專利名稱：半導(dǎo)體分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電子束的半導(dǎo)體分析裝置，特別是涉及適合于評(píng)價(jià)半導(dǎo) 體器件的制造工藝的半導(dǎo)體分析裝置。更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及的技術(shù)為， 通過(guò)精度良好地測(cè)定照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束的照射量，從而抑制電子 束槍的電子束量隨著逐年變化和環(huán)境變化而發(fā)生的變動(dòng)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生的背景技術(shù)圖IO概略地示出了利用電子束的現(xiàn)有半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)。該分析裝置以管理半導(dǎo)體器件的制造工藝為目的，是用于分析形成在半導(dǎo)體襯底上 的微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置，該裝置將電子束照射到半導(dǎo)體襯底上，通過(guò)測(cè)定此時(shí)在 半導(dǎo)體襯底上產(chǎn)生的村底電流來(lái)分析半導(dǎo)體襯底上微細(xì)結(jié)構(gòu)的形成狀態(tài)。使 用該分析裝置可以以短期或長(zhǎng)期等各種時(shí)間周期管理半導(dǎo)體器件的制造工藝這里，為了維持由這種半導(dǎo)體分析裝置測(cè)定的襯底電流測(cè)定值的可靠 度，該測(cè)定值的精度需要長(zhǎng)期穩(wěn)定，通常，測(cè)定值本身的變動(dòng)量需要在1% 以下。為了將電子束穩(wěn)定化使得測(cè)定值的變動(dòng)量在1%以下，就必須嚴(yán)格地將電子束源的溫度維持在±0.1度的范圍內(nèi)。另一方面，因?yàn)殡娮邮幢旧頌橄牟考?，所以電子束的特性逐年變化，難以長(zhǎng)期固定地維持電子束源的 特性。所以，如圖10所示，以往為了監(jiān)測(cè)照射到半導(dǎo)體襯底4上的電子束13 的照射量而在托盤5的端部設(shè)置了法拉第杯8，對(duì)該法拉第杯8照射電子束， 并通過(guò)用電流計(jì)B測(cè)定此時(shí)在法拉第杯8上出現(xiàn)的電流量，從而定期地管理電子束13的照射量。這里，簡(jiǎn)單地說(shuō)明圖10所示的現(xiàn)有裝置的結(jié)構(gòu)。在真空腔室7的內(nèi)部 配置有安裝在XY座標(biāo)臺(tái)6上的托盤5，該托盤5上載置有分析對(duì)象物半導(dǎo) 體襯底4。該托盤5與電流計(jì)A連接，使得通過(guò)電流計(jì)A測(cè)定載置于托盤5 上的半導(dǎo)體襯底4的襯底電流。另外，如上所述，在該托盤5的端部安裝有 法拉第杯8,該法拉第杯8與電流計(jì)B連接。電子束13的照射量由電流計(jì)B 以電流量測(cè)定。在真空腔室7的上部安裝著具有電子束源1的電子槍11，該電子槍11 的束方向?qū)χ斜P5上的半導(dǎo)體襯底4。在電子槍11的內(nèi)部依次配置有聚 光透鏡2、光闌10和物鏡3。對(duì)于電子束源1,由高壓電源9供給高電壓作 為工作電壓。通常作為構(gòu)成電子束源1的電子束放出元件，使用熱場(chǎng)發(fā)射器。熱場(chǎng)發(fā) 射器是在前端銳利的鎢電極表面上涂敷了用于降低功函數(shù)的ZrO (氧化鋯) 等，為了放出電子，在加熱至約1800K的狀態(tài)下利用。該熱場(chǎng)發(fā)射器易受 到真空狀態(tài)或溫度變化等微小環(huán)境變化的影響，具有被放出的電子束的性質(zhì) 或量隨著環(huán)境變化而變動(dòng)的特性。另外，在這種半導(dǎo)體分析裝置中，向半導(dǎo)體襯底照射的電子束量若換算 為電流量，則相當(dāng)于皮安級(jí)以下的極微弱的電流量。如此微弱的電子束照射 量受到如上所述各種環(huán)境因素的影響而容易發(fā)生變動(dòng)，如果電子束的照射量 發(fā)生變動(dòng)，則襯底電流的測(cè)定值也發(fā)生變動(dòng)，其結(jié)果是測(cè)定精度降低。所以，在利用電子束的這種半導(dǎo)體分析裝置中，將襯底電流的測(cè)定值用 電子束的照射量歸一化(即，用襯底電流和電子束照射量的比表示測(cè)定結(jié) 果)，這樣，即使電子束的照射量發(fā)生變動(dòng)，其影響也不會(huì)體現(xiàn)在測(cè)定值上。因此，測(cè)定由電子束在半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流的這種半導(dǎo)體分 析裝置與現(xiàn)有的掃描電子顯微鏡(SEM)不同，重要的是需要正確地知道電 子束的照射量。這是因?yàn)?，如果電子束的照射量不正確，則用該電子束的照 射量歸 一化的襯底電流的測(cè)定值也會(huì)不正確。專利文獻(xiàn)l:日本特開2005 _ 026449號(hào)公報(bào)根據(jù)圖IO所示的現(xiàn)有技術(shù)，由于使用與在襯底電流的測(cè)定中所使用的 電流計(jì)A不同的電流計(jì)B來(lái)測(cè)定電子束的照射量，所以，測(cè)定系統(tǒng)的特性 之差表現(xiàn)為測(cè)定值的誤差，不能精度良好地歸 一化襯底電流。另外，根據(jù)上述的現(xiàn)有技術(shù)，為了測(cè)定電子束的照射量，每對(duì)一枚晶片 或一個(gè)測(cè)定點(diǎn)完成襯底電流的測(cè)定之后，需要通過(guò)XY座標(biāo)臺(tái)6將電子束13 的照射位置移至法拉第杯8的位置并對(duì)法拉第杯8照射電子束13。因此，在襯底電流的測(cè)定中不能實(shí)時(shí)測(cè)定電子束的照射量，而只能大概 知道電子束的照射量。因此，在襯底電流的測(cè)定中如果電子束的照射量發(fā)生 變動(dòng)，則其變動(dòng)會(huì)照原樣以誤差表現(xiàn)在歸 一化的襯底電流的測(cè)定值上。進(jìn)而還有，根據(jù)上述的現(xiàn)有技術(shù)，在測(cè)定電子束的照射量時(shí)，由于需要 將電子束的照射位置機(jī)械地移至托盤5上的法拉第杯8的位置，所以，測(cè)定 作業(yè)變得繁雜，測(cè)定需要時(shí)間，測(cè)定作業(yè)的處理能力降低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的半導(dǎo)體分析裝置具有如下結(jié)構(gòu)對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子束，測(cè)的照射量歸一化該襯底電流得到的值，該裝置包括半導(dǎo)體襯底支撐單元， 支撐所述半導(dǎo)體襯底；電子束產(chǎn)生單元，產(chǎn)生所述電子束；電子束檢測(cè)器， 用于^^測(cè)所述電子束；和測(cè)定單元，為測(cè)定在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯 底電流和用所述電子束檢測(cè)器檢測(cè)出的電子束的照射量而共用。由所述電子束檢測(cè)器檢測(cè)出的電子束的照射量這兩個(gè)測(cè)定，所以，測(cè)定單元 的特性(例如測(cè)定精度)對(duì)村底電流以及電子束照射量的各測(cè)定值的影響相 等。因此，用電子束的照射量歸一化襯底電流得到的值中不會(huì)體現(xiàn)由測(cè)定單 元的特性造成的影響。因此，用電子束的照射量能夠精度良好地歸一化襯底 電流，而不會(huì)受到測(cè)定系統(tǒng)特性的影響。本發(fā)明的半導(dǎo)體分析裝置具有如下結(jié)構(gòu)對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子束，測(cè)的照射量歸一化該襯底電流得到的值，該裝置包括半導(dǎo)體襯底支撐單元， 支撐所述半導(dǎo)體村底；電子束源，放出電子；電子束限制部件，具有用于選 擇性地使從所述電子束源放出的電子流的 一部分通過(guò)的貫通孔，限制所述電 子流的通過(guò)并形成照射到所述半導(dǎo)體襯底的電子束；屏蔽部件，與所述電子 束限制部件電絕緣，除所述貫通孔和圍著該貫通孔的所述電子束限制部件上 的規(guī)定區(qū)域以外，屏蔽從所述電子束源放出的所述電子流；第一測(cè)定單元， 測(cè)定在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流；和第二測(cè)定單元，測(cè)定在所述 電子束限制部件上感應(yīng)出的電流。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，電子流被照射到圍著貫通孔的所述電子束限制部件上的規(guī) 定區(qū)域上，結(jié)果，具有與實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束極其相似特性的 周圍電子流被電子束限制部件檢測(cè)，其電流量由第二測(cè)定單元測(cè)定。因此， 第二測(cè)定單元的測(cè)定值與實(shí)際照射到半導(dǎo)體村底上的電子束的照射量具有 密切的相關(guān)關(guān)系，能夠根據(jù)該第二測(cè)定單元的測(cè)定值知道實(shí)際電子束照射 量。因此，在對(duì)實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束不產(chǎn)生影響的情況下，能 夠在襯底電流的測(cè)定中實(shí)時(shí)掌握電子束的照射量，而且在襯底電流的測(cè)定中 即使電子束的照射量發(fā)生變動(dòng)，也能夠精度良好地歸一化襯底電流。本發(fā)明的半導(dǎo)體分析裝置具有如下結(jié)構(gòu)對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子束，測(cè)的照射量歸一化該襯底電流得到的值，該裝置包括半導(dǎo)體襯底支撐單元， 支撐所述半導(dǎo)體村底；電子束源，放出電子；電子束限制部件，具有用于選 擇性地使從所述電子束源放出的電子流的一部分通過(guò)的貫通孔，限制所述電 子流的通過(guò)并形成照射到所述半導(dǎo)體襯底的電子束；電子束偏轉(zhuǎn)單元，用于 瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)所述電子束；電子束檢測(cè)器，用于檢測(cè)被所述電子束偏轉(zhuǎn)單元偏轉(zhuǎn) 的電子束；第一測(cè)定單元，測(cè)定在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的村底電流；和 第二測(cè)定單元，測(cè)定用所述電子束檢測(cè)器檢測(cè)出的電子束的照射量。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以用電子束偏轉(zhuǎn)單元將通過(guò)電子束限制部件的貫通孔的 電子束的照射方向偏轉(zhuǎn)至法拉第杯。因此，在測(cè)定實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底上 的電子束的照射量時(shí)不需要用機(jī)械方式移動(dòng)半導(dǎo)體襯底。因此，能夠迅速地 進(jìn)行測(cè)定作業(yè)，能夠提高測(cè)定作業(yè)的處理能力。本發(fā)明的半導(dǎo)體分析裝置具有如下結(jié)構(gòu)對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子束，測(cè)的照射量歸一化該襯底電流得到的值，該裝置包括半導(dǎo)體襯底支撐單元， 支撐所述半導(dǎo)體襯底；電子束源，放出電子；電子束限制部件，具有用于選 擇性地使從所述電子束源放出的電子流的一部分通過(guò)的貫通孔，限制所述電 子流的通過(guò)并形成照射到所述半導(dǎo)體襯底的電子束；屏蔽部件，與所述電子 束限制部件電絕緣，除所述貫通孔和圍著該貫通孔的所述電子束限制部件上 的規(guī)定區(qū)域以外，屏蔽從所述電子束源放出的所述電子流；電子束偏轉(zhuǎn)單元， 用于瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)所述電子束；電子束檢測(cè)器，用于檢測(cè)被所述電子束偏轉(zhuǎn)單元 偏轉(zhuǎn)的電子束；第一測(cè)定單元，測(cè)定在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流； 第二測(cè)定單元，測(cè)定在所述電子束限制部件上感應(yīng)出的電流；和第三測(cè)定單元，測(cè)定用所述電子束檢測(cè)器檢測(cè)出的電子束的照射量。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在對(duì)實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束不產(chǎn)生影響的情況 下，可以在襯底電流的測(cè)定中實(shí)時(shí)獲取電子束的照射量，使用該電子束的照射量能夠精度良好地進(jìn)行襯底電流的歸一化。而且，在不需要用機(jī)械方式移 動(dòng)半導(dǎo)體襯底的情況下，能夠由電子束偏轉(zhuǎn)單元將電子束的照射方向偏轉(zhuǎn)至法拉第杯從而測(cè)定其照射量。因此，能夠?qū)崟r(shí)更新用于將由電子束限制部件 檢測(cè)出的電子束的照射量換算為照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束的照射量的 換算式，能夠精度更好地歸一化襯底電流。根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)楣灿脺y(cè)定手段來(lái)測(cè)定襯底電流和電子束量這兩者，所 以在不會(huì)受到測(cè)定系統(tǒng)特性差異影響的情況下，能夠用電子束的照射量歸一 化襯底電流的測(cè)定值。因此，能夠提高歸一化的襯底電流的精度。根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)橥ㄟ^(guò)電子束限制單元(光闌)檢測(cè)實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束附近的電子流，所以可以在襯底電流的測(cè)定中實(shí)時(shí)地知道實(shí) 際電子束照射量。因此，即使因電子束照射量的變動(dòng)而村底電流發(fā)生變動(dòng)， 由于使用造成該襯底電流變動(dòng)的電子束的照射量來(lái)歸 一化該襯底電流的測(cè) 定值，結(jié)果，在襯底電流的測(cè)定值中不會(huì)體現(xiàn)電子束變動(dòng)的影響，能夠精度 良好地歸一化襯底電流。而且，即使在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的襯底電流的測(cè)定作業(yè)中， 也可以不用擔(dān)心電子束的變動(dòng)而測(cè)定襯底電流。因此，不需要電子束照射量 的管理調(diào)整作業(yè)等，可以提高裝置的有效運(yùn)轉(zhuǎn)率。另夕卜，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榭梢栽谝r底電流的測(cè)定中實(shí)時(shí)地測(cè)定電子束的 照射量，所以，即使電子束源發(fā)生突發(fā)電流增減現(xiàn)象，也能夠立即檢測(cè)出該 現(xiàn)象引起的電子束照射量的變動(dòng)。因此，不會(huì)受到由上述現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲影 響，能夠進(jìn)行穩(wěn)定且精度良好的測(cè)定。根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樗矔r(shí)將電子束偏轉(zhuǎn)從而測(cè)定電子束的照射量，所以在 測(cè)定電子束的照射量時(shí)不需要以機(jī)械方式移動(dòng)電子束的照射位置。因而可以 大幅度地縮短電子束照射量的測(cè)定時(shí)間。


圖1是用于說(shuō)明半導(dǎo)體分析裝置的基本操作原理的圖；圖2是本發(fā)明第 一 實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要示意圖； 圖3A是用于說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施方式的分析裝置的操作(第一操作例) 的圖；圖3B是用于說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施方式的分析裝置的操作(第二操作例) 的圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要示意圖；圖5A是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的重要部分光闌(電子束限制單元)的第一結(jié)構(gòu)例的圖；圖5B是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的重要部分光闌(電子束限制單元)的第二結(jié)構(gòu)例的圖；圖5C是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的重要部分光闌(電子束限制單元)的第三結(jié)構(gòu)例的圖；圖5D是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的重要部分光 闌(電子束限制單元)的第四結(jié)構(gòu)例的圖；圖5E是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的重要部分光 闌(電子束限制單元)的第五結(jié)構(gòu)例的圖；圖6是用于說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的校正方法的圖；圖7是表示基于本發(fā)明第二實(shí)施方式的分析裝置的校正方法得到的法 ^i第杯電流和光闌電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系的特性圖；圖8是本發(fā)明第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要示意圖； 圖9是本發(fā)明第四實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)要示意圖； 圖IO是現(xiàn)有的半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)的筒要示意圖。 符號(hào)的說(shuō)明1電子束源 2 聚光透鏡 3 物鏡 4半導(dǎo)體襯底(樣品) 5托盤 6 XY座標(biāo)臺(tái) 7 真空腔室 8法拉第杯9高壓電源 10光闌 11電子槍 12 二次電子檢測(cè)器13電子束具體實(shí)施方式
在說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式之前，說(shuō)明成為本發(fā)明中的半導(dǎo)體分析裝置的前圖1是用于說(shuō)明成為本發(fā)明半導(dǎo)體分析裝置的前提的操作原理的圖。在 圖1中，"輸入"是照射到分析對(duì)象物半導(dǎo)體襯底上的電子束量，"輸出"當(dāng)對(duì)半導(dǎo)體襯底照射一定的電子束作為"輸入"時(shí)，在半導(dǎo)體襯底上感 應(yīng)出襯底電流。該襯底電流量取決于到達(dá)半導(dǎo)體襯底的電子束量，該到達(dá)半導(dǎo)體襯底的電子束量相應(yīng)于上述電子束照射位置的半導(dǎo)體襯底上的微細(xì)結(jié) 構(gòu)的形成狀態(tài)。例如，形成微細(xì)結(jié)構(gòu)的多晶硅的膜厚較厚的部分因?yàn)殡娮邮?的通過(guò)量減少，所以到達(dá)襯底的電子束量變少，結(jié)果，由該電子束感應(yīng)出的 襯底電流變小。與此相反，微細(xì)結(jié)構(gòu)的膜厚較薄的部位因?yàn)殡娮邮耐ㄟ^(guò)量 增加，所以到達(dá)襯底的電子束量變多，結(jié)果，由該電子束感應(yīng)出的襯底電流 變大。這樣，到達(dá)半導(dǎo)體襯底的電子束感應(yīng)出襯底電流作為上述"輸出"，但 該襯底電流量取決于到達(dá)半導(dǎo)體襯底的電子束量，而到達(dá)半導(dǎo)體襯底的電子 束量受到半導(dǎo)體襯底上的微細(xì)結(jié)構(gòu)的影響。因此，由到達(dá)半導(dǎo)體襯底的電子 束感應(yīng)出的襯底電流量能反映微細(xì)結(jié)構(gòu)的形成狀態(tài)，根據(jù)該襯底電流可以知 道形成于半導(dǎo)體襯底上的微細(xì)結(jié)構(gòu)的形成狀態(tài)。另外，如上所述，照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束量若換算為電流則相當(dāng) 于約10pA的極微弱的電流量，受到環(huán)境變化的影響而容易發(fā)生變動(dòng)。因此， 不是將測(cè)定的襯底電流值本身作為最終的測(cè)定值輸出，而是如圖l所示，將 作為"輸出"的襯底電流量與作為"輸入"的電子束照射量的比率(照射單 位電子束量時(shí)的襯底電流量)，即，用電子束的照射量歸一化照射電子束時(shí) 所測(cè)定的襯底電流量所得到的值作為最終的測(cè)定值輸出。如上所述通過(guò)將歸 一化的值作為最終的測(cè)定值輸出，從而不受電子束的 照射量變動(dòng)的影響，可以精度良好地分析半導(dǎo)體襯底上的微細(xì)結(jié)構(gòu)。這是因 為，當(dāng)電子束的照射量發(fā)生變動(dòng)時(shí)，由該電子束的照射而感應(yīng)出的襯底電流 量也同樣發(fā)生變動(dòng)，結(jié)果，歸一化的值中不會(huì)體現(xiàn)電子束的變動(dòng)。如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體分析裝置的構(gòu)成為，對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子電子束的照射量歸一化該襯底電流所得到的值。以上，對(duì)成為本發(fā)明半導(dǎo)體分析裝置的前提的操作原理進(jìn)行了說(shuō)明。下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。其中，對(duì)于各實(shí)施方式中通用的單元，附上了相同的符號(hào)。(第一實(shí)施方式)圖2示出了本發(fā)明第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，本半導(dǎo)體分析裝置包括容納分析對(duì)象物半導(dǎo)體襯底4的 真空腔室7、配置在真空腔室7的上部的電子槍11、配置在真空腔室7的內(nèi) 部的托盤5及XY座標(biāo)臺(tái)6、設(shè)置在托盤5的端部的法拉第杯8、與上述托 盤5和法拉第杯8雙方電連接的電流計(jì)A。在上述托盤5上載置半導(dǎo)體襯底4，托盤5和電子槍11之間的位置關(guān) 系設(shè)置得可以使從電子槍11向該半導(dǎo)體襯底4的表面照射電子束13。另外， 托盤5被安裝在XY座標(biāo)臺(tái)6上，通過(guò)XY座標(biāo)臺(tái)6移動(dòng)托盤5的位置，可 以調(diào)整對(duì)半導(dǎo)體襯底4的電子束13的照射位置。另外，通過(guò)該XY座標(biāo)臺(tái)6 移動(dòng)托盤5的位置，還可以使電子束13的照射位置與法拉第杯8 —致。電子槍11包括電子束源1，電子束源1與高壓電源9連接。另外，在 電子槍11中，沿著來(lái)自上述電子束源1的電子流放出方向依次配置有聚光 透鏡2、光闌10和物鏡3。進(jìn)而，本半導(dǎo)體分析裝置包括A/D變換器和計(jì) 算機(jī)(未圖示)，所述A/D變換器將用電流計(jì)A測(cè)定的電流值A(chǔ)/D變換為 數(shù)字信號(hào)，所述計(jì)算機(jī)用于對(duì)A/D變換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理。該計(jì) 算機(jī)還執(zhí)行用于控制本裝置各部分操作的處理。如果說(shuō)明與權(quán)利要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系，托盤5及XY座標(biāo)臺(tái)6構(gòu)成支撐半導(dǎo) 體襯底4的半導(dǎo)體襯底支撐單元，電子槍11構(gòu)成產(chǎn)生電子束的電子束產(chǎn)生 單元，法拉第杯8構(gòu)成用于檢測(cè)電子束的電子束檢測(cè)器，電流計(jì)A構(gòu)成測(cè) 定單元，該測(cè)定單元為測(cè)定在半導(dǎo)體襯底4上感應(yīng)出的襯底電流和由電子束 檢測(cè)器檢測(cè)的電子束的照射量而共用。接著，對(duì)本半導(dǎo)體分析裝置的操作進(jìn)行說(shuō)明。簡(jiǎn)要地說(shuō)，本半導(dǎo)體分析裝置用電流計(jì)A測(cè)定通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體襯底4照 射電子束13而在半導(dǎo)體襯底4上感應(yīng)出的襯底電流的同時(shí)，同樣地用電流 計(jì)A測(cè)定通過(guò)對(duì)法拉第杯8照射電子束13而用法拉第杯8檢測(cè)出的電流量 (即，相當(dāng)于電子束照射量的電流量)。即，電流計(jì)A被共用于在半導(dǎo)體襯底4上感應(yīng)出的襯底電流的測(cè)定和由法拉第杯8檢測(cè)出的電子束照射量的 測(cè)定。然后，將襯底電流的測(cè)定值用電子束照射量的測(cè)定值歸一化而得到的 值作為最終的測(cè)定值輸出。接著，對(duì)本半導(dǎo)體分析裝置的操作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。當(dāng)新的半導(dǎo)體襯底4被載置到真空腔室7內(nèi)的托盤5上時(shí)，在本裝置的 計(jì)算機(jī)的控制下，移動(dòng)XY座標(biāo)臺(tái)6,使法拉第杯8位于電子槍11的正下方。 此狀態(tài)下，由電子槍11向法拉第杯8照射電子束13,獲取法拉第杯8的SEM 圖像。然后，通過(guò)將獲取的法拉第杯8的SEM圖像與預(yù)先登記的模式匹配 用模板進(jìn)行比較，確定法拉第杯8的位置，以使得電子束13被照射到法拉 第杯8的中心。在確定完法拉第杯8的位置之后，僅以與實(shí)際對(duì)半導(dǎo)體襯底4照射時(shí)相 同的量對(duì)法拉第杯8照射電子束13,并用與法拉第杯8連接的電流計(jì)A測(cè) 定該電子束的照射量。在上述的電子束照射量的測(cè)定結(jié)束之后，接著進(jìn)行半導(dǎo)體襯底4的分析 操作，即襯底電流的測(cè)定。具體為，在計(jì)算機(jī)的控制下，為了使電子束13 被照射到半導(dǎo)體襯底4，通過(guò)調(diào)整XY座標(biāo)臺(tái)6的位置來(lái)確定半導(dǎo)體襯底4 的位置。然后，對(duì)半導(dǎo)體襯底4上的測(cè)定點(diǎn)(分析對(duì)象的微細(xì)結(jié)構(gòu))照射電 子束13,通過(guò)托盤5用電流計(jì)A測(cè)定因該電子束13的照射而在半導(dǎo)體襯底 4上感應(yīng)出的—十底電 流。如上所述，通過(guò)托盤5測(cè)定的襯底電流和通過(guò)法拉第杯8測(cè)定的電子束 的照射量這兩種測(cè)定值由同一電流計(jì)A測(cè)定，這兩種測(cè)定值通過(guò)A/D變換 器(未圖示)變換為數(shù)字信號(hào)后，輸入到計(jì)算機(jī)。輸入到計(jì)算機(jī)的上述兩種 測(cè)定值保存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)裝置中。接著，計(jì)算機(jī)讀取保存在該存儲(chǔ)裝置中的上述兩種電流測(cè)定值(襯底電 流的測(cè)定值和電子束照射量的測(cè)定值)，將襯底電流的測(cè)定值用電子束照射 量的測(cè)定值歸一化而得到的值作為最終的測(cè)定值輸出。具體為，用在電子束 照射量的測(cè)定操作中測(cè)定的電子束照射量歸 一化(除)在襯底電流的測(cè)定操作中測(cè)定的襯底電流的測(cè)定值，并將該歸 一化得到的值作為最終的測(cè)定值輸 出。
通過(guò)如上方式用電子束量歸 一化測(cè)定的襯底電流值，可以排除因電子束 照射量的變動(dòng)對(duì)襯底電流測(cè)定值的影響。
在上述說(shuō)明中，襯底電流的測(cè)定和電子束照射量的測(cè)定次數(shù)各為 一次， 但也可以將各種襯底電流的測(cè)定程序和電子束照射量的測(cè)定程序結(jié)合起來(lái)。
參照?qǐng)D3A、圖3B,依次說(shuō)明將襯底電流和電子束照射量的各測(cè)定程序 結(jié)合的例子。
首先，在圖3A的例子中，本半導(dǎo)體分析裝置在一枚新的半導(dǎo)體襯底4 的分析操作前后，用法拉第杯8測(cè)定從電子槍11照射出的電子束13的照射 量。即，在一枚新的半導(dǎo)體襯底4的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的襯底電流的測(cè)定操作前后， 用法拉第杯8測(cè)定從電子槍11照射出的電子束13的照射量。然后，采用在 襯底電流的測(cè)定操作前后所進(jìn)行的兩次電子束照射量的平均值作為為歸一 化在各測(cè)定點(diǎn)測(cè)定的村底電流值而使用的電子束照射量。
具體說(shuō)明如下。在圖3A的流程中，將半導(dǎo)體襯底4放置于本半導(dǎo)體分 析裝置中后(步驟SA1),實(shí)施通過(guò)法拉第杯8進(jìn)行的第一次電子束照射量 的測(cè)定，并將該測(cè)定值保存于存儲(chǔ)裝置(步驟SA2)。接下來(lái)，將電子束照 射到半導(dǎo)體襯底4的最初測(cè)定點(diǎn)從而進(jìn)行第一次襯底電流的測(cè)定，并將該測(cè) 定值保存于存儲(chǔ)裝置(步驟SA3)。接下來(lái)，將電子束照射到半導(dǎo)體襯底4 的第二個(gè)測(cè)定點(diǎn)從而進(jìn)行第二次襯底電流的測(cè)定，并將該測(cè)定值保存于存儲(chǔ) 裝置(步驟SA4)。之后，再次實(shí)施通過(guò)法拉第杯8進(jìn)行的第二次電子束照 射量的測(cè)定，并將該測(cè)定值保存于存儲(chǔ)裝置(步驟SA5),取出半導(dǎo)體襯底 4 (步驟SA6)。通過(guò)上述步驟，得到了一組在第一次和第二次電子束照射 量的測(cè)定操作中的測(cè)定值(電子束照射量的測(cè)定值)和在第一次和第二次襯 底電流的測(cè)定操作中的測(cè)定值(襯底電流的測(cè)定值)。
接下來(lái)，求出在襯底電流的測(cè)定操作之前進(jìn)行的第 一 次電子束照射量的 測(cè)定操作中得到的電子束照射量的測(cè)定值和在襯底電流的測(cè)定操作之后進(jìn)行的第二次電子束照射量的測(cè)定操作中得到的電子束照射量的測(cè)定值的平 均值。然后，用上述電子束照射量的平均值歸一化(具體為除)上述各測(cè)定 點(diǎn)的襯底電流的測(cè)定值，并將該歸 一化得到的各測(cè)定點(diǎn)的襯底電流值作為最 終的測(cè)定值輸出。
通過(guò)以上方式用電子束照射量的平均值歸一化在各測(cè)定點(diǎn)測(cè)定的襯底 電流值，從而即使電子束照射量在襯底電流的測(cè)定操作前后發(fā)生變動(dòng)，也能 夠?qū)⒃撟儎?dòng)對(duì)歸一化襯底電流值的影響抑制得小，相對(duì)于電子束照射量的變 動(dòng)，能夠使歸一化襯底電流值穩(wěn)定。
還有，在上述圖3A所示的例子中，襯底電流的測(cè)定點(diǎn)為兩處，但也可
以任意設(shè)定測(cè)定,泉的個(gè)數(shù)。
在圖3B所示的例子中，交替進(jìn)行電子束照射量的測(cè)定操作和襯底電流 的測(cè)定操作，至于為歸 一化任意測(cè)定點(diǎn)的襯底電流值而使用的電子束照射 量，采用在測(cè)定該測(cè)定點(diǎn)之前和之后所測(cè)定的各電子束量的平均值。
具體說(shuō)明如下。在圖3B的流程中，將半導(dǎo)體襯底4放置于本半導(dǎo)體分 析裝置中(步驟SB1)，實(shí)施通過(guò)法拉第杯8進(jìn)行的第一次電子束照射量的 測(cè)定，并將該測(cè)定值保存于存儲(chǔ)裝置(步驟SB2)。接下來(lái)，將電子束照射 到半導(dǎo)體襯底4的最初測(cè)定點(diǎn)從而進(jìn)行第一次襯底電流的測(cè)定，并將該測(cè)定 值保存于存儲(chǔ)裝置(步驟SB3)。接下來(lái)，實(shí)施通過(guò)法拉第杯8進(jìn)行的第二 次電子束照射量的測(cè)定，并將該測(cè)定值保存于存儲(chǔ)裝置(步驟SB4)。
接下來(lái)，將電子束照射到半導(dǎo)體襯底4的第二個(gè)測(cè)定點(diǎn)從而進(jìn)行第二次 襯底電流的測(cè)定，并將該測(cè)定值保存于存儲(chǔ)裝置(步驟SB4)。之后，實(shí)施 通過(guò)法拉第杯8進(jìn)行的第三次電子束照射量的測(cè)定，交替進(jìn)行通過(guò)法拉第杯 8進(jìn)行的測(cè)定和襯底電流的測(cè)定(未圖示)。然后，在對(duì)最后的測(cè)定點(diǎn)進(jìn)行 襯底電流的測(cè)定之后，進(jìn)行通過(guò)法拉第杯8進(jìn)行的電子束照射量的測(cè)定，取 出半導(dǎo)體襯底4。
用計(jì)算機(jī)對(duì)通過(guò)上述測(cè)定操作得到的襯底電流的測(cè)定值和電子束照射 量的測(cè)定值進(jìn)行運(yùn)算處理，最終輸出用電子束照射量歸一化各測(cè)定點(diǎn)的襯底電流而得到的值。例如，在對(duì)根據(jù)第一次襯底電流的測(cè)定得到的村底電流進(jìn) 行歸一化時(shí)，使用通過(guò)法拉第杯8進(jìn)行的第一次測(cè)定值和第二次測(cè)定值的平 均值。而且，在對(duì)根據(jù)第二次襯底電流的測(cè)定得到的襯底電流進(jìn)行歸一化時(shí)， 使用通過(guò)法拉第杯8進(jìn)行的第二次測(cè)定值和第三次測(cè)定值的平均值。同樣 的，在對(duì)各測(cè)定點(diǎn)的襯底電流進(jìn)行歸一化時(shí)，使用在測(cè)定各測(cè)定點(diǎn)之前和之 后通過(guò)法拉第杯8所測(cè)定的電子束照射量的平均值。
根據(jù)該例，與上述圖3A所示的例子相比較，能夠?qū)㈦娮邮丈淞康淖?動(dòng)對(duì)歸 一化的襯底電流值的影響抑制得更小。 (第二實(shí)施方式)
圖4示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)。 本半導(dǎo)體分析裝置對(duì)半導(dǎo)體襯底4照射電子束，測(cè)定由該電子束在半導(dǎo) 體村底4上感應(yīng)出的襯底電流，將用電子束照射量對(duì)該襯底電流進(jìn)行歸一化 而得到的值作為測(cè)定值輸出，包括熱場(chǎng)發(fā)射器41、抑制柵極42、引出極 43、屏蔽罩44、光闌45、物4竟46、電流計(jì)A1和電流計(jì)A2。電子束》文出元 件41與各種驅(qū)動(dòng)電源Vex、 Vf和Vb連接。
如果說(shuō)明與權(quán)利要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系，托盤5構(gòu)成半導(dǎo)體襯底支撐單元，熱 場(chǎng)發(fā)射器41構(gòu)成電子束產(chǎn)生源，光闌45構(gòu)成電子束限制部件，屏蔽罩44 構(gòu)成屏蔽部件，電流計(jì)A2構(gòu)成第一測(cè)定單元，電流計(jì)A2構(gòu)成第一測(cè)定單 元。雖然圖4中未示出，但在本實(shí)施方式中也與上述第一實(shí)施方式同樣的， 半導(dǎo)體襯底4載置在托盤5上，該托盤5安裝在如圖2所示的XY座標(biāo)臺(tái)6 上。
這里，從熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的電子的量容易受到環(huán)境變化的影響，是 不穩(wěn)定的。例如，有時(shí)產(chǎn)生被稱為肖特基噪聲的突發(fā)的、非常高速的電流變 動(dòng)。另外，熱場(chǎng)發(fā)射器41是通過(guò)在前端銳利的鎢電極等表面上附著ZrO等 材料而作成的。由于電極的前端形狀、表面狀態(tài)、或者ZrO的附著程度、進(jìn) 而發(fā)射器本身的溫度容易發(fā)生變化，所以電子束照射量經(jīng)常發(fā)生變化。因此，
即使如上述第一實(shí)施方式用電子束照射量的平均值進(jìn)行歸一化，在電子束照射量發(fā)生突發(fā)變動(dòng)時(shí)，也會(huì)發(fā)生在測(cè)定值上產(chǎn)生誤差的情況。所以，為了應(yīng) 對(duì)電子束照射量的突發(fā)變動(dòng)，需要實(shí)時(shí)地測(cè)定電子束照射量。因而，在本實(shí) 施方式中提出了實(shí)時(shí)測(cè)定電子束照射量的裝置，在包括光闌的其周圍結(jié)構(gòu)上 具有特征。下面，著眼于包括光闌的其周圍結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖4中，從熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的電子流以各種能量向各方向飛出，大體分布為圓錐狀。由于從該熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的電子流中混合著各種能量 的電子，所以按照這種狀態(tài)則會(huì)降低電子束的聚束性，不能得到高析像度。所以，通過(guò)在中心形成數(shù)十微米的貫通孔45A的光闌45,從熱場(chǎng)發(fā)射 器41以圓錐狀飛出的電子流之中，選擇性地取出能量一致的中心部分作為 電子束13使用。從熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的電子之中，實(shí)際被取出作為電子束 13的電子的量為從熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的全部電子量的百萬(wàn)分之一以下。例 如，從熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的全部電子量約為100微安，而以電子束實(shí)際照 射到半導(dǎo)體襯底上的電子量約為10pA以下。通過(guò)如上方式使用具有微小貫 通孔45A的光闌45對(duì)從空間上相同場(chǎng)所放出的電子束進(jìn)行選擇性抽取，使 電子束中的電子能量一致，從而提高電子束的聚束性和分辨率。如上所述，實(shí)際照射到半導(dǎo)體村底上的電子束量相當(dāng)于從熱場(chǎng)發(fā)射器 41放出的全部電子之中通過(guò)光闌45的貫通孔45A的少量電子量，該電子束 量的變動(dòng)對(duì)襯底電流的測(cè)定值產(chǎn)生影響。因此，如前述第一實(shí)施方式中的描 述，為了確定對(duì)襯底電流的測(cè)定值進(jìn)行歸一化而使用的電子束照射量，希望 能測(cè)定通過(guò)光闌45并實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底4上的電子束量。但是，根據(jù)上述第一實(shí)施方式，不能在襯底電流的測(cè)定中測(cè)定電子束照 射量，不能實(shí)時(shí)地測(cè)定半導(dǎo)體襯底4的襯底電流。所以，在本實(shí)施方式中， 檢測(cè)出實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底4上的電子束13的周圍附近的電子束并被光 闌45遮斷的電子束，測(cè)定其電流值，從而間接掌握實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底 4上的電子束量。在本實(shí)施方式中，為了檢測(cè)出照射到半導(dǎo)體襯底4上的電子束周圍附近的電子束量，將具有比光闌45的貫通孔45A稍大的規(guī)定孔徑的屏蔽罩44 通過(guò)絕緣體安裝在光闌45的一面(朝向熱場(chǎng)發(fā)射器41的一面)。而且，將 電流計(jì)Al連接于光闌45，屏蔽罩44接地。 圖5示出了光闌45周圍的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。該圖中，在具有貫通孔的圓板狀支撐體47上形成有光闌45,在光闌45 的中心部形成有比支撐體47的上述貫通孔小的貫通孔45A,例如lO)im至 30 ju m左右。該貫通孔45A用于使從電子束源熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的全部電 子流的一部分選擇性地通過(guò)，利用該光闌45限制上述電子流的通過(guò)并形成 上述電子束13。光闌45連接有電流計(jì)Al,可以測(cè)定由上述電子流在光闌45上感應(yīng)出 的電流量。在光闌45的外周側(cè)的支撐體47上通過(guò)絕緣體46形成有具有比 貫通孔45A大的貫通孔的屏蔽罩44,通過(guò)該屏蔽罩44，除光闌45的貫通 孔45A和圍著該貫通孔45A的光闌45上的規(guī)定區(qū)域以外，屏蔽從熱場(chǎng)發(fā)射 器41放出的電子流。該屏蔽罩44接地的同時(shí)，對(duì)光闌45電絕緣。支撐體 47的貫通孔、光闌45的貫通孔45A和屏蔽罩44的貫通孔的中心大致一致， 通過(guò)光闌45的貫通孔45A的孔徑，從上述熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的電子通過(guò) 量得到限制。如上所述，通過(guò)絕緣體46設(shè)置屏蔽罩44，從而與光闌45的貫通孔45A 比較遠(yuǎn)離的區(qū)域的電子被屏蔽罩44屏蔽，同時(shí)，照射到位于貫通孔45A附 近的光闌45上的規(guī)定區(qū)域(該例中為光闌45的表面)的電子束量則通過(guò)光 闌45由電流計(jì)A1測(cè)定。另外，如果被屏蔽罩44屏蔽的電子積累到屏蔽罩 44，則由該電子形成的電場(chǎng)有可能會(huì)對(duì)電子束軌道產(chǎn)生影響，但由于屏蔽罩 44接地，所以在屏蔽罩44上不會(huì)積累電子，可以防止這種由電子造成的影 響。上述由電流計(jì)A1測(cè)定的電流量不是由照射到半導(dǎo)體襯底4的電子束13 產(chǎn)生的電流量，而是由其周圍附近的電子束產(chǎn)生的電流量，所以電流計(jì)Al 的測(cè)定值不直接表示電子束13的照射量。但是，由于通過(guò)光闌45的貫通孔45A的電子束13和照射到圍在貫通孔45A的周圍附近的光闌45上的電子束 的空間位置極其接近，所以這些電子束的特性(能量、相位等)極其相似。 因此，基于例如貫通孔45A的面積和光闌45的表面積(電子流被照射的面 積)的關(guān)系，就可以從電流計(jì)Al的測(cè)定值推定電子束13的照射量。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，由于檢測(cè)特性與實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底4上的 電子束13極其相似的周圍附近的電子束，所以在不妨礙實(shí)際照射到半導(dǎo)體 襯底4上的電子束13的照射的情況下，可以在襯底電流的測(cè)定中實(shí)時(shí)地掌 握電子束13的照射量。上述屏蔽罩44的貫通孔的大小優(yōu)選為光闌45的貫通孔45A面積的2 倍至10倍。由于屏蔽罩44的貫通孔的面積對(duì)照射到屏蔽罩44的電子束量 有直接的影響，所以希望準(zhǔn)確地形成屏蔽罩44的貫通孔。另外，優(yōu)選的， 作為屏蔽罩44的材料，摻雜硅等二次電子放出比接近1的材料(即，電子 難以積累的材料)使用。優(yōu)選的，光闌45由導(dǎo)電材料構(gòu)成，尤其在照射電子束時(shí)，將電子束有 效地變換為電流的材料。根據(jù)材料的種類不同，有如下情況即使照射電子 束，也僅放出相同量的二次電子，電子束不能有效地變換為電流。所以，在 本實(shí)施方式中，光闌45的材料使用例如鎢(W)、銅(Cu)或鋁(Al)。 也可以通過(guò)在光闌45的表面(電子束的照射面)上形成細(xì)深的槽或坑，從 而增加被光闌45吸收的電子量。相反，光闌45的材料即使使用放出的二次電子多于照射的電子束量的 材料(具有電子倍增效應(yīng)的材料)，同樣也可以靈敏度良好地檢測(cè)出電子束 13周圍附近的電子束。這類材料可以列舉金屬氧化物、導(dǎo)電陶瓷等。光闌 45及屏蔽罩44因?yàn)樵谑褂脮r(shí)有時(shí)會(huì)被加熱至100度以上，所以由耐熱性材 料構(gòu)成。下面，參照?qǐng)D5B對(duì)光闌周圍的第二結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說(shuō)明。 圖5B所示的例子在上述圖5A的結(jié)構(gòu)中，將屏蔽罩44及光闌45形成 為法拉弟杯狀。即，沿著屏蔽罩44的內(nèi)周邊和外周邊分別形成壁部44B。這樣形成壁部44B,從而可以防止打到屏蔽罩44的電子束向周圍飛散，抑 制對(duì)照射到光闌45上的電子帶來(lái)的影響。同樣的，也可以沿著光闌45的內(nèi) 周邊形成壁部45B,從而防止對(duì)通過(guò)貫通孔45A的電子帶來(lái)的影響。 圖5C示出了光闌周圍的第三結(jié)構(gòu)例。圖5C所示的結(jié)構(gòu)例中，在電子束通過(guò)的貫通孔60A的中心區(qū)域設(shè)有用 于檢測(cè)電子束的區(qū)域(電流測(cè)定區(qū)域)。即，該結(jié)構(gòu)例中，由導(dǎo)電部件構(gòu)成 的支撐體60形成為大致圓環(huán)狀，該支撐體60與電流計(jì)Al連接。支撐體60 的一部分60 B向貫通孔60A的中心以十字狀延伸，該十字部分60 B的交叉 部分，即，支撐體60的貫通孔60A的中心區(qū)域設(shè)置有直徑為幾微米的圓板 狀電子束檢測(cè)區(qū)域61。上述支撐體60的十字部分60 B起到電子束檢測(cè)區(qū)域 61和支撐體60之間的配線作用，在電子束檢測(cè)區(qū)域61中變換的電流通過(guò) 十字部分60B由與支撐體60連接的電流計(jì)Al測(cè)定。在支撐體60的上部， 通過(guò)絕緣體62形成有屏蔽罩63,該屏蔽罩63接地，以不會(huì)積累由電子束 產(chǎn)生的電荷。該結(jié)構(gòu)例中，通過(guò)支撐體60的貫通孔60A中除電子束檢測(cè)區(qū)域61和 十字部分60 B以外區(qū)域的電子束照射到半導(dǎo)體襯底上。這種微細(xì)的光闌結(jié) 構(gòu)可以使用近年的硅微細(xì)加工等蝕刻技術(shù)容易地形成。另外，如圖5B所示 的例子，也可以將屏蔽罩63形成為法拉第杯狀。圖5D示出了光闌周圍的第四結(jié)構(gòu)例。圖5D所示的結(jié)構(gòu)例在上述圖5C的結(jié)構(gòu)中還包括同心圓狀的兩個(gè)電子 束檢測(cè)區(qū)域70A和70B。根據(jù)該結(jié)構(gòu)例，反映了電子束能量分布，可以精度 更好地推定電子束量。即，上述從熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的電子束的能量服從 以該束的中心為最大值的正態(tài)分布，該分布具有像同心圓狀一樣的性質(zhì)。因 此，在電子束的中心部分和其周圍部分，嚴(yán)格地說(shuō)，能量分布不同。圖7所 示的例子中，由于通過(guò)同心圓狀的電子束^r測(cè)區(qū)域70A和70B還可以^r測(cè) 出位于中心區(qū)域外側(cè)的電子束，所以檢測(cè)出的電子束的能量方差變小，而且， 可以取大的電子束檢測(cè)量的絕對(duì)值。因此，與上述圖5C所示的例子相比較，可以更進(jìn)一步精度良好地推定照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束量。電子束吸收區(qū)域61、 70A和70B通過(guò)硅微細(xì)加工等形成，在其表面上 覆蓋電子束電流變換效率高的材料。如上所述，屏蔽罩63較佳地選擇因電 子束的照射而不積累電荷的材料，較佳地為硅等。另外，電子束檢測(cè)區(qū)域 61、 70A、 70B與屏蔽罩63電絕緣，屏蔽罩63接地。另外，如圖5B所示 的例子，屏蔽罩63也可以形成為法拉第杯狀。圖5E示出了光闌周圍的第五結(jié)構(gòu)例。圖5E所示的例子在上述圖5C所示的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上還包括放射狀的電子 束檢測(cè)區(qū)域71A~ 71F。這樣放射狀地形成電子束檢測(cè)區(qū)域，從而可以精度 更好地反映上述電子束的能量分布之后推定電子束量。該例中包括了四個(gè)電 子束檢測(cè)區(qū)域71A~ 71D，但不限定于此，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置其數(shù)量以及配置 位置。上述圖4以及圖5A~圖5E所示的第二實(shí)施方式中，由電流計(jì)Al測(cè)定 的電子束量不是實(shí)際通過(guò)光闌并照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束量，而是照射 到光闌(或電子束檢測(cè)區(qū)域)上的電子束量。因此，為了根據(jù)電流計(jì)A1的 測(cè)定值獲知實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底上的電子束量，需要預(yù)先掌握電流計(jì)1的 測(cè)定值與通過(guò)光闌45的電子束量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)該預(yù)先規(guī)定的對(duì)應(yīng) 關(guān)系換算電流計(jì)Al的測(cè)定值。下面，參照?qǐng)D6,說(shuō)明將電流計(jì)Al的測(cè)定值換算為照射到半導(dǎo)體襯底 4上的電子束的照射量的方法。為了進(jìn)行該換算，需要掌握與光闌45連接 的電流計(jì)1的測(cè)定值與通過(guò)光闌45的電子束量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖6示出了用于求出上述對(duì)應(yīng)關(guān)系的裝置結(jié)構(gòu)。該圖8所示的裝置結(jié)構(gòu) 基本上與圖4所示的裝置結(jié)構(gòu)相同，但不同點(diǎn)僅在于，在通過(guò)光闌45的電 子束的照射位置上，代替半導(dǎo)體襯底配置了與電流計(jì)A2連接的法拉第杯80。下面，利用圖6所示的裝置結(jié)構(gòu)說(shuō)明求出上述對(duì)應(yīng)關(guān)系的步驟。首先，將從熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的電子束量從零開始緩慢增加，此時(shí)用 電流計(jì)A2測(cè)定照射到法拉第杯80上的電子束的電流量(以下稱為法拉第杯電流)，同時(shí)，用電流計(jì)Al測(cè)定照射到光闌45上的電子束的電流量(以下稱為光闌電流量)。將按照以上方式得到的電流計(jì)Al的測(cè)定值(光闌電 流)和電流計(jì)A2的測(cè)定值(法拉第杯電流)進(jìn)行繪圖，得到圖7所示的特 性圖。圖7中，橫軸表示光闌電流(電流計(jì)Al的測(cè)定值)，縱軸表示法拉 第杯電流(電流計(jì)A2的測(cè)定值)。因?yàn)閮烧叽篌w上為直線關(guān)系，所以求出回歸式，得到從光闌電流到法拉 第杯電流的換算式。例如得到"光闌電流40x法拉第杯電流"的換算式。 利用該換算式就可以根據(jù)電流計(jì)Al的測(cè)定值(光闌電流)推定照射到半導(dǎo) 體襯底上的電子束的照射量。圖7所示的光闌電流和法拉第杯電流的對(duì)應(yīng)關(guān) 系以如上換算式存儲(chǔ)在本半導(dǎo)體分析裝置的計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)換算光闌電流 的測(cè)定值，確定用于歸一化上述襯底電流值的電子束照射量。(第三實(shí)施方式)圖8示出了本發(fā)明第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體分析裝置的結(jié)構(gòu)。 本半導(dǎo)體分析裝置對(duì)半導(dǎo)體襯底4照射電子束，測(cè)定由所述電子束在所 述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流，并將用所述電子束照射量歸一化該襯底 電流所得到的值作為測(cè)定值輸出，包括熱場(chǎng)發(fā)射器41、抑制柵極42、引 出極43、光闌106、消隱電極106、消隱控制裝置107、法拉第杯108、物 鏡46、電流計(jì)A2和電流計(jì)A3。電子束》文出元件41與各種驅(qū)動(dòng)電源Vex、 Vf和Vb連接。這里，光闌105具有用于選擇性地使從熱場(chǎng)發(fā)射器41放出的電子流的 一部分通過(guò)的貫通孔，是限制所述電子流的通過(guò)而形成照射到半導(dǎo)體襯底4 的電子束的部件。該光闌105的貫通孔附近設(shè)置有消隱電極106,該消隱電 極106與消隱控制裝置107連接。消隱電極106在消隱控制裝置107的控制 下，使通過(guò)光闌105的電子束瞬間發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在被消隱電極106偏轉(zhuǎn)的電子 束的照射位置上設(shè)置與電流計(jì)A3連接的法拉第杯108。通過(guò)該法拉第杯108 檢測(cè)上述被偏轉(zhuǎn)的電子束。接著，對(duì)本實(shí)施方式的操作進(jìn)行說(shuō)明。在測(cè)定半導(dǎo)體襯底4的襯底電流的通常操作中，不會(huì)由消隱電極106進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，而是將通過(guò)光闌105的電子束直接照射到半導(dǎo)體襯底4上，此時(shí)產(chǎn) 生的襯底電流由電流計(jì)A2測(cè)定。在電子束照射量的測(cè)定操作中，在消隱控制裝置107的控制下，由消隱 電極106瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)通過(guò)光闌105的電子束，將其引導(dǎo)至法拉第杯108。被偏 轉(zhuǎn)的電子束的照射量用法拉第杯A3檢測(cè)，并由電流計(jì)A3測(cè)定。即，根據(jù) 該例，直接測(cè)定實(shí)際照射到半導(dǎo)體襯底4上的電子束13的照射量。通常，測(cè)定半導(dǎo)體襯底上的測(cè)定點(diǎn)中的襯底電流的時(shí)間為l秒左右，但 該測(cè)定前后或者根據(jù)需要由消隱電極106偏轉(zhuǎn)電子束，使其入射至法拉第杯 108。在該時(shí)才幾由電流計(jì)A3測(cè)定電流值。由電流計(jì)A3測(cè)定的^直:帔存儲(chǔ)于計(jì) 算機(jī)(無(wú)圖示)中，如上所述，用于由電流計(jì)A2測(cè)定的襯底電流的歸一化。根據(jù)本實(shí)施方式，與間接推定電子束照射量的上述第二實(shí)施方式相比 較，可以直接測(cè)定電子束的照射量。而且，通過(guò)調(diào)節(jié)消隱操作(瞬時(shí)的偏轉(zhuǎn) 操作)的速度和時(shí)機(jī)，對(duì)半導(dǎo)體襯底的襯底電流的測(cè)定操作幾乎不產(chǎn)生影響， 可以瞬時(shí)測(cè)定電子束的照射量。例如，因?yàn)橄[速度能夠以數(shù)兆赫以上的速 度進(jìn)行，所以可以在襯底電流的測(cè)定中將電子束瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)至法拉第杯108的 方向并由電流計(jì)A3測(cè)定電流，在下一個(gè)瞬間將電子束的照射方向返回至半 導(dǎo)體襯底4的方向并由電流計(jì)A2進(jìn)4亍襯底電流的測(cè)定。 (第四實(shí)施方式)圖9示出了本發(fā)明第四實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。圖9所示的半導(dǎo)體分析裝置是將上述第二實(shí)施方式和第三實(shí)施方式結(jié) 合的裝置。對(duì)本實(shí)施方式的操作進(jìn)行說(shuō)明。本裝置的操作為，第二實(shí)施方式的操作即根據(jù)照射到光闌45上的電子 束量推定電子束照射量的操作的基礎(chǔ)上，利用通過(guò)法拉第杯108測(cè)定的電子 束照射量的電流值更新上述圖7所示的光闌電流和法拉第杯電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)本實(shí)施方式，在襯底電流的測(cè)定空隙將電子束偏轉(zhuǎn)至法拉第杯108, 從而可以由電流計(jì)A3精度良好地測(cè)定通過(guò)光闌的電子束的照射量。于是，利用該電流計(jì)A3的測(cè)定值和電流計(jì)Al的測(cè)定值，就可以幾乎實(shí)時(shí)地更新基于圖7所示的光闌電流和法拉第杯電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系的換算式。因此，根據(jù)光闌電流可以快速且精度良好地?fù)Q算出電子束的實(shí)際照射量，可以精度良好地推定電子束量。所以，可以精度更好地根據(jù)電子束量歸一化襯底電流。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，與上述第二實(shí)施方式同樣的，在襯底電流的測(cè)定中發(fā)生的實(shí)時(shí)高速電流變動(dòng)可以^L為光闌電流的變動(dòng)由電流計(jì)Al測(cè)定，并利用該測(cè)定值作為歸一化襯底電流的值，所以，可以立即應(yīng)對(duì)因電子束的突發(fā)變動(dòng)造成的測(cè)定值的變動(dòng)。以上，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，當(dāng)然，在不脫離本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)可以施加種種變更。例如，在上述實(shí)施 方式中以使用電子束的分析裝置為例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于此，本 發(fā)明也可以適用于使用離子束的分析裝置。 產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明在用于半導(dǎo)體器件或其制造工藝中的分析、制造、測(cè)定或評(píng)價(jià)等 的裝置、以及半導(dǎo)體器件制造方法中有用。例如，在使用對(duì)晶片等半導(dǎo)體襯 底照射電子束或離子束的技巧的分析技術(shù)、測(cè)定技術(shù)、評(píng)價(jià)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、 以及半導(dǎo)體器件制造裝置及方法的領(lǐng)域中，可以利用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體分析裝置，對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子束，測(cè)定由所述電子束在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流，輸出用所述電子束的照射量歸一化該襯底電流得到的值，其特征在于，該裝置包括半導(dǎo)體襯底支撐單元，支撐所述半導(dǎo)體襯底；電子束產(chǎn)生單元，產(chǎn)生所述電子束；電子束檢測(cè)器，用于檢測(cè)所述電子束；和測(cè)定單元，為測(cè)定在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流和用所述電子束檢測(cè)器檢測(cè)出的電子束的照射量而共用。
2、 一種半導(dǎo)體分析裝置，對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子束，測(cè)定由所述電子束在 所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的村底電流，輸出用所述電子束的照射量歸一化該襯 底電流得到的值，其特征在于，該裝置包括半導(dǎo)體襯底支撐單元，支撐所述半導(dǎo)體襯底； 電子束源，放出電子；一部分通過(guò)的貫通孔，限制所述電子流的通過(guò)并形成照射到所述半導(dǎo)體襯底 的電子束；屏蔽部件，與所述電子束限制部件電絕緣，除所述貫通孔和圍著該貫通 孔的所述電子束限制部件上的規(guī)定區(qū)域以外，屏蔽從所述電子束源放出的所 述電子流；第一測(cè)定單元，測(cè)定在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流；和 第二測(cè)定單元，測(cè)定在所述電子束限制部件上感應(yīng)出的電流。
3、 一種半導(dǎo)體分析裝置，對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子束，測(cè)定由所述電子束在 所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流，輸出用所述電子束的照射量歸一化該襯 底電流得到的值，其特征在于，該裝置包括半導(dǎo)體襯底支撐單元，支撐所述半導(dǎo)體襯底；電子束源，放出電子；電子束限制部件，具有用于選擇性地使從所述電子束源放出的電子流的一 部分通過(guò)的貫通孔，限制所述電子流的通過(guò)并形成照射到所述半導(dǎo)體襯底的電子束；電子束偏轉(zhuǎn)單元，用于瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)所述電子束； 電子束檢測(cè)器，用于檢測(cè)被所述電子束偏轉(zhuǎn)單元偏轉(zhuǎn)的電子束； 第一測(cè)定單元，測(cè)定在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流；和 第二測(cè)定單元，測(cè)定用所述電子束檢測(cè)器檢測(cè)出的電子束的照射量。
4、 一種半導(dǎo)體分析裝置，對(duì)半導(dǎo)體襯底照射電子束，測(cè)定由所述電子束在 所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流，輸出用所述電子束的照射量歸一化該襯 底電流得到的值，其特征在于，該裝置包括半導(dǎo)體襯底支撐單元，支撐所述半導(dǎo)體襯底； 電子束源，放出電子；電子束限制部件，具有用于選擇性地使從所述電子束源放出的電子流的一 部分通過(guò)的貫通孔，限制所述電子流的通過(guò)并形成照射到所述半導(dǎo)體襯底的電 子束；屏蔽部件，與所述電子束限制部件電絕緣，除所述貫通孔和圍著該貫通孔 的所述電子束限制部件上的規(guī)定區(qū)域以外，屏蔽從所述電子束源放出的所述電 子流；電子束偏轉(zhuǎn)單元，用于瞬時(shí)偏轉(zhuǎn)所述電子束； 電子束檢測(cè)器，用于檢測(cè)被所述電子束偏轉(zhuǎn)單元偏轉(zhuǎn)的電子束； 第一測(cè)定單元，測(cè)定在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流； 第二測(cè)定單元，測(cè)定在所述電子束限制部件上感應(yīng)出的電流；和 第三測(cè)定單元，測(cè)定用所述電子束檢測(cè)器檢測(cè)出的電子束的照射量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 所述電子束檢測(cè)器為法拉第杯。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于，在所述襯底電流的測(cè)定前后，用所述電子束檢測(cè)器檢測(cè)由所述電子束產(chǎn)生的照射量，將用所述測(cè)定單元測(cè)定的所述電子束的照射量用于對(duì)所述襯底電流 的歸一化。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 在所述貫通孔的中心區(qū)域設(shè)置有電子束檢測(cè)區(qū)域。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 在所述貫通孔設(shè)置有同心圓狀的電子束檢測(cè)區(qū)域。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 在所述貫通孔設(shè)置有放射狀的電子束檢測(cè)區(qū)域。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7 9中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 在所述貫通孔設(shè)置有用于將在所述電子束檢測(cè)區(qū)域檢測(cè)出的電流輸出至外部的配線部。
11、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 使用基于所述第二測(cè)定單元的測(cè)定值和照射到所述半導(dǎo)體襯底上的電子束的照射量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的規(guī)定換算式，將所述第二測(cè)定單元的測(cè)定值換算為 所述電子束的照射量。
12、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 利用所述第二測(cè)定單元的測(cè)定值歸一化所述第一測(cè)定單元的測(cè)定值。
13、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 所述屏蔽部件形成為法拉第杯狀。
14、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 所述電子束限制部件形成為法拉第杯狀。
15、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 所述屏蔽部件由具有吸收所述電子流的性質(zhì)的材料構(gòu)成。
16、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于， 所述屏蔽部件包含硅。
17、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于, 所述電子束限制部件為鎢、銅和鋁中的任意一個(gè)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求2或4中任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體分析裝置，其特征在于, 所述電子束限制部件為金屬氧化物和導(dǎo)電陶瓷中的任意一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明的課題是提供一種半導(dǎo)體分析裝置，相對(duì)電子束量的變動(dòng)，能夠得到精度良好的測(cè)定值。本發(fā)明的半導(dǎo)體分析裝置測(cè)定將電子束照射到半導(dǎo)體襯底上時(shí)在所述半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流，包括支撐半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體襯底支撐單元、產(chǎn)生電子束的電子束產(chǎn)生單元、用于檢測(cè)電子束照射量的電子束檢測(cè)單元、測(cè)定在半導(dǎo)體襯底上感應(yīng)出的襯底電流和由電子束檢測(cè)單元檢測(cè)出的電子束量的電流測(cè)定單元。
文檔編號(hào)H01L21/66GK101273447SQ20058005169
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者山田惠三 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康