JP2021131985A - 荷電粒子線装置、荷電粒子線装置の試料アライメント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ上の試料のアライメントに光学顕微鏡を用いる場合も、高精度なアライメントが可能な荷電粒子線装置及び試料アライメント方法を提供する。【解決手段】試料を載置する試料ステージ４、５と、試料ステージを駆動制御する制御装置と、試料ステージの位置を検出するリニアスケール１２ｘ，１２ｙと、試料ステージの位置を検出するレーザ位置検出手段１０ｘ，１０ｙと、試料ステージ上に載置される試料を観察する光学顕微鏡と、試料ステージ上に載置される試料に電子線を照射し二次電子を生成する鏡筒と、を備え、光学顕微鏡により試料ステージ上に載置された第１の補正サンプルの画像データを取得するとともに、レーザ位置検出手段により試料ステージの位置を検出し、光学顕微鏡により取得した画像データおよびレーザ位置検出手段により検出した試料ステージの位置データに基づき鏡筒に対する試料ステージの位置決めを行うことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、荷電粒子線装置の構成とその制御方法に係り、特に、観察試料のアライメントを行う光学顕微鏡を備えた荷電粒子線装置に適用して有効な技術に関する。

半導体素子の微細化に伴い、製造装置のみならず、検査装置や評価装置にもそれぞれに対応した高精度化が要求されている。通常、半導体ウェハ上に形成されたパターンを評価したり、パターンの欠陥を検査するために、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下、ＳＥＭと称す）が用いられており、特にパターンの形状寸法を評価するためには測長ＳＥＭが用いられる。

欠陥レビューＳＥＭは、ウェハ上に電子線を照射し、得られた二次電子信号を画像処理し、その明暗の変化からパターンのエッジを判別してウェハ上の欠陥等を検査する装置である。欠陥レビューＳＥＭには、ウェハ全域を観察し検査するために、ウェハ上の所望の個所をビームの照射位置に位置決めすることが可能なＸＹステージが設けられている。

このＸＹステージには、例えば回転モータとボールねじによって駆動される方法やリニアモータを用いて駆動する方法がある。また、ＸＹ平面のみでなく、Ｚ軸やＺ軸まわりの回転運動などを行うステージが用いられる場合もある。

また、ＸＹステージは、ウェハの位置決めを正確に行うため、高精度にステージ位置の検出を行うことが必要であり、これにはレーザ干渉計と反射ミラーを用いる方法が知られている。

レーザ干渉計は、反射ミラーに対してレーザ光を照射し、反射波との干渉によって数十ピコメートルオーダの分解能でステージ位置を検出するこができる。また、ウェハと同じ高さにおいて計測を行うことができるため、アッベ誤差が最小となり，測長ＳＥＭをはじめ多くの精密ステージの位置計測に広く利用されている。

欠陥レビューＳＥＭをはじめとする半導体検査装置においては、ウェハの大口径化やウェハ検査手段の多様化に対応して、ＸＹステージのストロークは増大することが要求されている。また、ＳＥＭ以外のウェハ検査手段（例えば光学式顕微鏡など）を用いてウェハを観察する場合には、ＸＹステージのストロークはさらに増大させる必要がある。

ＸＹステージのストロークが増大した場合、ストローク全域においてレーザ光を反射させるためにストロークとともに反射ミラーの長尺化が必要となる。この場合、反射ミラー面の平面度の確保が困難となるとともに、長尺化による振動の増大が計測精度劣化の要因となる。さらには、長尺化した反射ミラーの可動領域を確保するため試料室自体を大型化する必要があり、製造・運搬コストの増大や、設置面積の拡大の原因となるといった課題がある。

このような課題に対し、特許文献１には、ミラーの大きさを必要最小限度に抑え、レーザによる位置決め範囲以外ではミラーを利用しない測長方式（例えばリニアスケール）によるステージ位置決めシステムに切り替える技術が開示されている。

一方、通常のウェハ検査時には、搬送ロボットなどによってウェハが試料ステージ上に載置された後、ステージ上でのウェハ搭載位置および角度を検出するアライメントと呼ばれる処理が行われる。このアライメント処理では、予め測定レシピに設定されたウェハ上の複数点を撮像し、ウェハ位置および角度を特定する。ここで、搬送ロボットなどの精度（概ね数百μｍ程度）から要求されるＳＥＭでの位置決め精度（例えば１００ｎｍ以下）まで位置合わせを行う必要があるため、通常、低倍率の光学顕微鏡（Optical Microscope：以下、ＯＭとも称する）と高倍率のＳＥＭ像を順次使って、要求される位置精度のアライメント処理を実施する。

しかしながら、近年このＳＥＭを用いたアライメント処理ができないウェハが出てきている。この場合、光学顕微鏡のみでウェハのアライメント処理を行う必要がある。このとき、前述のようにミラー長さを最小限に抑えるように設計した場合、ＯＭアライメント中にレーザ光の有効範囲外に出ることとなるため、リニアスケールのみの情報でＳＥＭ撮像位置を決定する必要があり、アッベ誤差などの要因で位置精度の低下が避けられない。

そこで、特許文献１では、リニアスケールとレーザのオフセット量を補正する手段として、第三の絶対位置センサを用いることで、再現性高くレーザ値の位置情報を補正する技術が開示されている。

また、特許文献２には「電子ビーム源と、電子ビーム源の出力する電子ビームを収束するための収束手段と、電子ビームを偏向するための偏向手段とを有する電子光学コラムと、収束手段及び偏向手段を制御する制御装置と、電子ビームが照射される試料を保持するステージを移動するステージ移動機構と、試料上又はステージ上の位置検出用マークを電子ビームで走査した時の反射電子を検出し、検出した反射電子の信号から位置検出用マークの位置を検出するマーク検出器と、光学的に前記位置検出用マークの位置を検出する光学式マーク検出器とを備える電子ビーム露光装置において、光学式マーク検出器を、少なくとも２個備える電子ビーム露光装置」が開示されている。

特開２０１５−１６２３９６号公報 特開２０００−１１４１３７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術によれば、第三の位置センサを用いることでレーザ値のオフセット量を正確に補正できるものの、ＯＭアライメント情報を用いてＳＥＭ観察を行おうとした場合には、スケール値の情報を介してＯＭ位置とレーザ値の関係を補正する必要がある。そのため、スケール値とＯＭ位置との間に内在するアッベ誤差の影響を除去することができず、結果として、ＯＭアライメント情報用いて算出したＳＥＭ撮像位置に誤差を生じることになる。

同様に、上記特許文献２に開示された技術では、位置検出用マークによる位置検出と変位測定機構による位置変化の検出との間にはアッベ誤差があり、ＳＥＭ撮像位置に誤差を生じる。

そこで、本発明の目的は、ステージ上の試料に対するアライメントに光学顕微鏡のみを用いる場合であっても、高精度なアライメントが可能な荷電粒子線装置及び試料アライメント方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージを駆動制御する制御装置と、前記試料ステージの位置を検出するリニアスケールと、前記試料ステージの位置を検出するレーザ位置検出手段と、前記試料ステージ上に載置される試料を観察する光学顕微鏡と、前記試料ステージ上に載置される試料に電子線を照射し、二次電子を生成する鏡筒と、を備え、前記光学顕微鏡により前記試料ステージ上に載置された第１の補正サンプルの画像データを取得するとともに、前記レーザ位置検出手段により前記試料ステージの位置を検出し、前記光学顕微鏡により取得した画像データおよび前記レーザ位置検出手段により検出した前記試料ステージの位置データに基づき前記鏡筒に対する前記試料ステージの位置決めを行うことを特徴とする。

また、本発明は、（ａ）予めレシピに登録されたアライメント点に対して、光学顕微鏡で撮像可能な位置に試料ステージを位置決めし、前記試料ステージ上に載置された試料の光学顕微鏡像を取得し、当該取得した光学顕微鏡像に基づいて光学顕微鏡から見た前記アライメント点の位置を特定するステップ、（ｂ）前記（ａ）ステップの後、前記試料ステージ上に配置された補正サンプルの光学顕微鏡像を取得するとともに、レーザ位置検出手段により前記試料ステージの位置を検出するステップ、（ｃ）前記（ｂ）ステップで得られた前記補正サンプルの光学顕微鏡像および前記レーザ位置検出手段により検出した前記試料ステージの位置データに基づき前記試料ステージの位置決めを行うステップ、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ステージ上の試料に対するアライメントに光学顕微鏡のみを用いる場合であっても、高精度なアライメントが可能な荷電粒子線装置及び試料アライメント方法を実現することができる。

これにより、ＳＥＭによるアライメントが実施できないようなウェハに対しても、観察位置の精度向上を図ることができ、より正確なウェハ検査を行うことが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る荷電粒子線装置の概略構成を示す断面図である。 図１の荷電粒子線装置の上面図である。（レーザ可視状態） 図１の荷電粒子線装置の上面図である。（レーザ不可視状態） Ｘテーブル上の補正サンプルの配置例を示す図である。 図１の荷電粒子線装置の上面図である。（補正サンプル撮像状態） 本発明の一実施形態に係る荷電粒子線装置の試料アライメント方法を示すフローチャートである。 図１の荷電粒子線装置の上面図である。（１つの補正サンプル撮像状態）

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

図１から図７を参照して、本発明の実施例１の荷電粒子線装置とそれを用いた試料アライメント方法について説明する。図１は、本実施例における荷電粒子線装置の概略構成を示す断面図である。

本実施例の荷電粒子線装置は、図１に示すように、試料室１内に固定されたベース７上に、２つのＹリニアガイド１４ｙ、１５ｙを介してＹ方向（紙面奥行き方向）に自由に移動できるＹテーブル５が配置されるとともに、Ｙリニアモータ１６ｙがベース７とＹテーブル５間にＹ方向に相対的に推力を発生させるように配置されている。

Ｙテーブル５上には、２つのＸリニアガイド１４ｘ、１５ｘ（図示せず）を介してＸ方向に自由に移動できるＸテーブル４が配置されるとともに、Ｘリニアモータ１６ｘ（図示せず）がＹテーブル５とＸテーブル４間にＸ方向に推力を発生させるように配置されている。

これにより、Ｘテーブル４は、ベース７および試料室１に対してＸＹ方向に自由に移動することが可能となる。

Ｘテーブル４上にはウェハ２が載置される。なお、ウェハ２の載置には機械的拘束力または静電気力等の保持力を備えたウェハ保持機構が用いられる。

試料室１上には、天板８およびカラム（鏡筒）３が配置されている。カラム（鏡筒）３には、電子線の照射によって二次電子像を生成するための電子光学系が備えられている。また、天板８には、ウェハ２を低倍率で観察するための光学顕微鏡９が配置されている。

ベース７にはＹリニアスケール１２ｙがＹ方向に配置され、それと対向するようにＹリニアスケール検出器１３ｙがＹテーブル５に配置されている。このＹリニアスケール１２ｙとＹリニアスケール検出器１３ｙは、Ｙテーブル５とベース７のＹ方向の相対変位量（以下、Ｙスケール値と呼ぶ）を計測する。

同様に、Ｙテーブル５には、Ｘリニアスケール１２ｘが配置され、それと対向するようにＸリニアスケール検出器１３ｘがＸテーブル４に配置されている。このＸリニアスケール１２ｘとＸリニアスケール検出器１３ｘは、Ｘテーブル４とＹテーブル５のＸ方向の相対変位量（以下、Ｘスケール値と呼ぶ）を計測する。以上の構成により、Ｘテーブル４とベース７とのＸＹ方向それぞれの相対変位量を計測することが可能となる。

Ｘテーブル４上にはＸミラー１１ｘが配置され、試料室１の側面には、Ｘレーザ干渉計１０ｘが配置される。Ｘレーザ干渉計１０ｘは、Ｘミラー１１ｘに対してレーザ光を照射し、その反射光を用いて試料室１とＸテーブル４のＸ方向の相対変位量（以下、Ｘレーザ値と呼ぶ）を計測する。

Ｘミラー１１ｘは、ＹＺ平面に鏡面を持ち、Ｙ方向に長い棒状の形状をしており、Ｙテーブル５がＹ方向に移動した際にもレーザ光を反射することができる。また、レーザ光はウェハ２の上面（測定面）とＺ方向の高さが概ね一致するように配置される。Ｙ方向についても同様に、Ｙレーザ干渉計１０ｙ（図示せず）およびＹミラー１１ｙ（図示せず）によって試料室１とＸテーブル４のＹ方向の相対変位量（以下、Ｙレーザ値と呼ぶ）を計測することができる。

ここで、ＸＹ方向それぞれのレーザ干渉計１０ｘ，１０ｙは、Ｘテーブル４の可動範囲のうち、対応するＸＹ方向のバーミラー１１ｘ、１１ｙにレーザ光が照射される領域のみで有効な値を計測することができる。また、レーザ干渉計１０ｘ，１０ｙは、一度レーザ光が反射されない位置にＸテーブルが移動すると、それ以降は、レーザ値のオフセット量が不定となり、絶対的な位置を計測することはできない。

なお、Ｘレーザ値およびＸスケール値は、ともに試料室１に対するＸテーブル４のＸ方向の相対変位量を示しているが、アッベ誤差によって両者は正確には一致しない。すなわち、Ｘレーザ値とＸスケール値の測定位置はＺ方向にオフセットを持っているため、テーブルの移動や振動によってＸテーブル４の姿勢角が変化する際にアッベ誤差を生じる。同様に、Ｙレーザ値およびＹスケール値についてもアッベ誤差が生じる。

制御装置６には、演算処理部、モータ駆動用アンプ等が含まれている。制御装置６は、ＸＹ方向のレーザ値およびスケール値を入力として、リニアモータの駆動電流を制御することによってステージをＸＹ方向に駆動し、所望の位置に位置決めを行う。ここで、リニアモータの制御方法は、ＰＩＤ制御等を用いることが可能である。

以上の構成により、ウェハ２を試料室１に対してＸＹ平面で移動し、ウェハ２上の任意の座標において、カラム（鏡筒）３による二次電子像（ＳＥＭ像）および光学顕微鏡９による光学顕微鏡画像（ＯＭ像）を取得することができる。

Ｘテーブル４上には、補正サンプル１７および１８が配置される。ここで、補正サンプル１７および１８は、その上面がウェハ２の表面（上面）と概ね一致するように設置される。補正サンプル１７および１８の詳細な配置および使用方法は後述する。

なお、本実施例では、案内機構としてリニアガイドを用いたが、その他の案内機構（例えば、流体軸受けや磁性軸受けなど）を用いることも可能である。また、駆動機構としてリニアモータを用いたが、例えば、ボールねじや圧電アクチュエータ等、真空中で使用可能なアクチュエータを用いることも可能である。

図２は、本実施例における荷電粒子線装置の上面構成図であり、レーザ可視状態となるテーブル位置配置を示している。

レーザ干渉計１０ｘおよび１０ｙのレーザ光は、ミラー１１ｘおよび１１ｙに照射されており、ウェハ２のＸＹ座標はスケール値およびレーザ値で共に計測可能である。

図中の位置Ｐ１は、レーザ干渉計１０ｘおよび１０ｙから照射されるレーザ光の交点であり、カラム（鏡筒）３の中心（二次電子画像を取得するための電子線が照射される位置）がＰ１と一致するようにカラム（鏡筒）３が配置される。

これにより、ウェハ２のＺ軸まわりの姿勢変化（ヨーイング）に対するアッベ誤差無く測定点（電子線照射位置）の位置情報をレーザ値によって計測できる。ウェハ２の全面をカラム（鏡筒）３によって観察するために必要なＸＹ方向それぞれのテーブルのストロークは図中Ｒｘ１、Ｒｙ１の範囲である。

位置Ｐ２は、天板８（図示せず）に光学顕微鏡９が設置されている位置であり、光学顕微鏡９による観察が可能な位置である。通常、カラム（鏡筒）３内の電子光学系の大きさの制約により、Ｐ２はＰ１と同位置に配置することは困難であり、オフセットを持った位置となる。ウェハ２の全面を光学顕微鏡９によって観察するために必要なＸＹ方向それぞれのテーブルのストロークは図中Ｒｘ２、Ｒｙ２の範囲である。

なお、本実施例ではＳＥＭ以外の検出手段として光学顕微鏡を用いているが、ウェハの観察やセンシングのためにその他の検出手段やセンサを用いる場合においても本構成は有効である。また、本実施例では、位置Ｐ２はカラム（鏡筒）３の中心である位置Ｐ１に対してＹ方向にのみオフセットした位置（Ｘ方向のオフセット量が０である位置）としているが、ＸＹ方向にオフセットを持つ構成とすることも当然可能である。

ここで、ＳＥＭ観察時にはウェハ２の位置情報を正確に（アッベ誤差無く）検出することが必要であるため、レーザ値を用いてステージの位置決めを行うことが有効である。一方、光学顕微鏡９はＳＥＭと比較して低倍率であるため、高精度なレーザ値を用いずにスケール値を用いてステージを位置決めしても十分な画像精度を保証できる。すなわち、例えばＸ方向に関しては、Ｒｘ１の範囲はＸレーザ値を用い、Ｒｘ２のＲｘ１以外の範囲はＸスケール値を用いる構成がよい。

以上より、本実施例では、Ｒｘ１の範囲をカバーするようにＹミラー１１ｙの長さを決め、Ｒｙ１の範囲をカバーするようにＸミラー１１ｘの長さが決定するようにすることで、必要最小限のミラー長となる。

図２では、レーザ値およびスケール値を共に得られるため、制御装置６では、両者を用いてリニアモータ１６ｘ，１６ｙの駆動電流を決定することが望ましい。

図３は、本実施例における荷電粒子線装置の上面構成図であり、レーザ不可視状態となるテーブル位置配置を示している。

レーザ干渉計１０ｘのレーザ光は、ミラー１１ｘに照射されていないため、ウェハ２のＸ座標はスケール値のみで計測可能である。そのため、制御装置６では、スケール値のみを用いてリニアモータ１６ｘの駆動電流を制御する。ここで、前述のように光学顕微鏡９の測定位置Ｐ２は、カラム中心位置Ｐ１に対してオフセットを持っているため、光学顕微鏡９でウェハ２の全面を撮像する場合は、図３のようにレーザ干渉計が無効となる領域が存在することになる。光学顕微鏡像を用いたアライメント（ＯＭアライメント）処理を行う場合、ウェハ上のアライメント点の設定により、レーザ干渉計が無効となり、レーザ値を計測できない場合が多い。その結果、任意の点のＯＭアライメント処理のみでは、レーザ値を用いたＳＥＭ撮像を正確に行うことは困難である。

図４は、本実施例におけるＸテーブル４上の補正サンプル１７，１８の配置構成図である。ここで、図４は、Ｘテーブル４上で補正サンプル１７が光学顕微鏡観察位置Ｐ２と一致するようにＸテーブル４が位置決めされた状態を示す。以降、図４を用いて補正サンプル１７，１８の配置を説明する。

図４において、カラム中心位置Ｐ１と光学顕微鏡観察位置Ｐ２とのオフセット量をＤｙ１とする。ここで、Ｄｙ１は天板上の両者の設置位置から決まる。次に、Ｘテーブル４において、Ｘバーミラー１１ｘのレーザ照射可能範囲のうち、位置Ｐ１に近い側の端からオフセット量Ｄｙ１だけ直線よりも下側（Ｐ１から遠い側）の領域をＥ１と定義する。この領域Ｅ１は、光学顕微鏡９で撮像中にレーザ光１９ｘがＸバーミラー１１ｘに照射してレーザ値が有効となる範囲である。

この領域Ｅ１を、本実施例における補正サンプル１７を設置可能な範囲とし、本実施例では、領域Ｅ１内かつウェハ２を避けた位置に補正サンプル１７を配置する。さらに、補正サンプル１７から距離Ｄｙ１だけオフセットした位置に補正サンプル１８を配置する。

このように配置した補正サンプル１７，１８によれば、補正サンプル１７の光学顕微鏡像、ＸＹ方向のレーザ値、および補正サンプル１８のＳＥＭ画像を同時に取得することができる。

図５は、本実施例における荷電粒子線装置の上面構成図であり、補正サンプルの撮像を行う状態となるテーブル位置配置を示している。

図５において、図４の状態と同様に、位置Ｐ２が補正サンプル１７上にあると同時に、位置Ｐ１が補正サンプル１８上にあり、かつＸＹのレーザ干渉計１０ｘ，１０ｙが有効な状態となっている。図５に示す状態において、ＳＥＭ像と光学顕微鏡９によるＯＭ像を用いて、後述する補正を行うことでより正確なアライメント処理を行うことができる。

図６は、本実施例における試料アライメント方法（ウェハ処理の流れ）を示したフローチャートである。

先ず、処理Ｓ６０１では、ウェハを試料室内に搬入し、Ｘテーブル上に載置する。ウェハの搬入には、ウェハ搬送ロボットなどを用いる。また、大気中にあるウェハを真空排気された試料室内に搬入するため、予備排気室とゲートバルブ等を用いる方法が一般的である。

次に、処理Ｓ６０２では、光学顕微鏡を用いたＯＭアライメント処理を実施する。具体的には、予め検査レシピに登録された１点または複数点のＯＭアライメント点に対して、光学顕微鏡で撮像可能な位置に順次Ｘテーブルを位置決めし、ＯＭ画像を取得する。得られたＯＭ画像と検査レシピに登録された参照パターンを比較し、画像上での位置ずれ量を算出し、ＯＭから見たアライメント点の位置（ＸＹ座標）を特定する。

得られた１つまたは複数のＯＭアライメント点の位置を用いて平均化することで、搬送後のウェハのＸテーブルに対する相対位置関係を得る。得られたウェハ搬送位置は、ＯＭからみたＸＹ方向のオフセット量（Ｘｏｍ、Ｙｏｍ）と回転角度（θｏｍ）で定義される。

続いて、処理Ｓ６０３では、検査レシピにおいてＳＥＭアライメントが有効であるかどうかを判断する。ここで、通常の検査レシピでは、ＳＥＭアライメント有（ＹＥＳ）で運用することが一般的であるが、精度が低くても問題ないような検査レシピやＳＥＭアライメントができないようなウェハの場合はＳＥＭアライメント無し（ＮＯ）が選択される。

ＳＥＭアライメント有（図中のＹＥＳ）と判断された場合は処理Ｓ６０４に進み、ＳＥＭアライメント処理Ｓ６０４が実行される。ＳＥＭアライメント処理Ｓ６０４は、ＯＭアライメント処理Ｓ６０２と同様に、予め検査レシピに登録された１点または複数点のＳＥＭアライメント点に対して、Ｘテーブルを位置決めし、ＳＥＭ画像を取得するとともに、検査レシピに登録された参照パターンと比較し、ウェハの位置を特定する。

一方、処理Ｓ６０３において、ＳＥＭアライメント無し（図中のＮＯ）と判断された場合は処理Ｓ６０５に進み、補正サンプルのＯＭ撮像要否を判断する。ここで、前述した精度が低くても問題ないような検査レシピの場合は補正サンプルのＯＭ撮像無し（図中のＮＯ）を選択し、高精度が必要であるもののＳＥＭアライメントを実施できないような検査レシピは補正サンプルＯＭ撮像有（図中のＹＥＳ）を選択する。

処理Ｓ６０５において、補正サンプルＯＭ撮像無し（図中のＮＯ）を選択した場合、アライメント変換処理Ｓ６０６を実施する。ここで、アライメント変換処理Ｓ６０６では、ＳＥＭ検査に用いるために必要な情報であるＳＥＭカラムからみたＸＹ方向のオフセット量（Ｘｓｅｍ、Ｙｓｅｍ）と回転角度（θｓｅｍ）への変換が必要である。

ＳＥＭカラム中心位置Ｐ１とＯＭ位置Ｐ２の相対位置は、光学顕微鏡９の取り付け位置によって決まっているので、ＸＹ方向および回転方向のオフセット量（Ｘｏｆｓ、Ｙｏｆｓ、θｏｆｓ）を用いることで、Ｘｓｅｍ＝Ｘｏｍ＋Ｘｏｆｓ、Ｙｓｅｍ＝Ｙｏｍ＋Ｙｏｆｓ、θｏｍ＝θｏｍ＋θｏｆｓとすることができる。これにより、ＯＭアライメントの結果を反映しつつ、ＳＥＭアライメントなしでＳＥＭ撮像を行うことができる。

ここで、ＯＭアライメント情報を変換するためのオフセット量（Ｘｏｆｓ、Ｙｏｆｓ、θｏｆｓ）は、ウェハ上でのオフセット量であり、すなわちレーザ値でオフセット量を管理する必要がある。一方、ＯＭアライメント中は、前述したようにレーザ有効範囲外にステージが移動することが考えられる。このため、ＯＭアライメント中はスケール値を用いてステージを制御する必要がある。

スケール値の情報しか持たないＯＭアライメントを行った後、ＳＥＭ撮像を行う場合は、オフセット量（Ｘｏｆｓなど）を補正するためにスケール値を用いて移動する必要があるため、レーザ値とスケール値に生じるアッベ誤差の影響で大きな誤差（ＳＥＭ観察位置のずれ）を生じる可能性がある。さらに、ＳＥＭカラム中心位置Ｐ１とＯＭ位置Ｐ２の相対位置は、温度や気圧などの環境変化によって変動することが考えられる。以上のような誤差要因を低減するため、本発明では補正サンプルを用いる。

処理Ｓ６０５において補正サンプルＯＭ撮像有（図中のＹＥＳ）を選択した場合、処理Ｓ６０７に進み、補正サンプルのＯＭ撮像を行う。処理Ｓ６０７では、先ず図５に示すように、補正サンプル１７をＯＭで観察可能な位置にＸテーブルを位置決めし、ＯＭでの撮像を行う。撮像したＯＭ画像は、ＯＭアライメント処理Ｓ６０２と同様に、装置（検査レシピ）に登録された参照パターンと比較し、画像上での位置ずれ量を算出し、ＯＭから見た補正サンプル１７の位置（ＸＹ座標）を特定する。

このとき、レーザ干渉計１０ｘおよび１０ｙはともにレーザ値が有効であるため、補正サンプル位置でのレーザ値を併せて取得する。また、図５に示すように、補正サンプル１８がＸテーブル４上のカラム中心位置Ｐ１の下となるように取り付けられている場合は、同時に補正サンプル１８のＳＥＭでの撮像を行う。撮像したＳＥＭ画像も同様に、装置（検査レシピ）に登録された参照パターンと比較し、画像上での位置ずれ量を算出し、ＳＥＭから見た補正サンプル１８の位置（ＸＹ座標）を特定する。

続いて、処理Ｓ６０８では、補正サンプル１７のＳＥＭ撮像を行うかどうかを判断する。処理Ｓ６０８において、補正サンプル１７のＳＥＭ撮像無し（図中のＮＯ）と判断した場合は、処理Ｓ６０９において、アライメント変換処理を行う。アライメント変換処理は、処理Ｓ６０６と同様に、Ｘｓｅｍ＝Ｘｏｍ＋Ｘｏｆｓ、Ｙｓｅｍ＝Ｙｏｍ＋Ｙｏｆｓ、θｏｍ＝θｏｍ＋θｏｆｓにて行う。

ここで、補正サンプルをＯＭ撮像した際のレーザ値を用いて、移動すべきＳＥＭ撮像点のレーザ値を特定することができる。得られた目標位置となるレーザ値と現在のレーザ値が一致するようにステージを移動することで、ＳＥＭ測定点への正確な移動、すなわちＳＥＭアライメント無しでの高精度なＳＥＭ撮像が可能となる。

また、補正サンプル１８が取り付けられている場合は、同時に撮像したＯＭ像およびＳＥＭ像でのパターン位置から、ＳＥＭカラム中心位置Ｐ１とＯＭ位置Ｐ２の相対位置を算出することができる。これを用いてＯＭアライメント情報の変換に用いるオフセット量（Ｘｏｆｓ、Ｙｏｆｓ）を調整することで、温度や気圧などの環境変化による変動の影響を受けず、さらに良好なオフセット変換を行うことが可能となる。

一方、処理Ｓ６０８において、補正サンプル１７のＳＥＭ撮像有（図中のＹＥＳ）と判断した場合は、処理Ｓ６１０において、補正サンプル１７のＳＥＭ撮像を行う。補正サンプル１７のＳＥＭ撮像を行った場合、処理Ｓ６０７および処理Ｓ６１０において同一点をＯＭおよびＳＥＭで撮像することになる。このとき、どちらもレーザ値が有効な状態でステージが制御されているため、レーザ値でのＳＥＭカラム中心位置Ｐ１とＯＭ位置Ｐ２相対位置を算出することができる。

これにより、ＳＥＭカラムとＯＭ位置の間の距離が温度などの環境要因によって変化した場合のみならず、Ｘテーブルなどの試料室内部の構造が温度変化などで変化した場合にも、高精度にＳＥＭ位置での検出精度を確保することができる。

処理Ｓ６０５および処理Ｓ６０８は、高精度にＳＥＭ撮像を行いたい場合に撮像有と設定すれば良いが、撮像時間、演算処理時間およびステージ移動時間によるスループット低下とトレードオフとなる。検査（測定）レシピ上の設定として、必要な精度を指定または選択するようにすることで、ユーザが明示的に処理の精度を設定できるようにすることが有効である。また、検査レシピ毎にＳＥＭ撮像倍率等によって自動選択することも可能である。

以上のように設定したＳＥＭアライメントによって測定された、またはＯＭアライメント情報を用いて推定したＳＥＭカラムからみたウェハの位置情報（Ｘｓｅｍ、Ｙｓｅｍ、θｓｅｍ）を用いて、処理Ｓ６１２では、ステージをレーザ値を用いて予めレシピ設定された測定点に対して位置決めを行い、ＳＥＭによる撮像を行って得られた二次電子像からパターンの検査（欠陥の検出やパターン形状の測定など）を行う。処理Ｓ６１３で、全ての測定点が完了したかの判別を行い、測定が完了した場合は、処理Ｓ６１４でウェハを搬出し、一連の処理を終了する。

なお、本実施例においては、図５に示すように、Ｘテーブル上に配置する補正サンプルはＯＭで最初に観察する補正サンプル１７と、同時にＳＥＭで撮像可能な補正サンプル１８を搭載した例を主に説明したが、図７に示すように、補正サンプル１７のみを搭載する構成も可能である。

この場合、図６における処理Ｓ６０７は、ＯＭ撮像のみを行うこととなり、ＳＥＭカラム中心位置Ｐ１とＯＭ位置Ｐ２の相対位置を補正することはできなくなるが、それでもレーザ値を用いたＳＥＭ撮像位置への移動を行うことができるため、十分高い効果が期待できる。また、その場合は、図６における処理Ｓ６０８において補正サンプルのＳＥＭ撮像有を選択することで、Ｐ１とＰ２の相対位置をレーザ値によって補正できるため有効である。

以上説明したように、本実施例の荷電粒子線装置は、試料（ウェハ２）を載置する試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）と、試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）を駆動制御する制御装置６と、試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）の位置を検出するレーザ位置検出手段（レーザ干渉計１０及びミラー１１）と、試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）上に載置される試料を観察する光学顕微鏡９と、試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）上に載置される試料に電子線を照射し、二次電子を生成する鏡筒３を備えており、光学顕微鏡９により試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）上に載置された第１の補正サンプル１７の画像データを取得するとともに、レーザ位置検出手段（レーザ干渉計１０及びミラー１１）により試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）の位置を検出し、光学顕微鏡９により取得した画像データおよびレーザ位置検出手段（レーザ干渉計１０及びミラー１１）により検出した試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）の位置データに基づき鏡筒３に対する試料ステージ（Ｘテーブル４及びＹテーブル５）の位置決めを行う。

また、本実施例の荷電粒子線装置の試料アライメント方法は、（ａ）予めレシピに登録されたアライメント点に対して、光学顕微鏡で撮像可能な位置に試料ステージを位置決めし、試料ステージ上に載置された試料の光学顕微鏡像を取得し、当該取得した光学顕微鏡像に基づいて光学顕微鏡から見たアライメント点の位置を特定するステップ、（ｂ）（ａ）ステップの後、前記試料ステージ上に配置された補正サンプルの光学顕微鏡像を取得するとともに、レーザ位置検出手段により試料ステージの位置を検出するステップ、（ｃ）（ｂ）ステップで得られた補正サンプルの光学顕微鏡像およびレーザ位置検出手段により検出した試料ステージの位置データに基づき試料ステージの位置決めを行うステップ、を有する。

本実施例の荷電粒子線装置及びその試料アライメント方法は、例えば、ウェハ上に形成されたパターンの欠陥検出またはパターン形状の測定を行う欠陥レビューＳＥＭなどに適用することができる。これにより、ＳＥＭアライメントが実施できないウェハに対しても、ＯＭアライメントを行った後に、補正サンプルを用いたＯＭおよびＳＥＭの撮像を行い、得られた画像情報とレーザ値を用いることで、ＳＥＭによる観察位置の精度を向上し、より正確なウェハ検査を行うことが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例は本発明に対する理解を助けるために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…試料室
２…ウェハ
３…カラム（鏡筒）
４…Ｘテーブル
５…Ｙテーブル
６…制御装置
７…ベース
８…天板
９…光学顕微鏡
１０…レーザ干渉計
１０ｘ…Ｘレーザ干渉計
１０ｙ…Ｙレーザ干渉計
１１…（バー）ミラー
１１ｘ…Ｘミラー
１１ｙ…Ｙミラー
１２…リニアスケール
１２ｘ…Ｘリニアスケール
１２ｙ…Ｙリニアスケール
１３…リニアスケール検出器
１３ｘ…Ｘリニアスケール検出器
１３ｙ…Ｙリニアスケール検出器
１４，１５…リニアガイド
１４ｘ，１５ｘ…Ｘリニアガイド
１４ｙ，１５ｙ…Ｙリニアガイド
１６…リニアモータ
１６ｘ…Ｘリニアモータ
１６ｙ…Ｙリニアモータ
１７，１８…補正サンプル
１９ｘ…レーザ光
Ｐ１…カラム（鏡筒）３の中心位置
Ｐ２…光学顕微鏡９の観察位置

Claims (10)

1. 試料を載置する試料ステージと、
   前記試料ステージを駆動制御する制御装置と、
   前記試料ステージの位置を検出するリニアスケールと、
   前記試料ステージの位置を検出するレーザ位置検出手段と、
   前記試料ステージ上に載置される試料を観察する光学顕微鏡と、
   前記試料ステージ上に載置される試料に電子線を照射し、二次電子を生成する鏡筒と、を備え、
   前記光学顕微鏡により前記試料ステージ上に載置された第１の補正サンプルの画像データを取得するとともに、前記レーザ位置検出手段により前記試料ステージの位置を検出し、
   前記光学顕微鏡により取得した画像データおよび前記レーザ位置検出手段により検出した前記試料ステージの位置データに基づき前記鏡筒に対する前記試料ステージの位置決めを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
   前記光学顕微鏡により取得した画像データを予め登録された参照パターンと比較することで、画像上での位置ずれ量を算出し、前記光学顕微鏡から見た前記第１の補正サンプルの位置を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
   前記試料ステージ上に載置された第２の補正サンプルのＳＥＭ像を取得し、
   前記光学顕微鏡により取得した画像データおよび前記レーザ位置検出手段により検出した前記試料ステージの位置データ、前記ＳＥＭ像に基づき前記鏡筒に対する前記試料ステージの位置決めを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項３に記載の荷電粒子線装置であって、
   前記取得したＳＥＭ像を予め登録された参照パターンと比較することで、画像上での位置ずれ量を算出し、前記鏡筒から見た前記第２の補正サンプルの位置を特定することを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、
   ウェハ上に形成されたパターンの欠陥検出またはパターン形状の測定を行う欠陥レビューＳＥＭであることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 以下のステップを有する荷電粒子線装置の試料アライメント方法；
   （ａ）予めレシピに登録されたアライメント点に対して、光学顕微鏡で撮像可能な位置に試料ステージを位置決めし、前記試料ステージ上に載置された試料の光学顕微鏡像を取得し、当該取得した光学顕微鏡像に基づいて光学顕微鏡から見た前記アライメント点の位置を特定するステップ、
   （ｂ）前記（ａ）ステップの後、前記試料ステージ上に配置された補正サンプルの光学顕微鏡像を取得するとともに、レーザ位置検出手段により前記試料ステージの位置を検出するステップ、
   （ｃ）前記（ｂ）ステップで得られた前記補正サンプルの光学顕微鏡像および前記レーザ位置検出手段により検出した前記試料ステージの位置データに基づき前記試料ステージの位置決めを行うステップ。
7. 請求項６に記載の荷電粒子線装置の試料アライメント方法であって、
   前記（ｂ）ステップにおいて、前記光学顕微鏡により取得した前記補正サンプルの光学顕微鏡像を予め登録された参照パターンと比較することで、画像上での位置ずれ量を算出し、前記光学顕微鏡から見た前記補正サンプルの位置を特定することを特徴とする荷電粒子線装置の試料アライメント方法。
8. 請求項６に記載の荷電粒子線装置の試料アライメント方法であって、
   前記（ｂ）ステップと前記（ｃ）ステップの間に、
   （ｄ）前記試料ステージ上に前記補正サンプルとは異なる別の補正サンプルを配置し、当該別の補正サンプルのＳＥＭ像を取得し、前記取得した画像データおよび前記レーザ位置検出手段により検出した前記試料ステージの位置データ、前記ＳＥＭ像に基づき前記試料ステージの位置決めを行うステップ、
   をさらに有することを特徴とする荷電粒子線装置の試料アライメント方法。
9. 請求項８に記載の荷電粒子線装置の試料アライメント方法であって、
   前記（ｄ）ステップにおいて、前記取得したＳＥＭ像を予め登録された参照パターンと比較することで、画像上での位置ずれ量を算出し、前記別の補正サンプルの位置を特定することを特徴とする荷電粒子線装置の試料アライメント方法。
10. 請求項６に記載の荷電粒子線装置の試料アライメント方法であって、
    ウェハ上に形成されたパターンの欠陥検出またはパターン形状の測定を行うことを特徴とする荷電粒子線装置の試料アライメント方法。

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