JP2002064127A

JP2002064127A - 試料検査装置

Info

Publication number: JP2002064127A
Application number: JP2001147279A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Tanaka; 幸浩田中; Sadao Matsumoto; 貞夫松本; Toru Ishimoto; 透石本; Hirofumi Miyao; 裕文宮尾
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】試料電流を正確に検出することの出来る試料検
査装置を提供する。【解決手段】試料室内に配置された試料移動機構に絶縁
的に保持された試料表面に１次ビームを照射し、その結
果試料を流れる電流を検出し、得られた検出信号に基づ
いて試料の検査を行う装置において、前記試料を流れる
電流を検出した信号を増幅するために前記試料室外に配
置される増幅器と、前記試料を検出した信号を前記試料
室壁を貫通して試料室外に取り出し増幅器へ導くための
第１の導線と、前記試料と試料移動機構との間に、両者
と絶縁を保ち且つ両者を仕切るように介挿される導電性
仕切部材と、該導電性仕切部材を前記導線の試料室壁を
貫通する部分の周囲に配置される導電性部材及び前記増
幅器の出力の基準電位を規定する参照入力端子に接続す
るための第２の導線とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームやレ
ーザービームなどの一次ビームを試料に照射して検査を
行う試料検査装置に関し、特に、試料に流れる微少な電
流を検出することの出来る試料検査装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡では、細く絞った電子ビ
ームを試料に照射及び走査すると共に、試料から発生す
る二次電子あるいは反射電子を検出し、得られた検出信
号を表示装置に送って試料の二次電子像あるいは反射電
子像を得ることが行われている。また、照射電子ビーム
のうち試料によって吸収された電子を試料電流として検
出し、得られた検出信号を表示装置に送って電流像を表
示することも行われている。

【０００３】このように、試料電流を検出する場合、試
料に照射される電子ビームの電流は通常ピコアンペアオ
ーダーと極めて小さいため、更に微少な電流を検出しな
ければならない。そのため、周囲からの電磁波の影響を
も排除する必要があり、試料は電磁遮蔽機能を持つ試料
室内に配置される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電磁遮蔽機
能を持つ試料室により周囲からの電磁波の影響は排除で
きるものの、試料を移動させるために試料室内に配置さ
れる移動機構は、駆動用のモータなどが電磁波の発生源
となる。その影響により、試料電流を高い増幅率で正確
に増幅することが困難になる。特に、試料が大型になる
と、移動機構も大型化は避けられず、発生する電磁波も
強度が大きくなるので、その影響も大きくなる。

【０００５】本発明は、この点に鑑みてなされたもので
あり、試料電流を正確に検出することの出来る試料検査
装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、第１の本発明は、試料室内に配置された試料移動機
構に絶縁的に保持された試料表面に１次ビームを照射
し、その結果試料を流れる電流を検出し、得られた検出
信号に基づいて試料の検査を行う装置において、前記試
料を流れる電流を検出した信号を増幅するために前記試
料室外に配置される増幅器と、前記試料を検出した信号
を前記試料室壁を貫通して試料室外に取り出し増幅器へ
導くための第１の導線と、前記試料と試料移動機構との
間に、両者と絶縁を保ち且つ両者を仕切るように介挿さ
れる導電性仕切部材と、該導電性仕切部材を前記導線の
試料室壁を貫通する部分の周囲に配置される導電性部材
及び前記増幅器の出力の基準電位を規定する参照入力端
子に接続するための第２の導線とを備えたことを特徴と
している。

【０００７】また、第２の本発明は、試料室内に配置さ
れた試料移動機構に絶縁的に保持された試料表面に１次
ビームを照射し、その結果試料を流れる電流を検出し、
得られた検出信号に基づいて試料の検査を行う装置にお
いて、前記試料を流れる電流を検出した信号を増幅する
ために前記試料室外に配置される差動増幅器と、前記試
料を検出した信号を前記試料室壁を貫通して試料室外に
取り出し該差動増幅器へ導くための第１の導線と、前記
試料移動機構を前記第１の導線の試料室壁を貫通する部
分の周囲に配置される導電性部材及び前記増幅器の出力
の基準電位を規定する参照入力端子に接続するための第
２の導線と、前記試料を保持する導電性試料ホルダであ
って試料移動機構によって絶縁的に保持される導電性試
料ホルダと、該試料ホルダからの信号を前記試料室壁を
貫通して試料室外に取り出し該差動増幅器の他方の入力
端子へ導くための第３の導線とを備えたことを特徴とし
ている。

【０００８】また、第３の本発明は、試料表面に１次ビ
ームを照射し、その結果試料を流れる電流を検出し、得
られた検出信号に基づいて試料の検査を行う装置におい
て、試料の近傍にアンテナを配置し、該アンテナからの
信号と試料を流れる電流との差信号を検出信号として取
り出すようにしたことを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の一実
施例を説明する。図１は、本発明を実施した走査電子顕
微鏡の一例を示す図である。図１において、電子銃１か
ら発生した電子ビームＥＢは、集束レンズ２によって試
料Ｓ上に細く収束されると共に、偏向器３によって試料
上で二次元的に走査される。４は、電子銃１，集束レン
ズ２及び偏向器３を制御する電子光学系制御装置であ
る。

【００１０】試料Ｓは、試料移動機構５の上に載置さ
れ、外部からの不正電界及び磁界の侵入を防ぐため電磁
シールド(静電シールド及び磁気シールド)機能を有する
ように作られた試料室６内に収容されている。試料移動
機構５の上面部は、２枚の絶縁材７，８の間に導電性仕
切り板９を挟み込んだ３層構造となっており、表面の絶
縁材８の上に導電性の試料ホルダ１０が載置され、更に
その試料ホルダ１０の上に絶縁板１１を挟んで試料Ｓが
載置されている。

【００１１】試料Ｓ及び試料ホルダ１０にはそれぞれ導
線(同軸線路)１２，１３が接続され、試料室６の壁に
は、その導線を介して信号を外部へ取り出すための端子
１４が取り付けられている。端子１４は、試料室壁(導
電体)に直接取り付けられる導電性の基板１５と、この
基板１５を貫通する絶縁体１６，１７と、各絶縁体内を
貫通する芯線１８，１９とから構成される。各芯線に接
続された導線２０，２１は、差動増幅器２２の差動入力
端子へそれぞれ接続される。前記導線１２，１３の外側
導体は、前記基板１５に接続されている。

【００１２】また、前記仕切り板９と前記基板１５の間
は導線２３により接続されており、更に、基板１５と前
記差動増幅器２２の基準入力端子(REF端子)の間も導線
２４によって接続されている。この基準入力端子は接地
されるが、その接地点は、電子銃１において電子ビーム
を発生させるための基準点となる加速電源の接地点であ
る。そして、差動増幅器２２から得られた差動出力信号
は、メモリ及びモニタ２５を備えた制御装置２６へ送ら
れ、デジタルデータに変換されてメモリに記憶される。
制御装置２６には、前記電子光学系制御装置から試料上
での電子ビームの照射位置を表す信号が送られており、
この信号に基づいて制御装置２６は、前記デジタルデー
タを試料上の電子ビーム照射位置(データ取得位置)に関
連させて記憶する。

【００１３】上記構成において、試料移動機構と試料室
との間には、試料移動機構から発生する電磁界などに起
因する電流が流れ、試料移動機構の電位に変動が発生す
る。従来装置では、この試料移動機構の電位の変動の影
響を受けて試料の電位も変動するため、試料電流を検出
するために高い増幅率に設定されている増幅器は、その
影響を受けて出力が変動し、試料電流を正確に増幅する
ことが困難であった。

【００１４】本発明では、試料移動機構と試料の間に両
者から絶縁された状態で仕切り板が設けられ、この仕切
り板は導線により端子の基板と同電位にされ、更に差動
増幅器２２の基準入力端子(REF端子)も導線によりそれ
と同電位とされている。この結果、試料及び試料ホルダ
は仕切り板により遮蔽される形となり、試料移動機構の
電位の変動の試料及び試料ホルダへの伝搬が阻止される
こととなる。加えて、仕切り板の電位が試料移動機構の
電位の変動を受けて多少変化しても、差動増幅器２２
は、仕切り板の電位を基準として差動出力を発生するた
め、出力の飽和などなく安定に試料電流を増幅すること
が可能となる。

【００１５】さらに、本実施例では、試料及び試料ホル
ダからの電流の差を差動増幅器により求めているため、
試料移動機構などからの電磁波の影響で試料電流にノイ
ズ成分が混入した場合であっても、試料に近接配置され
ているためほぼ同じノイズ成分が混入する試料ホルダか
らの電流信号を差動増幅器で差し引くこととなり、差動
増幅器の出力として、そのようなノイズ成分を除去した
正確な試料電流の信号を得ることが出来る。

【００１６】なお、上記実施例では、試料ホルダを用い
て試料移動機構などからの電磁波の影響による電流を検
出するようにしたが、試料に近接して別個にアンテナを
設置し、このアンテナからの検出信号を導線１３を介し
て差動増幅器２２へ送るようにしても良い。このアンテ
ナは、例えば、試料ホルダの外周部に絶縁的に取り付け
ることが可能である。

【００１７】また、図１の構成の差動増幅器２２の基準
入力端子(REF端子)と接地点との間の点Ａまたは点Ｂ
に、図９に詳細を示すように、正または負の可変電圧源
９０Ａまたは９０Ｂを挿入することにより、差動増幅器
２２の基準入力端子(REF端子)に適宜な直流電圧を印加
できるようにしても良い。図９において、９１は可変電
圧源９０Ａまたは９０Ｂの発生電圧を制御する電位コン
トローラで、この電位コントローラ９１は、前記制御装
置２６へ必要に応じて同期情報ｄを供給する。

【００１８】例えば、試料が半導体素子の場合、試料表
面には注入される不純物の違いによりＰまたはＮチャン
ネルの半導体及び絶縁層が形成される。これらのそれぞ
れの素材へ一次ビームを照射すると、試料内に流れる電
流量は、素材と一次ビームエネルギーにより変化が生じ
ることがわかっている。図９のような構成により、差動
増幅器の基準電位点(点Ａまたは点Ｂ)に電位を印加する
と、差動増幅器の入力端子を介して試料面に対して電位
を供給することとなり、見かけ上の一次ビームのエネル
ギーの変化を引き起こすことができ、且つ電位印加によ
る増幅器への入力信号の変化を生じさせることなく、試
料電流を検出することが可能となる。

【００１９】点Ａまたは点Ｂへの電位の印加は、電位コ
ントローラ９１により行われ、印加する電位は、増幅器
の電源電位の範囲とされる。印加する電位は、プラスま
たはマイナスのＤＣのみならず、時間的に変化する各種
波形として与えても構わない。周期的な変化を与える場
合には、電位変化の情報を同期情報ｄとして制御装置２
６に送ることで、制御装置２６側で検出電流の変化量と
印加電位の関係を理解し、データ分析を正確に行うこと
ができる。

【００２０】図２は、本発明の別の実施例の試料室及び
差動増幅器の部分の構成を示す図である。本実施例で
は、図１の実施例における試料Ｓと試料ホルダ１０の間
の絶縁材１１が取り除かれて試料Ｓ試料ホルダ１０とが
接触するようになっていると共に、試料Ｓの表面に接し
ている電極に導線が接続されている。

【００２１】このような構成により、仕切り板９による
遮蔽効果を得つつ、試料の表面電位と試料の裏面電位の
差を差動増幅器２２により求めることが出来る。これに
より、電子ビームの照射点における試料の表面から裏面
へ向けて流れる電流の流れ易さの程度(表面から裏面へ
向けての抵抗)に対応した信号を得ることができ、走査
により、そのような試料の抵抗に関する二次元画像デー
タを得ることができる。

【００２２】図３は、本発明のさらに別の実施例の試料
室及び差動増幅器の部分の構成を示す図である。本実施
例では、図１の実施例における端子部が絶縁材２７によ
り試料室６と絶縁されて設けられている。この実施例
は、試料室６と差動増幅器２２との距離が長い場合に有
効である。

【００２３】図４は、本発明のさらに別の実施例の試料
室及び差動増幅器の部分の構成を示す図である。本実施
例では、図１の実施例における仕切り板が取り除かれる
と共に、試料移動機構５に導線２３が接続されている。
これにより、試料移動機構５の電位が変化しても、差動
増幅器２２は、試料移動機構５の電位を基準として差動
出力を発生するため、出力の飽和などなく安定に試料電
流を増幅することが可能となる。図４の実施例は、試料
移動機構５に発生する電位の変化が比較的小さな場合に
適している。

【００２４】図５は、本発明のさらに別の実施例の構成
を示す図である。本実施例では、図１の実施例における
差動増幅器２２が単なる反転あるいは非反転増幅器３０
に置き換えられると共に、試料ホルダ１０と増幅器３０
を結ぶ導線が取り除かれている。本実施例では、試料ホ
ルダをアンテナとし差動増幅器で試料電流との差を求め
ることによるノイズ除去の効果は望めないものの、仕切
り板９の電位が試料移動機構５の電位の変動を受けて多
少変化しても、絶縁体１１，８で挟まれた仕切板１０が
ノイズフィルタとしてのコンデンサとして働き、増幅器
３０は仕切り板９の電位を基準として出力を発生するた
め、出力の飽和などなく安定に試料電流を増幅すること
が可能となる。

【００２５】図６は、本発明のさらに別の実施例の構成
を示す図である。本実施例では、試料にレーザービーム
を照射し、それにより試料に誘起される電流(例えばＯ
ＢＩＣ電流(Optical Beam Induced Current))を検出す
る方式の試料分析装置(例えばＯＢＩＣ電流検出回路を
備えたレーザー顕微鏡)に本発明を適用している。図６
において、図１の実施例と同一の構成要素には同一番号
及び符号が付されている。図６において、６０はレーザ
ー光源と光走査機構と反射光検出器とを備え、試料Ｓ上
に細く絞られたレーザービームＬＢを照射し走査すると
共に、試料からの反射光を検出することの可能な光学顕
微鏡ユニットである。６１は、レーザー光源と光走査機
構を制御するための顕微鏡制御回路である。

【００２６】試料Ｓは、図１の実施例と同様に試料移動
機構５の上に載置され、外部からの不正電界及び磁界の
侵入を防ぐため電磁シールド(静電シールド及び磁気シ
ールド)機能を有するように作られた試料室６内に収容
されている。試料移動機構５の上面部は、２枚の絶縁材
７，８の間に導電性仕切り板９を挟み込んだ３層構造と
なっており、表面の絶縁材８の上に導電性の試料ホルダ
１０が載置され、更にその試料ホルダ１０の上に絶縁板
１１を挟んで試料Ｓが載置されている。

【００２７】図６において、６３は例えば試料に形成さ
れた回路上の電源ラインに電圧を供給するための電源で
ある。

【００２８】上記構成において、顕微鏡ユニット６０に
搭載されているレーザー光源は、ＯＢＩＣ現象あるいは
ＯＢＩＲＣＨ現象を発生させうるように波長及び出力が
選定されている。そして、例えば試料Ｓとして半導体回
路が形成された基板が試料ホルダにセットされ、図７に
示すように、この試料上に形成された回路の電源ライン
(例えばVcc)の電極に接触子を用いて電源６３から適宜
な電圧が印加されると共に、試料上に形成されている回
路の電源ラインのグラウンド側電極(VccGND)に、増幅器
２２の入力端子に接続するための導線１２が接触子を用
いて接続される。

【００２９】この状態で、細く絞られたレーザービーム
ＬＢが試料表面に照射され且つ二次元的に走査される。
レーザービームの照射点においてＯＢＩＣ現象が発生す
ると、その場所において電源ラインから例えばグラウン
ド側へ向けて微弱なＯＢＩＣ電流が流れる。このＯＢＩ
Ｃ電流は導線１２を介して増幅器２２へ送られて増幅さ
れ、さらに制御装置２６へ送られてレーザビームの照射
位置に対応させて記憶される。このようなＯＢＩＣ電流
が発生する試料上の位置を知ることにより、半導体回路
の構造解析を行うことができる。

【００３０】なお、上記例では、導線１２は試料上に形
成された電源ラインのグラウンド側電極(VccGND)に接続
され、電源ラインからグラウンド側へ向けて流れるＢＩ
Ｃ電流を検出するようにしたが、ＯＢＩＣ電流は電源ラ
インから他の回路パターンや試料裏面へ向けて流れるこ
ともある。そのようなＯＢＩＣ電流を検出する場合に
は、導線１２を、そのような他の回路パターンあるいは
試料裏面に接続する必要があることはいうまでもない。

【００３１】本実施例においても、試料移動機構と試料
の間に両者から絶縁された状態で仕切り板が設けられ、
この仕切り板は導線により端子の基板と同電位にされ、
更に差動増幅器２２の基準入力端子(REF端子)も導線１
２によりそれと同電位とされている(もしくは、測定に
用いる端子によっては、Ａ点もしくはＢ点をＶccと同電
位にしても良い)。この結果、試料及び試料ホルダは仕
切り板により遮蔽される形となり、試料移動機構の電位
の変動の試料及び試料ホルダへの伝搬が阻止されること
となる。加えて、仕切り板の電位が試料移動機構の電位
の変動を受けて多少変化しても、差動増幅器２２は、仕
切り板の電位を基準として差動出力を発生するため、出
力の飽和などなく安定にＯＢＩＣ電流を増幅することが
可能となる。また、ＯＢＩＣ電流に被検査回路の動的な
電流が重畳するような場合であっても、Ａ点もしくはＢ
点の電位を、電位コントローラ９１を用いてその動的な
電流変化に応じて変化させることにより、被検査回路の
動的電流変化があっても出力の飽和などなく安定にＯＢ
ＩＣ電流を増幅することが可能となる。

【００３２】さらに、本実施例では、試料及び試料ホル
ダからの電流の差を差動増幅器により求めているため、
試料移動機構などからの電磁波の影響でＯＢＩＣ電流に
ノイズ成分が混入した場合であっても、試料に近接配置
されているためほぼ同じノイズ成分が混入する試料ホル
ダからの電流信号を差動増幅器で差し引くこととなり、
差動増幅器の出力として、そのようなノイズ成分を除去
した正確なＯＢＩＣ電流の信号を得ることが出来る。

【００３３】なお、試料の下方から裏面にレーザービー
ムを照射する場合には、図８に示すように、レーザービ
ームを通す通路を試料の下方に確保することが必要とな
る。すなわち、図８において、試料移動機構５及びその
上に載置されている絶縁材７，８、導電性仕切り板９、
試料ホルダ１０及び絶縁板１１の中央部分は切り欠か
れ、それにより顕微鏡ユニット６０を下方に配置して試
料の裏面からレーザービームを照射することができる貫
通穴６２が形成される。この場合には、仕切り板による
遮蔽効果が多少減ぜられるものの、その他の効果は図６
と同様に得られる。

【００３４】図１０は、本発明の更に他の実施例の構成
を示す図である。図１０において、シリコンウエハなど
の試料Ｓは、複数のピン３０によりほぼ水平になるよう
に支持されると共に、例えば試料を間に挟むように設け
られた複数の押さえローラ３１により周縁部が規制さ
れ、試料ホルダ１０に固定される。ピン３０と押さえロ
ーラ３１は、絶縁体９により試料ホルダ１０に絶縁的に
取り付けられている。試料と接触する各ピン３０及び各
押さえローラ３１には試料を流れる電流を検出するため
のワイヤ３２が接続され、さらにこのワイヤ３２には電
流を差動増幅器２２へ導くための導線１２が接続されて
いる。

【００３５】３３，３４は、差動増幅器２２の入力端子
を接地するためのスイッチであり、表示制御装置２６か
らの指令信号によって同時にオンオフされる。

【００３６】本実施例の構造は、試料移動機構５を用い
て試料Ｓを移動させ、次々に試料上の異なる点について
試料を流れる電流の測定を行う場合に効果的である。こ
の点について以下に説明する。

【００３７】図１１(ａ)は、試料移動機構５により試料
を一定間隔で移動させ、試料上に仮定した格子点につい
て測定を繰り返した結果を示す。図１１(ａ)において横
軸は格子点番号、縦軸は各格子点における試料電流値を
それぞれ示している。試料としては、試料全面にわたり
試料電流値が等しい標準試料、例えばいわゆるベアウエ
ハ、すなわち一切の処理を行う前の鏡面状態のウエハが
用いられている。従って、すべての格子点で測定した試
料電流値は等しいはずであるが、実際の測定結果は図１
１(ａ)のように各格子点で試料電流値は異なる。

【００３８】この測定結果は、試料Ｓの移動の際に、試
料ホルダ１０の移動に伴い、試料室内の浮遊容量の変
動、ノイズの影響などにより、試料ホルダ１０に帯電す
る電荷が変動し、それにより静止してから測定する試料
電流が変化してしまうことによるものと考えられる。

【００３９】そこで、本実施例では、スイッチ３３，３
４が設けられ、差動増幅器２２の入力端子を接地した状
態としない状態に切り換えられるようにされている。そ
して、制御装置２６は、図１０で円内に示されているよ
うに、試料移動機構５による移動中はスイッチ３３，３
４をオンにして差動増幅器２２の入力端子を接地し、移
動後静止状態で電子ビームを照射して試料電流を測定す
る際にはスイッチ３３，３４をオフにするような制御を
行う。図１２は、このような制御に基づいた測定の手順
を示す流れ図である。ステップ１において初期設定とし
て、スイッチ３３，３４がオン(測定オフ)にされる。ス
テップ２において、試料であるウエハが試料室内に搬入
され、ホルダ１０にセットされる。ステップ３におい
て、ウエハが初期位置に配置されるように位置合わせが
行われる。ステップ４において、電子ビームの照射時間
やタイミング差動増幅器のゲインなどの測定条件が設定
される。ステップ５において、試料移動機構５により試
料の第１測定点が電子ビーム照射位置に来るように移動
が行われる。ステップ６において、停止したら、スイッ
チ３３，３４がオフにされ、ステップ７において電子ビ
ームＥＢが照射され試料電流の測定が行われる。そし
て、測定が終了したら、ステップ８において、スイッチ
３３，３４がオン(測定オフ)にされ、ステップ５に戻っ
て次の測定点が電子ビーム照射位置に来るように移動が
行われる。所定数の測定点についてステップ５−８が繰
り返し行われ、最後にステップ９において測定後のウエ
ハが試料室から搬出される。

【００４０】図１１(ｂ)は、このような制御を行いつ
つ、図１１(ａ)と同様にベアウエハについて測定した結
果を示す。この図から、試料移動機構５による移動中は
スイッチ３３，３４をオンにして差動増幅器２２の入力
端子を接地することにより、図１１(ａ)に現れる移動に
伴う各格子点の試料電流値の変動が抑制されていること
が分かる。

【００４１】ところで、図１０の実施例において、試料
電流を測定する場合、(１)得られた電流値そのものを測
定結果として用いる電流計測と、(２)検出された信号強
度を輝度レベルに変換して画像データを得る画像計測と
がある。本発明者は、図１０の実施例における差動増幅
器２２の入力回路が、図１３(Ａ)で示すような差動入力
の場合と、図１３(Ｂ)で示すような片側接地の単一入力
の場合について、それぞれ電流計測と画像計測の２つの
計測を行った。画像計測の結果を図１３(Ａ１)、図１３
(Ｂ１)に、電流計測の結果を図１３(Ａ２)、図１３(Ｂ
２)にそれぞれ示す。

【００４２】増幅器２２を差動入力で使用した場合、図
１３(Ａ２) に示されているように、電流測定の結果に
は、試料としてベアウエハを用いているにも拘わらず、
変動が見られた。これは、先の図１０の実施例の説明で
述べたとおりの現象である。しかし、画像計測の場合、
図１３(Ａ１)に示されているように、非常にノイズの少
ない良質の画像が収集できた。

【００４３】これに対し、増幅器２２を単一入力で使用
した場合、電流計測では図１３(Ｂ２)に示されているよ
うに、変動は少なく抑えられている。しかし、画像計測
の場合には、図１３(Ｂ１)に示されているように、得ら
れた画像に商用電源周波数のノイズが混入することが判
明した。

【００４４】図１４は、このような実験結果を考慮した
本発明の他の実施例の構成を示す図である。本実施例
は、図１０の構成を基本とし、更に電流計測及び画像計
測の両方について良好な結果を得るために、画像計測用
の増幅器２２Ａと電流測定用の増幅器２２Ｂを別々に備
えたことを特徴としている。各増幅器の周波数特性及び
ゲインは、画像計測と電流計測にそれぞれ好適なように
独立して設定されている。図１４において、スイッチ３
５〜３８は、端子１４を介して外部に取り出された導線
２０，２１を計測モードに応じて増幅器２２Ａ，２２Ｂ
に切り換えて接続するための計測モード切換スイッチで
あり、制御装置２６からの計測モード指定信号に基づい
て切り換えられる。

【００４５】スイッチ３５〜３８が図１４の状態は電流
計測モードであり、導線２０がスイッチ３８を介して増
幅器２２Ｂの一方の入力端子に接続されると共に、増幅
器２２Ｂの他方の入力端子と導線２１は、共にスイッチ
３５〜３７により接地される。このモードでは図１３
(Ｂ)の回路が形成され、増幅器２２Ｂから電流計測用信
号が取り出されて制御装置２６へ送られる。この電流計
測用信号は、図１３(Ｂ２)で示すような試料移動による
影響が少ない状態で得られたものとなる。

【００４６】一方、スイッチ３５〜３８が図１４とは反
転する状態が画像計測モードであり、このモードでは導
線２０がスイッチ３８を介して増幅器２２Ａの一方の入
力端子に接続されると共に、導線２１はスイッチ３５〜
３７を介して増幅器２２Ａの他方の入力端子と接続され
る。そして、増幅器２２Ａから画像計測用信号が取り出
されて制御装置２６へ送られる。この画像計測用信号
は、図１３(Ａ１)で示されているように、商用電源周波
数のノイズの混入が少ない状態で得られたものとなる。

【００４７】なお、電流計測及び画像計測のどちらのモ
ードにおいても、図１０の実施例と同様、制御装置２６
は、試料移動機構５による移動中はスイッチ３３，３４
をオンにして増幅器２２Ａ又は増幅器２２Ｂの入力端子
を接地し、移動後静止状態で電子ビームを照射して試料
電流を測定する際にはスイッチ３３，３４をオフにする
ような制御を行うため、図１０の実施例と同じ効果をど
ちらのモードにおいても得ることができる。

【００４８】なお、図１０及び図１４の実施例では、試
料電流の検出を試料の下面を支えるピン３０と周縁部に
接触する押さえローラ３０により行ったが、図１５に示
すように針電極３９を試料表面に押し当て、この電極３
９を介して試料電流を検出するようにしても良い。

【００４９】また、本発明は、上述した走査電子顕微鏡
やレーザー顕微鏡に限らず、電子プローブマイクロアナ
ライザ(ＥＰＭＡ)やその他の荷電粒子ビームを用いた試
料分析装置で試料に流れる電流を測定する場合に適用す
ることが可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
一次ビームの照射により試料に流れる微少な電流を正確
に増幅することの可能な試料分析装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した走査電子顕微鏡の実施の形態
を示す図である。

【図２】本発明の別の実施例の試料室及び差動増幅器の
部分の構成を示す図である。

【図３】本発明のさらに別の実施例の試料室及び差動増
幅器の部分の構成を示す図である。

【図４】本発明のさらに別の実施例の試料室及び差動増
幅器の部分の構成を示す図である

【図５】本発明のさらに別の実施例の構成を示す図であ
る。

【図６】本発明のさらに別の実施例の構成を示す図であ
る。

【図７】図６の実施例において試料Ｓへの電圧印加及び
電流の取り出しの様子を説明するための図である。

【図８】図６の実施例において試料に下方からレーザー
ビームを照射するための構成を説明する図である。

【図９】図１の実施例においてＡ点またはＢ点に電位を
印加するための構成を説明するための図である。

【図１０】本発明のさらに別の実施例の構成を示す図で
ある。

【図１１】ベアウエハを試料として用いた場合の、試料
移動に伴う試料電流の変化の様子を示す図である。

【図１２】図１３の実施例における測定の手順を説明す
るための流れ図である。

【図１３】増幅器を差動入力で用いた場合と単一入力で
用いた場合の違いを説明するための図である。

【図１４】本発明のさらに別の実施例の構成を示す図で
ある。

【図１５】試料電流の検出を針電極を用いて行う実施例
を示す図である。

【符号の説明】

１：電子銃、２：集束レンズ、３：偏向器、Ｓ：試料、
４：電子光学系制御装置５：試料移動機構、６：試料
室、７，８，２７：絶縁材、９：導電性仕切り板１０：
試料ホルダ、１１：絶縁板、１２，１３：導線(同軸線
路)、１４：端子１５：基板、１６，１７：絶縁体、１
８，１９：芯線２０，２１，２３，２４：導線、２２，
２２Ａ，２２Ｂ：差動増幅器２６：制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮尾裕文東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号日本電子株式会社内Ｆターム(参考） 4M106 AA01 BA02 BA05 CA10 CA70 DH04 DH16 DH32 DH33 DH50 DJ20 5C001 AA03 AA08 CC04 5C033 NN07 NN10 NP08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料室内に配置された試料移動機構に絶
縁的に保持された試料表面に１次ビームを照射し、その
結果試料を流れる電流を検出し、得られた検出信号に基
づいて試料の検査を行う装置において、前記試料を流れ
る電流を検出した信号を増幅するために前記試料室外に
配置される増幅器と、前記試料を流れる電流を検出した
信号を前記試料室壁を貫通して試料室外に取り出し増幅
器へ導くための第１の導線と、前記試料と試料移動機構
との間に、両者と絶縁を保ち且つ両者を仕切るように介
挿される導電性仕切部材と、該導電性仕切部材を前記導
線の試料室壁を貫通する部分の周囲に配置される導電性
部材及び前記増幅器の出力の基準電位を規定する参照入
力端子に接続するための第２の導線とを備えたことを特
徴とする試料検査装置。
【請求項２】前記増幅器として差動増幅器を用いると
共に、試料の近傍にアンテナを配置し、該アンテナから
の信号を前記試料室壁を貫通して試料室外に取り出し該
差動増幅器の他方の入力端子へ導くための第３の導線を
設けたことを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
【請求項３】前記試料を保持する導電性の試料ホルダ
を前記アンテナとして用いることを特徴とする請求項２
記載の試料検査装置。
【請求項４】前記第１及び第３の導線を前記試料室壁
を通して外部へ取り出すための貫通端子が前記試料室壁
に設けられており、該貫通端子を囲むように前記導電性
部材が設けられていることを特徴とする請求項２または
３記載の試料検査装置。
【請求項５】前記導電性部材は前記試料室壁に対して
絶縁的に取り付けられており、該導電性部材の電位を所
定値に設定する手段を備えていることを特徴とする請求
項４記載の試料検査装置。
【請求項６】前記試料の前記一次ビームが入射する表
面に接する電極に前記第１の導線を接続すると共に、前
記試料の他方の面が前記試料ホルダに電気的に接続され
るようにしたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれ
かに記載の試料検査装置。
【請求項７】試料室内に配置された試料移動機構に絶
縁的に保持された試料表面に１次ビームを照射し、その
結果試料を流れる電流を検出し、得られた検出信号に基
づいて試料の検査を行う装置において、前記試料を流れ
る電流を検出した信号を増幅するために前記試料室外に
配置される差動増幅器と、前記試料を流れる電流を検出
した信号を前記試料室壁を貫通して試料室外に取り出し
該差動増幅器へ導くための第１の導線と、前記試料移動
機構を前記第１の導線の試料室壁を貫通する部分の周囲
に配置される導電性部材及び前記増幅器の出力の基準電
位を規定する参照入力端子に接続するための第２の導線
と、前記試料を保持する導電性試料ホルダであって試料
移動機構によって絶縁的に保持される導電性試料ホルダ
と、該試料ホルダからの信号を前記試料室壁を貫通して
試料室外に取り出し該差動増幅器の他方の入力端子へ導
くための第３の導線とを備えたことを特徴とする試料検
査装置。
【請求項８】試料表面に１次ビームを照射し、その結
果試料を流れる電流を検出し、得られた検出信号に基づ
いて試料の検査を行う装置において、試料の近傍にアン
テナを配置し、該アンテナからの信号と試料を流れる電
流との差信号を検出信号として取り出すようにしたこと
を特徴とする試料検査装置。
【請求項９】前記試料は試料移動機構と共に電磁界シ
ールド室内に配置されることを特徴とする請求項８記載
の試料検査装置。
【請求項１０】試料室内に配置された試料移動機構に絶
縁的に保持された試料表面に１次ビームを照射し、その
結果試料を流れる電流を検出し、得られた検出信号に基
づいて試料の検査を行う装置において、前記試料を流れ
る電流を検出した信号を増幅する差動増幅器と、前記試
料を流れる電流を検出した信号を差動増幅器へ導くため
の第１の導線と、試料の近傍に配置されるアンテナと、
該アンテナからの信号を差動増幅器へ導くための第２の
導線と、前記差動増幅器の入力端子を接地した状態と接
地しない状態に切り換える切換手段とを備えたことを特
徴とする試料検査装置。
【請求項１１】前記差動増幅器により試料を流れる電流
を検出する期間に前記差動増幅器の入力端子を接地しな
い状態とし、その他の期間のすべて又は一部において接
地する状態とするように前記切換手段を制御する制御手
段を更に備えたことを特徴とする請求項１０記載の試料
検査装置。
【請求項１２】前記試料を保持する導電性の試料ホルダ
を前記アンテナとして用いることを特徴とする請求項１
０又は１１記載の試料検査装置。
【請求項１３】前記試料の下面を支持するために前記試
料ホルダに絶縁的に取り付けられた複数のピンを介して
試料を流れる電流を検出するようにしたことを特徴とす
る請求項１０乃至１２のいずれかに記載の試料検査装
置。
【請求項１４】試料室内に配置された試料移動機構に絶
縁的に保持された試料表面に１次ビームを照射し、その
結果試料を流れる電流を検出し、得られた検出信号に基
づいて試料の検査を行う装置において、前記試料を流れ
る電流を検出した信号を増幅する差動増幅器と、前記試
料を流れる電流を検出した信号を差動増幅器へ導くため
の第１の導線と、試料の近傍に配置されるアンテナと、
該アンテナからの信号を差動増幅器へ導くための第２の
導線と、前記第１の導線を介して取り出された試料を流
れる電流を検出した信号を増幅するための単一入力の増
幅器とを備えたことを特徴とする試料検査装置。
【請求項１５】前記第１及び第２の導線を前記差動増幅
器へ接続した状態と、前記第１の導線を前記単一入力の
増幅器へ接続する状態を切り換える切換手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１４記載の試料検査装置。
【請求項１６】前記第１及び第２の導線を接地した状態
と接地しない状態に切り換える切換手段と、前記差動増
幅器又は単一入力増幅器により試料を流れる電流を検出
する期間に前記第１及び第２の導線を接地しない状態と
し、その他の期間のすべて又は一部において接地する状
態とするように前記切換手段を制御する制御手段とを備
えたことを特徴とする請求項１４又は１５記載の試料検
査装置。