(57)【要約】【課題】探針の微細な制御を正確に簡単に行なうことができる走査電子顕微鏡を用いた検査方法および装置をを実現する。【解決手段】試料４の所定位置にマニピュレータ１８ａの探針２０ａを接触させるためには、ステージ１６の移動とマニピュレータ１８ａによって移動させるＺ方向の距離があらかじめ分かっていなければならない。このため、試料４の表面位置とマニピュレータ１８ａの探針２０ａの位置との間のＺ方向の距離を測定する必要がある。このＺ方向の距離の測定のためにオートフォーカス技術が用いられる。すなわち、視野に対応して電子ビームの２次元走査を行う。この電子ビームの２次元走査を行いながら、コンピュータ８は駆動回路１０を制御し、対物レンズ３の励磁強度を僅かにステップ状に変化させる。電子ビームの２次元走査により検出された２次電子信号に基づき試料表面の位置と探針のＺ方向の位置とが判明する。【選択図】　　　図１
2004108979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査電子顕微鏡の試料室内に先端が探針とされたマニピュレータを配置し、探針を試料の所定部分に接触させ、探針を介して試料に電位等を与え、試料に設けられた任意の回路の２次電子像等を取得して、試料に設けられた回路の検査を行なうようにした走査電子顕微鏡を用いた検査方法において、電子ビームのフォーカス状態をステップ状に変化させ、各ステップ状のフォーカス状態において、試料に接近して配置された探針を含む視野で電子ビームの２次元走査を行ない、この電子ビームの２次元走査に基づいて発生した信号を検出し、所定のステップ状のフォーカス範囲において得られた複数の検出信号の中の２種のピークを認識し、この２種のピークが得られた時のフォーカス状態に基づき試料面と探針との間の距離を求め、この求められた距離に応じて試料と探針を相対的に移動させるようにした走査電子顕微鏡を用いた検査方法。
【請求項２】
所定のステップ状のフォーカス範囲において得られた複数の検出信号の中の２種のピークを認識し、この２種のピークが得られた時のフォーカス状態に基づき試料面と探針との間の距離を求め、この求められた距離に応じて試料を探針に近づけるように移動させ、試料面と探針との間の距離が所定の値以下となった場合、試料の移動を停止し、マニピュレータによって探針を試料に接触するように移動させるようにした請求項１記載の走査電子顕微鏡を用いた検査方法。
【請求項３】
電子ビームのフォーカス状態を対物レンズの励磁強度を変えることによってステップ状に変化させ、各ステップ状のフォーカス状態において、試料に接近して配置された探針を含む視野で電子ビームの２次元走査を行ない、この電子ビームの２次元走査に基づいて発生した信号を検出し、所定のステップ状のフォーカス範囲において得られた複数の検出信号の中の２種のピークを認識し、この２種のピークが得られた時のフォーカス状態に基づき試料面と探針との間の距離を求めるコースサーチを行ない、このコースサーチによって求められた距離に応じて試料を移動させ、試料の移動後に電子ビームのフォーカス状態を対物レンズの補助コイルの励磁強度を変えることによってステップ状に変化させ、各ステップ状のフォーカス状態において、試料に接近して配置された探針を含む視野で電子ビームの２次元走査を行ない、この電子ビームの２次元走査に基づいて発生した信号を検出し、所定のステップ状のフォーカス範囲において得られた複数の検出信号の中の２種のピークを認識し、この２種のピークが得られた時のフォーカス状態に基づき試料面と探針との間の距離を求めるミディアムサーチを行ない、このミディアムサーチによって求められた距離に応じて試料を移動させ、移動後の試料面と探針との間の距離が所定の値以下となった場合、試料の移動を停止して、マニピュレータによって探針を試料に接触するように移動させるようにし、移動後の試料面と探針との間の距離が所定の値以上であった場合は、再度ミディアムサーチを行なうようにした請求項１〜２記載の走査電子顕微鏡を用いた検査方法。
【請求項４】
マニピュレータはピエゾチューブとピエゾチューブの内部に挿入された探針よりなり、ピエゾチューブに電圧を印加するようにした請求項１〜２記載の走査電子顕微鏡を用いた検査方法。
【請求項５】
マニピュレータの租動は、ピエゾチューブに鋸歯状波形の電圧を印加するようにした請求項４記載の走査電子顕微鏡を用いた検査方法。
【請求項６】
マニピュレータの微動は、ピエゾチューブに定電圧を印加した状態から印加電圧を急峻に降下させるようにした請求項４記載の走査電子顕微鏡を用いた検査方法。
【請求項７】
走査電子顕微鏡の試料室内に先端が探針とされたマニピュレータを配置し、探針を試料の所定部分に接触させ、探針を介して試料に電位等を与え、試料に設けられた任意の回路の２次電子像等を取得して、試料に設けられた回路の検査を行なうようにした走査電子顕微鏡を用いた検査装置において、電子ビームのフォーカス状態を変化させることができる対物レンズと、対物レンズにステップ状に変化する励磁電流を供給する手段と、各ステップ状のフォーカス状態において、試料に接近して配置された探針を含む視野で電子ビームの２次元走査を行なうための電子ビームの２次元走査手段と、この電子ビームの２次元走査に基づいて発生した信号を検出する検出器と、所定のステップ状のフォーカス範囲において得られた複数の検出信号の中の２種のピークを認識するためのピークサーチ手段と、この２種のピークが得られた時のフォーカス状態に基づき試料面と探針との間の距離を求めるための手段と、この求められた距離に応じて試料と探針を相対的に移動させる移動手段とを備えた走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【請求項８】
走査電子顕微鏡の試料室内に先端が探針とされたマニピュレータを配置し、探針を試料の所定部分に接触させ、探針を介して試料に電位等を与え、試料に設けられた任意の回路の２次電子像等を取得して、試料に設けられた回路の検査を行なうようにした走査電子顕微鏡を用いた検査装置において、電子ビームのフォーカス状態を変化させることができる電子レンズと、この電子レンズにステップ状に変化する励磁電流を供給する手段と、各ステップ状のフォーカス状態において、試料に接近して配置された探針を含む視野で電子ビームの２次元走査を行なうための電子ビームの２次元走査手段と、この電子ビームの２次元走査に基づいて発生した信号を検出する検出器と、所定のステップ状のフォーカス範囲において得られた複数の検出信号の中の２種のピークを認識するためのピークサーチ手段と、この２種のピークが得られた時のフォーカス状態に基づき試料面と探針との間の距離を求めるための手段と、この求められた距離に応じて試料を探針に近づけるように移動させるための試料移動ステージと、試料面と探針との間の距離が所定の値以下となった場合、試料ステージの移動を停止する手段と、マニピュレータによって探針を試料に接触するように移動させるための手段とを備えた走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【請求項９】
電子ビームのフォーカス状態を変化させることができる電子レンズとして対物レンズと対物レンズ補助コイルが用意されており、最初の試料面と探針との間の距離を求める際には、対物レンズの励磁強度がステップ状に変化させられ、この求められた距離に応じて試料ステージが駆動された後、２回目の試料面と探針との間の距離を求める際には、補助コイルの励磁強度がステップ状に変化させられ、２回目に求められた試料面と探針との間の距離とあらかじめ定められた閾値とを比較する手段と、求められた距離が閾値以上の場合には試料ステージを移動させ、その後再度補助コイルの励磁強度をステップ状に変化させることによって試料面と探針との間の距離を求め、求められた距離が閾値以下の場合にはマニピュレータを駆動して探針を試料上の目的位置まで移動させるように構成した請求項７〜８記載の走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【請求項１０】
マニピュレータはピエゾチューブとピエゾチューブの内部に挿入された探針よりなり、ピエゾチューブに電圧を印加するようにした請求項７〜９記載の走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【請求項１１】
マニピュレータの租動は、ピエゾチューブに鋸歯状波形の電圧を印加するようにした請求項１０記載の走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【請求項１２】
マニピュレータの微動は、ピエゾチューブに定電圧を印加した状態から印加電圧を急峻に降下させるようにした請求項１０記載の走査電子顕微鏡を用いた検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料として半導体デバイスを用い、この半導体デバイスの任意の回路に探針を接触させ、該任意の回路を電気的にＯＮし、ボルテージコントラスト（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒａｓｔ）像を取得して回路の検査を行なうようにした走査電子顕微鏡を用いた検査方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査電子顕微鏡では、高い倍率で試料の表面構造の状態の観察や、試料の微小部分の組成分析を行うことができ、広い産業分野で研究や検査目的で使用されている。この走査電子顕微鏡を用いた検査として、走査電子顕微鏡をテスターとして用いる場合がある。
【０００３】
このテスターとしての走査電子顕微鏡では、検査試料として主として半導体デバイスが用いられる。この半導体デバイスを平面方向であるＸ，Ｙ方向とＸ，Ｙ方向に垂直なＺ方向に移動可能な試料ステージ上に載置する。この試料ステージは、真空に排気された試料室内に設けられ、コンピュータの制御によってＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能に構成されている。
【０００４】
更に試料室内には、微小な距離でも正確に移動できる探針が先端に取りつけられたマニピュレータが設けられている。この探針には、試料室の外側から所望の電圧が印加できるように構成されている。この探針と試料である半導体デバイスとを相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させ、半導体デバイス内の任意の回路に探針を接触させ、該任意の回路を電気的に動作させる。
【０００５】
この任意の回路を動作させた状態で該回路領域で電子ビームを２次元的に走査する。この２次元走査により、試料から発生した２次電子を検出し、検出信号を映像信号として電子ビームの走査に同期した陰極線管に供給すれば、ボルテージコントラスト（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒａｓｔ）像が得られ、動作させた回路が正常か異常かの検査を行なうことができる。このような動作試験やデバイスの不良解析を行なう装置として走査電子顕微鏡が用いられる（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００―１４７０７０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した探針（プローバ）を用いた検査は、従来はサブミリミクロンサイズの試料に対する検査を行なうために開発された。したがって、オペレータは、探針を含む低倍率の像を観察しながら、探針の操作（移動）を行ない、探針を所望の位置の試料部分に接触させることが可能であった。
【０００８】
しかしながら、現在では、探針を走査（移動）させる技術は、探針が先端に取りつけられたマニピュレータの技術の進歩により、探針をサブミクロンあるいはサブナノメートルにおよぶ微細な動作や制御が可能となった。そのため、オペレータの経験による手動での探針の操作は困難となっている。また、試料ステージのＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動だけによる、試料と探針との間の相対的な位置制御では機械的な移動によるため、位置合わせの精度が粗すぎる。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、探針の微細な制御を正確に簡単に行なうことができる走査電子顕微鏡を用いた検査方法および装置を実現するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく走査電子顕微鏡を用いた検査方法は、電子ビームのフォーカス状態をステップ状に変化させ、各ステップ状のフォーカス状態において、試料に接近して配置された探針を含む視野で電子ビームの２次元走査を行ない、この電子ビームの２次元走査に基づいて発生した信号を検出し、所定のステップ状のフォーカス範囲において得られた複数の検出信号の中の２種のピークを認識し、この２種のピークが得られた時のフォーカス状態に基づき試料面と探針との間の距離を求めるようにしたことを特徴としている。このような本発明では、試料面と探針との間の距離を正確に求めることができる。
【００１１】
また、本発明では、試料面と探針との間の距離を正確に求め、距離が大きい場合には、試料ステージを駆動して試料を探針に近づけるようにし、該距離が小さい場合には、マニピュレータにより探針を試料の目的とする位置に移動させる。その結果、試料面と探針との間の距離が大きい場合には、比較的精度が低い試料ステージの移動により短時間に所定の距離試料面を探針に近づけることができ、試料面と探針との間の距離が小さくなった場合には、比較的精度が高いマニピュレータにより、探針を試料に近づけることができる。その結果、短時間に正確に探針を試料の目的位置にまで移動させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明では、試料と探針との間の距離を求めるに当たり、最初は対物レンズの励磁強度をステップ状に変化させるコースサーチを行ない、２回目は対物レンズの補助コイルの励磁強度をステップ状に変化させるミディアムサーチを行ない、最初は比較的粗い精度で該距離を求め、試料ステージの移動により試料を探針に近づけるように構成し、２回目は、対物レンズの補助コイルの励磁強度をステップ状に変化させるミディアムサーチを行なうことによって、励磁強度のステップ幅を狭くすることにより高い精度で試料と探針との間の距離を求めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図を参照して詳述する。図１は本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示しており、１は電子銃である。電子銃１から発生し加速された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２と対物レンズ３によって試料４上に照射される。対物レンズ３の上段には、電子ビームＥＢを試料４上で２次元的に走査するための偏向コイル５が設けられている。また、対物レンズ３の内側には、補助コイル６が設けられている。
【００１４】
偏向コイル５には、バス７を介してコンピュータ８によって制御される走査回路９からの走査信号が供給される。対物レンズ３には、コンピュータ８によって制御される対物レンズ駆動回路１０より励磁電流が供給される。また、補助コイル６には、コンピュータ８によって制御される補助コイル駆動回路１１より励磁電流が供給される。
【００１５】
試料４への電子ビームＥＢの照射によって２次電子ｅが発生するが、発生した２次電子は、検出器１２によって検出される。検出器１２の検出信号は、ＡＤ変換器１３によってディジタル信号に変換された後、メモリー１４に供給されて記憶される。メモリー１４には、後ほど詳細に説明するが、多数枚の画像データが記憶されており、メモリー１４に記憶された画像データからピークサーチ回路１５は、ピーク位置を見出す。ピークサーチ回路１５によって見出されたピーク位置のデータは、コンピュータ８に供給される。
【００１６】
試料４は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の移動と、回転（Ｒ）動、傾斜（Ｔ）動が可能な試料ステージ１６上に載置されている。この試料ステージ１６の駆動は、コンピュータ８の制御の下で駆動回路１７によって行なわれる。試料４の上部には、一対のマニピュレータ１８ａ，１８ｂが配置されている。このマニピュレータ１８ａ，１８ｂは、ピエゾ素子よりなる駆動部１９ａ，１９ｂとこの駆動部の先端に設けられた探針２０ａ，２０ｂより構成されている。このマニピュレータ１８ａ，１８ｂの駆動はコンピュータ８の制御の下で駆動回路２１によって行なわれる。
【００１７】
コンピュータ８は、ピークサーチ回路１５によって見出されたピーク位置からマニピュレータ１８と試料４表面の間の距離を特定し、比較回路２２において、メモリー２３に設定してある試料ステージ駆動による位置合わせからマニピュレータ１８による位置合わせへ切り換える距離とを比較する。
【００１８】
マニピュレータ駆動変換回路２４は、ピークサーチ回路１５によって得られた２点のピーク位置情報に基づいて、マニピュレータ１８と試料間距離をマニピュレータ移動範囲に変換し、コンピュータ８に供給する。なお、バスライン７には、キーボード２５，マウス２６、操作パネル２７が接続されており、更に、陰極線管や液晶パネルのごときディスプレイ２８が接続されている。このような構成の動作を次に説明する。
【００１９】
まず試料４が試料ステージ１６上に載置され、その上部には一対のマニピュレータ１８ａ，１８ｂが配置される。初期状態において、電子ビームＥＢは所定の倍率となるように２次元走査されるが、この視野内には、マニピュレータ１８と試料４の所定の領域が表示されている。図２（ａ）はこの初期状態におけるディスプレイ２８の表示画面を示しており、マニピュレータ１８ａに取り付けられた探針２０ａと、試料である半導体デバイスの配線３０が表示されている。ここで、図２（ｂ）に示した操作パネル上のイニシャライズボタンを押すと、マニピュレータ１８ａは所定の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に移動する。
【００２０】
このようなイニシャライズ動作が終了した後、マニピュレータ１８と試料位置との相対座標系の定義がなされる。図３（ａ）は、イニシャライズ動作後のマニピュレータ位置（画面中心）を原点にとり、試料の目的地（×点）の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表示する。または、図３（ｂ）に示すように、試料の目的位置（×点）を原点にとり、マニピュレータ位置を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標で表示する。
【００２１】
ここで、ディスプレイ２８上に表示されたマニピュレータ１８ａ（探針２０ａ）の画面上における動作速度（動作ステップ）が倍率に依存せず、ディスプレイ上では常に一定となるように制御される。実際には、倍率が高い場合には、その倍率にリンクしてマニピュレータの動作速度が遅くされ、一方、倍率が低い場合には、その倍率にリンクしてマニピュレータの動作速度が相対的に速くされる。このような倍率にリンクしたマニピュレータの動作速度の設定は、コンピュータ８により、マニピュレータの駆動回路２１を制御することによって実行される。
【００２２】
次に、マニピュレータ１８ａの先端の探針２０ａを試料の特定位置に接触させなければならない。この場合、試料のＺ方向の位置とマニピュレータ１８ａ（探針２０ａ）のＺ方向とを相対的に移動させなければならない。この移動にあたっては、試料表面位置と探針２０ａとの間の距離に応じて、試料４のＺ方向位置をステージの移動によって行うか、マニピュレータ１８ａをＺ方向に移動させるかが決められる。
【００２３】
すなわち、試料４の表面位置と探針２０ａとの間が充分に離れている場合には、試料ステージ１６のＺ方向の移動によって両者を接近させる。このステージ１６のｚ方向の移動は粗い動作であり、このステージ１６の移動によって探針２０ａを試料４の表面に接触させることができない。無理にステージ１６の移動によって探針２０ａを試料４の表面に接触させようとすると、微細な移動ができないために、試料４上の特定位置に正確に探針２０ａを接触させることが難しくなる。また、極端な場合には、探針２０ａを試料にくい込ませて、試料４を損傷させてしまう。
【００２４】
このため、試料４の表面位置と探針２０ａとの間の距離を測定し、この距離があらかじめ設定した値以下となるまではステージ１６によってステージをＺ方向に移動させ、該距離が設定値以下となつた場合には、ステージ１６のＺ方向の移動を直ちに停止し、マニピュレータ１８ａによって探針２０ａをＺ方向に移動させる。マニピュレータ１８ａによる移動精度は高く、微細な距離の移動も正確に行うことができる。
【００２５】
いずれにしても、試料４の所定位置にマニピュレータ１８ａの探針２０ａを接触させるわけであるが、上記のステージ１６の移動とマニピュレータ１８ａによって移動させるＺ方向の距離があらかじめ分かっていなければならない。このため、試料４の表面位置とマニピュレータ１８ａの探針２０ａの位置との間のＺ方向の距離を測定する必要がある。このＺ方向の距離の測定のためにオートフォーカス技術が用いられる。
【００２６】
すなわち、コンピュータ８から走査回路９を制御し、図２（ａ）に示すようなマニピュレータの探針２０ａを含む視野に対応して電子ビームの２次元走査を行う。この電子ビームの２次元走査を行いながら、コンピュータ８は駆動回路１０を制御し、対物レンズ３の励磁強度を僅かにステップ状に変化させる。この対物レンズ３の励磁強度のステップ状の変化と電子ビームの２次元走査は、コンピュータ８の制御によって同期されており、特定の励磁強度において、電子ビームの所定領域の２次元走査が行われる。
【００２７】
上記電子ビームの２次元走査に伴い、電子ビームが照射された位置からは２次電子ｅが発生する。この２次電子ｅは検出器１２によって検出され、検出信号は、ＡＤ変換器１３によってディジタル信号に変換される。ＡＤ変換器１３の出力信号は、メモリー１４に供給され、対物レンズ３の励磁強度に応じて２次元走査領域からの検出信号毎に記憶される。
【００２８】
対物レンズ３の励磁強度を所定の範囲変化させると、メモリー１４には、対物レンズ３の各励磁強度に応じた電子ビームの２次元走査による検出信号が記憶される。ピークサーチ回路１５は、メモリー１４に記憶された各励磁強度における電子ビームの各２次元走査の間に検出された２次電子信号の積分値を求め、求められた積分値を比較する。図４はこの対物レンズの励磁強度に対応したピーク値を示したものであり、電子ビームのフォーカスがあつたときに大きなピーク値が得られる。
【００２９】
すなわち、試料４表面でフォーカスがあったときのピークＰ１と、探針２０でフォーカスがあったときのピークＰ２とが得られる。このピーク値に対応した対物レンズ３の励磁強度から、試料表面のＺ座標と探針２０のＺ座標が認識される。この結果、２次元平面上のマニピュレータ１８ａ（探針２０ａ）と試料４の目的位置が観察画面上（Ｘ、Ｙ）座標から既知であるため、マニピュレータ１８ａ（探針２０ａ）と試料４の目的位置の３次元相対座標が確認される。
【００３０】
なお、試料４表面のＺ座標位置と探針２０ａのＺ座標位置とは、走査電子顕微鏡のオートフォーカス機能を用いて求めるようにした。上記の方法では、１画面分の２次電子検出信号の積分値により、ジャストフォーカス位置を見出すようにしたが、対物レンズ３の各励磁強度において検出された信号のピークツーピーク値を求め、ピークツーピーク値のピークが得られた値をジャストフォーカスとして用いることもできる。このようにして求められた試料表面のフォーカス位置と探針２０ａのフォーカス位置とによって、試料４表面と探針２０ａとの間の距離が求められる。
【００３１】
以上のステップにより、マニピュレータ１８ａ（探針２０ａ）と試料４の目的位置の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標が確認された後、像観察用のディスプレイの画面上、試料の目的位置（×点）をマウスポインタ等でクリックする。そうすると、コンピュータ８の制御により、駆動回路１７によってステージ１６が駆動され、ステージのＸ、Ｙ方向の移動によって試料４は、試料の目的位置の（Ｘ、Ｙ）座標がマニピュレータの（Ｘ、Ｙ）座標と等しくなるように移動させられる。また、オートフォーカス機能を用いて、マニピュレータ１８ａの探針２０ａと試料４表面の目的位置との間のＺ方向の距離を確認しながら、ステージ１６がＺ方向に移動され、自動的に該距離が一定の距離まで近づけられる。このような動作は、探針２０と試料表面の目的位置への粗動動作である。
【００３２】
このような試料ステージ１６の移動によって探針２０ａと試料４の目的位置とはある定められた距離まで接近する。その後、マニピュレータ１８のピエゾ駆動部１９によって、探針２０が試料４の目的位置に向かって微動させられる。この場合、探針２０は、試料目的位置に向かい最短距離（直線上）を倍率にリンクしたステップで近づく。例えば、高倍率では、倍率リンクにより、１ステップ当たりの移動量が短くされる。そして、探針２０ａは、試料４の目的位置にまで移動させられ、その位置において、探針２０ａは試料４に接触される。
【００３３】
このようにして探針２０ａを試料４の所望位置に接触させ、探針２０ａを介して電圧が印加される。以上の説明は、一対のマニピュレータの一方について行ったが、他方のマニピュレータについても同様に移動させられ、探針が試料の別の場所における特定位置に接触させられる。そして、該他方の探針にも電圧が印加され、試料表面に形成された回路の一部が動作させられる。この回路を動作させた状態で、回路部分で電子ビームを２次元走査し、この走査に伴って得られた２次電子を検出器により検出する。この検出信号に基づいて形成された像により、該回路の良否の判定が行われる。
【００３４】
以上本発明の一実施の形態を説明したが、次に、他の実施の形態につき図４のフローチャートに基づいて説明する。
（１）のステップはスタートであり、このスタート時には、走査電子顕微鏡像の同一視野上の異なる高さ（Ｚ動位置）にマニピュレータと試料が配置されている。
【００３５】
（２）のステップでは、コンピュータにあらかじめプログラムされた粗動サーチ動作に従い、対物レンズの励磁電流を等間隔に変化させ、各々のＺ動位置において、画像信号がメモリーに取り込まれる。
【００３６】
（３）のステップでは、メモリーに取り込まれた画像信号をピークサーチ回路でピーク検出を行い、電子ビームをマニピュレータの探針にフォーカスさせた場合と、試料４にフォーカスさせた場合の２点におけるピーク位置を検出する。
【００３７】
（４）のステップでは、この２点のピーク位置情報をバスライン７を介してコンピュータ８に供給する。
（５）のステップでは、コンピュータ８は、ピーク位置情報からマニピュレータ１８の探針２０と試料４表面位置との間の距離を特定し、Ｚ動の移動範囲を決定する。
【００３８】
（６）のステップでは、コンピュータ８により決定されたＺ動移動範囲は、バス７から駆動回路１７に供給され、試料ステージ１６のＺ動を駆動し、試料４をマニピュレータ１８に近づける。ここまでが、Ｚ動移動の粗動（コース）サーチである。
【００３９】
（７）のステップでは、コースサーチ終了後、コンピュータ８にあらかじめプログラムされたミディアムサーチ動作に従い、補助コイル６を用いてミディアムサーチを行う。このステップでは、（２）のステップと同様に、補助コイルへの励磁電流を等間隔に変化させ、各々のＺ位置において、画像信号がメモリー１４に取り込まれる。
【００４０】
（８）のステップでは、メモリー１４に取り込まれた画像信号をピークサーチ回路１５でピーク検出を行い、マニピュレータの探針に電子ビームをフォーカスさせた場合と、試料４表面にフォーカスさせた場合の２点におけるピークを検出する。
（９）のステップでは、この２点のピーク位置情報をバス７からコンピュータ８へ供給する。
【００４１】
（１０）のステップでは、コンピュータ８は、ピーク位置情報からマニピュレータの探針と試料間距離を特定し、比較回路２２でマニピュレータの探針と試料間距離メモリー２３に設定されている試料ステージ１６による駆動とマニピュレータ１８による駆動の切換距離以上であるか以下であるかを判定する。マニピュレータの探針２０と試料間距離が、試料ステージ１６による駆動とマニピュレータ１８による駆動の切換距離以上であれば、（１１）のステツプに進む。逆にマニピュレータの探針と試料間距離が、試料ステージ１６による駆動とマニピュレータ１８による駆動の切換距離以下であれば、（１４）のステップに進む。
【００４２】
（１１）のステップでは、コンピュータ８により決定されたＺ動移動範囲は、バス７から駆動回路１７に供給され、試料ステージ１６のＺ動を駆動し、試料４をマニピュレータ１８に近づける。
【００４３】
（１２）のステップでは、コンピュータ８にあらかじめプログラムされたミディアムサーチ動作に従い、補助コイル６を用いてミディアムサーチを行う。このステップでは、（２）のステップと同様に、補助コイル６への励磁電流を等間隔に変化させ、各々のＺ位置において、画像信号がメモリー１４に取り込まれる。
【００４４】
（１３）のステップでは、メモリー１４に取り込まれた画像信号をピークサーチ回路１５でピーク検出を行い、マニピュレータの探針に電子ビームをフォーカスさせた場合と、試料４表面にフォーカスさせた場合の２点におけるピークを検出する。
【００４５】
（１４）のステップでは、この２点のピーク位置情報をバス７からコンピュータ８へ供給する。この２点のピーク位置情報は、マニピュレータ駆動変換回路２４においてマニピュレータの探針と試料間距離がマニピュレータのＸ、Ｙ、Ｚ移動範囲に変換され、コンピュータ８に再度供給される。
【００４６】
（１５）のステップでは、コンピュータ８に供給されたマニピュレータＸ、Ｙ、Ｚ移動範囲は、バス７から駆動回路２１を起動し、マニピュレータ先端部をステージのＺ動移動にそって、試料にアプローチする。
【００４７】
（１６）のステップでは、コンピュータ８にあらかじめプログラムされたファインサーチを行い、ファインサーチの結果がメモリーに設定してあるマニピュレータの探針と試料間距離の閾値以下になると、動作が終了する。なお、該距離が閾値以下の場合は、（１４）のステップに戻される。
【００４８】
さて、ここで上記した実施の形態で用いた要素技術について簡単に説明する。まず、走査電子顕微鏡の倍率制御方法であるが、コンピュータ８は、あらかじめメモリー２３に格納されている倍率データをバス７経由で走査制御回路（図示せず）へ供給する。走査制御回路は、倍率データを元に走査波形を発生させる。走査制御回路で生成された走査波形は、走査回路９に供給され、走査回路９は偏向コイル５に必要な電流を供給する。この結果、倍率が低い場合は、走査波形の振幅が大きくされ、試料上の走査面積が大きくなる。一方、倍率が高い場合は、走査波形の振幅が小さくされ、試料上の電子ビームの走査面積が小さくされる。
【００４９】
次に、マニピュレータ１８の駆動方法について説明する。図６、図７はマニピュレータの粗動を行う場合を図示しており、マニピュレータ１８は、図６（ａ）に示すように、ピエゾチューブ３０とピエゾチューブ３０の内部に挿入された導電性の探針３１より構成されている。
【００５０】
このようなマニピュレータ１８において、ピエゾチューブ３０に図７に示す鋸歯状波形の電圧を印加すると、図６（ｂ）に示すように、鋸歯状波の時刻ｔ１からｔ２の間、ピエゾチューブ３０は伸び、それに伴って探針３１は前方に送り出される。時刻ｔ２以降では、ピエゾチューブ３０に印加される電圧が急峻に降下する。この際マニピュレータ１８先端の探針３１は、図６（ｃ）に示すように、慣性によりその位置が保持されるものの、ピエゾチューブ３０は縮むことになる。
【００５１】
なお、マニピュレータ（探針３１）の移動速度を小さくするためには、ピエゾチューブ３０に印加する鋸歯状波の周波数を下げるか、鋸歯状波の振幅を小さくすればよい。逆に、マニピュレータ（探針３１）の移動速度を大きくするためには、ピエゾチューブ３０に印加する鋸歯状波の周波数を上げるか、鋸歯状波の振幅を大きくすればよい。
【００５２】
次に図８（ａ）に示すマニピュレータ１８を微動させる駆動方法について説明する。マニピュレータ（探針３１）を微動させる場合、ピエゾチューブ３０には図９に示す直流電圧が印加される。すなわち、時刻ｔ１からｔ２の間、ピエゾチューブ３０に電圧が印加され、図８（ｂ）から（ｅ）に示すように、ピエゾチューブ３０は徐々に伸びる。
【００５３】
その結果、マニピュレータ先端部（探針部）３１も徐々に伸びることになり、マニピュレータの租動が可能となる。なお、時刻ｔ２では、ピエゾチューブ３０に印加された電圧が急峻に降下するため、マニピュレータ先端部３１は、慣性によりその位置を保持するが、ピエゾチューブ３０は元の長さに戻ることになる。
【００５４】
上記マニピュレータの微動原理から、マニピュレータの移動速度を小さくするには、ｔ１〜ｔ２間の傾きを押さえるか、またはＶ１−Ｖ２を小さくすれば良いことが容易に理解される。
【００５５】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず幾多の変形が可能である。例えば、試料への電子ビームの照射によって２次電子を検出するようにしたが、反射電子を検出するようにしても良い。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に基づく走査電子顕微鏡を用いた検査方法および装置は、電子ビームのフォーカス状態をステップ状に変化させ、各ステップ状のフォーカス状態において、試料に接近して配置された探針を含む視野で電子ビームの２次元走査を行ない、この電子ビームの２次元走査に基づいて発生した信号を検出し、所定のステップ状のフォーカス範囲において得られた複数の検出信号の中の２種のピークを認識し、この２種のピークが得られた時のフォーカス状態に基づき試料面と探針との間の距離を求めるようにしたことを特徴としている。このような本発明では、試料面と探針との間の距離を正確に求めることができる。
【００５７】
また、本発明では、試料面と探針との間の距離を正確に求め、距離が大きい場合には、試料ステージを駆動して試料を探針に近づけるようにし、該距離が小さい場合には、マニピュレータにより探針を試料の目的とする位置に移動させる。その結果、試料面と探針との間の距離が大きい場合には、比較的精度が低い試料ステージの移動により短時間に所定の距離試料面を探針に近づけることができ、試料面と探針との間の距離が小さくなった場合には、比較的精度が高いマニピュレータにより、探針を試料に近づけることができる。その結果、短時間に正確に探針を試料の目的位置にまで移動させることが可能となる。
【００５８】
また、本発明では、試料と探針との間の距離を求めるに当たり、最初は対物レンズの励磁強度をステップ状に変化させるコースサーチを行ない、２回目は対物レンズの補助コイルの励磁強度をステップ状に変化させるミディアムサーチを行ない、最初は比較的粗い精度で該距離を求め、試料ステージの移動により試料を探針に近づけるように構成し、２回目は、対物レンズの補助コイルの励磁強度をステップ状に変化させるミディアムサーチを行なうことによって、励磁強度のステップ幅を狭くすることにより高い精度で試料と探針との間の距離を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図である。
【図２】ディスプレイ上に表示された検査試料像と走査パネルの一例を示す図である。
【図３】ディスプレイ上に表示された検査試料像の一例を示す図である。
【図４】対物レンズの励磁強度の変化に伴う検出信号の積分値のピーク値を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態のフロー図である。
【図６】マニピュレータの租動動作を説明するための図である。
【図７】マニピュレータの租動動作時にピエゾチューブに印加される電圧波形を示す図である。
【図８】マニピュレータの微動動作を説明するための図である。
【図９】マニピュレータの微動動作時にピエゾチューブに印加される電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
１　電子銃
２　コンデンサレンズ
３　対物レンズ
４　試料
５　偏向コイル
６　補助コイル
７　バスライン
８　コンピュータ
９　走査回路
１０，１１，１７，２１　駆動回路
１２　２次電子検出器
１３　ＡＤ変換器
１４，２３　メモリー
１５　ピークサーチ回路
１６　試料ステージ
１８　マニピュレータ
１９　ピエゾ駆動部
２０　探針
２２　比較回路
２４　マニピュレータ駆動変換回路
【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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