JPH0135304B2 - - Google Patents
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- JPH0135304B2 JPH0135304B2 JP54065029A JP6502979A JPH0135304B2 JP H0135304 B2 JPH0135304 B2 JP H0135304B2 JP 54065029 A JP54065029 A JP 54065029A JP 6502979 A JP6502979 A JP 6502979A JP H0135304 B2 JPH0135304 B2 JP H0135304B2
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- voltage
- grid means
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/244—Detectors; Associated components or circuits therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
- G01R31/302—Contactless testing
- G01R31/305—Contactless testing using electron beams
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
- H01J2237/2443—Scintillation detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
- H01J2237/2448—Secondary particle detectors
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、電子線装置、特に走査形電子顕微鏡
等の試料室内で微小試料の電位あるいは電位の分
布を測定する装置の改良に関する。
等の試料室内で微小試料の電位あるいは電位の分
布を測定する装置の改良に関する。
金属に数キロボルトの電子を照射すると、２次
電子が放出される。この２次電子は、通常２〜
3eVにピークをもつた分布をしている。この様子
を第１図ａに示した。試料（ターゲツト）の電位
が０ボルトの場合にはａのようなエネルギー分布
になる。もし試料の電位が負の数ボルトの電位に
なつたとすると第１図ｂのように分布が右側にず
れた形になる。このピーク値のずれは、試料の電
位の変化分に等しい。この特性を利用すると、エ
ネルギーの分布を測定することにより未知の試料
電位を知ることができる。原理的にはこのピーク
値のずれを測定をする必要があるが、簡易的に
は、反射形のエネルギーアナライザーにより測定
する方法が広く用いられている。反射形エネルギ
ーアナライザーは、第１図ａ，ｂの斜線で示した
部分に比例した信号を得る、いわゆる高域過形
のエネルギーアナライザーである。試料の電位が
変わることにより、斜線部の面積が変化してい
る。この変位量により試料電位を測定するもので
ある。
電子が放出される。この２次電子は、通常２〜
3eVにピークをもつた分布をしている。この様子
を第１図ａに示した。試料（ターゲツト）の電位
が０ボルトの場合にはａのようなエネルギー分布
になる。もし試料の電位が負の数ボルトの電位に
なつたとすると第１図ｂのように分布が右側にず
れた形になる。このピーク値のずれは、試料の電
位の変化分に等しい。この特性を利用すると、エ
ネルギーの分布を測定することにより未知の試料
電位を知ることができる。原理的にはこのピーク
値のずれを測定をする必要があるが、簡易的に
は、反射形のエネルギーアナライザーにより測定
する方法が広く用いられている。反射形エネルギ
ーアナライザーは、第１図ａ，ｂの斜線で示した
部分に比例した信号を得る、いわゆる高域過形
のエネルギーアナライザーである。試料の電位が
変わることにより、斜線部の面積が変化してい
る。この変位量により試料電位を測定するもので
ある。
第２図に、反射形のエネルギーアナライザーを
用いた従来の電位測定方式の構成を示す図であ
る。試料４に電子線１１が照射される。電子線１
１は偏向板１により試料４上の任意の点に照射す
ることができる。この試料４に未知の電圧５が印
加される。この電圧５を２次電子により測定す
る。試料４から放出された２次電子１３は、第１
グリツド２により加速され、そのほとんどは、第
１グリツドを通り抜ける。第１グリツドには、例
えば、＋10〜＋100Vの電圧６が印加されている。
第２グリツド３には、例えば−5Vの電圧７が印
加されている。第１グリツド２を通過した２次電
子１４のうち、〜5eV以上のエネルギーをもつた
２次電子１２のみが第２グリツドを通過すること
ができる。第２グリツドを通過した２次電子１２
は２次電子検出器８により検出される。この２次
電子検出器８は、ライトガイドの先端にシンチレ
ーター、あるいは螢光体が保護リングにより取付
けられている。この部分には、リード線により約
10kVの正の電位が加えられる。２次電子は10kV
により加速され、シンチレーターをひからせる。
この光はライトガイドによりホトマルに導かれ、
検知される。この２次電子検出器８の出力は第１
図の斜線の部分に相当している。電圧５が負電位
になると２次電子検出器の出力は増加する。この
出力は増幅器９で増幅され、記録計等１０に記録
される。
用いた従来の電位測定方式の構成を示す図であ
る。試料４に電子線１１が照射される。電子線１
１は偏向板１により試料４上の任意の点に照射す
ることができる。この試料４に未知の電圧５が印
加される。この電圧５を２次電子により測定す
る。試料４から放出された２次電子１３は、第１
グリツド２により加速され、そのほとんどは、第
１グリツドを通り抜ける。第１グリツドには、例
えば、＋10〜＋100Vの電圧６が印加されている。
第２グリツド３には、例えば−5Vの電圧７が印
加されている。第１グリツド２を通過した２次電
子１４のうち、〜5eV以上のエネルギーをもつた
２次電子１２のみが第２グリツドを通過すること
ができる。第２グリツドを通過した２次電子１２
は２次電子検出器８により検出される。この２次
電子検出器８は、ライトガイドの先端にシンチレ
ーター、あるいは螢光体が保護リングにより取付
けられている。この部分には、リード線により約
10kVの正の電位が加えられる。２次電子は10kV
により加速され、シンチレーターをひからせる。
この光はライトガイドによりホトマルに導かれ、
検知される。この２次電子検出器８の出力は第１
図の斜線の部分に相当している。電圧５が負電位
になると２次電子検出器の出力は増加する。この
出力は増幅器９で増幅され、記録計等１０に記録
される。
この方式は、簡便ではあるが、以下のような欠
点を有している。すなわち、出力が電子線の照射
量に依存しているため、照射電子量に変動が含ま
れた場合にはその分だけ測定に誤差を生じ、精度
が悪くなる。
点を有している。すなわち、出力が電子線の照射
量に依存しているため、照射電子量に変動が含ま
れた場合にはその分だけ測定に誤差を生じ、精度
が悪くなる。
本発明は、上記の点に着目してなされたもので
あり、この照射量変動の問題を解決し、かつ試料
電圧変化に対する感度を向上させて測定精度の向
上を可能にした電位測定装置を提供することを目
的とするものである。
あり、この照射量変動の問題を解決し、かつ試料
電圧変化に対する感度を向上させて測定精度の向
上を可能にした電位測定装置を提供することを目
的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明は、１次荷
電粒子ビームを照射する試料をとり囲む如く配設
され、該試料から放出される２次電子を吸引し得
る電圧が印加された第１グリツド手段と、該第１
グリツド手段の外側に配設され、上記第１グリツ
ド手段を通過した上記２次電子のエネルギー分析
をし得る電圧が印加された第２グリツド手段と、
上記２次電子のうち上記第２グリツド手段を通過
した２次電子を検出する２次電子検出手段と、上
記第１グリツド手段に上記電圧を与えると同時に
上記第１グリツド手段を流れる電流を検出する電
流検出手段と、上記２次電子検出手段からの出力
を上記電流検出手段からの出力で割算を行なう割
算増幅手段を具備する如く構成した点に、その特
徴を有するものである。
電粒子ビームを照射する試料をとり囲む如く配設
され、該試料から放出される２次電子を吸引し得
る電圧が印加された第１グリツド手段と、該第１
グリツド手段の外側に配設され、上記第１グリツ
ド手段を通過した上記２次電子のエネルギー分析
をし得る電圧が印加された第２グリツド手段と、
上記２次電子のうち上記第２グリツド手段を通過
した２次電子を検出する２次電子検出手段と、上
記第１グリツド手段に上記電圧を与えると同時に
上記第１グリツド手段を流れる電流を検出する電
流検出手段と、上記２次電子検出手段からの出力
を上記電流検出手段からの出力で割算を行なう割
算増幅手段を具備する如く構成した点に、その特
徴を有するものである。
以下、本発明を実施例を参照して説明する。
第３図は、本発明の一実施例を示す図である。
偏向板１により試料４上の任意の点に電子線１１
が照射される。この試料４には未知の電圧５が印
加されたとする。本測定では、この未知の電圧５
が測定しようとするものである。試料４から放出
した２次電子は、第１グリツド２により吸引され
る。第１グリツド２には、第２グリツドの電圧７
よりも高い電圧６、例えば約20ボルトが印加され
ている。第１グリツド２を通過した２次電子１４
のうちエネルギーの低いものは第２グリツド３に
印加された電圧７の逆電圧により反射される。第
２グリツド２を通過した２次電子１２は、２次電
子検出器８（例えば、エバハルト形の２次電子検
出器）により検出される。他方、第１グリツド２
に電圧６を与えると同時に、第１グリツド２を流
れる電流を検出器（例えば、高感度電流計等）１
５により検出する。２次電子検出器８の出力と高
感度電流計１５の出力は、割算増幅器１６に導か
れ、両出力の比が出力される。すなわち２次電子
検出器８の出力を高感度電流計１５の出力で割算
を行う。この演算は第１図の○イを○ハで割る、ある
いは○ロを○ニで割ることである。
偏向板１により試料４上の任意の点に電子線１１
が照射される。この試料４には未知の電圧５が印
加されたとする。本測定では、この未知の電圧５
が測定しようとするものである。試料４から放出
した２次電子は、第１グリツド２により吸引され
る。第１グリツド２には、第２グリツドの電圧７
よりも高い電圧６、例えば約20ボルトが印加され
ている。第１グリツド２を通過した２次電子１４
のうちエネルギーの低いものは第２グリツド３に
印加された電圧７の逆電圧により反射される。第
２グリツド２を通過した２次電子１２は、２次電
子検出器８（例えば、エバハルト形の２次電子検
出器）により検出される。他方、第１グリツド２
に電圧６を与えると同時に、第１グリツド２を流
れる電流を検出器（例えば、高感度電流計等）１
５により検出する。２次電子検出器８の出力と高
感度電流計１５の出力は、割算増幅器１６に導か
れ、両出力の比が出力される。すなわち２次電子
検出器８の出力を高感度電流計１５の出力で割算
を行う。この演算は第１図の○イを○ハで割る、ある
いは○ロを○ニで割ることである。
このように、割算増幅器１６の分子入力に増幅
器９の出力を、分母入力に増幅器１５の出力を入
れ、割算を実行し、記録計１０等に入力するよう
に構成することによつて、(1)照射電子量の変動の
影響を大巾に減少でき、(2)感度を大巾に向上する
ことが可能である。
器９の出力を、分母入力に増幅器１５の出力を入
れ、割算を実行し、記録計１０等に入力するよう
に構成することによつて、(1)照射電子量の変動の
影響を大巾に減少でき、(2)感度を大巾に向上する
ことが可能である。
なお、上記実施例においては、第１グリツド２
に印加する電圧６は、実用的には10ボルト以上ま
た第２グリツド３に印加する電圧７は、実用的に
は−10〜０ボルト程度が好ましい。
に印加する電圧６は、実用的には10ボルト以上ま
た第２グリツド３に印加する電圧７は、実用的に
は−10〜０ボルト程度が好ましい。
以下に本発明の効果について説明する。
第４図は従来方式と本発明の方式との感度比較
を行つたものである。第２グリツドを−３ボルト
とし、試料電圧５を０から−5Vまで変えたとき
の出力の変化を示したものである。本発明の方式
は、従来の方式に比較し、斜傾が大きいことがわ
かる。すなわち、試料電圧が０ボルトの勾配は、
従来方式で、0.2、本発明の方式で、0.65であり、
約３倍の感度向上がある。
を行つたものである。第２グリツドを−３ボルト
とし、試料電圧５を０から−5Vまで変えたとき
の出力の変化を示したものである。本発明の方式
は、従来の方式に比較し、斜傾が大きいことがわ
かる。すなわち、試料電圧が０ボルトの勾配は、
従来方式で、0.2、本発明の方式で、0.65であり、
約３倍の感度向上がある。
また、第５図は、電子線の量変動に関する効果
を示したものである。
を示したものである。
上段が従来方式であり、電子流の変動がそのま
ま出力の変動になつている。このデータは、電界
放射型の走査電子顕微鏡によつて得たもので、通
常の電子銃（熱放射型）よりも多い。しかし、高
い空間分解能が得られる特徴があるために、一般
に、この型の電子銃が用いられている。従来方式
では９％の変動があるのに対し、本発明では１％
に減衰されている。感度と電子流安定性から検知
できる最小の電圧値を算出することができる。こ
の例では従来方式では、1.5V、本発明の方式で
は、0.03Vである。従つて、最小電圧値では本発
明は、従来に比べて１／50に減少している。
ま出力の変動になつている。このデータは、電界
放射型の走査電子顕微鏡によつて得たもので、通
常の電子銃（熱放射型）よりも多い。しかし、高
い空間分解能が得られる特徴があるために、一般
に、この型の電子銃が用いられている。従来方式
では９％の変動があるのに対し、本発明では１％
に減衰されている。感度と電子流安定性から検知
できる最小の電圧値を算出することができる。こ
の例では従来方式では、1.5V、本発明の方式で
は、0.03Vである。従つて、最小電圧値では本発
明は、従来に比べて１／50に減少している。
第６図は、本発明を走査型電子顕微鏡（SEM）
に適用した例を示すものである。図において、第
３図と同じ引用番号は同様のものを示す。電子源
には電界放射電子銃２９を用いている。電界放射
型電子銃２９は、チツプ２３、第１陽極２４、第
２陽極２５によつて構成され、コントローラー１
７により操作する。典型的な電子線１１のエネル
ギーは1kVである。この電子線１１は集束コイル
２２により試料（例えば、LSI等）２６上に集束
される。この電子線１１は、走査用電源１９によ
り試料２６上を走査する。ブラウン管２０の偏向
板２１は、走査用電源１９によつて走査され、偏
向板１と同期走査がなされている。ブラウ管２０
の輝度は、増幅器９の出力、すなわち２次電子検
出器８の出力で変調されている。これは、いわゆ
る走査型電子顕微鏡の構成である。このようにし
て、試料２６の像を観察し、測定しようとする特
定な場所に電子線１１を固定する。この機能は走
査用電源１９に内蔵されている。測定時は、割算
回路１６の出力を読みとる。この例では、LSI
（試料）２６が、試料駆動回路２７により動作さ
せられ、これに対応した出力を読む。この読み取
りはマイクロコンピユータ２８で行なわれる。読
み取りのタイミング等は、マイクロコンピユータ
２８と試料駆動回路２７とを関連させることによ
り行なつている。このような構成において、電子
ビームを測定しようとする特定な場所に走査し
て、その部分の電位を測定し、また電位の分布を
計測することができる。なお、本発明は、本例に
示したSEMだけでなく、２次電子を生起する他
の電子線装置にも適用可能であることはいうまで
もない。
に適用した例を示すものである。図において、第
３図と同じ引用番号は同様のものを示す。電子源
には電界放射電子銃２９を用いている。電界放射
型電子銃２９は、チツプ２３、第１陽極２４、第
２陽極２５によつて構成され、コントローラー１
７により操作する。典型的な電子線１１のエネル
ギーは1kVである。この電子線１１は集束コイル
２２により試料（例えば、LSI等）２６上に集束
される。この電子線１１は、走査用電源１９によ
り試料２６上を走査する。ブラウン管２０の偏向
板２１は、走査用電源１９によつて走査され、偏
向板１と同期走査がなされている。ブラウ管２０
の輝度は、増幅器９の出力、すなわち２次電子検
出器８の出力で変調されている。これは、いわゆ
る走査型電子顕微鏡の構成である。このようにし
て、試料２６の像を観察し、測定しようとする特
定な場所に電子線１１を固定する。この機能は走
査用電源１９に内蔵されている。測定時は、割算
回路１６の出力を読みとる。この例では、LSI
（試料）２６が、試料駆動回路２７により動作さ
せられ、これに対応した出力を読む。この読み取
りはマイクロコンピユータ２８で行なわれる。読
み取りのタイミング等は、マイクロコンピユータ
２８と試料駆動回路２７とを関連させることによ
り行なつている。このような構成において、電子
ビームを測定しようとする特定な場所に走査し
て、その部分の電位を測定し、また電位の分布を
計測することができる。なお、本発明は、本例に
示したSEMだけでなく、２次電子を生起する他
の電子線装置にも適用可能であることはいうまで
もない。
さらに、本発明は、上述した実施例等において
用いた２次電子検出器に限定されるものではな
く、例えば、第３図においてエネルギー分析する
ための第２グリツド３の外周に半球状のコレクタ
ーを設け、これにより２次電子を検出してもよい
し、また第２グリツドの代りに上記のようなコレ
クターを配設して、２次電子検出とエネルギー分
析の作用を兼ねさせてもよい。また、本質的に
は、本発明は一次荷電粒子ビームを試料面上に照
射して試料から放出される２次電子、反射電子等
の２次的電子を検出するようにしても、適用可能
である。
用いた２次電子検出器に限定されるものではな
く、例えば、第３図においてエネルギー分析する
ための第２グリツド３の外周に半球状のコレクタ
ーを設け、これにより２次電子を検出してもよい
し、また第２グリツドの代りに上記のようなコレ
クターを配設して、２次電子検出とエネルギー分
析の作用を兼ねさせてもよい。また、本質的に
は、本発明は一次荷電粒子ビームを試料面上に照
射して試料から放出される２次電子、反射電子等
の２次的電子を検出するようにしても、適用可能
である。
以上のように、本発明によれば、電子線の照射
量に依存することなく、また試料電圧変化に対す
る感度の向上と測定精度の向上を以て、電子線装
置における試料上の電位測定が可能である。
量に依存することなく、また試料電圧変化に対す
る感度の向上と測定精度の向上を以て、電子線装
置における試料上の電位測定が可能である。
第１図は、試料に電子を照射した際に放出され
る２次電子のエネルギー分布を示すもので、ａは
試料の電位が０ボルト及びｂは負の数ボルトの場
合を示す特性線図、第２図は、従来の電位測定方
式を説明する図、第３図は、本発明の一実施例を
示す図、第４図は、本発明による感度の効果を示
す特性線図、第５図は本発明による電子線の変動
に関する効果を示す特性線図、および第６図は本
発明を走査型電子顕微鏡に適用した例を示す図で
ある。 図において、１……偏向板、２……第１グリツ
ド、３……第２グリツド、４……試料、８……２
次電子検出器、１５……高感度電流計、１６……
割算増幅器。
る２次電子のエネルギー分布を示すもので、ａは
試料の電位が０ボルト及びｂは負の数ボルトの場
合を示す特性線図、第２図は、従来の電位測定方
式を説明する図、第３図は、本発明の一実施例を
示す図、第４図は、本発明による感度の効果を示
す特性線図、第５図は本発明による電子線の変動
に関する効果を示す特性線図、および第６図は本
発明を走査型電子顕微鏡に適用した例を示す図で
ある。 図において、１……偏向板、２……第１グリツ
ド、３……第２グリツド、４……試料、８……２
次電子検出器、１５……高感度電流計、１６……
割算増幅器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電子線装置の電子源から放出される１次荷電
粒子ビームを照射せしめる試料をとり囲む如く配
設され、該試料から放出される２次電子を吸引し
得る電圧が印加された第１グリツド手段と、上記
第１グリツド手段を通過した２次電子のエネルギ
ー分析をし得る電圧が印加された第２グリツド手
段と、上記第２グリツド手段を通過した２次電子
を検出する２次電子検出手段と、上記第１グリツ
ド手段に上記電圧を与えると同時に上記第１グリ
ツド手段を流れる電流を検出する電流検出手段
と、上記２次電子検出手段からの出力を上記電流
検出手段からの出力で割算を行なう割算増幅手段
を具備して、上記電子線装置における上記試料上
の電位を測定する如く構成したことを特徴とする
電位測定装置。 ２ 上記第１グリツド手段が、上記試料から放出
される２次電子を吸引し得る如く上記試料を半球
状にとり囲むグリツドを具備してなる特許請求の
範囲第１項記載の電位測定装置。 ３ 上記第２グリツド手段が、上記第１グリツド
手段の外周に半球状に配設されたグリツドを有し
てなることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の電位測定装置。 ４ 上記第１グリツド手段に、上記第２グリツド
手段に印加する電圧よりも高い電圧を印加してな
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２
項又は第３項記載の電位測定装置。 ５ 上記２次電子検出手段が、上記第２グリツド
手段の半球状グリツドの外周に半球状に配設され
たコレクターからなることを特徴とする特許請求
の範囲第３項記載の電位測定装置。 ６ 上記第１グリツド手段の半球状グリツドの外
周に上記第２グリツド手段と上記２次電子検出手
段を兼ねた半球状のコレクターを配設してなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電位
測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6502979A JPS55156867A (en) | 1979-05-28 | 1979-05-28 | Potential measuring device |
| US06/152,843 US4355232A (en) | 1979-05-28 | 1980-05-23 | Apparatus for measuring specimen potential in electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6502979A JPS55156867A (en) | 1979-05-28 | 1979-05-28 | Potential measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55156867A JPS55156867A (en) | 1980-12-06 |
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Family
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Family Applications (1)
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-
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55156867A (en) | 1980-12-06 |
| US4355232A (en) | 1982-10-19 |
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