JP2000243338A - 透過電子顕微鏡装置および透過電子検査装置並びに検査方法 - Google Patents
透過電子顕微鏡装置および透過電子検査装置並びに検査方法Info
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Abstract
形状異常を自動で高速かつ高確率で発見する透過電子顕
微鏡装置およびそれを用いた検査方法を提供する。 【解決手段】電子線源1,1段目静電レンズ2a,2段
目静電レンズ2b,3段目静電レンズ2c,1段目収束レ
ンズ13a,2段目収束レンズ13b,対物前磁場レンズ
4,偏向コイル14,1段目投影レンズ8,2段目投影
レンズ9,3段目投影レンズ10,1段目像シフトコイ
ル15a,2段目シフトコイル15b,撮像装置11等か
ら構成される透過電子顕微鏡装置において、偏向コイル
14によって電子線入射方向を複数変化させて同一箇所
を観察することによって結晶欠陥の発見率を100%に
する。また偏向コイル14と1段目像シフトコイル15
a及び2段目シフトコイル15bの偏向比率をリンクし、
撮像装置11上における複数の電子線入射方向による画
像ずれを補正する。
Description
置およびそれを用いた検査方法、特に半導体基板の検査
方法に関する。
の結晶欠陥の検出は、例えばTransmission Electron Mi
croscopy、 Plenum Publishing Corporation(1996
年)、第379頁から第445頁に開示されている。こ
の方法では試料の結晶欠陥に対して電子線が回折条件を
満足するように試料を傾斜し、対物絞りを用いて特定の
回折電子線を通過、その他の電子線をカットすることに
よって結晶欠陥のコントラストを向上することによって
結晶欠陥を検出するものである。
料の結晶欠陥の検出は、試料傾斜を様々な方向に設定し
ながら透過電子顕微鏡像を観察し、その画像コントラス
トから結晶欠陥の有無を判断する。
る範囲では、試料傾斜時の画像ずれは約1μm程度より
は小さくすることは難しい。よって、同一箇所において
結晶欠陥の有無を検査するためには、試料傾斜を変える
毎に手動で試料ステージを移動させて同一視野を観察す
る必要があり、結晶欠陥の発見までに多大な時間を要す
る。そのため、広い視野において結晶欠陥がどのくらい
の頻度で発生しているのかを検査をすることは、その要
する時間が莫大となるためにほとんど不可能である。あ
るいは、広い視野において結晶欠陥の発生頻度の検査を
電子線入射方向を1方向に限定して検査することは可能
であるが、上記のように結晶欠陥は電子線入射方向に強
く依存するため、結晶欠陥が存在していても発見されな
い可能性があり、正しい結晶欠陥の発生頻度の検査をす
ることができない。さらに、広い視野において結晶欠陥
の発生頻度の検査した後、その欠陥発見部を詳細に観
察、分析するためには試料ステージを移動してその欠陥
位置を視野に持ってくる必要がある。
欠陥存在部のアドレス位置は使用者が自分で数えている
ため、毎回数え始めの原点にステージを移動してからア
ドレスを数えながら欠陥発見部へステージで試料を移動
させることになり、欠陥発見部への移動に多大な時間を
要する、あるいは数え間違いのために欠陥発見部に移動
できないということが起こる。
6個のメモリセルが存在し、それを電子線入射方向を1
方向に限定して欠陥有無の検査する場合を仮定する。メ
モリセルを16個単位で検査し、1つの画像から欠陥の
有無を確認するのに、ステージの手動送り、焦点合わ
せ、欠陥有無を人間が目で見て判定する時間を全て含め
て30秒必要とする。この条件では検査終了まで256
×256÷16×0.5=2048分=1.4日という莫
大な時間が必要となる。これでは欠陥発見率も低く、時
間も莫大となるため検査方法としては実用的ではない。
査方法は、例えば特開平10−74813に開示されて
いる。この方法では試料に電子線を照射して試料表面か
ら発生する2次電子の強度を用いて画像を取得し、その
コントラストから良不良を判定している。あるいは特開
平5−215694に開示されているように、電子顕微
鏡以外の方法として試料にX線を照射し、試料パターン
の透過像を用いてパターンの良不良を判定している。
の検査方法は、試料に電子線を照射して試料表面から発
生する2次電子の強度を用いて画像を取得しているた
め、試料表面の形状不良は判定可能であるが、試料の結
晶欠陥に関してはいっさい評価できない。また、試料に
X線を照射して試料のパターンを観察した場合には、観
察できるのは試料の形状のみであり、試料の結晶欠陥は
評価できない。
装置を用いた試料の結晶欠陥の検出は、ブラッグ条件を
満足する結晶面のみが透過電子線顕微鏡像のコントラス
トとなって現れるので,一方向からの観察では欠陥が存
在しないという判断ができない。よって,試料傾斜を様
々に設定して画像コントラストから結晶欠陥の有無を判
断する必要があり、1被検査部での結晶欠陥の有無の判
定に多大な時間を要し、広い視野においての結晶欠陥発
生率の検査をするには莫大な時間を要する。また、広い
視野において結晶欠陥発生率の電子線入射方向を1方向
に限定して検査すると欠陥発見率が低下する。また、検
査後、欠陥発見部を詳細に観察、分析する際に欠陥存在
部のアドレス位置への移動を使用者が手動で行なうため
に、欠陥発見部への移動に多大な時間を要し、数え間違
いのために欠陥発見部に移動できない可能性がある。ま
た、試料表面から発生する2次電子を用いて画像を取得
し、そのコントラストから良不良を判定する方法では、
試料表面の形状不良は判定可能であるが、試料の結晶欠
陥は評価できない。また、試料にX線を照射して試料の
パターンを観察する方法でも試料の形状しか評価できな
い。本発明の目的は、試料の広領域において試料におけ
る結晶欠陥や形状異常を自動で高速かつ高確率で発見
し、また検査後の詳細分析時に自動で結晶欠陥、形状異
常発見部を分析点に設定できることを可能とする透過電
子顕微鏡装置及びそれを用いた検査方法を提供すること
である。
56個のメモリセルが存在し、メモリセルを16個単位
で検査し、欠陥有無の判定が0.5秒でできるとする
と、検査終了まで256×256÷16×0.5=20
48秒=34分となり、検査方法として実用的となる。
に多方向から自動的に試料へ電子線を照射するための構
成を以下に示す。
ネルギーにするための1段以上の静電レンズと、試料に
対して電子線を平行に照射するための1段以上の収束レ
ンズ及び対物レンズと、対物レンズ中で試料を保持する
ための試料ホルダーと、観察像を拡大するための1段以
上の投影レンズと、観察像を取得及び記録するための撮
像装置と、電子線の試料に対する入射角度を変化させる
ための1段以上の偏向コイルと、対物レンズの像面を2
次元的に移動させる1段以上の像シフトコイルと、該偏
向コイルと該像シフトコイルとをリンクして駆動するた
めのコンピュータプログラムあるいは電気回路を具備し
た透過電子顕微鏡において、該偏向コイルによって電子
線入射方向を複数変化させて同一箇所を観察することに
より結晶欠陥の発見率を100%にする、また該偏向コ
イルと該像シフトコイルをリンクして駆動し、該撮像装
置上における複数の電子線入射方向による画像ずれを補
正することによって高速で結晶欠陥を発見する、また試
料ステージの移動を自動化することによって試料の広領
域において高速で結晶欠陥、形状異常等を自動で発見す
る、また発見した結晶欠陥、形状異常部のアドレスを記
憶し、検査後読みだすことにより検査後の詳細分析時に
自動で結晶欠陥、形状異常発見部を分析点に設定する。
び方法を提供する。
電レンズによって所定の電圧まで加速し、加速された電
子線を収束レンズを対物レンズによって試料に平行に照
射し、偏向コイルによって電子線の試料に対する入射角
度を変更し、投影レンズによって試料の透過度を拡大
し、画像強度を撮影装置にて検出する透過電子顕微鏡装
置において、前記偏向コイルによって電子線を試料の同
一箇所に異なる入射方向から照射するよう制御する手段
と、および異なる電子線入射方向から照射して得られる
複数枚の透過像を表示画面に表示する手段とを含んで構
成される透過電子顕微鏡装置を提供する。
よって所定の電圧まで加速し、加速された電子線を収束
レンズと対物レンズによって試料に平行に照射し、偏向
コイルによって電子線の試料に対する入射角度を変更
し、投影レンズによって試料の透過像を拡大し、画像強
度を撮像装置にて検出する透過電子顕微鏡装置におい
て、前記偏向コイルによって電子線を試料の同一箇所に
異なる入射方向から照射するよう制御する手段と、異な
る電子線入射方向から照射して得られる複数枚の透過像
と参照像とを対比する手段と、および該対比結果によっ
て試料の欠陥有りを記録する手段とを含んで構成される
透過電子顕微鏡装置を提供する。
電レンズによって所定の電圧まで加速し、加速された電
子線を収束レンズと対物レンズによって試料に平行に照
射し、偏向コイルによって電子線の試料に対する入射角
度を変更し、投影レンズによって試料の透過度を拡大
し、画像強度を撮影装置にて検出する透過電子顕微鏡装
置において、前記偏向コイルによって電子線を試料の同
一箇所に異なる入射方向から照射し、得られる複数枚の
透過像と参照像と対比し、その対比結果によって試料の
欠陥有りを記録する手段と、像シフトコイルによって電
子線を偏向する手段と、および前記偏向コイルによる電
子線の偏向と像シフトコイルによる電子線の偏向とをリ
ンクするように偏向コイルおよび像シフトコイルを駆動
する手段とを含んで構成される透過電子顕微鏡装置を提
供する。
ために予め基本画像として記憶した画像である透過電子
顕微鏡装置を提供する。
線入射方向から照射して得られる複数枚の透過像の一部
の像である透過電子顕微鏡装置を提供する。
定された位置の画像とその位置アドレスとを記憶する手
段と、およびその位置アドレスを使用して試料ステージ
に記憶された画像を表示する手段とを有する透過電子顕
微鏡装置を提供する。
定された位置の画像と観察条件とを記憶する手段と、お
よびその観察条件を使用して、試料ステージに記憶され
た画像を表示する手段とを有する透過電子顕微鏡装置を
提供する。
電レンズによって所定の電圧まで加速し、加速された電
子線を収束レンズを対物レンズによって試料に平行に照
射し、偏向コイルによって電子線の試料に対する入射角
度を変更し、投影レンズによって試料の透過像を拡大
し、画像強度を撮影装置にて検出する透過電子顕微鏡装
置を使用した検査方法において、前記偏向コイルによっ
て電子線を試料の同一箇所に異なる入射方向から照射
し、異なる電子線入射方向から照射して得られる複数枚
の透過像と参照像とを対比し、該対比結果によって試料
の欠陥有無を判定することを含んで構成される透過電子
顕微鏡装置を使用した検査方法を提供する。
電レンズによって所定の電圧まで加速し、加速された電
子線を収束レンズを対物レンズによって試料に平行に照
射し、偏向コイルによって電子線の試料に対する入射角
度を変更し、投影レンズによって試料の透過度を拡大
し、画像強度を撮影装置にて検出する透過電子顕微鏡装
置を使用した検査方法において、電子線を試料の同一箇
所に異なる入射方向から照射し、得られる複数枚の透過
像の一画面取得ごとのブランキング時間内で画像中の欠
陥の有無を判定する透過電子顕微鏡装置を使用した検査
方法を提供する。
ング時間内で電子線の入射角度を変化させる透過電子顕
微鏡装置を使用した検査方法を提供する。
ング時間内で試料ステージを移動し、画像表示を行う透
過電子顕微鏡装置を使用した検査方法を提供する。
面に基づいて説明する。
す。図において、電子線源1で発生した電子線を静電レ
ンズ12を介して収束絞り2を通過させる。静電レンズ
12は12aから12cまでに示す多段の静電レンズに
よって構成され、所定の加速電圧まで加速する。1段あ
たりの加速電圧を30kV程度に設定して、各段のレン
ズに印加する電圧を変化させることにより、最終的な電
子線の加速電圧を変化させることができる。所定の加速
電圧まで加速された電子線は、収束レンズ13に入射さ
れる。収束レンズ13の像面位置を対物前磁場レンズ4
の前磁場焦点面と一致させることにより電子線が平行に
試料5を照射するようにする。この時、収束レンズ13
上段に設置した収束絞り2は光軸からの離軸距離の大き
い電子線を排除するように挿入されており、試料5上に
照射される電子線の球面収差による歪みを低減してい
る。
aおよび2段目収束レンズ13bからなり、これらのレ
ンズによって加速された電子線は、拡大あるいは縮小さ
れる。試料5を透過した電子線に対物後磁場レンズ6に
より焦点を合わせ、対物後磁場レンズ6下部に拡大像を
形成する。拡大像を観察するには、1段目収束レンズ1
3a及び2段目収束レンズ13bによって形成される電子
線源1を物面とする像面位置を、対物前磁場レンズ4の
前磁場焦点面と一致させることにより、電子線を試料5
に平行照射することによって行なう。
投影レンズ9及び3段目投影レンズ10にて順次拡大さ
れる。1段目投影レンズ8、2段目投影レンズ9及び3
段目投影レンズ10の電流励磁を変化させ組み合わせる
ことにより、約1000倍から100万倍までの拡大像
を撮像装置11上に投影することができる。対物後磁場
レンズ6下部に設置した対物絞り7は、試料5による電
子線の回折方向に準じて形成される回折図形位置に挿入
されており、特定の回折電子線を通過させることによっ
て、拡大像に電子線回折によるコントラストを与える役
割をしている。対物後磁場レンズ6,1段目投影レンズ
8,2段目投影レンズ9及び3段目投影レンズ10にて
順次拡大された像は、撮像装置11によって取得、記録
される。
収束レンズ13bの像面位置を対物前磁場レンズ4の前
磁場焦点面よりアンダーフォーカス側あるいはオーバー
フォーカス側に設定し、対物前磁場レンズ4の電流励磁
を変化させて、収束プローブを試料5上に形成すること
ができる。この収束プローブは,試料5から発生する特
性X線等の分析を特定微小領域において行なう場合に用
いられる。偏向コイル14は試料5に照射される電子線
の入射角度を変化させる役割をもっており、試料に存在
する結晶欠陥を様々な電子線入射方向から観察できるよ
うに設定されている。
る像面のシフトを補正するために像シフトコイル15が
設けてある。像シフトコイル15は1段目像シフトコイ
ル15aおよび2段目像シフトコイル15bからなり、
2段偏向により平行振り戻しの設定がなされる。
ータ16を介して演算装置CPU17が行なっており、ま
たインターフェース20を通じて操作者が条件を設定す
ることも可能である。撮像装置11によって取得された
画像は、プリアンプ18を介してA/Dコンバータ19に
よりデジタル画像としてCPU17に取り込まれる。レン
ズ制御としては、12aから12cまでに示す多段の静電
レンズへの印加電圧変化による電子線加速電圧の制御、
1段目収束レンズ13a及び2段目収束レンズ13bへの
励磁電流変化による照射条件の制御、対物後磁場レンズ
6への励磁電流変化によるフォーカス制御、1段目投影
レンズ8,2段目投影レンズ9及び3段目投影レンズ1
0への励磁電流変化による拡大倍率制御がCPU17によ
って行なわれている。コイル制御としては、偏向コイル
14への励磁電流変化による電子線入射角度の制御、1
段目像シフトコイル15a,2段目像シフトコイル15b
への励磁電流変化による像シフト量の制御を行なってい
る。特に偏向コイル14への制御は、1段目像シフトコ
イル15a、2段目像シフトコイル15bへの制御とプロ
グラムによりリンクされており、偏向コイル14による
偏向で生ずる像シフトを打ち消すように、1段目像シフ
トコイル15a、2段目像シフトコイル15bが励磁され
るようになっている。その方法は、偏向コイル14によ
る偏向と像シフトコイルによる偏向量の比率が常に逆位
相で一定量となるようにCPU17が制御し、デジタルか
らアナログへ変換された電流励磁値が出力されるように
なっている。
ル等の制御方法について第2の実施例を表わしたもので
ある。図1に示した第1の実施例とほぼ同等の構成であ
るが、この場合については、像シフトコイル25が一段
で偏向する構成である。像シフトコイル25の役割は第
1の実施例と同じく、偏向コイル14による電子線の偏
向で生じた像面シフトを補正するものである。制御方法
も同様にして、像シフトコイル25の励磁電流は、偏向
コイル14の励磁電流とリンクしてCPU17により制御
されている。
0%の確率で検出する方法について説明する。
よる転位や積層欠陥等であるが、必ずしも特定の結晶方
位に存在するとは限らない。すなわち、ある一方向から
の観察を行なった場合、回折条件が一致する結晶欠陥は
観察されるが、回折条件が一致しない場合には観察され
ない。よって、結晶欠陥を漏れなく検出するには複数の
電子線入射方向から観察する必要がある。
固定して試料自身の傾斜を変化させながら観察する、あ
るいは試料自身を固定して電子線の入射方向を変化させ
ながら観察する方法が考えられる。高速で結晶欠陥を検
出し、大面積で不良発生率を検査するための課題は、試
料を傾斜したことによる、あるいは電子線の入射方向を
変化させたことによる像面のずれをいかに高速で補正
し、補正後の像を撮影するかである。まず、試料を傾斜
した場合の像面ずれは試料ステージの機械的な中心のず
れである。通常は試料を傾斜した場合には手動で試料微
動を動かして像面位置を補正している。これはずれ量が
小さい場合には像シフトコイルによっても補正可能であ
る。
では、ずれ量の再現性があるが、それ以外の場合、傾斜
角度の情報のみによる一様なフィードバックでは、歯車
等の機械精度から1μm程度の精度でしか制御できない。
よって、試料自身を固定して電子線の入射方向を変化さ
せながら観察する方法が、高速で結晶欠陥を検出し、大
面積で不良発生率を検査するために必要であることにな
る。
化させた場合に生じる像面のシフトの補正である。
場レンズ6によって像面29に結像される様子を示した
ものである。図3(A)に示したように、電子線が光軸
と平行に入射した場合、透過電子線27とそれと異なる
方向に進行する回折電子線26は対物後磁場レンズ6に
よって進行方向が変えら、後焦点面28では電子線回折
図形が結像される。後焦点面28を通過した電子線は試
料5を物面としてそれに1対1に対応する像面29を形
成し、物面である試料5の中心が像面29の中心と一致
している。
光軸から傾斜して入射した場合、後焦点面28を通過し
た電子線は試料5を物面として、それに1対1に対応す
る像面29を形成するが、像面29の中心が光軸からシ
フトしている。このまま像面29を拡大して撮像装置で
像取得すると、平行照射の場合とは位置のずれた像が観
察されてしまい、同一箇所を異なる電子線入射方向で観
察することができない。この問題を解決するには、図4
に示すように対物後磁場レンズ6の下段に1段目像シフ
トコイル15a及び2段目像シフトコイル15bを設置し
て像面シフトを補正してやればよい。図4に示した像面
シフトの実施例では、1段目像シフトコイル15aによ
る偏向と2段目像シフトコイル15bによる偏向を逆位
相で1:1の比率で平行移動させる方法を用いている。
は、像シフトコイル25による偏向により像面を移動さ
せて補正する方法を用いている。さらに、図3からわか
るように、光軸に対する電子線の傾斜角度は、像面の中
心から物面の中心位置へ引いた直線と光軸とのなす角度
に等しいので、対物後磁場レンズ6の焦点距離を固定し
ておけば、像面シフト量は幾何学的に求めることができ
る。
る像面シフト補正量が一義的に決定されるので、コンピ
ュータプログラム等により電子線入射変化用の偏向コイ
ルと像シフトコイルの電流励磁条件をリンクすることに
よって、電子線入射方法の変化による像面シフトが常に
補正可能となる。
る1方向への電子線の傾斜と、試料面内での入射方向の
変化(方位角の変化)とを組み合わせ、さらにこれら電
子線入射方向の変化による像面シフトを像シフトコイル
によって自動で補正し、高速で撮像装置により像取得す
ることによって、結晶の欠陥を高速でかつ100%の確
率で検出することができる。
ンクを装置ハードウエアから行なう方法について説明す
る。上記の偏向コイルと像シフトコイルとのリンクの方
法は、コンピュータプログラムによりそれぞれの偏向量
の比率を算出して、像面シフトを補正するものである。
一方、コンピュータプログラムを用いずに該リンクを実
施する方法がある。
5とをパラレルに結線してリンクを実施する方法であ
る。アンプ30からの電流は偏向コイル14と像シフト
コイル25に分流されている。像シフトコイル25側に
は可変抵抗31がシリアルに接続され、その抵抗値を変
化させることによって、偏向コイル14と像シフトコイ
ル25との偏向比率を変化させることができ、偏向コイ
ル14による像面シフトを常に像シフトコイル25によ
って補正させることができる。
5とをシリアルに結線してリンクを実施する方法であ
る。この場合、偏向コイル14と像シフトコイル25両
者に流れる電流は同一なので、コイル巻き数を変化させ
ることによって偏向比率を調整し、偏向コイル14によ
る像面シフトを常に像シフトコイル25によって補正さ
せている。
つ高速で透過電子顕微鏡像を取得する方法について説明
する。
00%の確率で検出するには、複数の電子線の入射方向
で同一箇所を観察する必要性がある。これを高速で実施
するには、ある1つの電子線入射方向からの透過電子顕
微鏡像を高速で取得し、引き続いて次の電子線入射方向
からの透過電子顕微鏡像を高速で取得する必要がある。
取得する場合の画像取得におけるX,Yスイープの波形を
模式的に示したものである。Yスイープが所定の振幅に
達するまでが1画面取得に必要な時間であり、この間に
は電子線入射条件の変更はできない。しかし、次の画面
を取得するまでの間に画像取得をしないブランキング時
間があり、約1ミリ秒程度間隔が空いている。電子線の
偏向はマイクロ秒のオーダで条件変更可能であるので、
このブランキング時間で電子線の偏向条件を設定でき
る。このように、撮像装置が1画面の取得を開始して次
の画面の取得を開始するまでのブランキングの間に電子
線の入射方向を変化させてやれば、1画面検査に要する
時間は、同一箇所から取得するべき画像の枚数だけで決
定され、検査時間が短縮できる。
テージ移動を行なえば検査時間の短縮が可能である。
状不良を検査した後、その欠陥や不良を更に詳細に分析
するための各種検出器の配置図について説明する。
表わすものである。X線分光装置21は試料5の近傍に
設置されており、電子線により試料5で励起された特性
X線を分光するものである。通常は電子線を数nmに収束
したプローブと、対物レンズ上段に設置した走査コイル
による電子線照射領域及び位置制御と合わせて、点、
線、面分析を行なう。2次電子検出器22は、試料平面
から発生した2次電子を上記走査コイルによる電子線の
偏向と同期して検出し、試料表面及びの形状を観察する
ためのものである。透過電子検出器23は、試料によっ
て回折された電子線の一部を強度として検出するもの
で、上記2次電子の検出方法と同じく、走査コイルによ
る電子線の偏向と同期して透過電子線強度を検出するこ
とにより、試料の構造を観察する方法である。透過電子
線エネルギー分光装置24は、試料5を透過した電子線
のエネルギーを分光し、試料でエネルギー損失した電子
線のエネルギー損失量から試料構成元素の種類を調べる
方法である。
の結晶欠陥、異物、形状不良を自動で検査し、特定不良
部を詳細に分析するフローを説明する。
び詳細分析までの過程を詳細に示したフローチャートで
ある。検査の準備として透過電子顕微鏡の準備を使用者
が行なう。これは試料の鏡体への取り付け、高電圧の印
加、光学軸出し等である。これらすべての操作は透過電
子顕微鏡装置の制御画面からの指示を対話型入出力によ
って行なう。これらの準備が完了すると透過電子顕微鏡
装置の制御画面に透過電子顕微鏡像が表示される。
例である。グラフィカルユーザインターフェースをベー
スとした制御画面であり、メニューバー40からプルダ
ウンにより、装置制御の条件や画像の編集等ができる。
また、ツールボックス41は、検査領域の指定や分析方
法の選択を行なうアイコンが表示されており、アイコン
をクリックすることによってその機能が使用できる。像
表示部42には撮像装置で取得した画像が表示され、ど
の種類の画像を表示するかを、観察モード選択ボックス
46からプルダウンで選択できる。像表示部42の右側
部分にはオペレーティングボックス43が設けてある。
第1のオペレーティングボックス43aから第5のオペ
レーティングボックス43eまでは、使用頻度の高い機
能を大きなボックススイッチで表示したものであり、ス
イッチの割り付けは使用者がカスタマイズできる。鏡体
コントロール部44は、透過電子顕微鏡の基本操作を使
用者が手動で操作できるようにしたものである。同様
に、試料ステージコントロール部45は使用者が手動で
ステージを移動させるためのものである。46はモード
を示す。分析モード選択ボックス47はツールボックス
41と同等の機能を持っているが、プルダウンにより分
析モードが選択できるようになっている。観察条件表示
部48は現在の観察条件が表示される部分であり、像表
示部42に表示されている画像がライブ画像であるかフ
ァイルから読みだしたものかを表示したり、電子線入射
方向を表示したりする。透過電子顕微鏡装置の制御画面
に透過電子顕微鏡像が表示された後、次に検査倍率、あ
るいは領域を指定する。倍率指定の場合には表示画面の
大きさがそのまま検査領域の1画面となる。あるいは、
領域指定の場合には図13に示したように、指定部分4
9を使用者が任意の形状で選択できる。次に使用者は手
動でステージを動かし参照像を探索する。この参照像と
は検査中に被検査部との比較を行なうための基本画像で
あり、使用者が検査試料から特定部分を選択する。ある
いは、設計図面のファイルから倍率を変化させて画像表
示部にオーバーレイヤーとして表示させ、参照像とする
こともできる。参照像が決定できたら参照像を記録し、
それと同時に参照像アドレスや観察条件を記録したファ
イルも記録される。
たように、像表示部42に検査開始点50を使用者がマ
ウスでマークするとそこが検査開始点42となり、その
アドレスが記録される。次に全検査領域を指定する。繰
り返しパターンを検査する場合には、1つの検査領域の
縦に何倍の周期を検査するか、横に何倍の周期を検査す
るかを数字で入力する。あるいは手動でステージを移動
させ、検査終了点を指定する。
1つの検査領域において、何種類のビーム傾斜条件で観
察するかを使用者が指定する。ビーム傾斜条件が多けれ
ば欠陥発見確率は向上するが、検査時間は増加する。ビ
ーム傾斜条件が少なければ欠陥発見確率は低下するが、
検査時間は短縮する。これを踏まえて使用者が決定す
る。以上の操作までは使用者が手動で設定する部分であ
り、この先は自動で検査を行なう部分である。検査開始
ボタンが押されるとステージによって自動で検査開始ア
ドレスへ移動し、そのアドレスから検査が開始される。
検査中の自動測定のルーチンは以下のようである。ま
ず、被検査領域に自動で焦点を合わせ画像をメモリに保
存する。その画像と参照像とを比較して正常と判断され
る場合には次のビーム傾斜条件へ、異常の場合には観察
像をハードディスク等の記録媒体にそのアドレスと共に
記録して次のビーム傾斜条件に設定する。全てのビーム
傾斜条件での観察が終了するまでこの観察、判定が繰り
返され、全てのビーム傾斜条件での観察が終了したら次
の被検査領域まで試料ステージが自動で移動する。ここ
までが1検査領域での基本動作である。
終了した段階で検査は一旦終了し、詳細分析を行なうか
というダイアログが表示され、使用者が実行するどうか
判断する。
示モードを選択した場合の透過電子顕微鏡制御画面の1
例である。この表示画面ではフェールビットマップ51
が表示されており、未検査点、検査終了点及び不良発見
点が異なる色で表示されており現在の状況が判断でき
る。また数字によっても検査状況を表示しており、検査
終了までの時間も表示されている。
ーについて説明する。まず検査条件を選択する。これは
複数の検査条件で自動検査を行なった場合に、その中の
どれを詳細分析するのか選択する部分である。検査条件
を選択すると、表示画面に検査結果としてフェールビッ
トマップが表示される。使用者はまず、フェールビット
マップから検査状況の知りたい不良点を選択する。選択
された不良点はその記録画像が表示され、その不良点を
今すぐに観察するかどうか尋ねるダイアログが表示され
る。観察する場合には不良点まで自動でステージが移動
し、その点の画像が取り込まれる。この不良点で詳細分
析を行なうかどうかを使用者は判断してそのまま観察を
続けるか、あるいは分析するかを選択する。
した場合の表示画面である。分析点指定用ポインティン
グデバイス53によって分析点を指定し、その結果は分
析経過及び結果表示部52に表示される。分析終了後、
同一不良部で別の分析を行なうかを使用者が判断する。
分析終了と判断した場合には、同一フェールビットマッ
プで別の不良部分を詳細分析するかどうか判断して、分
析続行ならば不良アドレスを選択する画面に戻り、上記
詳細分析フローを繰り返す。すべての分析が終了したと
判断した場合には検査終了となる。
現在観察中の画像の両方を表示する画面の一例である。
image setupメニューからライブ画像表示を選択した場
合にはフェールビットマップの横にライブ画像54が表
示される。ライブ画像表示を選択しなかった場合に表示
されていた検査開始等を制御するツールボックスは開
始,一時停止,停止選択用アイコン55の形で表示され
る。
いはライブ画像を同時に表示する場合の表示画面の一例
である。この例では画面を2分割し, 参照像56とラ
イブ画像54が表示されている。ステータスボックス5
7はその画像が何であるか,どのような電子線照射条件
か,アドレスは何番かを表示している。画面に表示する
画像の分割表示の設定は画面表示分割選択ボックス58
によって行ない,2分割,4分割等が選択できる。画像
の呼び出しはファイル管理ボックス59のスイッチから
行なえるように設定されている。
種類,欠陥の大きさ,欠陥の数及び検査の精度によって
決定される。結晶がシリコンで,200kVの電子線を用
いた場合,(111)反射が8mrad,(220)反射が
13mrad,(400)反射が18mradである。低次の基
本反射はこれら3つなので,電子線傾斜は最大18mrad
でこれらの反射は観察できる。さらに高次の反射を2倍
か3倍程度,すなわち,最大50mrad程度に設定すれば
検査精度が向上する。
鏡の観察倍率によって検査できる欠陥の大きさが決定さ
れる。撮像装置の1画素が20μmとすると,透過電子
顕微鏡倍率1万倍にて2nm大きさの欠陥が1画素にちょ
うど入ることになり,欠陥が1個存在すると判定され
る。これより小さい欠陥は1画素に複数入ってしまいそ
の正確な数は判定されず,1個と判定される。このこと
から逆に推定される欠陥サイズを指定することによって
自動的に透過電子顕微鏡の観察倍率を決定できるので,
検査モードの1つとしてある指定された大きさ以下の欠
陥を自動で検査することができる。
査の精度に直接関連する。1方向からのみの観察では欠
陥はすべて観察できないことは前述のとうりであるが,
結晶の方位を利用すれば簡便化することができる。すな
わち,結晶方位の特定の反射に限定して電子線を傾斜
し,検査をすることが可能である。特に欠陥が特定結晶
面,例えばシリコンならば(311)面というように予
めその欠陥の存在する方位が予測される場合には,電子
線の傾斜条件を特定してやることによって検査時間の短
縮が可能である。また, この場合(000)と(31
1)入射で同一視野の2つの観察像を直接比較すること
によっても欠陥の有無の判定が可能であり,特に参照像
を必要としないので,検査の準備段階での参照像設定の
時間が短縮でき,かつ参照像と観察像との微妙な形状の
差によって発生する欠陥の誤判定の防止が可能であり,
本来形状に特徴のない基板自身の検査には有効な方法で
ある。
本発明の場合についてフローで比較したものである。従
来方法では試料を切り出し,機械研磨後ディンプルグラ
インディングにより中央部を20μm程度に薄膜化し,
イオンシニングにより最終薄膜に加工する。これまでの
経過時間は6時間である。検査には約24時間かかる。
さらに他の分析装置にて詳細分析を行なうために試料を
透過電子顕微鏡から取り出し,再セットし,分析点を探
索して分析が終了するまでに積算時間で60から100
時間かかる。従来法で検査終了までに最も律速となって
いることは欠陥検査そのものと,詳細分析における欠陥
部位置の探索,設定である。これは透過電子顕微鏡で発
見した欠陥アドレスが他の分析装置と共有されていない
ことが原因である。図19に示した本発明によるフロー
ではFIB加工を過程した場合での最速検査終了までの時
間を仮定した。本方法の最大の特徴は検査時間及び詳細
分析に要する時間の短さである。検査時間短縮に関する
工夫は前記のとうりであり,この検査装置自身に詳細分
析の機能が具備されかつ,欠陥アドレスがすべて保存さ
れ,試料ステージにより任意に欠陥位置を分析点に設定
可能であるために詳細分析時間が大幅に短縮されてい
る。
向コイルを設置し、その偏向コイルを用いて電子線入射
方向を複数変えた同一視野の画像を観察することによっ
て、試料における結晶欠陥が高確率で発見できるように
なる。偏向コイルと像シフトコイルとをリンクして動か
し撮像装置上での像位置ずれを補正することにより、高
確率でかつ高速で結晶欠陥が発見できる。試料ステージ
の移動を自動化し、上記欠陥検査法と組み合わせること
により、試料の広領域において高速で結晶欠陥、形状異
常等を自動で発見できる。発見した結晶欠陥、形状異常
部のアドレスを記憶し、検査後読みだすことにより検査
後の詳細分析時に自動で結晶欠陥、形状異常発見部を分
析点に設定できる。
図。
図。
ルによって補正する第1の実施例を表わす図。
ルによって補正する第2の実施例を表わす図。
1の実施例を表わす図。
2の実施例を表わす図。
ランキング方法を表わす図。
図。
物及び形状不良を自動検査する方法を表わすフローチャ
ート。
物及び形状不良を自動検査する方法を表わすフローチャ
ート。
示するための入出力画面。
おいて1画像データの収集領域を指定する方法を表わす
図の一例。
おいて,検査開始点を指定する方法を表わす図の一例。
おいてフェールビットマップを表示する画面を表わす
図。
後,詳細分析を行なう場合の入出力画面の一例。
おいてフェールビットマップと観察像の両方を表示する
画面を表わす図。
後,参照像とライブ画像との両方を同時に表示する画面
を表わす図。
・・対物前磁場レンズ,5・・・試料,6・・・対物後磁場レン
ズ,7・・・対物絞り,8・・・1段目投影レンズ,9・・・2
段目投影レンズ,10・・・3段目投影レンズ,11・・・撮
像装置,12・・・静電レンズ,12a・・・1段目静電レン
ズ,12b・・・2段目静電レンズ,12c・・・3段目静電レ
ンズ,13・・・収束レンズ,13a・・・1段目収束レン
ズ,13b・・・2段目収束レンズ,14・・・偏向コイル,
15・・・像シフトコイル,15a・・・1段目像シフトコイ
ル,15b・・・2段目像シフトコイル,16・・・D/Aコンバ
ータ,17・・・CPU,18・・・プリアンプ,19・・・A/Dコ
ンバータ,20・・・インターフェース,21・・・X線分光
装置,22・・・2次電子検出器,23・・・透過電子検出
器,24・・・透過電子線エネルギー分光装置,25・・・像
シフトコイル,26・・・回折電子線,27・・・透過電子
線,28・・・後焦点面,29・・・像面,30・・・アンプ,
31・・・可変抵抗,40・・・メニューバー,41・・・ツー
ルボックス,42・・・像表示部,43・・・オペレーティン
グボックス,43a・・・第1のオペレーティングボック
ス,43b・・・第2のオペレーティングボックス,43c・
・・第3のオペレーティングボックス,43d・・・第4のオ
ペレーティングボックス,43e・・・第5のオペレーティ
ングボックス,44・・・鏡体コントロール部,45・・・試
料ステージコントロール部,46・・・観察モード選択ボ
ックス,47・・・分析モード選択ボックス,48・・・観察
条件表示部,49・・・指定部分,50・・・検査開始点,5
1・・・フェールビットマップ,52・・・分析経過及び結果
表示部,53・・・分析点指定用ポインティングデバイ
ス,54・・・ライブ画像,55・・・開始,一時停止,停止
選択用アイコン,56・・・参照像,57・・・ステータスボ
ックス,58・・・画面表示分割選択ボックス,59・・・フ
ァイル管理ボックス。
Claims (15)
- 【請求項1】電子線源で発生した電子線に加速電圧を付
与する静電レンズ、及び収束レンズ、対物レンズ、投影
レンズを備え、得られた画像の画像強度を検出する投影
装置を備えた透過電子顕微鏡装置において、電子線の試
料に対する入射角度を変更する偏向コイルを設け、偏向
された電子線による透過像を形成して表示画面に表示す
る表示手段を設け、該表示画面に基づいて画面上の検出
位置アドレスを特定して記憶し、該検出目標アドレスを
使用して試料の構造についてX線または透過電子線強度
を検出して観察を行なうことを特徴とする透過電子顕微
鏡装置。 - 【請求項2】電子線源で発生した電子線に加速電圧を付
与する静電レンズ、及び収束レンズ、対物レンズ、投影
レンズを備え、得られた画像の画像強度を検出する投影
装置を備えた透過電子顕微鏡において,電子線の試料に
対する入射角度を変更する偏向コイルを設け、前記偏向
コイルによって電子線を試料の同一箇所に異なる入射方
向から照射するよう制御する手段を設け、および異なる
電子線入射方向から照射して得られる複数枚の透過像を
表示画面に表示する手段とを含んで構成されることを特
徴とする透過電子顕微鏡装置。 - 【請求項3】電子線源で発生した電子線に加速電圧を付
与する静電レンズ、及び収束レンズ、対物レンズ、投影
レンズを備え、得られた画像の画像強度を検出する投影
装置を備えた透過電子顕微鏡において、電子線の試料に
対する入射角度を変更する偏向コイルを設け、前記偏向
コイルによって電子線を試料の同一箇所に異なる入射方
向から照射するよう制御する手段を設け、異なる電子線
入射方向から照射して得られる複数枚の透過像と参照像
とを対比する手段を設け、および該対比に基づいて試料
の欠陥について画面上で検出位置アドレスを記憶する手
段を設けたことを含んで構成されることを特徴とする透
過電子顕微鏡装置。 - 【請求項4】電子線源で発生した電子線に加速電圧を付
与する静電レンズ、及び収束レンズ、対物レンズ、投影
レンズを備え、得られた画像の画像強度を検出する投影
装置を備えた透過電子顕微鏡において、電子線の試料に
対する入射角度を変更する偏向コイルを設け、前記偏向
コイルによって電子線を試料の同一箇所に異なる入射方
向から照射し、得られる複数枚の透過像と参照像とを対
比し、その対比結果によって試料の欠陥について画面上
で検出位置アドレスを記録する手段を設け、像シフトコ
イルによって電子線を偏向する手段と、および前記偏向
コイルによる電子線の偏向と像シフトコイルによる電子
線の偏向とをリンクするように偏向コイルおよび像シフ
トコイルを駆動する手段とを含んで構成されることを特
徴とする透過電子顕微鏡。 - 【請求項5】請求項3または4において、 前記参照像は、前記対比のために予め基本画像として記
憶した画像であることを特徴とする透過電子顕微鏡装
置。 - 【請求項6】請求項3または4において、 前記参照像は、異なる電子線入射方向から照射して得ら
れる複数枚の透過像の一部の像であることを特徴とする
透過電子顕微鏡装置。 - 【請求項7】請求項3または4において、 前記参照像は、同一の電子線入射方向から照射して得ら
れる透過像であることを特徴とする透過電子顕微鏡装
置。 - 【請求項8】請求項1から7のいずれかにおいて、 入射角度を0から50mradの範囲で偏向させることを特
徴とする透過電子顕微鏡装置。 - 【請求項9】電子線源で発生した電子線に加速電圧を付
与する静電レンズ、及び収束レンズ、対物レンズ、投影
レンズを備え、得られた画像の画像強度を検出する投影
装置を備えた透過電子顕微鏡装置において、電子線の試
料に対する入射角度を変更する偏向コイルを設け、電子
線の試料に対する入射角度が偏向された電子線による透
過像を表示画面に表示し、該透過像を参照像と比較する
ことによって画面上の検出位置を特定して検出して検出
位置アドレスをマップとして表示し、表示されたマップ
上の検出位置アドレスを指定することによって試料の構
造について光、X線または透過電子線強度を検出して観
察画面を形成して前記マップを表示する画面と同一画面
上に表示することを特徴とする透過電子顕微鏡装置。 - 【請求項10】電子線源で発生した電子線を静電レンズ
によって所定の電圧まで加速し、加速された電子線を収
束レンズと対物レンズによって試料に平行に照射し、投
影レンズによって試料の透過像を拡大し、画像強度を撮
影装置にて検出する透過電子顕微鏡装置において、電子
線の試料に対する入射角度を変更する偏向コイルを設け
て、前記偏向コイルによって電子線を試料の同一箇所に
異なる入射方向から照射し、異なる電子線入射方向から
照射して得られる複数枚の透過像と参照像とを対比し、
該対比結果によって試料の欠陥有無を判定して検出位置
アドレスとして記憶することを含んで構成されることを
特徴とする透過電子検査装置並びに検査方法。 - 【請求項11】電子線源で発生した電子線を静電レンズ
によって所定の電圧まで加速し、加速された電子線を収
束レンズと対物レンズによって試料に平行に照射し、投
影レンズによって試料の透過像を拡大し、画像強度を撮
影装置にて検出する透過電子顕微鏡装置を使用した検査
方法において、電子線を試料の同一箇所に異なる入射方
向から照射し、得られる同一入射方向からの透過像の1
画面毎に、次の入射方向からの透過像を得る前に画像中
の欠陥の有無を判定する時間を設けたことを特徴とする
透過電子検査装置並びに検査方法。 - 【請求項12】請求項11において、 1画面取得ごとのブランキング時間内で画像中の欠陥の
有無の判定および次の電子線の入射角度の設定を行なう
ことを特徴とする透過電子検査装置並びに検査方法。 - 【請求項13】請求項11において、 1画面取得ごとのブランキング時間内で試料ステージを
移動し、画像表示を行うことを特徴とする透過電子検査
装置並びに検査方法。 - 【請求項14】半導体基板の製造過程における欠陥検査
方法において、電子線の半導体基板に対する入射角度が
偏向された電子線による透過像に基づいて画面上に検査
位置を特定する検出位置アドレスをマップ表示し、表示
されたマップ上の検査位置アドレスを指示することによ
って半導体基板の構造について観察画面を表示し、該観
察画面を使用して欠陥判定を行なって半導体基板の検査
を行なうことを特徴とする半導体基板の欠陥検査方法。 - 【請求項15】電子線源で発生した電子線に加速電圧を
付与する静電レンズ、及び収束レンズ、対物レンズ、投
影レンズを備え、得られた画像の画像強度を検出する投
影装置を備えた透過電子顕微鏡装置において、電子線の
試料に対する入射角度を変更する磁場偏向コイルを設
け、偏向された電子線による透過像を形成して表示画面
に表示する表示手段を設け、該表示画面に基づいて試料
の構造について検査することを特徴とする透過電子線検
査装置。
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JP11043235A JP2000243338A (ja) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | 透過電子顕微鏡装置および透過電子検査装置並びに検査方法 |
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