JPH02275368A - 電子ビーム装置 - Google Patents

電子ビーム装置

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JPH02275368A
JPH02275368A JP1096993A JP9699389A JPH02275368A JP H02275368 A JPH02275368 A JP H02275368A JP 1096993 A JP1096993 A JP 1096993A JP 9699389 A JP9699389 A JP 9699389A JP H02275368 A JPH02275368 A JP H02275368A
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昭夫 伊藤
Kazuo Okubo
大窪 和生
Kazuyuki Ozaki
一幸 尾崎
Soichi Hama
壮一 濱
Takayuki Abe
貴之 安部
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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】 (Il要〕 電子ビームを半導体集積回路の内部配線に照射し、照射
点から放出される2次電子のエネルギーを分析して内部
配線の電圧を測定する電子ビーム装置に関し、 測定精度が向上し、かつ測定を高速に行なうことを目的
とし、 電子ビームを対物レンズで収束して試料に照射し、該試
料から放出される2次電子のエネルギーを該対物レンズ
内に設けられたエネルギー分析器で分析した後2次電子
検出器で検出して該試料各部の電圧を測定する電子ビー
ム装置において、該エネルギー分析器と2次電子検出器
との間に該エネルギー分析器の分析グリッドと対向させ
て配置され、2次電子を増倍して出力するアノードの無
いマイクロチャンネルプレートを有し、該マイクロチャ
ンネルプレートで増倍された2次電子をシンチレータ及
びフォトマルよりなる2次電子検出器で検出するよう構
成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は電子ビーム装置に関し、更に詳しくは電子ビー
ムを半導体集積回路の内部配線に照射し、照射点から放
出される2次電子のエネルギーを分析して内部配線の電
圧を測定する電子ビーム装置に関する。
近年、LSI診WfIなどの分界で電子ビームによる電
圧波形測定技術が広く利用されるに至っている。その電
圧測定の原理は、2次電子を放出する試料の電位の変化
により、そのエネルギーがリニアに変化するという物理
現象を利用したものであり、2次電子のエネルギー分布
を測定し、そのエネルギーシフトmを求め、電圧に換算
するというものである。
したがって、その測定精度はエネルギー分析精度に依存
しており、特に試料が半導体集積回路(LSI)などの
ように微細で複雑な構造をもっている場合その優劣が顕
著に現れる。エネルギー分析器の精度を左右する要素の
ひとつとして、分析器を通過した電子(すなわち、分析
グリッドを通過した電子)の検出効率がある。理想的な
分析器として必要な特性は、この検出効率ができるかぎ
り大ぎく、かつ常に一定であること、つまり試料の電圧
や分析電圧によって変らないことである。
(従来の技術) 第5図、第6図は従来装置の各側の構造図を示す。
第5図において、電子ビームは磁界型の対物レンズ10
により収束されてLSI等の試料11に照射される。試
料11から放出される2次電子は対物レンズ10内に設
けられたエネルギー分析器を構成する引出しグリッド1
2の引出し電圧V[により対物レンズ10に向かって加
速され、バッファグリッド13のバッノ7電圧Vuによ
り分析グリッド14に略垂直に入射するよう軌道を制御
される。分析グリッド14の分析Tl 圧V Rを越え
る2次電子だけが分析グリッド14を通過し、リフレク
タ20及びコレクタ15によりシンチレータ16に集め
られて入射される。シンチレータ16に2次電子が衝突
するとシンチレータ16により光信号に変換され、この
光信号はライトガイド17によってフォトマル(光電子
倍増管)1Bに導かれ、ここで電流信号として増幅され
る。、この電流信号は端子19より次段のプリアンプに
供給される。
第6図中、第5図と同一部分には同一符号を付し、その
説明を省略する。第6図中、分析グリッド14を通過し
た2次電子はアノード25を持つマイクロチャンネルプ
レート26に入射され、ここで電子が増倍される。?イ
タロチヤンネルプレート26から出力される増倍された
電子は7ノード25に入射され、この電子の争に応じた
M流が7ノード25に流れ、電流信号として端子27よ
り次段のプリアンプに供給される。
なお、第5図、第6図中、ハップング部分は金属材料、
梨地部分はセラミック等の絶縁材料であることを示す。
〔発明が解決しようとする課題〕
第5図の装置では電圧Vsの試料11がらエネルギーV
SEO(eV)で放出された2次電子は引出しグリッド
12を通過するときvSEO+ Vヒ−Vs (eV)
のエネルギーを持ち、バッファグリッド13を通過する
ときVSEO+Vo −Vs(ev)のエネルギーを持
ち、VSEO−IVe −Vs (eV)持つこととな
り、エネルギー分析器内で第7図に模式的に示す如き2
次電子軌道をとる1゜ つまり分析グリッド14を通過する位置Rにおける2次
電子のエネルギーは試料電圧Vs及び分析電圧VRに従
って変化することになる。そのため、測定を行なうため
分析Ti I)V Rを可変すると2次電圧の軌道が変
化しシンチレータ16まで2次電子が到達しない場合も
生じ検出効率が変動する。
このため、試料電J3−OV、5V夫々で分析電圧VR
を可変したときの検出信号SEのレベル即ち分析カーブ
は第8図の実線1a、Ibの如く、分析電圧軸に沿って
平行移動した関係であることが理想的であるにも拘らず
、実際には破線[a。
nbの如く試料電圧Vsの変化に対して分析電圧軸に沿
う移動とともにその形を大きく変えてしまう。従って、
正確に分析カーブの移動1を求めることができなくなり
、電圧測定誤差を生じるという問題があった。
なお第6図の装置において、?イタロチヤンネルプレー
ト26を分析グリッド14に接近させることにより、検
出効率の改善を図れるが、第6図の装置では7ノード2
5が大きいため、対人、出力114間等との静電容量も
大きく、次段のプリアンプの高速化が困難であり、また
端子27における電流信号が数100vの高電圧にバイ
アスされるため、この高電庁と信号電流とのアイソレー
ションをする回路が必要となり、この点からも高速化が
困難であるという問題があった。
本発明は上記の点に罵みなされたもので、測定精度が向
上し、かつ測定を高速に行なう電子ビーム装置を提供す
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の電子ビーム装置は、電子ビームを対物レンズで
収束して試料に照射し、試料から放出される2次電子の
エネルギーを対物レンズ内に設けられたエネルギー分析
器で分析した後2次電子検出器で検出して試料各部の電
圧を測定する電子ビーム装置において、 エネルギー分析器と2次電子検出器との間にエネルギー
分析器の分析グリッドと対向させて配冒され、2次電子
を増倍して出力する7ノードの無いマイクロチャンネル
プレートを有し、マイクロチャンネルプレートで増倍さ
れた2次電子をシンチレータ及びフォトマルよりなる2
次電子検出器で検出する。
〔0用) 本発明においては、アノード無しマイクロチャンネルプ
レートにより分析グリッドを通過した2次電子を増倍し
、かつ一定エネルギーとして出力し、増倍された2次電
子をシンチレータ及びフォトマルよりなる2次電子検出
器で検出する。このため、増倍された2次電子の軌道が
試料来庁や分析電圧の影響を受けず、検出効率が一定と
なり、測定精度が向上し、また2次電子検出器の静電容
量が小さく出力電流信号の高速の測定が可能となる。
〔実施例〕
第1図は本発明装置の一実施例の構造図を示す。
同図中、第5図と同一部分には同一符号を付し、王の説
明を省略する。また第1図中、ハツチング部分は金属材
料、梨地部分はセラミック材料等の絶縁材料である。
第1図において、対物レンズ10内に電子ビーム軸に沿
って試料11側から順に引出しグリッド12、バッフ7
グリツド131分析グリッド14゜アノード無しマイク
ロチャンネルプレート30が設けられている。
アノード無しマイクロチャンネルプレート30は第2図
に示す如く、照射される電子ビームの通過孔30aに略
沿った無数の微細貫通孔(チャネル)30bを設けた板
材(例えばガラス)30Cの両面に例えばFe−Crを
蒸着で形成した入力電極30dと出力電極30eを設け
ており、各微細口通孔30bの内周面には電子が入射す
ると2次電子を放出して電子増倍を行なう物質が塗布さ
れている。入力電極30dには+50〜100V程度の
電圧(例えば+100V )が印加され、出力電極30
eには+500〜1oooy稈度の電圧(例えば→50
0V)が印加されている。
入力電極30dは分析グリッド14を通過した被検出電
子を加速して微細1通孔30bの入口附近の内壁に衝突
させるための加速電極である。このため貫通孔30k)
は被検出電子の入射1ノ向に対して傾けて配lされてい
る。
出力電極30eはn通孔30bの内壁から放出された二
次電子を更に加速し、次の衝突時に高い二次電子放出効
率が得られるようにするため、d通孔30b内の孔に沿
った加速電界を発生さヒるための電極である。
第1図に戻って説明するに、電子ビームを照射された試
料11から放出される2次電子は引出しグリッド12.
バッファグリッド13を通って分析グリッド14に入射
され、ここを通過した2次電子は7ノード無しマイクロ
チャンネルプレート30で電子増倍される。アノード無
しマイクロチャンネルプレート30で増倍され出力され
た電子はり7レクタ20及びコレクタ15によってシン
チレータ16に集められて入射され、端子19から電流
信号が出力される。
ここで、IJ3−Vsの試料11からエネルギーVSE
O(eV)で放出された2次電子は引出しグリッド12
を通過するときVSEO+VE −Vs(eV)のエネ
ルギーを持ち、バッフ7グリツド13を通過すると8V
SEO−I Va −Vs (eV)のエネルギーを持
ち、分析グリッド14を通過するときVSEO+VH−
Vs (eV)のエネルギーを持ち、試料型J)’、 
V s及び分析用11J+VRにより2次電子のエネル
ギーは変動する。
しかし、分析グリッド14から数層の位置にアノード無
しマイクロチャンネルプレート30M設けられているた
め、アノード無しマイク[1チヤンネルプレート30の
位置における2次電子のエネルギー変動による軌道の変
化は小さくほとんど無視できる。そして7ノード烈しマ
イクロチャンネルプレート30の出力1[130eから
出力される増倍された電子のエネルギーは、?イクロヂ
ャンネルプレート内部の材料からの2次電子であるから
常に数10eVと一定で、かつ出力電極の電圧は500
Vで一定である。このため増倍された電子の軌道はりコ
レクタ20及びコレクタ15等の電界分布で決まり、試
料型11JVs及び分析電圧VRの影響を受けない。つ
まり検出効率も一定となり、第4図に示す如く理想的な
分析カーブが得られる。
粘度の高い電圧測定が可能となる。同図中、実線ma、
I[Ibは夫々試料電圧OV、5Vでの分析カーブを示
す。
また、シンチレータ16.ライトガイド17゜フォトマ
ル18で構成した電子検出器を使用するため、アノード
を持つマイクロチャンネルプレートによる検出器に比し
て端子19における静電容がが小さく、かつ電流信号が
高電圧にバイアスされないために、次段のプリアンプの
高速化がなされ、測定を高速に行なうことができる。。
(発明の効果〕 上述の如く、本発明の電子ビーム装置によれば、試料電
圧の測定精度が向上し、かつ測定を高速に行なうことが
でき実用上きわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一実施例のWI構造図第2図はア
ノード無しマイクロチャンネルプレートの一実施例の構
成図、 第3図は本発明¥i置の電子Il/L道を模式的に丞す
図、 第4図は本発明装置の分析カーブを示す図、第5図、第
6図は従来装置の各個の構造図、第7図は従来装置の電
T軌道を模式的に示す図、第8図は従来装置の分析カー
ブを示す図である。 図において、 11は試料、 12は引出しグリッド、 13はバッフ7グリツド、 14は分析グリッド、 16はシンチレータ、 17はライトガイド、 18はフォトマル、 30はアノード無しマイクロチャンネルプレートを示す
。 本発明装置の4外造図 卒1図 フッーY′鎌しマ)L+キャ〉午ルブし一トの講■【レ
コ第2図 第 図 A建米基Iの1しi図 第6 ズ 本発日月簑tの覧′3−机遵乏メ炙八自りj;示1凹硝
3図 本発明装置の今剪刀−7゛百示す図 イ足′L栗IC電チ助U〔ご後式幻に形ゴ図第7図 樅来装潰5つ勺桿牟〃−)゛ご書T才図第8 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 電子ビームを対物レンズ(10)で収束して試料(11
    )に照射し、該試料(10)から放出される2次電子の
    エネルギーを該対物レンズ(10)内に設けられたエネ
    ルギー分析器で分析した後2次電子検出器で検出して該
    試料(10)各部の電圧を測定する電子ビーム装置にお
    いて、 該エネルギー分析器と2次電子検出器との間に該エネル
    ギー分析器の分析グリッド(14)と対向させて配置さ
    れ、2次電子を増倍して出力するアノードの無いマイク
    ロチャンネルプレート(30)を有し、 該マイクロチャンネルプレート(30)で増倍された2
    次電子をシンチレータ(16)及びフオトマル(18)
    よりなる2次電子検出器で検出するよう構成したことを
    特徴とする電子ビーム装置。
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