JPS6237939A

JPS6237939A - 電子デバイスの試験装置およびその使用方法

Info

Publication number: JPS6237939A
Application number: JP60177449A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshizawa; 吉沢　正浩; Akira Kikuchi; 章菊池; Yasushi Wada; 康和田; Akihira Fujinami; 藤波　明平; Nobuo Shimazu; 信生島津
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-08-12
Filing date: 1985-08-12
Publication date: 1987-02-18
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPH0682718B2; US4851768A; EP0228502A1; EP0228502B1; DE3676667D1

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、Ｖ　Ｌ　Ｓ　Ｉ等の電子デバイスの特性評価
あるいは障害検出を、製造工程の途中で荷電ビ−ムによ
り非接触で行うための試験装置に関するものである。特
に、ＦＥＴ、　インバータの闇値電圧等のトランジスタ
特性の測定等を行う試験装置およびその使用方法に関す
るものである。

〔従来の技術］ＶＬＳＩなどの撒細な電子デバイスの実現には、製造工
程の途中で電子デバイスの試験を行うための試験装置の
開発が不可欠である。従来から、電子デバイスの微細な
パターンの電気的特性試験を行うために、空間分解能の
よい電子ビームを用いた電子ビームテスタが用いられて
いる。−１−記の電子ビームテスタとしては、たとえば
、「ＩＣ用電子ヒビーム験技術」、スキャニング・エレ
クトロン・マイクロスコビイ、　１９８１．第１巻、３
０５頁（「ＥＬｌｉＣＴｌｉＯＮ　　ＢＥＡＭ　　ＴＥ
ＳＴ　　ＴＥＣＩＩＮＩ（ＩＩＩＥｓ　　ＦＯＲＩＮＴ
ＥＧｌ？ＡＴＥＤＣＩＲＣＵＩＴＳＪ　＋Ｓｃａｎｎｉ
ｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ旧Ｃｒ０３ＣＯｐｙ＋　１９８
１、νｏ１．Ｌｐ、３ｆ’１５）に記載されているもの
がある。

第１０図（ａｌは電位コントラストの測定、第１０図ｆ
ｂｌは電位信号波形の測定を行うための装置構成を示し
た図である。

第１０図（ａ）において、１は電子銃、２はレンズ、３
は電子ビームの照射点を定めるためのスキャンコイル、
４はスキャンコイル３に電流を供給するためのスキャン
・ゼネレータ、５は二次電子ＳＥを検出するための検出
器、６は検出器５の出力信号を増幅する増幅器、７は試
験対象ＩＣを駆動するためのＩＣドライブ・ユニット、
８はモニタ用ＴＶである。

また第１０図（ｂ）において、９はチョッパ、１０はチ
ョッパ９にパルスを供給するパルス・ゼネレータ、１１
は信号移相を行うフェース・シフタ、１２は信号を遅延
させるディレィ・ユニット、１３は二次電子スペクトロ
・メータ、１４はリニアライゼーション・ユニット、Ｉ
５はオシロスコープ・プロッタである。第１０図ｉｂ）
において第１０図（ａｌと同一部分又は相当部分には同
一符号がイ」シである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第１０図（ａｌ、　ｆｂｌに示す装置は、ＩＣパッケー
ジに封じられた電子デバイスへ列部端子から接触式手段
によりテスト信号を入力しており、検出手段としてのみ
電子ビームを使用する装置構成である。

接触式手段とは、第１０図において、試験対象ＩＣとＩ
Ｃドライブ・ユニットの結線が接触式手段であることを
示している。従って、外部端子との接続に面積の大きい
電極を必要とし、完成されたウェハまたはＬＳＩの機能
検査等に用いられ、製造途中での試験には用いられてい
なかった。また、電子ビームを電圧コントラストの像の
表示またはある点の電位の時間変化を観察するためのプ
ローブとして用いており、電圧の供給源としての電子ビ
ームの使い方がなされていなかった。

また特開昭５７−１９６５４０号公報あるいは特公昭４
５−８８２０号公報にあるように、電子ビームを電子デ
バイスの一部に照射し、その場所もしくは他の場所の二
次電子をエネルギーアナライザ等を用いて測定してゲー
トリーク、金属配線の断線の有無を評価する試験装置や
方法が提案されている。しかし、この方法では、荷電ビ
ームの照射点の電位は時間とともに増減し一定に保たれ
ないので、定量的な特性試験は行えないという問題があ
った。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するために本発明は、照射位置
の電位が設定値になるように一次荷電ビームを制御する
制御回路と、上記荷電ビームの照射位置と異なる複数の
照射位置に一ト記荷電ビームと異なる荷電ビームを照射
する電圧供給測定用手段と、上記複数の照射位置からの
二次電子を区別して検出しそれぞれの電位を測定する測
定手段とを設けるようにしたものである。

また使用方法として、荷電ビームを電子デバイスの第１
の位置に照射し、ビーム電流等の制御により照射位置の
電位をある値に設定した後第１の照射位置と異なる第２
の位置に荷電ビームを照射することにより第２の照射位
置の電位を変化させ、上記２点とは異なる電子デバイス
の第３の照射位置の電位を測定することにより電子デバ
イスの電気特性を測定し、電子デバイスの動作の良否を
判断するようにしたものである。

〔作用〕

本発明においては、２本又は３本の荷電ビームを用いて
第１．第２の照射位置に所定の値に制御された電位を非
接触で供給し、第３の照射位置の電位を測定する。

２本の荷電ビームを用いる場合、第１の照射位置に第１
の荷電ビームを照射してこの照射位置の電位を設定し、
第２の照射位置と第３の照射位置に対して第２の荷電ビ
ームをある時間間隔で交互に照則し、第２の照射位置に
荷電ビームが照射されている時にごの照射位置の電位を
設定し、第３の照射位置に荷電ビームが照射されている
時にこの照射位置の電位を測定する。

３本の荷電ビームを用いる場合、第１の照射位置に第１
の荷電ビームを照射してこの照射位置の電位を設定し、
第２の照射位置を第２の荷電ビームで照射してこの照射
位置に電圧を供給し、第３の照射位置を第３のビームで
照射してこの照射位置の電位を測定する。

〔実施例〕

本発明に係わる電子デバイスの試験装置の一実施例を第
１図に示す。この装置は２本の鏡筒を有し、電圧供給用
鏡筒としての第１の鏡筒は筒２０ａ、加速電圧源２４．
アライナ２５．レンズ２６、ブランカ２８．ブランキン
グアパーチャー３０、偏向器３１．対物レンズ３３から
構成され、電圧供給測定用鏡筒としての第２の鏡筒は筒
２０ｂ、加速電圧源２４．アライナ２５．レンズ２６゜
ブランカ２８．ブランキングアパーチャー３０゜偏向器
３１．対物レンズ３３から構成されている。

第１の鏡筒から発生した荷電ビーム２１は加速電圧源２
４により加速され、試料台３５の上の電子デバイス３４
上の第１の照射位置に照射される。

第２の鏡筒から発生した荷電ビーム２２は加速電圧源２
４により加速され、試料台３５の一ヒの電子デバイス３
４」−の第２．第３の照射位置に照射される。この電子
デバイス３４は、完成デバイスに限らず、製造工程中の
ウェハであってもよい。２７はレンズ電源、２７ａは制
御回路としてのビーム電流制御回路、２９はブランキン
グ電源、３２は偏向電源である。荷電ビーム２１を偏向
器３１で電子デバイス３４の所定の位置に照射するよう
に偏向させるとともに、対物レンズ３３で焦点調整を行
う。第１図では、各鏡筒１組の偏向器しか図示していな
いが、Ｘ、Ｙの２方向に偏向するため、実際には２組の
偏向器と偏向電源がある。ビー１、電流はレンズ電源２
７を変化させて調整する。

Ｎ電ビームのオン・オフはブランカ２８に７１０．ｔル
ミ圧で制御する。これらはいずれも通常の走査電子顕微
鏡と同じである。２２は第２の鏡筒から発生した荷電ビ
ームである。

３６は電子デバイスから発生した二次電子のエネルギー
を分析して電位を求めるためのエネルギー分析器、３７
は二次電子を検出して二次電子信号を出力する二次電子
検出器、３８は増幅器、３９は電子デバイスの電位を測
定するための電位測定回路であり、エネルギー分析器３
６．二次電子検出器３７および電位測定回路３９は測定
手段を構成する。エネルギー分析器３６および電位測定
回路３９については、例えば、「電圧測定用二次電子分
析器」、スキャニング・エレクトロン・マイクロスコピ
イ、　１９８３．第１巻、６５頁（ｒｓＥｃＯＮローＡ
ＲＹ　　ＥＬＥＣＴＲＯＮ　　ＡＮＡＬＹＺＥＲ３ｆｏ
ｒ　　ＶＯＬＴＡＧＥ　　ＭＢＡＳＩＩＲＥＭＥ−ＮＴ
Ｓ　Ｊ　、Ｓｃａｎｎｉｎｇ旧ｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ、１９８３＋ｖｏ１．１．ｐ、６５）に記
載されているものがある。

二次電子検出器３７の出力は、増幅器３８を介して電位
測定回路３９に入力されている。電位測定回路３９の出
力は電位に対応し、表示装置４３に入力され、表示され
る。また、増幅器３８の出力はホールド回路４０に入力
され、電位が設定された時の二次電子信号量をホールド
しておく。

次に、荷電ビーム２２を照射した時は、二次電子信号を
増幅器３８で増幅した後、差分増幅器４１で、ホールド
回路４０でホールドしてあった荷電ビーム２１による二
次電子信号と前記荷電ビーム２２による二次電子信号と
の差を求めて電位測定回路３９に入力する。電位測定回
路３９の出力は、電位をある値に設定するために、荷電
ビームのビーム電流を制御するビーム電流制御回路２７
ａに人力される。これらは、切替スイッチＳｌ。

Ｓ２で切替える。

荷電ビーム２１で第１の照射位置に電位を設定する時に
は、増幅器３８の出力がホールド回路４０および電位測
定回路３９に入力され、電位測定回路３９の出力がビー
ム電流を制御するビーム電流制御回路２７ａにも接続さ
れるように切替スイッチＳｌ、Ｓ２．Ｓ３，８４が接続
されている。

第２．第３の照射位置の電位測定の場合には、増幅器３
８の出力は差分増幅器４１に入力され、ホールド回路４
０の出力との差が電位測定回路３９に入力される。この
時、電位測定回路３９の出力はビーム電流を制御するビ
ーム電流制御回路２７ａには接続されていない。４４は
第２の鏡筒の偏向電源である。荷電ビーム２２は、第２
の照射位置の電圧供給と第３の照射位置の電位測定との
２つの目的に用いられる。このため、第２．第３の２つ
の照射位置を交互に照射するため、偏向電源４４はパル
ス発生器４５で発生したパルスを入力し増幅している。

このパルスとしては、第３の照射（ｉ７置に荷電ビーム
がある時に第２の照射位置の電位が下からないのに充分
なほど繰り返し周波数の高い高周波のパルスを用い、第
２の照射位置の照射時間が長く、第３の照射時間が短い
ようなパルスであり、第３の照射位置の電位測定が終わ
るとすぐに第２の照射位置へ荷電ビー１、を偏向させる
。このパルス発生器４５の出力は、電位測定回路３９の
出力（電圧）と同時に信号処理回路４２にも入力され、
第２．第３の照射位置の電位を区別して検出するのに用
いる。すなわち、パルス発生器４５の出力電圧は第２の
照射位置を照射するか第３の照射位置を照射するかで２
値化できる。

例えば、この電圧の値を、第２照射位置の電圧の場合に
「０」、第３照射位置の電圧の場合に「１」の２値化信
号にし、電位測定回路３９の出力をこのｒｏｂ、Ｉｌｌ
の信号でタイミングをとって測定することにより、第２
．第３の照射位置の電位をそれぞれ区別して測定できる
。

複数の荷電ビームを用いた場合、複数の点から発生した
二次電子が同時に同し二次電子検出器３７で検出される
ので、これを切り分けて、それぞれの点の電位を検出す
る必要がある。第１の照射位置の二次電子と第２．第３
の照射位置の二次電子の切り分けを行う方法を次に述べ
る。第１のビームとしての荷電ビーム２Ｉのビーム電流
は、ある電位に設定した後では一定に保たれるので、発
生する二次電子の量は一定である。第２のビームとして
の荷電ビーム２２をオフしたまま二次電子信号量を測定
すれば、この信号量Ｓａは第１のビームによる二次電子
だけの信号であり、この値に第２のビームによる二次電
子信号量ｓｂが加わる。

従って、第２のビームをオンする前の二次電子信号ＭＳ
ａを記１．Ｉ　Ｌ、でおき、全体の二次電子信号量から
信号量Ｓａを差し引くようにすればよい。

この装置では、まず、荷電ビーム２１をオン状態、荷電
ビーム２２をオフ状態にした時の増幅器３８の出力をホ
ールド回路４０に入力し、電位が一定に保たれた時の二
次電子信号量をホールドしておく。次に、荷電ビーム２
１をオン状態にしたまま荷電ビーム２２を照射すると、
第１および第２のビームによる二次電子が同時に二次電
子検出器３７に検出される。この時切替スイッチＳｌ。

Ｓ３．Ｓ４を切替え、二次電子信号を増幅器３８で増幅
した後、差分増幅器４１に入力し、ホールド回路４０で
ホールドしてあった第１のビームによる二次電子信号と
の差を求めて電位測定回路３９に入力して電位を測定す
る。これによって、複数の荷電ビームの照射による影響
を除いて測定することができる。

ここで、図中の差分増幅器４１のゲインは１になってい
る。差分増幅器４１のゲインが１になっていない場合に
は、電位を設定する時には切替スイッチＳｌ、Ｓ３によ
り増幅器３８から直接に電位測定回路３９へ信号が入力
されているが、この途中に増幅器を置き、この増幅器の
ゲインを差分増幅器４１のゲインと等しくしておけばよ
い。あるいは、第２図に示す本発明の第２の実施例のよ
うに、電位設定時には切替スイッチＳ５をホールド回路
４０．切替スイッチＳ６をグランドに接続して増幅器３
８の出力信号とグランドとの間で差分増幅し、第２のビ
ームがオン状態になった時にはホーＡｌ回路４０の出力
を切替スイッチｓ６により切替えて差分増幅器４１に接
続する。ずなわち、電位設定時には、増幅ｉ！ｊｊ　３
ｓの出力はホールド回路４０に人力され、ホール１回路
４０の出力は差分増幅器４Ｉに接続しない。電位測定時
には、増幅器３８の出力は、ホールド回路４ｏから切り
ＮＩＬ、、ボールド回路４０の出力が差分増幅器４１に
入力される。この切替スイッチＳ５．Ｓ６の切替えは、
電位測定回路３９の出力をビーム電流制御回路２７ａに
フィードハックするかしないかの切替スイッチＳ２と連
動している。

なお、ここでＧ；１信号量Ｓａを検出し、全二次電子信
号Ｍから信号ｊ、Ｊ　Ｓ　ａを引いて信号量ｓｂを求め
て電位検出を行っているが、信号量Ｓａの分だけスライ
スレベルをずらして全二次電子信号量を用いて電位を測
定するようにしてもよい。またホールド回路４０．切替
スイッチＳ５．Ｓ６を用いず、二次電子信号量を計算機
に入力し、信号量Ｓａ分を減算するようにして信号ｌｓ
ｂを求めてもよい。

次に電位を設定する方法について説明する。電位を負に
設定する場合には、負に帯電した荷電ビーム（電子ビー
ム）を用い、二次電子放出比δが１より小さい加速電圧
にすればよく、電位を正に設定するには、二次電子放出
比δが１より大きい加速電圧の電子ビームもしくは正に
帯電した荷電ビームを用いればよい。この装置では、電
位測定回路３９の出力をビーム電流制御回路２７ａにフ
ィードバックし、電位が一定になるようにレンズ電源２
７を調整してビーム電流を増減させている。

パルスビーＬの場合には、二次電子信号量の各パルス毎
の同位相の信号を比較して、この値が一定になるように
４、電位測定回路３９の出力をビームのブランキングを
制御する後述の第３図に示すパルス制御回路にフィード
ハックし、パルスビームのオン・オフ時間を変える構成
でも電位を一定に保つことができる。荷電ビーム２１が
パルスビームである場合には、荷電ビーム２２による二
次電子と切り分ける際に、荷電ビーム２１のオン・オフ
に同期して全二次電子信号量から荷電ビーム２１による
二次電子信号量Ｓａを差し引けばよい。

このため、第３図に示す本発明の第３の実施例のように
、ホールド回路４０の出力を差分増幅器４１に人力する
部分に記録スイッチＳ７を設け、この切替スイッチＳ７
のオン・オフの切替をブランキング電源２９を駆動する
制御回路としてのパルス制御回路４６によって行うこと
により、切替スイッチＳ７のオン・オフを荷電ビーム２
１のブランキング電圧に同期させ、荷電ビーム２１がオ
ンの時にボールド回路４０の出力を差分増幅器４１に入
力させるようにすることができる。またこの時、電位測
定回路３９の出力はブランキング電源２９を駆動するパ
ルス制御回路４６に入力され、パルスのオン・オフ時間
を変化させる。

次に、この試験装置を用いてインバータの闇値電圧を測
定する方法について説明する。第４図ｆａ）およびｆｂ
ｌに、測定するＥ／Ｄインバータの回路図および平面パ
ターンの一例を示す。配線５０に一定の駆動電圧ＶＤＤ
を加え、配線５１に加える入力電圧Ｖ８．．を変化させ
て、その時の配線５２の出力電圧Ｖ。ｕｔの変化を観測
して闇値電圧を求める。

通常は、この駆動電圧■９８．入力電圧ｙ　ｉｎの印加
と出力電圧■。ｕｔの測定とは、外部端子に接続して接
触式で行っている。しかし製造途中の測定においては、
接触部位が小さいので、これらを非接触で行う必要があ
る。

第４図（ｂｌにおいて、Ｐ１〜Ｐ３は照射位置を示す。

本装置では、まず、荷電ビーム２１で配線５０を照射し
、電位を設定する。ここで設定する電位はトランジスタ
８　インバータの駆動電圧である。

電位の設定方法は前に説明した通りである。駆動電圧Ｖ
０が設定された後、配線５１に荷電ビーム２２を照射し
、照射位置Ｐ２の電位を変化させていくとともに、配線
５２上の照射位置Ｐ３の電位を測定する。入力電圧Ｖ１
．．が閾値■。ｌ（を越えると、出力電圧■。工、は反
転して電位が変化する。従って、出力電圧■。ｕｔが反
転した時の入力電圧■、、。

を測定することにより、闇値電圧ＶｔＯの測定ができる
。照射位置Ｐ３だけでなく、照射位置Ｐ２の電位も順次
測定していけば、トランジスタ特性の１つとして入力電
圧Ｖ　１ｎに対する出力電圧Ｖ。、Ｌの変化が求められ
る。また、始めに入力電圧Ｖ８．。

を設定しておき、駆動電圧ＶＤＤに対する出力電圧Ｖ　
ｏ　ｕ　ｔの変化を測定することもできる。ＭＯＳＦＥ
Ｔ等で配線５０に比較的大きい容量のある電極が接続さ
れている場合には、駆動電圧ＶＤＤを設定した後に荷電
ビームの照射を停止しても、チャージは保持される。こ
の状態でケート電極ずなわち照射位置Ｐ２を荷電ビーム
２１で照射しなから荷電ビーム２２でトランジスタの出
力電圧Ｖ。Ｕ、をモニタし、チャージが急激に無くなっ
た時のゲート電極電圧を測定することによってもトラン
ジスタの闇値を求めることができる。この場合は、大き
な負荷抵抗のない場合にも測定できる。

ここで照射位置はＰｌ、Ｐ２．Ｐ３と示したが、必ずし
も点である必要はなく、その点のまわりを配線からはみ
ださない範囲で平面スキャンして電圧供給を行ったり、
電位の測定を行ったりしてもよい。これは、照射配線内
の電圧を均一化する効果がある。第１．第２の鏡筒のど
ちらを駆動電圧ＶＤ１１の供給用に用いてもよいか、第
３図に示すように、荷電ビームを偏向して２つの照射位
置を照射する荷電ビーム２２を垂直に配置した鏡筒から
発生させ、斜めに照射する荷電ヒー１１２１で駆動電圧
ＶＤＤの供給を行う方が照射位置の制御が容易である。

ここで２本の鏡筒は同一のものである必要はなく、斜め
に配置した第１の鏡筒は電圧供給が目的であるので、荷
電ビームのビーム電流が確保できれば、鏡筒の性能は多
少低いものを用いてもよい。

次に第５図に本発明の第４の実施例を示す。第５図の装
置は、第３図の装置の試料台３５付近の゛　みを示した
ものであり、引出電極６０．減速電極６１、エネルギー
分析用電極６２から成るエネルギー分析器３６の外側に
、二次電子検出用電極６３と二次電子抑制用電極６４と
を設けたものである。その他は第３図の装置と同様の構
成の装置であり、抵抗の測定を可能としたものである。

二次電子検出用電極６３は二次電子検出器３７の方向だ
け一部をメソシュにしてビームの１１過領域に穴を開け
たものであり、二次電子抑制用電極６４は二次電子検出
用電極６３の外側にビームの通過領域に穴を開は二次電
子検出器３７の方向だけ一部をメソシュにしたものであ
る。６５．６６は電流計である。

次にこの装置を使用して抵抗を測定する方法について、
第４図のインバータの負荷抵抗（配線５０と配線５２と
の間の抵抗）をＩ＋定する場合を例として説明する。ま
ず荷電ビーム２１で第１の照射位置すなわち配線５０を
照射して電位を設定するとともに、ビーム電流と二次電
子電流の測定を行う。電流の測定時には、二次電子抑制
用電極６４に負の電圧を印加し、二次電子を内部に閉し
込め、エネルギー分析器３６の各電極６０〜６２゜二次
電子検出用電極６３．二次電子抑制用電極６４に流れる
電流の和として二次電子電流を求め、これに試料台に流
れる基板電流を加えてビーム電流を測定する。電流を測
定しない場合には、二次電子が二次電子検出器３７に入
射されるように、二次電子検出用電極６３．二次電子抑
制用電極６４に正の電圧を印加する。このようにして、
ビーム電流、二次電子電流の測定を行う。次に荷電ビー
ム２１をオンにしたまま、荷電ビーム２２を第２の照射
位置（配線５２）に照射して別の電位を測定する。この
時のビーム電流、二次電子電流も測定する。この電流は
荷電ビーム２１による電流を引けばよい。以上の測定か
ら第１と第２の照射位置の間を流れる電流と電位差が測
定でき、抵抗が測定できる。これに対して、第３の荷電
ビームで第１と第２の照射点の間の電位を測定していく
と、抵抗の絶対値だけでなく、抵抗分布も測定できる。

トランジスタやインバータ等の測定の場合には、第１の
照射点に対しては通常は電位が高く大きなビーム電流を
必要とするが、第２の照射点のゲート電圧の印加、第３
の照射点の電位測定の場合には余り大きなビーム電流は
必要としない。

このため２本以上の荷電ビームを用いている。抵抗測定
の場合のように余り大きなビーム電流を必要としない場
合には、１本の荷電ビームで３点を交互に照射しなから
前述した内容と同じ測定を行うことかできる。

第６図は３本の鏡筒を有する本発明の第５の実施例を示
す構成図である。第６図において、２１は電圧供給用鏡
筒としての第１の鏡筒から発生される荷電ビーム、２２
は電圧供給測定用鏡筒としての第２の鏡筒から発生され
る荷電ビーム、２３は電圧供給測定用鏡筒としての第３
の鏡筒から発生される荷電ビームであり、２０ｃは第３
の鏡筒を構成する筒、８８〜Ｓ１２は切替スイッチであ
る。第６図において第１図と同一部分又は相当部分には
同一符号が付しである。第２の鏡筒は荷電ビームにより
電圧を供給するためのものである。

トランジスタやインバータの測定では、荷電ビーム２１
と同じ極性の電圧を供給するので、荷電ビーム２１．２
２の加速電圧はほぼ同しである。荷電ビーム２３は電位
測定用であり、通常は二次電子放出比δが１に近い加速
電圧を用いる。電位測定回路３９の出力は第１．第２の
鏡筒のビーム電流制御回路２７ａに切替えて入力し、そ
れぞれの照射位置の電位が一定なるようにビーム電流を
制御する。また、ブランキングは個々の荷電ビームに対
して独立にかけられる。

鏡筒が３本の場合の第１．第２．第３の３つの照射位置
からの二次電子の切り分けの方法は、基本的には、２本
の鏡筒の場合と同じである。荷電ビーム２１．２２を同
時にオン状態にし、この時の二次電子信号量Ｓａｂをホ
ールド回路４０に記憶し、荷電ビーム２３をオンした時
の全二次電子信号量から信号量Ｓａｂを引けばよい。す
なわち、差分増幅器４１で増幅器３８の出力とホールド
回路４０の出力の差を出力し、電位測定回路３９に入力
する。また、別の切り分けの方法として、荷電ビーム２
１だけ又は荷電ビーム２２だけがオン状態の時の二次電
子信号量Ｓａ又はｓｂを求め、全二次電子信号量から信
号量Ｓａ＋Ｓｂを引けばよい。

この場合のハード構成を本発明の第６の実施例として第
７図に示す。第７図において、４７．４８はホールト回
路、４９は加算回路、Ｓ１３は切替スイッチである。ホ
ールド回路４７．４８は第１、第２の各照射位置に荷電
ビームを照射して電位を測定した時の二次電子信号量を
記憶するためのものである。切替スイッチＳ１３は、荷
電ビーム２１で第１の照射位置を照射した時に増幅器３
８とホールド回路４７を接続し、荷電ビーム２２で第２
の照射位置を照射した時に増幅器３８とホールド回路４
８とを接続する。この切替えは、電位を設定する時のビ
ーム電流制御回路２７ａへのフィートハックを行うかど
うかの切替スイッチＳ１１と連動する。第３の照射位置
の電位測定の時は、増幅器３８と差分増幅器４１とを接
続するとともに、加算回路４９で２つのホールド回路４
７．４８の和を出力し、差分増幅器４１に入力する。

差分増幅器４１で差を求めて電位測定回路３９に入力す
る。この実施例では、荷電ビーム２１．２２のいずれか
一方がオフの時にも測定できる。

第８図に本発明の第７の実施例を示す。第８図において
、７１．７２はホールド回路、７３は加算回路、Ｓ１４
．Ｓ１５はスイッチである。第８図において第６図と同
一部分又は相当部分には同一符号が付しである。荷電ビ
ーム２１．２２にパルスビームを用い、電位を設定する
ブランキングを制御する制御回路としてのパルス制御回
路４６に電位測定回路３９からのフィートハックをかけ
、オン・オフ時間を変えて電位を一定に設定する。

途中、スイッチＳ１４．Ｓ１５があり、フィードバック
を鏡筒にかけるか否か、あるいは、第１゜第２のいずれ
の鏡筒にかけるかを選択する。第１、第２．第３の荷電
ビーム照射による二次電子の切り分けは第７図に示した
ものと同様であり、荷電ビーム２１だけオンの時の設定
時の二次電子信号量Ｓａをホールド回路７１に、荷電ビ
ーム２２だけオンの時の二次電子信号量ｓｂをホールド
回路７２に記４．ａシ、荷電ビーム２１，２２．２３が
オンの時の全二次電子信号量Ｓからｓａ十Ｓｂ　（加算
回路７３の出力）を引けばよい。この際、荷電ビーム２
１．２２はパルスビームでオン・オフするので、荷電ビ
ーム２１のオン・オフを制御するパルス制御回路４６に
よりスイッチ５１４のオン・オフを荷電ビームと同期し
て行い、荷電ビーム２２のオン・オフを制御するパルス
制御回路４６によりスイッチＳＩ５のオン・オフを荷電
ビームと同期して行う。この動作によって、荷電ビーム
２１はオンで荷電ビーム２２はオフの状態ならば、スイ
ッチＳ１４はオンでスイッチＳ１５はオフとなり、荷電
ビーム２１による二次電子信号量Ｓａを全二次電子信号
量Ｓから引くことができる。

なお、３本の鏡筒は、どれを電圧供給用、電位測定用に
してもよいが、垂直に荷電ビームが入射する鏡筒を電位
測定用に用いるほうが照射位置の制御が容易である。

第６図では便宜上、第１．第２．第３の鏡筒および二次
電子検出器３７を同一平面上に配列しであるが、必ずし
も同一平面上になくてもよい。第９図は第６図に示す装
置の３本の鏡筒および二次電子検出器３７に配列を示す
ための図であり、斜め−Ｌ方より見た図である。第１の
鏡筒の筒２０ａは水平な試料台に一トに置かれたウェハ
に対して垂直に配置されている。これに対し、第２．第
３の鏡筒の筒２０ｂ、２０ｃは第９図（ａｌ、　（ｂ）
に２種の配置が示されている。第９図（ａｌにおいては
、第２、第３の鏡筒の筒２０ｂ、２０ｃは同一平面に配
列され、二次電子検出器３７はこの平面に直角な向きに
配置されている。第９図（ｂ）においては、第２、第３
の鏡筒の筒２０ｂ、２０ｃと二次電子検出器３７が３方
に配置されている。３本の鏡筒とにおいてをすべて同一
平面に配列してしまうと、それぞれの鏡筒と二次電子検
出器３７のなす角がそれぞれ異なってしまうために、二
次電子２反射電子の検出量が鏡筒によって異なってしま
う。第９図（ａ）、　ｆｂｌの配列では、これを防く効
果がある。

また、第９図（ａｌでは、鏡筒が並ぶ平面の左右に複゛
数の二次電子検出器を配置することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、照射位置の電位が設定値
になるように荷電ビームを制御する制御回路と、上記荷
電ビームの照射位置と異なる複数の照射位置に一ト記荷
電ビームと異なる荷電ビームを照射する電圧供給測定鏡
筒と、上記複数の照射位置からの二次電子を区別して検
出しそれぞれの電位を測定する測定手段とを設けること
により、また使用方法として、荷電ビームを電子デバイ
スの第１の位置に照射してビーム電流等の制御により照
射位置の電位をある値に設定し、上記荷電ビームの照射
位置と異なる第２の位置に荷電ビームを照射することに
より第２の照射位置の電位を変化させ、上記２点とは異
なる電子デバイスの第３の照射位置の電位を測定するこ
とにより電子デバイスの電気特性を測定し、電子デバイ
スの動作の良否を判断することにより、非接触で微細な
電子デバイスの所定の位置に電位を設定し、電子デバイ
スのリークの値・容量・電圧依存性、トランジスタの闇
値電圧等の定量的な測定、電子デバイスの検査を製造途
中で行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる電子デバイスの試験装置の一実
施例を示す構成図、第２図は本発明の第２の実施例を示
す構成図、第３図は本発明の第３の実施例を示す構成図
、第４図ｔａ）は試料としてのインバータの回路図、第
４図（ｂｌはその平面パターン図、第５図、第６図、第
７図、第８図は本発明の第４．第５．第６．第７の実施
例を示す構成図、第９図は鏡筒の配置を示す斜視図、第
１０図は従来の電子デバイスの試験装置を示す構成図で
ある。２０ａ〜２０ｃ・・・・筒、２１．２２−−・・荷電ビ
ーム、２４・・・・加速電圧源、２５・・・・アライナ
、２６・・・・レンズ、２７・・・・レンズ電源、２７
ａ・・・・ビーム電流制御回路、２８・・・・ブランカ
、２９・・・・ブランキング電源、３０・・・・ブラン
キングアパーチャー、３１・・・・偏向器、３２．４４
・・・・偏向電源、３３・・・・対物レンズ、３４・・
・・電子デバイス、３５・・・・試料台、３６・・・・
エネルギー分析器、３７・・・・二次電子検出器、３８
・・・・増幅器、３つ・・・・電位測定回路、４０・・
・・ホールド回路、４１・・・・差分増幅器、４２・・
・・信号処理回路、４３・・・・表示装置、４５・・・
・パルス発生器、８１〜Ｓ４・・・・切替スイッチ。（ａ）Ｖｏ。５ｕｂ４図第１０図（ａ）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）荷電ビームを電子デバイスの所定の位置に照射す
る電圧供給用鏡筒と、照射された部分から発生した二次
電子を検出する二次電子検出器と、前記電子デバイスの
照射位置の電位を測定するエネルギー分析器および電位
測定回路とを有する電子デバイスの試験装置において、
前記電位測定回路の出力が接続され前記照射位置の電位
が設定値になるように荷電ビームのビーム電流またはパ
ルスのオン・オフ時間を制御する制御回路と、前記荷電
ビームの照射位置と異なる複数の照射位置に前記荷電ビ
ームと異なる荷電ビームを照射する電圧供給測定用鏡筒
と、前記複数の照射位置からの二次電子を区別して検出
しそれぞれの電位を測定する測定手段とを備えたことを
特徴とする電子デバイスの試験装置。
（２）電圧供給測定用鏡筒は１個の鏡筒から成ることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子デバイスの
試験装置。
（３）電圧供給測定用鏡筒は２個の鏡筒から成ることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子デバイスの
試験装置。
（４）荷電ビームを電子デバイスの第１の位置に照射し
、照射された部分の電位が設定値になるようにビーム電
流またはパルスビームのオン・オフ時間を制御して照射
位置の電位をある値に設定した後前記荷電ビームの第１
の照射位置と異なる第２の位置に荷電ビームを照射する
ことにより第２の照射位置の電位を変化させ、前記２点
とは異なる電子デバイスの第３の照射位置の電位を測定
することにより電子デバイスの電気特性を測定し、電子
デバイスの動作の良否を判断することを特徴とする電子
デバイスの試験装置の使用方法。