JP2002176084A - Equipment and method for inspecting semiconductor - Google Patents

Equipment and method for inspecting semiconductor

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JP2002176084A
JP2002176084A JP2000372949A JP2000372949A JP2002176084A JP 2002176084 A JP2002176084 A JP 2002176084A JP 2000372949 A JP2000372949 A JP 2000372949A JP 2000372949 A JP2000372949 A JP 2000372949A JP 2002176084 A JP2002176084 A JP 2002176084A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an equipment and a method for inspecting a semiconductor with high accuracy and efficiency. SOLUTION: The substrate stage 28 of an EB inspection equipment 1 is sequentially applied with a plurality of DC voltages having different voltage levels from a variable DC power supply 42. The same area of a semiconductor substrate S is scanned with a charge beam 32 for each DC voltage being applied to a substrate and a signal having an intensity dependent on the surface potential of a semiconductor substrate S is acquired through a secondary electron detector 44. Intensity difference between different DC voltages applied to the substrate is then calculated for the signals thus acquired and a decision is made that a part corresponding to a signal having a large intensity difference is acceptable and a part corresponding to a signal having a small intensity difference is rejectable.

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】本発明は半導体基板検査装置
および半導体基板検査方法に関し、特に半導体基板の表
面に形成される配線のコンタクトホールやビアホールで
発生する電気的導通不良の検査に使用されるものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor substrate inspection apparatus and a semiconductor substrate inspection method, and more particularly, to an inspection method for inspecting electrical conduction failure generated in a contact hole or a via hole of a wiring formed on a surface of a semiconductor substrate. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路装置の製造途中で形成さ
れる配線のコンタクトホールやビアホールに対する欠陥
検査については、従来から画像比較検査方式が用いられ
てきた。これは、ウェーハ面内の特定の1チップに存在
する配線の表面の電位コントラスト画像を取得し、互い
に隣接するセルまたはダイであって、同一のレイアウト
による配線が形成される領域の電位コントラスト画像を
相互に比較し、コントラスト(画素の階調値)が異なる
ものを欠陥として検出する方法である。このような検査
方法は、例えば、日本学術振興会第132委員会第18
回LSIテスティングシンポジウム/1998“電位コ
ントラスト像を用いたウェーハプロセス不良解析手法の
開発P160−165”において発表されている。一般
的にこのような欠陥検査方式は、セル・トゥ・セル画像
比較検査方式、またはダイ・トゥ・ダイ画像比較検査方
式とよばれており、KLA−Tncor社の製品に代表
される電子ビームを用いた欠陥検査装置もこの方式を用
いている。セル・トゥ・セル画像比較検査方式は、例え
ば図11に示すように、メモリデバイスのような繰り返
し配線が存在するダイA1を検査する場合に用いられ
る。同図に示す例では、例えばセルC1とC2が相互に
比較され、セルC2が不良箇所として検出される。ま
た、ダイ・トゥ・ダイ画像比較検査方式は、例えば図1
2に示すように、ロジックデバイスのような繰り返し配
線が無いダイB1,B2を検査する場合に用いられてい
る。同図に示す例では、電位コントラスト画像GB1
B2とが比較され、電位コントラスト画像GB2中の
P3が不良箇所として検出される。
2. Description of the Related Art Conventionally, an image comparison inspection method has been used for a defect inspection for a contact hole or a via hole of a wiring formed during the manufacture of a semiconductor integrated circuit device. In this method, a potential contrast image of a surface of a wiring existing on a specific chip in a wafer plane is obtained, and a potential contrast image of a region where wirings having the same layout are formed in cells or dies adjacent to each other is obtained. This is a method of comparing the two with each other and detecting a defect having a different contrast (gradation value of a pixel) as a defect. Such an inspection method is described in, for example, Japanese Society for the Promotion of Science
LSI Testing Symposium / 1998 "Development of Wafer Process Failure Analysis Method Using Potential Contrast Image P160-165". Generally, such a defect inspection method is called a cell-to-cell image comparison inspection method or a die-to-die image comparison inspection method, and uses an electron beam represented by a product of KLA-Tncor. The used defect inspection apparatus also uses this method. The cell-to-cell image comparison inspection method is used, for example, when inspecting a die A1 having a repetitive wiring such as a memory device as shown in FIG. In the example shown in the figure, for example, the cells C1 and C2 are compared with each other, and the cell C2 is detected as a defective portion. Also, the die-to-die image comparison inspection method is, for example, shown in FIG.
As shown in FIG. 2, it is used to inspect dies B1 and B2 having no repetitive wiring such as a logic device. In the example shown in the figure, is compared with the potential contrast image G B1 and G B2, is P3 in the potential contrast image G B2 is detected as a defective portion.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た欠陥検査方法では、あるセルまたはダイの位置座標か
ら隣接する同一レイアウトのセルまたはダイの位置座標
への移動は、欠陥検査装置内で半導体基板を保持する基
板ステージを機械的に動作させることにより実行されて
いる。従って、2枚以上の検査画像を比較する場合に、
基板ステージの位置ずれ、振動、フォーカスずれ、帯電
の状態等により比較する画像間の信号強度に差が発生す
るために、擬似欠陥を検出してしまい、この結果、検査
の精度および効率を落としてしまう、という欠点があっ
た。
However, in the above-described defect inspection method, the movement from the position coordinates of a certain cell or die to the position coordinates of an adjacent cell or die of the same layout requires the semiconductor substrate to be moved in the defect inspection apparatus. This is performed by mechanically operating the holding substrate stage. Therefore, when comparing two or more inspection images,
Since a difference in signal strength between images to be compared occurs due to a positional shift, vibration, focus shift, charging state, and the like of the substrate stage, a false defect is detected. As a result, accuracy and efficiency of the inspection are reduced. Had the drawback that

【0004】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、検査精度および検査効率に優れた半
導体基板検査装置および半導体基板検査方法を提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate inspection apparatus and a semiconductor substrate inspection method which are excellent in inspection accuracy and inspection efficiency.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。
The present invention solves the above problems by the following means.

【0006】即ち、本発明によれば、検査対象である半
導体基板に電圧値がそれぞれ異なる複数の直流電圧を順
次に印加して基板印加直流電圧が異なる検査条件を順次
に形成する工程と、これらの検査条件ごとに荷電ビーム
を上記半導体基板の同一領域に走査する工程と、上記荷
電ビームの走査により上記半導体基板の表面から発生す
る二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記二次荷
電粒子および上記反射荷電粒子を検出し、上記半導体基
板の表面電位に依存する強度を有する信号を上記検査条
件ごとに取得する工程と、上記検査条件間における上記
信号の強度の相違に基づいて上記半導体基板における欠
陥を検出する工程と、を備える半導体基板検査方法が提
供される。
That is, according to the present invention, a plurality of DC voltages having different voltage values are sequentially applied to a semiconductor substrate to be inspected to sequentially form inspection conditions having different DC voltages applied to the substrate. Scanning the same region of the semiconductor substrate with a charged beam for each inspection condition, secondary charged particles or reflected charged particles generated from the surface of the semiconductor substrate by scanning of the charged beam or the secondary charged particles and the Detecting the reflected charged particles and obtaining a signal having an intensity dependent on the surface potential of the semiconductor substrate for each of the inspection conditions; and a defect in the semiconductor substrate based on a difference in the intensity of the signal between the inspection conditions. Detecting the semiconductor substrate.

【0007】本発明にかかる半導体基板検査方法によれ
ば、上記半導体基板に複数の直流電圧を順次に印加して
基板印加直流電圧が異なる検査条件を形成し、これら検
査条件ごとに上記半導体基板の表面電位に依存する強度
を有する信号を取得し、上記検査条件間における上記信
号の強度の相違に基づいて上記半導体基板における欠陥
を検出するので、上記半導体基板を保持する基板ステー
ジを移動させることなく、上記半導体基板の欠陥を検出
することができる。これにより、基板ステージの位置ず
れ、振動、フォーカスずれ、帯電状態等によるノイズの
影響を無くすことができる。この結果、精度および効率
のいずれにおいても優れた基板検査を実現することがで
きる。
According to the method of inspecting a semiconductor substrate according to the present invention, a plurality of DC voltages are sequentially applied to the semiconductor substrate to form inspection conditions having different DC voltages applied to the substrate. Obtain a signal having an intensity dependent on the surface potential, and detect a defect in the semiconductor substrate based on the difference in the intensity of the signal between the inspection conditions, without moving the substrate stage holding the semiconductor substrate Thus, a defect of the semiconductor substrate can be detected. As a result, it is possible to eliminate the influence of noise due to the positional shift, vibration, focus shift, charging state, and the like of the substrate stage. As a result, it is possible to realize a board inspection excellent in both accuracy and efficiency.

【0008】上記欠陥を検出する工程は、上記信号に基
づいて、上記半導体基板の表面電位分布に応じたコント
ラスト分布を有する画像である電位コントラスト画像を
上記検査条件ごとに形成する工程と、上記電位コントラ
スト画像を構成する画素の階調値を上記信号の強度とし
て算出する工程と、を含むことが望ましい。これによ
り、上記信号の強度差を定量的に算出できるので、検査
精度を高めることができる。
[0008] The step of detecting the defect includes the step of forming a potential contrast image, which is an image having a contrast distribution corresponding to the surface potential distribution of the semiconductor substrate, based on the signal, for each of the inspection conditions. Calculating a tone value of a pixel forming a contrast image as the intensity of the signal. Thereby, the intensity difference between the signals can be calculated quantitatively, so that the inspection accuracy can be improved.

【0009】上記欠陥を検出する工程は、異なる上記検
査条件間における上記信号の強度の差異が所定のしきい
値以下である場合に、上記半導体基板に欠陥が存在する
と判定する工程を含むと良い。これにより、欠陥の有無
を高い効率で検出することができる。上記しきい値は、
プロセス条件や設計仕様等に基づいて個別に設定でき
る。
The step of detecting a defect may include a step of determining that a defect exists in the semiconductor substrate when a difference in the signal intensity between different inspection conditions is equal to or less than a predetermined threshold value. . Thus, the presence or absence of a defect can be detected with high efficiency. The above threshold is
It can be set individually based on process conditions and design specifications.

【0010】また、上記欠陥を検出する工程は、上記電
位コントラスト画像に基づいて上記検査条件間における
同一箇所の信号強度に対する出現頻度のヒストグラムを
作成する工程と、上記半導体基板が最低限の要求仕様を
満たす場合に上記検査条件間で得られる上記同一箇所の
信号強度に対する出現頻度を欠陥判定レベルとして上記
ヒストグラム内にプロットし、上記欠陥判定レベルで分
割される上記ヒストグラムの領域のうち、信号強度がよ
り大きい領域を欠陥判定領域として特定する工程と、上
記欠陥判定領域に含まれる上記信号強度がある場合に、
上記半導体基板に欠陥が存在すると判定する工程と、を
含むことが好ましい。
[0010] The step of detecting the defect includes the step of creating a histogram of the frequency of appearance of the signal intensity at the same location between the inspection conditions based on the potential contrast image; The frequency of occurrence of the signal intensity of the same portion obtained between the inspection conditions when the inspection condition is satisfied is plotted in the histogram as a defect determination level, and among the histogram regions divided by the defect determination level, the signal intensity is A step of specifying a larger area as a defect determination area, and when there is the signal strength included in the defect determination area,
Determining that the semiconductor substrate has a defect.

【0011】また、上記欠陥を検出する工程は、上記欠
陥判定領域に含まれる上記信号強度に対応する上記半導
体基板表面の領域の位置座標を欠陥箇所の情報として出
力する工程を含むと良い。これにより、欠陥箇所を容易
に特定することができる。
Preferably, the step of detecting the defect includes a step of outputting position coordinates of a region on the surface of the semiconductor substrate corresponding to the signal intensity included in the defect determination region as defect location information. Thereby, a defective portion can be easily specified.

【0012】上記欠陥を検出する工程は、予め準備した
上記信号の強度と配線抵抗値との関係に基づいて、上記
信号の強度に対応する上記半導体基板の表面領域におけ
る配線抵抗値の情報を出力する工程を含むとさらに良
い。これにより、欠陥の程度が判断できるので、要求仕
様に応じて欠陥を救済する措置をその後の製造工程で講
じることが容易になる。
In the step of detecting the defect, the information of the wiring resistance value in the surface region of the semiconductor substrate corresponding to the signal intensity is output based on a relationship between the signal strength and the wiring resistance value prepared in advance. It is even better to include the step of performing As a result, the degree of the defect can be determined, so that it is easy to take measures to remedy the defect in the subsequent manufacturing process according to the required specifications.

【0013】また、本発明によれば、荷電ビームを生成
し、検査対象である半導体基板に上記荷電ビームを照射
する荷電ビーム出射手段と、上記荷電ビームを偏向走査
するビーム偏向走査手段と、上記荷電ビームの照射によ
り上記半導体基板から発生する二次荷電粒子もしくは反
射荷電粒子または上記二次荷電粒子および上記反射荷電
粒子を検出して上記半導体基板の表面電位に依存する強
度を有する信号を出力する二次荷電粒子検出手段と、上
記半導体基板に電圧値がそれぞれ異なる複数の直流電圧
が順次に印加されるように検査条件を制御するととも
に、上記検査条件ごとに上記荷電ビームが上記半導体基
板の同一領域に走査されるように上記ビーム偏向走査手
段を制御する制御手段と、上記二次荷電粒子検出手段か
ら上記検査条件ごとに出力される上記信号を処理して、
上記信号の強度を算出し、上記検査条件間における上記
信号の強度の相違に基づいて上記半導体基板における欠
陥に関する情報を出力する判定手段と、を備える半導体
基板検査装置が提供される。
Further, according to the present invention, a charged beam emitting means for generating a charged beam and irradiating the semiconductor substrate to be inspected with the charged beam, a beam deflection scanning means for deflecting and scanning the charged beam, Detects secondary charged particles or reflected charged particles generated from the semiconductor substrate by irradiation of a charged beam, or the secondary charged particles and the reflected charged particles, and outputs a signal having an intensity depending on a surface potential of the semiconductor substrate. Secondary charged particle detecting means, and controlling the inspection conditions so that a plurality of DC voltages having different voltage values are sequentially applied to the semiconductor substrate, and wherein the charged beam is the same as that of the semiconductor substrate for each of the inspection conditions. Control means for controlling the beam deflection scanning means so as to scan the area, and from the secondary charged particle detection means for each of the inspection conditions. And processing the signal output,
There is provided a semiconductor substrate inspection apparatus comprising: a determination unit that calculates the intensity of the signal and outputs information on a defect in the semiconductor substrate based on a difference in the intensity of the signal between the inspection conditions.

【0014】本発明にかかる半導体基板検査装置によれ
ば、上記制御手段と上記判定手段とを備え、上記検査条
件ごとに上記半導体基板の表面電位に依存する強度を有
する信号を取得し、上記検査条件間における上記信号の
強度の相違に基づいて上記半導体基板における欠陥に関
する情報を出力するので、上記半導体基板を保持する基
板ステージを移動させることなく、上記半導体基板の欠
陥を検出することができる。これにより、基板ステージ
の位置ずれ、振動、フォーカスずれ、帯電状態等による
ノイズの影響を無くすことができる。この結果、精度お
よび効率のいずれにおいても優れた基板検査を実現する
ことができる。
According to the semiconductor substrate inspection apparatus of the present invention, the inspection apparatus includes the control means and the determination means, acquires a signal having an intensity dependent on the surface potential of the semiconductor substrate for each of the inspection conditions, and Since information on the defect in the semiconductor substrate is output based on the difference in the signal intensity between the conditions, the defect in the semiconductor substrate can be detected without moving the substrate stage holding the semiconductor substrate. As a result, it is possible to eliminate the influence of noise due to the positional shift, vibration, focus shift, charging state, and the like of the substrate stage. As a result, it is possible to realize a board inspection excellent in both accuracy and efficiency.

【0015】また、上記判定手段は、上記信号に基づい
て、上記半導体基板の表面電位分布に応じたコントラス
ト分布を有する画像である電位コントラスト画像を上記
検査条件ごとに形成し、上記電位コントラスト画像を構
成する画素の階調値を上記信号の強度として算出すると
好適である。
Further, the determining means forms a potential contrast image, which is an image having a contrast distribution corresponding to a surface potential distribution of the semiconductor substrate, based on the signal, for each of the inspection conditions, and forms the potential contrast image. It is preferable to calculate the tone value of the constituent pixels as the intensity of the signal.

【0016】上記半導体基板検査装置において、上記判
定手段は、異なる上記検査条件間における上記信号の強
度の差異が所定のしきい値以下である場合に、上記半導
体基板に欠陥が存在すると判定することが望ましい。
In the semiconductor substrate inspection apparatus, the determining means may determine that the semiconductor substrate has a defect when a difference between the signal intensities between the different inspection conditions is equal to or less than a predetermined threshold value. Is desirable.

【0017】また、上記判定手段は、上記電位コントラ
スト画像に基づいて上記検査条件間における同一箇所の
信号強度に対する出現頻度のヒストグラムを作成し、上
記半導体基板が最低限の要求仕様を満たす場合に上記検
査条件間で得られる上記同一箇所の信号強度に対する出
現頻度を欠陥判定レベルとして上記ヒストグラム内にプ
ロットし、上記欠陥判定レベルで分割される上記ヒスト
グラムの領域のうち、信号強度がより大きい領域を欠陥
判定領域として特定し、上記欠陥判定領域に含まれる上
記信号強度がある場合に、上記半導体基板に欠陥が存在
すると判定すると良い。
Further, the determination means creates a histogram of the frequency of appearance of the signal intensity at the same location between the inspection conditions based on the potential contrast image, and when the semiconductor substrate satisfies the minimum required specification, The frequency of occurrence of the signal intensity of the same portion obtained between the inspection conditions is plotted in the histogram as a defect determination level as a defect determination level. It is preferable that the semiconductor substrate is specified as a determination area, and when the signal strength included in the defect determination area is present, it is determined that a defect exists in the semiconductor substrate.

【0018】また、上記判定手段は、上記欠陥判定領域
に含まれる上記信号強度に対応する上記半導体基板表面
の領域の位置座標の情報を上記欠陥に関する情報として
出力することが好ましい。
[0018] It is preferable that the determination means outputs information on position coordinates of a region on the semiconductor substrate surface corresponding to the signal intensity included in the defect determination region as information on the defect.

【0019】さらに、上記判定手段は、上記信号の強度
と配線抵抗値との関係に基づいて、上記信号の強度に対
応する上記半導体基板の表面領域における配線抵抗値の
情報を上記欠陥に関する情報として出力するとさらに好
ましい。
[0019] Further, based on a relationship between the signal strength and the wiring resistance value, the determining means may use information on the wiring resistance value in the surface region of the semiconductor substrate corresponding to the signal strength as information on the defect. It is more preferable to output.

【0020】上述した本発明にかかる半導体基板検査方
法または半導体基板検査装置において、上記複数の直流
電圧は、正極性および負極性の電圧を含む。
In the above-described semiconductor substrate inspection method or semiconductor substrate inspection apparatus according to the present invention, the plurality of DC voltages include positive and negative voltages.

【0021】本発明の好適な実施態様において、上記複
数の直流電圧は、絶対値が同一で極性が異なる2つの直
流電圧であり、電圧上記欠陥判定レベルは、二次元ヒス
トグラム内の任意の点を基準点として相互に所定の角度
を有する複数の直線または円弧状の曲線であり、上記欠
陥判定領域は、これらの複数の直線または曲線により分
割される領域のうち、信号強度がより大きい方の領域で
ある。また、これとは代替的に、上記基準点を中心とし
て所定の半径を有する円を上記二次元ヒストグラム内に
描き、この円の内部を欠陥判定領域としても良い。
In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of DC voltages are two DC voltages having the same absolute value and different polarities, and the voltage is used to determine an arbitrary point in a two-dimensional histogram. A plurality of straight lines or circular arcs having a predetermined angle with respect to each other as reference points, and the defect determination area is an area divided by the plurality of straight lines or curves and having a higher signal strength. It is. Alternatively, a circle having a predetermined radius around the reference point may be drawn in the two-dimensional histogram, and the inside of the circle may be used as a defect determination area.

【0022】上記欠陥は、上記半導体基板の配線におけ
る電気的導通不良となる欠陥を含む。
The above-mentioned defect includes a defect that causes a poor electrical conduction in the wiring of the semiconductor substrate.

【0023】さらに、上記欠陥は、上記半導体基板のコ
ンタクトホールまたはビアホールの形成不良を含む。
Further, the defect includes a defective formation of a contact hole or a via hole in the semiconductor substrate.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】まず、本発明にかかる半導体基板
検査方法の基本原理について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the basic principle of a semiconductor substrate inspection method according to the present invention will be described.

【0025】半導体基板の表面に荷電ビームを照射する
と、基板表面からは二次荷電粒子、反射荷電粒子および
後方散乱荷電粒子(以下、二次荷電粒子等という)が発
生し放出される。これら二次荷電粒子等の放出時のエネ
ルギー量は、荷電ビームの加速電圧やビーム電流などが
同一である場合は、基板表面の電位に依存する。さらに
基板の表面電位は、基板への印加電圧の他、基板表面部
の材料や構造に大きく依存する。例えば、シリコン基板
上に形成された絶縁膜内に配線用のコンタクトホールや
ビアホールを形成し、基板に負の電圧を印加した場合、
これらの配線コンタクト/ビアホールが良好に形成され
ていれば、二次荷電粒子等の放出エネルギーが大きくな
る。これとは逆極性の正の電圧を同一のシリコン基板に
印加した場合、これらホールが良好に形成されている
と、二次荷電粒子等の放出エネルギーは小さくなる。こ
の一方、配線コンタクト/ビアホールが良好に形成され
ておらず、何らかのプロセス上の問題により、例えばこ
れらのホールを埋め込む導電体とシリコン基板との間に
絶縁層が形成された場合は、正負いずれの電圧を基板に
印加した場合でも、二次荷電粒子等の放出エネルギーは
あまり変化しない。この点を図1〜図4を参照しながら
より具体的に説明する。
When the surface of the semiconductor substrate is irradiated with a charged beam, secondary charged particles, reflected charged particles and backscattered charged particles (hereinafter referred to as secondary charged particles) are generated and emitted from the substrate surface. The energy amount at the time of emission of these secondary charged particles and the like depends on the potential of the substrate surface when the acceleration voltage and beam current of the charged beam are the same. Further, the surface potential of the substrate greatly depends on the material and structure of the substrate surface in addition to the voltage applied to the substrate. For example, if a contact hole or via hole for wiring is formed in an insulating film formed on a silicon substrate and a negative voltage is applied to the substrate,
If these wiring contacts / via holes are formed satisfactorily, the emission energy of secondary charged particles and the like increases. When a positive voltage of the opposite polarity is applied to the same silicon substrate, if these holes are formed well, the emission energy of secondary charged particles and the like will be small. On the other hand, if the wiring contact / via hole is not formed well and an insulating layer is formed between the conductor filling the hole and the silicon substrate due to some process problem, for example, Even when a voltage is applied to the substrate, the emission energy of secondary charged particles and the like does not change much. This will be described more specifically with reference to FIGS.

【0026】図1(a)および図2(a)に示す略示断
面図は、P型シリコン基板90上に絶縁膜92を成膜し
た後、絶縁膜92にコンタクトホールを形成し、このコ
ンタクトホールに金属材料を埋め込んで配線部94とし
た箇所の一例である(以下、良品箇所Saという)。両
図に示す例では、コンタクトホールが良好に形成され、
配線部94がシリコン基板90に直接接触して電気的に
接続されている。その抵抗値は10Ω以下であった。
The schematic cross-sectional views shown in FIGS. 1A and 2A show that, after an insulating film 92 is formed on a P-type silicon substrate 90, a contact hole is formed in the insulating film 92. This is an example of a portion in which a metal material is embedded in a hole to form a wiring portion 94 (hereinafter, referred to as a non-defective portion Sa). In the example shown in both figures, the contact hole is formed well,
The wiring portion 94 is in direct contact with and electrically connected to the silicon substrate 90. Its resistance was 10Ω or less.

【0027】図1(a)は、P型シリコン基板90に直
流電圧DC=−20Vを印加し、この良品箇所Saを中
心に電子ビーム32を走査した例を示す。同図に示すよ
うに、基板の表面からは二次電子、反射電子および後方
散乱電子(以下、二次電子等という)34が大きな放出
エネルギーで二次電子検出器44に入射する。
FIG. 1A shows an example in which a direct current voltage DC = -20 V is applied to the P-type silicon substrate 90 and the electron beam 32 is scanned around the non-defective part Sa. As shown in the figure, secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons (hereinafter, referred to as secondary electrons) 34 enter the secondary electron detector 44 with a large emission energy from the surface of the substrate.

【0028】図1(b)は、図1(a)に示す二次電子
検出器44から出力された信号から得られた電位コント
ラスト画像GP−20を示す。同図中、円で示す部分I
m94は、配線部94に対応する画像であり、信号強度
の大きさに応じて非常に輝度が高い画像となっている。
その信号強度を測定すると203階調であった。
FIG. 1B shows a potential contrast image GP-20 obtained from the signal output from the secondary electron detector 44 shown in FIG. 1A. In the figure, a portion I indicated by a circle
m94 is an image corresponding to the wiring section 94, and has an extremely high luminance according to the magnitude of the signal intensity.
The measured signal intensity was 203 gradations.

【0029】図2(a)は、図1(a)と同様の良品箇
所Saに対して、基板印加電圧をDC=+20Vに変更
して電子ビーム32を走査した例を示す。同図に示すよ
うに、配線部94の表面で発生する二次電子等は、シリ
コン基板90、可変直流電源42を介してGNDに流れ
るため、二次電子等の放出エネルギーは極めて小さい。
FIG. 2 (a) shows an example in which the electron beam 32 is scanned at a non-defective part Sa similar to that shown in FIG. 1 (a) while changing the substrate applied voltage to DC = + 20V. As shown in the figure, secondary electrons and the like generated on the surface of the wiring portion 94 flow to GND via the silicon substrate 90 and the variable DC power supply 42, so that the emission energy of the secondary electrons and the like is extremely small.

【0030】図2(b)は、図2(a)に示す二次電子
検出器44から出力された信号から得られた電位コント
ラスト画像GP+20を示す。同図中、円で示す画像部
分Im94は、信号強度の大きさに応じて非常に輝度が
低い画像となっている。その信号強度を測定すると15
階調であった。
FIG. 2B shows a potential contrast image GP + 20 obtained from the signal output from the secondary electron detector 44 shown in FIG. 2A. In the figure, an image portion Im94 indicated by a circle is an image having extremely low luminance according to the magnitude of the signal intensity. When the signal strength is measured, it is 15
It was gradation.

【0031】図3(a)および図4(a)に示す略示断
面図は、P型シリコン基板90上に絶縁膜92を成膜し
た後、絶縁膜92にコンタクトホールを形成したが、こ
のコンタクトホールが良好に形成されず、絶縁膜96上
に金属材料が埋め込まれて配線部95となった箇所の一
例である(以下、不良箇所Sdという)。両図に示す例
では、絶縁膜96により配線部95がシリコン基板90
から電気的に絶縁されており、その抵抗値は10Ω以
上であった。
In the schematic cross-sectional views shown in FIGS. 3A and 4A, after an insulating film 92 is formed on a P-type silicon substrate 90, a contact hole is formed in the insulating film 92. This is an example of a place where a contact hole is not formed well and a metal material is buried on the insulating film 96 to become the wiring part 95 (hereinafter referred to as a defective place Sd). In the example shown in FIGS.
, And was electrically insulated from its resistance value was 10 4 Ω or more.

【0032】図3(a)は、P型シリコン基板90に直
流電圧DC=−20Vを印加し、不良箇所Sdを中心に
電子ビーム32を走査した例を示す。また、図3(b)
は、図3(a)に示す二次電子検出器44から出力され
た信号から得られた電位コントラスト画像Gd−20
示す。同図中、円で示す部分Im95は、配線部95に
対応する画像であり、信号強度の大きさに応じて中間の
輝度を有する画像となっている。その信号強度を測定す
ると123階調であった。
FIG. 3A shows an example in which a DC voltage DC = -20 V is applied to the P-type silicon substrate 90 and the electron beam 32 is scanned around the defective portion Sd. FIG. 3 (b)
Shows a potential contrast image Gd-20 obtained from the signal output from the secondary electron detector 44 shown in FIG. In the figure, a portion Im95 indicated by a circle is an image corresponding to the wiring portion 95, and has an intermediate luminance according to the magnitude of the signal intensity. The measured signal intensity was 123 tones.

【0033】図4(a)は、図3(a)と同様の不良箇
所Sdに対して、基板印加電圧をDC=+20Vに変更
して電子ビーム32を走査した例を示す。また、図4
(b)は、図4(a)に示す二次電子検出器44から出
力された信号から得られた電位コントラスト画像G
d+20を示す。同図中、円で示す画像部分Im95
は、配線部図3(b)の画像とほぼ同様に中間の輝度を
有する画像となっている。その信号強度を測定すると1
41階調であった。
FIG. 4A shows an example in which the electron beam 32 is scanned with respect to the same defective portion Sd as in FIG. 3A by changing the substrate applied voltage to DC = + 20 V. FIG.
4B shows a potential contrast image G obtained from the signal output from the secondary electron detector 44 shown in FIG.
Indicates d + 20 . In the figure, an image portion Im95 indicated by a circle
Is an image having an intermediate luminance almost in the same manner as the image in FIG. 3B. When the signal strength is measured, it is 1
There were 41 tones.

【0034】従って、以上のことから、同一ダイの同一
座標位置にある配線部については、良品箇所Saの配線
部94であれば、基板印加直流電圧を正負逆転させて得
られた2つの電位コントラスト画像GP−20,G
P+20間の信号強度の差は、188(203−15)
階調と非常に大きいことが分かる。この一方、同一ダイ
の同一座標位置にある不良品箇所Sdの配線部95につ
いては、基板印加直流電圧を正負逆転させても得られた
2つの電位コントラスト画像Gd−20,Gd+2
の信号強度の差は、18(141−123)階調と非常
に小さいことが分かる。
Therefore, from the above, regarding the wiring portion at the same coordinate position of the same die, if the wiring portion 94 of the non-defective part Sa, two potential contrasts obtained by inverting the DC voltage applied to the substrate in the positive and negative directions are obtained. Images GP-20 , G
The difference in signal strength between P + 20 is 188 (203-15)
It can be seen that the gradation is very large. The other hand, the wiring portion 95 of the defective portion Sd in the same coordinate position of the same die, the two which were obtained by a substrate applied DC voltage is positive and negative reversal between the potential contrast image G d-20, G d + 2 0 It can be seen that the difference in signal strength is as small as 18 (141-123) gradations.

【0035】図5は、基板印加直流電圧(V)を−20
Vから+20Vまで変化させた場合に、基板印加直流電
圧(V)と配線表面の電位コントラスト画像の信号強度
(階調値)との関係を示すグラフである。同図に示すよ
うに、基板印加直流電圧が負の場合の信号強度と正の場
合の信号強度との差が、良品箇所については188階調
と非常に大きいのに対し、不良箇所については、18階
調と非常に小さいことがわかる。
FIG. 5 shows that the DC voltage (V) applied to the substrate is -20.
7 is a graph showing a relationship between a DC voltage applied to a substrate (V) and a signal intensity (gradation value) of a potential contrast image on a wiring surface when the voltage is changed from V to +20 V. As shown in the figure, the difference between the signal intensity when the substrate applied DC voltage is negative and the signal intensity when the substrate applied DC voltage is positive is very large at 188 gradations for non-defective parts, whereas for the defective parts, It can be seen that the gradation is very small at 18 gradations.

【0036】本願発明は、このような信号強度の差異を
利用して電圧値が異なる複数の電圧を検査対象である基
板に順次に印加し、各基板印加電圧ごとに得られた信号
の階調値を相互に比較することにより、基板ステージを
機械的に動作させることなく、不良品の検出を可能にす
るものである。
According to the present invention, a plurality of voltages having different voltage values are sequentially applied to a substrate to be inspected by utilizing such a difference in signal strength, and a gradation of a signal obtained for each substrate applied voltage is obtained. By comparing the values with each other, it is possible to detect a defective product without mechanically operating the substrate stage.

【0037】以下、本発明の実施の形態のいくつかにつ
いて図面を参照しながら説明する。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0038】図6は、本発明にかかる基板検査装置の実
施の一形態を示すブロック図である。本実施形態の基板
検査装置1は、電子ビームコラム10と、可変直流電源
42と、二次電子検出器44と、信号処理装置46と、
偏向器制御部48と、制御コンピュータ52と、表示装
置(CRT)54と、メモリ56とを備える。
FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the board inspection apparatus according to the present invention. The substrate inspection apparatus 1 of the present embodiment includes an electron beam column 10, a variable DC power supply 42, a secondary electron detector 44, a signal processing device 46,
It includes a deflector controller 48, a control computer 52, a display device (CRT) 54, and a memory 56.

【0039】電子ビームコラム10は、電子銃12と、
コンデンサレンズ14と、ウィーンフィルタ(Wien-fil
ter)16と、対物レンズ18と、ビーム走査用偏向器
22と、コラムステージ24と、電極26と、基板ステ
ージ28とを含む。基板ステージ28には、図1および
図2に示す良品箇所Saと図3および図4に示す不良箇
所Sdを含む配線が形成された半導体基板Sが表裏反転
されて保持されている。
The electron beam column 10 includes an electron gun 12 and
Condenser lens 14 and Wien-fil
ter) 16, an objective lens 18, a beam scanning deflector 22, a column stage 24, an electrode 26, and a substrate stage 28. On the substrate stage 28, a semiconductor substrate S on which wiring including a non-defective part Sa shown in FIGS. 1 and 2 and a defective part Sd shown in FIGS. 3 and 4 is formed is held upside down.

【0040】電子銃12から放射された電子ビーム32
は、コンデンサレンズ14によって集束され、ウィーン
フィルタ16に入射する。ウィーンフィルタ16は、入
射した電子ビーム32を偏向させることなく直進させて
対物レンズ18に入射させる。対物レンズ18は、電子
ビーム32が基板Sの表面で結像するように集束させ
る。集束された電子ビーム32は、偏光器制御部48か
ら制御信号を受けるビーム走査用偏向器22により半導
体基板S上で偏向走査される。半導体基板Sには、可変
直流電源42から基板ステージ28を介して正/負の直
流電圧が印加される。
The electron beam 32 emitted from the electron gun 12
Are focused by the condenser lens 14 and enter the Wien filter 16. The Wien filter 16 causes the incident electron beam 32 to travel straight without being deflected and to enter the objective lens 18. The objective lens 18 focuses the electron beam 32 so as to form an image on the surface of the substrate S. The focused electron beam 32 is deflected and scanned on the semiconductor substrate S by the beam scanning deflector 22 that receives a control signal from the polarizer controller 48. A positive / negative DC voltage is applied to the semiconductor substrate S from the variable DC power supply 42 via the substrate stage 28.

【0041】電子ビーム32の走査により、半導体基板
Sに形成された配線の表面から二次電子等34が放出さ
れる。放出された二次電子等34は、半導体基板Sと対
物レンズ18との間に形成された電界によって加速され
ながら対物レンズ18を通過した後にウィーンフィルタ
16により偏向されて二次電子検出器44に引き込まれ
る。二次電子検出器44は、検出された二次電子等34
の量を表わす信号を出力し、信号処理装置46は、受け
取った信号を画像信号に変換して制御コンピュータ52
に供給する。制御コンピュータ52は、信号処理装置4
6から受け取った画像信号に対して後述の処理を実行す
るとともに、表示装置(CRT)54により半導体基板
Sの配線表面の状態を表す電位コントラスト画像を表示
する。
By scanning with the electron beam 32, secondary electrons 34 are emitted from the surface of the wiring formed on the semiconductor substrate S. The emitted secondary electrons and the like 34 are deflected by the Wien filter 16 after passing through the objective lens 18 while being accelerated by the electric field formed between the semiconductor substrate S and the objective lens 18, and are deflected by the secondary electron detector 44. Be drawn in. The secondary electron detector 44 detects the detected secondary electrons 34 and the like.
The signal processing device 46 converts the received signal into an image signal and outputs the signal to the control computer 52.
To supply. The control computer 52 includes the signal processing device 4
The processing described below is performed on the image signal received from 6, and a potential contrast image representing the state of the wiring surface of the semiconductor substrate S is displayed by the display device (CRT) 54.

【0042】メモリ56は、以下に述べる検査方法を実
行するための検査レシピを記述したプログラムと、電位
コントラスト画像の信号強度と配線抵抗値との関係を表
わすデータテーブル(以下、配線抵抗値データテーブ
ル)とを格納する。
The memory 56 includes a program describing an inspection recipe for executing the inspection method described below, and a data table (hereinafter referred to as a wiring resistance data table) representing the relationship between the signal strength of the potential contrast image and the wiring resistance. ) Is stored.

【0043】制御コンピュータ52は、本実施形態にお
いて制御手段および判定手段を構成し、装置全体を制御
するとともに、メモリ56から検査レシピのプログラム
を読み込み、これに基づいて各検査手順を実行する。
The control computer 52 constitutes control means and determination means in the present embodiment, controls the entire apparatus, reads a program of an inspection recipe from the memory 56, and executes each inspection procedure based on the program.

【0044】図6に示す基板検査装置1の動作につい
て、本発明にかかる基板検査方法の実施の一形態として
図面を参照しながら説明する。なお、以下では、簡略化
のため、検査条件として、DC=−20V,DC=−2
0Vの2つの直流電圧を順次半導体基板Sに印加する場
合について説明する。
The operation of the board inspection apparatus 1 shown in FIG. 6 will be described as an embodiment of the board inspection method according to the present invention with reference to the drawings. In the following, for the sake of simplicity, DC = −20 V, DC = −2
A case where two DC voltages of 0 V are sequentially applied to the semiconductor substrate S will be described.

【0045】図7は、基板検査装置1の主動作を示すフ
ローチャートである。同図に示すように、まず、検査対
象となる配線を有する半導体基板Sを基板ステージ28
に設置する(ステップS1)。ここで、検査対象となる
配線は、上述した良品箇所Sa(図1、2参照)および
不良箇所Sd(図3、4参照)を含むものとする。
FIG. 7 is a flowchart showing the main operation of the board inspection apparatus 1. As shown in the figure, first, a semiconductor substrate S having a wiring to be inspected is placed on a substrate stage 28.
(Step S1). Here, it is assumed that the wiring to be inspected includes the non-defective part Sa (see FIGS. 1 and 2) and the defective part Sd (see FIGS. 3 and 4).

【0046】次に、制御コンピュータ52は、メモリ5
6に格納された検査レシピのプログラムを読み込み、こ
のプログラムに従って、以下の処理を実行する。
Next, the control computer 52 has the memory 5
6 is read, and the following processing is executed in accordance with the program.

【0047】即ち、まず、基板印加直流電圧DC=−2
0Vで配線表面の電位コントラスト画像G1を取得する
(ステップS2)。
That is, first, the substrate applied DC voltage DC = −2
A potential contrast image G1 of the wiring surface is obtained at 0 V (step S2).

【0048】図8は、このステップS2の手順を具体的
に示すフローチャートである。制御コンピュータ52
は、制御信号を可変直流電源42に供給して、その直流
電圧値をDC=−20Vに設定し(ステップS21)、
基板ステージ28を介して半導体基板Sへ直流電圧DC
=−20Vを印加する(ステップS22)。次に、この
検査条件下で、電子銃12、各制御用レンズ14,18
およびビーム走査用偏向器22を動作させ、検査対象で
ある配線部を含む基板表面へ電子ビーム32を走査する
(ステップS23)。次に、基板Sの表面から発生し放
出された二次電子等34を二次電子検出器44で検出
し、その検出結果を表わす信号を信号処理装置46に供
給する。信号処理装置46は、二次電子検出器44から
受け取った信号を画像信号に変換して制御コンピュータ
52に供給する。制御コンピュータ52は、受け取った
画像信号を表示装置(CRT)54に供給し、電位コン
トラスト画像G1が表示される(ステップS24)。電
位コントラスト画像G1には、前述した良品箇所Saの
画像GP−20(図1(b)参照)と不良箇所Sdの画
Gd−20(図3(b)参照)が含まれる。制御コン
ピュータ52は、受け取った画像信号を2値化処理して
階調値を算出し、この階調値を走査領域の座標値と対応
づけてメモリ56に格納する。
FIG. 8 is a flowchart specifically showing the procedure of step S2. Control computer 52
Supplies a control signal to the variable DC power supply 42 and sets its DC voltage value to DC = -20V (step S21),
DC voltage DC to the semiconductor substrate S via the substrate stage 28
= -20V is applied (step S22). Next, under these inspection conditions, the electron gun 12, the control lenses 14, 18
Then, the beam scanning deflector 22 is operated to scan the surface of the substrate including the wiring portion to be inspected with the electron beam 32 (step S23). Next, secondary electrons and the like 34 generated and emitted from the surface of the substrate S are detected by the secondary electron detector 44, and a signal representing the detection result is supplied to the signal processing device 46. The signal processing device 46 converts the signal received from the secondary electron detector 44 into an image signal and supplies it to the control computer 52. The control computer 52 supplies the received image signal to the display device (CRT) 54, and the potential contrast image G1 is displayed (Step S24). The potential contrast image G1 includes the above-described image GP-20 of the non- defective part Sa (see FIG. 1B) and the image Gd-20 of the defective part Sd (see FIG. 3B). The control computer 52 binarizes the received image signal to calculate a gradation value, and stores the gradation value in the memory 56 in association with the coordinate value of the scanning area.

【0049】図7に戻り、基板印加直流電圧をDC=+
20Vに変更して配線表面の電位コントラスト画像G2
を取得する(ステップS3)。図9は、このステップS
3の手順を具体的に示すフローチャートである。同図に
示すように、制御コンピュータ52から制御信号を可変
直流電源42に供給して、その設定をDC=+20Vに
変更し(ステップS31)、基板ステージ28を介して
半導体基板Sへ直流電圧DC=+20Vを印加する(ス
テップS32)。さらに、この検査条件下で、電子銃1
2、各制御用レンズ14,18およびビーム走査用偏向
器22を動作させ、検査対象である配線部を含む基板表
面へ電子ビーム32を走査する(ステップS33)。さ
らに、基板Sの表面から発生し放出した二次電子等34
を二次電子検出器44で検出し、信号処理装置46によ
る信号処理により、電位コントラスト画像G2を取得す
る(ステップS34)。電位コントラスト画像G2に
は、前述した良品箇所Saの画像GP+20(図2
(b)参照)と不良箇所Sdの画像Gd+20(図4
(b)参照)が含まれる。制御コンピュータ52は、受
け取った画像信号を2値化処理して階調値を算出し、こ
の階調値を走査領域の座標値と対応づけてメモリ56に
格納する。
Returning to FIG. 7, when the DC voltage applied to the substrate is DC = +
Change to 20V, potential contrast image G2 on wiring surface
Is obtained (step S3). FIG. 9 illustrates this step S.
9 is a flowchart specifically showing a procedure 3; As shown in the figure, a control signal is supplied from the control computer 52 to the variable DC power supply 42, the setting is changed to DC = + 20 V (step S31), and the DC voltage is applied to the semiconductor substrate S via the substrate stage 28. = + 20 V is applied (step S32). Further, under these inspection conditions, the electron gun 1
2. Operate the control lenses 14 and 18 and the beam scanning deflector 22 to scan the surface of the substrate including the wiring portion to be inspected with the electron beam 32 (step S33). Further, secondary electrons or the like generated and emitted from the surface of the substrate S 34
Is detected by the secondary electron detector 44 and the potential contrast image G2 is obtained by signal processing by the signal processing device 46 (step S34). The potential contrast image G2 includes the above-described image GP + 20 of the non-defective part Sa (FIG. 2).
(B) and the image G d + 20 of the defective portion Sd (FIG. 4)
(B)). The control computer 52 binarizes the received image signal to calculate a gradation value, and stores the gradation value in the memory 56 in association with the coordinate value of the scanning area.

【0050】図7に戻り、制御コンピュータ52は、ス
テップS2およびS3で取得した階調値と座標値のデー
タをメモリ56から引き出し、2枚の電位コントラスト
画像G1,G2において同一箇所の信号強度に対する出
現頻度のヒストグラムを二次間の空間で表現した二次元
ヒストグラムを作成する(ステップS4)。このように
して得られた2次元ヒストグラムの具体例を図10に示
す。
Returning to FIG. 7, the control computer 52 fetches the gradation value and coordinate value data obtained in steps S2 and S3 from the memory 56 and controls the signal intensity at the same location in the two potential contrast images G1 and G2. A two-dimensional histogram in which the histogram of the appearance frequency is expressed in a secondary space is created (step S4). FIG. 10 shows a specific example of the two-dimensional histogram obtained in this manner.

【0051】図10に示す2次元ヒストグラムは、基板
印加直流電圧DC=−20Vで得られた信号の階調値0
〜255を横軸とし、基板印加直流電圧DC=+20V
で得られた信号の階調値0〜255を縦軸として電位コ
ントラスト画像G1信号強度を二次元ヒストグラムの横
軸の階調値から各座標ごとに位置出し、その位置から二
次元ヒストグラム内に垂直に直線を引く。さらに、電位
コントラスト画像G2信号強度を二次元ヒストグラムの
縦軸の階調値から各座標ごとに位置出し、その位置から
二次元ヒストグラム内に水平に直線を引き、2直線が交
差した位置を、2枚の電位コントラスト画像G1,G2
の各座標ごとの信号強度としてプロットしたものであ
る。良品箇所については、基板印加直流電圧DC=−2
0VとDC=+20Vとで信号強度の差異が大きいた
め、同図の紙面右上部分に集中して分布する(良品箇所
群82)。この一方、不良品については、基板印加直流
電圧DC=−20VとDC=+20Vとで信号強度の差
異が小さいため、同図の中央から紙面やや右下の部分に
集中して分布することが分かる(不良品箇所群84)。
なお、電位コントラスト画像G1,G2のうち、絶縁膜
92の領域に対応する領域の階調値は、基板印加直流電
圧DC=−20VとDC=+20Vのいずれの検査条件
でも階調値が120に至らず、その差異も小さいため、
同図の紙面左上部分の領域86に集中して分布してい
る。
The two-dimensional histogram shown in FIG. 10 shows the gradation value 0 of the signal obtained at the substrate applied DC voltage DC = −20 V.
25255 on the horizontal axis, DC voltage applied to the substrate DC = + 20 V
With the gradation values 0 to 255 of the signal obtained in the vertical axis as the vertical axis, the signal intensity of the potential contrast image G1 is located for each coordinate from the gray scale values of the horizontal axis of the two-dimensional histogram, and the position is perpendicular to the two-dimensional histogram. Draw a straight line. Further, the signal intensity of the potential contrast image G2 is located for each coordinate from the gradation value on the vertical axis of the two-dimensional histogram, and a straight line is drawn horizontally in the two-dimensional histogram from the position. Potential contrast images G1, G2
Are plotted as signal intensities for each coordinate. For non-defective parts, the applied DC voltage DC = −2
Since there is a large difference in signal strength between 0 V and DC = + 20 V, the distribution is concentrated and distributed in the upper right portion of the drawing (non-defective part group 82). On the other hand, for defective products, the difference in signal intensity between the DC voltage applied to the substrate DC = −20 V and DC = + 20 V is small, so that the defective products are concentrated and distributed from the center of FIG. (Defective part group 84).
In the potential contrast images G1 and G2, the gradation value of the region corresponding to the region of the insulating film 92 becomes 120 under any of the inspection conditions of the substrate applied DC voltage DC = −20V and DC = + 20V. And the difference is small,
It is concentrated and distributed in the area 86 in the upper left part of the drawing.

【0052】図7に戻り、欠陥判断の基準となる欠陥判
定領域を設定し、図示しない入力手段により制御コンピ
ュータ52に入力する(ステップS5)。この欠陥判定
領域は、プロセス条件や設計仕様等に基づいて個別に設
定される。本実施形態では、図10に示すように、DC
=−20Vにおける階調値120、DC=+20Vにお
ける階調値120を基準点と指定し、この基準点から相
互に任意の角度をなす直線l1,l2(欠陥判定レベ
ル)を引き、これらの直線l1,l2により区分される
領域のうち、信号強度がより大きい側の領域を欠陥判定
領域として設定される。欠陥判定レベルは、本実施形態
では直線としたが、これに限ることなく、例えば円弧状
の曲線でも良い。また、上述した基準点を中心として所
定の半径の円を二次元ヒストグラム内に描き、この円の
内部を欠陥判定領域として設定しても良い。
Returning to FIG. 7, a defect determination area serving as a reference for defect determination is set and input to the control computer 52 by input means (not shown) (step S5). The defect determination areas are individually set based on process conditions, design specifications, and the like. In the present embodiment, as shown in FIG.
The gradation value 120 at == − 20 V and the gradation value 120 at DC = + 20 V are designated as reference points, and straight lines 11 and 12 (defect determination levels) forming arbitrary angles with respect to each other are drawn from these reference points. Among the areas divided by l1 and l2, the area with the higher signal strength is set as the defect determination area. The defect determination level is a straight line in the present embodiment, but is not limited to this, and may be, for example, an arc-shaped curve. Alternatively, a circle having a predetermined radius around the above-described reference point may be drawn in the two-dimensional histogram, and the inside of the circle may be set as a defect determination area.

【0053】次に、図7に示すように、制御コンピュー
タ52は、入力されたしきい値に基づいて欠陥判定領域
内の信号強度を不良箇所群84と判定し、さらに各不良
箇所の位置座標のデータをメモリ56から引き出し、そ
れぞれの信号強度を算出する(ステップS6)。
Next, as shown in FIG. 7, the control computer 52 determines the signal strength in the defect determination area as the defective portion group 84 based on the input threshold value, and further, the position coordinates of each defective portion. Are extracted from the memory 56, and the respective signal intensities are calculated (step S6).

【0054】さらに、制御コンピュータ52は、メモリ
56に格納された配線抵抗値データテーブルとの照合に
より、各不良箇所における信号強度から各不良箇所の配
線抵抗値のデータをその位置座標とともに出力する(ス
テップS7)。
Further, the control computer 52 outputs data of the wiring resistance value of each defective portion together with its position coordinates from the signal strength at each defective portion by collating with the wiring resistance data table stored in the memory 56 ( Step S7).

【0055】本実施形態によれば、極性が異なる2つの
直流電圧を半導体基板に順次に印加し、基板表面の同一
領域でそれぞれ得られた2つの電位コントラスト画像に
ついて信号強度を算出し、これに基づいて欠陥の有無を
判定し、欠陥箇所がある場合にはその程度とともにその
位置の情報を出力するので、同一ダイの同一配線の欠陥
を基板ステージを移動させることなく、検出することが
できる。これにより、基板ステージの位置ずれ、振動、
フォーカスずれ、帯電状態等によるノイズの影響を無く
すことができる。この結果、精度および効率のいずれに
おいても優れた基板検査を実現することができる。
According to the present embodiment, two DC voltages having different polarities are sequentially applied to the semiconductor substrate, and signal intensities are calculated for two potential contrast images respectively obtained in the same region on the substrate surface. The presence / absence of a defect is determined based on the information, and if there is a defect, information on the position of the defect is output together with the degree of the defect. Therefore, a defect in the same wiring of the same die can be detected without moving the substrate stage. As a result, displacement of the substrate stage, vibration,
It is possible to eliminate the influence of noise due to focus shift, charging state, and the like. As a result, it is possible to realize a board inspection excellent in both accuracy and efficiency.

【0056】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記形態に限ることなくその要旨を逸脱
しない範囲内で種々変形して適用することができる。上
記実施形態では、DC=−20VとDC=+20Vの2
種類の直流電圧を基板に印加する場合について説明した
が、図5のグラフからも明らかなように、基板印加直流
電圧値を所定範囲にわたって変化させ、基板の同一領域
から多数の電位コントラスト画像を取得することによ
り、検査の精度をさらに向上できることは勿論である。
また、上述した実施形態では、配線層が既に形成された
基板を検査対象とする場合について説明したが、例えば
金属材料が埋め込まれる前のコンタクトホールまたはビ
アホールを検査対象とし、その欠陥の有無やその位置・
程度を検査することもできる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied with various modifications without departing from the scope of the invention. In the above embodiment, DC = −20 V and DC = + 20 V
Although the case where various types of DC voltages are applied to the substrate has been described, as is clear from the graph of FIG. 5, a large number of potential contrast images are obtained from the same region of the substrate by changing the substrate applied DC voltage value over a predetermined range. By doing so, of course, the accuracy of the inspection can be further improved.
Further, in the above-described embodiment, the case where the substrate on which the wiring layer is already formed is to be inspected, but for example, the contact hole or the via hole before the metal material is embedded is to be inspected, and the presence or absence of the defect and the position·
The degree can also be checked.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明は、以下の
効果を奏する。
As described in detail above, the present invention has the following effects.

【0058】即ち、本発明によれば、半導体基板に複数
の直流電圧を順次に印加して基板印加直流電圧が異なる
検査条件を順次に形成し、これら検査条件ごとに上記半
導体基板の表面電位に依存する強度を有する信号を取得
し、上記検査条件間における上記信号の強度の相違に基
づいて上記半導体基板における欠陥を検出するので、上
記半導体基板を保持する基板ステージを移動させること
なく、上記半導体基板の欠陥を検出することができる。
これにより、基板ステージの位置ずれ、振動、フォーカ
スずれ、帯電状態等によるノイズの影響を無くすことが
できるので、精度および効率のいずれにおいても優れた
基板検査を実現することができる。
That is, according to the present invention, a plurality of DC voltages are sequentially applied to the semiconductor substrate to sequentially form inspection conditions having different DC voltages applied to the substrate, and the surface potential of the semiconductor substrate is changed for each of these inspection conditions. A signal having a dependent intensity is obtained, and a defect in the semiconductor substrate is detected based on a difference in the signal intensity between the inspection conditions, so that the semiconductor stage is not moved without moving the substrate stage holding the semiconductor substrate. Defects in the substrate can be detected.
This eliminates the influence of noise due to the positional shift, vibration, focus shift, charging state, and the like of the substrate stage, thereby realizing a substrate inspection excellent in both accuracy and efficiency.

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

【図1】本発明にかかる基板検査方法の原理を説明する
模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the principle of a substrate inspection method according to the present invention.

【図2】本発明にかかる基板検査方法の原理を説明する
模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of a substrate inspection method according to the present invention.

【図3】本発明にかかる基板検査方法の原理を説明する
模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the principle of the substrate inspection method according to the present invention.

【図4】本発明にかかる基板検査方法の原理を説明する
模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the principle of the substrate inspection method according to the present invention.

【図5】基板印加直流電圧(V)と、配線表面の電位コ
ントラスト画像の信号強度(階調値)との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a substrate applied DC voltage (V) and a signal intensity (gradation value) of a potential contrast image on a wiring surface.

【図6】本発明にかかる基板検査装置の実施の一形態を
示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing one embodiment of a board inspection apparatus according to the present invention.

【図7】本発明にかかる基板検査方法の実施の一形態の
メインフローを示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing a main flow of an embodiment of the board inspection method according to the present invention.

【図8】図7に示すフロー中、基板印加電圧DC=−2
0Vで配線表面の電位コントラスト画像を取得する手順
を具体的に示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flow chart shown in FIG.
9 is a flowchart specifically showing a procedure for acquiring a potential contrast image of a wiring surface at 0 V.

【図9】図7に示すフロー中、基板印加電圧DC=+2
0Vで配線表面の電位コントラスト画像を取得する手順
を具体的に示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flow chart of FIG. 7, in which the substrate applied voltage DC = + 2;
9 is a flowchart specifically showing a procedure for acquiring a potential contrast image of a wiring surface at 0 V.

【図10】図7に示すフローにより2枚の電位コントラ
スト画像から得られた2次元ヒストグラムの一例を示す
模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of a two-dimensional histogram obtained from two potential contrast images according to the flow shown in FIG. 7;

【図11】従来の技術によるセル・トゥ・セル画像比較
検査方式の半導体基板検査方法を説明する模式図であ
る。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a semiconductor substrate inspection method using a cell-to-cell image comparison inspection method according to a conventional technique.

【図12】従来の技術によるダイ・トゥ・ダイ画像比較
検査方式の半導体基板検査方法を説明する模式図であ
る。
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a semiconductor substrate inspection method using a conventional die-to-die image comparison inspection system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板検査装置 10 電子ビームコラム 12 電子銃 14 コンデンサレンズ 16 ウィーンフィルタ 18 対物レンズ 22 ビーム走査用偏向器 24 コラムステージ 26 電極 28 基板ステージ 32 電子ビーム 34 二次電子、反射電子および後方散乱電子 42 可変直流電源 44 二次電子検出器 46 信号処理装置 48 偏向器制御部 52 制御コンピュータ 54 表示装置(CRT) 56 メモリ S 半導体基板 Reference Signs List 1 substrate inspection apparatus 10 electron beam column 12 electron gun 14 condenser lens 16 Wien filter 18 objective lens 22 beam scanning deflector 24 column stage 26 electrode 28 substrate stage 32 electron beam 34 secondary electron, reflected electron and backscattered electron 42 variable DC power supply 44 Secondary electron detector 46 Signal processing device 48 Deflector controller 52 Control computer 54 Display device (CRT) 56 Memory S Semiconductor substrate

───────────────────────────────────────────────────── 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) G01R 31/302 G01R 31/28 L 4M106 Fターム(参考) 2F067 AA45 AA54 AA62 BB01 BB04 CC17 EE03 HH06 JJ05 KK04 KK08 LL16 QQ02 RR04 RR24 RR30 RR36 RR42 SS02 SS13 2G001 AA03 BA07 BA14 BA15 CA03 EA04 FA06 GA01 GA06 GA09 HA01 HA13 JA02 JA03 JA11 JA13 KA03 LA11 MA05 2G011 AA01 AC03 AE01 AE03 2G014 AA02 AA03 AB59 AC11 2G032 AA00 AD08 AF08 AL00 4M106 AA01 AA20 BA02 BA14 CA08 CA38 DB05 DB12 DB30 DJ01 DJ11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01R 31/302 G01R 31/28 L 4M106 F-term (Reference) 2F067 AA45 AA54 AA62 BB01 BB04 CC17 EE03 HH06 JJ05 KK04 KK08 LL16 QQ02 RR04 RR24 RR30 RR36 RR42 SS02 SS13 2G001 AA03 BA07 BA14 BA15 CA03 EA04 FA06 GA01 GA06 GA09 HA01 HA13 JA02 JA03 JA11 JA13 KA03 LA11 MA05 2G011 AA01 AC03 AE01 AE03 2G014 AA02 A01 A02 A01 A02 A01 A02 CA38 DB05 DB12 DB30 DJ01 DJ11

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】検査対象である半導体基板に電圧値がそれ
ぞれ異なる複数の直流電圧を順次に印加して基板印加直
流電圧が異なる検査条件を順次に形成する工程と、 前記検査条件ごとに荷電ビームを前記半導体基板の同一
領域に走査する工程と、 前記荷電ビームの走査により前記半導体基板の表面から
発生する二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記
二次荷電粒子および前記反射荷電粒子を検出し、前記半
導体基板の表面電位に依存する強度を有する信号を前記
検査条件ごとに取得する工程と、 前記検査条件間における前記信号の強度の相違に基づい
て前記半導体基板における欠陥を検出する工程と、を備
える半導体基板検査方法。
A step of sequentially applying a plurality of DC voltages having different voltage values to a semiconductor substrate to be inspected to sequentially form inspection conditions having different DC voltages applied to the substrate; and a charged beam for each of the inspection conditions. Scanning the same region of the semiconductor substrate, and detecting the secondary charged particles or reflected charged particles or the secondary charged particles and the reflected charged particles generated from the surface of the semiconductor substrate by scanning the charged beam, Acquiring a signal having an intensity that depends on the surface potential of the semiconductor substrate for each of the inspection conditions; anddetecting a defect in the semiconductor substrate based on a difference in the intensity of the signal between the inspection conditions. Semiconductor substrate inspection method provided.
【請求項2】前記欠陥を検出する工程は、 前記信号に基づいて、前記半導体基板の表面電位分布に
応じたコントラスト分布を有する画像である電位コント
ラスト画像を前記検査条件ごとに取得する工程と、 前記電位コントラスト画像を構成する画素の階調値を前
記信号の強度として算出する工程と、を含むことを特徴
とする請求項1に記載の半導体基板検査方法。
2. The method according to claim 1, further comprising: acquiring a potential contrast image having a contrast distribution corresponding to a surface potential distribution of the semiconductor substrate based on the signal for each of the inspection conditions. 2. The semiconductor substrate inspection method according to claim 1, further comprising: calculating a tone value of a pixel forming the potential contrast image as the intensity of the signal.
【請求項3】前記欠陥を検出する工程は、異なる前記検
査条件間における前記信号の強度の差異が所定のしきい
値以下である場合に、前記半導体基板に欠陥が存在する
と判定する工程を含むことを特徴とする請求項1または
2に記載の半導体基板検査方法。
3. The step of detecting a defect includes a step of determining that a defect exists in the semiconductor substrate when a difference in signal intensity between different inspection conditions is equal to or less than a predetermined threshold value. The semiconductor substrate inspection method according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】前記欠陥を検出する工程は、 前記電位コントラスト画像に基づいて前記検査条件間に
おける同一箇所の信号強度に対する出現頻度のヒストグ
ラムを作成する工程と、 前記半導体基板が最低限の要求仕様を満たす場合に前記
検査条件間で得られる前記同一箇所の信号強度に対する
出現頻度を欠陥判定レベルとして前記ヒストグラム内に
プロットし、前記欠陥判定レベルで分割される前記ヒス
トグラムの領域のうち、信号強度がより大きい領域を欠
陥判定領域として特定する工程と、 前記欠陥判定領域に含まれる前記信号強度がある場合
に、前記半導体基板に欠陥が存在すると判定する工程
と、を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の
半導体基板検査方法。
4. The method according to claim 1, wherein the step of detecting the defect includes the step of creating a histogram of the frequency of occurrence of the signal intensity of the same portion between the inspection conditions based on the potential contrast image; The frequency of occurrence of the signal intensity at the same location obtained between the inspection conditions is plotted in the histogram as a defect determination level when the inspection condition is satisfied. A step of specifying a larger area as a defect determination area; and a step of determining that a defect exists in the semiconductor substrate when the signal intensity included in the defect determination area is present. 3. The semiconductor substrate inspection method according to 1 or 2.
【請求項5】前記欠陥を検出する工程は、 前記欠陥判定領域に含まれる前記信号強度に対応する前
記半導体基板表面の領域の位置座標を欠陥箇所の情報と
して出力する工程を含むことを特徴とする請求項4に記
載の半導体基板検査方法。
5. The method according to claim 1, wherein the step of detecting the defect includes a step of outputting position coordinates of a region on the surface of the semiconductor substrate corresponding to the signal strength included in the defect determination region as information of a defect portion. The method for inspecting a semiconductor substrate according to claim 4.
【請求項6】前記欠陥を検出する工程は、予め準備した
前記信号の強度と配線抵抗値との関係に基づいて、前記
欠陥判定領域に含まれる前記信号強度に対応する前記半
導体基板の表面領域における配線抵抗値の情報を出力す
る工程を含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体
基板検査方法。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the step of detecting the defect includes the step of: detecting a defect on the surface area of the semiconductor substrate corresponding to the signal intensity included in the defect determination area based on a relationship between the signal intensity and a wiring resistance value prepared in advance. 6. The method according to claim 5, further comprising the step of outputting information on a wiring resistance value in the step (c).
【請求項7】前記複数の直流電圧は、正極性および負極
性の電圧を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいず
れかに記載の半導体基板検査方法。
7. The semiconductor substrate inspection method according to claim 1, wherein the plurality of DC voltages include a positive polarity voltage and a negative polarity voltage.
【請求項8】前記欠陥は、前記半導体基板の配線におけ
る電気的導通不良となる欠陥を含むことを特徴とする請
求項1乃至7のいずれかに記載の半導体基板検査方法。
8. The semiconductor substrate inspection method according to claim 1, wherein the defect includes a defect that causes an electrical conduction failure in wiring of the semiconductor substrate.
【請求項9】前記欠陥は、前記半導体基板のコンタクト
ホールまたはビアホールの形成不良を含むことを特徴と
する請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体基板検査
方法。
9. The semiconductor substrate inspection method according to claim 1, wherein the defect includes a defective formation of a contact hole or a via hole in the semiconductor substrate.
【請求項10】荷電ビームを生成し、検査対象である半
導体基板に前記荷電ビームを照射する荷電ビーム出射手
段と、 前記荷電ビームを偏向走査するビーム偏向走査手段と、 前記荷電ビームの照射により前記半導体基板から発生す
る二次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記二次荷
電粒子および前記反射荷電粒子を検出して前記半導体基
板の表面電位に依存する強度を有する信号を出力する二
次荷電粒子検出手段と、 前記半導体基板に電圧値がそれぞれ異なる複数の直流電
圧が順次に印加されるように検査条件を制御するととも
に、異なる前記検査条件ごとに前記荷電ビームが前記半
導体基板の同一領域に走査されるように前記ビーム偏向
走査手段を制御する制御手段と、 前記二次荷電粒子検出手段から前記検査条件ごとに出力
される前記信号を処理して、前記信号の強度を算出し、
前記検査条件間における前記信号の強度の相違に基づい
て前記半導体基板における欠陥に関する情報を出力する
判定手段と、を備える半導体基板検査装置。
10. A charged beam generating means for generating a charged beam and irradiating the semiconductor substrate to be inspected with the charged beam, a beam deflection scanning means for deflecting and scanning the charged beam, and irradiating the charged beam with the charged beam. Secondary charged particle or reflected charged particle generated from a semiconductor substrate, or secondary charged particle detection means for detecting the secondary charged particle and the reflected charged particle and outputting a signal having an intensity dependent on a surface potential of the semiconductor substrate And controlling inspection conditions so that a plurality of DC voltages having different voltage values are sequentially applied to the semiconductor substrate, and the charged beam is scanned over the same region of the semiconductor substrate for each of the different inspection conditions. Means for controlling the beam deflection scanning means as described above, and output from the secondary charged particle detection means for each of the inspection conditions. Processing the signal to calculate the strength of the signal;
A determining means for outputting information on a defect in the semiconductor substrate based on a difference in signal strength between the inspection conditions.
【請求項11】前記判定手段は、前記信号に基づいて、
前記半導体基板の表面電位分布に応じたコントラスト分
布を有する画像である電位コントラスト画像を前記検査
条件ごとに形成し、前記電位コントラスト画像を構成す
る画素の階調値を前記信号の強度として算出することを
特徴とする請求項10に記載の半導体基板検査装置。
11. The determining means according to the signal,
Forming a potential contrast image, which is an image having a contrast distribution according to the surface potential distribution of the semiconductor substrate, for each of the inspection conditions, and calculating a tone value of a pixel forming the potential contrast image as an intensity of the signal. The semiconductor substrate inspection apparatus according to claim 10, wherein:
【請求項12】前記判定手段は、異なる前記検査条件間
における前記信号の強度の差異が所定のしきい値以下で
ある場合に、前記半導体基板に欠陥が存在すると判定す
ることを特徴とする請求項10または11に記載の半導
体基板検査装置。
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein said determining means determines that a defect exists in said semiconductor substrate when a difference in signal intensity between different inspection conditions is equal to or less than a predetermined threshold value. Item 12. The semiconductor substrate inspection device according to item 10 or 11.
【請求項13】前記判定手段は、前記電位コントラスト
画像に基づいて前記検査条件間における同一箇所の信号
強度に対する出現頻度のヒストグラムを作成し、前記半
導体基板が最低限の要求仕様を満たす場合に前記検査条
件間で得られる前記同一箇所の信号強度に対する出現頻
度を欠陥判定レベルとして前記ヒストグラム内にプロッ
トし、前記欠陥判定レベルで分割される前記ヒストグラ
ムの領域のうち、信号強度がより大きい領域を欠陥判定
領域として特定し、前記欠陥判定領域に含まれる前記信
号強度がある場合に、前記半導体基板に欠陥が存在する
と判定することを特徴とする請求項10または11に記
載の半導体基板検査装置。
13. The determination means creates a histogram of the frequency of appearance for the signal intensity at the same location between the inspection conditions based on the potential contrast image, and when the semiconductor substrate satisfies a minimum required specification, The appearance frequency with respect to the signal strength of the same portion obtained between the inspection conditions is plotted as a defect determination level in the histogram, and among the areas of the histogram divided by the defect determination level, a region having a higher signal strength is determined as a defect. 12. The semiconductor substrate inspection apparatus according to claim 10, wherein the semiconductor substrate is determined as a determination area, and when there is the signal strength included in the defect determination area, it is determined that a defect exists in the semiconductor substrate.
【請求項14】前記判定手段は、前記欠陥判定領域に含
まれる前記信号強度に対応する前記半導体基板表面の領
域の位置座標の情報を前記欠陥に関する情報として出力
することを特徴とする請求項13に記載の半導体基板検
査装置。
14. The semiconductor device according to claim 13, wherein said determining means outputs information on position coordinates of a region on said semiconductor substrate surface corresponding to said signal intensity included in said defect determining region as information on said defect. 4. The semiconductor substrate inspection apparatus according to claim 1.
【請求項15】前記判定手段は、前記信号の強度と配線
抵抗値との関係に基づいて、前記信号の強度に対応する
前記半導体基板の表面領域における配線抵抗値の情報を
前記欠陥に関する情報として出力することを特徴とする
請求項14に記載の半導体基板検査装置。
15. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the determining unit determines information on a wiring resistance value in a surface region of the semiconductor substrate corresponding to the signal intensity as information on the defect based on a relationship between the signal intensity and the wiring resistance value. 15. The semiconductor substrate inspection apparatus according to claim 14, wherein the output is performed.
【請求項16】前記複数の直流電圧は、正極性および負
極性の電圧を含むことを特徴とする請求項10乃至15
のいずれかに記載の半導体基板検査装置。
16. The system according to claim 10, wherein said plurality of DC voltages include a positive polarity voltage and a negative polarity voltage.
The semiconductor substrate inspection apparatus according to any one of the above.
【請求項17】前記欠陥は、前記半導体基板の配線にお
ける電気的導通不良となる欠陥を含むことを特徴とする
請求項10乃至16のいずれかに記載の半導体基板検査
装置。
17. The semiconductor substrate inspection apparatus according to claim 10, wherein the defect includes a defect that causes an electrical continuity failure in wiring of the semiconductor substrate.
【請求項18】前記欠陥は、前記半導体基板のコンタク
トホールまたはビアホールの形成不良を含むことを特徴
とする請求項10乃至17のいずれかに記載の半導体基
板検査装置。
18. The semiconductor substrate inspection apparatus according to claim 10, wherein said defect includes a defective formation of a contact hole or a via hole in said semiconductor substrate.
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JP2008116246A (en) * 2006-11-01 2008-05-22 Topcon Corp Sample analysis device
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