JPH01239949A - 電子ビームプローブ装置 - 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】 〔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） 半導体ウェ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ェハにプローブ針を接触
させる方式のものと、半導体ウェハに電子ビームを照射
させる、いわゆる被接触の方式のものとがある。

この被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
導体ウェ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、上記半導体ウェハに照射している電子ビー
ム照射位置を設定の位首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（ＣＥＴＥＣＴ
ＯＲ）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α）で発生した電子ビーム■はビー
ムチョッパ■によりパルス化される。

このパルス化された電子ビーム■は偏向ドライバ■によ
って駆動されるＸ偏向器０及びＹ偏向器■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（
９）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
■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■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■及びＹ偏向器■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してしまうと
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） 本発明は、偏向制御された一次電子ビームより試料を走
査し、発生する二次電子の予め定めた閾値以上のエネル
ギを保有し、二次電子を選択するフィルタ電極を上記一
次電子ビーム行路に設けたプローブ装置において、上記
フィルタ電極のフィルタ中心と偏向中心とが一次電子ビ
ームに対して一幽させる手段を具備してなることを特徴
としている。

（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ζ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■を発生する電子銃（υと、電子ビームを
走査させるＸ−Ｙ偏向器（６，７）と、二次電子（２３
）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（１３）と、試料からフィルタ電
極（１３）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■がビームチョッパ■と、これを制御す
るビームチョッパ制御器Ｇ）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■は偏向ドライバ■によ
って駆動されるＸ偏向器０及びＹ偏向器■によって試料
体（８）、例えば半導体ウェ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■
が放出される。この放出された二次電子■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（１１）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■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■を試料体（８）に照射中、この試料体
■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■でパル
ス化された電子ビーム■が、定まった位相で試料体■に
照射されるように同期制御器（１８）がビームチョッパ
制御器に）の位相を調整すこの試料体（ハ）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■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■の偏向中心軸（２２）
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■
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。

上記試料体（ハ）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、半導体ウェハの試料体（ハ）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、ｖ０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（１
１）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（１０）は電子ビーム■が通過する偏
向中心軸（２２）部をフィルタ電極中心軸（１０ａ）に
なるように、フィルタ電極（１０）に印加する電圧を制
御して二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（２
５ｂ）、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１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［（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（へ）１例えば半導体ウェハをこの電子鏡筒（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、半導体ウェハ（以下ウ
ェハという）を設定位置に設定駆動する。

この設定位置に到達したウェハ（８）に対して、電子銃
ωで発生した１次組子ビーム■を照射させる。

この電子ビーム■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（２
２）とフィルタ中心（１０ａ）の位置合わせをされ、上
記ウェハ（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（２３）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■の照射位置（２４ａ）をテレビ表示画像を
見て、一次電子ビーム■の偏向中心（２２）位置の状態
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■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（ｌｏａ）が第１電
極（２５ａ）側に２ｒａｎズして偏芯していると、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、１Ｉ５Ｉ整する。即ち、第１
電極（２５ａ）には−４■印加し、また第３電極（２５
ａ）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）とは両方共に一５ｖ
印加して合計−ＩＯＶ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、一次ビームが振られ
て予め定められた測定ポイントがらズして採取電圧が不
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（１ｏ）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
電圧は一２５Ｖ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（１０）の各印加部（２５ａ、　２５ｂ、
　２５ｃ。

２５ｄ）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（２９）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（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、」二記増幅器（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（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、操作が容易そ、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〕

本発明は一次電子のうち予め定めた閾値以上のエネルギ
を選択するフィルタ電極中心と二次電子ビームの偏向中
心を一致させて試料の測定を行うので、予め定められた
測定ポイン］・に正しく、一次電子ビームを照射できる
ので安定な測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の′１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、こ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
体ウェハ） 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 Ｉ４・引出し電Ｖ７Ａ１５・・・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２５
ｃ・・・第３電極　　　２５ｄ・・・第４電極２６・・
・絶縁部材　　　　２７・・・可変抵抗器Ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　偏向制御された一次電子ビームにより試料を走査し、
   発生する二次電子の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を上記一次電子
   ビーム行路に設けたプローブ装置において、 上記フィルタ電極のフィルタ中心と偏向中心とが一次電
   子ビームに対し一致させる手段を具備してなることを特
   徴とする電子ビームプローブ装置。