JP2004347483A - Pattern inspection device using electron beam and pattern inspection method using electron beam - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細な回路パターンを有するメモリ,LSI等の半導体装置や液晶,ホトマスク等の回路パターンの検査装置および検査方法に係わり、特に電子線を用いたパターン検査装置および検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置は、半導体ウエハ上にホトマスクに形成された回路パターンをリソグラフィー処理およびエッチング処理により転写する工程を繰り返すことにより製造される。半導体装置の製造過程であるリソグラフィー処理やエッチング処理,その他の処理の良否,製造過程での異物発生等は、半導体装置の歩留まりに大きく影響を及ぼす。したがって、処理の異常や不良の発生を早期にあるいは事前に検知するために、製造過程における半導体ウエハ上に各工程毎に形成されたパターンを検査しなければならない。
【0003】
半導体装置の製造過程では、レーザ光等をパターンに照射して得られる画像を用いて異常を判断する光学式検査装置や、電子線等の荷電粒子線でパターンを走査して発生する二次電子や反射電子から信号強度や画像を用いて異常を判断するSEM式検査装置が用いられている。ここで、SEMとは走査型電子顕微鏡
(Scanning Electron Microscope)である。
【0004】
電子線を用いたパターン検査装置、すなわちSEM式検査装置においては、検出された二次電子や反射電子の量に比例した電気信号を二値化して画像信号を得、検査画像と参照画像との画像信号量の差、すなわち明るさの差を欠陥とみなして、欠陥を検出するものである。半導体ウエハ上のチップが同一パターンの繰返しであることを利用して、検査画像のひとつ前の画像を参照画像として両者を比較することによって欠陥が抽出でき、画像を記憶するメモリの容量が少なくてすむ。しかしながら、正常部であってもプロセス起因によるわずかな明るさの差を欠陥と誤検出することがあり、また、ノイズの重畳などによって画像全体の明るさが変化してしまうと、画像全体の明るさに差があるふたつの画像を比較しても、欠陥がどこにあるか判然とせず、所望の欠陥が検出できないという問題点があった。
【0005】
これに対して、画像の明るさの調整機能をSEM式検査装置に備える技術も知られているが、どのように調整するかについては明確でなく、画像上で周囲より明るく見える欠陥や暗く見える欠陥を区別することなく抽出された欠陥を全て欠陥として出力するので、所望の欠陥を検出することは困難であった(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−193594号公報(第13頁,第15頁,図12)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、SEM式検査装置では所望の欠陥のみを検出することができなかったので、抽出された欠陥を観察装置で観察,分類してはじめて所望の欠陥のみを得ていたため、欠陥の発生原因の特定に時間がかかり、迅速な対応ができなかった。
【0008】
本発明の目的は、所望の欠陥の検出精度が向上する電子線を用いたパターン検査装置および検査方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、本発明の実施例は、表面にパターンを形成した試料に電子線ビームを照射して試料から発生する二次電子や反射電子を検出することにより画像を形成し、検査対象画像と参照画像間で比較を行い、パターンを検査する電子線式パターン検査装置において、検査対象画像と参照画像の明るさのキャリブレーションを行い、所望の欠陥のみを検出する演算部を備えたものである。
【0010】
また、検査対象画像と参照画像の明るさのキャリブレーションを、所望の欠陥の明るさよりも明るくなる方へ行うときはキャリブレーション後の明るさよりも暗い欠陥を検出し、所望の欠陥の明るさよりも暗くなる方へ行うときはキャリブレーション後の明るさよりも明るい欠陥を検出するようにしたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【0012】
本発明が適用される電子ビームを用いた半導体ウエハまたはマスク,レチクルのパターンを検査するSEM式検査装置の構成の概略を縦断面図にて図1に示す。SEM式検査装置1は、大きく分けて、電子光学系装置3と光学顕微鏡部4と試料室8とからなる検査室2と、画像処理部5と、制御部6と、二次電子検出部7とからなる。
【0013】
電子光学系装置3は、電子銃10,電子線の引き出し電極11,コンデンサレンズ12,ブランキング偏向器13,絞り14,走査偏向器15,対物レンズ16,反射板17,E×B偏向器18から構成されており、電子銃10で発生し引き出し電極11で引き出された電子線19がコンデンサレンズ12,絞り14,対物レンズ16を通って試料9へ照射される。電子線19は細く絞られたビームであり、走査偏向器15によって試料9を走査され、試料9から反射電子,二次電子51が発生する。二次電子はE×B偏向器18によって軌道を曲げられて反射板17を照射し、第二の二次電子52が発生し、二次電子検出器20で検出される。一方、ブランキング偏向器13で電子線19を絞り14の開口部の外に向けることによって、試料9への電子線19の照射を防ぐことができる。
【0014】
試料室8は、試料台30,Xステージ31,Yステージ32,回転ステージ33,位置モニタ測長器34,試料高さ測定器35から構成されている。光学顕微鏡部4は、検査室2の室内における電子光学系装置3の近傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設備されており、電子光学系装置3と光学顕微鏡部4の間の距離は既知である。そして、Xステージ31またはYステージ32が電子光学系装置3と光学顕微鏡部4の間の既知の距離を往復移動するようになっている。
【0015】
光学顕微鏡部4は白色光源40,光学レンズ41,CCDカメラ42により構成されており、図示されていないが、後述する電子線画像の場合と同様に取得画像が画像処理部5へ送られる。
【0016】
位置モニタ測長器34として、本実施例ではレーザ干渉による測長計を用いた。Xステージ31,Yステージ32,回転ステージ33の位置が実時間でモニタでき、制御部6にその位置情報が送れるようになっている。また、図示していないが、Xステージ31,Yステージ32,回転ステージ33のモータの回転数等のデータも同様に、各々のドライバから制御部6に送られるように構成されている。制御部6はこれらのデータに基づいて電子線19が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになっており、必要に応じて実時間で電子線19の照射位置の位置ずれを補正制御回路43を用いて補正できるようになっている。また、試料9が代わっても、試料毎に電子線を照射した領域を記憶できるようになっている。
【0017】
試料高さ測定器35には、電子線以外の測定方式である光学式測定器、例えばレーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器が使用されており、Xステージ31,Yステージ32に搭載された試料9の高さを実時間で測定できるように構成されている。本実施例では、スリットを通過した細長い白色光を透明な窓越しに試料9に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出し、位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いた。この試料高さ測定器35の測定データに基づいて、電子線19を細く絞るための対物レンズ16の焦点距離がダイナミックに補正され、常に被検査領域に焦点が合った電子線19を照射できるようになっている。また、試料9の反りや高さ歪みを電子線照射前に予め測定してあり、そのデータをもとに対物レンズ16の検査領域毎の補正条件を設定するように構成することも可能である。
【0018】
試料9の画像を取得するためには、細く絞った電子線19を試料9に照射し、二次電子51を発生させ、これらを電子線19の走査およびXステージ31,Yステージ32の移動と同期させて検出する。
【0019】
電子線19は、電子銃10と引き出し電極11との間に電圧を印加することで電子銃10から引き出される。電子線19の加速は、電子銃10に高電圧の負の電位を印加することでなされる。これにより、電子線19はその電位に相当するエネルギーで試料台30の方向に進み、コンデンサレンズ12で収束され、さらに対物レンズ16により細く絞られて試料台30上のXステージ31,Yステージ32,回転ステージ33の上に搭載された試料9に照射される。
【0020】
ブランキング偏向器13には走査偏向信号およびブランキング信号を発生する走査信号発生器44が接続され、対物レンズ16には対物レンズ電源45が接続されている。試料9には、リターディング電源36により負の電圧を印加できるようになっている。このリターディング電源36の電圧を調節することにより一次電子線を減速し、電子銃10の電位を変えずに試料9への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することができる。電子線19をブランキングする必要がある時には、ブランキング偏向器13により電子線19が偏向されて、電子線19が絞り14を通過しないように制御できる。
【0021】
試料9上に電子線19を照射することによって発生した二次電子51は、試料9に印加された負の電圧により加速される。試料9の上方に、E×B偏向器18が配置され、これにより加速された二次電子51は所定の方向へ偏向される。E×B偏向器18にかける電圧と磁界の強度により、偏向量を調整することができる。また、この電磁界は、試料に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。E×B偏向器18により偏向された二次電子51は、所定の条件で反射板17に衝突する。この反射板17は円錐形状をしており、その中央に設けられた開口部を電子線19が通過する。この反射板17に加速された二次電子51が衝突すると、反射板17からは数Vから50eVのエネルギーを持つ第二の二次電子52が発生する。
【0022】
二次電子検出器20は検査室2内の対物レンズ16の上方に配置され、第二の二次電子52を検出し、二次電子検出器20の出力信号は、検査室2の外に設置されたプリアンプ21で増幅され、AD変換器22によりデジタルデータとなり、光変換手段23から光伝送手段24によって、画像処理部5の電気変換手段25へ送られる。なお、反射板17を設けない場合には、第二の二次電子52でなく二次電子51を二次電子検出器20で検出してもよい。
【0023】
高圧電源26はプリアンプ21を駆動するプリアンプ駆動電源27,AD変換器22を駆動するAD変換器駆動電源,第二の二次電子を吸引するために二次電子検出器20に加える電圧を供給する逆バイアス電源29への電源を供給する。反射板17に衝突して発生した第二の二次電子52は、逆バイアス電源29の供給による二次電子検出器20で発生する吸引電界により二次電子検出器20へ導かれる。
【0024】
二次電子検出器20は、電子線19が試料9に照射されている間に発生した二次電子51がその後加速されて反射板17に衝突して発生した第二の二次電子52を、電子線19の走査のタイミングと連動して検出するように構成されている。
【0025】
二次電子検出器20の出力信号は、検査室2の外に設置されたプリアンプ21で増幅され、AD変換器22によりデジタルデータとなる。AD変換器22は、二次電子検出器20が検出したアナログ信号をプリアンプ21によって増幅された後に直ちにデジタル信号に変換して、画像処理部5に伝送するように構成されている。このように、検出したアナログ信号を検出直後にデジタル化して伝送するので、高速で且つSN比の高い信号を得ることができる。
【0026】
Xステージ31,Yステージ32上には試料9が搭載されており、検査実行時にXステージ31,Yステージ32をY方向に連続して一定速度で移動するようにして、電子線19をX方向に直線的に走査する方法とXステージ31,Yステージ32をX方向に連続して一定速度で移動するようにして、電子線19をY方向に直線的に走査する方法のいずれかを選択できる。
【0027】
画像処理部5は、第一記憶部46,第二記憶部47,演算部48,欠陥判定部49,モニタ50より構成されている。取り込まれた電子線画像あるいは光学画像はモニタ50に表示される。装置各部の動作命令および動作条件は、制御部6から入出力される。制御部6には、あらかじめ電子線発生時の加速電圧,電子線偏向幅,偏向速度,二次電子検出器20の信号取り込みタイミング,試料台30の移動速度等々の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。制御部6は、補正制御回路43を用いて、位置モニタ測長器
34,試料高さ測定器35の信号から位置や高さのずれをモニタし、その結果より補正信号を生成し、電子線19が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源45に対物レンズ16の補正信号を、走査信号発生器44にブランキング偏向器13の補正信号を送る。
【0028】
光伝送手段24によって伝送された試料9の画像信号は、電気変換手段25によって再び電気信号に変換された後に第一記憶部46あるいは第二記憶部47に記憶される。
【0029】
演算部48は、この記憶された画像信号をもう一方の記憶部の画像信号との位置合せ,信号レベルの規格化,ノイズ信号を除去するための各種画像処理を施し、双方の画像信号を比較演算する。後述するキャリブレーションはここで行われる。
【0030】
欠陥判定部49は、演算部48にて比較演算された差画像信号の絶対値を所定の閾値と比較し、所定の閾値よりも差画像信号レベルが大きい場合にその画素を欠陥候補と判定し、モニタ50にその位置や欠陥数等を表示する。この所定の閾値のことを検査閾値と呼ぶ。
【0031】
なお、上記の実施例では、二次電子検出器20は逆バイアス電源29により逆バイアス電圧を印加されていたが、逆バイアス電圧を印加しない構成にしても良い。また、本実施例では二次電子検出器20にPIN型半導体検出器を用いたが、他のタイプの半導体検出器、例えばショットキー型半導体検出器やアバランシェ型半導体検出器等を用いても良い。また、応答性,感度等の条件を満たせば、MCP(マイクロチャンネルプレート)を検出器として用いることも可能である。
【0032】
次に、製造過程でパターン加工が施された半導体ウエハを図1に示したSEM式検査装置1により検査する手順を説明する。
【0033】
図2は、検査の手順を示すフローチャートである。まず、ウエハが任意の棚にセットされたカセットをカセット載置部に置く(図2のステップ53)。次にモニタ50より検査するウエハを指定し、その後、各種検査条件を入力する(図2のステップ54)。この検査条件としては、電子光学条件,画像信号の加算回数,検査画素サイズ等を入力する。これらの条件入力が完了したら、検査をスタートする(図2のステップ55)。自動検査をスタートすると、まず、指定されたウエハが試料交換室へロードされる(図2のステップ56)。その後、試料ホルダに搭載されて保持固定された後に試料交換室が真空排気され、試料交換室がある程度の真空度に達したら検査室2に移載される。検査室2では、試料台30に、Xステージ31,Yステージ32,回転ステージ33を介して試料ホルダごと載せられ、保持固定される。ウエハがロードされたら、入力された検査条件に基づき、制御部6より電子光学系の条件が設定される。そしてビーム校正にて焦点及び非点収差の調整を行う(図2のステップ57)。そしてウエハ上の所定の場所に移動し、SEM像を取得し、コントラスト等を調整する(図2のステップ58)。ここで電子線照射エネルギー等の条件変更が生じた場合にはパラメータを変更し、再度ビーム校正を実施することが可能である。同時にウエハの高さを高さ検出器より求め、ウエハ高さ検出系により高さ情報と電子ビームの合焦点条件の相関を求め、これ以降のSEM像取得時には毎回焦点合せを実行することなく、ウエハ高さ検出の結果より合焦点条件に自動的に調整する。その後、ウエハ上の2点によりアライメントを行う(図2のステップ59)。
【0034】
自動アライメントを実行するために、予め被観察ウエハと同等のパターンをもつウエハを用いて、アライメント用のチップ,パターンあるいはアライメントに適したパターンの光学顕微鏡像およびSEM像,位置情報を求め、登録し、検査条件入力の中で既設定座標と登録した画像とを読み出せるようにしておく。検査においては、ウエハ内あるいはチップ内の設定された領域を高精度に視野だしする必要がある。そのため、欠陥部の視野だしを実行する前に予め登録したアライメント条件およびアライメント画像を用いて、自動的にアライメントを実行する。アライメントでは、1点目のチップ上のアライメント用パターンが存在すると検査条件ファイル上で登録された座標に試料台30を移動し、まず光学顕微鏡にて画像を取得し、画像処理により既登録の光学顕微鏡像と一致する箇所を自動で探索し、検出されたら検出点の座標を演算により算出する。また検出された座標に基づき同一箇所のSEM像を取得し、画像処理により既登録のSEM像と一致する箇所を自動で探索し、検出されたら検出点の座標を演算により算出し、1点目の座標として記憶する。次に、回路パターンのマトリクス上で平行な位置にある2点目のチップについても、同様にアライメントパターンが存在すると思われる箇所にステージが移動する。そのため、1点目と同様に光学顕微鏡像とSEM像で夫々画像処理により既登録画像と一致する箇所を探索し、検出された箇所の座標を演算により算出し、2点目の座標として記憶する。1点目のチップ上のアライメントマーク位置とチップサイズのデータから算出した2点目の予想位置と、実際に画像を取得して得られた座標位置との2点間の座標ずれ、すなわちX方向およびY方向のずれ量より、ステージ移動方向に対するウエハ上の回路パターン配列の回転量θを求め、この回転量θより電子線を走査する方向の補正量を決定する。アライメントが完了したら、アライメント結果に基づき、回転や座標値を補正し、次に、ウエハ上に移動し数箇所のパターンの画像を取得し、明るさ調整のキャリブレーションを実施する(図2のステップ60)。キャリブレーション方法については、後で詳細に説明する。
【0035】
キャリブレーションが完了したら検査を実施する(図2のステップ61)。ここでウエハ内の電気的な欠陥としてpn接合リーク不良とプラグ導通不良を検出するための検査方法について説明する。試料の構造は、基板上に素子分離層が形成されており、この素子分離層により各トランジスタは分離されている。トランジスタ部は、プラグを埋め込まれた穴パターンが存在し、基板とプラグは導通しているが、プラグパターンは、層間絶縁膜で囲われている構造となっている。そして、プラグ直下の基板部に、pn接合が形成されている。本実施例では、基板はp型基板を用い、プラグ埋め込み材料としてはn型イオンをドープしたポリシリコンを膜を用いた。このような試料に電子ビームを入射する。ここで、電子ビームの照射エネルギーは、プラグ部の二次電子放出効率が1より大きい条件を選択する。本実施例では、照射エネルギーを500eVに設定した。また電子ビーム電流は100nAに設定し、ビームの走査速度および信号のサンプリングクロックは50MHzに設定した。これらの照射条件は、指定範囲内で任意に設定可能である。例えば、電子ビーム電流は、10pAから150nAの範囲で設定することが可能であり、サンプリングクロックは100kHzから100MHzの範囲で設定可能である。
【0036】
上記の条件で試料に電子ビームを照射すると、照射した電子ビームよりも多くの二次電子が発生する。その結果、プラグ部は電気的に正に帯電する。プラグは基板に導通しているが、pn接合が存在している。pn接合においては、接合限界に空乏層を有し、順バイアスに電位がかかると電流が流れるが、逆バイアスに電位がかかると電流は流れない。本実施例では、n領域に対応するプラグ表面が電気的に正に帯電しているため、逆バイアス状態になっている。従って、p領域に対応する基板からは電流が流れず、電子の供給が極めて少ない。そのため、帯電した電荷が緩和するまでには長い時間を要する。pn接合でリークが発生していると、基板から電子の供給が比較的多くなるため、電位コントラスト像を見ると正常なプラグ部に比較して明るく表示される。また、プラグ部での導通不良があると、基板から電子の供給がなくなるため、電位コントラスト像を見ると正常なプラグ部に比較して暗く表示される。
【0037】
検査の手順では、これらの検出された欠陥について、電位コントラスト像によりリークなのか導通不良なのかレビューを行い、必要に応じて画像を保存する(図2のステップ62)。そして検査結果として、ウエハ上の欠陥の分布状態をモニタ50に表示し、必要に応じて外部に出力する(図2のステップ63)。このようにして、検査を完了したら、ウエハをアンロードして終了する(図2のステップ64)。
【0038】
以下、キャリブレーション方法について説明する。キャリブレーションは、ウエハ毎のプロセス起因の二次電子信号量ばらつきに対応するため、検査領域内の複数点の画像を検出し、二次電子信号量のヒストグラムをとり、二次電子信号量検出センサのゲイン,画像処理の階調変換テーブルを設定するものである。
【0039】
はじめに、キャリブレーションの第一の例について説明する。図3は、キャリブレーション時の階調変換前後の明るさの関係図であり、階調変換テーブルの一例である。まず、二次電子信号量が飽和しないようにセンサゲインを設定し、その条件で取得したキャリブレーション点のヒストグラムの上下0.1% 程度をカットして二次電子信号量の分布範囲を決定し、その二次電子信号量の分布範囲を任意に拡張して、その範囲を検出するよう階調変換テーブルを設定する。本実施例では、階調変換前の明るさの最大値を255ビットとし、これに対応する階調変換後の明るさXを求める。図4は、SEM式検査装置のモニタに表示される画像の図であって、ウエハにプラグが埋め込まれた穴パターンの検出画像70を示す。キャリブレーションの第一の例の場合、欠陥がない穴パターン71の明るさに対して、これより暗い穴パターン72と明るい穴パターン73の両方が欠陥として検出される。画像比較による欠陥抽出の場合には、図4に示す検査画像と、欠陥のない穴パターンのみの参照画像とを比較して差をとれば、暗い穴パターン72と明るい穴パターン73が抽出できる。
【0040】
次に、キャリブレーションの第二の例について説明する。本例は、プラグ部での導通不良に起因して穴パターンが暗く表示される欠陥のみを検出したい場合のキャリブレーションの例である。図5は、階調変換前後の明るさの関係図であって、階調変換テーブルの一例を示す。センサゲインを明るい方の側にある程度飽和するように上げて、第一の例の場合と同様な階調変換テーブルを設定する。図6は、SEM式検査装置のモニタに表示される画像の図であって、図4と同じく、ウエハにプラグが埋め込まれた穴パターンの検出画像74を示す。このキャリブレーションの場合には、明るい方の側にある程度飽和しているので、欠陥のない穴パターン75の明るさとプラグ部でのリークに起因する明るい穴パターン76の明るさとがほぼ同じになり、この検査画像と、欠陥のない参照画像とを比較して差をとると、暗い穴パターン77のみを検出することができる。
【0041】
次に、キャリブレーションの第三の例について説明する。本例は、プラグ部でのリークに起因して穴パターンが明るく表示される欠陥のみを検出したい場合のキャリブレーションの例である。図7は、階調変換前後の明るさの関係図であって、階調変換テーブルの例を示す。センサゲインを暗い方の側にある程度飽和するように下げて、第一の例の場合と同様な階調変換テーブルを設定する。図8は、SEM式検査装置のモニタに表示される画像の図であって、図4と同じく、ウエハにプラグが埋め込まれた穴パターンの検出画像78を示す。このキャリブレーションの場合には、暗い方の側にある程度飽和しているので、欠陥のない穴パターン79の明るさとプラグ部での導通不良に起因する暗い穴パターン80の明るさとがほぼ同じになり、この検査画像と、欠陥のない参照画像とを比較して差をとると、明るい穴パターン81のみを検出することができる。
【0042】
このようにして、暗い欠陥または明るい欠陥のいずれかのみを検出することができるようになる。本実施例のように、欠陥の原因と画像でどのように見えるかが予めわかっている場合には、所望の欠陥のみを検出するようにキャリブレーションを調整することで、電子線を用いたパターン検査装置で欠陥の分類が可能となる。従来は、検出された様々な欠陥の座標情報を欠陥観察装置へ送信し、欠陥観察装置で欠陥のひとつひとつを観察して欠陥の分類作業をしてはじめて、欠陥の種類毎のウエハ面内分布がわかるものであったが、本発明の実施例によれば、電子線を用いたパターン検査装置で欠陥の分類が可能となって、所望の欠陥のみのウエハ面内分布を得ることができるので、欠陥発生原因の特定などの迅速な対応が可能となる。
【0043】
以上のように、本実施例によれば、検査対象画像と参照画像の明るさのキャリブレーションを行い比較することにより、検査終了後に分類するなどの手間を必要とせず、正常部に対して明るい欠陥や暗い欠陥等の所望の欠陥を容易に検出することができる。
【0044】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、所望の欠陥の検出精度が向上する電子線を用いたパターン検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】SEM式検査装置の構成の概略を示す縦断面図。
【図2】検査の手順を示すフローチャート。
【図3】階調変換前後の明るさの関係図。
【図4】SEM式検査装置のモニタに表示される画像の図。
【図5】階調変換前後の明るさの関係図。
【図6】SEM式検査装置のモニタに表示される画像の図。
【図7】階調変換前後の明るさの関係図。
【図8】SEM式検査装置のモニタに表示される画像の図。
【符号の説明】
1…SEM式検査装置、2…検査室、3…電子光学系装置、4…光学顕微鏡部、5…画像処理部、6…制御部、7…二次電子検出部、8…試料室、9…試料、10…電子銃、11…電子線引き出し電極、12…コンデンサレンズ、13…ブランキング偏向器、14…絞り、15…走査偏向器、16…対物レンズ、17…反射板、18…E×B偏向器、19…電子線、20…二次電子検出器、21…プリアンプ、22…AD変換器、23…光変換手段、24…光伝送手段、25…電気変換手段、26…高圧電源、27…プリアンプ駆動電源、29…逆バイアス電源、30…試料台、31…Xステージ、32…Yステージ、33…回転ステージ、34…位置モニタ測長器、35…試料高さ測定器、36…リターディング電源、40…白色光源、41…光学レンズ、42…CCDカメラ、43…補正制御回路、44…走査信号発生器、45…対物レンズ電源、46…第一記憶部、47…第二記憶部、48…演算部、49…欠陥判定部、50…モニタ、51…二次電子、52…第二の二次電子。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for a semiconductor device such as a memory or an LSI having a fine circuit pattern and a circuit pattern such as a liquid crystal and a photomask, and more particularly to a pattern inspection apparatus and an inspection method using an electron beam.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A semiconductor device is manufactured by repeating a process of transferring a circuit pattern formed on a semiconductor wafer on a photomask by lithography and etching. The quality of lithography, etching, and other processes in the manufacturing process of a semiconductor device, the generation of foreign matter in the manufacturing process, and the like greatly affect the yield of the semiconductor device. Therefore, in order to detect the occurrence of processing abnormality or defect early or in advance, it is necessary to inspect a pattern formed on a semiconductor wafer in a manufacturing process for each process.
[0003]
In the process of manufacturing semiconductor devices, an optical inspection device that determines abnormalities using images obtained by irradiating a pattern with laser light or the like, and secondary electrons generated by scanning a pattern with a charged particle beam such as an electron beam An SEM-type inspection apparatus that determines an abnormality using signal intensity or an image from reflected electrons or reflected electrons is used. Here, SEM is a scanning electron microscope
(Scanning Electron Microscope).
[0004]
In a pattern inspection apparatus using an electron beam, that is, in an SEM inspection apparatus, an image signal is obtained by binarizing an electric signal proportional to the amount of detected secondary electrons or reflected electrons, and an inspection image is compared with a reference image. The defect is detected by regarding the difference in image signal amount, that is, the difference in brightness as a defect. Utilizing the fact that chips on a semiconductor wafer are a repetition of the same pattern, a defect can be extracted by comparing the image immediately before the inspection image with a reference image, and the memory capacity for storing the image is small. Yes. However, even in a normal part, a slight difference in brightness due to a process may be erroneously detected as a defect, and if the brightness of the entire image changes due to noise superposition or the like, the brightness of the entire image may change. Even if two images having a difference are compared, it is not clear where the defect is, and there is a problem that a desired defect cannot be detected.
[0005]
On the other hand, a technique of providing an image brightness adjustment function in an SEM type inspection apparatus is also known, but it is not clear how the adjustment is performed, and a defect that looks brighter than the surroundings or a darkness appears on the image. Since all the extracted defects are output as defects without distinguishing the defects, it has been difficult to detect a desired defect (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-193594 (
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, only desired defects could not be detected by the SEM type inspection device, and only the desired defects were obtained by observing and classifying the extracted defects with an observation device. It took a long time to identify, and we could not respond quickly.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pattern inspection apparatus and an inspection method using an electron beam, which improve the detection accuracy of a desired defect.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above object, an embodiment of the present invention forms an image by irradiating an electron beam on a sample having a pattern formed on its surface and detecting secondary electrons and reflected electrons generated from the sample, An electron beam pattern inspection apparatus that compares an inspection target image with a reference image and inspects a pattern includes an operation unit that calibrates the brightness of the inspection target image and the reference image and detects only a desired defect. It is a thing.
[0010]
Further, when performing the calibration of the brightness of the inspection target image and the reference image in a direction in which the brightness of the desired defect becomes brighter, a defect darker than the brightness after the calibration is detected, and the brightness of the desired defect is compared with the brightness of the desired defect. When darkening, a defect brighter than the brightness after calibration is detected.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of an SEM type inspection apparatus for inspecting a pattern of a semiconductor wafer or a mask or a reticle using an electron beam to which the present invention is applied. The SEM
[0013]
The electron optical system device 3 includes an
[0014]
The sample chamber 8 includes a
[0015]
The optical microscope unit 4 includes a
[0016]
In this embodiment, a length measuring device based on laser interference is used as the position
[0017]
As the sample
[0018]
In order to obtain an image of the sample 9, the
[0019]
The
[0020]
A
[0021]
[0022]
The secondary electron detector 20 is disposed above the
[0023]
The high-
[0024]
The secondary electron detector 20 detects a second
[0025]
The output signal of the secondary electron detector 20 is amplified by a preamplifier 21 installed outside the
[0026]
The sample 9 is mounted on the
[0027]
The
34, monitor the position and height deviation from the signal of the sample
[0028]
The image signal of the sample 9 transmitted by the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
In the above-described embodiment, the secondary electron detector 20 is applied with the reverse bias voltage from the reverse
[0032]
Next, a procedure for inspecting the semiconductor wafer on which pattern processing has been performed in the manufacturing process by the
[0033]
FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the inspection. First, a cassette in which wafers are set on an arbitrary shelf is placed on a cassette mounting portion (
[0034]
In order to execute automatic alignment, an optical microscope image and an SEM image and position information of an alignment chip, a pattern or a pattern suitable for alignment are obtained and registered in advance using a wafer having a pattern equivalent to the wafer to be observed. In the inspection condition input, the preset coordinates and the registered image can be read out. In the inspection, it is necessary to accurately view a set area in a wafer or a chip. Therefore, the alignment is automatically executed using the alignment conditions and the alignment image registered in advance before executing the viewing of the defective portion. In the alignment, when the alignment pattern on the first chip exists, the
[0035]
When the calibration is completed, an inspection is performed (
[0036]
When the sample is irradiated with the electron beam under the above conditions, more secondary electrons are generated than the irradiated electron beam. As a result, the plug portion is electrically positively charged. The plug is electrically connected to the substrate, but has a pn junction. A pn junction has a depletion layer at the junction limit, and a current flows when a potential is applied to a forward bias, but does not flow when a potential is applied to a reverse bias. In this embodiment, since the plug surface corresponding to the n region is electrically positively charged, the plug is in a reverse bias state. Therefore, no current flows from the substrate corresponding to the p region, and the supply of electrons is extremely small. Therefore, it takes a long time for the charged electric charge to relax. If a leak occurs at the pn junction, the supply of electrons from the substrate becomes relatively large, so that the potential contrast image is displayed brighter than the normal plug portion. Further, if there is a conduction failure in the plug portion, the supply of electrons from the substrate is stopped, so that the potential contrast image is displayed darker than the normal plug portion.
[0037]
In the inspection procedure, these detected defects are reviewed for potential leakage or conduction failure using a potential contrast image, and the images are stored as necessary (
[0038]
Hereinafter, the calibration method will be described. Calibration detects the images of multiple points in the inspection area, takes a histogram of the secondary electron signal amount, and detects the secondary electron signal amount detection sensor in order to respond to the secondary electron signal amount variation caused by the process for each wafer. And a gradation conversion table for image processing.
[0039]
First, a first example of calibration will be described. FIG. 3 is a diagram showing a relationship between brightness before and after gradation conversion at the time of calibration, and is an example of a gradation conversion table. First, the sensor gain is set so that the amount of the secondary electron signal does not saturate, and the distribution range of the amount of the secondary electron signal is determined by cutting the upper and lower 0.1% of the histogram of the calibration points acquired under the conditions. , The distribution range of the secondary electron signal amount is arbitrarily expanded, and a gradation conversion table is set to detect the range. In this embodiment, the maximum value of the brightness before the gradation conversion is set to 255 bits, and the corresponding brightness X after the gradation conversion is obtained. FIG. 4 is a diagram of an image displayed on a monitor of the SEM type inspection apparatus, and shows a
[0040]
Next, a second example of calibration will be described. This example is an example of calibration in a case where it is desired to detect only a defect in which a hole pattern is displayed dark due to a conduction failure in a plug portion. FIG. 5 is a relationship diagram of brightness before and after gradation conversion, and shows an example of a gradation conversion table. The sensor gain is increased to a certain extent toward the brighter side, and a gradation conversion table similar to that in the first example is set. FIG. 6 is a diagram of an image displayed on the monitor of the SEM inspection apparatus, and shows a
[0041]
Next, a third example of calibration will be described. This example is an example of calibration when it is desired to detect only a defect in which a hole pattern is displayed brightly due to a leak in a plug portion. FIG. 7 is a relationship diagram of brightness before and after gradation conversion, and shows an example of a gradation conversion table. The sensor gain is lowered toward the dark side so as to be saturated to some extent, and a gradation conversion table similar to that of the first example is set. FIG. 8 is a diagram of an image displayed on the monitor of the SEM type inspection apparatus, and shows a
[0042]
In this way, it becomes possible to detect only a dark defect or a bright defect. If the cause of the defect and how it looks in the image are known in advance, as in the present embodiment, the pattern is adjusted using an electron beam by adjusting the calibration to detect only the desired defect. The defect can be classified by the inspection device. Conventionally, the coordinate information of various detected defects is transmitted to a defect observation device, and each defect is observed by the defect observation device to perform defect classification work. According to the embodiment of the present invention, the defect can be classified by the pattern inspection apparatus using the electron beam, and the distribution of only the desired defect in the wafer surface can be obtained. Quick response such as identification of the cause of defect occurrence is possible.
[0043]
As described above, according to the present embodiment, by calibrating the brightness of the inspection target image and the brightness of the reference image and comparing them, it is not necessary to perform the work such as classification after the end of the inspection, and it is brighter than the normal part. Desired defects such as defects and dark defects can be easily detected.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a pattern inspection apparatus using an electron beam that improves the accuracy of detecting a desired defect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of an SEM type inspection apparatus.
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of an inspection.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between brightness before and after gradation conversion.
FIG. 4 is a diagram of an image displayed on a monitor of the SEM type inspection apparatus.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between brightness before and after gradation conversion.
FIG. 6 is a diagram of an image displayed on a monitor of the SEM type inspection device.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between brightness before and after gradation conversion.
FIG. 8 is a diagram of an image displayed on a monitor of the SEM type inspection apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003145598A JP2004347483A (en) | 2003-05-23 | 2003-05-23 | Pattern inspection device using electron beam and pattern inspection method using electron beam |
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Publications (1)
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007305901A (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Hitachi Ltd | Inspection apparatus and inspection method of semiconductor device |
JP2011003930A (en) * | 2006-10-31 | 2011-01-06 | Hitachi High-Technologies Corp | Semiconductor wafer inspection apparatus and inspection method of the same |
JP2011248413A (en) * | 2010-05-21 | 2011-12-08 | Panasonic Electric Works Sunx Co Ltd | Image processing apparatus |
WO2016031508A1 (en) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | Charged particle beam device equipped with stage device capable of measuring weight |
JP2020119686A (en) * | 2019-01-22 | 2020-08-06 | 株式会社日立ハイテク | Electron microscope and depth calculation method of three-dimensional structure |
-
2003
- 2003-05-23 JP JP2003145598A patent/JP2004347483A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007305901A (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Hitachi Ltd | Inspection apparatus and inspection method of semiconductor device |
JP2011003930A (en) * | 2006-10-31 | 2011-01-06 | Hitachi High-Technologies Corp | Semiconductor wafer inspection apparatus and inspection method of the same |
JP2011248413A (en) * | 2010-05-21 | 2011-12-08 | Panasonic Electric Works Sunx Co Ltd | Image processing apparatus |
WO2016031508A1 (en) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | Charged particle beam device equipped with stage device capable of measuring weight |
JP2020119686A (en) * | 2019-01-22 | 2020-08-06 | 株式会社日立ハイテク | Electron microscope and depth calculation method of three-dimensional structure |
JP7091263B2 (en) | 2019-01-22 | 2022-06-27 | 株式会社日立ハイテク | Depth calculation method for electron microscope and 3D structure |
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