JP4163654B2 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、試料表面に存在する微細な測定対象物の観察が可能な走査電子顕微鏡に関し、特に他の異物検査装置で測定した試料上の観察対象物の座標データを自身の座標系に適合するように変換して、観察対象物の観察時に利用する走査電子顕微鏡に関する。

走査電子顕微鏡は多くの研究開発分野で試料の微細な構造を観察するために用いられている。走査電子顕微鏡は、観察した観察対象物のＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像を画面上に表示する。また、この技術は半導体装置の微細構造観察にも応用されている。近年、半導体装置は微細化が進み、現在では半導体装置はパターン幅１５０ｎｍ以下で作製されている。このような半導体装置では、数十ｎｍ程度の異物・欠陥が半導体パターンを作製するウェーハ上に存在していただけで障害を発生することがある。障害の元となった異物・欠陥を詳しく調べるために、走査電子顕微鏡でこれらの異物・欠陥を観察する必要がある。以下、異物・欠陥のことを異物と総称する。

走査電子顕微鏡でこのような微小な異物を観察する場合は、予め光や電子をプローブとしてウェーハ上の異物の位置を特定する光学式ウェーハ外観検査装置やＳＥＭ式ウェーハ外観検査装置のような異物検査装置等で異物のウェーハ上での位置を測定し、その測定によって得られる座標データを元に異物を探し観察するのが普通である。例えば０.２μｍ程度の異物を走査電子顕微鏡で観察する場合は、最低でも５０００倍程度に異物を拡大してＳＥＭ像画面に表示する必要がある。ところが、ＳＥＭ像画面サイズの制限により一度に観察できる範囲には限りがあるため、異物検査装置から得た異物の座標データに誤差が大きく含まれていた場合は、異物がＳＥＭ像画面からはみ出してしまうことがある。例えば、ＳＥＭ像表示画面の大きさが１５０ｍｍ×１５０ｍｍの走査電子顕微鏡を使って１００００倍の倍率で異物を観察する場合、一度に観察できるＳＥＭ像の範囲は１５μｍ×１５μｍしかなく、異物検査装置からの座標データに±７.５μｍ以上の誤差が含まれていると、異物がＳＥＭ像表示画面から外れてしまい、異物を発見することができない。

特に、近年、レビューＳＥＭに代表される半導体検査装置では異物の検査処理能力が向上し、すべてのウェーハの、すべての異物の検査や、それら異物の判別、データ処理をすべて自動でできることが要求されている。そのため、特に異物の観察においては、異物がＳＥＭ像表示から外れてしまうと処理が中断するか、あるいは周辺に視野を移動して再検出するために処理に膨大な時間を要してしまい、膨大な数のウェーハを効率よく検査することが出来ない。

このため、他の異物検査装置から送られてくる異物の座標値を装置の座標系の違いや、ウェーハのオフセットずれ、回転ずれ、座標軸の寸法精度誤差等の誤差を加味し、補正する必要がある。これを補正するための方法として、下記特許文献１にあるような、各要因を補正するパラメータを取り入れた補正式を予め組み込んでおき、補正に使用する複数の異物を選択し、その異物の装置から送られてくる座標値と、測定されたウェーハ上の座標値を取得し、その値から補正式のパラメータを決定し、ウェーハ上のすべての異物に対し補正をかける方法が取り入れられている。

特開平１１−１６７８９３号公報

しかし、座標値の補正に使用する異物の座標値を取得するために異物の場所に移動する際に、十分に補正のかかっていない初期の段階では、異物が顕微鏡の視野から外れることがある。特に無人運転の際、適正に検出が行われないと処理が中断し、あるいは処理に膨大な時間を要することとなり、短時間で効率よく異物を検出することが出来なくなってしまう。

このため、異物が顕微鏡の視野から外れるのを防ぐために、異物を選択し測定を行うたびに全異物の座標値を補正することがよく行われる。しかし、この場合特に補正の初期の段階で選択した異物の座標値のもつ誤差の影響で、適正な補正がかからず他の異物が視野外になる場合がある。例えば初めの一点目は誤差の種類が分からないこともあり、ずれ量をそのまま引き算する補正を施す。

もし、ウェーハの位置がウェーハ座標系の座標軸に平行にずれているなどでウェーハ全体にそのずれ量が影響している場合は、その補正を施すことで二点目以降も視野外にならずに異物を検出することが出来る。しかしそのずれが回転によるものであれば、ウェーハ中央部とウェーハ外周部でずれ方が異なるため、初めの選択点が外周部であった時は中心部で異物が視野外となる可能性がある。複数の測定された座標データがあれば極端に大きなずれが観測されても、精度をよくするためにその点を除外することが出来るが、補正の初期の段階では測定されたずれ量がウェーハ全体で特異な量であるかどうかが分からない。

このように補正の初期段階では座標値の誤差の傾向がわからず、その値を頼りに補正を行うしかないため、極端に大きな誤差の場合など、補正の結果かえって視野外になりやすくなる場合がある。また、ウェーハ上にあるすべての異物の座標値を補正するためには出来るだけウェーハ全体から均等に、特定の領域に片寄ることなく補正に使用する異物を選択する必要がある。そのため異物の選択方法によってはウェーハを端から端まで頻繁に移動することになり、座標値の補正に多くの時間を要する。

これらの問題点を鑑みて、本発明では異物検査装置から送られてくる異物の座標データを走査電子顕微鏡の座標に変換する作業を簡便に効率よく行えるようにするための異物の選出方法を提供する。

上記目的を達成するために本発明においては、走査電子顕微鏡に、観察対象のウェーハ表面に存在する異物を、他の異物検査装置からの座標情報を元に電子線を用いて観察する際に必要な座標リンケージの微調整に用いられる座標補正式を、座標誤差演算装置で決定する際に用いる異物を選定する手段を設けた。

また、座標誤差演算装置で用いる異物を選定する際に、試料の中央に近い試料上の異物を初めに選択する点とし、以後試料の中央から遠ざかる方向に略螺旋状に試料上の観察対象物を選択する機能を設けた。ウェーハの回転によるずれは、ウェーハ中央で一番小さく、外周に向かうにつれて大きくなっていく。また、ウェーハのたわみや伸縮などからくるウェーハ座標系の寸法精度誤差も、中央部よりも外周部の方においてたわみや伸縮が大きいことから、中央部よりも外周部のほうが誤差は大きい。よってウェーハ中央部付近ではウェーハの設置位置のずれからくるオフセット誤差の影響がもっとも大きく、他の誤差の影響が小さい。このため、初めにウェーハ中央付近の異物を選択することで、誤った補正を施すことを少なくすることができる。また、前出の通り、中央から離れるにつれて大きくなる座標値の誤差においては、ウェーハ中央付近ではその影響が少ない。よって、試料の中央から遠ざかる方向に略螺旋状に試料上の観察対象物を選択することで、座標系の誤差の影響を少なくし、選択した異物が顕微鏡の視野外となることを少なくすることが出来る。このとき、ウェーハ上の異物を選定する条件、たとえば螺旋状に選択していく際のステージの移動量や移動量の変化量、異物選定を終了する条件、対象となる異物の大きさや形状などの条件をユーザが設定できるような設定手段を設けておくことが好ましい。

すなわち、本発明は、試料を保持して移動する移動ステージを有し、他の装置で取得されたウェーハ上の異物に関するウェーハ座標系の座標値を座標系変換式で変換して得られた補正座標系における補正座標に移動ステージを移動して異物を観察する機能を有する走査電子顕微鏡において、前記座標系変換式に使用する異物を選択する機能を有することを特徴とする。

また、前記異物選択手段において、ウェーハの中央に近いウェーハ上の異物を初めに選択する異物とし、以後ウェーハの中央から遠ざかる方向に略螺旋状にウェーハ上の観察対象物を選択することを特徴とする。このとき、前記取得手段の動作条件を手動又は自動で設定する機能を有するものとすることができる。

前記ウェーハ座標変換式は、他の異物検査装置で取得されたウェーハ上の複数の異物に関するウェーハ座標系における座標値と当該異物が実際に観察された走査電子顕微鏡のウェーハ座標系における座標値との誤差が最小になるように設定されたものであることを特徴とすることができ、また前記ウェーハ座標変換式は他の装置で取得されたウェーハ上の異物に関する前記ウェーハ座標系を、前記走査電子顕微鏡のウェーハ座標系ならびに前記試料ステージのステージ座標系に変換することを特徴とすることができる。

異物の座標値の補正において、初期段階の補正の誤りを防ぎ、誤差が少なく視野内に収まるように異物の座標値を補正することが出来る。また略螺旋状に異物を選択することで補正の精度を落とすことなく選択した異物間の移動距離を少なくすることが出来、検査速度を向上することが出来る。

[実施例１]
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による走査電子顕微鏡の一例の構成を示す図である。なお、以下走査電子顕微鏡を例にとって説明を行うが、これを光学的撮像装置の画像を用いることもできる。この場合、明視野光学系の画像を用いることも、暗視野光学系の画像を用いることも可能である。また、これらを組み合わせて、最初の特定の数点を選択する時は、明視野または暗視野光学系の画像を用い、それ以降はＳＥＭ画像を用いることもできる。この場合、最初の座標系間の大きなオフセットを画像領域の広い光学系撮像装置の画像を用いることで、より効果的に短時間に実行することが可能となる。これらは任意に組み合わせることが可能である。

図１に示す走査電子顕微鏡は、電子銃1、電子レンズ2、レンズ制御回路9、偏向器3、偏向制御回路10、二次粒子検出器4、アナログ／デジタル変換器11、アドレス制御回路12、画像メモリ13、制御手段14、ディスプレイ15、コンピュータ16、画像合成手段17、キーボード18、マウス19の入力手段等で構成されている。

電子銃1から放射された電子線7は電子レンズ2で収束され、偏向器3で２次元的に走査偏向されて試料5に照射される。試料5に電子線7が照射されると、試料の形状や材質に従った反射電子や二次電子等の二次粒子8が発生する。この二次粒子8を二次粒子検出器4で検出、増幅し、アナログ／デジタル変換器11でデジタル値に変換する。デジタル値に変換されたデータは画像メモリ13に記憶される。この時の画像メモリ13のアドレスとして、アドレス制御回路12が電子線の走査信号に同期したアドレスを生成する。また、画像メモリ13は、記憶したＳＥＭ像の画像データを随時、画像合成手段17に転送する。画像合成手段17は、コンピュータ16の表示メモリの画面データに画像データを合成してディスプレイ15にリアルタイムで表示する。

走査電子顕微鏡で観察される試料5は試料台6によって保持されている。また、移動ステージ21は制御装置14からの制御信号により試料台を３次元的に平行移動させたり、傾斜させたり、回転させたりして試料5に対する電子線７が走査する位置を変えることができる。走査電子顕微鏡には、結像光学系50及びＣＣＤカメラ51からなる光学的撮像装置が併設されている。制御装置14からの制御信号により移動ステージ21を光学的撮像装置の下方に位置づけることにより、試料（ウェーハ）5をＣＣＤカメラ51で撮像することができる。ＣＣＤカメラ51から得られた画像信号をコンピュータ16で処理することにより、試料台6上での試料5の位置（姿勢）を検出することができる。

図２は、走査電子顕微鏡のウェーハ座標系とステージ座標系の関係を示す図である。ステージ座標系は装置固有の座標系であり、この例ではステージ座標系31は移動ステージ21の移動原点Ｏを基準としている。ステージ座標系31は装置固有の座標系でウェーハの形状や、状態に左右されることなく常に一定であるが、装置間で共有することは出来ない。

これに対してウェーハ座標系は、ウェーハの形状に合わせて決定される座標系である。図２に示したように、半導体検査装置上のウェーハ座標系32のＸ軸43はウェーハ外周円の延長線34に接し、かつ、Ｖ型形状の切り欠きの端点35，36を結ぶ直線37に平行になるような直線であり、Ｙ軸44はウェーハ外形39に接し、かつ、Ｘ軸43に垂直な直線である。これらの座標系は同一ウェーハに対し一意的に決定することが出来、移動ステージに対してウェーハがどのような位置にあっても、ウェーハに対して常に一定の座標軸を定義することができる。従って、異なる装置間であっても、同一ウェーハを使用すれば理論的には同じウェーハ座標系による座標値を共有することができる。Ｖノッチと呼ばれるＶ型の形状の切り欠きはウェーハの位置を一意的に決めるためのものであるが、オリエンテーションフラットと呼ばれる、直線状の切り欠きの場合もある。また異物検査装置のウェーハ座標系30は、異物検査装置において以上と同様の定義で決定されているものとする。

ところが、以下に示すように座標変換の結果はウェーハ座標系に反映されるため、例えば原点のオフセットを補正した場合のウェーハ座標系33は、図２に示したように、元のウェーハ座標系32をオフセット分移動した座標系になる。従って、異物38の座標値は、座標補正をする前はウェーハ座標系32に基づく値、（Ｘ’,Ｙ’）であるが、座標補正した後では補正後のウェーハ座標系33に基づく値（Ｘ’’,Ｙ’’）に変わってしまう。これに対して、ステージ座標系31での異物38の座標値は座標補正前も後も（Ｘ，Ｙ）であり常に一定である。

これより、本発明では検出された異物の座標値を登録する際に、現在使用しているウェーハ座標系での座標値（Ｘ’,Ｙ’）あるいは補正後のウェーハ座標系での座標値（Ｘ’’,Ｙ’’）を登録すると共に、座標補正結果に依存しないステージ座標系での座標値（Ｘ,Ｙ）、すなわち座標補正後も有効な座標値を登録できるようにする。この異物の座標値をウェーハ座標系及びステージ座標系で登録（記憶）する機能は、例えばコンピュータ16内でソフト的に実現することができる。

図３は、半導体用走査電子顕微鏡を用いたウェーハ上の異物観察の手順を示したフローチャートである。図３に示したステップに先立って、異物検査装置を用いてウェーハ上の異物の座標測定が行われている。このときの異物の位置を示す座標系は、基本的には走査電子顕微鏡と同じウェーハ座標系が用いられるが、実際には異物検査装置の座標系と走査電子顕微鏡の座標系には微妙な誤差が存在するのが一般的である。

図３のステップＳ１において、異物検査装置で測定した異物の座標データを走査電子顕微鏡に読み込む。座標データはフロッピーディスクやＭＯなどの外部記録装置やネットワーク接続を介して異物検査装置から走査電子顕微鏡に渡される。次に、ステップＳ２において、異物検査装置で異物測定を行ったウェーハを走査電子顕微鏡にロードする。ステップＳ１とステップＳ２は順序が逆であってもかまわない。

次に、ステップＳ３のウェーハアライメントにおいて、走査電子顕微鏡の移動ステージ21上に保持されたウェーハの外形点のステージ座標系31での座標を測定し、ウェーハがステージ座標系に対してどの様な位置（姿勢）にあるかを調べる。具体的には、図１に破線で示すように、ウェーハを保持した移動ステージ21を結像光学系50とＣＣＤカメラ51からなる光学的撮像装置の下方に移動する。そして、図４に示すように、ウェーハ外形39上の5点、すなわちＶノッチ上の2点35，36及びウェーハ外周円上の3点61〜63のステージ座標系での座標を測定する。これらの座標値に基づいて、ウェーハ外周円の延長線であるウェーハ座標系33に接し、かつ、Ｖノッチの端点35，36を結ぶ直線37に平行になるような直線としてウェーハ座標系のＸ軸43を定め、ウェーハ外形39に接し、かつ、Ｘ軸43に垂直な直線としてＹ軸44を定める。こうしてウェーハ座標系32を定義する。

次に、ステップＳ４において、あらかじめ以後のステップでの座標系の補正に使用する異物の候補を選別する。異物検査装置からは検出された異物の座標データとともに、その異物の大きさや種類等を番号や記号を使って分類したデータが提供される。座標変換式の導出に使用する異物を選択するにあたって、この異物検査装置から提供された分類データを用いて、あらかじめ次のステップ以降で座標系の補正に使用する異物を選別しておくのが好ましい。例えば、走査電子顕微鏡の操作画面に座標変換式の導出に使用する異物の条件設定画面を表示し、座標登録すべき異物の大きさの上限や、除外する異物の種類等をマウスやキーボードを用いて指定できるようにする。特に必要がなければ、このステップは行わなくてもよい。

次にステップＳ５により、ステップＳ４で選択した異物の中から、ウェーハの中央に最も近い位置に登録されている異物を選ぶ。具体的には図５において、ウェーハの直径からウェーハの中心位置70を算出し、その中心位置と検査対象の異物の各距離を算出し、最も距離が短いものを一つ選ぶ。ステップＳ５はウェーハの中心位置を算出する演算手段と、ウェーハ中心と各異物、又は各異物間の距離を算出し、比較し最小値を算出する演算手段により行うことが出来、これらは例えばコンピュータ16でソフト的に実現できる。

次にステップＳ６で、異物を選択するためのベクトルａを作成する。ベクトルの決め方は任意の方法でかまわないが、ここでは一例として、ウェーハの中心位置70からステップＳ５で選択した異物の位置に向かうベクトルを作成する。

次のステップＳ７で、異物検査装置から送られて来た異物の座標データ、又は先のステップで補正された異物検査装置の異物の座標データ（後述のウェーハ座標系33での異物の座標データ）に基づき、選択した異物の位置に移動し、走査電子顕微鏡でのウェーハ座標系32の座標値と、ステージ座標系31の座標値を測定する。異物の位置にステージを移動させるには、まず異物のウェーハ座標系の座標データに基づくステージ座標系の座標値を指定する必要がある。異物検査装置のウェーハ座標系30の座標データ又は座標変換後の半導体検査装置ウェーハ座標系33の座標データを、走査電子顕微鏡でのステージ座標系31の座標データに変換するには、図４より、下記〔数１〕から異物検査装置のウェーハ座標系30の座標データ又は補正後走査電子顕微鏡のウェーハ座標系33の座標値（ｘ_１，ｙ_１）を、ステージ座標系の座標値（ｘ_２，ｙ_２）に変換することができる。

ここで、〔数1〕のパラメータθ,ａ,ｂはステップＳ３でのウェーハアライメントから算出される、ウェーハ座標系とステージ座標系の回転誤差量、ならびにオフセット誤差量である。

このようにして得られた座標値を元に異物の位置にステージを移動させ、補正を行わない走査電子顕微鏡のウェーハ座標系32で測定した異物の座標値（ｘ_２，ｙ_２）、及びステージ座標系31で測定した異物の座標値（ｘ，ｙ）を登録する。移動先に異物が見つからない場合は、その付近に検出された異物をその座標データに対応する異物として検出し、座標値を登録する。

このとき、異物の位置を検出する方法は例えばパターンのあるところであれば、異物のある画面と同じパターンの場所で異物のない画面とを画像処理手段で比較して異物のある部分とない部分の形状やコントラストなどの違いとして認識することができる機能を持たせることで、また、パターンのない画面であれば、異物の周囲との形状やコントラストの違いを画像処理手段により自動検出する機能を持たせることで、異物の位置を測定することができる。なお、オペレータがいる場合は、オペレータが画面上でカーソルを合わせるなどの手段により手動で指定することもできる。

ステップＳ７で取得した座標データを元に、ステップＳ８ですべての異物に対し、補正なし走査電子顕微鏡のウェーハ座標系32における座標値の補正（異物アライメント）を行う。この補正では、異物検査装置の座標値(ｘ_１，ｙ_１)を下記〔数２〕に代入して得られる補正座標値(ｘ_２，ｙ_２)と、ステップＳ７において測定した走査電子顕微鏡上のウェーハ座標系32での異物の座標値(ｘ_３，ｙ_３)との誤差の総和が最小になるように、〔数２〕のパラメータθ’’、ａ、ｂ、を決定する。例えば、最小二乗法等により、誤差の総和を最小にすることが可能である。θ’’はウェーハ座標系32とウェーハ座標系33の図４における角度誤差θ−θ’にあたる。

複数の異物の座標値を測定している場合はそれらすべてに対し、(ｘ_３，ｙ_３)と(ｘ_２，ｙ_２)との誤差が最小になるように〔数２〕のパラメータθ’’、ａ、ｂを決定する。

パラメータ決定後、〔数２〕を用いて全異物のウェーハ座標系30の座標値を変換する。ただし、ベクトルａに関しては座標値変換を行わず、〔数２〕により変換された新しいウェーハ座標系33において、既存の数値のまま使用することが好ましいが、この限りではない。

ステップＳ８は、装置間の座標誤差を計算する座標誤差演算手段、座標変換式の定数を決定して座標変換式を作成する座標変換式設定手段、作成された座標変換式を用いて異物検査装置からの座標値を走査電子顕微鏡用に変換する座標変換手段によって実現される。そして、これらの各手段は、例えばコンピュータ16内でソフト的に実現することができる。

ステップＳ８は検出精度を高めるために登録した異物を検出するごとに行うのが好ましいが、ある一定の個数、異物選択するごとに行うこともでき、また選択したすべての異物を検出した後に行うこともできる。

次にステップＳ９で、座標値の補正に使用する異物の登録を終了するかの判定を行い、この判定に従い次に行うステップを決定する。この異物登録終了条件としては例えばあらかじめ設定した測定を行う異物の個数と、測定した異物の個数とを比較し、数が等しくなれば登録を終了させる条件や、またステップＳ７で測定した走査電子顕微鏡でのウェーハ座標系32の座標値と、ウェーハ座標系33の座標値との誤差を計算し、その誤差が規定値以下であれば登録を終了する，といった条件が挙げられる。以上のような異物登録終了条件設定手段は例えば走査電子顕微鏡の操作画面に異物の取得終了条件に関する設定画面を表示し、終了条件や終了条件に関するパラメータ、例えば検出する個数や座標値の誤差範囲などをマウスやキーボードを用いて指定できるようにすることで実現できる。なお、異物登録に関しては、あらかじめユーザが設定した異物登録終了条件に基づきその設定条件に従って自動で終了させることもできるし、オペレータが任意のタイミングで終了させることもできる。

ステップＳ９において異物登録終了条件を満たさない場合は、ステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０では、図５に示すようにベクトルaを角度θ回転し、α倍したベクトルを作成し、そのベクトルを新たにベクトルａとする。一例として、θ＝360°／ｎ（ｎ：整数、4〜8）、α＝(Ｌ／Ａ)^(1/３ｎ)（Ｌ：ウェーハの半径、Ａ：初めに決定したベクトルａの長さ）を挙げておくが、必ずしもこの値である必要はない。また、角度θや倍率αは必ずしも固定である必要はなく、ある一定の条件にしたがって変化させることもできる。例えば、ベクトルａを一周させてから倍率αをかけるように設定する、またウェーハ外周に近づくにつれて角度θを大きくする、といった条件を設けることもできる。また角度θや倍率αの値はキーボード又はマウスなどで条件を入力可能な入力画面をコンピュータ16などで提供することにより、あらかじめユーザが設定することもできる。その際、ベクトルａの軌跡を画面上で確認できるようにすると便利である。

次にステップＳ１１に移り、ステップＳ１０で決定したベクトルａの終点の位置からの距離が最も近い異物のうち、過去に一度も選択していない異物を選択する。ただし、ベクトルａの終点から半径ｒの範囲内に過去に選択していない異物がない場合は、異物を選択せずもう一度ステップＳ１０を実行するのが好ましいが範囲ｒを広げて再検索を行うなど、条件はこの限りではない。範囲ｒは例えばｒ＝Ｌ／10（Ｌ：ウェーハの半径）があげられるが、必ずしもこの値である必要はなく、θやα同様に一定条件のもとに可変させることもできる。その後、ステップＳ８に戻り、異物登録終了条件を満たすまで、ステップＳ８〜ステップＳ１１を繰り返す。ステップＳ１０、Ｓ１１において、ベクトルaの座標値演算、上記パラメータ設定手段に基づくパラメータθやα、ｒの設定、またステップＳ１１においての距離比較手段ならびに異物選択手段は例えばコンピュータ16を用いて行うことができる。また、前記パラメータの設定について、異物選択手段設定条件又は前記設定条件を規定するパラメータの履歴、異物の分布等の異物に関する情報、異物検査装置に関する情報などから前記パラメータを設定する機能により自動で設定できる。

ステップＳ９において異物登録終了条件を満たした場合は、続くステップＳ１２で異物観察を行う。座標補正式により新たに定義されたウェーハ座標系33上で、異物検査装置からの座標値を変換して異物を探し、ＳＥＭ像で異物を観察する。実際に顕微鏡の視野中心に異物を移動させる時は、上記〔数１〕で半導体走査型顕微鏡でのウェーハ座標系33の座標値を、ステージ座標系31の座標値に変換して、その座標値の位置にステージを移動する。この場合、ステップＳ５〜Ｓ１１で座標補正に使用した異物については座標補正式により変換されたウェーハ座標系33の座標値を変換して用いてもよいが、あらかじめ登録されてあるステージ座標系31の座標値を用いるのが好ましい。

以上では、異物検査装置のウェーハ座標系30を半導体検査用走査電子顕微鏡のウェーハ座標系33に変換する方法を示したが、これとは逆に半導体検査用走査電子顕微鏡のウェーハ座標系32を異物検査装置のウェーハ座標系30に変換することもできる。この場合、ステップＳ７において測定した異物のウェーハ座標系32での値（ｘ_２，ｙ_２）を下記〔数３〕で変換した補正座標値（ｘ_２’，ｙ_２’）と、対応する異物検査装置の座標値（ｘ_１，ｙ_１）との誤差が最小となるように下記〔数３〕のパラメータθ’、ａ’、ｂ’を決定する。この場合も、複数の異物の座標値を測定している場合はそれらすべてに対し(ｘ_２，ｙ_２)と(ｘ_２’，ｙ_２’)との誤差が最小になるように〔数３〕のパラメータを決定する。この場合、図５より変換後の異物検査装置ウェーハ座標系33上の座標値（ｘ２’，ｙ２’）は以下の〔数４〕により半導体検査用走査電子顕微鏡のステージ座標系31に変換される。

なお、以上では座標系のオフセット誤差ならびに回転誤差のみを考えたが、他の誤差要因を含む場合も同様に補正を行うことができる。その一例として、異物検査装置のウェーハ座標系と、半導体走査電子顕微鏡のウェーハ座標系の間に生じるオフセット誤差、回転誤差、ウェーハ座標系のＸ軸、Ｙ軸の寸法精度誤差の補正を考える。この場合、異物検査装置のウェーハ座標系30での座標値を下記〔数５〕で変換した値と、測定した対応する半導体検査用電子顕微鏡のウェーハ座標系32での座標値との誤差が最小になるように〔数５〕のパラメータを決定することで補正を実施することができる。

ここで、（ｘ１，ｙ１）は異物検査装置の異物座標、（ｘ，ｙ）は走査電子顕微鏡の異物座標、（ｃ、ｄ）は座標系間の原点オフセット、αはウェーハ座標系の直交性誤差、βは座標軸間の角度誤差、ｍはＸ軸の寸法精度誤差、ｎはＹ軸の寸法精度誤差を表す。

また、これらの式は固定でなく、例えば異物の選択個数に応じて補正に使用する式を選択するなど、最適な補正を施すことができるように変更することができる。また、以上の式はあくまで一例であり、他の補正項を含めた補正式を適用することも場合によっては有効である。

［実施例２］
ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ１０、Ｓ１１に示した異物の選択方法は以下のように実施することもできる。図６にこのフローチャートを示す。

図６において、初めにステップＳ１〜Ｓ３を実行する。実施例１におけるステップＳ１〜Ｓ３と同様であるので、詳細については省略する。

次にステップＳ１３において、図７のようにウェーハの中央を取り囲むような境界線を設定し、ウェーハ表面を複数の領域に分割する。ただし、各境界線は閉じているものとし、また他の境界線と交わることのないようにする。図７では例としてウェーハの中央を円の中心とする同心円状の４つの境界線81と、それによって分割された５つの領域82〜86を設定しているが、分割方法、形状はこれに限らない。

続くステップＳ１４において、各領域において補正に使用する異物を複数選択する。異物の個数は各領域で変える事が出来る。一例として図７の場合、各領域で１〜５個の異物を選択している例をあげている。黒く塗られた四角、丸、三角は選択した異物を表す。外周に近い領域ほど多くの異物を選択するのが好ましく、また確率的に均等な分布になるように異物を選択するのが好ましいが、選択方法はこれに限らない。

次に、ステップＳ１５において選択した異物の観察順番を設定する。以下に選択方法の一例を示す。図７に示すように、まずウェーハ中央の領域に含まれる異物のうち、中央に最も距離の近い異物を一つ選択する。次に、同じ領域内に選択した異物がある場合は、ウェーハ中央を中心に時計回りに順に異物を選択し、順番を決定する。Ｓ１６において、同一領域内に選択できる異物がなくなった場合は、一つウェーハ外周よりの領域に移動し、前の領域で最後に選択した異物から最も距離の近い異物を選択する。以後、順に領域をウェーハ外周側に移動させ、各領域で異物を時計回りに選択していく。以上の選択方法はあくまで一例であり、方式はこれに限らない。

ステップＳ１３での境界設定手段、ステップＳ１４の異物選択手段、ステップＳ１５の異物観察順番設定手段は例えばコンピュータ16上で行うことができる。また前記境界設定手段、異物選択手段、異物観察順番設定手段の条件又は条件を規定するパラメータをキーボード又はマウスなどで入力可能な入力画面をコンピュータ16などで提供することにより、あらかじめユーザが設定することが可能である。前記境界設定手段、異物選択手段、異物観察順番設定手段の条件又は条件を規定するパラメータは各手段又は各手段を規定するパラメータの履歴や、異物の分布等の異物に関する情報、異物検査装置に関する情報から前記パラメータを設定する機能により自動で設定できる。

次にステップＳ７、Ｓ８で座標値の測定、登録、異物のアライメントを実行する。実施例１と同様であるので、詳細については省略する。

次にステップＳ９で異物登録終了条件を満たしているかの判定を行い、その結果に従い次に行うステップを決定する。ステップＳ９の詳細については省略するが、異物登録条件を満たさなかった場合はステップＳ１６に移動し、ステップＳ１６、Ｓ７〜Ｓ９を繰り返す。異物登録条件を満たす場合はステップＳ１２に移動し、異物の観察を行う。ステップＳ１２の詳細は省略する。

本発明による走査電子顕微鏡の一例の構成を示す。 本発明による走査電子顕微鏡ウェーハ座標系とステージ座標系の位置関係を示す説明図。 実施例１における半導体用走査電子顕微鏡を用いたウェーハ上の異物観察手順を説明するフローチャート。 ステージ座標系とウェーハ座標系及び変形されたウェーハ座標系の関係を示す説明図。 実施例１における本発明による異物選択方法の説明図。 実施例２における半導体用走査電子顕微鏡を用いたウェーハ上の異物観察手順を説明するフローチャート。 実施例２における本発明による異物選択方法の説明図。

符号の説明

1・・・電子銃、２・・・電子レンズ、３・・・偏向器、４・・・二次粒子検出器、５・・・試料、６・・・試料台、７・・・電子線、８・・・二次粒子、９・・・レンズ制御回路、１０・・・偏向制御回路、１１・・・アナログ／デジタル変換器、１２・・・アドレス制御回路、１３・・・画像メモリ、１４・・・制御手段、１５・・・ディスプレイ、１６・・・コンピュータ、１７・・・画像合成手段、１８・・・キーボード、１９・・・マウス、２１・・・移動ステージ、３０・・・異物検査装置ウェーハ座標系、３１・・・ステージ座標系、３２走査電子顕微鏡ウェーハ座標系、３３・・・補正後走査電子顕微鏡ウェーハ座標系、３４・・・ウェーハ外形線、３５、３６・・・Ｖノッチ端点、３７・・・Ｖノッチ端点を結ぶ直線、３８・・・異物、３９・・・ウェーハ外形、４３・・・走査電子顕微鏡ウェーハ座標系Ｘ軸、４４・・・走査電子顕微鏡ウェーハ座標系Ｙ軸、５０・・・結像光学系、５１・・・ＣＣＤカメラ、６１，６２，６３・・・ウェーハ外周点、７０・・・ウェーハ中心、７１・・・ウェーハ中心近傍にある最初の異物、７２・・・角度θ回転し、長さをα倍したベクトルａの終点付近にある異物、８１・・・境界線、８２〜８６・・・８１の境界線によって分割された領域。

Claims (4)

1. 試料を保持して移動する移動ステージを有し、他の装置で取得された前記試料上の特徴物に関する試料座標系の座標値を座標変換式で変換して得られた、補正座標系における座標値の示す場所に前記移動ステージを移動して前記特徴物を観察する機能を有する走査電子顕微鏡において、
   前記試料上の中央に近い前記特徴物を初点として、前記試料の中央から遠ざかる方向に略螺旋状に前記試料上の特徴物を選択する手段を有することを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 前記座標変換式は、前記他の装置で取得された前記試料上の複数の特徴物に関する前記試料座標系における座標値と、当該特徴物が実際に観察された前記走査電子顕微鏡の試料座標系における座標値との誤差が最小になるように設定されたものであることを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
3. 前記特徴物選択手段において、前記試料上を、前記試料上の中央を囲む複数の閉じた各々交わらない境界線により複数の領域に分割し、前記複数の領域のうち、中央の領域から外部に順に領域を選択し、同時に各領域に含まれる前記特徴物を選択していくことを特徴とする、請求項１又は２に記載の走査電子顕微鏡。
4. 前記特徴選択手段が、特定の条件が満たされれば、自動的に選択を終了するステップを有することを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。

Images