JPH01282469A - 電子ビーム電流検出方法及び装置 - 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】 〔概　要〕 電子ビームを用いて被検試料の電位を定量的に検出する
電子ビーム装置におけるビーム電流の検出方法及び装Ｙ
に関し、 被検試料に照射される１次電子の電荷を有効且つ簡単に
集電してビーム電流を容易且つ正確に検出し得るように
することを目的とし、 被検試料への照射電子ビームの偏向角を制御する走査偏
向器が上段、下段の２段走査偏向器により構成される電
子ビーム装置において、照射電子ビームのビーム電流を
検出するに際し、被検試料に近い方の下段走査偏向器を
一時的に不作動となすことによりビームの光軸からの偏
向角を大きくならしめ、その偏向方向に配置した電流検
出手段によりビーム電流を集電、検出するように構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の集積回路の診断（回路の動イ乍の
良否等を検出）等に用いられる電子ビーム装置（電子ビ
ートブローバ）、特にその１次電子のビーム電流の検出
方法及び装置に関する。

近年、半導体装置における集積回路の集積度の高密度化
に伴いそのパターンの微細化が著しい。

従来から、集積回路の診断として機械的触針法が用いら
れてきたが、大規模、高密度化された集積回路の診断に
は空間的分解能が不十分であり実用出来なくなってきた
。

そこで、これに代わる微細パターンの診断法として電子
ビーノ、プローブを用いる電子ビーム装置が開発された
。その詳細は古川、後藤、稲垣、共著ｒＬｓＩの診断に
威力を発揮する電子ビーム・プローヒ゛ングー日経エレ
クトロニクス、１９８２年３月１５−号、Ｐ１７２〜２
０１に記載されている。

〔従来の技術〕

電子ビームブローバは基本的には、動作中の集積回路に
電子ビームを照射した時発生する２次電子が表面の電圧
の情報を含んでいることを利用するもので、電子ビーム
を照射した試料から発生する２次電子は２次電子検出器
により電気信号となる。検出２次電子信号は試料表面の
形状や材料に応じて変化する。

このような電子ビーム装置において、１次電子（照射電
子）の照射方向が正確か否かを検出するために、即ち、
１次電子の中心を被検試料に有効に照射させるために、
１次電子のビーム電流を検出することが必要となる。あ
るいはまた、例えば１次電子を被検試料に照射した時に
そこから放出される２次電子の強さを制御する目的等の
ためにも、１次電子のビーム電流を検出あるいはモニタ
ーする必要がある。

このビーム電流の検出には一般にファラデーカップ（集
電器）が用いられる。即ち、必要に応じてファラデーカ
ップをビーム内に進出させ、その電荷を集めてそれを電
流計で検出することによりビーム中心（最大値）を検出
するものである。

従来のビーム電流検出方法を第４図に示す。第４図にお
いて、電子銃から発射された一次電子２０はビームを光
軸上に整列するガン・アラインメントコイル、第１絞り
、絞られた電子ビームを収束するレンズ系、収束ビーム
を偏向してパルス状電子ビームに変換するパルスゲート
（以上、いずれも図示せず）等を経て、このパルス状電
子ビートを収束する電子ビーム偏向器（コンデンサレン
ズ）１１内に到達する。次いで、第２の絞り（対物絞り
）１３により絞られ、走査用偏向器２１を通る。走査用
偏向器２１は電子ビームを所定方向に走査するもので、
一般に上玉２段の偏向器２１Ａ、２１Ｂを有する。こう
して、走査されたビームは対物レンズ１７により被検試
料１５上に収束せしめられる。

真空雲囲気中に置かれる被検試料（集積回路）１５に電
子ビーム２０が照射されると被検試料から２次電子１０
が放出され、その２次電子１０は２次電子検出器１９に
より検出される。検出２次電子信号は試料表面の形状や
材料に応じて変化する。電子ビームを走査用コイル２１
によりＸ、ｙ方向に偏向し、試料表面を走査する。対物
レンズ１７の励磁電流を制御手段（図示せず）により制
御することにより対物レンズの焦点を制御することが出
来る。

尚、本発明は診断方法の原理には直接関係しないのでこ
れ以上の詳しい説明は省略する。

このような電子ビーム装置において、従来、１次電子２
０のビーム電流を検出する場合には、ファラデーカップ
（ファラデー円筒）３１を光路中に進出させる方法が採
られている。そのため、ファラデーカップ３１は例えば
、対物絞り１３の下流において、溝方向から進退自在な
ホルダ３３に取り付けられ、通常は光軸から外れた退避
位置に後退せしめられ、検出時にのみ３１′で示す如く
ビーム中心にもたらされる。ファラデーカップ３１は電
流計３５に連結され、ファラデーカップ３１により集め
たビーム電流の電荷を電流計３５により検出する。この
方法はビームを固定して、ファラデーカップの方をビー
ム内に機械的に進退させるという考え方に基づいている
。

これとは別に、ファラデーカップは固定して、ビームの
方を必要に応じて曲げて光軸外に取り出し、ファラデー
カップ内に照射させるという方法も提案されている。こ
の方法によれば、ビームを曲げるために、走査用偏向器
２１の他に、専用の偏向器を設け、それによりビーム電
流検出時のみこの偏向器を作動してビームを光軸外に大
きく偏向させ、光軸外に設けたファラデーカップに取り
出すようにしている。

本発明は基本的にはこの後者の考え方に立脚するもので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、上記の従来方法ではいずれも、電子ビーム鏡
筒内に特別なビーム電流を取り出すための大きな装置（
ファラデーカップの可動機構あるいは専用偏向器）を付
設する必要があり、装置全体のコスト低減、小型、ｕ量
化の妨げとなっていた。

本発明の目的は被検試料に照射される１次電子の電荷を
有効且つ簡単に集電してビーム電流を容易且つ正確に検
出し得る簡易なビーノ、電流検出装置を実現することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によれば、被検試料
への照射電子ビームの偏向角を制御する走査偏向器が上
段、下段の２段走査偏向器により構成される電子ビーム
装置において、照射電子ビームのビーム電流を検出する
に際し、被検試料に近い方の下段走査偏向器を一時的に
不作動となすことによりビームの光軸からの偏向角を大
きくならしめ、その偏向方向に配置した電流検出手段に
よりビーム電流を集電、検出することを構成上の特徴と
する。

また、この方法を実施するための装置は、被検試料に近
い方の下段走査偏向器のドライバへの駆動電流を一時的
に遮断する手段と、下段走査偏向器がオフにされた時の
上段走査偏向器のみに依存する電子ビームの偏向方向に
配設される集電手段とを有する。

好ましくは、上記集電手段はファラデーカップにより形
成される。

〔作　用〕 ２段走査偏向器においては、周知の如く、上下の両偏向
器によりビームに互いに反対方向の偏向を付与すること
により偏向角を制御しているために、１次電子ビームは
下段の偏向器をオフ（不作動）にすると光軸より離れる
方向に大きく偏向されるという特性を有する。即ち、さ
もなければ光軸から離れる方向に大きく広がってしまう
であろう電子ビームを下段偏向器により偏向角を収束方
向に向かって大きく抑制する。本発明はこの性質を利用
したもので、下段偏向器をオフにした時のビームの偏向
方向に集電手段を配置しておけば、ビーム電流検出時の
み下段偏向器をオフにするだけで、１次電子のビーム電
荷を光軸外に取り出しその電流値を検出することが出来
ることになる。

この構成によれば、従来の如く専用の偏向器を付設する
必要は全くない。

集電手段としては、ファラデーカップが最も簡単かつ実
用的である。

〔実施例〕

以下、本発明の好ましい実施例につき詳細に説明する。

第１．２図は本発明の一実施例に係る電子ビーム装置の
要部を図解的に示す図である。

同図において、第４図と対応する部品は同一お品番骨で
示し、その重複説明を省略する。

電子ビームは対物絞り１３を通過したもののみが被検試
料１５（ＬＳＩ等）まで到達する。従って、この部分の
ビーム電流を素早く検出することが目的である。走査偏
向器２１は前述の如く、電子ビート・に所定の偏向を与
え、結果として第１′ｃ！Ｊに実線で示す如く、被検試
料表面を２次元的に走査する（第１図ではＸ方向の走査
のみ示す）。これは、ビームが常に対物レンズ１７の中
心を通るようにすることによって対物レンズの収差の影
響を最小にするためのものである。

上下２段の偏向器２１Ａ、２１Ｂから構成される走査偏
向器２１は前述の如く、下段の偏向器２１Ｂをオフにす
ると、即ち、上段偏向器２ＬＡのみ作動させると、ビー
ム２０が破線２０’で示す如く、光軸０から大きく離れ
る方向に偏向されるという特性がある。本発明はこの性
質を利用したもので、下段偏向器２１Ｂをオフにした時
のビーム偏向方向の適所にファラデーカップ等の集電手
段５０を配設したものである。つまり、ビーム電流の検
出時のみ下段偏向器を一時的に不作動となして走査を固
定しく偏向角α）、ビーム２０゛　の電荷をファラデー
カップ５０により集める。ファラデーカップ５０は第２
図に示す如く、例えば、リード線５１により電流検出手
段Ｉ　（第４図の３５に相当）に連結される。

下段偏向器２１Ｂをオフにした時のビーム方向は２段走
査偏向器２１の特性により決まるが、図示実施例では対
物レンズ１７を形成する磁気回路（例えば、鉄の枠）１
８内にファラデーカップ５０を形成する接地中空導体、
即ち、金属円筒（例えば、銅）５３が絶縁体５２を介し
て埋め込まれている。ファラデーカップ５０は公知の如
くビートの電荷を集めて検出するものである。ファラデ
ーカップ５０の金属円筒５３の上端にはビーム２０°を
内部に取り込むための小さな開口５５　（例えば０．５
〜ｌ　ｍｍ中）が形成される。尚、ビーム２０゛　は第
１面からも明らかな如く、ファラデーカップ５０に対し
て斜め方向から飛び込むことになるが、図では誇張して
描いてあり、実際上は殆ど垂直に近い。従って、ファラ
デーカップ５０あるいはその間口５５を斜めに取りつけ
ることは実際上は不要であるが、勿論、ビーム２０°に
対し正確に垂直となるように所定の取り付は角度を付与
しても、良い。

第３Ａ図は第１．２図に示す装置の検出回路の一例を示
すもので、以下これを参照して本発明装置の動作を説明
する。

上下の偏向器２１Ａ、２１Ｂは夫々のドライバ（電圧−
電流変換器）６１Ａ、６１Ｂに連結される。偏向器２１
Ａ、２１Ｂによる走査用偏向角の比率判御〔最終の所望
偏向角に対する各偏向器２ＩＡ、２１Ｂによる偏向角（
反対方向）の比率〕は例えば、比率調整用のアンプ６３
により走査偏向器ドライバ６１Ｂの駆動電圧を制御し、
それにより下段偏向器２１Ｂによる偏向角を制御するこ
とにより行われる。走査偏向器ドライバ６１Ａ１６１Ｂ
に連結されるそれ自体公知の倍率制御回路６５は走査用
偏向器２１　（レンズとしての収束機能を有する）の倍
率を制御するものである。倍率制御回路６５は制御回路
７１からの制御信号Ｓ０により制御される。尚、第３Ａ
図において、スキャンジェネレータ６７は定常作動時に
制御回路７１に格納したｘ、ｙデータに基づきビームを
Ｘ。

Ｘ方向に加算（加算アンプ６９）しながら走査する際の
信号を発するものであるが本発明とは直接関係ないので
詳しい説明は省略する。また、７３はｘ、ｙデータ（デ
ジタル信号）をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバー
タである。

本発明の特徴によれば、走査偏向器ドライバ６１Ｂの駆
動を一次的に遮断する手段、例えばスイッチ（第１スイ
ツチ）Ｓ”ＶＶ、が倍率制御回路６５との間に設けられ
る。第１スイツチＳＷ１は制御回路７１からの制御信号
Ｓｌにより開閉制御される。また、好ましくは、スキャ
ンジェネレータ６７からの走査信号を必要に応じて遮断
する第２のスイッチＳＷ２が設けられる。

ビーム電流を測定する場合には、第１スイツチＳＷＩを
接地側に切り換え（スイッチ開放）、下段偏向器２１Ｂ
の作動をオフにする。このとき、倍率制御回路６５によ
り走査偏向器２１の倍率を特定の倍率、例えば最低倍率
にする。その結果、ビーム２０は上段の偏向器２１Ａの
みにより偏向され、ビーム２０°　としてファラデーカ
ップ５０内に取り込まれる。ファラデーカップ５０のビ
ーム電流は電流−電圧変換器７５により電圧信号に変換
され、Ａ／Ｄコンバータ７７によりデジタル信号（ビー
ム電流データ）Ｓ３として制御回路７１に送られる。こ
の信号Ｓ３によりビーム電流を検出することにより本発
明の目的は達成される。

尚、ビーム２０′　を正確にファラデーカップ５０の開
口５５内に入れるために、ファラデーカップの位置を次
の如き方法によりモニターすることも出来る。即ち、ス
イッチＳＷ１を接地側に切り換える（スイッチ開放）と
同時にスイッチＳＷ２を制御回路７１からの信号Ｓ２に
よりスキャンジェネレータ６７に接続しくスイッチＳＷ
２がスキャンジェネレータ６７に接続する側に位置した
状態でビーム電流検出操作に移る場合もある）、上段偏
向器２１Ａのみにより、ｘ、　　ｙ走査を行うことによ
り簡単に実施出来る。上段偏向器２１Ｂのみにより走査
を行うとファラデーカップ５０を含む対物レンズ１７の
上面が電子ビーム２０′により走査され、従って、そこ
から被検試料１５の場合と同様に２次電子が放出される
。これを２次電子検出器１９により検出し、被検試料１
５の診断の場合と同様に電子ビーム装置に組み込まれた
画像処理系（図示せず）により画像化し、必要に応じて
モニターに写し出すことによりファラデーカップ５０の
位置を検出することが出来る。モニター画面上では夫々
対物レンズの中央中空部及びファラデーカップ５０に相
当する部分ＡＩ、Ａ２が２次電子が多く存在するために
明色部分となって現れることになる（第３Ｂ図）。尚、
被検試料の診断に際して被検試料のパターン認識のため
の画像処理系は公知であり、また本発明の直接の対象で
もないので説明は省略する。

ビーム径は例えば、対物絞りを５０μｍΦとした時、２
００μｍ程度となり、従ってファラデーカップ５０の開
口５５の大きさは前述の如く、５００μｍΦ程度と十分
小さくて済む。

〔発明の効果〕

以上に記載の通り、本発明によれば例えば、ビームアラ
インメントあるいはビーム電流の調節を行うためにビー
ム電流を測定する場合に、既存の２段式走査用偏向器の
下段偏向器を単に一時的にオフにするだけで正確且つ簡
単にしかも瞬時にまた頻繁に実行することが出来る。ま
た、ビーム電流測定のための特別な専用の偏向器を付設
する必要もなく、単に鏡筒内にファラデーカップ等の集
電手段を設けるだけでよく、その構成は簡単且つ安価に
実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電子ビーム装置のビー
ム電流検出装置の要部を示す図解図、第２図は第１図の
要部の拡大図解図、第３Ａ図は本発明の詳細な説明する
ための制御系の一例を示す回路構成図、第３Ｂ図はモニ
ター画面上に現れるファラデーカップの−を示す図、第
４図は従来のビーム電流検出方法を示す図。 １０・・・２次電子ビーム、　　１５・・・被検試料、
１７・・・対物レンズ、　２０・・・１次電子ビート、
２１・・・走査用偏向器、　　２１Ａ、２１Ｂ・・・偏
向器、　　５０・・・ファラデーカップ、　Ｓ’ｖＶ、
。 ＳＷ２　・・・スイッチ、　　６１Ａ、６１Ｂ・　・・
走査偏向器ドライバ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検試料（１５）への照射電子ビーム（２０）の偏
   向角αを制御する走査偏向器が上段、下段の２段走査偏
   向器（２１Ａ、２１Ｂ）により構成される電子ビーム装
   置において、照射電子ビームのビーム電流を検出するに
   際し、被検試料に近い方の下役走査偏向器（２１Ｂ）を
   一時的に不作動となすことによりビームの光軸からの偏
   向角を大きくならしめ、その偏向方向に配置した電流検
   出手段（５０）によりビーム電流を集電、検出すること
   を特徴とする電子ビーム装置におけるビーム電流検出方
   法。 ２、被検試料（１５）への照射電子ビーム（２０）の偏
   向角αを制御する上段、下段の２段走査偏向器（２１Ａ
   、２１Ｂ）を有する電子ビーム装置において、被検試料
   に近い方の下段走査偏向器のドライバ（６１Ｂ）への駆
   動電流を一時的に遮断する手段（ＳＷ＿１）と、下段走
   査偏向器がオフにされた時の上段走査偏向器のみに依存
   する電子ビームの偏向方向に配設される集電手段（５０
   ）とを有することを特徴とする電子ビーム装置における
   ビーム電流検出装置。 ３、上記集電手段はファラデーカップにより形成される
   ことを特徴とする請求項２記載のビーム電流検出装置。