JPH02234336A - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、走査電子顕微鏡に関し、特に、半導体集積回
路装置の製造工程にふける外観検査などに用いられる走
査電子顕微鏡に適用して効果のある技術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の製造においては、集積
回路パターンの一層の微細化などに伴って、従来の光学
顕微鏡に代えて、より高分解能で精細な観察が可能な走
査電子顕微鏡が製造プロセスの評価などに用いられるに
至っている。

すなわち、株式会社プレスジャーナル、昭和６０年７月
２０日発行「セミコンダクタ・ワールドＪ　１９８５年
８月号、Ｐ１０２〜Ｐ１１４、などの文献に記載されて
いるように、電子線によって試料の表面を走査し、この
時、試料の表面から発生する二次電子や反射電子の強度
と、電子線の走査位冒とに基づいて、電子線の走査に同
期した陰極線管などの画面に高倍率の拡大画像を表示さ
せ、試料に形成されている集積回路パターンの寸法測定
や欠陥の有無などの外観検査などを行うものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、半導体集積回路装置の製造プロセスでは、観
察すべき試料の材質や形態などが多様であるため、各種
の試料に応じて高分解能で精密な観察を行うためには、
走査する電子線の加速電圧、プローブ電流などの諸条件
を試料の特質に応じて最適に設定する必要がある。

ところが、これらの条件を変化させた場合には、電子線
を制御する電子光学系に軸ずれが生じるため、そのまま
では高分解能による精細な裏察は望めない。

このため、たとえば、電子光学系の軸ずれを補正するた
めに軸ずれ補正コイルに流す電流の絶対値を、電子線の
異なる加速電圧毎に手動調整によって記憶させておき、
観察条件が変化する毎に、対応する軸ずれの補正電流値
を選択して設定することが考えられるが、観察中におけ
る電子光学系の軸の経時的な変化に際しては作業者が手
動調整せざるを得す、作業者の熟練度などによって軸ず
れの補正精度、すなわち分解能が左右されることとなり
、その装置の持つ分解能などの性能を充分に発揮させる
ことが難しいという問題がある。

そこで、本発明の目的は、作業者の熟練度などに影響さ
れることなく、常に最大限の性能を発揮することが可能
な走査電子顕微鏡を提供することにある。

本発明の他の目的は、電子光学系の軸ずれを自動的に補
正して操作性を向上させることが可能な走査電子顕微鏡
を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決丁るための手段〕

本顆において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明になる走査電子顕微鏡は、対象物に向
けて電子線を放射する電子線源と、電子線の経路に設け
られ、少なくとも電子線の対象物に対する焦点位冒およ
び走査を制御する電子光学系と、この電子光学系の一部
をなし、当該電子光学系の軸ずれを補正する軸ずれ補正
コイルと、電子線の照射によって対象物から発生する二
次電子および反射電子の少なくとも一方の量を検出する
検出器と、この二次電子および反射電子の少なくとも一
方の検出量と電子線の走査位置とに基づいて対象物の観
察画像を構成する表示手段と、焦点位置を変化させるこ
とにより電子光学系の軸ずれ量に応じて生じる観察画像
の移動量を求める第１の手段と、移動量と当該移動量に
対応する軸ずれ量を補正するための軸ずれ補正コイルへ
の相対指令電流値とを対応させて記憶する第２の手段と
、第１の手段によって検出された観察画像の移動量に対
応する電子光学系の軸ずれ量が所定の許容範囲を逸脱し
た場合に、操作者に対して警報を発するとともに、第２
の手段から現在の軸ずれ量に対応する相対指令電流値を
読み出して軸ずれ補正コイルに与えることにより、電子
光学系の軸ずれを補正する動作を行う第３の手段とを備
えたものである。

〔作用〕

上記した本発明の走査電子顕微鏡によれば、たとえば、
第３の手段によって発せられる警報により、電子光学系
の軸ずれか、当該走査電子顕微鏡の性能を最大限に引き
出し得る所定の許容範囲から逸脱したことを作業者に客
観的に認識させることができるので、電子光学系の軸ず
れの認識や、補正摸作が作業者の熟練度などに左右され
ることがなくなり、走査電子顕微鏡の性能を最大限に発
揮させることが可能となる。

また、電子光学系の軸ずれの補正操作が自動的に行われ
るので、経時的な電子光学系の軸ずれや、多様な対象物
を観察すべく、電子線の加速電圧などの諸条件を比較的
頻繁に切り換える場合でも、作業者が手動操作などによ
って煩雑な軸ずれの補正作業を行う必要がな《、操作性
が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例である走査電子顕微鏡を、図面
を参照しながら詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の構
成の一例を示すブロック図であり、第２図は、その作用
の一例を説明する説明図である。

たとえば、水平面内に右ける移動および水平面からの傾
動などが自在な試料台１０の上には、半導体基板などか
らなる対象物２０が載冒されており、この試料台１０の
上方には、当該試料台１０に載置された対象物２０に向
けて電子線３０を放射する電子線源４０が配置されてい
る。

この電子線ＩＷＩ４０から対象物２０に到る電子線３０
の通過経路を取り囲む位置には、対象物２０に到達する
電子線３０のスポットサイズや電流値などを制御する収
束レンズ５１と、当該電子光学系５０における軸ずれを
補正する軸ずれ補正コイル５２と、観察画像の明るさ；
　コントラスト，焦点深度などを調整する対物絞り５３
と、対象物２０に対する電子線３０の入射位置すなわち
走査を制御する偏向コイル５４と、電子線３０の対象物
２０に対する焦点位置を制御する対物レンズ５５とから
なる電子光学系５０が設けられている。

この電子光学系５０の軸ずれ補正コイル５２および偏向
コイル５４，対物レンズ５５は、それぞれ、補正電流制
御部５２・ａおよび走査電源部５４ａ．レンズ電流制御
１ｆｆｌ５５ａを介して、たとえばマイクロプロセッサ
などからなる信号制Ｉｌｌ部７０（第３の手段）に接続
されており、当該信号制御部７０によって各々の動作が
統轄して制御されている。

また、対象物２０が載胃された試料台１０の近傍には、
対象物２０に右ける電子線３０の照射部位から発生する
二次電子または反射電子３０ａの強度を検出して電気的
な信号の大小に変換する検出器６０が配置されてふり、
この検出器６０は前記信号制御部７０に接続されている
。

さらに、信号制御部７０には、複数の画像メモリ９１お
よび画像メモリ９２と、陰極線管などからなる表示部８
０が接続されている。

そして、信号制御部７０は、偏向コイル５４による電子
線３０の対象物２０に対する走査位置と、当該走査位置
から検出器６０を介して検出される二次電子または反射
電子３０ａの強度を輝度変調して得られる信号とから、
画像メモリ９１および９２に、対象物２０の、電子線３
０の正焦点および過焦点または不足焦点における拡大画
像を個別に構成するとともに、この画像メモリ９１およ
び９２から画像情報を読み出して、表示郎８０に表示さ
せる動作を行うものである。

この場合、信号制御部７０には、画像メモリ９ｌおよび
９２に格納されている画像情報から、たとえばパターン
マッチング技術などによって、電子線３ロを正焦点から
過焦点または不足焦点に変化させる際に、表示部８０に
出力される同一の観察画像の、電子光学系５０の軸ずれ
などに起因して生じる位冒ずれ量を検出するパターンマ
ッチング処理ｉｌ９０が接続されている。

さらに、信号制御部７０には、軸ずれ補正値記憶１ｉｌ
Ｂ１００が接続されている。この軸ずれ補正値記憶部１
００には、焦点位置を変化させる際に表示部８０に出力
される観察画像の電子光学系５０の軸ずれなどに起因す
る位置ずれ量と、この位置ずれ、すなわち軸ずれの補正
に必要な、軸ずれ補正コイル５２に対する指令電流の現
在値からの増減量を示す相対指令電流値とが、あらかじ
め各加速電圧毎などに対応づけて、格納されている。

そして、信号制御部７０は、前述のパターンマッチング
処理部９０において検出された観察画像の位胃ずれ最、
すなわち電子光学系５０の軸ずれ量が、所定の許容値を
逸脱している場合には、たとえば、表示ｆｌｓ８０にそ
の旨を報知する文字や画像情報を表示して、操作者に認
識させる動作を行うものである。

さらに本実施例の場合には、信号制御部７０は、当該位
置ずれ量に応じた軸ずれ補正コイル５２への相対指令電
流値を軸ずれ補正値記憶ａｇｔｏｏから読み出して補正
電流制御部５２ａに与える動作を、位置ずれ量が所定の
値以下になるまで繰り返すことにより、電子光学系５０
の軸ずれの補正操作を自動的に行うようにプログラムさ
れている。

な右、特に図示しないが、前記試料台１０や電子線源４
０．電子光学系５０などは、所定の真空室内に収容され
ており、電子線３０の経路は高い真空度に保たれる構造
となっている。

以下、本実施例の走査電子顕微鏡の動作の一例を説明す
る。

まず、軸ずれ補正値記憶部１００への前述のような補正
データの格納操作の一例を説明する。

すなわち、標準パターンや通常の試料である対象物２０
の所定の画像の観察において、電子線３０の加速電圧や
ビーム電流などを所望の値に一定にした条件下で、意図
的に電子線３０の対象物２０に対する焦点位置を、正焦
点から、過焦点または不足焦点に変化させる。そして、
この時に電子光学系５０の軸ずれに起因して生じる観察
画像の移動が解消されるように、軸ずれ補正コイル５２
に対して、現在の指令電流値から適宜増減させる操作を
、電子光学系５０の光軸に直交する平面内に右いて互い
に直交する２方向（Ｘ，Ｙ方向）について独立に行い、
指令電流値の現在値からの増減量を、相対指令電流値と
して対応する観察画像の移動量とともに軸ずれ補正値記
憶部１００に記憶させる。

この操作を、電子線３０の異なる加速電圧やビーム電流
値毎に行ってふく。

なお、上記の相対指令電流値の登録操作では、周知の補
間法などを用いても良いことは言うまでもない。

次に、実際の画像観察における動作は次のようになる。

まず、操作者の指令などにより、稼働中の所望のタイミ
ングで、信号制御部７０は、電子線３０の対象物２０に
対する正焦点位置での観察画像を画像メモリ９１に格納
する。さらに、レンズ電流制御ａＢ５５ａを介して、対
物レンズ５５に対する通電量を増減させて、電子線３０
の焦点位置を現在の正焦点から過焦点または不足焦点に
意図的に変化させ、その時の対象物２０の同一部位の観
察画像を他方の画像メモリ９２に格納する。

この時の画像メモＩＪ　９　１および９２の画像情報を
表示部８０に出力した場合の観察画像８０ａおよび観察
画像８０ｂの一例を示すものが第２図である。

同図に示されるように、電子光学系５０に軸ずれを生じ
ている場合には、対象物２０の同一の部位における、正
焦点での観察画像８０ａと、過焦点または不足焦点での
観察画像８０ｂとは、位置ずれを生じる。そして、パタ
ーンマッチング処理［９０は、必要に応じて輪郭強調処
理などを施すことにより、正焦点での観察画像８０ａお
よび過焦点または不足焦点での観察画像８０ｂの同一の
点Ａの座標（ｘｔ　．　ｙｔ　）および（ｘ２　．　ｙ
２　）から、軸ずれに起因する観察画像８０ａおよび８
０ｂの移動量Δｘ右よび移勤量ΔＹを求める。

そして、この移動量ΔＸおよびΔＹが、すなわち電子光
学系５０の軸ずれ量が、予め、当該走査電子顕微鏡の性
能などに基づいて設定されている所定の許容値を逸脱し
ている場合には、信号制御部７０は表示部８０に対して
、電子光学系５０が軸ずれ不良状態にあることを文字や
画像情報などで出力し、当該走査電子顕微鏡の性能が充
分に発揮できる状態ではないことを操作者に確実に認識
させる。

さらに、信号制御部７０は、前述のようにして検出され
た観察画像８０ａおよび８０ｂの移動量ΔＸ右よびΔＹ
に基づいて、軸ずれ補正値記憶部１００から、当該移動
量ΔＸおよびΔＹに対応する電子光学系５０の軸ずれを
補正するのに必要な、軸ずれ補正コイル５２に対する相
対指令電流値を読み出して補正電流制御部５２ａに与え
、この操作を当該移動量ΔＸおよびΔＹが所定の値以下
になるまでフィードバック制御によって繰り返し、現在
の電子光学系５０における軸ずれを自動的に補正する。

このように、本実施例の場合には、電子光学系５０にお
ける軸ずれか、当該走査電子顕微鏡の性能を充分に発揮
させることが可能な所定の許容範囲から逸脱している場
合には、表示部８０などを介して警報を発するので、操
作者は走査電子顕微鏡の不良状態を客観的に認識するこ
とが可能となる。このため、個々の操作者の熟練度など
に影響されることなく、電子光学系５０の有害な軸ずれ
を所定の許容範囲内に確実に管理することが可能となり
、走査電子顕微鏡の分解能などの性能を最良の状態に維
持することができる。

さらに、焦点位置を変化させた時の電子光学系５０の軸
ずれに対応した観察画像の移動量に基づいて、あらかじ
め軸ずれ補正値記憶部１００に格納されている当該軸ず
れを補正するための相対指令電流値を読み出し、これを
軸ずれ補正コイル５２に与えることにより、走査電子顕
微鏡の稼働中の経時的な電子光学系５０の軸ずれや、対
象物２００種類の変化などに応じて加速電圧およびビー
ム電流などを変化させた場合の電子光学系５０の軸ずれ
の補正が自動的に行われるので、操作者がこれらの煩雑
な調整操作から解放され、走査電子顕微鏡の操作性が確
実に向上する。

この結果、たとえば、実際の半導体集積回路装置の製造
工程の一部に容易に走査電子顕微鏡を組み込んで使用す
ることが可能となり、半導体集積回路装置の製造におけ
る生産性が確実に向上する。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、電子光学系の軸ずれを反映する観察画像の移
動量の検出に際しては、正焦点と、過焦点または不足焦
点の場合を比較することに限らず、過焦点および不足焦
点の場合には、観察画像の移動方向が全く逆になること
を利用して、焦点を過焦点と不足焦点との間で変化させ
た際の観察画像の移動量を検出するようにしてもよいも
のである。

また、走査電子顕微鏡の構成は、前記実施例に例示した
ものに限定されない。

〔発明の効果〕

本顆において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとふりで
ある。

すなわち、本発明になる走査電子顕微鏡によれば、対象
物に向けて電子線を放射する電子線源と、前記電子線の
経路に設けられ、少な《とも前記電子線の前記対象物に
対する焦点位置右よび走査を制御する電子光学系と、こ
の電子光学系の一部をなし、当該電子光学系の軸ずれを
補正する軸ずれ補正コイルと、前記電子線の照射によっ
て前記対象物から発生する二次電子および反射電子の少
なくとも一方の量を検出する検出器と、この二次電子お
よび反射電子の少なくとも一方の検出量と前記電子線の
走査位置とに基づいて前記対象物の観察画像を構成する
表示手段と、焦点位置を変化させることにより前記電子
光学系の軸ずれ量に応じて生じる前記観察画像の移動量
を求める第１の手段と、前記移動量と当該移動量に対応
する前記軸ずれ量を補正するための前記軸ずれ補正コイ
ルへの相対指令電流値とを対応させて記憶する第２の手
段と、前記第１の手段によって検出された前記観察画像
の移動量に対応する前記電子光学系の軸ずれ量が所定の
許容範囲を逸脱した場合に、操作者に対して警報を発す
るとともに、前記第２の手段から現在の軸ずれ量に対応
する相対指令電流値を読み出して前記軸ずれ補正コイル
に与えることにより、前記電子光学系の軸ずれを補正す
る動作を行う第３の手段とを備えているので、たとえば
、第３の手段によって発せられる警報により、電子光学
系の軸ずれか、当該走査電子顕微鏡の性能を最大限に引
き出し得る所定の許容範囲から逸脱したことを作業者に
客観的に認識させることが可能となる。これにより、電
子光学系の軸ずれの認識や、補正操作が作業者の熟練度
などに左右されることがなくなり、走査電子顕微鏡の性
能を最大限に発揮させることが可能となる。

また、電子光学系の軸ずれの補正操作が自動的に行われ
るので、経時的な電子光学系の軸ずれや、多様な対象物
を観察すべく、電子線の加速電圧などの諸条件を比較的
頻繁に切り換える場合でも、作業者が手動操作などによ
って煩雑な軸ずれの補正作業を行う必要がなく、操作性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である走査電子顕微鏡の構
成の一例を示すブロック図、 第２図は、その作用の一例を説明する説明図である。 ｌＯ・・・試料台、２０・・・対象物、３０・・・電子
線、３０ａ・・・二次電子または反射電子、４０・・・
電子線源、５０・・・電子光学系、５ｌ・・・収東レン
ズ、５２・・・軸ずれ補正コイル、５２ａ・・・補正電
流制御部、５３・・・対物絞り、５４・・・偏向コイル
、５４ａ・・・走査電源部、５５・・・対物レンズ、５
５ａ・・・レンズ電流制御部、６０・・・検出器、７０
・・・信号制御部．（第３の手段》、８０・・・表示部
、８０ａ．８０ｂ・・・観察画像、９０・・・パターン
マッチング処理部（第１の手段）、９１．９２・・・画
像メモリ（第１の手段）、１００・・・軸ずれ補正値記
憶部・《第２の手段》。 代理人　弁理士　筒　井　大　和

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象物に向けて電子線を放射する電子線源と、前記
   電子線の経路に設けられ、少なくとも前記電子線の前記
   対象物に対する焦点位置および走査を制御する電子光学
   系と、この電子光学系の一部をなし、当該電子光学系の
   軸ずれを補正する軸ずれ補正コイルと、前記電子線の照
   射によって前記対象物から発生する二次電子および反射
   電子の少なくとも一方の量を検出する検出器と、この二
   次電子および反射電子の少なくとも一方の検出量と前記
   電子線の走査位置とに基づいて前記対象物の観察画像を
   構成する表示手段と、焦点位置を変化させることにより
   前記電子光学系の軸ずれ量に応じて生じる前記観察画像
   の移動量を求める第１の手段と、前記移動量と当該移動
   量に対応する前記軸ずれ量を補正するための前記軸ずれ
   補正コイルへの相対指令電流値とを対応させて記憶する
   第２の手段と、前記第１の手段によって検出された前記
   観察画像の移動量に対応する前記電子光学系の軸ずれ量
   が所定の許容範囲を逸脱した場合に、操作者に対して警
   報を発するとともに、前記第２の手段から現在の軸ずれ
   量に対応する相対指令電流値を読み出して前記軸ずれ補
   正コイルに与えることにより、前記電子光学系の軸ずれ
   を補正する動作を行う第３の手段とを備えたことを特徴
   とする走査電子顕微鏡。 ２、前記第１の手段は、前記表示手段の異なる位置に表
   示される同一の前記観察画像にパターンマッチング処理
   を施すことにより、前記電子光学系の軸ずれ量に応じて
   生じる前記観察画像の移動量を求める動作を行うように
   した請求項１記載の走査電子顕微鏡。 ３、前記警報は、前記表示手段の一部に文字または画像
   情報として表示されるようにした請求項１または２記載
   の走査電子顕微鏡。 ４、半導体集積回路装置の製造工程における半導体集積
   回路パターンの外観検査に用いられる請求項１、２また
   は３記載の走査電子顕微鏡。