JPS63293847A - 半導体検査装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、半導体装置の動作解析を行うだめの半導体検
査装置に関するものである０ 従来の技術 近年の、半導体装置の高集積化、微細化に対応するため
、一次電子ビームを半導体装置に照射し、半導体装置表
面より放出される二次電子を検出することによって、半
導体装置の動作を非接触で解析する半導体検査装置（電
子ビームテスタ）が使用されるようになってきた０ 以下に従来の電子ビームテスタについて説明する０ 第４図は、従来の電子ビームテスタの構成を示すもので
ある０第４図において、１は鏡筒であり、２は試料室で
ある０鏡筒１及び試料室２は排気装置３で排気され、高
真空状態に保たれる。４は一次電子ビーム３６を発生す
る電子銃であり、電子銃駆動装置６によって駆動される
ｏ６は検査される半導体装置であシ、ＸＹステージ１８
上に固定されている。ＸＹステージ１８は、ステージ駆
動装置１９によって駆動され、半導体装置６の表面の任
意の位置に、一次電子ビーム３５を照射できる・７は半
導体装置６の表面から放出された二次電子３６を光電子
増倍管３ｏ及びシンチレータ２９によって構成される二
次電子検出器方向へ引き出すための二次電子引き出し電
極である０８は異なるエネルギーを有する二次電子３６
のうち、あるしきい値以上のエネルギーを有する二次電
子３６のみを二次電子検出器側へ通過させるフィルター
である・１０はフィルター８に電圧を印加するフィルタ
ー電圧発生装置であり、フィルター電圧発生装置の出力
は、フィルター８及び波形表示装置２２に接続されてい
るｏ１３は一次電子ビーム３６を二次元走査する走査コ
イルであり、走査コイル駆動装置１４によって駆動され
ている。９は一次電子ビーム３６を微細に絞る電子レン
ズであるＯ１５は試験信号発生装置であり、半導体装置
６に試験信号を印加する０サンプル、ディレィ信号発生
装置１６は試験信号発生装置１６からトリガ信号が入力
されるとある遅延時間の後、一次電子ビーム３６をパル
ス状にするブランキング装置１７に信号を発生する０回
時に、サンプル、ディレィ信号発生装置は計算機２３に
データ取り込みのタイミングを指示する。２９は二次電
子３６が衝突するシンチレータであシ、光電子増倍管３
ｏの一部を構成する光電陰極２８に接続されている０光
電子増倍ｇａｏと二次電子引き出し電極７には高電圧発
生装置２ｏによって高電圧が印加されている。測定モー
ド切換装置２１は光電子増倍管３゜の出力を信号処理装
置２４あるいは信号比較器２７のどちらか一方に接続す
る。信号処理装置２４の出力は画像表示装置２６に入力
される。信号比較器２７には基準信号発生器２６より基
準信号が入力される０信号比較器２７の出力はフィルタ
ー電圧発生装置１ｏに接続されている０上記の各々の装
置は計算機２３によって制御されている０第４図におい
て細い矢印は信号の流れを、太い矢印は計算機２３によ
る制御の流れを示している０以上のように構成された電
子ビームテスタについて、以下その動作について説明す
る・まず電子銃４よりー次電子ビーム３６が発生し電子
レンズ９によって微細に絞られて半導体装置６の表面に
照射される０その結果半導体装置６の表面より二次電子
３６が放出される。放出された二次電子３６は二次電子
引き出し電極７によってシンチレータ２９の方向へ引き
出される。引き出された二次電子３６の一部はシンチレ
ータ２９と１衡突し、衝突した電子の一部は光に変換さ
れる。

変換された光は光電陰極２８と衝突し、衝突した光の一
部は再び電子に変換され光電子増倍管３゜の電子増倍部
で増幅される０電子増倍部は士数段の二次電子放出電極
（ダイノード）と陽極などから構成され、一段目の二次
電子放出電極に入射した電子を増幅する。半導体装置６
には試験信号発生装置１６によって周期的に繰り返す試
験信号が印加されているため、半導体装置６の表面には
電位分布が生じ、時間と共に表面の電位分布は変化する
。半導体装置６の高電位部分より発生した二次電子３６
は高電位部分によって形成される電界によって押し戻さ
れるため、シンチレータ２９と砺突する二次電子３６は
減少し、その結果光電子増倍管３０の出力は減少する。

即ち、一次電子ビーム３６の照射点の電位が異なれば光
電子増倍管３０の出力も異なシ、照射点の電位が高い場
合はど、光電子増倍管３０の出力は小さくなる。このよ
うに光電子増倍管３０の出力を用いて、半導体装置６の
表面の電位分布、電位の時間変化を非接触で測定するこ
とができる。

半導体装＠６０表面電位の二次元分布を測定する場合、
測定モード切換装置２１により、光電子増倍管３ｏの出
力を信号処理装置２４と接続する。

一次電子ビーム３６は走査コイル１３で半導体装置ｅ上
を走査するが画像表示装置２６の表示面の形状と相似形
の範囲を二次元走査する。放出された二次電子３ｅは先
に述べた過程によって検出。

増幅され、光電子増倍管３０の出力は信号処理装置２４
でビデオ信号に変換され、画像表示装置２６に表示され
る。以上に述べた動作は走査電子顕微鏡の動作と同じで
ある。この場合、画像表示装置２６には半導体装置６の
表面の形状及び電位の二次元分布が表示される＠また試
験信号発生装置から、周期的に繰り返す試験信号の１周
期に１回発生するトリガ信号の発生時間より、１周期時
間以内の任意の遅延時間において、トリガ信号の発生時
間よりある特定の遅延時間の時にだけブランキング装置
１７よりパルス状の一次電子ビーム３６を半導体装置６
に照射し、それ以外の時には照射しない様にすると、そ
の特定の遅延時間、即ち試験信号の遅延時間に対応した
特定位相における半導体装置６の表面の電位の二次元分
布を測定することができる。

次に半導体装置６の表面のある一点の電位の時間変化を
測定する場合は、測定モード切換装置２１によって光電
子増倍管３０の出力を信号比較器２７に接続する。−入
電子ビーム３６は走査せず、半導体装置６の表面の測定
を行いたい場所に固定して照射する。半導体装置６に印
加されている周期的に繰り返す試験信号の周期Ｔをｎ等
分する。周期Ｔ内でトリガ信号の発生する時間を基準様
にｔ５．・・・・・ｔｎ−２１ｔｎ−１１ｔｏとする。

まず時間ｔ。の時にだけブランキング装置１７で一次電
子ピーム３６をパルス状にして繰り返し照射する。半導
体装置６とシンチレータ２９の間に設けられたフィルタ
ー８に電位を与え、シンチレータ２９に到達する二次電
子量を制御するＯ基準信号発生器２６より信号比較器２
７に一定値の基準信号を入力する。光電子増倍管３ｏの
出力と基準信号発生器２６より発生した基準信号を信号
比較器２７で比較し、その差より制御信号を生成してフ
ィルター電圧発生装置１０に入力し、フィルター８の電
位を変化させる０この操作を反復して行ない、最終的に
光電子増倍管３ｏの出力と基準信号の値が同じになる様
にフィルター８の電位を制御する。その時得られたフィ
ルター８の電位が測定点の周期Ｔ内の時間ｔ。における
電位となる０次に時間ｔ１の時にだけ半導体装置６の表
面に一次電子ビーム３６のパルスを照射して同様の操作
を行い、時間ｔ、における測定点の電位を得るＯ１３以
下についても同様の操作を行い、周期Ｔ内の各時間での
電位を波形表示装置２２に出力すると測定点における電
位の時間変化を測定することができる◎ 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の従来の構成では、二次電子検出器を
構成するシンチレータにおける光子の放出時間（減衰時
間）が長いので、半導体装置の表面の任意の一点の電位
を測定する際には、電子ビームをパルス状にしなければ
ならず、半導体装置に印加された信号のうち短い周期で
繰シ返す信号しか測定できず、長い周期で繰シ返す信号
の場合には、−入電子ビーム照射の時間の割合が低下し
て二次電子検出器におけるＳＮ比が悪化し、繰シ返し動
作を行わない信号の場合にはトリガがかけられず電位が
測定できないという欠点を有していた。また、シンチレ
ータで電子が光に変換される過程と光電陰極で光が電子
に変換される過程で信号の損失が生じ、像測定、電位測
定のいずれの場合においても、ＳＮ比が悪化するという
欠点を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、信号の繰
り返しの有燕、繰シ返し周期の長短にかかわらず、半導
体装置の表面の任意の一点の論理動作を測定し、同時に
全ての測定におけるＳＮ比を向上させることを目的とす
る。

問題点を解決するだめの手段 この目的を達成するために、本発明の半導体検葺装置は
二次電子入射面前段にシンチレータ及び光電陰極を設け
ずに、二次電子を直接増倍する電子増倍管を備えた構成
となっている０ 作用 この構成によれば半導体装置表面より放出された二次電
子をシンチレータ、光電陰極を介さずに直接増幅するこ
とができる。従って二次電子検出の時間応答特性が向上
する。そのため電子をパルス状にせず連続して半導体装
置表面に照射し、放出された二次電子を検出、増幅する
ことによって半導体装置に印加された信号のくシ返しの
有無。

くシ返しの長短にかかわらず、半導体装置の表面の任意
の一点の論理動作を測定する事ができる。

同時に、シンチレータ、光電陰極で生じていた信号の損
失がなくなるため、全ての測定におけるＳＮ比を向上さ
せることができる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。第１図は本発明の第１の実施例における半導体
検丘装置の構成図、第２図は第１図における二次電子検
出器の側面図、第３図は第２図の二次検出器を下から見
たときの図である。

なお、第１図に示す本実施例の装置は、基本的には第４
図に示した従来の装置と同じ構成であるので、同一構成
部分には同−贅号を付して詳細な説明を省略する。第１
図と第４図では、二次電子検出器の構造が異なっている
◇第２図は第１図の二次電子検出器部分を詳細に説明し
たものであシ、１１は一次電子ビーム３６が通過するシ
ールド管、１２は光電陰極を取シ除いた光電子増倍管、
３６は半導体装置６より放出された二次電子である。

以上のように構成された電子ビームテスタについて以下
その動作を説明する。

まず電子銃４より一次電子ビーム３６が発生し、電子レ
ンズ９によって微細に絞られてシールド管１１を通過し
た後半導体装置６の表面に照射される。その結果半導体
装置６の表面より二次電子３６が放出される０放出され
た二次電子３６は二次電子引き出し電極７によって光電
陰極を取り除いた光電子増倍管１２の方間へ引き出され
る。第２図の構造にすることによって光電陰極を取り除
いた光電子増倍管１２の入射面をフィルター８の直近に
位置させることができるため、引き出された二次電子３
６の大部分は光電陰極を取シ除いた光電子増倍管に入射
して増幅される。

半導体装置６のある一点の論理動作’ｅ　Ｉｌｌ定する
場合、６１１定モード切換装置２１によって光電陰極を
取シ除いた光電子増倍管１２と波形表示装置２２を接続
する。

一次電子ビーム３６はブランキング装置１７を作動させ
ずに半導体装置６の測定点に固定、かつ連続して照射す
る。従来の技術の項で述べたように測定点の電位が変化
すれば光電陰極を取り除いた光電子増倍管１２へ入射す
る二次電子量も変化し、測定点の電位が高い場合は光電
陰極を取シ除いた光電子増倍管１２の出力は小さく、測
定点の電位が低い場合は光電陰極を取シ除いた光電子増
倍管１２の出力は大きくなる。二次電子増幅の過程にお
いてシンチレータ２９と光電陰極２８が存在しないため
に、二次電子増幅の時間応答特性が同上し、半導体装置
６に印加される試験信号が高速に変化して、測定点の電
位が高速で変化しても二次電子の増幅は追従することが
できる。そのため光電陰極を取り除いた光電子増倍管１
２の出力を波形表示装置２２に入力し、あるしきい値よ
り二次電子増幅信号が大きければ負論理とし、小さけれ
ば正論理とすれば測定点の論理動作を知ることができる
０先に述べたように二次電子増幅の時間応答特性が向上
するため、試験信号の繰り返しの有無にかかわらず測定
点の論理動作を知ることができる〇 また、従来の二次電子検出器よりンチレータ２９、光電
陰極２８を取シ除いた構造となっているため、シンチレ
ータ２９並びに光電陰極２８での信号変換過程で生じて
いた損失が全くなくなるために、光電陰極を取シ除いた
光電子増倍管１２のＳＮ比が向上する・従って従来の技
術の項で説明した半導体装置６０表表面位の二次元分布
の測定、及び半導体装置６の表面のある一点の電位の時
間変化の測定において従来よ）ＳＮ比を向上させること
ができる０これと共に一次電子ビーム３６が通過するシ
ールド管１１を光電陰極を取シ除いた光電子増倍管１２
の中心に配置して光電陰極を取シ除いた光電子増倍管１
２の二次Ｆｆｆ、子入射面をフィルターの直近に配置す
ることにより従来の二次電子検出器より多くの二次電子
３６を検出、増幅することができるので測定におけるＳ
Ｎ比を同上させることができる。

また、シールド管１１を二次電子引き出し電極７の下面
より下まで突出させることにより、一次電子ビーム３６
の軌道がフィルター８、二次電子引き出し電極７から発
生する電界の影響を受けにくくなる。そのため一次電子
ビーム３６の位置決め積置が同上し、照射点の電位の測
定精度も向上する◎ 以上のように本実施例によれば、シンチレータ、光電陰
極を取り除いた二次電子検出器をフィルター上面の直近
に配置し、一次電子ビームが通過するシールド管を二次
電子検出器、フィルター、二次電子引き出し電極の中心
軸に配置する事により試験信号の像シ返しの有無にかか
わらず半導体装置表面の任意の一点の論理動作を測定す
ると共に、従来の測定モードにおけるＳＮ比、任意の一
点の電位の測定における精度を向上させることができる
。なお、二次電子増幅にはマイクロチャンネルプレート
を用いてもよい。

発明の効果 以上のように本発明は一次電子ビームを半導体装置表面
に照射し、前記半導体装置表面より放出された二次電子
を検出して、前記半導体装置を非接触で検査する半導体
検査装置において、前記半導体装置より放出された二次
電子を直接増倍する電子増倍Ｖｔ−設けることにより、
前記半導体装置に印加された信号の繰シ返しの有無にか
かわらず前記半導体装置の表面の任意の一点の論理動作
を測定し、全ての測定モードにおけるＳＮ比を向上させ
ることができる優れた前記半導体検査装置を実現できる
ものである◎

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における半導体検査装置
の構成図、第２図は第１図における二次電子検出器部分
の側面図、第３図は同検出器部分の下面図、第４図は従
来の半導体検査装置の構成図である。 ６・・・・・・半導体装置、７・・・・・・二次電子引
き出し電極、８・・・・・・フィルター、１１・川・・
シールド管、１２・・・・・・光電陰極を取シ除いた光
電子増倍管、３６・・・・・・−入電子ビーム、３６・
・・・・・二次電子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名菓　
２　図　　　　　　　　　８ １？ 一＋導体表夏 一二次電子！＋”！＋Ｌ歇優 一°フィルター 一シールド！ 一一次電子Ｃ−ム 一二次ｔチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一次電子ビームを半導体装置表面に照射し、前記
   半導体装置表面より放出された二次電子を検出して、前
   記半導体装置を非接触で検査する半導体検査装置であっ
   て、上記二次電子を直接増倍する電子増倍管を備えてな
   る半導体検査装置。
2. （２）二次電子を直接増倍する構造を有する電子増倍管
   の中心軸を一次電子が通過するようにした特許請求の範
   囲第１項に記載の半導体検査装置。