JP3765988B2 - Electron beam visual inspection device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶等微細な回路パターンを有する試料製造等において用いられる電子線式外観検装置に係わり、特に半導体装置やフォトマスクのパターン検査技術に係わり、半導体装置製造過程途中のウエハ上のパターン検査技術、電子線を使用して比較検査する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子線式外観検装置について、半導体ウエハの検査を一例として説明する。
半導体装置は、半導体ウエハ上にホトマスクに形成されたパターンをリソグラフィー処理およびエッチング処理により転写する工程を繰り返すことにより製造される。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理やエッチング処理その他の良否、異物発生等は、半導体装置の歩留まりに大きく影響を及ぼすため、異常や不良発生を早期にあるいは事前に検知するために製造過程の半導体ウエハ上のパターンを検査する方法は従来から実施されている。
【0003】
半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥を検査する方法としては、半導体ウエハに白色光を照射し、光学画像を用いて複数のLSIの同種の回路パターンを比較する欠陥検査装置が実用化されており、検査方式の概要は「月間セミコンダクタワールド」1995年8月号 pp 96-99に述べられている。また、光学画像を用いた検査方法では、特開平3-167456号公報に記載されているように、試料上の光学照明された領域を時間遅延積分センサで結像し、その画像と予め入力されている設計特性を比較することにより欠陥を検出する方式や、特公平6-58220号公報に記載されているように、画像取得時の画像劣化をモニタしそれを画像検出時に補正することにより安定した光学画像での比較検査を行う方法が開示されている。このような光学式の検査方式で製造過程における半導体ウエハを検査した場合、光が透過してしまうシリコン酸化膜や感光性フォトレジスト材料を表面に有するパターンの残渣や欠陥は検出できなかった。また、光学系の分解能以下となるエッチング残りや微小導通穴の非開口不良は検出できなかった。さらに、配線パターンの段差底部に発生した欠陥は検出できなかった。
【0004】
上記のように、回路パターンの微細化や回路パターン形状の複雑化、材料の多様化に伴い、光学画像による欠陥検出が困難になってきたため、光学画像よりも分解能の高い電子線画像を用いて回路パターンを比較検査する方法が提案されてきている。電子線画像により回路パターンを比較検査する場合に、実用的な検査時間を得るためには走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscopy、以下SEMと略す)による観察と比べて非常に高速に画像を取得する必要がある。そして、高速で取得した画像の分解能と画像のSN比を確保する必要がある。
【0005】
電子線を用いたパターンの比較検査装置として、半導体ウェハの回路パターンの微細化に伴い、電子線を用いた回路パターンの検査装置が実用化されてきている。
【0006】
例えば、日本の特開昭59−192943号公報、特開平5−258703号公報、文献Sandland, et al., ”An electron-beam inspection system for x-ray mask production”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.9, No.6, pp.3005-3009 (1991)、文献Meisburger, et al., ”Requirements and performance of an electron-beam column designed for x-ray mask inspection”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.9, No.6, pp.3010-3014 (1991)、文献Meisburger, et al., ”Low-voltage electron-optical system for the high-speed inspection of integrated circuits”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.10, No.6, pp.2804-2808 (1992)、文献Hendricks, et al., ”Characterization of a New Automated Electron-Beam Wafer Inspection System”, SPIE Vol. 2439, pp.174-183 (20-22 February, 1995)等に記載された技術が知られている。
【0007】
ウェハの口径増大と回路パターンの微細化に追随して高スループット且つ高精度な検査を行うためには、非常に高速に、高SNな画像を取得する必要が有る。そのため、通常の走査型電子顕微鏡(SEM)の100倍以上(10nA以上)の大電流ビームを用いて照射される電子数を確保し、高SN比を保持している。さらに、試料から発生する二次電子、反射電子の高速、且つ高効率な検出が必須である。
【0008】
従来は、光学式外観検査装置が製品化されているが、印刷された所定の図形の印刷単位ごとの位置の測定に関しては、印刷単位の配列として配列のオフセット、回転、直交度を測定し、印刷単位間の伸縮量に関しては、考慮されていない。これは、印刷単位の間隔を検査しようとするウェハと同一種または、同一工程のウェハを用い実測していること、加えて検査位置ずれが生じても隣接する比較検査領域間で同様にすれが生じる為、比較検査可能となるからである。
【0009】
しかし、実際のウェハはウェハ毎やロット毎に個々の露光機の印刷精度や熱処理の過程等でウェハが伸縮する。また従来は,印刷単位内の位置精度に関しては、考慮されていない。このため、ウェハ内の離れた比較検査領域を選択すると位置ずれにより誤検出が発生し、比較検査が不可能となる。また、比較検査が可能である比較検査領域間隔を選択しても、検出された欠陥の位置精度は数マイクロメートルの誤差を生じる。このことは、これまであまり問題視されなかったかが、外観検査結果の工程間比較や素子完成後の電気特性試験結果であるフェイルビットマップとの素子単位の比較を不可能とし、またレヴュー及び分類検査等の外観検査後の装置において外観検査の結果をもちいて欠陥を再検出するため、広い領域を検出しなければならず長時間を要していた。
【0010】
また、レジスト等の絶縁膜を伴った半導体試料が帯電の影響を受けないように2KeV以下の低加速電子線を照射している。この技術については、日本学術振興会第132委員会編「電子・イオンビームハンドブック(第2版)」(日刊工業新聞社、1986年)622頁から623頁に記載がある。しかし、大電流で、かつ低加速の電子線では空間電荷効果による収差が生じ、高分解能な観察が困難であつた。
【0011】
この問題を解決する方法として、試料直前で高加速電子線を減速し、試料上で実質的に低加速電子線として照射する手法が知られている。例えば、特開平2−142045号公報、特開平6−139985号公報、特開平5−258703号公報や特開平6−188294号公報に記載された技術がある。
【0012】
また、特開平6−188294号公報には、繰り返される被検査パターンから画像信号を検出し、この画像信号から繰り返される被検査パターンの統計画像信号を生成し、この統計画像信号を基準画像信号として、検出された画像信号と位置合わせして比較することにより、被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出する技術が開示されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術においては、ウェハにリターディング電圧を印加することにより、一次電子ビームは、試料を照射する直前にリターディング電界の影響を受けるという問題点がある。
【0014】
一般に、電界変化は、一次電子ビームの中心軸に対して軸対称に分布しているので、ウェハ位置によらず一様に偏向感度を調節することで、一次電子ビームを所望の領域へ偏向することができる。しかし、ウェハ外周部では、ウェハそのものの断面形状およびウェハを設置する試料台の端部の断面構造により、軸に非対称なリターディング電界の乱れが生じるという問題点がある。
【0015】
このため、ウェハ上の比較検査位置が、ウェハ上の外周部付近であるか否かによって、同一の偏向信号による一次ビームの試料照射領域には無視できない差異、いわゆるビーム歪みが生じるという問題点がある。
【0016】
その結果、ウェハの端部まで電子線を照射しようとしても、前記電界の変動があるため電子線の照射位置と試料位置との関係の精度が著しく低下してしまい、したがって、試料の端部近辺の部分は、加工、分析や検査ができなかった。
【0017】
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、電子線式外観検査装置において、印刷された所定の図形の印刷単位ごとの位置の測定と、印刷単位内の位置の測定を行い、また試料周辺の位置ずれ量を測定することにより、検査位置の特定を精度良く行うことが可能な外観検査装置を提供することを目的とする。
【0018】
本発明の他の目的は、検査速度が速く、試料内をより広く検査可能とし、検出した欠陥の位置を正確に求めることが可能な外観検査装置を提供することにある。
【0019】
上記目的は、一次電子線を発生させる電子源と、該一次電子線を集束するレンズ手段と、試料を載置する試料台と、該試料台を含む試料室に前記試料を搬送する搬送手段と、上記集束した一次電子線を前記試料上で走査させる一次電子線走査手段と、該試料から二次的に発生する二次荷電粒子を検出する手段と、該検出器からの信号に基づいて該試料上の第1の領域の画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された当該領域の画像を、該試料上の他の同一の試料パターンが形成された第2の領域の画像と比較する手段と、比較結果から試料パターン上の欠陥を判別する手段を有し、同一の繰り返し図形が印刷されている試料を検査するSEM式外観検査装置において、前記試料上の画像を検出し欠陥検出する以前に、前記試料上に、直線上に無い3点以上の印刷単位のアライメント図形を選択する手段、一次電子線を前記試料上に照射して得られる画像を使用して、アライメント図形を検出する手段、検出されたアライメント図形から前記試料のX−Y座標上のずれ量を求め印刷単位の伸縮量、回転、および直行度の測定を行い、前記伸縮量、回転および直行度についての算出の結果を統計計算する事により印刷単位の配列誤差を演算する手段印刷単位について配列誤差からあらかじめ指定された欠陥検査位置を補正する手段、ステージ及び、電子線を偏向する位置を制御する手段を有することにより、達成される。
【0020】
本発明の他の特徴は、該試料上の図形を検出する手段と、該図形を記憶する手段と該試料を移動させる手段と、該記憶図形と検出された図形のずれ量を測定する手段と複数の試料の位置と対応する該図形のずれ量を記憶する手段と、記憶された該複数の試料の位置と対応する該図形のずれ量を統計計算する事により伸縮量、回転、直行度を演算する手段を備えた電子線式外観検装置にある。
【0021】
本発明の特徴は、複数の検査装置の座標系を統一するために予め決められた印刷単位の伸縮量、回転、直行度の基準値を有する基準試料を測定可能とし、その該基準試料を測定した結果と該基準値からその変位量を求め、別に検査される試料の欠陥検出位置を基準試料の座標系に、その変位量を補正量としてあわせて記憶または、出力する電子線式外観検査装置にある。
【0022】
本発明の特徴は、別に求めた印刷単位内の伸縮量、回転、直行度の補正量を用いることにより印刷単位内の印刷歪みを演算し、演算結果を考慮しあらかじめ指定された欠陥検査位置を補正し、ステージ及び、電子線を偏向する位置を制御する電子線式外観検査装置にある。
また本発明の特徴は、印刷単位の伸縮量、回転および直行度の補正量を入力可能とし、別に検査される試料の欠陥検出位置を該補正量により補正し、記憶または、出力する電子線式外観装置にある。
【0023】
本発明の他の特徴は、該伸縮量、回転、直行度から決定される基準格子からの誤差量を演算する手段と、該誤差量から検査時のステージ移動方向に該誤差量の大きい領域とその隣接する領域で連続となるように考慮し、欠陥検査位置を補正し、ステージ及び、電子線を偏向する位置を制御する手段を備えたSEM式外観検査装置にある。
【0024】
本発明によれば、外観検査装置において、より広検査領域を検査し、検出した欠陥の位置を正確に求めることが可能となる。例えば、被検査試料全体の欠陥分布により欠陥を作りこむ工程を推定することが可能であるため、被検査試料の検査領域をランダムな印刷単位に指定することができ、短時間で検査実施可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例ついて、図面を参照しながら詳細に説明する。
(実施例1)
本発明の第1の実施例のSEM式外観検査装置1の構成を図1に示す。 SEM式外観検査装置1は、室内が真空排気される検査室2と、検査室2内に被検査試料9を搬送するための予備室(本実施例では図示せず)を備えており、この予備室は検査室2とは独立して真空排気できるように構成されている。また、 SEM式外観検査装置1は上記検査室2と予備室の他に制御部6、画像処理部5から構成されている。
【0026】
検査室2内は大別して、電子光学系3、二次電子検出部7、試料室8、光学顕微鏡部4から構成されている。電子光学系3は、電子銃10、電子線引き出し電極11、コンデンサレンズ12、ブランキング用偏向器13、走査偏向器15、絞り14、対物レンズ16、反射板17、ExB偏向器18から構成されている。二次電子検出部7のうち、二次電子検出器20が検査室2内の対物レンズ16の上方に配置されている。二次電子検出器20の出力信号は、検査室2の外に設置されたプリアンプ21で増幅され、AD変換機22によりデジタルデータとなる。試料室8は、試料台30、Xステージ31、Yステージ32、回転ステージ33、位置モニタ用測長器34、被検査試料高さ測定器35から構成されている。光学顕微鏡部4は、検査室2の室内における電子光学系3の近傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設備されており、電子光学系3と光学顕微鏡部4の間の距離は既知である。そして、Xステージ31またはYステージ32が電子光学系3と光学顕微鏡部4の間の既知の距離を往復移動するようになっている。
【0027】
光学顕微鏡部4は光源40、光学レンズ41、CCDカメラ42により構成されている。画像処理部5は、第一画像記憶部46、第二画像記憶部47、演算部48、欠陥判定部49より構成されている。取り込まれた電子線画像あるいは光学画像はモニタ50に表示される。装置各部の動作命令および動作条件は、制御部6から入出力される。制御部6には、あらかじめ電子線発生時の加速電圧、電子線偏向幅、偏向速度、二次電子検出装置の信号取り込みタイミング、試料台移動速度等々の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。制御部6は、補正制御回路43を用いて、位置モニタ用測長器34、被検査試料高さ測定器35の信号から位置や高さのずれをモニタし、その結果より補正信号を生成し、電子線が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源45や走査偏向器44に補正信号を送る。
【0028】
被検査試料9の画像を取得するためには、細く絞った電子線19を該被検査試料9に照射し、二次電子51を発生させ、これらを電子線19の走査およびステージ31、32の移動と同期して検出することで該被検査試料9表面の画像を得る。
【0029】
本発明の課題で述べたように、本発明は検査速度が速い自動検査装置を提供することを目的の1つにしている。従って、通常のSEMのようにpAオーダーの電子線電流の電子線を低速で走査したり、多数回の走査および各々の画像の重ね合せは行わない。また、絶縁材料への帯電を抑制するためにも、電子線走査は高速で一回あるいは数回程度にする必要がある。そこで本実施例では、通常SEMに比べ約100倍以上の、例えば100nAの大電流電子線を一回のみ走査することにより画像を形成する構成とした。走査幅は100μmとし、1画素は0.1μmとし、1回の走査を10μsで行うようにした。
【0030】
電子銃10には拡散補給型の熱電界放出電子源が使用されている。この電子銃10を用いることにより、従来の例えばタングステン(W)フィラメント電子源や、冷電界放出型電子源に比べて安定した電子線電流を確保することができるため、明るさ変動の少ない電子線画像が得られる。また、この電子銃10により電子線電流を大きく設定することができるため、後述するような高速検査を実現できる。電子線19は、電子銃10と引き出し電極11との間に電圧を印加することで電子銃10から引き出される。電子線19の加速は、電子銃10に高電圧の負の電位を印加することでなされる。これにより、電子線19はその電位に相当するエネルギーで試料台30の方向に進み、コンデンサレンズ12で収束され、さらに対物レンズ16により細く絞られて試料台30上のX−Yステージ31、32の上に搭載された被検査試料9(半導体ウエハ、チップあるいは液晶、マスク等微細回路パターンを有する試料)に照射される。
【0031】
なお、ブランキング用偏向器13には、走査信号およびブランキング信号を発生する信号発生器44が接続され、コンデンサレンズ12および対物レンズ16には、各々レンズ電源45が接続されている。被検査試料9には、高圧電源36により負の電圧を印加できるようになっている。この高圧電源36の電圧を調節することにより一次電子線を減速し、電子銃10の電位を変えずに被検査試料9への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することができる。
【0032】
被検査試料9上に電子線19を照射することによって発生した二次電子51は、試料9に印加された負の電圧により加速される。被検査試料9上方に、ExB偏向器18が配置され、これにより加速された二次電子51は所定の方向へ偏向される。ExB偏向器18にかける電圧と磁界の強度により、偏向量を調整することができる。また、この電磁界は、試料に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。ExB偏向器18により偏向された二次電子51は、所定の条件で反射板17に衝突する。この反射板17は、試料に照射する電子線(以下一次電子線と呼ぶ)の偏向器のシールドパイプと一体で円錐形状をしている。この反射板17に加速された二次電子51が衝突すると、反射板17からは数V〜50eVのエネルギーを持つ第二の二次電子52が発生する。
【0033】
二次電子検出部7は、真空排気された検査室2内には二次電子検出器20が、検査室2の外にはプリアンプ21、AD変換器22、光変換手段23、伝送手段24、電気変換手段25、高圧電源26、プリアンプ駆動電源27、AD変換器駆動電源28、逆バイアス電源29から構成されている。既に記述したように、二次電子検出部7のうち、二次電子検出器20が検査室2内の対物レンズ16の上方に配置されている。二次電子検出器20、プリアンプ21、AD変換器22、光変換手段23、プリアンプ駆動電源27、AD変換器駆動電源28は、高圧電源26により正の電位にフローティングしている。上記反射板17に衝突して発生した第二の二次電子52は、この吸引電界により検出器20へ導かれる。二次電子検出器20は、電子線19が被検査試料9に照射されている間に発生した二次電子51がその後加速されて反射板17に衝突して発生した第二の二次電子52を、電子線19の走査のタイミングと連動して検出するように構成されている。
【0034】
二次電子検出器20の出力信号は、検査室2の外に設置されたプリアンプ21で増幅され、AD変換器22によりデジタルデータとなる。AD変換器22は、半導体検出器20が検出したアナログ信号をプリアンプ21によって増幅された後に直ちにデジタル信号に変換して、画像処理部5に伝送するように構成されている。検出したアナログ信号を検出直後にデジタル化してから伝送するので、従来よりも高速で且つSN比の高い信号を得ることができる。
【0035】
X−Yステージ31、32上には被検査試料9が搭載されており、検査実行時にはX−Yステージ31、32を静止させて電子線19を二次元に走査する方法と、検査実行時にX−Yステージ31、32をY方向に連続して一定速度で移動されるようにして電子線19をX方向に直線に走査する方法のいずれかを選択できる。ある特定の比較的小さい領域を検査する場合には前者のステージを静止させて検査する方法、比較的広い領域を検査するときは、ステージを連続的に一定速度で移動して検査する方法が有効である。なお、電子線19をブランキングする必要がある時には、ブランキング用偏向器13により電子線19が偏向されて、電子線が絞り14を通過しないように制御できる。
【0036】
位置モニタ用測長器34として、本実施例ではレーザ干渉による測長計を用いた。Xステージ31およびYステージ32の位置が実時間でモニタでき、制御部6に転送されるようになっている。また、Xステージ31、Yステージ32、そして回転ステージ33のモータの回転数等のデータも同様に各々のドライバから制御部6に転送されるように構成されており、制御部6はこれらのデータに基いて電子線19が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになっており、必要に応じて実時間で電子線19の照射位置の位置ずれを補正制御回路43より補正するようになっている。また、被検査試料毎に、電子線を照射した領域を記憶できるようになっている。
【0037】
光学式高さ測定器35は、電子ビーム以外の測定方式である光学式測定器、例えばレーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器が使用されており、X−Yステージ上31、32に搭載された被検査試料9の高さを実時間で測定するように構成されている。本実施例では、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに該被検査試料9に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いた。この光学式高さ測定器35の測定データに基いて、電子線19を細く絞るための対物レンズ16の焦点距離がダイナミックに補正され、常に非検査領域に焦点が合った電子線19を照射できるようになっている。また、被検査試料9の反りや高さ歪みを電子線照射前に予め測定しており、そのデータをもとに対物レンズ16の検査領域毎の補正条件を設定するように構成することも可能である。
【0038】
画像処理部5は第一画像記憶部46と第二画像記憶部47、演算部48、欠陥判定部49、モニタ50により構成されている。上記二次電子検出器20で検出された被検査試料9の画像信号は、プリアンプ21で増幅され、AD変換器22でデジタル化された後に光変換器23で光信号に変換され、光ファイバ24によって伝送され、電気変換器25にて再び電気信号に変換された後に第一画像記憶部46あるいは第二記憶部47に記憶される。演算部48は、この記憶された画像信号をもう一方の記憶部の画像信号との位置合せ、信号レベルの規格化、ノイズ信号を除去するための各種画像処理を施し、双方の画像信号を比較演算する。欠陥判定部49は、演算部48にて比較演算された差画像信号の絶対値を所定のしきい値と比較し、所定のしきい値よりも差画像信号レベルが大きい場合にその画素を欠陥候補と判定し、モニタ50にその位置や欠陥数等を表示する。
【0039】
これまでSEM式外観検査装置1の全体の構成について説明してきた。
実際に検査を実施する際には、比較検査する領域は,予め決められているが、試料に繰り返し図形を印刷する露光装置の露光精度や試料の製作途中の熱処理による変形、外観検査装置の搬送精度の為に試料上の繰り返し図形の位置を認識し、検査領域を再決定するアライメントという動作が必要となる。
【0040】
続いて、図1の実施例におけるアライメント動作について、図2〜図5により説明する。
図2は、アライメント座標系を示す図である。本発明では、試料上の印刷図形を正確に認識する為、装置のアライメント座標系が、図2に示すようにステージ座標系100、ウェハ座標系101、ショット座標系102により管理される。
【0041】
ステージ座標系100は、試料台の位置を示す座標系である。ウェハ座標系101は、印刷単位の配列103の被検査試料9上位置を示す。また、電子線19が走査偏向器15により偏向されずに被検査試料9に照射する、偏向視野中心の被検査試料9上の位置を示す。印刷単位104は、その中に構成単位であるダイ106を1つまたは複数もつ、図2では、3つのダイ106が存在する場合を記してある。また、印刷単位104には、少なくとも1つ以上のアライメント図形105が存在する。実際のアライメント動作においては、まず、被検査試料9から2つ印刷単位104のアライメント図形105を選択し、検出視野の広い光学顕微鏡部4を使用する。まず、予め設定されている基準配列位置を使用し、光学顕微鏡部4の視野中心となるように第一の印刷単位のアライメント図形105位置へ被検査試料9を移動し、画像処理によりずれ量を測定する。次に第二の印刷単位のアライメント図形105に対し同様に測定を行う。これからの第一、第二のずれ量から印刷単位配列の回転110およびオフセットを算出できる。
【0042】
続いて、直線上に無い3点以上の印刷単位104のアライメント図形105を選択し、電子線19による画像を使用して、アライメント図形105を検出し、座標軸にずれ量を測定し、3点以上のずれ量から図3、図4、図5に示す印刷単位配列の回転110、オフセット、伸縮量122および直行度130を算出し、その算出結果を統計計算する事により被検査試料上の各印刷単位のX−Y座標上の伸縮量、回転および直行度についての配列誤差を演算し、印刷単位毎の検査位置を補正する。図3はX−Y座標上の印刷単位配列の回転110、図4は印刷単位配列の伸縮、すなわち印刷単位の基準配列120,拡大した印刷単位配列121,印刷単位配列の伸縮量122,および図5はX−Y座標上の印刷単位配列の直行度130を示す図である。
【0043】
これにより被検査試料9に繰り返し図形を印刷する露光装置の露光精度や試料の製作途中の熱処理による変形が有っても、正確に検査位置を認識し検査することが可能となる。
【0044】
(実施例2)
本発明の第2の実施例として、実施例1のアライメント機能を用いて、予め決められた印刷単位の伸縮量、回転および直行度の基準値を有する基準試料を測定し、その該基準試料を測定した結果と該基準値からその変位量を求め、別に検査される試料の欠陥検出位置を基準試料の座標系に変位量によって補正することによってあわせて記憶または、出力する。
これにより、複数の装置間での検出欠陥の座標位置を合わせることが可能となる。
【0045】
【発明の効果】
本発明によって得られる代表的な効果を以下に簡単に説明する。
本発明により正確な検査位置を求められることは,被検査試料内の離れた印刷単位の比較も可能とする、たとえば半導体の検査においては,被検査試料全体の欠陥分布により欠陥を作りこむ工程を推定することが可能であるため、本発明により被検査試料の検査領域をランダムな印刷単位に指定することができ、短時間で検査実施可能となる。
【0046】
また、本発明により、複数装置間の欠陥検出位置を精度よくデータベース化することが可能となり欠陥発生要因の解析に有効であり、また同一試料上の欠陥を他の検査、解析装置にて検査、解析する際も同一欠陥を検出する時間を短縮することを可能とする。
【0047】
また、本発明により、被検査試料外周部にて発生する偏向歪等の被検査試料位置に依存する装置起因の位置ずれに対しても補正することが可能となり、被検査試料外周部の検査可能領域を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例のSEM式外観検査装置の装置構成を示す図。
【図2】図1の実施例におけるアライメント座標系を示す図。
【図3】図1の実施例における印刷単位配列の回転を示す図。
【図4】図1の実施例における印刷単位配列の伸縮を示す図。
【図5】図1の実施例における印刷単位配列の直行度を示す図。
【符号の説明】
1…SEM式外観検査装置
2…検査室
3…電子光学系
4…光学顕微鏡部
5…画像処理部
6…制御部
7…二次電子検出部
8…試料室
9…被検査試料
10…電子銃
11…引き出し電極
12…コンデンサレンズ
13…ブランキング偏向器
14…絞り
15…走査偏向器
16…対物レンズ
17…反射板
18…ExB偏向器
19…電子線
20…二次電子検出器
21…プリアンプ
22…AD変換器
23…光変換手段
24…光伝送手段
25…電気変換手段
26…高圧電源
27…プリアンプ駆動電源
28…AD変換器駆動電源
29…逆バイアス電源
30…試料台
31…Xステージ
32…Yステージ
33…回転ステージ
34…位置モニタ測長器
35…被検査試料高さ測定器
36…リターディング電源
40…白色光源
41…光学レンズ
42…CCDカメラ
43…補正制御回路
44…走査信号発生器
45…対レンズ電源
46…第一記憶部
47…第二記憶部
48…演算部
49…欠陥判定部
50…モニタ
51…二次電子
52…第二の二次電子
100…ステージ座標系
101…ウェハ座標系
102…ショット座標系
103…印刷単位の配列
104…印刷単位
105…アライメント図形
106…ダイ
110…印刷単位配列の回転
120…印刷単位の基準配列
121…拡大した印刷単位配列
122…印刷単位配列の伸縮量
130…印刷単位配列の直行度
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam appearance inspection apparatus used in the manufacture of a sample having a fine circuit pattern such as a semiconductor device or a liquid crystal, and more particularly to a pattern inspection technique for a semiconductor device or a photomask. The present invention relates to the above pattern inspection technique and a technique of comparative inspection using an electron beam.
[0002]
[Prior art]
A conventional electron beam appearance inspection apparatus will be described by taking a semiconductor wafer inspection as an example.
A semiconductor device is manufactured by repeating a process of transferring a pattern formed on a photomask on a semiconductor wafer by lithography and etching. In the manufacturing process of a semiconductor device, the quality of lithography processing, etching processing, and other conditions, and the occurrence of foreign matter greatly affect the yield of the semiconductor device. Therefore, in order to detect abnormalities and defects early or in advance, the semiconductor in the manufacturing process A method for inspecting a pattern on a wafer has been conventionally performed.
[0003]
As a method for inspecting defects present in patterns on a semiconductor wafer, a defect inspection apparatus that irradiates a semiconductor wafer with white light and compares the same kind of circuit patterns of a plurality of LSIs using an optical image has been put into practical use. The outline of the inspection method is described in “Monthly Semiconductor World” August 1995, pp 96-99. In the inspection method using an optical image, as described in JP-A-3-167456, an optically illuminated region on a sample is imaged by a time delay integration sensor, and the image is input in advance. A method for detecting defects by comparing the design characteristics that are present, and monitoring the image deterioration during image acquisition and correcting it during image detection as described in Japanese Patent Publication No. 6-58220. A method for performing a comparative inspection with an optical image is disclosed. When a semiconductor wafer in the manufacturing process is inspected by such an optical inspection method, residues and defects of a pattern having a silicon oxide film or a photosensitive photoresist material on the surface through which light is transmitted cannot be detected. Moreover, the etching residue which is below the resolution of the optical system and the non-opening defect of the minute conduction hole could not be detected. Furthermore, a defect generated at the bottom of the step of the wiring pattern could not be detected.
[0004]
As described above, defect detection by optical images has become difficult due to miniaturization of circuit patterns, complicated circuit pattern shapes, and diversification of materials, so electron beam images with higher resolution than optical images are used. A method for comparing and inspecting circuit patterns has been proposed. When comparing circuit patterns with electron beam images, it is necessary to obtain images much faster than observation with a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) in order to obtain a practical inspection time. There is. It is necessary to ensure the resolution of the image acquired at high speed and the SN ratio of the image.
[0005]
As a pattern comparison inspection apparatus using an electron beam, a circuit pattern inspection apparatus using an electron beam has been put into practical use as a circuit pattern of a semiconductor wafer is miniaturized.
[0006]
For example, Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 59-192943 and 5-258703, Sandland, et al., “An electron-beam inspection system for x-ray mask production”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 9, No. 6, pp. 3005-3009 (1991), literature Meisburger, et al., “Requirements and performance of an electron-beam column designed for x-ray mask inspection”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 9, No. 6, pp. 3010-3014 (1991), literature Meisburger, et al., “Low-voltage electron-optical system for the high-speed inspection of integrated circuits”, J Vac. Sci. Tech. B, Vol.10, No.6, pp.2804-2808 (1992), Hendricks, et al., “Characterization of a New Automated Electron-Beam Wafer Inspection System”, SPIE Vol. 2439, pp.174-183 (20-22 February, 1995) and the like are known.
[0007]
In order to perform high-throughput and high-precision inspection following the increase in wafer diameter and circuit pattern miniaturization, it is necessary to acquire a high SN image at a very high speed. Therefore, the number of electrons irradiated using a large current beam 100 times or more (10 nA or more) of a normal scanning electron microscope (SEM) is secured, and a high SN ratio is maintained. Furthermore, high-speed and highly efficient detection of secondary electrons and reflected electrons generated from the sample is essential.
[0008]
Conventionally, optical appearance inspection devices have been commercialized, but for measurement of the position of each printed unit of a predetermined printed figure, the array offset, rotation, and orthogonality are measured as an array of printing units, The amount of expansion / contraction between printing units is not considered. This is because the printing unit interval is actually measured using a wafer of the same type or the same process as the wafer to be inspected, and, in addition, even if an inspection position shift occurs, the adjacent comparison inspection areas are similarly cleaned. This is because comparative inspection is possible.
[0009]
However, an actual wafer expands and contracts for each wafer or lot depending on the printing accuracy of each exposure machine, the heat treatment process, and the like. Conventionally, the positional accuracy within the printing unit is not taken into consideration. For this reason, when a comparative inspection area within the wafer is selected, a misdetection occurs due to a positional shift, and the comparative inspection becomes impossible. Further, even if a comparison inspection area interval capable of comparison inspection is selected, the positional accuracy of the detected defect causes an error of several micrometers. Although this has not been regarded as a problem so far, it is impossible to compare the appearance inspection results between processes and to compare the element unit with the fail bit map which is the electrical characteristic test result after completion of the device, and to review and classify the inspection. In order to detect defects again using the result of the appearance inspection in the apparatus after the appearance inspection such as the above, it is necessary to detect a wide area, and it takes a long time.
[0010]
Further, a semiconductor sample with an insulating film such as a resist is irradiated with a low acceleration electron beam of 2 KeV or less so as not to be affected by charging. This technology is described in pages 622 to 623 of the “Electron / Ion Beam Handbook (2nd edition)” edited by the 132nd Committee of the Japan Society for the Promotion of Science (Nikkan Kogyo Shimbun, 1986). However, an electron beam with a large current and a low acceleration causes aberration due to the space charge effect, and high-resolution observation is difficult.
[0011]
As a method for solving this problem, there is known a method in which a high acceleration electron beam is decelerated immediately before a sample and irradiated on the sample as a substantially low acceleration electron beam. For example, there are techniques described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-142045, 6-139985, 5-258703, and 6-188294.
[0012]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-188294 detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates a statistical image signal of the pattern to be tested repeated from the image signal, and uses the statistical image signal as a reference image signal. A technique for extracting a defect or a defect candidate existing in a pattern to be inspected by aligning and comparing with a detected image signal is disclosed.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these techniques, there is a problem that the primary electron beam is affected by the retarding electric field immediately before the sample is irradiated by applying a retarding voltage to the wafer.
[0014]
In general, the change in electric field is distributed symmetrically with respect to the central axis of the primary electron beam. Therefore, the primary electron beam is deflected to a desired region by adjusting the deflection sensitivity uniformly regardless of the wafer position. be able to. However, at the outer periphery of the wafer, there is a problem in that an asymmetrical retarding electric field is generated in the axis due to the cross-sectional shape of the wafer itself and the cross-sectional structure of the end of the sample stage on which the wafer is placed.
[0015]
Therefore, depending on whether or not the comparative inspection position on the wafer is near the outer periphery of the wafer, there is a problem that a non-negligible difference, so-called beam distortion, occurs in the sample irradiation region of the primary beam due to the same deflection signal. is there.
[0016]
As a result, even when trying to irradiate the edge of the wafer with the electron beam, the accuracy of the relationship between the electron beam irradiation position and the sample position is significantly reduced due to the fluctuation of the electric field. This part could not be processed, analyzed or inspected.
[0017]
The present invention has been made in view of the above points, and in the electron beam type visual inspection apparatus, the position of each printed figure is measured for each printing unit, the position within the printing unit is measured, and the periphery of the sample is measured. It is an object of the present invention to provide an appearance inspection apparatus capable of accurately specifying an inspection position by measuring the amount of positional deviation.
[0018]
Another object of the present invention is to provide an appearance inspection apparatus that has a high inspection speed, enables a wider inspection inside a sample, and can accurately determine the position of a detected defect.
[0019]
  The object is to provide an electron source for generating a primary electron beam, lens means for focusing the primary electron beam, a sample stage on which a sample is placed, and transport means for transporting the sample to a sample chamber including the sample stage. A primary electron beam scanning unit that scans the focused primary electron beam on the sample, a unit that detects secondary charged particles that are secondarily generated from the sample, and a signal from the detector. Storage means for storing the image signal of the first area on the sample, and the image of the area stored in the storage means for the image of the second area on which another identical sample pattern is formed on the sample And an SEM visual inspection apparatus that inspects a sample printed with the same repeated figure, and detects an image on the sample. Before detecting defects,Means for selecting an alignment graphic of three or more printing units not on a straight line on the sample, Means for detecting an alignment graphic using an image obtained by irradiating the sample with a primary electron beam, Detection The amount of deviation of the sample on the XY coordinate is obtained from the alignment pattern thus obtained.Stretching amount of printing unit, rotation,andMeasure the straightness,Calculation of the amount of expansion / contraction, rotation and straightnessBy statistically calculating the result ofeachCalculate alignment error of printing unitMeans to do,From arrangement errors for printing unitsCompensate defect inspection position specified in advanceMeans to do, Control the stage and the position to deflect the electron beamHaving meansIs achieved.
[0020]
  Other features of the present invention are: means for detecting a figure on the sample; means for storing the figure; means for moving the sample; means for measuring a shift amount between the stored figure and the detected figure; Means for storing the amount of displacement of the figure corresponding to the positions of a plurality of samples, and calculating the amount of expansion / contraction, rotation, and straightness by statistically calculating the amount of displacement of the figure corresponding to the positions of the plurality of samples stored Electron beam appearance inspection with means to calculateInspectionIn the device.
[0021]
  A feature of the present invention is that it is possible to measure a reference sample having reference values for the amount of expansion / contraction, rotation, and straightness of printing units determined in advance to unify the coordinate system of a plurality of inspection apparatuses. The electron beam type visual inspection apparatus which calculates the displacement amount from the result and the reference value, and stores or outputs the defect detection position of the separately inspected sample in the coordinate system of the reference sample and the displacement amount as the correction amount It is in.
[0022]
  The feature of the present invention is that the print distortion in the print unit is calculated by using the correction amount of the expansion / contraction amount, rotation, and straightness in the print unit separately obtained, and the defect inspection position designated in advance is calculated in consideration of the calculation result. The electron beam type visual inspection apparatus corrects and controls the stage and the position where the electron beam is deflected.
  Further, the present invention is characterized in that it is possible to input the amount of expansion / contraction of the printing unit, the amount of correction of the rotation and the straightness, and the electron beam type which corrects the defect detection position of the specimen to be separately inspected by the amount of correction and stores or outputs it It is in the appearance device.
[0023]
Another feature of the present invention is that means for calculating an error amount from a reference grid determined from the expansion / contraction amount, rotation, and straightness, and a region where the error amount is large from the error amount to the stage moving direction at the time of inspection. The SEM type visual inspection apparatus includes means for correcting the defect inspection position and controlling the stage and the position for deflecting the electron beam in consideration of being continuous in the adjacent region.
[0024]
According to the present invention, it is possible to inspect a wider inspection area and accurately determine the position of a detected defect in the appearance inspection apparatus. For example, since it is possible to estimate the process of creating a defect based on the defect distribution of the entire sample to be inspected, the inspection area of the sample to be inspected can be designated as a random print unit, and inspection can be performed in a short time Become.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Example 1)
FIG. 1 shows the configuration of an SEM visual inspection apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The SEM visual inspection apparatus 1 includes an inspection chamber 2 in which the chamber is evacuated, and a spare chamber (not shown in the present embodiment) for transporting the sample 9 to be inspected into the inspection chamber 2. The spare room is configured to be evacuated independently of the examination room 2. Further, the SEM type visual inspection apparatus 1 includes a control unit 6 and an image processing unit 5 in addition to the inspection room 2 and the spare room.
[0026]
The inspection chamber 2 is roughly divided into an electron optical system 3, a secondary electron detection unit 7, a sample chamber 8, and an optical microscope unit 4. The electron optical system 3 includes an electron gun 10, an electron beam extraction electrode 11, a condenser lens 12, a blanking deflector 13, a scanning deflector 15, an aperture 14, an objective lens 16, a reflecting plate 17, and an ExB deflector 18. ing. Of the secondary electron detector 7, a secondary electron detector 20 is disposed above the objective lens 16 in the examination room 2. The output signal of the secondary electron detector 20 is amplified by a preamplifier 21 installed outside the examination room 2 and converted into digital data by the AD converter 22. The sample chamber 8 includes a sample stage 30, an X stage 31, a Y stage 32, a rotary stage 33, a position monitor length measuring device 34, and an inspected sample height measuring device 35. The optical microscope section 4 is installed in the vicinity of the electron optical system 3 in the room of the examination room 2 and at a position far away from each other so as not to affect each other, and the distance between the electron optical system 3 and the optical microscope section 4 Is known. Then, the X stage 31 or the Y stage 32 reciprocates a known distance between the electron optical system 3 and the optical microscope unit 4.
[0027]
The optical microscope unit 4 includes a light source 40, an optical lens 41, and a CCD camera. The image processing unit 5 includes a first image storage unit 46, a second image storage unit 47, a calculation unit 48, and a defect determination unit 49. The captured electron beam image or optical image is displayed on the monitor 50. Operation commands and operation conditions of each part of the apparatus are input / output from the control unit 6. In the control unit 6, conditions such as the acceleration voltage at the time of electron beam generation, the electron beam deflection width, the deflection speed, the signal acquisition timing of the secondary electron detector, the sample stage moving speed, etc. are arbitrarily or arbitrarily selected according to the purpose. It is input so that it can be set. The control unit 6 uses the correction control circuit 43 to monitor the position and height deviation from the signals from the position monitor length measuring device 34 and the sample height measuring device 35, and generates a correction signal from the result. Then, a correction signal is sent to the objective lens power supply 45 and the scanning deflector 44 so that the electron beam is always irradiated to the correct position.
[0028]
In order to obtain an image of the sample 9 to be inspected, the electron beam 19 narrowed down is irradiated to the sample 9 to be inspected, and secondary electrons 51 are generated, which are scanned by the electron beam 19 and the stages 31 and 32. By detecting in synchronization with the movement, an image of the surface of the sample 9 to be inspected is obtained.
[0029]
As described in the subject of the present invention, one object of the present invention is to provide an automatic inspection apparatus having a high inspection speed. Therefore, unlike an ordinary SEM, an electron beam having an electron beam current of the pA order is scanned at a low speed, and multiple scans and superposition of each image are not performed. Further, in order to suppress charging of the insulating material, it is necessary to scan the electron beam once or several times at a high speed. In this embodiment, therefore, an image is formed by scanning only a large current electron beam of, for example, 100 nA, which is about 100 times or more that of a normal SEM, only once. The scan width was 100 μm, one pixel was 0.1 μm, and one scan was performed in 10 μs.
[0030]
The electron gun 10 uses a diffusion supply type thermal field emission electron source. By using this electron gun 10, a stable electron beam current can be ensured as compared with a conventional tungsten (W) filament electron source or a cold field emission electron source. An image is obtained. Further, since the electron beam current can be set large by the electron gun 10, high-speed inspection as described later can be realized. The electron beam 19 is extracted from the electron gun 10 by applying a voltage between the electron gun 10 and the extraction electrode 11. The electron beam 19 is accelerated by applying a high negative potential to the electron gun 10. As a result, the electron beam 19 travels in the direction of the sample stage 30 with energy corresponding to the potential, is converged by the condenser lens 12, and is further narrowed down by the objective lens 16 to be XY stages 31, 32 on the sample stage 30. The sample 9 to be inspected (a sample having a fine circuit pattern such as a semiconductor wafer, a chip or a liquid crystal, a mask) mounted on the substrate is irradiated.
[0031]
The blanking deflector 13 is connected to a signal generator 44 for generating a scanning signal and a blanking signal, and the condenser lens 12 and the objective lens 16 are connected to a lens power source 45, respectively. A negative voltage can be applied to the sample 9 to be inspected by a high voltage power source 36. By adjusting the voltage of the high voltage power source 36, the primary electron beam is decelerated, and the electron beam irradiation energy to the sample 9 to be inspected can be adjusted to an optimum value without changing the potential of the electron gun 10.
[0032]
Secondary electrons 51 generated by irradiating the specimen 9 with the electron beam 19 are accelerated by a negative voltage applied to the specimen 9. An ExB deflector 18 is disposed above the sample 9 to be inspected, and the secondary electrons 51 accelerated thereby are deflected in a predetermined direction. The amount of deflection can be adjusted by the voltage applied to the ExB deflector 18 and the strength of the magnetic field. The electromagnetic field can be varied in conjunction with a negative voltage applied to the sample. The secondary electrons 51 deflected by the ExB deflector 18 collide with the reflecting plate 17 under a predetermined condition. The reflecting plate 17 has a conical shape integrally with a shield pipe of a deflector of an electron beam (hereinafter referred to as a primary electron beam) irradiated on a sample. When the accelerated secondary electrons 51 collide with the reflecting plate 17, second reflecting electrons 52 having energy of several V to 50 eV are generated from the reflecting plate 17.
[0033]
The secondary electron detector 7 has a secondary electron detector 20 inside the evacuated inspection chamber 2, and a preamplifier 21, an AD converter 22, an optical conversion means 23, a transmission means 24 outside the inspection room 2, It comprises an electric conversion means 25, a high voltage power supply 26, a preamplifier drive power supply 27, an AD converter drive power supply 28, and a reverse bias power supply 29. As already described, the secondary electron detector 20 of the secondary electron detector 7 is disposed above the objective lens 16 in the examination room 2. The secondary electron detector 20, the preamplifier 21, the AD converter 22, the optical conversion means 23, the preamplifier drive power supply 27, and the AD converter drive power supply 28 are floated to a positive potential by the high voltage power supply 26. The second secondary electrons 52 generated by colliding with the reflecting plate 17 are guided to the detector 20 by this attractive electric field. The secondary electron detector 20 includes second secondary electrons 52 generated when the secondary electrons 51 generated while the electron beam 19 is irradiated on the sample 9 to be inspected are then accelerated and collide with the reflector 17. Is detected in conjunction with the scanning timing of the electron beam 19.
[0034]
The output signal of the secondary electron detector 20 is amplified by a preamplifier 21 installed outside the examination room 2 and converted into digital data by the AD converter 22. The AD converter 22 is configured to immediately convert an analog signal detected by the semiconductor detector 20 into a digital signal after being amplified by the preamplifier 21 and transmit the digital signal to the image processing unit 5. Since the detected analog signal is digitized and transmitted immediately after detection, a signal having a higher speed and a higher SN ratio can be obtained.
[0035]
A specimen 9 to be inspected is mounted on the XY stages 31 and 32, and the X-Y stages 31 and 32 are stationary when the inspection is performed, and the electron beam 19 is scanned two-dimensionally. A method of scanning the electron beam 19 in a straight line in the X direction by continuously moving the Y stages 31 and 32 in the Y direction at a constant speed can be selected. When inspecting a specific relatively small area, the former stage is inspected with the stationary stage, and when inspecting a relatively large area, the stage is continuously moved at a constant speed and inspected. It is. When the electron beam 19 needs to be blanked, it can be controlled so that the electron beam 19 is deflected by the blanking deflector 13 so that the electron beam does not pass through the diaphragm 14.
[0036]
As the position monitor length measuring device 34, a length measuring device based on laser interference is used in this embodiment. The positions of the X stage 31 and the Y stage 32 can be monitored in real time and transferred to the control unit 6. Similarly, data such as the number of rotations of the motors of the X stage 31, the Y stage 32, and the rotary stage 33 is also transferred from each driver to the control unit 6, and the control unit 6 receives these data. It is possible to accurately grasp the area and position where the electron beam 19 is irradiated based on the correction, and the correction control circuit 43 corrects the displacement of the irradiation position of the electron beam 19 in real time as necessary. It has become. In addition, the region irradiated with the electron beam can be stored for each sample to be inspected.
[0037]
The optical height measuring device 35 uses an optical measuring device that is a measuring method other than an electron beam, such as a laser interference measuring device or a reflected light measuring device that measures changes at the position of reflected light. The height of the sample 9 to be inspected mounted on the Y stage 31 and 32 is measured in real time. In this embodiment, the inspected sample 9 is irradiated with the elongated white light that has passed through the slit through the transparent window, the position of the reflected light is detected by the position detection monitor, and the amount of change in height is calculated from the change in position. The calculation method was used. Based on the measurement data of the optical height measuring device 35, the focal length of the objective lens 16 for narrowing down the electron beam 19 is dynamically corrected, and the electron beam 19 always focused on the non-inspection area can be irradiated. It is like that. In addition, the warpage and height distortion of the specimen 9 to be inspected are measured in advance before electron beam irradiation, and it is possible to configure the correction conditions for each inspection area of the objective lens 16 based on the data. It is.
[0038]
The image processing unit 5 includes a first image storage unit 46, a second image storage unit 47, a calculation unit 48, a defect determination unit 49, and a monitor 50. The image signal of the sample 9 to be inspected detected by the secondary electron detector 20 is amplified by a preamplifier 21, digitized by an AD converter 22, converted into an optical signal by an optical converter 23, and an optical fiber 24. And converted into an electric signal again by the electric converter 25 and stored in the first image storage unit 46 or the second storage unit 47. The arithmetic unit 48 performs alignment of the stored image signal with the image signal of the other storage unit, normalization of the signal level, various image processing for removing the noise signal, and compares both image signals. Calculate. The defect determination unit 49 compares the absolute value of the difference image signal calculated by the calculation unit 48 with a predetermined threshold value. If the difference image signal level is larger than the predetermined threshold value, the defect determination unit 49 determines that the pixel is defective. The candidate is determined, and the position, the number of defects, and the like are displayed on the monitor 50.
[0039]
So far, the overall configuration of the SEM type visual inspection apparatus 1 has been described.
When actually inspecting, the area to be compared and inspected is determined in advance. However, the exposure accuracy of the exposure equipment that repeatedly prints figures on the sample, deformation due to heat treatment during the production of the sample, and transport of the appearance inspection device For accuracy, it is necessary to perform an operation called alignment for recognizing the position of the repeated figure on the sample and re-determining the inspection area.
[0040]
Next, the alignment operation in the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram showing an alignment coordinate system. In the present invention, in order to accurately recognize the printed figure on the sample, the alignment coordinate system of the apparatus is managed by a stage coordinate system 100, a wafer coordinate system 101, and a shot coordinate system 102 as shown in FIG.
[0041]
  The stage coordinate system 100 is a coordinate system indicating the position of the sample stage. The wafer coordinate system 101 indicates the position on the inspection sample 9 in the array 103 of printing units. Further, the position on the sample 9 to be inspected is the center of the deflection visual field where the electron beam 19 irradiates the sample 9 to be examined without being deflected by the scanning deflector 15. The printing unit 104 has one or more dies 106 as structural units therein.2Shows the case where there are three dies 106. In the printing unit 104, at least one alignment graphic 105 exists. In the actual alignment operation, first, two alignment figures 105 of the printing unit 104 are selected from the sample 9 to be inspected, and the optical microscope unit 4 having a wide detection field of view is used. First, using the reference arrangement position set in advance, the specimen 9 is moved to the alignment figure 105 position of the first printing unit so as to be the center of the visual field of the optical microscope section 4, and the deviation amount is obtained by image processing. taking measurement. NextOn the secondThe same measurement is performed on the alignment graphic 105 of the second printing unit. The rotation 110 and offset of the printing unit array can be calculated from the first and second deviation amounts.
[0042]
  Subsequently, the alignment figure 105 of three or more printing units 104 that are not on a straight line is selected, and the alignment figure 105 is detected using the image by the electron beam 19.Coordinate axesMeasure the deviation amount,From deviations of 3 or more pointsRotation 110, offset, and expansion / contraction amount 122 of the printing unit array shown in FIGS.andStraightness 130CalculationAnd thatCalculationBy statistically calculating the resultsEach on the sample to be inspectedPrinting unitAbout the amount of expansion, contraction and rotation on the XY coordinateArrangement error is calculated and the inspection position for each printing unit is corrected. Figure 3On XY coordinatesRotate printing unit array110FIG. 4 shows the expansion and contraction of the printing unit array.That is, the reference array 120 of print units, the enlarged print unit array 121, the expansion / contraction amount 122 of the print unit array, andFIG.On XY coordinatesStraightness of print unit array130FIG.
[0043]
As a result, even if the exposure accuracy of the exposure apparatus that repeatedly prints the figure on the sample 9 to be inspected or deformation due to heat treatment during the production of the sample, the inspection position can be accurately recognized and inspected.
[0044]
(Example 2)
  As a second embodiment of the present invention, using the alignment function of the first embodiment, the expansion / contraction amount and rotation of a printing unit determined in advance.andA reference sample having a reference value for the straightness is measured, the result of measurement of the reference sample and the amount of displacement are obtained from the reference value, and the defect detection position of the separately inspected sample is set in the coordinate system of the reference sample.By correcting by the amount of displacementAlso memorize or output.
  Thereby, it becomes possible to match the coordinate position of the detected defect among a plurality of apparatuses.
[0045]
【The invention's effect】
A typical effect obtained by the present invention will be briefly described below.
The fact that an accurate inspection position can be obtained according to the present invention enables comparison of distant print units in a sample to be inspected. For example, in the inspection of a semiconductor, a process of creating defects by the defect distribution of the entire sample to be inspected. Since it can be estimated, according to the present invention, the inspection area of the sample to be inspected can be designated as a random printing unit, and the inspection can be performed in a short time.
[0046]
In addition, according to the present invention, it is possible to accurately create a database of defect detection positions between a plurality of devices, which is effective for analysis of the cause of the defect, and inspecting defects on the same sample with other inspection and analysis devices, It is also possible to reduce the time for detecting the same defect when analyzing.
[0047]
In addition, according to the present invention, it is possible to correct the displacement caused by the apparatus depending on the position of the sample to be inspected, such as deflection distortion generated in the outer periphery of the sample to be inspected, and the outer periphery of the sample to be inspected can be inspected. The area can be expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a device configuration of an SEM visual inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an alignment coordinate system in the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing rotation of a printing unit array in the embodiment of FIG.
4 is a diagram showing expansion and contraction of a printing unit array in the embodiment of FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the degree of orthogonality of the print unit array in the embodiment of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 ... SEM visual inspection equipment
2 ... Inspection room
3 ... Electronic optical system
4 ... Optical microscope
5 Image processing unit
6 ... Control unit
7 ... Secondary electron detector
8 ... Sample chamber
9 ... Inspected sample
10 ... electron gun
11 ... Extraction electrode
12… Condenser lens
13 ... Blanking deflector
14 ... Aperture
15 ... Scanning deflector
16 ... Objective lens
17 ... Reflector
18 ... ExB deflector
19 ... electron beam
20 ... Secondary electron detector
21 ... Preamplifier
22 AD converter
23 ... Light conversion means
24: Optical transmission means
25 ... Electric conversion means
26 ... High voltage power supply
27… Preamplifier drive power supply
28… AD converter drive power supply
29… Reverse bias power supply
30 ... Sample stage
31 ... X stage
32 ... Y stage
33 ... Rotation stage
34… Position monitor length measuring device
35 ... Inspected sample height measuring instrument
36 ... retarding power supply
40 ... White light source
41 ... Optical lens
42 ... CCD camera
43 ... Correction control circuit
44 ... Scanning signal generator
45 ... Lens power supply
46… First memory
47 ... Second memory part
48 ... Calculation unit
49 ... Defect judgment section
50 ... Monitor
51 ... Secondary electrons
52… Secondary secondary electrons
100 ... Stage coordinate system
101 ... Wafer coordinate system
102 ... Shot coordinate system
103 ... Print unit array
104 ... printing unit
105… Alignment figure
106 ... Die
110… Rotation of printing unit array
120 ... Print unit reference array
121… Enlarged print unit array
122 ... Expansion / contraction amount of printing unit array
130: Straightness of print unit array

Claims (2)

一次電子線を発生させる電子源と、該一次電子線を集束するレンズ手段と、試料を載置する試料台と、該試料台を含む試料室に前記試料を搬送する搬送手段と、上記集束した一次電子線を前記試料上で走査させる一次電子線走査手段と、該試料から二次的に発生する二次荷電粒子を検出する手段と、該検出器からの信号に基づいて該試料上の第1の領域の画像信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された当該領域の画像を、該試料上の他の同一の試料パターンが形成された第2の領域の画像と比較する手段と、比較結果から試料パターン上の欠陥を判別する手段を有し、同一の繰り返し図形が印刷されている試料を検査するSEM式外観検査装置において、
前記試料上の画像を検出し欠陥検出する以前に、前記試料上に、直線上に無い3点以上の印刷単位のアライメント図形を選択する手段、一次電子線を前記試料上に照射して得られる画像を使用して、アライメント図形を検出する手段、検出されたアライメント図形から前記試料のX−Y座標上のずれ量を求め印刷単位の伸縮量、回転、および直行度の測定を行い、前記伸縮量、回転および直行度についての算出の結果を統計計算する事により各印刷単位の配列誤差を演算する手段、印刷単位について配列誤差からあらかじめ指定された欠陥検査位置を補正する手段、ステージ及び、電子線を偏向する位置を制御する手段を有することを特徴とする電子線式外観検査装置。
An electron source that generates a primary electron beam, a lens unit that focuses the primary electron beam, a sample stage on which a sample is placed, a transport unit that transports the sample to a sample chamber including the sample stage, and the focused A primary electron beam scanning means for scanning the sample with a primary electron beam; means for detecting secondary charged particles generated secondarily from the sample; and a first electron beam scanning means on the sample based on a signal from the detector. Storage means for storing an image signal of one area, and means for comparing an image of the area stored in the storage means with an image of a second area on which another same sample pattern is formed on the sample In the SEM type visual inspection apparatus that has a means for discriminating defects on the sample pattern from the comparison result and inspects the sample on which the same repeated graphic is printed,
Prior to detecting an image on the sample and detecting defects, means for selecting an alignment figure of three or more printing units not on a straight line on the sample, obtained by irradiating the sample with a primary electron beam Means for detecting an alignment figure using an image, obtaining a displacement amount on the XY coordinate of the sample from the detected alignment figure, measuring an expansion amount, rotation, and straightness of a printing unit, and Means for calculating the arrangement error of each printing unit by statistically calculating the calculation results for the quantity, rotation and straightness, means for correcting the defect inspection position designated in advance from the arrangement error for the printing unit, stage, and electronic An electron beam type visual inspection apparatus comprising means for controlling a position for deflecting a line.
請求項1記載の検査装置において、予め決められた印刷単位の伸縮量、回転および直行度の基準値を有する基準試料を測定可能とし、該基準試料を測定した結果と該基準値から印刷精度あるいは熱処理の課題での試料の伸縮によるその変位量を求め、別に検査される試料の欠陥検出位置を前記変位量で補正することによって基準試料の座標系にあわせて記憶または、出力することを特徴とする電子線式外観検査装置。  The inspection apparatus according to claim 1, wherein a reference sample having a predetermined reference value for the amount of expansion / contraction, rotation, and straightness of a printing unit can be measured, and the printing accuracy or the reference value is obtained from the measurement result of the reference sample and the reference value. The amount of displacement due to the expansion and contraction of the sample in the heat treatment problem is obtained, and the defect detection position of a sample to be separately inspected is corrected by the displacement amount, and stored or output in accordance with the coordinate system of the reference sample. Electron beam type visual inspection equipment.
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