JP2001324459A

JP2001324459A - 荷電粒子線装置およびプローブ制御方法

Info

Publication number: JP2001324459A
Application number: JP2000148583A
Authority: JP
Inventors: Muneyuki Fukuda; 宗行福田; Satoshi Tomimatsu; 聡富松; Hiroyasu Shichi; 広康志知
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: JP4505946B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】マイクロマニピュレーションにおける荷電粒子
線装置と画像解析装置によるプローブ制御技術を提供す
る。【解決手段】プローブ制御装置４は、プローブに電圧を
印加することで、プローブと試料３表面のコントラスト
を強調し荷電粒子線装置の２次粒子像から試料表面像の
影響を除去した上で、観察像の画像解析によりプローブ
位置を検出し、プローブ１１を所望の位置に誘導する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線を試料
に照射して、試料を観察、分析、加工する荷電粒子線装
置に係り、特にメカニカルプローブを用いて試料作製、
電気測定などを行う荷電粒子線装置、試料作製装置およ
びプローブ制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子線を試料に照射して、試料の観
察、分析、加工を行う荷電粒子線装置は科学、工学の分
野で広く使用されている。近年では、荷電粒子線装置に
メカニカルプローブ（以下プローブ）を導入して、試料
の電気的特性測定、試料作製などが一般に行われてい
る。例えば、集束イオンビームとマイクロマニピュレー
ション技術を組み合わせれば、数〜サブμmオーダの試
料を作製することができる。この手法に関しては、特開
平５−５２７２１号公報に開示されている。

【０００３】上記従来技術の試料作成方法の概略を図１
３に示す。この例では、同図（ａ）のように、試料基板
１０２の表面に対し集束イオンビーム１３２が直角に照
射するように基板１０２の姿勢を保ち、基板１０２上で
集束イオンビーム１３２を矩形に走査させ、試料表面に
所要の深さの角穴１３３を形成する。つぎに、（ｂ）の
ように、基板１０２の表面に対する集束イオンビームの
軸が、約７０°傾斜するように基板１０２を傾斜させ、
底穴１３４を形成する。基板１０２の傾斜角の姿勢変更
は、試料台（図示せず）によって行われる。つぎに
（ｃ）のように、基板１０２の表面が集束イオンビーム
１３２に対して再び垂直になるように基板１０２の姿勢
を変更し、切り欠き溝１３５を形成する。ついで、マニ
ピュレータ（図示せず）を駆動し、（ｄ）のようにプロ
ーブ１３６の先端を、基板１０２の試料となる部分に接
触させる。

【０００４】上記の状態で、同図（ｅ）のように、ガス
ノズル１３７から堆積性ガス１３９を供給しつつ、集束
イオンビーム１３２をプローブ１３６の先端部を含む領
域に局所的に照射し、イオンビームアシストデポジショ
ン（以下、ＩＢＡＤと略す）膜１３８を形成する。これ
により、基板１０２の分離部分とこれに接触状態にある
プローブ１３６の先端は上記ＩＢＡＤ膜１３８で接続さ
れる。最後に、（ｆ）のように、集束イオンビームで残
りの部分を切り欠き加工し、基板１０２から分離試料片
１４０を切り出す。切り出された分離試料片１４０は、
接続されたプローブ１３６で支持された状態になるの
で、これをマニピュレータを駆動し、分離試料片１４０
を所要の箇所に移動させる（ｇ）。上記のようにして得
られた分離試料片１４０は、例えばその中の観察領域を
厚さ１００nm程度に残すように、さらに集束イオンビー
ムを用いて薄膜化加工が施され、ＴＥＭ観察試料とされ
る。

【０００５】ところで、上記の従来技術ではプローブ先
端の位置決め制御の方法について明記はされていない。
実施例の記述から、イオンビーム走査と二次電子検出な
どによる顕微鏡像から、プローブ位置を同定するものと
考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上で述べた集束イオン
ビームとマイクロマニピュレーション技術を組み合わせ
て試料を作製する装置では、操作者が試料片の摘出や搬
送などを行う際に、試料の貼り付け、切り離し、固定な
どのプローブ操作を作成試料ごとに数回繰り返して行わ
なければならない。また、上記と類似した電子線装置に
よる高分解能な観察と高精度なマイクロマニピュレーシ
ョン技術を組み合わせて微細試料の電気特性を計測する
ような装置でも、操作者は測定ごとにプローブ操作を繰
り返し行わなければならない。

【０００７】しかしながら、現行の装置では荷電粒子線
装置による観察像を頼りにプローブ制御が行われている
ため、プローブ操作には高度の熟練を要していた。すな
わち従来のプローブ制御法は、観察者が目測で確認する
方法であり、制御が正しく実行されたかを数値的に確認
する機能がなかった。この場合、操作者がプローブ操作
を失敗すると、プローブ先端を破損したり試料を破壊し
てしまう危険がある。

【０００８】以上のように、荷電粒子線装置におけるプ
ローブ制御技術の課題には、プローブ操作の容易化およ
び操作ミスの抑制、操作者の疲労軽減などがある。上記
課題から、メカニカルプローブを有する荷電粒子線装置
において、自動で複雑な操作と繰り返し操作を実現する
ための、プローブ自動制御技術の開発が必要とされてい
る。

【０００９】プローブ自動制御技術にとって、重要な技
術の１つとして、観察像の画像解析によるプローブ位置
検出を用いたプローブ制御技術が考えられる。しかし、
荷電粒子線装置によるプローブ像は光学顕微鏡によるプ
ローブ像よりも不鮮明であり、従来において観察像の画
像解析をプローブ制御技術に応用することは困難と考え
られてきた。

【００１０】さらに、プローブ位置解析法は、荷電粒子
線装置による観察像のバックグラウンドの変化が大きか
ったり、また上記観察像中で試料表面とプローブが重な
ることで、解析不能になることが予想される。上記の現
象は、メカニカルプローブを有する荷電粒子線装置での
画像解析によるプローブ位置制御では恒常的に発生する
現象として実用上問題となり、これを解決する技術の開
発が必要とされる。

【００１１】本発明の目的は、試料表面像とプローブ像
が重なっても、画像解析による位置制御を可能とし、プ
ローブの自動制御を実現して、試料の観察、分析、加
工、作製において操作者に要求される熟練度や作業負担
を軽減し、プローブ操作の失敗を回避できる荷電粒子線
装置、試料作製装置および、プローブ制御方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する手段
として、本発明においては以下の基本構成を有すること
を特徴とする。

【００１３】（１）荷電粒子銃と、上記荷電粒子銃から
放出する荷電粒子線を集束するレンズと、偏向器と、荷
電粒子を試料に照射して上記試料からの２次粒子を検出
するための検出器と、上記試料を保持する試料台と、上
記試料台の位置を制御する試料位置制御装置と、プロー
ブと、プローブ制御装置とを備えた荷電粒子線装置にお
いて、上記検出器から得られる観察像から上記プローブ
の位置を検出でき、かつ上記試料の表面像の影響を排除
して、上記プローブの位置を画像解析で検出可能なこと
と、上記検出の結果に基づいて、プローブを所望の位置
に誘導する荷電粒子線装置。

【００１４】（２）上記画像解析装置は、電源により上
記プローブに電圧を印加することで、上記観察像中のプ
ローブと試料表面のコントラストを強調して、試料表面
像の影響を排除して、上記プローブの位置を画像解析で
検出する荷電粒子線装置。

【００１５】（３）上記電源によりプローブ印加電圧を
変化した、少なくとも２つの上記観察像の差し引きによ
り、プローブ輪郭を強調した観察像を作製し、上記画像
解析装置で、プローブ輪郭に見られる明暗の境界を検出
して、プローブ形状を解析することで、プローブ位置を
検出してプローブを制御する。

【００１６】（４）上記画像解析装置は、上記プローブ
制御装置により上記プローブを微小に移動することで、
上記移動に伴う観察像の変化を取得することにより、試
料表面像の影響を排除して、上記プローブの位置を画像
解析で検出してプローブを制御する。

【００１７】（５）上記画像解析装置は、上記試料位置
制御装置により上記試料台を微小に移動して、上記移動
の途中でまたは上記移動の後静止状態で、複数の観察像
を取得し足しあわせて試料表面像の影響を除去して、上
記プローブの位置を画像解析で検出して、プローブを制
御する。

【００１８】（６）荷電粒子銃と、上記荷電粒子銃から
放出する荷電粒子線を集束するレンズと、偏向器と、荷
電粒子を試料に照射して上記試料からの２次粒子を検出
するための検出器と、上記試料を保持する試料台と、上
記試料台の位置を制御する試料位置制御装置と、プロー
ブと、プローブ制御装置とを備え、上記試料の所望の領
域を含む試料片を成型加工により分離し、分離した上記
試料を保持するホルダを備える試料作成装置において、
上記検出器から得られる観察像から上記プローブの位置
を検出でき、かつ上記試料の表面像の影響を除去可能な
画像解析装置と、上記プローブを所望の位置に誘導する
プローブ制御装置とを具備する。

【００１９】以上の構成により、上記荷電粒子線装置は
プローブ自動制御を実現し、試料作製での経験や熟練技
能工程を排除して、プローブ制御技術の信頼性を向上
し、総合的に試料作製効率のよい試料作製装置を提供で
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】＜実施例１＞図１は、本発明の実
施形態の一例である荷電粒子線装置の基本構成を示す。
本発明の荷電粒子線装置は、半導体ウェハや半導体チッ
プ等の基板を載置する可動の試料台２と、基板の分析し
ようとする位置を特定するため試料台の位置を制御する
試料位置制御装置９と、プローブ１１を基板の分析位置
近傍に移動させ、プローブ１１を試料台２と独立に駆動
するプローブ制御装置４と、荷電粒子線光学系１内の２
次粒子検出器８と偏向器５に接続した画像解析装置１２
とを持つ。

【００２１】プローブ１１とプローブ制御装置４はマニ
ピュレータを構成する。電源１０はプローブ電圧を調整
できるように接続される。荷電粒子線光学系１で偏向器
５が、荷電粒子を走査し、画像解析装置１２は上記偏向
器５と同期して２次粒子検出器８から送り出される画像
信号を受信する。荷電粒子線光学系１、試料位置制御装
置９、電源１０、プローブ制御装置４、画像解析装置１
２などは、中央処理装置６により制御される。さらに、
中央処理装置６はプローブ電圧データを電源１０から画
像解析装置１２に高速に転送する。

【００２２】ここで、上記荷電粒子線装置によるプロー
ブ１１と試料表面の観察像について図２により説明す
る。上記観察像では、プローブ像１５の輪郭部分１６と
試料表面の配線像１７の輪郭部分１８は、２次粒子が他
の部分に比べて多く放出されるため、観察像中で明るく
表示される。観察像中でプローブ像１５と重なった配線
像１７がノイズとなり、画像解析は、正確なプローブ位
置を検出できなくなる。

【００２３】本実施例では、上記ノイズ対策のために、
電源１０によりプローブ電圧を印加して、プローブに照
射した荷電粒子の２次粒子放出率の増大から、または変
化量から、観察像を作製することで、上記観察像中に見
られるプローブ像の輪郭部分１６を強調して配線像１７
の影響を排除し、画像解析装置１２によりプローブ位置
解析を行う。

【００２４】本実施例では、上記プローブ像の輪郭部分
１６を強調する手段を２つ上げる。まず、１つ目の手段
について、プローブ自動制御を実現する方法を図９に示
すフローにそって以下に述べる。

【００２５】荷電粒子線装置は、試料位置制御３００に
より目標位置を観察像中に移動し、目標位置設定３０１
を行う。この時点で画像解析装置１２は観察像１の取り
込み３０２を行う。中央処理装置６は電源１０に対して
プローブ印加電圧設定３０３を行う。プローブ電圧印加
３０４がなされると、電圧印加前に比べてプローブから
２次粒子が多く放出されるために、プローブ像１５は図
３のように観察像中で明るく表示される。画像解析装置
１２はこの状態で観察像２の取り込み３０５を行う。中
央処理装置６は電源１０によりプローブ電圧降下３０６
を行い、プローブ電圧を元に戻す。

【００２６】図３に示す観察像２から、図２に示す観察
像１を引く３０７と、図４に示すように試料表面の配線
像１７を消去し、プローブ輪郭だけを強調した観察像を
作製できる。この観察像を用いると、試料表面の影響を
排除した状態で、精度よくプローブの位置解析を行うこ
とができる。すなわち、画像解析装置１２は、プローブ
輪郭に見られる明暗の境界を検出して、プローブ形状を
解析することでプローブ先端位置検出３０８を行う。明
暗の境界を検出するこの手段は、プローブ像１５の特徴
を利用しているため、高信頼、高精度、高速なプローブ
位置解析を実現することができる。試料表面の影響排除
が不十分でプローブ位置解析ができないときには、中央
処理装置６はプローブ印加電圧設定を変更し、再度観察
像２取り込み３０５を行い、プローブ先端位置検出を行
う。

【００２７】中央処理装置６は上記手段によるプローブ
位置の記録を保持する。つぎに上記プローブ位置が所望
の位置にあることを判定するプローブ誘導判定３０９を
行う。プローブ誘導が完了でないときは、上記プローブ
誘導判定の結果に基づいてプローブの位置ずれを解析
し、プローブ位置制御３１０により上記位置ずれから求
められた距離をプローブ制御装置４に送信し、プローブ
１１を所望の位置に誘導する。このときは、図９の観察
像１取り込み３０２の項目にもどる。

【００２８】本実施例では、プローブ位置解析精度より
もプローブ制御装置精度のほうがよくないために、プロ
ーブ誘導完了はプローブ位置解析により判定するので、
図９に示したフローが適当である。

【００２９】つぎに、プローブ自動制御を実現する２つ
目の方法手段について、図１０に示すフローにそって以
下に述べる。１つ目の手段と同様に、荷電粒子線装置は
試料位置制御３００、目標位置設定３０１を行う。中央
処理装置６はプローブ印加電圧設定３０３を行い、プロ
ーブ電圧印加３０４を行う。画像処理装置１２は試料表
面像に比べてプローブ輪郭を強調する処理３１１をし
て、観察像取り込み３１２を行う。１つ目の手段と同様
に、画像解析装置１２はプローブ先端位置検出３０８を
行う。

【００３０】中央処理装置６は上記手段によるプローブ
位置の記録を保持する。つぎに、中央処理装置６は、上
記プローブ位置が所望の位置にあることを判定するプロ
ーブ誘導判定３０９を行う。プローブ誘導完了３１３で
はないとき、上記プローブ誘導判定に基づいて、プロー
ブ制御装置４は、プローブ位置制御３１０を行う。この
ときは、図１０のプローブ電圧印加３０４の項目に戻
る。

【００３１】本実施例は、集束イオンビームとマイクロ
マニピュレーション技術を組み合わせて、数〜サブμm
オーダの試料を作製する装置で行った。この装置は、集
束イオンビームの照射により、試料表面に作製した分離
試料片の摘出のためにプローブ１１の先端を接触させ
る。このときに、プローブ１１に電圧を＋２Ｖ印加した
ところ、観察像中のプローブ輪郭を強調して、プローブ
位置を確実に検出することができた。

【００３２】接触状態にある基板の分離部分とプローブ
１１の先端をＩＢＡＤ膜で接続し、分離試料片を摘出し
た。切り出した分離試料片をプローブ１１でＴＥＭ試料
ホルダに搬送し、固定した。この際のプローブ位置解析
精度は、このプローブ印加電圧のとき±０．１μmで、
分離試料片を摘出し、ＴＥＭ試料ホルダに貼り付けるに
は十分の精度で操作できた。さらに、この分離試料片の
中の観察領域を、厚さ１００nm程度に残すように集束イ
オンビームを用いて薄膜化し、ＴＥＭ観察試料とするこ
とが可能であった。

【００３３】＜実施例２＞本実施例でのプローブ自動制
御法を図１１に示し、フローにそって以下に述べる。上
記実施例１と同様に、荷電粒子線装置は、試料位置制御
装置９を通して試料位置制御３００により試料目標位置
を観察像中に移動し、続いて目標位置設定３０１を行
う。この時点で、画像解析装置１２は観察像１取り込み
３０２を行う。この際、中央処理装置６は、プローブ移
動量設定３１４を行い、プローブ１１の位置データをプ
ローブ制御装置４から画像解析装置１２に高速に転送す
る。プローブ制御装置４は、プローブ１１を所望の位置
に移動３１５し、画像解析装置１２は観察像２取り込み
３０５を行う。

【００３４】図５に示すように動作前のプローブ１５’
と動作後のプローブ１５の観察像での位置がずれる。つ
ぎに、観察像２と観察像１を比較してプローブ像の輪郭
を強調３１６するが、ここでの手法も２つある。その１
つは、観察像１と観察像２のの差分をとり、図６に示す
ように試料表面の配線像１７を消去してプローブ輪郭の
強調像を作製する方法である。もう１つは、画像解析装
置１２がプローブの移動にあわせて観察像をずらして重
ねあわせ、図８に示すように試料表面の配線像１７がず
れてプローブ輪郭が試料表面に対して強調された観察像
を作製する方法である。

【００３５】画像解析装置１２はこのようにして試料表
面の影響を除去し、プローブの輪郭が強調された観察像
をもとに、プローブ先端位置検出３０８を行う。上記検
出に失敗したときには、図１１のプローブ移動量設定の
項目に戻る。

【００３６】中央処理装置６は、上記手段によるプロー
ブ位置の記録を保持する。つぎに、中央処理装置６は、
上記プローブ位置が所望の位置にあることを判定するプ
ローブ誘導判定３０９を行う。プローブ誘導完了３１３
ではないとき、図１１の観察像１取り込み３０２の項目
に戻る。

【００３７】本実施例は、プローブ誘導時の動作をプロ
ーブ先端位置検出に用いているので、スムーズなプロー
ブ誘導が可能である。

【００３８】また、本実施例は、実施例１と同様に集束
イオンビームとマイクロマニピュレーション技術を組み
合わせて、数〜サブμmオーダの試料を作製する装置で
行った。プローブ位置解析精度は±０．５μm程度にな
り、集束イオンビームで作製した分離試料片をプローブ
で摘出し、ＴＥＭ試料ホルダに貼り付けるには十分の精
度で操作できた。さらに、この分離試料片の中の観察領
域を、厚さ１００nm程度に残すように集束イオンビーム
を用いて薄膜化し、ＴＥＭ観察試料とすることが可能で
あった。

【００３９】＜実施例３＞本実施例でのプローブ自動制
御の方法を図１２に示すフローにそって以下に述べる。
上記実施例１と同様に、荷電粒子線装置は試料位置制御
装置９により試料位置制御３００して、つづいて目標位
置設定３０１を行う。この時点で、画像解析装置１２
は、観察像１取り込み３０２を行う。中央処理装置６は
試料台移動量設定３１７を行い、試料位置制御装置９か
ら画像解析装置１２に上記設定値を高速に転送する。試
料位置制御装置９は、上記設定値に基づいて、試料台移
動３１８を行う。この時点で、画像解析装置１２は観察
像２取り込み３０５を行う。

【００４０】図７に示すように観察像で動作前の試料表
面の配線像と動作後の上記配線像の位置がずれる。画像
解析装置１２は、観察像１と観察像２を重ねあわせて観
察像１として保持３１９する。観察像１を用いてプロー
ブ先端検出３０８を行う。上記検出に失敗したとき、図
１２の試料台移動量設定３１７の処理に戻る。このフロ
ーを繰り返すと、観察像１は試料表面の配線像１７がず
れて重なり、図８に示すように、プローブ輪郭が試料表
面に対して強調された観察像となる。画像解析装置１２
は、この観察像を用いて試料表面の影響を除去したプロ
ーブ先端位置検出を行う。中央処理装置６は、上記手段
によるプローブ位置の記録を保持する。

【００４１】つぎに、中央処理装置６は、上記プローブ
位置が所望の位置にあることを判定するプローブ誘導判
定３０９を行う。プローブ誘導完了３１３ではないと
き、中央処理装置６は、上記プローブ誘導判定に基づい
て、プローブの位置ずれを解析して、上記位置ずれから
求められた距離をプローブ制御装置４に送信し、プロー
ブ１１を所望の位置に誘導３１０する。このときは、図
１２の観察像１の取り込みに戻る。

【００４２】本実施例は、試料台２を移動して、複数の
観察像を重ねるほど、プローブ像１５を試料表面の配線
像１７に対して、より強調することが可能であり、他の
実施例よりも試料表面の影響を抑制することができる。

【００４３】本実施例は、実施例１と同様に集束イオン
ビームとマイクロマニピュレーション技術を組み合わせ
て数〜サブμmオーダの試料を作製する装置で行った。
プローブ位置解析精度は±０．１μm以下になり、集束
イオンビームで作製した分離試料片をプローブで摘出
し、ＴＥＭ試料ホルダに貼り付けるには十分の精度であ
った。さらに、この分離試料片の中の観察領域を、厚さ
１００nm程度に残すように集束イオンビームを用いて薄
膜化し、ＴＥＭ観察試料とすることが可能であった。

【００４４】＜実施例４＞本実施例では、電子素子の不
良位置同定と、その特性測定のために電子素子の局所的
な電気特性を測定する。すなわち走査型電子顕微鏡で観
察しながら、プローブ先端を電気測定用の微小電極に接
触させ、これらプローブ間の電流電圧特性を測定するこ
とで、電子素子の局所情報を得る。また、この電気特性
測定系に判別回路を付加することで、良品、不良品の選
別を行うこともできる。

【００４５】図１４に、本発明の実施形態のひとつであ
る荷電粒子線装置を示す。この装置では、４つのプロー
ブ２０１、２０２、２０３、２０４を用いて、電子素子
の電極２０５、２０６、２０７、２０８間の電気特性を
測定することを目的とする。本装置は、半導体ウェハや
半導体チップ等の基板２０９を載置する可動の試料台、
基板２０９の分析しようとする位置を特定するため試料
台の位置を制御する試料位置制御装置（図示せず）、プ
ローブ２０１、２０２、２０３、２０４をそれぞれに取
り付けたプローブ移動機構２１４、２１５、２１６、２
１７と、それらを制御するプローブ制御装置２１８、電
気特性測定回路２１９、電子源２１０と偏向器２１１と
２次電子検出器２１３から構成される走査型電子顕微
鏡、試料表面から放出される２次電子の検出器２１３と
偏向器２１１に接続した画像解析装置２２０とにより構
成される。

【００４６】ここで、プローブ２０１、２０２、２０
３、２０４は基板２０９の０．１μmオーダーの微小領
域にも接触できるように、それぞれ先端の曲率半径が
０．１μm以下であることが望ましい。

【００４７】まず、基板２０９表面とプローブ２０１、
２０２、２０３、２０４を走査型電子顕微鏡で観察しな
がらプローブ２０１、２０２、２０３、２０４をそれぞ
れ接触させるべき電極２０５、２０６、２０７、２０８
の上まで移動させる。この移動はプローブ２０１、２０
２、２０３、２０４それぞれのプローブ移動機構２１
４、２１５、２１６、２１７をプローブ制御装置２１８
で制御することにより行う。本実施例では、プローブ移
動機構２１４、２１５、２１６、２１７には、高い位置
分解能を有する圧電素子を用いた。

【００４８】つぎに、実施例１、２、３に示したよう
に、２次電子検出器２１３から得られる観察像からプロ
ーブ位置を画像解析装置２２０で検出する際に、上記画
像解析装置で試料表面像の影響を除去する。この検出結
果に基づいて、プローブを所望の位置に誘導すること
で、上記荷電粒子線装置はプローブ自動制御を実現す
る。さらに、プローブを自動制御して、電子素子の局所
的な電気特性分析での経験や熟練技能工程を排除して、
プローブ制御技術の信頼性を向上し、総合的に分析効率
のよい荷電粒子線装置を提供することができる。

【００４９】以上の構成により、本荷電粒子線装置では
自動的にプローブ２０１、２０２、２０３、２０４をそ
れぞれの電極２０５、２０６、２０７、２０８に接触さ
せることができる。接触したプローブ１は電気特性測定
回路２１９に接続されており、電子素子の電流電圧特性
を測定する。このときの電子素子の大きさが０．１μm
オーダーでも、本発明の荷電粒子線装置は、局所的電気
特性を計測することができる。

【００５０】図１５（ａ）に、ＬＳＩのＭＯＳトランジ
スタを測定する場合のプローブ接触例を示す。ここでは
３つのプローブ２０１、２０２、２０３のみを使用し、
それぞれソース電極２３５、ゲート電極２３６、ドレイ
ン電極２３７に接触させる。例えば、トランジスタの出
力特性を測定する場合、プローブ２０１によりソース電
極２３５をグランドレベルに落とし、プローブ２０２に
よりゲート電極２３６の電圧ＶＧをパラメータとして振
りながら、プローブ２０３によりドレイン電極２３７に
印加するドレイン電圧ＶＤと、プローブ２０１、２０３
間（ソース、ドレイン間）を流れるドレイン電流ＩＤの
関係を測定することで、出力特性を得ることができる。

【００５１】ｎチャネルＭＯＳの場合、良品であれば、
図１５（ｂ）に例示する特性が計測される。このよう
に、プローブを電子素子の電極に接触させ、その部分か
ら測定される局所的な素子特性を良品と不良品で比較し
ていくことで、不良位置を同定することが可能となる。
この手法では、不良と考えられる位置に直接電圧を印加
して電気特性を得るので、電子素子の入力端子からテス
トパタンを入力して不良位置を同定する手法と比較して
不良位置の同定が容易であり、またその不良状態も詳細
に計測することが可能である。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、プローブ技術を用いた
半導体微細素子の分析や試料作製での経験や熟練技能工
程を排除して、プローブ制御技術の信頼性を向上し、総
合的に分析や試料作製効率のよい荷電粒子線装置や試料
作製装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子線装置の一実施形態を示
す全体構成図。

【図２】荷電粒子線装置によるプローブと試料表面の観
察像を示す図。

【図３】プローブ電圧を変えてプローブ像コントラスト
を強調した図。

【図４】２つのプローブ像の差を取り、輪郭を強調した
図。

【図５】本発明によるプローブ像の輪郭強調法を示す
図。

【図６】本発明による輪郭を強調したプローブ像を示す
図。

【図７】本発明でのプローブ像の輪郭強調法を示す図。

【図８】本発明による輪郭を強調したプローブ像を示す
図。

【図９】電圧印加によるプローブ観察像比較法を示す処
理流れ図。

【図１０】電圧印加によるプローブ輪郭強調法を示す処
理流れ図。

【図１１】微小移動プローブの観察像比較法を示す処理
流れ図。

【図１２】微小移動試料の観察像重ねあわせ法を示す処
理流れ図。

【図１３】プローブを用いた試料作成法の従来例を示す
斜視図。

【図１４】本発明による荷電粒子線装置の一実施形態を
示す構成図。

【図１５】プローブによるＬＳＩのＭＯＳトランジスタ
測定の説明図。

【符号の説明】

１…荷電粒子線光学系、２…試料台、３…試料、４…プ
ローブ制御装置、５…偏向器、６…中央処理装置、７…
荷電粒子光学系制御装置、８…２次粒子検出器、９…試
料位置制御装置、１０…電源、１１…プローブ、１２…
画像解析装置、１３…集束荷電粒子線、１４…荷電粒子
銃、１５…プローブ像、１５’…微小移動前のプローブ
像、１６…プローブ像の輪郭部分、１７…試料表面の配
線像、１８…配線像の輪郭部分、１０２…基板、１３２
…集束イオンビーム、１３３…角穴、１３４…底穴、１
３５…切り欠き溝、１３６…プローブ、１３７…ガズノ
ズル、１３８…ＩＢＡＤ膜、１３９…堆積性ガス、１４
０…分離試料片、２０１…プローブ、２０２…プロー
ブ、２０３…プローブ、２０４…プローブ、２０５…電
極、２０６…電極、２０７…電極、２０８…電極、２０
９…基板、２１０…電子源、２１１…偏向レンズ、２１
３…２次電子検出器、２１４…プローブ移動機構、２１
５…プローブ移動機構、２１６…プローブ移動機構、２
１７…プローブ移動機構、２１８…プローブ制御装置、
２１９…電気特性測定回路、２２０…画像解析装置、２
３５…ソース電極、２３６…ゲート電極、２３７…ドレ
イン電極。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｊ 37/30 Ｈ０１Ｊ 37/30 ＺＨ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ (72)発明者志知広康東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 2G001 AA03 AA05 BA06 BA07 CA03 CA05 GA01 GA06 GA09 HA07 HA13 HA20 JA02 JA03 JA13 KA01 LA11 MA05 RA04 4M106 AA01 AA02 BA01 BA14 DD05 DD12 DD13 DJ04 DJ11 DJ19 5C001 AA03 AA08 BB07 CC08 5C034 AA02 AA03 AB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子銃と、上記荷電粒子銃から放出さ
れる荷電粒子線を集束するレンズと、偏向器と、荷電粒
子を試料に照射して上記試料からの２次粒子を検出する
ための検出器と、上記試料を保持する試料台と、上記試
料台の位置を制御する試料位置制御装置と、プローブ
と、プローブ制御装置とを備えた荷電粒子線装置におい
て、上記検出器から得られる２次粒子観察像（以下観察
像）から上記プローブの位置を検出し、かつ上記試料の
表面像の影響を排除して上記プローブの位置を検出可能
な画像解析手段と、上記検出結果に基づいてプローブを
所望の位置に誘導する手段を設けたことを特徴とする荷
電粒子線装置。
【請求項２】上記画像解析手段は、電源により上記プロ
ーブに電圧を印加することで、上記観察像中のプローブ
と試料表面のコントラストを強調し、試料表面像の影響
を排除して上記プローブの位置を画像解析で検出するこ
とを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】電源によりプローブ印加電圧を変化させ、
少なくとも２つの観察像を取得し、それら観察像の差し
引きによりプローブ輪郭を強調した観察像を作製し、画
像解析手段でプローブ輪郭に見られる明暗の境界を検出
してプローブ形状を解析することでプローブ位置を検出
し、上記位置検出の結果に基づいてプローブの制御を行
うことを特徴とするプローブ制御方法。
【請求項４】プローブ制御装置によりプローブを微小に
移動することで、上記移動に伴う観察像の変化を取得
し、画像解析手段により試料表面像の影響を排除してプ
ローブの位置を検出し、上記位置検出の結果に基づいて
プローブを制御することを特徴とするプローブ制御方
法。
【請求項５】試料位置制御装置により試料台を微小に移
動し、上記移動の途中でまたは上記移動の後静止状態で
複数の観察像を取得し、画像解析手段により複数画像の
足しあわせ処理により試料表面像の影響を除去してプロ
ーブの位置を検出し、上記位置検出の結果に基づいてプ
ローブを制御することを特徴とするプローブ制御方法。
【請求項６】荷電粒子銃と、上記荷電粒子銃から放出さ
れる荷電粒子線を集束するレンズと、偏向器と、荷電粒
子を試料に照射して上記試料からの２次粒子を検出する
ための検出器と、上記試料を保持する試料台と、上記試
料台の位置を制御する試料位置制御装置と、プローブ
と、プローブ制御装置とを備え、上記試料の所望の領域
を含む試料片を成型加工により分離し、分離した上記試
料を保持するホルダを備える試料作成装置において、上
記検出器から得られる観察像から上記プローブの位置を
検出でき、かつ上記試料の表面像の影響を除去可能な画
像解析装置と、上記プローブを所望の位置に誘導するプ
ローブ制御装置とを具備することを特徴とする試料作製
装置。