れ
て真空容器の壁に向かってドリフトさせる。二次電子が
電位障壁ＬＪ打ち勝つ前にこれらの壁の１つにドリフト
すると。

その電子は失オ）れる７、本発明において使用されるコ
リツー１−用磁気レンズでは、二次型Ｉ−はそれらが真
空容器の壁又は該装置内のその他の構造体にドリフト・
する間に前記磁ス、レンズによって収集されるので、こ
の困難性を克服している。二次電子が一様な磁界領域内
に：」リメー・トされると、残存する゛ｈ径方向速度成
分は単に二次電子を磁束線の周りに螺旋経路を描かせる
だけであり、従って二次型ｒ−はこの点においてコリメ
ート用磁気レンズの壁に自由にドリフトするものではな
い。

２番目の改良点は、コリメート用磁気レンズは又標本に
よって後方散乱さオｂた電ｔをもコリメートするという
ことである。その様にコリメートされると、これらの二
次電子は、磁気レンズの一様な磁界領域内の磁力線の周
りの＃Ｉ旋経路を辿る様に拘束される。従−〕で、これ
らの二次電子は閉じ込め容器又は磁気レンズの壁に衝突
することが防１１：される。従来の方式において、これ
らの後方散乱した電子は屡々真空容器の壁に衝突してい
た。

後方散乱された電子は標本で発生さｈた二次電子よりも
遥かに高いエネルギであるから、この様な容器壁又は装
置内のその他の物体との衝突は屡々幾つかのバックグラ
ンドの低エネルギ電子で電位障壁に打ち勝つには充分な
エネルギを持っている電子を発生させ、この様な電子が
二次電子として標本か放出されたかの様に検知される。

これらのバックグランド電子は従来のテストプローブ方
式の信号対雑音比に著しい制限を与えている。

本発明のコリメート用レンズによって与えられる第３の
改良点は、コリメート用磁気レンズは、標本と電位障壁
を形成する為に使用される電極との間に抽出電極を位置
させることの必要性を取り除いている。従来の方式は、
標本の表面上の電界の影響に部分的に打ち勝つ為にこの
様な抽出ｉｔｔ極を使用していた。これらの電界は、標
本上の領域を走査するか又は電子ビームを１つの導体か
ら別の導体へ移動させる過程中に導体間の絶縁領域を電
子ビームを衝撃することとなる。電子ビームがこれらの
絶縁領域と干渉することにより、絶縁領域は帯電される
。この電荷は標本の表面近傍に電界を発生する。これら
の帯電された絶縁領域の１つに位置されている導体が電
子ビームでｔｙ＊されると、大きな角度で放出された二
次電子は、上述した如く、隣の導体上の電位による二次
電子の偏向と類似した態様でこれらの電界領域によって
偏向される。これらの領域は高固有抵抗を持っているの
で、この捕獲された電荷はゆっくりと漏洩するに過ぎな
い。これらの基本的に静電電場の影響を解消する為に、
従来の電子テストプローブ方式は、標本の表面とフィル
タ電極との間に位置させた抽出電極を使用していた。こ
の電極は、数百Ｖの正電位に荷電されていた。その結果
、電子ビームで衝撃される導体から放出される二次電子
は５この大きな正電界によって標本の表面から離隔する
方向へ加速される。この加速は、二次電子がこれらの電
気的に帯電された領域の近傍に滞留する時間を減少させ
る。二次電子の偏向はそれらがこの表面電荷によって発
生される電界内に滞留する時間に比例するので、抽出電
極はこの偏向の太きさを減少させ且つこれら表面電界の
悪影響を部分的に補償している。

従来の電子テストプローブ方式において使用され、た抽
出電極はこれら表面電界の影響を減少するものではある
が、それは屡々付加的な問題を導入するその他のアーテ
ィファクトを発生する。上述した如く、集積回路を解析
するのに使用する電−ｔビームテストプローブは回路破
壊を防止する為に低エネルギ電子ビームを使用すること
を必要とする。以下に更に詳細に説明する如く、この様
に低いエネルギの電子ビームが典型的なＶＬＳ　Ｉ集積
回路内に存在するタイプの絶縁性表面に衝突すると、１
つを越える二次電子が絶縁性表面に捕獲された各電子ビ
ームの電子に対して該表面から放出される。抽出電極が
存在しないと、該表面は約４■の正電位で平衡状態どな
る。以ドに更に詳細に説明する如く、この電位において
、電子ビーム衝撃に応答してその表面から放出される二
次電子の幾らかはこの電位によってその表面に向かって
引き戻されるゆこの表面電位において、電子ビーム衝撃
に応答してその表面から放出された一次電子の１つのみ
がその表面によって捕獲された各電子ビーム電子に対し
て出されるに過ぎないので、この平衡状態が得られる。

抽出電極が使用されると、基本的に電子ビーム衝撃に応
答して該表面から放出される二次電子の全てが抽出電界
によって払拭される。電子ビームから捕獲されるよりも
より多くの電子が抽出電極によって該表面から除去さｉ
ｂるので、該表面は衝撃が継続するに従い、段４・と正
に帯電されることとなる。該表面が最終的に抽出電極電
位（即ち、数百Ｖ）とバランスする電位に帯電されると
、子細ｉ状態が確立される７然し、乍ら、標本の表面上
の数６ｖの正電位が回路動作と干渉する。従って、本発
明のコリメート用磁気１７ンズの使用は、著しく電子ビ
ームテストプローブの性能を改善する。

第４の改良点は、好適実施例において使用する磁気レン
ズの実効焦点距離が基本的にゼロであるということであ
る。これは、電子ビームを標本の表面−ｈの小さなスポ
ラＩ〜・へ合焦させる能力において著しい改良を与えて
いる。従来方式においては、標本と標本上に電子ビーム
を合焦させる為に使用される最後のＣ気レンズの底部と
の間の距離は、抽出電極と電位障壁を形成するフィルタ
電極の両方を収容するのに充分に長くなければならなか
った。その結果、従来の方式では著しい色収差の弊害を
蒙り、それは電子ビームを標本上の小さなスポットに合
焦することが可能な範囲を制限していた。この色収差は
、焦点距離が増加すると、増加する。色収差があると、
異なったエネルギを持った電子はレンズからの異なった
距離で合焦されることとなる。電子ビームは成る範囲の
電子エネルギを持っているので、色収差は従来方式にお
いて著しい問題である。極めて短い焦点距離のレンズを
使用することによって、本発明は性能におけるこの劣化
を回避している。

電子源 ２つの要因が電子源】、０２の選択に影響する。

第１に、電子源は電子エネルギにおいて可及的に小さな
拡がりを持つものとすべきである。電子ビー八光学系、
即ち磁気レンズ１１０及びコリメート用磁気レンズ１１
２、の色収差は、電子ビームを構成する電子のエネルギ
における拡がりと前記電子ビームの平均エネルギとの比
に比例する。従って、電子ビームエネルギを、従来のナ
ス１〜プロ〜ブ及び走査型電子顕微鏡で使用される２０
，０００Ｖレベルから１．０ＯＯＶへ減少させることに
より、色収差は２０倍だけ増加される、幸運にも、基本
的にゼロの焦点距離を持ったコリメート用磁気レンズを
使用することによって得られる色収差における改良は、
本発明においてこの増力１０二対しての補償を行ってい
る。

第２に、電子源の真空条件は出来るだけ寛大なものとす
べきである。多くの電子源の寿命は、それらが劣等な真
空状態で動作されると劇的に減少する。然し乍ら、劣等
な真空状態で動作することは、それが真空ポンプ及びポ
ンプダウン時（！ｕのコストを低減化させるので極めて
望ましいことである。ポンプダウン時間は、回路に関し
てのテストを完了するのに必要とされる時間においで重
要な要因となり得る。タングステン源は比較的劣等な真
空１例えば１０−４Ｔｏｒｒで動作さぜることが可能で
ある。然し乍ら、電子エネルギにおける拡がりは、タン
グステンの場合は比較的に広い。一方、ホウ化ランタン
（ｌａｎｔｈａｎｕｍ　ｈｅｘａｂｏｒｉｄｅ）はタン
グステンのエネルギの拡がりの゛部分であるが、適切に
機能する為には１０−’Ｔｏｒｒの真空を必要とする７
本発明はタングステン陰極の大きなエネルギの拡がりに
耐えることが可能であるので、その劣等な真空条件に耐
え得るという理由で好適である。

より高い空間分解能が必要であるテストプローブ方式に
おいて、１！子源から発生する色収差において、バリウ
ムカルシウムアルミン酸塩（ｂａｌ−ｉｕｌｌｌ（：ａ
ｌｃｉｕｍ　ａｌｕａ＋１ｎａｔｅ）で浸透さぜた有孔
性タングステンから構成されているディスペンサ陰極を
使用することによっ゛〔更に改良が得られる。この様な
陰極は、短波回路技術における当業者等に公知であるが
、ｔｔ電子ストプローブに使用されたことはない。それ
は、多分、米国、カリフォルニア州のワトソンビルのス
ペク１−ラマット（Ｓｐｅｃｔｒａ　Ｍａｔ）社から人
手ｉｉｉ能である１、この陰極は、純粋なタングステン
のものの約半分の電子ビームエネルギの拡がりを持って
いる。更１．、−１それは比較的劣等な真空で動作させ
ることが可能である。

ニー次、夷９工検、卸−器− −１−述した如く、標本にの電位は、−６次組ｆ−のエ
ネルギ分布から推論することがｉｉ■能である。然し乍
ら、エネルギ分布の詳細な測定は必要ではない１゜所定
のエネルギよりも大きなエネルギを持った二次型−ｆ−
の数を測定するだけで充分である。これは。

第１の所定の値よりも大きいが第２の所定の値よりも小
さな速度に待った電子の数を測定するごとによって達成
することが可能である。」−限は、電子ビーｌ−からの
後方散乱された電すから二次型Ｆを識別夕°るのに使用
、される。

レンズの軸に平行に進行する二二次電ｆ−の速度は。

多数の方法の何れかによって測定することが可能である
。好適実施例において、電位障壁が使用される。電位障
壁がレンズの軸に平行な方向を持った静電電界によって
％えられる場合、前記静電場の強度に依存する所定の値
よりも大きなレンズの軸に平行な速度を持った電子はこ
の障壁に打ち勝つ。残りの電子は標本の方へ戻される。

静電場の強度の関数として電位障壁を通過する電子の部
分を測定することによって、二次電子エネルギの分布を
得ることが可能である。

第７図を参照すると、二次電子のエネルギ分布を検知す
る為に使用される電位障壁は、フィルタ電極１１８へ電
位を印加させることによって形成される。好適実施例に
おいては、フィルタ電極１１８はコリメータ用磁気レン
ズ１１２のボア内に位置された管状電極である。当業者
等に明らかな如く、Ｏｆ記竹管状電極直径がその長さに
比べて小さければ、″電位が前記管状電極に印加される
と、−・様な電位障壁が前記管状電極の入口１５７に形
成される。本発明においては、管状電極の長さは好適に
は少なくともその直径の２倍である。フィルタ電極１１
８の最適な配置はコリメート用磁気し・・ンズ］１２に
よって形成される一様磁智頭域内であり、何故ならば二
次電子はこの領域内でコリメートされるからである。フ
ィルタ電極１１８が磁束が発散夕る領域に位置されると
、二次電子−も発散する速度ベクトルを持ち、従っｔコ
リツー８作用から得られるエネルギ分解能における改良
は減少される。

従来のテストプローブは導電性グリッドから構成される
フィルタ電極を使用している。グリッド電極は、高々、
２つの競合する要件の間の妥協゛（あるに過ぎない。一
様な電位障壁を形成する為ＩＱ−グリッドを構成するワ
イヤ間の間隔はワイヤの直径と比べて小さくなければな
らない。然し乍ら、ワイヤがグリッド面積の著しい部分
を専イＩｊる場合、電位障壁を通過するのに充分なエネ
ルギ６・持った一二次電ｔの著しい部分はワイへ）との
衝突ｔ１．起因して失われる７本発明ＩＪこれらの制限
を回避してｊ′ノリ、何故ならば、管状電極のボア内に
は゛、？Ａ′市子をインク・〜セプトすることの１汀能
な物質が何等存在しないからである。

フィルタ電極１１８によって発生された電位障壁に打ち
勝つ為に充分なエネルギを持った二次ｆｆｉｆ−は、抑
圧電極】２２に印加される負電位と一次電子検知器１２
０の表面１２４に印加さ第１．る正電位の結合によって
形成される静電掃引電界によって一次電子検知器１２０
内にｒ４ｔｉｉ引」乃至は払拭される。当業者等に明ら
かな如く。表面１２４に印加する正電位は又二次電子検
知器１２０と抑圧電極１２２との間に位置される＠極に
も印加させることが可能である。好適実施例において、
抑圧電極は、電子ビームコラムのものと平行な軸を持っ
た管状電極である。セクション１５８は二次電子検知器
１２０に最も近接した側から除去されでおり、二次電子
に対しての通ｖＪΔ・提供している。

抑圧電極１２２へ印加される電位は、標本からの二次電
子と後方散乱された電子とを識別すべく選択される。後
方散乱された電子は、二次電子のものよりも一層大きな
エネルギを持っている。従って、一層大きな静電場が、
後方散乱された電子を二次電子検知器１２０内にスィー
ブ即ち掃引するのに必要とされる。抑圧電極１２２へ印
加される電位は、二次電子を二次電子検知器１２０内に
掃引するのに充分な高さであり１１つフィルタ電極から
存在する全ての後方散乱された電子が継続し７て抑圧型
Ｊ４１２２のボア１６０内に入ること力箱ｉｆ能である
様に充分に低い様に選択されている。ニオしらの後方散
乱された電ｆ・の多くは究極的に抑圧電極１２１１一方
の何等かの構造体に衝突する。二わらの衝突によって発
生される低エネルギ電子は、標本の電位１１１１定に何
等の影響をｌｊ、えることはない。

１１り故ならば、この様な電子はｍへ電子・検知器１２
０に入ることが不可能だからである。抑圧電極電位の正
確な値は、抑圧型（←１２２の物理的寸法に依存し、ｎ
一つ電子ビームコラムのその他の部品と相対的な位置決
めに依存する。

二次電子検知器１２０は、ｌｆ適実施例におい又はシン
チレーション検知器である。ごのカウンタは、荷電粒子
が衝突すると光を発生するシンチレーション物質から構
成さ４゛シている。この様な物質は荷電粒子検知器の技
術における当業者等に公知である。好適実施例において
、シンチレーション物質はＰ４７であり、それは米国、
カリフカルニア州、タノ、チン、のペルコ（ＰＥＬＣＯ
）社から購入することが可能である。シンチレーション
物質によって発生される光は。光増倍管へ伝達され、そ
れはこの先（４号を検知器に衝突する二次電子数を表す
大きさを持った電気信号へ変換する。

その他の二次電子検知器は荷電粒子検知器の技術におけ
る当業者等に明らかである８例えば、好適実施例におい
て使用されるシンチレーションカウンタは、ソリッドス
テート即ち固体型荷電粒子検知器又はファラデーカップ
の如き荷電検知器で置換することが可能である。適宜の
電子増倍装置を荷電検知器の前に位置させて、該検知器
によって検知される電子の数を増加させることが可能で
ある。衝突する電子の数に関連される信号を発生し且つ
測定がなされる速度を制限することのない検知器ならば
どの様なものでも適切である。Ｐ４７燐が選択されたの
は、高強度電子ｗＪ撃下における寿命が長いからである
。

いかなる与えられたフィルタ電極電位に対し゛Ｃ２二次
電子検知器からの電気信号は標本上の電位に関連する。

、然し／乍ら、その関係はリニアではない。

標本の電位に直線的に関係する信号を供給する為に、好
適実施例のテストプローブはフィードバック回路を使用
しており、それがフィルタ電極１１Ｂに印加される電位
を調節する。フィルタ電極電位は、二次電子の所定の部
分が二次電子検知器１２０へ到達することを許容する値
に位置される。

この様にして決定されるフィルタ電極電位は、探査され
る点での標本］−の電位と直線的に関係している。標本
電位が固定電圧だけ増加すると、放射された二次電子の
エネルギ分布は同じ固定電圧だけシフ１〜される。これ
により、フィルタ電極電位は同じ固定電圧だＩＪ増加さ
れ、同じ割合の二次電子が二次電子検知器１２０へ到達
することを可能とする条件を維持する、従って、その様
に調整されたフィルタ電位は、標本の表面」−の電位に
直線的に関係した信号である。

以下に説明する如く、本発明装置は、電子ビームが短い
期間のパルスどされるモードで通常使用される。雑音を
減少する為に、フィルタ電極電位が調整さオして、検知
されるべき固定時間窓の間二次電子の固定部分乃至割合
が検知器に到達することを可能とする。原理的には、電
子ビームがオフの時には二次電子は該検知器に到達する
はずはないので、二次電子検知器１２０に到達する１１
次電子を平均するだけでよさそうに見える。然し乍ら。

エレクトロニクス及び他の雑音源が継続し２て雑音事象
を発生し、それは電子が二次電子検知器１２０に衝突す
ることから区別するととは不Ｉ−Ｉｆ能である。これら
の事象は、電子ビームがオフであ−っでも継続する。３
＋１１定を電ｆ・ビームパルスから発生する二次電子が
二次電子検知器１２０に到着する１ｔＪＩ間に制限する
ことによって、この時間窓の外側で発生した雑音の影響
は除去される。このタイプの平均化は屡々「ボックスカ
ー」平均化として呼称される。

典型的な従来のボックスカー平均化回路を第１１図中に
１６２で示しである。それは、電流電圧変換器１６４を
有しており、それは二次電子検知器のインピーダンスを
該回路の残部と整合させており、又゛耐流電圧変換ｇ’
７１　Ｅ３４からの信号をｙ（ｌ均化する積分器１６６
を有しており、更し一人力される信号に応答してフィル
タ電極電位を調節するバッファ／レベルシフタ１６８を
有している。この入力４？ｉ号は、基本的に、−二次電
子検知器１２０に到達する二次電子の所望数と前シｄ検
知器に到達する実際の数との間の差異を表す誤差（Ｊ号
である。

所望数を越える二次電子が一次電を検知Ｄ１２０に到達
すると、バッファ／レベルシック１６Ｂへの入力端に存
在する信号は正であり、バッファ／レベルシック１６８
はフィルタ１ｉ極電位を１−昇させ、それは−７−次電
子検知器１２０に到達する一二次ｍ　ｒ数を減少させる
。二次電子検知器１２０に到達する二次電子があまりに
も少なすぎると、バッファ／レベルシフタ１６８への入
力端での信号は負であり、且つバッファ／レベルシフタ
１６８はフィルタ電極吊にを減少させ、それは二次電子
検知器１２０に到達する二次電子の数を増加させる。

二次電子検知器のインピーダンスを該回路の残部と整合
させることに加えて、電流電圧変換器１−６４は又検知
器に到達すべき二次電子の部分乃至割合を特定する為ｔ
こ使用さ４しる基準電流１７０と検知器１２０からの電
流との間の差異を形成する。

従って、電流電圧変換器１６４の出力は、１７２に存在
する誤差信号であり、その検知器１２０に到達する二次
電子の所望の部分と検知器１２０に到達した二次電子の
実際の部分との間の食い違いを表す。この誤差信号は、
幾つかの電子ビームパルスに渡って積分器１６６におい
て平均化される。

スイッチ１７４は、積分器１．６６が、標本１０８から
検知器１２０に到達する二次電子に対応する時間窓の外
側の時間に誤差信号１７２を平均化することを阻止する
。この時間窓は線〕７６１−のイネーブルパルスによっ
て特定される。平均化されたｌ（差信号はバッファ／レ
ベルシフタ１６８へ供給され、それは誤差信号を減少さ
せる方向へフィルタ電極電位を増加乃至は減少させる。

検知器１２０が標本と干渉する電子ビームから発生する
二次電子を計数していない場合、電流電圧変換器１６４
の出力は大きい。これは、この回路が、二次電子検知器 な過ぎることによる「エラー」、即ちそれは不適切にフ
ィルタ電極電位を設定することの結果である、と電子ビ
ームがターンオフされる結果としてのエラーとの間を識
別することが出来ないからである。従って、各パルスの
期間中に電子ビームがターンオンさｉｔ且つターンオフ
されると　ｆｆ５．流電圧変換器１６４の出力は大きな
電圧範囲を振れねばならない。この電圧範囲は、入力Ｃ
に二次電子検知器信号が存在しない時の前記７１！流電
圧変換器の出力と、前記検知器が略所望数の二次屯−ｔ
を計数している特番コ該二次電子検知器によって発生さ
れるものに人力信号が対応する時の前記検知器の出力と
の間の差異に対応する。

通常、差動増幅器即ちオペアンプを使用して、典型的な
電流電圧変換器を構成する。この様な増幅器におけるス
ルー問題が、この変換を行うことが可能な速度を制限し
、従って使用することの可能な最小時間窓を制限する。

本発明の装置は、独得の電流電圧変換器枯成を使用して
おり、それはこれらのスルー限界を回避している。

第１１図を参照すると１本発明装置に使用されでいる電
流電圧変換器１６４は、標準の演算増幅器１７８を有し
ており、その利得はフィードバック経路内の抵抗１８０
によって設定され、更にＦＥ　Ｔスイッチ１８２を有し
ており、それは抵抗１８０を横断して接続されており且
つスイッチ１８２がオンであると抵抗１８０を介しての
抵抗性経路を短絡させる。第１状態において、抵抗１８
０の抵抗値はスイッチ１８２によって短絡され、ゼロ抵
抗値のフィードバック経路が与えられる。この第１状態
においで、演算増幅器′Ｕ７８の利得は実質的にゼロで
ある。これは、たとえ入力電流が通常この出力端におい
て大きな信号を発生するが、出力１７２におけるエラー
信８−電圧がゼロにセットされることとなる。本発明の
電流電圧変換器１６４は、スイッチ１８２を使用して、
二次電子検知器１２０において二次電子が存在する以外
の全ての時間において利得抵抗１８０を短絡する。この
ＦＥＴスイッチは、積分器１６６へエラー信号をゲート
動作するスイッチ１７４を駆動する同じ信号によって駆
動される。第２状態において、スイッチ１８２は、抵抗
１８０で特定される抵抗値をフィードバック経路内に挿
入することによって電流電圧変換器１６４をターンオン
させる。ゼロでない抵抗値がフィードバック経路内に挿
入される時間窓の期間中電流電圧変換器１６４の入力は
正確な入力の近傍であるから、電流電圧変換器］６４の
出力端におけるエラー信号は大きな振れを行う必要はな
い。このことは、従来のボックスカー′″−１Ｌ均化回
路においては本質的であったスルー動作からの問題を著
しく減少させている。

原理的には、スイッチ１８２を挿入することにより、従
来のボックスカー平均化回路において使用されるスイッ
チ１７４に対する必要性を除去している。もしスイッチ
１８２が完全に抵抗１．８０を短絡すると、演算増幅器
の利得はゼロとなり、且つ前記演算増幅器の入力端から
の信号は平均化回路１６Ｇへ到達することはない。然し
乍ら、市販されているスイッチ及び演算増幅器は理想的
なものではない。従って、スイッチ１８２が抵抗１８０
を短絡しても、演算増幅器１７８への入力端上に存在す
る信号の小さな部分は点１７２に到達する。第２スイッ
チ１７４は、この小さな残留信号が平均化回路１６６に
影響を与えないことを確保している。

本発明の好適実施例は二次電子のエネルギ分布を検知す
る為に電位障壁を使用しているが、荷電粒子検知器の技
術における当業者等に明らかな如く、電子ビームに応答
して放出される二次電子のエネルギ分布を検知する為に
コリメート用磁気レンズ］］２と関連して使用すること
の可能な多数のエネルギ検知方式の何れかを使用するこ
とが可能である。例えば、二次電子が標本１０８から二
次電子検知器１２０へ進行するのに必要な時間を測定す
ることが可能である。この時間は二次電子の速度に逆比
例するので、この様な測定は、二次電子の速度の直接ｉ
１１’ｌ定と同じ情報を与える。この様な方式は、電子
ビームをパルス動作させ、次いでこの様な各パルスと二
次電子検知器１２０における。−次組子の到着との間の
間隔を観４Ｉすすることによって構成することが可能で
ある。

４℃〜−ｒト層ニア、−／ト円１トンーレー煎！と望＼
−ツ（好適実施例において、電子ビームのエネルギは従
来方式において使用されているものよりも著しく低い。

多くの従来方式は、基本的に走査型電子顕微鏡の適合で
ある。（・うであるから、それは１０乃至２０ＫｅＶの
範囲における電子ビームエネルギに対して最適化される
。本発明のテストプローブは、５００乃至１５００Ｖ範
囲内の電子ビームエネルギを使用している。上述した如
く、高エネルギ電子ビーフ５は、回路損傷、後方散乱し
た電子からの二次電子の高いバックグランド、及び標本
表面の非導電性部分の不所望の表面帯電等の多数の問題
を発生することが可能である。この様な高エネルギは走
査型電子′Ｒ微鏡においては保証されている。何故なら
ば、これらの装置は走査される標本の表面Ｊ−，の非常
に小さな特徴を検査すべく最適化されているからである
。電子顕微鏡の分解能は部分的に電子ビームのエネルギ
によって決定される。例えば、−ヒ述した如く、電子ビ
ームのエネルギは、光学系の色収差に影響を与える。通
常、電子ビームのエネルギを上げると光学系の色収差が
減少される。何故ならば、色収差は平均電子ビームエネ
ルギの百勺率として表される電子ビームのエネルギにお
ける拡がりに比例するからである９電子ビームエネルギ
における拡がりは、′電子ビームを発生する為に使用さ
れる電子源のターｒブ等の要因によって決定さ扛る。こ
れらの要因は、電子を加速する為に使用される加速電圧
には影響を受け無い。従って、′重子ビームエネルギを
２倍とすることにより５色収差は半分となる。（番ご、
電子顕微鏡の分解能は究極的には光顕微鏡、の分解能を
制限するものと同様な回折効果によって制限さお。

る。恒１測可能な最小の物体の寸法は、電子ビームの波
長によって決定される。約１波長よりも小さな物体はｆ
ｌｉｆｌ’ｌ不能である。電子ビームの波長はその速度
に逆比例し、従って非常に小さな詳細部分を１８１　ｉ
１１’ｌする為には高エネルギ電子ビームを使用せねば
ならない。

然し乍ら、探査：される導体は幅が〕ミクロンのオーダ
であるから５テス１−ブロー・ブは直径が１ミクロンの
〜部であるスポットを発生することが必要であるに過ぎ
ない。電子−ビームエネルギはこの範囲内の物体を観測
する−にでの制限要因ではない。

従って、本テストプローブは、標準の走査型電子顕微鏡
よりも実質的に低い電イービームエネルギで満にに動作
させることが可能である。

低エネルギ電子ビームの使１１目士テストプローブ構成
において多数の筒中、化を可能どし、そわば従来の方式
と比較し、て本発明を生産ラインの装置どして使用する
のに一層適切なものとり、、　”＋いる。例えば１本発
明！・こ拠れば、電子ビームを合焦さゼ１１゜っ操縦す
るの１′：遥かに小さな電磁石が必要とされる。その結
果、磁気レンズは水冷却さＩＬる必要は無い、このこと
は、テストプローブ蛋据イ・１ける物理的個所の準備が
簡単化さｈる、更に、種々の磁気レンズ１１１１の距離
が減少され、従って遥かに７Ｊ＋さな形状を持ったテス
トプローブが可能となる。このことは、テストプローブ
を標本と相対的に物理的に移動させることの可能なシス
テム形態とすることを可能とする。最後に、後により詳
細に説明する如く、低エネルギ電子ビームの使用は、本
発明装置を絶縁層で被覆されている導体上の電位を探査
する為に使用することを可能とする。

−ＸυヂーニＡ簸江迭−や 従来のテストプローブ方式は、ＶＬＳ１回路全体を探査
するのに不充分な「視野」しか持っていなかった。本発
明においては、この問題は、標本と相対的に電子ビーム
を位置決めする為の１（１調整及び微調整手段の両方を
設けることによって解消している。微調整手段は、第７
図に示した操縦磁石１８６を有しており、それは電子ビ
ー・ノーを標本と相対的偏向させる。操縦磁石１８６は
、電子ビームの方向に対して垂直な２つの直交する方向
の何れか一方の方向へ電子ビーｔ１を偏向させることが
可能である。従って、それらは、標本上の領域を走査し
たり、又標本上に電子ビームの微細な位置極めをしたり
する為に使用することが可能である。

この走査運動は、前記標本Ｊユに存在する異なったＤ電
電位を示す為に強調させた標本の表１ｈ」の画像を形成
する為に使用することがｉｊＴ能である。

この走査型運動の他の使用は１本発明のテストプローブ
を使用する方法に関しての以トに説明する３好適実施例
において、前記操縦磁石は、後に更に詳述する如く、周
波数性能を改良する為に多少導電性のプラスチック支持
体上に巻着される操縦コイルを有しでいる。当業者等に
とって明らかな如く、操縦磁石］８６は、適宜の電位が
印加される時に同様に電子ビームを偏向させる静電偏向
プレートで置換することがｉｊｉ能である。

粗調整手段は第１２図に示しである。電子ビームコラム
１８７は、］、　８８．１９０、】９〕２で示した境界
を持った真空容器内に装着されている。

この境界も、探査中の標本１０８を保持Ｊるプラットホ
ーム１９６を持ったステージ１．９４を取り囲んでいる
。電子ビームコラムは、電子ビーム方向に垂直な２つの
直交する方向、Ｘ及び４）Ｆ、内で並進運動することに
より１９８及び２００で示Ｌ５たビームコラムを位置決
めする手段を有している。

電子ビームコラムは１位置決め′ト段１９８及び２００
を制御するマイクロメータ２０２及び２０４を使用して
移動させることが可能である。更に、ステージ１９４は
、３つの方向、ｘ、ｙ、ｚ、の何れかへ並進運動させ且
つ電子ビーム方向に平行な軸の周りに角度Ａに渡って回
転させて標本を位置決めする手段を与えている。ステー
ジ１９４によって行われる種々の並進運動は、マイクロ
メータ２０６．２０８，２ｉ０によって制御される。

回転運動はマイクロメータ２１２によって制御される。

好適実施例において、これらのマイクロメータはコンピ
ュータ制御計でステッピングモータによって制御される
。

可撓性ベロー１９０は、電子ビームコラムが真空室に関
して移動される場合に容器内の真空を維持する為の手段
を与えている。ベロー１９０は。

コラム位置決め手段が真空容器の外側番コ留まることを
可能としている。この位置決め手段は、好適には、従来
の軸受又はその他の潤滑した表面を使用して、コラム負
荷を支持する。ポンプダウンプロセスの間にこの様な潤
滑からガス放出をすることは、新しい標本がテストプロ
ーブ内に導入される時に真空室をポンプダウンするのに
必要な時間の長さが増加される。更に、装置内に標本が
導入される毎にポンプダウンされねばならない真空容器
の体積もこの構成において最小とされている。

プローブカード２１４は、プラットホーム又はテーブル
１９６」−に装着された標本１０８に電気的接続する為
の手段を与えている。このプローブカード２１４は、￥
Ｊｉ子ビームが通過する孔を有している。

本発明の装置の、作図された使用の１つは、集積回路」
二で電位ｉ４＋９定をすることである。集積回路技術に
お（つる当業者等に公知の如く、集積回路は通常数百の
この様な回路を包含するウェハーにに製造さ、れる。本
発明装置は、ウェハ上の他の集積＋ｉａ路から分点する
前に個々の集積回路を検査する為に使用することが可能
である。この様な測定は１本発明を使用して、所望のダ
イと呼称される集積回路を電子ビームの視野内に位置決
めし且つ電子ビームを電位測定を所望するダイ」−の種
々の点へ移動させることによって行う。ウェハは１０８
においてテーブル１９６トに装着される。位置制御２０
６．２０８．２１０．２１．２を使用して所望のダイを
プローブカード２１４と相対的に位置決めさせる。プロ
ーブカードは、検査中のダイへ電力及びテスト信号を接
続する為の機械的プローブ２１６を有している。

プローブカード２１４と相対的に所望のダイを正確に位
置決めさせると、粗調整用ｘ−ｙ位置制御１９８及び２
００を使用してダイと相対的に電子ビームコラム１−８
７を並進運動させることによって、前記ダイ上の関心の
ある領域を選択する。

次いで、操縦磁石１８６を使用して関心のある領域を検
査する。

本発明に対して意図された実質的な使用は、標本１０８
の表面−にに設置″ｊられた回路内のノードの電位を測
定することである。然し乍ら、特定のノードを探索する
為に、ノード領域内の標本の画像は、回路の種々の部品
の位置を示した通常マスクの形状の標本−１１の回路レ
イアラ１−と比較されねばならない。従って、実際上、
問題のノードを有する標本の領域を走査し、この領域が
オペレータに表示され、口つオペレータが電位を測定す
べき領域内の正確な点を選択する。従来の方式において
は、電子ビームがこの点に対して指向さオを且つ時間の
関数として電位が測定される７この手順は屡々表面」二
の静電電位から発生するアーティファクトどなることが
ある。これらの電位は問題の点を探索する為に使用され
る走査型動作によって形成される。

標本の表面は、非常に低い導電性を持っている種々の導
体間の絶縁区域を有している。電子ビームがこれらの区
域を走査すると、これらの区域は低導電性物質と電子ビ
ームとの干渉に起因してイ；Ｆ電される。この表面電荷
は、問題の表面電荷がゆっくりと散逸するに連れ５強度
がゆっくりと減少する静電場を発生する。この変化する
静電場は電子ビームと干渉し、電界が散逸するとその位
置はドリフトされる。

本発明の方法は、測定中のノートを取り巻く区域内の表
面電荷を周期的にリフレッシュすることによりこの問題
を回避する。このことは、電位測定の期間中、ノードの
周りの区域を周期的に走査することによって達成される
。本発明の提案する方法においては、関心のあるノート
がそのノードの近傍の領域を走査することによって最初
に捜索される。電子ビームが次いで問題のノードへ移動
されて電位測定が開始される。この電位測定の期間中周
期的に、電子ビームは問題のノードの周りの領域を走査
して、これらの区域での表面電荷をリフレッシュする。

これにより、ノードの周りの静電場は電位測定の期間中
に実質的に一定の値に維持される。従って、局所的静電
場におりる変化から得られるこれらの電位測定の期間中
における電子ビーム位置におけるドリフ１−は除去され
るか又は少なくとも最小とされる。

この絶縁性領域を一定の電位に維持する方法は、電子ビ
ームが約２ＫｅＶ以下のエネルギを持つ電子ビームテス
トプローブにおいてのみ可能である。

電子ビーム電子の衝撃の結果として発生される二次電子
数を第１３図に示しである。約２ＫｅＶを越える電子ビ
ームエネルギの場合、絶縁性表面に衝突する各電子ビー
ム電子に対して１個未’ｎ’ｌＪの二次電子が発生され
る。この結果、表面ｔに電子が蓄積される。問題の表面
は絶縁体であるから、この蓄積された電荷は漏洩するこ
とは出来ない。従って、表面は次第に一層負に？ｉＦ電
され、それは該表面に衝突する電子のエネルギを実効的
に変化させるのに充分に高い電位となる迄続く。

電子ビームエネルギが約２ＫｅＶ未満にド降されると、
この大きな負の蓄積電位を回避することが可能である。

第１３図に示した如く、］、　Ｋ　ｅ　Ｖ領域に電子ビ
ームエネルギがあると、該表面に衝突するｆｆ１ｆ−ビ
ーム電子の各々に対して１個以上の二次電子が発生され
る。このことは、表面に吸収されるよりも多くの電子が
放出されるので、表面は正に帯電されろこととなる。表
面が段々と正に帯電されると、表面から出る二次電子の
幾らかは。

それが正電荷であるから表面によって再捕獲される。正
電荷が一層高くなると、再捕獲される二次電子の部分が
一層大きくなる。これは、電子ビーム電子当り１個を越
える数の二次電子が射出されるが、低エネルギ電子ビー
は正電位によって再捕獲されるので、入射電子当り射出
される二次電子の数は実効的に減少する。究極的に、表
面は安定な正電位に到達し、各々の電子ビーム電子に対
して１個の二次電子が捕獲される。この電位は、シリコ
ンＶＬＳ　Ｉチップ上で使用される絶縁性物質の場合に
約４Ｖである。従って、表面電荷を周期的にリフレッシ
ュすることによって、約４■の安定な電位が絶縁性表面
」二に維持される。この電位は、近くの導体上の電位を
測定する間の時間に渡って実質的に一定に維持されるの
で、それはビームのドリフトは発生させない。

注意すべきであるが、標本の表面近傍で正電位に維持さ
れた抽出型１４　ｋ使用する従来の方式はこの方法を容
易に実施することは不可能である。抽出電極の大きな正
電位は、表面から逃避する全ての二次電子となる。従っ
て、低エネルギ電子ビームが使用されると、」−述した
４ｖの安定な正電位に到達する代りに１表面は次第に正
に帯電される。

僅〜た９４ヱ遺−のプラス−チーツク叉匙本操縦磁石１
８６に対する支持体は、それを介して電子ビームが通過
する通路を有していなければならない。この通路は絶縁
体から形成される場合。

迷電子がそれに衝突し、且つ静電荷がこの通路の表面上
に蓄積する。この静電荷は通路内に静電場を発生し、そ
れは電子ビームに悪影響を与える。

この電荷の大きさは予■す不可能ではなく、又ｉｌＦ現
性さえある。この電荷の蓄積を回避する為に、導電性支
持体を使用することが可能である。然し乍ら、操縦磁石
によって発生される変動磁界はこの様な導体内に渦？ｉ
ｉ流を発生させる。これらの渦電流は、それ自身の磁界
を形成することによって操縦コイルの周波数応答と減少
させる。これらの渦電流を回避する為に、従来の方式で
は、薄い炭素層でコーティングした絶縁性管を使用して
いる。

この薄い炭素層は、操縦コイルによって著しい渦電流が
発生されることを許容するのに充分な導電性を持つこと
無しに′６子ビームと干渉する大きさにそれが到達する
前に静電荷を漏洩させることを可能とするのに充分な導
電性を持っている。このコーティング系は効果である。

何故ならば、それは絶縁性の管を形成した後にその表面
上にｉｔｘｇに薄い炭素の層を付着させることを要求す
るからである。本発明の好適実施例の装置はこのコス１
〜を回避している。

好適実施例は、この目的の為に僅かに導電性のプラスチ
ックである物質を使用している。僅かに導電性のプラス
チックは、迷電子の捕獲の結果として蓄積する電荷を漏
洩させることを可能とするのに充分な導電性を持ってい
る。然し乍ら、その導電性は、操縦コイルによる過電流
発生を防止するのに充分に低いものである。プラスチッ
クは容易に成形可能であり且つ成形後に何等爾後的な炭
素付着を必要としないので、それはこの問題に対しての
一層経済的に魅力のある解決法である。

好適な僅かに導電性のプラスチックは、カーボンブラッ
クを非導電性プラスチック内に導入させて形成する。そ
の結果′４１）られる好適な固有抵抗は１０ｆ′Ω・ｃ
　ｍである。満足のいく性能は、１０’乃至１０■Ω・
ａｍの範囲内の固有抵、抗で得られる。これらの特性を
持ったプラスチックは、米国、インジアナ州４７７３２
、エバンスビルのウィルソンファイバーフィル（す１ｌ
ｓｏｎ　Ｆｉｂｅｆｉｌ）社から入手することが可能で
ある。

僅かに導電性のプラスチックは又、本発明装置における
支持構成体へ種々の電極を接続する為に使用される絶縁
性支持体を形成する為に使用することも可能である。例
えば、第７図に示した如く。

管状フィルタ電極１１８は、僅かに導電性のプラスチッ
クから形成された絶縁体２１８によってコリメータ用磁
気レンズ１］２に取り付けられている。僅かに導電性の
プラスチックは、支持体」二に存在する何等かの静電荷
が漏洩することを許容する。従って、従来方式の静電荷
蓄積の問題は回避されている。

従来方式においては、この様な構成体は従来の絶縁体上
に装着されている。これらの絶縁体の１つに衝突する電
子は、通常、絶縁体上に１−ラップされる。何故ならば
、絶縁体は非常に高い固有抵抗を持っているのでトラッ
プされた電荷は漏洩することがないからである。このト
ラップされた電荷は予測不可能の電界を発生し、それは
電子ビーム内の電子及び二次電子の両方の軌道に影響を
与える。これらの悪影響を回避する為に、従来方式はこ
の様な絶縁体の周りに複雑なシールドを使用していた。

これらのシールドは、迷電子が問題の絶縁体に到達する
前にその迷電子をインターセプトシ且つこれらのシール
ドをなんとか通過して問題の絶縁体上にトラップされた
電子から発生する電界から本装置の残部をシールドする
為に構成されている。僅かに導電性のプラスチックを本
発明において使用することにより、この電荷蓄積問題に
対する経済的に魅力のない解決法を回避している。

テストズー唄ニブ！シ（ヒ旦ポー的皇−化集積回路技術
における改良は、与えられたノードにおける電位が電子
ビームテストプローブを使用してそのノートの電位を測
定するのに必要な時間よりも短い時間で変化する回路を
提供している。

ノードにおいて正確な電位測定を行うのに必要な時間は
、二次電子検知器］２０が統計的に意味のある二次電子
の数を収集するのに必要な時間である。本発明のテスト
プローブにおいては、コリメート用磁気レンズがノード
を去る二次電磁のより大きな部分を二次電子検知器へ供
給するので、この様に統計的に意味のある二次電子の数
を従来の方式よりも短時間で？９積させることが可能で
ある。

然し乍ら、この著しい改良があっても、時間の関数とし
てノードから放出される二次電子をｍｌ　８１！ｌする
だけでノードにおける電位変化に追従することは常に可
能であるとは限らない。

この問題は、ストロボ的技術を使用することによって解
消することが可能である。ここで、二次電子の制限され
た数を持った幾つかの測定を平均化して、統計的に正確
な充分な二次電子を持った単一の４１す定を発生する。

探査中の回路に印加されるデス１〜信号パターンは性質
的には周期的である。

それは、時間に関して繰り返す一連の信号から構成され
ている。ストロボ的システムにおいては、電子ビームが
このデス１−信号パターンにおいて同じ点において短い
時間の間ターンオンさ４Ｌる。テスト信号パターン内の
点がこのデス１−信号パターン内の成る固定点と相対的
な遅延時間によって特定される。ｆｆｉ　子ビームがタ
ーンオンされる時間は、テストパターン電位が変化する
期間と比較して小さくなければならない。何故ならば、
測定された電位は、電子ビームがターンオンされる時間
の間溝体上の電位の平均だからである。これらの短い期
間の各々において収集される７−次電子の数は、統計的
に正確な測定を１１）る為には不充分であるが、このよ
うな期間の多数のものに渡って得た一次電子の数の平均
は１問題のノートにおける電位の統計的に意味のある測
定を与えるものである。

ストロボ的技術は、テスト信号パターンから派生される
トリガパルスと相対的に正確に同時に標本上の同じ点に
電子からなる短いパルスをテストプローブ方式が付与す
ることを必要とする。トリガパルスと相対的な電子ビー
ムパルスのタイミングにおける変動は電位測定を劣化さ
せろ。標本］−の電子ビームの位置の変動も、その変動
が電子ビームを探査中の導体からずれで移動させる場合
には、電位測定を劣化させる。

本発明は、短いパルスで電子ビームをパルス化させる手
段を有している。このことは、第７図に示したブランキ
ング電極２２０を横断して適宜の電位を印加することに
よって達成される。前記ブランキング′ｆＢ、極を横断
して電位が存在しない場合。

電子ビームは磁気レンズｊ−１０によってアパーチャ１
６０内に結像される。コリツー１−用磁気レンズ１１２
は１次いで、電子ビームを標本１０８−１−の小さなス
ポットへ結像させる。電位が前記ブランキング電極を横
断して印加さ九ると、電子ビームは充分に偏向されてそ
れがアパーチャ１６０に入ることが防止される。

従来方式は、ス］・ロボ的技術を提案するものではある
が、これの従来方式において設けら九でいる回路は、探
査中の導体ヒでｌ　ＯＯＯＭ　Ｈｚ範囲で波形を正確に
観測するのに充分なものではない。

ストロボ的モードにおいて有効に動作させるには、テス
トプローブが標本上の回路ノードを電子のバーストで衝
撃せねばならず、その場合に、前記バーストの期間は探
査中の信号が著しく変化する時間と比較して小さい。デ
ス１−信号パターント相対的なこれらのパルスのタイミ
ングにおける何等かの変動は、電位Δ１り定の劣化を発
生する。本発明では、最小で１００ピコ秒の時間に渡っ
て問題の導体上の電位をサンプルする。このパルスがデ
ス１−信号パターンと相対的に標本へ印加さ扛る時間は
、前記テスト信号パターンから派生されるトリガパルス
と相対的な特定した時間においてブランキング電極回路
をトリガする遅延回路によって決定される。この回路に
よって発生される遅延時間は、電子ビームパルス時間の
著しい部分である量た゛け変化すると、ストロボ的方式
の性能における劣化が発生する。従って、】００ピコ秒
の電子ビームパルスの間、遅延回路は、１００ピコ秒の
高々小さな部分、例えば１０ピコ秒、だけ変化し１１っ
ゼロから数ミリ秒の遅延を！ｊえる遅延を発生せねばな
らない。

コンデンサ等の回路要素を所定の電圧へ充電又は放電さ
せることによって遅延を発生するアナログ回路は、この
様な高速遅延回路に対しては所要の精度を欠いている。

ミリ秒の遅延において１０ピコ秒の精度１：ｉ、１００
，０００．００］：おイ’７−１部の精度を必要とし、
それはこの様なアナログ回路では得ることが出来ない。

オシレータ回路からのＰめセットした数が計数された後
にパルスが発生されるｉ！１１．なデジタル遅延技術を
使用することによってこの程度精度を得ることは不可能
である。オシレータが常に振動サイクルにおいで同じ位
相で開始しない限り、その様にして発生される遅延にお
いて振動の１周期の最大半分迄の不確定性がある。この
不確定性は、計数が開始される時のオシレータの位相に
おける不確定性から発生するものである。更に、この様
な方式で発生させることの可能な最小遅延はオシレータ
の１周期である。従−）で、この様な簡単なデジタル遅
延回路は、１００ギガヘルツを越える周波数のオシレー
タが必要とされる。このタイプの回路は経済的に魅力が
無い。

本発明の装置は、デジタル遅延技術をアナログ遅延回路
と結合させることによって高糖Ｊ■の長い遅延を発生す
る。デジタル遅延は粗い遅延を与える。アナログ遅延回
路はこの粗い遅延時間に微調整を与える。このことは、
発せされる１オシレ一タ周１（１１よりも小さい遅延を
可能とする。再開始可能オシレータを使用して、計数が
開始された振動サイクルにおける点を知ることなしに発
生される不確定性を除去している。本発明の遅延回路は
第１４図に２２２で概略示しである。それは、再開始可
能オシレータ２２４．カウンタ２２６．アナログ遅延回
路２２８を有している。粗い遅延はバス２３０上の信号
によって特定され、それは出力パルスを発生する前にカ
ウンタ２２６によって計数されねばならないオシレータ
パルスの数を特定する。アナログ遅延の大きさはバス２
３１上の信号によって特定される。

再開始ｒＩＴ能オシレータは常にその波形の同じ位相で
振動を開始する。従って、その周期は電子ビームバース
トが行われる期間と比較して小さくなければならないと
いうことはない。この様なオシレータはエレク）ヘロニ
クス回路の技術における当業者等に公知である。同様に
、アナログ遅延回路はエレクトロニクス回路技術におけ
る当業者等に公知である。トリガパルスと電子ビームパ
ルスとの間の遅延を発生する従来の方法と比較して、２
つの遅延技術を結合して使用することにより著しい改良
が得られている。

本発明の装置は２００　Ｍ　Ｈｚの再開始可能オシレー
タを使用している。従って、カウンタ２２６の各カウン
トは、５ナノ秒の遅延に対応する。これら５ナノ秒ステ
ップの各々は更にアナログ遅延回路によって１０００個
の５ピコ秒ステップに分割される。

ブランキング電極２２０の配置は、本発明のストロボ的
能力を更に改良する為に最適化されている。これら電極
の位置を適切に最適化する為には３つの要因を考慮せね
ばならない。第］に、前記ブランキング電極の位置決め
は、与えられた電子ビームパルスＣ期間中電子ビームが
ターンオン及びオフされる時に発生するビーム移動の量
に影響を与える。ブランキング電極に印加される電位の
上昇及び下降の期間中、電子ビームは標本上を移動する
傾向となる。電子ビームが仮定上中心に位置決めされて
いる導体の幅と比較して小さい距離移動すると、導体の
全ては同じ電位にあるので何等悪影響が発生することは
無い。然し乍ら、電子ビームが前記導体をずれて移動す
ると、測定される電位はその経路に沿って遭遇される電
位の重み付き平均となる。このことは、測定された電位
において不正確性を発生させることがあり、又電子ビー
ムが隣の導体に移動する場合には隣の導体」−の電位と
のクロストークを発生することがある。

第２に、所望の電子ビームブランキングを発生する為に
前記ブランキング電極２２０へ印加されねばならないブ
ランキング電位の大きさは市況ブランキングの位置の関
数である。一般的に、太きなブランキング電位は回避す
べきである。大きな電位はより高価な回路を必要とする
。更に、妥当なコストで得ることの可能なブランキング
電位の−に昇及び下降時間は、大きな電位よりも小さな
電位に対してより小さい。電子ビームのパルス動作の期
間中に電子ビームの移動を重要な要因とするのはこれら
の有限の上昇及び下降時間である。ブランキング電極電
位を電子ビームパルスの長さに比較して短い時間でター
ンオン及びオフすることが可能であると、所期的に中心
に合っていた導体からはずれて電子ビーム経路上のこれ
らの点からのＬ述した重み付げした電位のｉｌＺ均への
貢献度は無視出来る程度である。

第３に、ブランキング電極２２０が電子ビームコラム＠
１１６と相対的に整合せねばならない精度もブランキン
グ電極の配置の関数である。明らかに、ブランキング電
極を精密な整合を必要とする位置に配置することは経済
的理由から回避されるべきである。

従来方式において、ブランキング電極は典型的に第１５
図に示した如く２つの磁気レンズの間に配置されていた
。電子ビーム源２３２は円錐角２３４に渡って電子を放
出する。これらの電子は、第１磁気レンズ２３８によっ
て第２磁気レンズ２３６内に結像される。ブランキング
電極２４０は。

磁気レンズ２３８によって結像される電子が電子ビーム
システムの軸２４２を交差する点に配置されている。ブ
ランキング電位が印加されると、アパーチャ２４４が電
子ビーム電子をインターセプトする。ブランキング電位
の大きさは、このアパーチャの出口２４６に示した局限
の軌跡に沿って移動する電子を偏向するのに充分でなけ
ればならない。ブランキング電極２４０の位置決めは、
電位の上昇及び下降の期間中に最小の電子ビームの移動
を発生する。然し乍ら、それは、ブランキング電極２４
０を第１磁気レンズ２３８及び発生源２３２の間に位置
された場合におけるよりも一層高い電位及び整合精度が
必要とされる。

第１６図を参照すると１本発明のブランキング電極２４
８は、電子源２５０と第１磁気レンズ２５２との間に配
置されている。このことは、ブランキング電極が前述し
た如く磁気レンズ間に位置された場合に得られるであろ
う移動と相対的にブランキング電極を使用して電子ビー
ムをパルス動作させる時に標本上の電子ビームの移動を
増加させる。電子ビームパルス動作中の電子ビーム移動
のこの増加を制限する為に、電子源２５０とブランキン
グ電極２４８との間に第１アパーチヤ２５４が配置され
ている。第２アパーチヤ２５６は、電位が前記ブランキ
ング電極に印加される時にブランキング電極２４８によ
って偏向される電子をインターセプトする。前記ブラン
キング電極上に電位が存在しない場合、第１アパーチヤ
２４８を通過する電子を第１磁気レンズ２５２が第２ア
パーチヤ２５６内に結像する。３個のパラメータが最適
化されねばならず、それらは第１アパーチヤ２５４の寸
法、このアパーチャの磁気レンズと相対的な配置、及び
磁気レンズと相対的なブランキング電極の配置である。

アパーチャ２５４の最小寸法は１発生源２５０の物理的
寸法によって決定される。発生源は点源として第１６図
に示しであるが、それは実際には直径が５０ミクロンの
オーダである。アパーチャ２５４が発生源寸法よりも著
しく小さくすると、それは標本上へ合焦される電子数を
著しく減少させる。従って、アパーチャ２５４は発生源
の寸法のオーダに選択される。発生源２５０及び磁気レ
ンズ２５２と相対的なアパーチャ２５４の配置は、ブラ
ンキング電極２４８へ印加される電位における変化の期
間中標本上の点２５８での電子ビームの移動を最小とす
る様に選択される。発生源２５０及び磁気レンズ２５２
と相対的なブランキング電極２４８の配置は、アパーチ
ャ２５６からの電子ビームを偏向させることを必要とさ
れる電位を最小とする様に選択される。ブランキング電
極２４８のこの位置は、発生源２５０と磁気レンズ２５
２との間の距離の１／４と１／２との間である様に選択
される。アパーチャ２５４の最適位置は機械的及び電気
的に実現可能な範囲でブランキング電極２４８へ可及的
に近接させる。第７図に示した好適実施例においては、
アパーチャ及びレンズのこの配列は、ブランキング電極
に５■の電圧が印加された時に発生源において０．２ミ
クロン以下の移動が発生する。

従来の方式は、典型的に４０Ｖのブランキング電位を必
要としていた。典型的な集積回路上の導体は２ミクロン
のオーダであるから、この運動の墓は許容可能である。

剌晃４（上辺１４Ｉ」λ一 本発明の装置内で測定すべき標本は、屡々、第１７図に
示した如く絶縁物質の層で被覆した導体を包含すること
がある。下側の導体２６０に印加される電圧は、絶縁物
質２６４の表面２６２上に発生される電位となる。従っ
て、原理的には、導体を被覆する絶縁体の表面の電位を
測定することによって下側の導体に印加された波形を測
定することが可能なはずである。実際上、１１１ｇ定過
程中に電子ビーム自身によって発生される表面電位にお
ける変動の為にこのことを達成することは困難である。

第１３図を参照して説明した如く、電子ビーム衝撃の結
果として発生された二次電子の数１ｊ、電子ビームエネ
ルギの関数である。約２ＫａＶを越える電子ビームエネ
ルギの場合、絶縁表面に衝突する各電子ビーム電子に対
して１個未満の二次電子が発生される。このことは１表
面トに電子が蓄積されることとなる。問題の表面は絶縁
体であるから、この蓄積された電荷は漏れ流れることは
出来ない。従って１表面は次第により負に帯准され、そ
れは、標本表面に衝突する電子のエネルギを実効的に変
化させるのに充分に高い電位となる迄継続する。この点
における表面電位は、非常に大きく、従って下側の導体
に印加される電位から発生する種本電位における何れか
の変化は検知するには小さ過ぎる。従って、従来の方式
では高エネルギ電子ビームを使用しており、従って絶縁
層の下側に埋込んだ導体上の波形を測定することは負荷
のである。

電子ビームエネルギを約２ＫｅＶ未満に低下させると、
この大きな負の電位蓄積を回避することが可能である。

この場合、上述した如く、表面は。

捕獲される電子ビーム電子の各々に対して１個の二次電
子が逃避する状態で安定な正電位に到達する。この電位
は、シリコンＶＬＳ　Ｎチップ」二で使用される絶縁物
質の場合には、約４■である。この電位は、下側の導体
に典型的な５■の電位を印加することによってその中に
発生される差異を観測することが可能である程充分に小
さい。

５■の正電位を下側の導体に印加すると、標本の表面は
約４■の平衡電位から約９ｖの電位へ移動し、正確な電
位は絶縁層の厚さに依存する。今や表面は４■の１１衡
電位よりも大きな電位へ正に帯電されているので、二次
電子のＪ：り大きな部分は表面によって再捕獲される。

この大きな再捕獲は、より少ない二次電子が電子検知器
へ到達することとなり、即ち、テス］−プローブは標本
の表面上の正電位を測定する。従って、２ＫｅＶ以下へ
の電子ビームエネルギの減少は、該絶縁体の表面上の電
位を測定することを可能とする。好適実施例において、
電子ビームはＩＫｅＶのエネルギを持っている。

然し乍ら、標本表面によって再捕獲されるより多数の二
次電子は、それが再度］を衡電位に到達する迄次第によ
り少なく正となる様に帯電される。

このことは、第１８図に図示しである。導体電位Ｖｃが
２６６で示した如く■−からＶ＋へ変化すると、表面電
位ＶＰは所期的にＶｅｑから上昇し且つ一層正に帯電さ
れ５それは射出される二次電子の数が減少される。この
ことは、テストプローブによって測定される正電位は２
６８で示す如くである。これらの再捕獲された付加的な
二次電子は、表面をより少なく正に帯電させ、従って、
測定された表面電位はそれが再度Ｖｅｑに到達する迄減
少する。下側の導体上の電位Ｖｃが２７０で示した如く
ゼロに復帰し１表面型位は突如■十抱は減少する。この
ことは、表面からより多数の二次電子が逃避することと
なり、即ち測定は２７２で示した如く表面電位において
負の振れを表す。この表面から逃避する二次電子の増加
した数は、百度■ｅ９に到達する迄、表面は次第に一層
正に帯電される。実際には、測定される信号は微分され
る。従って、電子ビーム電−ｆ−の各々に対して］個を
越えた二次電子が発生される領域に電子ビームエネルギ
を単に減少するだけでは下側の導体上の波形を正確に測
定するのには充分ではない。

この微分は、表面が、下側の波形の■十部分の期間中に
それが失うよりも多くの二次電子を捕獲し、且つ該波形
の■−布部分間にそれが得るよりも多くの二次電子を失
うことの結果である。本発明の装置は、波形のＶ十部分
の間に得られた二次電子が波形のＶ一部分の間に失われ
た二次電子を補償する傾向にあるという様に電位測定を
順次命令することによってこの微分を回避している。本
発明の方法においては、繰り返し波形が下側導体へ印加
される。測定がなされるべき間の前記繰り返しテストパ
ターンの期間を特定する２個の時間が本発明に入力され
る。次いで電位測定をこれらの２つの時間の間でランダ
ムな時間に行う。各ｉ１＋’１定はそれを行った時間と
共にス１へア即ち格納する３時間の関数として電位をプ
ロットするのに充分なデータが収集されると、電位結果
が表示される９下側の波形が時間の半分がＶ＋で時間の
他の半分がＶ−であると、平均して下側導体がＶ十次い
でＶ−で連続する測定が行われる。下側導体がＶ十にあ
る時に表面に得ら九た二次電子は、下側の導体がＶ−の
時に表面によって失われる二次電子によって補償される
。従って、測定プロセス中に表面に衝突する電子ビーム
から得られる導体の表面電位における正味の長期間の変
化はない。下側導体へ印加さ九る波形が半分がＶ＋で１
分がＶ−でない場合、補償は完全ではないが、従来方式
よりも尚著しく良好である。

以上、本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子ビームテストプローブが動作する基本原理
を示した概略図、第２図は電子ビームで衝撃した後に導
体から出る電子のエネルギ分布を示した説明図、第３図
は従来の電−ｆビームテストプローブ方式によって使用
される基本的方法及び装置を示した概略図、第４図は電
子ビームの方向に平行及び直交する成分への二次電子速
度ベクトルの分解を示した説明図、第５図は隣の導体に
よって発生される電界からえらる二次電子飛行経路を示
した説明図、第６図は標本と合焦用磁気レンズとの間に
２個のグリッドを使用することの必要性から発生する従
来技術の問題を示した説明図。 第７図は本発明に基づくテストプローブを示した４１１
図、第８（ａ）図は本発明の好適実施例において使用さ
れるコリメー１へ用磁気Ｉノンズの概略断面図、第８（
ｂ）図は第８（ａ）図に示したコリメート用磁気レンズ
によって発生される磁束パターンを示した説明図、第９
同は光学系によるホトンのコリメート作用を説明する説
明図、第１０図は本発明の好適実施例において使用され
るコリタート用磁気レンズによる二次電子のコリメート
作用を示した説明図、第１］図は本発明に基づく「ボク
サー」積分回路の概略図、第１２図は標本と相対的に電
子ビームコラムを移動させる本発明に基づいて設けられ
た機械的調節を示した概略図、第１３図はＷｌ撃電子ビ
ームにおける電子当り絶縁体から射出される二次電子数
と衝＠電子ビームのエネルギとの間の関係を示したグラ
フ図、第１４図は本発明に基づく遅延回路の概略図、第
１５図は典型的な従来の電子ビームテストプローブシス
テムにおけるブランキング電極の配置を示した概略図、
第１６図は本発明に基づくテストプローブにおいてブラ
ンキング電極の配置を示した概略図、第１７図は標本上
の埋込導体及び前記導体に印加される正電位に応答して
発生される電荷分布を示した説明図、第１８図は第１７
図に示した埋込導体に矩形波が印加された時に測定した
電位を示した説明図、出あるゆ （符号の説明） １００：テストプローブ １０２：フィラメント １０４：加速電極 １０６：オリフィス １０８：標本 １１０．１１２：磁気レンズ １１４：偏向コイル １１６：軸 １２０：二次電子検知器 特許出願人　　　　シュルンベルジェ　チクノロシイ　
コーポレーション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、標本上の所定の点において該標本の電位を測定する
   電子ビームテストプローブにおいて、前記標本を電子ビ
   ームで衝撃する手段、前記電子ビーム衝撃に応答して前
   記標本から射出された二次電子をコリメートするコリメ
   ート用磁気レンズ手段であって前記二次電子の速度ベク
   トルが前記コリメート作用の後に前記磁気レンズの軸と
   実質的に平行とさせるコリメート用磁気レンズ手段、前
   記コリメータされた二次電子のエネルギ分布を検知する
   手段、を有することを特徴とするテストプローブ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記磁気レンズ手
   段が前記電子ビームを前記標本上に合焦させる手段を有
   していることを特徴とするテストプローブ。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記磁
   気レンズは前記磁気レンズの物理的境界の下方に存在す
   る合焦点を持っていることを特徴とするテストプローブ
   。 ４、特許請求の範囲第１項乃至第３項の内の何れか１項
   において、前記磁気レンズ手段は、前記標本に向かって
   角度を持って傾斜してその内部にスロットを具備するポ
   ールピースを有する電磁石であり、前記磁気レンズ手段
   の物理的境界の外側で且つ実質的に前記電子ビームが前
   記標本を衝撃する点に最大磁束領域を発生させることを
   特徴とするテストプローブ。 ５、特許請求の範囲第２項乃至第４項の内の何れか１項
   において、前記磁気レンズ手段が一様な磁束領域を有し
   ていることを特徴とするテストプローブ。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項の内の何れか１項
   において、前記エネルギ分布検知手段が電位障壁及び前
   記電位障壁を通過する電子を検知する手段を有している
   ことを特徴とするテストプローブ。 ７、特許請求の範囲第５項において、前記電位障壁は前
   記一様磁束領域内に位置している管状電極を有しており
   、前記管状電極は静電電位へ荷電されていることを特徴
   とするテストプローブ。 ８、特許請求の範囲第７項において、前記管状電極はそ
   の直径の２倍よりも大きな長さを持っていることを特徴
   とするテストプローブ。 ９、特許請求の範囲第７項又は第８項において、前記電
   子ビーム衝撃に応答して前記標本から射出される前記二
   次電子の所定の一部が前記電子検知手段によって検知さ
   れる様な値に前記管状電極の前記静電電位を維持する手
   段を有することを特徴とするテストプローブ。 １０、特許請求の範囲第６項乃至第９項の内の何れか１
   項において、前記電位障壁を通過する電子を検知する手
   段が、電子を計数する手段、前記電位障壁を通過する電
   子を前記電子計数手段へ衝突させる指向手段を有するこ
   とを特徴とするテストプローブ。 １１、特許請求の範囲第１０項において、前記電子計数
   手段はシンチレーションカウンタを有していることを特
   徴とするテストプローブ。 １２、特許請求の範囲第１０項において、前記電子計数
   手段はファラデーカップを有していることを特徴とする
   テストプローブ。 １３、特許請求の範囲第１０項において、前記電子計数
   手段はソリッドステートの荷電粒子検知器を有している
   ことを特徴とするテストプローブ。 １４、特許請求の範囲第１０項において、前記電子計数
   手段が電子増倍管を有していることを特徴とするテスト
   プローブ。 １５、特許請求の範囲第１０項乃至第１４項の内の何れ
   か１項において、前記指向手段が、所定のエネルギ値よ
   り小さなエネルギを持った電子を前記電位計数手段の方
   向へ偏向させる第１静電手段、前記偏向された電子を前
   記計数手段に衝突させる第２静電手段を有することを特
   徴とするテストプローブ。 １６、特許請求の範囲第１５項において、前記所定のエ
   ネルギ値が前記標本によって後方散乱される前記電子ビ
   ームからの電子のエネルギよりも低いことを特徴とする
   テストプローブ。 １７、特許請求の範囲第１５項又は第１６項において、
   前記第１静電手段が負電位に維持されており前記電子ビ
   ームと実質的に平行な軸を持った管状電極を有しており
   、前記管状電極はその一部を除去して前記偏向された電
   子が通過して前記電子計数手段へ到達する通路を形成し
   ていることを特徴とするテストプローブ。 １８、特許請求の範囲第１６項又は第１７項において、
   前記第２静電手段が、前記第１静電手段と前記電子計数
   手段との間に位置する正電位領域を有することを特徴と
   するテストプローブ。 １９、特許請求の範囲第１項乃至第１８項の内の何れか
   １項において、前記電子ビームの強度を変調する手段を
   有しており、前記エネルギ分布検知手段が、前記コリメ
   ータされた二次電子の数に応答する電気信号を発生する
   手段、前記電子ビーム内の変調と前記発生手段からの電
   気信号の対応する変調の間の時間遅れを検知する手段を
   有することを特徴とするテストプローブ。 ２０、特許請求の範囲第１項乃至第１９項の内の何れか
   １項において、前記電子ビームが５００乃至１５００ｅ
   Ｖの間のエネルギを持っていることを特徴とするテスト
   プローブ。 ２１、特許請求の範囲第１項乃至第２０項の内の何れか
   １項において、孔を具備する接地されたプローブカード
   電極を有しており、前記接地電極は前記磁気レンズ手段
   と前記標本との間に位置されており、該電子ビームが前
   記孔を通過し前記標本へ衝突することを特徴とするテス
   トプローブ。 ２２、特許請求の範囲第１項乃至第２１項の内の何れか
   １項において、前記コリメート用磁気レンズと相対的に
   固定させた前記標本の位置を維持する一方前記標本と相
   対的に前記電子ビームを移動させる操縦手段を有するこ
   とを特徴とするテストプローブ。 ２３、特許請求の範囲第２２項において、前記操縦手段
   が２つの直交方向の何れか１つへ前記電子ビームを偏向
   させる磁気コイル手段を有しており、各直交方向は前記
   電子ビームの方向に垂直であることを特徴とするテスト
   プローブ。 ２４、特許請求の範囲第２３項において、前記磁気コイ
   ル手段は、前記電子ビームが通過する通路を有しており
   、前記通路は１０＾４Ω・ｃｍ乃至１０＾８Ω・ｃｍの
   間の導電率を持った多少導電性のプラスチックから形成
   されている壁を持っていることを特徴とするテストプロ
   ーブ。 ２５、特許請求の範囲第２２項において、前記操縦手段
   は２つの直交方向の何れか１つへ前記電子ビームを偏向
   させる静電偏向手段を有しており、各前記直交方向は前
   記電子ビームの方向に垂直であることを特徴とするテス
   トプローブ。 ２６、特許請求の範囲第１項乃至第２５項の内の何れか
   １項において、前記標本と相対的に前記テストプローブ
   を移動させる手段を有することを特徴とするテストプロ
   ーブ。 ２７、特許請求の範囲第２６項において、前記標本と相
   対的に前記テストプローブを移動させる手段が、２つの
   直交する方向の何れか一方へ前記テストプローブを並進
   運動させる手段を有しており、前記各直交方向は前記電
   子ビームの方向に垂直であることを特徴とするテストプ
   ローブ。 ２８、特許請求の範囲第１項乃至第２７項の内の何れか
   １項において、前記テストプローブに前記標本を整合さ
   せる手段を有しており、前記整合手段が、各々が前記電
   子ビームの方向に垂直である２つの直交方向の何れか一
   方へ前記標本を並進運動させる手段、前記電子ビームの
   方向に平行な方向に前記標本を並進運動させる手段、前
   記電子ビームの方向と平行な軸の周りを前記標本を回転
   させる手段を有することを特徴とするテストプローブ。 ２９、特許請求の範囲第１項乃至第２８項の内の何れか
   １項において、パルス期間を規定する手段、前記パルス
   期間中にのみ前記電子ビームを前記標本へ衝撃させるパ
   ルス手段、トリガパルスを発生する手段、前記トリガパ
   ルスと相対的に前記パルス期間のタイミングを特定する
   タイミング手段を有することを特徴とするテストプロー
   ブ。 ３０、特許請求の範囲第２９項において、前記パルス手
   段が、前記電子ビームを発生する電子源手段、前記電子
   源手段によって所定角度よりも大きな角度で射出された
   電子を除去する第１アパーチャ手段、ブランキング電位
   を発生する手段、前記ブランキング電位が発生された時
   に前記第１アパーチャ手段によって通過された電子を偏
   向させるブランキング電極手段、前記ブランキング電極
   手段によって偏向された電子をインターセプトする第２
   アパーチャ手段、ブランキング電位が発生されない場合
   に前記第１アパーチャ手段によって除去されなかった電
   子を前記第２アパーチャ手段内に結像させる第１磁気レ
   ンズ手段、前記第２アパーチャ手段によってインターセ
   プトされなかった電子を標本上へ合焦させる第２磁気レ
   ンズ手段、を有することを特徴とするテストプローブ。 ３１、特許請求の範囲第３０項において、前記電子源手
   段がタングステン陰極を有していることを特徴とするテ
   ストプローブ。 ３２、特許請求の範囲第３０項において、前記電子源手
   段が、バリウムカルシウムアルミン酸塩化合物を浸透さ
   せた有孔性タングステン陰極を具備する陰極ディスペン
   サを有していることを特徴とするテストプローブ。 ３３、特許請求の範囲第３０項乃至第３２項の内の何れ
   か１項において、前記第２磁気レンズ手段が前記コリメ
   ート用磁気レンズ手段を有していることを特徴とするテ
   ストプローブ。 ３４、特許請求の範囲第３０項乃至第３３項の内の何れ
   か１項において、前記ブランキング電極手段が前記電子
   源手段と前記第１磁気レンズ手段との間の距離の１／４
   及び１／２の間に位置されていることを特徴とするテス
   トプローブ。 ３５、特許請求の範囲第３０項乃至第３３項の内の何れ
   か１項において、前記第１アパーチャ手段が実質的に前
   記ブランキング電極手段に隣接して位置されていること
   を特徴とするテストプローブ。 ３６、特許請求の範囲第２９項乃至第３５項の内の何れ
   か１項において、前記タイミング手段が、前記トリガ信
   号の受け取りに続いて規則的な間隔でタイミング信号を
   発生する再開始可能なオシレータ手段、前記タイミング
   信号を計数し前記タイミング信号の特定数が計数された
   時に活性信号を発生する計数手段、前記規則的な間隔の
   １つ未満又はそれに等しい特定時間の間前記活性信号を
   遅延させる可変遅延手段、を有することを特徴とするテ
   ストプローブ。 ３７、特許請求の範囲第２９項乃至第３６項の内の何れ
   か１項において、エネルギ分布検知手段が、特定した障
   壁エネルギよりも小さなエネルギを持った前記二次電子
   が前記コリメート用磁気レンズ手段を介して通過するこ
   とを防止する電位障壁手段、前記コリメート用磁気レン
   ズ手段を通過する二次電子を検知する手段、前記障壁エ
   ネルギを特定する手段、を有しており、前記標本から出
   る二次電子の所定の部分が前記電位障壁手段を通過する
   ことを特徴とするテストプローブ。 ３８、特許請求の範囲第３７項において、前記障壁エネ
   ルギを特定する手段が、電流電圧変換手段であってそれ
   が第１状態にある場合には実質的にゼロ電圧を発生し且
   つそれが第２状態にある場合には前記二次電子検知手段
   によって検知される二次電子数に応答する電圧を発生す
   る電流電圧変換手段、前記パルス手段に応答し前記電流
   電圧変換手段の状態を設定する第１スイッチ手段、前記
   発生した電圧の時間に関しての平均を決定する積分器手
   段、前記電流電圧変換手段及び前記積分器手段へ動作接
   続されており前記パルス手段に応答して前記発生された
   電圧を前記積分器手段へ接続させる第２スイッチ手段を
   有しており、前記第１スイッチ手段は前記標本の前記電
   子ビーム衝撃からの二次電子が前記エネルギ分布検知手
   段に存在しない時に前記電流電圧変換器手段を前記第２
   状態に設定し且つその他の全ての時には前記第１状態に
   設定し、前記第２スイッチは前記標本の前記電子ビーム
   衝撃からの二次電子が前記エネルギ分布検知手段に存在
   する時にのみ前記発生された電圧を前記積分器手段へ接
   続させることを特徴とするテストプローブ。 ３９、特許請求の範囲第３８項において、前記電導電圧
   変換器手段は、増幅器、前記増幅器の利得を制御するス
   イッチ動作可能な抵抗手段を有しており、前記スイッチ
   動作可能な抵抗手段は前記第１状態において実質的にゼ
   ロ抵抗値を又前記第２状態において所定の抵抗値を供給
   することを特徴とするテストプローブ。 ４０、特許請求の範囲第２９項乃至第３９項の内の何れ
   か１項において、繰り返しテスト信号パターンを前記標
   本へ接続する手段、電位測定を行うべき期間中前記繰り
   返しテスト信号パターンと相対的な期間を特定する第１
   及び第２時間を規定する手段、前記第１及び第２時間の
   間にランダムに選択される時間に前記トリガパルスを発
   生する手段、前記電子ビームパルスから得られ且つ前記
   エネルギ分布検知手段によって検知される二次電子のエ
   ネルギ分布及び前記トリガパルスが発生された時間を表
   すデータをストアする手段、前記トリガパルスが発生さ
   れた時間の関数として前記データを表示する手段、を有
   することを特徴とするテストプローブ。 ４１、標本上の１つ以上の点において電位を測定するテ
   ストプローブ方式において、電子ビームコラム、前記標
   本へ電気的接続を与える真空容器手段、前記標本へ電気
   的接続を与えるプローブカード手段、前記標本を前記プ
   ローブカード手段と相対的に移動させる標本位置決め手
   段、前記電子ビームコラムを前記プローブカード手段と
   相対的に移動させるコラム位置決め手段、を有すること
   を特徴とする方式。 ４２、特許請求の範囲第４１項において、前記電子ビー
   ムコラムが、５００乃至１５００ｅＶの間のエネルギを
   持った電子ビームを供給する電子ビーム源手段、前記電
   子ビームを所定の軸と相対的に整合させる整合手段、前
   記電子ビームの発散角度を規定する第１アパーチャ手段
   、ブランキング信号を発生する手段、前記ブランキング
   信号が発生される時に前記電子ビームを偏向させるブラ
   ンキング電極手段、前記電子ビームが前記ブランキング
   電極手段によって偏向される時に前記電子ビームをイン
   ターセプトする第２アパーチャ手段、ブランキング信号
   が発生されない時に前記第１アパーチャ手段によって除
   去されなかった電子を前記第２アパーチャ手段内に結像
   させる第１磁気レンズ手段、前記電子ビームが前記標本
   上の選択した点を衝撃するべく各々が前記所定の軸に対
   して垂直である２つの直交方向の何れか一方に前記電子
   ビームを偏向させる電子ビーム操縦手段、前記電子ビー
   ムを前記標本上へ合焦させ且つ前記標本の前記電子ビー
   ム衝撃に応答して発生される二次電子をコリメートする
   コリメート用磁気レンズ手段であって前記第１磁気レン
   ズ手段は前記電子ビームを前記コリメート用磁気レンズ
   手段へ合焦させるコリメート用磁気レンズ手段、前記コ
   リメート用磁気レンズ手段によってコリメートされ第１
   特定エネルギよりも大きく且つ第２特定エネルギよりも
   小さなエネルギを持った二次電子を検知する電子検知手
   段であって前記第２特定エネルギは前記標本によって後
   方散乱される前記電子ビームからの電子のエネルギより
   も小さいものである電子検知手段を有することを特徴と
   するテストプローブ方式。 ４３、特許請求の範囲第４２項において、前記コリメー
   ト用磁気レンズ手段が、前記電子ビームが前記標本を衝
   撃する点と実質的に一致して強力な磁束領域を持ってお
   り且つ前記所定の軸と実質的に平行な磁力線を持った一
   様な磁束の領域を持っている磁気レンズを有しており、
   前記電子検知手段が、電子を計数する電子計数手段、前
   記第１特定エネルギよりも小さなエネルギを持った電子
   が前記電子計数手段に到達することを防止する電位障壁
   手段、前記特定エネルギよりも小さなエネルギを持った
   電子を前記電子計数手段内へ偏向させる電子偏向手段、
   を有することを特徴とするテストプローブ方式。 ４４、特許請求の範囲第４１項乃至第４３項の内の何れ
   か１項において、前記標本位置決め手段が各々が前記所
   定の軸に垂直である２つの直交方向の何れか一方に前記
   標本を並進運動させる手段を有しており、前記所定の軸
   に平行な方向に前記標本を並進運動させる手段、前記所
   定の軸に平行な軸の周りに前記標本を回転させる手段を
   有することを特徴とするテストプローブ方式。 ４５、特許請求の範囲第４１項乃至第４４項の内の何れ
   か１項において、前記コラム位置決め手段が、各々が前
   記所定の軸に垂直である２つの直交方向の何れか一方に
   前記電子ビームコラムを並進運動させる手段を有するこ
   とを特徴とするテストプローブ方式。 ４６、異なった静電電位に維持された２つの構成体を分
   離する支持体において、前記構成体の何れかの電位を変
   化させるのに充分な電流が前記構成体間に流れることと
   なる固有抵抗よりも大きな固有抵抗を持った多少導電性
   のプラスチックを有しており、前記支持体によって捕獲
   された電荷が前記支持体の周りの静電界を著しく変化さ
   せることを防止するのに充分に短い時間で前記電荷が漏
   洩することを可能とするのに充分に前記固有抵抗が低い
   ことを特徴とする支持体。 ４７、特許請求の範囲第４６項において、前記プラスチ
   ックが１０＾４乃至１０＾■Ω・ｃｍの固有抵抗を持っ
   ていることを特徴とする支持体。 ４８、特許請求の範囲第４６項において、前記プラスチ
   ックは非導電性プラスチックであり、前記プラスチック
   を成形する前に導電性物質が前記非導電性プラスチック
   と混合されることを特徴とする支持体。 ４９、特許請求の範囲第４８項において、前記導電性物
   質がカーボンブラックであることを特徴とする支持体。 ５０、実質的に点源から射出された荷電粒子をコリメー
   トして実質的に所定の方向へ移動する荷電粒子ビームと
   させる磁気レンズにおいて、前記荷電粒子の通過を許容
   するのに充分な寸法であり前記所定の方向と平行な軸を
   持っている通路を具備するポールピース、前記ポールピ
   ースに結合された電気コイル手段、前記電気コイル手段
   内に電流を流す手段を具備しており前記電気コイル手段
   を付勢する手段、を有しており、前記ポールピースは前
   記電気コイル手段が付勢された時に磁気回路を発生する
   形状とされており、前記磁気回路は強力な磁束が発生さ
   れる第１領域であって前記荷電粒子が射出される点と実
   質的に一致する第１領域及び前記第１領域内で発生され
   るよりも強度の低い一様な磁束を発生する第２領域であ
   ってそこでの磁束場線は前記所定の方向と平行である第
   ２領域を持っている磁界を発生することを特徴とする磁
   気レンズ。 ５１、特許請求の範囲第５０項において、前記ポールピ
   ースが、環状ダクト及び前記所定の方向に実質的に平行
   な軸を持った実質的に円筒状の通路を構成する透磁性物
   質の鞘を有しており、前記電気コイル手段は前記環状ダ
   クト内に位置されており、前記電気コイル手段は主に前
   記鞘内を流れる磁束を持った磁気回路を発生させ、前記
   鞘はそれを介して延在し前記鞘に閉じ込められている前
   記磁気回路の部分を中断する間隙を形成する環状スロッ
   トを有しており、前記鞘に閉じ込められている磁束は強
   制的に前記間隙を横断させられ且つ前記鞘の物理的境界
   の外側へ延在させ、前記鞘の外側の最大磁界領域が前記
   荷電粒子の射出点と実質的に一致することを特徴とする
   磁気レンズ。 ５２、特許請求の範囲第５１項において、前記透磁性物
   質が強磁性であることを特徴とする磁気レンズ。 ５３、標本上の点に電子ビームを指向させる手段、前記
   電子ビームと前記標本との干渉から発生する二次電子を
   コリメートする磁気レンズ、電子検知器を有するテスト
   プローブ装置において標本の電位を測定する方法におい
   て、前記電子ビームを前記標本上の選択した点に指向さ
   せ、前記標本上の前記点から射出された二次電子を前記
   磁気レンズとコリメートさせて前記二次電子の速度ベク
   トルが前記コリメート作用の後に前記磁気レンズの軸と
   実質的に平行とさせ、前記コリメートされた二次電子の
   エネルギ分布を検知し、前記検知したエネルギ分布から
   前記標本上の前記点の電位を計算することを特徴とする
   方法。 ５４、特許請求の範囲第５３項において、前記コリメー
   トされた二次電子のエネルギ分布を検知するステップに
   おいて、特定のエネルギよりも大きなエネルギを有する
   前記コリメートされた二次電子の数を測定することを特
   徴とする方法。 ５５、特許請求の範囲第５３項又は第５４項において、
   前記標本上の前記点の電位を計算するステップにおいて
   、前記電子検知器に到達する前記コリメートされた二次
   電子の所定の部分となる前記特定のエネルギの値を決定
   することを特徴とする方法。 ５６、特許請求の範囲第５５項において、前記テストプ
   ローブ装置は、前記標本へ繰り返し電気的テストパター
   ンを付与する手段及び前記テストパターンと相対的に所
   定の時間で前記電子ビームをパルス化させる手段とを有
   しており、前記エネルギ分布を検知するステップにおい
   て、前記電子ビームパルスに応答して発生された二次電
   子のエネルギを検知することを特徴とする方法。 ５７、特許請求の範囲第５６項において、前記電子ビー
   ムを周期的に前記標本上の前記点の周りの前記標本の特
   定の区域を走査させることを特徴とする方法。 ５８、特許請求の範囲第５６項又は第５７項において、 ａ）その間に前記標本上の電位測定を行う前記繰り返し
   テストパターンと相対的な２つの時間を選択し、 ｂ）２つの選択した時間の間で前記所定の時間をランダ
   ムに選択し、 ｃ）前記ランダム時間に測定した電位と共に前記ランダ
   ム時間の値をストアし、 ｄ）前記２つの選択した時間の間で常に前記標本上の電
   位を計算する為に充分な電位測定がストアされる迄ステ
   ップｂ）及びｃ）を繰り返し、ｅ）測定された時間の関
   数として前記電位測定を遅延させる、上記各ステップを
   有することを特徴とする方法。