JPH0363213B2 - - Google Patents

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JPH0363213B2
JPH0363213B2 JP57209673A JP20967382A JPH0363213B2 JP H0363213 B2 JPH0363213 B2 JP H0363213B2 JP 57209673 A JP57209673 A JP 57209673A JP 20967382 A JP20967382 A JP 20967382A JP H0363213 B2 JPH0363213 B2 JP H0363213B2
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JP
Japan
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JP57209673A
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JPS5999732A (ja
Inventor
Kyomi Koyama
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P74/00Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices

Landscapes

  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電子装置、特に半導体試料の電位分
布を電子ビームを用いて非接触で測定する電子装
置の電位分布測定装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近時、ICやLSI等の半導体試料に電子ビームを
照射し、試料から放出される2次電子を検出して
試料面の電位を非接触で測定する試料電位測定装
置が研究開発されている。この装置は、駆動信号
が印加され動作状態にある試料に電子ビームを照
射すると、試料から放出される2次電子にビーム
照射点における電位に関する情報が含まれると言
う原理を応用したものである。したがつて、上記
の装置では試料に電子ビームを照射したときに試
料から放出される2次電子を適当な検出器で検出
することにより、試料電位を非接触で検出でき、
また電子ビームをパルス化し試料動作の特定位相
でのみパルスビームを試料に照射して2次電子を
検出することにより、信号伝送の様子も観察でき
る。このため、半導体試料の高速動作を観察する
のに極めて有効である。
ところで、動作状態にある半導体試料に電子ビ
ームを照射したときに試料から放出される2次電
子には、前述したビーム照射点における電位情報
のみが含まれるのではなく、ビーム照射点におけ
る試料の組成に関する情報も混在して含まれてい
る。例えば、第1図aに示す如き組成の異なる領
域1,2,3を持つ試料に駆動信号を印加しない
状態で図中矢印方向にビーム走査を行うと、検出
2次電子電流は組成の違いによつて同図bに示す
如く変化する。これは、ビーム照射位置における
下地組成により2次電子放出効率が異なり、放出
2次電子数が変化するためである。なお、図中4
はビーム走査用の偏向板を示している。
このように組成の違いにより放出2次電子数が
異なるため、動作状態にある試料のビーム照射点
における電位を正確に測定するには、検出2次電
子信号から組成に関する情報を除去する必要があ
る。従来、下地組成の違いに起因する検出2次電
子信号のレベル変動を補正するには、次にように
している。すなわち、第2図に示す如くまず試料
への駆動信号印加を絶ち、電子ビームを試料面上
で走査し、測定領域の全画素についての検出2次
電子信号を非印加時データ5として適当な記憶装
置に格納する。次いで、試料に駆動信号を印加す
ると共に電子ビームを試料面上で走査し、非印加
時データ5を求めた場合と同じ測定領域の全画素
についての検出2次電子信号を印加時データ6と
して適当な記憶装置に格納する。そして、引算器
7により上記各データ5,6をそれぞれの記憶装
置から取り出し両者の差分とつている。印加時デ
ータ6には電位及び組成に関する情報が含まれて
いるから、これから組成に関する情報のみを含む
非印加時データ5を差し引くことにより、電位情
報のみを含む補正データ8が得られることにな
る。
しかしながら、この種の従来手法にあつては次
のような問題があつた。すなわち、半導体試料の
駆動信号を印加状態にしたり、非印加状態に切り
換える煩わしい操作が必要となる。さらに、前記
印加時データ6を得るのに装置や画素数にもよる
が約100秒を要し、非印加時データ5も測定して
組成情報の補償を行う場合2倍の時間が掛かり、
測定効率上好ましくない。また、試料に通常測定
の倍の量でビーム照射によるドーズを与えるの
で、試料をビーム損傷から保護する観点からも好
ましくなかつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、検出2次電子信号から組成に
関する情報を除去することができ、電子装置、特
に半導体試料の電位測定の高精度化をはかり得、
かつ試料のビーム損傷を極めて小さくし得る電子
装置の電位分布測定装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の骨子は、電子装置に電子ビームを照射
することなく非印加時データ(バツクグランドデ
ータ)を作成し、検出2次電子信号からこのバツ
クグランドデータを差し引くことにある。
すなわち本発明は、電子装置、例えば半導体試
料に駆動信号を印加すると共に、電子ビームを所
定の走査信号によつて試料上で走査し、このとき
試料から放出される2次電子を検出して試料面の
電位分布を測定する試料電位測定装置において、
予め前記試料上に実現される素子のパターンデー
タを該データに下地種類の情報を付加して格納す
ると共に、試料に駆動信号を印加しないときの検
出2次信号であるバツクグランドデータを下地の
種類毎に格納しておき、前記電子ビームの走査信
号から該ビームの照射位置を検出し、この検出さ
れた位置データと上記格納されたパターンデータ
とに基づきビーム照射位置に構成される下地の種
類を決定し、この決定された下地データに基づき
上記格納されたバツクグランドデータを選択しビ
ーム照射位置に構成されるバツクグランドデータ
を決定し、前記試料に駆動信号を印加した状態で
の検出2次電子信号から上記決定されたバツクグ
ランドデータを差し引くようにしたものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電子ビームの走査信号からビ
ーム照射位置を検出し、この検出された位置デー
タからビーム照射位置に構成されたバツクグラン
ドデータを得ることができ、検出2次電子信号か
らこのバツクグランドデータを差し引くことによ
つて、下地組成の違いに起因する検出2次電子信
号のレベル変動を自動的に補正することができ
る。このため、電子装置の電位分布の測定を高精
度に行うことができる。また、バツクグランドデ
ータを得るのに電子装置をビーム照射する必要が
ないので、電子装置のビーム損傷を小さくし得る
等の効果を奏する。
〔発明の実施例〕
第3図は本発明の一実施例を示す概略構成図で
ある。図中11は電子銃であり、この電子銃11
から発射された電子ビームは、ビームチヨツプ用
偏向板12及びチヨツパドライバ13によりパル
ス化される。パルス化されたビームは、ビーム走
査用偏向コイル14及び偏向ドライバ15により
偏向され、半導体試料16上で2次元的に走査さ
れる。試料16は上記ビームの照射方向と直交す
る方向に移動可能な試料ステージ17上に載置さ
れており、この試料16には駆動信号発生器18
から駆動信号が印加されている。
前記ビーム照射により試料16から放出された
2次電子は2次電子検出器19で検出され、この
検出2次電子信号は増幅器20を介して増幅され
たのちA/D変換器21に送られる。ここで、検
出2次電子信号のSN比を上げるため1個のデー
タを得るのに2次電子検出器19で複数回のサン
プリングを行うことがあるが、この場合A/D変
換器21の前にアナログ積分器を設ければよい。
A/D変換器21では上記検出2次電子信号がデ
ジタル化され、このデジタル信号は引算器22に
送出される。
一方、前記偏向ドライバ15からの走査信号は
位置計算部23に供給される。位置計算部23で
は上記走査信号と外部から入力されたチツプ座標
系での偏向中心までのX,Y方向の座標値とか
ら、試料16上でのビーム照射点位置が計算され
る。この様子を第4図を参照して説明する。第4
図に示すチツプ座標系に対してチツプ領域Pと偏
向領域Qとが図のような関係にあるとき、座標
(xc,yc)は偏向領域の中央、すなわち偏向中心
点で外部から入力される。この値は、例えは試料
ステージ位置を計測する測長システムから読み取
つて、オペレータが入力する。座標(xd,yd)は
偏向中心からパルスビーム照射点Rまでの距離で
あり、前記偏向ドライバ15が例えばD/A変換
器と増幅器とで構成される場合、偏向ドライバ1
5からD/A変換器の入力信号が走査信号として
位置計算部23に送られ、位置計算部23では増
幅器のゲイン及びビームの偏向感度等の情報を基
に、走査信号から(xd,yd)が計算される。さら
に、チツプ座標系におけるビーム照射点Rの座標
(xc+xd,yc+yd)が求められ、この座標情報は
パターンデータメモリ24を接続した下地決定部
25に送られる。
パターンデータメモリ24には、試料16上に
実現されたICやLSI等に対応するCADシステムで
作成されたパターンデータに、次に述べる前処理
を施したものが格納されている。まず、パターン
データの座標原点は位置計算部23でビーム照射
点位置を計算するときの座標原点、すなわちチツ
プ座標系の座標原点と一致するように原点移動が
行われる。次いで、パターンデータのスケールが
試料16上でのICやLSI等のスケールと一致する
ように座標単位が変換される。最後に、パターン
データに下地情報、例えばAlとかSiO2とかの情
報が付加される。これらの前処理後、パターンデ
ータはパターンデータメモリ24に格納されてい
る。下地決定部25では、位置計算部23からビ
ーム照射点の位置座標を受け取り、この座標に基
づきパターンデータメモリ24内のパターンデー
タを探索し、ビーム照射点位置における下地の種
類が決定される。例えば、前記第4図に示したビ
ーム照射点位置(xc+xd,yc+yd)がパターンデ
ータメモリ24の探索からAl配線上にあると判
断した場合、下地の種類をAlと決定する。そし
て、この下地データは、下地補償データメモリ2
6を接続した下地補償データ決定部27に送られ
る。
下地補償データメモリ26には、試料16に駆
動信号を印加しない状態で下地領域にパルスビー
ムを照射した際、試料16から放出される2次電
子を2次電子検出器19で検出し、この検出2次
電子信号を増幅器20を介してA/D変換器21
によりデジタル化したデータ(バツクグランドデ
ータ)が格納されている。この際の測定条件、つ
まりビーム加速電圧、ビーム電流、ビーム径、ビ
ームパルス幅及びサンプリング回数等の条件は、
実際に測定を行う場合の条件、つまり試料16に
駆動信号を印加して測定する場合の条件と同じに
しておくのが良い。途中で測定条件を変える場
合、試料16に駆動信号を印加しない状態にし
て、下地領域でのデータを測定しなおした方がい
い。しかし、測定中頻繁に測定条件を変える項目
がある場合、予め予想される幾種かの項目に亘つ
て駆動信号を印加しない状態で下地データを採取
しまとめて下地補償データメモリ26に格納して
おき、後に下地補償データメモリ26からバツク
グランドデータを選択するとき、条件を合わせて
取り出すようにしてもよい。例えば、ビームパル
ス幅を0.5nS,1nS,2nSと3種類に変えて測定を
行いたい場合、予めこの3種の条件で駆動信号非
印加状態のデータを採取し、下地補償データメモ
リ26に格納しておけばよい。なお、非印加時の
補償データを得るには、実際に試料16にビーム
を照射するのではなく、試料位置に各種の下地種
を配置し、この状態でビーム照射による2次電子
を検出して求められる。下地補償データ決定部2
7では、前記下地決定部25で決定された下地デ
ータに基づき下地補償データメモリ26から下地
補償データが選択され、これによりビーム照射さ
れる位置に構成される下地のバツクグランドデー
タが決定される。そして、このバツクグランドデ
ータは前記引算器22に送られる。
引算器22には、上記バツクグランドデータと
共に前記A/D変換器21からのデジタルデータ
が入力されており、引算器22ではデジタルデー
タからバツクグランドデータが差し引かれる。つ
まり、試料電位に関する情報及び下地組成に関す
る情報を含むデジタルデータから下地組成に関す
る情報のみを含むバツクグランドデータが差し引
かれることになり、引算器22の出力データは下
地組成情報が混在しない電位情報のみに基づくデ
ータとなる。そして、この電位情報のみに基づく
データが表示器28に送られ、表示器28で試料
16の電位コントラスト像や電位波形が表示され
ることになる。
かくして本装置によれば、半導体試料16上の
任意位置で下地組成に基づく検出2次電子信号の
レベル変動が自動的に補正される。このため、半
導体試料16の電位測定精度を著しく向上させる
ことができる。また、バツクグランドデータの作
成に際し、試料16に電子ビームを照射する必要
がないので、試料16のビーム損傷を小さくで
き、しかも測定時間の短縮化をはかり得る等の利
点がある。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、
前記試料ステージ17の位置を測長する位置検出
器31及びテーブル位置測長部32からなる測長
システムを設け、このシステムで得られた信号
(座標)を前記位置計算部23に直接入力するよ
うにしたことである。第5図に示すX,Yを試料
系座標とし、この座標系でのチツプ並びが図の如
くであるとすると、試料座標系原点0からの座標
値(Xl,Yl)がテーブル位置測長部32の出力と
して位置計算部32に送られる。位置計算部23
では、チツプ並びのX方向ピツチPx,Y方向ピ
ツチPy及び必要な場合はチツプレイアウトから
チツプ座標系での座標(xc,yc)を求める。チツ
プレイアウトが第5図に示す如き場合、 xc=Xl−〔Xl/Px〕・Xl yc=Yl−〔Xl/Px〕・Yl なる簡単な式で求まる。ただし、上式で〔 〕は
ガウス記号である。これ以降は、先の実施例と同
様にして偏向中心からビーム照射点までの偏差
(xd,yd)が計算されることになる。
このような構成であれば、先の実施例と同様の
効果が得られるのは勿論、半導体ウエーハ等の大
試料のものにあつても、その任意の点での電位測
定を高精度に行うことができる。
なお、本発明は上述した各実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは下地組成に起因する検出2次電
子信号のレベル変動を説明するためのものでaは
模式図、bは信号波形図、第2図は上記レベル変
動を補正するための従来法を説明するための模式
図、第3図は本発明の一実施例を示す概略構成
図、第4図は上記実施例の作用を説明するための
模式図、第5図は他の実施例の作用を説明するた
めの模式図である。 11……電子銃、12……ビームチヨツプ用偏
向板、13……チヨツパドライバ、14……ビー
ム走査用偏向コイル、15……偏向ドライバ、1
6……半導体試料、17……試料ステージ、18
……駆動信号発生器、19……2次電子検出器、
20……増幅器、21……A/D変換器、22…
…引算器、23……位置計算部、24……パター
ンデータメモリ、25……下地決定部、26……
下地補償データメモリ、27……下地補償データ
決定部、28……表示器、31……位置検出器、
32……テーブル位置測長部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電子装置に駆動信号を印加すると共に、電子
    ビームを所定の走査信号によつて試料上で走査
    し、このとき電子装置から放出される2次電子を
    検出してビーム照射面の電位を測定する電子装置
    の電位分布測定装置において、前記電子装置上に
    実現される素子のパターンデータを該データに下
    地種類の情報を付加して格納するパターンデータ
    格納手段と、前記電子ビームの走査信号から該ビ
    ームの照射位置を検出するビーム照射位置検出手
    段と、この手段により検出された位置データと前
    記パターンデータ格納手段からのパターンデータ
    とに基づき前記ビーム照射される位置に構成され
    る下地の種類を決定する下地決定手段と、前記電
    子装置に駆動信号を印加しない状態での検出2次
    電子信号であるバツクグランドデータを下地の種
    類毎に格納するバツクグランドデータ格納手段
    と、前記下地決定手段により決定された下地デー
    タに基づき上記バツクグランドデータ格納手段か
    ら前記ビーム照射される位置に構成される下地の
    バツクグランドデータを選択決定するバツクグラ
    ンドデータ決定手段と、前記電子装置に駆動信号
    を印加した状態での検出2次電子信号から上記バ
    ツクグランドデータ決定手段により決定されたバ
    ツクグランドデータを減算する減算手段とを具備
    してなることを特徴とする電子装置の電位分布測
    定装置。 2 前記電子装置は前記電子ビームの照射方向と
    直交する方向に移動可能な試料ステージ上に載置
    されたものであり、前記ビーム照射位置検出手段
    は上記試料ステージの位置を示すステージ位置情
    報と前記走査信号とに基づいて状電子ビームの照
    射位置を検出するものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の電子装置の電位分布測
    定装置。
JP57209673A 1982-11-30 1982-11-30 電子装置の電位分布測定装置 Granted JPS5999732A (ja)

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