JP2000067797A - Pattern inspection device and its manufacture - Google Patents

Pattern inspection device and its manufacture

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JP2000067797A JP10238812A JP23881298A JP2000067797A JP 2000067797 A JP2000067797 A JP 2000067797A JP 10238812 A JP10238812 A JP 10238812A JP 23881298 A JP23881298 A JP 23881298A JP 2000067797 A JP2000067797 A JP 2000067797A
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Chie Shishido
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淳三 東
Hiroyuki Shinada
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a high speed inspection by deciding inspection parameters so that inspection sensitivity with a plurality of inspection optical systems becomes a similar level, based on image quality evaluation results. SOLUTION: When an image is evaluated, an image signal 9 of an evaluation sample or an inspection objective sample is inputted, evaluated with an image evaluation part 33, and an image quality evaluation result is sent to a whole control part 12. The whole control part 12 synthetically evaluates the results of the evaluation similarly conducted in each microscope part, and based on the evaluation results, a processing pattern in each microscope part is decided. An image obtained is inspected, defective information is compared, and fine adjustment of a parameter is conducted. If many small defectives are outputted to the microscope part which is decided that inspection sensitivity is high, an input filter or a threshold value is changed to reduce sensitivity. When many pieces of defective information are outputted to the results of the microscope part where is previously evaluated so that noise is much, the threshold value is raised. As a result of fine adjustment, if the inspection sensitivity in all the microscope part becomes a similar level, inspection is conducted in that condition.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線または光な
どを用いて半導体ウェハ、TFT、ホトマスクなどの対
象物の物理的性質を現した画像を得、その画像を用いて
対象物の欠陥を検査するパターン検査装置およびその方
法に係り、特に、複数の検出光学系によって検査を高速
に行うようにしたパターン検査技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention obtains an image showing the physical properties of an object, such as a semiconductor wafer, a TFT, or a photomask, using an electron beam or light, and uses the image to detect defects in the object. The present invention relates to a pattern inspection apparatus and method for inspecting, and more particularly, to a pattern inspection technique in which inspection is performed at high speed by a plurality of detection optical systems.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、試料表面に形成されたパターン
の検査においては、光学式顕微鏡あるいは電子顕微鏡な
どを応用して、パターンの画像を検出し、これらの画像
を処理することにより、その表面の欠陥を検出する方法
が用いられている。
2. Description of the Related Art Generally, in inspecting a pattern formed on a sample surface, an image of the pattern is detected by applying an optical microscope or an electron microscope, and these images are processed to obtain an image of the surface. A method for detecting a defect is used.

【0003】今日の半導体集積回路装置の高集積化に伴
い、半導体ウェハ上に形成される回路パターンは急速に
微細化している。このため、回路パターンの検査手段と
して、従来から用いられている光学式の検査装置に加
え、原理的に分解能が高く、また電気的な性質の違いを
画像として得ることができることから、走査型電子顕微
鏡(以下、SEMと称する)を用いる必要性が高まって
きている。
With today's high integration of semiconductor integrated circuit devices, circuit patterns formed on semiconductor wafers are rapidly becoming finer. For this reason, in addition to an optical inspection device conventionally used as a circuit pattern inspection device, a scanning type electronic device can be obtained because it has a high resolution in principle and a difference in electrical properties can be obtained as an image. The necessity of using a microscope (hereinafter, referred to as SEM) is increasing.

【0004】これに関連する技術としては、例えば、特
開平5−258703号公報には、エックス線マスクや
これと同等の導電性基板に形成されたパターンを、SE
Mを使用して検査する方法とそのシステムが開示されて
いる。
As a technique related to this, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-258703 discloses an X-ray mask or a pattern formed on a conductive substrate equivalent to the X-ray mask.
An inspection method and system using M are disclosed.

【0005】また、特開昭59−160948号公報に
は、電子線を一方向に走査し、半導体ウェハを設置した
ステージをこれとは垂直な方向に連続的に移動させて、
SEM像を生成し、これを用いて高速に回路パターンの
検査を行う手法が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-160948 discloses that an electron beam is scanned in one direction and a stage on which a semiconductor wafer is placed is continuously moved in a direction perpendicular to the direction.
There has been disclosed a method of generating an SEM image and using it to inspect a circuit pattern at high speed.

【0006】さらに、特開昭63−218803号公報
には、像取得時の半導体ウェハへの電子線照射時間を精
密に制御して、半導体ウェハのチャージアップや階調ド
リフトが像質に与える影響を低減し、検査に用いるSE
M像の信頼性および感度を向上させる手法が開示されて
いる。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-218803 discloses that the time for irradiating a semiconductor wafer with an electron beam at the time of image acquisition is precisely controlled so that the charge-up and gradation drift of the semiconductor wafer affect image quality. SE used for inspection
A method for improving the reliability and sensitivity of an M image is disclosed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】今日の半導体集積回路
装置の製造技術分野においては、上述したような回路パ
ターンの微細化と歩調を合わせて、半導体ウェハの大型
化が進展している。したがって、回路パターンの検査に
は、より高い分解能で、より広い領域を検査することが
要求されている。このためには、検査の高速化が必須で
ある。
In today's field of manufacturing semiconductor integrated circuit devices, the size of semiconductor wafers has been increasing in step with the miniaturization of circuit patterns as described above. Therefore, inspection of a circuit pattern requires inspection of a wider area with higher resolution. For this purpose, it is necessary to speed up the inspection.

【0008】上述したように、特開昭59−16094
8号公報には、電子線走査とステージの連続移動を併用
することにより、SEM像を用いた回路パターン検査を
高速化する手法が開示されている。しかし、このような
高速化手法を講じても、現在半導体集積回路装置の製造
に用いられている8インチウェハの全面検査の所要時間
は、光学式検査装置が数分〜数十分であるのに対し、S
EM式では数十時間を必要としている。今後さらに大型
の12インチウェハが本格的に利用されるようになるこ
とは確実であり、現状の検査速度では対応が非常に困難
になると見込まれる。
As described above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-16094
No. 8 discloses a technique for speeding up a circuit pattern inspection using an SEM image by using both electron beam scanning and continuous movement of a stage. However, even if such a high-speed technique is adopted, the time required for the entire inspection of an 8-inch wafer currently used for manufacturing semiconductor integrated circuit devices is several minutes to several tens of minutes for an optical inspection device. For S
The EM method requires several tens of hours. It is certain that larger 12-inch wafers will be used in earnest in the future, and it is expected that it will be very difficult to cope with the current inspection speed.

【0009】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、被非検査物の表面を複数の検
査領域に分割し、これらを複数の検出光学系を用いて同
時に検査することで、検査の高速化を図ることにある。
The present invention has been made in view of the above points,
The object is to speed up the inspection by dividing the surface of the object to be inspected into a plurality of inspection regions and simultaneously inspecting them using a plurality of detection optical systems.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明では、上記した目
的を達成するため、複数の電子光学系および画像処理系
を利用する。検査領域を複数に分け、それぞれの領域毎
に電子光学系を配置し、これらから同時にSEM像を生
成して、処理すれば、電子光学系の数に応じて検査時間
の短縮が可能となることは、容易に想像できる。しか
し、複数の電子光学系を用いる場合には、単独の電子光
学系を用いる場合にはなかった新たな問題が発生するた
め、実際にはこれを解決しなければ、複数の電子線を利
用してもその利点を活かすことができない。この問題と
は、使用する複数の検出光学系の特性の違いにより生じ
る検査感度のばらつきである。特に、SEM式の検査装
置においては、主に電子銃の特性によって、分解能など
の検出画像の特性が決まるが、画像を用いた検査装置に
おいては、この像質の良否によって検査性能が左右され
る。したがって、複数の電子光学系を用いた検査装置の
実現のためには、これら複数の検出光学系の特性を揃え
る必要がある。しかし、完全に特性の揃った電子源や検
出器を製作することは困難であり、また、これらの性能
は各々の光軸調整などによっても変化するため、複数の
電子光学系の特性を同程度に保つことは困難となる。製
作後の選別などにより、ある程度特性の揃ったものを使
用したとしても、電子源は消耗品であり、交換時にはま
た特性の異なるものを使用することとなる。
According to the present invention, a plurality of electron optical systems and image processing systems are used to achieve the above-mentioned object. If the inspection area is divided into a plurality of parts and the electron optical system is arranged for each area, and SEM images are generated and processed at the same time, the inspection time can be reduced according to the number of electron optical systems. Can easily be imagined. However, when a plurality of electron optical systems are used, a new problem occurs which is not caused when a single electron optical system is used. However, they cannot take advantage of that. This problem is a variation in inspection sensitivity caused by a difference in characteristics of a plurality of detection optical systems used. In particular, in the SEM type inspection apparatus, the characteristics of the detected image such as resolution are mainly determined by the characteristics of the electron gun. However, in the inspection apparatus using images, the inspection performance is affected by the quality of the image quality. . Therefore, in order to realize an inspection apparatus using a plurality of electron optical systems, it is necessary to make the characteristics of the plurality of detection optical systems uniform. However, it is difficult to manufacture electron sources and detectors with completely uniform characteristics, and since the performance of these varies depending on the adjustment of the optical axis, etc., the characteristics of multiple electron optical systems are comparable. It will be difficult to keep. Even if an electron source having a certain degree of characteristics is used by sorting after manufacturing, etc., the electron source is a consumable item, and another one having different characteristics will be used at the time of replacement.

【0011】本発明では、この複数の電子光学系間の感
度ばらつきの問題を、画像処理パラメータの調整や、検
査結果のフィルタリング処理によって、抑えることによ
り解決する。
The present invention solves the problem of sensitivity variation among a plurality of electron optical systems by adjusting image processing parameters and filtering inspection results.

【0012】また、このような検出光学系の特性差によ
って性能のばらつきを生じるのは、電子光学系の場合に
限らない。光学式の検査装置においても、検出レンズ歪
みなどの違いにより、欠陥検出性能にばらつきを生じ
る。このため、同様に複数の検出光学系を導入した検査
装置を構成する場合には、本発明により感度ばらつきを
抑制することができるが、本発明は、分解能が高く、画
像生成に時間がかかる、SEM式の装置において特に大
きな効果をもたらす。
Further, the performance variation due to such a difference in the characteristics of the detection optical system is not limited to the case of the electron optical system. Even in an optical inspection apparatus, the defect detection performance varies due to a difference in detection lens distortion or the like. For this reason, in the case of configuring an inspection apparatus in which a plurality of detection optical systems are similarly introduced, sensitivity variations can be suppressed by the present invention. However, the present invention has high resolution and takes time to generate an image. This has a particularly great effect in an SEM type device.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図1は、本発明の1実施形態に係
る検査装置の全体概略構成図で、本実施形態は、検出光
学系をN組持つSEM式の自動検査装置となっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of an inspection apparatus according to one embodiment of the present invention. This embodiment is an SEM type automatic inspection apparatus having N sets of detection optical systems.

【0014】図1において、1はSEM部で、このSE
M部1は、電界放出型電子源を含む電子発生装置2と、
静電偏向系を含む走査装置3と、静電レンズ系を含む収
束装置4と、半導体検出器を含む検出装置5とから構成
される。SEM部1は、N組(図1の例ではN=2)備
えられており、その各々より収束された電子線6が試料
7に照射される。試料7は連続移動可能なステージ8上
に保持されており、電子線6の走査とステージ8の移動
との組み合わせにより、試料7表面の2次電子画像を得
ることができる。ステージ8は試料7を平面内で移動さ
せることができる。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an SEM unit,
The M unit 1 includes an electron generator 2 including a field emission type electron source,
It comprises a scanning device 3 including an electrostatic deflection system, a converging device 4 including an electrostatic lens system, and a detection device 5 including a semiconductor detector. The SEM unit 1 includes N sets (N = 2 in the example of FIG. 1), and the sample 7 is irradiated with the electron beam 6 converged from each of them. The sample 7 is held on a continuously movable stage 8, and a secondary electron image of the surface of the sample 7 can be obtained by a combination of scanning of the electron beam 6 and movement of the stage 8. The stage 8 can move the sample 7 in a plane.

【0015】得られた2次電子画像信号9は、A/D変
換器10によりディジタル信号に変換された後、画像処
理部11へ入力される。画像処理部11は、SEM部1
により取得した2次電子画像を処理することにより、欠
陥検出および像質の評価を行う機能を有している。この
画像処理部11は、SEM部1と同じN組備えられてお
り、それぞれのSEM部から入力される2次電子画像を
同時に処理する機能を有している。
The obtained secondary electronic image signal 9 is converted into a digital signal by an A / D converter 10 and then input to an image processing unit 11. The image processing unit 11 includes the SEM unit 1
Has the function of detecting a defect and evaluating the image quality by processing the secondary electronic image acquired by the method. The image processing unit 11 includes the same N sets as the SEM unit 1 and has a function of simultaneously processing secondary electronic images input from the respective SEM units.

【0016】N組のSEM部1および画像処理部11に
より得られた画像処理結果は、全体制御部12へと入力
される。全体制御部12は、ステージ制御装置13、走
査制御装置14および焦点制御装置15を統括制御して
おり、これらを用いて最適な条件で2次電子画像を入力
する機能を有している。また、本自動検査装置は、全体
制御部12に接続されて、ユーザからの指示を受けるた
めの入力装置16、装置の状態や検査結果などを表示す
る表示手段17および記憶装置18を備えている。全体
制御部12は、各部を制御して2次電子画像入力を行う
他に、N組のSEM部1および画像処理部11から得ら
れる欠陥検出結果あるいは像質評価結果を用いて、得ら
れる検査性能あるいはレビュー時の画像の質が、各々の
SEM部1により異なることのないように調整する機能
を備えている。この調整機能の詳細については後述す
る。
The image processing results obtained by the N sets of the SEM unit 1 and the image processing unit 11 are input to the overall control unit 12. The overall control unit 12 has overall control of the stage control device 13, the scanning control device 14, and the focus control device 15, and has a function of using these to input a secondary electronic image under optimal conditions. Further, the present automatic inspection apparatus is provided with an input device 16 for receiving an instruction from a user, a display means 17 for displaying a state of the apparatus and an inspection result, and a storage device 18 connected to the overall control unit 12. . The overall control unit 12 controls each unit to input a secondary electron image, and also performs an inspection obtained by using a defect detection result or an image quality evaluation result obtained from the N sets of the SEM unit 1 and the image processing unit 11. A function is provided for adjusting the performance or the quality of the image at the time of review so that it does not differ between the SEM units 1. Details of this adjustment function will be described later.

【0017】次に、本実施形態による画像取得方法の1
例について、図2および図3を用いて説明する。
Next, one of the image acquisition methods according to the present embodiment will be described.
An example will be described with reference to FIGS.

【0018】図2は、図1の装置構成の一部を拡大し、
3次元で表示したものであるが、ここではSEM部1の
数が、N=4の場合の配置例を示している。図2に示す
ように、試料7はステージ8上に保持されており、ステ
ージ8は直交する2軸の方向への移動が可能である。こ
のステージ8の移動と電子線6の走査の組み合わせによ
り、高速な画像入力を実現する。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the apparatus configuration of FIG.
Although three-dimensionally displayed, here, an arrangement example in which the number of SEM units 1 is N = 4 is shown. As shown in FIG. 2, the sample 7 is held on a stage 8, and the stage 8 can move in two orthogonal axes directions. A high-speed image input is realized by a combination of the movement of the stage 8 and the scanning of the electron beam 6.

【0019】検査時は電子線6は一方向に走査される。
この電子線の走査方向と垂直な移動方向を連続移動方
向、電子線6の走査方向と平行な移動方向を送り方向と
称する。また、これに対応してステージ8を連続移動ス
テージ20と送りステージ21とに分ける。ステージ8
の移動はステージ制御装置13により制御され、ステー
ジの移動量は図1に示した測長器19により検出され、
そのステージ移動量に応じて電子線の位置を制御し、ス
テージの速度変動に対応した電子線走査が可能である。
検査時は、連続移動ステージ20により連続移動方向に
移動して、各SEM部に割り当てられた検査領域の端ま
で画像を取得し、次に走査幅に対応する分だけ送りステ
ージ21を送り、折り返し連続移動を行い、先ほどの隣
の走査幅の範囲内の画像を取得していく。以後、このS
EM部をSi(i=1,2,……,N)として説明す
る。
At the time of inspection, the electron beam 6 is scanned in one direction.
The moving direction perpendicular to the scanning direction of the electron beam is referred to as a continuous moving direction, and the moving direction parallel to the scanning direction of the electron beam 6 is referred to as a feed direction. In addition, the stage 8 is correspondingly divided into a continuous moving stage 20 and a feed stage 21. Stage 8
Is controlled by the stage control device 13, and the amount of movement of the stage is detected by the length measuring device 19 shown in FIG.
By controlling the position of the electron beam according to the amount of movement of the stage, it is possible to perform electron beam scanning corresponding to the speed fluctuation of the stage.
At the time of inspection, the image is moved in the continuous movement direction by the continuous movement stage 20 to acquire an image up to the end of the inspection area allocated to each SEM unit, and then the feed stage 21 is sent by an amount corresponding to the scanning width, and is turned back. Continuous movement is performed, and an image within the range of the adjacent scanning width is acquired. Hereafter, this S
The EM part is described as Si (i = 1, 2,..., N).

【0020】図3は、試料7のウェハ上面から見たSE
M部の配置の1例と、各々のSEM部の検査領域を示し
ている。図3に示すように、これら4組のSEM部は、
D/2の間隔で並べられている(Dはウェハ直径、図3
中のD’は直径Dからウェハのオリフラ分を差し引いた
ものであるが、ノッチの場合はDで良い。簡単のためこ
こではDで説明する)。
FIG. 3 shows the SE of the sample 7 viewed from the upper surface of the wafer.
An example of the arrangement of the M section and an inspection area of each SEM section are shown. As shown in FIG. 3, these four sets of SEM parts
(D is the wafer diameter, FIG. 3
D ′ in the figure is a value obtained by subtracting the orientation flat of the wafer from the diameter D. In the case of a notch, D may be used. For simplicity, it will be described here as D).

【0021】図3のように各SEM部1を配置すれば、
各SEM部1による検査領域は、単一のSEM部を用い
て検査を行う場合の4分の1になり、ステージに必要な
ストロークは2分の1となる。各々のSEM部1は対応
する画像処理部11を持ち、4組のSEM部により得ら
れる画像信号9は同時に処理されるため、検査に必要な
時間は単一のSEM部1および画像処理部11を用いる
場合の4分の1となり、検査の高速化が実現できる。
If each SEM unit 1 is arranged as shown in FIG.
The inspection area by each SEM unit 1 is one quarter of the inspection performed by using a single SEM unit, and the stroke required for the stage is one half. Each SEM unit 1 has a corresponding image processing unit 11 and the image signals 9 obtained by the four sets of SEM units are processed simultaneously, so that the time required for the inspection is reduced by a single SEM unit 1 and image processing unit 11 Is one-fourth that of the case of using, and the inspection can be speeded up.

【0022】同様に、N組の検出光学系および画像処理
系を用いれば、検査に必要な時間を約N分の1に低減す
ることが可能となる。以後、この検査領域をSEM部に
対応させて、Ri(i=1,2,……,N)として説明
する。ここで、図1および図2では、各検出光学系に1
つずつ画像処理部が配置されているが、画像検出の速度
に対して十分に早い処理が可能であれば、画像処理部は
必ずしも1つずつは必要ない。
Similarly, if the N sets of detection optical systems and image processing systems are used, the time required for inspection can be reduced to about N times. Hereinafter, the inspection region will be described as Ri (i = 1, 2,..., N) in correspondence with the SEM unit. Here, in FIG. 1 and FIG.
The image processing units are arranged one by one, but the image processing units are not necessarily one by one if the processing can be performed sufficiently fast with respect to the speed of image detection.

【0023】本発明が解決する課題について、図4を用
いて説明する。図4は、図2、図3と同様に、SEM部
がN=4組の場合の例である。図3に示したように、4
組のSEM部の検査領域が分割されているとき、これら
SEM部の特性が互いに異なると、次のような問題が生
じる。
Problems to be solved by the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an example in which N = 4 sets of SEM units, similarly to FIGS. As shown in FIG.
When the inspection areas of a set of SEM sections are divided and the characteristics of these SEM sections are different from each other, the following problem occurs.

【0024】本発明の自動検査装置のように、検査対象
物の画像を用いて検査を行う場合には、検査性能はその
画像の質に大きく依存する。ここで像質とは、分解能や
歪み、S/Nなどのことであり、それぞれの検出光学系
の特性により違いが生じる。したがって、図2、3に示
したように4組のSEM部を持つ自動検査装置により、
試料表面の領域を分割して検査を行うと、各々のSEM
部の特性のばらつきにより、検査領域毎に検査感度が異
なることとなる。
When an inspection is performed using an image of an inspection object as in the automatic inspection apparatus of the present invention, the inspection performance greatly depends on the quality of the image. Here, the image quality refers to resolution, distortion, S / N, etc., and a difference occurs depending on the characteristics of each detection optical system. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, the automatic inspection apparatus having four sets of SEM units
When the inspection is performed by dividing the sample surface area, each SEM
Due to the variation in the characteristics of the parts, the inspection sensitivity differs for each inspection region.

【0025】図4にその1例を示す。図4の菱形は検出
された欠陥22を示しており、その大きさは欠陥の面積
を示している。各々のSEM部の特性が異なると、図4
に示すように、検出できる欠陥数やサイズも領域毎に異
なってしまう。領域R1では非常に多く、また小さい欠
陥も検出されているのに対し、領域R2では大きな欠陥
のみしか検出されていない。このようになる所以は、存
在する欠陥が検出されない現象や、実際には欠陥が存在
しないのに欠陥として出力される(虚報)といった問題
が生じているためであり、上記したごとく検出光学系の
特性の違いにより生じる。像質と欠陥検出結果との関係
については後述する。このように複数の検出光学系を同
時に用いる場合には、それらの特性の違いを考慮してや
らなければ、安定な検査結果が得られなくなってしまう
のである。
FIG. 4 shows an example. The rhombus in FIG. 4 indicates the detected defect 22, and the size indicates the area of the defect. If the characteristics of each SEM part are different, FIG.
As shown in (1), the number and size of defects that can be detected are different for each region. In the region R1, a very large number of small defects are detected, while in the region R2, only large defects are detected. The reason for this is that there is a problem that an existing defect is not detected or that a defect is output as a defect (false alarm) even though no defect actually exists. It is caused by the difference in characteristics. The relationship between the image quality and the defect detection result will be described later. As described above, when a plurality of detection optical systems are used at the same time, a stable inspection result cannot be obtained unless a difference in their characteristics is taken into consideration.

【0026】次に、画像を用いたパターン検査方法の1
例について簡単に説明し、像質が欠陥検出性能に与える
影響について説明する。半導体装置のウェハ上には、チ
ップあるいはセルといった単位で繰り返し形成されたパ
ターンがあり、これらの繰り返しパターンの実画像を比
較し、その差から欠陥を検出する手法が多く用いられて
いる。
Next, one of the pattern inspection methods using an image is described.
An example will be briefly described, and the effect of image quality on defect detection performance will be described. On a wafer of a semiconductor device, there are patterns repeatedly formed in a unit such as a chip or a cell, and a method of comparing actual images of these repeated patterns and detecting a defect from the difference is often used.

【0027】図5に欠陥検出手法の1例を示す。図5中
のa)、b)に示すような試料7表面の画像を、SEM
部1により取得する。これら2枚の画像は、検査位置に
おける検査部画像23と、その近傍にある同様のパター
ンの画像(比較画像24)である。これらの濃淡画像を
比較し、それらの差から欠陥画像25を取得する。欠陥
画像出力26のうち、しきい値(Th)27を用いて、
出力がしきい値27を超えた部分を欠陥22とする。こ
のようにして、2枚の画像の違いを欠陥として検出する
ことができる。ここで、しきい値27は、欠陥部出力2
8よりも大きい値を設定すると欠陥が検出できず、ノイ
ズ29よりも小さい値を設定すると虚報を発生すること
となる。欠陥部出力28としきい値27の差であるマー
ジン30が大きいほど安定な検査が可能であり、このよ
うなしきい値27を設定してやる必要がある。通常、こ
の検査時のしきい値27は実際に検査を試してみて、操
作者が所望の感度になるよう設定する。
FIG. 5 shows an example of a defect detection method. Images of the surface of the sample 7 as shown in a) and b) in FIG.
Acquired by the unit 1. These two images are an inspection part image 23 at the inspection position and an image of a similar pattern in the vicinity thereof (comparison image 24). These grayscale images are compared, and a defect image 25 is obtained from the difference between them. Using a threshold (Th) 27 in the defect image output 26,
A portion where the output exceeds the threshold value 27 is defined as a defect 22. Thus, the difference between the two images can be detected as a defect. Here, the threshold value 27 is the defect output 2
If a value larger than 8 is set, a defect cannot be detected, and if a value smaller than the noise 29 is set, a false alarm will be generated. The larger the margin 30, which is the difference between the defective portion output 28 and the threshold 27, the more stable the inspection can be made, and it is necessary to set such a threshold 27. Usually, the threshold value 27 at the time of the inspection is set so that the operator has a desired sensitivity after actually performing the inspection.

【0028】しかし、上記のような欠陥画像出力26
は、検出光学系の特性により変化する。検出信号量が少
なく、十分なコントラストの検査画像23が得られなけ
れば、欠陥部出力28を十分に得ることができない。ま
た、検査画像23の分解能が悪ければ、欠陥部出力も鈍
ってしまう。これに対し、S/Nが悪い画像では、ノイ
ズ29のレベルが上がってしまい、しきい値27を大き
く取らざるをえなくなってしまう。また、比較する画像
間で異なる歪みを有する場合には、正常部の異なる場所
を比較してしまうため、正常部であるにもかかわらず、
欠陥画像出力が大きくなってしまう。このため、本発明
の自動検査装置では、各検出光学系毎にその特性に応じ
たしきい値を決定しなければ、図4の例で示したような
領域毎に検査感度が異なる問題が生じてしまうのであ
る。しかし、複数の検出光学系の検査感度をそれぞれ人
手により調整するのは、非常に困難な上、多くの時間を
要する。そこで、本発明ではこれらの検出光学系の特性
を評価し、その評価結果を用いて安定な検査感度を得る
手法を提供する。
However, the defect image output 26 as described above
Varies depending on the characteristics of the detection optical system. Unless the detection signal amount is small and the inspection image 23 with sufficient contrast cannot be obtained, the defect output 28 cannot be sufficiently obtained. Further, if the resolution of the inspection image 23 is low, the output of the defective portion will also be dull. On the other hand, in an image having a poor S / N, the level of the noise 29 is increased, and the threshold 27 must be set to a large value. In addition, if the images to be compared have different distortions, different portions of the normal portion are compared, so that the images are normal,
The output of the defective image becomes large. For this reason, in the automatic inspection apparatus of the present invention, unless a threshold value corresponding to the characteristic is determined for each detection optical system, there arises a problem that the inspection sensitivity differs for each region as shown in the example of FIG. It will be. However, manually adjusting the inspection sensitivity of each of the plurality of detection optical systems is extremely difficult and requires much time. Therefore, the present invention provides a method for evaluating the characteristics of these detection optical systems and obtaining stable inspection sensitivity using the evaluation results.

【0029】以下に、検出光学系の違いにより生じる検
査感度のばらつきを低減する手法について説明する。
A method for reducing the variation in the inspection sensitivity caused by the difference in the detection optical system will be described below.

【0030】検出光学系の違いにより生じる、画像の明
るさおよびノイズの評価方法と、その結果を用いた画像
の補正方法の例について、図6、図7、図8、図9を用
いて説明する。ここでは、簡単のため検出光学系N=2
組の場合について説明するが、検出光学系の数が増えて
も方法は全く同じである。なお、異なる検出光学系間で
同程度の欠陥検出性能を得るためには、検出画像の明る
さは必ずしも同じである必要はないが、目視確認のため
の検査画像の表示などでは、同じパターンは同じ明るさ
で表示されなければ、操作者の混乱を招くこととなるた
め、同じ明るさであることが望ましい。
An example of a method for evaluating the brightness and noise of an image and a method for correcting an image using the results, which are caused by the difference in the detection optical system, will be described with reference to FIGS. 6, 7, 8, and 9. I do. Here, for simplicity, the detection optical system N = 2
Although the case of a pair will be described, the method is exactly the same even if the number of detection optical systems increases. In order to obtain the same level of defect detection performance between different detection optical systems, the brightness of the detected images does not necessarily have to be the same, but the same pattern is not used for displaying an inspection image for visual confirmation. If the display is not performed with the same brightness, the operator may be confused. Therefore, it is desirable that the brightness is the same.

【0031】SEM式の検査装置の場合、検出される画
像の明るさは、試料表面の2次電子放出効率のみではな
く、照射電子線の電流量や検出器の捕捉効率、検出系の
回路のゲインなど、様々な要因により決定される。また
同様に、検出される画像信号9に含まれるノイズの大き
さも、電子源のノイズや伝送系のノイズなどに依存する
ため、加算的なものや乗算的なものなど様々である。
In the case of the SEM type inspection apparatus, the brightness of the detected image depends not only on the secondary electron emission efficiency on the sample surface, but also on the current amount of the irradiated electron beam, the capture efficiency of the detector, and the circuit of the detection system. It is determined by various factors such as gain. Similarly, the magnitude of the noise included in the detected image signal 9 varies depending on the noise of the electron source, the noise of the transmission system, and the like.

【0032】上記の、検出光学系の違いによる明るさお
よびノイズの違いを評価する簡単な方法について、図6
を用いて説明する。画像の明るさの違いを評価するため
には、同じ試料表面の画像を検出し、その画像信号9の
明るさを評価すればよい。
FIG. 6 shows a simple method for evaluating the difference in brightness and noise due to the difference in the detection optical system.
This will be described with reference to FIG. In order to evaluate the difference in image brightness, an image of the same sample surface may be detected, and the brightness of the image signal 9 may be evaluated.

【0033】そこで、パターンの無いシリコンウェハな
どを試料として用いて、その画像を取得すると、図6の
a)のようなヒストグラムが得られる。各検出光学系に
ついても、同様にヒストグラムを得ることができる。こ
こでは、図6のa)、c)をSEM部S1による処理内
容、図6のb)、d)をSEM部S2による処理内容と
して説明する。パターンが無く表面が均一な試料を用い
れば、検出される画像信号の値は一様となるはずである
が、実際にはノイズによるばらつきを含むこととなる。
図6のa)、b)に示すように、SEM部S1とS2で
は検出される画像の明るさとばらつきが異なる。この明
るさをSEM部S1とS2で同じにするために、それぞ
れの入力画像の平均値と暗レベルの値(電子線照射無し
の場合の検出値)を用いて、図6のc)、d)に示すよ
うな階調変換を行えば良い。すなわち、 I0(Ii)=(Ii−di)*(m0−d0)/(mi−di)+d0 (i=1,2,……,N) (1)式 上記(1)式により階調変換を行えば良い。
Therefore, when an image is obtained using a silicon wafer or the like without a pattern as a sample, a histogram as shown in FIG. 6A is obtained. A histogram can be similarly obtained for each detection optical system. Here, a) and c) of FIG. 6 will be described as processing contents by the SEM unit S1, and b) and d) of FIG. 6 will be described as processing contents by the SEM unit S2. If a sample having no pattern and a uniform surface is used, the value of the detected image signal should be uniform, but actually contains variations due to noise.
As shown in FIGS. 6A and 6B, the brightness and variation of the detected image are different between the SEM units S1 and S2. In order to make the brightness the same in the SEM sections S1 and S2, using the average value of each input image and the value of the dark level (detection value without electron beam irradiation), c) and d in FIG. ) May be performed. That is, I0 (Ii) = (Ii-di) * (m0-d0) / (mi-di) + d0 (i = 1, 2,..., N) (1) Expression Tone conversion by the above expression (1) Should be done.

【0034】ここで、m0およびd0は、階調変換後の
平均値および暗レベルであり、適当な値を決めればよ
い。例えば、常に基準としてSEM部S1を用いるもの
とするならば、m0=m1、d0=d1とすればよい。
また、S1からSN全ての平均を用いて、m0=Σmi
/N、d0=Σdi/Nとしても良い。実際には暗レベ
ルに近い出力レベルを示すサンプルを検査することがな
いのであれば、暗レベルの値d0は負の値としても良
い。広いレンジで画像を検出しておいて、その中で必要
な部分のみを階調変換により取り出してデータ量を小さ
くして処理すれば、明るさの異なる様々な試料に対応す
ることができる(例えば、10ビットで画像検出し、そ
のうち必要な階調を8ビットに変換して用いる)が、こ
のような場合には、検査対象の試料の明るさに応じて、
画像信号の劣化が生じないように適当なm0、d0を決
定すればよい。
Here, m0 and d0 are the average value and the dark level after gradation conversion, and may be determined appropriately. For example, if the SEM unit S1 is always used as a reference, m0 = m1 and d0 = d1.
Further, using the average of all SNs from S1 to m0 = Σmi
/ N, d0 = Σdi / N. If the sample indicating the output level close to the dark level is not actually inspected, the dark level value d0 may be a negative value. If an image is detected in a wide range and only necessary portions are extracted by gradation conversion and processed with a reduced data amount, it is possible to cope with various samples having different brightness (for example, , An image is detected with 10 bits, and necessary gradation is converted into 8 bits for use), but in such a case, according to the brightness of the sample to be inspected,
Appropriate values of m0 and d0 may be determined so that the image signal does not deteriorate.

【0035】試料表面における2次電子放出効率と検出
される画像の明るさが、線形関係である場合には、図6
に示した方法で、全ての明るさの試料に対応した階調変
換を実現することができるが、前述のように検出される
画像の明るさは2次電子放出効率のみでは決まらず、線
形である保証はない。この場合、評価に用いた試料と検
査対象の試料の2次電子放出効率が大きく異なる場合に
は、図6の方法では十分な対応ができない場合が考えら
れる。かような場合の、他の階調変換パラメタ調整方法
については後述する。
When the secondary electron emission efficiency on the sample surface and the brightness of the detected image have a linear relationship, FIG.
In the method shown in (1), it is possible to realize gradation conversion corresponding to all brightness samples. However, as described above, the brightness of the detected image is not determined only by the secondary electron emission efficiency, but is linear. There is no guarantee. In this case, if the secondary electron emission efficiency of the sample used for evaluation and the sample to be inspected are significantly different, the method of FIG. 6 may not be able to cope sufficiently. In such a case, another gradation conversion parameter adjustment method will be described later.

【0036】さらに、図5、図6を用いて、ノイズの評
価結果を用いた検査感度の調整方法の例について説明す
る。図6のa)、b)に示したように、明るさが一様な
試料の画像を検出しても、ノイズにより検出画像の明る
さにばらつきを生じる。このノイズは画像の標準偏差σ
により評価し、その評価結果をもとに、各検出光学系に
より得られる画像でのしきい値を調整する。以下に、手
順を説明する。
Further, an example of a method of adjusting the inspection sensitivity using the noise evaluation result will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 6A and 6B, even when an image of a sample having uniform brightness is detected, the brightness of the detected image varies due to noise. This noise is the standard deviation of the image σ
, And based on the evaluation result, a threshold value in an image obtained by each detection optical system is adjusted. The procedure will be described below.

【0037】図6の例で示したように、パターンの無い
試料の画像を取得し、明るさが同程度となるように階調
変換を施す。次に、階調変換後の画像にて、各検出光学
系毎に標準偏差σi(i=1,2,……,N)を求め
る。図5に示したノイズの成分は、この標準偏差σiと
同様に変化するため、しきい値Thi(i=1,2,…
…,N)もこれに応じて変更すればよい。例えば、しき
い値を設定したSEM部をSsとして、 Thi=(Ths−dd)*σi/σs + dd (2)式 とすれば良い。ここで、ddは人手により設定したしき
い値とノイズの最大値の差であり、しきい値設定時に測
定するか、あるいは経験的に適当な値を与えてやればよ
い。
As shown in the example of FIG. 6, an image of a sample having no pattern is obtained, and gradation conversion is performed so that the brightness becomes almost the same. Next, a standard deviation σi (i = 1, 2,..., N) is obtained for each detection optical system in the image after the gradation conversion. Since the noise component shown in FIG. 5 changes in the same manner as the standard deviation σi, the threshold value Thi (i = 1, 2,...)
.., N) may be changed accordingly. For example, the SEM unit in which the threshold is set is Ss, and the following equation may be used: Thi = (Ths−dd) * σi / σs + dd (2) Here, dd is the difference between the manually set threshold value and the maximum value of the noise, which may be measured at the time of setting the threshold value or an empirically appropriate value may be given.

【0038】(2)式の方法を用いれば、各検出光学系
のノイズレベルに応じたしきい値の設定が可能となる
が、各々の検出光学系によりしきい値の値が異なると、
検査感度も検出光学系毎に異なってしまうおそれがあ
る。そこで、(2)式の代わりに次の(3)式を用い
て、全ての検出光学系における検査しきい値を同じもの
にしてやれば良い。 Thi=(Ths−dd)*σMax/σs + dd (3)式 ここで、σMaxは、ノイズ評価結果の最大値σMax
=Max(σi)である。ノイズにより欠陥部出力28
も変化するため、完全に感度を一致させることはできな
いが、検出光学系毎の感度ばらつきを低減できる。
Using the method of equation (2) makes it possible to set a threshold value according to the noise level of each detection optical system. However, if the threshold value differs for each detection optical system,
The inspection sensitivity may be different for each detection optical system. Therefore, the following expression (3) may be used instead of expression (2) to make the inspection threshold values in all the detection optical systems the same. Thi = (Ths−dd) * σMax / σs + dd (3) where σMax is the maximum value σMax of the noise evaluation result.
= Max (σi). Defect output 28 due to noise
Therefore, the sensitivities cannot be completely matched, but sensitivity variations among the detection optical systems can be reduced.

【0039】しかし、このしきい値設定方法について
も、図6で示した階調変換の場合と同様に、評価した試
料と検査する試料の画像の明るさが大きく異なる場合に
は、問題が生じる。図7のa)に示すように、通常、画
像に含まれるノイズは画像の明るさに対して非線形な特
性を持つ。このため、例えば2つのSEM部Ss、Sk
が、図7のa)に示すようなノイズ特性を持つ場合に
は、図7のb)に示すように、それらの比Ss/Sk
は、入力される画像の明るさにより変化することとな
る。例えば、標準偏差σによりノイズ評価を行った試料
の明るさが図7のb)のIb、検査対象の画像の明るさ
がIaであったとすると、Iaにおける各検出光学系間
のノイズの関係を知ることはできない。
However, this threshold setting method also poses a problem when the brightness of the image of the sample to be evaluated is significantly different from that of the sample to be inspected, as in the case of the gradation conversion shown in FIG. . As shown in FIG. 7A, usually, noise included in an image has a non-linear characteristic with respect to the brightness of the image. Therefore, for example, two SEM units Ss, Sk
Have noise characteristics as shown in FIG. 7 a), their ratio Ss / Sk as shown in FIG.
Varies depending on the brightness of the input image. For example, assuming that the brightness of a sample subjected to noise evaluation based on the standard deviation σ is Ib in FIG. 7B) and the brightness of an image to be inspected is Ia, the noise relationship between the detection optical systems in Ia is given by I can't know.

【0040】この場合の他のしきい値設定方法について
は後述するが、検査するパターンと同じ材質で構成され
た一様な領域を用いれば、本方式によりしきい値の設定
は可能である。前述の階調変換も同様であるが、ノイズ
の評価を行うためには100画素程度の画像があれば十
分である。このため、半導体装置であれば、周辺回路の
比較的パターンの疎な部分から、明るさの一様な適当な
領域を切り出して評価すればよい。この評価位置の設定
は、操作者がマニュアルで指示してもよいし、また、周
辺回路部の画像を処理し領域分割して、その中で検査領
域と同程度の明るさの領域を自動的に選択して評価を行
ってもよい。
The other threshold setting method in this case will be described later. However, if a uniform area made of the same material as the pattern to be inspected is used, the threshold can be set by this method. The same applies to the above-mentioned gradation conversion, but it is sufficient to have an image of about 100 pixels in order to evaluate noise. Therefore, in the case of a semiconductor device, an appropriate area with uniform brightness may be cut out from a relatively sparse pattern of a peripheral circuit and evaluated. The setting of the evaluation position may be manually instructed by the operator, or the image of the peripheral circuit may be processed and divided into regions, and an area having the same brightness as the inspection area may be automatically set. May be selected for evaluation.

【0041】なお、実際の標準偏差σを用いるノイズ評
価では、階調変換後の画像は量子化により画像の劣化が
生じる可能性が高いため、階調変換前の画像で標準偏差
σを求め、階調変換の際のゲインを乗じて変換してやれ
ばよい。例えば、(1)式の場合は(m0−d0)/
(mi−di)を掛ければよい。
In the noise evaluation using the actual standard deviation σ, since the image after the gradation conversion has a high possibility of image deterioration due to quantization, the standard deviation σ is obtained from the image before the gradation conversion. What is necessary is just to convert by multiplying by the gain at the time of gradation conversion. For example, in the case of equation (1), (m0−d0) /
(Mi-di) may be multiplied.

【0042】次に、階調変換のパラメタを調整する別の
方法として、実際に検査を行うパターンの画像を用いる
例について、図8を用いて説明する。検査対象である試
料は、主に下地bとパターンpの2つの異なる材質から
構成されており、その画像のヒストグラムは、図8の
a)、b)に示すように、それぞれ下地bとパターンp
に対応する2つの山を持つものとなる。
Next, as another method of adjusting the parameters of the gradation conversion, an example using an image of a pattern to be actually inspected will be described with reference to FIG. The sample to be inspected is mainly composed of two different materials, a base b and a pattern p. The histograms of the images are as shown in FIGS. 8A and 8B, respectively.
Has two peaks corresponding to.

【0043】そこで、図8に示すように、検査対象の画
像を用いて、それぞれの検出光学系においてヒストグラ
ムを取得する。これらのヒストグラムの2つの極大値I
bi、Ipiを用いて、図6で示した例と同様に階調変
換を行えばよい。つまり、次の(4)式により階調変換
を行えばよい。 I0(Ii)=(Ii−Ibi)*(Ip−Ib)/(Ipi−Ibi) +Ibi (4)式 但し、Ipi>Ibiの場合である。Ipi<Ibiの
場合は、IpiとIbiを入れ替える。この場合も図6
の例と同様に、IpとIbは適当なものを設定してやれ
ばよい。
Therefore, as shown in FIG. 8, a histogram is obtained in each detection optical system using an image to be inspected. The two maxima I of these histograms
Using bi and Ipi, gradation conversion may be performed in the same manner as in the example shown in FIG. That is, gradation conversion may be performed by the following equation (4). I0 (Ii) = (Ii−Ibi) * (Ip−Ib) / (Ipi−Ibi) + Ibi (4) Equation (4) where Ipi> Ibi. When Ipi <Ibi, Ipi and Ibi are exchanged. Also in this case, FIG.
As in the case of the above example, appropriate values may be set for Ip and Ib.

【0044】検出光学系に応じて階調変換を行う他の方
法について、図9を用いて説明する。図9に示している
のは、像質評価用サンプル31の1例である。図9の例
では、それぞれ材質の異なる5つの領域からなるサンプ
ルを示している。それぞれの領域内にはパターンはな
く、一様な画像が取得できるようになっており、またそ
の材質は導電性で帯電による像の変化のないものであ
る。この評価用サンプル31を用いて、予め検出光学系
毎に階調変換テーブルを作成しておけば、試料交換の度
に明るさの評価を行う必要はない。
Another method of performing gradation conversion according to the detection optical system will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows an example of the image quality evaluation sample 31. In the example of FIG. 9, a sample including five regions each having a different material is shown. There is no pattern in each area so that a uniform image can be obtained, and the material is conductive and does not change the image due to charging. If a gradation conversion table is created in advance for each detection optical system using the evaluation sample 31, it is not necessary to evaluate the brightness every time the sample is replaced.

【0045】前述の図6および図8の例と同様に、基準
のSEM部を選択するか、あるいは全てのSEM部の平
均を用いるなどの手段で、はじめに図9に示した各サン
プルの基準明るさI0を決定する。同様に、各SEM部
において各サンプルの明るさIiを測定し、横軸をI
0、縦軸をIiとしてプロットすると、図9のようにな
る。これらの明るさの関係がどのようになるかは検出系
に依存するが、その系に応じて最小自乗近似などの手法
を用いて、適当な関数の近似曲線を求める。この曲線を
用いれば、SEM部Siにより検出された画像Iiか
ら、基準明るさI0への階調変換を行うことができる。
As in the above-described examples of FIGS. 6 and 8, the reference brightness of each sample shown in FIG. 9 is first selected by selecting a reference SEM portion or using an average of all the SEM portions. Is determined. Similarly, the brightness Ii of each sample was measured in each SEM part, and the horizontal axis was Ii.
FIG. 9 is plotted as 0 and the vertical axis is Ii. The relationship between these brightnesses depends on the detection system, but an approximation curve of an appropriate function is obtained using a method such as least squares approximation according to the system. Using this curve, it is possible to perform gradation conversion from the image Ii detected by the SEM unit Si to the reference brightness I0.

【0046】図8の例では、試料を交換する度に各検出
光学系により得られた画像の評価が必要であった。しか
し、図9の方法であれば、各SEM部に対し同様の曲線
をもとめ、一度階調変換テーブルを作成しておけば、部
品の交換などにより検出光学系の特性が変更されるまで
は、同じテーブルを用いることができる。通常は定期的
に評価を行えばよく、また、その変化をモニタしておく
ことで、検出光学系の異常を発見することもできる。ま
た、検査対象の試料の画像を取得からその明るさ(例え
ば平均値)のみを測定できれば、必要な階調を切り出す
のも容易である。
In the example shown in FIG. 8, each time the sample is replaced, it is necessary to evaluate the image obtained by each detection optical system. However, according to the method of FIG. 9, the same curve is obtained for each SEM unit, and once the gradation conversion table is created, the characteristics of the detection optical system are changed until the characteristics of the detection optical system are changed by replacing parts. The same table can be used. Normally, the evaluation may be performed periodically, and by monitoring the change, an abnormality in the detection optical system can be found. Further, if only the brightness (for example, the average value) can be measured from the acquisition of the image of the sample to be inspected, it is easy to cut out the necessary gradation.

【0047】同様にノイズ評価に関しても、図9に示し
た評価用サンプル31を用いることで、図7で説明した
問題を解決することができる。評価用サンプル31を用
いて、図9の明るさの評価と同様に、全ての階調におけ
る明るさとノイズの関係(図7)を求め、各SEM部と
基準値との標準偏差の比σi/σsを求めることができ
る。このようにして求めた標準偏差の比σi/σsを、
(2)式、(3)式に適用すれば、様々な2次電子放出
効率を有する試料に対しても、容易に各検出光学系間の
しきい値調整が可能となる。
Similarly, for the noise evaluation, the problem described with reference to FIG. 7 can be solved by using the evaluation sample 31 shown in FIG. As with the evaluation of brightness in FIG. 9, the relationship between brightness and noise (FIG. 7) in all gradations is obtained using the evaluation sample 31, and the ratio σi / of the standard deviation between each SEM part and the reference value is obtained. σs can be obtained. The ratio σi / σs of the standard deviation obtained in this way is
By applying the equations (2) and (3), it is possible to easily adjust the threshold value between the detection optical systems even for samples having various secondary electron emission efficiencies.

【0048】次に、分解能の評価方法と、その結果によ
る検査感度の調整方法の例について説明する。
Next, an example of a method of evaluating the resolution and a method of adjusting the inspection sensitivity based on the result will be described.

【0049】従来、SEMの分解能の評価は、カーボン
上に蒸着した金粒子などを人間が目視で評価していた
が、本発明の装置では、分解能の絶対値が必要なのでは
なく、検査に同時に使用する複数のSEM部の分解能の
違いを、自動で評価することが重要である。そこで、図
10に示すような分解能評価用サンプル32を用いて分
解能を評価し、その結果により画像処理パラメタを調整
し、複数の検出光学系における感度調整を行う方法につ
いて説明する。
Conventionally, the evaluation of the resolution of the SEM has been carried out by humans by visually evaluating gold particles and the like deposited on carbon. However, the apparatus of the present invention does not require the absolute value of the resolution, but simultaneously performs the inspection. It is important to automatically evaluate the difference in resolution between a plurality of SEM units to be used. Therefore, a method for evaluating the resolution using the resolution evaluation sample 32 as shown in FIG. 10, adjusting the image processing parameters based on the result, and adjusting the sensitivity in a plurality of detection optical systems will be described.

【0050】各SEM部の分解能を評価するために、図
10に示すような評価用サンプルを用いる。図10に示
すように、コントラストが顕著な試料の境界部の画像を
取得する。ビーム径が小さく、分解能がよい程、境界部
における画像信号の傾きは急峻となる。このため、この
傾きを1次微分を用いてその大きさで評価することがで
きる。また、この1次微分値を見れば、電子線が境界部
を走査し始める位置と走査し終わる位置を知ることがで
きる。例えば、図10に示すような1次微分値が描く曲
線の半値幅等を電子線のビーム径とすることができる。
In order to evaluate the resolution of each SEM unit, an evaluation sample as shown in FIG. 10 is used. As shown in FIG. 10, an image of a boundary portion of a sample having a remarkable contrast is obtained. The smaller the beam diameter and the better the resolution, the steeper the slope of the image signal at the boundary. Therefore, this gradient can be evaluated by its magnitude using the first derivative. Also, by looking at this first derivative, it is possible to know the position where the electron beam starts scanning the boundary portion and the position where the electron beam ends scanning. For example, the half-width of a curve drawn by the first derivative as shown in FIG. 10 can be used as the beam diameter of the electron beam.

【0051】なお、図10で示した例の他の分解能評価
方法としては、微細な縞状のパターンの画像を取得し、
その振幅で評価する方法や、2つのスリットあるいはス
ポット状の近接したパターンの画像を取得し、その分離
度を評価するといった方法も考えられる。また、分解能
評価用サンプル32で顕著なコントラストを得るために
は、その材質は原子番号の差異の大きなもの、例えばタ
ンタルとシリコンなどを選択すればよい。また、図10
で示した分解能評価用サンプル32は、図9で示した像
質評価用サンプル31の一部分を用いても同様の評価が
可能であるので、例えば図9の領域AとBにコントラス
トが顕著になるような材質を並べて、分解能の評価に使
用すればよい。
As another resolution evaluation method in the example shown in FIG. 10, an image of a fine striped pattern is obtained.
A method of evaluating based on the amplitude or a method of acquiring images of two slits or spot-like adjacent patterns and evaluating the degree of separation can be considered. Further, in order to obtain a remarkable contrast in the resolution evaluation sample 32, a material having a large difference in atomic numbers, for example, tantalum and silicon may be selected. FIG.
Since the same evaluation can be performed for the resolution evaluation sample 32 shown in FIG. 9 by using a part of the image quality evaluation sample 31 shown in FIG. 9, the contrast becomes remarkable, for example, in the regions A and B in FIG. Such materials may be arranged and used for evaluating the resolution.

【0052】次に、図10の分解能評価用サンプル32
を用いて分解能を評価した結果を用いて、検出光学系の
分解能の違いによる検査感度のばらつきを抑える方法に
ついて説明する。
Next, the resolution evaluation sample 32 shown in FIG.
A method of suppressing a variation in inspection sensitivity due to a difference in resolution of the detection optical system will be described using a result of evaluating the resolution using the method.

【0053】画像処理による欠陥検出を行う場合、ノイ
ズ成分の除去やエッジの強調を目的として、平滑化など
の機能をもつフィルタを画像入力時に使用することがあ
る。そこで、先の例により評価した分解能の結果に基づ
いて、分解能の良い検出光学系の入力画像に、より平滑
化の効果の高いフィルタを用いて、それぞれの検出光学
系によって得られる画像の分解能がほぼ同じ程度になる
ように調節することができる。このとき、分解能の悪い
ものをよくすることはできないので、分解能評価を行
い、複数のSEM部のうち最も分解能の悪いものに合わ
せるよう処理を施す。
When performing defect detection by image processing, a filter having a function such as smoothing may be used at the time of image input for the purpose of removing noise components and enhancing edges. Therefore, based on the result of the resolution evaluated in the previous example, the resolution of the image obtained by each detection optical system is increased by using a filter having a higher smoothing effect on the input image of the detection optical system having a high resolution. It can be adjusted to be about the same. At this time, since it is not possible to improve the one with the poor resolution, the resolution is evaluated, and processing is performed to match the one with the worst resolution among the plurality of SEM units.

【0054】例えば、図10に示した1次微分の半値幅
をビーム径として評価を行い、各々のSEM部のビーム
径をdbi(i=1,2,……,N)とし、そのうち最
も分解能の悪かったSEM部のビーム径評価結果をdb
w(i=w)とする。一般に平滑化のフィルタとして用
いられるガウシアンフィルタを用いる場合を考えて、フ
ィルタのパラメタである標準偏差の大きさを変更するこ
とで感度の調整を行う。SEM部Siにおける入力フィ
ルタの標準偏差をFiとして、次の(5)式により、他
のSEM部のフィルタのパラメタを決定すればよい。 Fi=Fw*dbw/dbi (5)式 ここで、Fwはノイズ除去に十分なフィルタを予め設定
しておく。
For example, the half-width of the first derivative shown in FIG. 10 is evaluated as a beam diameter, and the beam diameter of each SEM part is set to dbi (i = 1, 2,..., N). Of the beam diameter evaluation result of the SEM part
w (i = w). Considering the case where a Gaussian filter generally used as a smoothing filter is used, the sensitivity is adjusted by changing the magnitude of the standard deviation which is a parameter of the filter. Assuming that the standard deviation of the input filter in the SEM section Si is Fi, the parameters of the filters of the other SEM sections may be determined by the following equation (5). Fi = Fw * dbw / dbi (5) Here, Fw is set in advance with a filter sufficient for noise removal.

【0055】このように、入力フィルタを使用して分解
能の調整を行うと、入力フィルタの平滑化の効果によ
り、ノイズの特性が変化してしまう。このため、前述の
ノイズ評価を行う際には、入力フィルタ通過後の画像を
用いて行うか、あるいは、入力フィルタによるノイズ除
去の効果は、フィルタ係数の自乗和の平方根で推定する
ことができるため、それを考慮してしきい値を決定すれ
ばよい。
As described above, when the resolution is adjusted using the input filter, the noise characteristic changes due to the effect of smoothing the input filter. For this reason, when performing the above-described noise evaluation, it is possible to use the image after passing through the input filter, or the effect of noise removal by the input filter can be estimated by the square root of the sum of squares of the filter coefficients. The threshold value may be determined in consideration of this.

【0056】分解能のばらつきを低減するための他の方
法として、検査はそのままの画像で行い、その結果をフ
ィルタリングする方法もある。図5に示したように、画
像処理により欠陥を検出することができるが、このとき
欠陥の位置のみでなく、その形状や大きさといった情報
も同時に得ることができる。そこで、検出された欠陥情
報から分解能の悪い光学系の出力に合わせて、分解能の
高い光学系により得られた検査結果を欠陥の寸法により
フィルタリングすれば、各光学系の分解能が異なってい
ても、検出される欠陥の最小寸法つまり検査感度は一定
となるため、図4に示したような検査結果のばらつきを
抑えることが可能となる。この最小欠陥寸法は操作者が
所望の感度に設定すればよいが、その最小値は、装置と
して、ばらつきがあっても最低限保障されている感度を
限度として決めればよい。この場合は特に分解能の評価
は必要としないため、明るさやノイズの評価を検査対象
である試料を用いて行えば、特別に評価用のサンプルを
作成する必要はない。
As another method for reducing the variation in resolution, there is a method in which an inspection is performed on an image as it is and the result is filtered. As shown in FIG. 5, a defect can be detected by image processing. At this time, not only the position of the defect but also information such as its shape and size can be obtained at the same time. Therefore, if the inspection result obtained by the optical system with high resolution is filtered by the size of the defect according to the output of the optical system with low resolution from the detected defect information, even if the resolution of each optical system is different, Since the minimum size of the detected defect, that is, the inspection sensitivity is constant, it is possible to suppress the variation in the inspection result as shown in FIG. The minimum defect size may be set to a desired sensitivity by the operator, and the minimum value may be determined as a limit of the sensitivity that is guaranteed at least even if there is a variation in the apparatus. In this case, since the evaluation of the resolution is not particularly required, if the evaluation of the brightness and the noise is performed using the sample to be inspected, it is not necessary to prepare a special sample for the evaluation.

【0057】検査手順の概要について説明する。図11
は図1の一部を拡大し、画像処理部11の内部を示した
ものである。
The outline of the inspection procedure will be described. FIG.
1 is an enlarged view of a part of FIG. 1 and shows the inside of the image processing unit 11.

【0058】像質評価時には、評価用サンプルあるいは
検査対象試料の画像信号9を入力し、像質評価部33に
より評価を行い、像質評価結果34は全体制御部12に
渡される。全体制御部12にて、各々のSEM部Siに
ついて同様の評価を行った結果を総合評価し、その結果
から各SEM部の処理パラメタを決定する。分解能評価
を行い、入力フィルタを変更する場合には、設定するフ
ィルタ係数35を前処理部36に設定する。前処理部3
6では、入力時のフィルタ処理や、像歪み補正などの処
理を行う。処理結果をフィルタリングする場合には、検
出する欠陥の最小寸法を出力フィルタ38に設定する。
画像の明るさ評価の結果より、各SEM部に適切な階調
変換テーブル39を定め、これを階調変換部40に設定
する。検査しきい値41は、予め操作者が所望の検査感
度が得られるように、どれか一組のSEM部を用いて設
定した値をもとに、各SEM部のしきい値をノイズ評価
結果を考慮して決定し、欠陥検出部42に設定する。
At the time of image quality evaluation, an image signal 9 of a sample for evaluation or a sample to be inspected is input, evaluation is performed by an image quality evaluation section 33, and an image quality evaluation result 34 is passed to the overall control section 12. The overall control unit 12 comprehensively evaluates the results of performing the same evaluation for each SEM unit Si, and determines the processing parameters of each SEM unit from the result. When the resolution is evaluated and the input filter is changed, the filter coefficient 35 to be set is set in the preprocessing unit 36. Preprocessing unit 3
In step 6, processing such as filter processing at the time of input and image distortion correction are performed. When filtering the processing result, the minimum size of the defect to be detected is set in the output filter 38.
Based on the result of the image brightness evaluation, an appropriate gradation conversion table 39 is determined for each SEM unit, and this is set in the gradation conversion unit 40. The inspection threshold value 41 is obtained by setting the threshold value of each SEM unit based on a value set using any one set of SEM units so that the operator can obtain a desired inspection sensitivity in advance. Is determined in consideration of the above, and set in the defect detection unit 42.

【0059】これまでは、像質評価結果のみを用いて検
査感度を調整する方法について説明した。次に、実際に
検査を行って検査パラメタを最適化する方法について説
明する。
The method of adjusting the inspection sensitivity using only the image quality evaluation result has been described. Next, a method of actually performing the inspection and optimizing the inspection parameters will be described.

【0060】図3にSEM部が4組の場合の、試料上の
検査領域の分割例を挙げたが、図12に示すように、互
いのSEM部により検査可能な領域が重なり合うように
設定すれば、この共通の領域を用いて検査感度の違いを
評価することが可能となる。図12は、R1とR2の共
通検査領域43の幅がMの場合を示しており、R3、R
4は図示していないが、同様に設定する。すると、図1
2に細かい斜線で示した領域が、隣り合うSEM部1間
で共通な領域となり、中央の領域は全てのSEM部で検
査可能な共通検査領域43となる。
FIG. 3 shows an example of the division of the inspection area on the sample in the case of four sets of SEM parts. As shown in FIG. 12, the inspection areas set by the SEM parts are set so as to overlap each other. For example, it is possible to evaluate the difference in inspection sensitivity using this common area. FIG. 12 shows a case where the width of the common inspection area 43 of R1 and R2 is M, and R3, R2
4 is not shown, but is set similarly. Then, Figure 1
2 is a region common to the adjacent SEM units 1 and a central region is a common inspection region 43 that can be inspected by all SEM units.

【0061】このような共通検査領域43を持つ場合
に、実際に検査を行い、SEM部間の感度を調整する方
法について、図13を用いて説明する。
With reference to FIG. 13, a description will be given of a method of actually performing an inspection and adjusting the sensitivity between the SEM units when the common inspection area 43 is provided.

【0062】前述した方法により像質評価を行い、その
結果にもとづいて全てのSEM部の検査パラメタの設定
を行う。次に、共通検査領域43の画像を、全てのSE
M部にて検出してメモリに保存する。次に、得られた画
像を検査して、検出された欠陥情報を比較する。例え
ば、複数のSEM部により得られた結果の中で、検出位
置が一致する欠陥が存在しないものの数をカウントし、
その個数def_numがあるしきい値εよりも多い場
合には、検査パラメタの微調整を行う。この微調整は、
例えば、予め像質評価を行った結果、検査感度が高いと
判断されたSEM部に寸法の小さい欠陥が多く出力され
ていれば、入出力フィルタやしきい値を変更して感度を
下げる。予め雑音が多いと評価されていたSEM部の結
果に多くの欠陥情報が出力された場合には、虚報の可能
性が高いので、しきい値を上げるといった調整を行えば
よい。微調整の結果、全てのSEM部による検査感度が
同程度になれば、その条件で検査を行う。
The image quality is evaluated by the above-described method, and the inspection parameters of all the SEM sections are set based on the evaluation result. Next, the image of the common inspection area 43 is
Detected in M section and stored in memory. Next, the obtained image is inspected, and the detected defect information is compared. For example, among the results obtained by the plurality of SEM units, the number of the cases where there is no defect having the same detection position is counted,
If the number def_num is larger than a certain threshold ε, fine adjustment of the inspection parameter is performed. This fine-tuning
For example, as a result of performing image quality evaluation in advance, if many small-sized defects are output to the SEM unit determined to have high inspection sensitivity, the input / output filter and the threshold are changed to lower the sensitivity. If a large amount of defect information is output as a result of the SEM unit that has been evaluated as having a large amount of noise in advance, there is a high possibility of a false report, so adjustments such as raising the threshold value may be performed. As a result of the fine adjustment, when the inspection sensitivities of all the SEM units are substantially the same, the inspection is performed under the conditions.

【0063】ここで、共通領域の画像を一度メモリに保
存するのは、パラメタの微調整の際に、画像取得のやり
直しを避けるためである。これは、全てのSEM部で同
一箇所の画像を取得するためには、ステージを大きく動
かして順に取得する必要があり、多くの時間を要するこ
とと、同じ場所の画像取得を続けて何度も行うと、電子
線照射によって試料へダメージを与えるおそれがあるた
めである。同一箇所の画像検出を複数回行う場合には、
その検出順による画質の補正や、光学系により検出順序
を変えるといった作業がある方が望ましい。また、図1
2の例では全てのSEM部の共通検査領域が存在してい
るが、さらに多くのSEM部を有し、それらが離れてい
る場合には、隣り合うSEM部に共通領域があればそれ
を用いて互いの検査感度を調整すればよく、必ずしも全
てのSEM部の共通領域は必要ではない。
Here, the reason why the image of the common area is once stored in the memory is to avoid reacquiring the image at the time of fine adjustment of the parameter. This is because, in order to acquire the same image in all SEM units, it is necessary to move the stage greatly and acquire the images in order, which takes a lot of time, and the image acquisition of the same place is repeated many times. This is because if done, the sample may be damaged by electron beam irradiation. When performing the image detection of the same place several times,
It is desirable that there be an operation of correcting the image quality based on the detection order and changing the detection order by the optical system. FIG.
In the example of 2, the common inspection area of all the SEM parts exists, but if there are more SEM parts and they are separated, if the adjacent SEM part has the common area, it is used. It is only necessary to adjust the inspection sensitivity of each other, and a common area of all the SEM units is not necessarily required.

【0064】図12に示した例のように、一部のみを共
通検査領域として設けるのではなく、全てのSEM部で
試料ウェハ全体を検査可能とすることもできる。この場
合は、SEM部を複数にしてもステージの移動範囲を低
減することはできないが、他の利点がある。例えば、複
数のSEM部のうちの1つが電子銃の寿命等で使用でき
なくなった場合に、その交換作業中の待ち時間にも他の
SEM部を用いて検査を実施しておくことができる。
As in the example shown in FIG. 12, instead of providing only a part as a common inspection area, the entire sample wafer can be inspected in all SEM sections. In this case, the moving range of the stage cannot be reduced even if there are a plurality of SEM units, but there are other advantages. For example, when one of the plurality of SEM units becomes unusable due to the life of the electron gun or the like, the inspection can be performed using another SEM unit even during the waiting time during the replacement operation.

【0065】例えば図14に示すように、像質評価結果
あるいは検査結果などから、例えば信号量が急激に低下
したといった異常を検知することができる。このような
異常が検知されると、SEM部Seの異常を操作者へ知
らせ、現象によって疑わしい部分を表示し、修理の依頼
を促す。このとき、単一のSEM部しか持たない検査装
置では、依頼によりサービスエンジニアが修理に来るま
での間、検査ができなくなってしまう。しかし、複数の
SEM部を持ち、かつ、1つのSEM部で全ての領域を
検査する機能を有していれば、修理の必要なSEM部S
eの代わりに、他のSEM部を用いて検査を行うことが
できる。同様に、部品の交換などで、SEM部の一部を
取り外し交換作業する場合にも、取り外して修理してい
る間も、他のSEM部で検査を行うことができる。
For example, as shown in FIG. 14, an abnormality such as a sudden decrease in the signal amount can be detected from the image quality evaluation result or the inspection result. When such an abnormality is detected, the operator is notified of the abnormality of the SEM unit Se, a suspicious part is displayed by the phenomenon, and a request for repair is urged. At this time, with an inspection apparatus having only a single SEM unit, inspection cannot be performed until a service engineer comes to repair by request. However, if a plurality of SEM units are provided and one SEM unit has a function of inspecting all the areas, the SEM unit S which needs repair is required.
Inspection can be performed using another SEM unit instead of e. Similarly, when a part of the SEM unit is removed and exchanged for replacement of a part or the like, the inspection can be performed by another SEM unit while the SEM unit is being removed and repaired.

【0066】図20に示すように、真空試料室49およ
び各SEM部のそれぞれは、真空排気系50を有してお
り、かつ、各SEM部と真空試料室の間には、真空遮断
可能な開閉部51が設けられている。SEM部に故障等
の不具合が起きた場合には、不具合の起きたSEM部の
みを試料室から遮断し、必要に応じて修理あるいは交換
を行うことが可能である。図14では、電子源交換の例
を示している。耐熱部材や磁気シールドなどを用いて装
置を構成し、SEM部のベーキング中も、他のSEM部
に影響を与えないようにできれば、非常に長時間を要す
る電子源交換後のベーキングの間にも、検査を実施する
ことができる。例えば、図20に示すように、ベーキン
グ中のSEM部が他へ影響を与えないようなカバー52
を取り付ければよい。
As shown in FIG. 20, each of the vacuum sample chamber 49 and each of the SEM sections has a vacuum exhaust system 50, and a vacuum can be cut off between each of the SEM sections and the vacuum sample chamber. An opening / closing section 51 is provided. When a failure such as a failure occurs in the SEM section, only the failed SEM section can be cut off from the sample chamber and repaired or replaced as necessary. FIG. 14 shows an example of electron source exchange. If the device is constructed using heat-resistant members or magnetic shields, etc. so that it does not affect other SEM parts during baking, even during baking after replacing the electron source, which takes a very long time, , Inspection can be carried out. For example, as shown in FIG. 20, a cover 52 such that the SEM part during baking does not affect other parts.
You only have to attach.

【0067】このように、それぞれのSEM部が試料全
体を検査可能であれば、部品交換や修理の際の装置の占
有時間を少なくすることができる。また、図14の例で
示したように、像質評価を定期的に行い、その変化をモ
ニタしておくことで、装置の異常をモニタする機能を持
たせることもできるのである。SEM部1内の部品交換
や調整などを行うと、その特性が変化するため、再度必
ず像質評価を行い、検査パラメタを自動で再調整する
か、または操作者に再調整が必要であることを指示す
る。
As described above, if each SEM unit can inspect the entire sample, the occupation time of the apparatus at the time of parts replacement or repair can be reduced. Further, as shown in the example of FIG. 14, by periodically performing image quality evaluation and monitoring the change, it is possible to provide a function of monitoring an abnormality of the apparatus. If the parts in the SEM unit 1 are replaced or adjusted, their characteristics change, so the image quality must be evaluated again and the inspection parameters must be automatically re-adjusted or the operator must re-adjust. Instruct.

【0068】次に、像質評価の別の例として、像歪みの
評価を行う例を図15を用いて説明する。前述のよう
に、比較する画像間で異なる像歪みが生じている場合に
は、虚報の原因となる。そこで、像歪みを評価し、その
結果を画像処理に反映させる。
Next, as another example of image quality evaluation, an example of evaluating image distortion will be described with reference to FIG. As described above, if different image distortions occur between the images to be compared, this may cause a false report. Therefore, image distortion is evaluated, and the result is reflected in image processing.

【0069】像歪みの評価は、図15に示すように、同
じパターンの繰り返しの画像を用いて行う。検査対象パ
ターンあるいは評価用に作成したパターンの中から、図
15に示すように適当なテンプレートを選択し、一般に
よく知られたテンプレートマッチングなどの手法によ
り、そのピッチの変化を測定する。本来一定であるはず
のピッチのばらつきが像歪みであり、これが大きいと虚
報の原因となる。定期的に評価を行い、この歪みが定常
的なものであれば、図11の前処理部にその歪み評価結
果を与え、補正を行う。また、図14に示した例と同様
に、像歪みも定期的にモニタし続け、これが許容値を超
えた場合には、操作者に警告を与えるようにする。像歪
みは電子線の光路途中にコンタミなどで汚れが生じる
と、その帯電などにより電子線が曲げられることがある
ため、像歪みが大きくなって、問題が生じていないか確
認する必要があるからである。
The evaluation of the image distortion is performed by using an image having the same pattern repeated as shown in FIG. As shown in FIG. 15, an appropriate template is selected from the pattern to be inspected or the pattern created for evaluation, and the change in pitch is measured by a generally well-known technique such as template matching. The variation in pitch, which should be constant, is image distortion, and if this is large, it causes false information. Evaluation is performed periodically, and if this distortion is a steady one, the distortion evaluation result is given to the preprocessing unit in FIG. 11 to perform correction. Further, similarly to the example shown in FIG. 14, the image distortion is continuously monitored, and if this exceeds an allowable value, a warning is given to the operator. If image contamination is caused by contamination in the middle of the optical path of the electron beam, the electron beam may be bent due to electrification, etc., so it is necessary to check if the image distortion increases and no problem occurs. It is.

【0070】次に、図9あるいは図10に示したような
像質評価用サンプルの配置について説明する。
Next, the arrangement of the sample for image quality evaluation as shown in FIG. 9 or FIG. 10 will be described.

【0071】像質評価用のパターンを検査対象の試料と
同様にウェハ上に形成すれば、ウェハの交換により像質
の評価を行うことができる。また、試料を保持するステ
ージ上に作成することもできる。例えば、図16のよう
に、SEM部の間隔と同じ間隔で評価用サンプル44を
配置しておけば、P1とP2およびP3とP4は同時に
評価が可能となる。ステージの可動範囲が十分広い場合
には、評価用サンプルは1つあればよく、ステージを移
動して像を取得すればよい。
If a pattern for image quality evaluation is formed on a wafer in the same manner as the sample to be inspected, the image quality can be evaluated by exchanging the wafer. Further, it can be created on a stage that holds a sample. For example, as shown in FIG. 16, if the evaluation samples 44 are arranged at the same intervals as the intervals between the SEM portions, P1 and P2 and P3 and P4 can be evaluated at the same time. When the movable range of the stage is sufficiently wide, only one evaluation sample may be used, and the image may be obtained by moving the stage.

【0072】また、像質評価用の異なるサンプルの例を
図17に示す。図9あるいは図10のサンプルでは、検
査感度までは評価することができず、実際の試料7を検
査して調整を行ったが、図17に示すように、予め寸法
の明らかな欠陥を作り込んだ、感度評価用サンプル45
を作成すれば、それを用いて検査を実施することで、感
度評価も行える。
FIG. 17 shows examples of different samples for evaluating image quality. In the sample of FIG. 9 or FIG. 10, the inspection sensitivity could not be evaluated, and the actual sample 7 was inspected and adjusted. However, as shown in FIG. Sample 45 for sensitivity evaluation
Is prepared, the sensitivity can be evaluated by performing an inspection using the prepared data.

【0073】次に、本発明による効果について図18を
用いて説明する。本発明では、検査の高速化を実現する
と共に、検査に必要な移動ステージの移動範囲を小さく
することが可能となる。
Next, the effect of the present invention will be described with reference to FIG. According to the present invention, it is possible to realize a high-speed inspection and to reduce a moving range of the moving stage required for the inspection.

【0074】図18のa)に示すように、従来通常の、
単一の検出光学系しか持たない装置46では、ウェハ全
面を検査するために、2軸のステージは共にウェハの直
径Dよりも大きな可動範囲を備えていなければならな
い。しかし、例えば図18のb)に示すように、3組の
検出光学系を配置すれば、検査時に必要なステージの移
動範囲は、ウェハの直径Dの3分の1となる。このよう
に、ステージ移動の軸方向にN組の検出光学系をD/N
の間隔で配置すれば、検査時に必要なステージの移動量
をN分の1に低減することができる。
As shown in FIG. 18 a),
In the apparatus 46 having only a single detection optical system, both the biaxial stages must have a movable range larger than the diameter D of the wafer in order to inspect the entire surface of the wafer. However, if three sets of detection optical systems are arranged, for example, as shown in FIG. 18B), the moving range of the stage required at the time of inspection is one third of the diameter D of the wafer. As described above, the N sets of detection optical systems are set to D / N in the axial direction of the stage movement.
By moving the stage, the amount of movement of the stage required at the time of inspection can be reduced to 1 / N.

【0075】一般に、ステージ移動量の検出はレーザ干
渉計などを用いて行うが、移動範囲を小さくできれば、
このようなステージ移動量検出においても、その精度を
確保することが比較的容易になるという利点がある。さ
らに大きな利点として、装置を小型化可能である点が挙
げられる。図18のa)に示すように通常の単一の検出
光学系を用いる場合には、ウェハ移動ステージはウェハ
径Dの2倍以上の寸法を必要とする。これに対し、図1
8のb)に示すように複数の検出光学系を用いることに
より、ステージの移動量を小さくすることができれば、
ステージの寸法も小さくすることが可能となり、その結
果、検査装置の占有床面積を小さくすることができる。
In general, the stage movement amount is detected by using a laser interferometer or the like.
There is an advantage that it is relatively easy to secure the accuracy even in such stage movement amount detection. A further great advantage is that the device can be miniaturized. When a single normal detection optical system is used as shown in FIG. 18A, the size of the wafer moving stage needs to be twice or more the wafer diameter D. In contrast, FIG.
By using a plurality of detection optical systems as shown in 8b), if the movement amount of the stage can be reduced,
The size of the stage can be reduced, and as a result, the occupied floor area of the inspection device can be reduced.

【0076】最後に、本発明の像質評価結果を用いた検
査パラメタの調整機能の応用例について、図19を用い
て説明する。
Finally, an application example of the inspection parameter adjustment function using the image quality evaluation result of the present invention will be described with reference to FIG.

【0077】例えば、同じ製造ライン上で使われている
複数のSEM式検査装置48に対しても、複数のSEM
部を調整する場合と同様にパラメタを調整すれば、検査
装置間の機差を低減することができる。図19に示す例
のように、装置間がネットワークでつながれていれば、
データのやりとりは容易にできる。
For example, a plurality of SEM type inspection apparatuses 48 used on the same
By adjusting the parameters in the same manner as when adjusting the unit, it is possible to reduce the machine difference between the inspection apparatuses. As in the example shown in FIG. 19, if the devices are connected by a network,
Data exchange is easy.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明によれば、複数の検出光学系の検
査感度が同程度になるように、検査パラメタを調整する
ことができる。これを複数の検出光学系を持つ検査装置
に適用することにより、非検査物の表面を複数の検査領
域に分割し、これらを同時に検査することで、従来困難
であった電子線式検査装置の高速化を図ることが可能と
なる。これは、今後大口径化の進む半導体ウェハの検査
に対して非常に有効である。また、検査領域を分割する
ことにより、各々の検査領域が小さくなり、試料移動用
のステージの移動範囲を小さくすることができ、装置の
占有床面積を小さくすることができる。
According to the present invention, the inspection parameters can be adjusted so that the inspection sensitivities of the plurality of detection optical systems are substantially the same. By applying this to an inspection device having a plurality of detection optical systems, the surface of a non-inspection object is divided into a plurality of inspection regions, and these are inspected simultaneously. Higher speed can be achieved. This is very effective for the inspection of semiconductor wafers whose diameter is increasing in the future. Further, by dividing the inspection area, each inspection area becomes smaller, the moving range of the stage for moving the sample can be reduced, and the floor area occupied by the apparatus can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の1実施形態に係る検査装置の概略構成
図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inspection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の検査装置における要部を斜視して示す図
である。
2 is a perspective view showing a main part of the inspection apparatus of FIG. 1;

【図3】本発明の実施形態における各SEM部の検査領
域の1例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an inspection area of each SEM unit according to the embodiment of the present invention.

【図4】4組のSEM部の特性が異なる場合に生じる問
題を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a problem that occurs when the characteristics of four sets of SEM units are different.

【図5】欠陥検出方法の1例を説明するための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a defect detection method.

【図6】検出光学系の明るさ評価および階調変換の方法
を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of evaluating the brightness of the detection optical system and converting the gradation.

【図7】検出光学系毎のノイズ特性の違いに対応する方
法の1例を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of a method corresponding to a difference in noise characteristics for each detection optical system.

【図8】図6とは異なる、検出光学系の明るさ評価およ
び階調変換の方法を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining a method of brightness evaluation and gradation conversion of a detection optical system, which is different from FIG.

【図9】明るさおよびノイズ評価用のサンプルの1例を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a sample for evaluating brightness and noise.

【図10】分解能評価用のサンプルの1例を示す図であ
FIG. 10 is a diagram showing an example of a sample for evaluating resolution.

【図11】像質評価結果を用いた画像処理パラメタ設定
手順の1例を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an image processing parameter setting procedure using an image quality evaluation result.

【図12】複数の検出光学系の検査領域の設定方法の1
例を示す図である。
FIG. 12 shows a setting method of an inspection area of a plurality of detection optical systems.
It is a figure showing an example.

【図13】複数の検出光学系における検査感度を調整す
る手順の1例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a procedure for adjusting the inspection sensitivity in a plurality of detection optical systems.

【図14】検出光学系の異常時の対処方法の1例を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a countermeasure method when an abnormality occurs in the detection optical system.

【図15】像歪みの評価方法の1例を説明するための図
である。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of an image distortion evaluation method.

【図16】像質評価用サンプルの配置方法の1例を示す
図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a method of arranging a sample for image quality evaluation.

【図17】感度評価用サンプルの1例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of a sample for sensitivity evaluation.

【図18】本発明により検査装置の占有床面積を低減で
きることを説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining that the present invention can reduce the occupied floor area of the inspection device.

【図19】複数の検査装置の感度調整を行う方法を説明
するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining a method of adjusting the sensitivity of a plurality of inspection devices.

【図20】検出光学系の異常時に施す修理あるいは交換
方法の1例を説明するための図である。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a repair or replacement method performed when a detection optical system is abnormal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 SEM(走査型電子顕微鏡)部 2 電子線発生装置 3 走査装置 4 収束装置 5 検出装置 6 電子線 7 試料 8 ステージ 9 画像信号 10 A/D変換器 11 画像処理部 12 全体制御部 13 ステージ制御装置 14 走査制御装置 15 焦点制御装置 16 入力装置 17 表示手段 18 記憶装置 19 測長器 20 連続移動ステージ 21 送りステージ 22 欠陥(検査結果) 23 検査部画像 24 比較画像 25 欠陥画像 26 欠陥画像出力 27 しきい値 28 欠陥部出力 29 ノイズ 30 マージン 31 像質評価用サンプル 32 分解能評価用サンプル 33 像質評価部 34 像質評価結果 35 フィルタ係数 36 前処理部 37 最小欠陥寸法設定値 38 出力フィルタ 39 階調変換テーブル 40 階調変換部 41 検査しきい値 42 欠陥検出部 43 共通検査領域 44 像質評価用サンプル 45 感度評価用サンプル 46 単一のSEM部を持つ検査装置 47 3組のSEM部を持つ検査装置 48 SEM式検査装置 49 真空試料室 50 真空排気系 51 開閉部 52 カバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SEM (scanning electron microscope) part 2 Electron beam generator 3 Scanning device 4 Converging device 5 Detector 6 Electron beam 7 Sample 8 Stage 9 Image signal 10 A / D converter 11 Image processing unit 12 Overall control unit 13 Stage control Apparatus 14 Scanning control device 15 Focus control device 16 Input device 17 Display means 18 Storage device 19 Length measuring device 20 Continuous moving stage 21 Feed stage 22 Defect (inspection result) 23 Inspection part image 24 Comparative image 25 Defect image 26 Defect image output 27 Threshold value 28 Defect portion output 29 Noise 30 Margin 31 Sample for image quality evaluation 32 Sample for resolution evaluation 33 Image quality evaluation unit 34 Image quality evaluation result 35 Filter coefficient 36 Preprocessing unit 37 Minimum defect size setting value 38 Output filter 39 floor Tone conversion table 40 Tone converter 41 Inspection threshold 42 Defect Protruding part 43 Common inspection area 44 Image quality evaluation sample 45 Sensitivity evaluation sample 46 Inspection apparatus having a single SEM part 47 Inspection apparatus having three sets of SEM parts 48 SEM inspection apparatus 49 Vacuum sample chamber 50 Vacuum exhaust system 51 Opening / closing part 52 Cover

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/66 H01L 21/66 Z G06F 15/62 405A (72)発明者 嶋瀬 朗 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 越柴 洋哉 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 宍戸 千絵 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 東 淳三 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 品田 博之 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 杉本 有俊 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 宇佐見 康継 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 村越 久弥 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 2G001 AA03 AA07 AA10 BA07 BA15 CA03 CA07 DA06 FA02 FA06 GA01 GA06 HA13 JA02 JA03 JA12 JA16 JA17 KA03 LA11 MA05 PA11 2G051 AA51 AA56 AA61 AB07 AB11 AC04 AC21 BA01 CA07 CB01 DA07 EA08 EA11 EA14 EA16 EA19 EA24 EB01 EB02 ED11 FA01 4M106 AA01 AA09 BA02 BA04 CA39 DB05 DB30 DJ04 DJ13 DJ14 DJ15 DJ19 5B057 AA03 BA01 BA15 BA19 DA03 DB02 DC02 DC30 5C033 FF03 JJ05 MM07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/66 H01L 21 / 66Z G06F 15/62 405A (72) Inventor Akira Shimase Totsuka, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture 292, Yoshida-cho, Ward, Japan Hitachi, Ltd., Production Technology Research Laboratories (72) Inventor Hiroya Koshiba 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa, Japan Inside Hitachi, Ltd. 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Ltd.Hitachi Manufacturing Technology Laboratory (72) Inventor Junzo Higashi 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Hitachi, Ltd.Production Technology Laboratory (72) Inventor Hiroyuki Shinada 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Yutoshi Sugimoto 2326 Imai, Kyoto Ome City, Hitachi, Ltd.Device Development Center, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Yasuteru Usami 882, Ma, Hitachinaka, Ibaraki Pref., Ltd.Measurement Equipment Division, Hitachi, Ltd. 1-280 Higashi Koigakubo F-term in Hitachi Central Research Laboratory Co., Ltd. (reference) CA07 CB01 DA07 EA08 EA11 EA14 EA16 EA19 EA24 EB01 EB02 ED11 FA01 4M106 AA01 AA09 BA02 BA04 CA39 DB05 DB30 DJ04 DJ13 DJ14 DJ15 DJ19 5B057 AA03 BA01 BA15 BA19 DA03 DB02 DC02 DC30 5C033 FF03 JJ05 MM05

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物上の複数の領域において、該対象
物の表面の物理的性質を現した画像を検出する複数の検
出光学系と、該各々の検出光学系により検出された画像
信号を処理可能な画像処理部と、対象物を保持し移動可
能なステージと、上記検出光学系により得られる画像の
質を定量的に評価する像質評価手段と、該像質評価手段
による像質評価結果にもとづいて、複数の上記検出光学
系による検査感度が同程度となるように検査パラメータ
を決定する手段とを、有することを特徴とするパターン
検査装置。
1. A plurality of detection optical systems for detecting images representing physical properties of a surface of an object in a plurality of regions on the object, and an image signal detected by each of the detection optical systems. A processable image processing unit, a stage capable of holding and moving the object, image quality evaluation means for quantitatively evaluating the quality of an image obtained by the detection optical system, and image quality evaluation by the image quality evaluation means Means for determining an inspection parameter based on a result so that the inspection sensitivities of the plurality of detection optical systems are substantially the same.
【請求項2】 請求項1記載において、 前記した像質の評価として、検出信号量、分解能、検出
信号の雑音、画像歪みのうち、少なくとも1つ以上を用
いて検査を行うことを特徴とするパターン検査装置。
2. The method according to claim 1, wherein the evaluation of the image quality is performed by using at least one of a detection signal amount, resolution, detection signal noise, and image distortion. Pattern inspection device.
【請求項3】 請求項1または2記載において、 前記した像質の評価および検査パラメータの調整を、像
質評価用試料あるいは被検査対象物上のパターンあるい
はその両方を用いて行うことを特徴とするパターン検査
装置。
3. The method according to claim 1, wherein the evaluation of the image quality and the adjustment of the inspection parameters are performed using a sample for image quality evaluation and / or a pattern on an inspection object. Pattern inspection equipment.
【請求項4】 請求項3記載において、 前記像質評価用試料が、前記ステージ上に搭載されてい
ることを特徴とするパターン検査装置。
4. The pattern inspection apparatus according to claim 3, wherein the sample for image quality evaluation is mounted on the stage.
【請求項5】 請求項1記載において、 隣り合って配置される2つの前記検出光学系が、少なく
とも1箇所以上の共通な検査領域を有することを特徴と
するパターン検査装置。
5. The pattern inspection apparatus according to claim 1, wherein the two detection optical systems disposed adjacent to each other have at least one common inspection area.
【請求項6】 請求項5記載において、 前記隣り合って配置される2つの前記検出光学系による
前記共通な検査領域の検出画像の像質あるいは検査結果
あるいはその両方にもとづいて、前記検出光学系の検査
感度が同程度となる画像処理パラメータを決定すること
を特徴とするパターン検査装置。
6. The detection optical system according to claim 5, wherein the detection optical system is based on an image quality and / or an inspection result of a detection image of the common inspection area by the two detection optical systems arranged adjacent to each other. A pattern inspection apparatus for determining an image processing parameter having the same inspection sensitivity.
【請求項7】 請求項1または3記載において、 複数の前記検出光学系全てが、被検査領域全体、あるい
は、被検査領域全体と像質評価用試料の画像検出が可能
なことを特徴とするパターン検査装置。
7. The apparatus according to claim 1, wherein all of the plurality of detection optical systems are capable of detecting an image of the entire inspection area, or of the entire inspection area and the image quality evaluation sample. Pattern inspection device.
【請求項8】 請求項1記載において、 複数の前記検出光学系のうち、1つ以上の任意の検出光
学系を選択して使用することにより、被検査領域全体の
検査が可能なことを特徴とするパターン検査装置。
8. The inspection system according to claim 1, wherein an entire inspection area can be inspected by selecting and using one or more arbitrary detection optical systems among the plurality of detection optical systems. Pattern inspection equipment.
【請求項9】 請求項1記載において、 前記した像質評価結果により装置の不具合を検知する手
段と、該不具合を操作者に提示する手段とを有すること
を特徴とするパターン検査装置。
9. The pattern inspection apparatus according to claim 1, further comprising: means for detecting a malfunction of the apparatus based on the image quality evaluation result; and means for presenting the malfunction to an operator.
【請求項10】 請求項1記載において、 複数の前記検出光学系が、電子光学系であることを特徴
とするパターン検査装置。
10. The pattern inspection apparatus according to claim 1, wherein the plurality of detection optical systems are electron optical systems.
【請求項11】 対象物上の複数の領域において、該対
象物の表面の物理的性質を現した画像を検出する複数の
検出光学系と、該各々の検出光学系により検出された画
像信号を処理可能な画像処理部と、対象物を保持し移動
可能なステージと、上記検出光学系により得られる画像
の質を定量的に評価する像質評価手段と、該像質評価手
段による像質評価結果にもとづいて複数の上記検出光学
系の状態を監視し、異常を検知する手段とを、有するこ
とを特徴とするパターン検査装置。
11. A plurality of detection optical systems for detecting images representing physical properties of the surface of the object in a plurality of regions on the object, and an image signal detected by each of the detection optical systems. A processable image processing unit, a stage capable of holding and moving the object, image quality evaluation means for quantitatively evaluating the quality of an image obtained by the detection optical system, and image quality evaluation by the image quality evaluation means Means for monitoring the states of the plurality of detection optical systems based on the results and detecting abnormalities.
【請求項12】 対象物を保持し移動可能なステージ
と、対象物上の複数の領域において、ステージの移動軸
方向に並べて配置された、上記対象物表面の画像を検出
する複数の検出光学系とを有し、上記対象物のステージ
移動軸への投影長よりも上記ステージの可動範囲が小さ
いことを特徴とするパターン検査装置。
12. A stage capable of holding and moving an object, and a plurality of detection optical systems for detecting an image of the surface of the object, which are arranged in a plurality of regions on the object in a moving axis direction of the stage. And a movable range of the stage is smaller than a projection length of the object onto a stage moving axis.
【請求項13】 請求項12記載において、 前記検出光学系のステージの移動軸方向間隔が、等間隔
であることを特徴とするパターン検査装置。
13. The pattern inspection apparatus according to claim 12, wherein intervals of the stages of the detection optical system in the moving axis direction are equal.
【請求項14】 対象物上の複数の領域において、該対
象物の表面の物理的性質を現した画像を複数の検出光学
系にて検出し、該検出光学系により得られる画像の質を
定量的に評価して、この像質評価結果にもとづいて複数
の上記検出光学系による検査感度が同程度となるように
検出パラメータを決定し、この決定されたパラメータを
用いて、複数の上記検出光学系により検出された画像信
号を同時に処理することを特徴とするパターン検査方
法。
14. In a plurality of regions on an object, images showing physical properties of the surface of the object are detected by a plurality of detection optical systems, and the quality of an image obtained by the detection optical systems is quantified. And the detection parameters are determined based on the image quality evaluation results so that the inspection sensitivities of the plurality of detection optical systems are substantially the same. Using the determined parameters, the plurality of detection optical systems are determined. A pattern inspection method characterized by simultaneously processing image signals detected by a system.
【請求項15】 請求項14記載において、 前記した像質の評価として、検出信号量、分解能、検出
信号の雑音、画像歪みのうち、少なくとも1つ以上を用
いて検査を行うことを特徴とするパターン検査方法。
15. The method according to claim 14, wherein the evaluation of the image quality is performed by using at least one of a detection signal amount, resolution, detection signal noise, and image distortion. Pattern inspection method.
【請求項16】 請求項14記載において、 前記した像質の評価および検査パラメータの調整を、像
質評価用試料あるいは非検査対象物上のパターンあるい
はその両方を用いて行うことを特徴とするパターン検査
方法。
16. The pattern according to claim 14, wherein the evaluation of the image quality and the adjustment of the inspection parameters are performed using a sample for image quality evaluation and / or a pattern on a non-inspection object. Inspection methods.
【請求項17】 請求項14記載において、 隣り合って配置される2つの前記検出光学系が、少なく
とも1箇所以上の共通な検査領域を有することを特徴と
するパターン検査方法。
17. The pattern inspection method according to claim 14, wherein two detection optical systems arranged adjacent to each other have at least one or more common inspection regions.
【請求項18】 請求項17記載において、 前記隣り合って配置される2つの前記検出光学系による
前記共通な検査領域の検出画像の像質あるいは検査結果
あるいはその両方にもとづいて、前記検出光学系の検査
感度が同程度となる画像処理パラメータを決定すること
を特徴とするパターン検査方法。
18. The detection optical system according to claim 17, based on an image quality and / or an inspection result of a detection image of the common inspection region by the two detection optical systems arranged adjacent to each other. A pattern inspection method characterized by determining image processing parameters having the same inspection sensitivity.
【請求項19】 請求項14または16記載において、 複数の前記検出光学系全てが、被検査領域全体、あるい
は、被検査領域全体と像質評価用試料の画像検出が可能
なことを特徴とするパターン検査方法。
19. The apparatus according to claim 14, wherein all of the plurality of detection optical systems are capable of detecting an image of the entire inspection area or the entire inspection area and the image quality evaluation sample. Pattern inspection method.
【請求項20】 請求項14記載において、 複数の前記検出光学系のうち、1つ以上の任意の検出光
学系を選択して使用することにより、被検査領域全体の
検査が可能なことを特徴とするパターン検査方法。
20. The inspection device according to claim 14, wherein the whole inspection area can be inspected by selecting and using one or more arbitrary detection optical systems among the plurality of detection optical systems. Pattern inspection method.
【請求項21】 請求項14記載において、 前記した像質評価結果により装置の不具合を検知し、該
検知した不具合を操作者に提示ようにしたことを特徴と
するパターン検査方法。
21. The pattern inspection method according to claim 14, wherein a defect of the apparatus is detected based on the image quality evaluation result, and the detected defect is presented to an operator.
【請求項22】 請求項14記載において、 複数の前記検出光学系が、電子光学系であることを特徴
とするパターン検査方法。
22. The pattern inspection method according to claim 14, wherein the plurality of detection optical systems are electron optical systems.
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