JP2003007243A - レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡のオートフォーカス方式 - Google Patents
レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡のオートフォーカス方式Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/22—Optical, image processing or photographic arrangements associated with the tube
- H01J37/226—Optical arrangements for illuminating the object; optical arrangements for collecting light from the object
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 粒子欠陥を走査型電子顕微鏡で観察する際
に、フォーカス点が合った状態を時間と手間をかけずに
確保できる機能を提供する。 【解決手段】 先ず光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡のフ
ォーカス位置のずれを正確に把握しておき、光学顕微鏡
のレーザ暗視野像で欠陥を検出した後該暗視野像を解析
することにより該光学顕微鏡のフォーカスを取り直し、
高さを合わせ、走査型電子顕微鏡による観察に移る。こ
の際に前記オフセット量に前記光学顕微鏡の調整量を加
えて自動的に走査型電子顕微鏡の焦点合わせを行うよう
にした。また、光学顕微鏡のフォーカスを取り直すため
の暗視野像の解析は、欠陥面積が最小となるところ若し
くは欠陥部の輝度が最も明るくなるところまたは画面内
を微分走査し最大微分値が得られたところのいずれか、
またはその組合せとし、粒子欠陥検査は、画面中の１つ
若しくは複数または全ての欠陥を抽出するモードの選択
を可能とした。
に、フォーカス点が合った状態を時間と手間をかけずに
確保できる機能を提供する。 【解決手段】 先ず光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡のフ
ォーカス位置のずれを正確に把握しておき、光学顕微鏡
のレーザ暗視野像で欠陥を検出した後該暗視野像を解析
することにより該光学顕微鏡のフォーカスを取り直し、
高さを合わせ、走査型電子顕微鏡による観察に移る。こ
の際に前記オフセット量に前記光学顕微鏡の調整量を加
えて自動的に走査型電子顕微鏡の焦点合わせを行うよう
にした。また、光学顕微鏡のフォーカスを取り直すため
の暗視野像の解析は、欠陥面積が最小となるところ若し
くは欠陥部の輝度が最も明るくなるところまたは画面内
を微分走査し最大微分値が得られたところのいずれか、
またはその組合せとし、粒子欠陥検査は、画面中の１つ
若しくは複数または全ての欠陥を抽出するモードの選択
を可能とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程の
歩留り管理に用いられるレーザ欠陥検出機能を備えた走
査型電子顕微鏡のオートフォーカス機構に関する。
歩留り管理に用いられるレーザ欠陥検出機能を備えた走
査型電子顕微鏡のオートフォーカス機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の超高集積化されたＬＳＩの製造に
おいて不良品をもたらす主たる要因は、ウエハに付着し
た微小異物によるものといわれている。すなわち、その
微小異物が汚染物質となって回路パターンの断線やショ
ートを引き起こし、半導体チップの不良の発生や品質、
信頼性の低下に大きくつながっている。回路パターンの
微小化に伴い直径O.1μmレベルの微小異物までが対象と
なっている。そのため微小異物の付着状態などの実態を
定量的に精度よく計測および分析して把握し、管理する
ことが、超高集積ＬＳＩの製造における歩留り向上の最
重要課題となっている。
おいて不良品をもたらす主たる要因は、ウエハに付着し
た微小異物によるものといわれている。すなわち、その
微小異物が汚染物質となって回路パターンの断線やショ
ートを引き起こし、半導体チップの不良の発生や品質、
信頼性の低下に大きくつながっている。回路パターンの
微小化に伴い直径O.1μmレベルの微小異物までが対象と
なっている。そのため微小異物の付着状態などの実態を
定量的に精度よく計測および分析して把握し、管理する
ことが、超高集積ＬＳＩの製造における歩留り向上の最
重要課題となっている。
【０００３】現在この微小異物の付着状態などの実態を
定量的に精度よく計測および分析する手法としては図１
に示すようなパーティクル検査装置が用いられている。
この装置は走査型電子顕微鏡像と高感度ＣＣＤカメ
ラ４を介して得る高感度暗視野像とＣＣＤカメラ５に
よる暗視野像若しくは明視野像の三種類の画像がＣＲＴ
９上に表示できる装置である。走査型電子顕微鏡１は鏡
筒部11と二次電子検出器（ＳＥＤ）12とを備えており、
鏡筒部11の偏向手段によって偏向走査されて試料６に照
射された電子ビームによって弾き出された二次電子をＳ
ＥＤ12によって検出し、該検出情報をビーム照射位置と
の対応をとって画像化し、走査型電子顕微鏡像とす
る。の明視野像はライト８からの光を光学路を介して
上方より試料表面に光スポットを照射し、該試料表面が
鏡面であるときは一様に反射され、異物等不連続形状が
あるときはそこで光が散乱されることに基きその試料表
面を上方よりＣＣＤカメラ５で撮影して得る画像であ
る。の暗視野像はレーザ光源７からのビームを斜め上
方から試料面に照射し、該試料表面が鏡面であるときは
全反射され、異物等があるときはそこで光が散乱される
ことに基きその試料表面を上方よりＣＣＤカメラ５で撮
影して得る画像である。の高感度暗視野像は基本的に
の暗視野像と同様であるが、より小さな微粒子を観察
するために高感度ＣＣＤカメラ４を介して得る画像であ
る。対象が超微粒子であるため散乱光は微弱となるため
高感度のＣＣＤ（ＩＣＣＤ）カメラが用いられる。
定量的に精度よく計測および分析する手法としては図１
に示すようなパーティクル検査装置が用いられている。
この装置は走査型電子顕微鏡像と高感度ＣＣＤカメ
ラ４を介して得る高感度暗視野像とＣＣＤカメラ５に
よる暗視野像若しくは明視野像の三種類の画像がＣＲＴ
９上に表示できる装置である。走査型電子顕微鏡１は鏡
筒部11と二次電子検出器（ＳＥＤ）12とを備えており、
鏡筒部11の偏向手段によって偏向走査されて試料６に照
射された電子ビームによって弾き出された二次電子をＳ
ＥＤ12によって検出し、該検出情報をビーム照射位置と
の対応をとって画像化し、走査型電子顕微鏡像とす
る。の明視野像はライト８からの光を光学路を介して
上方より試料表面に光スポットを照射し、該試料表面が
鏡面であるときは一様に反射され、異物等不連続形状が
あるときはそこで光が散乱されることに基きその試料表
面を上方よりＣＣＤカメラ５で撮影して得る画像であ
る。の暗視野像はレーザ光源７からのビームを斜め上
方から試料面に照射し、該試料表面が鏡面であるときは
全反射され、異物等があるときはそこで光が散乱される
ことに基きその試料表面を上方よりＣＣＤカメラ５で撮
影して得る画像である。の高感度暗視野像は基本的に
の暗視野像と同様であるが、より小さな微粒子を観察
するために高感度ＣＣＤカメラ４を介して得る画像であ
る。対象が超微粒子であるため散乱光は微弱となるため
高感度のＣＣＤ（ＩＣＣＤ）カメラが用いられる。
【０００４】この装置を用いた欠陥検出は、他の欠陥検
出装置で既に得られた欠陥位置情報を基にまたはの
顕微鏡画像を撮って、この装置における基準位置に対応
した正確な位置情報を得て、この欠陥を走査型電子顕微
鏡で観察・分析するものである。まず、低倍率の明視野
像や暗視野像によって比較的大きな異物の位置を当該装
置における基準位置に対して検知し、必要ならばその数
や分布状況も把握する。明視野像を得るときにはコンピ
ュータ10を介してコントロールボックス11を操作しライ
ト８を点灯して上方より試料面にスポットを照射し、標
準ＣＣＤカメラ５で顕微鏡像を撮像する。暗視野像を撮
像するときはコンピュータ10を介してコントロールボッ
クス11を操作しレーザ光源を発光させて斜め上方から試
料面にレーザビームを照射し、標準ＣＣＤカメラ５で顕
微鏡像を撮像する。この当初の検査により存在を確認で
きなかった微小異物について、更に高感度のＩＣＣＤカ
メラ４で高倍率の暗視野像によって、最初の検査では観
察できなかった微細な異物粒子の位置を当該装置におけ
る基準位置に対して検知し、必要ならばその数や分布状
況も把握する。この作業によって特定された着目異物の
位置情報に基いて走査型電子顕微鏡の位置合わせを行
い、その着目異物の観測を行う。試料ステージの駆動機
構として対応できない微細な変位量も画面座標上の情報
として扱い、電子光学系の偏向手段で対応することがで
きる。また、着目する異物粒子の組成については高倍率
光学画像や二次電子検出の走査顕微鏡像からでは分析で
きないが、これについては二次Ｘ線検出（ＥＤＳ）機能
を有した電子顕微鏡を用いることで分析することができ
る。この検査によって発生原因の特定が更に効果的に行
えるようになる。ところで、レーザ散乱光を光学顕微鏡
で観察する欠陥検出方法は光学系の焦点深度が深いため
光学顕微鏡のフォーカス点がウエハ面上になくてもそれ
なりの欠陥の検出ができる。しかし、走査型電子顕微鏡
の場合には焦点深度が浅いためフォーカス面が10μｍ以
上ずれると0.1μｍの欠陥は観察が困難になる。そのた
めレーザで欠陥を見つけそれを走査型電子顕微鏡に切り
替えて観察しようとした場合、欠陥は走査型電子顕微鏡
のフォーカス点からずれていることが多く、その場合該
当粒子を観察出来ないこととなる。しかも対象となる欠
陥は非常に小さいためフォーカスを取り直すためには相
当の時間がかかってしまい、作業効率を悪くしている現
状がある。
出装置で既に得られた欠陥位置情報を基にまたはの
顕微鏡画像を撮って、この装置における基準位置に対応
した正確な位置情報を得て、この欠陥を走査型電子顕微
鏡で観察・分析するものである。まず、低倍率の明視野
像や暗視野像によって比較的大きな異物の位置を当該装
置における基準位置に対して検知し、必要ならばその数
や分布状況も把握する。明視野像を得るときにはコンピ
ュータ10を介してコントロールボックス11を操作しライ
ト８を点灯して上方より試料面にスポットを照射し、標
準ＣＣＤカメラ５で顕微鏡像を撮像する。暗視野像を撮
像するときはコンピュータ10を介してコントロールボッ
クス11を操作しレーザ光源を発光させて斜め上方から試
料面にレーザビームを照射し、標準ＣＣＤカメラ５で顕
微鏡像を撮像する。この当初の検査により存在を確認で
きなかった微小異物について、更に高感度のＩＣＣＤカ
メラ４で高倍率の暗視野像によって、最初の検査では観
察できなかった微細な異物粒子の位置を当該装置におけ
る基準位置に対して検知し、必要ならばその数や分布状
況も把握する。この作業によって特定された着目異物の
位置情報に基いて走査型電子顕微鏡の位置合わせを行
い、その着目異物の観測を行う。試料ステージの駆動機
構として対応できない微細な変位量も画面座標上の情報
として扱い、電子光学系の偏向手段で対応することがで
きる。また、着目する異物粒子の組成については高倍率
光学画像や二次電子検出の走査顕微鏡像からでは分析で
きないが、これについては二次Ｘ線検出（ＥＤＳ）機能
を有した電子顕微鏡を用いることで分析することができ
る。この検査によって発生原因の特定が更に効果的に行
えるようになる。ところで、レーザ散乱光を光学顕微鏡
で観察する欠陥検出方法は光学系の焦点深度が深いため
光学顕微鏡のフォーカス点がウエハ面上になくてもそれ
なりの欠陥の検出ができる。しかし、走査型電子顕微鏡
の場合には焦点深度が浅いためフォーカス面が10μｍ以
上ずれると0.1μｍの欠陥は観察が困難になる。そのた
めレーザで欠陥を見つけそれを走査型電子顕微鏡に切り
替えて観察しようとした場合、欠陥は走査型電子顕微鏡
のフォーカス点からずれていることが多く、その場合該
当粒子を観察出来ないこととなる。しかも対象となる欠
陥は非常に小さいためフォーカスを取り直すためには相
当の時間がかかってしまい、作業効率を悪くしている現
状がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
の問題すなわち、粒子欠陥を観察分析するシステムにお
いて、光学顕微鏡の暗視野像で位置特定した欠陥を走査
型電子顕微鏡で観察する際に、フォーカス点が合った状
態を時間と手間をかけずに確保できる機能を提供するこ
とにある。
の問題すなわち、粒子欠陥を観察分析するシステムにお
いて、光学顕微鏡の暗視野像で位置特定した欠陥を走査
型電子顕微鏡で観察する際に、フォーカス点が合った状
態を時間と手間をかけずに確保できる機能を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ欠陥検出
機能を備えた走査型電子顕微鏡のオートフォーカス機能
は、まず、光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡のフォーカス
位置のずれ(オフセット量)を正確に把握しておき、光学
顕微鏡のレーザ暗視野像で欠陥を検出した後該暗視野像
を解析することにより該光学顕微鏡のフォーカスを取り
直し高さを合わせ、走査型電子顕微鏡による観察に移る
際に前記オフセット量に前記光学顕微鏡の調整量を加え
て自動的に走査型電子顕微鏡の焦点合わせを行うように
した。また、光学顕微鏡のフォーカスを取り直すための
暗視野像の解析は、欠陥面積が最小となるところを求め
るか、欠陥部の輝度が最も明るくなるところを求める
か、画面内を微分走査し最大微分値が得られたところを
求めるかのいずれか、若しくはその組合せであり、粒子
欠陥検査は、画面中の１つの欠陥を抽出するモードと、
複数を抽出するモードと、画面内全ての欠陥を抽出する
モードとが選択できるようにした。
機能を備えた走査型電子顕微鏡のオートフォーカス機能
は、まず、光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡のフォーカス
位置のずれ(オフセット量)を正確に把握しておき、光学
顕微鏡のレーザ暗視野像で欠陥を検出した後該暗視野像
を解析することにより該光学顕微鏡のフォーカスを取り
直し高さを合わせ、走査型電子顕微鏡による観察に移る
際に前記オフセット量に前記光学顕微鏡の調整量を加え
て自動的に走査型電子顕微鏡の焦点合わせを行うように
した。また、光学顕微鏡のフォーカスを取り直すための
暗視野像の解析は、欠陥面積が最小となるところを求め
るか、欠陥部の輝度が最も明るくなるところを求める
か、画面内を微分走査し最大微分値が得られたところを
求めるかのいずれか、若しくはその組合せであり、粒子
欠陥検査は、画面中の１つの欠陥を抽出するモードと、
複数を抽出するモードと、画面内全ての欠陥を抽出する
モードとが選択できるようにした。
【０００７】
【発明の実施の形態】レーザ欠陥検出機能を備えた走査
型電子顕微鏡を用いてシリコンウエハ等平面状の試料表
面に存在する微小異物を検出し、検査評価しようとする
際、レーザ照射による暗視野像で位置特定した微小異物
を改めて走査型電子顕微鏡で観察しようとしても、すぐ
に観察できず調整に手間取ってしまう。その理由は前述
したように走査型電子顕微鏡の場合、焦点深度が浅いた
め焦点がぴったり合っていないと像がボケてしまい、極
めて小さい粒子になると全く観察できない。そこで、本
発明は、走査型電子顕微鏡にオートフォーカス機能を備
えさせ速やかに走査型電子顕微鏡による観察ができるよ
うにしたのである。合焦信号はレーザ暗視野像を得る光
学顕微鏡の焦点位置を正確に検知し、それに基いて走査
型電子顕微鏡の焦点位置を割り出すようにし、それに従
って電子光学系を制御するものである。レーザ光学系の
場合には焦点深度が深いため、少々焦点が狂っていても
試料表面の像は観察できるのであるが、焦点の狂いは当
然に結像の鮮明さに影響するものであるから、像の鮮明
さを観測し最も鮮明となる焦点位置を合焦位置と判定す
るようにした。図２のａはレーザ暗視野顕微鏡において
焦点がぴったり合った状態の顕微鏡画像であり、ｂは焦
点が50μｍズレたときの顕微鏡画像である。このように
異物である微小粒子によって散乱されたレーザ光は図３
に示したようにフォーカスがあっていないとレーザ散乱
光の受光面積が大きくなり、欠陥の面積は大きく輝度は
低くなる。逆にフォーカスが合っている場合、レーザ散
乱光の受光面積が小さくなり、欠陥の面積は小さく輝度
は高くなる。したがって、フォーカスが合っているとき
は図２のａのように微細な粒子の存在も明瞭に判別出来
るが、フォーカスが合っていないときは図２のｂのよう
に微細な粒子の存在は観察出来ないし、比較的大きな粒
子については像がぼんやりと広がって観察される。この
例は両者の差を判り易くするために画面内に大きさの異
なる粒子を多数存在させてあるが、実際の顕微鏡画像で
は１画像に１つの異物が存在する程度である。このレー
ザ暗視野顕微鏡像の鮮明さを観測し最も鮮明となる焦点
位置を合焦位置と判定する手法としては ａ）散乱像が最も小さくなるところ ｂ）輝度信号が最も高くなるところ ｃ）画像面を走査させながら輝度信号の微分値が最も高
くなるところ の３つを採用するようにした。すなわち、ａ）の手法は
焦点が狂っていれば像がボケて周辺に広がる現象に着目
したものであり、ｂ）の手法は焦点が狂っていれば像が
ボケて光も散ってしまう現象に着目したものである。そ
して、ｃ）の手法は焦点が狂っていれば像がボケて境界
が不明瞭になる現象に着目したものである。
型電子顕微鏡を用いてシリコンウエハ等平面状の試料表
面に存在する微小異物を検出し、検査評価しようとする
際、レーザ照射による暗視野像で位置特定した微小異物
を改めて走査型電子顕微鏡で観察しようとしても、すぐ
に観察できず調整に手間取ってしまう。その理由は前述
したように走査型電子顕微鏡の場合、焦点深度が浅いた
め焦点がぴったり合っていないと像がボケてしまい、極
めて小さい粒子になると全く観察できない。そこで、本
発明は、走査型電子顕微鏡にオートフォーカス機能を備
えさせ速やかに走査型電子顕微鏡による観察ができるよ
うにしたのである。合焦信号はレーザ暗視野像を得る光
学顕微鏡の焦点位置を正確に検知し、それに基いて走査
型電子顕微鏡の焦点位置を割り出すようにし、それに従
って電子光学系を制御するものである。レーザ光学系の
場合には焦点深度が深いため、少々焦点が狂っていても
試料表面の像は観察できるのであるが、焦点の狂いは当
然に結像の鮮明さに影響するものであるから、像の鮮明
さを観測し最も鮮明となる焦点位置を合焦位置と判定す
るようにした。図２のａはレーザ暗視野顕微鏡において
焦点がぴったり合った状態の顕微鏡画像であり、ｂは焦
点が50μｍズレたときの顕微鏡画像である。このように
異物である微小粒子によって散乱されたレーザ光は図３
に示したようにフォーカスがあっていないとレーザ散乱
光の受光面積が大きくなり、欠陥の面積は大きく輝度は
低くなる。逆にフォーカスが合っている場合、レーザ散
乱光の受光面積が小さくなり、欠陥の面積は小さく輝度
は高くなる。したがって、フォーカスが合っているとき
は図２のａのように微細な粒子の存在も明瞭に判別出来
るが、フォーカスが合っていないときは図２のｂのよう
に微細な粒子の存在は観察出来ないし、比較的大きな粒
子については像がぼんやりと広がって観察される。この
例は両者の差を判り易くするために画面内に大きさの異
なる粒子を多数存在させてあるが、実際の顕微鏡画像で
は１画像に１つの異物が存在する程度である。このレー
ザ暗視野顕微鏡像の鮮明さを観測し最も鮮明となる焦点
位置を合焦位置と判定する手法としては ａ）散乱像が最も小さくなるところ ｂ）輝度信号が最も高くなるところ ｃ）画像面を走査させながら輝度信号の微分値が最も高
くなるところ の３つを採用するようにした。すなわち、ａ）の手法は
焦点が狂っていれば像がボケて周辺に広がる現象に着目
したものであり、ｂ）の手法は焦点が狂っていれば像が
ボケて光も散ってしまう現象に着目したものである。そ
して、ｃ）の手法は焦点が狂っていれば像がボケて境界
が不明瞭になる現象に着目したものである。
【０００８】上記のいずれかの手法により光学顕微鏡の
正確な合焦位置が把握されたならば、その情報を走査型
電子顕微鏡の合焦制御信号に用いるのであるが、光学顕
微鏡の焦点位置と走査型電子顕微鏡の焦点位置との位置
関係がわからなければ、光学顕微鏡の正確な合焦位置情
報を走査型電子顕微鏡の合焦制御信号に反映することが
できない。そこで、本発明では両光学系の焦点位置のズ
レ（オフセット）量を予め把握しておくことが必要であ
る。この当初のオフセット量に対して光学顕微鏡の正確
な合焦位置情報を加味して走査型電子顕微鏡の合焦制御
信号とするのである。このようにすることでレーザ照射
による暗視野像で発見した微小異物を改めて走査型電子
顕微鏡で観察しようする際に、走査型電子顕微鏡の焦点
を速やかに自動制御することが可能となる。
正確な合焦位置が把握されたならば、その情報を走査型
電子顕微鏡の合焦制御信号に用いるのであるが、光学顕
微鏡の焦点位置と走査型電子顕微鏡の焦点位置との位置
関係がわからなければ、光学顕微鏡の正確な合焦位置情
報を走査型電子顕微鏡の合焦制御信号に反映することが
できない。そこで、本発明では両光学系の焦点位置のズ
レ（オフセット）量を予め把握しておくことが必要であ
る。この当初のオフセット量に対して光学顕微鏡の正確
な合焦位置情報を加味して走査型電子顕微鏡の合焦制御
信号とするのである。このようにすることでレーザ照射
による暗視野像で発見した微小異物を改めて走査型電子
顕微鏡で観察しようする際に、走査型電子顕微鏡の焦点
を速やかに自動制御することが可能となる。
【０００９】次に試料面に存在する実寸法0.3μｍの異
物粒子を、試料ステージのｚ軸駆動を行い、それぞれの
位置でその画像上どれだけの寸法になるかを測定した結
果を図４にグラフで示す。菱形でプロットしたのがｘ軸
方向の寸法であり、正方形でプロットしたのがｙ軸方向
寸法である。実寸法0.3μｍの異物粒子がｘ方向とｙ方
向とで焦点のズレに対応して表示寸法が相違してくるの
はこの場合、レーザ照射方向がｘ軸方向であることによ
る。グラフ上で太線で表示したものは入力された実測デ
ータを基に機械上で近似多項式を算出して表示したもの
である。この近似式を用いてｘ方向とｙ方向の最小寸法
位置（グラフ上では最小値）を求めさせ、自動的に合焦
位置を算定することもできる。
物粒子を、試料ステージのｚ軸駆動を行い、それぞれの
位置でその画像上どれだけの寸法になるかを測定した結
果を図４にグラフで示す。菱形でプロットしたのがｘ軸
方向の寸法であり、正方形でプロットしたのがｙ軸方向
寸法である。実寸法0.3μｍの異物粒子がｘ方向とｙ方
向とで焦点のズレに対応して表示寸法が相違してくるの
はこの場合、レーザ照射方向がｘ軸方向であることによ
る。グラフ上で太線で表示したものは入力された実測デ
ータを基に機械上で近似多項式を算出して表示したもの
である。この近似式を用いてｘ方向とｙ方向の最小寸法
位置（グラフ上では最小値）を求めさせ、自動的に合焦
位置を算定することもできる。
【００１０】
【実施例１】レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕
微鏡において、本発明のオートフォーカス機構を実現す
るシステムを示す。コンピュータ本体10内には記憶部が
あり、ここに光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡の光学軸の
相対位置情報（これは、装置上の配置関係で一義的に決
まる固定値）に加え、光学顕微鏡の焦点位置と走査型電
子顕微鏡の焦点位置との相対関係（オフセット）量を入
力しておく。また、コンピュータ本体10は光学顕微鏡３
の画像情報から、ａ）輝度が設定域値以上のピクセル数
を積算してその面積を算出する手段と、ｂ）輝度信号の
ピーク値を記憶する手段と、ｃ）画像をラスター状に走
査してその輝度信号の微分値を算出すると共にそのピー
ク値を記憶する手段とを有しており、更に、試料ステー
ジのｚ軸（光学軸方向）駆動によって試料高さを変化さ
せたとき、そのｚ軸位置情報と共に先のａ）ｂ）ｃ）の
演算を繰返すと共にその結果を記憶し、それぞれの最適
値をとる位置情報を特定する手段を備えている。ａ）
ｂ）ｃ）の演算結果が同じ位置情報を特定した場合には
その値を光学顕微鏡の合焦位置と判定するが、異なる値
を示したときには多数決若しくはマニュアルでそのいず
れかを選択して特定する。何れの判定手法が適している
かは欠陥状況により異なるからである。光学顕微鏡にお
ける異物の合焦位置が特定できたならば、コンピュータ
本体10の演算機能によってその値と先の記憶部に記憶さ
れている光学顕微鏡の焦点位置と走査型電子顕微鏡の焦
点位置とのオフセット量とを綜合して走査型電子顕微鏡
の合焦位置を算出する。ここで算出された値が制御目標
値であり、これに基いてサーボ機構による走査型電子顕
微鏡のオートフォーカスを実行するのであるが、光学顕
微鏡の光学軸と走査型電子顕微鏡の光学軸は数十ｍｍ離
れているので、同じ異物を観察するためには、まずこの
光学軸を合わせなければならない。これは固定値として
記憶部に記憶してある情報に基き、観察を切替える際に
試料ステージのｘ軸（又はｙ軸若しくは両軸合成）駆動
で位置制御を行い、その上で、先の走査型電子顕微鏡の
オートフォーカスが実行される。
微鏡において、本発明のオートフォーカス機構を実現す
るシステムを示す。コンピュータ本体10内には記憶部が
あり、ここに光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡の光学軸の
相対位置情報（これは、装置上の配置関係で一義的に決
まる固定値）に加え、光学顕微鏡の焦点位置と走査型電
子顕微鏡の焦点位置との相対関係（オフセット）量を入
力しておく。また、コンピュータ本体10は光学顕微鏡３
の画像情報から、ａ）輝度が設定域値以上のピクセル数
を積算してその面積を算出する手段と、ｂ）輝度信号の
ピーク値を記憶する手段と、ｃ）画像をラスター状に走
査してその輝度信号の微分値を算出すると共にそのピー
ク値を記憶する手段とを有しており、更に、試料ステー
ジのｚ軸（光学軸方向）駆動によって試料高さを変化さ
せたとき、そのｚ軸位置情報と共に先のａ）ｂ）ｃ）の
演算を繰返すと共にその結果を記憶し、それぞれの最適
値をとる位置情報を特定する手段を備えている。ａ）
ｂ）ｃ）の演算結果が同じ位置情報を特定した場合には
その値を光学顕微鏡の合焦位置と判定するが、異なる値
を示したときには多数決若しくはマニュアルでそのいず
れかを選択して特定する。何れの判定手法が適している
かは欠陥状況により異なるからである。光学顕微鏡にお
ける異物の合焦位置が特定できたならば、コンピュータ
本体10の演算機能によってその値と先の記憶部に記憶さ
れている光学顕微鏡の焦点位置と走査型電子顕微鏡の焦
点位置とのオフセット量とを綜合して走査型電子顕微鏡
の合焦位置を算出する。ここで算出された値が制御目標
値であり、これに基いてサーボ機構による走査型電子顕
微鏡のオートフォーカスを実行するのであるが、光学顕
微鏡の光学軸と走査型電子顕微鏡の光学軸は数十ｍｍ離
れているので、同じ異物を観察するためには、まずこの
光学軸を合わせなければならない。これは固定値として
記憶部に記憶してある情報に基き、観察を切替える際に
試料ステージのｘ軸（又はｙ軸若しくは両軸合成）駆動
で位置制御を行い、その上で、先の走査型電子顕微鏡の
オートフォーカスが実行される。
【００１１】更に、本実施例では粒子欠陥検査が、画面
中の１つの欠陥を抽出するモードと、複数を抽出するモ
ードと、画面内全ての欠陥を抽出するモードとが選択で
きるようにした。画面中の１つの欠陥を抽出するモード
の場合は、対象物が一つであるから、暗視野レーザ顕微
鏡の画像から得た顕微鏡合焦位置情報を走査型電子顕微
鏡の合焦制御信号に反映させればよいが、対象物が複数
となると個々の異物に対してその位置（ｘｙ平面上の）
と焦点位置（ｚ軸成分）とを得ておかなければならな
い。焦点位置については試料面が完全に平坦であり、粒
子の大きさが同じであれば変わることは無いのである
が、実際は試料表面には凹凸や反りが存在し、粒子の大
きさも差があるので0.1μｍが問題となる走査型電子顕
微鏡の合焦動作では個々に特定することが必要となる。
また、ｘｙ平面上の位置合わせは試料ステージのｘ軸、
ｙ軸駆動で対応することができるが、この顕微鏡画面内
での位置合わせは機械機構では対応出来ないことが多
い。その場合には画面座標上の位置情報として把握し、
電子光学系の偏向機能により電子ビームの偏向により対
応させる。
中の１つの欠陥を抽出するモードと、複数を抽出するモ
ードと、画面内全ての欠陥を抽出するモードとが選択で
きるようにした。画面中の１つの欠陥を抽出するモード
の場合は、対象物が一つであるから、暗視野レーザ顕微
鏡の画像から得た顕微鏡合焦位置情報を走査型電子顕微
鏡の合焦制御信号に反映させればよいが、対象物が複数
となると個々の異物に対してその位置（ｘｙ平面上の）
と焦点位置（ｚ軸成分）とを得ておかなければならな
い。焦点位置については試料面が完全に平坦であり、粒
子の大きさが同じであれば変わることは無いのである
が、実際は試料表面には凹凸や反りが存在し、粒子の大
きさも差があるので0.1μｍが問題となる走査型電子顕
微鏡の合焦動作では個々に特定することが必要となる。
また、ｘｙ平面上の位置合わせは試料ステージのｘ軸、
ｙ軸駆動で対応することができるが、この顕微鏡画面内
での位置合わせは機械機構では対応出来ないことが多
い。その場合には画面座標上の位置情報として把握し、
電子光学系の偏向機能により電子ビームの偏向により対
応させる。
【００１２】
【発明の効果】本発明のレーザ欠陥検出機能を備えた走
査型電子顕微鏡のオートフォーカス方法は、光学顕微鏡
と走査型電子顕微鏡のフォーカス位置のずれ(オフセッ
ト)量を正確に把握しておき、光学顕微鏡のレーザ暗視
野像で欠陥を検出した後該暗視野像を解析することによ
り該光学顕微鏡のフォーカスを取り直し高さを合わせる
ステップと、走査型電子顕微鏡による観察に移る際に前
記オフセット量に前記光学顕微鏡のフォーカス調整量を
加えて自動的に走査型電子顕微鏡のフォーカス調整を行
うステップとからなるようにしたので、暗視野レーザ顕
微鏡の観察に続き、走査型電子顕微鏡での観察・分析を
実行しようとする際、その焦点合わせに厄介な手間や時
間をかけること無く自動的に速やかにフォーカス合わせ
を行うことができる。また、本発明では光学顕微鏡のフ
ォーカスを取り直すための暗視野像の解析は、欠陥面積
が最小となるところを求めるか、欠陥部の輝度が最も明
るくなるところを求めるか、画面内を微分走査し最大微
分値が得られたところを求めるかのいずれか、若しくは
その組合せで行う構成を採用したので、全ての手法で同
じ結果が得られた場合にはそのデータの信頼性の高いこ
とが確認でき、異なる結果がでた場合にも欠陥の種別に
応じて最適な判定手法を選択することができる。
査型電子顕微鏡のオートフォーカス方法は、光学顕微鏡
と走査型電子顕微鏡のフォーカス位置のずれ(オフセッ
ト)量を正確に把握しておき、光学顕微鏡のレーザ暗視
野像で欠陥を検出した後該暗視野像を解析することによ
り該光学顕微鏡のフォーカスを取り直し高さを合わせる
ステップと、走査型電子顕微鏡による観察に移る際に前
記オフセット量に前記光学顕微鏡のフォーカス調整量を
加えて自動的に走査型電子顕微鏡のフォーカス調整を行
うステップとからなるようにしたので、暗視野レーザ顕
微鏡の観察に続き、走査型電子顕微鏡での観察・分析を
実行しようとする際、その焦点合わせに厄介な手間や時
間をかけること無く自動的に速やかにフォーカス合わせ
を行うことができる。また、本発明では光学顕微鏡のフ
ォーカスを取り直すための暗視野像の解析は、欠陥面積
が最小となるところを求めるか、欠陥部の輝度が最も明
るくなるところを求めるか、画面内を微分走査し最大微
分値が得られたところを求めるかのいずれか、若しくは
その組合せで行う構成を採用したので、全ての手法で同
じ結果が得られた場合にはそのデータの信頼性の高いこ
とが確認でき、異なる結果がでた場合にも欠陥の種別に
応じて最適な判定手法を選択することができる。
【００１３】また、本発明のレーザ欠陥検出機能を備え
た走査型電子顕微鏡は、少なくともｘｙｚ３軸方向の駆
動機構を備えた試料ステージ上の近接した位置に光学顕
微鏡と走査型電子顕微鏡とを備えた粒子欠陥検査装置で
あって、前記光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡のフォーカ
ス位置のずれ(オフセット)量を記憶する手段と、前記光
学顕微鏡で得られたレーザ暗視野像から該光学顕微鏡の
合焦位置を割り出すための解析を実行する手段と、前記
オフセット量に前記光学顕微鏡のフォーカス調整量を加
えて前記走査型電子顕微鏡のフォーカス調整を自動的に
行う制御手段とを備えたものであるから、従来装置に特
別のハードを必要とすることなく、コンピュータ内の機
能を充実されることで本発明のオートフォーカス機能を
実行するシステムを実現することが出来る。更に、本発
明のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡は、
粒子欠陥検査が、画面中の１つの欠陥を抽出するモード
と、複数を抽出するモードと、画面内全ての欠陥を抽出
するモードとを選択できる構成を採用できるので、粒子
欠陥が多い場合にも頻繁に両光学系の観察を繰返すこと
無く効率的にその検査を実行することが出来る。
た走査型電子顕微鏡は、少なくともｘｙｚ３軸方向の駆
動機構を備えた試料ステージ上の近接した位置に光学顕
微鏡と走査型電子顕微鏡とを備えた粒子欠陥検査装置で
あって、前記光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡のフォーカ
ス位置のずれ(オフセット)量を記憶する手段と、前記光
学顕微鏡で得られたレーザ暗視野像から該光学顕微鏡の
合焦位置を割り出すための解析を実行する手段と、前記
オフセット量に前記光学顕微鏡のフォーカス調整量を加
えて前記走査型電子顕微鏡のフォーカス調整を自動的に
行う制御手段とを備えたものであるから、従来装置に特
別のハードを必要とすることなく、コンピュータ内の機
能を充実されることで本発明のオートフォーカス機能を
実行するシステムを実現することが出来る。更に、本発
明のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡は、
粒子欠陥検査が、画面中の１つの欠陥を抽出するモード
と、複数を抽出するモードと、画面内全ての欠陥を抽出
するモードとを選択できる構成を採用できるので、粒子
欠陥が多い場合にも頻繁に両光学系の観察を繰返すこと
無く効率的にその検査を実行することが出来る。
【図１】本発明のオートフォーカス方式を実現するレー
ザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡システムの基
本構成を示す図である。
ザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡システムの基
本構成を示す図である。
【図２】シリコンウエハ面の異物粒子をレーザ暗視野像
を高感度ＣＣＤカメラで撮像したもので、フォーカスが
合った像とズレた像の比較図である。
を高感度ＣＣＤカメラで撮像したもので、フォーカスが
合った像とズレた像の比較図である。
【図３】顕微鏡画像面でのレーザ散乱光の信号分布を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】実サイズ0.3μｍの異物が表示画面上で見える
大きさを試料ステージのＺ軸方向位置をかえて計測した
グラフである。
大きさを試料ステージのＺ軸方向位置をかえて計測した
グラフである。
１ 走査型電子顕微鏡 ７ レーザ光源
１１ 鏡筒部 ８ ライト
１２ 二次電子検出器 ９ ＣＲＴ
３ 光学顕微鏡 １０ コンピュータ
４ 高感度ＣＣＤカメラ １５ コントロールボ
ックス ５ ＣＣＤカメラ ６ 試料
ックス ５ ＣＣＤカメラ ６ 試料
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
// Ｇ０１Ｒ 31/02 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ
(72)発明者 上本 敦
千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ
イコーインスツルメンツ株式会社内
Ｆターム(参考） 2G014 AA02 AA03 AB51 AB59 AC07
2G132 AA00 AD15 AF14 AL09
2H052 AA07 AC06 AC15 AC34 AD09
AF10
4M106 AA01 BA02 BA05 CA38 DB08
DB14 DB18 DB20 DB21
5C033 MM03
Claims (5)
- 【請求項１】 光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡のフォー
カス位置のずれ(オフセット)量を正確に把握しておき、
光学顕微鏡のレーザ暗視野像で欠陥を検出した後該暗視
野像を解析することにより該光学顕微鏡のフォーカスを
取り直し高さを合わせるステップと、走査型電子顕微鏡
による観察に移る際に前記オフセット量に前記光学顕微
鏡のフォーカス調整量を加えて自動的に走査型電子顕微
鏡のフォーカス調整を行うステップとからなるレーザ欠
陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡のオートフォーカ
ス方法。 - 【請求項２】 光学顕微鏡のフォーカスを取り直すため
の暗視野像の解析は、欠陥面積が最小となるところを求
めるか、欠陥部の輝度が最も明るくなるところを求める
か、画面内を微分走査し最大微分値が得られたところを
求めるかのいずれか、若しくはその組合せである請求項
１に記載のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微
鏡のオートフォーカス方法。 - 【請求項３】 少なくともｘｙｚ３軸方向の駆動機構を
備えた試料ステージ上の近接した位置に光学顕微鏡と走
査型電子顕微鏡とを備えた粒子欠陥検査装置であって、
前記光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡のフォーカス位置の
ずれ(オフセット)量を記憶する手段と、前記光学顕微鏡
で得られたレーザ暗視野像から該光学顕微鏡の合焦位置
を割り出すための解析を実行する手段と、前記オフセッ
ト量に前記光学顕微鏡のフォーカス調整量を加えて前記
走査型電子顕微鏡のフォーカス調整を自動的に行う制御
手段とからなるレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子
顕微鏡。 - 【請求項４】 光学顕微鏡のフォーカスを取り直すため
の暗視野像の解析手段は、欠陥面積が最小となるところ
を求める方式か、欠陥部の輝度が最も明るくなるところ
を求める方式か、画面内を微分走査し最大微分値が得ら
れたところを求める方式かのいずれか、若しくはその組
合せモードが選択できる請求項３に記載のレーザ欠陥検
出機能を備えた走査型電子顕微鏡。 - 【請求項５】 粒子欠陥検査は、画面中の１つの欠陥を
抽出するモードと、複数を抽出するモードと、画面内全
ての欠陥を抽出するモードとが選択できる請求項３又は
４に記載のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微
鏡。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001184697A JP4610798B2 (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡とそのオートフォーカス方法 |
| US10/171,797 US6621082B2 (en) | 2001-06-19 | 2002-06-13 | Automatic focusing system for scanning electron microscope equipped with laser defect detection function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001184697A JP4610798B2 (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡とそのオートフォーカス方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003007243A true JP2003007243A (ja) | 2003-01-10 |
| JP4610798B2 JP4610798B2 (ja) | 2011-01-12 |
Family
ID=19024413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001184697A Expired - Lifetime JP4610798B2 (ja) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡とそのオートフォーカス方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6621082B2 (ja) |
| JP (1) | JP4610798B2 (ja) |
Cited By (10)
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| JP2007071803A (ja) * | 2005-09-09 | 2007-03-22 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥観察方法及びその装置 |
| JP2009004610A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥観察装置及びその方法 |
| JP2009525571A (ja) * | 2006-02-03 | 2009-07-09 | カール・ツァイス・エヌティーエス・ゲーエムベーハー | 粒子光学式走査顕微鏡のための焦点合わせおよび位置決め補助装置 |
| US7601954B2 (en) | 2006-03-03 | 2009-10-13 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method and apparatus for reviewing defects |
| JP2009540511A (ja) * | 2006-06-07 | 2009-11-19 | エフ・イ−・アイ・カンパニー | 電子顕微鏡用ユーザ・インタフェース |
| JP2010073507A (ja) * | 2008-09-19 | 2010-04-02 | Hitachi High-Technologies Corp | 走査型電子顕微鏡装置およびその焦点あわせ方法 |
| US7843634B2 (en) | 2004-08-20 | 2010-11-30 | Nikon Corporation | Automatic focus detection device and microscope system having the same |
| JP2012009247A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Topcon Corp | 電子顕微鏡装置 |
| CN114113116A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种大口径元件表面微缺陷精确检测工艺方法 |
Families Citing this family (36)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5914613A (en) | 1996-08-08 | 1999-06-22 | Cascade Microtech, Inc. | Membrane probing system with local contact scrub |
| US6256882B1 (en) | 1998-07-14 | 2001-07-10 | Cascade Microtech, Inc. | Membrane probing system |
| US6445202B1 (en) | 1999-06-30 | 2002-09-03 | Cascade Microtech, Inc. | Probe station thermal chuck with shielding for capacitive current |
| US6914423B2 (en) | 2000-09-05 | 2005-07-05 | Cascade Microtech, Inc. | Probe station |
| US6965226B2 (en) | 2000-09-05 | 2005-11-15 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck for holding a device under test |
| DE10143173A1 (de) | 2000-12-04 | 2002-06-06 | Cascade Microtech Inc | Wafersonde |
| WO2003052435A1 (en) | 2001-08-21 | 2003-06-26 | Cascade Microtech, Inc. | Membrane probing system |
| JP2003303564A (ja) * | 2002-04-10 | 2003-10-24 | Seiko Instruments Inc | 走査型荷電粒子顕微鏡における自動焦点システム |
| US7492172B2 (en) | 2003-05-23 | 2009-02-17 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck for holding a device under test |
| US7057404B2 (en) | 2003-05-23 | 2006-06-06 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Shielded probe for testing a device under test |
| US7250626B2 (en) | 2003-10-22 | 2007-07-31 | Cascade Microtech, Inc. | Probe testing structure |
| DE112004002554T5 (de) | 2003-12-24 | 2006-11-23 | Cascade Microtech, Inc., Beaverton | Active wafer probe |
| US7187188B2 (en) | 2003-12-24 | 2007-03-06 | Cascade Microtech, Inc. | Chuck with integrated wafer support |
| US7075046B2 (en) * | 2004-07-28 | 2006-07-11 | University Of Vermont And State Agricultural College | Objective lens reference system and method |
| JP2008512680A (ja) | 2004-09-13 | 2008-04-24 | カスケード マイクロテック インコーポレイテッド | 両面プロービング構造体 |
| US7656172B2 (en) | 2005-01-31 | 2010-02-02 | Cascade Microtech, Inc. | System for testing semiconductors |
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| US7723999B2 (en) | 2006-06-12 | 2010-05-25 | Cascade Microtech, Inc. | Calibration structures for differential signal probing |
| US7403028B2 (en) | 2006-06-12 | 2008-07-22 | Cascade Microtech, Inc. | Test structure and probe for differential signals |
| JP4307470B2 (ja) * | 2006-08-08 | 2009-08-05 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 荷電粒子線装置、試料加工方法及び半導体検査装置 |
| US7755043B1 (en) | 2007-03-21 | 2010-07-13 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Bright-field/dark-field detector with integrated electron energy spectrometer |
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