JP4520905B2 - Analysis device, probe control method, and analysis system - Google Patents

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Description

本発明は、荷電ビーム装置とプローブを有する解析装置に関し、例えば、試料より不良箇所を含む微小サンプルを切り出し、その観察像や元素分析等を行う解析装置に関する。   The present invention relates to an analysis apparatus having a charged beam apparatus and a probe, for example, an analysis apparatus that cuts out a minute sample including a defective portion from a sample and performs an observation image, element analysis, or the like.

半導体製造においては、良品を歩留まり良く大量に生産することが求められる。一方、半導体の製造工程は数百工程程度にもおよび、ある工程での不良発生を知らずに製造工程を進めると、不良品を大量に作り込むことになり、膨大な損失となる。これを防止する為に、ある工程毎に入念な検査が行われ早い段階で不良の原因の追及、対策を行っている。   In semiconductor manufacturing, it is required to produce good products in large quantities with a high yield. On the other hand, there are several hundred semiconductor manufacturing processes, and if the manufacturing process is advanced without knowing that a defect has occurred in a certain process, a large number of defective products will be produced, resulting in a huge loss. In order to prevent this, careful inspection is performed for each process, and the cause of the defect is investigated and countermeasures are taken at an early stage.

検査では、回路パターン寸法の計測、回路パターンの欠陥検査、異物分析等が行われ、そのために、各種の検査装置が利用される。このような検査装置として、製作パターン寸法を計測する測長用走査電子顕微鏡(critical dimension scanning electron microscope:以下、CDSEMと称する)、光学的に異物及び欠陥を検査する光学検査装置、電子ビームを利用するSEM式検査装置、回路の断線や短絡などの電気的不良を検査するナノプローバ検査装置などがある。   In the inspection, circuit pattern dimension measurement, circuit pattern defect inspection, foreign matter analysis, and the like are performed, and various inspection apparatuses are used for this purpose. As such an inspection apparatus, a critical dimension scanning electron microscope (hereinafter referred to as a CDSEM) that measures a production pattern dimension, an optical inspection apparatus that optically inspects foreign matters and defects, and an electron beam are used. There are SEM type inspection devices, nanoprober inspection devices for inspecting electrical defects such as circuit breaks and short circuits.

特に不良個所が製品の内部に存在する場合は、集束イオンビーム(Focused Ion Beam:以下、FIBと称する)装置と走査電子顕微鏡(scanning electron microscope:以下、SEMと称する。)を組み合わせた微細加工観察装置が用いられる。   In particular, when a defective part is present in the product, fine processing observation is performed by combining a focused ion beam (hereinafter referred to as FIB) apparatus and a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM). A device is used.

特開2002−150990号公報に開示されている『微小試料加工観察方法及び装置』では、FIBにより不良箇所を含むミクロンオーダーの微小領域(以下、マイクロサンプルと称する)を切り出し、そのマイクロサンプルを針状のプローブを含むマニピュレータにより摘出する。マイクロサンプルを保持したまま、マイクロサンプルの位置と姿勢を調節し、最適形状に追加工し、観察・分析する。   In the “micro sample processing observation method and apparatus” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-150990, a micro area of micron order (hereinafter referred to as a micro sample) including a defective portion is cut out by FIB, and the micro sample is removed from the needle. It is extracted with a manipulator including a probe. While holding the microsample, adjust the position and orientation of the microsample, modify it to the optimum shape, and observe and analyze it.

観察部位を含むミクロンオーダーサイズのマイクロサンプルを針状のプローブを含むマニピュレータにより摘出する場合、プローブをマイクロサンプルに高速に、しかも安定的に接触させる必要がある。プローブをマイクロサンプルに接触させるときに、プローブがマイクロサンプルに衝突すると、プローブ及びマイクロサンプルが損傷する。この場合、作業をやり直ししなければならず、迅速な不良箇所の分析、解析、対策のフィードッバクができない。結果的にラインの生産性低下を生じる。   When a microsample having a micron order size including an observation site is extracted with a manipulator including a needle-like probe, it is necessary to bring the probe into contact with the microsample at high speed and stably. When the probe is brought into contact with the microsample, if the probe collides with the microsample, the probe and the microsample are damaged. In this case, it is necessary to redo the work, and quick failure analysis, analysis, and countermeasure feedback are not possible. As a result, the productivity of the line is reduced.

特開2002−40107号公報に開示されている『プローブ駆動方法及びプローブ装置』では、プローブを試料に接触させるために、例えばSIM画像に発生するプローブの影を検出することによってプローブの試料に対する高さを検出し、その情報をもとに迅速かつ確実にプローブの速度等を制御する。   In the “probe driving method and probe apparatus” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-40107, in order to bring the probe into contact with the sample, for example, by detecting the shadow of the probe generated in the SIM image, the height of the probe relative to the sample is increased. The speed of the probe is controlled quickly and reliably based on the information.

プローブ制御部によって、プローブを試料に接近させると、2次電子検出器から見てプローブの後方の領域から放出される2次電子、反射電子等にとって、プローブが障害となる。従って、2次電子検出器に到達する2次電子、反射電子量が減少し、プローブの影が出現する。この影の出現にてプローブの移動速度を低下させ、輝度の急激な上昇によりプローブの接触を認知するものである。   When the probe is brought close to the sample by the probe controller, the probe becomes an obstacle for secondary electrons, reflected electrons, etc. emitted from the region behind the probe as viewed from the secondary electron detector. Therefore, the amount of secondary electrons and reflected electrons that reach the secondary electron detector decreases, and the shadow of the probe appears. The appearance of this shadow reduces the moving speed of the probe, and recognizes the contact of the probe by a sudden increase in luminance.

特開2002−150990号公報JP 2002-150990 A 特開2002−40107号公報JP 2002-40107 A

試料表面に絶縁物がある場合、絶縁物表面は集束イオンビームまたは電子ビーム等の荷電粒子ビームの照射によって正または負に帯電する場合が多い。例えば、半導体であるシリコンウエハー上に形成された絶縁物に集束イオンビームを照射すると、正に帯電する。これは、絶縁物表面にプラスの電荷が蓄積することと、2次電子放出により等価的にさらにプラスの電荷が蓄積することによる。例えば、絶縁物に、電子ビームを照射し、しかも1次電子量に対する2次電子発生量の比αが1より小さい場合に、負に帯電する。αが1より大きいと逆に絶縁物の表面は正に帯電する。αは、観察対象、入射させる1次電子ビームのエネルギー値によっても変化する。   When there is an insulator on the sample surface, the insulator surface is often positively or negatively charged by irradiation with a charged particle beam such as a focused ion beam or an electron beam. For example, when a focused ion beam is irradiated to an insulator formed on a silicon wafer that is a semiconductor, the insulator is positively charged. This is due to the accumulation of positive charges on the insulator surface and the accumulation of more positive charges equivalently due to secondary electron emission. For example, when an insulator is irradiated with an electron beam and the ratio α of the amount of secondary electrons to the amount of primary electrons is smaller than 1, the insulator is negatively charged. On the contrary, when α is larger than 1, the surface of the insulator is positively charged. α also varies depending on the observation target and the energy value of the incident primary electron beam.

不良箇所を含むマイクロサンプルが正または負に帯電すると、プローブを接近させた場合、プローブが接触する位置でのプローブ近傍の輝度の変化が小さくなり、プローブの接近を認識することが困難になる。   If the microsample including the defective portion is charged positively or negatively, when the probe is brought close, the change in luminance near the probe at the position where the probe comes into contact becomes small, and it becomes difficult to recognize the approach of the probe.

例えば観察位置が正に帯電している場合、2次電子は試料の正の電界によって、試料側に押し戻され、電子検出器に入射する2次電子量が低下する。従って、SIM画像は全体的に暗くなる。この状態でアース電位を印加されたプローブを接近させると、プローブ近傍の輝度はプローブが電子検出器から見て障害物となり2次電子等の信号量がさらに低下し輝度が低下する。従って輝度の変化によってプローブの接近を検出することは困難となる。   For example, when the observation position is positively charged, the secondary electrons are pushed back to the sample side by the positive electric field of the sample, and the amount of secondary electrons incident on the electron detector is reduced. Therefore, the SIM image becomes dark overall. In this state, when a probe to which a ground potential is applied is approached, the luminance in the vicinity of the probe becomes an obstacle when viewed from the electron detector, and the amount of signals of secondary electrons and the like further decreases to lower the luminance. Therefore, it becomes difficult to detect the approach of the probe due to a change in luminance.

コントラスト及びブライトネスを調整し、プローブの接近前のSIM画像の明るさを調整することは可能であるが、プローブの接近による輝度変化が不十分で、試料へのプローブの接近が認識しづらい。   It is possible to adjust the brightness of the SIM image before approaching the probe by adjusting the contrast and brightness, but the brightness change due to the approach of the probe is insufficient, and the approach of the probe to the sample is difficult to recognize.

また、自動制御でプローブをマイクロサンプルに接触させる場合では、プローブ先端画像を登録し、プローブ接近時のプローブ位置を認識して、登録ずみの接触完了時の画像比較よりプローブの位置ずれを認識し位置補正を行い、接触を行う。しかしながら、プローブとマイクロサンプルを含む試料とのコントラストが不十分でプローブ先端を認識できない場合には、プローブがマイクロサンプルに衝突し、プローブ損傷、マイクロサンプルの損傷等の不良が発生することがある。   Also, when the probe is brought into contact with the micro sample by automatic control, the probe tip image is registered, the probe position when the probe is approaching is recognized, and the probe position deviation is recognized by the image comparison when the registered contact is completed. Perform position correction and contact. However, when the contrast between the probe and the sample including the microsample is insufficient and the tip of the probe cannot be recognized, the probe may collide with the microsample, and defects such as probe damage and microsample damage may occur.

また、不良箇所が負に帯電している場合、2次電子は試料の負の電界によって、2次電子検出器側に加速され、また放出量も増加するため、2次電子量が増加するためSIM画像全体の輝度は大きくなり、明るくなる。アース電位を印加されたプローブの接近によりプローブ近傍の輝度は低下するが、その変化分は小さく、プローブの接近を目視にて認識することが困難である。この現象は目視による画像のコントラスト及びブライトネス調整を行っても同様である。   In addition, when the defective portion is negatively charged, secondary electrons are accelerated to the secondary electron detector side by the negative electric field of the sample, and the amount of secondary electrons increases because the amount of emission increases. The brightness of the entire SIM image increases and becomes brighter. Although the brightness near the probe decreases due to the approach of the probe to which the ground potential is applied, the change is small and it is difficult to visually recognize the approach of the probe. This phenomenon is the same even when visual contrast and brightness adjustment is performed.

また、帯電状況が時間により変化し、絶縁物表面で蓄電とアース電位部との放電を繰り返す場合、SIM画像全体が明るくなったり暗くなったりすることがある。即ち、試料に正の帯電がなくなると2次電子検出器に入射する2次電子が増加するため、像が明るくなり、試料に正の帯電量が増加すると2次電子検出器に入射する2次電子が減少するため、像が暗くなる。このような状態で、プローブを試料に接近させる作業を行うと、プローブの影の輝度が大きく変化し、プローブの試料に対する接近を目視ですら認識することが、かなり困難となる。   In addition, when the charging state changes with time and discharge of the power storage and the ground potential portion is repeated on the surface of the insulator, the entire SIM image may become brighter or darker. That is, when the sample is no longer positively charged, the number of secondary electrons incident on the secondary electron detector increases, so the image becomes brighter, and when the amount of positive charge on the sample increases, the secondary electron incident on the secondary electron detector. As the number of electrons decreases, the image becomes darker. In such a state, when the probe is brought close to the sample, the brightness of the shadow of the probe changes greatly, and it is very difficult to visually recognize the approach of the probe to the sample.

同様な問題は、マイクロサンプルを試料台に搭載する場合にも生ずる。プローブにデポジション膜(以下、デポ膜という)等によってプローブにメカ的に接着したマイクロサンプルを試料台に接近させるとき、接近を認識することができないため、マイクロサンプルが試料台に衝突する。それによって、プローブ及びマイクロサンプルが破損し、試料台に対して、マイクロサンプルを所定の角度に正確に接着できない等の不具合が発生する。   A similar problem occurs when a microsample is mounted on a sample stage. When a micro sample mechanically bonded to the probe by a deposition film (hereinafter referred to as a deposition film) is brought close to the sample stage, the approach cannot be recognized, and the micro sample collides with the sample stage. As a result, the probe and the micro sample are damaged, and problems such as the micro sample cannot be accurately bonded to the sample table at a predetermined angle occur.

このような不具合が起きると、プローブの付け替え作業が発生することや、サンプリング作業のやり直しが必要になり、多大な時間を消費することになる。より高分解能な分析を行うため装置外にマイクロサンプルを試料台と一緒に取り出し、STEM(走査型透過電子顕微鏡)、TEM(透過電子顕微鏡)等で分析する場合、STEM,TEM装置の待ち時間が発生し、一連の分析、解析作業にさらに多大な影響を与える。このような状況になると、不良解析の一連の流れが変更となり製造工程にも影響を与え、不良のフィードバックが出来ないので、一時製造工程が停止する可能も出てくる。   When such a problem occurs, probe replacement work occurs and sampling work needs to be redone, which consumes a great deal of time. When a micro sample is taken out of the apparatus together with the sample stage and analyzed with a STEM (Scanning Transmission Electron Microscope), TEM (Transmission Electron Microscope), etc. to perform higher resolution analysis, the waiting time of the STEM and TEM apparatuses is long. Occurs and has a greater impact on a series of analysis and analysis operations. In such a situation, a series of failure analysis flows are changed, affecting the manufacturing process, and failure feedback cannot be performed, so that the temporary manufacturing process may be stopped.

本発明の目的は、試料から微小サンプルを切り出す作業を迅速に且つ正確に行うことができ、また、微小サンプルを試料台に配置させる作業を迅速に且つ正確に行うことができる装置及び方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an apparatus and a method capable of quickly and accurately performing a work of cutting out a micro sample from a sample, and capable of performing a work of arranging a micro sample on a sample stage quickly and accurately. There is to do.

本発明は荷電粒子ビーム装置とプローブを有する解析装置に関する。プローブに負の電圧を印加し、試料の輝度を計測する。プローブによって試料から微小サンプルを切り出す場合には、輝度が減少したときに、プローブが試料に接近したと判定し、輝度が更に減少した後に急激に増加したとき、プローブが試料に接触したと判定する。こうして、プローブが試料に衝突することなく、プローブを試料に迅速に接触させることができる。   The present invention relates to an analysis apparatus having a charged particle beam apparatus and a probe. A negative voltage is applied to the probe, and the brightness of the sample is measured. When cutting out a small sample from a sample with a probe, it is determined that the probe has approached the sample when the luminance decreases, and it is determined that the probe has come into contact with the sample when the luminance increases rapidly after further decreasing in luminance. . Thus, the probe can be brought into rapid contact with the sample without colliding with the sample.

プローブに接続された微小サンプルを試料台に配置する場合には、試料台の輝度を計測し、輝度が減少したときに、プローブに接続された微小サンプルが試料台に接近したと判定し、輝度が更に減少した後に急激に増加したとき、プローブに接続された微小サンプルが試料台に接触したと判定する。こうして、プローブに接続された微小サンプルが試料台に衝突することなく、微小サンプルを試料台に迅速に配置させることができる。   When a micro sample connected to the probe is placed on the sample stage, the brightness of the sample stage is measured, and when the brightness decreases, it is determined that the micro sample connected to the probe has approached the sample stage. When the value rapidly increases after further decreasing, it is determined that the micro sample connected to the probe has contacted the sample stage. In this way, the micro sample can be quickly placed on the sample stage without the micro sample connected to the probe colliding with the sample stage.

本発明によると、試料から微小サンプルを切り出す作業を迅速に且つ正確に行うことができる。また、微小サンプルを試料台に配置させる作業を迅速に且つ正確に行うことができる。   According to the present invention, the work of cutting out a micro sample from a sample can be performed quickly and accurately. Moreover, the operation | work which arrange | positions a micro sample on a sample stand can be performed rapidly and correctly.

図1を参照して本発明による解析装置の例を説明する。解析装置は、集束イオンビーム装置7(FIB装置と以下略する)と走査型電子顕微鏡装置18(以下、SEM装置と称する)を有し、これらは、真空チャンバ23に装着されている。真空チャンバ23内は、図示されていない真空ポンプ等を有する真空排気系によって、圧力が10−6Pa台になるように排気されている。 An example of an analysis apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The analysis device includes a focused ion beam device 7 (hereinafter abbreviated as FIB device) and a scanning electron microscope device 18 (hereinafter referred to as SEM device), which are attached to a vacuum chamber 23. The inside of the vacuum chamber 23 is exhausted by a vacuum exhaust system having a vacuum pump or the like (not shown) so that the pressure becomes 10 −6 Pa level.

真空チャンバ23内には、試料20を保持する試料台21が配置されている。試料台21は、試料台制御部37によって、試料20をX軸方向(左右方向)、Y軸方向(奥行き方向)、Z軸方向(天地方向)、R軸方向(回転方向)、及び、傾斜軸方向の5軸に関して駆動可能である。   A sample stage 21 that holds the sample 20 is disposed in the vacuum chamber 23. The sample stage 21 is tilted by the sample stage control unit 37 with respect to the sample 20 in the X-axis direction (left-right direction), Y-axis direction (depth direction), Z-axis direction (top and bottom direction), R-axis direction (rotation direction), and inclination. It can be driven with respect to five axes in the axial direction.

FIB装置7は、ガリウムの液体金属イオン源1、引き出し電極2、コンデンサレンズ3、可動絞り4、偏向コイル5、対物レンズ6、及びこれらを制御するイオンビーム制御部8を含む。FIB装置7は、光軸が試料20の表面に垂直になるように、配置されている。FIB装置7によって、ビーム電流が数十ナノアンペアから0.1ピコアンペア程度であり、直径が数ナノメートルから数マイクロメートルの集束イオンビーム9が、試料20上の1辺が数ミリメートルから数マイクロメートルの照射範囲に、照射される。こうして集束イオンビーム9の照射によるスパッタリングにより、試料20上にミクロンオーダーの穴加工ができる。   The FIB apparatus 7 includes a gallium liquid metal ion source 1, an extraction electrode 2, a condenser lens 3, a movable diaphragm 4, a deflection coil 5, an objective lens 6, and an ion beam control unit 8 for controlling them. The FIB apparatus 7 is arranged so that the optical axis is perpendicular to the surface of the sample 20. By the FIB apparatus 7, a focused ion beam 9 having a beam current of several tens of nanoamperes to 0.1 picoamperes and a diameter of several nanometers to several micrometers is formed on one side of the sample 20 from several millimeters to several micrometers. The irradiation range is irradiated. Thus, micron-order holes can be formed on the sample 20 by sputtering by irradiation of the focused ion beam 9.

SEM装置18は、ショットキーエミッションタイプの電子チップ10、陽極11、集束レンズ12、絞り13、偏向コイル14、試料からの2次電子等を電界と磁界によって効率良く電子検出部35に入射させるE×B15、対物レンズ17、及びこれらを制御する電子ビーム制御部19を含む。SEM装置18の光軸はFIB装置7の光軸に対して傾斜している。SEM装置18によって、電子ビーム電流が数ピコアンペアから数百ピコアンペア程度であり、直径が少なくとも数ナノメートルの電子ビーム22が、試料20上の1辺が数ミリメータから数マイクロメートルの照射範囲に、照射される。   The SEM device 18 efficiently causes a Schottky emission type electronic chip 10, an anode 11, a focusing lens 12, a diaphragm 13, a deflection coil 14, a secondary electron from a sample, and the like to efficiently enter the electron detector 35 by an electric field and a magnetic field. × B15, an objective lens 17, and an electron beam control unit 19 for controlling them. The optical axis of the SEM device 18 is inclined with respect to the optical axis of the FIB device 7. The SEM device 18 irradiates an electron beam 22 having an electron beam current of several picoamperes to several hundred picoamperes and a diameter of at least several nanometers in an irradiation range of one millimeter on the sample 20 from several millimeters to several micrometers. Is done.

真空チャンバ23には、更に、電子検出部35、帯電検出器25、プローブ30及びプローブ駆動部31が設けられている。   The vacuum chamber 23 is further provided with an electron detector 35, a charge detector 25, a probe 30, and a probe driver 31.

電子検出部35は、約10kVの正の電位が付与されたシンチレータおよび光電子倍増管で構成されている。電子検出部35からの検出信号は検出電子解析部36に送られ、そこで解析される。検出電子解析部36からの信号は、集束イオンビーム9の走査に同期して、中央制御部38によって処理され、SIM画像が得られる。このSIM画像は、モニター39に表示される。   The electron detector 35 is composed of a scintillator and a photomultiplier tube to which a positive potential of about 10 kV is applied. The detection signal from the electron detector 35 is sent to the detected electron analyzer 36 where it is analyzed. A signal from the detection electron analysis unit 36 is processed by the central control unit 38 in synchronization with the scanning of the focused ion beam 9, and a SIM image is obtained. This SIM image is displayed on the monitor 39.

電子検出部35の前面には、銅のメッシュで作られたエネルギーフィルタが設けられ、エネルギーフィルタには所定の電圧が印加されている。エネルギーフィルタに印加した電位より小さいエネルギーを有する2次電子は、この電界で押し返され電子検出部35に到達することができない。従って、エネルギーフィルタに印加する電圧値を変化させることによって、電子検出部35に入射する2次電子量を制御することができる。エネルギーフィルタに印加する電圧を横軸に、電子検出部35によって検出する2次電子の信号量を縦軸に、グラフを作ると、エネルギーフィルタの印加電圧を増加し、所定の境界値より大きくなると、電子検出部35によって検出する2次電子量が極端に減少することを観察することができる。この境界値は、電子検出部35に入射する2次電子のエネルギーの大きさを表している。この境界値を求めることによって、2次電子のエネルギーの大きさを検知することができる。   An energy filter made of a copper mesh is provided on the front surface of the electron detection unit 35, and a predetermined voltage is applied to the energy filter. Secondary electrons having energy smaller than the potential applied to the energy filter are pushed back by this electric field and cannot reach the electron detector 35. Therefore, the amount of secondary electrons incident on the electron detector 35 can be controlled by changing the voltage value applied to the energy filter. When a graph is plotted with the voltage applied to the energy filter on the horizontal axis and the signal amount of secondary electrons detected by the electron detector 35 on the vertical axis, the voltage applied to the energy filter is increased and becomes larger than a predetermined boundary value. It can be observed that the amount of secondary electrons detected by the electron detector 35 is extremely reduced. This boundary value represents the magnitude of energy of secondary electrons incident on the electron detector 35. By obtaining this boundary value, the magnitude of the energy of the secondary electrons can be detected.

試料20が正に帯電している場合、試料20から放出された2次電子が電子検出部35に到達するには、試料表面の帯電による正の電界の影響を振り切って飛び出さなければならない。従って、電子検出部35に入射する電子数は著しく小さくなる。試料20が負に帯電している場合、試料20から放出された2次電子は試料表面の帯電による負の電界によってエネルギーを得て加速される。従って、電子検出部35に入射する電子数は増加する。従って、電子検出部35によって検出される2次電子のエネルギーの増加又は減少によって、試料20の帯電状態を計測することができる。   When the sample 20 is positively charged, in order for the secondary electrons emitted from the sample 20 to reach the electron detection unit 35, the influence of the positive electric field due to the charging of the sample surface must be shaken out. Therefore, the number of electrons incident on the electron detector 35 is remarkably reduced. When the sample 20 is negatively charged, secondary electrons emitted from the sample 20 are accelerated by obtaining energy by a negative electric field generated by charging the sample surface. Accordingly, the number of electrons incident on the electron detector 35 increases. Therefore, the charged state of the sample 20 can be measured by the increase or decrease of the energy of the secondary electrons detected by the electron detection unit 35.

プローブ30は、タングステンでできた先端が数マイクロメータの先細りの針の形状を有し、プローブ制御部32によって制御されたプローブ駆動部31によって、X軸方向(左右方向)、Y軸方向(奥行き方向)、Z軸方向(天地方向)に各々数ミリメータ移動する。プローブ30の位置決め精度は数ミクロンメートルである。   The probe 30 has a tapered needle shape with a tip made of tungsten having a diameter of several micrometers. The probe driving unit 31 controlled by the probe control unit 32 performs the X-axis direction (left-right direction) and Y-axis direction (depth). Direction) and Z axis direction (vertical direction) each move several millimeters. The positioning accuracy of the probe 30 is several micrometers.

帯電検出器25、帯電計測部26、及び、プローブ電圧演算器27の動作は後に、図3を参照して説明する。   The operations of the charge detector 25, the charge measuring unit 26, and the probe voltage calculator 27 will be described later with reference to FIG.

図1には図示されていないが、真空チャンバ23には、デポガス銃が設けられている。デポガス銃は、約60℃程度に温度コントロールされたタングステンカーバイトのガス源、ガスノズル、ノズル駆動部、及び制御部を有する。デポガス銃からのガスを、試料上のターゲットに照射し、そこに数十ピコアンペアの集束イオンビーム9を走査させると、ガスが分解、反応する。それにより、数マイクロメータ角のタングステンのデポ膜が数分間で形成できる。   Although not shown in FIG. 1, the vacuum chamber 23 is provided with a deposition gas gun. The deposition gas gun has a tungsten carbide gas source whose temperature is controlled to about 60 ° C., a gas nozzle, a nozzle drive unit, and a control unit. When the target on the sample is irradiated with the gas from the deposition gas gun and the focused ion beam 9 of several tens of picoamperes is scanned there, the gas decomposes and reacts. As a result, a tungsten deposition film having a diameter of several micrometers can be formed in a few minutes.

以下に、試料20としてシリコンウエハを例に説明する。配線、保護膜成膜等が形成されたシリコンウエハには、異物の付着、コンタクト不良等の不良又は欠陥が含まれる。これらの不良箇所の座標位置は、光学検査装置、SEM式検査装置等によって予め検出されている。試料台21は、試料台制御部37によってサブミクロン程度の精度にて位置決めされる。従って、検査装置で検出した不良箇所の座標位置にて、集束イオンビーム9と電子ビーム22が交差するように、数ミクロンメータのオーダで試料台21の位置決めを行うことができる。   Hereinafter, a silicon wafer will be described as an example of the sample 20. A silicon wafer on which wiring, protective film formation, and the like are formed includes defects or defects such as adhesion of foreign matter and contact failure. The coordinate positions of these defective portions are detected in advance by an optical inspection device, an SEM inspection device, or the like. The sample stage 21 is positioned with an accuracy of about submicron by the sample stage control unit 37. Therefore, the sample stage 21 can be positioned on the order of several micrometers so that the focused ion beam 9 and the electron beam 22 intersect at the coordinate position of the defective portion detected by the inspection apparatus.

図2を参照して、プローブ30の駆動方法を説明する。図2は、試料20表面にマイクロサンプル40が形成された状態を示す。不良箇所を含む、長辺が10マイクロメートル、短辺が5マイクロメートルの矩形の周囲に、集束イオンビーム9を照射することにより、スパッタリングにより、深さが5マイクロメートルの溝43を形成する。長辺側の溝は傾斜するように形成する。それによって、楔形断面のマイクロサンプル40が形成される。斜めの溝加工は試料台21を傾斜させることで行う。本例の場合、試料台21を45°傾斜させている。   A method for driving the probe 30 will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a state in which the microsample 40 is formed on the surface of the sample 20. A groove 43 having a depth of 5 micrometers is formed by sputtering by irradiating a focused ion beam 9 around a rectangle including a defective portion having a long side of 10 micrometers and a short side of 5 micrometers. The groove on the long side is formed to be inclined. Thereby, a microsample 40 having a wedge-shaped cross section is formed. Diagonal grooving is performed by inclining the sample stage 21. In this example, the sample stage 21 is inclined 45 °.

尚、溝を形成しただけでは、マイクロサンプル40の下端部42は未だ試料20に接続されている。従って、マイクロサンプル40を試料より完全に分離する必要がある。最初に、プローブ30をマイクロサンプル40に接近させ、その先端をマイクロサンプル40に接触させる。次に、タングステンデポ膜を生成することにより、プローブ30の先端とマイクロサンプル40の表面を接着する。最後に、マイクロサンプル40の下端部42を切り離す。こうして切り離されたマイクロサンプル40を高分解能のSTEM、又はTEMの試料台に搬送する方法は、後に、図12を参照して説明する。   Note that the lower end portion 42 of the micro sample 40 is still connected to the sample 20 only by forming the groove. Therefore, it is necessary to completely separate the microsample 40 from the sample. First, the probe 30 is brought close to the micro sample 40 and the tip thereof is brought into contact with the micro sample 40. Next, the tip of the probe 30 and the surface of the micro sample 40 are bonded together by generating a tungsten deposition film. Finally, the lower end portion 42 of the micro sample 40 is cut off. A method of transporting the microsample 40 thus separated to a high-resolution STEM or TEM sample stage will be described later with reference to FIG.

プローブ30の先端をマイクロサンプル40に接触させるとき、プローブ30の駆動速度が大きいと、プローブ30の慣性力によって、プローブ30を所望の位置にて停止させることができない。プローブ30の先端がマイクロサンプル40に衝突し、プローブ30及びマイクロサンプル40が損傷される。従って、以下に説明するように、プローブ30がマイクロサンプル40に接近したとき、及び、接触したときを、正確に検出し、それに基づいてプローブ30の移動を制御する必要がある。   When the tip of the probe 30 is brought into contact with the microsample 40, if the driving speed of the probe 30 is high, the probe 30 cannot be stopped at a desired position due to the inertial force of the probe 30. The tip of the probe 30 collides with the microsample 40, and the probe 30 and the microsample 40 are damaged. Therefore, as described below, it is necessary to accurately detect when the probe 30 approaches and contacts the microsample 40 and control the movement of the probe 30 based on the detection.

マイクロサンプル40の表面に数マイクロメータ角の計測領域41を設定する。帯電検出器25は、計測領域41を集束イオンビーム9が走査する時に発生する2次電子、反射電子のエネルギをエネルギーフィルタを介して検出する。   A measurement area 41 of several micrometers angle is set on the surface of the micro sample 40. The electrification detector 25 detects energy of secondary electrons and reflected electrons generated when the focused ion beam 9 scans the measurement region 41 through an energy filter.

帯電計測部26は、帯電検出器25からの検出信号より、この計測領域41の帯電電位を求める。プローブ電圧演算器27は、帯電電位に基づいて最適なプローブ電圧値を演算し、演算結果をプローブ電圧制御部28に送る。プローブ電圧制御部28は、プローブ電圧演算器27からのプローブ電圧値に基づいて、プローブ電圧を生成し、それをプローブ30に印加する。プローブ電圧演算器27の動作は、図3の参照して説明する。   The charge measuring unit 26 obtains the charged potential of the measurement region 41 from the detection signal from the charge detector 25. The probe voltage calculator 27 calculates an optimum probe voltage value based on the charged potential and sends the calculation result to the probe voltage control unit 28. The probe voltage control unit 28 generates a probe voltage based on the probe voltage value from the probe voltage calculator 27 and applies it to the probe 30. The operation of the probe voltage calculator 27 will be described with reference to FIG.

マイクロサンプル40の帯電電位を計測する方法として、ここで説明した方法のほか、静電誘導を利用した表面電位計を用いる方法、電気光学結晶体に光ビームを照射し、その偏光、位相、屈折率の変化により帯電電位を計測する方法等がある。   As a method for measuring the charged potential of the micro sample 40, in addition to the method described here, a method using a surface potentiometer using electrostatic induction, a light beam is irradiated on the electro-optic crystal, and its polarization, phase, refraction There is a method of measuring the charging potential by changing the rate.

図3を参照して、本発明による解析装置のプローブ電圧演算器27の動作を説明する。図3は、計測領域41での帯電電位とプローブ電圧値との関係を示す。横軸は帯電電位、縦軸はプローブ電圧値である。図3Aは連続的に1次式でプローブ電圧を変化させる場合を示し、図3Bは、階段状に印加電圧を変化させる場合を示す。上述のように、計測領域41の帯電電位は、帯電計測部26によって計測される。プローブ電圧演算器27は、計測領域41での帯電電位が得られると、図3のグラフを用いてプローブ電圧値を演算する。   With reference to FIG. 3, the operation of the probe voltage calculator 27 of the analyzer according to the present invention will be described. FIG. 3 shows the relationship between the charging potential in the measurement region 41 and the probe voltage value. The horizontal axis represents the charging potential, and the vertical axis represents the probe voltage value. FIG. 3A shows a case where the probe voltage is continuously changed by a linear expression, and FIG. 3B shows a case where the applied voltage is changed stepwise. As described above, the charging potential of the measurement region 41 is measured by the charge measuring unit 26. When the charged potential in the measurement region 41 is obtained, the probe voltage calculator 27 calculates the probe voltage value using the graph of FIG.

本発明によると、プローブ30に負の電圧を印加する。帯電電位の絶対値が小さい場合には、負のプローブ電圧値を小さくし、帯電電位の絶対値が大きい場合には、負のプローブ電圧値を大きくする。こうして、プローブ30に負の電圧を印加し、帯電電位の絶対値が大きいときにプローブ30に印加する負の電圧値を大きくすることによって、SIM像の輝度の変化が顕著になり、プローブ30がマイクロサンプル40に接近したとき、及び、接触したときを、正確に検出することができるが、詳細は、以下に説明する。   According to the present invention, a negative voltage is applied to the probe 30. When the absolute value of the charging potential is small, the negative probe voltage value is decreased, and when the absolute value of the charging potential is large, the negative probe voltage value is increased. In this way, by applying a negative voltage to the probe 30 and increasing the negative voltage value applied to the probe 30 when the absolute value of the charging potential is large, the change in the brightness of the SIM image becomes significant, and the probe 30 Although it is possible to accurately detect when the micro sample 40 is approached and contacted, details will be described below.

図4は、試料20が正に帯電している場合において、マイクロサンプル40を含む試料40の一部のSIM画像の模式図である。マイクロサンプル40の周囲には、図2に示したように加工溝43が形成されているが、図が複雑になることを避けるために、ここでは、省略している。図1に示したように、FIB装置7は、光軸が試料20に垂直になるように配置されているため、SIM画像は、試料20の表面を垂直上方から観察した像となって現れる。   FIG. 4 is a schematic diagram of a SIM image of a part of the sample 40 including the microsample 40 when the sample 20 is positively charged. The processing groove 43 is formed around the microsample 40 as shown in FIG. 2, but is omitted here in order to avoid complication of the drawing. As shown in FIG. 1, since the FIB apparatus 7 is arranged so that the optical axis is perpendicular to the sample 20, the SIM image appears as an image obtained by observing the surface of the sample 20 from vertically above.

図4A〜図4Dは、プローブ電圧が0の場合、図4E〜図4Hは、プローブ電圧が−2Vの場合、プローブ30をマイクロサンプル40に接近させたときのSIM画像を示す画面500である。図4A、及び、図4EのSIM画像では、プローブ30の像530の一部が現れ、図4B、及び、図4FのSIM画像では、プローブ30の像530の先端がマイクロサンプル40の像540に接近している。図4C、及び、図4GのSIM画像では、プローブ30の像530の先端が画面500中心にある。   4A to 4D are screens 500 showing SIM images when the probe 30 is brought close to the microsample 40 when the probe voltage is 0 and FIGS. 4E to 4H are when the probe voltage is −2V. 4A and 4E, a part of the image 530 of the probe 30 appears. In the SIM images of FIGS. 4B and 4F, the tip of the image 530 of the probe 30 becomes an image 540 of the microsample 40. You are approaching. 4C and 4G, the tip of the image 530 of the probe 30 is at the center of the screen 500.

図示のように、プローブ30の像530の両側にプローブの影の像545が現れる。プローブ30が試料20に接近し、両者の間の距離が数十マイクロメートルより小さくなると、影の像545が出現する。この影の像545は、電子検出部35から見てプローブ30の背後の領域から放出される2次電子、反射電子等はプローブ30によって妨害され、電子検出部35に到達することが妨げられること、また、この領域では、電子検出部35による正の電界が到達しないため、この領域から放出される2次電子、反射電子等が電子検出部35に到達することが困難となることによる。プローブの影の像545は、プローブ30の像と共に大きくなる。プローブの影の像545は計測領域の像541に近づき、計測領域の像541と重なり、計測領域の像541より離れる。   As shown, probe shadow images 545 appear on either side of the probe 30 image 530. When the probe 30 approaches the sample 20 and the distance between the two becomes smaller than several tens of micrometers, a shadow image 545 appears. In this shadow image 545, secondary electrons and reflected electrons emitted from the region behind the probe 30 when viewed from the electron detection unit 35 are blocked by the probe 30, and are prevented from reaching the electron detection unit 35. Further, in this region, since the positive electric field by the electron detection unit 35 does not reach, it is difficult for secondary electrons, reflected electrons, etc. emitted from this region to reach the electron detection unit 35. The shadow image 545 of the probe increases with the image of the probe 30. The probe shadow image 545 approaches the measurement region image 541, overlaps the measurement region image 541, and is separated from the measurement region image 541.

図4D、及び、図4HのSIM画像は、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触した状態を示す。図4DのSIM画像では、試料20表面の荷電電子がプローブ30に流れるため、SIM画像は全体的に明るくなる。プローブの影の像545も僅かであるが小さくなる。   The SIM images in FIG. 4D and FIG. 4H show a state where the tip of the probe 30 is in contact with the microsample 40. In the SIM image of FIG. 4D, since the charged electrons on the surface of the sample 20 flow to the probe 30, the SIM image becomes bright overall. The shadow image 545 of the probe is also small but small.

図5は、試料20が正に帯電している場合において、マイクロサンプル40の計測領域41におけるSIM画像の輝度の変化を示す。縦軸は、計測領域41におけるSIM画像の輝度、横軸は時間を表す。図5Aの曲線51は、図4A〜図4Dに対応し、プローブ電圧が0の場合の輝度の変化を示し、図5Bの曲線52は、図4E〜図4Hに対応し、プローブ電圧が−2Vの場合の輝度の変化を示す。輝度の計測方法は既知であり、ここでは詳細に説明しない。   FIG. 5 shows a change in the brightness of the SIM image in the measurement region 41 of the microsample 40 when the sample 20 is positively charged. The vertical axis represents the luminance of the SIM image in the measurement region 41, and the horizontal axis represents time. A curve 51 in FIG. 5A corresponds to FIGS. 4A to 4D and shows a change in luminance when the probe voltage is 0, and a curve 52 in FIG. 5B corresponds to FIGS. 4E to 4H and the probe voltage is −2V. The change of the brightness | luminance in the case of is shown. The method of measuring luminance is known and will not be described in detail here.

図4A及び図4Bと図4E及び図4Fに示すSIM画像では、輝度は変化しない。これは、プローブ30とマイクロサンプル40の距離が十分離れており、プローブの影の像545が計測領域41内に入っていないためである。図4Cと図4Gに示すSIM画像では、プローブ30とマイクロサンプル40の距離が近づき、プローブの影の像545が計測領域41内に入るため、輝度は減少する。図4Dと図4Hに示すSIM画像では、計測領域41内に入っているプローブの影の像545が小さくなり、且つ、画面500全体の輝度が高くなるため、計測領域41における輝度は高くなる。   In the SIM images shown in FIGS. 4A and 4B and FIGS. 4E and 4F, the luminance does not change. This is because the probe 30 and the microsample 40 are sufficiently separated from each other, and the shadow image 545 of the probe does not enter the measurement region 41. In the SIM images shown in FIG. 4C and FIG. 4G, the distance between the probe 30 and the microsample 40 approaches, and the shadow image 545 of the probe enters the measurement region 41, so the luminance decreases. In the SIM images shown in FIG. 4D and FIG. 4H, the shadow image 545 of the probe contained in the measurement area 41 is small, and the luminance of the entire screen 500 is high, so that the luminance in the measurement area 41 is high.

プローブ30を損傷させることなくマイクロサンプル40に接触させるには、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触する位置より所定の距離だけ手前の位置にて、プローブ30を停止又は減速させる必要がある。プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触する直前に、プローブ30を停止又は減速させると、プローブ30の慣性力によって停止予定位置がずれ、プローブ30がマイクロサンプル40に衝突する。   In order to contact the microsample 40 without damaging the probe 30, it is necessary to stop or decelerate the probe 30 at a position a predetermined distance before the position where the tip of the probe 30 contacts the microsample 40. If the probe 30 is stopped or decelerated immediately before the tip of the probe 30 contacts the microsample 40, the planned stop position is shifted due to the inertial force of the probe 30, and the probe 30 collides with the microsample 40.

図5Aの曲線51と図5Bの曲線52に示すように、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触する直前t2に、輝度は最低値となる。従って、輝度の値が所定の閾値より小さくなったら、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触する位置より所定の距離だけ手前の位置であると判定することができる。   As shown by the curve 51 in FIG. 5A and the curve 52 in FIG. 5B, the luminance becomes the minimum value immediately before t2 when the tip of the probe 30 contacts the microsample 40. Therefore, when the luminance value becomes smaller than the predetermined threshold value, it can be determined that the tip of the probe 30 is a position that is a predetermined distance before the position where the tip of the probe 30 contacts the microsample 40.

図5Aの曲線51と図5Bの曲線52を比較すると明らかなように、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接近したとき、プローブ電圧が0の場合では、輝度の減少は緩やかであるが、プローブ電圧が−2Vの場合では、輝度の減少は急激である。図5Aの曲線51の場合、曲線51の傾斜が緩いから、プローブ30の先端が所望の位置に到達したことを検出することができるように閾値を設定するのは困難である。図5Bの曲線52の場合、曲線52の傾斜が急であるから、プローブ30の先端が所望の位置に到達したことを検出することができるように閾値を設定するのは容易である。   As is apparent from a comparison between the curve 51 in FIG. 5A and the curve 52 in FIG. 5B, when the tip of the probe 30 approaches the microsample 40, when the probe voltage is 0, the decrease in luminance is gradual. When the voltage is −2 V, the decrease in luminance is abrupt. In the case of the curve 51 in FIG. 5A, since the slope of the curve 51 is gentle, it is difficult to set the threshold value so that it can be detected that the tip of the probe 30 has reached a desired position. In the case of the curve 52 in FIG. 5B, since the slope of the curve 52 is steep, it is easy to set the threshold value so that it can be detected that the tip of the probe 30 has reached a desired position.

そこで、本例では、図5Bに示すように、所定の閾値を設定することにより、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触する直前t2より所定の時間だけ手前の時刻t1を検出することができる。   Therefore, in this example, as shown in FIG. 5B, by setting a predetermined threshold, it is possible to detect a time t1 that is a predetermined time before t2 immediately before the tip of the probe 30 contacts the microsample 40. .

図6は、試料20が負に帯電している場合において、マイクロサンプル40を含む試料40の一部のSEM像の模式図である。マイクロサンプル40の周囲には、図2に示したように加工溝43が形成されているが、図が複雑になることを避けるために、ここでは、省略している。図1に示したSEM装置18は、光軸が試料20に傾斜するように、配置されているため、SEM像は、試料20の表面を傾斜した方向から観察した立体像となって現れるはずであるが、ここでは、説明の都合上、SEM装置18は、光軸が試料20に垂直になるように、配置され、試料20の表面に垂直な方向から観察した平面像として示した。   FIG. 6 is a schematic diagram of an SEM image of a part of the sample 40 including the microsample 40 when the sample 20 is negatively charged. The processing groove 43 is formed around the microsample 40 as shown in FIG. 2, but is omitted here in order to avoid complication of the drawing. Since the SEM apparatus 18 shown in FIG. 1 is arranged so that the optical axis is inclined to the sample 20, the SEM image should appear as a three-dimensional image observed from the direction in which the surface of the sample 20 is inclined. However, here, for convenience of explanation, the SEM apparatus 18 is arranged so that the optical axis is perpendicular to the sample 20 and is shown as a planar image observed from a direction perpendicular to the surface of the sample 20.

図6A〜図6Dは、プローブ電圧が0の場合、図6E〜図6Hは、プローブ電圧が−2Vの場合、プローブ30をマイクロサンプル40に接近させたときのSEM像を示す画面600である。図6A、及び、図6EのSEM像では、プローブ30の像630の一部が現れ、図6B、及び、図6FのSEM像では、プローブ30の像630の先端がマイクロサンプル40の像640に接近している。図6C、及び、図6GのSEM像では、プローブ30の像630の先端が画面600中心にある。   6A to 6D are screens 600 showing SEM images when the probe 30 is brought close to the micro sample 40 when the probe voltage is 0 and FIGS. 6E to 6H are when the probe voltage is −2V. 6A and 6E, a part of the image 630 of the probe 30 appears. In the SEM images of FIGS. 6B and 6F, the tip of the image 630 of the probe 30 becomes an image 640 of the microsample 40. You are approaching. 6C and 6G, the tip of the image 630 of the probe 30 is at the center of the screen 600.

図示のように、プローブ30の像630の両側にプローブの影の像645が現れる。プローブの影の像645は、プローブ30の像と共に大きくなる。プローブの影の像645は計測領域の像641に近づき、計測領域の像641と重なり、計測領域の像641より離れる。   As shown, probe shadow images 645 appear on either side of the probe 30 image 630. The shadow image 645 of the probe increases with the image of the probe 30. The probe shadow image 645 approaches the measurement region image 641, overlaps the measurement region image 641, and is separated from the measurement region image 641.

図6D、及び、図6HのSEM像は、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触した状態を示す。試料20表面の荷電電子がプローブ30に流れるため、SEM像は全体的に明るくなる。プローブの影の像645も僅かであるが小さくなる。   The SEM images in FIG. 6D and FIG. 6H show a state in which the tip of the probe 30 is in contact with the microsample 40. Since the charged electrons on the surface of the sample 20 flow to the probe 30, the SEM image becomes bright overall. The probe shadow image 645 is also small but small.

本例の場合、図4と比較すると、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触していないとき、SEM像を示す画面の輝度が全体的に高い。それ以外は、図4と同様である。   In the case of this example, as compared with FIG. 4, when the tip of the probe 30 is not in contact with the microsample 40, the overall brightness of the screen showing the SEM image is high. Other than that is the same as FIG.

図7は、試料20が負に帯電している場合において、マイクロサンプル40の計測領域41におけるSEM像の輝度の変化を示す。縦軸は、計測領域41におけるSEM像の輝度、横軸は時間を表す。図7Aの曲線53は、図6A〜図6Dに対応し、プローブ電圧が0の場合の輝度の変化を示し、図7Bの曲線54は、図6E〜図6Hに対応し、プローブ電圧が−2Vの場合の輝度の変化を示す。   FIG. 7 shows a change in luminance of the SEM image in the measurement region 41 of the micro sample 40 when the sample 20 is negatively charged. The vertical axis represents the luminance of the SEM image in the measurement region 41, and the horizontal axis represents time. A curve 53 in FIG. 7A corresponds to FIGS. 6A to 6D and shows a change in luminance when the probe voltage is 0, and a curve 54 in FIG. 7B corresponds to FIGS. 6E to 6H and the probe voltage is −2V. The change of the brightness | luminance in the case of is shown.

試料20がSiOの場合、試料20は、電子ビーム22の照射によって負に帯電し、試料表面に負の電界を生成する。試料20から放出される2次電子は、負の電界によって、エネルギーを得て試料と反対側に押し出される。従って、放出される2次電子量も増加する。このためSEM像は一般的に明るくなる。 When the sample 20 is SiO 2 , the sample 20 is negatively charged by irradiation with the electron beam 22 and generates a negative electric field on the sample surface. Secondary electrons emitted from the sample 20 gain energy by a negative electric field and are pushed out to the opposite side of the sample. Accordingly, the amount of secondary electrons emitted increases. For this reason, the SEM image is generally bright.

図6A及び図6Bと図6E及び図6Fに示すSEM像では、プローブの影の像645が計測領域41内に入っていないため、輝度は変化しない。図6Cと図6Gに示すSEM像では、プローブの影の像645が計測領域41内に入るため、輝度は減少する。図6Dと図6Hに示すSEM像では、計測領域41内に入っているプローブの影の像645が小さくなり、且つ、画面600全体の輝度が高くなるため、計測領域41における輝度は高くなる。   In the SEM images shown in FIGS. 6A and 6B and FIGS. 6E and 6F, since the shadow image 645 of the probe does not enter the measurement region 41, the luminance does not change. In the SEM images shown in FIGS. 6C and 6G, since the shadow image 645 of the probe enters the measurement region 41, the luminance decreases. In the SEM images shown in FIGS. 6D and 6H, the shadow image 645 of the probe contained in the measurement region 41 is small and the luminance of the entire screen 600 is high, so that the luminance in the measurement region 41 is high.

図7Aの曲線53と図7Bの曲線54に示すように、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触する直前t2に、輝度は最低値となる。従って、輝度の値が所定の閾値より小さくなったら、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触する位置より所定の距離だけ手前の位置であると判定することができる。   As shown by the curve 53 in FIG. 7A and the curve 54 in FIG. 7B, the luminance reaches the minimum value immediately before t2 when the tip of the probe 30 contacts the microsample 40. Therefore, when the luminance value becomes smaller than the predetermined threshold value, it can be determined that the tip of the probe 30 is a position that is a predetermined distance before the position where the tip of the probe 30 contacts the microsample 40.

図7Aの曲線53と図7Bの曲線54を比較すると明らかなように、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接近したとき、プローブ電圧が0の場合では、輝度の減少は緩やかであるが、プローブ電圧が−2Vの場合では、輝度の減少は急激である。図7Aの曲線53の場合、曲線53の傾斜が緩いから、プローブ30の先端が所望の位置に到達したことを検出することができるように閾値を設定するのは困難である。図7Bの曲線54の場合、曲線54の傾斜が急であるから、プローブ30の先端が所望の位置に到達したことを検出することができるように閾値を設定するのは容易である。   As is clear from comparison between the curve 53 in FIG. 7A and the curve 54 in FIG. 7B, when the tip of the probe 30 approaches the microsample 40, when the probe voltage is 0, the decrease in luminance is gradual. When the voltage is −2 V, the decrease in luminance is abrupt. In the case of the curve 53 in FIG. 7A, since the slope of the curve 53 is gentle, it is difficult to set the threshold value so that it can be detected that the tip of the probe 30 has reached a desired position. In the case of the curve 54 in FIG. 7B, since the slope of the curve 54 is steep, it is easy to set the threshold value so that it can be detected that the tip of the probe 30 has reached the desired position.

そこで、本例では、図7Bに示すように、所定の閾値を設定することにより、プローブ30の先端がマイクロサンプル40に接触する直前t2より所定の時間だけ手前の時刻t1を検出することができる。   Therefore, in this example, as shown in FIG. 7B, by setting a predetermined threshold, it is possible to detect a time t1 that is a predetermined time before t2 immediately before the tip of the probe 30 contacts the microsample 40. .

図8を参照して、プローブ30に印加する電圧について説明する。ここでは、図3に示したように、プローブ30に負電圧を印加する理由と、試料20の表面の帯電電位の絶対値が増加するとプローブの負電圧を増加させる理由を説明する。   The voltage applied to the probe 30 will be described with reference to FIG. Here, as shown in FIG. 3, the reason for applying a negative voltage to the probe 30 and the reason for increasing the negative voltage of the probe when the absolute value of the charged potential on the surface of the sample 20 increases will be described.

先ず、プローブ30に負電圧を印加する理由を説明する。図8Aは、試料20の表面が正に帯電している場合、図8Bは、試料20の表面が負に帯電している場合を示す。プローブ30には、1メガオームの抵抗81を介して数十ボルトまで可変な電源82が接続されている。プローブ30に印加された正又は負の電圧によって正又は負の電界が形成される。   First, the reason for applying a negative voltage to the probe 30 will be described. 8A shows a case where the surface of the sample 20 is positively charged, and FIG. 8B shows a case where the surface of the sample 20 is negatively charged. The probe 30 is connected to a power source 82 that can be changed to several tens of volts through a resistance 81 of 1 megaohm. A positive or negative electric field is formed by a positive or negative voltage applied to the probe 30.

電子検出部35によって正の電界が生成される。点線83は、正の電界を示す等電位面を表す。集束イオンビーム9の電流値は10pA、倍率は3000倍である。集束イオンビーム9の照射によって試料20から放出される2次電子85、86、87は所定のエネルギー幅を有し、その平均値は、例えば、数エレクトロンボルトである。   A positive electric field is generated by the electron detector 35. A dotted line 83 represents an equipotential surface showing a positive electric field. The current value of the focused ion beam 9 is 10 pA, and the magnification is 3000 times. The secondary electrons 85, 86 and 87 emitted from the sample 20 by irradiation of the focused ion beam 9 have a predetermined energy width, and the average value thereof is, for example, several electron volts.

プローブ30と試料20の間の距離が数百ミクロンメートルより大きい場合には、プローブ30の電界は試料20から放出される2次電子85、86、87に影響を与えない。従って、プローブ電圧が0Vの場合と同一である。試料20から放出される2次電子85、86、87は、プローブ30によって妨害されることなく、電子検出部35による正の電界によって捕捉される。   When the distance between the probe 30 and the sample 20 is larger than several hundred micrometers, the electric field of the probe 30 does not affect the secondary electrons 85, 86, 87 emitted from the sample 20. Therefore, this is the same as when the probe voltage is 0V. The secondary electrons 85, 86 and 87 emitted from the sample 20 are captured by the positive electric field by the electron detector 35 without being disturbed by the probe 30.

プローブ30が試料20に接近すると、プローブ30の電界が、試料20から放出される2次電子85、86、87に影響を与える。   When the probe 30 approaches the sample 20, the electric field of the probe 30 affects the secondary electrons 85, 86, 87 emitted from the sample 20.

図示のように、プローブ30に負の電圧を印加し、負の電界を形成する場合、2次電子85、86、87のうちの一部87はプローブ30の負の電界によって、試料20側に押し戻される。電子検出部35による正の電界は、プローブ30によって遮られ、試料20から放出される2次電子85、86、87の一部87を捕捉することができない。   As shown in the figure, when a negative voltage is applied to the probe 30 to form a negative electric field, a part 87 of the secondary electrons 85, 86, 87 is moved to the sample 20 side by the negative electric field of the probe 30. Pushed back. The positive electric field generated by the electron detector 35 is blocked by the probe 30 and cannot capture a part 87 of the secondary electrons 85, 86, 87 emitted from the sample 20.

従って、電子検出部35によって検出される2次電子等が減少し、SIM画像は全体的に暗くなると共に、プローブの影の像545の輝度が低下する。こうして、プローブ30に負電圧を印加することによって、計測領域41の輝度の変化量が大きくなり、プローブ30の接近を確実に認識することができる。   Therefore, secondary electrons detected by the electron detector 35 are reduced, the SIM image becomes dark as a whole, and the luminance of the probe shadow image 545 is lowered. Thus, by applying a negative voltage to the probe 30, the amount of change in the luminance of the measurement region 41 is increased, and the approach of the probe 30 can be reliably recognized.

プローブ30に正の電圧を印加し、正の電界を形成する場合、2次電子85、86、87はプローブ30の正の電界によって引き出され、電子検出部35による正の電界によって補足される。従って、プローブ30の先端をマイクロサンプル40に接近させても、計測領域41の輝度の変化量は大きくならず、プローブ30の接近を確実に認識することは困難となる。   When a positive voltage is applied to the probe 30 to form a positive electric field, the secondary electrons 85, 86, 87 are drawn out by the positive electric field of the probe 30 and supplemented by the positive electric field from the electron detector 35. Therefore, even if the tip of the probe 30 is brought close to the microsample 40, the amount of change in the luminance of the measurement region 41 does not increase, and it is difficult to reliably recognize the approach of the probe 30.

ここでは、試料20が正に帯電している場合を説明したが、図8Bに示すように、試料20が負に帯電している場合でも、上述の議論は同様に成り立つ。   Although the case where the sample 20 is positively charged has been described here, the above discussion holds true even when the sample 20 is negatively charged as shown in FIG. 8B.

次に、試料20の表面の帯電電位の絶対値が増加するとプローブの負電圧を増加させる理由を説明する。試料20の表面の帯電電位が大きくなると、プローブ30の負の電界の影響力が相対的に低下する。従って、計測領域41の輝度の変化量が小さくなり、プローブ30の接近を確実に認識することが困難になる。この場合には、プローブ30に印加する負の電圧値を大きくすればよい。それによって、プローブ30の負の電界の影響力が高くなり、計測領域41の輝度の変化量が大きくなる。それにより、プローブ30の接近を確実に認識することができる。   Next, the reason why the negative voltage of the probe is increased when the absolute value of the charged potential on the surface of the sample 20 is increased will be described. When the charged potential on the surface of the sample 20 is increased, the influence of the negative electric field of the probe 30 is relatively reduced. Therefore, the amount of change in the brightness of the measurement region 41 is reduced, and it is difficult to reliably recognize the approach of the probe 30. In this case, the negative voltage value applied to the probe 30 may be increased. Thereby, the influence of the negative electric field of the probe 30 is increased, and the amount of change in the luminance of the measurement region 41 is increased. Thereby, the approach of the probe 30 can be reliably recognized.

尚、試料20が正に帯電しており且つその帯電電位が高い場合、試料20の表面の正の電界によって、試料20から放出される2次電子のうち電子検出部35に到達する2次電子が少なくなり、電子検出部35は、主として比較的にエネルギーの高い2次電子を検出する。従って、SIM画像が全体的に暗くなる。この場合には、SIM画像のコントラストを大きくし、SIM画像の全体を明るくする操作を行う。従って、この場合にも、負のプローブ電圧を増加させればよい。それによって、プローブ30が試料20に接近したとき、2次電子が試料20側に引き戻され、プローブ接近による輝度の変化量が大きくなる。   When the sample 20 is positively charged and the charged potential is high, secondary electrons that reach the electron detection unit 35 among the secondary electrons emitted from the sample 20 due to a positive electric field on the surface of the sample 20. The electron detector 35 mainly detects secondary electrons having relatively high energy. Therefore, the SIM image becomes dark overall. In this case, an operation for increasing the contrast of the SIM image and brightening the entire SIM image is performed. Therefore, in this case as well, the negative probe voltage may be increased. As a result, when the probe 30 approaches the sample 20, secondary electrons are pulled back toward the sample 20, and the amount of change in luminance due to the probe approach increases.

試料20が負に帯電している場合には、上述にように、試料20から放出される2次電子は、試料20による負の電界によって、エネルギーを得るから、放出される2次電子量も増加する。しかしながら、帯電電位が高い場合、プローブ接近による輝度の変化量は小さくなるため、プローブ30に印加する負の電圧値を大きくする必要がある。   When the sample 20 is negatively charged, as described above, the secondary electrons emitted from the sample 20 obtain energy by the negative electric field generated by the sample 20, so that the amount of secondary electrons emitted is also large. To increase. However, when the charging potential is high, the amount of change in luminance due to the probe approach is small, so the negative voltage value applied to the probe 30 needs to be increased.

図9、図10及び図11を参照して、自動的にプローブ30をマイクロサンプル40に接触させる手順を説明する。図9は、プローブ30をマイクロサンプル40に接触させる手順の流れ図である。   The procedure for automatically bringing the probe 30 into contact with the microsample 40 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a flowchart of a procedure for bringing the probe 30 into contact with the microsample 40.

ステップS1にて、プローブ30が試料に接触する前のSIM画像、接触後のSIM画像およびプローブ先端のSIM画像を中央制御部38に登録する。これらのSIM画像は、実際に自動でマイクロサンプリング作業を行うときと同一の条件、即ち同一のビーム電流、同一の倍率で撮像しておくと、プローブ制御が容易となる。   In step S1, the SIM image before the probe 30 contacts the sample, the SIM image after the contact, and the SIM image of the probe tip are registered in the central control unit 38. If these SIM images are imaged under the same conditions as when the microsampling operation is actually performed automatically, that is, with the same beam current and the same magnification, probe control becomes easy.

図10Aは、プローブ30が試料に接触する前のSIM画像511を示す。このSIM画像511は、マイクロサンプル40の像540、その周囲の溝43の像543、及び、その外側の試料20の像520を含む。図10Bは、プローブ30が試料に接触した後のSIM画像512を示す。プローブ30が試料に接触すると、試料20の帯電電荷がプローブ30に流れるから、SIM画像512の輝度は、SIM画像511の輝度より高くなる。   FIG. 10A shows a SIM image 511 before the probe 30 contacts the sample. The SIM image 511 includes an image 540 of the micro sample 40, an image 543 of the surrounding groove 43, and an image 520 of the sample 20 outside the micro sample 40. FIG. 10B shows the SIM image 512 after the probe 30 contacts the sample. When the probe 30 comes into contact with the sample, the charged charge of the sample 20 flows to the probe 30, so that the luminance of the SIM image 512 is higher than the luminance of the SIM image 511.

尚、プローブ30が試料に接触した後のSIM画像512の代わりに、プローブ30が試料に接触する直前のSIM画像を登録してもよい。この場合、SIM画像全体の輝度は低いが、プローブ先端の位置が十分認識できるように、プローブと下地との間に十分なコントラストが有ればよい。プローブと下地との間のコントラストを大きくするには、プローブ30の負の電圧値を大きくすればよい。   Instead of the SIM image 512 after the probe 30 contacts the sample, a SIM image immediately before the probe 30 contacts the sample may be registered. In this case, the brightness of the entire SIM image is low, but it is sufficient that there is sufficient contrast between the probe and the ground so that the position of the probe tip can be sufficiently recognized. In order to increase the contrast between the probe and the ground, the negative voltage value of the probe 30 may be increased.

プローブ30は最初、退避位置にあるのでSIM画像には現れない。プローブ30が試料20に十分に接近すると、プローブ30の像がSIM画像に現れる。図10Cは、プローブ30の先端の像530が現れたSIM画像513を示す。   Since the probe 30 is initially in the retracted position, it does not appear in the SIM image. When the probe 30 is sufficiently close to the sample 20, an image of the probe 30 appears in the SIM image. FIG. 10C shows a SIM image 513 in which an image 530 of the tip of the probe 30 appears.

ステップS2にて、不良箇所を集束イオンビーム9の照射領域、即ち、試料20と集束イオンビーム9の交点に移動させる。光学検査装置、SEM式検査装置等によって検出した異物、コンタクト不良などの不良箇所の座標値をFIB装置及びSEM装置との座標系リンケージによって、数ミクロンメータのオーダで位置決めする。   In step S 2, the defective portion is moved to the irradiation region of the focused ion beam 9, that is, the intersection of the sample 20 and the focused ion beam 9. A coordinate value of a defective portion such as a foreign matter or a contact failure detected by an optical inspection device, an SEM type inspection device or the like is positioned on the order of several micrometers using a coordinate system linkage with the FIB device and the SEM device.

ステップS3にて、集束イオンビーム9の照射条件を決め、集束イオンビーム9を照射する。照射条件は、ビーム電流、照射面積、走査周期、照射間隔、ビーム滞在時間等を含む。集束イオンビーム9は、マイクロサンプル40を含む観察領域に照射される。   In step S3, the irradiation conditions of the focused ion beam 9 are determined, and the focused ion beam 9 is irradiated. Irradiation conditions include beam current, irradiation area, scanning period, irradiation interval, beam stay time, and the like. The focused ion beam 9 is applied to the observation region including the microsample 40.

ステップS4にて、マイクロサンプル40上に設定された計測領域41における帯電電位を計測する。   In step S4, the charged potential in the measurement region 41 set on the micro sample 40 is measured.

ステップS5にて、計測領域41の帯電電位が0V(アース電位)である否かを判定する。計測領域41の帯電電位が0Vの場合には、ステップS6にて、プローブ電圧を0Vにする。計測領域41の帯電電位が0Vでない場合には、即ち、正又は負に帯電している場合には、ステップS7にて、プローブに所定の負の電位v1を印加する。   In step S5, it is determined whether or not the charging potential of the measurement region 41 is 0 V (earth potential). If the charging potential of the measurement region 41 is 0V, the probe voltage is set to 0V in step S6. If the charging potential of the measurement region 41 is not 0 V, that is, if it is positively or negatively charged, a predetermined negative potential v1 is applied to the probe in step S7.

ステップS8にて、プローブの先端の位置を画像認識することができるか否かを判定する。画像認識できない場合には、ステップS9にて、プローブの負の電圧値を増加し、再度、ステップS8に戻って、プローブの先端位置を画像認識することができるか否かを判定する。こうして、プローブの先端の位置を画像認識することができるようになるまで、プローブの負電圧値を増加させる。   In step S8, it is determined whether the position of the tip of the probe can be recognized. If the image cannot be recognized, the negative voltage value of the probe is increased in step S9, and the process returns to step S8 again to determine whether or not the tip position of the probe can be recognized. Thus, the negative voltage value of the probe is increased until the position of the tip of the probe can be recognized.

図11Aはプローブ電圧が0VのときのSIM画像を示し、図11Bはプローブ電圧が−5VのときのSIM画像を示す。自動制御によりプローブの移動を行う場合には、画像認識によってプローブの先端の位置を検出する。図11Aに示すように、プローブ電圧が0Vのとき、プローブの先端の位置を画像認識するが困難な場合には、図11Bに示すように、プローブ電圧を−5Vにすることによって、プローブ30とマイクロサンプル40を含む試料20とのコントラストが大きくなり、プローブの先端位置を画像認識することができる。   FIG. 11A shows a SIM image when the probe voltage is 0V, and FIG. 11B shows a SIM image when the probe voltage is −5V. When the probe is moved by automatic control, the position of the tip of the probe is detected by image recognition. As shown in FIG. 11A, when it is difficult to recognize the position of the tip of the probe when the probe voltage is 0 V, the probe voltage is set to −5 V as shown in FIG. The contrast with the sample 20 including the micro sample 40 is increased, and the position of the tip of the probe can be recognized.

画像認識によってプローブの先端位置を検出することができるようになると、ステップS10にて、プローブ30の先端をマイクロサンプル40に接近させる。図11Bに示すSIM画像515のプローブ30の先端と、図10Bに示す登録SIM画像512におけるプローブ30の先端の画像531を比較する。比較により、両画像におけるプローブ30の先端の位置の間の偏差を検出し、この偏差に基づいて、プローブ30の位置補正を行い、プローブ30をマイクロサンプル40に接近させる。   When the tip position of the probe can be detected by image recognition, the tip of the probe 30 is brought close to the microsample 40 in step S10. The tip of the probe 30 of the SIM image 515 shown in FIG. 11B is compared with the image 531 of the tip of the probe 30 in the registered SIM image 512 shown in FIG. 10B. By comparison, a deviation between the positions of the tips of the probes 30 in both images is detected, and based on this deviation, the position of the probe 30 is corrected, and the probe 30 is brought closer to the micro sample 40.

ステップS11にて、プローブ負の電位を元の値v1を戻す。ステップS12にて、計測領域の輝度を計測する。ステップS13にて、計測領域の輝度が閾値1より小さくなったか否かを判定する。計測領域の輝度が閾値1より小さくなっていないときは、ステップS8に戻る。計測領域の輝度が閾値1より小さくなったとき、ステップS14に進み、プローブの駆動速度を減速させる。   In step S11, the probe negative potential is returned to the original value v1. In step S12, the luminance of the measurement area is measured. In step S13, it is determined whether or not the luminance of the measurement region is smaller than the threshold value 1. When the luminance of the measurement area is not smaller than the threshold value 1, the process returns to step S8. When the luminance of the measurement area becomes smaller than the threshold value 1, the process proceeds to step S14, and the probe driving speed is decelerated.

ステップS15にて、プローブの移動中にプローブの先端の位置を画像認識することができるか否かを判定する。プローブの移動中に画像認識によってプローブの先端の位置を検出するが、下地が複雑な形状の場合、プローブの先端の輪郭を下地の形状の模様から識別することが困難になる。画像認識できない場合には、ステップS16にて、プローブの負の電圧値を増加し、再度、ステップS15に戻って、プローブの先端位置を画像認識することができるか否かを判定する。こうして、プローブの先端の位置を画像認識することができるようになるまで、プローブの負電圧値を増加させる。   In step S15, it is determined whether an image of the position of the tip of the probe can be recognized while the probe is moving. The position of the tip of the probe is detected by image recognition while the probe is moving. However, when the base has a complicated shape, it is difficult to distinguish the contour of the tip of the probe from the pattern of the base shape. If the image cannot be recognized, the negative voltage value of the probe is increased in step S16, and the process returns to step S15 again to determine whether the tip position of the probe can be recognized. Thus, the negative voltage value of the probe is increased until the position of the tip of the probe can be recognized.

画像認識によってプローブの先端位置を検出することができるようになると、ステップS17にて、プローブ30の先端をマイクロサンプル40に接近させる。ステップS17は、ステップS10と同様である。   When the tip position of the probe can be detected by image recognition, the tip of the probe 30 is brought close to the microsample 40 in step S17. Step S17 is the same as step S10.

ステップS18にて、プローブ負の電位を元の値v1を戻す。ステップS19にて、計測領域の輝度を計測する。ステップS20にて、計測領域の輝度が急激に大きくなったか否かを判定する。計測領域の輝度が急激に大きくなるまで、ステップS20を繰り返す。計測領域の輝度が急激に大きくなったとき、ステップS21に進み、プローブの駆動速度をゼロにする。それによって、ステップS22にて、プローブの先端はマイクロサンプル40に接触する。   In step S18, the probe negative potential is returned to the original value v1. In step S19, the luminance of the measurement area is measured. In step S20, it is determined whether or not the brightness of the measurement region has suddenly increased. Step S20 is repeated until the brightness of the measurement area increases rapidly. When the brightness of the measurement region suddenly increases, the process proceeds to step S21, and the probe driving speed is set to zero. Thereby, the tip of the probe comes into contact with the microsample 40 in step S22.

本例では、プローブの駆動速度は、ステップS13までは、300マイクロメートル/秒であったが、ステップS14では、20マイクロメートル/秒となった。即ち、プローブの駆動速度は15分の1にまで減速した。従って、ステップS21にて、プローブの駆動速度をゼロにすると、慣性によりプローブがマイクロサンプル40の表面に食い込むことが阻止される。従って、プローブの先端及びみマイクロサンプル40表面が損傷を受けることを防止することができる。   In this example, the probe drive speed was 300 micrometers / second until step S13, but was 20 micrometers / second in step S14. That is, the probe driving speed was reduced to 1/15. Accordingly, when the probe driving speed is set to zero in step S21, the probe is prevented from biting into the surface of the microsample 40 due to inertia. Therefore, the tip of the probe and the surface of the micro sample 40 can be prevented from being damaged.

図12を参照して、マイクロサンプル40を高分解能のSTEM、又はTEMの試料台48に搭載させる方法を説明する。試料台48は、モリブデンのメッシュによって形成され、幅500マイクロメータで直径がφ4ミリメートルで半円状である。   With reference to FIG. 12, a method of mounting the microsample 40 on a high-resolution STEM or TEM sample stage 48 will be described. The sample stage 48 is formed of a molybdenum mesh, and has a width of 500 micrometers, a diameter of 4 mm, and a semicircular shape.

マイクロサンプル40は、プローブ30に接続されている。即ち、1μm角、厚み0.5μmのタングステンデポ膜44によってマイクロサンプル40はプローブ30に接続されている。マイクロサンプル40を試料台48上に配置し、タングステンデポ膜44を切断することにより、マイクロサンプル40はプローブ30から切り離され、試料台48上に搭載される。   The micro sample 40 is connected to the probe 30. That is, the micro sample 40 is connected to the probe 30 by a tungsten deposition film 44 having a 1 μm square and a thickness of 0.5 μm. By placing the micro sample 40 on the sample stage 48 and cutting the tungsten deposition film 44, the micro sample 40 is separated from the probe 30 and mounted on the sample stage 48.

図示していないが、試料台48には、この試料台48をカートリッジに搭載するための突起部を有する。従って、この試料台48をピンセットでカートリッジに配置し、固定することができる。カートリッジは、直径が約8mm、長さ約40mmの円筒形状を有する。カートリッジは回転機構を有しており、試料台48に搭載したマイクロサンプル40を集束イオンビーム9および電子ビーム22に直角に移動できる。また、数百ピコアンペアの電子ビーム22を高電圧で加速し、マイクロサンプル40に照射し、放出されるX線から微小領域での元素分析も可能である。カートリッジは試料ホルダーに搭載されており、カートリッジはウエハーを取り出す際にウエハー搬送系とは別のカートリッジ搬送系によって、ウエハーホルダーより脱着し、装置外に取り出す。このカートリッジを共通カートリッジホルダーに装着し、FIB装置でのマイクロサンプル40の薄膜化、及びSTEM、TEMによる高分解能な分析、解析を行う。   Although not shown, the sample stage 48 has a protrusion for mounting the sample stage 48 on the cartridge. Therefore, the sample stage 48 can be arranged and fixed to the cartridge with tweezers. The cartridge has a cylindrical shape with a diameter of about 8 mm and a length of about 40 mm. The cartridge has a rotation mechanism and can move the microsample 40 mounted on the sample stage 48 at right angles to the focused ion beam 9 and the electron beam 22. In addition, it is possible to perform elemental analysis in a minute region from X-rays emitted by accelerating an electron beam 22 of several hundred picoamperes at a high voltage and irradiating the microsample 40. The cartridge is mounted on the sample holder. When the wafer is taken out, the cartridge is detached from the wafer holder by a cartridge carrying system different from the wafer carrying system and taken out of the apparatus. The cartridge is mounted on a common cartridge holder, and the micro sample 40 is made thin by the FIB apparatus, and high resolution analysis and analysis are performed by STEM and TEM.

マイクロサンプル40を試料台48に接近させ、試料台48上に配置するには、上述したプローブ30の先端を試料40の表面に接近させ、試料40に接触させる動作と同様な方法を用いることができる。試料台48に計測領域49を設定し、計測領域49における輝度を計測する。試料台48が正または負に帯電している場合、マイクロサンプル40を試料台48に接近させても、計測領域49での輝度変化が小さく、接近を検知することが困難である。そこで、計測領域49の帯電状態をモニターし、その電位によってプローブ30に印加する負の電位を変化させる。それにより、マイクロサンプルの接近による輝度変化が大きくなり、マイクロサンプル40を試料台48に接近したこと、及び、接触したことを検出することができる。従って、マイクロサンプル40を高速に接近させても、マイクロサンプル40が試料台48に衝突することなく試料台48上に配置させることができる。   In order to bring the micro sample 40 close to the sample stage 48 and arrange it on the sample stage 48, the same method as the operation of bringing the tip of the probe 30 close to the surface of the sample 40 and bringing it into contact with the sample 40 is used. it can. A measurement area 49 is set on the sample stage 48, and the luminance in the measurement area 49 is measured. When the sample stage 48 is positively or negatively charged, even if the microsample 40 is brought close to the sample stage 48, the luminance change in the measurement region 49 is small, and it is difficult to detect the approach. Therefore, the charged state of the measurement region 49 is monitored, and the negative potential applied to the probe 30 is changed according to the potential. Thereby, the change in luminance due to the approach of the microsample is increased, and it is possible to detect that the microsample 40 has approached the sample stage 48 and has made contact therewith. Therefore, even if the micro sample 40 is brought close to the high speed, the micro sample 40 can be arranged on the sample stage 48 without colliding with the sample stage 48.

マイクロサンプル40は、タングステンデポ膜44を介して、プローブ30に接続されているから、マイクロサンプル40とプローブ30に同一電位を印加することが可能である。   Since the microsample 40 is connected to the probe 30 via the tungsten deposition film 44, the same potential can be applied to the microsample 40 and the probe 30.

図13は、モニター39に表示される画面の1例を示す。画面上には計測領域での帯電電位モニター値60、プローブ電圧値モニター値62、輝度モニター値62、輝度変化グラフ63、ビームモード、ビーム電流値などを示す表示部64、プローブ座標、試料台座標、画面コントラスト、ブライトネスのモニター値、調整バーなどの表示部65、グラフィックスユーザインターフェイスのナビゲーションを示す表示部66、SIM画像を表示する画面500が表示されている。画像500には、図10に示したように、プローブの像530、マイクロサンプルの像540、溝の像543、計測領域の像541が表示されている。   FIG. 13 shows an example of a screen displayed on the monitor 39. On the screen, a charging potential monitor value 60, a probe voltage value monitor value 62, a luminance monitor value 62, a luminance change graph 63, a display mode 64 indicating a beam mode, a beam current value, etc., probe coordinates, sample table coordinates in the measurement area A display unit 65 such as a screen contrast, a brightness monitor value, an adjustment bar, a display unit 66 indicating navigation of a graphics user interface, and a screen 500 displaying a SIM image are displayed. In the image 500, as shown in FIG. 10, a probe image 530, a microsample image 540, a groove image 543, and a measurement region image 541 are displayed.

以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。   The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. It will be understood.

本発明による解析装置の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the analyzer by this invention. プローブの移動方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the moving method of a probe. マイクロサンプルの表面の計測領域における帯電電位とプローブ電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the charging potential in the measurement area | region of the surface of a micro sample, and a probe voltage. 試料が正に帯電している場合のSIM画像を示す図である。It is a figure which shows a SIM image when a sample is positively charged. 試料が正に帯電している場合の輝度変化を示す図である。It is a figure which shows the luminance change when the sample is positively charged. 試料が負に帯電している場合のSEM画像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image in case a sample is negatively charged. 試料が負に帯電している場合の輝度変化を示す図である。It is a figure which shows the luminance change when the sample is negatively charged. 試料が帯電している場合にプローブに負の電圧を印加する理由を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the reason for applying a negative voltage to a probe, when the sample is electrically charged. プローブを自動制御によって試料に接近させ、接触させる手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which makes a probe approach and contact a sample by automatic control. プローブを自動制御によって試料に接触させるとき、予め登録するSIMが像の例を説明する図である。When a probe is brought into contact with a sample by automatic control, SIMs registered in advance are diagrams for explaining examples of images. プローブの印加電圧によってSIM画像のコントラストが変化することを説明する図である。It is a figure explaining the contrast of a SIM image changing with the applied voltage of a probe. 切り出したマイクロサンプルを試料台に配置させる方法を説明するための図であるIt is a figure for demonstrating the method to arrange the cut-out micro sample on a sample stand モニターの画面の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the screen of a monitor.

符号の説明Explanation of symbols

1…イオン源、2…引き出し電極、3…コンデンサレンズ、4…絞り、5…偏向コイル、6…対物レンズ、7…集束イオンビーム装置(FIB装置)、8…集束イオンビーム制御部、9…集束イオンビーム、10…電子チップ、11…陽極、12…集束レンズ、13…絞り、14…偏向コイル、15…E×B、16…2次電子検出器、17…対物レンズ、18…走査型電子顕微鏡装置(SEM装置)、19…電子ビーム制御部、20…試料、21…試料台、22…電子ビーム、23…真空チャンバ、25…帯電検出器、26…帯電計測部、27…プローブ電圧演算器、28…プローブ電圧制御部、30…プローブ、31…プローブ駆動部、32…プローブ制御部、35…電子検出部、36…検出電子解析部、37…試料台制御部、38…中央制御部、39…モニター、40…マイクロサンプル、41…計測領域、42…下端部、43…溝、44…タングステンデポ膜、48…試料台、49…計測領域、60…帯電電位モニター値、61…プローブ電圧モニター値、62…輝度モニター値、63…輝度変化モニター図、64、65、66…各パラメータ表示部、81…抵抗、82…可変電源、83…等電位面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion source, 2 ... Extraction electrode, 3 ... Condenser lens, 4 ... Diaphragm, 5 ... Deflection coil, 6 ... Objective lens, 7 ... Focused ion beam apparatus (FIB apparatus), 8 ... Focused ion beam control part, 9 ... Focused ion beam, 10 ... electronic chip, 11 ... anode, 12 ... focusing lens, 13 ... stop, 14 ... deflection coil, 15 ... ExB, 16 ... secondary electron detector, 17 ... objective lens, 18 ... scanning type Electron microscope device (SEM device), 19 ... Electron beam control unit, 20 ... Sample, 21 ... Sample stage, 22 ... Electron beam, 23 ... Vacuum chamber, 25 ... Charge detector, 26 ... Charge measurement unit, 27 ... Probe voltage Arithmetic unit, 28 ... probe voltage control unit, 30 ... probe, 31 ... probe drive unit, 32 ... probe control unit, 35 ... electron detection unit, 36 ... detection electron analysis unit, 37 ... sample stage control unit, 38 ... center 39: monitor, 40 ... micro sample, 41 ... measurement area, 42 ... lower end, 43 ... groove, 44 ... tungsten deposit film, 48 ... sample stage, 49 ... measurement area, 60 ... charged potential monitor value, 61 ... probe voltage monitor value, 62 ... luminance monitor value, 63 ... luminance change monitor diagram, 64, 65, 66 ... parameter display units, 81 ... resistance, 82 ... variable power supply, 83 ... equipotential surface

Claims (11)

荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子ビーム部と、
荷電粒子ビームの照射領域から放出される電子を検出する電子検出部と、
該電子検出部からの検出信号に基づいて試料の像を得る画像処理部と、
試料に対して相対的に移動でき、負の電圧が印加することができるプローブと、
試料における帯電状態を検出する帯電計測部と、
該帯電計測部によって検出された帯電状態に基づいて、プローブに負の電圧値を設定する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記試料の帯電電位の絶対値が大きい場合には、プローブに印加する負の電圧値を大きくし、帯電電位の絶対値が小さい場合には、プローブに印加する負の電圧値を小さくし、
前記制御部は、前記試料の帯電電位とプローブに印加する負の電圧値の関係を示すテーブルに基づいて、プローブに印加する負の電圧値を設定する
ことを特徴とする解析装置。
A charged particle beam unit for irradiating the sample with a charged particle beam;
An electron detector for detecting electrons emitted from the irradiation region of the charged particle beam;
An image processing unit for obtaining an image of a sample based on a detection signal from the electron detection unit;
A probe capable of moving relative to the sample and applying a negative voltage;
A charge measuring unit for detecting the charged state of the sample;
Based on the charging state detected by the charging measurement unit, it has a control unit for setting a negative voltage value to the probe,
The control unit increases the negative voltage value applied to the probe when the absolute value of the charged potential of the sample is large, and the negative voltage value applied to the probe when the absolute value of the charged potential is small. Reduce the
The analysis device characterized in that the control unit sets a negative voltage value to be applied to the probe based on a table indicating a relationship between the charged potential of the sample and a negative voltage value to be applied to the probe. .
請求項1記載の解析装置において、
プローブに印加する負の電圧値の絶対値は5V以下であることを特徴とする解析装置。
The analysis device according to claim 1,
An absolute value of a negative voltage value applied to the probe is 5 V or less.
請求項1記載の解析装置において、
前記画像処理部は、前記試料の像を画像処理することによってプローブの先端の位置を検出するように構成されており、前記画像処理によってプローブの先端の位置を検出することができない場合には、前記制御部がプローブに印加する負の電圧値を増加させることを特徴とする解析装置。
The analysis device according to claim 1,
The image processing unit is configured to detect the position of the tip of the probe by performing image processing on the image of the sample, and when the position of the tip of the probe cannot be detected by the image processing, An analysis apparatus, wherein the control unit increases a negative voltage value applied to a probe.
請求項1記載の解析装置において、
前記プローブにマイクロサンプルが物理的に接続されているとき、該プローブに接続されたマイクロサンプルを試料台に自動的に接触させるための制御機構が設けられていることを特徴とする解析装置。
The analysis device according to claim 1,
An analysis apparatus, comprising: a control mechanism for automatically bringing a microsample connected to the probe into contact with a sample stage when the microsample is physically connected to the probe.
請求項1記載の解析装置において、
前記試料の像を表示するモニターが設けられ、前記制御部がモニターの表示画面に、前記試料の像、前記試料の帯電状態、前記プローブに印加されている負の電圧値、前記試料の輝度の値、前記プローブが前記試料に接近しているときの試料の輝度変化を示すグラフの少なくとも一つを表示することを特徴とする解析装置。
The analysis device according to claim 1,
A monitor for displaying the image of the sample is provided, and the control unit displays on the display screen of the monitor the image of the sample, the charged state of the sample, the negative voltage value applied to the probe, and the luminance of the sample. An analysis apparatus for displaying at least one of a value and a graph showing a change in luminance of the sample when the probe is approaching the sample.
試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム部と、
荷電粒子ビームの照射領域から放出される電子を検出する電子検出部と、
該電子検出部からの検出信号に基づいて試料の像を得る画像処理部と、
試料に対して相対的に移動でき、負の電圧が印加することができるプローブと、
試料における帯電状態を検出する帯電計測部と、
該帯電計測部によって検出された帯電状態に基づいて、プローブに負の電圧値を設定する制御部とを有し、
前記画像処理部は、前記プローブが前記試料に接触する前の試料の像、及び、前記プローブが前記試料に接触した後の試料の像、を有し、前記プローブが移動中の試料の像と、前記画像処理部に格納された試料の像を比較することによって、前記プローブの先端の位置を検出し、
前記制御部は、前記試料の帯電電位の絶対値が大きい場合には、プローブに印加する負の電圧値を大きくし、帯電電位の絶対値が小さい場合には、プローブに印加する負の電圧値を小さくし、
前記制御部は、前記試料の帯電電位とプローブに印加する負の電圧値の関係を示すテーブルに基づいて、プローブに印加する負の電圧値を設定する
ことを特徴とする解析システム。
A charged particle beam unit for irradiating the sample with a charged particle beam;
An electron detector for detecting electrons emitted from the irradiation region of the charged particle beam;
An image processing unit for obtaining an image of a sample based on a detection signal from the electron detection unit;
A probe capable of moving relative to the sample and applying a negative voltage;
A charge measuring unit for detecting the charged state of the sample;
A control unit that sets a negative voltage value to the probe based on the charged state detected by the charge measuring unit;
The image processing unit includes an image of a sample before the probe contacts the sample and an image of the sample after the probe contacts the sample, and an image of the sample while the probe is moving , by comparing the image of the sample stored in the image processing unit detects the position of the tip of the probe,
The control unit increases the negative voltage value applied to the probe when the absolute value of the charged potential of the sample is large, and the negative voltage value applied to the probe when the absolute value of the charged potential is small. Reduce the
The analysis system characterized in that the control unit sets a negative voltage value to be applied to the probe based on a table indicating a relationship between the charged potential of the sample and a negative voltage value to be applied to the probe. .
荷電粒子ビームを試料に照射する荷電粒子ビーム部と、荷電粒子ビームの照射領域から放出される電子を検出する電子検出部と、該電子検出部からの検出信号に基づいて試料の像を得る画像処理部と、試料に対して相対的に移動でき、負の電圧が印加することができるプローブと、試料における帯電状態を検出する帯電計測部と、該帯電計測部によって検出された帯電状態に基づいて、プローブに負の電圧値を設定する制御部とを有する解析装置におけるプローブの制御方法において、
前記制御部は、前記帯電状態に基づいて前記試料が正又は負に帯電していると判定した場合にはプローブに負の初期電圧を印加することと、
前記試料の輝度を計測することと、
前記試料の輝度が所定の値より小さくなったら観察対象に対するプローブの相対的な移動速度を低下させることと、
前記試料の輝度が更に減少してから急激に増加したときプローブの相対的な移動を停止させることと、
前記制御部は、前記試料の帯電電位の絶対値が大きい場合には、プローブに印加する負の電圧値を大きくし、帯電電位の絶対値が小さい場合には、プローブに印加する負の電圧値を小さくすることと、
前記制御部は、前記試料の帯電電位とプローブに印加する負の電圧値の関係を示すテーブルに基づいて、プローブに印加する負の電圧値を設定することと、
を含むプローブの制御方法。
A charged particle beam unit that irradiates a sample with a charged particle beam, an electron detection unit that detects electrons emitted from an irradiation region of the charged particle beam, and an image that obtains an image of the sample based on a detection signal from the electron detection unit Based on the processing unit, a probe that can move relative to the sample and can apply a negative voltage, a charge measuring unit that detects a charged state in the sample, and a charged state detected by the charged measuring unit In the control method of the probe in the analyzer having a control unit for setting a negative voltage value to the probe,
The control unit applies a negative initial voltage to the probe when it is determined that the sample is positively or negatively charged based on the charged state;
Measuring the brightness of the sample;
Reducing the relative movement speed of the probe with respect to the observation target when the luminance of the sample becomes smaller than a predetermined value;
Stopping the relative movement of the probe when the brightness of the sample further decreases and then increases abruptly;
The control unit increases the negative voltage value applied to the probe when the absolute value of the charged potential of the sample is large, and the negative voltage value applied to the probe when the absolute value of the charged potential is small. Reducing the
The control unit sets a negative voltage value to be applied to the probe based on a table indicating a relationship between the charged potential of the sample and a negative voltage value to be applied to the probe;
A method for controlling a probe including:
請求項記載のプローブの制御方法において、
前記制御部は、前記試料の帯電電圧の絶対値が大きいときはプローブに印加する負の初期電圧値を大きくし、前記試料の帯電電圧の絶対値が小さいときはプローブに印加する負の初期電圧値を小さくすることを特徴とするプローブの制御方法。
The probe control method according to claim 7 ,
The control unit increases a negative initial voltage value applied to the probe when the absolute value of the charging voltage of the sample is large, and negative initial voltage applied to the probe when the absolute value of the charging voltage of the sample is small. A method for controlling a probe, wherein the value is reduced.
請求項記載のプローブの制御方法において、
前記制御部は、前記試料が帯電していない場合にはプローブの電圧をアース電圧に設定することを特徴とするプローブの制御方法。
The probe control method according to claim 7 ,
The control unit sets the probe voltage to a ground voltage when the sample is not charged.
請求項記載のプローブの制御方法において、
前記制御部は、プローブの移動中に画像認識によってプローブの先端の位置を検出することと、該プローブの先端の位置を検出することが困難な場合に、プローブに印加する負の電圧値を前記初期電圧より増加させることと、を含むプローブの制御方法。
The probe control method according to claim 7 ,
The controller detects a negative voltage value to be applied to the probe when it is difficult to detect the position of the probe tip by image recognition during movement of the probe and to detect the position of the probe tip. And a method for controlling the probe, the method including increasing from an initial voltage.
請求項10記載のプローブの制御方法において、
前記制御部は、プローブに印加する負の電圧値を増加させることによって該プローブの先端の位置を検出することができた場合には、プローブに印加する負の電圧値を前記初期電圧に戻すことを特徴とするプローブの制御方法。
The control method of claim 10, wherein the probe,
The control unit returns the negative voltage value applied to the probe to the initial voltage when the position of the tip of the probe can be detected by increasing the negative voltage value applied to the probe. A probe control method characterized by the above.
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