JP2000188075A - Inspection method and inspection device for circuit pattern - Google Patents

Inspection method and inspection device for circuit pattern

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JP2000188075A
JP2000188075A JP10364073A JP36407398A JP2000188075A JP 2000188075 A JP2000188075 A JP 2000188075A JP 10364073 A JP10364073 A JP 10364073A JP 36407398 A JP36407398 A JP 36407398A JP 2000188075 A JP2000188075 A JP 2000188075A
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Japan
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electron beam
inspection
current mirror
image
electron
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JP10364073A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Shinada
博之 品田
敦子 ▲高▼藤
Atsuko Takato
Takanori Ninomiya
隆典 二宮
Hiroko Iwabuchi
裕子 岩淵
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently set inspection conditions and enhance reliability by irradiating large and small electron beams from large and small current mirror bodies having an electron gun, a lens system, and a deflecting system to a sample on a stage within a vacuum chamber, detecting and converting secondary charged particles produced, inspecting defects, and individually inspecting again defects with the large and small current mirror bodies. SOLUTION: Coarse alignment is conducted with an optical microscope, conditions of electron optics system are set, fine alignment of an image with electron beams are conducted, trial inspection is conducted, and image processing conditions are set. The whole surface of a wafer is inspected at high speed with an inspecting electron optics system 101, and defective places are displayed on a control screen. A defective coordinate part is moved to a visual field of a reviewing electron optics system 200 with low accelerating voltage and small chromatic aberration, and the truth or not of the defect is discriminated. In both inspections, threshold values of an image processing parameter are lowered, and inspection is repeated. Since image quality on a review screen is good, judgment of good or not of image processing parameter selection is correct, and the number of trial and errors is decreased.

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】本発明は半導体装置の製造方
法に係わり、特に半導体装置製造過程のウェハ上のパタ
ーン検査技術に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a technique for inspecting a pattern on a wafer in a semiconductor device manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造過程でウェハ上に形成
された回路パターンの欠陥を検出する検査方法として、
1つのウェハ上の2つ以上のLSIの同種パターンの画
像を光により取得し、それらを比較して検査する装置が
実用化されている。
2. Description of the Related Art As an inspection method for detecting a defect of a circuit pattern formed on a wafer in a semiconductor device manufacturing process,
2. Description of the Related Art An apparatus has been put to practical use that acquires images of the same kind of patterns of two or more LSIs on one wafer by light, compares them, and inspects them.

【0003】特に、電子線を用いたパターンの比較検査
装置が特開昭59−192943号公報、ジャーナル
オブ バキューム サイエンス アンド テクノロジー
(J.Vac. Sci. Tech.) B, Vol. 9, No.6, pp. 3005 -
3009(1991)、J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 10, No.6,
Pp. 2511 - 2515(1992)、エスピーアイイー(SPI
E)Vol.2439,および特開平5−258703号公報等
に記載されている。このような装置で実用的なスループ
ットを得るためには、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SNを確保するた
めに、通常の走査型電子顕微鏡の100倍以上(10n
A以上)の電子線電流を用い、実用的な検査速度を維持
しながら画像のSNを確保している。このとき、ビーム
径は通常の走査型電子顕微鏡に比べてかなり広がってお
り、0.05μm〜0.2μm程度になっている。これ
は、ビーム電流が大きいために電子銃の輝度とクーロン
効果により制限される値である。
[0003] In particular, an apparatus for comparing and inspecting patterns using an electron beam is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-192943, Journal
Of Vacuum Science and Technology (J.Vac. Sci. Tech.) B, Vol. 9, No. 6, pp. 3005-
3009 (1991), J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 10, No. 6,
Pp. 2511-2515 (1992), SPI (SPI)
E) Vol.2439 and JP-A-5-258703. In order to obtain a practical throughput with such an apparatus, it is necessary to acquire images at a very high speed. Then, in order to secure the SN of the image acquired at high speed, it is 100 times or more (10n) that of a normal scanning electron microscope.
A or more), the SN of the image is secured while maintaining a practical inspection speed. At this time, the beam diameter is considerably wider than that of a normal scanning electron microscope, and is about 0.05 μm to 0.2 μm. This is a value limited by the brightness of the electron gun and the Coulomb effect due to the large beam current.

【0004】このような電子光学系により取得した画像
信号は、適宜の画像処理系に送られ、隣接する同一パタ
ーン部の画像との間で比較検査が実施される。画像を比
較したときに異なる明るさの箇所が存在すれば、その部
分を欠陥とみなしてその座標を記憶する。このような構
成により、0.05〜0.1μm程度のサイズの欠陥ま
で検出が可能である。
An image signal obtained by such an electron optical system is sent to an appropriate image processing system, and a comparison inspection is performed between adjacent image of the same pattern portion. If there is a different brightness portion when comparing the images, the portion is regarded as a defect and the coordinates are stored. With such a configuration, it is possible to detect a defect having a size of about 0.05 to 0.1 μm.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置を使用
して検査を開始するときには、必要な各種多数のパラメ
ータをあらかじめ設定する必要がある。まず電子光学系
の設定パラメータには、電子線の照射エネルギ、画像を
形成する二次電子信号検出系のゲイン、画素サイズ、ビ
ーム電流などがある。一方、画像処理装置が隣接する同
一パターンの二つの画像を比較するときに、欠陥である
か否かを判断する閾値が存在する。この閾値を低く設定
すると欠陥検出感度は向上するが欠陥でない部分を欠陥
と見なしてしまう可能性が大きくなる。一方、閾値を上
げると検出感度は低下していく。
When an inspection is started by using the above-mentioned conventional apparatus, it is necessary to set various necessary parameters in advance. First, the setting parameters of the electron optical system include the irradiation energy of the electron beam, the gain of the secondary electron signal detection system for forming an image, the pixel size, the beam current, and the like. On the other hand, when the image processing apparatus compares two adjacent images of the same pattern, there is a threshold for determining whether or not the image is defective. When this threshold value is set low, the defect detection sensitivity is improved, but the possibility that non-defect portions are regarded as defects is increased. On the other hand, when the threshold value is increased, the detection sensitivity decreases.

【0006】上記パラメータは、検査対象のプロセスや
パターンサイズ、また検出したい欠陥の種類によって最
適値が異なる。したがって、検査前に試行検査を実施
し、検出された欠陥座標の画像を表示させ、検出したい
欠陥が検出されているかを確認しながら上記パラメータ
を最適なものに設定する必要がある。
The optimum values of the above parameters vary depending on the process to be inspected, the pattern size, and the type of defect to be detected. Therefore, it is necessary to perform a trial inspection before the inspection, display an image of the detected defect coordinates, and set the above parameters to an optimum value while confirming whether a defect to be detected is detected.

【0007】また、本検査の終了後に欠陥座標部の画像
を取得し、どのような欠陥が検出されたのかを作業者が
確認する必要性もある。すなわち、欠陥の存在を検出す
るために高速に画像を取得し、画像処理で欠陥を検出す
るだけでなく、通常の走査型電子顕微鏡と同様に、ある
特定の狭い視野を画像化し、それを目視で観察・確認す
るという機能も必須である。これを以下レビューと呼
ぶ。
[0007] Further, after the completion of the main inspection, it is necessary to obtain an image of a defect coordinate portion and to confirm what kind of defect has been detected by an operator. That is, in order to detect the presence of a defect, an image is acquired at high speed, and not only the defect is detected by image processing, but also a specific narrow visual field is imaged and visually observed in the same manner as a normal scanning electron microscope. The function of observing and confirming with is also essential. This is called a review below.

【0008】レビュー時には特に高速に画像を形成する
必要はない。一方、欠陥の有無だけでなく欠陥の形状や
種類もある程度認識できる必要があるため、高分解能画
像を取得できる必要がある。
At the time of review, it is not necessary to form an image at a particularly high speed. On the other hand, since it is necessary to recognize not only the presence or absence of a defect but also the shape and type of the defect to some extent, it is necessary to be able to acquire a high-resolution image.

【0009】ところが従来の装置では、電子光学系が大
電流の高速走査による画像取得に最適な設計がなされて
おり、単に電子光学系の条件を変化させるだけでは充分
な分解能を得ることはできなかった。そのため、検出さ
れた欠陥が真の欠陥かそれともパラメータの設定が不適
当なことにより発生した誤検出であるのかを判定するた
めの精度が低かった。そのため、設定パラメータが必ず
しも最適な値に設定されずに検査が実行されることが多
かった。
However, in the conventional apparatus, the electron optical system is designed optimally for acquiring an image by high-speed scanning with a large current, and sufficient resolution cannot be obtained simply by changing the conditions of the electron optical system. Was. Therefore, the accuracy for determining whether the detected defect is a true defect or an erroneous detection caused by improper parameter setting is low. For this reason, the inspection is often performed without setting the setting parameter to an optimum value.

【0010】本発明の目的は、半導体装置の製造過程に
あるウェハ上の回路パターン等の同一設計パターン間の
画像情報の比較から、欠陥、異物、残渣等を電子線によ
り検査する方法および装置において、検査条件の設定を
効率よく実施でき、検査時間を短縮すると共に検査の信
頼性を向上させる方法および装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for inspecting defects, foreign matter, residues and the like by an electron beam by comparing image information between the same design patterns such as circuit patterns on a wafer in the process of manufacturing a semiconductor device. Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus that can efficiently set inspection conditions, shorten inspection time, and improve inspection reliability.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明においては、検査
用の大電流高速画像形成用の電子光学系とレビュー用の
小電流高分解能の電子光学系の二つのカラムを同一試料
室上に設け、それぞれ独立に動作させることにより上記
課題を解決した。
In the present invention, two columns, an electron optical system for high-current high-speed image formation for inspection and an electron optical system for small current and high resolution for review, are provided on the same sample chamber. The above-mentioned problem was solved by operating each independently.

【0012】すなわち本発明の方法および装置は、一つ
の真空容器上に大電流の電子ビームを試料に照射可能な
大電流鏡体と小電流で上記大電流鏡体と比較して直径が
小さい電子ビームを照射可能な小電流鏡体が存在し、上
記鏡体はすべて電子ビームを発生する電子銃と電子ビー
ムを小さく絞るためのレンズ系を備え、かつ電子ビーム
を被検査試料に走査するための偏向器を備え、上記真空
容器内の試料を載せたステージを連続に移動させながら
同時に電子ビームを試料上に走査し、発生した二次的荷
電粒子を検出し、上記検出信号を上記試料の画像信号に
変換し、上記画像信号を用いてパターンの欠陥を検査す
る工程と、検査により検出された欠陥座標の位置を小電
流鏡体の直下に移動させ、欠陥の確認を実施し、その結
果から上記大電流鏡体による検査条件を変更し再び上記
検査を実施することを特徴とする。
That is, the method and apparatus of the present invention provide a large current mirror capable of irradiating a sample with a large current electron beam on one vacuum vessel, and an electron having a small current and a smaller diameter than the large current mirror. There is a small current mirror that can irradiate a beam, and all the mirrors have an electron gun that generates an electron beam, a lens system for narrowing down the electron beam, and a mechanism for scanning the sample to be inspected with the electron beam. It is equipped with a deflector and simultaneously scans the sample with the electron beam while continuously moving the stage on which the sample is placed in the vacuum vessel, detects generated secondary charged particles, and outputs the detection signal to the image of the sample. And converting the position of the defect coordinates detected by the inspection to a position immediately below the small current mirror, and checking the defect. Large current above Change the test conditions by the body again which comprises carrying out the inspection.

【0013】また、上記の構成において、上記小電流鏡
体の電子ビームは上記大電流鏡体の電子ビームより加速
電圧が低いことを特徴とする。
In the above structure, the electron beam of the small current mirror has a lower acceleration voltage than the electron beam of the large current mirror.

【0014】また、また、上記の構成において、上記試
料とステージに電子ビームを照射直前で所望のエネルギ
に減速させるための負の電位を印加し、小電流鏡体によ
り試料の画像を観察するときには上記大電流鏡体で検査
するときよりも小さい負電位を印加することを特徴とす
る。
In the above arrangement, a negative potential for decelerating to a desired energy is applied to the sample and the stage immediately before the electron beam irradiation to observe the image of the sample with the small current mirror. The method is characterized in that a negative potential smaller than that for the inspection with the large current mirror is applied.

【0015】また、上記の構成において、上記小電流鏡
体はX線検出器を備え、電子ビーム照射により放出され
るX線のエネルギから照射位置の材質を分析することを
特徴とする。
In the above arrangement, the small current mirror is provided with an X-ray detector, and the material at the irradiation position is analyzed from the energy of the X-ray emitted by electron beam irradiation.

【0016】また、上記の構成において、上記小電流鏡
体はエネルギフィルタを備え、電子ビーム照射により放
出される二次電子のエネルギをフィルタリングすること
で電子ビーム照射位置の電位を検出することを特徴とす
る。
In the above structure, the small current mirror includes an energy filter, and detects a potential at an electron beam irradiation position by filtering energy of secondary electrons emitted by electron beam irradiation. And

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】(実施例1)図1は本発明の第1
の実施例の装置構成を示し、図2は上記装置の動作およ
び走査の流れを示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the operation of the above apparatus and the flow of scanning.

【0018】検査装置は大別して検査用電子光学系10
1、レビュー用電子光学系200、試料室102、制御
部104、画像処理部105より構成されている。検査
用電子光学系101は電子銃1、電子線引き出し電極
2、絶縁碍子3、コンデンサレンズ4、ブランキング用
偏向器17、走査偏向器8、絞り5、対物レンズ7によ
り構成されている。また2次電子検出器9が対物レンズ
7の下方にあり、二次電子検出器9の出力信号はプリア
ンプ12で増幅され、AD変換器30によりデジタルデ
ータに変換され、画像処理部105に送られる。
The inspection apparatus is roughly divided into an inspection electronic optical system 10.
1, a review electron optical system 200, a sample chamber 102, a control unit 104, and an image processing unit 105. The inspection electron optical system 101 includes an electron gun 1, an electron beam extraction electrode 2, an insulator 3, a condenser lens 4, a blanking deflector 17, a scanning deflector 8, a diaphragm 5, and an objective lens 7. The secondary electron detector 9 is located below the objective lens 7, and the output signal of the secondary electron detector 9 is amplified by the preamplifier 12, converted into digital data by the AD converter 30, and sent to the image processing unit 105. .

【0019】レビュー用電子光学系は電子銃201、電
子線引き出し電極202、コンデンサレンズ204、走
査偏向器208、絞り205、対物レンズ207により
構成されている。また2次電子検出器209が対物レン
ズ207の上方にあり、二次電子検出器209の出力信
号はプリアンプ212で増幅され、AD変換器230を
へて低速画像表示回路218に送られる。
The review electron optical system includes an electron gun 201, an electron beam extraction electrode 202, a condenser lens 204, a scanning deflector 208, an aperture 205, and an objective lens 207. A secondary electron detector 209 is located above the objective lens 207, and an output signal of the secondary electron detector 209 is amplified by a preamplifier 212 and sent to a low-speed image display circuit 218 via an AD converter 230.

【0020】試料室102は、ステージ24、光学式試
料高さ測定器29により構成されている。
The sample chamber 102 includes a stage 24 and an optical sample height measuring device 29.

【0021】画像処理部105は画像記憶部18および
19、演算部20、欠陥判定部21より構成されてい
る。取り込まれた電子線画像および光学画像は、モニタ
22に表示される。
The image processing unit 105 includes image storage units 18 and 19, a calculation unit 20, and a defect determination unit 21. The captured electron beam image and optical image are displayed on the monitor 22.

【0022】検査装置各部の動作命令および動作条件は
制御部104から入出力される。予め制御部104に電
子線発生時の加速電圧・電子線偏向幅・偏向速度・試料
台移動速度・検出器の信号取り込みタイミング等々の条
件が入力されている。また、光学式試料高さ測定器29
の信号から補正信号を生成し、電子線6が常に正しい位
置に照射されるよう対物レンズ電源26や、走査信号発
生器13に補正信号を送る。
An operation command and an operation condition of each part of the inspection apparatus are input and output from the control unit 104. The conditions such as acceleration voltage, electron beam deflection width, deflection speed, sample stage moving speed, detector signal capture timing, and the like when an electron beam is generated are input to the control unit 104 in advance. Also, the optical sample height measuring device 29
And a correction signal is sent to the objective lens power supply 26 and the scanning signal generator 13 so that the electron beam 6 is always irradiated to the correct position.

【0023】図2は電子ビームによる半導体パターン外
観検査装置の走査および動作フローを示す図であり、こ
の図を用いて本発明による半導体ウェハのパターン外観
検査方法を説明する。
FIG. 2 is a diagram showing a scanning and operation flow of the semiconductor pattern appearance inspection apparatus using an electron beam. The method for inspecting the pattern appearance of a semiconductor wafer according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0024】まず、ウェハをロードした後、光学顕微鏡
により粗いアライメントを実施する。これは、電子線走
査画像では走査範囲が狭く、ローディング時の機械的な
位置決めだけではアライメントマークが電子線の走査範
囲内に入らない可能性があるからである。そこで、視野
の広い低倍率の光学顕微鏡によりおよそ数十μmの精度
でアライメントを行う。
First, after loading a wafer, rough alignment is performed by an optical microscope. This is because the scanning range is narrow in an electron beam scanning image, and there is a possibility that the alignment mark does not fall within the scanning range of the electron beam only by mechanical positioning during loading. Therefore, alignment is performed with an accuracy of approximately several tens of μm using a low-magnification optical microscope having a wide field of view.

【0025】次に電子光学系の条件設定を実施する。検
査するウェハのパターンの種類により電子ビームの照射
エネルギや画素サイズ、ビーム電流等を設定する。最適
な電子ビームの照射エネルギは、パターンの材質により
異なる。通常、導電性材料では高分解能が得られるよう
に数keV以上の高目のエネルギとし、絶縁物を含むパ
ターンでは帯電防止のために1.5keV以下に設定す
るとよい。
Next, conditions for the electron optical system are set. The irradiation energy of the electron beam, the pixel size, the beam current, etc. are set according to the type of the pattern of the wafer to be inspected. The optimum electron beam irradiation energy varies depending on the material of the pattern. Normally, it is preferable to set the energy to a higher value of several keV or more so as to obtain a high resolution in a conductive material, and to set the energy to 1.5 keV or less in a pattern including an insulator to prevent charging.

【0026】次に特に注目したい欠陥サイズに応じた画
素サイズを設定する。無意味に画素サイズを小さくする
と検査所要時間が増大してしまう。次にビーム電流を設
定する。デフォルトの値は装置固有に存在するが、特に
帯電しやすいウェハでは小さめの電流に設定するとよ
い。また、検出したい欠陥のコントラストが大きいこと
が予めわかっていれば電流を小さめにすることで電子ビ
ームをより小さく絞ることが可能となり、高分解能の検
査ができる。
Next, a pixel size corresponding to the defect size of particular interest is set. Insignificantly reducing the pixel size increases the time required for inspection. Next, the beam current is set. Although the default value is unique to the apparatus, it is preferable to set the current to a smaller value especially for a wafer which is easily charged. In addition, if it is known in advance that the defect to be detected has a high contrast, the current can be made smaller so that the electron beam can be narrowed down, and high-resolution inspection can be performed.

【0027】次に検査するウェハの電子線による画像を
表示させ、焦点や非点収差の補正を実施する。これは画
像を取り込んで計算機上またはそれ専用の画像処理装置
により自動化することが可能である。
Next, an image of the wafer to be inspected by the electron beam is displayed, and focus and astigmatism are corrected. This can be automated by capturing an image and using a computer or a dedicated image processing device.

【0028】以上の設定が終了したら、次に電子ビーム
による画像の精アライメントを実施する。これによりス
テージの座標系とウェハの座標系が正確に一致し、ステ
ージの座標をレーザ測長機等により計測することでウェ
ハ上の所望の位置を検査することが可能となる。次に、
検査したいエリアを制御用ワークステーションのディス
プレー等の制御用画面から入力する。
After the above setting is completed, next, the image is finely aligned by the electron beam. As a result, the coordinate system of the stage and the coordinate system of the wafer accurately match, and a desired position on the wafer can be inspected by measuring the coordinates of the stage with a laser length measuring device or the like. next,
The area to be inspected is input from a control screen such as a display of a control workstation.

【0029】次に試し検査を実施する。試し検査とは上
記で設定した各種パラメータが適当であるかを判断する
ために実施する。検査したいパターンの一部分を指定す
る。これが試し検査領域指定である。そして試し検査を
実施する。試し検査では電子ビームにより本番の検査と
同様の動作により画像を検出するが、画像処理回路を通
すことなくただ取得した画像をメモリにすべて取り込
む。
Next, a test inspection is performed. The trial inspection is performed to determine whether the various parameters set above are appropriate. Specify the part of the pattern you want to inspect. This is the test inspection area designation. Then, a test inspection is performed. In the trial inspection, an image is detected by an electron beam in the same operation as in the actual inspection, but all the acquired images are simply loaded into the memory without passing through the image processing circuit.

【0030】次に、画像処理条件の設定を行う。この条
件は、画像処理装置が隣接する同一パターンの二つの画
像を比較するときに、欠陥であるか否かを判断する閾値
である。この閾値を低く設定すると欠陥検出感度は向上
するが欠陥でない部分を欠陥と見なしてしまう可能性が
大きくなる。一方、閾値を上げると検出感度は低下して
いく。ここで明るさ閾値とは輝度信号の相違の閾値であ
る。
Next, image processing conditions are set. This condition is a threshold for judging whether or not there is a defect when the image processing apparatus compares two adjacent images of the same pattern. When this threshold value is set low, the defect detection sensitivity is improved, but the possibility that non-defect portions are regarded as defects is increased. On the other hand, when the threshold value is increased, the detection sensitivity decreases. Here, the brightness threshold value is a threshold value of a difference between luminance signals.

【0031】電子ビームによる画像は光学顕微鏡画像に
比べてざらつきが大きい(すなわち画像のSN)。この
ため比較している検査対象物は同一で平均的な明るさは
同一でも、画素毎に見るとやや明暗のばらつきが存在す
る。したがって明暗の閾値を設け、画像を比較してその
閾値より大きく明暗の差が生じた場所のみを欠陥として
検出することで画像のざらつきを欠陥と認識しないよう
にしている。
An image formed by an electron beam has a greater roughness than an optical microscope image (that is, the SN of the image). For this reason, even though the inspection objects to be compared are the same and have the same average brightness, there is a slight variation in brightness when viewed from pixel to pixel. Therefore, a light and dark threshold value is provided, and images are compared to detect only a portion where a light and dark difference is greater than the threshold value as a defect, so that the roughness of the image is not recognized as a defect.

【0032】また、位置ズレ閾値とは、比較する二枚の
画像の位置合わせの不完全さを欠陥として誤認識しない
ようにするために設ける。画像の位置ズレがここで設定
した閾値程度は存在するとみなして、それ以上の差が生
じた場合のみを欠陥と判断する。フィルタ種類とは取得
した画像に施すフィルタであり、検出した画像のざらつ
きを軽減したりエッジを強調するために存在する。これ
はパターンの種類や検出したい欠陥に応じて最適なもの
を試行錯誤で選択する。
The position deviation threshold value is provided to prevent erroneous recognition of incomplete registration of two images to be compared as a defect. It is considered that there is an image positional deviation about the threshold set here, and only when a difference larger than that occurs, is judged as a defect. The filter type is a filter to be applied to the acquired image, and exists to reduce the roughness of the detected image and enhance the edge. In this method, an optimum one is selected by trial and error according to a type of a pattern and a defect to be detected.

【0033】以上のパラメータを設定した後、画像処理
を実施する。試し検査における画像処理では、すでに取
得した一連の画像を用いて比較検査を行う。この検査に
より欠陥が検出され、その座標が記憶され、制御画面上
に欠陥の場所を表示する。この時点で一つも欠陥が検出
されない場合、上記画像処理パラメータの閾値を下げて
感度を上げ、再びメモリ上の画像を用いて比較検査を実
施する。
After setting the above parameters, image processing is performed. In the image processing in the trial inspection, a comparative inspection is performed using a series of images already acquired. This inspection detects a defect, stores its coordinates, and displays the location of the defect on a control screen. If no defect is detected at this time, the sensitivity is increased by lowering the threshold value of the image processing parameter, and the comparison inspection is performed again using the image on the memory.

【0034】次に、試し検査で検出された座標の画像を
観察する。これがレビューである。すでにその部分の画
像はメモリに記憶されているので、まずその画像を制御
用ワークステーションのディスプレーや画像表示専用の
ディスプレー等に表示し目視でどのような欠陥が検出さ
れたかを観察する。ここでかなり大きな欠陥については
目視により簡単に欠陥の形状や種類等が判明する。しか
し、装置の性能限界に近い微細な欠陥やコントラストの
小さい欠陥は、目視では充分に明確に判定できない場合
が多い。
Next, an image of the coordinates detected in the trial inspection is observed. This is a review. Since the image of that portion has already been stored in the memory, the image is first displayed on a display of a control workstation or a display dedicated to image display, and the type of defect detected is visually observed. Here, for a considerably large defect, the shape, type, and the like of the defect can be easily found visually. However, a fine defect close to the performance limit of the device or a defect having a small contrast cannot often be sufficiently visually determined.

【0035】そこで、レビュー専用の高分解能の電子光
学系の視野内に欠陥座標部を移動し、高分解能像をじっ
くりと観察する。これにより、試し検査で検出した欠陥
が、真の欠陥であるか否か、検出したかった欠陥である
か否かなどを容易に判別できる。その結果から、画像処
理のパラメータを再設定し、再びレビューすることを繰
り返すことで検出したい欠陥を確実に検出できる条件を
見いだすことができる。
Therefore, the defect coordinate portion is moved into the field of view of the high-resolution electron optical system dedicated to review, and the high-resolution image is carefully observed. This makes it possible to easily determine whether or not the defect detected in the test inspection is a true defect, whether or not the defect is a defect to be detected. From the result, it is possible to find out a condition for reliably detecting a defect to be detected by repeatedly setting the parameters of the image processing and repeating the review.

【0036】高分解能のレビュー用電子光学系が存在し
ない従来の装置では、大電流の電子ビームにより画像を
形成するように設計されており、目視で長時間観察する
と試料に電子ビームが大量に照射され、試料が破壊され
たり帯電により画像を観察できなくなったりする。ま
た、欠陥の有無を確認するのが目的であり、目視観察に
より欠陥の詳細を判断するには分解能が不十分である。
In a conventional apparatus that does not have a high-resolution review electron optical system, an image is formed by a large current electron beam. As a result, the sample is destroyed or the image cannot be observed due to charging. Further, the purpose is to confirm the presence or absence of a defect, and the resolution is insufficient for judging the details of the defect by visual observation.

【0037】従来では、このレビューと画像処理パラメ
ータ設定において試行錯誤を繰り返さざるを得ず、多大
な時間を要していた。ところが本発明によれば、レビュ
ー画面の画質がよいために画像処理パラメータの選択の
良否が正確に判断でき、試行錯誤の回数を格段に減少さ
せることができた。これにより有人作業の時間が大幅に
短縮され、総合的な装置稼働効率も向上した。
In the past, trial and error had to be repeated in the review and the setting of the image processing parameters, which required a great deal of time. However, according to the present invention, since the quality of the review screen is good, the quality of the selection of the image processing parameter can be accurately determined, and the number of trial and error can be significantly reduced. As a result, the time required for manned work has been significantly reduced, and the overall operation efficiency of the apparatus has been improved.

【0038】条件設定のためのレビューが終了したら本
検査を開始する。この検査は無人で自動的に行われる。
この検査が終了したら再びレビューを実施する。このレ
ビューにより検出された欠陥が真の欠陥であるかを確認
した後にウェハをアンロードする。必要であれば他の分
析検査装置へ移動し、各種検査分析を行う。
After the review for setting the conditions is completed, the main inspection is started. This inspection is performed automatically and unattended.
When this inspection is completed, the review is conducted again. After confirming whether the defect detected by this review is a true defect, the wafer is unloaded. If necessary, move to another analysis and inspection apparatus to perform various inspection and analysis.

【0039】次に、本発明のポイントとなるレビュー用
電子光学系と検査用光学系の仕様、相違点と特徴につい
て説明する。
Next, the specifications, differences and features of the review electronic optical system and the inspection optical system, which are the points of the present invention, will be described.

【0040】検査用電子光学系とレビュー用電子光学系
の性能を比較したものが図3である。検査用の電子光学
系はウェハ全面の検査を実用的な時間で実行するために
非常に高速な画像取得が可能である。すなわち画素サイ
ズ0.1μm以下で100μm角を画像形成する時間は
20msec以下となっている。高速画像取得のためにステ
ージは連続的に移動しており電子ビームはその直交方向
に走査されるようになっている。さらに高速にかつ検査
に耐え得るSNの画像形成を実現するためにビーム電流
を20nA以上得られるように設計した。
FIG. 3 shows a comparison of the performance between the inspection electron optical system and the review electron optical system. The inspection electron optical system can perform very high-speed image acquisition because the inspection of the entire wafer is performed in a practical time. That is, the time for forming an image of 100 μm square with a pixel size of 0.1 μm or less is 20 msec or less. The stage is continuously moved for high-speed image acquisition, and the electron beam is scanned in the orthogonal direction. The beam current was designed to be 20 nA or more in order to realize a high-speed and image formation of SN that can withstand inspection.

【0041】具体的には、まず電子源から得られる電流
密度を、安定に得られる限界値である約1mA/srと
した。これは高分解能の走査型電子顕微鏡(SEM)の
約20倍である。さらにレンズの絞りを高分解能のSE
Mと比較して大きいものを用い、電子源からの電子ビー
ムの取り込み角α(すなわち、電子源から広い角度を持
って放出される電子ビームのうち試料に照射される電子
ビームの開き角)を約20倍とした。
More specifically, the current density obtained from the electron source was set to about 1 mA / sr, which is the limit value at which the current can be stably obtained. This is about 20 times that of a high-resolution scanning electron microscope (SEM). In addition, the aperture of the lens is high-resolution SE
M is larger than M, and the take-in angle α of the electron beam from the electron source (that is, the opening angle of the electron beam emitted to the sample among the electron beams emitted from the electron source at a wide angle) is determined. It was about 20 times.

【0042】また、画像の周辺部が歪んだり分解能が中
心部と比べて低下したりすると検査感度が不均一になる
ために、電子ビームの走査領域に余裕を持たせる必要が
ある。そこで対物レンズの焦点距離や動作距離が通常の
高分解能SEMに比べかなり長いものを採用した。
In addition, if the peripheral portion of the image is distorted or the resolution is lower than that of the central portion, the inspection sensitivity becomes non-uniform. Therefore, it is necessary to provide a margin for the electron beam scanning area. Therefore, an objective lens whose focal length and operating distance are considerably longer than that of a normal high-resolution SEM is adopted.

【0043】また、電子ビームの試料照射開き角βが大
きくなると焦点深度が浅くなってしまう。βは光学系全
体の倍率Mでαを割ったものとなるため、倍率Mはあま
り小さくすることができない。したがって、高分解能S
EMにくらべてかなり大きい倍率となっている。
Further, when the sample opening angle β of the electron beam is increased, the depth of focus becomes shallower. Since β is obtained by dividing α by the magnification M of the entire optical system, the magnification M cannot be made very small. Therefore, the high resolution S
The magnification is considerably larger than that of EM.

【0044】以上の設計により、検査に必要な分解能を
確保した上で高速性に必要な大電流を得られるものとな
っている。この電子光学系は以上の説明にあるように単
純に電子ビーム電流を減じたとしても高分解能SEMと
同様の分解能が得られないことは光学系の倍率、対物レ
ンズの焦点距離や動作距離からも明らかである。
With the above design, it is possible to obtain a large current required for high-speed operation while ensuring the resolution required for inspection. As described above, even if the electron beam current is simply reduced, the electron optical system cannot obtain the same resolution as that of a high-resolution SEM because of the magnification of the optical system, the focal length of the objective lens, and the operating distance. it is obvious.

【0045】一方、レビュー用の電子光学系では高速性
は要求されない。また観察したい場所の座標が正確にわ
かっているので視野は20μmあれば充分である。した
がって電子ビーム電流は小さくてよい。しかも対物レン
ズの焦点距離や動作距離も短くてよいこと、また光学系
の倍率を小さくできることにより通常の高分解能SEM
と同様の高分解能画像を取得できる。
On the other hand, a reviewing electronic optical system does not require high speed. Also, since the coordinates of the place to be observed are accurately known, a field of view of 20 μm is sufficient. Therefore, the electron beam current may be small. In addition, the focal length and operating distance of the objective lens can be short, and the magnification of the optical system can be reduced, so that ordinary high-resolution SEM
A high-resolution image similar to the above can be obtained.

【0046】以上で本発明の実施例の概要を説明した。
以下は、電子光学系の構成要素と各部の機能について説
明する。
The outline of the embodiment of the present invention has been described above.
The following describes the components of the electron optical system and the functions of each unit.

【0047】まず検査用電子光学系の構成要素とその動
作の詳細について説明する。電子源1には拡散補給型の
熱電界放出電子源であるZr/O/W型電子源を用い
た。この電子源は長時間安定な電子放出が可能である。
しかも引出電圧を制御することで放射角電流密度を0.
02mA/sr〜1mA/srの範囲で自由に設定でき
る。ただし電流密度を大きくすると放出電子のエネルギ
幅も増大するので色収差が増大する。
First, the components of the inspection electron optical system and the operation thereof will be described in detail. As the electron source 1, a Zr / O / W type electron source which is a diffusion-supply type thermal field emission electron source was used. This electron source can emit electrons stably for a long time.
In addition, by controlling the extraction voltage, the emission angular current density can be reduced to 0.
It can be set freely within the range of 02 mA / sr to 1 mA / sr. However, when the current density is increased, the energy width of the emitted electrons also increases, so that the chromatic aberration increases.

【0048】検査用の電子光学系101はウェハ全面の
検査を実用的な時間で実行するために非常に高速な画像
取得が可能になっている。すなわち画素サイズ0.1μ
m以下で100μm角を画像形成する時間は20msec以
下である。このためには、高速に画像を取得しても検査
に耐え得るSNを確保する必要があった。その実現には
電子ビーム電流を20nA以上得る必要があった。そこ
で電子源1からの放出電子ビームの放射角電流密度は
0.5〜1mA/srの範囲で用いることとした。これ
により、明るさ変動の少ない画像が得られ、かつ電子ビ
ーム電流を大きくすることが可能となり高速検査が可能
となった。
The inspection electron optical system 101 can perform very high-speed image acquisition because the inspection of the entire surface of the wafer is performed in a practical time. That is, pixel size 0.1μ
m and the time for forming an image of 100 μm square is 20 msec or less. For this purpose, it is necessary to secure an SN that can withstand an inspection even when an image is acquired at a high speed. To achieve this, it was necessary to obtain an electron beam current of 20 nA or more. Therefore, the emission angular current density of the electron beam emitted from the electron source 1 is used in the range of 0.5 to 1 mA / sr. As a result, an image with small brightness fluctuations can be obtained, and the electron beam current can be increased, thereby enabling high-speed inspection.

【0049】電子ビーム6は引出電極2に電圧を印加す
ることで電子源1から引き出される。電子ビーム6の加
速は電子源1に高圧の負の電位を印加することでなされ
る。検査用光学系101では加速電圧を10kVまたは
それ以上を設定できるようにした。これは大電流電子ビ
ームを使用するために上述した電子ビームのエネルギ幅
増大による色収差を抑制するためと、大電流電子ビーム
が相互作用することで広がってしまい絞れなくなる現象
(クーロン効果)を抑制するためである。
The electron beam 6 is extracted from the electron source 1 by applying a voltage to the extraction electrode 2. The electron beam 6 is accelerated by applying a high negative potential to the electron source 1. In the inspection optical system 101, the acceleration voltage can be set to 10 kV or more. This is because the use of a large current electron beam suppresses the chromatic aberration caused by the increase in the energy width of the electron beam described above, and also suppresses the phenomenon (coulomb effect) that the large current electron beam spreads due to the interaction and cannot be stopped down. That's why.

【0050】電子線6は約10kVに相当するエネルギ
でステージ24の方向に進み、コンデンサレンズ4で収
束され、さらに対物レンズ7により細く絞られステージ
24の上に搭載された被検査基板10(ウェハあるいは
チップ等)に照射される。偏向領域を100μm角以上
とし周辺部においても歪みのない画像を取得するため
に、対物レンズ7と被検査基板10の距離(動作距離)
を25mmとした。その結果、対物レンズ7の焦点距離は
約30mmと長くなっている。
The electron beam 6 travels in the direction of the stage 24 at an energy corresponding to about 10 kV, is converged by the condenser lens 4, further narrowed down by the objective lens 7, and mounted on the stage 24 (wafer). Or a chip or the like). Distance between the objective lens 7 and the substrate 10 to be inspected (operating distance) in order to make the deflection area 100 μm square or more and obtain an image without distortion even in the peripheral part.
Was set to 25 mm. As a result, the focal length of the objective lens 7 is as long as about 30 mm.

【0051】被検査基板10には高圧電源25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2
5を調節することにより被検査基板10への電子線照射
エネルギを最適な値に調節することが容易となる。画像
形成には電子ビーム6は一次元のみ走査し走査方向と直
行する方向にステージ24を連続的に移動する方法を採
用した。
A high voltage power supply 25 can apply a negative voltage to the substrate 10 to be inspected. This high voltage power supply 2
By adjusting 5, it becomes easy to adjust the electron beam irradiation energy to the inspection target substrate 10 to an optimum value. For image formation, a method was employed in which the electron beam 6 scans only one dimension and the stage 24 is continuously moved in a direction perpendicular to the scanning direction.

【0052】画像形成のための信号検出は以下のように
行われる。すなわち、試料10に照射された電子ビーム
6により二次電子が発生する。この二次電子は試料10
に印加された電位により急激に加速されるために検出器
9に直接引き込むことは不可能である。そこで被検査基
板10と検出器9の間にE×B偏向器14と変換電極1
1を設ける。
Signal detection for image formation is performed as follows. That is, secondary electrons are generated by the electron beam 6 applied to the sample 10. These secondary electrons are
Cannot be directly drawn into the detector 9 because it is rapidly accelerated by the potential applied to the detector 9. Therefore, the E × B deflector 14 and the conversion electrode 1 are provided between the substrate 10 to be inspected and the detector 9.
1 is provided.

【0053】ここで、上記E×B偏向器14とは、電界
と磁界が直交した偏向器であり、上部から入射してくる
一次電子ビーム6に対しては磁界と電界の偏向作用が逆
方向でキャンセルするようになっており、下部から入射
してくる二次電子に対しては両者の偏向が足し合わされ
るようになっている偏向器である。
Here, the E × B deflector 14 is a deflector in which an electric field and a magnetic field are orthogonal to each other, and the deflecting action of the magnetic field and the electric field is opposite to the primary electron beam 6 incident from above. This is a deflector in which secondary electrons coming from below are deflected and added together.

【0054】二次電子はこのE×B偏向器14により偏
向を受けた後変換電極11に照射される。そして変換電
極11から発生する二次電子を検出器9により検出す
る。検出器9には大電流高速検出を実現するためにPI
N型半導体検出器を用いた。ここで検出された二次電子
信号はプリアンプ12により増幅およびAD変換器30
によりAD変換され、画像記憶部18または19に送ら
れる。
After the secondary electrons are deflected by the E × B deflector 14, they are irradiated on the conversion electrode 11. Then, secondary electrons generated from the conversion electrode 11 are detected by the detector 9. The detector 9 has a PI for realizing high-current and high-speed detection.
An N-type semiconductor detector was used. The secondary electron signal detected here is amplified by the preamplifier 12 and the A / D converter 30 is used.
, And is sent to the image storage unit 18 or 19.

【0055】ステージ24の移動により被検査基板10
を移動し、電子源1からの電子ビーム6で比較検査用の
画像を取得して比較検査を実行する。本発明で述べるよ
うな自動検査では検査速度が速いことが必須となる。し
たがって通常のSEMのようにpAオーダのビーム電流
を低速で走査したり、複数回走査は行わない。そこで、
通常のSEMに比べ約100倍以上のたとえば100n
Aの大電流電子線を一回のみの走査により画像を形成す
る構成とした。一枚の画像は1000×1000画素で10msec
〜20msecで取得するようにした。
The movement of the stage 24 causes the substrate 10 to be inspected to move.
Is moved, and an image for comparison inspection is acquired with the electron beam 6 from the electron source 1 to execute the comparison inspection. In the automatic inspection as described in the present invention, a high inspection speed is essential. Therefore, unlike a normal SEM, a beam current of the order of pA is scanned at a low speed, and scanning is not performed a plurality of times. Therefore,
For example, 100n which is about 100 times or more that of a normal SEM
An image was formed by scanning the large current electron beam A only once. One image is 1000 × 1000 pixels and 10msec
Acquired in ~ 20 msec.

【0056】上記方法により、半導体パターンの隣接す
る同一パターン繰り返し部分の画像を演算部20や欠陥
判定部21にて高速に比較判定することで欠陥が検出さ
れる。
According to the above-described method, a defect is detected by comparing and judging the image of the same pattern repetition portion adjacent to the semiconductor pattern at high speed by the arithmetic unit 20 and the defect judgment unit 21.

【0057】次にレビュー用の電子光学系について述べ
る。
Next, an electronic optical system for review will be described.

【0058】電子源201には検査用電子光学系と同様
の拡散補給型の熱電界放出電子源であるZr/O/W型
電子源を用いた。電流密度を大きくすると放出電子のエ
ネルギ幅も増大し色収差が増大する。レビュー用電子光
学系ではビーム電流は100pA以下でよいので放射角
電流密度は0.05mA/sr以下で用いることとし
た。これにより電子ビーム206のエネルギ幅は検査用
電子光学系の場合に比べ約1/3〜1/4に減少し、色
収差もそれだけ減少することになる。
As the electron source 201, a Zr / O / W type electron source which is a diffusion-supply type thermal field emission electron source similar to the electron optical system for inspection is used. When the current density is increased, the energy width of the emitted electrons also increases, and chromatic aberration increases. Since the beam current may be 100 pA or less in the review electron optical system, the emission angular current density is set to 0.05 mA / sr or less. Thereby, the energy width of the electron beam 206 is reduced to about 1/3 to 1/4 as compared with the case of the inspection electron optical system, and the chromatic aberration is also reduced accordingly.

【0059】電子線206は引出電極202に電圧を印
加することで電子源201から引き出される。電子線2
06の加速は電子源201に高圧の負の電位を印加する
ことでなされる。レビュー用光学系200では加速電圧
を500V〜10kVまで可変できるようにした。レビ
ュー用光学系200では電流が小さくてよいため、上述
のように色収差が小さくまたクーロン効果も無視でき
る。したがって、低い加速電圧で十分小さいビーム径を
得られるので標準では加速電圧2kVに設定した。
The electron beam 206 is extracted from the electron source 201 by applying a voltage to the extraction electrode 202. Electron beam 2
The acceleration of 06 is performed by applying a high negative potential to the electron source 201. In the review optical system 200, the acceleration voltage can be varied from 500 V to 10 kV. Since the review optical system 200 requires a small current, the chromatic aberration is small and the Coulomb effect can be neglected as described above. Therefore, since a sufficiently small beam diameter can be obtained with a low acceleration voltage, the acceleration voltage is set to 2 kV as a standard.

【0060】電子線206は2kVに相当するエネルギ
で試料台24方向に進み、コンデンサレンズ204で収
束され、さらに対物レンズ207により細く絞られステ
ージ24の上に搭載された被検査基板10(ウェハある
いはチップ等)に照射される。対物レンズ207は被検
査基板10に非常に接近させており、動作距離は5mmと
した。対物レンズ207の焦点距離は8mmである。これ
により収差の小さい対物レンズを実現できた。分解能は
ほとんどが色収差により決まっている。したがって検査
用の対物レンズに比べて収差係数は約1/4で電子ビー
ムのエネルギ幅が検査用光学系の約1/3であることか
ら、分解能は約1/12となる。
The electron beam 206 travels in the direction of the sample stage 24 with an energy corresponding to 2 kV, is converged by the condenser lens 204, further narrowed down by the objective lens 207, and mounted on the stage 24 (wafer or wafer). Chip, etc.). The objective lens 207 was very close to the substrate 10 to be inspected, and the operating distance was 5 mm. The focal length of the objective lens 207 is 8 mm. As a result, an objective lens with small aberration was realized. The resolution is mostly determined by chromatic aberration. Therefore, since the aberration coefficient is about 1/4 and the energy width of the electron beam is about 1/3 of that of the inspection optical system as compared with the inspection objective lens, the resolution is about 1/12.

【0061】被検査基板10は検査用とレビュー用で共
通であり、したがって高圧電源25により負の電圧を印
加できる。この高圧電源25を調節することにより被検
査基板23への電子線照射エネルギを最適な値に調節す
ることができる。照射エネルギを変えることによりコン
トラストの異なる画像が得られるため、欠陥が形状相違
によるのか材質によるものであるかまたは電気的な導通
によるものなのかなどの情報を多角的に得ることができ
る。
The substrate to be inspected 10 is common for inspection and review, so that a negative voltage can be applied by the high voltage power supply 25. By adjusting the high-voltage power supply 25, the irradiation energy of the electron beam to the substrate 23 to be inspected can be adjusted to an optimum value. Since images having different contrasts can be obtained by changing the irradiation energy, information such as whether the defect is due to a difference in shape, due to a material, or due to electrical continuity can be obtained from various angles.

【0062】画像形成には電子ビーム206を二次元に
走査する。すなわちステージ24は固定とする。被検査
基板10に照射された電子ビーム206により発生する
二次電子は検査用光学系101と同様に被検査基板10
に印加された電位により加速される。対物レンズ207
が被検査基板10に非常に接近しているために検出器2
09は対物レンズ207よりも上方に設けてあり、二次
電子は対物レンズ207の中心を通過させる。検査用光
学系101と比べて被検査基板10に印加する電位は低
いため二次電子のエネルギは弱いが、検出器209に直
接引き込むことはやはり困難である。そこで変換電極2
11に照射させ、そこから放出される二次電子を検出器
209により検出する。
For image formation, the electron beam 206 is two-dimensionally scanned. That is, the stage 24 is fixed. Secondary electrons generated by the electron beam 206 applied to the substrate 10 to be inspected are similar to the optical system 101 for inspection.
Is accelerated by the potential applied to Objective lens 207
Is very close to the substrate 10 to be inspected,
09 is provided above the objective lens 207, and secondary electrons pass through the center of the objective lens 207. Since the potential applied to the inspection target substrate 10 is lower than that of the inspection optical system 101, the energy of the secondary electrons is weak, but it is still difficult to directly draw the secondary electrons into the detector 209. Then conversion electrode 2
Then, the secondary electrons emitted therefrom are detected by a detector 209.

【0063】検出器209には通常のSEMに使用され
ている、蛍光体と光電子増倍管を用いた検出器を用い
た。ここで検出された二次電子信号はプリアンプ212
により増幅され、AD変換器230でディジタル信号に
変換され、画像観察用のモニタ22に表示するととも
に、必要に応じて画像ファイルとしてディスク等の外部
記憶装置219に記憶させたりプリントアウトできるよ
うになっている。
As the detector 209, a detector using a phosphor and a photomultiplier used in a normal SEM was used. The secondary electron signal detected here is supplied to the preamplifier 212.
The digital signal is amplified by the A / D converter 230, converted into a digital signal by the AD converter 230, displayed on the monitor 22 for image observation, and stored as an image file in the external storage device 219 such as a disk or printed out as necessary. ing.

【0064】以上で第1の実施例について説明したが、
各機能の数値は一例である。要は検査用の電子光学系と
くらべて約1/10程度のビーム径を達成できるレビュ
ー用の電子光学系を検査用電子光学系と同一の試料室上
に並べて配置すること、そして試料台の平行移動のみで
迅速に検査とレビューの動作を切り替えられるようにす
ることが本発明の本質である。
The first embodiment has been described above.
The numerical value of each function is an example. The point is that the review electron optics, which can achieve a beam diameter of about 1/10 compared to the inspection electron optics, are arranged side by side on the same sample chamber as the inspection electron optics. It is the essence of the present invention that the inspection and review operations can be quickly switched only by translation.

【0065】(実施例2)第2の実施例として第1の実
施例のレビュー用電子光学系200の対物レンズ207
の下磁路にX線検出器240を組み込み、電子ビーム照
射により発生する特性X線を検出できるようにした。こ
れによりEDX分析が可能となり、レビュー時に欠陥の
材質を特定することが可能となった。図4は中心に穴の
空いたアンニュラー型のX線検出器を組み込んだ場合の
対物レンズ付近の図である。
(Embodiment 2) As a second embodiment, the objective lens 207 of the review electron optical system 200 of the first embodiment is used.
An X-ray detector 240 is incorporated in the lower magnetic path so that characteristic X-rays generated by electron beam irradiation can be detected. As a result, EDX analysis becomes possible, and the material of the defect can be specified at the time of review. FIG. 4 is a diagram showing the vicinity of an objective lens when an annular X-ray detector having a hole at the center is incorporated.

【0066】また対物レンズの動作距離を第1の実施例
よりもやや大きくしてX線分析器を対物レンズと試料の
間に挿入してもよい。
The X-ray analyzer may be inserted between the objective lens and the sample by making the operating distance of the objective lens slightly longer than in the first embodiment.

【0067】(実施例3)電子ビームによる検査では、
形状の欠陥だけでなく電気的な導通非導通の検査が可能
である。導通している部分は帯電せず、非導通部分のみ
が帯電することにより発生する二次電子のエネルギや軌
道が変化し、画像の明るさが異なるからである。これ
は、大電流電子ビームの照射により特に大きなコントラ
ストとして発生する。ところがレビュー用電子光学系で
は電流が小さいために帯電の差が小さく、コントラスト
として表れにくい。そこで、二次電子のエネルギのわず
かな差でも高感度にフィルタリング可能な二次電子エネ
ルギフィルタを設けた。
(Embodiment 3) In the inspection using an electron beam,
It is possible to inspect not only shape defects but also electrical conduction and non-conduction. This is because the conductive portion is not charged, and only the non-conductive portion is charged, so that the energy and the trajectory of the secondary electrons generated change, and the brightness of the image is different. This occurs as a particularly large contrast due to the irradiation of the high-current electron beam. However, in the review electron optical system, the difference in electrification is small because the current is small, and it is difficult to appear as a contrast. Therefore, a secondary electron energy filter capable of filtering even a small difference in the energy of secondary electrons with high sensitivity is provided.

【0068】エネルギフィルタは対物レンズの上に設け
た。この分析器の図を図5に示す。半球状のメッシュ2
20が対物レンズ207上方に二次電子軌道を遮るよう
に設けられている。メッシュ220の中央には一次電子
ビーム206が通過する穴が開けられている。このメッ
シュ220には電源221により被検査基板10の電位
よりも±20V程度の範囲の電位を与える。これにより
被検査基板の帯電の状況を画像化することができる。二
次電子は放出した場所の電位φを基準として約2eVを
ピークとするエネルギ分布を持っている。したがって、
グランド電位から見た二次電子のエネルギのピークは
(−φ+2)eVとなる。
The energy filter was provided on the objective lens. A diagram of this analyzer is shown in FIG. Hemispheric mesh 2
Reference numeral 20 is provided above the objective lens 207 so as to block the secondary electron trajectory. A hole through which the primary electron beam 206 passes is formed in the center of the mesh 220. A potential in a range of about ± 20 V from the potential of the substrate 10 to be inspected is applied to the mesh 220 by the power supply 221. This makes it possible to visualize the state of charging of the substrate to be inspected. The secondary electrons have an energy distribution peaking at about 2 eV with respect to the potential φ at the place where the secondary electrons are emitted. Therefore,
The energy peak of the secondary electrons viewed from the ground potential is (−φ + 2) eV.

【0069】例えば被検査基板10にリターディング電
位が500V印加されているとすると、二次電子エネル
ギのピークは502eVとなる。もし、一次ビーム照射
位置が本来、基板と導通すべき場所であるにも関わらず
その部分だけパターン欠陥により非導通の場合にはその
部分がマイナスに帯電する。するとそこから放出される
二次電子のエネルギは帯電した電圧だけ高いことにな
る。帯電電圧を5Vとすると、507eVである。そこ
でメッシュに−505Vを与えれば、帯電していない部
分からの二次電子の大部分は上記メッシュを通過するこ
とはできない。したがって帯電している部分のみが明る
く見えることになる。このようにしてわずかな帯電から
でも高コントラストの画像を得ることができる。
For example, if a retarding potential of 500 V is applied to the substrate 10 to be inspected, the peak of the secondary electron energy becomes 502 eV. If the primary beam irradiation position is originally a place to be electrically connected to the substrate, but that part is not electrically conductive due to a pattern defect, the part is negatively charged. Then, the energy of the secondary electrons emitted therefrom is higher by the charged voltage. If the charging voltage is 5 V, it is 507 eV. Therefore, if -505 V is applied to the mesh, most of the secondary electrons from the uncharged portion cannot pass through the mesh. Therefore, only the charged portion looks bright. In this way, a high-contrast image can be obtained even from a slight charge.

【0070】ここではマイナスに帯電する場合のみを説
明したが、実際の半導体においては電子ビーム照射によ
る帯電のメカニズムは複雑であり、正に帯電する場合も
ある。その場合にはメッシュに与える電位をリターディ
ング電位と同電位またはややプラスとすればよい。その
場合は正に帯電するところが暗く、その他の部分は明る
くなる。
Here, only the case of negative charging has been described. However, in an actual semiconductor, the mechanism of charging by electron beam irradiation is complicated and may be positive. In that case, the potential applied to the mesh may be equal to or slightly higher than the retarding potential. In that case, the portion charged positively is dark, and the other portions are bright.

【0071】このエネルギ分析器の分解能は約0.1V
程度を得ることができる。したがって、レビュー時には
電子ビーム電流が小さいために欠陥部の帯電量が小さく
ても電位によるコントラストが強調されるため欠陥の特
定が容易に可能である。
The resolution of this energy analyzer is about 0.1 V
You can get a degree. Therefore, at the time of review, even if the charge amount of the defective portion is small because the electron beam current is small, the contrast by the potential is emphasized, so that the defect can be easily specified.

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明により、半導体装置の製造過程に
あるウェハ上の半導体装置の同一設計パターンの欠陥、
異物、残渣等を電子線により検査する方法において、検
査条件を効率よく設定することが可能となった。これに
より検査工程の高速化と共に検査結果の信頼性を向上さ
せることができた。
According to the present invention, defects of the same design pattern of a semiconductor device on a wafer in the process of manufacturing the semiconductor device can be obtained.
In a method of inspecting foreign matter, residue, and the like by using an electron beam, it has become possible to efficiently set inspection conditions. As a result, the speed of the inspection process can be increased and the reliability of the inspection result can be improved.

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

【図1】本発明の実施例1の検査装置の構成を示す縦断
面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of an inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1の方法の走査および動作を示
すフロー図。
FIG. 2 is a flowchart showing scanning and operation of the method according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例1の装置の電子線光学系の仕様
の説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram of specifications of an electron beam optical system of the apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2の対物レンズ部の構造を示す
部分断面斜視図。
FIG. 4 is a partial cross-sectional perspective view illustrating a structure of an objective lens unit according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3の検査装置の構成を示す縦断
面図。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view illustrating a configuration of an inspection device according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子源、2…引き出し電極、3…碍子、4…コンデ
ンサレンズ、5…絞り、6…電子ビーム、7…対物レン
ズ、8…走査偏向器、9…二次電子検出器、10…被検
査基板、11…変換電極、12…プリアンプ、13…走
査信号発生器、14…E×B偏向器、17…ブランキン
グ偏向器、18…画像記憶部、19…画像記憶部、20
…演算部、21…欠陥判定部、22…モニタ、24…ス
テージ、25…高圧電源、26…対物レンズ電源、27
…補正制御回路、29…光学式試料高さ測定器、30…
AD変換器、101…検査用電子光学系、102…試料
室、104…制御部、105…画像処理部、200…レ
ビュー用電子光学系、201…電子源、202…引き出
し電極、204…コンデンサレンズ、205…絞り、2
06…電子ビーム、207…対物レンズ、208…走査
偏向器、209…検出器、211…変換電極、212…
プリアンプ、218…画像記憶部、219…外部記憶装
置、220…メッシュ、221…電源、230…AD変
換器、240…X線検出器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron source, 2 ... Extraction electrode, 3 ... Insulator, 4 ... Condenser lens, 5 ... Aperture, 6 ... Electron beam, 7 ... Objective lens, 8 ... Scanning deflector, 9 ... Secondary electron detector, 10 ... Inspection substrate, 11 conversion electrode, 12 preamplifier, 13 scanning signal generator, 14 E × B deflector, 17 blanking deflector, 18 image storage unit, 19 image storage unit, 20
... Arithmetic unit, 21 ... Defect determination unit, 22 ... Monitor, 24 ... Stage, 25 ... High voltage power supply, 26 ... Objective lens power supply, 27
... Correction control circuit, 29 ... Optical sample height measuring instrument, 30 ...
AD converter, 101: inspection electron optical system, 102: sample chamber, 104: control unit, 105: image processing unit, 200: review electron optical system, 201: electron source, 202: extraction electrode, 204: condenser lens , 205 ... aperture, 2
06: electron beam, 207: objective lens, 208: scanning deflector, 209: detector, 211: conversion electrode, 212:
Preamplifier, 218: Image storage unit, 219: External storage device, 220: Mesh, 221: Power supply, 230: AD converter, 240: X-ray detector.

───────────────────────────────────────────────────── 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 G01R 31/28 L (72)発明者 二宮 隆典 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 岩淵 裕子 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 Fターム(参考) 2G032 AD08 AF07 AF08 AJ04 AK04 4M106 AA01 BA02 BA20 CA39 CA41 DB05 DB11 DB21 DJ14 5C033 AA05 DD02 FF03 GG03 JJ03 MM02 NP03 9A001 BB06 BZ05 HH23 KZ16 LL05──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court ゛ (Reference) H01L 21/66 G01R 31/28 L (72) Inventor Takanori Ninomiya 882, Ige, Hitachinaka City, Ibaraki Pref. Within Hitachi Measuring Instruments Division (72) Inventor Yuko Iwabuchi 882 Ma, Hitachinaka-shi, Ibaraki F-term within Hitachi Measuring Instruments Division (reference) 2G032 AD08 AF07 AF08 AJ04 AK04 4M106 AA01 BA02 BA20 CA39 CA41 DB05 DB11 DB21 DJ14 5C033 AA05 DD02 FF03 GG03 JJ03 MM02 NP03 9A001 BB06 BZ05 HH23 KZ16 LL05

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一つの真空容器上に大電流の電子ビームを
試料に照射可能な大電流鏡体と小電流で上記大電流鏡体
と比較して直径が小さい電子ビームを照射可能な小電流
鏡体が存在し、上記鏡体はすべて電子ビームを発生する
電子銃と電子ビームを小さく絞るためのレンズ系を備
え、かつ電子ビームを被検査試料に走査するための偏向
器を備え、上記真空容器内の試料を載せたステージを連
続に移動させながら同時に電子ビームを試料上に走査
し、発生した二次的荷電粒子を検出し、上記検出信号を
上記試料の画像信号に変換し、上記画像信号を用いてパ
ターンの欠陥を検査する工程と、検査により検出された
欠陥座標の位置を小電流鏡体の直下に移動させ、欠陥の
確認を実施し、その結果から上記大電流鏡体による検査
条件を変更し、再び上記検査を実施することを特徴とす
る回路パターンの検査方法。
1. A large current mirror capable of irradiating a sample with a large current electron beam on one vacuum vessel, and a small current capable of irradiating an electron beam having a smaller diameter than the large current mirror with a small current. There is a mirror body, each of which has an electron gun for generating an electron beam, a lens system for narrowing down the electron beam, a deflector for scanning the electron beam on a sample to be inspected, and the vacuum While continuously moving the stage on which the sample is placed in the container, the electron beam is simultaneously scanned on the sample, the generated secondary charged particles are detected, the detection signal is converted into an image signal of the sample, and the image is converted. A step of inspecting the pattern for defects using a signal, and moving the position of the defect coordinates detected by the inspection to a position immediately below the small current mirror, and checking the defect. Change the condition and again on Inspection method of a circuit pattern which comprises carrying out the inspection.
【請求項2】上記小電流鏡体の電子ビームは上記大電流
鏡体の電子ビームより加速電圧が低いことを特徴とする
請求項1記載の回路パターンの検査方法。
2. The circuit pattern inspection method according to claim 1, wherein the electron beam of the small current mirror has a lower accelerating voltage than the electron beam of the large current mirror.
【請求項3】上記試料とステージに電子ビームを照射直
前で所望のエネルギに減速させるための負の電位を印加
し、小電流鏡体により試料の画像を観察するときには上
記大電流鏡体で検査するときよりも小さい負電位を印加
することを特徴とする請求項1または2記載の回路パタ
ーンの検査方法。
3. A negative current for decelerating to a desired energy is applied to the specimen and the stage immediately before the electron beam irradiation, and when observing an image of the specimen with a small current mirror, inspection is performed with the large current mirror. 3. The circuit pattern inspection method according to claim 1, wherein a lower negative potential is applied than when performing the test.
【請求項4】上記小電流鏡体はX線検出器を備え、電子
ビーム照射により放出されるX線のエネルギから照射位
置の材質を分析することを特徴とする請求項1ないし3
のいずれか記載の回路パターンの検査方法。
4. The small current mirror body is provided with an X-ray detector, and analyzes a material at an irradiation position from energy of X-rays emitted by electron beam irradiation.
The method for inspecting a circuit pattern according to any one of the above.
【請求項5】上記小電流鏡体はエネルギフィルタを備
え、電子ビーム照射により放出される二次電子のエネル
ギをフィルタリングすることで電子ビーム照射位置の電
位を検出することを特徴とする請求項1ないし3のいず
れか記載の回路パターンの検査方法。
5. The small current mirror according to claim 1, further comprising an energy filter, wherein a potential at an electron beam irradiation position is detected by filtering energy of secondary electrons emitted by electron beam irradiation. 4. The method for inspecting a circuit pattern according to any one of claims 1 to 3.
【請求項6】一つの真空容器上に大電流の電子ビームを
試料に照射可能な大電流鏡体と小電流で上記大電流鏡体
と比較して直径が小さい電子ビームを照射可能な小電流
鏡体が存在し、上記鏡体はすべて電子ビームを発生する
電子銃と電子ビームを小さく絞るためのレンズ系を備
え、かつ電子ビームを被検査試料に走査するための偏向
器を備え、上記真空容器内の試料を載せたステージを連
続に移動させながら同時に電子ビームを試料上に走査し
発生した二次的荷電粒子を検出することで上記試料を画
像化し、上記画像を用いてパターンの欠陥を検査する工
程と、検査により検出された欠陥座標の位置を小電流鏡
体の直下に移動させ、欠陥の確認を実施し、その結果か
ら上記大電流鏡体による検査条件を変更し再び上記検査
を実施することを特徴とする回路パターンの検査装置。
6. A large current mirror capable of irradiating a sample with a large current electron beam on one vacuum vessel, and a small current capable of irradiating an electron beam having a smaller diameter than the large current mirror with a small current. There is a mirror body, each of which has an electron gun for generating an electron beam, a lens system for narrowing down the electron beam, a deflector for scanning the electron beam on a sample to be inspected, and the vacuum While moving the stage on which the sample is placed in the container continuously, the electron beam is simultaneously scanned on the sample and the generated secondary charged particles are detected to image the sample, and pattern defects are detected using the image. Inspection process, the position of the defect coordinates detected by the inspection is moved immediately below the small current mirror, the defect is confirmed, and the inspection conditions for the large current mirror are changed based on the result, and the inspection is performed again. Specially Inspection apparatus for circuit pattern to.
【請求項7】上記小電流鏡体の電子ビームは上記大電流
鏡体の電子ビームより加速電圧が低いことを特徴とする
請求項6記載の回路パターンの検査装置。
7. The circuit pattern inspection apparatus according to claim 6, wherein the electron beam of the small current mirror has an acceleration voltage lower than that of the electron beam of the large current mirror.
【請求項8】上記試料とステージに電子ビームを照射直
前で所望のエネルギに減速させるための負の電位を印加
し、小電流鏡体により試料の画像を観察するときには上
記大電流鏡体で検査するときよりも小さい負電位を印加
することを特徴とする請求項6または7記載の回路パタ
ーンの検査装置。
8. A large current mirror is used to apply a negative potential for decelerating to a desired energy immediately before irradiating an electron beam to the sample and the stage, and to observe an image of the sample with a small current mirror. The circuit pattern inspection apparatus according to claim 6, wherein a negative potential smaller than that when applying is applied.
【請求項9】上記小電流鏡体はX線検出器を備え、電子
ビーム照射により放出されるX線のエネルギから照射位
置の材質を分析することを特徴とする請求項6ないし8
のいずれか記載の回路パターンの検査装置。
9. The small current mirror body is provided with an X-ray detector, and the material at the irradiation position is analyzed from the energy of the X-ray emitted by electron beam irradiation.
The circuit pattern inspection device according to any one of the above.
【請求項10】上記小電流鏡体はエネルギフィルタを備
え、電子ビーム照射により放出される二次電子のエネル
ギをフィルタリングすることで電子ビーム照射位置の電
位を検出することを特徴とする請求項6ないし8のいず
れか記載の回路パターンの検査装置。
10. The small current mirror according to claim 6, further comprising an energy filter, wherein a potential at an electron beam irradiation position is detected by filtering energy of secondary electrons emitted by electron beam irradiation. 9. The circuit pattern inspection apparatus according to any one of claims 8 to 8.
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