JPH01264152A - 電子顕微鏡の自動焦点合わせ装置 - 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〕 本発明は電子顕微鏡の自動焦点合わせ装置に係シ、特に
走査電子顕微鏡（ＳＩＭ）あるいは走査型透過電子顕微
鏡（ＳＴＥＭ）を用いたＸｌｌ１！露光用マスクやウェ
ハの外観検査装置に適用するのに好適な自動焦点合わせ
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、走査電子顕微鏡（８ＢＭ）等における自動焦点合
わせは、合焦点の状態に近付くに従い、電子線のスポッ
ト径が小さくなシ、画像信号の交流成分信号の振幅値が
増大し、合焦点位置で最大となることを利用している。

っまシ、電子ビームのラスター走査方向と交差する方向
にエツジ部分を有する試料上のパターンを、電子顕微鏡
の視野内に手動で設定した後、上記パターン・エッジ部
の検出画像信号をフィルタリング処理して交流信号成分
を抽出し、その振幅値を求めながら対物レンズの励磁電
流を段階的に変化させて、振幅値が最大となるように設
定する。

尚、従来の電子顕微鏡における焦点合わせに関連するも
のとして、日立製作所Ｈ−８０１０形走査電子顕微鏡観
察装置サービスマニエアルの２−５頁〜２−８頁がある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、顕微鏡の検出視野内Ｋ、電子ビームの
ラスター走査方向と交差する方向にエツジ部を有する試
料パターン像が無い場合には、自動焦点合わせが有効に
機能しない、また、顕微鏡視野内の全面を２スター走査
し、この検出画像の処理を行ないながら、焦点合わせを
行う方式であるため、画像検出に長時間を要し高速自動
焦点合わせが困難であるという問題がある。

本発明の目的は、視野内のパターン形状に影醤させシこ
と無くしかも高速且つ確実に自動焦点合わせを行なりこ
とができる電子顕微鏡の自動焦点合わせ装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、電子顕微鏡の視野上の試料パターンに対応
するパターンデータを出力する手段と、このパターンデ
ータからパターンエツジの存在する位置を算出する手段
と、この算出値に従って当該パターンエツジの存在する
位置の微小領域内を偏向走査する手段とを設けることで
、達成される。

〔作用〕

検査対象とするＸ線マスク等のパターンを描画する際に
使用した設計データを、パターン検査時の比較基準とし
て用いる。そして、電子顕微鏡の視野（フィールド）毎
に、前記データに基づいて対応する基準画像信号を発生
させ、供試パターンの検出画像信号と比較する。欠陥検
査を行う際には、予め１フイ一ルド分の基準画像信号を
発生させて画像メモリ上に格納保持する動作と並行し、
設計データからパターン・エッジの存在位置を検出する
。そして、電子顕微鏡による当該フィールドのパターン
検出に先立って、上記パターンエツジが存在する局部画
像のみを検出し、パターンエツジの微分波形を求めなが
ら、微分波形の波高値が最大となるように対物レンズの
励磁電流を設定して、自動焦点合わせを行う。

また、上記局部画像の検出時には、電子ビームの走査方
向をパターン・エッジの方向と直交するように制御して
エツジ画像を検出するようＫする。

このように１本発明では、検査対象パターンの疎密に関
わらず、フィールド全面のパターン検出を不要とし、パ
ターンエツジが存在する位置の局部画像のみの検出によ
シ自動焦点合わせが可能となることから、焦点合わせの
高速化が図れる。また、パターンエツジの方向に対応し
て電子ビームの走査方向を制御することで、パターン形
状に依存することなく、確実な自動焦点合わせが実行で
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面によυ説明する。

第２図（ａ）は、本発明の一実施例に係る自動焦点合わ
せ装置の検査対象とするＸ線マスクの断面構造囚である
。ＸＭマスクはＸＩ線を透過しやすい物質、例えば窒化
ホウ素（ＢＮ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）で作られた２
μｆｆＩｔ前後のタンプレム３１上に、Ｘ線を透過しＫ
くい金やタンタル等の重金属で回路パターン３２が形成
され、更に回路パターン保護のため表面をポリイミドの
薄膜３３で覆う場合もある。そして、マスク外周は、シ
リコン等の支持体３４で保持されている。

第２図（ｂ）は、Ｘ線マスクの外観を示すもので、本実
施例ではパターンの形成された領域５９の全面を検査し
、同図（ａ）Ｋ示す各種欠陥、例えばパターン３２上の
白点３５、パターン３２外の黒点６６、パターン３２の
凹部５７．凸部３８等を検出する。

第１図に本発明の一実施例に係る自動焦点合わせ装置の
ブロック構成図である。同図において、電子銃１、集束
レンズ２、偏向コイル３、対物レンズ４、試料ステージ
６、シンチレータ７、ライトガイド８、光電子増倍管９
、Ｘ偏向ドライバー１２、Ｘ偏向ドライバー１３、励磁
ドライバー１４は、走査型透過電子顕微鏡（Ｓ’Ｉ’Ｅ
Ｍ）の通常の構成要素である。電子銃１で発生された電
子線は、集束レンズ（コンデンサレンズ）２及び対物レ
ンズ４からなる電子レンズによりステージ６に置かれた
試料５上に収束され、かつラスクスキャン信号発生器１
６と合成回路１５からの制御信号に従ってＸ及びＹ偏向
ドライバー１２．１３により駆動される偏向コイル３に
よって試料５上の顕微鏡視野（フィールド）内を偏向走
査される。そして、試料５を透過した電子をシンチレー
タ７で光に変換し、更に光電子増倍管９で電気信号とし
た後に増幅器１１で増幅し、走査信号と同期させてＡＤ
ｉ換器２８により量子化しなから１フイ一ルド分の走査
透過電子像（ＳＴＥＭ像）を得る。

一方、この検出動作と並行し、試料５のパターン描画す
る際に使用した、矩形パターンの頂点座標を記述した設
計データ１９を読み出し回路２６で読み出し、画像信号
発生器２０１Ｃより上記検出位置に対応するフィールド
内パターンの基準画像を作放し、フィールド画像メそり
２２又は２３に格納しておく、そして、上記ＳＴＥＭ像
検出と回期して、欠陥判定器２４に入力しながら、パタ
ーン比較によジ欠陥検査を行なう、そして、計算機２５
及びステージ制御回路１０により、第３図に示すように
１　ステ試料ステージ６をフィールド４０の間隔でステ
ップ送りしながら、各フィールド内のパターン検査を逐
次線シ返し、試料５のパターン領域５９の全面の検査を
行なう。

本構成においては、フィールド画像メモリ２２゜２３を
２面設け、交互に基準画像格納と出力の切り換えを可能
とし、読み出し回路２６、画像信号発生器２０では、Ｓ
Ｔｌ３Ｍ像の検出フィールドより１フイ一ルド先行した
位置の設計データを読み出しながら基準画像信号を作成
してフィールド画像メモリ２２または２３に格納するこ
とにより、連続的に高速でパターン検査が実現できるよ
うにしている。

本実施例では、試料ステージ６のステップ送り終了後、
各フィールド検査前に行う像検出系の自動焦点合わせを
高速かつ確実に実行することを目的としている。ただし
、本実施例では、透過電子（ＳＴＥＭ）像を検出する例
を示すが、二次電子或いは反射電子像を得る場合にも以
下の説明は成立つ。

自動焦点合わせの手順は、各フィールド内の検査に先行
して設計データ１９から読出される矩形パターンの頂点
座標データを計算機２５に入力して、パターン書エツジ
の存在位置を算出しておく。

そして、各フィールド検査の直前に、ベクタスキャン信
号発生器１７にパターン・エッジ４１の傾斜角θと、フ
ィールド４０に対して設けたＸ、Ｙ座標上のエツジの存
在位置（ＸＯ＋７６）を与え、２つの合成回路１５とＸ
、Ｙ偏向ドライバ１２゜１５を制御駆動して、第４図に
示すように、パターン・エッジ４１を含む所定幅２ｗ、
長さ２ｔの局部領域４２をエツジと直交する方向に偏向
走査する。尚、第４図では、水平走査方向（Ｈ）、並行
する方向を垂直走査方向（Ｖ）としている、そして、こ
の局部画像を検出したＡＤｉ換器２８からの出力信号に
対して焦点検出器１８によシ微分波形を求めながら、計
算機２５の制御によシ微分波形ピーク値が最大となるよ
うに励磁制御回路２７、励磁ドライバ１４を制御し最良
焦点合わせを行う。

局部領域走査位置を与えるデータ’　−（Ｘ　ｏ　、７
　ａ　）は、第５図に示す矩形の頂座座標（Ｘ＋　＊　
ｙ＋　）（ｘ２ｅｙ２　）から Ｗ、６図はペクタ・スキャン信号発生器１７の具体体的
な構成例を示すもので、ＧＧａ５１ｎ信号出力回路５１
．５ｉｎｓ信号出力回路５２、極性反転回路５５、乗算
回路５３ａ−ｄ、加算回路５４ａ−ｄで構成され、計算
器２５（第１図）から出力されるデータθ、（Ｘ　（１
＊　７０）と、クロック信号を計数するＨカウンタ５６
及びＶカウンタ５７の出力値をＤＡｉ換器５８ａ　、ｂ
によりアナログ値に変換した値とを用い、下記の演算式
に従った結果のＸ。

Ｙ信号を出力するものである。

Ｘ＝ｘ＋Ｖ−邸θ−Ｈ−地θ ｙ＝ｙ０＋ｖφ比θ＋Ｈ一部θ ここで、ＨニーＷ−Ｗ　、Ｖ＝−Ｌ−１とし、Ｈカウン
タが最小値−Ｗから最大Ｗ迄を繰シ返し計数し、１巡の
計数終了毎にＶカウンタを＋１カウントアツプするよう
にし、Ｖカウンタが最小値−ｔから最大を迄を計数する
期間、クロック入力毎に逐時Ｘ、Ｙの偏向を出力して、
着目する局所検出領域の偏向走査を行なう。

第７因は、検出信号波形の微分値を画像検出と同期して
実時間で求める焦点検出器１８の具体的な構成例である
。

レジスタ６１は、局所領域Ｈ，Ｖの走査に同期して、Ａ
Ｄ変換器２８（第１因）から出力される検出画像ｆ（Ｈ
，Ｖ）を−時的に保持するものであり、レジスタ６２は
、この出力値を画素入力クロックに同期して入力保持す
ることで、１画素前のデータｆ（Ｈ−１，Ｖ）の出力を
可能にさせている。差分回路６３は、両レジスタ６１．
６２の出力値の差分Ｆ（Ｈ，Ｖ）＝ｆ（Ｈ−１、Ｖ）−
ｆ（Ｈ，Ｖ）を信号微分値として逐時出力する。

一方、シフトレジスタ６５は、局所領域１水平走査範囲
の検出データ数２ｗ個のデータエリアを持ち、Ｆ（Ｈ，
Ｖ）のＶ方向の加算値（）（Ｈ，ｎ）＝Σ　　Ｆ（Ｈ，
Ｖ）を保持するように作用する。

−−ｔ つｔｂクロック毎にＨ方向アドレスの対応するデータＧ
（Ｈ，ｎ）を読み出し、加算器６４により上記差分値！
’（Ｈ、Ｖ）との加算値Ｇ（Ｈ，ｎ＋１）＝Ｇ（Ｈ，ｎ
）＋Ｆ’（Ｈ，Ｖ）を求め、シフトレジスタ６５上の同
一データ・エリア上に再格納するもので、この処理をク
ロック毎に繰り返す、この処理をＶ方向の全走査ライン
ーｔ−ＡＫ対するＶ）を得た後、絶対値回路６６により
絶対値データに変換して、計算機２５（第１図）に入力
するものである。

第８図は、検出されたＡＤｆ換器２８の出力波形に対す
る微分波形Ｆ（Ｉ（、Ｖ）：ｆ（Ｈ−１，Ｖ）−ｆ（Ｈ
，Ｖ）と、Ｆ’（Ｈ，Ｖ）をＶ方向に累積加算した波形
（］　（Ｈ１とを示すもので、■方向の累積加算波形Ｇ
　（Ｈｌを求めることによシ、ランダムに混入するノイ
ズ成分を低減し、Ｓ／Ｈの向上した安定な微分波形とす
ることができる。検出信号が立下り波形の場合は、微分
波形が負の極性を示すため、計算機には絶対値を求めて
入力するようにしている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パターンエツジを含む局所領域のみを
抽出して、自動焦点合わせを行なうので、焦点合わせの
高速化が図れる。また、パターン・エッジと直交する方
向に走査検出するため、パターン形状に依存することな
く、確実な焦点合わせが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る自動焦点合わせ装置の
ブロック構成図、第２図（ａｌ及び（ｂｌは夫々検査対
象の一例であるＸ線マスクの断面構成図及び外観図、第
６図はパターン領域全面に対する走査方法の説明図、第
４図は局所領域の走査方法説明図、第５図は局所領域走
査位置データ算出方法説明図、第６因は第１図に示すペ
クタスキャン信号発生器の具体的構成図、第７図は第１
図に示す焦点検出器の具体的構成図、第８図は焦点検出
方法を説明する信号波形図である。 １・・・電子銃　　　　　　３・・・偏向コイル４・・
・対物レンズ　　　　５・・・試料６・・・試料ステー
ジ　　　７・・・シンチレータ８・・・ライトガイド　
　　９・・・光電子増倍管１１・・・増幅器　　　　　
１２・・・偏向ドライバー１３・・・Ｙ方向走査ドライ
バー １４・・・励磁ドライバー １６・・・マスクスキャン信号発生器 １７・・・ペクタスキャン信号発生器 １８・・・焦点検出器 １９・・・設計データ格納ＭＴ ２０・・・基準画像信号発生器 ２２．２３・・・フィールド画像メモリ２４・・・欠陥
判定器　　　２５・・・計算機。 第　２図 晃　３（２１ ｉｎ 第４０ 第　５０ ？１６　　図 第　７　口 見　８　口 Ａｏ＠ｓｋ　出ガイ書！　　　Ｊ （＞ｆＨ）＝　Ｌ　　ｒ　ｔＭ、ｖノ ｇＪ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電子線を電子レンズを介して試料上で偏向走査し、
   反射電子、二次電子または透過電子を検出して電子像を
   得る電子顕微鏡において、当該電子顕微鏡の視野上の試
   料パターンに対応するパターンデータを出力する手段と
   、このパターンデータからパターン・エッジの存在する
   位置を算出する手段と、この算出値に従い当該パターン
   ・エッジの存在する位置の微小領域内を偏向走査する手
   段を設け、この微小領域の検出画像に基づいて電子顕微
   鏡の焦点を自動調整するようにしたことを特徴とする電
   子顕微鏡の自動焦点合わせ装置。２、請求項１記載の電
   子顕微鏡の自動焦点合わせ装置において、顕微鏡視野上
   の試料パターンに対応して当該試料パターンの作成に用
   いた設計データを読み出し、パターンエッジの存在する
   位置を算出して、焦点検出時の電子ビームの偏向位置を
   求めることを特徴とする電子顕微鏡の自動焦点合わせ装
   置。