JPH04249057A - エネルギー分析器及びエネルギー分析方法 - 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】

【０００１】〔目次〕産業上の利用分野従来の技術（図
４） 発明が解決しようとする課題（図５） 課題を解決するための手段（図１） 作用 実施例（図２，３） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー分析器及び
エネルギー分析方法に関するものであり、更に詳しく言
えば、電子ビームを用いた電圧測定装置の分析器及び分
析方法に関するものである。

【０００３】近年、半導体集積回路装置（以下単にＬＳ
Ｉという）内部の診断に電子ビームを用いた電圧測定装
置が用いられている。

【０００４】ところで、従来例の電子ビームプローバ装
置等に内蔵されるエネルギー分析器によれば、二次電子
の分析をする分析グリッドや引出グリッドが一次電子ビ
ームの光軸に配置され、それが光軸に対して軸対称に設
けられている。

【０００５】このため、二次電子の軌道がバラついたり
、局所電界効果により二次電子の捕獲効率が低下すると
いう問題がある。

【０００６】そこで、分析器の分析グリッドを一次電子
ビームの光軸に設けることなく、その配置を工夫して効
率良く二次電子の検出をし、精度良く電圧測定をするこ
とができる装置及び方法が望まれている。

【０００７】

【従来の技術】図４，５は、従来例に係る説明図であり
、図４は、従来例に係るエネルギー分析器の構成図を示
している。

【０００８】図４において、集積回路内部の電圧測定を
する電子ビームプローバ装置に内蔵される減速電界型エ
ネルギー分析器は、一次電子ビーム１Ａの光軸に設けら
れた分析グリッド２と、光軸に対して軸対称に設けられ
た二次電子検出器３から成る。

【０００９】当該分析器の機能は、例えば、被試験ＬＳ
Ｉ等の試料４に一次電子Ｂビーム１Ａが分析グリッド２
の開口部を通過して照射されると、該試料４からの二次
電子１Ｂが分析グリッド２により分析電圧ＶＲ＝±２０
〔Ｖ〕程度の作用を受ける。なお、図５に示すように試
料４からの二次電子１Ｂを引き出すために対物レンズ５
の下部に、引出グリッド４が設けられ、該グリッド４に
電圧１００　〜１０００〔Ｖ〕が印加されている。これ
により作用を受けた二次電子１Ｂが二次電子検出器３に
より検出処理される。

【００１０】このことで、試料４の集積回路内部の特定
の電圧測定をすることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来例によれ
ば、図４に示すように、二次電子１Ｂの分析をする分析
グリッド２や引出グリッド４が一次電子ビーム１Ａの光
軸に配置され、それが光軸に対して軸対称に設けられて
いる。

【００１２】このため、図５（ａ），（ｂ）の問題点を
説明する図に示すように二次電子１Ｂの軌道がバラつい
たり、局所電界効果により二次電子１Ｂの捕獲効率が低
下するという問題がある。

【００１３】すなわち、第１の問題点は図５（ａ）の従
来例に係る球面収差を説明する図において、引出グリッ
ド４のビーム入射口が形成する静電レンズの球面収差に
よる一次電子ビーム１Ａのスポット径の増大である。こ
れは、一次電子ビーム１Ａが対物レンズ５によりフォー
カス処理されるが、ビーム入射口が１．５　〜２．０　
〔ｍｍ〕程度の引出グリッド４に５００　〔Ｖ〕以上の
電圧が印加されることにより、その開口部に強い静電レ
ンズが形成されるためである。この球面収差の影響は、
光軸から離れるに従って該ビーム１Ａの焦点距離を短く
するものとなる。この結果、一次電子ビーム１Ａの最小
錯乱円が該ビーム１Ａのスポット径を決定することとな
り、空間分解能の低下を招くものとなる。

【００１４】また、第２の問題点は図５（ｂ）の従来例
に係る分析電圧の変化に伴う焦点の深さを説明する図に
おいて、分析電圧ＶＲを変化させた場合に、分析グリッ
ド２のビーム入射口の静電レンズの焦点距離が変化をし
て二次電子取得画像にぼけを発生するものである。これ
は、電圧測定条件を変えるために分析電圧ＶＲを変化さ
せた場合、特に微細配線をプロービングする場合に顕著
である。この際には、分析電圧ＶＲを変化に対応して対
物レンズ５の励磁電流を制御し、焦点距離を補正する必
要がある。また、一次電子ビーム１Ａが対物レンズの中
心軸に対して斜めに入射された場合にも分析電圧ＶＲを
変化により一次電子ビーム１Ａの到達位置が変化をし、
位置ずれを生ずる。この場合にも、分析電圧ＶＲを変化
に対応して対物レンズ５の励磁電流を制御し、焦点距離
を補正する必要が生じてくる。このため、ダイナミック
補正をする付加回路や補正用ソフトウエアが必要となる
。

【００１５】なお、図４に示した光軸に対して軸対称に
設けられた分析グリッド２や二次電子検出器３では光軸
に沿って引き出された二次電子１Ｂを検出することが困
難となるという第３の問題点がある。これにより、局所
電界効果や静電レンズの影響により二次電子１Ｂの放出
角度が変化をし、正確な電圧測定をすることができない
。

【００１６】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、該分析器の分析グリッドを一次電
子ビームの光軸に設けることなく、その配置を工夫して
効率良く二次電子の検出をし、精度良く電圧測定をする
ことが可能となるエネルギー分析器及びエネルギー分析
方法の提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明に係るエ
ネルギー分析器の原理図を示している。

【００１８】本発明のエネルギー分析器は、図１に示す
ように一次電子１１Ａを試料１６に照射して該試料１６
からの二次電子１１Ｂのエネルギー分析をするエネルギ
ー分析器において、前記二次電子１１Ｂを一次電子１１
Ａの光軸外に偏向する二次電子偏向手段１１と、前記二
次電子１１Ｂに分析電圧を与える分析格子１２と、前記
二次電子１１Ｂを検出する二次電子検出手段１３とを具
備し、前記分析格子１２が一次電子１１Ａの光軸を含ま
ない位置に設けられていることを特徴とする。

【００１９】また、前記分析器において、前記光軸外に
偏向された二次電子１１Ｂの軌道を収束する軌道収束手
段１４が設けられていることを特徴とする。

【００２０】さらに、前記分析器において、前記二次電
子１１Ｂを加速する電子加速手段１５が設けられ、前記
電子加速手段１５の電位Ｖａｃｃ　が前記試料１６の電
位ＧＮＤよりも高められていることを特徴とする。

【００２１】なお、本発明のエネルギー分析方法は試料
１６に一次電子１１Ａの照射処理をし、前記試料１６か
らの二次電子１１Ｂを一次電子１１Ａの光軸外に偏向処
理をし、前記光軸外に偏向処理された二次電子１１Ｂに
分析電圧の供給処理をし、前記供給処理に基づいて二次
電子１１Ｂの検出処理をすることを特徴とし、上記目的
を達成する。

【００２２】

【作　　用】本発明のエネルギー分析器によれば、図１
に示すように二次電子偏向手段１１，分析格子１２及び
二次電子検出手段１３が具備され、該分析格子１２が一
次電子１１Ａの光軸を含まない位置に設けられている。

【００２３】例えば、一次電子１１Ａが試料１６に照射
されると、該試料１６からの二次電子１１Ｂが二次電子
偏向手段１１により一次電子１１Ａの光軸外に偏向され
る。この光軸外に偏向された二次電子１１Ｂに分析格子
１２により分析電圧が与られ、その二次電子１１Ｂが二
次電子検出手段１３により検出される。

【００２４】このため、一次電子１１Ａの光軸外の領域
において、二次電子１１Ｂのエネルギー分析が行われる
。このことから、従来例のような光軸における静電レン
ズが形成されないため球面収差の影響が無くなり、二次
電子１１Ｂの通過が円滑に行われる。また、分析電圧Ｖ
Ｒの変化の必要が生じた場合であっても、一次電子１１
Ａに対してほとんど無関係となる。さらに、光軸に沿っ
て引き出された二次電子１１Ｂを容易に検出することが
可能となる。

【００２５】また、本発明の分析器によれば、軌道収束
手段１４が設けられている。このため、二次電子偏向手
段１１により一次電子１１Ａの光軸外に偏向された二次
電子１１Ｂが収束され、効率良く分析格子１２や二次電
子検出手段１３に導くことが可能となる。

【００２６】さらに、本発明の分析器によれば、電子加
速手段１５が設けられ、その電位Ｖａｃｃ　が試料１６
の電位ＧＮＤよりも高められている。

【００２７】このため、二次電子偏向手段１１により一
次電子１１Ａの光軸外に偏向された二次電子１１Ｂが電
子加速手段１５により加速され、効率良く分析格子１２
や二次電子検出手段１３に導くことが可能となる。

【００２８】これにより、二次電子１１Ｂの軌道のバラ
つきや局所電界効果が極力抑制され、二次電子１１Ｂの
捕獲効率の向上を図ることが可能となる。

【００２９】なお、本発明のエネルギー分析方法によれ
ば試料１６からの二次電子１１Ｂを一次電子１１Ａの光
軸外に偏向処理をし、その後、光軸外に偏向処理された
二次電子１１Ｂに分析電圧の供給処理をしている。

【００３０】このため、従来例のような局所電界効果や
静電レンズの影響による二次電子１１Ｂの放出角度の変
化がほとんど無くなり、一次電子１１Ａの光軸外の領域
において、分析電圧の供給処理に基づく二次電子１１Ｂ
の検出処理をすることが可能となる。

【００３１】これにより、試料１６の電圧を精度良く測
定をすることが可能となる。このことから、被試験ＬＳ
Ｉの故障診断等を信頼性良く行うことが可能となる。

【００３２】

【実施例】次に図を参照しながら本発明の実施例につい
て説明をする。図２，３は、本発明の実施例に係るエネ
ルギー分析器及びエネルギー分析方法を説明する図であ
る。

【００３３】図２は、本発明の実施例に係るエネルギー
分析器の構成図である。図２において、集積回路内部の
電圧測定をする電子ビームプローバ装置に内蔵する減速
電界型エネルギー分析器は、静電電磁偏向器（以下単に
Ｅ×Ｂ偏向器という）２１，半球状分析グリッド２２，
シンチレータ（二次電子検出器）２３，収束コイル２４
，二次電子加速電極２５及び対物レンズ２６から成る。

【００３４】すなわち、静電電磁偏向器（以下単にＥ×
Ｂ偏向器という）２１は二次電子偏向手段１１の一実施
例であり、二次電子１１Ｂを一次電子１１Ａの光軸外に
偏向するものである。Ｅ×Ｂ偏向器２１は対物レンズ２
６の上部に設けられ、電磁コイルと平行平板電極（静電
偏向器）から成り、電磁界レンズを形成する。例えば、
静電偏向器部分の一方の電極にＶａｃｃ　−Ｖｄｅｆ　
の電圧を印加し、他方の電極にＶａｃｃ　＋Ｖｄｅｆ　
の電圧を印加する。但し、電圧Ｖａｃｃ　は二次電子加
速電極２５に印加される電圧であり、電圧Ｖｄｅｆ　は
偏向差電圧である。これにより、一次電子ビーム１１Ａ
に影響を与えずに二次電子１１Ｂのみを該一次電子１１
Ａの光軸外に偏向することができる。

【００３５】半球状分析グリッド２２は分析格子１２の
一実施例であり、二次電子１１Ｂに分析電圧を与えるも
のである。分析グリッド２２は一次電子１１Ａの光軸を
含まない位置に設けられている。例えば、二次電子加速
電極２５の斜め上方の開口領域に配置する。また、半球
状分析グリッド２２には、分析電圧ＶＲが供給される。

【００３６】シンチレータ（二次電子検出器）２３は二
次電子検出手段１３の一実施例であり、二次電子１１Ｂ
を検出して二次電子検出信号を出力するものである。

【００３７】収束コイル２４は軌道収束手段１４の一実
施例であり、光軸外に偏向された二次電子１１Ｂの軌道
を、例えば、半球状分析グリッド２２のビーム入射口に
収束するものである。収束コイル２４は、光軸外に偏向
された二次電子１１Ｂの光軸に合わせて配置をする。

【００３８】二次電子加速電極２５は電子加速手段１５
の一実施例であり、二次電子１１Ｂを加速するものであ
る。二次電子加速電極２５は対物レンズ２６の一次電子
ビーム１１Ａの光軸側の下方内側部分から上方内側部分
，Ｅ×Ｂ偏向器２１及び収束コイル２４を覆うような底
無し段付立体形状を有している。また、二次電子加速電
極２５の電位Ｖａｃｃ　が試料１６の電位ＧＮＤよりも
高められている。例えば、５００　〜１〔ｋｖ〕程度の
電圧が印加されている。これにより、試料１６からエネ
ルギー分析器までの空間を高電位にすることにより、５
０〔ｅＶ〕程度のエネルギーの広がりを持つ二次電子１
１Ｂの軌道のばらつき（色収差）を抑制することができ
る。

【００３９】対物レンズ２６は一次電子ビーム１１Ａの
フォーカス処理をするものである。このようにして、本
発明の実施例に係るエネルギー分析器によれば、図２に
示すようにＥ×Ｂ偏向器２１，半球状分析グリッド２２
，シンチレータ（二次電子検出器）２３，収束コイル２
４，二次電子加速電極２５及び対物レンズ２６が具備さ
れ、該分析グリッド２２が一次電子１１Ａの光軸を含ま
ない二次電子加速電極２５の斜め上部開口部付近に設け
られている。

【００４０】例えば、一次電子１１Ａが被試験ＬＳＩ等
の試料１６に照射されると、該試料１６からの二次電子
１１ＢがＥ×Ｂ偏向器２１により一次電子１１Ａの光軸
外に偏向される。この光軸外に偏向された二次電子１１
Ｂに半球状分析グリッド２２により分析電圧が与られ、
その二次電子１１Ｂがシンチレータ２３により検出され
る。

【００４１】このため、一次電子１１Ａの光軸外の領域
において、二次電子１１Ｂのエネルギー分析が行われる
。このことから、従来例のような光軸において、静電レ
ンズが形成されないため球面収差の影響が無くなり、二
次電子１１Ｂの通過が円滑に行われる。また、分析電圧
ＶＲの変化をする必要が生じた場合であっても、一次電
子１１Ａに対してほとんど無関係となる。さらに、光軸
に沿って引き出された二次電子１１Ｂを容易に検出する
ことが可能となる。

【００４２】また、本発明の分析器によれば、収束コイ
ル２４が設けられている。このため、Ｅ×Ｂ偏向器２１
により一次電子１１Ａの光軸外に偏向された二次電子１
１Ｂが収束され、効率良く半球状分析グリッド２２やシ
ンチレータ２３に導くことが可能となる。

【００４３】さらに、本発明の分析器によれば、二次電
子加速電極２５が設けられ、その電位Ｖａｃｃ　が試料
１６の電位ＧＮＤよりも高められている。

【００４４】このため、Ｅ×Ｂ偏向器２１により一次電
子１１Ａの光軸外に偏向された二次電子１１Ｂが二次電
子加速電極２５により加速され、効率良く半球状分析グ
リッド２２やシンチレータ２３に導くことが可能となる
。

【００４５】これにより、二次電子１１Ｂの軌道のバラ
つきや局所電界効果が極力抑制され、二次電子１１Ｂの
捕獲効率の向上を図ることが可能となる。

【００４６】次に、本発明の実施例に係るエネルギー分
析方法について、当該分析器の動作を補足しながら説明
をする。

【００４７】図３は、本発明の実施例に係るエネルギー
分析方法のフローチャートを示している。

【００４８】例えば、試料１６の集積回路内部の電圧測
定をする場合、図３において、まず、ステップＰ１で試
料１６に一次電子１１Ａの照射処理をする。この際に、
電子ビームプローバ装置の電子銃等から一次電子ビーム
１１Ａが試料１６に照射される。

【００４９】次に、ステップＰ２で試料１６からの二次
電子１１Ｂを一次電子１１Ａの光軸外に偏向処理をする
。この際に、該試料１６からの二次電子１１ＢがＥ×Ｂ
偏向器２１のＶａｃｃ　−Ｖｄｅｆ　の電圧，Ｖａｃｃ
　＋Ｖｄｅｆ　の電圧及び磁界Ｈにより形成される電磁
界レンズにより偏向を受け、一次電子１１Ａの光軸外に
偏向される。また、二次電子１１Ｂが５００　〜１〔ｋ
ｖ〕程度の電圧が印加された二次電子加速電極２５によ
り加速される。さらに、光軸外に偏向された二次電子１
１Ｂの軌道が収束コイル２４により半球状分析グリッド
２２のビーム入射口の中心に収束・結像される。

【００５０】さらに、ステップＰ３で光軸外に偏向処理
された二次電子１１Ｂに分析電圧の供給処理をする。こ
の際に、分析電圧ＶＲが与えられた半球状分析グリッド
２２により二次電子１１Ｂがエネルギー分析を受ける。

【００５１】その後、ステップＰ４で分析電圧の供給処
理に基づいて二次電子１１Ｂの検出処理をする。この際
に、二次電子１１Ｂがシンチレータ２３により検出され
、その二次電子検出信号が画像制御装置等に出力される
。

【００５２】このようにして、本発明の実施例に係るエ
ネルギー分析方法によれば、図３のフローチャートに示
すように、ステップＰ１，Ｐ２で試料１６からの二次電
子１１Ｂを一次電子１１Ａの光軸外に偏向処理をし、そ
の後、ステップＰ３で光軸外に偏向処理された二次電子
１１Ｂに分析電圧ＶＲの供給処理をしている。

【００５３】このため、従来例のような局所電界効果や
静電レンズの影響による二次電子１１Ｂの放出角度の変
化がほとんど無くなり、一次電子１１Ａの光軸外の領域
において、ステップＰ４で分析電圧の供給処理に基づく
二次電子１１Ｂの検出処理をすることが可能となる。

【００５４】これにより、試料１６の電圧を精度良く測
定をすることが可能となる。このことから、被試験ＬＳ
Ｉの故障診断等を信頼性良く行うことが可能となる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のエネルギ
ー分析器によれば二次電子偏向手段，分析格子及び二次
電子検出手段が具備され、該分析格子が一次電子の光軸
を含まない位置に設けられている。また、軌道収束手段
や電子加速手段が設けられている。

【００５６】このため、試料からの二次電子が二次電子
偏向手段により一次電子の光軸外に偏向される。従って
、一次電子の光軸外の領域において、二次電子のエネル
ギー分析を行うことができる。このことから、従来例の
ような光軸における静電レンズが形成されないため球面
収差の影響が無くなり、二次電子の捕獲が円滑に行われ
る。また、分析電圧の変化の必要が生じた場合であって
も、一次電子に対してほとんど無関係となる。さらに、
光軸に沿って引き出された二次電子を容易に検出するこ
とが可能となる。また、光軸外に偏向された二次電子が
電子加速手段により加速され、さらに、軌道収束手段に
より収束されことから効率良く分析格子や二次電子検出
手段に導くことが可能となる。

【００５７】なお、本発明のエネルギー分析方法によれ
ば試料からの二次電子を一次電子の光軸外に偏向処理を
し、その後、光軸外に偏向処理された二次電子に分析電
圧の供給処理をしている。

【００５８】このため、従来例のような局所電界効果や
静電レンズの影響による二次電子の放出角度の変化がほ
とんど無くなり、一次電子の光軸外の領域において、分
析電圧の供給処理に基づく二次電子の検出処理をするこ
とが可能となる。

【００５９】これにより、二次電子の軌道のバラつきや
局所電界効果が極力抑制され、二次電子の捕獲効率の向
上を図ることが可能となる。このことで、試料の電圧を
精度良く測定をすることが可能となる。また、被試験Ｌ
ＳＩの故障診断等を信頼性良く行う電子ビームプローバ
装置等の製造に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエネルギー分析器の原理図である
。

【図２】本発明の実施例に係るエネルギー分析器の構成
図である。

【図３】本発明の実施例に係るエネルギー分析方法のフ
ローチャートである。

【図４】従来例に係るエネルギー分析器の構成図である
。

【図５】従来例に係る問題点を説明する分析器の断面図
である。

【符号の説明】

１１…二次電子偏向手段、１２…分析格子、１３…二次
電子検出手段、１４…軌道収束手段、１５…電子加速手
段、１１Ａ…一次電子ビーム、１１Ｂ…二次電子、ＶＲ
…分析電圧、Ｖａｃｃ　…電子加速手段の電位、ＧＮＤ
…試料の電位。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一次電子（１１Ａ）を試料（１６）に
   照射して該試料（１６）からの二次電子（１１Ｂ）のエ
   ネルギー分析をするエネルギー分析器において、前記二
   次電子（１１Ｂ）を一次電子（１１Ａ）の光軸外に偏向
   する二次電子偏向手段（１１）と、前記二次電子（１１
   Ｂ）に分析電圧を与える分析格子（１２）と、前記二次
   電子（１１Ｂ）を検出する二次電子検出手段（１３）と
   を具備し、前記分析格子（１２）が一次電子（１１Ａ）
   の光軸を含まない位置に設けられていることを特徴とす
   るエネルギー分析器。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のエネルギー分析器にお
   いて、前記光軸外に偏向された二次電子（１１Ｂ）の軌
   道を収束する軌道収束手段（１４）が設けられているこ
   とを特徴とするエネルギー分析器。
3. 【請求項３】　　請求項１記載のエネルギー分析器にお
   いて、前記二次電子（１１Ｂ）を加速する電子加速手段
   （１５）が設けられ、前記電子加速手段（１５）の電位
   （Ｖａｃｃ　）が前記試料（１６）の電位（ＧＮＤ）よ
   りも高められていることを特徴とするエネルギー分析器
   。
4. 【請求項４】　　試料（１６）に一次電子（１１Ａ）の
   照射処理をし、前記試料（１６）からの二次電子（１１
   Ｂ）を一次電子（１１Ａ）の光軸外に偏向処理をし、前
   記光軸外に偏向処理された二次電子（１１Ｂ）に分析電
   圧の供給処理をし、前記供給処理に基づいて二次電子（
   １１Ｂ）の検出処理をすることを特徴とするエネルギー
   分析方法。