JPH11167893A

JPH11167893A - 走査電子顕微鏡

Info

Publication number: JPH11167893A
Application number: JP9335915A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Morokuma; 秀俊諸熊; Hiroyoshi Mori; 森　　弘義
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】異物検査装置から送られてくる異物の座標デ
ータを走査電子顕微鏡の座標に変換する作業が簡便に行
えるようにする。【解決手段】座標変換式の導出に使用する異物の座標
値を、座標変換に影響されないステージ座標系でも登録
する。座標を登録した異物のうちから実際に座標変換式
の導出に使用する異物を任意又は自動的に選択できるよ
うにする。例えば、走査電子顕微鏡での座標値を登録し
た異物３５のうち、マウス１９で選択した領域３７内に
ある異物３６のみを使って座標変換式を導出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料上の微小な領
域を観察する走査電子顕微鏡に関し、特に他の検査装置
で測定した試料上の観察対象物の座標データを、自身の
座標系に適合するように変換して、観察対象物の観察時
に利用する走査電子顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡は多くの研究開発分野で
試料の微細な構造を観察するために用いられている。走
査電子顕微鏡は、観察した観察対象物のＳＥＭ（Scanni
ng Electron Microscope）像を画面上に表示する。ま
た、この技術は半導体装置の微細構造観察にも応用され
ている。近年、半導体装置は微細化が進み、現在では半
導体装置はパターン幅０．５μｍ以下で作製されてい
る。このような半導体装置では、０．２μｍ程度の異物
／欠陥が半導体パターンを作製するウェーハ上に存在し
ていただけで障害を発生することがある。障害の元とな
った異物／欠陥を詳しく調べるために、走査電子顕微鏡
でこれらの異物／欠陥を観察する必要がある。

【０００３】走査電子顕微鏡でこのような微小な異物／
欠陥を観察する場合は、予め他の異物／欠陥検査装置等
で異物／欠陥のウェーハ上での位置を測定し、その測定
によって得られる座標データを元に異物／欠陥を探し観
察するのが普通である。０．２μｍ程度の異物／欠陥を
走査電子顕微鏡で観察する場合は、最低でも５千倍程度
に異物／欠陥を拡大してＳＥＭ像画面に表示する必要が
ある。ところが、ＳＥＭ像画面サイズの制限により一度
に観察できる範囲には限りがあるため、異物／欠陥検査
装置から得た異物／欠陥の座標データに誤差が大きく含
まれていた場合は、異物／欠陥がＳＥＭ像画面からはみ
出してしまうことがある。例えば、ＳＥＭ像表示画面の
大きさが２００ｍｍ×２００ｍｍの走査電子顕微鏡を使
って５千倍の倍率で異物／欠陥を観察する場合、一度に
観察できるＳＥＭ像の範囲は４０μｍ×４０μｍしかな
く、異物／欠陥検査装置からの座標データに±２０μｍ
以上の誤差が含まれていると、異物／欠陥がＳＥＭ像表
示画面から外れてしまい、異物／欠陥を発見することが
できない。

【０００４】異物／欠陥検査装置の座標誤差を少なくす
るために、特開平７−１９３１０９号公報「ウェーハ粒
子解析に関する多重走査法」のような手法が提案されて
いるが、いまだに十分な座標精度を得る事ができておら
ず、走査電子顕微鏡を使った異物／欠陥観察時に異物／
欠陥が発見できないことが多々ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】座標誤差の大きい異物
／欠陥検査装置（以下、単に異物検査装置という）から
の座標データを元にして走査電子顕微鏡で異物／欠陥
（以下、異物と欠陥を合わせて単に異物という）を観察
するためには、走査電子顕微鏡側で座標誤差が少なくす
るような座標変換をするか、座標誤差の影響を受けにく
い観察方法を考案する必要がある。

【０００６】異物検査装置の座標誤差要因は、その装置
の動作原理に依存する。例えば、ウェーハ上の異物の座
標を表現するためにウェーハ外形に合わせたＸＹ座標系
を使用する場合があるが、そのＸＹ座標の座標原点の定
義やウェーハ形状に対するＸＹ座標軸の傾きが異物検査
装置によって微妙に異なっていることがある。このよう
な場合は、例えば下記の座標変換式〔数１〕を使って走
査電子顕微鏡と異物検査装置との座標のずれを補正する
ことができる。式中、（ｘ₁，ｙ₁）は異物検査装置で測
定した異物座標、（ｘ₂，ｙ₂）は走査電子顕微鏡の座標
系に適合するように変換された異物座標、（ａ，ｂ）は
異物検査装置の座標原点誤差、θは異物検査装置のＸＹ
座標軸の傾き誤差を表す。

【０００７】

【数１】少なくとも２つの異物について異物検査装置と走査電子
顕微鏡とで異物座標を測定し、これらの値を〔数１〕に
代入して得られる連立方程式を残留誤差が最小になるよ
うにして解けば、ａ，ｂ及びθの値を得ることができ
る。こうして求められたａ，ｂ及びθの値を代入した
〔数１〕を使えば、異物検査装置で測定した異物の座標
値を走査電子顕微鏡の座標系に適合した座標値に変換す
ることができる。

【０００８】ところが、異物検査装置の座標誤差要因は
異物検査装置の座標原点誤差（ａ，ｂ）やＸＹ座標軸の
傾き誤差θだけではなく他にも色々とあり、例えば座標
寸法精度（座標スケール）に誤差がある場合は〔数１〕
だけでは全ての異物に関して適当な座標補正を行うこと
ができない。もちろん、誤差をよりよく補正できる座標
変換式が判っている場合には〔数１〕ではなく、その座
標変換式を使用すればよい。例えば、ＸＹ座標軸の直交
度誤差があることが判っている場合などは直交度を補正
できる計算式を用いれば良い。しかし、誤差要因が十分
に理解されていないような未知の異物検査装置からの座
標データを使った場合は、適当な座標変換式を用意する
ことができない場合もある。

【０００９】幾つかの異物の座標データだけを使って座
標変換式を導出する場合は、座標変換式の導出に使う異
物を使用者が選択する必要があるが、異物検査装置から
は数千個の異物に関する座標データが送られてくること
があり、座標変換式の作成のためにどの異物を使うべき
か簡単に決めることができないことがある。また、たく
さんの異物を選択した場合、どの異物が既に選択されて
いるか判らなくなることがある。さらに、試料上の走査
電子顕微鏡で観察する位置を変えるたびに座標変換式の
導出に使用する異物を選択し直す必要があるため、作業
性が悪いという問題もある。

【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、異物検査装置から送られてくる
異物の座標データを走査電子顕微鏡の座標に変換する作
業が簡便に行えるようにし、異物検査装置からの座標デ
ータに色々な誤差要因が含まれている場合でも、座標補
正計算を複雑にすることなく走査電子顕微鏡で微細な異
物を発見できるように異物検査装置からの座標データを
変換できる走査電子顕微鏡を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】半導体ウェーハを観察す
ることを目的とする走査電子顕微鏡では、ウェーハはウ
ェーハホールダと呼ばれる試料固定台とウェーハホール
ダを走査電子顕微鏡の試料室内で移動させ、試料上の観
察位置を変える移動ステージを装備している。また、走
査電子顕微鏡では、通常、移動ステージの移動原点を基
準とした座標系（ステージ座標系）とウェーハ外形を基
準とした座標系（ウェーハ座標系）の２つの座標系を使
って異物等の観察対象物の位置を表現している。ステー
ジ座標系は使用する走査電子顕微鏡に固有の座標系であ
り、ウェーハを変えても変化することはない。但し、そ
の装置固有の座標系であるため、他の装置との間で座標
値を共用することはできない。

【００１２】一方、ウェーハ座標系はウェーハの形状や
位置が変わってもウェーハ外形に合わせて座標軸が定義
されるため、他の装置との間でも同一のウェーハを使用
すれば座標値を共有することができる。ただし前述した
ように、使用する装置によって座標系の座標軸の原点や
傾きにずれが存在することがあるため装置間の座標誤差
を何らかの手段で補正する必要がある。

【００１３】通常、座標変換を実施すると、その結果は
ウェーハ座標系に反映され、ウェーハ座標系の座標軸自
体が変化する。従って、ウェーハ座標系で測定した異物
の座標値は座標変換による座標補正前と補正後では異な
った値になることがある。走査電子顕微鏡に異物の座標
値を登録（記憶）する手段がある場合、その異物の座標
値をウェーハ座標系で測定した値を登録しておいたとし
ても、後で座標変換を実行するとその座標値は無意味な
値になる可能性がある。本発明では、このような問題を
回避するために、検出された異物の座標値の登録は、座
標変換によっても変化することがないステージ座標系で
測定された座標値をも登録するようにする。

【００１４】異物検査装置からの座標データに要因が不
明の誤差が含まれていて、適当な座標変換式を用意する
ことができない場合であっても、ごく狭い領域内の異物
に限れば、前記〔数１〕に示したような簡単な座標変換
によっても走査電子顕微鏡で異物を発見できる程度にま
で座標補正することができる。また、座標変換式の計算
に用いる異物の座標値の登録作業に関しても、走査電子
顕微鏡で異物を観察した結果が予め設定した条件に適合
していた場合は、自動的にその異物の走査電子顕微鏡の
座標系での座標値を登録するようにすることにより、オ
ペレータの負担を低減することができる。この機能は、
無人運転する際にも有効である。座標値の自動登録に関
して予め設定する条件としては、画像のコントラストや
半導体の繰り返しパターンに対する異常などを用いるこ
とができる。すなわち、所定値以上の画像コントラスト
を有する異物のみを登録したり、繰り返しパターンに対
する異常を優先的に登録するなどの条件を設定できるよ
うにする。他の異物の座標誤差に比較して極端に座標誤
差の大きな異物は採用しないようにするというのも、一
つの条件である。

【００１５】また、異物検査装置からの座標データをも
とにして、ウェーハ上の異物の位置をディスプレイ上に
２次元的に表示し、これらの異物のうち、走査電子顕微
鏡で測定した座標値が登録された異物を特徴的な印や色
で表示することにより、どの異物の座標値が登録されて
いるか一目で分かるような異物の位置表示手段を備える
と好都合である。更に、この位置表示手段上で、座標変
換式を導出するために使用する異物を、座標値を登録し
た異物の中から任意に選択し、選択された異物を特徴的
な印や色で表示できる手段を備えることも好都合であ
る。

【００１６】このような機能により、座標補正計算の柔
軟性を高めることができる。例えばウェーハのある領域
だけに座標精度が必要な場合は、その領域に近い位置に
ある異物の座標値を使って座標変換式を導出した方が、
より座標補正精度が高くなる。異物検査装置からの座標
データをもとにして、全ての異物をリストで表示し、こ
れにそれぞれ座標値を登録した異物と座標変換式の導出
に使用する異物とを特徴的な印や色で表現しても同様な
効果を得ることができる。

【００１７】また、異物検査装置の特性上、異物検査装
置の異物検出感度に適合しないような大きな異物の座標
を測定した場合、誤差が多くなることがある。従って、
予め設定した条件によって自動的に座標変換式の導出に
使用する異物の座標を選択するようにすることで、座標
補正精度を向上させることができる。例えば、異物検査
装置の検出感度に合わせて座標変換式の導出に使用する
異物の大きさを設定しておけば、異物検査装置から座標
データと共にもたらされる異物の大きさの情報をもと
に、異物検査装置での座標誤差の大きな異物を自動的に
取り除くことができる。

【００１８】また、走査電子顕微鏡で観察するウェーハ
上の位置を変えたときに、移動した位置の近くに存在す
る異物だけを使って自動的に座標変換式を再計算するよ
うにすれば、観察場所を変えるたびに座標変換式の導出
に使用する異物の座標値を使用者が設定し直さなくて
も、その移動した位置に対する最適な座標補正を行うこ
とができ作業性を向上することができる。この機能は、
無人運転する際にも有効である。

【００１９】また、他の異物と比較して極端に大きな座
標誤差を持つ異物を含めたまま座標変換式を導出したと
しても座標補正精度は向上しない。このような場合、座
標補正後も設定した値以上の座標誤差がある異物を除い
て再度座標変換式を導出するようにすれば、座標補正精
度を向上することができる。再度の座標変換式の導出を
自動的に実施するようにすれば使用者の手間を省くこと
ができる。無人運転する際にもこの機能は有効である。

【００２０】すなわち、本発明は、試料を保持してステ
ージ座標系内で２次元的に移動可能なステージと、ステ
ージ上に保持された試料に電子線を収束して走査する手
段と、電子線照射によって試料から発生する二次粒子を
検出する検出手段とを備え、検出手段の出力を用いて試
料像を形成する走査電子顕微鏡において、ステージ上の
試料に固定された試料座標系（ウェーハ座標系）を設定
する試料座標系設定手段と、試料上の観察対象物の位置
を指示するために他の装置から供給された座標値を試料
座標系での座標値に変換する座標変換手段とを備え、座
標変換手段は、観察対象物の試料座標系での検出座標値
を登録する座標値登録手段と、観察対象物に対して他の
装置から供給された座標値と座標値登録手段に登録され
た検出座標値との間の誤差を演算する座標誤差演算手段
と、その誤差が最小となるように座標変換式を設定する
座標変換式設定手段とを備えることを特徴とする。

【００２１】観察対象物のステージ座標系での検出座標
値を登録する第２の座標値登録手段を備え、走査電子顕
微鏡で検出した観察対象物の検出座標値は、試料座標系
での座標値と共にステージ座標系での検出座標値を登録
しておくことが好ましい。ステージ座標系での座標値は
座標変換の影響を受けないため、観察対象物の検出座標
値をステージ座標系でも登録しておくことにより、試料
座標系を変更した場合でも、ステージ座標系での座標値
を頼りに直ちに観察対象物を見つけ出すことができる。

【００２２】本発明の走査電子顕微鏡は、座標値登録手
段に登録すべき観察対象物の条件を設定する座標登録条
件設定手段を備え、座標登録条件に適合した観察対象物
の試料座標系での検出座標値を座標値登録手段に自動的
に登録する機能を有するものとすることができる。ま
た、他の装置から供給された座標データに基づいて試料
上での観察対象物の２次元的な配置を表示する位置表示
手段を備え、座標値登録手段に検出座標値を登録した観
察対象物と登録していない観察対象物とを位置表示手段
に区別して表示する機能を有するものとすることができ
る。さらに、座標誤差演算手段で使用する観察対象物を
位置表示手段上で選択する手段を備え、選択された観察
対象物を他と区別して表示する機能を有するのが好まし
い。表示上の区別は、異なる形状又は異なる色等で行う
ことができる。

【００２３】あるいは、他の装置から供給された座標デ
ータに基づいて観察対象物のリストを表示するリスト表
示手段と、座標値登録手段に検出座標値を登録した観察
対象物と登録していない観察対象物とをリスト表示手段
に区別して表示する機能を有するものとすることができ
る。さらに、座標誤差演算手段で使用する観察対象物を
リスト表示手段上で選択する手段を備え、選択された観
察対象物を他と区別して表示する機能を有するものとす
ることができる。この場合にも、表示上の区別は、異な
る形状又は異なる色等で行うことができる。

【００２４】また、座標誤差演算手段で使用する観察対
象物の条件を設定する座標誤差演算条件設定手段を備
え、座標変換式設定手段は座標値登録手段に登録した検
出座標値のうち座標誤差演算条件設定手段によって設定
された条件に適合した観察対象物の検出座標値を用いて
座標変換式を設定する機能を有するものとすることがで
きる。

【００２５】座標誤差演算条件設定手段は、試料上の観
察位置に関連させて座標誤差演算手段で使用する観察対
象物の条件を設定する機能を有し、試料上の観察位置を
移動したとき、座標誤差演算条件設定手段によって設定
された移動した試料上の観察位置に関連する条件に適合
した観察対象物の検出座標値を用いて座標変換式を設定
する機能を有するものとすることができる。

【００２６】座標誤差演算手段で使用した観察対象物の
検出座標値と座標変換手段によって変換された試料座標
系での座標値の許容誤差を設定する手段と、許容誤差を
超える誤差を有する観察対象物が存在した場合、その観
察対象物を取り除いて座標誤差演算手段による誤差演算
を再実行する機能を有するものとしてもよい。本発明に
よると、座標変換の影響を受けないステージ座標系で測
定した異物の座標値を登録することができるので、座標
補正を行なった後でも有効な異物の座標値を登録してお
くことができる。また、走査電子顕微鏡による観察結果
をもとにして、自動的に走査電子顕微鏡の座標系での異
物の座標値を登録することができる。また、座標値が登
録された異物がどれであるか配置図やリストから区別す
ることができ、さらに、座標変換式の導出に使用する異
物を、どの異物か選択されたか判別できる状態にして配
置図やリストから任意に選択することができる。また、
異物検査装置での測定条件に合わせて座標変換式の導出
に使用する異物を自動的に選択することができる。ま
た、走査電子顕微鏡の試料上の観察位置の移動に合わせ
て座標変換式の導出に使用する異物を自動的に選択する
ことができる。また、座標誤差の大きな異物を自動的に
取り除いて再度座標変換式を導出することができる。

【００２７】そして、このような機能により、異物検査
装置からの座標データを使って試料上の異物等を観察す
る際に、使用者の手間を省いた状態で常に精度の高い座
標補正を実行することができ、装置間の座標誤差を常に
最適な状態に補正することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による走査電
子顕微鏡の一例の構成を示す図である。この走査電子顕
微鏡は電子銃１、電子レンズ２、レンズ制御回路９、偏
向器３、偏向制御回路１０、二次粒子検出器４、アナロ
グ／デジタル変換器１１、アドレス制御回路１２、画像
メモリ１３、制御手段１４、ディスプレイ１５、コンピ
ュータ１６、画像合成手段１７、キーボード１８、マウ
ス１９の入力手段等で構成されている。

【００２９】電子銃１から放射された電子線７は電子レ
ンズ２で収束され、偏向器３で２次元的に走査偏向され
て試料５に照射される。試料５に電子線７が照射される
と、試料の形状や材質に従った反射電子や二次電子等の
二次粒子８が発生する。この二次粒子８を二次粒子検出
器４で検出、増幅し、アナログ／デジタル変換器１１で
デジタル値に変換する。デジタル値に変換されたデータ
は画像メモリ１３に記憶される。この時の画像メモリ１
３のアドレスとして、アドレス制御回路１２が電子線の
走査信号に同期したアドレスを生成する。また、画像メ
モリ１３は、記憶したＳＥＭ像の画像データを随時、画
像合成手段１７に転送する。画像合成手段１７は、コン
ピュータ１６の表示メモリの画面データに画像データを
合成してディスプレイ１５にリアルタイムで表示する。

【００３０】走査電子顕微鏡で観察される試料５は試料
台６によって保持されている。また、移動ステージ２１
は制御装置１４からの制御信号により試料台６を３次元
的に平行移動させたり、傾斜させたり、回転させたりし
て試料５に対する電子線７が走査する位置を変えること
ができる。走査電子顕微鏡には、結像光学系５０及びＣ
ＣＤカメラ５１からなる光学的撮像装置が併設されてい
る。制御装置１４からの制御信号により移動ステージ２
１を光学的撮像装置の下方に位置づけることにより、試
料（ウェーハ）５をＣＣＤカメラ５１で撮像することが
できる。ＣＣＤカメラ５１から得られた画像信号をコン
ピュータ１６で処理することにより、試料台６上での試
料５の位置（姿勢）を検出することができる。

【００３１】図２は、ウェーハ座標系とステージ座標系
の関係を示す図である。ステージ座標系は装置固有の座
標系であり、この例ではステージ座標系の座標軸４１，
４２は移動ステージ２１の移動原点Ｏを基準としてい
る。ステージ座標系はウェーハの位置や形状によらず常
に一定であり、座標変換の結果にも影響されることはな
い。但し、装置固有の座標系であるため、他の装置とス
テージ座標系で測定した座標値を共有することはできな
い。

【００３２】これに対してウェーハ座標系は、ウェーハ
の形状に合わせて決定される座標系である。図２に示し
たように、この例では、ウェーハ座標系のＸ軸４３はウ
ェーハ外周円の延長線３３に接し、かつ、オリエンテー
ションフラット３２に平行になるような直線であり、Ｙ
軸４４はウェーハ外形３１に接し、かつ、Ｘ軸４３に垂
直な直線である。つまり、移動ステージに対してウェー
ハがどのような位置にあっても、ウェーハに対して常に
一定の座標軸を定義することができる。従って、異なる
装置間であっても、同一ウェーハを使用すれば理論的に
は同じウェーハ座標系による座標値を共有することがで
きる。オリエンテーションフラット３２はウェーハの回
転方向の向きを決めるための切り欠きであり、この図で
は三日月状の形をしているがＶノッチと呼ばれるＶ型の
形状の切り欠きの場合もある。

【００３３】ところが、座標変換の結果はウェーハ座標
系に反映されるため、例えば原点のオフセットを補正し
た場合のウェーハ座標系のＸ軸４５、Ｙ軸４６は、図２
に示したように、元のウェーハ座標軸をＸ'、Ｙ'方向に
移動したような座標軸になる。従って、ウェーハ座標系
での異物３５の座標値は、座標補正をする前は（ｘ'，
ｙ'）であるが、座標補正した後では（ｘ''，ｙ''）に
変わってしまう。これに対して、ステージ座標系での異
物３５の座標値は座標補正前も後も（ｘ，ｙ）であり常
に一定である。

【００３４】本発明では、検出された異物の座標値を登
録する際に、現在使用しているウェーハ座標系での座標
値（ｘ'，ｙ'）あるいは（ｘ''，ｙ''）を登録すると共
に、座標補正結果に依存しないステージ座標系での座標
値（ｘ，ｙ）、すなわち座標補正後も有効な座標値を登
録できるようにする。この異物の座標値をウェーハ座標
系及びステージ座標系で登録（記憶）する機能は、例え
ばコンピュータ１６内でソフト的に実現することができ
る。

【００３５】図３は、半導体用走査電子顕微鏡を用いた
ウェーハ上の異物観察手順を説明するフローチャートで
ある。図３に示したステップに先立って、異物検査装置
を用いてウェーハ上の異物（又は欠陥）の座標測定が行
われている。このときの異物の位置を示す座標系は、基
本的には走査電子顕微鏡と同じウェーハ座標系が用いら
れる。しかしながら、実際には検査装置の座標系と走査
電子顕微鏡の座標系には微妙な誤差が存在するのが一般
的である。

【００３６】図３のステップ１１において、異物検査装
置で測定した異物の座標データを走査電子顕微鏡に読み
込む。座標データはフロッピーディスクやネットワーク
接続を介して異物検査装置から走査電子顕微鏡に渡され
る。次に、ステップ１２において、異物検査装置で異物
測定を行ったウェーハを走査電子顕微鏡にロードする。
ステップ１１とステップ１２は順序が逆であっても構わ
ない。

【００３７】次に、ステップ１３の粗アライメント（外
形アライメント）において、走査電子顕微鏡のステージ
２１上に保持されたウェーハの外形点のステージ座標系
（Ｘ-Ｏ-Ｙ）での座標を測定し、ウェーハがステージ座
標系に対してどの様な位置（姿勢）にあるかを調べる。
具体的には、図１に破線で示すように、ウェーハを保持
した移動ステージ２１を結像光学系５０とＣＣＤカメラ
５１からなる光学的撮像装置の下方に移動する。そし
て、図４に示すように、ウェーハ外形３１上の５点、す
なわちオリエンテーションフラット３２上の２点６１，
６２及びウェーハ外周円上の３点６３〜６５のステージ
座標系での座標を測定する。これらの座標値に基づい
て、ウェーハ外周円の延長線３３に接し、かつ、オリエ
ンテーションフラット３２に平行になるような直線とし
てウェーハ座標系のＸ軸４３を定め、ウェーハ外形３１
に接し、かつ、Ｘ軸４３に垂直な直線としてＹ軸４４を
定める。こうしてウェーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-Ｙ'）を定
義する。

【００３８】次に、ステップ１４において、比較的大き
な異物を数個、通常５〜１０個を異物検査装置からの座
標データ（Ｘ１，Ｙ１）を使って観察し、走査電子顕微
鏡のウェーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-Ｙ'）で測定した異物の
座標値（Ｘ２，Ｙ２）、及びステージ座標系（Ｘ-Ｏ-
Ｙ）で測定した異物の座標値（Ｘ，Ｙ）を登録する。こ
のとき、異物検査装置からの座標データで指示された位
置に異物が見つからないときは、その付近に検出された
異物をその座標データで指示された異物として測定され
た座標値を登録する。

【００３９】続いて、ステップ１５に進み、異物の座標
を用いた微アライメント（異物アライメント）を行う。
この微アライメントでは、ステップ１４において走査電
子顕微鏡のウェーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-Ｙ'）で測定した
異物の座標値（Ｘ２，Ｙ２）と、異物検査装置から得た
その異物の座標値（Ｘ１，Ｙ１）を比較して装置間の座
標誤差を計算する。そして、この装置間の座標誤差が最
小になるように、例えば前記〔数１〕の定数（ａ，ｂ）
及びθを決定し、座標変換式を作成する。そして、その
変換式を使って異物検査装置からの座標値（Ｘ１，Ｙ
１）を変換し、変換後の座標値（Ｘ３，Ｙ３）を求め
る。変換式が適当であれば、（Ｘ３，Ｙ３）≒（Ｘ２，
Ｙ２）となり、変換後の座標値（Ｘ３，Ｙ３）を使えば
走査電子顕微鏡ウェーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-Ｙ'）上で容
易に異物を発見できる。また、後述するように、走査電
子顕微鏡のウェーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-Ｙ'）自体を異物
検査装置からの座標値に合わせて変形させても（Ｘ"-
Ｏ"-Ｙ"）、同様の効果が得られる。

【００４０】ステップ１５は、装置間の座標誤差を計算
する座標誤差演算手段、座標変換式の定数を決定して座
標変換式を作成する座標変換式設定手段、作成された座
標変換式を用いて異物検査装置からの座標値を走査電子
顕微鏡用に変換する座標変換手段によって実現される。
そして、これらの各手段は、例えばコンピュータ１６内
でソフト的に実現することができる。

【００４１】続くステップ１６では、異物観察を行う。
このとき、ウェーハ座標系を変形した場合には、新たに
定義されたウェーハ座標系（Ｘ"-Ｏ"-Ｙ"）上で、異物
検査装置からの座標値を使って異物を探し、ＳＥＭ像で
異物を観察する。また、座標値変換した場合には、ステ
ップ１３において定義したウェーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-
Ｙ'）上で、変換した異物検査装置からの座標値（Ｘ
３，Ｙ３）を使って異物を探し、ＳＥＭ像で異物を観察
する。

【００４２】ここで図５を参照して、走査電子顕微鏡の
ウェーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-Ｙ'）自体を異物検査装置か
らの座標値に合わせて座標系（Ｘ"-Ｏ"-Ｙ"）のように
変形させる方法について説明する。図５において、（Ｘ
-Ｏ-Ｙ）は走査電子顕微鏡のステージ座標系、（Ｘ'-
Ｏ'-Ｙ'）は走査電子顕微鏡のウェーハ座標系、（Ｘ"-
Ｏ"-Ｙ"）は変形された走査電子顕微鏡のウェーハ座標
系、（ｘ，ｙ）は走査電子顕微鏡のステージ座標系での
座標値、（ｘ'，ｙ'）は走査電子顕微鏡のウェーハ座標
系での座標値、（ｘ"，ｙ"）は検査装置からの座標値で
ある。

【００４３】走査電子顕微鏡は、そのステージ座標系
（Ｘ-Ｏ-Ｙ）を使ってステージを移動させ観察位置を変
更する。簡単のために座標誤差要因が原点オフセット
（ａ，ｂ）と回転方向誤差（θ）だけであるとすると、
ステージ座標系（Ｘ-Ｏ-Ｙ）とウェーハ座標系（Ｘ'-
Ｏ'-Ｙ'）の間の関係は図５に示すようになり、ステー
ジ座標値（ｘ，ｙ）はウェーハ座標値（ｘ'，ｙ'）から
次の〔数２〕を使って計算できる。

【００４４】

【数２】ウェーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-Ｙ'）を定義しているパラメ
ータ（ａ，ｂ，θ）を検査装置からの異物座標値
（ｘ"，ｙ"）に合わせて（ａ'，ｂ'，θ'）に変更する
と、異物のステージ座標値（ｘ，ｙ）は次の〔数３〕を
使って計算される。

【００４５】

【数３】このように、ステージ座標系（Ｘ-Ｏ-Ｙ）に対するウェ
ーハ座標系（Ｘ'-Ｏ'-Ｙ'）の定義パラメータを変更し
てウェーハ座標系を変形することによって、検査装置か
らの座標値（ｘ"，ｙ"）を走査電子顕微鏡のウェーハ座
標値としてそのまま使用できるようになる。

【００４６】なお、これまで座標誤差要因として原点オ
フセットと回転方向誤差だけを含む場合の座標変換につ
いて説明してきた。しかし、それ以外の種々の座標誤差
要因を含む場合にも、２つの座標間で座標変換を行うこ
とができる。その一例として、図６を用いて、座標誤差
要因として原点オフセット、回転方向誤差、Ｘ軸及びＹ
軸の寸法精度誤差、座標軸の直交度誤差を含む場合の座
標変換について説明する。図６において、（Ｘ₁-Ｏ-
Ｙ₁）は検査装置の座標軸、（Ｘ ₂-Ｏ-Ｙ₂）は寸法精度
補正後の座標軸、（Ｘ₃-Ｏ-Ｙ₃）は直交性補正後の座標
軸、（Ｘ₄-Ｏ-Ｙ₄）は回転補正後の座標軸、（Ｘ₅-Ｏ'-
Ｙ₅）は走査電子顕微鏡の座標軸、（ｘ₁，ｙ₁）は検査
装置の異物座標、（ｘ₅，ｙ₅）は走査電子顕微鏡の異物
座標、（ｃ，ｄ）は座標軸間の原点オフセット、αは
（Ｘ₁-Ｏ-Ｙ₁）座標の直交性誤差、βは座標軸間の角度
誤差、ｍはＸ軸の寸法精度誤差、ｎはＹ軸の寸法精度誤
差である。

【００４７】このとき、検査装置の異物座標（ｘ₁，
ｙ₁）を走査電子顕微鏡の異物座標（ｘ₅，ｙ₅）に変換
する座標変換式は、次の〔数４〕で表される。この座標
変換式を用いる場合には、６個以上の異なる異物を選択
して、その検査装置の座標値と走査電子顕微鏡の座標値
の残留誤差が最小となるようにパラメータｃ，ｄ，α，
β，ｍ，ｎを決定する。

【００４８】

【数４】走査電子顕微鏡で検出された異物の座標を登録する手段
として、画像表示画面上でクロスカーソルを異物に合わ
せ、クロスカーソルの交点の座標をその異物の座標とし
て登録するといった従来の方法に加えて、画像処理を使
用して周囲の形状に対する違いや、コントラストの違い
によって異物の位置を自動的に認識し、その座標を自動
的に登録する機能を備えることができる。

【００４９】実際の適用例としては、異物を観察した
後、予め登録しておいた正常な半導体パターンの一定の
繰り返し形状と観察した像を比較して、異物の形状、大
きさ、中心位置からその異物の座標を計算し、計算した
座標値をその異物の座標値として登録する。また、パタ
ーンの存在しない平坦なウェーハ上にある異物に関して
は、周囲とのコントラストの変化を認識して、同様に異
物の形状、大きさ、中心位置からその異物の座標を計算
することができる。このような機能により、無人運転の
際にも異物の座標値を自動的に登録することができる。
このとき、検出された異物の座標値と異物検査装置で測
定された座標値との対応付けは、異物検査装置からの座
標値（又は、誤差補正後の座標値）を元に試料上の観察
位置を移動させ、その位置から最も近い位置で検出され
た異物の座標値をその異物の走査電子顕微鏡での座標値
とすることで行う。

【００５０】図７は、走査電子顕微鏡において座標値を
登録した異物と、登録していない異物とを区別して走査
電子顕微鏡の操作画面に二次元的に表示した例を示す図
である。この例では、走査電子顕微鏡の操作画面上の表
示ウィンドウ３０に、観察試料であるウェーハの外形３
１と異物３４の位置を示している。異物３４の位置は、
異物検査装置での測定データを元にして決められてい
る。また、図中に□のマークで表示した異物３５は、異
物３４のうち走査電子顕微鏡測定した座標値を登録した
異物を示している。このような表示方法を使用すること
によって、どの異物の座標値が登録されているかを簡単
に見分けることができる。この例では座標値を登録した
異物とそうでない異物とを別の形の印（□と＋）を付け
ることによって区別したが、カラー表示ができる場合は
両者の色を変えることによって区別しても良い。

【００５１】図８は、異物の配置図を使って、座標補正
計算すなわち座標変換式の導出に使用する異物を選択し
た例を示している。選択された異物は■のマークで表示
されている。この例では、走査電子顕微鏡での座標値を
登録した異物３５のうち、マウス１９等を使って選択し
た領域３７内にある異物３６のみを使って座標変換式を
導出する。このように座標変換式の導出に使用する異物
を領域限定して選択すると、一定の領域に関してより正
確な座標変換式を導出することができる。この例では矩
形の領域３７を選択しているが、任意の多角形や曲線で
囲まれた領域を使って選択しても良い。また、領域選択
ではなくマウスによる指示によって複数の異物を個々に
選択できるようにしても良い。

【００５２】図９は、異物検査装置から取得した異物に
関するデータをリストの形で表示した例である。この例
では、走査電子顕微鏡で測定した座標値を登録した異物
には○印３９を付けて、座標を登録していない異物と区
別している。また、座標値を登録した異物のうち、座標
変換式の導出に使用する異物には更に●印４０を付けて
区別している。座標変換式の導出に使用する異物は、例
えば「Register」欄に○印がついている中から選んだ異
物を「Select」欄でマウスによってクリックすることに
より、このリストを使用してユーザーが任意に選ぶこと
ができる。この例では特徴的な印を使って各種異物を区
別しているが、カラー表示ができる場合は異物の番号や
座標値を他と異なる色で表示することで区別しても良
い。異物検査装置の特性上、装置の測定感度に合わない
大きさの異物を観察したときに座標測定誤差が大きくな
ることがある。このような測定誤差の大きい異物の座標
データを使って座標変換式を導出すると座標補正精度が
悪くなる。本発明では、異物検査装置での測定感度に合
わせて予め設定しておいた異物の大きさや種類によっ
て、走査電子顕微鏡で座標値を登録できる異物や座標変
換式の導出に使用できる異物を自動的に選択できるよう
にする。

【００５３】異物検査装置からは、検出された異物の座
標データと共に、その異物の大きさや種類等を番号や記
号を使って分類したデータが提供される。走査電子顕微
鏡で異物の座標を自動的に登録したり、座標変換式の導
出に使用する異物を自動的に選択するに当たっては、異
物検査装置から提供されたこの分類データを利用するの
が便利である。

【００５４】例えば、予め登録しておいた半導体パター
ンの一定の繰り返し形状と観察した像を比較して異物を
検出し、その異物の座標値を計算して登録する場合に
は、走査電子顕微鏡の操作画面に異物の座標登録条件設
定画面を表示し、座標登録すべき異物の大きさの上限や
除外する異物の種類（例えば、ウェーハエッジに位置す
るもの、しみ状のもの等）をマウスやキーボードを用い
て指定できるようにする。座標変換式の導出に使用する
異物の自動選択に当たっても同様に条件設定を行うこと
ができる。すなわち、走査電子顕微鏡の操作画面に座標
変換式の導出に使用する異物の条件設定画面を表示し、
座標変換式を導出するのために取り込むべき異物の大き
さの上限や除外する異物の種類をマウスやキーボードを
用いて指定できるようにする。

【００５５】図１０は、走査電子顕微鏡による試料上の
画像表示領域に合わせて座標変換式の導出に使用する異
物を自動的に選択する方法を示す説明図である。ここに
は、走査電子顕微鏡で観察している領域３８の近くにあ
る座標値を登録した異物３６のみを使って座標変換式を
導出する例を示している。走査電子顕微鏡で観察する領
域３８は、移動ステージ２１によって試料５及び試料台
６を移動することによって変化する。この例では、観察
領域３８の近くにある異物３６を観察領域の移動後に自
動的に選択し（マーク■によって表示）、その異物のみ
を使って座標変換式を導出する。このとき、観察領域３
８からの距離や選択する異物の数等の条件を走査電子顕
微鏡の操作画面で条件設定画面を表示して設定できるよ
うにすることによりする、座標変換式の導出に使用する
異物の数を調節することができる。異物の座標データ
は、例えば図９に示したリストから条件に適合したもの
をその都度自動的に選択するようにすればよい。このよ
うな機能により、走査電子顕微鏡で観察する位置を変え
るたびに座用補正計算に使用する異物を選び直す手間を
省くことができる。

【００５６】座標誤差が大きい異物は座標誤差計算精度
を低下させるだけではなく、座標補正後も他の異物に比
べて座標誤差が大きく残ることがある。そのため、本発
明では、異物検査装置から供給された異物の座標値を座
標変換等で補正した後の補正座標値と、走査電子顕微鏡
で検出した異物座標値の間の許容誤差を操作画面で設定
する。そして、導出した座標変換式を用いて座標補正計
算を実施した後で、予め設定した誤差範囲を超える異物
があった場合、その異物の座標データを除いたデータに
よって再度座標変換式を導出するようにする。予め設定
する条件には、座標誤差だけではなく、計算から外す異
物の総数等を加えても良い。

【００５７】

【発明の効果】本発明よると、異物検査装置からの座標
データを使って試料上の異物等を観察する際に、使用者
の手間を省いた状態で常に精度の高い座標補正を実行す
ることができ、装置間の座標誤差を常に最適な状態に補
正することができる走査電子顕微鏡を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査電子顕微鏡の一例の構成を示
す図。

【図２】ウェーハ座標系とステージ座標系の関係を示す
図。

【図３】半導体用走査電子顕微鏡を用いたウェーハ上の
異物観察手順を説明するフローチャート。

【図４】ウェーハの外形とウェーハ座標系の関係を示す
説明図。

【図５】ステージ座標系とウェーハ座標系及び変形され
たウェーハ座標系の関係を示す説明図。

【図６】２つの座標系の間の座標変換を説明する図。

【図７】座標値を登録した異物と他の異物とを区別した
異物の配置図例を示す図。

【図８】異物の配置図から座標変換式の導出に使用する
異物を選択する様子を示す説明図。

【図９】異物のリストから座標変換式の導出に使用する
異物を選択する様子を示す説明図。

【図１０】走査電子顕微鏡による試料上の画像表示領域
に合わせて座標変換式の導出に使用する異物を自動的に
選択する様子を示す説明図。

【符号の説明】

１…電子銃、２…電子レンズ、３…偏向器、４…二次粒
子検出器、５…試料、６…試料台、７…電子線、８…二
次粒子、９…レンズ制御回路、１０…偏向制御回路、１
１…アナログ／デジタル変換器、１２…アドレス制御回
路、１３…画像メモリ、１４…制御手段、１５…ディス
プレイ、１６…コンピュータ、１７…画像合成手段、１
８…キーボード、１９…マウス、２１…移動ステージ、
３０…表示ウィンドウ、３１…ウェーハ外形状、３２…
オリエンテーションフラット、３３…ウェーハ外周円の
延長線、３４…異物、３５…座標値を登録した異物、３
６…座標変換式の導出に使用する異物、３７…異物を選
択するための枠、３８…ＳＥＭ画像表示範囲、３９…座
標値を登録した異物を示す印、４０…座標変換式の導出
に使用する異物を示す印、４１…ステージ座標系のＸ
軸、４２…ステージ座標系のＹ軸、４３…座標補正前の
ウェーハ座標系のＸ軸、４４…座標補正前のウェーハ座
標系のＹ軸、４５…座標補正後のウェーハ座標系のＸ
軸、４６…座標補正後のウェーハ座標系のＹ軸、５０…
結像光学系、５１…ＣＣＤカメラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を保持／移動する装置内のステージ
によって定義されるステージ座標系内で２次元的に移動
可能なステージと、前記ステージ上に保持された試料に
電子線を収束して走査する手段と、電子線照射によって
試料から発生する二次粒子を検出する検出手段とを備
え、前記検出手段の出力を用いて試料像を形成する走査
電子顕微鏡において、前記ステージ上の試料の形状に合わせて定義される試料
座標系を設定する試料座標系設定手段と、前記試料上の
観察対象物の位置を指示するために他の装置から供給さ
れた座標値を前記試料座標系での座標値に変換する座標
変換手段とを備え、前記座標変換手段は、前記観察対象物の前記試料座標系
で検出した座標値を登録する座標値登録手段と、前記観
察対象物に対して前記他の装置から供給された座標値と
前記座標値登録手段に登録された検出座標値との間の誤
差を演算する座標誤差演算手段と、前記誤差が最小とな
るように座標変換式を設定する座標変換式設定手段とを
備えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
【請求項２】前記観察対象物の前記ステージ座標系で
の検出座標値を登録する第２の座標値登録手段を備える
ことを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項３】前記座標値登録手段に登録すべき観察対
象物の条件を設定する座標登録条件設定手段を備え、前
記座標登録条件に適合した観察対象物の前記試料座標系
での検出座標値を前記座標値登録手段に自動的に登録す
る機能を有することを特徴とする請求項１又は２記載の
走査電子顕微鏡。
【請求項４】前記他の装置から供給された座標データ
に基づいて前記試料上での観察対象物の２次元的な配置
を表示する位置表示手段を備え、前記座標値登録手段に
検出座標値を登録した観察対象物と登録していない観察
対象物とを前記位置表示手段に区別して表示する機能を
有することを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微
鏡。
【請求項５】前記座標誤差演算手段で使用する観察対
象物を前記位置表示手段上で選択する手段を備え、選択
された観察対象物を他と区別して表示する機能を有する
ことを特徴とする請求項４記載の走査電子顕微鏡。
【請求項６】前記他の装置から供給された座標データ
に基づいて観察対象物のリストを表示するリスト表示手
段と、前記座標値登録手段に検出座標値を登録した観察
対象物と登録していない観察対象物とを前記リスト表示
手段に区別して表示する機能を有することを特徴とする
請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項７】前記座標誤差演算手段で使用する観察対
象物を前記リスト表示手段上で選択する手段を備え、選
択された観察対象物を他と区別して表示する機能を有す
ることを特徴とする請求項６記載の走査電子顕微鏡。
【請求項８】前記座標誤差演算手段で使用する観察対
象物の条件を設定する座標誤差演算条件設定手段を備
え、前記座標変換式設定手段は前記座標値登録手段に登
録した検出座標値のうち前記座標誤差演算条件設定手段
によって設定された条件に適合した観察対象物の検出座
標値を用いて座標変換式を設定する機能を有することを
特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。
【請求項９】前記座標誤差演算条件設定手段は試料上
の観察位置に関連させて前記座標誤差演算手段で使用す
る観察対象物の条件を設定する機能を有し、試料上の観
察位置を移動したとき、前記座標誤差演算条件設定手段
によって設定された前記移動した試料上の観察位置に関
連する条件に適合した観察対象物の検出座標値を用いて
座標変換式を設定する機能を有することを特徴とする請
求項８記載の走査電子顕微鏡。
【請求項１０】前記座標誤差演算手段で使用した観察
対象物の検出座標値と前記座標変換手段によって変換さ
れた前記試料座標系での座標値の許容誤差を設定する手
段と、前記許容誤差を超える誤差を有する観察対象物が
存在した場合、その観察対象物を取り除いて前記座標誤
差演算手段による誤差演算を再実行する機能を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の走査電子顕微鏡。