陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件測試領(lǐng)域，尤其涉及一種陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陰極熒光光譜儀和電子束誘導(dǎo)感生電流裝置是安裝在掃描電子顯微鏡上的兩個附件。陰極熒光光譜儀由于采用了束斑尺寸僅為幾個納米的電子束激發(fā)源，因此可以對材料和器件中的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行光譜采集和成像，對于揭示微納尺度的局域光學(xué)性質(zhì)起到了巨大的推動作用。目前的陰極熒光光譜儀還是依靠從國外進(jìn)口，國內(nèi)沒有廠家生產(chǎn)。為了進(jìn)一步拓展陰極熒光光譜儀的空間分辨能力和光譜分辨率，大多數(shù)的陰極熒光光譜儀均安裝在場發(fā)射電鏡上，因為束斑尺寸小，可達(dá)I納米，同時發(fā)展了低溫冷臺，可以在接近液氦溫度(6k)下開展光譜采集和成像，對于深入研究納米材料和器件中的激子發(fā)光、缺陷發(fā)光起到了重要的推動作用。電子束誘導(dǎo)感生電流裝置(EBIC)目前也只有國外廠家提供商業(yè)化的產(chǎn)品，隨著LED，solar cells等半導(dǎo)體器件的發(fā)展，EBIC裝置在PN結(jié)結(jié)區(qū)位置、寬度測定、缺陷表征和失效分析方面發(fā)揮了重要的作用。
[0003]目前的EBIC測試樣品臺采用螺絲固定探針并需要在外界環(huán)境中手動調(diào)節(jié)螺絲來控制探針移動，從而使得探針與樣品電極接觸。這存在兩個缺點:一、固定探針的螺絲高于樣品臺表面幾個mm,導(dǎo)致探針高出樣品表面幾個mm, —般探針高出樣品臺表面3mm,而由于CL探頭的焦點位于CL探頭下方Imm左右處，所以CL探頭進(jìn)行光信號采集時，最好距離樣品表面1_左右，使得樣品處于CL探頭的焦點處,這樣能夠提聞突光收集效率。但是，由于探針高出樣品表面幾個mm，這就導(dǎo)致CL探頭就不能移動至樣品正上方，導(dǎo)致不能進(jìn)行CL/EBIC的原位采集。二、由于需要在外界環(huán)境中手動調(diào)節(jié)螺絲來控制探針的移動，因此，在電鏡一次抽真空和放空循環(huán)中只能進(jìn)行一個樣品的檢測，若需要進(jìn)行下一個樣品的檢測，則需要將電鏡放空，手動調(diào)節(jié)探針的位置，這顯然不能滿足研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行大量失效分析的需求且會造成資源的浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置及方法，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)陰極熒光信號與電子束誘導(dǎo)感生電流信號的原位采集。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置，包括測試臺、探針、探針固定裝置及物鏡，所述測試臺用于放置測試樣品，所述探針固定在所述探針固定裝置上，用于與測試樣品的電極接觸，進(jìn)行電子束誘導(dǎo)感生電流信號的采集，所述物鏡用于聚焦電子束，所述裝置還包括陰極熒光探頭，所述陰極熒光探頭設(shè)置于探針與物鏡之間，用于進(jìn)行陰極熒光信號的采集，所述測試樣品位于陰極熒光探頭的焦點。
[0006]進(jìn)一步，所述陰極熒光探頭焦點到陰極熒光探頭的距離為f 1.5mm。
[0007]進(jìn)一步，所述探針固定裝置包括X方向平移器、Y方向平移器及Z方向平移器，所述X方向平移器、Y方向平移器及Z方向平移器與外部控制器相連，用于使所述探針在X、Y、Z方向移動并與所述測試樣品的電極接觸。優(yōu)點在于，在真空環(huán)境中就可以控制探針的移動，不必放空后再進(jìn)行探針的移動。
[0008]進(jìn)一步，所述X方向平移器、Y方向平移器及Z方向平移器均為壓電平移器。
[0009]進(jìn)一步，所述測試臺上設(shè)置有至少兩個放置測試樣品的位置，以完成多個測試樣品的測試。優(yōu)點在于，可以在一次抽真空和放空的過程中進(jìn)行多個測試樣品的測試，避免了資源的浪費。
[0010]進(jìn)一步，在所述測試臺上設(shè)置一加熱模塊，所述測試樣品設(shè)置于所述加熱模塊上，所述加熱模塊用于加熱所述待測試樣品并控制加熱溫度。優(yōu)點在于，在測試樣品進(jìn)行高溫老化實驗中，可以進(jìn)行陰極熒光/電子束誘導(dǎo)感生電流的原位表征。
[0011]進(jìn)一步，在所述測試臺與所述加熱模塊之間設(shè)置有一隔熱模塊，所述隔熱模塊用于防止加熱模塊產(chǎn)生的熱量傳遞到測試臺上。優(yōu)點在于，防止加熱模塊產(chǎn)生的高溫對測試裝置產(chǎn)生影響。
[0012]一種陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集的方法，包括如下步驟:
(1)移動探針，使探針與測試樣品的電極接觸；
(2)移動陰極熒光探頭，使所述陰極熒光探頭位于探針與物鏡之間，所述測試樣品位于陰極熒光探頭的焦點；
(3)提供電子束，使所述電子束照射測試樣品表面；所述探針進(jìn)行電子束誘導(dǎo)感生電流信號的采集，所述陰極熒光探頭進(jìn)行陰極熒光信號的采集。
[0013]進(jìn)一步，所述測試臺上放置有至少兩個測試樣品，所述方法進(jìn)一步包括如下步驟:步驟(3)測試結(jié)束后，將陰極熒光探頭從探針與物鏡之間移開，移動探針，重復(fù)步驟(I廣步驟(3)。
[0014]進(jìn)一步，在步驟(3)之前，啟動加熱模塊對測試樣品進(jìn)行加熱并控制加熱溫度，以實現(xiàn)在加熱狀態(tài)下對測試樣品的測試。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于，陰極熒光探頭位于采集電子束誘導(dǎo)感生電流信號的探針與物鏡之間，測試樣品位于陰極熒光探頭的焦點位置，使得探針的探針本體到測試樣品的表面的垂直距離小于陰極熒光探頭的焦點到所述陰極熒光探頭的距離，從而實現(xiàn)在測試樣品的同一微區(qū)陰極熒光信號與電子束誘導(dǎo)感生電流信號的同時采集。
【附圖說明】
[0016]附圖1所示是本發(fā)明陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2所示是本發(fā)明陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置的側(cè)視圖；
附圖3所示是本發(fā)明陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集方法的步驟示意圖。
[0017]附圖標(biāo)記
10、陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置
11、測試臺12、探針
13、探針固定裝置 14、測試樣品 15、陰極熒光探頭 16、加熱模塊 17、隔熱模塊18、X方向平移器
19、Y方向平移器 20、Ζ方向平移器 21、電子束22、探針本體。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置及方法的【具體實施方式】做詳細(xì)說明。
[0019]參見附圖1及附圖2，一種陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置10包括測試臺11、探針12、探針固定裝置13、物鏡(附圖中未標(biāo)示)及陰極熒光探頭15。本發(fā)明陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置10配合掃描電子顯微鏡使用，所述測試臺11、探針12、探針固定裝置13及物鏡位于掃描電子顯微鏡的樣品室(附圖中未標(biāo)示)中，所述掃描電子顯微鏡的樣品室為真空環(huán)境。
[0020]所述測試臺11用于放置測試樣品14。進(jìn)一步，所述測試臺11上設(shè)置有至少兩個放置測試樣品14的位置，以完成多個測試樣品14的測試。在本【具體實施方式】中，所述測試臺11上設(shè)置5個放置測試樣品14的位置，可以完成5個測試樣品14的測試。在測試臺11上設(shè)置多個放置測試樣品14的位置的優(yōu)點在于，在掃描電子顯微鏡放空時可以放置多個測試樣品14到測試臺11上。在掃描電子顯微鏡抽真空后，可連續(xù)測量多個測試樣品14，而不需要一個測試樣品14測試結(jié)束后放空掃描電子顯微鏡的樣品室，放置下一個測試樣品14，再抽真空進(jìn)行測量，從而可以滿足進(jìn)行大量分析的需求。
[0021]進(jìn)一步，在本【具體實施方式】中，在所述測試臺11上設(shè)置一加熱模塊16，所述測試樣品14設(shè)置于所述加熱模塊16上，所述加熱模塊16用于加熱所述待測試樣品14并控制加熱溫度。所述加熱模塊16可以與外界的溫度控制器(附圖中未標(biāo)示)相連，用于控制加熱溫度。在測試臺11上設(shè)置加熱模塊16的優(yōu)點在于，在測試樣品14進(jìn)行高溫老化實驗中，可以進(jìn)行陰極熒光/電子束誘導(dǎo)感生電流的原位表征。進(jìn)一步，在本【具體實施方式】中，在所述測試臺11與所述加熱模塊16之間設(shè)置有一隔熱模塊17，所述隔熱模塊17用于防止加熱模塊16產(chǎn)生的熱量傳遞到測試臺11上，從而防止加熱模塊16產(chǎn)生的高溫對本發(fā)明裝置甚至掃描電子顯微鏡產(chǎn)生影響。
[0022]所述探針12固定在所述探針固定裝置13上。在本【具體實施方式】中，陰極熒光與電子束誘導(dǎo)感生電流原位采集裝置10包括兩個探針12。所述每個探針12包括一探針本體22及針尖(附圖中未標(biāo)示)，所述探針12的探針本體22與電子束誘導(dǎo)感生電流測量系統(tǒng)的測量電極(附圖中未標(biāo)示)相連，所述探針12的針尖與測試樣品14的電極(附圖中未標(biāo)示)接觸，形成電流回路，進(jìn)行電子束誘導(dǎo)感生電流信號的采集。
[0023]所述探針固定裝置13包括X方向平移器18、Υ方向平移器19及Z方向平移器20，所述X方向平移器18、Y方向平移器19及Z方向平移器20與外部控制器(附圖中未標(biāo)示)相連，用于使所述探針12在X、Y、Z方向移動并與所述測試樣品14的電極接觸。當(dāng)電子束21照射到樣品表面時，掃描電子顯微鏡能夠檢測到測試樣品14的電極及探針12的電極的位置，根據(jù)掃描電子顯微鏡的檢測，外部控制器控制X方向平移器18、Υ方向平移器19及Z方向平移器20的運動，使得探針12能夠準(zhǔn)確移動到測試樣品14的電極的位置并與所述電極接觸。在本【具體實施方式】中，