JPH04268743A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム装置に関し
、詳しくは、電子ビームを利用してチップの内部電圧を
測定する装置（例えばＥＢテスター）に関する。

【０００２】近年、各種設計支援装置の高性能化や、高
度な設計アルゴリズムの開発などに支えられて、極めて
大規模なＬＳＩの設計が容易にできるようになってきた
。

【０００３】しかし一方では、人的ミスやプロセス誤差
などに伴う動作不良の発生を完全になくすことができず
、このため、実際のＩＣ（プロトタイプＩＣ）を用いた
動作確認試験（以下、プロトタイプ試験と言う）が依然
として必要不可欠である。

【０００４】大規模ＬＳＩのプロトタイプ試験では、パ
ッケージの入出力ピンの電圧測定に加えてチップ内部の
電圧測定も行われる。入出力ピンの電圧だけではチップ
の動作確認が不十分だからである。

【０００５】内部電圧の測定方法としては、金属プロー
ブによる探針法が古くから行われているが、この方法で
は、チップの絶縁膜を除去する必要がある、プローブの
接触によってチップに損傷を与えることがあり、また、
機械的な位置合わせなので微細化パターンの測定に限界
があるなどの欠点から近年、電子ビームによって非接触
で内部電圧を測定する検査装置（例えばＥＢテスター）
が注目されている。

【０００６】ＥＢテスターは、電子ビーム装置の一形態
であり、電子銃からの電子ビームを電子光学系によって
集束・偏向し、試料（ＬＳＩチップ）上にピンポイント
照射するものである。

【０００７】ＥＢテスターには、試料表面からの２次電
子（または反射電子）の運動エネルギーを分析するエネ
ルギー分析器が備えられている。チップ表面からの２次
電子エネルギーは、当該チップ表面の電界の強さ、すな
わち、チップ内部の電圧の大きさに対応して変化する。 従って、エネルギー分析器の出力から当該チップ内部の
電圧を（非接触で）測定することができる。

【０００８】ところで、かかる電子ビーム装置にあって
は、電子銃と試料との間に複数の電子レンズやアパーチ
ャなどの複雑な電子光学系が介在するので、これら光学
系の精密な調整（以下、光軸調整）が求められる。

【０００９】また、試料表面への電子ビーム照射を、所
定の測定周波数で断続的に行わしめるために、光軸上に
置かれたブランキングアパーチャ上を掃引し、そのアパ
ーチャ（小穴）を断続的に通過（通過した電子ビームが
試料表面に到達する）させる操作、いわゆるブランキン
グ操作が必要で、アパーチャと電子ビーム軸との精密な
位置合わせ調整（以下、ブランキング調整）が求められ
る。

【００１０】

【従来の技術】従来の光軸調整の方法としては、電子ビ
ームの光軸に沿って配置したアライメントコイルに与え
る駆動電圧を、電子ビームの光軸上に位置したビーム検
出器（例えばファラデーカップ）の出力電圧で制御する
ものが知られている。

【００１１】電子ビームの光軸が鏡筒内部の帯電などに
よって曲げられた場合には、ビーム検出器の出力電圧が
減少するから、アライメントコイルの駆動電圧を増大側
に修正すればよい。

【００１２】こうした光軸調整は、装置の起動時や一定
の動作時間毎に実行されるようになっており、一連の調
整シーケンスが自動実行されるようになっている（自動
光軸調整）。

【００１３】一方、ブランキング調整の方法としては、
例えば図５に示すように、電子ビームの光軸を遮るよう
にして設けられたブランキングアパーチャと、電子ビー
ムをＸ軸またはＹ軸の一方向に偏向する主偏向器と、電
子ビームをＸ軸またはＹ軸の他方向に偏向する復偏向器
とを備えるものがある。主・復偏向器に与える電圧（主
偏向電圧、副偏向電圧）を図６のように掃引することに
より、ブランキングアパーチャ上に矩形状の電子ビーム
軌跡を描くことができる。

【００１４】ここで、副偏向電圧の波形振幅ＶＰＰを増
大（または減少）すると、副偏向器の電界が大きく（ま
たは小さく）なり、電子ビーム軌跡の短辺区間（ｔ１お
よびｔ３）が長く（または短く）なる。

【００１５】また、副偏向電圧の波形ピークＶＰＥＡＫ
を増大（または減少）すると、すなわち、副偏向電圧の
オフセット量を加減すると、電子ビーム軌跡の長辺区間
の一方（ｔ２）が、そのオフセット量の分だけ矢印ａの
方向（または矢印ａ’の方向）に移動する。従って、オ
フセット量を微調整することにより、区間ｔ２とアパー
チャとを一致させることができる。なお、最適なオフセ
ット量は、試料表面からの２次電子量（あるいは反射電
子量）が最大となる値で与えられる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の半導体集積回路の検査装置にあっては、「光軸調
整」と「ブランキング調整」とが各々独立して機能する
構成となっていたため、どちらの調整を行えば良いかの
判断が難しく、特に、低技量オペレータの場合に調整が
手間取ることがあった。このため、装置の可動率が低下
するといった問題点があった。

【００１７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、オペレータによる光軸調整の実行判断を不
要にでき、調整を容易化して装置可動率の向上を図るこ
とを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためその原理構成図を図１に示すように、電子光
学系によって電子ビームを集束・偏向して試料上に照射
し、該試料表面からの２次電子または反射電子のエネル
ギーを分析して該試料内部の電圧を測定する電子ビーム
装置であって、前記電子ビームの光軸を調整する光軸調
整手段と、ブランキングアパーチャ上の電子ビーム照射
位置を調整するブランキング調整手段と、を具備する電
子ビーム装置において、前記ブランキング調整手段の調
整量をモニタし、該調整量が基準値を越えたときに前記
光軸調整手段を起動する起動手段を備えたことを特徴と
する。

【００１９】

【作用】本発明では、適当な時間間隔でブランキング調
整が行われ、この調整量が基準値を越えたときに光軸調
整が自動起動されて実行される。

【００２０】従って、オペレータによる光軸調整の実行
判断が不要になり、調整を容易化して装置可動率の向上
が図られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
２〜図４は本発明に係る電子ビーム装置の一実施例を示
す図であり、ＥＢテスターへの適用例である。る。

【００２２】まず、構成を説明する。図２において、Ｅ
Ｂテスター１０は、鏡筒１１の内部に、電子銃１２、Ｘ
Ｙ各方向のアライメントコイル１３、１４、ＸＹ各方向
のビームブランキングプレート（図５の主・副偏向器に
相当）１５、１６、ブランキングアパーチャ１７、電子
ビーム検出器（例えばファラデーカップ）１８、ＸＹ各
方向のビーム偏向コイル１９、２０、２次電子検出器２
１、エネルギ分析器２２、ＸＹステージ２３、ステージ
駆動回路２４、電子銃駆動回路２５、アライメントコイ
ル駆動回路２６、ブランキングプレート駆動回路２７、
ビーム電流計測処理回路２８、偏向コイル駆動回路２９
、２次電子信号処理回路３０、エネルギ分析器制御回路
３１および制御用計算機（以下、計算機）３２などを備
える。なお、３４は試料（例えばＬＳＩチップ）である
。

【００２３】電子銃１２は、制御回路２５からの駆動信
号Ｓ１に従って電子ビーム３５を発生し、アライメント
コイル１３、１４は、制御回路２６からの駆動信号Ｓ２
に従って電子ビーム３５の光軸を調整し、ブランキング
プレート１５、１６は、制御回路２７からの駆動信号Ｓ
３に従ってブランキングアパーチャ１７上の電子ビーム
照射位置を調整する。

【００２４】上記のアライメントコイル１３、１４およ
び制御回路２６は光軸調整手段３６として機能し、また
、ブランキングプレート１５、１６および制御回路２７
はブランキング調整手段３７として機能する。

【００２５】電子ビーム検出器１８は、電子ビーム３５
の光軸を遮るように挿入が可能で、挿入時にビーム電流
に対応する電気信号Ｓ４を出力し、計測処理回路２８は
その電気信号Ｓ４を処理してビーム電流の計測値を表示
する信号Ｓ５を出力する。

【００２６】偏向コイル１９、２０は、制御回路２９か
らの駆動信号Ｓ６に従って電子ビームを偏向走査し、試
料３４上の任意位置に照射する。エネルギー分析器２２
は、試料表面からの２次電子（または反射電子）エネル
ギー量を分析して試料の内部電圧の大きさに対応する信
号Ｓ７を生成し、２次電子検出器２１は、試料表面から
の２次電子を捕捉してその量に対応した信号Ｓ８を出力
する。信号Ｓ８は処理回路３０を介して計算機３２に送
られる。

【００２７】計算機３２は、ＥＢテスター１０の各部を
制御し、試料内部の電圧測定やブランキング調整および
光軸調整などの各種シーケンス処理を実行すると共に、
特に光軸調整の起動時期を決定する処理を実行する。従
って、計算機３２は起動手段としての機能を有している
。

【００２８】図３は、計算機３２における処理機能の一
部を示すブロック図である。

【００２９】ブロック図において、２次電子検出ブロッ
クＢ１は、図２の２次電子検出器２１および処理回路３
０を包括するもので、このブロックＢ１から出力された
２次電子の量を表す信号Ｓ９がブランキング量演算ブロ
ックＢ２に与えられる。

【００３０】ここで、信号Ｓ９の大きさは、ブランキン
グアパーチャ１７に形成された小穴（アパーチャ）を通
過する電子ビーム３５の量に対応する。従って、適正な
ブランキング調整がなされている場合の信号Ｓ９は最も
大きな値を示すので、その値からのずれの程度でブラン
キング調整の補正量を知ることができる。

【００３１】ブロックＢ２で求められた補正量は、補正
演算ブロックＢ３において基本パラメータ（オフセット
初期値など）による補正処理を受けた後、ブランキング
調整ブロックＢ４およびデータ保持ブロックＢ５に送ら
れる。

【００３２】ブロックＢ５には、今回の調整データｎを
保持する第１メモリＭ１と先回の調整データｎ−１を保
持する第２メモリＭ２とが備えられ、これら２つのメモ
リに格納されたデータｎおよびｎ−１は差演算ブロック
Ｂ６に送られて、差値Ｓｎが求められる。ここで、差値
Ｓｎは、今回の調整データｎから先回の調整データｎ−
１を減算（ｎ−ｎ−１）することで与えられる。従って
、差値Ｓｎはブランキング調整量の増大度合を表してい
る。

【００３３】このようにして求められた差値Ｓｎは、比
較ブロックＢ７において所定の基準値Ｒと比較され、Ｒ
≦Ｓｎのときに光軸調整ブロックＢ８に対して起動信号
ＳＴが出力される。なお、タイマーブロックＢ９は、所
定時間毎のタイミング信号Ｔを発生してブロックＢ２お
よびＢ３の動作間隔を規定するものである。

【００３４】上記各機能ブロックＢ１〜Ｂ９を備えるこ
とにより、タイミング信号Ｔの発生間隔でブランキング
調整を行うことができると共に、その調整量が基準値Ｒ
を越える程度に大きくなったときに、光軸調整を自動実
行することができる。

【００３５】図４は上記機能ブロックをソフト的に実現
した場合の処理フローである。フロー図において、各種
の測定を開始すると、まず、測定開始に伴う初回の自動
光軸調整を行った後（ステップ４０）、これも初回のブ
ランカ調整を実行する（ステップ４１）。そして、この
ときの調整パラメータ（ブランカ調整量：前記調整デー
タｎ−１に相当）をメモリに保存する。

【００３６】次いで、試料の内部電圧測定を実行した後
（ステップ４２）、測定終了を判定し（ステップ４３）
、判定結果がＹＥＳであれば今回の処理を完了する一方
、ＮＯであればブランカ調整の要否を判定する。

【００３７】要否判定は、２次電子検出器２１から取り
出される信号の大きさをモニタすることで行う。信号値
の減少原因は、電子ビーム３５の軌跡とアパーチャとの
位置関係に微妙なずれが発生しているからで、これによ
って、ブランキングアパーチャ１７を通過する電子ビー
ム３５の量が減少するからである。

【００３８】要判定のときは、ブランカ調整を行った後
（ステップ４４）、その調整量（前記調整データｎに相
当）と先に保存していたブランカ調整量との差値（前記
Ｓｎに相当する：ブランカ調整の変動量を表す）を求め
、変動量が所定の許容量（前記基準値Ｒに相当）を越え
た場合に、光軸調整を実行する（ステップ４７）。

【００３９】すなわち、本実施例では、■装置の起動時
に１度だけ「光軸調整」と「ブランカ調整」を実行した
後、■測定の完了毎にブランカ調整の要否を判定して要
の場合にのみ適宜「ブランカ調整」を実行し、■そのブ
ランカ調整の変動量をモニタして所定の許容量を越えた
ときに「光軸調整」の実行を判断している。

【００４０】ここで、ブランキング調整は、前述したよ
うに副偏向器の最適オフセット値を求める作業である。 しかし、電子ビームの光軸がある程度以上大きくずれる
と、もはやブランキング調整だけでは対処しきれなくな
る。そこで、アライメントコイルによる光軸調整が必要
になるが、本実施例では、ブランキング調整の変動量に
基づいて、上記の光軸ずれを検知することができる。

【００４１】従って、光軸調整の実行時期を自動判断し
てオペレータによる判断を不要にでき、適正な時期に光
軸調整を起動することができる。この結果、調整を容易
化して装置可動率を向上することができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、オペレータによる光軸
調整の実行判断を不要にでき、調整を容易化して装置可
動率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】一実施例のシステム構成図である。

【図３】一実施例の機能ブロック図である。

【図４】一実施例の処理フロー図である。

【図５】主・副偏向器およびブランキングアパーチャを
含む構成図である。

【図６】主・副偏向電圧の波形図である。

【符号の説明】

３５：電子ビーム ３４：試料 ３６：光軸調整手段 ３７：ブランキング調整手段 ３２：計算機（起動手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子光学系によって電子ビームを集束・偏
   向して試料上に照射し、該試料表面からの２次電子また
   は反射電子のエネルギーを分析して該試料内部の電圧を
   測定する電子ビーム装置であって、前記電子ビームの光
   軸を調整する光軸調整手段と、ブランキングアパーチャ
   上の電子ビーム照射位置を調整するブランキング調整手
   段と、を具備する電子ビーム装置において、前記ブラン
   キング調整手段の調整量をモニタし、該調整量が基準値
   を越えたときに前記光軸調整手段を起動する起動手段を
   備えたことを特徴とする電子ビーム装置。