(57)【要約】【課題】プローブ装置におけるＺ軸方向の位置制御の操作性向上を図る。【解決手段】試料４と同一の高さの基準面を有する基準体が配置されるホルダ３と、基準面にプローブ１を接触させるためのプローブ位置決め装置２と、プローブ位置決め装置２のＺ軸方向への移動を制御する制御装置６と、プローブ１が基準面に接触した時のＺ軸方向の座標を測定するための位置測定手段１３と、位置測定手段１３が出力した位置座標を記憶するメモリ７と、プローブ１が基準面に接触したことを検出するためのプローブ接触検知手段１２を備えている。【選択図】図１
2008014927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料と同一のＺ軸方向位置となる基準面を持つ基準体を設け、前記基準面に
プローブを近づけ、該プローブが前記基準面に接触した時のＺ軸方向位置座標を記憶しておき、前記プローブが前記Ｚ軸方向位置座標となるように制御して該プローブを試料面に接触させることを特徴とするプローブのＺ軸方向位置制御方法。
【請求項２】
前記基準面に金又は白金を用いることを特徴とする請求項１記載のプローブ
のＺ軸方向位置制御方法。
【請求項３】
前記プローブが前記基準面に接触したことを検知するために歪みゲージを設
けたことを特徴とする請求項１記載のプローブのＺ軸方向位置制御方法。
【請求項４】
前記プローブが前記基準面に接触した時のＺ軸方向位置座標をリニアエンコ
ーダを用いて測定することを特徴とする請求項１記載のプローブのＺ軸方向
位置制御方法。
【請求項５】
試料と、該試料と同一のＺ軸方向位置となる基準面を持つ基準体が配置され
るホルダと、前記基準面にプローブを接触させるためのプローブ位置決め装置と、前記プローブ位置決め装置のＺ軸方向への移動を制御する制御装置と、
前記プローブが前記基準面に接触した時のＺ軸方向の座標を測定するための
位置測定手段と、該位置測定手段が出力した位置座標を記憶するメモリと、
前記プローブが前記基準面に接触したことを検出するためのプローブ接触検
知手段、とを含み、前記プローブを試料面に接触させるために、該プローブのＺ軸方向座標が前記メモリに記憶された値となるまで、前記プローブ位置決め装置を移動させるように構成されたことを特徴とするプローブのＺ軸方向位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプローブのＺ軸方向位置制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブ装置は、機械的プローブを試料表面に接触させて、試料基板の特定領域を含む微小な試料片をイオンビームとプローブを用いて分離摘出して微小領域分析用の試料片を作製する場合や、プローブで試料表面に電圧を印加した状態で試料の特性を測定する場合等に用いられる。このプローブ装置は、プローブを試料面に接触させるためのＺ軸移動機構を具備し、該プローブを試料面に接触させるようにしている。
【０００３】
従来のこの種の装置においては、プローブの試料表面からの高さ情報を、試料直前のプローブ影の二次電子像に基づいて、或いはイオンビームを斜め照射するとき形成されるプローブ像と試料像との相対位置の変化に基づいて得る様にしている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−４０１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、前記プローブ装置では、試料中の観察部位や、試料中のプローブ接触部位の認識するために顕微鏡機構を備えている。しかし、該顕微鏡の画像は２次元画像であるため、高さ方向の位置認識ができない。その為、オペレータは試料を観察しながら、プローブを試料方向に下降させて、該試料表面に接触させている。
【０００６】
しかし、この様な操作はオペレータに過度のストレスを与える。又、プローブを試料面に強く当ててしまい、プローブの破損を破損させることもある。この様な面倒な操作やプローブの破壊は、結果的に、スループットの劣化に繋がってしまう。
【０００７】
又、前記プローブは、通常タングステン等の硬度の高い金属で作成されているので、この様なプローブがＳｉ等の半導体試料に接触すると、該プローブにショッキーバリアが形成され、結果的に、試料との導通をとることが困難になる。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、Ｚ軸制御の操作性向上を図ることができるプローブのＺ軸方向位置制御方法及び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】
（１）請求項１記載の発明は、試料と同一のＺ軸方向位置となる基準面を持つ基準体を設け、前記基準面にプローブを近づけ、該プローブが前記基準面に接触した時のＺ軸方向位置座標を記憶しておき、前記プローブが前記Ｚ軸方向位置座標となるように制御して該プローブを試料面に接触させることを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、前記基準面に金又は白金を用いることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記プローブが前記基準面に接触したことを検知するために歪みゲージを設けたことを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、前記プローブが前記基準面に接触した時のＺ軸方向位置座標をリニアエンコーダを用いて測定することを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、試料と、該試料と同一のＺ軸方向位置となる基準面を持つ基準体が配置されるホルダと、前記基準面にプローブを接触させるためのプローブ位置決め装置と、前記プローブ位置決め装置のＺ軸方向への移動を制御する制御装置と、前記プローブが前記基準面に接触した時のＺ軸方向の座標を測定するための位置測定手段と、該位置測定手段が出力した位置座標を記憶するメモリと、前記プローブが前記基準面に接触したことを検出するためのプローブ接触検知手段、とを含み、前記プローブを試料面に接触させるために、該プローブのＺ軸方向座標が前記メモリに記憶された値となるまで、前記プローブ位置決め装置を移動させるように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
（１）請求項１記載の発明によれば、試料と同一のＺ軸方向位置となる基準面にプローブが接触した時のＺ軸方向位置座標を記憶しておき、この位置座標となるように、前記プローブを試料に近づけることで、プローブ装置におけるＺ軸制御の操作性向上を図ることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、前記基準面に金又は白金を用いることで、該基準面が柔らかいものとなり、前記プローブが基準面に接触しても該プローブが破損することを防止することができる。更に、前記プローブを前記基準面に接触させた時に該プローブ先端に金又は白金が付着するので、該プローブを試料に接触させた時に試料との導通をとることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、前記プローブが前記基準面に接触したことを歪みゲージの出力から判断することができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、前記プローブが前記基準面に接触した時のＺ軸方向位置座標をリニアエンコーダの出力を用いて測定することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、試料と同一のＺ軸方向位置となる基準面にプローブが接触した時のＺ軸方向位置座標を記憶しておき、この位置座標となるように、前記プローブを前記試料に近づけることで、プローブ装置におけるＺ軸制御の操作性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【００１３】
図において、１はプローブ、２は該プローブが取り付けられ、Ｘ,Ｙ,Ｚの３次元方向に移動するプローブ位置決め装置である。
【００１４】
３はホルダ、４は該ホルダに取り付けられた試料、５は同じく前記ホルダ３に取り付けられた基準体である。該試料と基準体は、該試料の表面（上面）と該基準体の表面（基準面）とが同一高さとなるように、前記ホルダ３に取り付けられている。前記基準体５の少なくとも基準面は、金又は白金で形成されている。
【００１５】
６は全体の動作を制御するＣＰＵ（中央制御装置）、７は該ＣＰＵと接続され、必要なデータを記憶するメモリである。８はバスであり、前記プローブ位置決め装置２と前記ＣＰＵ６間を接続する。
【００１６】
９は前記プローブ１を介して流れて来る電流を測定する電流計、１０は電圧源、１１は該電圧源に流れる電流を測定する電流計である。
【００１７】
１２は前記プローブ位置決め装置２内に設けられた歪みゲージであり、前記プローブ１が前記基準体５の基準面に接触したことを検出するために用いられる。
【００１８】
１３は前記プローブ１のＺ軸方向の絶対位置を認識するためのリニアエンコーダである。該リニアエンコーダも前記歪みゲージと同様に前記プローブ位置決め装置２内に設けられている。
【００１９】
１４は前記ＣＰＵ６と接続され、各種のコマンドを入力する操作部である。該操作部としては、例えばキーボードやマウス等の座標入力装置が用いられる。
【００２０】
このように構成された装置の動作は、以下の通りである。
【００２１】
前記プローブ１は備えられた顕微鏡で観察しながら、Ｘ,Ｙ方向の位置決めが可能である。しかしながら、Ｚ方向（高さ方向）には、基準となる座標系が定義できないため、正確な位置を把握できない。
【００２２】
そこで、一旦マニュアル操作により前記プローブ１の先端部を前記基準体５の基準面に接触させる。具体的には、オペレータが前記操作部１４からＺ方向移動制御信号をＣＰＵ６に与えると、該ＣＰＵが前記バス８を介して前記プローブ位置決め装置２に駆動信号を送る。すると、該プローブ位置決め装置はＺ軸方向に少しずつ移動する。
【００２３】
このようにして、前記プローブ１がＺ軸に沿って下方向に移動する。そして、前記プローブ１の先端部が前記基準面に接触すると、前記歪みゲージ１２の出力が変化する。この歪みゲージの出力は、前記バス８を介して前記ＣＰＵ６に通知される。
【００２４】
該ＣＰＵ６は前記歪みゲージ１２の出力により前記プローブ１が前記基準面に接触したことを認識すると、該ＣＰＵはその時の前記リニアエンコーダ１３の出力（前記プローブ１のＺ軸方向座標値）をバス８を介して受け取り、メモリ７に記憶させる。尚、この記憶した値を基準値とする。この時、同時に、前記プローブ位置決め装置２のＺ軸方向の移動は停止する。
【００２５】
次に、オペレータは、前記操作部１４から前記ＣＰＵ６を通じて前記プローブ位置決め装置２に制御信号を送り、前記プローブ１が前記基準面から所定距離離れるように、該プローブ位置決め装置を移動させる。
【００２６】
この状態でオペレータが前記操作部１４から前記ＣＰＵ６にスタート信号を与える。すると、該ＣＰＵは前記バス８を介して前記プローブ位置決め装置２に制御信号を送る。すると、該プローブ位置決め装置は、前記プローブ１を前記試料４上の目的位置に接触させるための動作を開始する。
【００２７】
ここで、前記顕微鏡（図示せず）の画像上のＸＹ座標系から前記プローブ１のＸ，Ｙ方向の位置が認識できるので、前記プローブ１をＸ，Ｙ方向の所定位置に移動させることが可能である。
【００２８】
前記試料４表面上の目的位置の上方で、Ｚ軸方向に前記プローブ１を降下させる時、前記ＣＰＵ６は前記メモリ７から前記基準値を読み出す。そして、該ＣＰＵは、前記リニアエンコーダ１３からバス８を介して送られてくるＺ軸座標の現在値と、該読み出した基準値とを比較することにより、前記プローブ１先端部と前記試料４表面までの距離を算出する。
【００２９】
そして、前記ＣＰＵ６は該算出値を前記バス８を介して前記プローブ位置決め装置２に与える。該プローブ位置決め装置は、該算出値に基づく距離だけＺ軸方向に降下する。この結果、前記プローブ１の先端部は前記試料４の表面上の目的位置に到達することになる。
【００３０】
このように、本発明によれば、試料表面と同一のＺ軸方向位置をもつ基準面にプローブ１の先端部が接触した時のＺ軸方向位置座標を記憶しておき、この位置座標となるように、前記プローブ１を前記試料表面に近づけることで、プローブ装置におけるＺ軸制御の操作性向上を図ることができる。
【００３１】
又、本発明によれば、前記基準体５の少なくとも基準面を金又は白金等気体分子との相互作用を伴わない貴金属で形成している（例えば、基準体５の基準面に蒸着などにより貴金属を付着させる）ので、前記プローブ１を前記基準面に接触させた時、接触によるごみやコンタミ等接触抵抗増大要因を除去することが可能となっている。
【００３２】
又、この様に基準面を貴金属で形成することで、該基準面が柔らかいものとなるので、前記プローブが前記基準面に当たっても、該プローブが破損することを防止することができる。
【００３３】
更に、該プローブを前記基準面に接触させた時に該プローブ先端に貴金属が付着するので、該プローブを前記試料に接触させた時に該試料との導通をとることができる。
【００３４】
図２は前記基準面へプローブ１が接触する様子を示す図である。
【００３５】
（ａ）は前記基準面に前記プローブ１の先端部が接触した状態を、（ｂ）は前記プローブ１が前記基準面から離れて試料４に降下している状態を示している。
【００３６】
（ａ）に示すように、前記プローブ１の先端部を前記基準面に接触させると、該プローブの表面はざらざらしたものとなっているので、該基準面に成膜された金（Ａｕ）が該基準面から剥がれて前記プローブ１の表面に付着する。１６は前記プローブ１の先端部に形成された金の膜である。
【００３７】
金又は白金等の貴金属は、Ｓｉに接触しても、ショットキーバリアを形成しない。従って、Ｓｉ等から成る試料に対して導通を取ることが出来る。
【００３８】
尚、図１の電圧源１０と電流計１１及び電流計９は、実際に試料４の特性を調べる時に用いられるものであり、プローブ１が試料４と接触した時に該プローブに流れる電流、或いは前記プローブ１を介して試料４に電圧を印加した時に該プローブに流れる電流を測定することにより、試料４の特性を測定することができる。
【００３９】
尚、上述の実施の形態例では、プローブ接触検知手段として歪みゲージを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、以下のような手段を用いることができる。
【００４０】
（１）トンネル電流検知手段
試料とプローブとの間にバイアス電圧を印加して、前記試料に前記プローブを近接させた時に流れるトンネル電流を測定し、前記試料に前記プローブが接触したことを検知する。
（２）容量検出手段
プローブと試料との間にインダクタンスＬのコイルと容量Ｃのコンデンサ、抵抗値Ｒの抵抗器を直列接続し、これに交流電圧を印加し、共振周波数を測定することで前記試料に前記プローブが接触したことを検知する。前記試料と前記プローブが接触した時、この回路に交流電流が流れ、共振周波数が最大となる。
【００４１】
又、上述の実施の形態例では、プローブが基準体５の基準面に接触した時のＺ軸方向の座標を測定するための位置測定手段としてリニアエンコーダを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、以下のような手段を用いることができる。
（１）光検出手段
移動物に対し、静止した基準位置にレーザ光源を配置し、移動物にレーザ光を照射する。移動物には反射鏡が設置されており、反射したレーザ光を検出するものである。移動物が移動時、光路差が変化するため、これによって生じる干渉距離を解析し、絶対位置を特定する。
（２）抵抗検出手段
一定距離（長さ）をもつ抵抗体に検出端子を接触させ、抵抗体一端と検出端子間の抵抗を検出することによって位置を特定するものである。抵抗は長さに比例することから位置を特定することができる。
（３）キャパシタ検出手段
２つの物体が近接する場合、該両物体間に発生する容量ＣはＳ／Ｄに比例する（Ｓは面積、Ｄは２物体間の距離）。従って、距離Ｄが変化することによって容量Ｃが変化する。該両物体間の容量Ｃを測定することによって、該両物体間の距離Ｄを求めることが可能になる。
【００４２】
又、前記実施の形態例では、試料４の表面と基準体５の基準面がＺ軸方向おいて同一の高さになるように、該試料と基準体を取り付けたホルダ３を例示した。しかし、本発明はこの様な構成のものに限定されず、例えば、図３に示す如き例のものでも良い。
【００４３】
図３において、２１は断面がコの字状のホルダで、その凹部の底面上には試料載置台２２がバネ２３Ａ，２３Ｂを介して配設されている。２４Ａ，２４Ｂは前記ホルダ２１の上面に取り付けられた上面規制板である。２５は前記ホルダ２１の凹部外の鍔部に取り付けられた直方体又は立方体形状の基準体である。該基準体は、前記ホルダ２１に取り付けられた時、そのＺ方向の上面が前記上面規制板（２４Ａ，２４Ｂ）の下面と同一高さになる様な寸法のものが選択される。
【００４４】
試料４は、前記試料載置台２２を下方に引っ張った状態において、該試料載置台と前記上面規制板（２４Ａ，２４Ｂ）の間にセットされる。該セット後、前記試料載置台２２の引っ張りを解放し、前記試料４の表面が前記上面規制板（２４Ａ，２４Ｂ）で規制される状態にする。この状態になった時、前記試料４の表面と前記基準体２５の基準面のＺ軸方向の位置が一致する。
【００４５】
以上、説明した本発明の効果を列挙すれば、以下の通りである。
（１）プローブのＺ軸方向の基準点を試料表面にとることにより、該基準点にプローブをセットすることが容易となり、オペレータの負担を軽減することができる。
（２）操作性の向上に伴い、スループットが向上する。
（３）通常、導通をとることが困難なポリシリコン部位等への接触が容易になる。
【００４６】
このように、本発明によれば、プローブ装置におけるＺ軸制御の操作性向上を図ることができるプローブのＺ軸方向位置制御方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【図２】基準面及び試料表面へのプローブの接触の様子を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態例を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１…プローブ
２…プローブ位置決め装置
３…ホルダ
４…試料
５…基準体
６…ＣＰＵ（中央制御装置）
７…メモリ
８…バス
９、１１…電流計
１０…電圧源
１２…歪みゲージ
１３…リニアエンコーダ
１４…操作部
２１…ホルダ
２２…試料載値台
２３Ａ，２３Ｂ…バネ
２４Ａ，２４Ｂ…上面規制板
２５…基準体
【図１】
2008014927.tif 000003
【図２】
2008014927.tif 000004
【図３】
2008014927.tif 000005