JP2001319609A - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迅速で正確な観察視野内への観察位置の移動
を可能とする。 【解決手段】 試料ステージ移動後に顕微鏡観察視野内
でのチップパターン上での目標位置と視野内所定位置と
の位置差を検出する手段と、その結果を記憶する手段
と、次回の観察から当該位置への移動に際して、先に記
憶された位置の差と前回までに採用されていた移動目標
位置とを考慮して新たな移動目標位置を決定する手段を
備える。先と同じパターンを同じ配列で焼き付けされた
別のウェーハ又は先と同じウェーハ上のパターンの観察
を行うときに、対応する観察位置に登録された前回まで
の観察視野位置ずれ量を考慮して前回までの試料ステー
ジへの移動目標指示位置に変更を加え、その指示位置に
従い試料ステージを移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定（観察等も
含む）試料を搭載する試料ステージ駆動装置を備えた荷
電粒子線装置に係り、特に走査型電子顕微鏡・光学式顕
微鏡等で、形あるいは内部構造及びその配置が予め分か
っている試料を自動観察するのに好適な走査型電子顕微
鏡等の荷電粒子線装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】形あるいは内部構造・配置が予め分かっ
ている試料を走査型電子顕微鏡で観察する場合、これを
示す図面・写真・試料内での観察部分位置指示用座標を
用いて、これと試料ステージの移動とを何らかの方法で
関連付けすることにより、試料上の観察したい部分を視
野内に迅速かつ簡単に自動的に移動させる手法が以前よ
り知られている。これらの手法で有効と思われる技術に
特公昭６３−９４５４８号公報等に記載されたものがあ
る。これは手動による観察したい部分の位置の指定する
ことで観察作業量の軽減を図るものであるが、現在の走
査型電子顕微鏡ではさらにこの方法を進めてコンピュー
タにより自動化が行われている。現在、この方法では、
ウェーハという同一支持体上に同じ設計パターンを持ち
かつある程度正確な幾何学的配置関係を持って複数個作
成されている各チップを各々試料と見なしたときに、チ
ップ内に存在する観察したいパターンの微小でチップ設
計図上では識別・確認できないものを観察することを目
的としている。

【０００３】いったん実際にウェーハを試料ステージに
搭載して、このときのウェーハの試料ステージに一時的
に固定された位置をもってウェーハ上観察位置指示座標
の基準位置とする。走査型電子顕微鏡制御装置側では、
このときの座標に従ってウェーハ上にチップ設計データ
に基付いた位置関係でチップ大きさ・配置・ウェーハ面
内での回転方向等を四角形であるチップ外形を枠に、そ
の複数個の並びを格子状として仮想的に登録する。この
格子を基準として以降でのチップ内での観察パターン部
分の座標値を決定する。

【０００４】ここで実際に試料を試料ステージに搭載し
たまま走査型電子顕微鏡で観察しながら手動により移動
し、予め観察したい部分の位置を実際の試料上にて手動
で指定する。これを走査型電子顕微鏡制御装置側でその
時点での試料ステージ座標値とチップ配列から観察した
い部分の位置をチップ内座標値に変換して求めて、観察
部分走査型電子顕微鏡像とともに関連付けして記憶す
る。これにより、以後の観察では走査型電子顕微鏡制御
装置側で観察部分位置のチップ内座標値と予め登録され
ているチップ配列位置から自動的に試料ステージを移動
させるべき位置の座標値を求め、さらにこの部分に関連
付け記憶されている観察部分像との画像照合によって観
察部分の自動特定を行っている。

【０００５】先の公知例においては、観察を行う前に実
際の試料上で任意の特徴的な試料構造を示す部分のうち
２箇所について設計データに基づいた図面上での位置と
実際の試料上での位置の関連付けを行うことで、試料ス
テージ座標と試料図面での座標すなわち座標指示手段で
用いる座標との座標較正を行っている。それ以降、座標
指示手段により観察部の位置を指示すると観察位置をあ
る程度正確に視野内に入れることが可能となる。特に、
同じ設計図面で観察場所を指示することのできる試料の
同一支持体上に搭載された（例えば試料ステージ上にパ
ターン比較のために並べられたＩＣパターン）場合、試
料選択スイッチによる切り替え機能を付与することで、
同じ図面によって複数試料の観察位置の指示を可能とし
ている。

【０００６】近年の半導体製造工程で使われている走査
型電子顕微鏡では、前記公知例での同一支持体上（試料
ステージ）に並べられた試料（ＩＣパターン）を対象と
していたのが、ウェーハ上に並べられたＩＣパターンを
対象とした組み合わせに置き換わる。ここでは、２点の
特徴点は同一試料（同一チップ）上のものに限らず、複
数試料（複数チップ）に渡って指定することができる。
これによって配置された試料全てを収めることのできる
座標指示手段上の座標を設定し、これとステージ座標と
の間で座標較正を行う。このような場合、複数試料（複
数チップ）は同一支持体（ウェーハ）上にある程度正確
に幾何学的に配置されているので、観察位置(x, y)は
チップ配列ピッチ(px, py)と配置(nx, ny)、さらにチ
ップ内位置(xd, yd)より、次の〔数1〕によって求める
ことができる。

【０００７】

【数１】 x=px×nx+xd y=py×ny+yd

【０００８】この方法では、観察前の準備として特徴的
な構造を持つ２箇所の登録を行う。この時点でのウェー
ハの試料ステージへの搭載位置を基準として搭載ウェー
ハ上の特徴的な２箇所によって定義される二次元座標を
座標指示手段上の指示座標として作成する。この座標上
に設計データに従って定義されたチップ大きさ・配置等
を表す格子の並びから座標指示手段で使用される図面が
作成される。以降の観察では、全く同じ試料（チップ）
を配置した別のウェーハを試料ステージに搭載して観察
する時に上記指示座標に基づいて観察部分の位置を試料
ステージに指示する。しかし、試料ステージへのウェー
ハの搭載位置はステージとウェーハの機械的接触によっ
て決まることになり、これは先の２点の特徴点登録時と
微小量のずれを生じ、この量は毎回異なることとなる。
これを補正するために、先に登録した２点と同じ位置に
ある同じ特徴点を初回登録時の位置と比較することで、
座標較正を行っている。これによって座標指示手段の座
標となる登録時の座標と観察時のステージ座標の座標較
正を行う。さらに、先の公知例で試料内の２点の対応付
けによって行っている座標較正を、複数の試料（チッ
プ）の同一支持体（ウェーハ）上に幾何的に配置された
状況を示す座標と試料（チップ）内での観察部分の位置
を示す座標にもそのまま適用していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には特に
半導体製造工程でのウェーハ（支持体）上にチップ（個
別試料）を焼き付ける過程において、焼き付け装置（以
下ステッパ）ではウェーハ上でのチップ配列の位置精度
を決定する要因はステッパでのステージ位置精度に依存
し、またチップ内での観察部分の位置精度を決定する要
因はステッパレンズの歪みに依存する。また、チップ配
列を各チップ内での１点のみで指示する場合には、各チ
ップ全体の試料ステージ座標との平面座標面内回転方向
のずれによってもチップ内での観察部分の位置のずれた
のと同じ効果を生じる。特に座標較正に使用した部分と
は異なる部分を観察しようとしたときに、チップ全体の
回転によって座標較正位置からの距離の大きい程にずれ
は大きくなる。これは、両者の精度を決定する要因が異
なるために、１組の座標指示手段のための座標に対する
座標較正のみでは、十分に高い位置精度での座標指示に
よる観察位置の視野出しを行うことはできないことを示
している。しかし、こうした視野出し時の位置ずれは、
ステージ移動による視野出しを複数回に渡って同一位置
で行うと、ずれの方向・量にある傾向のあることが多
い。つまり、目標とする位置に対して一定の方向のある
程度離れた位置の周りに集中して実際の視野停止位置と
なることが多い。これは「位置精度は低いが位置再現性
は良い」状態であることを示している。

【００１０】また、一方で観察装置の試料ステージの移
動の際にも装置個別に固有の位置ずれを生じる場合が多
い。例えば、図１７に装置Ａの、図１８に装置Ｂにおけ
る試料ステージ位置精度の各々一例を示している。これ
は二次元平面上を直線に沿ってステージを移動させたと
きに実際にステージの動いた軌跡を格子上の各交点にお
いて測定したものである。両装置を比較すると、各交点
での目標位置との位置ずれは方向・量ともに同じとはな
らない。また、同じ装置内でも目標位置によって異なる
ことが分かる。

【００１１】これらはステージを構成する直動ガイド等
の直動性能に依存するが、完全な直動を行うガイドを製
作することは難しい。従って、こうしたステージの移動
によって顕微鏡視野の移動を行うときには、試料上の目
標位置を視野中心に位置させようとしても、そこから位
置ずれを生じることとなる。

【００１２】しかし、こうした視野出し時の位置ずれ
は、ステージ移動による視野出しを複数回に渡って同一
位置で行うと、ずれの方向・量はある傾向のあることが
多い。つまり、目標とする位置に対して一定の方向のあ
る程度離れた位置の周りに集中して実際の視野停止位置
となることが多い。これは「位置精度は低いが位置再現
性は良い」状態であることを示している。

【００１３】以上のように試料側起因の場合、顕微鏡の
試料ステージ起因の場合の２つの要因のうちの１つ又は
２つが同時に生じることで、視野出し時に位置ずれを生
じることがある。ただし、どちらの要因に起因していて
もともに「位置精度は低いが位置再現性は良い」状態と
なることが分かる。これまでに、こうした位置ずれを補
正するために、観察位置の指示座標と実際に移動時に基
準となるステージ座標の間における座標較正方法がいく
つか提案されてきた。

【００１４】その１つは、例えば図１７又は図１８に破
線で示されている基準でステージを移動させる時に実際
のステージへの移動指示を実線で示された基準で移動距
離を求めて指示値を与えることである。実線は、実際に
ステージの動く様子を示しているので、各格子の交点近
傍への移動ではある程度の成果をあげている。しかし、
この交点から離れた位置、例えば各格子の重心位置付近
の任意の点ではどの較正点よりも離れており、必ずしも
実際に正確な較正は行われていない。ここで、この格子
を限りなく小さくして行けば、較正点の数は多くなり、
またその間隔は狭くなる。そうすることで、どの点から
も較正点との距離は小さくなるので、上記のような問題
はある程度解決される。しかし、格子点つまり較正点を
多くすると、その数だけ較正点の登録を行う必要があ
り、操作者の行う較正作業の都合により、その格子点の
数を増やすにも限界がある。

【００１５】実際に、従来例の方法による視野出しを走
査型電子顕微鏡で行うと、座標較正に用いた２特徴点か
ら位置が離れる程に視野ずれ量が大きくなる現象を確認
している。現在、こうしたずれ量の大きい場合には前記
の観察部分走査型電子顕微鏡像による画像照合を用いた
位置探索時に走査型電子顕微鏡像の像倍率を低くして探
索領域を広く確保することで対応していた。しかし、こ
れでは広い領域に映し出されている多くの対象全てにつ
いて画像照合を行う必要があるために探索時間を要す
る。また、走査型電子顕微鏡の特徴として、低倍率での
像観察時には、一次電子を照射していることにより発生
するチャージアップ等による像障害の影響を受け易く、
不安定な走査型電子顕微鏡像となりやすいので、誤認識
による探索の誤りが多いという問題があった。

【００１６】近年の半導体製造工程での観察用に用いら
れている走査型電子顕微鏡は観察倍率が高いので観察対
象を視野に入れるために高い位置指示精度での試料ステ
ージの移動が必要とされている。また一方で高い装置稼
働率と自動観察による工程管理も求められている。

【００１７】本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、特に半導体製造工程でのチップパタ
ーン不良観察用に用いられる走査型電子顕微鏡等の荷電
粒子線装置において迅速で正確な観察視野内への観察位
置の移動を可能とすることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、試料
ステージ移動後に顕微鏡観察視野内でのチップパターン
上での目標位置と視野内所定位置との位置差を検出する
手段と、その結果を記憶する手段と、その後の観察で当
該位置への移動に際して、先に記憶された位置差とその
時に採用されていた移動目標位置とを考慮して新たな移
動目標位置を決定する手段を備えている。

【００１９】その一方で、本発明においては、試料ステ
ージ移動後に顕微鏡観察視野内でのチップパターン上で
の目標位置と視野内所定位置との位置差を検出する手段
と、その結果を用いてその際に採用されていた移動目標
位置に補正を行い新たな移動目標位置を求める手段と、
その新たな移動目標位置をその都度記憶する手段と、次
回の観察から当該位置への移動に際して、前回までに記
憶されている補正後移動目標位置とを考慮して新たな移
動目標位置を決定する手段を備えることによっても同様
の効果を得ることができる。

【００２０】先と同じパターンを同じ配列で焼き付けさ
れた別のウェーハ又は先と同じウェーハ上のパターンの
観察を行うときに、対応する観察位置に登録された前回
までの観察視野位置ずれ量を考慮してやはり前回までの
試料ステージへの移動目標指示位置に変更を加え、その
指示位置に従い試料ステージを移動させる。

【００２１】試料（チップ）内位置を指示するための座
標指示手段上の座標（以下では試料内位置指示座標）と
チップ配列を指示するための座標指示手段上の座標（以
下では配置位置指示座標）とを別々に設ける。これらの
試料ステージ座標は、観察の前に行う特徴的な構造を使
った座標較正のために使用する２箇所の特徴的な構造の
登録を行った時点での試料（チップ）とそれを複数個搭
載した支持体（ウェーハ）の試料ステージに対する固定
位置を基準にしてウェーハ上の任意の位置を原点と置い
た座標となっている。これに対して、２箇所の登録以降
に観察のために再度ウェーハを試料ステージへ搭載し直
したときに、ウェーハと試料ステージの機械的な原点合
わせ精度に限界があることからこの位置からのずれを生
じる。このときに、観察部分の所望の位置の試料ステー
ジ移動終了後での当該位置からのずれ量を検出し、この
結果又はそれを用いて補正を行った移動目標位置を順次
記憶させておき、これら過去のずれ量又は補正後移動目
標位置の統計学的な処理結果を新たに決定する移動指示
位置に反映させたり、又はそれらに基づいた移動指示位
置の再決定を行う。

【００２２】一方で、観察を自動的に行う場合には、こ
れらの位置ずれ量を予め観察手順（観察位置とその位置
を含む）を記録した手順ファイルに、その観察位置と関
連付けて記録する。その手順ファイルに従って観察を実
行する際に位置ずれ量を移動指示位置に反映させる。そ
の方法は上記と同様である。その一方で、これらの手順
ファイルに記録された位置ずれの生じた顕微鏡装置を他
の装置と区別する。例えば装置の製造番号を位置ずれ検
出量と同時に記録しておく。

【００２３】手順ファイル作成後は、それらのファイル
を別の装置にて使用する時に、自動にて製造番号を読み
取って、やはり自動的に位置ずれ検出結果の生じた装置
の自他を認識する。自装置のものであることの確認され
た位置ずれ量又はその結果を用いてその都度補正されて
いる移動位置目標位置の記録のみを考慮して移動指示位
置の決定を行う。これによって、別の装置で検出された
位置ずれ量を使った補正を行うことを防ぐことができ
る。以上の手段によって、異なる装置の間で観察手順フ
ァイルを交換して使うような環境においても、高い位置
指示精度を持つ試料ステージを提供することが可能とな
る。

【００２４】すなわち、本発明による荷電粒子線装置
は、荷電粒子線を発生する荷電粒子線源と、試料を保持
して移動する試料ステージと、荷電粒子線源から放出さ
れた荷電粒子線を試料に収束するレンズと、荷電粒子線
を偏向する偏向器と、試料の画像を検出する画像検出手
段と、検出された画像を表示する画像表示手段と、試料
上の位置を指示する座標指示手段と、座標指示手段上の
座標値と試料ステージ上の座標値とを較正可能に対応付
け座標指示手段上で指示した座標値と対応する試料ステ
ージの位置へ試料ステージを移動させる手段とを備える
荷電粒子線装置において、試料上での任意の観察位置を
観察しようとする時に、座標指示手段で指示した移動目
標位置と観察位置を一致させるように試料ステージを移
動させ、移動終了後に画像検出手段によって検出される
試料の所定の位置と画像検出手段の所定位置との位置ず
れ量を算出する位置ずれ量算出手段と、算出された位置
ずれ量を記憶する記憶手段を有し、位置ずれ量算出手段
により求められた位置ずれ量に基づいて、次回以降に前
記観察位置に相当する観察位置又は同じ観察位置への移
動時に採用する移動目標位置座標値を制御し、試料ステ
ージ停止時の前記試料の所定位置と画像表示手段の所定
位置とが一致するように動作する位置ずれ補正手段を有
することを特徴とする。本発明の荷電粒子線装置におい
ては、観察時点以前でのその位置への移動に際して生じ
た視野ずれ量を予め考慮して試料ステージ移動目標位置
を決定することによって試料ステージの停止精度を向上
することが可能となる。

【００２５】本発明による荷電粒子線装置は、また、荷
電粒子線を発生する荷電粒子線源と、試料を保持して移
動する試料ステージと、荷電粒子線源から放出された荷
電粒子線を試料に収束するレンズと、荷電粒子線を偏向
する偏向器と、試料の画像を検出する画像検出手段と、
検出された画像を表示する画像表示手段と、試料上の位
置を指示する座標指示手段と、座標指示手段上の座標値
と試料ステージ上の座標値とを較正可能に対応付け座標
指示手段上で指示した座標値と対応する試料ステージの
位置へ試料ステージを移動させる手段とを備える荷電粒
子線装置において、試料上での任意の観察位置を観察し
ようとする時に、座標指示手段で指示した移動目標位置
と観察位置を一致させるように試料ステージを移動さ
せ、移動終了後に画像検出手段によって検出される試料
の所定の位置と画像表示手段の所定位置との位置ずれ量
を算出する位置ずれ量算出手段と、算出された位置ずれ
量を用いてその時点で採用されていた移動目標位置座標
値を補正して補正後移動目標位置座標値を求める手段
と、求めた補正後移動目標位置座標値を記憶する記憶手
段を有し、記憶手段に記憶されている補正後移動目標位
置座標値に基づいて、次回以降に前記観察位置に相当す
る観察位置又は同じ観察位置への移動時に採用する移動
目標位置座標値を制御し、試料ステージ停止時の前記試
料の所定位置と画像表示手段の所定位置とが一致するよ
うに動作する位置ずれ補正手段を有することを特徴とす
る。

【００２６】本発明の荷電粒子線装置は、さらに観察予
定位置と観察部分画像とその観察順序等を記憶した観察
手順記憶装置を備え、観察手順記憶装置内の観察予定位
置座標値と関連付けして位置ずれ量又は補正後移動目標
位置座標値を記憶するようにしてもよい。

【００２７】このように視野ずれ量又はそのずれ量によ
って補正を行った移動目標位置の記録を観察手順記録と
同時に記録・登録することによって、同じウェーハ上の
パターンを繰り返し観察する時に、また同種のウェーハ
上のパターンをやはり繰り返し観察する時に簡便で適切
な方法を提供することが可能となる。

【００２８】また、任意の観察位置への移動を行う際の
移動目標位置座標を制御するときに、それ以前に収得さ
れた複数回分の位置ずれ量又は補正後移動目標位置座標
値の統計処理結果を用いることができる。統計処理は平
均処理とすることができる。統計処理は、また、現在に
近い時刻に得られた位置ずれ検出結果に重い重み付けを
した荷重平均処理とすることもできる。このように過去
の視野ずれ量へ施す統計処理方法に平均化または時間の
現在に近い方に重い重み付けをした荷重平均化を用いる
ことで、試料ステージの停止精度を高い精度で安定させ
ることが可能となる。

【００２９】位置ずれ量算出手段で過去に遡って有効と
される位置ずれ量算出点数を予め指定する手段を設けて
もよい。さらに、位置ずれ量算出手段で過去に遡って有
効とされる位置ずれ量算出点数を予め観察手順記憶手段
と関連付けして記憶する手段を有し、自動観察時に設定
された算出点数分のみの前記位置ずれ量算出結果を有効
とするようにすることもできる。このように視野ずれ量
又はそのずれ量によって補正を行った移動目標位置とし
て採用するのを所定数に限ることで、必要とされる記憶
容量を適切に抑えることが可能となる。

【００３０】また、位置ずれ量又は補正後移動目標位置
座標値の得られた荷電粒子線装置を識別する装置識別手
段を有し、位置ずれ量記憶手段又は補正後移動目標位置
座標値記憶手段は前記装置識別手段によって識別された
荷電粒子線装置毎に位置ずれ量又は補正後移動目標位置
座標値を前記観察予定位置と関連付けて記憶し、位置ず
れ補正手段によって試料ステージの移動目標位置を決定
するときに自らが検出した位置ずれ量又はその結果の反
映された補正後移動目標位置座標値を統計処理した結果
に基づいて試料ステージの移動目標位置を決定するよう
に構成することもできる。

【００３１】このように走査型電子顕微鏡装置を識別す
るための装置識別記号を設けることで、異なる装置間で
観察手順を共有することが可能となる。位置ずれ補正手
段を有効又は無効に切り替える手段を設けてもよい。さ
らに、位置ずれ補正手段の有効又は無効の指定を予め観
察手順記憶手段と関連付けして記憶する手段を有し、自
動観察時に位置ずれ補正手段の有効又は無効を制御する
ようにしてもよい。

【００３２】位置ずれ量算出手段を有効又は無効に切り
替える手段を設けてもよい。さらに、位置ずれ量算出手
段の有効又は無効の指定を予め前記観察手順記憶手段と
関連付けして記憶する手段を有し、自動観察時に前記位
置ずれ量算出手段の有効又は無効を制御するようにして
もよい。

【００３３】また、本発明による荷電粒子線装置は、二
次元方向に移動可能な試料ステージと、座標値指示手段
とを有し、座標値指示手段上の座標値と試料ステージ上
の座標値とを較正可能に対応付け、座標値指示手段上で
指示した座標値と対応する試料ステージの位置へ試料ス
テージを移動させるように構成された荷電粒子線装置に
おいて、座標値指示手段で指定された目標位置と試料ス
テージの移動後の位置との間の位置ずれ量を顕微鏡視野
において検出する目標位置ずれ検出手段と、目標位置ず
れ検出手段による位置ずれ検出結果を目標位置と関連付
けて記憶しておく位置ずれ量記憶手段と、座標値指示手
段によって目標位置が指定されて試料ステージを目標位
置に移動する際にそれ以前に位置ずれ量記憶手段に記憶
されている当該目標位置に関する位置ずれ検出結果を統
計処理した結果に基づいて試料ステージの移動目標位置
を決定する位置ずれ補正手段とを有することを特徴とす
る。

【００３４】この荷電粒子線装置は、観察時点以前での
その位置への移動に際して生じた視野ずれ量を予め考慮
して試料ステージ移動目標位置を決定することによって
試料ステージの停止精度を向上することが可能となる。
目標位置ずれ検出手段は、観察時に得られる荷電粒子線
装置像上の２点間の距離を測定する測長機能によって実
現することができる。本発明の荷電粒子線装置は、試料
ステージの移動を繰り返すに従い、座標値指示手段で指
定された目標位置と試料ステージの移動後の位置との間
の位置ずれ量が次第に小さくなるという特徴を有する。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。ここでは、荷電粒子線装置として走
査型電子顕微鏡を例にとって説明する。図１に、本発明
による荷電粒子線装置の一例である走査型電子顕微鏡の
概要を示す。電子源１８から一次電子線を発生させて、
電子レンズ１９によって収束させ、偏向器２０によって
試料２１表面上を走査する。このときに発生した二次電
子は検出器２２によって検出される。この信号は試料表
面の特に形状・成分等を反映しており、画像生成器２３
へ入力される。図中には無い偏向アンプの動作と同期さ
れて二次元像を作成する画像生成器２３にて、検出器の
信号は走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ）像として観察
される。これらの仕組みは他の走査型電子顕微鏡と同様
である。

【００３６】試料ステージ１はモータ２及び３により直
交ＸＹ方向に駆動される。試料ステージ１には、その可
動範囲に同一支持体（ウェーハ）上に焼き付けて作成し
てある複数の試料（チップ）４ａ，４ｂ…をｎｘ×ｎｙ
個（図１では３×３＝９）を搭載してある。試料ステー
ジ制御装置５は、試料ステージ１の機械原点S1(0,0)を
基準として、所要の距離だけモータ２及び３を駆動する
ことにより、任意の位置に試料ステージ１を移動するこ
とができる。本実施例では、半導体製造工程でウェーハ
（支持体）２１上に焼き付けされたチップパターン（試
料）４が３×３のみ配置されている。

【００３７】ここで図２に示す制御盤（Ａ）７には、座
標指示をチップ配列とチップ内座標で指示できるように
なっている。すでに観察位置が座標値として判明してい
るときには、座標値入力窓８に座標値を入力する。座標
値が不明であったり観察・測定するパターンの位置を正
確に決めていないときには、ＳＥＭ画像の上でポインテ
ィングペン２７によって指示する。その際には現ステー
ジ位置にあるチップが自動的に指定されたチップ配列と
なる。したがって、位置の指示をする前に必ず所望のチ
ップ位置へチップ配列座標１０上で指示してステージを
移動させておく必要がある。チップ配列指示座標１０に
は設計データに基づいたチップ配列レイアウト図が描か
れている。またチップ内位置指示座標１１にはやはり設
計データに基づいたチップレイアウトが描かれている。
なお、チップ内位置指示は、表示のみチップ配列指示座
標１０上で行い、実際の指示をＳＥＭ画像９に見えてい
る視野内で行っても良い。

【００３８】一方、本発明の特徴である位置ずれ補正機
能は、観察試料として生産枚数の多いDRAM等のように全
く同じ種類のチップ焼付けを多数枚のウェーハ上に行う
ものに特に有効である。すなわち、多数枚のウェーハか
ら一定量の抜き取り検査を行う際に、検査枚数は多数に
上る。同じ半導体工程によって製造されたチップでは、
ウェーハ上でのチップ位置精度までほぼ同じ条件で焼付
けを行われたと考えられる。同じ工程により焼き付けさ
れたウェーハのうちの多数枚に渡って観察する必要があ
る際には、異なるウェーハ上でチップの互いに相当する
同一個所の観察を繰り返し行うこととなるので、１回目
の観察での試料ステージ位置に生じた位置ずれを次回か
ら補正すれば良い。その結果、本発明の機能によって１
回目又は特に初回テストでの位置ずれ発生を次回から補
正するので、以降の観察ではステージ送りを高精度で行
うことが可能となる。

【００３９】しかし、それ以外で例えばASIC等のように
生産枚数の少ない場合には、検査枚数も少なく、場合に
よっては１回の検査にて焼き付け条件が決定される場合
もある。こうした場合では、１回目での位置精度を必ず
しも高精度化し得ない本発明の機能は有効で無い。そこ
で、この機能を場合によってはOFFとする必要がある。

【００４０】本発明の機能のON/OFFの切り替えによっ
て、試料ステージの位置精度の高い場合と低い場合が生
じると、試料ステージの移動終了後に行う観察パターン
の探索を画像処理によって自動的に行う必要のあるウェ
ーハ面上での領域の広さに違いを生じる。すなわち、高
い位置精度で試料ステージが停止した後では、すでに停
止位置は観察パターンに近い位置に達しているので、探
索を行う必要のある領域は必然的に狭くなる。また、逆
に低い位置精度で試料ステージが停止した後では、停止
位置と観察パターンの間には距離を大きく残しているの
で、探索を行う必要のある領域は必然的に広くなる。

【００４１】本発明では、これに対処するために位置ず
れ補正機能のスイッチングON/OFFを行う機能を付属させ
る。図３に示すように、制御盤（Ｂ）１５には位置ずれ
補正機能をON又はOFFとするスイッチを付加している。
これを操作者が操作することによって位置ずれ補正機能
を有効又は無効として本発明の走査型電子顕微鏡を操作
することを可能とする。また、図２に示すように制御盤
（Ａ）７には、位置ずれ補正機能の現在実行状態を操作
者へ伝えるための位置ずれ補正機能実行状態表示器６５
を備えている。操作者は、観察する試料の種類によって
機能の選択に誤りが無いかを確認しながら操作を行うこ
とができる。一方、本発明の走査型電子顕微鏡では手動
による操作の他に、観察手順記憶装置４０（レシピ）に
記録された手順に従ってコンピュータ等の制御装置によ
り自動的に観察を行う場合もある。本発明では、観察手
順記憶装置４０に位置ずれ補正機能ON/OFF登録記憶装置
を備えている。位置ずれ補正機能ON/OFF登録記憶装置に
は図６に示すようにON/OFF状態が登録されており、観察
手順記憶装置４０を使って自動観察する際に位置ずれ補
正機能の実行状態ON/OFFを切り替えることを可能として
いる。

【００４２】また、位置ずれ補正機能の実行に際して、
観察している試料の種類により補正に使用する過去の位
置ずれ量測定結果をどの時点まで遡るかによって補正の
効果による結果を変えることが可能となる。すなわち、
例えば観察表面で電子線照射によりチャージアップしや
すい場合には、滞留電荷の発生する電位分布のゆがみと
その刻々と変化する状態によって走査型電子顕微鏡によ
って観察されている視野位置の試料表面で刻々と変化し
て行く現象が発生する。これをドリフトと呼ぶ。ドリフ
ト現象の頻度が多くかつ程度の大きい試料の観察では、
試料ステージと走査型電子顕微鏡視野との相対的な位置
関係で常に不確定な変動を生じており、例えば、それが
傾向としてある方向へと刻々と移動して行く。こうした
ドリフト現象の位置ずれへ与える影響が大きい場合に、
本発明の機能において過去の位置ずれ量測定結果を時間
的に長期に渡って遡ると、ずれ量に含まれる偏差が大き
くなり、本来の目的である正確な位置へのステージ送り
を行うことができない。そこで本発明では過去に遡る位
置ずれ量測定結果の数、すなわちそれらは一定の間隔で
サンプリングされているので、測定点数分に相当する時
間を限り、観察を行う試料によって操作者の判断により
位置ずれ量測定点数を調整する機能を付加する。本発明
では、図２に示すように制御盤(A)上に位置ずれ補正有
効データ点数pcjの表示を行い、かつ同時に操作者によ
ってpcjを入力するための入力窓を兼ね備えた補正有効
データ点数入力窓６６を備えている。

【００４３】また、位置ずれ補正機能のスイッチングON
/OFFと同様に、観察手順記憶装置４０（レシピ）に記録
された手順に従ってコンピュータ等の制御装置により自
動的に観察を行う場合もある。本発明では、図１に示す
ように観察手順記憶装置４０には位置ずれ量補正使用点
数登録記憶装置６２を備えている。この位置ずれ量補正
使用点数登録記憶装置６２には、図７に示すように位置
ずれ補正有効データ点数pcjの必要なときに読み出し可
能で、記憶しておきたいときに書き込み可能な状態で記
録されている。本発明では、過去の一定期間に位置ずれ
量を測定し続けて、ある時点からその測定結果を用いて
移動目標位置に補正を行うことで新たな移動目標位置を
決定し、その後の移動時での試料ステージ位置精度を向
上させる方法もある。

【００４４】本発明では、位置ずれ量測定機能をON又は
OFFする機能によってこれを可能とする。図３に示すよ
うに、制御盤（B）１５には位置ずれ測定機能をON又はO
FFとするスイッチを付加している。これを操作者が操作
することによって位置ずれ量測定機能を有効又は無効と
することで本発明の走査型電子顕微鏡を操作することを
可能とする。

【００４５】また、図２に示すように制御盤（A）７に
は位置ずれ量測定機能のその時点での実行状態を操作者
に対して伝えるための位置ずれ量測定機能実行状態表示
器６８を備えている。操作者は、その都度に観察の目的
に沿って機能の選択に誤りが無いかを確認しながら操作
を行うことができる。

【００４６】一方、本発明の走査型電子顕微鏡では手動
による操作の他に図１２に示している観察手順記憶装置
４０（レシピ）に記録された手順に従ってコンピュータ
等の制御装置により自動的に観察を行う場合もある。本
発明では、観察手順記憶装置４０に位置ずれ量測定機能
ON/OFF登録記憶装置６８を備えている。位置ずれ量測定
機能ON/OFF登録記憶装置６８には図２１に示すようにON
/OFF状態が登録されており、観察手順記憶装置４０を使
って自動観察される際に位置ずれ量測定機能の実行状態
ON/OFFを切り替えることを可能としている。

【００４７】これらは走査型電子顕微鏡本体のＳＥＭ制
御装置６を動かしているソフト上に実現しても良い。し
たがって本発明では図１のように別に実物として制御盤
を設けるのみならず、あらゆる形での制御盤実現方法を
含むものである。操作者は制御盤（Ａ）７及び（Ｂ）１
５の画面上に相当する表示を見たり、そこで必要な指示
を与えることができる。制御盤（Ａ）７にて予め登録さ
れた観察部分のチップ内座標値(xs,ys)と、観察しよう
とする試料の配置位置(nx,ny)が出力される。すると座
標値変換器１２にて、その位置の指示座標Xa-Yaの原点
位置S2(0,0)からの距離を出力するようになっている。

【００４８】他に手動操作によって試料ステージを動か
すために、ステージ制御装置５にはスイッチ類としてト
ラックボール１３等が接続されている。トラックボール
１３が操作された場合は、その回転に従って試料ステー
ジ１が移動するようにモータ２又は３を駆動する。

【００４９】トラックボール１３又は制御盤（Ａ）７で
の操作者の指示を受けて移動指令が実行されると、ステ
ージ制御装置５はリニアスケール２４の座標読み取り値
をリニアスケールコントローラ１４より受け取り、この
座標値が移動指示値(xst,yst)に相当する値と一致する
までモータ２及び３を駆動する。

【００５０】操作者は必要に応じて制御盤（Ｂ）１５の
各種スイッチを押してその都度必要な機能を実行する。
図３に各種スイッチの搭載状況を示す。操作者が配置用
座標較正点AP1登録スイッチを押すと、ＳＥＭ制御装置
６ではその時点での試料ステージ位置をリニアスケール
２４にて読み取り、その値を較正点登録装置１６へ登録
記憶する。また、配置用座標較正点AP2登録スイッチを
押すとAP1と同様の方法にて登録記憶される。一方、測
長点登録MPスイッチを押すと、上記較正点登録時と同様
にその時点での試料ステージ位置をリニアスケール２４
にて読み取り、その値を測長点登録記憶装置１７へ登録
記憶する。以上のスイッチ類では、操作者がスイッチを
押すとその時点での試料ステージ位置が各々の目的のた
めに登録・記録される。

【００５１】上記の登録操作後に観察を行うために改め
てウェーハを搭載し直したときに、操作者が座標較正AP
1を押すと、上記操作で記憶登録されている位置とその
時点での試料ステージの位置との関連付けが行われる。
また座標較正AP2でも同様に記憶登録されている位置と
その時点での試料ステージ位置との関連付けを行う。AP
1とAP2についてともに関連付けが終了すると、自動的に
観察位置を指定するための指示座標Xa-Yaとステージ座
標Xst-Ystの間での座標較正が行われる。

【００５２】位置ずれ補正機能ON/OFFスイッチを操作者
が押すと、位置ずれ補正機能をON又はOFFとすることが
できる。また、位置ずれ量測定機能ON/OFFスイッチを操
作者が押すと、試料ステージの移動終了毎に視野位置の
位置ずれ量の測定を実行する機能をON又はOFFとするこ
とができる。

【００５３】一方、図１２の観察手順記憶装置４０には
自動測長シーケンスを実行するための各種データが収め
られている。ここに含まれる較正点登録記憶装置１６、
測長点登録記録装置１７には、自動測長シーケンスを実
行する際の較正点AP及び測長点MPに関する、例えばチッ
プ内位置座標値(xa,ya)(xm,ym)・チップ配列位置(nxa,n
ya)(nxm,nym)・画像照合による位置特定を実行する際に
使うＳＥＭ画像記録等が操作者の意図に従って登録され
ている。

【００５４】図４に較正点登録記憶装置の一例を示す。
較正点登録記憶装置１６内には、較正点の数だけAP1，A
P2と各々についての自動観察を行うために必要とされる
情報が登録されている。例えば、AP1では、ウェーハ２
１上での観察点AP1を含んだあるチップに移動してポイ
ンティングペン２７にてＳＥＭ像上で具体的に指示を行
って求められた観察位置をチップ内座標値に変換して登
録する。すなわち、ＳＥＭ制御装置６側で、その時点で
のステージ座標値(xst,yst)とチップ配列(nx,ny)から観
察したい部分の位置をポインティングペンで指示された
位置座標のチップ内座標値(xa,ya)へ変換して求める。
このようにして求められたチップ内座標値(xa,ya)とチ
ップ配列(nx,ny)は、画像照合に用いる観察部分像とと
もに図５に示すように登録記憶される。AP2についても
同様である。

【００５５】図５に測長点登録記憶装置の一例を示す。
測長点登録記憶装置１７A内には、測長点の数だけMP1，
MP2，…，MPjと各々についての自動観察を行うために必
要とされる情報が登録されている。例えば、MP1では、
ウェーハ２１上での観察点MP1を含んだあるチップに移
動してポインティングペン２７にてＳＥＭ像上で具体的
に指示を行って求められた観察位置をチップ内座標値に
変換して登録する。すなわち、ＳＥＭ制御装置６側でそ
の時点でのステージ座標値(xst,yst)とチップ配列(nx,n
y)から観察したい部分の位置をポインティングペンで指
示された位置座標のチップ内座標値(xm,ym)へ変換して
求める。このようにして求められたチップ内座標値(xm,
ym)とチップ配列(nx,ny)は、画像照合に用いる観察部分
像とともに図５に示すように登録記憶される。MP2，
…，MPjについても同様である。

【００５６】ところで、チップ内座標値(xm,ym)とチッ
プ配列(nx,ny)によって表される観察位置への試料ステ
ージ移動を所定の回数だけ繰り返すと、移動目標位置へ
の試料ステージ移動終了後に残った視野位置ずれ量を各
測長点MP1，MP2，…，MPjについて、観察回数に従って
記憶登録する。例えばMP1では、(dxm11,dym11)，(dxm1
2,dym12)，…，(dxm1i,dym1i)とｉ回の移動分の視野位
置ずれ量を登録記憶する。MP2，…，MPjについても同様
である。

【００５７】一方、本発明の位置ずれ補正機能を自動測
長シーケンス実行時に実現するための位置ずれ補正機能
ON/OFF登録記憶装置６１と位置ずれ補正使用点数登録記
憶装置６２を観察手順記憶装置４０に備えている。それ
らを図６及び図７に示す。これらは自動測長シーケンス
上では図８に示すシーケンスにて実行される。すなわち
以下の通りとなる。

【００５８】ステップSA001：観察手順記憶装置に記憶
してあるON/OFF登録内容の読取り ステップSA002：ステップSA001の結果でON/OFFチェック ステップSA003：制御盤(A)の位置ずれ補正機能実行状態
登録内容の読み取り ステップSA004：ステップSA003の結果でON/OFFチェック ステップSSA001：位置ずれ補正ON/OFF機能をON ステップSSA002：位置ずれ補正ON/OFF機能をOFF

【００５９】また、位置ずれ量測定を自動測長シーケン
ス実行時に平行して行うかどうかを予め決定又は設定し
ておくための位置ずれ量測定機能ON/OFF登録記録装置を
観察手順記憶装置４０に備えている。それを図２１に示
す。これは図２２に示すシーケンスにて実行される。す
なわち以下の通りとなる。

【００６０】ステップSD001：観察手順記憶装置に記憶
してある位置ずれ量測定機能実行状態ON/OFF読取り ステップSD002：ステップSD001の結果でON/OFFチェック ステップSD003：制御盤(A)の位置ずれ量測定機能実行状
態登録内容の読み取り ステップSD004：ステップSD003の結果でON/OFF手動スイ
ッチのチェック ステップSSD001：位置ずれ量測定機能ON/OFFをON ステップSSD002：位置ずれ量測定機能ON/OFFをOFF

【００６１】図９に画像照合により測長点位置を求める
仕組みを示す。ＳＥＭ画像を取り込んだ画像メモリ９上
には目的とするパターン以外にも種々の像を映し出して
いる。画像メモリ９では、予め測長点登録記憶装置１７
に例えばMP1に登録された測長点位置を特定するための
ＳＥＭ像と同じサイズの領域（以下では画像枠３０と呼
ぶ）を上記の画像メモリ９上から画像枠位置指示器３１
からの指示による任意の位置から切り出して、画像照合
装置３２へ送る。

【００６２】画像照合装置３２では、測長点登録記憶装
置１７に登録された画像26-2とこれの相関値を求めてそ
の一致度を求める。これがある一定レベル値以上を超え
ており「一致」と判断すると、画像照合一致時ＯＮ信号
adjをＯＮとしてゲート３３からこの時点で画像枠位置
指示器３１の指示している画像位置(xg,yg)をＳＥＭ制
御装置６へ出力する。ただし(xg,yg)は一次電子線走査
範囲に対応した画像全体を含む画像メモリ９上の座標XG
-YGでの値である。

【００６３】一方、偏向オフセット量指示器３４では、
この時の一次電子線走査範囲の試料上での位置を示す座
標値(xdof,ydof)を偏向指示器３５へ出力する。偏向指
示器３５では、ＳＥＭ制御装置６で生成されているＳＥ
Ｍ像倍率に連動した振幅値を持つ「のこぎり波」信号に
加えるオフセット量を座標値(xdof,ydof)に連動するよ
うに変化させて、偏向器２０によって走査される一次電
子線の試料上での走査位置を任意に変化させる。実際に
は、アンプ３６での増幅時に発生する誤差等の問題を抱
えることを防ぐために偏向器を上記のものとは別に用意
して、オフセット量分の一次電子線の偏向をそこで行う
ようにする。このとき上記の偏向器には倍率連動振幅の
「のこぎり波」をそのまま加えるようにする。

【００６４】以上の一連の動作によって、もし画像の
「一致」の得られない場合には画像照合一致時ＯＮ信号
adjがＯＦＦとなりゲート３３は閉じられて、位置信号
(xg,yg)は出力されない。さらに、この時の画像枠位置
指示器３１は１ステップ分のみｘ方向又はｙ方向にずら
されて、再び上記の一連の画像照合の動作が繰り返され
る。もし、画像枠３０の移動によって画像メモリ上の全
ての領域を覆い尽くしてしまい、新たな移動先の無い場
合には、画像照合装置３２は偏向オフセット量指示器３
４へオフセット量を変更するように指示信号を出力す
る。

【００６５】偏向オフセット量指示器３４では、１ステ
ップ分のみｘ方向又はｙ方向に偏向信号のオフセット量
を変更する。もし、一次電子線走査可能範囲全域に渡っ
て走査範囲を移動させても、なおＳＥＭ画像の「一致」
が得られない場合には、ＳＥＭ制御器は試料ステージ位
置を１ステップ分のみｘ方向又はｙ方向に移動させるよ
うにステージ制御装置５への指示位置を変更する。以上
の一連の動作によって測長点の位置を特定する特徴的な
パターンを写したＳＥＭ像を探索する。

【００６６】ＳＥＭ像上で目的とするパターンが抽出さ
れたら、較正点登録記憶装置１６に記憶されているＳＥ
Ｍ画像上での較正点の位置（十字印）が特定されるの
で、このときに画像メモリ９に付属されているスケール
３８によって画像枠３０上での座標の原点（例えば画像
枠の重心）からの距離(ddix,ddiy)が自動的に求められ
る。これはスケール３８を制御しているスケール制御器
３７によってＳＥＭ制御装置６へ(ddix,ddiy)が出力さ
れる。一方、偏向オフセット量指示器３４からは、この
時の偏向走査範囲のオフセット量を示す信号(xdof,ydo
f)がＳＥＭ制御装置６へ出力されている。

【００６７】ここまでの一連の動作によって、ＳＥＭ制
御装置６には求める測長点の位置を求めるために必要な
座標値の全てが入力された。それらは、すなわち、(xg,
yg)、(xdof,ydof)、(ddx,ddy)である。先ずウェーハ上
に置かれた指示座標Xa-Yaで表される画像枠の位置(xm,y
m)を、(xg,yg)と(xdof,ydof)から〔数２〕により求め
る。なお、f1とf2は式右辺から左辺への変換を表す関数
である。

【００６８】

【数２】 xm=f1(xdof,xg) ym=f2(ydof,yg)

【００６９】さらに、やはり指示座標Xa-Yaで表される
測長点の位置(xxst,yyst)を上記と求めた(xm,ym)と(ddi
x,ddiy)から〔数３〕により求める。なお、f3とf4は式
右辺から左辺への変換を表す関数である。

【００７０】

【数３】 xxst=f3(xm,ddix) yyst=f4(ym,ddiy)

【００７１】以上の動作シーケンスをフローチャートに
示すと図１１となる。このフローチャートは、目標位置
へのステージ移動終了後に視野のずれ量を求める一連の
処理の流れを示している。

【００７２】ステップS001：目標位置へのステージ移動
終了 ステップS002：視野内での目標パターン有無は？ ステップS003：位置ずれ量検出機能状態ON/OFF ステップS004：視野ずれ量を検出 ステップS005：目標位置に対する視野ずれ量出力 ステップS006：視野ずれ量記憶・登録 ステップS007：視野内で新たに画像枠の移動は可能か？ ステップS008：視野内で画像枠を一定量移動 ステップS009：新たにイメージシフトによる走査範囲の
移動は可能か？ ステップS010：イメージシフト一定量移動 ステップS011：ステージ一定量移動 ステップS012：次観察位置へ移動

【００７３】さらに座標較正点位置の特定でも上記の探
索動作は基本的には全く同じものである。ここで図１０
に、ステージ座標Xst-Ystと指示座標Xa-Yaの間の座標値
変換の仕組みを示す。２点鎖線の内側が座標値変換器１
２の構造を示している。

【００７４】ＳＥＭ制御装置６では、制御盤（Ａ）７か
ら観察位置を指示する信号(xs,ys)(nx,ny)を測長点登録
記憶装置１７Aからは測長点ＮＯのMP.NO、観察位置を示
す(xs,ys)(nx,ny)、また前回の観察までに相当する位置
で発生した視野ずれを示す(dx,dy)、測長点の位置を特
定するのに用いるＳＥＭ画像を受け取っている。必要に
応じてこれらの値の表示盤への表示の際や、登録記憶す
る必要のある時には上記とは逆方向にＳＥＭ制御装置６
から出力される。

【００７５】ＳＥＭ制御装置６では、これらのデータを
受けて、先ず観察位置を示す(xs,ys)(nx,ny)をBuff2及
びBuff3を経由してADD1へ出力する。ADD1ではチップ設
計情報であるピッチ(px,py)、オフセット量(xoffset,yo
ffset)を基に仮指示座標値(xaa,yaa)を出力する。Buff1
経由で出力された視野ずれ量(dx,dy)は上記仮指示座標
値(xaa,yaa)とともにADD2にて算術されて指示座標値(x
a,ya)となる。指示座標値(xa,ya)はCONV1にてステージ
座標値(xst,yst)へ変換され、試料ステージ制御装置５
へ出力される。

【００７６】上記の一連の流れは、ＳＥＭ制御装置６か
らステージ制御装置５へ観察位置の座標値を指示する際
のものを示したものである。ここで逆にリニアスケール
２４を読み取ったステージ座標値をＳＥＭ制御装置６側
へ戻す必要がある。これは、先ずリニアスケール２４の
読み取り座標値であるステージ座標値(xxst,yyst)をCON
V2によって指示座標値(xxa,yya)へ変換する。DIV1は、A
DD1と同様にＳＥＭ制御装置６からチップ設計情報であ
るピッチ(px,py)、オフセット量(xoffset,yoffset)を受
け取っており、これを基に(xxa,yya)で示されている現
ステージ位置をチップ配列(nnx,nny)とチップ内座標値
(xxs,yys)で表されるように変換する。チップ内座標値
(xxs,yys)は、Buff6に受けられているその観察位置にて
ＳＥＭ制御装置６のステージ制御装置５へ指示している
座標値との間でDIF1において差(ddx,ddy)の算術に使わ
れる。この差(ddx,ddy)は、観察位置を指示したものの
実際には観察視野上で位置ずれを生じた距離を表してい
る。こうして求められた(ddx,ddy)、(xxs,yys)、(nnx,n
ny)は測長点登録記憶装置１７A・較正点記憶装置１６等
へ記憶登録処理される。

【００７７】以上、上記の実施の形態は過去の一定期間
に収得した位置ずれ量を記憶しておくことで、ある時点
からの試料ステージ移動目標位置の補正に用いるもので
あった。一方、試料ステージの観察位置への移動終了毎
に、測定される位置ずれ量を用いてその移動時に採用さ
れていた移動目標位置をその都度に補正して新たな補正
後移動目標位置を求めかつ記憶し続ける方法による実施
の形態がある。その実施の形態では、次回の同一個所又
は相当する観察位置への移動時には、それまでに記憶さ
れて来た過去の補正後移動目標位置を用いて統計学的な
処理によって新たな移動目標位置を求める。

【００７８】この実施の形態では、図１に示す本発明の
前記実施の形態とは特に測長点登録記憶装置が異なる。
すなわち、視野位置ずれ量(dxm,dym)ではなく補正後移
動目標位置(xmt,ymt)の履歴を各測長点毎に記憶する。
図２３に測長点登録記憶装置の一例を示す。

【００７９】測長点登録記憶装置１７内には、測長点の
数だけMP1，MP2，…，MPjと各々についての自動観察を
行うために必要とされる情報が登録されている。例え
ば、MP1では、ウェーハ２１上での観察点MP1を含んだあ
るチップに移動してポインティングペン２７にてＳＥＭ
像上で具体的に指示を行って求められた観察位置をチッ
プ内座標値に変換して登録する。すなわち、ＳＥＭ制御
装置６側でその時点でのステージ座標値(xst,yst)とチ
ップ配列(nx,ny)から観察したい部分の位置をポインテ
ィングペンで指示された位置座標のチップ内座標値(xm,
ym)へ変換して求める。このようにして求められたチッ
プ内座標値(xm,ym)とチップ配列(nx,ny)は、画像照合に
用いる観察部分像とともに図２３に示すように登録記憶
される。MP2，…，MPjについても同様である。これらの
仕組みは図５に示した例と同様である。

【００８０】ところで、チップ内座標値(xm,ym)とチッ
プ配列(nx,ny)によって表される観察位置への試料ステ
ージ移動を所定の回数だけ繰り返すと、移動目標位置へ
の試料ステージ移動終了後に残った視野位置ずれ量を各
回数時毎に測定する。また同時に、これらの値を補正値
として、その時点で採用されていた移動目標位置の補正
・再決定を行う。これらの補正後移動目標位置座標値(x
mt,ymt)は、各測長点MP1，MP2，…，MPjについて、観察
回数に従って記憶登録される。それは、例えばMP1で
は、(xmt11,ymt11)，(xmt12,ymt12)，…，(xmt1i,ymt1
i)とｉ回の移動分の視野位置ずれ量を登録記憶する。MP
2，…，MPjについても同様である。

【００８１】一方、本発明の走査型電子顕微鏡では手動
による操作の他に、図２４に示した観察手順記憶装置４
０B（レシピ）に記録された手順に従ってコンピュータ
等の制御装置により自動的に観察を行う場合もある。本
発明では、観察手順記憶装置４０Bに位置ずれ量測定機
能ON/OFF登録記憶装置６８を備えている。位置ずれ量測
定機能ON/OFF登録記憶装置６８には図２１に示すように
ON/OFF状態が登録されており、観察手順記憶装置４０B
を使って自動観察する際に位置ずれ量測定機能の実行状
態ON/OFFを切り替えることを可能としている。これらの
基本的な仕組みは上記した本発明の実施形態である「過
去の一定期間に収得した位置ずれ量を記憶しておき、あ
る時点からの試料ステージ移動目標位置の補正に用い
る」方法の場合と同様である。異なる点は、そこに備え
られた測長点登録記憶装置が１７Aではなく１７Bとなっ
ており、視野位置ずれ量(dxm,dym)を記憶するのではな
く補正後移動目標位置(xmt,ymt)を記憶する点にある。

【００８２】なお、画像照合により測長点位置を求める
仕組みは図９に示した実施の形態と同じものである。こ
こでも、この実施の形態の方法によって求められた視野
位置ずれ量を用いて移動目標位置の補正を行う。これら
は走査型電子顕微鏡本体のＳＥＭ制御装置６を動かして
いるソフト上に実現しても良い。したがって本発明は図
１のように別に実物として制御盤を設けるのみならず、
あらゆる形での制御盤実現方法を含むものである。

【００８３】ところで、図２５にステージ座標Xst-Yst
と指示座標Xa-Yaの間の座標値変換の仕組みを示す。２
点鎖線の内側が座標値変換器１２の構造を示している。
ＳＥＭ制御装置６では、制御盤（Ａ）７から観察位置を
指示する信号(xs,ys)(nx,ny)を測長点登録記憶装置１７
Bからは測長点ＮＯのMP.NO、観察位置を示す(xs,ys)(n
x,ny)、また前回の観察までに相当する位置で発生した
視野ずれを示す(dx,dy)、測長点の位置を特定するのに
用いるＳＥＭ画像を受け取っている。必要に応じてこれ
らの値の表示盤への表示の際や、登録記憶する必要のあ
る時には上記とは逆方向にＳＥＭ制御装置６から出力さ
れる。

【００８４】ＳＥＭ制御装置６では、これらのデータを
受けて、先ず観察位置を示す(xs,ys)(nx,ny)をBuff2及
びBuff3を経由してADD1へ出力する。ADD1ではチップ設
計情報であるピッチ(px,py)、オフセット量(xoffset,yo
ffset)を基に仮指示座標値(xaa,yaa)を出力する。Buff1
経由で出力された補正後移動目標位置(xmt,ymt)は上記
仮指示座標値(xaa,yaa)とともにCONV3にて変換されて指
示座標値(xa,ya)となる。指示座標値(xa,ya)はCONV1に
てステージ座標値(xst,yst)へ変換され、試料ステージ
制御装置５へ出力される。

【００８５】上記の一連の流れはＳＥＭ制御装置６から
ステージ制御装置５へ観察位置の座標値を指示する際の
ものを示したものである。ここで逆にリニアスケール２
４を読み取ったステージ座標値をＳＥＭ制御装置６側へ
戻す必要がある。これは、先ずリニアスケール２４の読
み取り座標値であるステージ座標値(xxst,yyst)をCONV2
によって指示座標値(xxa,yya)へ変換する。DIV1は、ADD
1と同様にＳＥＭ制御装置６からチップ設計情報である
ピッチ(px,py)、オフセット量(xoffset,yoffset)を受け
取っており、これを基に(xxa,yya)で示されている現ス
テージ位置をチップ配列(nnx,nny)とチップ内座標値(xx
s,yys)で表されるように変換する。チップ内座標値(xx
s,yys)は、Buff6に受けられているその観察位置にてＳ
ＥＭ制御装置６のステージ制御装置５へ指示している座
標値との間でDIF1において差(ddx,ddy)の算術に使われ
る。この差(ddx,ddy)は、観察位置を指示したものの実
際には観察視野上で位置ずれを生じた距離を表してい
る。ここで、ＳＥＭ制御装置６ではその時点で採用して
いた移動目標位置に対してその視野位置ずれ量(ddx,dd
y)を用いた補正を行い新たな補正後移動目標位置(xmt,y
mt)を求める。こうして求められた(xmt,ymt)、(xxs,yy
s)、(nnx,nny)は測長点登録記憶装置１７B・較正点記憶
装置１６等へ記憶登録処理される。

【００８６】以下、本実施の形態での操作手順を説明す
る。いったん実際にウェーハを試料ステージに搭載した
様子を図１に示す。このときに一時的に固定されたステ
ージ座標Xst-Ystと指示座標Xa-Yaの位置関係をもって位
置基準とする。以降、観察しなければならない位置を示
す座標値(Xa,Ya)を実際にステージの動く移動距離を示
す座標値(Xst,Yst)へ変換を行う。

【００８７】走査型電子顕微鏡制御装置側では、このと
きの座標Xa-Yaを基準としてウェーハ上にチップ設計デ
ータに基付いた位置関係でチップ大きさ・配置・ウェー
ハ面内での回転方向等を四角形であるチップ外形を枠
に、その複数個の並びを格子状として仮想的に登録す
る。図１では、３×３の並びになっている。これらの格
子で表されるチップのうちの２つには座標較正を行うの
に適した位置確定用の特徴点４ａと４ｂ（十字印で表
示）を含んでいる。また、他の１の格子には観察するパ
ターン位置を示す４ｃ（十字印で表示）が含まれてい
る。

【００８８】この格子を基準として各々に定義されるチ
ップ内座標Xt-Ytによって以降でのチップ内での観察部
分（パターン）の位置座標値を表現する。図１では(Xs,
Ys)で表されている。同じ観察部分でもチップの異なる
位置を観察するときには、チップ内座標値にチップ配列
ピッチ分のオフセットを考慮することで、観察位置の座
標値を求める。

【００８９】まず、ステージ座標Xst-Ystと指示座標Xa-
Yaとの間の座標較正のための特徴点の登録を行う。トラ
ックボール１３を操作して、第一の試料４ａの特徴的な
場所ＡＰ１（チップパターン上の一部又は露光位置合わ
せ用タグ等）を顕微鏡の視野の中央へ移動し、座標較正
点ＡＰ１登録スイッチを操作する。これによって、ステ
ージ制御装置６は、制御盤（Ａ）７からの指示座標値入
力待ちの状態となる。次に、制御盤（Ａ）７のＳＥＭ画
像９上で、座標較正に使用する特徴点の場所をポンティ
ングペン１２で指示する。制御盤（Ａ）７ではＳＥＭ画
像９に写し出されている視野の座標Xm-Ymでの座標値を
出力する。このときの座標Xm-Ymは例えば視野中心に原
点を持っており、試料ステージの停止位置と一致してい
る。ＳＥＭ制御装置６では、この座標値（xm1,ym1）と
試料ステージの位置を示すリニアスケール２４の読み取
り値（xL1,yL1）との算術により配置用座標較正点ＡＰ
１登録位置(xch1,ych1)を求め、これを記憶する。算術
は例えば〔数４〕のように両者の和となる。

【００９０】

【数４】 xch1=xm1+xL1 ych1=ym1+yL1

【００９１】これら座標位置に関する処理の他に同時
に、そのときのＳＥＭ画像を記録し、このときＡＰ１と
画像を関連付けして登録する。その様子を図４中の較正
点登録記憶装置１６に示す。例えば較正点登録NO1であ
るAP1では、観察点のチップ内座標値は(xa1,ya1)でチッ
プ配列は(nxa1,nya1)となっている。また画像照合する
パターン位置はＳＥＭ登録画像中の十字印で示されてい
る。これにより、以後の観察では走査型電子顕微鏡制御
装置側で特徴点位置のチップ内座標値(xa,ya)と予め登
録されているチップ配列位置(nxa,nya)から自動的に試
料ステージを移動させるべき位置座標値(xst,yst)を求
め、さらにこの部分に関連付け記憶されている較正点部
分像26-1との画像照合によって座標較正点の自動特定を
行う。次に同様にして第二の試料４ｂの特徴的な場所Ａ
Ｐ２についても登録を行い、(xch2,ych2)を記憶する。
また、やはり第一の特徴点ＡＰ１と同様にＳＥＭ画像を
記録する。

【００９２】ここで実際に試料であるウェーハ２１を試
料ステージ１に搭載したまま走査型電子顕微鏡で観察し
ながら手動、例えばトラックボール１３により移動し、
予め観察したい部分の位置を実際の試料上にて手動でポ
インティングペン２７にて指示する。さらに制御盤
（Ｂ）１５の測長点登録ＭＰスイッチを押すと、これを
ＳＥＭ制御装置６側でその時点でのステージ座標値(xs
t,yst)とチップ配列(nx,ny)から観察したい部分の位置
をチップ内座標値(xs,ys)に変換して求めて、観察部分
ＳＥＭ画像とともに関連付けされて記憶する。その様子
を図５中の測長点登録記憶装置１７に示す。例えば測長
点登録NO1であるMP1では、観察点のチップ内座標値は(x
m1,ym1)でチップ配列は(nxm1,nym1)となっている。また
測長する位置はＳＥＭ登録画像中の十字印で示されてい
る。これにより、以後の観察ではＳＥＭ制御装置６側で
観察部分位置のチップ内座標値(xs,ys)と予め登録され
ているチップ配列(nx,ny)位置から自動的に試料ステー
ジを移動させるべき座標値(xst,yst)を求め、さらにこ
の部分に関連付け記憶されている観察部分像26-2との画
像照合によって観察部分の自動特定を行う。上記の特徴
点の登録を終えると、次回からのウェーハの試料ステー
ジ１の搭載の際には、登録された特徴点の位置を照合す
ることで座標較正を行い、座標指示位置精度を高くす
る。

【００９３】次に、観察を行う段階に入る。まず、ステ
ージ座標Xst-Ystと指示座標Xa-Yaとの間の座標較正を行
う。トラックボール７を操作して、第１の試料４ａの特
徴的な場所ＡＰ１を顕微鏡の視野の中央へ移動し、座標
較正ＡＰ１スイッチを操作する。これによって、ＳＥＭ
制御装置６は制御盤（Ａ）７からの入力待ちの状態とな
る。次に、制御盤（Ａ）７のＳＥＭ画像９上で、座標較
正に使用する特徴点の場所をポインティングペン１２で
指示する。制御盤（Ａ）７ではＳＥＭ画像に写し出され
ている視野の座標Xm-Ymでの座標値を出力する。このと
きの座標Xm-Ymは例えば視野中心に原点を持っており、
試料ステージの停止位置と一致している。ＳＥＭ制御装
置６では、この座標値（xm1,ym1）と試料ステージの位
置を示すリニアスケール２４の読み取り値（xL1,yL1）
との算術により配置用座標較正点ＡＰ１位置(x1,y1)を
上記登録時と同様の方法によって求める。第２の特徴点
ＡＰ２についても、ＡＰ１と同様の方法により(x2,y2)
として求める。

【００９４】以上のように(x1,y1)と(x2,y2)を求めた
ら、登録時の位置(xch1,ych1)と(xch2,ych2)との間で各
々比較・算術することにより、座標指示手段上の座標Xa
-Yaと試料ステージ座標Xst-Ystとの間の座標較正を行
う。座標較正は特公昭６３−９４５４８号公報と同様の
方法で行うことができる。

【００９５】測頂点登録記憶装置１７に記憶されている
チップ配列(nx,ny)とチップ内座標値(xs,ys)、視野ずれ
量(dx,dy)を受け取ったＳＥＭ制御装置６は観察・測長
すべきパターン部分の指示座標値(xa,ya)を求め、これ
を座標値変換装置１２へ出力する。この際には〔数５〕
による変換を行う。

【００９６】

【数５】 dx=fsx(dxm(1),dxm(2),…) dy=fsy(dym(1),dym(2),…)

【００９７】ところで、実用的には記憶容量をある程度
に限る必要があるので、実際には無限数に視野ずれ量を
保持し用いることはできない。そこで〔数６〕を用い
る。

【００９８】

【数６】 dx=fsx(dxm(1),dxm(2),…dxm(j)) dy=fsy(dym(1),dym(2),…dym(j))

【００９９】ただし、fsx、fsyは本発明における統計処
理方法を表す関数である。さらにj=mpj(mpj:登録されて
いる位置ずれ補正有効データ点数)となる。ここで、統
計処理方法のうち簡便に実現する方法の一例として所定
数の結果について平均化する方法がある。これは〔数
７〕の通りである。

【０１００】

【数７】 dx=(dxm(1)+dxm(2)+…+dxm(j))/j dy=(dym(1)+dym(2)+…+dym(j))/j

【０１０１】ただし、j=mpj(mpj:登録されている位置ず
れ補正有効データ点数)となる。また、他の統計処理方
法の一例として所定数の結果について、得られた時間の
現在に近い方に重い荷重平均を得る方法がある。これは
〔数８〕のとおりである。

【０１０２】

【数８】 dx=(D1・dxm(1)+D2・dxm(2)+…+Dj・dxm(j))/j dy=(D1・dym(1)+D2・dym(2)+…+Dj・dym(j))/j

【０１０３】ただし、D1<D2<…<Djかつ(D1+D2+…+Dj)/j
=1、また、j=mpj(mpj:登録されている位置ずれ補正有効
データ点数)となる。また得られた時間はdxm(j)が最も
現在に近く、次にdxm(j-1)以下…dxm(2)、dxm(1)と続
く。dyを得るための各要素に付けられた番号も同様な並
びとなっている。

【０１０４】ところで、一方で試料ステージの移動終了
の毎に測定された視野位置ずれ量測定結果をその都度に
移動目標位置へ反映させた補正後移動目標位置を求め
て、これを記憶しておき次回の同じ又は相当する個所へ
の移動の際に使用することを繰り返す方法による実施の
形態がある。この実施の形態では、指示座標Xa-Yaを用
いて観察したい位置を指示する方法、ステージ座標Xst-
Ystとの間で行う座標較正の取る方法、測長点位置を表
す(nxm,nym)と(xm,ym)を求めて測長点登録記憶装置１７
Bへ登録する等の基本的な仕組みは前記実施の形態と同
様である。測定された視野位置ずれ量(dxm,dym)より次
回観察時の移動目標位置(xmt(j+1),ymt(j+1))を求める
式は〔数９〕となる。

【０１０５】

【数９】 xmt(j+1)=xmt(j)−dxm(j) ymt(j+1)=ymt(j)−dym(j)

【０１０６】この算術を観察位置への試料ステージの移
動を終了する毎に繰り返すことで時系列的に移動目標位
置を求めて行く。また、その結果は自動的に測長点登録
記憶装置１７Bへ記憶される。このようにして試料ステ
ージ移動終了毎に視野位置ずれ量からその時点での移動
目標位置を求めるが、次回に同じ又は相当する観察点へ
の移動に際しては過去に時系列的に求められまた記憶さ
れている複数の移動目標位置をやはり測長点登録記憶装
置１７Bより読み出して、さらに統計学的な処理を施し
て新たな移動目標位置を求め、かつその移動目標位置へ
移動させることで安定した試料ステージの停止精度を確
保することができる。すなわち、測頂点登録記憶装置１
７Bに記憶されているチップ配列(nx,ny)とチップ内座標
値(xs,ys)、移動目標位置(xmt,ymt)を受け取ったＳＥＭ
制御装置６は観察・測長すべきパターン部分の指示座標
値(xa,ya)を求め、これを座標値変換装置１２へ出力す
る。この際には〔数１０〕による変換を行う。

【０１０７】

【数１０】 xmt=fssx(xmt(S−1),xmt(S−2),…) ymt=fssy(ymt(S−1),ymt(S−2),…)

【０１０８】ただし、次観察のための試料ステージ移動
直前の時点を表すS、以下S−1，S−2，…へと時間を遡
る。ところで、実用的には記憶容量をある程度に限る必
要があるので、実際には無限数に移動目標位置を保持し
用いることはできない。そこで〔数１１〕を用いる。

【０１０９】

【数１１】 xmt=fssx(xmt(S−1),xmt(S−2),…xmt(S−j)) ymt=fssy(ymt(S−1),ymt(S−2),…ymt(S−j))

【０１１０】ただし、fssx、fssyは本発明における統計
処理方法を表す関数である。さらにj=mpj(mpj:登録され
ている位置ずれ補正有効データ点数)となる。ここで、
統計処理方法のうち簡便に実現する方法の一例として所
定数の結果について平均化する方法がある。これは〔数
１２〕の通りである。

【０１１１】

【数１２】 xmt=(xmt(S−1)+xmt(S−2)+…+xmt(S−j))/j ymt=(ymt(S−1)+ymt(S−2)+…+ymt(S−j))/j

【０１１２】ただし、j=mpj(mpj:登録されている位置ず
れ補正有効データ点数)となる。また、他の統計処理方
法の一例として所定数の結果について、得られた時間の
現在に近い方に重い荷重平均を得る方法がある。これは
〔数１３〕のとおりである。

【０１１３】

【数１３】 xmt=(D1・xmt(S−1)+D2・xmt(S−2)+…+Dj・xmt(S−j))/j ymt=(D1・ymt(S−1)+D2・ymt(S−2)+…+Dj・ymt(S−j))/j

【０１１４】ただし、D1<D2<…<Djかつ(D1+D2+…+Dj)/j
=1、また、j=mpj(mpj:登録されている位置ずれ補正有効
データ点数)となる。また得られた時間は、例えばxmtで
はxmt(S−1)が最も現在に近く次にxmt(S−2)以下…xmt
(S−j＋1)、xmt(S−j)と続く。ymtを得るための各要素
に付けられた番号も同様な並びとなっている。

【０１１５】一方、座標値変換装置１２では、これを実
際に試料ステージ１の移動すべき位置を示すステージ座
標値(xst,yst)へと変換して、ステージ制御装置５へと
出力する。ステージ制御装置５では、この座標値にリニ
アスケール２４の示す座標値(xL,yL)が一致、又は相当
する位置座標値と一致するまで試料ステージ１をＸＹ方
向各々に接続されているモータ２及び３を駆動する。所
定の位置へ試料ステージ１の移動を終了したら走査型電
子顕微鏡の像にて観察又は測長等の所定の動作を行い、
終了後に次段の観察点への移動を開始する。

【０１１６】以上の方法では、特徴点登録終了後の次回
観察からのウェーハ再搭載では、特徴点の指定を手動に
よってポインティングペン２７等を用いて行っていた。
しかし、これをＳＥＭ画像に写し出されている特徴点付
近のパターン形を特徴点登録時にその位置に関連付けさ
れて記憶されていた特徴点ＳＥＭ画像と画像照合するこ
とで、自動認識を行うことも可能である。これにより顕
微鏡の自動観察において、自動座標較正・自動観察位置
抽出・自動観察・自動測長を迅速に正確に行うことを可
能とする。また、これら画像照合による自動認識は観察
位置の指定でも同様に適用される。

【０１１７】以上の本発明を実施することによって、例
えば図１９に示すように、破線で示されている設計デー
タによる格子の中で実線で示されている実チップ全体が
常にある角度で傾いている場合や、図２０に示すように
破線の設計データ格子に対して実線の実チップ毎に傾い
ている場合にも、各チップとともに傾いて位置されてい
る等の種々の要因により理想的な位置より位置ずれを生
じている測長点ｍｐ１〜ｍｐ９の位置を正確に走査型電
子顕微鏡視野内に捉えることが可能となる。

【０１１８】以上、本発明の実施により図３０に示すよ
うに位置ずれ量は観察回数を重ねる毎に０付近へと収束
される。従って、同じ試料を繰り返し観察するような用
途に適した顕微鏡等において、試料ステージのより正確
な位置決め動作を行うことが可能となる。

【０１１９】ところで、以上の実施例においては異なる
装置間で全く同じ観察手順に従って自動観察を行いたい
場合のことを考慮していない。一方で、同種の観察装置
を複数台並べて、同じ観察手順に従って自動観察を行い
たいという要求も多い。こうした要求に対して、観察手
順記録（較正点記憶と測長点記憶を含む）を交換して使
用することで実現する。

【０１２０】複数の走査型電子顕微鏡間では、その試料
ステージの製作の精度にバラツキを生じることが多い。
そこで、記録された位置ずれ量検出結果がどの装置で検
出したものかを常に明らかにしておく必要がある。本発
明では、装置識別記号（例えば装置製造番号）を観察手
順記憶装置４０に位置ずれ量(dxm,dym)検出結果と同時
に登録させる。

【０１２１】図１３に、試料ステージ移動開始前に次の
観察位置で試料ステージの移動目標位置のチップ配列(n
xm1,nxm2)、チップ内座標値(xm1,ym1)が判明した後に、
すでに位置ずれ量(dxm,dym)が装置識別記号（例えば装
置製造番号）と関連付けされて観察手順記憶装置４０A
に記憶されており、それをＳＥＭ制御装置へ読み込んで
ステージ位置の補正データとして利用するときのブロッ
ク図を示す。

【０１２２】ＳＥＭ制御装置より装置識別装置５２−１
に位置ずれ補正データの読み込み要求信号rreqを受け取
ると、装置識別装置５２−１は本発明の走査型電子顕微
鏡装置Ｂ（５１）に個別に備えられている装置識別記憶
部６７より装置識別記号「Ｂ」を読み取り、これを観察
手順記憶装置４０−１へ伝える。観察手順記憶装置４０
−１では、デバイス番号DevNoBと関連付けされている位
置ずれ補正データ(dxmb1,dymb1)，(dxmb2,dymb2)，…，
(dxmbi,dymbi)をＳＥＭ制御装置へ出力し、本発明の特
徴である位置ずれ補正を行う。これを実線矢印で示す。
ここで、例えば装置識別記憶部６７より装置識別記号
「Ａ」の記憶されている時には、破線矢印のようにデバ
イス番号DevNoAと関連付けされている位置ずれ補正デー
タ(dxma1,dyma1)，(dxma2,dyma2)，…，(dxmai,dymai)
をＳＥＭ制御装置へ出力する。

【０１２３】以上の処理の流れを図１４のフローチャー
トに示す。 ステップSB001：試料ステージ移動指令発生 ステップSB002：SEM制御本体よりずれ量要求発生 ステップSB003：ずれ量記憶コントローラは予め観察手
順記憶装置内に格納してある装置名Ｂを読み取って、Dv
NoBに相当するずれ量データを格納している場所にアク
セスする。 ステップSB004：前記格納場所からずれ量データをSEM制
御本体側へ送る。 ステップSB005：SEM制御本体では、受け取ったデータを
基に試料ステージ移動目標位置を補正して新たな目標位
置とする。 ステップSB006：前記目標位置へ試料ステージ移動開始

【０１２４】図１５に、すでに試料ステージ停止後に、
観察位置で試料ステージの移動目標位置のチップ配列(n
xm1,nxm2)、チップ内座標値(xm1,ym1)であるときに、測
定される位置ずれ量(dxm,dym)が装置識別記号（例えば
装置製造番号）と関連付けされて観察手順記憶装置４０
に記憶される様子をブロック図で示す。

【０１２５】ＳＥＭ制御装置より装置識別装置５２−１
が位置ずれ補正データの書き込み要求信号wreqを受け取
ると、装置識別装置５２−１は本発明の走査型電子顕微
鏡装置Ｂ（５１）に個別に備えられている装置識別記憶
部６７より装置識別記号「Ｂ」を読み取り、これを観察
手順記憶装置４０−１へ伝える。観察手順記憶装置４０
−１では、デバイス番号DevNoBと関連付けされている位
置ずれ補正データ記憶場所(dxmb1,dymb1)，(dxmb2,dymb
2)，…，(dxmbi,dymbi)へＳＥＭ制御装置より出力され
た位置ずれ量を順次格納される。これを実線矢印で示
す。ここで、例えば装置識別記憶部６７より装置識別記
号「Ａ」が記憶されている時には、破線矢印のようにデ
バイス番号DevNoAと関連付けされている位置ずれ補正デ
ータ記憶場所(dxma1,dyma1),(dxma2,dyma2)，…，(dxma
i,dymai)へＳＥＭ制御装置より位置ずれ量を出力する。

【０１２６】以上の処理の流れを図１６のフローチャー
トに示す。 ステップSC001：試料ステージ移動終了 ステップSC002：観察位置ずれ量測定結果確定 ステップSC003：ずれ量記憶コントローラは予め観察手
順記憶装置内に格納してある装置名Ｂを読み取って、Dv
NoBに相当するずれ量データを格納している場所にアク
セスする。 ステップSC004：前記格納場所へ確定した位置ずれ量デ
ータをSEM制御本体側から送る。 ステップSC005：前記格納場所では、受け取ったデータ
を以前に格納してあるデータに続いて順番に格納する。 ステップSC006：終了

【０１２７】ところで、一方で試料ステージの移動終了
の毎に測定された視野位置ずれ量測定結果をその都度移
動目標位置へ反映させた補正後移動目標位置を求めて、
これを記憶しておき次回の同じ又は相当する個所への移
動の際に使用することを繰り返す方法による実施の形態
がある。この実施の形態では、測定された視野位置ずれ
量(dxm,dym)ではなく、そのずれ量を用いて補正を施し
た移動目標位置(xmt,ymt)を扱うことになる。

【０１２８】図２６に試料ステージ移動開始前に次の観
察位置で試料ステージの補正後移動目標位置のチップ配
列(nxm1,nxm2)、チップ内座標値(xm1,ym1)が判明した後
に、すでに補正後移動目標位置(xmt,ymt)が装置識別記
号（例えば装置製造番号）と関連付けされて観察手順記
憶装置４０Bに記憶されており、それをＳＥＭ制御装置
へ読み込んでステージ位置の補正データとして利用する
ときのブロック図を示す。

【０１２９】ＳＥＭ制御装置より装置識別装置５２−１
が補正後位置目標位置データの読み込み要求信号rreqを
受け取ると、装置識別装置５２−１は本発明の走査型電
子顕微鏡装置Ｂ（５１）に個別に備えられている装置識
別記憶部６７より装置識別記号「Ｂ」を読み取り、これ
を観察手順記憶装置４０−１へ伝える。観察手順記憶装
置４０−１では、デバイス番号DevNoBと関連付けされて
いる補正後移動目標位置データ(xmtb1,ymtb1)，(xmtb2,
ymtb2)，…，(xmtbi,ymtbi)をＳＥＭ制御装置へ出力
し、本発明の特徴である位置ずれ補正を行う。これを実
線矢印で示す。ここで、例えば装置識別記憶部６７より
装置識別記号「Ａ」の記憶されている時には、破線矢印
のようにデバイス番号DevNoAと関連付けされている位置
ずれ補正データ(xmta1,ymta1)，(xmta2,ymta2)，…，(x
mtai,ymtai)をＳＥＭ制御装置へ出力する。

【０１３０】以上の処理の流れを図２７のフローチャー
トに示す。 ステップSE001：試料ステージ移動指令発生 ステップSE002：SEM制御本体よりずれ量要求発生 ステップSE003：ずれ量記憶コントローラは予め観察手
順記憶装置内に格納してある装置名Ｂを読み取って、Dv
NoBに相当する補正後移動目標位置データを格納してい
る場所にアクセスする。 ステップSE004：前記格納場所から補正後移動目標位置
データをSEM制御本体側へ送る。 ステップSE005：SEM制御本体では、受け取ったデータを
基に試料ステージ移動目標位置を補正して新たな目標位
置とする。 ステップSE006：前記目標位置へ試料ステージ移動開始

【０１３１】図２８に、すでに試料ステージ停止後に、
観察位置で試料ステージの移動目標位置のチップ配列(n
xm1,nxm2)、チップ内座標値(xm1,ym1)であるときに、測
定される位置ずれ量(dxm,dym)より求められた補正後移
動目標位置(xmt,ymt)が装置識別記号（例えば装置製造
番号）と関連付けされて観察手順記憶装置４０Bに記憶
される様子をブロック図で示す。

【０１３２】ＳＥＭ制御装置より装置識別装置５２−１
が補正後移動目標位置データの書き込み要求信号wreqを
受け取ると、装置識別装置５２−１は本発明の走査型電
子顕微鏡装置Ｂ（５１）に個別に備えられている装置識
別記憶部６７より装置識別記号「Ｂ」を読み取り、これ
を観察手順記憶装置４０−１へ伝える。観察手順記憶装
置４０−１では、デバイス番号DevNoBと関連付けされて
いる補正後移動目標位置データ記憶場所(xmtb1,ymtb
1)，(xmtb2,ymtb2)，…，(xmtbi,ymtbi)へＳＥＭ制御装
置より出力された補正後移動目標位置を順次格納する。
これを実線矢印で示す。ここで、例えば装置識別記憶部
６７より装置識別記号「Ａ」が記憶されている時には、
破線矢印のようにデバイス番号DevNoAと関連付けされて
いる補正後移動目標位置データ記憶場所(xmta1,ymta
1)，(xmta2,ymta2)，…，(xmtai,ymtai)へＳＥＭ制御装
置より位置ずれ量を出力する。

【０１３３】以上の処理の流れを図２９のフローチャー
トに示す。 ステップSF001：試料ステージ移動終了 ステップSF002：観察位置ずれ量測定結果確定 ステップSF003：ずれ量記憶コントローラは予め観察手
順記憶装置内に格納してある装置名Ｂを読み取って、Dv
NoBに相当する補正後移動目標位置データを格納してい
る場所にアクセスする。 ステップSF004：前記格納場所へ確定した補正後移動目
標位置データをSEM制御本体側から送る。 ステップSF005：前記格納場所では、受け取ったデータ
を以前に格納してあるデータに続いて順番に格納する。 ステップSF006：終了

【０１３４】以上のように、例えば図１７に示すような
ステージ位置決め誤差を持つ走査型電子顕微鏡装置Ａと
図１８に示すようなステージ位置決め誤差を持つ走査型
電子顕微鏡装置Ｂの間で観察手順記録を共有しても、位
置ずれ量の異なることを原因とするステージ位置決め誤
差を生じることはない。以上の本発明により、より高い
位置精度での視野出しを走査型電子顕微鏡にて実現する
ことが可能となる。なお、本発明は走査型電子顕微鏡の
みならず試料ステージを備えた他の観察装置及び顕微鏡
にも適用可能である。

【０１３５】

【発明の効果】本発明により、近年の半導体製造工程で
の観察用に用いられている観察倍率の高い走査型電子顕
微鏡等の荷電粒子線装置で必要とされている高い位置指
示精度を持つ試料ステージを提供することが可能とな
る。また一方で高い装置稼働率と自動観察による工程管
理も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子線装置の一例である走査
型電子顕微鏡の概要を示す図。

【図２】制御盤（Ａ）の説明図。

【図３】制御盤（Ｂ）の説明図。

【図４】較正点登録記憶装置の一例を示す図。

【図５】測長点登録記憶装置の一例を示す図。

【図６】位置ずれ補正機能ON/OFF登録記憶装置の説明
図。

【図７】位置ずれ量補正使用点数登録記憶装置の説明
図。

【図８】処理手順の一例を示すフローチャート。

【図９】画像照合により測長点位置を求める仕組みを示
す図。

【図１０】ステージ座標と指示座標の間の座標値変換の
仕組みを示す図。

【図１１】動作シーケンスの一例を示すフローチャー
ト。

【図１２】観察手順記憶装置の説明図。

【図１３】観察手順記憶装置からの読み取り状態を示す
図。

【図１４】動作シーケンスの一例を示すフローチャー
ト。

【図１５】観察手順記憶装置への書き込み状態を示す
図。

【図１６】動作シーケンスの一例を示すフローチャー
ト。

【図１７】試料ステージ位置精度の一例を示す図。

【図１８】試料ステージ位置精度の他の例を示す図。

【図１９】設計に対して実チップ全体がある角度で傾い
ている状態を示す図。

【図２０】設計データ格子に対して実チップ毎に傾いて
いる状態を示す図。

【図２１】位置ずれ量測定機能ON/OFF登録記憶装置の説
明図。

【図２２】動作シーケンスの一例を示すフローチャー
ト。

【図２３】測長点登録記憶装置の一例を示す図。

【図２４】観察手順記憶装置の一例を示す図。

【図２５】ステージ座標と指示座標の間の座標値変換の
仕組みを示す図。

【図２６】観察手順記憶装置からの読み取り状態を示す
図。

【図２７】動作シーケンスの一例を示すフローチャー
ト。

【図２８】観察手順記憶装置への書き込み状態を示す
図。

【図２９】動作シーケンスの一例を示すフローチャー
ト。

【図３０】位置ずれ量が観察回数を重ねる毎に収束され
る様子を示す図。

【符号の説明】

１…試料ステージ、２…モータＸ、３…モータＹ、４…
試料（チップ）、５…ステージ制御装置、６…ＳＥＭ制
御装置、７…制御盤（Ａ）、８…座標値入力窓、９…Ｓ
ＥＭ画像（画像メモリ）、１０…チップ配列指示座標、
１１…チップ内位置指示座標、１２…座標値変換器、１
３…トラックボール、１４…リニアスケールコントロー
ラ、１５…制御盤（Ｂ）、１６…較正点登録記憶装置、
１７…測長点登録記憶装置、１８…電子源、１９…電子
レンズ、２０…偏向器、２１…ウェーハ、２２…検出
器、２３…画像生成装置、２４−１…Ｙリニアスケー
ル、２４−２…Ｘリニアスケール、２６…登録記憶ＳＥ
Ｍ画像、２７…ポインティングペン、２８…較正手順フ
ァイル、２９…測長手順ファイル、３０…画像枠、３１
…画像枠位置指示器、３２…画像照合装置、３３…ゲー
ト、３４…偏向オフセット量指示器、３５…偏向指示
器、３６…アンプ、３７…スケール制御器、３８−１…
Ｘスケール、３８−２…Ｙスケール、４０…観察手順記
憶装置、５０…走査型電子顕微鏡装置Ａ、５１…走査型
電子顕微鏡装置Ｂ、５２…装置識別装置、５３…装置記
号記録装置、６１…位置ずれ補正機能ON/OFF登録記憶装
置、６２…位置ずれ量補正使用点数登録記憶装置、６５
…位置ずれ補正機能実行状態表示器、６６…補正有効デ
ータ点数入力窓、６７…装置識別記憶部 ａｄｊ…画像照合一致時ＯＮ信号、pcj(PCJ)…位置ずれ
補正有効データ点数、rreq…読み込み時位置ずれ補正デ
ータ要求信号、wreq…書き込み時位置ずれ補正データ要
求信号

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子線を発生する荷電粒子線源と、
   試料を保持して移動する試料ステージと、前記荷電粒子
   線源から放出された荷電粒子線を試料に収束するレンズ
   と、前記荷電粒子線を偏向する偏向器と、試料の画像を
   検出する画像検出手段と、検出された画像を表示する画
   像表示手段と、試料上の位置を指示する座標指示手段
   と、前記座標指示手段上の座標値と前記試料ステージ上
   の座標値とを較正可能に対応付け前記座標指示手段上で
   指示した座標値と対応する前記試料ステージの位置へ前
   記試料ステージを移動させる手段とを備える荷電粒子線
   装置において、 試料上での任意の観察位置を観察しようとする時に、前
   記座標指示手段で指示した移動目標位置と観察位置を一
   致させるように前記試料ステージを移動させ、移動終了
   後に前記画像検出手段によって検出される試料の所定の
   位置と前記画像検出手段の所定位置との位置ずれ量を算
   出する位置ずれ量算出手段と、算出された位置ずれ量を
   記憶する記憶手段を有し、位置ずれ量算出手段により求
   められた位置ずれ量に基づいて、次回以降に前記観察位
   置に相当する観察位置又は同じ観察位置への移動時に採
   用する移動目標位置座標値を制御し、試料ステージ停止
   時の前記試料の所定位置と画像表示手段の所定位置とが
   一致するように動作する位置ずれ補正手段を有すること
   を特徴とする荷電粒子線装置。
2. 【請求項２】 荷電粒子線を発生する荷電粒子線源と、
   試料を保持して移動する試料ステージと、前記荷電粒子
   線源から放出された荷電粒子線を試料に収束するレンズ
   と、前記荷電粒子線を偏向する偏向器と、試料の画像を
   検出する画像検出手段と、検出された画像を表示する画
   像表示手段と、試料上の位置を指示する座標指示手段
   と、前記座標指示手段上の座標値と前記試料ステージ上
   の座標値とを較正可能に対応付け前記座標指示手段上で
   指示した座標値と対応する前記試料ステージの位置へ前
   記試料ステージを移動させる手段とを備える荷電粒子線
   装置において、 試料上での任意の観察位置を観察しようとする時に、前
   記座標指示手段で指示した移動目標位置と観察位置を一
   致させるように前記試料ステージを移動させ、移動終了
   後に前記画像検出手段によって検出される試料の所定の
   位置と前記画像表示手段の所定位置との位置ずれ量を算
   出する位置ずれ量算出手段と、算出された位置ずれ量を
   用いてその時点で採用されていた移動目標位置座標値を
   補正して補正後移動目標位置座標値を求める手段と、求
   めた補正後移動目標位置座標値を記憶する記憶手段を有
   し、前記記憶手段に記憶されている補正後移動目標位置
   座標値に基づいて、次回以降に前記観察位置に相当する
   観察位置又は同じ観察位置への移動時に採用する移動目
   標位置座標値を制御し、試料ステージ停止時の前記試料
   の所定位置と画像表示手段の所定位置とが一致するよう
   に動作する位置ずれ補正手段を有することを特徴とする
   荷電粒子線装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の荷電粒子線装置に
   おいて、観察予定位置と観察部分画像とその観察順序等
   を記憶した観察手順記憶装置を備え、前記観察手順記憶
   装置内の観察予定位置座標値と関連付けして前記位置ず
   れ量又は補正後移動目標位置座標値を記憶することを特
   徴とする荷電粒子線装置。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の荷電粒子線装
   置において、任意の観察位置への移動を行う際の移動目
   標位置座標を制御するときに、それ以前に収得された複
   数回分の前記位置ずれ量又は補正後移動目標位置座標値
   の統計処理結果を用いることを特徴とする荷電粒子線装
   置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の荷電粒子線装置におい
   て、前記位置ずれ量算出手段で過去に遡って有効とされ
   る位置ずれ量算出点数を予め指定する手段を有すること
   を特徴とする荷電粒子線装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項記載の荷電
   粒子線装置において、前記位置ずれ量又は補正後移動目
   標位置座標値の得られた荷電粒子線装置を識別する装置
   識別手段を有し、前記位置ずれ量記憶手段又は補正後移
   動目標位置座標値記憶手段は前記装置識別手段によって
   識別された荷電粒子線装置毎に前記位置ずれ量又は補正
   後移動目標位置座標値を前記観察予定位置と関連付けて
   記憶し、前記位置ずれ補正手段によって前記試料ステー
   ジの移動目標位置を決定するときに自らが検出した位置
   ずれ量又はその結果の反映された補正後移動目標位置座
   標値を統計処理した結果に基づいて前記試料ステージの
   移動目標位置を決定することを特徴とする荷電粒子線装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項記載の荷電
   粒子線装置において、前記位置ずれ補正手段を有効又は
   無効に切り替える手段を有することを特徴とする荷電粒
   子線装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の荷電粒子線装置におい
   て、前記位置ずれ補正手段の有効又は無効の指定を予め
   前記観察手順記憶手段と関連付けして記憶する手段を有
   し、自動観察時に前記位置ずれ補正手段の有効又は無効
   を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜６のいずれか１項記載の荷電
   粒子線装置において、前記位置ずれ量算出手段を有効又
   は無効に切り替える手段を有することを特徴とする荷電
   粒子線装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の荷電粒子線装置におい
    て、前記位置ずれ量算出手段の有効又は無効の指定を予
    め前記観察手順記憶手段と関連付けして記憶する手段を
    有し、自動観察時に前記位置ずれ量算出手段の有効又は
    無効を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。