(57)【要約】【課題】ＥＢＡＣ解析は解析対象配線に吸収された電流を検出するため、アンプ接続されたプローブ針を解析対象配線に当てる必要があり、その作業が作業者にとって大きな負担である。たとえば、針当て対象パターンを探し出してＳＥＭ画面中央に位置させた後、プローブ針先端をＳＥＭ画面中央に移動させなければならないが、この操作は、ＳＥＭ像の倍率を低倍にしてプローブ針をＳＥＭ画面内に移動させ、ＳＥＭ観察倍率を上げながらプローブ針を針当てパターン上に移動させる作業を繰り返す必要がある。【解決手段】本願発明は試料中の解析対象位置（針当て位置）を画像表示部の視野の中心部に移動すると、それに対応して、プローバのプローブ針の先端部を自動的に画像表示部の視野内に移動することができる走査型電子顕微鏡装置である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）電子線の走査に対応して、試料からの応答情報を画面上に画像表示する画像表示部；
（ｂ）前記画像表示部に表示された電子光学系の視野の中心部に、前記試料の不良解析位置を移動すると、前記視野内にプローバのプローブ針の先端部を自動的に移動することができるようにされたステージ制御部。
【請求項２】
以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）試料を収容することができる試料室；
（ｂ）前記試料室において、前記試料にプローバのプローブ針の先端部が接触する際に、前記試料に蓄積した電荷を前記プローブ針を介して除去することができるように、前記試料室内に設けられたスロー・リーク回路。
【請求項３】
以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）電子光学系を収容する電子顕微鏡装置本体；
（ｂ）前記電子顕微鏡装置本体内に設けられ、試料を収容することができる試料室；
（ｃ）前記試料室内に設けられ、プローブ針を取り付けられるようにされたプローバ；
（ｄ）前記試料室内に設けられ、電子線の走査に対応して前記プローブ針を介してもたらされる前記試料からの応答情報を増幅することができるようにされたプリアンプ・ユニット、
ここで、前記試料室は、前記電子顕微鏡装置本体内から大気中へ引き出すことができるようにされている。
【請求項４】
以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）電子線の走査に対応して、試料からの応答情報を画面上に画像表示する画像表示部；
（ｂ）試料に複数のプローブ針を当てることができるプローバ；
（ｃ）前記試料をその主面を含む面内で回転させることができるステージ制御部；
（ｄ）前記プローバを制御することができるプローバ制御部、
ここで、前記画像表示部は前記試料の前記回転に対応して回転することができるようにされており、それに対応して、前記プローバ制御部は前記複数のプローブ針の操作を相互に入れ替え可能にされている。
【請求項５】
以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）試料を収容することができる試料室；
（ｂ）前記試料室内に設けられ、前記試料にプローブ針を当てることができるプローバ；
（ｃ）前記プローブ針の先端部を前記試料の主面に向けてラフ降下とファイン降下の組み合わせにより降下させることにより、前記プローブ針の前記先端部を前記試料の前記主面に着地させることができるプローバ制御部、
ここで、前記プローバ制御部は、前記ラフ降下の後における前記ラフ降下の前と後の前記プローブ針の前記先端部の前記試料の前記主面に平行な面内での位置ずれを補正することができるようにされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置（または半導体装置）等における不良解析技術または不良解析装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本特開２００２−３４３８４３号公報（特許文献１）には、2本の針当てによる電子ビーム吸収電流解析すなわちＥＢＡＣ（Electron Beam Absorbed Current）解析に関し、一方を吸収電流アンプ、他方をＧＮＤに接続してＥＢＡＣ解析を行うか、または、両プローブを吸収電流アンプに接続し、各プローブから取り込んだ吸収電流像を画像処理・画像計算を行う半導体集積回路装置等（電子回路装置又は半導体装置）における不良解析技術が開示されている。
【０００３】
日本特開２００２−３６８０４９号公報（特許文献２）には、解析対象配線の一端あるいは両端に針当てした状態で電子ビームを照射し、一つのプローブ針に流れる吸収電流を電圧変換増幅し、電子ビームの走査に同期して画像表示を行う半導体集積回路装置等における不良解析技術が開示されている。
【０００４】
日本特開２００４−２９６７７１号公報（特許文献３）には、差動アンプを用いたＥＢＡＣ解析に関して出願：差動アンプに接続されたプローブを解析対象部両端に針当てし、荷電ビーム走査によって生じた吸収電流を差動増幅し、該差動増幅された信号の変化を前記荷電ビームの走査と同期して検出することにより前記配線の不良箇所の特定を行う半導体集積回路装置等における不良解析技術が開示されている。
【０００５】
日本特開２００５−３４７７７３号公報（特許文献４）には、解析対象試料にプローブ針（探針）を少なくとも一本立てて、試料を電子ビームでスキャンしながら、そのプローブ針を流れる電流分布を映像化して観察することにより、配線の断線箇所を特定する半導体集積回路装置等における不良解析技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４３８４３号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８０４９号公報
【特許文献３】特開２００４−２９６７７１号公報
【特許文献４】特開２００５−３４７７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体装置内配線に生じた断線不良・高抵抗不良の解析手法として、ＥＢＡＣ解析が知られている。ＥＢＡＣ解析は、電子ビームすなわちＥＢ（Electron Beam）の集束性および透過性、吸収性を利用した解析手法である。ＥＢは、微細スポットが容易に得られると共に、加速電圧に依存して絶縁膜や上層配線等を透過して半導体装置内部に侵入し、配線に到達したＥＢは吸収されて電流となる。この吸収電流を検出・増幅し、ＥＢ走査に同期して吸収電流像を表示することで配線の不良位置が特定可能となる。
【０００８】
日本特開２００２−３６８０４９号公報（特許文献２）では、プローブ針（探針）１本での解析例と２本での解析例を開示している。プローブ針が１本の場合、抵抗値が数１０ＭΩ以上の高抵抗不良・断線不良ならば、不良部を境にアンプより遠い側からの吸収電流の流れ込みが小さいため、コントラスト差が生じ、上記同様に不良位置を特定できる。さらに、プローブ針が１本の場合は、多少の抵抗があっても電気的に接続されていれば、明るく反応して見えることから、ショート相手の配線も吸収電流像で観察可能であり、不良内容がオープン不良かショート不良かを選別する場合に有用である。
【０００９】
プローブ針が２本の場合、一方のプローブ針を解析対象配線の一端に当てて、その出力を吸収電流アンプに接続し、もう一方はＧＮＤに接続している。この状態でＥＢを走査すると、高抵抗不良・断線不良を境に、ＧＮＤ側の配線にＥＢ照射されて発生した吸収電流はＧＮＤに流れ込み、反対側の電流アンプで検出されないため、ディスプレイ上では暗く表示される。一方、高抵抗不良よりも吸収電流アンプ側配線に生じた吸収電流は、アンプに流れ込むため、ディスプレイ上に明るく表示される。従って、この明暗の境界部に不良が存在していることとなる。
【００１０】
また、日本特開２００２−３４３８４３号公報（特許文献１）では、プローブ針２本で、両プローブをそれぞれ吸収電流アンプに接続し、各プローブから取り込んだ吸収電流像を画像処理・画像計算を行った解析手法を開示している。
【００１１】
さらに、日本特開２００４−２９６７７１号公報（特許文献３）では、差動アンプに接続されたプローブ針２本を解析対象部両端に針当てし、荷電ビーム走査によって生じた吸収電流を差動増幅し、該差動増幅された信号の変化を前記荷電ビームの走査と同期して検出する手法を開示している。これにより上記日本特開２００２−３６８０４９号公報（特許文献２）のプローブ針２本による解析よりも低抵抗の不良位置が特定可能となる。
【００１２】
上記の通り、ＥＢＡＣ解析は高抵抗不良や断線不良の位置特定に効果を発揮するが、以下のような課題があった。
【００１３】
すなわち、ＥＢＡＣ解析は解析対象配線に吸収された電流を検出するため、アンプ接続されたプローブ針を解析対象配線に当てる必要があり、その作業が作業者にとって大きな負担である。
【００１４】
先ず針当て対象パターンを試料内から探し出さねばならないが、試料自体の針当てパッドまたは試料表面にＦＩＢ加工により設けた比較的大寸法の針当て用パッドを、レイアウト像を参照しつつＳＥＭ像を観察しながら探し出すことは比較的容易である。しかし、予め上層配線を機械的研磨により除去し、露出したパターン中から針当て対象の配線やビアを探し出すことは、熟練作業者でも時間を要する。
【００１５】
針当て対象パターンを探し出してＳＥＭ画面中央に位置させた後、プローブ針先端をＳＥＭ画面中央に移動させる必要がある。この操作は、ＳＥＭ像の倍率を低倍にしてプローブ針をＳＥＭ画面内に移動させ、ＳＥＭ観察倍率を上げながらプローブ針を針当てパターン上に移動させる作業を繰り返す必要がある。
【００１６】
次に、プローブ針先端を接触させる作業となるが、ここで用いられるプローブ針は、一般的にタングステン等の金属針であるが、先端が１μm以下と微細であるため、粗野な針当てを行うと一度の接触で針先が変形し、使用困難となる。また、針当て対象の配線やビアが微細（≦0.5μm）で柔らかい材質（CuまたはAl）であるため、ＦＩＢ加工で設けた針当てパッドよりも繊細に接触させる必要がある。具体的には、ＳＥＭ像を観察しながら、プローブ針の降下と先端位置補正を、観察倍率を変えつつ徐々に進めていく。ＥＢＡＣ解析において、この一連の操作が解析時間の約半分を占めると言っても過言ではない。
【００１７】
解析対象パターンが電気的に孤立し、高抵抗不良が半断線によるものであった場合、針当て位置の確認等のためのＳＥＭ像観察時に当該パターンに電荷が蓄積される。この状態でプローブ針を当てると、蓄積された電荷が一気にプローブ針に流れ込むため、半断線状態の高抵抗不良部や細いプローブ針の先端が電流集中によって溶断する場合がある。プローブ針の損傷は交換することで対応できるが、不良部の破壊は不良内容の確認不可となる。
【００１８】
ＥＢＡＣ解析に用いるプローブ針は先端が微細で配線/ビア/パッド等に接触させることから、上記したように針当て時の扱いや使用回数に従って先端が摩耗/変形するため、消耗品となる。これを交換する場合、試料室を大気開放して行うか、装置に専用の交換手段を設けておく必要がある。試料室を大気開放する場合、針交換の作業性および真空排気による解析時間の長大化を考慮する必要がある。また、専用の交換手段を設ける場合、装置が大形化し、装置価格が高くなる。
【００１９】
本発明の目的は、メンテナンス性に優れた半導体集積回路装置等の不良解析装置（たとえばＥＢＡＣ解析装置等）のを提供することにある。
【００２０】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００２２】
すなわち、本願発明は試料中の解析対象位置（針当て位置）を画像表示部の視野の中心部に移動すると、それに対応して、プローバのプローブ針の先端部を自動的に画像表示部の視野内に移動することができる走査型電子顕微鏡装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００２４】
すなわち、試料中の解析対象位置（針当て位置）を画像表示部の視野の中心部に移動すると、それに対応して、プローバのプローブ針の先端部を自動的に画像表示部の視野内に移動することができるので解析時間を大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
【００２６】
１．以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）電子線の走査に対応して、試料からの応答情報を画面上に画像表示する画像表示部；
（ｂ）前記画像表示部に表示された電子光学系の視野の中心部に、前記試料の不良解析位置を移動すると、前記視野内にプローバのプローブ針の先端部を自動的に移動することができるようにされたステージ制御部。
【００２７】
２．以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）試料を収容することができる試料室；
（ｂ）前記試料室において、前記試料にプローバのプローブ針の先端部が接触する際に、前記試料に蓄積した電荷を前記プローブ針を介して除去することができるように、前記試料室内に設けられたスロー・リーク回路。
【００２８】
３．以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）電子光学系を収容する電子顕微鏡装置本体；
（ｂ）前記電子顕微鏡装置本体内に設けられ、試料を収容することができる試料室；
（ｃ）前記試料室内に設けられ、プローブ針を取り付けられるようにされたプローバ；
（ｄ）前記試料室内に設けられ、電子線の走査に対応して前記プローブ針を介してもたらされる前記試料からの応答情報を増幅することができるようにされたプリアンプ・ユニット、
ここで、前記試料室は、前記電子顕微鏡装置本体内から大気中へ引き出すことができるようにされている。
【００２９】
４．以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）電子線の走査に対応して、試料からの応答情報を画面上に画像表示する画像表示部；
（ｂ）試料に複数のプローブ針を当てることができるプローバ；
（ｃ）前記試料をその主面を含む面内で回転させることができるステージ制御部；
（ｄ）前記プローバを制御することができるプローバ制御部、
ここで、前記画像表示部は前記試料の前記回転に対応して回転することができるようにされており、それに対応して、前記プローバ制御部は前記複数のプローブ針の操作を相互に入れ替え可能にされている。
【００３０】
５．以下を含む走査型電子顕微鏡装置：
（ａ）試料を収容することができる試料室；
（ｂ）前記試料室内に設けられ、前記試料にプローブ針を当てることができるプローバ；
（ｃ）前記プローブ針の先端部を前記試料の主面に向けてラフ降下とファイン降下の組み合わせにより降下させることにより、前記プローブ針の前記先端部を前記試料の前記主面に着地させることができるプローバ制御部、
ここで、前記プローバ制御部は、前記ラフ降下の後における前記ラフ降下の前と後の前記プローブ針の前記先端部の前記試料の前記主面に平行な面内での位置ずれを補正することができるようにされている。
【００３１】
〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
１．本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
【００３２】
２．同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「ＡからなるＸ」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、Ａ以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Ａを主要な成分として含むＸ」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。
【００３３】
３．同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００３４】
４．さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
【００３５】
５．「ウエハ」というときは、通常は半導体集積回路装置（半導体装置、電子装置も同じ）をその上に形成する単結晶シリコンウエハ等を指すが、エピタキシャルウエハ、ＳＯＩ基板、絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。
【００３６】
６．「走査型電子顕微鏡装置」すなわちＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）というときは、一般に電子線（収束電子線）を試料上に走査することで試料を励起して、その走査に対応して出てくる２次電子情報等（応答信号または応答情報）を画像化することで、試料の状態を解析する装置を指す。走査型電子顕微鏡装置は、一般に励起用のエネルギー線として、電子線以外に光等の電磁波線、イオン等の粒子線を利用できるようにされる。更に、応答情報として、２次電子のみでなく、その他のエネルギー線情報としての電子、イオン、光、熱、エックス線、ガンマー線のほか、電位分布、試料から検出される各種電流等を検出する機能を有するものもある。従って、「走査型電子顕微鏡装置」は、単に主な機能としてＳＥＭの機能を有するものに限らず、副次的機能としてＳＥＭの機能を有するものも含む。
【００３７】
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
【００３８】
１．本実施の形態の走査型電子顕微鏡装置の主要な機能、適用分野等の説明
本実施の形態のＥＢＡＣ解析装置等の走査型電子顕微鏡装置は以下の機能を備えている。
（１）プローブ針当て作業の簡略化
試料のレイアウトデータとステージ座標を用いて、2点または3点アライメントによる座標系ロックを行うと共に、ソフト解析で指定された不良ネットのレイアウトデータの取り込みを行う。これらに基づいて試料の位置決めおよびプローブ針の呼び込み後、自動針当て機能とプローブ針の接触検知機能を用いて針当てする。
（２）帯電によるプローブ針先端や不良部の破壊防止
パターンに蓄積された電荷を徐々に逃散させるための（高抵抗を介してＧＮＤ接続した）スローリーク回路を設け、プローブ針が針当て対象パターンに接触するまでプローブ針をスローリーク回路に接続する。針当て後、プローブ針を切換回路により、ＥＢＡＣアンプに接続先を切り換える。
（３）プローブ針交換および試料交換の簡易化
試料室の一部を大気中に引き出し可能とし、当該部に試料ホルダ、プローバ、ステージ、アンプを搭載する。
【００３９】
前記（１）のように、ソフト解析で指定された不良ネットおよびプローブ針のＳＥＭ視野内への移動、自動針当てとプローブ針の接触検知により、煩雑な作業が簡略化され、作業者の負担が大幅に軽減される。
【００４０】
さらに前記（２）のように、試料とプローブ針の交換が同時に行えることから、装置の小形化・低価格化が図れる。また、ステージやアンプも含めて引き出せるため、それらのメンテナンスも容易となる。
【００４１】
本願の実施の形態のＥＢＡＣ解析装置等の主な適用技術分野は、配線系の不良解析である。その適用対象は、半導体装置全般であり、ウエハ、チップ、パッケージ品等何れの形態にも適用可能である。その他、各種モジュール基板にも適用可能である。但し、モジュール基板の場合、半導体装置に比べて各層の膜厚が大きいため、その分加速電圧を高くする必要がある。上記不良解析以外として、プローブ針を小形メスやピンセット等に付け替えて生体組織の摘出や観察への応用も考えられる。その際、プローブ針の呼び込み機能や針当て機能が有効に活用できる。
【００４２】
２．本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置の全体構成等の説明（主に図１及び図２）
本発明におけるＥＢＡＣ解析装置の構成を図１および図２に示す。先ず、図１及び図２に基づいて、各構成要素を説明する。図１又は図２に示すように、ＥＢ光学系５１はＥＢ（電子線）を試料１に照射・走査する。加速電圧、ビーム電流、走査領域、走査速度等はＥＢ制御部７４により制御される。ここで用いられる電子銃は、試料１に照射されるビーム電流が数10pＡ以上得られるものであれば何れでも良く、タングステン・ヘアピンや六ホウ化ランタンを用いた熱電子銃、ショットキー電子銃、電界放出電子銃などがある。ガン・バルブ５２はＥＢ光学系５１と試料室８５の間を仕切るバルブで、本バルブを閉じることにより試料室８５を大気開放してもＥＢ光学系５１に大気が侵入することが無いため、試料室８５を大気開放する度にＥＢ電源を落とす必要が無い。二次電子検出器４９すなわちＳＥＤ(Secondary Electron Detector)は、ＥＢ照射により試料表面から放出される二次電子を検出する。検出信号は、ＥＢ画像取得部７５に取り込まれ、ＥＢ走査に同期してＳＥＭ像として画像処理部７１を介して画像表示される。ガスノズル５３は、不良箇所へのマーキングに用いるＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学気相成長)ガスを供給する。ガスノズル制御部６８により、マーキング時には、駆動機構でノズル５３が伸び、ＣＶＤガスが供給される。使用するガスについては後述する。プローバ５５は、ベースステージ５８上に2台以上設置され、プローバ制御部７６により、試料１へのプローブ針当てを行う。ＸＹＺ方向に粗動/微動が可能で、粗動はモータ駆動機構、微動はピエゾ駆動機構を用いる。それらの移動量検知および原点位置検出が可能である。プリアンプユニット５６は、プローバ５５毎にベースステージ５８上に設置され、内部にはプリアンプとスローリーク回路およびその切換手段を設けている。プリアンプとスローリーク回路の切換はＥＢＡＣアンプ制御部７８により行う。詳細は別途記述する。メインアンプユニット８２は、一つのプリアンプからの出力を増幅するアンプと、二つのプリアンプからの出力を差動増幅する差動アンプと、それらの切換手段で構成される。アンプの切換はＥＢＡＣアンプ制御部７８により行う。増幅された信号は、ＥＢＡＣ画像取得部７７に取り込まれ、ＥＢ走査に同期してＥＢＡＣ像として画像表示部７１を介して画像表示される。詳細は別途記述する。試料ステージ５７は、試料ホルダ５４を搭載し、ステージ制御部７９により ＸＹ方向および回転(θ方向)移動が可能、原点位置検出が可能である。ベースステージ５８は、上記プローバ５５、プリアンプユニット５６、試料ホルダ５４を搭載し、ステージ制御部７９により、ＸＹ方向移動が可能、移動量検知が可能であり、また、原点位置検出が可能である。
【００４３】
ベース８６は、試料室前扉６３に固定され、ベースステージ５８を搭載する。保持機構８１により、試料室前扉６３が閉じた時、ベース８６を機械的に保持・固定する。前扉６３は、試料室８５の構成要素で、スライド機構（図示せず）で保持される。試料１およびプローブ針８３の交換時には、第２図に示すように引き出される。試料室８５は、防振機構６２を備えた架台６１上に設置され、前扉６３には上記の通りステージ５８等を備えている。真空ポンプ排気により真空雰囲気が得られる。架台６１は、床からの振動を防ぐ防振機構６２を備え、試料室８５を真空排気および大気開放するための真空ポンプ６４およびバルブ６５，６６を備えている。排気制御部６７は、試料室８５を真空排気および大気開放するための制御手段であり、真空排気時はバルブ６５を開き、大気開放時はバルブ６５を閉じてバルブ６６を開いて空気または不活性ガスを前扉６３が開くまで導入する。プローバ制御部７６は、データ処理部７２からの命令に従い、プローバ５５の移動量/移動速度を制御する。詳細は後述する。レイアウトデータ取得部７３は試料１のレイアウトデータおよび試料構造データ等を格納しているワークステーション等から必要なデータを取り込む。データ処理部７２は、ＥＢ制御部７４からの制御データおよびＥＢ画像取得部７５、ＥＢＡＣ画像取得部７７からの画像データによる画像処理機能、レイアウトデータ取得部７３およびプローバ制御部７６、ステージ制御部７９からの各座標データによる座標変換機能、各制御部への制御命令の送信機能を有する。画像表示部７１は、各画像取得部７３、７５，７７での取得画像（ＳＥＭ像、ＥＢＡＣ像、レイアウト像）をデータ処理部７２で処理後の画像データおよび各種数値データを表示する機能を有する。
【００４４】
試料交換またはプローブ針交換時、図２に示すように試料室８５の前扉６３をスライドさせ、プローバ５５および試料ホルダ５４を露出させる。図示した状態に至る手順は以下の通りである。
（1）ガスノズル５３を退避させる。
（2）ステージ５７，５８およびプローバ５５を原点復帰させる。
（3）ガンバルブ５２を閉じる（装置にガンバルブを備えていない場合は、ここでＥＢ電源をＯＦＦにする）。
（4）バルブ６５を閉じる。
（5）ベース８６の保持機構８１を開放する。
（6）バルブ６６を開いて空気または不活性ガスを試料室８５内に導入する。
（7）試料室８５内が大気圧に到達または前扉６３が開いたらバルブ６６を閉じる。
（8）前扉６３を引き出した後、試料ステージ５７から試料ホルダ５４ごと外して試料１を交換する。あるいは、プローブ針８３を交換する。
【００４５】
試料交換/プローブ針交換の終了後は、以下の手順で進める。
（1）前扉６３を閉じる。
（2）バルブ６５を開いて試料室８５内を排気する。
（3）保持機構８１により、ベース８６を保持・固定する。
（4）試料室８５内が所定の真空度に達したらガンバルブ５２を開く（装置にガンバル５２ブを備えていない場合は、ここでＥＢ電源をＯＮにする）。
（5）ＥＢを照射し、解析を始める。
【００４６】
３．本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置の針当て動作等の説明（主に図３から図７）
図３は、図１および図２に示したステージ５７，５８およびプローバ５５の詳細を示すと共に、試料ステージ５７のみでのＥＢＡＣ解析を説明する。
【００４７】
図３（ａ）は、ベースステージ５８、試料ステージ５７、プローバ５５が全て原点位置にある状態を示す。プローバ５５の原点位置は、プローブ針８３がＸＹＺ方向に試料１から最も遠ざかった位置である。この状態で前扉６３を引き出すことにより、試料１およびプローブ針８３が相互に干渉することが無く、上方を遮る物が無いため、容易に交換可能となる。そして、前扉６３を閉じると試料中心位置とＳＥＭ視野中心９１（すなわちＥＢ光軸中心）とがほぼ一致する。プローブ針交換後、ＳＥＭ視野中心９１と原点位置における各プローブ針先端との距離（Lx,Ly）を把握しておく。すなわち、プローブ針交換後、プローバ原点位置からプローブ針先端がＳＥＭ視野中心９１までの移動量または移動パルス数を調べる。本構成において、プローバ５５を４方向に配置しているが、２台としても良い。また、プローバ可動範囲が試料全域をカバーし得る程に大きい場合には、試料ステージ５７にＸおよびＹ方向への移動手段を特に設ける必要は無い。これらによって装置は一層の小形化が図れるが、一方、プローバ５５を少なくした分、プローブ針交換のために試料室大気開放の頻度が高くなる。また、ＥＢＡＣ解析以外の応用も限られる。
【００４８】
図３（ｂ）は、不良解析位置をＳＥＭ視野内に合わせる工程を示す。試料１を移動し、不良解析位置８９をＳＥＭ視野の中心部に合わせる。この時、作業者がＳＥＭ像から不良解析位置８９を容易に見つけだせる状態（ＦＩＢによる針当てパッド形成済み等）に無い場合、試料１のレイアウトデータと試料ステージ座標を用いて、2点または3点アライメントによる座標系ロックを先に行う。次いで、レイアウトデータにおける不良解析位置８９の座標を指定し、座標変換に基づいてステージ移動させ、不良解析位置８９をＳＥＭ視野の中心部に合わせる。
【００４９】
図３（ｃ）は、不良解析位置８９へのプローバ呼び込みと針当て工程を示す。上記工程後、プローバを指定してプローバ呼び込み動作を指示する。指定されたプローバ５５は、上記の距離（Lx,Ly）を移動する。この操作により、ＳＥＭ視野中心部にプローブ針先端が位置される。この後、プローブ針先端を針当て対象パターンの直上に来るよう調整後、プローブ針８３を降下して針当てする。プローバ呼び込みにおいて、プローバ８３をその中心軸に沿って移動させると共に、ＳＥＭ視野の全体または一部の輝度変化を監視し、所定値以上の輝度変化が生じた時点をプローバ到達と判断してプローバ５５を停止させるようにしても良い。これにより、ＳＥＭ視野中心９１と各プローブ針先端との距離（Lx,Ly）を事前に把握する必要が無い。プローブ針当て後、ＳＥＭ像からＥＢＡＣ像に切り換えてＥＢＡＣ解析を行う。
【００５０】
図３（ｄ）は、ＥＢＡＣ解析におけるＥＢ照射電流確認工程を示す。ファラデーカップ８８は試料ホルダ５４に設けており、試料ホルダ５４を貫通した電極に接続される。試料ステージ５７には試料ホルダ５４が嵌り込むようになっており、ファラデーカップ８８の電極に対向した位置に電極を設けている。そして、この電極から試料室前扉６３に設けたコネクタ（図示せず）に配線が施され、微小電流計に接続される。ＥＢＡＣ像のコントラストが低い場合、ＥＢ照射電流を確認し、調整することがある。その場合、上記針当てした状態でベースステージ５８を移動し、ファラデーカップ８８をＳＥＭ視野中心に位置させることでＥＢ照射電流を確認できる。逆に、本工程でＥＢ照射電流を確認・調整後、ベースステージ５８を原点位置に戻して不良解析位置をＳＥＭ視野内に合わせても良い。
【００５１】
図４に基づいて、ベースステージ５８のみでのＥＢＡＣ解析を説明する。図３の試料ステージのみを用いた例では針当てが1箇所であるが、本例では2箇所以上の針当てが可能である。
【００５２】
図４（ａ）は、第1の針当て位置９４をＳＥＭ視野内に合わせる工程を示す。ここで、図４（a）図のベースステージ５８、試料ステージ５７、プローバ５５ａ，ｂが全て原点位置状態から、レイアウトデータとベースステージ座標を用いた2点または3点アライメントによる座標系ロックおよびＳＥＭ視野中心９１と原点位置における各プローブ針先端との距離（Lx,Ly）測定は、既に実施済みとする。レイアウトデータにおける第1の針当て位置９４の座標を指定し、座標変換に基づいてステージ移動させ、第1の針当て位置９４をＳＥＭ視野の中心部９１に合わせると共に、原点位置からのステージ移動量（Sx1,Sy1）を記憶する。
【００５３】
図４（ｂ）は、第1の針当て位置９４へのプローバ呼び込みと針当て工程を示す。プローバ５５ａを指定してプローバ呼び込み動作を指示する。指定されたプローバ５５ａは、上記の距離（Lx,Ly）とベースステージ移動量（Sx1,Sy1）から求めた移動量に従って移動する。この操作により、ＳＥＭ視野中心部９１にプローブ針先端が位置される。この後、プローブ針先端を針当て対象パターンの直上に来るよう調整後、プローブ針８３を降下して針当てする。
【００５４】
図４（ｃ）は、第2の針当て位置をＳＥＭ視野内に合わせる工程を示す。図４（ａ）同様、レイアウトデータにおける第2の針当て位置９５の座標を指定し、座標変換に基づいてステージ移動させ、第2の針当て位置９５をＳＥＭ視野の中心部９１に合わせると共に、原点位置からのステージ移動量（Sx2,Sy2）を記憶する。
【００５５】
図４（ｄ）は、第2の針当て位置９５へのプローバ呼び込みと針当て工程を示す。図４（ｂ）と同様に、プローバ５５ｂを指定してプローバ呼び込み動作を指示する。指定されたプローバ５５ｂは、上記の距離（Lx,Ly）とベースステージ移動量（Sx2,Sy2）から求めた移動量に従って移動する。この操作により、ＳＥＭ視野中心部９１にプローブ針先端が位置される。この後、プローブ針先端を針当て対象パターンの直上に来るよう調整後、プローブ針８３を降下して針当てする。もし、第３、第４の針当てを行う場合は、上記操作を繰り返す。
【００５６】
次に、図５を用いてプローバ制御における針当て動作について説明する。作業者は、上記工程でプローブ針をＳＥＭ視野内に呼び込み後、ＳＥＭ像観察とプローバ位置調整により、プローブ針先端が針当て対象パターン直上に位置させ、データ処理部７２からプローバ制御部７６に針当て命令を出す。プローバ制御部７６は以下の工程を自動的に行う。
（１）図５（ａ）：図３および図４で針当て位置までプローブ針８３を移動させる。
（２）図５（ｂ）：予めプローバ制御部７６に設定済みの粗動域LCに従って、プローブ針８３を粗動機構により高速降下（ラフ降下）させる。
（３）図５（ｃ）：ピエゾ駆動機構により、プローブ針８３を低速降下（ファイン降下）させる。
（４）図５（ｄ）：ピエゾ駆動機構の全ストロークＳFを降下させても接触が得られない場合、ピエゾ駆動の全ストロークＳF分を高速で戻す。
（５）図５（ｅ）：予めプローバ制御部７６に設定済みの１step分の粗動Scを粗動機構により高速降下させる。
（６）図５（ｆ）：再び、ピエゾ駆動機構により、プローブ針８３を低速降下させる。
【００５７】
このように、接触が得られるまで図５（ｄ）以降（高速ピエゾ駆動で上昇、粗動機構で１step分高速降下、そして低速ピエゾ駆動で降下）を繰り返す。作業者は、ＳＥＭ像でプローブ針先端を監視し、プローブ針８３が概略先端方向にずれた時を接触と判断して、データ処理部７２からプローバ制御部７６に針当て停止命令を出す。上記構成において、粗動域LCは、プローバＺ軸原点におけるプローブ針先端と試料表面のＳＥＭ像焦点位置の差から求める。あるいは、試料室側面に赤外顕微鏡を設け、プローブ針先端と試料表面の距離から求める。また、粗動機構による１step分の粗動Scは、ピエゾ駆動機構の全ストロークＳFを基準に設定（Sc＜ＳF）する。
【００５８】
図６の例は、図５に示した粗動でのプローブ針降下において、プローブ針先端が降下前の位置からＸＹ方向にずれた場合の補正方法であり、図５の針当て動作（粗動機構による降下後）と共に実行される。プローバ呼び込みによりプローブ針先端をＳＥＭ視野内に呼び込み後、針当て対象パターン（ここではＦＩＢ加工で形成したパッド）の直上にプローブ針先端を合わせる。プローブ針先端位置合わせ後、ＳＥＭ画面上に図６（ａ）に示すように画像処理ウィンドウを画面上に設定する。画像処理ウィンドウは領域Ａから領域Ｄまで4つの領域で構成され、ウィンドウ中心をプローブ針先端に合わせる。データ処理部７２に設けた針当てボタンを押すと、データ処理部７２はＥＢ画像取得部７５を介し、画像処理ウィンドウの各領域の輝度を取り込み、データを格納する。その後、プローバ制御部７６に針当て開始命令を出す。プローバ制御部７６は、針当て開始命令を受け取り後、図５の通り設定済みの粗動域LCに従って、プローブ針８３を粗動機構により高速降下させた後、データ処理部７２に粗動降下終了コマンドを送る。データ処理部７２は、画像処理ウィンドウの各領域の輝度を取り込んで格納データと比較し、ＸＹ方向に隣接する領域の輝度変化を比較し、輝度が減少した領域から増加領域にプローブ針先端がずれたと判定する。そして、輝度の増加領域から減少領域の方向にプローバ５５を粗動機構で移動させると共に、各領域の輝度を取り込む。移動前の輝度と同等レベルに戻った時点で移動を停止し、補正完了となる。尚、この位置ズレ補正は、短い区間での位置ズレ量が小さいならば、粗動機構による降下時の全てにおいて行う必要は無く、最初の粗動域LC分を移動後に行うのみで良い。そして、引き続き、この画像処理ウィンドウを用いて針当て検出を行うこととしても良い。
【００５９】
図６で説明した位置ずれ検出技術の応用例を図７を用いて説明する。図６による粗動機構による降下後の位置ズレ補正後の状態を図６（ａ）に示す。位置ズレ補正完了判定後、画像処理ウィンドウはピエゾ素子駆動による微動降下時の輝度検出に切り替わる。そして、各領域の輝度の変化を監視し、図７（ｂ）に示すように、何れかの領域が予め設定しておいた閾値に達した時点（ここでは領域Ｂが最初）を接触と判定し、降下を停止する。
【００６０】
４．本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置のプリアンプ・ユニット等の説明（主に図８から図１１）
次に、図８から図１０を用いてプリアンプユニットについて説明する。図８（ａ）に具体例１の基本的な構成を示す。本ユニットは、プローブ針８３を介して得られた吸収電流を増幅するためのプリアンプ９８と、解析対象パターンの蓄積した電荷をスローリークさせるためのＧＮＤに接続された高抵抗と、ＥＢＡＣアンプ制御部７８からの信号によって切り替わるリレー９７とで構成される。そして、これらをパーマロイ等の金属で覆うと共に、プローブ針８３からプリアンプ９８を介した試料室前扉６３のコネクタ８７までの間を同軸ケーブルで接続し、外側ケーブル（外部シールド線）をＧＮＤ接続することにより、ノイズの影響を低減できる。リレー９７の制御は、プローバ制御部７６により行う。先ず、プローブ針８３を高抵抗側に接続した状態で解析対象パターンに針当てを行う。これにより、解析対象パターンに位置合わせから針当てまでのＳＥＭ観察で蓄積された電荷が時間を掛けてＧＮＤに流れるため、プローブ針先端や半断線状態の不良部の損傷を防止できる。
【００６１】
図８（ｂ）の具体例２は、上記構成のリレー９７ａとコネクタ８７ａにリレー９７ｂとコネクタ８７ｂを加えたものである。これにより、コネクタ８７ｂに各種計測器を接続可能となり、ＥＢＡＣ解析のみならず、ＲＯＭの特性評価や抵抗等のV-I特性評価が可能となる。また、電源やＧＮＤを接続することで、任意箇所のＶＣ(Voltage Contrast：電位コントラスト)法による不良解析も可能となる。
【００６２】
図９の具体例３は、図８に示した高抵抗は抵抗値が固定であるため、抵抗値によっては、電荷の蓄積量が大きい大面積のパターンに対してスローリーク効果が小さい場合がある。そこで、前記の高抵抗を図９（ａ）に示すように可変抵抗または図９（ｂ）に示すように固定抵抗の切換とし、解析対象パターンのサイズに応じて抵抗値を変えることとした。抵抗値の範囲は、1MΩから10GΩである。ここで、解析対象パターンのサイズを求める方法として、図９（ｃ）に示すように、解析対象パターン全体をＳＥＭ画面上に表示させる。この時、解析対象パターン全体がほぼ画面一杯ならば、その時の観察倍率における視野サイズをパターンの全体サイズと見なす。表示画面に対して解析対象パターン全体が小さい場合、対象パターンを包含する領域をドラッグ指定し、（ドラッグ指定した画素数÷表示画面全体の画素数）×観察倍率における視野サイズで解析対象パターンの全体サイズを求める。
【００６３】
図１０の具体例４は、図８および図９に示した具体例は高抵抗を用いたスローリーク切換回路９７、９９を設置しているのに対し、リレー９７とＧＮＤの間に電圧可変電源を備えたものである。針当て時、先ずリレー９７をＧＮＤ側に切り換えてプローブ針８３に電圧を印加する。この時の印加電圧はプローブ針先端や不良部を損傷しない程度(≦−10V)とする。プローブ針８３に電圧を印加した状態でプローブ針８３を降下し、解析対象パターンに接触した時点で降下を停止すると共に、印加電圧を０Ｖまで徐々に下げる。これにより、解析対象パターンに蓄積された電荷は、ＧＮＤに徐々に流れるため、プローブ針先端や不良部を損傷することがない。
【００６４】
次にメインアンプ・ユニットについて説明する。図１１に示すように、メインアンプユニット１１１は、オフセット調整機能を持つ差動アンプと、ゲイン調整機能を持つポストアンプと、アンプ切換のためのリレー９７とで構成される。各プローバ５５に設けたプリアンプユニット５６から本メインアンプユニット１１１の間に選択切換手段を設けて、差動アンプ/ポストアンプに接続するプローバ５５を切換・選択可能としても良い。また、プリアンプユニット５６と同様に金属ケースに入れると共に、両アンプユニット間を接続するケーブルに同軸ケーブルを用いることで、周辺からのノイズの影響を低減できる。
【００６５】
５．本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置を用いたＥＢＡＣ解析の具体例の説明（主に図８、図９、図１１、図１２、及び図１３）
図１１（ａ）に示すように、ポストアンプのみで解析解析対象パターンの断線不良箇所を特定する場合、プローブ針1本で解析可能である。その際、プリアンプユニット５６の出力は、差動アンプを介さずにポストアンプへ接続する。
【００６６】
一方、数10MΩ以下の高抵抗不良箇所を特定する場合は、プローブ針2本で解析する。その際、一方のプローブ針は上記同様にプリアンプユニット５６を介してポストアンプに接続する。もう一方のプローブ針は、図８（ｂ）に示したコネクタ８７ｂに接続すると共にＧＮＤを接続することで解析可能となる。あるいは、前述の図９（ｂ）に示したプリアンプユニットの固定抵抗器群の中にバイパス（抵抗値≒０Ω）を設け、もう一方のプローブ針８３をこのバイパスを介してＧＮＤに接続することでも解析可能となる。
【００６７】
差動アンプでの解析は、1MΩ以下の高抵抗不良あるいはネット間のショート不良を解析する場合に有効である。この場合は、図１１（ｂ）のように2つのプリアンプユニット出力を差動アンプに接続する。そして、差分をポストアンプで増幅して出力する。上記メインアンプユニット１１１の出力はＥＢＡＣ画像取得部７７からデータ処理部７２にＥＢＡＣ画像データとして送られる。データ処理部７２は、ＥＢＡＣ画像（図１２（ｂ））の観察倍率および座標に合わせたレイアウト像（図１２（ａ））を図１２に示すように、並べて表示する。レイアウト像（図１２（ａ））とＥＢＡＣ像（図１２（ｂ））を比較し、ネット１１５の明反応が途切れている所（不良位置１１６）を探す。ＥＢＡＣ像上で不良位置１１６を指定すると、観察倍率と画素位置からレイアウト座標が算出・記憶される。この時、低倍で不良位置１１６を指定すると、位置精度が悪く、物理解析に余計な時間を取ることとなるため、観察倍率を上げた後に行う。
【００６８】
図１２に示すように、上記座標の取り込み後、物理解析を容易とするための不良位置１１６にマーキング１１７を行う。ガスノズル制御部６８によりガスノズル５３を所定位置に伸ばし、バルブを開けてＣＶＤガスを不良位置１１６に供給する。次いで、ＥＢ制御手段により、マーキング形状に合わせたＥＢ照射を行う。これにより、試料表面の不良位置に光学顕微鏡やＳＥＭ、ＦＩＢで容易に識別可能なマーク１１７が形成されるため、物理解析時に上記不良位置の座標が無くても不良位置を探し出すことが出来る。ここで用いるＣＶＤガスとしては、Cr(CO)6やMo(CO)6やW(CO)6等の金属カルボニル化合物、ジメチル金アセチルアセトネートやジメチル金トリフルオロアセチルアセトネートやジメチル金ヘキサフルオロアセチルアセトネートと言った金(Au)のアセチルアセトネート化合物、シクロオクタジエン銅ヘキサフルオロアセチルアセトネートや銅ヘキサフルオロアセチルアセトネート・トリメチルビニルシランと言った銅(Cu)のアセチルアセトネート化合物、シクロペンタジエニル銅トリメチルフォスフィンやメチルシクロペンタジエニル・トリメチルプラチナと言ったCuやプラチナ(Pt)等のシクロペンタジエニル化合物がある。図１２におけるマーキングは不良位置を中心として十字方向に形成しているが、これに限らず、不良位置の直上に点状または矩形に形成しても良い。
【００６９】
図１３において、ネット１１５の出力端にＥＢＩＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Beam Induced Current：電子ビーム誘起電流）反応１１８が見える。これは、ＥＢが配線層より下の拡散層まで達して電子-正孔対を生成した結果である。この反応を用いてショート不良相手のネットを特定することができる。図１３はその一例を示すもので、ソフト解析で図１２のようにネットの何処かで断線もしくは高抵抗不良が生じていると推定されたネット（第１のネット）１１５ａに針当てしてＥＢＡＣ解析を行ったところ、想定外のネット（第２のネット）１１５ｂが見られた。ＥＢＡＣ観察倍率を上げ、第２のネット出力端のＥＢＩＣ反応箇所（図１２の第１のＥＢＩＣ反応１１８と別の第２のＥＢＩＣ反応１２１ｂ）をクリックする。処理装置は、クリックされた画素位置と観察倍率からレイアウト座標を算出し、レイアウトデータを格納しているワークステーション等に対象ネットを抽出させる。この時、ＥＢＡＣ装置側のステージ精度やアライメント精度等の影響で、算出したレイアウト座標に誤差が生ずるため、範囲を持たせて（ex.±１μm）領域で抽出させる。当該指定領域１１９に出力端を持つネット１１５ｘをレイアウト表示画面上に表示する。作業者は、ＥＢＡＣ像と照合して該当ネット１１５ｘを特定することができる。尚、抽出された複数のネットを順次EBAC画像に重ねることでも良い。
【００７０】
６．セクション１から５の補足説明（主に図１から図１３）
図６又は図７に示すように、微細パターンに直接針当てするようなプローブ針８３は先端半径が数100nm以下と非常に微細なため、一度の解析で先端が変形し、試料交換の度にプローブ針も交換することもある。また、１個の試料中で複数箇所を解析する場合、途中でプローブ針８３を交換することもある。そのため、試料室８５（図１）にプローブ針交換手段を設けることで対応することも考えられるが、装置が複雑・大型化する。これに対して本実施の形態の装置では、プローバ５５を４台としてそれぞれにアンプ５６を備えていることから、針交換の頻度が1/2〜1/4（ＥＢＡＣ解析の針当ては１〜２箇所/解析）に削減できる。また、図２に示したように、試料ホルダ５４とプローバ５５を引き出し可能としたことに加えてガンバルブ５２（必須ではないが）によるＥＢ光学系５１の密閉化により、試料１とプローブ針８３の交換が一度に且つ短時間でできるため、日本特開２００２−３６８０４９号公報（特許文献２）記載の試料交換室および上記のプローブ針交換手段を設ける必要が無くなり（それらを設けてもよい）、装置の小形化が容易に図れる。また、ステージ５７，５８やアンプ５６も含めて引き出せるため、それらのメンテナンスも容易となる。図３および図４に示したように、プローバ５５（プローブ針８３）の呼び込み機能を設けたことで、作業者はプローブ針呼び込みの命令を出すのみで良く、従来のように、いちいち倍率を変えつつＳＥＭ像を観察してプローブ針位置を確認しながらプローバ５５を移動させる操作が無くなる。変形しやすいプローブ針８３の針当て作業を図５に示したように、プローブ針８３の降下を自動化したことで、作業者は接触時のプローブ針先端のズレを監視するのみで良く、作業者の負担が大幅に軽減される。さらに、図６でプローブ針降下時の位置ズレを自動的に補正し、図７でプローブ針先端の接触を自動的に検知可能としたことにより、作業者の負担はさらに大幅に軽減される。加えて、接触状態をほぼ一定に制御されるため、プローブ針先端の変形量が抑えられ、プローブ針８３の交換頻度を削減できる。プローブ針８３の接続先を図８から図１０に示すように、プリアンプ５６とスローリーク回路に切換可能とし、針当て時のＳＥＭ観察で蓄積された電荷がプローブ針８３から高抵抗を介してゆっくりＧＮＤに流れるため、プローブ針先端や半断線状態の不良部の損傷を防止できる。また、外部端子（たとえば図８（ｂ）の８７ｂ）への切換によって各種計測器が接続でき、ＥＢＡＣ解析以外の解析も可能となる。
【００７１】
さらに、また、図１２および図１３で述べたように、ＥＢＡＣ像から不良位置の座標やショート不良相手ネットの特定が容易に可能なため、作業者の負担および解析時間を大幅に削減できる。
【００７２】
７．プロービング・ユニットの操作性改良方法の説明（主に図１４）
図１４に示すように、大径ウエハ４等のような大寸法試料に対して試料全域に針当て可能なプローバ５５（針当て領域１３２がウエハ４より大きい）は、ＥＢ光学系（対物レンズ）５１（図１）の作動距離からの制約および試料室８５の大形化等により、実現が難しい。従って不良チップ３等は解析可能であるが、プローバ針当て領域１３２外のチップは解析できない。図１４に示した例は、その一解決策である。本例においては、図１における試料ステージ５７が無く、ベースステージ５８を少なくともＸＹステージとθステージ１３１で構成し、ＸＹステージ上に設けたθステージ１３１上に大径ウエハ４を搭載し、プローバ針当て領域１３２の外のチップに対しては、θステージ１３１を180°回転させることで針当てを可能とする。これにより、ＳＥＭ画像は図１４（ｃ）に示すように反転するため、作業者は画像反転を意識した針当て操作が必要となる（図１４（ｂ）および（ｃ））。そこで、図１４（ｄ）に示すように、ＳＥＭ画像を反転すると共に、θステージ回転分を考慮したＸＹステージの座標変換を行う。さらに、図１４（ｅ）に示すように、プローバ操作系１３３を入れ換えると共に、プローバの座標変換を行う。これらの処理により、作業者は試料（ウエハ）反転前と同じイメージで操作可能となるため、余計な負担を生じない。本例では、大径ウエハをθステージ１３１上で180°回転させているが、90°毎に回転させて大径ウエハ４を1/4ずつ解析することとしても良い。その場合、プローバの針当て領域は、（大径ウエハの1/4＋ＸＹ方向に1チップ分）有れば良いため、装置のより一層の小形化が図れる。上述の通り、ステージおよびプローバの座標変換とプローバ操作系の入れ換えにより、作業者は試料の回転を意識せずにレイアウトデータとの照合が可能となる。また、高精度なＸＹステージの可動範囲を大径ウエハ以上にする必要が無いことと、試料室８５も小さくできることから、装置価格を抑えることができる。
【００７３】
８．マーキングの応用例の説明（主に図１５）
図１５の例は、不良箇所へのマーキング形成をＥＢＡＣ解析のための針当てに応用したものである。上記例で述べたように、ＥＢＡＣ解析には対象パターンに針当てする必要がある。しかし、微細で機械的強度の弱い配線やビアに対して針当てする場合、プローブ針８３で引っ掻いて断線等をさせぬよう、細心の注意を払う必要がある。プローブ針８３は根元は０．２ミリメートルほどの円柱状で、先端部１ミリメートルほどが針状に細くなっている。しかし、対象配線の寸法は、下層で０．１３マイクロメートル程度であり、上層でも０．４マイクロメートル程度である。従って、プローブ針の先端部（頂点部）の寸法と対象配線の寸法は同程度ということになり、針当てが極めて困難な場合もある。
【００７４】
以下、手順に従って説明する。
【００７５】
手順１：解析対象パターン１４１の近傍にプローブ針８３を接触させる。
【００７６】
手順２：成膜領域１４２として、解析対象パターン１４１の一部とプローブ針先端を包含する領域を設定する。
【００７７】
手順３：ガスノズルからＣＶＤガスを吹き付けながら、成膜領域１４２にＥＢを照射・走査する。
【００７８】
手順４：ＥＢのエネルギによりＣＶＤガスが分解して成膜領域１４２に導電膜１４３が形成される。
【００７９】
手順５：導電膜形成により、解析対象パターン１４１とプローブ針８３間が電気的に接続される。
【００８０】
手順６：ＳＥＭ観察からＥＢＡＣ観察に切り換えて解析を行う。
【００８１】
プローブ針８３に対して解析対象パターン１４１が微細すぎる、あるいは解析対象パターンの露出部分が小さい等により、直接針当てが難しい場合に有用な手法である。これにより、機械的強度の弱い配線やビアに対して直接針当てせずに解析できるため、作業者の負担が軽減できる。
【００８２】
９．サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【００８３】
例えば、前記実施形態においては、ＥＢＡＣ機能やＥＢＩＣ機能を有する走査型電子顕微鏡またはそれを用いた半導体集積回路装置（半導体装置）等の不良解析技術について、具体的に説明したが、それらを有さない走査型電子顕微鏡等にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置の全体構成を示す装置模式断面図である。
【図２】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置において、試料室を大気中に引き出したところを示す装置模式断面図である。
【図３】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置において、プローバの呼び込み動作を説明する試料室内部の上面図である。
【図４】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置において、複数本のプローブ針を針当てする手順を示す試料室内部の上面図である。
【図５】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置において、プローブ針を試料に向けて降下させる手順を示す試料室内部の動作説明側面図である。
【図６】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置において、プローブ針を試料に向けて降下させる際の水平位置ずれを補正するメカニズムを示す試料室内の試料の上面図（ａからｃ）、検出結果のグラフ（ｄ）、および説明（ｅおよびｆ）である。
【図７】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置において、プローブ針を試料に向けて降下させる際の着地を検出するメカニズムを示す試料室内の試料の上面図（ａおよびｂ）および検出結果のグラフ（ｃ）である。
【図８】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置におけるプリアンプ・ユニットの基本的な具体例を示す回路図である。
【図９】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置におけるプリアンプ・ユニットの抵抗を可変にした他の具体例を示す回路図および、その使用の仕方を説明する画面表示説明図である。
【図１０】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置におけるプリアンプ・ユニットのスロー・リーク用抵抗をアクティブ抵抗とした他の具体例を示す回路図（ａおよびｂ）および、その電圧変化の様子を示す説明図（ｃ）である。
【図１１】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置におけるプリアンプ・ユニットの具体的な使用形態を示す回路図である。
【図１２】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置を用いたオープン不良ネット解析の一例を示す表示画面説明図である。
【図１３】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置を用いたショート不良ネット解析の他の一例を示す表示画面説明図である。
【図１４】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置におけるプローバ操作の効率を高める改良点を説明するための試料室の要部上面図（ａおよびｂ）およびプローブ操作を説明するための表示画面とプローブ操作対応図（ｃからｅ）である。
【図１５】本願の一実施の形態の走査型電子顕微鏡装置を用いた不良解析における電子線ＣＶＤの応用に関する試料表面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  試料
５１  電子光学系
５５  プローバ
７１  画像表示部
７９  ステージ制御部
８３  プローブ針
８９  不良解析位置
【図１】
2009141090.tif 000003
【図２】
2009141090.tif 000004
【図３】
2009141090.tif 000005
【図４】
2009141090.tif 000006
【図５】
2009141090.tif 000007
【図６】
2009141090.tif 000008
【図７】
2009141090.tif 000009
【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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