JP2001066287A - Measuring apparatus for interface potential - Google Patents

Measuring apparatus for interface potential

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JP2001066287A
JP2001066287A JP24226199A JP24226199A JP2001066287A JP 2001066287 A JP2001066287 A JP 2001066287A JP 24226199 A JP24226199 A JP 24226199A JP 24226199 A JP24226199 A JP 24226199A JP 2001066287 A JP2001066287 A JP 2001066287A
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Japan
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silicon substrate
electron beam
electron
interface
sensor
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JP24226199A
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Japanese (ja)
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Katsuhiko Tomita
勝彦 冨田
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Horiba Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a measuring apparatus in which a silicon substrate is scanned two-dimensionally by a very thin electron beam, in which high-resolution two-dimensional information at a submicron level can be obtained and in which a high-resolution two-dimensional image is obtained. SOLUTION: In the upper part of the vacuum case 1 of an electron microscope, an ion sensor 2 in which a sensor face 7 responding to ions is formed on the surface of a high-resistance silicon substrate 5 is arranged in such a way that the sensor face 7 is directed upward to the side of the air. An electron- beam irradiation part 3 is installed on the lower side of the silicon substrate 5 inside the vacuum case 1. An electron beam 19 which is generated in the electron-beam irradiation part 3 is irradiated while it is being scanned two- dimensionally on the bottom side of the silicon substrate 5. As a result, a potential in the interface between a solution 9 which is installed so as to come into contact with the sensor face 7, and the sensor face 7 is taken out as an interface potential signal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、溶液と固体との
界面(溶液/固体界面)における電位分布を測定する界
面電位測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an interfacial potential measuring device for measuring a potential distribution at an interface between a solution and a solid (solution / solid interface).

【0002】[0002]

【発明の背景】電子線や、電子線をガス体と衝突させた
ときその衝突電離作用によって生ずるイオンビームは、
その利用形態として、単一ビームを利用する形態と、テ
レビのブラウン管の電子ビームのように、X,Y方向に
ビーム走査して利用する形態とに分かれるが、このう
ち、単一ビームの用途は、試料表面に照射して物質の界
面の分析に利用され、そのビームの放射エネルギーとビ
ーム径により、電子顕微鏡やSIMS(二次イオン質量
分析計)などマイクロビームアナリシスとして多彩な分
析手法がある。
BACKGROUND OF THE INVENTION An electron beam or an ion beam generated by the impact ionization effect when an electron beam collides with a gaseous body is:
The use forms are divided into a form using a single beam and a form using a beam scanning in the X and Y directions, such as an electron beam of a cathode ray tube of a television. There are various analysis methods such as electron microscope and SIMS (secondary ion mass spectrometer) based on the radiant energy and beam diameter of the beam by irradiating the sample surface to analyze the interface of the substance.

【0003】ところで、電子線は、適宜の電子デバイス
を用いることにより、0.1〜1μm以下のビーム径に
容易に絞ることができ、高い空間分解能を得ることがで
きる。そして、電子線は、電界、磁界の作用により照射
位置の制御を容易に行うことができる。さらに、電子線
を測定対象物体(試料)に照射したときに生ずる二次電
子を検出することにより、試料表面の電位変化を検出す
ることができる。
By the way, the electron beam can be easily reduced to a beam diameter of 0.1 to 1 μm or less by using an appropriate electronic device, and a high spatial resolution can be obtained. The irradiation position of the electron beam can be easily controlled by the action of an electric field and a magnetic field. Furthermore, a potential change on the sample surface can be detected by detecting secondary electrons generated when the measurement object (sample) is irradiated with the electron beam.

【0004】また、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い
て半導体を観察する手法の一つに、二次電子、反射電
子、吸収電子を信号とする以外に、電子起電力像(El
ectromotive Force Image)ま
たは電子ビーム誘起電流像(Electron Bea
m Induced Current Image)と
いう独特の形像法がある。
[0004] One of the techniques for observing a semiconductor using a scanning electron microscope (SEM) includes, besides using secondary electrons, reflected electrons, and absorbed electrons as signals, an electron electromotive force image (El).
Electromagnetic Force Image or Electron Beam Induced Current Image (Electron Beam)
m Induced Current Image).

【0005】前記電子起電力像またはEBIC像につい
て説明すると、物体に電子線を照射したとき、入射電子
の一部は、試料内部でエネルギーを失い、吸収電流とな
るが、物体が半導体の場合、その過程で結晶電子と相互
作用を持ち、電子なだれ現象を生ずる。今この電子なだ
れによって発生した電子・正孔対は、pn接合部の電位
傾斜によってそれぞれp領域およびn領域に引き込まれ
る。
[0005] The electron electromotive force image or the EBIC image will be described. When an object is irradiated with an electron beam, some of the incident electrons lose energy inside the sample and become an absorption current. In the process, it interacts with the crystal electrons and causes an avalanche phenomenon. The electron-hole pairs generated by the electron avalanche are drawn into the p region and the n region by the potential gradient of the pn junction.

【0006】そして、前記pn接合部を外部で短絡して
閉回路を形成すると、大きな電流が流れ、電子線を照射
した部分に起電力が生ずるが、外部で短絡を行わない場
合は、pn接合部近傍の電子・正孔対の準フェルミレベ
ルに想到する起電力が生ずる。この起電力または電流を
外部に取り出し、増幅したSEMの映像信号として作ら
れる画像を電子起電力像またはEBIC像と呼んでい
る。
If the pn junction is short-circuited externally to form a closed circuit, a large current flows and an electromotive force is generated in the portion irradiated with the electron beam. An electromotive force is generated that reaches the quasi-Fermi level of the electron-hole pair near the part. The electromotive force or current is extracted to the outside, and an image created as an amplified SEM video signal is called an electronic electromotive force image or an EBIC image.

【0007】図4は、前記EBIC像の観察に用いる装
置の概略構成を示すもので、この図において、41はp
n接合の半導体基板で、42はp領域、43はn領域、
44はそれらの中間の空間電荷層である。45は加速機
構(図示していない)によって加速された電子線46を
p領域42に照射したときに生ずる二次電子47を検出
する二次電子検出器である。48は半導体基板にバイア
ス電圧を付与するバイアス電源、49はバイアス抵抗、
50はコンデンサである。51は画像処理機能を有する
コンピュータ、52はカラーディスプレイである。ま
た、53は二次電子検出器45の出力を増幅するアンプ
である。
FIG. 4 shows a schematic configuration of an apparatus used for observing the EBIC image. In FIG.
an n-junction semiconductor substrate, 42 is a p-region, 43 is an n-region,
44 is a space charge layer between them. A secondary electron detector 45 detects a secondary electron 47 generated when the electron beam 46 accelerated by an acceleration mechanism (not shown) is applied to the p region 42. 48 is a bias power supply for applying a bias voltage to the semiconductor substrate, 49 is a bias resistor,
50 is a capacitor. 51 is a computer having an image processing function, and 52 is a color display. An amplifier 53 amplifies the output of the secondary electron detector 45.

【0008】前記装置によるEBIC像の観察において
は、バイアス電圧を印加しない場合もあって、例えば半
導体41内に存在する滑り面を詳細な構造まで求めるこ
とができる。そして、EBIC像観察の用いるプローブ
電流は、通常のSEM観察時のオーダー(10-11 A以
下)でも可能であるが、加速電圧は検出部位の深さに応
じて適宜設定する必要がある。
In the observation of the EBIC image by the above-mentioned apparatus, there is a case where no bias voltage is applied, and for example, a slip surface existing in the semiconductor 41 can be obtained up to a detailed structure. The probe current used for EBIC image observation can be on the order (10 −11 A or less) during normal SEM observation, but the acceleration voltage needs to be set appropriately according to the depth of the detection site.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】一般に、物質界面での
物性計測においては、測定プローブ光のビーム径がその
まま測定対象範囲を決定する。分析技術が高度・高精度
ということは、測定対象が微小面積であることが決定的
である。前記プローブ光は、分解能などの観点から、ビ
ーム径の非常に細いものが要求され、レーザ光を用いる
場合、これが可視光、紫外光のいずれの場合であっても
ビーム径を1μm以下に絞り込むことは極めて困難であ
り、光そのものの波長の制限を受けることとなる。その
ため、プローブ光としては、紫外線レーザやX線レーザ
までが限界であるが、レーザとしては現在において未だ
一般的ではない。
Generally, in physical property measurement at a material interface, the beam diameter of the measurement probe light directly determines the measurement target range. The high level and high accuracy of the analysis technique is crucial when the measurement target is a very small area. The probe light is required to have a very small beam diameter from the viewpoint of resolution and the like. When using laser light, the beam diameter should be reduced to 1 μm or less regardless of whether the light is visible light or ultraviolet light. Is extremely difficult, and the wavelength of light itself is limited. Therefore, as a probe light, an ultraviolet laser or an X-ray laser is a limit, but a laser is not yet generally used at present.

【0010】そして、電子線プローブ光は、光学系で絞
り込んだ場合、レーザ光のビーム径よりの波長が短いの
で、原理的に細いビームとすることができる。そのた
め、従来の電子線による走査を行う場合、高真空中でビ
ーム径をÅオーダーの極限まで絞っていたが、ビーム走
査装置が極めて高価なものとなっていた。
When the electron beam probe light is narrowed down by the optical system, the wavelength is shorter than the beam diameter of the laser light. For this reason, in the case of performing scanning by a conventional electron beam, the beam diameter is reduced to the limit of the order of Å in a high vacuum, but the beam scanning apparatus has become extremely expensive.

【0011】これに対して、例えば特開平10−153
575号公報に示されるように、溶液におけるイオン濃
度測定を行うため、真空管の電子線照射窓に、Si3
4 (またはTa2 3 )/SiO2 /Si構造のセンサ
を形成した電子線走査型二次元濃度測定装置がある。
On the other hand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-153
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 575/575, in order to measure the ion concentration in a solution, Si 3 N
There is an electron beam scanning type two-dimensional concentration measuring device provided with a sensor having a 4 (or Ta 2 O 3 ) / SiO 2 / Si structure.

【0012】しかしながら、上記公報に開示された装置
では、センサ基板として通常の比抵抗を有する高純度で
はないシリコン基板を用いているため、シリコン基板の
裏面(センサ面とは反対側の面)から微細な電子線を照
射しても、空乏層まで電子が到達せず、シリコン基板表
面のセンサ面における界面電位を反映した信号を取り出
すことが困難であるといった不都合がある。そして、こ
のような不都合を解消するため、シリコン基板の電子線
照射部位を薄くすることが考えられるが、シリコン基板
を真空と大気圧とを隔てるように設けるといった特殊な
条件下において、シリコン基板を極端に薄くするといっ
たことは、機械的強度の上から好ましくなく、リークや
破損のおそれも出てくる。
However, in the device disclosed in the above publication, since a non-high-purity silicon substrate having a normal specific resistance is used as the sensor substrate, the back surface of the silicon substrate (the surface opposite to the sensor surface) is used. Even if a fine electron beam is irradiated, there is a disadvantage that electrons do not reach the depletion layer and it is difficult to extract a signal reflecting an interface potential on the sensor surface of the silicon substrate surface. In order to eliminate such inconveniences, it is conceivable to make the electron beam irradiated portion of the silicon substrate thinner.However, under special conditions such as providing the silicon substrate so as to separate vacuum and atmospheric pressure, the silicon substrate is Extremely thinning is not preferable from the viewpoint of mechanical strength, and may cause leakage or breakage.

【0013】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、従来のSEMと同様の電子線を
用いた新規で有用な界面電位測定装置を提供することで
ある。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and an object of the present invention is to provide a new and useful interface potential measuring device using an electron beam similar to a conventional SEM.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の界面電位測定装置は、電子顕微鏡の真空
ケースの上部に、高抵抗のシリコン基板の表面にイオン
に応答するセンサ面を形成したイオンセンサ部を、セン
サ面が大気側かつ上方を向くように配置し、前記真空ケ
ース内のシリコン基板より下方側に電子線照射部を設
け、この電子線照射部において発生する電子線を前記シ
リコン基板の下面側に二次元的に走査しながら照射する
ことにより、前記センサ面に接するようにして設けられ
る溶液とセンサ面との界面における電位を界面電位信号
として取り出すようにしている(請求項1)。
In order to achieve the above object, an interfacial potential measuring apparatus according to the present invention has a sensor surface responsive to ions formed on the surface of a high-resistance silicon substrate on the upper part of a vacuum case of an electron microscope. The ion sensor part is arranged such that the sensor surface faces the atmosphere side and upwards, an electron beam irradiation part is provided below the silicon substrate in the vacuum case, and the electron beam generated in the electron beam irradiation part is By irradiating the lower surface side of the silicon substrate while scanning it two-dimensionally, the potential at the interface between the solution provided in contact with the sensor surface and the sensor surface is taken out as an interface potential signal. 1).

【0015】上記界面電位測定装置においては、非常に
細い電子線によってシリコン基板の下面(裏面)が二次
元的に走査されるようにして照射されるので、サブミク
ロンレベルの高分解能の二次元情報を得ることができ
る。
In the above interface potential measuring device, the lower surface (back surface) of the silicon substrate is irradiated with an extremely fine electron beam so as to be scanned two-dimensionally. Can be obtained.

【0016】そして、前記界面電位測定装置において、
シリコン基板の下面側に二次電子検出器を設け、シリコ
ン基板に電子線を照射したときに発生する二次電子を前
記二次電子検出器で検出し、この二次電子検出器の出力
に基づいて二次電子画像を得るようにしてもよく(請求
項2)、このようにした場合、上記二次元情報に加え
て、シリコン基板内部の情報をも得ることができる。
In the above-mentioned interfacial potential measuring device,
A secondary electron detector is provided on the lower surface side of the silicon substrate, secondary electrons generated when the silicon substrate is irradiated with an electron beam are detected by the secondary electron detector, and based on the output of the secondary electron detector. A secondary electron image may be obtained (claim 2). In such a case, information inside the silicon substrate can be obtained in addition to the two-dimensional information.

【0017】また、前記界面電位測定装置において、シ
リコン基板の下面に半導体位置検出器を設けてもよく
(請求項3)、このようにした場合、電子線の入射位置
を確実に検出することができる。
In the interface potential measuring device, a semiconductor position detector may be provided on the lower surface of the silicon substrate (claim 3). In such a case, it is possible to reliably detect the incident position of the electron beam. it can.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。まず、図1は、この発明の第1
の実施の形態における界面電位測定装置の構成を概略的
に示すもので、溶液などのイオン濃度(例えばpH)の
二次元分布を測定できるように構成されている。すなわ
ち、図1において、1は内部が真空に保持された真空ケ
ースで、その上部側にはイオンセンサ部2が設けられ、
下部側には電子線照射部3が設けられ、イオンセンサ部
2の下方の空間(電子線照射部3を含む)4は適宜の真
空状態に保持されている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
1 schematically shows a configuration of an interfacial potential measuring device according to the embodiment, which is configured to measure a two-dimensional distribution of an ion concentration (for example, pH) of a solution or the like. That is, in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vacuum case in which the inside is held in a vacuum, and an ion sensor unit 2 is provided on an upper side thereof,
An electron beam irradiation unit 3 is provided on the lower side, and a space (including the electron beam irradiation unit 3) 4 below the ion sensor unit 2 is maintained in an appropriate vacuum state.

【0019】前記イオンセンサ部2は、高純度(すなわ
ち、比抵抗が30kΩ・cm以上の高抵抗)なシリコン
基板5の上面に絶縁層としてのSiO2 層6、センサ面
としてのSi3 4 層7が熱酸化、CVDなどの手法に
よって順次形成してなるもので、センサ面7は、水素イ
オンに応答するように形成されており、大気側かつ上方
を向くように配置されている。そして、イオンセンサ部
2におけるシリコン基板5、絶縁層6、センサ面7のそ
れぞれの厚みは、0.5〜1μm、100〜1000
Å、100〜1000Åというように薄く設定されてい
る。8はセンサ面7に臨みその周囲を囲むようにして設
けられるセルで、例えば溶液など液体試料9を収容でき
るように構成されている。
The ion sensor section 2 has a SiO 2 layer 6 as an insulating layer on the upper surface of a silicon substrate 5 having a high purity (that is, a high resistance having a specific resistance of 30 kΩ · cm or more), and Si 3 N 4 as a sensor surface. The layer 7 is sequentially formed by a method such as thermal oxidation or CVD. The sensor surface 7 is formed so as to respond to hydrogen ions, and is arranged so as to face the atmosphere and upward. The thicknesses of the silicon substrate 5, the insulating layer 6, and the sensor surface 7 in the ion sensor section 2 are 0.5 to 1 μm, 100 to 1000, respectively.
{, 100-1000}. Reference numeral 8 denotes a cell which faces the sensor surface 7 and is provided so as to surround the sensor surface 7, and is configured to accommodate a liquid sample 9 such as a solution.

【0020】そして、図1において、10,11は液体
試料9に接触するようにして設けられる対極、比較電極
で、後述するポテンショスタット14の安定化バイアス
回路16に接続されている。また、12はシリコン基板
5に設けられる電流信号取出し用のオーミック電極で、
後述する電流−電圧変換器17および演算増幅回路18
を介して安定化バイアス回路16に接続されている。
In FIG. 1, reference numerals 10 and 11 denote counter electrodes and reference electrodes provided in contact with the liquid sample 9 and are connected to a stabilizing bias circuit 16 of a potentiostat 14 described later. Reference numeral 12 denotes an ohmic electrode provided on the silicon substrate 5 for extracting a current signal.
A current-voltage converter 17 and an operational amplifier circuit 18 described later
Is connected to the stabilizing bias circuit 16 through the gate.

【0021】また、図1において、13はイオンセンサ
部2を制御するための制御ボックスであって、シリコン
基板5に適宜のバイアス電圧を印加し、そのときに得ら
れる信号を電流信号として取り出すポテンショスタット
14と、このポテンショスタット14と信号を授受する
インターフェイスボード15よりなる。そして、ポテン
ショスタット14は、安定化バイアス回路16とシリコ
ン基板5に形成されたオーミック電極12から取り出さ
れる電流信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換器1
7と、この電流−電圧変換器17からの信号が入力され
る演算増幅回路18とから構成されている。
In FIG. 1, reference numeral 13 denotes a control box for controlling the ion sensor section 2, which is a potentiometer for applying an appropriate bias voltage to the silicon substrate 5 and extracting a signal obtained at that time as a current signal. It comprises a stat 14 and an interface board 15 for transmitting and receiving signals to and from the potentiostat 14. The potentiostat 14 is a current-voltage converter 1 that converts a current signal extracted from the stabilizing bias circuit 16 and the ohmic electrode 12 formed on the silicon substrate 5 into a voltage signal.
7 and an operational amplifier circuit 18 to which a signal from the current-voltage converter 17 is input.

【0022】そして、前記電子線照射部3は、シリコン
基板5に対してその下面側から十分に細い電子線19を
二次元的に走査しながら照射するもので、フィラメント
20、ウェーネルト円筒21、アノード22、コンデン
サレンズ23、偏向コイル24、対物レンズ25などか
らなり、通常のSEMにおける電子線照射のための構成
と全く同じである。26は走査電源部、27は倍率可変
抵抗である。
The electron beam irradiator 3 irradiates the silicon substrate 5 with a sufficiently thin electron beam 19 from its lower surface while scanning it two-dimensionally. The filament 20, the Wehnelt cylinder 21, the anode 22, a condenser lens 23, a deflecting coil 24, an objective lens 25, etc., and have exactly the same configuration as that for electron beam irradiation in a normal SEM. 26 is a scanning power supply unit, and 27 is a variable magnification resistor.

【0023】28は画像処理機能を有する制御・演算部
としてのコンピュータで、前記制御ボック13と信号の
授受を行い、電子線照射部3を制御するとともに、各種
の制御や演算を行う。29はカラーディスプレイなどの
表示装置である。なお、図示は省略しているが、前記コ
ンピュータ28は、キーボードやマウスなどの入力装置
やメモリ装置を備えている。
Reference numeral 28 denotes a computer as a control / arithmetic unit having an image processing function. The computer 28 exchanges signals with the control box 13 to control the electron beam irradiating unit 3 and perform various controls and arithmetic operations. Reference numeral 29 denotes a display device such as a color display. Although not shown, the computer 28 includes an input device such as a keyboard and a mouse, and a memory device.

【0024】上記構成の界面電位測定装置を用いて、溶
液のpHを測定する場合について説明すると、セル8内
に試料として溶液9を入れる。これにより、センサ面7
に溶液9が接する。そして、対極10および比較電極1
1を溶液9に浸漬する。
The case where the pH of a solution is measured using the above-structured interfacial potential measuring device will be described. A solution 9 is put into a cell 8 as a sample. Thereby, the sensor surface 7
Is in contact with the solution 9. Then, the counter electrode 10 and the reference electrode 1
Immerse 1 in solution 9.

【0025】上記の状態で、シリコン基板5に空乏層が
発生するように、ポテンショスタット14からの直流電
圧を比較電極11とオーミック電極12との間に印加し
て、シリコン基板5に所定のバイアス電圧を印加する。
この状態でシリコン基板5に対して、電子線照射部3か
らの電子線19を断続的に照射することによってシリコ
ン基板5に交流電子電流を発生させる。この電子線19
の照射は、コンピュータ28からの制御信号に基づいて
行われる。前記電流は、シリコン基板5の照射点に対向
する点で、センサ面7に接している溶液9におけるpH
を反映した値であり、その値を測定することにより、こ
の部分でのpH値を知ることができ、溶液9におけるp
Hの二次元分布が表示装置29の画面上に表示される。
In the above state, a DC voltage from the potentiostat 14 is applied between the comparison electrode 11 and the ohmic electrode 12 so that a depletion layer is generated on the silicon substrate 5, and a predetermined bias is applied to the silicon substrate 5. Apply voltage.
In this state, an alternating electron current is generated in the silicon substrate 5 by intermittently irradiating the silicon substrate 5 with the electron beam 19 from the electron beam irradiation unit 3. This electron beam 19
Is performed based on a control signal from the computer 28. The current is the pH of the solution 9 in contact with the sensor surface 7 at the point facing the irradiation point of the silicon substrate 5.
The pH value at this portion can be known by measuring the value,
The two-dimensional distribution of H is displayed on the screen of the display device 29.

【0026】上述したように、上記構成の界面電位測定
装置においては、電子線照射部31から発せられる電子
線19によって、上面にセンサ面7を形成した高純度の
シリコン基板5を二次元的に照射するようにしているの
で、高分解能の二次元画像を得ることができる。
As described above, in the interface potential measuring device having the above-described structure, the high-purity silicon substrate 5 having the sensor surface 7 formed on the upper surface thereof is two-dimensionally moved by the electron beam 19 emitted from the electron beam irradiation unit 31. Since irradiation is performed, a high-resolution two-dimensional image can be obtained.

【0027】図2は、この発明の第2の実施の形態に係
る界面電位測定装置を示すもので、この実施の形態にお
いては、シリコン基板5の下面側に二次電子検出器30
を設け、シリコン基板5に電子線19を照射したときに
発生する二次電子31を検出し、この出力をコンピュー
タ28に入力するように構成し、イオンセンサ部33に
よる界面電位情報と二次電子31に基づく情報とを重畳
してコンピュータ28の表示装置29の画面上に表示さ
れる。
FIG. 2 shows an interfacial potential measuring device according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a secondary electron detector 30 is provided on the lower surface side of the silicon substrate 5.
Is configured to detect secondary electrons 31 generated when the silicon substrate 5 is irradiated with the electron beam 19, and to input the output to the computer 28. 31 and is displayed on the screen of the display device 29 of the computer 28 in a superimposed manner.

【0028】そして、前記図2において、32は二次電
子検出器30の出力を増幅するアンプである。また、3
3,34はカラーCRTで、一方のカラーCRT33に
はカメラ35が設けられており、他方のカラーCRT3
4は目視観察用である。
In FIG. 2, reference numeral 32 denotes an amplifier for amplifying the output of the secondary electron detector 30. Also, 3
Reference numerals 3 and 34 denote color CRTs. One color CRT 33 is provided with a camera 35 and the other color CRT 3 is provided.
4 is for visual observation.

【0029】前記二次電子情報は、 (1)キャリア拡散距離の測定 (2)pn接合の位置 (3)空間電荷層の幅測定 (4)拡散pn接合における欠陥の観察 (5)MOSチャネルの生成過程の観察 (6)表面劣化層の測定 など、シリコン基板5の空乏層における内部情報を把握
することができるので、界面情報の継続時のノイズ成分
の分析が可能となり、界面情報の補正に用いることがで
きる。
The secondary electron information includes: (1) Measurement of carrier diffusion distance (2) Position of pn junction (3) Measurement of space charge layer width (4) Observation of defect in diffusion pn junction (5) MOS channel Observation of the formation process (6) Measurement of the surface degraded layer, etc., makes it possible to grasp the internal information in the depletion layer of the silicon substrate 5, so that it is possible to analyze the noise component when the interface information is continued, and to correct the interface information. Can be used.

【0030】ところで、半導体検出器の一つに、入射し
た電子の入射点の違いにより、出力電流が異なることを
利用した位置検出器(Posision Sensit
ive Device)がある。図3は、この位置検出
器をシリコン基板5の下面側に設けた例を示している。
すなわち、図3において、36,37はシリコン基板5
の下面に設けられるビーム位置検出用の半導体位置検出
器で、一方の半導体位置検出器36はオーミック電極の
機能をも果たすように構成されている。この用に構成さ
れた界面電位測定装置においては、シリコン基板5に入
射する電子線19の入射位置を確実に把握することがで
きる。
By the way, one of the semiconductor detectors is a position detector (Position Sensit) utilizing the fact that the output current is different depending on the incident point of the incident electrons.
live Device). FIG. 3 shows an example in which this position detector is provided on the lower surface side of the silicon substrate 5.
That is, in FIG.
A semiconductor position detector for detecting a beam position is provided on the lower surface of the semiconductor device, and one of the semiconductor position detectors 36 is configured to also function as an ohmic electrode. In the interface potential measuring device configured for this purpose, the incident position of the electron beam 19 incident on the silicon substrate 5 can be reliably grasped.

【0031】なお、図2および図3においては、真空ケ
ース1を図示してないが、図1に示したのと同様に真空
ケース1が設けられていることはいうまでもない。
Although the vacuum case 1 is not shown in FIGS. 2 and 3, it goes without saying that the vacuum case 1 is provided similarly to the case shown in FIG.

【0032】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、種々に変形して実施することができる。
例えば、センサ面7は、Ta2 3 で形成してあっても
よく、また、センサ面7を適宜の応答物質によって修飾
することにより、NaやCaなど他のイオンに応答する
ようにしてあってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in various modifications.
For example, the sensor surface 7 may be formed of Ta 2 O 3 , and the sensor surface 7 may be modified with an appropriate responsive substance so as to respond to other ions such as Na and Ca. You may.

【0033】そして、対極10および比較電極11をセ
ンサ面7と同一面となるようにして対極10および比較
電極11の位置による影響(位置依存性)を解消するよ
うにしてもよい。すなわち、対極10は、センサ面であ
るSi3 4 層をエッチングなどにより所定深さだけ削
りとり、その削り取った部分に白金をスパッタリング
し、Si3 4 層7の他の部分と同じ高さになるように
形成し、比較電極11は、Si3 4 層7をエッチング
などにより所定深さだけ削りとり、その削り取った部分
に白金をスパッタリングし、その上から銀を電着し、さ
らに塩化銀処理を施して、Si3 4 層7の他の部分と
同じ高さになるように形成するのである。
The counter electrode 10 and the reference electrode 11 may be made flush with the sensor surface 7 so as to eliminate the influence of the positions of the counter electrode 10 and the reference electrode 11 (position dependence). That is, the counter electrode 10 is formed by shaving the Si 3 N 4 layer serving as the sensor surface to a predetermined depth by etching or the like, sputtering platinum on the cut portion, and having the same height as the other portions of the Si 3 N 4 layer 7. The reference electrode 11 is formed by shaving the Si 3 N 4 layer 7 to a predetermined depth by etching or the like, sputtering platinum on the shaved portion, electrodepositing silver thereon, and further chlorinating. By performing silver treatment, the Si 3 N 4 layer 7 is formed to have the same height as other portions.

【0034】また、ビーム位置検出用の半導体位置検出
器36,37を、図2に示した界面電位測定装置に設け
てもよい。
The semiconductor position detectors 36 and 37 for beam position detection may be provided in the interface potential measuring device shown in FIG.

【0035】[0035]

【発明の効果】この発明の界面電位測定装置において
は、シリコン基板が非常に細い電子線によって二次元的
に走査されるので、サブミクロンレベルの高分解能の二
次元情報を得ることができ、高分解能の二次元画像を得
ることができる。
According to the interface potential measuring apparatus of the present invention, since the silicon substrate is two-dimensionally scanned by an extremely thin electron beam, it is possible to obtain high-resolution submicron-level two-dimensional information. A two-dimensional image with high resolution can be obtained.

【0036】そして、請求項2に記載の発明によれば、
上記二次元情報に加えて、シリコン基板内部の情報をも
得ることができ、二次元情報を適宜補正することができ
る。
According to the second aspect of the present invention,
In addition to the two-dimensional information, information inside the silicon substrate can also be obtained, and the two-dimensional information can be appropriately corrected.

【0037】また、請求項3に記載の発明によれば、電
子線の入射位置をも確実に検出することができる。
Further, according to the third aspect of the present invention, the incident position of the electron beam can be reliably detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態に係る界面電位測定装置の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an interface potential measuring device according to a first embodiment.

【図2】第2の実施の形態に係る界面電位測定装置の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of an interface potential measuring device according to a second embodiment.

【図3】第3の実施の形態に係る界面電位測定装置の構
成を概略的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an interface potential measuring device according to a third embodiment.

【図4】従来技術を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…真空ケース、2…イオンセンサ部、3…電子線照射
部、5…シリコン基板、7…センサ面、9…溶液、19
…電子線、30…二次電子検出器、31…二次電子、3
6,37…半導体位置検出器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum case, 2 ... Ion sensor part, 3 ... Electron beam irradiation part, 5 ... Silicon substrate, 7 ... Sensor surface, 9 ... Solution, 19
... Electron beam, 30 ... Secondary electron detector, 31 ... Secondary electron, 3
6, 37 ... Semiconductor position detector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // G01R 29/12 G01R 29/12 F 29/14 29/14 G01N 27/46 S ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // G01R 29/12 G01R 29/12 F 29/14 29/14 G01N 27/46 S

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子顕微鏡の真空ケースの上部に、高純
度のシリコン基板の表面にイオンに応答するセンサ面を
形成したイオンセンサ部を、センサ面が大気側かつ上方
を向くように配置し、前記真空ケース内のシリコン基板
より下方側に電子線照射部を設け、この電子線照射部に
おいて発生する電子線を前記シリコン基板の下面側に二
次元的に走査しながら照射することにより、前記センサ
面に接するようにして設けられる溶液とセンサ面との界
面における電位を界面電位信号として取り出すようにし
たことを特徴とする界面電位測定装置。
1. An ion sensor unit having a sensor surface responsive to ions formed on the surface of a high-purity silicon substrate is disposed on the upper part of a vacuum case of an electron microscope such that the sensor surface faces the atmosphere and upward. An electron beam irradiator is provided below the silicon substrate in the vacuum case, and the lower surface side of the silicon substrate is irradiated with an electron beam generated by the electron beam irradiator while scanning the lower surface of the silicon substrate two-dimensionally. An interfacial potential measuring device wherein an electric potential at an interface between a solution provided in contact with the surface and the sensor surface is taken out as an interfacial potential signal.
【請求項2】 シリコン基板の下面側に二次電子検出器
を設け、シリコン基板に電子線を照射したときに発生す
る二次電子を前記二次電子検出器で検出し、この二次電
子検出器の出力に基づいて二次電子画像を得るようにし
た請求項1に記載の界面電位測定装置。
2. A secondary electron detector is provided on a lower surface side of a silicon substrate, and secondary electrons generated when the silicon substrate is irradiated with an electron beam are detected by the secondary electron detector. 2. The interfacial potential measuring device according to claim 1, wherein a secondary electron image is obtained based on an output of the container.
【請求項3】 シリコン基板の下面に半導体位置検出器
を設けてなる請求項1または2に記載の界面電位測定装
置。
3. The interface potential measuring device according to claim 1, wherein a semiconductor position detector is provided on a lower surface of the silicon substrate.
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