JP2000251824A - 電子ビーム装置及びそのステージ移動位置合せ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 規則的に配列形成されたメモリデバイスなど
のパターンの中の特定の基本セルパターンを、不良解析
などの目的でＳＥＭ観察するとき、正確にそのセルパタ
ーンをとらえ、指示することができるようにする。 【解決手段】 目標セルのメモリセルブロック内での位
置を指定後、セルブロックの基点部分のＳＥＭ観察視野
でのセルの配置個数情報の抽出。指標セルの決定後、目
標セルに近づくようなステージ移動と指標セルの電子ビ
ーム走査によるステージの移動ベクトルの取得。ステー
ジの移動距離が電子ビームの偏向限界に達してステージ
を停止し、再び、その位置での観察視野内のセル配置個
数情報を抽出。これら取得データによって、各セルの配
置に関する相互位置関係の特定をおこない、これを多段
に繰り返して指定の目標セルに到達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームによる
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像取得機能を有した、半導
体集積回路等の不良解析のためのパターン観察などを行
う電子ビーム装置、及びそのステージの移動位置合せ方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高密度パターン化が進んだ半導体集積回
路等の不良解析の手段として、微細な構造を解析するこ
とのできる、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの電子ビ
ーム装置が用いられる。

【０００３】半導体集積回路の中でも、ＤＲＡＭなどの
メモリデバイスの不良解析では、そのチップパターン内
の大部分を占めるメモリセル部にある不良個所の特定と
そのセルパターン状況の観察や調査が重要である。チッ
プ上に観察されるメモリセル部は、メモリセル単体のパ
ターンの大きさは数μｍからサブミクロンオーダーであ
り、矩形状などの同形形状をし、二次元にわたって規則
的に配列形成されて１メモリブロックを形成し、また、
このブロックが、複数規則的に配列形成されてメモリセ
ル部を形成している。

【０００４】このようなメモリデバイスの試験は、通
常、先ずテスタなどでファンクションテストを実施して
製品の機能の良否判断をし、更に、その機能不良の原因
などの調査のために、不良個所について、光学顕微鏡や
ＳＥＭ装置などの電子ビーム装置で、観察や各種の解析
を行う。メモリセル部にある不良個所は、ファンクショ
ンテストの結果データから不良メモリセルのメモリマッ
プ上の位置情報により、そのチップ内の実パターン上に
おける不良セルの位置を知ることができる。

【０００５】従って、このような観察や解析のために
は、大量の同形のセルパターンが二次元にわたって規則
的に配列された中から不良セルパターン個所を観察視野
内に見出す必要がある。従来は、ステージを備えた光学
顕微鏡やＳＥＭ装置を用い、例えば、ブロック部の端部
のセルを基準位置として、ステージを移動させつつ、視
野内のセルパターン数をカウントして、先に得られてい
る位置情報をもとに、所期の不良セルパターンを見出す
方法や、あるいは、ステージの移動制御装置に、先のセ
ル位置情報を基準位置からの絶対距離情報に変換したデ
ータを与えることで、所期の不良セルパターン位置に到
達する方法などが用いられている。

【０００６】前者の方法は、セル数が比較的少数である
場合は実施可能と言えようが、同一形状で微細なメモリ
セルが数十万〜数百万個レベルの個数が形成してあるパ
ターンの中から所期の不良セルパターンを見出すことは
事実上不可能であり、また後者の方法は、今後ますます
微細化が進むメモリデバイスへの適用を考えるとき、サ
ブミクロンないしそれ以上の位置決め精度を可能とする
非常に高精度かつ高価なステージと制御システムが必要
となる。

【０００７】以上の方法とは別に、パターンマッチング
法を用いた目標位置（目標パターン）への移動法の提案
がある。これはメモリセルの様にパターンが規則的に配
列形成されているときの適用であって、ステージ移動の
際に生じる誤差をパターンの規則的な位置関係を利用し
て検出し、誤差補正を行おうとするものである。この方
法の説明図を、図７の、従来技術のパターンマッチング
法を用いた移動制御法の説明図に示す。図７（ａ）は、
ステージ上に搭載されたメモリデバイスのメモリセルの
パターンについて、ステージ移動前のＳＥＭ観察像を示
したものであり、同一形状のメモリセルが同一ピッチで
規則的に配置形成されている。この観察視野（Ｓ０）内
に、メモリセルの寸法・ピッチおよび視野の大きさなど
から算出されたグリッドＡ₀ 〜Ｆ₀ がオーバレイ表示さ
れており、各交点の中心の内の、例えば、Ｇ₀₁、Ｇ
₀₂は、図示の二つの参照パターンの中心とそれぞれ一致
する。

【０００８】図７（ｂ）は、ステージをＸ方向（図の横
方向）に、メモリセルの配列ピッチの整数倍分の移動を
指示した後のＳＥＭ観察視野（Ｓ１）内のパターンの状
況を示したものである（ステージ移動後、例１）。同図
には示された、パターン配列ピッチから算定される、グ
リッドＡ₁ 〜Ｆ₁ の交点Ｇ₁₁、Ｇ₁₂の位置と、近傍のセ
ルパターンの中心イ、ロとの間にずれが生じており、こ
れが、ステージの移動誤差と推定される。この誤差を適
宜補正することにより、正確なステージ移動が実現で
き、またこの繰り返しで、必要距離の正確なステージ移
動と目標パターンへの到達が可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は、
ステージの位置決め誤差が少なくともメモリセルのサイ
ズ程度よりも小さいことが必要である。図７（ｃ）は、
この条件を満たしていない場合の例を示すもので、ステ
ージ移動後の停止位置でのＳＥＭ視野領域（Ｓ２）内の
グリッドＡ₂ 〜Ｆ₂ の交点、例えばＧ₂₁，Ｇ₂₂が、図示
されているように、セルパターン間の中央付近に存在
し、パターンマッチングすべきセルパターン（それぞれ
の中心位置がイ、ロ、ハ）の判定が困難となる。さら
に、グリッドの交点とセルの位置関係によっては、別の
パターンとのマッチングをすることとなり、正確な移動
制御は不可能である。従って、この提案においても、今
後さらに微細化が進むメモリデバイスの解析を行うため
には、より精度の高いステージシステムを要求されるこ
とになる。

【００１０】本発明の目的は、上記の様な問題点に鑑
み、セルパターンが配列されているメモリデバイスのよ
うな、基本パターンが配列形成されている試料に対し、
レーザ干渉測長器を具備したステージシステムに代表さ
れる高精度なステージ移動機能を必要とすること無く、
電子ビーム観察を実施するための目標位置への正確な移
動が可能となる電子ビーム装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上で述べた目
的を達成するために提案されたものであって、ステージ
移動前後のＳＥＭ像内パターン配置状況を取得する手段
と、ステージ移動中に基準とする基本パターンのＳＥＭ
像内での配置と移動状況によってステージの移動ベクト
ルを算出する手段とから、ステージ移動前後のＳＥＭ像
内パターンの相互位置関係を特定する手段を有し、さら
に、これらの手段を繰り返すことで、現在位置のパター
ンから、目標のパターン位置に正確に到達できる手段を
提供するものである。

【００１２】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、電子ビーム装置を、試料を搭載したステージを現在
位置から目標位置まで移動させ、該試料に形成されたパ
ターン上に電子ビーム走査してＳＥＭ画像を生成して格
納し表示する電子ビーム装置において、前記試料に基本
パターンが規則的に配列形成された、試料配列パターン
内の第一の領域に属する第一のＳＥＭ配列パターン画像
を格納する第一の記憶部と、前記ステージによるステー
ジ移動を行って、前記試料配列パターン内の第二の領域
に属する第二のＳＥＭ配列パターン画像を格納する第二
の記憶部と、該第二のＳＥＭ配列パターン画像中に、前
記第一のＳＥＭ配列パターン画像中の少なくとも一つの
基本パターンが、指標基本パターンとして含むようにな
し、前記ステージ移動における、該指標基本パターンの
移動を電子ビーム走査により追跡測定して、前記ステー
ジ移動の移動ベクトルを取得して格納する第三の記憶部
と、前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と、前記第二の
ＳＥＭ配列パターン画像と、前記移動ベクトルを読み出
し、前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と前記第二のＳ
ＥＭ配列パターン画像に含まれる各基本パターンの配列
の相互位置関係を特定するように構成したシステムコン
トローラとを有することを特徴とするように、構成した
ことを特徴とするものである。

【００１３】請求項２の発明が講じた解決手段は、電子
ビーム装置において、特に、前記試料配列パターン内に
ある、前記目標位置の基本パターン配列位置情報を入力
して格納する第四の記憶部と、前記第一のＳＥＭ配列パ
ターン画像として、前記試料配列パターンの配列基準と
なる基準基本パターンを含む基準ＳＥＭ配列パターン画
像を格納する第五の記憶部と、前記ステージにより、前
記目標位置の基本パターン配列位置に近づくようにステ
ージ移動を行って、前記試料配列パターン内の第二の領
域に属する第二のＳＥＭ配列パターン画像を格納する第
六の記憶部と、前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と前
記第二のＳＥＭ配列パターン画像に含まれる各基本パタ
ーンの配列の相互位置関係情報を格納する第七の記憶部
と、前記目標位置の基本パターン配列位置情報と、該相
互位置関係情報を読み出して比較し、前記目標位置の配
列基本パターンを、前記第一のＳＥＭ配列パターン画像
と前記第二のＳＥＭ配列パターン画像に含まれる各基本
パターン中から検出し、ＳＥＭ配列パターン画像上にお
いて前記目標位置の配列基本パターンを指示し、検出が
できない場合は、前記目標位置の基本パターン配列位置
に近づくようなステージ移動と前記検出を多段に繰り返
して、前記目標位置の配列基本パターンの指示に至るま
で実施するように構成したシステムコントローラとを有
するように、構成したことを特徴とするものである。

【００１４】請求項３の発明が講じた解決手段は、電子
ビーム装置において、特に、前記ステージ移動におけ
る、前記指標基本パターンの移動を電子ビーム走査によ
り追跡測定するときの該電子ビーム走査の領域を、少な
くとも前記指標基本パターンを含む領域に限定するよう
に構成したシテスムコントローラを有するように、構成
したことを特徴とするものである。

【００１５】請求項４の発明が講じた解決手段は、電子
ビーム装置において、特に、前記ステージ移動におけ
る、前記指標基本パターンの移動を電子ビーム走査によ
り追跡測定するときの該電子ビーム走査の領域を、少な
くとも前記指標基本パターンを含む領域に限定し、かつ
直交する少なくとも２本の走査線でおこなうように構成
したシステムコントローラを有するように、構成したこ
とを特徴とするものである。

【００１６】請求項５の発明が講じた解決手段は、電子
ビーム装置において、特に、前記試料に形成されたパタ
ーン上に電子ビーム走査してＳＥＭ画像を生成して格納
し表示するとき、該電子ビーム走査によって前記試料表
面から生じる二次電子を検出して得られる二次電子検出
信号のサンプリング化と、該サンプリング化された信号
の積算処理をおこなうように構成したシステムコントロ
ーラを有するように、構成したことを特徴とするもので
ある。

【００１７】請求項６の発明が講じた解決手段は、電子
ビーム装置において、特に、前記試料に形成されたパタ
ーン上に電子ビーム走査してＳＥＭ画像を生成して格納
し表示するとき、前記試料配列パターンの該ＳＥＭ画像
表示におけるＳＥＭ輝度信号を前記ＳＥＭ画像のＸ−Ｙ
直交座標系の各座標上へ投影した輝度分布データを用い
て、前記試料配列パターンのＸ−Ｙ直交座標軸と前記Ｓ
ＥＭ画像のＸ−Ｙ直交座標軸との変位を検出し、前記Ｓ
ＥＭ画像のＸ−Ｙ直交座標軸の補正をおこなうように構
成したシステムコントローラを有するように、構成した
ことを特徴とするものである。

【００１８】請求項７の発明が講じた解決手段は、電子
ビーム装置のステージ移動位置合せ方法において、試料
を搭載したステージを現在位置から目標位置まで移動さ
せ、該試料に形成されたパターン上に電子ビーム走査し
てＳＥＭ画像を生成して格納し表示する電子ビーム装置
のステージ移動位置合せ方法において、前記試料に基本
パターンが規則的に配列形成された、試料配列パターン
内の第一の領域に属する第一のＳＥＭ配列パターン画像
を取得し、前記ステージによるステージ移動を行って、
前記試料配列パターン内の第二の領域に属する第二のＳ
ＥＭ配列パターン画像を取得し、該第二のＳＥＭ配列パ
ターン画像中に、前記第一のＳＥＭ配列パターン画像中
の少なくとも一つの基本パターンが、指標基本パターン
として含むようにし、前記ステージ移動における、該指
標基本パターンの移動を電子ビーム走査により追跡測定
して、前記ステージ移動の移動ベクトルを取得し、前記
第一のＳＥＭ配列パターン画像と、前記第二のＳＥＭ配
列パターン画像と、前記移動ベクトルから、前記第一の
ＳＥＭ配列パターン画像と前記第二のＳＥＭ配列パター
ン画像に含まれる各基本パターンの配列の相互位置関係
を特定することを特徴とする構成とするものである。

【００１９】請求項８の発明が講じた解決手段は、電子
ビーム装置のステージ移動位置合せ方法において、特
に、前記試料配列パターン内にある、前記目標位置の基
本パターン配列位置情報を入力し、前記第一のＳＥＭ配
列パターン画像として、前記試料配列パターンの配列基
準となる基準基本パターンを含む基準ＳＥＭ配列パター
ン画像を取得し、前記ステージにより、前記目標位置の
基本パターン配列位置に近づくようにステージ移動を行
って、前記試料配列パターン内の第二の領域に属する第
二のＳＥＭ配列パターン画像を取得し、前記第一のＳＥ
Ｍ配列パターン画像と前記第二のＳＥＭ配列パターン画
像に含まれる各基本パターンの配列の前記相互位置関係
情報を取得し、前記目標位置の基本パターン配列位置情
報と、該相互位置関係情報の両情報を比較し、前記目標
位置の配列基本パターンを、前記第一のＳＥＭ配列パタ
ーン画像と前記第二のＳＥＭ配列パターン画像に含まれ
る各基本パターン中から検出してＳＥＭ配列パターン画
像上において前記目標位置の配列基本パターンを指示
し、検出ができない場合は、前記目標位置の配列基本パ
ターンの指示に至るまで、前記目標位置の基本パターン
配列位置に近づくようなステージ移動と前記検出を多段
に繰り返すことを特徴とするものである。

【００２０】そして、請求項１および２の構成によっ
て、半導体集積回路、中でもＤＲＡＭなどのメモリデバ
イスにおける、とくに数μｍ〜サブミクロンオーダーの
矩形状パターンからなるメモリセル単体パターンが二次
元にわたって規則的に配列形成されているメモリセル部
の不良解析の際に、不良個所などの特定のメモリセルを
ＳＥＭパターン像領域（視野）内に正確に捉えることが
可能となる。

【００２１】このとき、検出開始時のＳＥＭパターン像
領域に一部メモリセル単体パターン（指標基本パター
ン）が重複するような隣接ＳＥＭパターン像領域に解析
すべき特定メモリセルがある場合は、請求項１の構成に
より、また一部メモリセル単体パターン（指標基本パタ
ーン）の重複が無く、メモリセル部内の離れた場所に特
定メモリセルが存在する場合は、請求項２の構成によ
り、所期の目的を達成することができる。

【００２２】これらのことは、電子ビーム装置に用いら
れる試料搭載用のステージの位置決め精度が、セルパタ
ーンの大きさより大きい、例えば２〜３μｍ程度あるい
はそれより大きい場合であっても実現可能であることが
一つの大きな特徴である。

【００２３】先ず、適切なＳＥＭ像倍率を規定し、第一
の領域の第一のＳＥＭパターン像として、複数のメモリ
セル（例えば数個四方ないし十個四方程度）を含むＳＥ
Ｍ像を取得し、それらの配置状況と配置個数をデータと
して得る。その像内の（すなわち、そのＳＥＭ像倍率に
おける電子ビーム走査領域の）、所期のステージ移動方
向で、ＳＥＭ像の外縁（すなわち、最大電子ビーム走査
偏向位置）に近い一つのメモリセルに注目し、指標基本
パターンとする。

【００２４】次いで、例えば、同一ＳＥＭ像倍率のまま
ステージを所期の方向に移動するに従って、ＳＥＭ像と
して観測される指標基本パターンは、ＳＥＭ像視野内で
相対的に移動することを捉えることができる。ステージ
移動は、移動後においても、ＳＥＭ像視野内に、先に規
定した指標基本パターンが存在する程度とし、移動後の
ＳＥＭ像視野を第二の領域の第二のＳＥＭパターン像と
して取得する。逆に言えば、ステージの移動量は、最大
でも、その時のＳＥＭ像倍率での電子ビーム走査領域を
越えない範囲とする。この第二のＳＥＭパターン像中に
は、指標基本パターンを含む、第一の領域のパターンと
は別の複数のメモリセルが捉えられ、それらの配置状況
と配置個数をデータとして得ることができる。

【００２５】一方、ステージの移動前後における、指標
基本パターンのＳＥＭ像視野内で相対的な移動状況か
ら、ステージの移動量と方向、すなわち移動ベクトルを
取得することができる。これらの結果、二つの領域の複
数のパターンの相対的な位置関係を特定することができ
ることとなる。

【００２６】さらに、この様な方法を指標基本パターン
を次々と交代させながら多段に繰り返し、言わば、指標
基本パターンを介してＳＥＭパターン領域を繋ぎ合わせ
ることによって、相互に距離の長いセルパターン間の相
対位置関係も特定できることとなる。

【００２７】また、指標基本パターンのＳＥＭ像視野内
での相対的な移動状況を取得する際、その視野内で、特
に電子ビーム走査の範囲を制限することが有効である。
図６に、制限された電子ビーム照射領域の例を示す。図
６（ａ）は照射領域を、指標基本パターン全体とその周
囲に隣接する基本パターンの一部を含む矩形領域とする
ことを示し、また図６（ｂ）は、その時の電子ビームの
走査を面的な走査では無く、直交する二線分の走査線で
行うことを示す。これらにより、高速なパターン追跡測
定を行うことができる。

【００２８】また、上記の各段階において、電子ビーム
走査によって検出された二次電子や反射電子の信号によ
りＳＥＭパターン像を取得するが、このとき、それらの
信号をサンプリングし、そのサンプリングした信号を積
算処理することで、信号のＳＮ比を向上することがで
き、精緻なＳＥＭパターン像とまたそれから得られる精
度の高いパターン位置情報を取得することができる。

【００２９】また、自動焦点調節機能や自動非点補正機
能を用いることで、ＳＥＭパターン像を取得する領域を
ステージ移動などで変えたときに発生しやすい、焦点変
化や非点変化に対応して調整・補正し、適正なＳＥＭパ
ターン像を取得することができる。

【００３０】さらに、上記のＳＥＭパターン像を取得す
るときにおいて、規則的に配列形成された配列パターン
のＳＥＭパターン像の画像表示におけるＳＥＭ輝度信号
を、電子ビーム走査のＸ−Ｙ直交座標系の各軸上へ投影
した輝度分布データを用いて、前記配列パターンのＸ−
Ｙ直交座標軸と前記電子ビーム走査のＸ−Ｙ直交座標軸
との変位量を検出し、前記電子ビーム走査のＸ−Ｙ直交
座標軸の補正をするといった手段により、当初配列パタ
ーンのＳＥＭパターン像のＸ−Ｙ直交座標軸がＳＥＭ像
表示画面上のＸ−Ｙ直交座標軸に対し回転しているよう
に観察されたとき、この手段でＳＥＭパターン像を回転
調整することができる。さらに、回転調整後の配列パタ
ーンの電子ビーム走査のＸ−Ｙ直交座標系の各軸への輝
度分布データより、配列パターンの配置とその個数に関
するデータを取得することが可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明になる装置は、例えば、不
良メモリセルの存在が、あるメモリブロック部内の、配
列座標として規定される個所にあることが、ファンクシ
ョンテストなどで摘出された場合、そのセルをＳＥＭパ
ターン像として正確に捉えるときに、非常に有効であ
る。 〔実施例〕図１は本発明に基づく実施形態の電子ビーム
装置概略構成を示す図である。電子ビーム装置本体１０
は例えばＳＥＭ像取得機能を有する走査型電子顕微鏡本
体であり、ステージ制御部２１によって制御されたステ
ージ１１に搭載された試料１２に対し、電子銃１３から
放射された電子ビーム１４が偏向制御部１９で制御され
た偏向器１５で走査される。電子ビーム１４は対物レン
ズ１６によって収束されて試料１２上を照射し、この照
射点から放出された２次電子１７は、２次電子検出器１
８で検出される。２次電子検出器１８の信号出力は検出
信号処理部２０を経由してＳＥＭ像表示装置等からなる
画像構成部２２に入力される。検出信号処理部２０にお
いて、検出信号のサンプリング処理機能を付加すること
ができる。またレンズ系を含むそれらの制御系により、
自動焦点調節機能や自動非点補正機能を付加すること
も、検出精度の向上に有効である。

【００３２】検出信号処理部２０からのデータは移動ベ
クトル検出部２３に入力され、例えばコンピュータシス
テムからなる、各種データを格納する記憶装置部（これ
は、例えば、少なくとも第一〜第七の７個以上のｎ個の
記憶部から構成される。）を有するシステムコントロー
ラ２５とデータの授受が行われる。一方、検出信号処理
部２０はシステムコントローラ２５と直接、データの授
受が行われる。画像構成部からの信号は、配置個数情報
抽出部２４に入力され、同抽出部２４はシステムコント
ローラ２５とデータの授受が行われる。また、ステージ
制御部２１もシステムコントローラ２５とのデータの授
受を行う。

【００３３】図２に、試料上の対象セルへのＳＥＭ観察
領域の移動に関し、本発明の移動手順のフローチャート
を示す。このフローチャートの手順を具体的な実施例と
共に、以下に説明する。

【００３４】図１における試料１２は、メモリデバイス
チップであり、図３に、典型的なメモリデバイスチップ
のパターン配置模式図を示す。チップ内は、複数のメモ
リセルブロックと、それらの間に配置された周辺回路部
からなり、メモリブロック内に多数のメモリセルが配列
形成されている。

【００３５】図４は本発明の実施例を説明するための模
式図で、メモリブロック部を拡大図示しており、矩形状
のメモリセルパターンが配列形成されていることを示
す。図において、メモリセルは左方向と上方向に多数配
列形成されており、セルＣ_Aは基点セルＣ₀ からの配列
位置に応じて左方向にＸ番目、上方向にＹ番目の時、Ｃ
_A （Ｘ，Ｙ）で表示されるものとする。右下の角にある
セルは、現在のメモリセルブロックの基点セルＣ₀ であ
り、セル配置座標の表示で、Ｃ₀ （１，１）とする。

【００３６】この時、事前のファクションテストなど
で、不良メモリセル（即ち、観察すべき「目標セル
Ｃ_T 」）の配置座標上の位置情報を得ているとする。

【００３７】先ず、図２のフローチャートにおいて、ス
テップＳ１の「目標セル位置の入力」を図１のシステム
コントローラ２５により行う。実施例ではその目標セル
Ｃ_T（図４中の塗りつぶしセルで示す。）の座標が、同
図４に示されているように、Ｃ_T （９，７）であるとし
たとき、このデータを、システムオペレータは入力す
る。

【００３８】次に、ステップＳ２の「セルブロックの基
点部分の観察」を行う。これはシステムコントローラ２
５からのデータによりステージ制御部２１でステージ１
１を制御して、セルブロックの基点のあるセル群をＳＥ
Ｍ操作領域におさめ、そこに含まれるセルの観察画像を
得る操作である。実施例図４における右下角の基点セル
Ｃ₀ （１，１）を含む「観察時の電子ビーム偏向照射領
域Ａ１」の部分の観察を行うことに相応する。

【００３９】以後のステップは、基本的に自動処理で行
われる。ステップＳ３では、観察画像から「セルの配置
個数情報の抽出」を行うが、これは、構成図の図１にお
ける、画像構成部２２からの信号が、配置個数情報抽出
部２４に送られ、基点セルＣ ₀ （１，１）を含む観察セ
ルの数と配置状況が抽出されて、システムコントローラ
２５のメモリ部に記憶される。実施例の図４におけるＡ
１の領域において、Ｃ ₀ セルを基点に４×３個のセルが
含まれることの認識と、各セルの配置座標付けがなされ
る。

【００４０】この情報と、ステップＳ１で入力した目標
セルＣ_T の座標とを比較し、この観察画像内のセルの中
で、最も目標セルＣ_T に距離が近いセル（これを、指標
セルＣ_S と呼称する）を定めることができ、これが、ス
テップＳ４の「指標セルの決定」であり、システムコン
トローラ２５にてプログラム処理での決定がなされる。
この図４に示されたＣ_S1（４，３）がＡ１領域における
指標セルとなる。

【００４１】図２のフローチャートにおける、ステップ
Ｓ５で、「ステージの移動」を行う。ステージの移動方
向は、現在位置から、ステップＳ１で入力した目標セル
Ｃ_Tに接近していく方向であり、ステップＳ３で得たＡ
１領域のセル配置座標と目標セルＣ_T の配置座標から導
くことができる。ステージ移動中の電子ビーム走査領域
は、偏向制御部１９で偏向範囲を制御することにより、
指標セルＣ_S に限定した領域とする。あるいは、指標セ
ルＣ_S に対して十字状に交差する二線分の電子ビーム走
査であってもよい。上記の電子ビーム走査領域は、図４
のＡ１領域中の指標セルＣ_S1（４，３）を含む領域に記
された「移動ベクトル検出時の限定された電子ビーム照
射領域Ｂ１」で示される。

【００４２】なお、ステージの移動、即ち観察メモリデ
バイスの移動においては、ＳＥＭ観察視野は固定してい
るが、図示の都合上、図４では、デバイス面を視野が移
動するように表されている。したがってステージを移動
（図中矢印で示す。）していくと、観察時の電子ビーム
照射領域（即ち、ＳＥＭ視野）を想定した場合、それは
図中のＡ１からＡ２の領域に移って行く。実際のステー
ジ移動中の電子ビームの照射領域は指標セルＣ_S1のＢ１
の領域であり、この電子ビームによって指標セルＣ_S1の
観察視野内での移動を追尾測定すること、つまり画像処
理技術におけるトラッキングビジョンの手法を用いるこ
とでステージの移動ベクトルを得ることができる。

【００４３】このステージ移動のベクトルを検出する具
体的な方法を、図５の、ステージ移動ベクトル検出の説
明図によって説明する。図５（ａ）は、時刻ｔ₀ におい
て、ステージ上に置かれた、試料中の指標セルＣ_SX（Ｘ
方向の幅、ｗ）を限定された電子ビーム照射領域で走査
したときの状態を示し、破線は、観察時のＳＥＭ視野領
域を示す。説明を単純化するために、ステージは図中の
矢印の方向にのみ移動するものとする。同図に示すよう
に、時刻ｔ₀ での指標セルＣ_SX上の電子ビーム走査をス
テージ移動方向（図中Ｘ方向とする）と同一方向に、距
離ｌだけ行ったとき、図５（ｂ）に示すように、幅ｗを
もった二次電子検出信号Ｓ₀ を得ることができる。

【００４４】ステージが移動し、時刻ｔ₁ のときの、ス
テージの移動にともなって観察視野内で移動した指標セ
ルＣ_SXの配置状況を図５（ｃ）に示し、指標セルＣ_SXを
同様に電子ビーム走査したときの二次電子検出信号Ｓ₁
を、図５（ｄ）に示す。Ｓ₁とＳ₀ の差の正の部分の結
果（〔Ｓ₁ −Ｓ₀ 〕で現す）を、図５（ｅ）に示し、こ
の幅（ｄ）が、ステージの移動量に相当する。

【００４５】ステージの移動方向が、これとは直交方向
（図中Ｙ方向）であっても、電子ビーム走査をＹ方向に
行うことで、同様な二次電子検出信号の処理によってス
テージ移動量を検出できる。任意の方向へのステージ移
動についても同様な、例えば、Ｘ方向とＹ方向とを組み
合わせる電子ビーム走査によって、その移動量の検出が
可能である。この際、セルの配列方向とステージの移動
方向とに変位がある場合、ＳＥＭ観察画像の信号をもと
に、投影輝度分布データを取得することによって、その
変位を補正する手段を用いて、上記の移動量検出の方法
を実施することが有効となる。

【００４６】これらのことから、ステージの移動時間と
移動距離および移動方向を検出すること、つまり、移動
スピードと移動方向からなるステージ移動ベクトルを検
出できる。このとき検出したベクトルは、電子ビーム偏
向ベクトルとして、偏向量に印加することで、ステージ
の移動中に同一特定パターン、即ちこの場合は指標セル
を、限定した電子ビーム照射領域に捉えることができ
る。

【００４７】かように、ステージの移動により、観察時
のＳＥＭ視野領域内を、注目する指標セルが移動するに
伴って、刻々と得られる検出信号を直前の検出信号と比
較することから、その視野領域内にわたって、ステージ
移動ベクトルを検出することができる。電子ビームの偏
向精度は、ナノメートルオーダの高精度であるため、ス
テージの移動精度とは係わり無く、ステージの動きを正
確に捉えることが可能となる。

【００４８】さて、フローチャート図２のステップＳ５
でステージを移動していくと、観察時の電子ビーム照射
領域（即ち、ＳＥＭ視野）を想定した場合、それは図４
中のＡ１からＡ２の領域に移って行くが、上述のよう
に、ステージの移動ベクトルを検出することで、移動ベ
クトル検出時の限定された電子ビーム照射領域Ｂ１は、
観察時の電子ビーム偏向照射領域Ａ１における指標セル
Ｃ_S1に追随するようにＳＥＭ視野内を移動して行く。
（Ｂ１は、ＳＥＭ視野内を左上から右下に移動する。） 図４において、観察時の電子ビーム偏向照射領域がＡ２
の位置に来るまでステージが移動したとき、電子ビーム
の偏向限界に達したこととなる。なぜなら、Ａ２は、指
標セルＣ_S1を含む電子ビームの偏向可能限界の範囲内の
ためである。すなわち、ここで、フローチャート図２の
ステップＳ６「電子ビームの偏向限界に達したか」の判
断において、Ｙｅｓの方に進むこととなる。

【００４９】ステージが停止し（ステップＳ７「ステー
ジの移動停止」）、新たな領域で、先の方法と同様に、
画像の取得によりセルの配置個数情報の抽出を行う（ス
テップＳ８「セルの配置個数情報の抽出」）。また同様
に、新たな指標セルを決定する（ステップＳ９「指標セ
ルの決定」）。このことは、実施例の図４における、Ａ
２の領域で指標セルＣ_S2（７，５）の決定に対応する。

【００５０】抽出したセルの配置個数情報から、この領
域内に目標セルが存在しないことが分かると、フローチ
ャート図２のステップＳ１０「目標セル位置を越えた
か」の判断ステップで、Ｎｏの方に進み、ステージ移動
のステップＳ５に行く。

【００５１】再びステージの移動が停止したとき、これ
は例えば図４における、観察時の電子ビーム偏向照射領
域Ａ３の位置に来たとき、再度画像の取得によりセルの
配置個数情報の抽出を行い、その結果、目標セルＣ
_T （９，７）が含まれていることが分かるので、フロー
チャート図２のステップＳ１０はＹｅｓの方に進み、観
察時の画像中で目標セルＣ_T を指示する（ステップＳ１
１「目標セルの指示」）ことが可能となり、処理が終了
する。

【００５２】このようにして、メモリセルの配置と個数
の抽出によって、指標セルを選び、ステージ移動をとも
なって、その指標セルを追跡するといった処理を繰り返
すことで、目標セルの正確な位置の決定とその観察を行
うことが可能である。

【００５３】ここでは、半導体チップ、なかでもメモリ
デバイスチップへの適用の場合について述べた。しか
し、本発明はこれに限ることはなく、例えば撮像デバイ
スや表示デバイスへの適用についても効果があることは
言うまでもない。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、同形の基本メモリセル
パターンが規則的に配列形成された、メモリデバイスな
どの高密度微細なパターンの中の特定の基本メモリセル
パターンを、不良解析などの目的でＳＥＭ観察すると
き、正確にＳＥＭ観察視野内にとらえ、指示することに
適した、電子ビーム装置及びそのステージ移動位置合せ
方法を提供される。

【００５５】特に、上記基本パターンがサブミクロンオ
ーダのパターンであっても、高精度のステージと制御シ
ステムを必要とすることがなく、装置の低価格化の実現
において寄与するところが大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態と電子ビーム装置概略構成
を示す図

【図２】 本発明における移動手順のフローチャート

【図３】 メモリデバイスチップの模式図

【図４】 本発明の実施例を説明するための模式図

【図５】 ステージ移動ベクトル検出の説明図

【図６】 制限された電子ビーム照射領域の例

【図７】 従来技術のパターンマッチング法を用いた移
動制御法の説明図

【符号の説明】

１０ 電子ビーム装置本体 １１ ステージ １２ 試料 １３ 電子銃 １４ 電子ビーム １５ 偏向器 １６ 対物レンズ １７ ２次電子 １８ ２次電子検出器 １９ 偏向制御部 ２０ 検出信号処理部 ２１ ステージ制御部 ２２ 画像構成部 ２３ 移動ベクトル検出部 ２４ 配置個数情報抽出部 ２５ システムコントローラ Ａ１、Ａ２、Ａ３ 観察時の電子ビーム偏向照射領域 Ｂ１、Ｂ２ 移動ベクトル検出時の限定された電子ビー
ム照射領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C001 AA03 BB07 CC04 5F031 CA02 JA02 JA22 JA45 JA50 KA06 MA27

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を搭載したステージを現在位置から
   目標位置まで移動させ、該試料に形成されたパターン上
   に電子ビーム走査してＳＥＭ画像を生成して格納し表示
   する電子ビーム装置において、 前記試料に基本パターンが規則的に配列形成された、試
   料配列パターン内の第一の領域に属する第一のＳＥＭ配
   列パターン画像を格納する第一の記憶部と、 前記ステージによるステージ移動を行って、前記試料配
   列パターン内の第二の領域に属する第二のＳＥＭ配列パ
   ターン画像を格納する第二の記憶部と、 該第二のＳＥＭ配列パターン画像中に、前記第一のＳＥ
   Ｍ配列パターン画像中の少なくとも一つの基本パターン
   が、指標基本パターンとして含むようになし、前記ステ
   ージ移動における、該指標基本パターンの移動を電子ビ
   ーム走査により追跡測定して、前記ステージ移動の移動
   ベクトルを取得して格納する第三の記憶部と、 前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と、前記第二のＳＥ
   Ｍ配列パターン画像と、前記移動ベクトルを読み出し、
   前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と前記第二のＳＥＭ
   配列パターン画像に含まれる各基本パターンの配列の相
   互位置関係を特定するように構成したシステムコントロ
   ーラとを有することを特徴とする電子ビーム装置。
2. 【請求項２】 前記試料配列パターン内にある、前記目
   標位置の基本パターン配列位置情報を入力して格納する
   第四の記憶部と、 前記第一のＳＥＭ配列パターン画像として、前記試料配
   列パターンの配列基準となる基準基本パターンを含む基
   準ＳＥＭ配列パターン画像を格納する第五の記憶部と、 前記ステージにより、前記目標位置の基本パターン配列
   位置に近づくようにステージ移動を行って、前記試料配
   列パターン内の第二の領域に属する第二のＳＥＭ配列パ
   ターン画像を格納する第六の記憶部と、 前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と前記第二のＳＥＭ
   配列パターン画像に含まれる各基本パターンの配列の相
   互位置関係情報を格納する第七の記憶部と、 前記目標位置の基本パターン配列位置情報と、該相互位
   置関係情報を読み出して比較し、前記目標位置の配列基
   本パターンを、前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と前
   記第二のＳＥＭ配列パターン画像に含まれる各基本パタ
   ーン中から検出し、ＳＥＭ配列パターン画像上において
   前記目標位置の配列基本パターンを指示し、検出ができ
   ない場合は、前記目標位置の基本パターン配列位置に近
   づくようなステージ移動と前記検出を多段に繰り返し
   て、前記目標位置の配列基本パターンの指示に至るまで
   実施するように構成したシステムコントローラとを有す
   ることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム装置。
3. 【請求項３】 前記ステージ移動における、前記指標基
   本パターンの移動を電子ビーム走査により追跡測定する
   ときの該電子ビーム走査の領域を、少なくとも前記指標
   基本パターンを含む領域に限定するように構成したシテ
   スムコントローラを有することを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の電子ビーム装置。
4. 【請求項４】 前記ステージ移動における、前記指標基
   本パターンの移動を電子ビーム走査により追跡測定する
   ときの該電子ビーム走査の領域を、少なくとも前記指標
   基本パターンを含む領域に限定し、かつ直交する少なく
   とも２本の走査線でおこなうように構成したシステムコ
   ントローラを有することを特徴とする請求項１または２
   記載の電子ビーム装置。
5. 【請求項５】 前記試料に形成されたパターン上に電子
   ビーム走査してＳＥＭ画像を生成して格納し表示すると
   き、該電子ビーム走査によって前記試料表面から生じる
   二次電子を検出して得られる二次電子検出信号のサンプ
   リング化と、該サンプリング化された信号の積算処理を
   おこなうように構成したシステムコントローラを有する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の電子ビーム装
   置。
6. 【請求項６】 前記試料に形成されたパターン上に電子
   ビーム走査してＳＥＭ画像を生成して格納し表示すると
   き、前記試料配列パターンの該ＳＥＭ画像表示における
   ＳＥＭ輝度信号を前記ＳＥＭ画像のＸ−Ｙ直交座標系の
   各座標上へ投影した輝度分布データを用いて、前記試料
   配列パターンのＸ−Ｙ直交座標軸と前記ＳＥＭ画像のＸ
   −Ｙ直交座標軸との変位を検出し、前記ＳＥＭ画像のＸ
   −Ｙ直交座標軸の補正をおこなうように構成したシステ
   ムコントローラを有することを特徴とする請求項１また
   は２記載の電子ビーム装置。
7. 【請求項７】 試料を搭載したステージを現在位置から
   目標位置まで移動させ、該試料に形成されたパターン上
   に電子ビーム走査してＳＥＭ画像を生成して格納し表示
   する電子ビーム装置のステージ移動位置合せ方法におい
   て、 前記試料に基本パターンが規則的に配列形成された、試
   料配列パターン内の第一の領域に属する第一のＳＥＭ配
   列パターン画像を取得し、 前記ステージによるステージ移動を行って、前記試料配
   列パターン内の第二の領域に属する第二のＳＥＭ配列パ
   ターン画像を取得し、 該第二のＳＥＭ配列パターン画像中に、前記第一のＳＥ
   Ｍ配列パターン画像中の少なくとも一つの基本パターン
   が、指標基本パターンとして含むようにし、 前記ステージ移動における、該指標基本パターンの移動
   を電子ビーム走査により追跡測定して、前記ステージ移
   動の移動ベクトルを取得し、 前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と、前記第二のＳＥ
   Ｍ配列パターン画像と、前記移動ベクトルから、前記第
   一のＳＥＭ配列パターン画像と前記第二のＳＥＭ配列パ
   ターン画像に含まれる各基本パターンの配列の相互位置
   関係を特定することを特徴とする電子ビーム装置のステ
   ージ移動位置合せ方法。
8. 【請求項８】 前記試料配列パターン内にある、前記目
   標位置の基本パターン配列位置情報を入力し、 前記第一のＳＥＭ配列パターン画像として、前記試料配
   列パターンの配列基準となる基準基本パターンを含む基
   準ＳＥＭ配列パターン画像を取得し、 前記ステージにより、前記目標位置の基本パターン配列
   位置に近づくようにステージ移動を行って、前記試料配
   列パターン内の第二の領域に属する第二のＳＥＭ配列パ
   ターン画像を取得し、 前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と前記第二のＳＥＭ
   配列パターン画像に含まれる各基本パターンの配列の前
   記相互位置関係情報を取得し、 前記目標位置の基本パターン配列位置情報と、該相互位
   置関係情報の両情報を比較し、前記目標位置の配列基本
   パターンを、前記第一のＳＥＭ配列パターン画像と前記
   第二のＳＥＭ配列パターン画像に含まれる各基本パター
   ン中から検出してＳＥＭ配列パターン画像上において前
   記目標位置の配列基本パターンを指示し、 検出ができない場合は、前記目標位置の配列基本パター
   ンの指示に至るまで、前記目標位置の基本パターン配列
   位置に近づくようなステージ移動と前記検出を多段に繰
   り返すことを特徴とする請求項７記載の電子ビーム装置
   のステージ移動位置合せ方法。