(57)【要約】      （修正有）【課題】微細な回路配線パターンを含む試料の電気特性を測定する複数のプローブと荷電粒子線装置とを組み合わせた不良検査装置において、±７５μｍ以上のイメージシフトでも分解能の劣化の少ない荷電粒子線装置と、イメージシフト機能に連動したＣＡＤナビゲーション機能を有する不良検査装置の提供する。【解決手段】荷電粒子線画像の画像処理を行なう画像処理手段と回路配線パターンの情報を格納した記憶手段との通信に、イメージシフト移動量を試料ステージの移動量に変換した座標を使用する手段を、ＣＡＤナビゲーション機能に導入する。これにより装置ユーザの使い勝手が飛躍的に向上する。【選択図】図１
2005338043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上に形成された微細な回路配線パターンを備えた試料の電気特性を測定する不良検査装置において、
前記回路配線パターンに接続された複数のパッド、あるいはプラグへ接触させて前記回路  配線パターンの電気特性測定を行なう複数のプローブと、
前記試料に対して荷電粒子線を照射する手段と、前記荷電粒子線の照射点を前記試料上で移動させるイメージシフト手段と、前記試料に照射された荷電粒子線に起因して発生する二次的な荷電粒子線を検出して前記試料の画像を取得する手段と、
前記画像を表示する表示手段と、前記画像の任意箇所を指定するための入力手段と、回路配線パターンの情報を格納した記憶手段と、前記取得画像を前記表示手段に表示するための画像処理を行なう画像処理手段と、前記記憶手段と前記画像処理手段とを接続する通信手段を有し、
前記表示手段に前記回路配線パターンと前記取得画像とを表示し、前記回路配線パターンと前記取得画像の同一箇所の指定を、装置ユーザに対して要求する情報を前記表示手段に表示し、指定された位置の座標情報を前記記憶手段と前記画像処理手段の間で通信し、前記座標情報が、前記イメージシフト手段による前記荷電粒子線の前記試料上の位置情報を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記イメージシフト手段によって、前記荷電粒子線の照射点が前記試料上を１５０μｍ以上、あるいは±７５μｍ以上移動することができることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、前記取得画像と前記回路配線パターンの双方を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項３記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、前記取得画像と前記回路配線パターンを重ねて表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、イメージシフト移動量を試料ステージに換算した試料ステージ座標と、前記イメージシフト移動量を観察している画像回転方向に換算したイメージシフト操作座標を選択する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、あらかじめプリセットされたイメージシフト移動量と移動方向選択し、前記選択された変換座標に、前記荷電粒子線をイメージシフトする手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項５記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、前記選択された変換座標を表示、入力する手段を備え、座標を直接入力することによって、前記選択された変換座標の任意の位置に、前記荷電粒子線をイメージシフトする手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、前記試料ステージ座標と、前記イメージシフト操作座標を同時に表示する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、あらかじめプリセットされたイメージシフト移動量と移動方向選択し、前記イメージシフト操作座標に、前記荷電粒子線をイメージシフトする手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項８記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、前記イメージシフト操作座標を入力する手段を備え、座標を直接入力することによって、前記イメージシフト操作座標の任意の位置に、前記荷電粒子線をイメージシフトする手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段に、前記回路配線パターンのピッチ間隔を入力する手段を備え、前記イメージシフト移動量と前期ピッチ間隔の比の整数を表示するカウンタ手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の荷電粒子線装置において、
前記カウンタ手段にカウント数を入力する手段を備え、前記イメージシフト移動量と前期ピッチ間隔の比の整数が入力したカウント数に達した場合に、前記表示手段にメッセージを表示する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
荷電粒子線を放出させる荷電粒子供給源と、前記荷電粒子線を収束する収束レンズと、前記収束された荷電粒子線を試料表面に収束する対物レンズと、前記荷電粒子線を試料上で走査する偏向器を備え、
２段のイメージシフト偏向器と、１段の光軸制御用偏向器を配置し、前記２段のイメージシフト偏向器に与える偏向信号を独立に調整、あるいはそれぞれの偏向信号の比を調整し、前記荷電粒子線の前記試料上の照射点を移動させ、さらに、前記１段の光軸制御用偏向器に与える偏向信号を調整し、荷電粒子線の中心軸、すなわち光軸を偏向して、前記イメージシフト偏向器によって荷電粒子線が対物レンズに斜め入射する場合に発生する色収差と、前記イメージシフト偏向によって発生する色収差を実効的に消去できる対物レンズの軸を実現する手段を備えたこと特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の荷電粒子線装置において、
前記１段の光軸制御用偏向器に与える偏向信号を、前記２段のイメージシフト偏向器の上段、あるいは下段の偏向信号に重畳する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の荷電粒子線装置において、
前記光軸制御用偏向器は２段であり、前記２段の光軸制御用偏向器に与える偏向信号を独立に調整、あるいはそれぞれの偏向信号の比を調整し、前記対物レンズの物点位置を固定する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の荷電粒子線装置において、
前記２段の光軸制御用偏向器に与える偏向信号を、前記２段のイメージシフト偏向器に重畳する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置、特に半導体の微細パターンまたは一般的な試料の観察を行なう走査電子顕微鏡のような装置と、電子素子の電気的特性を微細な探針を用いて計測する不良検査装置、特に荷電粒子線装置のイメージシフト機能を用いた探針接触のための視野決め方法及び当該視野決め方法を用いた不良検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ上に形成された微細な電子回路の電気的欠陥を検出するための検査装置として、従来、電子ビームテスタすなわちＥＢテスタ、プローバ装置等の検査装置が知られている。ＥＢテスタとは、被測定点に電子ビームを照射し、測定点より発生する２次電子放出量が測定点の電圧値によって変化することを利用して、ＬＳＩの電気的不良箇所を検出する装置である。また、プローバ装置とは、ＬＳＩの特性測定用パッドの位置に合わせて配置された複数の探針、あるいはメカニカルプローブを測定パッドやプラグに触針させて、ＬＳＩの電気特性を測定する装置である。これらＥＢテスタやプローバ装置においては、装置オペレータが、配線の光学顕微鏡像やＳＥＭ像等の画像を見ながら、プローブの触針位置をマニュアル作業で確認している。
【０００３】
近年、ＬＳＩ等の半導体素子上に形成される回路パターンは複雑化し、プローブを最適なプロービング位置へ短時間で移動することが困難になりつつある。そこで、プロービングの際に、装置オペレータが参照する半導体素子上の実画像に合わせて、半導体素子の配線レイアウトを表示して、プロービングを行なう際に要する時間を短縮する技術があり、ＣＡＤナビゲーションと呼ばれている。
【０００４】
上記ＳＥＭ像の観察は、一次電子線を試料上で走査して、半導体の微細なパターン試料の走査像を得る走査電子顕微鏡が用いられている。微細なパターン試料を観察する目的の装置では、一次電子線の照射領域あるいは観察視野を試料上の観測点に正確に移動させるために、一次電子線を電気的に偏向して、数μｍ〜１０μｍ程度の範囲で電気的に２段の偏向器で観察視野を移動するイメージシフト機能を有している。
また、イメージシフトにより一次電子線は対物レンズに対して斜めに入射するため、対物レンズの軸外収差によってＳＥＭ像の分解能が劣化するが、例えば特許文献１のように、イメージシフト量の関数として軸外収差を除去するような例が開示されている。特に半導体などのパターン試料の観察では、試料の帯電を防ぐために、一般的には５ｋＶ以下の低い加速電圧を用いてサブナノメートル、ナノメートルオーダーの観察を行なう。このような目的でイメージシフトを使用する条件では、軸外色収差とイメージシフト偏向に伴う色収差を低減する必要がある。
【０００５】
イメージシフトを使用しない条件、すなわち対物レンズの物点が移動しない条件では、試料に負の電圧を印加するリターディング法や、対物レンズ内に正の電圧を印加するブースティング法により、対物レンズの色収差を実効的に低減し、分解能の向上が図られている。また、一次電子線を傾斜して試料に照射するような条件、すなわちビームチルトでは、例えば特許文献２のように、一次電子線を対物レンズの軸外に意図的に入射させて色収差を発生させ、かつ、静電磁気多極子を用いてこの色収差を相殺するような例が開示されている。
【０００６】
上記のイメージシフトによる視野移動は、機械的に試料ステージを動かすことでも代替できるが、移動速度の速さと精度の点でイメージシフトが優れている。仮に試料ステージの移動精度が向上しても、機械的な移動のため必ず振動が発生する。数本のプローブを同一ＳＥＭ視野内で観察しながら測定プラグに触針してから、その他のプローブの触針を行なうことが多いため、機械的な振動があると、触針したプローブを破損する可能性がある。
【０００７】
そこで、極力広範囲の一次電子線の照射領域を実現し、かつ色収差を低減したイメージシフト機能に連動したＣＡＤナビゲーション機能が実現できれば、不良解析装置の操作性が顕著に向上し、装置ユーザの負担を減らすことが可能となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２４７４６５号公報
【特許文献２】特開２００１−１５０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、ＬＳＩ等の半導体素子上に形成される回路パターンは複雑化し、プローブを最適なプロービング位置へ短時間で移動することが困難になりつつあり、そのためにＣＡＤナビゲーションが有効であることは前記のとおりである。しかし現状のＣＡＤナビゲーションは、試料ステージを駆動することのみが考慮されている。前記したように試料ステージの機械的な振動によるプローブの破損を防止し、かつ高速、高精度な視野移動を実現するためには、イメージシフト機能は必須である。しかしながら、イメージシフト機能にリンクしたＣＡＤナビゲーションに関する技術の開示がない。
【００１０】
試料ステージの駆動範囲を完全にイメージシフトで置き換えるのは現実的に不可能である。しかしできるだけ広範囲の一次電子線照射領域を実現することが要求されている。実施例で詳しく述べるが、例えば、現在の半導体メモリマットのセクター幅からすると、イメージシフト移動量としては±７５μｍ以上、全移動範囲で１５０μｍ以上が要求される。また、プラグの大きさは２００ｎｍ以下であり、少なくともＳＥＭ倍率１０ｋ以上の高分解能観察も要求される。
【００１１】
特許文献１に開示された装置は、対物レンズに斜め入射した一次電子線による軸外収差を除去し、従来のイメージシフト量数μｍ〜１０μｍ程度の５倍でも高分解能ＳＥＭ画像を得ることができる。しかし、±７５μｍ以上のイメージシフトで顕著になるのは偏向による色収差であり、特許文献１では偏向色収差が考慮されていない。
【００１２】
イメージシフトを使用する条件でも、リターディング法やブースティング法によって色収差を低減することは可能である。しかし、リターディング法では試料に−１ｋＶ以上の電圧を印加する。不良検査装置では、プローブを直接プラグに接触させて電気的測定を行なうため、試料に電圧が印加されていると、放電によりプローブ、プラグ、また素子全体も破損する。
【００１３】
イメージシフトにおいても、一次電子線を試料に傾斜して入射させるため半導体の微細パターンの３次元観察で近年使用されているビームチルトに類似する。特許文献２に開示された装置は、一次電子線を対物レンズの軸外に意図的に入射させて色収差を発生させ、かつ、静電磁気多極子を用いてこの色収差と大きさは同じで方向が逆の色収差を発生させて相殺し、ビーム傾斜が大きい低加速電圧の条件でも、高分解能ＳＥＭ画像を得ることができる。さらに対物レンズの軸外収差を極力低減するために、常に対物レンズの光軸上の物点位置を支点に、一次電子線を偏向するように制御されている。しかし、物点位置を移動させない限り、視野移動は実現できないし、物点を移動すれば、対物レンズの軸外収差が大きくなる。従ってイメージシフトとビームチルトは本質的に異なる。
【００１４】
本発明では、対物レンズの物点位置と物点位置での一次電子線の傾きとの比を対物レンズの軸として定義する。対物レンズの軸とは、例えば荷電粒子線装置のユーザであれば一般的に知られている電流中心軸が一例である。ビームチルトでは物点位置ゼロとなるため、本発明で述べる対物レンズの軸は存在しない。
【００１５】
そこで本発明では、±７５μｍ以上のイメージシフトでも色収差による分解能劣化が少ない対物レンズの軸を実現した荷電粒子線装置と、イメージシフト機能に連動したＣＡＤナビゲーション機能を有する不良検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、半導体ウェハ上に形成された微細な回路配線パターンを備えた試料の電気特性を測定する不良検査装置に関し、回路配線パターンに接続された複数のパッド、あるいはプラグへ接触させて回路配線パターンの電気特性測定を行なう複数のプローブと、試料に対して荷電粒子線を照射する手段と、荷電粒子線を放出させる荷電粒子供給源と、荷電粒子線を収束する収束レンズと、収束された荷電粒子線を試料表面に収束する対物レンズと、荷電粒子線を試料上で走査する偏向器と、荷電粒子線の照射点を移動するイメージシフト偏向器と、荷電粒子線の光軸を制御する光軸制御用偏向器と、試料に照射された荷電粒子線に起因して発生する二次的な荷電粒子線を検出して試料の画像を取得する手段と、
画像を表示する表示手段と、画像の任意箇所を指定するための入力手段と、回路配線パターンの情報を格納した記憶手段と、取得画像を表示手段に表示するための画像処理を行なう画像処理手段と、記憶手段と画像処理手段とを接続する通信手段により、表示手段に回路配線パターンと取得画像とを表示し、回路配線パターンと取得画像の同一箇所の指定を、装置ユーザに対して要求する情報を表示手段に表示し、指定された位置の座標情報を記憶手段と画像処理手段の間で通信し、座標情報にイメージシフト手段による荷電粒子線の試料上の位置情報を含ませることにより、前記課題を実現する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、プローブと荷電粒子線装置とを組み合わせた不良検査装置において、ユーザ利便性が飛躍的に向上する。すなわち、±７５μｍ以上のイメージシフトでも分解能の劣化の少ない荷電粒子線装置と、イメージシフト機能に連動したＣＡＤナビゲーション機能を有する不良検査装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用いて実施形態について説明する。図１には不良検査装置の構成例を、図２には、走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと称する）の構成例を示す。初めに、図１を用いて検査装置の構成について説明する。
【００１９】
１０１はＳＥＭ電子光学系要素であり、一次電子線１０３を試料上で照射かつ走査するための照射光学系を形成する。よって、本実施例の電子銃１０１は、電子ビームを発生する電子源やビームを走査するための偏向装置、電子ビームを収束するためのレンズ等、ＳＥＭに必要な構成要件を全て含んだ系を意味する。１０２は真空チャンバ隔壁であり、隔壁１０２により大気圧の領域と真空領域が隔てられている。ＳＥＭ電子光学系要素１０１の動作、例えば電子源の電子ビーム引出し電圧や偏向装置、レンズへの電流などは、電子光学系制御装置１１６により制御される。
【００２０】
一次電子線１０３の照射により被検査試料１１８より発生した二次電子１０５は、二次電子検出器１０４により検出される。二次電子検出器は、実際に電子を検出するセンサ部分は隔壁１０２内に配置されているが、電源接続用の配線等が接続される根本の部分は、隔壁の外に突き出ている。１０６は、被検査試料の所定領域に触針されるメカニカルプローブであり、アタッチメント１０７によって保持されている。１０８は、アタッチメント１０７を所望の位置に移動するためのプローブ駆動手段であり、メカニカルプローブ１０６をアタッチメント１０７ごと所望位置へ移動する。
【００２１】
実際に不良検査の対象となる試料は試料台１０９上に保持される。試料台１０９は、更に試料台駆動手段１１０に保持されており、試料台１０９と試料台駆動手段を合わせて試料ステージと称される。試料ステージとプローブ駆動手段１０８とは、大ステージ１１１上に形成されており、大ステージ１１１は、Ｘ、Ｙ（面内）、Ｚ（垂直）方向への駆動手段を備えており、試料ステージとプローブ駆動手段１０８とを一体的に駆動することができる。このように大ステージ１１１上に試料ステージとプローブ駆動手段１０８とを一体形成した点は、本実施例の特徴の一つである。技術思想として重要な点は、被検査試料１１８とメカニカルプローブ１０６の両者を、独立的にも一体的にも移動できるように装置を構成にすることである。大ステージ１１１は、更に、ベース１１２上に配置される。
【００２２】
試料台１０９およびアタッチメント１０７は電気特性計測器１１３に接続されている。電気特性計測器は、主としてメカニカルプローブ１０６により検出された試料の電流−電圧特性を計測して、そこから所望の特性値を算出する、例えば、メカニカルプローブ１０６の触針箇所の抵抗値や電流値、電圧などである。半導体ウェハの解析の場合には、電気特性計測器１１３として、例えば半導体パラメータアナライザが用いられている。電気特性計測器１１３と試料台１０９が接続されるのは、試料台１０９の試料載置面には、試料に電流または電圧を印加するための給電プラグが備えられる場合もあるからである。
【００２３】
電気特性計測器で計測された特性値は、伝送線を介して制御コンピュータ１１４に伝送される。制御コンピュータ１１４は、伝送された情報を元に更に高度な分析を行なう。例えば、測定値を解析して、測定箇所が不良か正常かの判定を行なう。制御コンピュータ１１４には、光学ディスクやハードディスク、ないしメモリなどの記憶手段が備えられており、測定した電気特性を格納しておくことができる。更にまた、制御コンピュータ１１４は、不良検査装置全体の動作を制御する役割も果たしている。例えば、電子銃制御器１１６、二次電子検出器１０４、プローブ駆動手段１０８、試料ユニットおよび大ステージ１１１は、制御コンピュータ１１４により動作制御される。
【００２４】
そのため、制御用コンピュータは、接続された各構成部品を制御するソフトウェアを格納するためのメモリ１１５と、装置ユーザが装置の設定パラメータを入力するための入力手段を備える。入力手段とは、例えば、キーボード、操作画面上でポインタを動かすためのマウスなどである。被検査試料の配線レイアウトのデータ（以下、ＣＡＤ画像データと称する）は、ＣＡＤ用ワークステーション（ＷＳ）１１０に格納される。ＷＳ１１７は、配線レイアウトを表示するための画像表示手段を備える。ＣＡＤ用ＷＳ１１７は、制御コンピュータ１１４に接続されており、必要に応じてＣＡＤ画像データを制御用コンピュータ１１４に伝送する。
【００２５】
ＳＥＭ制御用ＰＣ１１９は、ＳＥＭの光学条件、倍率、フォーカス、イメージシフト、ＳＥＭ画像の明るさ、スキャンスピード、アライメント、画像の記録、ステージ／プローブの移動等を、ＰＣあるいはＷＳのＧｒａｐｈｉｃ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ（以下ＧＵＩと称する）操作やコマンド入力により実現する。コントロールパネル１２０は、ＳＥＭ制御用ＰＣ１１９の機能の一部、メカニカルプローブ１０６、試料ユニットおよび大ステージ１１１を、つまみやジョイスティック、ボタン等で操作することにより実現する。ＳＥＭ制御用ＰＣ１１９は、ワークステーションを用いても良いのは明らかである。
【００２６】
次に図２を用いてＳＥＭ電子光学系要素の構成例を示す。電子銃２０１で放出、加速された一次電子線２０８は、コンデンサレンズ２０２によって絞り２０３の手前で収束される。収束される位置をコンデンサレンズ２０２で調整することで、絞り２０３を通過する一次電子線２０８の量を調節できる。絞りを通過した一次電子線２０８は、イメージシフトコイル２０４、２０５で偏向作用を受けて対物レンズ２０９を通過し、試料２１０上に照射される。イメージシフトコイル２０４、２０５は、それぞれ独立に動作させても良いし、上下段の偏向比を一定にして動作させても良い。いずれにしてもイメージシフトコイル２０４、２０５を調節することで、一次電子線２０８の試料２１０上での照射位置を変えることができる。この操作は一般的にビームシフト、あるいはイメージシフトと呼ばれる。アライメントコイル２０６、２０７は、通常は一次電子線２０８を対物レンズ２０９の所望の軸に通すように調整される。また、イメージシフト動作時には、対物レンズ２０９の物点２１１の調整を行ない、イメージシフト時の視野ずれを補正することができる。この動作については後述する。
【００２７】
図２はＳＥＭ電子光学系要素の構成の一例に過ぎない。例えば、絞り２０３を通過した後に、試料２０６上での一次電子線２０７の開き角を制御するための第二のコンデンサレンズを挿入しても良い。また図１の二次電子検出器１０４は、真空チャンバ隔壁に設置されているが、対物レンズ上部にフィルタと二次電子検出器を配置し、二次電子を一次電子線２０７と逆行する方向に引き出して検出する方法を用いても良い。また、分解能向上のために、光軸沿いにブースティング電極を設けても良い。
【００２８】
次に図３を用いて図１の不良検査装置のＳＥＭ制御用ＰＣ１１９に表示されるＧＵＩの一例を説明する。ＳＥＭ制御用ＰＣ上ＧＵＩ３０１は、主に７つの部分から構成される。ＳＥＭ制御ＧＵＩ部３０２は、ＳＥＭ画像表示と、ＳＥＭの光学条件の設定、ＳＥＭの倍率、フォーカス、イメージシフト、ＳＥＭ画像の明るさ、スキャンスピード、アライメント、画像の記録などのアイコンやメニューから構成される。大ステージ制御ＧＵＩ部３０３は、大ステージ１１１を、中央位置、ＣＣＤ観察位置、メカニカルプローブ１０６の交換位置等に移動させるためのアイコンや、バックラッシュ除去のためのアイコン、座標入力・表示ボックスが配置されている。試料ステージ制御ＧＵＩ部３０４は、移動位置を示すクロスカーソル、矢印アイコン、移動量選択用のコンボボックス、座標入力・表示ボックスが配置されている。イメージシフト制御ＧＵＩ部３０５は、移動位置を示すクロスカーソル、矢印アイコン、移動量選択用のコンボボックス、座標入力・表示ボックス、イメージシフト中点に戻すリセットボタン等が配置されている。座標メモリ表示ＧＵＩ部３０６は、大ステージ座標、試料ステージ座標、イメージシフト座標をメモリ登録するアイコン、登録座標の選択・呼出用のコンボボックス、登録座標表示ボックスが配置されている。移動選択ＧＵＩ部３０７は、大ステージ、試料ステージ、イメージシフトのいずれかを移動させるための選択用のアイコンと、大ステージ、試料ステージ、イメージシフトを移動させないためのロック用のアイコンが配置されている。以上のＧＵＩ部を、纏めてＳＥＭ−ステージ制御ＧＵＩ部とする。
【００２９】
メカニカルプローブ１０６を駆動制御するためのプローブ制御ＧＵＩ部３０８は、駆動したいプローブユニットを選択・表示するためのアイコン、プローブを全退避させるためのアイコン、プローブのＸ、Ｙ、Ｚ駆動をマウス操作するスクロールバーと矢印アイコン、Ｚ駆動の微調整をマウス操作するスクロールバー、プローブＸ、Ｙ、Ｚを中点に戻すリセットアイコン、プローブＸ、Ｙ、Ｚ微動移動速度選択用のコンボボックス、プローブＸ、Ｙ、Ｚステップ量選択用のコンボボックス、プローブＸ、Ｙ、Ｚ連続移動速度選択用のコンボボックス、各プローブの駆動状態表示部が配置されている。プローブ制御ＧＵＩ部３０８がＳＥＭ制御用ＰＣ上ＧＵＩ３０１の右側をほとんど占有しているのは、プローブのＸ、Ｙ、Ｚ駆動用のスクロールバーのマウス操作精度を向上させるために、スクロールバーをＧＵＩ上で大きく取っているためである。
【００３０】
図３ではＧＵＩ左側にＳＥＭ−ステージ制御ＧＵＩ部、右側にプローブ制御ＧＵＩ部３０８が配置されているが、ユーザの観察、操作が容易になるように、左右入れ替えることも可能である。
【００３１】
図４は、ＳＥＭ制御ＧＵＩ部３０２に表示されるＳＥＭ画像の例である。図４（ａ）の例では、４本のプローブを使用して不良検査を行なうとしたとき、ＳＥＭ画面視野内に４本のプローブが入っている。複数のプラグ４０９の中で、プローブ４０１をターゲットプラグ４０５に、プローブ４０２をターゲットプラグ４０６に、それぞれ接触させるようにプローブユニットを操作する。プローブ４０３は既にターゲットプラグ４０７に接触させてある。プローブ４０４はＳＥＭ視野４１０外のターゲットプラグに接触させる。図４（ａ）の場合は、接触させるべき３本のプローブがＳＥＭ視野４１０内に入っており、この場合はステージを動かす必要もなく、またイメージシフトさせる必要もない。
【００３２】
図４（ｂ）の例では３本のプローブは既にターゲットプラグに接触させてある。しかし、プローブ４０４のターゲットゲートプラグ４０８だけＳＥＭ視野４１０外にある例である。この場合は、接触したプローブが破損する可能性があるため、機械的振動を伴うステージを動かすことはできない。破損を防止するためステージをゆっくり動かすことも考えられるが、位置決め分解能５ｎｍ以下とするためにプローブの駆動に使用しているピエゾ素子のクリープ現象により、ステージ駆動中に接触が外れてしまう可能性がある。このような理由からイメージシフトによりＳＥＭ視野４１０を移動させる方法が最適である。矢印４１１は、駆動選択されたプローブ４０４がどちらの方向にあるかを明確にするために表示される。矢印の方向は、駆動させるプローブの方向によって変わる。
【００３３】
図４（ｃ）の例では、プローブ４０４とターゲットゲートプラグ４０８がＳＥＭ視野４１０内で観察できるように、イメージシフト操作を行なった結果ある。現在の半導体素子でプラグの大きさは、２００ｎｍ以下で、ＳＥＭの観察倍率は１０ｋ程度である。この倍率での観察視野はおよそ１０μｍとなる。例えば、現在の半導体メモリマットのセクター幅は大きくても１５０μｍ程度である。メモリ容量を増やすためにセクター幅を広くすると、素子の高周波成分による応答性の劣化が発生するため、複数のプラグ群４０９のピッチ間隔を圧縮することで、大容量化を実現している。セクターの片側の端に引き上げ用のターゲットゲートプラグ４０８があり、仮にその他の検査したいターゲットプラグ群４０２〜４０５がセクターの反対側端にあると、イメージシフト移動量としては１５０μｍ、あるいは±７５μｍ以上を満たしていれば、全範囲で試料ステージを移動することなくターゲットプラグのＳＥＭ観察が可能となる。従来のＳＥＭでは、分解能試料等でＳＥＭの観察倍率５０ｋ以上の場合に、電子光学系の調整中に付着するコンタミネーション部を観察しないように、電子光学系調整後にイメージシフトを行ない、かつ、イメージシフトに伴う軸外収差、特に低加速電圧における偏向色収差の発生による分解能劣化を避けるため、最大でもイメージシフト移動量は１５μｍ程度である。また、コンタミネーション部を観察しないようにという目的から、イメージシフト後の座標位置を表示させる必要もない。
【００３４】
しかし、不良検査装置ではＳＥＭ画像とＣＡＤ画像のレイアウトを行ない、イメージシフトによってＳＥＭ画像が変化したとき、ＣＡＤ画像も追従するような機能を持たせる必要があり、またＣＡＤ画像を使用しない場合でも、何ピッチ先のプラグにプローブを接触させたいというような要求があることから、イメージシフト移動量を座標表示できるようにしておく必要がある。以下のこの座標表示機能について、図５を用いて説明する。
【００３５】
図５（ａ）はイメージシフト制御ＧＵＩ部の１例である。試料ステージ変換座標５０１は、イメージシフト移動量を試料ステージの移動量に変換した座標であり、ＣＡＤ用ＷＳ１１７に送信、あるいはＣＡＤ用ＷＳ１１７から受信するための座標である。ＣＡＤのレイアウト画像が１０ｍｍ角程度と範囲が広く、イメージシフトで±７５μｍ移動してもＣＡＤのレイアウト画像全体にイメージシフトで移動させることができない。また、試料ステージにリニアスケールを用いればＣＡＤレイアウト画像と試料ステージ座標を高精度に対応させることができる。そのため試料ステージ座標に変換したイメージシフト座標を用いる。イメージシフト操作座標５０２は、イメージシフトが駆動する座標（イメージシフトＤＡＣ座標）から実際に操作している（観察している）座標にイメージシフト移動量を変換した座標であり、ＳＥＭ画像視野を回転させるラスターローテーション機能が動作している場合、イメージシフトＤＡＣ座標とは異なるために必要な座標である。ＳＥＭでは対物レンズの回転作用があるため、常にラスターローテーション機能を動作させ、試料ステージの移動方向とＳＥＭの走査方向が一致するように制御されている。ユーザがピッチを追って行くような場合は、このイメージシフト操作座標を参照する。座標変換の詳細については後述する。
【００３６】
ＲＳＴ５０３は移動したイメージシフトを中点に戻すためのボタンである。白抜き三角の矢印ボタン５０４は、コンボボックス５０５で選択されている移動量分、クリックした方向にイメージシフトする。コンボボックス５０５には所望の移動量を入力することも可能である。クロスカーソル５０６により、実際の座標位置が視覚的に分かるようになっている。座標５０７にはイメージシフト座標が表示されるようになっており、また、直接入力により所望の場所にイメージシフトさせることも可能である。ここで説明した機能は、オプションボタンで選択されている座標に対して有効である。
【００３７】
図５（ｂ）はイメージシフト制御ＧＵＩ部の別の例である。図５（ａ）の機能に、ピッチ間隔の入力ボックス５０８、ピッチ数を表示するためのカウンタボックス５０９が追加されている。ピッチ間隔を入力し、イメージシフト操作を行なうと、イメージシフト移動量とピッチ間隔の比の整数部が、カウンタのボックスに表示される。また、カウンタに移動させたいピッチ数を入力し、イメージシフト操作を行ない、設定したカウント数（ピッチ数）に到達したとき、図６のようなメッセージ６０１をメッセージ領域６０２に表示する。Ｙｅｓ領域６０３をマウスでクリックすれば、継続してイメージシフト動作を行なうが、Ｎｏ領域６０４をマウスでクリックすれば、イメージシフト操作を受け付けない。ユーザは常にＳＥＭ画像視野に対してイメージシフト操作を行なうので、カウンタ機能は、オプションボタンでイメージシフト操作座標が選択されているときのみ有効である。
図５（ｃ）は図５（ｂ）のクロスカーソル、矢印ボタン、コンボボックス、カウンタ機能をイメージシフト操作座標のみに限定し、試料変換座標は参考値として表示するだけとした場合の例である。ユーザの操作は、座標入力を除けば常にイメージシフト操作座標上で行なわれ、また試料ステージ変換座標は、ＣＡＤ用ＷＳ１１７との通信する際に意味があり、処理は制御コンピュータ１１４内で行なわれるためである。
【００３８】
次に、図１に示した不良検査装置を、図２で示した電子光学系構成要素を用いて動作させる方法を説明する。以下の説明では、既にＣＡＤ画像データとＳＥＭ画像データの位置情報が校正されているものとする。座標変換方法の詳細については後述する。
【００３９】
位置情報の校正方法を簡単に説明する。ＣＡＤ画像のあるパターンの一点に対応する位置に試料ステージを大よそで移動し、ＳＥＭ画像で観察しながら同じパターンが画面中心に見えるように、試料ステージを微調整して、ＣＡＤ座標と試料ステージ座標の１点目のアライメントを行なう。次に、同じＣＡＤ画像で別のパターンの一点に対応する位置に試料ステージを大よそで移動し、ＳＥＭ画像で観察しながら同じパターンが画面中心に見えるように、試料ステージを微調整して、ＣＡＤ座標と試料ステージ座標の２点目のアライメントを行なう。最後に同じＣＡＤ画像で更に別のパターンの一点に対応する位置に試料ステージを大よそで移動し、ＳＥＭ画像で観察しながら同じパターンが画面中心に見えるように試料ステージを微調整して、ＣＡＤ座標と試料ステージ座標の３点目のアライメントを行なう。以上の作業によりＣＡＤ座標と試料ステージ座標の対応が取れる。アライメント作業におけるＳＥＭの観察は、試料ステージを大よそで移動させるときは倍率１００以下の低倍率で、試料ステージを微調整するときは倍率１０ｋ程度の高倍率で行なう。試料全域でのＣＡＤ座標と試料ステージ座標の変換精度を上げるために、アライメントする３点は試料の隅の方が望ましい。
【００４０】
まず、ユーザがＳＥＭ制御用のＰＣ１１９のＧＵＩ操作、あるいはコントロールパネル１２０のつまみやジョイスティックにより、イメージシフト操作を行なった際のイメージシフト動作について、図７（ａ）、図７（ｂ）を用いて説明する。
ＳＥＭ制御用のＰＣ１１９のＧＵＩ操作、あるいはコントロールパネル１２０のつまみやジョイスティックによるイメージシフト操作を行なう（ステップ７０１）と、操作量を制御コンピュータ１１４に送信し、イメージシフトＸＹのＤＡＣ変化量を計算する。また座標入力量からはイメージシフトＸＹのＤＡＣ量を計算する（ステップ７０２）。ＤＡＣ変化量の場合は現在のＤＡＣ量にＤＡＣ変化量を加算／減算する。ＤＡＣ量が決まれば、電子光学系制御手段１１６を介して、実際にイメージシフトを行なう（ステップ７０３）。また、実際に設定したイメージシフトＤＡＣ値からイメージシフトＤＡＣ軸での座標を制御コンピュータ上で計算する（ステップ７０４）。
【００４１】
以降は２つのステップ群が考えられる。一つ目は、イメージシフトＤＡＣ座標を試料ステージ座標に変換するステップ群、二つ目は、イメージシフトＤＡＣ座標をイメージシフト操作軸に変換するステップ群である。まず、イメージシフトＤＡＣ座標を試料ステージ座標に変換するステップ群について述べる。
【００４２】
イメージシフトＤＡＣ座標を試料ステージ座標に、制御コンピュータ１１４で変換する（ステップ７０５）。変換した座標値をＳＥＭ制御用ＰＣ１１９に送信し、座標をＧＵＩ上に表示する（ステップ７０６）。このときＣＡＤ用ＷＳ１１７とＳＥＭ制御用ＰＣ１１９がリンクしておらず、ＣＡＤのレイアウト画像がＳＥＭ画像にオーバーレイされていない場合は（ステップ７０７）、再度イメージシフト操作があるかないかの判定を行なう（ステップ７１６）。
【００４３】
逆にＣＡＤ用ＷＳ１１７とＳＥＭ制御用ＰＣ１１９がリンクしており、ＣＡＤのレイアウト画像がＳＥＭ画像にオーバーレイされている場合は（ステップ７０７）、ＣＡＤ用の座標に変換して移動量をＣＡＤ用ＷＳ１１７に送信してから（ステップ７０８）、新しいＣＡＤ画像をＣＡＤ用ＷＳ１１７から制御コンピュータ１１４に受信し（ステップ７０９）、ＳＥＭ制御用ＰＣ１１９のＧＵＩ上にＣＡＤ画像をオーバーレイする（ステップ７１０）。その後、ステップ７０７に移行する。再度イメージシフト操作があるかないかの判定を行ない、操作がない場合は処理を終了し（ステップ７１６）、操作がある場合はステップ７０２に戻り（ステップ７１６）、再度同様の処理を行なう。
【００４４】
次に、イメージシフトＤＡＣ座標をイメージシフト操作軸に変換するステップ群について述べる。イメージシフトＤＡＣ座標をイメージシフト操作座標に、制御コンピュータ１１４で変換する（ステップ７１１）。変換した座標値をＳＥＭ制御用ＰＣ１１９に送信し、座標をＧＵＩ上に表示する（ステップ７１１）。
【００４５】
イメージシフト操作座標軸上で、ＸＹ方向にあるパターン幅何個分移動したかを表示するカウンタがＳＥＭ制御用ＰＣ１１９上で設定されているかどうかの判定を制御コンピュータ１１４で行ない、設定されていない場合（ステップ７１３）はステップ７０７に移行する。設定されている場合（ステップ７１３）は、計算したイメージシフト操作座標とＳＥＭ制御用ＰＣ１１９のＧＵＩ上で選択されたパターン幅の比を制御コンピュータ１１４で計算し、小数点を取り除き、Ｘ，Ｙ方向のカウント値とする（ステップ７１４）。カウント値をＳＥＭ制御用ＰＣ１１９に送信し、ＧＵＩ上に表示する（ステップ７１５）。その後、ステップ７０７に移行する。
【００４６】
また、イメージシフト操作座標軸上で、ＸＹ方向にあるパターン幅何個分移動するかをＳＥＭ制御用ＰＣ１１９上で設定、あるいはイメージシフト操作座標軸上で移動させるイメージシフト量をＳＥＭ制御用ＰＣ１１９上で設定し、実際のカウント値と設定値の比較を制御コンピュータ１１４で行ない、設定値を超えた場合は、イメージシフト操作を継続するかどうかを選択するための図６のメッセージを表示する。
【００４７】
次に、ユーザがＣＡＤ用ＷＳ１１７上でレイアウトパターンを移動させたときイメージシフト動作について、図８を用いて説明する。
【００４８】
ＣＡＤ用ＷＳ１１７上でレイアウトパターンを移動させたときの移動量を、制御コンピュータ１１４に送信する（ステップ８０１）。試料ステージ軸換算したイメージシフト座標上での移動量を計算する（ステップ８０２）。ＳＥＭ制御用ＰＣ１１９のＧＵＩ上で、試料変換座標を直接入力した場合はこの時点から制御を始める（ステップ８０３）。次に移動量を制御コンピュータ１１４に送信し、イメージシフトＤＡＣ軸での移動量を計算する。また座標入力量からは、イメージシフトＤＡＣ軸での座標入力値を計算する（ステップ８０４）。次に、移動量からＤＡＣ変化量を計算し、現在のＤＡＣ量にＤＡＣ変化量を加算／減算する。座標値入力値からはＤＡＣ量を計算する。ＤＡＣ量が決まれば、電子光学系制御手段１１６を介して、実際にイメージシフトを行なう（ステップ８０５）。また、実際に設定したイメージシフトＤＡＣ値からイメージシフトＤＡＣ軸での座標を制御コンピュータ上で再度計算する（ステップ８０６）。
【００４９】
イメージシフトＤＡＣ座標を試料ステージ座標に、制御コンピュータ１１４で変換する（ステップ８０７）。変換した座標値をＳＥＭ制御用ＰＣ１１９に送信し、座標をＧＵＩ上に表示する（ステップ８０８）。このときＣＡＤ用ＷＳ１１７とＳＥＭ制御用ＰＣ１１９がリンクしておらず、ＣＡＤのレイアウト画像がＳＥＭ画像にオーバーレイされていない場合は（ステップ８０９）、処理を終了する（ステップ８１３）。
逆にＣＡＤ用ＷＳ１１７とＳＥＭ制御用ＰＣ１１９がリンクしており、ＣＡＤのレイアウト画像がＳＥＭ画像にオーバーレイされている場合は（ステップ８０９）、ＣＡＤ用の座標に変換して移動量をＣＡＤ用ＷＳ１１７に送信してから（ステップ８１０）、新しいＣＡＤ画像をＣＡＤ用ＷＳ１１７から制御コンピュータ１１４に受信し（ステップ８１１）、ＳＥＭ制御用ＰＣ１１９のＧＵＩ上にＣＡＤ画像をオーバーレイし（ステップ８１２）、処理を終了する（ステップ８１３）。
【００５０】
以上のステップを実行することにより、イメージシフトによるＳＥＭ画像の視野変化に追従して、ＳＥＭ制御用ＰＣ１１９のＧＵＩ上にオーバーレイされたＣＡＤ画像や座標の更新を自動的に行なうことができるため、プロービング時における装置ユーザの負担が非常に低減される。
【００５１】
これまでの実施例説明の中で述べたイメージシフトの座標変換について説明する。イメージシフト制御で考えるのは以下の６つの座標となる。
（１）試料ステージ座標                   （xDUT, yDUT）
（２）試料ステージ軸換算したイメージシフト座標    （xIS-DUT, yIS-DUT）
（３）イメージシフト軸補正座標                        （XIS、YIS）
（４）イメージシフト理想座標                          （xIS、yIS）
（５）イメージシフトＤＡＣ座標                        （xIS-DAC、yIS-DAC）
（６）イメージシフト操作座標                          （xIS-OP、yIS-OP）
【００５２】
（１）と（２）は試料ステージの直進性・直交ずれが無視できれば、基本的に全く同じ座標である。（３）は（２）に対して、イメージシフトコイルが理想的に配置されている場合の座標変換である。（４）は（３）に相似な座標で、イメージシフトによる軸ずれを補正したときに発生する視野ずれを考慮した座標変換である。（５）はイメージシフトコイルの直交度が（４）の理想軸からずれている場合の座標変換である。イメージシフトは（５）の座標上で駆動する。（６）はＳＥＭの走査軸に（３）の座標軸を合わせるための座標変換で、対物レンズの励磁による走査軸の回転を試料ステージの座標軸に補正したり、電気的に走査軸を回転させたりする条件で使用する。
【００５３】
図７（ａ）、図７（ｂ）、図８の説明で述べたように、イメージシフト動作の制御の中で必要な座標変化は（２）（xIS-DUT, yIS-DUT）と（５）（xIS-DAC、yIS-DAC）の変換と（６）（xIS-OP、yIS-OP）と（５）（xIS-DAC、yIS-DAC）の変換の関係である。それぞれの座標変換の関係は図９と図１０に記載している。それぞれの座標変換を数式で表すと以下のようになる。
【００５４】
【数１】
2005338043.tif 000003
【００５５】
行列Ａは試料ステージ軸換算したイメージシフト座標とイメージシフト軸補正座標の変換行列で、対物レンズの励磁による回転角度に依存する。行列Ｂはイメージシフト軸補正座標とイメージシフト理想座標の変換行列で、イメージシフト時の軸ずれを、一段のアライメントコイルあるいはイメージシフトコイルで補正したときに発生する視野ずれを考慮した行列である。行列Ｃはイメージシフト理想座標とイメージシフトＤＡＣ座標の変換行列で、イメージシフトコイルの直交ずれ角度に依存する。行列Ｄはイメージシフト操作座標とイメージシフト軸補正座標の変換行列で、対物レンズの励磁による回転角度に加え、ラスターローテーションによる電気的な走査軸の回転角度に依存する。イメージシフト軸も電気的に回転させることができる場合は、走査軸とイメージシフト理想軸の機械的なずれ角度に依存する。
【００５６】
以上の関係から（２）と（５）、（６）と（５）の変換式を求めることができる。
【００５７】
【数２】
2005338043.tif 000004
【００５８】
【数３】
2005338043.tif 000005
【００５９】
各行列要素について、注記しておくべき点を以下に説明する。
実際の試料ステージ座標と試料ステージ軸換算したイメージシフト座標は、試料ステージの直進性・直交ずれや、ＳＥＭの二次電子検出器の配置によっては原点ずれがあり、一致しないことがある。この場合は以下の関係で補正できる。
【００６０】
【数４】
2005338043.tif 000006
【００６１】
行列Ａ´は試料ステージの直進性・直交ずれ考慮した変換行列、ΔxIS-DUT、ΔyIS-DUTは試料ステージと一次電子線の照射点のずれ量である。実際の装置では、固定した条件からの相対移動で考えることが多く、また試料ステージの１０ｍｍ以上の広い稼動範囲に対して、±７５μｍ程度のイメージシフトの動作範囲では、試料ステージの直進性・直交ずれが無視できることが多い。そのため以下の説明では同じ座標として扱う。
【００６２】
行列ＢやＣは、図４の説明で述べたような通常のイメージシフト範囲±１５μｍでは顕著ではなく、不良検査装置で要求される±７５μｍ以上のイメージシフト範囲を実現したときに顕著になる要素で、高精度に位置制御する場合には必ず考慮するべき要素である。
行列Ｂは、二段のアライメントコイルあるいはイメージシフトコイルで対物レンズの物点位置が動かないような補正を加えた場合は、単位行列と置くことができる。以下行列Ｂについて図１１を用いて説明する。
【００６３】
図１１（ａ）はイメージシフト制御時のビームの軌道を概念的に示した図である。一次電子線の実軌道はビーム軌道１である。イメージシフトコイル２０４、２０５を駆動すると仮想ビーム軌道１となる。更に上段アライメントコイル２０６のみ駆動すると（仮想ビーム軌道２+ビーム軌道２）となる。更に下段アライメントコイル２０７も駆動すると、（仮想ビーム軌道３+ビーム軌道３）となる。
【００６４】
図１１（ｂ）は図１１（ａ）で示したビーム軌道の中心軌道だけ示した図である。対物レンズ物面上の一次電子線クロスオーバ点（対物レンズの物点、Ａ１）から出発した一次電子線は、イメージシフト上段コイル２０４で偏向され（Ｂ１）、更にイメージシフト下段コイル２０５で逆方向に偏向されて（Ｃ１）、対物レンズ主面上の一点（Ｄ１）を通過し、対物レンズ像面（すなわち試料）上の対物レンズ像点（Ｅ１）、傾斜して照射される。イメージシフトコイルが駆動することにより、対物レンズの物点Ａ１がＡ２にシフトし、仮想的に軌道はＡ２→Ｂ２→Ｃ１→Ｄ１→Ｅ１となる。この状態で上段アライメントコイル２０６だけ駆動すると、対物レンズの物点Ａ２がＡ３にシフトし、軌道はＡ３→Ｂ２→Ｃ２→Ｄ２→Ｅ２となる。対物レンズの物点Ａ２がＡ３にシフトしたため、一次電子線は、対物レンズ像点Ｅ１もＥ２にシフトするため、照射位置のずれが発生する。更にこの状態から下段アライメントコイル２０７も駆動し、対物レンズの物点Ａ３をＡ２にあわせるようにシフトさせると、軌道はＡ２→Ｂ２→Ｃ２→Ｄ３→Ｅ１となる。対物レンズの物点Ａ３をＡ２に一致させれば、もとの対物レンズ像点Ｅ１に一次電子線が照射されるため、照射位置のずれは除去できる。
【００６５】
二段のイメージシフトコイルにより一次電子線を偏向させることで試料上の一次電子線の照射点を移動させる方法が、ＳＥＭにおけるイメージシフトの基本である。イメージシフトコイルで一次電子線を偏向すると、一次電子線は斜めに試料に入射するため、軸外収差が発生する。また偏向に伴う色収差も発生する。この影響を最小限に抑えるために、上段と下段のイメージシフトコイルの電流比、あるいは独立にコイルに流す電流を、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ調整して、所望の軸を得るような制御を行なう。しかし実際には、対物レンズの回転作用により同一方向の調整だけでは前記所望の軸は実現できない。そのためイメージシフトコイルとは独立に１段のアライメントコイルを設けるか、イメージシフトコイル上段にアライメント信号を重畳させることによって、イメージシフト量に依存した補正を加え、前記所望の軸を実現する。
【００６６】
上記したように、一段のアライメントコイルによる補正では、対物レンズの物点がシフトするために試料上の一次電子線の照射位置もシフトし、視野移動が発生してしまうため、実際に一次電子線をイメージシフトさせたい座標とは違ってしまう。この量を考慮し、所望のイメージシフト座標に一次電子線をシフトするために行列Ｂが設定されている。しかし、二段の独立したアライメントコイルを設けるか、イメージシフトコイルの上下段にアライメント信号を重畳させることによって、イメージシフト量に依存した補正をアライメント信号に加え、前記所望の軸を実現すると同時に、対物レンズの物点位置がシフトしないように制御することで、試料上の一次電子線の照射位置をシフトさせず、視野移動を除去することができる。この方法により視野移動が除去できれば、行列Ｂを考慮する必要はなく、単位行列として扱うことが可能となり、座標変換精度が向上する。
【００６７】
ここで所望の軸とは、例えば電流中心軸が一例である。電流中心軸とは、対物レンズの励磁を変化させたとき、対物レンズの像点位置が変化しない軸のことである。軸外収差の中で、非点収差は図２に示されていない非点補正コイルで補正することができ、像面湾曲収差は対物レンズの励磁を調整することで補正できる。対物レンズの特性や電子光学条件にもよるが、電流中心軸では１００μｍイメージシフトするとコマ収差が２〜３ｎｍ程度残る。しかし、それよりも影響が大きいのはイメージシフトによる色収差で、特に５ｋＶ以下の低加速電圧で顕著となり、例えば、エネルギー幅０．３ｅＶの電界放出型の電子源を搭載した荷電粒子線装置において、加速電圧２ｋＶで１００μｍイメージシフトすると、約１４ｎｍの色収差が発生する。特に、不良解析装置では試料が半導体材料のため、試料へのダメージを極力低減するために低加速電圧での観測が必須である。そこで色消し軸と呼ばれる、対物レンズの軸外色収差と偏向色収差が除去できる軸も所望の軸として考えられる。ここで例に挙げた収差は荷電粒子線装置間で相違があり、荷電粒子線装置のユーザであれば明らかである。
【００６８】
所望の軸条件については、電流中心軸は荷電粒子線装置においては一般的に良く知られている。ここでは色消し軸について数式を用いて詳細に説明する。
【００６９】
【数５】
2005338043.tif 000007
【００７０】
ｗ０、ｗ０′は対物レンズ物面での一次電子線の位置と傾きである。ａが実現したい軸条件となる。対物レンズ像面での一次電子線の位置ｗｉと傾きｗｉ′は、数５を用いて次の式で表現できる。
【００７１】
【数６】
2005338043.tif 000008
【００７２】
ここで、ｇｉ、ｈｉ、ｇｉ′、ｈｉ′は荷電粒子理論でよく知られた２本の基本近軸軌道ｇ、ｈの像点での位置と傾きである。荷電粒子理論では、対物レンズに斜め入射した一次電子線の色収差は次式で表現されている。
【００７３】
【数７】
2005338043.tif 000009
【００７４】
Ｃｃｏは軸上色収差係数、Ｃｃｍは倍率色収差係数、Ｃｃｒは回転色収差係数である。ΔＶは一次電子のエネルギーのばらつきで、Ｖは対物レンズ像面での一次電子線のエネルギーである。イメージシフトを行なうと、エネルギーのばらつきΔＶによって一次電子線の到達位置にばらつきが生じる。これは一種の収差と見なすことができ、これを偏向色収差と呼ぶ。この偏向色収差は数７には含まれていない。例えばエネルギー幅０．３ｅＶの電界放出型の電子源を搭載した荷電粒子線装置において、加速電圧２ｋＶで１００μｍイメージシフトを行なうと、数７の色収差が６ｎｍ程度に対し、偏向色収差は８ｎｍ程度となる。数７で色収差が消滅する軸条件を求めることもできるが、先の例では８ｎｍの偏向色収差が残る。従って、偏向色収差も考慮した色収差がゼロの条件を満たす軸aを求める必要がある。イメージシフトなどの偏向作用で発生する色収差は次式で表現できる。
【００７５】
【数８】
2005338043.tif 000010
【００７６】
【数９】
2005338043.tif 000011
【００７７】
Ｃｄｅｆは偏向による色収差係数であり、磁界偏向と静電偏向では違う値となる。ｒＩＳはイメージシフト操作量である。Ｖｄｅｆは偏向箇所での一次電子線のエネルギーである。数９と数１０を纏めると、
【００７８】
【数１０】
2005338043.tif 000012
【００７９】
となる。数１２がゼロの条件を満たすａが色消し軸であり、次式で表現できる。
【００８０】
【数１１】
2005338043.tif 000013
【００８１】
以上で述べた数式の中で、ｗ０、ｗ０′、ｗｉ、ｗｉ′、ａ、ｒＩＳは複素数となり、その他は実数となる。また以上で挙げた数値例が対物レンズの特性によって異なる。
先に述べたように、二段の独立したアライメントコイルを設けるか、イメージシフトコイルの上下段にアライメント信号を重畳させることによって、イメージシフト量に依存した補正をアライメント信号に加えて色消し軸を実現すると同時に、対物レンズの物点位置がシフトしないように制御することで、試料上の一次電子線の照射位置をシフトさせず、かつ色収差を実効上消去することが可能となる。
【００８２】
さて、公表特許２００１−０３３６３に、ＥＸＢ（イークロスビー）フィールド発生装置、すなわちウィーンフィルタで、イメージシフト量に対応した軸外・偏向色収差と同じ大きさで反対方向のエネルギー分散を発生し、収差を打ち消すような装置について記載されている。この方法を用いれば、対物レンズの電流中心軸を実現してコマ収差などの軸外収差を低減すると同時に、軸外・偏向色収差を低減できる。ＥＸＢ（イークロスビー）フィールド発生装置を用いるため、装置構成と制御が複雑になること、原価が高くなることが考えられる。
【００８３】
最後にＳＥＭ制御用ＰＣ１１９とＣＡＤ用ＷＳ１１７の通信で使用する座標変換について説明する。ＣＡＤナビゲーションで考えるべき座標は、以下の４つとなる。
（１）試料ステージ座標                   （xDUT, yDUT）
（２）大ステージ座標       （xBASE、yBASE）
（３）試料ステージ軸換算したイメージシフト座標    （xIS-DUT, yIS-DUT）
（４）ＣＡＤナビゲーション座標                        （xCAD、yCAD）
【００８４】
（４）が理想的な倍率、パターン情報を持ったＣＡＤ画像のレイアウト座標となる。（１）は試料ステージのリニアスケール値である。ただしここにはステージ機構のバックラッシュ等による微小誤差補正項も含まれる。（２）は大ステージのリニアスケール値である。ただしここにはステージ機構のバックラッシュ等による微小誤差補正項も含まれる。（３）はイメージシフト量を試料ステージ軸に換算した座標である。座標変換は次の式で行なう。
【００８５】
【数１２】
2005338043.tif 000014
【００８６】
試料ステージと大ステージに回転ずれや原点位置ずれがある場合は、数４と同様な変換補正を行なえば良い。
【００８７】
以上の実施例においては荷電粒子線装置として走査電子顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを用いて試料の観察、加工を行なうＦｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ装置にも同様の説明ができることは、荷電粒子線装置の開発者・ユーザであれば明白である。また、イオンではガリウムイオンのような重い元素を用いるため、対物レンズとして磁界型レンズではなく静電型レンズが使用される。そのため磁界型対物レンズのような回転作用がないため、数１の行列Ａを考慮する必要がなく、また、行列Ｄにおいても行列Ａと同様に対物レンズの回転作用は無視できるため、イメージシフト制御精度が向上することは容易に考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
ステージ座標とイメージシフト制御座標との変換、イメージシフト操作座標とイメージシフト制御座標との変換方法と色消し軸の実現により、色収差による分解能低下なしに±７５μｍ以上のイメージシフト制御が可能で、かつ座標を表示・入力できる荷電粒子線装置を提案する。また、プローブと荷電粒子線装置を組み合わせた不良検査装置において、ＣＡＤナビゲーション導入に適したイメージシフト制御方法を提案する。本発明により、荷電粒子線装置および不良検査装置のイメージシフト機能を使用する際のユーザ利便性が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】不良検査装置の構成例を示す縦断面図。
【図２】図１に示した不良検査装置の、電子光学系要素の詳細を示す模式図。
【図３】不良検査装置ＳＥＭ制御ＰＣのＧＵＩを示す図。
【図４（ａ）】不良検査装置ＳＥＭ制御ＰＣのＳＥＭ画面例。
【図４（ｂ）】不良検査装置ＳＥＭ制御ＰＣのＳＥＭ画面例。
【図４（ｃ）】不良検査装置ＳＥＭ制御ＰＣのＳＥＭ画面例。
【図５（ａ）】不良検査装置ＳＥＭ制御ＰＣのイメージシフト部のＧＵＩを示す図。
【図５（ｂ）】不良検査装置ＳＥＭ制御ＰＣのイメージシフト部のＧＵＩを示す図。
【図５（ｃ）】不良検査装置ＳＥＭ制御ＰＣのイメージシフト部のＧＵＩを示す図。
【図６】イメージシフト操作量が設定値を超えたときに表示するメッセージ例。
【図７（ａ）】図１に示した不良検査装置の、イメージシフト制御の基本フローチャート。
【図７（ｂ）】図１に示した不良検査装置の、イメージシフト制御の基本フローチャート。
【図８】図１に示した不良検査装置の、イメージシフト制御の基本チャート。
【図９】試料ステージ座標とイメージシフトＤＡＣ座標の関係を示す概念図。
【図１０】イメージシフト操作座標とイメージシフトＤＡＣ座標の関係を示す概念図。
【図１１（ａ）】イメージシフト軸補正に伴う視野ずれを説明する概念図。
【図１１（ｂ）】イメージシフト軸補正に伴う視野ずれを説明する概念図。
【符号の説明】
【００９０】
１０１：ＳＥＭ電子光学系要素、１０２：真空チャンバ隔壁、１０３：一次電子ビーム、１０４：二次電子検出器、１０５：二次電子線、１０６：メカニカルプローブ、１０７：プローブ用アタッチメント、１０８：プローブ駆動手段、１０９：試料台、１１０：試料台駆動手段、１１１：大ステージ、１１２：ベース、１１３：電気特性計測器、１１４：制御コンピュータ、１１５：メモリ、１１６：電子光学系制御手段、１１７：ＣＡＤ用ワークステーション、１１８：被検査試料、１１９：ＳＥＭ制御用ＰＣ、１２０：コントロールパネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年6月15日(2005.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
さて、国際公開番号ＷＯ０１／０３３６０３に、ＥＸＢ（イークロスビー）フィールド発生装置、すなわちウィーンフィルタで、イメージシフト量に対応した軸外・偏向色収差と同じ大きさで反対方向のエネルギー分散を発生し、収差を打ち消すような装置について記載されている。この方法を用いれば、対物レンズの電流中心軸を実現してコマ収差などの軸外収差を低減すると同時に、軸外・偏向色収差を低減できる。ＥＸＢ（イークロスビー）フィールド発生装置を用いるため、装置構成と制御が複雑になること、原価が高くなることが考えられる。