JPH01232300A - 電子ビーム装置における軸合わせ方法及び装置 - 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】 Ｃ４既　要〕 電子ビーム装置における電子ビーム鏡筒の軸合わせ方法
及び装置に関し、 実際の使用状態に出来るだけ近い状態で軸合わせを行う
ことが出来るようにすると共に軸合わせ工程を簡素化し
つつ且つ軸合わせ精度を向上することを目的とし、 電子ビーム鏡筒の一端から電子ビーｌ、を入射させてこ
れを検知器で検出することにより電子ビーム鏡筒の軸合
わせをするに際し、電子ビームの検知器への到達時間が
最小になるように電子ビーム鏡筒の位置を調整すること
含み構成する。

〔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（回路の動作の良
否等を検出）等に用いられる電子ビーム装置（電子ビー
ムプローパ）に関し、特にその電子ビーム鏡筒の軸合わ
せを精度よく行う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適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
ビーム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・ブロービング」日経エレクト
ロニクス、１９８２年３月１５日号、Ｐ１７２〜２０１
に記載されている。

〔従来の技術〕

第５図に典型的な電子ビームプローバ（走査型電子顕微
鏡）の原理を示す６電子ビームプ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、第５図において、電子銃１１から試料チャンバ
（真空）１３内に置かれる試料（集積回路）１５に電子
ビーム１０が照射される。電子ビーム１０は電子レンズ
（電子ビーム鏡筒）１７により試料１５上に収束され、
かつ走査（偏向）用コイル２１により試料１５上を走査
せしめられる。

電子ビームを照射した試料１５から発生する２次電子は
一般に、シンチレータ（電子ビームを光に変換）、導光
管、及びフォトマル（光電子増倍管）から成る２次電子
検出器２３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。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。ＣＲＴのｘ、　　ｙ軸に電子ビーム偏向信
号、輝度信号に２次電子信号を入力して得られるのが走
査電子ビームの像である。

本発明は上述の如き電子顕微鏡の構造自体には直接関係
しないので診断方法の原理等については説明を省略する
。

以上の如き電子ビーム装置において、その電子ビーム鏡
筒１７の従来の軸合わ方法は以下の通りである。

電子ビームは周知の如く、電子ビーム鏡筒の制御等によ
り電気的条件が合致さえすればたとえ電子ビーム鏡筒の
軸が整列されていなくても試料に対応する位置に置いた
軸合わせ用ビーム検出器に到達する。即ち、電子ビーム
は電気的制御によりその進路をある程度自由に制御出来
る。従って、実際の電子ビームによる調整の前に、電子
ビーム鏡筒の機械的な初期位置設定（軸合わせ）を行う
ことが必要である。この機械的な位置合わせは一般にレ
ーザを用いて行われる。本発明はこの機械的調整方法に
関するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図に従来の軸合わせ方法の概要を示す。同図におい
て、電子ビーム鏡筒１８を構成する電子レンズ１７ａ、
１７ｂ、１７ｃ　　（電子レンズが３個の場合）のラフ
な軸合わせを行うために、上述の如く、レーザ発振器３
１からのレーザビーム３０はミラー３３により反射され
電子ビーム鏡筒１８内に入射する。電子ビーム鏡筒１８
の反対側にはビーム検出器３５が配置され、レーザビー
ム３０の光量を検出する。検出器３５は光量を電気的検
出信号３７として出力し、電流計３９に表示する。軸合
わせは検出器３５による光量が最大となるように行われ
る。即ち、電子レンズ１７を微動させながら電流計３９
の表示値が最大となる位置を探し、その位置をもって軸
出し完了とする。

即ち、レーザビームの垂直度が軸合わせ精度を決定する
。

尚、第３．４図において走査用コイル２１　（第５図）
は図示を省略しであるが実際上は例えば、電子レンズ１
７ｂと１７ｃとの間に配置されている。

しかるに、この方法によれば、例えば第４図に示す如く
、電子レンズ１７ａ、１７ｂ、１７ｃのアラインメント
がずれていても絞りが一直線（垂直方向ではない）に並
んでいる限り、その斜め方向からビーム３０が入射すれ
ば正しくアラインメントされたと判断してしまう。

このように、従来の光量を検出する方法では第４図に示
す如き不都合は解消し得ない。

本発明が解決すべき課題は、上記の問題点を解消し、電
子ビームを用いて実際の使用状態に出来るだけ近い状態
で軸合わせを精度良く行うことが出来るようにすること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するために、本発明にかかる電子ビーム
装置における軸合わせ方法によれば、電子ビーム装置の
電子ビーム鏡筒の一端から電子ビームを入射させてこれ
を検知器で検出することにより電子ビーム鏡筒の軸合わ
せをするに際し、電子ビームの検知器への到達時間が最
小になるように電子ビーム鏡筒の位置を調整することを
特徴とする。

また、この軸合わせ方法を実行する本発明装置は、レー
ザパルス発振源と、電子ビーム鏡ｍ　（７）　−端に設
けられレーザパルスを電子ビームに変換する光電変換面
と、電子ビーム鏡筒の他端に設けられ光電変換面からの
電子ビームを受光するストリークカメラと、レーザパル
スの一部をストリークカメラのトリガ信号として取り出
すレーザパルス分離器とを有し、上記トリガ信号を基卓
として光電変換面からストリークカメラへの電子ビーム
の到達時間が最小になるように電子ビーム鏡筒を軸合わ
せすることを構成上の特徴とする。

また、ストリークカメラを有効に作動させるためにトリ
ガ信号を遅延させる手段が付加される。

〔作　用〕

検出器への電子ビームの到達時間が最小になる位置を軸
合わせ位置と判断することにより、実質上書にビームの
垂直度（垂直線が最短距離）が保証され、第４図に示す
如き状態は“不良”として確実に排除される。

本発明の軸合わせ装置においては、パルス化されたレー
ザはレーザパルス分離器により一部はストリークカメラ
の掃引トリガとして作用し、一部は光電変換面を介して
ストロボ電子ビームとして電子ビーム鏡筒を通りストリ
ークカメラに入射する。

即ち、軸ずれがある場合には軸ずれかない場合よりも必
ず電子ビームの走行“距離”が長くなるので、即ち、到
達時間が長くなるのでそれを軸合わせの際の軸ずれの評
価値として利用することができる。

ストリークカメラへのトリガ信号（光速）は、コーナキ
ューブ（遅延手段）により遅延される。

ストリークカメラの出力を最大とする遅延量は、電子ビ
ームの走行距離に対応する。

光速（３ＸＩＯ’　ｍ／５ｅｃ）は、１　ｋｅＶのエネ
ルギを持つ電子の速度（１，７Ｘ　１０’　ｍ　／５ｅ
ｃ）の約１７倍であるため、微小な電子ビーム走行距離
の変化を１７倍に拡大してとらえる事ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の好ましい実施例にフき詳細に説明する。

第１図は本発明に係る軸合わせ装置の全体概要を示す。

同図において、第３図と対応する部品は同一番号を付し
である。

電子ビーム鏡筒１８　（偏向用コイル等は図示を省略し
である）を構成する電子レンズ１７ａ。

１７ｂ、１７ｃの一端側には光電変換面４５が設けられ
、他端側にはストリークカメラ（検出器）３５が設けら
れる。４７は光電変換面４５の高圧電源（例えば、−１
ＫＶ）である。光電変換面４５ハ公知の如く、レーザ発
振器３１がらのレーザパルス（パルス化されたレーザ）
　３０ヲＭ、−１−７−ム３２　（ストロボ電子ビーム
）に変換する。レーザ発振器３Ｉからのレーザパルス３
ｏはミラー３３により光電変換面４５に向かって９０’
偏向され、垂直方向の電子ビーム３２としてストリーク
カメラ３５に入射する。

レーザ発振器３１とミラー３３との間には光軸上にハー
フミラ−が設けられ、それによりレーザパルス３０の一
部はレーザパルス３０゛　として分離される。即ち、ハ
ーフミラ−４１はレーザパルス分離器を構成する。ハー
フミラ−４１に代えて通常のビームスプリフタを用いる
ことも可能である。

ハーフミラ−４１により分離された分離レーザパルス３
０゛はその光路長を変化させるためのコーナキューブプ
リズム４３に入射せしめられる。

かくして、レーザ発振器３１からのレーザビームは上述
の如く、一方で、光電変換面４５により電子ビームに変
換された後に電子レンズ鏡筒１８内に入り、他方で、レ
ーザビームのままコーナキューブプリズム４３に入射せ
しめられることになる。コーナキューブプリズム４３は
、分離レーザパルス３０’　のストリークカメラ３５へ
の到達時間を電子ビームに合わせて遅延させるためのも
のである。即ち、分離レーザパルス３０°はストリーク
カメラ３５の掃引トリガとして作用する。尚、遅延させ
る理由は電子ビームの速度が、光速に比べて遥かに遅い
事に起因する。遅延時間のオフセント分（固定量）は、
ストリークカメラ内部の遅延素子で発生する。

ストリークカメラ３５は電子ビーム鏡筒１８側にシンチ
レータ面３８を有し、従って、電子ビーム３２はこのシ
ンチレータ面３８により再度光学信号（画像信号）に変
換され、その結果ストリークカメラ３５での１最像を可
能ならしめる。

第２図は第１図に示す装置のタイムチャートを示すもの
であり、レーザ発振器３１からレーザパルスが発せられ
ると、そのパルスは所定時間後にハーフミラ−４１に到
達する。初めに、電子ビーム系路について見てみるに、
パルスは次いでミラー３３、光電変換面４５に到達し、
そこで電子ビーム（パルス）に変換され、レーザビーム
の時より溝かに遅い時間でシンチレータ面３８に到達す
る。

一方、ハーフミラ−４１で分離されたレーザパルス（ト
リガ信号）は光速でコーナキューブプリズム４３に達す
るが、そこで光路長が延ばされ、その出力パルスは前述
のシンチレータ面３８での出力パルスの極近傍（時間差
【。）となるように調整される。これは、ストリークカ
メラ３５においては周知の如く、掃引トリガとシンチレ
ータ面３８からの入力信号との時間差が大きすぎると出
力像が得られないためであり、例えばｔｏは数ＰＳ（ピ
コセカンド）と非常に小さな値である。

１、は電子ビーム３８の到達時間（光電変換面４５から
シンチレータ面３８迄の距離）に応じてコーナキューブ
プリズム４３により可変制御される。

こうして、ストリークカメラ３５の出力像（パルス）が
得られたら、それと光電変換面４５の出力パルスとの時
間Ｔが求められる。電子レンズ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ
を公知のｘ、　　ｙステージ系（図示せず）により所定
の領域内で微動させながら、上記と同様の工程を繰り返
し行い、その中でＴの最小イ直をもとめる。

つまり、電子ビーム鏡筒１８において軸ずれがある場合
は軸ずれかない場合に対し電子ビームの走行距離（到達
時間）が必ず長くなるので、最小の到達時間Ｔを与える
位置を軸ずれのない状態として評価できる。

〔発明の効果〕

以上に記載した通り、本発明は電子ビームの到達時間を
軸ずれの評価値として利用するという全く新規な構想に
立腓するものであり、それにより実際の使用状態に近い
状態で、しかも、たとえ電子ビーム鏡筒の電子レンズが
斜めに一直線に整列しているような場合（第４図）でも
正確に軸ずれを検出することが出来る。

また・、検出器としてストリークカメラを用いた場合に
はそのトリガを電子ビーム信号と略同時に入力するよう
に遅延させることにより有効な出力像を得ることが出来
、正確な到達時間の検出に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子ビーム装置の軸合わせ装置の
概略を示す図解図、第２図は第１図に示す装置のタイム
チャート図、第３図は従来の軸合わせ方法を示す図、第
４図は従来の軸合わせ法による欠点を説明する図、第５
図は本発明を適用し得る電子顕微鏡の図解図。 ３１・・・レーザ発振源、 ３５・・・ストリークカメラ、 ４１・・・ハーフミラ−１ ４５・・・光電入換面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子ビーム装置の電子ビーム鏡筒（１８）の一端か
   ら電子ビームを入射させてこれを検知器で検出すること
   により電子ビーム鏡筒の軸合わせをするに際し、電子ビ
   ームの検知器（３５）への到達時間（Ｔ）が最小になる
   ように電子ビーム鏡筒の位置を調整することを特徴とす
   る電子ビーム装置における軸合わせ方法。 ２、レーザパルス発振源（３１）と、電子ビーム鏡筒（
   １８）の一端に設けられレーザパルスを電子ビームに変
   換する光電変換面（４５）と、電子ビーム鏡筒の他端に
   設けられ光電変換面からの電子ビームを受光するストリ
   ークカメラ（３５）と、レーザパルスの一部をストリー
   クカメラのトリガ信号として取り出すレーザパルス分離
   器（４１）とを有し、上記トリガ信号を基準として光電
   変換面からストリークカメラへの電子ビームの到達時間
   （Ｔ）が最小になるように電子ビーム鏡筒を軸合わせす
   ることを特徴とする電子ビーム装置における軸合わせ装
   置。 ３、トリガ信号を電子ビーム速度に合わせて遅延させる
   手段（４３）を付設したことを特徴とする請求項２記載
   の軸合わせ装置。