JPH0619970B2 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

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、観察対象視野における
実際の観察位置を表示することのできる走査電子顕微鏡
に関する。

［従来の技術］ 走査電子顕微鏡は、第５図に示すような試料装置を有し
ている。即ち、試料室の側壁１に傾斜機構２が取り付け
られており、その傾斜軸Ｕは固定されている。傾斜機構
の上部にはＸ，Ｙ移動機構３が、又、その上部には回転
機構４が載置されており、観察試料５は回転機構４にホ
ルダーを介して取り付けられている。このような試料装
置を用いてＩＣウエハー等の観察が行なわれるようにな
ったが、試料室内には検出器等のアタッチメントが種々
配置されているため、前記傾斜機構による傾斜は片側に
のみ可能になっている。このような装置において、い
ま、第６図に示すようにＩＣウエハーＷが回転機構上に
セットされていて、電子線６を走査してウエハーＷの露
光パターンのＡ部を観察した後、矢印Ｈの向きから電子
線６を照射してＢ部を観察しようとする際には、ウエハ
ーＷをまず、傾斜させてＡ部を観察し、しかる後、１８
０゜前後ウエハーＷを回転させた後、Ｘ，Ｙ移動を行な
って光軸ｃの直下にＢ部を移動させる必要がある。

［発明が解決しようとする問題点］ このようにＸ，Ｙ移動に回転と傾斜が加わると、観察し
ようとする位置の視野捜しが、極めて難しくなり、簡単
に目的とする位置を観察することができない。

本発明はこのような従来の欠点を解決し、試料がＸ，Ｙ
移動のみならず、回転及び傾斜した場合にも、電子線走
査により観察中の位置が全視野のどの部分であるかを表
示できるようにし、それにより視野捜し作業を簡単化し
得る走査電子顕微鏡を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ そのため、本発明の走査電子顕微鏡は、試料を傾斜させ
るための試料傾斜機構と、試料移動機構と、試料回転機
構と、試料上において電子線を二次元的に走査する手段
と、該電子線の走査に伴う検出信号に基づいて前記試料
の走査像を表示するための第１を表示手段と、観察可能
な試料の領域をグラフィック表示するための第２の表示
手段と、前記試料の傾斜角θｔ，移動量ｌｘ，ｌｙ及び
回転角θｒを表わす信号に基づいて電子走査による観察
位置を前記第２の表示手段に表示されたグラフ中にマー
ク表示するための手段を備えている。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の実施例を詳述する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
５図と同一の構成要素に対しては同一番号が付されてい
る。図中７は電子銃であり、８は電子線６を集束するた
めの集束レンズ、９ｘ，９ｙは偏向コイルである。偏向
コイル９ｘ，９ｙには走査信号発生回路１０より鋸歯状
の走査信号が供給されている。１１ｘ，１１ｙは増幅器
である。走査信号発生回路１０よりの走査信号は像表示
用陰極線管１２の偏向器Ｄにも供給されており、陰極線
管１２は前記電子線６と同期走査される。電子線６の照
射によって試料より発生する二次電子を検出するため二
次電子検出器１３が配置されている。検出器１３よりの
出力信号は増幅器１４を介して像表示用陰極線管１２に
照度信号として供給されている。１６Ｔ，１６Ｒは各々
前記傾斜機構２及び回転機構４を駆動するためのパルス
モータであり、１６Ｘ，１６ＹはＸ，Ｙ移動機構を駆動
するためのパルスモータである。これらモータ１６Ｔ，
１６Ｒ，１６Ｘ，１６Ｙは各々モータ駆動回路１７Ｔ，
１７Ｒ，１７Ｘ，１７Ｙより発生する駆動パルスの供給
により回転する。これら各駆動回路における駆動パルス
の発生は演算制御装置１８よりの制御信号により制御さ
れている。この制御装置１８は主演算部１８ｃの他、各
型のウエハーのパターンをグラフィックディスプレイす
るためのパターンデータ等を記憶する記憶部１８ｍを有
している。更に、演算制御装置１８はＸ，Ｙ移動機構３
によるＸ，Ｙ移動量｜ｘ，｜ｙを表わす信号に基づいて
Ｘ，Ｙ移動した後の観察位置座標を求める平行移動演算
部１８ａ，試料傾斜後の座標を求める傾斜演算部１８
ｔ，試料回転後の座標を演算する回転演算部１８ｒ及び
補正演算部１８ｂを有している。更に又、第２（ａ）図
に示すように紙面に垂直な方向に前記傾斜軸Ｕがあるも
のとし、試料の厚みが標準的なものからずれているもの
とすると、試料をセットした状態では試料表面の位置Ｊ
が試料傾斜のユーセントリック位置（面）Ｓからある距
離ｚだけずれることになるが、前記記憶部１８ｍには、
ウエハーの型を後述する操作卓により入力した場合に、
その型の情報に基づいてこのずれ量ｚの値を読み出し得
るように、ウエハーの型とずれ量ｚとの関係がテーブル
として記憶されている。演算制御部１８よりの制御信号
はグラフィックディスプレイ信号発生回路１９を介して
グラフィックディスプレイ用陰極線管１５に送られてい
る。２０は操作卓であり、操作卓２０には第３図に示す
ように、試料の傾斜角を変えるための摘子２０ｔ，試料
のＸ及びＹ方向への移動を指示するためのボタン２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ及び試料の回転を指示する
ための摘子２０ｒが備えられている。更に又、試料とし
て選択したウエハーの型を操作卓２０により入力できる
ようになっている。

このような構成において、ウエハーＷを試料として選
び、第６図に示すようにウエハーＷを傾斜させて試料の
部分Ａを観察した後、試料の部分Ｂを観察する場合を例
にとり上述した装置の動作を説明する。

まず、操作者はウエハーＷを図示していない試料ホルダ
ーに装着することによりセットする。そこで、入力装置
２０により装着したウエハーの型を入力する。この入力
により主演算制御部１８ｃは、このウエハーの型の情報
に基づいて前記記憶部１８ｍよりこの型のウエハーに対
応したグラフィックディスプレイパターン情報を読み出
し、グラフィックディスプレイ信号発生回路１９に送
る。その結果、回路１９よりの信号に基づいて第４図
（ａ）に示すようなグラフィック表示が陰極線管１５に
表示される。すなわち、観察可能な試料の領域を示すグ
ラフとしてウエハパターンＰが陰極線管１５に表示され
る。このパターンＰの表示位置は画面に対して固定され
ている。更に又、主演算制御部１８ｃは観察領域を表わ
す矩形パターンをグラフィックディスプレイするための
情報を回路１９に送るため、陰極線管１５にはウエハー
パターンＰに重畳して矩形マークＭ表示される。更に
又、電子線による走査開始側を表わすため、矩形パター
ンＭの一部は高輝度輝線Ｍａで表示されている。このマ
ークＭの位置は試料装置を全く駆動しない状態において
は、第４図（ａ）のようにウエハーパターンの中央であ
る。そこで、走査卓２０の摘子２０ｔを用いて第６図に
示すように試料を角度θｔ傾斜させると、第２図（ａ）
に示すように、ウエハーＷの表面Ｊが試料傾斜のユーセ
ントリックな面Ｓからｚだけずれている場合には、光軸
直下に配置される位置はｚtanθｔだけ−ｘ方向に移動
するため、クラフィックディスプレイ用陰極線管１５に
表示される矩形マークは第４図（ｂ）のＭで示す位置に
表示される。そこで、次に押しボタン２０ａ，２０ｂ，
２０ｃ，２０ｄを操作してＸ，Ｙ移動機構３を駆動さ
せ、Ｘ，Ｙ方向に各々｜ｘ，｜ｙ（｜ｙ＝０）試料を移
動させると、移動演算部１８ａにより演算された信号に
基づいて矩形マークＭの中心座標は以下の座標（ｘ１，
ｙ１）に移動する。

その結果、陰極線管１５に表示される矩形マークＭは第
４図（ｃ）に示すように、前記第６図のＡ部に対応した
位置に移動する。そこで、光軸直下に配置されたウエハ
ーＷのＡ部上を電子線６により走査し、Ａ部の像を像表
示用陰極線管１２に表示して観察する。尚、陰極線管１
５の画面には実際には表示されないが、第４図（ａ）に
示すようにウエハーＷに固定した座標系０−ｘ，ｙが設
定され、各マークの表示位置を規定している。次に第６
図におけるＢ部の像を観察するため、操作卓２０の摘子
２０ｒを回転させれば、中央演算処理装置１８よりモー
タ駆動回路１７Ｒに制御信号が送られ、その結果モータ
１６Ｒが回転して試料５角度θｒだけ回転する。このと
き、中央演算処理装置１８は、操作卓２０より指示され
た角度θｒを表わす信号に基づいて中央演算処理装置１
８の回転演算部１８ｒにおいて以下の（２）式の演算を
行ない、試料傾斜軸からのウエハー表面のずれ量ｚを０
と仮定した場合の回転後の観察領域中心を表わす座標
（ｘ２，ｙ２）を求める。

更に、主演算制御部１８ｃはウエハーＷの型を表わす情
報に基づいて記憶部１８ｍに記憶されているこのウエハ
ーに対応したずれ量ｚを表わすデータを読み出して補正
演算部１８ｂに送る。補正演算部１８ｂはこのデータｚ
に基づいて以下の第（３）式の演算を行ない、ずれｚが
存在している場合の観察領域中心を表わすマーク中心位
置座標（ｘ３，ｙ３）を算出する。

尚、第（３）式における補正項（第２項）は、傾斜によ
って−ｚtanθｔだけｘ方向に移動した観察領域中心
が、第２図（ｂ）から明らかなように、ウエハーＷの回
転に伴うｘ，ｙ座標の回転によりｚtanθｔcosθｒなる
ｘ成分とｚtanθｔsinθｒなるｙ成分に分配されること
を表わしている。このようにして求められた矩形中心座
標値に基づいて中央演算処理装置１８は観察領域を表わ
す矩形を移動させる。その結果、観察領域位置を表わす
矩形マークＭは、グラフィックディスプレイ用陰極線管
の表示画面上を第４図（ｃ）の矢印Ｎに示すように回転
して行く。そこで、更に操作卓２０の摘子２０ｒを回転
させれば、矩形マークＭは第４図（ｃ）のＭ′で示す位
置に移動するので、この段階で摘子２０ｒの操作を停止
させる。そして、更にボタン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，
２０ｄを走査してウエハーＷをＸ，Ｙ移動させればマー
クＭは第４図（ｄ）に示す位置に移動する。そこで、電
子線６を試料上において走査し試料像を陰極線管１２に
表示すれば、ウエハーＷのＢの部分に矢印Ｈの向きから
電子線６を照射して得られる像を観察することができ
る。

このようにして、試料がＸ，Ｙ移動のみならず、回転及
び傾斜した場合にも、電子線走査により観察中の位置が
全視野のどの部分であるかを表示できるため、簡単に視
野設定して目的とする試料の部位を観察することができ
る。

尚、上述した実施例において、マーク中心の座標の算出
については説明したが、矩形マークＭを構成する各点の
座標の算出は、この点が中心座標（ｘ１，ｙ１）からｘ
及びｙ方向に各々α及びβだけずれている場合、中心座
標（ｘ１，ｙ１）の代りにｘ１＋α，ｙ１＋βを代入す
ることにより求めることができる。このようにして矩形
マークＭを構成する各点が算出されて表示されるため、
走査開始側を表わす輝線ＭａもウエハーＷの回転にかか
わらず常に正しく表示することができ、そのため、像表
示用陰極線管に表示された像が試料のどの位置の像であ
るかのみならず、どちら側から走査開始して得られた像
であるかを把握することができる。

尚、上述した実施例においては、矩形マークを輝線で表
示するようにしたが、グラフィックディスプレイをカラ
ー表示で行なう際には、矩形部分を他の部分とは異った
色で表示するようにしても良い。又、その場合、走査開
始側を表わすため、矩形部分の一部を矩形の他の部分と
異なった色で表示するようにしても良い。

又、上述した実施例においては、前記ずれ量ｚをウエハ
ーの型を表わす情報に基づいて読み出すようにしたが、
直接キー入力するようにしても良い。

又、簡単のため、第４図においては、観察領域を示すマ
ークを常に矩形で図示するようにした。しかしながら、
試料の傾斜等に伴ってこの領域は実際には矩形以外の平
行四辺形に変形するため、このマークの形状を観察する
ことにより、実際の観察領域の位置のみならず、観察領
域の形状をも知ることができる。

更に又、試料の光軸方向の位置を変化させると、試料に
フォーカスを合わせ直すため対物レンズの励磁量を変え
るのが常であるが、この励磁量の変更に伴って、像回転
量も変化する。そこで、対物レンズの励磁量と像回転量
との関係を予め調べて記憶装置にテーブルとして記憶さ
せておき、対物レンズの実際の励磁電流値を表わす信号
に基づいて前記テーブルから像回転量を表わすデータを
読み出し、この読み出されたデータに基づいて対物レン
ズによる像回転量を試料回転機構による像回転量に加算
することにより、正確な位置にマークＭを表示するよう
にしても良い。

［発明の効果］ 上述した説明から明らかなように、本発明に基づく装置
によれば、Ｘ，Ｙ移動のみならず、試料を傾斜及び回転
させた場合にも、試料の観察位置を表示できるため、簡
単に視野設定を行なうことができる。

又、上述した実施例の装置によれば、試料表面が試料傾
斜のユーセントリックな面からずれている場合にも、試
料の観察位置を正しく表示することができる。

更に又、上述した実施例の装置によれば、全観察視野内
における観察位置を表示するのみならず、電子線の走査
開始側を表示するようにしているため、表示された像が
どちら側から走査を開始した像であるかを把握すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すための図、第２図は試
料表面が試料傾斜のユーセントリックな面からずれてい
る場合の観察位置の補正について説明するための図、第
３図は操作卓を説明するための図、第４図はグラフィッ
クディスプレイ用陰極線管における観察位置の表示例を
説明するための図、第５図はＸ，Ｙ移動機構，回転機構
及び傾斜機構を備えた試料装置を説明するための図、第
６図は試料の回転と傾斜を行なって試料を観察する際の
観察部位の一例を説明するための図である。 １：試料室側壁、２：試料傾斜機構 ３：Ｘ，Ｙ移動機構、４：試料回転機構 ５：試料、６：電子線 ７：電子銃、８：集束レンズ ９ｘ，９ｙ：偏向コイル １０：走査信号発生回路 １２：像表示用陰極線管 １３：二次電子検出器 １５：グラフィックディスプレイ用陰極線管 １６Ｘ，１６Ｙ，１６Ｒ，１６Ｔ：パルスモータ １７Ｘ，１７Ｙ，１７Ｒ，１７Ｔ：駆動回路 １８：演算制御装置 １９：グラフィックディスプレイ信号発生回路 ２０：操作卓、Ｗ：ウエハー Ｐ：ウエハーパターン Ｍ：マーク、Ｍａ：高輝度輝線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を傾斜させるための試料傾斜機構と、
   試料移動機構と、試料回転機構と、試料上において電子
   線を二次元的に走査する手段と、該電子線の走査に伴う
   検出信号に基づいて前記試料の走査像を表示するための
   第１を表示手段と、観察可能な試料の領域をグラフィッ
   ク表示するための第２の表示手段と、前記試料の傾斜角
   度θｔ，移動量ｌｘ，ｌｙ及び回転角θｒを表わす信号
   に基づいて電子線走査による観察位置を前記第２の表示
   手段に表示されたグラフ中にマーク表示するための手段
   を備えたことを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 【請求項２】前記試料傾斜機構はユーセントリック軸の
   回りに試料を傾斜させる傾斜機構であり、該ユーセント
   リック軸からの前記試料表面のずれ量ｚを表わす情報を
   入力する手段を備え、前記マーク表示手段は該ずれ量ｚ
   を表わす信号に基づいて前記ずれに基づく表示位置のず
   れを補正して観察位置をマーク表示する前記特許請求の
   範囲第（１）項記載の走査電子顕微鏡。
3. 【請求項３】前記マークは観察位置における電子線の走
   査開始側を表わす情報を表示する部分を備えた前記特許
   請求の範囲第（１）項記載の走査電子顕微鏡。