JP2003346690A - 電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学軸の軸ずれおよび非点のずれは、画質低下
および分解能低下を引き起こしパターン或いは異物の大
きさを測定する際の測長精度および測長再現性を低下さ
せる要因となっていた。本発明は通常の業務フローであ
る測長或いは観察処理を停止させることなく前記軸ずれ
量を測定し自動的に補正を行うことを目的とするもので
ある。 【解決手段】本発明では通常の業務フローである測長或
いは観察処理において一連の処理フローに組み込まれた
形で実行される自動焦点調整処理の一部として光学軸の
軸ずれおよび非点のずれを自動補正する手段を提供す
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、ＬＳＩ，ＴＦＴ，
マスク、或いは半導体ウェハ等の試料において、電子線
の照射に起因して前記試料から放出される電子に基づく
情報からパターン或いは異物の形状を画像として形成す
る電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線の照射に起因して前記試料から放
出される電子に基づく情報からパターン或いは異物の形
状を画像として形成する電子顕微鏡において、光学軸の
軸ずれおよび非点のずれは、画質低下および分解能低下
を引き起こし、パターン或いは異物の大きさを測定する
際の測長精度および測長再現性を低下させる要因となっ
ている。

【０００３】従来前記光学軸の軸ずれおよび非点のずれ
による影響をなくすため、通常の業務フローである測長
或いは観察処理を行う前にオペレータが手動で光学軸の
調整を行う必要があった。光学軸の調整は複数の調整用
コイルの電流値を相互影響を考慮しながら正しく設定す
る必要があるため専門的な技術を必要とし、オペレータ
への負担となっていた。さらに光学軸の調整は定期的に
行う必要があるため、通常の業務フローである測長或い
は観察処理の業務効率低下の要因にもなっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】光学軸の軸ずれおよび
非点のずれの補正を行うためには、一旦通常の業務フロ
ーである測長或いは観察処理を停止させ、前記軸ずれを
補正するための特別な処理を実行する必要がある。この
ため、通常の業務フローである測長或いは観察処理の業
務効率低下、およびレシピ作成手順の煩雑化等の問題は
未だ改善されていない。

【０００５】本発明は、画質低下および分解能低下を引
き起こしパターン或いは異物の大きさを測定する際の測
長精度および測長再現性を低下させる要因となっている
光学軸の軸ずれおよび非点のずれを自動で補正する際、
通常の業務フローである測長或いは観察処理を停止させ
ることなく前記軸ずれ量を測定し補正を行うことがで
き、さらに前記軸ずれ補正をオペレータが意識する必要
をなくすことで、前記軸ずれ補正に関するオペレータの
負担を軽減することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明では、電子線の照射によって形成されたパタ
ーン或いは異物画像の焦点を自動で調整する自動焦点調
整機能の一部として光学軸の軸ずれおよび非点のずれを
補正する手段を提供する。前記自動焦点調整機能は通常
の業務フローである測長或いは観察処理において一連の
処理フローに組み込まれた形で行われるものであるた
め、通常の業務フローである測長或いは観察処理を停止
させ、前記軸ずれを補正するための特別な処理を実行す
る必要がない。前記構成により、通常の業務フローであ
る測長或いは観察処理を停止させることなく前記軸ずれ
量の測定，補正を行うことが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明実施例は、被検査試料上の
指定された位置に電子顕微鏡視野を設定し、電子線の照
射によって形成されたパターン或いは異物を測長或いは
観察する際、自動で画像の焦点を調整する自動焦点調整
処理実行中に光学軸の軸ずれおよび非点のずれを測定
し、補正することが可能である。また自動焦点調整処理
実行中に取得した光学軸の軸ずれ量および非点のずれ量
の推移をモニタリング，統計処理することができ、画面
上にモニタリング状況および統計処理結果を表示する。
さらに、統計処理することにより得られたデータを元
に、光学軸に関するハードウェアの老化，磨耗、および
突発的なハードウェア不良を検出し、検出した結果をオ
ペレータに通知する。

【０００８】以下に図面を用いて本発明の実施例を説明
する。図２は電子顕微鏡システムの構成を示すブロック
図である。本電子顕微鏡システムは、真空排気された試
料室２９内にある試料移動台３０上に設置された被検査
試料３１を撮像する電子顕微鏡筐体２８と、試料室２９
内の真空圧を一定に保つための真空ポンプ３２と、被検
査試料３１に電子ビームを照射するための高圧電源制御
装置３３と、電子顕微鏡筐体２８全体の過熱を防ぐため
に用いる冷却水の温度および量を一定に保つための冷却
水ポンプ３４とを備えている。

【０００９】なお、当該電子顕微鏡には図示しないが被
検査試料に対して照射された電子線に起因して放出され
る電子（二次電子や反射電子）を検出するための検出器
を備えており、当該検出器の出力に基づいて得られるパ
ターン或いは異物の形状を生成する機能を備えている。

【００１０】また、ポインティングデバイスやキーボー
ドに代表されるオペレータからの指示や電子顕微鏡撮像
に関する情報を入力するための入力装置２２と、電子顕
微鏡像撮像に関する情報や電子顕微鏡による撮像イメー
ジ，光学軸の軸ずれ量および非点のずれ量のモニタリン
グ状況および統計処理結果を表示／出力／記憶するため
の表示装置２３および出力装置２４および記憶装置２５
と、自動で画像の焦点を調整する自動焦点調整処理実行
中に光学軸の軸ずれ量および非点のずれ量を測定し、自
動的に補正を行う自動焦点調整処理部２６と、自動焦点
調整処理実行中に取得した光学軸の軸ずれ量および非点
のずれ量の推移をモニタリングし、統計処理を行う軸ず
れモニタリング部２７と、本電子顕微鏡システムを構成
する前記２２から３４の装置全体を制御，管理するため
の中央制御部２１（制御手段）を備えている。

【００１１】図１は本発明の一実施形態である自動焦点
調整処理のフローチャートである。以下図１のフローチ
ャートを用いて、自動焦点調整処理実行中に光学軸の軸
ずれ量および非点のずれ量を測定し、自動的に補正を行
う処理について説明する。一般的な自動焦点調整処理は
対物電流コイルの電流値を変化させながらＮ枚の画像を
取り込み、随時画像評価を行うことで最も焦点のあった
画像の対物電流値を算出することで自動的に焦点調整を
行っている。

【００１２】処理手順としては、対物電流値設定４，画
像の取り込み５，自動焦点調整用画像評価６がこれに相
当する。本発明ではまず現在の対物電流値における画像
を取り込み２，取り込んだ画像の一部をモデル画像とし
て切り出して記憶３する。前記モデル画像の移動を追跡
することにより対物電流値を変化させたことによるモデ
ル画像の移動量を算出することが可能となる。次に対物
電流コイルの電流値を変化させながら随時画像評価を行
う処理に加え、光学軸の軸ずれ量および非点のずれ量を
測定するためにモデル画像移動量算出７を行う。

【００１３】モデル画像移動量算出７では、対物電流値
設定４後撮像された画像において前記モデル画像をパタ
ーン検索し、モデル画像の位置を算出する。さらにモデ
ル画像記憶３におけるモデル画像の位置と、モデル画像
移動量算出７のパターン検索において得られたモデル画
像の位置の差分をとることにより、対物電流値を変化さ
せたことによるモデル画像の移動量を算出する。従っ
て、前記対物電流値設定４からモデル画像移動量算出７
をＮ回繰り返すことにより、従来機能である焦点調整用
画像評価値を算出するだけでなく、対物電流値を変化さ
せることにより得られた複数枚の画像におけるモデル画
像の相対的な移動量を算出することができる。

【００１４】次に前記モデル画像移動量算出７までで得
られたモデル画像の相対的な移動量を用いて光学軸のず
れ量を算出する。光学軸ずれ量算出８では、モデル画像
移動量と光学軸および非点のずれ量との関係を表す式を
定義し、モデル画像移動量から光学軸の軸ずれ量および
非点のずれ量を推測する。

【００１５】さらに前記光学軸ずれ量算出８で推測した
光学軸の軸ずれ量および非点のずれ量と予め定められた
規定値との光学軸ずれ量閾値判定９を行い、ずれ量が小
さい場合には従来機能である正焦点の対物電流値算出処
理１０を行い自動焦点調整処理を終了する。

【００１６】一方、光学軸の軸ずれ量および非点のずれ
量が大きい場合にはずれ量の自動補正を行う。光学軸ず
れ量補正１１では光学軸の軸ずれ量および非点のずれ量
と補正量との関係を表す式から補正量を推定し、ずれを
自動補正する。前記光学軸ずれ量補正１１により画質が
変化することが考えられるため、光学軸ずれ補正後の画
像を再度取り込み１２，自動焦点調整用画像評価１３を
実行した後、従来機能である正焦点の対物電流値算出処
理１０に移行する。

【００１７】以下に本発明の実施例をより具体的に詳述
する。電子ビームが対物レンズ（図示せず）の中心から
ずれた位置を通過した状態（軸がずれた状態）でフォー
カス調整を行うと、フォーカス調整に伴い視野の動きが
生じる。即ち少なくとも２つのフォーカス条件で得られ
た画像間に所定値以上のずれが認められた場合、それは
対物レンズの光軸に沿って電子ビームが照射されていな
いことになる。

【００１８】このような軸ずれは、対物レンズより電子
源側に設けられた電子ビームアライナー（図示せず）で
電子ビーム光軸を調整することで補正される。以下にそ
の調整条件を決定するための手法について説明する。

【００１９】電子ビームアライナーを所定の条件に設定
し、対物レンズを所定の条件（条件１）に設定した状態
で画像（画像１）を取得する。次に電子ビームアライナ
ーの条件をそのままにして、対物レンズの条件のみを所
定の値だけ変化させた状態（条件２）で画像（画像２）
を取得する。次に電子ビームアライナーの条件を変化さ
せ、対物レンズの条件を条件１，条件２にしたときの画
像(画像３，画像４)を取得する。

【００２０】次に画像１と画像２の視差（画像のずれ）
を画像処理により検出し、これを視差１として登録す
る。画像間の視差は例えば、画像１と画像２を画素単位
でずらしながら画像相関を求め、画像相関値が最大にな
る画像のずらし量から検出することが可能である。次に
画像３と画像４の視差（視差２）を上記の手法で検出す
る。

【００２１】そして視差１と視差２に基づいて、電子ビ
ームアライナーの最適値を計算して、アライナーに設定
する。

【００２２】本実施例では磁界形の対物レンズを用い
て、レンズ電流値をＩ１からＩ２へとΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ
２）だけ変化させたときに生ずる視差をΔＷｉ（複素変
数：ΔＸｉ＋ｊ・ΔＹｉ）とし、電子ビームの軌道計算
により、ΔＷｉを以下のように表す。

【００２３】 ΔＷ＝Ｋ・ΔＩ・（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ′・Ｂ） …（１） ここで、Ｋ，Ａ，Ｂは、測定の際の軸ずれ状態と、対物
レンズの動作条件（加速電圧や対物レンズの焦点距離、
或いは対物レンズの物点位置など）で決まるパラメータ
（複素数）である。また、軸がずれた状態における、電
子ビームアライナーの位置（偏向面）でのビームの離軸
量をＷＡＬ（複素変数：ＷＡＬ＋ｊ・ＹＡＬ，ｊ：虚数
単位）、この位置で光軸に対するビームの傾きをＷＡ
Ｌ′（複素変数：ΔＸｉ＋ｊ・Ｙｉ）としている。

【００２４】対物レンズに対して軸がずれた状態とは、
式（１）においてΔＷｉが０以外の値を持つことを意味
する。すなわち軸ずれが補正される電子ビームアライナ
ーの最適値とは、式（１）の右辺がΔＩによらず０にな
る条件を指している。この条件を書き出すと、 （ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ′・Ｂ）＝０ …（２） となり、この条件を満たすアライナーの条件が最適値と
なる。軸ずれがあるとアライナー偏向面では入射ビーム
の傾きも伴うため、これをＷＡＬ０′とし、アライナー
による偏向角（制御値）をＷＡＬ１′とすると、 ＷＡＬ′＝ＷＡＬ０′＋ＷＡＬ１′ …（３） で表される。よって、式（２）を満たすアライナーの条
件ＷＡＬ１′（アライナーの最適値）を求めることが軸
調整機能の目的となる。アライナーを電磁コイルで構成
する場合には、偏向角ＷＡＬ１′はアライナーのコイル
電流に比例する。以上の関係から式（１）を書き直す
と、 ΔＷｉ＝ΔＩ・（Ａ１＋ＷＡＬ１′・Ｂ１） …（４） が得られる。ここで、Ａ１，Ｂ１は以下の項をまとめた
ものである。

【００２５】 Ａ１＝Ｋ・（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ０′・Ｂ） …（５） Ｂ１＝Ｋ・Ｂ …（６） 式（４）より、アライナーの最適値ＷＡＬ１′は ＷＡＬ１′＝−Ａ１／Ｂ１ …（７） で与えられるため、Ａ１とＢ１を求めることにより、ア
ライナーの最適値を計算することができる。式（４）に
おいて、ΔＩは対物レンズの電流変化量であるから、既
知の値として予め決めることができる。したがって、ア
ライナーを予め定めた任意の２条件に設定し、その各々
においてΔＩに対する視差ΔＷｉを画像処理により検出
すると、式（４）より未知数Ａ１，Ｂ１を求めるための
方程式が得られる。この方程式からＡ１，Ｂ１を解くこ
とができるため、アライナーの最適条件を式（７）から
決定することができる。

【００２６】以上のような視野ずれ検出を定期的に行
い、視差が検出されたときにアライナーの調整を行うよ
うにすることで、常に適正な光学を維持することが可能
になる。また視差１がゼロ、或いは許容範囲内である場
合は、その後の処理を行うことなく、測定に戻るように
すれば、光軸調整のための行程を最小限の時間で終える
ことができるため、装置の高信頼性と高スループットの
両立を実現することが可能になる。

【００２７】図３は光学軸ずれモニタリング画面の実施
例である。以下図３の画面を用いて、光学軸の軸ずれ量
および非点のずれ量の推移をモニタリングする処理つい
て説明する。本発明では光学軸の軸ずれおよび非点のず
れのモニタリング状況および統計処理した結果を表示す
る光学軸ずれモニタWindow４１をもつ。前記光学軸ずれ
モニタWindow４１には、光学軸のずれに関する情報を表
示する光学軸ずれモニタ画面４２と、非点のずれに関す
る情報を表示する非点ずれモニタ４３がある。光学軸ず
れモニタ画面４２と非点ずれモニタ４３は、夫々ずれ量
のモニタリング状況を表示するグラフ４４と、システム
からのメッセージをオペレータに通知するためのStatus
Message 画面４５をもつ。ずれ量のモニタリング状況を
表示するグラフ４５は、時刻ｔ間隔である基準時刻ｔ０
からの相対的なずれ量の推移が一目でわかるようグラフ
表示し、ずれ量を数値で表示することができる。さら
に、ずれ量を統計処理しずれ量に関する特徴を記憶して
おくことにより、光学軸に関するハードウェアの老化，
磨耗、および突発的なハードウェア不良を検出し、オペ
レータに喚起を促すためグラフ中に特別な印（丸印）を
表示する。その際、StatusMessage画面４５にオペレー
タへのメッセージを併せて表示する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、画質低下および分解能
低下を引き起こしパターン或いは異物の大きさを測定す
る際の測長精度および測長再現性を低下させる要因とな
っている光学軸の軸ずれおよび非点のずれを補正するこ
とにおいて、通常の業務フローである測長或いは観察処
理を停止させることなく前記軸ずれ量を測定し自動的に
補正を行うことが可能となり業務効率の向上が実現でき
る。さらに光学軸の軸ずれおよび非点のずれをオペレー
タが意識する必要をなくすことができ、レシピ作成手順
の容易化等オペレータの負担を軽減することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である自動焦点調整処理に
関するフローチャート。

【図２】電子顕微鏡システムの構成を示すブロック図。

【図３】光学軸ずれモニタリング画面の実施例。

【符号の説明】

１…自動焦点調整処理、２，５，１２…画像取り込み、
３…モデル画像記憶、４…対物電流値設定、６…自動焦
点調整用画像評価、７…モデル画像移動量算出、８…光
学軸ずれ量算出、９…光学軸ずれ量閾値判定、１０…正
焦点対物電流値算出、１１…光学軸ずれ補正、１３…自
動焦点調整用画像評価。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 影山 晃 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造 統括本部那珂事業所内 Ｆターム(参考） 2F067 AA07 AA15 AA18 EE10 FF01 FF15 HH06 JJ05 RR24 RR30 RR31 RR44 SS01 SS03 SS13 5C030 AA06 AB02 5C033 UU02 UU06 UU08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子源と、当該電子源より放出される電子
   線を収束するための収束レンズと、当該収束レンズによ
   って収束された前記電子線が照射される試料を配置する
   ための試料台とを含む電子顕微鏡の構成要素と、当該構
   成要素を制御する制御手段と、前記試料に対する前記電
   子線の照射に起因して前記試料から放出される電子に基
   づく情報から前記試料上のパターン或いは異物の形状を
   画像として形成する手段と、前記画像を用いて通常の業
   務フローである測長或いは観察処理を停止させることな
   く光学軸の軸ずれ量を自動測定および自動補正する手段
   を備えることを特徴とする電子顕微鏡。
2. 【請求項２】請求項１において、 通常の業務フローである測長或いは観察処理において一
   連の処理フローに組み込まれた形で実行される自動焦点
   調整処理実行中に光学軸の軸ずれ量を自動測定および自
   動補正する手段を備えることを特徴とする電子顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、 自動測定した光学軸の軸ずれ量を逐次記憶する手段と、
   光学軸の軸ずれ量の推移をモニタリングする手段と、光
   学軸の軸ずれ量を統計処理する手段と、光学軸の軸ずれ
   量のモニタリング状況および統計処理結果をオペレータ
   に通知する手段とを備えることを特徴とする電子顕微
   鏡。
4. 【請求項４】請求項３において、 統計処理することにより得られたデータを元に光学軸に
   関するハードウェアの老化，磨耗、および突発的なハー
   ドウェア不良を検出する手段と、検出した結果をオペレ
   ータに通知する手段とを備えることを特徴とする電子顕
   微鏡。