JP4571053B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明は繰り返しパターンを有する試料の所定の位置を特定する荷電粒子ビーム装置に関する。

半導体メモリーの欠陥又は不良の分析では、欠陥又は不良を有するセルを特定する必要がある。従来、欠陥又は不良を有するセルを特定するために、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)が用いられていた。試料のＳＥＭ画像を目視しながら、試料ステージをセルのピッチに対応したピッチにて移動させ、セルを試料端から数えていた。

近年、半導体素子の微細化に伴い、メモリーセルの寸法が非常に小さくなっている。セルを正確に特定するにはサブミクロンレベルのステージ移動精度が要求される。しかしながら、従来の走査型電子顕微鏡は、セルを特定することができるほど精度が高い試料ステージ機構を有していなかった。

本発明の目的は、高精度の試料ステージ機構を用いることなく、メモリーセルをカウントし、特定のセルの位置を検出することができる装置を提供することにある。

本発明の荷電粒子ビーム装置では、試料が繰り返しセルを有するとき、セルに対応したスケールパターンを生成し、それを試料の繰り返しセルの画像に重畳させることにより、目的セルを特定する。

更に、本発明の荷電粒子ビーム装置では、試料が繰り返しセルを有するとき、試料の繰り返しセルの配列から目的セルの位置を特定する。

本発明の荷電粒子ビーム装置では、ビーム偏向機能によるズームとソフトウエアによるズームを組み合わせてズーム画像を生成し、試料ステージを移動させることなく、ソフトウエアによって画像シフトを行う。

本発明によると、高精度の試料ステージ機構を用いることなく、メモリーセルをカウントし、特定のセルの位置を検出することができる。

図１は本発明の荷電粒子ビーム装置の構成の概略を示す図である。本例の荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビーム装置である。集束イオンビーム装置は、集束イオンビーム１２０を生成しそれを試料１１１に照射するＦＩＢカラム１０と、試料１１１からの二次電子１２１を検出する検出器１１２と、制御装置２０と、画像生成及び加工部３０と、入力装置４１及び表示装置４２を有する。画像生成及び加工部３０は、検出器１１２からの二次電子線信号を入力して走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：SIM）像を生成し、試料上にマーカを加工する。画像生成及び加工部３０は、ハードウエア的なズームを行うハードウエア的ズーム部３１、ソフトウエア的ズーム及びシフトを行うソフトウエア的ズーム及びシフト部３２、スケールパターン及びマークパターンの生成及び表示を行うスケールパターン及びマークパターン部３３、試料上にマーカを加工するマーカ加工部３４を有する。ハードウエア的ズームとは、ビーム偏向機能によりズームを行うことである。ソフトウエア的ズームとは、画像処理によってデジタル的に画像を拡大することである。ソフトウエア的シフトとは、画像処理によってデジタル的に画像を移動させることである。即ち、試料ステージを移動させること無しに画像を移動させる。

ソフトウエア的ズーム及びシフトを実現するためには、少なくともビーム偏向点分解能は画像表示分解能より大きい必要がある。本例では、ビーム偏向点分解能は４０９６×４０９６点であり、表示分解能は５１２×５１２画素である。従って、最大８倍のソフトウエア的ズームが可能である。

画像生成及び加工部３０はコンピュータ２０１又はコンピュータによって実行されるプログラムであってよい。

図２は本発明の荷電粒子ビーム装置のＦＩＢカラム１０の詳細図である。ＦＩＢカラム１０は、液体金属イオン源エミッタ１００、引出し電極１０１、コンデンサーレンズ１０２、可変アパーチャ１０３、アライナ・スティグマ１０４、ブランカ１０５、ブランキングアパーチャ１０６、ファラデーカップ１０７、デフレクタ１０８及び対物レンズ１０９を有する。集束イオンビーム装置は、更に、試料１１１から放出される二次電子を検出する検出器１１２、試料表面近傍にガスを供給するガス源１１３、微細試料をピックアップするマニピュレータ１１５を有する。

液体金属イオン源エミッタ１００からのイオンは引出し電極１０１によって引き出され、コンデンサーレンズ１０２と対物レンズ１０９により試料１１１上に集束される。ブランカ１０５によるブランキング動作では、イオンビームはファラデーカップ１０７に入射する。

本例の集束イオンビーム装置にはデポジション用ガス源１１３とマニピュレータ１１５が装着されており、マイクロサンプリング法によって試料の局所領域から微細試料片を摘出することができる。

図３を参照して本発明の荷電粒子ビーム装置の制御装置２０の例を説明する。制御装置２０は、高圧電源２０３、絞り制御電源２０４、アライナ・スティグマ制御電源２０５、ビーム電流計測アンプ２０６、ブランキング制御電源２０７、偏向アンプ２０８、プリアンプ２０９、ステージ制御電源２１０、スキャナ２１１、画像メモリー２１２、排気制御電源２１３、ガス制御電源２１４、及び、マニピュレータ制御電源２１５を有する。各制御電源は制御バス２０２を介してコンピュータ２０１によって統括的に制御される。

高圧電源２０３はイオン源エミッタ１００、引出し電極１０１、コンデンサーレンズ１０２、及び、対物レンズ１０９に高電圧を印加する。絞り制御電源２０４は可変アパーチャ１０３を制御し、所望のアパーチャ径を選択する。像観察時には小径アパーチャを選択し、大面積加工を行う場合は大口径アパーチャを選択する。アライナ・スティグマ制御電源２０５はアライナ・スティグマ１０４の８極の電極電圧を制御し、電気的な軸合わせと非点補正を行う。ビーム電流計測アンプ２０６はブランキング時にファラデーカップ１０７に流入するビーム電流を計測する。ブランキング制御電源２０７はブランカ１０５のブランキング電極を駆動し、ビームブランキングを行う。

偏向アンプ２０８は、スキャナ２１１から走査信号を入力し、８極２段の静電偏向器であるデフレクタ１０８を駆動する。プリアンプ２０９は検出器１１２からの信号を輝度電圧信号に変換し、それをディジタル値に変換し、画像メモリー２１２に書き込む。画像メモリー２１２に格納された像は表示装置４２に表示される。

ガス制御電源２１４はガス源１１３の温度制御とバルブ開閉制御を行う。マニピュレータ制御電源はマニピュレータ１１５の微動制御及び試料との接触検出を行う。

図４は本発明の荷電粒子ビーム装置の制御装置２０の偏向制御系及び画像生成系の一部を説明する図である。スキャナ２１１は、Ｘ方向及びＹ方向の９ビットのビーム走査用のカウンタ６１、６２とＤＡ変換器６９、７０を有する。カウンタ６１、６２からのディジタル走査信号ｘｄ、ｙｄは、ＤＡ変換器６９、７０によってアナログ走査信号ｘａ、ｙａに変換され、偏向アンプ２０８に出力される。

プリアンプ２０９は検出器１１２からのアナログ二次電子信号をＡＤ変換するＡＤ変換器７１を有する。ＡＤ変換器７１からのディジタル二次電子信号は、カウンタ６１、６２からのディジタル走査信号ｘｄ、ｙｄと共に、画像メモリー２１２に格納される。画像の書き込みとスキャンの同期をとることにより、試料の顕微鏡像が画像メモリー２１２に形成される。こうして、５１２×５１２画素の像が画像メモリー２１２に格納される。

図５は本発明の荷電粒子ビーム装置の第１の例の表示装置の画面５００の例を示す。この画面の上側には、方向選択フィールド５０１、セル寸法入力フィールド５０２、スケール長指定フィールド５０３、開始セル指定フィールド５０４、設定ボタン５０５、が設けられている。方向選択フィールド５０１は、生成するスケールの方向を選択するために設けられ、水平方向（Horizontal）と垂直方向（Vertical）のいずれかを選択することができる。セル寸法入力フィールド５０２は、セルの寸法を指定するために設けられ、セルのX方向の寸法とY方向の寸法を入力することができる。単位はμｍである。スケール長指定フィールド５０３は、一度に生成するスケールのセル数を指定するために設けられている。開始番号指定フィールド５０４は、スケールに併記するセル数値の開始番号を指定するために設けられている。設定ボタン５０５は、選択又は入力したデータに対応するスケールを作成し、それを繰り返りセルの画像に重畳して表示するために設けられている。

この画面の下側には、移動アレーボタン５０６、サイズ変更ボタン５０７、ズーム選択フィールド５０８、画像シフトボタン５０９、画像取得ボタン５１０、クリアボタン５１１、オールクリアボタン５１２、クローズボタン５１３が設けられている。移動アレーボタン５０６は、生成したスケールの位置調整を行うために設けられている。サイズ変更ボタン５０７は、生成したスケールのサイズ変更を行うために設けられている。

ズーム選択フィールド５０８は、ビーム偏向機能によるズーム率を指定するために設けられている。画像シフトボタン５０９は、画像をソフトウエア的に移動させるために設けられている。即ち、試料ステージを移動させることなく、デジタル的に画像をシフトさせる。画像シフトボタン５０９を押すと、生成されたスケールの先端が表示画像の端に表示されるように画像がシフトされ、次に生成されるスケールは表示画像内に収まることができる。画像取得ボタン５１０は、現在のズーム率とシフト位置でビームをスキャンして、新たに試料画像を取得するために設けられている。即ち、ハードウエア的ズームによる試料画像を取得するために設けられている。クリアボタン５１１は、生成したスケールを消去するために設けられている。オールクリアボタン５１２は、全てのスケールを消去するために設けられている。クローズボタン５１３は、この画面を終了するために設けられている。

本例では、表示装置の画面の表示分解能は５１２×５１２画素であるが、ズーム偏向点分解能は４０９６×４０９６点である。従って、最大８倍のハードウエア的なズームが可能である。ズーム率が１の場合、４０９６×４０９６個のビーム偏向点を５１２×５１２個の画素に縮小するために、４０９６×４０９６個のビーム偏向点をビーム偏向機能によって１／８に間引く必要がある。ズーム率が８の場合、４０９６×４０９６個のビーム偏向点を縮小する必要はない。その代わり、その１／８の部分を使用して５１２×５１２個の画素とする。

ズーム率が８の場合、表示装置の画面には、拡大した画像の一部しか表示されないから、画像の他の部分を表示するためには、画像をシフトさせればよい。本例では、画像処理によって、即ち、ソフトウエア的に画像をシフトさせる。従って、画像のシフトには試料ステージの移動は不要である。

図６及び図７を参照してセルを特定する方法を説明する。ここでは、繰り返しセルの左上を起点セルとして、水平方向且つ右方向に２０番目、垂直方向且つ下方向に２０番目のセルを特定する場合を説明する。

図６及び図７は表示装置の画面の例を示す。この画面６００は、画像表示領域６０１、縦スライドバー６０２、横スライドバー６０３を有する。画像表示領域６００は試料の像を５１２×５１２画素の画像として表示する。縦スライドバー６０２、及び、横スライドバー６０３は、画像表示領域６０１に表示された像をソフトウエア的に移動させるために用いる。縦スライドバー６０２と横スライドバー６０３に含まれる黒色のインジケータの長さは、ズーム率を表わす。また、インジケータの位置は、画像表示領域６０１に表示されている領域が全体の画像のどの位置にあるかを示す。ズーム率が１のとき、黒色のインジケータは、各スライドバーの全領域に延びている。従って、ズーム率が１のとき、画像表示領域６０１には、試料の像の全体が表示され、この像を縦スライドバー６０２と横スライドバー６０３によって移動させることはできない。

図６（ａ）の画像表示領域６０１には、ズーム率が１の繰り返しセルの像が表示されている。これは、ズーム選択フィールド５０８にてズーム率を１に選択し、画像取得ボタン５１０を押した場合である。黒色のインジケータは、各スライドバーの全領域に延びている。図６（ｂ）の画像表示領域６０１には、ズーム率が２の繰り返しセルの像が表示されている。これは、ズーム選択フィールドにてズーム率を２に選択した場合である。ソフトウエア的にズーム率が２の画像が得られる。黒色のインジケータは、各スライドバーの半分の領域に延びている。黒色のインジケータを移動させることによって、画像を上下左右にシフトさせることができる。図６（ｃ）の画像表示領域６０１には、ズーム率が４の繰り返しセルの像が表示されている。これは、ズーム選択フィールド５０８にてズーム率を４に選択した場合である。ソフトウエア的にズーム率が４の画像が得られる。黒色のインジケータは、各スライドバーの１／４の領域に延びている。黒色のインジケータを移動させることによって、画像を上下左右にシフトさせることができる。ソフトウエア的に４倍の拡大された像では、セルの輪郭が鮮明でない。次に、画像取得ボタン５１０を押すと、図６（ｄ）に示す像が得られる。画像取得ボタン５１０を押すことによって、ハードウエア的なズーム、即ち、ビーム偏向機能によるズームが行われる。従って、図６（ｄ）に示すセルの像は、図６（ｃ）に示すセルの像より鮮明である。

図６（ｄ）の画像表示領域６０１には、ズーム率が４の繰り返しセルの像の上に最初のスケール６１０が重畳されている状態が表示されている。ここでは、方向選択フィールド５０１にて水平方向を選択し、セル寸法入力フィールド５０２にて、１μｍｘ１μｍのセルサイズを入力し、スケール長指定フィールド５０３にて、スケール長としてセルの個数１０を入力し、開始セル指定フィールド５０４にて、１セル目である１を入力し、設定ボタン５０５を押した場合を示す。

スケール６１０は、縦１μｍ×横１μｍの正方形が１０個並んだ形状を有し、各正方形は、繰り返しセルと同一形状である。最初、このスケール６１０は、繰り返しセルの輪郭とは整合していない。即ち、スケール６１０の寸法及び位置は、繰り返しセルの寸法及び位置とは異なって表示される。移動アレーボタン５０６を操作することにより、位置合わせを行い、サイズ変更ボタン５０７を操作することにより、寸法合わせを行う。こうして位置合わせと寸法合わせを行うことにより、図６（ｄ）に示すように、スケール６１０を繰り返しセルに整合させることができる。スケール６１０の開始端は、繰り返しセルの左上端のセルに整合するように配置されている。スケール６１０の右上にはセルのカウント値「１０」が表示されている。

図７（ａ）は、スケール６１０の１０番目の正方形に次のスケール６１１が延長して表示された状態を示す。スケール６１０の１０番目の正方形が画像表示領域６０１の左上端に配置されるように、走査イオン顕微鏡像が横方向にシフトされている。画像のシフトは、画像シフトボタン５０９を押すことによって実現されるが、横スライドバー６０３を操作して実現してもよい。スケール６１１の右上にはセルのカウント値「２０」が表示されている。水平方向に２０個のセルをカウントしたことがわかる。

図７（ｂ）は、スケール６１１の２０番目の正方形に縦方向のスケール６１２が延長して表示された状態を示す。ここでは、方向選択フィールド５０１にて垂直方向を選択し、セル寸法入力フィールド５０２にて、１μｍｘ１μｍのセルサイズを入力し、スケール長指定フィールド５０３にて、スケール長としてセルの個数１０を入力し、開始番号指定フィールド５０４にて、１０セル目である１０を入力し、設定ボタン５０５を押した場合を示す。スケール６１２の下端には、開始番号指定フィールド５０４にて指定されたセルのカウント値「１０」が表示されている。

図７（ｃ）は、スケール６１２の１０番目の正方形に次のスケール６１３が延長して表示された状態を示す。スケール６１２の１０番目の正方形が画像表示領域６０１の右上端に配置されるように、走査イオン顕微鏡像が縦方向にシフトされている。画像のシフトは、画像シフトボタン５０９を押すことによって実現されるが、縦スライドバー６０２を操作して実現してもよい。スケール６１３の下端にはセルのカウント値「２０」が表示されている。垂直方向に２０個のセルをカウントしたことがわかる。こうして目的とする位置（２０，２０）のセルに到達した。

図７（ｄ）は、目的とする位置（２０，２０）のセルが画像表示領域６０１の中心に配置されるように、走査イオン顕微鏡像をシフトした状態を示す。画像のシフトはソフトウエア的に即ち試料ステージを移動させることなく実行される。目的とする位置（２０，２０）の正方形に丸印のマークパターン６１４が表示される。こうして、マークパターン６１４から、目的のセルの位置が視覚的に理解することができる。

スケール６１０、６１１、６１３、及びマークパターン６１４は、画面上に形成された図形であり、走査イオンビームによって試料の表面に形成されたものではないから、試料表面がダメージを受けることはない。こうして本例では、試料表面がダメージを与えることなく、目的とするセルを特定することができる。

図８は、目的のセルの周囲に、十字のマーカ６１５を形成した状態を示す。こうしてマーカ６１５を形成することにより、他の観察装置によってこの試料を観察するとき、容易に目的とするセルを特定することができる。マーカ６１５の加工は、集束イオンビームの局所照射によるスパッタリング現象を利用した除去加工であってよい。ガス雰囲気中での集束イオンビームアシストデポジションや集束イオンビームアシストエッチングを利用した加工であってもよい。また、マーカ６１５が形成されたセルは、サンプリングされて解析されることが想定されるため、このセルの上部に保護膜として集束イオンビームアシストデポジション膜を形成してもよい。また、この保護膜自体をマークとして流用することも可能である。

図９は本発明の荷電粒子ビーム装置の第２の例を示す図である。本例の荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビーム装置である。図１の第１の例と比較して、本例の集束イオンビーム装置は、画像生成及び加工部３０が異なる、本例の画像生成及び加工部部３０は、ハードウエア的なズームを行うハードウエア的ズーム部３１、ソフトウエア的ズーム及びシフトを行うソフトウエア的ズーム及びシフト部３２、仮想的に設定したセルの配置情報と走査イオン顕微鏡像をアライメントするアライメント部３５、マークパターンの生成及び表示を行うマークパターン部３６、試料上にマーカを加工するマーカ加工部３４を有する。ソフトウエア的ズーム及びシフトを実現するために、ビーム偏向点分解能は画像表示分解能より大きい。本例では、ビーム偏向点分解能は４０９６×４０９６点であり表示分解能は５１２×５１２画素である。従って、最大８倍のソフトウエア的ズームが可能である。

図１０は、本発明の荷電粒子ビーム装置の第２の例の表示装置の画面１０００の例を示す。この画面の上側には、セル配列入力フィールド１００１、第１〜第３アライメント位置入力フィールド１００２ａ〜１００２ｃ、３つのロックボタン１００３ａ〜１００３ｃ、クリアボタン１００４、が設けられている。

セル配列入力フィールド１００１は、試料であるセルの配列数を入力するために設けられている。第１〜第３アライメント位置入力フィールド１００２ａ〜１００２ｃは、３つのアライメント用の位置を入力するために設けられている。３つのロックボタン１００３ａ〜１００３ｃは、第１〜第３アライメント位置入力フィールド１００２ａ〜１００２ｃの入力値を登録するために設けられている。クリアボタン１００４は入力値をクリアするために設けられている。セル配列入力フィールド１００１に、セルの配列数を入力し、第１〜第３アライメント位置入力フィールド１００２ａ〜１００２ｃに、アライメント用の位置を入力し、ロックボタン１００３ａ〜１００３ｃを押すことにより、３点にてアライメントが行われる。

この画面の下側には、目的セル座標入力フィールド１００５、クリアボタン１００６、マークボタン１００７、クローズボタン１００８が設けられている。目的セル座標入力フィールド１００５は、目的とするセルの座標を入力するために設けられている。クリアボタン１００６は入力値をクリアするために設けられている。マークボタン１００７は、目的とするセルの周囲にマークパターンを生成するために設けられている。３点によるアライメントが終了してから、目的セル座標入力フィールド１００５に目的セルの座標を入力し、マークボタン１００７を押すと、目的セルの周囲にマークパターンが表示される。

図１１を参照してセルを特定する方法を説明する。ここでは、繰り返しセルの左上を起点セルとして、水平方向且つ右方向に３０番目、垂直方向且つ下方向に３０番目のセルを特定する場合を説明する。繰り返しセルの数が既知であり、全てのセルがビーム偏向領域内にあるものとする。即ち、試料ステージを移動せずに全てのセルにビームを照射できるものとする。近年、メモリー等の記憶容量は増大しているが、メモリーセルはマットと呼ばれる最小単位で区画化されている。半導体の微細化により、このマットは容易にビーム偏向領域内に入るサイズとなってきた。

図１１は表示装置の画面の例を示す。この画面１１００は、画像表示領域１１０１、縦スライドバー１１０２、横スライドバー１１０３を有する。画像表示領域１１０１は試料の像を５１２×５１２画素の画像として表示する。画像表示領域１１０１には、図６（ｃ）と同様に、ズーム率が４の繰り返しセルの像が表示されている。黒色のインジケータは、各スライドバーの１／４の領域に延びている。黒色のインジケータを移動させることによって、画像を上下左右にシフトさせることができる。

図１１（ａ）は、セル配列入力フィールド１００１にて、セル数１００×１００を入力し、第１アライメント位置入力フィールド１００２ａにて、セルの第１の位置（１，１）を入力した場合を示す。セルの第１の位置（１，１）が画像表示領域１１０１の左上に配置され、そこにカーソル１１１１が表示されている。図１１（ｂ）は、第２アライメント位置入力フィールド１００２ｂにて、セルの第２の位置（１，３０）を入力した場合を示す。セルの第２の位置（１，３０）が画像表示領域１１０１の右上に配置され、そこにカーソル１１１１が配置されている。図１１（ｃ）は、第３アライメント位置入力フィールド１００２ｃにて、セルの第３の位置（３０，３０）を入力した場合を示す。セルの第３の位置（３０，３０）は目的セルの位置である。目的セルが画像表示領域１１０１の右下に配置され、そこにカーソル１１１１が配置されている。

こうして、本例では、セルの左上端を第１の位置、それより右側に目的セルのＸ座標だけ移動した位置を第２の位置、それより下方に目的セルのＹ座標だけ移動した位置を第３の位置とすることにより、第３の位置が目的セルの位置となる。画像生成及び加工部３０は仮想的なセル配列上にて、目的のセルを特定する。

図１１（ｄ）は、目的のセルの位置（３０，３０）に、丸印のマークパターン１１１２が表示された状態を示す。これは、目的セル座標入力フィールド１００５に目的セルの位置（３０，３０）を入力した場合である。仮想的なセル配列上にて、目的セルの位置（３０，３０）にマークパターン１１１２を表示する。

マークボタン１００７を押すと、目的セルの周囲にマーカ１１１３が生成される。マーカ１１１３の加工は、上述のように集束イオンビームの局所照射によるスパッタリング現象を利用した除去加工であってよい。

本例では、図１０の画面１０００にて、目的セルの座標を指定したが、欠陥検査装置からファイルビットマップ等の情報を取得し、その中から目的セルの座標を抽出して運用することも可能である。

図１２は本発明の荷電粒子ビーム装置の第３の例を示す図である。本例の荷電粒子ビーム装置は、集束電子ビーム１２０を生成しそれを試料１１１に照射するＳＥＭカラム１１を有する。図１及び図９に示した第１および第２の例と比較して、本例では、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いる点が異なる。電子ビームの場合、長時間照射しても、試料の表面にダメージを与えることはない。電子ビームによって試料表面にマーク加工を行う場合には、真空度が比較的低い雰囲気中にて、局所領域に長時間電子ビーム照射を行い、コンタミネーションを付着させてもよい。しかしながら、本例では、デポジションガス源１１３からタングステンヘキサカルボニルガスを供給して試料表面に保護膜を形成し、この保護膜に集束電子ビームを照射させてマークを形成した。ガス源の制御は制御装置内のデポ制御手段から行った。

図１３は本発明の荷電粒子ビーム装置の第４の例を示す図である。本例の荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビームを生成しそれを試料１１１に照射するＦＩＢカラム１０と電子ビームを生成しそれを試料１１１に照射するＳＥＭカラム１１を有する。本例では、集束イオンビームと電子ビームの一方又は双方を用いる。

図１４を参照して、本発明の荷電粒子ビーム装置の第４の例を用いて、所定の位置のセルを特定し、そのセルのサンプリングを行う方法を説明する。ステップＳ１０１にて、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ画像）を用いてセルカウントを行い、目的セルの特定を行う。ステップＳ１０１の処理は、図１及び図９に示した第１および第２の例と同様である。ステップＳ１０２にて、デポジションガス源からガスを供給しながら試料１１１上に電子ビームを照射し、目的セル上に保護膜を形成する。本例では、この保護膜が目的セルを特定するマーカの機能を有する。ステップＳ１０３にて、集束イオンビームを用いて、マイクロサンプリング法によって目的セルを含む微小試料片を摘出する。試料１１１を試料室から取り出し、キャリア１１６を試料室に導入し、ビーム光軸上に配置する。このキャリア１１６上にデポジション膜で試料片を固定する。ステップＳ１０４にて、キャリア１１６に接着された微小試料片を集束イオンビームによって薄膜加工する。この薄膜断片を垂直に電子ビームが透過するように、キャリア１１６を傾斜させる。ステップＳ１０５にて、薄膜断片に電子ビームを走査させ、透過した電子ビームをSTEM検出器１１７によって検出する。STEM検出器１１７の出力より、試料片の透過走査電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope:STEM）像を取得する。このＳＴＥＭ画像から、メモリーセル内の欠陥情報が得られる。

本例の荷電粒子ビーム装置には、通常SEMで用いられる大型試料対応ステージと、通常TEMで用いられるサイドエントリーステージが併設されている。また、STEM検出器は大型試料対応ステージ内に設けた。本例によれば、電子ビームを利用することにより試料へのダメージが少ないセルカウントが可能であり、目的セルの上部に保護膜が形成できる。これは、欠陥が試料表面近傍にある場合に有効である。また、FIBカラム１０、デポジションガス源１１３、マニピュレータ１１５、STEM検出器１１７を併設しているため、マイクロサンプリングを同一試料室内で実施することができる。それにより、薄膜化後に高い空間分解能でSTEM観察が可能となる。従って、欠陥の場所探しから高分解能観察までを試料を大気に曝すことなく迅速に行うことが可能である。

本例では、FIBカラム１０、デポジションガス源１１３、マニピュレータ１１５を用いることで、マイクロサンプリングが可能である。しかしながら、上述の荷電粒子ビーム装置の第１および第２の例の場合も、マニピュレータ１１５を用いて、特定したセルを含む微小領域をサンプリングできることは自明である。この場合、欠陥の場所探しからサンプリングまでを一台の装置で迅速に行える利点がある。

図１５は本発明の荷電粒子ビーム装置の第５の例を示す。本例は、図１３の第４の例の荷電粒子ビーム装置にCADナビゲーションを行うCADナビゲーションシステム７００を接続したものである。CADナビゲーションシステム７００はCAD情報を格納したCAD情報データベース７０１及びデバイス欠陥座標情報を格納したデバイス欠陥座標情報データベース７０２に接続されている。デバイス欠陥座標情報はフェイルビットマップ等の欠陥座標情報である。CADナビゲーションの一般的な活用手法は下記のようなものである。

（１）荷電粒子ビーム装置に試料を導入する。
（２）試料ステージを移動させて、試料の特徴点（通常離れたところにある３点）とCADレイアウト情報をアライメントする。
（３）CADレイアウト上で目的個所（例えば特定セル）を指定する。
（４）指定した場所に試料ステージを移動させ、目的個所を特定する。

この手法によると、試料ステージを移動させる必要がある。従って、試料ステージの機械的な位置決め精度によって目的個所の指定精度が決まる。試料パターンに特徴があり、CADレイアウトパターンを重畳させる時に微調整が行える場合はステージの移動誤差分はある程度目視で補正が可能であるが、メモリーセル等の繰り返しパターンではこの種の補正が困難である。従って、メモリーセルの特定を行うには非常に高い位置精度を有する試料ステージの採用が必須と考えられてきた。

本例では、図９に示した本発明の第２の例のアライメント法をCADナビゲーションシステムに適用した。即ち、CADレイアウト情報とビーム偏向領域内の試料画像とを、ディジタルズームアップ及びシフト機能を用いてアライメントする。こうして、試料ステージを移動すること無しにビーム偏向領域内の詳細なCADナビゲーションを可能とした。

図１６を参照して本例の方法を説明する。図１６は表示装置の画面の例を示す。この画面１５００は、画像表示領域１５０１、縦スライドバー１５０２、横スライドバー１５０３を有する。画像表示領域１５０１は試料の像を５１２×５１２画素の画像として表示する。図１６（ａ）の画像表示領域１５０１には、アライメント前のCADレイアウトパターンと試料画像が表示されている。アライメント前では、実線のCADレイアウトパターンと破線の試料画像はずれている。図１６（ｂ）の画像表示領域１５０１には、アライメント後のCADレイアウトパターンと試料画像が表示されている。アライメント後では、CADレイアウトパターンと試料画像は整合して配置されている。即ち、CADレイアウトパターンは試料画像の上に整合して重畳されている。アライメント後は、CADレイアウトパターンと試料画像は互いに重なった状態で移動する。CADナビゲーションシステムはデバイス欠陥座標データベース７０３から欠陥のメモリーセル座標を抽出し、欠陥のマークパターン５１１１をCADレイアウトパターン上に表示する。従って、目的セル（この場合欠陥セル）の特定を、高精度にて実施することができる。本例ではセルの特定について説明したが、CADナビゲーションシステムを利用する手法はセルのみならず、一般的な目的個所の探索が可能であることは自明である。

本発明によれば、特に半導体の不良解析に有効であるセルカウントが高精度で迅速に行える。カウント中にステージ移動という機械的な動きが不要であり、高い位置精度が確保でき、高いカウント精度が確保できる。高いステージ移動精度が必要無いため、機能が安価に実現できる利点がある。

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。

本発明の荷電粒子ビーム装置の第１の例を示す図である。 本発明の集束イオンビーム装置のＦＩＢカラムの詳細図である。 本発明の集束イオンビーム装置の制御装置の構成図である。 本発明の集束イオンビーム装置の第１の例における制御装置の偏向制御系及び画像生成系の一部を説明する図である。 本発明の集束イオンビーム装置の第１の例における表示装置の入力画面の例を示す図である。 本発明の集束イオンビーム装置の第１の例におけるセルの特定及びマーカ加工の方法を説明するための図である。 本発明の集束イオンビーム装置の第１の例におけるセルの特定及びマーカ加工の方法を説明するための図である。 本発明の集束イオンビーム装置の第１の例におけるセルの特定及びマーカ加工の方法を説明するための図である。 本発明の荷電粒子ビーム装置の第２の例を示す図である。 本発明の集束イオンビーム装置の第１の例における表示装置の入力画面の例を示す図である。 本発明の集束イオンビーム装置の第２の例におけるセルの特定及びマーカ加工の方法を説明するための図である。 本発明の荷電粒子ビーム装置の第３の例を示す図である。 本発明の荷電粒子ビーム装置の第４の例を示す図である。 本発明の荷電粒子ビーム装置の第４の例における処理の流れを示す図である。 本発明の荷電粒子ビーム装置の第５の例を示す図である。 本発明の荷電粒子ビーム装置の第５の例におけるCADナビゲーション処理の流れを示す図である。

符号の説明

１０…ＦＩＢカラム、１１…ＳＥＭカラム、２０…制御装置、３０…画像生成及び加工部、４１…入力装置、４２…表示装置、１００…エミッタ、１０１…引出し電極、１０２…コンデンサレンズ、１０３…可変アパーチャ、１０４…アライナ・スティブマ、１０５…ブランカ、１０６…ブランキングアパーチャ、１０７…ファラデーカップ、１０８…デフレクタ、１０９…対物レンズ、１１０…試料ステージ、１１１…試料、１１２…検出器、１１３…ガス源、１１５…マニピュレータ、１１６…キャリア、１１７…ＳＴＥＭ検出器、１２０…イオンビーム、２００…ＦＩＢカラム、２０１…コンピュータ、２０２…制御バス、２０３…高圧電源、２０４…絞り制御電源、２０５…アライナ・スティブマ制御電源、２０６…ビーム電流計測アンプ、２０７…ブランキング制御電源、２０８…偏向アンプ、２０９…プリアンプ、２１０…ステージ制御電源、２１１…スキャナ、２１２…画像メモリー、２１３…排気制御電源、２１４…ガス制御電源、２１５…マニピュレータ制御電源、６００…ＳＥＭカラム、７００…ＣＡＤナビゲーションシステム、７０１…ＣＡＤ情報データベース、７０２…デバイス欠陥座標情報データベース

Claims (20)

1. 試料に荷電粒子ビームを照射する照射系と、上記荷電粒子ビームを偏向する偏向制御系と、上記試料からの二次粒子信号を検出する検出器と、該検出器からの信号より上記試料の走査イオン顕微鏡画像を生成する画像生成部と、該画像生成部によって生成された画像を表示する表示装置と、ユーザからの指示を入力する入力装置とを有し、
   上記偏向制御系は上記表示装置による表示分解能より大きいビーム偏向点分解能を有し、上記画像生成部は、上記試料が繰り返しセルを有するとき、上記入力装置を介して入力された、スケールの方向、該スケールのセルの寸法、及び、一度に生成する該スケールのセルの数の指定に基づいて、該繰り返しセルに対応したスケールパターンを生成し、該スケールパターンを上記試料の繰り返しセルの画像に重畳させ、上記試料の繰り返しセルの画像が、前記入力装置を介して入力されたズーム率の指定に基づいて拡大表示されたとき、上記スケールパターンの先端が表示画面の端に表示されるように表示画面をシフトさせることにより、上記入力装置より入力された目的セルを特定することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
2. 請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、上記画像生成部は、上記入力装置より入力された目的セルに到達するまで、上記スケールパターンを上記試料の繰り返しセルの開始点から横方向と縦方向に延長させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
3. 請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、上記画像生成部は、上記入力装置より入力された目的セルの位置が特定されたとき、該特定された位置にマークパターンを重畳して表示することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
4. 請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、上記画像生成部によって、上記入力装置より入力された目的セルの位置が特定されたとき、該特定された位置にて試料上にマーカを加工することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
5. 請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、上記画像生成部は、上記偏向制御系のビーム偏向機能によるズームとソフトウエアによるズームを組み合わせてズーム画像を生成することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
6. 請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、上記画像生成部は、試料ステージを移動させることなく、ソフトウエアによって画像シフトを行うことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
7. 請求項４記載の荷電粒子ビーム装置において、上記照射系は試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射系であり、マーカの加工は、集束イオンビームを用いたスパッタエッチング、ガスアシストアシストエッチング、ガスアシストデポジションのいずれかによって行われることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
8. 試料に荷電粒子ビームを照射する照射系と、上記荷電粒子ビームを偏向する偏向制御系と、上記試料からの二次粒子信号を検出する検出器と、該検出器からの信号より上記試料の画像を生成する画像生成部と、該画像生成部によって生成された画像を表示する表示装置と、ユーザからの指示を入力する入力装置とを有し、
   上記偏向制御系は上記表示装置による表示分解能より大きいビーム偏向点分解能を有し、上記画像生成部は、上記試料が繰り返しセルを有するとき、上記試料の繰り返しセルの画像が、前記入力装置を介して入力されたズーム率の指定に基づいて拡大表示されたとき、上記入力装置より入力された上記試料の繰り返しセルの縦と横の配列数と目的セルの座標から、目的セルを特定し、該目的セルを上記表示装置の画像表示領域の右下に配置させ、該目的セルにカーソルまたはマークパターンを配置することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
9. 請求項８記載の荷電粒子ビーム装置において、上記画像生成部によって、上記入力装置より入力された目的セルが特定されたとき、該特定された目的セル上にマーカを加工することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
10. 請求項８記載の荷電粒子ビーム装置において、上記照射系は試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射系であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
11. 請求項９記載の荷電粒子ビーム装置において、マーカの加工は、集束イオンビームを用いたスパッタエッチング、ガスアシストエッチング、ガスアシストデポジションのいずれかによって行われることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
12. 請求項８記載の荷電粒子ビーム装置において、上記照射系は試料に集束電子ビームを照射する集束電子ビーム照射系であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
13. 請求項９記載の荷電粒子ビーム装置において、マーカの加工は、集束電子ビームを用いたガスアシストデポジションによって行われることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
14. 請求項８記載の荷電粒子ビーム装置において、上記照射系は試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射系と試料に走査電子ビームを照射する走査電子ビーム照射系を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
15. 請求項８記載の荷電粒子ビーム装置において、更にCADナビゲーションを行うCADナビゲーションシステム、CAD情報を格納したCAD情報データベース及びデバイス欠陥座標情報を格納したデバイス欠陥座標情報データベースを有し、CADレイアウトパターンを試料画像に整合して表示し、欠陥を表わすマークパターンをCADレイアウトパターンの欠陥の位置に重畳して表示することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
16. 請求項８記載の荷電粒子ビーム装置において、上記画像生成部は、上記偏向制御系のビーム偏向機能によるズームとソフトウエアによるズームを組み合わせてズーム画像を生成することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
17. 請求項８記載の荷電粒子ビーム装置において、上記画像生成部は、試料ステージを移動させることなく、ソフトウエアによって画像シフトを行うことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
18. 試料に荷電粒子ビームを照射することと、上記荷電粒子ビームを偏向させることと、上記試料からの二次粒子信号を検出することと、該二次粒子信号より上記試料の走査イオン顕微鏡画像を生成することと、上記試料が繰り返しセルを有するとき、スケールの方向、該スケールのセルの寸法、及び、一度に生成する該スケールのセルの数の指定を入力することと、該指示に基づいて、該繰り返しセルに対応したスケールパターンを生成することと、該スケールパターンを上記試料の繰り返しセルの走査イオン顕微鏡画像に重畳させることと、上記試料の繰り返しセルの走査イオン顕微鏡画像が拡大表示されたとき、上記スケールパターンの先端が表示画面の端に表示されるように表示画面をシフトさせることにより、目的セルを特定すること、を含む荷電粒子ビーム装置を用いて特定のセルを検出する方法。
19. 試料に荷電粒子ビームを照射することと、上記荷電粒子ビームを偏向させることと、上記試料からの二次粒子信号を検出することと、該二次粒子信号より上記試料の走査イオン顕微鏡画像を生成することと、上記試料が繰り返しセルを有するとき、上記試料の繰り返しセルの画像が、前記入力装置を介して入力されたズーム率の指定に基づいて拡大表示されたとき、該試料の繰り返しセルの少なくとも３つの端の位置に基づいて上記試料の繰り返しセルの配列を求めることと、該セルの配列から目的セルの位置を特定することと、を含む荷電粒子ビーム装置を用いて特定のセルを検出する方法。
20. 請求項１８〜１９のいずれか１項記載の特定のセルを検出する方法をコンピュータに実行させるためにコンピュータによって読み取り可能なプログラム。

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