特許 7538339 試料検査装置、検査システム、薄片試料作製装置および試料の検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】試料検査装置、検査システム、薄片試料作製装置および試料の検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/26 20200101AFI20240814BHJP

   G01R 31/305 20060101ALI20240814BHJP

   G01R 31/28 20060101ALI20240814BHJP

   G01R 19/00 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

G01R31/26 Z

G01R31/305

G01R31/28 L

G01R19/00 J

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023514206

(86)(22)【出願日】2021-04-13

(86)【国際出願番号】 JP2021015247

(87)【国際公開番号】W WO2022219695

(87)【国際公開日】2022-10-20

【審査請求日】2023-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 将大

(72)【発明者】

【氏名】布施 潤一

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 典夫

(72)【発明者】

【氏名】梶山 浩嗣

【審査官】田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／０８９９５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－１６６７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０３０７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０３８２９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／００３４５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０２２４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第０１／０６３６６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２６９２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１００８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１１４５７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ３１／２６－３１／２７、

３１／２８－３１／３１９３、

１９／００－１９／３２、

Ｈ０１Ｌ ２１／６４－２１／６６、

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子ビームを照射可能な電子源と、
前記電子ビームの集束および走査が可能な電子光学系と、
その表面に第１導電体および第２導電体が形成された試料を設置可能な第１ステージと、
前記電子ビームが前記試料に照射された際に、前記試料から発生する二次電子を検出するための検出器と、
第１探針と、
第２探針と、
前記電子源、前記電子光学系、前記第１ステージ、前記検出器、前記第１探針および前記第２探針の各々の動作を制御する第１コントローラと、
前記試料が前記第１ステージ上に設置された際に実行される検査手段と、
を備え、
前記検査手段は、
（ａ）前記第１探針を前記第１導電体に接触させ、且つ、前記第２探針を前記第２導電体に接触させた状態で、前記電子ビームを前記試料の表面上で走査するステップ、
（ｂ）前記ステップ（ａ）における前記電子ビームの走査と同期させながら、前記第１探針と前記第２探針との間の電位差の変化の微分値を計測するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）で計測された前記電位差の変化の微分値に基づいて、前記第１導電体と前記第２導電体との間に存在する不良箇所が明部および暗部として示されたＤＩ－ＥＢＡＣ像を取得するステップ、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）で取得された前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像から、前記不良箇所の方向を特定するステップ、
を有する、試料検査装置。

【請求項2】

請求項１に記載の試料検査装置において、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ１）前記ステップ（ｂ）で計測された前記電位差の変化の微分値のヒストグラムを生成するステップ、
（ｃ２）前記ヒストグラムのうち前記電位差の変化の微分値が最も小さい箇所をベースラインとし、前記ベースラインに対して前記電位差の変化の微分値が十分に大きい箇所を、前記不良箇所として特定するステップ、
（ｃ３）前記ステップ（ｃ２）で特定された前記不良箇所が前記明部および前記暗部として示された前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像を取得するステップ、
を有する、試料検査装置。

【請求項3】

請求項１に記載の試料検査装置において、
前記ステップ（ｄ）では、前記明部と前記暗部との境界に対して垂直な方向が、前記不良箇所の方向として特定される、試料検査装置。

【請求項4】

請求項１に記載の試料検査装置において、
前記第１探針および前記第２探針は、差動増幅器を介して前記第１コントローラに電気的に接続され、
前記第１探針と前記第２探針との間には、前記第１探針に電気的に接続された第１可変抵抗素子と、前記第１可変抵抗素子に電気的に接続された第１定電圧電源と、前記第１定電圧電源に電気的に接続された第２定電圧電源と、前記第２定電圧電源および前記第２探針に電気的に接続された第２可変抵抗素子とが設けられ、
前記第１可変抵抗素子と前記差動増幅器との間には、第１コンデンサが設けられ、
前記第２可変抵抗素子と前記差動増幅器との間には、第２コンデンサが設けられ、
前記ステップ（ａ）では、前記不良箇所には、前記第１定電圧電源および前記第２定電圧電源から常に電圧が印加されている、試料検査装置。

【請求項5】

請求項１に記載の試料検査装置において、
前記検査手段は、
（ｅ）前記ステップ（ａ）における前記電子ビームの走査と同期させながら、前記検出器で前記試料から発生する二次電子を検出することで、前記第１導電体および前記第２導電体が撮像されたＳＥＭ像を取得するステップ、
（ｆ）前記ＳＥＭ像と、前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像とを重ね合わせた第１合成像を取得することで、前記不良箇所の位置を特定するステップ、
を更に有する、試料検査装置。

【請求項6】

請求項５に記載の試料検査装置と、薄片試料作製装置とを含む検査システムであって、
前記薄片試料作製装置は、
イオンビームを照射可能なイオン源と、
前記試料を設置可能な第２ステージと、
前記イオン源および前記第２ステージの各々の動作を制御し、且つ、前記第１コントローラに電気的に接続された第２コントローラと、
前記試料が前記第２ステージ上に設置された際に実行される作製手段と、
を更に備え、
前記作製手段は、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で取得された前記第１合成像と、前記ステップ（ｄ）で特定された前記不良箇所の方向の情報とを、前記第１コントローラから前記第２コントローラへ取り込むステップ、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）の後、前記第１合成像に前記不良箇所の方向を示すステップ、
（ｉ）前記ステップ（ｈ）の後、前記不良箇所の方向を参照して、前記試料の切断方向を決定するステップ、
（ｊ）前記ステップ（ｉ）の後、前記切断方向に基づいて、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工することで、前記不良箇所の断面が含まれた薄片試料を作製するステップ、
を有する、検査システム。

【請求項7】

請求項１に記載の試料検査装置において、
前記検査手段は、
（ｅ）前記試料の設計データであり、且つ、前記第１導電体および前記第２導電体が示されたＣＡＤ像を、前記第１コントローラに取り込むステップ、
（ｆ）前記ＣＡＤ像と、前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像とを重ね合わせた第２合成像を取得することで、前記不良箇所の位置を特定するステップ、
を更に有する、試料検査装置。

【請求項8】

請求項７に記載の試料検査装置と、薄片試料作製装置とを含む検査システムであって、
前記薄片試料作製装置は、
イオンビームを照射可能なイオン源と、
前記試料を設置可能な第２ステージと、
前記イオン源および前記第２ステージの各々の動作を制御し、且つ、前記第１コントローラに電気的に接続された第２コントローラと、
前記試料が前記第２ステージ上に設置された際に実行される作製手段と、
を更に備え、
前記作製手段は、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で取得された前記第２合成像と、前記ステップ（ｄ）で特定された前記不良箇所の方向の情報とを、前記第１コントローラから前記第２コントローラへ取り込むステップ、
（ｈ）前記ステップ（ｇ）の後、前記第２合成像に前記不良箇所の方向を示すステップ、
（ｉ）前記ステップ（ｈ）の後、前記不良箇所の方向を参照して、前記試料の切断方向を決定するステップ、
（ｊ）前記ステップ（ｉ）の後、前記切断方向に基づいて、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工することで、前記不良箇所の断面が含まれた薄片試料を作製するステップ、
を有する、検査システム。

【請求項9】

イオンビームを照射可能なイオン源と、
その表面に第１導電体および第２導電体が形成された試料を設置可能な第２ステージと、
前記イオン源および前記第２ステージの各々の動作を制御する第２コントローラと、
前記試料が前記第２ステージ上に設置された際に実行される作製手段と、
を備え、
前記作製手段は、
（ａ）前記第１導電体および前記第２導電体が撮像されたＳＥＭ像、または、前記試料の設計データであり、且つ、前記第１導電体および前記第２導電体が示されたＣＡＤ像と、前記第１導電体と前記第２導電体との間に存在する不良箇所が明部および暗部として示されたＤＩ－ＥＢＡＣ像と、を重ね合わせた合成像であって、前記不良箇所の方向が示されている前記合成像を用意するステップ、
（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記合成像に示されている前記不良箇所の方向を参照して、前記試料の切断方向を決定するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記切断方向に基づいて、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工することで、前記不良箇所の断面が含まれた薄片試料を作製するステップ、
を有する、薄片試料作製装置。

【請求項10】

請求項９に記載の薄片試料作製装置において、
前記合成像は、試料検査装置によって取得された画像データであり、
前記試料検査装置は、
電子ビームを照射可能な電子源と、
前記電子ビームの集束および走査が可能な電子光学系と、
前記試料を設置可能な第１ステージと、
前記電子ビームが前記試料に照射された際に、前記試料から発生する二次電子を検出するための検出器と、
第１探針と、
第２探針と、
前記電子源、前記電子光学系、前記第１ステージ、前記検出器、前記第１探針および前記第２探針の各々の動作を制御する第１コントローラと、
を備えている、薄片試料作製装置。

【請求項11】

試料検査装置および薄片試料作製装置を用いて行われる試料の検査方法であって、
前記試料検査装置は、
電子ビームを照射可能な電子源と、
前記電子ビームの集束および走査が可能な電子光学系と、
その表面に第１導電体および第２導電体が形成された試料を設置可能な第１ステージと、
前記電子ビームが前記試料に照射された際に、前記試料から発生する二次電子を検出するための検出器と、
第１探針と、
第２探針と、
前記電子源、前記電子光学系、前記第１ステージ、前記検出器、前記第１探針および前記第２探針の各々の動作を制御する第１コントローラと、
を備え、
前記薄片試料作製装置は、
イオンビームを照射可能なイオン源と、
前記試料を設置可能な第２ステージと、
前記イオン源および前記第２ステージの各々の動作を制御し、且つ、前記第１コントローラに電気的に接続された第２コントローラと、
を備え、
（ａ）前記試料を前記第１ステージ上に設置するステップ、
（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記第１探針を前記第１導電体に接触させ、且つ、前記第２探針を前記第２導電体に接触させた状態で、前記電子ビームを前記試料の表面上で走査するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）における前記電子ビームの走査と同期させながら、前記第１探針と前記第２探針との間の電位差の変化の微分値を計測するステップ、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）で計測された前記電位差の変化の微分値に基づいて、前記第１導電体と前記第２導電体との間に存在する不良箇所が明部および暗部として示されたＤＩ－ＥＢＡＣ像を取得するステップ、
（ｆ）前記ステップ（ｄ）で取得された前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像から、前記不良箇所の方向を特定するステップ、
（ｇ）前記ステップ（ａ）における前記電子ビームの走査と同期させながら、前記検出器で前記試料から発生する二次電子を検出することで、前記第１導電体および前記第２導電体が撮像されたＳＥＭ像を取得するステップであるか、前記試料の設計データであり、且つ、前記第１導電体および前記第２導電体が示されたＣＡＤ像を、前記第１コントローラに取り込むステップ、
（ｈ）前記ステップ（ｆ）および前記ステップ（ｇ）の後、前記ＳＥＭ像または前記ＣＡＤ像と、前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像とを重ね合わせた合成像を取得することで、前記不良箇所の位置を特定するステップ、
（ｉ）前記ステップ（ｈ）の後、前記試料を前記試料検査装置から薄片試料作製装置へ搬送し、前記試料を前記第２ステージ上に設置するステップ、
（ｊ）前記ステップ（ｈ）で取得された前記合成像と、前記ステップ（ｆ）で特定された前記不良箇所の方向の情報とを、前記第１コントローラから前記第２コントローラへ取り込むステップ、
（ｋ）前記ステップ（ｊ）の後、前記合成像に前記不良箇所の方向を示すステップ、
（ｌ）前記ステップ（ｋ）の後、前記不良箇所の方向を参照して、前記試料の切断方向を決定するステップ、
（ｍ）前記ステップ（ｌ）の後、前記切断方向に基づいて、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工することで、前記不良箇所の断面が含まれた薄片試料を作製するステップ、
を有する、試料の検査方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の試料の検査方法において、
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ１）前記ステップ（ｃ）で計測された前記電位差の変化の微分値のヒストグラムを生成するステップ、
（ｄ２）前記ヒストグラムのうち前記電位差の変化の微分値が最も小さい箇所をベースラインとし、前記ベースラインに対して前記電位差の変化の微分値が十分に大きい箇所を、前記不良箇所として特定するステップ、
（ｄ３）前記ステップ（ｄ２）で特定された前記不良箇所が前記明部および前記暗部として示された前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像を取得するステップ、
を有する、試料の検査方法。

【請求項13】

請求項１１に記載の試料の検査方法において、
前記ステップ（ｆ）では、前記明部と前記暗部との境界に対して垂直な方向が、前記不良箇所の方向として特定される、試料の検査方法。

【請求項14】

請求項１１に記載の試料の検査方法において、
前記第１探針および前記第２探針は、差動増幅器を介して前記第１コントローラに電気的に接続され、
前記第１探針と前記第２探針との間には、前記第１探針に電気的に接続された第１可変抵抗素子と、前記第１可変抵抗素子に電気的に接続された第１定電圧電源と、前記第１定電圧電源に電気的に接続された第２定電圧電源と、前記第２定電圧電源および前記第２探針に電気的に接続された第２可変抵抗素子とが設けられ、
前記第１可変抵抗素子と前記差動増幅器との間には、第１コンデンサが設けられ、
前記第２可変抵抗素子と前記差動増幅器との間には、第２コンデンサが設けられ、
前記ステップ（ｂ）では、前記不良箇所には、前記第１定電圧電源および前記第２定電圧電源から常に電圧が印加されている、試料の検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料検査装置、検査システム、薄片試料作製装置および試料の検査方法に関し、特に、不良箇所の方向を特定できる試料検査装置と、試料検査装置を用いた試料の検査方法と、不良箇所の方向が特定された画像データを用いて試料の作製を行える薄片試料作製装置と、試料検査装置および薄片試料作製装置を有する検査システムとに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、半導体デバイスの微細化が進んでいる。特に、立体構造を有する半導体デバイスでは、積層技術と組み合わせることで、高集積化および大容量化が飛躍的に進んでいる。このような半導体デバイスの解析を行うための荷電粒子線装置として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）などが用いられている。

【0003】

複雑な回路が形成された半導体試料の不良解析においては、半導体デバイスの微細化に伴って、不良箇所の特定が難しくなり、解析に膨大な時間が必要になっている。現在、このような不良解析では、ＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）またはＥＢ（Electron Beam）テスタなどの解析装置が用いられている。

【0004】

特に、配線の不良解析に関する分野では、電子ビームに代表される荷電粒子線を半導体試料に照射すると共に、試料に探針を接触させて、配線によって吸収された電流、または、半導体試料から放出された二次的な信号（二次電子若しくは反射電子など）を、解析し、更に画像化する技術が注目されている。配線により吸収された電流（吸収電流）に基づいて得られる信号（吸収電流信号）の分布像は、電子ビーム吸収電流（ＥＢＡＣ：Electron Beam Absorbed Current）像と呼ばれる。

【0005】

例えば、特許文献１には、試料表面の配線パターンに荷電粒子線を照射し、上記配線パターンに接触させた２本の探針の間に流れる吸収電流を測定する吸収電流検出装置が開示されている。この装置では、測定された吸収電流を電圧に変換する電流／電圧変換器と、上記配線パターンとの間に、所定の抵抗値を有する出力電圧調整用の入力抵抗が挿入されている。

【0006】

また、特許文献２には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）探針の接触により特定される回路に、探針を介して電圧を印加しながら、荷電粒子線により試料を走査し、局所的に加熱された不良箇所の抵抗値の変化を、探針を介して測定する技術が開示されている。これにより、従来のＥＢＡＣ法で検出し難かった高抵抗の不良箇所、または、試料内部に埋没した不良箇所に起因する信号が、検出され易くなる。また、特許文献２には、取得されたＥＢＡＣ像とＳＥＭ像とを重ね合わせることで、不良箇所の位置を特定する技術も開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００８－２０３０７５号公報

【文献】国際公開第２０１７／０３８２９３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献２では、ＥＢＡＣ像とＳＥＭ像とを重ね合わせた合成像によって、不良箇所の位置をある程度の精度で特定することが可能であるが、例えば、ショート不良における短絡の方向を特定することが出来ない。それ故、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）装置またはＦＩＢ－ＳＥＭ装置のような薄片試料作製装置を用いて、不良箇所の切断および薄膜化を行い、不良箇所の断面観察を行う工程において、不良箇所が不適切な方向に切断されてしまい、不良箇所の情報が失われる場合がある。

【0009】

本願の主な目的は、ＥＢＡＣ像から不良方向を特定できる試料検査装置と、その試料検査装置を用いた検査方法とを提供することにある。また、試料検査装置で取得された情報を薄片試料作製装置で用いることで、不良箇所が適切な方向に切断されるように、薄片試料の作製を行うことを目的とする。その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0011】

一実施の形態における荷電粒子線装置は、電子ビームを照射可能な電子源と、前記電子ビームの集束および走査が可能な電子光学系と、その表面に第１導電体および第２導電体が形成された試料を設置可能な第１ステージと、前記電子ビームが前記試料に照射された際に、前記試料から発生する二次電子を検出するための検出器と、第１探針と、第２探針と、前記電子源、前記電子光学系、前記第１ステージ、前記検出器、前記第１探針および前記第２探針の各々の動作を制御する第１コントローラと、前記試料が前記第１ステージ上に設置された際に実行される検査手段と、を備える。ここで、前記検査手段は、（ａ）前記第１探針を前記第１導電体に接触させ、且つ、前記第２探針を前記第２導電体に接触させた状態で、前記電子ビームを前記試料の表面上で走査するステップ、（ｂ）前記ステップ（ａ）における前記電子ビームの走査と同期させながら、前記第１探針と前記第２探針との間の電位差の変化の微分値を計測するステップ、（ｃ）前記ステップ（ｂ）で計測された前記電位差の変化の微分値に基づいて、前記第１導電体と前記第２導電体との間に存在する不良箇所が明部および暗部として示されたＤＩ－ＥＢＡＣ像を取得するステップ、（ｄ）前記ステップ（ｃ）で取得された前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像から、前記不良箇所の方向を特定するステップ、を有する。

【0012】

一実施の形態における薄片試料作製装置は、イオンビームを照射可能なイオン源と、その表面に第１導電体および第２導電体が形成された試料を設置可能な第２ステージと、前記イオン源および前記第２ステージの各々の動作を制御する第２コントローラと、前記試料が前記第２ステージ上に設置された際に実行される作製手段と、を備える。ここで、前記作製手段は、（ａ）前記第１導電体および前記第２導電体が撮像されたＳＥＭ像、または、前記試料の設計データであり、且つ、前記第１導電体および前記第２導電体が示されたＣＡＤ像と、前記第１導電体と前記第２導電体との間に存在する不良箇所が明部および暗部として示されたＤＩ－ＥＢＡＣ像と、を重ね合わせた合成像であって、前記不良箇所の方向が示されている前記合成像を用意するステップ、（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記合成像に示されている前記不良箇所の方向を参照して、前記試料の切断方向を決定するステップ、（ｃ）前記ステップ（ｂ）の後、前記切断方向に基づいて、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工することで、前記不良箇所の断面が含まれた薄片試料を作製するステップ、を有する。

【0013】

一実施の形態における試料の検査方法は、試料検査装置および薄片試料作製装置を用いて行われる。前記試料検査装置は、電子ビームを照射可能な電子源と、前記電子ビームの集束および走査が可能な電子光学系と、その表面に第１導電体および第２導電体が形成された試料を設置可能な第１ステージと、前記電子ビームが前記試料に照射された際に、前記試料から発生する二次電子を検出するための検出器と、第１探針と、第２探針と、前記電子源、前記電子光学系、前記第１ステージ、前記検出器、前記第１探針および前記第２探針の各々の動作を制御する第１コントローラと、を備える。前記薄片試料作製装置は、イオンビームを照射可能なイオン源と、前記試料を設置可能な第２ステージと、前記イオン源および前記第２ステージの各々の動作を制御し、且つ、前記第１コントローラに電気的に接続された第２コントローラと、を備える。また、試料の検査方法は、（ａ）前記試料を前記第１ステージ上に設置するステップ、（ｂ）前記ステップ（ａ）の後、前記第１探針を前記第１導電体に接触させ、且つ、前記第２探針を前記第２導電体に接触させた状態で、前記電子ビームを前記試料の表面上で走査するステップ、（ｃ）前記ステップ（ｂ）における前記電子ビームの走査と同期させながら、前記第１探針と前記第２探針との間の電位差の変化の微分値を計測するステップ、（ｄ）前記ステップ（ｃ）で計測された前記電位差の変化の微分値に基づいて、前記第１導電体と前記第２導電体との間に存在する不良箇所が明部および暗部として示されたＤＩ－ＥＢＡＣ像を取得するステップ、（ｆ）前記ステップ（ｄ）で取得された前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像から、前記不良箇所の方向を特定するステップ、（ｇ）前記ステップ（ａ）における前記電子ビームの走査と同期させながら、前記検出器で前記試料から発生する二次電子を検出することで、前記第１導電体および前記第２導電体が撮像されたＳＥＭ像を取得するステップであるか、前記試料の設計データであり、且つ、前記第１導電体および前記第２導電体が示されたＣＡＤ像を、前記第１コントローラに取り込むステップ、（ｈ）前記ステップ（ｆ）および前記ステップ（ｇ）の後、前記ＳＥＭ像または前記ＣＡＤ像と、前記ＤＩ－ＥＢＡＣ像とを重ね合わせた合成像を取得することで、前記不良箇所の位置を特定するステップ、（ｉ）前記ステップ（ｈ）の後、前記試料を前記試料検査装置から薄片試料作製装置へ搬送し、前記試料を前記第２ステージ上に設置するステップ、（ｊ）前記ステップ（ｈ）で取得された前記合成像と、前記ステップ（ｆ）で特定された前記不良箇所の方向の情報とを、前記第１コントローラから前記第２コントローラへ取り込むステップ、（ｋ）前記ステップ（ｊ）の後、前記合成像に前記不良箇所の方向を示すステップ、（ｌ）前記ステップ（ｋ）の後、前記不良箇所の方向を参照して、前記試料の切断方向を決定するステップ、（ｍ）前記ステップ（ｌ）の後、前記切断方向に基づいて、前記イオンビームを前記試料に対して照射し、前記試料の一部を加工することで、前記不良箇所の断面が含まれた薄片試料を作製するステップ、を有する。

【発明の効果】

【0014】

一実施の形態によれば、ＥＢＡＣ像から不良方向を特定できる試料検査装置と、その試料検査装置を用いた検査方法とを提供できる。また、試料検査装置で取得された情報を基にして、不良箇所が適切な方向に切断されるように、薄片試料の作製を行える薄片試料作製装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態１における検査システムを示す模式図である。

【図2】実施の形態１における試料検査装置を示す模式図である。

【図3】実施の形態１における試料検査装置の一部を拡大した要部模式図である。

【図4】ＣＵＲＲモード、ＤＩＦＦモードおよびＤＩ－ＥＢＡＣモードを示す模式図である。

【図5】ＣＵＲＲモード、ＤＩＦＦモードおよびＤＩ－ＥＢＡＣモードで得られたヒストグラムを示す概念図である。

【図6】ＤＩ－ＥＢＡＣモードにおける電位差の変化の微分値と、不良箇所の位置との関係を示すグラフである。

【図7】実施の形態１における試料の検査方法（検査手段）を示すフローチャートである。

【図8A】実施の形態１におけるＤＩ－ＥＢＡＣ像を示す模式図である。

【図8B】実施の形態１におけるＳＥＭ像を示す模式図である。

【図8C】実施の形態１におけるＳＥＭ像とＤＩ－ＥＢＡＣ像とを重ね合わせた合成像を示す模式図である。

【図8D】実施の形態１におけるＳＥＭ像とＤＩ－ＥＢＡＣ像とを重ね合わせた合成像を示す模式図である。

【図9】実施の形態１における薄片試料作製装置を示す模式図である。

【図10】実施の形態１における試料の検査方法（作製手段）を示すフロー図である。

【図11】実施の形態１における薄片試料作製装置を操作中の画面である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0017】

（実施の形態１）
＜検査システムの構成＞
以下に図１を用いて、試料の検査および作製を行うことが可能な検査システム１００の構成について説明する。

【0018】

図１に示されるように、検査システム１００は、試料検査装置２００、薄片試料作製装置３００、コンピュータ３０、表示装置３１、入力装置３２および記憶装置３３を含む。

【0019】

試料検査装置２００と薄片試料作製装置３００との間では、コンピュータ３０を介して、各種情報が相互に通信される。各種情報は、試料検査装置２００において検査された試料の情報、および、薄片試料作製装置３００において作製された試料の情報であり、例えば、不良箇所の位置座標、不良方向、作製箇所の位置座標および画像データなどである。これらの情報は、コンピュータ３０に備えられた記憶装置３３に保存される。

【0020】

コンピュータ３０には、表示装置３１および入力装置３２が接続されている。表示装置３１には、ＧＵＩ画面などが表示される。ＧＵＩ画面には、ＥＢＡＣ像およびＳＥＭ像などの画像データ、並びに、ユーザの各種指示などが表示される。ユーザは、ＧＵＩ画面を確認しながら、入力装置３２を用いて各種指示を入力できる。その場合、各種指示がコンピュータ３０に送信され、コンピュータ３０から試料検査装置２００および薄片試料作製装置３００の各々のコントローラへ制御信号が伝達される。

【0021】

なお、入力装置３２は、例えばキーボードまたはマウスであり、記憶装置３３は、例えばフラッシュメモリまたはハードディスクである。また、コンピュータ３０は、情報を通信できるものであればよく、ネットワークまたはその他の情報媒体などであってもよい。

【0022】

＜試料検査装置の構成＞
以下に図２～図６を用いて、実施の形態１における試料検査装置２００について説明する。試料検査装置２００は、荷電粒子線装置であり、例えばナノプローバである。

【0023】

図２に示されるように、試料検査装置２００は、試料室１と、試料室１に取り付けられた鏡筒２とを備える。鏡筒２の内部には、電子ビーム（荷電粒子ビーム）ＥＢ１を照射可能な電子源（荷電粒子源）３と、電子ビームＥＢ１の集束および走査が可能な電子光学系４とが設けられている。電子光学系４は、例えば、コンデンサレンズ５、走査コイル６および対物レンズ７を含む。

【0024】

試料室１の内部において電子源３の下方には、３次元的に移動可能であり、且つ、試料１１を設置可能なステージ８が設けられている。ここでは、不良箇所１２を含む試料１１がステージ８上に設置されている場合を示す。

【0025】

試料１１は、ｐ型およびｎ型の不純物領域が形成された半導体基板、上記半導体基板上に形成されたトランジスタなどの半導体素子、および、上記半導体素子上に形成された配線などを含んでいる。ここでは、試料１１の表面に、上記配線を構成する導電体１１ａおよび導電体１１ｂが形成され、これらの間に不良箇所１２が存在している場合を示す。

【0026】

試料室１には、例えば二次電子検出器のような検出器９が設けられている。電子線ＥＢ１が試料１１に衝突した際に、試料１１から発生した二次電子は、検出器９によって検出される。この検出された二次電子は、検出器９に電気的に接続された画像処理機器などによって、観察像（ＳＥＭ像、二次電子像）として画像データ化される。なお、上記画像処理機器は、後述のコントローラＣ１に含まれている。

【0027】

また、試料室１には、探針１０ａおよび探針１０ｂが設けられている。探針１０ａを導電体１１ａに接触させ、探針１０ｂを導電体１１ｂに接触させることで、導電体１１ａ、導電体１１ｂおよび不良箇所１２の電流、電位および抵抗値などを計測できる。探針１０ａおよび探針１０ｂは、差動増幅器２０に電気的に接続され、差動増幅器２０は、コントローラＣ１に含まれる画像処理機器に電気的に接続されている。なお、ここでは探針の数を２本としているが、探針の数は、１本または３本以上の探針であってもよい。

【0028】

コントローラＣ１は、鏡筒２（電子源３、電子光学系４）、ステージ８、検出器９、探針１０ａおよび探針１０ｂに電気的に接続され、これらの動作を制御する。また、コントローラＣ１は、コンピュータ３０に電気的に接続されている。

【0029】

試料１１に電子ビームＥＢ１が照射されると、試料１１に電荷が蓄積し、導電体１１ａと導電体１１ｂとの間に電位差が発生する。導電体１１ａと導電体１１ｂとの間で生じた電位差は、差動増幅器２０によって増幅され、コントローラＣ１に出力信号として入力され、コントローラＣ１の上記画像処理機器によってＥＢＡＣ像として画像データ化される。

【0030】

なお、導電体１１ａと導電体１１ｂとの間に導通がなければ、これらの間に電位差が生じる。一方で、これらの間に導通がある場合は、これらの間に電位差が生じない。

【0031】

ＥＢＡＣ像を観察することで、導電体１１ａと導電体１１ｂとの間の導通の有無を確認することができ、ショート不良（本来導通があるべきではない導電体間に、導通がある不良）およびオープン不良（本来導通があるべき導電体間に、導通がない不良）の箇所を特定することができる。

【0032】

コントローラＣ１は、試料１１上において、電子ビームＥＢ１の照射位置ごとに差動増幅器２０から出力された信号を測定でき、出力信号の強度に応じた画素階調データを作製できる。コントローラＣ１は、電子ビームＥＢ1の偏向速度に応じて、１フレーム走査の完了ごと、１ライン走査の完了ごと、または、１画素走査の完了ごとに、画像データとして画素階調データをコンピュータ３０に出力する。コンピュータ３０は、出力された画像データを表示装置３１に表示する。

【0033】

図３は、試料検査装置２００の一部を拡大した要部模式図であり、ＥＢＡＣ像を形成する際の原理図である。

【0034】

試料１１の表面を走査中の電子ビームＥＢ１が導電体１１ａに照射されると、電荷は、探針１０ａを伝わり、差動増幅器２０のプラス側に入力される。このとき、ある抵抗値を有する不良箇所１２が導電体１１ａおよび導電体１１ｂに接していると、不良箇所１２を介して導電体１１ｂに電荷が流れ、電荷は、探針１０ｂを伝わり、差動増幅器２０のマイナス側に入力される。導電体１１ｂの電位は、不良箇所１２による電圧降下分だけ、導電体１１ａよりも低くなる。

【0035】

不良箇所１２の抵抗値が低い場合、電圧降下量が少なく、導電体１１ａと導電体１１ｂとの間の電位差が少ないので、不良箇所１２がショート不良であると認識できる。しかし、不良箇所１２の抵抗値が高い場合、例えば不良箇所１２の抵抗値が差動増幅器２０の入力インピーダンスより大きい場合、不良箇所１２を介した電流が流れ難くなる。それ故、導電体１１ａと導電体１１ｂとの間に電位差が生じ、不良箇所１２が無い状態との区別がつき難くなるという問題がある。

【0036】

そのような問題を解決するために、実施の形態１における試料検査装置２００では、探針１０ａおよび探針１０ｂと、差動増幅器２０との間には、微分回路が設けられている。すなわち、探針１０ａと探針１０ｂとの間には、探針１０ａに電気的に接続された可変抵抗素子２１ａと、可変抵抗素子２１ａに電気的に接続された定電圧電源２２ａと、定電圧電源２２ａに電気的に接続された定電圧電源２２ｂと、定電圧電源２２ｂおよび探針１０ｂに電気的に接続された可変抵抗素子２１ｂとが設けられている。そして、可変抵抗素子２１ａと差動増幅器２０との間には、コンデンサ２３ａが設けられ、可変抵抗素子２１ｂと差動増幅器２０との間には、コンデンサ２３ｂが設けられている。

【0037】

また、差動増幅器２０の入力バイアス電流をアースに逃がし、差動増幅器２０を保護するために、コンデンサ２３ａと差動増幅器２０との間には、抵抗素子２４ａが設けられ、コンデンサ２３ｂと差動増幅器２０との間には、抵抗素子２４ｂが設けられている。

【0038】

探針１０ａを導電体１１ａに接触させ、探針１０ｂを導電体１１ｂに接触させた状態では、不良箇所１２には、常に電力が供給される。すなわち、上記状態では、不良箇所１２には、定電圧電源２２ａおよび定電圧電源２２ｂから常に電圧が印加される。

【0039】

試料１１の表面を走査中の電子ビームＥＢ１が不良箇所１２に照射されると、電子ビームＥＢ１の加速電圧に比例した運動エネルギーによって、不良箇所１２が加熱され、不良箇所１２の抵抗値が増加する。電子ビームＥＢ１の照射が終わると、不良箇所１２の熱は、その周囲へ放出される。その結果、不良箇所１２の温度の低下に伴って、不良箇所１２の抵抗値も元に戻る。従って、探針１０ａと探針１０ｂとの間の電位は、電子ビームＥＢ１が不良箇所１２に照射されている期間中において、大きく変化する。

【0040】

一般的に、導電体１１ａおよび導電体１１ｂを含む試料１１と、不良箇所１２とでは、熱伝導率および抵抗値の温度特性の違いによって、電子ビームＥＢ１の照射による抵抗値の変化が異なる。それ故、仮に不良箇所１２の抵抗値が非常に高かったとしても、探針１０ａと探針１０ｂとの間の電位差の変化（不良箇所１２の抵抗値の変化）を計測することで、不良箇所１２に起因する出力信号を検出することができる。

【0041】

出力信号を差動増幅器２０で直接検出してもよいが、この出力信号は、従来のＥＢＡＣ信号と比較して微小である。そこで、探針１０ａと探針１０ｂとの間の電位差の変化を、コンデンサ２３ａおよびコンデンサ２３ｂによって微分化し、電位差の変化の微分値を差動増幅器２０へ出力することで、微小な出力信号を精度良く検出できる。コンデンサ２３ａおよびコンデンサ２３ｂを経由するので、差動増幅器２０の入力インピーダンスの影響も無い。また、可変抵抗素子２１ａおよび可変抵抗素子２１ｂの各々の抵抗値を調整することで、任意の抵抗値を有する不良箇所１２への対応が可能となる。なお、このような微分回路を含む差動増幅器２０の詳細な原理については、上述の特許文献２を参照できる。

【0042】

このように、電子ビームＥＢ１の走査と同期させながら、探針１０ａと探針１０ｂとの間の電位差の変化の微分値（探針１０ａと探針１０ｂとの間の抵抗値の変化）を計測することで、ＤＩ－ＥＢＡＣ（Dynamic Induced Electron Beam Absorbed Current）像を取得できる。

【0043】

図４は、探針を用いてＥＢＡＣ像を生成し、不良箇所１２を検出するモードを示している。図４には、ＣＵＲＲモード、ＤＩＦＦモードおよびＤＩ－ＥＢＡＣモードの３つの検出方法が示されている。ＣＵＲＲモードは主にオープン不良の検出に用いられ、ＤＩＦＦモードは主に高抵抗不良の検出に用いられ、ＤＩ－ＥＢＡＣモードは主にショート不良の検出に用いられる。

【0044】

ＣＵＲＲモードでは、１本の探針１０ａを導電体１１ａに接触させた状態で、電子ビームＥＢ１を試料１１上で走査し、探針１０ａで吸収される電流値を出力信号として、ＥＢＡＣ像４１を生成している。このモードでは、電子ビームＥＢ１が導電体１１ａに照射された場合、探針１０ａで検出される電流値が大きくなり、電流値の大きな部分が暗部として表示される。

【0045】

ＤＩＦＦモードでは、探針１０ａを導電体１１ａに接触させ、探針１０ｂを導電体１１ｂに接触させた状態で、電子ビームＥＢ１を試料１１上で走査し、探針１０ａおよび探針１０ｂで吸収される電流値を出力信号として、ＥＢＡＣ像４２を生成している。不良箇所１２の前後で探針１０ａおよび探針１０ｂで吸収される電流値が大きく変化するので、その変化が明部および暗部として表示される。

【0046】

ＤＩ－ＥＢＡＣモードでは、図３に示される差動増幅器２０および微分回路が適用される。探針１０ａを導電体１１ａに接触させ、探針１０ｂを導電体１１ｂに接触させた状態で、電子ビームＥＢ１を試料１１上で走査し、探針１０ａと探針１０ｂとの間の電位差の変化の微分値を出力信号として、ＥＢＡＣ像（ＤＩ－ＥＢＡＣ像）４３を生成している。このモードでは、不良箇所１２の方向によって、探針１０ａと探針１０ｂとの間の電位差の変化の微分値が大きく変化するので、その変化が明部および暗部として表示される。

【0047】

図５は、ヒストグラムを用いて不良箇所１２を抽出する概念図である。

【0048】

ＣＵＲＲモードにおいて、図５の横軸は、探針１０ａで吸収される電流値の変化を示し、図５の縦軸は、同じ変化が発生する頻度を示している。なお、図中に示されるベースラインＢＬは、ヒストグラム４４のうち電流値の変化が最も小さい箇所であるか、頻度が最も多い箇所である。

【0049】

ＣＵＲＲモードでは、不良箇所１２は暗点として観察されるので、ヒストグラム４４に示されるように、ベースラインＢＬに対して電流値の変化が十分に大きい箇所（負側で大きい箇所）を、暗部４６として抽出し、不良箇所１２として特定する。

【0050】

ＤＩＦＦモードにおいて、図５の横軸は、探針１０ａおよび探針１０ｂで吸収される電流値の変化を示し、図５の縦軸は、同じ変化が発生する頻度を示している。なお、図中に示されるベースラインＢＬは、ヒストグラム４５のうち電流値の変化が最も小さい箇所であるか、頻度が最も多い箇所である。

【0051】

ＤＩＦＦモードでは、ヒストグラム４５に示されるように、ベースラインＢＬに対して電流値の変化が負側で十分に大きい箇所を、暗部４６として抽出し、不良箇所１２として特定する。また、ベースラインＢＬに対して電流値の変化が正側で十分に大きい箇所を、明部４７として抽出し、不良箇所１２として特定する。

【0052】

ＤＩ－ＥＢＡＣモードにおいて、図５の横軸は、探針１０ａと探針１０ｂとの間の電位差の変化の微分値を示し、図５の縦軸は、上記微分値が発生する頻度を示している。なお、図中に示されるベースラインＢＬは、ヒストグラム４５のうち上記微分値が最も小さい箇所であるか、頻度が最も多い箇所である。

【0053】

ＤＩ－ＥＢＡＣモードでは、ヒストグラム４５に示されるように、ベースラインＢＬに対して上記微分値が負側で十分に大きい箇所を、暗部４６として抽出し、不良箇所１２として特定する。また、ベースラインＢＬに対して上記微分値が正側で十分に大きい箇所を、明部４７として抽出し、不良箇所１２として特定する。

【0054】

電子ビームＥＢ１によって走査される箇所の大部分は、不良箇所１２以外の箇所であるので、不良箇所１２以外の箇所の頻度が、必然的に多くなる。また、不良箇所１２から離れるに連れて、電流値の変化または電位差の変化の微分値は小さくなる。従って、ベースラインＢＬを上述のように設定することで、不良箇所１２の特定が容易になる。

【0055】

電流値の変化が最も大きい箇所、または、上記微分値が最も大きい箇所が、不良箇所１２の位置であるので、コントラストを抽出する箇所（暗部４６または明部４７を抽出する箇所）をこれらの箇所に限定することで、不良箇所１２を特定することができる。

【0056】

図６は、ＤＩ－ＥＢＡＣモードにおける電位差の変化の微分値と、不良箇所１２の位置との関係を示すグラフである。図６の横軸の不良箇所１２の位置は、図４のＤＩ－ＥＢＡＣ像に示されるＡ－Ａ′の位置に対応している。

【0057】

図６に示されるように、正側および負側において十分に大きい電位差の変化の微分値を、ヒストグラム４５から抽出することで、コントラストの大きな暗部４６および明部４７を表示でき、不良箇所１２の特定を容易にできる。

【0058】

なお、ヒストグラム４４およびヒストグラム４５において、どの箇所を暗部４６または明部４７として抽出するかについては、ユーザが適宜選択してもよいし、コントローラＣ１に含まれる人工知能に、過去のデータを機械学習させることで、コントローラＣ１が自動的に選択してもよい。

【0059】

また、ＣＵＲＲモードまたはＤＩ－ＥＢＡＣモードでは、例外的に、半導体基板に形成されているｐｎ接合に起因して、輝点および暗点が発生する場合がある。通常、電子ビームの照射によって発生した電子・ホール対は、直ちに再結合する。しかし、ｐｎ接合の近傍では、電場によって電子・ホール対の発生が加速され、別の電子が励起されることにより、ＥＢＡＣ反応が発生する。

【0060】

上述のようなヒストグラムによる抽出を行った場合、同様の理由によって、ｐｎ接合に起因する輝点および暗点も抽出されてしまい、これらが不良箇所であると誤認されてしまう場合がある。一方で、輝点および暗点は、不良箇所１２を除いた箇所に含まれている。そこで、ヒストグラムから不良箇所１２として暗部４６および明部４７を抽出することで、輝点および暗点を除いた画像データを生成できる。従って、不良箇所の誤認を抑制できる。

【0061】

＜試料の検査方法（検査手段）＞
以下に図７および図８Ａ～図８Ｄを用いて、試料検査装置２００を用いて行われる試料１１の検査方法について説明する。なお、試料１１の検査方法は、上述のＤＩ－ＥＢＡＣモードで行われる。また、試料１１の検査方法であるステップＳ１～Ｓ６のうち、ステップＳ２～Ｓ６は、試料１１がステージ８上に設置された際に実行される検査手段であり、試料検査装置２００が備える検査手段であるとも言える。

【0062】

まず、ステップＳ１では、例えば図２に示されるように、ユーザによって、試料１１を試料検査装置２００のステージ８上に設置する。

【0063】

ステップＳ２では、コントローラＣ１の制御によって、探針１０ａを導電体１１ａに接触させ、且つ、探針１０ｂを導電体１１ｂに接触させた状態で、電子ビームＥＢ１を試料１１の表面上で走査する。次に、電子ビームＥＢ１の走査と同期させながら、コントローラＣ１において、探針１０ａと探針１０ｂとの間の電位差の変化の微分値を計測する。

【0064】

ステップＳ３では、ステップＳ２で計測された電位差の変化の微分値に基づいて、コントローラＣ１において、導電体１１ａと導電体１１ｂとの間に存在する不良箇所１２が明部４７および暗部４６として示されたＤＩ－ＥＢＡＣ像４３を取得する。

【0065】

すなわち、まず、図５に示されるように、コントローラＣ１において、ステップＳ２で計測された電位差の変化の微分値のヒストグラム４５を生成する。次に、ヒストグラム４５のうち電位差の変化の微分値が最も小さい箇所をベースラインＢＬとし、ベースラインＢＬに対して電位差の変化の微分値が十分に大きい箇所を、不良箇所１２として特定する。次に、コントローラＣ１によって、特定された不良箇所１２が明部４７および暗部４６として示されたＤＩ－ＥＢＡＣ像４３を取得する。

【0066】

なお、ベースラインＢＬから不良箇所１２を特定する作業、すなわち、どの箇所を暗部４６または明部４７として抽出する作業は、ユーザによって適宜選択されてもよいし、コントローラＣ１に含まれる人工知能に、過去のデータを機械学習させることで、コントローラＣ１によって自動的に選択されてもよい。

【0067】

ステップＳ４では、図８Ａに示されるように、ステップＳ３で取得されたＤＩ－ＥＢＡＣ像４３から不良箇所１２の方向を特定し、ＤＩ－ＥＢＡＣ像４３に、不良箇所１２の方向４８を表示する。ここでは、方向４８を示す方法として、ＤＩ－ＥＢＡＣ像４３に矢印を表示しているが、方向４８を示す方法は、矢印に限定されず、他の方法でも構わない。

【0068】

また、不良箇所１２の方向４８は、明部４７と暗部４６との境界に対して垂直な方向として特定される。なお、方向４８を特定する作業は、ユーザによって行われてもよいし、コントローラＣ１に含まれる人工知能によって行われてもよい。

【0069】

ステップＳ５では、図８Ｂに示されるように、コントローラＣ１によって、ステップＳ２における電子ビームＥＢ１の走査と同期させながら、検出器９で試料１１から発生する二次電子を検出することで、導電体１１ａおよび導電体１１ｂが撮像されたＳＥＭ像４９を取得する。なお、ＳＥＭ像４９には、探針１０ａおよび探針１０ｂも撮像される。

【0070】

ステップＳ６では、図８Ｃに示されるように、コントローラＣ１によって、ＳＥＭ像４９と、ＤＩ－ＥＢＡＣ像４３とを重ね合わせた重ね合わせ像（合成像）５０を取得する。ＤＩ－ＥＢＡＣ像４３のみでは、不良箇所１２と、導電体１１ａおよび導電体１１ｂなどとの位置関係が判然としないが、合成像５０を生成することで、不良箇所１２の位置を特定できる。

【0071】

ここで、ステップＳ５において、ＳＥＭ像４９の取得に代えて、ＣＡＤ像をコントローラＣ１に取り込んでもよい。そして、ステップＳ６において、ＣＡＤ像とＤＩ－ＥＢＡＣ像４３とを重ね合わせた重ね合わせ像（合成像）５０を取得してもよい。ＣＡＤ像は、試料１１の設計データであり、且つ、導電体１１ａおよび導電体１１ｂが示されたデータである。それ故、ＣＡＤ像を適用した場合でも、不良箇所１２の位置を特定できる。

【0072】

また、図８Ｄに示されるように、ステップＳ３において、ヒストグラム４５から電位差の変化の微分値が特に大きい箇所のみを抽出し、ＤＩ－ＥＢＡＣ像を生成してもよい。この場合、このＤＩ－ＥＢＡＣ像と、ＳＥＭ像４９またはＣＡＤ像とを重ね合わせて合成像５１を生成することで、不良箇所１２の位置をより精度よく特定できる。

【0073】

また、視認性を向上するために、ＤＩ－ＥＢＡＣ像４３を色付けした後、ＳＥＭ像４９またはＣＡＤ像と、ＤＩ－ＥＢＡＣ像４３とを重ね合わせてもよい。

【0074】

このように、実施の形態１によれば、不良箇所１２の方向４８を特定できる試料検査装置２００と、その試料検査装置２００を用いた検査方法とを提供できる。これにより、例えばショート不良における短絡の方向を特定することができるので、薄片試料作製装置３００を用いて、不良箇所１２の断面観察を行う場合、不良箇所１２が不適切な方向に切断され、不良箇所１２の情報が失われるという恐れを抑制できる。

【0075】

なお、上述の試料の検査方法では、ＤＩ－ＥＢＡＣモードのＤＩ－ＥＢＡＣ像４３について説明したが、図４に示されるＣＵＲＲモードのＥＢＡＣ像４１およびＤＩＦＦモードのＥＢＡＣ像４２についても、ステップＳ１～Ｓ７を行うことができる。

【0076】

ＣＵＲＲモードおよびＤＩＦＦモードでは、不良箇所１２の方向は図４の横方向であると、予め分かっている。しかし、図５に示されるヒストグラム４４およびヒストグラム４５を用いて、ベースラインＢＬに対して電流値の変化が十分に大きい箇所を、暗部４６および明部４７として抽出することで、より鮮明なコントラストとして不良箇所１２の特定を行える。そして、より鮮明なコントラストとなったＥＢＡＣ像４１またはＥＢＡＣ像４２と、ＳＥＭ像４９またはＣＡＤ像とを重ね合わせた合成像を生成することで、不良箇所１２の位置の特定が容易となる。

【0077】

＜薄片試料作製装置の構成＞
以下に図９を用いて、実施の形態１における薄片試料作製装置３００について説明する。薄片試料作製装置３００は、荷電粒子線装置であり、例えばＦＩＢ－ＳＥＭ装置である。

【0078】

薄片試料作製装置３００は、試料室６１と、試料室６１に取り付けられたイオンビームカラム６２および電子ビームカラム６４とを備える。

【0079】

イオンビームカラム６２は、イオンビーム（荷電粒子ビーム）ＩＢを照射可能なイオン源６３、イオンビームＩＢを集束するためのレンズ、および、イオンビームＩＢを走査し、且つ、シフトするための偏向系など、ＦＩＢ装置として必要な構成要素を全て含む。

【0080】

電子ビームカラム６４は、電子ビーム（荷電粒子ビーム）ＥＢ２を照射可能な電子源６５、電子ビームＥＢ２を集束するためのレンズ、および、電子ビームＥＢ２を走査し、且つ、シフトするための偏向系など、ＳＥＭ装置として必要な構成要素を全て含む。

【0081】

イオンビームカラム６２を通過したイオンビームＩＢ、および、電子ビームカラム６４を通過した電子ビームＥＢ２は、主にイオンビームカラムの光軸と電子ビームカラムの光軸との交点であるクロスポイントＣＰにフォーカスされる。

【0082】

ここでは、イオンビームカラム６２を垂直配置し、電子ビームカラム６４を傾斜配置しているが、これに限られず、イオンビームカラム６２を傾斜配置し、電子ビームカラム６４を垂直配置してもよい。また、イオンビームカラム６２および電子ビームカラム６４の双方を傾斜配置してもよい。

【0083】

試料室６１の内部には、３次元的に移動可能であり、且つ、試料１１を設置可能なステージ６６が設けられている。ステージ６６は、試料１１にイオンビームＩＢおよび電子ビームＥＢ２が照射される位置に設けられている。

【0084】

試料室１には、例えば二次電子検出器のような検出器６７が設けられている。電子線ＥＢ２が試料１１に衝突した際に、試料１１から発生した二次電子は、検出器６７によって検出される。この検出された二次電子は、検出器６７に電気的に接続された画像処理機器などによって、観察像（ＳＥＭ像、二次電子像）として画像データ化される。なお、上記画像処理機器は、後述のコントローラＣ２に含まれている。また、検出器６７は、電子だけでなくイオンの検出も可能な複合荷電粒子検出器であってもよい。

【0085】

着脱器６８は、試料１１がイオンビームＩＢおよび電子ビームＥＢ１が照射される位置に到達できるように、試料室６１内に設けられる。着脱器６８は、３次元的に移動可能であり、例えばナノピンセットまたはマイクロプローブである。

【0086】

コントローラＣ２は、イオンビームカラム６２、電子ビームカラム６４、ステージ６６、検出器６７および着脱器６８に電気的に接続され、これらの動作を制御する。また、コントローラＣ２は、コンピュータ３０に電気的に接続されている。

【0087】

電子ビームカラム６４によって生成されるＳＥＭ像を確認しながら、試料１１にイオンビームＩＢを照射することで、試料１１の一部が加工され、不良箇所１２の断面が含まれた薄片試料を作製することができる。作製された薄片試料は、着脱器６８を操作することで、試料１１から取得できる。

【0088】

＜試料の検査方法（作製手段）＞
以下に図１０および図１１を用いて、薄片試料作製装置３００を用いて行われる試料１１の検査方法（薄片試料の作製方法）について説明する。図１０に示されるステップＳ７～Ｓ１０は、図７のステップＳ１～Ｓ６に続く試料１１の検査方法である。また、ステップＳ８～Ｓ１０は、試料１１がステージ６６上に設置された際に実行される作製手段であり、薄片試料作製装置３００が備える作製手段であるとも言える。

【0089】

ステップＳ７では、まず、試料検査装置２００から薄片試料作製装置３００へ試料１１を搬送する。次に、例えば図９に示されるように、ユーザによって、試料１１を薄片試料作製装置３００のステージ６６上に設置する。

【0090】

ステップＳ８では、ステップＳ６で取得された合成像５０と、ステップＳ４で特定された不良箇所１２の方向４８の情報とを、コントローラＣ１からコントローラＣ２へ取り込む。次に、合成像５０に不良箇所１２の方向４８を示す。

【0091】

例えば、図１１に示されるように、表示装置３１のＧＵＩ画面には、不良位置の表示ボタン３４と、不良方向の表示ボタン３５とが設けられている。ユーザが表示ボタン３４を押すことで、合成像５０が表示装置３１のＧＵＩ画面に表示され、ユーザが表示ボタン３５を押すことで、方向４８が表示装置３１のＧＵＩ画面に表示される。

【0092】

なお、方向４８は、ユーザの選択に関わらず、コントローラＣ１によって、自動的に合成像５０に示されていてもよい。すなわち、後述のステップＳ９の前に、方向４８が示された合成像５０が用意されていればよい。

【0093】

ステップＳ９では、合成像５０に示されている不良箇所１２の方向４８を参照して、試料１１の切断方向を決定する。この決定作業は、ユーザによって行われてもよいし、コントローラＣ１に含まれる人工知能によって行われてもよい。

【0094】

ステップＳ１０では、ステップＳ９で決定された切断方向に基づいて、コントローラＣ１によって、イオンビームＩＢを試料１１に対して照射し、試料１１の一部を加工することで、不良箇所１２の断面が含まれた薄片試料を作製する。

【0095】

このように、実施の形態１によれば、試料検査装置２００で取得された情報を基にして、不良箇所１２が適切な方向に切断されるように、薄片試料の作製を行える薄片試料作製装置３００を提供できる。

【0096】

なお、図１では図示していないが、検査システム１００は、コンピュータ３０に電気的に接続された解析用の荷電粒子線装置が含まれている。そのような荷電粒子線装置は、例えば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）である。ステップＳ１０で作製された薄片試料は、透過電子顕微鏡に搬送される。そして、透過電子顕微鏡の内部において、不良箇所１２の断面の詳細な解析が行われる。

【0097】

以上、上記実施の形態に基づいて本発明を具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【符号の説明】

【0098】

１ 試料室
２ 鏡筒
３ 電子源
４ 電子光学系
５ コンデンサレンズ
６ 走査コイル
７ 対物レンズ
８ ステージ
９ 検出器
１０ａ、１０ｂ 探針
１１ 試料
１１ａ、１１ｂ 導電体
１２ 不良箇所
２０ 差動増幅器
２１ａ、２１ｂ 可変抵抗素子
２２ａ、２２ｂ 定電圧電源
２３ａ、２３ｂ コンデンサ
２４ａ、２４ｂ 抵抗素子
３０ コンピュータ
３１ 表示装置
３２ 入力装置
３３ 記憶装置
３４ 不良位置の表示ボタン
３５ 不良方向の表示ボタン
４１～４３ ＥＢＡＣ像
４４、４５ ヒストグラム
４６ 暗部
４７ 明部
４８ 不良箇所の方向
４９ ＳＥＭ像
５０、５１ 合成像（重ね合わせ像）
６１ 試料室
６２ イオンビームカラム
６３ イオン源
６４ 電子ビームカラム
６５ 電子源
６６ ステージ
６７ 検出器
６８ 着脱器
１００ 検査システム
２００ 試料検査装置
３００ 薄片試料作製装置
ＢＬ ベースライン
Ｃ１ 第１コントローラ
Ｃ２ 第２コントローラ
ＣＰ クロスポイント
ＥＢ１、ＥＢ２ 電子ビーム
ＩＢ イオンビーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】

【図10】

【図11】