(57)【要約】【課題】  本発明は探針による試料電位分布像の取得方法及び装置に関し、試料の微小電圧変動を捉えることが可能な探針による試料電位分布像の取得方法及び装置を提供することを目的としている。【解決手段】  試料１４のパターン面に接触させる第１の探針と第２の探針とからなる２本の探針１１，１２と、試料１４上を電子ビーム又はイオンビームで走査する走査手段と、試料１４上の任意の位置の電位を前記２本の探針を用いて検出する電位検出手段１８と、該電位検出手段１８の出力と電子ビーム又はイオンビームとを同期させて試料電位分布像を取得する取得手段２１とを有して構成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
探針を試料上の所定の位置に接触させ、
前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、
前記探針から取り出される信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて検出することにより試料電位分布像を取得することを特徴とする試料検査方法。
【請求項２】
探針を試料上の所定の位置に接触させ、
前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、
前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査した時に、該探針に流れる吸収電流、或いは該探針の電圧を、当該電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像を取得することを特徴とする試料検査方法。
【請求項３】
前記試料電位分布像から得られた情報を基に試料の不良部位を特定し、デポジション制御ユニットを駆動して、当該不良部位にマーキングを行なうことを特徴とする請求項１若しくは２記載の試料検査方法。
【請求項４】
前記試料電位分布像から得られた情報を基に試料の不良部位を特定し、
特定した不良部位にイオンビームを照射して当該不良部位を薄片化し、
薄片化した部分の断面画像を電子ビーム照射により取得することを特徴とする請求項３記載の試料検査方法。
【請求項５】
試料上に設けられた配線パターンの一端を接地し、
前記配線パターンの他端に、探針を介して電圧検出器を接続し、
試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査した時に、前記電圧検出器により検出された信号を、当該電子ビーム又はイオンビーム走査に同期させて画像を取得し、
これにより取得された画像と、前記ビーム走査により得られる２次電子像又は反射電子像とを加算することを特徴とする試料検査方法。
【請求項６】
前記配線パターンの一端は、抵抗を介して接地されていることを特徴とする請求項５記載の試料検査方法。
【請求項７】
前記探針を介して検出される信号は、前記試料が配置される真空室内に設置された増幅器により増幅されることを特徴とする請求項１乃至５何れか記載の試料検査方法。
【請求項８】
前記増幅器により増幅された信号は、当該増幅器の出力側に設置された微分回路により微分され、これにより微分された信号に基づいて画像を取得することを特徴とする請求項７記載の試料検査方法。
【請求項９】
前記微分回路の出力信号の変化が一定の大きさを越える画像の領域を、カラー表示することを特徴とする請求項８記載の試料検査方法。
【請求項１０】
前記試料の温度は調整可能となっており、試料温度に応じた画像を取得することができることを特徴とする請求項１乃至９何れか記載の試料検査方法。
【請求項１１】
試料上に接触させる探針と、
試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査する走査手段と、
前記探針を介して試料上の電位を検出する電位検出手段と、
該電位検出手段の出力と電子ビーム又はイオンビームの走査とを同期させて試料電位分布像を取得する画像取得手段と、
を有することを特徴とする試料検査装置。
【請求項１２】
試料上に接触させる探針と、
試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査する走査手段と、
試料を流れる吸収電流又は試料の電圧を、前記探針を介して検出する検出手段と、
検出された信号と電子ビーム又はイオンビームの走査とを同期させて画像を取得する画像取得手段と、
を有することを特徴とする試料検査装置。
【請求項１３】
前記画像取得手段により取得された画像から得られた情報を基に試料の不良部位を特定し、
特定した不良部位にイオンビームを照射して当該不良部位を薄片化し、
薄片化した部分の断面画像を電子ビーム照射により取得することを特徴とする請求項１２若しくは１３記載の試料検査装置。
【請求項１４】
第１及び第２の探針を、それぞれ試料の配線上における第１の位置及び第２の位置に接触させ、
前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、
前記探針のうちの一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出するとともに、前記探針のうちの他方の探針を介して当該ビーム走査時における電流を検出し、
検出された電圧及び電流に基づいて、前記試料上での前記探針間に位置する配線部分の抵抗値を取得することを特徴とする試料検査方法。
【請求項１５】
試料に接触される第１及び第２の探針と、
前記試料上に電子ビーム又はイオンビームを走査させる走査手段と
前記探針のうちの一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出する電圧検出手段と、
前記探針のうちの他方の探針を介してビーム走査時における電流を検出する電流検出手段と、
検出された電圧及び電流に基づいて抵抗値を取得する抵抗値取得手段と、
を有することを特徴とする試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探針を用いた試料検査方法及び試料検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）中で試料の物性を測定する試料検査装置としては、電子ビーム誘導電流（ＥＢＩＣ）法を用いた検査装置、電子ビームＬＳＩテスタ、カソードルミネッセンス法を用いた検査装置等が知られている。これらのうち、カソードルミネッセンス法を用いた検査装置は、光物性の手法で試料の物性を測定するものである。また、ＥＢＩＣ法を用いた検査装置は、通常、パッドと呼ばれる面積の広い電極に接触された探針に接続された配線、又はパッドにワイヤボンディングされた配線をＳＥＭの試料室の外に引き出し、ＳＥＭ外でＥＢＩＣを測定するものである。
【０００３】
従来のこの種の装置としては、試料に集束電子線を照射し、集束電子線の照射位置を制御する手段と、２次電子検出器と、尖った先端を有する複数の探針と、該探針間に電圧を印加するための電圧源と、探針間に流れる電流を計測するための電流計と、探針間に流れる電流値を電子線照射位置に対応させて記憶する手段を備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＳＥＭを基体とし、この中に２本以上の金属性のマイクロ探針を装着させ、これを精度よく作動させ、セラミックスの微細領域の電気的特性を正しく把握できるようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
また、電子顕微鏡又はＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）装置を用いて試料の欠陥を検査する方法がある。この方法は、試料を電子ビーム又はイオンビームで走査した時の試料上の電位をコントラストの差として観察できるようにしたものである。この電位コントラスト観察法は、試料上に電子ビーム又はイオンビームを照射した際の、チャージアップ現象から得られる異常電位を２次電子の輝度変化として画像化するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１８５５９３号公報（第４頁、第５頁、図１）
【特許文献２】特開平１０−２１４５８４号公報（第３頁、第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の電位コントラスト観察法は、試料における正の帯電部位と負の帯電部位との２次電子放射効率の差を画像として認識していたため、微小電圧変動を捉えることが不可能であった。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料の微小電圧変動を捉えることにより試料の検査を行うことができる試料検査方法及び試料検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に基づく第１の試料検査方法は、探針を試料上の所定の位置に接触させ、前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、前記探針から取り出される信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて検出することにより試料電位分布像を取得することを特徴とする。
【００１０】
本発明に基づく第２の試料検査方法は、探針を試料上の所定の位置に接触させ、前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査した時に、該探針に流れる吸収電流、或いは該探針の電圧を、当該電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像を取得することを特徴とする。
【００１１】
本発明に基づく第３の試料検査方法は、試料上に設けられた配線パターンの一端を接地し、前記配線パターンの他端に、探針を介して電圧検出器を接続し、試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査した時に、前記電圧検出器により検出された信号を、当該電子ビーム又はイオンビーム走査に同期させて画像を取得し、これにより取得された画像と、前記ビーム走査により得られる２次電子像又は反射電子像とを加算することを特徴とする。
【００１２】
本発明に基づく第４の試料検査方法は、第１及び第２の探針を、それぞれ試料の配線上における第１の位置及び第２の位置に接触させ、前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、前記探針のうちの一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出するとともに、前記探針のうちの他方の探針を介して当該ビーム走査時における電流を検出し、検出された電圧及び電流に基づいて、前記試料上での前記探針間に位置する配線部分の抵抗値を取得することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に基づく第１の試料検査装置は、試料上に接触させる探針と、試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査する走査手段と、前記探針を介して試料上の電位を検出する電位検出手段と、該電位検出手段の出力と電子ビーム又はイオンビームの走査とを同期させて試料電位分布像を取得する画像取得手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に基づく第２の試料検査装置は、試料上に接触させる探針と、試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査する走査手段と、試料を流れる吸収電流又は試料の電圧を前記探針を介して検出する検出手段と、検出された信号と電子ビーム又はイオンビームの走査とを同期させて画像を取得する画像取得手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に基づく第３の試料検査装置は、試料に接触される第１及び第２の探針と、前記試料上に電子ビーム又はイオンビームを走査させる走査手段と、前記探針のうちの一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出する電圧検出手段と、前記探針のうちの他方の探針を介してビーム走査時における電流を検出する電流検出手段と、検出された電圧及び電流に基づいて抵抗値を取得する抵抗値取得手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に基づく第１の試料検査方法によれば、探針から得られる信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像を取得することができ、試料の微少電圧変動を捉えることが可能となる。
【００１７】
本発明に基づく第２の試料検査方法によれば、探針に流れる吸収電流又は探針の電圧の信号を、電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像するようにしているので、試料の微少電圧変動を捉えることが可能となる。
【００１８】
本発明に基づく第３の試料検査方法によれば、試料に設けられた配線の電圧信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて得られた画像と、試料の２次電子像又は反射電子像とを加算することにより、試料上での異常部位の位置を特定することができる。
【００１９】
本発明に基づく第４の試料検査方法によれば、一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出するとともに、他方の探針を介して当該ビーム走査時における電流を検出し、検出された電圧及び電流に基づいて、試料上での両探針間に位置する配線部分の抵抗値を取得するようにしているので、当該配線部分の抵抗値を容易に検出することができる。
【００２０】
また、本発明に基づく第１の試料検査装置によれば、探針を介して得られる試料上の電位信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像を取得することができ、試料の微少電圧変動を捉えることが可能となる。
【００２１】
本発明に基づく第２の試料検査装置によれば、探針を介して得られる吸収電流又は試料の電圧の信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて画像を取得するようにしているので、試料の微少電圧変動を捉えることが可能となる。
【００２２】
本発明に基づく第３の試料検査装置によれば、一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出するとともに、他方の探針を介して当該ビーム走査時における電流を検出し、検出された電圧及び電流に基づいて、試料上での両探針間に位置する配線部分の抵抗値を取得するようにしているので、当該配線部分の抵抗値を容易に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。同図において、１は入射電子ビーム／イオンビームである。ここで、記号「／」は「又は」の意味に用いる（以下同じ）。２は走査コイルを駆動する走査コイル駆動回路、３は該走査コイル駆動回路２で駆動される走査コイルである。４は対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路、５は該対物レンズ駆動回路４で駆動される対物レンズである。
【００２５】
６は試料から発生する信号（例えば２次電子信号）を検出する検出器、７は該検出器６の出力を増幅するアンプ、８は該アンプ７の出力をディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換器である。９は探針（詳細後述）を移動させるための制御信号を発生する探針移動制御回路、１０は該探針移動制御回路９の出力を受ける探針移動回路、１１は該探針移動回路１０によりその位置が移動される第１の探針、１２は第２の探針である。１３ａ、１３ｂはこれら探針１１，１２を駆動するマニピュレータである。該マニピュレータ１３ａ，１３ｂとしては、例えばピエゾ素子が用いられる。
【００２６】
１４は試料、１５は該試料１４を移動させる試料ステージである。１６は試料ステージ１５を移動させるための制御信号を発生するステージ駆動制御回路、１７は該ステージ駆動制御回路１６の出力を受けて試料ステージ１５をＸ，Ｙ，Ｚ，Ｒ，Ｔ方向に駆動するステージ駆動回路である。１９は第２の探針１２からの電圧信号を伝達する同軸ケーブル、１８は該同軸ケーブル１９に接続され、試料上の所定の位置の電圧信号を増幅する電圧検出アンプ・電圧計である。図では示されていないが、電圧検出アンプ・電圧計１８の出力は、図示しないＡ／Ｄ変換器でディジタル画像データに変換された後に、バス２０に与えられるようになっている。
【００２７】
バス２０は、走査コイル駆動回路２、対物レンズ駆動回路４、Ａ／Ｄ変換器８、移動制御回路９、電圧検出アンプ・電圧計１８及びステージ駆動制御回路１６と接続される。２１は該バス２０と接続され、前記各構成要素の制御を行なうコンピュータ（画像取得手段）である。２２はコンピュータ２１に接続され、所定の情報を記憶するメモリである。２３はコンピュータ２１と接続され、試料１４の電位分布像等を表示する画像表示部である。該画像表示部２３としては、例えばＣＲＴや液晶表示器等が用いられる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２８】
入射電子ビーム／イオンビームは、走査コイル３によって試料１４上を走査しており、試料１４上の走査点から発生する２次電子は、検出器６により検出される。検出器６からの検出信号はアンプ７で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器８でディジタル信号データに変換される。Ａ／Ｄ変換器８の出力は、バス２０を介してコンピュータ２１に入り、コンピュータ２１で画像化され、これにより画像が取得される。この画像は画像表示部２３に表示される。コンピュータ２１は、この画像に基づいて針当てする部位を特定する。
【００２９】
画像内で特定された部位に針当てするため、コンピュータ２１からバス２０経由で、マニピュレータを駆動する探針移動制御回路９を制御する信号を発生し、この信号を受ける探針移動回路１０で、マニピュレータ１３ａ，１３ｂを駆動する。そして、マニピュレータ１３ａ，１３ｂの先端に取り付けた探針１１，１２を操作する。探針１１，１２は電気的に他の部位から絶縁されており、電圧の検出が可能となっている。
【００３０】
試料１４上での特定の部位に接触した探針１２の先端から同軸ケーブル１９，アンプ・電圧計１８を経由して電圧測定を行なう。この時、探針移動制御回路９，探針移動回路１０は、電子顕微鏡又はイオンビーム装置内で正確な位置決めを実現するため、１０ｎｍ以下の移動分解能を有しており、また探針１１，１２は試料１４へのアプローチを容易にするため、３０度以上傾斜させている。また、アプローチ期間は探針及び試料を接地しておき、放電による探針の破損を防止している。
【００３１】
コンピュータ２１は、検出器６及びアンプ７を介して得られた情報を、リアルタイムに観察画面上に表示し、かつ２次電子像、電位分布像の加算を行なう。このようにすれば、試料の走査画像は位置情報を持っているので、試料の電位分布像に試料の走査像を重ねて表示することにより、異常部位の位置を確認することができる。
【００３２】
この実施の形態例によれば、第１の探針１１に対する第２の探針１２から得られる信号を電子ビーム／イオンビーム走査に同期させて画像表示部２３に階調表示することができ、試料の物性の微小変動を捉えることが可能となる。
【００３３】
図２は本発明の要部の第１の実施例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図は、試料１４に形成された配線パターン（配線）１４ａの所定の位置に第１の探針１１と第２の探針１２が接触した状態を示している。第１の探針１１は接地されており、第２の探針１２は試料１４の所定の位置に接触され、固定されている。そして、該第２の探針１２から取り出された電圧信号は、同軸ケーブル１９を介して続く電圧検出アンプ・電圧計１８に入り、電位分布像として取り出される。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００３４】
２本の探針１１，１２を目標位置に接触させた後、探針１１を接地する。探針１２は電圧検出アンプ・電圧計１８へシーケンシャルに接続される。集束された電子ビーム／イオンビームが配線パターン１４ａ上での図のＢ点に照射されると、Ｂ点から２次電子が発生する。この時のビーム照射による照射電流と２次電子発生による電流の差が吸収電流となる。この吸収電流は、配線１４内において、例えば接地点からＢ点に向けて流れる。電子ビーム／イオンビームがＡ点を照射した場合も同様に吸収電流が流れる。
【００３５】
この時、配線４ａは同一物質で作成されるため、２次電子放出効率は一様である。従って、照射電流が一定であれば、吸収電流量は配線上どの点でも等しくなる。このように、接地点からＢ点に流れる吸収電流と、接地点からＡ点に流れる吸収電流とが等しい場合、接地点とＢ点間における配線部分の抵抗値は、接地点とＡ点間における配線部分の抵抗値より小さくなり（Ａ点に比べてＢ点の方が接地点に近いので）、等しい吸収電流による電圧降下（電圧変化）はＢ点に対してＡ点の方が大きくなる。これを電圧検出アンプ・電圧計１８により検出し、電子ビーム／イオンビームの走査に同期させ、階調表示すると試料に設けられた配線の電位分布像が得られる。このように、この実施の形態例によれば、第１の探針１１に対する第２の探針１２から得られる信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて画像メモリ２２に一旦取り込む。この場合において、電位分布像を取り込みながら画像表示部２３に表示させることができる。或いは、画像メモリに取り込んだ画像データを任意のタイミングで読み出して画像表示部２３に表示することができ、試料１４の微小電圧変動を捉えることが可能となる。
【００３６】
なお、この場合において、第２の探針１２から得られた信号を同軸ケーブル１９を介して電圧検出アンプ・電圧計１８に入力する場合において、電圧検出アンプ・電圧計１８を真空内に設置することも可能である。電圧検出アンプ・電圧計１８は鏡筒の外側に設置することも、鏡筒内の真空内に設置することも可能である。真空内に設置すると、同軸ケーブル１９を介して外部より侵入するノイズを低減することができ、ノイズの影響を排除して電位分布像のみを見ることが可能となる。
【００３７】
この結果、配線内に抵抗分布の不連続、不均一な箇所があれば、それは画像上濃淡のコントラストから特定が可能となる。得られた電圧分布は、各画素毎に電位情報を有している。そこで、画像を表示する際、その電圧情報から等電圧表示（等電位線表示）機能を選
択して表示するようにすることができる。
【００３８】
図３は本発明の要部の第２の実施例を示す図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。この第２の実施例では、抵抗を介して第１の探針１１を接地している例を示している。図では、抵抗として可変抵抗２５を用いたものを示している。図では、吸収電流は探針１１から接地点の方向に流れるように記載されているが、これに限るものではなく、接地電位から探針１１の方へ流れる場合もある。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００３９】
配線１４ａの抵抗値が小さく、電圧の検知が困難な場合、抵抗２５を介して第１の探針１１を接地する。抵抗２５には吸収電流が流れるので、電圧降下が生じる。即ち、第１の探針１１にはオフセットが乗る。従って、第２の探針１２もオフセットが乗った状態で信号を取り出すことになる。このように、この実施の形態例によれば、オフセットを乗せ、低抵抗配線を備える試料１４の電位分布像を得ることが可能となる。なお、第１の探針１１が接続される抵抗としては、固定抵抗、可変抵抗の何れも使用することができる。可変抵抗を用いると、オフセットの量を容易に最適化することができる。
【００４０】
図４は本発明の要部の第３の実施例を示す図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に示す実施の形態例は、電圧検出アンプ・電圧計１８の出力側に微分回路２６を設けて、微分回路２６の出力を画像表示部２３（図１参照）に表示するようにしたものである。電圧検出アンプ・電圧計１８の出力をＥとし、微分回路２６の出力をＶとすると、Ｖは次式で表わされる。
【００４１】
Ｖ＝ｄＥ／ｄｘ
ここで、ｘは試料１４に設けられた配線パターン１４ａ内の単位長さを示す。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。第１の探針１１を接地しておき、第２の探針１２を図に示す位置で配線パターン１４ａに接触させておく。この状態で試料１４を電子ビーム／イオンビームで走査すると、試料１４の表面からは２次電子が発生する。この発生した２次電子は、検出器６で検出され、アンプ７で増幅された後、続くＡ／Ｄ変換器８でディジタル画像データに変換される。コンピュータ２１は、このディジタル画像データに所定の画像処理を施した後、画像表示部２３に表示させる。
【００４２】
一方、電子ビーム／イオンビームが試料１４の表面を走査するにつれて、第１の探針１１には、入射ビーム電流と２次電子との差に相当する吸収電流が流れる。吸収電流が配線パターンを流れることにより、所定の走査位置に発生する電圧信号は、電圧検出アンプ・電圧計１８で検出される。検出された電位分布像信号は、続く微分回路２６で微分される。この結果、輝度の変化の激しい部位では、微分値が高くなる。輝度の変化の少ない部位では微分値が低くなる。このような信号を、電子ビーム／イオンビームの走査に同期して検出し、検出した信号を画像表示部２３に供給して、試料電位分布像を階調表示させると、電位分布像の変化の激しい部分が強調された画像が得られることになる。このように、この実施例によれば、位置毎の変化点の変化の大小を目視で確認することができる。なお、上述の実施の形態例では、電圧検出アンプ・電圧計１８の出力を微分した場合を例にとった。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、探針１２の出力振幅が大きい場合には、この探針１２の出力を微分するようにすることもできる。
【００４３】
ここで、微分値が所定の一定の大きさを越える部位をカラーで表示することができる。このようにすれば、変化の大きい部位の目視観察が更に分かりやすくなる。
【００４４】
図５は本発明の第２の実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図５において、図１と異なる構成部分のみについて説明する。その他の構成は図１と同じである。図において、３０は試料ステージ１５に載置された絶縁部で
ある。該絶縁部３０の上に試料１４が載置されている。３１は試料１４の所定の位置にマーキングするデポジションユニット、３２は該デポジションユニット３１を制御する制御回路である。３３は第２の探針１２からの電圧信号を受ける電圧アンプ、３４は第１の探針１１からの吸収電流を受ける電流アンプである。電圧アンプ３３及び電流アンプ３４の出力はバス２０に接続されている。これら電圧アンプ３３の出力と、電流アンプ３４の出力は、図示しないＡ／Ｄ変換器によりディジタル画像データに変換された後、バス２０に与えられるようになっている。
【００４５】
図６は試料ステージ部の実施例を示す図である。試料ステージ１５の上には絶縁部３０が設けられ、該絶縁部３０の上には試料１４が載置されている。試料ステージ１５は接地されている。試料１４は、スイッチＳＷ１を介して試料ステージ１５と電気的に接続される。従って、スイッチＳＷ１の共通接点ｄがａ接点と接続されると、試料１４の電位は試料ステージ１５を介して接地電位となり、またスイッチＳＷ１の共通接点ｄがｂ接点と接続されると、試料１４は電気的に浮いた状態（試料ステージ１５と絶縁された状態）となる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００４６】
入射電子ビーム／イオンビームは、走査コイルによって試料上を走査しており、試料上の走査点から発生する２次電子は、検出器６により検出された後、アンプ７で増幅された後、続くＡ／Ｄ変換器８によりディジタル画像データに変換された後、バス２０を経由してコンピュータ２１に入る。コンピュータ２１は、このディジタル画像データを画像表示部２３に表示し、この表示された画像に基づいて針当てする部位を特定する。
【００４７】
画像内で特定された部位に針当てするため、コンピュータ２１からバス２０経由で探針移動制御回路９を制御し、探針移動回路１０でマニピュレータ１３ａ、１３ｂの先端に取り付けた探針１１，１２を操作する。探針１１，１２は電気的に他の部位から絶縁されており、電圧の検出もしくは電流の検出が可能となっている。試料１４の特定の部位に接触した探針１１，１２は、それぞれにおいて、電圧アンプ３３又は電流アンプ３４又は接地点への接続の切り替えが可能である。接触させる部位にアプローチしている間は、探針を接地しておき、放電による探針の破損を防止している。
【００４８】
試料１４において、断線部位を特定する場合は、探針１１は電流アンプ３４に接続され、抵抗異常箇所を特定する場合は、電圧アンプ３３に切り替えが可能である。また、試料において、複数の探針を用いて特定の部位を接地端子として電位を検出する場合は、スイッチＳＷ１をｂ接点側に切り替え、絶縁部３０によって試料ステージ１５（接地電位）から切り離される。
【００４９】
この実施例では、配線内に抵抗分布の不連続、不均一な箇所があれば、電位分布像の画像上の濃淡のコントラストから不良箇所の特定が可能となる。試料のパターンに断線部がある場合、試料の断線部位からは吸収電流が検出されないので、断線部位を特定することができる。
【００５０】
この実施の形態例によれば、電子ビーム又はイオンビームで試料上を走査し、得られた画像より針当てする部位を特定し、特定した部位に探針を移動機構を用いて接触させ、該探針に流れる吸収電流又は電圧信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて画像表示部２３に表示するようにしているので、試料の微小電圧変動を捉えることが可能となる。
【００５１】
このようにして試料の異常箇所が特定されると、コンピュータ２１は制御回路３２を駆動し、デポジションユニット３１から試料の特定部位にマーキングを行なうことで、試料の不良部位がどこにあるかを目視で確認することができる。
【００５２】
さらに、図７に、この実施の形態において適用される変形例を示す。当該変形例においては、探針１１（第１の探針）を、試料１４上に設けられた配線パターン１４ａの第１のパッド１４ｂ（第１の位置）に接触させる。また、探針１２（第２の探針）を、この配線パターン１４ａの第２のパッド１４ｃ（第２の位置）に接触させる。各探針１１，１２のパッド１４ｂ，１４ｃへの接触後、探針１１は電圧アンプ３３に接続され、探針１２は電流アンプ３４に接続される。
【００５３】
この状態で、試料１４上を電子ビーム又はイオンビームで走査する。そして、このビーム走査時において、探針１１を介して電圧アンプ３３により電圧を検出するとともに、探針１２を介して電流アンプ３４により電流を検出する。
【００５４】
このようにして電圧アンプ３３及び電流アンプ３４により検出された各検出信号（電流信号及び電圧信号）は、バス２０を介してコンピュータ２１に送られる。コンピュータ２１は、検出された電圧値及び電流値に基づいて、試料１４上での２つの探針１１，１２間に位置する配線部分の抵抗値を演算により求める。この抵抗値を求める際には、当該電圧値を当該電流値により除算し、この除算結果が抵抗値となる。コンピュータ２１により求められた抵抗値は、画像表示部２３により表示される。
【００５５】
なお、探針１１，１２は、配線パターン１４ａの両端に設けられたパッド１４ｂ，１４ｃに接触させる場合に限定されず、当該パッド１４ｂ，１４ｃ間に位置する配線パターン１４ａ上の任意の位置を第１の位置及び第２の位置として接触するようにしてもよい。
【００５６】
例えば、試料１４上を電子ビーム又はイオンビームで走査した際に検出される試料の吸収電流像若しくは電位分布像から配線パターン１４ａの欠陥点（不良部位）が特定されている場合には、配線パターン１４ａ上において、当該欠陥点を間に挟む第１の位置及び第２の位置に探針１１，１２を接触させる。
【００５７】
すなわち、図７に示す配線パターン１４ａのＣ点が高抵抗となる欠陥点であることが特定されている際には、配線パターン１４ａにおいて当該Ｃ点を間に挟むＣ１点及びＣ２点を第１の位置及び第２の位置とする。そして、当該Ｃ１点に探針１１を接触させるとともに、当該Ｃ２点に探針１２を接触させる。
【００５８】
この状態で、上述のごとく電圧値及び電流値から抵抗値を算出すれば、当該欠陥点（Ｃ点）の抵抗値をより正確に求めることができる。
【００５９】
図８は本発明の第３の実施の形態例を示す構成図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例は、電子ビーム照射装置に加えて、イオンビーム照射装置が設けられている点が特徴である。イオンビーム照射装置において、４０は入射イオンビーム、４１はイオンビームを偏向させるビーム偏向器、４２はイオンビームを試料１４上に照射する対物レンズである。４３はビーム偏向器４１を制御する偏向器駆動回路である。その他の構成は、図５と同じである。イオンビーム用鏡筒は、電子ビームで観察する視野と同一部分の観察が行なえるように配置されている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００６０】
先ず、前述したものと同様の操作により、電子ビーム照射装置を用いて試料１４の電位分布像を得る。この電位分布像から試料１４の異常部位をコンピュータ２１が特定する。このようにして異常部位が特定されたら、コンピュータ２１はバス２０を介して偏向駆動回路４３に偏向制御信号を送り、試料１４の特定の部位をイオンビーム４０で削って試料１４を薄片化する。
【００６１】
図９は試料の薄片化の説明図である。試料１４の特定の位置をイオンビームを照射することにより削ると、図９の試料斜視図に示すような薄片４５が形成される。図１０は薄片の断面を示す。このように試料１４を薄片化した後、薄片４５の断面を電子ビーム照射装置を用いて照射し、薄片４５の断面のＳＥＭ像を得る。このＳＥＭ像から異常箇所の様子を認識することができる。また、当該薄片４５のＴＥＭ像を得ることができれば、そのＴＥＭ像から異常箇所の様子を認識することもできる。このように、この実施の形態例によれば、特定した不良部位をイオンビームで照射することにより薄片化し、当該薄片化した断面を電子ビーム照射により画像として表示させるので、不良部位の状態を目視で確認することができる。
【００６２】
また、この実施の形態例によれば、微小ピンセットを用いて薄片化した試料を他の場所へ移すことが可能になったため、複数の異常箇所を効率よく薄片化し、その場所を見失うことがなくなる。
【００６３】
なお、図８の実施の形態例では、電子ビーム鏡筒が垂直、イオンビーム鏡筒が傾斜する場合を示しているが、本発明はこれに限るものではなく、イオンビーム鏡筒を垂直、電子ビーム鏡筒を傾斜する構成にすることもできる。
【００６４】
図１１は本発明の要部の第４の実施例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１は電子ビーム、１４は試料である。試料１４は接地されている。４６は異物、１２は試料１４の所定の位置に接触された探針である。４７は該探針１２からの電圧信号をスイッチＳＷ２で受けて増幅する電圧アンプである。スイッチＳＷ２の共通接点ｄがａ接点に接続される場合は、探針１２の取り出し信号がそのまま電圧アンプ４７に接続される。ＣはスイッチＳＷ２のｂ接点と接続されたコンデンサである。スイッチＳＷ２の共通接点ｄがｂ接点に接続される場合には、探針１２の取り出し信号がコンデンサＣを介して電圧アンプ４７に接続される。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００６５】
試料１４を接地した場合、試料内部における抵抗と吸収電流の流入経路により、試料表面の電位は変化する。電子ビーム１が異物４６に照射された場合、異物４６からの２次電子放出によって、試料吸収電流が試料１４の内部に流入する。この時、異物４６の抵抗が大きいと、探針１２により検出される電圧は大きくなり、吸収電流が少ないと電圧は小さくなる。この検出電圧信号を電圧アンプ４７で増幅して画像化することが可能である。また、電圧アンプ４６の前段にコンデンサＣを配置し、探針１２からの取り出し信号の内の変動成分のみを検出するようにして、ベース電位の影響を受けない電位分布像の取得が可能となる。
【００６６】
図１２は本発明の第４の実施の形態例を示す構成図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、４８は試料１４の温度を一定に制御する冷却加熱ステージ、４９は該冷却加熱ステージ４８と接続され、試料１４の温度を測定すると共に該試料冷却加熱ステージ４８を駆動する温度測定・制御ユニットである。該温度測定制御ユニット４９はコンピュータ２１により制御される。その他の構成は、図５と同じである。このように構成される装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００６７】
図１２に示す電位分布像測定・表示機能は、図５に示す装置と同じである。この場合において、温度によって顕在化する不良、故障、異物の特定のため、電位分布測定装置において、試料冷却加熱ステージ４８を温度測定・制御ユニット４９によって駆動することにより、試料温度を変化させることができる。このように構成すれば、試料温度を変化させることにより試料の不具合部分を顕在化することができ、試料温度毎の電位分布像を得ることができる。
【００６８】
上述の実施の形態例では、探針を２本用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、３本以上の探針を用いることができる。これにより、試料上の複数回路の電位分布を検出することが可能となる。
【００６９】
以上、説明した本発明の効果を以下に列挙する。
【００７０】
１．電子顕微鏡／イオンビーム装置内において、電子ビーム照射部位の電圧を検出することが可能になり、試料の電位分布を画像表示することが可能になる。
【００７１】
２．探針移動機構は１０ｎｍ以下の移動分解能を有するため、微小領域へ探針を接触することが可能となる。
【００７２】
３．探針移動機構を複数設置することにより、複数点の電位分布を同時に検出することが可能となる。
【００７３】
４．探針の設置角度は３０度以上であり、試料へのアプローチが容易となる。
【００７４】
５．試料上に設けられた配線パターンの一端を接地させ、他端に電圧計を接続し、この状態で配線パターンに沿って当該配線パターンに電子ビーム／イオンビームを照射し、電圧計により電圧（接地電位に対する電位差）を検知し、その高低を電子ビーム／イオンビーム走査に同期させて画像表示することにより、電子ビーム照射領域の電位分布像を取得することが可能になる。
【００７５】
６．アンプ・電圧計を真空内に設置できるので、高感度、低ノイズの電位分布像を検出することが可能となる。
【００７６】
７．探針を目標位置に接触させる前は、探針をグランド（ＧＮＤ）電位に固定し、接触後、アンプ・電圧計に接続するシーケンスを有するため、探針の放電による試料ダメージを無くすことが可能となる。
【００７７】
８．得られた電位分布を等電位線で表示する機能、或いはフィルタを設けることにより、所定の電圧部分、所定範囲の電圧部位を選択表示する機能を設けることによって、不良部位の特定が容易になる。
【００７８】
９．得られた電位分布像と２次電子像をリアルタイムに観察画面上に表示し、また加算する機能を設けることによって、不良部位の形状情報と不良部位情報を同時に観察することが可能になる。
【００７９】
１０．電子ビーム又はイオンビームを用いた顕微鏡に、単数〜複数の探針移動機構を備
え、電位検出アンプ、吸収電流検出アンプを搭載したため、抵抗異常箇所、断線部位両方を１台の装置で特定することが可能になる。
【００８０】
１１．電子ビーム又はイオンビームによる電位検出法、吸収電流法により不良部位を特定し、その部位を同一試料室内においてイオンビームで薄片化することができるため、工程のスループットを向上させることができる。
【００８１】
１２．電子ビーム又はイオンビームによるデポジション機能を有し、不良部位にマーキングすることができる。
【００８２】
１３．微小ピンセットを用いて薄片化した試料を他の場所へ移すことが可能になったため、複数の異常箇所を効率よく薄片化し、その場所を見失うことがなくなる。
【００８３】
１４．単位長さ当たりの電圧変化が一定の大きさを越える部位をカラー表示することによって、不良箇所の絞り込みが容易になる。
【００８４】
１５．試料冷却機能を有することで、特定温度で発現する不良部位を特定することが可能になる。
【００８５】
１６．検出部分で信号を微分し画像化することによって、電圧分布の変化率が異なる不良箇所が容易に特定可能となる。
【００８６】
１７．表示画面にカラー表示機能を加え、部位特定を自動で行なうことが可能になる。
【００８７】
このように、本発明に基づく第１の試料検査方法は、探針を試料上の所定の位置に接触させ、前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、前記探針から取り出される信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて検出することにより試料電位分布像を取得する。よって、探針から得られる信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像を取得することができ、試料の微少電圧変動を捉えることが可能となる。
【００８８】
また、本発明に基づく第２の試料検査方法は、探針を試料上の所定の位置に接触させ、前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査した時に、該探針に流れる吸収電流、或いは該探針の電圧を、電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像を取得する。よって、探針に流れる吸収電流又は探針の電圧の信号を、電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像するようにしているので、試料の微少電圧変動を捉えることが可能となる。
【００８９】
さらに、本発明に基づく第３の試料検査方法は、試料上に設けられた配線パターンの一端を接地し、前記配線パターンの他端に、探針を介して電圧検出器を接続し、試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査した時に、前記電圧検出器により検出された信号を、当該電子ビーム又はイオンビーム走査に同期させて画像を取得し、これにより取得された画像と、前記ビーム走査により得られる２次電子像又は反射電子像とを加算する。よって、試料に設けられた配線の電圧信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて得られた画像と、試料の２次電子像又は反射電子像とを加算することにより、試料上での異常部位の位置を特定することができる。
【００９０】
そして、本発明に基づく第４の試料検査方法は、第１及び第２の探針を、それぞれ試料の配線上における第１の位置及び第２の位置に接触させ、前記試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査し、前記探針のうちの一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出するとともに、前記探針のうちの他方の探針を介して当該ビーム走査時における電流を検出し、検出された電圧及び電流に基づいて、前記試料上での前記探針間に位置する配線部分の抵抗値を取得する。よって、一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出するとともに、他方の探針を介して当該ビーム走査時における電流を検出し、検出された電圧及び電流に基づいて、試料上での両探針間に位置する配線部分の抵抗値を取得するようにしているので、当該配線部分の抵抗値を容易に検出することができる。
【００９１】
また、本発明に基づく第１の試料検査装置は、試料上に接触させる探針と、試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査する走査手段と、前記探針を介して試料上の電位を検出する電位検出手段と、該電位検出手段の出力と電子ビーム又はイオンビームの走査とを同期させて試料電位分布像を取得する画像取得手段とを有する。よって、探針を介して得られる試料上の電位信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて試料電位分布像を取得することができ、試料の微少電圧変動を捉えることが可能となる。
【００９２】
さらに、本発明に基づく第２の試料検査装置は、試料上に接触させる探針と、試料上を電子ビーム又はイオンビームで走査する走査手段と、試料を流れる吸収電流又は試料の電圧を前記探針を介して検出する検出手段と、検出された信号と電子ビーム又はイオンビームの走査とを同期させて画像を取得する画像取得手段とを有する。よって、探針を介して得られる吸収電流又は試料の電圧の信号を電子ビーム又はイオンビームの走査に同期させて画像を取得するようにしているので、試料の微少電圧変動を捉えることが可能となる。
【００９３】
そして、本発明に基づく第３の試料検査装置は、試料に接触される第１及び第２の探針と、前記試料上に電子ビーム又はイオンビームを走査させる走査手段と、前記探針のうちの一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出する電圧検出手段と、前記探針のうちの他方の探針を介してビーム走査時における電流を検出する電流検出手段と、検出された電圧及び電流に基づいて抵抗値を取得する抵抗値取得手段とを有する。よって、一方の探針を介してビーム走査時における電圧を検出するとともに、他方の探針を介して当該ビーム走査時における電流を検出し、検出された電圧及び電流に基づいて、試料上での両探針間に位置する配線部分の抵抗値を取得するようにしているので、当該配線部分の抵抗値を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。
【図２】本発明の要部の第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明の要部の第２の実施例を示す図である。
【図４】本発明の要部の第３の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態例を示す構成図である。
【図６】試料ステージ部の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態を用いた変形例を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態例を示す構成図である。
【図９】試料の薄片化の説明図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図１１】本発明の要部の第４の実施例を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００９５】
１      入射電子ビーム又はイオンビーム
２      走査コイル駆動回路
３      走査コイル
４      対物レンズ駆動回路
５      対物レンズ
６      検出器
７      アンプ
８      Ａ／Ｄ変換器
９      探針移動制御回路
１０    探針移動回路
１１    探針
１２    探針
１３ａ  マニピュレータ
１３ｂ  マニピュレータ
１４    試料
１５    試料ステージ
１６    ステージ駆動制御回路
１７    ステージ駆動回路
２０    バス
２１    コンピュータ
２２    メモリ
【図１】
2006105960.tif 000003
【図２】
2006105960.tif 000004
【図３】
2006105960.tif 000005
【図４】
2006105960.tif 000006
【図５】
2006105960.tif 000007
【図６】
2006105960.tif 000008
【図７】
2006105960.tif 000009
【図８】
2006105960.tif 000010
【図９】
2006105960.tif 000011
【図１０】
2006105960.tif 000012
【図１１】
2006105960.tif 000013
【図１２】
2006105960.tif 000014