JP2004157139A - Circuit pattern inspection device and circuit pattern inspection method - Google Patents
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Description
本発明は回路パターンの検査装置及び検査方法に係わり、特に半導体装置の製造過程におけるウェハ等の回路パターンの検査装置及び検査方法に係わる。 The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for a circuit pattern, and more particularly to an inspection apparatus and an inspection method for a circuit pattern such as a wafer in a semiconductor device manufacturing process.
半導体装置の製造過程において、ウェハ上に形成された回路パターンの欠陥を比較検査して検出する検査方法として1つのウェハ上の2つ以上のLSIの同種パターンの画像を取得しそれらを比較して検査する装置が実用化されている。 2. Description of the Related Art In a manufacturing process of a semiconductor device, as an inspection method of comparing and inspecting a defect of a circuit pattern formed on a wafer, an image of a similar pattern of two or more LSIs on one wafer is obtained and compared. Inspection devices have been put to practical use.
特に、電子線を用いたパターンの比較検査装置が特許文献1及び2、並びに非特許文献1〜3等に記載されている。そこでは、実用的なスループットを得るために、非常に高速に画像を取得する必要が有る。そして高速で取得した画像のSN比を確保するために通常の走査型電子顕微鏡の100倍以上(10nA以上)の電子線電流を用い、実用的な検査速度を維持しながら画像のSN比を確保している。ビーム径は通常の走査型電子顕微鏡に比べかなり広がっており、0.05μm〜0.2μm程度になっている。これは、ビーム電流が大きいために電子のエネルギ−幅が広がることによる色収差の増大,電子銃の輝度制限およびクーロン効果により制限されるためである。
In particular, a pattern comparison and inspection apparatus using an electron beam is described in
このような電子光学系で形成した画像は、画像処理系に送られ、隣接する同一パターン部の画像同志の比較検査が実施される。画像を比較したときに異なる明るさの箇所が存在すれば、そこを欠陥と見做し、その座標を記憶する。 An image formed by such an electron optical system is sent to an image processing system, and a comparison inspection of adjacent images of the same pattern portion is performed. If there is a portion having different brightness when comparing the images, the portion is regarded as a defect and its coordinates are stored.
以上のような構成により0.1μm程度のサイズの欠陥までの検出が可能である。 With the above configuration, it is possible to detect a defect having a size of about 0.1 μm.
また、試料およびその近くの電極に電圧を印加して電子ビームのエネルギーを低減して、半導体の欠陥を検査する装置が特許文献3〜8等に開示されている。しかし下記に述べるレビュー機能についての記述や、エネルギー分析機能をあわせ持つという記述はない。
上記の装置を使用して検査を開始するときには、あらかじめ設定が必要な各種パラメータが多数存在する。まず電子光学系の設定パラメータには、電子線の照射エネルギー,画像を形成する二次電子(あるいは後方散乱電子などの荷電粒子)信号検出系のゲイン,画素サイズ(画像の最小要素),ビーム電流などがある。一方、画像処理装置が、隣接する同一パターンの二つの画像を比較するときに、欠陥であるか否かを判断する閾値が存在する。この閾値を低く設定すると欠陥検出感度は向上するが欠陥でない部分を欠陥と見なしてしまう可能性が大きくなる。一方、閾値を上げると検出感度は低下していく。 When an inspection is started using the above-described apparatus, there are many parameters that need to be set in advance. First, the setting parameters of the electron optical system include the irradiation energy of the electron beam, the gain of the secondary electron (or charged particles such as backscattered electrons) signal forming system that forms the image, the pixel size (minimum element of the image), and the beam current. and so on. On the other hand, when the image processing apparatus compares two images of the same pattern adjacent to each other, there is a threshold for determining whether or not the image is a defect. When this threshold value is set low, the defect detection sensitivity improves, but the possibility that non-defect portions are regarded as defects increases. On the other hand, when the threshold value is increased, the detection sensitivity decreases.
上記パラメータは、検査対象のプロセスやパターンサイズ、また検出したい欠陥の種類によって最適値が異なる。したがって、検査前に試行検査を実施し、検出された欠陥座標の画像を表示させ、検出したい欠陥が検出されているかを確認しながら上記パラメータを最適なものに設定する必要がある。 The optimum values of the above parameters vary depending on the process to be inspected, the pattern size, and the type of defect to be detected. Therefore, it is necessary to perform a trial inspection before the inspection, display an image of the detected defect coordinates, and set the above parameters to an optimum value while checking whether the defect to be detected is detected.
又、検査の終了後に欠陥座標部の画像を取得し、どのような欠陥が検出されたのかを作業者が確認する必要性もある。 Further, there is a need to obtain an image of the defect coordinate portion after the inspection is completed, and the operator needs to confirm what kind of defect has been detected.
すなわち、欠陥の存在を検出する為に高速に画像を取得し、画像処理で欠陥を検出するだけでなく、通常の走査型電子顕微鏡と同様に、ある特定の狭い視野を画像化し、肉眼で観察するという機能も必須である。本明細書では、以下これをレビューと呼び、このレビューと前者の比較的大面積の領域に亘って欠陥の存在を検出する為の高速画像取得による検査を特に区別して述べる必要がある場合は後者を欠陥検出検査と呼ぶことにする。 That is, in order to detect the presence of a defect, an image is acquired at high speed, and not only the defect is detected by image processing, but also a specific narrow visual field is imaged and observed with the naked eye, similarly to a normal scanning electron microscope. The function of doing is also essential. In the present specification, this is hereinafter referred to as a review. In the case where it is necessary to particularly distinguish the review and the inspection by the high-speed image acquisition for detecting the presence of a defect over a relatively large area, the latter is used. Will be referred to as a defect detection inspection.
レビュー時には、欠陥検出検査時ほど高速に画像を形成する必要はない。一方、欠陥の有無だけでなく欠陥の形状や種類もある程度認識できる必要があるため、高分解能画像が必要である。 At the time of review, it is not necessary to form an image at a higher speed than at the time of defect detection inspection. On the other hand, since it is necessary to recognize not only the presence or absence of a defect but also the shape and type of the defect to some extent, a high-resolution image is required.
ところが、従来の装置では、電子光学系が大電流の高速走査による画像取得に最適な設計がなされており、レビュー画像としては充分な分解能を得ることはできなかった。そのため、検出された欠陥が真の欠陥かそれともパラメータの設定が不適当なことにより発生した誤検出であるのかを判定するための精度が低かった。そのため、設定パラメータが必ずしも最適な値に設定されずに検査が実行されることが多かった。 However, in the conventional apparatus, the electron optical system is designed optimally for acquiring an image by high-speed scanning with a large current, and a sufficient resolution cannot be obtained as a review image. Therefore, the accuracy for determining whether the detected defect is a true defect or an erroneous detection caused by improper parameter setting is low. Therefore, the inspection is often performed without setting the setting parameter to an optimum value.
本発明の目的は、例えば、半導体装置の製造過程にあるウェハ上の半導体装置の同一設計パターンの欠陥,異物,残渣等を電子線により検査するなど、試料を検査する装置において、検査条件を効率よく設定できる検査装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to improve the inspection conditions in an apparatus for inspecting a sample, for example, by inspecting an electron beam for defects, foreign matter, residues, etc. of the same design pattern of a semiconductor device on a wafer in the process of manufacturing the semiconductor device. An object of the present invention is to provide an inspection apparatus that can be set well.
本発明の検査装置は、以下の構成により上記目的を達成する。
即ち、本発明の請求項1に記載の第1の発明は、電子源から放出された電子ビームを、電子レンズにより収束し,かつ試料上に照射して走査する電子光学系と、該試料を載せ、該試料上の所望の位置に電子ビームが照射されるように移動可能なステージと、前記試料の照射された箇所より得られる後方散乱電子または二次電子を検出する検出器と、前記検出器からの出力を第1の増幅率で増幅する第1の回路と、前記検出器からの出力を前記第1の増幅率より大なる増幅率で増幅する増幅器と高周波成分カットフィルタとを備えた第2の回路と、該検出器からの検出信号を基に前記試料の画像を形成する画像形成装置と、該画像形成装置で得られた画像信号を、前記試料上の他の場所から同様にして得られた画像信号と比較し、両画像信号間の差を検出する手段と、前記電子ビームを前記試料上を比較的大面積,比較的大電流,比較的高速度で走査する第1の場合の前記検出器からの出力を前記第1の回路に入力し、前記電子ビームを前記試料上を前記比較的大面積より小さい小面積,前記比較的大電流より小さい小電流,前記比較的高速度より遅い低速度で走査する第2の場合の前記検出器からの出力を前記第2の回路に切替え入力する切替え手段とを備えた検査装置である。
また、本発明の請求項2に記載の第2の発明は、請求項1記載の検査装置において、前記第2の場合は、前記第1の場合に形成される画像の最小単位である画素サイズより小さい画素サイズで、画像を形成することを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項3に記載の第3の発明は、請求項1または2記載の検査装置において、前記第2の場合は、前記電子ビームの前記試料上でのスポットサイズが前記第1の場合より小さいことを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項4に記載の第4の発明は、請求項1から3の何れかに記載の検査装置において、前記電子レンズは、前記試料に最近接する対物レンズと、さらに前記電子源側に配置された第2のレンズとを備え、前記第2の場合には前記第2のレンズが調整されて前記電子光学系の倍率が小さく設定されることを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項5に記載の第5の発明は、請求項1から4の何れかに記載の検査装置において、前記電子光学系は複数の直径の開口を持った絞りを備え、前記第2の場合には絞りの直径を小さいものに切り替えることを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項6に記載の第6の発明は、請求項4記載の検査装置において、前記第2のレンズがコンデンサレンズであり、前記第2の場合には、前記電子ビームが形成するクロスオーバの位置を移動させることを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項7に記載の第7の発明は、請求項1から6の何れかに記載の検査装置において、前記第2の場合は、前記電子ビームの走査偏向領域が前記第1の場合にに比べて1/2以下に偏向領域を小さくすることを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項8に記載の第8の発明は、請求項1から7の何れかに記載の検査装置において、前記第2の回路は、前記第1の回路にに比べて応答速度が遅いことを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項9に記載の第9の発明は、請求項1から8の何れかに記載の検査装置において、前記第1の場合における前記両画像信号間の差を検出する手段の出力結果に応じて、前記第2の場合における前記電子光学系の倍率,前記電子ビームの電流値,前記電子ビームの走査速度および前記画像形成装置における画像の加算回数を連動して切り替える手段を備えたことを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項10に記載の第10の発明は、第1の電子ビームを放出する第1の電子源と、第1の焦点距離を有し、前記第1の電子ビームを第1の試料位置に位置する試料上に集束する第1の対物レンズと、前記第1の電子ビームを前記第1の試料位置に位置する試料上を走査させる第1の走査偏向器とを備えた第1の電子光学系と;前記第1の試料位置に位置する試料から発生した二次的荷電粒子を検出する第1の検出器と;第2の電子ビームを放出する第2の電子源と、前記第1の焦点距離より短い第2の焦点距離を有し,前記第2の電子ビームを第2の試料位置に位置する試料上に集束する第2の対物レンズと、前記第2の電子ビームを前記第2の試料位置に位置する試料上を走査させる第2の走査偏向器とを備えた第2の電子光学系と;前記第2の試料位置に位置する試料から発生した二次的荷電粒子を検出する第2の検出器と;前記第1の検出器および前記第2の検出器からの出力を基に前記第1及び第2の試料位置に位置する試料夫々を画像化する画像形成装置と、前記第1の試料位置から前記第2の試料位置へ試料を移動する為のステージとを備え、前記第1の電子光学系,前記第2の電子光学系,前記第1の検出器,前記第2の検出器及び前記ステージを同一真空容器内に収容し、前記第1の試料位置に位置する試料に対する前記第1の検出器からの出力を基に形成された画像データを基に選択された試料上の特定の位置を、前記ステージを移動することにより前記第2の試料位置に移動し、前記特定の位置を前記第2の電子光学系により拡大観察する検査装置である。
また、本発明の請求項11に記載の第11の発明は、請求項10記載の検査装置において、前記第2の電子光学系における前記第2の電子ビームに対する加速電圧は、前記第1の電子光学系における前記第1の電子ビームに対する加速電圧より低いことを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項12に記載の第12の発明は、請求項10又は11記載の検査装置において、前記ステージとこのステージ上の前記試料の直前で前記電子ビームを所望のエネルギーに減速するために該ステージと該試料に印加される負の電圧が、前記第2の試料位置では、前記第1の試料位置において印加される負の電圧よりも小さな負の電圧であることを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項13に記載の第13の発明は、請求項10から12の何れかに記載の検査装置において、前記第2の試料位置に位置する試料から発生するX線を検出するX線検出器を備えたことを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項14に記載の第14の発明は、請求項10から12の何れかに記載の検査装置において、前記第2の試料位置に位置する試料から放出される二次電子のエネルギーをフィルタリングするエネルギーフィルタを備え、前記第2の電子ビームに照射された位置の電位を検出することを特徴とする検査装置である。
また、本発明の請求項15に記載の第15の発明は、電子源から放出された電子ビームを、レンズにより収束し,かつ試料上に照射して走査する電子光学系と、該試料を載せ,該試料上の所望の位置に電子ビームが照射されるように移動可能なステージと、前記試料の照射された箇所より得られる後方散乱電子または二次電子を第1の感度で検出する第1の検出器と、前記試料の照射された箇所より得られる後方散乱電子または二次電子を前記第1の感度より高い第2の感度で検出する第2の検出器と、該検出器からの検出信号を基に前記試料の画像を形成する画像形成装置と、該画像形成装置で得られた画像信号を、前記試料上の他の場所から同様にして得られた画像信号と比較し、両画像信号間の差を検出する手段と、前記電子ビームを前記試料上を第1の面積,第1の電流値,第1の速度で走査する場合は前記後方散乱電子または二次電子を前記第1の検出器に導き、前記電子ビームを前記試料上を前記第1の面積より小さい面積,前記第1の電流値より小さい電流値,前記第1の速度より遅い速度で走査する場合は前記後方散乱電子または二次電子を前記第2の検出器に導く偏向回路とを備えた検査装置である。
また、本発明の請求項16に記載の第16の発明は、回路パターンが形成された試料を収束された電子ビームで照射走査する電子光学系と,前記試料の照射された箇所より得られる後方散乱電子または二次電子を検出する検出器と,該検出器からの検出信号を基に前記試料の画像を形成する画像形成装置と,該画像形成装置で得られた画像信号を、参照用画像信号と比較して両画像信号間の差を検出する差検出手段を準備する工程と;前記電子ビームにより前記試料の比較的大面積の領域を、比較的大電流及び比較的高速度で走査して得られた前記検出器からの出力を第1の増幅率を有する増幅器で増幅したものを、前記画像形成装置に供給して画像信号を形成して、前記差検出手段によりこの画像信号と予め前記試料上の他の領域から得られている同様の画像信号と比較して両画像信号間の差を検出することにより、この差の発生箇所の座標を求める工程と;及び前記試料の前記座標位置を含んで,前記比較的大面積より小さい小面積の領域を、前記電子ビームにより前記比較的大電流より小さい小電流,前記比較的高速度より遅い低速度で走査して得られた前記検出器からの出力を、前記第1の増幅率より大なる増幅率で増幅する増幅器と高周波成分カットフィルタとを備えた回路を介して前記前記画像形成装置に供給して画像信号を形成して前記差の発生箇所を観察する工程とを含んだ回路パターン検査方法である。
The inspection apparatus of the present invention achieves the above object by the following configuration.
That is, a first invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to the first aspect, in the second case, the pixel size is a minimum unit of an image formed in the first case. An inspection apparatus that forms an image with a smaller pixel size.
According to a third aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to the first or second aspect, in the second case, the spot size of the electron beam on the sample is equal to the first size. An inspection apparatus characterized in that the inspection apparatus is smaller than the above.
According to a fourth aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to any one of the first to third aspects, the electron lens includes an objective lens closest to the sample, and the electron source. A second lens disposed on the side, wherein in the second case, the second lens is adjusted and the magnification of the electron optical system is set to be small.
According to a fifth aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the electron optical system includes a stop having an opening having a plurality of diameters. In the second case, the inspection apparatus is characterized in that the diameter of the stop is switched to a smaller one.
According to a sixth aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to the fourth aspect, the second lens is a condenser lens, and in the second case, the electron beam is formed. The inspection apparatus is characterized in that the position of the crossover is moved.
According to a seventh aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to any one of the first to sixth aspects, in the second case, the scanning deflection area of the electron beam is the first deflection area. An inspection apparatus characterized in that the deflection area is reduced to half or less as compared with the case of (1).
According to an eighth aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to any one of the first to seventh aspects, the second circuit has a higher response speed than the first circuit. Is an inspection apparatus characterized by being slow.
According to a ninth aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to any one of the first to eighth aspects, means for detecting a difference between the two image signals in the first case is provided. Means for switching the magnification of the electron optical system, the current value of the electron beam, the scanning speed of the electron beam, and the number of image additions in the image forming apparatus in an interlocking manner in accordance with the output result. An inspection apparatus characterized in that:
A tenth invention according to claim 10 of the present invention has a first electron source that emits a first electron beam, a first focal length, and a first electron beam that emits a first electron beam. A first objective lens that focuses on the sample located at the sample position, and a first scanning deflector that scans the sample located at the first sample position with the first electron beam. A first electron optical system; a first detector for detecting secondary charged particles generated from a sample located at the first sample position; a second electron source for emitting a second electron beam; A second objective lens having a second focal length that is shorter than the first focal length and focusing the second electron beam on a sample located at a second sample position; A second scanning optical deflector for scanning a sample located at the second sample position on the sample; and the second electron optical system; A second detector for detecting secondary charged particles generated from the sample located at the sample position; and the first and second detectors based on outputs from the first detector and the second detector. An image forming apparatus for imaging each of the samples located at the sample position, and a stage for moving the sample from the first sample position to the second sample position, wherein the first electron optical system, A second electron optical system, the first detector, the second detector, and the stage are housed in the same vacuum vessel, and the first detector detects a sample located at the first sample position. Moving a specific position on the sample selected based on the image data formed based on the output to the second sample position by moving the stage, and moving the specific position to the second sample position. This is an inspection device that performs magnified observation using an electron optical system.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the inspection apparatus of the tenth aspect, the acceleration voltage for the second electron beam in the second electron optical system is the first electron beam. An inspection apparatus characterized in that the inspection voltage is lower than an acceleration voltage for the first electron beam in an optical system.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the inspection apparatus of the tenth or eleventh aspect, the electron beam is decelerated to a desired energy immediately before the stage and the sample on the stage. Therefore, the negative voltage applied to the stage and the sample is a negative voltage at the second sample position smaller than the negative voltage applied at the first sample position. It is an inspection device.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to any one of the tenth to twelfth aspects, an X-ray generated from a sample located at the second sample position is detected. An inspection device comprising an X-ray detector.
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the inspection apparatus according to any one of the tenth to twelfth aspects, the secondary electron emitted from the sample located at the second sample position is provided. An inspection apparatus comprising an energy filter for filtering energy, and detecting a potential at a position irradiated with the second electron beam.
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an electron optical system which converges an electron beam emitted from an electron source by a lens, irradiates the sample with a beam, and scans the sample. A stage movable to irradiate a desired position on the sample with an electron beam, and a first stage for detecting backscattered electrons or secondary electrons obtained from an irradiated portion of the sample with a first sensitivity. A second detector for detecting backscattered electrons or secondary electrons obtained from the irradiated portion of the sample at a second sensitivity higher than the first sensitivity, and detection from the detector An image forming apparatus for forming an image of the sample based on the signal, and comparing the image signal obtained by the image forming apparatus with image signals similarly obtained from other places on the sample, Means for detecting the difference between the signals; and When scanning the sample at a first area, a first current value, and a first speed, the backscattered electrons or the secondary electrons are guided to the first detector, and the electron beam is scanned on the sample on the sample. When scanning at an area smaller than the first area, at a current value smaller than the first current value, and at a lower speed than the first speed, deflection for guiding the backscattered electrons or secondary electrons to the second detector. This is an inspection apparatus provided with a circuit.
According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided an electron optical system for irradiating and scanning a sample on which a circuit pattern is formed with a converged electron beam, and a back side obtained from an irradiated portion of the sample. A detector that detects scattered electrons or secondary electrons, an image forming apparatus that forms an image of the sample based on a detection signal from the detector, and an image signal obtained by the image forming apparatus that is used as a reference image. Providing a difference detecting means for detecting a difference between the two image signals by comparing with a signal; and scanning a relatively large area of the sample with the electron beam at a relatively large current and a relatively high speed. The output obtained from the detector obtained by the amplification by an amplifier having a first amplification factor is supplied to the image forming apparatus to form an image signal. Obtained from other areas on the sample Detecting the difference between the two image signals by comparing with the similar image signal to determine the coordinates of the location where the difference occurs; and the relatively large area including the coordinate position of the sample. An output from the detector obtained by scanning an area having a smaller area with the electron beam at a small current smaller than the relatively large current and at a low speed slower than the relatively high speed is used as the first output. Supplying an image signal to the image forming apparatus through a circuit including an amplifier that amplifies at an amplification factor greater than the amplification factor and a high-frequency component cut filter to form an image signal and observing a location where the difference occurs. This is a circuit pattern inspection method including the above.
本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。比較的大面積の領域に亘って欠陥の存在を検出する為の高速画像取得による欠陥検出検査と、この欠陥検出検査により検出された特定の狭い部位を画像化し肉眼で観察するレビューとを、夫々独立に最適化された経路を備えた検出回路で介して行うことにより十分なSN比を持った画像信号信号を得ることが可能となり、検査条件を効率よく設定することが可能となった。これにより検査工程の高速化と共に検査結果の信頼性が向上した。
また、欠陥の存在を検出する欠陥検出検査の為の第1の電子光学系と、この欠陥検出検査により検出された特定の狭い部位を観察するレビュー専用の第2の電子光学系とを同一の真空容器内に並べて収容し、試料を載せたステージの移動だけで欠陥検出検査とレビューとを切り替えられる構成の本発明の検査装置は、迅速でかつ高信頼性の検査を可能とする。
また、欠陥の存在を検出する欠陥検出検査の為の第1の検出器と、この欠陥検出検査により検出された特定の狭い部位を観察するレビュー専用の第2の検出器と、電子ビーム照射により試料から発生した後方散乱電子または二次電子を、欠陥検出検査時は第1の検出器へ導き、レビュー時には第2の検出器へ導く偏向回路を設けた本発明の検査装置は、ノイズの少なく高周波特性劣化の少ない信号が得られ信頼性の高い検査を可能とする。
Since the present invention is as described above, the following effects can be obtained. A defect detection inspection by high-speed image acquisition for detecting the presence of a defect over a relatively large area, and a review of imaging a specific narrow part detected by the defect detection inspection and observing it with the naked eye, respectively. An image signal signal having a sufficient SN ratio can be obtained by performing the detection through a detection circuit having independently optimized paths, and the inspection conditions can be set efficiently. As a result, the speed of the inspection process is increased and the reliability of the inspection result is improved.
Further, the first electron optical system for the defect detection inspection for detecting the presence of the defect and the second electron optical system dedicated for review for observing a specific narrow portion detected by the defect detection inspection are the same. The inspection apparatus according to the present invention, which is arranged in a vacuum vessel and can switch between the defect detection inspection and the review only by moving the stage on which the sample is placed, enables quick and highly reliable inspection.
Also, a first detector for defect detection inspection for detecting the presence of a defect, a second detector exclusively for review for observing a specific narrow part detected by the defect detection inspection, and an electron beam irradiation The inspection apparatus of the present invention, which has a deflection circuit for guiding backscattered electrons or secondary electrons generated from the sample to the first detector at the time of defect detection inspection and to the second detector at the time of review, has low noise. A signal with little deterioration in high-frequency characteristics is obtained, enabling highly reliable inspection.
(実施例1)
本発明の第1の実施例を図1と図2により説明する。図1および図2は本発明の構成図である。
検査装置は大別して電子光学系101,試料室102,制御部104,画像処理部105より構成されている。
電子光学系101は電子源1,電子線引き出し電極2,コンデンサレンズ4,ブランキング用偏向器17,走査偏向器8,絞り5,対物レンズ7により構成されている。
図1には2次電子検出器9が対物レンズ7の下方にある場合を示したが、検出器9の位置は対物レンズ7の上に設けても良い。その場合は二次電子が対物レンズ7の中を通過してから検出器9に到達する。検出器9が対物レンズ7の下部にある場合は対物レンズ7の偏向範囲が大きく取れるが対物レンズ7の収差が大きいためレビュー時の分解能に限界がある。一方、検出器9を対物レンズ7の上に設けた場合は、対物レンズ7の収差を小さくできるためにレビュー時の分解能をより上げることが可能であるが偏向範囲が小さくなるという欠点があるので両者は一長一短であり必要に応じてどちらかの構成を選択すればよい。検出器9には正の高電圧が印加されている。さらにその検出器9につながるプリアンプ12および検出回路30のグランドレベルも検出器9に印加した正の高電位の上に乗っている。二次電子検出器9の出力信号はプリアンプ12で増幅され検出回路30によりデジタルデータとなる。 この信号は光発信器34により光に変換され、グランド電位レベルにある光受信機35によって光を受信し電気信号に変換した後に画像処理部105に送られる。
図1では、コンデンサレンズ4を電磁レンズで構成したが、図2のように静電レンズで構成しても良い、静電レンズは例えば3枚の電極から構成され、両側の電極はグランド電位とし中央の電極に正または負の電圧を印加する、いわゆるアインツェルレンズが最適であるが、特にアインツェルレンズでなくとも同様である。静電レンズを使用することで電子光学系を小型化できる。
図1に戻って、試料室102は、ステージ24,光学式試料高さ測定器29,レーザ測長器またはリニアスケールを用いたステージ位置測定器31により構成されている。
画像処理部105は、画像記憶部18,19,演算部20,欠陥判定部21より構成されている。取り込まれた電子線画像は、モニタ22に表示される。検査装置各部の動作命令および動作条件は、制御部104から入出力される。予め制御部104に電子線発生時の加速電圧,電子線偏向幅,偏向速度,試料台移動速度,検出器の信号取り込みタイミング等々の条件が入力されている。また、光学式試料高さ測定器29の信号やステージ位置測定器31の信号から補正信号を生成し、電子線6が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源7や走査信号発生器13に補正信号を送る。
(Example 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are configuration diagrams of the present invention.
The inspection apparatus is roughly divided into an electron
The electron
FIG. 1 shows a case where the
In FIG. 1, the condenser lens 4 is constituted by an electromagnetic lens, but may be constituted by an electrostatic lens as shown in FIG. 2. The electrostatic lens is constituted by, for example, three electrodes. A so-called Einzel lens, which applies a positive or negative voltage to the center electrode, is optimal, but the same is not particularly true for an Einzel lens. By using an electrostatic lens, the size of the electron optical system can be reduced.
Returning to FIG. 1, the
The
図3は電子ビームによる半導体のパターン外観検査のフローを示す図である。この図を用いて本発明により半導体ウェハのパターン外観検査を実施するフローを説明する。
まず、ウェハをロードした後、光学顕微鏡により粗いアライメントを実施する。これは,電子線走査画像では走査範囲が狭く、ローディング時の機械的な位置決めだけではアライメントマークが電子線の走査範囲内に入らない可能性があるからである。そこで、視野の広い低倍率の光学顕微鏡によりおよそ数十μmの精度でアライメントを行う。
次に電子光学系の条件設定を実施する。検査するウェハのパターンの種類により電子ビームの照射エネルギーや画素サイズ(画像の最小要素),ビーム電流等を設定する。パターンの材質に依り最適な電子ビームの照射エネルギーが異なる。通常、導電性材料では高分解能が得られるように数keV以上の高目のエネルギーとし、絶縁物を含むパターンでは帯電防止のために1.5keV以下に設定すると良い。
次に特に注目したい欠陥サイズに応じた画素サイズを設定する。無意味に画素サイズを小さくすると検査所要時間が増大してしまう。次にビーム電流を設定する。デフォルトの値は装置固有に存在するが、特に帯電しやすいウェハでは小さめの電流に設定すると良い。又、検出したい欠陥のコントラストが大きいことが予めわかっていれば、電流を小さめにして電子ビームをより小さく絞り高感度の検査ができる。
次に、検査するウェハの電子線による画像を表示させ、焦点や非点収差の補正を実施する。これは画像を取り込んで計算機上またはそれ専用の画像処理装置を用いて自動で実施することも可能である。
以上の設定が終了したらつぎに電子ビームによる画像の精アライメントを実施する。これによりステージの座標系とウェハの座標系が正確に一致し、ステージの座標をレーザ測長機等により計測することでウェハ上の所望の位置を検査することが可能となる。
FIG. 3 is a diagram showing a flow of semiconductor pattern appearance inspection using an electron beam. A flow for carrying out a pattern appearance inspection of a semiconductor wafer according to the present invention will be described with reference to FIG.
First, after loading a wafer, rough alignment is performed by an optical microscope. This is because the scanning range is narrow in an electron beam scanning image, and there is a possibility that the alignment mark does not fall within the scanning range of the electron beam only by mechanical positioning during loading. Therefore, alignment is performed with an accuracy of about several tens of μm using a low-magnification optical microscope having a wide field of view.
Next, conditions for the electron optical system are set. The irradiation energy of the electron beam, the pixel size (minimum element of the image), the beam current, and the like are set according to the type of the pattern of the wafer to be inspected. The optimum electron beam irradiation energy differs depending on the pattern material. Normally, it is preferable to set the energy to a higher value of several keV or more so that a high resolution can be obtained in a conductive material, and to set the energy to 1.5 keV or less in a pattern including an insulator to prevent electrification.
Next, a pixel size corresponding to the defect size of particular interest is set. Insignificantly reducing the pixel size increases the time required for inspection. Next, the beam current is set. The default value is unique to the apparatus, but it is preferable to set a smaller current especially for a wafer which is easily charged. If it is known in advance that the contrast of the defect to be detected is large, the current can be made smaller and the electron beam can be made smaller so that high-sensitivity inspection can be performed.
Next, an image of the wafer to be inspected by an electron beam is displayed, and focus and astigmatism are corrected. This can be carried out automatically on a computer or by using an image processing device dedicated thereto by taking in an image.
After the above setting is completed, fine alignment of the image by the electron beam is performed next. As a result, the coordinate system of the stage and the coordinate system of the wafer accurately match, and a desired position on the wafer can be inspected by measuring the coordinates of the stage with a laser length measuring device or the like.
次に、検査したいエリアを制御用ワークステーションのディスプレー等の制御用画面から入力する。 Next, an area to be inspected is input from a control screen such as a display of a control workstation.
次に試し検査を実施する。試し検査とは上記で設定した各種パラメータが適当であるかを判断するために実施する。まず検査したいパターンの一部分を指定する。これが試し検査の領域指定である。そして試し検査を実施する。試し検査では電子ビームにより本番の欠陥検出検査と同様の動作により画像を検出するが、画像処理回路を通すことなく取得した画像をメモリにすべて取り込む。
次に、画像処理条件の設定を行う。この条件は、画像処理装置が、隣接する同一パターンの二つの画像を比較するときに、欠陥であるか否かを判断する閾値である。この閾値を低く設定すると欠陥検出感度は向上するが欠陥でない部分を欠陥と見なしてしまう可能性が大きくなる。一方、閾値を上げると検出感度は低下していく。
図3において、明るさ閾値とは、二つの画像の輝度信号の差の閾値である。電子ビームによる画像は光学顕微鏡画像に比べてざらつきが大きい(すなわち画像のSN比が悪い)。したがって、比較している検査対象物が同じもので、平均的な明るさが同一でも、画素毎に見るとやや明暗のばらつきが存在する。したがって明暗差の閾値を設け、画像を比較してその閾値より大きく明暗の差が生じた場所のみを欠陥として検出することで画像のざらつきを欠陥と認識しないようにしている。
又、位置ズレ閾値とは、比較する二枚の画像の位置あわせの不完全さを欠陥と誤認識しないようにする為に設ける。画像の位置ズレがここで設定した閾値程度は存在すると見做してそれ以上の差が生じた場合のみを欠陥とする。
フィルタ種類とは、取得した画像に施すフィルタであり、検出した画像のざらつきを軽減したりエッジを強調するために存在する。これはパターンの種類や検出したい欠陥に応じて最適なものを試行錯誤で選択する。
Next, a test inspection is performed. The trial inspection is performed to determine whether the various parameters set above are appropriate. First, a part of the pattern to be inspected is specified. This is the area designation of the trial inspection. Then, a test inspection is performed. In the test inspection, an image is detected by an electron beam in the same operation as in the actual defect detection inspection, but all the acquired images are loaded into the memory without passing through the image processing circuit.
Next, image processing conditions are set. This condition is a threshold value used by the image processing apparatus to determine whether or not there is a defect when comparing two adjacent images of the same pattern. When this threshold value is set low, the defect detection sensitivity improves, but the possibility that non-defect portions are regarded as defects increases. On the other hand, when the threshold value is increased, the detection sensitivity decreases.
In FIG. 3, the brightness threshold is a threshold of a difference between luminance signals of two images. An image formed by an electron beam is rougher than an optical microscope image (that is, the SN ratio of the image is poor). Therefore, even if the inspection objects to be compared are the same and the average brightness is the same, there is a slight variation in brightness when viewed from pixel to pixel. Therefore, a threshold value of the light-dark difference is provided, and by comparing the images and detecting only a portion where the light-dark difference is larger than the threshold value as a defect, the roughness of the image is not recognized as a defect.
The position deviation threshold value is provided so that incomplete registration of two images to be compared is not erroneously recognized as a defect. It is considered that the image position deviation exists about the threshold value set here, and only a case where a further difference occurs is regarded as a defect.
The filter type is a filter to be applied to the acquired image, and exists to reduce the roughness of the detected image and enhance the edge. In this method, an optimum one is selected by trial and error according to the type of pattern and the defect to be detected.
以上のパラメータを設定した後、画像処理を実施する。試し検査における画像処理では,すでに取得した一連の画像を用いて比較検査を行う。この検査により欠陥が検出され、その座標が記憶され、制御画面上に欠陥の場所を表示する。この時点で一つも欠陥が検出されない場合、上記画像処理パラメータの閾値を下げて感度を上げて再びメモリ上の2次元情報を用いて比較検査を実施する。
次に、試し検査で検出された座標の画像を観察する。これがレビューである。すでにその部分の画像はメモリに記憶されているので、まずその画像を制御用ワークステーションのディスプレーや画像表示専用のディスプレー等に表示し目視でどのような欠陥が検出されたかを観察する。ここでかなり大きな欠陥については目視により簡単に欠陥の形状や種類とが判明する。しかし、装置の性能限界に近い微細な欠陥や、コントラストの小さい欠陥は、目視では充分に明確に判定できない場合が多い。そこで、電子光学系の条件をレビューの条件に切り替えて高分解能の像を表示する。これにより、試し検査で検出した欠陥が、真の欠陥であるかまた検出したかった欠陥であるかを容易に判別できる。その結果から、画像処理のパラメータを再設定し、再びレビューすることを繰り返すことで検出したい欠陥を確実に検出できる条件を見いだすことができる。
高分解能のレビュー条件が存在しない従来の装置では、大電流の電子ビームにより画像を形成するように設計されており、長時間観察すると試料に電子ビームが大量に照射され,試料が破壊したり帯電により画像を観察できなくなったりする。また、欠陥の有無を確認するのが目的であり、目視観察により欠陥の詳細を判断するには分解能が不十分である。そのため、このレビューと画像処理パラメータ設定において試行錯誤を繰り返さざるを得ず多大な時間を要していた。ところが本発明によれば、レビュー画面の質が良いために画像処理パラメータの選択の良否が正確に判断でき、試行錯誤の回数が格段に減少した。これにより有人作業の時間が大幅に短縮され、総合的な装置稼働効率も向上した。
After setting the above parameters, image processing is performed. In the image processing in the trial inspection, a comparative inspection is performed using a series of already acquired images. This inspection detects a defect, stores its coordinates, and displays the location of the defect on a control screen. If no defect is detected at this time, the sensitivity is increased by lowering the threshold value of the image processing parameter, and the comparison inspection is performed again using the two-dimensional information on the memory.
Next, an image of the coordinates detected in the trial inspection is observed. This is a review. Since the image of that portion has already been stored in the memory, the image is first displayed on a display of a control workstation or a display dedicated to image display, and the type of defect detected is visually observed. Here, for a considerably large defect, the shape and type of the defect can be easily determined visually. However, a fine defect close to the performance limit of the device and a defect having a small contrast cannot often be determined sufficiently visually. Therefore, the condition of the electron optical system is switched to the review condition to display a high-resolution image. This makes it possible to easily determine whether the defect detected in the test inspection is a true defect or a defect that the user wants to detect. From the result, it is possible to find out a condition for reliably detecting a defect to be detected by repeatedly setting the parameters of the image processing and repeating the review.
Conventional equipment, which does not have high-resolution review conditions, is designed to form an image with a large current electron beam. May make it impossible to observe the image. Further, the purpose is to confirm the presence or absence of a defect, and the resolution is insufficient for judging the details of the defect by visual observation. For this reason, trial and error had to be repeated in the review and the setting of the image processing parameters, which required a great deal of time. However, according to the present invention, since the quality of the review screen is good, the quality of the selection of the image processing parameter can be accurately determined, and the number of trial and error has been significantly reduced. As a result, the time required for manned work has been significantly reduced, and the overall operation efficiency of the apparatus has been improved.
条件設定のためのレビューが終了したら欠陥検出検査を開始する。この欠陥検出検査は無人で自動的に行われる。この欠陥検出検査が終了したら再びレビューを実施する。このレビューにより検出された欠陥が真の欠陥であるかを確認した後にウェハをアンロードする。必要であれば他の分析検査装置へ移動し、各種検査分析を行う。 When the review for setting the conditions is completed, the defect detection inspection is started. This defect detection inspection is performed automatically and unattended. When the defect detection inspection is completed, the review is performed again. After confirming whether the defect detected by this review is a true defect, the wafer is unloaded. If necessary, move to another analysis / inspection apparatus to perform various inspection / analysis.
すでに欠陥検出検査条件の確立しているウェハを自動的に検査する場合には、図4のようなフローで欠陥検出検査とレビューを実施する。すなわち、ウェハをロードしたらすぐに既存の条件設定で欠陥検出検査を実施し、欠陥検出検査の終了後にレビューを実施する。このレビューでは、検出した欠陥を異物,電気的な欠陥,形状不良等の欠陥の種類を見極めて欠陥毎に分類する。
次に、本発明のポイントとなるレビュー条件と、欠陥検出検査条件の仕様,相違点と特徴について説明する。
欠陥検出検査条件とレビュー条件の性能を比較したものが図5である。
欠陥検出検査条件は、ウェハ全面の検査を実用的な時間で実行するために非常に高速な画像取得が可能である。すなわち画素サイズ0.1μmで100μm角を画像形成する時間は20msec以下となっている。高速画像取得のためにステージは連続的に移動しており電子ビームはそのほぼ直交方向に走査されるようになっている。さらに高速にかつ検査に耐え得るSN比の画像形成を実現するためにビーム電流を20 nA以上得られるように設計した。具体的には、まず電子源から得られる電流密度を0.2 mA/sr以上とした。さらにレンズの絞りを高分解能SEMと比較して大きいものを用い、電子源からの電子ビームの取り込み角α(すなわち、電子源から広い角度を持って放出する電子ビームのうち試料に照射される電子ビームの開き角)を6 mrad以上とした。画像の最小単位である画素サイズは、検出したい最小の欠陥サイズと同等とした。現状では問題となる最小の欠陥はほぼ0.05μmであることから画素サイズは0.05μm以上とした。ここでの0.05μm以上という意味はウエハによっては0.05μmより大きな欠陥サイズを見る場合も有るため画素サイズは0.05μmより大きく設定出来るようにしてあることを示すために記載した。又、被検査ウェハの工程によっては二次電子の発生量が小さく一回の電子ビーム走査だけでは充分な明るさが得られない場合がある。その場合には電子ビームを複数回走査して得られた画像を加算することも可能である。ただし検査時間が遅くなる問題があるため加算回数は少ないほど良い。又、画像形成範囲は極力大きい方が良い為50μm以上とし、100μmを標準とした。
When automatically inspecting a wafer for which defect detection inspection conditions have already been established, the defect detection inspection and review are performed according to the flow shown in FIG. That is, as soon as the wafer is loaded, a defect detection inspection is performed under the existing condition settings, and a review is performed after the completion of the defect detection inspection. In this review, the detected defects are classified according to the types of defects such as foreign matter, electrical defects, and shape defects.
Next, the specification, differences, and features of the review conditions and defect detection inspection conditions that are the points of the present invention will be described.
FIG. 5 compares the performance of the defect detection inspection condition and the review condition.
Under the defect detection inspection conditions, an extremely high-speed image acquisition is possible because the inspection of the entire wafer is performed in a practical time. That is, the time for forming an image of 100 μm square with a pixel size of 0.1 μm is 20 msec or less. The stage is continuously moved for high-speed image acquisition, and the electron beam is scanned in a direction substantially orthogonal to the stage. The beam current was designed to be 20 nA or more in order to realize image formation with an SN ratio that can withstand inspection at high speed. Specifically, the current density obtained from the electron source was set to 0.2 mA / sr or more. In addition, the aperture of the lens is larger than that of the high-resolution SEM, and the angle of capture of the electron beam from the electron source α (that is, the electron beam emitted from the electron source at a wide angle, Beam divergence angle) was set to 6 mrad or more. The pixel size, which is the minimum unit of the image, was set equal to the minimum defect size to be detected. At present, the smallest defect that causes a problem is approximately 0.05 μm, so the pixel size is set to 0.05 μm or more. The meaning of 0.05 μm or more is described to indicate that the pixel size can be set to be larger than 0.05 μm because a defect size larger than 0.05 μm may be seen depending on a wafer. Also, depending on the process of the wafer to be inspected, the amount of secondary electrons generated is so small that sufficient brightness may not be obtained by only one electron beam scanning. In that case, it is also possible to add images obtained by scanning the electron beam a plurality of times. However, there is a problem that the inspection time is delayed, so the smaller the number of additions, the better. The larger the image forming range is, the better.
一方、レビュー条件では、画像形成にそれほど高速性を要求されないため電流値が大きい必要はなく5nA以下で充分である。画素サイズは欠陥の形状を詳細に観察するため欠陥の大きさの1/5以下は必要である。したがって0.02μm以下とした。また画像の加算は2のn乗回とし、特に回数の上限はない。レビューでは、ある特定の場所をじっくりと観察するためステージは静止させ電子ビームを二次元に走査させる。さらに欠陥を拡大してみるために画像形成範囲は小さい必要があり50μm以下である。 On the other hand, under the review conditions, a high current value is not required since image formation is not required to be so fast, and a current value of 5 nA or less is sufficient. The pixel size needs to be 1/5 or less of the defect size in order to observe the shape of the defect in detail. Therefore, the thickness is set to 0.02 μm or less. The addition of images is 2 n times, and there is no particular upper limit on the number. In the review, the stage is stationary and the electron beam is scanned two-dimensionally to observe a specific place carefully. In order to further enlarge the defect, the image forming range needs to be small and is 50 μm or less.
以上を整理してみると、検査の場合とレビュ-モ-ドの場合では画素サイズの考え方に大きな違いがあり、検査の場合は欠陥サイズより大きなプロ-ブサイズであってもそこに欠陥が有るか無いかを判断すれば良い。即ちプロ-ブサイズと画素サイズとが同等もしくはそれ以上大きければ良い。画素サイズが小さければ単位面積に照射される電子の量が小さくなるため長い時間照射するためクロックが遅くなるため高速に検査が出来ないという問題が有る。これに対し、レビュ-時にその欠陥の像を採取するため時間をかけて少なくとも欠陥サイズの1/5以下のプロ-ブを必要とするものである。この発明は検査時とレビュ-時でプロ-ブサイズを変更すると共に画素サイズも合わせて変更することにある。
次に具体的に、欠陥検出検査条件とレビュー条件をどのようにして切り替えるかを説明する。
最初に電子光学系の構成要素とその動作の詳細について、図1を用いて説明する。電子源1には、電界放出電子源、特に拡散補給型の熱電界放出電子源が好ましく、タングステンチップにジルコニウム及び酸素とからなる被覆層を設けた、所謂Zr/O/W型電子源を用いた。この電子源は長時間安定な電子放出が可能である。しかも引出電圧を変えることで放射角電流密度を0.001mA/sr〜1mA/srの範囲で自由に設定できる。ただし電流密度を大きくすると放出電子のエネルギー幅も増大するので色収差が増大する。検査時には電子ビーム電流を20nA以上得る必要があった。そこで電子源1からの放出電子ビームの放射角電流密度は0.2〜1mA/Srの範囲で用いる。電子ビーム6は引出電極2に電圧を印加することで電子源1から引き出される。電子ビーム6の加速は電子源1に高圧の負の電位を印加することでなされる。加速電圧を10kVまたはそれ以上を設定できるようにした。これは大電流電子ビームを使用するために上述した電子ビームのエネルギー幅増大による色収差を抑制するためと,大電流電子ビームが電子の相互作用で広がってしまい絞れなくなる現象(クーロン効果)を抑制するためである。電子線6は約10kVに相当するエネルギーでステージ24の方向に進み、コンデンサレンズ4で収束され、さらに対物レンズ7により細く絞られステージ24の上に搭載された被検査基板10(ウェハあるいはチップ等)に照射される。偏向領域を50μm角以上とし周辺部においても歪みのない画像を取得するために、対物レンズ7と被検査基板10の距離(動作距離)を25mmとした。その結果、対物レンズ7の焦点距離は約30mmと長くなっている。
被検査基板10には高圧電源25により負の電圧を印加するための負電圧印加手段がある。この高圧電源25を調節することにより被検査基板10への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することが容易となる。例えばこの電圧を-9.5kVとし、電子ビームの加速電圧が10kVであれば試料への照射エネルギーは500eVとなる。
画像形成には、電子ビーム6は一次元のみ走査し走査方向と直交する方向にステージ24を連続的に移動する方法を採用した。
画像形成のための信号検出は以下のように行われる。すなわち、試料10に照射された電子ビーム6により二次電子が発生する。この二次電子は試料10に印加された電位により急激に加速されるために検出器9に直接引き込むことは非常に困難である。そこで被検査基板10と検出器9の間に電界と磁界を組み合わせた偏向器たとえばExB偏向器14と加速された二次電子を低速の二次電子に変換する変換電極11を設ける。
ExB偏向器14は電界と磁界が直交した偏向器であり、上部からExB偏向器14へ入射してくる一次電子ビーム6に対しては、磁界による偏向作用と電界による偏向作用とが逆方向でキャンセルするようになっており、下部からExB偏向器14へ入射してくる二次電子に対しては磁界による偏向作用と電界による偏向作用とが加算されるようになっている偏向器である。
二次電子は、このExB偏向器14により偏向を受けた後、変換電極11に照射される。そして変換電極11から発生する二次電子を検出器9により検出する。検出器9には、10nA以上の大電流高速検出を実現するためにPIN型半導体検出器を用いた。ここで検出された二次電子信号はプリアンプ12により増幅され、検出回路30によりAD変換され、二次電子信号から得られた、試料の二次元像に対応するデータを記憶する画像記憶部18または19に送られる。ステージ24の移動により被検査基板10を移動し、電子源1である電界放出陰極からの電子ビーム6を被検査基板10に照射し放出された二次電子信号を用いて比較検査を実行する。
In summary, there is a big difference in the concept of pixel size between inspection and review mode. In the case of inspection, there is a defect even if the probe size is larger than the defect size. Or not. That is, it is sufficient that the probe size and the pixel size are equal or larger. If the pixel size is small, there is a problem that the amount of electrons applied to a unit area is small, so that irradiation is performed for a long time, and the clock is slow, so that high-speed inspection cannot be performed. On the other hand, at the time of review, it takes a long time to collect an image of the defect, and a probe of at least 1/5 of the defect size is required. An object of the present invention is to change the probe size at the time of inspection and review, and to change the pixel size at the same time.
Next, how to switch between the defect detection inspection condition and the review condition will be specifically described.
First, the components of the electron optical system and the details of the operation will be described with reference to FIG. The
The substrate to be inspected 10 has negative voltage applying means for applying a negative voltage from the high
For the image formation, a method was employed in which the
Signal detection for image formation is performed as follows. That is, secondary electrons are generated by the
The
After the secondary electrons are deflected by the
上記方法により、半導体パターンの数μm離れて隣接する同一パターンの繰り返し部分の画像を演算部20や欠陥判定部21にて高速に比較判定することで欠陥が検出される。又、異なるチップの同一パターン部のチップ同志の画像比較を実施することでも欠陥を検出できる。
According to the above-described method, a defect is detected by comparing and judging an image of a repeated portion of the same pattern adjacent to the semiconductor pattern at a distance of several μm at a high speed by the
次にレビュー条件へ切り替える方法について説明する。 Next, a method of switching to the review condition will be described.
欠陥検出検査条件において分解能を制限している要因は主に、1)エネルギーのばらついた電子をレンズでフォーカスすることにより発生する色収差,2)電流密度が高いため電子が反発し合うことにより生じるクーロン効果,3)電子源の先端が点光源でないことで生じる有限の光源径,以上の3つである。レビュー条件への切り替えの基本的な考え方は、電子ビーム電流を欠陥検出検査時よりも下げることで光学系の収差やクーロン効果といった電子ビームを小さく絞ることを阻害する要因を抑え、微小なビームを形成し、それにより高分解能画像を得ようとするものである。具体的な方法を以下に列挙する。 The factors that limit the resolution under the defect detection inspection conditions are mainly 1) chromatic aberration caused by focusing electrons with varied energy by a lens, and 2) Coulomb caused by repulsion of electrons due to high current density. Effect, 3) The finite light source diameter caused by the fact that the tip of the electron source is not a point light source. The basic concept of switching to the review conditions is to reduce the electron beam current lower than that at the time of defect detection inspection to suppress factors that hinder narrowing of the electron beam, such as optical system aberration and Coulomb effect, And thereby to obtain a high-resolution image. Specific methods are listed below.
第1は、電子源から引き出す電流密度を下げる方法である。電子銃の構成図を図6に示す。電子源1は、タングステンチップにジルコニウム及び酸素とからなる被覆層を設けた、所謂Zr/O/W型ショットキ−電子源である。電子源1のフィラメントは加熱電源405により電流を流すことで加熱される。不要な熱電子を抑制するためのサプレッサ電極403の中央の穴から電子源1の先端が突出している。サプレッサ電極403には電子源1に対してマイナスの電位がVs電源407により与えられている。電子源1の先端は引出電極2に対面しており、引出電極2には電子源1に対してプラスの電位が引出電源406により印加されている。各電源405,406,407は加速電源408により所望の加速電圧分だけマイナスにフローティングされている。この結果、電子源1から引き出された電子ビームはグランド電位のアノード電極404までの間に加速される。以上の構成の電子銃において引き出される電子電流密度を低減するには電子源先端の引出電界を低減させればよい。それにはサプレッサ電極403に接続される電源407の電圧値を大きくする方法と引出電極2の電位を下げる方法で実現できる。
次に、電流密度を下げることで収差が低減できる理由を説明する。図7は電子源から放出される電子の放射角あたりの電流密度とそのビームのエネルギ−のばらつきの半値幅(エネルギ−幅と呼ぶことにする)を示したものである。エネルギ−幅は電子光学系のレンズの色収差の原因となり、その関係は数1のようにエネルギ−幅と色収差が比例する。そのためエネルギ−幅が1/2になれば色収差も1/2になる。欠陥検出検査条件では放射角電流密度は0.1 mA/sr〜1 mA/srで使用し,レビュー時では0.001〜0.01 mA/srで使用する。これによりビーム電流は、欠陥検出検査時は約100nAで、レビュー時は約5nA以下となり、エネルギー幅は図7より1/3になり色収差も1/3になる。その結果ビーム径も1/3程度になり分解能が向上する。
The first is a method of reducing the current density drawn from the electron source. FIG. 6 shows a configuration diagram of the electron gun. The
Next, the reason why aberration can be reduced by reducing the current density will be described. FIG. 7 shows the current density per emission angle of the electrons emitted from the electron source and the half width (hereinafter referred to as energy width) of the variation in the energy of the beam. The energy width causes the chromatic aberration of the lens of the electron optical system, and the relation is that the energy width and the chromatic aberration are proportional as shown in
電流を低減して分解能を向上させる第2の方法は、絞り(例えば図1の絞り5)の直径を小さいものに交換して収差を低減する方法である。数1のように光学系の色収差はビームの開き角αに比例している。したがって、ビームの開き角を決定する絞りの直径を1/2にすれば色収差も1/2となる。開き角を小さくしすぎると開き角に反比例する回折収差が増大するが、1 mrad程度以上の開き角であれば回折収差は問題とならないのでビームの直径もほぼ1/2になる。ただしこの方法は機械的な絞りの移動機構が必要となり信頼性や簡便さといった点から問題が多い。
A second method of improving the resolution by reducing the current is a method of reducing the aberration by replacing the diameter of the stop (for example, the
第3の方法として、レンズの焦点距離を変えて光学系の倍率を変化させることで、絞りを移動させることなくビームの開き角を小さくする方法を説明する。これにより電子源の光源の大きさも縮小できるため第2の方法より優れたものである。これを図8により説明する。電子源から放出された電子ビームは欠陥検出検査条件ではコンデンサレンズにより一度焦点(クロスオーバと呼ぶ)を結び、対物レンズにより再び試料上に焦点を結ぶ。一方、レビュー時にはコンデンサレンズのレンズ作用をゼロにすることで電子源からの取り込み角αが狭くなり、しかも対物レンズの照射角βも狭くなる。これによって電流値の低下とともに対物レンズの色収差が低減され分解能が向上する。しかも、欠陥検出検査時の光学系全体の倍率は (b/a)*(d/c)であったものが、レビュー時には d/(a + b + c) と小さくなるため電子源の光源を縮小できることにもなり、分解能はさらに向上する。コンデンサレンズは電磁レンズを使用しておりコイルと磁路から構成されている。レンズ作用の強弱はコイルに流す電流値で制御できるためレンズ作用をゼロにする場合は電流をゼロにすればよい。また、コンデンサレンズの作用をゼロにする場合について説明したが、完全にゼロにしなくてもクロスオーバが形成されない程度の弱いレンズ条件とすることで同様の効果が期待できる。 As a third method, a method will be described in which the focal length of a lens is changed to change the magnification of an optical system, thereby reducing the beam opening angle without moving the stop. As a result, the size of the light source of the electron source can be reduced, which is superior to the second method. This will be described with reference to FIG. The electron beam emitted from the electron source is once focused (referred to as crossover) by the condenser lens under the defect detection inspection condition, and is again focused on the sample by the objective lens. On the other hand, at the time of review, by reducing the lens action of the condenser lens to zero, the take-in angle α from the electron source becomes narrow, and the irradiation angle β of the objective lens also becomes narrow. As a result, the chromatic aberration of the objective lens is reduced along with the decrease in the current value, and the resolution is improved. In addition, the magnification of the entire optical system at the time of defect detection inspection was (b / a) * (d / c), but at the time of review it was reduced to d / (a + b + c). As a result, the resolution can be further improved. The condenser lens uses an electromagnetic lens and includes a coil and a magnetic path. Since the strength of the lens action can be controlled by the value of the current flowing through the coil, the current may be set to zero when the lens action is made zero. In addition, the case where the action of the condenser lens is set to zero has been described. However, similar effects can be expected by setting the lens condition so weak that a crossover is not formed even if the action is not completely set to zero.
また、コンデンサレンズの強度を欠陥検出検査時よりも強くし、クロスオーバの位置を絞りより上に移動させることでも分解能を向上させることが可能である。これを図9に示した。得られる効果はコンデンサレンズのレンズ作用をゼロにした場合と同様である。すなわち光学系の倍率は (b/a)*(d/c)で表わされ、図8と図9を比較すれば分かるように欠陥検出検査時に比べてbが小さく、cが大きくなるため倍率は小さくなる。また照射角βを小さくできる。
以上ではビーム電流を減少させることでレビュー時に高分解能の画像を形成する手法について説明した。一方、ビーム電流を減少させると、検出器で検出できる信号が非常に減少する。したがって、検出系の増幅率が欠陥検出検査時と同一であると入力信号が検出回路30の最小ビット以下になってしまい、電子ビームを複数回試料上に走査して画像の加算を実施しても良好な画像が得られないことになってしまう。
そこで、プリアンプからADコンバータヘ入力するまでの回路をもう一式用意した。すなわち、図1における検出回路30の中に信号経路を2系統設けるものである。その構成を図15に示す。欠陥検出検査時には検出器9からの信号が低ゲインアンプ301を経由してA/Dコンバータ304へ直接入力する。一方、レビュー時にはビーム電流値が減少するので検出器9からの信号が低下する。その分だけゲインの高い高ゲインアンプ302の方に信号経路を切り替えるようにする。さらに高域カットフィルタ303を経由してADコンバータ304に入力する。欠陥検出検査時とレビュー時の信号波形の模式図である図16を用いて、この回路の動作を説明する。
It is also possible to improve the resolution by increasing the strength of the condenser lens as compared with the defect detection inspection and moving the crossover position above the stop. This is shown in FIG. The effect obtained is the same as when the lens action of the condenser lens is made zero. That is, the magnification of the optical system is represented by (b / a) * (d / c). As can be seen by comparing FIGS. 8 and 9, b is smaller and c is larger than at the time of the defect detection inspection. Becomes smaller. Further, the irradiation angle β can be reduced.
The method of forming a high-resolution image at the time of review by reducing the beam current has been described above. On the other hand, when the beam current is reduced, the signal that can be detected by the detector is greatly reduced. Therefore, if the amplification factor of the detection system is the same as that at the time of the defect detection inspection, the input signal becomes less than the minimum bit of the
Therefore, another circuit was prepared from the preamplifier to the input to the AD converter. That is, two signal paths are provided in the
欠陥検出検査時のビーム電流が100nA、レビュー時のビーム電流が500pAの場合を例に採って示す。低ゲインアンプ301と高ゲインアンプ302のゲイン比率をビーム電流の比と等しい200とした。その結果、両者のアンプの出力の平均値は等しくなる(任意単位100)。図16(a)は半導体の無パターン部について画像形成した場合の欠陥検出検査時の信号波形であり、大電流ビームを用いているためノイズ振幅は小さい。一方、図16(b)は同一部のレビュー時の信号波形である。
信号の平均はほぼ100であるが、わずかな信号を高いゲインで増幅しているためにノイズが大きく−100〜300まで振れることになる。マイナス側にアナログ信号が変動した場合、デジタル化された値はゼロとなる。また大きすぎてもA/Dコンバータのフルスケールを越えてしまう。したがってデジタル信号を加算平均しても正確な波形が得られないという問題が生じる。これを解決するために高ゲインアンプの後段に高域カットフィルタ303を置いた。A/Dコンバータ304への入力信号は図16(b)の「フィルタ処理あり」の波形のようにノイズが低減される。さらにこの波形をデジタル化した後、電子ビームの走査を複数回行ってその信号を加算すれば、充分なSN比を持った画像信号を得ることが可能となる。
以上で分解能を向上する3つの方法とビーム電流を減じたことで発生する問題を解決する方法を説明した。本実施例では分解能を向上するために、主にコンデンサレンズの励磁条件を変化させる第3の方法を用い、電子源から引きだす電流値を可変する第1の方法を補助的に用いることとした。以下に具体的な数値例を示す。
欠陥検出検査時は、電子源からの放射角電流密度を0.5mA/srとして、光学系の倍率を1倍、ビーム電流は100nAとした。この時の画像の分解能は0.08μm程度であった。この時のライン・アンド・スペース パターンの画像のラインプロファイルを図10に示す。
レビューでは、コンデンサレンズ電流値を増大させ、倍率を0.2とした。さらに、電子銃の高圧電源を制御し、電子源からの放射角電流密度を0.1mA/srに下げた。その結果、ビーム電流は500pAに減少したので検出系のプリアンプのゲインを200倍に切り替え、周波数特性を約1/10にするフィルタを通過するようにした。電子ビームの走査速度は欠陥検出検査時の約1/10とした。さらにSN比の劣化を補償するために画像加算を64回実施するようにした。この時の画像の分解能は0.02μm程度であった。このときの画像のラインプロファイルを図10に重ねて示す。レビュー時のラインプロファイルの立上りが鋭くなっており、しかも振幅も大きくなっているのがわかる。このことから明らかに分解能が向上し、細かい物体まで観察可能であることが確認できる。
(実施例2)
実施例1では、レビュー時と欠陥検出検査時で同一の検出器を用いていた。しかし、レビュー時には検出信号が激減するために電流の減少した割合だけプリアンプ12のゲインを200〜1000倍にする必要がある。さらに、周波数特性が欠陥検出検査時の様に高いままゲインだけを増倍すると回路が発振したり、回路のノイズ振幅が平均信号量より大きくなってしまう問題がある。そのために高周波をカットする回路を付加する必要があり、回路が複雑となる。その結果、欠陥検出検査時の検出信号にノイズが混入したり周波数特性が劣化したりする可能性がある。それを解決するために、本実施例ではレビュー時専用の検出器を設けることにした。その構成図を図11に示す。欠陥検出検査用検出器9の電子ビームの光軸に関してほぼ対称な位置にレビュー用の検出器を設けた。この検出器は通常の走査電子顕微鏡に用いられているもので、シンチレータ52と光電子増倍管51で構成されている。応答特性はDC〜20MHzである。試料10から放出された二次電子はExB偏向器14により欠陥検出検査時には欠陥検出検査用検出器9の方向に、レビュー時にはレビュー用検出器の方向に偏向される。この二次電子は、それぞれの検出器に対面した変換電極に照射され、それによって放出された二次電子を検出する。シンチレータ52の前面にはプラスの高電圧を電源53により印加し、二次電子を加速して衝突させ、光に変換する。その光を光電子増倍管51により増倍して検出する。二次電子の偏向方向の切り替えはExB偏向器14の制御電源31の極性を逆(印加電圧と偏向コイル電流の極性を反対にする)にすることで達成される。これに連動していずれか一方の検出器からの信号をメモリ18経由でモニタ22に表示する。これらの切り替えは制御部104が行う。
The case where the beam current at the time of defect detection inspection is 100 nA and the beam current at the time of review is 500 pA is shown as an example. The gain ratio between the
The average of the signal is almost 100, but since a small signal is amplified with a high gain, the noise is large and swings from -100 to 300. When the analog signal fluctuates to the minus side, the digitized value becomes zero. Also, if it is too large, it will exceed the full scale of the A / D converter. Accordingly, there is a problem that an accurate waveform cannot be obtained even when digital signals are averaged. To solve this, a high-
The three methods for improving the resolution and the method for solving the problem caused by reducing the beam current have been described above. In the present embodiment, in order to improve the resolution, the third method of mainly changing the excitation condition of the condenser lens is used, and the first method of varying the current value drawn from the electron source is used in an auxiliary manner. Specific numerical examples are shown below.
At the time of defect detection inspection, the emission angular current density from the electron source was 0.5 mA / sr, the magnification of the optical system was 1, and the beam current was 100 nA. The resolution of the image at this time was about 0.08 μm. FIG. 10 shows a line profile of the image of the line and space pattern at this time.
In the review, the condenser lens current value was increased and the magnification was set to 0.2. Furthermore, the high-voltage power supply of the electron gun was controlled, and the emission angular current density from the electron source was reduced to 0.1 mA / sr. As a result, the beam current was reduced to 500 pA, so the gain of the preamplifier of the detection system was switched to 200 times, and the beam passed through a filter that reduced the frequency characteristic to about 1/10. The scanning speed of the electron beam was set to about 1/10 of that during the defect detection inspection. Further, in order to compensate for the deterioration of the SN ratio, the image addition is performed 64 times. The resolution of the image at this time was about 0.02 μm. The line profile of the image at this time is shown in FIG. It can be seen that the rising of the line profile at the time of review is sharp and the amplitude is also large. From this, it can be confirmed that the resolution is clearly improved and even a fine object can be observed.
(Example 2)
In the first embodiment, the same detector is used for the review and the defect detection inspection. However, the gain of the
(実施例3)
欠陥の種類によってはレビューの条件を適切なものにしないと検出した欠陥コントラストが消滅してしまう場合がある。例えば、導通孔の導通不良欠陥のなかには複数回ビームを照射しているうちに欠陥のコントラストが消えてしまうような場合がある。したがって,そのような欠陥をレビューするときは画像の加算回数を制限する必要がある。加算回数が制限されるため、SN比の良好な画像を得るためにはビーム電流を大きめにする必要がある。また欠陥の種類によっては、欠陥検出検査時の大電流ビームではリターディング電界(検査ウェハに印加される電子ビーム減速用の電界)が強い方が欠陥部のコントラストが大きいが、小電流時にはリターディング電界を弱くする方がコントラストが強調されるものも存在する。以下では、導通不良欠陥をレビューする場合の条件設定方法を一例として説明する。
(Example 3)
Depending on the type of defect, the detected defect contrast may disappear if the review conditions are not made appropriate. For example, there are cases where the contrast of the defect disappears during the irradiation of the beam a plurality of times, among the conduction defect of the conduction hole. Therefore, when reviewing such defects, it is necessary to limit the number of additions of images. Since the number of additions is limited, it is necessary to increase the beam current in order to obtain an image with a good SN ratio. Also, depending on the type of defect, the contrast of the defective portion is greater when the electric field (electric field for decelerating the electron beam applied to the inspection wafer) is stronger in the case of a large current beam during defect detection inspection. In some cases, the contrast is enhanced by weakening the electric field. Hereinafter, a condition setting method for reviewing a conduction defect will be described as an example.
半導体のプロセスには上層と下層の間の縦方向の導通を取るために、穴をあけその中に導電性の材料を埋め込む工程がある。この孔あけや埋込みに不良があると完全に電気的にオープンとなったり、非常に高い抵抗値になったりする。このような工程を欠陥検出検査すると、導通のある孔は明るく、非導通の穴は暗くなる。さらに不良すれすれの微妙な高抵抗値の場合、中間的な明るさとなるため完全な導通のある孔と比較することで欠陥として検出される。このような欠陥はレビュー時に電流を絞って画像加算を数十回実施すると、完全に導通している孔と同じ明るさになってしまいレビューしてもなんら情報が得られないことが多い。
そこで、導通孔を欠陥検出検査する場合には、検出した欠陥毎に明るさのレベルを欠陥座標と組み合わせて記憶しておき、グレーの欠陥をレビューする場合には自動的にビーム電流を5nA以下にならないように光学条件を設定し画像加算回数を10回以下に抑えた。一方、非常に暗いレベルの欠陥をレビューする場合にはビーム電流を極力下げ、500 pA以下の条件でレビューを実施した。
Semiconductor processes include the step of drilling holes and embedding a conductive material therein to establish vertical conduction between the upper and lower layers. If there is a defect in the drilling or embedding, it becomes completely electrically open or has a very high resistance value. When such a process is inspected for defect detection, conductive holes are bright and non-conductive holes are dark. Further, in the case of a delicate high resistance value, the brightness becomes intermediate, so that it is detected as a defect by comparing with a hole having perfect conduction. If such defects are reduced in current during the review and the image addition is performed several tens of times, the brightness becomes the same as that of a hole that is completely conductive, and no information is often obtained even after the review.
Therefore, when conducting a defect detection inspection of a conduction hole, the brightness level is stored in combination with defect coordinates for each detected defect, and when a gray defect is reviewed, the beam current is automatically reduced to 5 nA or less. The optical conditions were set so as not to cause the above, and the number of image additions was suppressed to 10 or less. On the other hand, when reviewing defects at very dark levels, the beam current was reduced as much as possible, and the review was performed under conditions of 500 pA or less.
以上は一例であり、要は、欠陥検出検査時の画像から得られる情報、すなわち明るさ,欠陥の大きさ,形状等を用いて自動的に欠陥の種類を分類し、それぞれに応じたレビュー用の光学条件すなわち走査範囲,ビーム電流,走査速度,画像加算回数を自動的に対応付けるようにする。このとき、本発明では光学条件の変更に機械的な移動すなわち絞りの移動等を極力伴わないようにしたため、それぞれの欠陥毎に瞬時に条件を切り替えられるようになった。 The above is only an example, and the point is that the types of defects are automatically classified using information obtained from the image at the time of defect detection inspection, that is, brightness, defect size, shape, etc. , The scanning range, beam current, scanning speed, and number of image additions are automatically associated. At this time, in the present invention, the change of the optical condition is not accompanied by the mechanical movement, that is, the movement of the stop, etc., so that the condition can be instantaneously switched for each defect.
(実施例4)
本発明の第4の実施例としてレビュー用の電子光学系を欠陥検出検査用の電子光学系から独立のものにした。これを図12により説明する。図12は本実施例の構成図である。
(Example 4)
As a fourth embodiment of the present invention, the review electron optical system is independent of the defect detection / inspection electron optical system. This will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a configuration diagram of the present embodiment.
検査装置は大別して欠陥検出検査用電子光学系101,レビュー用電子光学系200,試料室102,制御部104,画像処理部105より構成されている。レビュー用電子光学系200以外は実施例1と実質的に同一である。
The inspection apparatus is roughly composed of a defect detection / inspection electron
レビュー用電子光学系は電子源201,電子線引き出し電極202,コンデンサレンズ204,走査偏向器208,絞り205,対物レンズ207により構成されている。また2次電子検出器209が対物レンズ207の上方にあり、二次電子検出器209の出力信号はプリアンプ212で増幅され低速画像表示回路218に送られる。
The review electron optical system includes an
試料台24にはリターディング電圧が印加されるが、欠陥検出検査用光学系101の下からレビュー用電子光学系の下にステージが移動する際には、ステージの構造によりリターディング電圧を一度遮断してから移動する方が好ましい場合もあるので、印加するリターディング電圧や被検査基板の種類により選択すればよい。
A retarding voltage is applied to the
次に、本実施例のポイントとなるレビュー用電子光学系と欠陥検出検査用光学系の仕様,相違点と特徴について説明する。 Next, the specifications, differences and features of the review electron optical system and the defect detection / inspection optical system which are the points of this embodiment will be described.
欠陥検出検査用の電子光学系101はウェハ全面の検査を実用的な時間で実行するために非常に高速な画像取得が可能である。すなわち画素サイズ0.1μm以下で100μm角を画像形成する時間は20 msec以下となっている。高速画像取得のためにステージは連続的に移動しており電子ビームはその直交方向に走査されるようになっている。さらに高速にかつ検査に耐え得るSN比の画像形成を実現するためにビーム電流を20nA以上得られるように設計した。具体的には、まず電子源1から得られる電流密度を、安定に得られる限界値である約1 mA/srとした。これは高分解能SEMの約20倍である。さらにレンズの絞りを高分解能SEMと比較して大きいものを用い、電子源1からの電子ビームの取り込み角α(すなわち、電子源1から広い角度を持って放出する電子ビームのうち試料10に照射される電子ビームの開き角)を約20倍とした。
The electron
また、画像の周辺部が歪んだり分解能が中心部と比べて低下したりすると検査感度が不均一になるために、電子ビームの走査領域に余裕を持たせる必要がある。そこで対物レンズの焦点距離や動作距離が通常の高分解能SEMに比べかなり長いものを採用した。 In addition, if the peripheral portion of the image is distorted or the resolution is lower than that of the central portion, the inspection sensitivity becomes non-uniform. Therefore, it is necessary to provide a margin in the scanning region of the electron beam. For this reason, we adopted an objective lens whose focal length and operating distance were much longer than those of a normal high-resolution SEM.
又、電子ビームの試料照射開き角βが大きくなると焦点深度が浅くなってしまう。βは光学系全体の倍率Mでαを割ったものとなるため、倍率Mはあまり小さくすることができない。したがって、高分解能SEMにくらべてかなり大きい倍率となっている。 Further, when the electron beam opening angle β of the electron beam becomes large, the depth of focus becomes shallow. Since β is obtained by dividing α by the magnification M of the entire optical system, the magnification M cannot be made very small. Therefore, the magnification is considerably larger than that of the high-resolution SEM.
以上の設計により、欠陥検出検査に必要な分解能を確保した上で高速性に必要な大電流を得られるものとなっている。この電子光学系は以上の説明にあるように単純に電子ビーム電流を減じたとしても高分解能SEMと同様の分解能が得られないことは光学系の倍率、対物レンズの焦点距離や動作距離からも明らかである。 With the above design, a high current required for high-speed operation can be obtained while securing the resolution required for the defect detection inspection. As described above, even if the electron beam current is simply reduced, this electron optical system cannot obtain the same resolution as a high-resolution SEM, because of the magnification of the optical system, the focal length of the objective lens, and the operating distance. it is obvious.
一方レビュー用の電子光学系では高速性はさほど重要ではない。また観察したい場所の座標が正確にわかっているので視野は20μmあれば充分である。したがって電子ビーム電流は小さくて良い。しかも対物レンズの焦点距離や動作距離も短くて良いこと、また光学系の倍率を小さくできることにより通常の高分解能SEMと同様の高分解能画像を取得できる。
次にレビュー用の電子光学系200について述べる。電子源201には欠陥検出検査用電子光学系と同様の拡散補給型の熱電界放出電子源であるZr/O/W型電子源を用いた。電流密度を大きくすると放出電子のエネルギー幅も増大し色収差が増大する。レビュー用電子光学系ではビーム電流は100pA以下で良いので放射角電流密度は0.05mA/Sr以下で用いることとした。これにより電子ビーム206のエネルギー幅は欠陥検出検査用電子光学系の場合に比べ約1/3〜1/4に減少し、色収差もそれだけ減少することになる。電子線206は引出電極202に電圧を印加することで電子源201から引き出される。電子線206の加速は電子源201に高圧の負の電位を印加することでなされる。レビュー用光学系200では加速電圧を500V〜10kVまで可変できるようにした。レビュー用光学系200では電流が小さくて良いため、上述のように色収差が小さくまたクーロン効果も無視できる。したがって、低い加速電圧で十分小さいビーム径を得られるので標準では加速電圧2kVに設定した。電子線206は2kVに相当するエネルギーで試料台24方向に進み、コンデンサレンズ204で収束され、さらに対物レンズ207により細く絞られステージ24の上に搭載された被検査基板10(ウェハあるいはチップ等)に照射される。対物レンズ207は被検査基板10に非常に接近させており、動作距離は5 mmとした。対物レンズ207の焦点距離は8mmである。これにより収差の小さい対物レンズを実現できた。分解能は殆ど色収差により決まっている。したがって欠陥検出検査用の対物レンズに比べて収差係数は約1/4で電子ビームのエネルギー幅が欠陥検出検査用光学系の約1/3であることから、分解能は約1/12となる。被検査基板10は欠陥検出検査用とレビュー用とで共通であり、したがって高圧電源25により負の電圧を印加できる。この高圧電源25を調節することにより被検査基板23への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することができる。照射エネルギーを変えることによりコントラストの異なる画像が得られるため、欠陥が形状相違によるのか材質によるものであるか、または電気的な導通によるものなのかなどの情報を多角的に得ることができる。
画像形成には電子ビーム206を二次元に走査する。すなわちステージ24は固定とする。被検査基板10に照射された電子ビーム206により発生する二次電子は欠陥検出検査用光学系101と同様に被検査基板10に印加された電位により加速される。対物レンズ207が被検査基板10に約30mm以下と非常に接近しているために検出器209は対物レンズ207よりも上方に設けてあり、二次電子は対物レンズ207の中心を通過させる。欠陥検出検査用光学系101と比べて被検査基板10に印加する電位は低いため二次電子のエネルギーは弱いが検出器209に直接引き込むことはやはり困難である。そこで変換電極211に照射させ、そこから放出する二次電子を検出器209により検出する。検出器209には通常のSEMに使用されている、蛍光体と光電子増倍管を用いた検出器209を用いた。ここで検出された二次電子信号はプリアンプ212により増幅およびAD変換器230でAD変換され、画像観察用のモニタ22に表示するとともに必要に応じて画像ファイルとしてディスク等の外部記憶装置219に記憶させたりプリントアウトできるようになっている。
On the other hand, high speed is not so important in the review electron optics. Also, since the coordinates of the place to be observed are accurately known, a field of view of 20 μm is sufficient. Therefore, the electron beam current may be small. In addition, since the focal length and operating distance of the objective lens may be short and the magnification of the optical system can be reduced, a high-resolution image similar to a normal high-resolution SEM can be obtained.
Next, the review electron
For image formation, the
以上で第4の実施例について説明したが、各機能の数値は一例である。要は欠陥検出検査用の電子光学系とくらべて約1/10程度のビーム径を達成できるレビュー用の電子光学系を欠陥検出検査用電子光学系と同一の試料室上に並べて配置すること、そして試料台の平行移動のみで迅速に欠陥検出検査とレビューの動作を切り替えられるようにすることが本実施例の本質である。
(実施例5)
第5の実施例は、第4の実施例のレビュー用電子光学系200の対物レンズ207の下磁路にX線検出器240を組み込み、電子ビーム照射により発生する特性X線を検出できるようにした。これによりEDX(Energy-Dispersive X-ray)分析が可能となり、レビュー時に欠陥の材質を特定することが可能となった。図13は中心に穴の空いたアニュラー型のX線検出器を組み込んだ場合の対物レンズ付近の図である。
Although the fourth embodiment has been described above, the numerical values of each function are merely examples. In short, an electron optics system for review that can achieve a beam diameter of about 1/10 compared to the electron optics system for defect detection and inspection should be arranged side by side on the same sample chamber as the electron optics system for defect detection and inspection. It is the essence of the present embodiment that the operation of the defect detection inspection and the review can be quickly switched only by the parallel movement of the sample stage.
(Example 5)
In the fifth embodiment, an
また対物レンズの動作距離を第1の実施例よりもやや大きくしてX線分析器を対物レンズと試料の間に挿入しても良い。
(実施例6)
電子ビームによる検査では、形状の欠陥だけでなく電気的な導通、非導通の検査が可能である。導通している部分は帯電せず、非導通部分のみが帯電することにより発生する二次電子のエネルギーや軌道が変化し、画像の明るさが異なるからである。これは、大電流電子ビームの照射により特に大きなコントラストとして発生する。ところがレビュー用電子光学系では電流が小さいために帯電の差が小さく、コントラスト差として現れにくい。そこで、二次電子のエネルギーのわずかな差でも高感度にフィルタリング可能な二次電子エネルギーフィルタを設けた。エネルギーフィルタは対物レンズの上に設けた。この分析器の図を図14に示す。半球状のメッシュ220が対物レンズ207上方に二次電子軌道を遮るように設けられている。メッシュ220の中央には一次電子ビーム206が通過する穴が開けられている。このメッシュ220には電源221により被検査基板10の電位よりも±20V程度の範囲の電位を与える。これにより被検査基板の帯電の状況を画像化することができる。二次電子は放出した場所の電位φを基準として約2eVをピークとするエネルギー分布を持っている。したがって、グランド電位から見た二次電子のエネルギーのピークは(−φ+2)eVとなる。例えば被検査基板10にリターディング電位が500V印加されているとすると、二次電子エネルギーのピークは502eVとなる。もし、一次ビーム照射位置が本来、基板10と導通すべき場所であるにも関わらずその部分だけパターン欠陥により非導通の場合にはその部分がマイナスに帯電する。するとそこから放出される二次電子のエネルギーは帯電した電圧だけ高いことになる。帯電電圧を5Vとすると、507eVである。そこでメッシュ220に-505Vを与えれば、帯電していない部分からの二次電子の大部分は上記メッシュ220を通過することはできない。したがって帯電している部分のみが明るく見えることになる。このようにしてわずかな帯電もコントラスト差として得ることができる。ここではマイナスに帯電する場合のみを説明したが実際の半導体においては電子ビーム照射による帯電のメカニズムは複雑であり、正に帯電する場合もある。その場合にはメッシュ220に与える電位をリターディング電位と同電位またはややプラスとすればよい。その場合は正に帯電するところが暗くその他の部分は明るくなる。
Also, the X-ray analyzer may be inserted between the objective lens and the sample by making the operating distance of the objective lens slightly longer than in the first embodiment.
(Example 6)
In the inspection using an electron beam, it is possible to inspect not only shape defects but also electrical continuity and non-conduction. This is because the conductive portion is not charged, and the energy and orbit of the secondary electron generated by charging only the non-conductive portion changes, resulting in a different brightness of the image. This occurs as a particularly large contrast due to the irradiation of the high-current electron beam. However, in the review electron optical system, the difference in electrification is small because the current is small, and it is difficult to appear as a contrast difference. Therefore, a secondary electron energy filter capable of filtering even a small difference in the energy of secondary electrons with high sensitivity is provided. The energy filter was provided on the objective lens. A diagram of this analyzer is shown in FIG. A
本実施例のエネルギー分析器の分解能は約0.1V程度を得ることができる。したがって、レビュー時には電子ビーム電流が小さいために欠陥部の帯電量が小さくても電位によるコントラストが強調されるため欠陥の特定が容易に可能である。 The resolution of the energy analyzer of this embodiment can be about 0.1 V. Therefore, at the time of review, even if the charge amount of the defective portion is small because the electron beam current is small, the contrast by the potential is emphasized, so that the defect can be easily specified.
1:電子源、2:引き出し電極、3:碍子、4:コンデンサレンズ、5:絞り、6:電子ビーム、7:対物レンズ、8:走査偏向器、9:二次電子検出器、10:被検査基板、11:変換電極、12:プリアンプ、13:走査信号発生器、14:ExB偏向器、17:ブランキング偏向器、18:画像記憶部、19:画像記憶部、20:演算部、21:欠陥判定部、22:モニタ、24:ステージ、25:高圧電源、26:対物レンズ電源、27:補正制御回路、29:光学式試料高さ測定器、30:AD変換器、31:ステージ位置測定器、32:プリアンプ、33:ADコンバータ、34:発信器、35:受信器、101:検査用電子光学系、102:試料室、104:制御部、105:画像処理部、200:レビュー用電子光学系、201:電子源、202:引き出し電極、204:コンデンサレンズ、205:絞り、206:電子ビーム、207:対物レンズ、208:走査偏向器、209:検出器、211:変換電極、212:プリアンプ、218:画像記憶部、219:外部記憶装置、220:メッシュ、221:電源、230:AD変換器、240:X線検出器、403:サプレッサ電極、404:アノード、405:加熱電源、406:引出電源、407:サプレッサ電源、408:加速電源。
1: electron source, 2: extraction electrode, 3: insulator, 4: condenser lens, 5: aperture, 6: electron beam, 7: objective lens, 8: scanning deflector, 9: secondary electron detector, 10: coated Inspection board, 11: conversion electrode, 12: preamplifier, 13: scanning signal generator, 14: ExB deflector, 17: blanking deflector, 18: image storage unit, 19: image storage unit, 20: arithmetic unit, 21 : Defect judgment part, 22: Monitor, 24: Stage, 25: High voltage power supply, 26: Objective lens power supply, 27: Correction control circuit, 29: Optical sample height measuring instrument, 30: AD converter, 31: Stage position Measuring instrument, 32: Preamplifier, 33: AD converter, 34: Transmitter, 35: Receiver, 101: Inspection electron optical system, 102: Sample chamber, 104: Control unit, 105: Image processing unit, 200: For review Electron optical system, 201: electron source, 202: extraction electrode, 204: condenser lens, 205: aperture, 206: electron beam, 207: objective lens, 208: scanning deflector, 209: detector, 211: conversion electrode, 212 : Preamplifier, 218: Image storage unit, 219: external storage device, 220: mesh, 221: power supply, 230: AD converter, 240: X-ray detector, 403: suppressor electrode, 404: anode, 405: heating power supply, 406: extraction power supply, 407: suppressor power supply, 408: acceleration power supply.
Claims (7)
前記回路パターンを該走査電子顕微鏡で観測し、
前記回路パターンの特定箇所を検出し、
前記走査電子顕微鏡の動作モードを第1のモードから第2のモードへ切換え、
前記第2の観測モードで前記特定箇所を観測し、
観測された該特定箇所の画像を表示手段に表示することを特徴とする回路パターンの検査方法。 In a circuit pattern inspection method using a scanning electron microscope operable in both a first observation mode and a second observation mode having a higher resolution than the first observation mode,
Observing the circuit pattern with the scanning electron microscope,
Detecting a specific portion of the circuit pattern,
Switching the operation mode of the scanning electron microscope from the first mode to the second mode;
Observing the specific location in the second observation mode,
A method for inspecting a circuit pattern, comprising displaying an image of the observed specific portion on a display means.
前記回路パターンの形成された試料を保持する試料ステージを連続的に移動し、
該回路パターンを前記第1のモードで観測し、
前記回路パターンの特定箇所の検出後、
装置ユーザの入力情報に基づき前記走査電子顕微鏡の動作モードを前記第2のモードへ切換え、
前記試料ステージを静止し、
該試料ステージが静止した状態で、前記特定箇所を前記第2の観測モードで観測することを特徴とする回路パターンの検査方法。 The circuit pattern inspection method according to claim 1,
The sample stage holding the sample on which the circuit pattern is formed is continuously moved,
Observing the circuit pattern in the first mode,
After detecting a specific portion of the circuit pattern,
Switching an operation mode of the scanning electron microscope to the second mode based on input information of a device user;
Stationary the sample stage,
A method for inspecting a circuit pattern, comprising: observing the specific portion in the second observation mode while the sample stage is stationary.
前記第1のモードにおいては、電子ビームのビーム電流が第1の値に設定され、かつ該電子ビームが第1の速度で走査され、
前記第2のモードにおいては、電子ビームのビーム電流が前記第1のモードよりも小さい値に設定され、かつ該電子ビームが前記第1の速度よりも遅い第2の速度で走査されることを特徴とする回路パターンの検査方法。 The circuit pattern inspection method according to claim 1,
In the first mode, the beam current of the electron beam is set to a first value, and the electron beam is scanned at a first speed,
In the second mode, the beam current of the electron beam is set to a smaller value than in the first mode, and the electron beam is scanned at a second speed lower than the first speed. Inspection method of the characteristic circuit pattern.
電子ビーム電流の放射エネルギーと画素サイズを含む走査電子像の観測条件を、前記第1のモードでの観測開始前に設定することを特徴とする回路パターンの検査方法。 The circuit pattern inspection method according to claim 1,
A circuit pattern inspection method, wherein observation conditions of a scanning electron image including radiant energy of an electron beam current and a pixel size are set before starting observation in the first mode.
前記回路パターンの特定箇所を検出後に、該回路パターンの特定部分よりも電子プローブの大きさを小さくすることを特徴とする回路パターンの検査方法。 The circuit pattern inspection method according to claim 1,
A method for inspecting a circuit pattern, comprising: after detecting a specific portion of the circuit pattern, reducing the size of the electronic probe to be smaller than the specific portion of the circuit pattern.
前記電子プローブのサイズの大きさを前記特定箇所の大きさの5分の1以下に小さくすることを特徴とする回路パターンの検査方法。 The circuit pattern inspection method according to claim 4,
A circuit pattern inspection method, wherein the size of the electronic probe is reduced to one fifth or less of the size of the specific portion.
前記第1のモードにおいては、前記試料ステージは第1の方向に移動され、
かつ前記走査電子顕微鏡で使用される電子ビームは前記回路パターン上で前記第1の方向とは直交する第2の方向に走査されることを特徴とする回路パターンの検査方法。
The circuit pattern inspection method according to claim 1,
In the first mode, the sample stage is moved in a first direction,
And an electron beam used in the scanning electron microscope is scanned on the circuit pattern in a second direction orthogonal to the first direction.
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