WO2007037013A1

WO2007037013A1 - 半導体分析装置

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Publication number: WO2007037013A1
Application number: PCT/JP2005/017995
Authority: WO
Inventors: Keizo Yamada
Original assignee: Topcon Corporation
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-05
Also published as: JP4833217B2; JPWO2007037013A1

Abstract

　本発明の課題は、電子ビーム量の変動に対して、精度のよい測定値を得ることができる半導体分析装置を提供することにある。　本発明の半導体分析装置は、半導体基板に電子ビームを照射したときに前記半導体基板に誘起された基板電流を測定するように構成された分析装置であって、半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、電子ビームの照射量を検出するための電子ビーム検出手段と、半導体基板に誘起された基板電流と電子ビーム検出手段により検出された電子ビーム量とを測定する電流測定手段とを備える。

Description

明細書

半導体分析装置

技術分野

[0001] 本発明は、電子ビームを利用した半導体分析装置に関し、特に半導体デバイスの製造工程を評価するのに好適な半導体分析装置に関する。更に詳しくは、本発明は、半導体基板に照射される電子ビームの照射量を精度よく測定することにより、電子ビーム銃の経年変化や環境変化に伴う電子ビーム量の変動が分析結果に与える影響を抑制するための技術に関する。

背景技術

[0002] 図 10に、電子ビームを利用した従来の半導体分析装置の構成を概略的に示す。この分析装置は、半導体デバイスの製造工程を管理することを目的として、半導体基板上に形成された微細構造を分析するための装置であって、電子ビームを半導体基板に照射し、その際に半導体基板に生じる基板電流を測定することにより半導体基板上の微細構造の形成状態を分析するものである。この分析装置を用いて、短期や長期などの様々な時間周期で半導体デバイスの製造工程が管理される。

[0003] ここで、この種の半導体分析装置による基板電流の測定値の信頼度を維持するためには、その測定値の精度が長期にわたって安定している必要があり、一般に、測定値自体の変動量が 1%以下であることが必要とされる。測定値の変動量が 1%以下となるように電子ビームを安定ィ匕させるためには、電子ビーム源の温度を ±0. 1度の範囲内に厳格に維持することが必須である。一方、電子ビーム源自体が消耗部品であるために、電子ビームの特性は経年変化し、長期にわたって電子ビーム源の特性を一定に維持することは困難である。

[0004] そこで、従来、図 10に示すように、半導体基板 4に照射される電子ビーム 13の照射量をモニターするためのファラデーカップ 8をトレイ 5の端部に設けて、このファラデーカップ 8に電子ビームを照射し、その時にファラデーカップ 8に現れる電流量を電流計 Bで測定することにより、電子ビーム 13の照射量の管理が定期的に行われている。

[0005] ここで、図 10に示す従来装置の構成を簡単に説明すると、真空チャンバ一 7の内部には、 XYステージ 6に取り付けられたトレイ 5が配置され、このトレィ 5には分析の対象物である半導体基板 4が載置されている。このトレィ 5には電流計 Αが接続されており、トレイ 5に載置された半導体基板 4の基板電流が電流計 Aにより測定されるようになつている。また、上述のように、このトレィ 5の端部にはファラデーカップ 8が取り付けられており、このファラデーカップ 8には電流計 Bが接続されている。電子ビーム 13の照射量は、電流計 Bにより電流量として測定されるようになっている。

[0006] 真空チャンバ一 7の上部には、電子ビーム源 1を備えた電子銃 11が取り付けられており、その電子銃 11のビーム方向がトレイ 5上の半導体基板 4に向けられている。電子銃 11の内部には、コンデンサーレンズ 2、ァパチヤ一 10、対物レンズ 3がこの順に配置されている。電子ビーム源 1には、高圧電源 9から動作電圧として高電圧が供給される。

[0007] 一般に、電子ビーム源 1を構成する電子ビーム放出素子としては、サーマルフィールドエミッターが用いられる。サーマルフィールドェミッタ一は、先端が鋭利なタンダステン電極の表面に、仕事関数を下げるための ZrO等をコーティングしたもので、電子を放出するために 1800Kくら、に加熱した状態で利用される。このサーマルフィールドエミッタ一は、真空状態や温度の変化などの僅かな環境変化の影響を受けやすぐ放出される電子ビームの性質や量が環境変化によって変動する特性を持っている。

[0008] また、この種の半導体分析装置では、半導体基板に向けて照射される電子ビーム量は、電流量に換算するとピコアンペアのオーダー以下の極めて微弱な電流量に相当する。このように微弱な電子ビームの照射量は、上述のような種々の環境要因の影響を受けて変動しやすぐ電子ビームの照射量が変動すると基板電流の測定値も変動し、その結果、測定精度が低下する。

[0009] そこで、電子ビームを利用したこの種の半導体分析装置では、基板電流の測定値を電子ビームの照射量で正規ィ匕し (即ち、測定結果を電子ビームの照射量に対する基板電流の比で表し）、これにより、電子ビームの照射量が変動しても、その影響が測定値に現れなヽようにして、る。

[0010] 従って、電子ビームによって半導体基板に誘起された基板電流を測定するこの種の半導体分析装置では、従来の SEMなどとは違って、電子ビームの照射量を正確に知ることが重要である。なぜならば、電子ビームの照射量が不正確であれば、この電子ビームの照射量で正規化された基板電流の測定値も不正確になるからである。特許文献 1：特開 2005— 026449号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 図 10に示す従来技術によれば、基板電流の測定に使用する電流計 Aとは別の電流計 Bを使用して電子ビームの照射量を測定するため、測定系の特性の差が測定値の誤差として現れ、精度よく基板電流を正規化できな!ヽとヽぅ問題がある。

[0012] また、上述の従来技術によれば、電子ビームの照射量を測定するためには、 1枚のウェハーあるいは 1測定点について基板電流の測定が終了する度に、 χγステージ 6 により電子ビーム 13の照射位置をファラデーカップ 8の位置まで移動させてファラデ一カップ 8に電子ビーム 13を照射する必要がある。

[0013] このため、基板電流の測定中に電子ビームの照射量をリアルタイムに測定することはできず、電子ビームの照射量を概略的にしか知ることができないという問題がある。従って、基板電流の測定中に電子ビームの照射量が変動すると、その変動が、正規ィ匕された基板電流の測定値にそのまま誤差として現れるという問題がある。

[0014] さらにまた、上述の従来技術によれば、電子ビームの照射量を測定する場合、電子ビームの照射位置をトレイ 5上のファラデーカップ 8の位置まで機械的に移動させる必要があるため、測定作業が煩雑となり、測定に時間を要し、測定作業のスループットが低下すると、う問題がある。

課題を解決するための手段

[0015] 本発明は、半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格化した値を出力するように構成された半導体分析装置であって、前記半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、前記電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、前記電子ビームを検出するための電子ビーム検出器と、前記半導体基板に誘起された基板電流と前記電子ビーム検出器で検出された電子ビームの照射量とを測定するために共用される測定手段と、を備えた半導体分析装置の構成を有する。 [0016] この構成によれば、測定手段が、半導体基板に誘起された基板電流と電子ビーム検出器により検出された電子ビームの照射量との両方の測定に共用されるので、測定手段の特性 (例えば測定精度）が基板電流及び電子ビーム照射量の各測定値に与える影響は同等である。このため、電子ビームの照射量で基板電流を正規化して得られる値には、測定手段の特性による影響が現れない。従って、測定系の特性の影響を受けることなぐ電子ビームの照射量で精度よく基板電流を正規ィ匕することが可會になる。

[0017] 本発明は、半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格化した値を出力するように構成された半導体分析装置であって、前記半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、電子を放出する電子ビーム源と、前記電子ビーム源力放出された電子流の一部を選択的に通過させるための貫通孔を有し、前記電子流の通過を制限して前記半導体基板に照射される電子ビームを形成する電子ビーム制限部材と、前記電子ビーム制限部材と電気的に絶縁され、前記貫通孔と該貫通孔を取り囲む前記電子ビーム制限部材上の所定領域とを除いて、前記電子ビーム源力放出された前記電子流を遮蔽する遮蔽部材と、前記半導体基板に誘起された基板電流を測定する第 1測定手段と、前記電子ビーム制限部材に誘起された電流を測定する第 2測定手段と、備えた半導体分析装置の構成を有する。

[0018] この構成によれば、貫通孔を取り囲む電子ビーム制限部材上の所定領域に電子流が照射される結果、実際に半導体基板に照射される電子ビームと極めて近似した特性を有する周辺の電子流が電子ビーム制限部材によって検出され、その電流量が第 2測定手段によって測定される。従って、第 2測定手段の測定値は、実際に半導体基板に照射される電子ビームの照射量と密接な相関関係を有し、この第 2測定手段の測定値力も実際の電子ビームの照射量を知ることが可能になる。よって、実際に半導体基板に照射される電子ビームに影響を与えることなぐ基板電流の測定中に電子ビームの照射量をリアルタイムに把握することが可能になり、基板電流の測定中に電子ビームの照射量が変動しても、基板電流を精度よく正規ィヒすることが可能になる [0019] 本発明は、半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格化した値を出力するように構成された半導体分析装置であって、前記半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、電子を放出する電子ビーム源と、前記電子ビーム源力放出された電子流の一部を選択的に通過させるための貫通孔を有し、前記電子流の通過を制限して前記半導体基板に照射される電子ビームを形成する電子ビーム制限部材と、前記電子ビームを瞬時的に偏向するための電子ビーム偏向手段と、前記電子ビーム偏向手段により偏向された電子ビームを検出するための電子ビーム検出器と、前記半導体基板に誘起された基板電流を測定する第 1測定手段と、前記電子ビーム検出器で検出された電子ビームの照射量を測定する第 2測定手段と、を備えた半導体分析装置の構成を有する。

[0020] この構成によれば、電子ビーム制限部材の貫通孔を通過した電子ビームの照射方向を電子ビーム偏向手段によりファラデーカップに向けることができる。従って、機械的に半導体基板を移動させることなぐ実際に半導体基板に照射される電子ビームの照射量を測定することが可能になる。よって、測定作業を迅速に行うことが可能となり、測定作業のスループットを向上させることが可能になる。

[0021] 本発明は、半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格化した値を出力するように構成された半導体分析装置であって、前記半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、電子を放出する電子ビーム源と、前記電子ビーム源力放出された電子流の一部を選択的に通過させるための貫通孔を有し、前記電子流の通過を制限して前記半導体基板に照射される電子ビームを形成する電子ビーム制限部材と、前記電子ビーム制限部材と電気的に絶縁され、前記貫通孔と該貫通孔を取り囲む前記電子ビーム制限部材上の所定領域とを除いて、前記電子ビーム源力放出された前記電子流を遮蔽する遮蔽部材と、前記電子ビームを瞬時的に偏向するための電子ビーム偏向手段と、前記電子ビーム偏向手段により偏向された電子ビームを検出するための電子ビーム検出器と、前記半導体基板に誘起された基板電流を測定する第 1測定手段と、前記電子ビーム制限部材に誘起された電流を測定する第 2測定手段と、前記電子ビーム検出器で検出された電子ビームの照射量を測定する第 3測定手段と、

を備えた半導体分析装置の構成を有する。

[0022] この構成によれば、実際に半導体基板に照射される電子ビームに影響を与えることなぐ基板電流の測定中に電子ビームの照射量をリアルタイムに取得することができ、この電子ビームの照射量を用いて基板電流の正規ィ匕を精度よく行うことが可能になる。また、機械的に半導体基板を移動させることなぐ電子ビーム偏向手段により電子ビームの照射方向をファラデーカップに向ることにより、その照射量を測定することが可能になる。従って、電子ビーム制限部材によって検出された電子ビームの電流量を、半導体基板に照射される電子ビームの照射量に換算するための換算式をリアルタイムに更新することが可能になり、一層精度よく基板電流を正規ィ匕することが可能になる。

発明の効果

[0023] 本発明によれば、測定手段を共用して基板電流と電子ビーム量の両方を測定するようにしたので、測定系の特性の違いに影響されることなぐ基板電流の測定値を電子ビームの照射量で正規ィ匕することが可能になる。従って、正規化された基板電流値の精度を向上させることが可能になる。

[0024] 本発明によれば、実際に半導体基板に照射される電子ビームの近傍の電子流を電子ビーム制限手段 (アバチヤ一）を介して検出するようにしたので、基板電流の測定中にリアルタイムに実際の電子ビームの照射量を知ることができる。従って、電子ビームの照射量の変動により基板電流が変動しても、この基板電流の変動をもたらした電子ビームの照射量を用いて該基板電流の測定値が正規化されるので、結果として基板電流の測定値には電子ビームの変動の影響が現れず、精度よく基板電流を正規化することが可能になる。また、長時間にわたる基板電流の測定作業においても、電子ビームの変動を気にすることなく基板電流を測定することが可能になる。従って、電子ビームの照射量の管理調整作業等が不要となり、装置の実効稼働率を向上させることができる。

[0025] また、本発明によれば、基板電流の測定中に電子ビームの照射量をリアルタイムに測定することができるので、電子ビーム源の突発的な電流増減現象が発生しても、この現象に起因する電子ビームの照射量の変動を即座に検出することが可能になる。従って、上記現象によるノイズの影響を受けることなぐ安定的かつ高精度な測定が可能となる。

[0026] 本発明によれば、電子ビームを瞬時的に偏向させて電子ビームの照射量を測定するようにしたので、電子ビームの照射量を測定する際に、電子ビームの照射位置を機械的に移動させる必要がなくなる。従って電子ビームの照射量の測定時間を大幅に短縮することができる。

図面の簡単な説明

[0027] [図 1]半導体分析装置の基本的な動作原理を説明するための図である。

[図 2]本発明の第 1実施形態に係る半導体分析装置の構成を概略的に示す図である

[図 3A]本発明の第 1実施形態に係る分析装置の動作 (第 1の動作例)を説明するための図である。

[図 3B]本発明の第 1実施形態に係る分析装置の動作 (第 2の動作例)を説明するための図である。

[図 4]本発明の第 2実施形態に係る半導体分析装置の構成を概略的に示す図である

[図 5A]本発明の第 2実施形態に係る半導体分析装置の要部であるアバチヤ一 (電子ビーム制限手段)の第 1の構成例を説明するための図である。

[図 5B]本発明の第 2実施形態に係る半導体分析装置の要部であるアバチヤ一 (電子ビーム制限手段)の第 2の構成例を説明するための図である。

[図 5C]本発明の第 2実施形態に係る半導体分析装置の要部であるアバチヤ一 (電子ビーム制限手段)の第 3の構成例を説明するための図である。

[図 5D]本発明の第 2実施形態に係る半導体分析装置の要部であるアバチヤ一 (電子ビーム制限手段)の第 4の構成例を説明するための図である。

[図 5E]本発明の第 2実施形態に係る半導体分析装置の要部であるアバチヤ一 (電子ビーム制限手段)の第 5の構成例を説明するための図である。 [図 6]本発明の第 2実施形態に係る半導体分析装置の較正方法を説明するための図である。

[図 7]本発明の第 2実施形態に係る分析装置の較正方法によって得られるファラデーカップ電流とァパチヤ一電流との対応関係を示す特性図である。

[図 8]本発明の第 3実施形態に係る半導体分析装置の構成を概略的に示す図である

[図 9]本発明の第 4実施形態に係る半導体分析装置の構成を概略的に示す図である

[図 10]従来の半導体分析装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

[0028] 1 電子ビーム源

2 コンデンサーレンズ

3 対物レンズ

4 半導体基板 (サンプル）

5 トレィ

6 XYステージ

7 真空チャンバ一

8 ファラデーカップ

9 高圧電源

10 ァパチヤ一

11 電子銃

12 二次電子検出器

13 電子ビーム

発明を実施するための最良の形態

[0029] 本発明の実施形態を説明する前に、本発明による半導体分析装置が前提とする動作原理を説明する。この動作原理は、後述する各実施形態の半導体分析装置に共通している。

図 1は、本発明の半導体分析装置が前提とする動作原理を説明するための図である。同図において、「入力」は、分析対象物である半導体基板に照射される電子ビーム量であり、「出力」は、半導体基板に照射された電子ビームによって半導体基板に誘起される基板電流量である。

[0030] 半導体基板に一定の電子ビームを「入力」として照射すると、半導体基板に基板電流が誘起される。この基板電流の量は半導体基板に到達する電子ビームの量に依存し、この半導体基板に到達する電子ビームの量は、上記電子ビームの照射位置における半導体基板上の微細構造の形成状態に応じたものとなる。例えば、微細構造をなすポリシリコンの膜厚が大き、部位では電子ビームの通過量が減少するため、基板に到達する電子ビームの量が少なくなる結果、この電子ビームによって誘起される基板電流が少なくなる。これに対し、微細構造の膜厚が小さい部位では、電子ビームの通過量が増加するため、基板に到達する電子ビームの量が多くなる結果、この電子ビームによって誘起される基板電流が多くなる。

[0031] このように、半導体基板に到達した電子ビームは上記「出力」として基板電流を誘起するが、この基板電流量は、半導体基板に到達した電子ビーム量に応じたものとなり、半導体基板に到達する電子ビーム量は半導体基板上の微細構造の影響を受ける。従って、半導体基板に到達した電子ビームによって誘起される基板電流量には微細構造の形成状態が反映され、この基板電流から半導体基板上に形成された微細構造の形成状態を知ることが可能となる。

[0032] また、前述したように、半導体基板に照射される電子ビーム量は、電流に換算すると約 ΙΟρΑの極めて微弱な電流量に相当し、環境変化の影響を受けて変動しやすい。このため、測定された基板電流値そのものを最終的な測定値として出力するのではなぐ図 1に示すように、「入力」である電子ビームの照射量に対する「出力」である基板電流量の比率 (単位電子ビーム量を照射した時の基板電流量）、即ち、電子ビームを照射した際に測定される基板電流量を電子ビームの照射量で規格ィ匕した値を最終的な測定値として出力する。

[0033] 上述のように正規ィ匕した値を最終的な測定値として出力することにより、電子ビームの照射量の変動に影響されることなぐ半導体基板上の微細構造を精度よく分析することが可能になる。なぜならば、電子ビームの照射量が変動すると、この電子ビームの照射によって誘起される基板電流量も同様に変動する結果、正規化された値には電子ビームの変動が現れな、からである。

このように、本発明に係る半導体分析装置は、半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格ィ匕した値を出力するように構成されて、る。以上で、本発明の半導体分析装置が前提とする動作原理を説明した。

[0034] 次に、本発明による実施形態について図面を参照して説明する。

なお、各実施形態において共通する要素には同一符号を付す。

[第 1実施形態]

図 2に、本発明の第 1実施形態による半導体分析装置の構成を示す。

同図に示すように、本半導体分析装置は、分析対象物である半導体基板 4を収容する真空チャンバ一 7と、真空チャンバ一 7の上部に配置された電子銃 11と、真空チヤンバー 7の内部に配置されたトレイ 5及び XYステージ 6と、トレイ 5の端部に設けられたファラデーカップ 8と、上記トレィ 5及びファラデーカップ 8の双方に電気的に接続された電流計 Aとから構成される。

[0035] 上記トレィ 5には半導体基板 4が載置され、この半導体基板 4の表面に電子銃 11から電子ビーム 13が照射されるように、トレイ 5と電子銃 11との位置関係が設定されている。また、トレイ 5は XYステージ 6上に取り付けられており、 XYステージ 6によりトレィ 5の位置を移動させることにより、半導体基板 4に対する電子ビーム 13の照射位置を調整することが可能となっている。また、この XYステージ 6によりトレイ 5の位置を移動させることにより、電子ビーム 13の照射位置をファラデーカップ 8に合わせることも可能になっている。

[0036] また、電子銃 11は電子ビーム源 1を備え、電子ビーム源 1には高圧電源 9が接続されている。また、電子銃 11には、上記電子ビーム源 1からの電子流の放出方向に沿つて、コンデンサレンズ 2、ァパチヤ一 10、対物レンズ 3がこの順に配置されている。さらに、本半導体分析装置は、図示しないが、電流計 Aで測定された電流値をデジタル信号に AZD変換する A,D変換器と、 AZD変換されたデジタル信号を演算処理するためのコンピュータを備えている。このコンピュータは、本装置の各部の動作を制御するための処理も実行する。

[0037] 請求項との対応関係を捕捉説明すると、トレイ 5及び XYステージ 6は、半導体基板 4を支持する半導体基板支持手段を構成し、電子銃 11は、電子ビームを発生する電子ビーム発生手段を構成し、ファラデーカップ 8は、電子ビームを検出するための電子ビーム検出器を構成し、電流計 Aは、半導体基板 4に誘起された基板電流と電子ビーム検出器により検出された電子ビームの照射量とを測定するために共用される測定手段を構成する。

[0038] 次に、本半導体分析装置の動作を説明する。

概略的には、本半導体分析装置は、半導体基板 4に電子ビーム 13を照射することによって半導体基板 4に誘起された基板電流を電流計 Aで測定すると共に、ファラデ一カップ 8に電子ビーム 13を照射することによってファラデーカップ 8で検出された電流量 (即ち、電子ビームの照射量に相当する電流量)を同じく電流計 Aで測定する。即ち、電流計 Aは、半導体基板 4に誘起された基板電流の測定と、ファラデーカップ 8により検出された電子ビームの照射量の測定とに共用される。そして、基板電流の測定値を電子ビームの照射量の測定値で規格ィ匕した値を最終的な測定値として出力する。

[0039] 続いて、本半導体分析装置の動作を詳細に説明する。

半導体基板 4が新規に真空チャンバ一 7内のトレィ 5上に載置されると、本装置のコンピュータの制御の下、 XYステージ 6を移動させて、電子銃 11の真下にファラデーカップ 8を位置させる。その状態で、電子銃 11から電子ビーム 13をファラデーカップ 8に照射し、ファラデーカップ 8の SEM像を取得する。そして、取得したファラデーカツプ 8の SEM像を、予め登録してあるパターンマッチング用のテンプレートと比較することにより、ファラデーカップ 8の中心に電子ビーム 13が照射されるようにファラデーカツプ 8の位置決めを行う。

[0040] ファラデーカップ 8の位置決めが完了すると、実際に半導体基板 4に照射するときと同じ量だけファラデーカップ 8に電子ビーム 13を照射し、ファラデーカップ 8に接続された電流計 Aでその電子ビームの照射量を測定する。

[0041] 上述の電子ビーム照射量の測定が終了すると、続、て、半導体基板 4の分析動作、即ち基板電流の測定が行われる。具体的には、コンピュータの制御の下、半導体基板 4に電子ビーム 13が照射されるように XYステージ 6の位置を調整することにより、半導体基板 4の位置決めを行う。そして、半導体基板 4上の測定点 (分析対象の微細構造）に電子ビーム 13を照射し、その電子ビーム 13の照射によって半導体基板 4 に誘起される基板電流を、トレイ 5を介して電流計 Aにより測定する。

[0042] このように、トレイ 5を介して測定された基板電流と、ファラデーカップ 8を介して測定された電子ビームの照射量との 2種類の測定値は、単一の電流計 Aによって測定され、これら 2種類の測定値は AZD変（図示なし）によりデジタル信号に変換された後、コンピュータに取り込まれる。コンピュータに取り込まれた上記 2種類の測定値はコンピュータ内の記憶装置に保存される。

[0043] 次に、コンピュータは、その記憶装置に保存された上記 2種類の電流測定値 (基板電流の測定値と電子ビームの照射量の測定値)を読み出し、基板電流の測定値を電子ビームの照射量の測定値で規格化した値を最終的な測定値として出力する。具体的には、基板電流の測定動作において測定された基板電流の測定値を、電子ビームの照射量の測定動作にぉ、て測定された電子ビームの照射量で規格ィ匕 (除算)し、この規格化された値を最終的な測定値として出力する。

このように測定された基板電流値を電子ビーム量で規格ィ匕することにより、電子ビームの照射量が変動することによる基板電流の測定値への影響を排除することができる。

[0044] 上述の説明では、基板電流の測定と電子ビームの照射量の測定回数はそれぞれ 1 回としたが、種々の基板電流の測定手順と電子ビームの照射量の測定手順を組み合わせてもよい。

図 3A, 3Bを参照して、基板電流と電子ビームの照射量の各測定手順の組み合わせ例を順に説明する。

まず、図 3Aの例では、本半導体分析装置は、新規な 1枚の半導体基板 4の分析動作の前後に、ファラデーカップ 8を用いて電子銃 11から照射される電子ビーム 13の照射量を測定する。即ち、新規な 1枚の半導体基板 4の複数の測定点での基板電流の測定動作の前後に、ファラデーカップ 8を用いて電子銃 11から照射される電子ビーム 13の照射量を測定する。そして、各測定点で測定された基板電流値を規格ィ匕するために使用される電子ビームの照射量として、基板電流の測定動作の前後に行われた 2回の電子ビームの照射量の平均値を用いる。

[0045] 具体的に説明すると、図 3Aのフローにおいて、本半導体分析装置に半導体基板 4 力 Sロードされると (ステップ SA1)、ファラデーカップ 8による 1回目の電子ビームの照射量の測定が実施され、その測定値が記憶装置に保存される (ステップ SA2)。続いて、電子ビームが半導体基板 4の最初の測定点に照射されて 1回目の基板電流の測定が行われ、その測定値が記憶装置に保存される (ステップ SA3)。続いて、電子ビームが半導体基板 4の 2番目の測定点に照射されて 2回目の基板電流の測定が行われ、その測定値が記憶装置に保存される (ステップ SA4)。その後、再び、ファラデ一カップ 8による 2回目の電子ビームの照射量の測定が実施され、その測定値が記憶装置に保存される (ステップ SA5)、半導体基板 4がアンロードされる (ステップ SA 6)。上述により、 1回目と 2回目の電子ビームの照射量の測定動作における測定値（電子ビームの照射量の測定値)と、 1回目と 2回目の基板電流の測定動作における測定値 (基板電流の測定値)との組が得られる。

[0046] 続いて、基板電流の測定動作の前に行われた 1回目の電子ビーム照射量の測定動作で得られた電子ビーム照射量の測定値と、基板電流の測定動作の後に行われた 2回目の電子ビーム照射量の測定動作で得られた電子ビーム照射量の測定値との平均値を求める。そして、前述の各測定点での基板電流の測定値を上記電子ビーム照射量の平均値で規格化 (具体的には除算)し、この規格化された各測定点での基板電流値を最終的な測定値として出力する。

[0047] このように各測定点で測定された基板電流値を電子ビーム照射量の平均値で規格化することにより、基板電流の測定動作の前後で電子ビーム照射量が変動しても、その変動が、規格化された基板電流値に与える影響を小さく抑えることが可能になり、電子ビーム照射量の変動に対して、規格化された基板電流値を安定化させることができる。

なお、上述の図 3Aに示す例では、基板電流の測定点を 2個所としたが、測定点の数は任意に定めることができる。 [0048] 図 3Bに示す例では、電子ビーム照射量の測定動作と基板電流の測定動作とを交互に行い、任意の測定点での基板電流値を規格ィ匕するために使用される電子ビーム量として、その測定点の直前と直後に測定された各電子ビーム量の平均値を採用する。

[0049] 具体的に説明すると、図 3Bのフローにおいて、本半導体分析装置に半導体基板 4 力 Sロードされると (ステップ SB1)、ファラデーカップ 8による 1回目の電子ビームの照射量の測定が実施され、その測定値が記憶装置に保存される (ステップ SB2)。続いて、電子ビームが半導体基板 4の最初の測定点に照射されて 1回目の基板電流の測定が行われ、その測定値が記憶装置に保存される (ステップ SB3)。続いて、ファラデ一カップ 8による 2回目の電子ビームの照射量の測定が実施され、その測定値が記憶装置に保存される (ステップ SB4)。

[0050] 続いて、電子ビームが半導体基板 4の 2番目の測定点に照射されて 2回目の基板電流の測定が行われ、その測定値が記憶装置に保存される (ステップ SB4)。その後、図示しないが、ファラデーカップ 8による 3回目の電子ビームの照射量の測定が実施され、ファラデーカップ 8による測定と基板電流の測定とが交互に行われる。そして、最後の測定点について基板電流の測定が行われた後、ファラデーカップ 8による電子ビームの照射量の測定が行われ、半導体基板 4がアンロードされる。

[0051] 上記の測定動作によって得られた基板電流の測定値と電子ビームの照射量の測定値とがコンピュータで演算処理されて、各測定点の基板電流を電子ビームの照射量で規格ィ匕した値が最終的に出力される。例えば、 1回目の基板電流の測定によつて得られた基板電流の規格ィ匕には、ファラデーカップ 8による 1回目と 2回目の各測定値の平均値が使用される。また、 2回目の基板電流の測定によって得られた基板電流の規格ィ匕には、ファラデーカップ 8による 2回目と 3回目の各測定値の平均値が使用される。同様に、各測定点での基板電流の規格ィ匕には、その直前と直後にファラデーカップ 8によって測定された電子ビームの照射量の平均値が使用される。この例によれば、上記の図 3Aに示す例に比較して、より一層、電子ビーム照射量の変動が、規格化された基板電流値に与える影響を小さく抑えることが可能になる。

[0052] [第 2実施形態] 図 4に、本発明による第 2実施形態による半導体分析装置の構成を示す。

本半導体分析装置は、半導体基板 4に電子ビームを照射し、この電子ビームによつて半導体基板 4に誘起された基板電流を測定し、この基板電流を電子ビームの照射量で規格ィ匕した値を測定値として出力するように構成され、サーマルフィールドェミツター 41、サプレッサー電極 42、引き出し電極 43、シェード 44、ァパチヤ一 45、対物レンズ 46、電流計 Al、電流計 A2を備える。電子ビーム放出素子 41には、各種の駆動電源 Vex, Vf, Vbが接続されている。

[0053] 請求項との対応関係を捕捉説明すると、トレイ 5は半導体基板支持手段を構成し、サーマルフィールドェミッタ一 41は電子ビーム発生源を構成する。ァパチヤ一 45は電子ビーム制限部材を構成し、シェード 44は遮蔽部材を構成し、電流計 A2は第 1測定手段を構成し、電流計 A2は第 1測定手段を構成する。図 4には示されていないが、本実施形態においても、上述の第 1実施形態と同様に、半導体基板 4はトレイ 5に載置されており、このトレィ 5は図 2に示すような XYステージ 6に取り付けられている。

[0054] ここで、サーマルフィールドェミッタ一 41から放出される電子の量は、環境変化の影響を受けやすぐ不安定である。例えば、ショトキ一ノイズと呼ばれる突発的な非常に高速の電流変動が生じる場合がある。また、サーマルフィールドェミッタ一 41は、先端鋭利なタングステン電極等の表面に ZrO等の材料を付着させたものから出来ている。電極の先端形状や表面状態、あるいは ZrOの付着の程度、さらにはェミッター自身の温度は容易に変化するため、電子ビーム照射量は常に変化している。従って、上述の第 1実施形態のように電子ビームの照射量の平均値で規格化しても、電子ビームの照射量が突発的に変動した場合には、測定値に誤差が生じる場合がある。よつて、電子ビームの照射量が突発的に変動に対応するためには、電子ビーム照射量をリアルタイムに測定する必要がある。そこで、本実施形態では、電子ビーム照射量をリアルタイムに測定する装置を提案し、アバチヤ一を含むその周辺の構成に特徴を有している。

[0055] 以下では、ァパチヤ一を含むその周辺の構成に着目して説明する。

図 4において、サーマルフィールドェミッタ一 41から放出された電子流は、いろいろな方向にいろいろなエネルギーで飛び出し、おおよそ円錐状に分布する。このサーマルフィールドェミッタ一 41から放出された電子流には、いろいろなエネルギー量を持つ電子が混在しているため、このままでは、電子ビームとしての収束性が低下し、高、解像度を得ることが出来な、。

[0056] そこで、中心に数十ミクロンの貫通孔 45Aが形成されたァパチヤ一 45により、サーマルフィールドェミッタ一 41から円錐状に飛び出した電子流のうち、エネルギーの揃つた中心部分が選択的に取り出されて電子ビーム 13として使用される。サーマルフィールドエミッタ一 41から放出された電子のうち、実際に電子ビーム 13として取り出される電子の量は、サーマルフィールドェミッタ一 41から放出された全電子量の 100万分の 1以下である。例えば、サーマルフィールドェミッタ一 41から放出される全電子量は約 100マイクロアンペアであり、実際に電子ビームとして半導体基板に照射される電子量は約 ΙΟρΑ以下である。このように微小な貫通孔 45Aを有するァパチヤ一 4 5を用いて空間的に同じ場所力放出された電子ビームを選択的に抽出することにより、電子ビーム中の電子エネルギーを揃え、これにより電子ビームの収束性と分解能とを向上させている。

[0057] 上述のように、実際に半導体基板に照射される電子ビーム量は、サーマルフィールドエミッタ一 41から放出された全電子のうち、ァパチヤ一 45の貫通孔 45Aを通過したわず力な電子量に相当し、この電子ビーム量の変動が基板電流の測定値に影響を与える。従って、前述の第 1実施形態で述べたように、基板電流の測定値を正規ィ匕するために使用される電子ビームの照射量を決定するためには、ァパチヤ一 45を通過して実際に半導体基板 4に照射される電子ビーム量を測定することが望ましい。

[0058] し力しながら、上述の第 1実施形態によれば、基板電流の測定中に電子ビーム照射量を測定することはできず、半導体基板 4の基板電流をリアルタイムに測定することはできない。そこで、本実施形態では、半導体基板 4に実際に照射される電子ビーム 13の周辺近傍の電子ビームであってァパチヤ一 45によって遮断された電子ビームを検出し、その電流値を測定することで、実際に半導体基板 4に照射される電子ビ一ム量を間接的に把握する。

[0059] 本実施形態では、半導体基板 4に照射される電子ビームの周辺近傍の電子ビーム量を検出するために、ァパチヤ一 45の貫通孔 45Aよりもわずかに大きな所定の孔径を有するシェード 44を、絶縁体を介してァパチヤ一 45の一面（サーマルフィールドェミッタ一 41を望む面）に取り付ける。そして、ァパチヤ一 45に電流計 A1を接続し、シエード 44は接地される。

[0060] 図 5に、ァパチヤ一 45周辺の詳細な構成を示す。

同図において、貫通孔を有する円板状の支持体 47上にァパチヤ一 45が形成されおり、ァパチヤ一 45の中心部には、支持体 47の上記貫通孔よりも小さな例えば 10 mないし 30 m程度の貫通孔 45Aが形成されている。この貫通孔 45Aha,電子ビーム源のサーマルフィールドェミッタ一 41から放出された全電子流の一部を選択的に通過させるためのものであり、このァパチヤ一 45により、上記電子流の通過を制限して上記電子ビーム 13を形成している。

[0061] ァパチヤ一 45には電流計 A1が接続されており、上記電子流によってァパチヤ一 4 5に誘起された電流量を測定することができるようになつている。ァパチヤ一 45の外周側の支持体 47上には、貫通孔 45Aより大きな貫通孔を有するシェード 44が絶縁体 46を介して形成されており、このシェード 44〖こより、ァパチヤ一 45の貫通孔 45Aと、この貫通孔 45Aを取り囲むァパチヤ一 45上の所定領域とを除いて、サーマルフィールドエミッタ一 41から放出された電子流を遮蔽するようになっている。このシェード 44は、接地されていると共に、ァパチヤ一 45に対しては電気的に絶縁されている。支持体 47の貫通孔とァパチヤ一 45の貫通孔 45Aとシェード 44の貫通孔の中心は略一致しており、ァパチヤ一 45の貫通孔 45Aの孔径によって、上述のサーマルフィールドエミッタ一 41から放出された電子の通過量が制限されるようになっている。

[0062] このように絶縁体 46を介してシェード 44を設けることにより、ァパチヤ一 45の貫通孔 45Aから比較的離れた領域の電子はシェード 44により遮蔽されると共に、貫通孔 45Aの近傍に位置するァパチヤ一 45上の所定領域（この例では、ァパチヤ一 45の表面）に照射される電子ビーム量がァパチヤ一 45を介して電流計 A1によって測定される。また、シェード 44によって遮蔽された電子がシェード 44に蓄積すると、この電子によって形成される電界が電子ビームの軌道に影響を与えるおそれがある力シエード 44は接地されているために、シェード 44には電子が蓄積せず、そのような電子による影響は防止される。 [0063] 上述の電流計 Alによって測定される電流量は、半導体基板 4に照射される電子ビーム 13による電流量ではなく、その周辺近傍の電子ビームによる電流量であるから、電流計 A1の測定値は、直接的には電子ビーム 13の照射量を表していない。しかし、ァパチヤ一 45の貫通孔 45Aを通過する電子ビーム 13と、それを取り囲む周辺近傍のァパチヤ一 45上に照射される電子ビームは、空間的な位置が極めて接近しているので、それらの電子ビームの特性（エネルギー、位相など）は極めて近似している。従つて、例えば貫通孔 45Aの面積とアバチヤ一 45の表面積 (電子流が照射される面積 )との関係に基づいて電流計 A1の測定値力電子ビーム 13の照射量を推定することも可能である。

[0064] 従って、本実施形態によれば、実際に半導体基板 4に照射される電子ビーム 13と極めて特性が近似した周辺近傍の電子ビームを検出するので、実際に半導体基板 4 に照射される電子ビーム 13の照射を妨げることなぐ基板電流の測定中にリアルタイムに電子ビーム 13の照射量を把握することが可能になる。

[0065] 上述のシェード 44の貫通孔はァパチヤ一 45の貫通孔 45Aの面積の 2倍から 10倍くらいの大きさが望ましい。シェード 44の貫通孔の面積は、シェード 44に照射される電子ビーム量に直接的な影響を与えるので、シェード 44の貫通孔を正確に形成することが望ましい。また、シェード 44の材料としては、二次電子放出比が 1に近い材料（即ち、電荷が蓄積しにくい材料)であるシリコンなどをドーピングして利用することが望ましい。

[0066] アバチヤ一 45は導電性材料で構成され、特に電子ビームを照射したときに、電子ビームを効率的に電流に変換する材料が望ましい。材料の種類によっては、電子ビームを照射しても二次電子を同じ量だけ放出し、電子ビームが効率的に電流に変換されない場合がある。そこで、本実施形態では、ァパチヤ一 45の材料として、例えば、 W、銅、アルミを用いる。ァパチヤ一 45の表面（電子ビームの照射面）に細く深い溝や穴を形成することによって、ァパチヤ一 45に吸収される電子量を増やすようにしてちょい。

[0067] 逆に、ァパチヤ一 45の材料として、照射された電子ビーム量よりも多くの二次電子を放出する材料 (電子増倍効果を有する材料)を用いても、同様に、電子ビーム 13の周辺近傍の電子ビームを感度よく検出することができる。そのような材料としては金属酸化物や導電性セラミック等が挙げられる。ァパチヤ一 45及びシェード 44は、使用に際して 100度以上に加熱されることがあるので、加熱に耐えるような材料で構成される。

[0068] 次に、図 5Bを参照して、ァパチヤ一周辺の第 2の構成例を説明する。

同図に示す例は、上述の図 5Aの構成において、シェード 44およびァパチヤ一 45 をファラデーカップ状に形成したものである。即ち、シェード 44の内周縁と外周縁とに沿ってそれぞれ壁部 44Bを形成してヽる。このように壁部 44Bを形成することにより、シェード 44に当たった電子ビームの周辺への飛散を防止し、ァパチヤ一 45に照射される電子に与える影響を抑制することができる。同様に、ァパチヤ一 45の内周縁に沿って壁部 45Bを形成して、貫通孔 45Aを通過する電子に与える影響を防止してもよい。

[0069] 図 5Cに、ァパチヤ一周辺の第 3の構成例を示す。

図 5Cに示す構成例は、電子ビームを通過させる貫通孔 60Aの中心領域に電子ビームを検出するための領域 (電流測定領域)を備える。即ち、この構成例では、導電性部材カもなる支持体 60が略円環状に形成され、この支持体 60には電流計 A1が接続されて、る。支持体 60の一部分 60Bは貫通孔 60Aの中心に向力つて十字状に延びており、この十字部分 60Bの交差部、即ち、支持体 60の貫通穴 60Aの中心領域には、直径が数ミクロンの円板状の電子ビーム検出領域 61が設けられている。上述の支持体 60の十字部分 60Bは、電子ビーム検出領域 61と支持体 60との間の配線として機能し、電子ビーム検出領域 61で変換された電流は、十字部分 60Bを介して支持体 60に接続された電流計 A1で測定される。支持体 60の上部には、絶縁体 6 2を介してシェード 63が形成されており、このシェード 63は、電子ビームによる電荷が蓄積しな、ように接地されて、る。

[0070] この構成例では、支持体 60の貫通孔 60Aのうち、電子ビーム検出領域 61と十字部分 60Bとを除いた領域を通過する電子ビームが半導体基板に照射される。このような微細なァパチヤ一の構造は、近年のシリコンマイクロマシユング等のエッチング技術を用いて容易に形成することができる。また、図 5Bに示す例のように、シェード 63 をファラデーカップ状に形成してもよ、。

[0071] 図 5Dに、ァパチヤ一周辺の第 4の構成例を示す。

同図に示す構成例は、上述の図 5Cの構成において、同心円状の 2つの電子ビーム検出領域 70A及び 70Bを更に備える。この構成例によれば、電子ビームエネルギ一分布を反映させて、より精度よく電子ビーム量を推定することが可能になる。即ち、前述のサーマルフィールドェミッタ一 41から放出される電子ビームのエネルギーは、そのビームの中心を最大値として正規分布し、同心円状に同じような性質をもって分布している。従って、電子ビームの中心部分とその周辺部分では、厳密には、ェネルギー分布が異なる。図 7に示す例では、同心円状の電子ビーム検出領域 70A及び 7 OBにより中心領域の外側に位置する電子ビームも検出されるので、検出される電子ビームのエネルギー分散が小さくなり、かつ、電子ビームの検出量の絶対値を大きく取ることができる。従って、上述の図 5Cに示す例に比較して、半導体基板に照射される電子ビーム量を、より一層精度よく推定することが可能になる。

[0072] 電子ビーム吸収領域 61, 70A, 70Bはシリコンマイクロマシユング等で形成し、その表面には電子ビーム電流変換効率の高い材料を被覆する。上述のように、シエード 63は、電子ビームの照射によって電荷が蓄積されない材料を選ぶのが望ましぐシリコンなどが望ましい。また、電子ビーム検出領域 61, 70A, 70Bとシェード 63は電気的に絶縁されており、シェード 63は接地されている。また、図 5Bに示す例のように、シェード 63をファラデーカップ状に形成してもよ、。

[0073] 図 5Eに、ァパチヤ一周辺の第 5の構成例を示す。

同図に示す例は、前述の図 5Cに示す構成において、放射状の電子ビーム検出領域 71A〜71Fを更に備える。このように電子ビーム検出領域を放射状に形成することにより、上述の電子ビームのエネルギー分布を一層精度よく反映させて電子ビーム量を推定することが可能になる。この例では、 4個の電子ビーム検出領域 71A〜71 Dを備えているが、これに限定されることなぐその数および配置位置を適宜設定することが可能である。

[0074] 前述の図 4および図 5A〜5Eに示す第 2の実施形態では、電流計 A1により測定される電子ビーム量は、実際にアバチヤ一を通過して半導体基板に照射される電子ビーム量ではなぐアバチヤ一（または電子ビーム検出領域）に照射された電子ビーム量である。従って、電流計 A1の測定値から実際に半導体基板に照射される電子ビ一ム量を知るためには、予め、電流計 1の測定値とァパチヤ一 45を通過する電子ビーム量との対応関係を把握しておき、この所定の対応関係に基づいて電流計 A1の測定値を換算する必要がある。

[0075] 以下では、図 6を参照して、電流計 A1の測定値を半導体基板 4に照射される電子ビームの照射量に換算する方法について説明する。この換算を行うためには、アバチヤ一 45に接続された電流計 1の測定値とァパチヤ一 45を通過する電子ビーム量との対応関係を把握する必要がある。

[0076] 図 6は、上記対応関係を求めるための装置構成を示している。この図 8に示す装置構成は、基本的には、図 4に示す装置構成と同様である力ァパチヤ一 45を通過した電子ビームの照射位置に半導体基板に代えて、電流計 A2に接続されたファラデ一カップ 80を配置した点のみが異なる。

[0077] 以下、図 6に示す装置構成を用いて上記対応関係を求める手順を説明する。

先ず、サーマルフィールドェミッタ一 41から放出される電子ビームの量を 0から徐々に増やして行き、そのときにファラデーカップ 80に照射される電子ビームの電流量（以下、ファラデーカップ電流と称す)を電流計 A2により測定すると共に、ァパチヤ一 4 5に照射された電子ビームの電流量 (以下、ァパチヤ一電流量と称す)を電流計 A1 によって測定する。このようにして得られた電流計 A1の測定値 (ァパチヤ一電流）と電流計 A2の測定値 (ファラデーカップ電流）とをプロットすると、図 7に示す特性図が得られる。図 7において、横軸はァパチヤ一電流 (電流計 A1の測定値)を示し、縦軸はファラデーカップ電流 (電流計 A2の測定値)を示す。

[0078] 両者にはほぼ直線関係があるので、回帰式を求めて、ァパチヤ一電流力ファラデ一カップ電流への換算式を得る。例えば、「ァパチヤ一電流 = 10 *ファラデーカップ電流」なる換算式が得られる。この換算式を用いることにより電流計 A1の測定値 (ァパチヤー電流)から半導体基板に照射される電子ビームの照射量を推定することが可能になる。図 7に示すアバチヤ一電流とファラデーカップ電流との対応関係は、上記のような換算式として本半導体分析装置のコンピュータに記憶されており、コンビュータは、アバチヤ一電流の測定値を換算して、前述の基板電流値の正規化に使用する電子ビームの照射量を決定する。

[0079] [第 3実施形態]

図 8に、本発明による第 3実施形態による半導体分析装置の構成を示す。本半導体分析装置は、半導体基板 4に電子ビームを照射し、前記電子ビームによつて前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格ィ匕した値を測定値として出力するように構成され、サーマルフィールドェミッタ一 41、サプレッサー電極 42、引き出し電極 43、ァパチヤ一 106、ブランク電極 106、ブランキング制御装置 107、ファラデーカップ 108、対物レンズ 46、電流計 A2、電流計 A3を含む。電子ビーム放出素子 41には、各種の駆動電源 Vex, Vf, Vbが接続される。

[0080] ここで、ァパチヤ一 105は、サーマルフィールドェミッタ一 41から放出された電子流の一部を選択的に通過させるための貫通孔を有し、前記電子流の通過を制限して半導体基板 4に照射される電子ビームを形成するものである。このァパチヤ一 105の貫通孔の近傍にはブランキング電極 106が設けられ、このブランキング電極 106には、ブランキング制御装置 107が接続されている。ブランキング電極 106は、ブランキング制御装置 107の制御の下に、ァパチヤ一 105を通過した電子ビームを瞬時的に偏向するためのものである。ブランキング電極 106により偏向された電子ビームの照射位置には、電流計 A3に接続されたファラデーカップ 108が設けられる。このファラデ一カップ 108により、上記偏向された電子ビームが検出されるようになっている。

[0081] 次に、本実施形態の動作を説明する。

半導体基板 4の基板電流を測定する通常動作では、ブランキング電極 106による偏向は行われず、ァパチヤ一 105を通過した電子ビームはそのまま半導体基板 4に照射され、そのときに発生する基板電流が電流計 A2によって測定される。

[0082] 電子ビームの照射量の測定動作では、ブランキング制御装置 107の制御の下、ァパチヤー 105を通過した電子ビームをブランキング電極 106により瞬時的に偏向し、これをファラデーカップ 108に導く。偏向された電子ビームの照射量はファラデーカツプ A3で検出され、電流計 A3によって測定される。即ち、この例によれば、実際に半導体基板 4に照射される電子ビーム 13の照射量が直接的に測定される。

[0083] 通常、半導体基板上の測定点に置ける基板電流を測定する時間は 1秒程度である力その測定の前後あるいは必要に応じてブランキング電極 106によって電子ビームを偏向し、ファラデーカップ 108に入射させる。そのタイミングにて電流計 A3により電流値を測定する。電流計 A3によって測定された値は、コンピュータ（図なし）に記憶され、前述したように、電流計 A2によって測定された基板電流の規格化に利用される

[0084] 本実施形態によれば、電子ビームの照射量を間接的に推定する上述の第 2の実施形態に比較して、電子ビームの照射量を直接的に測定することができる。また、ブランキング動作 (瞬時的な偏向動作)の速度とタイミングを調節することによって、半導体基板の基板電流の測定動作に殆ど影響を与えることなぐ電子ビームの照射量を瞬時に測定することが出来る。例えば、ブランキング速度は数メガヘルツ以上の速度で行うことが可能であるため、基板電流の測定中に瞬時的にファラデーカップ 108の方向に電子ビームを偏向して電流計 A3により電流を測定し、次の瞬間に電子ビームの照射方向を半導体基板 4の方向に戻して電流計 A2により基板電流の測定を行うことが可能である。

[0085] [第 4実施形態]

図 9に、本発明の第 4実施形態の構成を示す。

同図に示す半導体分析装置は、前述の第 2実施形態と第 3実施形態とを組み合わせたものである。

[0086] 本実施形態の動作を説明する。

本装置の動作は、第 2実施形態の動作、即ち、アバチヤ一 45に照射される電子ビーム量力電子ビームの照射量を推定する動作を基本としながら、ファラデーカップ

108を介して測定される電子ビームの照射量の電流値を用いて、前述の図 7に示すアバチヤ一電流とファラデーカップ電流との対応関係を更新する。

[0087] 本実施形態によれば、基板電流の測定の合間に電子ビームをファラデーカップ 10 8に偏向させることにより、ァパチヤ一を通過した電子ビームの照射量を電流計 A3により精度良く測定することができる。そして、この電流計 A3の測定値と電流計 A1の測定値とを用いることにより、図 7に示すァパチヤ一電流とファラデーカップ電流との対応関係に基づく換算式をほぼリアルタイムに更新することが可能になる。従って、ァパチヤー電流力電子ビームの実際の照射量を高速かつ精度よく換算することが可能になり、精度の良い電子ビーム量の推定が可能となる。よって、一層精度よく電子ビーム量によって基板電流を正規ィ匕することが可能になる。

[0088] また、本実施形態によれば、前述の第 2実施形態と同様に、基板電流の測定中に起こるリアルタイムの高速電流変動がァパチヤ一電流の変動として電流計 A1により測定され、その測定値を基板電流の規格ィ匕のための値として利用することができるので、電子ビームの突発的な変動による測定値の変動を即座に対応することが可能になる。

[0089] 以上、本発明の実施の形態について説明した力本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、電子ビームを用いる分析装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなぐイオンビームを用いた装置に本発明を適用することもできる。

産業上の利用可能性

[0090] 本発明は、半導体デバイス又はその製造工程での分析、製造、測定又は評価などに用いられる装置、並びに半導体デバイス製造方法に有用である。例えば、ウェハ一などの半導体基板に電子ビー又はイオンビームを照射する手法を用いる分析技術、測定技術、評価技術、検査技術、および半導体デバイス製造装置および方法の分野において、本発明を利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格ィ匕した値を出力するように構成された半導体分析装置であって、

前記半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、

前記電子ビームを発生する電子ビーム発生手段と、

前記電子ビームを検出するための電子ビーム検出器と、

前記半導体基板に誘起された基板電流と前記電子ビーム検出器で検出された電子ビームの照射量とを測定するために共用される測定手段と、

を備えた半導体分析装置。

[2] 半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格ィ匕した値を出力するように構成された半導体分析装置であって、

前記半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、

電子を放出する電子ビーム源と、

前記電子ビーム源力放出された電子流の一部を選択的に通過させるための貫通孔を有し、前記電子流の通過を制限して前記半導体基板に照射される電子ビームを形成する電子ビーム制限部材と、

前記電子ビーム制限部材と電気的に絶縁され、前記貫通孔と該貫通孔を取り囲む前記電子ビーム制限部材上の所定領域とを除いて、前記電子ビーム源から放出された前記電子流を遮蔽する遮蔽部材と、

前記半導体基板に誘起された基板電流を測定する第 1測定手段と、

前記電子ビーム制限部材に誘起された電流を測定する第 2測定手段と、を備えた半導体分析装置。

[3] 半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格ィ匕した値を出力するように構成された半導体分析装置であって、

前記半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、電子を放出する電子ビーム源と、

前記電子ビームを瞬時的に偏向するための電子ビーム偏向手段と、

前記電子ビーム偏向手段により偏向された電子ビームを検出するための電子ビーム検出器と、

前記電子ビーム検出器で検出された電子ビームの照射量を測定する第 2測定手段と、

を備えた半導体分析装置。

半導体基板に電子ビームを照射し、前記電子ビームによって前記半導体基板に誘起された基板電流を測定し、該基板電流を前記電子ビームの照射量で規格ィ匕した値を出力するように構成された半導体分析装置であって、

前記半導体基板を支持する半導体基板支持手段と、

電子を放出する電子ビーム源と、

前記電子ビーム制限部材に誘起された電流を測定する第 2測定手段と、前記電子ビーム検出器で検出された電子ビームの照射量を測定する第 3測定手段と、

を備えた半導体分析装置。

[5] 前記電子ビーム検出器がファラデーカップであることを特徴とする請求項 1または 3 の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[6] 前記基板電流の測定の前後に、前記電子ビーム発生手段から発生された電子ビームを前記電子ビーム検出器で検出し、前記電子ビーム検出器で検出された電子ビームの照射量を前記測定手段で測定し、前記測定手段で測定された前記電子ビームの照射量を、前記基板電流を正規ィ匕するために用いることを特徴とする請求項 1 記載の半導体分析装置。

[7] 前記貫通孔の中心領域に電子ビーム検出領域を設けた請求項 2または 4の何れか

1項記載の半導体分析装置。

[8] 前記貫通孔に同心円状の電子ビーム検出領域を設けた請求項 2または 4の何れか

1項記載の半導体分析装置。

[9] 前記貫通孔に放射状の電子ビーム検出領域を設けた請求項 2または 4の何れか 1 項記載の半導体分析装置。

[10] 前記貫通孔に、前記電子ビーム検出領域で検出された電流を外部に取り出すための配線部を設けた請求項 7ないし 9の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[11] 前記第 2測定手段の測定値と前記半導体体基板に照射される電子ビームの照射量との間の対応関係に基づく所定の換算式を用いて、前記第 2測定手段の測定値を前記電子ビームの照射量に換算することを特徴とする請求項 2または 4の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[12] 前記第 2測定手段の測定値を用いて前記第 1測定手段の測定値を正規化することを特徴とする請求項 2または 4の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[13] 前記遮蔽部材は、ファラデーカップ状に形成されたことを特徴とする請求項 2または

4の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[14] 前記電子ビーム制限部材は、ファラデーカップ状に形成されたことを特徴とする請求項 2または 4の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[15] 前記遮蔽部材は、前記電子流を吸収する性質を有する材料力なることを特徴とする請求項 2または 4の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[16] 前記遮蔽部材は、シリコン含むことを特徴とする請求項 2または 4の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[17] 前記電子ビーム制限部材は、タングステン (W)、銅 (Cu)、アルミニウム (A1)の何れかであることを特徴とする請求項 2または 4の何れか 1項記載の半導体分析装置。

[18] 前記電子ビーム制限部材は、金属酸化物、導電性セラミックの何れかであることを特徴とする請求項 2または 4の何れか 1項記載の半導体分析装置。