JP2018041737A - Electron beam device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子ビームを用いて検査対象の表面に形成されたパターンの欠陥等を検査する検査装置に関し、詳しくは、半導体製造工程におけるウェーハの欠陥を検出する場合のように、電子ビームを検査対象に照射してその表面の性状に応じて変化する二次電子を捕捉して画像データを形成し、その画像データに基づいて検査対象の表面に形成されたパターン等を高いスループットで検査する検査装置、並びにそのような検査装置を用いて歩留まり良くデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。より具体的には、面ビームを用いた写像投影方式による検出装置および該装置を用いたデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to an inspection apparatus for inspecting a defect or the like of a pattern formed on a surface to be inspected using an electron beam, and more specifically, inspecting an electron beam as in the case of detecting a wafer defect in a semiconductor manufacturing process. Inspection that irradiates the target and captures secondary electrons that change according to the surface properties to form image data, and inspects the pattern formed on the surface of the inspection target with high throughput based on the image data The present invention relates to an apparatus and a device manufacturing method for manufacturing a device with high yield using such an inspection apparatus. More specifically, the present invention relates to a detection apparatus using a projection method using a surface beam and a device manufacturing method using the apparatus.
半導体プロセスにおいて、デザインルールは１００ｎｍの時代を迎えようとしており、また生産形態はＤＲＡＭに代表される少品種大量生産からＳＯＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ
ｃｈｉｐ）のように多品種少量生産へ移行しつつある。それに伴い、製造工程数が増加し、各工程毎の歩留まり向上は必須となり、プロセス起因の欠陥検査が重要になる。本発明は半導体プロセスにおける各工程後のウェーハ等の検査に用いられる装置に関し、電子ビームを用いた検査方法及び装置またはそれを用いたデバイス製造方法に関する。
In the semiconductor process, the design rule is about to reach the age of 100 nm, and the production form is changed from mass production of small varieties represented by DRAM to SOC (Silicon on
chip), and is shifting to high-mix low-volume production. Along with this, the number of manufacturing processes increases, and it is essential to improve the yield for each process, and defect inspection due to the process becomes important. The present invention relates to an apparatus used for inspecting a wafer or the like after each step in a semiconductor process, and relates to an inspection method and apparatus using an electron beam or a device manufacturing method using the same.
半導体デバイスの高集積化、パターンの微細化に伴い、高分解能、高スループットの検査装置が要求されている。１００ｎｍデザインルールのウェーハ基板の欠陥を調べるためには、１００ｎｍ以下の線幅を有する配線におけるパターン欠陥やパーティクル・ビアの欠陥及びこれらの電気的欠陥を見る必要があり、したがって１００ｎｍ以下の分解能が必要であり、デバイスの高集積化による製造工程の増加により、検査量が増大するため、高スループットが要求されている。また、デバイスの多層化が進むにつれて、層間の配線をつなぐビアのコンタクト不良（電気的欠陥）を検出する機能も、検査装置に要求されている。現在は主に光方式の欠陥検査装置が使用されているが、分解能及びコンタクト不良検査の点では、光方式の欠陥検査装置に代わって、電子ビームを用いた欠陥検査装置が今後は検査装置の主流になると予想される。ただし、電子ビーム方式欠陥検査装置にも弱点があり、それはスループットの点で光方式に劣ることである。 With the high integration of semiconductor devices and the miniaturization of patterns, inspection apparatuses with high resolution and high throughput are required. In order to investigate defects on a wafer substrate of 100 nm design rule, it is necessary to look at pattern defects and particle / via defects in wirings having a line width of 100 nm or less and their electrical defects, and therefore a resolution of 100 nm or less is required. In addition, since the amount of inspection increases due to an increase in manufacturing process due to high integration of devices, high throughput is required. In addition, as the number of devices increases, the inspection apparatus is also required to have a function of detecting a contact failure (electrical defect) of a via that connects wirings between layers. At present, optical defect inspection equipment is mainly used. However, in terms of resolution and contact defect inspection, instead of optical defect inspection equipment, defect inspection equipment using electron beams will be used in the future. Expected to become mainstream. However, the electron beam type defect inspection apparatus has a weak point, which is inferior to the optical method in terms of throughput.
このため、高分解能、高スループット、且つ電気的欠陥検出が可能な検査装置の開発が要求されている。光方式での分解能は使用する光の波長の１／２が限界と言われており、実用化されている可視光の例では０．２μｍ程度である。 Therefore, development of an inspection apparatus capable of detecting electric defects with high resolution and high throughput is required. The resolution in the optical system is said to be limited to 1/2 of the wavelength of the light to be used, and is about 0.2 μm in the case of visible light that has been put into practical use.
一方、電子ビームを使用する方式では、通常、走査型電子ビーム方式（ＳＥＭ方式）が実用化されており、分解能は０．１μｍ、検査時間は８時間／枚（２００ｍｍウェーハ）である。電子ビーム方式はまた、電気的欠陥（配線の断線、導通不良、ビアの導通不良等）も検査可能であることが大きな特徴であるが、検査速度が非常に遅く、検査速度の速い欠陥検査装置の開発が期待されている。 On the other hand, in a method using an electron beam, a scanning electron beam method (SEM method) is usually put into practical use, with a resolution of 0.1 μm and an inspection time of 8 hours / piece (200 mm wafer). The electron beam method is also characterized by being capable of inspecting electrical defects (wire disconnection, conduction failure, via conduction failure, etc.), but a defect inspection device with a very low inspection speed and a high inspection speed. Development is expected.
一般に、検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では重要な工程の後、例えばエッチング、成膜、又はＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化処理後等に使用されている。 In general, an inspection apparatus is expensive and has a low throughput as compared with other process apparatuses. Therefore, after an important process at present, for example, after etching, film formation, or CMP (chemical mechanical polishing) planarization process, etc. It is used.
電子ビームを用いた走査（ＳＥＭ）方式の検査装置について説明する。ＳＥＭ方式の検査装置は電子ビームを細く絞って（このビーム径が分解能に相当する）これを走査してラ
イン状に試料を照射する。一方、ステージを電子ビームの走査方向に直角の方向に移動させることにより、平面状に観察領域を電子ビームで照射する。電子ビームの走査幅は一般に数１００μｍである。前記細く絞られた電子ビーム（一次電子線と呼ぶ）照射により発生した試料からの二次電子を検出器（シンチレータ＋フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）又は半導体方式の検出器（ＰＩＮダイオード型）等）で検出する。照射位置の座標と二次電子の量（信号強度）を合成して画像化し、記憶装置に記憶し、あるいはＣＲＴ（ブラウン管）上に画像を出力する。以上はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の原理であり、この方式で得られた画像から工程途中の半導体（通常はＳｉ）ウェーハの欠陥を検出する。検査速度（スループットに相当する）は一次電子線の量（電流値）、ビーム径及び検出器の応答速度で決まる。ビーム径０．１μｍ（分解能と同じと考えてよい）電流値１００ｎＡ、検出器の応答速度１００ＭＨｚが現在の最高値で、この場合で検査速度は２０ｃｍ径のウェーハ一枚あたり約８時間と言われている。この検査速度が光方式に比べてきわめて遅い（１／２０以下）ことが大きな問題点となっている。特に、ウェーハ上に作られた１００ｎｍ以下のデザイン・ルールのデバイス・パターン、即ち、１００ｎｍ以下の線幅や直径１００ｎｍ以下のビア等の形状欠陥や電気的欠陥の検出及び１００ｎｍ以下のゴミの高速の検出が必要となっている。
A scanning (SEM) type inspection apparatus using an electron beam will be described. The SEM inspection apparatus narrows the electron beam (this beam diameter corresponds to the resolution), scans it, and irradiates the sample in a line shape. On the other hand, by moving the stage in the direction perpendicular to the scanning direction of the electron beam, the observation region is irradiated with the electron beam in a planar shape. The scanning width of the electron beam is generally several 100 μm. A secondary electron from a sample generated by irradiation of the finely focused electron beam (referred to as a primary electron beam) is detected by a detector (scintillator + photomultiplier (photomultiplier tube) or semiconductor type detector (PIN diode type). Etc.). The coordinates of the irradiation position and the amount of secondary electrons (signal intensity) are combined and imaged and stored in a storage device, or an image is output on a CRT (CRT). The above is the principle of SEM (scanning electron microscope), and a defect in a semiconductor (usually Si) wafer in the process is detected from an image obtained by this method. The inspection speed (corresponding to the throughput) is determined by the amount of primary electron beam (current value), the beam diameter, and the response speed of the detector. The beam diameter is 0.1 μm (which may be considered to be the same as the resolution), the current value is 100 nA, the detector response speed is 100 MHz, and the inspection speed is said to be about 8 hours per 20 cm diameter wafer in this case. ing. A serious problem is that the inspection speed is extremely slow (1/20 or less) compared to the optical system. In particular, a device pattern with a design rule of 100 nm or less formed on a wafer, that is, detection of a shape defect such as a line width of 100 nm or less or a via having a diameter of 100 nm or less, or an electrical defect, and a high speed of dust of 100 nm or less. Detection is required.
上で説明したＳＥＭ方式の検査装置では、上記の検査速度がほぼ限界と考えられており、更に高速にする、すなわちスループットを上げるためには新しい方式が必要である。 In the SEM inspection apparatus described above, the above inspection speed is considered to be almost the limit, and a new method is necessary to further increase the speed, that is, to increase the throughput.
こうした必要に応えるため、本発明は、
行列を成したダイ内に形成されたパターンを有する基板を、電子を用いて検査する方法であって、
前記基板をステージ上に方向を指定して載置するステップと、
位置決めの基準となる基準ダイを選択し、該基準ダイの特徴点の座標を含んだパターンマッチ用テンプレート画像を取得するステップと、
前記基準ダイを含む行又は列にある任意のダイに、前記テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行し、前記任意のダイの特徴点の座標を取得するステップと、
前記任意のダイと前記基準ダイとの特徴点座標に基づき、前記基準ダイを含む行又は列と前記電子が前記基板を走査する方向とが成すずれ角を算出するステップと、
前記ずれ角を補正するように前記ステージを移動させて前記基板の位置合わせを行うステップと、
前記電子を前記基板に向けて照射するステップと
を含むことを特徴とする検査方法
を提供する。
To meet these needs, the present invention provides:
A method for inspecting a substrate having a pattern formed in a matrix of dies using electrons,
Placing the substrate on a stage with a specified direction;
Selecting a reference die to be a positioning reference, and obtaining a pattern matching template image including the coordinates of the feature points of the reference die;
Performing pattern matching on any die in a row or column containing the reference die using the template image to obtain the coordinates of the feature points of the any die;
Calculating a deviation angle formed by a row or column including the reference die and a direction in which the electrons scan the substrate based on the feature point coordinates of the arbitrary die and the reference die;
Moving the stage to correct the deviation angle and aligning the substrate;
Irradiating the electrons toward the substrate, and providing an inspection method.
前記試料の表面の情報を得た電子は、前記試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうちの少なくとも１つ、或いは前記試料の表面付近で反射されたミラー電子であることが望ましい。 The electron that has obtained information on the surface of the sample is at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons generated from the sample, or mirror electrons reflected near the surface of the sample. desirable.
本発明の検査方法により、１００ｎｍ以下の線幅の配線を有するウェーハ等の基板の欠陥を検査することが可能となる。 By the inspection method of the present invention, it becomes possible to inspect defects of a substrate such as a wafer having a wiring having a line width of 100 nm or less.
以下、本発明に係る半導体検査装置の実施の形態を、図面を参照しながら、下記の順番で詳細に説明する。
記
１． 全体構成
１―１）メインチャンバ、ステージ、真空搬送系外装
１−１−１）アクティブ除振台
１−１−２）メインチャンバ
１−１−３）ＸＹステージ
１−２）レーザ干渉測定系
１−３）検査部外装
２． 実施の形態
２−１）搬送系
２−１−１）カセットホルダ
２−１−２）ミニエンバイロメント装置
２−１−３）主ハウジング
２−１−４）ローダハウジング
２−１−５）ローダー
２−１−６）ステージ装置
２−１−７）ウェーハチャッキング機構
２−１−７−１）静電チャックの基本構造
２−１−７−２）２００／３００ブリッジツールのためのチャッキング機構
２−１−７−３）ウェーハチャッキング手順
２−１−８）２００／３００ブリッジツールのための装置構成
２−２）ウェーハの搬送方法
２−３）電子光学系
２−３−１）概要
２−３−２）構成の詳細
２−３−２―１）電子銃（電子線源）
２−３−２−２）一次光学系
２−３−２−３）二次光学系
２−３−３）Ｅ×Ｂユニット（ウィーンフィルタ）
２−３−４）検出器
２−３−５）電源
２−４）プレチャージユニット
２−５）真空排気系
２−６）制御系
２−６−１）構成及び機能
２−６−２）アライメント手順
２−６−３）欠陥検査
２−６−４）制御系構成
２−６−５）ユーザーインターフェース構成
２−７）その他の機能と構成の説明
２−７−１）制御電極
２−７−２）電位印加方法
２−７−３）電子ビームキャリブレーション方法
２−７−４）電極の清掃
２−７−５）アライメント制御方法
２−７−６）ＥＯ補正
２−７−７）画像比較方法
２−７−８）デバイス製造方法
２−７−９）検査
２−８）検査方法
２−８−１）概要
２−８−２）検査アルゴリズム
２−８―２−１）アレイ検査
２−８−２―２）ランダム検査
２−８−２−３）フォーカスマッピング
２−８−２−４）リソマージン測定
３． 他の実施の形態
３−１）ステージ装置の変形例
３−２）電子線装置の他の実施の形態
３−２−１）電子銃（電子線源）
３−２−２）電極の構造
３−３）制振装置に関する実施の形態
３−４）ウェーハの保持に関する実施の形態
３−５）Ｅ×Ｂ分離器の実施の形態
３−６）製造ラインの実施の形態
３−７）他の電子を用いた実施の形態
３−８）二次電子と反射電子を用いる実施の形態。
Hereinafter, embodiments of a semiconductor inspection apparatus according to the present invention will be described in detail in the following order with reference to the drawings.
2-3-2-2) Primary optical system 2-3-2-3) Secondary optical system 2-3-3) E × B unit (Wien filter)
2-3-4) Detector 2-3-5) Power supply 2-4) Precharge unit 2-5) Vacuum exhaust system 2-6) Control system 2-6-1) Configuration and function 2-6-2) Alignment procedure 2-6-3) Defect inspection 2-6-4) Control system configuration 2-6-5) User interface configuration 2-7) Description of other functions and configuration 2-7-1) Control electrode 2-7 -2) Potential application method 2-7-3) Electron beam calibration method 2-7-4) Electrode cleaning 2-7-5) Alignment control method 2-7-6) EO correction 2-7-7) Image Comparison Method 2-7-8) Device Manufacturing Method 2-7-9) Inspection 2-8) Inspection Method 2-8-1) Overview 2-8-2) Inspection Algorithm 2-8-2-1) Array Inspection 2 -8-2-2) Random inspection 2-8-2-3) Focus mapping 2-8- -4)
3-2-2) Structure of electrode 3-3) Embodiment related to vibration control device 3-4) Embodiment related to wafer holding 3-5) Embodiment of E × B separator 3-6) Production line Embodiments of 3-7) Embodiments using other electrons 3-8) Embodiments using secondary electrons and reflected electrons.
１ 全体構成
まず、該半導体検査装置の全体の構成について説明する。
装置の全体構成を図１を用いて述べる。装置は検査装置本体、電源ラック、制御ラック、画像処理ユニット、成膜装置、エッチング装置等から構成される。ドライポンプ等の粗引きポンプはクリーンルームの外に置かれる。検査装置本体内部の主要部分は、図２に示すように、電子ビーム光学鏡筒、真空搬送系、ステージを収容している主ハウジング、除振台、ターボ分子ポンプ等から構成されている。
1. Overall Configuration First, the overall configuration of the semiconductor inspection apparatus will be described.
The overall configuration of the apparatus will be described with reference to FIG. The apparatus includes an inspection apparatus main body, a power supply rack, a control rack, an image processing unit, a film forming apparatus, an etching apparatus, and the like. A roughing pump such as a dry pump is placed outside a clean room. As shown in FIG. 2, the main part inside the inspection apparatus main body is composed of an electron beam optical barrel, a vacuum transfer system, a main housing that houses a stage, a vibration isolation table, a turbo molecular pump, and the like.
制御系には二台のＣＲＴを備え、指示命令入力機能（キーボード等）を備えている。図３は機能からみた構成を示す。電子ビーム鏡筒は主に電子光学系、検出系、光学顕微鏡等から構成されている。電子光学系は電子銃、レンズ等、搬送系は真空搬送ロボット、大気搬送ロボット、カセットローダ、各種位置センサ等から構成されている。 The control system includes two CRTs and a command input function (such as a keyboard). FIG. 3 shows the configuration in terms of function. The electron beam column mainly includes an electron optical system, a detection system, an optical microscope, and the like. The electron optical system includes an electron gun, a lens, and the like, and the transfer system includes a vacuum transfer robot, an atmospheric transfer robot, a cassette loader, various position sensors, and the like.
ここでは、成膜装置及びエッチング装置、洗浄装置（図示していない）を検査装置本体近くに並べて設置しているが、これらは検査装置本体に組み込んでも良い。これらは、例えば試料の帯電抑制のために又は試料表面のクリーニングに使用される。スパッタ方式を用いると、一台で制膜及びエッチングの両方の機能を持たせることができる。 Here, the film forming apparatus, the etching apparatus, and the cleaning apparatus (not shown) are arranged side by side near the inspection apparatus main body, but these may be incorporated in the inspection apparatus main body. These are used, for example, for suppressing charge of the sample or for cleaning the sample surface. When the sputtering method is used, both functions of controlling film and etching can be provided by one unit.
図示していないが、使用用途によってはその関連装置を検査装置本体近くに並べて設置するか、それらの関連装置を検査装置本体に組み込んで使用しても良い。或いは、それらの関連装置に検査装置を組み込んでもよい。例えば、化学的機械研磨装置（ＣＭＰ）と洗浄装置を検査装置本体に組み込んでも良く、或いは、ＣＶＤ（化学蒸着法：chemical vapor deposition）装置を検査装置に組み込んでもよく、この場合、設置面積や試料搬送の
ためのユニットの数を節約でき、搬送時間を短縮できるなどのメリットが得られる。
Although not shown, depending on the intended use, the related devices may be installed side by side near the inspection apparatus main body, or the related apparatuses may be incorporated into the inspection apparatus main body and used. Or you may incorporate an inspection apparatus in those related apparatuses. For example, a chemical mechanical polishing apparatus (CMP) and a cleaning apparatus may be incorporated in the inspection apparatus main body, or a CVD (chemical vapor deposition) apparatus may be incorporated in the inspection apparatus. Advantages such as saving the number of units for conveyance and shortening the conveyance time can be obtained.
同様に、メッキ装置等の成膜装置に検査装置本体に組み込んでも良い。同様にリソグラフィ装置と組み合わせて使用することも可能である。
１―１）メインチャンバ、ステージ、真空搬送系外装
図４、図５、図６において、半導体検査装置の検査部の主要構成要素が示されている。半導体検査装置の検査部は、外部環境からの振動を遮断するためのアクティブ除振台４・１と、検査室であるメインチャンバ４・２と、メインチャンバ上部に設置された電子光学装置４・３と、メインチャンバ内部に搭載されたウェーハスキャン用のＸＹステージ５・１と、ＸＹステージ動作制御用のレーザ干渉測定系５・２と、メインチャンバに付随する真空搬送系４・４を備え、それらは図４、図５に示されるような位置関係で配置されている。半導体検査装置の検査部は、更に、検査ユニットの環境制御、及びメンテナンスを可能とするための外装６・１を備えており、図６に示されるような位置関係で配置されている。
Similarly, the inspection apparatus main body may be incorporated in a film forming apparatus such as a plating apparatus. It can also be used in combination with a lithographic apparatus.
1-1) Main chamber, stage, vacuum transfer system exterior In FIGS. 4, 5, and 6, main components of the inspection unit of the semiconductor inspection apparatus are shown. The inspection unit of the semiconductor inspection apparatus includes an active vibration isolation table 4. 1 for blocking vibrations from the external environment, a
１−１−１）アクティブ除振台
アクティブ除振台４・１は、アクティブ除振ユニット５・３上に溶接定盤５・４が搭載されており、この溶接定盤上に検査室であるメインチャンバ４・２、メインチャンバ上部に設置された電子光学装置４・３、及びメインチャンバに付随する真空搬送系４・４等を
保持するようになっている。これにより、検査部における外部環境からの振動を抑制できるようになっている。この実施の形態では、固有周波数がＸ方向５Ｈｚ、Ｙ方向５Ｈｚ、Ｚ方向７．６Ｈｚに対して±２５％以内に収まっており、制御性能は、各軸の伝達特性において、１Ｈｚで０ｄＢ以下、７．６Ｈｚで−６．４ｄＢ以下、１０Ｈｚで−８．６ｄＢ以下、２０Ｈｚで−１７．９ｄＢ以下となっている（以上、定盤上無負荷状態）。アクティブ除振台の他の構造では、メインチャンバ、電子光学装置等を吊り下げて保持するようになっている。さらに他の構造では、石定盤を搭載し、メインチャンバ等を保持するようになっている。
1-1-1) Active anti-vibration table Active anti-vibration table 4.1 is equipped with an active
１−１−２）メインチャンバ
メインチャンバ４・２は、検査環境である真空度（１０−４Ｐａ以下）を実現するためにターボ分子ポンプ７・２を下部に直接保持しており、ウェーハスキャン用の高精度のＸＹステージ５・１を内部に備え、外部からの磁気を遮蔽できるようになっている。この実施の形態では、高精度ＸＹステージの設置面の平面度を可能な限り良くするために以下の構造となっている。メインチャンバの下板７・３は、溶接定盤上に用意された特に平面度のよい部分７・４（この実施の形態では、平面度５μｍ以下）に設置、固定されている。さらに、メインチャンバ内部にはステージ設置面として中板を設けている。中板は、メインチャンバの下板に対して３点で支持されており、下板の平面度の影響を直接受けないようになっている。この実施の形態では、支持部分が球面座７・６により構成されている。中板は、自重及びステージ重さを負荷された場合にステージ設置面を平面度５μｍ以下に達成できるようになっている。また、内部の圧力変化（大気圧より真空度１０−4Ｐａ以
下）によるメインチャンバ変形のステージ取付け面に対する影響を抑えるために、下板の中板３点支持部分付近は、溶接定盤に直接固定されている。
1-1-2) Main chamber The
ＸＹステージを高精度に制御するためにレーザ干渉計によるステージ位置の測定系が設置されている。干渉計８・１は、測定誤差を抑えるために真空中に配されおり、直接測定誤差となる干渉計自体の振動を限りなくゼロとするために、この実施の形態では剛性の高いチャンバ壁７・７に直接固定されている。また、測定位置と検査位置の誤差を無くすために、干渉計による測定部分の延長線上が検査部分と極力一致するようになっている。また、ステージのＸＹ動作を行なうためのモータ８・２はこの実施の形態ではチャンバ壁７・７により保持されているが、メインチャンバへ及ぼすモータ振動の影響をさらに抑制する必要がある場合には溶接定盤７・１により直接保持し、ベローズ等の振動を伝達しない構造によりメインチャンバに取付けられる。
In order to control the XY stage with high accuracy, a stage position measurement system using a laser interferometer is installed. The
メインチャンバ４・２は、検査部分に及ぼす外部磁場の影響を遮断するために透磁率の高い材料で構成されている。この実施の形態では、パーマロイとＳＳ４００等の鉄に防錆コーティングとしてＮｉめっきを施したものとなっている。他の実施の形態では、パーメンジェール、スーパーマロイ、電磁軟鉄、純鉄などとなっている。さらに、チャンバ内部の検査部周辺を直接透磁率の高い材料で覆うことも磁気遮蔽効果として有効である。
The
１−１−３）ＸＹステージ
ＸＹステージ５・１は、真空中でウェーハを高精度にスキャンできるようになっている。ＸおよびＹのストロークは、例えば２００ｍｍウェーハ用としてそれぞれ２００ｍｍ〜３００ｍｍ、３００ｍｍウェーハ用としてそれぞれ３００ｍｍ〜６００ｍｍとなっている。この実施の形態でのＸＹステージの駆動は、メインチャンバ壁に固定されたＸおよびＹ軸駆動用のモータ８・２と、これらに磁性流体シール８・３を介して取付けられたボールネジ８・５により行われる。ＸおよびＹ駆動用のボールネジが、チャンバ壁に対して固定された状態でＸＹ動作を行なえるために、この実施の形態ではステージ構造は、以下のようになっている。
1-1-3) XY stage The XY stage 5.1 can scan a wafer with high accuracy in a vacuum. The strokes of X and Y are, for example, 200 mm to 300 mm for 200 mm wafers and 300 mm to 600 mm for 300 mm wafers, respectively. In this embodiment, the XY stage is driven by
まず下段には、Ｙステージ７・１０が配されており、駆動のためのボールネジ７・８およびクロスローラーガイド７・１１が設置されている。Ｙステージ上部には、Ｘ軸駆動用のボールネジ７・１４が設置された中間ステージ７・１２を介してさらにその上部にＸステージ７・１３が搭載されている。中間ステージとＹステージおよびＸステージは、Ｙ軸方向にクロスローラーガイドにより連結されている。これにより、Ｙ軸移動時にはＹステージおよび連結部７・１４によりＸステージが移動し、中間ステージは固定された状態のままとなる。他の実施の形態では、中間ステージは上段軸と並べて配置される二段構造となっている。また、他の実施の形態のＸＹステージでは、ＸＹステージそのものがリニアモータで駆動されるようになっている。さらに、全ストロークに渡りレーザ干渉計による測定が可能なように高精度ミラー８・４（この実施の形態では、平面度λ／２０以下、材質は合成石英にアルミ蒸着）が設置されている。
First, on the lower stage, Y stages 7 and 10 are arranged, and
また、真空中でウェーハアライメントを行なうためにＸＹステージ上にはθステージ７・１５が設置されている。この実施の形態におけるθステージでは、駆動用として２つの超音波モータ、位置制御用としてリニアスケールが配されている。Ｘ、Ｙ及びθ動作を行なう可動部に接続された種々のケーブルは、ＸステージおよびＹステージにそれぞれ保持されたケーブルベアによりクランプされ、チャンバ壁に設置されたフィードスルーを介してメインチャンバ外部へと接続されている。 In order to perform wafer alignment in vacuum, θ stages 7 and 15 are installed on the XY stage. In the θ stage in this embodiment, two ultrasonic motors for driving and a linear scale for position control are arranged. Various cables connected to the movable part that performs the X, Y, and θ operations are clamped by cable bearers respectively held by the X stage and the Y stage, and then to the outside of the main chamber through feedthroughs installed on the chamber walls. Connected with.
上記の構造による本実施の形態のスペックを表１、表２に示す。 Tables 1 and 2 show specifications of the present embodiment having the above structure.
レーザ干渉測定系は、Ｘ軸およびＹ軸に平行で、その延長線上が検査位置に相当する光軸を有するレーザ光学系と、その間に配された干渉計８・１により構成されている。本実施の形態における光学系の配置は、図９、図１０に示されるような位置関係で配置されている。溶接定盤上に設置されたレーザ９・１より発射されたレーザ光は、ベンダ９・２により垂直に立ち上げられたのちにベンダ１０・１により測定面と平行に曲げられる。さらに、スプリッタ９・４によりＸ軸測定用とＹ軸測定用に分配された後に、ベンダ１０・３およびベンダ９・６によりそれぞれＹ軸およびＸ軸に平行に曲げられ、メインチャンバ内部へと導入される。
上記光学系の立上げ時の調整方法を以下に説明する。まず、レーザより発射されたレーザ光が、ベンダ９・２により垂直に、ベンダ１０・１により水平に曲げられるように調整する。その後、ベンダ１０・３により曲げられ、Ｙ軸に対して高精度に垂直に設置されたミラー８・４に反射して戻る光軸が入射の光軸に完全に一致するようにベンダ１０・３を調整する。光軸の確認を、反射光を妨げないように干渉計を外した状態で、レーザ直後で行なうことにより、精度の高い調整が可能となる。また、Ｘ軸の光軸調整は、Ｙ軸の光軸調整を行なった後に、スプリッタ９・４とベンダ９・６により独立に行なうことができる。調整の要領はＹ軸と同様である。さらに、Ｘ軸およびＹ軸の入射光と反射光の軸を調整した後に、各光軸の交点（ミラーがないと考えた場合）をウェーハ検査位置に一致させる必要がある。このために、ベンダ１０・３を固定しているブラケットはＹ軸に対して垂直に、ベンダ９・６を固定しているブラケットはＸ軸に対して垂直に入射光と反射光を一致させたまま移動できるようになっている。さらに、ベンダ１０・１、スプリッタ９・４、ベンダ１０・３、ベンダ９・６はそれぞれの位置関係を保持したまま上下に移動できることが望ましい。
An adjustment method at the time of starting up the optical system will be described below. First, the laser light emitted from the laser is adjusted to be bent vertically by the vendor 9 • 2 and horizontally by the
また、立上げ後、運転中の本装置におけるレーザの交換に伴う光軸調整方法を以下に説明する。運転中のメインチャンバ内部が真空に保持されている状態の装置では、干渉計を取り外した光軸等が困難となっている。そこで、メインチャンバ外部の光路に数箇所ターゲット１０・２を設置し、立上げ時の光路がメインチャンバ外部のみで判断できる治具が用意されている。レーザ交換後は、レーザ取付け台に備えられた調整機能のみでターゲット１０・２に対して光軸を調整することにより、立上げ時に行なった調整を再現できるようになっている。
In addition, an optical axis adjustment method associated with laser replacement in this apparatus during operation after startup will be described below. In an apparatus in which the inside of the main chamber during operation is maintained in a vacuum, the optical axis and the like from which the interferometer is removed are difficult. Therefore, a jig is prepared in which several targets 10.2 are installed in the optical path outside the main chamber, and the optical path at the time of start-up can be determined only outside the main chamber. After the laser replacement, the adjustment performed at the time of start-up can be reproduced by adjusting the optical axis with respect to the
１−３）検査部外装
検査部外装４・７は、メンテナンス用のフレーム構造としての機能を備えられるようになっている。本実施の形態では、収納可能な両持ちクレーン１１・１が上部に搭載されている。クレーン１１・１は横行レール１１・２に取付けられ、横行レールはさらに走行レール（縦）１１・３に設置されている。走行レールは、通常時には図１１のように収納状態となっているのに対して、メンテナンス時には図１２のように上昇し、クレーンの上下方向のストロークを大きくすることが可能となっている。これにより、メンテナンス時には外装に内蔵されたクレーンにより電子光学装置４・３、メインチャンバ天板、ＸＹステージ５・１を装置背面に脱着可能となっている。外装に内蔵されたクレーンの他の実施の形態では、回転可能な片持ち軸を持つクレーン構造となっている。
1-3) Inspection unit exterior The
また、検査部外装は、環境チャンバとしての機能を兼ね備えることも可能となっている。これは、必要に応じて温度、湿度管理とともに、磁気遮蔽効果を有するようになっている。 Further, the exterior of the inspection unit can also have a function as an environmental chamber. This has a magnetic shielding effect as well as temperature and humidity management as required.
２ 実施の形態
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について、検査対象として表面にパターンが形成された基板すなわちウェーハを検査する半導体検査装置として説明する。
2. Embodiment Hereinafter, with reference to the drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described as a semiconductor inspection apparatus for inspecting a substrate, ie, a wafer, on which a pattern is formed as an inspection object.
２−１）搬送系
図１３及び図１４は、本発明に係る半導体検査装置の主要構成要素を立面図及び平面図で示している。この半導体検査装置１３・１は、複数枚のウェーハを収納したカセットを保持するカセットホルダ１３・２と、ミニエンバイロメント装置１３・３と、ワーキングチャンバを構成するローダハウジング１３・５と、ウェーハをカセットホルダ１３・２から主ハウジング１３・４内に配置されたステージ装置１３・６上に装填するローダー１３・７と、真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置１３・８とを備え、それらは図１３及び図１４に示されるような位置関係で配置されている。
2-1) Transport System FIGS. 13 and 14 show the main components of the semiconductor inspection apparatus according to the present invention in an elevation view and a plan view. The
半導体検査装置１３・１は、更に、真空の主ハウジング１３・４内に配置されたプレチャージユニット１３・９と、ウェーハに電位を印加する電位印加機構と、電子ビームキャリブレーション機構と、ステージ装置上でのウェーハの位置決めを行うためのアライメント制御装置１３・１０を構成する光学顕微鏡１３・１１とを備えている。
The
２−１−１）カセットホルダ
カセットホルダ１３・２は、複数枚（例えば２５枚）のウェーハが上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセット１３・１２（例えば、アシスト社製のＳＭＩＦ、ＦＯＵＰのようなクローズドカセット）を複数個（この実施の形態では２個）保持するようになっている。このカセットホルダ１３・２としては、カセットをロボット等により搬送してきて自動的にカセットホルダ１３・２に装填する場合にはそれに適した構造のものを、また人手により装填する場合にはそれに適したオープンカセット構造のものをそれぞれ任意に選択して設置できるようになっている。カセットホルダ１３・２は、この実施の形態
では、自動的にカセット１３・１２が装填される形式であり、例えば昇降テーブル１３・１３と、その昇降テーブル１３・１３を上下移動させる昇降機構１３・１４とを備え、カセット１３・１２は昇降テーブル１３・１３上に図１４で鎖線で示す状態で自動的にセット可能にされ、セット後、図１４で実線で示す状態に自動的に回転されてミニエンバイロメント装置内の第１の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。
2-1-1) Cassette Holder The cassette holder 13.2 is a
また、昇降テーブル１３・１３は図１３で鎖線で示す状態に降下される。このように、自動的に装填する場合に使用するカセットホルダ或いは人手により装填する場合に使用するカセットホルダはいずれも公知の構造のものを適宜使用すれば良いので、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。 Further, the elevating tables 13 and 13 are lowered to a state indicated by a chain line in FIG. As described above, the cassette holder used for automatic loading or the cassette holder used for manual loading may be any known structure, so that a detailed description of the structure and functions thereof is possible. Is omitted.
別の実施の形態では、図１５に示すように、複数の３００ｍｍ基板を箱本体１５・１の内側に固定した溝型ポケット(記載せず)に収納した状態で収容し、搬送、保管等を行うものである。この基板搬送箱１５・２は、角筒状の箱本体１５・１と基板搬出入ドア自動開閉装置に連絡されて箱本体１５・１の側面の開口部を機械により開閉可能な基板搬出入ドア１５・３と、開口部と反対側に位置し、フィルタ類およびファンモータの着脱を行うための開口部を覆う蓋体１５・４と、基板Ｗ（図１３）を保持するための溝型ポケット(図
示せず)、ＵＬＰＡフィルタ１５・５、ケミカルフィルタ１５・６、ファンモータ１５・
７とから構成されている。この実施の態様では、ローダー１３・７のロボット式の第１の搬送ユニット１５・７により、基板を出し入れする。
In another embodiment, as shown in FIG. 15, a plurality of 300 mm substrates are accommodated in a grooved pocket (not shown) fixed inside the
7. In this embodiment, the substrate is loaded and unloaded by the robot-type
なお、カセット１３・１２内に収納される基板すなわちウェーハは、検査を受けるウェーハであり、そのような検査は、半導体製造工程中でウェーハを処理するプロセスの後、若しくはプロセスの途中で行われる。具体的には、成膜工程、ＣＭＰ、イオン注入等を受けた基板すなわちウェーハ、表面に配線パターンが形成されたウェーハ、又は配線パターンが未だに形成されていないウェーハが、カセット内に収納される。カセット１２・１２内に収容されるウェーハは多数枚上下方向に隔ててかつ平行に並べて配置されているため、任意の位置のウェーハと後述する第１の搬送ユニットで保持できるように、第１の搬送ユニットのアームを上下移動できるようになっている。また、カセットにはプロセス後のウェーハ表面の酸化等の防止のために、カセット内の水分をコントロールするための機能が設けられている。例えば、シリカゲル等の除湿剤がカセットの中に置かれている。この場合、除湿効果があれば、任意のものを利用することができる。
The substrates or wafers stored in the
２−１−２）ミニエンバイロメント装置
図１３〜図１６において、ミニエンバイロメント装置１３・３は、雰囲気制御されるようになっているミニエンバイロメント空間１６・１を構成するハウジング１６・２と、ミニエンバイロメント空間１６・１内で清浄空気のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置１６・３と、ミニエンバイロメント空間１６・１内に供給された空気の一部を回収して排出する排出装置１６・４と、ミニエンバイロメント空間１６・１内に配設されていて検査対象としての基板すなわちウェーハを粗位置決めするプリアライナー１６・５とを備えている。
2-1-2) Mini-Environment Device In FIGS. 13 to 16, the mini-environment device 13.3 includes a housing 16.2, which constitutes a mini-environment space 16.1, the atmosphere of which is controlled. , A gas circulation device 16.3 for controlling the atmosphere by circulating a gas such as clean air in the mini-environment space 16.1, and a part of the air supplied in the mini-environment space 16.1. It includes a discharge device 16.4 for collecting and discharging, and a pre-aligner 16.5 disposed in the mini-environment space 16.1 for roughly positioning a substrate, i.e., a wafer, to be inspected.
ハウジング１６・２は、頂壁１６・６、底壁１６・７及び四周を囲む周壁１６・８を有しており、ミニエンバイロメント空間１６・１を外部から遮断する構造になっている。ミニエンバイロメント空間１６・１を雰囲気制御するために、気体循環装置１６・３は、図１６に示されるように、ミニエンバイロメント空間１６・１内において、頂壁１６・６に取り付けられていて、気体（この実施の形態では空気）を清浄にして一つ又はそれ以上の気体吹き出し口（図示せず）を通して清浄空気を真下に向かって層流状に流す気体供給ユニット１６・９と、ミニエンバイロメント空間１６・１内において底壁１６・７の上に配置されていて、底に向かって流れ下った空気を回収する回収ダクト１６・１０と、回収ダ
クト１６・１０と気体供給ユニット１６・９とを接続して回収された空気を気体供給ユニット１６・９に戻す導管１６・１１とを備えている。
The
この実施の形態では、気体供給ユニット１６・９は供給する空気の約２０％をハウジング１６・２の外部から取り入れて清浄にするようになっているが、この外部から取り入れられる気体の割合は任意に選択可能である。気体供給ユニット１６・９は、清浄空気を作りだすための公知の構造のＨＥＰＡ若しくはＵＬＰＡフィルタを備えている。清浄空気の層流状の下方向の流れすなわちダウンフローは、主に、ミニエンバイロメント空間１６・１内に配置された後述する第１の搬送ユニットによる搬送面を通して流れるように供給され、搬送ユニットにより発生する虞のある塵埃がウェーハに付着するのを防止するようになっている。したがって、ダウンフローの噴出口は必ずしも図示のように頂壁に近い位置である必要はなく、搬送ユニットによる搬送面より上側にあればよい。また、ミニエンバイロメント空間１６・１全面に亘って流す必要もない。
In this embodiment, the
なお、場合によっては、清浄空気としてイオン風を使用することによって清浄度を確保することができる。また、ミニエンバイロメント空間１６・１内には清浄度を観察するためのセンサを設け、清浄度が悪化したときに装置をシャットダウンすることもできる。 In some cases, cleanliness can be ensured by using ion wind as clean air. In addition, a sensor for observing the cleanliness can be provided in the mini-environment space 16.1, and the apparatus can be shut down when the cleanliness deteriorates.
ハウジング１６・２の周壁１６・８のうちカセットホルダ１３・２に隣接する部分には出入り口１３・１５が形成されている。出入り口１３・１５近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口１３・１５をミニエンバイロメント装置側から閉じるようにしてもよい。ウェーハ近傍でつくる層流のダウンフローは、例えば０．３ないし０．４ｍ／ｓｅｃの流速でよい。気体供給ユニット１６・９はミニエンバイロメント空間１６・１内でなくその外側に設けてもよい。
排出装置１６・４は、前記搬送ユニットのウェーハ搬送面より下側の位置で搬送ユニットの下部に配置された吸入ダクト１６・１２と、ハウジング１６・２の外側に配置されたブロワー１６・１３と、吸入ダクト１６・１２とブロワー１６・１３とを接続する導管１６・１４とを備えている。この排出装置１６・４は、搬送ユニットの周囲を流れ下り搬送ユニットにより発生する可能性のある塵埃を含んだ気体を、吸入ダクト１６・１２により吸引し、導管１６・１４及びブロワー１６・１３を介してハウジング１６・２の外側に排出する。この場合、ハウジング１６・２の近くに引かれた排気管（図示せず）内に排出してもよい。
The discharge device 16.4 includes
ミニエンバイロメント空間１６・１内に配置されたプリアライナー１６・５は、ウェーハに形成されたオリエンテーションフラット（円形のウェーハの外周に形成された平坦部分を言い、以下においてオリフラと呼ぶ）や、ウェーハの外周縁に形成された一つ又はそれ以上のＶ型の切欠きすなわちノッチを光学的に或いは機械的に検出してウェーハの軸線Ｏ−Ｏの周りの回転方向の位置を約±１度の精度で予め位置決めしておくようになっている。プリアライナー１６・５は検査対象の座標を決める機構の一部を構成し、検査対象の粗位置決めを担当する。このプリアライナー１６・５自体は公知の構造のものでよいので、その構造、動作の説明は省略する。 The pre-aligner 16.5 disposed in the mini-environment space 16.1 is an orientation flat formed on the wafer (referred to as a flat portion formed on the outer periphery of a circular wafer, hereinafter referred to as an orientation flat), a wafer One or more V-shaped notches or notches formed on the outer periphery of the wafer are optically or mechanically detected to determine a rotational position about the wafer axis OO of about ± 1 degree. Positioning is performed in advance with accuracy. The pre-aligner 16.5 constitutes a part of the mechanism for determining the coordinates of the inspection object, and is responsible for the rough positioning of the inspection object. Since the pre-aligner 16.5 itself may have a known structure, the description of the structure and operation is omitted.
なお、図示しないが、プリアライナー１６・５の下部にも排出装置用の回収ダクトを設けて、プリアライナー１６・５から排出された塵埃を含んだ空気を外部に排出するようにしてもよい。 Although not shown, a recovery duct for a discharge device may be provided below the pre-aligner 16.5, and the air containing dust discharged from the pre-aligner 16.5 may be discharged to the outside.
２−１−３）主ハウジング
図１３〜図１５において、ワーキングチャンバ１３・１６を構成する主ハウジング１３・４は、ハウジング本体１３・１７を備え、そのハウジング本体１３・１７は、台フレー
ム１３・１８上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置１３・１９の上に載せられたハウジング支持装置１３・２０によって支持されている。ハウジング支持装置１３・２０は矩形に組まれたフレーム構造体１３・２１を備えている。ハウジング本体１３・１７はフレーム構造体１３・２１上に配設固定されていて、フレーム構造体上に載せられた底壁１３・２２と、頂壁１３・２３と、底壁１３・２２及び頂壁１３・２３に接続されて四周を囲む周壁１３・２４とを備えていてワーキングチャンバ１３・１６を外部から隔離している。底壁１３・２２は、この実施の形態では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成されているが、その他の構造にしてもよい。
2-1-3) Main Housing In FIGS. 13 to 15, the
この実施の形態において、ハウジング本体及びハウジング支持装置１３・２０は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム１３・１８が設置されている床からの振動がこの剛構造に伝達されるのを防振装置１３・１９で阻止するようになっている。ハウジング本体１３・１７の周壁１３・２４のうち後述するローダハウジングに隣接する周壁にはウェーハ出し入れ用の出入り口１４・１が形成されている。
In this embodiment, the housing body and the
なお、防振装置１３・１９は、空気バネ、磁気軸受け等を有するアクティブ式のものでも、或いはこれらを有するパッシブ式のもよい。いずれも公知の構造のものでよいので、それ自体の構造及び機能の説明は省略する。ワーキングチャンバ１３・１６は公知の構造の真空装置（図示せず）により真空雰囲気に保たれるようになっている。台フレーム１３・１８の下には装置全体の動作を制御する制御装置２が配置されている。主ハウジングの圧力は通常１０−４〜１０−６Ｐａに保たれている。
In addition, the
２−１−４）ローダハウジング
図１３〜図１５及び図１７において、ローダハウジング１３・５は、第１のローディングチャンバ１４・２と第２のローディングチャンバ１４・３とを構成するハウジング本体１４・４を備えている。ハウジング本体１４・４は底壁１７・１と、頂壁１７・２と、四周を囲む周壁１７・３と、第１のローディングチャンバ１４・２と第２のローディングチャンバ１４・３とを仕切る仕切壁１４・５とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁１４・５には両ローディングチャンバ間でウェーハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口１７・４が形成されている。また、周壁１７・３のミニエンバイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には出入り口１４・６及び１４・７が形成されている。
2-1-4) Loader Housing In FIG. 13 to FIG. 15 and FIG. 17, the
このローダハウジング１３・５のハウジング本体１４・４は、ハウジング支持装置１３・２０のフレーム構造体１３・２１上に載置されてそれによって支持されている。したがって、このローダハウジング１３・５にも床の振動が伝達されないようになっている。ローダハウジング１３・５の出入り口１４・６とミニエンバイロメント装置１３・３のハウジング１６・２の出入り口１３・２５とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空間１６・１と第１のローディングチャンバ１４・２との連通を選択的に阻止するシャッタ装置１４・８が設けられている。
The housing
シャッタ装置１４・８は、出入り口１３・２５及び１４・６の周囲を囲んで側壁１７・３と密に接触して固定されたシール材１３・２６、シール材１３・２６と共動して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉１３・２７と、その扉を動かす駆動装置１３・２８とを有している。また、ローダハウジング１３・５の出入り口１４・７とハウジング本体１３・１７の出入り口１４・１とは整合されていて、そこには第２のローディングチャンバ１４・３とワーキンググチャンバ１３・１６との連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置１３・２９が設けられている。シャッタ装置１３・２９は、出入り口１４・７及び１４・１の周囲を囲んで側壁１７・３及び１３・２４と密に接触してそれらに固定されたシ
ール材１３・３０、シール材１３・３０と共動して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉１４・９と、その扉を動かす駆動装置１３・３１とを有している。
The
更に、仕切壁１４・５に形成された開口には、扉によりそれを閉じて第１及び第２のローディングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置１４・１０が設けられている。これらのシャッタ装置１４・８、１３・２９及び４１４・１０は、閉じ状態にあるとき各チャンバを気密シールできるようになっている。これらのシャッタ装置は公知のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。
Furthermore, the opening formed in the
なお、ミニエンバイロメント装置１３・３のハウジング１６・２の支持方法とローダハウジングの支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置１３・３を介して床からの振動がローダハウジング１３・５及び主ハウジング１３・４に伝達されるのを防止するために、ハウジング１６・２とローダハウジング１３・５との間には出入り口の周囲を気密に囲むように防振用のクッション材を配置しておけば良い。
Note that the support method of the
第１のローディングチャンバ１４・２内には、複数（この実施の形態では２枚）のウェーハを上下に隔てて水平の状態で支持するウェーハラック１４・１１が配設されている。ウェーハラック１４・１１は、図１８に示されるように、矩形の基板１８・１の四隅に互いに隔てて直立状態で固定された支柱１８・２を備え、各支柱１８・２にはそれぞれ２段の支持部１８・３及び１８・４が形成され、その支持部の上にウェーハＷの周縁を載せて保持するようになっている。そして後述する第１及び第２の搬送ユニットのアームの先端を隣接する支柱間からウェーハに接近させてアームによりウェーハを把持するようになっている。
In the
ローディングチャンバ１４・２及び１４・３は、図示しない真空ポンプを含む公知の構造の真空排気装置（図示せず）によって高真空状態（真空度としては１０−４〜１０−６Ｐａ）に雰囲気制御され得るようになっている。この場合、第１のローディングチャンバ１４・２を低真空チャンバとして低真空雰囲気に保ち、第２のローディングチャンバ１４・３を高真空チャンバとして高真空雰囲気に保ち、ウェーハの汚染防止を効果的に行うこともできる。このような構造を採用することによってローディングチャンバ内に収容されていて次に欠陥検査されるウェーハをワーキングチャンバ内に遅滞なく搬送することができる。このようなローディングチャンバを採用することによって、後述するマルチビーム型電子装置原理と共に、欠陥検査のスループットを向上させ、更に保管状態が高真空状態であることを要求される電子源周辺の真空度を可能な限り高真空度状態にすることができる。
Loading
第１及び第２のローディングチャンバ１４・２及び１４・３は、それぞれ真空排気配管と不活性ガス（例えば乾燥純窒素）用のベント配管（それぞれ図示せず）が接続されている。これによって、各ローディングチャンバ内の大気圧状態は不活性ガスベント（不活性ガスを注入して不活性ガス以外の酸素ガス等が表面に付着するのを防止する）によって達成される。このような不活性ガスベントを行う装置自体は公知の構造のものでよいので、その詳細な説明は省略する。
The first and
なお、電子線を使用する本発明の検査装置において、後述する電子光学系の電子源として使用される代表的な六硼化ランタン（ＬａＢ６）等は一度熱電子を放出する程度まで高温状態に加熱された場合には、酸素等に可能な限り接触させないことがその寿命を縮めないために肝要であるが、電子光学系が配置されているワーキングチャンバにウェーハを搬入する前段階で上記のような雰囲気制御を行うことにより、より確実に実行できる。 In the inspection apparatus of the present invention using an electron beam, a typical lanthanum hexaboride (L a B 6 ) used as an electron source of an electron optical system described later has a high temperature to such an extent that it emits thermal electrons once. In the case of being heated to a state, it is important not to make contact with oxygen or the like as much as possible in order not to shorten the lifetime, but in the stage before carrying the wafer into the working chamber where the electron optical system is arranged, By performing the atmosphere control as described above, it can be executed more reliably.
２−１−５）ローダー
ローダー１３・７は、ミニエンバイロメント装置１３・３のハウジング１６・２内に配置されたロボット式の第１の搬送ユニット１６・１４と、第２のローディングチャンバ１４・３内に配置されたロボット式の第２の搬送ユニット１４・１２とを備えている。
2-1-5) Loader The
第１の搬送ユニット１６・１４は、駆動部１６・１５に関して軸線Ｏ１−Ｏ１の回りで回転可能になっている多節のアーム１６・１６を有している。多節のアームとしては任意の構造のものを使用できるが、この実施の形態では、互いに回動可能に取り付けられた三つの部分を有している。
The
第１の搬送ユニット１６・１４のアーム１６・１６の一つの部分すなわち最も駆動部１６・１５側の第１の部分は、駆動部１６・１５内に設けられた公知の構造の駆動機構（図示せず）により回転可能な軸１６・１７に取り付けられている。アーム１６・１６は、軸１６・１７により軸線Ｏ１−Ｏ１の回りで回動できると共に、部分間の相対回転により全体として軸線Ｏ１−Ｏ１に関して半径方向に伸縮可能になっている。アーム１６・１６の軸１６・１７から最も離れた第３の部分の先端には、公知の構造の機械式チャック又は静電チャック等のウェーハを把持する把持装置１４・１３が設けられている。駆動部１６・１５は、公知の構造の昇降機構１６・１８により上下方向に移動可能になっている。
One part of the
この第１の搬送ユニット１６・１４は、アーム１６・１６がカセットホルダに保持された二つのカセットの内いずれか一方の方向Ｍ１又はＭ２に向かってアームが伸び、カセット内に収容されたウェーハを１枚アームの上に載せ或いはアームの先端に取り付けたチャック（図示せず）により把持して取り出す。その後アームが縮み（図１４に示すような状態）、アームがプリアライナー１６・５の方向Ｍ３に向かって伸長できる位置まで回転してその位置で停止する。するとアームが再び伸びてアームに保持されたウェーハをプリアライナー１６・５に載せる。プリアライナー１６・５から前記と逆にしてウェーハを受け取った後はアームは更に回転し第２のローディングチャンバ１４・２に向かって伸長できる位置（向きＭ４）で停止し、第２のローディングチャンバ１４・２内のウェーハ受けにウェーハを受け渡す。なお、機械的にウェーハを把持する場合にはウェーハの周縁部（周縁から約５ｍｍの範囲）を把持する。これはウェーハには周縁部を除いて全面にデバイス（回路配線）が形成されており、この部分を把持するとデバイスの破壊、欠陥の発生を生じさせるからである。
The
第２の搬送ユニット１４・１２も第１の搬送ユニットと構造が基本的に同じであり、ウェーハの搬送をウェーハラックとステージ装置の載置面上との間で行う点でのみ相違するだけであるから、詳細な説明は省略する。
The
上記ローダー１３・７では、第１及び第２の搬送ユニット１６・１４及び１４・１２は、カセットホルダに保持されたカセットからワーキングチャンバ１３・１６内に配置されたステージ装置１３・６上への及びその逆のウェーハの搬送をほぼ水平状態に保ったままで行い、搬送ユニットのアームが上下動するのは、単に、ウェーハのカセットからの取り出し及びそれへの挿入、ウェーハのウェーハラックへの載置及びそこからの取り出し及びウェーハのステージ装置への載置及びそこからの取り出しのときるだけである。したがって、大型のウェーハ、例えば直径３００ｍｍのウェーハの移動もスムースに行うことができる。
In the
ステージには、ウェーハに逆バイアスをかける機構があるので、アームがステージにウェーハを置きに行く、もしくは取りに行く時に、アームをステージと同じもしくは近い電位、またはアームをフローティング電位にしておくことにより、電位のショートによる放電などの不具合を避ける機構を有している。 The stage has a mechanism to reverse bias the wafer, so when the arm puts the wafer on the stage or picks it up, the arm is at the same or close potential as the stage, or the arm is at a floating potential. It has a mechanism that avoids problems such as electric discharge due to potential short circuit.
２−１−６）ステージ装置
ステージ装置１３・６は、主ハウジング１３・４の底壁１３・２２上に配置された固定テーブル１３・３２と、固定テーブル上でＹ方向（図１において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル１３・３３と、Ｙテーブル上でＸ方向（図１において左右方向）に移動するＸテーブル１３・３４と、Ｘテーブル上で回転可能な回転テーブル１３・３５と、回転テーブル１３・３５上に配置されたホルダ１３・３６とを備えている。そのホルダ１３・３６のウェーハ載置面１４・１４上にウェーハを解放可能に保持する。ホルダ１３・３６は、ウェーハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置１３・６は、サーボモータ、エンコーダ及び各種のセンサ（図示せず）を用いて、上記のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面１４・１４上でホルダに保持されたウェーハを電子光学装置から照射される電子ビームに対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１３において上下方向）に、更にウェーハの支持面に鉛直な軸線の回り方向（θ方向）に高い精度で位置決めできるようになっている。
2-1-6) Stage device The
なお、Ｚ方向の位置決めは、例えばホルダ上の載置面の位置をＺ方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面の基準位置を微細径レーザによる位置測定装置（干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置）によって検知し、その位置を図示しないフィードバック回路によって制御したり、それと共に或いはそれに代えてウェーハのノッチ或いはオリフラの位置を測定してウェーハの電子ビームに対する平面位置、回転位置を検知し、回転テーブルを微小角度制御可能なステッピングモータなどにより回転させて制御する。 For positioning in the Z direction, for example, the position of the mounting surface on the holder may be finely adjusted in the Z direction. In this case, the reference position of the mounting surface is detected by a position measuring device (laser interference distance measuring device using the principle of an interferometer) using a fine-diameter laser, and the position is controlled by a feedback circuit (not shown). Instead, the position of the notch or orientation flat of the wafer is measured to detect the planar position and rotation position of the wafer with respect to the electron beam, and the rotation table is rotated by a stepping motor capable of controlling a minute angle.
ワーキングチャンバ内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサーボモータ１４・１５、１４・１６及びエンコーダ１４・１７、１４・１８は、主ハウジング１３・４の外側に配置されている。なお、ステージ装置１３・６は、例えばステッパー等で使用されている公知の構造のもので良いので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。また、上記レーザ干渉測距装置も公知の構造のものでよいので、その構造、動作の詳細な説明は省略する。
In order to prevent dust generation in the working chamber as much as possible, the
電子ビームに対するウェーハの回転位置やＸ、Ｙ位置を予め後述する信号検出系或いは画像処理系に入力することで得られる信号の基準化を図ることもできる。更に、このホルダに設けられたウェーハチャック機構は、ウェーハをチャックするための電圧を静電チャックの電極に与えられるようになっていて、ウェーハの外周部の３点（好ましくは周方向に等隔に隔てられた）を押さえて位置決めするようになっている。ウェーハチャック機構は、二つの固定位置決めピンと、一つの押圧式クランクピンとを備えている。クランプピンは、自動チャック及び自動リリースを実現できるようになっており、かつ電圧印加の導通箇所を構成している。 It is also possible to standardize a signal obtained by inputting the rotational position of the wafer with respect to the electron beam and the X and Y positions in advance to a signal detection system or an image processing system described later. Further, the wafer chuck mechanism provided in the holder is adapted to apply a voltage for chucking the wafer to the electrode of the electrostatic chuck, and is arranged at three points (preferably equally spaced in the circumferential direction) of the outer periphery of the wafer. It is designed to press and hold (separated). The wafer chuck mechanism includes two fixed positioning pins and one pressing crank pin. The clamp pin can realize automatic chucking and automatic release, and constitutes a conduction point for voltage application.
なお、この実施の形態では図１４で左右方向に移動するテーブルをＸテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＹテーブルとしたが、同図で左右方向に移動するテーブルをＹテーブルとし、上下方向に移動するテーブルをＸテーブルとしてもよい。 In this embodiment, the table that moves in the left-right direction in FIG. 14 is the X table and the table that moves in the up-down direction is the Y table, but the table that moves in the left-right direction in FIG. The table that moves to X may be the X table.
２−１−７）ウェーハチャッキング機構
２−１−７−１）静電チャックの基本構造
電子光学系の焦点を試料面に正確にかつ短時間で合わせるために、試料面すなわちウェーハ面の凹凸は極力小さくすることが好ましい。そのため、平面度良く（平面度５μｍ以下が好ましい）製作された静電チャックの表面にウェーハを吸着することが行われる。
2-1-7) Wafer chucking mechanism
2-1-7-1) Basic Structure of Electrostatic Chuck In order to accurately focus the electron optical system on the sample surface in a short time, it is preferable to make the unevenness of the sample surface, that is, the wafer surface as small as possible. Therefore, the wafer is attracted to the surface of the manufactured electrostatic chuck with good flatness (preferably flatness of 5 μm or less).
静電チャックの電極構造には、単極形と双極形が存在する。単極形はウェーハに予め導通をとり、１つの静電チャック電極との間に高電圧（一般的に数十〜数百V程度）を印可
することによってウェーハを吸着する方法であり、双極形は、ウェーハに導通をとる必要
が無く、２つの静電チャック電極に正負逆の電圧を印可するだけでウェーハを吸着できる。但し、一般的に、安定した吸着条件を得るためには、２つの電極を櫛の歯状に入組ませた形状にする必要があり、電極形状は複雑になる。
The electrode structure of the electrostatic chuck includes a monopolar type and a bipolar type. The monopolar type is a method in which the wafer is attracted by conducting the wafer in advance and applying a high voltage (generally about several tens to several hundreds V) to one electrostatic chuck electrode. In this case, it is not necessary to conduct the wafer, and the wafer can be attracted only by applying positive and negative voltages to the two electrostatic chuck electrodes. However, in general, in order to obtain a stable adsorption condition, it is necessary to form two electrodes in a comb tooth shape, and the electrode shape becomes complicated.
一方、試料の検査のためには、電子光学系の結像条件を得るため、あるいは試料面の状態を電子で観察しやすい状態にするために、ウェーハに所定の電圧（リターディング電圧）を印可する必要がある。このリターディング電圧をウェーハに印可すること、およびウェーハ表面の電位を安定させるためには、静電チャックを上記の単極形とすることが必要である。（但し、後述するように導通針でウェーハとの導通をとるまでは、静電チャックを双極形として機能させる必要ある。よって静電チャックは、単極形と双極形の切換可能な構造にしている。）
したがって、ウェーハに機械的に接触して導通をとらなければならない。ところが、ウェーハに対する汚染防止の要求は厳しくなってきており、ウェーハへの機械的接触を極力避けることが求められ、ウェーハのエッジへの接触が許されない場合がある。このような場合は、。ウェーハ裏面にて導通をとらなければならない。
On the other hand, for inspection of a sample, a predetermined voltage (retarding voltage) is applied to the wafer in order to obtain the imaging conditions of the electron optical system or to make the state of the sample surface easy to observe with electrons. There is a need to. In order to apply this retarding voltage to the wafer and to stabilize the potential on the wafer surface, the electrostatic chuck needs to be of the above-mentioned monopolar type. (However, it is necessary to make the electrostatic chuck function as a bipolar type until it is connected to the wafer with a conductive needle, as will be described later. Therefore, the electrostatic chuck has a switchable structure between a monopolar type and a bipolar type. Yes.)
Therefore, it must be brought into electrical contact with the wafer mechanically. However, the requirement for preventing contamination of the wafer has become stricter, and it is required to avoid mechanical contact with the wafer as much as possible, and contact with the edge of the wafer may not be permitted. If this is the case. Conduction must be established on the backside of the wafer.
ウェーハ裏面には、シリコン酸化膜が形成されていることが普通であり、そのままでは導通がとれない。そこで、ウェーハ裏面に、２ヵ所以上の針を接触させ、針の間に電圧を印可することによって、酸化膜を局部的に破壊し、ウェーハ母材のシリコンと導通をとることができる。針に印可する電圧は、数百Ｖ程度のＤＣ電圧もしくはＡＣ電圧である。また針の材料としては、非磁性で耐摩耗性があり高融点材料であることが求められ、タングステン等が考えられる。またさらに耐久性を持たせるため、あるいはウェーハの汚染防止のために、表面にＴｉＮやダイヤモンドをコーティングすることも有効である。また、ウェーハとの導通がとれたことを確認するために、針の間に電圧を印可し電流を測定することが有効である。 Usually, a silicon oxide film is formed on the back surface of the wafer, and conduction cannot be obtained as it is. Therefore, by bringing two or more needles into contact with the back surface of the wafer and applying a voltage between the needles, the oxide film can be locally broken and conductive with the silicon of the wafer base material. The voltage applied to the needle is a DC voltage or an AC voltage of about several hundred volts. Further, the needle material is required to be non-magnetic, wear-resistant, and a high melting point material, and tungsten or the like can be considered. It is also effective to coat the surface with TiN or diamond in order to further enhance durability or prevent contamination of the wafer. It is also effective to apply a voltage between the needles and measure the current in order to confirm that conduction with the wafer has been achieved.
以上のような背景から作られたのが、図１９に示すようなチャッキング機構である。静電チャックには、ウェーハＷを安定に吸着するために櫛歯状に入り組んだ形状であることが望ましい電極１９・１、１９・２と、ウェーハ受渡し用の３本のプッシャーピン１９・３と、ウェーハ印可用の２つ以上の導通針１９・４とが設けられている。また、静電チャックの周囲には補正リング１９・５とウェーハ落とし込み機構１９・６が配置される。
A chucking mechanism as shown in FIG. 19 is made from the above background. In the electrostatic chuck, electrodes 19. 1, 19. 2, which are preferably in a comb-teeth shape for stably adsorbing the wafer W, and three pusher pins 19. Two or more
プッシャーピン１９・３は、ウェーハＷがロボットハンドによって搬送される際に静電チャック面上から予め突出しており、ロボットハンドの動作によってウェーハＷがその上に載置されると、ゆっくりと下降し、ウェーハＷを静電チャック上に載せる。ウェーハを静電チャック上から取出す際には逆の動作をしてロボットハンドにウェーハＷを渡す役割を果たす。プッシャーピン１９・３は、ウェーハ位置がずれたり汚染されることが無いよう表面材料を選ばなければならず、シリコンゴム、フッ素ゴム、ＳｉＣやアルミナ等のセラミックス、テフロンやポリイミド等の樹脂などを使用することが望ましい。 The pusher pins 19.3 protrude in advance from the surface of the electrostatic chuck when the wafer W is transferred by the robot hand. When the wafer W is placed on the wafer W by the operation of the robot hand, the pusher pins 19.3 are slowly lowered. The wafer W is placed on the electrostatic chuck. When the wafer is taken out from the electrostatic chuck, it performs the reverse operation to deliver the wafer W to the robot hand. For pusher pins 19.3, the surface material must be selected so that the wafer position is not shifted or contaminated, and silicon rubber, fluorine rubber, ceramics such as SiC and alumina, resin such as Teflon and polyimide, etc. are used. It is desirable to do.
プッシャーピン１９・３の駆動機構としては幾つか方法がある。一つは、静電チャックの下部に非磁性アクチュエータを設置する方法である。これは、超音波リニアモータによりプッシャピンを直接リニア駆動する方法や、回転形超音波モータとボールネジまたはラック＆ピニオンギアの組合わせでプッシャピンの直線駆動を行う等の方法が有り得る。この方法は、静電チャックを搭載するＸＹステージのテーブル上に、プッシャ機構がコンパクトにまとめられる反面、アクチュエータやリミットセンサ等の配線が非常に多くなってしまう。これらの配線はＸＹ動作するテーブルから試料室（メインチャンバ又は主ハウジング）壁面まで繋がるが、ステージの動作に伴って屈曲するため、大きな曲げＲを持たせて配設する必要がありスペースをとってしまう。またパーティクル発生源になったり、配線の定期的な交換も必要になるので、使用数は必要最小限にするのがよい。 There are several methods for driving the pusher pins 19.3. One is a method of installing a non-magnetic actuator below the electrostatic chuck. This may be a method in which the pusher pin is directly linearly driven by an ultrasonic linear motor, or a method in which the pusher pin is linearly driven by a combination of a rotary ultrasonic motor and a ball screw or rack and pinion gear. This method is on the XY stage mounting the electrostatic chuck table, while the pusher mechanism is compactly, wirings such as the actuator and limit sensor becomes very large. These wires are connected from the XY-operating table to the sample chamber (main chamber or main housing) wall surface, but bend as the stage moves, so it is necessary to arrange them with a large bend R and take up space. End up. Moreover, since it becomes a particle generation source and the wiring needs to be replaced periodically, the number of use should be minimized.
そこで別方式として、外部から駆動力を供給する方法もある。ウェーハＷを着脱する位置にステージが移動すると、ベローズを介して真空中に突出した軸が、チャンバ外に備えられたエアシリンダで駆動されて、静電チャック下部に設けられたプッシャ駆動機構の軸を押すようになっている。軸はプッシャ駆動機構内部で、ラック・ピニオンまたはリンク機構と繋がっており、軸の往復移動がプッシャピンの上下動と連動するようになっている。ウェーハＷをロボットハンドとの間で受け渡しする際には、コントローラで適切な速度に調整してエアシリンダで軸を真空中に押し出すことによって、プッシャーピン１９・３を上昇させる。 Therefore, as another method, there is a method of supplying driving force from the outside. When the stage is moved to the position where the wafer W is attached or detached, the shaft protruding into the vacuum via the bellows is driven by the air cylinder provided outside the chamber, and the shaft of the pusher drive mechanism provided below the electrostatic chuck It is supposed to press. The shaft is connected to the rack and pinion or link mechanism inside the pusher drive mechanism, and the reciprocating movement of the shaft is interlocked with the vertical movement of the pusher pin. When the wafer W is transferred to and from the robot hand, the pusher pins 19.3 are raised by adjusting the speed to an appropriate level with a controller and pushing the shaft into a vacuum with an air cylinder.
なお、外部からの軸の駆動源は、エアシリンダに限るものではなく、サーボモータとラック・ピニオンやボールネジの組合わせでも良い。また、外部からの駆動源を回転軸とすることも可能である。その場合、回転軸は磁性流体シール等の真空シール機構を介し、プッシャ駆動機構は回転をプッシャの直線運動に変換する機構を内蔵する。 The drive source of the shaft from the outside is not limited to the air cylinder, but may be a combination of a servo motor, a rack and pinion, and a ball screw. It is also possible to use an external drive source as the rotation axis. In that case, the rotary shaft is provided with a vacuum seal mechanism such as a magnetic fluid seal, and the pusher drive mechanism has a built-in mechanism for converting the rotation into a linear motion of the pusher.
補正リング１９・５は、ウェーハ端部の電界分布を均一に保つ作用を持つもので、基本的にウェーハと同電位を印可する。しかし、ウェーハと補正リング間の微小すきまや、ウェーハと補正リング表面高さの微小な差の影響を打ち消すため、ウェーハ端部電位と若干異なる電位を印可することもある。補正リングは、ウェーハの半径方向１０〜３０ｍｍ程度の幅を持ち、非磁性で導電性の材料、例えば、チタン、りん青銅、ＴｉＮ又はＴｉＣコーティングしたアルミ等を使用することができる。 The correction ring 19.5 has an action to keep the electric field distribution at the edge of the wafer uniform, and basically applies the same potential as the wafer. However, a potential slightly different from the wafer end potential may be applied in order to cancel out the influence of a minute gap between the wafer and the compensation ring and a minute difference between the wafer and the compensation ring surface height. The correction ring has a width of about 10 to 30 mm in the radial direction of the wafer, and a nonmagnetic and conductive material such as titanium, phosphor bronze, TiN or TiC coated aluminum can be used.
導通針１９・４はばね１９・７で支持されており、ウェーハが静電チャック上に搭載されると、ばね力でウェーハ裏面に軽く押し付けられる。この状態で、上述した様に電圧を印可することによってウェーハＷとの電気的導通をとる。
The conductive needles 19 and 4 are supported by
静電チャック本体は、タングステン等の非磁性の平面状電極１９・１、１９・２と、その上に形成された誘電体から成る。誘電体の材料はアルミナ、窒化アルミ、ポリイミド等が使用できる。一般にアルミナ等のセラミックスは体積抵抗率が１０１４Ωｃｍ程度の完全な絶縁体なので、材料内部での電荷移動は発生せず、吸着力としてクーロン力が作用する。これに対して、セラミックス組成をわずかに調整することによって体積抵抗率を１０１０Ωｃｍ程度にすることができ、こうすることによって材料内部で電荷の移動が生じるため、ウェーハ吸着力としてクーロン力より強い所謂ジョンソン・ラーベック力が作用する。吸着力が強ければその分、印可電圧を低くすることができ、絶縁破壊に対するマージンを大きくとることができ、かつ安定した吸着力も得やすい。また、静電チャック表面をたとえばディンプル状に加工することによって、静電チャック表面にパーティクル等が付着しても、パーティクルがディンプルの谷部分に落ちる可能性が生じるのでウェーハの平面度に影響を与える可能性が減少する効果も期待できる。
The electrostatic chuck main body is made up of non-magnetic
以上より、静電チャック材料を、体積抵抗率を１０１０Ωｃｍ程度に調整した窒化アルミやアルミナセラミックスとし、表面にディンプル状などの凹凸を形成し、その凸面の集合で形成される面の平面度を５μｍ程度に加工したものが実用的である。 As described above, the electrostatic chuck material is made of aluminum nitride or alumina ceramic whose volume resistivity is adjusted to about 10 10 Ωcm, and the surface is formed as a dimple-like concavo-convex surface, and the flatness of the surface formed by the assembly of the convex surfaces. What is processed into about 5 μm is practical.
２−１−７−２）２００／３００ブリッジツールのためのチャッキング機構
２００mmと３００ｍｍの２種類のウェーハを機械的改造無く検査することが装置に求められることがある。その場合、静電チャックは２種類のサイズのウェーハをチャッキングし、かつウェーハ周縁部にウェーハのサイズに合わせた補正リングを載置しなければならない。図１９の（Ａ）、（Ｂ）及び図２０はそのための構造を示している。
2-1-7-2) Chucking mechanism for 200/300 bridge tool The apparatus may be required to inspect two types of wafers of 200 mm and 300 mm without mechanical modification. In this case, the electrostatic chuck must chuck two types of wafers and place a correction ring in accordance with the wafer size on the periphery of the wafer. FIGS. 19A, 19B, and 20 show structures for this purpose.
図１９の（Ａ）は静電チャック上に３００ｍｍのウェーハＷを搭載した状態を示してい
る。ウェーハＷのサイズより僅かに大きい（隙間０．５ｍｍ程度）内径を持った補正リング１９・１が、静電チャック外周の金属性リング状部品にインローで位置決めされ載置されている。この補正リング１９・１には、ウェーハ落し込み機構１９・２が３ヵ所設けられている。ウェーハ落し込み機構１９・２は、プッシャーピン１９・３の駆動機構と連動した上下駆動機構によって駆動され、補正リング１９・１に設けられた回転軸周りに回転可能に支持されている。
FIG. 19A shows a state where a 300 mm wafer W is mounted on the electrostatic chuck. A correction ring 19. 1 having an inner diameter slightly larger than the size of the wafer W (a gap of about 0.5 mm) is positioned and mounted on a metallic ring-shaped part on the outer periphery of the electrostatic chuck with an inlay. The correction ring 19.1 is provided with three wafer dropping mechanisms 19.2. The wafer dropping mechanism 19.2 is driven by a vertical drive mechanism that is linked to the drive mechanism of the pusher pins 19.3, and is supported so as to be rotatable around a rotation axis provided in the correction ring 19.1.
ウェーハＷをロボットハンドから受ける場合、プッシャーピン駆動機構が動作し、プッシャーピン１９・３を上に押上げる。それと適切なタイミングをとって補正リング１９・１に設けられたウェーハ落し込み機構１９・２も、図１９の（Ｂ）に示すように、駆動力を受けて回転する。するとウェーハ落し込み機構１９・２がウェーハＷを静電チャック中心にガイドするテーパ面を形成する。次に、押し上げられたプッシャーピン１９・３にウェーハＷが載せられた後、プッシャーピン１９・３を下降させる。ウェーハ落し込み機構１９・２に対する駆動力の作用タイミングをプッシャーピン１９・３の下降と適切に調整することによって、ウェーハＷは落し込み機構１９・２のテーパ面によって位置を修正されながら静電チャック上にウェーハＷの中心と静電チャックの中心がほぼ一致するように置かれる。 When receiving the wafer W from the robot hand, the pusher pin drive mechanism operates to push the pusher pins 19.3 up. At the same time, the wafer dropping mechanism 19.2 provided on the correction ring 19.1 is also rotated by receiving a driving force as shown in FIG. Then, the wafer dropping mechanism 19.2 forms a tapered surface that guides the wafer W to the center of the electrostatic chuck. Next, after the wafer W is placed on the pushed-up pusher pins 19.3, the pusher pins 19.3 are lowered. By appropriately adjusting the timing of the driving force applied to the wafer dropping mechanism 19.2 with the lowering of the pusher pin 19.3, the wafer W is electrostatically chucked while its position is corrected by the tapered surface of the dropping mechanism 19.2. The center of the wafer W and the center of the electrostatic chuck are placed on the top.
落し込み機構１９・２のテーパ面にはテフロン等の低摩擦材、好ましくは導電性のある低摩擦材（例えば、導電性テフロン、導電性ダイヤモンドライクカーボン、ＴＩＮコーティング）を形成することが望ましい。なお、図の符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは電圧を印加するための（後述する）端子であり、１９・４はウェーハＷが静電チャック上に載置されたことを検知するウェーハ導通用針で、バネ１９・５によって押し上げられている。
It is desirable to form a low friction material such as Teflon, preferably a conductive low friction material (for example, conductive Teflon, conductive diamond-like carbon, TIN coating) on the tapered surface of the dropping
図２０は、同じ静電チャックに２００ｍｍのウェーハＷを搭載した状態を示している。静電チャックよりもウェーハ径が小さいため、静電チャック表面が露出してしまうので、静電チャックを完全に隠す大きさを持った補正リング２０・１を搭載している。補正リング２０・１の位置決めは３００ｍｍ用補正リングの場合と同様である。
FIG. 20 shows a state in which a 200 mm wafer W is mounted on the same electrostatic chuck. Since the surface of the electrostatic chuck is exposed because the wafer diameter is smaller than that of the electrostatic chuck, the
補正リング２０・１の内周部には段差が設けてあり、静電チャック側のリング状溝２０・２に収まるようになっている。これは、２００ｍｍウェーハを搭載した時に補正リング２０・１の内周とウェーハＷの外周との間の隙間から静電チャック表面が見えないように導体（補正リング２０・１）で隠すための構造である。もし静電チャック表面が見える構造になっていると、電子ビームが照射された際、静電チャック表面に電荷がチャージしてしまい、試料面の電位が乱れてしまうからである。
A step is provided in the inner peripheral portion of the
補正リング２０・１の交換は、真空チャンバ内の所定の位置に補正リング交換場所を設けておき、そこから必要な大きさの補正リングをロボットによって搬送して静電チャックに取りつける（インロー部に挿入する）ことによって行う。 To replace the correction ring 20.1, a correction ring replacement place is provided at a predetermined position in the vacuum chamber, and a correction ring having a required size is transported by the robot and attached to the electrostatic chuck (into the inlay portion). Insert).
２００ｍｍ用補正リングにも、３００ｍｍと同様にウェーハ落し込み機構２０・２が設けられている。静電チャック側には、このウェーハ落し込み機構２０・２と干渉しないように逃げが形成されている。静電チャック上へのウェーハの搭載方法は３００ｍｍの場合とまったく同様である。なお、符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは電圧を印加するための端子、２０・３はプッシュピン１９・３と同様のプッシュピン、２０・４はウェーハ導通用針１９・４と同様のウェーハ導通用針である。
The 200 mm correction ring is also provided with a
図２０−１の（Ａ）及び（Ｂ）は、３００ｍｍウェーハと２００ｍｍウェーハの両方に対応することができる静電チャックの構成を概略的に示した図であり、（Ａ）は３００ｍｍウェーハを、（Ｂ）は２００ｍｍウェーハを載置した状態をそれぞれ示している。図２
０−１の（Ａ）から理解されるとおり、静電チャックは３００ｍｍウェーハを載置することができる広さを持ち、図２１−２の（Ｂ）に示すように、静電チャックの中央の部分は２００ｍｍウェーハを載置することができる広さであり、それを囲むように、補正リング２０・１の内周部が嵌り込む溝２０・６が設けられる。なお、符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅは電圧を印加するための端子である。
FIGS. 20A and 20B are diagrams schematically showing a configuration of an electrostatic chuck capable of supporting both a 300 mm wafer and a 200 mm wafer, and FIG. (B) shows a state in which a 200 mm wafer is placed. FIG.
As understood from 0-1 (A), the electrostatic chuck has a size capable of mounting a 300 mm wafer, and as shown in FIG. The portion is wide enough to place a 200 mm wafer, and a
図２０−１の（Ａ）及び（Ｂ）に示す静電チャックの場合、ウェーハが静電チャックに載置されているかどうか、ウェーハが静電チャックに正しく載置されたかどうか、補正リングがあるかどうか等は、光学的に検出される。例えば、静電チャックの上方に光学センサを設置し、その光学センサから発された光がウェーハによって反射されて再び光学センサへ戻ったときの光路長を検出することによって、ウェーハが水平に載置されたか、傾いて載置されたかが検出できる。また、補正リングの有無は、補正リングが載置されるべき場所の中の適宜の点を斜めに照射する光送信機と、補正リングからの反射光を受光する光受信機とを設けることで検出することができる。更に、２００ｍｍウェーハ用の補正リングが載置される場所の適宜の点を斜めに照射する光送信機及び該補正リングからの反射光を受光する光受信機の組み合わせと、３００ｍｍウェーハ用の補正リングが載置される場所の適宜の点を斜めに照射する光送信機及び該補正リングからの反射光を受光する光受信機の組み合わせとを設け、いずれの光受信機が反射光を受信するかを検知することにより、２００ｍｍウェーハ用の補正リングと３００ｍｍウェーハ用の補正リングのいずれが静電チャックに載置されたかを検出することができる。 In the case of the electrostatic chuck shown in FIGS. 20A and 20B, there is a correction ring whether the wafer is placed on the electrostatic chuck, whether the wafer is correctly placed on the electrostatic chuck, or not. Whether or not is detected optically. For example, an optical sensor is installed above the electrostatic chuck, and the wafer is placed horizontally by detecting the optical path length when the light emitted from the optical sensor is reflected by the wafer and returns to the optical sensor again. It can be detected whether it is mounted or tilted. The presence or absence of the correction ring is determined by providing an optical transmitter that obliquely illuminates an appropriate point in the place where the correction ring should be placed and an optical receiver that receives the reflected light from the correction ring. Can be detected. Furthermore, a combination of an optical transmitter for obliquely irradiating an appropriate point where a correction ring for a 200 mm wafer is placed, an optical receiver for receiving reflected light from the correction ring, and a correction ring for a 300 mm wafer A combination of an optical transmitter that obliquely illuminates an appropriate point on the place where the light is placed and an optical receiver that receives reflected light from the correction ring, and which optical receiver receives the reflected light It is possible to detect which one of the 200 mm wafer correction ring and the 300 mm wafer correction ring is placed on the electrostatic chuck.
２−１−７−３）ウェーハチャッキング手順
以上説明した構造をもったウェーハチャッキング機構は、以下の手順でウェーハをチャッキングする。
2-1-7-3) Wafer Chucking Procedure The wafer chucking mechanism having the above-described structure chucks a wafer according to the following procedure.
（１）ウェーハサイズに合った補正リングをロボットによって搬送し、静電チャックに搭載する。
（２）ロボットハンドによるウェーハ搬送とプッシャーピンの上下動によって、ウェーハを静電チャック上に載置する。
(1) A correction ring suitable for the wafer size is transported by a robot and mounted on an electrostatic chuck.
(2) The wafer is placed on the electrostatic chuck by the wafer transfer by the robot hand and the vertical movement of the pusher pin.
（３）静電チャックを双極形で印加（端子Ｃ、Ｄに正負逆の電圧を印加）し、ウェーハを吸着する。
（４）導通用針に所定電圧を印加し、ウェーハ裏面の絶縁膜（酸化膜）を破壊する。
(3) An electrostatic chuck is applied in a bipolar manner (positive and negative voltages are applied to the terminals C and D) to attract the wafer.
(4) A predetermined voltage is applied to the conduction needle to destroy the insulating film (oxide film) on the back surface of the wafer.
（５）端子Ａ、Ｂ間の電流を測定し、ウェーハとの導通が取れたかどうか確認する。
（６）静電チャックを単極形吸着に移行する。（端子Ａ、ＢをＧＲＤ、端子Ｃ、Ｄに同一電圧を印加する）
（７）端子Ａ（、Ｂ）と端子Ｃ（、Ｄ）との電位差を保ったまま端子Ａ（、Ｂ）の電圧を下げ、ウェーハに所定のリターディング電圧を印加する。
(5) The current between the terminals A and B is measured, and it is confirmed whether or not electrical connection with the wafer is obtained.
(6) The electrostatic chuck is shifted to monopolar adsorption. (Apply the same voltage to terminals A and B as GRD and terminals C and D)
(7) The voltage at the terminal A (, B) is lowered while maintaining the potential difference between the terminal A (, B) and the terminal C (, D), and a predetermined retarding voltage is applied to the wafer.
２−１−８）２００／３００ブリッジツールのための装置構成
２００ｍｍウェーハと３００ｍｍウェーハのどちらも機械的改造なしに検査できる装置にするための構成を図２１及び図２２に示す。以下、２００ｍｍウェーハもしくは３００ｍｍウェーハの専用装置と異なる点を説明する。
2-1-8) Device configuration for 200/300 bridge tool FIGS. 21 and 22 show a configuration for making an apparatus capable of inspecting both 200 mm wafers and 300 mm wafers without mechanical modification. Hereinafter, differences from the 200 mm wafer or 300 mm wafer dedicated apparatus will be described.
２００／３００ｍｍウェーハ、ＦＯＵＰ、ＳＭＩＦ、オープンカセット等の仕様毎に交換されるウェーハカセットの設置場所２１・１には、ユーザー仕様によって決まるウェーハサイズやウェーハカセットの種類に応じたウェーハカセットが設置できるようになっている。大気搬送ロボット２１・２は、異なるウェーハサイズに対応できるようなハンドを備え、すわなちウェーハの落し込み部がウェーハサイズに合わせて複数設けられており、
ウェーハサイズにあった箇所でハンドに搭載されるようになっている。大気搬送ロボット２１・２はウェーハを設置場所２１・１からプリアライナ２１・３へ送ってウェーハの向きを整えた後、ウェーハをプリアライナ２１・３から取り出して、ロードロック室２１・４内へ送る。
It is possible to install wafer cassettes according to the wafer size and wafer cassette type determined by the user specifications at the wafer cassette installation location 21.1 which is exchanged for each specification such as 200 / 300mm wafer, FOUP, SMIF, and open cassette. It has become. The
It is mounted on the hand at a location that matches the wafer size. The
ロードロック室２１・４の内部のウェーハラックも同様の構造で、ウェーハラックのウェーハ支持部には、ウェーハサイズに合わせた複数の落し込み部が形成されており、大気搬送ロボット２１・２のハンドに搭載されたウェーハは、そのサイズに合った落し込み部に搭載されるようにロボットハンドの高さが調整されてウェーハラック内にウェーハが挿入され、その後、ロボットハンドが下降することによってウェーハ支持部の所定の落し込み部にウェーハが載置される。
The wafer racks inside the
ロードロック室２１・４内のウェーハラックに載置されたウェーハは、次いで、搬送室２１・５内に設置された真空搬送ロボット２１・６によってロードロック室２１・３から取り出されて試料室２１・７内のステージ２１・８上に搬送される。真空搬送ロボット２１・６のハンドも、大気搬送ロボット２１・２と同様、ウェーハサイズに合った複数の落し込み部を有している。ロボットハンドの所定の落し込み部に搭載されたウェーハは、ステージ２１・８において、予めウェーハサイズに合った補正リング２１・９を搭載した静電チャック上に載置され、静電チャックで吸着固定される。補正リング２１・９は、搬送室２１・５内に設けられた補正リングラック２１・１０上に載置されている。そこで、真空搬送ロボット２１・６はウェーハサイズに合った補正リング２１・９を補正リングラック２１・１０から取り出して静電チャック上に搬送し、静電チャック外周部に形成された位置決め用インロー部に補正リング２１・９を嵌め込んでから、ウェーハを静電チャックに載置する。
The wafers placed on the wafer racks in the
補正リングを交換する時は、この逆の操作を行う。すなわち、ロボット２１・６によって静電チャックから補正リング２１・９を外し、搬送室２１・５内の補正リングラック２１・１０に補正リングを戻し、これから検査するウェーハサイズにあった補正リングを補正リングラック２１・１０から静電チャックまで搬送する。
When replacing the correction ring, the reverse operation is performed. That is, the correction rings 21 and 9 are removed from the electrostatic chuck by the
図２１に示す検査装置のおいては、プリアライナ２１・３がロードロック室２２・４の近くに配置されているので、ウェーハのアライメントが不十分なためにロードロック室で補正リングが装着できない場合にも、ウェーハをプリアライナに戻してアライメントし直すことが容易であり、工程での時間のロスを減らせるという利点がある。
In the inspection apparatus shown in FIG. 21, since the pre-aligners 21 and 3 are disposed near the
図２２は、補正リングの置き場所を変えた例であり、補正リングラック２１・１０は省略されている。ロードロック室２２・１には、ウェーハラックと補正リングラックとが階層的に形成されており、これらはエレベータに設置されて上下動することができる。まず、これから検査するウェーハサイズに合った補正リングを静電チャックに設置するため、真空搬送ロボット２１・６が該補正リングを取出せる位置までロードロック室２２・１のエレベータを移動する。そして補正リングを真空搬送ロボット２１・６で静電チャック上に設置すると、今度は、検査すべきウェーハを搬送できるようにエレベータを操作し、ウェーハを真空搬送ロボット２１・６でウェーハラックから取出した後、静電チャックに載置する。この構成の場合、ロードロック室２２・１にエレベータが必要になるが、真空の搬送室２１・５を小さく形成することができ、装置のフットプリントを小さくする上で有効である。
FIG. 22 shows an example in which the location of the correction ring is changed, and the correction ring racks 21 and 10 are omitted. In the load lock chamber 22.1, wafer racks and correction ring racks are formed in a hierarchy, and these can be installed in an elevator and moved up and down. First, in order to install a correction ring suitable for the wafer size to be inspected in the electrostatic chuck, the elevator of the load lock chamber 22.1 is moved to a position where the
なお、静電チャック上にウェーハが存在するか否かを検知するセンサは、異なるウェーハサイズのどちらにも対応できる位置に設置されることが望ましいが、それが不可能な場合には、同一の働きをする複数のセンサをウェーハサイズ毎に配置してもよい。 In addition, it is desirable that the sensor for detecting whether or not a wafer exists on the electrostatic chuck should be installed at a position that can accommodate both different wafer sizes. A plurality of sensors that function may be arranged for each wafer size.
図２１に関して述べた検査装置においては、静電チャックの上に補正リングを載置し、その補正リングの内径に当てはまるようにウェーハを位置決めするという手順が取られている。そこで、図２２に示す検査装置においては、ロードロック室２２・１でウェーハに補正リングを装着し、補正リングが装着されたウェーハを補正リングごと搬送して試料室２１・７へ導入し、ステージ上の静電チャックに装着するという手順が取られる。それを実現する機構として、図２２−１及び図２２−２に示す、エレベータを上下させてウェーハを大気搬送ロボットから真空搬送ロボットへ渡すためのエレベータ機構がある。以下、この機構を用いてウェーハを搬送する手順を説明する。
In the inspection apparatus described with reference to FIG. 21, a procedure is adopted in which a correction ring is placed on the electrostatic chuck and the wafer is positioned so as to be applied to the inner diameter of the correction ring. Therefore, in the inspection apparatus shown in FIG. 22, a correction ring is attached to the wafer in the
図２２−１の（Ａ）に示すように、ロードロック室の中に設けられたエレベータ機構は上下方向に移動可能に設けられた複数段（図では２段）の補正リング支持台を有する。上段の補正リング支持台２２・２と下段の補正リング支持台２２・３とは、第１のモータ２２・４の回転によって昇降する第１の台２２・５に固定され、これによって、第１のモータ２２・４の回転により、第１の台２２・５及び上下の補正リング支持台２２・２、２２・３が上方又は下方に移動することになる。
As shown in FIG. 22-1 (A), the elevator mechanism provided in the load lock chamber has a plurality of stages (two stages in the figure) of correction ring support bases provided so as to be movable in the vertical direction. The upper correction ring support bases 22 and 2 and the lower correction ring support bases 22 and 3 are fixed to the
各補正リング支持台にはウェーハのサイズに応じた内径の補正リング２２・６が載置されている。補正リング２２・６は２００ｍｍウェーハ用と３００ｍｍウェーハ用との、内径が異なる２種類が用意され、これらの補正リングの外径は同じである。このように、同じ外径の補正リングを用いることにより、相互互換性が生まれ、ロードロック室の中に２００ｍｍ用と３００ｍｍ用とを自由な組み合わせで載置しておくことが可能になる。つまり、２００ｍｍウェーハと３００ｍｍウェーハとが混合して流れてくるラインについては、上段を３００ｍｍ用、下段を２００ｍｍ用とし、どちらのウェーハが流れてきても検査を行えるよう柔軟に対応することができる。また、同じサイズのウェーハが流れてくるラインであれば、上下の段を２００ｍｍ用或いは３００ｍｍ用とし、上下の段のウェーハを交互に検査することができるので、スループットを向上させることができる。 On each correction ring support, correction rings 22 and 6 having an inner diameter corresponding to the size of the wafer are placed. Two types of correction rings 22.6 for the 200 mm wafer and for the 300 mm wafer are prepared with different inner diameters, and the outer diameters of these correction rings are the same. Thus, by using a correction ring having the same outer diameter, mutual compatibility is created, and 200 mm and 300 mm can be placed in any combination in the load lock chamber. In other words, regarding the line in which the 200 mm wafer and the 300 mm wafer are mixed and flowed, the upper stage is for 300 mm and the lower stage is for 200 mm, so that it is possible to flexibly cope with the inspection regardless of which wafer flows. In addition, if the same size wafer flows, the upper and lower tiers are for 200 mm or 300 mm, and the upper and lower tier wafers can be inspected alternately, so that the throughput can be improved.
第１の台２２・５には第２のモータ２２・７が載置され、第２のモータ２２・７には第２の台２２・８が昇降可能に取り付けられている。第２の台２２・８には上段のウェーハ支持台２２・９と下段のウェーハ支持台２２・１０とが固定されている。これにより、第２のモータ２２・７が回転すると、第２の台２２・８と上下のウェーハ支持台２２・９、２２・１０とが一体に上方又は下方に移動することになる。
The
そこで、図２２−１の（Ａ）に示すように、ウェーハＷを大気搬送ロボット２１・２のハンドに載せてロードロック室２２・１に搬入し、次いで、（Ｂ）に示すように、第２のモータ２２・７を第１の方向に回転させてウェーハ支持台２２・９、２２・１０を上方に移動させ、ウェーハＷを上段のウェーハ支持台２２・９の上に載置させる。これによって、ウェーハＷを大気搬送ロボット２１・２からウェーハ支持台２２・９へ移す。その後、（Ｃ）に示すように大気搬送ロボット２１・２を後退させ、大気搬送ロボット２１・２の後退が完了したところで、（Ｄ）に示すように、第２のモータ２２・７を第１の方向とは逆の方向に回転させてウェーハ支持台２２・９、２２・１０を下方へ移動させる。これによってウェーハＷは上段の補正リング２２・６に載置される。
Therefore, as shown in FIG. 22-1 (A), the wafer W is loaded on the hand of the
次いで、（Ｅ）に示すように、真空搬送ロボット２１・６のハンドをロードロック室２２・１の中に入れて補正リング２２・６の下側で停止させる。この状態で第１のモータ２２・４を回転させ、（Ｆ）に示すように、第１の台２２・５、上下の補正リング支持台２２・２、２２・３、第２のモータ２２・７及び上下のウェーハ支持台２２・９、２２・１０を下方へ移動させ、これによって、上段のウェーハ支持台２２・９に載置されていた補正リング２１・６及びウェーハＷを真空搬送ロボット２１・６のハンドに載せ、試料室２
１・７へ搬入することができる。
Next, as shown in (E), the hand of the
It can be loaded into 1.7.
試料室２１・７での検査が終了したウェーハをロードロック室２１・４へ戻す動作は、上記とは逆の手順で行われ、補正リングと共に真空搬送ロボットによりウェーハ支持台の上に搬入されたウェーハは、補正リング支持台に、次いでウェーハ支持台に移され、最後に大気搬送ロボットに載置されることになる。なお、図２２−１及び図２２−２においては、上段におけるウェーハ受け渡し動作を説明したが、大気搬送ロボット２１・２及び真空搬送ロボット２１・６のハンドの高さを調整することにより、下段においても同様の動作が可能である。このように大気搬送ロボット２１・２及び真空搬送ロボット２１・６のハンドの高さを適切に切り換えることにより、一方の段から未検査のウェーハを試料室へ搬入し、次いで検査済みのウェーハを試料室から他方の段へ搬出することを交互に行うことができる。
The operation of returning the wafer, which has been inspected in the
２−２）ウェーハの搬送方法
次に、カセットホルダ１３・２に支持されたカセット１３・１２からワーキングチャンバ１３・１６内に配置されたステージ装置１３・６までへのウェーハの搬送を順を追って説明する（図１４〜図１６参照）。
2-2) Wafer transfer method Next, wafer transfer from the
カセットホルダ１３・２は、前述のように人手によりカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが、また自動的にカセットをセットする場合にはそれに適した構造のものが使用される。この実施の形態において、カセット１３・１２がカセットホルダ１３・２の昇降テーブル１３・１３の上にセットされると、昇降テーブル１３・１３は昇降機構１３・１４によって降下されカセット１３・１２が出入り口１３・１５に整合される。カセットが出入り口１３・１５に整合されると、カセットに設けられたカバー（図示せず）が開き、カセットとミニエンバイロメント装置１３・３の出入り口１３・１５との間には筒状の覆いが配置されてカセット内及びミニエンバイロメント空間内を外部から遮断する。これらの構造は公知のものであるから、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置１３・３側に出入り口１３・１５を開閉するシャッタ装置が設けられている場合にはそのシャッタ装置が動作して出入り口１３・１５を開く。
As described above, the
一方、第１の搬送ユニット１６・１４のアーム１６・１６は方向Ｍ１又はＭ２のいずれかに向いた状態（この説明ではＭ１の方向）で停止しており、出入り口１３・１５が開くとアームが伸びて先端でカセット内に収容されているウェーハのうち１枚を受け取る。なお、アームと、カセットから取り出されるべきウェーハとの上下方向の位置調整は、この実施の形態では第１の搬送ユニット１６・１４の駆動部１６・１５及びアーム１６・１６の上下移動で行うが、カセットホルダの昇降テーブルの上下動行っても或いはその両者で行ってもよい。
On the other hand, the
アーム１６・１６によるウェーハの受け取りが完了すると、アームは縮み、シャッタ装置を動作して出入り口を閉じ（シャッタ装置がある場合）、次にアーム１６・１６は軸線Ｏ１−Ｏ１の回りで回動して方向Ｍ３に向けて伸長できる状態になる。すると、アームは伸びて先端に載せられ或いはチャックで把持されたウェーハをプリアライナー１６・５の上に載せ、そのプリアライナー１６・５によってウェーハの回転方向の向き（ウェーハ平面に垂直な中心軸線の回りの向き）を所定の範囲内に位置決めする。位置決めが完了すると搬送ユニット１６・１４はアームの先端にプリアライナー１６・５からウェーハを受け取ったのちアームを縮ませ、方向Ｍ４に向けてアームを伸長できる姿勢になる。するとシャッタ装置１４・８の扉１３・２７が動いて出入り口１３・２５及び１３・３７を開き、アーム１６・１６が伸びてウェーハを第１のローディングチャンバ１４・２内のウェーハラック１４・１１の上段側又は下段側に載せる。なお、前記のようにシャッタ装置１４・８を開いてウェーハラック１４・１１にウェーハが受け渡される前に、仕切壁１４・５に
形成された開口１７・４はシャッタ装置１４・１０の扉１４・１９により気密状態で閉じられている。
When the reception of the wafer by the
上記第１の搬送ユニット１６・１４によるウェーハの搬送過程において、ミニエンバイロメント装置１３・３のハウジングの上に設けられた気体供給ユニット１６・９からは清浄空気が層流状に流れ（ダウンフローとして）、搬送途中で塵埃がウェーハの上面に付着するのを防止する。搬送ユニット周辺の空気の一部（この実施の形態では供給ユニットから供給される空気の約２０％で主に汚れた空気）は排出装置１６・４の吸入ダクト１６・１２から吸引されてハウジング外に排出される。残りの空気はハウジングの底部に設けられた回収ダクト１６・１０を介して回収され再び気体供給ユニット１６・９に戻される。
In the wafer transfer process by the
ローダハウジング１３・５の第１のローディングチャンバ１４・２内のウェーハラック１４・１１内に第１の搬送ユニット１６・１４によりウェーハが載せられると、シャッタ装置１４・８が閉じて、ローディングチャンバ１４・２内を密閉する。すると、第１のローディングチャンバ１４・２内には不活性ガスが充填されて空気が追い出された後、その不活性ガスも排出されてそのローディングチャンバ１４・２内は真空雰囲気にされる。この第１のローディングチャンバ１４・２の真空雰囲気は低真空度でよい。ローディングチャンバ１４・２内の真空度がある程度得られると、シャッタ装置１４・１０が動作して扉１４・１９で密閉していた出入り口１７・４のシャッタ１４・５を開き、第２の搬送ユニット１４・１２のアーム１４・２０が伸びて先端の把持装置でウェーハ受け１４・１１から１枚のウェーハを受け取る（先端の上に載せて或いは先端に取り付けられたチャックで把持して）。ウェーハの受け取りが完了するとアームが縮み、シャッタ装置１４・１０が再び動作して扉１４・１９で出入り口１７・４を閉じる。
When a wafer is placed on the wafer racks 14 and 11 in the
なお、シャッタ装置１４・１０が開く前にアーム１４・２０は予めウェーハラック１４・１１の方向Ｎ１に向けて伸長できる姿勢になる。また、前記のようにシャッタ装置１４・１０が開く前にシャッタ装置１３・２９の扉１４・９で出入り口１４・７、１４・１を閉じていて、第２のローディングチャンバ１４・３内とワーキングチャンバ１３・１６内との連通を気密状態で阻止しており、第２のローディングチャンバ１４・３内は真空排気される。
Before the
シャッタ装置１４・１０が出入り口１７・４を閉じると、第２のローディングチャンバ１４・３内は再度真空排気され、第１のローディングチャンバ１４・２内よりも高真空度の真空にされる。その間に、第２の搬送ユニット１６・１４のアームはワーキングチャンバ１３・１６内のステージ装置１３・６の方向に向いて伸長できる位置に回転される。一方ワーキングチャンバ１３・１６内のステージ装置１３・６では、Ｙテーブル１３・３３が、Ｘテーブル１３・３４の中心線Ｘ０−Ｘ０が第２の搬送ユニット１４・１２の回動軸線Ｏ２−Ｏ２を通るＸ軸線Ｘ１−Ｘ１とほぼ一致する位置まで、図１４で上方に移動し、また、Ｘテーブル１３・３４は図１４で最も左側の位置に接近する位置まで移動し、この状態で待機している。第２のローディングチャンバ１４・３がワーキングチャンバ１３・１６の真空状態と略同じになると、シャッタ装置１３・２９の扉１４・９が動いて出入り口１４・７、１４・１を開き、アームが伸びてウェーハを保持したアームの先端がワーキングチャンバ１３・１６内のステージ装置１３・６に接近する。そしてステージ装置１３・６の載置面１４・１４上にウェーハを載置する。ウェーハの載置が完了するとアームが縮み、シャッタ装置１３・２９が出入り口１４・７、１４・１を閉じる。
When the
ステージには、ウェーハに逆バイアス電位（リターディング電位）をかける機構があるので、アームがステージへウェーハを置きに行くもしくは取りに行く時、アームをステージと同じもしくは近い電位、またはアームをフローティング電位にしておくことにより、電位のショートによる放電などの不具合を避ける機構を有している。また、別の実施の形
態として、ウェーハをステージ装置上に搬送する際にはウェーハへのバイアス電位をオフにしておいてもよい。
Since the stage has a mechanism that applies a reverse bias potential (retarding potential) to the wafer, when the arm goes to or gets the wafer from the stage, the arm is at the same potential as or close to the stage, or the arm is at a floating potential. Thus, a mechanism for avoiding problems such as discharge due to potential short-circuiting is provided. As another embodiment, when the wafer is transferred onto the stage device, the bias potential to the wafer may be turned off.
バイアス電位を制御する場合には、ウェーハがステージに搬送されるまでは電位をオフにしておき、ステージに搬送され載置されてからオンにしてバイアス電位を印加するようにしてもよい。バイアス電位を印加する時機は、タクトタイムを予め設定しておき、それにしたがって印加してもよいし、ステージの上にウェーハが載置された事をセンサで検出し、その検出信号をトリガとして印加するようにしてもよい。また、シャッタ装置１３・２９が出入口１４・７、１４・１を閉じたことを検出して、その検出信号をトリガとして印加してもよい。更に、静電チャックを用いる場合には、静電チャックに吸着されたことを確認し、それをトリガとしてバイアス電位を印加するようにしてもよい。
When controlling the bias potential, the potential may be turned off until the wafer is transported to the stage, and the bias potential may be applied after the wafer is transported and placed on the stage. When the bias potential is applied, the tact time may be set in advance, and may be applied according to the preset time. Alternatively, the sensor detects that the wafer is placed on the stage and applies the detection signal as a trigger. You may make it do. Alternatively, it may be detected that the
以上は、カセット１３・１２内のウェーハをステージ装置上に搬送するまでの動作について説明したが、ステージ装置１３・６に載せられて処理が完了したウェーハをステージ装置１３・６からカセット１３・１２内に戻すには前述と逆の動作を行って戻す。また、ウェーハラック１４・１１に複数のウェーハを載置しておくため、第２の搬送ユニット１４・１２でウェーハラック１４・１１とステージ装置１３・６との間でウェーハの搬送を行う間に、第１の搬送ユニット１６・１４でカセットとウェーハラック１４・１１との間でウェーハの搬送を行うことができ、検査処理を効率良く行うことができる。
The operation until the wafers in the
具体的には、ウェーハラック１４・１１に、既に処理済のウェーハＡと未処理のウェーハＢがある場合、まず、ステージ装置１３・６に未処理のウェーハＢを移動する。この間に、処理済ウェーハＡを、アームによりウェーハラックからカセット１３・１２に移動し、未処理のウェーハＣを同じくアームによりカセット１３・１２から抜き出し、プリアライナ１６・５で位置決めした後、ローディングチャンバ１４・２のウェーハラック１４・１１に移動する。
Specifically, when there are already processed wafers A and unprocessed wafers B in the wafer racks 14 and 11, first, the unprocessed wafers B are moved to the
このようにすることで、ウェーハラック１４・１１の中は、ウェーハＢを処理中に、処理済のウェーハＡが未処理のウェーハＣに置き換えることができる。また、検査や評価を行うこのような装置の利用の仕方によっては、ステージ装置１３・６を複数台並列に置き、それぞれの装置に一つのウェーハラック１４・１１からウェーハを移動することで、複数枚のウェーハを同じ処理することもできる。
In this way, in the wafer racks 14 and 11, the processed wafer A can be replaced with the unprocessed wafer C while the wafer B is being processed. Further, depending on how to use such an apparatus for performing inspection and evaluation, a plurality of
図２３は、主ハウジング１３・４の支持方法の変形例がで示されている。図２３に示された変形例では、ハウジング支持装置２３・１を厚肉で矩形の鋼板２３・２で構成し、その鋼板の上にハウジング本体２３・３が載せられている。したがって、ハウジング本体２３・１の底壁２３・４は、前記実施の形態の底壁に比較して薄い構造になっている。図２４に示された変形例では、ハウジング支持装置２４・１のフレーム構造体２４・２によりハウジング本体２４・３及びローダハウジング２４・４を吊り下げて状態で支持するようになっている。
FIG. 23 shows a modification of the method for supporting the
フレーム構造体２４・２に固定された複数の縦フレーム２４・５の下端は、ハウジング本体２４・３の底壁２４・６の四隅に固定され、その底壁により周壁及び頂壁を支持するようになっている。そして防振装置２４・７は、フレーム構造体２４・２と台フレーム２４・８との間に配置されている。また、ローダハウジング２４・４もフレーム構造体２４・２に固定された吊り下げ部材２４・９によって吊り下げられている。ハウジング本体２４・３のこの図２４に示された変形例では、吊り下げ式に支えるので主ハウジング及びその中に設けられた各種機器全体の低重心化が可能である。上記変形例を含めた主ハウジング及びローダハウジングの支持方法では主ハウジング及びローダハウジングに床からの振動が伝わらないようになっている。
The lower ends of the plurality of
図示しない別の変形例では、主ハウジングのハウジング本体のみがハウジング支持装置によって下から支えられ、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置１３・３と同じ方法で床上に配置され得る。また、図示しない更に別の変形例では、主ハウジング１３・４のハウジング本体のみがフレーム構造体に吊り下げ式で支持され、ローダハウジングは隣接するミニエンバイロメント装置と同じ方法で床上に配置され得る。
In another variant, not shown, only the housing body of the main housing is supported from below by the housing support device, and the loader housing can be placed on the floor in the same way as the adjacent mini-environment device 13.3. In still another modification not shown, only the housing body of the
上記の実施の形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（１）電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構成が得られ、高いスループットで検査対象を処理することができる。
（２）ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気体を流して塵埃の付着を防止すると共に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら検査対象の検査を行うことができる。
（３）ローディングチャンバ及びワーキングチャンバを一体的に振動防止装置を介して支持したので外部の環境に影響されずにステージ装置への検査対象の供給及び検査を行うことができる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) An overall configuration of a mapping projection type inspection apparatus using an electron beam is obtained, and an inspection object can be processed with high throughput.
(2) Inspecting the inspection object while monitoring the dust in the space by providing a sensor for observing the cleanliness by supplying a clean gas to the inspection object in the mini-environment space to prevent the adhesion of dust. Can do.
(3) Since the loading chamber and the working chamber are integrally supported via the vibration preventing device, it is possible to supply and inspect the inspection target to the stage device without being affected by the external environment.
２−３）電子光学系
２−３−１）概要
電子光学系１３・８は、ハウジング本体１３・１７に固定された鏡筒１３・３８の中に設けられた、図２５−１に概略的に図示する一次電子光学系（以下、単に一次光学系という）２５・１と、二次電子光学系（以下、単に二次光学系という）２５・２とを備える電子光学系と、検出系２５・３とを備える。一次光学系２５・１は、電子線を検査対象であるウェーハＷの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃２５・４と、電子銃２５・４から放出された一次電子線を集束する静電レンズからなるレンズ系２５・５と、ウイーンフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器２５・６と、対物レンズ系２５・７とを備え、それらは、図２５−１に示されるように電子銃２５・４を最上部にして順に配置されている。この実施の形態の対物レンズ系２５・７を構成するレンズは減速電界型対物レンズである。この実施の形態では、電子銃２５・４から放出される一次電子線の光軸は、検査対象であるウェーハＷに照射される照射光軸（ウェーハの表面に垂直になっている）に関して斜めになっている。対物レンズ系２５・７と検査対象であるウェーハＷとの間には電極２５・８が配置されている。この電極２５・８は一次電子線の照射光軸に関して軸対称の形状になっていて、電源２５・９によって電圧制御されるようになっている。
2-3) Electron optical system
2-3-1) Overview The electron
二次光学系２５・２は、Ｅ×Ｂ型偏向器２５・６により一次光学系から分離された二次電子を通す静電レンズから成るレンズ系２５・１０を備えている。このレンズ系２５・１０は二次電子像を拡大する拡大レンズとして機能する。
The secondary
検出系２５・３は、レンズ系２５・１０の結像面に配置された検出器２５・１１及び画像処理部２５・１２を備えている。
一次ビームの入射方向は通常Ｅ×ＢフィルタのＥ方向（電界の逆方向）であり、この方向と積算型のラインセンサ（ＴＤＩ：time delay integration）の積算方向とは同じ方向となっている。ＴＤＩの積算方向は一次ビーム方向と異なっていても構わない。
The
The incident direction of the primary beam is usually the E direction of the E × B filter (the reverse direction of the electric field), and this direction is the same as the integration direction of the integration type line sensor (TDI: time delay integration). The TDI integration direction may be different from the primary beam direction.
電子ビーム光学系鏡筒は以下の構成要素を備えている。
（１）コラム磁気シールド
鏡筒を構成する部材には望ましくはパーマロイ等のニッケル合金や鉄等の磁性体を用いると良く、磁気的な外乱の影響を抑える効果が期待できる。
（２）検出器回転機構
ステージの走査軸方向と検出器の走査方向とを一致させるために、鏡筒１３・３８の上
部には、鏡筒１３・３８の内を真空に保持した状態のままＴＤＩ等の検出器２５・１１を光軸周りに±数度程度回転できるようにして、装置の組立により生じる走査方向のずれを無くす検出器回転機構を有している。この機構においては、回転分解能及び回転位置再現性は５〜４０秒程度必要である。これは、検出器において、１フレーム分の画像を走査する間にステージの走査方向と検出器の走査方向とのずれを１ピクセルの１／１０程度に収める必要から出てくる。検出器回転機構によれば、ステージの移動方向とＴＤＩの積算方向の角度誤差を１０ｍｒａｄ以下、好ましくは１ｍｒａｄ以下、より好ましくは０．２ｍｒａｄ以下に調整することも可能である。
The electron beam optical system barrel includes the following components.
(1) Column magnetic shield Preferably, a nickel alloy such as permalloy or a magnetic material such as iron is preferably used as a member constituting the lens barrel, and an effect of suppressing the influence of magnetic disturbance can be expected.
(2) Detector rotating mechanism In order to make the scanning axis direction of the stage coincide with the scanning direction of the detector, the inside of the lens barrels 13 and 38 is kept in a vacuum state above the lens barrels 13 and 38. It has a detector rotation mechanism that allows the
以下、図２５−３〜図２５−５を用いて、検出器回転機構の構成の一例を説明する。図２５−３は、鏡筒１３・３８の上部に設けられた検出器回転機構の全体の構成を示す図であり、図２５−４は、上鏡筒を回転させるための機構の概略図であり、図２５−５は、上鏡筒と下鏡筒とをシールするための機構を示している。 Hereinafter, an example of the configuration of the detector rotation mechanism will be described with reference to FIGS. 25-3 to 25-5. FIG. 25-3 is a diagram illustrating the entire configuration of the detector rotating mechanism provided on the upper part of the lens barrels 13 and 38, and FIG. 25-4 is a schematic diagram of a mechanism for rotating the upper lens barrel. FIG. 25-5 shows a mechanism for sealing the upper and lower lens barrels.
図２５−３において、鏡筒１３・３８の上端は、検出器２５・１１が取り付けられた上鏡筒２５・２０と、主ハウジング１３・４に固定された下鏡筒２５・２１とからなる。上鏡筒２５・２０は下鏡筒２５・２１に対してベアリング２５・２２を介して支持されて二次光学系の光軸の周りに回転可能であり、また、上鏡筒２５・２０と下鏡筒２５・２１との間には、鏡筒１３・３８の内部を真空に保つためにシール部２５・２３が設けられる。具体的には、上鏡筒２５・２０の下端と下鏡筒２５・２１の上端との間にシール部２５・２３を設置するとともに、下鏡筒２５・２１の上端に上鏡筒２５・２０を取り囲むように鍔部２５・２４を設け、この鍔部２５・２４と上鏡筒２５・２０の側面との間にベアリング２５・２２を設置する。
25-3, the upper ends of the lens barrels 13 and 38 are composed of upper lens barrels 25 and 20 to which the
上鏡筒２５・２０と下鏡筒２５・２１とにはそれぞれ、ベアリング２５・２２を押さえるためのベアリング押さえ２５・２５、２５・２６がネジ止めされる。さらに、上鏡筒２５・２０を下鏡筒２５・２１に対して回転させるために、図２５−４に示す駆動機構が設けられる。即ち、鍔部２５・２４の上端に設けられたベアリング押さえ２５・２６の一部には突起２５・２７が設けられ、一方、上鏡筒２５・２０から突設された取り付け部材（ブラケット）２５・２８にはアクチュエータ２５・２９が固定される。アクチュエータ２５・２９の軸２５・３０は突起２５・２７と接触し、鍔部２５・２４とアクチュエータ２９・２９が固定された取り付け部材（ブラケット）２５・２８との間には、突起２５・２７の方へ引く力が与えられた予圧バネ２５・３１が設けられる。これにより、アクチュエータ２５・２９を作動させて軸２５・３０がアクチュエータ２５・２９から突出する長さを変えることにより、下鏡筒２５・２１に対して上鏡筒２５・２０を所望の角度だけ所望の方向に回転させることができる。
前述の回転精度のためには、アクチュエータ２５・２９の移動分解能は５〜１０μｍ程度であることが望ましい。また、アクチュエータ２５・２９としては、ピエゾ・アクチュエータやマイクロメータをモータ駆動するものであってよい。また、アクチュエータ２５・２９を固定するブラケット２５・２８と突起２５・２７との相対距離を測定することができるセンサを取り付けて検出器２５・１１の回転位置を測定することが望ましい。センサには、リニアスケール、ポテンショメータ、レーザ変位計、歪みゲージ等を使用することができる。
For the above-mentioned rotation accuracy, the movement resolution of the
シール部２５・２３は、鏡筒１３・３８の内部を真空に保つために、図２５−５に示すように、下鏡筒２５・２１の上端の面と上鏡筒２５・２０の下端の面との間に僅かな隙間２５・３２（図２５−５）が形成されるように設置される。シール部２５・２３は、中央部に固着された仕切りリング２５・３３と２個の弾性シール２５・３４、２５・３５とを備え、各弾性シール２５・３４、２５・３５のリップ部の間には、シール面の面圧を確保
してシール性を高めるためのスプリング２５・３６、２５・３７がそれぞれ設けられる。仕切りリング２５・３３の中央には、下鏡筒２５・２１に形成された排気路２５・３８と連なる排気口２５・３９が設けられる。弾性シール２５・３４、２５・３５は摩擦係数が極めて小さく摺動性に優れた材質で作られることが好ましく、例えば、米国ヒューロン社製のオムニシールを用いることができる。
In order to keep the inside of the lens barrels 13 and 38 in a vacuum, as shown in FIG. It is installed so that a
このように、弾性シールを２重に配置し、その中間の空間２５・４０を真空排気することにより、上鏡筒２５・２０が回転して若干のリークが大気側の弾性シール２５・３５に発生しても、リークした空気は排気路２５・３８で排気され、空間２５・４０の圧力がさほど上昇しない。そのため、弾性シール２５・３４から鏡筒内へのリークが発生せず、鏡筒内の真空を劣化させることがない。空間２５・４０は継続的に真空排気されても良いが、検出器回転機構を作動させたときのみ排気することも可能である。これは、リークが生じやすいのは回転時であり、回転させないときには弾性シール２５・３４、２５・３５と上鏡筒２５・２０の下端との面圧で十分シールできるからである。
In this way, by arranging the elastic seals in a double manner and evacuating the
弾性シール２５・３４、２５・３５と上下の面との面圧を適切に設定することが重要であり、これは隙間２５・３２の大きさを調整することにより実現できる。隙間２５・３２の調整は、ベアリング２５・２２と下鏡筒２５・２１の上端の面との間にシム２５・４１を入れることによって行うことができる。ここにシム２５・４１を入れることにより、下鏡筒２５・２１に対するベアリング２５・２２の高さを変えることができる。これに対して、上鏡筒２５・２０では押さえ２５・２５、２５・２６でベアリング２５・２２を挟み込んでいるので、ベアリング２５・２２は上鏡筒２５・２０と共に上下する構造になっており、シム２５・４１の厚さの分だけ上鏡筒２５・２０と下鏡筒２５・２１との間の隙間２５・３２が変わることになる。
It is important to appropriately set the surface pressure between the
なお、鏡筒の仕様によっては、図２５−５に示すように２重のシールを設けずに、１重のシールのみとしてシール間の真空排気を行わなくても十分な場合がある。しかし、２重のシールの方が信頼性が高く、高真空が得られ易い。また、上の説明では弾性シール２５・３４、２５・３５の内部にスプリング２５・３６、２５・３７を設けるようにしたが、真空と大気圧との差圧で弾性シール２５・３４、２５・２５が上下面に十分押しつけられる場合や、弾性シール２５・３４、２５・３５自体に十分な反発力がある場合には、スプリング２５・３６、２５・３７を省略しても良い。
Depending on the specifications of the lens barrel, as shown in FIG. 25-5, there is a case where it is sufficient not to provide a double seal but to perform vacuum evacuation between the seals using only a single seal. However, the double seal is more reliable and it is easier to obtain a high vacuum. In the above description, the
以上のような構成の回転機構によって検出器とステージとの方向を合わせるには、検出器２５・１１を微少量回転させ、その都度、検出器２５・１１の走査撮像を行って、最もシャープな画像が得られたときの角度に検出器２５・１１の角度を合わせればよい。以下、その具体的な方法を説明する。
In order to align the direction of the detector and the stage by the rotation mechanism configured as described above, the
検出器回転機構の回転可動範囲において、検出器２５・１１を微小角度回転させて検出器２５・１１の走査撮像を行い、得られた画像に対して画像処理を施すことによって、コントラスト等の像質を評価できる数値を求める。これを繰り返すことによって検出器２５・１１の回転位置と像質との関係を求め、最も像質がよいときの検出器２５・１１の回転位置を求める。そこで、その位置まで検出器２５・１１を回転させることによって検出器２５・１１の位置決め作業が完了する。
In the rotation movable range of the detector rotating mechanism, the
ステージと検出器２５・１１との位置ずれの許容値は検出器２５・１１の１フレーム分の画像を走査する間に、ステージの走査方向と検出器の走査方向とのずれが１ピクセルの１／１０程度に収める必要から決まる。したがって、走査方向にピクセルが約５００段並んでいる場合の許容角度ずれは約４０秒となる。
The allowable value of the positional deviation between the stage and the
ステージと検出器との角度のずれを４０秒以下に合わせるには、上記した、検出器の位置と像質との関係を多項式近似等の手法によって数値化し、像質が最良になるときの検出器２５・１１の位置を求める方法や、まず検出器２５・１１を粗く回転させて撮像を行い、検出器の位置と像質との概略の関係を求め、像質が最良になる検出器の位置の範囲を絞り込み、再度、その範囲内で検出器を微少量ずつ回転させて同様の操作を行い、像質が最良になる検出器位置を精度良く求める方法を用いることができる。こうして、ステージと検出器との角度合わせが完了した後に角度のずれが生じるのを防止するために、ロック機構を設けることが有効である。例えば、ベアリング押さえ２５・２５、２５・２６間に板状部品を渡し、この板状部品とベアリング押さえ２５・２５、２５・２６とをボルトで固定すればよい。
In order to adjust the angle deviation between the stage and the detector to 40 seconds or less, the relationship between the position of the detector and the image quality is quantified by a method such as polynomial approximation, and detection is performed when the image quality is the best. The method of obtaining the position of the
（３）ＮＡ移動機構
ＮＡは光軸方向や光軸に直交する方向に数センチ程度移動できるような機構によって保持されており、倍率の変更に連動して光学的に最適な位置にＮＡを調整することを可能にしている。ＮＡ保持部には複数のＮＡが取り付けられるようにすることが望ましく、そういう機構を付加することによってＮＡの劣化や透過率を変更したい場合に鏡筒内を真空に保持したままのＮＡ交換が可能になる。
また、ＮＡ保持部には望ましくはヒーター部が設置されておりＮＡを高温保持することによりＮＡが劣化しにくくなる効果がある。また、反応性ガスの配管部を設置することも有効であり、鏡筒内を真空に保持したままのＮＡのクリーニングが可能となる。
(3) The NA moving mechanism NA is held by a mechanism that can move about several centimeters in the optical axis direction or in a direction orthogonal to the optical axis, and adjusts the NA to an optically optimal position in conjunction with the change in magnification. It is possible to do. It is desirable that multiple NAs be attached to the NA holder, and if it is desired to change the NA deterioration or transmittance by adding such a mechanism, it is possible to replace the NA while keeping the inside of the lens barrel in a vacuum. become.
Further, the NA holding unit is preferably provided with a heater unit, and holding the NA at a high temperature has an effect of making the NA difficult to deteriorate. It is also effective to install a reactive gas pipe, and it is possible to clean the NA while keeping the inside of the lens barrel in a vacuum.
（４）アイソレーションバルブ
鏡筒には、望ましくは鏡筒内を複数の空間に分割できるようにするためのバルブが設置されている。具体的にはＭＣＰ部や電子銃部の空間をステージ部の空間と切り離せるようにバルブを設置すると有効である。そのような構成にすることで、ＭＣＰ部や電子銃部を真空に保持したままステージ周辺等のメンテナンスを実施することが可能になる。また、逆にステージ部等を真空に保持したままＭＣＰ部や電子銃部のメンテナンスを実施することも可能である。
(4) Isolation valve The lens barrel is preferably provided with a valve for dividing the inside of the lens barrel into a plurality of spaces. Specifically, it is effective to install a valve so that the space of the MCP part and the electron gun part can be separated from the space of the stage part. With such a configuration, it is possible to perform maintenance around the stage and the like while keeping the MCP unit and the electron gun unit in a vacuum. Conversely, maintenance of the MCP unit and the electron gun unit can be performed while the stage unit and the like are held in a vacuum.
（５）光軸シールド筒
光軸の周囲はアースに接地された筒状の部材によって囲まれていることが望ましく、そのような構成にすることで電気的な外乱の影響を抑える効果が期待できる。
(5) Optical axis shield tube It is desirable that the periphery of the optical axis is surrounded by a cylindrical member that is grounded to the earth. With such a configuration, an effect of suppressing the influence of electrical disturbance can be expected. .
（６）ＭＣＰ手前のオリフィス
一連の電子光学系とＭＣＰ部の間にはオリフィス状あるいは細長い筒状の部材が設置されており、双方の空間を結ぶ経路のコンダクタンスが小さくなるような構成とすることで、ＭＣＰ部の圧力を電子光学系の１／５程度、好ましくは１／１０程度より好ましくは１／１００程度低く保持することが容易になる。
(6) Orifice in front of the MCP An orifice-shaped or elongated cylindrical member is installed between the series of electron optical systems and the MCP portion so that the conductance of the path connecting the two spaces is reduced. Thus, it becomes easy to keep the pressure of the MCP portion about 1/5, preferably about 1/10, more preferably about 1/100 lower than that of the electron optical system.
（７）電極一体化、高精度化
電子光学的に同心軸上に数μｍ以下の精度で配置されることが必要な部品については、望ましくは部材同士の合わせ加工や冷し嵌めといった方法によって組み立てられていると良い。
(7) Integration of electrodes and high precision For parts that need to be arranged on the concentric shaft with an accuracy of several μm or less on an electro-optical basis, it is desirable to assemble them by methods such as aligning members or cold fitting. Good to have been.
（８）光学顕微鏡
低倍率での試料像や、光で見た場合の画像を電子ビーム画像と比較参照のために光学顕微鏡を備えている。倍率は電子ビーム画像の１／１０〜１／５０００程度
好ましくは１／２０〜１／１０００、より好ましくは１／２０〜１／１００程度である。試料表面からの光の画像は二次元の固体撮像素子（ＣＣＤ）で検出し、
ＣＲＴ上に表示させることができる。又、メモリーに記憶させておくことができる。
(8) Optical microscope A sample image at a low magnification or an image when viewed with light is provided with an optical microscope for comparison with an electron beam image. The magnification is about 1/10 to 1/5000 of the electron beam image, preferably 1/20 to 1/1000, and more preferably about 1/20 to 1/100. The image of light from the sample surface is detected by a two-dimensional solid-state image sensor (CCD)
It can be displayed on the CRT. It can also be stored in memory.
（９）同軸イオンポンプ
イオンポンプ等の無振動型の真空排気系を電子銃部やＭＣＰ部付近の光軸周りに回転対称状に配置することで、排気系自体による荷電粒子や磁場等の影響を相殺しながら当該箇所を高真空に保持する効果が期待できる。これはイオンポンプを配管で電子銃部などに接続して排気する場合、配管のコンダクタンスが小さくなってしまうのを改善していることによる。
(9) A non-vibration type vacuum pumping system such as a coaxial ion pump ion pump is arranged in a rotationally symmetrical manner around the optical axis in the vicinity of the electron gun section and MCP section, thereby affecting the influence of charged particles, magnetic fields, etc. by the pumping system itself. The effect of holding the part in a high vacuum can be expected while offsetting. This is because the pipe conductance is reduced when the ion pump is connected to an electron gun unit or the like through a pipe and exhausted.
以下、具体的な実施の形態について説明する。
（１）実施の形態１
真空チャンバ、真空排気系、１次光学系、２次光学系、検出器、画像処理器、制御用コンピュータより主に構成されている検査装置の一例である。図２６にその一例を示す。
Hereinafter, specific embodiments will be described.
(1)
It is an example of an inspection apparatus mainly composed of a vacuum chamber, a vacuum exhaust system, a primary optical system, a secondary optical system, a detector, an image processor, and a control computer. An example is shown in FIG.
電子ビームを試料に照射するための1次光学系２６・１と試料表面から放出された電子
、例えば、2次電子、反射電子、後方散乱電子等を、検出器に導くための、2次光学系２６・２がある。2次光学系は、写像投影式光学系である。１次系と２次系を分離する為に、Ｅ×Ｂなるビーム分離器２６・３が使用される。また、検出器２６・４によって検出された電子の画像信号は、光信号、または／及び、電気信号に変換され、画像処理器２６・５により処理される。また、このとき、検出器に入射する電子数は、１画素相当エリアに、２００個以下でも画像を良好に形成できる。もちろん1画素領域中に200個以上の場合も画像を良好に形成できることは言うまでもない。
Secondary optics for guiding the primary
１次光学系の構成要素である電子銃２６・６は、熱フィラメントとして、ＬａＢ６が用いられ、ウェネルト、引出電極２６・７によりカソードからの電子を引き出す。その後、２段のＡレンズ(アインツェルレンズ)２６・８によりビームをアパーチャ２６・９に収束させ、クロスオーバーを形成する。その後、２段のアライナ２６・１０、アパーチャ２６・１１、３段の４極子レンズ２６・１２、３段アライナ２６・１３を通過してビーム分離器に入射して試料面方向に偏向され、アパーチャ２６・１４と２次系のＰレンズ（対物レンズ）１６・１６を通過して試料面にほぼ垂直に照射される。
The
アパーチャ２６・９により、クロスオーバでの均一性が高く、且つ、輝度の高いビーム領域を通過させ、アパーチャ２６・１１により、４極子レンズへのビーム入射角度を規定するアライナ（偏向器）２６・１０は、アパーチャ２６・１１及び４極子レンズ２６・１２の光軸中心にビームを入射させるための調整に使用される。４極子レンズ２６・１２は、ビームの２方向、例えば、X，Y方向の軌道を変えて、ビームの形状を変形することに利用される。例えば、試料照射ビーム形状において、円形、楕円形、矩形、矩形・楕円のｘ，ｙ方向の形状の割合変更等を実現できる (図２７参照) 。４極子レンズ通過後、アライナ２６・１４により、アパーチャ２６・１５、Ｐレンズ（対物レンズ）２６・１６の中心を通過するように調整され、試料表面に入射する。このとき、照射ビームの形状は、２軸の少なくとも一つについて、対称的に形状を形成できる。ビーム形状は非対称であっても良い。試料表面に照射されるビームのエネルギ−は、最終的に、カソードと試料表面に電圧差によって決定される。例えば、カソード-５．０ｋＶ、試料表面−４ｋＶの時、照射ビームエネルギは、１ｋｅＶとなる (図２６参照) 。
The
この場合の電圧の誤差は±１０Ｖ、エネルギー誤差は±２０ｅＶである。また、検出電子として、２次電子を用いる場合、ビーム照射エネルギが１．５ｋｅＶ±１０ｅＶ〜５ｋｅＶ±１０ｅＶで用いるときは、試料が負帯電状態となり、その状態からの２次電子が試料から放出され、２次系により拡大・結像されて検出系に導かれる。照射エネルギが５０±１０ｅＶ〜１５００ｅＶ±１０ｅＶでは、試料表面が正帯電状態になり、放出された２次電子が。検出系に導かれる。正帯電の方が、比較的低ダメージで動作できるが、チャー
ジアップの影響またはチャージアップによる表面電位の不均一による影響は受けやすい。負帯電での動作では、安定して像が得やすく、チャージアップの影響またはチャージアップによる表面電位の不均一による像の歪みが正帯電よりも小さくできる。
In this case, the voltage error is ± 10 V and the energy error is ± 20 eV. When secondary electrons are used as detection electrons, when the beam irradiation energy is 1.5 keV ± 10 eV to 5 keV ± 10 eV, the sample is in a negatively charged state, and secondary electrons from that state are emitted from the sample. The image is enlarged and imaged by the secondary system and guided to the detection system. When the irradiation energy is 50 ± 10 eV to 1500 eV ± 10 eV, the sample surface becomes positively charged, and the emitted secondary electrons. Guided to the detection system. Positive charging can operate with relatively low damage, but is more susceptible to charge-up effects or non-uniform surface potential due to charge-up. In the operation with negative charging, it is easy to obtain a stable image, and the distortion of the image due to the effect of charge-up or uneven surface potential due to charge-up can be made smaller than that of positive charge.
また、アパーチャ２６・１５の場所において、２次系と１次系のクロスオーバの位置をずらして動作することもある。例えば、２次系は２次系光軸中心上に、２次電子のクロスオーバを形成し、１次系のクロスオーバは２次系の光軸中心よりも５０〜５００μｍずれた位置（Ｘ、Ｙどちらでも良い）に形成して動作させる。これにより、アパーチャ２６・１５での１次系と２次系の２つのクロスオーバが重なることが無くなり、電流密度の緩和ができるため、ビーム電流量が多い場合の空間電荷効果によるボケの拡大を抑制することが可能となる。これは、例えば、１次系照射ビーム電流密度が１×１０-３Ａ／ｃｍ2以上のときに、有効となる。それより低い電流密度の時は、光軸中心が同一になっても影響は少ない。
Further, there are cases where the positions of the
試料表面からの放出電子は、２次電子、反射電子、後方散乱電子の１種類以上が利用される。試料表面からの放出エネルギーは、例えば、入射ビームエネルギ１０００ｅＶ±１０ｅＶの時、およそ、各々、０〜１０ｅＶ、１０００ｅＶ±１０ｅＶ、１０〜１０００ｅＶとなる。また、薄い試料や穴のあいた試料（例えばスランシルマスク）を透過した電子も利用される。この場合、前者の薄い試料では、その厚さの分だけ入射されたエネルギが減少し、穴あき試料では入射エネルギを同じエネルギとなる。 One or more kinds of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons are used as the emitted electrons from the sample surface. For example, when the incident beam energy is 1000 eV ± 10 eV, the emission energy from the sample surface is approximately 0 to 10 eV, 1000 eV ± 10 eV, and 10 to 1000 eV, respectively. In addition, electrons transmitted through a thin sample or a sample having a hole (for example, a slangyl mask) are also used. In this case, in the former thin sample, the incident energy decreases by the thickness, and in the holed sample, the incident energy becomes the same energy.
電子ビームの代わりに集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いても良い。ＦＩＢ源としては液体金属のＧａイオン源が一般的であるが、液化しやすい金属を用いる他の液体金属イオン源や、異なる方式のイオン源、例えば放電を用いるデュオプラズマトロン等が使用できる。 A focused ion beam (FIB) may be used instead of the electron beam. As the FIB source, a liquid metal Ga ion source is generally used, but other liquid metal ion sources using a metal that is easily liquefied, ion sources of different systems, for example, a duoplasmatron using a discharge, and the like can be used.
試料としては、１０×１０ｍｍ程度のチップから２，４，６，８，１２インチウェーハまで、種々の試料が用いられる。特に、１００ｎｍ以下の線幅を持つ配線パターンや直径１００ｎｍ以下のビアの欠陥やゴミの検出に有効であり、また、それらの電気的欠陥を検出するのに都合がよい。試料は、Ｓｉウェーハ、Ｓｉに加工を施された半導体デバイスウェーハ、マイクロマシン加工がされたウェーハ、液晶ディスプレイ用基板、ハードディスク用ヘッド加工ウェーハ、等が用いられる。 As a sample, various samples are used from a chip of about 10 × 10 mm to a 2, 4, 6, 8, 12 inch wafer. In particular, it is effective for detecting a wiring pattern having a line width of 100 nm or less, a via defect having a diameter of 100 nm or less, and dust, and is convenient for detecting these electrical defects. As the sample, a Si wafer, a semiconductor device wafer obtained by processing Si, a wafer subjected to micromachining, a liquid crystal display substrate, a hard disk head processed wafer, or the like is used.
２次系２６・２では、試料からの放出電子、例えは、２次電子、反射電子、後方散乱電子及び透過電子を検出系に拡大倍率にて、結像させて、導くための写像投影光学系が用いられる例を述べる。コラムのレンズ構成の例としては、Ｐレンズ（対物レンズ）２６・１６、アパーチャ２６・１５、アライナ２６・１４、ビーム分離器２６・３、Ｔレンズ（中間レンズ）２６・１７、アライナ２６・１８、アパーチャ２６・１９、Ｐレンズ（投影レンズ）２６・２０、アライナ２６・２１、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）ユニットで構成される。コラムの上部フランジにはハーメチックの石英ガラスが設置されている。その上部にリレーレンズ、二次元の電荷結合素子（２Ｄ−ＣＣＤ）が設置され、蛍光面で形成された像が２Ｄ−ＣＣＤセンサに結像される。
In the secondary system 26.2, mapping projection optics for imaging and guiding the emitted electrons from the sample, for example, secondary electrons, reflected electrons, backscattered electrons and transmitted electrons to the detection system at a magnification. An example in which the system is used will be described. Examples of the lens configuration of the column include P lenses (objective lenses) 26 and 16,
試料表面からの放出電子は、Ｐレンズ（対物レンズ）２６・１６にてアパーチャ２６・１５でクロスオーバを形成して、ビーム分離器２６・３中心で結像する。ビーム分離器中心にて結像する条件で動作すると、ビーム分離器２６・３で発生する２次系ビームの収差の影響を小さく押さえることができるので有効となる。これは、例えば、Ｅ×Ｂにおいてビームを通過させるときに、像高により偏向量・収差が異なってくるため、結像することにより、結像成分の被る収差を最小限に抑えることができるからである。このことは、１次系においても同様の事が言えるため、１次系においても、試料上に結像条件を形成する
のみでなく、ビーム分離器中心付近においても結像点を形成することにより、１次ビームの収差低減を行い、試料上での電流密度ムラを小さく抑えることに有効となる。
The emitted electrons from the sample surface form a crossover with
その上部にあるＰレンズ（中間レンズ）２６・１７の中心にビームを調整するため、アライナ２６・１４が使用される。その上流部にあるＰレンズ（投影レンズ）２６・２０の中心にビームを調整するため、アライナ２６・１８が使用される。その上部にあるＭＣＰ中心にビームを調整するために、アライナ２６・２１がある。Ｐレンズ（対物レンズ）２６・１６の倍率は１．５〜３倍、Ｐレンズ（中間レンズ）２６・１７の倍率は１．５〜３、Ｐレンズ（投影レンズ）２６・２０の倍率は３０〜５０である。これらの倍率を達成するには、それぞれの倍率に応じた電圧を各々のレンズに印加して調整を行う。また、焦点の微調整を行うには、専用の焦点補正レンズが、Ｐレンズ（対物レンズ）系の中に組み込まれており、該電極に印加する電圧の微調整により、焦点あわせを実現する。また、アパーチャ２６・１５とアパーチャ２６・１９の位置では、双方とも、クロスオーバを形成する場合、アパーチャ２６・１５はノイズカット用に用いて、アパーチャ２６・１９は、収差・コントラストを決定する役割を果たすように使用することも可能である。
The
サイズ゛として例えば、アパーチャ２６・１５とアパーチャ２６・１９は、φ３０以上φ２０００μｍ以下、好ましくはφ３０以上〜φ１０００μｍ、より好ましくはφ３０以上〜φ５００μｍで使用可能である。この時、アパーチャ２６・１５で収差、透過率、コントラスト特性を主に決める場合には、アパーチャ２６・１５を例えばφ３０〜φ５００μｍ、アパーチャ２６・１９はφ１０００〜φ２０００μｍで用いる。アパーチャ２６・１９で収差、透過率、コントラスト特性を主に決める場合には、例えばアパーチャ２６・１９をφ３０〜φ５００μｍ、アパーチャ２６・１５はφ１０００〜φ２０００μｍで用いる。
As the size, for example, the
また、Ｐレンズ（中間レンズ）２７・１７の上下にスティグ電極が設置されて用いることもある。これは、ビーム分離器２６・３等によって発生する非点収差を補正するために用いられる。例えば、４、６，８極の電極構成のスティグを用いることが可能である。例えば、８極の内それぞれ電極に異なった電圧が印加されて非点収差、球面収差の補正に用いることができる。
In some cases, stig electrodes are provided above and below the P lenses (intermediate lenses) 27 and 17. This is used to correct astigmatism generated by the
また、反射電子像及び後方散乱電子を用いたときのレンズ動作において、最終段のＰレンズ（投影レンズ）２６・２０が、減速レンズ(負電圧印加レンズ)を用いると、２次電子のノイズカットに有効となる。通常、反射電子量の１０〜１０００倍程度２次電子量の方が多いため、特に、反射電子・後方散乱電子を用いた結像を行う場合は有効となる。例えば、１次系電子源のカソード電圧−４ｋＶ、試料電位−３ｋＶの時、試料からの反射電子エネルギ１ｋｅＶ、検出器電圧が設置電位の時に、Ｐ電極の部位では、およそ、反射電子と２次電子のエネルギ差は１ｋｅＶある。この時、Ｐレンズ（投影レンズ）電極の負電圧レンズ動作において、中心電圧が、反射電子を通過させて、２次電子をカットオフする条件を用いることが可能である。これらの条件は、シミュレーションによって求めることが可能である。 Further, in the lens operation when the backscattered electron image and the backscattered electron are used, if the P lens (projection lens) 26 and 20 at the final stage uses a deceleration lens (a negative voltage application lens), noise reduction of secondary electrons is performed. It becomes effective. Usually, the amount of secondary electrons is about 10 to 1000 times larger than the amount of reflected electrons, which is particularly effective when imaging using reflected electrons and backscattered electrons is performed. For example, when the cathode voltage of the primary electron source is −4 kV and the sample potential is −3 kV, the reflected electron energy from the sample is 1 keV, and the detector voltage is the installation potential. The energy difference between electrons is 1 keV. At this time, in the negative voltage lens operation of the P lens (projection lens) electrode, it is possible to use a condition in which the center voltage passes the reflected electrons and cuts off the secondary electrons. These conditions can be obtained by simulation.
ビーム分離器２６・３では、電極と磁極が直行しているＥ×Ｂまたは、磁場Ｂのみで行う分離器が用いられる。Ｅ×Ｂの例では、電界分布を形成するＥ電極とそれと直交した磁極の面を持ち、直交した方向に磁束密度分布を形成する磁極より構成されている。例えば、2次系の光軸が試料表面より垂直方向であるとき、この２次系の軸に対して、1次系の入射ビームが１０〜９０度で設定することが可能である。この時、1次系がＥ×Ｂにより、偏向されて試料面に垂直入射でき、また、試料表面からの放出電子が光軸方向つまり試料面から垂直方向にＥ×Ｂにて導かれる。これは、Ｅ電極に印加する電圧と、Ｂ電極に形成される磁束密度により達成される。例えば、一対のＥ電極に±２ｋＶ±１Ｖ、一対のＢ電
極から並行的に磁束密度分布が形成され、例えば、Ｅ×Ｂの中心部において、１〜６０Ｇ±１Ｇの磁極方向の磁束密度を発生する(図２６参照)。
In the
また、Ｅ×Ｂは１次系と２次系の偏向関係を逆にした場合にも適用可能である。即ち、１次系の入射ビーム源を試料の直上方向に設けるとともに、２次系の検出器を１次系の軸と１０〜８０度の角度をなした方向に設け、Ｅ×Ｂにより１次系のビームには偏向力を加えずに試料に垂直に入射させ、試料から放出された電子（２次系ビーム）に偏向力を加えて検出器の方向に導くことができる。 E × B can also be applied when the deflection relationship between the primary system and the secondary system is reversed. That is, a primary system incident beam source is provided directly above the sample, and a secondary system detector is provided in a direction that forms an angle of 10 to 80 degrees with the primary system axis. The system beam can be incident perpendicularly to the sample without applying a deflection force, and can be guided toward the detector by applying a deflection force to the electrons (secondary system beam) emitted from the sample.
検出器２６・４では、信号電子がＭＣＰ等電子増倍管２８・１に導入され、増幅された電子が蛍光面に照射され、蛍光像形成がなされる。蛍光面は石英ガラス等のガラス板２８・２の片面に蛍光材がコートされているものである。この蛍光像は、リレーレンズ系２８・３と２次元ＣＣＤ２８・４により、撮像される。このリレーレンズ系とＣＣＤはコラムの上部に設置されている。コラムの上部フランジには、ハーメチックガラス２８・６が設置され、コラム内の真空環境と外部大気環境とを分離し、かつ、蛍光像を歪・コントラスト劣化を小さくして、ＣＣＤに結像して、蛍光像を効率よく撮像できる。
In the
ＣＣＤの代わりに、積算型のラインイメージセンサ（ＴＤＩ−ＣＣＤ）カメラを用いることも出来る。この場合、試料はステージにて、例えば、Ｅ電極方向または、Ｂ磁極方向に、ステージ移動を行いながらＴＤＩ撮像を行うことが可能となる。例えば、ＴＤＩの積算段数が２５６段、１段当たり２０４８個の画素数／段、素子サイズ１５×１５μｍ、試料面に対するＭＣＰ結像倍率が３００倍である時、ライン/スペースが０．１／０．１μ
ｍのとき試料面サイズがＭＣＰ面で３０／３０μｍとなる。そして、リレーレンズ倍率１倍のとき、３０μｍは２つの素子サイズ相当にて撮像される。このとき、１素子相当の試料位置、つまり０．０５×０．０５μｍの試料サイズから放出された電子は、２５６素子段数分ステージ移動中に積算されて、総合取得光量が増加して撮像できる。これは、ラインレート１００ｋＨｚ〜６００ｋＨｚ対応等、ステージ速度が速いときに特に有効である。これは、ラインレートが早い時に、１素子当たりの取得電子数、つまり、ＴＤＩセンサの１素子当たりの取得光強度が小さくなるために、積算を行って最終取得光強度を高くし、コントラストとＳ／Ｎを高めることが出来るためである。ラインレートは、０．５ｋＨｚ〜１００ＭＨｚが用いられ、好ましくは１ｋＨｚ〜５０ＭＨｚ、より好ましくは２０ｋＨｚ〜１０ＭＨｚである。これに対応して、ビデオレートも、１タップ当たり１〜１２０ＭＨｚ／タップ好ましくは１０〜５０ＭＨｚ／タップ、より好ましくは、１０〜４０ＭＨｚ／タップで使用される。また、タップ数は、１以上５２０以下で、好ましくは４以上２５６以下、より好ましくは３２以上１２８以下で用いられる(図２８、図２９参照)。
An integrated line image sensor (TDI-CCD) camera can be used instead of the CCD. In this case, TDI imaging can be performed while moving the stage on the stage, for example, in the E electrode direction or the B magnetic pole direction. For example, when the number of TDI integrated stages is 256, the number of 2048 pixels / stage per stage, the element size is 15 × 15 μm, and the MCP imaging magnification with respect to the sample surface is 300 times, the line / space is 0.1 / 0. .1μ
When m, the sample surface size is 30/30 μm on the MCP surface. When the relay lens magnification is 1 ×, 30 μm is imaged with two element sizes. At this time, electrons emitted from a sample position corresponding to one element, that is, a sample size of 0.05 × 0.05 μm, are accumulated during the stage movement by the number of stages of 256 elements, and the total acquired light quantity can be increased and imaged. This is particularly effective when the stage speed is high, such as for a line rate of 100 kHz to 600 kHz. This is because when the line rate is high, the number of acquired electrons per element, that is, the acquired light intensity per element of the TDI sensor decreases, so that integration is performed to increase the final acquired light intensity, and contrast and S This is because / N can be increased. The line rate is 0.5 kHz to 100 MHz, preferably 1 kHz to 50 MHz, more preferably 20 kHz to 10 MHz. Correspondingly, the video rate is also used at 1 to 120 MHz / tap, preferably 10 to 50 MHz / tap, more preferably 10 to 40 MHz / tap per tap. The number of taps is 1 or more and 520 or less, preferably 4 or more and 256 or less, and more preferably 32 or more and 128 or less (see FIGS. 28 and 29).
ＣＣＤ、ＴＤＩセンサ／カメラは、低ノイズ、高感度の特性を有するものが用いられる。例えば、１００〜１０００００ＤＮ／（ｎＪ／ｃｍ２）で設定可能であるが、このうち、１０００〜５００００ＤＮ／（ｎＪ／ｃｍ２）で使用すると効率がよい。さらに、１００００〜５００００ＤＮ／（ｎＪ／ｃｍ２）で使用すると、高ラインレート時においても、良好なＳ／Ｎで、高品質の画像を得ることができる。 CCDs and TDI sensors / cameras having low noise and high sensitivity are used. For example, it can be set at 100 to 100000 DN / (nJ / cm 2 ), but among these, it is efficient when used at 1000 to 50000 DN / (nJ / cm 2 ). Further, when used at 10,000 to 50,000 DN / (nJ / cm 2 ), a high-quality image can be obtained with good S / N even at a high line rate.
また、ＣＣＤ又はＴＤＩセンサを用いて画像取得がなされるとき、これらのセンサの画素数×段数の領域が、１次ビームの照射エリアとほぼ一致している状態で使用することができ、効率的であると共に、ノイズの低減になる。ノイズは、画像に使用されるエリア以外の像高の高い部位からの電子もノイズとして、検出器まで到達するものがある。それらを低減するには、有効視野以外の部位のビーム照射を低減することが有効である。ＣＣＤ、ＴＤＩセンサにより取得された像情報は電気信号に変換されて、画像処理器によってデータ処理される。この画像処理により、セル トゥー セル、ダイ トゥー ダイ（Die to Die）ダイ トゥー エニーダイ（Die to Any Die）の像比較が行われ、欠陥検査を行
うことが出来る。例えば、パターン欠陥、パーティクル欠陥、電位コントラスト欠陥（例えば、配線やメッキの電気接続欠陥等）。
In addition, when an image is acquired using a CCD or TDI sensor, the area of the number of pixels × the number of stages of these sensors can be used in a state where they substantially coincide with the irradiation area of the primary beam, which is efficient. In addition, noise is reduced. Noise, electrons from higher image height portion other than the area used in the image as noise, there is reaching the detector. In order to reduce them, it is effective to reduce the beam irradiation of parts other than the effective visual field. Image information acquired by the CCD and TDI sensors is converted into an electrical signal and processed by an image processor. By this image processing, cell-to-cell, Die to Die, Die to Any Die image comparison is performed, and defect inspection can be performed. For example, pattern defects, particle defects, potential contrast defects (for example, wiring or plating electrical connection defects).
ステージ２６・２２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ、
移動機構のうち1つ以上の組み合わせにより設置されたステージが用いられる。この様な
電子線検査装置において、上記の各要素として、以下の機器要素を使用できる。
１次系
電子源 Ｗフィラメント、ＬａＢ６フィラメント、ＴＦＥ，ＦＥ
レンズ 金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、Ｔｉ、Ａｌ
アインツェルレンズ、４重極レンズ
アライナ ４極、６極、８極のレンズ
アパーチャ 材質、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、リン青銅
２次系
レンズ 金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、Ｔｉ、Ａｌ
セラミック電極はＡｕメッキ等の処理が施されている
アインツェルレンズ、４極子レンズ
アライナ ４極、６極、８極のレンズ
アパーチャ 材質、ＭＯ（モリブデン）、Ｔａ、Ｔｉ、リン青銅
電子ビーム分離器
Ｅ電極 金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、Ｔｉ、Ａｌ
セラミック電極はＡｕメッキ等の処理が施されている
Ｂ磁極 パーマロイＢ、パーマロイＣ等、飽和磁束密度と透磁率の高い材質（例えば、１０３〜１０７、好ましくは１０４〜１０７、より好ましくは１０５〜１０７）
試料
Ｓｉウェーハ、3-5族化合物半導体ウェーハ、液晶基板、ハードディスクのヘッド加工ウ
ェーハ、２、４、６、８、１２インチのウェーハが用いられる
検出器
ＭＣＰ／蛍光板/リレーレンズ／ＣＣＤ
ＭＣＰ／蛍光板/リレーレンズ／ＴＤＩ
ＭＣＰ／蛍光板／ＦＯＰ（ファイバオプティクプレート）/ＴＤＩ
ホトマル
マルチホトマル
上記のような組み合わせにより用いることが可能である。ＭＣＰは入ってきた電子を増幅させる機能を有し、そこから出てきた電子は蛍光板により光に変換される。入射電子料が充分多くて増倍する必要にない場合には、ＭＣＰ無しでも操作も可能である。また、蛍光板の代わりにシンチレータを用いることも可能である。この光の信号（あるいは像信号）はリレーレンズの場合には所定の倍率で、また、ＦＯＰの場合には１倍（１対１に光信号を伝える）でＴＤＩへ伝える或いは像を形成する。ホトマルは光信号を増幅して電気信号へ変換するものであり、マルチホトマルはホトマルを複数並べたものである
画像処理器
像比較、欠陥検出、欠陥分類、画像データ記録、等の機能を有する。
A stage installed by a combination of one or more of the moving mechanisms is used. In such an electron beam inspection apparatus, the following equipment elements can be used as the above elements.
Primary system <br/> electron source W filament, L a B 6 filament, TFE, FE
Lens Made of metal or ceramic, phosphor bronze, Ti, Al as metal
Einzel lens,
Secondary lens Lens Made of metal or ceramic, phosphor bronze, Ti, Al as metal
Ceramic electrode is treated with Au plating
Einzel lens, 4-pole lens aligner 4-pole, 6-pole, 8-pole lens aperture Material, MO (molybdenum), Ta, Ti, phosphor bronze
Electron beam separator E electrode Metal or ceramic, phosphor bronze, Ti, Al
The ceramic electrode is a B magnetic pole processed with Au plating or the like, Permalloy B, Permalloy C, or the like, such as a material having a high saturation magnetic flux density and high permeability (for example, 10 3 to 10 7 , preferably 10 4 to 10 7 , more preferably Is 10 5 to 10 7 )
Sample Si wafer, 3-5 group compound semiconductor wafer, liquid crystal substrate, hard disk head processed wafer, 2, 4, 6, 8, 12 inch wafer are used
Detector MCP / Fluorescent screen / Relay lens / CCD
MCP / Fluorescent screen / Relay lens / TDI
MCP / Fluorescent Plate / FOP (Fiber Optic Plate) / TDI
Photomulti-photomal can be used in combination as described above. The MCP has a function of amplifying incoming electrons, and the emitted electrons are converted into light by a fluorescent screen. If the incident electron charge is sufficiently large and does not need to be multiplied, the operation can be performed without MCP. It is also possible to use a scintillator instead of the fluorescent screen. This light signal (or image signal) is transmitted to the TDI at a predetermined magnification in the case of a relay lens, and is transmitted to the TDI or formed as an image in the case of FOP by a factor of 1 (transmitting the optical signal on a one-to-one basis). Photomal amplifies an optical signal and converts it into an electrical signal. Multiphotomal is a series of multiple photomals.
Image processor It has functions such as image comparison, defect detection, defect classification, and image data recording.
上述した電子線検査装置において、１次ビームの照射ビーム形状が、Ｘ，Ｙ軸に対して、少なくとも１軸以上に対して対称な照射ビーム形状を使用することができる。このことにより、光軸を中心としたビームによる検出器の電子入射面上で、低収差、低歪みの取得像形成が可能となる。 In the electron beam inspection apparatus described above, the irradiation beam shape of the primary beam can be used such that the irradiation beam shape is symmetric with respect to the X and Y axes with respect to at least one axis. This makes it possible to form an acquired image with low aberration and low distortion on the electron incident surface of the detector by a beam centered on the optical axis.
また、検出器としてＣＣＤやＴＤＩを用いる場合では、１画素に対応するエリア、例え
ば、ＭＣＰ上において、１画素の形成において、電子の入射量が２００個／画素エリア以下にて十分なＳ／Ｎを達成でき、画像処理及び欠陥検出に使用できる。これは、例えば、写像投影光学系においては、アパーチャ２６・１５又は２６・１９のサイズを規定することにより、ノイズカットと収差低減効果を発生できるため、例えば、径３０μｍ〜１０００μｍのアパーチャを設置することにより、Ｓ／Ｎ向上を実現できるので、２００電子数／１画素エリアにて、高分解能な良質な画像を取得できる。
Further, when a CCD or TDI is used as a detector, an S / N sufficient for an incident amount of electrons of 200 or less per pixel area in the formation of one pixel on an area corresponding to one pixel, for example, MCP. And can be used for image processing and defect detection. This is because, for example, in a projection optical system, by defining the size of the apertures 26.15 or 26.19, noise reduction and aberration reduction effects can be generated. For example, an aperture having a diameter of 30 .mu.m to 1000 .mu.m is installed. As a result, an S / N improvement can be realized, and a high-quality image with high resolution can be acquired in the area of 200 electrons / 1 pixel.
ＴＤＩはステージの移動方向に付いて段数分の積分を行う。本実施の形態の場合は２５６段分の積分を行うが、積算段数は１１４段以上８１９２段以下、好ましくは１１４段以上４０９６段以下、より好ましくは５１２段以上４０９６段以下が適当である。積算方向に若干、一次ビームの照度むらがあり、試料からの信号電子にもむらがあったとしても、積分の効果によりそのむらは平均化され、検出される電子情報は一定の安定したものとなる。従って、ステージの移動方向は１次電子ビームの照度むらの生じ易い方向も考慮して、その照度ムラの生じ易い方向がＴＤＩの積分方向に一致するように決めることが出来る。ＴＤＩの使用により、連続した画像取得が可能になるが、ＣＣＤを使用して、ステップアンドリピート方式でステージを走査し、画像取得を行っても良い。すなわち、特定の場所でステージを停止して画像を取得し、また次の場所へ移動して、そこでステージを停止させて画像取得を行うことを繰り返す。同様のことをＴＤＩを用いて行うこともできる。すなわち、ＴＤＩのスチルモード（停止像取得モードで、ステージは停止）を利用するか、又は、ＴＤＩの通常の画像取得方法により一定の領域（例えば２０４８画素×２０４８画素）の画像を取得した後、次の場所へ移動し（この移動の間は画像を取得しない）、そこで同様に画像取得を行う。したがって、この場合は、ステージ移動は止めないで検査が行われる。 TDI performs integration for the number of stages along the moving direction of the stage. In this embodiment, 256 stages of integration are performed. The number of integration stages is 114 to 8192, preferably 114 to 4096, and more preferably 512 to 4096. Even if the illuminance unevenness of the primary beam is slightly in the integration direction and the signal electrons from the sample are also uneven, the unevenness is averaged by the effect of integration, and the detected electronic information is constant and stable. Become. Accordingly, the moving direction of the stage can be determined in consideration of the direction in which the illuminance unevenness of the primary electron beam is likely to occur, so that the direction in which the unevenness in illuminance easily occurs coincides with the integration direction of TDI. Although the use of TDI enables continuous image acquisition, the CCD may be used to scan the stage in a step-and-repeat manner, and image acquisition may be performed. That is, the stage is stopped at a specific place to acquire an image, and the process is moved to the next place, where the stage is stopped and image acquisition is repeated. The same can be done using TDI. That is, after using the TDI still mode (stop image acquisition mode, the stage is stopped), or acquiring an image of a certain area (for example, 2048 pixels × 2048 pixels) by the TDI normal image acquisition method, Move to the next place (no image is acquired during this movement), and image acquisition is performed similarly. Therefore, in this case, the inspection is performed without stopping the stage movement.
試料表面の様子が電子により拡大されて、検出器に像を結ぶとき、画像の分解能をＣＣＤ又はＴＤＩの１画素程度にする場合、二次光学系の収差やぼけ等は１画素以内であることが望ましい。Ｅ×Ｂにおいて信号電子が偏向を受けると、収差やぼけが大きくなるので、本実施の形態では、二次光学系において、二次電子、反射電子、後方散乱電子等の信号電子にはＥ×Ｂでは偏向力を与えずに直進させるように設定してある。すなわち、二次光学系の中心軸が試料の視野中心とＥ×Ｂ中心と、検出器の中心を通る直線である構成となっている。 When the surface of the sample is enlarged by electrons and an image is formed on the detector, if the resolution of the image is about one pixel of CCD or TDI, the aberration or blur of the secondary optical system should be within one pixel. Is desirable. When the signal electrons are deflected at E × B, aberration and blur increase. Therefore, in the present embodiment, in the secondary optical system, signal electrons such as secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons are expressed as E ×. In B, it is set so as to go straight without applying a deflection force. That is, the central axis of the secondary optical system is a straight line that passes through the center of the visual field of the sample, the E × B center, and the center of the detector.
尚、上記の実施の形態以外であっても二次光学系の像にぼけが生じなければ良く、本件発明がそれを含むことは言うまでもない。
（２）実施の形態２
実施の形態１と同様の検査装置において、検出器にＴＤＩセンサ／カメラを用いるとき、画素数／段数が、２０４８以上４０９６以下であり、タップ数が３２以上１２８以下、感度１００００〜４００００ＤＮ／（ｎＪ／ｃｍ２）であると、より、高速で効率の良い画像取得が可能となる。この時、ラインレートが、１００〜４００ｋＨｚ、ビデオレートが１０ｍＨｚ〜４０ＭＨｚで使用できる。この時、８インチＳｉウェーハ、例えば、ＬＳＩデバイスウェーハ、分解能０．１μｍ／画素にて、１枚当たりの検査時間は、１／８〜２時間で実行可能となる。
It should be noted that it is sufficient that the image of the secondary optical system is not blurred even if it is other than the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention includes it.
(2)
In the inspection apparatus similar to that in
この時、分解能０．１μｍ／画素の時、試料観察及び欠陥検査において、パターン形状が例えば、Ｌ／Ｓ：０．２／０．２μｍにおいても、コントラスト３〜３０％を達成し、像観察及び欠陥検出に充分使用可能である。Ｌ／Ｓ以外の形状の欠陥においても、コントラスト変化による比較により、１画素サイズ以上あれば検出可能である。コントラストについては、５〜３０％を実現し、画像処理によって、観察及び欠陥検査が可能となる。また、ＬＳＩデバイスウェーハでは、デザインルール以下の欠陥検出も可能である。メモリでは、配線幅のハーフピッチ、ロジックではゲート長相当の欠陥を検出が可能である。 At this time, when the resolution is 0.1 μm / pixel, in the sample observation and defect inspection, even when the pattern shape is, for example, L / S: 0.2 / 0.2 μm, a contrast of 3 to 30% is achieved. It can be used for defect detection. A defect having a shape other than L / S can be detected as long as it has a size of one pixel or more by comparison with a contrast change. Contrast is realized at 5 to 30%, and observation and defect inspection are possible by image processing. Further, the LSI device wafer can detect defects below the design rule. In the memory, it is possible to detect a defect corresponding to the half pitch of the wiring width, and in the logic, the gate length.
ＴＤＩセンサ／カメラ及び画像処理機構を用いて欠陥検出を行うとき、ＴＤＩ動作により連続的に画像を形成して、連続的に検査を行うことができる。この時、試料はステージ上に設置されて、同様に連続動作を行って画像を得ることとなる。ステージの速度は基本的には、ｖ＝ｆ×Ｄにて決まる。但し、
ｖ：ステージ速度、
ｆ：ライン周波数、
Ｄ：試料上のセンサ画素対応サイズ（投影倍率で決定される）
である。例えば、ｆ：３００ｋＨｚ、Ｄ：０．１μｍの時、ｖ＝３０ｍｍ／ｓとなる。
When defect detection is performed using a TDI sensor / camera and an image processing mechanism, images can be continuously formed by a TDI operation, and inspection can be continuously performed. At this time, the sample is placed on the stage, and an image is obtained by performing a continuous operation in the same manner. The speed of the stage is basically determined by v = f × D. However,
v: stage speed,
f: line frequency,
D: Size corresponding to sensor pixel on sample (determined by projection magnification)
It is. For example, when f: 300 kHz and D: 0.1 μm, v = 30 mm / s.
図２９は、図２８に示される実施の形態１とは異なった構成の検出系の例を示している。この場合は、コラム２９・１の真空中にＭＣＰ２９・２、ＦＯＰ２９・３、ＴＤＩセンサ／パッケージ２９・４、接続ピン２９・５及びフィードスルーフランジ２９・６が設けられ、ＴＤＩセンサ２９・４の出力はフィードスルーフランジ２９・６を介してＴＤＩカメラ２９・７により受信される。また、ＦＯＰ２９・３には蛍光材がコートされており、ＭＣＰ２９・２からの電子により蛍光像を形成する。この蛍光像はＦＯＰ２９・３によってＴＤＩセンサ２９・４に伝達される。ＴＤＩセンサ２９・４の像信号は接続ピン２９・５、フィードスルーフランジ２９・６を経由してＴＤＩカメラ２９・７に伝達される。この時、ＦＯＰ２９・３を使用すると、光信号伝達損失を低減できる。例えば、リレーレンズに比べて、５〜２０倍程度透過率が向上する。これは、特に、ＴＤＩ動作を行うときに有効である。取得光信号強度が高く取れるため、より、高速に作動可能となること、ファイバ形状の信号ムラがＴＤＩの積算により、微小となり無視できる程度になるためである。ここで、ＴＤＩセンサ２９・４とフィードスルーフランジ２９・６のピンを接続するための接続ピン２９・５が必要となる。接続ピン２９・５は、例えば、片方が羽目合い接触によるによる接続固定(例えば、フィードスルーのピン側)、ＴＤＩセンサ／パッケージのピン側には、バネなどの弾性力による接触を行う（図示せず）。
FIG. 29 shows an example of a detection system having a configuration different from that of the first embodiment shown in FIG. In this case, the MCP 29.2, FOP 29.3, TDI sensor / package 29.4, connection pins 29.5 and feedthrough flange 29.6 are provided in the vacuum of the column 29.1, and the TDI sensor 29.4 The output is received by the TDI camera 29.7 via the feedthrough flange 29.6. The FOP 29 · 3 is coated with a fluorescent material, and a fluorescent image is formed by electrons from the MCP 29 · 2. This fluorescent image is transmitted to the TDI sensor 29.4 by the FOP 29.3. The image signals of the
これにより、フィードスルーフランジ２９・６のピンとＴＤＩセンサ／パッケージ２９・４のピンを低押しつけ力・平行位置、低インピーダンスで設置可能となる。高速動作センサではピン数が多く、例えば、１００本を越えるピン数が必要となる。ピン数が多いと、設置圧力（押しつけ力）が高くなり、ＴＤＩセンサ／パッケージ２９・４が破損することもある。この様な点を克服して、設置できるようになっている。
As a result, the pins of the
図２８に示すように、ＣＣＤまたはＴＤＩの設置場所は通常は大気側でＭＣＰと蛍光板は真空中に設置されるが、ＣＣＤまたはＴＤＩを真空中に置くことによりＦＯＰ等のリレー光学系を短縮でき、透過効率を上げることができる。 As shown in FIG. 28, the CCD or TDI is usually installed on the atmosphere side, and the MCP and fluorescent screen are installed in a vacuum. However, the relay optical system such as FOP can be shortened by placing the CCD or TDI in a vacuum. The transmission efficiency can be increased.
（３）実施の形態３
実施の形態１、２と同様の検査装置において、検出器にＥＢ−ＣＣＤ、又は、ＥＢ−ＴＤＩを用いている実施の形態である（図３０参照）。ＥＢは電子ビームのことでＥＢ―ＣＣＤ又はＥＢ―ＴＤＩは電子ビームを直接入力し、増幅して電気信号にかえるものである（光信号を検出するのではない）。
(3)
In the inspection apparatus similar to the first and second embodiments, an EB-CCD or EB-TDI is used as a detector (see FIG. 30). EB is an electron beam, and EB-CCD or EB-TDI directly inputs an electron beam and amplifies it into an electric signal (not detecting an optical signal).
ＥＢ−ＴＤＩセンサ／カメラを用いると、直接電子をセンサの画素部に入射し、チャージを蓄積することが可能である。この事は、通常の検出器で用いられている蛍光板、リレーレンズ系、ハーメチックガラスを用いることは必要なくそれらを省略できる。つまり、電子信号像を一旦光信号像に変換することなく、電子信号から直接電気信号を得ることが可能となるため、それによる損失を大きく低減できる。つまり、蛍光板、ハーメチックガラス、リレーレンズ系による像歪み、コントラスト劣化、倍率変動等の悪影響を、大幅に
低減できる。また、構成機器の低減により、小型化、低コスト、高速動作が可能となる。高速動作においては、信号伝達速度損失低減、像形成速度損失を小さくする事が可能となるからである。
When an EB-TDI sensor / camera is used, electrons can be directly incident on the pixel portion of the sensor and charges can be accumulated. In this case, it is not necessary to use a fluorescent plate, a relay lens system, or a hermetic glass used in a normal detector, and they can be omitted. That is, since it is possible to obtain an electrical signal directly from an electronic signal without once converting the electronic signal image into an optical signal image, the loss caused thereby can be greatly reduced. That is, adverse effects such as image distortion, contrast deterioration, and magnification fluctuation due to the fluorescent plate, hermetic glass, and relay lens system can be greatly reduced. Further, the reduction in the number of components enables downsizing, low cost, and high speed operation. This is because in high-speed operation, it is possible to reduce signal transmission speed loss and image formation speed loss.
図３０にＥＢ−ＴＤＩのユニットの一例を示す。光学系については実施の形態１を参照のこと。２次系コラムの上部、つまり、Ｐレンズ（投影レンズ）の上部の結像点にＴＤＩセンサ３０・３の面が設置されている。ＴＤＩセンサ／パッケ−ジ３０・３、接続ピン３０・４、フィードスルー３０・５、ＴＤＩカメラ３０・１、画像処理器３０・６、コントロールＰＣ３０・７から構成されている。試料表面からの放出電子（２次電子、反射電子、後方散乱電子の内のいずれか）が２次系により、結像されてＴＤＩセンサ３０・３の面に入射する。電子量に対応してチャージが蓄積されて、ＴＤＩカメラ３０・１により画像形成の電気信号が形成される。
FIG. 30 shows an example of an EB-TDI unit. See
センサ／パッケージ３０・３のピンとフィードスルーフランジ３０・５のピンは接続ピン３０・４により接続されている。これは実施の形態２と同様である。この時、実施の形態１、２の検出系に比べて、ＴＤＩセンサ３０・３により直接、電子像信号が直接、電気信号に変換されるので、構成機器・部品が低減・伝達経路の短縮が可能となる。この事により、ノイズ低減によるＳ／Ｎ向上、高速化、小型化、低コスト化が可能となる。
The pins of the sensor /
この実施の形態ではＥＢ−ＴＤＩ３０・１を用いたが、同様にＥＢ−ＣＣＤでも使用可能である。特に、画素数が多い場合や高速動作を行うために、必要ピン数が１００本を越える場合にはこの様な構成が有効となる。フィールドスルーのピンとパッケージの接続ピンが必要となる。この接続ピンは片方（例えばパッケージ側）がバネ材とコンタクト板より構成され、接触幅を低減することができる。接触ピンの本数が１００本以上のように多くなると、接続時の押込み力が大きくなり、総力で５ｋｇを越えるとパッケージの破壊の問題が起こる。そのため、バネ力の調整により５０〜１０ｇ／本の押込み力となる接続ピンを用いている。
In this embodiment, the EB-
なお、ＥＢ−ＣＣＤまたはＥＢ−ＴＤＩを使用するときに入射電子数が不足するときには、電子増陪観であるＭＣＰを使用することも可能である。また、画素数／段数、段数、タップ数、ラインレート及びビデオレートは、実施の形態１、２と同様の条件を使用できる。感度は０．１〜１００００ＤＮ／電子で使用可能である。 When the number of incident electrons is insufficient when using EB-CCD or EB-TDI, it is also possible to use MCP, which is an electron augmentation view. The same conditions as in the first and second embodiments can be used for the number of pixels / number of stages, the number of stages, the number of taps, the line rate, and the video rate. Sensitivity can be used at 0.1 to 10,000 DN / electron.
（４）実施の形態４
実施の形態１、２、３と同様の検査装置において、図３１に示すように、１次系３１・１は同じであるが、２次系３１・２の構成が異なる例を示している。より高分解能を達成するために、２段のＰレンズ（対物レンズ）３１・３、２段のＰレンズ（中間レンズ）３１・５、２段のＰレンズ（投影レンズ）３１・８が使用されている。更に、Ｐレンズ（中間レンズ）はズームレンズになっているのが特徴である。これにより、従来よりも、高分解能、大視野サイズの写像投影形ビーム光学系を実現でき、更に、ズーム範囲において任意の倍率の画像を取得することができる。
(4)
In the inspection apparatus similar to the first, second, and third embodiments, as shown in FIG. 31, the primary system 31. 1 is the same, but the configuration of the secondary system 31.2 is different. In order to achieve higher resolution, a two-stage P lens (objective lens) 31/3, a two-stage P lens (intermediate lens) 31/5, and a two-stage P lens (projection lens) 31.8 are used. ing. Further, the P lens (intermediate lens) is a zoom lens. Thereby, it is possible to realize a mapping projection beam optical system having a higher resolution and a larger field of view than in the past, and it is possible to acquire an image with an arbitrary magnification in the zoom range.
２−３−２）構成の詳細
以下、図２５−１〜図３１に示す電子光学系の電子銃、１次光学系、２次光学系、Ｅ×Ｂユニット、検出器及び電源について詳細に説明する。
2-3-2) Details of Configuration Hereinafter, the electron gun, the primary optical system, the secondary optical system, the E × B unit, the detector, and the power source of the electron optical system shown in FIGS. 25-1 to 31 will be described in detail. To do.
２−３−２−１）電子銃（電子線源）
電子線源として熱電子線源を使用する。電子放出（エミッタ）材はＬａＢ６である。高融点（高温での蒸気圧が低い）で仕事関数の小さい材料であれば、他の材料を使用することが可能である。先端を円錐形状にしたもの又は円錐の先端を切り落とした円錐台形状の
ものを使用している。円錐台先端の直径は１００μｍ程度である。他の方式としては電界放出型の電子線源あるいは熱電界放出型のものが使用されているが、本発明の場合のように比較的広い領域（例えば１００×２５〜４００×１００μｍ２）を大きな電流（１μＡ程度）で照射する場合にはＬａＢ６を用いた熱電子源が最適である。なお、ＳＥＭ方式では一般に熱電界電子線源（ＴＦＥタイプ）及びショットキータイプが使用されている。熱電子線源は電子放出材を加熱することにより電子を放出する方式であり、熱電界放出電子線源は、電子放出材に高電界をかけることにより電子を放出させ、更に電子線放出部を加熱することにより、電子放出を安定させた方式である。この方式において温度と電界強度を選ぶことによりショットキー条件と呼ばれる、効率よい条件での電子ビーム引き出しが可能になり、最近はこの方式もよく利用される。
2-3-2-1) Electron gun (electron beam source)
A thermal electron beam source is used as the electron beam source. The electron emission (emitter) material is L a B 6 . Other materials can be used as long as the material has a high melting point (low vapor pressure at high temperature) and a small work function. A cone-shaped tip or a truncated cone shape with the cone tip cut off is used. The diameter of the tip of the truncated cone is about 100 μm. As another method, a field emission type electron beam source or a thermal field emission type is used, but a relatively wide area (for example, 100 × 25 to 400 × 100 μm 2 ) is large as in the present invention. When irradiating with an electric current (about 1 μA), a thermoelectron source using L a B 6 is optimal. In the SEM method, a thermal field electron beam source (TFE type) and a Schottky type are generally used. The thermal electron beam source emits electrons by heating the electron emission material. The thermal field emission electron beam source emits electrons by applying a high electric field to the electron emission material. This is a system in which electron emission is stabilized by heating. By selecting the temperature and electric field strength in this method, it becomes possible to extract the electron beam under an efficient condition called a Schottky condition, and this method is also often used recently.
２−３−２―２）一次光学系
電子銃より照射される電子ビームを形成し、ウェーハ面上に矩形、円形、楕円形等の二次元的な断面を有する電子ビーム又は線形の電子ビームを照射する部分を一次電子光学系と呼ぶ。一次電子光学系のレンズ条件を制御する事によりビームサイズや電流密度を制御できる。一次／二次電子光学系連結部のＥ×Ｂフィルタ（ウィーンフィルタ）により、一次電子ビームはウェーハに垂直に（±５度、好ましくは±３度、より好ましくは±１度で）入射される。
2-3-2-2) Primary optical system An electron beam irradiated from an electron gun is formed, and an electron beam or a linear electron beam having a two-dimensional cross section such as a rectangle, a circle, and an ellipse is formed on the wafer surface. The portion to be irradiated is called a primary electron optical system. The beam size and current density can be controlled by controlling the lens conditions of the primary electron optical system. The primary electron beam is incident on the wafer perpendicularly (± 5 degrees, preferably ± 3 degrees, more preferably ± 1 degree) by the E × B filter (Wien filter) of the primary / secondary electron optical system connection portion. .
ＬａＢ６カソードから放出した熱電子を、ウェーネルト、トリプルアノードレンズ又はダブルアノード、シングルアノードでガン絞り上にクロスオーバー像として結像させる。照明視野絞りでレンズへの入射角を適正化した電子ビームを一次系静電レンズを制御することによって、回転非対称の形でＮＡ絞り上に結像させ、その後ウェーハ面上に面照射する。一次系静電レンズの後段は３段４極子（ＱＬ）と、１段の開口収差補正用電極で構成されている。４極子レンズはアライメント精度が厳しいといった制約はあるが、回転対称レンズに比べ強い収束作用を持つ特徴があり、回転対称レンズの球面収差に相当する開口収差を開口収差補正電極に適切な電圧を印加するとで補正を行うことができる。これにより、所定の領域に均一な面ビームを照射出来る。また、偏向器により電子ビームをスキャンすることができる。 The L a B 6 heat electrons emitted from the cathode, Wehnelt, triple anode lens or double anode and forms a crossover image on stop cancer in a single anode. An electron beam whose angle of incidence to the lens is optimized by the illumination field stop is controlled to form an image on the NA stop in a rotationally asymmetric manner by controlling the primary electrostatic lens, and then is irradiated onto the wafer surface. The subsequent stage of the primary electrostatic lens is composed of a three-stage quadrupole (QL) and a single-stage aperture aberration correcting electrode. Although the quadrupole lens has a limitation that alignment accuracy is severe, it has a characteristic that it has a stronger convergence effect than a rotationally symmetric lens, and an aperture aberration corresponding to the spherical aberration of the rotationally symmetric lens is applied to the aperture aberration correction electrode. Then, correction can be performed. Thereby, a uniform surface beam can be irradiated to a predetermined area. Further, the electron beam can be scanned by the deflector.
試料表面上での照射電子ビーム形状及び面積は、試料上でのＴＤＩ−ＣＣＤの撮像領域形状及び面積に相当する領域を含み、その電子ビーム照射の照射領域内での照度が均一であって照度むらが１０％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下であることが望ましい。 The irradiation electron beam shape and area on the sample surface include a region corresponding to the shape and area of the imaging area of the TDI-CCD on the sample, and the illuminance in the irradiation region of the electron beam irradiation is uniform and the illuminance It is desirable that the unevenness is 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less.
本実施の形態でのＴＤＩ−ＣＣＤの形状及び面積は画素数で２０４８×５１２であり、画素サイズは１６μｍ×１６μｍであるので、全体で約３２．８ｍｍ×８．２ｍｍの長方形である。二次光学系の倍率が１６０倍のときは試料表面での照射領域は上記３２．８ｍｍ×８．２ｍｍの１／１６０となるので、２０５μｍ×５１．２μｍの長方形となる。 The shape and area of the TDI-CCD in this embodiment is 2048 × 512 in terms of the number of pixels, and the pixel size is 16 μm × 16 μm, so that the total is a rectangle of about 32.8 mm × 8.2 mm. When the magnification of the secondary optical system is 160 times, the irradiation area on the sample surface is 1/160 of the above 32.8 mm × 8.2 mm, and thus becomes a rectangle of 205 μm × 51.2 μm.
したがって、この場合の電子ビームの照射領域は２０５μｍ×５１．２μｍの長方形を含む長方形が望ましいが、上の条件を満足する形状及び面積であれば、図２７−１に示すように、角の丸い長方形、楕円、円等でもよい。二次光学系の倍率が３２０倍のときには、３２．８ｍｍ×８．２ｍｍの１／３２０となるので、１０２．４μｍ×２５．６μｍの長方形となり、１６０倍の１／４の照射面積となる。 Accordingly, the electron beam irradiation area in this case is preferably a rectangle including a rectangle of 205 μm × 51.2 μm. However, as long as the shape and area satisfy the above conditions, as shown in FIG. It may be a rectangle, an ellipse, a circle, or the like. When the magnification of the secondary optical system is 320 times, it becomes 1/320 of 32.8 mm × 8.2 mm, so that it becomes a rectangle of 102.4 μm × 25.6 μm, and an irradiation area of 1/4 of 160 times.
このように、本発明では、試料上に、検出器であるＴＤＩ−ＣＣＤの撮像領域を含む比較的広い面積を有するビームを照射し、その試料上の撮像領域はＴＤＩ−ＣＣＤの画素にそれぞれ対応し、これら試料上の撮像領域から放出される電子をＴＤＩ−ＣＣＤ上で同時に結像することにより検出される。 As described above, in the present invention, the sample is irradiated with a beam having a relatively wide area including the imaging area of the TDI-CCD as a detector, and the imaging area on the sample corresponds to each pixel of the TDI-CCD. Then, the electrons emitted from the imaging region on these samples are detected by simultaneously imaging on the TDI-CCD.
電子ビームの照射形状は線形であってもよく、これを走査して面状のビームと同じ照射領域を確保してもよい。線形ビーム２７・１とは、図２７−２の（１―１）及び（１−２）に示すように、縦と横の比が１：１０以上の形状のビームを意味し、長方形に限らず楕円であってもよい。また、線形ビーム２７・１は、図２７−２の（２）に示すように、ビームが途中で一部途切れていてもよい。ビームを走査させると、試料上の同じ箇所に連続してビームが照射される時間が短くなるので、試料へのチャージアップの影響が少なくなると言う利点がある。 The irradiation shape of the electron beam may be linear, and may be scanned to ensure the same irradiation region as the planar beam. As shown in (1-1) and (1-2) of FIG. 27-2, the linear beam 27.1 means a beam having a shape with a vertical to horizontal ratio of 1:10 or more, and is limited to a rectangle. It may be an ellipse. Further, as shown in (2) of FIG. 27-2, the linear beam 27.1 may be partially interrupted on the way. When the beam is scanned, since the time for continuously irradiating the same spot on the sample is shortened, there is an advantage that the influence of charge-up on the sample is reduced.
図２７−２の（３）及び（４）は、被検査物２７・２の上でのＴＤＩ−ＣＣＤのマルチピクセル撮像領域２７・３と線形ビーム２７・１との関係を示している。このうち、図２７−２の（３）においては、線形ビーム２７・１はＴＤＩ−ＣＣＤの積分方向２７・４又はＸＹステージの移動方向２７・５とほぼ直角（例えば９０度±３度、好ましくは９０度±１度）に配置され、ビームの走査方向２７・６はＴＤＩ−ＣＣＤの積分方向２８・４又はＸＹステージの移動方向２７・５と同一の方向（例えば０度±１度、好ましくは０度±１分、より好ましくは０度±１秒）となっている。 FIGS. 27-2 (3) and (4) show the relationship between the TDI-CCD multi-pixel imaging region 27.3 on the inspection object 27.2 and the linear beam 27.1. Among these, in (3) of FIG. 27-2, the linear beam 27.1 is almost perpendicular to the integration direction 27.4 of the TDI-CCD or the moving direction 27.5 of the XY stage (for example, 90 ° ± 3 °, preferably Are arranged at 90 ° ± 1 °, and the scanning direction 27.6 of the beam is the same as the integration direction 28.4 of the TDI-CCD or the moving direction 27.5 of the XY stage (eg, 0 ° ± 1 °, preferably Is 0 degree ± 1 minute, more preferably 0 degree ± 1 second).
図２７−２の（４）は別の例を示しており、線形ビーム２７・１はＴＤＩ−ＣＣＤの積分方向２７・４又はＸＹステージの移動方向とほぼ平行（例えば、９０度±１度、好ましくは９０度±１分、より好ましくは９０度±３秒）となっている。 (4) in FIG. 27-2 shows another example, and the linear beam 27.1 is almost parallel to the integration direction 27.4 of the TDI-CCD or the moving direction of the XY stage (for example, 90 degrees ± 1 degree, Preferably it is 90 degrees ± 1 minute, more preferably 90 degrees ± 3 seconds.
２−３−２−３）二次光学系
ウェーハ上に照射された電子ビームにより発生する二次元の二次電子画像を、対物レンズに相当する静電レンズ（ＣＬ、ＴＬ）により視野絞り位置で結像させ後段のレンズ（ＰＬ）で拡大投影する。この結像投影光学系を二次電子光学系と呼ぶ。ウェーハにはマイナスのバイアス電圧（減速電界電圧）が印加されている。減速電界は照射ビームに対して減速の効果を持ち、試料のダメージを低減させるとともに、ＣＬとウェーハ間の電位差で試料面上から発生した二次電子を加速させ、色収差を低減させる効果を持つ。ＣＬによって収束した電子はＴＬでＦＡ上に結像させ、その像をＰＬで拡大投影し、二次電子検出器（ＭＣＰ）上に結像させる。本光学系ではＣＬ−ＴＬ間にＮＡを配置し、これを最適化することで軸外収差低減が可能な光学系を構成している。
2-3-2-3) Secondary optical system A two-dimensional secondary electron image generated by an electron beam irradiated on the wafer is obtained at a field stop position by an electrostatic lens (CL, TL) corresponding to an objective lens. The image is formed and enlarged and projected by a lens (PL) at a later stage. This imaging projection optical system is called a secondary electron optical system. A negative bias voltage (deceleration electric field voltage) is applied to the wafer. The decelerating electric field has a decelerating effect on the irradiation beam, reduces damage to the sample, and accelerates secondary electrons generated from the sample surface due to the potential difference between CL and the wafer, thereby reducing chromatic aberration. The electrons converged by CL are imaged on FA by TL, the image is enlarged and projected by PL, and imaged on a secondary electron detector (MCP). In this optical system, an NA is arranged between the CL and TL, and an optical system capable of reducing off-axis aberrations is configured by optimizing the NA.
電子光学系の製造上の誤差や、Ｅ×Ｂフィルタ（ウィーンフィルタ）を通過することによって発生する像の非点収差や異方性倍率を補正するため、静電８極子（ＳＴＩＧ）を配置し補正を行い、軸ズレに対しては各レンズ間に配置した偏向器（ＯＰ）で補正を行う。これにより視野内における均一な分解能での写像光学系が達成できる。 An electrostatic octupole (STIG) is placed to correct the manufacturing errors of the electron optical system and the astigmatism and anisotropic magnification of the image generated by passing through the E × B filter (Wien filter). Correction is performed, and axial deviation is corrected by a deflector (OP) disposed between the lenses. As a result, a mapping optical system with a uniform resolution within the field of view can be achieved.
以下、若干の実施の形態を用いて更に説明する。
（１）実施の形態５
図３２は電子光学系を示す。電子銃３２・１から放出された一次電子は像形成レンズ３２・２を経た後、２段のズームレンズ３２・３を通り、さらに３段の四極子レンズ３２・４を通って、Ｅ×Ｂフィルタ３２・５で３５°偏向され、二次光学系３２・６の光軸と平行に反対方向に、対物レンズ３２・７を通って試料面に照射される。なお、４極子レンズは２以上の多極子でもよく、偶数に限らず、奇数の極を有するものでもよい。また、４極子レンズは３段以上２０段以下、好ましくは３段以上１０段以下、より好ましくは３段以上５段以下であることが望ましい。
Hereinafter, further description will be given using some embodiments.
(1)
FIG. 32 shows an electron optical system. The primary electrons emitted from the
一次電子の照射により試料面から放出される二次電子、反射電子、後方散乱電子は対物レンズ３２・７でＥ×Ｂフィルタ３２・５の中心に結像された後、中間レンズ３２・８で倍率を可変された後、投影レンズ３２・９の手前で結像される。中間レンズ３２・８で結
像された像は、投影レンズ３２・９で約30〜50倍に拡大されて検出器表面３２・１０に結像される。
Secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons emitted from the sample surface by the primary electron irradiation are imaged at the center of the E ×
像形成レンズ３２・２は、加速電圧が変わっても、ズームレンズ３２・３の手前に像を形成する事を可能にするものであり、図３２では１段のレンズで構成されているが、複数段のレンズで構成されてもよい。
The
一次電子の試料面への照射面積と形状は、一次電子の加速電圧が一定であれば、ズームレンズ３２・３の条件と四極子レンズ３２・４の条件とによってほぼ決まる。ズームレンズ３２・３は、ビーム形状を保ったまま照射面積を可変する。四極子レンズ３２・４は、ビームの大きさも可変する事が出来るが、主にビーム形状（楕円の縦横比率）を変えるために用いる。図３２では、それぞれ２段のズームレンズ３２・３と３段の四極子レンズ３２・４で構成されるが、それぞれレンズの段数を増やしても構わない。
If the acceleration voltage of primary electrons is constant, the irradiation area and shape of the primary electrons on the sample surface are almost determined by the conditions of the
以下、検出器の1ピクセルの大きさが１６μｍ四方、検出器のサイズが２０４８×５１
２ピクセルの場合について考察する。二次光学系３２・６の倍率が１６０倍の時、試料上の1ピクセル相当の大きさは、１６μｍ÷１６０ =０．１μｍになり、観察面積は２０４
．８×５１．２μｍになる。それをカバーする照射エリアは楕円形状であるため、その長軸と短軸の比率によって様々に変化する。その様子を図３３に示す。図３３において、横軸は長軸位置、縦軸は短軸位置を示す。最適な照射形状を考えるに当たって、観察領域３３・１でない所にはあまりビームを照射したくない、という考え方がある。そのためには、観察領域の面積を照射領域の面積で割った照射効率が最大になる照射形状を探せばよい事になる。
Hereinafter, the size of one pixel of the detector is 16 μm square, and the size of the detector is 2048 × 51.
Consider the case of 2 pixels. When the magnification of the secondary optical system 32.6 is 160 times, the size corresponding to one pixel on the sample is 16 μm ÷ 160 = 0.1 μm, and the observation area is 204.
. 8 × 51.2 μm. Since the irradiation area covering it is elliptical, it varies depending on the ratio of the major axis to the minor axis. This is shown in FIG. In FIG. 33, the horizontal axis indicates the long axis position, and the vertical axis indicates the short axis position. In considering the optimum irradiation shape, there is an idea that it is not desired to irradiate the beam to a place that is not the observation region 33.1. For this purpose, it is only necessary to find an irradiation shape that maximizes the irradiation efficiency obtained by dividing the area of the observation region by the area of the irradiation region.
図３４は、照射領域の形状の長軸対短軸の比に対する照射効率についてプロットしたものである。これより、照射楕円形状の長軸対短軸の比が、矩形の観察領域の長軸対短軸比に等しい場合が最も照射効率の良い形状である事がわかる。つまり、観察領域２０４．８×５１．２μｍをくまなく照射するビーム形状は２９０×７２．５μｍとなる。実際は、照射光学系の収差や電子銃の輝度ムラの影響で、照射ビーム形状は若干大きくなる。この照射ビーム形状を達成するためには、四極子レンズ３２・４の手前の像が四極子レンズ３２・４と対物レンズ３２・７を含めた光学系によって試料面上で楕円形状の照射領域を形成するように四極子レンズ３２・４を調整すれば良い。この場合、試料面上で、必要な照射領域とその照射領域全面とにわたって十分に平坦な照射電流密度が得られればよく、照射ビームを試料面上に結像させる必要はない。試料面上で所定の照射領域が得られるように、ズームレンズ３２・３で四極子レンズ３２・４の手前の像の大きさを調節する事になる。
FIG. 34 is a plot of the irradiation efficiency against the ratio of the long axis to the short axis of the shape of the irradiation region. From this, it can be seen that the shape with the highest irradiation efficiency is obtained when the ratio of the major axis to the minor axis of the irradiation ellipse is equal to the ratio of the major axis to the minor axis of the rectangular observation region. That is, the beam shape for irradiating the entire observation region 204.8 × 51.2 μm is 290 × 72.5 μm. Actually, the shape of the irradiation beam becomes slightly larger due to the influence of the aberration of the irradiation optical system and the luminance unevenness of the electron gun. In order to achieve this irradiation beam shape, an image in front of the
今、例えば、二次電子光学系３２・６の倍率を１６０倍から３２０倍にする時を考える。この時、試料面上の1ピクセル相当の大きさは１６μｍ÷３２０=０．０５μｍ四方になり、観察面積は１０２．４×２５．６μｍになる。この状態で照射領域が１６０倍のままだったとすると、検出器の1ピクセルに到達する信号量は面積比に比例するので、１６０
倍の時の１／４になる。１６０倍の時に１ピクセル平均４００個の電子数に対応する信号量の像を見ていたとすると、その時のショット雑音による揺らぎの標準偏差は√（４００）＝２０個である。よってＳ／Ｎ比は４００／２０＝２０となる。３２０倍の時に同一のＳ／Ｎ比の像を得るためには、同一信号量が１ピクセルに入れば良い。試料上１ピクセル当たりの面積が１／４になっているため、単位面積当たり４倍の二次電子信号量密度があればよい事になる。
Consider now the case where the magnification of the secondary electron optical system 32.6 is increased from 160 times to 320 times, for example. At this time, the size corresponding to one pixel on the sample surface is 16 μm ÷ 320 = 0.05 μm square, and the observation area is 102.4 × 25.6 μm. If the irradiation area remains 160 times in this state, the amount of signal reaching one pixel of the detector is proportional to the area ratio.
It becomes 1/4 of the time of double. If an image of a signal amount corresponding to an average number of 400 electrons per pixel at 160 times is viewed, the standard deviation of fluctuation due to shot noise at that time is √ (400) = 20. Therefore, the S / N ratio is 400/20 = 20. In order to obtain an image having the same S / N ratio at a magnification of 320, the same signal amount may be included in one pixel. Since the area per pixel on the sample is 1/4, it is sufficient that the secondary electron signal density is four times per unit area.
一次電子の加速エネルギーと試料面のポテンシャルの差として表わされるランディングエネルギーが一定であれば、照射電流密度と二次電子信号量密度は概ね比例する。そのた
め、照射電流密度を４倍にすればよい事がわかる。照射電流密度を４倍にするには、単純には照射電流を４倍にするか、照射面積を１／４にすれば良い。照射面積を１／４にするには、照射サイズを長軸短軸共１／２にすれば良い。観察領域、照射領域共、相似形でそれぞれ１／２に縮小するため、これで十分に観察領域を照射できる。
If the landing energy expressed as the difference between the acceleration energy of the primary electrons and the potential of the sample surface is constant, the irradiation current density and the secondary electron signal density are almost proportional. Therefore, it can be seen that the irradiation current density should be quadrupled. In order to increase the irradiation current density by a factor of 4, the irradiation current may simply be increased by a factor of 4, or the irradiation area may be reduced to ¼. In order to reduce the irradiation area to 1/4, the irradiation size should be 1/2 for both the long axis and the short axis. Since both the observation area and the irradiation area are reduced to ½ in a similar shape, the observation area can be sufficiently irradiated.
照射電流密度を増やすための手段として、照射電流を増やしても、照射面積を減らしても構わないが、観察領域でない所にはなるべく照射したくないという考えに基づけば、照射面積を減らすのが望ましい。 As a means for increasing the irradiation current density, the irradiation current may be increased or the irradiation area may be reduced. However, based on the idea that irradiation is not possible in areas other than the observation region, it is possible to reduce the irradiation area. desirable.
表３は、二次光学系倍率が３２０倍と１６０倍の時のそれぞれの一次光学系レンズの電圧及び得られた試料上の照射サイズを表わす。これより、二次光学系倍率に十分追随できる照射領域が得られる。表３には示していないが、倍率８０倍の照射サイズは６２０μｍ×１８０μｍの楕円形、また、倍率４８０倍では１００μｍ×３０μｍの楕円形でよい。このように、倍率の変化または切り替えに応じて照射サイズを変化させることが望ましい。 Table 3 shows the voltages of the respective primary optical system lenses when the secondary optical system magnification is 320 times and 160 times, and the irradiation size on the obtained sample. Thus, an irradiation area that can sufficiently follow the magnification of the secondary optical system is obtained. Although not shown in Table 3, the irradiation size at a magnification of 80 times may be an elliptical shape of 620 μm × 180 μm, and at a magnification of 480 times, it may be an elliptical shape of 100 μm × 30 μm. Thus, it is desirable to change the irradiation size according to the change or switching of the magnification.
（２）実施の形態６
図３５は、リレーレンズを用いた検出系の構成を示したものである。二次光学系でＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）３５・１の表面に結像された二次電子は、ＭＣＰ３５・１内のチャンネルを通過しながらその数がＭＣＰ３５・１の電子入射面と出射面間に印加された電圧に応じて増倍される。ＭＣＰ３５・１の構造や動作については既知であり、ここでは詳述しない。この実施の形態では、ＭＣＰ３５・１上でのピクセルサイズを２６μmとし、横１０２４ピクセル×縦５１２ピクセル分の有効エリアでチャンネル径６μｍ
のものを使用した。ＭＣＰ３５・１内で増倍された電子はＭＣＰ３５・１の出射面から射出され、対向する厚さ約４ｍｍのガラス板３５・２上に塗布された蛍光面３５・３に衝突し、電子信号量に応じた強度の蛍光が発生する。ガラス板３５・２と蛍光面３５・３の間には、薄い透明電極が塗布してあり、ＭＣＰ出射面との間に２〜３ｋＶ程度の電圧が印加されているため、ＭＣＰと蛍光面間での電子の広がりが極力抑えられて、そこでの像のボケが極力抑えられると同時に、ＭＣＰ３５・１を出射した電子が適度なエネルギーを持って蛍光面３５・３に衝突するため、発光効率が向上する。なお、透明電極と蛍光面３５・３を塗布するガラス板３５・２の材質は、光を効率良く透過するものであれば何でも良い。
(2)
FIG. 35 shows a configuration of a detection system using a relay lens. The secondary electrons imaged on the surface of the MCP (microchannel plate) 35.1 by the secondary optical system pass through the channels in the MCP 35.1 and the number thereof is between the electron entrance surface and the exit surface of the MCP 35.1. It is multiplied according to the voltage applied to. The structure and operation of the MCP 35.1 are known and will not be described in detail here. In this embodiment, the pixel size on the
I used one. The electrons multiplied in the
蛍光面３５・３で電子信号を変換された光強度信号は、ガラス板３５・２を通り、さらに真空と大気を隔絶する光学的に透明な板３５・４を通り、蛍光面３５・３で発生した光を結像するリレーレンズ３５・５を通り、その結像位置に配置したＣＣＤやＴＤＩセンサーの受光面３５・６に入射する。本実施の形態では、結像倍率０．５倍、透過率２％のリレーレンズ３５・５を使用した。
The light intensity signal obtained by converting the electronic signal on the fluorescent screen 35.3 passes through the glass plate 35.2, passes through the optically transparent plate 35.4 that separates the vacuum from the atmosphere, and passes through the fluorescent screen 35.3. The generated light passes through a
受光面３５・６に入射した光は、ＣＣＤやＴＤＩセンサーによって電気信号に変換され、画像の電気信号が取り込み装置に出力される。本実施の形態で用いたＴＤＩセンサーは、ピクセルサイズ１３μm、水平方向有効画素数２０４８ピクセル、積算段数１４４段、タップ数８、ラインレートが最大８３ｋＨｚのものを用いたが、今後のＴＤＩセンサーの技術的な進歩により、さらに水平方向有効画素数や積算段数が大きなものを使用しても構わない。なお、ＴＤＩセンサーの構造や動作については既知であり、ここでは詳述しない。 The light incident on the light receiving surfaces 35 and 6 is converted into an electric signal by a CCD or TDI sensor, and the electric signal of the image is output to the capturing device. The TDI sensor used in this embodiment is a pixel having a pixel size of 13 μm, a horizontal effective pixel count of 2048 pixels, an integration stage count of 144, a tap count of 8 and a line rate of up to 83 kHz. As a result of such advancement, a larger number of effective pixels in the horizontal direction and a larger number of integration stages may be used. The structure and operation of the TDI sensor are known and will not be described in detail here.
表４において、実施の形態１の欄には、本実施の形態での二次電子放出電流密度、二次光学系結像倍率、ＴＤＩラインレートを決定した時に得られるピクセル入射電子数、ＴＤＩグレースケール画素階調値及びステージ速度を示している。 In Table 4, in the column of the first embodiment, the secondary electron emission current density, the secondary optical system imaging magnification, the number of pixel incident electrons obtained when the TDI line rate in the present embodiment is determined, and TDI gray Scale pixel tone values and stage speed are shown.
（３）実施の形態７
図３６は、ＦＯＰを用いた検出系の構成を示したものである。蛍光面３６・１までの構造と動作は実施の形態５と同じである。但し、本実施の形態のＭＣＰ３６・２の有効エリアはピクセルサイズ１６μmで横２０４８×縦５１２ピクセル分である。実施の形態５と
異なり、蛍光面３６・１は、ガラス板に代わり、厚さ約４ｍｍのＦＯＰ（ファイバーオプティックプレート）３６・３に塗布される。蛍光面３６・１で電子信号から変換された光強度信号は、ＦＯＰ３６・３の各ファイバー中を通る。ＦＯＰ３６・３の光出射面には透明電極が塗布してあり、これは接地電位になっている。ＦＯＰ３６・３を出射した光は、隙間を開けずに接した厚さが例えば約３ｍｍの別のＦＯＰ３６・４を通り、そのＦＯＰ３６・４の光出射面に透光性接着剤を介して配置されたＣＣＤやＴＤＩセンサー３６・５の受光面に入射する。ＦＯＰの各ファイバーを越えて光は発散しないので、ＣＣＤやＴＤＩセンサー３６・５の画素サイズがファイバー径よりも十分大きければ画質に大きな影響はない。
(3)
FIG. 36 shows a configuration of a detection system using FOP. The structure and operation up to the
本実施の形態では、ＦＯＰのファイバー径は６μｍ、ＴＤＩセンサー３６・５のピクセルサイズは１６μｍである。ＦＯＰの入射側と出射側でファイバー径を変える事により、像の倍率を変化させる事ができるが、それによる像の歪やずれが大きくなるので、本実施の形態では等倍である。本実施の形態の透過率は約４０％である。 In the present embodiment, the fiber diameter of the FOP is 6 μm, and the pixel size of the TDI sensor 36.5 is 16 μm. The magnification of the image can be changed by changing the fiber diameter on the entrance side and the exit side of the FOP. However, the distortion and displacement of the image due to this change become large, and in this embodiment, the magnification is equal. The transmittance of the present embodiment is about 40%.
ＣＣＤ又はＴＤＩセンサー３６・５は真空中に配置され、光信号から変換された画像の
電気信号３６・６は、大気と真空を隔絶するフィードスルー３６・７を介して取り込み装置に出力される。
The CCD or TDI sensor 36.5 is placed in a vacuum, and the
ＣＣＤ又はＴＤＩセンサー３６・５を大気中に配置し、ＦＯＰで大気と真空を隔絶する事も可能であるが、透過率が低減する事と、ＦＯＰの厚さの増加に伴って歪が増加する事を加味すると、積極的に採用する必要性は薄い。 It is possible to dispose the CCD or TDI sensor 36.5 in the atmosphere and isolate the atmosphere and the vacuum with FOP, but the transmittance decreases and the distortion increases as the thickness of FOP increases. In light of the facts, there is little need for active adoption.
本実施の形態で用いたＴＤＩセンサー３６・５は、ピクセルサイズ１６μｍ、水平方向有効画素数２０４８ピクセル、積算段数５１２段、タップ数３２、ラインレートが最大３００ｋＨｚのものを用いたが、今後のＴＤＩセンサーの技術的な進歩により、さらに水平方向有効画素数や積算段数が大きなものを使用しても構わない。 The TDI sensor 36.5 used in this embodiment is a pixel having a pixel size of 16 μm, a horizontal effective number of pixels of 2048 pixels, a total number of steps of 512, a tap number of 32, and a line rate of up to 300 kHz. Due to technological advancement of the sensor, a sensor having a larger number of effective pixels in the horizontal direction and a larger number of integrated stages may be used.
表４の実施の形態２の欄に、本実施の形態での二次電子放出電流密度、二次光学系結像倍率、ＴＤＩラインレートを決定した時に得られるピクセル入射電子数、ＴＤＩグレースケール画素階調値及びステージ速度を示す。
In the column of
（４）実施の形態８
図３７の（Ａ）は、写像投影方式の欠陥検査装置ＥＢＩの構成を概略的に示す図であり、（Ｂ）はこの欠陥検査装置ＥＢＩの二次光学系及び検出系の構成を概略的に示している。図３７において、電子銃３７・１は大電流で動作可能な熱電子放出型のＬａＢ６製カソード３７・２を有し、電子銃３７・１から第１の方向へ発射された一次電子は数段の四極子レンズ３７・３を含む一次光学系を通過してビーム形状を調整されてからウィーンフィルタ３７・４を通過する。ウィーンフィルタ３７・４によって一次電子の進行方向は、検査対象である試料Ｗに対して入力するよう第２の方向へ変更される。ウィーンフィルタ３７・４を出て第２の方向へ進む一次電子は、ＮＡ開口板３７・５によってビーム径を絞られ、対物レンズ３７・６を通過して試料Ｗを照射する。
(4)
FIG. 37A is a diagram schematically showing a configuration of a defect inspection apparatus EBI of a projection projection system, and FIG. 37B is a schematic diagram showing a configuration of a secondary optical system and a detection system of the defect inspection apparatus EBI. Show. In Figure 37, the
このように、一次光学系においては、電子銃３７・１としてＬａＢ６製の高輝度のものを使用しているので、従来の走査型の欠陥検査装置に比較して低エネルギで大電流かつ大面積の一次ビームを得ることができる。電子銃３７・１はＬａＢ６からなり、形状を円錐台とし、直径が５０μｍ以上で、一次電子の引出電圧が４．５ｋＶで１×１０３Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上1×１０８Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下の輝度で電子を引き出して使用できる。好まし
くは４．５ｋＶで１×１０５Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上１×１０７Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下とする。更に好ましくは１０ｋＶで１×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上１×１０７Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下とする。また、電子銃３７・１はショットキー型として、一次電子の引出電圧が４．５ｋＶで１×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上2×１０１０Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下の輝度で電子を引き
出して使用することもできる。好ましくは１０ｋＶで１×１０６Ａ／ｃｍ２ｓｒ以上５×１０９Ａ／ｃｍ２ｓｒ以下とする。また、電子銃３７・１にＺｒＯのショットキー型を使用することもできる。
In this way, in the primary optical system, the
一次電子が試料Ｗを照射する照射領域の形状が一次電子の光軸を含まない他の直交する二つの軸に対してそれぞれ概ね対称であり、一次電子が試料上を照射する領域の一次電子の照度むらは１０％以下であり、好ましくは５％以下であり、より好ましくは３％以下の照度むらとなっており、極めて均一である。この場合、ビーム形状は上記のように一次電子の光軸を含まない他の直交する二つの軸に対してそれぞれ概ね対称で無い場合も使用できる。 The shape of the irradiation region where the primary electrons irradiate the sample W is approximately symmetric with respect to the other two orthogonal axes not including the optical axis of the primary electrons, and the primary electrons in the region where the primary electrons irradiate the sample. The illuminance unevenness is 10% or less, preferably 5% or less, more preferably 3% or less, and the illuminance unevenness is extremely uniform. In this case, the beam shape can be used even when the beam shape is not substantially symmetric with respect to two other orthogonal axes not including the optical axis of the primary electrons as described above.
この実施の形態においては、試料Ｗは一次光学系によって断面が例えば２００μm×５
０μｍの矩形に形成された面ビームによって照射されるので、試料Ｗ上の所定の広さの小さな領域を照射することができるようになる。この面ビームで試料Ｗを走査するために、
試料Ｗは例えば３００ｍｍウェーハ対応の高精度のＸＹステージ（図示せず）上に載置され、面ビームを固定した状態でＸＹステージを二次元的に移動させる。また、一次電子をビームスポットに絞り込む必要がないので面ビームは低電流密度であり、試料Ｗのダメージが少ない。例えば、従来のビーム走査方式の欠陥検査装置においてはビームスポットの電流密度は１０Ａ／ｃｍ２〜１０４Ａ／ｃｍ２であるが、図３７の欠陥検査装置においては面ビームの電流密度は０．０００１Ａ／ｃｍ２〜０．１Ａ／ｃｍ２でしかない。好ましくは０．００１Ａ／ｃｍ２〜１Ａ／ｃｍ２で使用する。より好ましくは０．０１Ａ／ｃｍ２〜１A／ｃｍ２で使用する。一方、ドーズは、従来のビーム走査方式では1×１０−５Ｃ／ｃｍ２であるのに対して、本方式では、１×１０−６Ｃ／ｃｍ２〜１×１０−１Ｃ／ｃｍ２であり、本方式の方が高感度になっている。好ましくは１×１０−４Ｃ／ｃｍ２〜１×１０−１Ｃ／ｃｍ２、更に好ましくは１×１０−３Ｃ／ｃｍ２〜１×１０−１Ｃ／ｃｍ２で使用する。
In this embodiment, the sample W has a cross section of, for example, 200 μm × 5 by the primary optical system.
Irradiation is performed by a surface beam formed in a 0 μm rectangle, so that a small area of a predetermined area on the sample W can be irradiated. In order to scan the sample W with this surface beam,
The sample W is placed on a high-precision XY stage (not shown) corresponding to, for example, a 300 mm wafer, and the XY stage is moved two-dimensionally with the surface beam fixed. In addition, since it is not necessary to narrow down the primary electrons to the beam spot, the surface beam has a low current density and the sample W is less damaged. For example, in the conventional beam scanning type defect inspection apparatus, the current density of the beam spot is 10 A / cm 2 to 10 4 A / cm 2 , but in the defect inspection apparatus of FIG. Only 0001 A / cm 2 to 0.1 A / cm 2 . Preferably used in 0.001A / cm 2 ~1A / cm 2 . More preferably used in 0.01A / cm 2 ~1A / cm 2 . On the other hand, the dose is 1 × 10 −5 C / cm 2 in the conventional beam scanning method, whereas in the present method, the dose is 1 × 10 −6 C / cm 2 to 1 × 10 −1 C / cm 2. And this method is more sensitive. It is preferably used at 1 × 10 −4 C / cm 2 to 1 × 10 −1 C / cm 2 , more preferably 1 × 10 −3 C / cm 2 to 1 × 10 −1 C / cm 2 .
一次電子ビームの入射方向は基本的にＥ×Ｂ３７・４のＥ方向、すなわち電界の方向からとしており、この方向にＴＤＩの積算方向及びステージ移動方向を合わせる。一次電子ビームの入射方向はＢ方向、すなわち磁場をかけている方向でもよい。 The incident direction of the primary electron beam is basically from the E direction of E × B37.4, that is, the direction of the electric field, and the TDI integration direction and the stage moving direction are aligned with this direction. The incident direction of the primary electron beam may be the B direction, that is, the direction in which a magnetic field is applied.
一次電子によって照射された試料Ｗの領域からは二次電子、反射電子、後方散乱電子が発生する。まず、二次電子の検出について説明すると、試料Ｗから放出された二次電子は、前記第２の逆の方向へ進むよう、対物レンズ３７・６によって拡大されてNA開口板３７・５及びウィーンフィルタ３７・４を通過してから、中間レンズ３７・７によって再び拡大され、投影レンズ３７・８によって更に拡大されて二次電子検出系３７・９に入射する。二次電子を導く二次光学系３７・９においては対物レンズ３７・６、中間レンズ３７・７及び投影レンズ３７・８はいずれも高精度の静電レンズであり、二次光学系の倍率は可変であるよう構成される。一次電子を試料Ｗにほぼ垂直に（±５度以下、好ましくは±３度以下、より好ましくは±１度以下で）入射し、二次電子をほぼ垂直に取り出すので、試料Ｗの表面の凹凸による陰影を生じない。
Secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons are generated from the region of the sample W irradiated with the primary electrons. First, detection of secondary electrons will be described. Secondary electrons emitted from the sample W are enlarged by the
ウィーンフィルタ３７・４はＥ×Ｂフィルタとも呼ばれ、電極及び磁石を有し、電界と磁界を直交させた構造を有し、一次電子を例えば３５度曲げて試料方向（試料に垂直な方向）に向け、一方、試料からの二次電子、反射電子、後方散乱電子のうち少なくとも一つを直進させる機能を持つ。 The Wien filter 37.4, also called an E × B filter, has an electrode and a magnet, has a structure in which an electric field and a magnetic field are orthogonal, and bends primary electrons, for example, 35 degrees to the sample direction (direction perpendicular to the sample) On the other hand, it has a function of causing at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons from the sample to go straight.
投影レンズ３７・８からの二次電子を受け取る二次電子検出系３７・９は、入射された二次電子を増殖するマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）３７・１０と、ＭＣＰ３７・１０から出た電子を光に変換する蛍光スクリーン３７・１１と、蛍光スクリーン３７・１１から出た光を電気信号へ変換するセンサユニット３７・１２を備える。センサユニット３７・１２は、二次元に配列された多数の固体撮像素子からなる高感度のラインセンサ３７・１３を有しており、蛍光スクリーン３７・１１から発せられた蛍光はラインセンサ３７・１３によって電気信号へ変換されて画像処理部３７・１４に送られ、並列、多段且つ高速に処理される。
The secondary
試料Ｗを移動させて試料W上の個々の領域を順に面ビームで照射して走査していく間に
、画像処理部３７・１４は、欠陥を含む領域のＸＹ座標と画像とに関するデータを順次蓄積していき、一つの試料について欠陥を含む検査対象の全ての領域の座標と画像とを含む検査結果ファイルを生成する。こうして、検査結果を一括して管理することができる。この検査結果ファイルを読み出すと、画像処理部１２のディスプレイ上には当該試料の欠陥分布と欠陥詳細リストとが表示される。
While moving the sample W and sequentially irradiating and scanning individual regions on the sample W with a surface beam, the
実際には、欠陥検査装置ＥＢＩの各種の構成要素のうち、センサユニット３７・１２は
大気中に配置されるが、その他の構成要素は真空に保たれた鏡筒内に配置されるため、この実施の形態においては、鏡筒の適宜の壁面にライトガイドをもうけ、蛍光スクリーン３７・１１から出た光をライトガイドを介して大気中に取り出してラインセンサ３７・１３に中継する。
Actually, among the various components of the defect inspection apparatus EBI, the
試料Ｗから放出される電子を１００％としたとき、ＭＣＰ３７・１０に到達しうる電子の割合（以下「透過率」）は
透過率（％）＝（ＭＣＰ３７・１０に到達しうる電子）／（試料Ｗから放出される電子）×１００
で表される。透過率はＮＡ開口板３７・５の開口部面積に依存する。例として、透過率とＮＡ開口板の開口部直径の関係を図３８に示す。実際には、試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうち少なくとも一つが電子検出系Ｄへ到達するのは１画素あたり２００個〜１０００個程度である。
Assuming that the electrons emitted from the sample W are 100%, the ratio of electrons that can reach MCP37 · 10 (hereinafter referred to as “transmittance”) is transmittance (%) = (electrons that can reach MCP37 · 10) / ( Electrons emitted from sample W) × 100
It is represented by The transmittance depends on the opening area of the NA aperture plates 37.5. As an example, FIG. 38 shows the relationship between the transmittance and the aperture diameter of the NA aperture plate. Actually, at least one of secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons generated from the sample reaches the electron detection system D is about 200 to 1000 per pixel.
検出器に拡大投影して結像した画像の中心と静電レンズの中心は共通の軸であり、偏光器と試料との間では電子ビームは共通の軸を光学軸とし、電子ビームの光学軸は試料に対して垂直である。 The center of the image magnified and projected on the detector and the center of the electrostatic lens are the common axis, and the electron beam between the polarizer and the sample has the common axis as the optical axis, and the optical axis of the electron beam. Is perpendicular to the sample.
図３９は、図３７の欠陥検査装置ＥＢＩにおける電子検出系３７・９の具体的な構成例を示している。投影レンズ３７・８によってＭＣＰ３７・１０の入射面に二次電子像又は反射電子像３９・１が形成される。ＭＣＰ３７・１０は例えば分解能が６μｍ、ゲインが１０３〜１０４、実行画素が２１００×５２０であり、形成された電子像３９・１に対応して電子を増殖して蛍光スクリーン３７・１１を照射する。これによって蛍光スクリーン３７・１１の電子で照射された部分から蛍光が発せられ、発せられた蛍光は低歪み（歪みが例えば０．４％）のライトガイド３９・２を介して大気中へ放出される。放出された蛍光は光学リレーレンズ３９・３を介してラインセンサ３７・１３に入射される。例えば、光学リレーレンズ３９・３は倍率が１／２、透過率が２．３％、歪みが０．４％であり、ラインセンサ３７・１３は２０４８×５１２個の画素を有している。光学リレーレンズ３９・３はラインセンサ３７・１３の入射面に電子像３９・１に対応した光学像３９・４を形成する。ライトガイド３９・２及びリレーレンズ３９・３の代わりにＦＯＰ（ファイバ・オプティック・プレート）を使うこともでき、この場合の倍率は1倍である。また、１画素当たりの電指数が５００個以上の場合、ＭＣＰを省いてもよい。
FIG. 39 shows a specific configuration example of the
図３７に示す欠陥検査装置ＥＢＩは、電子銃３７・１の加速電圧及び試料Wに印加され
る試料電圧を調整するとともに電子検出系３７・９を使用することにより、二次電子の場合、正帯電モードと負帯電モードのいずれかで動作可能である。更に、電子銃３７・１の加速電圧、試料Ｗに印加される試料電圧及び対物レンズ条件を調整することにより、欠陥検査装置ＥＢＩを、一次電子の照射によって試料Ｗから発せられる高エネルギの反射電子を検出する反射電子撮像モードで動作させることができる。反射電子は、一次電子が試料Ｗに入射するときのエネルギと同じエネルギを持っており、二次電子に比べてエネルギが高いので、試料表面の帯電等による電位の影響を受けづらいという特徴がある。電子検出系は、二次電子又は反射電子の強度に対応した電気信号を出力する電子衝撃型ＣＣＤ、電子衝撃型ＴＤＩ等の電子衝撃型検出器を使用することもできる。この場合は、ＭＣＰ３７・１０、蛍光スクリーン３７・１１、リレーレンズ３９・３（又はＦＯＰ）を使用せずに結像位置に電子衝撃型検出器を設置して使用する。このような構成にすることにより、欠陥検査装置ＥＢＩは検査対象に適したモードで動作することが可能になる。例えば、メタル配線の欠陥、ＧＣ配線の欠陥、レジストパターンの欠陥を検出するには、負帯電モード又は反射電子撮像モードを利用すればよいし、ビアの導通不良やエッチング後のビア底の残渣を検出するには反射電子撮像モードを利用すればよい。
The defect inspection apparatus EBI shown in FIG. 37 adjusts the acceleration voltage of the
図４０の（Ａ）は図３７の欠陥検査装置ＥＢＩを上記３つのモードで動作させるための要件を説明する図である。電子銃３７・１の加速電圧をＶＡ、試料Ｗに印加される試料電圧をＶＷ、試料を照射するときの一次電子の照射エネルギをＥＩＮ、二次電子検出系３７・９に入射する二次電子の信号エネルギをＥＯＵＴとする。電子銃３７・１は加速電圧ＶＡを変えることができるよう構成され、試料Ｗには適宜の電源（図示せず）から可変の試料電圧ＶＷが印加される。そこで、加速電圧VA及び試料電圧VWを調整し且つ電子検出系３７・９を使用すると、欠陥検査装置ＥＢＩは、図４０の（Ｂ）に示すように、二次電子イールドが１よりも大きい範囲では正帯電モード、１よりも小さい範囲では負帯電モードで動作することができる。また、加速電圧ＶＡ、試料電圧ＶＷ及び対物レンズ条件を設定することにより、欠陥検査装置ＥＢＩは二次電子と反射電子とのエネルギ差を利用して二種類の電子を区別できるので、反射電子のみを検出する反射電子撮像モードで動作することができる。
FIG. 40A is a diagram for explaining requirements for operating the defect inspection apparatus EBI of FIG. 37 in the above three modes. The acceleration voltage of the electron gun 37.1 is V A , the sample voltage applied to the sample W is V W , the irradiation energy of primary electrons when irradiating the sample is E IN , and the secondary
欠陥検査装置ＥＢＩを反射電子撮像モード、負帯電モード及び正帯電モードで動作させるためのＶＡ、ＶＷ、ＥＩＮ及びＥＯＵＴの値の一例を挙げると、
反射電子撮像モード
ＶＡ＝−４．０ｋＶ±１度Ｖ（好ましくは±０．１度、より好ましくは±０．０１度以下）
ＶＷ＝−２．５ｋＶ±１度Ｖ（好ましくは±０．１度、より好ましくは±０．０１度以下）
ＥＩＮ＝１．５ｋｅＶ±１度Ｖ（好ましくは±０．１度、より好ましくは±０．０１度以下）
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ以下
負帯電モード
ＶＡ＝−７．０ｋＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＶＷ＝−４．０ｋＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＥＩＮ＝３．０ｋｅＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ＋α（α：二次電子のエネルギ幅）
正帯電モード
ＶＡ＝−４．５ｋＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＶＷ＝−４．０ｋＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＥＩＮ＝０．５ｋｅＶ±１Ｖ（好ましくは±０．１Ｖ、より好ましくは±０．０１Ｖ以下）
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ＋α（α：二次電子のエネルギ幅）
となる。
Examples of values of VA, V W , E IN and E OUT for operating the defect inspection apparatus EBI in the backscattered electron imaging mode, the negative charging mode and the positive charging mode are as follows:
Reflected electron imaging mode V A = −4.0 kV ± 1 degree V (preferably ± 0.1 degree, more preferably ± 0.01 degree or less)
V W = −2.5 kV ± 1 degree V (preferably ± 0.1 degree, more preferably ± 0.01 degree or less)
E IN = 1.5 keV ± 1 degree V (preferably ± 0.1 degree, more preferably ± 0.01 degree or less)
E OUT = 4 keV or less
Negative charging mode V A = −7.0 kV ± 1 V (preferably ± 0.1 V, more preferably ± 0.01 V or less)
V W = −4.0 kV ± 1 V (preferably ± 0.1 V, more preferably ± 0.01 V or less)
E IN = 3.0 keV ± 1V (preferably ± 0.1V, more preferably ± 0.01V or less)
E OUT = 4 keV + α (α: energy width of secondary electrons)
Positive charging mode V A = −4.5 kV ± 1 V (preferably ± 0.1 V, more preferably ± 0.01 V or less)
V W = −4.0 kV ± 1 V (preferably ± 0.1 V, more preferably ± 0.01 V or less)
E IN = 0.5 keV ± 1 V (preferably ± 0.1 V, more preferably ± 0.01 V or less)
E OUT = 4 keV + α (α: energy width of secondary electrons)
It becomes.
上記のように、基本的には二次電子モードの時には試料の電位ＶＷは正帯電モードの場合も負帯電モードの場合も、４ｋＶ±１０Ｖ（好ましくは４ｋＶ±１Ｖ、より好ましくは４ｋＶ±０．０１Ｖ以下）と一定の電位をかける。一方、反射電子モードの場合は加速電位ＶＡを４ｋＶ±１０Ｖ（好ましくは４ｋＶ±１Ｖ、より好ましくは４ｋＶ±０．０１Ｖ以下）とし、試料電位ＶＷは加速電位４ｋＶ以下の任意の電位に設定して使用する。このようにして検出器のＭＣＰには４ｋｅＶ±１０ｅＶ＋α（好ましくは４ｋＶ±１Ｖ、より好ましくは４ｋＶ±０．０１Ｖ）という最適なエネルギーで、信号となる二次電子または反射電子が入射するよう設定されている。 As described above, basically in the secondary electron mode, the potential V W of the sample is 4 kV ± 10 V (preferably 4 kV ± 1 V, more preferably 4 kV ± 0 in both the positive charge mode and the negative charge mode). Apply a constant potential of .01V or less. On the other hand, setting the acceleration voltage V A is the case of the reflection electron mode 4kV ± 10V (preferably 4kV ± 1V, more preferably less 4kV ± 0.01 V) and the sample potential V W to an arbitrary potential of less acceleration potential 4kV And use it. In this way, secondary electrons or reflected electrons that are signals are set to enter the MCP of the detector with an optimum energy of 4 keV ± 10 eV + α (preferably 4 kV ± 1 V, more preferably 4 kV ± 0.01 V). ing.
以上の電位設定は基本的に二次光学系を通す信号電子のエネルギーを４ｋｅＶとして、試料面の電子像を検出器に結像させる場合であり、このエネルギーを変えることによって上記の二次電子モードと反射電子モードにおける設定電位を変えて試料の種類に応じた最適な電子像を得ることができる。負帯電モードとしては、図４０の（Ｂ）の正帯電領域より低い電子照射エネルギ（例えば５０ｅＶ以下）の領域を使うことも可能である。 The above potential setting is basically a case where the energy of the signal electrons passing through the secondary optical system is 4 keV, and an electron image of the sample surface is formed on the detector. By changing this energy, the secondary electron mode is changed. By changing the set potential in the reflected electron mode, it is possible to obtain an optimal electron image corresponding to the type of sample. As the negative charging mode, it is possible to use a region of electron irradiation energy (for example, 50 eV or less) lower than the positively charged region of FIG.
実際、二次電子と反射電子の検出量は、試料Ｗ上の被検査領域の表面組成、パターン形状及び表面電位によって変わってくる。即ち、試料Ｗ上の被検査対象の表面組成によって二次電子収率及び反射電子量は異なり、パターンの尖った個所や角では二次電子収率及び反射電子量は平面に比べて大きい。また、試料Ｗ上の被検査対象の表面電位が高いと、二次電子放出量が減少する。こうして、検出系３７・９によって検出された二次電子及び反射電子から得られる電子信号強度は材料、パターン形状及び表面電位によって変動する。
Actually, the detected amounts of secondary electrons and reflected electrons vary depending on the surface composition, pattern shape, and surface potential of the region to be inspected on the sample W. That is, the secondary electron yield and the amount of reflected electrons differ depending on the surface composition of the object to be inspected on the sample W, and the secondary electron yield and the amount of reflected electrons are larger than those on the plane at sharp points and corners of the pattern. Further, when the surface potential of the object to be inspected on the sample W is high, the amount of secondary electron emission decreases. Thus, the electron signal intensity obtained from the secondary electrons and reflected electrons detected by the
２−３−３）Ｅ×Ｂユニット（ウィーンフィルタ）
ウィーンフィルタは、電極と磁極を直交方向に配置し、電界と磁界を直交させた電磁プリズム光学系のユニットである。電磁界を選択的に与えると、一方向からその場に入射する電子ビームは偏向させ、その反対方向から入射する電子ビームは、電界から受けるカと磁界から受ける力の影響が相殺される条件（ウィーン条件）を作ることが可能で、これにより一次電子ビームは偏向され、ウェーハ上に垂直に照射し、二次電子ビームは検出器に向け直進することができる。
2-3-3) E × B unit (Vienna filter)
The Wien filter is a unit of an electromagnetic prism optical system in which electrodes and magnetic poles are arranged in an orthogonal direction, and an electric field and a magnetic field are orthogonal. When an electromagnetic field is selectively applied, an electron beam incident on the field from one direction is deflected, and an electron beam incident from the opposite direction is a condition that cancels the influence of the force received from the electric field and the force received from the magnetic field ( Wien condition) can be created, whereby the primary electron beam is deflected and irradiates vertically onto the wafer, and the secondary electron beam can travel straight towards the detector.
Ｅ×Ｂユニットの電子ビーム偏向部の詳細な構造について、図４１及び同図のＡ−Ａ線に沿う縦断面を示す図４２を用いて説明する。図４１に示すように、Ｅ×Ｂユニット４１・１の電子ビーム偏向部４１・２の場は、写像投影光学部の光軸に垂直な平面内において、電界と磁界とを直交させた構造、即ちＥ×Ｂ構造とする。ここで、電界は凹面状の曲面を持つ電極４１・３及び４１・４により発生させる。電極４１・３及び４１・４が発生する電界は、それぞれ制御部４１・５及び４１・６により制御される。一方、電界発生用の電極４１・３及び４１・４と直交するように、電磁コイル４１・７及び４１・８を配置させることにより磁界を発生させている。なお、電界発生用の電極４１・３、４１・４は点対象であるが同心円でも構わない。
The detailed structure of the electron beam deflecting section of the E × B unit will be described with reference to FIG. 41 and FIG. 42 showing a longitudinal section along the line AA in FIG. As shown in FIG. 41, the field of the electron beam deflecting unit 41.2 of the E × B unit 41.1 is a structure in which an electric field and a magnetic field are orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis of the mapping projection optical unit. That is, an E × B structure is adopted. Here, the electric field is generated by the
この場合は磁界の均一性を向上させるために、平行平板形状を有するポールピースを持たせて、磁路を形成している。Ａ−Ａ線に沿う縦断面における電子ビームの挙動は、図４２に示されるようである。照射された電子ビーム４２・１及び４２・２は、電極４１・３、４１・４が発生する電界と、電磁コイル４１・７、４１・８が発生する磁界とによって偏向された後、試料面上に対して垂直方向に入射する。
In this case, in order to improve the uniformity of the magnetic field, a magnetic path is formed by providing a pole piece having a parallel plate shape. The behavior of the electron beam in the longitudinal section along the line AA is as shown in FIG. The irradiated electron beams 42 · 1 and 42 · 2 are deflected by the electric field generated by the
ここで、照射電子ビーム４２・１、４２・２の電子ビーム偏向部４１・２への入射位置及び角度は、電子のエネルギーが決定されると一義的に決定される。さらに、二次電子４２・３及び４２・４が直進するように、電界及び磁界の条件、即ちｖ×Ｂ＝Ｅとなるように電極４１・３、４１・４が発生する電界と、電磁コイル４１・７、４１・８が発生する磁界とを、それぞれの制御部４１・５、４１・６、４１・９、４１・１０が制御することで、二次電子は電子ビーム偏向部４１・２を直進して、上記写像投影光学部に入射する。ここで、ｖは電子の速度（ｍ／ｓ）、Ｂは磁場（Ｔ）、ｅは電荷量（Ｃ）、Ｅは電界（Ｖ／ｍ）である。
Here, the incident positions and angles of the irradiation electron beams 42. 1 and 42. 2 to the electron
ここではＥ×Ｂフィルタ４１・１を１次電子ビームと二次電子の分離に使用しているが、磁場を用いても可能であることは言うまでもない。また電界だけで1次電子ビームと二次電子を分離しても良い。更に、一次電子と反射電子の分離に使用できることは当然である。 Here, the E × B filter 41.1 is used to separate the primary electron beam and the secondary electron, but it goes without saying that it is possible to use a magnetic field. Further, the primary electron beam and the secondary electron may be separated only by the electric field. Furthermore, it can be used for separation of primary electrons and reflected electrons.
ここで、実施の形態９として、図４３によりＥ×Ｂフィルタの変形例を説明する。図４３は光軸に垂直な面で切った断面図である。電界を発生させるための４対の電極４３・１と４３・２、４３・３と４３・４、４３・５と４３・６、４３・７と４３・８は、非磁性導電体で形成され、全体としてほぼ円筒形状であり、絶縁材料で形成された電極支持用円筒４３・９の内面にネジ（図示せず）等により固定される。電極支持用円筒４３・９の軸及び電極が形成する円筒の軸は、光軸４３・１０に一致させる。各電極４３・１〜４３・８の間の電極支持用円筒４３・９の内面には、光軸４３・１０と平行の溝４３・１１が設けられる。そして、その内面の領域は、導電体４３・１２でコーティングされ、アース電位に設定される。
Here, as a ninth embodiment, a modification of the E × B filter will be described with reference to FIG. FIG. 43 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the optical axis. The four pairs of electrodes 43.1 and 43.2, 43.3 and 43.4, 43.5 and 43.6, 43.7 and 43.8 for generating an electric field are formed of nonmagnetic conductors. As a whole, it has a substantially cylindrical shape, and is fixed to the inner surface of the
電界を発生させる際に、電極４３・３、４３・５に「ｃｏｓθ１」、電極４３・６、４３・４に「−ｃｏｓθ１」、電極４３・１、４３・７に「ｃｏｓθ２」、電極４３・８、４３・２に「−ｃｏｓθ２」に比例する電圧を与えると、電極の内径の６０％程度の領域でほぼ一様な平行電界が得られる。図４４に電界分布のシミュレーション結果を示す。なお、この例では、４対の電極を用いたが、３対でも内径の４０％程度の領域で一様な平行電界が得られる。
When the electric field is generated, “cos θ1” is applied to the
磁界の発生は、電極支持用円筒４３・９の外側に２つの矩形状の白金合金永久磁石４３・１３、４３・１４を平行に配置することによって行う。永久磁石４３・１３、４３・１４の光軸４３・１０側の面の周辺には、磁性材料で構成される突起４３・１６が設けられる。この突起４３・１６は、光軸４３・１０側の磁力線が外側に凸に歪むのを補償するものであり。その大きさ及び形状は、シミュレーション解析によって定めることができる。
The magnetic field is generated by arranging two rectangular platinum alloy
永久磁石４３・１３、４３・１４の外側は、永久磁石４３・１３、４３・１４による磁力線の光軸４３・１０と反対側の通路が、電極支持用円筒４３・９と同軸の円筒となるように、強磁性体材料で構成されるヨーク又は磁気回路４３・１５が設けられる。
On the outside of the
図４３に示したようなＥ×Ｂ分離器は、図２５−１に示すような写像投影型電子線検査装置だけでなく、走査型電子線検査装置にも適用することができる。
上記走査型電子線検査装置の一例を図２５-２に示す。電子銃２５・１４から電子線が
試料２５・１５に向かって照射される。１次系電子ビームはＥ×Ｂ２５・１６を通過するが、入射時には偏向力が加えられずに直進し、対物レンズ２５・１７で絞られて、試料２５・１５にほぼ垂直に入射する。試料２５・１５から出てきた電子は、今度はＥ×Ｂ２５・１６により偏向力を加えられ、検出器２５・１８に導かれる。このように、Ｅ×Ｂ２５・１６の電界と磁界を調整する事により、１次系と２次系の荷電粒子ビームのいずれか一方を直進させ、他方を任意の方向に直進させることができる。
The E × B separator as shown in FIG. 43 can be applied not only to the mapping projection electron beam inspection apparatus as shown in FIG. 25-1, but also to the scanning electron beam inspection apparatus.
An example of the scanning electron beam inspection apparatus is shown in FIG. An electron beam is irradiated from the
なお、Ｅ×Ｂ２５・１６を用いると、偏向力が加わって変更した方向に収差が生じてしまうため、それを補正するために、１次系光学系の電子銃２５・１４とＥ×Ｂ２５・１６との間に、更にＥ×Ｂ偏向器を設けてもよい。また、同じ目的で、２次系の検出器２５・１８とＥ×Ｂ２５・１６との間に更にＥ×Ｂ偏向器を設けてもよい。
When E × B25 · 16 is used, aberration is generated in the changed direction due to the addition of deflection force. To correct this, the
走査型電子線検査装置若しくは走査型電子顕微鏡においては、１次系の電子ビームで細く絞ることが分解能を上げることにつながるので、１次系電子ビームには余分な偏向力を与えないように、図２５-２のように１次系電子ビームを直進させ、２次系ビームを偏向
させるのが一般的である。しかし、逆に、１次系のビームを偏向させ、２次系のビームを直進させる方が好適であれば、そのようにしてもよい。同様に、写像投影型電子線検査装置では、試料上の撮像領域と検出器のＣＣＤ上のピクセルの対応をきちんと取るために、２次系ビームには、なるべく収差を生じさせないような偏向力を与えないようにする方が
一般的には好ましい。したがって、図２５−１に示すように、１次系のビームを偏向させ、２次系のビームを直進させる構成を取るのが一般的ではあるが、１次系のビームを直進させ、２次系のビームを偏向させる構成を取る方が好適であれば、その様な構成を取ってもよい。
In a scanning electron beam inspection apparatus or a scanning electron microscope, narrowing with a primary electron beam leads to an increase in resolution, so that no excessive deflection force is given to the primary electron beam. As shown in FIG. 25-2, the primary system electron beam generally travels straight and the secondary system beam is deflected. However, conversely, if it is preferable to deflect the primary beam and move the secondary beam straight, it may be so. Similarly, in the projection type electron beam inspection apparatus, in order to properly correspond the imaging region on the sample and the pixels on the CCD of the detector, the secondary system beam has a deflection force that causes as little aberration as possible. It is generally preferable not to give it. Therefore, as shown in FIG. 25A, it is general to adopt a configuration in which the primary system beam is deflected and the secondary system beam goes straight, but the primary system beam goes straight and the secondary system beam goes straight. If it is preferable to adopt a configuration for deflecting the beam of the system, such a configuration may be adopted.
なお、Ｅ×Ｂの電界及び磁界の強さの設定は、２次電子モード、反射電子モードと、モード毎に変化させてもよい。モード毎に最適な画像が得られるように、電界及び磁界の強さを設定することが可能である。設定を変える必要が無いときには、一定の強さのままでよいことは言うまでもない。 The setting of the electric field and magnetic field strength of E × B may be changed for each mode such as the secondary electron mode and the reflected electron mode. It is possible to set the strength of the electric field and the magnetic field so that an optimal image can be obtained for each mode. Needless to say, when there is no need to change the setting, the strength can remain constant.
以上の説明から明らかなように、本例によれば、光軸の回りに電界、磁界がともに一様な領域を大きくとることができ、１次電子線の照射範囲を広げても、Ｅ×Ｂ分離器を通した像の収差を問題のない値にすることができる。また、磁界を形成する磁極の周辺部に突起４３・１６を設けるとともに、この磁極を電界発生用電極の外側に設けたので、一様な磁界が発生できるとともに、磁極による電界の歪を小さくできる。また、永久磁石を用いて磁界を発生させているので、Ｅ×Ｂ分離器全体を真空中に収めることができる。さらに、電界発生用電極及び磁路形成用磁気回路を、光軸を中心軸とする同軸の円筒形状とすることにより、Ｅ×Ｂ分離器全体を小型化できる。
As is clear from the above explanation, according to this example, a region where both the electric field and the magnetic field are uniform around the optical axis can be made large, and even if the irradiation range of the primary electron beam is expanded, E × The aberration of the image passing through the B separator can be set to a value with no problem. In addition, since the
２−３−４）検出器
二次光学系で結像されるウェーハからの二次電子画像は、まずマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）で増幅されたのち、蛍光スクリーンにあたり光の像に変換される。ＭＣＰの原理としては直径１〜１００μｍ、長さ０．２〜１０ｍｍ、好ましくは直径２〜５０μｍ、長さ０２．〜５ｍｍ、より好ましくは直径６〜２５μｍ、長さ０．２４〜１．０ｍｍという非常に細い導電性のガラスキャピラリを数百万本〜数千万本束ね、薄い板状に整形したもので、所定の電圧印加を行うことで、一本一本のキャピラリが、独立した二次電子増幅器として働き、全体として二次電子増幅器を形成する。この検出器により光に変換された画像は、真空透過窓を介して大気中に置かれたＦＯＰ系でＴＤＩ−ＣＣＤ上に１対１で投影される。
2-3-4) Detector The secondary electron image from the wafer imaged by the secondary optical system is first amplified by a microchannel plate (MCP) and then converted to an image of light by hitting the fluorescent screen. The principle of MCP is 1 to 100 μm in diameter and 0.2 to 10 mm in length, preferably 2 to 50 μm in diameter and 02.02 in length. Bundled millions to tens of millions of very thin conductive glass capillaries having a diameter of ˜5 mm, more preferably 6 to 25 μm, and a length of 0.24 to 1.0 mm, and shaped into a thin plate, By applying a predetermined voltage, each of the capillaries functions as an independent secondary electron amplifier, forming a secondary electron amplifier as a whole. The image converted into light by this detector is projected one-to-one on the TDI-CCD by the FOP system placed in the atmosphere through the vacuum transmission window.
ここで、上記構成の電子光学装置の動作について説明する。図２５−１に示すように、電子銃２５・４から放出された一次電子線は、レンズ系２５・５によって集束される。収束された一次電子線はＥ×Ｂ型偏向器２５・６に入射され、ウェーハＷの表面に垂直に照射されるように偏向され、対物レンズ系２５・８によってウェーハＷの表面上に結像される。
Here, the operation of the electron optical device having the above-described configuration will be described. As shown in FIG. 25A, the primary electron beam emitted from the electron gun 25.4 is focused by the lens system 25.5. The converged primary electron beam is incident on the E ×
一次電子線の照射によってウェーハから放出された二次電子は、対物レンズ系２５・８によって加速され、Ｅ×Ｂ型偏向器２５・６に入射し、その偏向器を直進して二次光学系のレンズ系２５・１０を通って検出器２５・１１に導かれる。そして、その検出器２５・１１によって検出され、その検出信号が画像処理部２５・１２に送られる。なお、対物レンズ系２５・７は、１０ないし２０ｋＶの高電圧が印加され、ウェーハは設置されているものとする。
The secondary electrons emitted from the wafer by the irradiation of the primary electron beam are accelerated by the
ここで、ウェーハＷにビア２５・１３がある場合に、電極２５・８に与える電圧を−２００Ｖとすると、ウェーハの電子線照射面の電界は、０〜−０．１Ｖ／ｍｍ（−はウェーハＷ側が高電位であることを示す）となった。この状態で、対物レンズ系２５・７とウェーハＷとの間に放電は発生せずに、ウェーハＷの欠陥検査は行えたが、二次電子の検出効率が若干下がってしまう。したがって、電子線を照射し二次電子を検出する一連の動作を、例えば４回行い、得られた４回分の検出結果を累積加算や平均化等の処理を施して所定の検出感度を得た。
Here, when there are vias 25 and 13 in the wafer W and the voltage applied to the
また、ウェーハにビア２５・１３がない場合に、電極２５・８に与える電圧を＋３５０Ｖとしても、対物レンズ系２５・７とウェーハとの間に放電は発生せずに、ウェーハＷの欠陥検査は行えた。この場合、電極２５・８に与えた電圧によって二次電子が集束され、対物レンズ２５・７によっても更に集束されるので、検出器２５・１１における二次電子の検出効率は向上した。よって、ウェーハ欠陥装置としての処理も高速となり、高いスループットで検査が行えた。
In addition, when the wafer does not have
２−３−５）電源
本装置における電源部は主に、電極制御の為の数百程度の出力チャンネルを有する直流高圧精密電源で構成され、電極の役割、位置関係に応じてその供給電圧が異なるが、画像の分解能及び精度の要求から、安定性は設定値に対して、数１００ｐｐｍ以下、好ましくは２０ｐｐｍ以下、より好ましくは数ｐｐｍのオーダーが要求され、安定性の阻害要因である電圧の経時変動、温度変動、ノイズ・リップル等を極少にする為、回路方式、部品の選定、実装、に対する工夫がなされている。
2-3-5) Power supply The power supply unit in this apparatus is mainly composed of a DC high-voltage precision power supply having several hundred output channels for electrode control, and the supply voltage depends on the role and positional relationship of the electrodes. Although it is different, stability is required to be on the order of several hundred ppm or less, preferably 20 ppm or less, and more preferably several ppm with respect to the set value because of the requirements of image resolution and accuracy. In order to minimize aging fluctuations, temperature fluctuations, noise and ripples, etc., circuit methods, component selection, and mounting have been devised.
電極以外の電源の種類としては、ヒータ加熱用定電流源、一次系のビーム芯出時にアパーチャ電極中心近傍にてビームのセンタリングを確認する為にビームを２次元的に偏向する為の高圧高速増幅器、ヒータ加熱用定電流源、エネルギーフィルタであるＥ×Ｂ用の電磁コイル用定電流源、ウェーハにバイアスを印加する為のリターデリング電源及びウェーハを静電チャックに吸着させる為の電位を発生させる電源、ＥＯ補正を行う高圧高速増幅器、電子をホトマルチプライヤーの原理で増幅させるＭＣＰ電源等がある。 The types of power sources other than the electrodes include a constant current source for heating the heater, and a high-voltage high-speed amplifier for deflecting the beam two-dimensionally in order to confirm the centering of the beam near the center of the aperture electrode when the beam of the primary system is centered A constant current source for heating the heater, a constant current source for the electromagnetic coil for E × B that is an energy filter, a retarding power source for applying a bias to the wafer, and a potential for attracting the wafer to the electrostatic chuck are generated. There are a power supply, a high-voltage high-speed amplifier that performs EO correction, an MCP power supply that amplifies electrons based on the principle of a photomultiplier, and the like.
図４５は電源部の全体構成を示している。同図において、鏡筒部４５・１の電極に対し図示しないが、電源ラック４５・２及び高速高圧増幅器４５・３、４５・４及び４５・５より、接続ケーブルを経由して電源が供給される。高速高圧増幅器４５・３〜４５・５は広帯域の増幅器であり、扱う信号の周波数も高い（ＤＣ−ＭＨｚ）ことから、ケーブルの静電容量による特性劣化と消費電力の増加を抑える必要性から電極近傍に設置し、ケーブルの静電容量増加を防止する。ＥＯ補正４５・６より補正信号が出力されオクタポール変換部４５・７にて８極子の夫々の電極に対し、ベクトル値に整合した位相と大きさをもった電圧に変換し、高速高圧増幅器４５・４に入力し、増幅した後、鏡筒に含まれる電極に供給される。
FIG. 45 shows the overall configuration of the power supply unit. In the figure, power is supplied from the power supply rack 45.2 and the high-speed high-voltage amplifiers 45.3, 45.4 and 45.5 to the electrodes of the lens barrel 45.1 via the connection cable. The High-speed and high-voltage amplifiers 45.3 to 45.5 are wide-band amplifiers, and the frequency of signals handled is high (DC-MHz). Install in the vicinity to prevent an increase in cable capacitance. A correction signal is output from the EO correction 45.6, and the
ＡＰ画像取得ブロック４５・８は一次系のビーム芯出時にアパーチャ電極中心近傍にてビームのセンタリングを確認する為にＡＰ画像取得ブロック４５・８より鋸歯状波を発生させ高圧高速増幅器により鏡筒部４５・１の偏向電極に印加、ビームを２次元的に偏向する事によって、アパーチャ電極にて受けたビーム電流の大きさを位置と関連付け、画像表示する事で、ビーム位置を機械的中心位置に調整する補助機能としての役割をもつ。 AP image acquisition blocks 45 and 8 generate a sawtooth wave from the AP image acquisition blocks 45 and 8 in order to confirm the centering of the beam in the vicinity of the center of the aperture electrode when the beam of the primary system is centered. By applying the beam to the deflection electrode 45.1 and deflecting the beam two-dimensionally, the magnitude of the beam current received by the aperture electrode is related to the position, and the image is displayed, so that the beam position is brought to the mechanical center position. Serves as an auxiliary function to adjust.
ＡＦ制御４６・９からは、事前に測定された最善のフォーカルポイントに相等する電圧をメモリーに記憶し、ステージ位置に応じてこの値を読み出し、Ｄ／Ａコンバータにてアナログ電圧に変換し、高速高圧増幅器４５・５を経て、鏡筒部４５・１に含まれる焦点調整電極に印加、最適焦点位置を保ちながら観測する機能を実現している。 From the AF control 46.9, the voltage equivalent to the best focal point measured in advance is stored in the memory, this value is read according to the stage position, converted to analog voltage by the D / A converter, and high speed Through the high-voltage amplifier 45.5, the function of applying to the focus adjusting electrode included in the lens barrel 45.1 and observing while maintaining the optimum focus position is realized.
電源ラック４５・２には、電源群１〜４からなる、電極制御の為の数百程度の出力チャンネルを有する直流高圧精密電源が収納される。電源ラック４５・２は、制御通信部４５・１０により、通信カード４５・１１や、電気的絶縁性を有して安全性の確保とグランドループの発生を防止してノイズ混入を防げる光ファイバー通信４５・１２等により制御ＣＰＵ部４５・１３からの指令を受信し、また、電源装置の異常等のステータスを送信することが可能なシステムを構成している。ＵＰＳ４５・１４は停電、不測の電源断等による
制御異常発生時のシステムの暴走により、装置の破損、異常放電、人体への危険等を防止している。電源４５・１５は大本の受電部であり、インターロック、電流制限等を含み、欠陥検査装置全体としての安全協調を行える様構成している。
The power supply racks 45 and 2 store DC high-voltage precision power supplies having about several hundreds of output channels for electrode control, which are composed of
通信カード４５・１１は制御ＣＰＵ部４５・１３のデータバス４５・１６、アドレスバス４５・１７に接続され、リアルタイムの処理が行える。
図４６は、数百から数十キロＶの静的な直流電圧を発生する場合の回路方式についてのスタテック高圧単極性電源（レンズ用）の回路構成の一例を示している。図４６において、信号源４６・１によりトランス４６・２の透磁率が最適になる周波数の交流電圧を発生させ、掛算器４６・３を経た後、駆動回路４６・４へ導き、トランス４６・２により数十倍から数百倍の振幅の電圧を発生させる。コッククラフトウォルトン回路４６・５は、整流しながら昇圧を行う回路である。トランス４６・２とコッククラフトウォルトン回路４６・５との組み合わせにより、所望の直流電圧を得、ローパスフィルタ４６・６により、さらなる平滑化を行い、リプル、ノイズを低減する。出力電圧検出抵抗４６・７、４６・８の抵抗比により高圧出力電圧を分圧し、通常の電子回路で扱える電圧範囲内にする。この抵抗の安定性が電圧精度の大半決定する為、温度安定度、長期変動等が優秀な素子を使用し、特に分圧比が重要になる事から、同一絶縁基板上に薄膜を形成する事や、あるいは抵抗素子を近接させ、温度が異ならない様工夫する等の手段を講じる。
The
FIG. 46 shows an example of a circuit configuration of a static high voltage unipolar power source (for a lens) with respect to a circuit system in the case of generating a static DC voltage of several hundred to several tens of kilovolts. In FIG. 46, an AC voltage having a frequency at which the magnetic permeability of the transformer 46.2 is optimal is generated by the signal source 46.1, and after passing through the multipliers 46.3, is led to the drive circuit 46.4 and the transformer 46.2 Thus, a voltage having an amplitude several tens to several hundreds of times is generated. The Cockcraft Walton circuit 46.5 is a circuit that boosts voltage while rectifying. A desired DC voltage is obtained by the combination of the transformer 46.2 and the Cockcraft Walton circuit 46.5, and further smoothing is performed by the low-
分圧された結果は、演算増幅器４６・９により基準電圧発生用Ｄ／Ａコンバータ４６・１０の値と比較し、誤差分がある場合には、演算増幅器４６・９の出力が増減し、掛算器４６・３よりその値に応じた振幅の交流電圧が出力され、負帰還が形成される。図示していないが、演算増幅器４６・９の出力は単極性にするか、掛算器４６・３の応答の象限を限定し飽和を防止している。演算増幅器４６・９は非常に大きな増幅度（１２０ｄＢ以上）が必要で、かつ素子としてはほとんどオープンループで使用される事から、低ノイズのオペアンプを用いる。基準電圧発生用Ｄ／Ａコンバータ４６・１０は精度という観点からは、出力電圧検出抵抗４６・７、４６・８と同等以上に安定度が必要となる。この電圧を発生するには、図示していないがバンドギャップを用いた定電圧ダイオードにヒータを用いた恒温機能を組み合わせたリファレンスＩＣが使用される場合が多いが、ペルチェ素子をヒータの代わりに用い、更なる温度の恒温化を可能としている。また、出力電圧検出抵抗４６・７、４６・８を恒温化する為にペルチェ素子を単一または多段に用いる場合もある。
The divided results are compared with the values of the D /
図４７は、スタテック両極性電源（アライナー等用）の回路構成の一例を示している。基本的な考え方は図４６の回路と同等の電源にてＶ５及びＶ６を発生させ、この電圧を用いて、４７・１〜４７・６で構成されるリニアアンプに４７・１からの指令値を入力する事で両極性の高圧電源を形成している。一般に、演算増幅器４７・２は±１２Ｖ近辺で動作する為、図示していないが、４７・２と４７・５、４７・６との間にはディスクリート素子による増幅回路が必要で、±数Ｖを増幅し±数百から数キロＶに変換する。４７・１〜４７・４に要求される諸特性の注意事項は図４６の回路で述べた事と同様である。 FIG. 47 shows an example of a circuit configuration of a static bipolar power supply (for an aligner or the like). The basic idea is to generate V5 and V6 with a power supply equivalent to the circuit of FIG. 46, and use this voltage to send the command value from 47.1 to the linear amplifier composed of 47.1 to 47.6. A bipolar high-voltage power supply is formed by input. In general, since the operational amplifier 47.2 operates in the vicinity of ± 12V, it is not shown in the figure. However, an amplifier circuit using a discrete element is required between 47.2 and 47.5, 47-6, and ± V Is amplified and converted to several hundred to several kilovolts. The precautions for various characteristics required for 47.1 to 47.4 are the same as those described in the circuit of FIG.
図４８〜図５０は特殊電源の回路例を示しており、図４８はヒータ及びガン用の回路例で、４８・１〜４８・４から形成される。バイアス電圧源４８・２に電圧源４８・１、抵抗４８・３及び電源４８・４が重畳される。ヒータ用電源４８・４は定電流源により構成され、実際に流れる電流の値は抵抗４８・３により検出し、図示していないが、一旦ディジタルに置き換えられた後、光ファイバー等によりアイソレーションを行い、値を制御通信部４５・１０に送る。電圧源４８・１の電圧値、電源４８・４の電流値等の設定は制御通信部４５・１０からの値を同様の原理で逆変換し、実際の電源設定部に値を設定している。
48 to 50 show circuit examples of the special power supply, and FIG. 48 is a circuit example for the heater and gun, which is formed of 48 · 1 to 48 · 4. A
図４９はＭＣＰ用の電源回路の例を示しており、電圧源４９・１、４９・２、リレー回路４９・３、４９・４、電流検出回路４９・５、４９・６、４９・７よりなる。端子ＭＣＰ１はＭＣＰへの電流の流入値の計測で数ＰＡからの測定を行うため、厳重なシールド構造とし、漏れ電流、ノイズの進入を防ぐ必要がある。端子ＭＣＰ２はＭＣＰによる増幅後の電流計測を含んでおり、抵抗４９・６、４９・７に流れる電流値の比により増幅度が算定できる。抵抗４９・５は蛍光面上の電流を計測する。重畳部分での計測、設定はヒータ及びガンにおけるそれと同様である。
FIG. 49 shows an example of a power supply circuit for MCP, from voltage sources 49.1, 49.2, relay circuits 49.3, 49.4, current detection circuits 49.5, 49.6, 49.7. Become. Since the terminal MCP1 performs measurement from several PAs by measuring the inflow value of current into the MCP, it is necessary to have a strict shield structure to prevent leakage current and noise from entering. The terminal MCP2 includes current measurement after amplification by the MCP, and the amplification degree can be calculated by the ratio of the current values flowing through the
図５０は、５０・１と５０・２により形成される、Ｅ×Ｂの磁界コイル用定電流源の回路例を示しており、一般には数百ｍＡの電流を出力する。エネルギーフィルタとしての磁界の安定度は重要であり、数ｐｐｍのオーダの安定度が要求される。 FIG. 50 shows a circuit example of an E × B constant current source for a magnetic coil formed by 50 · 1 and 50 · 2, and generally outputs a current of several hundred mA. The stability of the magnetic field as an energy filter is important, and a stability of the order of several ppm is required.
図５１は、リターデリング・チャック向けの電源回路の一例を示しており、
５１・１〜５１・９により形成される。バイアス電源（リターデリング用）５１・１０の上に図４６のスタテック両極性電源（アライナー等用）と同様の電源が重畳された形式である。重畳部分での計測、設定はヒータ及びガン（図４８）におけるそれと同様である。
FIG. 51 shows an example of a power supply circuit for a retarding chuck.
5 · 1 to 51 · 9. 46. A power source similar to the static bipolar power source (for an aligner or the like) in FIG. 46 is superimposed on the bias power source (for retarding) 51.10. Measurement and setting in the overlapped portion are the same as those in the heater and gun (FIG. 48).
図５２は、ＥＯ補正用偏向電極のハードウェア構成の一例を示しており、５２・1〜５
２・７より構成される。Ｘ軸ＥＯ補正５２・1及びＹ軸ＥＯ補正５２・2よりオクタポール変換部５２・４に補正信号が入力され、高速アンプ５２・５へ変換後の出力を送出する。５２・５により数十から数百Ｖに増幅した後に角度４５度毎に設置されたＥＯ補正電極５２・６へ電圧を印加する。ΔＸ補正５２・３はミラー曲がり等の微細な補正を行う場合の入力であり、５２・４の内部でＸ信号と加算される。
FIG. 52 shows an example of the hardware configuration of the deflection electrode for EO correction.
2-7. Correction signals are input to the
図５３は、オクタポール変換部の回路構成の一例を示しており、Ｘ、Ｙ軸以外の４５度ずれた角度に設置される電極５３・１用に、信号５３・２、５３・３、５３・４、５３・５からベクトル演算し、相等の電圧を発生させる。この場合の演算例は５３・６、５３・７、５３・８、５３・９に記載されている値を用いている。これは、アナログの抵抗網により、または５３・６〜５３・９がディジタル信号の場合はＲＯＭによるテーブル読み出し等により、実現可能である。 FIG. 53 shows an example of the circuit configuration of the octopole converter, and signals 53. 2, 53. 3, 53 are used for the electrodes 53. 1 installed at an angle shifted by 45 degrees other than the X and Y axes. -Vector calculation is performed from 4, 53.5, and voltages such as phases are generated. The calculation example in this case uses the values described in 53 · 6, 53 · 7, 53 · 8, 53 · 9. This can be realized by an analog resistance network, or by reading a table with a ROM when 53 · 6 to 53 · 9 are digital signals.
図５４は高速高圧増幅器の一例を示しており、５４・１〜５４・１１によって構成される。（Ｂ）に矩形波出力時の波形例を示す。この例では米国ＡＰＥＸ社製のパワーオペアンプＰＡ８５Ａを用い増幅器を構成しメガ帯に及ぶ帯域と、約±２００Ｖの出力範囲、約１０００Ｖ/μＳ未満のスルーレトを実現でき、高速高圧増幅器に要求される動的特性を
実現した。
FIG. 54 shows an example of a high-speed and high-voltage amplifier, which is composed of 54 · 1 to 54 · 11. (B) shows an example of a waveform when a rectangular wave is output. In this example, an amplifier is constructed using a power operational amplifier PA85A manufactured by APEX in the United States, a mega band, an output range of about ± 200 V, and a slew rate of less than about 1000 V / μS can be realized. Realized the characteristic.
２−４）プレチャージユニット
図１３に示されるように、プレチャージユニット１３・９は、ワーキングチャンバ１３・１６内で電子光学装置１３・８の鏡筒１３・３８に隣接して配設される。本検査装置では検査対象である基板すなわちウェーハに電子線を照射することによりウェーハ表面に形成されたデバイスパターン等を検査する形式の装置であるから、電子線の照射により生じる二次電子等の情報をウェーハ表面の情報とするが、ウェーハ材料、照射電子のエネルギ等の条件によってウェーハ表面が帯電（チャージアップ）することがある。更に、ウェーハ表面でも強く帯電する箇所、弱い帯電箇所が生じる可能性がある。ウェーハ表面の帯電量にむらがあると二次電子情報もむらを生じ、正確な情報を得ることができない。
2-4) Precharge Unit As shown in FIG. 13, the
そこで、図１３の実施の形態では、このむらを防止するために、荷電粒子照射部１３・３９を有するプレチャージユニット１３・９が設けられている。検査するウェーハの所定の箇所に検査電子を照射する前に、帯電むらをなくすためにこのプレチャージユニット１
３・９の荷電粒子照射部１３・３９から荷電粒子を照射して帯電のむらを無くす。このウェーハ表面のチャージアップは予め検出対称であるウェーハ面の画像を形成し、その画像を評価することで検出し、その検出に基づいてプレチャージユニット１３・９を動作させる。また、このプレチャージユニット１３・９では一次電子線の焦点をずらせて、すなわちビーム形をぼかして照射してもよい。
Therefore, in the embodiment of FIG. 13, in order to prevent this unevenness,
Irradiation of charged particles from the charged
図５５は、プレチャージユニット１３・９の第１の実施の形態の要部を示す。荷電粒子５５・１は荷電粒子照射線源５５・２から試料基板Ｗへ、バイアス電源５５・３で設定された電圧で加速されて照射される。被検査領域５５・４は領域５５・５とともに既に前処理の荷電粒子照射を行つた場所を示し、領域５５・６は荷電粒子照射を行つている場所を示す。この図では試料基板Ｗを図の矢印の方向に走査しているが、往復走査を行う場合は、図示点線で示すように、他の荷電粒子線源５５・７を一次電子線源の反対側に設置し、試料基板Ｗの走査方向に同期して交互に荷電粒子線源５５・２、５５・７をオン、オフすれば良い。この場合、荷電粒子のエネルギーが高すぎると試料基板Ｗの絶縁部からの二次電子収率が1を超えてしまい、表面が正に帯電し、またそれ以下でも二次電子が生成すると現象が複雑となり、照射効果が減少するので、二次電子の生成が激減する１００ｅＶ以下（理想的には０ｅＶ以上で３０ｅＶ以下）のランディング電圧に設定するのが効果的である。
FIG. 55 shows a main part of the first embodiment of the
図５６は、プレチャージユニット１３・９の第２の実施の形態を示す。本図は荷電粒子線として電子線５６・１を照射するタイプの照射線源を示す。照射線源は、熱フィラメント５６・２、引き出し電極５６・３、シールドケース５６・４、フィラメント電源５６・５、電子引き出し電源５６・６から構成されている。引き出し電極５６・３は厚さ０．１ｍｍで、幅０．２ｍｍ、長さ１．０ｍｍのスリットが設けられており、直径０．１ｍｍのフィラメント（熱電子放出源）５６・２との位置関係は３電極電子銃の形態となっている。シールドケース５６・４には幅１ｍｍで長さ２ｍｍのスリットが設けられており、引出し電極５６・３とは距離１ｍｍの間隔とし、両者のスリットセンターが一致する様に組み上げられている。フィラメントの材質はタングステン（Ｗ）で２Ａで通電加熱を行い、引き出し電圧２０Ｖ、バイアス電圧−３０Ｖで数μＡの電子電流が得られている。
FIG. 56 shows a second embodiment of the
ここに示した例は一つの例であり、例えば、フィラメント（熱電子放出源）の材質はＴａ、Ｉｒ、Ｒｅ等の高融点金属や、トリアコートＷ、酸化物陰極等が使用でき、その材質、線径、長さによりフィラメント電流が変わることは言うまでもない。また、その他の種類の電子銃でも電子線照射領域、電子電流、エネルギ−が適当な値に設定できるものであれば使用する事が可能である。 The example shown here is one example. For example, the material of the filament (thermoelectron emission source) can be a refractory metal such as Ta, Ir, Re, Triacoat W, an oxide cathode, etc. Needless to say, the filament current varies depending on the wire diameter and length. Other types of electron guns can be used as long as the electron beam irradiation region, electron current, and energy can be set to appropriate values.
図５７は、プレチャージユニット１３・９の第３の実施の形態を示す。荷電粒子線としてイオン５７・１を照射するタイプの照射線源を示す。本照射線源はフィラメント５７・２、フィラメント電源５７・３、放電電源５７・４、陽極シールドケース５７・５から構成されており、陽極５７・６とシールドケース５７・５には１ｍｍ×２ｍｍの同じサイズのスリットが明けられており、１ｍｍ間隔で両スリットの中心が一致する様に組み立てられている。シールドケース５７・５内にパイプ５７・７を介してＡｒガス５７・８を１Ｐａ程度導入し、熱フィラメント５７・２によるアーク放電タイプで動作させる。バイアス電圧は正の値に設定する。
FIG. 57 shows a third embodiment of the
図５８は、プレチャージユニット１３・９の第４の実施の形態であるプラズマ照射方式の場合を示す。構造は図５７と同様である。動作も上記と同様、熱フィラメント５７・２によるアーク放電タイプで動作させるが、バイアス電位を０Ｖにすることにより、ガス圧によリプラズマ５８・１がスリットからしみだし、試料基板に照射される。プラズマ照射の場合は他の方法に比べて正負両方の電荷を持つ粒子の集団のため試料基板表面の正負ど
ちらの表面電位も０に近づけることが可能となる。
FIG. 58 shows the case of the plasma irradiation method which is the fourth embodiment of the
試料基板Ｗに接近して配置された荷電粒子照射部は、図５５ないし図５８に示す構造のものであり、試料基板Ｗの酸化膜や窒化膜の表面構造の違いや、異なる工程毎のそれぞれの試料基板に対して表面電位がゼロになるよう適切な条件により、荷電粒子５５・１を照射するようになっており、試料基板に対して最適な照射条件で照射を行つた後、すなわち、試料基板Ｗの表面の電位を平均化、もしくは荷電粒子により中和させた後に、電子線５５・８、５５・９により画像を形成し、欠陥を検出するようになっている。 The charged particle irradiation unit disposed close to the sample substrate W has the structure shown in FIGS. 55 to 58, and the difference in the surface structure of the oxide film and nitride film of the sample substrate W and the different process steps. The sample particles are irradiated with the charged particles 55.1 under appropriate conditions so that the surface potential becomes zero. After irradiating the sample substrate with the optimum irradiation conditions, that is, After the surface potential of the sample substrate W is averaged or neutralized by charged particles, an image is formed by the electron beams 55, 8 and 55, 9 to detect defects.
以上説明したとおり、本実施の形態においては、荷電粒子照射による測定の直前処理によって、帯電による測定画像歪みが生じないか、生じてもわずかであるので欠陥を正しく測定できる。また、従来では使用が問題となっていた量の大電流（例えば、１μＡ以上２０μＡ、好ましくは１μＡ以上１０μＡ、より好ましくは１μＡ以上５μＡ）照射してステージを走査できるので、二次電子も試料またはウェーハ上から大量に放出されるため、Ｓ／Ｎ比の良い（例えば、２以上１０００以下、好ましくは５以上１０００以下、より好ましくは１０以上１００以下の）検出信号が得られ、欠陥検出の信頼性が向上する。また、Ｓ／Ｎ比が大きいので、より早くステージを走査しても良好な画像データを作製でき、検査のスループットを大きくすることができる。 As described above, in the present embodiment, the measurement can be correctly measured because the measurement image distortion due to charging does not occur or is slight even if it is caused by the process immediately before the measurement by charged particle irradiation. In addition, since the stage can be scanned by irradiation with a large amount of current (for example, 1 μA or more and 20 μA, preferably 1 μA or more and 10 μA, more preferably 1 μA or more and 5 μA) that has been a problem in use in the past, Since a large amount is released from the wafer, a detection signal with a good S / N ratio (for example, 2 or more and 1000 or less, preferably 5 or more and 1000 or less, more preferably 10 or more and 100 or less) is obtained, and reliability of defect detection is obtained. Improves. Also, since the S / N ratio is large, good image data can be produced even if the stage is scanned earlier, and the inspection throughput can be increased.
図５９には、本実施の形態によるプレチャージユニットを備えた撮像装置が模式的に示されている。この撮像装置５９・１は、一次光学系５９・２と、二次光学系５９・３と、検出系５９・４と、撮像対象に帯電した電荷を均一化若しくは低減化する電荷制御手段５９・５とを備えている。一次光学系５９・２は、電子線を検査対象（以下対象）Ｗの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃５９・６と、電子銃５９・６から放出された一次電子ビーム５９・７を偏向する静電レンズ５９・８と、一次電子ビームをその光軸が対象の面に垂直になるように偏向するウイーンフィルタすなわちＥ×Ｂ偏向器５９・９と、電子線を偏向する静電レンズ５９・１０とを備え、それらは、図５９に示されるように電子銃５９・６を最上部にして順に、しかも電子銃から放出される一次電子線５９・７の光軸が対象Ｗの表面（試料面）に鉛直な線に対して傾斜して配置されている。Ｅ×Ｂ偏向器５９・９は電極５９・１１及び電磁石５９・１２から構成されている。
FIG. 59 schematically shows an imaging apparatus including a precharge unit according to the present embodiment. This imaging device 59. 1 includes a primary optical system 59. 2, a secondary optical system 59. 3, a detection system 59. 4, and charge control means 59. And 5. The primary optical system 59.2 is an optical system that irradiates the surface of an inspection object (hereinafter referred to as an object) W with an electron beam, and an electron gun 59/6 that emits an electron beam and primary electrons emitted from the electron gun 59/6. An
二次光学系５９・３は一次光学系のＥ×Ｂ型偏向器４９・９の上側に配置された静電レンズ５９・１３を備えている。検出系５９・４は、二次電子５９・１４を光信号に変換するシンチレータ及びマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）の組み合わせ５９・１５と、光信号を電気信号に変換するＣＣＤ５９・１６と、画像処理装置５９・１７とを備えている。上記一次光学系５９・２、二次光学系５９・３及び検出系５９・４の各構成要素の構造及び機能は従来のものと同じであるから、それらについての詳細な説明は省略する。
The secondary optical system 59. 3 includes
対象に帯電した電荷を均一化若しくは低減化する電荷制御手段５９・５は、この実施の形態では、対象Ｗとその対象Ｗに最も近接した一次光学系５９・２の静電レンズ５９・１０との間で対象Ｗに接近させて配置された電極５９・１８と、電極５９・１８に電気的に接続された切換スイッチ５９・１９と、その切換スイッチ５９・１９の一方の端子５９・２０に電気的に接続された電圧発生器５９・２１と、切換スイッチ５９・１９の他方の端子５９・２２に電気的に接続された電荷検出器５９・２３とを備えている。電荷検出器５９・２３は高いインピーダンスを有している。電荷低減手段５９・５は、更に、一次光学系５９・２の電子銃５９・６と静電レンズ５９・８との間に配置されたグリッド５９・２４と、グリッド５９・２４に電気的に接続されている電圧発生器５９・２５とを備えている。タイミングジェネレータ５９・２６が、検出系５９・４のＣＣＤ５９・１６及び画像処理装置５９・１７、電荷低減手段５９・５の切換スイッチ５９・１９、電圧発生器５９・２１並びに電荷検出器５９・２３及び５９・２５に動作タイミングを指令するようにな
っている。
In this embodiment, the charge control means 59. 5 for equalizing or reducing the charge charged to the target is the target W and the electrostatic lenses 59. 10 of the primary optical system 59. 2 closest to the target W. Between the
次に、上記構成の電子線装置の動作について説明する。電子銃５９・６から放出された一次電子ビーム５９・７は、一次光学系５９・２の静電レンズ５９・８を経てＥ×Ｂ偏向器５９・９に達し、そのＥ×Ｂ偏向器５９・９により対象Ｗの面に対して垂直になるように偏向され、更に静電レンズ５９・１０を介して対象Ｗの表面（対象面）ＷＦを照射する。対象Ｗの表面ＷＦからは対象の性状に応じて二次電子５９・１４が放出される。この二次電子５９・１４は二次光学系５９・３の静電レンズ５９・１３を介して検出系５９・４のシンチレータ及びＭＣＰの組み合わせ５９・１５に送られ、そのシンチレータにより光に変換され、その光はＣＣＤ５９・１６により光電変換され、その変換された電気信号により画像処理装置５９・１７が二次元画像（階調を有する）を形成する。なお、通常のこの種の検査装置と同様に、対象に照射される一次電子ビームは、一次電子ビームを公知の偏向手段（図示せず）により走査させることによって、又は、対象を支持するテーブルＴをＸ、Ｙの二次元方向に移動させることにより、或いは、それらの組合せにより、対象面ＷＦ上の必要箇所全体を照射させてその対象面のデータを収集できるようになっている。
Next, the operation of the electron beam apparatus having the above configuration will be described. The
対象Ｗに照射された一次電子線５９・７により対象Ｗの表面近傍には電荷が生じ、正に帯電する。その結果、対象Ｗの表面ＷＦから発生する二次電子５９・１４は、この電荷とのクーロン力により、電荷の状況に応じて軌道が変化する。その結果、画像処理装置５９・１７に形成される画像に歪みが発生することになる。対象面ＷＦの帯電は、対象Ｗの性状により変化するため、対象としてウェーハを用いた場合、同一ウェーハでも必ずしも同一ではないし、時間的にも変化する。従って、ウェーハ上の２カ所のパターンを比較する場合に誤検出が発生するおそれがある。
Charges are generated in the vicinity of the surface of the target W by the
そこで、本発明によるこの実施の形態では、検出系５９・４のＣＣＤ５９・１６が画像を１走査分捕捉した後の空き時間を利用して、高インピーダンスを有する電荷検出器５９・２３により、対象Ｗの近傍に配置された電極５９・１８の帯電量を計測する。そして計測した帯電量に応じた電子を照射させる電圧を電圧発生器５９・２１で発生させ、計測後に切換スイッチ５９・１９を動作させて電極５９・１８を電圧発生器５９・２１に接続し、電圧発生器により発生された電圧を電極５９・１８に印加することにより帯電した電荷を相殺する。これにより画像処理装置５９・１７に形成される画像に歪みが発生しないようになっている。具体的には、電極５９・１８に通常の電圧が与えられている時は集束した電子線を対象Ｗに照射するが、電極５９・１８に別の電圧を与えると合焦条件が大きくずれ、帯電が予想される広い領域に小さい電流密度で照射が行われ、正に帯電した対象の正電荷を中和させることで、帯電が予想される広い領域の電圧を特定の正(負)電圧に均一化したり、均一化かつ低減化することでより低い正(負)電圧(ゼロボルトも含む)にできる。上記のような帯電電荷の相殺の動作は走査毎に実施される。
Therefore, in this embodiment according to the present invention, the charge detectors 59 and 23 having a high impedance are used by the charge detectors 59 and 23 using the idle time after the
ウェーネルト電極すなわちグリッド５９・２４は、空き時間のタイミング中に電子銃５９・６から照射される電子ビームを停止させ、帯電量の計測及び帯電の相殺動作を安定に実行する機能を有する。上記動作のタイミングは、タイミングジェネレータ５９・２６によって指令され、例えば、図６０のタイミングチャートに示されるようなタイミングである。なお、帯電量は対象としてウェーハを使用した場合、その位置によって異なるため、ＣＣＤの走査方向に電極５９・１８、切換スイッチ５９・１９、電圧発生器５９・２１及び電荷検出器５９・２３を複数組設けて細分化し、より精度の高い制御を行うことも可能である。
The Wehnelt electrodes, that is, the grids 59 and 24, have a function of stopping the electron beam irradiated from the
本実施の形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（１）帯電によって発生する画像の歪みを検査対象の性状によらず低減することができる、
（２）従来の計測タイミングの空き時間を利用して帯電の均一化、相殺を実行するため、スループットに何ら影響を及ぼすことがない、
（３）リアルタイムで処理が可能であるため、事後処理の時間、メモリー等を必要としない、
（４）高速で精度の高い画像の観測、欠陥検出が可能である。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Image distortion caused by charging can be reduced regardless of the property of the inspection object.
(2) Since charging is made uniform and offset using the idle time of the conventional measurement timing, the throughput is not affected at all.
(3) Since real-time processing is possible, post-processing time and memory are not required.
(4) High-speed and high-accuracy image observation and defect detection are possible.
図６１は、本発明の他の実施の形態に係るプレチャージユニットを備えた欠陥検査装置の概略構成が示されている。この欠陥検査装置は、一次電子線を放出する電子銃５９・６、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レンズ５９・８、図示しないポンプにより真空に排気可能な試料室６１・１、該試料室内に配置され、半導体ウェーハＷなどの試料を載置した状態で水平面内を移動可能なステージ６１・２、一次電子線の照射によりウェーハＷから放出された二次電子線及び／又は反射電子線を所定の倍率で写像投影して結像させる写像投影系の静電レンズ５９・１３、結像された像をウェーハの二次電子画像として検出する検出器６１・３及び、装置全体を制御すると共に検出器６１・３により検出された二次電子画像に基づいてウェーハＷの欠陥を検出する処理を実行する制御部６１・４を含んで構成される。なお、上記二次電子画像には、二次電子だけでなく反射電子による寄与も含まれているが、ここでは二次電子画像と称することにする。
FIG. 61 shows a schematic configuration of a defect inspection apparatus including a precharge unit according to another embodiment of the present invention. The defect inspection apparatus includes an
試料室６１・１内には、ウェーハＷの上方に、紫外光を含む波長域の光線を発するＵＶランプ６１・５が設置されている。このＵＶランプ６１・５のガラス表面には、ＵＶランプ６５１・５から放射された光線によって光電効果に起因する光電子ｅ−を発する光電子放出材６１・６がコーティングされている。このＵＶランプ６１・５は、光電子放出材６１・６から光電子を放出させる能力を持つ波長域の光線を放射する光源であれば任意のものから選択することができる。一般には、２５４ｎｍの紫外線を放射する低圧水銀ランプを用いるのがコスト的に有利である。また、光電子放出材６１・６は、光電子を放出させる能力がある限り任意の金属から選択することができ、例えばＡｕなどが好ましい。
A UV lamp 61.5 that emits light in a wavelength region including ultraviolet light is installed above the wafer W in the sample chamber 61.1. This glass surface of the UV lamp 61 · 5, photoelectrons e due to photoelectric effect by light emitted from the UV lamp 651 - 5 -
上述した光電子は、一次電子線と異なるエネルギー、即ち一次電子線より低エネルギーである。ここで、低エネルギーとは、数ｅＶ〜数十ｅＶのオーダー、好ましくは０〜１０ｅＶのことを意味する。本発明は、このような低エネルギーの電子を生成する任意の手段を用いることができる。例えば、ＵＶランプ６１・５を代用して図示しない低エネルギー電子銃を備えることでも達成できる。 The above-described photoelectrons have energy different from that of the primary electron beam, that is, energy lower than that of the primary electron beam. Here, low energy means an order of several eV to several tens eV, preferably 0 to 10 eV. The present invention can use any means for generating such low energy electrons. For example, it can also be achieved by providing a low energy electron gun (not shown) instead of the UV lamp 61.5.
更に、この電子銃のエネルギを制御する場合には、本実施の形態の欠陥検査装置は、電源６１・７を備えている。この電源６１・７の負極は光電子放出材６１・６に接続され、その正極はステージ６１・２に接続されている。従って、光電子放出材６１・６は、ステージ６１・２即ちウェーハＷの電圧に対して負の電圧が加えられた状態となる。この所定電圧によって、低エネルギ電子銃のエネルギを制御することができる。
Furthermore, when controlling the energy of this electron gun, the defect inspection apparatus of the present embodiment includes power supplies 6. The negative electrodes of the power supplies 61 and 7 are connected to the
検出器６１・３は、静電レンズ５９・１３によって結像された二次電子画像を後処理可能な信号に変換することができる限り、任意の構成とすることができる。例えば、図６２にその詳細を示すように、検出器６１・３は、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）６２・１と、蛍光面６２・２と、リレー光学系６２・３と、多数のＣＣＤ素子からなる撮像センサ６２・４とを含んで構成することができる。マイクロチャンネルプレート６２・１は、プレート内に多数のチャンネルを備えており、静電レンズ５９・１３によって結像された二次電子又は反射電子が該チャンネル内を通過する間に、更に多数の電子を生成させる。即ち、二次電子を増幅させる。蛍光面６２・２は、増幅された二次電子によって蛍光を発することにより二次電子を光に変換する。リレーレンズ６２・３がこの蛍光をＣＣＤ撮像センサ６２・４に導き、ＣＣＤ撮像センサ６２・４は、ウェーハＷ表面上の二次電子の強度分布を素子毎の電気信号即ちデジタル画像データに変換して制御部６１・４に出力
する。
The
制御部６１・４は、図６１に例示されたように、汎用的なパーソナルコンピュータ６１・８から構成することができる。このコンピュータ６１・８は、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体６１・９と、本体６１・９の処理結果を表示するＣＲＴ６１・１０と、オペレータが命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部６１・１１とを備える、勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御部６１・４を構成してもよい。
As illustrated in FIG. 61, the
制御部本体６１・９は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成される。ＲＡＭ若しくはハードディスクなどのメモリ上には、検出器６１・３から受信した電気信号即ちウェーハＷの二次電子画像のデジタル画像データを記憶する二次電子画像記憶領域が割り当てられている。また、ハードディスク上には、欠陥検査装置全体を制御する制御プログラムの他、記憶領域６１・１２から二次電子画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従ってウェーハＷの欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム６１・１３が格納されている。この欠陥検出プログラム６１・１３は、例えば、ウェーハＷの当該検査箇所と、別の検査箇所とを比較し、他の大部分の箇所のパターンと相違したパターンを欠陥としてオペレータに報告表示する機能を有する。更に、ＣＲＴ６１・１０の表示部に二次電子画像６１・１４を表示し、オペレータの目視によってウェーハＷの欠陥を検出するようにしてもよい。
The control unit main bodies 61 and 9 are composed of various control boards such as a CPU, RAM, ROM, hard disk, and video board (not shown). On a memory such as a RAM or a hard disk, a secondary electron image storage area for storing electrical signals received from the
次に、図６１に示す実施の形態に係る電子線装置の作用を図６３のフローチャートを例にして説明する。先ず、検査対象となるウェーハＷをステージ６１・２の上にセットする（ステップ６３・１）。これは、図示しないローダーに多数格納されたウェーハＷを一枚毎に自動的にステージ６１・２にセットする形態であってもよい。次に、電子銃５９・６から一次電子線を放出し、静電レンズ５９・８を通して、セットされたウェーハＷ表面上の所定の検査領域に照射する（ステップ６３・２）。一次電子線が照射されたウェーハＷからは二次電子及び／又は反射電子（以下、「二次電子」のみ称する）が放出され、その結果、ウェーハＷは正電位にチャージアップする。
Next, the operation of the electron beam apparatus according to the embodiment shown in FIG. 61 will be described using the flowchart of FIG. 63 as an example. First, the wafer W to be inspected is set on the stage 61.2 (step 63.1). This may be a form in which a large number of wafers W stored in a loader (not shown) are automatically set on the stage 61.2 one by one. Next, a primary electron beam is emitted from the
次に、発生した二次電子線を拡大投影系の静電レンズ５９・１３により所定の倍率で検出器６１・３に結像させる（ステップ６３・３）。このとき、光電子放出材６５・１にステージ６１・２に対して負の電圧をかけた状態で、ＵＶランプ６１・５を発光させる（ステップ６３・４）。その結果、ＵＶランプ６１・５から発せられた振動数νの紫外線がそのエネルギー量子ｈν（ｈはプランク定数）によって光電子放出材６５・１から光電子を放出させる。これらの光電子ｅ−は、負に帯電した光電子放出材６１・６から正にチャージアップしたウェーハＷに向かって照射され、当該ウェーハＷを電気的に中和させる。かくして、二次電子線は、ウェーハＷの正電位により実質的な影響を受けることなく、検出器６１・３上に結像される。
Next, the generated secondary electron beam is imaged on the detector 61.3 at a predetermined magnification by the electrostatic lens 59.13 of the magnification projection system (step 63.3). At this time, the UV lamp 61.5 is caused to emit light in a state where a negative voltage is applied to the photoelectron emitting material 651 with respect to the stage 61.2 (step 63.4). As a result, the ultraviolet light having the frequency ν emitted from the UV lamp 61.5 causes the photoelectrons to be emitted from the photoelectron emitting material 65.1 by the energy quantum hν (h is Planck's constant). These photoelectrons e − are irradiated from the negatively charged
このように電気的に中和されたウェーハＷから放出された（像障害の軽減された）二次電子線の画像を検出器６１・３が検出し、デジタル画像データに変換出力する（ステップ６３・５）。次に、制御部６１・４が、欠陥検出プログラム６１・１３に従って、検出された画像データに基づきウェーハＷの欠陥検出処理を実行する（ステップ６３・６）。この欠陥検出処理では、制御部６１・４は、同じダイを多数有するウェーハの場合、前述のように、検出されたダイ同士の検出画像を比較することによって欠陥部分を抽出する。メモリに予め蓄えられていた欠陥の存在しないウェーハの基準二次電子画像と、実際に検出された二次電子線画像とを比較照合して、欠陥部分を自動的に検出してもよい。このとき、検出画像をＣＲＴ６１・１０に表示すると共に欠陥部分と判定された部分をマーク表示してもよく、これによって、オペレータは、ウェーハＷが実際に欠陥を持つか否かを最終
的に確認、評価することができる。この欠陥検出方法の具体例については更に後述する。
The image of the secondary electron beam emitted from the wafer W thus electrically neutralized (with reduced image disturbance) is detected by the
ステップ６３・５の欠陥検出処理の結果、ウェーハＷに欠陥有りと判定された場合（ステップ６３・７の肯定判定）、オペレータに欠陥の存在を警告する（ステップ６３・８）。警告の方法として、例えば、ＣＲＴ６１・１０の表示部に欠陥の存在を知らせるメッセージを表示したり、これと同時に欠陥の存在するパターンの拡大画像６１・１４を表示してもよい。このような欠陥ウェーハを直ちに試料室６１・１から取り出し、欠陥の無いウェーハとは別の保管場所に格納してもよい（ステップ６３・９）。
As a result of the defect detection process in step 63.5, when it is determined that the wafer W has a defect (affirmative determination in step 63-7), the operator is warned of the presence of the defect (step 63.8). As a warning method, for example, a message notifying the presence of a defect may be displayed on the display unit of the
ステップ６３・６の欠陥検出処理の結果、ウェーハＷに欠陥が無いと判定された場合（ステップ６３・７の否定判定）、現在検査対象となっているウェーハＷについて、検査すべき領域が未だ残っているか否かが判定される（ステップ６３・１０）。検査すべき領域が残っている場合（ステップ６３・１０肯定判定）、ステージ６１・２を駆動し、これから検査すべき他の領域が一次電子線の照射領域内に入るようにウェーハＷを移動させる（ステップ６３・１１）。その後、ステップ６３・２に戻って当該他の検査領域に関して同様の処理を繰り返す。
As a result of the defect detection process in
検査すべき領域が残っていない場合（ステップ６３・１０否定判定）、或いは、欠陥ウェーハの抜き取り工程（ステップ６３・９）の後、現在検査対象となっているウェーハＷが、最終のウェーハであるか否か、即ち図示しないローダーに未検査のウェーハが残っていないか否かが判定される（ステップ６３・１２）。最終のウェーハでない場合（ステップ６３・１２否定判定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保管し、その代わりに新しい未検査のウェーハをステージ６１・２にセットする（ステップ６３・１３）。その後、ステップ６３・２に戻って当該ウェーハに関して同様の処理を繰り返す。最終のウェーハであった場合（ステップ６３・１２肯定判定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保管し、全工程を終了する。各カセットの識別番号、ウェーハの識別番号、例えばロット番号なども記憶して管理される。 When there is no region to be inspected (No at Step 63 and 10), or after the defective wafer extraction process (Steps 63 and 9), the wafer W currently being inspected is the final wafer. It is determined whether there is no uninspected wafer in a loader (not shown) (steps 63 and 12). If the wafer is not the final wafer (No at Steps 63 and 12), the inspected wafer is stored in a predetermined storage location, and a new uninspected wafer is set on the stage 61.2 instead (Steps 63 and 13). Thereafter, the process returns to Step 63.2 to repeat the same processing for the wafer. If it is the last wafer (Yes at step 63/12), the inspected wafer is stored in a predetermined storage location, and all the processes are completed. Each cassette identification number and wafer identification number, such as a lot number, are also stored and managed.
ＵＶ光電子照射（ステップ６３・４）は、ウェーハＷの正のチャージアップが回避され、像障害が低減された状態で二次電子画像検出（ステップ６３・５）ができれば、任意のタイミング、任意の期間内で行うことができる。図６３の処理が継続されている間、常時ＵＶランプ６１・５を点灯した状態にしてもよいが、１枚のウェーハ毎に期間を定めて発光、消灯を繰り返してもよい。後者の場合、発光のタイミングとして、図６３に示したタイミングの他、二次電子線結像（ステップ６３・３）の実行前、更には、一次電子線照射（ステップ６３・２）の実行前から開始してもよい。少なくとも二次電子検出の期間内はＵＶ光電子照射を継続することが好ましいが、二次電子画像検出前若しくは検出中であっても十分にウェーハが電気的に中和されれば、ＵＶ光電子の照射を停止してもよい。
The UV photoelectron irradiation (step 63.4) can be performed at any timing and at any timing as long as positive charge-up of the wafer W is avoided and secondary electron image detection (step 63.5) can be performed in a state in which image disturbance is reduced. Can be done within the period. While the processing of FIG. 63 is continued, the
ステップ６３・６の欠陥検出方法の具体例を図６４の（ａ）〜（ｃ）に示す。まず、図６４の（ａ）には、１番目に検出されたダイの画像６４・１及び２番目に検出された他のダイの画像６４・２が示されている。３番目に検出された別のダイの画像が１番目の画像６４・１と同じか又は類似と判断されれば、２番目のダイ画像６４・２の６４・３の部分が欠陥を有すると判定され、欠陥部分を検出できる。
Specific examples of the defect detection method in
図６４の（ｂ）には、ウェーハ上に形成されたパターンの線幅を測定する例が示されている。ウェーハ上の実際のパターン６４・４を６４・５の方向に走査したときの実際の二次電子の強度信号が６４・６であり、この信号が予め較正して定められたスレッショールドレベル６４・７を連続的に超える部分の幅６４・８をパターン６４・４の線幅として測定することができる。このように測定された線幅が所定の範囲内にない場合、当該パターンが欠陥を有すると判定することができる。
FIG. 64B shows an example in which the line width of the pattern formed on the wafer is measured. When the actual pattern 64.4 on the wafer is scanned in the direction 64.5, the actual secondary electron intensity signal is 64.6, and this signal is a
図６４の（ｃ）には、ウェーハ上に形成されたパターンの電位コントラストを測定する例が示されている。図６１に示す構成において、ウェーハＷの上方に軸対称の電極６４・９を設け、例えばウェーハ電位０Ｖに対して−１０Ｖの電位を与えておく。このときの−２Ｖの等電位面は６４・１０で示されるような形状とする。ここで、ウェーハに形成されたパターン６４・１１及び６４・１２は、夫々−４Ｖと０Ｖの電位であるとする。この場合、パターン６４・１１から放出された二次電子は−２Ｖ等電位面６４・１０で２ｅＶの運動エネルギーに相当する上向きの速度を持っているので、このポテンシャル障壁６４・１０を越え、軌道６４・１３に示すように電極６４・９から脱出し、検出器６１・３で検出される。一方、パターン６４・１２から放出された二次電子は−２Ｖの電位障壁を越えられず、軌道６４・１４に示すようにウェーハ面に追い戻されるので、検出されない。従って、パターン６４・１１の検出画像は明るく、パターン６４・１２の検出画像は暗くなる。かくして、電位コントラストが得られる。検出画像の明るさと電位とを予め較正しておけば、検出画像からパターンの電位を測定することができる。そして、この電位分布からパターンの欠陥部分を評価することができる。
FIG. 64 (c) shows an example in which the potential contrast of the pattern formed on the wafer is measured. In the configuration shown in FIG. 61, axially
また、ダイ内にフローティングしている部分がある場合には、プレチャージユニットにより電荷を付与してそのフローティングしている箇所を帯電させ、電気的に導通して接地している部分との電位差を生じさせることができる。この状態の電位コントラストデータを取得して分析し、フローティング箇所を発見することもできる。キラー欠陥等がある場合の欠陥発見方法として利用することができる。電位コントラストデータを電位コントラスト画像に変換して他のダイのパターンの電位コントラスト画像と比較してもよいし、ＣＡＤ等の設計データから取得した電位コントラスト画像と比較してもよい。 If there is a floating part in the die, charge is applied by the precharge unit to charge the floating part, and the potential difference from the part that is electrically conductive and grounded is calculated. Can be generated. The potential contrast data in this state can be acquired and analyzed to find a floating portion. It can be used as a defect detection method when there is a killer defect or the like. The potential contrast data may be converted into a potential contrast image and compared with a potential contrast image of another die pattern, or may be compared with a potential contrast image acquired from design data such as CAD.
本発明の他の実施の形態に係るプレチャージユニットを備えた欠陥検査装置の概略構成を図６５に示す。なお、図６１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を附して詳細な説明を省略する。この実施の形態では、図６５に示すように、ＵＶランプ６１・５のガラス表面に光電子放出材がコーティングされていない。その代わりに、光電子放出プレート６５・１が試料室６１・１内でウェーハＷの上方に配置され、ＵＶランプ６１・５は、放射した紫外線が光電子放出プレート６５・１に照射される位置に配置される。光電子放出プレート６５・１には、電源７１・７の負極が接続され、ステージ６１・２には電源の正極が接続されている。この光電子放出プレート６５・１は、Ａｕ等の金属で作られ、或いは、そのような金属がコーティングされたプレートとして作られてもよい。
FIG. 65 shows a schematic configuration of a defect inspection apparatus provided with a precharge unit according to another embodiment of the present invention. Note that the same components as those in the embodiment of FIG. 61 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, as shown in FIG. 65, the photoelectron emitting material is not coated on the glass surface of the
図６５の実施の形態の作用は図６１の実施の形態と同様である。この図６５の実施の形態においても光電子をウェーハＷの表面上に適時照射することが可能なので、図６１の実施の形態と同様の効果を奏する。 The operation of the embodiment of FIG. 65 is the same as that of the embodiment of FIG. In the embodiment of FIG. 65 as well, since the photoelectrons can be irradiated onto the surface of the wafer W in a timely manner, the same effects as in the embodiment of FIG.
本発明のさらに他の実施の形態に係るプレチャージユニットを備えた欠陥検査装置の概略構成を図６６に示す。なお、図６１及び図６５の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を附して詳細な説明を省略する。図６６の実施の形態では、図示のように、試料室６１・１の側面壁に透明な窓材６６・１を設け、ＵＶランプ６１・５から放射された紫外線がこの窓材６６・１を通して試料室６１・１内でウェーハＷの上方に配置された光電子放出プレート６５・１に照射されるように、ＵＶランプ６１・５が試料室６１・２の外部に配置されている。図６６の実施の形態では、真空となる試料室６１・１の外部にＵＶランプ６１・５を配置したので、ＵＶランプ６１・５の耐真空性能を考慮する必要がなくなり、図６１及び図６５の実施の形態と比較してＵＶランプ６１・５の選択肢を広げることができる。
FIG. 66 shows a schematic configuration of a defect inspection apparatus provided with a precharge unit according to still another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component similar to embodiment of FIG.61 and FIG.65, and detailed description is abbreviate | omitted. In the embodiment of FIG. 66, as shown in the figure, a transparent window member 66. 1 is provided on the side wall of the sample chamber 61. 1, and ultraviolet rays emitted from the
図６６の実施の形態の他の作用は図６１及び図６５の実施の形態と同様である。図６６
の実施の形態においても光電子をウェーハＷの表面上に適時照射することが可能なので、図６１及び図６５の実施の形態と同様の効果を奏する。
66 is the same as that of the embodiment of FIGS. 61 and 65. FIG.
Also in this embodiment, since it is possible to irradiate photoelectrons onto the surface of the wafer W in a timely manner, the same effects as those in the embodiment of FIGS. 61 and 65 can be obtained.
以上が上記各実施の形態であるが、本発明によるプレチャージユニットを備えた欠陥検査装置は、上記例にのみ限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で任意好適に変更可能である。例えば、被検査試料として半導体ウェーハＷを例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出することができる任意のものが選択可能である。例えばウェーハへの露光用パターンが形成されたマスクや透過型のマスク（ステンシルマスク）等を検査対象とすることもできる。また、半導体プロセスに限らず、マイクロマシン関連、液晶関連の検査または評価にも使用できることは言うまでもない。 Although the above is each said embodiment, the defect inspection apparatus provided with the precharge unit by this invention is not limited only to the said example, It can change arbitrarily suitably within the scope of the summary of this invention. . For example, the semiconductor wafer W is taken as an example of the sample to be inspected, but the sample to be inspected according to the present invention is not limited to this, and any one that can detect a defect with an electron beam can be selected. For example, a mask on which an exposure pattern for a wafer is formed, a transmission type mask (stencil mask), or the like can be used as an inspection target. Needless to say, the present invention can be used not only for semiconductor processes but also for inspection or evaluation related to micromachines and liquid crystals.
また、欠陥検査用の電子線装置として、図６１乃至図６６の構成を示したが、電子光学系等は任意好適に変更可能である。例えば、図示された欠陥検査装置の電子線照射手段（５９・６，５９・８）は、ウェーハＷの表面に対して斜め上方から一次電子線を入射させる形式であるが、静電レンズ５９・１３の下方に一次電子線の偏向手段を設け、一次電子線をウェーハＷの表面に垂直に入射させるようにしてもよい。このような偏向手段として、例えば電場と磁場の直交する場Ｅ×Ｂによって一次電子線を偏向させるウィーンフィルタなどがある。 Moreover, as the electron beam apparatus for defect inspection, the configuration of FIGS. 61 to 66 is shown, but the electron optical system and the like can be arbitrarily changed. For example, the electron beam irradiation means (59, 6, 59, 8) of the illustrated defect inspection apparatus is a type in which a primary electron beam is incident on the surface of the wafer W obliquely from above. A primary electron beam deflecting unit may be provided below 13 so that the primary electron beam is incident on the surface of the wafer W perpendicularly. As such a deflecting means, for example, there is a Wien filter that deflects a primary electron beam by a field E × B in which an electric field and a magnetic field are orthogonal to each other.
更に、光電子を放射する手段として、図６１乃至図６６に示した、ＵＶランプ６１・５及び光電子放出部材６１・６若しくは光電子放出プレート６５・１の組み合わせ以外の任意手段を採用することができることは勿論である。
Furthermore, as means for emitting photoelectrons, any means other than the combination of the
図６３のフローチャートの流れも、これに限定されない。例えば、ステップ６３・７で欠陥有りと判定された試料について、他の領域の欠陥検査は行わないことにしたが、全領域を網羅して欠陥を検出するように処理の流れを変更してもよい。また、一次電子線の照射領域を拡大し１回の照射で試料の全検査領域をカバーできれば、ステップ６３・１０及びステップ６・１１を省略することができる。
The flow of the flowchart in FIG. 63 is not limited to this. For example, the sample determined to be defective in
更に、図６３では、ステップ６３・７でウェーハに欠陥有りと判定した場合、ステップ６３・８で直ちにオペレータに欠陥の存在を警告し事後処理（ステップ６３・９）したが、欠陥情報を記録しておいてバッチ処理終了後（ステップ６３・１２肯定判定の後）、欠陥を持つウェーハの欠陥情報を報告するように処理の流れを変更してもよい。
Further, in FIG. 63, when it is determined in
以上詳細に説明したように、図６１ないし図６６の実施の形態による欠陥検査装置及び欠陥検査方法によれば、一次電子線と異なるエネルギー、即ち一次電子線より低エネルギーを有する電子を試料に供給するようにしたので、二次電子放出に伴う試料表面の正のチャージアップが低減され、ひいては、チャージアップに伴う二次電子線の像障害を解消することができ、より高精度に試料の欠陥を検査することが可能となる、という優れた効果が得られる。 As described in detail above, according to the defect inspection apparatus and the defect inspection method according to the embodiment of FIGS. 61 to 66, the energy different from the primary electron beam, that is, the electron having lower energy than the primary electron beam is supplied to the sample. As a result, positive charge-up of the sample surface due to secondary electron emission is reduced, and as a result, image defects of the secondary electron beam due to charge-up can be eliminated, and the defect of the sample can be made with higher accuracy. It is possible to obtain an excellent effect that it is possible to inspect.
更に、図６１ないし図６６の欠陥検査装置をデバイス製造方法に用いたならば、上記のような欠陥検査装置を用いて試料の欠陥検査を行うようにしたので、製品の歩留まりの向上及び欠陥製品の出荷防止が図れる、という優れた効果が得られる。 Further, if the defect inspection apparatus of FIGS. 61 to 66 is used in the device manufacturing method, the defect inspection of the sample is performed using the defect inspection apparatus as described above, so that the yield of the product is improved and the defective product is improved. It is possible to obtain an excellent effect of preventing shipping.
以上はプレチャージ用電子エネルギーが主に１００ｅＶ以下の低エネルギーで、試料表面にソフトに照射する場合についてのべたが、２ｋＶ以上２０ｋＶ以下、好ましくは３〜１０ｋＶ、より好ましくは３〜５ｋＶ以下でプレチャージを行った後、正帯電又は負帯電モード、または反射電子モードで像取得を行っても良い。負帯電モードでは、検査の時の
電子ビームのランディングエネルギーと同じエネルギーでプレチャージを行ってもよい。
The above is a case where the electron energy for precharge is mainly low energy of 100 eV or less and the sample surface is softly irradiated, but the precharge is performed at 2 kV to 20 kV, preferably 3 to 10 kV, more preferably 3 to 5 kV. After charging, image acquisition may be performed in a positive charging mode, a negative charging mode, or a reflected electron mode. In the negative charging mode, precharging may be performed with the same energy as the landing energy of the electron beam at the time of inspection.
また、帯電抑制のために、導電性の薄膜を試料表面にコートすることも有効である。このときの膜厚は１〜１００ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜３ｍｍが好適である。更に、スパッタエッチング等で試料表面をクリーニングしてから像取得を行うと、よりきれいな像が得られる。導電性薄膜コート及びスパッタエッチングはそれぞれ独立で使用してもよく、プレチャージと併用してもよい。例えば、スパッタエッチング後にプレチャージを行って像取得を行ってもよく、スパッタエッチング後に導電性薄膜をコートしてからプレチャージを行ってもよい。 It is also effective to coat the sample surface with a conductive thin film in order to suppress charging. The film thickness at this time is 1-100 mm, preferably 1-10 mm, more preferably 1-3 mm. Furthermore, if the image is acquired after cleaning the sample surface by sputter etching or the like, a cleaner image can be obtained. The conductive thin film coat and sputter etching may be used independently or in combination with precharge. For example, pre-charge may be performed after sputter etching to acquire an image, or pre-charge may be performed after coating the conductive thin film after sputter etching.
２−５）真空排気系
真空排気系は、真空ポンプ、真空バルブ、真空ゲージ、真空配管等から構成され、電子光学系、検出器部、試料室、ロードロック室を所定のシーケンスに従い真空排気を行う。各部においては必要な真空度を達成するように真空バルブが制御される。常時、真空度のモニターを行い、異常時には、インターロック機能により隔離バルブ等の緊急制御を行い、真空度の確保をする。真空ポンプとしては主排気にターボ分子ポンプ、粗引き用としてルーツ式のドライポンプを使用する。検査場所（電子線照射部）の圧力は１０−３〜１０−５Ｐａ、好ましくはその１桁下の１０−４〜１０−６Ｐａが実用的である。
2-5) Vacuum exhaust system The vacuum exhaust system consists of a vacuum pump, a vacuum valve, a vacuum gauge, vacuum piping, etc., and the electron optical system, detector section, sample chamber, and load lock chamber are evacuated according to a predetermined sequence. Do. In each part, the vacuum valve is controlled so as to achieve a required degree of vacuum. The vacuum level is constantly monitored, and when an abnormality occurs, emergency control of the isolation valve, etc. is performed by an interlock function to ensure the vacuum level. As the vacuum pump, a turbo molecular pump is used for main exhaust, and a roots type dry pump is used for roughing. The pressure at the inspection place (electron beam irradiation part) is 10 −3 to 10 −5 Pa, preferably 10 −4 to 10 −6 Pa, which is one digit lower than that.
２−６）制御系
制御系は主にメインコントローラ、制御コントローラ、ステージコントローラから構成されている。メインコントローラにはマン−マシンインターフェースが備えられており、オペレータの操作はここを通して行われる（種々の指示／命令、レシピなどの入力、検査スタートの指示、自動と手動検査モードの切り替え、手動検査モード時のときの必要な全てのコマンドの入カ等）。その他、工場のホストコンピュータとのコミュニケーション、真空排気系の制御、ウェーハ等の試料搬送、位置合わせの制御、他の制御コントローラやステージコントローラヘのコマンドの伝達や情報の受け取り等もメインコントローラで行われる。また、光学顕微鏡からの画像信号の取得、ステージの変動信号を電子光学系にフィードバックさせて像の悪化を補正するステージ振動補正機能、試料観察位置のＺ方向（二次光学系の軸方向）の変位を検出して、電子光学系ヘフィードバックし、自動的に焦点を補正する自動焦点補正機能を備えている。電子光学系へのフィードバック信号等の授受、及びステージからの信号の授受は、それぞれ制御コントローラ及びステージコントローラを介して行われる。
2-6) Control system The control system mainly consists of a main controller, control controller, and stage controller. The main controller is equipped with a man-machine interface, through which operator operations are performed (various instructions / commands, recipe input, inspection start instructions, automatic and manual inspection mode switching, manual inspection mode, etc. Input of all necessary commands at the time). In addition, communication with the host computer in the factory, control of the evacuation system, sample transfer of wafers, alignment control, command transmission to other control controllers and stage controllers, reception of information, etc. are also performed by the main controller. . In addition, acquisition of image signals from an optical microscope, stage vibration correction function that feeds back stage fluctuation signals to the electron optical system to correct image deterioration, and the Z direction of the sample observation position (axial direction of the secondary optical system) It has an automatic focus correction function that detects the displacement, feeds back to the electron optical system, and automatically corrects the focus. Transmission / reception of a feedback signal and the like to the electron optical system and transmission / reception of a signal from the stage are performed via a control controller and a stage controller, respectively.
制御コントローラは主に電子線光学系の制御（電子銃、レンズ、アライナー、ウィーンフィルタ用などの高精度電源の制御等）を担う。具体的には照射領域に、倍率が変わったときにも常に一定の電子電流が照射されるようにすること、各倍率に対応した各レンズ系やアライナーへの自動電圧設定等の、各オペレーションモードに対応した各レンズ系やアライナーへの自動電圧設定等の制御（連動制御）が行われる。 The control controller is mainly responsible for the control of the electron beam optical system (control of high-precision power sources for electron guns, lenses, aligners, Wien filters, etc.). Specifically, each operation mode, such as ensuring that the irradiation area is always irradiated with a constant electron current even when the magnification changes, and automatically setting the voltage to each lens system and aligner corresponding to each magnification. Control (interlocking control) such as automatic voltage setting for each lens system and aligner corresponding to is performed.
ステージコントローラは主にステージの移動に関する制御を行い精密なＸ方向およびＹ方向のμｍオーダーの移動（±５μｍ以下、好ましくは±１μｍ以下、より好ましくは±０．５μｍ以下程度の誤差）を可能にしている。また、本ステージでは誤差精度±１０秒程度以内で、好ましくは±１秒以内、より好ましくは±０．３秒以内で回転方向の制御（θ制御）も行われる。以下、制御系の構成について具体的に説明する。 The stage controller mainly controls the movement of the stage to enable precise movement in the X and Y directions in the order of μm (± 5 μm or less, preferably ± 1 μm or less, more preferably ± 0.5 μm or less). ing. In this stage, the rotational direction control (θ control) is also performed within an error accuracy of about ± 10 seconds, preferably within ± 1 second, more preferably within ± 0.3 seconds. The configuration of the control system will be specifically described below.
２−６−１）構成及び機能
本装置は、ウェーハの指定位置を電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡で撮像し表示する機能と、ウェーハの指定位置を電子顕微鏡で撮像し欠陥検出および欠陥分類する機能と、欠陥が検出された位置を電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡で撮像し表示する機能とを提供する。
また、上記機能の実現およびメンテナンスのため、電子光学系制御と、真空系制御とウェーハ搬送制御と、構成機器単体操作と、撮像機能と、自動欠陥検査処理と、装置異常検知と、装置起動／停止処理機能とを有する。
2-6-1) Configuration and function This apparatus captures and displays a specified position of a wafer with an electron microscope or an optical microscope, and functions to detect and classify a defect by imaging the specified position of a wafer with an electron microscope, And a function of imaging and displaying the position where the defect is detected with an electron microscope or an optical microscope.
In addition, for the realization and maintenance of the above functions, electron optical system control, vacuum system control, wafer transfer control, component unit single operation, imaging function, automatic defect inspection processing, apparatus abnormality detection, apparatus activation / And a stop processing function.
補助機能は以下のとおりである。
（１）電子光学系制御機能
（ａ）レンズ電圧印加制御
（ａ−１）連動制御
（ａ−２）印加関数による電圧印加
（ａ−３）多極子レンズ連動電圧印加
（ａ−４）ウォッブル制御
（ｂ）電子ビーム出力調整
（ｂ−１）プレヒート（Ｇｕｎ）
（ｂ−２）ヒートアップ（Ｇｕｎ）
（ｂ−３）エミッション電流制御（ＢＩＡＳ制御）
（２）真空系制御機能
（ａ）チャンバ個別真空排気／大気開放
（ｂ）指定チャンバ一括真空排気／大気開放
（３）ウェーハ搬送制御機能
下記動作のステップ動作／全自動動作
（ａ）ウェーハロード
（ｂ）ウェーハアンロード
（４）構成機器単体操作機能
（５）撮像機能。
The auxiliary functions are as follows.
(1) Electro-optical system control function (a) Lens voltage application control (a-1) Interlocking control (a-2) Voltage application by application function (a-3) Multipole lens interlocking voltage application (a-4) Wobble control (B) Electron beam output adjustment (b-1) Preheat (Gun)
(B-2) Heat up (Gun)
(B-3) Emission current control (BIAS control)
(2) Vacuum system control function (a) Individual chamber evacuation / atmosphere release (b) Specified chamber batch evacuation / atmosphere release (3) Wafer transfer control function Step operation of the following operation / Fully automatic operation (a) Wafer load ( b) Wafer unloading (4) Component unit operation function (5) Imaging function
以下の２つの入力系統を選択し撮像を行う：
（ａ）ＣＣＤカメラ
・光学顕微鏡低倍（ピクセルサイズ：２．７５μｍ／ｐｉｘ）
・光学顕微鏡高倍（ピクセルサイズ：０．２５μｍ／ｐｉｘ）
（ｂ）ＴＤＩカメラ
（ｂ−１）ＴＤＩ−ｓｔｉｌｌ
（ｂ−２）ＴＤＩ−ｓｃａｎ
ＥＢ×８０（ピクセルサイズ：０．２μｍ／ｐｉｘ）
ＥＢ×１６０（ピクセルサイズ：０．１μｍ／ｐｉｘ）
ＥＢ×３２０（ピクセルサイズ：０．０５μｍ／ｐｉｘ）
ＥＢ×４８０（ピクセルサイズ：０．０３μｍ／ｐｉｘ）。
Select the following two input systems for imaging:
(A) CCD camera ・ Optical microscope low magnification (pixel size: 2.75 μm / pix)
・ High magnification of optical microscope (pixel size: 0.25 μm / pix)
(B) TDI camera (b-1) TDI-still
(B-2) TDI-scan
EB × 80 (pixel size: 0.2 μm / pix)
EB × 160 (pixel size: 0.1 μm / pix)
EB × 320 (pixel size: 0.05 μm / pix)
EB × 480 (pixel size: 0.03 μm / pix).
さらに誤操作などによる事故防止のため、操作する者の技術・知識レベルに応じて操作可能項目を制限する機能としてユーザーモード指定機能がある。このユーザーモードは、ＧＵＩ（グラフィッカルユーザーインターフェース）起動時に入力するユーザーＩＤおよびパスワードにて指定される。 Furthermore, there is a user mode designation function as a function for restricting items that can be operated according to the skill and knowledge level of the operator to prevent accidents due to erroneous operations. This user mode is designated by a user ID and password that are input when a GUI (Graphical User Interface) is started.
ユーザーモードには、メンテナンスモード、レシピ作成モード、オペレータモードがあり、装置設置後の立ち上げ作業およびメンテナンス作業時にはメンテナンスモードにて操作を行い、レシピの作成時にはレシピ作成モードにて必要な操作および手順を支援し、自動欠陥検査時にはオペレータモードにて作成済みのレシピを使用して検査を行う。各ユーザーモードと装置運用形態の関係は図６７のようになる。ここで、
メンテナンスモード．．．．構成機器単体操作、ウェーハ搬送、真空系制御、電子光学系制御、観察（光顕撮像、ＴＤＩ撮像）、欠陥検査、レビュー
レシピ作成モード．．．．．ウェーハ搬送、観察（光顕撮像、ＴＤＩ撮像）、欠陥検査
、レビュー
オペレータモード．．．．．自動欠陥検査（ウェーハ搬送など必要な機能の自動制御）、レビュー。
The user mode includes a maintenance mode, recipe creation mode, and operator mode. Operation is performed in maintenance mode during start-up work and maintenance work after device installation, and operations and procedures required in recipe creation mode when creating recipes At the time of automatic defect inspection, inspection is performed using a recipe already created in the operator mode. The relationship between each user mode and the device operation mode is as shown in FIG. here,
Maintenance mode. . . . Single component operation, wafer transfer, vacuum system control, electron optical system control, observation (light microscope imaging, TDI imaging), defect inspection, review recipe creation mode. . . . . Wafer transfer, observation (optical microscope imaging, TDI imaging), defect inspection, review operator mode. . . . . Automatic defect inspection (automatic control of necessary functions such as wafer transfer) and review.
本装置には、運用に必要な可変パラメータとして装置定数とレシピが存在する。装置固有の（取付け誤差などの）誤差を吸収するパラメータとして装置定数が規定され、自動で欠陥検査を行うために各種条件を規定するパラメータとしてレシピが規定されている。装置定数は、立ち上げ作業時、メンテナンス作業後に設定され、基本的にその後は変更されることが無い。 In this apparatus, there are apparatus constants and recipes as variable parameters necessary for operation. An apparatus constant is defined as a parameter that absorbs an error inherent to the apparatus (such as an attachment error), and a recipe is defined as a parameter that defines various conditions for automatically performing defect inspection. The device constant is set at the time of start-up work and after maintenance work, and is basically not changed thereafter.
レシピは、搬送レシピ、アライメントレシピ、ダイマップレシピ、フォーカスマップレシピ、検査レシピに分類され、これらのレシピに従って欠陥検査が行われるため、設定作業は検査処理実施前に行われ、複数パターンの設定が保存される。 Recipes are classified into transport recipes, alignment recipes, die map recipes, focus map recipes, and inspection recipes, and defect inspection is performed according to these recipes, so setting work is performed before the inspection process is performed, and multiple patterns are set. Saved.
レシピ作成時の手順としては図６８のように、ウェーハをステージ上へ搬送（ウェーハロード）するところが最初のステップとなる。ウェーハカセットを装置へ設置後、カセット内の各スロットのウェーハ有無を検出するためのウェーハサーチを行い、検出されたウェーハに対して、ウェーハサイズ、ノッチ／オリフラ種別、（ステージ上にロードされたときの）ノッチ方向を指定し、図６９、図７０に示される手順でウェーハをロードする。搬送レシピには、これらの条件が保存される。ステージ上にロードされたウェーハのダイの配置方向は、ＴＤＩカメラのスキャン方向と必ずしも一致しない（図７１）。これを一致させるためにθステージでウェーハを回転させる操作が必要となり、この操作をアライメントと呼ぶ（図７２）。アライメントレシピではステージ上にロードされた後のアライメント実行条件が保存される。 As a procedure for creating the recipe, as shown in FIG. 68, the first step is to transfer the wafer onto the stage (wafer load). After installing the wafer cassette in the system, a wafer search is performed to detect the presence / absence of each slot in the cassette, and the wafer size, notch / orientation type, (when loaded on the stage) The notch direction is designated, and the wafer is loaded by the procedure shown in FIGS. These conditions are stored in the transfer recipe. The arrangement direction of the dies on the wafer loaded on the stage does not necessarily coincide with the scanning direction of the TDI camera (FIG. 71). In order to make this coincide, an operation of rotating the wafer on the θ stage is necessary, and this operation is called alignment (FIG. 72). In the alignment recipe, the alignment execution condition after being loaded on the stage is stored.
なお、アライメント実施時にダイの配列を示すダイマップ（図７３）が作成され、ダイマップレシピではダイサイズや（ダイの位置を示す起点となる）原点ダイの位置などが保存される。 A die map (FIG. 73) indicating the arrangement of dies is created at the time of alignment, and the die size and the position of the origin die (which serves as a starting point indicating the position of the die) are stored in the die map recipe.
２−６−２）アライメント手順
アライメント（位置決め）手順としては、始めに光学顕微鏡の低倍にて粗い位置決めを行い、次いで光学顕微鏡の高倍により、最後にＥＢ像により詳細な位置決めを行う。
2-6-2) Alignment Procedure As an alignment (positioning) procedure, first, coarse positioning is performed at a low magnification of the optical microscope, and then detailed positioning is performed at the high magnification of the optical microscope and finally by an EB image.
Ａ．光学顕微鏡低倍にて撮像
（１）＜第１，２，３サーチダイ指定及びテンプレート指定＞
（１−１）第１サーチダイ指定及びテンプレート指定
ウェーハ下方に位置するダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得する。このダイが位置決めの基準となるダイであり、左下隅の座標が特徴点の座標となる。今後、このテンプレート画像でパターンマッチングを行うことにより、基板上の任意のダイの正確な位置座標を測定していく。このテンプレート画像には、サーチ領域内でユニークなパターンとなるような画像を選択しなければならない。
A. Image taken with optical microscope at low magnification (1) <Specifying first, second, third search die and specifying template>
(1-1) First Search Die Designation and Template Designation The user moves the stage so that the lower left corner of the die located below the wafer is located near the center of the camera. get. This die is a die serving as a positioning reference, and the coordinates of the lower left corner are the coordinates of the feature points. In the future, we will measure the exact position coordinates of any die on the substrate by performing pattern matching on this template image. As the template image, an image that has a unique pattern within the search area must be selected.
なお、本実施例では、左下隅をパターンマッチング用テンプレート画像取得位置としたが、これに限られるものではなく、ダイ内の任意の位置を特徴点として選択してよい。ただし、一般的には、ダイの内部や辺の上にある点よりも、隅の方が座標を特定し易いので、四隅のいずれかを選択するのが好適である。また同様に、本実施例では、ウェーハ下方に位置するダイについてパターンマッチング用テンプレート画像を取得したが、これもアライメントが行い易いように任意のダイを選択しても構わないのは当然である。 In this embodiment, the lower left corner is the pattern matching template image acquisition position. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary position in the die may be selected as the feature point. However, in general, it is preferable to select any of the four corners because the corners are easier to specify the coordinates than the points on the inside of the die or on the sides. Similarly, in the present embodiment, the pattern matching template image is acquired for the die located below the wafer, but it is natural that any die may be selected so that alignment can be easily performed.
（１−２）第２サーチダイ指定
第１サーチダイの右隣のダイを第２サーチダイとし、第２サーチダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、上記（１−１）で取得したテンプレート画像を用いて自動でパターンマッチを実行することで第１サーチダイで指定したテンプレート画像と一致する第２サーチダイのパターンの厳密な座標値を取得する。
(1-2) Second search die designation The die next to the right of the first search die is the second search die, and the stage is moved by the user operation so that the lower left corner of the second search die is located near the center of the camera. After the position is determined, the exact coordinates of the pattern of the second search die that matches the template image specified by the first search die by automatically performing pattern matching using the template image acquired in (1-1) above. Get the value.
なお、本実施例では、第１サーチダイの右隣のダイを第２サーチダイとして例を挙げて説明したが、本発明の第２サーチダイはこれに限られるものではないことは勿論である。要は、正確な特徴点の位置座表を把握した基準点からの、行方向のダイの位置関係をパターンマッチングにより正確に把握することができる点を選択すればよいのである。したがって、例えば、第１サーチダイの左隣のダイを第２サーチダイとすることも可能である。 In the present embodiment, the die on the right side of the first search die is described as an example of the second search die. However, the second search die of the present invention is not limited to this. . In short, it is only necessary to select a point that can accurately grasp the positional relationship of the die in the row direction from the reference point that grasps the position map of the accurate feature point by pattern matching. Therefore, for example, the die next to the left of the first search die can be used as the second search die.
（１−３）第３サーチダイ指定
第２サーチダイの上隣のダイを第３サーチダイとし、第３サーチダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、上記（１−１）で取得したテンプレート画像を用いて自動でパターンマッチを実行することで第１サーチダイで指定したテンプレート画像と一致する第３サーチダイのパターンの厳密な座標値を取得する。
(1-3) Third search die designation The die next to the second search die is the third search die, and the stage is moved by the user operation so that the lower left corner of the third search die is located near the center of the camera. After the position is determined, the exact coordinates of the pattern of the third search die that matches the template image specified by the first search die by automatically performing pattern matching using the template image acquired in (1-1) above Get the value.
なお、本実施例では、第２サーチダイの上隣のダイを第３サーチダイとして例を挙げて説明したが、本発明の第３サーチダイはこれに限られるものではないことは言うまでもない。要は、特徴点の正確な座標を把握したダイを基準として、列方向のダイの特定点の座標の距離を含めた位置関係を把握することができればよいのである。したがって、第１サーチダイの上隣のダイも好適に代替適用可能である。 In the present embodiment, the upper die adjacent to the second search die is described as an example of the third search die. However, it goes without saying that the third search die of the present invention is not limited to this. In short, it is only necessary to be able to grasp the positional relationship including the distance of the coordinates of the specific point of the die in the column direction with reference to the die that grasped the exact coordinates of the feature points. Therefore, the die adjacent to the upper side of the first search die can be preferably applied as an alternative.
（２）＜光顕低倍Ｙ方向パターンマッチング＞
（２−１）第２サーチダイのパターンマッチ座標（Ｘ２，Ｙ２）と第３サーチダイのパターンマッチ座標（Ｘ３，Ｙ３）の関係より、上隣ダイのパターンへの移動量（ｄＸ，ｄＹ）を算出する。
(2) <Light microscope low magnification Y direction pattern matching>
(2-1) From the relationship between the pattern match coordinates (X2, Y2) of the second search die and the pattern match coordinates (X3, Y3) of the third search die (dX, dY) Is calculated.
ｄＸ＝Ｘ３−Ｘ２
ｄＹ＝Ｙ３−Ｙ２
（２−２）算出した移動量（ｄＸ，ｄＹ）を用い、第１サーチダイの上隣のダイのパターンが存在する（と予想される）座標（ＸＮ，ＹＮ）へステージを移動。
dX = X3-X2
dY = Y3-Y2
(2-2) Using the calculated movement amount (dX, dY), move the stage to the coordinates (XN, YN) where the pattern of the adjacent die on the first search die exists (expected).
ＸＮ＝Ｘ１＋ｄＸ
ＹＮ＝Ｙ１＋ｄＹ
※（Ｘ１，Ｙ１）：第１サーチダイのパターンの座標
（２−３）ステージ移動後、光顕低倍にて撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）を取得し、さらにダイの検出個数（ＤＮ）の初期値として１を設定する。
XN = X1 + dX
YN = Y1 + dY
* (X1, Y1): Coordinates of the pattern of the first search die (2-3) The pattern that is currently being observed by taking the image at low magnification after moving the stage and performing pattern matching using the template image Are obtained, and 1 is set as the initial value of the number of detected dies (DN).
（２−４）第１サーチダイのパターン座標（Ｘ１，Ｙ１）から現在撮像中のパターンの座標（ＸＮ，ＹＮ）への移動量（ｄＸ，ｄＹ）を算出する。
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
（２−５）算出した移動量（ｄＸ，ｄＹ）の２倍の移動量（２＊ｄＸ，２＊ｄＹ）分だけ第１サーチダイを起点としてステージを移動する。
(2-4) The amount of movement (dX, dY) from the pattern coordinates (X1, Y1) of the first search die to the coordinates (XN, YN) of the pattern currently being imaged is calculated.
dX = XN-X1
dY = YN-Y1
(2-5) The stage is moved starting from the first search die by a movement amount (2 * dX, 2 * dY) twice the calculated movement amount (dX, dY).
（２−６）ステージ移動後、光顕低倍にて撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）を更新し、ダイの検出個数を２倍する。これについては図７４参照。 (2-6) After moving the stage, the image is picked up at low magnification, and pattern matching is executed using the template image, thereby updating the exact coordinate values (XN, YN) of the currently observed pattern, The number of detected signals is doubled. See FIG. 74 for this.
（２−７）予め指定されたＹ座標値を超えるまでウェーハ上部へ向けて（２−４）〜（２−６）を繰り返し実行する。
なお、本実施例では、精度を高めるため、及び処理回数（繰り返し回数）を低減させ、処理時間を短縮するために、２倍の移動量を繰り返す態様を例にとって説明したが、精度に問題がなく、更に処理時間を短縮させたければ、３倍、４倍というように、２倍以上等の整数倍の高倍率で実行しても構わない。また逆に、問題が無ければ、更に精度を高めるために、固定移動量で移動を繰り返してもよい。これらいずれの場合も、検出個数にもそれを反映させることは言うまでもない。
(2-7) The steps (2-4) to (2-6) are repeatedly executed toward the upper part of the wafer until the Y coordinate value specified in advance is exceeded.
In the present embodiment, an example has been described in which a double movement amount is repeated in order to increase accuracy, reduce the number of times of processing (number of repetitions), and shorten the processing time. However, there is a problem in accuracy. If the processing time is to be further reduced, it may be executed at a high magnification of an integral multiple such as 2 or more, such as 3 or 4 times. Conversely, if there is no problem, the movement may be repeated with a fixed movement amount in order to further improve the accuracy. In any of these cases, it goes without saying that this is also reflected in the detected number.
（３）＜光顕低倍θ回転＞
（３−１）第１サーチダイのパターン座標（Ｘ１，Ｙ１）から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）までの移動量および、それまでに検出したダイの個数（ＤＮ）を用い、回転量（θ）およびＹ方向ダイサイズ（ＹＤ）を算出する（図７５参照）。
(3) <Light microscope low magnification θ rotation>
(3-1) The amount of movement from the pattern coordinates (X1, Y1) of the first search die to the exact coordinate values (XN, YN) of the last searched die pattern and the number of dies detected so far ( DN) is used to calculate the rotation amount (θ) and the Y-direction die size (YD) (see FIG. 75).
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
θ＝ｔａｎ―１（ｄＸ／ｄＹ）
ＹＤ＝ｓｑｒｔ（（ｄＸ）２＋（ｄＹ）２）／ＤＮ
※ｓｑｒｔ（Ａ）＝√Ａ
（３−２）算出した回転量（θ）分だけθステージを回転させる。
dX = XN-X1
dY = YN-Y1
θ = tan −1 (dX / dY)
YD = sqrt ((dX) 2 + (dY) 2 ) / DN
* Sqrt (A) = √A
(3-2) The θ stage is rotated by the calculated rotation amount (θ).
Ｂ．光学顕微鏡高倍にて撮像
（１）光顕低倍の（１）と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。
（２）光顕低倍の（２）と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。
B. Imaging with optical microscope high magnification (1) The same procedure as (1) for optical microscope low magnification is executed using an optical microscope high magnification image.
(2) The same procedure as in (2) for light microscope low magnification is executed using a light microscope high magnification image.
（３）光顕低倍の（３）と同様の手順を実行する。
（４）＜光顕高倍θ回転後の許容値チェック＞
（４−１）［第１サーチダイ、光顕高倍のテンプレート指定］
回転後の第１サーチダイの座標（Ｘ’１，Ｙ’１）を回転前座標（Ｘ１，Ｙ１）および回転量（θ）から算出し、座標（Ｘ’１，Ｙ’１）へステージを移動、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得。
(3) The same procedure as (3) for light microscopic low magnification is executed.
(4) <Tolerance value check after optical microscope magnification θ rotation>
(4-1) [First search die, light magnifying power template specification]
The coordinates (X′1, Y′1) of the first search die after rotation are calculated from the coordinates (X1, Y1) before rotation and the rotation amount (θ), and the stage is moved to the coordinates (X′1, Y′1). After moving and locating, get a template image for pattern matching.
Ｘ’１＝ ｘ１＊ｃｏｓθ−ｙ１＊ｓｉｎθ
Ｙ’１＝ｘ１＊ｓｉｎθ＋ｙ１＊ｃｏｓθ
（４−２）光顕高倍Ｙ方向パターンマッチング
回転後の第１サーチダイの座標（Ｘ’１，Ｙ’１）からｄＹだけＹ方向へ移動し、パターンマッチを実行することで現在観察中のパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）を取得する。
X′1 = x 1 * cos θ−y 1 * sin θ
Y′1 = x 1 * sin θ + y 1 * cos θ
(4-2) Light-magnification high-magnification Y-direction pattern matching The pattern currently being observed by moving in the Y direction by dY from the coordinates (X′1, Y′1) of the first search die after rotation and executing pattern matching The exact coordinate values (XN, YN) are obtained.
（４−３）回転後の第１サーチダイの座標（Ｘ’１，Ｙ’１）から現在撮像中のパターンの座標
（ＸＮ，ＹＮ）への移動量（ｄＸ，ｄＹ）を算出する。
(4-3) A movement amount (dX, dY) from the coordinates (X′1, Y′1) of the first search die after rotation to the coordinates (XN, YN) of the pattern currently being imaged is calculated.
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ’１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ’１
（４−４）算出した移動量（ｄＸ，ｄＹ）の２倍の移動量（２＊ｄＸ，２＊ｄＹ）分だけ第１サーチダイを起点としてステージを移動する。
dX = XN−X′1
dY = YN−Y′1
(4-4) The stage is moved from the first search die as a starting point by a movement amount (2 * dX, 2 * dY) twice the calculated movement amount (dX, dY).
（４−５）ステージ移動後、光顕高倍にて撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）を更新する。 (4-5) After moving the stage, the image is captured at optical magnification, and the pattern matching is executed using the template image, thereby updating the exact coordinate values (XN, YN) of the currently observed pattern.
（４−６）予め指定されたＹ座標値を超えるまでウェーハ上部へ向けて（４−３）〜（４−５）を繰り返し実行する。
（４−７）θの回転量を算出
回転後の第１サーチダイの座標（Ｘ’１，Ｙ’１）から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）までの移動量を用い、回転量（θ）を算出する。
(4-6) Steps (4-3) to (4-5) are repeatedly executed toward the upper portion of the wafer until the Y coordinate value designated in advance is exceeded.
(4-7) Calculate the rotation amount of θ Move from the coordinate (X′1, Y′1) of the first search die after rotation to the exact coordinate value (XN, YN) of the die pattern searched last The rotation amount (θ) is calculated using the amount.
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
θ＝ｔａｎ―１（ｄＸ／ｄＹ）
（４−８）光顕高倍θ許容値チェック
（４−７）にて算出した回転量（θ）が既定値以下に収まっていることを確認する。収まっていない場合は、算出した回転量（θ）を用いてθステージ回転後、再度（４−１）〜（４−８）を実行する。ただし、規定回数繰り返して（４−１）〜（４−８）を実行しても許容範囲内に収まらない場合は、エラー扱いとして処理を中断する。
dX = XN-X1
dY = YN-Y1
θ = tan −1 (dX / dY)
(4-8) Light microscopic magnification θ allowable value check It is confirmed that the rotation amount (θ) calculated in (4-7) is within a predetermined value or less. If not, the steps (4-1) to (4-8) are executed again after the θ stage is rotated using the calculated rotation amount (θ). However, if it does not fall within the allowable range even if (4-1) to (4-8) are repeatedly executed a specified number of times, the process is interrupted as an error.
Ｃ．ＥＢ像によるアライメント
（１）＜Yサーチ第1ダイ、ＥＢのテンプレート指定＞
光顕高倍の（１）と同様の手順をＥＢ像を用いて実行する。
C. EB image alignment (1) <Y search first die, EB template designation>
The same procedure as that in (1) for optical magnification is performed using the EB image.
（２）＜ＥＢ Ｙ方向パターンマッチング＞
光顕高倍の（２）と同様の手順をＥＢ像を用いて実行する。
（３）＜ＥＢ θ回転＞
光顕高倍の（３）と同様の手順をＥＢ像を用いて実行する。
(2) <EB Y-direction pattern matching>
A procedure similar to that in (2) of the optical magnification is executed using the EB image.
(3) <EB θ rotation>
A procedure similar to that in (3) of the optical magnification is performed using the EB image.
（４）＜ＥＢ θ回転後の許容値チェック＞
光顕高倍の（４）と同様の手順をＥＢ像を用いて実行する。
（５）.必要に応じ、高倍率のＥＢ像を用いて（１）〜（４）を実行する
（６）第１サーチダイの座標（Ｘ１，Ｙ１）と第２サーチダイの座標（Ｘ２，Ｙ２）より、Ｘ方向ダイサイズ（ＸＤ）の概略値を算出する
ｄＸ＝Ｘ２−Ｘ１
ｄＹ＝Ｙ２−Ｙ１
ＸＤ＝ｓｑｒｔ（（ｄＸ）２＋（ｄＹ）２）
※ｓｑｒｔ（Ａ）＝√Ａ
Ｄ．ダイマップレシピ作成
（１）＜Ｘサーチ第1ダイ、ＥＢのテンプレート指定＞
ウェーハ左端に位置するダイの左下隅がＴＤＩカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得。このテンプレート画像には、サーチ領域内でユニークなパターンとなるような画像を選択しなければならない。
(4) <Allowable value check after EB θ rotation>
A procedure similar to that in (4) of the optical magnification is performed using the EB image.
(5) If necessary, execute (1) to (4) using a high-magnification EB image. (6) The coordinates (X1, Y1) of the first search die and the coordinates (X2, Y2) of the second search die. Calculate approximate value of die size (XD) in X direction from Y2) dX = X2-X1
dY = Y2-Y1
XD = sqrt ((dX) 2 + (dY) 2 )
* Sqrt (A) = √A
D. Die map recipe creation (1) <X search first die, EB template designation>
Move the stage by user operation so that the lower left corner of the die located at the left edge of the wafer is located near the center of the TDI camera, and after determining the position, obtain a template image for pattern matching. As the template image, an image that has a unique pattern within the search area must be selected.
（２）＜ＥＢ Ｘ方向パターンマッチング＞
（２−１）Ｘ方向ダイサイズ概略値（ＸＤ）を用い、Ｘサーチ第１ダイの右隣のダイのパターンが存在する（と予想される）座標（Ｘ１＋ＸＤ，Ｙ１）へステージを移動。
(2) <EB X direction pattern matching>
(2-1) Using the approximate X-direction die size (XD), move the stage to the coordinates (X1 + XD, Y1) where the pattern of the die next to the X search first die exists (and is expected).
（２−２）ステージ移動後、ＴＤＩカメラにてＥＢ像を撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで現在観察中のパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）を取得し、さらにダイの検出個数（ＤＮ）の初期値として１を設定する。 (2-2) After moving the stage, an EB image is captured with a TDI camera, and pattern matching is executed using a template image to obtain exact coordinate values (XN, YN) of the currently observed pattern, Further, 1 is set as the initial value of the number of detected die (DN).
（２−３）Ｘサーチ第１ダイのパターン座標（Ｘ１，Ｙ１）から現在撮像中のパターンの座標（ＸＮ，ＹＮ）への移動量（ｄＸ，ｄＹ）を算出する。
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
（２−４）算出した移動量（ｄＸ，ｄＹ）の２倍の移動量（２＊ｄＸ，２＊ｄＹ）分だけＸサーチ第１ダイを起点としてステージを移動する
（２−５）ステージ移動後、ＴＤＩカメラにてＥＢ像を撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）を更新し、ダイの検出個数を２倍する。
(2-3) X Search The movement amount (dX, dY) from the pattern coordinates (X1, Y1) of the first die to the coordinates (XN, YN) of the pattern currently being imaged is calculated.
dX = XN-X1
dY = YN-Y1
(2-4) The stage is moved from the X search first die as much as the movement amount (2 * dX, 2 * dY) twice the calculated movement amount (dX, dY). (2-5) Stage movement After that, an EB image is taken with a TDI camera, and pattern matching is executed using a template image, thereby updating the exact coordinate values (XN, YN) of the currently observed pattern and reducing the number of detected dies to 2 Double.
（２−６）予め指定されたＸ座標値を超えるまでウェーハ右方向へ（２−３）〜（２−５）を繰り返し実行する。
（３）＜Ｘ方向傾きを算出＞
Ｘサーチ第１ダイのパターン座標（Ｘ１，Ｙ１）から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値（ＸＮ，ＹＮ）までの移動量および、それまでに検出したダイの個数（ＤＮ）を用い、ステージ直行誤差（Φ）およびＸ方向ダイサイズ（ＸＤ）を算出する。
(2-6) Steps (2-3) to (2-5) are repeatedly executed in the right direction of the wafer until the X coordinate value designated in advance is exceeded.
(3) <Calculate X-direction tilt>
The amount of movement from the pattern coordinates (X1, Y1) of the first die of the X search to the exact coordinate values (XN, YN) of the die pattern searched last and the number of dies detected so far (DN) are used. The stage direct error (Φ) and the X-direction die size (XD) are calculated.
ｄＸ＝ＸＮ−Ｘ１
ｄＹ＝ＹＮ−Ｙ１
Φ＝ｔａｎ―１（ｄＹ／ｄＸ）
ＸＤ＝ｓｑｒｔ（（ｄＸ）２＋（ｄＹ）２）／ＤＮ
※ｓｑｒｔ（Ａ）＝√Ａ
（４）＜ダイマップ作成＞
このように、Ｘ方向ダイサイズ（ＸＤ）を求め、予め回転量（θ）を算出した際に求めたＹ方向ダイサイズ（ＹＤ）と合わせてダイマップ（理想上のダイの配置情報）を作成する。ダイマップにより、ダイの理想上の配置が分かる。一方、異いっさいの基板上のダイは例えばステージの機械的誤差（ガイド等の部品や組み付けの誤差）、干渉計の誤差（例えばミラー等の組み付けの問題による）やチャージアップによる像の歪みの影響を受け、必ずしも利用的な配置には観察することができない場合があるが、この実際のダイの位置とダイマップ上の理想上の配置との誤差を把握し、この誤差を考慮しこれを自動補正しながら、検査を行っていくようにする。
dX = XN-X1
dY = YN-Y1
Φ = tan −1 (dY / dX)
XD = sqrt ((dX) 2 + (dY) 2 ) / DN
* Sqrt (A) = √A
(4) <Die map creation>
Thus, the X direction die size (XD) is obtained, and the die map (ideal die arrangement information) is created together with the Y direction die size (YD) obtained when the rotation amount (θ) is calculated in advance. To do. The die map shows the ideal die placement. On the other hand, dies on different substrates are affected by mechanical errors of the stage (components such as guides and assembly errors), interferometer errors (for example, due to assembly problems such as mirrors) and image distortion due to charge-up. However, it is not always possible to observe the available arrangement, but it is necessary to grasp the error between the actual die position and the ideal arrangement on the die map, and take this error into account. Make inspections while making corrections.
Ｅ．フォーカスレシピ作成手順
次に、フォーカスレシピの作成手順について説明する。フォーカスレシピは、基板等の試料の平面上の印にの位置における最適なフォーカス位置、若しくはフォーカス位置に関する諸条件の情報を表等の所定の形式で記憶したものである。フォーカスマップレシピではウェーハ上の指定位置のみフォーカス条件が設定され、指定位置間のフォーカス値は、直線補完される（図７６参照）。フォーカスレシピ作成手順は次のとおり。
E. Focus recipe creation procedure Next, a focus recipe creation procedure will be described. The focus recipe stores information on an optimum focus position at a position on a mark on a plane of a sample such as a substrate or various conditions related to the focus position in a predetermined format such as a table. In the focus map recipe, a focus condition is set only at a designated position on the wafer, and a focus value between the designated positions is linearly complemented (see FIG. 76). The focus recipe creation procedure is as follows.
（１）フォーカス測定対象ダイをダイマップから選択する
（２）ダイ内でのフォーカス測定点を設定する
（３）各測定点へステージを移動させ、画像およびコントラスト値を基に、フォーカス値（ＣＬ１２電圧）の調整を手動で行う。
(1) Select a focus measurement target die from the die map. (2) Set a focus measurement point in the die. (3) Move the stage to each measurement point, and based on the image and contrast value, focus value (CL12 Adjust the voltage manually.
アライメント処理にて作成したダイマップは、ウェーハの両端のダイ座標より算出した
理想的な位置情報であり、様々な要因によりダイマップ上のダイ位置と実際のダイ位置には誤差が生じる（。図７７参照）この誤差分を吸収するためのパラメータを作成する手順をファインアライメントと呼び、ファインアライメントレシピには、ダイマップ（理想上のダイ配置情報）と実際のダイの位置との誤差情報が保存される。ここで設定された情報は、欠陥検査時に使用される。ファインアライメントレシピではダイマップ上で指定されたダイのみ誤差が測定され、指定ダイ間の誤差は、直線補完される。
The die map created by the alignment process is ideal position information calculated from the die coordinates at both ends of the wafer, and an error occurs between the die position on the die map and the actual die position due to various factors (FIG. 77) The procedure for creating parameters for absorbing this error is called fine alignment, and the fine alignment recipe stores error information between the die map (ideal die placement information) and the actual die position. Is done. The information set here is used at the time of defect inspection. In the fine alignment recipe, the error is measured only for the die designated on the die map, and the error between the designated dies is linearly complemented.
Ｆ．ファインアライメント手順
（１）ファインアライメント用誤差測定対象ダイをダイマップから指定する
（２）誤差測定対象ダイより基準ダイを選択し、このダイの位置をダイマップとの誤差がゼロの点とする
（３）基準ダイの左下隅をＴＤＩカメラで撮像し、パターンマッチ用テンプレート画像を取得する
※サーチ領域内でユニークなパターンをテンプレート画像として選択
（４）近隣の誤差測定対象ダイの左下の（ダイマップ上での）座標（Ｘ０，Ｙ０）を取得し、ステージを移動させる。移動後、ＴＤＩカメラで撮像し、（３）のテンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、厳密な座標値（Ｘ，Ｙ）を取得する。
F. Fine alignment procedure (1) Specify the error measurement target die for fine alignment from the die map. (2) Select the reference die from the error measurement target die, and set the position of this die as the point where the error from the die map is zero. 3) Capture the lower left corner of the reference die with a TDI camera and obtain a template image for pattern matching. * Select a unique pattern as a template image in the search area. (4) Lower left (die map) of neighboring error measurement die Acquire the coordinates (X0, Y0) above and move the stage. After the movement, an image is taken with a TDI camera, and pattern matching is executed using the template image of (3), thereby obtaining exact coordinate values (X, Y).
（５）パターンマッチで取得した座標値（Ｘ，Ｙ）とダイマップ上の座標値（Ｘ０，Ｙ０）の誤差を保存
（６）全ての誤差測定対象ダイについて（４）〜（５）を実行する。
(5) Save the error between the coordinate value (X, Y) acquired by pattern matching and the coordinate value (X0, Y0) on the die map. (6) Execute (4) to (5) for all the error measurement target dies. To do.
２−６−３）欠陥検査
欠陥検査は、図７８に示すように、電子光学系の条件設定（撮像倍率などの設定）を行い、電子ビームを照射しながらステージを移動させることでＴＤＩスキャン撮像（図７９）を行い、設定された検査条件（アレイ検査条件、ランダム検査条件、検査エリア）に従い、検査専用処理ユニット（ＩＰＥ）によりリアルタイムで欠陥検査が行われる。
2-6-3) Defect Inspection As shown in FIG. 78, the defect inspection is performed by setting the conditions of the electron optical system (setting the imaging magnification, etc.) and moving the stage while irradiating the electron beam. (FIG. 79) is performed, and in accordance with the set inspection conditions (array inspection conditions, random inspection conditions, inspection area), defect inspection is performed in real time by the inspection dedicated processing unit (IPE).
検査レシピでは、電子光学系の条件、検査対象ダイ、検査エリアおよび検査方法（ランダム／アレイ）などが設定される（図８０のＡ、Ｂ）。
なお、欠陥検査用に安定した画像を取得するため、位置ズレや速度ムラなどによる撮像画像のブレを抑制するＥＯ補正、理想的なダイマップ上の配置と実際のダイ位置との誤差を吸収するダイ位置補正、有限の測定点で予め測定したフォーカス値を用いウェーハ全領域のフォーカス値を補完するフォーカス調整がリアルタイムで同時に行われる。
In the inspection recipe, the conditions of the electron optical system, the inspection target die, the inspection area, the inspection method (random / array), and the like are set (A and B in FIG. 80).
In addition, in order to acquire a stable image for defect inspection, EO correction that suppresses blurring of a captured image due to positional deviation, speed unevenness, and the like, and an error between an ideal die map arrangement and an actual die position are absorbed. Die position correction and focus adjustment that complements the focus value of the entire area of the wafer using focus values measured in advance at finite measurement points are simultaneously performed in real time.
欠陥検査のスキャン動作において、検査対象ダイの全域を検査する（図８１）他に、図８２に示すように、スキャン方向と直角方向へのステップ移動量を調整することで間引き検査も可能となる（検査時間の短縮）。 In the defect inspection scanning operation, in addition to inspecting the entire area of the inspection target die (FIG. 81), as shown in FIG. 82, thinning inspection can be performed by adjusting the amount of step movement in the direction perpendicular to the scanning direction. (Reduced inspection time).
検査終了後は、検査結果として欠陥個数、欠陥を含むダイの位置、欠陥サイズ、各ダイ内での欠陥位置、欠陥種別、欠陥画像、比較画像をディスプレイに表示し、これらの情報およびレシピ情報などをファイルへ保存することで過去の検査結果の確認、再現が可能となっている。 After the inspection is completed, the number of defects, the position of the die containing the defect, the defect size, the position of the defect in each die, the defect type, the defect image, and the comparison image are displayed on the display as the inspection result. It is possible to confirm and reproduce past test results by saving to a file.
自動欠陥検査時には各種レシピを選択指定することで、搬送レシピに従ってウェーハがロードされ、アライメントレシピに従ってステージ上でウェーハのアライメントが行われ、フォーカスマップレシピに従ってフォーカス条件の設定が行われ、検査レシピに従って検査が行われ、搬送レシピに従ってウェーハがアンロードされる（図８３のＡ、Ｂ）。 By selecting and specifying various recipes during automatic defect inspection, the wafer is loaded according to the transfer recipe, the wafer is aligned on the stage according to the alignment recipe, focus conditions are set according to the focus map recipe, and inspection is performed according to the inspection recipe. And the wafer is unloaded according to the transfer recipe (A and B in FIG. 83).
２−６−４）制御系構成
本装置は、図８４に示すように複数のコントローラにより構成されている。メインコントローラは、装置（ＥＢＩ）のＧＵＩ部／シーケンス動作を司り、工場ホストコンピュータまたはＧＵＩからの動作指令を受け取り、ＶＭＥコントローラやＩＰＥコントローラへ必要な指示を与える。ＶＭＥコントローラは、装置（ＥＢＩ）構成機器の動作を司り、メインコントローラからの指示に従い、ステージコントローラやＰＬＣコントローラへ指示を与える。ＩＰＥコントローラは、メインコントローラからの指示によりＩＰＥノードコンピュータからの欠陥検査情報取得、取得した欠陥の分類および画像表示を行う。ＩＰＥノードコンピュータは、ＴＤＩカメラから出力される画像の取得ならびに欠陥検査を行う。
2-6-4) Control System Configuration This apparatus is configured by a plurality of controllers as shown in FIG. The main controller controls the GUI unit / sequence operation of the device (EBI), receives operation commands from the factory host computer or GUI, and gives necessary instructions to the VME controller and IPE controller. The VME controller manages the operation of the equipment (EBI) components and gives instructions to the stage controller and the PLC controller according to instructions from the main controller. The IPE controller acquires defect inspection information from the IPE node computer, classifies the acquired defects, and displays an image according to an instruction from the main controller. The IPE node computer acquires an image output from the TDI camera and performs defect inspection.
ＰＬＣコントローラは、ＶＭＥコントローラからの指示を受け、バルブ等の機器の駆動およびセンサ情報の取得、常時監視が必要な真空度異常などの異常監視を行なう。ステージコントローラは、ＶＭＥコントローラからの指示を受け、ＸＹ方向への移動およびステージ上に設置されたウェーハの回転を行う。 In response to an instruction from the VME controller, the PLC controller drives a device such as a valve, acquires sensor information, and performs abnormality monitoring such as a vacuum degree abnormality that requires constant monitoring. Upon receiving an instruction from the VME controller, the stage controller moves in the XY directions and rotates the wafer installed on the stage.
このような分散制御系を構成することで、末端の装置構成機器が変更された場合に各コントローラ間のインターフェースを同一に保つことで上位コントローラのソフトウェアおよびハードウェアの変更が不要となる。また、シーケンス動作が追加・修正された場合でも上位ソフトウェアおよびハードウェアの変更を最小限にとどめることで構成変更への柔軟な対応が可能となる。 By configuring such a distributed control system, it is not necessary to change the software and hardware of the host controller by keeping the interface between the controllers the same when the terminal device configuration device is changed. Further, even when the sequence operation is added / modified, it is possible to flexibly cope with a configuration change by minimizing changes in the upper software and hardware.
２−６−５）ユーザーインターフェース構成
図８５はユーザーインターフェース部の機器構成を示す。
（１）入力部
ユーザーからの入力を受け付ける機器で「キーボード」、「マウス」、「ＪＯＹパッド」から構成される。
2-6-5) User Interface Configuration FIG. 85 shows a device configuration of the user interface unit.
(1) Input unit A device that accepts input from a user, and includes a “keyboard”, “mouse”, and “joy pad”.
（２）表示部
ユーザーへの情報を表示する機器で、モニタ２台で構成される。
モニタ１：ＣＣＤカメラまたはＴＤＩカメラでの取得画像を表示
モニタ２：ＧＵＩ表示
座標系について
本装置では、以下３つの座標系を規定する。
(2) Display unit A device that displays information to the user, and consists of two monitors.
Monitor 1: Display acquired image with CCD camera or TDI camera Monitor 2: GUI display Coordinate system In this device, the following three coordinate systems are defined.
（１）ステージ座標系[ＸS，ＹS]
ステージ位置制御時の位置指示用の基準座標系
チャンバ左下隅を原点とし、右方向にＸ座標値が増加し、上方向にＹ座標値が増加する。
(1) Stage coordinate system [X S , Y S ]
Reference coordinate system for position indication during stage position control With the lower left corner of the chamber as the origin, the X coordinate value increases in the right direction and the Y coordinate value increases in the upward direction.
本座標系は、本装置に１つしか存在しない。
ステージ座標系で示される位置（座標値）は、ステージの中心（ウェーハ中心）とする。
There is only one coordinate system in the apparatus.
The position (coordinate value) indicated in the stage coordinate system is the center of the stage (wafer center).
つまり、ステージ座標系において座標値[0,0]を指定した場合、ステージ中心（ウェ
ーハ中心）がステージ座標系の原点に重なるように移動する。
単位は［μｍ］とするが、最小分解能はλ／１０２４（≒０．６１８［μｍ］）とする。
That is, when the coordinate value [0, 0] is specified in the stage coordinate system, the stage center (wafer center) moves so as to overlap the origin of the stage coordinate system.
The unit is [μm], but the minimum resolution is λ / 1024 (≈0.618 [μm]).
※λ：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ≒６３２．９９１［μｍ］）
（２）.ウェーハ座標系[ＸW，ＹW]
ウェーハ上の観察（撮像・表示）する位置を指示するための基準座標
ウェーハ中心を原点とし、右方向にＸ座標値が増加し、上方向にＹ座標値が増加する。
* Λ: Wavelength of the laser used in the laser interferometer (λ ≒ 632.991 [μm])
(2). Wafer coordinate system [X W , Y W ]
Reference coordinates for designating the observation (imaging / display) position on the wafer The X coordinate value increases in the right direction and the Y coordinate value increases in the upward direction with the wafer center as the origin.
ウェーハ座標系で示される位置（座標値）は、そのとき選択された撮像機器（ＣＣＤカメラ、ＴＤＩカメラ）での撮像中心とする。
本座標系は、本装置に一つしか存在しない。
The position (coordinate value) indicated in the wafer coordinate system is the imaging center of the imaging device (CCD camera, TDI camera) selected at that time.
There is only one coordinate system in the apparatus.
単位は[μm]とするが、最小分解能はλ／１０２４（≒０．６１８［μｍ］）とする
。
※λ：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ≒６３２．９９１［μｍ］）
（３）.ダイ座標系[ＸD，ＹD]
各ダイにおける観察（撮像・表示）位置を規定するための基準座標
各ダイの左下隅を原点とし、右方向にＸ座標値が増加し、上方向にＹ座標値が増加する。本座標系はダイ毎に存在する。単位は［μｍ］とするが、最小分解能はλ／１０２４（≒≒０．６１８［μｍ］）とする。
The unit is [μm], but the minimum resolution is λ / 1024 (≈0.618 [μm]).
* Λ: Wavelength of the laser used in the laser interferometer (λ ≒ 632.991 [μm])
(3). Die coordinate system [X D , Y D ]
Reference coordinates for defining the observation (imaging / display) position in each die The X coordinate value increases in the right direction and the Y coordinate value increases in the upper direction with the lower left corner of each die as the origin. This coordinate system exists for each die. The unit is [μm], but the minimum resolution is λ / 1024 (≈≈0.618 [μm]).
※λ：レーザ干渉計で用いられるレーザの波長（λ≒６３２．９９１［μｍ］）
なお、ウェーハ上のダイは、番号付け（ナンバリング）され、番号付けの基準となるダイを原点ダイと呼ぶ。デフォルトではウェーハ座標系原点に最も近いダイを原点ダイとするが、ユーザーの指定により原点ダイの位置を選択可能とする。
* Λ: Wavelength of the laser used in the laser interferometer (λ ≒ 632.991 [μm])
The dies on the wafer are numbered (numbered), and the die that serves as a reference for numbering is called the origin die. By default, the die closest to the wafer coordinate system origin is set as the origin die, but the position of the origin die can be selected by the user's specification.
各座標系における座標値と、観察（表示）される位置の関係は図８６のとおり。※ユーザーインターフェースにより指示される座標および、ステージ移動方向の関係は、以下のとおり。 The relationship between the coordinate values in each coordinate system and the observed (displayed) position is as shown in FIG. * The relationship between the coordinates specified by the user interface and the stage movement direction is as follows.
（１）ジョイスティック ＆ ＧＵＩ矢印ボタン
ジョイスティックおよび、ＧＵＩ矢印ボタンにより、指示される方向は、オペレータが見たい方向とみなし、ステージを指示方向と逆方向に移動させる
例）
指示方向：右 ．．．． ステージ移動方向：左 （画像が左に移動＝視野が右に移動）
指示方向：上 ・・・・ ステージ移動方向：下 （画像が下に移動＝視野が上に移動）
（２）ＧＵＩ上で座標を直接入力
ＧＵＩ上で直接入力される座標は、ウェーハ座標系上でオペレータが見たい場所とみなし、該当ウェーハ座標が撮像画像中心に表示されるようにステージを移動させる。
(1) Joystick & GUI arrow button The direction indicated by the joystick and GUI arrow button is regarded as the direction that the operator wants to see, and the stage is moved in the direction opposite to the indicated direction.
Direction: Right . . . Stage movement direction: Left (image moves to the left = field of view moves to the right)
Direction: Up ... Stage movement direction: Down (Image moves down = Field of view moves up)
(2) Directly inputting coordinates on the GUI The coordinates directly input on the GUI are regarded as a place the operator wants to see on the wafer coordinate system, and the stage is moved so that the corresponding wafer coordinates are displayed at the center of the captured image. .
２−７）その他の機能と構成の説明
図８７に本実施の形態の全体構成図を示す。但し、一部構成を省略して図示している。同図において、検査装置は一次コラム８７・１、二次コラム８７・２およびチャンバー８７・３を有している。一次コラム８７・１の内部には、電子銃８７・４が設けられており、電子銃８７・４から照射される電子ビーム（一次ビーム）の光軸上に一次光学系８７・５が配置される。また、チャンバー８７・３の内部には、ステージ８７・６が設置され、ステージ８７・６上には試料Ｗが載置される。
2-7) Description of Other Functions and Configuration FIG. 87 shows an overall configuration diagram of the present embodiment. However, a part of the configuration is omitted for illustration. In the figure, the inspection apparatus has a
一方、二次コラム８７・２の内部には、試料Ｗから発生する二次ビームの光軸上に、対物レンズ８７・７、ニューメリカルアパーチャ８７・８、ウィーンフィルタ８７・９、第２レンズ８７・１０、フィールドアパーチャ８７・１１、第３レンズ８７・１２、第４レンズ８７・１３および検出器８７・１４が配置される。なお、ニューメリカルアパーチャ
８７・１２は、開口絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製（Ｍｏ等）の薄板である。そして、開口部が一次ビームの集束位置および対物レンズ８７・７の焦点位置になるように配置されている。したがって、対物レンズ８７・７とニューメリカルアパーチャ８７・８とは、テレセントリックな電子光学系を構成している。
On the other hand, in the
一方、検出器８７・１４の出力は、コントロールユニット８７・１５に入力され、コントロールユニット８７・１５の出力は、ＣＰＵ８７・１６に入力される。ＣＰＵ８７・１６の制御信号は、一次コラム制御ユニット８７・１７、二次コラム制御ユニット８７・１８およびステージ駆動機構８７・１９に入力される。一次コラム制御ユニット８７・１７は、一次光学系８７・５のレンズ電圧制御を行い、二次コラム制御ユニット８７・１８は、対物レンズ８７・７、第２レンズ８７・１０〜第４レンズ８７・１３のレンズ電圧制御およびウィーンフィルタ８７・９に印加する電磁界制御を行う。
On the other hand, the outputs of the
また、ステージ駆動機構８７・１９は、ステージの位置情報をＣＰＵ８７・１６に伝達する。さらに、一次コラム８７・１、二次コラム８７・２、チャンバー８７・３は、真空排気系（不図示）と繋がっており、真空排気系のターボ分子ポンプにより排気されて、内部は真空状態を維持している。
The
（一次ビーム）電子銃８７・４からの一次ビームは、一次光学系８７・５によってレンズ作用を受けながら、ウィーンフィルタ８７・９に入射する。ここでは、電子銃のチップとしては、矩形陰極で大電流を取り出すことができるＬａＢ６を用いる。また、一次光学系７２は、回転軸非対称の四重極または八重極の静電（または電磁）レンズを使用する。これは、いわゆるシリンドリカルレンズと同様にＸ軸、Ｙ軸各々で集束と発散とを引き起こすことができる。このレンズを２段、３段又は４段で構成し、各レンズ条件を最適化することによって、照射電子を損失することなく、試料面上のビーム照射領域を、任意の矩形状、または楕円形状に成形することができる。
(Primary beam) The primary beam from the electron gun 87.4 is incident on the Wien filter 87.9 while receiving the lens action by the primary optical system 87.5. Here, LaB 6 that can extract a large current with a rectangular cathode is used as the tip of the electron gun. The primary
具体的には、静電型の四重極レンズを用いた場合、４つの円柱ロッドを光軸周りに配置する。対向する電極同士を等電位にし、光軸周りに９０度ずれた位相では逆の電圧特性を与える。 Specifically, when an electrostatic quadrupole lens is used, four cylindrical rods are arranged around the optical axis. Opposing electrodes are equipotential, and a reverse voltage characteristic is given at a phase shifted by 90 degrees around the optical axis.
なお、四重極レンズとして円柱形ではなく、静電偏向器として通常使用される円形板を４分割した形状のレンズを用いてもよい。この場合レンズの小型化を図ることができる。一次光学系７２を通過した一次ビームは、ウィーンフィルタ８７・９の偏向作用により軌道が曲げられる。ウィーンフィルタ８７・９は、磁界と電界を直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷電粒子の速度をｖとした場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件を満たす荷電粒子のみを直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。一次ビームに対しては、磁界による力ＦＢと電界による力ＦＥとが発生し、ビーム軌道は曲げられる。一方、二次ビームに対しては、力ＦＢと力ＦＥとが逆方向に働くため、互いに相殺されるので二次ビームはそのまま直進する。
In addition, you may use the lens of the shape which divided the circular plate normally used as an electrostatic deflector into 4 parts instead of a cylindrical shape as a quadrupole lens. In this case, the lens can be reduced in size. The trajectory of the primary beam that has passed through the primary
一次光学系８７・５のレンズ電圧は、一次ビームがニューメリカルアパーチャ８７・８の開口部で結像するように、予め設定されている。このニューメリカルアパーチャ８７・８は、装置内に散乱する余計な電子ビームが試料面に到達することを阻止し、試料Ｗのチャージアップや汚染を防いでいる。さらに、ニューメリカルアパーチャ８７・８と対物レンズ８７・７とはテレセントリックな電子光学系を構成しているので、対物レンズ８７・７を透過した一次ビームは平行ビームになり、試料Ｗに均一かつ一様に照射する。すなわち、光学顕微鏡でいうケーラー照明が実現される。
The lens voltage of the primary
（二次ビーム）一次ビームが試料に照射されると、試料のビーム照射面からは、二次粒
子として、二次電子、反射電子または後方散乱電子が発生する。
二次粒子は、対物レンズ８７・７によるレンズ作用を受けながら、レンズを透過する。ところで、対物レンズ８７・７は、３枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料Ｗ側の電位との間で、正の電界を形成し、電子（特に、指向性が小さい二次電子）を引き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されている。また、レンズ作用は、対物レンズ８７・７の１番目、２番目の電極に電圧を印加し、３番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。一方、ニューメニカルアパーチャ８７・８は、対物レンズ８７・７の焦点位置、すなわち試料Ｗからのバックフォーカス位置に配置されている。したがって、視野中心外（軸外）から出た電子ビームの光束も、平行ビームとなって、このニューメニカルアパーチャ８７・８の中心位置を、けられが生じることなく通過する。
(Secondary beam) When the sample is irradiated with the primary beam, secondary electrons, reflected electrons, or backscattered electrons are generated as secondary particles from the beam irradiation surface of the sample.
The secondary particles pass through the lens while receiving the lens action by the
なお、ニューメリカルアパーチャ８７・８は、二次ビームに対しては、第２レンズ８７・１０〜第４レンズ８７・１３のレンズ収差を抑える役割を果たしている。ニューメリカルアパーチャ８７・８を通過した二次ビームは、ウィーンフィルタ８７・９の偏向作用を受けずに、そのまま直進して通過する。なお、ウィーンフィルタ８７・９に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギーを持つ電子（例えば２次電子、又は反射電子、又は後方散乱電子）のみを検出器８７・１４に導くことができる。
The
二次粒子を、対物レンズ８７・７のみで結像させると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすい。そこで、第２レンズ８７・１０と合わせて、１回の結像を行わせる。二次粒子は、対物レンズ８７・７および第２レンズ８７・１０により、フィールドアパーチャ８７・１１上で中間結像を得る。この場合、通常、二次光学系として必要な拡大倍率が不足することが多いため、中間像を拡大するためのレンズとして、第３レンズ８７・１２、第４レンズ８７・１３を加えた構成にする。二次粒子は、第３レンズ８７・１２、第４レンズ８７・１３各々により拡大結像し、ここでは、合計３回結像する。なお、第３レンズ８７・１２と第４レンズ８７・１３とを合わせて１回（合計２回）結像させてもよい。
When secondary particles are imaged only by the
また、第２レンズ８７・１０〜第４レンズ８７・１３はすべて、ユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズとよばれる回転軸対称型のレンズである。各レンズは、３枚電極の構成で、通常は外側の２電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧で、レンズ作用を行わせて制御する。また、中間の結像点には、フィールドアパーチャ８７・１１が配置されている。フィールドアパーチャ８７・１１は光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要範囲に制限しているが、電子ビームの場合、余計なビームを、後段の第３レンズ８７・１２および第４レンズ８７・１３と共に遮断して、検出器８７・１４のチャージアップや汚染を防いでいる。なお、拡大倍率は、この第３レンズ８７・１２および第４レンズ８７・１３のレンズ条件（焦点距離）を変えることで設定される。
The
二次粒子は、二次光学系により拡大投影され、検出器８７・１４の検出面に結像する。検出器８７・１４は、電子を増幅するＭＣＰと、電子を光に変換する蛍光板と、真空系と外部との中継および光学像を伝達させるためのレンズやその他の光学素子と、撮像素子（ＣＣＤ等）とから構成される。二次粒子は、ＭＣＰ検出面で結像し、増幅され、蛍光板によって電子は光信号に変換され、撮像素子によって光電信号に変換される。
The secondary particles are enlarged and projected by the secondary optical system and imaged on the detection surfaces of the
コントロールユニット８７・１５は、検出器８７・１４から試料の画像信号を読み出し、ＣＰＵ８７・１６に伝達する。ＣＰＵ８７・１６は、画像信号からテンプレートマッチング等によってパターンの欠陥検査を実施する。また、ステージ８７・６は、ステージ駆動機構８７・１９により、ＸＹ方向に移動可能となっている。ＣＰＵ８７・１６は、ステージ８７・６の位置を読み取り、ステージ駆動機構８７・１９に駆動制御信号を出力し、ステージ８７・６を駆動させ、順次画像の検出、検査を行う。
The
このように、本実施の形態の検査装置では、ニューメリカルアパーチャ８７・８と対物レンズ８７・７とが、テレセントリックな電子光学系を構成しているので、一次ビームに対しては、ビームを試料に均一に照射させることができる。すなわち、ケーラー照明を容易に実現することができる。
As described above, in the inspection apparatus according to the present embodiment, the
さらに、二次粒子に対しては、試料Ｗからの全ての主光線が、対物レンズ８７・７に垂直（レンズ光軸に平行）に入射し、ニューメリカルアパーチャ８７・８を通過するので、周辺光もけられることがなく、試料周辺部の画像輝度が低下することがない。また、電子が有するエネルギーのばらつきによって、結像する位置が異なる、いわゆる倍率色収差が起こる（特に、二次電子は、エネルギーのばらつきが大きいため、倍率色収差が大きい）が、対物レンズ８７・７の焦点位置に、ニューメリカルアパーチャ８７・８を配置することで、この倍率色収差を抑えることができる。
Further, for the secondary particles, all the chief rays from the sample W are incident on the
また、拡大倍率の変更は、ニューメリカルアパーチャ８７・８の通過後に行われるので、第３レンズ８７・１０、第４レンズ８７・１３のレンズ条件の設定倍率を変えても、検出側での視野全面に均一な像が得られる。なお、本実施の形態では、むらのない均一な像を取得することができるが、通常、拡大倍率を高倍にすると、像の明るさが低下するという問題点が生じた。そこで、これを改善するために、二次光学系のレンズ条件を変えて拡大倍率を変更する際、それに伴って決まる試料面上の有効視野と、試料面上に照射される電子ビームとを、同一の大きさになるように一次光学系のレンズ条件を設定する。
Further, since the enlargement magnification is changed after passing through the
すなわち、倍率を上げていけば、それに伴って視野が狭くなるが、それと同時に電子ビームの照射密度を上げていくことにより、二次光学系で拡大投影されても、検出電子の信号密度は、常に一定に保たれ、像の明るさは低下しない。 In other words, if the magnification is increased, the field of view is narrowed accordingly, but at the same time, by increasing the irradiation density of the electron beam, the signal density of the detected electrons is increased even when projected by the secondary optical system. It is always kept constant and the brightness of the image does not decrease.
また、本実施の形態の検査装置では、一次ビームの軌道を曲げて、二次ビームを直進させるウィーンフィルタ８７・９を用いたが、それに限定されず、一次ビームの軌道を直進させ、二次ビームの軌道を曲げるウィーンフィルタを用いた構成の検査装置でもよい。ここではＥ×Ｂを用いているが、磁場だけを用いても良い。この時は例えば１次電子入射方向と信号電子の検出器へ向かわせる方向は等しくＹ字型の構成を取っても良い。
In the inspection apparatus according to the present embodiment, the
また、本実施の形態では、矩形陰極と四極子レンズとから矩形ビームを形成したが、それに限定されず、例えば円形ビームから矩形ビームや楕円形ビームを作り出してもよいし、円形ビームをスリットに通して矩形ビームを取り出してもよい。また、線形ビームでも複数のビームでもよく、これらをスキャンして用いてもよい。 In this embodiment, a rectangular beam is formed from a rectangular cathode and a quadrupole lens. However, the present invention is not limited to this. For example, a rectangular beam or an elliptical beam may be created from a circular beam. The rectangular beam may be taken out through. Further, a linear beam or a plurality of beams may be used, and these may be used by scanning.
２−７−１）制御電極
対物レンズ８７・７とウェーハＷとの間には、電子線の照射光軸に対して略軸対称である形状の電極（図２５−１の２５・８）が配置されている。この電極の形状の例を図８８、図８９に示す。図８８、図８９は電極８８・１、８９・１の斜視図であり、図８８は、電極８８・１が軸対称に円筒形状である場合を示す斜視図であり、図８９は、電極８９・１が軸対称に円盤形状である場合を示す斜視図である。
2-7-1) Control Electrode Between the
本実施の形態では、図８８に示すように電極８８・１が円筒形状として説明するが、電子線の照射光軸に対して略軸対称であれば、図８９に示すような円盤形状の電極８９・１であってもよい。更に、電極８８・１には、対物レンズ８７・７（図２５−１の２５・７）とウェーハＷとの間における放電を防止する電界を発生する為に、ウェーハＷへの印加電圧（本実施の形態では接地されているので、電位は０Ｖ）よりも低い所定の電圧（負電位）が電源２５・９によって印加されている。この時のウェーハＷと対物レンズ９７・７との間の電位分布を図９０を参照して説明する。
In this embodiment, the electrode 881 is described as a cylindrical shape as shown in FIG. 88. However, if it is substantially axially symmetric with respect to the irradiation optical axis of the electron beam, a disk-shaped electrode as shown in FIG. It may be 89.1. Further, in order to generate an electric field for preventing discharge between the
図９０は、ウェーハＷと対物レンズ８７・７との間の電圧分布を示すグラフである。同図において、電子線の照射光軸における位置を横軸として、ウェーハＷから対物レンズ８７・７の位置までの電圧分布を示している。電極８８・１が無かった従来の電子線装置においては、対物レンズ８７・７からウェーハＷまでの電圧分布は、対物レンズ８７・７に印加した電圧を最大値として、接地しているウェーハＷまでなだらかに変化している。（図９０の細線）一方、本実施の形態の電子線装置においては、対物レンズ８７・７とウェーハＷとの間に電極８８・１が配置され、且つ電極８８・１には、ウェーハＷへの印加電圧よりも低い所定の電圧（負電位）が電源２５・９によって印加されているので、ウェーハＷの電界が弱められる（図９０の太線）。よって、本実施の形態の電子線装置においては、ウェーハＷにおけるビア２５・１３（図２５−１）近傍に電界が集中せずに高電界とはならない。そして、ビア２５・１３に電子線が照射されて２次電子が放出されても、この放出された２次電子は、残留ガスをイオン化する程には加速されないので、対物レンズ８７・７とウェーハＷとの間に起こる放電を防止できる。
FIG. 90 is a graph showing a voltage distribution between the wafer W and the
また、対物レンズ８７・７とビア２５・１３（図２５−１）との間での放電を防止できるので、ウェーハＷのパターン等を放電破損することはない。また、上記実施の形態においては、対物レンズ８７・７とビア２５・１３のあるウェーハＷとの間の放電が防止できるが、電極８８・１に負電位を印加しているので、負電位の大きさによっては、検出器８７・１４による２次電子の検出感度が低下する場合もある。よって検出感度が低下した場合は、上述したように，電子線を照射し２次電子を検出する一連の動作を複数回に渡って行い、得られた複数の検出結果を累積加算や平均化等の処理を施して所定の検出感度（信号のＳ／Ｎ比）を得るようにすればよい。本実施の形態では、一例として、検出感度を信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）として説明している。
In addition, since the discharge between the
ここで、上記の２次電子検出動作について、図９１を参照して説明する。同図は、電子線装置の２次電子検出動作を示すフローチャートである。まず、検出器８７・１４によって被検査試料からの２次電子を検出する（ステップ９１・１）。次に、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が所定の値以上であるかの判断を行う（ステップ９１・２）。ステップ９１・２において、信号対雑音比が所定値以上である場合は、検出器８７・１４による２次電子の検出は十分であるので、２次電子検出動作は完了する。
Here, the secondary electron detection operation will be described with reference to FIG. This figure is a flowchart showing the secondary electron detection operation of the electron beam apparatus. First, secondary electrons from the sample to be inspected are detected by the
一方、ステップ９１・２において、信号対雑音比が所定値未満である場合は、電子線を照射し２次電子を検出する一連の動作を４Ｎ回行い、平均化処理を行う（ステップ９１・３）。ここで、Ｎの初期値は「１」に設定されているので、ステップ９１・３において初回は、２次電子の検出動作が４回行われる。
On the other hand, if the signal-to-noise ratio is less than the predetermined value in step 91.2, a series of operations of irradiating an electron beam and detecting secondary electrons is performed 4N times and an averaging process is performed (steps 91.3). ). Here, since the initial value of N is set to “1”, the detection operation of secondary electrons is performed four times for the first time in
次に、Ｎに「１」を加算してカウントアップして（ステップ９１・４）、ステップ９１・２において再度、信号対雑音比が所定の値以上であるかの判断を行う。ここで、信号対雑音比が所定値未満である場合は、再度ステップ９１・３に進み、今度は２次電子の検出動作を８回行う。そして、Ｎをカウントアップして、信号対雑音比が所定値以上となるまで、ステップ９１・２〜９１・４を繰り返す。
Next, “1” is added to N and counted up (steps 9 and 4), and it is determined again in
また、本実施の形態では、電極８８・１にウェーハＷへの印加電圧よりも低い所定の電圧（負電位）を印加することにより、ビア２５・１３のあるウェーハＷに対する放電防止について述べたが、２次電子の検出効率が低下する場合がある。よって、被検査試料がビアの無いウェーハ等、対物レンズ８７・７との間で放電が生じにくい種類の被検査試料であった場合は、検出器８７・１４における２次電子の検出効率が高くなるように、電極８８・１に印加する電圧を制御することができる。
In the present embodiment, the discharge prevention for the wafer W having the
具体的には、被試験試料が接地されている場合であっても、電極８８・１に印加する電圧を、被試験試料への印加電圧よりも高い所定の電圧にする、例えば、＋１０Ｖとする。また、この時、電極８８・１と被検査試料との距離は、電極８８・１と被検査試料との間に放電が生じない距離に配置する。 Specifically, even when the sample to be tested is grounded, the voltage applied to the electrode 881 is set to a predetermined voltage higher than the voltage applied to the sample to be tested, for example, + 10V. . At this time, the distance between the electrode 88 • 1 and the sample to be inspected is set such that no discharge occurs between the electrode 88 • 1 and the sample to be inspected.
この場合、被検査試料への電子線の照射によって発生した２次電子は、電極８８・１に印加された電圧によって発生した電界によって、検出器８７・１４側に加速される。そして、対物レンズ８７・７に印加された電圧によって発生した電界によって、更に、検出器８７・１４側に加速されて収束作用を受けるので、検出器８７・１４に多くの２次電子が入射し検出効率を高くすることができる。
In this case, the secondary electrons generated by the electron beam irradiation to the sample to be inspected are accelerated toward the
また更に、電極８８・１は軸対称であるので、被検査試料に照射する電子線を収束するレンズ作用も持つ。従って、電極８８・１に印加する電圧によって、１次電子線をより細く絞ることもできる。また、電極８８・１によって１次電子線を細く絞ることもできるので、対物レンズ８７・７との組み合わせにより、より低収差の対物レンズ系を構成することもできる。このようなレンズ作用が可能な程度に、電極８８・１は略軸対称であればよい。
Furthermore, since the electrode 88 • 1 is axially symmetric, it also has a lens function for converging the electron beam applied to the sample to be inspected. Therefore, the primary electron beam can be narrowed more narrowly by the voltage applied to the electrode 88. In addition, since the primary electron beam can be narrowed down by the electrode 88. 1, a lower aberration objective lens system can be configured by combining with the
上記実施の形態の電子線装置によれば、被検査試料と対物レンズとの間に、電子線の照射軸に対して略軸対称の形状であり、前記被検査試料の前記電子線の照射面における電界強度を制御する電極を備えたので、被検査試料と対物レンズとの間の電界を制御することができる。 According to the electron beam apparatus of the above-described embodiment, the electron beam irradiation surface of the sample to be inspected is substantially axisymmetric with respect to the electron beam irradiation axis between the sample to be inspected and the objective lens. Since the electrode for controlling the electric field strength at is provided, the electric field between the sample to be inspected and the objective lens can be controlled.
被検査試料と対物レンズとの間に、電子線の照射軸に対して略軸対称の形状であり、前記被検査試料の前記電子線の照射面における電界強度を弱くする電極を備えたので、被検査試料と対物レンズとの間の放電を無くすることができる。また、対物レンズへの印加電圧を低下させる等変更していないので、２次電子を効率的に対物レンズを通過させられるので、検出効率を向上させ、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得ることができる。 Between the specimen to be inspected and the objective lens, it has a shape that is substantially axisymmetric with respect to the irradiation axis of the electron beam, and includes an electrode that weakens the electric field intensity on the irradiation surface of the electron beam of the specimen to be inspected. It is possible to eliminate the discharge between the sample to be inspected and the objective lens. In addition, since the voltage applied to the objective lens is not changed or the like is not changed, secondary electrons can be efficiently passed through the objective lens, so that detection efficiency can be improved and a signal with a good S / N ratio can be obtained. it can.
被検査試料の種類によって、被検査試料の電子線の照射面における電界強度を弱くする為の電圧を制御することができる。例えば、被検査試料が、対物レンズとの間で放電し易い種類の被検査試料である場合は、電極の電圧を変化させ、被検査試料の電子線の照射面における電界強度をより弱くすることで、放電を防止できる。 Depending on the type of the sample to be inspected, it is possible to control a voltage for weakening the electric field strength on the electron beam irradiation surface of the sample to be inspected. For example, when the sample to be inspected is a type of sample to be inspected that easily discharges between the objective lens, the voltage of the electrode is changed to further weaken the electric field intensity on the electron beam irradiation surface of the sample to be inspected. Thus, discharge can be prevented.
半導体ウェーハのビアの有無によって、電極に与える電圧を変更する、即ち、半導体ウェーハの電子線の照射面における電界強度を弱くする為の電圧を変更することができる。例えば、被検査試料が、対物レンズとの間で放電し易い種類の被検査試料である場合は、電極による電界を変化させ、被検査試料の電子線の照射面における電界強度をより弱くすることで、特にビアやビア周辺における放電を防止できる。また、ビアと対物レンズとの間での放電が防止できるので、半導体ウェーハのパターン等を放電破損することはない。また、電極に与える電位を被検査試料に与える電荷よりも低くしたので、被検査試料の電子線の照射面における電界強度を弱くすることができ、被検査試料への放電が防止できる。電極に与える電位を負電位とし、被検査試料は接地したので、被検査試料の電子線の照射面における電界強度を弱くすることができ、被検査試料への放電が防止できる。 Depending on the presence or absence of vias in the semiconductor wafer, the voltage applied to the electrodes can be changed, that is, the voltage for reducing the electric field intensity on the electron beam irradiation surface of the semiconductor wafer can be changed. For example, when the sample to be inspected is a type of sample to be inspected that easily discharges between the objective lens, the electric field intensity at the electron beam irradiation surface of the sample to be inspected is made weaker by changing the electric field by the electrode. Thus, it is possible to prevent discharge particularly in the via and the periphery of the via. In addition, since discharge between the via and the objective lens can be prevented, the pattern of the semiconductor wafer or the like is not damaged by discharge. In addition, since the potential applied to the electrode is lower than the charge applied to the sample to be inspected, the electric field strength on the electron beam irradiation surface of the sample to be inspected can be weakened, and discharge to the sample to be inspected can be prevented. Since the potential applied to the electrode is a negative potential and the sample to be inspected is grounded, the electric field intensity on the surface irradiated with the electron beam of the sample to be inspected can be weakened and discharge to the sample to be inspected can be prevented.
これまで、主に放電防止を目的とした制御電極の利用法について説明してきたが、制御電極はウェーハから放出される二次電子のエネルギ選別のために用いることができる。即ち、解像度の高い画像を得るために、最も信号検出効率のよい、或る一定レベル以上のエネルギを有する二次電子のみを検出しているような場合には、制御電極に所定の負電圧を印加し、二次電子のエネルギ障壁として用いることができる。制御電極には負電位がかけ
られているため、二次電子を試料の方へ追い戻す力が働く。この電位障壁を越えられない二次電子は試料の方へ戻り、電位障壁を越えた二次電子のみが検出器で検出されることになり、所望の解像度の画像を得ることができる。
So far, the use of the control electrode mainly for the purpose of preventing discharge has been described, but the control electrode can be used for energy selection of secondary electrons emitted from the wafer. That is, in order to obtain an image with a high resolution, when only secondary electrons having an energy of a certain level or more with the highest signal detection efficiency are detected, a predetermined negative voltage is applied to the control electrode. It can be applied and used as an energy barrier for secondary electrons. Since a negative potential is applied to the control electrode, a force that repels secondary electrons toward the sample works. The secondary electrons that cannot cross the potential barrier return to the sample, and only the secondary electrons that exceed the potential barrier are detected by the detector, and an image with a desired resolution can be obtained.
２−７−２）電位印加方法
図９２において、電位印加機構９２・１は、ウェーハから放出される二次電子情報（二次電子発生率）が、ウェーハの電位に依存すると言う事実に基づいて、ウェーハを載置するステージの設置台に±数Ｖの電位を印加することにより二次電子の発生を制御するものである。また、この電位印加機構は、照射電子が当初有しているエネルギーを減速し、ウェーハに１００〜５００ｅＶ程度の照射電子エネルギーとするための用途も果たす。
2-7-2) Potential Application Method In FIG. 92, the potential application mechanism 92.1 is based on the fact that the secondary electron information (secondary electron generation rate) emitted from the wafer depends on the potential of the wafer. The generation of secondary electrons is controlled by applying a potential of ± several V to the stage mounting table on which the wafer is placed. In addition, this potential application mechanism also serves to reduce the energy initially possessed by the irradiated electrons so that the irradiated electron energy is about 100 to 500 eV on the wafer.
電位印加機構９２・１は、図９２に示されるように、ステージ装置９２・２の載置面９２・３と電気的に接続された電圧印加装置９２・４と、チャージアップ調査及び電圧決定システム（以下調査及び決定システム）９２・５とを備えている。調査及び決定システム９２・５は、電子光学装置１３・８（図１３）の検出系の画像形成部９２・６に電気的に接続されたモニター９２・７と、モニター９２・７に接続されたオペレータ９２・８と、オペレータ９２・８４に接続されたＣＰＵ９２・９とを備えている。ＣＰＵ９２・９は、電圧印加装置９２・４に信号を供給するようになっている。
As shown in FIG. 92, the potential application mechanism 92.1 includes a voltage application device 92.4 electrically connected to the mounting surface 92.3 of the stage device 92.2, a charge-up investigation and voltage determination system. (Hereinafter referred to as survey and decision system) 92.5. The investigation and determination system 92.5 is connected to the monitor 92-7 electrically connected to the image forming unit 92-6 of the detection system of the electro-
上記電位印加機構は、検査対象であるウェーハが帯電し難い電位を探し、その電位を印加するように設計されている。
検査試料の電気的欠陥を検査する方法としては、本来電気的に絶縁されている部分とその部分が通電状態にある場合では、その部分の電圧が異なることを利用することもできる。
The potential application mechanism is designed to search for a potential at which a wafer to be inspected is difficult to be charged and apply the potential.
As a method for inspecting an electrical defect of an inspection sample, it is also possible to use the fact that the voltage of the part is different between the part that is originally electrically insulated and the part that is energized.
それは、まず、試料に事前に電荷を付与することで、本来電気的に絶縁されている部分の電圧と、本来電気的に絶縁されている部分であるが、何らかの原因で通電状態にある部分の電圧とに電圧差を生じさせ、その後本発明のビームを照射することで、電圧差があるデータを取得し、この取得データを解析して、通電状態となっていることを検出する。 First, by applying a charge to the sample in advance, the voltage of the part that is inherently electrically isolated and the part that is inherently electrically insulated, but the part that is energized for some reason By generating a voltage difference with the voltage and then irradiating the beam of the present invention, data having a voltage difference is acquired, and the acquired data is analyzed to detect that the current state is energized.
２−７−３）電子ビームキャリブレーション方法
図９３において、電子ビームキャリブレーション機構９３・１は、回転テーブル９３・２上でウェーハの載置面９３・３の側部の複数箇所に設置された、ビーム電流測定用のそれぞれ複数のファラデーカップ９３・４及び９３・５を備えている。ファラデーカップ９３・４は細いビーム用（約φ２μｍ）で、ファラデーカップ９３・５は太いビーム用（約φ３０μｍ）である。細いビーム用のファラデーカップ９３・４では回転テーブル９３・２をステップ送りすることで、ビームプロフィルを測定し。太いビーム用のファラデーカップ９３・５ではビームの総電流量を計測する。ファラデーカップ９３・４、９３・５は、上表面が載置面９３・３上に載せられたウェーハＷの上表面と同じレベルになるように配置されている。このようにして電子銃から放出される一次電子線を常時監視する。これは、電子銃が常時一定の電子線を放出できるわけでなく、使用しているうちにその放出量が変化するためである。
２−７−４）電極の清掃
本発明の電子ビーム装置が作動すると、近接相互作用（表面近くでの粒子の帯電）により標的物質が浮遊して高圧領域に引きつけられるので、電子ビームの形成や偏向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表面の帯電により徐々に堆積していく絶縁体は電子ビームの形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、堆積した絶縁体は周期的に除去しなければならない。絶縁体の周期的な除去は絶縁体の堆積する領域の近傍の電極を利用して真空中で水素や酸素あるいはフッ素及びそれらを含む化合物ＨＦ，Ｏ２，Ｈ２Ｏ，ＣＭＦＮ等のプラズマを作り出し、空間内のプラズマ電位を電極面にスパッタが生じる電位(数
ｋＶ、例えば２０Ｖ〜５ｋＶ)に維持することで、有機物質のみ酸化、水素化、フッ素化
により除去する。また、清浄効果のある期待を流すことにより、電極や絶縁物表面の汚染物質を除去することができる。
2-7-3) Electron Beam Calibration Method In FIG. 93, the electron beam calibration mechanism 93.1 is installed at a plurality of locations on the side of the wafer mounting surface 93/3 on the rotary table 93-2. And a plurality of Faraday cups 9/4 and 93.5 for measuring beam current. The Faraday cup 93.4 is for a thin beam (about φ2 μm), and the Faraday cup 93.5 is for a thick beam (about φ30 μm). In the Faraday cup 93.4 for thin beams, the beam profile is measured by step-feeding the rotary table 93.2. The Faraday cup 93.5 for a thick beam measures the total current amount of the beam. The Faraday cups 93, 4, 93, 5 are arranged so that the upper surface is at the same level as the upper surface of the wafer W placed on the
2-7-4) Cleaning of electrode When the electron beam apparatus of the present invention is operated, the target substance is floated and attracted to the high-pressure region by proximity interaction (charge of particles near the surface). Organic materials are deposited on the various electrodes used for deflection. Insulators that gradually accumulate due to surface charging adversely affect the formation and deflection mechanism of the electron beam, so the deposited insulators must be removed periodically. Periodic removal of the insulator is performed by using an electrode in the vicinity of the region where the insulator is deposited, such as hydrogen, oxygen, fluorine, and a compound containing them such as HF, O 2 , H 2 O, and C M F N in vacuum. By generating plasma and maintaining the plasma potential in the space at a potential (several kV, for example, 20 V to 5 kV) at which sputtering occurs on the electrode surface, only organic substances are removed by oxidation, hydrogenation, and fluorination. In addition, pollutants on the surface of the electrode and the insulator can be removed by passing expectations that have a cleaning effect.
２−７−５）アライメント制御方法
図９４のアライメント制御装置９４・１は、ステージ装置を用いてウェーハＷを電子光学装置９４・２に対して位置決めさせる装置であって、ウェーハを光学顕微鏡９４・３を用いた広視野観察による概略合わせ（電子光学系によるよりも倍率が低い測定）、電子光学装置９４・２の電子光学系を用いた高倍率合わせ、焦点調整、検査領域設定、パターンアライメント等の制御を行うようになっている。このように光学系を用いて低倍率でウェーハを検査するのは、ウェーハのパターンの検査を自動的に行うためには、電子線を用いた狭視野でウェーハのパターンを観察してウェーハライメントを行う時に、電子線によりアライメントマークを容易に検出する必要があるからである。
2-7-5) Alignment Control Method An
光学顕微鏡９４・３は、ハウジングに設けられ（ハウジング内で移動可能な設けられていてもよい）ており、光学顕微鏡を動作させるための光源も図示しないがハウジング内に設けられている。また高倍率の観察を行う電子光学系は電子光学装置９４・２の電子光学系（一次光学系及び二次光学系）を共用するものである。その構成を概略図示すれば、図９４に示されるようになる。ウェーハ上の被観察点を低倍率で観察するには、ステージ装置のＸステージをＸ方向に動かすことによってウェーハの被観察点を光学顕微鏡の視野内に移動させる。光学顕微鏡９４・３で広視野でウェーハを視認してそのウェーハ上の観察すべき位置をＣＣＤ９４・４を介してモニタ９４・５に表示させ、観察位置をおおよそ決定する。この場合光学顕微鏡の倍率を低倍率から高倍率に変化させていってもよい。
The
次に、ステージ装置を電子光学装置９４・２の光軸と光学顕微鏡９４・３の光軸との間隔δｘに相当する距離だけ移動させて光学顕微鏡で予め決めたウェーハ上の被観察点を電子光学装置の視野位置に移動させる。この場合、電子光学装置の軸線Ｏ３−Ｏ３と光学顕微鏡９４・３の光軸Ｏ４−Ｏ４との間の距離（この実施の形態ではＸ軸線に沿った方向にのみ両者は位置ずれしているものとするが、Ｙ軸方向及びＹ軸方向に位置ずれしていてもよい）δｘは予めわかっているのでその値δｘだけ移動させれば被観察点を視認位置に移動させることができる。電子光学装置の視認位置への被観察点の移動が完了した後、電子光学系により高倍率で被観察点をＳＥＭ撮像して画像を記憶したり又はＣＣＤ９４・６を介してモニタ９４・７に表示させる。
Next, the stage device is moved by a distance corresponding to the distance δx between the optical axis of the electro-
このようにして電子光学系による高倍率でウェーハの観察点をモニタに表した表示させた後、公知の方法によりステージ装置の回転テーブルの回転中心に関するウェーハの回転方向の位置ずれ、電子光学系の光軸Ｏ３−Ｏ３に対するウェーハの回転方向のずれδθを検出し、また電子光学装置に関する所定のパターンのＸ軸及びＹ軸方向の位置ずれを検出する。そしてその検出値並びに別途得られたウェーハに設けられた検査マークのデータ或いはウェーハのパターンの形状等に関するデータに基づいてステージ装置９４・８の動作を制御してウェーハのアライメントを行う。アラインメントの範囲はＸＹ座標において±１０画素以内である。好ましくは±５画素以内、より好ましくは±２画素以内である。
Thus, after displaying the observation point of the wafer on the monitor at a high magnification by the electron optical system, the positional deviation in the rotation direction of the wafer with respect to the rotation center of the rotary table of the stage apparatus is detected by a known method. A deviation δθ in the rotation direction of the wafer with respect to the optical axis O 3 -O 3 is detected, and a positional deviation in the X axis and Y axis directions of a predetermined pattern related to the electro-optical device is detected. Then, the wafer alignment is performed by controlling the operation of the
２−７−６）ＥＯ補正
Ａ．概要
ウェーハ上からのビームをＴＤＩで撮像するにあたり、ウェーハの位置は正確に位置決めされている必要があるが、実際にはウェーハはＸ−Ｙステージ上に有り、機械的な位置決めがなされる事から、その精度は数１００μから数１０ｎｍ、応答速度は数秒から数ｍｓが現実的な値である。
2-7-6) EO correction Outline In order to image a beam from a wafer with TDI, the position of the wafer needs to be accurately positioned. However, since the wafer is actually on the XY stage, it is mechanically positioned. The accuracy is several hundred μ to several tens of nm, and the response speed is several seconds to several ms.
一方、デザインルールは数１０ｎｍに向かって微細化されており、したがって、線幅が数１０ｎｍの配線や、直径数１０ｎｍのビアを検査し、それらの形状欠陥や電気的欠陥の検出及び直径数１０ｎｍのゴミの検出が必要となる。上記機械的な位置決めのみを頼りに撮像する事は応答時間と位置決め精度のオーダがデザインルール及び撮像精度のオーダとかけ離れており正確な像を取得する上で著しい障害となる。 On the other hand, the design rule is refined toward several tens of nanometers. Therefore, a wiring having a line width of several tens of nanometers and a via having a diameter of several tens of nanometers are inspected to detect shape defects and electrical defects and to have a diameter of several tens of nanometers. Trash detection is required. Taking an image relying only on the mechanical positioning is a significant obstacle to obtaining an accurate image because the order of response time and positioning accuracy is far from the order of the design rule and imaging accuracy.
撮像のシーケンスはステップ（ｘ軸）と定速度スキャン（ｙ軸）の組み合わせで実行され、比較的動的な制御を行う（ｙ軸）は、制御残差が一般的に大きく像のボケを防ぐ意味から、より高度な制御を要求される。 The imaging sequence is executed by a combination of steps (x-axis) and constant speed scan (y-axis), and relatively dynamic control (y-axis) generally has a large control residual to prevent image blurring. From the meaning, more advanced control is required.
これらの項目に鑑み、高精度かつ応答性の優れたＸ−Ｙステージを有する事は勿論であるが、更に、ステージでまかなえない、撮像部に対するビームの制御精度、速度を実現するため、ＥＯ補正の機能を備えている。 In view of these items, it is a matter of course that the XY stage has high accuracy and excellent responsiveness. In addition, in order to realize beam control accuracy and speed for the imaging unit that cannot be achieved by the stage, EO correction is performed. It has the function of.
基本的な方式は、ステージ上のウェーハの位置はレーザ゛干渉計システムとｘ−ｙの軸上に設置されたバーミラーにより、サブｎｍのオーダで数マイクロ秒の時間遅れ以内にその位置を正確に認識し、自動制御ループにより機械的アクチェータを駆動し、目標位置に時間的な遅れと残差を伴いながら位置付けられる。この制御によって位置決めされた結果の制御残差は制御装置内部で発生される目標位置とレーザ干渉計システムによって得られた現在位置との差分により求められる。一方、ビームは数々の電極を経た後に、補正用偏向電極を経由して撮像装置に導かれる。補正用偏向電極は、ウェーハ上の距離に換算しておおよそ数百μｍ以下、好ましくは百μｍ以下、より好ましくは数十μｍ以下の偏向が可能な感度を有し、これに電圧を印加する事で、二次元的に任意の位置にビームを偏向する事が可能である。制御残差は演算装置で演算を実行された後、Ｄ/Ａコンバータによって
電圧に変換され、残差を相殺する向きに補正用偏向電極印加される。以上の構成によりレーザ干渉計の分解能に近い補正を実行する事が可能となる。
The basic method is that the position of the wafer on the stage is accurately determined within a time delay of several microseconds in the order of sub-nm by using a laser interferometer system and a bar mirror installed on the xy axis. It recognizes and drives a mechanical actuator by an automatic control loop, and is positioned with a time delay and a residual in the target position. The control residual as a result of positioning by this control is obtained by the difference between the target position generated inside the control device and the current position obtained by the laser interferometer system. On the other hand, after passing through a number of electrodes, the beam is guided to the imaging device via the correction deflection electrode. The correction deflection electrode has a sensitivity capable of deflection of about several hundred μm or less, preferably one hundred μm or less, more preferably several tens of μm or less in terms of the distance on the wafer, and a voltage is applied thereto. Thus, it is possible to deflect the beam to an arbitrary position two-dimensionally. After the control residual is calculated by the arithmetic unit, the control residual is converted into a voltage by the D / A converter, and the correction deflection electrode is applied in a direction to cancel the residual. With the above configuration, correction close to the resolution of the laser interferometer can be performed.
他の方式としてＸ軸（ステップ方向）は上記手段を用い、Ｙ軸（スキャン方向）は撮像素子であるＴＤＩの転送クロックを、ステージの移動速度に同期させ転送する方式も考案した。 As another method, the above-described means is used for the X axis (step direction) and the transfer clock of the TDI which is the image sensor is transferred for the Y axis (scan direction) in synchronization with the moving speed of the stage.
図９５にＥＯ補正の概念を示す。目標位置への指示９５・１が出力され、機械アクチェータを含む制御フィードバックループ９５・２に付与される。この部分がステージに該当する。駆動され、位置変位が出た結果は位置検出器９５・３によりフィードバックがかかり、駆動系の位置変位は、位置指示からの目標位置に収斂してゆくが、制御系の利得が有限の為、残差が発生する。現在位置を位置出力系９５・４（ここではレーザ干渉計を用いる）によりサブｎｍのオーダで検出し、位置指示装置９５・１との差分を残差検出器９５・５により検出し、高圧高速増幅器９５・６を使用して偏向電極９５・７に印加し、残差を相殺する向きに電圧を印加し、本来この機能なき場合には９５・８の如く発生する変動分を９５・９の様に減ずる機能を有する。 FIG. 95 shows the concept of EO correction. An instruction 95.1 to the target position is output and applied to a control feedback loop 95.2 including a machine actuator. This part corresponds to the stage. The result of driving and position displacement is fed back by the position detector 95.3, and the position displacement of the drive system converges to the target position from the position indication, but because the gain of the control system is finite, A residual occurs. The current position is detected in the sub-nm order by a position output system 95.4 (in this case using a laser interferometer), the difference from the position pointing device 95/1 is detected by a residual detector 95/5, and high pressure and high speed The amplifier 95.6 is applied to the deflecting electrode 95.7, and a voltage is applied in a direction that cancels the residual. In the absence of this function, the fluctuation generated as 95.8 is 95.9. It has the function to reduce like.
図９６に具体的な機器構成を提示する。ＸＹステージ９６・１はＸ軸駆動用のサーボモータ９６・２ならびにエンコーダ９６・３によりＸ軸の駆動と大まかな位置、及び速度の検出を行い円滑なサーボ特性を実現する。本例では、サーボモータを用いているが、リニアモータ、超音波モータ等のアクチェータにおいても同様な構成が可能である。９６・６・はこのモータを駆動する電力増幅器である。Ｘ軸の精密な位置情報はミラー９６・７、干渉計９６・８、レシーバ９６・９、レーザ光源９６・１０、干渉計ボード９６・１１の組み合わせによりサブｎｍの分解能を有する位置検出機能を実現している。
FIG. 96 presents a specific device configuration. The XY stage 96.1 realizes smooth servo characteristics by driving the X-axis and detecting the rough position and speed by the servo motor 96.2 for driving the X-axis and the encoder 96.3. In this example, a servo motor is used, but a similar configuration is possible in an actuator such as a linear motor or an ultrasonic motor. 96.6. Is a power amplifier for driving the motor. Precise position information on the X-axis realizes a position detection function with sub-nm resolution by combining
Ｙ軸も直交するＸ軸と同様の機能であり、サーボモータ９６・１２、増幅器９６・１３
、ミラー９６・１４、干渉形９・５、レシーバ９６・１６より構成されている。
Ｘ−Ｙステージコントローラ９６・１７はこれらの機器を統括して制御する事により、ステージの二次元的な動作を可能とし、１０００μｍ〜１ｎｍの精度、好ましくは１００μｍ〜２ｎｍの精度、より好ましくは１μｍ〜２ｎｍの精度、更に好ましくは０．１μｍ〜２ｎｍの精度を達成しており、応答速度は数１０００ｍｓ以下、好ましくは数１０ｍｓ以下、より好ましくは数ｍｓ以下の性能を実現する。一方、Ｘ−Ｙステージコントローラ９６・１７からはＸ基準値、Ｙ基準値がＥＯ補正器９６・１８に出力され、干渉形９６・１１からの３２ビットバイナリー形式で出力される位置情報を高速のバッファボード９６・１９を経由して現在位置をＥＯ補正器９６・１８は受け取る。内部で演算を行った後、高圧高速増幅器９６・２０、９６・２１により電圧増幅した後、偏向電極９６・２２に印加し、残差分を補正すべく偏向を行い、位置ズレを極少にした画像情報電子ビームをＴＤＩ（撮像素子）９６・２３へ導く。９６・２４は後述するが、ＴＤＩ９６・２３の転送速度を決定するタイミング信号を発生する部分である。
The Y-axis has the same function as the orthogonal X-axis.
, Mirrors 96 and 14,
The
次に本装置におけるスキャン方向の目標位置の発生機能について述べる。ＥＯ補正は目標位置と実際の位置の差分を求め、差分を相殺するように電子ビームを偏向して位置の補正を行う機能であるが、補正範囲はおおよそ数十μｍの範囲に限定される。これは電極感度、高圧高速増幅器のダイナミックレンジ、ノイズレベル、Ｄ/Ａコンバータのビット数
等により決定されている。ところが、スキャン時のステージの実際の位置は、制御ループのゲインが有限であることに起因して停止時と比較し、目標位置に対し、大幅なズレを生じる。２０ｍｍ/ｓで走行した場合、目標位置との乖離は約４００μｍ程度となり、その
まま差分を演算して出力しても補正範囲を大幅に超越して系が飽和してしまう。
Next, the function for generating the target position in the scanning direction in this apparatus will be described. The EO correction is a function for obtaining a difference between the target position and the actual position and correcting the position by deflecting the electron beam so as to cancel the difference, but the correction range is limited to a range of approximately several tens of μm. This is determined by the electrode sensitivity, the dynamic range of the high-voltage high-speed amplifier, the noise level, the number of bits of the D / A converter, and the like. However, the actual position of the stage at the time of scanning causes a significant deviation from the target position as compared with that at the time of stopping due to the finite gain of the control loop. When traveling at 20 mm / s, the deviation from the target position is about 400 μm, and even if the difference is calculated and output as it is, the correction range is greatly exceeded and the system is saturated.
この現象を防ぐ為に本装置では次のような手段を用い、この問題を回避している。図９７にこの概念を図示する。
９７・１はステージの目標位置でありスキャン時は等速運動である為、時間とともに直線的に増加する。一方、実際の制御された結果のステージの機械的位置９７・２は数ミクロンの機械的振動を含み約４００μｍ程度の定常偏差９７・３を有する。この定常偏差を除去する手段としては、フィルタを用いて、実走行時の位置情報を平滑化する事が考えられるが、この場合、フィルタの時定数により必ず、遅れが生じ、リプルを無視出来る程の時定数を持たせると、測定開始エリアが大幅に限定され、全体の計測時間の大幅な増加につながる欠点を有していた。そこで本案では、この定常偏差を検出するために、少なくとも前回にスキャンした時点での現在位置と目標位置との差分を本実施の形態においては少なくとも２の１６乗程度積算し、これをサンプル回数で除する事で、目標位置と現在位置との定常偏差の平均値９７・４を求め、今回のスキャン時には目標位置９７・５から平均値９７・４を引いて合成された目標位置９７・６として演算を行い、図９８の９８・１に図示するような、ダイナミックレンジ範囲内でＥＯ補正が可能な構成を実現した。なお、積算数は、目標精度が得られればよいので、この値に限られるものではなく、より少ない積算段数でもよい。
In order to prevent this phenomenon, this apparatus uses the following means to avoid this problem. FIG. 97 illustrates this concept.
97.1 is the target position of the stage, and since it is a constant speed movement during scanning, it increases linearly with time. On the other hand, the mechanical position 97.2 of the actual controlled result stage includes a mechanical vibration of several microns and has a steady deviation 97.3 of about 400 μm. As a means for removing this steady-state deviation, it is conceivable to smooth the position information during actual driving using a filter. In this case, a delay always occurs due to the time constant of the filter, and ripples can be ignored. If the time constant is given, the measurement start area is greatly limited, leading to a significant increase in the overall measurement time. Therefore, in this plan, in order to detect this steady-state deviation, at least the difference between the current position and the target position at the time of the previous scan is accumulated at least about 2 16 in this embodiment, and this is calculated as the number of samples. The average value 97.4 of the steady deviation between the target position and the current position is obtained by subtracting, and the target position 97.6 is obtained by subtracting the average value 97.4 from the target position 97.5 at the time of this scan. An arithmetic operation was performed, and a configuration capable of performing EO correction within the dynamic range as shown in 98/1 of FIG. 98 was realized. Note that the number of integrations is not limited to this value as long as the target accuracy can be obtained, and a smaller number of integration levels may be used.
図９９にブロック図を図示する。目標値９９・１は現在位置９９・２と引き算され、９９・３のブロック内で前期の積算演算をスキャン時に実行する。一方、９９・３には前回同様にして求めた定常偏差の平均値が９９・４より出力されている。引き算器９９・５により９９・１から９９・４を引き合成目標位置９９・６とし、この値と干渉計からの現在位置９９・７とを引き算して、応答の遅れやリプルのないＥＯ補正データを実現している。 FIG. 99 shows a block diagram. The target value 99.1 is subtracted from the current position 99.2, and the previous integration operation is executed during scanning in the block 99.3. On the other hand, the average value of the steady deviation obtained in the same manner as the previous time is output from 99.4. The subtracter 99/5 subtracts 99.1 to 99.4 to obtain the combined target position 99.6, and subtracts this value from the current position 99.7 from the interferometer to correct the EO without delay in response or ripple. Data is realized.
図１００に図９９における９９・３のブロック差分平均検出の構造について図示する。１００・１、１００・２にて積算を実行し、累積カウンタ１００・３の値によりデータセレクタ１００・４のワードを選択し割り算相等を実行し、定常偏差の平均値を出力する事
を実現している。
FIG. 100 shows the structure of 99.3 block difference average detection in FIG. Accumulation is performed at 100 · 1, 100 · 2, the word of the
図１０１にＴＤＩの転送クロックのアイデアについて記述する。ＴＤＩは光電素子をスキャン方向に多段に接続し、各撮像素子の電荷を後続する素子に伝送する事で感度の向上とランダムノイズの低減を目的とした撮像素子であるが、図１０１に示す如く、ステージ上の撮像対象と、ＴＤＩ上の画素が一対一に対応している事が重要でこの関係が崩れると、像のボケを生じる。同期関係にある場合を１−１、１−２、２−１、２−２に示し、同期がずれた場合を３−１、３−２、４−１、４−２に示す。ＴＤＩの転送は外部からのパルスに同期して次段への転送が実行されるため、ステージの移動が1画素分移動したとこ
ろで、転送パルスを発生させればこれが実現できる。
FIG. 101 describes an idea of a TDI transfer clock. The TDI is an image sensor that aims to improve sensitivity and reduce random noise by connecting photoelectric elements in multiple stages in the scanning direction and transmitting the charge of each image sensor to subsequent elements. As shown in FIG. It is important that the imaging target on the stage and the pixels on the TDI have a one-to-one correspondence. If this relationship breaks, image blurring occurs. The cases of being in a synchronous relationship are shown in 1-1, 1-2, 2-1, 2-2, and the cases of being out of sync are shown in 3-1, 3-2, 4-1, 4-2. Since the transfer of TDI is performed to the next stage in synchronization with an external pulse, this can be realized by generating a transfer pulse when the stage moves by one pixel.
しかしながら、現在主流のレーザ干渉計の位置情報出力は３２ビットのバイナリー出力を１０ＭＨｚの自己の内部クロックに同期して出力する形式である為、そのままでは容易に実現できない。また、分解能を数十ｎｍとすると、転送パルスの精度も重要となり、高速高精度なデジタル処理を必要とする。本件で考案した方式を図１０２に図示する。同図において、干渉計の位置情報及び１０ＭＨｚの同期信号はバッファ１０２・１より本回路に導入される。１０ＭＨｚクロック１０２・２はＰＬＬ１０２・３により同期した１００ＭＨｚのクロックを発生し、各回路に供給する。この同期信号１０２・４の１０ステート毎に演算処理を実行する方式をとっている。１０２・５に今回の位置情報が保持され、１０２・６に前回の値が保持されている。この両者の差分を１０２・７で演算し、10ステート毎の位置の差分を１０２・８から出力する。この差分値をパラレルシリアルコンバータ１０２・９にパラレル値としてロードし、１００ＭＨｚのクロックに同期して差分を１０２・１０よりシリアルパルスの個数として出力する。１０２・１１も同様の機能であるが、１０２・１２、１０２・１３、と組み合わせて、１０ステート毎に休みなく、動作が可能な様構成してある。結果として１０ＭＨｚ毎に位置差分に応じたシリアルパルスが和回路１０２・１０よりカウンタ１０２・１４に出力される。レーザ干渉計の分解能を０．６ｎｍ、1画素を４８ｎｍ
とすると比較器１０２・１５を８０にセットしておけば、カウンタが1画素相等になった
タイミングで１９のパルスが出力される。この信号をＴＤＩの外部からの転送パルスとする事で、ステージ速度の変動があった場合でもそれに同期した動作を可能とし、ボケ、ブレの防止を実現できた。
However, since the position information output of the current mainstream laser interferometer is a format that outputs a 32-bit binary output in synchronization with its own internal clock of 10 MHz, it cannot be easily realized as it is. If the resolution is several tens of nm, the accuracy of the transfer pulse is important, and high-speed and high-precision digital processing is required. The method devised in this case is shown in FIG. In the figure, the position information of the interferometer and the synchronization signal of 10 MHz are introduced into this circuit from the buffer 102. The 10 MHz clock 102-2 generates a 100 MHz clock synchronized with the PLL 102.3 and supplies it to each circuit. A method is employed in which arithmetic processing is executed for every 10 states of the synchronization signals 102 and 4. The current position information is held in 102.5, and the previous value is held in 102.6. The difference between the two is calculated by 102.7, and the position difference for every 10 states is output from 102.8. This difference value is loaded as a parallel value into the parallel serial converters 102 and 9 and the difference is output as the number of serial pulses from 102 and 10 in synchronization with the clock of 100 MHz. The
Then, if the
図１０３にタイミングチャートを図示する。１は干渉計座標（位置）情報で数字は位置を例として示す。２はＰＬＬにより作成された１００ＭＨＺの同期信号である。バンクＡはパラレルシリアルコンバータ１０２・９の動作タイミングで、バンクＢは同じく１０２・１１のそれである。位置情報を記憶するラッチタイミング７の後、差分演算タイミング８を実行しパラレルシリアルコンバータ１０２・９に値をロードし次の１０Ｍクロック３の１サイクルの時間を利用して４の出力を実行する。バンクＢは１０Ｍクロック３の１サイクル遅れたタイミングで同様の動作を実行し無理なく６のパルス発生を実現している。
FIG. 103 shows a timing chart.
２−７−７）画像比較方法
図１０４は、本発明の変形例による欠陥検査装置の概略構成を示す。この欠陥検査装置は、上述した写像投影型の検査装置で、一次電子線を放出する電子銃１０４・１、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レンズ１０４・２、成形された一次電子線を電場Ｅ及び磁場Ｂの直交する場で半導体ウェーハＷに略垂直に当たるように偏向させるＥ×Ｂ偏向器１０４・３、偏向された一次電子線をウェーハＷ上に結像させる対物レンズ１０４・４、真空に排気可能な図示しない試料室内に設けられ、ウェーハＷを載置した状態で水平面内を移動可能なステージ１０４・５、一次電子線の照射によりウェーハＷから放出された二次電子線及び／又は反射電子線を所定の倍率で写像投影して結像させる写像投影系
の静電レンズ１０４・６、結像された像をウェーハの二次電子画像として検出する検出器１０４・７、及び、装置全体を制御すると共に、検出器１０４・７により検出された二次電子画像に基づいてウェーハＷの欠陥を検出する処理を実行する制御部１０４・８を含んで構成される。なお、上記二次電子画像には、二次電子だけでなく散乱電子や反射電子による寄与も含まれているが、ここでは二次電子画像と称することにする。
2-7-7) Image Comparison Method FIG. 104 shows a schematic configuration of a defect inspection apparatus according to a modification of the present invention. This defect inspection apparatus is the above-described projection type inspection apparatus. The electron gun 104. 1 that emits a primary electron beam, the electrostatic lens 104. 2 that deflects and shapes the emitted primary electron beam, and the molded primary An E × B deflector 104 3 that deflects an electron beam so that it strikes the semiconductor wafer W substantially perpendicularly in a field perpendicular to an electric field E and a magnetic field B, and an objective lens 104 that forms an image of the deflected primary electron beam on the
また、対物レンズ１０４・４とウェーハＷとの間には、一次電子線のウェーハＷへの入射角度を電場等によって偏向させる偏向電極１０４・９が介在されている。この偏向電極１０４・９には、該偏向電極の電場を制御する偏向制御器１０４・１０が接続されている。この偏向制御器１０４・１０は、制御部１０４・８に接続され、制御部１０４・８からの指令に応じた電場が偏向電極１０４・９で生成されるように該偏向電極を制御する。なお、偏向制御器１０４・１０は、偏向電極１０４・９に与える電圧を制御する電圧制御装置として構成することができる。
Further, between the
検出器１０４・７は、静電レンズ１０４・６によって結像された二次電子画像を後処理可能な信号に変換することができる限り、任意の構成とすることができる。例えば、図６２にその詳細を示すように、検出器１０４・７は、マイクロチャンネルプレート６２・１と、蛍光面６２・２と、リレー光学系６２・３と、多数のＣＣＤ素子からなる撮像センサ６２・４とを含んで構成することができる。マイクロチャンネルプレート６２・１は、プレート内に多数のチャンネルを備えており、静電レンズ１０４・６によって結像された二次電子が該チャンネル内を通過する間に、更に多数の電子を生成させる。即ち、二次電子を増幅させる。蛍光面６２・２は、増幅された二次電子によって蛍光を発することにより二次電子を光に変換する。リレーレンズ６２・３がこの蛍光をＣＣＤ撮像センサ６２・４に導き、ＣＣＤ撮像センサ６２・４は、ウェーハＷ表面上の二次電子の強度分布を素子毎の電気信号即ちデジタル画像データに変換して制御部１０４・８に出力する。ここで、マイクロチャンネルプレート６２・１を省略してもよく、この場合、マイクロチャンネルプレート６２・１から蛍光面の間での拡がりによるぼけを低減することができる。例えば、ＭＴＦで０．２の像を０．３〜０．６にアップできる。
The
制御部１０４・８は、図１０４に例示されたように、汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体１０４・１１と、本体１０４・１１の処理結果を表示するＣＲＴ１０４・１２と、オペレータが命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部１０４・１３と、を備える、勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御部１０４・８を構成してもよい。
As illustrated in FIG. 104, the
制御部本体１０４・１１は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成される。ＲＡＭ若しくはハードディスクなどのメモリ上には、検出器１０４・７から受信した電気信号即ちウェーハＷの二次電子画像のデジタル画像データを記憶するための二次電子画像記憶領域１０４・１４が割り当てられている。また、ハードディスク上には、予め欠陥の存在しないウェーハの基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部１０４・１５が存在する。更に、ハードディスク上には、欠陥検査装置全体を制御する制御プログラムの他、記憶領域１０４・１４から二次電子画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従ってウェーハＷの欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム１０４・１６が格納されている。この欠陥検出プログラム１０４・１６は、詳細を更に後述するように、基準画像記憶部１０４・１５から読み出した基準画像と、実際に検出された二次電子線画像とをマッチングして、欠陥部分を自動的に検出し、欠陥有りと判定した場合、オペレータに警告表示する機能を有する。このとき、ＣＲＴ１０４・１２の表示部に二次電子画像１０４・１７を表示するようにしてもよい。
The control unit
次に、該実施の形態による欠陥検査装置の作用を図１０５乃至図１０７のフローチャートを例にして説明する。先ず、図１０５のメインルーチンの流れに示すように、検査対象となるウェーハＷをステージ１０４・５の上にセットする（ステップ１０５・１）。これは、前述したようにローダーに多数格納されたウェーハ全てを一枚毎に自動的にステージ１０４・５にセットする形態であってもよい。
Next, the operation of the defect inspection apparatus according to the embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. First, as shown in the flow of the main routine in FIG. 105, the wafer W to be inspected is set on the stage 104/5 (step 105.1). As described above, this may be a mode in which all the wafers stored in the loader are automatically set on the
次に、ウェーハＷ表面のＸＹ平面上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得する（ステップ１０５・２）。これら画像取得すべき複数の被検査領域とは、図１０８に示すように、例えばウェーハ検査表面１０８・１上に、参照番号１０８・２ａ、１０８・２ｂ、．．．、１０８・２ｋ、．．．で示す矩形領域のことであり、これらは、ウェーハの検査パターン１０８・３の回りで、部分的に重なり合いながら位置がずらされていることがわかる。例えば、図１０９に示されたように、１６個の被検査領域の画像１０９・１（被検査画像）が取得される。ここで、図１０９に示す画像は、矩形の桝目が１画素（或いは、画素より大きいブロック単位でもよい）に相当し、このうち黒塗りの桝目がウェーハＷ上のパターンの画像部分に相当する。このステップ１０５・２の詳細は図１０６のフローチャートで後述する。 Next, images of a plurality of areas to be inspected that are displaced from each other while partially overlapping each other on the XY plane of the surface of the wafer W are acquired (step 105.2). As shown in FIG. 108, the plurality of regions to be inspected for image acquisition include, for example, reference numbers 108.2a, 108.2b,. . . , 108.2k,. . . It can be seen that the positions are shifted while partially overlapping around the wafer inspection pattern 108. 3. For example, as shown in FIG. 109, 16 images 109.1 (inspected images) of the inspected region are acquired. Here, in the image shown in FIG. 109, a rectangular cell corresponds to one pixel (or a block unit larger than the pixel), and a black cell corresponds to an image portion of a pattern on the wafer W. Details of steps 105.2 will be described later with reference to the flowchart of FIG.
次に、ステップ１０５・２で取得した複数の被検査領域の画像データを記憶部１０４・１５に記憶された基準画像データと、各々比較照合し（図１０５のステップ１０５・３）、上記複数の被検査領域により網羅されるウェーハ検査面に欠陥が有るか否かが判定される。この工程では、いわゆる画像データ同士のマッチング処理を実行するが、その詳細については図１０７のフローチャートで後述する。
Next, the image data of the plurality of regions to be inspected acquired in step 105.2 are compared with the reference image data stored in the storage units 104 and 15 (
ステップ１０５・３の比較結果より、上記複数の被検査領域により網羅されるウェーハ検査面に欠陥が有ると判定された場合（ステップ１０５・４肯定判定）、オペレータに欠陥の存在を警告する（ステップ１０５・５）。警告の方法として、例えば、ＣＲＴ１０４・１２の表示部に欠陥の存在を知らせるメッセージを表示したり、これと同時に欠陥の存在するパターンの拡大画像１０４・１７を表示してもよい。このような欠陥ウェーハを直ちに試料室から取り出し、欠陥の無いウェーハとは別の保管場所に格納してもよい（ステップ１０５・６）。
If it is determined from the comparison result in
ステップ１０５・５の比較処理の結果、ウェーハＷに欠陥が無いと判定された場合（ステップ１０５・４否定判定）、現在検査対象となっているウェーハＷについて、検査すべき領域が未だ残っているか否かが判定される（ステップ１０５・７）。検査すべき領域が残っている場合（ステップ１０５・７肯定判定）、ステージ１０４・５を駆動し、これから検査すべき他の領域が一次電子線の照射領域内に入るようにウェーハＷを移動させる（ステップ１０５・８）。その後、ステップ１０５・２に戻って当該他の検査領域に関して同様の処理を繰り返す。
If it is determined as a result of the comparison processing in
検査すべき領域が残っていない場合（ステップ１０５・７否定判定）、或いは、欠陥ウェーハの抜き取り工程（ステップ１０５・６）の後、現在検査対象となっているウェーハＷが、最終のウェーハであるか否か、即ち図示しないローダーに未検査のウェーハが残っていないか否かが判定される（ステップ１０５・９）。最終のウェーハでない場合（ステップ１０５・９否定判定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保管し、その代わりに新しい未検査のウェーハをステージ１０４・５にセットする（ステップ１０５・１０）。その後、ステップ１０５・２に戻って当該ウェーハに関して同様の処理を繰り返す。最終のウェーハであった場合（ステップ１０５・９肯定判定）、検査済みウェーハを所定の格納箇所に保管し、全工程を終了する。ウェーハはカセット毎あるいは各ウェーハに識別番号が決められており、検査しているウェーハは認識され、監視されており、例えばウェー
ハの重複検査などが防止される。
When there is no area to be inspected (No at Step 105.7), or after the defective wafer extraction process (Step 105, 6), the wafer W currently being inspected is the final wafer. It is determined whether there is no uninspected wafer in a loader (not shown) (
次に、ステップ１０５・２の処理の流れを図１０６のフローチャートに従って説明する。同図において、先ず、画像番号ｉを初期値１にセットする（ステップ１０６・１）。この画像番号は、複数の被検査領域画像の各々に順次付与された識別番号である。次に、セットされた画像番号ｉの被検査領域について画像位置（Ｘi，Ｙi）を決定する（ステップ１０６・２）。この画像位置は、被検査領域を画定させるための該領域内の特定位置、例えば該領域内の中心位置として定義される。現時点では、ｉ＝１であるから画像位置（Ｘ1，Ｙ1）となり、これは例えば図１０８に示された被検査領域１０８・２ａの中心位置に該当する。全ての被検査画像領域の画像位置は予め定められており、例えば制御部１０４・８のハードディスク上に記憶され、ステップ１０６・２で読み出される。
Next, the processing flow of steps 105.2 will be described with reference to the flowchart of FIG. In the figure, first, an image number i is set to an initial value 1 (step 106.1). This image number is an identification number sequentially assigned to each of the plurality of inspection area images. Next, the image position (X i , Y i ) is determined for the set inspection area of image number i (step 106.2). This image position is defined as a specific position in the area for defining the inspection area, for example, a center position in the area. At this time, since i = 1, the image position (X 1 , Y 1 ) is obtained, which corresponds to the center position of the inspected area 108 2a shown in FIG. The image positions of all the image areas to be inspected are determined in advance, and are stored, for example, on the hard disk of the
次に、図１０４の偏向電極１０４・９を通過する一次電子線がステップ１０６・２で決定された画像位置（Ｘi，Ｙi）の被検査画像領域に照射されるように、偏向制御器１０４・１０が偏向電極１０４・９に電位を加える（図１０６のステップ１０６・３）。
Next, the deflection controller is arranged so that the primary electron beam passing through the deflection electrodes 104 and 9 in FIG. 104 is irradiated to the inspected image region at the image position (X i , Y i ) determined in
次に、電子銃１０４・１から一次電子線を放出し、静電レンズ１０４・２、Ｅ×Ｂ偏向器１０４・３、対物レンズ１０４・４及び偏向電極１０４・９を通して、セットされたウェーハＷ表面上に照射する（ステップ１０６・４）。このとき、一次電子線は、偏向電極１０４・９の作り出す電場によって偏向され、ウェーハ検査表面１０８・１上の画像位置（Ｘi，Ｙi）の被検査画像領域全体に亘って照射される。画像番号ｉ＝１の場合、被検査領域は１０８・２ａとなる。 Next, the primary electron beam is emitted from the electron gun 104. 1, and the set wafer W is passed through the electrostatic lens 104 • 2, the E × B deflector 104 • 3, the objective lens 104 • 4 and the deflection electrode 104 • 9. Irradiate the surface (step 106.4). At this time, the primary electron beam is deflected by the electric field generated by the deflection electrodes 104 and 9 and is irradiated over the entire image area to be inspected at the image position (X i , Y i ) on the wafer inspection surface 108. When the image number i = 1, the inspected area is 108 · 2a.
一次電子線が照射された被検査領域からは二次電子及び／又は反射電子（以下、「二次電子」のみ称する）が放出される。そこで、発生した二次電子線を拡大投影系の静電レンズ１０４・６により所定の倍率で検出器１０４・７に結像させる。検出器１０４・７は、結像された二次電子線を検出し、検出素子毎の電気信号即ちデジタル画像データに変換出力する（ステップ１０６・５）。そして、検出した画像番号ｉのデジタル画像データを二次電子画像記憶領域１０４・１４に転送する（ステップ１０６・６）。
Secondary electrons and / or reflected electrons (hereinafter referred to as “secondary electrons”) are emitted from the region to be inspected irradiated with the primary electron beam. Therefore, the generated secondary electron beam is imaged on the
次に、画像番号ｉを１だけインクリメントし（ステップ１０６・７）、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉMAXを越えているか否かを判定する（ステップ１０６
・８）。このｉMAXは、取得すべき被検査画像の数であり、図１０９の上述した例では、
「１６」である。
Next, the image number i is incremented by 1 (
・ 8). This i MAX is the number of inspected images to be acquired. In the above-described example of FIG.
“16”.
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えていない場合（ステップ１０６・８否定判定）、再び
ステップ１０６・２に戻り、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）について画像位置（Ｘi+1，Ｙi+1）を再び決定する。この画像位置は、前のルーチンで決定した画像位置（Ｘi，Ｙi）からＸ方向及び／又はＹ方向に所定距離（ΔＸi，ΔＹi）だけ移動させた位置である。図１０８の例では、被検査領域は、（Ｘ1，Ｙ1）からＹ方向にのみ移動した位置（Ｘ2，Ｙ2）となり、破線で示した矩形領域１０８・２ｂとなる。なお、（ΔＸi，ΔＹi）（ｉ＝１，２，．．．ｉMAX）の値は、ウェーハ検査面１０８・１のパターン１０８・３が検出器１０４・７の視野から実際に経験的にどれだけずれるかというデータと、被検査領域の数及び面積から適宜定めておくことができる。
If the image number i does not exceed the fixed value i MAX (No at Step 106.8), the process returns to Step 106.2 again, and the image position (X i + 1 , Y i + 1 ) for the incremented image number (i + 1). ) Again. This image position is a position moved from the image position (X i , Y i ) determined in the previous routine by a predetermined distance (ΔX i , ΔY i ) in the X direction and / or Y direction. In the example of FIG. 108, the inspected area is a position (X 2 , Y 2 ) moved only in the Y direction from (X 1 , Y 1 ), and becomes a rectangular area 108. Note that the values of (ΔX i , ΔY i ) (i = 1, 2,... I MAX ) are actually empirical from the field of view of the
そして、ステップ１０６・２乃至１０６・７の処理をｉMAX個の被検査領域について順
次繰り返し実行する。これらの被検査領域は、図１０８に示すように、ｋ回移動した画像位置（Ｘk，Ｙk）では被検査画像領域１０８・２ｋとなるように、ウェーハの検査面１０８・１上で、部分的に重なり合いながら位置がずらされていく。このようにして、図１０９に例示した１６個の被検査画像データが画像記憶領域１０４・１４に取得される。取得
した複数の被検査領域の画像１０９・１（被検査画像）は、図１０９に例示されたように、ウェーハ検査面１０８・１上のパターン１０８・３の画像１０９・２を部分的若しくは完全に取り込んでいることがわかる。
Then, the processing of steps 106 - 2 to 106 - 7 sequentially repeatedly executed for i MAX number of regions to be inspected. As shown in FIG. 108, these inspection regions are inspected image regions 108 and 2k at the image position (X k , Y k ) moved k times on the
インクリメントした画像番号ｉがｉMAXを越えた場合（ステップ１０６・８肯定判定）
、このサブルーチンをリターンしてメインルーチンの比較工程に移行する。
なお、ステップ１０６・６でメモリ転送された画像データは、検出器１０４・７により検出された各画素毎の二次電子の強度値（いわゆるベタデータ）からなるが、後段の比較工程（ステップ１０５・３）で基準画像とマッチング演算を行うため、様々な演算処理を施した状態で記憶領域１０４・１４に格納しておくことができる。このような演算処理には、例えば、画像データのサイズ及び／又は濃度を基準画像データのサイズ及び／又は濃度に一致させるための正規化処理や、所定画素数以下の孤立した画素群をノイズとして除去する処理などがある。更には、単純なベタデータではなく、高精細パターンの検出精度を低下させない範囲で検出パターンの特徴を抽出した特徴マトリクスにデータ圧縮変換しておいてもよい。このような特徴マトリクスとして、例えば、Ｍ×Ｎ画素からなる２次元の被検査領域を、ｍ×ｎ（ｍ＜Ｍ，ｎ＜Ｎ）ブロックに分割し、各ブロックに含まれる画素の二次電子強度値の総和（若しくはこの総和値を被検査領域全体の総画素数で割った正規化値）を、各マトリックス成分としてなる、ｍ×ｎ特徴マトリックスなどがある。この場合、基準画像データもこれと同じ表現で記憶しておく。本発明の実施の形態でいう画像データとは、単なるべタデータは勿論のこと、このように任意のアルゴリズムで特徴抽出された画像データを包含する。
When the incremented image number i exceeds i MAX (step 106.8, affirmative determination)
Then, the subroutine is returned to the main routine comparison process.
The image data transferred to the memory in
次に、ステップ１０５・３の処理の流れを図１０７のフローチャートに従って説明する。先ず、制御部１０４・８のＣＰＵは、基準画像記憶部１０４・１５（図１０４）から基準画像データをＲＡＭ等のワーキングメモリ上に読み出す（ステップ１０７・１）。この基準画像は、図１０９では参照番号１０９・３で表される。そして、画像番号ｉを１にリセットし（ステップ１０７・２）、記憶領域１０４・１４から画像番号ｉの被検査画像データをワーキングメモリ上に読み出す（ステップ１０７・３）。
Next, the flow of processing in steps 105.3 will be described with reference to the flowchart in FIG. First, the CPUs of the
次に、読み出した基準画像データと、画像ｉのデータとをマッチングして、両者間の距離値Ｄiを算出する（ステップ１０７・４）。この距離値Ｄiは、基準画像と、被検査画像ｉとの間の類似度を表し、距離値が大きいほど基準画像と被検査画像との差異が大きいことを表している。この距離値Ｄiとして類似度を表す量であれば任意のものを採用するこ
とができる。例えば、画像データがＭ×Ｎ画素からなる場合、各画素の二次電子強度（又は特徴量）をＭ×Ｎ次元空間の各位置ベクトル成分とみなし、このＭ×Ｎ次元空間上における基準画像ベクトル及び画像ｉベクトル間のユークリッド距離又は相関係数を演算してもよい。勿論、ユークリッド距離以外の距離、例えばいわゆる市街地距離等を演算することもできる。更には、画素数が大きい場合、演算量が膨大になるので、上記したようにｍ×ｎ特徴ベクトルで表した画像データ同士の距離値を演算してもよい。
Next, the read reference image data and the image i data are matched to calculate a distance value D i between them (steps 107 and 4). This distance value D i represents the degree of similarity between the reference image and the inspected image i, and the greater the distance value, the greater the difference between the reference image and the inspected image. Any value can be used as long as the distance value D i represents the similarity. For example, when the image data is composed of M × N pixels, the secondary electron intensity (or feature amount) of each pixel is regarded as each position vector component in the M × N dimensional space, and the reference image vector in the M × N dimensional space. And the Euclidean distance or correlation coefficient between the image i vectors. Of course, a distance other than the Euclidean distance, such as a so-called city area distance, can also be calculated. Furthermore, since the amount of calculation becomes enormous when the number of pixels is large, the distance value between the image data represented by the m × n feature vector may be calculated as described above.
次に、算出した距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈより小さいか否かを判定する（ステップ１
０７・５）。この閾値Ｔｈは、基準画像と被検査画像との間の十分な一致を判定する際の基準として実験的に求められる。距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈより小さい場合（ステップ
１０７・５肯定判定）、当該ウェーハＷの当該検査面１０３４には「欠陥無し」と判定し（ステップ１０７・６）、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像のうち１つでも基準画像と略一致したものがあれば、「欠陥無し」と判定する。このように全ての被検査画像とのマッチングを行う必要が無いので、高速判定が可能となる。図１０９の例の場合、３行３列目の被検査画像が、基準画像に対して位置ずれが無く略一致していることがわかる。
Next, it is determined whether or not the calculated distance value D i is smaller than a predetermined threshold Th (Step 1).
07/5). This threshold value Th is experimentally obtained as a reference for determining a sufficient match between the reference image and the image to be inspected. If the distance value D i is smaller than the predetermined threshold Th (Yes in Step 107.5), it is determined that the inspection surface 1034 of the wafer W is “no defect” (Step 107 · 6), and this subroutine is returned. . That is, if at least one of the images to be inspected substantially matches the reference image, it is determined that there is no defect. Thus, since it is not necessary to perform matching with all the images to be inspected, high-speed determination is possible. In the case of the example in FIG. 109, it can be seen that the inspected image in the third row and the third column is substantially coincident with the reference image with no positional deviation.
距離値Ｄiが所定の閾値Ｔｈ以上の場合（ステップ１０７・５否定判定）、画像番号ｉ
を１だけインクリメントし（ステップ１０７・７）、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）が一定値ｉMAXを越えているか否かを判定する（ステップ１０７・８）。
When the distance value D i is equal to or greater than the predetermined threshold Th (Step 107.5 negative determination), the image number i
Is incremented by 1 (step 107 · 7), it determines whether the incremented image number (i + 1) exceeds the fixed value i MAX (step 107-8).
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えていない場合（ステップ１０７・８否定判定）、再び
ステップ１０７・３に戻り、インクリメントした画像番号（ｉ＋１）について画像データを読み出し、同様の処理を繰り返す。
When the image number i does not exceed the predetermined value i MAX (No at Step 107.8), the process returns to Step 107.3 again, image data is read for the incremented image number (i + 1), and the same processing is repeated.
画像番号ｉが一定値ｉMAXを越えた場合（ステップ１０７・８肯定判定）、当該ウェー
ハＷの当該検査面１０３４には「欠陥有り」と判定し（ステップ１０７・９）、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像の全てが基準画像と略一致していなければ、「欠陥有り」と判定する。
When the image number i exceeds a certain value i MAX (Yes at Step 107/8), it is determined that the inspection surface 1034 of the wafer W is “defect” (Step 107/9), and this subroutine is returned. . That is, if all of the inspected images do not substantially match the reference image, it is determined that “there is a defect”.
以上がステージ装置の各実施の形態であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で任意好適に変更可能である。
例えば、被検査試料として半導体ウェーハＷを例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出することができる任意のものが選択可能である。例えばウェーハへの露光用パターンが形成されたマスク等を検査対象とすることもできる。
Although the above is each embodiment of a stage apparatus, this invention is not limited only to the said example, It can change arbitrarily suitably within the scope of the summary of this invention.
For example, the semiconductor wafer W is taken as an example of the sample to be inspected, but the sample to be inspected according to the present invention is not limited to this, and any one that can detect a defect with an electron beam can be selected. For example, a mask or the like on which a pattern for exposing a wafer is formed can be an inspection target.
また、本発明は、電子以外の荷電粒子線を用いて欠陥検出を行う装置にも適用できるばかりでなく、試料の欠陥を検査可能な画像を取得できる任意の装置にも適用可能である。
更に、偏向電極１０４・９は、対物レンズ１０４・４とウェーハＷとの間のみならず、一次電子線の照射領域を変更できる限り任意の位置に置くことができる。例えば、Ｅ×Ｂ偏向器１０４・３と対物レンズ１０４・４との間、電子銃１０４・１とＥ×Ｂ偏向器１０４・３との間などがある。更には、Ｅ×Ｂ偏向器１０４・３が生成する場を制御することによって、その偏向方向を制御するようにしてもよい。即ち、Ｅ×Ｂ偏向器１０４・３に偏向電極１０４・９の機能を兼用させてもよい。
Further, the present invention can be applied not only to an apparatus that performs defect detection using a charged particle beam other than electrons, but also to an arbitrary apparatus that can acquire an image capable of inspecting a defect of a sample.
Further, the deflection electrodes 104 and 9 can be placed not only between the
また、上記実施の形態では、画像データ同士のマッチングを行う際に、画素間のマッチング及び特徴ベクトル間のマッチングのいずれかとしたが、両者を組み合わせることもできる。例えば、最初、演算量の少ない特徴ベクトルで高速マッチングを行い、その結果、類似度の高い被検査画像については、より詳細な画素データでマッチングを行うという２段階の処理によって、高速化と精度とを両立させることができる。 In the above-described embodiment, when matching image data, either matching between pixels or matching between feature vectors is used. However, both may be combined. For example, first, high-speed matching is performed using feature vectors with a small amount of calculation, and as a result, high-similarity and high accuracy are achieved by a two-stage process of matching images with high-similarity with more detailed pixel data. Can be made compatible.
また、本発明の実施の形態では、被検査画像の位置ずれを一次電子線の照射領域の位置ずらしのみで対応したが、マッチング処理の前若しくはその間で画像データ上で最適マッチング領域を検索する処理（例えば相関係数の高い領域同士を検出してマッチングさせる）と本発明とを組み合わせることもできる。これによれば、被検査画像の大きな位置ずれを本発明による一次電子線の照射領域の位置ずらしで対応すると共に、比較的小さな位置ずれを後段のデジタル画像処理で吸収することができるので、欠陥検出の精度を向上させることができる。 In the embodiment of the present invention, the position shift of the image to be inspected is handled only by shifting the position of the irradiation region of the primary electron beam, but the process of searching for the optimum matching area on the image data before or during the matching process It is also possible to combine the present invention with (for example, detecting and matching regions having high correlation coefficients). According to this, a large positional shift of the image to be inspected can be dealt with by the positional shift of the irradiation region of the primary electron beam according to the present invention, and a relatively small positional shift can be absorbed by the subsequent digital image processing. The accuracy of detection can be improved.
更に、欠陥検査用の電子線装置として、図１０４の構成を示したが、電子光学系等は任意好適に変更可能である。例えば、図１０４に示された欠陥検査装置の電子線照射手段（１０４・１、１０４・２、１０４・３）は、ウェーハＷの表面に対して垂直上方から一次電子線を入射させる形式であるが、Ｅ×Ｂ偏向器１０４・３を省略し、一次電子線をウェーハＷの表面に斜めに入射させるようにしてもよい。
Furthermore, although the configuration of FIG. 104 is shown as the electron beam apparatus for defect inspection, the electron optical system and the like can be arbitrarily changed. For example, the electron beam irradiation means (104 · 1, 104 · 2, 104 · 3) of the defect inspection apparatus shown in FIG. 104 is a type in which a primary electron beam is incident on the surface of the wafer W from vertically above. However, the E ×
また、図１０５のフローチャートの流れも、これに限定されない。例えば、ステップ１
０５・４で欠陥有りと判定された試料について、他の領域の欠陥検査は行わないことにしたが、全領域を網羅して欠陥を検出するように処理の流れを変更してもよい。また、一次電子線の照射領域を拡大し１回の照射で試料のほぼ全検査領域をカバーできれば、ステップ１０５・７及びステップ１０５・８を省略することができる。
Further, the flow of the flowchart of FIG. 105 is not limited to this. For example,
The sample determined to have a defect in 05.4 is not subjected to defect inspection in other areas, but the processing flow may be changed so as to detect defects over the entire area. Further, if the irradiation region of the primary electron beam is enlarged and almost all the inspection region of the sample can be covered by one irradiation, Steps 105 and 7 and
以上詳細に説明したように本実施の形態の欠陥検査装置によれば、試料上で部分的に重なり合いながら互いから変位された複数の被検査領域の画像を各々取得し、これらの被検査領域の画像と基準画像とを比較することによって、試料の欠陥を検査するようにしたので、被検査画像と基準画像との位置ずれによる欠陥検査精度の低下を防止できる、という優れた効果が得られる。 As described above in detail, according to the defect inspection apparatus of the present embodiment, images of a plurality of inspection regions displaced from each other while partially overlapping on the sample are obtained, and the inspection regions of these inspection regions are obtained. Since the defect of the sample is inspected by comparing the image with the reference image, it is possible to obtain an excellent effect of preventing the deterioration of the defect inspection accuracy due to the positional deviation between the image to be inspected and the reference image.
更に本発明のデバイス製造方法によれば、上記のような欠陥検査装置を用いて試料の欠陥検査を行うようにしたので、製品の歩留まりの向上及び欠陥製品の出荷防止が図れる、という優れた効果が得られる。 Furthermore, according to the device manufacturing method of the present invention, since the defect inspection of the sample is performed using the defect inspection apparatus as described above, it is possible to improve the product yield and prevent the defective product from shipping. Is obtained.
２−７−８）デバイス製造方法
次に、図１１０及び図１１１を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法の実施の形態を説明する。図１１０は、本発明による半導体デバイスの製造方法の一実施の形態を示すフローチャートである。この実施の形態の製造工程は以下の主工程を含んでいる。（１）ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェーハを準備するウェーハ準備工程）（ステップ１１０・１）
（２）露光に使用するマスクを製造するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）（ステップ１１０・２）
（３）ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセッシング工程（ステップ１１０・３）
（４）ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程（ステップ１１１０・４）
（５）できたチップを検査するチップ検査工程（ステップ１１０・５）。
2-7-8) Device Manufacturing Method Next, an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 110 is a flowchart showing an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention. The manufacturing process of this embodiment includes the following main processes. (1) Wafer manufacturing process for manufacturing a wafer (or wafer preparation process for preparing a wafer) (Step 110. 1)
(2) Mask manufacturing process for manufacturing a mask to be used for exposure (or mask preparation process for preparing a mask) (Step 110, 2)
(3) Wafer processing process for performing necessary processing on the wafer (steps 110 and 3)
(4) Chip assembly process for cutting out chips formed on the wafer one by one and making them operable (steps 1110 and 4).
(5) A chip inspection process for inspecting the completed chip (step 110/5).
なお、上記のそれぞれの主工程は更に幾つかのサブ工程からなっている。これらの主工程中の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼすのが（３）のウェーハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウェーハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウェーハプロセッシング工程は以下の各工程を含んでいる。
（Ａ）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
（Ｂ）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
（Ｃ）薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストパターンを形成するリソグラフィー工程
（Ｄ）レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
（Ｅ）イオン・不純物注入拡散工程
（Ｆ）レジスト剥離工程
（Ｇ）加工されたウェーハを検査する工程
なお、ウェーハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
Each of the main processes described above further includes several sub-processes. Among these main processes, the wafer processing process (3) has a decisive influence on the performance of the semiconductor device. In this process, designed circuit patterns are sequentially stacked on a wafer to form a large number of chips that operate as memories and MPUs. This wafer processing process includes the following processes.
(A) A thin film forming process for forming a dielectric thin film to be an insulating layer, a wiring portion, or a metal thin film for forming an electrode portion (using CVD, sputtering, etc.)
(B) Oxidation process for oxidizing the thin film layer and the wafer substrate (C) Lithography process for forming a resist pattern using a mask (reticle) to selectively process the thin film layer and the wafer substrate (D) Resist pattern Etching process (eg using dry etching technology) to process thin film layers and substrates according to
(E) Ion / impurity implantation / diffusion process (F) Resist stripping process (G) Process for inspecting a processed wafer The wafer processing process is repeated as many times as necessary to manufacture a semiconductor device that operates as designed.
図１１１は、図１１０のウェーハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャートである。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
（ａ）前段の工程で回路パターンが形成されたウェーハ上にレジストをコートするレジス
ト塗布工程（ステップ１１１・１）
（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ１１１・２）
（ｃ）露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程（ステップ１１１・３）
（ｄ）現像されたレジストパターンを安定化するためのアニール工程（ステップ１１１・４）
上記の半導体デバイス製造工程、ウェーハプロセッシング工程、リソグラフィー工程については、周知のものでありこれ以上の説明を要しないであろう。
FIG. 111 is a flowchart showing a lithography process that is the core of the wafer processing process of FIG. 110. This lithography process includes the following steps.
(A) A resist coating process for coating a resist on the wafer on which the circuit pattern has been formed in the preceding process (
(B) Step of exposing the resist (Step 111.2)
(C) Development process of developing the exposed resist to obtain a resist pattern (steps 11 and 3)
(D) Annealing process for stabilizing the developed resist pattern (steps 11 and 4)
The semiconductor device manufacturing process, wafer processing process, and lithography process are well known and need no further explanation.
上記（Ｇ）の検査工程に本発明に係る欠陥検査方法、欠陥検査装置を用いると、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、スループット良く検査できるので、全数検査も可能となり、製品の歩留まりの向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。 When the defect inspection method and the defect inspection apparatus according to the present invention are used in the inspection step (G), even a semiconductor device having a fine pattern can be inspected with high throughput, so that 100% inspection is possible, and the yield of products is improved. It is possible to prevent shipment of defective products.
２−７−９）検査
上記（Ｇ）の検査工程における検査手順について図１１２を用いて説明する。一般に電子線を用いた欠陥検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では最も検査が必要と考えられている重要な工程（例えばエッチング、成膜、又はＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化処理等）の後に、また、配線工程ではより微細な配線工程部分、すなわち配線工程の１から２工程、及び前工程のゲート配線工程等に利用されている。特に、デザイン・ルールが１００ｎｍ以下、即ち，１００ｎｍ以下の線幅を有する配線や直径１００ｎｍ以下のビア・ホール等の形状欠陥や電気的欠陥を見つけ、また、プロセスにフィードバックすることが重要である。
2-7-9) Inspection The inspection procedure in the inspection step (G) will be described with reference to FIG. In general, a defect inspection apparatus using an electron beam is expensive and has a lower throughput than other process apparatuses. Therefore, an important process (e.g., etching, film formation, or After the CMP (Chemical Mechanical Polishing) flattening process, etc., and in the wiring process, it is used for a finer wiring process part, that is, one or two steps of the wiring process, the gate wiring process of the previous process, and the like. In particular, it is important to find shape defects and electrical defects such as wiring having a design rule of 100 nm or less, that is, a line width of 100 nm or less, and via holes having a diameter of 100 nm or less, and feeding back to the process.
検査されるウェーハは大気搬送系及び真空搬送系を通して、超精密Ｘ−Ｙステージ上に位置合わせ後、静電チャック機構等により固定され、以後、（図１１２）の手順に従って欠陥検査等が行われる。はじめに光学顕微鏡により、必要に応じて各ダイの位置確認や、各場所の高さ検出が行われ記憶される。光学顕微鏡はこの他に欠陥等の見たい所の光学顕微鏡像を取得し、電子線像との比較等にも使用される。次に電子光学系の条件設定を行い、電子線像を用いて、光学顕微鏡で設定された情報の修正を行い、精度を向上させる。 The wafer to be inspected is positioned on the ultra-precision XY stage through the atmospheric transfer system and the vacuum transfer system, and then fixed by an electrostatic chuck mechanism or the like, and thereafter, defect inspection or the like is performed according to the procedure of FIG. . First, as necessary, the position of each die is confirmed and the height of each location is detected and stored by an optical microscope. In addition to this, the optical microscope acquires an optical microscope image of a desired location such as a defect and is used for comparison with an electron beam image. Next, the conditions of the electron optical system are set, and the information set by the optical microscope is corrected using the electron beam image to improve the accuracy.
次いでウェーハの種類（どの工程後か、ウェーハのサイズは２００ｍｍか、３００ｍｍか等）に応じたレシピの情報を装置に入力し、以下検査場所の指定、電子光学系の設定、検査条件の設定等を行なった後、画像取得を行ないながら通常はリアルタイムで欠陥検査を行なう。セル同士の比較、ダイ比較等が、アルゴリズムを備えた高速の情報処理システムにより検査が行なわれ、必要に応じてＣＲＴ等に結果を出力や、メモリーへ記憶を行なう。 Next, recipe information corresponding to the type of wafer (after which process, whether the wafer size is 200 mm or 300 mm, etc.) is input into the apparatus, and the inspection location designation, electron optical system setting, inspection condition setting, etc. After performing the above, defect inspection is normally performed in real time while acquiring an image. Cell-to-cell comparison, die comparison, and the like are inspected by a high-speed information processing system equipped with an algorithm, and the results are output to a CRT or stored in a memory as necessary.
欠陥にはパーティクル欠陥、形状異常（パターン欠陥）、及び電気的（配線又はビア等の断線及び導通不良等）欠陥等が有り、これらを区別したり欠陥の大きさや、キラー欠陥（チップの使用が不可能になる重大な欠陥等）の分類を自動的にリアルタイムで行うことも出来る。特に、線幅が１００ｎｍ以下の配線や直径１００ｎｍ以下のビア等の前記欠陥を分類するのに有効である。電気的欠陥の検出はコントラスト異状を検出することで達成される。例えば導通不良の場所は電子線照射（５００ｅＶ程度）により、通常正に帯電し、コントラストが低下するので正常な場所と区別ができる。この場合の電子線照射手段とは、通常検査用の電子線照射手段以外に別途、電位差によるコントラストを際立たせるために設けた低電位（エネルギー）の電子線発生手段（熱電子発生、ＵＶ／光電子）をいう。検査対象領域に検査用の電子線を照射する前に、この低電位（エネルギーが例えば１００ｅＶ以下）の電子線を発生・照射している。検査用の電子線を照射すること自体正に帯電させることができる写像投影方式の場合は、仕様によっては、別途低電位の電子線発生手段を設ける必要はない。また、ウェーハ等の試料に基準電位に対して、正又は負の電位
をかけること等による（素子の順方向又は逆方向により流れ易さが異なるために生じる）コントラストの違いから欠陥検出が出来る。
Defects include particle defects, shape abnormalities (pattern defects), and electrical (disconnections such as wiring or vias and poor conduction) defects, etc., which can be distinguished from each other, the size of defects, and killer defects (use of chips). It is also possible to automatically classify critical defects that are impossible) in real time. In particular, it is effective for classifying the defects such as wiring having a line width of 100 nm or less and vias having a diameter of 100 nm or less. Detection of an electrical defect is achieved by detecting a contrast abnormality. For example, a place with poor conduction is normally positively charged by electron beam irradiation (about 500 eV), and the contrast is lowered, so that it can be distinguished from a normal place. The electron beam irradiation means in this case is a low potential (energy) electron beam generation means (thermoelectron generation, UV / photoelectron) provided to make contrast due to potential difference stand out separately from the electron beam irradiation means for normal inspection. ). Before irradiating the inspection target region with the inspection electron beam, this low potential (energy is, for example, 100 eV or less) electron beam is generated and irradiated. In the case of a projection method that can be positively charged by irradiating an inspection electron beam, it is not necessary to provide a low-potential electron beam generating means depending on the specifications. Further, it is possible to detect a defect from a difference in contrast caused by applying a positive or negative potential to a sample such as a wafer with respect to a reference potential (which occurs because the flowability varies depending on the forward direction or reverse direction of the element).
電位差によるコントラストは、電位コントラストデータを表示するのに有効な信号の画像に変換して表示してもよい。電位今トラスト画像を解析して、期待している値よりも高い又は低い電圧にある構造体、つまり、絶縁不良又は導通不良や欠陥を識別することができる。例えば、ウェーハ上の異なるダイからそれぞれ電位コントラスト画像を取得し、その差異を検出することで、欠陥を認識する。また、ＣＡＤデータ等の設計データから被検査ダイの電位コントラスト画像と等価な画像データを生成して、この画像データとウェーハ上の被検査ダイから取得した電位コントラスト画像との差異を検出することで欠陥を認識する。 The contrast due to the potential difference may be converted into an image of a signal effective for displaying the potential contrast data and displayed. The potential now trust image can be analyzed to identify structures that are at voltages higher or lower than expected, ie, poor insulation or poor conduction or defects. For example, a potential contrast image is acquired from each different die on the wafer, and the defect is recognized by detecting the difference. In addition, by generating image data equivalent to the potential contrast image of the die to be inspected from design data such as CAD data, and detecting the difference between this image data and the potential contrast image acquired from the die to be inspected on the wafer. Recognize defects.
線幅測定装置及び合わせ精度測定にも利用できる。検査されるウェーハの情報、例えばカセットの番号、ウェーハの番号（又はロットナンバ）等は、これらが現在どのような位置や状態にあるか、全て記憶管理されている。したがって、誤って検査を２回以上行ったり、検査をしなかったりするトラブルは発生しない。 It can also be used for line width measurement equipment and alignment accuracy measurement. Information on wafers to be inspected, for example, cassette numbers, wafer numbers (or lot numbers), etc., are all stored and managed in what position and state they are currently in. Therefore, there is no trouble that the inspection is mistakenly performed twice or more or the inspection is not performed.
２−８）検査方法
２−８−１）概要
検査の基本的流れを、図１１３に示す。まずアライメント動作１１３・１を含んだウェーハ搬送の後、検査に関係する条件等を設定したレシピを作成する（１１３・２）。レシピは被検査ウェーハに最低１種類は必要であるが、複数の検査条件に対応するために、１枚の被検査ウェーハに対して、複数のレシピが存在しても構わない。また同一パターンの被検査ウェーハが複数枚ある場合、一種類のレシピで複数のウェーハを検査しても構わない。図１１３の経路１１３・３はこの様に過去に作成されたレシピで検査する場合、検査動作直前にレシピの作成が不要である事を示している。以下、図１１３において
検査動作１１３・４は、レシピに記載された条件、シーケンスに従いウェーハの検査を行う。欠陥抽出は、検査動作中に欠陥を発見するごと即時行われ、
ａ）欠陥分類（１１３・５）を行い、結果出力ファイルに抽出欠陥情報と欠陥分類情報を追加する動作
ｂ）抽出欠陥画像を画像専用結果出力ファイルもしくはファイルに追加する動作
ｃ）抽出欠陥の位置などの欠陥情報を操作画面上に表示する動作
をほぼ並列に実行する。
2-8) Inspection method
2-8-1) Outline The basic flow of inspection is shown in FIG. First, after carrying the wafer including the alignment operation 113. 1, a recipe in which conditions relating to the inspection are set is created (113. 2). At least one type of recipe is required for a wafer to be inspected, but a plurality of recipes may exist for one wafer to be inspected in order to cope with a plurality of inspection conditions. Further, when there are a plurality of wafers to be inspected with the same pattern, a plurality of wafers may be inspected with one kind of recipe. 113 indicates that it is not necessary to create a recipe immediately before the inspection operation when inspecting with a recipe created in the past. Hereinafter, in FIG. 113, the
a) Operation for performing defect classification (113/5) and adding the extracted defect information and defect classification information to the result output file b) Operation for adding the extracted defect image to the image result output file or file The operation for displaying the defect information on the operation screen is executed almost in parallel.
被検査ウェーハ単位で検査が終了すると、
ａ）結果出力ファイルをクローズして保存する動作
ｂ）外部からの通信が検査結果を要求する場合、検査結果を送る動作
ｃ）ウェーハを排出する動作
をほぼ並列に実行する。
When inspection is completed for each wafer to be inspected,
a) Operation to close and save result output file b) Operation to send inspection result when communication from outside requests inspection result c) Operation to discharge wafer is executed almost in parallel.
連続的にウェーハを検査する設定がなされている場合、次の被検査ウェーハを搬送して、前記一連の動作を繰り返す。
以下、図１１３フローについて、さらに詳細を述べる。
When the setting for continuously inspecting the wafer is made, the next wafer to be inspected is transported and the series of operations are repeated.
Hereinafter, the details of the flow in FIG. 113 will be described.
（１）レシピ作成
レシピとは、検査に関係する条件等の設定ファイルであり保存する事も可能である。検査時もしくは検査前にレシピを使用して装置設定を行うが、レシピに記載された検査に関係する条件とは、
ａ）検査対象ダイ
ｂ）ダイ内部検査領域
ｃ）検査アルゴリズム
ｄ）検出条件（検査感度等、欠陥抽出に必要な条件）
ｅ）観察条件（倍率、レンズ電圧、ステージ速度、検査順序等、観察に必要な条件）などである。具体的なｃ）検査アルゴリズムは後述する。
(1) Recipe creation A recipe is a setting file for conditions related to inspection, and can be saved. The equipment is set using the recipe at the time of inspection or before inspection, but the conditions related to the inspection described in the recipe are:
a) Inspection target die b) Die internal inspection area c) Inspection algorithm d) Detection conditions (conditions necessary for defect extraction such as inspection sensitivity)
e) Observation conditions (magnification, lens voltage, stage speed, inspection order, and other conditions necessary for observation). A specific c) inspection algorithm will be described later.
この中で、検査対象ダイの設定は、図１１４に示される様に、操作画面に表示されたダイマップ画面に対して、検査するダイをオペレータが指定する。図１１４の例では、ウェーハ端面のダイ１と前工程で明らかに不良と判定されたダイ２をグレイアウトして検査対象から削除し、残りを検査対象ダイとしている。また、ウェーハ端面からの距離や前工程で検出されたダイの良否情報をもとに自動的に検査ダイを指定する機能も有している。
Among them, as shown in FIG. 114, the operator designates the die to be inspected on the die map screen displayed on the operation screen as shown in FIG. In the example of FIG. 114, the
また、ダイ内部の検査領域の設定は、図１１５に示される様に操作画面に表示されたダイ内部検査領域設定画面に対して、検査領域をオペレータが光学顕微鏡もしくはＥＢ顕微鏡により取得した画像をもとにマウス等の入力機器で指定する。図１１５の例では、実線で指した領域１１５・１と破線で指した領域１１５・２を設定している。 In addition, the setting of the inspection area inside the die includes an image acquired by the operator using an optical microscope or an EB microscope with respect to the die internal inspection area setting screen displayed on the operation screen as shown in FIG. Specify with an input device such as a mouse. In the example of FIG. 115, a region 115.1 pointed by a solid line and a region 115.2 pointed by a broken line are set.
領域１１５・１は、ダイのほぼ全体を設定領域としている。検査アルゴリズムは隣接ダイ比較法（ダイ−ダイ検査）としこの領域に対する検出条件、観察条件の詳細は、別に設定する。領域１１５・２は、検査アルゴリズムをアレイ検査（検査）としこの領域に対する検出条件、観察条件の詳細は、別に設定する。すなわち複数の検査領域の設定が可能でかつ、検査領域は、それぞれ独自の検査アルゴリズムや検査感度を条件設定出来る。また検査領域は重ね合わせる事も可能で、同じ領域に対して、異なる検査アルゴリズムを同時に処理することも可能である。
In the
（２）検査動作
検査は、被検査ウェーハに対して図１１６の様にある走査幅に細分され走査する。走査幅は、ほぼラインセンサの長さで決まるが、ラインセンサの端部が少し重なる様に設定してある。これは検出した欠陥を最終的に統合処理する場合にライン間の連続性を判断する為や比較検査を行う際に画像アライメントするための余裕を確保するためである。その重ね量は２０４８ドットのラインセンサに対して１６ドット程度である。
(2) Inspection operation The inspection is performed by subdividing the wafer to be inspected into a scan width as shown in FIG. The scanning width is substantially determined by the length of the line sensor, but is set so that the end portions of the line sensor slightly overlap. This is in order to determine the continuity between the lines when the detected defects are finally integrated, and to secure a margin for image alignment when performing the comparative inspection. The overlapping amount is about 16 dots for a 2048 dot line sensor.
走査方向およびシーケンスを、模式的に図１１７に示す。すなわち、検査時間短縮のために双方向動作Ａや、機械制限からの単方向動作Ｂなどが、オペレータより選択出来る構成になっている。 The scanning direction and sequence are schematically shown in FIG. That is, in order to shorten the inspection time, a bidirectional operation A, a unidirectional operation B due to machine limitations, and the like can be selected by the operator.
またレシピの検査対象ダイ設定を元に走査量を減らす動作を自動演算して検査する機能も有している。図１１８−１は検査ダイ１１８・１が１個の場合の走査例で、不要な走査は行わない。 It also has a function of automatically calculating and inspecting the operation of reducing the scanning amount based on the inspection target die setting of the recipe. FIG. 118A is an example of scanning when there is one inspection die 118. 1, and unnecessary scanning is not performed.
２−８−２）検査アルゴリズム
本装置で行う検査のアルゴリズムは、大別して
１．アレイ検査（セル検査）
２．ランダム検査（ダイ検査）
の２種類である。図１１８-２に示すように、ダイは、主にメモリに用いられる周期構造
をしたセル部１１８・２と、周期構造を取らないランダム部１１８・３とに分けられる。周期構造をしたセル部１１８・２は、比較対象が同じダイの中に複数個あるので、同じダイの中のセル同士で比較を行うことによって検査可能である。一方、ランダム部１１８・３は、同じダイの中に比較対象がないので、ダイ同士の比較を行う必要がある。ランダム検査は比較対象により、さらに以下にように区分される。
2-8-2) Inspection algorithm The inspection algorithm performed by this device is roughly classified as follows. Array inspection (cell inspection)
2. Random inspection (die inspection)
There are two types. As shown in FIG. 118-2, the die is divided into a cell portion 118.2 having a periodic structure mainly used for a memory and a random portion 118.3 having no periodic structure. Since the
ａ）隣接ダイ比較法（Die-Die検査）
ｂ）基準ダイ比較法（Die-Any Die検査）
ｃ）ＣＡＤデータ比較法（Cad Data-Any Die検査）
一般にゴールデンテンプレート方式と呼ばれる方式は、前記ｂ）とｃ）を表しており、基準ダイ比較法においては基準ダイをゴールデンテンプレートとする、ＣＡＤデータ比較法おいてはＣＡＤデータをゴールデンテンプレートとする。
a) Adjacent die comparison method (Die-Die inspection)
b) Standard die comparison method (Die-Any Die inspection)
c) CAD data comparison method (Cad Data-Any Die inspection)
A method generally referred to as a golden template method represents the above b) and c). In the reference die comparison method, the reference die is a golden template, and in the CAD data comparison method, CAD data is a golden template.
以下、各アルゴリズムの動作を述べる。
２−８−２―１）アレイ検査（セル検査）
アレイ検査は、周期構造の検査に適用される。ＤＲＡＭセルなどはその一例である。
The operation of each algorithm is described below.
2-8-2-1) Array inspection (cell inspection)
Array inspection is applied to inspection of periodic structures. An example is a DRAM cell.
検査は、基準とする参照画像と被検査画像の比較を行い、その差分を欠陥として抽出する。参照画像と被検査画像は、二値化画像でも検出精度を向上するため多値画像でも構わない。 In the inspection, a reference image as a standard is compared with the image to be inspected, and the difference is extracted as a defect. The reference image and the image to be inspected may be a binary image or a multi-value image in order to improve detection accuracy.
欠陥は、参照画像と被検査画像の差分そのものでも良いが、検出した差分の差分量や差分のある画素の合計面積などの差分情報を元にして、誤検出を防ぐための２次的な判定を行っても良い。 The defect may be the difference itself between the reference image and the image to be inspected, but it is a secondary determination for preventing erroneous detection based on difference information such as the difference amount of the detected difference and the total area of the pixels having the difference. May be performed.
アレイ検査においては、参照画像と被検査画像の比較は構造周期単位で行われる。すなわちＣＣＤなどで一括取得した画像を読み出しながら１構造周期単位で比較しても良いし、参照画像がｎ個の構造周期単位であれば、ｎ個の構造周期単位を同時に比較できる。 In the array inspection, the reference image and the image to be inspected are compared in units of structure periods. That is, comparison may be made in units of one structure period while reading out images collectively acquired by a CCD or the like. If the reference image is n structure period units, n structure period units can be compared simultaneously.
参照画像の生成方法の一例を図１１９に示す、ここでは１構造周期単位で比較する例を述べるので１構造周期単位生成を表す。同じ方法で周期数をｎにする事も可能である。
前提として図１１９での検査方向はＡである。また周期４を被検査周期とする。周期の大きさはオペレータが画像を見ながら入力するので、図１１９において周期１から６は容易に認識できる。
One example of a reference image generation method is shown in FIG. 119. Here, since an example of comparison in units of one structural cycle will be described, one structural cycle unit generation is represented. It is also possible to set the number of periods to n in the same way.
As a premise, the inspection direction in FIG.
参照周期画像は、各画素において被検査周期直前の周期１から３を加算し平均して生成する。１から３いずれかに欠陥が存在しても平均処理されるので影響は少ない。この形成された参照周期画像と被検査周期画像４を比較して欠陥の抽出を行う。
A reference period image is generated by adding and averaging the
次に被検査周期画像５を検査する場合、周期２から４を加算平均して参照周期画像を生成する。以下同様に被検査周期画像取得以前に得た画像より、被検査周期画像を生成して検査を連続させる。
Next, when the
２−８−２―２）ランダム検査（ダイ検査）
ランダム検査は、ダイの構造に制限されず適用できる。検査は、基準となる参照画像と被検査画像の比較を行い、その差分を欠陥として抽出する。参照画像と被検査画像は、二値化画像でも検出精度を向上するため多値画像でも構わない。欠陥は、参照画像と被検査画像の差分そのものでも良いが、検出した差分の差分量や差分のある画素の合計面積などの差分情報を元にして、誤検出を防ぐため２次的な判定を行っても良い。ランダム検査は参照画像の求め方で分類することが出来る。以下に動作を記す。
2-8-2-2) Random inspection (die inspection)
The random inspection can be applied without being limited to the die structure. In the inspection, a reference image serving as a reference is compared with an image to be inspected, and the difference is extracted as a defect. The reference image and the image to be inspected may be a binary image or a multi-value image in order to improve detection accuracy. The defect may be the difference itself between the reference image and the image to be inspected, but based on the difference information such as the difference amount of the detected difference and the total area of the pixels having the difference, a secondary determination is made to prevent erroneous detection. You can go. Random inspection can be classified according to how to obtain a reference image. The operation is described below.
Ａ．隣接ダイ比較法（Die-Die検査）
参照画像は、被検査画像と隣接したダイである。被検査画像に隣り合った２つのダイと比較して欠陥を判断する。すなわち図１２０と図１２１において、画像処理装置のメモリ１２１・１とメモリ１２１・２がカメラ１２１・３からの経路１２１・４１に接続するようスイッチ１２１・４、スイッチ１２１・５を設定した状況で、以下のステップを有する
。
A. Adjacent die comparison method (Die-Die inspection)
The reference image is a die adjacent to the image to be inspected. A defect is judged by comparing with two dies adjacent to the image to be inspected. That is, in FIG. 120 and FIG. 121, the
ａ）走査方向Ｓに従いダイ画像１を経路１２１・４１からメモリ１２１・１に格納するステップ。
ｂ）ダイ画像２を経路１２１・４１からメモリ１２１・２に格納するステップ。
a) A step of storing the
b) A step of storing the
ｃ）上記ｂ）と同時に経路１２１・４２からダイ画像２を取得しながら、取得したダイ画像２とダイにおける相対位置が同じであるメモリ１２１・１に格納された画像データを比較して差分を求めるステップ。
c) While obtaining the
ｄ）上記ｃ）の差分を保存するステップ。
ｅ）ダイ画像３を経路１２１・４１からメモリ１２１・１に格納するステップ。
ｆ）上記ｅ）と同時に経路１２１・４２からダイ画像３を取得しながら、取得したダイ画像３とダイにおける相対位置が同じであるメモリ１２１・２に格納された画像データを比較して差分を求めるステップ。
d) A step of storing the difference of c).
e) A step of storing the
f) While obtaining the
ｇ）上記ｆ）の差分を保存するステップ。
ｈ）上記ｄ）とｇ）で保存された結果より、ダイ画像２の欠陥を判定するステップ。
ｉ）以下連続したダイにおいてａ）からｈ）を繰り返すステップ。
g) A step of storing the difference of f) above.
h) A step of determining a defect of the
i) Repeat steps a) to h) in subsequent dies.
設定によって、上記ｃ）、ｆ）において差分を求める前に、比較する２つの画像の位置アライメント：位置差が無くなる様に補正する。または濃度アライメント：濃度差が無くなる様に補正する。もしくはその両方の処理を行う場合がある。 Depending on the setting, before obtaining the difference in c) and f) above, the position alignment of the two images to be compared: correction is made so as to eliminate the position difference. Or density alignment: Correct so that there is no density difference. Alternatively, both processes may be performed.
Ｂ．基準ダイ比較法（Die-Any Die検査）
オペレータにより基準ダイを指定する。基準ダイはウェーハ上に存在するダイもしくは、検査以前に保存してあるダイ画像であり、まず基準ダイを走査もしくは転送して画像をメモリに保存、参照画像とする。すなわち図１２１と図１２２において、以下のステップを有する。
B. Standard die comparison method (Die-Any Die inspection)
The reference die is designated by the operator. The reference die is a die image existing on the wafer or a die image stored before inspection. First, the reference die is scanned or transferred, and the image is stored in a memory to be a reference image. That is, in FIG. 121 and FIG. 122, it has the following steps.
ａ）オペレータが基準ダイを、被検査ウェーハのダイより、もしくは検査以前に保存してあるダイ画像より選択するステップ。
ｂ）基準ダイが被検査ウェーハに存在する場合、画像処理装置のメモリ１２１・１もしくはメモリ１２１・２の少なくとも一方がカメラ１２１・３からの経路１２１・４１に接続するようにスイッチ１２１・４、スイッチ１２１・５を設定するステップ。
a) An operator selects a reference die from a die of a wafer to be inspected or a die image stored before inspection.
b) When the reference die is present on the wafer to be inspected, the
ｃ）基準ダイが検査以前に保存してあるダイ画像の場合、画像処理装置のメモリ１２１・１もしくはメモリ１２１・２の少なくとも一方がダイ画像である参照画像を保存してあるメモリ１２１・６からの経路１２１・７に接続するようにスイッチ１２１・４、スイッチ１２１・５を設定するステップ。
c) When the standard die is a die image stored before the inspection, at least one of the
ｄ）基準ダイが被検査ウェーハに存在する場合、基準ダイを走査して、基準ダイ画像である参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ。
ｅ）基準ダイが検査以前に保存してあるダイ画像の場合、走査を必要とせず、基準ダイ画像である参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ。
d) When the standard die is present on the wafer to be inspected, scanning the standard die and transferring a reference image, which is a standard die image, to the memory of the image processing apparatus.
e) A step of transferring a reference image, which is a standard die image, to the memory of the image processing apparatus without scanning, when the standard die is a die image stored before inspection.
ｆ）被検査画像を順次走査して得られる画像と、基準ダイ画像である参照画像を転送されたメモリの画像と、ダイにおける相対位置が同じである画像データを比較して差分を求めるステップ。 f) A step of obtaining a difference by comparing an image obtained by sequentially scanning an image to be inspected, an image in a memory to which a reference image as a standard die image is transferred, and image data having the same relative position on the die.
ｇ）上記ｆ）で得られた差分より欠陥を判定するステップ。
ｈ）以下連続して図１２４で示すように基準ダイの走査位置と被検査ダイのダイ原点に対して同じ部分をウェーハ全体について検査し、ダイ全体を検査するまで基準ダイの走査位置を変更しながら上記ｄ）からｇ）を繰り返すステップ。
g) A step of determining a defect from the difference obtained in f) above.
h) Subsequently, as shown in FIG. 124, the same portion is inspected for the entire wafer with respect to the reference die scanning position and the die origin of the die to be inspected, and the reference die scanning position is changed until the entire die is inspected. While repeating d) to g) above.
設定によって、上記ｆ）において差分を求める前に、比較する２つの画像の位置アライメント：位置差が無くなる様に補正する。もしくは濃度アライメント：濃度差が無くなる様に補正する。もしくはその両方の処理を行う場合がある。 Depending on the setting, before obtaining the difference in f) above, the position alignment of the two images to be compared: correction is made so that there is no position difference. Or density alignment: correction is made so that the density difference is eliminated. Alternatively, both processes may be performed.
上記ｄ）もしくはｅ）において画像処理装置のメモリに蓄えられる基準ダイ画像は、基準ダイ全てでも良いし、基準ダイの一部として更新しながら検査しても良い。
Ｃ．ＣＡＤデータ比較法（CAD Data-Any Die検査）
図１２３に示した半導体製造の工程において、ＣＡＤによる半導体パターン設計工程の出力であるＣＡＤデータより参照画像を作成し基準画像とする。基準画像はダイ全体もしくは検査部分を含んだ部分的な物でも良い。
The reference die image stored in the memory of the image processing apparatus in the above d) or e) may be all the reference dies or may be inspected while being updated as a part of the reference die.
C. CAD data comparison method (CAD Data-Any Die inspection)
In the semiconductor manufacturing process shown in FIG. 123, a reference image is created from CAD data, which is an output of a semiconductor pattern design process by CAD, and used as a standard image. The reference image may be an entire die or a partial object including an inspection part.
またこのＣＡＤデータは、通常ベクタデータであり、走査動作によって得られる画像データと等価なラスタデータに変換しないと参照画像として使用出来ない。この様にＣＡＤデータ加工作業に関して、以下の変換がなされる。 The CAD data is usually vector data, and cannot be used as a reference image unless converted into raster data equivalent to image data obtained by a scanning operation. In this way, the following conversion is performed for the CAD data processing operation.
ａ）ＣＡＤデータであるベクタデータをラスタデータに変換する。
ｂ）上記ａ）は、検査時に被検査ダイを走査して得られる画像走査幅の単位で行う。
ｃ）上記ｂ）は、被検査ダイを走査して得る予定の画像とダイにおける相対位置が同じである画像データを変換する。
a) Vector data as CAD data is converted into raster data.
b) The above a) is performed in units of image scanning width obtained by scanning the inspection die during inspection.
c) The above b) converts image data whose relative position on the die is the same as the image to be obtained by scanning the inspection die.
ｄ）上記ｃ）は、検査走査と、変換作業をオーバラップして行う。
上記のａ）〜ｄ）は高速化のために画像走査幅単位の変換を行う例であるが、変換単位を画像走査幅に固定しなくても検査は可能である。また、ベクタデータをラスタデータに変換する作業に付加機能として、以下の少なくとも１つを有する。
d) The above c) is performed by overlapping the inspection scan and the conversion work.
The above a) to d) are examples in which conversion in units of image scanning width is performed for speeding up, but inspection is possible without fixing the conversion units to the image scanning width. In addition, at least one of the following functions is added as an additional function to the work of converting vector data into raster data.
ａ）ラスタデータの多値化機能。
ｂ）上記ａ）に関し、多値化の、階調重み、オフセットを検査装置の感度を鑑みて設定する機能。
a) Multi-value function of raster data.
b) A function of setting the multi-value gradation weight and offset in consideration of the sensitivity of the inspection apparatus with respect to a).
ｃ）ベクタデータをラスタデータに変換した後で、膨張、収縮など画素を加工する画像処理を行う機能。
図１２１において、ＣＡＤデータ比較法による検査ステップを示す。
c) A function of performing image processing for processing pixels such as expansion and contraction after vector data is converted into raster data.
In FIG. 121, the inspection step by the CAD data comparison method is shown.
ａ）計算機１でＣＡＤデータをラスタデータに変換しかつ上記付加機能で参照画像を生成してメモリ１２１・６に保存するステップ。
ｂ）画像処理装置のメモリ１２１・１もしくはメモリ１２１・２の少なくとも一方がメモリ１２１・６からの経路１２１・７に接続するようにスイッチ１２１・４、スイッチ１２１・５を設定するステップ。
a) A step of converting CAD data into raster data by the
b) A step of setting the
ｃ）メモリ１２１・６の参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ。
ｄ）被検査画像を順次走査して得られる画像と、参照画像が転送されたメモリの画像と、ダイにおける相対位置が同じである画像データを比較して差分を求めるステップ。
c) A step of transferring the reference image in the memory 121.6 to the memory of the image processing apparatus.
d) A step of comparing the image obtained by sequentially scanning the image to be inspected, the image in the memory to which the reference image is transferred, and the image data having the same relative position on the die to obtain a difference.
ｅ）上記ｄ）で得られた差分より欠陥を判定するステップ。
ｆ）以下連続して図１２４で示すように基準ダイの走査位置を参照画像とし被検査ダイ
の同じ部分をウェーハ全体検査し、ダイ全体を検査するまで基準ダイの走査位置を変更しながら上記ａ）からｅ）を繰り返すステップ。
e) A step of determining a defect from the difference obtained in d) above.
f) Subsequently, as shown in FIG. 124, the scanning position of the standard die is used as a reference image, the same portion of the die to be inspected is inspected on the entire wafer, and the above-mentioned a is performed while changing the scanning position of the standard die until the entire die is inspected. ) To e) are repeated.
設定によって、上記ｄ）において差分を求める前に、比較する２つの画像の位置アライメント：位置差が無くなる様に補正する。もしくは濃度アライメント：濃度差が無くなる様に補正する。もしくはその両方の処理を行う場合がある。 Depending on the setting, before obtaining the difference in d) above, correction is made so that the position alignment of the two images to be compared: the position difference is eliminated. Or density alignment: correction is made so that the density difference is eliminated. Alternatively, both processes may be performed.
ｃ）において画像処理装置のメモリに蓄えられる基準ダイ画像は、基準ダイ全てでも良いし、基準ダイの一部として更新しながら検査しても良い。
２−８−２−２’）セル検査とダイ検査を同時に行う方法
これまで、周期構造を検査するアレイ検査（セル検査）とランダム検査とのアルゴリズムを説明してきたが、セル検査とダイ検査を同時に行うことも可能である。つまり、セル部とランダム部をと分けて処理し、セル部ではダイ内でセル同士の比較を行うと同時に、ランダム部では、隣接するダイ、基準ダイ又はＣＡＤデータとの比較を行っていく。このようにすると、検査時間を大幅に短縮でき、スループットが向上する。
In c), the reference die image stored in the memory of the image processing apparatus may be all the reference dies or may be inspected while being updated as a part of the reference die.
2-8-2-2 ') Method of performing cell inspection and die inspection simultaneously So far, the algorithm of array inspection (cell inspection) and random inspection for inspecting the periodic structure has been explained. It is also possible to do it simultaneously. That is, the cell portion and the random portion are processed separately, and the cell portion compares the cells in the die, and at the same time, the random portion compares the adjacent die, reference die, or CAD data. In this way, the inspection time can be greatly shortened and the throughput is improved.
なお、この場合には、セル部の検査回路は別々に独立して備えるのが好適である。また、同時に検査を行わないのであれば、１つの検査回路を有し、セル検査用とランダム検査用のソフトを切換可能に設定しておき、ソフトの切換で比較検査を実行することも可能である。つまり、パターンの検査を複数の処理のアルゴリズムを適用して処理する場合には、それらのアルゴリズムは別回路を用意して同時に処理してもよいし、それらに対応するアルゴリズムを設けて１つの回路で切り換えて処理するようにしてもよい。いずれにせよ、セル部の類型が複数であり、それらは各々のセル同士で比較を行い更にランダム部についてダイ同士又はダイとＣＡＤデータで皮革を行うような場合にも、本発明は適用可能である。 In this case, it is preferable that the cell portion inspection circuit is provided separately and independently. If inspection is not performed at the same time, it is possible to have one inspection circuit, set the software for cell inspection and random inspection to be switchable, and execute comparative inspection by switching software. is there. In other words, when pattern inspection is performed by applying a plurality of processing algorithms, these algorithms may be prepared separately and processed at the same time, or an algorithm corresponding to them may be provided to provide a single circuit. You may make it process by switching by. In any case, the present invention can be applied to cases where there are a plurality of types of cell portions, which are compared with each other and further leather is formed with dies or die and CAD data for random portions. is there.
２−８−２−３）フォーカスマッピング
フォーカス機能の基本的流れを、図１２５に示す。まずアライメント動作を含んだウェーハ搬送の後、検査に関係する条件等を設定したレシピを作成する。このレシピの１つとしてフォーカスマップレシピがあり、ここで設定されたフォーカス情報に従い、検査動作およびレビュー動作時にオートフォーカスが行われる。以下、フォーカスマップレシピの作成手順及びオートフォーカスの動作手順を説明する。
2-8-2-3) Focus Mapping FIG. 125 shows the basic flow of the focus function. First, after carrying the wafer including the alignment operation, a recipe in which conditions and the like related to inspection are set is created. One of these recipes is a focus map recipe, and autofocus is performed during inspection and review operations according to the focus information set here. The focus map recipe creation procedure and autofocus operation procedure will be described below.
フォーカスマップレシピの作成手順
フォーカスマップレシピは、例においては独立的な入力画面を有しており、オペレータは次のステップを実行してレシピを作成するが、別の目的で設けられた入力画面に付加することもできる。
Focus map recipe creation procedure The focus map recipe has an independent input screen in the example, and the operator executes the following steps to create the recipe, but the input screen is provided for another purpose. It can also be added.
ａ）フォーカス値を入力するダイ位置やダイの中のパターン等、フォーカスマップ座標を入力するステップ。図１２６のスイッチ１２６・１。
ｂ）フォーカス値を自動測定する場合に必要な、ダイパターンを設定するステップ。このステップはフォーカス値を自動測定しない場合、スキップ出来る。
a) A step of inputting focus map coordinates such as a die position for inputting a focus value and a pattern in the die. Switch 126.1 in FIG.
b) A step of setting a die pattern necessary for automatically measuring the focus value. This step can be skipped if the focus value is not automatically measured.
ｃ）上記ａ）で決められたフォーカスマップ座標のベストフォーカス値を設定する、ステップ。
この中で、ａ）のステップではオペレータが任意のダイを指定する事も出来るが、全てのダイの選択や、ｎ個毎のダイの選択などの設定も可能である。また入力画面はウェーハ内のダイ配列を模式的に表現した図でも、実画像を使った画像でもオペレータが選択できる。
c) A step of setting the best focus value of the focus map coordinates determined in the above a).
Among these, in step a), the operator can designate an arbitrary die, but it is possible to select all dies or select every n dies. In addition, the input screen can be selected by the operator as a schematic representation of the die arrangement on the wafer or an image using a real image.
この中で、ｃ）のステップではオペレータがマニュアルでフォーカス用電極の電圧値に連動したフォーカススイッチ１２６・２で設定するモード（図１２６のスイッチ１２６・３）。自動的にフォーカス値を求めるモードモード（図１２６のスイッチ１２６・４）で選択・設定する。
Of these, in step c), the operator manually sets the focus switch 126.2 in conjunction with the voltage value of the focus electrode (switch 126-3 in FIG. 126). Selection and setting are performed in a mode mode (
フォーカス値自動測定手順
上記ｃ）のステップで自動的にフォーカス値を求める手順は、例えば図１２７において
ａ）フォーカス位置Ｚ＝１の画像を求めそのコントラストを計算する。
Focus Value Automatic Measurement Procedure The procedure for obtaining the focus value automatically in the above step c) is, for example, in FIG. 127. a) Obtain the image at the focus position Z = 1 and calculate its contrast.
ｂ）上記ａ）をＺ＝２，３，４でも行う。
ｃ）上記ａ）、ｂ）で得られたコントラスト値から回帰させコントラスト関数を求める（図１２７）
ｄ）コントラスト関数の最大値を得るＺを計算で求め、これをベストフォーカス値とする。
b) The above a) is also performed with Z = 2, 3, and 4.
c) Regression from the contrast values obtained in a) and b) above to obtain a contrast function (FIG. 127)
d) Z which obtains the maximum value of the contrast function is obtained by calculation, and this is set as the best focus value.
例えば、フォーカス値を自動測定する場合に必要なダイパターンは図１２８の様なライン＆スペースが選択された場合、良い結果を示すが、コントラストは白黒パターンがあれば形状によらず計測出来る。 For example, the die pattern necessary for automatically measuring the focus value shows good results when a line and space as shown in FIG. 128 is selected, but the contrast can be measured regardless of the shape if there is a monochrome pattern.
ａ）からｄ）を行うことで１点のベストフォーカス値が求まる。この時のデータ形式は（Ｘ，Ｙ，Ｚ） ＸＹ：フォーカスを求めた座標、Ｚ：ベストフォーカス値のセットであり、フォーカスマップレシピで決められたフォーカスマップ座標数（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が存在することになる。これをフォーカスマップレシピの一部でフォーカスマップファイルと呼ぶ。 The best focus value of one point can be obtained by performing steps a) to d). The data format at this time is (X, Y, Z) XY: coordinates for obtaining focus, Z: set of best focus values, and the number of focus map coordinates (X, Y, Z) determined by the focus map recipe is Will exist. This is called a focus map file in a part of the focus map recipe.
オートフォーカスの動作手順
フォーカスマップレシピから、画像を取得する検査動作、レビュー動作時にフォーカスをベストフォーカスに設定する方法は次のステップでなされる。
Auto Focus Operation Procedure A method for setting the focus to the best focus during the inspection operation and the review operation for acquiring an image from the focus map recipe is performed in the following steps.
ａ）フォーカスマップレシピの作成時に作成されたフォーカスマップファイル１を元に位置情報をさらに細分化して、この時のベストフォーカスを計算で求め細分化したフォーカスマップファイル２を作成する。
a) The position information is further subdivided based on the
ｂ）上記ａ）の計算は、補間関数で行う。
ｃ）上記ｂ）の補間関数は、リニア補間やスプライン補間等でフォーカスマップレシピの作成時にオペレータにより指定される。
b) The calculation of a) is performed with an interpolation function.
c) The interpolation function of b) is specified by the operator when creating a focus map recipe by linear interpolation, spline interpolation, or the like.
ｄ）ステージのＸＹ位置を監視して、現在のＸＹ位置に適したフォーカスマップファイル２に記載されたフォーカス値にフォーカス用電極の電圧を変更する。
さらに具体的に説明すると、図１２９において、黒丸がフォーカスマップファイル１のフォーカス値、白丸がフォーカスマップファイル２のフォーカス値であり、
１．フォーカスマップファイルのフォーカス値の間をフォーカスマップファイルのフォーカス値で補間している。
２．走査に従いフォーカス位置Ｚを変化させベストフォーカスを維持している。この時フォーカスマップファイル（白丸）の間は、次の変更する位置まで値が保持されている。
d) Monitor the XY position of the stage and change the voltage of the focus electrode to the focus value described in the
More specifically, in FIG. 129, the black circle is the focus value of the
1. Interpolation is performed between the focus values of the focus map file using the focus value of the focus map file.
2. The best focus is maintained by changing the focus position Z according to the scanning. At this time, the value is held until the next change position during the focus map file (white circle).
２−８−２−４）リソマージン測定
以下、リソマージン測定に関する実施の形態を説明する。
（１）実施の形態１０（リソマージン測定１）
概要
１．露光機の条件の範囲およびベスト条件を求める。ターゲットはフォーカスである。
2-8-2-4) Measurement of litho margin Hereinafter, an embodiment relating to litho margin measurement will be described.
(1) Embodiment 10 (litho margin measurement 1)
２．検査装置の応用方法であって、電子ビーム写像方式や走査方法に限定されない。すなわち、光を用いる方式、電子ビーム方式、及び、これらと写像方式又は走査方式を任意に組み合わせた方式を用いた方法でもよい。 2. The application method of the inspection apparatus is not limited to the electron beam mapping method or the scanning method. That is, a method using light, an electron beam method, and a method using an arbitrary combination of these with a mapping method or a scanning method may be used.
３．基準ダイ比較法（Die-Any Die検査）の応用
図１３０は、実施の形態１の動作を示したフローである。以下この図を元に説明する。
工程１３０・１では、例として図１３１に示すような、フォーカス条件と露光時間条件をパラメータとして条件を変化させ２次元的にウェーハ上に露光した。また、１ショット＝１ダイのイメージパターンとした。
3. Application of Reference Die Comparison Method (Die-Any Die Inspection) FIG. 130 is a flowchart showing the operation of the first embodiment. Hereinafter, description will be given based on this figure.
In
多くのステッパー露光機では、一般的にＴＥＳＴ露光と呼ばれる、自動的にパラメータを変化させ露光する機能を有しているので、この機能をそのまま使用しても構わない。
工程１３０・２では、現像、レジスト剥離、エッチング、ＣＶＤ、ＣＭＰ、メッキなどの工程が考えられ、特に電子ビームによる観察では、レジストはチャージして観察しずらいので、本実施の形態では、現像、レジスト剥離、メッキまでの工程を行っている。好ましくは、レジスト観察が望ましい。
Many stepper exposure machines have a function of automatically changing parameters and performing exposure, which is generally called TEST exposure. Therefore, this function may be used as it is.
In
工程１３０・３の詳細を図１３２により説明する。この工程は、工程１３０・４を行う検査装置のオペレータによって設定された画像のコントラストを計測する機能を使用して、ダイパターンの最小ライン＆スペース部をコントラスト計測するエリアと登録し以下の作業をした。
Details of
まず露光時間の上限Ｄｂと下限Ｄａを求めた。Ｄｂ以上の露光時間とＤａ以下の露光時間ではコントラスト値が極めて低かったので検査対象外とする。図１３２でのグレイアウト部分。 First, an upper limit Db and a lower limit Da of the exposure time were obtained. Since the contrast value was extremely low at the exposure time of Db or more and the exposure time of Da or less, it is excluded from the inspection object. The gray portion in FIG.
次に、フォーカス値の上限Ｆｂと下限Ｆａを求めた。Fｂ以上のフォーカス値とＦａ以
下のフォーカス値ではコントラスト値が極めて低かったので検査対象外とする。図１３３でのグレイアウト部分。
Next, an upper limit Fb and a lower limit Fa of the focus value were obtained. Since the contrast value is extremely low between the focus value of Fb or more and the focus value of Fa or less, it is excluded from the inspection object. The gray portion in FIG.
次に、ＤａとＤｂの真ん中のダイ列Ｄｓと、ＦａとＦｂの真ん中のダイ列Ｆｓの交点であるダイをベスト露光条件ショットと選択した。これらベスト露光条件ショットを選択する工程は、すべて自動で行われる。 Next, the die that is the intersection of the middle die row Ds of Da and Db and the middle die row Fs of Fa and Fb was selected as the best exposure condition shot. All processes for selecting these best exposure condition shots are performed automatically.
工程１３０・４では、図１３２の基準ダイを参照画像として、白いダイを被検査画像として、基準ダイ比較法（Die-Any Die検査）により検査する。
工程１３０・５は、１３０・４の検査結果を用いて露光条件の判定を行う。すなわち露光条件が不適切であると、例えばダイパターンのライン及びスペースが解像しない事や、パターンのエッジ部が鈍角になる事で、基準画像との差分が発生し結果的に、パターン欠陥として検出される効果を利用している。むろん露光条件起因以外に露光ミスなどを起因としたパターン欠陥やパーティクルが検出される場合もあるが、この場合は再検査している。しかしながら確率的に発生頻度が少ないので問題にはなっていない。
In
工程１３０・５の具体的な手順は、
１）フォーカスマージンを求めるのが優先なので、露光時間は図１３２のＤｓと固定して、フォーカス値と欠陥個数の関係を求める（図１３３）
２）この時、フォーカス値の判定基準は、露光条件により欠陥が１つも発生しない条件としてあるので、結論として、露光条件として許されるフォーカス値はＦ１からＦ２であ
る。
The specific procedure of
1) Since priority is given to obtaining the focus margin, the exposure time is fixed to Ds in FIG. 132, and the relationship between the focus value and the number of defects is obtained (FIG. 133).
2) At this time, since the criterion for determining the focus value is a condition in which no defect occurs due to the exposure condition, as a conclusion, the focus value permitted as the exposure condition is F1 to F2.
３）Ｆ１とＦ２が具体的に、どのような露光機表現の数値・単位であるかは、露光機からＲｓ２３２ｃもしくはＥｔｈｅｒｎｅｔで接続された通信経路を通して、ダイの位置とその露光条件を転送すれば、簡単に演算できる。本装置では露光条件としての良否判定と共に、露光機にそのまま入力可能な値に変換して表示する機能も有している。 3) Specifically, what kind of numerical value / unit of exposure machine expression F1 and F2 can be determined by transferring the position of the die and its exposure condition through the communication path connected by Rs232c or Ethernet from the exposure machine. Can be calculated easily. This apparatus has a function of displaying the image by converting it into a value that can be directly input to the exposure machine, as well as determining whether the exposure condition is acceptable.
４）また、専用通信経路やＳＥＭＩ規格等の通信経路を使用すれば、本検査装置の結果を露光機へフィードバックすることも出来る。以上の手順を更に露光条件（露光時間）を変えて行い、フォーカスと露光のマージンを定める。 4) If a dedicated communication path or a communication path such as the SEMI standard is used, the result of this inspection apparatus can be fed back to the exposure apparatus. The above procedure is further performed by changing the exposure condition (exposure time) to determine the focus and exposure margins.
（２）実施の形態１１（リソマージン測定２）
概要
露光機の条件の範囲およびベスト条件を求める。ターゲットはフォーカスである。
(2) Embodiment 11 (litho margin measurement 2)
Outline Obtains the range of exposure machine conditions and the best conditions. The target is focus.
１．検査装置の応用方法であって、電子ビーム写像方式や走査方法に限定されない。光方式、電子ビーム方式、及び、これらと写像方式又は走査方式を組み合わせた方式が利用できる。 1. The application method of the inspection apparatus is not limited to the electron beam mapping method or the scanning method. An optical method, an electron beam method, and a method combining these with a mapping method or a scanning method can be used.
２．ＣＡＤデータ比較法（Cad Data-Any Die検査）の応用。
図１３４は、実施の形態２の動作を示したフローである。以下この図を元に説明する。
工程１３４・１では、例として図１３５に示すような、フォーカス条件と露光時間条件をパラメータとして条件を変化させ、２次元的にウェーハ上に露光した。また１ショット＝１ダイのイメージパターンとした。
2. Application of CAD data comparison method (Cad Data-Any Die inspection).
FIG. 134 is a flow showing the operation of the second embodiment. Hereinafter, description will be given based on this figure.
In
多くのステッパー露光機では、一般的にＴＥＳＴ露光と呼ばれる、自動的にパラメータを変化させ露光する機能を有しているので、この機能をそのまま使用しても構わない。
工程１３４・２では、現像、レジスト剥離、エッチング、ＣＶＤ、ＣＭＰ、メッキなどの工程が考えられ、特に電子ビームによる観察では、レジストはチャージして観察しずらいので、本実施の形態では、現像、レジスト剥離、メッキまでの工程を行っている。好ましくは、レジストの段階の観察ですませるのがよい。
Many stepper exposure machines have a function of automatically changing parameters and performing exposure, which is generally called TEST exposure. Therefore, this function may be used as it is.
In
工程１４３・３ではなるべくベストな状態にしたい基準画像を、露光したショットパターンのＣＡＤデータから生成する。この時、画像データであるラスタデータの多値化をしている。図１３６に示すように、例えばパターンＡ、パターンＢ、パターンＣというそれぞれ線幅の異なるパターンにおいて、パターンＢに比べてパターンＣはより細密であるが、経験的にパターンの白のレベルを比較した時、パターンＢに比べてパターンＣの白のレベルの方がより黒に近づき、パターンの黒のレベルを比較した時、パターンＢに比べてパターンＣの黒のレベルの方がより白に近づく、従って単純に画像として黒と見える値と白と見える値の２値では無く、パターンの形状や粗密やウェーハ上のパターン位置などを考慮して、画像データの多値化をする。 In Steps 143-3, a reference image that is to be in the best possible state is generated from CAD data of the exposed shot pattern. At this time, raster data which is image data is multivalued. As shown in FIG. 136, for example, in patterns A, B, and C having different line widths, the pattern C is finer than the pattern B, but the white level of the pattern was empirically compared. When the pattern C white level is closer to black than the pattern B, and when the pattern black level is compared, the pattern C black level is closer to white than the pattern B. Therefore, the image data is multi-valued in consideration of the pattern shape, density, pattern position on the wafer, and the like, not the binary value that appears as black and white as the image.
また同時に観察系の設定条件やチャージアップや磁場等の影響も加味して、実際に観察して得られる画像とＣＡＤデータから生成された画像データを比較したさいに疑似欠陥として認識されない様に、ＣＡＤデータから生成された画像データを画像処理する。 At the same time, considering the setting conditions of the observation system, the effect of charge-up, magnetic field, etc., when comparing the image actually obtained by observation and the image data generated from CAD data, it is not recognized as a pseudo defect. Image processing is performed on image data generated from CAD data.
工程１３４・４では、１３４・３で生成した画像を参照画像として、ウエア上のダイを被検査画像として、ダイ比較して検査する。
工程１３４・５は、１３４・４の検査結果を用いて露光条件の判定を行う。すなわち露光条件が不適切であると、例えばダイパターンのライン＆スペースが解像しない事や、パ
ターンのエッジ部が鈍角になる事で、基準画像との差分が発生し結果的に、パターン欠陥として検出される効果を利用している。むろん露光条件起因以外に露光ミスなどを起因としたパターン欠陥やパーティクルが検出される場合もあるが、この場合は再検査している。しかしながら確率的に発生頻度が少ないので問題にはなっていない。
In
工程１３４・５の具体的な手順は、
１）フォーカスマージンを求めるのが優先なので、露光時間は経験的に得られている固定値にして、この場合のフォーカス値と欠陥個数の関係を求める（図１３７）。
The specific procedure of Steps 134.5 is as follows:
1) Since priority is given to obtaining the focus margin, the exposure time is set to a fixed value obtained empirically, and the relationship between the focus value and the number of defects in this case is obtained (FIG. 137).
２）この時、フォーカス値の判定基準は、露光条件により欠陥が１つも発生しない条件としてあるので、結論として、露光条件として許されるフォーカス値はＦ１からＦ２である。 2) At this time, since the criterion for determining the focus value is a condition in which no defect occurs due to the exposure condition, as a conclusion, the focus value permitted as the exposure condition is F1 to F2.
３）Ｆ１とＦ２が具体的に、どのような露光機表現の数値・単位であるかは、露光機からＲｓ２３２ｃもしくはＥｔｈｅｒｎｅｔで接続された通信経路を通して、ダイの位置とその露光条件を転送すれば、簡単に演算できる。本装置では露光条件としての良否判定と共に、露光機にそのまま入力可能な値に変換して表示する機能も有している。 3) Specifically, what kind of numerical value / unit of exposure machine expression F1 and F2 can be determined by transferring the position of the die and its exposure condition through the communication path connected by Rs232c or Ethernet from the exposure machine. Can be calculated easily. This apparatus has a function of displaying the image by converting it into a value that can be directly input to the exposure machine, as well as determining whether the exposure condition is acceptable.
４）また専用通信経路やＳＥＭＩ規格等の通信経路を使用すれば、本検査装置の結果を露光機へフィードバックすることも出来る。
以上、露光条件のリソマージン測定について述べたが、露光用マスクであるレチクル又はステンシルマスクを検査してもよい。この場合には、露光条件決めの検査を簡略化できる。
4) If a dedicated communication path or a communication path such as the SEMI standard is used, the result of this inspection apparatus can be fed back to the exposure apparatus.
Although the lithography margin measurement of the exposure conditions has been described above, a reticle or stencil mask that is an exposure mask may be inspected. In this case, the inspection for determining the exposure conditions can be simplified.
３ 他の実施の形態
３−１）ステージ装置の変形例
図１３８は，本発明による検出装置におけるステージ装置の一変形例を示す。
3 Other embodiments
3-1) Modification of Stage Device FIG. 138 shows a modification of the stage device in the detection device according to the present invention.
ステージ１３８・１のＹ方向可動部１３８・２の上面には＋Ｙ方向と−Ｙ方向（図１３９で左右方向）に大きくほぼ水平に張り出した仕切り板１３８・４が取り付けられ、Ｘ方向可動部１３８・４の上面との間に常にコンダクタンスが小さい絞り部１３８・５が構成されるようになっている。また、Ｘ方向可動部１３８・４の上面にも同様の仕切り板１３８・６が±Ｘ方向（図１３８の（Ａ）で左右方向）に張り出すように構成されており、ステージ台１３８・７の上面との間に常に絞り部１３８・８が形成されるようになっている。ステージ台１３８・７は、ハウジング１３８・９内において底壁の上に公知の方法で固定されている。
On the upper surface of the Y-direction movable portion 138.2 of the stage 138.1, partition plates 138.4 extending substantially horizontally in the + Y direction and the -Y direction (left-right direction in FIG. 139) are attached, and the X-direction
このため、試料台１３８・１０がどの位置に移動しても常に絞り部１３８・５及び１３８・８が形成されるので、可動部１３８・２及び１３８・４の移動時にガイド面１３８・１１、１３８・１２からガスが放出されても、絞り部１３８・５及び１３８・８によって放出ガスの移動が妨げられるため、荷電ビームが照射される試料近傍の空間１３８・１３の圧力上昇を非常に小さく押さえることができる。
For this reason, the
ステージの可動部１３８・２の側面及び下面並びに可動部１３８・４の下面には、静圧軸受け１３８・１４の周囲に、図１４０に示されるような差動排気用の溝が形成されていてこの溝によって真空排気されるため、絞り部１３８・５、１３８・８が形成されている場合は、ガイド面からの放出ガスはこれらの差動排気部によって主に排気されることになる。このため、ステージ内部の空間１３８・１５や１３８・１６の圧力は、チャンバＣ内の圧力よりも高い状態になっている。したがって、空間１３８・１５、１３８・１６を、差動排気溝１４０・１や１４０・２で排気するだけでなく、真空排気する箇所を別に設け
れば空間１３８・１５、１３８・１６の圧力を下げることができ、試料近傍１３８・１３の圧力上昇を更に小さくすることができる。このための真空排気通路１３８・１７と１３８・１８とが設けられている。排気通路はステージ台１３８・７及びハウジング１３８・９を貫通してハウジング１３８・９の外部に通じている。また、排気通路１３８・１８はＸ方向可動部１３８・４に形成され、Ｘ方向可動部１３８・４の下面に開口している。
A differential exhaust groove as shown in FIG. 140 is formed around the
また、仕切り板１３８・３、１３８・６を設置すると、チャンバと仕切り板が干渉しないようにチャンバを大きくする必要が生じるが、仕切り板を伸縮可能な材料や構造にすることによってこの点を改善することが可能である。この実施の形態としては、仕切り板をゴムで構成したり蛇腹状にして、その移動方向の端部を、仕切り板１３８・３の場合はＸ方向可動部１３８・４に、仕切り板１３８・６の場合はハウジング１３８・９の内壁にそれぞれ固定する構成とすることが考えられる。なお、１３８・１９は鏡筒である。
In addition, when the
図１４１はステージ装置の第２の変形例を示している。この実施態様では、鏡筒の先端部すなわち荷電ビーム照射部１４１・１の周囲に、試料Ｗの上面との間に絞り部ができるように円筒状の仕切り１４１・２が構成されている。このような構成では、ＸＹステージからガスが放出されてチャンバＣ内の圧力が上昇しても、仕切りの内部１４１・３は仕切り１４１・２で仕切られており真空配管１４１・４で排気されているので、チャンバＣ内と仕切りの内部１４１・３との間に圧力差が生じ、仕切り内部の空間１４１・３の圧力上昇を低く抑えられる。仕切り１４１・２と試料面との隙間は、チャンバＣ内と照射部１４１・１周辺の圧力をどの程度に維持するかによって変わるが、凡そ数十μｍないし数ｍｍ程度が適当である。なお、仕切り１４１・２内と真空配管とは公知の方法により連通されている。
FIG. 141 shows a second modification of the stage device. In this embodiment,
また、荷電ビーム照射装置では、試料Ｗに数ｋＶ程度の高電圧を印加することがあり、導電性の材料を試料の近傍に設置すると放電を起こす恐れがある。この場合には、仕切り１４１・２の材質をセラミックス等の絶縁物で構成すれば、試料Ｗと仕切り１４１・２との間で放電を起こすことがなくなる。
Further, in the charged beam irradiation apparatus, a high voltage of about several kV may be applied to the sample W, and if a conductive material is placed in the vicinity of the sample, there is a risk of causing discharge. In this case, if the material of the
なお、試料Ｗ（ウェーハ）の周囲に配置したリング部材１４１・５は試料台１４１・６に固定された板状の調整部品であり、ウェーハのような試料の端部に荷電ビームを照射する場合であっても、仕切り１４１・２の先端部全周に亘って微小隙間１４１・７が形成されるように、ウェーハと同一の高さに設定されている。これによって、試料Ｗのどの位置に荷電ビームが照射しても、仕切り１４１・２の先端部には常に一定の微小隙間９５２が形成され、鏡筒先端部周囲の空間１４１・３の圧力を安定に保つことができる。
The
図１４２には別の変形例が示されている。鏡筒１３８・１９の荷電ビーム照射部１４１・２の周囲に差動排気構造を内蔵した仕切り１４２・１が設けられている。仕切り１４２・１は円筒状の形状をしており、その内部に円周溝１４２・２が形成され、その円周溝からは上方に排気通路１４２・３が延びている。その排気通路は内部空間１４２・４を経由して真空配管１４２・５に繋がれている。仕切り１４２・１の下端は試料Ｗの上面との間に数十μｍないし数ｍｍ程度の微小隙間を形成している。
FIG. 142 shows another modification. A partition 142. 1 incorporating a differential exhaust structure is provided around the charged beam irradiating units 141. 2 of the lens barrels 138 and 19. The partition 142. 1 has a cylindrical shape. A circumferential groove 142. 2 is formed inside the partition 142. 1, and an exhaust passage 142. 3 extends upward from the circumferential groove. The exhaust passage is connected to the
このような構成では、ステージの移動に伴ってステージからガスが放出されてチャンバＣ内の圧力が上昇し先端部すなわち荷電ビーム照射部１４１・２にガスが流入しようとしても、仕切り１４２・１が試料Ｗとの隙間を絞ってコンダクタンスを非常に小さくしているためガスは流入を邪魔され流入量は減少する。更に、流入したガスは、円周溝１４２・２から真空配管１４２・５へ排気されるため、荷電ビーム照射部１４１・２の周囲の空間１４１・６へ流入するガスはほとんどなくなり、荷電ビーム照射部１４１・２の圧力を所望の高真空のまま維持することができる。
In such a configuration, even if the gas is released from the stage as the stage moves and the pressure in the chamber C rises and the gas tries to flow into the tip, that is, the charged beam irradiating unit 141. 2, the partition 142. Since the conductance is very small by narrowing the gap with the sample W, the gas is prevented from flowing in and the amount of inflow decreases. Furthermore, since the inflowing gas is exhausted from the circumferential groove 142/2 to the vacuum pipe 142/5, there is almost no gas flowing into the space 141/6 around the charged beam irradiation unit 141/2, and the charged beam irradiation. The pressure of the
図１４３において、さらに他の変形例が示されている。チャンバＣと荷電ビーム照射部１４１・１の周囲には仕切り１４３・１が設けられ、荷電ビーム照射部１４１・１をチャンバＣから隔てている。この仕切り１４３・１は、銅やアルミニュウム等の熱伝導性の良い材料からなる支持部材１４３・２を介して冷凍機１４３・３に連結されており、−１００℃ないし−２００℃程度に冷却されている。部材１４３・４は冷却されている仕切り１４３・１と鏡筒１３８・１９の間の熱伝導を阻害するためのものであり、セラミックスや樹脂材等の熱伝導性の悪い材料から成っている。また、部材１４３・５はセラミックス等の非絶縁体から成り、仕切り１４３・１の下端に形成され試料Ｗと仕切り１４３・１が放電することを防ぐ役割を持っている。
FIG. 143 shows still another modification. A partition 143. 1 is provided around the chamber C and the charged beam irradiation unit 141. 1 to separate the charged beam irradiation unit 141. 1 from the chamber C. The partition 143.1 is connected to the refrigerator 143.3 through a support member 142.3 made of a material having good thermal conductivity such as copper or aluminum, and is cooled to about −100 ° C. to −200 ° C. ing. The
このような構成により、チャンバＣ内から荷電ビーム照射部に流入しようとするガス分子は、仕切り１４３・１で流入を阻害される上、流入しても仕切り１４３・１の表面に凍結捕集されてしまうため、荷電ビーム照射部１４３・６の圧力を低く保つことができる。
With such a configuration, the gas molecules that are about to flow into the charged beam irradiation unit from the chamber C are blocked by the partition 143-1 and are frozen and collected on the surface of the partition 143.1 even if it flows. Therefore, the pressure of the charged
なお、冷凍機としては、液体窒素による冷却や、Ｈｅ冷凍機、パルスチューブ式冷凍機等の様様な冷凍機が使用できる。
図１４４において、さらに他の変形例が示されている。ステージの両可動部には、図１３８に示したのと同様に仕切り板１４４・１、１４４・２が設けられており、試料台１４４・３が任意の位置に移動しても、これらの仕切りによってステージ内の空間１４４・４とチャンバＣ内とが絞り１４４・５、１４４・６を介して仕切られる。更に、荷電ビーム照射部１４１・１の周りには図１４１に示したのと同様の仕切り１４４・７が形成されており、チャンバＣ内と荷電ビーム照射部１４１・１のある空間が絞り１４４・８を介して仕切られている。このため、ステージ移動時、ステージに吸着しているガスが空間１４４・４に放出されてこの部分の圧力を上昇させても、チャンバＣの圧力上昇は低く抑えられ、空間１４４・９の圧力上昇は更に低く抑えられる。これにより、荷電ビーム照射空間１４４・９の圧力を低い状態に保つことができる。また、仕切り１４４・７に示したように差動排気機構を内蔵した仕切り１４２・１としたり、図１４２に示したように冷凍機で冷却された仕切りとすることによって、空間１４４・９を更に低い圧力で安定に維持することができるようになる。
As the refrigerator, a refrigerator such as cooling with liquid nitrogen, a He refrigerator, a pulse tube refrigerator or the like can be used.
In FIG. 144, yet another modification is shown. Both movable parts of the stage are provided with
これらの実施の形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（１）ステージ装置が真空内で高精度な位置決め性能を発揮することができ、更に、荷電ビーム照射位置の圧力が上昇しにくい。すなわち、試料に対する荷電ビームによる処理を高精度に行うことができる。
（２）静圧軸受け支持部から放出されたガスが仕切りを通過して荷電ビーム照射領域側に通過することがほとんどできない。これによって荷電ビーム照射位置の真空度を更に安定させることができる。
（３）荷電ビーム照射領域側に放出ガスが通過することが困難になり、荷電ビーム照射領域の真空度を安定に保ち易くなる。
（４）真空チャンバ内が、荷電ビーム照射室、静圧軸受け室及びその中間室の３室に小さいコンダクタンスを介して分割された形になる。そして、それぞれの室の圧力を、低い順に荷電ビーム照射室、中間室、静圧軸受け室となるように真空排気系を構成する。中間室への圧力変動は仕切りによって更に低く抑えられ、荷電ビーム照射室への圧力変動は、もう一段の仕切りによって更に低減され、圧力変動を実質的に問題ないレベルまで低減することが可能となる。
（５）ステージが移動した時の圧力上昇を低く抑えることが可能になる。
（６）ステージが移動した時の圧力上昇を更に低く抑えることが可能である。
（７）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を実現することができるので、検査性能が高く、試料を汚染する恐れのない検
査装置を提供することができる。
（８）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を実現することができるので、露光精度が高く、試料を汚染する恐れのない露光装置を提供することができる。
（９）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
According to these embodiments, the following effects can be obtained.
(1) The stage device can exhibit highly accurate positioning performance in a vacuum, and the pressure at the charged beam irradiation position is unlikely to increase. That is, it is possible to perform processing with a charged beam on the sample with high accuracy.
(2) The gas released from the static pressure bearing support can hardly pass through the partition to the charged beam irradiation region side. As a result, the degree of vacuum at the charged beam irradiation position can be further stabilized.
(3) It becomes difficult for the emitted gas to pass to the charged beam irradiation region side, and the degree of vacuum in the charged beam irradiation region can be easily kept stable.
(4) The inside of the vacuum chamber is divided into three chambers: a charged beam irradiation chamber, a static pressure bearing chamber, and an intermediate chamber thereof through a small conductance. Then, the evacuation system is configured so that the pressure in each chamber becomes the charged beam irradiation chamber, the intermediate chamber, and the static pressure bearing chamber in order from the lowest. The pressure fluctuation to the intermediate chamber is further suppressed by the partition, and the pressure fluctuation to the charged beam irradiation chamber is further reduced by the other partition, and the pressure fluctuation can be reduced to a level that is not substantially problematic. .
(5) It is possible to suppress a pressure increase when the stage moves.
(6) It is possible to further suppress the pressure increase when the stage moves.
(7) Since it is possible to realize an inspection apparatus with high accuracy of stage positioning and stable vacuum in the charged beam irradiation area, an inspection apparatus with high inspection performance and no risk of contaminating the sample is provided. can do.
(8) Since an exposure apparatus with high stage positioning performance and a stable vacuum degree in the charged beam irradiation region can be realized, an exposure apparatus with high exposure accuracy and no risk of contaminating the sample is provided. be able to.
(9) A fine semiconductor circuit can be formed by manufacturing a semiconductor with an apparatus having high accuracy in positioning of the stage and a stable degree of vacuum in the charged beam irradiation region.
なお、図１３８〜図１４４のステージ装置を図１３のステージ１３・６に適用できることは明らかである。
図１４５ないし図１４７を参照して、本発明によるＸＹステージの他の実施の形態を説明する。なお、図１４８の従来例及び実施の形態において共通する構成部材を示す参照番号は同じになっている。なお、この明細書中で「真空」とは当該技術分野において呼ばれる真空であって、必ずしも絶対真空を指すものではない。
It is obvious that the stage apparatus of FIGS. 138 to 144 can be applied to the
With reference to FIGS. 145 to 147, another embodiment of the XY stage according to the present invention will be described. It should be noted that reference numerals indicating the common components in the conventional example and the embodiment in FIG. 148 are the same. In this specification, “vacuum” is a vacuum called in the technical field, and does not necessarily indicate an absolute vacuum.
図１４５において、ＸＹステージの他の実施態様が示されている。荷電ビームを試料に向かって照射する鏡筒１４５・１の先端部すなわち荷電ビーム照射部１４５・２が真空チャンバＣを画成するハウジング１４５・３に取り付けられている。鏡筒１４５・１の直下には、ＸＹステージ１４５・４のＸ方向（図１４５において左右方向）の可動テーブル上に載置されている試料Ｗが配置されるようになっている。この試料Ｗは高精度なＸＹステージ１４５・４によって、その試料面上の任意の位置に対して正確に荷電ビームを照射させることができる。
In FIG. 145, another embodiment of the XY stage is shown. The tip of the lens barrel 145. 1 that irradiates the charged beam toward the sample, that is, the charged beam irradiation unit 145. 2 is attached to the housing 145. 3 that defines the vacuum chamber C. A sample W placed on a movable table in the X direction (left and right direction in FIG. 145) of the XY stages 145 and 4 is arranged immediately below the
ＸＹステージ１４５・４の台座１４５・５はハウジング１４５・３の底壁に固定され、Ｙ方向（図１４５において紙面に垂直の方向）に移動するＹテーブル１４５・６が台座１４５・５の上に載っている。Ｙテーブル１４５・６の両側面（図１４５において左右側面）には、台座１４５・・５に載置された一対のＹ方向ガイド１４５・７及び１４５・８のＹテーブルに面した側に形成された凹溝内に突出する突部が形成されている。その凹溝はＹ方向ガイドのほぼ全長に亘ってＹ方向に伸びている。凹溝内に突出する突部の上、下面及び側面には公知の構造の静圧軸受け１４５・９、１４５・１０、１４５・１１、１４５・１２がそれぞれ設けられ、これらの静圧軸受けを介して高圧ガスを吹き出すことにより、Ｙテーブル１４５・６はＹ方向ガイド１４５・７、１４５・８に対して非接触で支持され、Ｙ方向に円滑に往復運動できるようになっている。また、台座１４５・５とＹテーブル１４５・６との間には、公知の構造のリニアモータ１４５・１３が配置されており、Ｙ方向の駆動をそのリニアモータで行うようになっている。Ｙテーブルには、高圧ガス供給用のフレキシブル配管１４５・１４によって高圧ガスが供給され、Ｙテーブル内に形成されたガス通路（図示せず）を通じて上記静圧軸受け１４５・１０ないし１４５・９及び１４５・１２ないし１４５・１１に対して高圧ガスが供給される。静圧軸受けに供給された高圧ガスは、Ｙ方向ガイドの対向する案内面との間に形成された数ミクロンから数十ミクロンの隙間に噴出してＹテーブルを案内面に対してＸ方向とＺ方向（図１４５において上下方向）に正確に位置決めする役割を果たす。
The
Ｙテーブル上にはＸテーブル１４５・１４がＸ方向（図１４５において左右方向）に移動可能に載置されている。Ｙテーブル１４５・６上にはＹテーブル用のＹ方向ガイド１４５・７、１４５・８と同じ構造の一対のＸ方向ガイド１４５・１５（１４５・１６）（１４５・１５のみ図示）がＸテーブル１４５・１４を間に挟んで設けられている。Ｘ方向ガイドのＸテーブルに面した側にも凹溝が形成され、Ｘテーブルの側部（Ｘ方向ガイドに面した側部）には凹溝内に突出する突部が形成されている。その凹溝はＸ方向ガイドのほぼ全長に亘って伸びている。凹溝内に突出するＸ方向テーブル１４５・１４の突部の上、下面及び側面には前記静圧軸受け１４５・９、１４５・１０、１４５・１７、１４５・１１、１４５・１２、１４５・１８と同様の静圧軸受け（図示せず）が同様の配置で設けられ
ている。Ｙテーブル１４５・６とＸテーブル１４５・１４との間には、公知の構造のリニアモータ１４５・１９が配置されており、ＸテーブルのＸ方向の駆動をそのリニアモータで行うようにしている。そして、Ｘテーブル１４５・１４にはフレキシブル配管１４５・２０によって高圧ガスが供給され、静圧軸受けに高圧ガスを供給するようになっている。この高圧ガスが静圧軸受けからＸ方向ガイドの案内面に対して噴出されることによって、Ｘテーブル１４５・１４がＹ方向ガイドに対して高精度に非接触で支持されている。
On the Y table, X tables 145 and 14 are placed so as to be movable in the X direction (left and right direction in FIG. 145). A pair of X direction guides 145 and 15 (145 and 16) (only 145 and 15 are shown) having the same structure as the Y direction guides 145 and 145 and 8 for the Y table are provided on the Y table 145 and 6.・ It is provided with 14 in between. A groove is also formed on the side of the X direction guide facing the X table, and a protrusion projecting into the groove is formed on the side of the X table (side facing the X direction guide). The concave groove extends substantially over the entire length of the X-direction guide. The
真空チャンバＣは公知の構造の真空ポンプ等に接続された真空配管１４５・２１、１４５・２２、１４５・２３によって排気されている。配管１４５・２２、１４５・２３の入口側（真空チャンバ内側）は台座１４５・５を貫通してその上面において、ＸＹステージ１４５・４から高圧ガスが排出される位置の近くで開口しており、真空チャンバ内の圧力が静圧軸受けから噴出される高圧ガスにより上昇するのを極力防止している。
The vacuum chamber C is exhausted by
鏡筒１４５・１の先端部すなわち荷電ビーム照射部１４５・２の周囲には、差動排気機構１４５・２４が設けられ、真空チャンバＣ内の圧力が高くても荷電ビーム照射空間１４５・２５の圧力が十分低くなるようにしてある。すなわち、荷電ビーム照射部１４５・２周囲に取り付けられた差動排気機構１４５・２４の環状部材１４５・２６は、その下面（試料Ｗ側の面）と試料との間で微少隙間（数ミクロンから数百ミクロン）１４５・２７が形成されるように、ハウジング１４５・３に対して位置決めされており、その下面には環状溝１４５・２８が形成されている。環状溝１４５・２８は排気管１４５・２９により図示しない真空ポンプ等に接続されている。したがって、微少隙間１４５・２７は環状溝１４５・２８及び排気口１４５・２９を介して排気され、真空チャンバＣから環状部材１４５・２６によって囲まれた空間１４５・２５内にガス分子が侵入しようとしても、排気されてしまう。これにより、荷電ビーム照射空間１４５・２５内の圧力を低く保つことができ、荷電ビームを問題なく照射することができる。この環状溝は、チャンバ内の圧力、荷電ビーム照射空間１４５・２５内の圧力によっては、二重構造或いは三重構造にしてもよい。
A differential evacuation mechanism 145, 24 is provided at the tip of the
静圧軸受けに供給する高圧ガスは、一般にドライ窒素が使用される。しかしながら、可能ならば、更に高純度の不活性ガスにすることが好ましい。これは、水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これらの不純物分子が真空チャンバを画成するハウジングの内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化させたり、試料表面に付着して荷電ビーム照射空間の真空度を悪化させてしまうからである。なお、以上の説明において、試料Ｗは通常Ｘテーブル上に直接載置されるのでなく、試料を取り外し可能に保持したりＸＹステージ１４５・４に対して微少な位置変更を行うなどの機能を持たせた試料台の上に載置されているが、試料台の有無及びその構造は本実施の形態の要旨には関係ないので、説明を簡素化するために省略されている。 Generally, dry nitrogen is used as the high-pressure gas supplied to the hydrostatic bearing. However, if possible, it is preferable to use a higher purity inert gas. This is because if impurities such as moisture and oil are contained in the gas, these impurity molecules adhere to the inner surface of the housing and the surface of the stage components that define the vacuum chamber, and the degree of vacuum is deteriorated. This is because the degree of vacuum of the charged beam irradiation space is deteriorated by adhering to the surface. In the above description, the sample W is not normally placed directly on the X table, but has functions such as holding the sample in a removable manner and performing a slight position change with respect to the XY stage 145. However, the presence / absence of the sample stage and its structure are not related to the gist of the present embodiment, and are omitted for the sake of simplicity.
以上に説明した荷電ビーム装置では、大気中で用いられる静圧軸受けのステージ機構をほぼそのまま使用できるので、露光装置等で用いられる大気用の高精度ステージと同等の高精度のＸＹステージを、ほぼ同等のコスト及び大きさで荷電ビーム装置用のＸＹステージに対して実現できる。なお、以上説明した静圧ガイドの構造や配置及びアクチュエータ（リニアモータ）はあくまでも一実施の形態であり、大気中で使用可能な静圧ガイドやアクチュエータならば何でも適用できる。 In the charged beam apparatus described above, since the stage mechanism of the static pressure bearing used in the atmosphere can be used almost as it is, the high-precision XY stage equivalent to the high-precision stage for the atmosphere used in the exposure apparatus or the like is almost This can be realized for an XY stage for a charged beam apparatus at the same cost and size. The structure and arrangement of the static pressure guide and the actuator (linear motor) described above are only one embodiment, and any static pressure guide or actuator that can be used in the atmosphere can be applied.
次に、差動排気機構の環状部材１４５・２６及びそれに形成される環状溝の大きさの数値例を図１４６に示す。なお、この例では環状溝は１４６・１及び１４６・２の二重構造を有しており、それらは半径方向に隔てられている。
Next, FIG. 146 shows numerical examples of the sizes of the
静圧軸受けに供給される高圧ガスの流量は、通常おおよそ２０Ｌ／ｍｉｎ（大気圧換算
）程度である。真空チャンバＣを、内径５０ｍｍで長さ２ｍの真空配管を介して２００００Ｌ／ｍｉｎの排気速度を有するドライポンプで排気すると仮定すると、真空チャンバ内の圧力は、約１６０Ｐａ（約１．２Ｔｏｒｒ）となる。この時、差動排気機構の環状部材１４６・３及び環状溝等の寸法を、図１４６に示されるようにすれば、荷電ビーム照射空間１４１・１内の圧力を１０-4Ｐａ（１０-6Ｔｏｒｒ）にすることができる。
The flow rate of the high-pressure gas supplied to the static pressure bearing is usually about 20 L / min (atmospheric pressure conversion). Assuming that the vacuum chamber C is evacuated with a dry pump having an evacuation rate of 20000 L / min through a vacuum pipe having an inner diameter of 50 mm and a length of 2 m, the pressure in the vacuum chamber is about 160 Pa (about 1.2 Torr). . At this time, if the dimensions of the annular member 146. 3 and the annular groove of the differential exhaust mechanism are set as shown in FIG. 146, the pressure in the charged beam irradiation space 141 • 1 is 10 −4 Pa (10 −6. Torr).
図１４７において、ＸＹステージの他の実施態様が示されている。ハウジング１４７・１によって画成された真空チャンバＣには、真空配管１４７・２、１４７・３を介してドライ真空ポンプ１４７・４が接続されている。また、差動排気機構１４７・５の環状溝１４７・６は排気口１４７・７に接続された真空配管１４７・８を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ１４７・９が接続されている。更に、鏡筒１４７・１０の内部は、排気口１４７・１１に接続された真空配管１４７・１２を介して、ターボ分子ポンプ１４７・１３が接続されている。これらのターボ分子ポンプ１４７・９、１４７・１３は、真空配管１４７・１４、１４７・１５によってドライ真空ポンプ１４７・４に接続されている。図では、ターボ分子ポンプの粗引きポンプと真空チャンバの真空排気用ポンプを１台のドライ真空ポンプで兼用したが、ＸＹステージの静圧軸受けに供給する高圧ガスの流量、真空チャンバの容積や内表面積、真空配管の内径や長さに応じて、それらを別系統のドライ真空ポンプで排気する場合も考えられる。
In FIG. 147, another embodiment of the XY stage is shown.
ＸＹステージの静圧軸受けには、フレキシブル配管１４７・１６、１４７・１６を通して高純度の不活性ガス（Ｎ２ガス、Ａｒガス等）が供給される。静圧軸受けから噴出したこれらのガス分子は真空チャンバ内に拡散し、排気口１４７・１８、１４７・１９、１４７・２０を通してドライ真空ポンプ１４７・４によって排気される。また、差動排気機構や荷電ビーム照射空間に侵入したこれらのガス分子は環状溝１４７・６或いは鏡筒１４７・１０の先端部から吸引され、排気口１４７・７及び１４７・１１を通ってターボ分子ポンプ１４７・９及び１４７・１３によって排気され、ターボ分子ポンプから排出された後ドライ真空ポンプ１４７・４よって排気される。このように、静圧軸受けに供給された高純度不活性ガスはドライ真空ポンプに集められて排出される。
A high-purity inert gas (
一方、ドライ真空ポンプ１４７・４の排気口は、配管１４７・２１を介して圧縮機１４７・２２に接続され、圧縮機１４７・２２の排気口は配管１４７・２３、１４７・２４、１４７・２５及びレギュレータ１４７・２６、１４７・２７を介してフレキシブル配管１４７・１６、１４７・１７に接続されている。このため、ドライ真空ポンプ１４７・４から排出された高純度不活性ガスは、圧縮機１４７・２２によって再び加圧されレギュレータ１４７・２６、１４７・２７で適正な圧力に調整された後、再びＸＹテーブルの静圧軸受けに供給される。
On the other hand, the exhaust ports of the
なお、静圧軸受けに供給されるガスは上述したようにできるだけ高純度にし、水分や油分が極力含まれないようにする必要があるため、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ及び圧縮機は、ガス流路に水分や油分が混入しないような構造であることが求められる。また、圧縮機の排出側配管１４７・２３の途中にコールドトラップやフィルタ等（１４７・２８）を設け、循環するガス中に混入した水分や油分等の不純物質をトラップして静圧軸受けに供給されないようにすることも有効である。 Since the gas supplied to the hydrostatic bearing needs to be as highly pure as possible and contain as little water and oil as possible, turbo molecular pumps, dry pumps, and compressors have gas flow paths. It is required to have a structure in which moisture and oil are not mixed. In addition, cold traps, filters, etc. (147, 28) are provided in the middle of the compressor discharge side pipes 147, 23 to trap impurities such as moisture and oil mixed in the circulating gas and supply them to the static pressure bearings. It is also effective to prevent this from happening.
こうすることによって、高純度不活性ガスを循環させて再利用できるので、高純度不活性ガスを節約でき、また、本装置が設置された部屋に不活性ガスをたれ流さないので、不活性ガスによる窒息等の事故が発生する恐れもなくすことができる。 By doing so, the high purity inert gas can be circulated and reused, so that the high purity inert gas can be saved and the inert gas is not spilled into the room where the apparatus is installed. It is possible to eliminate the risk of accidents such as suffocation.
なお、循環配管系には高純度不活性ガス供給系１４７・２９が接続されており、ガスの循環を始める際に、真空チャンバＣや真空配管１４７・８、１４７・１２、１４７・１４
、１４７・１５、１４７・２、１４７・３及び加圧側配管１４７・２１、１４７・２３、１４７・２４、１４７・２５、１４７・３０を含む全ての循環系に高純度不活性ガスを満たす役割と、何らかの原因で循環するガスの流量が減少した際に不足分を供給する役割とを担っている。また、ドライ真空ポンプ１４７・４に大気圧以上まで圧縮する機能を持たせることによって、ドライ真空ポンプ１４７・４と圧縮機１４７・２２を１台のポンプで兼ねさせることも可能である。
Note that high-purity inert gas supply systems 147 and 29 are connected to the circulation piping system, and when the gas circulation is started, the vacuum chamber C and the
147 ・ 15, 147 ・ 2, 147 ・ 3 and pressure side piping 147 ・ 21, 147 ・ 23, 147 ・ 24, 147 ・ 25, 147 ・ 30 In addition, it plays a role of supplying a shortage when the flow rate of the circulating gas decreases for some reason. Further, by providing the dry vacuum pump 147.4 with a function of compressing to the atmospheric pressure or higher, the dry vacuum pump 147.4 and the compressor 147.22 can be combined with one pump.
更に、鏡筒の排気に用いる超高真空ポンプには、ターボ分子ポンプの代わりにイオンポンプやゲッタポンプ等のポンプを使用することも可能である。ただし、これらの溜込み式ポンプを用いた場合は、この部分には循環配管系を構築することはできないことになる。また、ドライ真空ポンプの代わりに、ダイヤフラム式ドライポンプ等、他方式のドライポンプを使用することももちろん可能である。 Furthermore, a pump such as an ion pump or a getter pump can be used instead of the turbo molecular pump for the ultra-high vacuum pump used for exhausting the lens barrel. However, when these reservoir pumps are used, a circulation piping system cannot be constructed in this portion. Of course, other types of dry pumps such as a diaphragm type dry pump can be used instead of the dry vacuum pump.
図１４９において、本実施の形態による荷電ビーム装置の光学系及び検出器が模式的に示されている。光学系は鏡筒内に設けられているが、この光学系及び検出器はあくまでも例示であり、必要に応じて任意の光学系、検出器を使用できる。荷電ビーム装置の光学系１４９・１は、荷電ビームをステージ１４９・２上に載置された試料Ｗに照射する一次光学系１４９・３と、試料から放出された二次電子が投入される二次光学系１４９・４とを備えている。一次光学系１４９・３は、荷電ビームを放出する電子銃１４９・５と、電子銃１４９・５から放出された荷電ビームを集束する２段の静電レンズからなるレンズ系１４９・６と、偏向器１４９・７と、荷電ビームをその光軸が対象の面に垂直になるように偏向するウイーンフィルタすなわちＥ×Ｂ分離器１４９・８と、２段の静電レンズからなるレンズ系１４９・９とを備え、それらは、図１４９に示されるように電子銃１４９・５を最上部にして順に、荷電ビームの光軸が試料Ｗの表面（試料面）に鉛直な線に対して傾斜して配置されている。Ｅ×Ｂ偏向器１４９・８は電極１４９・１０、び磁石１４９・１１を備えている。
FIG. 149 schematically shows the optical system and detector of the charged beam apparatus according to the present embodiment. Although the optical system is provided in the lens barrel, the optical system and the detector are merely examples, and any optical system and detector can be used as necessary. The optical system 149.1 of the charged beam apparatus includes a primary optical system 149.3 that irradiates the sample W placed on the stage 149.2 and a secondary electron emitted from the sample. And a second optical system 149.4. The primary optical system 149.3 includes an electron gun 149.5 that emits a charged beam, a lens system 149.6 that includes a two-stage electrostatic lens that focuses the charged beam emitted from the electron gun 149.5, and a deflection. 149.7, a Wien filter that deflects the charged beam so that its optical axis is perpendicular to the target surface, that is, an E.times.B separator 149.8, and a lens system 149.9 comprising two stages of electrostatic lenses. As shown in FIG. 149, they are arranged with the electron gun 149. 5 at the top, and the optical axis of the charged beam is inclined with respect to a line perpendicular to the surface (sample surface) of the sample W. Has been placed. The E ×
二次光学系１４９・４は試料Ｗから放出された二次電子が投入される光学系で、一次光学系のＥ×Ｂ型偏向器１４９・８の上側に配置された２段の静電レンズからなるレンズ系１４９・１２を備えている。検出器１４９・１３は、二次光学系１４９・４を介して送られた二次電子を検出する。上記光学系１４９・１及び検出器１４９・１３の各構成要素の構造及び機能は従来のものと同じであるから、それらについての詳細な説明は省略する。
The secondary optical system 149. 4 is an optical system into which secondary electrons emitted from the sample W are input, and is a two-stage electrostatic lens disposed above the E ×
電子銃１４９・５から放出された荷電ビームは、電子銃の正方形開口で整形され、２段のレンズ系１４９・６によって縮小され、偏光器１４９・７で光軸を調整されてＥ×Ｂ偏向器１４９・８の偏向中心面に一辺が１．９２５ｍｍの正方形に結像される。Ｅ×Ｂ偏向器１４９・８は、試料の法線に垂直な平面内において、電界と磁界とを直交させた構造となっており、電界、磁界、電子のエネルギの関係が一定の条件を満たす時には電子を直進させ、それ以外の時にはこれら電界、磁界及び電界のエネルギの相互の関係により所定方向に偏向されるようになっている。図１４９においては、電子銃からの荷電ビームを試料Ｗに垂直に入射させ、また試料から放出された二次電子を検出器１４９・１３の方向に直進させるように設定されている。Ｅ×Ｂ偏光器で偏向された成形ビームはレンズ系１４９・９で１／５に縮小されて試料Ｗに投影される。試料Ｗから放出されたパターン画像の情報を持った二次電子はレンズ系１４９・９、１４９・４で拡大され、検出器１４９・１３で二次電子画像を形成する。この４段の拡大レンズは、レンズ系１４９・９が対称ダブレットレンズを形成し、レンズ系１４９・１２もやはり対称ダブレットレンズを形成しているので無歪みレンズとなっている。
The charged beam emitted from the electron gun 149/5 is shaped by the square aperture of the electron gun, reduced by the two-stage lens system 149/6, the optical axis is adjusted by the polarizer 149-7, and the E × B deflection is performed. An image is formed in a square having a side of 1.925 mm on the deflection center plane of the device 149. The E ×
本実施の形態によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（１）大気中で一般に用いられる静圧軸受け式のステージと同様の構造を持ったステージ
（差動排気機構を持たない静圧軸受け支持のステージ）を使用して、ステージ上の試料に対して荷電ビームによる処理を安定に行うことができる。
（２）荷電ビーム照射領域の真空度に対する影響を最小限に抑えることが可能になり、荷電ビームによる試料への処理を安定化させることができる。
（３）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を安価に提供することができる。
（４）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を安価に提供することができる。
（５）ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Using a stage having a structure similar to that of a static pressure bearing type stage generally used in the atmosphere (a stage supporting a static pressure bearing that does not have a differential exhaust mechanism) Processing with a charged beam can be performed stably.
(2) It is possible to minimize the influence of the charged beam irradiation area on the degree of vacuum, and it is possible to stabilize the processing of the charged beam on the sample.
(3) It is possible to provide an inspection apparatus with high accuracy in stage positioning performance and a stable vacuum degree in the charged beam irradiation area at low cost.
(4) It is possible to provide an exposure apparatus with high accuracy in positioning the stage and a stable degree of vacuum in the charged beam irradiation area at low cost.
(5) A fine semiconductor circuit can be formed by manufacturing a semiconductor with an apparatus having high accuracy in positioning of the stage and a stable degree of vacuum in the charged beam irradiation region.
３−２）電子線装置の他の実施の形態
さらに、この写像投影方式の課題解決を考慮した、もう１つの方式として一次電子線を複数とし、前記複数の電子線を二次元（Ｘ−Ｙ方向）に走査しながら（ラスタースキャン）試料表面の観察領域を照射するものであり、二次電子光学系は写像投影方式を採用した方式がある。
3-2) Other Embodiments of Electron Beam Apparatus Furthermore, as another method in consideration of solving the problem of the mapping projection method, a plurality of primary electron beams are used, and the plurality of electron beams are two-dimensionally (XY). (Raster scan) while irradiating the observation area on the sample surface, and the secondary electron optical system employs a mapping projection method.
この方式は、前述の写像投影方式の利点を持つとともに、この写像方式の課題である、（１）電子線を一括照射するために、試料表面上でチャージアップしやすいこと、（２）本方式で得られる電子線電流に限界が有り（１．６μＡ程度）検査速度向上の妨げとなっていること、については複数の電子線を走査することにより解決できる。即ち、電子線照射点が移動するので電荷が逃げやすく、チャージアップが減少する。また、複数の電子線の本数を増やすことにより、容易に電流値を増加できる。実施の形態においては４本の電子線を使う場合、一本の電子線電流が５００ｎＡ（電子線の径１０μｍ）で合計２μＡが得られている。１６本程度には容易に電子線の数を増やすことが可能であり、この場合で８μＡを得ることが原理的に可能である。複数の電子線の走査は複数の電子線による照射量が、照射領域に均一になるように照射されれば良いので、前記のようにラスタスキャンに限らず、リサージュ図形などの他の形状の走査形状でも良い。従って、ステージの走査方向は複数の電子線の走査方向に垂直である必要は無い。
This method has the advantages of the above-mentioned mapping projection method, and is a problem of this mapping method. (1) It is easy to charge up on the sample surface to collectively irradiate electron beams, (2) This method The fact that there is a limit to the electron beam current obtained in (1), which hinders the improvement of the inspection speed, can be solved by scanning a plurality of electron beams. That is, since the electron beam irradiation point moves, the charge easily escapes and the charge-up is reduced. Further, the current value can be easily increased by increasing the number of the plurality of electron beams. In the embodiment, when four electron beams are used, one electron beam current is 500 nA (
３−２−１）電子銃（電子線源）
この実施の形態で用いられる電子線源として熱電子線源を使用している。電子放出（エミッタ）材はＬａＢ６である。高融点（高温での蒸気圧が低い）で仕事関数の小さい材料であれば、他の材料を使用することが可能である。複数の電子線を得るために、２通りの方法を用いている。一つは一本のエミッタ（突起が一つ）から一本の電子線引き出し、複数の穴のあいた薄板（開ロ板）を通すことにより、複数の電子線を得る方法、もう一つの方法は一本のエミッタに複数の突起を形成してそこから直に複数の電子線を引き出す方法である。いずれの場合も電子線は突起の先端から放出されやすい性質を利用している。他の方式の電子線源例えば熱電界放出型の電子線やショットキータイプも使用可能である。さらに電子銃は矩形、線形のビームを出すものでも良く、その形状を作り出すために、開口形状で行っても良いし、電子源の電子生成部（チップ又はフィラメント等）の形状を矩形又は線状にしても良い。
3-2-1) Electron gun (electron beam source)
A thermal electron beam source is used as the electron beam source used in this embodiment. The electron emission (emitter) material is LaB6. Other materials can be used as long as the material has a high melting point (low vapor pressure at high temperature) and a small work function. Two methods are used to obtain a plurality of electron beams. One is a method of obtaining a plurality of electron beams by drawing a single electron beam from one emitter (one protrusion) and passing a thin plate (open plate) with a plurality of holes. In this method, a plurality of protrusions are formed on a single emitter, and a plurality of electron beams are drawn directly therefrom. In either case, the electron beam utilizes the property of being easily emitted from the tip of the protrusion. Other electron beam sources such as a thermal field emission type electron beam or a Schottky type can also be used. Furthermore, the electron gun may emit a rectangular or linear beam, and in order to create its shape, it may be opened, and the shape of the electron generator (chip or filament, etc.) of the electron source is rectangular or linear. Anyway.
なお、熱電子線源は電子放出材を加熱することにより電子を放出する方式であり、熱電解放出電子線源とは、電子放出材に高電界をかけることにより電子を放出させ、更に電子線放出部を加熱することにより、電子放出を安定させた方式である。 The thermoelectron beam source is a system that emits electrons by heating the electron emission material. The thermoelectrolytic emission electron beam source emits electrons by applying a high electric field to the electron emission material. This is a system in which electron emission is stabilized by heating the emission part.
図１５０のＡは、該他の実施の形態による電子線装置の概略図である。一方、図１５０のＢは、複数の一次電子線で試料を走査する態様を示す概略平面T図である。空間電荷制
限条件で作動可能な電子銃１５０・１は、図１５０のＢに符号１５０・２で示すようなマ
ルチビームを形成する。マルチビーム１５０・２は、円周上に配置された８個の円形ビームである一次電子線１５０・３から構成される。
FIG. 150A is a schematic diagram of an electron beam apparatus according to another embodiment. On the other hand, B in FIG. 150 is a schematic plan view T showing a mode in which a sample is scanned with a plurality of primary electron beams. The
電子銃１５０・１で発生した複数の一次電子線１５０・３は、レンズ１５０・５、１５０・６を用いて集束され、電極１５０・７および磁石１５０・８からなるＥ×Ｂ分離器１５０・９によって試料Ｗに対して直角に入射するようになされている。これらの要素１５０・４、１５０・５、１５０・６、１５０・９とレンズ１５０・１０および対物レンズ１５０・１１とを含む一次光学系によって試料Ｗ上に集束された複数の一次電磁線１５０・３からなるマルチビーム１５０・２は、レンズ１５０・６の下流側に設けた２段偏向器（図示せず。一次光学系に含まれる）により試料Ｗ上の走査に用いられる。
A plurality of primary electron beams 150. 3 generated by the
試料Ｗの走査は、対物レンズ１５０・１１の主面を偏向中心として、ｘ軸方向に行われる。図１５０のＢに示すように、マルチビーム１５０・２のそれぞれの一次電子線１５０・３は、円周上に互いに離れて配置されており、走査方向であるｘ方向に直交するｙ軸上に投影したとき、互いに隣接する一次電子線１５０・３間の距離（各一次電子線の中心で計測する。）が等間隔になるように設計されている。このとき、互いに隣接する一次電子線１５０・３どうしは、離れていても、接していても、一部が重なり合っていてもよい。
The scanning of the sample W is performed in the x-axis direction with the main surface of the
重なり合いピッチは１００μｍ以下の任意の値に設定して良く、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下に設定して良い。ビーム形のピッチ以下にすることにより、ビーム同士が接触して線状の形状にすることも可能である。また初めから矩形又は線状のビームを形成したものを用いても良い。 The overlapping pitch may be set to an arbitrary value of 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 10 μm or less. By making the pitch less than the beam shape, the beams can be brought into contact with each other to form a linear shape. Alternatively, a rectangular or linear beam formed from the beginning may be used.
図１５０のＢに示すように、マルチビーム１５０・２を構成するそれぞれの一次電子線１５０・３が、互いに離れて配置されていることにより、個々の一次電子線１５０・３の電流密度限界値すなわち試料Ｗに帯電を生じさせない限界の電流密度値は、単一の円形ビームを使用した場合と同等に維持することができ、それにより、Ｓ／Ｎ比の低下を防止することができる。また、各一次電子線１５０・３が互いに離れているので、空間電荷効果も小さい。
As shown in FIG. 150B, the respective primary electron beams 150.3 constituting the multi-beams 150.2 are arranged apart from each other, so that the current density limit value of each primary electron beam 150.3 is set. That is, the limit current density value that does not cause charging of the sample W can be maintained equivalent to the case where a single circular beam is used, thereby preventing the S / N ratio from being lowered. Further, since the
その一方で、マルチビーム１５０・２は、一回の走査で試料Ｗを視野１５０・１２の全面に亘って一様な密度で走査することができる。これにより、高スループットで画像形成ができ、検査時間の短縮を図ることができる。図１５０のＢにおいて、符号１５０・２が走査の始点にあるマルチビームを示すとすると、符号１５０・１３は走査の終点にあるマルチビームを示す。 On the other hand, the multi-beams 150.2 can scan the sample W at a uniform density over the entire surface of the field of view 150.12 in one scan. Thereby, an image can be formed with high throughput, and the inspection time can be shortened. In FIG. 150B, if reference numeral 150.2 indicates a multi-beam at the start point of scanning, reference numeral 150.13 indicates a multi-beam at the end point of scanning.
試料Ｗは試料台（図示せず）に載せられる。この台は、ｘ方向への走査時（例えば２００μｍ幅で走査）に、走査方向ｘに直交する方向ｙに沿って連続移動せしめられる。これにより、ラスタ走査が行われる。試料を載せた台を移動させるための駆動装置（図示せず）が設けられる。 The sample W is placed on a sample table (not shown). This stage is continuously moved along a direction y orthogonal to the scanning direction x during scanning in the x direction (for example, scanning with a width of 200 μm). Thereby, raster scanning is performed. A driving device (not shown) for moving the stage on which the sample is placed is provided.
走査時に試料Ｗから発生し色々な方向に放出された二次電子は、対物レンズ１５０・１１で光軸方向に加速され、その結果、各点から色々な方向に放出された二次電子はそれぞれが細く集束され、レンズ１５０・１０、１５０・１１、１５０・１４、１５０・１５で像の間隔が拡大される。これらのレンズ１５０・１０、１５０・１１、１５０・１４、１５０・１５を含む二次光学系を経て形成された二次電子線１５０・１６は、検出器１５０・１７の受光面に投影され、視野の拡大像を結像させる。
Secondary electrons generated from the sample W during scanning and emitted in various directions are accelerated in the direction of the optical axis by the
光光学系に含まれる検出器１５０・１７は、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）で二次電子線を増倍し、シンチレータで光信号に変換し、ＣＣＤ検出器で電気信号に変換す
る。ＣＣＤからの電気信号により、試料Ｗの二次元画像を形成することができる。それぞれの一次電子線１５０・３は、ＣＣＤ画素の少なくとも２画素以上の寸法を有するものとする。
電子銃１５０・１を空間電荷制限条件で動作させることにより、一次電子線１５０・３のショット雑音は、温度制限条件で動作させた場合より約１桁少なくすることができる。したがって、二次電子信号のショット雑音も１桁小さくできるので、Ｓ／Ｎ比の良い信号を得ることができる。 By operating the electron gun 150.1 under the space charge limiting condition, the shot noise of the primary electron beam 150.3 can be reduced by about one digit compared with the case of operating under the temperature limiting condition. Therefore, the shot noise of the secondary electron signal can be reduced by an order of magnitude, so that a signal with a good S / N ratio can be obtained.
本実施の形態の電子線装置によれば、試料に帯電を生じさせない一次電子線の電流密度限界値を、単一の円形ビームを使用した場合と同等に維持することによりＳ／Ｎ比の低下を防止しつつ、高スループットで画像形成することにより検査時間を短縮できる。 According to the electron beam apparatus of the present embodiment, the S / N ratio is lowered by maintaining the current density limit value of the primary electron beam that does not cause charging of the sample to be equal to that when a single circular beam is used. The inspection time can be shortened by forming an image with high throughput while preventing the above-mentioned problem.
また本実施の形態によるデバイス製造方法は、かかる電子線装置を用いて各ウェーハプロセスの終了後にウェーハの評価を行うことによって、歩留まり向上をT図ることができ
る。
In addition, the device manufacturing method according to the present embodiment can improve the yield by evaluating the wafer after the completion of each wafer process using the electron beam apparatus.
図１５１は、図１５０のＡの実施の形態による電子線装置の詳細を示す図である。電子銃１５１・１から放出された４本の電子線１５１・２（１５１・３〜１５１・６）は開口絞り１５１・７で整形され、２段のレンズ１５１・８、１５１・９でウィーンフィルタ１５１・１０の偏向中心面に１０μｍ×１２μｍの楕円状に結像され、図の紙面垂直方向に偏向器１５１・１１によりラスタースキャンされ、４本の電子線全体として１ｍｍ×０．２５ｍｍの矩形領域を均一にカバーするように結像される。Ｅ×Ｂ１５１・１０で偏向された複数の電子線はＮＡ絞りでクロスオーバーを結び、レンズ１５１・１１で１／５に縮小され試料Ｗに２００μ×５０μｍをカバーし、かつ試料面に垂直になるように照射、投影される（ケーラー照明と呼ばれる）。試料から放出されたパターン画像（試料像Ｆ）の情報を持った４本の２次電子線１５１・１２はレンズ１５・１１、１５１・１３、１５１・１４で拡大され、ＭＣＰ１５１・１５上に全体として４本の電子線１５１・１２で合成された矩形画像(拡大投影像Ｆ‘）として結像する。この二次電子線１５１・１２による
拡大投影像Ｆ’は、ＭＣＰ１５１・１５で１万倍に増感され、蛍光部により光に変換され、ＴＤＩ−ＣＣＤ１５１・１６で試料の連続移動速度に同期された電気信号となり、画像表示部１５１・１７で連続した画像として取得され、ＣＲＴ等に出力した。
FIG. 151 is a diagram showing details of the electron beam apparatus according to the embodiment of FIG. 150A. Four electron beams 151 and 2 (151 and 3 to 151 and 6) emitted from the
電子線照射部は試料表面をできるだけ均一に、かつ照射むらを少なくして、矩形または楕円状に電子線で照射する必要があり、また、スループットをあげるためにはより大きな電流で照射領域を電子線照射する必要がある。従来の電子線照射むらは±１０％程度であり画像のコントラストむらが大きく、また、電子線照射電流は照射領域において５００ｎＡ程度と少ないために、高いスループットが得られないという問題があった。また、走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ）方式に比べて、本方式は広い画像観察領域を一括して電子線照射するためにチャージアップによる結像障害が生じやすいという問題があった。 The electron beam irradiation unit needs to irradiate the sample surface with the electron beam in a rectangular or elliptical shape with as little uniformity as possible and with less irradiation unevenness. Irradiation is necessary. Conventional non-uniformity of electron beam irradiation is about ± 10%, and the non-uniformity of image contrast is large. Further, since the electron beam irradiation current is as small as about 500 nA in the irradiation region, there is a problem that high throughput cannot be obtained. In addition, compared with the scanning electron microscope (SEM) method, this method has a problem in that an image formation failure due to charge-up is likely to occur because a large image observation area is collectively irradiated with an electron beam.
本実施の形態の一次電子線照射方法を図１５２により示す。一次電子線１５２・１は４本の電子線１５２・２〜１５２・５で構成され、それぞれのビームは２μｍ×２．４μｍの楕円状しており、それぞれ１本当り２００μｍ×１２．５μｍの矩形領域をラスタースキャンし、それらが重なり合わないように足し合わせて全体として２００μ×５０μｍの矩形領域を照射する。ビーム１５１・２は１５１・２’ヘ有限の時間で到達し次にビームスポット径分（１０μｍ）ずれた１５１・２の直下にほとんど時間損失なしに戻り、再度前記と同じ有限の時間で１５１・２〜１５１・２’に平行に１５１・２’の直下（１５１・３’方向）に移動し、これを繰り返して図の点線で示す矩形の照射領域の１／４（２００μｍ×１２．５μｍ）を走査した後はじめの点１５２・１に戻りこれを高速に繰り返す
。
A primary electron beam irradiation method of this embodiment mode is shown in FIG. The primary electron beam 152. 1 is composed of four electron beams 152. 2 to 152. 5, and each beam has an elliptical shape of 2 μm × 2.4 μm, and a rectangular of 200 μm × 12.5 μm per each. The areas are raster-scanned and added together so that they do not overlap to irradiate a rectangular area of 200 μm × 50 μm as a whole. The beam 151 · 2 arrives at 151 · 2 ′ in a finite time, and then returns to a position immediately below 15 · 1 shifted by the beam spot diameter (10 μm) with almost no time loss, and again in the same finite time as 151 · Move parallel to 2-151.2 'and directly below 151.2' (151-3 'direction) and repeat this for 1/4 of the rectangular irradiation area indicated by the dotted line (200 .mu.m.times.12.5 .mu.m). After scanning, the first point 152.1 is returned to and repeated at high speed.
他の電子線１５２・３〜１５２・５も電子線１５２・２と同様に同じ速度で走査を繰り返し、全体として図の矩形の照射領域（２００μ×５０μｍ）を均一に高速に照射する。
均一に照射できれば、前記のラスタースキャンでなくても良い。例えばリサージュ形を描くように走査しても良い。従って、ステージの移動方向は図に示す方向Ａである必要は無い。即ち、スキャン方向（図の横方向の高速走査方向）に垂直である必要は無い。
The other electron beams 152 · 3 to 152 · 5 are repeatedly scanned at the same speed as the electron beam 152 · 2 and uniformly irradiate the rectangular irradiation region (200 µ x 50 µm) as a whole at high speed.
As long as the irradiation can be performed uniformly, the raster scan may not be performed. For example, scanning may be performed so as to draw a Lissajous shape. Therefore, the moving direction of the stage need not be the direction A shown in the figure. That is, it is not necessary to be perpendicular to the scanning direction (the high-speed scanning direction in the horizontal direction in the figure).
本実施の形態では電子線照射むらは±３％程度で照射できた。照射電流は１本の電子線当たり２５０ｎＡで試料表面で全体として、４本の電子ビームで１．０μＡを得ることができた（従来の２倍）。電子線の本数を増やすことにより、電流を増加でき、高スループットを得ることができる。また、照射点が従来に比べて小さく（面積で約１／８０）また移動しているのでチャージアップは従来の１／２０以下に抑えることができた。 In this embodiment, the unevenness of electron beam irradiation can be irradiated at about ± 3%. The irradiation current was 250 nA per electron beam, and 1.0 μA was obtained with four electron beams as a whole on the sample surface (twice as compared with the conventional method). By increasing the number of electron beams, current can be increased and high throughput can be obtained. Further, since the irradiation point is smaller than the conventional one (about 1/80 in area) and moved, the charge-up can be suppressed to 1/20 or less of the conventional one.
図中には示していないが、本装置には、レンズの他に、制限視野絞り、電子線の軸調整のための４極またはそれ以上の極数を有する偏向器（アライナー）、非点収差補正器（スティグメータ）、さらにビーム形状を整形する複数の４重極レンズ（４極子レンズ）等電子線の照明、結像に必要なユニットを備えている。 Although not shown in the figure, in addition to the lens, this apparatus includes a limited field stop, a deflector (aligner) having four or more poles for adjusting the axis of the electron beam, astigmatism. A unit necessary for illumination and imaging of an electron beam such as a corrector (stigmator) and a plurality of quadrupole lenses (quadrupole lenses) for shaping the beam shape are provided.
３−２−２）電極の構造
図１５３は、電子線を試料に照射する静電レンズを用いた電子光学系において絶縁破壊を防止する電極構造を備える電子線装置を示している。
3-2-2) Electrode Structure FIG. 153 shows an electron beam apparatus having an electrode structure for preventing dielectric breakdown in an electron optical system using an electrostatic lens that irradiates a sample with an electron beam.
これまで、光学的に検査するだけでは十分な感度や解像度が得られないような微細な試料の表面状態を検査する為に、電子線を利用した高感度、高解像度な電子線装置を用いるための検討がなされている。 To use a high-sensitivity, high-resolution electron beam device that uses an electron beam to inspect the surface state of a fine sample that has not been able to obtain sufficient sensitivity and resolution only by optical inspection. Is being studied.
このような電子線装置は、電子線源によって電子線を放出し、静電レンズ等の静電光学系によって、この放出された電子線を加速したり収束したりするなどして検査対象である試料に入射させる。次に、電子線の入射によって試料から放出される二次電子線を検出することによって、検出された二次電子線に対応する信号を発生させ、この信号により例えば、試料のデータを形成する。この形成されたデータにより、試料の表面状態を検査する。 Such an electron beam apparatus is an inspection object by emitting an electron beam from an electron beam source and accelerating or converging the emitted electron beam by an electrostatic optical system such as an electrostatic lens. Incident on the sample. Next, by detecting a secondary electron beam emitted from the sample by the incidence of the electron beam, a signal corresponding to the detected secondary electron beam is generated, and for example, data of the sample is formed by this signal. The surface state of the sample is inspected based on the formed data.
こうした電子線装置に用いられる静電レンズ等の静電レンズを用いた電子光学系には、電子線を加速したり収束するための電界を生成する電極が、電子線の光軸方向に多段に配設されている。これら電極には各々所定の電圧が印加され、こうして電極の電位差によって生ずる電界によって、電子線を加速したり、光軸上の所定の点に収束させるようにしている。 In an electron optical system using an electrostatic lens such as an electrostatic lens used in such an electron beam apparatus, an electrode that generates an electric field for accelerating or converging the electron beam has multiple stages in the optical axis direction of the electron beam. It is arranged. A predetermined voltage is applied to each of these electrodes, and the electron beam is accelerated or converged to a predetermined point on the optical axis by an electric field generated by the potential difference between the electrodes.
従来の電子線装置においては、電子線源から放出した電子線の一部が、静電レンズを用いた電子光学系における電界に係わらず電極に衝突する場合がある。この場合に、電子線が電極に衝突することにより、電極自体から二次電子線が放出される。この電極から放出される二次電子線の量は、電極の材料、又は、電極をコーティングしている材料によって変化する。この電極から放出される二次電子線が多くなると、この二次電子線は電極の電界によって加速され、装置内の残ガスをイオン化し、このイオンが電極に衝突することによって、更に、電極から二次電子線が放出される。したがって、二次電子線が大量に放出されると、電極間において放電が生じ易くなり、電極間で絶縁破壊を起こす確率が増加してしまう。 In the conventional electron beam apparatus, a part of the electron beam emitted from the electron beam source may collide with the electrode regardless of the electric field in the electron optical system using the electrostatic lens. In this case, when the electron beam collides with the electrode, a secondary electron beam is emitted from the electrode itself. The amount of secondary electron beam emitted from the electrode varies depending on the material of the electrode or the material coating the electrode. When the secondary electron beam emitted from this electrode increases, this secondary electron beam is accelerated by the electric field of the electrode, ionizes the residual gas in the device, and this ion collides with the electrode. A secondary electron beam is emitted. Therefore, when a large amount of secondary electron beams are emitted, discharge easily occurs between the electrodes, and the probability of causing dielectric breakdown between the electrodes increases.
例えば、電極がアルミニウムでコーティングされている場合と、金でコーティングされている場合とで、絶縁破壊の確率を比較すると、アルミニウムの場負の方が電極間の絶縁破壊の確率が若干高かった。アルミニウムは、仕事関数が４．２［ｅＶ］であり、金は、仕事関数は４．９［ｅＶ］である。ここで、仕事関数とは、金属にある１個の電子線を真空中に取り出すのに必要な最小のエネルギーである（単位：ｅＶ）。 For example, when the probability of dielectric breakdown was compared between the case where the electrode was coated with aluminum and the case where the electrode was coated with gold, the probability of dielectric breakdown between the electrodes was slightly higher in the case where aluminum was negative. Aluminum has a work function of 4.2 [eV], and gold has a work function of 4.9 [eV]. Here, the work function is the minimum energy (unit: eV) necessary for taking out one electron beam in a metal into a vacuum.
また、電極が金でコーティングされている場合であって、更に、電子線装置の試料が半導体ウェーハである場合は、コーティングした金に電子線が衝突することによって金がスパッタされ、半導体ウェーハの表面に金が付着してしまう場合がある。半導体表面に金が付着すると、後の熱工程で金がシリコン結晶中に拡散されトランジスタの性能を劣化させる。よってこの場合に、電子線装置は半導体ウェーハの検査に適さない。 Further, when the electrode is coated with gold and the sample of the electron beam apparatus is a semiconductor wafer, the gold is sputtered by the collision of the electron beam with the coated gold, and the surface of the semiconductor wafer Gold may adhere to the surface. When gold adheres to the semiconductor surface, gold is diffused into the silicon crystal in a later thermal process, and the performance of the transistor is deteriorated. Therefore, in this case, the electron beam apparatus is not suitable for inspection of a semiconductor wafer.
一方、静電レンズを用いた電子光学系の例えば、静電レンズにおいては、電極間距離を短くすることによって焦点距離の短い静電レンズが得られる。焦点距離が短いと、静電レンズの収差係数は小さくなり低収差となるので、静電レンズは高分解能となり、評価装置の分解能が向上する。 On the other hand, for example, in an electrostatic lens of an electron optical system using an electrostatic lens, an electrostatic lens having a short focal length can be obtained by shortening the distance between the electrodes. When the focal length is short, the aberration coefficient of the electrostatic lens becomes small and the aberration becomes low, so that the electrostatic lens has a high resolution and the resolution of the evaluation apparatus is improved.
また、静電レンズの電極間に与える電位差を大きくすることによっても、焦点距離の短い静電レンズとすることができる。よって、電極間距離を短くする場合と同様に、静電レンズは低収差で高分解能となり、電子線装置の分解能が向上する。したがって、電極間距離を短くして電極間の電位差を大きくしてやれば、相乗的に静電レンズは低収差で高分解能とすることができる。しかし、電極間距離を短くして電極間の電位差大きくすると、電極間において放電が生じ易くなり、電極間で絶縁破壊を起こす確率が増加してしまうという問題がある。 In addition, an electrostatic lens having a short focal length can be obtained by increasing the potential difference applied between the electrodes of the electrostatic lens. Therefore, as in the case where the distance between the electrodes is shortened, the electrostatic lens has low aberration and high resolution, and the resolution of the electron beam apparatus is improved. Therefore, if the distance between the electrodes is shortened and the potential difference between the electrodes is increased, the electrostatic lens can synergistically achieve high resolution with low aberration. However, when the distance between the electrodes is shortened and the potential difference between the electrodes is increased, there is a problem that electric discharge is likely to occur between the electrodes and the probability of causing dielectric breakdown between the electrodes increases.
従来、電極間の絶縁は、電極間に絶縁材料を挿入し、この絶縁材料によって電極を支持することによって、電極間の絶縁を保持していた。また、電極間の絶縁材料の最短沿面距離（絶縁表面長さ）を長くすることによって、絶縁材料表面の絶縁性能を高めていた。例えば、絶縁材料の表面を電極間方向のヒダ形状とすることによって、電極間における最短沿面距離を長くしていた。 Conventionally, the insulation between electrodes has been maintained by inserting an insulating material between the electrodes and supporting the electrode with the insulating material. Further, the insulation performance of the surface of the insulating material has been improved by increasing the shortest creepage distance (insulating surface length) of the insulating material between the electrodes. For example, the shortest creepage distance between the electrodes has been increased by forming the surface of the insulating material into a pleated shape in the interelectrode direction.
しかしながら、一般に、絶縁材料表面の加工は、金属の加工に比べると加工が困難で、加工費用が高価になってしまう。また、絶縁材料表面をヒダ形状等とすると、絶縁材料の表面積が広くなってしまうので、電子線装置内が真空の場合は、絶縁材料からの放出ガスが多くなる場合がある。よって、真空度の劣化を招き、かえって電極間の耐圧が下がってしまう場合が多かった。 However, in general, the processing of the surface of the insulating material is more difficult than metal processing, and the processing cost becomes expensive. Further, if the surface of the insulating material has a pleated shape or the like, the surface area of the insulating material becomes large. Therefore, when the inside of the electron beam apparatus is vacuum, the amount of gas released from the insulating material may increase. Therefore, the degree of vacuum is deteriorated, and the breakdown voltage between the electrodes is often lowered.
図１５３の実施の形態はこのような問題を解決するために提案されたものであり、以下、この実施の形態に係る、静電光学系の電極間の絶縁破壊を防止し得る電子線装置を、静電光学系を有する写像投影型評価装置に適用した場合について、その写像投影型評価装置の構成、動作および該装置を用いたデバイス製造方法を説明する。 The embodiment of FIG. 153 has been proposed to solve such a problem. Hereinafter, an electron beam apparatus according to this embodiment that can prevent dielectric breakdown between electrodes of the electrostatic optical system will be described. When applied to a mapping projection type evaluation apparatus having an electrostatic optical system, the configuration and operation of the mapping projection type evaluation apparatus and a device manufacturing method using the apparatus will be described.
図１５３において、写像投影型評価装置１５３・１は、試料を照射する電子線が所定の放射面を持っており、電子線の照射によって試料から放射される二次電子線も所定の放射面を持っている。電子線源１５３・２からは、二次元領域、例えば矩形の放射面をもつ電子線が放射され、静電レンズ系１５３・３によって所定倍率に拡大される。拡大された電子線は、斜め上方からＥ×Ｂ型偏向器１５３・４に入射され、Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４の電界と磁界が直交する場により、試料である半導体ウェーハ１５３・５の方向に偏向される（図１５３の実線）。
In FIG. 153, in the projection type evaluation apparatus 153-1, the electron beam that irradiates the sample has a predetermined emission surface, and the secondary electron beam emitted from the sample by the electron beam irradiation also has a predetermined emission surface. have. An electron beam having a two-dimensional area, for example, a rectangular radiation surface, is emitted from the electron beam source 155.3, and is magnified by a predetermined magnification by the electrostatic lens system 155.3. The expanded electron beam is incident on the E ×
Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４によって半導体ウェーハ１５３・５の方へ偏向された電子線は、静電対物レンス系１５３・６内の電極に印加された電圧によって発生した電界により減速され、静電対物レンズ系１５３・６によって半導体ウェーハ１５３・５に結像される。
The electron beam deflected toward the
次に、半導体ウェーハ１５３・５への電子線の照射によって発生した二次電子線は、静電対物レンズ系１５３・６の電界によって検出器１５３・７の方向に加速され（図１５３の点線）、Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４に入射される。Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４は、加速された二次電子線を静電中間レンズ系１５３・８方向に向かわせ、次に、静電中間レンズ系１５３・８によって二次電子線を検出器１５３・７に入射させることによって二次電子線が検出される。検出器１５３・７によって検出された二次電子線はデータに変換されて表示装置１５３・９に送信され、表示装置１５３・９に二次電子線の画像を表示し、半導体ウェーハ１５３・５のパターンを検査する。
Next, the secondary electron beam generated by the electron beam irradiation to the
次に、写像投影型評価装置１５３・１における静電レンズ系１５３・３、静電対物レンズ系１５３・６、静電中間レンズ系１５３・８およびＥ×Ｂ型偏向器１５３・４の構成について詳細に説明する。電子線が通過する静電レンズ系１５３・３、静電対物レンズ系１５３・６や、二次電子線が通過する静電中間レンズ系１５３・８は、所定の電界を発生させる為の複数の電極を含んでいる。また、これら全ての電極の表面には、白金がコーティングされている。更に、Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４の電極１５３・１０の表面も白金でコーティングされている。
Next, regarding the configuration of the
ここで、図１５４を参照して、電極をコーティングする金属別における絶縁破壊発生確率について説明する。尚、絶縁破壊発生率は、金属毎に相対的な大小関係で表している。また、写像投影型評価装置において、電極をコーティングする金属の種類を除く他の検査条件は同一とした。 Here, with reference to FIG. 154, the dielectric breakdown occurrence probability for each metal coating the electrode will be described. The dielectric breakdown occurrence rate is represented by a relative magnitude relationship for each metal. Further, in the projection type evaluation apparatus, the other inspection conditions except for the type of metal coating the electrode were the same.
まず、電極をコーティングした金属がアルミニウムの場合と、金の場合において、絶縁破壊が発生する確率を比較すると、金の場合の方が電極の絶縁破壊の発生確率が若干低かった。よって、金の場合の方が絶縁破壊の防止については効果があった。また更に、電極をコーティングした金属が金の場合と、白金の場合において、絶縁破壊が発生する確率を比較すると、白金の場合の方が電極の絶縁破壊の発生確率が更に低かった。 First, comparing the probability of dielectric breakdown occurring when the metal coated with the electrode is aluminum and gold, the probability of dielectric breakdown of the electrode was slightly lower in the case of gold. Therefore, gold is more effective in preventing dielectric breakdown. Furthermore, comparing the probability of dielectric breakdown occurring when the metal coated with the electrode is gold and platinum, the probability of occurrence of dielectric breakdown of the electrode was even lower in the case of platinum.
ここで、各金属の仕事関数は、アルミニウムが４．２［ｅＶ〕であり、金が４．９［ｅＶ〕、白金は５．３［ｅＶ］である。金属の仕事関数とは、金属にある１個の電子線を真空中に取り出すのに必要な最小のエネルギーである（単位：ｅＶ）。即ち、仕事関数の値が大きい程、電子線が取り出しにくいことになる。 Here, the work function of each metal is 4.2 [eV] for aluminum, 4.9 [eV] for gold, and 5.3 [eV] for platinum. The work function of a metal is the minimum energy (unit: eV) required to take out one electron beam in the metal into a vacuum. That is, the larger the work function value, the more difficult it is to extract the electron beam.
よって、写像投影型評価装置１５３・１において、電子線源１５３・２から放射された電子線が電極に衝突した場合に、仕事関数の値が大きい金属（仕事関数の値が大きい金属を主材料とする合金をも含む）が電極にコーティングされていれば、電極から放出される二次電子線は少なくなるので、電極の絶縁破壊の発生確率も低下する。そのため、仕事関数が大きい金属であれば、或る程度良い。具体的には、電極にコーティングされる金属の仕事関数が５［ｅＶ〕であれば、電極の絶縁破壊の発生確率は低く抑えることができる。 Therefore, in the mapping projection type evaluation apparatus 153-1, when an electron beam emitted from the electron beam source 153-1 collides with the electrode, a metal having a large work function value (a metal having a large work function value is used as a main material). If the electrode is coated on the electrode, the number of secondary electron beams emitted from the electrode is reduced, so that the probability of dielectric breakdown of the electrode is also reduced. Therefore, a metal having a large work function is good to some extent. Specifically, if the work function of the metal coated on the electrode is 5 [eV], the probability of occurrence of dielectric breakdown of the electrode can be kept low.
また、この実施の形態のように、検査対象となる試料が半導体ウェーハ１５３・５であり、更に、電極にコーティングされる金属が金の場合であると、電子線が金に衝突することによって、半導体ウェーハ１５３・５のパターン上に金が付着してしまうことがあった。よって、この実施の形態においては、電極にコーティングされる金属が白金であると、半導体ウェーハ１５３・５のパターン上に白金が付着することなく、また、白金が付着す
ることがあってもデバイス性能を劣化させることもない。更に、電極の絶縁破壊の発生確率も低くすることができ、より好ましい。
Further, as in this embodiment, when the sample to be inspected is the semiconductor wafer 153.5, and the metal coated on the electrode is gold, the electron beam collides with gold, Gold sometimes adhered on the pattern of the semiconductor wafers 153.5. Therefore, in this embodiment, when the metal to be coated on the electrode is platinum, platinum does not adhere on the pattern of the semiconductor wafer 153.5, and even if platinum adheres, the device performance It will not deteriorate. Furthermore, the probability of occurrence of dielectric breakdown of the electrode can be lowered, which is more preferable.
次に、図１５５と図１５６を参照して、電極の形状と構成の一例を説明する。図１５５において、電極１５５・１とは、静電レンズ系１５３・３、静電対物レンズ系１５３・６および静電中間レンズ系１５３・８に含まれる静電レンズの電極である。
Next, an example of the shape and configuration of the electrode will be described with reference to FIGS. In FIG. 155, electrodes 155. 1 are electrodes of electrostatic lenses included in the
電極１５５・１は、電子線や二次電子線が通過することができる通過孔が略中央部にある円盤形状になっており、この実施の形態の写像投影型評価装置１５３・１において、電極１５５・１には、図示しない電源装置により所定の電圧が印加されている。 The electrode 155. 1 has a disk shape in which a passage hole through which an electron beam or a secondary electron beam can pass is substantially in the center. In the projection type evaluation apparatus 153 · 1 of this embodiment, the electrode 155. A predetermined voltage is applied to 155. 1 by a power supply device (not shown).
図１５６は電極１５５・１の表面部の一部断面図である。なお、Ｅ×Ｂ型偏向器１５３・４の電極１５３・１０の表面も電極１５５・１の表面と同等の構成としてもよい。電極１５５・１の材料は、ケイ素銅（シリコンブロンズ）１５６・１から構成され、必要な寸法形状に加工されたケイ素銅１５６・１上にチタン１５６・２を５０ｎｍの厚さになるようにスパッタ・コーティングし、更に、チタン１５６・２上に白金１５６・３を２００ｎｍの厚さになるようにスパッタ・コーティングを行って電極１５５・１が形成される。
FIG. 156 is a partial sectional view of the surface portion of the electrode 155. The surfaces of the
ここで、図１５７および図１５８を参照して、この実施の形態において、電極間の電位差が大きい場合の電極間の絶縁破壊を防止する電極構成について詳細に説明する。図１５７の電極１５７・１、１５７・２は、例えば、静電対物レンズ系１５３・６に含まれている電極であり、上記のように電極には白金がコーティングされている。また、電極１５７・１、１５７・２には、図示しない電源装置により所定の電圧が印加されている。この実施の形態では、半導体ウェーハ１５３・５側の電極１５７・２には高電圧、例えば１５ｋＶの電圧が印加され、電極１５７・１には５ｋＶの電圧が印加されている。
Here, with reference to FIG. 157 and FIG. 158, an electrode configuration for preventing dielectric breakdown between electrodes when the potential difference between the electrodes is large will be described in detail in this embodiment. The
電子線や二次電子線が通過する通過孔１５７・３は、電極１５７・１、１５７・２の中央部にあり）通過孔１５７・３内は電極１５７・１、１５７・２の電位差によって電界が形成されている。この電界によって、電子線は減速し、且つ収束されて、半導体ウェーハ１５３・５に照射される。この時、電極間の電位差が大きいので、静電対物レンズ系１５３・６は焦点距離の短い静電対物レンズとすることができる。よって、静電対物レンズ系１５３・６は低収差で高分解能となる。
The
電極１５７・１、１５７・２の間には、絶縁スペーサ１５７・４が挿入されており、絶縁スペーサ１５７・４は、電極１５７・１、１５７・２を略垂直に支持している。絶縁スペーサ１５７・４の電極間における最短沿面距離は、支持された電極部分における電極間距離と略同じ長さである。即ち、電極間の絶縁スペーサ１５７・４の表面は、電極間方向においてヒダ状等になっておらず、ほぼ直線になっている。
Insulating
電極１５７・２は電極間において最短距離となっている第１の電極面１５７・５と、この第１の電極面１５７・５よりも電極間距離が長い第２の電極面１５７・６と、第１の電極面１５７・５と第２の電極面１５７・６との間にこれら２つの電極間方向の段差１５７・７（図１５８）を有している。絶縁スペーサ１５７・４は電極１５７・２を第２の電極面１５７・６で支持している。
The
電極１５７・２をこのような形状にしたので、電極間の最短距離を所定の距離に保ちつつ、絶縁スペーサ１５７・４の表面を電極間方向においてヒダ状等に加工することなく、絶縁スペーサ１５７・４の最短沿面距離を電極間の最短距離より長くすることが可能となる。また、絶縁スペーサ１５７・４の表面には、大きい電界が加わらないので、沿面放電も起こり難い構造とすることができる。
Since the
したがって、静電対物レンズ系１３５・６を焦点距離の短い静電対物レンズとし、且つ低収差で高分解能にすることができ、しかも、絶縁スペーサ１５７・４の電極間の絶縁性能が低下しないので、電極間の絶縁破壊が防止できる。また、金属である電極１５７・２に段差１５７・７を設けるように加工したので、絶縁スペーサ１５７・４を加工するより加工費用が安価になる。加えて、電極間方向における絶縁スペーサ１５７・４の表面にはほとんど凹凸部分が無く、絶縁スペーサ１５７・４からの放出ガスが多くなることも無い。更に、電極１５７・１の通過孔１５７。３の開口端部１５７・８と、電極１５７・２の通過孔１５７・３の開口端部１５７・９とのコーナー部に曲率を持たせたので、両コーナー部に電界が集中することがなくなり、電極間の絶縁破壊がより防止できる。また更に、電極１５７・２の段差１５７・７の電極間側のコーナー部に曲率を持たせたので、コーナー部に電界が集中することがなく、電極間の絶縁破壊がより防止できる。
Therefore, the electrostatic
なお、この実施の形態では、電極１５７・２に段差１５７・７を設けたが、電極１５７・１にも電極１５７・２方向に段差を設けるように加工してもよいし、電極１５７・２に代えて、電極１５７・１にのみ電極１５７・２方向に段差を設けるように加工してもよい。また、静電対物レンズ系１５３・６において、絶縁スペーサ１５７・４が挿入された電極を説明したが、他の静電レンズ系において、電位差の大きい電極がある場合は、その静電レンズ系に適用することによって、電極間の絶縁破壊を防止することができる。
In this embodiment, the
図１５３〜図１５８を用いて説明した実施の形態は、すでに説明したデバイス製造方法における検査工程に用いることによって、静電レンズ系の電極間で絶縁破壊が生じることなく半導体ウェーハの評価を行うことが可能となる。 The embodiment described with reference to FIGS. 153 to 158 is used for the inspection process in the device manufacturing method already described, thereby evaluating a semiconductor wafer without causing dielectric breakdown between electrodes of the electrostatic lens system. Is possible.
３−３）制振装置に関する実施の形態
本実施の形態は、電子線を物質の目標位置に照射することにより、当該物質の加工、製造、観測及び検査のうち少なくともいずれかを実行する電子線装置に係り、より詳しくは、電子線を位置決めする機械構造体に生じる不要な機械的振動を減少させた電子線装置、その制振方法および該装置を用いた半導体デバイスの加工、製造、観測及び検査のうち少なくともいずれかを実行する工程を備えた半導体製造プロセスに関する。
3-3) Embodiment relating to vibration damping device In this embodiment, an electron beam that performs at least one of processing, manufacturing, observation, and inspection of a substance by irradiating the target position of the substance with an electron beam More particularly, the present invention relates to an electron beam apparatus in which unnecessary mechanical vibration generated in a mechanical structure for positioning an electron beam is reduced, a method for damping the same, and processing, manufacturing, observation, and semiconductor device using the apparatus. The present invention relates to a semiconductor manufacturing process including a step of executing at least one of inspections.
一般に、電子線を用いて物質の微細な構造を観測する手法に、ウェーハ等に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置や走査型電子線顕微鏡（ＳＥＭ）等が有るが、観測分解能がμｍ〜数十ｎｍであるため、外部からの振動を十分に除振して観測を行う必要がある。また、電子線を用いて露光を行う装置においても、電子線を偏向させ、目標位置に正確にビーム照射するためには、外部からの振動を十分に除振するための除振装置を用い、且つ、鏡筒部分の構造から生じる機械的共振によるふらつきを出来るだけ小さくするために、剛性を上げる必要がある。構造体の剛性を上げるためには、電子光学系による物理的な寸法制約があることから、小型化による剛性の向上は取りづらく、従って鏡筒部分の肉厚化、大型化等により剛性向上が成されることが多かった。しかし、この方法による剛性向上は、装置の重量化、形状制限、除振台の大型化などを含む設計上の自由度の拘束、並びに、経済的な面を含めて不利な面が多々有った。 In general, methods for observing the fine structure of a substance using an electron beam include an inspection device for inspecting a defect of a pattern formed on a wafer or the like, a scanning electron microscope (SEM), etc., but the observation resolution is μm. Since it is ˜several tens of nanometers, it is necessary to observe the vibration from outside sufficiently. Also, in an apparatus that performs exposure using an electron beam, in order to deflect the electron beam and accurately irradiate the target position with a beam, a vibration isolator for sufficiently removing vibration from the outside is used, In addition, it is necessary to increase the rigidity in order to minimize the fluctuation caused by the mechanical resonance caused by the structure of the lens barrel portion. In order to increase the rigidity of the structure, there are physical dimensional constraints imposed by the electron optical system, so it is difficult to improve the rigidity by reducing the size, and therefore the rigidity can be improved by increasing the thickness and size of the lens barrel. Often done. However, the improvement in rigidity by this method has many disadvantages, including constraints on the degree of freedom in design, including the weight of the device, shape restrictions, the increase in size of the vibration isolation table, and the economic aspect. It was.
本実施の形態は、上記事実に鑑み、ビームを位置決めする機械構造体の共振による不要な振動を、必ずしも機械構造体の剛性を向上させなくても、ビームの位置決めを高精度に維持できるよう適切に減衰可能とすることにより、設計上の制約の緩和、装置の小型軽量化、経済性の向上を実現させた電子線装置、および、該装置を半導体デバイスの製造工程に用いて効率良く製造、検査、加工、観測等を可能とする半導体製造プロセスを提供する。 In view of the above facts, the present embodiment is suitable so that unnecessary vibration due to resonance of the mechanical structure for positioning the beam can be maintained with high accuracy without necessarily improving the rigidity of the mechanical structure. By making it possible to attenuate, an electron beam apparatus that realizes relaxation of design constraints, reduction in size and weight of the apparatus, and improvement in economic efficiency, and efficient production using the apparatus in a semiconductor device manufacturing process, Provide a semiconductor manufacturing process that enables inspection, processing, observation, etc.
図１５９は、本実施の形態を、電子線を用いて半導体ウェーハの欠陥の検査を行う電子線検査装置に適用した場合の構成を示す。同図に示す電子線検査装置１５９・１はいわゆる写像投影型であり、Ａブロック及びこのＡブロックから斜め上方に突出するＢブロックの機械構造体を有する。Ｂブロック内には一次電子線を照射する一次電子線照射手段が配置され、Ａブロック内には二次電子線を写像投影するための写像投影光学系と、二次電子線の強度を検出する撮像手段とが含まれる。Ａブロックは、最下の固定台１５９・２に連結される。 FIG. 159 shows a configuration when the present embodiment is applied to an electron beam inspection apparatus that inspects a defect of a semiconductor wafer using an electron beam. The electron beam inspection apparatus 159. 1 shown in the figure is of a so-called mapping projection type, and has a mechanical structure of an A block and a B block protruding obliquely upward from the A block. A primary electron beam irradiation means for irradiating the primary electron beam is arranged in the B block, and a mapping projection optical system for mapping and projecting the secondary electron beam and an intensity of the secondary electron beam are detected in the A block. Imaging means. The A block is connected to the bottom fixed base 159.
Ｂブロック内に配置された一次電子線照射手段は、一次電子線を放出、加速するためカソード及びアノードから構成された電子線源１５９・３、一次電子線を長方形に整形する長方形開口１５９・４、及び、一次電子線を縮小結像させる４極子レンズ１５９・５を備える。Ａブロックの下部には、縮小された一次電子線を電場Ｅ及び磁場Ｂの直交する場で半導体ウェーハ１５９・６に略垂直に当たるように偏向させるＥ×Ｂ偏向器１５９・７、開口アパーチャ（ＮＡ）１５９・８、及び、該開口アパーチャを通過した一次電子線をウェーハ１５９・６上に結像させる対物レンズ１５９・９が配置される。
The primary electron beam irradiation means arranged in the B block includes an
ここで、４極子レンズ１５９・５によって縮小された一次電子線は、Ｅ×Ｂ偏向器１５９・７の偏向主面に例えば５００μｍ×２５０μｍの像を形成すると同時に開口アパーチャ１５９・８に電子線源１５９・３のクロスオーバー像を形成し、ケーラー証明条件が満たされるようにしている。対物レンズ１５９・９によって、ウェーハ１５９・６上には例えば１００μｍ×５０μｍの像が形成され、当該領域が照明される。
Here, the primary electron beam reduced by the quadrupole lens 159/5 forms, for example, an image of 500 μm × 250 μm on the deflection main surface of the E ×
ウェーハ１５９・６は、真空に排気可能な図示しない試料室内に配置され、且つ、Ｘ−Ｙ水平面内を移動可能なステージ１５９・１０の上に配置されている。ここで、Ａブロック及びＢブロックと、ＸＹＺ直交座標系との関係を図１６０（ａ）に示す。Ｘ−Ｙ水平面にウェーハ面があり、Ｚ軸は写像投影光学系の光軸に略平行となる。ステージ１５９・１０がウェーハ１５９・６を載置した状態でＸ−Ｙ水平面内を移動することによって、ウェーハ１５９・６の検査面が一次電子線によって順次走査される。なお、ステージ１５９・１０は固定台１５９・２の上に載置される。
The
Ａブロックの上部に配置された写像投影光学系は、中間静電レンズ１５９・１１及び投影静電レンズ１５９・１２と、これらレンズの中間に配置された絞り１５９・１３と、を備える。一次電子線の照射によりウェーハ１５９・６から放出された二次電子線、反射電子線及び散乱電子線は、この写像投影光学系によって、所定の倍率（例えば２００〜３００倍）で拡大投影され、後述するマイクロチャンネルプレート１５９・１４の下面に結像される。
The mapping projection optical system disposed on the upper part of the A block includes intermediate
Ａブロックの最上部に配置された撮像手段は、マイクロチャンネルプレート１５９・１４と、蛍光スクリーン１５９・１５と、リレーレンズ１５９・１６と、撮像部１５９・１７とを備える。マイクロチャンネルプレート１５９・１４は、プレート内に多数のチャンネルを備えており、静電レンズ１５９・１１及び１５９・１２によって結像された二次電子線が該チャンネル内を通過する間に、更に多数の電子線を生成させる。即ち、二次電子線を増幅させる。蛍光スクリーン１５９・１５は、増幅された二次電子線が照射されることにより、二次電子線の強度に応じた強さの蛍光を発する。即ち、二次電子線の強度が光の強度に変換される。リレーレンズ１５９・１６がこの蛍光を撮像部１５９・１７に導くように配置される。撮像部１５９・１７は、リレーレンズ１５９・１６により導かれた光を電気信号に変換するための多数のＣＣＤ撮像素子から構成される。検出信号のＳ／Ｎ比を向上させるため、いわゆるＴＤＩ検出器を用いるのが好ましい。なお、一次電子線の照射によって、二次電子線だけでなく散乱電子線や反射電子線も発生するが、ここでは一括して二次電子線と称することにする。
The imaging means arranged at the top of the A block includes
ところで、Ａブロック及びこれに連結されたＢブロックの機械構造体からなる鏡筒１６０・１は、通常、一つ又はそれ以上の固有振動モードを有する。各固有振動モードの共振周波数及び共振方向は、形状、質量分布、サイズ、内部の機械の配置形態等によって決定される。例えば、図１６０（ｂ）に示すように、鏡筒１６０・１は、固有振動１６０・２のモード１を少なくとも有する。このモード１において、鏡筒１６０・１は、例えば略Ｙ方向に沿って１５０Ｈｚの周波数で揺れる。この場合の鏡筒の伝達関数の一例を図１６１に示す。図１６１では、横軸が周波数、縦軸が振動振幅Ａの対数である。この伝達関数では、共振周波数１５０Ｈｚにおいて共振倍率３０ｄＢ（約３０倍）のゲインを有する。従って、外部から微少な振動が加わった場合でも、その振動に１５０Ｈｚ近傍の周波数成分が含まれていると、その周波数成分はこの例では約３０倍に増幅されて鏡筒を振動させる。この結果、写像のボケ等の有害な事象を発生させる。
By the way, the lens barrel 160. 1 composed of the mechanical structure of the A block and the B block connected to the A block usually has one or more natural vibration modes. The resonance frequency and resonance direction of each natural vibration mode are determined by the shape, mass distribution, size, internal machine layout, and the like. For example, as shown in FIG. 160 (b), the lens barrel 160.1 has at least the
従来技術では、これを防止するため、鏡筒全体を除振台の上に載せて外部からの振動を除振するか、及び／又は、鏡筒の肉厚や構造を見直し、共振倍率を下げる等の大掛かりな対策を行っていた。 In the prior art, in order to prevent this, the entire lens barrel is placed on a vibration isolation table to dampen external vibrations, and / or the thickness and structure of the lens barrel are reviewed to lower the resonance magnification. A major measure was taken.
本実施の形態では、これを避けるため、図１６０（ｃ）に示すように、振動１６０・２を打ち消すように鏡筒に対し圧力振動１６０・３を加えるアクチュエータ１６０・４をＡブロックの基部に設置する。このアクチュエータ１６０・４は振動減衰用回路１５９・１８に電気的に接続されている。
In the present embodiment, in order to avoid this, as shown in FIG. 160 (c), an actuator 160/4 for applying pressure vibration 160.3 to the lens barrel so as to cancel the vibration 160.2 is provided at the base of the A block. Install. The
アクチュエータ１６０・４及び振動減衰用回路１５９・１８の概略構成を図１６２に示す。同図に示すように、アクチュエータ１６０・４は、圧電効果を有する誘電体１６２・１を電極１６２・２、１６２・３で挟んでなる圧電素子１６２・４と、該圧電素子を電極１６２・３側から支持するため固定台１５９・２に固定された支持台１６２・５とを有する。圧電素子１６２・４は、鏡筒１６０・１のＡブロックと支持台１６２・５との間に挟まれており、電極１６２・２は、Ａブロックの外壁に、電極１６２・３は支持台１６２・５に接着されている。これにより、圧電素子１６２・４は、往復振動１６０・２により、鏡筒１６０・１が向かってくるときは正の圧力、鏡筒１６０・１が遠ざかるときは負の圧力を受ける。圧電素子１６２・４は、鏡筒１６０・１の振動１６０・２を抑制するため効果的な位置に設置される。例えば、振動１６０・２の方向が、電極１６２・２及び１６２・３と直交するように配置されるのが好ましい。
FIG. 162 shows a schematic configuration of the
振動減衰用回路１５９・１８は、圧電素子１６２・４の両電極１６２・２、１６２・３の間を直列に接続された可変インダクタンス１６２・６及び抵抗１６２・７から構成される。可変インダクタンス１６２・６はインダクタンスＬ、抵抗１６２・７は抵抗値ＲD、
圧電素子１６２・４は電気容量Ｃを有するため、直列接続された圧電素子１６２・４及び振動減衰用回路１５９・１８は、参照番号１６２・８により示される直列共振回路と等価となる。この直列共振回路の共振周波数ｆ0’は、
ｆｏ’＝１／｛２π（ＬＣ）１／２｝
で表される。本実施の形態では、直列共振回路の共振周波数ｆ0’が鏡筒１６０・１の共
振周波数ｆ0に略一致するように、各パラメータが設定される。即ち、与えられた圧電素
子１６２・４の電気容量Ｃに対して、
ｆｏ＝１／｛２π（ＬＣ）１／２｝
が成立するように、可変インダクタンス１６２・６のインダクタンスＬが調整される。実際には、圧電素子１６２・４の容量Ｃは、機械的共振周波数に合わせて共振回路を形成する上では小さく、このため非常に大きなインダクタンスＬを必要とする場合が多いが、この場合には演算増幅器等を用いて等価的に大きなインダクタンスを形成することで共振回路を実現することができる。
The
Since the
fo ′ = 1 / {2π (LC) 1/2 }
It is represented by In the present embodiment, each parameter is set so that the resonance frequency f 0 ′ of the series resonance circuit substantially matches the resonance frequency f 0 of the lens barrel 160. That is, for a given capacitance C of the
fo = 1 / {2π (LC) 1/2 }
The inductance L of the
また、直列共振回路の共振周波数成分のＱ値が、図１６１に示す伝達関数においてピークを持つ共振成分のＱ値に略一致するように、抵抗１６２・７の値ＲDが選択される。こ
のようにして作られた直列共振回路１６２・８は、図１６１の参照番号１６１・１により示される電気的周波数特性を有する。
Further, the value R D of the
図１５９に示す電子線検査装置１５９・１は、制御部１５９・１９によって制御・管理される。制御部１５９・１９は、図１５９に例示されたように、汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部本体１５９・２０と、本体１５９・２０の処理結果を表示するＣＲＴ１５９・２１と、オペレータが命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部１５９・２２とを備える、勿論、電子線検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御部１５９・１９を構成してもよい。 The electron beam inspection apparatus 159. 1 shown in FIG. 159 is controlled and managed by the control units 159 and 19. As illustrated in FIG. 159, the control units 159 and 19 can be configured by a general-purpose personal computer or the like. This computer includes a control unit main body 159/20 for executing various controls and arithmetic processes according to a predetermined program, a CRT 159/21 for displaying the processing results of the main body 159/20, and a keyboard and mouse for an operator to input commands. The control units 159 and 19 may be configured from hardware dedicated to the electron beam inspection apparatus, a workstation, or the like.
制御部本体１５９・２０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成される。ＲＡＭ若しくはハードディスクなどのメモリ上には、撮像部１５９・１７から受信した電気信号即ちウェーハ１５９・６の二次電子線画像のデジタル画像データを記憶するための二次電子線画像記憶領域１５９・２３が割り当てられている。また、ハードディスク上には、予め欠陥の存在しないウェーハの基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部１５９・２４が存在する。更に、ハードディスク上には、電子線検査装置全体を制御する制御プログラムの他、欠陥検出プログラム１５９・２５が格納されている。この欠陥検出プログラム１５９・２５は、ステージ１５９・１０のＸＹ平面内の移動を制御すると共に、この間に撮像部１５９・１７から受信したデジタル画像データに関して加算等の各種演算処理を行い、その結果得られたデータから記憶領域１５９・２３上で二次電子線画像を再構成する機能を有する。更に、この欠陥検出プログラム１５９・２５は、記憶領域１５９・２３上で構成された二次電子線画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従ってウェーハ１５９・６の欠陥を自動的に検出する。
The control unit
次に、この実施の形態の作用を説明する。電子線源１５９・３から一次電子線を放出し、長方形開口１５９・４、４極子レンズ１５９・５、Ｅ×Ｂ偏向器１５９・７及び対物レンズ１５９・９を通して、セットされたウェーハ１５９・６表面上に照射する。上述のように、ウェーハ１５９・６上で例えば１００μｍ×５０μｍの被検査領域が照明され、二次電子線が放出される。この二次電子線は、中間静電レンズ１５９・１１及び投影静電レンズ１５９・１２によってマルチチャンネルプレート１５９・１４の下面に拡大投影され、撮像部１５９・１７により撮像され、ウェーハ１５９・６上の投影された領域の二次電子線画像が得られる。ステージ１５９・１０を駆動してウェーハ１５９・６を所定幅毎にＸ−Ｙ水平面内で逐次移動して上記手順を実行することにより、検査面全体の画像を得ることができる。
Next, the operation of this embodiment will be described. A primary electron beam is emitted from the electron beam source 159. 3, and the
拡大された二次電子線画像を撮像している間に、鏡筒１６０・１に共振周波数ｆ0（１
５０Ｈｚ）の振動成分を含む外力が加わると、鏡筒１６０・１は、その伝達関数で定まる共振倍率（３０ｄＢ）でこの振動成分を増幅させて固有振動する。この振動１６０・２は、圧電素子１６２・４に正負の圧力を印加する。圧電素子１６２・４は、鏡筒１６０・１の振動エネルギーを一旦電気エネルギーに変換して出力する。圧電素子１６２・４の両電極１６２・２、１６２・３には、インダクタンス１６２・６（Ｌ）及び抵抗１６２・７（ＲD）が直列接続されて共振回路を形成しているため、共振周波数ｆ0において、圧電素子１６２・４の容量性インピーダンスと、インダクタンス１６２・６の誘導性インピーダンスＬとは相殺され、共振回路のインピーダンスは、事実上、抵抗ＲDのみとなる。従って、共振時には、圧電素子１６２・４から出力される電気エネルギーは、抵抗１６２・７（
ＲD）によりほぼ全部消費される。
While taking the enlarged secondary electron beam image, the resonance frequency f 0 (1
When an external force including a vibration component (50 Hz) is applied, the lens barrel 160. 1 amplifies this vibration component at a resonance magnification (30 dB) determined by the transfer function, and vibrates naturally. This vibration 160. 2 applies positive and negative pressure to the piezoelectric elements 162. The
R D ) is almost completely consumed.
かくして、鏡筒１６０・１から圧電素子１６２・４に加わる外力を相殺するように圧電素子１６２・４は力を発生することになり、機械共振により発生する振動１６０・２を相殺し、共振倍率を下げることができる。二次電子線は拡大写像されるため、振動による写像の揺らぎは更に大きなものとなるが、この実施の形態では、このような揺らぎに起因した写像のぼけを未然に防止することができる。
Thus, the
図１６３に示すように、機械構造体としての鏡筒１６０・１の伝達関数１６１・１（図１６１に相当）の共振成分は、電気的周波数特性１６３・１を持った直列共振回路１６２・８の共振成分により相殺され、鏡筒１６０・１は、全体として共振倍率の低い総合伝達関数１６３・２を持つようになる。 As shown in FIG. 163, the resonance component of the transfer function 161.1 (corresponding to FIG. 161) of the lens barrel 160.1 as a mechanical structure is a series resonance circuit 162.8 having an electrical frequency characteristic 163-1. The lens barrel 160. 1 has an overall transfer function 163 · 2 having a low resonance magnification as a whole.
以上のように、写像のぼけの無い良好な二次電子線画像が得られると、この実施の形態の電子線検査装置１５９・１は、当該画像からウェーハ１５９・６の欠陥を検査する処理を行う。この欠陥検査処理として、いわゆるパターンマッチング法などを用いることができる。この方法では、基準画像記憶部１５９・２４から読み出した基準画像と、実際に検出された二次電子線画像とのマッチングを取って両者の類似度を表す距離値を演算する。この距離値が所定の閾値より小さい場合、類似度が高いと判断して「欠陥無し」と判定する。これに対し、該距離値が所定の閾値以上の場合、類似度が低いと判断して「欠陥有り」と判定する。欠陥有りと判定した場合、オペレータに警告表示してもよい。このとき、ＣＲＴ１５９・２１の表示部に二次電子線画像１５９・２６を表示するようにしてもよい。なお、二次電子線画像の部分領域毎に上記パターンマッチング法を用いてもよい。
As described above, when a good secondary electron beam image having no mapping blur is obtained, the electron beam inspection apparatus 159. 1 according to this embodiment performs processing for inspecting the defects of the wafer 159. 6 from the image. Do. As this defect inspection processing, a so-called pattern matching method or the like can be used. In this method, the reference image read from the reference image storage units 159 and 24 is matched with the actually detected secondary electron beam image, and a distance value representing the similarity between the two is calculated. When this distance value is smaller than a predetermined threshold value, it is determined that the degree of similarity is high and “no defect” is determined. On the other hand, when the distance value is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is determined that the degree of similarity is low and “defect” is determined. When it is determined that there is a defect, a warning may be displayed to the operator. At this time, you may make it display the secondary electron beam image 159 * 26 on the display part of
パターンマッチング法以外でも、例えば図１６４（ａ）〜（ｃ）に示す欠陥検査方法がある。図１６４（ａ）には、１番目に検出されたダイの画像１６４・１及び２番目に検出された他のダイの画像１６４・２が示されている。３番目に検出された別のダイの画像が１番目の画像１６４・１と同じか又は類似と判断されれば、２番目のダイ画像１６４・２の部分１６４・３が欠陥を有すると判定され、欠陥部分を検出できる。
Other than the pattern matching method, for example, there is a defect inspection method shown in FIGS. FIG. 164 (a) shows an
図１６４（ｂ）には、ウェーハ上に形成されたパターンの線幅を測定する例が示されている。ウェーハ上の実際のパターン１６４・４を方向１６４・５に走査したときの実際の二次電子線の強度信号が１６４・６であり、この信号が予め較正して定められたスレッショールドレベル１６４・７を連続的に超える部分の幅１６４・８をパターン１６４・４の線幅として測定することができる。このように測定された線幅が所定の範囲内にない場合、当該パターンが欠陥を有すると判定することができる。
FIG. 164 (b) shows an example of measuring the line width of the pattern formed on the wafer. When the
図１６４（ｃ）には、ウェーハ上に形成されたパターンの電位コントラストを測定する例が示されている。図１５９に示す構成において、ウェーハ１５９・６の上方に軸対称の電極１６４・９を設け、例えばウェーハ電位０Ｖに対して−１０Ｖの電位を与えておく。このときの−２Ｖの等電位面は１４・１０で示されるような形状とする。ここで、ウェーハに形成されたパターン１６４・１１及び１６４・１２は、夫々−４Ｖと０Ｖの電位であるとする。この場合、パターン１６４・１１から放出された二次電子線は−２Ｖ等電位面１６４・１０で２ｅＶの運動エネルギーに相当する上向きの速度を持っているので、このポテンシャル障壁１６４。１０を越え、軌道１６４・１３に示すように電極１６４・９から脱出して検出器で検出される。一方、パターン１６４・１２から放出された二次電子線は−２Ｖの電位障壁を越えられず、軌道１６４・１４に示すようにウェーハ面に追い戻されるので、検出されない。従って、パターン１６４・１１の検出画像は明るく、パターン１６４・１２の検出画像は暗くなる。かくして、電位コントラストが得られる。検出画像の明るさと電位とを予め較正しておけば、検出画像からパターンの電位を測定することが
できる。そして、この電位分布からパターンの欠陥部分を評価することができる。
FIG. 164 (c) shows an example in which the potential contrast of the pattern formed on the wafer is measured. In the configuration shown in FIG. 159, axially
以上説明したように、本実施の形態により得られた写像ぼけの無い良好な二次電子線画像に対して上記のような各測定を行うことにより、より高精度の欠陥検査が実現できる。
本実施の形態としてこれまで説明した電子線検査装置をデバイス製造方法におけるウェーハ検査工程に用いた場合には、機械構造体の振動による検出画像の劣化を未然に防止できるので、効率良く高精度の検査が可能となり、欠陥製品の出荷防止が実現できる。
As described above, by performing each measurement as described above on a good secondary electron beam image having no mapping blur obtained by the present embodiment, a more accurate defect inspection can be realized.
When the electron beam inspection apparatus described so far as the present embodiment is used in the wafer inspection process in the device manufacturing method, it is possible to prevent the detection image from being deteriorated due to the vibration of the mechanical structure. Inspection is possible, and shipment of defective products can be prevented.
なお、本実施の形態は、上で説明したもののみに限定されるものではなく本発明の要旨の範囲内で任意好適に変更可能である。例えば、機械的な共振周波数とモードは、必ずしも一つではなく、一般には複数発生するので、その場合には、必要個数のアクチュエータ１６０・４を鏡筒の各要所に設置することで対応が可能となる。例えば、図１６０（ｂ）に示す機械構造体ブロックＡがＹ方向の振動１６０・２だけではなくＸ方向の振動を有する場合、別個のアクチュエータをＸ方向の振動を相殺するように設置することができる。更に、ＢブロックやＤブロックにも独立した固有振動がある場合、これらのブロックにもアクチュエータを設置してもよい。
In addition, this Embodiment is not limited only to what was demonstrated above, In the range of the summary of this invention, it can change arbitrarily suitably. For example, the mechanical resonance frequency and mode are not necessarily one, and a plurality of them are generally generated. In this case, the necessary number of
振動減衰用回路１５９・１８は、直列共振回路１６２・８と等価である必要はなく、機械的固有振動が同一振動方向に複数の共振周波数を持つ場合、当該回路の電気的周波数特性が複数の共振周波数を持つもので対抗することができる。
The
アクチュエータの設置箇所は、鏡筒だけではなく、ビーム位置を正確に位置付けるために必要な部品、例えばＸ−Ｙステージ１５９・１０、或いは、各種光学器械の光学部品に適用することも可能である。 The actuator can be installed not only in the lens barrel but also in parts necessary for accurately positioning the beam position, for example, the XY stages 159 and 10 or optical parts of various optical instruments.
本実施の形態の電子線検査装置の被検査試料として半導体ウェーハ１５９・６を例に掲げたが、被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出することができる任意のものが選択可能である。例えばウェーハへの露光用パターンが形成されたマスク等をその検査対象とすることもできる。
Although the
更に、本実施の形態は、ビームを物質の目標位置に照射する電子線応用装置全般に適用することができる。この場合、当該物質の検査のみならず、その加工、製造及び観測の少なくともいずれかを行う装置にも適用範囲を広げることができる。当然、ここでいう物質の概念は、ウェーハや上記したマスクのみならず、ビームにより、その検査、加工、製造及び観測のうち少なくともいずれかが可能となる任意の対象物である。デバイス製造方法も、同様に、半導体デバイスの製造工程中の検査のみならず、半導体デバイスをビームで製造するプロセス自体にも適用することができる。 Furthermore, the present embodiment can be applied to all electron beam application apparatuses that irradiate a target position of a material with a beam. In this case, the application range can be expanded not only to the inspection of the substance but also to an apparatus that performs at least one of processing, manufacturing, and observation. Naturally, the concept of a substance here is not only a wafer and the above-described mask, but also any object that can be inspected, processed, manufactured, and observed by a beam. Similarly, the device manufacturing method can be applied not only to the inspection during the manufacturing process of the semiconductor device, but also to the process itself of manufacturing the semiconductor device with a beam.
なお、本実施の形態の電子線検査装置として、図１５９に示す構成を示したが、電子光学系等は任意好適に変更可能である。例えば、電子線検査装置１５９・１の電子線照射手段は、ウェーハ１５９・６の表面に対して垂直上方から一次電子線を入射させる形式であるが、Ｅ×Ｂ偏向器１５９・７を省略し、一次電子線をウェーハ１５９・６の表面に斜めに入射させるようにしてもよい。 In addition, although the structure shown in FIG. 159 was shown as an electron beam inspection apparatus of this Embodiment, the electron optical system etc. can be changed arbitrarily suitably. For example, the electron beam irradiating means of the electron beam inspection apparatus 159.1 is a type in which the primary electron beam is incident on the surface of the wafer 159.6 from vertically above, but the E.times.B deflector 159.7 is omitted. The primary electron beam may be incident obliquely on the surface of the wafer 159.
３−４）ウェーハの保持に関する実施の形態
本実施の形態は、電子線装置においてウェーハを静電的に吸着保持する静電チャック、ウェーハと静電チャックとの組合わせ、特に減速電界対物レンズを用いた電子線装置で使用可能な静電チャックとウェーハとの組合わせ、ならびに、静電チャックとウェーハとの組合わせを備える電子線装置を使用するデバイス製造方法に関する。
3-4) Embodiment Regarding Holding of Wafer In this embodiment, an electrostatic chuck for electrostatically holding and holding a wafer in an electron beam apparatus, a combination of a wafer and an electrostatic chuck, particularly a deceleration electric field objective lens The present invention relates to a combination of an electrostatic chuck and a wafer that can be used in the used electron beam apparatus, and a device manufacturing method using the electron beam apparatus including the combination of an electrostatic chuck and a wafer.
ウェーハを静電的に吸着固定する公知の静電チャックにおいては、基板に配置される電極層を複数の互いに絶縁された電極により形成し、一方の電極から他方の電極へ向かって順次電圧を印可する電源装置を備える。また減速電界対物レンズを用いる電子線装置が公知である。 In a known electrostatic chuck that electrostatically holds and fixes a wafer, an electrode layer disposed on a substrate is formed by a plurality of mutually insulated electrodes, and voltage is sequentially applied from one electrode to the other. A power supply device is provided. An electron beam apparatus using a decelerating electric field objective lens is known.
プロセス途中のウェーハを減速電界対物レンズを用いる電子線装置で評価する場合、ウェーハに負の高電圧を印加することが必要である。この場合、急激に負の高電圧を印加するとプロセス途中のデバイスが破壊されるおそれがあるので、電圧を徐々に印加することが必要である。 When a wafer in the middle of a process is evaluated by an electron beam apparatus using a decelerating electric field objective lens, it is necessary to apply a negative high voltage to the wafer. In this case, if a negative high voltage is suddenly applied, the device in the middle of the process may be destroyed. Therefore, it is necessary to gradually apply the voltage.
一方、大部分のウェーハは、ウェーハの側面及び裏面にＳｉＯ2又は窒化膜等の絶縁膜
を付着されるので、ウェーハに０電位又は低い電位を与えようとするとき、電圧が印加されない問題があった。更に静電チャック側へ中央が凸に歪んだウェーハは、比較的容易に吸着固定できるが、チャック側に中央が凹に歪んだウェーハは、単極の静電チャックでは、周辺部のみがチャックされ、中央部はチャックされないまま保持される問題があった。
On the other hand, most wafers have an insulating film such as SiO 2 or a nitride film attached to the side and back surfaces of the wafer, so that there is a problem that no voltage is applied when trying to apply a zero or low potential to the wafer. It was. Furthermore, a wafer whose center is convexly distorted toward the electrostatic chuck can be attracted and fixed relatively easily, but a wafer whose center is distorted into a concave on the chuck side is chucked only at the periphery in a single-pole electrostatic chuck. There is a problem that the central portion is held without being chucked.
本実施の形態は、上記の問題点を解決するため、減速電界対物レンズで使用でき、側面及び裏面が絶縁膜で被覆され、チャック側に向かって中央が凹に歪んだウェーハをチャック可能な静電チャック、ならびにウェーハと静電チャックとの組合わせを提供するとともに、このような静電チャック又はウェーハと静電チャックとの組合わせを用いてプロセス途中のウェーハの評価を行うデバイス製造方法を提供する。 In order to solve the above problems, this embodiment can be used with a decelerating electric field objective lens, and can be used to chuck a wafer whose side and back surfaces are covered with an insulating film and whose center is distorted concavely toward the chuck side. In addition to providing an electric chuck and a combination of a wafer and an electrostatic chuck, a device manufacturing method for evaluating a wafer in the middle of a process using such an electrostatic chuck or a combination of a wafer and an electrostatic chuck is provided. To do.
図１６５は、本実施の形態における静電チャック１４１０の平面図であり、ウェーハを取り除いて電極板１６５・１を見たものである。図１６６は、図１６５の静電チャックの線Ｍ−Ｍに沿う垂直方向の概略断面図であり、ウェーハが載置され電圧が印加されない状態を示すものである。静電チャック１６５・２は、図１６６に示すように、基板１６６・１、電極板１６６・２、絶縁層１６６・３から成る積層構造を有する。電極板１６６・２は、第１電極１６５・２及び第２電極１６５・３を含む。第１電極１６５・２及び第２電極１６５・３は、別々に電圧が印加できるように分離され、磁場中で渦電流を発生しないで高速で移動可能であるように、薄膜で形成される。
FIG. 165 is a plan view of the electrostatic chuck 1410 according to the present embodiment, in which the wafer is removed and the
第１電極１６５・２は、平面図において円形の電極板１６６・２の中央部分及び周辺部分の一部から成り、第２電極１６５・３は、電極板の残りの馬蹄形周辺部分から成る。電極板１６６・２の上方に絶縁層１６６・３が配置される。絶縁層１６６・３は、厚さ１ｍｍのサファイア基板により形成される。サファイアは、アルミナの単結晶であり、アルミナセラミックスの如き小孔が全くないので、絶縁破壊電圧が大きい。例えば、１ｍｍ厚のサファイア基板は、１０4Ｖ以上の電位差に十分耐えることができる。
The
ウェーハ１６６・４に対する電圧の印加は、ナイフエッジ状の金属部分を有する接触子１６６・５を介してなされる。図１６６に示すように、２個の接触子１６６・５がウェーハ１６６・４の側面に接触される。２個の接触子１６６・５を用いる理由は、１個の接触子だけの場合、導通が取れなくなる恐れがあること、及びウェーハ１６６・４を片側へ押す力が生じるのを嫌ったからである。絶縁層（図示せず）を破壊して導通を取るのであるが、放電する時に粒子を飛散させる恐れがあるので、接触子１６６・５は，抵抗１６６・６を介して電源１６６・７に接続し大きい放電を生じないようにした。この抵抗１６６・６は、大き過ぎると導通穴が形成されず、小さ過ぎると大きい放電が起り、パーティクルを飛散させるので、絶縁層（図示せず）毎に抵抗の許容値を決めた。これは、ウェーハの履歴により絶縁層の厚さが変わるので、各ウェーハ毎に抵抗の許容値を決める必要があるからである。
The voltage is applied to the
図１６７の（ａ）は電圧印加のタイムチャートを示す。第１電極には、線Ａで示すように、時刻ｔ＝０において、４ｋＶが印加される。ウェーハの中央部及び周辺部が共にチャックされた時刻ｔ＝ｔ0において、第２電極に、線Ｂで示すように４ｋＶが印加される。
時刻ｔ＝ｔ1でウェーハの電圧Ｃが少しずつ深くされ（下げられ）、時刻ｔ＝ｔ2で−４ｋＶに達するように制御される。第１電極及び第２電極は、時刻ｔ＝ｔ1から時刻ｔ＝ｔ2において、少しずつ電圧が下げられ、時刻ｔ＝ｔ2で、０Ｖにされる。
FIG. 167 (a) shows a time chart of voltage application. As shown by line A, 4 kV is applied to the first electrode at time t = 0. At time t = t 0 when both the central portion and the peripheral portion of the wafer are chucked, 4 kV is applied to the second electrode as indicated by line B.
At time t = t 1 , the voltage C of the wafer is gradually increased (decreased) and controlled to reach −4 kV at time t = t 2 . The voltage of the first electrode and the second electrode is gradually decreased from time t = t 1 to time t = t 2 , and is set to 0 V at time t = t 2 .
チャックに吸着保持されたウェーハの評価が終了した時刻ｔ＝ｔ3でウェーハの電圧Ｃ
が０Ｖにされ、ウェーハが外部へ取出される。
静電チャックが４ｋＶの電位差がなくても２ｋＶの電位差でもウェーハを吸着保持する場合には、図１６７に１点鎖線で示すように、第１電極及び第２電極にそれぞれに２ｋＶの電圧Ａ’、Ｂ’が印加される。ウェーハに−４ｋＶが印加されるとき、第１電極及び第２電極にそれぞに、−２ｋＶが印加される。このようにして、電圧印加によって必要以上に電圧を絶縁層２１０４に印加しないようにできるので、絶縁層の破壊を防止できる。
At time t = t 3 when the evaluation of the wafer held on the chuck is completed, the wafer voltage C
Is set to 0 V, and the wafer is taken out.
When the electrostatic chuck holds and holds the wafer with a potential difference of 2 kV even if there is no potential difference of 4 kV, a voltage A ′ of 2 kV is applied to the first electrode and the second electrode, respectively, as shown by a one-dot chain line in FIG. , B ′ are applied. When −4 kV is applied to the wafer, −2 kV is applied to the first electrode and the second electrode, respectively. In this manner, voltage application can be prevented from applying more voltage to the insulating layer 2104 than necessary, so that the insulating layer can be prevented from being broken.
図１６８は、上で説明した静電チャックを備える電子線装置を示すブロック図である。電子線源１６８・１から放出された電子線は、開口アパーチャ（ＮＡ）を決めるアノード１６８・２の開口で不要なビームを除去され、コンデンサレンズ１６８・７と対物レンズ１６８・１３で縮小され、−４ｋＶを印加されたウェーハ１６６・４に結像されると共に、偏向器１６８・８及び１６８・１２によりウェーハ１６６・４上を走査する。ウェーハ１６６・４から放出される二次電子線は、対物レンズ１６８・１３で集められ、Ｅ×Ｂ分離器１６８・１２で３５°程度、右側へ曲げられ、二次電子線検出器１６８・１０で検出され、ウェーハ上のＳＥＭ像が得られる。図１６８の電子線装置において、符号１６８・３、１６８・５は軸合わせ器具、１６８・４は非点補正器具、１６８・６は開口板、１６８・１１はシールド、１６８・１４は電極である。ウェーハ１６６・４の下方に、図１６６および図１６７で説明した静電チャックが配置される。
FIG. 168 is a block diagram showing an electron beam apparatus including the electrostatic chuck described above. The electron beam emitted from the
本実施の形態を、デバイス製造方法における検査工程に用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスでもスループットよく検査でき、全数検査が可能になり、製品の歩留まり向上、欠陥製品の出荷防止が可能である。 By using this embodiment for an inspection process in a device manufacturing method, even a semiconductor device having a fine pattern can be inspected with high throughput, 100% inspection can be performed, product yield can be improved, and shipment of defective products can be prevented. is there.
なお、静電チャックに対して印加する電圧の増大又は減少の仕方は、図１６７の（ａ）に示すものに限られる訳ではない。例えば、図１６７の（ｂ）に示すように指数関数的に変化する電圧であっても良い。要は、所定の電圧まで時間内に到達する電圧であれば、どのようなものであってもよい。 The method of increasing or decreasing the voltage applied to the electrostatic chuck is not limited to that shown in FIG. For example, a voltage that changes exponentially as shown in FIG. In short, any voltage may be used as long as it reaches the predetermined voltage in time.
以上、本発明の第１の実施の形態〜第１２の実施の形態を詳述したが、いずれの実施の形態においても、「所定電圧」という用語は、検査等の測定が行われる電圧を意味するものとする。 As described above, the first to twelfth embodiments of the present invention have been described in detail. In any of the embodiments, the term “predetermined voltage” means a voltage at which measurement such as inspection is performed. It shall be.
また、これまで説明した各種の実施の形態は荷電粒子線として電子線を用いているが、これに限られるものではなく、電子線以外の荷電粒子線や、電荷を持たない中性子線、レーザー光、電磁波等の非荷電粒子線をも使用することが可能である。 Moreover, although various embodiments described so far use an electron beam as a charged particle beam, the present invention is not limited to this, but a charged particle beam other than an electron beam, a neutron beam having no charge, a laser beam, or the like. It is also possible to use uncharged particle beams such as electromagnetic waves.
なお、本発明に係る荷電粒子線装置が作動すると、近接相互作用（表面近くでの粒子の帯電）により標的物質が浮遊して高圧領域に引きつけられるので、荷電粒子線の形成や偏向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表面の帯電により徐々に堆積していく有機物質は荷電粒子線の形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、こうした堆積した有機物質は周期的に除去しなければならない。そこで、堆積した有機物質を周期的に除去するため、この有機物質の堆積する領域の近傍の電極を利用して、真空中で水素、酸素または
フッ素及びそれらを含む代替物ＨＦ、Ｈ２Ｏ、ＣＭＦＮ等のプラズマを作り出し、空間内のプラズマ電位を電極面にスパッタが生じる電位（数ｋＶ、例えば２０Ｖ〜５ｋＶ）に維持することで、有機物質のみを酸化、水素化、フッ素化により除去することが好ましい。
When the charged particle beam device according to the present invention is operated, the target substance floats and is attracted to the high-pressure region by proximity interaction (charge of particles near the surface), and thus is used for the formation and deflection of charged particle beams. Organic materials are deposited on various electrodes. Organic substances that gradually accumulate due to surface charging adversely affect the formation of charged particle beams and the deflection mechanism, so these deposited organic substances must be removed periodically. Therefore, in order to periodically remove the deposited organic material, hydrogen, oxygen, or fluorine and alternatives including HF, H 2 O, and the like are used in vacuum using an electrode near the region where the organic material is deposited. By creating plasma such as C M F N and maintaining the plasma potential in the space at a potential (several kV, for example, 20 V to 5 kV) at which sputtering occurs on the electrode surface, only organic substances are oxidized, hydrogenated, or fluorinated. It is preferable to remove.
３−５）Ｅ×Ｂ分離器の実施の形態
図１６９は、本実施の形態のＥ×Ｂ分離器１６９・１を示す。Ｅ×Ｂ分離器１６９・１は、静電偏向器と電磁偏向器とにより構成されており、図１６９においては、光軸（図面に垂直な軸：ｚ軸）に直交するｘ−ｙ平面上の断面図として示されている。ｘ軸方向及びｙ軸方向も直交している。
3-5) Embodiment of E × B Separator FIG. 169 shows an E ×
静電偏向器は、真空容器中に設けられた一対の電極（静電偏向電極）１６９・２を備え、ｘ軸方向に電界Ｅを生成する。これら静電偏向電極１６９・２は、絶縁スペーサ１６９・３を介して真空容器の真空壁１６９・４に取り付けられており、これらの電極間距離Ｄは、静電偏向電極１６９・２のｙ軸方向の長さ２Ｌよりも小さく設定されている。このような設定により、ｚ軸の周りの形成される電界強度が一様な範囲を比較的大きくすることができるが、理想的には、Ｄ＜Ｌであれば、電界強度が一様な範囲をより大きくすることができる。
The electrostatic deflector includes a pair of electrodes (electrostatic deflection electrodes) 169, 2 provided in a vacuum vessel, and generates an electric field E in the x-axis direction. These
即ち、電極の端縁からＤ／２の範囲は、電界強度が一様ではないため、電界強度がほぼ一様な領域は、一様ではない端部領域を除いた中心部の２Ｌ−Ｄの領域となる。このため、電界強度が一様な領域が存在するためには、２Ｌ＞Ｄとする必要があり、さらに、Ｌ＞Ｄと設定することにより、電界強度が一様な領域がより大きくなる。 That is, since the electric field strength is not uniform in the range of D / 2 from the edge of the electrode, the region where the electric field strength is almost uniform is 2LD of the central portion excluding the non-uniform edge region. It becomes an area. For this reason, in order for a region having a uniform electric field strength to exist, it is necessary to satisfy 2L> D. Furthermore, by setting L> D, a region having a uniform electric field strength becomes larger.
真空壁１６９・４の外側には、ｙ軸方向に磁界Ｍを生成するための電磁偏向器が設けられている。電磁偏向器は、電磁コイル１６９・５及び電磁コイル１６９・６を備え、これらコイルはそれぞれ、ｘ軸方向及びｙ軸方向に磁界を生成する。なお、コイル１６９・６だけでもｙ軸方向の磁界Ｍを生成できるが、電界Ｅと磁界Ｍとの直交度を向上させるために、ｘ軸方向に磁界を生成するコイルを設けている。即ち、コイル１６９・６によって生成された−ｘ軸方向の磁界成分によって、コイル１６９・６によって生成された＋ｘ軸方向を打ち消すことによって、電界と磁界との直交度を良好にすることができる。
An electromagnetic deflector for generating a magnetic field M in the y-axis direction is provided outside the
これら磁界生成用のコイル１６９・５及び１６８・６は、真空容器の外に設けるため、それぞれを２分割して構成し、真空壁１６９・４の両側から取り付け、部分１６９・７においてネジ止め等により締め付けて一体化すればよい。
These magnetic
Ｅ×Ｂ分離器の最外層１６９・８は、パーマロイあるいはフェライト製のヨークとして構成する。最外層１６９・８は、コイル１６９・５、１６９、６と同様に、２分割して両側からコイル１６９・６の外周に取り付けて、部分１６９・７においてネジ止め等により一体化してもよい。
The
図１７０は、本実施の形態のＥ×Ｂ分離器１７０・１の光軸（ｚ軸）に直交する断面を示す。図１７０のＥ×Ｂ分離器１７０・１は、静電偏向電極１７０・１が６極設けられている点が、図１６９に示した実施の形態のＥ×Ｂ分離器と相違している。これら静電偏向電極１７０・１には、それぞれの電極の中央と光軸（ｚ軸）とを結んだ線と電界の方向（ｘ軸方向）との角度をθi（ｉ＝０，１，２，３，４，５）としたときに、ｃｏｓθiに比例する電圧ｋ・ｃｏｓθi（ｋは定数）が供給される。ただし、θiは、任意の角度である。 FIG. 170 shows a cross section orthogonal to the optical axis (z axis) of the E × B separator 170. 1 according to the present embodiment. 170 is different from the E × B separator of the embodiment shown in FIG. 169 in that six poles of electrostatic deflection electrodes 170. 1 are provided. These electrostatic deflection electrodes 170. 1 have an angle θ i (i = 0, 1, 1) between the line connecting the center of each electrode and the optical axis (z-axis) and the direction of the electric field (x-axis direction). when a 2,3,4,5), a voltage k · cosθ i (k proportional to cos [theta] i is a constant) is supplied. However, θ i is an arbitrary angle.
図１７０に示した実施の形態においても、ｘ軸方向の電界Ｅしか作れないので、ｘ及びｙ軸方向の磁界を生成するコイル１６９・５及び１６９・６を設け、直交度の修正を行う
。本実施の形態によれば、図１６９に示した実施の形態に比べて、電界強度が一様な領域をさらに大きくすることができる。
In the embodiment shown in FIG. 170 as well, only the electric field E in the x-axis direction can be generated, so coils 169.5 and 169.6 that generate magnetic fields in the x- and y-axis directions are provided to correct the orthogonality. According to the present embodiment, it is possible to further increase the region where the electric field strength is uniform as compared with the embodiment shown in FIG.
図１６９及び図１７０に示した実施の形態のＥ×Ｂ分離器においては、磁界を生成するためのコイルをサドル型に形成しているが、トロイダル型のコイルを用いてもよい。
図１６９のＥ×Ｂ分離器１６９・１においては、電界を生成する静電偏向器の一対の電極として、電極間の間隔よりも光軸に直角な方向の大きさが長く形成された平行平板型電極を用いているので、光軸の周りに一様強度で平行な電界が生成される領域が広くなる。
In the E × B separator of the embodiment shown in FIGS. 169 and 170, the coil for generating the magnetic field is formed in a saddle type, but a toroidal type coil may be used.
In the E ×
また、図１６９及び図１７０のＥ×Ｂ分離器においては、電磁偏向器にサドル型コイルを用い、かつ光軸からコイルを見込む角度を片側で２π／３に設定しているので３θ成分が生成せず、これにより、光軸の周りに一様強度で平行な磁界が生成される領域が広くなる。さらにまた、磁界を電磁コイルによって生成しているので、コイルに偏向電流を重畳することができ、これにより、走査機能を持たせることができる。 In the E × B separator of FIGS. 169 and 170, a saddle type coil is used for the electromagnetic deflector, and the angle at which the coil is viewed from the optical axis is set to 2π / 3 on one side, so that a 3θ component is generated. Without this, a region where a parallel magnetic field with a uniform intensity is generated around the optical axis is widened. Furthermore, since the magnetic field is generated by the electromagnetic coil, a deflection current can be superimposed on the coil, thereby providing a scanning function.
図１６９及び図１７０のＥ×Ｂ分離器は、静電偏向器と電磁偏向器との組み合わせとして構成されているので、静電偏向器及びレンズ系の収差を計算し、これとは別に電磁偏向器及びレンズ系の収差を計算し、これら収差を合計することにより、光学系の収差を得ることができる。 Since the E × B separator of FIGS. 169 and 170 is configured as a combination of an electrostatic deflector and an electromagnetic deflector, the aberration of the electrostatic deflector and the lens system is calculated, and separately from this, the electromagnetic deflection is performed. The aberrations of the optical system can be obtained by calculating the aberrations of the optical system and the lens system and summing these aberrations.
３−６）製造ラインの実施の形態
図１７１は、本発明の装置を使用した製造ラインの例を示す。検査装置１７１・１で検査されるウェーハのロット番号、製造に経由した製造装置履歴等の情報をＳＭＩＦまたはＦＯＵＰ１７１・２に備えられたメモリから読み出すか、または、そのロット番号を、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰ又はウェーハカセットのＩＤ番号を読むことにより認識できるようになっている。ウェーハの搬送中は水分の量をコントロールしてメタル配線の酸化等を防止している。
3-6) Embodiment of Production Line FIG. 171 shows an example of a production line using the apparatus of the present invention. Read out information such as the lot number of the wafer to be inspected by the
欠陥検査装置１７１・１は生産ラインのネットワークシステムと接続することが可能となっており、このネットワークシステム１７１・３を介して、生産ラインを制御している生産ラインコントロールコンピュータ１７１・４、各製造装置１７１・５及び別の検査装置に、被検査物であるウェーハのロット番号などの情報とその検査結果を送ることが出来る。製造装置には、リソグラフィー関連装置例えば露光装置、コーター、キュア装置、デベロッパ等、又は、エッチング装置、スパッタ装置及びＣＶＤ装置などの成膜装置、ＣＭＰ装置、各種計測装置、他の検査装置、レビュー装置等が含まれる。
The defect inspection apparatus 171. 1 can be connected to the network system of the production line. Through this network system 171. 3, the production line control computer 171. Information such as the lot number of the wafer to be inspected and the inspection result can be sent to the
３−７）他の電子を用いた実施の形態
本発明は、１００ｎｍ以下の線は簿を有する配線パターンが形成された基板等の試料に電子線を照射し、基板表面の情報を得た電子を検出し、該検出された電子から基板表面の画像を取得し、試料表面の検査を行うことを本質的な目的とする。特に、電子線を試料に照射する際、一定の撮像領域を含む面積を有する電子線を照射し、該基板上の撮像領域から放出された電子をＣＣＤ又はＣＣＤ−ＴＤＩ等を用いて検出器上に結像して撮像領域の画像を取得し、更に、得られた画像を、ダイのパターンに応じてセル検査、ダイ比較検査を適宜組み合わせて検査を行うことにより、ＳＥＭ方式と比較して格段に早いスループットを実現した検査方法及び装置を提案している。即ち、本発明の電子線を用いた検査方法及び検査装置は、光学式検査装置では分解能の低さにより１００ｎｍ以下の線幅を有する配線のパターン欠陥が十分に検査できず、一方、ＳＥＭ型検査装置では検査に時間がかかりすぎるために高スループットの要請に応えられないという双方の問題点を解消し、１００ｎｍ以下の線幅を有する配線パターンを十分な分解能且つ高スループットで検査することを可能にしている。
3-7) Embodiments Using Other Electrons In the present invention, an electron whose information on the surface of a substrate is obtained by irradiating a sample such as a substrate on which a wiring pattern having a book with a line of 100 nm or less is irradiated with an electron beam. It is an essential object to obtain a substrate surface image from the detected electrons and to inspect the sample surface. In particular, when irradiating a sample with an electron beam, an electron beam having an area including a certain imaging region is irradiated, and electrons emitted from the imaging region on the substrate are detected on a detector using a CCD or a CCD-TDI. An image of the imaging region is obtained by forming an image, and the obtained image is further compared with the SEM method by performing inspection by appropriately combining cell inspection and die comparison inspection according to the die pattern. Have proposed an inspection method and apparatus that realizes a very fast throughput. That is, according to the inspection method and inspection apparatus using the electron beam of the present invention, the optical inspection apparatus cannot sufficiently inspect the pattern defect of the wiring having a line width of 100 nm or less due to the low resolution, while the SEM type inspection. The system eliminates both problems of being unable to meet the demand for high throughput because it takes too much time for inspection, and enables inspection of wiring patterns having a line width of 100 nm or less with sufficient resolution and high throughput. ing.
試料の検査においては、分解能の観点からは、電子線を基板に衝突させ、基板から放出された電子を検出して、基板表面の画像を得ることが望ましい。したがって、本発明の実施例では、主に、基板から放出された二次電子、反射電子、後方散乱電子を中心に例を挙げて説明してきた。しかし、検出される電子は、基板の表面の情報を得ているものであれば何でもよく、例えば、基板付近に逆電界を形成することにより、基板に直接衝突せずに、基板付近で反射するミラー電子（広義には反射電子とも言う）、或いは基板を透過する透過電子等でもよい。特に、ミラー電子を用いた場合には、電子が試料に直接衝突しないので、チャージアップの影響が極めて小さいという利点がある。 In the inspection of a sample, from the viewpoint of resolution, it is desirable to obtain an image of the substrate surface by colliding an electron beam with the substrate and detecting electrons emitted from the substrate. Therefore, in the embodiments of the present invention, the description has been given mainly with an example focusing on secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons emitted from the substrate. However, the detected electrons can be anything as long as they can obtain information on the surface of the substrate. For example, by forming a reverse electric field near the substrate, the electrons are reflected near the substrate without directly colliding with the substrate. Mirror electrons (also referred to as reflected electrons in a broad sense) or transmitted electrons that pass through the substrate may be used. In particular, when mirror electrons are used, the electrons do not directly collide with the sample, so that there is an advantage that the influence of charge-up is extremely small.
ミラー電子を利用する場合には、試料に、加速電圧よりも低い負の電位を印加し、試料付近に逆電界を形成する。この負の電位は、基板の表面付近で殆どの電子線が戻される程度の値に設定するのがよい。具体的には、電子銃の加速電圧よりも０．５〜１．０Ｖ以上低い電位に設定すればよい。例えば、本発明の場合、加速電圧が−４ｋＶの場合、試料への印加電圧は−４．０００ｋＶ〜−４．０５０ｋＶに設定するのが好ましい。更に望ましくは、−４．０００５ｋＶ〜−４．０２０ｋＶがよく、更に好ましくは−４．０００５ｋＶ〜−４．０１０ｋＶに設定するのが好適である。 When mirror electrons are used, a negative potential lower than the acceleration voltage is applied to the sample to form a reverse electric field near the sample. This negative potential is preferably set to a value such that most of the electron beam is returned near the surface of the substrate. Specifically, it may be set to a potential lower by 0.5 to 1.0 V or more than the acceleration voltage of the electron gun. For example, in the case of the present invention, when the acceleration voltage is −4 kV, the voltage applied to the sample is preferably set to −4.00 kV to −4.050 kV. More desirably, it is preferably −4.005 kV to −4.020 kV, and more preferably −4.005 kV to −4.010 kV.
また、透過電子を利用する場合には、加速電圧を−４ｋＶに設定したとき、試料への印加電圧は０〜−４ｋＶ、好ましくは０〜−３．９ｋＶ、更に好ましくは０〜−３．５ｋＶに設定するのが好適である。 When using transmission electrons, when the acceleration voltage is set to −4 kV, the voltage applied to the sample is 0 to −4 kV, preferably 0 to −3.9 kV, more preferably 0 to −3.5 kV. It is preferable to set to.
他に、電子線ではないが、Ｘ線の利用してよい。本発明の二次系やダイ比較等は十分に適用可能である。
ミラー電子、透過電子のいずれを用いる場合でも、既に説明した電子銃、一次光学系、一次電子線と検出電子線を分離するための偏向器、ＣＣＤ又はＣＣＤ−ＴＤＩを用いた検出器、画像処理装置、ダイ比較のための演算器等を用いる。電子線は、楕円等の一定の領域を有するものを用いるが、勿論、ＳＥＭ型に用いる細く絞った電子線を用いてもよい。電子線は単数でも複数でもよいことは勿論である。一次電子線と検出電子線を分離するための偏向器は、電界と磁界の双方を形成するウィーンフィルタでもよいし、磁界のみの偏向器を用いてもよい。検出器は、撮像領域を検出器上に結像して、迅速な検査を行えるＣＣＤ又はＣＣＤ−ＴＤＩを用いるが、ＳＥＭ型の電子銃を用いた場合には、これに対応する半導体検出器等を用いることは当然である。基板表面の画像を取得し、ダイの比較検査を行う場合には、ダイのパターンに応じて、周期性のあるパターンに適用するセル検査と、ランダムなパターンに適用するダイ同士の比較検査を適宜利用する。勿論、全てダイ同士の比較検査で処理してもよい。また、ダイ同士の比較検査の場合には、同一基板上のダイ同士で比較してもよいし、異なる基板上のダイ同士を比較してもよいし、ダイとＣＡＤデータを比較してもよい。いずれか好適なものを任意に用いればよい。更に、検査の前には、基板の位置あわせを行う。基板の位置ずれを測定し、回転角のずれを補正する。その際、フォーカスマップを作成し、検査時にそれらを考慮して平面上の基板の位置やフォーカスのずれを補正しながら検査を行ってもよい。
In addition, although not an electron beam, an X-ray may be used. The secondary system and die comparison of the present invention are sufficiently applicable.
Regardless of whether mirror electrons or transmission electrons are used, the electron gun, the primary optical system, the deflector for separating the primary electron beam and the detection electron beam, the detector using CCD or CCD-TDI, and image processing A device, an arithmetic unit for die comparison, and the like are used. An electron beam having a certain region such as an ellipse is used. Of course, a finely focused electron beam used for the SEM type may be used. Of course, the electron beam may be singular or plural. The deflector for separating the primary electron beam and the detection electron beam may be a Wien filter that forms both an electric field and a magnetic field, or a deflector having only a magnetic field. The detector uses a CCD or a CCD-TDI that forms an image of the imaging region on the detector and can perform a quick inspection. When an SEM type electron gun is used, a corresponding semiconductor detector or the like It is natural to use. When acquiring an image of the substrate surface and performing a die inspection, a cell inspection applied to a periodic pattern and a die-to-die comparison inspection applied to a random pattern are appropriately performed according to the die pattern. Use. Of course, all may be processed by comparison inspection between dies. In the case of comparative inspection between dies, dies on the same substrate may be compared, dies on different substrates may be compared, or die and CAD data may be compared. . Any suitable one may be used arbitrarily. Further, the substrate is aligned before the inspection. Measure the positional deviation of the substrate and correct the rotational angle deviation. At that time, a focus map may be created, and the inspection may be performed while correcting the position of the substrate on the plane and the shift of the focus in consideration of them during the inspection.
また、本発明の装置の製造工程での利用にあたっては、ネットワークシステムに接続し、生産ラインを制御しているコンピュータから検査対象であるウェーハの情報を入手したり、検査結果を送信し、生産ラインの各装置の生産条件に反映させることが望ましい。 In addition, when using the apparatus of the present invention in the manufacturing process, information on a wafer to be inspected is obtained from a computer connected to a network system and controlling the production line, inspection results are transmitted, and the production line is transmitted. It is desirable to reflect this in the production conditions of each device.
３−８）二次電子と反射電子を用いる実施の形態
この実施の形態は、面ビームで検査対象を照射することができ、検査対象に応じて二次電子と反射電子とを切り換えて使用することが可能な高分解能且つ高スループットの写像投影方式電子線装置に関するものである。このように、試料上の１点ではなく少なくとも
一次元方向に広がった視野に電子ビームを照射してその視野の像を形成する方式は「写像投影方式」と呼ばれている。この写像投影方式電子線装置は、空間電荷効果を回避でき、信号対雑音比が高く、並列処理による画像処理速度を向上させた高分解能且つ高スループットな装置である。
3-8) Embodiment Using Secondary Electrons and Reflected Electrons In this embodiment, the inspection target can be irradiated with a surface beam, and the secondary electrons and the reflected electrons are switched and used according to the inspection target. The present invention relates to a high-resolution and high-throughput projection type electron beam apparatus. A method of forming an image of the field of view by irradiating the field of view spread in at least a one-dimensional direction instead of one point on the sample in this way is called “mapping projection method”. This mapping projection type electron beam apparatus is a high-resolution and high-throughput apparatus that can avoid the space charge effect, has a high signal-to-noise ratio, and improves the image processing speed by parallel processing.
以下、この実施の形態の写像投影方式電子線装置を、欠陥検査装置として具体化した場合について、図１７２〜図１８１を参照しながら詳述する。なお、これらの図において、同一の参照数字又は参照符号は同じ又は対応する構成要素を指すものとする。 Hereinafter, the case where the projection type electron beam apparatus of this embodiment is embodied as a defect inspection apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 172 to 181. In these drawings, the same reference numerals or reference numerals indicate the same or corresponding components.
図１７２の（Ａ）及び（Ｂ）において、欠陥検査装置ＥＢＩの電子銃ＥＧは大電流で動作可能な熱電子放出型のＬaＢ６製カソード１を有し、電子銃ＥＧから第１の方向へ発射
された一次電子は数段の四極子レンズ２を含む一次光学系を通過してビーム形状を調整されてからウィーンフィルタ１７２・１を通過する。ウィーンフィルタ１７２・１によって一次電子の進行方向は、検査対象であるウェーハＷに対して入力するよう第２の方向へ変更される。ウィーンフィルタ１７２・１を出て第２の方向へ進む一次電子は、ＮＡ開口板１７２・２によってビーム径が制限され、対物レンズ１７２・３を通過してウェーハＷを照射する。対物レンズ１７２・３は高精度の静電レンズである。
172 (A) and 172 (B), the electron gun EG of the defect inspection apparatus EBI has a thermoelectron emission type LaB 6 cathode 1 that can be operated with a large current, and is directed from the electron gun EG in the first direction. The emitted primary electrons pass through the primary optical system including several stages of
このように、一次光学系においては、電子銃ＥＧとしてＬaＢ６製の高輝度のものを使
用しているので、従来の走査型の欠陥検査装置に比較して低エネルギで大電流且つ大面積の一次ビームを得ることができる。
As described above, in the primary optical system, an electron gun EG having a high brightness made of LaB 6 is used, so that it has a low energy, a large current and a large area as compared with a conventional scanning type defect inspection apparatus. A primary beam can be obtained.
ウェーハＷは一次光学系によって断面が例えば２００μｍ×５０μｍの矩形に形成された面ビームによって照射されるので、ウェーハＷ上の所定の広さの小さな領域を照射することができるようになる。この面ビームでウェーハＷを走査するために、ウェーハＷは例えば３００ｍｍ対応の高精度のＸＹステージ（図示せず）上に載置され、面ビームを固定した状態でＸＹステージを二次元的に移動させる。また、一次電子をビームスポットに絞り込む必要がないので面ビームは低電流密度であり、ウェーハＷのダメージが少ない。例えば、従来のビーム走査方式の欠陥検査装置においてはビームスポットの電流密度は１０３Ａ／ｃｍ２であるが、図の欠陥検査装置ＥＢＩにおいては面ビームの電流密度は０．１Ａ／ｃｍ２〜０．０１Ａ／ｃｍ２でしかない。一方、ドーズは、従来のビーム走査方式では１×１０−５Ｃ／ｃｍ２であるのに対して、本方式では１×１０−４Ｃ／ｃｍ２〜３×１０−５Ｃ／ｃｍ２であり、本方式の方が高感度になっている。
Since the wafer W is irradiated by the surface beam formed in a rectangular shape having a cross section of, for example, 200 μm × 50 μm by the primary optical system, a small area of a predetermined area on the wafer W can be irradiated. In order to scan the wafer W with this surface beam, the wafer W is placed on a high precision XY stage (not shown) corresponding to, for example, 300 mm, and the XY stage is moved two-dimensionally with the surface beam fixed. Let Further, since it is not necessary to narrow down the primary electrons to the beam spot, the surface beam has a low current density and the damage to the wafer W is small. For example, in the conventional beam scanning type defect inspection apparatus, the current density of the beam spot is 10 3 A / cm 2 , but in the illustrated defect inspection apparatus EBI, the surface beam current density is 0.1 A / cm 2 to. It is only 0.01 A / cm 2 . On the other hand, the dose is 1 × 10 −5 C / cm 2 in the conventional beam scanning method, whereas it is 1 × 10 −4 C /
面ビーム状の一次電子によって照射されたウェーハＷの領域からは二次電子と反射電子が出てくる。反射電子については後述するとして、まず二次電子の検出について説明すると、ウェーハＷから放出された二次電子は、前記第２の逆の方向へ進むよう、対物レンズ１７２・３によって拡大されてＮＡ開口板１７２・２及びウィーンフィルタ１７２・１を通過してから、中間レンズ１７２・４によって再び拡大され、投影レンズ１７２・５によって更に拡大されて二次電子検出系Ｄに入射する。二次電子を導く二次光学系においては、対物レンズ１７２・３、中間レンズ１７２・４及び投影レンズ１７２・５はいずれも高精度の静電レンズであり、二次光学系の倍率は可変であるよう構成される。一次電子をウェーハＷにほぼ垂直に入射し、二次電子をほぼ垂直に取り出すので、ウェーハＷの表面の凹凸による陰影が生じない。
Secondary electrons and reflected electrons emerge from the region of the wafer W irradiated with the surface beam-like primary electrons. The reflected electrons will be described later. First, detection of secondary electrons will be described. Secondary electrons emitted from the wafer W are enlarged by the
投影レンズ１７２・５からの二次電子を受け取る二次電子検出系Ｄは、入射された二次電子を増殖するマイクロチャンネルプレート１７２・６と、マイクロチャンネルプレート１７２。６から出た電子を光に変換する蛍光スクリーン１９２・７と、蛍光スクリーン１７２・６から出た光を電気信号へ変換するセンサユニット１７２・８とを備える。センサユニット１７２・８は、二次元に配列された多数の固体撮像素子からなる高感度のライン
センサ１７２・９を有しており、蛍光スクリーン１７２・７から発せられた蛍光はラインセンサ１７２・９によって電気信号へ変換されて画像処理部１７２・１０に送られ、並列、多段且つ高速に処理される。
The secondary electron detection system D that receives the secondary electrons from the
ウェーハＷを移動させてウェーハＷ上の個々の領域を順に面ビームで照射して走査していく間に、画像処理部１７２・１０は、欠陥を含む領域のＸＹ座標と画像とに関するデータを順次蓄積していき、一つのウェーハについて欠陥を含む検査対象の全ての領域の座標と画像とを含む検査結果ファイルを生成する。こうして、検査結果を一括して管理することができる。この検査結果ファイルを読み出すと、画像処理部１７２・１０のディスプレイ上には当該ウェーハの欠陥分布と欠陥詳細リストとが表示される。
While moving the wafer W and sequentially irradiating and scanning the individual areas on the wafer W with the surface beam, the
実際には、欠陥検査装置ＥＢＩの各種の構成要素のうち、センサユニット１７２・８は大気中に配置されるが、その他の構成要素は真空に保たれた鏡筒内に配置されるため、この実施の形態においては、鏡筒の適宜の壁面にライトガイドを設け、蛍光スクリーン１７２・７から出た光をライトガイドを介して大気中に取り出してラインセンサ１７２・９に中継する。
Actually, among the various components of the defect inspection apparatus EBI, the
図１７３は、図１７２の欠陥検査装置ＥＢＩにおける二次電子検出系Ｄの具体的な構成例を示している。投影レンズ１７２・５によってマイクロチャンネルプレート１７２・６の入射面に二次電子像又は反射電子像１７３・１が形成される。マイクロチャンネルプレート１７２・６は例えば分解能が１６μｍ、ゲインが１０３〜１０４、実効画素が２１００×５２０であり、形成された電子像１７３・１に対応して電子を増殖して蛍光スクリーン１７２・７を照射する。これによって蛍光スクリーン１７２・７の電子で照射された部分から蛍光が発せられ、発せられた蛍光は低歪み（歪みが例えば０．４％）のライトガイド１７３・２を介して大気中へ放出される。放出された蛍光は光学リレーレンズ１７３・３を介してラインセンサ１７２・９に入射される。例えば、光学リレーレンズ１７３・３は倍率が１／２、透過率が２．３％、歪みが０．４％であり、ラインセンサ１７２・９は２０４８×５１２個の画素を有している。光学リレーレンズ１７３・３はラインセンサ１７２・９の入射面に電子像１７３・１に対応した光学像１７３・４を形成する。ライトガイド１７３・２及びリレーレンズ１７３・３の代わりにＦＯＰ（ファイバ・オプティック・プレート）を使うこともでき、この場合の倍率は１倍である。
FIG. 173 shows a specific configuration example of the secondary electron detection system D in the defect inspection apparatus EBI of FIG. 172. A secondary electron image or a reflected
図１７２に示す欠陥検査装置ＥＢＩは、電子銃ＥＧの加速電圧及びウェーハＷに印加されるウェーハ電圧を調整するとともに電子検出系Ｄを使用することにより、二次電子の場合、正帯電モードと負帯電モードのいずれかで動作可能である。更に、電子銃ＥＧの加速電圧、ウェーハＷに印加されるウェーハ電圧及び対物レンズ条件を調整することにより、欠陥検査装置ＥＢＩを、一次電子の照射によってウェーハＷから発せられる高エネルギの反射電子を検出する反射電子撮像モードで動作させることができる。反射電子は、一次電子がウェーハＷ等の試料に入射するときのエネルギと同じエネルギを持っており、二次電子に比べてエネルギが高いので、試料表面の帯電等による電位の影響を受けずらいという特徴がある。電子検出系は、二次電子又は反射電子の強度に対応した電気信号を出力する電子衝撃型ＣＣＤ、電子衝撃型ＴＤＩ等の電子衝撃型検出器を使用することもできる。この場合は、マイクロチャンネルプレート１７２・６、蛍光スクリーン１７２・７、リレーレンズ１７３・３（又はＥＯＰ）を使用せずに、結像位置に電子衝撃型検出器を設置して使用する。このように構成することにより、欠陥検査装置ＥＢＩは検査対象に適したモードで動作することが可能になる。例えば、メタル配線の欠陥、ＧＣ配線の欠陥、レジストパターンの欠陥を検出するには、負帯電モード又は反射電子撮像モードを利用すればよいし、ビアの導通不良やエッチング後のビア底の残渣を検出するには反射電子撮像モードを利用すればよい。
The defect inspection apparatus EBI shown in FIG. 172 adjusts the acceleration voltage of the electron gun EG and the wafer voltage applied to the wafer W and uses the electron detection system D, so that in the case of secondary electrons, the positive charge mode and negative It can operate in either charging mode. Furthermore, by adjusting the acceleration voltage of the electron gun EG, the wafer voltage applied to the wafer W, and the objective lens conditions, the defect inspection apparatus EBI detects high-energy backscattered electrons emitted from the wafer W by irradiation of primary electrons. Can be operated in the backscattered electronic imaging mode The backscattered electrons have the same energy as that when the primary electrons are incident on the sample such as the wafer W, and the energy is higher than that of the secondary electrons. There is a feature. As the electron detection system, an electron impact type detector such as an electron impact type CCD or an electron impact type TDI that outputs an electric signal corresponding to the intensity of secondary electrons or reflected electrons can be used. In this case, the electron impact type detector is installed and used at the imaging position without using the
図１７４の（Ａ）は図１の欠陥検査装置ＥＢＩを上記の３つのモードで動作させるための要件を説明する図である。電子銃ＥＧの加速電圧をＶＡ、ウェーハＷに印加されるウェーハ電圧をＶＷ、ウェーハＷを照射するときの一次電子の照射エネルギをＥＩＮ、電子検出系Ｄに入射する二次電子の信号エネルギをＥＯＵＴとする。電子銃ＥＧは加速電圧ＶＡを変えることができるよう構成され、ウェーハＷには適宜の電源（図示せず）から可変のウェーハ電圧ＶＷが印加される。そこで、加速電圧ＶＡ及びウェーハ電圧ＶＷを調整し且つ電子検出系Ｄを使用すると、欠陥検査装置ＥＢＩは、図１７４の（Ｂ）に示すように、二次電子イールドが１よりも大きい範囲では正帯電モード、１よりも小さい範囲では負帯電モードで動作することができる。また、加速電圧ＶＡ、ウェーハ電圧ＶＷ及び対物レンズ条件を調整することにより、欠陥検査装置ＥＢＩは二次電子と反射電子とのエネルギ差を利用して反射電子撮像モードで動作することができる。なお、図１７４の（Ｂ）において、正帯電領域と負帯電領域との境界における電子照射エネルギーＥＩＮの値は、実際には試料によって異なる。 FIG. 174 (A) is a diagram for explaining the requirements for operating the defect inspection apparatus EBI of FIG. 1 in the above three modes. The acceleration voltage of the electron gun EG is V A , the wafer voltage applied to the wafer W is V W , the irradiation energy of primary electrons when irradiating the wafer W is E IN , and the signal of secondary electrons incident on the electron detection system D Let E OUT be the energy. The electron gun EG is configured to change the acceleration voltage V A, and a variable wafer voltage V W is applied to the wafer W from an appropriate power source (not shown). Therefore, when the acceleration voltage V A and the wafer voltage V W are adjusted and the electron detection system D is used, the defect inspection apparatus EBI has a range in which the secondary electron yield is larger than 1, as shown in FIG. Then, in the positive charging mode, in the range smaller than 1, it can operate in the negative charging mode. Further, by adjusting the acceleration voltage V A , the wafer voltage V W and the objective lens condition, the defect inspection apparatus EBI can operate in the reflected electron imaging mode using the energy difference between the secondary electrons and the reflected electrons. . Note that, in (B) in FIG. 174, the value of electron irradiation energy E IN at the boundary between the positive charge area and the negative charge area is actually different depending on the sample.
欠陥検査装置ＥＢＩを反射電子撮像モード、負帯電モード及び正帯電モードで動作させるためのＶＡ、ＶＷ、ＥＩＮ及びＥＯＵＴの値の一例を挙げると、
反射電子撮像モードでは
ＶＡ＝−４．０ｋＶ
ＶＷ＝−２．５ｋＶ
ＥＩＮ＝１．５ｋｅＶ
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ
負帯電モードでは
ＶＡ＝−７．０ｋＶ
ＶＷ＝−４．０ｋＶ
ＥＩＮ＝３．０ｋｅＶ
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ＋α （α＝二次電子のエネルギ幅）
正帯電モードでは
ＶＡ＝−４．５ｋＶ
ＶＷ＝−４．０ｋＶ
ＥＩＮ＝０．５ｋｅＶ
ＥＯＵＴ＝４ｋｅＶ＋α （α＝二次電子のエネルギ幅）
となる。
Examples of values of V A , V W , E IN and E OUT for operating the defect inspection apparatus EBI in the backscattered electron imaging mode, the negative charging mode and the positive charging mode are as follows:
In the backscattered electron imaging mode, V A = −4.0 kV
V W = −2.5 kV
E IN = 1.5 keV
E OUT = 4 keV
In the negative charging mode, V A = −7.0 kV
V W = −4.0 kV
E IN = 3.0 keV
E OUT = 4 keV + α (α = energy width of secondary electrons)
In positive charging mode, VA = -4.5kV
V W = −4.0 kV
E IN = 0.5 keV
E OUT = 4 keV + α (α = energy width of secondary electrons)
It becomes.
実際、二次電子と反射電子の検出量は、ウェーハＷ上の被検査領域の表面組成、パターン形状及び表面電位によって変わってくる。即ち、ウェーハＷ上の被検査対象の表面組成によって二次電子収率及び反射電子量は異なり、パターンの尖った個所や角では二次電子収率及び反射電子量は平面に比べて大きい。また、ウェーハＷ上の被検査対象の表面電位が高いと、二次電子放出量が減少する。こうして、検出系Ｄによって検出された二次電子及び反射電子から得られる電子信号強度は材料、パターン形状及び表面電位によって変動する。 Actually, the detected amounts of secondary electrons and reflected electrons vary depending on the surface composition, pattern shape, and surface potential of the region to be inspected on the wafer W. That is, the secondary electron yield and the amount of reflected electrons differ depending on the surface composition of the object to be inspected on the wafer W, and the secondary electron yield and the amount of reflected electrons are large at the sharp points and corners of the pattern compared to the plane. Further, when the surface potential of the object to be inspected on the wafer W is high, the amount of secondary electron emission decreases. Thus, the electron signal intensity obtained from the secondary electrons and reflected electrons detected by the detection system D varies depending on the material, pattern shape, and surface potential.
図１７５は、図１７２に示す欠陥検査装置ＥＢＩの電子光学系に使用される静電レンズの各電極の断面形状を示している。図１７５に示すように、ウェーハＷからマイクロチャンネルプレート１７２・６までの距離は例えば８００ｍｍであり、対物レンズ１７２・３、中間レンズ１７２・４及び投影レンズ１７２・５は特殊形状をした複数枚の電極を有する静電レンズである。いま、ウェーハＷに−４ｋＶを印加したとすると、対物レンズ１７２・３のウェーハＷに最も近い電極には＋２０ｋＶが印加され、残りの電極には−１４７６Ｖが印加される。同時に、中間レンズ１７２・４には−２４５０Ｖが、投影レンズ１７２・５には−４１２０Ｖが印加される。この結果、二次光学系で得られる倍率は、対物レンズ１７２・５によって２．４倍、中間レンズ１７２・４によって２．８倍、投影レンズ
１７２・５によって３７倍となり、合計では２６０倍となる。なお、図１７５における参照数字１７５・１、１７５・２はビーム径を制限するためのフィールド・アパーチャであり、参照数字１７５・３は偏光器である。
FIG. 175 shows a sectional shape of each electrode of the electrostatic lens used in the electron optical system of the defect inspection apparatus EBI shown in FIG. 172. As shown in FIG. 175, the distance from the wafer W to the
図１７６の（Ａ）は、写像投影方式電子線装置の他の実施の形態であるマルチビーム・マルチピクセル型の欠陥検査装置ＥＢＩの構成を概略的に示す図である。この欠陥検査装置ＥＢＩにおける電子銃ＥＧｍはＬａＢ６製のカソードを有し、複数本の一次電子ビーム１７６・１を発射することのできるマルチビーム型の電子銃である。電子銃ＥＧｍから発せられた複数本の一次電子ビーム１７６・１は、各一次電子ビームに対応した位置に小孔が形成された開口板１７６・２によってビーム径を調整された後、２段の軸対称レンズ１７６・３、１７６・４によって各ビームの位置を調整されて第１の方向へ進み、ウィーンフィルタ１７２・１を通過して進行方向を第１の方向から第２の方向へ変えてウェーハＷに入射するよう進行する。その後、それぞれの一次電子ビーム１７６・１はＮＡ開口板１７２・２、対物レンズ１７２・３を通過してウェーハＷの所定の領域を照射する。
FIG. 176A is a diagram schematically showing a configuration of a multi-beam / multi-pixel type defect inspection apparatus EBI which is another embodiment of the projection type electron beam apparatus. The electron gun EGm in this defect inspection apparatus EBI is a multi-beam type electron gun having a cathode made of LaB 6 and capable of emitting a plurality of primary electron beams 176. A plurality of primary electron beams 176. 1 emitted from the electron gun EGm are adjusted in beam diameter by an aperture plate 176. 2 in which a small hole is formed at a position corresponding to each primary electron beam. The position of each beam is adjusted by the axially
複数本の一次電子ビーム１７６・１の照射によってウェーハＷから放出された二次電子及び反射電子１７６・５は、図１７２の（Ａ）について既に説明したと同様に、第２の方向とは逆の方向へ進行して対物レンズ１７２・３、ＮＡ開口板１７２・２、ウィーンフィルタ１７２・１、中間レンズ１７２・４、投影レンズ１７２・５を通って検出系Ｄに入射し、センサユニット１７２・８によって電気信号化される。
Secondary electrons and backscattered
電子銃ＥＧｍから見て下流側の軸対称レンズ１７６・４とウィーンフィルタ１７２・１との間には、複数本の一次電子ビーム１７６・１を偏向するための偏向器１７６・６が配置される。そこで、複数本の一次電子ビーム１７６・１によってウェーハＷ上の或る領域Ｒを走査するため、図１７６の（Ｂ）に示すように、ウェーハＷをＹ軸方向に移動させながら、偏向器１７６・６によって、複数本の一次電子ビーム１７６・１をＹ軸に垂直なＸ軸方向に同時に偏向させる。これにより、複数本の一次電子ビーム１７６・１によって、領域Ｒがラスタ走査されることになる。
A plurality of
図１７７の（Ａ）は、写像投影方式電子線装置の更に他の実施の形態であるマルチビーム・モノピクセル型の欠陥検査装置ＥＢＩの概略的な構成を示している。同図において、電子銃ＥＧｍは複数本の一次電子ビーム１７６・１を発射することができ、発射された複数本の一次電子ビーム１７６・１は、図１７６の（Ａ）について説明したと同様に、第１の方向へ進行するよう、開口板１７６・２、軸対称レンズ１７６・３、１７６・４、偏向器１７６・６、ウィーンフィルタ１７２・１、対物レンズ１７２・３によって導かれてウェーハＷを照射する。
FIG. 177 (A) shows a schematic configuration of a multi-beam / monopixel type defect inspection apparatus EBI which is still another embodiment of the mapping projection type electron beam apparatus. In the figure, the electron gun EGm can emit a plurality of primary electron beams 176. 1, and the emitted plurality of primary electron beams 176. 1 are the same as described with reference to FIG. 176 (A). The wafer W is guided by the
複数本の一次電子ビーム１７６・１によって照射されてウェーハＷから放出された二次電子又は反射電子１７６・５は、対物レンズ１７２・３を通過した後、ウィーンフィルタ１７２・１によって所定の角度だけ進行方向を変えられた後、中間レンズ１７２・４、投影レンズ１７２・５を通過してマルチ検出系Ｄ´に入射する。図のマルチ検出系Ｄ´は二次電子検出系であって、開口電極１７６・２に形成されたｎ個の小孔と同数の孔が形成されたマルチ開口板１７７・１と、開口板１７７・１のｎ個の孔を通過した二次電子を捕捉して該二次電子の強度を表す電気信号へ変換するようマルチ開口板１７７・１の各孔に対応して設けられたｎ個の検出器１７７・２と、各検出器１７７・２から出力された電気信号を増幅するｎ個の増幅器１７７・３と、それぞれの増幅器１７７・３によって増幅された電気信号をディジタル信号へ変換してウェーハＷ上の被走査領域Ｒの画像信号を記憶、表示、比較等を行う画像処理部１７２・１０´とを備える。
Secondary electrons or reflected electrons 176. 5 emitted from the wafer W by being irradiated with a plurality of primary electron beams 176. 1 pass through the
図１７７の（Ａ）に示す欠陥検査装置ＥＢＩにおいては、複数本の一次電子ビーム１７
６・１による領域Ｒの走査は、図１７７の（Ｂ）に示すように行われる。即ち、図１７７の（Ｂ）に示すように、領域Ｒを一次電子ビーム１７６・１の数だけＹ軸方向に分割して小領域ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を想定し、それぞれの一次電子ビーム１７６・１をこれらの小領域ｒ１〜ｒ４のそれぞれに割り当てる。そこで、ウェーハＷをＹ軸方向に移動させながら、偏向器１７６・６によって、それぞれの一次電子ビーム１７６・１をＸ軸方向に同時に偏向させ、各一次電子ビーム１７６・１にその割り当てられた小領域ｒ１〜ｒ４を走査させる。これにより、複数本の一次電子ビーム１７６・１によって領域Ｒが走査されることになる。
In the defect inspection apparatus EBI shown in FIG. 177A, a plurality of
The scanning of the region R by 6.1 is performed as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 177 (B), the region R is divided in the Y-axis direction by the number of primary electron beams 176 · 1, and small regions r1, r2, r3, r4 are assumed, and each primary electron beam is assumed. 176 · 1 is assigned to each of these small areas r1 to r4. Therefore, while moving the wafer W in the Y-axis direction, the
なお、マルチビームの一次光学系は、図１７６に限定されるものではなく、試料上に照射される時点でマルチビームであればよく、例えば、単一の電子銃であってもよい。
これまで説明してきた欠陥検査装置ＥＢＩにおいては、ウェーハＷをステージ上に載置し、該ステージを真空チャンバ内で精度良く位置決めすることができる機構を使用することが好ましい。かかるステージの高精度の位置決めために、例えば、ステージを静圧軸受けによって非接触支持する構造が採用される。この場合、静圧軸受けから供給される高圧ガスが真空チャンバに排気されないよう、高圧ガスを排気する差動排気機構を静圧軸受けの範囲に形成して真空チャンバの真空度を維持することが望ましい。
Note that the primary optical system of the multi-beam is not limited to that shown in FIG. 176, and may be a multi-beam at the time of irradiation on the sample. For example, a single electron gun may be used.
In the defect inspection apparatus EBI described so far, it is preferable to use a mechanism that can place the wafer W on a stage and accurately position the stage in a vacuum chamber. In order to position the stage with high accuracy, for example, a structure in which the stage is supported in a non-contact manner by a static pressure bearing is employed. In this case, it is desirable to maintain a vacuum degree of the vacuum chamber by forming a differential exhaust mechanism for exhausting the high pressure gas in the range of the static pressure bearing so that the high pressure gas supplied from the static pressure bearing is not exhausted to the vacuum chamber. .
図１７８は、ウェーハＷを載置したステージを真空チャンバ内で精度良く位置決めするための機構の構成の一例と不活性ガスの循環配管系を示す図である。図１７８において、一次電子をウェーハＷに向かって照射する鏡筒１７８・１の先端部すなわち一次電子照射部１７８・２が真空チャンバＣを画成するハウジング１７８・３に取り付けられる。鏡筒１７８・１の直下には、高精度なＸＹステージ１７８・４のＸ方向（図１７８において左右方向）の可動テーブル上に載置されたウェーハＷが配置される。ＸＹステージ１７８・４をＸ方向及びＹ方向（図１７８において紙面に垂直の方向）に移動させることにより、ウェーハＷの面上の任意の位置に対して正確に一次電子を照射することができる。
FIG. 178 is a diagram showing an example of the configuration of a mechanism for accurately positioning the stage on which the wafer W is placed in the vacuum chamber, and the inert gas circulation piping system. In FIG. 178, the tip of the
ＸＹステージ１７８・４の台座１７８・５はハウジング１７８・３の底壁に固定され、Ｙ方向に移動するＹテーブル１７８・６が台座１７８・５の上に載っている。Ｙテーブル１７８・６の両側面（図１７８において左右側面）には突部が形成され、これら突部は台座１７８・５に設けられた一対のＹ方向ガイド１７８・７ａ及び１７８・７ｂに形成された凹溝とそれぞれ嵌合する。各凹溝はＹ方向ガイド１７８・７ａ、１７８・７ｂのほぼ全長に亘ってＹ方向に伸びている。凹溝内に突出する突部の上、下面及び側面には公知の構造の静圧軸受け（図示せず）がそれぞれ設けられる。これらの静圧軸受けを介して高圧且つ高純度の不活性ガス（Ｎ２ガス、Ａｒガス等）を吹き出すことにより、Ｙテーブル１７８・６はＹ方向ガイド１７８・７ａ、１７８・７ｂに対して非接触で支持され、Ｙ方向に円滑に往復運動できる。また、台座１７８・５とＹテーブル１７８・６との間には、Ｙテーブル１７８・６をＹ方向に駆動するために、公知の構造のリニアモータ１７８・８が配置される。
The
Ｙテーブル１７８・６の上側にはＸテーブル１７８・９がＸ方向に移動可能に載置されている。Ｘテーブル１７８・９を挟むように、Ｙテーブル１７８・６のためのＹ方向ガイド１７８・７ａ、１７８・７ｂと同じ構造の一対のＸ方向ガイド３１７８・１０ａ、１７８・１０ｂ（図１７８には１７８・１０ａのみ図示されている）が設けられる。これらＸ方向ガイドのＸテーブル１７８・９に面した側にも凹溝が形成され、Ｘテーブル１７８・９のＸ方向ガイドに面した側部には、上記凹溝内に突出する突部が形成されている。これらの凹溝はＸ方向ガイドのほぼ全長に亘って伸びている。凹溝内に突出するＸ方向テーブル１７８・９の突部の上、下面及び側面には、Ｙテーブル１７８・６の非接触支持のための静圧軸受けと同様の静圧軸受け（図示せず）が設けられる。これらの静圧軸受けに高圧且つ高純度の不活性ガスを供給して静圧軸受けからＸ方向ガイド１７８・１０ａ、１７８
・１０ｂの案内面に対して噴出させることにより、Ｘテーブル１７８・９はＸ方向ガイド１７８・１０ａ、１７８・１０ｂに対して高精度に非接触で支持される。Ｙテーブル１７８・６には、Ｘテーブル１７８・９をＸ方向に駆動するために公知の構造のリニアモータ１７８・１１が配置される。
An X table 178, 9 is mounted on the upper side of the Y table 178, 6 so as to be movable in the X direction. A pair of X direction guides 3178, 10a, 178, 10b having the same structure as the Y direction guides 178, 7a, 178, 7b for the Y tables 178, 6 so as to sandwich the X tables 178, 9 (178 in FIG. 178) -Only 10a is shown). A concave groove is also formed on the side of the X direction guide facing the X table 178, 9 and a protrusion projecting into the concave groove is formed on the side of the X table 178, 9 facing the X direction guide. Has been. These concave grooves extend over almost the entire length of the X-direction guide. Static pressure bearings (not shown) similar to the static pressure bearings for non-contact support of the Y tables 178 and 6 are provided on the upper, lower and side surfaces of the protrusions of the X-direction tables 178 and 9 protruding into the concave grooves. Is provided. A high-pressure and high-purity inert gas is supplied to these static pressure bearings, and the X direction guides 178, 10a, 178 are supplied from the static pressure bearings.
-The X table 178, 9 is supported to the X direction guides 178, 10a, 178, 10b with high accuracy in a non-contact manner by ejecting the guide surface of 10b. The Y tables 178 and 6 are provided with
ＸＹステージ１７８・４として、大気中で用いられる静圧軸受け付きステージ機構をほぼそのまま使用することが可能なので、露光装置等で用いられる大気用の高精度のステージと同等の精度を有するＸＹステージを、ほぼ同等のコスト及び大きさで欠陥検査装置用のＸＹステージとして実現することができる。なお、ウェーハＷはＸテーブル１７８・９上に直接載置されるのではなく、ウェーハＷを取り外し可能に保持し且つＸＹステージ１７８・４に対して微少な位置変更を行なう機能を有する試料台の上に載置されるのが普通である。
Since the stage mechanism with a static pressure bearing used in the atmosphere can be used almost as it is as the
上記不活性ガスはフレキシブル配管１７８・１２、１７８・１３及びＸＹステージ１７８・４内に形成されたガス通路（図示せず）を介して上記静圧軸受けに供給される。静圧軸受けに供給された高圧の不活性ガスは、Ｙ方向ガイド１７８・７ａ、１８７８・７ｂ及びＸ方向ガイド１７８・１０ａ、１７８・１０ｂの対向する案内面との間に形成された数ミクロンから数十ミクロンの隙間に噴出してＹテーブル１７８・６及びＸテーブル１７８・９を案内面に対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図１７８において上下方向）に正確に位置決めする。静圧軸受けから噴出した不活性ガスのガス分子は真空チャンバＣ内に拡散し、排気口１７８・１４、１７８・１５ａ、１７８・１５ｂ及び真空配管１７８・１６、１７８・１７を通してドライ真空ポンプ１７８・１８によって排気される。排気口１７８・１５ａ、１７８・１５ｂの吸い込み口は台座１７８・５を貫通してその上面に設けられる。これにより、吸い込み口はＸＹステージ１７８・４から高圧ガスが排出される位置の近くに開口するので、静圧軸受けから噴出される高圧ガスにより真空チャンバＣ内の圧力が上昇するのが防止される。
The inert gas is supplied to the static pressure bearings through gas passages (not shown) formed in the
ドライ真空ポンプ１７８・１８の排気口は、配管１７８・１９を介して圧縮機１７８・２０に接続され、圧縮機１７８・２０の排気口は配管１７８・２１、１７８・２２、１７８・２３及びレギュレータ１７８・２４、１７８・２５を介してフレキシブル配管１７８・１２、１７８・１３に接続される。このため、ドライ真空ポンプ１７８・１８から排出された不活性ガスは、圧縮機１７８・２０によって再び加圧されレギュレータ１７８・２４、１７８・２５で適正な圧力に調整された後、再びＸＹテーブルの静圧軸受けに供給される。こうすることによって、高純度の不活性ガスを循環させて再利用できるので、不活性ガスを節約でき、また、欠陥検査装置ＥＢＩから不活性ガスが放出されないので、不活性ガスによる窒息等の事故の発生を防止することができる。なお、圧縮機１７８・２０の排出側の配管１７８・２１の途中にコールドトラップやフィルタ等の除去手段１７８・２６を設け、循環するガス中に混入した水分や油分等の不純物質をトラップして静圧軸受けに供給されないようにすることが好ましい。
The exhaust ports of the
鏡筒１７８・１の先端部すなわち一次電子照射部１７８・２の周囲には、差動排気機構１７８・２７が設けられる。これは、真空チャンバＣ内の圧力が高くても一次電子照射空間１７８・２８の圧力が十分低くなるようにするためである。一次電子照射部１７８・２の周囲に取り付けられた差動排気機構１７８・２７の環状部材１７８・２９は、その下面（ウェーハＷと対向する面）とウェーハＷとの間に数ミクロンから数百ミクロンの微少な隙間が形成されるようにハウジング１７８・３に対して位置決めされる。
環状部材１７８・２９の下面には環状溝１７８・３０が形成され、環状溝１７８・３０は排気口１７８・３１に接続される。排気口１７８・３１は真空配管１７８・３２を介して超高真空ポンプであるターボ分子ポンプ１７８・３３に接続される。また、鏡筒１７８
・１の適所には排気口１７８・３４が設けられ、排気口１７８・３４は真空配管１７８・３５を介してターボ分子ポンプ１７８・３６に接続される。これらのターボ分子ポンプ１７８・３３、１７８・３６は真空配管１７８・３７、１７８・３８によってドライ真空ポンプ１７８・１８に接続される。したがって、差動排気機構１７８・２７や荷電ビーム照射空間１７８・２６に侵入した不活性ガスのガス分子は環状溝１７８・３０、排気口１７８・３１及び真空配管１７８・３２を介してターボ分子ポンプ１７８・３３によって排気されるので、真空チャンバＣから環状部材１７８・２９によって囲まれた空間１７８・２８内に侵入したガス分子は排気されてしまう。これにより、一次電子照射空間１７８・２８内の圧力を低く保つことができ、一次電子を問題なく照射することができる。また、鏡筒１７８・１の先端部から吸引されたガス分子は排気口１７８・３４、真空配管１７８・３５を通ってターボ分子ポンプ１７８・３６によって排気される。ターボ分子ポンプ１７８・３３、１７８・３６から排出されたガス分子はドライ真空ポンプ１７８・１８によって収集されて圧縮機１７８・２０に供給される。
なお、環状溝１７８・３０は、真空チャンバＣ内の圧力や一次電子照射空間１７８・２８内の圧力によっては、二重或いは三重の構造にしてもよい。また、図１７８に示す検査装置では、ターボ分子ポンプの粗引きポンプと真空チャンバの真空排気用ポンプを１台のドライ真空ポンプで兼用するようにしているが、ＸＹステージの静圧軸受けに供給する高圧ガスの流量、真空チャンバの容積や内表面積、真空配管の内径や長さ等に応じて、別系統のドライ真空ポンプで排気することも可能である。
The
ＸＹステージ１７８・４の静圧軸受けに供給する高圧ガスとして、一般にドライ窒素が使用される。しかしながら、可能ならば、更に高純度の不活性ガスを用いることが好ましい。これは、水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これらの不純物分子が真空チャンバＣを画成するハウジング１７８・３の内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化させたり、ウェーハＷの表面に付着して一次電子照射空間１７８・２８の真空度を悪化させてしまうからである。また、水分や油分が極力含まれないようにする必要があるため、ターボ分子ポンプ１７８・３３、１７８・３６、ドライ真空ポンプ１７８・１８及び圧縮機１７８・２０は、ガス流路に水分や油分が混入しないような構造であることが求められる。
Generally, dry nitrogen is used as the high-pressure gas supplied to the static pressure bearings of the
なお、図１７８に示すように、不活性ガスの循環配管系には高純度不活性ガス供給系１７８・１９が接続されており、ガスの循環を始める際に、真空チャンバＣや真空配管１７８・１６、１７８・１５、１７８・３２、１７８・３５、１７８・３７及び加圧側配管１７８・１９、１７８・２１、１７８・２２、１７８・２３、１７８・３９を含む全ての循環系に高純度不活性ガスを満たす役割と、何らかの原因で循環するガスの流量が減少した際に不足分を供給する役割とを担っている。また、ドライ真空ポンプ１７８・１８に大気圧以上まで圧縮する機能を持たせることによって、ドライ真空ポンプ１７８・１８に圧縮機１７８・２０の機能を兼用させることも可能である。更に、鏡筒１７８・１の排気に用いる超高真空ポンプとして、ターボ分子ポンプ１７８・３６の代わりにイオンポンプやゲッタポンプ等のポンプを使用することも可能である。ただし、これらの溜込み式ポンプを用いた場合には、循環配管系を構築することができなくなる。ドライ真空ポンプ１７８・１８の代わりに、ダイヤフラム式ドライポンプ等、他方式のドライポンプを使用することも可能である。
As shown in FIG. 178, high-purity inert
図１７９は、差動排気機構１７８・２７の環状部材１７８・２９及びそれに形成された環状溝１７８・３０の大きさの数値の例を示している。ここでは、半径方向に隔てられた二重構造の環状溝が用いられている。静圧軸受けに供給される高圧ガスの流量は、通常おおよそ２０Ｌ／ｍｉｎ（大気圧換算）程度である。真空チャンバＣを、内径５０ｍｍで長さ２ｍの真空配管を介して２００００Ｌ／ｍｉｎの排気速度を有するドライポンプで排気
すると仮定すると、真空チャンバ内の圧力は、約１６０Ｐａ（約１．２Ｔｏｒｒ）となる。この時、差動排気機構１７８・２７、環状部材１７８・２９及び環状溝１７８・３０等の寸法を図１７９に示すように設定すると、一次電子照射空間５６内の圧力を１０−４Ｐａ（１０−６Ｔｏｒｒ）にすることができる。
FIG. 179 shows numerical examples of the sizes of the
図１８０は、これまで図１７２〜図１７９によって説明してきた欠陥検査装置ＥＢＩを搭載した検査システムの全体的な構成を概略的に示している。図示のとおり、欠陥検査装置ＥＢＩの一次光学系からウェーハＷ、二次光学系を経て検出系Ｄに至る経路の構成要素は、磁気シールド機能を奏する鏡筒１７８・１の内部に収容され、鏡筒１７８・１は、外部からの振動が伝わるのを防止するようにアクティブ除振ユニットにより支持された除振台１８０・１の上面に設置される。鏡筒１７８・１の内部は真空排気系１８０・２によって真空に保たれる。鏡筒１７８・１の内部の一次光学系及び二次光学系の各構成要素に対しては、制御電源１８０・３から高圧ケーブル１８０・４を介して所要の電圧が供給される。
FIG. 180 schematically shows the overall configuration of an inspection system on which the defect inspection apparatus EBI described so far with reference to FIGS. 172 to 179 is mounted. As shown in the figure, the components of the path from the primary optical system of the defect inspection apparatus EBI to the detection system D through the wafer W and the secondary optical system are accommodated in a
鏡筒１７８・１の適宜の個所に、光学顕微鏡とオートフォーカス手段とを備えたアライメント機構１８０・５が設けられ、一次光学系及び二次光学系を構成する各要素を所定の光軸上に適正に配置するとともに電子銃から発射された一次電子がウェーハＷ上に焦点を自動的に結ぶよう調整される。 An alignment mechanism 180/5 having an optical microscope and an autofocus means is provided at an appropriate position of the lens barrel 178.1, and each element constituting the primary optical system and the secondary optical system is placed on a predetermined optical axis. The primary electrons emitted from the electron gun are properly arranged and adjusted so as to automatically focus on the wafer W.
除振台１８０・１の上面には、ウェーハＷを載置して固定するためのチャック（図示せず）を備えたＸＹステージ１７８・４が設置され、走査期間におけるＸＹステージ１７８・４の位置は所定間隔でレーザー干渉計によって検出される。更に、除振台１８０・１の上面には、検査対象である複数枚のウェーハＷを蓄積するためのローダー１８０・６と、ローダー１８０・６内のウェーハＷを把持して鏡筒１７８・１内のＸＹステージ１７８・４に載置し、検査終了後にウェーハＷを鏡筒１７８・１内から取り出すための搬送ロボット１８０・７とが設置される。
On the upper surface of the vibration isolation table 180.1, an XY stage 178.4 having a chuck (not shown) for mounting and fixing the wafer W is installed, and the position of the XY stage 178.4 during the scanning period. Are detected by a laser interferometer at predetermined intervals. Further, a loader 180. 6 for accumulating a plurality of wafers W to be inspected and a wafer W in the loader 180. The
システム全体の動作は、所要のプログラムがインストールされたメインコントローラ１８０・８によって制御される。メインコントローラ１８０・８はディスプレイ１８０・９を備えており、また、ケーブル１８０・１０を介して検出系Ｄと接続される。これにより、メインコントローラ１８０・８は検出系Ｄからケーブル１８０・１０を介してディジタル画像信号を受け取って画像処理部１７２・１０によって処理し、ウェーハＷの走査によって得られた検査結果ファイルの内容やウェーハＷの欠陥分布等をディスプレイ１８０・９に表示させることができる。また、メインコントローラ１８０・８はシステム全体の動作を制御するためにシステムの動作状態をディスプレイ１８０・９に表示する。
The operation of the entire system is controlled by a main controller 180/8 in which a required program is installed. The
なお、ウェーハＷを載置するステージはＸＹ平面内で移動可能であるとして説明してきたが、これに加えて、ステージは、ＸＹ平面に垂直な又はＸＹ平面を通る任意の軸の回りに回転可能であってもよい。また、検査対象はウェーハに限られるものではなく、マスク等の電子線によって検査可能な試料を含むものとする。更に、この実施の形態における写像投影型電子線装置と従来のビーム走査方式の欠陥レビュー装置とサーバとメインコントローラとをＬＡＮで相互に結合することにより、分散型の欠陥検査網を構築することができる。
以上の説明から理解されるように、この実施の形態は、
（1）面ビームによって試料を照射するので、スループットを向上させることができ、例
えばウェーハ1枚あたりの欠陥検査時間を従来のビーム走査方式の検査装置に比べてほぼ1／７に短縮することができる、
（２）一次電子をビームスポットに絞る必要が無いので、空間電荷効果を回避することができるうえ、試料を低電流密度で照射するので、試料のダメージが小さい、
（３）面ビームによって試料を照射するので、１ピクセルよりも小さいサイズまで検査することができる、
（４）電子銃の加速電圧及び試料に印加される電圧を選定するとともに、対物レンズを調整することにより、正帯電モード、負帯電モード及び反射電子撮像モードのうちのいずれかの動作モードで動作することができるので、試料における検査部位に応じて適正な検査を実施することができる、
（５）静電レンズを使用することにより、一次光学系及び／又は二次光学系を小型で高精度にすることができる、
等の格別の効果を奏する。
Although the stage on which the wafer W is placed has been described as being movable in the XY plane, in addition to this, the stage can be rotated about any axis perpendicular to the XY plane or passing through the XY plane. It may be. The inspection target is not limited to a wafer, but includes a sample that can be inspected by an electron beam such as a mask. Furthermore, a distributed defect inspection network can be constructed by mutually connecting the mapping projection electron beam apparatus according to this embodiment, the conventional beam scanning type defect review apparatus, the server, and the main controller via a LAN. it can.
As understood from the above description, this embodiment is
(1) Since the sample is irradiated with a surface beam, the throughput can be improved. For example, the defect inspection time per wafer can be shortened to about 1/7 as compared with a conventional beam scanning type inspection apparatus. it can,
(2) Since it is not necessary to focus the primary electrons to the beam spot, the space charge effect can be avoided and the sample is irradiated at a low current density, so that the sample is less damaged.
(3) Since the sample is irradiated with a surface beam, it can be inspected to a size smaller than one pixel.
(4) The electron gun acceleration voltage and the voltage applied to the sample are selected, and the objective lens is adjusted to operate in any one of the positive charging mode, the negative charging mode, and the reflection electron imaging mode. Since it can be performed, appropriate inspection can be performed according to the inspection site in the sample,
(5) By using the electrostatic lens, the primary optical system and / or the secondary optical system can be made small and highly accurate.
There are exceptional effects such as.
Claims (2)
前記試料を載置し、ＸＹ方向に移動するステージと、
前記電子ビームの試料に向けた照射によって試料の表面の情報を得た電子を検出器に拡大投影して結像させる手段と、
前記検出器に導かれた電子を画像として合成する手段と、
を備える電子線装置であって、
前記電子ビームが照射する照射領域の形状が、前記電子ビームの光軸に対して直交する二つの軸に関してそれぞれ対称であり、
前記電子ビームを試料に照射する手段と、前記電子ビームの試料に向けた照射によって試料の表面の情報を得た電子を検出器に拡大投影して結像させる手段とが、それぞれ、静電レンズで構成された光学系であり、
前記検出器に導かれた電子を画像として合成する手段が、前記電子を増倍させる手段と、前記電子を増倍させる手段によって増倍された電子を光に変換する手段と、前記増倍された電子を光に変換する手段からの光を画像用電気信号に変換するＴＤＩ−ＣＣＤとを備え、
前記検出器に導かれた電子を画像として合成する手段は、フィードスルーフランジを有するコラムの真空中に設けられ、
前記ＴＤＩ−ＣＣＤからの画像用電気信号は前記フィードスルーフランジを経由して前記コラムの外部に伝達される、
ことを特徴とする電子線装置において、
前記ステージの移動方向を、前記電子ビームの照度むらの生じ易い方向が前記ＴＤＩ−ＣＣＤの積分方向に一致するように決めることを特徴とする、
電子線装置。 Means for irradiating the sample with an electron beam;
A stage on which the sample is placed and moved in the XY directions;
Means for enlarging and projecting electrons obtained from information on the surface of the sample by irradiation of the electron beam toward the sample on a detector;
Means for synthesizing electrons guided to the detector as an image;
An electron beam apparatus comprising:
The shape of the irradiation region irradiated with the electron beam is symmetric with respect to two axes orthogonal to the optical axis of the electron beam,
The electrostatic lens includes means for irradiating the sample with the electron beam and means for enlarging and projecting electrons obtained from information on the surface of the sample by irradiation of the electron beam toward the sample onto a detector. An optical system composed of
The means for synthesizing the electrons guided to the detector as an image includes means for multiplying the electrons, means for converting the electrons multiplied by the means for multiplying the electrons, and light. A TDI-CCD that converts the light from the means for converting the converted electrons into light into an electrical signal for images,
The means for synthesizing the electrons guided to the detector as an image is provided in a vacuum of a column having a feedthrough flange,
An electrical signal for image from the TDI-CCD is transmitted to the outside of the column via the feedthrough flange.
In an electron beam apparatus characterized by:
The moving direction of the stage is determined so that the direction in which the illuminance unevenness of the electron beam easily occurs matches the integration direction of the TDI-CCD,
Electron beam equipment.
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