TW202238135A - 掃描型探針顯微鏡、試料觀察加工系統及電特性評估裝置 - Google Patents

掃描型探針顯微鏡、試料觀察加工系統及電特性評估裝置 Download PDF

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Abstract

掃描型探針顯微鏡係以即使為藉由放大觀察加工裝置所為之廣域且高速的觀察，亦使標誌的視認性提升為目的，在以關切區域為中心的周圍，以與放大觀察加工裝置的觀察視野長寬比、及觀察角度相一致的方式配置標誌。此外，該標誌在一例中係藉由多重線刮痕所形成，俾以強調邊緣對比。

Description

掃描型探針顯微鏡、試料觀察加工系統及電特性評估裝置
本發明係關於以將與使用掃描型探針顯微鏡所測定到的關切區域為相同的視野，以放大觀察加工裝置進行觀察或加工為目的，具有在關切區域的周圍形成標誌(marker)的功能的掃描型探針顯微鏡裝置、試料觀察加工系統及電特性評估裝置。
以將與使用掃描型探針顯微鏡(SPM)所測定到的關切區域為相同的視野，以別的放大觀察加工裝置進行觀察或加工為目的，逐漸使用在關切區域的周圍形成壓痕或刮痕等標誌的掃描型探針顯微鏡。一般而言，在使用掃描型探針顯微鏡所測定到的關切區域的周圍形成標誌時，考慮到對關切區域的影響，大多在遠離的位置形成標誌。此外，如專利文獻1或專利文獻2所示，由於在形成標誌時替換成專用的探針，因此使用高精度的電動載台或特殊的探針陣列，來補正因替換探針時位置偏移所致的標誌與關切區域的位置偏移。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2002-139414 專利文獻2：日本特開2017-201304
(發明所欲解決之問題)
若使用掃描型探針顯微鏡所測定到的關切區域為窄域，將標誌作為記號，可特定粗略的關切區域的位置，但是若欲使用放大觀察加工裝置來使關切區域的中心位置或視野旋轉角度精度佳地相一致時，必須將關切區域的周圍一邊進行放大觀察加工裝置的窄域觀察一邊對準，有在該對準過程中使關切區域變質的課題。在此，變質係指統稱表示因電子線損傷所致之試料的關切區域的變形、因使用掃描電子顯微鏡(SEM)進行觀察所致之對關切區域附著碳污染層、帶電等。
其他課題與新穎的特徵應可由本說明書之記述及所附圖面清楚可知。 (解決問題之技術手段)
若簡單說明本發明之中具代表性者的概要，如下所述。
本發明之一態樣之掃描型探針顯微鏡係以即使為藉由放大觀察加工裝置所為之廣域且高速的觀察，亦使標誌的視認性提升為目的，在以關切區域為中心的周圍，以與放大觀察加工裝置的觀察視野長寬比、及觀察角度相一致的方式配置標誌。此外，該標誌在一例中係藉由多重線刮痕所形成，俾以強調邊緣對比。 (發明之效果)
藉由本發明，即使為藉由放大觀察加工裝置所為之廣域且高速的觀察，亦可使標誌的視認性提升。藉此，即使在不具有高精度的電動載台的掃描型探針顯微鏡與放大觀察加工裝置之間，亦可藉由視認性高的標誌，無須進行藉由高精度的電動載台或探針陣列所為之對準，僅以放大觀察加工裝置的廣域觀察，即可輕易特定關切區域的中心位置與視野角度。之後，藉由放大觀察加工裝置的倍率變焦(zoom)，將關切區域一度以高倍率進行攝像，可在將藉由放大觀察加工裝置所致之關切區域的變質抑制為最小限度的狀況下，進行關切區域的觀察或加工或其二者。
以下使用圖面，說明實施例。但是，在以下說明中，有對同一構成要素標註同一符號且省略反覆說明的情形。其中，為使說明更為明確，與實際的態樣相比，圖面有模式表示的情形，惟僅為一例，並非為限定本發明之解釋者。 實施例
(掃描型探針顯微鏡的全體構成例) 在本實施例中，係說明基本的實施形態。圖1係顯示本實施例的試樣掃描方式掃描型探針顯微鏡(SPM)101的構成圖。
圖1所示之掃描型探針顯微鏡101係藉由控制部127來控制其全體動作，將由雷射二極體106所發出的雷射光103，經由雷射側反射鏡105而照射在懸臂108的背面，使被安裝在懸臂108的表面的前端的探針114，藉由驅動試樣掃描器Z壓電元件111而近接於被載置於試料台110之上的試料109的表面。雷射二極體106係藉由雷射控制電路120予以驅動，發出雷射光103。因作用在探針114與試料109之間之力，懸臂108翹曲，經由檢測器側反射鏡104而入射至光檢測器102的雷射光103的入射位置會改變。將該入射位置的變化藉由訊號放大電路123放大，藉由Z反饋電路124，以用微小力維持恆作用於探針114與試料109之間之力的方式使試樣掃描器Z壓電元件111以Z方向(上下方向)作伸縮，且將該試樣掃描器Z壓電元件111的施加電壓，在訊號處理部125轉換為高度資訊。該高度資訊係記憶在記憶部126。
此外，試料109係藉由被XY壓電元件驅動電路122所驅動的試樣掃描器X壓電元件112及試樣掃描器Y壓電元件113而朝X方向(左右方向)及Y方向(前後方向)被掃描，與試樣掃描器Z壓電元件111的施加電壓一併藉由訊號處理部125被轉換為3次元資訊。該3次元資訊係作為使用掃描型探針顯微鏡101所測定到的測定視野的畫像而被顯示在監視器顯示部128。此外，在抑制探針114的前端磨損的目的下，亦使用由雙晶(Bimorph)壓電元件驅動電路121對雙晶壓電元件107施加交流訊號，一邊使懸臂108振動一邊掃描試料109的方式。
此外，亦有具有可使懸臂108或試料台110的任一方以手動或電動移動的粗動機構，俾以改變探針114與試料109的相對位置的情形，其相對位置係使用被配置在懸臂108的正上方的光學顯微鏡115來調整。
圖2係顯示本實施例的探針掃描方式掃描型探針顯微鏡201的構成圖。探針掃描方式掃描型探針顯微鏡(以下亦有省略為SPM的情形)201係與試樣掃描方式掃描型探針顯微鏡101不同，探針掃描Z壓電元件211、探針掃描X壓電元件212、探針掃描Y壓電元件213附在懸臂108側，藉由掃描探針114來取得資料。探針掃描方式掃描型探針顯微鏡201的其他構成及功能係與試樣掃描方式掃描型探針顯微鏡101的構成及功能相同，省略重複說明。
此時，使用同時掃描雷射二極體106、雷射側反射鏡105、檢測器側反射鏡104、光檢測器102的全部或一部分，使雷射光103與懸臂108的掃描動作同步的方法。此外，可將試料載台214手動或藉由試料載台驅動電路215來驅動。
(流程圖) 圖3係顯示至進行由圖1、圖2所示之掃描型探針顯微鏡對放大觀察加工裝置的同一部位觀察或加工或其二者為止的順序的流程圖。一邊參照圖3的流程圖，一邊說明本發明之實施方法。
本流程圖係由步驟301開始。在步驟302中係實施使用掃描型探針顯微鏡(101或102)的關切區域的測定。接著，在步驟303中，進行判斷是否將具有掃描型探針顯微鏡的觀察用探針的測定用探針替換為具有標記用探針的標記用探針。在步驟303中，若替換為標記用探針(Yes)，係移至步驟304。在步驟303中，直接以測定到關切區域的測定用探針進行標記時，亦即，將測定用探針併用作為標記用探針時(No)，係移至步驟306。
進行標記(marking)時，為了進行視認性高的標記，有替換為標記用探針的情形。此時，由於有在替換探針後探針位置偏移的情形，因此如步驟305所示，藉由比較光學顯微鏡像或掃描了試料表面的資料，來補正探針位置偏移。亦即，掃描型探針顯微鏡(101或102)係具有當將測定用探針替換為標記用探針時，補正測定用探針的觀察用探針與標記用探針的標記用探針的位置偏移的手段。
接著，使用圖9，說明位置偏移補正的方法。圖9係說明標記用探針替換前後的位置偏移補正的圖。在圖9中係顯示使用光學顯微鏡像的位置偏移補正之一例。圖9的(a)、(b)、(c)係均表示附在掃描型探針顯微鏡(101或102)的懸臂108的正上方的光學顯微鏡115的光學顯微鏡像。圖9的(a)係表示使用測定用探針902測定出關切區域的瞬後的光學顯微鏡像。圖9的(b)係表示替換為標記用探針903的瞬後的光學顯微鏡像。圖9的(c)係表示使測定用探針探針位置901與標記用探針探針位置904相一致時的光學顯微鏡像。
最初，如圖9的(a)所示，在使用測定用探針902測定出關切區域的瞬後的光學顯微鏡像上，以滑鼠等指向裝置點擊測定用探針探針位置901，使測定用探針探針位置901記憶在記憶部126。接著，如圖9的(b)所示，在替換為標記用探針903的瞬後的光學顯微鏡像上，以指向裝置點擊標記用探針探針位置904，計測測定用探針探針位置901與標記用探針探針位置904之間的距離亦即標記用探針探針位置偏移距離905。最後，以補正該距離905的方式，亦即，以測定用探針探針位置901與標記用探針探針位置904相一致而該距離905大致成為零的方式，移動標記用探針903與試料109的相對位置。在該方法中係有移動標記用探針903側與試料109側的情形，在圖9的(c)中，表示出標記用探針903側的探針位置904以與原記錄到的測定用探針探針位置901相重疊的方式，使標記用探針903側如以箭號所示朝向左斜下側的方向移動的樣子。在此，906係表示位置偏移補正後的標記用探針。
接著，在圖3的步驟306中，使用掃描型探針顯微鏡(101或102)，在關切區域的周圍進行標記。將標誌配置例顯示在圖7。圖7係說明藉由實施例之掃描型探針顯微鏡(SPM)所得之標誌配置例的圖。圖7所示之各標誌係為了抑制因放大觀察加工裝置的窄域觀察所致之關切區域的變質，以在保持放大觀察加工裝置的廣域觀察的狀況下輕易特定關切區域的位置為目的而設。以下說明圖7的(a)～(j)所示之各標誌的配置例。在此，關切區域的周圍係指對應放大觀察加工裝置的標記探索時的觀察視野(703)的區域的外緣。
如圖7的(i)所示，以關切區域702位於以放大觀察加工裝置觀察到關切區域702時的放大縮小中心的方式，預先生成表示所被指定出的放大觀察加工裝置的標記探索時的觀察視野703的區域的外緣的至少一部分的標誌705。此時，在圖7的(i)中，放大觀察加工裝置的觀察視野703的視野長寬比係假想為4：3來圖示。此外，以與放大觀察加工裝置的標誌探索時的觀察視野703相一致或相似的矩形，且表示矩形的至少1個角部的方式生成引號型(L字型)標誌705。如該引號型標誌705所示，在將關切區域702的中心作為旋轉中心的情形下並非為旋轉對稱的位置(非旋轉對象位置)配置標誌，藉此可使關切區域702與放大觀察加工裝置的觀察視野703的角度相一致。
即使未預先決定放大觀察加工裝置的標誌探索時的觀察視野703，亦以十字型標誌701表示2個角部的圖7的(g)(在左側的短邊的角部的2點配置十字型標誌701)及(h)(在下側的長邊的角部的2點配置十字型標誌701)的配置、或藉由表示放大觀察加工裝置的標記探索時的觀察視野703的左側的短邊一邊的短邊型標誌709所為之圖7的(l)的配置、藉由表示下側的長邊一邊的長邊型標誌710所為之圖7的(k)的配置、藉由表示左側的短邊一邊與下側的長邊一邊的雙方的短邊長邊一體型標誌711所為之圖7的(j)的配置亦為有效，俾以明示該觀察視野703的大小。此外，亦可為將放大觀察加工裝置的標誌探索時的觀察視野703的3個角部以十字型標誌701表示的圖7的(a)、或以叉號型(X字型)標誌704表示的圖7的(b)、以引號型標誌705表示的圖7的(c)。
此外，較佳為亦可若為放大觀察加工裝置為1：1長寬比的觀察視野706，為圖7的(d)的配置；若為放大觀察加工裝置為16：9長寬比的觀察視野707，為圖7的(e)的配置；若為放大觀察加工裝置為3：4長寬比的觀察視野708，為圖7的(f)的配置，按照放大觀察加工裝置的觀察視野的長寬比來任意設定標記的配置。
在此，掃描型探針顯微鏡101、102係可總結為如以下所示。掃描型探針顯微鏡101、102係具有用以相對掃描試料109與探針114的掃描部(例如111～113、211～213等)，藉由掃描試料109與探針114來觀察試料109。掃描型探針顯微鏡101、102係具備控制部127。控制部127係以下列方式進行控制：根據關於用以在取得掃描的結果所得的關切區域702之後，另外進行觀察或加工或其二者的放大觀察加工裝置，且有別於掃描型探針顯微鏡101、102為另一個的該放大觀察加工裝置的資訊(例如觀察視野703的視野尺寸、視野長寬比、視野倍率、觀察角度等)，該放大觀察加工裝置進行觀察或加工的區域(觀察視野703的區域)為內含關切區域702的區域，而且特定關切區域702位於以該放大觀察加工裝置觀察到該區域(觀察視野703的區域)時的放大縮小中心之進行觀察或加工的區域(觀察視野703的區域)，藉由使探針114與試料109相互作用，形成表示進行觀察或加工的區域(觀察視野703)的外緣(例如角部、短邊、長邊等)的至少一部分的標誌。
由於目的在抑制因放大觀察加工裝置的窄域觀察所致之關切區域的變質，在保持放大觀察加工裝置的廣域觀察的狀態下，輕易特定關切區域的位置，因此標誌本身對放大觀察加工裝置而言的視認性的高低亦極為重要。圖8係說明藉由實施例之掃描型探針顯微鏡所形成的標誌的形狀例的圖。在圖8中係說明叉號型(X字型)標誌704的形狀例，作為代表例，惟亦可適用於其他標誌(701、705、709、710、711)的形狀。使用圖8的(a)～(i)，說明標誌形狀之一例。
圖8的(a)係藉由掃描型探針顯微鏡(101或102)的探針114的刮痕而形成在試料109的1條線標誌(一線刮痕)801。若以圖8的(a)所示之1條線標誌801，視認性不充分時，亦可選擇如圖8的(b)所示之4條線標誌802，甚至如圖8的(c)所示之8條線標誌803，藉由增加線條數，形成多重線刮痕，來提高標誌的視認性。圖8的(d)係顯示以弱壓力在試料109附有掃描型探針顯微鏡(101或102)的探針114的刮痕時的弱觸壓標誌811。在如圖8的(d)所示之弱觸壓標誌811中，亦考慮線本身細，即使數量多，其視認性亦不充分的情形。如上所示之情形下，亦可調整探針114對試料109的掃描速度、或如圖8的(e)所示設定在增加探針114對試料109的壓入量的狀態下因刮痕所致之強觸壓標誌812。另外如圖8的(f)所示，為了使刮痕較深或較粗，如藉由探針114重覆複數次在相同位置進行刮傷而形成深刮痕的複數次覆寫標誌813般，可設定任意的覆寫次數(例如3次)。此外，如圖8的(g)所示，亦可設定更加增加刮傷數量的米字型(星號型)標誌821。此外，關於標誌本身的大小，亦可如圖8的(h)所示之小尺寸標誌831、或圖8的(i)所示之大尺寸標誌832等，依狀況設定為任意尺寸。
若以壓電元件構成掃描型探針顯微鏡(101或102)的掃描器(111～113或211～213)，有因壓電元件所具有的特性而在標誌形狀發生變形的情形。此時，較佳為當藉由探針114來進行標記時，在空中或在試料109未標記有探針114般的條件(藉由探針114未在試料109形成標誌般的條件)中，藉由掃描器(111～113或211～213)掃描複數次探針114，進行了探針114複數次掃描之後，藉由探針114而在試料109實施預定的標記。藉此，可減低標誌形狀變形。此外，如上所示，亦可進行減低標誌形狀變形的設定。
接著，使用圖10，說明標記設定畫面。圖10係顯示設在實施例之掃描型探針顯微鏡(SPM)的標記設定畫面的構成例1的圖。在圖10中係說明在觀察視野703的3個角部形成標誌的情形(參照例如圖7的(a))，作為代表例，惟亦可適用於其他配置例(圖7的(g)、(h)、(i)、(l)、(k)、(j))。
使用者使用SPM(101或102)來特定關切區域，且取得觀察像之後，在監視器顯示部128顯示標記設定畫面1001。標記設定畫面1001係具有：SPM的掃描器可動範圍顯示部1002、及標記條件顯示部1003。在掃描器可動範圍顯示部1002內顯示SPM的觀察視野1022與關切區域1024，且在關切區域位置1012顯示關切區域1024的掃描器座標。
使用者係在標記條件顯示部1003內選擇放大觀察加工裝置的種類。在該例中，以放大觀察加工裝置而言，構成為可由第1掃描電子顯微鏡SEM1、第2掃描電子顯微鏡SEM2、聚焦離子束裝置FIB1等3個裝置中選擇1個裝置。在圖10中係表示出選擇出第1掃描電子顯微鏡SEM1的狀態(黑圈●記號)。雖未特別限制，第1掃描電子顯微鏡SEM1與第2掃描電子顯微鏡SEM2相比較，可形成為其觀察視野的倍率為相同、高、或低的裝置。
若選擇放大觀察加工裝置的種類，預先讀入使用者點擊觀察視野設定按鍵1004所登錄、或藉由通訊所取得的放大觀察加工裝置(在此為所選擇出的第1掃描電子顯微鏡SEM1)探索標誌時的觀察視野703與觀察視野703的長寬比，如圖7的(a)至圖7的(j)所示，決定符合觀察視野703的視野尺寸的標記位置(標誌的配置位置條件)。使用者係由標誌間隔列表盒1007將配置標誌的間隔進行選擇或輸入數值，由標誌形狀列表盒1005將標誌形狀進行選擇或輸入數值，由標誌尺寸列表盒1006將標誌的大小進行選擇或輸入數值，藉此可指定如圖8的(g)至圖8的(i)所示之標誌形狀。若在標記條件顯示部1003內設定該等條件，在掃描器可動範圍顯示部1002內，以例如虛線的矩形顯示根據所指定的標記條件的標記部位1021、與作為放大觀察加工裝置的第1掃描電子顯微鏡SEM1的觀察視野1023。使用者係在確認了掃描器可動範圍顯示部1002之後，點擊標記開始按鍵而使標記開始。若點擊設定保存按鍵，可使設定在標記條件顯示部1003的標記條件或掃描器可動範圍顯示部1002的顯示畫像記憶在例如記憶部126。若點擊結束按鍵，標記設定畫面1001的顯示即結束。
此外，亦可在使標記開始之前，在標記條件顯示部1003內設定接下來說明的各條件。使用者係由標誌數量列表盒1008將標誌線的數量進行選擇或輸入數值，可如圖8的(a)至圖8的(c)所示指定標誌線的數量。此外，使用者係可由描繪壓入量列表盒1009將標誌描繪時的懸臂108(或探針114)的壓入量進行選擇或輸入數值，由描繪速度列表盒1010將標誌描繪速度(懸臂108(或探針114)的移動速度)進行選擇或輸入數值，由覆寫次數列表盒1011將標誌的覆寫次數進行選擇或輸入數值，在標記條件顯示部1003內設定如圖8的(d)至圖8的(f)所示使放大觀察加工裝置中的標誌的視認性最適化的條件。藉此，由於可使標誌的視認性最適化，因此可使標誌的視認性提升。其中，顯示出設有用以在標記條件顯示部1003形成標誌的條件設定用的列表盒1005～1011的構成例，惟並非限定於此。若可在標記條件顯示部1003輸入或設定可使標誌的視認性提升的標誌形成條件即可。
接著，使用圖4，說明試料觀察加工系統的構成例。圖4係說明實施例之試料觀察加工系統的構成例1的圖。試料觀察加工系統400係包含：圖1或圖2的掃描型探針顯微鏡(SPM)、與放大觀察加工裝置。在圖4中係顯示放大觀察加工裝置為掃描電子顯微鏡(SEM)時的試料觀察加工系統400。
圖4的(a)係顯示使用掃描型探針顯微鏡(SPM)的標記用探針401，在設置在試料台403之上的試料402的表面所測定到的關切區域405的周圍，形成有3點標誌404的瞬後的SPM的測定視野406(圖3的步驟306)。
在圖3的步驟307中，使設置在掃描型探針顯微鏡(SPM)的試料朝放大觀察加工裝置的觀察位置移動，將其瞬後的狀態顯示於圖4的(b)。由掃描電子顯微鏡(SEM)的鏡柱(column)411被照射的入射電子被照射在固定於SEM的試料載台412上的試料413，藉由SEM的檢測器414，檢測由照射部附近所發生的二次電子或反射電子，在SEM的訊號處理部415予以處理，且在監視器顯示SEM的觀察視野416。
接著，在圖3的步驟308中，配合標誌來調整掃描電子顯微鏡(SEM)的視野位置及角度，將調整後的樣子顯示於圖4的(c)。藉由SEM的試料載台412的驅動或掃描角度調整，如視野位置及角度調整後的SEM的觀察視野417所示，標誌404被配置在視野角。
接著，在圖3的步驟309中，使掃描電子顯微鏡(SEM)的視野倍率上升而將觀察視野418放大，且如圖4的(d)的放大後的SEM的觀察視野418所示，可使其以與掃描型探針顯微鏡(SPM)的測定視野406相同程度的大小進行顯示。
之後，在圖3的步驟310中，進行關切區域405的觀察或加工或其二者。若另外存在別的關切區域(圖3的步驟311中為Yes時)，亦可如圖3的步驟311所示，在設在接下來的關切區域的周圍的標誌的位置，朝向掃描電子顯微鏡(SEM)的視野位置移動，反覆接下來的關切區域的觀察。若所有關切區域的觀察結束(圖3的步驟311中為No時)，移至圖3的步驟312，圖3的流程圖即結束。
接著，使用圖5，說明試料觀察加工系統的其他構成例。圖5係說明實施例之試料觀察加工系統的構成例2的圖。試料觀察加工系統500係包含：圖1或圖2的掃描型探針顯微鏡(SPM)、及放大觀察加工裝置。在圖5中係顯示放大觀察加工裝置為掃描電子顯微鏡／聚焦離子束複合機(FIB-SEM)時的試料觀察加工系統500。在圖5中係顯示由掃描型探針顯微鏡(SPM)對掃描電子顯微鏡／聚焦離子束複合機(FIB-SEM)移動試料，進行關切區域中的同一部位的觀察或加工或其二者的情形。
如圖5的(a)所示，特定掃描型探針顯微鏡(SPM)中的關切區域405，且在關切區域405的周圍形成3點標誌404。3點標誌404形成之後，如圖5的(b)所示，在FIB-SEM的試料載台512上設置形成有3點標誌404的試料513。由掃描電子顯微鏡(SEM)的鏡柱511被照射的入射電子被照射在固定於FIB-SEM的試料載台512上的試料513，由照射部附近所發生的二次電子或反射電子藉由FIB-SEM的檢測器514予以檢測，在FIB-SEM的訊號處理部515予以處理，且在監視器顯示FIB-SEM的觀察視野516。
接著，配合標誌，將視野位置及角度調整後的樣子顯示在圖5的(c)。藉由FIB-SEM的試料載台512的驅動或掃描角度調整，如視野位置及角度調整後的FIB-SEM的觀察視野518所示，標誌405被配置在視野角。接著，將FIB-SEM的觀察視野518放大，如圖5的(d)的放大後的FIB-SEM的觀察視野519所示，可使其以與SPM的測定視野406相同程度的大小進行顯示。之後，可藉由從聚焦離子束裝置(FIB)的鏡柱517被照射出的離子束，將關切區域405執行觀察或加工或其二者。
接著，使用圖6，說明試料觀察加工系統的另外其他構成例。圖6係說明實施例之試料觀察加工系統的構成例3的圖。試料觀察加工系統600係包含：掃描型探針顯微鏡、及放大觀察加工裝置。在圖6中係顯示掃描型探針顯微鏡設為掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機、放大觀察加工裝置設為掃描電子顯微鏡／聚焦離子束(FIB-SEM)複合機時的試料觀察加工系統600。
在圖6中顯示由在荷電粒子線裝置(在該例中為掃描電子顯微鏡)內設置有一個或複數掃描型探針顯微鏡的掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機，將試料朝掃描電子顯微鏡／聚焦離子束(FIB-SEM)複合機移動，將關切區域中的同一部位執行觀察或加工或其二者的情形。在掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機的試料室內係在試料402的周邊配置1支以上的導電性探針607與掃描型探針顯微鏡(SPM)的標記用探針603。導電性探針607係以電氣測定為目的而設。掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機係具有使用該等探針607、603，掃描試料402、或在被固定在某特定的位置的狀態下使用電流計608或定電壓源609來評估形成在試料402的微細的半導體元件的電特性、或在關切區域405的周圍形成標誌404的功能。亦即，掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機係包含微小半導體元件特性評估裝置。
在圖6的(a)中顯示SPM-SEM複合機的構成圖。由SPM-SEM複合機的掃描電子顯微鏡(SEM)的鏡柱602被照射的入射電子被照射在固定於SPM-SEM複合機的試料載台604上的試料402，藉由SPM-SEM複合機的檢測器605檢測由照射部附近所發生的二次電子或反射電子，在SPM-SEM複合機的訊號處理部606予以處理，且在監視器顯示SPM-SEM複合機的觀察視野601。在SPM-SEM複合機的觀察視野601係顯示關切區域405或標誌404的位置、或導電性探針607或標記用探針603的動作或固定位置。在試料402所特定出的關切區域405的周圍，使用設置在SPM-SEM複合機的內部的標記用探針603來形成標誌404，接著使形成有標誌404的試料402移動至FIB-SEM複合機的試料載台512，且執行關切區域405的觀察或加工或其二者。圖6的(b)、(c)、(d)由於與圖5的(b)、(c)、(d)相同，故省略重複說明。如圖6所示，亦可建構試料觀察加工系統600。
另外說明掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機。如先前說明，掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機係內置評估試料402的電特性的電特性評估裝置的功能。導電性探針607可稱為導電性的探針。此外，在掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機係具備：如圖1、2中所說明，使試料402與探針607的相對位置關係變更的驅動部(111～113或211～213)；連接於探針607，評估試料402的電特性的電特性評估部(608、609)；及朝向試料402照射荷電粒子線的荷電粒子線照射部602。
掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機係一邊使探針607接觸試料402，一邊對試料402照射荷電粒子線，藉此評估試料402的電特性。或者，掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機的探針607係可在荷電粒子線照射部602的視野內與試料402相接觸，一邊使探針607接觸試料402，一邊對試料402照射荷電粒子線，藉此評估試料402的電特性。例如，透過探針607，測定藉由荷電粒子線的照射而在形成在試料402的半導體元件或配線所發生的電流或電壓或其二者，藉此評估試料402的電特性。
接著，掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機係根據電特性的評估的結果，特定試料402的關切區域405。關切區域405係可形成為例如包含配線的斷線部分的區域、包含半導體元件或配線的故障部分的區域、包含試料402之上的異物部分的區域、包含滿足預定的條件的部分或未滿足的部分等的區域等。掃描型探針顯微鏡／掃描電子顯微鏡(SPM-SEM)複合機係特定內含關切區域405的區域，而且為關切區域402位於以放大觀察加工裝置(FIB-SEM)觀察該區域時的放大縮小中心之進行觀察或加工的區域，藉由使探針607與試料402相互作用，形成表示進行觀察或加工的區域的外緣的至少一部分的標誌404。
接著，使用圖11，說明標記設定畫面的變形例。圖11係顯示實施例之標記設定畫面的構成例2的圖。圖11與圖10不同之處為：在標記條件顯示部1003設有觀察視野設定區域1104來取代觀察視野設定按鍵1004之處、在掃描器可動範圍顯示部1002內顯示用以指定標記部位之可選擇的標記部位指定部1121之處、將在觀察視野設定區域1104所設定的放大觀察加工裝置的觀察視野1123與標記部位指定部1121重疊在藉由圖1或圖2的掃描型探針顯微鏡(SPM)所得的畫像1110而顯示在掃描器可動範圍顯示部1002內之處。圖11的其他構成及功能由於與圖10的其他構成及功能相同，故省略重複說明。
首先，說明觀察視野設定區域1104的構成例。如圖11所示，在觀察視野設定區域1104係可選擇地設有手動(Manual)與模板(Template)，俾以選擇設定方法。在圖11中係表示選擇出模板的狀態(黑圈●記號)。若選擇模板，顯示詳細選擇區域1105。在詳細選擇區域1105係構成為顯示關於以移動目的端觀察裝置所選擇出的放大觀察加工裝置(在此為第1掃描電子顯微鏡SEM1)的視野倍率的選擇項目。在該例中，針對第1掃描電子顯微鏡SEM1，顯示出x10k的倍率的模板項目與x5k的倍率的模板項目作為代表例，顯示出選擇出x10k的倍率的模板項目的狀態(レ點標記)。若選擇該等模板項目，根據第1掃描電子顯微鏡SEM1的觀察視野的長寬比，在掃描器可動範圍顯示部1002內顯示對該長寬比的第1掃描電子顯微鏡SEM1的觀察視野1123。此外，在該例中，在觀察視野1123的4個角部係顯示標記部位指定部1121。該標記部位指定部1121係構成為可作選擇。在圖11中，以代表例而言，3個角部的標記部位指定部1121形成為選擇狀態(レ點標記)。藉此，例如，如圖7的(a)所示，可在關切區域1024的周圍的3個角部指定標誌的配置位置。藉由條件設定用的列表盒1005～1011的設定，進行標誌形狀等的設定。進行模板項目的設定、標記部位指定部1121的選擇、及條件設定用的列表盒1005～1011的設定之後，若點擊標記開始按鍵，可在關切區域1024的周圍的3個角部自動形成視認性高的標誌。
模板項目係形成為倍率的模板項目，惟亦可形成為觀察視野的長寬比。詳細選擇區域1105若構成為可輸入前述放大觀察加工裝置的標誌探索時的視野倍率或視野長寬比即可。
如上所示，可一邊以目視確認掃描器可動範圍顯示部1002內所顯示的畫像1110與標記部位指定部1121，一邊指定標誌的配置位置，因此可提供對使用者而言提升便利性的介面。
在圖11中，掃描器可動範圍顯示部1002內所記載的觀察視野1124係例示性顯示第2掃描電子顯微鏡SEM2的觀察視野者。畫像1110亦可形成為以圖1或圖2的掃描型探針顯微鏡(SPM)的光學顯微鏡115所得的畫像。
若選擇出手動，構成為例如可進行觀察視野的視野倍率的輸入、觀察視野的長寬比的輸入等預定的項目的輸入。控制部127係根據被輸入在預定的項目的值來進行計算，可使掃描器可動範圍顯示部1002進行與圖11同樣的顯示。
其中，亦可換言為標記部位指定部1121係表示形成標誌的部位，觀察視野1123係表示形成為第1掃描電子顯微鏡SEM1的觀察視野的觀察視野。
此外，在圖11中，亦可構成為可選擇標記部位指定部1121間的邊。藉此，可以使視認性提升的形狀來形成圖7的(i)、(k)、(j)所示之邊709、710、711的標誌。
以上根據實施例，具體說明藉由本發明人所完成的發明，惟本發明並非為限定於上述實施形態及實施例者，可作各種變更，自不待言。
101:試樣掃描方式掃描型探針顯微鏡(SPM) 102:光檢測器 103:雷射光 104:檢測器側反射鏡 105:雷射側反射鏡 106:雷射二極體 107:雙晶壓電元件 108:懸臂 109:試料 110:試料台 111:試樣掃描器Z壓電元件 112:試樣掃描器X壓電元件 113:試樣掃描器Y壓電元件 114:探針 115:光學顯微鏡 120:雷射控制電路 121:雙晶驅動電路 122:XY壓電元件驅動電路 123:訊號放大電路 124:Z反饋電路 125:訊號處理部 126:記憶部 127:控制部 128:監視器顯示部 201:探針掃描方式掃描型探針顯微鏡(SPM) 211:探針掃描器Z壓電元件 212:探針掃描器X壓電元件 213:探針掃描器Y壓電元件 214:試料載台 215:試料載台驅動電路 401:標記用探針 402:試料 403:試料台 404:標誌 405:關切區域 406:測定視野 411:鏡柱 412:試料載台 413:試料 414:檢測器 415:訊號處理部 416:觀察視野 417:視野位置及角度調整後的觀察視野 418:放大後的觀察視野 511:鏡柱 512:試料載台 513:試料 514:檢測器 515:訊號處理部 516:觀察視野 517:鏡柱 518:對準後的觀察視野 519:放大後的觀察視野 601:測定視野 602:鏡柱 603:標記用探針 604:試料載台 605:檢測器 606:訊號處理部 607:電氣測定用探針 608:電流計 609:定電壓源 701:十字型標誌 702:關切區域 703:標記探索時的觀察視野 704:叉號型(X字型)標誌 705:引號型(L字型)標誌 706:1:1長寬比的觀察視野 707:16:9長寬比的觀察視野 708:3:4長寬比的觀察視野 709:短邊型標誌 710:長邊型標誌 711:短邊長邊一體型標誌 801:1條線標誌 802:4條線標誌 803:8條線標誌 811:弱觸壓標誌 812:強觸壓標誌 813:複數次覆寫標誌 821:米字型(星號型)標誌 831:小尺寸標誌 832:大尺寸標誌 901:測定用探針探針位置 902:測定用探針 903:標記用探針 904:標記用探針探針位置 905:標記用探針探針位置偏移距離 906:位置偏移補正後標記用探針 1001:標記設定畫面 1002:掃描器可動範圍顯示部 1003:標記條件顯示部 1004:觀察視野設定按鍵 1005:標誌形狀列表盒 1005:標誌形狀列表盒 1006:標誌尺寸列表盒 1007:標誌間隔列表盒 1008:標誌數量列表盒 1009:描繪壓入量列表盒 1010:描繪速度列表盒 1011:覆寫次數列表盒 1012:關切區域位置顯示部 1021:標記部位 1022:觀察視野 1023:觀察視野 1024:關切區域 1110:SPM觀察像顯示部 1104:觀察視野設定區域 1105:詳細選擇區域 1121:標記部位指定部 1123:觀察視野 1124:觀察視野
[圖1]係顯示實施例之試樣掃描方式掃描型探針顯微鏡的構成例的全體構成圖。 [圖2]係顯示實施例之探針掃描方式掃描型探針顯微鏡的構成例的全體構成圖。 [圖3]係顯示至由圖1、圖2所示之掃描型探針顯微鏡對放大觀察加工裝置的同一部位觀察或加工為止的順序的流程圖。 [圖4]係說明實施例之試料觀察加工系統的構成例1的圖。 [圖5]係說明實施例之試料觀察加工系統的構成例2的圖。 [圖6]係說明實施例之試料觀察加工系統的構成例3的圖。 [圖7]係說明實施例之標誌的配置例的圖。 [圖8]係說明實施例之標誌的形狀例的圖。 [圖9]係說明標記(marking)用探針替換前後的位置偏移補正的圖。 [圖10]係顯示實施例之標記設定畫面的構成例1的圖。 [圖11]係顯示實施例之標記設定畫面的構成例2的圖。

Claims (13)

  1. 一種掃描型探針顯微鏡，其係具有用以相對掃描試料與探針的掃描部，藉由掃描前述試料與前述探針來觀察前述試料的掃描型探針顯微鏡， 其係具備：控制部， 前述控制部係以下列方式進行控制：根據關於用以在取得前述掃描的結果所得的關切區域之後，另外進行觀察或加工或其二者的放大觀察加工裝置，且有別於該掃描型探針顯微鏡為另一個的前述放大觀察加工裝置的資訊，前述放大觀察加工裝置進行觀察或加工的區域為內含前述關切區域的區域，而且特定前述關切區域位於以前述放大觀察加工裝置觀察到該區域時的放大縮小中心之進行觀察或加工的區域，藉由使前述探針與前述試料相互作用，形成表示前述進行觀察或加工的區域的外緣的至少一部分的標誌。
  2. 如請求項1之掃描型探針顯微鏡，其中，前述標誌係藉由前述探針與前述試料的相互作用來形成， 形成前述標誌的位置係與前述放大觀察加工裝置探索前述標誌時的視野尺寸為相一致或相似的矩形，以表示前述矩形的至少1個角部或邊的方式予以生成。
  3. 如請求項1或2之掃描型探針顯微鏡，其中，前述標誌係配置在將前述關切區域的中心作為旋轉中心時並非為旋轉對稱的位置。
  4. 如請求項1至3中任一項之掃描型探針顯微鏡，其中，可記憶前述放大觀察加工裝置的標誌探索時的視野尺寸或視野長寬比，且選擇且控制符合前述視野尺寸的標誌的配置位置條件。
  5. 如請求項1至4中任一項之掃描型探針顯微鏡，其中，前述標誌以線構成時，可改變：標誌線的方向、前述標誌線的長度、前述標誌線的粗細、前述標誌線的覆寫次數、前述標誌線的深度或高度、前述標誌線的描繪速度的任一個以上的條件。
  6. 如請求項1至5中任一項之掃描型探針顯微鏡，其中，前述掃描部由壓電元件所構成， 形成前述標誌時，在空中或藉由前述探針未在前述試料形成標誌般的條件中，進行了複數次掃描之後，形成預定的前述標誌。
  7. 如請求項1至6中任一項之掃描型探針顯微鏡，其中，前述掃描型探針顯微鏡係可替換或併用觀察用探針與標記用探針，具有補正前述觀察用探針與前述標記用探針的位置偏移的手段。
  8. 如請求項1之掃描型探針顯微鏡，其中，具有：監視器顯示部， 前述監視器顯示部係顯示為包含掃描器可動範圍顯示部、及標記條件顯示部的標記設定畫面， 前述標記設定畫面係構成為可輸入前述放大觀察加工裝置的標誌探索時的視野倍率或視野長寬比， 根據在前述標記條件顯示部輸入有前述視野倍率或前述視野長寬比，前述掃描器可動範圍顯示部顯示與前述放大觀察加工裝置探索前述標誌時的視野尺寸為相一致或相似的矩形，而且顯示可在前述矩形的角部作選擇的標記部位指定部， 根據前述標記部位指定部的選擇狀態，在前述試料形成前述標誌。
  9. 一種試料觀察加工系統，其係具備：如請求項1至8中任一項之掃描型探針顯微鏡、及用以將特定出前述關切區域的前述試料另外進行觀察或加工或其二者的放大觀察加工裝置的試料觀察加工系統， 前述試料觀察加工系統係使用藉由前述掃描型探針顯微鏡所生成的前述標誌，以配合前述掃描型探針顯微鏡的前述關切區域與前述放大觀察加工裝置的進行觀察或加工的區域的角度的方式，使前述放大觀察加工裝置的視野的任1個以上的角、與前述標誌相一致之後，使前述放大觀察加工裝置的倍率上升，且執行前述關切區域的觀察或加工或其二者。
  10. 如請求項9之試料觀察加工系統，其中，在掃描電子顯微鏡的試料室內設置有一個或複數以試料的電氣測定為目的的導電性探針或前述掃描型探針顯微鏡，可藉由前述導電性探針或前述掃描型探針顯微鏡或其二者，特定前述關切區域，且形成前述標誌。
  11. 一種電特性評估裝置，其係評估試料的電特性的電特性評估裝置，其係具備： 導電性的探針； 使前述試料與前述探針的相對位置關係變更的驅動部； 連接於前述探針，評估前述試料的電特性的電特性評估部；及 朝向前述試料照射荷電粒子線的荷電粒子線照射部， 一邊使前述探針接觸前述試料一邊對前述試料照射前述荷電粒子線，藉此評估前述試料的電特性，且根據前述評估的結果來特定關切區域， 特定進行觀察或加工的區域，該進行觀察或加工的區域係內含前述關切區域的區域，而且前述關切區域位於以放大觀察加工裝置觀察到該區域時的放大縮小中心， 藉由使前述探針與前述試料相互作用，形成表示前述進行觀察或加工的區域的外緣的至少一部分的標誌。
  12. 一種電特性評估裝置，其係評估試料的電特性的電特性評估裝置，其係具備： 導電性的探針； 使前述試料與前述探針的相對位置關係變更的驅動部； 連接於前述探針，評估前述試料的電特性的電特性評估部；及 朝向前述試料照射荷電粒子線的荷電粒子線照射部， 前述探針係可在前述荷電粒子線照射部的視野內與前述試料相接觸， 一邊使前述探針接觸前述試料一邊對前述試料照射前述荷電粒子線，藉此評估前述試料的電特性，且根據前述評估的結果來特定關切區域， 特定進行觀察或加工的區域，該進行觀察或加工的區域係內含前述關切區域的區域，而且前述關切區域位於以放大觀察加工裝置觀察到該區域時的放大縮小中心， 藉由使前述探針與前述試料相互作用，形成表示前述進行觀察或加工的區域的外緣的至少一部分的標誌。
  13. 一種試料觀察加工系統，其係具備： 如請求項11或12之電特性評估裝置；及 用以針對藉由前述電特性評估裝置被評估了電特性的前述試料的前述關切區域，進行觀察或加工或其二者的放大觀察加工裝置。
TW111109553A 2021-03-26 2022-03-16 掃描型探針顯微鏡、試料觀察加工系統及電特性評估裝置 TWI815352B (zh)

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