JP3987267B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents
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Description
【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）１５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AP1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。AP1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,nya)(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，AP2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２１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,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)，(dxm12,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ＳＥＭ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３４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ＳＥＭ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,ydof)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,ym)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(ddix,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１２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,yoffset)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(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。
【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CONV2によって指示座標値(xxa,yya)へ変換する。DIV1は、ADD1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,nny)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(xmt,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,ymt1i)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。
【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４０B（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１７B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。
【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,yoffset)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CONV2によって指示座標値(xxa,yya)へ変換する。DIV1は、ADD1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,ddy)を用いた補正を行い新たな補正後移動目標位置(xmt,ymt)を求める。こうして求められた(xmt,ymt)、(xxs,yys)、(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ＡＰ１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ＡＰ２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(xst,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(xm1,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１７B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１７B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(nxm1,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、DvNoB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(nxm1,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,dymb2)，…，(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)，…，(dxmai,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、DvNoB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)，…，(xmtai,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、DvNoB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(nxm1,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,ymtb1)，(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,ymta1)，(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、DvNoB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…ＳＥＭ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、１３…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ＳＥＭ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
【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）１５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AP1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。AP1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,nya)(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，AP2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２１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,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)，(dxm12,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ＳＥＭ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３４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ＳＥＭ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,ydof)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,ym)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(ddix,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１２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,yoffset)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(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。
【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CONV2によって指示座標値(xxa,yya)へ変換する。DIV1は、ADD1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,nny)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(xmt,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,ymt1i)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。
【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４０B（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１７B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。
【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,yoffset)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CONV2によって指示座標値(xxa,yya)へ変換する。DIV1は、ADD1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,ddy)を用いた補正を行い新たな補正後移動目標位置(xmt,ymt)を求める。こうして求められた(xmt,ymt)、(xxs,yys)、(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ＡＰ１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ＡＰ２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(xst,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(xm1,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１７B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１７B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(nxm1,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、DvNoB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(nxm1,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,dymb2)，…，(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)，…，(dxmai,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、DvNoB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)，…，(xmtai,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、DvNoB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(nxm1,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,ymtb1)，(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,ymta1)，(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、DvNoB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…ＳＥＭ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、１３…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ＳＥＭ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 (7)
- 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、
同じ工程により製造された複数の試料上での互いに相当する同一箇所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前記観察位置に対応する移動目標位置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前記観察位置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、次回以降に前記同じ工程により製造された異なる試料上の前記観察位置に相当する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し、
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、
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。 - 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、
同じ工程により製造された複数の試料上での互いに相当する同一箇所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前記観察位置に対応する移動目標位置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前記観察位置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、次回以降に前記同じ工程により製造された異なる試料上の前記観察位置に相当する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し、
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、
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。 - 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。
- 請求項１〜３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。
- 請求項４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。
- 請求項１〜３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。
- 請求項６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。
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