JPH0464245A - 光学顕微鏡付電子顕微鏡およびそれを用いた外観検査装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発胡は、光学顕微鏡付電子顕微鏡およびこの電子顕微
鏡を用いた外観検査装置に関し、特に半導体集積回路装
置の製造工程における外観検査において、光学顕微鏡に
よるマクロ的な位置合わせと、電子顕微鏡によるミクロ
的な検査が可能とされる光学顕微鏡付電子顕微鏡および
それを用いた外観検査装置に適用して有効な技術に関す
る。

［従来の技術］ 従来、半導体集積回路装置の製造プロセスにおいては、
集積回路パターンの一層の微細化などに伴って、光学顕
微鏡に代わってより高分解能で精細な観察が可能とされ
る電子顕微鏡が製造プロセスの評価などに用いられてい
る。

たとえば、共立出版株式会社、昭和６０年５月２５日発
行、「走査電子顕微−の基礎と応用」、特にＰｉ〜Ｆ２
６のＳ　Ｅ　Ｍ　（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎＭｌｃｒｏｓｃｏｐｅ　：走査電子顕微鏡〉の原理お
よび構成の項目に記載されるように、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信号
の強度と、電子線の走査位置とに基づいて、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、試料の精細な観察が可能とされる走査電子顕
微鏡がある。

そして、たとえば半導体集積回路装置の製造プロセスに
用いられ、半導体集積回路に形成された集積回路パター
ンの寸法測定および欠陥の有無などの外観検査を行うも
のである。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記のような従来技術においては、電子線の
走査された箇所を高倍率に拡大したミクロ的な観察が可
能とされるものの、電子線の走査する箇所、すなわち試
料の検査箇所の位置合わせまでの範囲について配慮がさ
れておらず、試料のマクロ的な位置合わせの面について
不具合が生じている。

たとえば、高倍率による狭い視野により位置合わせを行
うために試料の全体像が判断できず、検査箇所の位置合
わせに多大な時間が必要であると同時に、検査箇所の位
置検出が極めて難しいという問題がある。

また、集積回路パターンの寸法測定を行う場合などにふ
いては、予め試料の検査箇所の座標データを入力する必
要があり、この場合にも時間的な面における問題がある
。

従って、従来の電子顕微鏡においては、検査箇所の位置
合わせから精細な検査までの一連の操作が迅速にできな
いという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、光学顕微鏡によるマクロ的な
位置合わせと、電子顕微鏡によるミクロ的な検査とが可
能とされ、検査箇所の位置合わせから精細な検査までの
一連の操作を迅速に行うことができる光学顕微鏡付電子
顕微鏡上よびそれを用いた外観検査装置を提供すること
にある。

本発明の前記ならび、：ピ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。

［課題を解決するための手段］ 本願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、本発明の光学顕微鏡付電子顕微鏡は、電子銃
より発した電子線を集束し、試料の表面を２次元的に走
査しながら照射する電子光学系と、試料を載置する試料
ステージと、試料の表面からの信号を検出する検出器と
を備え、電子光学系、試料ステージおよび検出器が真空
状態に保持される真空容器内に収納される電子顕微鏡で
あって、同一の真空容器内に、光源より発した光線を試
料に照射する光学系を備えた光学顕微鏡を内蔵したもの
である。

この場合に、光学顕微鏡により試料が載置された試料ス
テージの位置合わせを行い、さらにこの試料ステージの
傾斜のみを変えることにより電子顕微鏡による試料の検
査を行うようにしたものである。

また、本発明の外観検査装置は、光学顕微鏡付電子顕微
鏡を備え、試料が半導体集積回路装置の製造工程におけ
る半導体基板とされ、この半導体基板に形成された集積
回路パターンの検査を行うものである。

［作用コ 前記した光学顕微鏡付電子顕微鏡によれば、電子顕微鏡
と同一の真空容器内に、光源より発した光線を試料に照
射する光学系を備えた光学顕微鏡が内蔵されることによ
り、この光学顕微鏡により試料の所定の検査箇所のマク
ロ的な位置合わせを行い、さらにこの位置合わせされた
所定の検査箇所を電子顕微鏡によりミクロ的に検査する
ことができる。これにより、試料の検査箇所の位置合わ
せから精細な検査までの一連の操作を迅速に行うことが
できる。

この場合に、試料の位置合わせを行った後に、試料ステ
ージの傾斜のみを変えることによって検査が行われるこ
とにより、試料ステージの駆動を最小限に抑えることが
できるので、位置合わせおよび検査の精度の高い位置決
めが可能である。

また、前記した外観検査装置によれば、検査箇所のマク
ロ的な位置合わせと、この位置合わせされた検査箇所の
ミクロ的な検査が可能とされる光学顕微鏡付電子顕微鏡
が半導体集積回路装置の製造工程に用いられることによ
り、半導体基板に形成された集積回路パターンの検査を
短時間で容易に行うことができる。

［実施例１コ 第１図は本発明の一実施例である光学顕微鏡付電子顕微
鏡を用いた外観検査装置を示す概略構成図、第２図は本
実施例の外観検査装置により検査される試料を示す平面
図である。

まず、第１図により本実施例の光学顕微鏡付電子顕微鏡
を用いた外観検査装置の構成を説明する。

本実施例の外観検査装置は、たとえば半導体集積回路装
置の製造工程において、半導体基板（試料）１の集積回
路パターンの外観検査に用いられる外観検査装置２とさ
れ、半導体基板１の所定の検査箇所を検査する電子顕微
鏡３と、検査箇所の位置合わせを行う光学顕微鏡４とか
ら構成され、これらの電子顕微鏡３および光学顕微鏡４
が真空状態に保持される真空容器５に内蔵されている。

電子顕微鏡３は、電子線を発する電子銃６と、この電子
銃６から照射された電子線を集束し、半導体基板１０表
面を２次元的に走査する電子光学系７と、半導体基板１
を載置する試料ステージ８と、半導体基板１０表面から
の信号を検出する検出器９とから構成され、半導体基板
１の検査箇所がミクロ的に検査されるようになっている
。

電子光学系７は、半導体基板１に到達する電子線のスポ
ットサイズなどを制御する集束レンズ７ａと、半導体基
板１に対する電子線の入射位置を制御する偏向コイル７
ｂと、電子線の半導体基板１に対する焦点位置を制御す
る対物レンズ７Ｃとから構成されている。

さらに、これらの電子光学系７は、たとえば図示しない
電流制御部および電源部を介して信号制御部に接続され
、この信号制御部によってそれぞれの動作が統括して制
御されている。そして、信号制御部には陰極線管などの
表示部が接続され、電子線の走査に同期した高倍率の拡
大画像が表示されるようになっている。

試料ステージ８は、たとえば図示しない駆動モータなど
を介して光学軸制御部１０に接続され、水平方向への移
動および水平面からの傾斜が変位自在に制御されている
。そして、試料ステージ８に載置された半導体基板１の
移動および傾きによって位置合わせおよび検査が行われ
、同時に半導体基板１の出し入れが容易に行われるよう
になっている。

検出器９は、照射された電子線による半導体基板１から
の二次電子または反射電子の強度を検出し、電気的な信
号に変換するものである。

光学顕微鏡４は、光線を発する光源１１と、この光源１
１から照射された光線を集束および投射する光学系１２
とから構成され、上記の試料ステージ８に載置された半
導体基板１の検査箇所の位置合わせがマクロ的に行われ
るようになっている。

光学系１２は、半導体基板１に到達す−る光線のスポッ
トサイズなどを制御する集束レンズ１２ａと、光線の半
導体基板１に対する焦点位置を制御する対物レンズ１２
ｂと、半導体基板１の実像を拡大して投射する接眼レン
ズ１２ｃとから構成されている。

真空容器５は、たとえば試料ステージ８の下部に配設さ
れる排気ポンプなどの排気系１３に接続され、電子線の
経路が高い真空状態に保持されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

始めに、試料である半導体基板１を試料ステージ８に搭
載し、真空状態に保持された真空容器５の内部に収納す
る。そして、試料ステージ８の水平方向への移動と、水
平面からの傾斜とを制御しながら、光学顕微鏡４によ゛
って半導体基板１の所定の検査箇所、すなわち第２図に
示すＡ部の所定の集積回路パターンへの位置合わせを行
う。

この場合に、従来の電子顕微鏡３のみの外観検査族Ｗ１
２のように高倍率による狭い視野により位置合わせする
必要がなく、検査箇所の位置合わせをマクロ的に行うこ
とができるので、位置合わせに多大な時間を費やすこと
なく、極めて容易に位置合わせが可能となる。

次に、位置合わせが終了した後に、試料ステージ８の水
平方向の位置を保持しながら傾斜のみを制御し、電子顕
微鏡３によって半導体基板１のＡ部の集積回路パターン
を高倍率に拡大してミクロ的な検査を行う。

以上の動作を、第２図に示す全ての検査箇所である集積
回路パターンについて繰り返して行い、半導体集積回路
装置の製造工程における半導体基板１の位置合わせから
検査までの一連の外観検査を実施する。

従って、本実施例の外観検査装置２によれば、真空状態
の保持された同一の真空容器５の内部に、電子銃６より
発した電子線を集束し、試料である半導体基板１０表面
を２次元的に走査しながら照射する電子光学系７と、半
導体基板１を載置する試料ステージ８と、半導体基板１
０表面からの信号を検出する検出器９とを備えた従来の
電子顕微鏡３に加えて、光ｓ１１より発した光線を半導
体基板１に照射する光学系１２を備えた光学顕微鏡４が
内蔵されることにより、光学顕微鏡４により半導体基板
１の所定の検査箇所のマクロ的な位置合わせを行い、さ
らに試料ステージ８の傾斜のみを変えることによって、
位置合わせされた所定の検査所定を電子顕微鏡３により
ミクロ的に検査することができるので、半導体基板１の
検査箇所の位置合わせから精細な検査までの一連の操作
を迅速に行うことができる。

口実施例２コ 第３図は本発明の他の実施例である光学顕微鏡付電子顕
微鏡を用いた外観検査装置を示す概略構成図である。

本実施例の外観検査装置は、第３図に示すように、実施
例１と同様に半導体集積回路装置の製造工程において、
半導体基板（試料）１の集積回路パターンの外観検査に
用いられる外観検査装置！２２とされ、半導体基板１の
所定の検査箇所を検査する電子顕微鏡３と、検査箇所の
位置合わせを行う光学顕微鏡４とから構成され、これら
の電子顕微鏡３および光学顕微鏡４が真空状態に保持さ
れる真空容器５に内蔵されている。

そして、実施例１との相違点は、光学顕微鏡４による光
学座標と、電子顕微鏡３による光学座標とにより試料ス
テージ８の移動を制御し、水平方向への移動によって位
置合わせと同一の検査箇所を検査することが異なる点で
あ・る。

すなわち、実施例２の外観検査装置２は、試料ステージ
８に座標制御部１４および座標記憶部１５が接続され、
試料ステージ８の水平方向への移動のみが変位自在に制
御されている。

従って、本実施例の外観検査装置２によれば、光学顕微
鏡４によって半導体基板１の所定の検査箇所の位置合わ
せを行い、位置合わせの光学座標を座標記憶部１５に記
憶した後に、試料ステージ８を電子顕微鏡３の光学軸上
に移動する。そして、記憶された位置合わせの光学座標
に基づいて、電子顕微鏡３によって半導体基板１の所定
の検査箇所を高倍率に拡大してミクロ的な検査を行うこ
とができる。

これにより、実施例１と同様に、光学顕微鏡４による半
導体基板ｌの所定の検査箇所のマクロ的な位置合わせか
ら、さらに試料ステージ８の水平方向への移動のみによ
って、位置合わせされた所定の検査所定の電子顕微鏡３
によるミクロ的な検査までを迅速に行うことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例１および
２に基づき具体的に説明したが、本発明は前証各実施例
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、実施例２の外観検査装置２については、電子
顕微鏡３および光学顕微鏡４の両方が真空状態に保持さ
れる真空容器５に内蔵される場合について説明したが、
光学顕微鏡４については必ずしも真空状態に保持する必
要はなく、第２図の２点鎖線で示す部分から電子顕微鏡
３側のみ真空状態であればよい。

また、実施例１および２の外観検査装置２における電子
顕微鏡３と光学顕微鏡４との位置関係および配設などに
ついては、第１図および第３図に示すような構造に限ら
れるものではない。

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその利用分野である半導体集積回路装置の製造工程
に用いられる半導体基板１の外観検査装置２に適用した
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、たとえば露光用のマスクなど他の外観検査装置につ
いても広く適用可能である。

また、光学顕微鏡付電子顕微鏡としては、たとえば組織
および細胞観察などの医学、生物学関係など他の分野に
も広く適用可能である。

「発明の効果コ 本願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、下記のとおりで
ある。

（１）、電子銃より発した電子線を集束し、試料の表面
を２・次元的に走査しながら照射する電子光学系と、試
料を載置する試料ステージと、試料の表面からの信号を
検出する検出器とを備え、電子光学系、試料ステージお
よび検出器が真空状態に保持される真空容器内に収納さ
れる電子顕微鏡であって、この電子顕微鏡と同一の真空
容器内に、光源より発した光線を試料に照射する光学系
を備えた光学顕微鏡が内蔵されることにより、光学顕微
鏡により試料の所定の検査箇所のマクロ的な位置合わせ
を行い、さらにこの位置合わせされた所定の検査箇所を
電子顕微鏡によりミクロ的に検査することができるので
、試料の検査箇所の位置合わせから精細な検査までの一
連の操作を６速に行うことができる。

（２）、光学顕微鏡により試料が載置された試料ステー
ジの位置合わせを行い、さらにこの試料ステージの傾斜
のみを変えることによって電子顕微鏡による試料の検査
を行うことにより、試料の位置合わせを行った後に検査
まで試料ステージの駆動を最小限に抑えることができる
ので、位置合わせおよび検査の精度の高い位置決めが可
能である。

（３）、検査箇所のマクロ的な位置合わせと、この位置
合わせされた検査箇所のミクロ的な検査が可能とされる
光学顕微鏡付電子顕微鏡が半導体集積回路装置の製造工
程に用いられることにより、半導体基板に形成された集
積回路パターンの位置合わせから検査までを短時間で容
易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１である光学顕微鏡付電子顕微
鏡を用いた外観検査装置を示す概略構成図、 第２図は本実施例の外観検査装置により検査される試料
を示す平面図、 第３図は本発明の実施例２である光学顕微鏡付電子顕微
鏡を用いた外観検査装置を示す概略構成図である。 １・・・半導体基板（試料）、２・・・外観検査装置、
３・・・電子顕微鏡、４・・・光学顕微鏡、５・・・真
空容器、６・・・電子銃、７・・・電子光学系、７ａ・
・・集束レンズ、７ｂ・・・偏向コイル、７Ｃ・・・対
物レンズ、８・・・試料ステージ、９・・・検出器、１
０・・・光学軸制御部、１１・・・光源、１２・・・光
学系、１２ａ・・・集束レンズ、１２ｂ・・・対物レン
ズ、１２Ｃ・・・接眼レンズ、１３・・・排気系、１４
・・・座標制御部、１５・・・座標記憶部。 第 図 ｂ：電子状 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電子銃より発した電子線を集束し、試料の表面を２
   次元的に走査しながら照射する電子光学系と、前記試料
   を載置する試料ステージと、前記試料の表面からの信号
   を検出する検出器とを備え、前記電子光学系、試料ステ
   ージおよび検出器が真空状態に保持される真空容器内に
   収納される電子顕微鏡であって、同一の前記真空容器内
   に、光源より発した光線を前記試料に照射する光学系を
   備えた光学顕微鏡が内蔵され、該光学顕微鏡により前記
   試料の所定の検査箇所のマクロ的な位置合わせを行い、
   さらに該位置合わせされた所定の検査箇所を前記電子顕
   微鏡によりミクロ的に検査することを特徴とする光学顕
   微鏡付電子顕微鏡。 ２、前記光学顕微鏡により前記試料が載置された前記試
   料ステージの位置合わせを行い、さらに該試料ステージ
   の傾斜のみを変えることにより前記電子顕微鏡による前
   記試料の検査を行うことを特徴とする請求項１記載の光
   学顕微鏡付電子顕微鏡。 ３、請求項１または２記載の光学顕微鏡付電子顕微鏡を
   備え、前記試料が半導体集積回路装置の製造工程におけ
   る半導体基板とされ、該半導体基板に形成された集積回
   路パターンの検査を行うことを特徴とする外観検査装置
   。