(57)【要約】【課題】デバイスへの荷電粒子ビーム照射による電気的破壊やコンタミネーション層形成を防ぎ、正確な電気的特性を計測できるプローブ接触方法及びプローブ装置を提供すること。【解決手段】事前にプローブの特徴的２点と先端の３点の位置関係と、測定部以外の特徴点の全体画面に対する位置関係を記憶し、これら限定的領域のみの画像を取得し、画像認識で常にそれらを追跡するようにビーム偏向させることにより測定点は固定され、プローブ先端が算出できる。ビーム非照射部には初期に取得した二次電子像またはレイアウト図を表示し、その画面の測定部に向かってプローブを誘導することで目的が達成できる。【選択図】  図１
2004317383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム装置内に設けられたプローブを試料の目標に接触させるプローブ接触方法であって、
荷電粒子ビームを照射して少なくとも前記プローブの先端部と前記目標とを含む全体画像を取得するステップと、
前記プローブ先端部の任意の箇所を指定させるステップと、
前記先端部を除くプローブの任意の箇所を少なくとも２箇所、プローブ限定照射領域として指定させるステップと、
前記プローブ先端部の任意の箇所と前記プローブ限定照射領域との位置関係と、前記目標位置の位置を記憶するステップと、
前記限定照射領域に荷電粒子ビームを照射し二次電子を検出することにより、前記プローブ限定照射領域の現在位置を取得するステップと、
プローブ限定照射領域の現在位置から前記プローブ先端部の現在位置を算出するステップと、
該算出されたプローブの先端部が前記目標位置に一致するようにプローブ移動機構を動作させるステップとを含むことを特徴とするプローブ接触方法。
【請求項２】
請求項１記載のプローブ接触方法において、
前記目標を除く試料上の任意の箇所を少なくとも２箇所、試料限定照射領域として指定させるステップと、
該指定された試料限定照射領域と前記目標位置との位置関係を記憶するステップと、
該試料限定照射領域に荷電粒子ビームを照射して二次電子を検出することにより、前記試料限定照射領域の現在位置を取得するステップと、
試料限定照射領域の現在位置から前記目標位置の現在位置を算出するステップとを含み、
該算出された目標の現在位置と前記算出されたプローブ先端部の現在位置とが一致するように前記プローブ移動機構を動作させることを特徴とするプローブ接触方法。
【請求項３】
請求項１記載のプローブ接触方法において、
前記目標位置を除く試料上の任意の箇所を少なくとも２箇所を試料限定照射領域として指定させるステップと、
該指定された試料限定照射領域と前記目標位置との位置関係を記憶するステップと、
該試料限定照射領域に荷電粒子ビームを照射して二次電子を検出することにより、前記試料限定照射領域の現在位置を取得するステップと、
試料限定照射領域の現在位置から前記目標位置の現在位置を算出するステップとを含み、
前記試料限定照射領域が、上記全体画面の中で常に同じ位置になるように上記荷電粒子ビームを偏向することを特徴とするプローブ接触方法。
【請求項４】
請求項１に記載のプローブ接触方法を用いて配線パターンの形成された半導体素子に対しプローブを接触させるプローブ接触方法であって、
前記全体画像と、該全体画像に対応する配線パターンのレイアウト図面とを重ね合わせて表示する工程とを含み、
前記プローブ先端位置が上記目標位置に一致するようにプローブ移動機構を動作させることを特徴とするプローブ接触方法。
【請求項５】
請求項４に記載のプローブ接触方法において、
前記レイアウト図面上に、前記算出された目標位置と前記プローブ先端位置とを重ね合わせて表示するステップを含むことを特徴とするプローブ接触方法。
【請求項６】
請求項１に記載のプローブ接触方法において、前記プローブを上記目標位置に接触させ、上記プローブから得た電気信号もしくは上記試料の電気特性を表示することを特徴とするプローブ接触方法。
【請求項７】
荷電粒子ビーム照射部と、
被測定試料を保持する試料ステージと、
プローブと、
該プローブを前記試料上の任意の位置へ移動させるためのプローブ移動機構と、
前記プローブ先端部の任意の箇所および該先端部を除くプローブの任意の箇所を少なくとも２箇所、プローブ限定照射領域として指定するための入力手段と、
該入力手段により指定されたプローブ先端部の位置座標とプローブ限定照射領域の位置座標との位置関係と、プローブを移動する目標位置の位置座標とが格納される記憶手段と、
試料に対して照射された荷電粒子ビームにより発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、
前記プローブ限定照射領域に荷電粒子ビームを照射して得られる二次電子画像から前記プローブ限定照射領域の現在位置座標を算出し、該計算されたプローブ限定照射領域の現在位置座標と前記位置関係から前記プローブ先端部の現在位置を算出する情報処理手段と、
該プローブ先端部の現在位置と前記プローブの目標位置とが一致するように前記プローブ移動機構を動作させるプローブ移動制御手段とを有することを特徴とするプローブ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプローブ装置において、
前記記憶手段は、前記入力手段により試料限定照射領域として指定される前記目標位置を除く試料上の少なくとも２箇所の任意箇所の位置座標と前記目標位置の位置座標との位置関係を記憶し、
前記情報処理手段は、前記試料限定照射領域に荷電粒子ビームを照射して得られる二次電子画像上の位置座標と、前記記憶手段に格納された位置関係から前記目標位置の現在座標を算出し、
前記プローブ移動制御手段は、
前記算出されたプローブ先端部の現在位置と前記算出された目標の現在位置とが一致するように前記プローブ移動機構を動作させることを特徴とするプローブ装置。
【請求項９】
請求項７に記載のプローブ装置において、
前記荷電粒子ビームを偏向する偏向器と、
二次電子画像を表示する画像表示手段と、
前記入力手段により試料限定照射領域として指定される前記目標位置を除く試料上の少なくとも２箇所の任意箇所の位置座標が、前記二次電子画像の中で同じ位置になるように前記偏向器に対してフィードバックを掛ける制御回路とを有することを特徴とするプローブ装置。
【請求項１０】
請求項７に記載のプローブ装置において、検出された二次電子画像を表示する画像表示手段を備え、
該画像表示手段には、試料とプローブとを含む全体画像と、前記試料上に形成された配線パターンに対応するレイアウト情報と、前記プローブ先端部の現在位置とプローブを接触させるべき目標位置とが重ねて表示されることを特徴とするプローブ接触装置。
【請求項１１】
試料を載置する試料ステージと、
上記試料ステージを内包する試料室と、
上記試料室内で上記試料に接触するプローブを移動させるプローブ移動機構と、
上記荷電粒子ビームの照射部から発生した二次電子を検出する二次電子検出器と、
上記二次電子検出器からの信号で二次電子画像を表示する画像表示手段と、
上記画像を記憶する記憶手段と、
上記試料の一部と上記プローブの一部の画像から上記荷電粒子ビームの偏向にフィードバックを掛ける制御回路と、
上記二次電子画像を処理する画像処理手段とを有することを特徴とするプローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子ビーム装置内で試料の目標位置にプローブを接触させるプローブ接触方法およびプローブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子素子の特性評価は、プローバ装置または電子ビームテスタ装置を用いて行なわれていた。プローバ装置については従来よく知られており、大気中で光学顕微鏡により観察しながら、検査試料（電子デバイス）の電気特性を測定したい位置にプローブを接触させる方式の評価装置である。光学顕微鏡下でメカニカルなプローブによって計測する従来装置をここではプローバと呼ぶ。このプローバでは電子素子の電流電圧特性等の電気特性を評価することができる。
最近では、微細な半導体デバイス構造に対応するため、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）の試料室内にメカニカルプローブを設置し、微細な電気回路の電位特性を計測する例が特開平９−３２６４２５号公報『不良検査方法および装置』に開示されている。該公報に開示された技術においては、プローブが接触すべき試料表面に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を計測することにより試料表面の電位情報を取得し、該電位情報に基づいてプローブ接触の良／不良を判定している。従来の光学顕微鏡下でのプローバ計測に比べて、プローブが微細回路へ接触したかどうかの判定を高精度に行なうことが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
実際に公知例のような装置を用いると、以下のような別の問題点が顕在化してきた。
ＳＥＭ画像を取得するために電子ビームを試料に対して照射すると、照射電子によってデバイスのゲート絶縁破壊やソース・ドレインのパンチスルーを生じる等、デバイスを破壊する危険性が高い。また、測定環境に残留ガスが存在すると照射領域に例えばハイドロカーボンのようなコンタミネーション層が堆積する。このコンタミネーション層は正確な電気特性評価を阻害し、取得データの信頼性を低下させる。従って、試料破壊防止の観点からは、照射する電子ビームのエネルギを低くし、ビーム電流を極力少なくすることが必要である。例えば、現在のプローバ装置において試料観測に使用されている電子ビームのエネルギとビーム電流は、加速エネルギ５ｋｅＶ，  照射電子ビーム電流５ｐＡ程度である。
しかしながら、ＳＥＭ画像の分解能を高めるためには、電子線の加速エネルギーとビーム電流とはなるべく大きくする必要がある。ところが、昨今の測定すべきデバイスの微細化のために、上記のような低エネルギで低電流のビームでは満足なＳＥＭ画像が取得できなくなってきている。良質なＳＥＭ画像を得るためにエネルギや電流を高めると、繊細なデバイスは電子照射により直ちに電気的破壊（絶縁破壊）を起こす。
デバイス破壊防止の観点から言えば、逆に、電子ビームを試料に全く照射しないことが理想的である。しかし、この場合には、測定箇所が全く見えないため、所望の場所にプローブを移動することができない。このように、デバイスの微細化に伴い、ＳＥＭ内でメカニカルプローブを接触して電気的計測を行うことが困難になってきた。
【０００４】
上述の問題点に鑑み、本発明は、電子やイオンのような荷電粒子ビームの試料への照射によって生じる電気的破壊や、試料表面へのコンタミネーション層の形成、スパッタリングによる試料表面損傷を最低限に抑えつつ、プローブを試料の被検査部位に接触させることができるプローブ接触方法およびプローブ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためには、試料の測定領域に荷電粒子ビームを照射しないことが最善策である。しかしながら、測定領域に荷電粒子ビームを全く照射しないようにすると、（１）接触すべき目標位置が認識できない、（２）プローブ先端が認識できない、という２つの問題が発生する。
そこで本発明では、荷電粒子ビーム装置内でプローブを試料の測定部に接触させるプローブ接触方法において、一回のビーム走査で試料とプローブの位置関係を記憶し、上記プローブの一部領域に限定して荷電粒子ビームを照射し、得た二次電子像からプローブの先端の位置を推定して、推定されたプローブの先端の位置が記憶された試料の目標位置に一致するようにプローブ移動機構を動作させることを特徴とするプローブ接触方法を用いる。
【０００６】
また、試料ドリフトが発生すると、目標位置自体が移動する。そこで、試料の目標位置以外の一部の領域を予め選択しておき、該一部領域と目標位置との位置関係とを予め記憶しておく。荷電粒子ビームは、一部領域にのみ限定して照射し、得られた二次電子像から、目標位置を推定する。推定された目標位置にプローブ先端部を一致させるようにプローブ移動機構を動作させることで、ドリフトにより目標位置が変動しても、プローブを目標位置に接触させることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、荷電粒子ビーム装置内にあるプローブを試料の目標位置に接触させるプローブ接触方法であって、荷電粒子ビームを少なくとも上記プローブの先端部と目標位置を含む領域に照射して得た全体画像において、上記プローブの先端部および、上記プローブの先端部以外の限定照射領域とを指定するステップと、上記全体画像を記憶するステップと、上記の指定した先端部と上記の限定照射領域の位置関係を算出するステップと、記憶した全面画像を表示して、この表示した全体画像に対して、上記の限定照射領域に対するプローブ限定画像及び上記の算出した上記プローブの先端部を重ね合わせて表示するステップと、上記の算出したプローブの先端部が上記目標位置に一致するようにプローブ移動機構を動作させるステップとを含むプローブ接触方法を用いる。
この実施の形態においてキーポイントとなる、プローブ限定照射領域からプローブ先端部を算出する原理について、図２及び３を用いて説明する。図２（ａ）はプローブ３０の先端部と試料３１表面にある目標位置３２を含む領域に照射して得た二次電子による全体画像３３である。目標位置３２を含む白丸印は半導体素子の構成部品で上下配線を連結するプラグで、図２（ａ）はプラグの上面が露出した様子を示し、各プローブ３０が各目標位置３２に移動しようとしている。
ここで、図２（ｂ）のように、この全体画像３３でプローブ３０の先端部３４（試料に接触する部分）と、この先端部以外で荷電粒子ビームが照射されるプローブ限定照射領域３５を指定する。さらに説明を分かり易くするために一本のプローブ３０を拡大して図３に示す。上述のプローブ限定照射領域３５は、プローブ３０の表面にある傷や異物、凹凸など特徴的パターンであると好ましい。このプローブ限定照射領域３５の全体か、もしくはプローブ限定照射領域３５内の特徴的な２点３６Ａ、３６Ｂと先端部４で仮想的な三角形３７を作る。この三角形３７の各頂点の位置関係を記憶しておくと、プローブが移動しても三角形の形状は変わらないため、三角形のうちの２点３６Ａ、３６Ｂ、もしくは、プローブ限定照射領域３５が分かれば、残りの１点（プローブ先端３４）は実際に見なくても推定できる。プローブ限定照射領域３５は、プローブ３０の移動と共に、画像認識によりズレを検知し、ズレを補正するように電子ビームを偏向させ、常に同じプローブ限定照射領域３５に電子ビームが照射されるようにする。
このようにして、プローブ先端を見なくても、プローブ先端位置は推測でき、プローブの動作に合わせてプローブ限定照射領域３５を常時監視しておくことで、プローブ先端位置は明らかになる。また、プローブが複数本ある場合も、同様の作業を行なえばよい。
【０００８】
一方、試料はドリフトするため、リアルタイムの二次電子像を表示することなくプローブ先端を目標位置に誘導することは困難である。そこで、本実施例では次の方法を用いる。図２（ａ）で示した全体画像３１を取得した後、図４のように目標位置３２を定めると同時に、この目標位置３２を含まない領域を選び、試料限定照射領域３８とする。ここで、図４は図面の見易さの観点からプローブ３０を除いて試料３１のみが見えるように示した。この試料限定照射領域３８は、例えば、試料３１の表面にある傷や異物、凹凸など特徴的パターンを含んでいると好ましい。この試料限定照射領域３８の全体か、もしくは試料限定照射領域３８内の特徴的な２点３９Ａ、３９Ｂと目標位置で仮想的な三角形４０を作り、この三角形４０の各頂点の位置関係を記憶しておく。また、試料限定照射領域３８の画像、及び試料限定照射領域３８の全体画像３３に対する位置関係も記憶しておく。試料３１はドリフトにより刻々移動し、試料限定照射領域３８の特徴的形状がズレていく。そこで、予め記憶した試料限定照射領域３８の特徴的形状（例えば、３９Ａ、３９Ｂ）とパターンマッチングで一致するように電子ビームを偏向させる。この時、もとの全体画像３３に対する位置関係も保存されるように偏向領域を定める。このような制御により、試料３１が刻々ドリフトしても、全体画像３３の中の試料限定照射領域３８は常に同じであり、目標位置３２も全体画像３３内で常に同じ位置に存在することになる。
従って、試料限定照射領域３８以外は、電子ビーム照射せず、初期に記憶した全体画面３３（静止画）を表示しておくと、目標位置３２を直接リアルタイムで観察すること無く所望の位置が推定できる。
【０００９】
このように、プローブと試料に対する限定照射領域をリアルタイムで表示することと、それ以外を静止画に置き換えることと、限定照射領域画像を基に電子ビームの偏向を駆使することで、計測領域やプローブ先端を観察することなく、目標位置にプローブを接触させることができる。
【００１０】
以下、具体的な実施形態について説明する。
（実施例１）
本実施例１では、上記目的を実現させるための装置構成例を示し、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いた例について、図１を用いて説明する。
プローブ装置１は電子ビーム照射手段２と、試料３を載置する試料ステージ４と、この試料ステージ４を内包する試料室５には試料３に接触するプローブ６を移動させるプローブ移動機構７を有し、さらに、電子ビーム８の照射によって得られる二次電子９を検出する二次電子検出器１０と、電子ビーム照射領域を画像として表示する画像表示手段１１とを少なくとも有している。試料３はプローブ６と独立に位置移動させるための試料移動機構１２に載置されており、試料移動機構１２はプローブ移動機構７とともに試料ステージ４の上に搭載されている。プローブ移動機構７および試料移動機構１２はそれぞれプローブ移動制御手段７Ａ、試料移動制御手段１２Ａによって繊細な移動ができる。プローブ６を試料４に接触させて、電圧印加や得られる信号の検出、試料からの信号の検出等をテスタ１３によって行なう。電子ビーム制御部１４は、電子源１５、集束レンズ１６、１６’、偏向器１７等を制御し、電子ビーム８を試料４の所望の位置に照射させることができる。計算処理器１８は、試料ステージ４、プローブ移動制御手段７Ａ、試料移動制御手段１２Ａ、電子ビーム制御部１４を制御するとともに、二次電子検出器１０からの信号を受け入れ、テスタ１３への指令やテスタ１３からの情報の管理、画像表示手段１１への表示管理や画像の記憶などを行なう。
ここで、特長的なことは画像認識手段１９を有していることである。これは、実施形態例１で示したように、本発明では計測領域やプローブ先端には極力、荷電粒子ビームを照射せずに、試料の電気的特性を正確に得ることが大きな目標で、これを実現させるために、電子ビームの照射領域を小面積に限定し、その画像を参照画像と比較し、試料の静止性やプローブの移動を監視することができる。
（実施例２）
本実施例２では、実施形態例１で示したプローブ装置を用いて、本発明のうち最も典型的なプローブ接触方法を図５で説明する。図５は、プローブ先端と計測すべきプローブの接触箇所を含む領域を、荷電粒子ビームで検出した場面からプローブが目標位置に接触してプローブが停止するまでの概略流れを示したフローチャートである。
【００１１】
ステップ１０１では、まず、プローブ先端とプローブが接触すべき目標位置を含む領域を、荷電粒子ビーム走査によって照射部から放出される二次粒子（例えば二次電子）を検出器で捉え、画像化する。ここではビームによって走査されるこの領域を全体領域と呼び、画像化された全体領域を全体画像と呼ぶことにする。荷電粒子ビームが照射する全体領域や画像化した全体画像はビームの走査範囲（観察倍率）によって異なり、走査範囲が広い（観察倍率が小さい）場合、プローブと試料の位置関係が明確になるが、目標位置への接触の正確性が劣り、ビーム走査範囲が狭い（観察倍率が大きい）と、プローブを目標位置に予め接近させておかなければならない。従って、計測領域にもよるが、荷電粒子ビームの走査範囲の一辺は、凡そ数μｍから数１０μｍ平方である。また、用いるプローブ数は、測定内容によって異なり、例えば、１本から８本程度である。複数本用いる場合、全てのプローブ先端と、対応する接触部の全てを上記の全体画像に入れる。
【００１２】
ステップ１０２では、ディスプレイの全体画像を見ながら、プローブ先端と接触目標位置を指定する。指定方法は、マウスでディスプレイ中のポインタを動かして希望の位置をクリックしても良いし、ディスプレイ面から直接入力できる装置であればディスプレイ面から指定しても良い。
ステップ１０３では、プローブの移動を追跡監視するための荷電粒子ビーム照射領域であるプローブ限定画像取得領域を指定する。この時、プローブ先端部は避け、プローブ面にある傷や異物など特徴的なパターンを含めるようにする。プローブは先端に至るほど細くなっているため、例えば、プローブ面の１μｍ平方の領域を選択する。これもマウスなど入力手段を使って指定する。
【００１３】
ステップ１０４では、ステップ１０２で指定したプローブ先端部と、ステップ１０３で指定したプローブ限定画像との位置関係を計算処理装置に記憶させる。これは、ステップ１０３が完了し次第、計算処理装置が自動的に記憶作業を行なうようにプログラムさせておく。プローブ先端部とプローブ限定画像との位置関係は、一意的に定まり、例えばプローブ限定画像内の特徴的２点とプローブ先端位置の合計３点で三角形を形成させ、それぞれの間隔を一旦決めると、プローブが移動してもこの３点の関係は変わらないし、プローブが例え回転運動を起こしても不変である。従って、プローブ限定領域を常に監視していることで、プローブ先端を直接見ることをしなくても、先端部を算出することができる。
【００１４】
ステップ１０５では、試料面上でプローブが接触する部分を含まない特徴的な領域を指定する。これは、試料もしくは試料ステージのドリフトを補正するために行なうもので、指定した領域が常に全体画像の決められた位置に固定されるように荷電粒子ビームにフィードバックを掛けるための基準画像である。従って、試料限定画像領域は、測定領域から離れ、プローブに邪魔されない一角で、試料面にある傷や異物など特徴的なパターンを含めるようにする。
【００１５】
ステップ１０６では、ステップ１０２で指定した接触目標位置と、ステップ１０５で指定した試料限定画像との位置関係を計算処理装置に記憶させる。これは、ステップ１０５が完了し次第、計算処理装置が自動的に記憶作業を行なうようにプログラムさせておく。接触目標位置と試料限定画像との位置関係は、一意的に定まり、例えば試料限定画像内の特徴的２点と接触目標位置の合計３点で三角形を形成させ、それぞれの間隔を一旦決めると、試料がドリフト移動してもこの３点の関係は変わらないし、試料が例え回転運動を起こしても不変である。また、接触目標位置と試料限定画像領域の全体画面中の位置関係も同時に記憶しておくと、試料限定領域を常に監視し、指定した領域が常に全体画像の決められた位置に固定されるように荷電粒子ビームにフィードバックを掛けることで、接触目標位置を直接見ることをしなくても、接触目標位置は算出され、常に固定されていることになる。具体的には、電子ビーム制御部１４により偏向器１７の制御信号に対してフィードバックをかけ、試料へ照射される荷電粒子ビームの位置を調整する。
【００１６】
ステップ１０７では、ステップ１０６完了時の全面画像を計算処理装置に記憶させる。これも、ステップ１０５が完了し次第、自動的に行なわせる。ステップ１０２からステップ１０５までのオペレータによる一連の作業は１０秒程度で済むため、ステップ１０１で取得した画像とステップ１０５後の画像で誤差は殆どなく、ステップ１０１の画像を記憶してもよい。記憶した全体画像を再度、表示画面上に静止画表示し、これ以降、計測開始時まで、荷電粒子ビームはステップ１０１の全体領域を走査せず、プローブ限定領域と試料限定領域のみにビーム走査される。
ステップ１０８では、表示画面上では全体画像（静止画）中にプローブ限定領域と試料限定領域のみがリアルタイムの二次電子像が重なって表示される。ステップ１０７とステップ１０８の作業は計算処理器が行ない、殆ど同時に表示画面上に表示されるため、オペレータには時間差は感じられない。
ステップ１０９では、ステップ１０７での表示画像に、更にプローブ先端部と、接触目標位置を・記号や○記号で重畳表示させる。接触目標位置の記号は、試料限定画像のモニタと荷電粒子ビーム偏向へのフィードバックにより、殆ど停止状態であるが、プローブ先端部を示す記号は、プローブ移動に伴い移動して表示される。ステップ１１０では、プローブを接触目標位置に向かって（ＸＹ面内）移動させる。移動は、表示画面を見てプローブ先端部に注目しながらプローブ駆動機構に繋がるコントローラで操作する方式や、プローブ先端位置から接触目標位置に向かうベクトルとプローブ駆動機構の移動性能を考慮して計算処理器に演算させて自動的に移動させる方式など考えられるが、好ましい方式を選択すればよい。プローブ先端の表示位置は、リアルタイムのプローブ限定画像と予め記憶しておいた限定画像と先端部との位置関係を維持するように算出して表示されるため、プローブの移動と共にほぼリアルタイムで移動して表示される。
ステップ１１０では、ステップ１０９でプローブ先端を示す記号と接触目標位置を示す記号が一致するまでプローブ移動させる。
ステップ１１０では、プローブ先端を示す記号と接触目標位置を示す記号が一致した時、プローブ移動を停止させる。プローブ駆動機構に繋がるコントローラから停止命令を出しても良いし、予め両者が一致した時、自動的にプローブ駆動機構が停止するようプログラムしておいても良い。
このようにしてＸＹ面内のプローブ移動は停止する。続いて、Ｚ方向にプローブを降下させ試料に接触させて、プローブ先端の計測目標位置への移動から停止まで完了する。
なお、全体画像の取得からプローブの目標位置への接触までの間、観察倍率を維持しておくことが好ましい。倍率の変更によって自動的に、試料限定領域およびプローブ限定領域へのビーム走査も連動しておればこの限りではない。
【００１７】
図５で説明したステップ１０６、ステップ１０７の試料ドリフトを補正する流れについて、図６のフローチャートを用いて詳述する。
図５のステップ１０６において試料限定画像を取得した。図６のステップ１２１はステップ１０６の一部を示しており、取得した画像情報は、事前に選択した全体画像に対する位置関係と、計測目標位置との位置関係を計算処理器に記憶する。プローブが移動している間、同時に試料限定画像も取得する。
【００１８】
ステップ１２２において、事前に記憶しておいた全体画像における試料限定画像の位置付けを比較する。
【００１９】
ステップ１２３において、全体画像とステップ１２１で取得した試料限定画像との位置ズレを定量的に比較する。このズレ量が予め定めておいた許容範囲内にあれば、荷電粒子ビームの制御系には信号を発信せず、定められている次の試料限定画像取得時期まで待機状態とする。次の取得時刻になれば、ステップ１２１にもどり、上述したステップを進める。一方、ステップ１２３のズレ評価で、予め定めておいた許容範囲外にあればそのズレ情報を計算処理器に送り、計算処理器は荷電粒子ビーム制御系にビーム偏向量に相当する偏向電圧の重畳を指令する。つまり、荷電粒子ビームで全体画像の取得領域が初期の設定領域を同じになるように荷電粒子ビームを偏向させる（ステップ１２４）。
【００２０】
このような作業によって、プローブを接触させるべき目標位置は全体画像の中で、常に同じ位置にあり、接触目標位置を直接見ることなく位置を特定することができ、プローブ操作中に余分に荷電粒子ビームを照射することが無くなる。これにより、荷電粒子ビームが電子ビームの場合は、試料表面に計測の邪魔になるコンタミネーション層を形成させることはなく、イオンビームの場合は、試料をスパッタによって損傷させることが無くなる。
【００２１】
次に、図３で説明したプローブ移動について、図７のフローチャートを用いて更に説明する。
ステップ１３１（図３のステップ１０８に対応）においてプローブ限定画像Ａを取得した後、プローブを目標位置に向かって移動させる（ステップ１３２）。直ちにプローブ限定画像を取得する。プローブ移動速度が、荷電粒子ビームの走査速度より極端に早いと、限定画面Ｂの取得の際、限定画面Ａと全く異なるため、画像Ａと画像Ｂのズレ比較が全くできなくなるので、ビーム速度と画像取得間隔、ビーム走査速度を適度に設定することで、画像Ａと画像Ｂの僅かなズレ比較ができる（ステップ１３４）。
【００２２】
ステップ１３５では、プローブ移動前後の画像Ａ，Ｂのズレ量をＸ，Ｙ方向に定量値を算出し、この量を事前設定した許容範囲と比較する。ズレ量が許容範囲内の場合、ステップ１３２に戻りプローブ移動を継続させる。許容範囲外の場合、ステップ１３６  に移り、ズレ量を無くすように荷電粒子ビームを偏向させる。ビーム偏向後、ステップ１３１に戻り、限定画像Ａを取得するといった作業を繰り返す。
【００２３】
このようなステップの繰り返しによって、プローブの移動を監視することができる。
【００２４】
次に、図３で説明したフローのうち、プローブが停止するタイミングについて図８のフローチャートを用いて説明する。
【００２５】
ステップ１４１においては、プローブがＸＹ（試料面に平行）に移動している。これは図５のステップ１１０に対応する。
ステップ１４２において、移動の途中、初期に指定した時間間隔でプローブ限定画像Ｃを取得する。
ステップ１４３では、ステップ１４２で取得したプローブ限定画像Ｃと予め記憶しておいたプローブ先端部との位置関係から、プローブ先端部を算出する。
ステップ１４４では、ステップ１４３で算出したプローブ先端部を記号等で画像表示手段に表示する。これらステップ１４１からステップ１４４までは連続して計算処理器内で瞬時に行うため、オペレータにとってはプローブ先端部を示す記号が連続移動するように見える。
ステップ１４５では、ステップ１４４で算出したプローブ先端部と接触目標位置を比較し、両者の間隔と方向を計算処理する。
ステップ１４６では、算出した間隔が予め定めた許容範囲にあるか、否かを評価する。プラグへの接触の場合、通常、許容範囲は０．１μｍ以下に設定される。許容範囲外の場合、再度、ステップ１４１に戻り、プローブ移動を継続させる。両者の間隔が許容範囲内ならステップ１４７に移行し、プローブを停止させる。これによって、プローブのＸＹ移動が完了する。
【００２６】
次に、ステップ１４８に移り、プローブをＺ方向（試料面に垂直に、試料に接近する向き）に移動を開始する。試料への接近移動はプローブの試料への衝突の危険があるため、微動モードで接近させる。
ステップ１４９で、プローブと試料との接触検知を行なう。接触検知はプローブに若干の電位を印加しておき、接触によって電位が変化することを利用して行なう。接触の検出信号はすぐに計算処理器で受信し、プローブ駆動機構に停止命令を下す。
ステップ１５０において、Ｚ方向移動も停止させる。
このような一連のステップにより、プローブが目標に向かって移動し停止するまでの工程を、プローブ先端や、目標位置をリアルタイムで観察することなく実行することができる。
（実施例３）
本実施例３は、プローブ接触をより正確に行なうための方法である。上述の実施例では全体画像として最初に記憶した二次電子画像（静止画）を表示していた。試料表面が複雑なパターンの場合、目標位置を指定する時に見誤る危険性が高い。そこで、この誤りを防ぐために、本実施例では最初に取り込んだ二次電子像にレイアウト図を重ね表示した。
【００２７】
図９は、作業流れを明確にするためのフローチャートで、特に、図３に示した一連のフローのうち、初期に記憶したプローブ先端と接触目標位置を含む全体画像（静止画）を表示するステップ１０７以降を示している。
【００２８】
ステップ１６１では、ステップ１０７で表示した全体画像に対応するレイアウト図を重畳して表示する。二次電子像による表面情報ばかりでなく、下層の情報も表示できるため、プローブ接触部の判断に間違いを犯す危険性が大きく減少する。
【００２９】
ステップ１０８で、実際に電子ビームが照射され画像として得られるプローブ限定画像と試料限定画像を表示する。
ステップ１０９で、プローブ先端位置と接触目標位置を記号化して表示する。
これらステップ１０７、１６１、１０８、１０９、１１０により、図１０に示すような画面が表示される。図１０において、全体画面３３は、二次電子像５０とレイアウト図５１とが重なって表示され、記号化されたプローブ先端部５２と目標位置５３、さらにリアルタイムの二次電子像であるプローブ限定画像５４と試料限定画像５５が重畳された画面である。
【００３０】
ステップ１１０では、前ステップで表示された画面を基に、プローブを目標位置に移動させる。オペレータは、図１０の画面に向かって「プローブ」を操作するのではなく、画面上の記号化された先端部（●印）を記号化された目標位置（■印）に一致させる作業に単純化される。
【００３１】
また、例えばプローブ５６の移動前後の表示のされ方は、移動前の記号化されたプローブ先端５２Ａとプローブ限定画像５４Ａは、二次電子画像のプローブ５６上に配置されているが、プローブ駆動装置の操作により画面右上に移動した時、記号化されたプローブ先端５２Ｂとプローブ限定画像５４Ｂはプローブ５６から離れる。しかし、オペレータはプローブ全体形状には興味がなく、プローブ先端を目標位置に接触させることが目的であるため、図１０のように記号化された先端部のみが分離しても、違和感が無く、操作上問題はない。
このように、算出され記号化されたプローブ先端を記号化された目標位置に一致させるように、作業を単純化にさせることで、オペレータに余分な精神的緊張を与えることが無くなる。
（実施例４）
本実施例は、実施例３を更に発展させて、限定的にもリアルタイムの二次電子像を示さない方法である。つまり、完全に図形化された画面上で、プローブ先端部を目標位置に一致させる作業を行なう。プローブや試料といった実態は装置の試料室内にあり、この試料に実際にプローブが所望の位置に接触し、電気特性を取得できるが、このような作業をすべてブラックボックス化し、オペレータが接するのは、二次電子画像情報を基にした試料のレイアウト図と、目標位置を示す記号と、記号化プローブ先端部を示す記号である。本実施例での「レイアウト図」とは、被検査試料として配線パターンが形成された半導体素子を用いた場合の配線パターン図のことである。これまで、限定照射による二次電子像を画像解析により注目領域を追跡し、電子ビーム偏向のフィードバックを掛けていた作業を全て計算処理器内で行ない、すべての二次電子像表示を排除したことが特長である。
【００３２】
図１１で作業フローを示す。ステップ１０６、１０９、１１０は、上述したとおりであるが、記憶した全体画像の表示（ステップ１０７）、プローブの限定画像と試料限定画像の表示（ステップ１０８）が無く、リアルタイム像、静止画像に関わり無く、二次電子像の表示をせず、簡略化された記号やパターンのみの表示でプロープ移動、さらには計測まで行なう。
【００３３】
図１２（ａ）が測定時の画面表示例である。試料表面形状に相当する部分はレイアウト図６０に置き換え、目標位置６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは認識符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと共に記され、プローブ先端６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄは認識符号Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚと共に単純化した記号で示されている。また、例えば、プローブ先端Ｚの目標位置がＤと登録すれば、ＺからＤに向かう矢印６３が表示され、プローブの接触位置を誤認することはない。
【００３４】
さらには、図１２（ｂ）のように、同じ画面上に、４本のプローブで測定した結果を掲載することもできる。例えば、ゲート電極へＣから２．５Ｖ印加した時のＡＢ間の電流は、と入力すると、実測定結果の５Ｅ−８Ａが出力される結果表示欄６４を設けた。数値結果だけでなく、特性グラフも出力できる。
【００３５】
このような実施例により、試料への電子ビームの余分な照射が軽減でき試料は電気的破壊を起こすことが無くなった。また、二次電子像の誤解釈が無くなり、確実な計測が行なえるようになった。
【００３６】
なお、上述の実施例では逐一説明しなかったが、プローブを試料の目標位置に接触させ、計測を開始する際には、荷電粒子ビームの照射を停止させる。これは、計測する信号が微弱なため、荷電粒子ビーム照射によって、正確な信号が計測できないためである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によるプローブ接触方法およびプローブ装置によって、電子やイオンのような荷電粒子ビームの試料への照射によって生じる電気的破壊や、試料表面へのコンタミネーション層の形成、スパッタリングによる試料表面損傷を起こすことなく、プローブを試料の被検査部位に位置合わせすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプローブ装置の一実施例を説明するための全体概略構成図である。
【図２】本発明によるプローブ接触方法を説明するための図で、特に（ａ）はプローブと接触すべき目標位置を説明するための図、（ｂ）は、プローブ限定照射領域を説明するための図である。
【図３】本発明によるプローブ接触方法を説明するための図で、特にプローブ先端にビーム照射させることなくプローブ先端を特定する方法を説明するための図である。
【図４】本発明によるプローブ接触方法を説明するための図で、特に試料ドリフトを補正する方法を説明するための図である。
【図５】本発明によるプローブ接触方法の実施例のうち、特にプローブを目標位置に至らせる流れを説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明によるプローブ接触方法の実施例のうち、特に試料のドリフトを補正するフローを示したチャートである。
【図７】本発明によるプローブ接触方法の実施例のうち、特にプローブを目標位置で停止させることを説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明によるプローブ接触方法の実施例のうち、特にプローブ限定画像を連続的に得る方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明によるプローブ接触方法の実施例のうち、特に二次電子画像にレイアウト図を重ね表示した画面でプローブ操作する手順を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明によるプローブ接触方法の実施例のうち、特に二次電子画像にレイアウト図を重ね表示した画面でプローブ操作する例を説明するための図である。
【図１１】本発明によるプローブ接触方法の実施例のうち、特にレイアウト図のみを表示した画面でプローブ操作する手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明によるプローブ接触方法の実施例のうち、特に（ａ）はレイアウト図のみを表示した画面でプローブ操作する例を説明するための図で、（ｂ）は測定結果を同じ画面に示した例を説明する図である。
【符号の説明】
１…プローブ装置、２…電子ビーム照射手段、３…試料、４…試料ステージ、５…試料室、６…プローブ、７…プローブ移動機構、８…電子ビーム、９…二次電子、１０…二次電子検出器、１１…画像表示手段、１２…試料移動機構、１３…テスタ、１４…電子ビーム制御部、１５…電子源、１６、１６’…集束レンズ、１７…偏向器、１８…計算処理器、１９…画像認識手段、３０…プローブ、３１…先端部、３２…限定照射領域。
【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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