WO2024134800A1 - 計測方法、荷電粒子線装置 - Google Patents

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Inventor
和史 松倉
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株式会社日立ハイテク
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  • the present invention relates to a method for measuring electrical characteristics by contacting a probe with a sample.
  • SEM scanning electron microscope
  • Patent Document 1 describes an inspection device equipped with a probe that comes into contact with a sample.
  • the document describes the following technology: "The inspection device according to claim 1 or 2 has a Z sensor that measures the height of the sample placed on the sample stage and a temperature sensor that measures the temperature of the sample, and is characterized in that changes in the height of the sample due to changes in the temperature of the sample are cancelled out by moving the probe by the sample stage or the probe unit" (see claim 5).
  • a position sensor is installed in the sample chamber to obtain position information about the probe, or if the probe unit is redesigned to include a position sensor, this can degrade the image quality of the sample observation image. This is because the placement of a position sensor increases the area of the object that blocks the charged particle beam irradiated onto the sample for sample observation. This makes probing (the act of contacting the probe with the sample) particularly difficult while observing at high magnification.
  • the present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a measurement technique that can suppress the effects of probe position drift without using probe position information.
  • the measurement method according to the present invention uses a charged particle beam device to measure the displacement of a probe that occurs under temperature conditions when a sample is observed using the charged particle beam device, and uses the measurement results to determine the amount of movement of the probe to offset the displacement.
  • the measurement method according to the present invention can suppress the effects of drift in the probe position without using position information of the probe. Issues, configurations, effects, etc. other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.
  • 1 shows an overall configuration diagram of a charged particle beam device 100.
  • 10 is a flowchart illustrating a procedure for calculating a correction value for correcting drift of the probe 15.
  • 1 is a flowchart illustrating a procedure for measuring electrical characteristics of a sample.
  • 13 is an example of a screen of a user interface provided by the control computer 23 in S205.
  • ⁇ First embodiment> In a first embodiment of the present invention, an example configuration is described in which the amount of drift, which becomes an issue when maintaining contact for a long period of time after a probe is brought into contact with a sample, is observed using SEM images in a nanoprober (charged particle beam device) for evaluating the electrical characteristics of a sample.
  • a nanoprober charged particle beam device
  • the electron gun 10 forms an irradiation optical system for irradiating and scanning a primary electron beam 12 on a sample 27. Therefore, the electron gun 10 includes all the components necessary for electron irradiation, such as an electron source that generates an electron beam and a deflection lens for scanning the beam.
  • a partition wall 11 of the vacuum chamber separates an atmospheric pressure region from a vacuum region in the vacuum chamber.
  • the operation of the electron gun 10, such as the electron beam extraction voltage of the electron source and the voltage applied to the deflection lens, is controlled by an electron gun controller 25.
  • Secondary electrons 14 generated from the sample 27 by irradiation with the primary electron beam 12 are detected by a secondary electron detector 13.
  • the sensor part of the secondary electron detector 13 that actually detects electrons is arranged inside the partition wall 11, but the base part to which wiring for connecting a power supply is connected protrudes outside the partition wall 11.
  • the control computer 23 creates an observation image based on the detection result of the secondary electrons 14. The observation image can be viewed on the operator operation means 26.
  • the probe 15 is a probe that is brought into contact with a predetermined area of the sample to be inspected, and is held by the probe holder 16.
  • the probe unit 17 is a device for moving the probe holder 16 to the desired position, and moves the probe 15 together with the probe holder 16 to the desired position.
  • the probe unit 17 is equipped with driving means in the xy directions (in-plane) and z directions (vertical).
  • the camera 28 installed above and the camera 29 installed laterally can observe the probe 15. Observation with each camera is mainly used for coarsely adjusting the probe position. Fine adjustments and the operation at the moment of contact with the sample can be performed by the operator while observing the SEM image of the probe 15 on the operator operation means 26, or the operation can be automatically controlled by the control computer 23.
  • the sample 27 that is actually the subject of defect inspection is held on the sample stage 18.
  • the sample stage 18 is further held by a sample stage drive unit 19, and the sample stage 18 and the sample stage drive unit 19 together are called the DUT (Device Under Test) stage.
  • the DUT stage and the probe unit 17 are formed on a large sample stage 20.
  • the large sample stage 20 is equipped with drive means in the xy directions (in-plane) and z direction (vertical).
  • the large sample stage 20 is placed on a base 21, and is moved in the xy directions (in-plane) and z direction (vertical) by the drive means. This makes it possible to change the relative position between the primary electron beam 12 and the sample 27 without changing the relative position between the DUT stage and the probe unit 17.
  • the electron gun controller 25, secondary electron detector 13, probe unit 17, DUT stage, and large sample stage 20 are controlled by a control computer 23.
  • the sample stage 18 and probe holder 16 are connected to an electrical characteristic measuring instrument 22.
  • the probe 15 and probe holder 16 detect electrical signals by contacting the sample 27, and are electrically floating with respect to everything except the electrical characteristic measuring instrument 22.
  • the electrical characteristic measuring instrument 22 mainly measures the current-voltage characteristics of the sample 27 detected by the probe 15, and calculates the desired electrical characteristic values therefrom, such as the resistance value, current value, and voltage value at the contact point of the probe 15.
  • the large sample stage 20 is provided with a heating means 30, and the partition 11 is provided with a cooling means 31.
  • the heating means 30 and the cooling means 31 are connected to the control computer 23, and their operation is controlled by the control computer 23.
  • FIG. 2 is a flowchart explaining the procedure for calculating the correction value for correcting the drift of the probe 15. This flowchart can be used in common in all cases: (a) when the sample is measured at room temperature without being heated or cooled, (b) when the sample is measured after being heated, and (c) when the sample is measured after being cooled. The differences between these cases will be explained later.
  • Step S101 When the charged particle beam device 100 is started, the charged particle beam device 100 waits for the setting of the magnification of the SEM image, and a setting input means for the magnification is displayed on a display screen associated with the control computer 23.
  • the setting input means for the magnification is, for example, an input means using an icon or a GUI (Graphical User Interface).
  • the user inputs the magnification of the SEM using the input means.
  • the control computer 23 adjusts the conditions of the electron gun 10 based on the input value, acquires an SEM image at the input magnification, and displays it on the operator operation means 26. The user visually checks whether the target measurement position of the sample is included in the acquired SEM image.
  • the large sample stage 20 is driven to move the sample stage 18 into the field of view of the SEM image.
  • the DUT stage itself instead of the large sample stage 20, may be moved to move the inspection point into the field of view of the SEM image.
  • increasing the magnification of the SEM displays an enlarged image of the inspection spot, allowing the user to perform probing of the inspection spot of the sample.
  • Steps S102 to S103 The user instructs the control computer 23 whether or not to evaluate the temperature characteristics of the sample. If the temperature characteristics are to be evaluated (S102: YES), the inside of the sample chamber is heated or cooled to the desired temperature by the heating means 30 or the cooling means 31 (S103). If temperature adjustment is not required (S102: NO, i.e., measurement is to be performed at room temperature), the process skips to S104.
  • Step S104 The user contacts the inspection location with the probe 15 by operating the operator operation means 26. This operation may be performed manually by the user, or may be performed automatically by the control computer 23 according to a predetermined movement amount. In this step, the probe 15 is moved onto the inspection location, and the probe 15 is moved downward in the Z-axis direction to bring the probe 15 into contact with the inspection location.
  • Step S105 When the probe 15 comes into contact with the inspection location, the process from this step onwards is started. After the probe 15 comes into contact with the sample 27, the control computer 23 generates SEM images of the probe 15 at predetermined time intervals and analyzes these images to calculate the drift amount (displacement amount) of the tip of the probe 15 at each predetermined time interval. The control computer 23 stores the displacement amount at each time interval in the memory unit 24.
  • Step S106 The control computer 23 calculates the amount of correction to be applied to the probe 15 while measuring the electrical characteristics of the sample 27 based on the amount of drift calculated in S105 (S106). A specific example of the calculation procedure will be described later.
  • the control computer 23 stores the calculated correction value in the memory unit 24.
  • Steps S105 to S106 Supplementary Note
  • the time length for performing S105 to S106 may be specified by the user on the screen of S101, for example, or may be automatically determined by the control computer 23 depending on the type of sample to be observed, etc.
  • Drift due to the creep phenomenon refers to a phenomenon in which a drift of about 10% of the previous movement amount occurs in the same direction as the previous movement direction. Drift occurs in the Z-axis downward direction due to contact by moving the probe 15 in the Z-axis downward direction (the direction approaching the sample 27). As a result, pressure is applied to the sample 27 after the sample 27 and the probe 15 come into contact, bending the probe 15, and a displacement occurs toward the tip of the probe 15 when viewed on the SEM image (from above). If the amount of this drift exceeds the range of the inspected part, contact between the probe 15 and the inspected part is lost. The correction value is determined so that the probe tip maintains contact within the range of the inspected part for the measurement time T determined by the user.
  • the amount of drift of the probe in a certain time interval of t seconds is ⁇ p, and the measurement time is T.
  • n minutes after the probe 15 comes into contact with the location to be inspected, the probe 15 is retracted in the upward direction on the Z axis by ⁇ (t 1,n) ⁇ p ⁇ -a.
  • the correction value a is a correction value used to prevent loss of contact between the probe 15 and the sample 27 by retracting the probe 15 too far upward.
  • ⁇ p the same value may be used for each time interval, or an actual value measured for each time interval from the observation image of the probe 15 may be used.
  • the correction value a is set in advance within a range that maintains the desired measurement accuracy, and is stored in advance in the memory unit 24 or the like.
  • the correction value a may be changed depending on the size of the area to be inspected and the measurement time. The same applies to the correction values b and c described below.
  • n within the range of time length T on the screen of S101 as the timing for performing the correction.
  • the user can also specify the time interval t in the same way.
  • the values of n and t may be different for each probe, or may be common to all probes. This also applies to the following embodiments.
  • drift due to creep phenomenon at room temperature is corrected, as well as drift due to mechanical distortion caused by heat.
  • Drift due to mechanical distortion caused by heat occurs in the downward Z-axis direction in the probe 15, and in the upward Z-axis direction in the sample stage drive unit 19.
  • strong pressure is applied to the area being inspected by the probe 15, and so drift of the probe tip when heated occurs to a greater extent than drift at room temperature. If the amount of this drift exceeds the range of the area being inspected, contact between the probe and the area being inspected is lost.
  • a correction value is determined so that the probe tip maintains contact within the range of the area being inspected for the measurement time T determined by the user.
  • the amount of drift of the sample stage drive unit 19 in the upward direction along the Z axis due to heat over a time interval of t seconds is ⁇ s, and the measurement time is T.
  • the probe tip drifts in the direction of the probe tip by ( ⁇ p + ⁇ s). Therefore, after n minutes have passed since the probe 15 came into contact with the location being inspected, the probe 15 is retracted upward by ( ⁇ p + ⁇ s - b) at each time interval of t seconds.
  • b is a correction value that prevents the probe from losing contact with the sample 27 by retracting it beyond its initial position.
  • drift correction is performed at time intervals of t seconds.
  • the correction operation is started when n minutes (which can be specified by the user in S101, etc.) have elapsed since the probe 15 and the sample 27 came into contact. This is for the following reasons.
  • the initial position of the probe 15 is adjusted in advance so that contact will not be lost even if the probe 15 drifts during the first n minutes after the probe 15 and sample 27 come into contact.
  • This has the advantage that there is no risk of contact being lost during the first n minutes, so that measurements made by the probe 15 can be obtained reliably.
  • it is necessary to set the initial position within a range that allows sufficient measurement accuracy to be obtained even if drift occurs during those n minutes. For the same reason, the correction operation is not started until n minutes have elapsed when cooling the sample 27, which will be described later.
  • ⁇ Third embodiment> a procedure for determining a drift correction value will be described when measuring after cooling the sample 27. Since the configuration of the charged particle beam device 100 is the same as that of the first embodiment, the following mainly describes how to obtain the correction value when cooled.
  • drift due to creep at room temperature is corrected, as well as drift due to mechanical distortion caused by cooling.
  • Drift due to mechanical distortion caused by cooling occurs in the upward Z-axis direction in the probe 15, and in the downward Z-axis direction in the sample stage drive unit 19. Therefore, drift occurs in the direction in which the probe 15 moves away from the location being inspected. If the amount of this drift exceeds the range of the location being inspected, contact between the probe and the location being inspected is lost. A correction value is determined so that the tip of the probe maintains contact within the range of the location being inspected for the measurement time T determined by the user.
  • the amount of drift of the sample stage drive unit 19 in the downward direction along the Z axis due to cooling over a certain time interval, t seconds, is denoted as ⁇ s, and the measurement time is denoted as T.
  • the probe tip drifts backward by ( ⁇ p + ⁇ s). Therefore, after n minutes have elapsed since the probe came into contact with the area being inspected, the probe is advanced in the downward direction along the Z axis (closer to the sample 27) by ( ⁇ p + ⁇ s + c) at each time interval, t seconds.
  • c is a correction value that prevents the probe from advancing insufficiently and losing contact.
  • ⁇ Fourth embodiment> In the fourth embodiment of the present invention, an example of an operation for actually measuring electrical characteristics of a sample after determining the correction amount of the probe 15 will be described.
  • the procedure for determining the correction amount is similar to that of the first to third embodiments.
  • the configuration of the charged particle beam device 100 is the same as that of the first embodiment.
  • Figure 3 is a flow chart that explains the procedure for measuring the electrical characteristics of a sample. Each step in Figure 3 is explained below.
  • FIG. 3 steps S201 to S204
  • the charged particle beam device 100 waits for the magnification setting of the SEM image, and a magnification setting input means is displayed on the display screen associated with the control computer 23 (S201).
  • the temperature in the sample chamber is set as necessary (S202: YES, S203), and if the measurement is to be performed at room temperature (S202: NO), the process skips to S203.
  • the probe 15 is brought into contact with the location to be inspected (S204). These steps are the same as S101 to S104.
  • FIG. 3 Steps S205 to S206
  • the control computer 23 displays the screen shown in Fig. 4, which will be described later. On this screen, the user specifies the movement amount and correction value for correcting the drift of the probe 15 (S205). When the user input is complete, the sample 27 is measured using the specified movement amount and correction value (S206).
  • FIG. 4 is an example of a user interface screen provided by the control computer 23 in S205.
  • the control computer 23 calculates in advance the movement amount for drift correction (here, the movement amount ⁇ p+ ⁇ s-b in embodiment 2 is shown as an example) by carrying out the flowchart in FIG. 2 in advance.
  • the movement amount can be presented as a preset value.
  • This screen is made up of multiple text boxes 402.
  • the horizontal axis of the text box arrangement corresponds to the time axis, and the vertical axis corresponds to the probe number 401.
  • the control computer 23 sets the amount of movement calculated in advance in the text box 402 that corresponds to the correction timing specified by the user (in embodiments 2 and 3, every t seconds after n minutes have elapsed).
  • the user can further change the amount of movement by manual input. This makes it possible to respond to slight changes in the amount of drift of the probe due to the environment, such as the temperature at the time of measurement.
  • the amount of drift is measured every minute and the amount of movement required to offset it is calculated, but this is just one example, and the time interval can be appropriately determined depending on the characteristics of the probe 15 and the measurement environment.
  • values and time units such as t seconds or n minutes are also just one example, and longer or shorter time units (e.g., drift correction is performed every t minutes, drift correction starts after n seconds have passed, etc.) may be used.
  • the correction values a to c for preventing loss of contact between the probe 15 and the sample 27 do not necessarily have to be used if there is little possibility of loss of contact. For example, if the accuracy of the amount of movement for drift correction is sufficiently high, it is possible not to use the correction values.
  • Radio buttons 403 in FIG. 4 can be used to specify whether or not to use the correction values a to c.

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Abstract

本発明は、プローブの位置情報を用いることなく、プローブ位置のドリフトの影響を抑制することができる、計測技術を提供することを目的とする。本発明に係る計測方法は、荷電粒子線装置を用いて試料を観察するときの温度条件において発生するプローブの変位を前記荷電粒子線装置によって計測し、その計測結果を用いて、前記変位を相殺するために前記プローブを移動させる移動量を特定する(図2参照)。

Description

計測方法、荷電粒子線装置
 本発明は、試料に対してプローブを接触させて電気的特性を計測する方法に関する。
 走査電子顕微鏡(SEM)は、試料に対して荷電粒子線(例:電子線)を照射することにより試料を観察する装置である。さらに、試料に対して接触して試料の電気的特性を計測するプローブを備えた装置は、SEM式ナノプローバなどと呼ばれる。同装置においては、プローブの位置(特に高さ方向の位置)がずれるドリフトの影響を補正する必要がある。
 下記特許文献1は、試料に対して接触するプローブを備えた検査装置を記載している。同文献は、『請求項1又は2記載の検査装置において、前記試料ステージに載置された試料の高さを測定するZセンサ及び試料の温度を測定する温度センサを有し、試料の温度変化による試料の高さの変化を前記試料ステージ又は前記プローブユニットによるプローブの移動によりキャンセルすることを特徴とする検査装置。』という技術を記載している(請求項5参照)。
特開2008-157650号公報
 プローブの位置情報を取得するために、試料室内へ位置センサを取り付け、あるいはプローブユニットを設計変更して位置センサを取り付けると、試料の観察像の像質を低下させる可能性がある。位置センサを配置することにより、試料観察のために試料に対して照射する荷電粒子線を遮る物体の面積が増加するからである。そうすると特に、高倍率で観察しながらのプロービング(試料へプローブを接触させる作業)が困難となる。
 したがってプローブのドリフトを補正する際には、プローブの現在位置についての情報を用いることなくこれを実現することができれば有用である。しかし特許文献1のような従来技術においては、プローブの位置情報をZセンサによって計測することを前提としているので、このニーズを満たすことは困難である。
 本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、プローブの位置情報を用いることなく、プローブ位置のドリフトの影響を抑制することができる、計測技術を提供することを目的とする。
 本発明に係る計測方法は、荷電粒子線装置を用いて試料を観察するときの温度条件において発生するプローブの変位を前記荷電粒子線装置によって計測し、その計測結果を用いて、前記変位を相殺するために前記プローブを移動させる移動量を特定する。
 本発明に係る計測方法によれば、プローブの位置情報を用いることなく、プローブ位置のドリフトの影響を抑制することができる。上記した以外の課題、構成、効果などは、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
荷電粒子線装置100の全体構成図を示す。 プローブ15のドリフトを補正するための補正値を算出する手順を説明するフローチャートである。 試料の電気的特性を計測する手順を説明するフローチャートである。 S205において制御コンピュータ23が提供するユーザインターフェースの画面例である。
<実施の形態1>
 本発明の実施形態1では、試料の電気的特性を評価するナノプローバ(荷電粒子線装置)において、プローブを試料と接触させた後、長時間コンタクトを維持する際に問題となっているドリフト量をSEM像によって観察する構成例について説明する。
 図1は、実施形態1に係る荷電粒子線装置100の全体構成図を示す。電子銃10は、1次電子線12を試料27上で照射かつ走査するための照射光学系を形成する。よって、電子銃10は、電子ビームを発生する電子源やビームを走査するための偏向レンズ等、電子照射に必要な構成要件を全て含んでいるものとする。真空チャンバの隔壁11は、大気圧の領域と真空チャンバ内の真空領域を隔てる。電子銃10の動作、例えば電子源の電子ビーム引出し電圧や偏向レンズへの印加電圧などは、電子銃制御器25により制御される。1次電子線12の照射により試料27より発生した2次電子14は、2次電子検出器13により検出される。2次電子検出器13は、実際に電子を検出するセンサ部分は隔壁11内に配置されているが、電源接続用の配線等が接続される根本の部分は、隔壁11の外に突き出ている。制御コンピュータ23は、2次電子14の検出結果に基づき、観察像を作成する。観察像はオペレータ操作手段26上で観察することができる。
 プローブ15は、被検査試料の所定領域に対して触針されるプローブであり、プローブホルダー16によって保持されている。プローブユニット17は、プローブホルダー16を所望の位置に移動するためのデバイスであり、プローブ15をプローブホルダー16ごと所望位置へ移動する。プローブユニット17は、xy方向(面内)とz方向(垂直)への駆動手段を備えている。上方に設置されたカメラ28と横方向に設置されたカメラ29は、プローブ15を観察することができる。各カメラによる観察は主にプローブ一を粗調整する際に使用する。微調整や試料へのコンタクトの瞬間の動作は、プローブ15のSEM像をオペレータ操作手段26上でオペレータが観察しながら実施することもできるし、制御コンピュータ23が自動的に動作制御することもできる。
 実際に不良検査の対象となる試料27は試料台18上に保持される。試料台18は、さらに試料台駆動部19に保持されており、試料台18と試料台駆動部19を合わせてDUT(Device Under Test)ステージと称される。DUTステージとプローブユニット17とは、大試料ステージ20上に形成されている。大試料ステージ20は、xy方向(面内)とz方向(垂直)への駆動手段を備えている。大試料ステージ20は、ベース21の上に設置され、駆動手段によりxy方向(面内)とz方向(垂直)へ移動する。これにより、DUTステージとプローブユニット17との間の相対位置は変えずに、1次電子線12と試料27との間の相対位置を変えることができる。
 電子銃制御器25、2次電子検出器13、プローブユニット17、DUTステージおよび大試料ステージ20は、制御コンピュータ23により動作制御される。試料台18およびプローブホルダー16は、電気特性計測器22に対して接続されている。プローブ15およびプローブホルダー16は、試料27に対して触針して電気信号を検出するので、電気特性計測器22以外に対しては電気的にフローティングとなっている。電気特性計測器22は、主としてプローブ15により検出された試料27の電流-電圧特性を計測して、そこから所望の電気的特性値を算出する、例えば、プローブ15の触針箇所の抵抗値、電流値、電圧値などである。
 電気特性計測器22が計測した特性値は、伝送線を介して制御コンピュータ23に対して伝送される。制御コンピュータ23は、伝送された情報を元にさらに高度な分析を実施する。例えば、測定値を解析して、測定箇所が不良か正常かを判定する。制御コンピュータ23には、光学ディスク、ハードディスク、メモリなどの記憶部24が備えられており、測定した電気特性を格納しておくことができる。制御コンピュータ23は、荷電粒子線装置100全体の動作を制御する役割も果たしている。制御コンピュータ23は、接続された各構成部品を制御するソフトウェアを格納するための記憶部24と、装置ユーザが装置の各種設定パラメータを入力するための入力手段を備える。入力手段とは、例えば、操作画面表示およびSEM像表示用の画像表示手段、キーボード、操作画面上でポインタを動かすためのマウスなどである。
 大試料ステージ20には加熱手段30が設けられ、隔壁11には冷却手段31が設けられる。加熱手段30と冷却手段31は制御コンピュータ23に対して接続され、制御コンピュータ23によって動作制御される。
 図2は、プローブ15のドリフトを補正するための補正値を算出する手順を説明するフローチャートである。本フローチャートは、(a)試料を加熱または冷却せず常温で計測する場合、(b)試料を加熱した上で計測する場合、(c)試料を冷却した上で計測する場合、のいずれにおいても共通して用いることができる。これらの間の違いについては後述する。
(図2:ステップS101)
 荷電粒子線装置100を立ち上げると、荷電粒子線装置100はSEM画像の設定倍率待ち状態になり、制御コンピュータ23に付随した表示画面上に、倍率の設定入力手段が表示される。倍率の設定入力手段とは、例えばアイコンやGUI(Graphical User Interface)による入力手段である。ユーザは、入力手段によりSEMの倍率を入力する。制御コンピュータ23は、入力された値に基づき電子銃10の条件を調整し、入力された倍率でSEM像を取得し、オペレータ操作手段26上に表示する。ユーザは、取得したSEM画像内に試料の目的計測位置が含まれているかどうかを目視で確認する。含まれていなければ、大試料ステージ20を駆動して試料台18をSEM画像の視野内に移動させる。大試料ステージ20ではなくDUTステージ自体を移動して、被検査箇所をSEM画像の視野内に移動してもよい。被検査箇所の大きさにもよるが、SEMの倍率を上げると、被検査箇所が拡大された像が表示されるので、ユーザは、試料の被検査箇所に対するプロービングを実施できる。
(図2:ステップS102~S103)
 ユーザは試料の温度特性を評価するか否かを制御コンピュータ23に対して指示する。温度特性を評価する場合は(S102:YES)、加熱手段30または冷却手段31によって、試料室内を所望温度へ加熱または冷却する(S103)。温度調整が不要であれば(S102:NO、すなわち常温で計測する場合)、S104へスキップする。
(図2:ステップS104)
 ユーザは、オペレータ操作手段26を操作することにより、被検査箇所へプローブ15を接触させる。この作業は、ユーザによるマニュアル作業で実施してもよいし、あらかじめ定められた移動量にしたがって制御コンピュータ23が自動実施してもよい。本ステップにより、被検査箇所上へプローブ15を移動させ、プローブ15をZ軸方向下向きに移動させることにより、プローブ15を被検査箇所へ接触させる。
(図2:ステップS105)
 プローブ15と被検査箇所が接触すると、本ステップ以降を開始する。制御コンピュータ23は、プローブ15が試料27と接触した後、所定時間間隔ごとにプローブ15のSEM像を生成し、これらを解析することにより、プローブ15先端のドリフト量(変位量)を所定時間間隔ごとに算出する。制御コンピュータ23は、時間間隔ごとの変位量を記憶部24へ格納する。
(図2:ステップS106)
 制御コンピュータ23は、S105において算出したドリフト量に基づき、試料27の電気的特性を計測している間にプローブ15に対して与える補正量を算出する(S106)。算出手順の具体例は後述する。制御コンピュータ23は、算出した補正値を記憶部24へ格納する。
(図2:ステップS105~S106:補足)
 S105~S106を実施する時間長(後述の測定時間Tと同義)は、例えばS101の画面上でユーザが指定してもよいし、観察する試料の種類などに応じて制御コンピュータ23が自動的に定めてもよい。
 S106における補正値(常温測定時)を算出する手順について説明する。常温時は、主に、クリープ現象という、プローブユニット17のアクチュエータであるピエゾ素子が潜在的にもつ歪みによって生じる、プローブ15のドリフトを補正する。クリープ現象によるドリフトは、直前の移動量の10%程度のドリフトが直前の移動方向と同方向に発生する現象を指す。プローブ15をZ軸下方向(試料27に対して接近する方向)に動作させることによって接触させていることに起因して、Z軸下方向にドリフトが発生する。これにより試料27とプローブ15が接触した後に試料27に対する加圧が発生しプローブ15が曲げられ、SEM像(上方視点)上で見るとプローブ15の先端方向に向かって変位が生じる。このドリフト量が被検査箇所の範囲を超えると、プローブ15と被検査箇所との間の接触が失われる。プローブ先端が被検査箇所の範囲内でユーザが決めた測定時間Tだけ接触を保つように補正値を決定する。
 ある時間間隔t秒におけるプローブのドリフト量をΔp、測定時間をTとする。プローブ15が被検査箇所に接触してからn分後、Z軸上方向にプローブ15を{Σ(t=1,n)Δp}-a退避させる。補正値aは、プローブ15を上方向へ退避させすぎることによって、プローブ15と試料27との間の接触が失われることを防ぐための補正値である。Δpは時間間隔ごとに同じ値を用いてもよいし、プローブ15の観察像から計測した時間間隔ごとの実測値を用いてもよい。
 (n+1)分後(すなわち上方向退避の1分後)には、n分後時点における上方向退避量の10%(({Σ(t=1,n)Δp}-a)×0.1)だけ、プローブ15をZ軸下方向に進める。これは、クリープ現象によるドリフトが、直前の移動量の10%程度だけ同じ方向に発生するという原理に基づき、上方向退避にともなうクリープドリフトを再補正するためのものである。
 補正値aは所望の計測精度を維持できる範囲であらかじめ設定して記憶部24などにあらかじめ格納しておく。被検査箇所の大きさや測定時間に応じて補正値aを変更してもよい。後述する補正値bとcも同様である。
 nは、補正を実施するタイミングとして、ユーザが例えばS101の画面上において時間長Tの範囲内で指定することができる。時間間隔tも同様にユーザが指定することができる。nやtの値はプローブごとに異なっていてもよいし、全てのプローブについて共通であってもよい。以後の実施形態においても同様である。
<実施の形態2>
 本発明の実施形態2では、試料27を加熱した上で計測する場合におけるドリフト補正値を決定する手順を説明する。荷電粒子線装置100の構成は実施形態1と同じであるので、以下では加熱時における補正値の求め方について主に説明する。
 加熱時は、常温時のクリープ現象によるドリフトのほかに、熱によるメカ的な歪みによるドリフトも補正する。熱によるメカ的な歪みによるドリフトは、プローブ15においてはZ軸下方向に発生し、試料台駆動部19においてはZ軸上方向に発生する。よって、プローブ15による被検査箇所に対する加圧が強く発生するので、加熱時のプローブ先端のドリフトは常温時のドリフトより大きく発生する。このドリフト量が被検査箇所の範囲を超えるとプローブと被検査箇所の接触が失われる。プローブ先端が被検査箇所の範囲内でユーザが決めた測定時間Tだけ接触を保つように補正値を決定する。
 熱による試料台駆動部19のZ軸上方向へのある時間間隔t秒におけるドリフト量をΔsとし、測定時間をTとする。ある時間間隔t秒ごとにプローブ先端は(Δp+Δs)だけプローブ先端方向にドリフトする。したがって、プローブ15が被検査箇所に接触してからn分経過した以後、時間間隔t秒ごとに(Δp+Δs-b)だけプローブ15を上方向へ退避させる。bはプローブが初期位置を超えて退避させることにより試料27との接触が失われることを防止する補正値である。
 試料27を加熱する場合においても、アクチュエータのクリープドリフトは発生する。ただし加熱によって生じる熱ドリフトはクリープドリフトよりもかなり大きいので、クリープドリフトの影響は実質的に無視することができる。そこで本実施形態においては、プローブ15を上方向へ退避することによって生じる新たなクリープドリフトを再補正するための再移動は実施しないこととした。後述する試料27を冷却する場合においても同様に再補正のための再移動は実施しないこととした。
 試料27を加熱することによって生じる熱ドリフトはクリープドリフトよりも大きく、その影響は顕著であるので、本実施形態においては実施形態1とは異なり、時間間隔t秒ごとにドリフト補正を実施することとした。ただし補正動作を開始するのは、プローブ15と試料27が接触してからn分(ユーザがS101などにおいて指定可能)経過した時点とした。これは以下の理由による。
 プローブ15を上方へ退避することを開始すると、プローブ15と試料27との間の接触が失われるリスクも同時に発生することになる。そこでプローブ15と試料27が接触してから最初のn分間は、プローブ15がドリフトしても接触が失われないように、プローブ15の初期位置をあらかじめ調整しておく。これにより、最初のn分間は接触が失われるリスクはないので、プローブ15による計測値を確実に得ることができる利点がある。ただしそのn分間におけるドリフトが生じたとしても十分な計測精度が得られる範囲内で、初期位置をセットする必要がある。後述する試料27を冷却する場合においても同様の理由により、補正動作を開始するのはn分経過後とした。
<実施の形態3>
 本発明の実施形態3では、試料27を冷却した上で計測する場合におけるドリフト補正値を決定する手順を説明する。荷電粒子線装置100の構成は実施形態1と同じであるので、以下では冷却時における補正値の求め方について主に説明する。
 冷却時は、常温時のクリープ現象によるドリフトのほかに、冷却によるメカ的な歪みによるドリフトも補正する。冷却によるメカ的な歪みによるドリフトは、プローブ15においてはZ軸上方向に発生し、試料台駆動部19においてはZ軸下方向に発生する。よって、プローブ15が被検査箇所から離れる方向にドリフトが発生する。このドリフト量が被検査箇所の範囲を超えるとプローブと被検査箇所の接触が失われる。プローブ先端が被検査箇所の範囲内でユーザが決めた測定時間Tだけ接触を保つように補正値を決定する。
 冷却による試料台駆動部19のZ軸下方向へのある時間間隔t秒におけるドリフト量をΔsとし、測定時間をTとする。ある時間間隔t秒ごとにプローブ先端は(Δp+Δs)だけ後退方向にドリフトする。したがって、プローブが被検査箇所に接触してからn分経過した以後、時間間隔t秒ごとに(Δp+Δs+c)だけプローブをZ軸下方向に前進させる(試料27に対して近づける)。cはプローブの前進する量が足りずに接触が失われることを防止する補正値である。
<実施の形態4>
 本発明の実施形態4では、プローブ15の補正量を決定した後、実際に試料の電気的特性を計測する動作例を説明する。補正量を決定する手順は実施形態1~3と同様である。荷電粒子線装置100の構成は実施形態1と同じである。
 図3は、試料の電気的特性を計測する手順を説明するフローチャートである。以下図3の各ステップを説明する。
(図3:ステップS201~S204)
 荷電粒子線装置100を立ち上げると、荷電粒子線装置100はSEM画像の設定倍率待ち状態になり、制御コンピュータ23に付随した表示画面に倍率の設定入力手段が表示される(S201)。必要に応じて試料室内の温度を設定し(S202:YES、S203)、常温で測定する場合(S202:NO)はS203へスキップする。プローブ15を被検査箇所へ接触させる(S204)。これらのステップはS101~S104と同様である。
(図3:ステップS205~S206)
 制御コンピュータ23は、後述する図4の画面を表示する。ユーザは同画面上で、プローブ15のドリフトを補正するための移動量および補正値を指定する(S205)。ユーザ入力が完了すると、指定された移動量および補正値を用いながら、試料27を測定する(S206)。
 図4は、S205において制御コンピュータ23が提供するユーザインターフェースの画面例である。制御コンピュータ23は、図2のフローチャートをあらかじめ実施しておくことにより、ドリフト補正のための移動量(ここでは実施形態2の移動量Δp+Δs-bを例示した)をあらかじめ算出しておく。本画面を表示するとき、その移動量をプリセット値として提示することができる。
 本画面は、複数のテキストボックス402によって構成されている。テキストボックスの配列の横軸は時間軸に対応し、縦軸はプローブ番号401に対応する。制御コンピュータ23は、ユーザが指定した補正タイミング(実施形態2~3であればn分経過以後のt秒ごと)に対応するテキストボックス402内に、あらかじめ算出した移動量をセットする。ユーザはその移動量をマニュアル入力によってさらに変更することができる。これにより、測定時の気温などによる環境によるプローブのドリフト量の微量な変化に対応することが可能となる。
<本発明の変形例について>
 以上の実施形態において、プローブユニット17のアクチュエータとしてピエゾ素子を用いることと、ピエゾ素子のクリープドリフトを補正することを説明した。ピエゾ素子以外のアクチュエータを用いる場合においても同様のドリフトが発生するのであれば、以上の実施形態と同様の移動量を用いてドリフトを補正することができる。
 実施形態1において、1分ごとにドリフト量を計測してこれを相殺する移動量を求めることを説明したが、これは1例であり、この時間間隔はプローブ15の特性や計測環境などに応じて適切に定めることができる。同様に、t秒やn分などの数値および時間単位も1例であり、より長いまたはより短い時間単位(例:t分ごとにドリフト補正する、n秒経過以後からドリフト補正を開始する、など)を採用してもよい。
 以上の実施形態において、プローブ15と試料27との間の接触が失われないようにするための補正値a~補正値cは、接触が失われる可能性が乏しいのであれば必ずしも用いなくてもよい。例えばドリフト補正のための移動量の精度が十分高い場合は補正値を用いないことが考えられる。図4におけるラジオボタン403は、補正値a~cを用いるか否かを指定するために用いることができる。
10:電子銃、11:隔壁、12:1次電子線、13:2次電子検出器、14:2次電子線、15:プローブ、16:プローブホルダー、17:プローブユニット、18:試料台、19:試料台駆動部、20:大試料ステージ、21:ベース、22:電気特性計測器、23:制御コンピュータ、24:記憶部、25:電子銃制御器、26:オペレータ操作手段、27:試料、28:カメラ、29:カメラ、30:加熱手段、31:冷却手段

Claims (10)

  1.  荷電粒子線装置を用いて観察する試料に対してプローブを接触させて前記プローブを用いて前記試料の電気的特性を計測する計測方法であって、
     前記計測を実施するときの温度条件において発生する前記プローブの変位を前記荷電粒子線装置によって計測するステップ、
     前記変位を相殺するために前記プローブを移動させる移動量を特定するステップ、
     前記試料に対して前記プローブを接触させて前記電気的特性を計測する際に、前記特定した前記移動量を用いて、前記変位を相殺しながら前記電気的特性を計測するステップ、
     を有することを特徴とする計測方法。
  2.  前記変位を計測するステップにおいては、所定時間間隔ごとに前記変位を計測し、
     前記移動量を特定するステップにおいては、前記所定時間間隔ごとの前記変位を、前記プローブが前記試料に対して接触してから経過した時間長にわたって合算することにより、前記移動量を計算する
     ことを特徴とする請求項1記載の計測方法。
  3.  前記変位は、前記プローブを駆動するアクチュエータの歪みに起因するクリープ変位を含んでおり、
     前記試料に対して加熱も冷却も実施することなく前記電気的特性を計測するステップを実施する場合は、
      前記移動量を特定するステップにおいては、前記クリープ変位を相殺することができる前記移動量を前記所定時間間隔ごとに特定し、
      前記電気的特性を計測するステップにおいては、前記プローブが前記試料に対して接触してから前記時間長が経過した時点で、前記合算によって計算した前記移動量を用いて前記プローブを前記試料の上方へ退避させた上で、前記電気的特性を計測する
     ことを特徴とする請求項2記載の計測方法。
  4.  前記計測方法はさらに、前記電気的特性を計測するステップにおいて前記プローブを上方へ退避させることに起因して前記プローブと前記試料との間の接触が失われることを回避するための第1補正量を取得するステップを有し、
     前記試料に対して加熱も冷却も実施することなく前記電気的特性を計測するステップを実施する場合は、前記電気的特性を計測するステップは、
      前記時間長が経過した時点において、前記合算によって計算した移動量から前記第1補正量を減算した第1補正後移動量を用いて前記プローブを前記試料の上方へ退避させるステップ、
      前記時間長が経過した時点からさらに前記所定時間間隔が経過した時点において、前記第1補正後移動量によって生じる前記クリープ変位を相殺するための移動量を用いて前記プローブを下方へ移動させるステップ、
     を有する
     ことを特徴とする請求項3記載の計測方法。
  5.  前記変位は、前記プローブを駆動するアクチュエータの歪みに起因する第1変位と、前記プローブを加熱することによって発生する熱ドリフトに起因する第2変位とを含んでおり、
     前記試料を加熱した上で前記電気的特性を計測するステップを実施する場合は、
      前記移動量を特定するステップにおいては、前記第1変位と前記第2変位を相殺することができる前記移動量を所定時間間隔毎に特定し、
      前記電気的特性を計測するステップにおいては、前記プローブが前記試料に対して接触してから所定時間が経過した時点で、前記所定時間間隔毎に、前記移動量を用いて前記プローブを前記試料の上方へ退避させながら、前記電気的特性を計測する
     ことを特徴とする請求項1記載の計測方法。
  6.  前記計測方法はさらに、前記電気的特性を計測するステップにおいて前記プローブを上方へ退避させることに起因して前記プローブと前記試料との間の接触が失われることを回避するための第2補正量を取得するステップを有し、
     前記試料を加熱した上で前記電気的特性を計測するステップを実施する場合は、
      前記電気的特性を計測するステップにおいては、前記所定時間間隔毎に、前記移動量から前記第2補正量を減算した第2補正後移動量を用いて前記プローブを前記試料の上方へ退避させながら、前記電気的特性を計測する
     ことを特徴とする請求項5記載の計測方法。
  7.  前記変位は、前記プローブを駆動するアクチュエータの歪みに起因する第1変位と、前記プローブを冷却することによって発生する熱ドリフトに起因する第3変位とを含んでおり、
     前記試料を冷却した上で前記電気的特性を計測するステップを実施する場合は、
      前記移動量を特定するステップにおいては、前記第1変位と前記第3変位を相殺することができる前記移動量を所定時間間隔毎に特定し、
      前記電気的特性を計測するステップにおいては、前記プローブが前記試料に対して接触してから所定時間が経過した時点で、前記所定時間間隔毎に、前記移動量を用いて前記プローブを前記試料に対して近づける方向へ移動させながら、前記電気的特性を計測する
     ことを特徴とする請求項1記載の計測方法。
  8.  前記計測方法はさらに、前記電気的特性を計測するステップにおいて前記プローブを前記試料に対して近づける量が不足することに起因して前記プローブと前記試料との間の接触が失われることを回避するための第3補正量を取得するステップを有し、
     前記試料を冷却した上で前記電気的特性を計測するステップを実施する場合は、
      前記電気的特性を計測するステップにおいては、前記所定時間間隔毎に、前記移動量に対して前記第3補正量を加算した第3補正後移動量を用いて前記プローブを前記試料に対して近づける方向へ移動させながら、前記電気的特性を計測する
     ことを特徴とする請求項7記載の計測方法。
  9.  前記計測方法はさらに、複数の前記プローブそれぞれについて個別に前記移動量を特定するステップを有し、
     前記電気的特性を計測するステップにおいては、各前記プローブに対して前記個別の移動量をそれぞれ適用することにより、前記プローブごとの前記変位を相殺しながら前記電気的特性を計測する
     ことを特徴とする請求項1記載の計測方法。
  10.  試料に対して荷電粒子線を照射することにより前記試料を観察する荷電粒子線装置であって、
     前記試料と接触して前記試料の電気的特性を計測するプローブ、
     前記試料を搭載したステージを移動させる制御装置、
     を備え、
     前記制御装置は、
      前記観察を実施するときの温度条件において発生する前記プローブの変位を前記荷電粒子線によって計測するステップ、
      前記変位を相殺するために前記プローブを移動させる移動量を特定するステップ、
      前記試料に対して前記プローブを接触させて前記電気的特性を計測する際に、前記特定した前記移動量を用いて、前記変位を相殺しながら前記電気的特性を計測するステップ、
     を実施する
     ことを特徴とする荷電粒子線装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008157650A (ja) * 2006-12-21 2008-07-10 Hitachi High-Technologies Corp 試料検査装置及び試料検査方法
WO2014175074A1 (ja) * 2013-04-23 2014-10-30 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置及び当該装置を用いる試料作製方法
US20150377921A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-31 Dcg Systems, Inc. Through process flow intra-chip and inter-chip electrical analysis and process control using in-line nanoprobing

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