荷電粒子ビーム装置
【課題】ウェーハ面内の反りの影響を排除して特定の位置に精度良く移動する傾斜荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】基準点として予めステージ平面と同じ水平と高さを決めた視野合せ調整用マーク４７を形成した部位４６をウェーハホールダ上に設けた。試料上の観察点の高さをマーク４７の高さに調整し、その時の傾斜カラムと垂直カラムの視野の既知のオフセットを用いることにより、傾斜カラムと垂直カラムの視野を一致させる。
【解決手段】基準点として予めステージ平面と同じ水平と高さを決めた視野合せ調整用マーク４７を形成した部位４６をウェーハホールダ上に設けた。試料上の観察点の高さをマーク４７の高さに調整し、その時の傾斜カラムと垂直カラムの視野の既知のオフセットを用いることにより、傾斜カラムと垂直カラムの視野を一致させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料面に対して傾斜したカラムを有する荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハに形成された微細パターンの観察や加工のために、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）等の荷電粒子ビーム装置が用いられている。
【０００３】
特表２００２−５０３８７０号公報に、ＦＩＢとＳＥＭの２つのカラムの軸がそれぞれＺ軸に対し４５°傾斜していて、かつ、互いの軸が垂直の関係にあり、軸にオフセットがない改良型集束イオンビーム装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５０３８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特表２００２−５０３８７０号公報には、ＦＩＢとＳＥＭの軸にオフセットがある場合については開示がない。また、試料高さの違いによるＳＥＭとＦＩＢの像の視野ずれの問題、ビームのフォーカス調整後の視野ずれの問題については開示がない。更に、傾斜カラムでは避けられないアライメント点の高さの違いによる位置の読み取り誤差の問題についても何も開示されていない。
【０００６】
半導体ウェーハの欠陥検査では、検査装置で検出された欠陥位置を別の装置で解析する必要があるが、装置間で座標系が違う（ステージの測長系の違いによるウェーハ座標系の中心、回転、Ｘ，Ｙの歪み、等）ので、装置間でウェーハアライメントを行い、位置を合わせる補正をしなければならない。ウェーハ検査装置で検出された欠陥位置に移動して画面から欠陥を探すためには、少なくとも移動した先の像視野内に欠陥が入ることが必要である。また欠陥を識別するには、欠陥を認識できるだけの拡大が必要である。そこで、欠陥を識別するために必要な倍率を見積もる。欠陥の大きさが０．１μｍになると、倍率×１０ｋでは欠陥の大きさが１ｍｍで、画角１４０ｍｍに表示すると１４μｍが表示される。欠陥を２ｍｍまで大きくできれば比較的容易に欠陥を特定できる。この倍率は、×２０ｋで７μｍの表示である。今後、デバイスの集積化がますます進み、現在の９０ｎｍノードが２００５，６年には６５ｎｍノードになるとすると、デバイスの欠陥もノードと共に小さくなる。従って、６５ｎｍの欠陥を２ｍｍに拡大して探すには、倍率×３０ｋ程度で５μｍ未満の表示が必要である。従って、位置決め精度が±３μｍ以下必要になる。
【０００７】
ウェーハに対して垂直なカラムで行う通常のウェーハアライメントでは、ウェーハ高さが変化してもフォーカスが変動するだけで位置の変化はない。従って、ウェーハ高さを考慮しなくてもウェーハアライメントで精度よく位置を合わせることができる。しかし、ウェーハに対して傾斜したカラム装置の場合、ウェーハアライメントがアライメントする点の高さで位置が変わるため、ウェーハアライメントする点を予め決めた基準高さに常に合わせる必要がある。ところが、通常ウェーハは反っていてウェーハ面内で高低差がある。
【０００８】
図１に示すように、ＦＩＢとＳＥＭの各ビームがウェーハを載せるステージのＸ，Ｙ平面に垂直な軸Ｚに対して傾斜している場合、２つのビームの交点がある高さの点Ｐ１を観察する場合、ステージを移動せずに点Ｐ１を観察できる。しかし、観察点の高さがＺ０でないときには２つのビームの観察視野が異なり、例えば高さｈにある点Ｐ２をＳＥＭで観察しているとき、同じ観察点にＦＩＢの焦点を合わせるためにはステージ移動Ｌが必要となる。
【０００９】
先に述べたようにＳＥＭやＦＩＢをウェーハ検査に用いる場合、欠陥検査装置で指定された位置に、少なくとも３μｍ程度の精度で移動できなければならない。ステージに対して垂直なカラム装置の場合、観察点の高さが変化しても観察位置（Ｘ，Ｙ）は変化しない。従って、ウェーハアライメントを実施すれば３μｍ程度の精度で位置に決めることができる。しかし、傾斜カラムにおいては、斜め観察であるため観察点の高さが変わると観察位置（Ｘ，Ｙ）が変化する。加工対象がウェーハの場合、洗浄、露光、現像、蒸着、エッチング、熱処理、など半導体プロセスを経るに従ってウェーハが反って歪むことになる。このため、φ３００ｍｍのウェーハの反りは２００μｍにもなる。４５°の傾斜カラムの場合、この反りがそのまま像の視野ずれになり、アライメント精度が落ちて結果として位置決め精度を悪くする。この場合、オフセット量を正確に把握できていなければ、位置決め精度が悪くなる。
【００１０】
本発明は、傾斜カラムを備える荷電粒子ビーム装置において位置決め精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
課題を解決するため、基準となる調整点の高さと位置を決める。このためステージ上に視野合せ調整用のマークを有する部位を設け、Ｚ軸に平行な光軸を有するカラムと、Ｚ軸に対して傾斜した光軸を有するカラムのオフセットをこのマークを用いて測定する。
【００１２】
本発明によるアライメント方法は、試料を保持してＸＹ平面内及びＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に移動可能なステージと、Ｚ軸に平行な光軸を有する第１のカラムと、Ｚ軸に対して傾斜した光軸を有する第２のカラムとを備える荷電粒子ビーム装置のアライメント方法であり、基準高さにあるマークを第１のカラムの視野中心に位置させ、そのマークのステージ座標を求めるステップと、前記マークを第２のカラムの視野中心に位置させ、そのマークのステージ座標を求めるステップと、第１のカラムによるマークのステージ座標と第２のカラムによるマークのステージ座標の差分を、第１のカラムの視野と第２のカラムの視野のオフセットとして求めるステップとを有する。
【００１３】
試料上の特定位置へのアライメントに当たっては、ステージをＸＹ平面内で移動し、第１のカラムの視野中心に試料上の既知マークを位置させるステップと、オフセット分だけステージを移動するステップと、第２のカラムで既知マークを観察し、視野中心からのずれ量を求めるステップと、そのずれ量をもとに基準高さからの試料の高さずれを求めるステップと、求めた高さずれ分だけステージをＺ軸方向に移動し、既知マークが設けられた試料表面を基準高さに調整するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、Ｚ軸に対して傾斜したカラムを備える荷電粒子ビーム装置においても、ウェーハ面内の反りの影響を排除して特定の位置に精度良く視野移動することができ、ウェーハ検査装置から得られた欠陥位置に容易に移動して欠陥解析を行うことができる。傾斜したＳＥＭカラムと傾斜したＦＩＢカラムを備える場合であっても、ＳＥＭによる観察から直ちにＦＩＢによる観察・加工に移行することができる。
【００１５】
ウェーハホールダ上のビーム調整用マークでウェーハアライメント前に調整することによって、試料高さを自動的に基準面高さに自己修復することができ、ＦＩＢとＳＥＭのビーム調整前後で軸が変わる問題、ウェーハ面内の観察点の高さの違いによる視野ずれ問題を解消して、傾斜カラムにおけるウェーハアライメント精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図２は、本発明による傾斜カラム荷電粒子ビーム装置の構成例を示す図である。この傾斜カラム荷電粒子ビーム装置は、ステージ平面に対し垂直の光学顕微鏡（ＯＭ）カラム３０と、ステージ平面に対し斜めになった走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラム１０及び集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム２０を備えるデュアルビーム装置である。ウェーハ４０はウェーハホールダ４１に保持され、Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｒの４軸からなるステージ４２によって移動される。ステージ４２の位置は、レーザ測長系によって計測される。
【００１８】
ＳＥＭカラム１０は、Ｚｒ／Ｗなどのショットキー放射電子源からなる電子銃１１、ビーム電流を制限するビーム制限アパーチャ１２、ウェーハ４０に電子ビーム１５を絞るレンズ系１３、ウェーハ面上をビーム走査するための偏向器１４を備える。ＦＩＢカラム２０は、Ｇａ液体金属イオン源からなるイオン銃２１、イオンビーム２５を制限するビーム制限アパーチャ２２、ウェーハにイオンビームを絞るレンズ系２３、ウェーハ面上をビーム走査するための偏向器２４を備える。ＯＭカラム３０は、光源、対物レンズ３１、ＣＣＤカメラ３２を備える。
【００１９】
ＦＩＢとＳＥＭの各ビームは直交し、かつ、ウェーハを載せるステージ４２のＸ，Ｙ平面に垂直な軸Ｚに対して傾斜している。ここでは、原点を通るＺ−Ｙ平面内にＳＥＭカラムの光軸があり、原点を通るＺ−Ｘ平面内にＦＩＢカラムの光軸があるものとして説明する。ＳＥＭの電子ビーム入射方向はＺ軸と４５°の角度をなし、ＦＩＢのイオンビームはＺ軸と４５°の角度をなしている。ＯＭカラムの光軸は軸Ｚに対して平行である。各ビームは、必ずしも相互に一点で交わっていなくてもよい。
【００２０】
荷電粒子検出器４５から得られた信号は、増幅したのち走査信号と同期をとってディスプレイに入力され像が表示される。装置はＣＰＵで集中管理され、ＯＭ制御部でＯＭの明るさやフォーカスを制御し、ＳＥＭ制御部で電子ビームの加速、ビーム電流、フォーカス、偏向を制御し、ＦＩＢ制御部でイオンビームの加速、ビーム電流、フォーカス、偏向を制御する。また、ローダ制御部でウェーハホールダの出し入れの制御、ステージ制御部でレーザ測長されたステージ４２の駆動・位置制御、真空排気制御部で真空排気装置４３を制御する。
【００２１】
傾斜カラムが有する問題点を図３に示す。図３は、ＳＥＭのビーム軸がＹＺ平面にあってＺ軸に対して傾斜しており、ＦＩＢのビーム軸がＸＺ平面にあってＺ軸に対して傾斜している荷電粒子ビーム装置のＳＥＭとＦＩＢの観察点の関係を示した図である。図の配置の場合、試料面の高さがｈ１のときＳＥＭの観察点はＰ１、ＦＩＢの観察点はＱ１であり、両者のオフセットはＰ１Ｑ１である。試料面の高さがｈ２のときは、ＳＥＭの観察点はＰ２、ＦＩＢの観察点はＱ２になり、両者のオフセットはＰ２Ｑ２である。また、試料面の高さがｈ３のときは、ＳＥＭの観察点はＰ３、ＦＩＢの観察点はＱ３であって、両者のオフセットはＰ３Ｑ３になる。このように、傾斜した複数のカラムを備える荷電粒子ビーム装置の場合、同じ観察点を観察しようとすると、観察点の高さに応じたオフセット（向きと大きさの異なるベクトルで表すことができる）を持つことになり、オフセット分ウェーハを移動する必要がある。
【００２２】
図３に示したように、傾斜カラムの場合、同じ観察点を観察しようとすると、観察点の高さに応じたオフセット（向きと大きさの異なるベクトルで表すことができる）を持つことになり、オフセット分ウェーハを移動する必要があり、煩わしい。この煩わしさは、ウェーハ内の観察点の高さが変わらないように高さを制御することで解消される。
【００２３】
一般にウェーハは反っていて、半導体デバイスを作るプロセスを経るに従って、また、ウェーハ口径が大きくなるに従って、ウェーハの反りが増して面内の高低差が大きくなり易い。従来からウェーハ高さを測定する方法として光（レーザ）を用いたＺセンサーがある。しかし、ウェーハ面高さを測る目的は、フォーカスがずれないように制御するのが目的で、アライメント精度を向上するためではなかった。また、Ｚセンサーの測定精度は、半導体デバイスの配線パターン等の影響でレーザ光が干渉する問題があり、ウェーハによっては数十μｍ程度の誤測定することがあるため欠陥位置を正確に捉えるための目的には精度的に問題がある。また、光学顕微鏡のフォーカス深度が浅いことを利用してウェーハの高さ合せに使うことも考えられるが、光学顕微鏡の分解能と焦点深度には関係があり、高さ測定の精度を上げようとすると分解能を上げる必要があり高倍率を必要とする。このため、ウェーハと対物レンズの距離（ＷＤ）が短くなり、設置にＦＩＢやＳＥＭの対物レンズと干渉が避けられない。
【００２４】
一般にウェーハ検査装置、検査解析装置のステージのＸ−Ｙ座標は、レーザ測長系で計測されるので、位置精度は０．０１μｍ程度と非常に高い。レーザ測長系ステージを備えた傾斜したカラム装置でウェーハアライメントの精度を上げるには、Ｚセンサーに変わる正確なウェーハ面高さの測定法が必要になる。
【００２５】
図４により、ステージをＺ方向に移動したとき、垂直カラムの座標系と傾斜カラムの座標系での移動量の違いについて説明する。図４の座標系では、ＳＥＭの観察方向の軸は、Ｙ−Ｚ平面内でＺ軸に対して４５°傾いた方向である。ＳＥＭに固有の座標系を（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）とすると、回転の関係式は以下の式で表される。Ｚｓ軸はＳＥＭの観察方向に平行な軸、Ｙｓ軸はＺｓ軸に垂直でＹ−Ｚ平面内にある軸、Ｘｓ軸はＸ軸に平行な軸である。
【００２６】
【数１】
【００２７】
従って、ステージをＺ方向にΔＺ移動するとＳＥＭ観察ではＸｓ方向には像は移動しない。しかし、像はＹｓ方向にＹｓ＝−ΔＺ／√２だけ移動し、Ｚｓ方向にＺｓ＝ΔＺ／√２移動する。
【００２８】
一方、ＯＭに固有の座標系を（Ｘom，Ｙom，Ｚom）とすると、Ｘom及びＹomはステージ座標系のＸ及びＹと一致し、Ｚom方向はステージのＺ軸と一致するので、ＯＭに対する観察方向の関係式は次式で表される。
【００２９】
【数２】
【００３０】
ＯＭの場合、高さ方向にΔＺ変化してもＸ，Ｙ方向には影響を受けない。つまり、ウェーハ内の特定の位置（Ｘ，Ｙ）を求める場合、ウェーハに反りがあって高さ方向に変化がある場合でも、ＯＭで検出するＸ，Ｙ情報には高さの影響が無いので（Ｘ，Ｙ）位置を正しく求めることができる。
【００３１】
一般に荷電粒子ビームのカラムがステージのＸ，Ｙ平面に対し垂直な装置では、ステージ高さＺを変えるとＷＤ（対物レンズと試料の距離）が変わるためフォーカス状態が変わるが観察位置は変化しない。しかし、ウェーハ面に対し傾斜したカラムを備えた装置ではウェーハの反りのためウェーハ面内の観察点で高さが違い、垂直カラムで観察した観察点のステージ位置と同じ観察点を傾斜カラムで観察した観察点のステージ位置が異なる。この影響でウェーハ内のデバイス欠陥位置に精度良く移動することができない。上記のように、斜め４５°傾斜カラムの場合には、ステージをＺ方向にΔＺ移動するとＳＥＭ観察ではＹｓ方向にＹｓ＝−ΔＺ／√２だけ移動し、Ｚｓ方向にＺｓ＝ΔＺ／√２だけ移動する。
【００３２】
また、ＦＩＢとＳＥＭのビーム調整（対物レンズ中心にビームを通しフォーカスさせる）で軸が変わるため、観察像の視野がビーム調整前後で変わることになる。この問題を解決するために、基準となる調整点の高さと位置を決める。このため、ウェーハホールダ上に視野合せ調整用のマークを有する部位を設けた。
【００３３】
図５はウェーハを保持したウェーハホールダの概略図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。ウェーハホールダ４１のウェーハ載置面以外の場所に、視野合せ調整用のマーク４７が設けられた部位４６を有する。視野合せ調整用マークが設けられた部位４６の高さは、ウェーハ４０の高さと略等しいのが好ましい。部位４６の表面には、図６（ａ）に示すように、○□×＋◇等、９０°回転対象図形が視野合せ調整用マーク４７として設けられている。視野合せ調整用マーク４７として９０°回転対象図形を用いると、９０°方向の違う傾斜カラム、すなわちＳＥＭカラムとＦＩＢカラムにおいて同じ形状の図形として認識できるので好都合である。図６（ｂ）〜（ｄ）は、９０°回転対象図形として菱形の図形を例に取り、上方から見たときの形状、斜め４５゜方向から見たときの形状、９０゜回転した斜め４５゜方向から見たときの形状をそれぞれ示している。
【００３４】
次に、図７及び図８のフローチャートを参照して本発明によるアライメント方法の手順について説明する。このアライメントは自動で行うことも可能である。
【００３５】
図７のステップ１１においてステージのＺ（垂直方向の駆動軸）方向位置を基準位置、例えばＺ＝０にする。このときの視野調整用マーク４７の高さを基準高さとする。そして、ステップ１２において視野調整用マーク４７が設けられた部位４６に移動する。そして視野調整用マーク４７が設けられた部位４６上で、ステップ１３にて、ＳＥＭのビームアライメント、フォーカス、スティグマを調整する。ステップ１４で、同様にＦＩＢのビームアライメント、フォーカス、スティグマを調整する。
【００３６】
調整後、ステップ１５に進み、光学顕微鏡（ＯＭ）の像視野を部位４６上の視野調整用マーク（例えば□）４７に移動し、フォーカスを合わせてマーク中心のステージ座標（XOM, YOM）を求める。次に、ステップ１６に進み、同じマークをＳＥＭで観察してマーク中心のステージ座標（XSEM+ISX, YSEM+ISY）を求める。ただし、頭文字Ｉは、イメージシフトを表す。次に、ステップ１７に進み、同じマークをＦＩＢで観察してマーク中心のステージ座標（XSIM+IFX, YSIM+IFY）を求める。ステップ１８では、ＯＭを基準にして、ＳＥＭのマーク中心座標とＯＭのマーク中心座標の差分（XSEM-XOM+ISX, YSEM-YOM+ISY）、及びＦＩＢのマーク中心座標とＯＭのマーク中心座標の差分（XSIM-XOM+IFX, YSIM-YOM+IFY）を求める。求めた差分は、ＯＭとＳＥＭの視野のオフセット及びＯＭとＦＩＢの視野のオフセットとして装置の記憶部に記憶する。ここまでが初期調整である。
【００３７】
次に、図８のフローチャートに従って、検査装置で検出されたウェーハ面内の欠陥位置に移動し、ＳＥＭによる観察、あるいはＦＩＢによる加工を行う。
【００３８】
まず、最初にステップ２１において、ウェーハの既知マークを使いＯＭでウェーハアライメントを行う。次に、ステップ２２に進み、ＳＥＭ像にしてＯＭウェーハアライメント結果をもとに欠陥位置の最寄の既知マーク中心座標に移動した後、先に求めたＯＭとＳＥＭの像視野のオフセット分（XSEM-XOM+ISX, YSEM-YOM+ISY）だけ移動してマーク中心座標を求める。ステップ２３で、マーク中心のＹ方向のずれ量δｙを求める。このずれ量δｙが基準高さからの違いとなるので、ステージＺ軸を−√２・δｙ動かすとマーク中心は像中心になる。これによって、マーク位置近傍を基準高さにできたことになる。次のステップ２４では、ステージの高さを変えることなく欠陥Die（あるいはShot）の四隅の既知のマークを用いて、後述するDieアライメントを行う。次に、ステップ２５において、Dieアライメントの結果をもとに欠陥位置に移動しＳＥＭ像で観察、欠陥位置を確認する。このとき、視野の真中に欠陥を表示することができる。
【００３９】
次にステップ２６に進み、ステージをＳＥＭとＦＩＢの像視野のオフセット分｛（XSIM-XOM+IFX, YSIM-YOM+IFY）−（XSEM-XOM+ISX, YSEM-YOM+ISY）｝だけ移動し、ＦＩＢ（観察用ビーム）に変えてＳＩＭ像で観察すると、視野内に欠陥を表示することができる。その後、ＦＩＢのビームを加工用のビームに変えて欠陥位置の断面加工またはサンプリング加工をＦＩＢで行えば、欠陥部の断面加工などをスムーズに行うことができる。その後、ＳＥＭとＦＩＢの像視野のオフセット分だけ視野移動すると、ＳＥＭで加工箇所を観察することができる。
【００４０】
更に図４を用いて定量的に説明すると、ＯＭアライメント精度は、倍率が１００倍程度であるため精度が低いが±３μｍ程度を得ることができた。従って、ＯＭアライメント後のマーク位置（Ｘ、Ｙ）をＳＥＭで観察した場合、Ｘ方向は３μｍ程度の誤差範囲にある。Ｙ方向は、ウェーハの反りの影響で基準高さ（例えば、Ｚｓ＝０）からΔＺマークが高い位置にあるとすると、画面中心から（ΔＹｓ）ずれる。４５°傾斜ではΔＹｓ＝−ΔＺ／√２であるから、ステージのＺをΔＺ’＝√２・ΔＹｓ変化させるとＹＳ座標はΔＹｓ−ΔＺ’／√２になるのでマークを画面中心にすることができた。
【００４１】
ウェーハ内の既存マーク（デバイス露光位置合せ用のマーク）を用いれば、ウェーハアライメントとDieアライメントを自動で行うことができる。また、視野合せに９０°の回転対象図形のマークを用いれば、９０°方向の違う傾斜カラムにおいて同じ形状の図形として認識できるので自動アライメントが容易になる。
【００４２】
Dieアライメントについて説明する。Dieアライメント（図５の図中に示すDie(n)）は、Die毎に４隅の既存のマーク位置（半導体デバイスの設計により、デバイス製造装置の位置合せ用に正確な位置に形成されている）に移動してマーク中心を検出して四角からの歪を求め、逆に四角に正確に戻す変換式を求める。これによって、傾斜カラム装置においても検査装置で求められた欠陥データに基づいてステージを移動して正確に欠陥位置に移動できる。
【００４３】
検査装置の測定データは、ダイ毎にダイ原点に対する欠陥位置が求められているので、求めたダイの四隅のマーク位置からダイの座標系と観察装置の座標系の変換式を求めることができる。変換係数を（ai, bi）（ｉ＝０〜３）として、次式の関係式を仮定して変換式を求める。
【００４４】
【数３】
【００４５】
ただし、（Xi, Yi）（ｉ＝０〜３）は、マーク検出で得られた座標、（Xwi, Ywi）（ｉ＝０〜３）は、ダイのマーク位置（マーク設計座標）である。
【００４６】
上式の行列の逆行列を求めると簡単に上式の変換係数（ai, bi）（ｉ＝０〜３）を求めることができる。検査装置からの欠陥位置（Xwj, Ywj）は、次式で（uj, vj）に変換される。
【００４７】
【数４】
【００４８】
この式に従ってステージを移動するビーム直下に欠陥位置を移動することができる。ただし、このときステージのＺとＲは動作しない。求めた変換式は、同じウェーハ内のDieであれば、Dieが異なっても略同じ変換式を使える。従って、一度計算して（ai, bi）（ｉ＝０〜３）を求めるのみで十分である。
【００４９】
以上では、ＳＥＭアライメントを実施するとして述べたが、ＦＩＢを使ったアライメント（ＳＩＭアライメント）でも記述のＸとＹを入り替えると、ＳＥＭアライメントと同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】傾斜カラムの観察点についての説明図。
【図２】本発明による傾斜カラム荷電粒子ビーム装置の構成例を示す図・
【図３】傾斜カラムの問題点を説明する図。
【図４】垂直カラムの座標系と傾斜カラムの座標系の説明図。
【図５】ウェーハを保持したウェーハホールダの概略図。
【図６】９０°回転対象図形の例を示す図。
【図７】本発明によるアライメント方法の手順を示すフローチャート。
【図８】本発明によるアライメント方法の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５１】
１０：走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラム、１１：電子銃、１２：ビーム制限アパーチャ、１３：レンズ系、１４：偏向器、１５：電子ビーム、２０：集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム、２１：イオン銃、２２：ビーム制限アパーチャ、２３：レンズ系、２４：偏向器、２５：イオンビーム、３０：光学顕微鏡（ＯＭ）カラム、３１：対物レンズ、３２：ＣＣＤカメラ、４０：ウェーハ、４１：ウェーハホールダ、４２：ステージ、４３：真空排気装置、４６：視野合せ調整用部位、４７：視野合せ調整用マーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料面に対して傾斜したカラムを有する荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハに形成された微細パターンの観察や加工のために、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）等の荷電粒子ビーム装置が用いられている。
【０００３】
特表２００２−５０３８７０号公報に、ＦＩＢとＳＥＭの２つのカラムの軸がそれぞれＺ軸に対し４５°傾斜していて、かつ、互いの軸が垂直の関係にあり、軸にオフセットがない改良型集束イオンビーム装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５０３８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特表２００２−５０３８７０号公報には、ＦＩＢとＳＥＭの軸にオフセットがある場合については開示がない。また、試料高さの違いによるＳＥＭとＦＩＢの像の視野ずれの問題、ビームのフォーカス調整後の視野ずれの問題については開示がない。更に、傾斜カラムでは避けられないアライメント点の高さの違いによる位置の読み取り誤差の問題についても何も開示されていない。
【０００６】
半導体ウェーハの欠陥検査では、検査装置で検出された欠陥位置を別の装置で解析する必要があるが、装置間で座標系が違う（ステージの測長系の違いによるウェーハ座標系の中心、回転、Ｘ，Ｙの歪み、等）ので、装置間でウェーハアライメントを行い、位置を合わせる補正をしなければならない。ウェーハ検査装置で検出された欠陥位置に移動して画面から欠陥を探すためには、少なくとも移動した先の像視野内に欠陥が入ることが必要である。また欠陥を識別するには、欠陥を認識できるだけの拡大が必要である。そこで、欠陥を識別するために必要な倍率を見積もる。欠陥の大きさが０．１μｍになると、倍率×１０ｋでは欠陥の大きさが１ｍｍで、画角１４０ｍｍに表示すると１４μｍが表示される。欠陥を２ｍｍまで大きくできれば比較的容易に欠陥を特定できる。この倍率は、×２０ｋで７μｍの表示である。今後、デバイスの集積化がますます進み、現在の９０ｎｍノードが２００５，６年には６５ｎｍノードになるとすると、デバイスの欠陥もノードと共に小さくなる。従って、６５ｎｍの欠陥を２ｍｍに拡大して探すには、倍率×３０ｋ程度で５μｍ未満の表示が必要である。従って、位置決め精度が±３μｍ以下必要になる。
【０００７】
ウェーハに対して垂直なカラムで行う通常のウェーハアライメントでは、ウェーハ高さが変化してもフォーカスが変動するだけで位置の変化はない。従って、ウェーハ高さを考慮しなくてもウェーハアライメントで精度よく位置を合わせることができる。しかし、ウェーハに対して傾斜したカラム装置の場合、ウェーハアライメントがアライメントする点の高さで位置が変わるため、ウェーハアライメントする点を予め決めた基準高さに常に合わせる必要がある。ところが、通常ウェーハは反っていてウェーハ面内で高低差がある。
【０００８】
図１に示すように、ＦＩＢとＳＥＭの各ビームがウェーハを載せるステージのＸ，Ｙ平面に垂直な軸Ｚに対して傾斜している場合、２つのビームの交点がある高さの点Ｐ１を観察する場合、ステージを移動せずに点Ｐ１を観察できる。しかし、観察点の高さがＺ０でないときには２つのビームの観察視野が異なり、例えば高さｈにある点Ｐ２をＳＥＭで観察しているとき、同じ観察点にＦＩＢの焦点を合わせるためにはステージ移動Ｌが必要となる。
【０００９】
先に述べたようにＳＥＭやＦＩＢをウェーハ検査に用いる場合、欠陥検査装置で指定された位置に、少なくとも３μｍ程度の精度で移動できなければならない。ステージに対して垂直なカラム装置の場合、観察点の高さが変化しても観察位置（Ｘ，Ｙ）は変化しない。従って、ウェーハアライメントを実施すれば３μｍ程度の精度で位置に決めることができる。しかし、傾斜カラムにおいては、斜め観察であるため観察点の高さが変わると観察位置（Ｘ，Ｙ）が変化する。加工対象がウェーハの場合、洗浄、露光、現像、蒸着、エッチング、熱処理、など半導体プロセスを経るに従ってウェーハが反って歪むことになる。このため、φ３００ｍｍのウェーハの反りは２００μｍにもなる。４５°の傾斜カラムの場合、この反りがそのまま像の視野ずれになり、アライメント精度が落ちて結果として位置決め精度を悪くする。この場合、オフセット量を正確に把握できていなければ、位置決め精度が悪くなる。
【００１０】
本発明は、傾斜カラムを備える荷電粒子ビーム装置において位置決め精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
課題を解決するため、基準となる調整点の高さと位置を決める。このためステージ上に視野合せ調整用のマークを有する部位を設け、Ｚ軸に平行な光軸を有するカラムと、Ｚ軸に対して傾斜した光軸を有するカラムのオフセットをこのマークを用いて測定する。
【００１２】
本発明によるアライメント方法は、試料を保持してＸＹ平面内及びＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に移動可能なステージと、Ｚ軸に平行な光軸を有する第１のカラムと、Ｚ軸に対して傾斜した光軸を有する第２のカラムとを備える荷電粒子ビーム装置のアライメント方法であり、基準高さにあるマークを第１のカラムの視野中心に位置させ、そのマークのステージ座標を求めるステップと、前記マークを第２のカラムの視野中心に位置させ、そのマークのステージ座標を求めるステップと、第１のカラムによるマークのステージ座標と第２のカラムによるマークのステージ座標の差分を、第１のカラムの視野と第２のカラムの視野のオフセットとして求めるステップとを有する。
【００１３】
試料上の特定位置へのアライメントに当たっては、ステージをＸＹ平面内で移動し、第１のカラムの視野中心に試料上の既知マークを位置させるステップと、オフセット分だけステージを移動するステップと、第２のカラムで既知マークを観察し、視野中心からのずれ量を求めるステップと、そのずれ量をもとに基準高さからの試料の高さずれを求めるステップと、求めた高さずれ分だけステージをＺ軸方向に移動し、既知マークが設けられた試料表面を基準高さに調整するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、Ｚ軸に対して傾斜したカラムを備える荷電粒子ビーム装置においても、ウェーハ面内の反りの影響を排除して特定の位置に精度良く視野移動することができ、ウェーハ検査装置から得られた欠陥位置に容易に移動して欠陥解析を行うことができる。傾斜したＳＥＭカラムと傾斜したＦＩＢカラムを備える場合であっても、ＳＥＭによる観察から直ちにＦＩＢによる観察・加工に移行することができる。
【００１５】
ウェーハホールダ上のビーム調整用マークでウェーハアライメント前に調整することによって、試料高さを自動的に基準面高さに自己修復することができ、ＦＩＢとＳＥＭのビーム調整前後で軸が変わる問題、ウェーハ面内の観察点の高さの違いによる視野ずれ問題を解消して、傾斜カラムにおけるウェーハアライメント精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図２は、本発明による傾斜カラム荷電粒子ビーム装置の構成例を示す図である。この傾斜カラム荷電粒子ビーム装置は、ステージ平面に対し垂直の光学顕微鏡（ＯＭ）カラム３０と、ステージ平面に対し斜めになった走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラム１０及び集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム２０を備えるデュアルビーム装置である。ウェーハ４０はウェーハホールダ４１に保持され、Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｒの４軸からなるステージ４２によって移動される。ステージ４２の位置は、レーザ測長系によって計測される。
【００１８】
ＳＥＭカラム１０は、Ｚｒ／Ｗなどのショットキー放射電子源からなる電子銃１１、ビーム電流を制限するビーム制限アパーチャ１２、ウェーハ４０に電子ビーム１５を絞るレンズ系１３、ウェーハ面上をビーム走査するための偏向器１４を備える。ＦＩＢカラム２０は、Ｇａ液体金属イオン源からなるイオン銃２１、イオンビーム２５を制限するビーム制限アパーチャ２２、ウェーハにイオンビームを絞るレンズ系２３、ウェーハ面上をビーム走査するための偏向器２４を備える。ＯＭカラム３０は、光源、対物レンズ３１、ＣＣＤカメラ３２を備える。
【００１９】
ＦＩＢとＳＥＭの各ビームは直交し、かつ、ウェーハを載せるステージ４２のＸ，Ｙ平面に垂直な軸Ｚに対して傾斜している。ここでは、原点を通るＺ−Ｙ平面内にＳＥＭカラムの光軸があり、原点を通るＺ−Ｘ平面内にＦＩＢカラムの光軸があるものとして説明する。ＳＥＭの電子ビーム入射方向はＺ軸と４５°の角度をなし、ＦＩＢのイオンビームはＺ軸と４５°の角度をなしている。ＯＭカラムの光軸は軸Ｚに対して平行である。各ビームは、必ずしも相互に一点で交わっていなくてもよい。
【００２０】
荷電粒子検出器４５から得られた信号は、増幅したのち走査信号と同期をとってディスプレイに入力され像が表示される。装置はＣＰＵで集中管理され、ＯＭ制御部でＯＭの明るさやフォーカスを制御し、ＳＥＭ制御部で電子ビームの加速、ビーム電流、フォーカス、偏向を制御し、ＦＩＢ制御部でイオンビームの加速、ビーム電流、フォーカス、偏向を制御する。また、ローダ制御部でウェーハホールダの出し入れの制御、ステージ制御部でレーザ測長されたステージ４２の駆動・位置制御、真空排気制御部で真空排気装置４３を制御する。
【００２１】
傾斜カラムが有する問題点を図３に示す。図３は、ＳＥＭのビーム軸がＹＺ平面にあってＺ軸に対して傾斜しており、ＦＩＢのビーム軸がＸＺ平面にあってＺ軸に対して傾斜している荷電粒子ビーム装置のＳＥＭとＦＩＢの観察点の関係を示した図である。図の配置の場合、試料面の高さがｈ１のときＳＥＭの観察点はＰ１、ＦＩＢの観察点はＱ１であり、両者のオフセットはＰ１Ｑ１である。試料面の高さがｈ２のときは、ＳＥＭの観察点はＰ２、ＦＩＢの観察点はＱ２になり、両者のオフセットはＰ２Ｑ２である。また、試料面の高さがｈ３のときは、ＳＥＭの観察点はＰ３、ＦＩＢの観察点はＱ３であって、両者のオフセットはＰ３Ｑ３になる。このように、傾斜した複数のカラムを備える荷電粒子ビーム装置の場合、同じ観察点を観察しようとすると、観察点の高さに応じたオフセット（向きと大きさの異なるベクトルで表すことができる）を持つことになり、オフセット分ウェーハを移動する必要がある。
【００２２】
図３に示したように、傾斜カラムの場合、同じ観察点を観察しようとすると、観察点の高さに応じたオフセット（向きと大きさの異なるベクトルで表すことができる）を持つことになり、オフセット分ウェーハを移動する必要があり、煩わしい。この煩わしさは、ウェーハ内の観察点の高さが変わらないように高さを制御することで解消される。
【００２３】
一般にウェーハは反っていて、半導体デバイスを作るプロセスを経るに従って、また、ウェーハ口径が大きくなるに従って、ウェーハの反りが増して面内の高低差が大きくなり易い。従来からウェーハ高さを測定する方法として光（レーザ）を用いたＺセンサーがある。しかし、ウェーハ面高さを測る目的は、フォーカスがずれないように制御するのが目的で、アライメント精度を向上するためではなかった。また、Ｚセンサーの測定精度は、半導体デバイスの配線パターン等の影響でレーザ光が干渉する問題があり、ウェーハによっては数十μｍ程度の誤測定することがあるため欠陥位置を正確に捉えるための目的には精度的に問題がある。また、光学顕微鏡のフォーカス深度が浅いことを利用してウェーハの高さ合せに使うことも考えられるが、光学顕微鏡の分解能と焦点深度には関係があり、高さ測定の精度を上げようとすると分解能を上げる必要があり高倍率を必要とする。このため、ウェーハと対物レンズの距離（ＷＤ）が短くなり、設置にＦＩＢやＳＥＭの対物レンズと干渉が避けられない。
【００２４】
一般にウェーハ検査装置、検査解析装置のステージのＸ−Ｙ座標は、レーザ測長系で計測されるので、位置精度は０．０１μｍ程度と非常に高い。レーザ測長系ステージを備えた傾斜したカラム装置でウェーハアライメントの精度を上げるには、Ｚセンサーに変わる正確なウェーハ面高さの測定法が必要になる。
【００２５】
図４により、ステージをＺ方向に移動したとき、垂直カラムの座標系と傾斜カラムの座標系での移動量の違いについて説明する。図４の座標系では、ＳＥＭの観察方向の軸は、Ｙ−Ｚ平面内でＺ軸に対して４５°傾いた方向である。ＳＥＭに固有の座標系を（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）とすると、回転の関係式は以下の式で表される。Ｚｓ軸はＳＥＭの観察方向に平行な軸、Ｙｓ軸はＺｓ軸に垂直でＹ−Ｚ平面内にある軸、Ｘｓ軸はＸ軸に平行な軸である。
【００２６】
【数１】
【００２７】
従って、ステージをＺ方向にΔＺ移動するとＳＥＭ観察ではＸｓ方向には像は移動しない。しかし、像はＹｓ方向にＹｓ＝−ΔＺ／√２だけ移動し、Ｚｓ方向にＺｓ＝ΔＺ／√２移動する。
【００２８】
一方、ＯＭに固有の座標系を（Ｘom，Ｙom，Ｚom）とすると、Ｘom及びＹomはステージ座標系のＸ及びＹと一致し、Ｚom方向はステージのＺ軸と一致するので、ＯＭに対する観察方向の関係式は次式で表される。
【００２９】
【数２】
【００３０】
ＯＭの場合、高さ方向にΔＺ変化してもＸ，Ｙ方向には影響を受けない。つまり、ウェーハ内の特定の位置（Ｘ，Ｙ）を求める場合、ウェーハに反りがあって高さ方向に変化がある場合でも、ＯＭで検出するＸ，Ｙ情報には高さの影響が無いので（Ｘ，Ｙ）位置を正しく求めることができる。
【００３１】
一般に荷電粒子ビームのカラムがステージのＸ，Ｙ平面に対し垂直な装置では、ステージ高さＺを変えるとＷＤ（対物レンズと試料の距離）が変わるためフォーカス状態が変わるが観察位置は変化しない。しかし、ウェーハ面に対し傾斜したカラムを備えた装置ではウェーハの反りのためウェーハ面内の観察点で高さが違い、垂直カラムで観察した観察点のステージ位置と同じ観察点を傾斜カラムで観察した観察点のステージ位置が異なる。この影響でウェーハ内のデバイス欠陥位置に精度良く移動することができない。上記のように、斜め４５°傾斜カラムの場合には、ステージをＺ方向にΔＺ移動するとＳＥＭ観察ではＹｓ方向にＹｓ＝−ΔＺ／√２だけ移動し、Ｚｓ方向にＺｓ＝ΔＺ／√２だけ移動する。
【００３２】
また、ＦＩＢとＳＥＭのビーム調整（対物レンズ中心にビームを通しフォーカスさせる）で軸が変わるため、観察像の視野がビーム調整前後で変わることになる。この問題を解決するために、基準となる調整点の高さと位置を決める。このため、ウェーハホールダ上に視野合せ調整用のマークを有する部位を設けた。
【００３３】
図５はウェーハを保持したウェーハホールダの概略図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は側面図である。ウェーハホールダ４１のウェーハ載置面以外の場所に、視野合せ調整用のマーク４７が設けられた部位４６を有する。視野合せ調整用マークが設けられた部位４６の高さは、ウェーハ４０の高さと略等しいのが好ましい。部位４６の表面には、図６（ａ）に示すように、○□×＋◇等、９０°回転対象図形が視野合せ調整用マーク４７として設けられている。視野合せ調整用マーク４７として９０°回転対象図形を用いると、９０°方向の違う傾斜カラム、すなわちＳＥＭカラムとＦＩＢカラムにおいて同じ形状の図形として認識できるので好都合である。図６（ｂ）〜（ｄ）は、９０°回転対象図形として菱形の図形を例に取り、上方から見たときの形状、斜め４５゜方向から見たときの形状、９０゜回転した斜め４５゜方向から見たときの形状をそれぞれ示している。
【００３４】
次に、図７及び図８のフローチャートを参照して本発明によるアライメント方法の手順について説明する。このアライメントは自動で行うことも可能である。
【００３５】
図７のステップ１１においてステージのＺ（垂直方向の駆動軸）方向位置を基準位置、例えばＺ＝０にする。このときの視野調整用マーク４７の高さを基準高さとする。そして、ステップ１２において視野調整用マーク４７が設けられた部位４６に移動する。そして視野調整用マーク４７が設けられた部位４６上で、ステップ１３にて、ＳＥＭのビームアライメント、フォーカス、スティグマを調整する。ステップ１４で、同様にＦＩＢのビームアライメント、フォーカス、スティグマを調整する。
【００３６】
調整後、ステップ１５に進み、光学顕微鏡（ＯＭ）の像視野を部位４６上の視野調整用マーク（例えば□）４７に移動し、フォーカスを合わせてマーク中心のステージ座標（XOM, YOM）を求める。次に、ステップ１６に進み、同じマークをＳＥＭで観察してマーク中心のステージ座標（XSEM+ISX, YSEM+ISY）を求める。ただし、頭文字Ｉは、イメージシフトを表す。次に、ステップ１７に進み、同じマークをＦＩＢで観察してマーク中心のステージ座標（XSIM+IFX, YSIM+IFY）を求める。ステップ１８では、ＯＭを基準にして、ＳＥＭのマーク中心座標とＯＭのマーク中心座標の差分（XSEM-XOM+ISX, YSEM-YOM+ISY）、及びＦＩＢのマーク中心座標とＯＭのマーク中心座標の差分（XSIM-XOM+IFX, YSIM-YOM+IFY）を求める。求めた差分は、ＯＭとＳＥＭの視野のオフセット及びＯＭとＦＩＢの視野のオフセットとして装置の記憶部に記憶する。ここまでが初期調整である。
【００３７】
次に、図８のフローチャートに従って、検査装置で検出されたウェーハ面内の欠陥位置に移動し、ＳＥＭによる観察、あるいはＦＩＢによる加工を行う。
【００３８】
まず、最初にステップ２１において、ウェーハの既知マークを使いＯＭでウェーハアライメントを行う。次に、ステップ２２に進み、ＳＥＭ像にしてＯＭウェーハアライメント結果をもとに欠陥位置の最寄の既知マーク中心座標に移動した後、先に求めたＯＭとＳＥＭの像視野のオフセット分（XSEM-XOM+ISX, YSEM-YOM+ISY）だけ移動してマーク中心座標を求める。ステップ２３で、マーク中心のＹ方向のずれ量δｙを求める。このずれ量δｙが基準高さからの違いとなるので、ステージＺ軸を−√２・δｙ動かすとマーク中心は像中心になる。これによって、マーク位置近傍を基準高さにできたことになる。次のステップ２４では、ステージの高さを変えることなく欠陥Die（あるいはShot）の四隅の既知のマークを用いて、後述するDieアライメントを行う。次に、ステップ２５において、Dieアライメントの結果をもとに欠陥位置に移動しＳＥＭ像で観察、欠陥位置を確認する。このとき、視野の真中に欠陥を表示することができる。
【００３９】
次にステップ２６に進み、ステージをＳＥＭとＦＩＢの像視野のオフセット分｛（XSIM-XOM+IFX, YSIM-YOM+IFY）−（XSEM-XOM+ISX, YSEM-YOM+ISY）｝だけ移動し、ＦＩＢ（観察用ビーム）に変えてＳＩＭ像で観察すると、視野内に欠陥を表示することができる。その後、ＦＩＢのビームを加工用のビームに変えて欠陥位置の断面加工またはサンプリング加工をＦＩＢで行えば、欠陥部の断面加工などをスムーズに行うことができる。その後、ＳＥＭとＦＩＢの像視野のオフセット分だけ視野移動すると、ＳＥＭで加工箇所を観察することができる。
【００４０】
更に図４を用いて定量的に説明すると、ＯＭアライメント精度は、倍率が１００倍程度であるため精度が低いが±３μｍ程度を得ることができた。従って、ＯＭアライメント後のマーク位置（Ｘ、Ｙ）をＳＥＭで観察した場合、Ｘ方向は３μｍ程度の誤差範囲にある。Ｙ方向は、ウェーハの反りの影響で基準高さ（例えば、Ｚｓ＝０）からΔＺマークが高い位置にあるとすると、画面中心から（ΔＹｓ）ずれる。４５°傾斜ではΔＹｓ＝−ΔＺ／√２であるから、ステージのＺをΔＺ’＝√２・ΔＹｓ変化させるとＹＳ座標はΔＹｓ−ΔＺ’／√２になるのでマークを画面中心にすることができた。
【００４１】
ウェーハ内の既存マーク（デバイス露光位置合せ用のマーク）を用いれば、ウェーハアライメントとDieアライメントを自動で行うことができる。また、視野合せに９０°の回転対象図形のマークを用いれば、９０°方向の違う傾斜カラムにおいて同じ形状の図形として認識できるので自動アライメントが容易になる。
【００４２】
Dieアライメントについて説明する。Dieアライメント（図５の図中に示すDie(n)）は、Die毎に４隅の既存のマーク位置（半導体デバイスの設計により、デバイス製造装置の位置合せ用に正確な位置に形成されている）に移動してマーク中心を検出して四角からの歪を求め、逆に四角に正確に戻す変換式を求める。これによって、傾斜カラム装置においても検査装置で求められた欠陥データに基づいてステージを移動して正確に欠陥位置に移動できる。
【００４３】
検査装置の測定データは、ダイ毎にダイ原点に対する欠陥位置が求められているので、求めたダイの四隅のマーク位置からダイの座標系と観察装置の座標系の変換式を求めることができる。変換係数を（ai, bi）（ｉ＝０〜３）として、次式の関係式を仮定して変換式を求める。
【００４４】
【数３】
【００４５】
ただし、（Xi, Yi）（ｉ＝０〜３）は、マーク検出で得られた座標、（Xwi, Ywi）（ｉ＝０〜３）は、ダイのマーク位置（マーク設計座標）である。
【００４６】
上式の行列の逆行列を求めると簡単に上式の変換係数（ai, bi）（ｉ＝０〜３）を求めることができる。検査装置からの欠陥位置（Xwj, Ywj）は、次式で（uj, vj）に変換される。
【００４７】
【数４】
【００４８】
この式に従ってステージを移動するビーム直下に欠陥位置を移動することができる。ただし、このときステージのＺとＲは動作しない。求めた変換式は、同じウェーハ内のDieであれば、Dieが異なっても略同じ変換式を使える。従って、一度計算して（ai, bi）（ｉ＝０〜３）を求めるのみで十分である。
【００４９】
以上では、ＳＥＭアライメントを実施するとして述べたが、ＦＩＢを使ったアライメント（ＳＩＭアライメント）でも記述のＸとＹを入り替えると、ＳＥＭアライメントと同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】傾斜カラムの観察点についての説明図。
【図２】本発明による傾斜カラム荷電粒子ビーム装置の構成例を示す図・
【図３】傾斜カラムの問題点を説明する図。
【図４】垂直カラムの座標系と傾斜カラムの座標系の説明図。
【図５】ウェーハを保持したウェーハホールダの概略図。
【図６】９０°回転対象図形の例を示す図。
【図７】本発明によるアライメント方法の手順を示すフローチャート。
【図８】本発明によるアライメント方法の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５１】
１０：走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）カラム、１１：電子銃、１２：ビーム制限アパーチャ、１３：レンズ系、１４：偏向器、１５：電子ビーム、２０：集束イオンビーム（ＦＩＢ）カラム、２１：イオン銃、２２：ビーム制限アパーチャ、２３：レンズ系、２４：偏向器、２５：イオンビーム、３０：光学顕微鏡（ＯＭ）カラム、３１：対物レンズ、３２：ＣＣＤカメラ、４０：ウェーハ、４１：ウェーハホールダ、４２：ステージ、４３：真空排気装置、４６：視野合せ調整用部位、４７：視野合せ調整用マーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持してＸＹ平面内及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に移動可能なステージと、
前記Ｚ軸に平行な光軸を有する第１のカラムと、
前記Ｚ軸に対して傾斜した光軸を有する第２のカラムと、
前記第１のカラムによる視野像及び第２のカラムによる視野像を処理するとともに前記ステージの移動を制御する制御部とを備え、
前記ステージ上に前記第１のカラムと第２のカラムの、視野合せ調整用のマークが形成された部位を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、前記視野合せ調整用のマークは９０°回転対称な図形であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム装置において、前記視野合せ調整用のマークが形成された部位は、ウェーハを保持するウェーハホールダ上に設けられていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置において、前記視野合せ調整用のマークのＺ方向高さを基準高さに設定した状態で前記第１のカラムによって観察した前記マークのステージ座標と前記第２のカラムによって観察した前記マークのステージ座標の差分を、前記第１のカラムの視野と第２のカラムの視野のオフセットとして記憶していることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置において、前記第２のカラムは集束イオンビーム及び／又は走査電子顕微鏡であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
請求項５記載の荷電粒子ビーム装置において、前記集束イオンビームの光軸及び前記走査電子顕微鏡の光軸はそれぞれ前記Ｚ軸に対して４５゜傾斜し、かつ相互の光軸の交差角が９０゜であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置において、前記第１のカラムは光学顕微鏡であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
試料を保持してＸＹ平面内及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に移動可能なステージと、前記Ｚ軸に平行な光軸を有する第１のカラムと、前記Ｚ軸に対して傾斜した光軸を有する第２のカラムとを備える荷電粒子ビーム装置のアライメント方法において、
基準高さにあるマークを前記第１のカラムの視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記マークを前記第２のカラムの視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記第１のカラムによる前記マークのステージ座標と前記第２のカラムによる前記マークのステージ座標の差分を、前記第１のカラムの視野と第２のカラムの視野のオフセットとして求めるステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項９】
請求項８記載のアライメント方法において、
前記ステージをＸＹ平面内で移動し、前記第１のカラムの視野中心に試料上の既知マークを位置させるステップと、
前記オフセット分だけ前記ステージを移動するステップと、
前記第２のカラムで前記既知マークを観察し、視野中心からのずれ量を求めるステップと、
前記ずれ量をもとに前記基準高さからの試料の高さずれを求めるステップと、
求めた高さずれ分だけ前記ステージをＺ軸方向に移動し、前記既知マークが設けられた試料表面を前記基準高さに調整するステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１０】
試料を保持してＸＹ平面内及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に移動可能なステージと、前記Ｚ軸に平行な光軸を有する光学顕微鏡と、ＹＺ平面内で前記Ｚ軸に対して４５゜傾斜した光軸を有する第１のカラムと、ＸＺ平面内で前記Ｚ軸に対して４５゜傾斜した光軸を有する第２のカラムとを備える装置のアライメント方法において、
基準高さにあるマークを前記光学顕微鏡の視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記マークを前記第１のカラムの視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記マークを前記第２のカラムの視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記光学顕微鏡による前記マークのステージ座標と前記第１のカラムによる前記マークのステージ座標の差分を第１のオフセットとして求め、前記光学顕微鏡による前記マークのステージ座標と前記第２のカラムによる前記マークのステージ座標の差分を第２のオフセットとして求めるステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のアライメント方法において、
前記ステージをＸＹ平面内で移動し、前記光学顕微鏡の視野中心に試料上の既知マークを位置させるステップと、
前記第１のオフセット分だけ前記ステージを移動するステップと、
前記第１のカラムで前記既知マークを観察し、視野中心からのＹ方向のずれ量ΔＹを求めるステップと、
−√２・ΔＹだけ前記ステージをＺ軸方向に移動し、前記既知マークが設けられた試料表面を前記基準高さに調整するステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のアライメント方法において、
前記第１のカラムによる観察の後、前記第２のオフセット分だけ前記ステージを移動させるステップと、
前記第２のカラムによって試料を観察するステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項記載のアライメント方法において、前記第１のカラムは走査電子顕微鏡であり、前記第２のカラムは集束イオンビーム装置であることを特徴とするアライメント方法。
【請求項１】
試料を保持してＸＹ平面内及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に移動可能なステージと、
前記Ｚ軸に平行な光軸を有する第１のカラムと、
前記Ｚ軸に対して傾斜した光軸を有する第２のカラムと、
前記第１のカラムによる視野像及び第２のカラムによる視野像を処理するとともに前記ステージの移動を制御する制御部とを備え、
前記ステージ上に前記第１のカラムと第２のカラムの、視野合せ調整用のマークが形成された部位を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、前記視野合せ調整用のマークは９０°回転対称な図形であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム装置において、前記視野合せ調整用のマークが形成された部位は、ウェーハを保持するウェーハホールダ上に設けられていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置において、前記視野合せ調整用のマークのＺ方向高さを基準高さに設定した状態で前記第１のカラムによって観察した前記マークのステージ座標と前記第２のカラムによって観察した前記マークのステージ座標の差分を、前記第１のカラムの視野と第２のカラムの視野のオフセットとして記憶していることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置において、前記第２のカラムは集束イオンビーム及び／又は走査電子顕微鏡であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
請求項５記載の荷電粒子ビーム装置において、前記集束イオンビームの光軸及び前記走査電子顕微鏡の光軸はそれぞれ前記Ｚ軸に対して４５゜傾斜し、かつ相互の光軸の交差角が９０゜であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の荷電粒子ビーム装置において、前記第１のカラムは光学顕微鏡であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
試料を保持してＸＹ平面内及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に移動可能なステージと、前記Ｚ軸に平行な光軸を有する第１のカラムと、前記Ｚ軸に対して傾斜した光軸を有する第２のカラムとを備える荷電粒子ビーム装置のアライメント方法において、
基準高さにあるマークを前記第１のカラムの視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記マークを前記第２のカラムの視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記第１のカラムによる前記マークのステージ座標と前記第２のカラムによる前記マークのステージ座標の差分を、前記第１のカラムの視野と第２のカラムの視野のオフセットとして求めるステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項９】
請求項８記載のアライメント方法において、
前記ステージをＸＹ平面内で移動し、前記第１のカラムの視野中心に試料上の既知マークを位置させるステップと、
前記オフセット分だけ前記ステージを移動するステップと、
前記第２のカラムで前記既知マークを観察し、視野中心からのずれ量を求めるステップと、
前記ずれ量をもとに前記基準高さからの試料の高さずれを求めるステップと、
求めた高さずれ分だけ前記ステージをＺ軸方向に移動し、前記既知マークが設けられた試料表面を前記基準高さに調整するステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１０】
試料を保持してＸＹ平面内及び前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸方向に移動可能なステージと、前記Ｚ軸に平行な光軸を有する光学顕微鏡と、ＹＺ平面内で前記Ｚ軸に対して４５゜傾斜した光軸を有する第１のカラムと、ＸＺ平面内で前記Ｚ軸に対して４５゜傾斜した光軸を有する第２のカラムとを備える装置のアライメント方法において、
基準高さにあるマークを前記光学顕微鏡の視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記マークを前記第１のカラムの視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記マークを前記第２のカラムの視野中心に位置させ、前記マークのステージ座標を求めるステップと、
前記光学顕微鏡による前記マークのステージ座標と前記第１のカラムによる前記マークのステージ座標の差分を第１のオフセットとして求め、前記光学顕微鏡による前記マークのステージ座標と前記第２のカラムによる前記マークのステージ座標の差分を第２のオフセットとして求めるステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のアライメント方法において、
前記ステージをＸＹ平面内で移動し、前記光学顕微鏡の視野中心に試料上の既知マークを位置させるステップと、
前記第１のオフセット分だけ前記ステージを移動するステップと、
前記第１のカラムで前記既知マークを観察し、視野中心からのＹ方向のずれ量ΔＹを求めるステップと、
−√２・ΔＹだけ前記ステージをＺ軸方向に移動し、前記既知マークが設けられた試料表面を前記基準高さに調整するステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のアライメント方法において、
前記第１のカラムによる観察の後、前記第２のオフセット分だけ前記ステージを移動させるステップと、
前記第２のカラムによって試料を観察するステップとを有することを特徴とするアライメント方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１項記載のアライメント方法において、前記第１のカラムは走査電子顕微鏡であり、前記第２のカラムは集束イオンビーム装置であることを特徴とするアライメント方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１２７８９１（Ｐ２００６−１２７８９１Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１４０８９（Ｐ２００４−３１４０８９）
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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