JP2004354084A - Substrate inspection apparatus, substrate inspection method, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Substrate inspection apparatus, substrate inspection method, and manufacturing method of semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate inspection apparatus for acquiring a detection image having an improved contrast without any distortion. <P>SOLUTION: A substrate inspection system 1 comprises a primary optical system 10 for generating electron beams for irradiating the substrate S as primary beams Bp; an electron detection section 30 that detects secondary electrons, or the like, generated from the substrate S by receiving irradiation with the primary beams Bp, and outputs a one-dimensional or two-dimensional image signal on the surface of the substrate S; and a two-dimensional optical system 20 for forming an image at the electron detection section 30 with secondary electrons, or the like, generated from the substrate S as secondary beams 18s. In the substrate inspection system 1, a laser beam irradiator 70 for irradiating a part wherein the secondary beams 18s on the surface of the substrate S are generated with the laser beams L is further provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板検査装置、基板検査方法および半導体装置の製造方法に関し、例えば電子ビームを用いた半導体パターン等の観察または検査を対象とする。
【0002】
【従来の技術】
半導体パターンの欠陥等を検査するために、電子ビームを用いた検査が近年行なわれており、例えば矩形状の電子ビームを電子ビーム照射手段にて生成して一次ビームとして試料に照射し、その試料表面の形状/材質/電位の変化に応じて発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくともいずれかで構成される二次ビームを写像投影光学手段にて電子検出部に拡大投影し、試料表面画像を得る手法が開発されている(例えば特許文献1)。さらに、この手法に加えて一次ビームを電子ビーム偏向手段であるウィーンフィルタにて偏向させ、試料表面に対して垂直に入射させ、なおかつ二次ビームを同一のウィーンフィルタ内を直進させて写像光学投影手段に導入する方法も提案されている(例えば特許文献2)。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−24939公報
【特許文献2】
特開平11−132975号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば特許文献2に開示された検査工程においては、試料に一次ビームを照射すると、試料表面または表面近傍層の形状、材質によって、試料表面の帯電状況に局所的に差が生じ、その結果電位に局所的な差が発生することにより装置の検査特性が劣化する、という問題があった。この点を図面を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明を適宜省略する。
【0005】
図15に示すように、試料Sの表面に、互いに電位が異なる部分202と204とが存在する場合、部分202と部分204との境界面C1,C2近傍の上方領域RD1,RD2では、試料Sの表面に対して平行でない電位勾配が発生する。これらの電位勾配は、境界C1,C2の付近から放出した二次ビームが検査装置の二次光学系で制御されて検出器の検出面に結像する際に、二次ビームに対して不本意な偏向作用を及ぼし、適切な結像を妨げてしまい、検出画像の歪やコントラスト低下の原因となっていた。このような現象は、LSI(Large Scale Integrated circuit)配線パターンの検査において特に顕著に現われる。LSI配線においては、図15に示す部分202がSiOなどの絶縁体に相当し、部分204がタングステン(W)などの導体に相当し、電子ビームの照射時に絶縁体が帯電することにより導体部分との電位差が大きくなるからである。
【0006】
このような局所的な電位差は、異なる材料間の境界面が互いに近接している場合に限られるものではない。例えば図16に示すように、集積回路ウェーハの試料S上に金属配線部分212と配線間絶縁体部214が存在する場合でも、絶縁体部214の全二次電子放出比σが1以上になる入射エネルギーで一次ビームを照射すると、絶縁体部214の表面が正に帯電する。このような入射エネルギーは、例えば絶縁体部214の材質がSiOであれば、約50〜約1keVである。このとき、金属配線部212と絶縁体部214との境界216の近傍に、試料Sの表面に対して平行でない局所的な電位勾配が発生する。この電位勾配は、境界216付近の金属配線部内の点P2と絶縁体部内の点P4から放出した二次ビームの軌道が装置の二次光学系で制御されて検出器の検出面に結像する際に不本意な偏向作用として機能し、電子ビーム軌道TJIP2やTJIP4のような正確な写像投影を行うための理想的な軌道から外れて、電子ビーム軌道TJRP2やTJRP4のような曲がった軌道になる。その結果、二次ビームの適切な結像が妨げられ、二次ビームからの検出画像の歪やコントラスト低下の原因となっていた。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、歪が無くコントラストに優れた検出画像の取得を実現する基板検査装置および基板検査方法、並びにこの基板検査方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【0009】
即ち、本発明によれば、
電子ビームを生成し、検査対象である基板に一次ビームとして照射させる電子ビーム照射手段と、
上記電子ビームの照射を受けて上記基板から発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくとも一つを検出し、上記基板表面の一次元像または二次元像となる信号を出力する電子ビーム検出手段と、
上記二次電子、上記反射電子および上記後方散乱電子の少なくとも一つを二次ビームとして上記電子ビーム検出手段に像結像させる写像投影光学手段と、
電磁波を生成し、上記基板表面の上記二次ビームが発生する箇所に上記電磁波を照射させる電磁波照射手段と、
を備える基板検査装置が提供される。
【0010】
また、本発明によれば、
電子ビームを生成し、表面に形成された絶縁体を有する検査対象である基板に上記絶縁体が負帯電する条件で照射させる電子ビーム照射手段と、
上記電子ビームの照射を受けて上記基板から発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくとも一つを検出し、上記基板表面の一次元像または二次元像となる信号を出力する電子ビーム検出手段と、
上記二次電子、上記反射電子および上記後方散乱電子の少なくとも一つを上記電子ビーム検出手段に像結像させる写像投影光学手段と、
を備える基板検査装置が提供される。
【0011】
また、本発明によれば、
電子ビームを生成し、検査対象である基板に一次ビームとして照射する工程と、
上記電子ビームの照射を受けて上記基板から発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくとも一つを二次ビームとして投影して像結像させる工程と、
上記像結像した上記二次ビームを検出し、上記基板表面の一次元像または二次元像となる信号を出力する工程と、
電磁波を生成し、上記基板表面の上記二次ビームが発生する箇所に上記電磁波を照射させる工程と、
を備える基板検査方法が提供される。
【0012】
また、本発明によれば、
電子ビームを生成し、表面に形成された絶縁体を有する検査対象である基板に上記絶縁体が負帯電する条件で照射させる電子ビーム照射工程と、
上記電子ビームの照射を受けて上記基板から発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくとも一つを二次ビームとして投影して像結像させる工程と、
上記像結像した上記二次ビームを検出し、上記基板表面の一次元像または二次元像となる信号を出力する工程と、
を備える基板検査方法が提供される。
【0013】
さらに、本発明によれば、
上述した基板検査方法を用いる半導体装置の製造方法が提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。
【0015】
(1)基板検査装置の第1の実施の形態
図1は、本発明にかかる基板検査装置の第1の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す基板検査装置1は、一次光学系10、ウィーンフイルタ41、二次光学系20、電子検出部30、画像信号処理部58、ホストコンピュータ60、表示部62、ステージ43、ステージ駆動装置47、各種制御部16,17,および51〜57、並びに本実施形態において特徴的なレーザ光照射装置72およびその電源74を備える。
【0016】
一次光学系10は、電子銃部11と複数段の四極子レンズ系15とを含む。電子銃部11は、長軸100〜700μm、短軸15μmの矩形の電子放出面をもつLaB線状陰極112、ウェーネルト電極114、電子ビーム引き出しを行う陽極116、光軸調整用の偏向器118を有する。一次ビームBpの加速電圧、出射電流および光軸は、電子銃制御部16により制御される。電子銃制御部16は、ホストコンピュータ60に接続されてその制御信号の供給を受ける。複数段の四極子レンズ15は、複数段四極子レンズ制御部17により制御され、線状陰極112から放出した一次ビームBpを収束し、ウィーンフィルタ41に対して斜めから入射するようにその軌道を制御する。複数段四極子レンズ制御部17もホストコンピュータ60に接続されてその制御信号の供給を受ける。
【0017】
ウィーンフイルタ41は、ウィーンフイルタ制御部53を介してホストコンピュータ一60からの制御信号を受け、一次光学系10から入射した一次ビームBpを偏向し、試料Sの表面に対してほぼ垂直に入射させる。ウィーンフイルタ41を通過した一次ビームBpは、回転対称静電レンズであるカソードレンズ21によるレンズ作用を受け、試料Sの表面に垂直に照射する。
【0018】
試料Sは、ステージ43に設置され、このステージ43を介してステージ電圧制御部51により負電圧が印加できるようになっている。この機構は、一次ビームBpによる試料Sへの入射ダメージを低減し、一次ビームBpの照射によって、試料S表面の形状/材質/電位の変化に応じて発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子で構成される二次ビームBsのエネルギー向上を目的としたものである。ステージ43は、ステージ駆動装置47から制御信号の供給を受け、本実施形態において例えば図1の矢印に示す方向Dssに移動し、これにより試料Sの表面が一次ビームBpで走査される。
【0019】
図2にウィーンフィルタ41のより具体的な構成を示し、その作動原理を図3におよび図4に示す。図2に示すように、ウィーンフィルタ41の場は、二次光学系の光軸(Z軸)に垂直な平面(X−Y平面)内で電界Eと磁界Bとを直交させた構造になっており、入射した電子ビームBpに対して、ウィーン条件qE=vB(qは粒子電荷、vは直進する電子の速度)を満たす電子のみを直進させる働きをする。基板検査装置1では、図3に示すように、一次ビームBpに対して磁界による力FBと電界による力FEが同一方向に作用して、一次ビームBpが試料Sに対して垂直に入射するように偏向される。この一方、二次ビームBsに対しては、図4に示すように、FBとFEが逆方向に作用し、なおかつウィーン条件FB=FEが成立しているため、二次ビームBsは偏向されることなく直進して2次光学系20内に入射する。
【0020】
図1に戻り、二次光学系20は、回転対称静電レンズであるカソードレンズ21、第二レンズ22、第三レンズ23、第四レンズ24と、ウィーンフィルタ41とカソードレンズ21との間の二次光学系の光軸Asに垂直な平面9内に配置された開き角絞り25、第二レンズ22と第三レンズ23間に設置された視野絞り26とを含む。カソードレンズ21、第二レンズ22、第三レンズ23および第四レンズ24は、カソードレンズ制御部52、第二レンズ制御部54、第三レンズ制御部55、第四レンズ制御部56によってそれぞれ制御され、二次ビームBsの投影結像を行う。これらのカソードレンズ制御部52、第二レンズ制御部54、第三レンズ制御部55および第四レンズ制御部56は、それぞれホストコンピュータ60に接続されて各種の制御信号の供給を受ける。図1に示す装置構成では、二次ビームBsの倍率色収差を抑えるために水平面9の位置に開き角絞り25を配置し、これにより、二次ビームBsをカソードレンズ21と第二レンズ22との組み合わせで1回の結像を行うようにしている。また、この構成では、一次ビームBsの試料S上への照射領域が開き角絞り25によって制限されてしまうため、その解決策として、開き角絞り25から試料Sまでの空間において一次ビームBpが開き角絞り25上に焦点を持つように一次ビームBpの軌道を制御し、カソードレンズ21によってレンズ作用を与えた上で試料Sに対してほぼ垂直に照射させるというケーラー照明系を採用している。
【0021】
電子検出部30は、MCP(Micro Channel Plate)検出器31、蛍光板32、ライトガイド33、および、CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子34を含む。MCP検出器31に入射した二次ビームBsは、MCPによって増幅されて蛍光板32に照射する。撮像素子34は、蛍光板32で発生した蛍光像をライトガイド33を介して検出し、検出信号を画像信号処理部58へ送る。画像信号処理部58は、検出信号を処理して一次元像または二次元像を表わす画像データとしてホストコンピュータ60に供給する。ホストコンピュータ60は、供給された画像データを処理して表示部62上へ画像表示する他、画像データを保存し、各種画像処理を用いて試料Sの欠陥の有無を検出し、欠陥が検出された場合にその程度を評価して出力する。
【0022】
レーザ光照射装置70は、二次光学系20の近傍に設置され、レーザ光を発生させて試料Sに照射することにより、試料S表面の局所的な電位差を低減する。レーザ光照射装置70は、本実施形態において電磁波照射手段を構成し、レーザ光Lを発生させるレーザ光源72と、レーザ光源72に電力を供給する電源74とを含む。レーザ光軸ALは、試料S表面と二次光学系の光軸Asとの交点IPに交わるように設定され、これにより、レーザ光源72から出射されるレーザ光Lは、一次ビームBpが照射されている試料S表面の検査領域の中心に照射する。このレーザ光軸ALの調整は、例えばレーザパワーメータ等のレーザ検出センサを上述した交点IPの位置に配置し、その出力をモニタしてその値が最大になるようにレーザ光源を調整しながら行う。
【0023】
検査時において、一次ビームBpが試料Sの表面に照射されると、試料Sの表面または表面近傍層の形状および材質に応じて、試料Sの表面の帯電量に局所的に差が生じる。特に、試料Sの表面に絶縁体が存在する場合は、帯電量が大きく、かつ、その電荷(電子及び正孔)は移動(中和)できずに滞留する場合が多い。
【0024】
そこで、本実施形態では、レーザ光源72からレーザ光Lを照射することにより、滞留する電荷またはその周辺の電荷がレーザ光Lのエネルギーを吸収し、これにより移動可能な状態になり、この結果(絶縁体全体の帯電量は変わらなくても)試料表面の帯電個所における局所的な帯電を減少し、局所的な電位差を低減させることが可能になる。
【0025】
このような局所的な電位差を減少させる方法として、より具体的には、
1)絶縁体帯電箇所全体を導電化できるエネルギーをもつ電磁波を照射する方法
2)絶縁体の局在準位に捕獲された電子および正孔が移動可能となるエネルギーを与えられる電磁波を照射する方法
の他、
3)試料表面に存在する異種材質の境界付近の帯電を減少する方法
が挙げられる。以下、これらの方法を本発明にかかる基板検査方法の第1乃至第3の実施の形態として説明する。
【0026】
(2)基板検査方法の第1および第2の実施の形態
図5は、本発明にかかる基板検査方法の第1および第2の実施の形態の説明図である。絶縁体IS1の紙面左側の表面は、正電荷により局所的に帯電している。また、絶縁体IS1の紙面右側の表面は、電子および正孔が局在準位に捕獲されて滞留している。なお、このような局所的な帯電や局在準位による電子および正孔の捕獲は絶縁体部分に限らず、半導体部分でも発生し得る。
【0027】
図6は、絶縁体IS1のエネルギーバンド図を示す。絶縁体IS1に局所的に帯電した電荷を移動するためには、絶縁体のバンドギャップEg以上のエネルギ−を有するレーザ光(電磁波)L1を照射して図5の紙面左側部分に示すように電子−正孔対(electron−hole pair)を発生させ、絶縁体IS1自体を導体状態にすればよい。このような状態にするために必要なレーザ光L1の波長λ1は、プランク定数をh、光速度をcとすると、λ1<hc/Egを満たす必要がある。例えば、上記絶縁体IS1が二酸化シリコンSiOであり、そのエネルギーギャップEg=9(eV)であるとき、このエネルギーギャップ以上のエネルギーを有するレーザ光L1の最長波長λmは、
λm=hc/Eg=137(nm)
である。
【0028】
また、図5の右側部分に示すように、絶縁体IS1には、電子や正孔を捕獲する局在準位LL1,LL2(図6の左側部分参照)が存在し、そこに捕獲された電子e2および正孔HL2が絶縁体IS1の帯電状態に大きな影響を与えている。この局在準位LL1,LL2に捕獲された電子e2および正孔HL2に対して、図5に示すようにレーザ光L2,L3をそれぞれ照射してそのエネルギーを吸収させることにより、電子e2および正孔HL2をそれぞれ移動させる。これにより、局在電位への捕獲に起因する局所的な帯電を減少させ、局所的な電位差を低減させることが可能となる。より具体的には、図6に示すように電子e2が捕獲されている局在準位LL1と伝導帯下端準位Ecとの差Ee以上のエネルギーを有するレーザ光(電磁波)L2を照射すれば捕獲電子e2が移動可能になる。このような状態にするために必要なレーザ光L2の波長λ2は、λ2<hc/Eeを満たす必要がある。同様に、正孔HL2が捕獲されている局在準位LL2と価電子帯上端準位Evとの差Eh以上のエネルギーを有するレーザ光(電磁波)L3を照射すれば、捕獲正孔HL2が移動可能となる。このような状態にするために必要なレーザ光L3の波長λ3は、λ3<hc/Ebを満たす必要がある。レーザ光の波長が短い程、装置の規模とコストがともに大きくなるが、一般的に、λ1<λ2、λ1<λ3となるため、上述した、捕獲電子e2および正孔HL2の移動による絶縁体IS1の局所帯電減少で装置の性能に問題がない場合は、レーザ光照射装置70のサイズとコストとを抑えることができる。これにより、装置のより一層の低コスト化、小型化を実現できる。
【0029】
(3)基板検査方法の第3の実施の形態
本実施形態は、絶縁体と導体との境界付近、または絶縁体と半導体との境界付近における絶縁体の帯電を減少させる方法であり、この第3の実施の形態の検査方法を用いるだけでも、上記境界付近の局所的な電位差が低減するので、絶縁体の帯電個所を導電化しなくても、二次ビーム検出画像の歪やコントラストの低下を抑えることが可能になる。例えば、絶縁体が正に帯電している場合、この正帯電を中和するためには、金属または半導体から絶縁体へ電子を移動(注入)すればよい。図7に示す例では、金属MLと絶縁体IS2との境界C3にレーザ光L4を照射することにより、金属MLから絶縁体IS2へ電子を移動させている。
【0030】
図8は、金属―絶縁体の接合のエネルギーバンド図を示す。金属MLと絶縁体IS2との境界の接触電位障壁のエネルギーeφ以上のエネルギーを有するレーザ光(電磁波)L4を上述の境界C3に照射し、金属ML内の電子e4を絶縁体IS2に移動させればよい。このような状態にするために必要なレーザ光L4の波長λ4は、λ4<hc/Ebを満たす必要がある。ここで、例えば導体がシリコンSi、絶縁体が二酸化シリコンSiOであり、Si−SiO接触部の電位障壁Eb=3.5(eV)であるとき、この電位障壁以上のエネルギーを有するレーザ光L4の最長波長λmは、
λm=hc/Eg=354(nm)
である。
【0031】
一般的に、λ1<λ4となるため、上記境界付近の絶縁体IS2の正帯電を中和することで装置の性能に問題がない場合は、レーザ光照射装置70のサイズとコストとを抑えることができるので、より一層低コストで小型の装置を提供することができる。
【0032】
なお、本実施形態では、試料S表面の局所的な電位差を低減するためにレーザ光照射装置70を用いているが、検査する試料の材質や形状等に応じて他の電磁波を照射する装置、例えばX線照射装置や紫外線ランプ等を用いても良い。
【0033】
(4)基板検査装置の第2の実施の形態
図9は、本発明にかかる基板検査装置の第2の実施の形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す基板検査装置2の特徴は、それぞれ電子ビームEB1,2を生成して試料Sに照射する追加の電子ビーム照射装置80,90と、CADデータ記憶装置68と、電子ビーム照射条件処理装置66と、電子ビーム照射条件記憶装置64とをさらに備える点にある。基板検査装置2のその他の構成は、図1に示す基板検査装置1と実質的に同一である。
【0034】
電子ビーム照射装置80は、試料表面の検査時に、ステージスキャン方向DSSに対して、撮影領域内の任意の点が、二次光学系の光軸Asと試料S表面との交点IPよりも、電子ビーム装置80自身からの電子ビームの光軸AEB1と試料S表面との交点IPを先に通過する位置に配置される。同様に、電子ビーム照射装置90は、ステージスキャン方向DSSに対して、撮影領域内の任意の点が、上記交点IPよりも、電子ビーム装置90自身の電子ビーム光軸AEB と試料S表面との交点IPを先に通過する位置に配置される。このような配置により、電子検出部30により試料表面の二次電子像の信号を取得する前に、電子ビーム装置80,90によって試料表面の電位差を低減することが可能になる。以下、本実施形態では、交点IP、交点IP、および交点IPの順に試料表面が移動する例を取り上げて説明する。
【0035】
電子ビーム照射装置80は、Wフィラメント82と、ウェーネルト電極84と、陽極86とを含む。Wフィラメント82は、コイル形状を有し、電子ビームEB1を発生させる。Wフィラメント82は、本実施形態において電子ビームEB1が試料Sの表面に垂直に照射されるように配置されている。ウェーネルト電極84は、Wフィラメント82から放出する電子ビームEB1の放出量を制御する。また、陽極86は、Wフィラメント84から放出した電子ビームEB1の引き出しを行う。Wフィラメント82、ウェーネルト電極84および陽極86は、いずれも電子銃制御部88に接続され、これにより制御される。
【0036】
同様に、電子ビーム照射装置90は、電子ビームEB2を発生させるWフィラメント92と、ウェーネルト電極94と、陽極96とを含み、これらの構成要素は、電子ビーム照射装置80のWフィラメント82、ウェーネルト電極84、および陽極86と同様に配置されて同様の機能を発揮する。従って、これらの構成要素については詳述しない。
【0037】
CADデータ記憶装置68は、検査対象の試料Sのレイアウトパターンのデータと、各レイアウトパターンの電気的特性のデータとを格納する。電子ビーム照射条件処理装置66は、CADデータ記憶装置68に格納されたデータを用いて一次ビームBp、電子ビームEB1およびEB2の照射条件を検査に先立って予め算出する。電子ビーム照射条件記憶装置64は、電子ビーム照射条件処理装置66の算出結果を格納する。
【0038】
(5)本発明にかかる基板検査方法の第4の実施の形態
まず、本実施形態による基板検査方法の原理について説明する。
【0039】
二次ビームの検出画像の歪やコントラスト低下という問題を解決するためには、これらの原因となる試料表面における電位勾配を低減すれば良い。図16に示した例で説明すると、絶縁体部214が負に帯電する条件にて一次ビームBpを試料Sの表面に照射し、金属配線部212と絶縁体部214との電位差を低減すれば良い。通常、金属と絶縁体の接触部においては接触電位が発生しており、一次ビームBpを照射していない状態でも、絶縁体の方が金属よりも数Vだけ正電位の状態にある。そこで、一次ビームBpを絶縁体が負に帯電する条件で照射すれば良い。
【0040】
絶縁体が負に帯電する条件とは、例えば、絶縁体からの全二次電子放出比σが1未満になる入射エネルギーで一次ビームを照射することをいい、そのときの入射エネルギーの値は、例えば図16に示したように絶縁体がSiO214であれば、図10に示すように、約1keV以上または約50eV以下である。電子ビームの照射によって発生する二次電子(ここでは反射電子および後方散乱電子を含む広義の二次電子)の量を増大させれば、画像を形成するための信号量が増えるので、画像形成までの時間が短くなる。即ち、検査時間を短くすることができる。従来は、検査のスループットを考慮して、このように全二次電子放出比δを1以上に設定する手法が用いられてきた。しかしながら、本実施形態では、従来の技術とは逆に、全二次電子放出比σ<1で設定することにより、絶縁体を負に帯電させる。これにより、検出画像の精度を高めることができる。以下、このように絶縁体が負に帯電する条件で電子ビームを照射する工程を工程1と呼ぶ。
【0041】
上述した工程1により、例えば図16に示した試料Sについて述べると、絶縁体部214の電位は、金属配線部212に対して+数Vであった初期状態から次第に減少し、図11に示すように金属配線部212と同電位になる。この状態での二次ビーム軌道Bsp2,Bsp4は、正確な写像投影を行うための理想的な電子ビーム軌道TJIP2,TJIP4とそれぞれ同じになる。この結果、歪やコントラスト低下のない検出画像を取得することができる。
【0042】
しかしながら、検査画像を取得する工程に先立って、試料Sの表面電位差を可能な限り小さくする工程を実行すると、試料表面の電位差を均一化するために時間が掛かかり、検査のスループットが低下してしまう。そこで、後に詳述するように、観察用の一次ビームBpとは別個の電子ビームを用い、一次ビームBpの照射に並行して一次ビームBpの照射直前に、試料Sの表面の検査領域に別個の電子ビームを予め照射してその領域の表面電位差を可能な限り小さくすることにより、待ち時間がほぼ無くなり、スループット低下の問題を解消することができる。本実施形態では、追加の電子ビーム照射装置80,90を用いてそれぞれ電子ビームEB1,EB2による前処理を実行する。以下、この前処理工程を工程2と呼ぶ。
【0043】
また、工程1及び工程2において、試料S表面での金属配線部212と絶縁体部214のレイアウトパターンや電気的特性により、表面電位差を最小にするために必要な電子ビームのドーズ量に差が生じるという問題がある。例えば、金属配線部212の占有率が大きい領域では、絶縁体部214から金属配線部212への電子のリーク量が多いため、表面電位差が最小になるまでは多量の電子ビーム照射を必要とする。また、金属配線部212と基板Sとが導通しているか否かに依存して、絶縁体部214からの電子のリーク量に差異が生じる。これらの問題は、試料Sの表面撮像時において同一視野内での表面電位不均一による画像歪み、フォーカスずれの原因となる。この問題を回避するためには、上述したレイアウトパターンや電気的特性に応じて、絶縁体部214が負に帯電する条件下でのより具体的な照射条件、例えば基板Sの単位面積当たりの電子ビームの総電流量や電子ビームの試料への入射エネルギーを調整してやればよい。例えば、金属配線部212の占有率が多い領域、金属配線部212が基板に導通している領域等では、絶縁体部214からの電子のリーク量が多いため、基板Sの単位面積当たりの電子ビームの総電流量を他の領域よりも多くしたり、全二次電子放出効率σがより小さくなる入射エネルギーにて電子ビーム照射を行えは良い。
【0044】
また、工程1の前に、絶縁体が正帯電になる条件で電子ビームを照射しておくことも、試料の表面電位を均一化する手法として有効である。以下、このような前処理工程を工程3と呼ぶ。
【0045】
図12は、上述した負帯電条件で一次ビームBpを試料Sの表面に照射しすぎた場合の問題点を説明する図である。一次ビームBpを絶縁体部214に過度に照射した場合は、同図に示すように絶縁体部214が負帯電してしまい、金属配線部212よりも負電位になる場合がある。試料S表面の撮像時における同一画像内において、他の領域では表面電位の均一化が達成されていても、図12に示すような領域ではそのレイアウトパターンや電気的特性に依存して絶縁体部214が負帯電状態になり、金属配線部212の電位に対して負電位になり、却って表面電位の均一状態が崩れてしまう、というケースが考えられる。このような場合でも、図16に示した正帯電の場合と同様に、金属配線部212と絶縁体部214との境界216の付近に、試料Sの表面に対して平行でない局所的な電位勾配が発生する。この電位勾配は、境界216付近の金属配線部内の点P2および絶縁体部内の点P4からそれぞれ放出した二次電子が二次光学系20で制御されてMCP検出器31に結像する際に、不適切な偏向作用が働き、正確な写像投影を行うための理想的な電子ビーム軌道TJIP2,TJIP4から外れて、ビーム軌道TJRP6,TJRP8のような曲がった軌道になる。このような場合、工程1の処理に先立って絶縁体部214が正に帯電する条件で一次ビームBpを試料Sの表面に予め照射し、工程1において負帯電しやすい領域(例えば金属配線部212の占有率が小さい領域、または金属配線部212が基板と導通していない領域など)を工程3によって他の領域に先行して正帯電にさせておく。このような処理により、工程1において試料Sの表面撮像時に、試料Sの表面でのパターンレイアウトや電気的特性に依存して表面電位が局所的にばらつくという問題を回避することができる。
【0046】
図9に示す基板検査装置2は、このような検査原理に従って動作する。以下、基板検査装置2の特徴的な動作をより具体的に説明する。
【0047】
まず、検査に先立って、電子ビーム照射条件処理装置66がCADデータ記憶装置68から試料Sのレイアウトパターンデータと電気的特性のデータとを引き出し、試料S上の観察対象箇所、即ち、撮影領域が光軸Asと試料S表面との交点IPに位置する時に、撮影領域内の表面電位が均一化されるように、または表面電位差が最小になるように、ステージ43のそれぞれの位置での一次ビームBp、電子ビームEB1およびEB2の照射条件を算出する。この算出結果は、電子ビーム照射条件記憶装置64に記憶される。
【0048】
次に、検査開始後に、ホストコンピュータ60がステージ駆動装置47から供給されるステージ43の現在位置情報を参照しながら、そのステージ位置での電子ビームEB2、電子ビームEB1、一次ビームBpの照射条件を電子ビーム照射条件記憶装置64から引き出す。さらに、ホストコンピュータ60は、これらの照射条件のデータを電子ビーム装置制御部98、電子ビーム装置制御部88、電子銃制御部16および複数四極子レンズ制御部17に伝送し、電子ビーム装置90、電子ビーム装置80および一次光学系10をそれぞれ制御して、電子ビームEB2、電子ビームEB1、および一次ビームBpの照射条件を調整する。これらの照射条件としては、図13に示すように、例えば以下の5つのケースが考えられる。
【0049】
(ケース1) 一次ビームBpを絶縁体負帯電条件にて照射する。電子ビームEB1,EB2は照射しない。
(ケース2) 一次ビームBpを絶縁体負帯電条件にて照射する。電子ビームEB1を絶縁体負帯電条件にて照射する。電子ビームEB2は照射しない。
(ケース3) 一次ビームBpを絶縁体負帯電条件にて照射する。電子ビームEB1を絶縁体正帯電条件にて照射する。電子ビームEB2は照射しない。
(ケース4) 一次ビームBpを絶縁体負帯電条件にて照射する。電子ビームEB1を絶縁体負帯電条件にて照射する。電子ビームEB2を絶縁体正帯電条件にて照射する。
(ケース5) 一次ビームBpを絶縁体負帯電条件にて照射する。電子ビームEB1を絶縁体正帯電条件にて照射する。電子ビームEB2を絶縁体負帯電条件にて照射する。
【0050】
このように、電子ビーム照射条件処理装置66によって採用された試料表面電位均一化のための最適条件で試料Sを検査することにより、画像歪みやフォーカスずれのない高精度の検出画像を取得することができる。
【0051】
以上の説明では、表面電位均一化のための追加の電子ビーム装置を2つ使用した形態を記載したが、これに限ることなく、例えば図14に示す基板検査装置3のように、追加の電子ビーム装置を1つだけ備える場合や追加の電子ビーム装置を3つ以上備える場合(図示せず)でも、上述した手法を同様に適用することができる。
【0052】
(6)半導体装置の製造方法
上述した基板検査工程を半導体装置の製造工程中で用いることにより、高い精度で基板を検査することができるので、より高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【0053】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限ることなくその技術的範囲内で種々適用できることは明らかである。例えば、上述した実施形態では、ステージスキャン方式の基板検査装置について説明したが、偏向器を用いたビームスキャン方式の基板検査装置にも適用できることは勿論であり、さらに、これらのスキャン方式の両方を備える基板検査装置にも適用可能である。
【0054】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【0055】
即ち、本発明によれば、試料表面において局所的な電位差が生じる境界での歪やコントラスト低下を抑制した検査画像が得られるので、検査の精度をより一層向上させることが可能になる。
【0056】
また、本発明によれば、高精度の検査画像が得られる基板検査方法を用いるので、より高い歩留まりで半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる基板検査装置の第1の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1に示す基板検査装置が備えるウィーンフィルタの具体的構成を示す斜視図である。
【図3】図2に示すウィーンフィルタの作動原理の説明図である。
【図4】図2に示すウィーンフィルタの作動原理の説明図である。
【図5】本発明にかかる基板検査方法の第1の実施の形態と第2の実施の形態を説明する模式図である。
【図6】図5に示す絶縁体のエネルギーバンドの説明図である。
【図7】本発明にかかる基板検査方法の第3の実施の形態を説明する模式図である。
【図8】図7に示す金属と絶縁体との接合部におけるエネルギーバンドの説明図である。
【図9】本発明にかかる基板検査装置の第2の実施の形態を示すブロック図である。
【図10】SiOにおける電子ビームの入射エネルギーと全二次電子放出比との関係の一例を表わすグラフである。
【図11】本発明にかかる基板検査方法の第4の実施の形態による効果の説明図である。
【図12】負帯電条件で一次ビームを試料表面の絶縁体に照射しすぎた場合の問題点を説明する図である。
【図13】図9に示す基板検査装置の各電子ビーム照射条件の組み合わせを示す表である。
【図14】本発明にかかる基板検査装置の第3の実施の形態を示すブロック図である。
【図15】従来の技術による基板検査方法の問題点の説明図である。
【図16】従来の技術による基板検査方法の他の問題点の説明図である。
【符号の説明】
1〜3 基板検査装置
9 絞り位置面
10 一次光学系
11 電子銃部
15 複数段四極子レンズ
16 電子銃制御部
17 複数段四極子レンズ制御部
20 二次光学系
21 カソードレンズ
22 第二レンズ
23 第三レンズ
24 第四レンズ
25 開き角絞り
26 視野絞り
30 電子検出部
31 MCP検出器
32 蛍光版
33 ライトガイド
34 撮像素子
41 ウィーンフィルタ
41a,41b 電極
41c,41d 磁極
43 ステージ
47 ステージ駆動装置
51 ステージ電圧制御部
52 カソードレンズ制御部
53 ウィーンフィルタ制御部
54 第二レンズ制御部
55 第三レンズ制御部
56 第四レンズ制御部
57 MCP検出系制御部
58 画像信号処理部
60 ホストコンピュータ
62 表示部
64 電子ビーム照射条件記憶装置
66 電子ビーム照射条件処理装置
68 CADデータ記憶装置
70 レーザ光照射装置
72 レーザ光源
74 電源
80,90 電子ビーム照射装置
82,92 Wフィラメント
84,94 ウェーネルト電極
86,96 陽極
88,98 電子銃制御部
112 線状陰極
114 ウェーネルト電極
116 陽極
118 偏向器
212 金属配線部
214 絶縁体部
216 境界
EB1,AEB2 電子ビームの光軸
AL レーザ光軸
As 二次光学系光軸
Bp 一次ビーム
Bs 二次ビーム
C1,C2 境界
CB 伝導帯
e1〜e4 電子
HL1〜HL4 正孔
IL2,IL4 等電位線
IS1,IS2 絶縁体
IP 二次光学系の光軸と試料表面との交点
IP,IP 電子ビームの光軸と試料表面との交点
L,L1〜L4 レーザ光
LL1,LL2 局在準位
ML 金属
S 試料
TJIP2,TJIP4 理想的な電子ビーム軌道
VB 価電子帯
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate inspection apparatus, a substrate inspection method, and a method of manufacturing a semiconductor device, and is directed to, for example, observation or inspection of a semiconductor pattern or the like using an electron beam.
[0002]
[Prior art]
Inspection using an electron beam has recently been performed to inspect a semiconductor pattern for defects and the like.For example, a rectangular electron beam is generated by an electron beam irradiation means and irradiated on a sample as a primary beam. A secondary beam composed of at least one of a secondary electron, a reflected electron and a backscattered electron generated according to a change in the shape / material / potential of the surface is enlarged and projected on an electron detection unit by a mapping projection optical unit, A technique for obtaining a sample surface image has been developed (for example, Patent Document 1). Furthermore, in addition to this method, the primary beam is deflected by a Wien filter, which is an electron beam deflecting means, and is made incident perpendicularly to the sample surface, and the secondary beam is made to travel straight through the same Wien filter to perform projection optical projection. There has been proposed a method of introducing the means (for example, Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-24939
[Patent Document 2]
JP-A-11-132975
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, for example, in the inspection process disclosed in Patent Document 2, when a primary beam is irradiated to a sample, a local difference occurs in the charging state of the sample surface due to the shape and material of the sample surface or a layer near the surface. There is a problem that the inspection characteristic of the device is deteriorated due to a local difference in potential. This will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[0005]
As shown in FIG. 15, when portions 202 and 204 having different potentials exist on the surface of the sample S, the upper region R near the boundary surfaces C1 and C2 between the portions 202 and 204 is formed.D1, RD2Then, a potential gradient not parallel to the surface of the sample S is generated. These potential gradients are undesired with respect to the secondary beams emitted from near the boundaries C1 and C2 when the secondary beams are controlled by the secondary optical system of the inspection apparatus and imaged on the detection surface of the detector. This causes an excessive deflection action, hinders proper image formation, and causes distortion of a detected image and a decrease in contrast. Such a phenomenon is particularly prominent in the inspection of LSI (Large Scale Integrated circuit) wiring patterns. In the LSI wiring, the portion 202 shown in FIG.2This is because the portion 204 corresponds to a conductor such as tungsten (W) and the potential difference from the conductor portion increases when the insulator is charged when the electron beam is irradiated.
[0006]
Such a local potential difference is not limited to a case where interfaces between different materials are close to each other. For example, as shown in FIG. 16, even when the metal wiring portion 212 and the inter-wiring insulator portion 214 exist on the sample S of the integrated circuit wafer, the total secondary electron emission ratio σ of the insulator portion 214 becomes 1 or more. When a primary beam is irradiated with incident energy, the surface of the insulator 214 is positively charged. Such an incident energy is such that, for example, the material of the insulator portion 214 is SiO 22Then, it is about 50 to about 1 keV. At this time, a local potential gradient not parallel to the surface of the sample S is generated near the boundary 216 between the metal wiring portion 212 and the insulator portion 214. The potential gradient is such that the trajectory of the secondary beam emitted from the point P2 in the metal wiring portion near the boundary 216 and the point P4 in the insulator portion is controlled by the secondary optical system of the apparatus and forms an image on the detection surface of the detector. Function as an undesired deflection when the electron beam orbit TJIP2And TJIP4Deviates from the ideal trajectory for performing accurate mapping projection such asRP2And TJRP4It becomes a curved orbit like. As a result, appropriate imaging of the secondary beam is hindered, which causes distortion of the detected image from the secondary beam and a decrease in contrast.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a board inspection apparatus and a board inspection method for realizing acquisition of a detected image having no distortion and excellent contrast, and a semiconductor device using the board inspection method. It is to provide a manufacturing method of.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems by the following means.
[0009]
That is, according to the present invention,
Electron beam irradiation means for generating an electron beam and irradiating the substrate to be inspected as a primary beam,
An electron beam that detects at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons generated from the substrate under irradiation of the electron beam and outputs a signal that is a one-dimensional image or a two-dimensional image of the substrate surface. Detecting means;
Mapping projection optical means for forming an image on the electron beam detection means as at least one of the secondary electrons, the reflected electrons and the backscattered electrons as a secondary beam,
An electromagnetic wave irradiating unit that generates an electromagnetic wave, and irradiates the electromagnetic wave to a location where the secondary beam is generated on the substrate surface,
The board inspection apparatus provided with this is provided.
[0010]
According to the present invention,
Electron beam irradiation means for generating an electron beam and irradiating a substrate to be inspected having an insulator formed on its surface under conditions where the insulator is negatively charged,
An electron beam that detects at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons generated from the substrate under irradiation of the electron beam and outputs a signal that is a one-dimensional image or a two-dimensional image of the substrate surface. Detecting means;
Mapping projection optical means for forming an image of the secondary electrons, at least one of the reflected electrons and the backscattered electrons on the electron beam detection means,
The board inspection apparatus provided with this is provided.
[0011]
According to the present invention,
A step of generating an electron beam and irradiating the substrate to be inspected as a primary beam,
The step of projecting at least one of secondary electrons, reflected electrons and backscattered electrons generated from the substrate under irradiation of the electron beam as a secondary beam to form an image,
Detecting the image-formed secondary beam, and outputting a signal that is a one-dimensional image or a two-dimensional image of the substrate surface,
A step of generating an electromagnetic wave and irradiating the electromagnetic wave to a place where the secondary beam is generated on the surface of the substrate,
There is provided a substrate inspection method comprising:
[0012]
According to the present invention,
An electron beam irradiation step of generating an electron beam and irradiating the substrate to be inspected having the insulator formed on the surface under conditions where the insulator is negatively charged,
The step of projecting at least one of secondary electrons, reflected electrons and backscattered electrons generated from the substrate under irradiation of the electron beam as a secondary beam to form an image,
Detecting the image-formed secondary beam, and outputting a signal that is a one-dimensional image or a two-dimensional image of the substrate surface,
There is provided a substrate inspection method comprising:
[0013]
Furthermore, according to the present invention,
A method for manufacturing a semiconductor device using the above-described substrate inspection method is provided.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
(1) First embodiment of substrate inspection apparatus
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the board inspection apparatus according to the present invention. The substrate inspection apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a primary optical system 10, a Wien filter 41, a secondary optical system 20, an electron detection unit 30, an image signal processing unit 58, a host computer 60, a display unit 62, a stage 43, and a stage driving device. 47, various control units 16, 17, and 51 to 57, and a laser light irradiation device 72 and a power supply 74 which are characteristic in this embodiment.
[0016]
The primary optical system 10 includes an electron gun unit 11 and a multi-stage quadrupole lens system 15. The electron gun section 11 is a LaB having a rectangular electron emission surface having a major axis of 100 to 700 μm and a minor axis of 15 μm.6It has a linear cathode 112, a Wehnelt electrode 114, an anode 116 for extracting an electron beam, and a deflector 118 for adjusting the optical axis. The acceleration voltage, emission current, and optical axis of the primary beam Bp are controlled by the electron gun controller 16. The electron gun controller 16 is connected to the host computer 60 and receives a control signal therefrom. The multi-stage quadrupole lens 15 is controlled by the multi-stage quadrupole lens controller 17 and converges the primary beam Bp emitted from the linear cathode 112 so that its trajectory is obliquely incident on the Wien filter 41. Control. The multi-stage quadrupole lens controller 17 is also connected to the host computer 60 and receives a control signal therefrom.
[0017]
The Wien filter 41 receives a control signal from the host computer 160 via the Wien filter control unit 53, deflects the primary beam Bp incident from the primary optical system 10, and makes the primary beam Bp incident substantially perpendicularly to the surface of the sample S. . The primary beam Bp that has passed through the Wien filter 41 receives a lens action by the cathode lens 21 that is a rotationally symmetric electrostatic lens, and irradiates the surface of the sample S vertically.
[0018]
The sample S is set on the stage 43, and a negative voltage can be applied by the stage voltage controller 51 via the stage 43. This mechanism reduces incident damage to the sample S due to the primary beam Bp, and secondary electrons, reflected electrons, and backscatter generated by irradiation of the primary beam Bp according to changes in the shape / material / potential of the surface of the sample S. The purpose is to improve the energy of the secondary beam Bs composed of electrons. The stage 43 receives a control signal from the stage driving device 47 and moves in the present embodiment, for example, in the direction Dss indicated by the arrow in FIG. 1, whereby the surface of the sample S is scanned by the primary beam Bp.
[0019]
FIG. 2 shows a more specific configuration of the Wien filter 41, and its operating principle is shown in FIG. 3 and FIG. As shown in FIG. 2, the field of the Wien filter 41 has a structure in which the electric field E and the magnetic field B are orthogonal to each other in a plane (XY plane) perpendicular to the optical axis (Z axis) of the secondary optical system. In this case, only the electrons satisfying the Wien condition qE = vB (q is the particle charge and v is the speed of the straight-moving electron) are caused to travel straight on the incident electron beam Bp. In the substrate inspection apparatus 1, as shown in FIG. 3, a force FB caused by a magnetic field and a force FE caused by an electric field act on the primary beam Bp in the same direction, so that the primary beam Bp is perpendicularly incident on the sample S. Is deflected. On the other hand, as shown in FIG. 4, FB and FE act on the secondary beam Bs in the opposite directions, and the secondary beam Bs is deflected because the Wien condition FB = FE is satisfied. The light travels straight without entering the secondary optical system 20.
[0020]
Returning to FIG. 1, the secondary optical system 20 includes a rotationally symmetric electrostatic lens, a cathode lens 21, a second lens 22, a third lens 23, and a fourth lens 24, and a section between the Wien filter 41 and the cathode lens 21. It includes an aperture stop 25 disposed in a plane 9 perpendicular to the optical axis As of the secondary optical system, and a field stop 26 provided between the second lens 22 and the third lens 23. The cathode lens 21, the second lens 22, the third lens 23, and the fourth lens 24 are controlled by a cathode lens controller 52, a second lens controller 54, a third lens controller 55, and a fourth lens controller 56, respectively. , The secondary beam Bs is projected and imaged. The cathode lens control unit 52, the second lens control unit 54, the third lens control unit 55, and the fourth lens control unit 56 are connected to the host computer 60 and receive various control signals. In the apparatus configuration shown in FIG. 1, an aperture stop 25 is arranged at a position on the horizontal plane 9 in order to suppress the chromatic aberration of magnification of the secondary beam Bs, so that the secondary beam Bs is transmitted between the cathode lens 21 and the second lens 22. One image is formed in combination. Further, in this configuration, the irradiation area of the primary beam Bs on the sample S is limited by the aperture stop 25. As a solution, the primary beam Bp opens in the space from the aperture stop 25 to the sample S. The trajectory of the primary beam Bp is controlled so as to have a focal point on the angular stop 25, and a Koehler illumination system is adopted in which a lens effect is given by the cathode lens 21 and then the sample S is irradiated almost perpendicularly.
[0021]
The electronic detection unit 30 includes an MCP (Micro Channel Plate) detector 31, a fluorescent plate 32, a light guide 33, and an imaging device 34 such as a CCD (Charge Coupled Device). The secondary beam Bs incident on the MCP detector 31 is amplified by the MCP and irradiates the fluorescent screen 32. The imaging device 34 detects a fluorescent image generated by the fluorescent plate 32 via the light guide 33 and sends a detection signal to the image signal processing unit 58. The image signal processing unit 58 processes the detection signal and supplies it to the host computer 60 as image data representing a one-dimensional image or a two-dimensional image. The host computer 60 processes the supplied image data and displays the image on the display unit 62, saves the image data, detects the presence or absence of a defect in the sample S using various image processing, and detects the defect. If so, the degree is evaluated and output.
[0022]
The laser light irradiation device 70 is installed near the secondary optical system 20 and generates a laser beam to irradiate the sample S, thereby reducing a local potential difference on the surface of the sample S. The laser light irradiation device 70 forms an electromagnetic wave irradiation unit in the present embodiment, and includes a laser light source 72 that generates the laser light L and a power supply 74 that supplies power to the laser light source 72. The laser optical axis AL is defined by an intersection IP between the surface of the sample S and the optical axis As of the secondary optical system.0, And the laser light L emitted from the laser light source 72 irradiates the center of the inspection area on the surface of the sample S irradiated with the primary beam Bp. The adjustment of the laser beam axis AL is performed by, for example, using a laser detection sensor such as a laser power meter at the intersection IP.0And monitor the output and adjust the laser light source to maximize the value.
[0023]
During the inspection, when the primary beam Bp is irradiated on the surface of the sample S, there is a local difference in the amount of charge on the surface of the sample S depending on the shape and material of the surface of the sample S or a layer near the surface. In particular, when an insulator is present on the surface of the sample S, the charge amount is large, and the charges (electrons and holes) often stay without being able to move (neutralize).
[0024]
Therefore, in the present embodiment, by irradiating the laser light L from the laser light source 72, the staying charges or the charges in the vicinity thereof absorb the energy of the laser light L, thereby being in a movable state. Even if the charge amount of the entire insulator does not change, it is possible to reduce local charging at a charged portion on the sample surface and reduce a local potential difference.
[0025]
As a method of reducing such a local potential difference, more specifically,
1) A method of irradiating an electromagnetic wave having energy capable of making the entire charged portion of the insulator conductive.
2) A method of irradiating an electromagnetic wave which is given energy so that electrons and holes captured by a localized level of an insulator can move.
Other
3) A method of reducing electrification near the boundary between dissimilar materials existing on the sample surface
Is mentioned. Hereinafter, these methods will be described as first to third embodiments of the substrate inspection method according to the present invention.
[0026]
(2) First and second embodiments of the board inspection method
FIG. 5 is an explanatory diagram of the first and second embodiments of the substrate inspection method according to the present invention. The left surface of the insulator IS1 is locally charged by positive charges. Further, on the right surface of the insulator IS1, the electrons and holes are trapped at the localized levels and stay there. Note that the capture of electrons and holes by such local charging and localized levels can occur not only in the insulator portion but also in the semiconductor portion.
[0027]
FIG. 6 shows an energy band diagram of the insulator IS1. In order to move the electric charge locally charged to the insulator IS1, a laser beam (electromagnetic wave) L1 having energy equal to or larger than the band gap Eg of the insulator is irradiated and the electrons are irradiated as shown in the left part of FIG. -An electron-hole pair may be generated to bring the insulator IS1 into a conductive state. The wavelength λ1 of the laser beam L1 required for achieving such a state needs to satisfy λ1 <hc / Eg, where h is the Planck constant and c is the light speed. For example, if the insulator IS1 is made of silicon dioxide SiO2When the energy gap Eg = 9 (eV), the longest wavelength λm of the laser light L1 having energy equal to or larger than the energy gap is:
λm = hc / Eg = 137 (nm)
It is.
[0028]
Further, as shown in the right part of FIG. 5, the insulator IS1 has localized levels LL1 and LL2 (see the left part of FIG. 6) for capturing electrons and holes, and the electrons trapped therein. e2 and holes HL2 have a great influence on the charged state of the insulator IS1. The electrons e2 and holes HL2 captured by the localized levels LL1 and LL2 are irradiated with laser beams L2 and L3, respectively, as shown in FIG. The holes HL2 are respectively moved. As a result, it is possible to reduce local electrification caused by capture to the local potential and reduce a local potential difference. More specifically, as shown in FIG. 6, a laser beam (electromagnetic wave) L2 having energy equal to or greater than the difference Ee between the localized level LL1 where the electron e2 is captured and the conduction band bottom level Ec is irradiated. The captured electrons e2 can move. The wavelength λ2 of the laser beam L2 necessary for achieving such a state needs to satisfy λ2 <hc / Ee. Similarly, if a laser beam (electromagnetic wave) L3 having energy equal to or greater than the difference Eh between the localized level LL2 at which the hole HL2 is captured and the valence band top level Ev is irradiated, the captured hole HL2 moves. It becomes possible. The wavelength λ3 of the laser beam L3 necessary for achieving such a state needs to satisfy λ3 <hc / Eb. The shorter the wavelength of the laser beam, the larger the scale and cost of the device, but generally, λ1 <λ2 and λ1 <λ3. Therefore, the insulator IS1 due to the movement of the trapped electrons e2 and the holes HL2 described above. If there is no problem in the performance of the device due to the reduction in local charging, the size and cost of the laser beam irradiation device 70 can be reduced. As a result, the cost and size of the apparatus can be further reduced.
[0029]
(3) Third embodiment of substrate inspection method
The present embodiment is a method for reducing the charge of the insulator near the boundary between the insulator and the conductor or near the boundary between the insulator and the semiconductor. Even if only the inspection method of the third embodiment is used, Since the local potential difference near the boundary is reduced, it is possible to suppress the distortion of the secondary beam detection image and the decrease in contrast without making the charged portion of the insulator conductive. For example, when the insulator is positively charged, electrons can be transferred (injected) from a metal or semiconductor to the insulator to neutralize the positive charge. In the example shown in FIG. 7, the laser beam L4 is irradiated on the boundary C3 between the metal ML and the insulator IS2 to move electrons from the metal ML to the insulator IS2.
[0030]
FIG. 8 shows an energy band diagram of a metal-insulator junction. A laser beam (electromagnetic wave) L4 having energy equal to or more than the energy eφ of the contact potential barrier at the boundary between the metal ML and the insulator IS2 is irradiated on the above-described boundary C3, and electrons e4 in the metal ML are moved to the insulator IS2. Just fine. The wavelength λ4 of the laser beam L4 necessary for achieving such a state needs to satisfy λ4 <hc / Eb. Here, for example, the conductor is silicon Si, and the insulator is silicon dioxide SiO2And Si-SiO2When the potential barrier Eb of the contact portion is 3.5 (eV), the longest wavelength λm of the laser beam L4 having energy equal to or higher than the potential barrier is:
λm = hc / Eg = 354 (nm)
It is.
[0031]
Generally, since λ1 <λ4, if there is no problem in the performance of the device by neutralizing the positive charge of the insulator IS2 near the boundary, the size and cost of the laser beam irradiation device 70 should be reduced. Therefore, a small-sized apparatus can be provided at a lower cost.
[0032]
In the present embodiment, the laser light irradiation device 70 is used to reduce a local potential difference on the surface of the sample S. However, a device that irradiates other electromagnetic waves according to the material or shape of the sample to be inspected, For example, an X-ray irradiation device or an ultraviolet lamp may be used.
[0033]
(4) Second Embodiment of Board Inspection Apparatus
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the board inspection apparatus according to the present invention. The features of the substrate inspection apparatus 2 shown in the figure are that additional electron beam irradiation apparatuses 80 and 90 for generating and irradiating the sample S with the electron beams EB1 and EB2 respectively, a CAD data storage unit 68, and an electron beam irradiation condition processing The device further comprises a device 66 and an electron beam irradiation condition storage device 64. Other configurations of the board inspection apparatus 2 are substantially the same as those of the board inspection apparatus 1 shown in FIG.
[0034]
When inspecting the sample surface, the electron beam irradiation device 80SSOn the other hand, an arbitrary point in the imaging region is defined by an intersection IP between the optical axis As of the secondary optical system and the surface of the sample S.0Rather than the optical axis A of the electron beam from the electron beam device 80 itself.EB1Of intersection between the sample and the surface of sample S1Is arranged at a position where the light passes first. Similarly, the electron beam irradiating device 90 moves the stage scan direction DSSIn contrast, an arbitrary point in the photographing area is1Rather than the electron beam optical axis A of the electron beam device 90 itself.EB 2Of intersection between the sample and the surface of sample S2Is arranged at a position where the light passes first. With such an arrangement, the potential difference on the sample surface can be reduced by the electron beam devices 80 and 90 before the signal of the secondary electron image on the sample surface is acquired by the electron detection unit 30. Hereinafter, in the present embodiment, the intersection IP2, Intersection IP1, And intersection IP0An example in which the sample surface moves in the following order will be described.
[0035]
The electron beam irradiation device 80 includes a W filament 82, a Wehnelt electrode 84, and an anode 86. The W filament 82 has a coil shape and generates an electron beam EB1. In the present embodiment, the W filament 82 is arranged so that the electron beam EB1 is irradiated on the surface of the sample S vertically. The Wehnelt electrode 84 controls the emission amount of the electron beam EB1 emitted from the W filament 82. The anode 86 extracts the electron beam EB1 emitted from the W filament 84. The W filament 82, Wehnelt electrode 84, and anode 86 are all connected to and controlled by an electron gun controller 88.
[0036]
Similarly, the electron beam irradiation device 90 includes a W filament 92 for generating an electron beam EB2, a Wehnelt electrode 94, and an anode 96. These components are a W filament 82 of the electron beam irradiation device 80, a Wehnelt electrode 84 and the anode 86 are arranged in the same manner and exhibit the same function. Therefore, these components will not be described in detail.
[0037]
The CAD data storage device 68 stores layout pattern data of the sample S to be inspected and data of electrical characteristics of each layout pattern. The electron beam irradiation condition processing device 66 uses the data stored in the CAD data storage device 68 to calculate the irradiation conditions of the primary beam Bp and the electron beams EB1 and EB2 before the inspection. The electron beam irradiation condition storage device 64 stores the calculation result of the electron beam irradiation condition processing device 66.
[0038]
(5) Fourth embodiment of the board inspection method according to the present invention
First, the principle of the substrate inspection method according to the present embodiment will be described.
[0039]
In order to solve the problems of distortion of the detected image of the secondary beam and lowering of the contrast, it is only necessary to reduce the potential gradient on the sample surface which causes these problems. Explaining with the example shown in FIG. 16, if the surface of the sample S is irradiated with the primary beam Bp under the condition that the insulator portion 214 is negatively charged, the potential difference between the metal wiring portion 212 and the insulator portion 214 can be reduced. good. Normally, a contact potential is generated at the contact portion between the metal and the insulator, and the insulator has a positive potential of several volts more than the metal even when the primary beam Bp is not irradiated. Therefore, the primary beam Bp may be applied under the condition that the insulator is negatively charged.
[0040]
The condition that the insulator is negatively charged means, for example, that the primary beam is irradiated with incident energy at which the total secondary electron emission ratio σ from the insulator is less than 1, and the value of the incident energy at that time is as follows: For example, as shown in FIG.2If it is 214, it is about 1 keV or more or about 50 eV or less as shown in FIG. Increasing the amount of secondary electrons (here, secondary electrons including reflected electrons and backscattered electrons) generated by electron beam irradiation increases the amount of signal for forming an image. Time becomes shorter. That is, the inspection time can be shortened. Conventionally, a method of setting the total secondary electron emission ratio δ to 1 or more has been used in consideration of the inspection throughput. However, in the present embodiment, the insulator is negatively charged by setting the total secondary electron emission ratio σ <1 contrary to the related art. Thereby, the accuracy of the detected image can be improved. Hereinafter, the step of irradiating the electron beam under the condition that the insulator is negatively charged is referred to as step 1.
[0041]
According to the above-described step 1, for example, with respect to the sample S illustrated in FIG. 16, the potential of the insulator 214 gradually decreases from the initial state of + several V with respect to the metal wiring 212, and is illustrated in FIG. 11. Thus, the potential becomes the same as that of the metal wiring portion 212. The secondary beam trajectories Bsp2 and Bsp4 in this state are ideal electron beam trajectories TJ for performing accurate mapping projection.IP2, TJIP4And the same respectively. As a result, it is possible to obtain a detected image without distortion or contrast reduction.
[0042]
However, if the step of minimizing the surface potential difference of the sample S is performed prior to the step of acquiring the inspection image, it takes time to equalize the potential difference on the sample surface, and the inspection throughput is reduced. I will. Therefore, as will be described in detail later, an electron beam separate from the primary beam for observation Bp is used, and in parallel with the irradiation of the primary beam Bp, immediately before the irradiation of the primary beam Bp, a separate electron beam is applied to the inspection area on the surface of the sample S. By previously irradiating the electron beam, the surface potential difference in that area is made as small as possible, so that the waiting time is almost eliminated, and the problem of a decrease in throughput can be solved. In the present embodiment, the pre-processing using the electron beams EB1 and EB2 is performed using the additional electron beam irradiation devices 80 and 90, respectively. Hereinafter, this pretreatment step is referred to as step 2.
[0043]
In Steps 1 and 2, the difference in the dose of the electron beam required to minimize the surface potential difference is caused by the layout pattern and electrical characteristics of the metal wiring portion 212 and the insulator portion 214 on the surface of the sample S. There is a problem that occurs. For example, in a region where the occupation ratio of the metal wiring portion 212 is large, a large amount of electrons leak from the insulator portion 214 to the metal wiring portion 212, so that a large amount of electron beam irradiation is required until the surface potential difference is minimized. . Further, depending on whether or not the metal wiring portion 212 and the substrate S are conductive, a difference occurs in the amount of electron leakage from the insulator portion 214. These problems cause image distortion and defocus due to non-uniform surface potential in the same visual field when imaging the surface of the sample S. In order to avoid this problem, more specific irradiation conditions under the condition that the insulator portion 214 is negatively charged, for example, electrons per unit area of the substrate S in accordance with the above-described layout pattern and electric characteristics. What is necessary is just to adjust the total current amount of the beam and the incident energy of the electron beam to the sample. For example, in a region where the occupation ratio of the metal wiring portion 212 is large, a region where the metal wiring portion 212 is electrically connected to the substrate, or the like, the amount of electrons leaking from the insulator portion 214 is large. It is preferable that the total current amount of the beam is made larger than that in the other regions, and that the electron beam irradiation can be performed with incident energy at which the total secondary electron emission efficiency σ becomes smaller.
[0044]
It is also effective to irradiate the electron beam under the condition that the insulator becomes positively charged before the step 1 as a method for making the surface potential of the sample uniform. Hereinafter, such a pretreatment step is referred to as step 3.
[0045]
FIG. 12 is a diagram for explaining a problem when the primary beam Bp is excessively irradiated on the surface of the sample S under the above-described negative charging condition. If the primary beam Bp is excessively irradiated on the insulator 214, the insulator 214 may be negatively charged as shown in FIG. In the same image at the time of imaging the surface of the sample S, even if the surface potential is made uniform in other regions, the insulating portion may be formed depending on the layout pattern and the electrical characteristics in the region shown in FIG. A case is considered in which the 214 becomes a negatively charged state and becomes a negative potential with respect to the potential of the metal wiring portion 212, and the uniform state of the surface potential is rather broken. Even in such a case, similar to the case of the positive charging shown in FIG. 16, a local potential gradient not parallel to the surface of the sample S near the boundary 216 between the metal wiring portion 212 and the insulator portion 214. Occurs. This potential gradient is generated when the secondary electrons emitted from the point P2 in the metal wiring portion near the boundary 216 and the point P4 in the insulator portion are controlled by the secondary optical system 20 to form an image on the MCP detector 31. Ideal electron beam trajectory TJ to perform accurate projection by improper deflectionIP2, TJIP4From the beam trajectory TJRP6, TJRP8It becomes a curved orbit like. In such a case, the primary beam Bp is irradiated beforehand on the surface of the sample S under the condition that the insulator portion 214 is positively charged before the process of Step 1, and a region (for example, the metal wiring portion 212) that is likely to be negatively charged in Step 1 The region where the occupation ratio is small, or the region where the metal wiring portion 212 is not electrically connected to the substrate, etc.) is positively charged before other regions in Step 3. By such a process, it is possible to avoid the problem that the surface potential locally varies depending on the pattern layout and the electrical characteristics on the surface of the sample S when imaging the surface of the sample S in step 1.
[0046]
The board inspection apparatus 2 shown in FIG. 9 operates according to such an inspection principle. Hereinafter, the characteristic operation of the board inspection apparatus 2 will be described more specifically.
[0047]
First, prior to the inspection, the electron beam irradiation condition processing device 66 fetches the layout pattern data and the electrical characteristic data of the sample S from the CAD data storage device 68, and the observation target portion on the sample S, that is, the imaging region, Intersection IP between optical axis As and sample S surface0Is set, the irradiation conditions of the primary beam Bp and the electron beams EB1 and EB2 at the respective positions of the stage 43 are set so that the surface potential in the imaging region is made uniform or the surface potential difference is minimized. calculate. This calculation result is stored in the electron beam irradiation condition storage device 64.
[0048]
Next, after the start of the inspection, the host computer 60 refers to the current position information of the stage 43 supplied from the stage driving device 47, and determines the irradiation conditions of the electron beam EB2, the electron beam EB1, and the primary beam Bp at the stage position. It is extracted from the electron beam irradiation condition storage device 64. Further, the host computer 60 transmits these irradiation condition data to the electron beam device control unit 98, the electron beam device control unit 88, the electron gun control unit 16 and the multiple quadrupole lens control unit 17, and transmits the data to the electron beam device 90. , The electron beam device 80 and the primary optical system 10 are respectively controlled to adjust the irradiation conditions of the electron beam EB2, the electron beam EB1, and the primary beam Bp. As the irradiation conditions, for example, the following five cases are considered as shown in FIG.
[0049]
(Case 1) The primary beam Bp is irradiated under the condition that the insulator is negatively charged. The electron beams EB1 and EB2 are not irradiated.
(Case 2) The primary beam Bp is irradiated under the condition that the insulator is negatively charged. The electron beam EB1 is irradiated under the condition that the insulator is negatively charged. The electron beam EB2 is not irradiated.
(Case 3) The primary beam Bp is irradiated under the condition that the insulator is negatively charged. The electron beam EB1 is irradiated under the condition that the insulator is positively charged. The electron beam EB2 is not irradiated.
(Case 4) The primary beam Bp is irradiated under the condition that the insulator is negatively charged. The electron beam EB1 is irradiated under the condition that the insulator is negatively charged. The electron beam EB2 is irradiated under the condition that the insulator is positively charged.
(Case 5) The primary beam Bp is irradiated under the condition that the insulator is negatively charged. The electron beam EB1 is irradiated under the condition that the insulator is positively charged. The electron beam EB2 is irradiated under the condition that the insulator is negatively charged.
[0050]
As described above, by inspecting the sample S under the optimum conditions for uniformizing the surface potential of the sample adopted by the electron beam irradiation condition processing device 66, it is possible to obtain a highly accurate detection image without image distortion and defocus. Can be.
[0051]
In the above description, the form using two additional electron beam devices for uniforming the surface potential has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, an additional electron beam device such as a substrate inspection device 3 shown in FIG. Even when only one beam device is provided or when three or more additional electron beam devices are provided (not shown), the above-described method can be similarly applied.
[0052]
(6) Semiconductor device manufacturing method
By using the above-described substrate inspection process in the process of manufacturing a semiconductor device, the substrate can be inspected with high accuracy, so that the semiconductor device can be manufactured with a higher yield.
[0053]
Although the embodiments of the present invention have been described above, it is apparent that the present invention is not limited to the above embodiments, but can be variously applied within the technical scope thereof. For example, in the above-described embodiment, the stage scanning type substrate inspection apparatus has been described. However, it is needless to say that the present invention can also be applied to a beam scanning type substrate inspection apparatus using a deflector. The present invention is also applicable to a board inspection apparatus provided.
[0054]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention has the following effects.
[0055]
That is, according to the present invention, it is possible to obtain an inspection image in which distortion and a decrease in contrast at a boundary where a local potential difference occurs on the sample surface are suppressed, so that the inspection accuracy can be further improved.
[0056]
Further, according to the present invention, a semiconductor device can be manufactured with a higher yield because a substrate inspection method capable of obtaining an inspection image with high accuracy is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a substrate inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a specific configuration of a Wien filter included in the substrate inspection apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory view of the operation principle of the Wien filter shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory view of the operation principle of the Wien filter shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a first embodiment and a second embodiment of a substrate inspection method according to the present invention.
6 is an explanatory diagram of an energy band of the insulator shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a third embodiment of the substrate inspection method according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an energy band at a joint between a metal and an insulator shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a block diagram showing a second embodiment of the board inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 10: SiO26 is a graph illustrating an example of a relationship between an incident energy of an electron beam and a total secondary electron emission ratio in the first embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an effect of the fourth embodiment of the substrate inspection method according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram for explaining a problem when the primary beam is excessively irradiated on the insulator on the sample surface under the negative charging condition.
13 is a table showing combinations of electron beam irradiation conditions of the substrate inspection apparatus shown in FIG.
FIG. 14 is a block diagram showing a third embodiment of the board inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a problem of a conventional board inspection method.
FIG. 16 is an explanatory view of another problem of the conventional board inspection method.
[Explanation of symbols]
1-3 Board inspection device
9 Aperture position surface
10. Primary optical system
11 electron gun
15 Multi-stage quadrupole lens
16 electron gun controller
17 Multi-stage quadrupole lens controller
20 Secondary optics
21 Cathode lens
22 Second lens
23 Third lens
24 Fourth lens
25 Aperture angle aperture
26 Field stop
30 electron detector
31 MCP detector
32 fluorescent plate
33 Light Guide
34 Image sensor
41 Wien filter
41a, 41b electrodes
41c, 41d Magnetic pole
43 stages
47 Stage drive
51 Stage voltage controller
52 Cathode lens controller
53 Wien filter controller
54 Second lens control unit
55 Third lens control unit
56 Fourth lens control unit
57 MCP detection system controller
58 Image signal processing unit
60 Host computer
62 Display
64 Electron beam irradiation condition storage device
66 Electron beam irradiation condition processing equipment
68 CAD data storage device
70 Laser beam irradiation device
72 Laser light source
74 power supply
80,90 Electron beam irradiation device
82,92 W filament
84,94 Wehnelt electrode
86,96 anode
88,98 electron gun controller
112 linear cathode
114 Wehnelt electrode
116 anode
118 deflector
212 metal wiring
214 Insulator
216 border
AEB1, AEB2  Optical axis of electron beam
AL laser beam axis
As Secondary optical system optical axis
Bp primary beam
Bs secondary beam
C1, C2 boundary
CB conduction band
e1 to e4 electron
HL1 to HL4 holes
IL2, IL4 equipotential line
IS1, IS2 insulator
IP0  Intersection between the optical axis of the secondary optical system and the sample surface
IP1, IP2  Intersection between the optical axis of the electron beam and the sample surface
L, L1 to L4 laser light
LL1, LL2 localized level
ML metal
S sample
TJIP2, TJIP4  Ideal electron beam orbit
VB valence band

Claims (27)

電子ビームを生成し、検査対象である基板に一次ビームとして照射させる電子ビーム照射手段と、
前記電子ビームの照射を受けて前記基板から発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくとも一つを検出し、前記基板表面の一次元像または二次元像となる信号を出力する電子ビーム検出手段と、
前記二次電子、前記反射電子および前記後方散乱電子の少なくとも一つを二次ビームとして前記電子ビーム検出手段に像結像させる写像投影光学手段と、
電磁波を生成し、前記基板表面の前記二次ビームが発生する箇所に前記電磁波を照射させる電磁波照射手段と、
を備える基板検査装置。
Electron beam irradiation means for generating an electron beam and irradiating the substrate to be inspected as a primary beam,
An electron beam that detects at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons generated from the substrate under irradiation of the electron beam, and outputs a signal that is a one-dimensional image or a two-dimensional image of the substrate surface. Detecting means;
Mapping projection optical means for forming an image on the electron beam detection means as a secondary beam at least one of the secondary electrons, the reflected electrons and the backscattered electrons,
Electromagnetic wave irradiating means for generating an electromagnetic wave and irradiating the electromagnetic wave to a place where the secondary beam is generated on the substrate surface,
A substrate inspection device comprising:
前記電磁波照射手段は、前記電磁波が前記基板の表面に照射する領域と前記一次ビームが前記基板の表面に照射する領域とが重複するように、前記電磁波を照射させることを特徴とする請求項1に記載の基板検査装置。The electromagnetic wave irradiating means irradiates the electromagnetic wave such that a region where the electromagnetic wave irradiates the surface of the substrate and a region where the primary beam irradiates the surface of the substrate overlap with each other. A substrate inspection apparatus according to item 1. 前記電磁波照射手段は、前記一次ビームの照射と実質的に同時に、前記電磁波を前記基板の表面に照射させる、ことを特徴とする請求項1または2に記載の基板検査装置。The substrate inspection apparatus according to claim 1, wherein the electromagnetic wave irradiation unit irradiates the surface of the substrate with the electromagnetic wave substantially simultaneously with the irradiation of the primary beam. 前記電磁波の波長は、前記基板の表面における材料のバンドギャップまたは局在準位に基づいて決定される、ことを特徴とする請求項1または2に記載の基板検査装置。The substrate inspection apparatus according to claim 1, wherein the wavelength of the electromagnetic wave is determined based on a band gap or a localized level of a material on a surface of the substrate. 前記基板の表面は異なる複数の材料で形成され、
前記電磁波の波長は、前記異なる材料の接触部で発生する電位障壁の高さに基づいて決定される、ことを特徴とする請求項1または2に記載の基板検査装置。
The surface of the substrate is formed of a plurality of different materials,
The substrate inspection apparatus according to claim 1, wherein a wavelength of the electromagnetic wave is determined based on a height of a potential barrier generated at a contact portion of the different materials.
電子ビームを生成し、表面に形成された絶縁体を有する検査対象である基板に前記絶縁体が負帯電する条件で照射させる電子ビーム照射手段と、
前記電子ビームの照射を受けて前記基板から発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくとも一つを検出し、前記基板表面の一次元像または二次元像となる信号を出力する電子ビーム検出手段と、
前記二次電子、前記反射電子および前記後方散乱電子の少なくとも一つを前記電子ビーム検出手段に像結像させる写像投影光学手段と、
を備える基板検査装置。
Electron beam irradiation means for generating an electron beam and irradiating a substrate to be inspected having an insulator formed on the surface under conditions where the insulator is negatively charged,
An electron beam that detects at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons generated from the substrate under irradiation of the electron beam, and outputs a signal that is a one-dimensional image or a two-dimensional image of the substrate surface. Detecting means;
Mapping projection optical means for forming an image of at least one of the secondary electrons, the reflected electrons and the backscattered electrons on the electron beam detection means,
A substrate inspection device comprising:
前記絶縁体が負帯電する条件は、前記基板に入射する電子の量に対する、前記基板から放出される前記二次電子、前記反射電子および前記後方散乱電子の総量との比である全二次電子放出比が1未満となる条件である、ことを特徴とする請求項6に記載の基板検査装置。The condition under which the insulator is negatively charged is a ratio of the total amount of the secondary electrons, the reflected electrons and the backscattered electrons emitted from the substrate to the amount of electrons incident on the substrate, and all the secondary electrons. The substrate inspection apparatus according to claim 6, wherein the condition is that the emission ratio is less than 1. 前記基板の所望の領域における表面電位差が最小になるように前記電子ビームを制御する電子ビーム照射条件制御手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項6または7に記載の基板検査装置。The substrate inspection apparatus according to claim 6, further comprising an electron beam irradiation condition control unit that controls the electron beam so that a surface potential difference in a desired region of the substrate is minimized. 前記基板は、表面に形成された金属および半導体の少なくとも一つをさらに有し、
前記電子ビーム照射条件制御手段は、前記金属、前記半導体および前記絶縁体の少なくとも一つのパターンレイアウトまたは電気的特性に応じて前記基板表面の単位面積あたりの前記電子ビームの総電流量または前記電子ビームの前記基板への入射エネルギーを制御する、ことを特徴とする請求項8に記載の基板検査装置。
The substrate further has at least one of a metal and a semiconductor formed on the surface,
The electron beam irradiation condition control means may include a total current amount of the electron beam per unit area of the substrate surface or the electron beam according to at least one pattern layout or electrical characteristics of the metal, the semiconductor, and the insulator. 9. The substrate inspection apparatus according to claim 8, wherein incident energy to said substrate is controlled.
前記電子ビーム照射手段は、
前記電子ビームを生成して一次ビームとして前記基板の検査対象領域に照射する第1の電子ビーム照射手段と、
前記電子ビームを生成して前記一次ビームの照射に先立って前記検査対象領域に照射させる第2の電子ビーム照射手段と、
を含む、ことを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の基板検査装置。
The electron beam irradiation means,
First electron beam irradiation means for generating the electron beam and irradiating the inspection target area of the substrate as a primary beam;
Second electron beam irradiation means for generating the electron beam and irradiating the inspection target area prior to the irradiation of the primary beam;
The substrate inspection apparatus according to any one of claims 6 to 9, further comprising:
前記絶縁体が正帯電する条件で前記電子ビームを生成し、前記一次ビームの照射に先立って前記基板に照射させる第3の電子ビーム照射手段をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の基板検査装置。The method according to claim 10, further comprising a third electron beam irradiation unit that generates the electron beam under a condition that the insulator is positively charged, and irradiates the substrate with the electron beam prior to the irradiation of the primary beam. Board inspection equipment. 前記電子ビーム照射手段は、前記電子ビームを一次ビームとして前記基板の検査対象領域に照射し、
前記絶縁体が正帯電する条件で前記電子ビームを生成し、前記一次ビームの照射に先立って前記検査対象領域に照射させる第2の電子ビーム照射手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の基板検査装置。
The electron beam irradiation means irradiates the inspection area of the substrate with the electron beam as a primary beam,
The apparatus further includes a second electron beam irradiation unit configured to generate the electron beam under the condition that the insulator is positively charged and to irradiate the inspection target area before the irradiation of the primary beam.
The substrate inspection apparatus according to any one of claims 6 to 9, wherein:
前記絶縁体が正帯電する条件は、前記全二次電子放出比が1を超える条件である、ことを特徴とする請求項11または12に記載の基板検査装置。13. The substrate inspection apparatus according to claim 11, wherein the condition under which the insulator is positively charged is a condition under which the total secondary electron emission ratio exceeds 1. 電子ビームを生成し、検査対象である基板に一次ビームとして照射する工程と、
前記電子ビームの照射を受けて前記基板から発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくとも一つを二次ビームとして投影して像結像させる工程と、
前記像結像した前記二次ビームを検出し、前記基板表面の一次元像または二次元像となる信号を出力する工程と、
電磁波を生成し、前記基板表面の前記二次ビームが発生する箇所に前記電磁波を照射させる工程と、
を備える基板検査方法。
A step of generating an electron beam and irradiating the substrate to be inspected as a primary beam,
A step of projecting at least one of secondary electrons, reflected electrons and backscattered electrons generated from the substrate under irradiation of the electron beam as a secondary beam to form an image,
Detecting the image-formed secondary beam, and outputting a signal that is a one-dimensional image or a two-dimensional image of the substrate surface,
Generating an electromagnetic wave, and irradiating the electromagnetic wave to a location on the substrate surface where the secondary beam is generated,
A board inspection method comprising:
前記電磁波は、前記一次ビームの照射と実質的に同時に前記基板の表面に照射することを特徴とする請求項14に記載の基板検査方法。The substrate inspection method according to claim 14, wherein the electromagnetic wave irradiates the surface of the substrate substantially simultaneously with the irradiation of the primary beam. 前記電磁波が前記基板の表面に照射する領域と前記一次ビームが前記基板の表面に照射する領域とが重複するように、前記電磁波の軌道が制御されることを特徴とする請求項14または15に記載の基板検査方法。The trajectory of the electromagnetic wave is controlled such that an area where the electromagnetic wave irradiates the surface of the substrate and an area where the primary beam irradiates the surface of the substrate overlap, and the trajectory of the electromagnetic wave is controlled. The board inspection method described. 前記電磁波の波長は、前記基板の表面における材料のバンドギャップまたは局在準位に基づいて決定される、ことを特徴とする請求項14乃至16のいずれかに記載の基板検査方法。17. The substrate inspection method according to claim 14, wherein the wavelength of the electromagnetic wave is determined based on a band gap or a localized level of a material on a surface of the substrate. 前記基板の表面は異なる複数の材料で形成され、
前記電磁波の波長は、前記異なる材料の接触部で発生する電位障壁の高さに基づいて決定される、ことを特徴とする請求項14乃至16のいずれかに記載の基板検査方法。
The surface of the substrate is formed of a plurality of different materials,
17. The substrate inspection method according to claim 14, wherein the wavelength of the electromagnetic wave is determined based on a height of a potential barrier generated at a contact portion between the different materials.
電子ビームを生成し、表面に形成された絶縁体を有する検査対象である基板に前記絶縁体が負帯電する条件で照射させる電子ビーム照射工程と、
前記電子ビームの照射を受けて前記基板から発生した二次電子、反射電子および後方散乱電子の少なくとも一つを二次ビームとして投影して像結像させる工程と、
前記像結像した二次ビームを検出し、前記基板表面の一次元像または二次元像となる信号を出力する工程と、
を備える基板検査方法。
An electron beam irradiation step of generating an electron beam and irradiating the substrate to be inspected having an insulator formed on the surface under conditions where the insulator is negatively charged,
A step of projecting at least one of secondary electrons, reflected electrons and backscattered electrons generated from the substrate under irradiation of the electron beam as a secondary beam to form an image,
Detecting the image-formed secondary beam, and outputting a signal that becomes a one-dimensional image or a two-dimensional image of the substrate surface,
A board inspection method comprising:
前記絶縁体が負帯電する条件は、前記基板に入射する電子の量に対する、前記基板から放出される前記二次電子、前記反射電子および前記後方散乱電子の総量との比である全二次電子放出比が1未満となる条件である、ことを特徴とする請求項19に記載の基板検査方法。The condition under which the insulator is negatively charged is a ratio of the total amount of the secondary electrons, the reflected electrons and the backscattered electrons emitted from the substrate to the amount of electrons incident on the substrate, and all the secondary electrons. 20. The method according to claim 19, wherein the emission ratio is less than 1. 前記基板の検査対象領域における表面電位差が最小になるように前記電子ビームを制御する電子ビーム照射条件制御工程をさらに備える、ことを特徴とする請求項19または20に記載の基板検査方法。21. The substrate inspection method according to claim 19, further comprising an electron beam irradiation condition control step of controlling the electron beam such that a surface potential difference in an inspection target area of the substrate is minimized. 前記基板は、表面に形成された金属および半導体の少なくとも一つをさらに有し、
前記電子ビーム照射条件制御工程は、前記金属、前記半導体および前記絶縁体の少なくとも一つのパターンレイアウトまたは電気的特性に応じて前記基板表面の単位面積あたりの前記電子ビームの総電流量または前記電子ビームの前記基板への入射エネルギーを制御する工程を含む、ことを特徴とする請求項21に記載の基板検査方法。
The substrate further has at least one of a metal and a semiconductor formed on the surface,
The electron beam irradiation condition control step may include a step of controlling a total current amount of the electron beam per unit area of the substrate surface or the electron beam according to at least one pattern layout or electrical characteristics of the metal, the semiconductor, and the insulator 22. The substrate inspection method according to claim 21, further comprising a step of controlling incident energy on the substrate.
前記電子ビーム照射工程は、
前記電子ビームを生成して一次ビームとして前記基板の検査対象領域に照射する第1の電子ビーム照射工程と、
前記電子ビームを生成して前記一次ビームの照射に先立って前記検査対象領域に照射する第2の電子ビーム照射工程と、
を含む、ことを特徴とする請求項19乃至22のいずれかに記載の基板検査方法。
The electron beam irradiation step,
A first electron beam irradiation step of generating the electron beam and irradiating the inspection target area of the substrate as a primary beam;
A second electron beam irradiation step of generating the electron beam and irradiating the inspection target area prior to the irradiation of the primary beam;
The substrate inspection method according to any one of claims 19 to 22, comprising:
前記絶縁体が正帯電する条件で前記電子ビームを生成し、前記一次ビームの照射に先立って前記基板に照射させる第3の電子ビーム照射工程をさらに備えることを特徴とする請求項23に記載の基板検査方法。24. The method according to claim 23, further comprising a third electron beam irradiation step of generating the electron beam under the condition that the insulator is positively charged, and irradiating the substrate with the electron beam prior to the irradiation of the primary beam. Board inspection method. 前記電子ビーム照射工程は、前記電子ビームを一次ビームとして前記基板の検査対象領域に照射する第1の電子ビーム照射工程であり、
前記絶縁体が正帯電する条件で前記電子ビームを生成し、前記一次ビームの照射に先立って前記検査対象領域に照射させる第2の電子ビーム照射工程をさらに備える、
ことを特徴とする請求項19乃至22のいずれかに記載の基板検査方法。
The electron beam irradiation step is a first electron beam irradiation step of irradiating the inspection target area of the substrate with the electron beam as a primary beam,
Generating an electron beam under the condition that the insulator is positively charged, and further comprising a second electron beam irradiation step of irradiating the inspection target area prior to irradiation of the primary beam,
The substrate inspection method according to claim 19, wherein:
前記絶縁体が正帯電する条件は、前記全二次電子放出比が1を超える条件である、ことを特徴とする請求項24または25に記載の基板検査方法。26. The substrate inspection method according to claim 24, wherein the condition under which the insulator is positively charged is a condition under which the total secondary electron emission ratio exceeds 1. 請求項14乃至26のいずれかに記載の基板検査方法を用いる半導体装置の製造方法。A method of manufacturing a semiconductor device using the substrate inspection method according to claim 14.
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