JPH03187145A - 電子ビーム装置 - 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】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第５図） 発明が解決しようとする１１８（第６図）課題を解決す
るための手段（第１図） 作用 実施例（第２〜第４図） 発明の効果 〔概要〕 電子ビーム装置、特に絶縁保護股上から電子ビームを照
射して電圧波形等を測定する装置の帯電消去機能に関し
、 該絶縁保護股上に貴金属や帯電防止膜を塗布することな
く、該保護膜上の異常帯電を除去してオフセットの極力
少ない初期状態の下で電子ビームを被照射対象物に照射
し、精度良い電圧測定等をすることを目的とし、 少なくとも、被照射対象物に電子ビームを出射する電子
銃と、前記電子ビームを偏向走査する偏向手段と、前記
被照射対象物からの反射電子又は二次電子を検出する検
出手段と、前記反射電子又は二次電子の信号処理をする
信号処理手段と、前記電子銃、偏向手段及び信号処理手
段の人出力を制御する制御手段とを具備する電子ビーム
装置において、前記制御手段が、予め、被照！１を対象
物の初期帯電状態を認識、記憶し、前記被照射対象物の
帯電状態を一定時間毎に監視し、前記被照射対象物の初
期照射状態と任意の時刻の帯電状態との比較結果に基づ
いて前記偏向手段の駆動制御をすることを含みＩＩｒｔ
ｉ、する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電子ビーム装置に関するものであり、更に詳
しく言えば、ｅｉｉ保護股上から電子ビームを照射して
電圧波形等を測定する装置の帯電消去機能に関するもの
である。

近年、絶縁性の股により保護された被照射対象物に電子
ビームを偏向走査して画像取得をする電子顕微鏡や電子
ピーステスタ等の電子ビーム装置が使用されている。

これによれば、被照射対象上の電子ビームの照射点を常
時監視し、該被照射対象の異常帯電を取り除き、安定し
た反射電子又は二次電子を取得して電圧波形等を測定す
ることができる電子ビーム装置の要望がある。

〔従来の技術〕

第５．６図は、従来例に係る説明図である。

第５図は、従来例の電子ビーム装置に係る構成図を示し
ている。

図において、電子ビームテスタ等の電子ビーム装置は、
鏡筒内に電子銃！、偏向手段２及び二次電子検出器３が
設けられ、該二次電子検出器３からの反射電子や二次電
子ｔｂの信号処理をする信号処理回路４と、該電子銃１
．偏向手段２及び信号処理回路４の入出力を制御する制
御計算機５から構成されている。

該装置の機能は、まず電子ビームｌａが偏向手段２等の
電子光学系を通して被照射対象６に出射される６次に被
照射対象６からの反射電子や二次電子１ｂが、二次電子
検出器３によりモニタされる。その後、反射電子や二次
電子１ｂが信号処理回路４により信号処理される。これ
により、被照射対象物６の電圧波形を測定することがで
きる。

〔発明が解決しようとする課Ｂ］ ところで、従来例によれば、ＬＳＩ（半導体集積回路袋
りの試験や故障診断をする場合、そのチップ表面の絶縁
膜を除去してＬＳＩの引き出し電極に、直接、電子ビー
ム１ｂを照射していた。

しかし、絶縁膜の除去によって、高集積化・超微細化す
るＬＳＩの破壊発生の恐れがあるためチップ表面の絶縁
膜を除去せずに、それを残留させた状態で電圧測定等が
行われる傾向にある。

このため、第５図の問題点の説明図に示すように、測定
の経過と共にＬＳＩ６ｃの絶縁保ＩＩＩ！Ｊ６ａ上に負
の電荷７が帯電する（同図（ａ））。

この負の電荷７は、二次電子検出系のオフセットとなり
、ＬＳＩ６ｃの配置６ｂの電圧波形等を測定する際に、
悪影響を及ぼし測定精度の低下の原因となる。

そこで、同図（ｂ）のように絶縁保ｊ１１ｌ＊６ａ上に
貴金属や１１電防止Ｍ８を塗布して電子ビームｌｂが照
射される。

しかし、下記のような問題がある。

■カーボンなどの貴金属膜の塗布によって、負の電荷７
の帯電は防止できるものの二次電子検出量が減少する。

これにより、電圧振幅が減少して配線６ｂの電圧波形等
にオフセットが介入し、その絶対測定ができない。

■帯電防止膜８の塗布むらにより、同図（ｂ）の破線円
内図に示すように不均一帯電部分９が生ずる。これによ
り、帯電防止膜８を塗布しない場合と同一の問題を生ず
ることがある。

本発明はかかる従来例の問題点に鑑み創作されたもので
あり、絶縁保ｒ１１ｌｉ上に貴金属や帯電防止膜を塗布
することなく、該保護膜上の異常帯電を除去してオフセ
ットの極力少ない初期状態の下で電子ビームを被照射対
象に照射し、精度良い電圧測定等をすることを可能とす
る電子ビーム装置の提供を目的とする。

（課題を解決するための手段） 第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の電子ビーム装置に係
る原理図を示している。

その装置は、少なくとも、被照射対象物１６に電子ビー
ムＩｌａを出射する電子銃１１と、前記電子ビーム１１
ａを偏向走査する偏向手段１２と、前記被照射対象物１
６からの反射電子又は二次電子１１ｂを検出する検出手
段１３と、前記反射電子又は二次電子１１ｂの信号処理
をする信号処理手段１４と、前記電子銃１１．偏向手段
１２及び信号処理手段１４の入出力を制御する制御手段
１５とを具備する電子ビーム装置において、前記制御手
段１５がステップＰ１で、予め、被照射対象物１６の初
期帯電状態を認識、記憶し、ステップＰ２で前記被照射
対象物１６の帯電状態を一定時間毎に監視し、ステップ
Ｐ３で前記被照射対象物１６の初期照射状態と任意の時
刻の帯電状態との比較結果に基づいて前記偏向手段１２
の駆動制御をすることを特徴とし、上記目的を遠戚する
。

（作用） 本発明によれば、ステップＰ１で、予め、被照射対象物
１６の初期帯電状態を認識、記憶し、ステップＰ２で、
その帯電状態を一定時間毎に監視し、ステップＰ３で、
その初期照射状態と任意の時刻の帯電状態との比較結果
に基づいて偏向手段１２の駆動制御をする制御手段１５
が設けられている。

このため、高集積化・超微細化するＬＳＩ等の被照射対
象物１６に電子ビームＩｌａが照射され、その測定の経
過と共に該対象物１６の絶縁性の膜上に負の電荷が帯電
した場合であっても、一定時間毎に監視され、常に初期
照射状態と任意の時刻の帯電状態とが比較される。この
負の電荷が、例えば、検出系の闇値帯電電ｒｔＩ量を越
えた場合、偏向手段１２を介して電子ビームを面照射す
ることにより、被照射対象物１６の異常電荷を消去する
ことが可能となる。

これにより、貴金属や帯電防止膜を原因とするオフセン
トの影響が無くなり、被照射対象９Ｊ１６の配線等の電
圧波形を桔度良く測定すること、及び該配線等に電子ビ
ームが間接的に照射されることから、高集積化・超微細
化するＬＳＩ等の所定形状を維持することが可能となる
。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明する
。

第２〜第４図は、本発明の実施例に係る電子ビーム装置
を説明する図であり、第２図は電子ビーム装置の構成国
を示している。

図において、当該ビーム装置は、鏡筒２０内に、被照射
対象物２６に電子ビーム２１ａを出射する電子銃２１と
、電子ビーム２１ａをパルス状に照射するＥＢパルスゲ
ート３０と、電子ヒーム２１ａを偏向走査する偏向器２
２と、被照射対象物２６からの二次電子２１ｂのエネル
ギー分析をする分析器２８と、二次電子２１ｂを検出す
る二次電子信号検出器２３と、被照射対象物２６を載置
するステージ３１とを具備している。

また、鏡筒２０外には、ＥＢパルスゲート３０を制御す
るパルスゲート制御回路２９と、二次電子信号の信号処
理をする信号処理回路２４と、被照射対象物２６を駆動
するＬＳＩドライバ２７と、電子銃２１．パルスゲート
制御回路２９．偏向器２２、信号処理回路２４及びＬＳ
Ｉドライバ２７の人出力を制御する制御装置２５とを具
備している。

制御装置２５は、電子銃を制御する電子銃制御回路５１
ａと、偏向器２２を制御する偏向駆動制御回路５２と、
ＬＳＩドライバ２７を制御するＬＳＩ駆動制御回路５３
と、被照射対象物２６の初期帯電状態を電圧分布で表し
たＳカーブに係るデータを記憶する記憶回路５４と、帯
電状態の監視時刻を一定時間毎に起動するタイマ５５と
、各回路からの入出力データに基づいて演算処理をする
ＭＰｔＪ５７と、その他の回路５６から成る。

５８はシステムバスであり、各種データを転送するもの
である。３２はモニタであり、被照射対象物２６の画像
を表示するものである。

２６は被照射対象物であり、Ｓｉ基板２６ｄに形成され
た配線２６ｂを絶縁性の膜２６ａにより保護したＬＳＩ
等である。２６Ｃは負の電荷であり、絶縁性の膜２６ａ
上に電子ビーム照射量に依荏して帯電したものである。

これらにより、電子ビームテスタ等の電子ビーム装置を
構成する。

次に、当該装置の動作について説明をする。

第３図は、本発明の実施例に係る電子ビーム装置の動作
フローチャートであり、第４図は、その補足説明図であ
る。

図において、まずステップＰｉ−Ｐ４で被照射対象物２
６の初期帯電状態を認識・記憶する。

すなわち、ステップＰＩで初期状態に係るＳカーブをサ
ンプリングする。この際に、電子銃２１から電子ビーム
２１ａが被照射対象物２６に出射される。これにより、
該対象物２６からの二次電子２１ｂが分析器２８．二次
電子信号検出器２３及び信号処理回路２４を介してデー
タ処理される。

また、被照射対象物２６上の帯電状態を示すＳカーブは
、第４図（ａ）のように縦軸をサンプリング二次電子量
ＳＥ、横軸を分析電圧■とするとローマ字の「Ｓ」のよ
うな分布曲線が得られる。

このとき、電子ビーム２１ａを面照射して該対象物２６
に初期に帯電している電荷を取り除いても良い。

次に、ステップＰ２で（Ｓ　Ｅ−ａｍ　＋Ｓ　Ｅ−＋−
）／２を１ｊえる分析電圧■８゜を求める。この分析電
圧Ｖ□。は、被照射対象物２６の初期帯電状態を示す検
出電圧である。

さらに、ステップＰ３で被照射対象物２Ｇの測定点を含
む被照射領域の画像を取り込む、被照射対象物２６の画
像（ＳＥＭ像）はモニタ３２に表示される。

次に、ステップＰ４で取り込んだ画像データの標準偏差
σ。を計算する０例えば、サンプリングした画像データ
をＸｉ、サンプル点数をｎとすると、 で計算される。この標準偏差σ。は被照射対象物２６の
測定点を含む被照射領域の異常帯電の判定基準となるも
のである。この被照射対象物２Ｇの初期帯電状態に係る
標準偏差σ。は、ＭＰＵ５７により計算され、記憶回路
５４にそのデータが格納される。

次いで、ステップＰ５でタイマ５５を起動する。

これにより、一定時間毎に被照射対象物２６の帯電状態
が監視される。その後、ステップＰ６で測定を開始する
。この際、測定系に係る二次電子２１ｂが二次電子信号
検出器２３により検出される。

次いで、ステップＰ７で、電圧波形等の測定をする。こ
の際に、従来例と同様に二次電子信号が信号処理回路２
４を介して信号処理され、制御装ｒ！１２５に取り込ま
れる。これにより、被照射対象物２６の配！１１２６ｂ
の電圧波形を測定することができる。

さらに、ステップＰ８で測定終了か、否かの判断をする
。測定の否の場合（Ｎｏ）には、ステップＰ９に移行す
る。

ステップＰ９では、モニタ時間の経過判断をする。この
際に、予め設定した時刻に達した場合（ＹＥＳ）にはス
テップＰＩＯに移行し、該時刻に達しない場合（Ｎｏ）
にはステップＰ１８に移行し測定を継続する。

ここからのステップＰＩＯ−１６は、被照射対象物２６
の初期帯電状態と任意の時刻の帯電状態との比較結果に
基づいて偏向器２２を駆動し、異常帯電を除去する処理
フローである。

すなわち、ステップＰＩＯで測定系に係る二次電子検出
からモニタ系に係る二次電子検出にモードを切り換える
。

さらに、ステップｐＨで、当該時刻のＳカーフ゛をサン
プリングする。この際に、ステップＰＩと同様に電子銃
２１から電子ビーム２１ａが被照射対象物２６に出射さ
れる。これにより、該対象物２６からの二次電子２１ｂ
が分析器２８．二次電子信号検出器２３及び信号処理回
路２４を介してデータ処理される。また、被照射対象物
２６の任意の時刻のＳカーブＢは、第４図（ｂ）の実線
に示すように破線で示した初期状態に係るＳカーブ八か
ら（−）方向にシフトしている。なお、点鎖線で示した
Ｃは、検出系で許容される閾（ｉｆｆＳカーブであり、
■ヮ。Ｆ、は分析電圧のオフセットの許容量である。

次に、ステップＰ１２で（ＳＥ、１１１Ｉ＋ＳＥ、、、
ｌ）／２を与える分析電圧■５を求める。この分析電圧
■、は、被照射対象物２６の任意の時刻の帯電状態を示
す検出電圧である。

ソノ後、ステー／　７’　Ｐ　１３　テＶ＊ｏ　　Ｖ＋
＋　＞　ＶＩＩＯＦＦの判断をする。この際に、許容量
■１゜２．よりも■、。−■、が大きい場合（ＹＥＳ）
、すなわち、異常帯電と認識される場合にはステップＰ
１４に移行し、それが小さい場合（Ｎｏ）にはステップ
Ｐ１７に移行する。

ステップＰ１４では、面照射を開始する。

この際に、ＭＰＵ５７．偏向駆動制御回路５２及び偏向
器２２により、電子ビーム２１ａが被照射対象物２６の
照射点を含む被照射領域に走査される。これにより、第
２図の破線円内図の負の電荷２６ｃが除去される。この
負の電荷２６ｃは一回の偏向走査で初期状態に復帰でき
ない場合がある。

このため、ステップＰ１５で面照射領域の画像データを
取り込み標準偏差σの計算をする。この場合も被照射対
象物２６の測定点を含む被照射領域のｉ！ｉ像を取り込
む、その画像（３２Ｍ像）をモニタ３２に表示する。標
準偏差σの計算は、ステップＰ４と同様に行う。

次に、ステップＰ１６でσ〉σＳ’Ｌ（−σ。＋δσ）
の判断をする。この際に、当該時刻にサンプリングした
画像データの標準偏差σが偏向走査をした後のｉａ準偏
差σ、Ｌよりも大きい場合（ＹＥＳ）には、ステップＰ
１４に戻って面照射を繰り返す。

該標準偏差σが偏向走査をした後の標準偏差σ、Ｌより
も小さい場合（Ｎｏ）には、ステップＰ１７に移行する
。なお、δσは偏向走査をした後の標準偏差σ、Ｌと被
照射対象物２６の初期帯電状態の標準偏差σ。との差を
示している。この差δσを零に達するまで面照射が繰り
返される。

次に、ステップＰ１７でモニタ系に係る二次電子検出か
ら測定系に係る二次電子検出にモードを切り換え、その
後、ステップＰ１Ｂで測定を継続する。

次いで、ステップＰ７に戻り、ステップＰ８で測定終了
（ＹＥＳ）の判断により電圧測定等を終了する。

このようにして、本発明の実施例によれば、ステップＰ
Ｉ−Ｐ４で、予め、被照射対象物２６の初期ＩＦ電状態
を８２識、記憶し、ステップＰ５．Ｐ９で、その帯電状
態を一定時間毎に監視し、ステップＰＩＯ〜Ｐ１６で、
その初期照射状態と任意の時刻の帯電状態との比較結果
に基づいて偏向器２２の駆動制御をする制御語Ｗ１２５
が設けられている。

このため、高集積化・超微細化するＬＳＩ等の被照射対
象２６に電子ビーム２１ａが照射され、その測定の経過
と共に該対象２６の絶縁性の膜上に負の電荷２６ｃが帯
電した場合であっても、−定時間毎に監視され、常に初
期照射状態と任意の時刻の帯電状態とが比較される。こ
の負の電荷２６ｃが、例えば、検出系の闇値Ｓカーブを
越えた場合、偏向器２２を介して電子ビーム２１ａを面
照射することにより、被照射対象物２６に異常帯電した
負の電荷２６ｃを消去することが可能となる。

これにより、貴金属や帯電防止膜を原因とするオフセッ
トの影響が無くなり、被照射対象物２６の配線２６ｂ等
の電圧波形を精度良く測定すること、及び該配線２６ｂ
等に電子ビーム２１ａが間接的に照射されることから、
高集積化・超微細化するＬＳＩ等の所定形状を維持する
ことが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、測定系の検出手段
１信号処理手段及び制御手段を利用して被照射対象物の
異常帯電状態を監視すること、及び偏向手段により異常
電何の除去をすることができる。

このため、絶縁性の膜により保護されたＬＳＩの配線に
、間接的に電子ビームを照射して電圧波形等を相変良く
測定すること、及び従来例のような貴金属や帯電防止膜
の前処理工程を省略することが可能となる。

これにより、高信頼度の画体取得処理や高桔度の電圧測
定処理をすることが可能な電子ビーム装置の製造に寄与
するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る電子ビーム装置の原理図、 第２図は、本発明の実施例に係る電子ビーム装置の構成
図、 第３図は、本発明の実施例に係る電子ビーム装置の動作
フローチャート、 第４図は、本発明の実施例に係る動作フローチャートの
補足説明図、 第５図は、従来例に係る電子ビーム装置の構成図、 第６図は、従来例に係る問題点を説明する被照射対象物
の断面図である。 （符号の説明） １１・・・電子銃、 １２・・・偏向手段、 １３・・・検出手段、 １４・・・信号処理手段、 １５・・・制御手段、 １１ａ・・・電子ビーム、 １１ｂ・・・反射電子又は二次電子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも、被照射対象物（１６）に電子ビーム（１１
   ａ）を出射する電子銃（１１）と、前記電子ビーム（１
   １ａ）を偏向走査する偏向手段（１２）と、前記被照射
   対象物（１６）からの反射電子又は二次電子（１１ｂ）
   を検出する検出手段（１３）と、前記反射電子又は二次
   電子（１１ｂ）の信号処理をする信号処理手段（１４）
   と、前記電子銃（１１）、偏向手段（１２）及び信号処
   理手段（１４）の入出力を制御する制御手段（１５）と
   を具備する電子ビーム装置において、前記制御手段（１
   ５）が、予め、被照射対象物（１６）の初期帯電状態を
   認識、記憶し、前記被照射対象物（１６）の帯電状態を
   一定時間毎に監視し、前記被照射対象物（１６）の初期
   照射状態と任意の時刻の帯電状態との比較結果に基づい
   て前記偏向手段（１２）の駆動制御をすることを特徴と
   する電子ビーム装置。