JP2001093950A - Method and device for inspecting semiconductor pattern - Google Patents

Method and device for inspecting semiconductor pattern

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JP2001093950A
JP2001093950A JP26499699A JP26499699A JP2001093950A JP 2001093950 A JP2001093950 A JP 2001093950A JP 26499699 A JP26499699 A JP 26499699A JP 26499699 A JP26499699 A JP 26499699A JP 2001093950 A JP2001093950 A JP 2001093950A
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sample
inspection
semiconductor pattern
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defect
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Hideji Sugiyama
秀司 杉山
Ryuichi Funatsu
隆一 船津
Yasushi Miyai
裕史 宮井
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inspecting device for semiconductor pattern where, when a semiconductor circuit pattern region of a sample is inspected, a clear contrast between a defective part and a base material is obtained, various patterns of defects, voids and foreign matters of various materials are detected, and the defects are classified using the result of detection of the inspected defects, and a method for inspecting semiconductor pattern. SOLUTION: Inspection conditions decided by at least the eyelectronic optical conditions in a charged particle source and an irradiating optical means are a plurality of different inspection conditions, and a defect classification means that classifies the defects of a sample using a plurality of defect information obtained by irradiating the sample under a plurality of inspection conditions is provided.

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、半導体ウェーハに
形成された回路パターンの欠陥や、空隙、異物等の欠陥
を検査する半導体パターン検査装置および半導体パター
ン検査方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor pattern inspection apparatus and a semiconductor pattern inspection method for inspecting a circuit pattern formed on a semiconductor wafer for defects such as voids and foreign matter.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ウェーハの回路パターンの微細化
に伴い、従来の光にかえて電子線を用いた回路パターン
の検査装置が実用化されてきている。
2. Description of the Related Art Along with miniaturization of a circuit pattern of a semiconductor wafer, a circuit pattern inspection apparatus using an electron beam instead of conventional light has been put to practical use.

【0003】例えば、日本特許公開昭59−192943号公
報,日本特許公開平5−258703号公報,文献Sandl
and, et al.,“An electron-beam inspect
ion system for x-ray maskproduction”,J. Vac. Sc
i. Tech. B, Vol.9, No.6, pp.3005−3009
(1991)、文献Meisburger, et al.,“Requirements
and performance of anelectron-beam column designed
for x-ray mask inspection”, J. Vac. Sci.Tech. B,
Vol.9, No.6, pp.3010−3014(1991)、
文献Meisburger,et al.,“Low-voltage electron-optic
al system for the high-speed inspection of integra
ted circuits”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol.10, N
o.6, pp.2804−2808(1992)、文献Hendr
icks, et al., “Characterization of a New
Automated Electron-Beam Wafer InspectionSystem”,
SPIE Vol. 2439, pp.174−183(20−22
February,1995)等に記載された技術が知られて
いる。
For example, Japanese Patent Publication No. 59-192943, Japanese Patent Publication No. 5-258703, and Sandl.
and, et al. , “An electron-beam inspect
ion system for x-ray maskproduction ”, J. Vac. Sc
i. Tech. B, Vol. 9, No. 6, pp. 3005-3009
(1991), reference Meisburger, et al., “Requirements
and performance of anelectron-beam column designed
for x-ray mask inspection ”, J. Vac. Sci. Tech. B,
Vol. 9, No. 6, pp. 3010-3014 (1991),
Reference Meisburger, et al., “Low-voltage electron-optic.
al system for the high-speed inspection of integra
ted circuits ”, J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 10, N
o.6, pp. 2804-2808 (1992), Reference Hendr
icks, et al., “Characterization of a New
Automated Electron-Beam Wafer Inspection System ”,
SPIE Vol. 2439, pp. 174-183 (20-22)
February, 1995) is known.

【0004】ウェーハの口径増大と半導体回路パターン
の微細化に追随して高スループット且つ高精度な検査を
行うためには、非常に高速に、高SN比の画像を取得す
る必要がある。そのため、通常の走査型電子顕微鏡(Sca
nning Electron Microscope)の100倍以上(例えば1
0nA以上)の大電流ビームを用いて照射される電子数
を確保し、高SN比を保持している。さらに、基板から
発生する二次電子,反射電子の高速、且つ高効率な検出
が必須である。
In order to carry out high-throughput and high-precision inspection following the increase in the diameter of a wafer and the miniaturization of a semiconductor circuit pattern, it is necessary to obtain an image with a high SN ratio at a very high speed. Therefore, a normal scanning electron microscope (Sca
100 times or more (for example, 1
(0 nA or more), the number of electrons irradiated by using a large current beam is secured, and a high SN ratio is maintained. Furthermore, high-speed and high-efficiency detection of secondary electrons and reflected electrons generated from the substrate is essential.

【0005】また、レジスト等の絶縁膜を伴った半導体
基板が帯電の影響を受けないように2KeV以下の低加
速電子線を照射している。この技術については、日本学
術振興会第132委員会編「電子・イオンビームハンド
ブック(第2版)」(日刊工業新聞社、1986年)6
22頁から623頁に記載がある。しかし、大電流で、
かつ低加速の電子線では空間電荷効果による収差が生
じ、高分解能での観察は困難であった。
In addition, a semiconductor substrate having an insulating film such as a resist is irradiated with a low-acceleration electron beam of 2 KeV or less so as not to be affected by charging. This technology is described in “The Electron and Ion Beam Handbook (2nd Edition)” edited by the 132nd Committee of the Japan Society for the Promotion of Science (Nikkan Kogyo Shimbun, 1986).
It is described on pages 22 to 623. However, with a large current,
In addition, low-acceleration electron beams cause aberrations due to the space charge effect, making observation with high resolution difficult.

【0006】この問題を解決する方法として、試料直前
で高加速電子線を減速し、試料上で実質的に低加速電子
線として照射する手法が知られている。例えば、日本特
許公開平2−142045 号公報、日本特許公開平6−139985
号公報に記載された技術がある。
As a method for solving this problem, there is known a method of decelerating a high acceleration electron beam immediately before a sample and irradiating the sample with a substantially low acceleration electron beam. For example, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 2-14045, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 6-139895
There is a technique described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. HEI 9-86.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、被
検査基板のある任意の領域を単一の電子光学条件のみで
電子線照射し画像を得ている。この画像による欠陥の検
出は、比較対象との形状差,輝度差を利用するために、
黒の下地に白の欠陥,白の下地に黒の欠陥などの欠陥部
と下地とのコントラストの有無が重要である。しかし、
従来のような単一の電子光学条件のみで電子線照射し得
た画像による欠陥検出では、必ずしも欠陥部と下地で明
確なコントラストが得られず、幅広い種類のパターンの
欠陥,各種材質の異物が検出できないという問題があっ
た。したがって、原因の異なる欠陥であるにもかかわら
ず同じ種類の欠陥であると分類されてしまうと、正しい
原因の究明の支障になってしまう。また、欠陥があって
も画像に捉えられず、欠陥を見落としてしまうという問
題も考えられる。
In the above-mentioned prior art, an image is obtained by irradiating an arbitrary region of the substrate to be inspected with an electron beam under only a single electron optical condition. Detection of defects using this image is based on the difference in shape and brightness from the comparison target.
It is important whether there is a contrast between a defective portion such as a white defect on a black base and a black defect on a white base, and the base. But,
In the conventional defect detection based on an image obtained by irradiating an electron beam only under a single electron optical condition, a clear contrast is not always obtained between a defective portion and a base, and defects of a wide variety of patterns and foreign materials of various materials are removed. There was a problem that it could not be detected. Therefore, if the defects are classified as the same type of defects even though the defects have different causes, it becomes difficult to determine the correct cause. Further, there is a problem that even if there is a defect, the defect is not captured in the image and the defect is overlooked.

【0008】このように、ある任意の被検査領域には、
各種材質の欠陥およびその下地が同時に存在しうるの
で、これらの欠陥部を高コントラストで検出するために
は、電子光学装置の複数の照射条件にて、繰り返して検
出することが有効であり、その結果、従来以上の多くの
種類の欠陥を検出することが可能となる。欠陥には各種
材質のパターンの欠損や太り細り等の欠陥,ボイド等の
空隙,エッチング不良による残さや外部からの異物の付
着等があり、これらによって電気導通不良や短絡が生
じ、設計通りの電気的特性を得ることができない。
[0008] As described above, in any given inspection area,
Since defects of various materials and their bases can be present at the same time, in order to detect these defects with high contrast, it is effective to repeatedly detect them under a plurality of irradiation conditions of the electro-optical device. As a result, it is possible to detect more types of defects than before. Defects include defects in patterns of various materials, defects such as thickening and thinning, voids and other voids, residues due to poor etching, and adhesion of foreign matter from the outside. Characteristic cannot be obtained.

【0009】従来は、ひとつの検査条件のみで欠陥検査
を行っていたので、検出できずに見逃してしまう欠陥が
あったり、たとえ検出できてもその欠陥がどのような種
類のものであるか、真の原因は何かといったことが間違
ってしまっていた。その結果、製造工程が終了した後の
半導体チップの電気的特性試験のときにはじめて不良と
して抽出され、それから不良の種類とその原因究明にと
りかかるという、極めて時間の無駄な半導体プロセスを
行っていた。
Conventionally, a defect inspection is performed under only one inspection condition. Therefore, there is a defect that cannot be detected and is overlooked, and even if it can be detected, what kind of the defect is. What was the real cause was wrong. As a result, a semiconductor chip is extracted as a defect only at the time of an electrical characteristic test of a semiconductor chip after the completion of the manufacturing process, and then the type of the defect and the cause thereof are investigated.

【0010】本発明の目的は、試料の半導体回路パター
ン領域の検査を行う際に、欠陥部と下地で明確なコント
ラストが得られ、幅広い種類のパターンの欠陥,空隙,
各種材質の異物を検出でき、その検査された欠陥検出結
果を用いて欠陥を分類することができる半導体パターン
検査装置及び半導体パターン検査方法を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a method for inspecting a semiconductor circuit pattern region of a sample, in which a clear contrast is obtained between a defective portion and a base, and a wide variety of pattern defects, voids,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor pattern inspection apparatus and a semiconductor pattern inspection method capable of detecting foreign substances of various materials and classifying defects using the detected defect detection results.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に本発明は、一次荷電粒子線を発生する荷電粒子源と、
前記一次荷電粒子線を収束し半導体パターンを有する試
料を走査する照射光学手段と、前記試料から発生する荷
電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出信号から
前記試料の欠陥情報を得る欠陥情報手段とを有する半導
体パターン検査装置において、少なくとも前記荷電粒子
源と前記照射光学手段における電子光学条件によって決
定される検査条件が複数の異なる検査条件であって、該
複数の検査条件で前記試料を照射し得られた複数の欠陥
情報を用いて、前記試料の欠陥を分類する欠陥分類手段
を備えたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a charged particle source for generating a primary charged particle beam.
Irradiation optical means for converging the primary charged particle beam and scanning a sample having a semiconductor pattern, a detector for detecting charged particles generated from the sample, and a defect for obtaining defect information of the sample from a detection signal of the detector In the semiconductor pattern inspection apparatus having information means, the inspection conditions determined by at least the charged particle source and the electron optical conditions in the irradiation optical means are a plurality of different inspection conditions, and the sample is subjected to the plurality of inspection conditions. A defect classification unit is provided for classifying defects of the sample using a plurality of pieces of defect information obtained by irradiation.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面を
参照しながら詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0013】(実施例)本発明の第1の実施例の半導体
パターン検査装置1の構成を示す縦断面図を図1に示
す。半導体パターン検査装置1は、室内が真空排気され
る検査室2と、検査室2内に試料基板9を搬送するため
の予備室(本実施例では図示せず)を備えており、この
予備室は検査室2とは独立して真空排気できるように構
成されている。また、半導体パターン検査装置1は上記
検査室2と予備室の他に制御部6,画像処理部5から構
成されている。検査室2内は大別して、電子光学装置
3,二次電子検出部7,試料室8,光学顕微鏡部4から
構成されている。電子光学装置3は、電子銃10,電子
線の引き出し電極11,コンデンサレンズ12,偏向器
13,絞り14,走査偏向器15,対物レンズ16,反
射板17,E×B偏向器18から構成されている。
(Embodiment) FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor pattern inspection apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor pattern inspection apparatus 1 includes an inspection room 2 in which the inside of the room is evacuated, and a spare room (not shown in this embodiment) for transporting the sample substrate 9 into the inspection room 2. Are configured to be evacuated independently of the inspection room 2. The semiconductor pattern inspection apparatus 1 includes a control unit 6 and an image processing unit 5 in addition to the inspection room 2 and the spare room. The inside of the inspection room 2 is roughly composed of an electron optical device 3, a secondary electron detection unit 7, a sample room 8, and an optical microscope unit 4. The electron optical device 3 includes an electron gun 10, an electron beam extraction electrode 11, a condenser lens 12, a deflector 13, a diaphragm 14, a scanning deflector 15, an objective lens 16, a reflector 17, and an E × B deflector 18. ing.

【0014】試料基板9として、半導体ウェーハ,チッ
プあるいは液晶,マスク等微細回路パターンを有する基
板が用いられ、検査される。
As the sample substrate 9, a substrate having a fine circuit pattern such as a semiconductor wafer, a chip or a liquid crystal or a mask is used and inspected.

【0015】二次電子検出部7のうち、二次電子検出器
20が検査室2内の対物レンズ16の上方に配置されて
いる。二次電子検出器20の出力信号は、検査室2の外
に設置されたプリアンプ21で増幅され、AD変換機2
2によりデジタルデータとなる。試料室8は、試料台3
0,Xステージ31,Yステージ32,回転ステージ3
3,位置モニタ測長器34,試料基板高さ測定器35か
ら構成されている。
A secondary electron detector 20 of the secondary electron detector 7 is disposed above the objective lens 16 in the inspection room 2. The output signal of the secondary electron detector 20 is amplified by a preamplifier 21 installed outside the inspection room 2 and is output by the AD converter 2
2 becomes digital data. The sample chamber 8 contains the sample stage 3
0, X stage 31, Y stage 32, rotary stage 3
3, a position monitor length measuring device 34 and a sample substrate height measuring device 35.

【0016】光学顕微鏡部4は、検査室2の室内におけ
る電子光学装置3の近傍であって、互いに影響を及ぼさ
ない程度離れた位置に設備されており、電子光学装置3
と光学顕微鏡部4の間の距離は既知である。そして、X
ステージ31またはYステージ32が電子光学装置3と
光学顕微鏡部4の間の既知の距離を往復移動するように
なっている。光学顕微鏡部4は白色光源40,光学レン
ズ41,CCDカメラ42により構成されている。
The optical microscope unit 4 is installed near the electron optical device 3 in the inspection room 2 and at a position away from the electron optical device 3 so as not to affect each other.
The distance between and the optical microscope unit 4 is known. And X
The stage 31 or the Y stage 32 reciprocates a known distance between the electron optical device 3 and the optical microscope unit 4. The optical microscope unit 4 includes a white light source 40, an optical lens 41, and a CCD camera 42.

【0017】画像処理部5は、第一記憶部46,第二記
憶部47,演算部48,欠陥判定部49,モニタ50,
欠陥分類部53,検査条件入力部54,検査条件記憶部
55より構成されている。取り込まれた電子線画像ある
いは光学画像はモニタ50に表示される。
The image processing unit 5 includes a first storage unit 46, a second storage unit 47, a calculation unit 48, a defect determination unit 49, a monitor 50,
It comprises a defect classification unit 53, an inspection condition input unit 54, and an inspection condition storage unit 55. The captured electron beam image or optical image is displayed on the monitor 50.

【0018】装置各部の動作命令および動作条件は、制
御部6から入出力される。検査条件入力部54から入力
された検査条件は検査条件記憶部55に記憶されるとと
もに、制御部6に送られる。制御部6には、あらかじめ
電子線発生時の加速電圧,電子線偏向幅,偏向速度,二
次電子検出装置の信号取り込みタイミング、試料台移動
速度等々の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択し
て設定できるよう入力されている。制御部6は、補正制
御回路43を用いて、位置モニタ測長器34,試料基板
高さ測定器35の信号から位置や高さのずれをモニタリ
ングし、その結果から補正信号を生成し、電子線が常に
正しい位置に照射れるよう対物レンズ電源45や走査信
号発生器44に補正信号を送る。試料基板9の画像を取
得するためには、細く絞った電子線19を試料基板9に
照射し、二次電子51を発生させ、これらを電子線19
の走査およびXステージ31,Yステージ32の移動と
同期して検出することで、試料基板9の表面の画像を得
る。
Operation commands and operation conditions of each section of the apparatus are input and output from the control section 6. The inspection conditions input from the inspection condition input unit 54 are stored in the inspection condition storage unit 55 and sent to the control unit 6. In the control unit 6, conditions such as an acceleration voltage at the time of generation of an electron beam, an electron beam deflection width, a deflection speed, a signal capture timing of a secondary electron detection device, and a sample stage moving speed are arbitrarily or selected according to the purpose. It has been entered so that it can be set. The control unit 6 monitors the position and height deviations from the signals from the position monitor length measuring device 34 and the sample substrate height measuring device 35 by using the correction control circuit 43, generates a correction signal from the result, and generates an electronic signal. A correction signal is sent to the objective lens power supply 45 and the scanning signal generator 44 so that the line is always irradiated to the correct position. In order to acquire an image of the sample substrate 9, the sample substrate 9 is irradiated with a finely squeezed electron beam 19 to generate secondary electrons 51, and these are irradiated with the electron beam 19.
, And an image of the surface of the sample substrate 9 is obtained by detecting in synchronization with the movement of the X stage 31 and the Y stage 32.

【0019】電子銃10には拡散補給型の熱電界放出電
子源が使用されている。この電子銃10を電界放出型電
子源に比べて安定した電子線電流を確保することができ
るため、明るさ変動の少ない電子線画像が得られる。電
子線19は、電子銃10と引き出し電極11との間に電
圧を印加することで電子銃10から引き出される。電子
銃10に高電圧の負の電位を印加することで電子線19
が加速される。これにより、電子線19はその電位に相
当するエネルギーで試料台30の方向に進み、コンデン
サレンズ12で収束され、さらに対物レンズ16により
細く絞られて試料台30上に搭載された試料基板9に照
射される。
The electron gun 10 uses a diffusion-supply type thermal field emission electron source. Since the electron gun 10 can secure a stable electron beam current as compared with a field emission type electron source, an electron beam image with less fluctuation in brightness can be obtained. The electron beam 19 is extracted from the electron gun 10 by applying a voltage between the electron gun 10 and the extraction electrode 11. By applying a high negative voltage to the electron gun 10, the electron beam 19
Is accelerated. As a result, the electron beam 19 travels in the direction of the sample stage 30 with energy corresponding to the potential, is converged by the condenser lens 12, and is further narrowed down by the objective lens 16 to the sample substrate 9 mounted on the sample stage 30. Irradiated.

【0020】偏向器13には、走査信号およびブランキ
ング信号を発生する走査信号発生器44が接続され、対
物レンズ16には対物レンズ電源45が接続されてい
る。
A scanning signal generator 44 for generating a scanning signal and a blanking signal is connected to the deflector 13, and an objective lens power supply 45 is connected to the objective lens 16.

【0021】試料基板9には、リターディング電源36
により負の電圧を印加できるようになっている。このリ
ターディング電源36の電圧を調節することにより一次
の電子線19を減速し、電子銃10の電位を変えずに試
料基板9への電子線照射エネルギーを最適な値に調節す
ることができる。
The sample substrate 9 has a retarding power source 36
Thus, a negative voltage can be applied. By adjusting the voltage of the retarding power supply 36, the primary electron beam 19 can be decelerated, and the electron beam irradiation energy on the sample substrate 9 can be adjusted to an optimum value without changing the potential of the electron gun 10.

【0022】試料基板9上に電子線19を照射すること
によって発生した二次電子51は、試料基板9に印加さ
れた負の電圧により加速される。試料基板9の上方に、
E×B偏向器18が配置され、これにより加速された二
次電子51は所定の方向へ偏向される。E×B偏向器1
8にかける電圧と磁場の強度により、偏向量を調整する
ことができる。また、この電界と磁界は、試料に印加し
た負の電圧に連動させて可変させることができる。E×
B偏向器18により偏向された二次電子51は、所定の
条件で反射板17に衝突する。
The secondary electrons 51 generated by irradiating the sample substrate 9 with the electron beam 19 are accelerated by the negative voltage applied to the sample substrate 9. Above the sample substrate 9,
The E × B deflector 18 is arranged, and the accelerated secondary electrons 51 are deflected in a predetermined direction. ExB deflector 1
The amount of deflection can be adjusted by the voltage applied to 8 and the strength of the magnetic field. Further, the electric field and the magnetic field can be changed in conjunction with a negative voltage applied to the sample. Ex
The secondary electrons 51 deflected by the B deflector 18 collide with the reflector 17 under predetermined conditions.

【0023】この反射板17は、試料基板9に照射する
一次の電子線19の偏向器のシールドパイプと一体で円
錐形状をしている。この反射板17に加速された二次電
子51が衝突すると、反射板17からは数eV〜50e
Vのエネルギーを持つ第二の二次電子52が発生する。
The reflection plate 17 has a conical shape integrally with the shield pipe of the deflector for the primary electron beam 19 for irradiating the sample substrate 9. When the accelerated secondary electrons 51 collide with the reflector 17, several eV to 50 e
A second secondary electron 52 having V energy is generated.

【0024】二次電子検出部7は、真空排気された検査
室2内の二次電子検出器20,検査室2外のプリアンプ
21,AD変換器22,光変換手段23,伝送手段2
4,電気変換手段25,高圧電源26,プリアンプ駆動
電源27,AD変換器駆動電源28,逆バイアス電源2
9から構成されている。既に記述したように、二次電子
検出部7のうち、二次電子検出器20が検査室2内の対
物レンズ16の上方に配置されている。二次電子検出器
20,プリアンプ21,AD変換器22,光変換手段2
3,プリアンプ駆動電源27,AD変換器駆動電源28
は、高圧電源26により正の電位にフローティングして
いる。反射板17に衝突して発生した第二の二次電子5
2は、この吸引電界により二次電子検出器20へ導かれ
る。二次電子検出器20は、電子線19が試料基板9に
照射されている間に発生した二次電子51がその後加速
されて反射板17に衝突して発生した第二の二次電子5
2を、電子線19の走査のタイミングと連動して検出す
るように構成されている。二次電子検出器20の出力信
号は、検査室2の外に設置されたプリアンプ21で増幅
され、AD変換器22によりデジタルデータとなる。A
D変換器22は、二次電子検出器20が検出したアナロ
グ信号をプリアンプ21によって増幅された後に直ちに
デジタル信号に変換して、画像処理部5に伝送するよう
に構成されている。検出したアナログ信号を検出直後に
デジタル化してから伝送するので、従来よりも高速で且
つSN比の高い信号を得ることができる。
The secondary electron detector 7 includes a secondary electron detector 20 in the inspection room 2 which has been evacuated, a preamplifier 21 outside the inspection room 2, an AD converter 22, an optical converter 23, and a transmitter 2.
4, electric conversion means 25, high voltage power supply 26, preamplifier drive power supply 27, AD converter drive power supply 28, reverse bias power supply 2
9. As already described, the secondary electron detector 20 of the secondary electron detector 7 is disposed above the objective lens 16 in the inspection room 2. Secondary electron detector 20, preamplifier 21, AD converter 22, light conversion means 2
3, preamplifier drive power supply 27, AD converter drive power supply 28
Are floating at a positive potential by the high voltage power supply 26. Second secondary electrons 5 generated by colliding with reflector 17
2 is guided to the secondary electron detector 20 by this attraction electric field. The secondary electron detector 20 detects that the secondary electrons 51 generated during the irradiation of the sample substrate 9 with the electron beam 19 are then accelerated and collide with the reflector 17 to generate the second secondary electrons 5.
2 is configured to be detected in conjunction with the scanning timing of the electron beam 19. An output signal of the secondary electron detector 20 is amplified by a preamplifier 21 installed outside the inspection room 2 and converted into digital data by an AD converter 22. A
The D converter 22 is configured to convert an analog signal detected by the secondary electron detector 20 into a digital signal immediately after being amplified by the preamplifier 21 and transmit the digital signal to the image processing unit 5. Since the detected analog signal is digitized immediately after detection and then transmitted, a signal having a higher SN ratio and a higher SN ratio than before can be obtained.

【0025】Xステージ31,Yステージ32上には試
料基板9が搭載されており、検査実行時にはXステージ
31,Yステージ32を静止させて電子線19を二次元
に走査する方法と、検査実行時にXステージ31,Yス
テージ32をY方向に連続して一定速度で移動されるよ
うにして電子線19をX方向に直線に走査する方法のい
ずれかを選択できる。ある特定の比較的小さい領域を検
査する場合には前者のステージを静止させて検査する方
法、比較的広い領域を検査するときは、ステージを連続
的に一定速度で移動して検査する方法が有効である。な
お、電子線19をブランキングする必要がある時には、
偏向器13により電子線19が偏向されて、電子線19
が絞り14を通過しないように制御できる。
A sample substrate 9 is mounted on the X stage 31 and the Y stage 32. When the inspection is performed, the X stage 31 and the Y stage 32 are stopped and the electron beam 19 is two-dimensionally scanned. Sometimes, the X stage 31 and the Y stage 32 are continuously moved in the Y direction at a constant speed, and any one of the methods of scanning the electron beam 19 linearly in the X direction can be selected. When inspecting a specific relatively small area, it is effective to make the former stage stationary while inspecting it, and when inspecting a relatively large area, it is effective to continuously move the stage at a constant speed and inspect it It is. When it is necessary to blank the electron beam 19,
The electron beam 19 is deflected by the deflector 13 and becomes
Can be controlled not to pass through the aperture 14.

【0026】位置モニタ測長器34として、本実施例で
はレーザ干渉による測長計を用いた。Xステージ31お
よびYステージ32の位置が実時間でモニタでき、制御
部6に送信されるようになっている。また、Xステージ
31,Yステージ32、そして回転ステージ33のモー
タの回転数等のデータも同様に各々のドライバから制御
部6に転送されるように構成され、制御部6はこれらの
データに基づいて電子線19が照射されている領域や位
置が正確に把握できるようになっており、必要に応じて
実時間で電子線19の照射位置の位置ずれを補正制御回
路43より補正するようになっている。また、試料基板
9毎に、電子線19を照射した領域を記憶できるように
なっている。
In this embodiment, a length measuring device based on laser interference is used as the position monitor measuring device 34. The positions of the X stage 31 and the Y stage 32 can be monitored in real time and transmitted to the control unit 6. Similarly, data such as the number of rotations of the motors of the X stage 31, the Y stage 32, and the rotation stage 33 are also transferred from the respective drivers to the control unit 6, and the control unit 6 performs the operations based on these data. Thus, the region and position where the electron beam 19 is irradiated can be accurately grasped, and the correction control circuit 43 corrects the positional deviation of the irradiation position of the electron beam 19 in real time as needed. ing. Further, an area irradiated with the electron beam 19 can be stored for each sample substrate 9.

【0027】試料基板高さ測定器35は、電子線以外の
測定方式である光学式測定器、例えばレーザ干渉測定器
や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器が使用
されており、Xステージ31,Yステージ32に搭載さ
れた試料基板9の高さを実時間で測定するように構成さ
れている。本実施例では、スリットを通過した細長い白
色光を透明な窓越しに試料基板9に照射し、反射光の位
置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの
変化量を算出する方式を用いた。この試料基板高さ測定
器35の測定データに基づいて、電子線19を細く絞る
ための対物レンズ16の焦点距離がダイナミックに補正
され、常に被検査領域に焦点が合った電子線19を照射
できるようになっている。また、試料基板9の反りや高
さ歪みを電子線19の照射前に予め測定しており、その
データをもとに対物レンズ16の検査領域毎の補正条件
を設定するように構成することも可能である。
As the sample substrate height measuring device 35, an optical measuring device using a measuring method other than the electron beam, for example, a laser interference measuring device or a reflected light measuring device for measuring a change in the position of reflected light is used. The height of the sample substrate 9 mounted on the X stage 31 and the Y stage 32 is measured in real time. In the present embodiment, the sample substrate 9 is irradiated with the elongated white light passing through the slit through the transparent window, the position of the reflected light is detected by the position detection monitor, and the height change amount is calculated from the position change. The method was used. Based on the measurement data of the sample substrate height measuring device 35, the focal length of the objective lens 16 for narrowing down the electron beam 19 is dynamically corrected, so that the electron beam 19 always focused on the inspection area can be irradiated. It has become. Further, the warp and the height distortion of the sample substrate 9 are measured in advance before the irradiation with the electron beam 19, and the correction condition for each inspection area of the objective lens 16 may be set based on the data. It is possible.

【0028】画像処理部5は第一記憶部46と第二記憶
部47,演算部48,欠陥判定部49,モニタ50によ
り構成されている。二次電子検出器20で検出された試
料基板9の画像信号は、プリアンプ21で増幅され、A
D変換器22でデジタル化された後に光変換手段23で
光信号に変換され、伝送手段24によって伝送され、電
気変換手段25にて再び電気信号に変換された後に第一
記憶部46あるいは第二記憶部47に記憶される。演算
部48は、この記憶された画像信号をもう一方の記憶部
の画像信号との位置合せ、信号レベルの規格化、ノイズ
信号を除去するための各種画像処理を施し、双方の画像
信号を比較演算する。欠陥判定部49は、演算部48に
て比較演算された差画像信号の絶対値を所定のしきい値
と比較し、所定のしきい値よりも差画像信号レベルが大
きい場合にその画素を欠陥候補と判定し、モニタ50に
その位置や欠陥数等を表示する。また、欠陥判定部49
からの複数の欠陥情報をその種類や原因等に応じて分類
する欠陥分類部53を備え、この結果をモニタ50に表
示する機能も備えている。
The image processing section 5 comprises a first storage section 46, a second storage section 47, an operation section 48, a defect determination section 49, and a monitor 50. The image signal of the sample substrate 9 detected by the secondary electron detector 20 is amplified by the preamplifier 21 and
After being digitized by the D converter 22, the signal is converted into an optical signal by the optical conversion unit 23, transmitted by the transmission unit 24, and converted again into an electric signal by the electric conversion unit 25, and then the first storage unit 46 or the second storage unit 46. It is stored in the storage unit 47. The arithmetic unit 48 performs alignment of the stored image signal with the image signal of the other storage unit, normalizes the signal level, performs various image processing for removing a noise signal, and compares the two image signals. Calculate. The defect judging unit 49 compares the absolute value of the difference image signal calculated by the operation unit 48 with a predetermined threshold value. If the difference image signal level is larger than the predetermined threshold value, the pixel is determined to be defective. The position is determined as a candidate, and the number of defects and the like are displayed on the monitor 50. Further, the defect determination unit 49
And a defect classifying unit 53 for classifying a plurality of pieces of defect information from the user according to the type and cause thereof, and a function of displaying the result on the monitor 50.

【0029】モニタ50には上記半導体パターンの画像
や欠陥情報の他、検査条件記憶部55に記憶された検査
条件が表示されるようになっている。
The monitor 50 displays the inspection conditions stored in the inspection condition storage unit 55 in addition to the image of the semiconductor pattern and the defect information.

【0030】次に、前記半導体パターン検査装置1によ
り試料基板9として製造過程のパターン加工が施された
半導体ウェーハを検査した場合の動作について説明す
る。まず、図1には記載されていないが、試料基板9は
搬送手段により試料交換室へロードされる。そこで試料
基板9は試料ホルダに搭載され、保持固定された後に真
空排気され、試料交換室がある程度の真空度に達したら
検査のための検査室2に移載される。
Next, the operation in the case where the semiconductor pattern inspection apparatus 1 inspects a semiconductor wafer which has been subjected to pattern processing in the manufacturing process as the sample substrate 9 will be described. First, although not shown in FIG. 1, the sample substrate 9 is loaded into the sample exchange chamber by the transfer means. Therefore, the sample substrate 9 is mounted on a sample holder, held and fixed, and evacuated, and when the sample exchange chamber reaches a certain degree of vacuum, the sample substrate 9 is transferred to the inspection room 2 for inspection.

【0031】検査室2では、試料台30,Xステージ3
1,Yステージ32,回転ステージ33の上に試料ホル
ダごと載せられ、保持固定される。セットされた試料基
板9は、予め登録された所定の検査条件に基づきXステ
ージ31,Yステージ32のXおよびY方向の移動によ
り、光学顕微鏡部4の下の所定の第一の座標に配置さ
れ、モニタ50により試料基板9の上に形成された半導
体回路パターンの光学顕微鏡画像が観察され、位置回転
補正用に予め記憶された同じ位置の同等の回路パタ−ン
画像と比較され、第一の座標の位置補正値が算出され
る。
In the inspection room 2, the sample stage 30, the X stage 3
The sample holder is mounted on the Y stage 32 and the rotary stage 33 together with the sample holder, and held and fixed. The set sample substrate 9 is arranged at predetermined first coordinates below the optical microscope unit 4 by moving the X stage 31 and the Y stage 32 in the X and Y directions based on predetermined inspection conditions registered in advance. An optical microscope image of the semiconductor circuit pattern formed on the sample substrate 9 is observed by the monitor 50, and compared with an equivalent circuit pattern image at the same position stored in advance for position rotation correction. A position correction value of the coordinates is calculated.

【0032】次に第一の座標から一定距離離れた第一の
座標と同等の回路パタ−ンが存在する第二の座標に移動
し、同様に光学顕微鏡画像が観察され、位置回転補正用
に記憶された半導体回路パターン画像と比較され、第二
の座標の位置補正値および第一の座標に対する回転ずれ
量が算出される。この算出された回転ずれ量だけ回転ス
テージ33が回転し、その回転量を補正する。なお、本
実施例では回転ステージ33の回転により回転ずれ量を
補正しているが、回転ステージ33を設けず、算出され
た回転ずれの量に基づき電子線19の走査偏向位置を補
正する方法でも補正できる。
Next, the lens moves to a second coordinate having a circuit pattern equivalent to the first coordinate which is at a fixed distance from the first coordinate, and an optical microscope image is similarly observed. The stored position is compared with the stored semiconductor circuit pattern image, and the position correction value of the second coordinate and the amount of rotation deviation with respect to the first coordinate are calculated. The rotation stage 33 rotates by the calculated rotation deviation amount, and corrects the rotation amount. In the present embodiment, the amount of rotation deviation is corrected by the rotation of the rotation stage 33. However, a method of correcting the scanning deflection position of the electron beam 19 based on the calculated amount of rotation deviation without providing the rotation stage 33 is also possible. Can be corrected.

【0033】また、この光学顕微鏡画像観察において
は、光学顕微鏡画像のみならず電子線画像でも観察可能
な半導体回路パターンが選定される。また、今後の位置
補正のために、第一の座標,光学顕微鏡画像観察による
第一の半導体回路パターンの位置ずれ量,第二の座標,
光学顕微鏡画像観察による第二の半導体回路パターンの
位置ずれ量が記憶され、制御部6に転送される。
In this optical microscope image observation, a semiconductor circuit pattern that can be observed not only with the optical microscope image but also with the electron beam image is selected. In order to correct the position in the future, the first coordinates, the amount of displacement of the first semiconductor circuit pattern by optical microscope image observation, the second coordinates,
The amount of displacement of the second semiconductor circuit pattern by the optical microscope image observation is stored and transferred to the control unit 6.

【0034】さらに、光学顕微鏡による画像が用いられ
て、試料基板9の上に形成された半導体回路パターンが
観察され、試料基板9の上の半導体回路パターンのチッ
プの位置やチップ間の距離、あるいはメモリセルのよう
な繰り返しパターンの繰り返しピッチ等が予め測定さ
れ、制御部6に測定値が入力される。
Further, the semiconductor circuit pattern formed on the sample substrate 9 is observed by using an image obtained by an optical microscope, and the position of the chip of the semiconductor circuit pattern on the sample substrate 9, the distance between the chips, or The repetition pitch of a repetition pattern such as a memory cell is measured in advance, and the measured value is input to the control unit 6.

【0035】また、試料基板9の上における被検査チッ
プおよびチップ内の被検査領域が光学顕微鏡の画像から
設定され、上記と同様に制御部6に入力される。
The chip to be inspected on the sample substrate 9 and the region to be inspected in the chip are set from the image of the optical microscope and input to the control unit 6 in the same manner as described above.

【0036】光学顕微鏡の画像は、比較的低い倍率によ
って観察が可能であり、また、試料基板9の表面が例え
ばシリコン酸化膜等により覆われている場合には、その
下地まで透過して観察可能であるので、チップの配列や
チップ内の半導体回路パターンのレイアウトを簡便に観
察することができ、検査領域の設定を容易にできる。以
上のようにして光学顕微鏡部4による所定の補正作業や
検査領域設定等の準備作業が完了すると、Xステージ3
1およびYステージ32の移動により、試料基板9が電
子光学装置3の下に移動される。
The image of the optical microscope can be observed at a relatively low magnification, and when the surface of the sample substrate 9 is covered with, for example, a silicon oxide film, the image can be observed by penetrating to the base. Therefore, the arrangement of the chips and the layout of the semiconductor circuit patterns in the chips can be easily observed, and the inspection area can be easily set. When the preparatory work such as the predetermined correction work and the setting of the inspection area by the optical microscope unit 4 is completed as described above, the X stage 3
The sample substrate 9 is moved below the electron optical device 3 by the movement of 1 and the Y stage 32.

【0037】試料基板9が電子光学装置3の下に配置さ
れると、光学顕微鏡部4により実施された補正作業や検
査領域の設定と同様の作業を電子線画像により実施す
る。この際の電子線画像の取得は、次の方法でなされ
る。上記光学顕微鏡画像による位置合せにおいて記憶さ
れ補正された座標値に基づき、光学顕微鏡部4で観察さ
れたものと同じ半導体回路パターンに、電子線19が偏
向器13によりXおよびY方向に二次元に走査されて照
射される。この電子線19の二次元走査により、被観察
部位から発生する二次電子51が上記の二次電子検出の
ための各部の構成および作用によって検出されることに
より、電子線画像が取得される。既に光学顕微鏡画像に
より簡便な検査位置確認や位置合せ、および位置調整が
実施され、且つ回転補正も予め実施されているため、光
学画像に比べ分解能が高く高倍率で高精度に位置合せや
位置補正,回転補正を実施することができる。
When the sample substrate 9 is placed under the electron optical device 3, the same operation as the correction operation and the setting of the inspection area performed by the optical microscope unit 4 is performed by the electron beam image. The acquisition of the electron beam image at this time is performed by the following method. Based on the coordinate values stored and corrected in the alignment by the optical microscope image, the electron beam 19 is two-dimensionally shifted in the X and Y directions by the deflector 13 on the same semiconductor circuit pattern as observed in the optical microscope unit 4. Scanned and illuminated. By the two-dimensional scanning of the electron beam 19, the secondary electrons 51 generated from the observed part are detected by the configuration and operation of each unit for the secondary electron detection, and an electron beam image is obtained. Easy inspection position confirmation, position adjustment, and position adjustment have already been performed using the optical microscope image, and rotation correction has also been performed in advance, so the position resolution and position correction are higher in resolution and higher in magnification than optical images with higher precision. , Rotation correction can be performed.

【0038】なお、電子線19を試料基板9に照射する
と、その照射された箇所が帯電する。検査の際にその帯
電の影響を避けるために、上記位置回転補正あるいは被
検査領域設定等の検査前準備作業において電子線19を
照射する半導体回路パターンは予め被検査領域外に存在
する半導体回路パターンを選択するか、あるいは被検査
チップ以外のチップにおける同等の半導体回路パターン
を制御部6から自動的に選択できるようにしておく。こ
れにより、検査時に上記検査前準備作業により電子線1
9を照射した影響が検査画像に及ぶことはない。
When the sample substrate 9 is irradiated with the electron beam 19, the irradiated portion is charged. In order to avoid the influence of the electrification at the time of the inspection, the semiconductor circuit pattern irradiated with the electron beam 19 in the pre-inspection preparation work such as the above-described position rotation correction or the setting of the area to be inspected is a semiconductor circuit pattern existing outside the area to be inspected in advance. Or an equivalent semiconductor circuit pattern in a chip other than the chip to be inspected can be automatically selected from the control unit 6. As a result, during the inspection, the electron beam 1 is
9 does not affect the inspection image.

【0039】次に、本発明の検査を行うための電子線画
像を形成する電子線19の走査方法について述べる。通
常のSEM(走査電子顕微鏡)では、ステージが静止し
た状態で電子線を二次元に走査し、ある領域の画像を形
成する。この方法によると、広領域をくまなく検査する
場合には、画像取得領域毎に、静止して電子線を走査す
る時間の他に、移動時間としてステージの加速・減速・
位置整定を加算した時間がかかる。そのため、検査時間
全体では長時間を要してしまう。そのため、本発明で
は、ステージを一方向に連続的に定速で移動しながら、
電子線をステージ移動方向と直交または交叉する向きに
高速に一方向に走査することにより、被検査領域の画像
を取得する検査方法を用いた。これにより、所定距離の
一走査幅分の電子線取得時間は、所定距離をステージが
移動する時間のみとなる。
Next, a scanning method of the electron beam 19 for forming an electron beam image for performing the inspection according to the present invention will be described. In a normal SEM (scanning electron microscope), an electron beam is two-dimensionally scanned while a stage is stationary, and an image of a certain region is formed. According to this method, when inspecting a wide area thoroughly, for each image acquisition area, in addition to the time for scanning the electron beam at rest, the acceleration, deceleration,
It takes time to add the position setting. Therefore, a long time is required for the entire inspection time. Therefore, in the present invention, while moving the stage in one direction continuously at a constant speed,
An inspection method was used in which an electron beam was scanned in one direction at a high speed in a direction orthogonal to or crossing the stage movement direction to obtain an image of a region to be inspected. Accordingly, the electron beam acquisition time for one scanning width of the predetermined distance is only the time for the stage to move the predetermined distance.

【0040】図2は、一次電子線の走査方法を示す試料
基板の一部分の平面図である。上記方法によりYステー
ジ32がY方向に連続して定速移動している際に、電子
線19が走査する方法の一例を示している。電子線19
を走査偏向器44により走査する際に、実線で示したよ
うに一方向のみ電子線19を試料基板9に照射し、破線
で示した電子線19の振り戻しの間は試料基板9に電子
線19が照射されないようにブランキングすることによ
り、試料基板9上に空間的,時間的に均一に電子線19
を照射することができる。ブランキングは、偏向器13
により電子線19を偏向して、絞り14の開口部を通過
しないようにすることにより実施される。
FIG. 2 is a plan view of a part of the sample substrate showing a method of scanning a primary electron beam. An example of a method in which the electron beam 19 scans while the Y stage 32 continuously moves in the Y direction at a constant speed by the above method is shown. Electron beam 19
Is scanned by the scanning deflector 44, the electron beam 19 is irradiated to the sample substrate 9 in only one direction as shown by the solid line, and the electron beam is applied to the sample substrate 9 during the return of the electron beam 19 shown by the broken line. By blanking so that the electron beam 19 is not irradiated, the electron beam 19 is uniformly and spatially and temporally formed on the sample substrate 9.
Can be irradiated. Blanking is performed by the deflector 13
This is performed by deflecting the electron beam 19 so that the electron beam 19 does not pass through the opening of the diaphragm 14.

【0041】次に、電子線画像のコントラストに影響す
る照射条件について述べる。電子線画像のコントラスト
は、試料基板9に照射した電子線19により発生し、検
出される二次電子51の量により形成され、例えば、試
料基板9の材料等の相違により二次電子51の発生量が
異なることにより明るさの差となってモニタ50に表示
される。二次電子51の発生量は、試料基板9の帯電の
程度と相関があり、試料基板9の上の半導体回路パター
ンの材質,形状,密度に応じて異なる。かつ、照射時間
に対する帯電量の安定性も、試料基板9の上の半導体回
路パターンの材質,形状,密度および一次電子線の照射
条件により変わる。以上より、比較検査するための最適
なコントラストを持つ電子線画像を得るためには、試料
基板9の上の半導体回路パターンの下地と欠陥部の材
質,形状,密度に応じて一次電子線の照射条件を変更す
ることが必要となる。
Next, irradiation conditions which affect the contrast of an electron beam image will be described. The contrast of the electron beam image is generated by the amount of the secondary electrons 51 generated and detected by the electron beam 19 irradiating the sample substrate 9. For example, the generation of the secondary electrons 51 depends on the material of the sample substrate 9 and the like. The difference in the amount causes a difference in brightness to be displayed on the monitor 50. The amount of the secondary electrons 51 generated is correlated with the degree of charging of the sample substrate 9 and differs depending on the material, shape, and density of the semiconductor circuit pattern on the sample substrate 9. In addition, the stability of the charge amount with respect to the irradiation time also changes depending on the material, shape and density of the semiconductor circuit pattern on the sample substrate 9 and the irradiation conditions of the primary electron beam. As described above, in order to obtain an electron beam image having an optimum contrast for comparative inspection, irradiation of the primary electron beam according to the material, shape and density of the base and the defect of the semiconductor circuit pattern on the sample substrate 9 is performed. It is necessary to change the conditions.

【0042】例えば、ある任意の被検査領域には、各種
の材質,形状,密度の欠陥およびその下地があるので、
これらの欠陥部を高コントラストにて検出するために
は、電子光学装置3の複数の照射条件にて、繰り返して
検出することが必要となる。
For example, in a given inspection area, there are defects of various materials, shapes, and densities and bases thereof.
In order to detect these defective portions with high contrast, it is necessary to repeatedly detect the defective portions under a plurality of irradiation conditions of the electron optical device 3.

【0043】図3は、試料基板上の半導体回路パターン
の一例を示す平面図である。このパターンは、素子分離
パターン上に形成されたゲートパターンの一例である。
図4は、図3のA−A断面を示す縦断面図である。シリ
コンSiの上に酸化膜SiO2が存在し、それらの上にPo
ly−SiおよびWSiのゲート配線が形成されている。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a semiconductor circuit pattern on a sample substrate. This pattern is an example of a gate pattern formed on the element isolation pattern.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an AA section of FIG. Oxide film SiO 2 exists on silicon Si, and Po
Gate lines of ly-Si and WSi are formed.

【0044】図5は、図3に示したパターンを照射エネ
ルギー3.0KeV の電子光学条件で取得した画像の
例、図6は、図3に示したパターンを照射エネルギー
0.5KeVの電子光学条件で取得した画像の例を示す図で
ある。以下説明するように、検査条件をパラメータとす
ると画像で捉えられる欠陥とそうでない欠陥があること
がわかる。
FIG. 5 is an example of an image obtained by acquiring the pattern shown in FIG. 3 under the electro-optical condition of irradiation energy of 3.0 KeV. FIG. 6 is a diagram showing the pattern shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of an image acquired in FIG. As described below, when the inspection condition is set as a parameter, it is found that there are defects that can be captured in the image and defects that are not.

【0045】図5では、照射エネルギーが3.0KeV
の場合、エッジ効果によって、Poly−SiとWSiにて
構成されたゲートパターンのエッジのみが明るくひかる
状態になる。このような画像では、ゲートパターンの間
に位置しているPoly−Siの異物などのコントラストが
高い画像を得ることができる。図6では、照射エネルギ
ーが0.5KeV の場合、導通性のあるパターンが強く
ひかる。この場合、ゲートパターンの下にある非導通性
の異物などのコントラストが高い画像を得ることができ
る。また、図5に示したゲートパターンの間に位置して
いるPoly−Siの異物は照射エネルギーが0.5KeV
では、導電性であるため強く光り、下地も光るためにコ
ントラストを得ることができず、検出できない。また、
図6に示したゲートパターンの下にある非導通性の異物
は、照射エネルギーが3.0KeVでは、非導通性のため
暗く、この場合下地も暗いためにコントラストを得るこ
とができず、検出できない。
In FIG. 5, the irradiation energy is 3.0 KeV.
In the case of (1), only the edge of the gate pattern composed of Poly-Si and WSi becomes brightly bright due to the edge effect. In such an image, an image having a high contrast such as a foreign substance of Poly-Si positioned between the gate patterns can be obtained. In FIG. 6, when the irradiation energy is 0.5 KeV, a conductive pattern is strongly observed. In this case, an image with a high contrast such as a non-conductive foreign substance below the gate pattern can be obtained. The irradiation energy of the poly-Si foreign matter located between the gate patterns shown in FIG. 5 is 0.5 KeV.
In this case, since the film is conductive, it shines strongly, and the background also shines, so that contrast cannot be obtained and cannot be detected. Also,
Non-conducting foreign matter below the gate pattern shown in FIG. 6 is dark because of non-conductivity at an irradiation energy of 3.0 KeV. .

【0046】このように、ある任意の被検査領域には、
各種材質の欠陥およびその下地が同時に存在しうるの
で、これらの欠陥部を高コントラストで検出するために
は、電子光学装置の複数の照射条件にて、繰り返して検
出することが有効であり、その結果、従来以上の多くの
種類の欠陥を検出することが可能となる。
As described above, in any given inspection area,
Since defects of various materials and their bases can be present at the same time, in order to detect these defects with high contrast, it is effective to repeatedly detect them under a plurality of irradiation conditions of the electro-optical device. As a result, it is possible to detect more types of defects than before.

【0047】また、各々の電子光学装置の照射条件での
検出の可否を整理することにより、ある条件で検出され
た欠陥の電気的特性などを知り、分類することができ
る。図1に示した半導体パターン検査装置は、この整理
と分類を自動的に行う欠陥分類部53を備えている。
Further, by arranging whether or not each electron optical device can be detected under irradiation conditions, it is possible to know and classify the electrical characteristics and the like of the defects detected under certain conditions. The semiconductor pattern inspection apparatus shown in FIG. 1 includes a defect classification unit 53 that automatically performs the sorting and the classification.

【0048】図7は、図3に示したパターンの電子光学
条件をかえたときの画像の例を示す図である。照射エネ
ルギーは3.0KeVと0.5KeVの2種類である。
FIG. 7 is a view showing an example of an image when the electro-optical conditions of the pattern shown in FIG. 3 are changed. The irradiation energy is of two types, 3.0 KeV and 0.5 KeV.

【0049】作業工程は、はじめに第一回目の検出を照
射エネルギー0.5KeV で行い、図7の第一列目に示
すように検査領域P1,P2,P3の3個所の異物など
の欠陥を検出できたとする。それぞれの画像の名札とし
て検出ID101,検出ID102,検出ID103を
それぞれ付す。これらの検出IDにはその位置情報を付
与すると、欠陥個所の特定や、画像同士の比較の際に便
利である。本実施例では3桁の数字の最後の第一桁が、
検査領域の番号と対応するようにしてある。なお、これ
らの画像は同一輝度であったとする。同一輝度である場
合には異なる欠陥同士は異なって、共通する原因による
欠陥同士は同じように画像で捉えることができる。
In the working process, first, the first detection is performed at an irradiation energy of 0.5 KeV, and as shown in the first column of FIG. 7, defects such as foreign substances at three places in the inspection areas P1, P2 and P3 are detected. Suppose you can. A detection ID 101, a detection ID 102, and a detection ID 103 are given as name tags of the respective images. If the position information is given to these detection IDs, it is convenient for specifying a defective portion and comparing images. In this embodiment, the last first digit of the three-digit number is
It corresponds to the number of the inspection area. It is assumed that these images have the same luminance. When the luminance is the same, different defects are different from each other, and defects caused by a common cause can be captured in an image in the same manner.

【0050】第二回目の検出は、照射エネルギー3.0
KeV で行い、図7の第四列目に示すように第一回目
の検出と同じ3個所のそれぞれの異物などの欠陥の画像
を取得し、それぞれに検出ID201,検出ID20
2,検出ID203を付す。なお、これらの画像は同一
輝度であった。
In the second detection, the irradiation energy was 3.0.
As shown in the fourth column of FIG. 7, images of defects such as foreign substances at the same three points as in the first detection are acquired, and the detection ID 201 and the detection ID 20 are respectively obtained.
2. A detection ID 203 is assigned. These images had the same luminance.

【0051】第一回目の検出の検出ID101と第二回
目の検出の検出ID201とは、同一個所P1の画像で
あり、図7の第二列目と第三列目に示すように、異なる
照射エネルギーで捉えた異物とおぼしきものの形状がほ
ぼ同じであるので、単一の異物または欠陥であると判断
できる。
The detection ID 101 of the first detection and the detection ID 201 of the second detection are images at the same position P1, and different irradiation IDs as shown in the second and third columns in FIG. Since the shape of the foreign matter and the supposed thing captured by the energy are almost the same, it can be determined that the foreign matter is a single foreign matter or a defect.

【0052】一方、検査領域P2の照射エネルギー0.
5KeV での第一回目の検出の検出ID102の画像
に捉えられた異物とおぼしきものは、照射エネルギー
3.0KeVでの第二回目の検出の検出ID202の画像に
捉えられていない。また、検査領域P3の照射エネルギ
ー0.5KeV での第一回目の検出の検出ID103の
画像には捉えられていないが、照射エネルギー3.0K
eV での第二回目の検出の検出ID303の画像には
異物とおぼしきものが捉えられている。
On the other hand, the irradiation energy of the inspection area P2 is set at 0.
The foreign substance and the thing which are possibly captured in the image of the detection ID 102 of the first detection at 5 KeV are not captured in the image of the detection ID 202 of the second detection at the irradiation energy of 3.0 KeV. Further, although not detected in the image of the detection ID 103 of the first detection at the irradiation energy of 0.5 KeV in the inspection area P3, the irradiation energy of 3.0 KV
In the image of the detection ID 303 of the second detection at eV, a foreign substance and a suspected substance are captured.

【0053】以上のことから次のようなことが分かっ
た。
From the above, the following has been found.

【0054】(1)検査領域P1の検出ID101と検
出ID201の画像に捉えられた欠陥は、材質、発生要
因が同じである単一の欠陥である可能性が大きい。
(1) The defect captured in the image of the detection ID 101 and the detection ID 201 in the inspection area P1 is likely to be a single defect having the same material and the same cause.

【0055】(2)検査領域P1の検出ID101と検
出ID201の画像に捉えられた欠陥は、検査領域P2
の検出ID102の画像に捉えられた欠陥、及び、検査
領域P3の検出ID203の画像に捉えられた欠陥と
は、材質,発生要因が異なる可能性が大きい。
(2) Defects captured in the images of the detection ID 101 and the detection ID 201 in the inspection area P1 are the same as those in the inspection area P2.
There is a great possibility that the material and the cause of occurrence are different from the defect captured in the image of the detection ID 102 and the defect captured in the image of the detection ID 203 in the inspection area P3.

【0056】(3)検査領域P2の検出ID102の画
像に捉えられた欠陥は、検査領域P3の検出ID203
の画像に捉えられた欠陥とは、材質,発生要因が異なる
可能性が大きい。
(3) The defect captured in the image of the detection ID 102 in the inspection area P2 is the detection ID 203 in the inspection area P3.
There is a high possibility that the material and the cause of occurrence are different from those of the defect captured in the image.

【0057】従来の検査法では、一つの検査条件のみで
異物などの欠陥を検出していたため、得られた複数個の
欠陥の大きさがほぼ同じで、形状の特徴が類似し、同一
輝度の場合は、これらの欠陥は、その材質,発生要因が
同一の可能性が大きいと判断されていた。
In the conventional inspection method, a defect such as a foreign substance is detected under only one inspection condition. Therefore, a plurality of obtained defects have substantially the same size, similar shape characteristics, and the same luminance. In such a case, it has been determined that there is a high possibility that these defects have the same material and the same cause.

【0058】本発明によれば、複数の検査条件で同一個
所を検査し、検出された欠陥の画像を、位置情報を伴う
IDにて管理することで、異なる検査条件にて検出され
た同一位置の欠陥画像は、同一欠陥であると判定でき
る。その結果、従来、単一照射条件では大きさ,形状が
類似していて同じ分類に判定されていた欠陥も、本発明
によれば、異なる種類の欠陥であると異なる分類に判定
されるので、欠陥分類の精度が著しく向上した。
According to the present invention, the same location is inspected under a plurality of inspection conditions, and the image of the detected defect is managed by an ID accompanied with the position information, so that the same position detected under different inspection conditions is obtained. Can be determined to be the same defect. As a result, according to the present invention, a defect having conventionally been similar in size and shape under the single irradiation condition and determined to be in the same classification is also determined to be a different classification as a defect of a different type. The accuracy of defect classification has been significantly improved.

【0059】上述の実施例では、検査条件のパラメータ
として試料に照射する一次電子線の照射エネルギーを変
更した場合を示したが、照射エネルギーの他に単位時間
あたりの照射量等の電子光学条件,一次電子線の走査回
数,走査速度等もパラメータにできる。
In the above embodiment, the case where the irradiation energy of the primary electron beam irradiating the sample is changed as a parameter of the inspection condition has been described. The number of times the primary electron beam is scanned, the scanning speed, and the like can also be used as parameters.

【0060】試料に照射する照射エネルギーを変更する
ためには、試料,試料台、あるいは試料の近傍に、零ま
たは負の電位を印加し、印加電圧を調整することによ
り、同一基板上の一連の検査動作の中で一次電子線の基
板への照射エネルギーを高速で変更することができる。
To change the irradiation energy for irradiating the sample, a zero or negative potential is applied to the sample, the sample table, or the vicinity of the sample, and the applied voltage is adjusted, so that a series of The irradiation energy of the primary electron beam to the substrate can be changed at high speed during the inspection operation.

【0061】一次電子線の走査回数を変更する場合は、
Xステージ31,Yステージ32をY方向に連続移動す
る際、Xステージ31,Yステージ32を低速もしくは
高速にすることで、試料上のある点に対する平均照射時
間を変化させることができる。または、Xステージ3
1,Yステージ32を間欠的に動作させ、停止している
間にn回の走査を行い、その後Xステージ31,Yステ
ージ32が次ポイントに移動する、というようにステー
ジ移動と電子線走査を交互に行うようにしても良い。
When changing the number of times of scanning of the primary electron beam,
When the X stage 31 and the Y stage 32 are continuously moved in the Y direction, the average irradiation time for a certain point on the sample can be changed by setting the X stage 31 and the Y stage 32 at a low speed or a high speed. Or X stage 3
The stage movement and the electron beam scanning are performed, for example, by intermittently operating the Y stage 32 and performing n scans while the stage is stopped, and then moving the X stage 31 and the Y stage 32 to the next point. It may be performed alternately.

【0062】また、一次電子線の走査速度を変更する場
合は、走査偏向器15に与えるクロック周波数を変更す
ることにより実現している。
In addition, when changing the scanning speed of the primary electron beam, it is realized by changing the clock frequency applied to the scanning deflector 15.

【0063】また、一次電子線の単位時間あたりの照射
量を変更する場合は、電子光学装置3の絞り14に大小
複数の開口部を設けて、所望の開口部を電子線19が通
過するようにアクチュエータを用いて、絞り14を出し
入れする。または、絞り14は動かさずに偏向器13に
て所望の開口部を選択することにより、実現できる。あ
るいは、電子源10のサプレッサ電極の電圧を変更した
り、引き出し電極11の電圧を変更して単位時間あたり
の照射量を変更することができる。
When changing the irradiation amount of the primary electron beam per unit time, a plurality of large and small openings are provided in the stop 14 of the electron optical device 3 so that the electron beam 19 passes through a desired opening. The diaphragm 14 is moved in and out using an actuator. Alternatively, it can be realized by selecting a desired opening with the deflector 13 without moving the diaphragm 14. Alternatively, the irradiation amount per unit time can be changed by changing the voltage of the suppressor electrode of the electron source 10 or the voltage of the extraction electrode 11.

【0064】本発明による半導体パターン検査装置で
は、以上述べたような検査条件、すなわち、ある任意の
被検査領域における半導体の回路パターンの欠陥,空
隙,推定される異物等の材質,形状,密度等に応じて変
更される複数の検査条件を事前に図1に示す検査条件記
憶部55に登録し、検査条件入力部54で検査時に登録
された検査条件を呼び出して自動設定することができる
ように構成されている。例えば、検査に先立ち、モニタ
50に表示された検査条件を検査条件入力部54で変
え、実際の検査は行わずに検査を模擬する試し検査を行
って検査条件を決め、この決められた検査条件が検査条
件記憶部55に登録できるようになっている。以上、電
子線を照射して電子線画像を取得し比較検査する場合
に、検査対象の欠陥や異物の材質,形状,密度に応じて
比較検査するための最適な画像が得られるように、一次
電子線で試料を照射する条件を変更する実施例について
説明したが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、請求項
に掲げた複数の特徴を組み合わせた検査方法および検査
装置についても、本発明は実現可能である。
In the semiconductor pattern inspection apparatus according to the present invention, the inspection conditions as described above, that is, the material, shape, density, etc. of defects, voids, estimated foreign substances, etc. of a semiconductor circuit pattern in a given inspection area are considered. Are registered in advance in the inspection condition storage unit 55 shown in FIG. 1, and the inspection conditions registered at the time of inspection can be called and automatically set by the inspection condition input unit 54. It is configured. For example, prior to the inspection, the inspection conditions displayed on the monitor 50 are changed by the inspection condition input unit 54, a test inspection is performed to simulate the inspection without actually performing the inspection, and the inspection conditions are determined. Can be registered in the inspection condition storage unit 55. As described above, when an electron beam image is obtained by irradiating an electron beam to perform a comparative inspection, a primary image is obtained so as to obtain an optimal image for the comparative inspection in accordance with the material, shape, and density of the defect or foreign object to be inspected. Although the embodiment in which the conditions for irradiating the sample with the electron beam are changed has been described, the present invention also relates to an inspection method and an inspection apparatus that combine a plurality of features described in the claims without departing from the scope of the present invention. It is feasible.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、複
数の異なる検査条件で試料の半導体回路パターン領域の
検査を行うので、欠陥部と下地で明確なコントラストが
得られ、幅広い種類のパターンの欠陥,空隙,各種材質
の異物を検出でき、その検査された欠陥検出結果を用い
て欠陥を分類することができるという、従来の検査装置
にはない優れた効果を得ることができる。
As described above, according to the present invention, since a semiconductor circuit pattern region of a sample is inspected under a plurality of different inspection conditions, a clear contrast can be obtained between a defective portion and a base, and a wide variety of types can be obtained. An excellent effect not found in the conventional inspection apparatus can be obtained, in which defects of patterns, voids, and foreign materials of various materials can be detected, and defects can be classified using the detected defect detection results.

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

【図1】半導体パターン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 a semiconductor pattern inspection apparatus.

【図2】一次電子線の走査方法を示す試料基板の一部分
の平面図。
FIG. 2 is a plan view of a part of a sample substrate showing a method of scanning a primary electron beam.

【図3】試料基板上の半導体回路パターンの一例を示す
平面図。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a semiconductor circuit pattern on a sample substrate.

【図4】図3の縦断面図。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of FIG. 3;

【図5】図3に示したパターンを照射エネルギー3Ke
Vの電子光学条件で取得した画像の例を示す図。
FIG. 5 shows a pattern shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an image acquired under V electro-optical conditions.

【図6】図3に示したパターンを照射エネルギー0.5
KeVの電子光学条件で取得した画像の例を示す図。
FIG. 6 shows a pattern shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an image acquired under KeV electro-optical conditions.

【図7】図3に示したパターンの電子光学条件をかえた
ときの画像の例を示す図。
FIG. 7 is a view showing an example of an image when the electro-optical conditions of the pattern shown in FIG. 3 are changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体パターン検査装置、2…検査室、3…電子光
学装置、5…画像処理部、6…制御部、7…二次電子検
出部、8…試料室、9…試料基板、19…電子線、20
…二次電子検出器、30…試料台、31…Xステージ、
32…Yステージ、46…第一記憶部、47…第二記憶
部、48…演算部、49…欠陥判定部、51…二次電
子、52…第二の二次電子、53…欠陥分類部、54…
検査条件入力部、55…検査条件記憶部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor pattern inspection apparatus, 2 ... Inspection room, 3 ... Electronic optical device, 5 ... Image processing part, 6 ... Control part, 7 ... Secondary electron detection part, 8 ... Sample chamber, 9 ... Sample substrate, 19 ... Electronics Line, 20
... Secondary electron detector, 30 ... Sample stage, 31 ... X stage,
32 Y stage, 46 first storage unit, 47 second storage unit, 48 arithmetic unit, 49 defect determination unit, 51 secondary electron, 52 second secondary electron, 53 defect classification unit , 54 ...
Inspection condition input unit, 55 ... Inspection condition storage unit.

フロントページの続き (72)発明者 宮井 裕史 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Fターム(参考) 2F067 AA45 AA54 AA62 BB01 BB04 CC17 EE03 HH06 JJ05 KK04 PP12 QQ02 QQ03 RR12 RR35 SS02 SS13 UU32 2G001 AA03 AA09 BA07 CA03 FA06 FA16 GA01 GA06 GA09 HA13 JA02 JA03 JA08 JA11 JA14 KA03 LA11 MA05 PA07 PA11 PA12 SA02 SA03 2G011 AA01 AC06 AE01 AE03 AF06 2G032 AD08 AE04 AE08 AE09 AE11 AF08 AK04 4M106 AA01 BA02 CA39 CA41 DB05 DB20 DB21 DH33 DJ01 DJ04 DJ27 DJ28 Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Miyai 882 Ma, Ichihiro, Hitachinaka-shi, Ibaraki F-term (reference) 2F067 AA45 AA54 AA62 BB01 BB04 CC17 EE03 HH06 JJ05 KK04 PP12 QQ02 QQ03 RR12 RR35 SS02 SS13 UU32 2G001 AA03 AA09 BA07 CA03 FA06 FA16 GA01 GA06 GA09 HA13 JA02 JA03 JA08 JA11 JA14 KA03 LA11 MA05 PA07 PA11 PA12 SA02 SA03 2G011 AA01 AC06 AE01 AE03 AF06 2G032 AD08 AE04 AE08 DB39A01 DB11 DJ01 DJ04 DJ27 DJ28

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一次荷電粒子線を発生する荷電粒子源と、
前記一次荷電粒子線を収束し半導体パターンを有する試
料を走査する照射光学手段と、前記試料から発生する荷
電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出信号から
前記試料の欠陥情報を得る欠陥情報手段とを有する半導
体パターン検査装置において、少なくとも前記荷電粒子
源と前記照射光学手段における電子光学条件によって決
定される検査条件が複数の異なる検査条件であって、該
複数の検査条件で前記試料を照射し得られた複数の欠陥
情報を用いて、前記試料の欠陥を分類する欠陥分類手段
を備えたことを特徴とする半導体パターン検査装置。
1. A charged particle source for generating a primary charged particle beam;
Irradiation optical means for converging the primary charged particle beam and scanning a sample having a semiconductor pattern, a detector for detecting charged particles generated from the sample, and a defect for obtaining defect information of the sample from a detection signal of the detector In the semiconductor pattern inspection apparatus having information means, the inspection conditions determined by at least the charged particle source and the electron optical conditions in the irradiation optical means are a plurality of different inspection conditions, and the sample is subjected to the plurality of inspection conditions. A semiconductor pattern inspection apparatus, comprising: a defect classification unit that classifies defects of the sample using a plurality of pieces of defect information obtained by irradiation.
【請求項2】請求項1の記載において、前記欠陥分類手
段は、前記複数の異なる検査条件において共通に検出さ
れた欠陥と、何れかの検査条件では検出されなかった欠
陥とを分類することを特徴とする半導体パターン検査装
置。
2. The defect classification means according to claim 1, wherein said defect classification means classifies a defect commonly detected under said plurality of different inspection conditions and a defect not detected under any of said inspection conditions. Characteristic semiconductor pattern inspection equipment.
【請求項3】請求項1の記載において、前記電子光学条
件は、前記一次荷電粒子の前記試料上の照射エネルギー
または前記一次荷電粒子の単位時間あたりの照射量であ
ることを特徴とする半導体パターン検査装置。
3. The semiconductor pattern according to claim 1, wherein the electron optical condition is an irradiation energy of the primary charged particles on the sample or an irradiation amount of the primary charged particles per unit time. Inspection equipment.
【請求項4】請求項1の記載において、前記複数の異な
る検査条件のうち少なくともひとつは、前記試料上の一
次荷電粒子線の走査回数または前記試料上の一次荷電粒
子線の走査速度であることを特徴とする半導体パターン
検査装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein at least one of the plurality of different inspection conditions is the number of times of scanning of the primary charged particle beam on the sample or the scanning speed of the primary charged particle beam on the sample. A semiconductor pattern inspection apparatus characterized by the above-mentioned.
【請求項5】請求項1の記載において、少なくとも前記
試料に電圧を印加することによって、前記一次荷電粒子
線を減速すると共に、その照射により前記試料から発生
する荷電粒子を加速する加減速手段を有し、前記電子光
学条件のうち少なくともひとつは、前記印加された電圧
値であることを特徴とする半導体パターン検査装置。
5. An accelerating / decelerating means according to claim 1, wherein at least a voltage is applied to said sample to decelerate said primary charged particle beam and accelerate charged particles generated from said sample by irradiation thereof. A semiconductor pattern inspection apparatus, wherein at least one of the electro-optical conditions is the applied voltage value.
【請求項6】請求項1の記載において、前記試料の欠陥
情報には、少なくとも試料上の位置情報を伴う識別番号
もしくは記号が付加されることを特徴とする半導体パタ
ーン検査装置。
6. The semiconductor pattern inspection apparatus according to claim 1, wherein an identification number or symbol accompanied by at least positional information on the sample is added to the defect information of the sample.
【請求項7】予め定められた検査条件のもとで、一次荷
電粒子線を半導体パターンを有する試料へ照射し、発生
する荷電粒子を検出し、該荷電粒子から得られた前記試
料の欠陥情報に基づいて前記試料の検査を行う半導体パ
ターン検査方法において、前記検査条件は複数であっ
て、前記試料上の同一個所を前記検査条件を変えて検査
することを特徴とする半導体パターン検査方法。
7. A sample having a semiconductor pattern is irradiated with a primary charged particle beam under predetermined inspection conditions to detect generated charged particles, and defect information of the sample obtained from the charged particles is obtained. In the semiconductor pattern inspection method for inspecting the sample based on the above, a plurality of the inspection conditions are provided, and the same portion on the sample is inspected by changing the inspection condition.
【請求項8】荷電粒子源で発生した一次荷電粒子線を電
子光学条件に基づいて収束し半導体パターンを有する試
料を走査し、前記試料から発生する荷電粒子を検出し前
記試料の欠陥情報を得る半導体パターン検査方法におい
て、少なくとも前記荷電粒子源と前記電子光学条件によ
って決定される検査条件が複数の異なる検査条件であっ
て、該複数の検査条件で前記試料を照射し得られた複数
の欠陥情報を用いて、前記試料の欠陥を分類することを
特徴とする半導体パターン検査方法。
8. A primary charged particle beam generated by a charged particle source is converged based on electron-optical conditions, a sample having a semiconductor pattern is scanned, and charged particles generated from the sample are detected to obtain defect information of the sample. In the semiconductor pattern inspection method, at least the inspection conditions determined by the charged particle source and the electron-optical conditions are a plurality of different inspection conditions, and a plurality of defect information obtained by irradiating the sample under the plurality of inspection conditions. A method for inspecting a semiconductor pattern, wherein defects of the sample are classified by using the method.
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