JPH0352178B2

JPH0352178B2 -

Info

Publication number: JPH0352178B2
Application number: JP55170999A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kuni; Yukio Kenbo; Nobuyuki Akyama; Nobuhiko Aoki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1991-08-09
Also published as: US4447731A; DE3148091A1; DE3148091C2; JPS5795056A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は走査形電子顕微鏡（以下SEMと略称
す。）を用い、試料表面の微細な形状の観察、大
きさの測定、構造組織の分析等（これらを総括し
て外観検査と称す。）を行う際の試料の観察位置
決定ができるようにした外観検査装置に関するも
のである。

従来SEMを用いて試料の外観検査を行う際の
操作は以下述べるようであり、比較的多くの時間
を必要とする欠点があつた。即ち、始めに試料を
試料ステージにセツトした後、SEMを操作して
ブラウン管上に試料の低倍像を出す。次にこの低
倍像を見ながら試料を移動し、観察等を行いたい
部分を見つけ出し、順次倍率を高めながら位置決
めその他の操作を繰返した後、微細形状の観察等
を行い得る最終倍率に達するのが通常の手順であ
る。

この時の操作は大別して、SEM側の操作と、
試料ステージ側の操作との２系統がある。SEM
側で行うことは、SEM像の調整、即ちピント、
コントラスト、明るさ、歪みの調整であり、ステ
ージ側で行うことは、観察位置を発見し、電子線
の走査範囲の中心に位置決めすることである。ピ
ント等は一度調整されると、試料の高さ、物質、
形状等に大きな変化がなければ再調整の必要はな
い。従つて、主に観察位置の発見と位置決めに時
間を要していることになる。

この原因は、試料室内の試料の大体の位置すら
肉眼で確認することが不可能であり、位置決めは
もつぱらSEM像を見ながら行うが、そのSEM像
が見にくいことにある。つまりSEM像は照射し
た電子線と試料構成物質との間の相互作用を利用
して形成されるものであり、微細形状や構成物質
の相異をブラウン管画面上に表現することができ
る反面、全体的にコントラストが低く、捕捉電子
数の統計的ゆらぎに起因するノイズも多い。
SEM観察は通常の光学式顕微鏡で目視観察する
のに比較し、ダイナミツクレンジが極端に小さ
く、ラスタスキヤンなどで情報量も少なく、もち
ろんカラー情報はない。又特に注意を要するの
は、光学式顕微鏡でコントラストよく判別がつい
た部分も、SEMではコントラストがない場合が
多く、これ等が総合して、観察場所の発見に時間
を要する原因となつている。

又、このことは単なる時間の損失にとどまら
ず、２次的な欠点を生じる。即ち、一般に試料に
電子線を照射すると、電子線の照射エネルギ、照
射量、真空雰囲気等に応じ、コンタミネーシヨン
（試料表面へのカーボン付着）やダメージ（試料
物質の物質変化）を生じる。観察等を行うだけが
目的の試料であれば、特に問題はないが、観察等
を行つた後何等かの処理を行つて試料をさらに別
の目的に用いる場合には、これら等の影響を無視
できなくなる。従来は観察場所を探す時間だけ試
料表面のいろいろな場所に電子線を照射している
ので、これによつて試料のコンタミネーシヨンや
ダメージを大きくするという欠点を持つていた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改
善し、SEMで行う外観検査において、検査部位
の位置決めを速やかに、かつ自動的に行い、かつ
試料のコンタミネーシヨンやダメージを軽減する
ことができるようにした外観検査装置を提供する
にある。

即ち、本発明は、走査形電子顕微鏡を取付けた
試料室内に、試料を載置した試料ステージを２次
元的に移動可能に設け、該試料を試料室外より観
察できる光学式顕微鏡を前記走査型電子顕微鏡と
並列に一定距離隔てて試料室に取付け、前記試料
ステージを前記並列方向に移動させるための駆動
源を試料室の外側に設置し、前記試料ステージの
前記並列方向の移動量を検出する検出器を設け、
前記光学式顕微鏡の位置決め基準位置と前記走査
型電子顕微鏡の視野中心位置との間の距離を登録
しておく記憶手段を設け、前記走査型電子顕微鏡
によつて試料表面の観察又は測定若しくは分析を
行なう部分の位置を、予め前記光学式顕微鏡で観
察して前記駆動源を駆動して前記試料ステージを
微動させて位置決めする位置決め手段を設け、前
記駆動源を駆動して該位置決め手段により位置決
めされた試料ステージを、上記検出器から検出さ
れる試料ステージの移動量が前記記憶手段に登録
された値と一致するまで一定量移動させ、前記試
料表面の観察又は測定若しくは分析を行なう部分
の位置を前記走査型電子顕微鏡の視野中心に位置
決めする制御手段を設けたことを特徴とする外観
検査装置である。

以下、本発明の検査方式を実施例の装置の図面
に基づいて詳述する。第１図は半導体ウエハの回
路パターン外観をSEMで観察又は測定しようと
する場合の装置の１例である。SEM鏡筒１が真
空試料室２の上面に固定されている。真空試料室
２内にはXY方向に移動、位置決めすることがで
きる試料ステージＡが設けられてある。試料ステ
ージＡの軌道源は、パルスモータ、DCサーボ等
を真空試料室２の外部に置いて行う自動方でよい
が、同図では省略してある。試料ステージＡの移
動方法も、既知のころがり、すべり等を利用した
ものでよく、第１図では判りやすくする為に、試
料室２内に設けたｙ方向のウエツジ形のレール５
上でステージ６をｙ方向２２に移動可能とし、ス
テージ６上に設けたレール３上でステージ４をｘ
方向２１に移動可能とするようにした試料ステー
ジＡを示してある。又、ステージの位置の読取り
および位置決め方法も既知のいずれの方法でもよ
く、例えば、手動式であればマイクロメータヘツ
ドの目盛値、自動式であればパルスモータ、リニ
アエンコーダ、レーザ干渉測長器等の信号を用い
て行えばよい。ステージ４の上に半導体ウエハ１
０を載置し、ウエハ１０はXY方向に移動可能と
される。

一方光学顕微鏡７をSEM鏡筒１と平行にして
試料室２に取付け、ガラス板等の透明な窓８を通
してステージ４上の試料１０を検鏡できるように
する。窓８の厚さは、その大きさを対物レンズに
入射する光束の大きさ程度に小さくすれば、２mm
ぐらいまで薄くすることが可能である。照明光源
９は第１図では顕微鏡に組込んだ落射照明法で示
したがこれに限ることなく、別に光源を置いて斜
方照明等を行つてもよい。ただし２次電子等の検
出をシンチレータと光電子増倍管で行う場合は、
図示してはいないが、照明光や外部の光線がシン
チレータに入らないよう照明光照射部分とシンチ
レータとの間に遮光板を設ける等の処置が必要で
ある。

顕微鏡７の視野内に十字線等目印になるものを
設けておく。そしてあらかじめこの十字線等の位
置とSEMの走査の中心位置とのXY平面内の位置
関係を明らかにしておく。顕微鏡７もSEM鏡筒
１も試料室２に固定されているので、この間の位
置関係は一定量である。ステージを移動しながら
顕微鏡でこの十字線等の位置に試料表面の観察等
を行いたい部分を合せた後、この関係に従つて一
定量ステージを動かせば、SEMの走査の中心位
置に観察等を行いたい部分が位置決めされる。

この時の位置決め操作は、自動方式であれば、
例えば第２図に示す処理を行えばよい。なお、第
２図は１軸のみ示してあるが、Ｘ，Y2軸に移動
する場合は、同じ処理回路が２系統必要である。
ステージ４の位置検出器１２からの位置信号（パ
ルスモータのパルスだけでステージ位置をコント
ロールする場合はモータへ送るパルス。）をステ
ージの移動方向により加減算するカウンタ１３
と、顕微鏡７とSEM鏡筒１の間の一定移動量を
登録するデジスイツチ１４とを設ける。顕微鏡７
での位置合せの後、リセツトボタン１５を押す
と、現在のステージ位置を示すカウンタ１３の内
容と、デジスイツチ１４の値が加減算回路１６に
よつて加算され、減算カウンタ１７にセツトされ
る。そしてセツトされた値からカウンタ１３の内
容が減算され、その結果がゼロになるまで、駆動
回路１８を通じて駆動源１１でステージ４を移動
する。なおSEMで観察等を行つた後、再びステ
ージを顕微鏡の位置の戻すために、フリツプフロ
ツプ１９を設け、加減算回路１６に入力するデジ
スイツチ１４の値を加算するか減算するかし、リ
セツトボタン１５を押す毎に交互にこのフリツプ
フロツプ１９でセツトされるようにする。

ステージの位置決め精度は、SEMによる最終
的な観察倍率によるが、例えば１万倍とすると、
SEMの走査範囲が10数μｍ□ となるので、±5μｍ
程度あれば十分である。顕微鏡７の対物レンズは
倍率の大きい方がよいが、又一方において窓８を
通して観察する場合、動作距離の長いことも要求
され、必然的に２〜５倍程度の倍率のものを使用
することになる。さらに大きい倍率が必要であれ
ば、対物レンズを窓８を下側、即ち真空試料室２
の内側に入れることも可能である。こうすれば、
像の収差も少なくなり好結果を得られるが、対物
レンズを真空に入れてもよいように胴に穴を開け
る必要があり、又顕微鏡のピントの調節も機構上
複雑なものとなる。対物レンズの倍率が２〜５倍
でも、接眼レンズに20倍の倍率のものを用いれ
ば、5μｍ程度の位置ずれ判定は十分行える。

ステージをＺ方向（上下方向）に移動できる機
構があれば、あらかじめ顕微鏡とSEMとを同焦
点にしておくことにより、顕微鏡下でステージを
Ｚ方向に移動してピントを合せるだけで、SEM
像に切換えてからのピントの調整は不要となる。
その機構がない場合は、SEMで観察等を行う前
に、あらかじめ試料の隅の部分でSEM像のピン
ト等の調整を行つておく。又、試料の観察等を行
いたい部分を顕微鏡で探し、さらにSEMの走査
範囲の中心に位置決めするまでの間は、SEM側
では、ビームブランキングを行つて電子線を試料
に照射しない方がより効果的である。

以上説明したように、本発明によれば、試料室
内に駆動源から発生するゴミ等が入り込むことが
防止され、更に試料についてのSEMで観察を行
いたい個所の位置決めを光学式顕微鏡試料ステー
ジ、検出器、記憶手段及び制御手段を用いて試料
室外から自動的に且つ容易に行い観察点以外に試
料にダメージを与えることなくその点のSEM像
の検査を能率よく、しかも精度よく行うことがで
きる効果を奏する。特に半導体マスク、ウエハの
パターンのように、平坦でパターン段差が小さ
く、SEM像のコントラストが悪く、又同じよう
なパターンが並んでいたり、微小な観察点の周囲
に何の特徴もないような場合には、位置決定時間
を従来の1/5以下に減すことができ、観察点にお
ける電子線の照射時間が短かく、観察点以外には
まつたく電子線を照射しないですむという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方式の実施例の装置の斜視
図、第２図は本発明の方式の制御回路の１例を示
すブロツク図である。１……SEM鏡筒、２……真空試料室、７……
光学式顕微鏡、Ａ……試料ステージ。

Claims

【特許請求の範囲】

１走査形電子顕微鏡を取付けた試料室内に、試
料を載置した試料ステージを２次元的に移動可能
に設け、該試料を試料室外より観察できる光学式
顕微鏡を前記走査型電子顕微鏡と並列に一定距離
隔てて試料室に取付け、前記試料ステージを前記
並列方向に移動させるための駆動源を試料室の外
側に設置し、前記試料ステージの前記並列方向の
移動量を検出する検出器を設け、前記光学式顕微
鏡の位置決め基準位置と前記走査型電子顕微鏡の
視野中心位置との間の距離を登録しておく記憶手
段を設け、前記走査型電子顕微鏡によつて試料表
面の観察又は測定若しくは分析を行なう部分の位
置を、予め前記光学式顕微鏡で観察して前記駆動
源を駆動して前記試料ステージを微動させて位置
決めする位置決め手段を設け、前記駆動源を駆動
して該位置決め手段により位置決めされた試料ス
テージを、上記検出器から検出される試料ステー
ジの移動量が前記記憶手段に登録された値と一致
するまで一定量移動させ、前記試料表面の観察又
は測定若しくは分析を行なう部分の位置を前記走
査型電子顕微鏡の視野中心に位置決めする制御手
段を設けたことを特徴とする外観検査装置。