JPH0817196B2 - 電子ビームプローブ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はエネルギ分析器を用いた電子ビームプローブ
装置に関する。

（従来の技術） 半導体ウエハはプローブ装置で検査されている。この
プローブ装置には半導体ウエハにプローブ針を接触させ
る方式のものと、半導体ウエハに電子ビームを照射させ
る、いわゆる非接触の方式のものとがある。

この非接触で検査するものとして、電子ビームプロー
ブ装置が一般的に使用されている。この電子ビームプロ
ーブ装置は電子ビームプローブのプローブ点から放出さ
れる二次電子のエネルギ分布を求め、ピーク位置からプ
ローブ点の電圧測定を行うものが知られている。

例えば特開昭56−112738号公報に記載された電子ビー
ムプローブ装置のものが一般的に用いられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の電子ビームプローブ装置では、
半導体ウエハに電子ビームを照射し、照射点から放出さ
れた二次電子を所望の閾値以上のエネルギをもった二次
電子を捕集器に誘導する際に、この閾値の電圧を印加さ
せるに従って、上記半導体ウエハに照射している電子ビ
ーム照射位置を設定の位置からズラしてしまうという欠
点があった。

例えば、照射点から放出された二次電子は放射状に散
乱することになる。この散乱した二次電子の中でも、電
子ビーム近傍に散乱した二次電子を捕集器（DETECTOR）
に誘導するように設けられたフィルタは電子ビームが通
過する光軸を中心として設けられた構造のものである。

このような構造の電子ビームプローブ装置では第２図
に示すように、電子銃（１）で発生した電子ビーム
（２）はビームチョッパ（３）によりパルス化される。

このパルス化された電子ビーム（２）は偏向ドライバ
（５）によって駆動されるＸ偏向器（６）及びＹ偏向器
（７）によって試料を走査している。このとき試料体
（８）から二次電子（23）が放出し、所望のエネルギを
保有する二次電子をフィルタ（10）で誘導して捕集器
（11）に捕捉してその対応した信号が得られる。

この場合において、試料体（８）に照射する電子ビー
ム（２）がフィルタ（10）の中心を通過させることは困
難である。

従って、電子ビーム（２）偏向中心（22）と偏芯した
フィルタ電極（10）の中心に電圧を印加すると上述した
Ｘ偏向器（６）及びＹ偏向器（７）の印加電圧に影響を
与えて、試料体（８）の照射位置を所定の位置からズレ
てしまうという不具合があった。

本発明の目的とするとことろは、従来の欠点に鑑みて
なされたもので所望のエネルギをもった二次電子を捕集
器に誘導するフィルタに電圧を印加しても、電子ビーム
を所定の位置からズレないように調整可能な電子ビーム
プローブ装置を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の電子ビームプローブ装置は、偏向制御された
一次電子ビームを試料上で走査し、この走査により発生
する二次電子ビームのうち予め定めた閾値以上のエネル
ギを保有する二次電子ビームを選択するフィルタ電極を
上記一次電子ビームの行路に設けたプローブ装置におい
て、上記フィルタ電極を少なくとも３分割し、分割され
た各フィルタ部に印加電圧制御可能な電圧印加手段を設
け、各電圧印加手段により各フィルタ部の印加電圧を制
御して一次電子ビームの偏向中心をフィルタ中心と一致
させることを特徴とするものである。

（作 用） 本発明では、従来のようにフィルタ中心と偏向中心と
の同軸調整を行わず測定するのではなく、上記一次電子
ビームの偏向中心をズラさないようにして、上記フィル
タ中心を上記偏向中心に合わせて測定するようにしてい
る。例えば、フィルタのフィルタ電極を少なくとも３分
割に独立させて、各フィルタ部分が独立した電圧を印加
可能に設けられている。

このように少なくとも３分割に独立させたので一次電
子ビームの偏向中心に対するフィルタの偏芯が生じて
も、各フィルタ部分に印加する電圧を調整することがで
きる。

この調整は上記フィルタの偏芯量に従って、各フィル
タ部分の電極値を設定することができる。

しかも、上記フィルタの偏芯量に対する各電極の印加
電圧値を初期設定すれば、上記フィルタの閾値電圧の可
変にともなって、各電極の印加電圧値を調整することな
く、初期設定に比例して印加電圧値が自動的に増減する
ので、試料体に対する電子ビームの照射位置をズラすこ
となく測定することができる。

（実施例） 以下、本発明電子ビームプローブ装置を電子ビームプ
ローバに適用した一実施例を、図面を参照して説明す
る。

先ず、本実施例電子ビームプローバの概略構成につい
て、第２図を参照して説明する。

従来部品と同一部品は同符号を用いて説明する。

上記電子ビームプローバ（12）は電子鏡筒（16）内に
電子ビーム（２）を発生する電子銃（１）と、電子ビー
ムを走査させるＸ−Ｙ偏向器（6,7）と、二次電子（2
3）を捕捉する捕集器（DETECTOR）（11）と、予め定め
た閾値以上のエネルギを保有する二次電子を選択するフ
ィルタ電極（10）と、試料からフィルタ電極（10）に二
次電子を導びく引出し電極（14）及び試料をＸ−Ｙ方向
に駆動させるステージ等が設けられている。

上記電子ビームプローバ（12）の電子銃（１）で発生
した電子ビーム（２）がビームチョッパ（３）と、これ
を制御するビームチョッパ制御器（４）とによりパルス
化される。このパルス化された電子ビーム（２）は偏向
ドライバ（５）によって駆動されるＸ偏向器（６）及び
Ｙ偏向器（７）によって試料体（８）、例えば半導体ウ
エハの表面を走査するようになっている。この時、この
試料体（８）から二次電子（23）が放出される。この放
出された二次電子（23）は引出し電極（14）により二次
電子を加速し、フィルタ電極（10）を介して捕集器（1
1）で捕捉されるようになっている。

この補集器（11）で捕捉した二次電子（23）の電流増
幅器（29）で増幅したあと、各種の信号処理を施して試
料状態の測定及び表示を行っている。この測定表示の具
体的信号処理は当業者において周知である。

上記電子ビーム（２）を試料体（８）に照射中、この
試料体（８）は測定パターンジェネレータ（17）から駆
動信号を入力して駆動制御する。この測定パターンジェ
ネレータ（17）の測定信号に対して、ビームチョッパ
（３）でパルス化された電子ビーム（２）が、定まった
位相で試料体（８）に照射されるように同期制御器（1
8）がビームチョッパ制御器（４）の位相を調整するよ
うになっている。

この試料体（８）を載置したステージ（15）の制御部
（19）は駆動モータ（20）を制御してステージ（15）を
Ｘ・Ｙ方向に移動させるようになっている。即ち、試料
体（８）の測定位置が変えられるようになっている。こ
のステージ（15）の制御部（19）は予め記憶されたプロ
グラムに従って駆動されるように設けられている。

このプログラムは、入力手段、例えばキーボード（図
示せず）の操作入力によって行なわれている。

次に上述したフィルタ電極（10）について第１図を参
照して具体的に説明する。

このフィルタ電極（10）は、板状電極例えば円筒形状
の筒電極である。このフィルタ電極（10）の中心には、
電子ビーム（２）が通過する孔（21）が穿設されてい
る。この孔（21）は電子ビーム（２）の偏向中心軸（2
2）部に設けられている。

さらに、上記フィルタ電極（10）は一次電子ビーム
（２）に対してＸ−Ｙ方向の位置制御が可能な如く夫々
４分割し、各々絶縁して設けられている。上記フィルタ
電極（10）は、上記引出し電極（14）と平行して設けら
れている。

上記フィルタ電極（10）は試料体（８）から散乱した
二次電子（23）を捕集器（11）に誘導する如く設けられ
ている。この捕集器（11）は、フィルタ電極（10）に設
けられている孔（21）と同軸に設けられており、このフ
ィルタ電極（10）で誘導された二次電子（23）を捕捉す
るものである。即ち、半導体ウエハの試料体（８）に照
射された位置、例えば電子ビームプローブ点（24）より
放出される二次電子（23）を効果的に引出すための電圧
（０−5kV）が引出し電極（14）に印加されている。

上記フィルタ電極（10）には、エネルギ分析を行うた
めの電圧が印加されている。即ち、フィルタ（10）に−
V₁ボルトの電圧が印加されるとエネルギ分析器からは、
電子ビームプローブ点（24）より放出される二次電子
（23）のうち、V₁電子ボルト以上のエネルギを保有した
二次電子（23）だけが取り出され捕集器（11）により、
その量に対応した信号としてVaiが得られる。

上述したフィルタ電極（10）は電子ビーム（２）が通
過する偏向中心軸（22）部をフィルタ電極中心軸（10
a）になるように、フィルタ電極（10）に印加する電圧
を制御して一次電子ビームを制御する。即ち、このフィ
ルタ電極（10）を第１の電極（25a）、第２の電極（25
b）、第３の電極（25c）、第４の電極（25d）とに分割
して夫々を絶縁部材（26）を介し絶縁し、円筒形状に形
成される。

このように、構成した各電極への電圧印加部（）は各
電極（25a,25b,25c,25d）について、対向する電極間、
例えば第１電極（25a）と、第３電極（25c）間の相対電
圧を調整可能な如く回路が構成されている。同様にし
て、他方の第２電極（25b）と第４電極（25d）間の相対
電圧調整も可能になっている。

次に動作について説明する。

電子鏡筒（16）内のステージ（15）に仮固定した試料
体（８）、例えば半導体ウエハをこの電子鏡筒（16）内
に搬送する。そして、キーボードで測定条件を操作入力
されたプログラムに従って、半導体ウエハ（以下ウエハ
という）を設定位置に設定駆動する。

この設定位置に到達したウエハ（８）に対して、電子
銃（１）で発生した１次電子ビーム（２）を照射させ
る。この電子ビーム（２）は偏向器（6,7）でＸ・Ｙ方
向に偏向されたのち、フィルタ電極（10）で偏向中心
（22）とフィルタ中心（10a）の位置合わせをされ、上
記ウエハ（８）表面を走査する。この時試料体（８）か
ら二次電子（23）が放射状に放出する。この放出した二
次電子（23）の引出し電極（14）の近傍の二次電子（2
3）が、この引出し電極（14）の影響によってフィルタ
電極（10）方向に誘導させる。この誘導された特定の二
次電子（23）は、予めキーボードで入力された情報の閾
値エネルギ以上のものがフィルタ電極（10）の孔（21）
を通過する。この通過された二次電子（23）が捕集器
（11）で捕捉することになる。

次に本実施例の特徴的な作用について説明する。

電子ビーム（２）の照射位置（24a）をテレビ表示画
像を見て、一次電子ビーム（２）の偏向中心（22）位置
と、フィルタ（10）中心の位置が同芯であれば、その状
態で測定を実行する。

また、テレビ表示画像で、一次電子ビーム（２）の偏
向中心（22）位置とフィルタ電極中心（10a）とが偏芯
した場合は、次のような調整を行う。例えば、偏向中心
（22）に対して、フィルタ電極中心（10a）が第１電極
（25a）側に2mmズレて偏芯していると、この第１電極
（25a）と第３電極部（25c）とが連動した可変抵抗器
（27）を調整する。即ち、第１電極（25a）には−4V印
加し、また第３電極（25a）には、−6V印加することに
なる。さらに第２電極（25b）と第４電極（25d）とは両
方共に−5V印加して合計−10Vにすれば、電子ビーム
（２）の偏向中心（22）はフィルタ電極（10）の印加電
圧によって曲げられる等の影響が無くなる。このように
一次電子ビームについて、偏向中心（22）とフィルタ中
心（10a）を一致させることにより、一次電子ビーム
（２）が振られて予め定められた測定ポイントからズレ
て採取電圧が不安定になることが改善できる。

上記実施例のフィルタ電極（10）に−5Vの印加電圧を
用いて説明したが、このフィルタ電極（10）の印加電圧
は−25V乃至＋25Vまでの領域範囲を可能にしているの
で、この領域範囲での閾値以上のエネルギを保有する二
次電子を捕捉することができる。

上記実施例のフィルタ電極（10）を４分割で示した
が、このフィルタ電極（10）を３分割にしても良いが制
御系が難かしく製造困難になるだけである。この４分割
が最も制御系が容易で、製造費も安価にすることができ
る。また調整作業も容易である。

上記フィルタ電極（10）の各印加部（25a,25b,25c,25
d）を円筒形状に接続固定する絶縁部材（26）は収縮率
のもっとも小さいものを用いて固定することが良いこと
は言うまでもないことである。

上記フィルタ電極（10）と上記捕集器（11）との関係
は、この捕集器（11）で取出された所定エネルギを保有
した二次電子は光ファイバ（28）を導光して増幅器（2
9）に入力されるようになっている。この増幅器（29）
は入力された量に対応した信号としてVaiが得られる。
このVaiの信号にAMP（30）を介して、上記フィルタ電極
（10）にフィードバックされている。

ここで、フィードバックは、上記増幅器（29）と上記
AMP（30）と結合する点（Ｐ）で電流が一定になるよう
にフィードバックを実行している。

本実施例の効果 本実施例の特徴的構成のフィルタ電極（10）を４分割
にしたので、Ｘ軸方向・Ｙ軸方向に夫々偏芯量成分に分
けて補正することができる。

本実施例電子ビームプローバ（12）は電子ビームの偏
向中心（22）とフィルタ電極中心（10a）とが偏芯した
状態であっても、電気的に補正することができるので、
操作が容易で、かつ正確な補正ができ、より微少な測定
が可能になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フィルタ電極を少なくとも３分割
し、分割された各フィルタ部に印加電圧制御可能な電圧
印加手段を設け、各電圧印加手段により各フィルタ部の
印加電圧を制御して一次電子ビームの偏向中心をフィル
タ中心と一致させるようにしたため、所望のエネルギを
もった二次電子ビームを捕集器に誘導するフィルタ電極
に電圧を印加しても、電子ビームを所定の位置からズレ
ないように正確に位置制御でき、これにより予め定めら
れた測定ポイントに一次電子ビームを正確に照射して安
定した測定を行なうことができる電子ビームプローブ装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の電子ビームプローブ装置の特徴
的構成を説明するための説明図、第２図は第１図の電子
ビームプローブ装置を電子ビームプローバに適用した一
実施例であり、その概略構成を説明するための構成説明
図である。 １……電子銃、２……電子ビーム ３……ビームチョッパ、５……偏向ドライバ ８……試料（半導体ウエハ） 10……フィルタ電極、10a……フィルタ電極中心 11……捕集器（DETECTOR） 12……電子ビームプローバ 14……引出し電極、15……ステージ 16……電子鏡筒、21……孔 22……偏向中心、23……二次電子 24……電子ビームプローバ点 25a……第１電極、25b……第２電極 25c……第３電極、25d……第４電極 26……絶縁部材、27……可変抵抗器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏向制御された一次電子ビームを試料上で
   走査し、この走査により発生する二次電子ビームのうち
   予め定めた閾値以上のエネルギを保有する二次電子ビー
   ムを選択するフィルタ電極を上記一次電子ビームの行路
   に設けたプローブ装置において、上記フィルタ電極を少
   なくとも３分割し、分割された各フィルタ部に印加電圧
   制御可能な電圧印加手段を設け、各電圧印加手段により
   各フィルタ部の印加電圧を制御して一次電子ビームの偏
   向中心をフィルタ中心と一致させることを特徴とする電
   子ビームプローブ装置。