JPH0896738A - 自動焦点合わせ装置 - Google Patents

自動焦点合わせ装置

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JPH0896738A
JPH0896738A JP6234761A JP23476194A JPH0896738A JP H0896738 A JPH0896738 A JP H0896738A JP 6234761 A JP6234761 A JP 6234761A JP 23476194 A JP23476194 A JP 23476194A JP H0896738 A JPH0896738 A JP H0896738A
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達哉 前田
Katsuhiro Sasada
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Abstract

(57)【要約】 【構成】試料高さを求めて、この高さに焦点が合うよう
に電磁レンズに励磁電流を設定する自動焦点合わせ装置
において、正焦点に励磁する対物電流を流す前に、磁場
が飽和する電流を正と負に流すことで、必ず一定の磁気
履歴を通す処理を行い、この処理をステージ移動中に行
う。また飽和電流の代わりに、システムが制御し得る最
大と最小の電流でも良い。また、高さ検出,電磁レンズ
の励磁電流設定をステージ停止直前に完了する。 【効果】自動焦点合わせ実行時、同一の履歴を持たすこ
とができるため、対物電流と磁場間に一対一関係が成立
し、高精度化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は走査電子顕微鏡における
自動焦点合わせに関する。
【0002】
【従来の技術】電子線測長装置と反射光の位置から試料
高さを求める高さ検出装置(以下Zセンサ)を用いた自
動焦点合わせ装置および従来の電子線測長装置の動作の
流れを説明する。
【0003】図1において、観察試料4へは、図示して
いない電子銃から発生される電子線1が対物レンズ3に
よって細く集束され、照射される。2X,2Yは、電子
線1を試料上で走査するための偏向コイルである。試料
4から発生した二次電子7は検出器5によって検出さ
れ、増幅器6からの出力信号を偏向コイル2X,2Yと
同期させて輝度変調して、走査電子顕微鏡の像を得てい
る。ただし、以上のコイル,レンズは電磁レンズで構成
される。また、ステージ8は、ステージ制御装置15に
より制御されるが、制御装置は外部記憶装置9に格納さ
れている、測定すべき点の座標が登録されているウェハ
情報ファイルより、測定点の座標データを受取り、しか
るべき測定点にウェハを移動することができる。このウ
ェハ情報ファイルは、ゲート作成あるいはコンタクトホ
ール作成プロセス等のウェハのプロセス毎、また、1M
メモリあるいは、4Mメモリウェハ等のウェハの種類毎
に登録しておき、測定するウェハに対応するファイルを
ウェハ毎に、測定時に操作者が外部記憶装置から呼び出
す。
【0004】次に、以上のような構成の装置におけるZ
センサを利用した自動焦点合わせ機構を述べる。
【0005】高さ検出装置は、発光ダイオードあるいは
レーザなどの光源11から放出したプローブ光を、角度
θで試料4上に集光しこの反射光の重心位置を、PSD
素子あるいは、CCDカメラなどの光位置検出器12で
検出する。PSD素子の場合、入射光の光強度の重心位
置を検出する。光学系の一例として、試料の前後に光学
レンズ13,14を配置した例を示す。この高さ検出装
置では、ウェハがあらかじめ設定した基準高さW0にあ
る時に光位置検出器に入射するプローブ光の位置w0に
対して、試料高さがδZWAF だけ変化すると、光位置検
出器に入射する光の位置がδZOPT だけ変化する。そこ
で、試料の高さ変化量δZWAF は、δZopt を検出し、
【0006】
【数1】 δZWAF =δZOPT /(M×2sinθ) …(数1) により求めることができる。ただし、Mは光学系の倍率
を示す。
【0007】一方、走査電子顕微鏡の焦点合わせは、対
物レンズ制御装置10により対物レンズ3に流す励磁電
流量を制御して、電子ビームの焦点高さを、対物レンズ
3を制御し観察試料面高さに合わせて行う。ウェハがδ
WAF の高さにある時、電子顕微鏡の像の焦点をこれに
合わせると、電子ビームの焦点位置もδZWAF になる
が、この電子ビームの焦点高さδZWAF と、対応する対
物レンズの励磁電流値δIとの関数を求めると、
【0008】
【数2】 δI=f(δZWAF ) …(数2) 数1と数2の合成関数をgとすれば、高さ検出装置から
の出力δZOPT がわかれば、数3から対物レンズの励磁
電流値δIが求められる。
【0009】
【数3】 δI=g(δZOPT ) …(数3) そこで、数3を装置調整時に求め、保存しておけば、自
動焦点合わせ実行時に、δZopt を求め、対物電流δI
を算出し設定することで、処理が終了する。以上のZセ
ンサによる自動焦点合わせ装置の制御も対物レンズ制御
部10で行う。次に、以上のような構成の装置における
1枚の試料ウェハの従来の処理の流れを図2と以下に示
す。
【0010】1.試料ウェハを試料室に搬入する。
【0011】2.ウェハに対応するウェハ情報ファイル
をロードする。
【0012】3.ウェハ情報ファイルに従いステージ座
標に対し原点補正,θ補正を行う 4.ウェハ情報に従い測定すべき座標点に移動する。
【0013】5.Zセンサによる自動焦点合わせを行
う。
【0014】(Zセンサにて高さ計測、数3にて対物電
流値を算出設定) 6.測定するパターンを見つけ測定倍率(例:5万倍以
上)に設定する。
【0015】7.測定点の測長,観察を行う。
【0016】8.他に測定点があれば、4.〜8.を行
う。
【0017】9.ウェハを試料室から搬出する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
している課題は、同一の対物電流値に対する磁場再現性
の改善と、ステージ停止後のZセンサ動作開始から動作
後、像が安定するまでの時間短縮である。
【0019】従来技術において、自動焦点合わせ精度
は、ウェハ高さ計測の精度と磁場再現性の精度に依存す
る。ここで、磁場再現性に関する問題として以下の点が
あげられた。
【0020】1.ウェハ高さ計測が精度良く行われたと
しても磁場再現性が良くないと、装置調整時に得られた
ウェハ高さと正焦点時の対物電流との関係(数3)が成
り立たず良好な性能が得られない。
【0021】磁場再現性が悪くなる原因は、対物レンズ
に電磁石を応用した電磁レンズを用い、焦点合わせ時に
はこれに流れる励磁電流量を操作して、磁場制御するた
めに、磁気ヒステリシスが生じることである。
【0022】2.従来技術では、ウェハが測定点に停止
後、Zセンサにて高さ測定を行い、この結果から数3を
用いて設定すべき励磁電流値を算出,設定していたが、
本方法では自動焦点合わせ処理時間と,対物電流値設定
後、像が安定するまで、時間が数秒程度かかる。
【0023】ことが問題であった。これは自動焦点合わ
せ単体では短時間であるが、システムとして考えれば測
定点数だけ行う機能であり、処理時間の短縮を図ろうと
した場合には、大きな要素となり短縮化が強く望まれて
いることである。
【0024】
【課題を解決するための手段】以上の、第1の問題点に
おいて、磁気ヒステリシスを除去するための方法として
とられた本発明は 1.Zセンサの検出高さから算出された対物電流の設定
前に、対物レンズの磁場が飽和する励磁電流を正,負の
方向に流し、決まった磁気履歴をつくることを特徴とす
るものである。
【0025】2.Zセンサの高さ検出値から求めた対物
電流値を流す前に、必ず対物レンズに対して焦点合わせ
に用いられる対物電流の可動範囲の最大値を次に最小値
を流す処理を行うこと(あるいは最初に最小値,次に最
大値)で、決まった磁気履歴をつくることを特徴とする
ものである。
【0026】また、第2の問題点においてZセンサを用
いた自動焦点合わせ装置の実行時間短縮のためにとられ
た本発明は、ステージ移動中に決まった磁気履歴を形成
する上記1,2の処理を行い、ステージ停止直前に高さ
検出処理,対物電流設定まで完了し停止時には磁場が安
定な状態であり、安定した画像が得られることを特徴と
するものである。
【0027】
【作用】試料高さを求めて、この高さに焦点が合うよう
に電磁レンズに励磁電流を設定する自動焦点合わせ装置
において、一定の履歴を通し磁場の再現性を良好にする
処理を行うことで、高精度化を図り、しかもこの処理を
ステージ移動中に行うことで、トータルでの処理時間を
短縮するものである。さらに、高さ検出,電磁レンズの
励磁電流設定をステージ停止直前に完了することで、処
理時間の短縮を図る。
【0028】
【実施例】図3に、本発明の実施の手順例を示す。
【0029】ウェハ情報ファイルに従い測定点にステー
ジを移動開始後、対物レンズの磁場が飽和する正の励磁
電流を設定する。励磁された磁場の安定後、磁場が飽和
する負の電流に設定する。この状態を図4に示す。
【0030】ただし、この方法の場合、 (1)励磁電流を設定した後に安定な磁場が得られるま
での時間がかかりすぎる。
【0031】(2)装置に磁石が飽和する励磁電流が流
せる容量を持たせなければならないという制限がある。
【0032】そこで、この制御を以下のように行っても
良い。すなわち、測定点にステージを移動開始後、対物
レンズの励磁電流をレンズの制御範囲の最大値に設定
し、励磁された磁場の安定後、レンズの制御範囲の最小
値を設定する方法である。この場合、飽和磁場が得られ
る電流を設定する場合の制限項目はいずれも良好にな
る。この状態を図5に示す。
【0033】また、いずれの場合でも電流を設定する順
番を逆にしてもかまわない。すなわち、負に設定した
後、正の電流を、あるいは最小値を設定した後最大値を
設定しても良い。ただし、この制御は、常に、同じ順に
行わなければならない。
【0034】以上の制御後、ステージが目標点付近に到
達したかどうかを判断し、目標点付近であればZセンサ
を起動し、高さ計測を行い、この結果から、数3によ
り、励磁電流値を求め設定する。Zセンサを起動する点
は、その点から目標点に移動するのに要する時間と、Z
センサ起動から、電流値を設定し、得られる画像が安定
するのにかかる時間とがほぼ同じ程度になる点にあらか
じめ設定する。
【0035】
【発明の効果】本発明は、粒子線装置の自動焦点合わせ
装置において、対物レンズに同一励磁電流を流して得ら
れる磁場の再現性の向上による自動焦点合わせ装置の高
精度化と処理時間の短縮化が図れる。
【0036】本発明を採用することで、自動焦点合わせ
実行時、同一の履歴を持たすことができるため、対物電
流と磁場間に一対一関係が成立し、高精度化が図れる。
【0037】また本発明のステージ移動中に履歴の同一
にする処理,高さ検出から自動焦点合わせまでをステー
ジ停止までに終了させる処理を行うことで従来の方法で
は、ステージが停止してから行っていたこれらの実行時
間を短縮できる。仮にこの実行時間に3秒要しており、
従来の装置で1枚のサンプル内5点の測長を行うのに3
分かかっていたとすれば、本発明により 3秒×5点=15秒,15秒/3分×100=8.3
(%) となり、約8%の処理時間の短縮化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高さ検出装置を用いた自動焦点合わせ装置と走
査電子顕微鏡のブロック図。
【図2】従来の装置における1枚の試料ウェハの従来の
処理のフローチャート。
【図3】本発明による1枚の試料ウェハの処理のフロー
チャート。
【図4】磁場が飽和するまで対物電流を流す場合の磁気
履歴特性図。
【図5】対物電流の可変範囲の最大,最小の電流を流す
場合の磁気履歴特性図。
【符号の説明】
1…電子線、2X,2Y…X及びYの偏向コイル、3…
対物レンズ、4…試料、5…検出器、6…増幅器、7…
二次電子、8…ステージ、9…外部記憶装置、10…対
物レンズ制御装置、11…光源、12…光位置検出器、
13,14…光学レンズ、15…ステージ制御装置。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プローブ光を試料表面に照射し、反射光の
    位置から試料高さを求める高さ検出装置を用いて検出し
    た高さから、電磁コイルを用いた対物レンズに対してあ
    らかじめ控えておいたテーブルあるいは近似式から適当
    な励磁電流を求めて焦点合わせを行う自動焦点合わせ装
    置において、適当な電流を設定する前に、必ず前記対物
    レンズの磁場が飽和する電流を正側と負側に流す処理を
    行うことで、同一電流値での磁場の再現性を良好にする
    ことを特徴とする自動焦点合わせ装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記検出装置の高さ検
    出値から求めた対物電流値を流す前に、必ず前記対物レ
    ンズに対して焦点合わせに用いられる対物電流の可動範
    囲の最大値と最小値を流す処理を行うことで、同一励磁
    電流での磁場の再現性を良好にする自動焦点合わせ装
    置。
  3. 【請求項3】請求項1において、この動作を試料が測定
    点へ移動している最中に行い完了する自動焦点合わせ装
    置。
  4. 【請求項4】請求項1または2において、高さ検出動作
    を、試料が測定点付近まで移動した時に開始し、終了さ
    せ、測定点に到達した時点で、対物電流に流す適切な励
    磁電流値の計算と設定とを完了する自動焦点合わせ装
    置。
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