JP2005189239A - 不良検査装置並びにプローブ位置決め方法およびプローブ移動方法 - Google Patents
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Abstract
超高真空状態で高分解能観察でき、かつ計測のための試料室でのプローブの位置決めを迅速に、また人手の器用さや熟練度に影響されることなく容易に行うことのできる不良検査装置およびプローブの位置決め装置を提供する。
【解決手段】
電子ビーム照射手段を含んで構成される電子光学系装置と、試料を載置する試料ステージと、該試料ステージを内蔵する試料室と、該試料室内で試料に触針するプローブを備えたプローブホルダと、該プローブホルダを移動させるプローブユニットと、前記試料室に接続され、前記試料を一時貯留する試料交換室と、該試料交換室と前記試料室の間で前記試料を搬送させる搬送手段とを備え、プローブ粗寄せ画像取得装置を前記電子光学系装置に並列して設けてあり、前記試料ステージおよびプローブユニットを前記プローブ粗寄せ画像取得装置の垂直方向の位置と前記光学系装置の垂直方向の位置との間を水平方向に移動させる。
【選択図】 図1
Description
プローブ粗寄せ画像取得装置は、上方と横方向からの2方向から十字配置される。
(1)プローブ3およびプローブユニット33
図4に示すように、複数のプローブ3(図4では6個)はそれぞれプローブホルダ31に把持され、プローブホルダ31を含んで6個のプローブユニット33が構成され、プローブユニットベース34に支持される。
ステージの構成を図6、図7、図8、図9に示す。ステージは大ステージ49と試料ステージ50を備える。
(a)試料ステージ50
試料ステージ50は、yテーブル62、xテーブル61、およびzテーブル63、63aを備え、それぞれのテーブルは図示しない駆動機構によってy、xおよびz方向に移動させられる。
図10を用いて試料2aおよびプローブ3を試料室内で移動させ位置決めする手順を説明する。
電子光学系装置4の一例であり、プローブ3を試料2aの目的とする場所に接触させるための観察手段に用い、試料室7の上部に配置される。真空排気はイオンポンプ44でなされる。
試料室7は上ふたと筐体である試料室ケースからなり、試料室ケースにはその側面に固定部材47を介して面板71にベース48が取り付けられ、試料室内の大ステージ49の上にプローブユニット33が載せられ、他の側面に試料交換室8が取付けられる。上ふたにはSEMの電子光学系装置4、プローブ粗寄せ画像取得装置10、プローブ交換室9が取付けられる。試料室7は架台25に取付けられた除振マウントの上に取り付けられた荷重板の上に固定される。試料室7はターボ分子ポンプ(TMP)11とドライポンプ(DP)12により真空排気される。
電気特性を測定する試料2aは半導体であり、通常ソース、ドレイン、ゲート、ウェルにつながるプラグにプローブ3を接触させる。プラグは小さいもので直径数10nmの大きさであり、これにプローブを接触させるためには分解能の高いSEMが必要である。しかし、半導体試料に電子ビームを照射すると電子ビームによりダメージを受ける恐れがあり、できるだけビームの照射時間を短くすることが望ましい。そのため、画像表示部15のモニタに表示されるプローブ粗寄せ画像取得装置10の画像に基づいてあらかじめ複数のプローブを水平方向に近づけ、垂直方向は試料表面に近づけておくことを行う。プローブ粗寄せ光顕とそれに取付けられたCCDカメラから得られる像を画像表示部15のモニタ上に表示し、この画像を見ながらこの作業を行う。
試料交換室8は試料室7の真空を破らずに試料2aを交換するために設けられ、ドライポンプ52で真空排気される。試料交換室8はゲートバルブ21で試料室7と仕切られる。試料2aを導入する場合は試料2aを接着した試料ホルダ2に設けられたメネジに試料2aおよび試料ホルダ2の搬送手段29である交換棒先端のオネジをねじ込み、ゲートバルブ21を開けて、試料ステージ50のzテーブル63の上端に取付けられたホルダ受け17に挿入することによって行われる。試料2aを取り出すときはこの逆の作業を行う。これにより試料交換時間の短縮が図られる。
プローブ交換室9は試料室7の真空を破らずにプローブ3を交換するために設けられ、プローブ交換時間を短縮するためのものである。プローブ交換室9はゲートバルブ23で試料室7と仕切られる。プローブ交換室9はターボ分子ポンプ51とドライポンプ52で真空排気される。ターボ分子ポンプ51を用いたのはプローブ交換室9が大きいのでドライポンプ52だけで排気すると、プローブ交換室9の圧力が高い状態でゲートバルブ23を開けることになり、交換後の試料室7の圧力がもとの値に回復する時間が長くなるためである。
SEM、プローブユニット33、ステージ各部の制御は制御装置13に内蔵するそれぞれの制御回路とコンピュータを使って制御する。また、SEM、プローブユニット33、ステージは各操作パネルおよびモニタ上のGUIどちらでも操作が可能である。
電子銃で発生した電子ビームは集束レンズ、対物レンズを通して試料2aに照射され、試料2aから発生した2次電子を2次電子検出器で検出し、その信号をディスプレイ内で種々の電気的処理を行い、ディスプレイ装置14の画像表示部15上のモニタに試料表面の画像を映し出す。
プローブユニット33のx、y、zテーブルの動作を制御する信号は、図1に示したように架台25内の制御回路13の信号をステージの面板71に取付けられたフィールドスルーを介して試料室7内のプローブユニット33に与えられる。
ステージ上の試料ステージ50のx、y、zテーブル61、62、63、大ステージ49のX、Yテーブル64、65の動作を制御する信号は、架台25内の制御回路の信号を面板71に取付けられたフィールドスルーを介して試料室内の試料ステージ50に与えられる。
ディスプレイ装置14は、プローブ粗寄せ画像取得装置10で取得した粗寄せ画像および電子光学系装置4で取得したプローブ3の試料2aへの触針画像を表示する。すなわち、プローブ操作画面および操作手順内容を示す操作手順画面を表示する。
Claims (39)
- 試料の電気的特性を、該試料とプローブとの接触を介して測定するための、不良検査装置であり、
前記試料を保持するための試料テーブルと、
前記プローブを保持するためのプローブホルダーと、
前記プローブと前記試料との間の位置関係情報を含む画像を取得する第一画像取得装置と、
前記プローブと前記試料との間の位置関係情報を含む画像を取得する第二画像取得装置と、を有し、
さらに、前記試料テーブルと前記プローブホルダーとを保持し前記試料テーブルと前記プローブホルダーとが相互移動可能なベーステーブルを備え、前記試料テーブルと前記プローブホルダーとの間の位置関係を調節して前記プローブの前記試料に接触する接触領域と、前記試料の前記プローブを接触させる所望の領域とを相互に接触させ、前記ベーステーブルは、前記第一画像取得装置により前記プローブと前記試料との間の位置関係情報に対応する第一位置と前記第二画像取得装置により前記プローブと前記試料との間の位置関係情報に対応する第二位置との間で移動可能であることを特徴とする不良検査装置。 - 前記第一画像取得装置が前記試料と前記プローブとの間の位置関係情報を含む画像を取得した後に、前記第二画像取得装置は前記試料と前記プローブとの間の位置関係情報を含む画像を取得することを特徴とする請求項1に記載の不良検査装置。
- 前記第一画像取得装置は前記試料に光を照射して画像を取得し、前記第二画像取得装置は荷電粒子ビームを前記試料へ照射して画像を取得することを特徴とする請求項1に記載の不良検査装置。
- 前記第一画像取得装置は、相互に直角な第一方向の光軸と第二方向の光軸の各々において、前記試料と前記プローブとの間の位置関係情報を含む画像を取得可能であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の不良検査装置。
- 前記第二方向は前記試料の厚さ方向に略平行であり、前記第一画像取得装置は前記第一方向における前記試料と前記プローブとの間の位置関係情報を含む画像を第一拡大率で取得するとともに、前記第二方向における前記試料と前記プローブとの間の位置関係情報を含む画像を第二拡大率で拡大し、前記第一拡大率は前記第二拡大率より大きいことを特徴とする請求項4に記載の不良検査装置。
- 前記第一画像取得装置により前記第一位置において前記プローブと前記試料の一部を含む画像を取得するときに、少なくとも前記第一方向において前記プローブと前記試料とが相互に移動され、前記プローブの前記試料に接触する接触領域と前記試料の前記プローブを接触させる所望の領域とが互いに離されかつ所定の距離以下である隙間をそれらの間に形成するようにそれぞれの隣接位置に位置決めされ、その後、前記第二画像取得装置により前記第二位置において前記プローブと前記試料の一部を含む画像を取得するときに、少なくとも第一方向において前記プローブと前記試料とが相互に移動され、前記プローブの前記試料に接触する接触領域と前記試料の前記プローブを接触させる所望の領域とを相互に接触させることを特徴とする請求項4ないし5のいずれかに記載の不良検査装置。
- 真空状態に保つことができる試料室を備え、該試料室は、その真空状態の中で前記プローブと前記試料とを保持しつつ前記ベーステーブルが前記第一位置と前記第二位置との間で移動可能であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の不良検査装置。
- 前記ベーステーブルは前記プローブを交換するための第三位置を有し、前記ベーステーブルは前記第一位置と前記第二位置と前記第三位置との間で移動可能であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の不良検査装置。
- 前記第三位置と前記第二位置との間に前記第一位置が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の不良検査装置。
- 前記第一画像取得装置は、光学顕微鏡とCCDカメラの少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の不良検査装置。
- 前記プローブと前記試料との間の位置関係は、前記ベーステーブルが前記第一位置から前記第二位置まで移動する間は固定されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の不良検査装置。
- 前記プローブの前記試料に接触する接触領域と前記試料の前記プローブを接触させる所望の領域との間の位置関係は、前記ベーステーブルが前記第一位置から前記第二位置まで移動する間は固定されていることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の不良検査装置。
- 試料とプローブとの間の位置関係を調整し、該試料と該プローブとの間の接触を介して該試料の電気的特性を測定するときのプローブ移動方法であって、
前記試料を保持する試料テーブルと前記プローブを保持するプローブホルダーとを保持するベーステーブルを第一位置に位置決めし、該第一位置において前記試料と前記プローブとの間の位置関係情報を含む画像を取得する段階と、
その後、前記ベーステーブルを第二位置に位置決めして、前記プローブの前記試料に接触する接触領域と前記試料の前記プローブが接触する所望の領域とが相互に接触可能なように前記試料と前記プローブとの間の位置関係情報を含む画像を取得する段階とを有し、
前記第一位置と前記第二位置の各々において、前記ベーステーブル上で前記試料と前記プローブとの間の位置関係を調整するように前記試料テーブルと前記プローブホルダーとが前記ベーステーブル上で相互移動可能であることを特徴とするプローブ移動方法。 - 前記第一位置において、前記プローブと前記試料とが相互移動され、そこで該試料の厚さ方向に略平行な方向から見た前記プローブの前記試料に接触する接触領域と前記試料の前記プローブが接触する所望の領域との間の距離を保つ隙間をそれらの間に形成するように、前記プローブの前記試料に接触する接触領域と前記試料の前記プローブが接触する所望の領域とが相互に離されている隣接位置に、それぞれ位置決めされ、その後、前記第二位置において、前記プローブと前記試料とが相互移動されて、前記プローブの前記試料に接触する接触領域と前記試料の前記プローブに接触する所望の領域とが相互接触されることを特徴とする請求項13に記載のプローブ移動方法。
- 前記第一位置において、前記プローブと前記試料との間の位置関係情報を含む画像は、光学顕微鏡ないしCCDの少なくともいずれかにより取得されることを特徴とする請求項13ないし14のいずれかに記載のプローブ移動方法。
- 前記第二位置において、前記プローブと前記試料との間の位置関係を含む画像は、前記試料に荷電粒子ビームを照射して取得されることを特徴とする請求項13ないし14のいずれかに記載のプローブ移動方法。
- 前記第一位置において、相互に直角な第一方向の光軸と第二方向の光軸の各々において前記プローブと前記試料との間の位置関係情報を含む画像が取得され、前記第二方向は試料の厚さ方向に略平行であり、前記第一方向における前記プローブと前記試料との間の位置関係情報を含む画像を第一拡大率で取得し、前記第二方向における前記プローブと前記試料との間の位置関係情報を含む画像を第二拡大率で取得し、前記第一拡大率は前記第二拡大率より大きいことを特徴とする請求項13ないし16のいずれかに記載のプローブ移動方法。
- 真空環境が前記ベーステーブルの周囲に維持され、該ベーステーブルが前記第一位置と前記第二位置との間を移動するとき、前記プローブと前記試料とも該真空環境中に維持されることを特徴とする請求項13ないし17のいずれかに記載のプローブ移動方法。
- 前記プローブを交換するための第三位置を設け、前記第一位置は前記第二位置と前記第三位置との間に設けられ、前記ベーステーブルは前記第一位置と前記第二位置と前記第三位置との間で移動されることを特徴とする請求項13ないし18のいずれかに記載のプローブ移動方法。
- 前記プローブと前記試料との間の位置関係は、前記ベーステーブルが前記第一位置から前記第二位置まで移動される間は固定されていることを特徴とする請求項13ないし19のいずれかに記載のプローブ移動方法。
- 試料にプローブを触針して試料の電気的特性を測定する不良検査装置において、
荷電粒子ビーム照射手段を含んで構成される電子光学系装置と、試料を載置する試料ステージと、該試料ステージを内蔵する試料室と、該試料室内で試料に触針するプローブを備えたプローブホルダと、該プローブホルダを移動させるプローブユニットと、前記試料室に接続され、前記試料を一時貯留する試料交換室と、該試料交換室と前記試料室の間で前記試料を搬送させる搬送手段とを備え、プローブ粗寄せ画像取得装置を前記電子光学系装置に並列して設けてあり、前記試料ステージおよび前記プローブユニットを前記プローブ粗寄せ画像取得装置の垂直方向の位置と前記電子光学系装置の垂直方向の位置との間で水平方向に移動させることを特徴とする不良検査装置。 - 請求項21において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置は、上方と横方向からの2方向から十字配置されることを特徴とする不良検査装置。
- 請求項21において、上方と横方向からの2方向から十字配置された前記プローブ粗寄せ画像取得装置によって粗寄せ画像が取得され、横方向からの粗寄せ画像の倍率は、上方からの粗寄せ画像の倍率よりも大きいことを特徴とする不良検査装置。
- 請求項21において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置は、前記電子光学系装置に並列して設けられた光学顕微鏡とこれに取付けられたCCDカメラとを備え、前記搬送手段は、前記試料および前記プローブを前記プローブ粗寄せ画像取得装置の直下位置から前記電子光学系装置の直下位置に真空を維持しながら移動させることを特徴とする不良検査装置。
- 試料にプローブを触針して試料の電気的特性を測定する不良検査装置において、
電子ビーム照射手段を含んで構成される電子光学系装置と、試料を載置する試料ステージと、該試料ステージを内蔵する試料室と、該試料室内で試料に触針するプローブを備えたプローブホルダと、該プローブホルダを移動させるプローブユニットと、前記試料室に接続され、前記試料を一時貯留する試料交換室と、該試料交換室と前記試料室の間で前記試料を搬送させる搬送手段とを備え、プローブ粗寄せ画像取得装置および前記試料室に接続され、前記プローブホルダを一時貯留するプローブ交換室を前記電子光学系装置に並列して設けてあり、前記試料ステージおよびプローブユニットを前記プローブ粗寄せ画像取得装置の垂直方向の位置と前記電子光学系装置の垂直方向の位置と、そして前記プローブ交換室の垂直方向の位置との間で水平方向に移動させることを特徴とする不良検査装置。 - 請求項25において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置は、上方と横方向からの2方向から十字配置されることを特徴とする不良検査装置。
- 請求項25において、上方と横方向からの2方向から十字配置された前記プローブ粗寄せ画像取得装置によって粗寄せ画像が取得され、横方向からの粗寄せ画像の倍率は、上方からの粗寄せ画像の倍率よりも大きいことを特徴とする不良検査装置。
- 請求項25において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置は、前記電子光学系装置に並列して設けられた光学顕微鏡とこれに取付けられたCCDカメラとを備え、前記搬送手段は、前記試料および前記プローブを前記プローブ粗寄せ画像取得装置の直下位置から前記電子光学系装置の直下位置に真空を維持しながら移動させることを特徴とする不良検査装置。
- 試料にプローブを触針して試料の電気的特性を測定する不良検査装置において、
電子ビーム照射手段を含んで構成される電子光学系装置と、試料を載置する試料ステージと、該試料ステージを内蔵する試料室と、該試料室内で試料に触針するプローブを備えたプローブホルダと、該プローブホルダを移動させるプローブユニットと、前記試料室に接続され、前記試料を一時貯留する試料交換室と、該試料交換室と前記試料室の間で前記試料を搬送させる搬送手段とを備え、プローブ粗寄せ画像取得装置を前記電子光学系装置に並列して設けてあり、前記試料ステージは、前記試料ステージおよびプローブユニットを載置し、前記プローブ粗寄せ画像取得装置の直下まで移動可能な大ステージを含んで構成されることを特徴とする不良検査装置。 - 請求項29において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置は、上方と横方向からの2方向から十字配置されることを特徴とする不良検査装置。
- 請求項29において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置の配設位置は、前記プローブ交換室の配設位置よりも前記電子光学系装置に近接していることを特徴とする不良検査装置。
- 請求項31において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置は、上方と横方向からの2方向から十字配置されることを特徴とする不良検査装置。
- 請求項29において、上方と横方向からの2方向から十字配置された前記プローブ粗寄せ画像取得装置によって粗寄せ画像が取得され、横方向からの粗寄せ画像の倍率は、上方からの粗寄せ画像の倍率よりも大きいことを特徴とする不良検査装置。
- 請求項29において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置は、前記電子光学系装置に並列して設けられた光学顕微鏡とこれに取付けられたCCDカメラとを備え、前記搬送手段は、前記試料および前記プローブを前記プローブ粗寄せ画像取得装置の直下位置から前記電子光学系装置の直下位置に真空を維持しながら移動させることを特徴とする不良検査装置。
- 試料にプローブを触針して試料の電気的特性を測定する不良検査装置のプローブ位置決め方法において、
前記プローブと前記試料の前記プローブを接触させる位置との光学画像を取得し、該光学画像に基づいて前記試料に対する前記プローブの粗寄せを行い、前記試料と前記プローブとを同時に移動させ、前記試料に電子ビームを照射して電子ビーム画像を取得し、該電子ビーム画像に基づいて前記試料に対する前記プローブの位置付けを行うことを特徴とするプローブ位置決め方法。 - 請求項35において、前記プローブ粗寄せ画像取得装置で取得した粗寄せ画像および前記電子光学系装置で取得したプローブの試料への触針画像をディスプレイ装置に表示することを特徴とするプローブ位置決め方法。
- 請求項36において、上方と横方向からの2方向から十字配置されたプローブ粗寄せ画像取得装置によって粗寄せ画像が取得され、横方向からの粗寄せ画像の倍率は、上方からの粗寄せ画像の倍率よりも大きいことを特徴とするプローブ位置決め方法。
- 試料にプローブを触針して試料の電気的特性を測定する不良検査装置のプローブ位置決め方法において、前記不良検査装置は、電子ビーム照射手段を含んで構成される電子光学系装置と、試料を載置する試料ステージと、該試料ステージを内蔵する試料室と、該試料室内で試料に触針するプローブを備えたプローブホルダを移動させるプローブユニットと、前記試料室に接続され、前記試料を一時貯留する試料交換室と、該試料交換室と前記試料室の間で前記試料を搬送させる搬送手段とを備え、
前記搬送手段は、前記試料および前記プローブを、前記電子光学系装置に並列して設けられた光学顕微鏡とこれに取付けたCCDカメラとからなるプローブ粗寄せ画像取得装置の直下位置から前記電子光学系装置の直下位置に真空を維持しながら移動させることを特徴とするプローブ位置決め方法。 - 試料にプローブを触針して試料の電気的特性を測定する不良検査装置のプローブ移動方法において、前記不良検査装置は、電子ビーム照射手段を含んで構成される電子光学系装置と、試料を載置する試料ステージと、該試料ステージを内蔵する試料室と、該試料室内で試料に触針するプローブを備えたプローブホルダを移動させるプローブユニットと、前記試料室に接続され、前記試料を一時貯留する試料交換室と、該試料交換室と前記試料室の間で前記試料を搬送させる搬送手段とを備え、
前記搬送手段は、前記試料および前記プローブを、前記電子光学系装置に並列して設けられた光学顕微鏡とこれに取付けたCCDカメラとからなるプローブ粗寄せ画像取得装置の直下位置から前記電子光学系装置の直下位置に真空を維持しながら移動させるとともに、前記電子光学系装置に並列して設けられたプローブ交換室の直下位置に真空を維持しながら移動させることを特徴とするプローブ移動方法。
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