JPH02157665A - 電子ビームテスタ - 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】 ［概要］ 電子銃から放出された電子ビームを試料の測定点に照射
してその電圧を測定する電子ビームテスタに関し、 局所電界効果の影響を受けずに試料電圧を測定すること
を目的とし、 試料の測定点の電圧と電子銃に印加された電圧との差に
等しい加速電圧により加速された電子ビームを該測定点
に照射して該−１定点の電圧を一１定する電子ビームテ
スタにおいて、該電子ビームを該試料が吸収することに
より該試料に流れる吸収１！！流を測定する吸収電流測
定手段と、該吸収電流が零のときの該加速電圧値が設定
される加速電圧設定手段と、測定された該吸収電流が正
の場合には該電子銃印加電圧を上昇させて加速電圧を低
下させ該吸収電流が負の場合には該電子銃印加電圧を低
下させて加速電圧を上昇させることにより該吸収電流を
零に近付ける電子銃印加電圧制御手段と、測定された該
吸収電流が略零になったと判定したときの該電子銃印加
電圧値に設定された該加速電圧値を加えた値を該測定点
の電圧値として出力する測定点電圧演算手段と、を備え
て構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、電子銃から放出された電子ビームを試料の測
定点に照射し試料に吸収される電流が零になるように電
子銃印加電圧を調節して電圧を測定する、全く新規な方
式を採用した電子ビームテスタに関する。

［従来の技術］ 近年のＬＳＩの高集積化、高速化に伴い、集積回路の故
障箇所及び故障原因の解明が非常に困難になってきた。

このため、集積回路自体に自己診断回路を組み込む試み
が行われているが、スペースファクターが悪くなり、し
かも、ＬＳＩの全数検査には有効であるが開発フェーズ
での解析には無力であるという問題点がある。

そこで、ＬＳＩ内部の幅１μ−以下の配線に印加された
電圧波形を１００ｐｓ程度の時間分解能で測定できる手
段がＬＳＩの開発に必要となり、この要求を満たす手段
として電子ビームテスタが用いられている。

従来の電子ビームテスタは、試料としてのＬＳＩの配線
に１次電子ビームを照射し、照射点から放出された２次
電子のエネルギー分布が試料電圧に応じてリニアにシフ
トする性質を利用して試料電圧の測定を行っていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、２次電子の軌道はＬＳＩの配線の測定点近傍
の局所電界に敏感であり、この局所電界により容易に軌
道が乱されたり、２次電子そのものが局所電界にトラッ
プされて検出できなくなったすする（局所電界効果）の
で、検出器に到達する２次電子量により測定された電圧
に誤差が生ずるという問題点があった。

本発明の目的は、このような局所電界効果の影響を受け
ずに試料電圧を測定することが可能な電子ビームテスタ
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明に係る、全く新規な方式を採用した電子
ビームテスタの原理構成を示すブロック図である。

図中、１は試料、例えばＬＳＩであり、２は電子銃であ
り、電子銃２から放出された電子ビームは、試料ｉの測
定点の電圧Ｖ、と電子銃１に印加された電圧Ｖ、との差
に等しい加速電圧ｖ１により加速され、試料１の測定点
に照射される。

３は吸収電流測定６手段であり、電子ビームを試料１が
吸収することにより試料１に流れる吸収電流１．を測定
する。

４は加速電圧設定手段であり、吸収電流１．が零のとき
の加速電圧値ＶａＯを設定するためのものである。この
加速電圧設定手段４は、例えばキーボード又はデジタル
設定器等を用いて構成され、予めメモリに記憶させてお
いた複数の値から選択しあるいは直接に設定値を人力す
る構成となっている。

５は電子銃印加電圧１１１ｍ手段であり、測定された吸
収電流１．が正の場合には電子銃２への印加電圧Ｖ、を
上昇させることにより、測定された吸収電流１．が負の
場合には電子銃２への印加電圧ｖ６を低下させることに
より、吸収電流１．を零に近付ける。

６は測定点電圧演算手段であり、測定された吸収電流！
、が略零になったと判定したときの電子銃２への印加電
圧値Ｖ、に設定された加速電圧値Ｖ、。

を加えた値を測定点の電圧値Ｖ、とじて出力する。

［作用］ 例えば試料ｌが高集積化ＬＳＩで測定点が密集した微細
配線の場合には、測定点近傍の局所電界が複雑になって
いる部分がある。

しかし、吸収電流１．が零となる加速電圧値Ｖ　ａｎは
測定点近傍の局所電界によらず、電子ビーム照射点の材
料のみにより定まる。

本発明は電子銃印加電圧Ｖヨを変えて吸収電流１゜を略
零にすることにより加速電圧を設定電圧Ｖ、。

とじ、このときの電子銃印加電圧値Ｖヨに加速電圧値Ｖ
、。を加えた値を測定点の電圧値Ｖ、とするので、測定
点近傍の局所電界が複雑であってもその影響を受けずに
この点の電圧を測定することができる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第２図は電子ビームテスタの概略構成を示す。

真空チャンバ１０内にはｘ−Ｙステージ１２上にファラ
デーカップ１４及び試料１６が載置されている。この試
料１６は、本実施例では配線が露出されたＬＳＩであり
、電圧測定点はこの配線上の点である。真空チャンバ１
０の上面中央部には電子ビーム鏡筒Ｉ８が接続されてい
る。電子ビーム鏡筒１８内には、その上部に１次電子ビ
ーム２０を放出する電子銃２２が配設され、電子銃２２
の下方に静電偏向器２４を介してアパーチャ２６が配設
されている。

ストロボ回路２８はクロック発生器３αからのクロック
パルスに同期した矩形波電圧を静電偏向器２４に印加す
る。これにより、電子銃２２から放出された１次電子ビ
ーム２０は、その一部がアパーチャ２６の開口を通って
パルス化される。また、試料１６には、従来の電子ビー
ムテスタと同様に、このクロックパルスに同期して試料
ドライバ３１により周期的なテスト信号が供給されてい
る。

通常、矩形波の周期は２００ｎｓ−１μＳであり、１次
電子ビーム２０のパルス幅はＩ　ｎｓ程度であり、電子
銃２２から連続的に放出される１次電子ビーム２０の電
流１はｌ−１０ｎＡ程度である。この例では、試料１６
に照射される１次電子ビーム２０の平均電流は１〜ｓｅ
ｐ八程度でへる。

周期的なテスト信号の特定の位相点において、電子ビー
ムパルスを試料Ｉ６の測定しようとする配線に照射する
と、その一部がこの配線に吸収され、照射後１００ｉｓ
程度経過してから試料１６の外部端子ｌｅａに吸収電流
１．が流れる。この吸収電流１．は、１次電子ビーム２
０の加速電圧Ｖ１、すなわち試料Ｉ６の測定点の電圧Ｖ
、と電子銃２２の電圧Ｖ、との差に依存する。吸収電流
１．は試料１６の動作電流に重畳されているので、該特
定位相点について、１次電子ビーム２０を測定点に照射
したときに外部端子１６ａに流れる電流からこれを照射
しないときに外部端子１６ａに流れる電流を引くことに
より求められる。試料１６の動作電流は通常数〜数百ｍ
Ａ程度と比較的大きいので、吸収電流１．のＳＮ比を向
上させるために、ゲート付き積分器を備えたロックイン
検出回路を用いて該特定位相点での吸収電流を複数回積
算しこれを積算回数で除した値（平均値）を吸収電流１
．とする。

１次電子パルスビームの電流ＩＩは、吸収電流１゜測定
前にファラデーカップ１４により検出されビームｍ流測
定回路３２へ供給されて測定される。

ここで、１次電子吸収効率γ＝　１．／Ｉ。

２次電子放出効率δ−１−γ とすると、δ＝　１．ｏとなる加速電圧Ｖ、＝　Ｖ、。

は、測定点である配線の材料のみにより定まり、測定点
近傍の局所電界にはよらない。また、加速電圧Ｖａ、は
ｌ　ｋｅＶ程度であり、測定点の電圧Ｖ、に比し充分大
きいので、加速電圧Ｖ、が（ｖａｎ−ｖａ）〜（Ｖ、。

＋Ｖ、）程度の範囲では、２次電子吸収効率δの加速電
圧マー二対する変化は第４図に示す如く直線で表される
。局所電界効果が存在しない場合のこの直線の傾きα＝
Δ６／＾Ｖ、は測定点の材料により定まる。

第２図において、Ｖａ。、αは設定４３６により設定さ
れる。この設定器３６は、例えば各種材料名及びその各
々に対するＶａｎ、αの値が格納されたＲＯ菖と、この
ＲＯ−の内容を表示する表示器と、材料名を選択するた
めのキーボードとを備えており、選択された材料につい
てのＶ、。、αの値を出力する。

コントローラ３８は、ビーム電流測定回路３２からの１
次電子パルスビームの電流１　ｔ、吸収電流測定回路３
４からの吸収電流１．及び設定器３６からのＶ、、、α
を読み込み、δ＝！、０を実現するため制御信号を電子
銃印加電圧発生回路４２へ供給する。電子銃印加電圧発
生回路４２は、この＠御信号に応じた電圧Ｖ、を電子銃
２２に印加する。試料１６の測定点の１圧はコントロー
ラ３８により求められ、表示器４０に表示される。

なお、１次電子ビーム２０の加速電圧Ｖ、を変えた場合
には電子銃２２のアライメント１ＪＩ４１１１電流、コ
ンデンサレンズ励磁電流、対物レンズ励磁電流、ステイ
グメータコイル励磁電流、対物レンズアライメント励磁
電流、電子ビーム偏向コイル励磁電流などを変更する必
要があるが、加速電圧Ｖ、が７０Ｇ−１３００Ｖ程度の
範囲では加速電圧ｖ、ｌの変化に対して線形のフィード
バックをかけることにより充分追従可能である。第２図
ではこれら各種励磁電流に対する補正手段を図示省略し
ている。

次に、上記の如く構成された電子ビームテスタの電圧測
定手順を第３図に示すフローチャートに基づいて説明す
る。

（５０）設定４３６から第４図に示すＶｏ、αを読み込
む。

（５２）次に、Ｘ−’ｆステージ鳳２を駆動してファラ
デーカップ１４の中心軸を１次電子ビーム２０の軌跡に
略一致させ、ストロボ回路２８を駆動させた状部で、電
子銃印加電圧発生回路４２を介し電子銃２２に初期電圧
ｖ１、例えば−■、。を印加し、ビーム電流測定回路３
２により１次電子パルスビームの電流１．を測定する。

（５４）次に、試料１６の測定点に１次電子ビーム２０
が照射されるようにｘ−Ｙステージ１２を移動させ、ス
トロボ回路２８を動作状部にして吸収電流測定回路３４
により、上記特定位相点での吸収電流１．を測定し、こ
れを読み取る。

（５６）吸収電流１．の絶対値が小さな正の一定値ε以
上であれば、 （５ｇ）　１次電子吸収効率γ＝　１．／１．を求め、
（６０）電子銃印加電圧ｖ１にγ／αを加えた値を新た
なり１とし、このＶ、を電子銃２２に印加するための制
御信号を電子銃印加電圧発生回路４２へ供給する。

次に上記ステップ５４〜５６の処理を再度行う。

ステップ５６で１１．１＜εと判定されると、（６２）
測定点の電圧Ｖ、＝　Ｖ、、＋Ｖ、を求め、（６４）こ
れを表示器４０に表示する。

このようにして、測定点近傍の局所電界に影響されずに
特定位相点における測定点の電圧を測定することができ
、この位相点を変化させれば電圧波影を得ることができ
る。

本発明には他にも種々の変形例が含まれる。

例えば、上記実施例では第３図に示すステップ５４〜６
０の処理の繰り返し回数を出来るだけ少なくするために
、設定器３Ｇにより２次電子放出効率の傾きαを設定す
る場合を説明したが、電子銃印加電圧Ｖ、の異なる２点
での１次電子吸収効率γを測定することにより傾きαを
求めることができるので、必ずしも傾きαを設定する必
要はない。また、電子銃印加電圧ｖ１を適当に増減させ
ることにより、この傾きαと無関係にδ−重となる電子
銃印加電圧ｖ１を求める構成であってもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る、全く新規な方式を
採用した電子ビームテスタによれば、電子銃印加電圧を
変えて吸収電流を略零にすることにより加速電圧を設定
電圧とし、このときの電子銃印加電圧値にこの設定電圧
を加えた値を測定点の電圧値とするので、測定点近傍の
局所電界が複雑であってもその影響を受けずにこの点の
電圧を測定することができるという優れた効果を奏し、
高集積化ＬＳＩの開発促進に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示すブロック図、第２図乃
至第４図は本発明の一実施例に係り、第２図は電子ビー
ムテスタの概略構成を示すブロック図、 第３図はコントローラ３８の処理手順を示すフローチャ
ート、 第４図は１次電子加速電圧Ｖ、に対する２次電子放出効
率δの関係を示してδ−１にするための電子銃印加電圧
補正量を説明する図である。 図中、 １６は試料 ２２は電子銃 ３４は吸収電流測定回路 ３６は設定器 ３８はコントローラ ４２は電子銃印加電圧発生回路 電子こ′−ムチλり 第２図 第

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料（１）の測定点の電圧と電子銃（２）に印加された
   電圧との差に等しい加速電圧により加速された電子ビー
   ムを該点に照射して該点の電圧を測定する電子ビームテ
   スタにおいて、 該電子ビームを該試料（１）が吸収することにより該試
   料に流れる吸収電流を測定する吸収電流測定手段（３）
   と、 該吸収電流が零のときの該加速電圧値が設定される加速
   電圧設定手段（４）と、 測定された該吸収電流が正の場合には該電子銃印加電圧
   を上昇させ該吸収電流が負の場合には該電子銃印加電圧
   を低下させることにより該吸収電流を零に近付ける電子
   銃印加電圧制御手段（５）と、測定された該吸収電流が
   略零になったと判定したときの該電子銃印加電圧値に設
   定された該加速電圧値を加えた値を該測定点の電圧値と
   して出力する測定点電圧演算手段（６）と、 を有することを特徴とする電子ビームテスタ。