JPS60247178A - 電子検出器,およびこれを用いた回路試験方法 - Google Patents

電子検出器,およびこれを用いた回路試験方法

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JPS60247178A JP59218163A JP21816384A JPS60247178A JP S60247178 A JPS60247178 A JP S60247178A JP 59218163 A JP59218163 A JP 59218163A JP 21816384 A JP21816384 A JP 21816384A JP S60247178 A JPS60247178 A JP S60247178A
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は受けとられた電子、とくに電子ビーム衝突に応
答して目楯物から発せられる2次電子のエネルギー分析
用電子検出器およびこれを用いた回路試験方法に関する
E従来の技術j たとえば、集積回路を試験するに際して、電圧を当該回
路に印加しつつ電子ビームを用いて当該回路に衝突させ
ることが提案されている。 電子ビーム衝突の結果9回
路部品により発せられる2次電子のエネルギーは、これ
らの2次電子を発する回路部品の電圧を示すことが知ら
れらている。
従って9回路が動作状態中に9回路上の電子ビームの位
置を定めるかあるいは走査してこの回路から発せられる
2次電子を検出することにより、動作中の回路内で発生
する電圧値を算定することができる。
[発明が解決しようとする問題点] このような集積回路の試験を行なう際1回路の隣接部品
の電圧により生起される場によって、放出2次電子がか
なりの角度偏向させられるという難点があった。 2次
電子検出用に従来から用いられてる検出器のほとんどは
2回路面に垂直な各電子の速度に応答するように構成さ
れているため、上述した状況の下では測定されるみかけ
の電子速度にかなりの誤差が生じてしまう可能性がある
回路内で得られつつある電圧を正しく測定することを妨
げる回路部品間の相互作用が障害となっていることは明
らかである。 このような難点を克服すべく回路近傍の
高電圧電極を用いて各電子を引きよせる試みがなされて
きているものの。
このような高電圧によって被試験回路の表面に不所望の
電荷蓄積を引き起していた。
[目的] 故に本発明の目的は上述した難点を少なくとも部分的に
克服することにある。
本発明によれば、減速グリッド手段を有する収集部に2
次電子を束縛および方向づけるような磁場を有する磁気
レンズを有し、前記収集部と前記磁気レンズを前記2次
電子の進路を制御するように構成するとともに、前記磁
気レンズを該収集部に対して相対的に配設して、前記2
次電子の接近速度が実際の速度にほぼ等しい速度で法線
方向に対して十分小さな角度をもって、前記2次電子を
前記収集部の前記減速グリッド手段に接近させるように
した電子ビームの衝突を受ける物体から発せられる2次
電子検出用の電子検出器が提供される。
電子検出器は電子ビームにより衝突を受けた集積回路か
ら発せられる2次電子のエネルギーを分析すべく用いる
ことができる。 また、磁気レンズを介して試験中の回
路から発せられる2次電子の移動を加速する静電加速器
と、電子エネルギーを算定すべく用いられる減速グリッ
ドに2次電子が到達した際、放出時の速度に近い速度ま
で抽出された2次電子を減速するための静電減速器とを
を磁気レンズ自体に一体化してもよい。
衝突を行なう1次電子ビームを、磁気レンズと同軸の電
子銃により発生させて、この1次電子ビームを被試験回
路へ磁気レンズを介して通過させるようにしてもよい、
 また静電的あるいは磁気的な電子ビーム用の偏向手段
を電子銃自体あるいはアパーチャの近傍に設けてもよい
本発明による検出器を適当な物体からの2次電子の励起
を分析するために用いることもでき、その用途ととして
は集積回路試験に限られるものではない。
2次電子が収集部の部分半球状減速グリッド手段の中心
の小領域中に集中するように前記磁気レンズを配置し、
前記2次電子を前記収集部の前記減速グリッド手段に実
質的に法線方向へ接近させるようにすることもできる。
 減速グリッド手段は半球状としてもよく、電子ビーム
を物体へ方向) づけることの可能なアパーチャを有するようにしてもよ
い、 あるいは、前記物体を磁気レンズの最大の場の強
度の領域あるいはその近傍に位置させてもよく、最大の
場の強度よりもかなり弱い略一定の場の強度を有する減
速グリッド手段が位置している領域に2次電子が到達す
るまで該2次電子の進路に沿って場の強度が確実に弱く
なるように前記磁気レンズを配置してもよい、 2次電
子は誘引電極により加速され磁気レンズ通過速度を増加
し、ついで適切な静電場により減速されて。
前記減速グリッド手段に到達するエネルギーを。
物体から発せられる場合とほぼ同等にする。
このような磁場においては、物体により発せられる2次
電子は束縛されて場の強度がより弱くなるに伴ない延伸
するらせん通路内で移動する。
この結果、前記らせん通路はより弱い場の強度の領域内
で各らせんの軸に対して単に小さな角度をなすようにな
る。 プレーナ形の減速グリッド手段をより弱い場の強
度領域に設けて2次電子のみを十分なエネルギーで通過
させる。 正に帯電した誘引電極を有する収集部は前記
減速グリッド手段を通過する電子を収集する。 なお、
加速用静電場を設けて磁気レンズにより2次電子を加速
する必要はないけれども、検出器の応答性はこの加速用
静電場を用いることにより向上する。
さらに、物体に衝突する電子ビームを磁気レンズを介し
て物体に方向づけすることもできる。
一実施例においては、磁気レンズは軸に近接した通路に
沿うように方向づけられる1次電子ビームと軸方向に対
称であり、底部から上方向に延在し物体をその上に載せ
る中央の柱部材を備えたコアを有している。 前記磁気
レンズ用の励磁コイルがこの中心柱部材の周囲に巻装さ
れている。
前記コアはコイルの外側で連続し、柱部材の頂部上に延
在して物体を磁気レンズの最大の場の強度の領域に位置
させる。 磁力線は柱部材から上方向に延びて場が弱く
なるに伴ないそれていく。
このような場を弱める効果により、物体によって発せら
れる2次電子のらせん通路が軸方向に延伸して、それ故
より一層略平行状態になり、2次電子のエネルギーを正
確に測定できることとなる。
[実施例J 第1図において、電子銃lは1次電子のビーム2を生成
し、その1次電子は検出器の軸に沿って下方の、集積回
路のような目標試料3に向けられる。 電子衝突の結果
、この試料3により2次電子4が発せられ、これらの2
次電子4は略円筒状の磁気レンズ5により束縛されて方
向が定められアパーチャアを通過する。 前記目標試料
3はこの磁気レンズ5の磁場にそれ自体がさらされてい
る。前記円筒状磁気レンズ5の内側の抵抗被覆6に印加
される電圧VEXにより発生する抽出静電場により、試
料3から2次電子が引きだされる。
この抵抗被覆6は、たとえば、炭素あるいはその他の電
気抵抗を有する原子番号の小さな物質により構成されて
いる。
アパーチャアを通過する2次電子4は、ついで、減速グ
リッドないしフィルタ機構9に印加された電圧VGRI
Oにより発生する球状の減速場ないしフィルタ場と、磁
気レンズ5上端部に配置されたご11 環状円盤16の上面の抵抗被覆8上での円環状電圧分布
の下に置かれる。 この円盤18は中心部に前記アパー
チャアを有し、このアパーチャアは半円球状の減速グリ
・ンド9の中心にも位置しており。
2次電子4が略半径方向に該グリッド9へ近づくことを
できるだけ確実にしている。 従って、この2次電子4
のグリッド9への接近速度は、2次電子4の実速と略等
しい。
グリッド9へ接近するために十分なエネルギーを有する
2次電子4はグリッド9を通過して、グリッド9と、前
記アパーチャアを中心として該゛グリッド9に対して同
心の半円球状抑制グリッド10との間の空間に進入する
。 前記抑制グリッドlOはほぼ一30ボルトの電位に
保たれ、入り込んだ2次電子をこれらのグリッド9とl
Oとの間の空間内ニ閉じ込めるが、後方に散乱する高エ
ネルギー2次電子の通過に関しては、これを計容する。
前記アパーチャアにやはり同心的な環状グリッド11は
+50ボルトに維持され、各グリッド9と10との間の
空間に入る2次電子を誘引する。 このグリッド]1に
より2次電子は下方に引き込まれ。
同様に環状でかつグリッド11の下方に位置するシンチ
レーション装置12へ向けてこれらの2次電子は加速さ
れる。 このシンチレーション装置12内のグリッドは
+l0KVの高電位に保たれていて1図示しない光電子
増倍管に適用すべく、該装置から高輝度の光出力を得る
ようになっている。 この光電子増倍管は2次電子の収
集率を表す電気出力を発生し、この電気出力から集積回
路の被走査部分の有効電圧の表示を得ることができる。
第1図から明らかなように、半円球状の収集部は円筒状
磁気レンズ5と同軸であり、各グリッド9および10は
軸−ヒに円形アパーチャを有している、 これらのアパ
ーチャは、電子銃1からの電子ビーム2のための自由通
路を形成するもので、後方に散乱する1次電子が前記収
集部により捕促されることなく軸に近接して戻ることを
可能にしている。
鎖線13.14は、軸を中心とする狭い円錐形の領域を
示し、この領域内で後方散乱電子を捕促する電極15に
後″j−J散乱電子が戻される。 このような後方散乱
電子は、2次電子が1次電子の試料3上への衝突により
この試料3の物質から追いだされるものであるのに対し
て、概ね反転した軌道を有する1次電子である点におい
て2次電子とは相違し、ており、このような後方散乱1
次電子は、検出器の各部への衝突により3次電子の放出
をも引きおこす可能性がある。
このような3次電子の放出の可能性は、炭素等の原子番
号の小さな電気抵抗を有する物質から製造される抵抗層
6を設けることにより減少する。
符号II(、,17によって示した。前記磁気レンズ5
の環状円盤は、それぞれ+20ボルトおよび接地に維持
され、前記被覆6に印加される抽出電圧VEXとともに
、2次電子用の必要な静電加速場および減速場を発生す
る。
円盤16」−の抵抗性被覆8は1円盤16の大半の領域
上で9円盤18から絶縁されているが、その外周部にお
いてグリッド9に接続されているので、後方散乱1次電
子の戻り通路となリラる軸近傍の部分は格別グリッド9
の半球状内部全体にわたって所望の放射状減速場が生成
される。
第1図に示す装置の動作を行なう際、当然のことながら
真空外囲器内に当該装置を配設して電子の自由運動を可
能にするように構成している。
図示の電圧値が各部に印加され、試料3は磁気レンズ5
の底部の中心孔のほぼ下方で検出器の軸上に配設されて
いる。 この試料3は正規の動作を行なうために図示し
ない手段に結合されている。
磁気レンズ5は、ビームを試料3に集束させるように電
子銃1からの電子ビーム2の集束系の部分を形成してい
る。 電子ビーム2を試料3上に走査してもよく、ある
いは点測定を必要とする場合には試料3のある特定部分
に電子ビーム2を衝突させるようにしてもよい、 この
ような電子ビームを偏向させるだめの手段を図示してい
ないけれども、これらの手段は静電的あるいは磁気的な
手段とし、電子銃lに含ませるかあるいはアパーチャア
の近傍に位置させるようにしてもよい。
ビーム2の衝突の結果、試料3により発せられる2次電
子はグリッド11を通過し、これらの2次電子が必要な
エネルギーレベルにあればシンチレーション装置12に
進行し、このシンチレーション装置12の光は図示しな
い光電子倍増管により測定され、収集された電子の量に
従って2次電子を発する集積回路の各部品の電圧表示を
行なう、 グリッド9の電圧V GRIDを調節可能と
して、グリッド9内の半球状空間内の減速場の強度を変
化させることにより、2次電子のエネルギーを定めるこ
とができる。 抑制グリ・ンド10の電圧が電子を停止
させるに不十分である場合には、きわめて高いエネルギ
ーを有する電子はすべてグリッド9ならびにグリッド1
0を通過することになる。
検出器の部品とくにグリッド9および10は、後方散乱
1次電子により生成される3次電子の数を可能なかぎり
減少させるようにエネルギーが低い2次放出を有する物
質により構成することが好ましい。
第1図に示す検出器は、試料3から7パーチヤ7へ向け
て2次電子を束縛および方向づけるように機能するもの
で、試料3からの2次電子はアパーチャアに向い、そこ
で、半球対称の減速場もしくはフィルタ場に晒され、し
かる後、電子のエネルギーを正確に定めるべく、加速場
のもとにおかれる、 従って、試料自体の電流および電
圧に寄因した試料3の表面に近い静電場および磁場によ
る2次電子の偏向は、検出器による電子の検出について
なんら実質的影響はない、 磁気レンズによる強度の磁
場に対して稼動状態の集積回路をさらしても9回路動作
に影響がないことは特筆すべきである。 この実施例で
は、典型的には1テスラ以下程度の磁場を採用するのが
よい、 かくして1本発明に係る検出器により、試料3
内の電圧分布の正確なマツプを得ることができるとゆう
ことか理解される。 第 1図において2次電子が半円球収集装置の中心の小さな
領域に伝搬されるのに対して、第2図に示す実施例では
磁気レンズを用いて、2次電子が法線に接近してブレー
ナ収集部に近づくように2次電子の進路を略平行にして
いる。 第2図において、電子銃1は、検出器の軸に沿
って降下し、第1図の場合と同様に集積回路である目標
試料3に向う1次電子のビーム2を生成する。
試料3はノブ21の制御の下で移動可能であるステージ
20上に取り付けられている。 磁気レンズはその断面
が23で示される軸対称のコアを有し。
かつ、中央に立設された柱部材22を含み、その柱部材
22の上には、前記ステージ20が載置されている。 
励磁コイル24はこの磁気レンズの磁化を行なう1図面
に示すように、コア23は柱部材22の頂部」−の外部
に延在し、試料3のまわりの中央リング部材を含んでい
る。
絶縁物質からなる円筒状筒部材25は磁気レンズの頂部
の下方に延在し、磁場を形成するために用いられる他の
コイル26を上1g部に有している。
グリッド27は約100ボルトの正電位を保持し、電子
をその通路内で筒部材15の上方に加速させるにの電圧
は柱部材22上の集積回路に影響を与えない程度の十分
低い値である。 図示のように二重にすることができる
グリッド28は減速グリッドもしくはフィルタグリッド
として作用する。
筒部材25の内側の抵抗被覆29により2次電子を減速
させるための必要な静電場が生成され、2次電子は、試
料3により発せられる場合の速度、すなわち放出速度と
略等しい速度で減、速グリッド28に接近する。 磁気
レンズの場は線30により示され、試料3の近傍で強度
が最大となり上方向に確実に弱められる。 前記コイル
26は、グリッド28の近くの筒部材25の最上部で略
均−な場を発生するように作用する。
電子応答デバイス31は検出器の軸の一方の側に位置し
、上方へ筒部材25を離れる電子は、正の電位に保持さ
れたグリッド33によって矢印32により示されるよう
に誘引される。 これらの電子は。
約+12QOVにバイアスされた金属フィルムで被覆さ
れたシンチレーションプレート35まで移動する、 矢
印3Bによって示されるプレート35により発せられる
光は図示しない光電子増倍管に向けられ、#I突する2
次電子によって発生したプレート35の光出力の強度を
表す出力信号を発生する。 このようなやり方で、集積
回路の電圧表示が得られる。
第1図の検出器についてすでに概略説明した状態で生じ
る第2図に示す検出器の動作において。
電子ビーム2による衝突の結果、稼動状態の集積回路か
ら発せられる2次電子は、レンズの磁場により軸の回り
のらせん通路に束縛されかつ方向づけられる。 電子が
上方に移動するに伴い、電子1よまず静電場により加速
され、ついで再びその放出速度まで減速される。 磁場
を徐々に弱めることにより、電子は拡張傾向のらせん進
路に沿って筒部材25の頂部まで活発に進行し、減速グ
リッドに到達する際には、軸から5度を越えない角度で
移動する。 電子の進路は37で示され、検出器の軸を
破線38で示す、この場合の例示は例示の明瞭化を図る
理由によって、検出器の軸に沿って正確な位置には描か
れていない、 2次電子の通路を検出器の軸の5度以内
にすることによって、電子の上向き速度は、角度5°の
余弦値が0.91182であるため試料3を電子が離れ
る角度によっては実質的に影響されない、 磁気レンズ
の効果により速度に影響を及ぼすことなく2次電子の運
動方向が変化し、その結果平面的な減速あるいはフィル
タグリッドを用いて放出速度に応じて電子をフィルタす
ることかできる。。
以上本発明を、特定例としての集積回路の回路試験の例
を参照して記述してきたけれども、たとえば神経信号等
の何らかの他の電位源からの2次、電子のエネルギーを
も定めるべく本発明を用いることができるということも
理解されよう。 本発明の第1実施例の変形例として、
収集部を半円球よりさらに大きいかあるいは小さな円球
状にすることもできる。 磁気レンズの形状は、電子収
集器の形状を念頭において、磁場の形状が正確に保たれ
るならば1図示のものとは相違してもよい。
記載したシンチレーション装置以外の手段を用いて、収
集された電子からの出力を発生させることもできる。
さらに、減速グリッドあるいはフィルタグリッドとして
静電プレートを用いることも可能であり、このような他
の例も「減速グリッド」という述語に含まれる。
[発明の効果コ 本発明は以上述べてきたように、減速グリッド手段を有
する収集部に2次電子を束縛および方向づけるような磁
場を有する磁気レンズを設け、前記収集部と前記磁気レ
ンズを2次電子の進路を制御するように構成するととも
に、2次電子の接近速度が実際の速度に略等しい法線方
向に対して十分小さな角度で、2次電子を減速グリッド
手段に接近させるように電子検出器を構成したので、被
検出体の試験をその動作状態で行なっても、従来のよう
に電子速度の測定に誤差が生ずる可能性が少なく従って
高い測定精度を確保することができ、たとえば集積回路
の回路試験等に適用してその効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る電子検出器の第1実施例を示す概
略断面図、第2図は本発明に係る電子検出器の第2実施
例を示す概略断面図である。 110.電子銃 296.ビーム 306.試料 4、、.2次電子 5・・、磁気レンズ 709.アパーチャ 9、10,11 、 、 、グリッド +2.、、シンチレーション装置 13.14 、 、 、狭い円錐形の領域15、、、電
極 18.1? 、 、 、円盤 25、、、円筒状筒部材 24.2B 、 、 、コイル 27.33 、 、 、グリッド 30、、、磁気レンズの場 31、、、電子の応答デバイス 35、、、プレート 38、、、光 37、、、電子の進路 38、、、検出器の軸 出願人 テキサスインスッルメンッ・ インコーホレイテッド ・・1i41iの浄占(内容にし一更なし)期−7 F1a2 手続補止書(方式) 昭和60年2月2ヶ日 特願昭59−218163号 2 発明の名称 電子検出器、およびこれを用いた回路試験方法3 補正
をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 アメリカ合衆国テキサス州ダラス、ノースセン
トラル エクスプレスウェイ 1350004代理人〒
150 5 補正命令の日付 昭和60年1月9日(昭和60年
1月29日発送) 6 補正により増加する発明の数 0 7 補正の対像 図 面(全 図)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)減速グリッド手段を有する収集部に2次電子を束
    縛および方向づけるような磁場を有する磁気レンズを有
    し、前記収集部と前記磁気レンズを前記2次電子の進路
    を制御するように構成するとともに前記磁気レンズを該
    収集部と相対的に配設して、前記2次電子の接近速度が
    実際の速度に実質的に等しい法線方向に対して十分小さ
    な角度で。 前記2次電子を前記収集部の前記減速グリッド手段に接
    近させるようにしたことを特徴とする電子ビームにより
    衝突を受ける物体から発せられる2次電子検出用の電子
    検出器。 (2)前記磁気レンズを、軸対称とするとともに前記物
    体を軸上に位置させて、電子ビームが一方向に前記磁気
    レンズを通過し、前記2次電子が逆方向に前記磁気レン
    ズを通過するようにした特許請求の範囲第1項記載の電
    子検出器。 (3)電極手段を、前記磁気レンズに近接させるがある
    いはその内部に設けて、前記物体により発せられる2次
    電子を誘引し、かつ、これらの電子を加速し、ついで、
    前記磁気レンズの通路上の放出速度まで前記2次電子を
    減速するようにした特許請求の範囲第1項あるいは第2
    項記載の電子検出器。 (4)前記2次電子が小領域に集中するように前記磁気
    レンズを配置し、かつ、前記収集部を前記小領域−ヒに
    中心を有する部分半球状に形成して、前記2次電子が前
    記収集部の前記減速グリッド手段に実質的に法線方向へ
    接近するようにした特許請求の範囲第1項、第2項、あ
    るいは第3項記載の電子検出器。 (5)前記収集部を2つの同軸的な半球状の電極間の収
    集領域を有する半球状に形成し、がっ、前記収集領域を
    境界づける環状の電子応答手段を含むようにした特許請
    求の範囲第4項記載の電子検出器。 (G)2次電子を前記磁気レンズの磁場により束縛して
    、最大の場の強度よりもきわめて弱い略一定の場の強度
    を有する領域に強度が減少する場を介して移動させるよ
    うに、前記磁気レンズの最大の場の強度を有する領域の
    近傍に前記物体が位置するように、前記磁気レンズを配
    設し、前記減速グリッド手段はプレーナ形状としこれに
    垂直な軸を有する領域内に位置させ、前記物体によって
    発せられる2次電子を軸を中心とするらせん通路を移動
    させ、前記物体からの距離の増加に伴ない前記らせん通
    路を漸進的に延伸させて、前記略一定の場の強度領域内
    で、電子の進路が前記減速グリッド手段の法線に対して
    小さな角度をなすようにした特許請求の範囲第1項、第
    2項あるいは第3項記載の電子検出器。 (7)前記磁気レンズは、磁化可能物質のコアを有し、
    該コアはその上端部で内方にテーパを形成した円筒容器
    の形状であり、かつ、底部において閉じられ、該底部か
    ら中央の柱部材を上方に突出させるとともに該柱部材の
    頂部のやや上の壁から付加的な環状円盤を延在させ、前
    記磁気レンズを前記中央の柱部材の周囲のコイルにより
    通電するようにした特許請求の範囲第6項記載の電子検
    出器(8)前記円筒容器の上部を介して延在するととも
    に柱部材と整合配置され、かつ、前記円筒容器の北端か
    ら突出する管状部材をさらに有し、該管状部材は前記物
    体によって発せられる2次電子を加速および減速するた
    めの電極手段を支持し、前記減速グリッド手段および付
    加的コイルにより前記管状部材の上端部で略一定の場の
    強度を有する領域を生成するようにした特許請求の範囲
    第7項記載の電子検出器。 (9)前記物体を、前記柱部材の頂部に位置させるよう
    にした特許請求の範囲第7項あるいは第8項記載の電子
    検出器。 (10)前記収集部を、軸をはずして位置させるととも
    に電子誘引電極を有するようにした特許請求の範囲第6
    項ないし第9項のいずれかに記載の電子検出器。 (ll’l前記電子応答手段は、この手段に衝突する電
    子に応答して光を発生させ9倍増型光電管を設けて前記
    電子応答手段からの光を受けとるとともに対応する出力
    信号を発生するようにした特許請求の範囲第5項あるい
    は第10項記載の電子検出器。 (12)前記物体は集積回路である特許請求の範囲第1
    項ないし第11項のいずれかに記載の電子検出器(13
    )動作状態に前記集積回路を接続するとともに電子ビー
    ム衝突期間中に該集積回路を動作状態に維持するための
    手段を設けるようにした特許請求の範囲第12項記載の
    電子検出器。 (14)少なくとも回路の一部に電子ビームを用いて修
    了突を起こさせ、磁場により前記衝突の結果発せられる
    2次電子を束縛して、減速グ1ルンド上で゛略法線方向
    で終端する進路を通過させるようにしたことを特徴とす
    る動作モード中における回路の試験する方法。 (15)前記回路を最大強度の磁場にさらし、前記最大
    の場の強さよりきわめて弱い略一定の場の強度を有する
    強度が弱くなる磁場を前記2次電子が移動するように該
    2次電子を束縛する段階をさらに含む特許請求の範囲第
    14項記載の回路の試験方法(16)前記回路からの距
    離が増加するに伴ない漸進的により延伸するとともに、
    ついで前記減速グリッドの表面に略垂直な軸を中心とし
    て延在するらせん通路を通るように、前記2次電子を束
    縛するようにした特許請求の範囲第14項記載の回路の
    試験方法。
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