(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、その測定箇所によらず、電気特性用プローブを簡単に接触させることに関する。【解決手段】  本発明は、試料の測定箇所にデポジション膜を形成し、このデポジション膜に電気特性用プローブを接触させ、電気測定することに関する。好ましくは、デポジション膜がピラー状である。本発明により、試料の測定箇所と電気特性用プローブの電気的導通の形成が容易となり、高密度に集積化された試料であっても、安定した電気測定を実現できる。【選択図】図１０
2008209335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローバ装置における試料の電気測定方法であって、
試料における電気測定を行う部位上にデポジション膜を作成し、
電気測定用プローブをデポジション膜に接触させ、
試料の電気測定を行う方法。
【請求項２】
請求項１記載の試料の電気測定方法であって、
デポジション膜がピラー状であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の試料の電気測定方法であって、
ピラー状のデポジション膜の作成位置と太さと高さの設定値と、既知であるデポジション膜の電気的抵抗率から、デポジション膜の電気的抵抗値を計算することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の試料の電気測定方法であって、
電気測定を行う部位と接触しているデポジション膜が、試料表面から傾いた形状を持っていることを特徴とする方法。
【請求項５】
荷電粒子顕微鏡と、
試料を保持できるステージと、
電気測定用プローブと、
デポジション膜を形成するためのガスを放出するガス放出ノズルと、
デポジション膜の作成位置と形状からデポジション膜の電気的抵抗率を算出する演算装置と、を備えるプローバ装置。
【請求項６】
請求項５記載のプローバ装置であって、
デポジション膜がピラー状であることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５記載のプローバ装置であって、
荷電粒子顕微鏡の画像、電気測定用プローブの位置座標、デポジション膜の位置座標、デポジション膜の形状情報、電気測定用プローブとデポジション膜が接触している位置座標、及び電気測定用プローブと電気測定用端子との位置関係を統合するための操作部を示す表示画面を有することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項５記載のプローバ装置であって、
電気測定用プローブの三次元空間位置と、顕微鏡から観察される電気測定用端子の位置と、既知である電気測定用端子の高さとから、電気測定用プローブと電気測定端子との三次元位置関係を算出することを特徴とした装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子顕微鏡装置内にプローブを配備し、プローブを試料に当て、試料の電気特性を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体製造工程でデバイスの検査を行うために、荷電粒子顕微鏡装置内に電気特性用プローブを配備し、本プローブをデバイス部位に当てることにより電気特性を測定する装置が開示されている。本装置で用いられる電気測定用のプローブを、微細化された箇所に接触させやすくするために、化学エッチングなどを用いて先端を先鋭化させている。あるいは集束イオンビーム装置（以下ＦＩＢ）などでプローブ先端を加工し、先鋭化する手法も用いられている。
【０００３】
また、非特許文献１には、ＦＩＢのデポジション膜作成機能を用いて、電気測定を行いたい部位近くに金属膜でできた大きめなパッドを数箇所蒸着し、測定したい部位からそのパッドまでデポジション膜を作成してつなぎ、電気測定の際にそのパッドにプローブを接触させることによって、電気測定を行う方法が、開示されている。
【０００４】
尚、特開２００２−４０１０７号公報には、プローブを試料に自動接触させる方法が開示されている。例えば特開２００２−４０１０７号公報などで報告されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３２６４２５号公報
【特許文献２】特開２００２−４０１０７号公報
【非特許文献１】Z. G. Song et al, Proceedings of 13th IPFA 2006, p.187(2006)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年のデバイスの微小化に伴い、電気測定したい箇所が年々小さくなる傾向にあり、今後プローブを接触させる作業がますます困難になることが予想される。そこで、本願発明者が鋭意検討した結果、次のことが判明した。
【０００７】
特許文献１開示の技術において、電気特性用プローブを接触させたい部位が、プローブ先端の大きさに比べて大きい場合は、プローブが測定部位に接触した所を顕微鏡にてリアルタイムで観察することができる。しかし、測定したい箇所がプローブの大きさに比べて小さい場合には、実際に接触させる位置がプローブによって隠れて見えなくなってしまうために、プローブ接触が難しくなる。
【０００８】
そのため、プローブをさらに先鋭化させる方法が考えられるが、プローブの更なる先鋭化はプローブの耐久性の低下を招く。つまり、もし、試料にプローブを誤って強く接触させた場合に、プローブが損傷する恐れがある。そのため、プローブ先端を限りなく小さくすることは難しい。
【０００９】
また、非特許文献１開示の技術においては、デポジション膜を作成するために、高密度に微細化されたデバイスの上にパッドと比べて大きな絶縁性のデポジション膜を一度作成し、そしてその上にそれより小さいパッドを蒸着する必要がある。
【００１０】
しかし、この方法には、絶縁膜やパッド膜の真下にあるデバイスの電気測定ができないといった重大な問題点がある。つまり、一旦高密度に集積化された配線やデバイスの上に絶縁膜やパッド膜を作成してしまうと、パッド膜作成後はプローブによる電気測定ができない部位がでてきてしまう。
【００１１】
本発明の目的は、その測定箇所によらず、電気特性用プローブを簡単に接触させることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、試料の測定箇所にデポジション膜を形成し、このデポジション膜に電気特性用プローブを接触させ、電気測定することに関する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、試料の測定箇所と電気特性用プローブの電気的導通の形成が容易となり、高密度に集積化された試料であっても、安定した電気測定を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果について、図面を参酌して説明する。
【実施例】
【００１５】
本実施例では、電気特性用端子を接触させたい領域上だけに金属膜をピラー上に局所的に蒸着することによって、プローブを接触させやすくした測定端子を作成する。
【００１６】
具体的には、少なくとも一つ以上の荷電粒子顕微鏡と、電気測定用プローブと、プローブの駆動機構と、試料と、試料を配置するための駆動機構を備えた試料台と、荷電粒子ビームを利用した局所デポジション膜作成に使用される一つ以上のガス放出ノズルが配備された装置に用いる。そして、電気測定を行いたい部位が顕微鏡内に写しだされるように試料位置または荷電粒子ビームの照射位置を移動させ、試料の電気測定を行いたい部位を顕微鏡像から認識し、ガス放出ノズルを用いて電気測定を行いたい部位上にピラー状のデポジション膜を作成し、電気測定用プローブをデポジション膜に接近させ、プローブをデポジション膜に接触させ、プローブを通して試料の電気測定を行っている。
【００１７】
また、本実施例では、ピラー状のデポジション膜の作成位置と太さと高さの設定値と既知であるデポジション膜の電気的抵抗率から、デポジション膜全体の電気的抵抗値を自動計算することにより、デポジション膜の抵抗値を考慮した電気測定をしている。
【００１８】
また、本実施例では、電気測定を行う部位上にピラー状のデポジション膜を作成する工程において、電気測定を行う部位と接触しているピラー形状のデポジション膜が試料表面から傾いた形状を持ったデポジション膜を作成することによって、プローブ接触させている。
【００１９】
また、本実施例では、少なくとも一つ以上の顕微鏡と、電気測定用プローブと、プローブの駆動機構と、試料と、試料を配置するための駆動機構を備えた試料台が配備された装置において、電気測定を行いたい部位上に高さや大きさが制御された電気測定用の端子が接続されている試料の任意の場所に電気測定用プローブを少なくとも一回以上接触させることによってプローブと試料との位置関係を把握し、本プローブ三次元空間位置と電気測定用端子の位置情報を利用することによって、プローブと電気測定用の端子との位置関係を関連付けるあるいは統合し、関連付けられたあるいは統合された座標を使ってプローブを前記電気測定用の端子に接触させている。
【００２０】
また、本実施例では、プローブをデポジション膜に接近と接触させる工程において、プローブと電気測定端子との三次元位置関係を把握し、プローブを試料から離れるように駆動してその駆動距離を計測記録し、プローブをピラー状のデポジション膜に接触させ、計測記録した駆動距離からプローブと電気測定端子の接触部位の位置を計算し、接触部位の位置と計算したプローブの全抵抗値からプローブから電気測定を行いたい部位までにおけるデポジション膜の実効抵抗値を計算している。
【００２１】
また、本実施例では、少なくとも一つ以上の荷電粒子顕微鏡と、電気測定用プローブと、プローブの駆動機構と、試料と、前記試料を配置するための駆動機構を備えた試料台と、荷電粒子ビームを利用した局所デポジション膜作成に使用される一つ以上のガス放出ノズルと、デポジション膜の作成位置と形状を設定する機能と、ピラー状のデポジション膜形状の設定値と既知であるデポジション膜の電気的抵抗率を利用してデポジション膜の電気的抵抗値を算出する機能と、プローブから電気測定を行いたい部位までにおけるデポジション膜の実効抵抗値を算出する機能を有している。
【００２２】
また、本実施例では、荷電粒子顕微鏡の画像の表示部と、プローブの位置座標と、ピラー状のデポジション膜の位置座標と、ピラー状のデポジション膜の形状情報と、プローブと前記ピラー状のデポジション膜が接触している位置座標と、プローブと電気測定用の端子との位置関係を統合するための操作部を示す表示画面を有している。
【００２３】
また、本実施例では、少なくとも一つ以上の顕微鏡と、電気測定用プローブと、プローブの駆動機構と、プローブ三次元位置を計測する部位と、試料と、前記試料を配置するための駆動機構を備えた試料台と、本プローブ三次元空間位置と顕微鏡から観察される電気測定用端子の位置と既知である電気測定用端子の高さからプローブと電気測定端子との三次元位置関係を算出する機能を備えている。
【００２４】
また、本実施例では、顕微鏡の画像の表部と、プローブの位置座標と、電気測定用の端子の位置座標と、電気測定用の端子の形状と、プローブとピラー状のデポジション膜が接触している位置座標を表示する部位と、プローブと電気測定用の端子との位置関係を統合するための操作部を示す表示画面を有している。
【００２５】
以下、本実施例のプローバ装置について、詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本実施例におけるプローバ装置１の概略図である。図２は、本実施例におけるプローバ装置１の構成を示す。図２において、プローバ装置１は、試料室７内に試料２を載置する鎖線で示される部分を含むステージ５とプローブユニット３３を載置するプローブステージ６（図では右半分を鎖線で囲むが、左半分も含む。）を備える。試料２の検査のために試料２に対向してＳＥＭ（走査型顕微鏡）あるいはフォーカスイオンビーム
（ＦＩＢ）などのイオンポンプ４４を備えた電子光学系装置４（荷電粒子装置ということができる）が試料室７の筐体に設けてある。また、この電子光学系装置４に近接してプローブ粗寄せ画像取得装置１０が設けてある。電子光学系装置４からは試料２の表面やプローブ（探針）３動きを観察するための電子ビーム（荷電粒子ビーム）が試料２の方向に照射される。
【００２７】
試料室７の筐体の上面部に電子光学系装置４に近接して並設されるプローブ粗寄せ画像取得装置１０は、プローブ粗寄せ光顕（光学顕微鏡）と画像取得のためのＣＣＤカメラを備え、プローブ３の試料に対する粗寄せ状態を観察し、画像情報として取得することができる。また、プローブ粗寄せ画像取得装置１０は、縦方向のもの１０Ａばかりでなく、十字状配置とされた横方向配置のもの１０Ｂが使用される。この十字状配置によってプローブ３は上方および横方向より観察され得、粗寄せ状態を確実に把握される。
【００２８】
ステージ５は、試料を載置する試料ステージ５０とこれを載置する大ステージ４９および大ステージ４９が移動するベース４８を備える。
【００２９】
プローブステージ６は、プローブ３を把持するプローブホルダ３１を備えたプローブユニット３３、これを保持するプローブユニットベース３４およびプローブユニットベース３４を大ステージにつなぐプローブユニット台３５を備える。
【００３０】
プローブユニット３３は図示しないｘ、ｙ、ｚテーブルを備え、三次元方向へプローブ３を移動させることができる。
【００３１】
ベース４８は試料室７の側壁に固定部材４７により固定される。試料室７には試料交換室８と、プローブ交換室９とが設けてある。
【００３２】
試料室７には、プローブユニット３３のｘ、ｙ、ｚテーブルの動作を制御する信号と、試料ステージ５０のｘ、ｙ、ｚテーブル６１、６２、６３の動作を制御する信号を試料室７の外部から送るために、メンイタ７１にフィールドスルーが設けられている。
【００３３】
なお、図２では、作図上の都合で試料交換室８が試料室７の右側面に接続されているように図示してあるが、実際には電子光学系装置４の下方のステージ５に載置しやすいように、図の手前方向の試料室７の側面に設けられている。試料交換室８の内部と試料室７の内部とはゲートバルブ２１を介して接続される。試料交換室８の内部はドライポンプ５２に接続され、真空処理がなされる。これにより、試料室７の真空を維持しながら搬送手段２９によって試料２の交換を行い得る。
【００３４】
試料室７の筐体の上面部には電子光学装置４およびプローブ粗寄せ画像取得装置１０Ａに並設し、かつプローブ粗寄せ画像取得装置１０Ａにより近接してプローブ交換室９が設けてある。プローブ交換室９の内部は試料室７の内部とゲートバルブ２３を介して接続される。プローブ交換室９はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）５１およびこれに連結されたドライポンプ（ＤＰ）５２に接続され、真空処理がなされる。試料室７の高真空を維持しながら交換手段５５によってプローブユニット３１の交換がなされる。
【００３５】
試料室７には、ＴＭＰ１１がゲートバルブ５３を介して接続され、このＴＭＰ１１は、更にＤＰ１２に接続される。
【００３６】
試料室７の筐体は、一点鎖線で示す架台２５によって支持される。
【００３７】
プローブユニット制御部およびステージ制御部からなる制御装置１３およびＴＭＰ１１およびＤＰ１２による高真空処理を制御する他の制御装置１３Ａが設けてある。制御装置１３ＡはＴＭＰ５１、ＤＰ５２をも制御する。
【００３８】
更に、プローバ装置１は、画像表示部１５および画像表示制御部１６を備えたディスプレイ装置１４を備え、画像表示制御部１６からのプローブおよびステージ操作信号は、プローブユニット制御部およびステージ制御部に伝えられ、プローブユニット３３およびステージ５の制御がなされる。
【００３９】
プローブ交換するときは、プローブユニットのｙテーブル８１、ｘテーブル８２を所定の位置（例えば後端）に、そしてｚテーブルを所定の位置（例えば上端まで）移動させた後に行う。
【００４０】
電子光学系装置４からの画像情報を表示する画像表示部１５に測定したい試料２の部位、すなわちプローブ３を接触させたい部位を試料ステージ５０を移動させて表示し、その部位にプローブ３と試料２を見ながら、接触させたい試料２の部位にプローブユニット
３３、すなわちプローブ３をｘ、ｙ、ｚ方向に動作させて接触させることを行う。以下、これらの操作について説明する。
【００４１】
プローブ３およびプローブユニット３３は、図３に示すように、複数のプローブ３（図では６個）はそれぞれプローブホルダ３１に把持され、プローブホルダ３１を含んで６個のプローブユニット３３が構成され、プローブユニットベース３４に支持される。
【００４２】
図４にプローブホルダ３１、プローブユニット３３の詳細を示す。図４（ａ）に示すようにプローブユニット３３のｚテーブル８３に脱着可能にプローブホルダ３１が挿入され、板ばね８４を用いて固定する。プローブホルダ３１は、試料２に接触させるためのプローブ３と、プローブ３を固定するためのプローブ支持棒８５、プローブ支持棒８５を固定するためのプローブアーム８６を備える。プローブ支持棒はパイプ状をなしている。プローブアーム８６は支持棒固定部材８７、絶縁リング８８、連結パイプ８９、絶縁リング
９０を有し、絶縁リング９０がプローブホルダベース９１に連結される。支持棒固定部材８７は絶縁リング８８によって連結パイプ８９から絶縁され、連結パイプ８９は絶縁リング９０によってプローブホルダベース９１から絶縁されている。支持棒固定部材８７は連結パイプ８９内をプローブホルダベース９１の背面まで伸び、Ｚテーブル８３にプローブホルダ３１が挿入されたとき、プローブ信号取出し電極１０１に接触するようになっている。プローブ信号取出し電極１０１はＺテーブル８３から絶縁されている。連結パイプ
８９はＺテーブル８３にプローブホルダ３１が挿入されたとき、ガード信号取出し電極
１０２に接触するようになっている。グランド信号はＺテーブル８３から取出す。プローブ信号はプローブ信号取出し電極１０１から、ガード信号はガード信号取出し電極１０２から、グランド信号はＺテーブル８３から三相同軸ケーブルに繋ぎ、試料室７に取付けられた三相同軸ハーメチックコネクタを介して試料室７外に導かれ、さらに三相同軸ケーブルを介して半導体パラメータアナライザなどに連結されて、電気特性が測定される。
【００４３】
図４（ｂ）はプローブユニット３３を組み立てた図を示す。
【００４４】
ステージ５の斜視図を図５に示す。
【００４５】
ステージ５は大ステージ４９と試料ステージ５０を備える。
【００４６】
試料ステージ５０は、ｙテーブル６２、ｘテーブル６１、およびｚテーブル６３を備え、それぞれのテーブルは図示しない駆動機構によってｙ、ｘおよびｚ方向に移動させられる。ｙ、ｘテーブル６２、６１の移動は試料室内に置かれたＤＣモータでボールねじを駆動することにより行い、案内はクロスローラでなされる。ｚテーブル６３の移動は試料室内に置かれたＤＣモータでかさ歯車を介してボールねじを駆動することにより行いテーブルの案内はクロスローラでなされる。ｚテーブル６３の上に取付けられたホルダウケ部に試料２が固定される。従って、試料２は電子ビーム６９に対してｘ、ｙ、ｚ方向に移動される。ｚテーブル６３は、測定位置、試料交換位置、およびプローブ交換位置を持つ。測定位置はプローブ３を試料２に接触させる位置であり、試料交換位置は測定位置から下がった位置、プローブ交換位置は更に下がった位置である。この位置にすることによってプローブおよび試料交換時に試料２とプローブ３との衝突が防止される。
【００４７】
図６は試料およびプローブを試料室内を移動させ、位置決めすることを説明するための図であって、図２の断面図の一部が変更されている。
【００４８】
大ステージ４９はｙテーブル６４、およびｘテーブル６５からなり、図示しない駆動装置によってＹ方向およびＸ方向に移動される。試料ステージ５０は大ステージ４９上に載置されて駆動される。
【００４９】
大ステージ４９にはプローブステージ６、すなわちプローブステージ６を構成するプローブユニット３３が載置される。プローブユニット３３は前述のように、ｙ方向、ｘ方向およびｚ方向に移動される。これによってプローブユニット３３に保持されるプローブホルダ３１が移動され、その先端に把持されるプローブ３がｙ方向、ｘ方向およびｚ方向に移動される。
【００５０】
図５に示すように、大ステージ４９はベース４８上を移動され、試料ステージ５０は大ステージ４９上を移動される。前述のように、電子光学装置４、プローブ粗寄せ画像取得装置１０Ａおよびプローブ交換室９は試料室７の筐体の上面部に並設してあるので、移動機構はステージ５、すなわち試料２とプローブ３とをプローブ粗寄せ画像取得位置と、
ＳＥＭ観測位置とプローブ交換位置とに移動させることができる。すなわち、移動機構は、ステージ５（試料ステージ５０とプローブステージ６）をプローブ粗寄せ画像取得装置１０の垂直方向の位置と電子光学系装置４の垂直方向の位置と、そしてプローブ交換室９の垂直方向の位置との間を図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、Ａ、Ｂ、Ｃによって示すように移動させることができる。
【００５１】
従って、試料２およびプローブ３は、プローブ粗寄せ画像取得装置１０の垂直方向の位置と電子光学系装置４の垂直方向の位置と、そしてプローブ交換室９の垂直方向の位置との間を移動させられる。
【００５２】
Ａ、Ｂ、Ｃで示す移動を高真空を維持しながら行うことができるという特徴がある。このような移動方法を採用することによって、試料２に対するプローブ３の粗寄せ、および高精度位置決めを迅速に、かつ容易に行い得る。更に、プローブ３の交換に当たっても高真空を維持しながら行うことができ、プローブ３の交換を迅速に、かつ容易に行い得る。
【００５３】
従って、移動機構は、試料２およびプローブ３を、電子光学系装置４に並列して設けられたプローブ粗寄せ画像取得装置１０の直下位置から電子光学系装置４の直下位置に移動させることを高真空を維持しながら行うことができる。
【００５４】
ＳＥＭは、電子光学系装置４の一例であり、プローブを試料の目的とする場所に接触させるために用い、試料室７の上部に配置される。真空排気はイオンポンプ４４でなされる。
【００５５】
試料室７は上ふたと筐体である試料室ケースからなり、試料室ケースにはその側面にステージ５が取付けられ、試料室内の大ステージ４９の上にプローブユニット３３が載せられ、他の側面に試料交換室８が取付けられる。上ふたにはＳＥＭの電子光学系、プローブ粗寄せ画像取得装置１０、プローブ交換室９が取付けられる。試料室７は架台２５に取付けられた除振マウントの上に取り付けられた荷重板の上に固定される。試料室７はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１１とドライポンプ（ＤＰ）１２により真空排気される。
【００５６】
プローブ粗寄せ用光顕、ＣＣＤカメラ及びプローブ粗寄せ画像取得装置に関し、電気特性を測定する試料２は半導体であり、通常ソース、ドレイン、ゲート、基板につながるプラグにプローブ３を接触させる。プラグは小さいもので数１０ｎｍの大きさであり、これにプローブを接触させるためには分解能の高いＳＥＭが必要である。しかし、半導体試料に電子ビームを照射すると電子ビームによりダメージを受ける恐れがあり、できるだけビームの照射時間を短くすることが望ましい。そのため、プローブ粗寄せ画像取得装置１０の検出値に基づいてあらかじめ複数のプローブを水平方向に近づけ、垂直方向は試料表面に近づけておくことを行う。プローブ粗寄せ光顕とそれに取付けられたＣＣＤカメラから得られる像を画像表示部１５のモニタ上に表示し、この画像を見ながらこの作業を行う。
【００５７】
モニタ上の倍率はプローブ３同士、プローブとプローブをできるだけ近づけ、かつプローブおよびプローブと試料２を一つの画面に捕らえるため数１０倍となっている。
【００５８】
プローブ粗寄せ光顕に隣接して光源が配置される。プローブ粗寄せ光顕とＣＣＤカメラによる観察と、光源からの光の試料室への導入は図２に示したのぞき窓３９を通して行う。
【００５９】
試料交換室８は試料室７の真空を破らずに試料２を交換するために設けられ、ドライポンプ５２で真空排気される。試料交換室８はゲートバルブ２１で試料室７と仕切られる。試料２を導入する場合は試料２を接着した試料ホルダ３１に設けられためねじに試料交換棒先端のおねじをねじ込み、ゲートバルブ２１を開けて、試料ステージ５０のｚテーブル６３の上端に取付けられたホルダウケ部に挿入することによって行われる。試料２を取り出すときはこの逆の作業を行う。
【００６０】
プローブ交換室９は試料室７の真空を破らずにプローブ３を交換するために設けられ、プローブ交換時間を短縮するためのものである。プローブ交換室９はゲートバルブ２３で試料室７と仕切られる。プローブ交換室９はターボ分子ポンプ１１とドライポンプ１２で真空排気される。ターボ分子ポンプを用いたのはプローブ交換室９が大きいのでドライポンプだけで排気すると、プローブ交換室９の圧力が高い状態でゲートバルブ２３を開けることになり、交換後の試料室７の圧力がもとの値に回復する時間が長くなるためである。
【００６１】
図７は、プローブホルダ受渡し機構部を示す。図７（ａ）はその全体を、そして図７
（ｂ）は図７（ａ）のＡ部の詳細を示す。
【００６２】
プローブ交換室９には複数のプローブホルダ３１を収納するストッカ（図示せず）が配置され、ボールねじでストッカをプローブ交換棒９２に対して移動する。プローブホルダ３１をプローブ交換棒直下に移動させてストッカからプローブホルダ３１を抜き出し、あるいはストッカに収納する。プローブ交換棒９２とプローブホルダ３１の結合はプローブ交換棒９２と同軸でプローブ交換棒外筒９３の内部に配置された交換軸９４の下端ラッチキーを交換軸を９０°回転させてプローブホルダ３１の上部のラッチ受け９５に引っ掛けて行う。ラッチ受け９５からラッチキー９６をはずす場合はさらに交換軸を逆に９０°回転させて行う。使い終わったプローブホルダ３１はストッカごとプローブ交換室９から取り出し、新たなプローブを取付けたプローブホルダ３１をストッカに挿入し、プローブ交換室９に導入する。
【００６３】
ストッカからプローブユニット３３にプローブホルダ３１を移送する場合はストッカに収納されたプローブホルダ３１のラッチ受け９５にプローブ交換棒ラッチキー９６を引っ掛け、ラック・ピニオン機構を用いてプローブ交換棒９２を上昇させて抜き出す。ゲートバルブ２３を開き、プローブ交換棒９２を下降させ、プローブホルダ３１を試料室内に導入する。プローブユニット３３のｚテーブル８３にはホルダウケ部が設けられている。大ステージ４９を用いてホルダウケ部をプローブホルダ３１上に移動させ、ホルダウケ部とプローブホルダの向きを、プローブ交換棒９２を回して合わせ、プローブ交換棒９２を降下させてプローブホルダ３１をホルダウケ部に挿入する。ラッチ受け９５からラッチキー９６をはずし、プローブ交換棒９２を上昇させ、試料交換室９に引き戻し、ゲートバルブ２３を閉める。
【００６４】
ＳＥＭ、プローブユニット３３、ステージ５各部の制御は制御装置１３に内蔵するそれぞれの制御回路とコンピュータを使って制御する。また、ＳＥＭ、プローブユニット、ステージは各操作パネルおよびモニタ上のＧＵＩどちらでも操作が可能である。
【００６５】
制御装置１３は、各ステージの位置を制御するためのステージ制御部、プローブユニットをステージと独立に駆動するためのプローブ制御部を備える。画像制御部１６は二次電子検出器制御部、電子ビーム照射光学系の制御部などを含んでいる。この他、計算処理部は、ディスプレイ装置１４の制御部と一体となって試料ホルダ３１や試料２や触針状況などを画像として表示する機能を有する。
【００６６】
プローブユニット、ステージは画像表示部の操作用画面を操作することにより、操作信号を画像表示制御部を通してプローブユニット制御部、ステージ制御部に与え、プローブユニット、ステージを移動、位置決めさせる。これとは別に、ジョイスティックを有する操作パネルを用いてプローブユニット、ステージを移動、位置決めさせることもできる。
【００６７】
ＳＥＭに関しては、電子銃で発生した電子ビームは集束レンズ、対物レンズを通して試料に照射され、試料から発生した２次電子を２次電子検出器で検出し、その信号をディスプレイ内で種々の電気的処理を行い、ディスプレイ装置１４の画像表示部１５上のモニタに試料表面の画像を映し出す。
【００６８】
プローブユニットのｘ、ｙ、ｚテーブルの動作を制御する信号は、図２に示したように架台内の制御回路の信号をステージ５のメンイタ７１に取付けられたフィールドスルーを介して試料室内のプローブユニット３３に与えられる。
【００６９】
プローブホルダ３１に取付けられたプローブ３を通して試料２に与えられる入力信号、また試料２から得られる出力信号は試料室７に取付けられた３層同軸ハーメチックコネクタを介して半導体パラメータアナライザから入出力される。
【００７０】
ステージ５上の試料ステージ５０のｘ、ｙ、ｚテーブル６１、６２、６３の動作を制御する信号は、架台内の制御回路の信号をステージ５のメンイタ７１に取付けられたフィールドスルーを介して試料室内の試料ステージ５０に与えられる。
【００７１】
ディスプレイ装置１４は、プローブ粗寄せ画像取得装置１０で取得した粗寄せ画像および電子光学系装置４で取得したプローブ３の試料２への触針画像を表示する。すなわち、プローブ操作画面および操作手順内容を示す操作手順画面を表示する。
【００７２】
ユーザは、操作手順画面に表示された操作手順に従って、粗寄せ画像および触針画像を見ながら試料を高精度に位置決めすることを行う。
【００７３】
図８は、プローブ粗寄せ画像取得装置１０および電子光学系装置４を使用して画像を見ながらプローブ３を試料に近づけ、目標物に接触させ、観測する状況を示す。
【００７４】
図８（ａ）は、プローブ粗寄せ画像取得装置１０Ａを使用して上から粗寄せした画像を示す。粗寄せ画像は約１０倍の倍率とすることができる。図８（ｂ）は、プローブ粗寄せ画像取得装置１０Ｂを使用して横から粗寄せした画像を示す。試料２にプローブ３を垂直方向により近づけたいために横から見ており、粗寄せ画像の倍率を上から見たものに比較して約２．５倍大きくしている。このように、プローブ粗寄せ画像取得装置１０Ｂを横方向に取り付けることによって粗寄せ画像の倍率を上げ、プローブ３を試料２により近づけることができるようになる。図８（ｃ）は、電子光学系装置４を使用してプローブ３を試料２の目標物１００に近づけ、最終的に接触させ、測定画像（ＳＥＭ画像）を取得している状況を示す。
【００７５】
図８（ｃ）に示した試料２の目標物１００はプラグと呼ばれるもので、この表面の下層のゲート、ソース、ドレイン等のトランジスタの基本要素につながっている。測定画像は、数千倍から数万倍である。
【００７６】
ここでは、ピラー形状のデポジション膜（以下電気測定用端子）を作成する方法について述べる。
【００７７】
図９は、本実施例における電気測定用端子作成と電気特性測定を行うことのできる操作画面の概略図であり、本実施例を行うための表示画面を示す。また、本実施例を行うためのフローチャートを図１０に示す。以下本発明を行う工程の詳細を説明する。尚、実際の電気特性測定の際はプローブが２本以上使用することが多いが、以下では簡単のため一つの電気測定用端子を作成し、本電気測定用端子と一つのプローブを接触させる方法について説明する。また、顕微鏡としては電子顕微鏡を利用した例を示す。試料としてデバイスのビア配線を例にあげて説明する。
【００７８】
図１１は、本実施例における電気特性測定のための電気測定用端子作成手順のうち、電気特性を測定したい部位が荷電粒子顕微鏡の視野内に入るように試料を移動した工程を説明するための図である。まず初めに、電気特性を測定したい部位１０８が電子顕微鏡の画像１３０内に入るように試料１０５を移動させる。この時の試料と電子顕微鏡との位置関係は図１１のようになる。
【００７９】
次に、操作画面上１２９で電気測定用端子１０７の形状と作成する位置１０８を決める。ここで顕微鏡の画像１３０において、ビア配線１１２とそれを取り囲んだ材料とでは像コントラストが異なるため、操作画面上１２９で簡単にビア形状やビア半径を認識することが可能である。つまり、ビア配線を選択すると同時に、作成する電気測定用端子の位置１４１、１４２と太さ１４３とを同時に決定することが可能である。尚、ビア配線１１２と電気測定用端子７間の接触面積をできる限り大きくするためと、電気測定用端子１０７のデポジション膜が他ビア配線に接触しないようにするために、電気測定用端子１０７の太さはビア配線１１２の直径とほぼ同等が望ましい。
【００８０】
次に、操作画面上１３０で電気測定用端子１０７の高さ１４４を決める。但し、この値が常に同じ高さでいいのであれば予め設定されていてもかまわない。この高さ１４４を設定すると電気測定用端子１０７の太さ１４３、高さ１４４が三次元的な形状が決まる。また、電気測定用端子７の電気的抵抗率は放出ガスの種類によって一意的に決まる。ここで、電子顕微鏡画像３０で認識したビアの半径あるいは電気測定用端子１０７の半径ｒ1 
［ｍ］とし、電気測定用端子１０７の高さをｈ1 ［ｍ］とし、ガスの種類によって決まる抵抗率をρ［Ω／ｍ］とすると、電気測定用端子１０７全体の抵抗ρ×ｈ1／πｒ12 ［Ω］を電気測定用端子全抵抗値計算部１２１で自動的に計算させることが可能である。
【００８１】
次に、図１２のように電気特性を測定したい部位１０８の上にデポジション機能を用いて電気測定用端子１０７となるデポジション膜をピラー状に作成する。尚、電気測定用端子１０７の高さを設定した時点で電子ビーム電流や蒸着時間は一意的に決まる。
【００８２】
次に、図１３のようにプローブ３が電子顕微鏡の画像１３０内に入るように、プローブ駆動制御部２４を使ってプローブ３を駆動する。
【００８３】
次に、図１４のように電気測定用端子１０７から近い位置でプローブ１０３を試料105に接触させる。例えば、特開２００２−４０１０７号公報で開示された技術を用い、プローブを試料に自動接触させる。ここで、接触させたプローブの高さ座標１３９は試料表面の高さ方向位置つまり電気測定用端子１０７と試料との接触部位の高さ座標となる。
【００８４】
次に、電子顕微鏡の画像１３０を使って電気測定用端子１０７とプローブ１０３との間を測長することによって二次元位置関係を把握する。これによって、電気測定用端子の位置１４１、１４２、高さ１４４の三次元空間とプローブの三次元空間１３７、１３８、
１３９との各々の座標を統合することができる。例えば、操作画面上１２９で位置補正ボタン１４０をクリックするだけで位置補正をすることが可能である。
【００８５】
次に、図１５のようにプローブ１０３を高さ方向に駆動し、プローブ１０３を試料105から離す。この時駆動した高さｈ2 ［ｍ］は後の電気測定用端子抵抗値計算部１２３で使用する。ここで、操作画面上２９の抵抗値計算表示部３６で表示することも可能である。
【００８６】
次に、図１６で示したように、電気測定用端子１０７にプローブ１０３を接触させる。前述したように、電気測定用端子位置とプローブとの三次元空間位置が既知なのと、座標が統合されているので、前記接触させるためのプローブ操作は非常に簡単である。比較のために、電気測定用端子１０７を作成しなかった場合の模式図を図１７に示す。図１７ではプローブ１０３と電気測定用端子１０７が接触している箇所が顕微鏡にて確認できない。一方で、図１６では接触している部位１１３が顕微鏡にて観察可能であるため、プローブ１０３と電気測定用端子１０７との接触が容易となる。また、ここで、電気測定用端子１０７とプローブ３が接触する様子が顕微鏡像１３０でリアルタイムで観察できるために、画像認識を用いた自動接触処理をさせることも可能である。また、接触高さ位置と前記電気測定用端子１０７の全抵抗値から、電気測定用端子１０７の実効抵抗値４９を見積もることも可能である。
【００８７】
最後に、前記電気測定用端子１０７を経由したプローブ１０３を通して電気測定部126とそのデータ解析部１２５使ってデータ解析を行う。しかし、電気測定結果の解析時に本電気測定用端子１０７を作成したことによる影響について考慮する必要がある。図１８に電気測定用端子１０７を作成した時と作成しなかった時の抵抗の等価モデルを示す。プローブ３と電気測定用端子１０７との接触抵抗をＲ1 （図中１５と付箋）、電気測定用端子１０７それ自体の抵抗をＲ2 （図中１６と付箋）、電気測定用端子１０７とビア配線との接触抵抗をＲ3 （図中１７と付箋）とすると、電気測定用端子１０７を作成したことにより生じる電気的抵抗はＲ1＋Ｒ2＋Ｒ3 となる。尚、電気測定用端子１０７を作成していない時のプローブ１０３とビア配線１１２との接触抵抗をＲ4 （図中１８と付箋）とする。
【００８８】
プローブ１０３と電気測定用端子１０７との接触抵抗Ｒ1 はＲ4 と同等の大きさを持つ。しかし、プローブ１０３と電気測定用端子１０７がしっかりと電子顕微鏡像１３０から確認できるので、Ｒ4 と比較すると接触抵抗のばらつきを劇的に小さくすることができる。電気測定用端子１０７それ自体の抵抗Ｒ2 は、プローブ１０３の曲率半径をｒ2 ［ｍ］とするとＲ2＝ρ×（ｈ2＋ｒ2）／πｒ12 と近似的に見積もることができる。尚、プローブ１０３の先端の形状を図１９のようにすると上記ｒ2は無視することができる。この電気測定用端子１０７の材質はもともと導電性のある金属膜であるので、この抵抗値はかなり小さい。尚、形状や材質が一定であれば抵抗のばらつきはほとんど無い。電気測定用端子１０７とビア配線１１２との接触抵抗Ｒ3 は金属−金属間の蒸着接着となるので、ここの抵抗値も小さい。尚、接触面積が一定であればこの抵抗のばらつきはほとんど無い。以上より、電気測定用端子１０７を作成したことによる抵抗Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3はＲ4と比較するとほぼ同等である。加えて、電気測定用端子１０７を利用することによってプローブ３との接触抵抗のばらつき分を大幅に減らすことが可能なので、本発明によって安定した電気測定が提供できる。
【００８９】
これら計算された電気測定用端子１０７の実効抵抗値１４９は電気測定結果をデータ解析部１２５にてデータ解析する際に有用となる。
【００９０】
測定したい箇所が多数近接している場合や、連続的に測定箇所を変えたい場合は図２０のように高さが段階的に制御された電気測定用端子１０７を作成すると、どの箇所でも好きなように測定することができる。また、前述したように、プローブ３と電気測定用端子１０７の三次元空間位置は既知なので、接触させるためのプローブ操作は非常に簡単である。
【００９１】
また、これら作成した電気測定用端子１０７は、試料１０５をＣＭＰ等で研磨することによって、除去することが可能であるため、測定後に再度半導体製造工程に戻すことができる。
【００９２】
また、現在の電子顕微鏡技術を用いると、電気測定用端子１０７の形が垂直なピラー状ではなく、図２１で示したように途中で形が曲がった３次元構造やピラー状の上にパッド上の電気測定用端子１０９を作成することも可能である。
【００９３】
本実施例により、電気特性用プローブと電気特性を測定したい部位との電気的導通を容易にすることができ、且つ高密度に集積化された部位を何箇所でも安定に電気測定することができる効果を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施例におけるプローバ装置の概略構成図。
【図２】実施例におけるプローバ装置の詳細構成図。
【図３】プローブ配置の一例を示す図。
【図４】プローブホルダ、プローブユニットの詳細を示す図。
【図５】ステージの移動を説明するための図。
【図６】試料およびプローブを試料室内を移動させ、位置決めすることを説明するための図。
【図７】プローブの交換機構を示す図。
【図８】取得された画像を示す図。
【図９】実施例における操作画面の概略図。
【図１０】実施例におけるフローチャート。
【図１１】電気特性を測定したい部位が荷電粒子顕微鏡の視野内に入るように試料を移動した工程を説明するための図。
【図１２】実施例における電気特性測定のための電気測定用端子作成手順のうち、電気測定用端子７となるデポジション膜を局所的に作成させる工程を説明するための図。
【図１３】実施例における電気特性測定のために、プローブが荷電粒子顕微鏡の視野内に入るように、プローブを駆動させる工程を説明するための図。
【図１４】実施例における電気特性測定のために、プローブを試料に接触させる工程を説明するための図。
【図１５】実施例における電気特性測定のために、プローブが試料から離れるように駆動させる工程を説明するための図。
【図１６】実施例における電気特性測定のために、電気測定用端子の側面にプローブを接触させる工程を説明するための図。
【図１７】電気測定用端子を作成しなかった場合の電気特性測定方法を説明するための図
【図１８】電気測定用端子を作成したときとしない時の抵抗成分を示した図。
【図１９】実施例における電気特性測定のために、プローブの底面が平らなプローブを試料に接触させる工程を説明するための図。
【図２０】実施例における電気特性測定のために、測定したい箇所が多数近接している場合や、連続的に測定箇所を変えたい場合における、電気測定用端子作成例を示するための図。
【図２１】実施例における電気特性測定のために、３次元構造を持った電気測定用端子７を作成させる工程を説明するための図。
【符号の説明】
【００９５】
１  プローバ装置
２  試料
３  プローブ
４  電子光学系装置（例えばＳＥＭ）
５  ステージ
６  プローブステージ
７  試料室
８  試料交換室
９  プローブ交換室
１０  プローブ粗寄せ画像取得装置
１１  ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）
１２  ドライポンプ（ＤＰ）
１３  制御装置
１４  ディスプレイ装置
１５  画像表示部
１６  画像表示制御部
１０１  荷電粒子顕微鏡
１０２  デポジション用ガスノズル
１０３  電気測定用プローブ
１０４  試料台
１０５  試料
１０６  電気測定用プローブ駆動機構
１０７  局所蒸着させた電気測定用端子
１０８  電気特性を測定したい部位
１１２  ビア配線
１１３  電気測定用端子７とプローブ３が接触している部位
１１５  プローブ３と電気測定用端子７との接触抵抗Ｒ1
１１６  電気測定用端子７それ自体の抵抗Ｒ2
１１７  電気測定用端子７とビア配線との接触抵抗Ｒ3
１１８  プローブ３とビア配線１２との接触抵抗Ｒ4
１２０  電気測定用端子位置と形状制御部
１２１  電気測定用端子全抵抗計算部
１２２  プローブ三次元位置計測部
１２３  電気測定用端子実行抵抗値計算部
１２４  プローブ駆動制御部
１２５  データ解析部
１２６  電気測定部
１２９  プローブ操作画面
１３０  顕微鏡画面
１３１  顕微鏡のパラメータ操作画面
１３２  顕微鏡で観察されているプローブ
１３３  顕微鏡で観察されている電気測定用端子
１３４  プローブ位置表示部
１３５  電気測定用端子位置表示部
１３６  抵抗値計算表示部
１３７  プローブのｘ座標
１３８  プローブのｙ座標
１３９  プローブのｚ座標
１４０  座標位置統合ボタン
１４１  電気測定用端子のｘ座標
１４２  電気測定用端子のｙ座標
１４３  電気測定用端子の半径
１４４  電気測定用端子の高さ
１４５  プローブの選択部
１４６  電気測定用端子の高さ
１４７  電気測定用端子とプローブの接触高さ
１４８  測定端子全抵抗値
１４９  測定端子実効抵抗値
１５０  電気測定部位を観察する工程
１５１  電気測定用端子作成位置と大きさを設定する工程
１５２  電気測定用端子の高さを設定する工程
１５３  電気測定用端子作成する工程
１５４  プローブ駆動する工程
１５５  プローブを電気測定用端子に接触させる工程
１５６  電気測定する工程
１５７  データ処理する工程
１５８  プローブ駆動する工程
１５９  試料の任意部位に接触する工程
１６０  プローブ駆動する工程
１６１  試料からの高さを計測する工程
１６２  抵抗値計算する工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2008209335.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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