JP2021044461A - Method of detecting alignment mark position and device for detecting alignment mark position - Google Patents

Method of detecting alignment mark position and device for detecting alignment mark position Download PDF

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Abstract

PURPOSE: To provide a method that can accurately detect the position of an alignment mark using multi-electron beams.CONSTITUTION: A method of detecting an alignment mark position in an embodiment of the present invention comprises: a step of capturing an image of a concerned alignment mark using an optical camera; a step of detecting a first position of the concerned alignment mark using the captured optical image; a step of obtaining a first secondary electronic image of the concerned alignment mark using multi electron beams based on the detected first position; a step of detecting a second position of the concerned alignment mark using the obtained first secondary electronic image; a step of obtaining a second secondary electronic image of the concerned alignment mark using a prescribed electron beam in a state where the detected second position is aligned to a radiation range of the prescribed electron beam out of the multi electron beams; and a step of detecting using the obtained second secondary electronic image and outputting a third position of the concerned alignment mark.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、アライメントマーク位置の検出方法に関する。例えば、マルチ電子ビームを用いた基板のアライメントマーク位置の検出方法に関する。 The present invention relates to a method for detecting an alignment mark position. For example, the present invention relates to a method for detecting an alignment mark position on a substrate using a multi-electron beam.

近年、大規模集積回路(LSI)の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。そして、多大な製造コストのかかるLSIの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、1ギガビット級のDRAM(ランダムアクセスメモリ)に代表されるように、LSIを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。近年、半導体ウェハ上に形成されるLSIパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。 In recent years, with the increasing integration and capacity of large-scale integrated circuits (LSIs), the circuit line width required for semiconductor elements has become narrower and narrower. Further, improvement of the yield is indispensable for manufacturing an LSI, which requires a large manufacturing cost. However, as represented by 1 gigabit class DRAM (random access memory), the patterns constituting the LSI are on the order of submicron to nanometer. In recent years, with the miniaturization of LSI pattern dimensions formed on semiconductor wafers, the dimensions that must be detected as pattern defects have become extremely small. Therefore, it is necessary to improve the accuracy of the pattern inspection apparatus for inspecting the defects of the ultrafine pattern transferred on the semiconductor wafer.

検査手法としては、半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを撮像した測定画像と、設計データ、あるいは基板上の同一パターンを撮像した測定画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一基板上の異なる場所の同一パターンを撮像した測定画像データ同士を比較する「die to die(ダイ−ダイ)検査」や、パターン設計された設計データをベースに設計画像データ(参照画像)を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる測定画像とを比較する「die to database(ダイ−データベース)検査」がある。撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。 As an inspection method, a method of inspecting by comparing a measurement image obtained by imaging a pattern formed on a substrate such as a semiconductor wafer or a lithography mask with design data or a measurement image obtained by imaging the same pattern on the substrate. It has been known. For example, as a pattern inspection method, "die to die inspection" in which measurement image data obtained by imaging the same pattern in different places on the same substrate are compared with each other, or a design image based on pattern-designed design data. There is a "die to database (die database) inspection" that generates data (reference image) and compares it with the measurement image that is the measurement data obtained by imaging the pattern. The captured image is sent to the comparison circuit as measurement data. In the comparison circuit, after the images are aligned with each other, the measurement data and the reference data are compared according to an appropriate algorithm, and if they do not match, it is determined that there is a pattern defect.

半導体ウェハやフォトマスクの欠陥検査では、より小さいサイズの欠陥を検出することが求められている。そのため、近年の検査装置では、上述したパターン検査装置には、レーザ光を検査対象基板に照射して、その透過像或いは反射像を撮像する装置の他、画像の画素分解能を上げるために、レーザ光よりも波長の短い電子ビームで検査対象基板上を走査(スキャン)して、電子ビームの照射に伴い検査対象基板から放出される2次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる。電子ビームを用いた検査装置では、さらに、マルチビームを用いた装置の開発も進んでいる。 Defect inspection of semiconductor wafers and photomasks is required to detect defects of smaller sizes. Therefore, in recent inspection devices, the above-mentioned pattern inspection device includes a device that irradiates a substrate to be inspected with a laser beam and captures a transmitted image or a reflected image thereof, as well as a laser in order to improve the pixel resolution of the image. An inspection device that scans the inspection target substrate with an electron beam having a wavelength shorter than that of light, detects secondary electrons emitted from the inspection target substrate when the electron beam is irradiated, and acquires a pattern image. Development is also in progress. As for the inspection device using the electron beam, the development of the device using the multi-beam is also in progress.

被検査基板上に形成されたパターンの検査を行うにあたって、まずは基準となるアライメントマーク位置を特定する必要がある。被検査基板は搬送系により検査室のステージに搬送される。かかる搬送における位置再現性における誤差は、数100μm程度生じる。そのため、光学式のカメラで被検査基板上のアライメントマークを撮像するも、光学式のカメラの分割能が数μm程度であるために、検査精度で要求されるnmオーダーでの位置合わせは困難である。一方、電子ビームでのスキャン画像の分解能はnmオーダーであるが、マルチ電子ビームを用いる場合、電子ビーム間での誤差が生じてしまうため、アライメントマークを同じ特定のビームで撮像することが望ましい。しかしながら、マルチ電子ビームの各ビームの視野は、光学式のカメラの分割能よりも小さいため、特定のビームの視野内に位置合わせすることが困難であった。その結果、測定されるアライメントマーク位置は、電子ビーム間での誤差を持った値になってしまう。 When inspecting the pattern formed on the substrate to be inspected, it is first necessary to specify the reference alignment mark position. The substrate to be inspected is transported to the stage in the inspection room by the transport system. An error in position reproducibility in such transportation occurs on the order of several hundred μm. Therefore, even if the alignment mark on the substrate to be inspected is imaged with an optical camera, it is difficult to align in the nm order required for inspection accuracy because the division ability of the optical camera is about several μm. is there. On the other hand, the resolution of the scanned image with the electron beam is on the order of nm, but when the multi-electron beam is used, an error occurs between the electron beams, so it is desirable to image the alignment mark with the same specific beam. However, since the field of view of each beam of the multi-electron beam is smaller than the partitioning ability of the optical camera, it is difficult to align the field of view within the field of view of a specific beam. As a result, the measured alignment mark position becomes a value having an error between the electron beams.

ここで、光学式カメラとシングル電子ビームによるアライメントマークの位置を測定する手法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Here, a method of measuring the position of an alignment mark by an optical camera and a single electron beam is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

特開2011−243957号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-243957

そこで、本発明の一態様は、マルチ電子ビームを用いて高精度にアライメントマークの位置を検出可能な方法及びその装置を提供する。 Therefore, one aspect of the present invention provides a method capable of detecting the position of an alignment mark with high accuracy using a multi-electron beam and an apparatus therefor.

本発明の一態様のアライメントマーク位置の検出方法は、
アライメントマークを有するパターンが形成された基板に対して、光学式カメラにより当該アライメントマークを撮像する工程と、
撮像された光学画像を用いて当該アライメントマークの第1の位置を検出する工程と、
検出された第1の位置を基準にマルチ電子ビームを用いて当該アライメントマークの第1の2次電子画像を取得する工程と、
取得された第1の2次電子画像を用いて当該アライメントマークの第2の位置を検出する工程と、
検出された第2の位置をマルチ電子ビームのうち所定の電子ビームの照射領域に合わせた状態で、所定の電子ビームを用いて当該アライメントマークの第2の2次電子画像を取得する工程と、
取得された第2の2次電子画像を用いて当該アライメントマークの第3の位置を検出し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
The method for detecting the alignment mark position according to one aspect of the present invention is as follows.
The process of imaging the alignment mark with an optical camera on the substrate on which the pattern having the alignment mark is formed, and
The process of detecting the first position of the alignment mark using the captured optical image, and
A step of acquiring a first secondary electron image of the alignment mark using a multi-electron beam based on the detected first position, and
A step of detecting the second position of the alignment mark using the acquired first secondary electron image, and
A step of acquiring a second secondary electron image of the alignment mark using a predetermined electron beam in a state where the detected second position is aligned with the irradiation region of the predetermined electron beam of the multi-electron beam.
A process of detecting and outputting the third position of the alignment mark using the acquired second secondary electronic image, and
It is characterized by being equipped with.

また、所定の電子ビームとして、マルチ電子ビームの中心ビームを用いると好適である。 Further, it is preferable to use the central beam of the multi-electron beam as the predetermined electron beam.

また、第1の2次電子画像は、第2の2次電子画像よりも粗い分解能の画像として取得されると好適である。 Further, it is preferable that the first secondary electron image is acquired as an image having a coarser resolution than the second secondary electron image.

また、基板には、複数のチップが形成され、
複数のチップは、それぞれ複数のアライメントマークを有し、
複数のチップの1つのチップが有するいずれかのアライメントマークの光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの第1の位置と、複数のチップの他の1つのチップが有するいずれかのアライメントマークの光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの第1の位置とを用いて、基板の配置角度を調整する工程をさらに備えると好適である。
In addition, a plurality of chips are formed on the substrate,
Multiple chips each have multiple alignment marks
The first position of the alignment mark detected by using the optical image of the alignment mark of one of the plurality of chips, and the alignment mark of any of the alignment marks of the other one of the plurality of chips. It is preferable to further include a step of adjusting the arrangement angle of the substrate by using the first position of the alignment mark detected by using the optical image.

本発明の一態様のアライメントマーク位置の検出装置は、
アライメントマークを有するパターンが形成された基板に対して、当該アライメントマークを撮像する光学式カメラと、
撮像された光学画像を用いて当該アライメントマークの第1の位置を検出する位置検出部と、
検出された第1の位置を基準にマルチ電子ビームを用いて当該アライメントマークの第1の2次電子画像を取得する画像取得機構と、
を備え、
位置検出部は、取得された第1の2次電子画像を用いて当該アライメントマークの第2の位置を検出し、
画像取得機構は、検出された第2の位置をマルチ電子ビームのうち所定の電子ビームの照射領域に合わせた状態で、所定の電子ビームを用いて当該アライメントマークの第2の2次電子画像を取得し、
位置検出部は、取得された第2の2次電子画像を用いて当該アライメントマークの第3の位置を検出することを特徴とする。
The alignment mark position detection device according to one aspect of the present invention is
An optical camera that captures the alignment mark on the substrate on which the pattern having the alignment mark is formed, and
A position detection unit that detects the first position of the alignment mark using the captured optical image, and
An image acquisition mechanism that acquires a first secondary electron image of the alignment mark using a multi-electron beam based on the detected first position, and an image acquisition mechanism.
With
The position detection unit detects the second position of the alignment mark using the acquired first secondary electronic image, and then detects the second position of the alignment mark.
The image acquisition mechanism uses the predetermined electron beam to capture the second secondary electron image of the alignment mark in a state where the detected second position is aligned with the irradiation region of the predetermined electron beam in the multi-electron beam. Acquired,
The position detection unit is characterized in that the third position of the alignment mark is detected by using the acquired second secondary electron image.

また、所定の電子ビームとして、前記マルチ電子ビームの中心ビームを用いると好適である。 Further, it is preferable to use the central beam of the multi-electron beam as a predetermined electron beam.

また、第1の2次電子画像は、前記第2の2次電子画像よりも粗い分解能の画像として取得されると好適である。 Further, it is preferable that the first secondary electron image is acquired as an image having a coarser resolution than the second secondary electron image.

また、基板には、複数のチップが形成され、
複数のチップは、それぞれ前記複数のアライメントマークを有し、
複数のチップの1つのチップが有するいずれかのアライメントマークの光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの第1の位置と、複数のチップの他の1つのチップが有するいずれかのアライメントマークの光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの第1の位置とを用いて、基板の配置角度を調整する配置角度調整部をさらに備えると好適である。
In addition, a plurality of chips are formed on the substrate,
Each of the plurality of chips has the plurality of alignment marks.
The first position of the alignment mark detected by using the optical image of the alignment mark of one of the plurality of chips, and the alignment mark of any of the alignment marks of the other one of the plurality of chips. It is preferable to further include an arrangement angle adjusting unit for adjusting the arrangement angle of the substrate by using the first position of the alignment mark detected by using the optical image.

本発明の一態様によれば、マルチ電子ビームを用いて高精度にアライメントマークの位置を検出できる。 According to one aspect of the present invention, the position of the alignment mark can be detected with high accuracy by using the multi-electron beam.

実施の形態1における検査装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the inspection apparatus in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the plurality of chip regions formed on the semiconductor substrate in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるアライメントマーク位置の検出方法の要部工程を示すフローチャート図である。It is a flowchart which shows the main part process of the alignment mark position detection method in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における基板の配置角度を調整する手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of adjusting the arrangement angle of the substrate in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるアライメントマーク位置の検出手法を順に説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detection method of the alignment mark position in Embodiment 1 in order. 実施の形態1における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the molded aperture array substrate in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the scanning operation of the multi-beam in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における検査処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the inspection process in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the structure in the comparison circuit in Embodiment 1. FIG.

以下、実施の形態では、アライメントマーク位置を検出する装置の一例として、マルチ電子ビーム検査装置について説明する。但し、アライメントマーク位置を検出する装置は、検査装置に限るものではなく、電子光学系を用いてマルチ電子ビームを照射して画像を取得する装置であれば構わない。 Hereinafter, in the embodiment, a multi-electron beam inspection device will be described as an example of a device for detecting the alignment mark position. However, the device for detecting the alignment mark position is not limited to the inspection device, and may be any device that acquires an image by irradiating a multi-electron beam using an electron optical system.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1における検査装置の構成を示す構成図である。図1において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置100は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。検査装置100は、画像取得機構150、及び制御系回路160を備えている。画像取得機構150は、電子ビームカラム102(電子鏡筒)及び検査室103を備えている。電子ビームカラム102内には、電子銃201、電磁レンズ202、成形アパーチャアレイ基板203、電磁レンズ205、一括ブランキング偏向器212、制限アパーチャ基板213、電磁レンズ206、電磁レンズ207(対物レンズ)、主偏向器208、副偏向器209、ビームセパレーター214、偏向器218、電磁レンズ224、及びマルチ検出器222が配置されている。電子銃201、電磁レンズ202、成形アパーチャアレイ基板203、電磁レンズ205、一括ブランキング偏向器212、制限アパーチャ基板213、電磁レンズ206、電磁レンズ207(対物レンズ)、主偏向器208、及び副偏向器209によって1次電子光学系を構成する。また、電磁レンズ207、ビームセパレーター214、偏向器218、及び電磁レンズ224によって2次電子光学系を構成する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an inspection device according to the first embodiment. In FIG. 1, the inspection device 100 for inspecting a pattern formed on a substrate is an example of a multi-electron beam inspection device. The inspection device 100 includes an image acquisition mechanism 150 and a control system circuit 160. The image acquisition mechanism 150 includes an electron beam column 102 (electron lens barrel) and an examination room 103. In the electron beam column 102, an electron gun 201, an electromagnetic lens 202, a molded aperture array substrate 203, an electromagnetic lens 205, a batch blanking deflector 212, a limiting aperture substrate 213, an electromagnetic lens 206, an electromagnetic lens 207 (objective lens), A main deflector 208, a sub-deflector 209, a beam separator 214, a deflector 218, an electromagnetic lens 224, and a multi-detector 222 are arranged. Electron gun 201, electromagnetic lens 202, molded aperture array substrate 203, electromagnetic lens 205, batch blanking deflector 212, limiting aperture substrate 213, electromagnetic lens 206, electromagnetic lens 207 (objective lens), main deflector 208, and sub-deflection The primary electron optics system is composed of the instrument 209. Further, the secondary electron optical system is composed of the electromagnetic lens 207, the beam separator 214, the deflector 218, and the electromagnetic lens 224.

検査室103内には、少なくともXY方向に移動可能なステージ105が配置される。ステージ105上には、検査対象となる基板101(試料)が配置される。基板101には、露光用マスク基板、及びシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板101が半導体基板である場合、半導体基板には複数のチップパターン(ウェハダイ)が形成されている。基板101が露光用マスク基板である場合、露光用マスク基板には、チップパターンが形成されている。チップパターンは、複数の図形パターンによって構成される。かかる露光用マスク基板に形成されたチップパターンが半導体基板上に複数回露光転写されることで、半導体基板には複数のチップパターン(ウェハダイ)が形成されることになる。以下、基板101が半導体基板である場合を主として説明する。基板101は、例えば、パターン形成面を上側に向けてステージ105に配置される。また、ステージ105上には、検査室103の外部に配置されたレーザ測長システム122から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー216が配置されている。 In the examination room 103, a stage 105 that can move at least in the XY direction is arranged. A substrate 101 (sample) to be inspected is arranged on the stage 105. The substrate 101 includes an exposure mask substrate and a semiconductor substrate such as a silicon wafer. When the substrate 101 is a semiconductor substrate, a plurality of chip patterns (wafer dies) are formed on the semiconductor substrate. When the substrate 101 is an exposure mask substrate, a chip pattern is formed on the exposure mask substrate. The chip pattern is composed of a plurality of graphic patterns. By exposing and transferring the chip pattern formed on the exposure mask substrate to the semiconductor substrate a plurality of times, a plurality of chip patterns (wafer dies) are formed on the semiconductor substrate. Hereinafter, the case where the substrate 101 is a semiconductor substrate will be mainly described. The substrate 101 is arranged on the stage 105, for example, with the pattern forming surface facing upward. Further, on the stage 105, a mirror 216 that reflects the laser beam for laser length measurement emitted from the laser length measuring system 122 arranged outside the examination room 103 is arranged.

また、検査室103内には、ステージ105上に載置された基板101を上方から撮像する光学式カメラ219がレンズを下側に向けて配置される。また、図1の例に示すように、光学式カメラ219の一部が検査室103内から外部にはみ出すように配置されても構わない。また、光学式カメラ219の照明として、図示しない白色LEDが使用されると好適である。光学式カメラ219として、例えば、CCD(Charged−coupled devices)カメラが用いられると好適である。また、光学式カメラ219は、基板101上において、例えば、mm角オーダーの視野を有し、μmオーダーの分解能を有する。光学式カメラ219は、検査室103の外部で検出回路131に接続される。 Further, in the examination room 103, an optical camera 219 that captures an image of the substrate 101 mounted on the stage 105 from above is arranged with the lens facing downward. Further, as shown in the example of FIG. 1, a part of the optical camera 219 may be arranged so as to protrude from the inside of the examination room 103 to the outside. Further, it is preferable that a white LED (not shown) is used as the illumination of the optical camera 219. As the optical camera 219, for example, a CCD (Charged-coupled devices) camera is preferably used. Further, the optical camera 219 has, for example, a field of view on the order of mm square and a resolution on the order of μm on the substrate 101. The optical camera 219 is connected to the detection circuit 131 outside the examination room 103.

また、マルチ検出器222は、電子ビームカラム102の外部で検出回路106に接続される。検出回路106は、チップパターンメモリ123に接続される。 Further, the multi-detector 222 is connected to the detection circuit 106 outside the electron beam column 102. The detection circuit 106 is connected to the chip pattern memory 123.

制御系回路160では、検査装置100全体を制御する制御計算機110が、バス120を介して、位置回路107、比較回路108、参照画像作成回路112、ステージ制御回路114、レンズ制御回路124、ブランキング制御回路126、偏向制御回路128、カメラ制御回路130、マーク位置検出回路132、位置合わせ回路134、磁気ディスク装置等の記憶装置109、モニタ117、メモリ118、及びプリンタ119に接続されている。また、偏向制御回路128は、DAC(デジタルアナログ変換)アンプ144,146,148に接続される。DACアンプ146は、主偏向器208に接続され、DACアンプ144は、副偏向器209に接続される。DACアンプ148は、偏向器218に接続される。また、検出回路131は、カメラ制御回路130に接続される。 In the control system circuit 160, the control computer 110 that controls the entire inspection device 100 uses the position circuit 107, the comparison circuit 108, the reference image creation circuit 112, the stage control circuit 114, the lens control circuit 124, and the blanking via the bus 120. It is connected to a control circuit 126, a deflection control circuit 128, a camera control circuit 130, a mark position detection circuit 132, an alignment circuit 134, a storage device 109 such as a magnetic disk device, a monitor 117, a memory 118, and a printer 119. Further, the deflection control circuit 128 is connected to a DAC (digital-to-analog conversion) amplifier 144, 146, 148. The DAC amplifier 146 is connected to the main deflector 208, and the DAC amplifier 144 is connected to the sub-deflector 209. The DAC amplifier 148 is connected to the deflector 218. Further, the detection circuit 131 is connected to the camera control circuit 130.

また、チップパターンメモリ123は、比較回路108及びマーク位置検出回路132に接続されている。また、ステージ105は、ステージ制御回路114の制御の下に駆動機構142により駆動される。駆動機構142では、例えば、ステージ座標系におけるX方向、Y方向、θ方向に駆動する3軸(X−Y−θ)モータの様な駆動系が構成され、XYθ方向にステージ105が移動可能となっている。これらの、図示しないXモータ、Yモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ステージ105は、XYθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ステージ105の移動位置はレーザ測長システム122により測定され、位置回路107に供給される。レーザ測長システム122は、ミラー216からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でステージ105の位置を測長する。ステージ座標系は、例えば、マルチ1次電子ビーム20の光軸に直交する面に対して、X方向、Y方向、θ方向が設定される。 Further, the chip pattern memory 123 is connected to the comparison circuit 108 and the mark position detection circuit 132. Further, the stage 105 is driven by the drive mechanism 142 under the control of the stage control circuit 114. In the drive mechanism 142, for example, a drive system such as a three-axis (XY−θ) motor that drives in the X direction, the Y direction, and the θ direction in the stage coordinate system is configured, and the stage 105 can be moved in the XYθ direction. It has become. As these X motors, Y motors, and θ motors (not shown), for example, step motors can be used. The stage 105 can be moved in the horizontal direction and the rotational direction by the motor of each axis of XYθ. Then, the moving position of the stage 105 is measured by the laser length measuring system 122 and supplied to the position circuit 107. The laser length measuring system 122 measures the position of the stage 105 by the principle of the laser interferometry method by receiving the reflected light from the mirror 216. In the stage coordinate system, for example, the X direction, the Y direction, and the θ direction are set with respect to the plane orthogonal to the optical axis of the multi-primary electron beam 20.

電磁レンズ202、電磁レンズ205、電磁レンズ206、電磁レンズ207(対物レンズ)、電磁レンズ224、及びビームセパレーター214は、レンズ制御回路124により制御される。また、一括ブランキング偏向器212は、2極以上の電極により構成され、電極毎に図示しないDACアンプを介してブランキング制御回路126により制御される。副偏向器209は、4極以上の電極により構成され、電極毎にDACアンプ144を介して偏向制御回路128により制御される。主偏向器208は、4極以上の電極により構成され、電極毎にDACアンプ146を介して偏向制御回路128により制御される。偏向器218は、4極以上の電極により構成され、電極毎にDACアンプ148を介して偏向制御回路128により制御される。 The electromagnetic lens 202, the electromagnetic lens 205, the electromagnetic lens 206, the electromagnetic lens 207 (objective lens), the electromagnetic lens 224, and the beam separator 214 are controlled by the lens control circuit 124. Further, the batch blanking deflector 212 is composed of electrodes having two or more poles, and each electrode is controlled by a blanking control circuit 126 via a DAC amplifier (not shown). The sub-deflector 209 is composed of electrodes having four or more poles, and each electrode is controlled by the deflection control circuit 128 via the DAC amplifier 144. The main deflector 208 is composed of electrodes having four or more poles, and each electrode is controlled by a deflection control circuit 128 via a DAC amplifier 146. The deflector 218 is composed of electrodes having four or more poles, and each electrode is controlled by a deflection control circuit 128 via a DAC amplifier 148.

電子銃201には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃201内の図示しないフィラメント(カソード)と引出電極(アノード)間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、別の引出電極(ウェネルト)の電圧の印加と所定の温度のカソードの加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビーム200となって放出される。 A high-voltage power supply circuit (not shown) is connected to the electron gun 201, and an acceleration voltage from the high-voltage power supply circuit is applied between the filament (cathode) and the extraction electrode (anode) in the electron gun 201 (not shown), and another extraction electrode is used. By applying a voltage of (Wenert) and heating the cathode at a predetermined temperature, a group of electrons emitted from the cathode is accelerated and emitted as an electron beam 200.

ここで、図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成を記載している。検査装置100にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。 Here, FIG. 1 describes a configuration necessary for explaining the first embodiment. The inspection apparatus 100 may usually have other necessary configurations.

図2は、実施の形態1における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。図2において、基板101が半導体基板(ウェハ)である場合、半導体基板(ウェハ)の検査領域330には、複数のチップ(ウェハダイ)332が2次元のアレイ状に形成されている。各チップ332には、露光用マスク基板に形成された1チップ分のマスクパターンが図示しない露光装置(ステッパ)によって例えば1/4に縮小されて転写されている。1チップ分のマスクパターンは、一般に、複数の図形パターンにより構成される。各チップ332には、複数のアライメントマーク27が形成される。図2の例では、各チップ332の領域の4角に、それぞれアライメントマーク27が配置される場合を示している。アライメントマーク27として、x方向及びy方向にエッジ(端部)を有するパターンが用いられると好適である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a plurality of chip regions formed on the semiconductor substrate according to the first embodiment. In FIG. 2, when the substrate 101 is a semiconductor substrate (wafer), a plurality of chips (wafer dies) 332 are formed in a two-dimensional array in the inspection region 330 of the semiconductor substrate (wafer). A mask pattern for one chip formed on an exposure mask substrate is transferred to each chip 332 by being reduced to, for example, 1/4 by an exposure device (stepper) (not shown). The mask pattern for one chip is generally composed of a plurality of graphic patterns. A plurality of alignment marks 27 are formed on each chip 332. In the example of FIG. 2, the case where the alignment marks 27 are arranged at the four corners of the region of each chip 332 is shown. As the alignment mark 27, it is preferable to use a pattern having edges (ends) in the x-direction and the y-direction.

各チップ332に形成される図形パターンの欠陥等を検査するにあたって、各図形パターンのエッジ位置を高精度に測定する必要がある。上述したように、搬送系における検査室103のステージ105上における基板101の位置再現性における誤差は、数100μm程度生じる。よって、チップ332毎に、高精度に位置が測定された複数のアライメントマーク27を基準にした座標系を構成する必要がある。そのために、かかる複数のアライメントマーク27の位置精度が重要になる。そこで、光学式のカメラで被検査基板上のアライメントマークを撮像するも、光学式のカメラの分割能が数μm程度であるために、検査精度で要求されるnmオーダーでの位置合わせは困難である。よって、分解能がnmオーダーの電子ビームによる2次電子画像でアライメントマーク位置を検出する必要が生じる。しかし、マルチ電子ビームの各ビームの視野は、光学式のカメラの分割能よりも小さいため、マルチ電子ビームのうち特定のビームの視野内にアライメントマークを位置合わせすることが困難であった。その結果、同じチップ内で、測定される複数のアライメントマーク位置は、マルチ電子ビームのうちの異なる電子ビームで撮像された2次電子画像から検出される場合が生じ、電子ビーム間での誤差を持った値になってしまう。そこで、実施の形態1では、同じチップ332内の複数のアライメントマーク27を、マルチ電子ビームのうち同じ特定の電子ビームで撮像可能にする。以下、具体的に説明する。 In order to inspect the defects of the graphic pattern formed on each chip 332, it is necessary to measure the edge position of each graphic pattern with high accuracy. As described above, the error in the position reproducibility of the substrate 101 on the stage 105 of the inspection room 103 in the transport system is about several hundred μm. Therefore, it is necessary to configure a coordinate system based on a plurality of alignment marks 27 whose positions are measured with high accuracy for each chip 332. Therefore, the position accuracy of the plurality of alignment marks 27 is important. Therefore, even if the alignment mark on the substrate to be inspected is imaged with an optical camera, it is difficult to align in the nm order required for inspection accuracy because the division ability of the optical camera is about several μm. is there. Therefore, it is necessary to detect the alignment mark position in the secondary electron image by the electron beam having a resolution on the order of nm. However, since the field of view of each beam of the multi-electron beam is smaller than the partitioning ability of the optical camera, it is difficult to align the alignment mark within the field of view of a specific beam of the multi-electron beams. As a result, multiple alignment mark positions measured within the same chip may be detected from secondary electron images captured by different electron beams of the multi-electron beam, resulting in an error between the electron beams. It will be the value you have. Therefore, in the first embodiment, a plurality of alignment marks 27 in the same chip 332 can be imaged by the same specific electron beam among the multi-electron beams. Hereinafter, a specific description will be given.

図3は、実施の形態1におけるアライメントマーク位置の検出方法の要部工程を示すフローチャート図である。図3において、実施の形態1におけるアライメントマーク位置の検出方法は、一連の工程を実施する。まずは、検査室103内のステージ105に搬送された基板101の配置角度を補正する。 FIG. 3 is a flowchart showing a main step of the alignment mark position detection method according to the first embodiment. In FIG. 3, the method of detecting the alignment mark position in the first embodiment carries out a series of steps. First, the arrangement angle of the substrate 101 conveyed to the stage 105 in the inspection room 103 is corrected.

光学式カメラによるアライメントマーク画像取得工程(S102)として、画像取得機構150は、複数のチップ332の1つのチップが有するいずれかのアライメントマーク27の光学画像を撮像する。同様に、画像取得機構150は、複数のチップ332の他の1つのチップが有するいずれかのアライメントマーク27の光学画像を撮像する。 As an alignment mark image acquisition step (S102) by an optical camera, the image acquisition mechanism 150 captures an optical image of any alignment mark 27 possessed by one chip of the plurality of chips 332. Similarly, the image acquisition mechanism 150 captures an optical image of any alignment mark 27 possessed by the other one of the plurality of chips 332.

図4は、実施の形態1における基板の配置角度を調整する手法を説明するための図である。図4に示すように、異なる少なくとも2つのチップ332のアライメントマーク27の位置を検出することで、基板101の配置角度の誤差を補正することができる。図4の例では、基板101上に、2次元にアレイ配置された複数のチップ332のx方向に並ぶ1列分のチップ332のうち両端の位置に形成された2つのチップ332を選択する。そして、各チップ332に配置される4つのアライメントマーク27のうち1つを選択する。例えば、同じ位置関係にあるアライメントマーク27を選択すると好適である。そして、選択されたチップ332毎に、選択されたアライメントマーク27が光学式カメラ219の視野内に入るようにステージ105を移動させる。そして、カメラ制御回路130に制御された光学式カメラ219は、選択されたチップ332毎に、選択されたアライメントマーク27を撮像する。撮像されたデータは、検出回路131に出力される。検出回路131内では、図示しないA/D変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータの光学画像データに変換され、光学画像データが、カメラ制御回路130を介してマーク位置検出回路132に出力される。 FIG. 4 is a diagram for explaining a method of adjusting the arrangement angle of the substrate in the first embodiment. As shown in FIG. 4, by detecting the positions of the alignment marks 27 of at least two different chips 332, it is possible to correct the error of the arrangement angle of the substrate 101. In the example of FIG. 4, two chips 332 formed at both ends of one row of chips 332 arranged in the x direction of a plurality of chips 332 arranged in a two-dimensional array on the substrate 101 are selected. Then, one of the four alignment marks 27 arranged on each chip 332 is selected. For example, it is preferable to select the alignment marks 27 having the same positional relationship. Then, for each of the selected chips 332, the stage 105 is moved so that the selected alignment mark 27 is within the field of view of the optical camera 219. Then, the optical camera 219 controlled by the camera control circuit 130 images the selected alignment mark 27 for each of the selected chips 332. The captured data is output to the detection circuit 131. In the detection circuit 131, analog detection data is converted into digital optical image data by an A / D converter (not shown), and the optical image data is output to the mark position detection circuit 132 via the camera control circuit 130. To.

アライメントマーク位置検出工程(S104)として、マーク位置検出回路132は、入力された光学画像データから、選択されたチップ332毎に、選択されたアライメントマーク27の位置を検出する。例えば、x方向に延びるパターンの中心線とy方向に延びるパターンの中心線との交点をアライメントマーク27の位置として検出する。なお、光学式カメラ219の光軸とマルチ1次電子ビーム20の軌道中心軸との位置関係は予め高精度に測定されている。また、マルチ1次電子ビーム20の軌道中心軸とステージ105の相対的な位置関係についても予め高精度に測定されている。よって、光学式カメラ219の光軸とアライメントマーク27の位置との位置関係が検出できれば、ステージ105上での選択された2つのチップ332のアライメントマーク27の位置を検出できる。 As the alignment mark position detection step (S104), the mark position detection circuit 132 detects the position of the selected alignment mark 27 for each selected chip 332 from the input optical image data. For example, the intersection of the center line of the pattern extending in the x direction and the center line of the pattern extending in the y direction is detected as the position of the alignment mark 27. The positional relationship between the optical axis of the optical camera 219 and the orbital center axis of the multi-primary electron beam 20 is measured in advance with high accuracy. Further, the relative positional relationship between the orbital central axis of the multi-primary electron beam 20 and the stage 105 is also measured with high accuracy in advance. Therefore, if the positional relationship between the optical axis of the optical camera 219 and the position of the alignment mark 27 can be detected, the positions of the alignment marks 27 of the two selected chips 332 on the stage 105 can be detected.

基板配置角度調整工程(S106)として、ステージ制御回路114(配置角度調整部)は、複数のチップ332の1つのチップが有するいずれかのアライメントマーク27の光学画像を用いて検出された当該アライメントマーク27の位置(第1の位置)と、複数のチップ332の他の1つのチップが有するいずれかのアライメントマーク27の光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの位置(別の第1の位置)とを用いて、基板101の配置角度を調整する。言い換えれば、ステージ制御回路114は、かかる2つのチップ332のアライメントマーク27の位置を基に、ステージ105上の基板101の配置角度を調整する。例えば、x方向に並ぶ2つのチップ332を結ぶ線が、ステージ座標系のx方向と平行ではない場合には、平行になるようにθ方向にステージ位置を回転させることで、基板配置角度を調整すればよい。 In the substrate arrangement angle adjustment step (S106), the stage control circuit 114 (arrangement angle adjustment unit) detects the alignment mark using an optical image of any of the alignment marks 27 possessed by one chip of the plurality of chips 332. The position of 27 (first position) and the position of the alignment mark (another first position) detected using an optical image of one of the alignment marks 27 possessed by the other one of the plurality of chips 332. ) To adjust the arrangement angle of the substrate 101. In other words, the stage control circuit 114 adjusts the arrangement angle of the substrate 101 on the stage 105 based on the positions of the alignment marks 27 of the two chips 332. For example, if the line connecting the two chips 332 arranged in the x direction is not parallel to the x direction of the stage coordinate system, the substrate placement angle is adjusted by rotating the stage position in the θ direction so as to be parallel. do it.

以上のように、光学式カメラ219で得られる光学画像の分解能の精度で基板101の配置角度が調整(粗調整)される。よって、各チップ332内の図形パターンの検査を行うためには、チップ332毎に、被検査画像を取得する前に、チップ332内の複数のアライメントマーク27の位置を高精度に検出する必要がある。以下、具体的に説明する。 As described above, the arrangement angle of the substrate 101 is adjusted (coarse adjustment) with the accuracy of the resolution of the optical image obtained by the optical camera 219. Therefore, in order to inspect the graphic pattern in each chip 332, it is necessary to detect the positions of the plurality of alignment marks 27 in the chip 332 with high accuracy before acquiring the image to be inspected for each chip 332. is there. Hereinafter, a specific description will be given.

光学式カメラによるアライメントマーク画像取得工程(S110)として、画像取得機構150は、複数のアライメントマーク27を有するパターンが形成された基板101に対して、アライメントマーク27毎に、光学式カメラ219により当該アライメントマーク27を撮像する。ここでは、被検査チップ332内の複数のアライメントマーク27に対して、画像取得機構150は、アライメントマーク27毎に、光学式カメラ219により当該アライメントマーク27を撮像する。具体的には、対象アライメントマーク27が光学式カメラ219の視野内に入るようにステージ105を移動させる。そして、カメラ制御回路130に制御された光学式カメラ219は、対象アライメントマーク27を撮像する。撮像されたデータは、検出回路131に出力される。検出回路131内では、図示しないA/D変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータの光学画像データに変換され、光学画像データが、カメラ制御回路130を介してマーク位置検出回路132に出力される。 As an alignment mark image acquisition step (S110) by the optical camera, the image acquisition mechanism 150 uses the optical camera 219 for each alignment mark 27 with respect to the substrate 101 on which the pattern having the plurality of alignment marks 27 is formed. The alignment mark 27 is imaged. Here, with respect to the plurality of alignment marks 27 in the chip 332 to be inspected, the image acquisition mechanism 150 images the alignment marks 27 with the optical camera 219 for each alignment mark 27. Specifically, the stage 105 is moved so that the target alignment mark 27 is within the field of view of the optical camera 219. Then, the optical camera 219 controlled by the camera control circuit 130 images the target alignment mark 27. The captured data is output to the detection circuit 131. In the detection circuit 131, analog detection data is converted into digital optical image data by an A / D converter (not shown), and the optical image data is output to the mark position detection circuit 132 via the camera control circuit 130. To.

アライメントマーク位置検出工程(S112)として、マーク位置検出回路132(位置検出部)は、撮像された光学画像を用いて当該アライメントマーク27の位置(第1の位置)を検出する。例えば、x方向に延びるパターンの中心線とy方向に延びるパターンの中心線との交点のステージ105上の位置をアライメントマーク27の位置として検出する。 As the alignment mark position detection step (S112), the mark position detection circuit 132 (position detection unit) detects the position (first position) of the alignment mark 27 using the captured optical image. For example, the position on the stage 105 of the intersection of the center line of the pattern extending in the x direction and the center line of the pattern extending in the y direction is detected as the position of the alignment mark 27.

図5は、実施の形態1におけるアライメントマーク位置の検出手法を順に説明するための図である。図5に示すように、まずは、上述した光学式カメラ219による光学画像から対象アライメントマーク27の位置を検出する。しかし、光学式カメラ219による光学画像から得られる対象アライメントマーク27の位置精度は低い。そこで、次にマルチビーム画像を用いる。 FIG. 5 is a diagram for sequentially explaining the method for detecting the alignment mark position in the first embodiment. As shown in FIG. 5, first, the position of the target alignment mark 27 is detected from the optical image taken by the above-mentioned optical camera 219. However, the position accuracy of the target alignment mark 27 obtained from the optical image obtained by the optical camera 219 is low. Therefore, a multi-beam image is used next.

マルチビームによるアライメントマーク画像取得工程(S114)として、画像取得機構150は、アライメントマーク27毎に、検出された位置(第1の位置)を基準にマルチ1次電子ビーム20を用いて当該アライメントマーク27の2次電子画像(第1の2次電子画像)を取得する。具体的には以下のように動作する。光学画像から得られた対象アライメントマーク27の位置がマルチ1次電子ビーム20の視野内に入るようにステージ105を移動させる。 As an alignment mark image acquisition step (S114) by the multi-beam, the image acquisition mechanism 150 uses the multi-primary electron beam 20 for each alignment mark 27 with reference to the detected position (first position). 27 secondary electronic images (first secondary electronic images) are acquired. Specifically, it operates as follows. The stage 105 is moved so that the position of the target alignment mark 27 obtained from the optical image is within the field of view of the multi-primary electron beam 20.

図6は、実施の形態1における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図6において、成形アパーチャアレイ基板203には、2次元状の横(x方向)m列×縦(y方向)n段(m,nは2以上の整数)の穴(開口部)22がx,y方向に所定の配列ピッチで形成されている。図6の例では、23×23の穴(開口部)22が形成されている場合を示している。各穴22は、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴22を電子ビーム200の一部がそれぞれ通過することで、マルチ1次電子ビーム20が形成されることになる。次に、2次電子画像を取得する場合における画像取得機構150の動作について説明する。 FIG. 6 is a conceptual diagram showing the configuration of the molded aperture array substrate according to the first embodiment. In FIG. 6, the molded aperture array substrate 203 has holes (openings) of two-dimensional horizontal (x direction) m 1 row × vertical (y direction) n 1 step (m 1 and n 1 are integers of 2 or more). ) 22 are formed at a predetermined arrangement pitch in the x and y directions. In the example of FIG. 6, a case where a 23 × 23 hole (opening) 22 is formed is shown. Each hole 22 is formed by a rectangle having the same size and shape. Alternatively, it may be a circle having the same outer diameter. A part of the electron beam 200 passes through each of these plurality of holes 22, so that the multi-primary electron beam 20 is formed. Next, the operation of the image acquisition mechanism 150 in the case of acquiring a secondary electronic image will be described.

電子銃201(放出源)から放出された電子ビーム200は、電磁レンズ202によって屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板203全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板203には、図6に示すように、複数の穴22(開口部)が形成され、電子ビーム200は、すべての複数の穴22が含まれる領域を照明する。複数の穴22の位置に照射された電子ビーム200の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板203の複数の穴22をそれぞれ通過することによって、マルチ1次電子ビーム20が形成される。 The electron beam 200 emitted from the electron gun 201 (emission source) is refracted by the electromagnetic lens 202 to illuminate the entire molded aperture array substrate 203. As shown in FIG. 6, a plurality of holes 22 (openings) are formed in the molded aperture array substrate 203, and the electron beam 200 illuminates an area including all the plurality of holes 22. The multi-primary electron beam 20 is formed by each part of the electron beam 200 irradiated to the positions of the plurality of holes 22 passing through the plurality of holes 22 of the molded aperture array substrate 203.

形成されたマルチ1次電子ビーム20は、電磁レンズ205、及び電磁レンズ206によってそれぞれ屈折させられ、中間像およびクロスオーバーを繰り返しながら、マルチ1次電子ビーム20の各ビームの中間像面(像面共役位置)に配置されたビームセパレーター214を通過して電磁レンズ207(対物レンズ)に進む。 The formed multi-primary electron beam 20 is refracted by the electromagnetic lens 205 and the electromagnetic lens 206, respectively, and the intermediate image plane (image plane) of each beam of the multi-primary electron beam 20 is repeated while repeating the intermediate image and the crossover. It passes through the beam separator 214 arranged at the conjugate position) and proceeds to the electromagnetic lens 207 (objective lens).

マルチ1次電子ビーム20が電磁レンズ207(対物レンズ)に入射すると、電磁レンズ207は、マルチ1次電子ビーム20を基板101にフォーカスする。対物レンズ207により基板101(試料)面上に焦点が合わされ(合焦され)たマルチ1次電子ビーム20は、主偏向器208及び副偏向器209によって一括して偏向され、各ビームの基板101上のそれぞれの照射位置に照射される。なお、一括ブランキング偏向器212によって、マルチ1次電子ビーム20全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板213の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板206によってマルチ1次電子ビーム20全体が遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器212によって偏向されなかったマルチ1次電子ビーム20は、図1に示すように制限アパーチャ基板206の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器212のON/OFFによって、ブランキング制御が行われ、ビームのON/OFFが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板206は、一括ブランキング偏向器212によってビームOFFの状態になるように偏向されたマルチ1次電子ビーム20を遮蔽する。そして、ビームONになってからビームOFFになるまでに形成された、制限アパーチャ基板206を通過したビーム群により、画像取得用のマルチ1次電子ビーム20が形成される。 When the multi-primary electron beam 20 is incident on the electromagnetic lens 207 (objective lens), the electromagnetic lens 207 focuses the multi-primary electron beam 20 on the substrate 101. The multi-primary electron beam 20 focused (focused) on the surface of the substrate 101 (sample) by the objective lens 207 is collectively deflected by the main deflector 208 and the sub-deflector 209, and the substrate 101 of each beam is deflected collectively. Each of the above irradiation positions is irradiated. When the entire multi-primary electron beam 20 is collectively deflected by the batch blanking deflector 212, the position is displaced from the central hole of the limiting aperture substrate 213, and the multi-primary electrons are displaced by the limiting aperture substrate 206. The entire beam 20 is shielded. On the other hand, the multi-primary electron beam 20 not deflected by the batch blanking deflector 212 passes through the central hole of the limiting aperture substrate 206 as shown in FIG. By turning ON / OFF of the batch blanking deflector 212, blanking control is performed, and ON / OFF of the beam is collectively controlled. In this way, the limiting aperture substrate 206 shields the multi-primary electron beam 20 deflected so that the beam is turned off by the batch blanking deflector 212. Then, the multi-primary electron beam 20 for image acquisition is formed by the beam group that has passed through the limiting aperture substrate 206 formed from the time when the beam is turned on to the time when the beam is turned off.

基板101の所望する位置にマルチ1次電子ビーム20が照射されると、かかるマルチ1次電子ビーム20が照射されたことに起因して基板101からマルチ1次電子ビーム20の各ビームに対応する、反射電子を含む2次電子の束(マルチ2次電子ビーム300)が放出される。 When the multi-primary electron beam 20 is irradiated to a desired position of the substrate 101, it corresponds to each beam of the multi-primary electron beam 20 from the substrate 101 due to the irradiation of the multi-primary electron beam 20. , A bundle of secondary electrons including backscattered electrons (multi-secondary electron beam 300) is emitted.

図7は、実施の形態1におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。図7の例では、例えば、5×5列のマルチ1次電子ビーム20の場合を示している。1回のマルチ1次電子ビーム20の照射で照射可能な照射領域34は、(基板101面上におけるマルチ1次電子ビーム20のx方向のビーム間ピッチにx方向のビーム数を乗じたx方向サイズ)×(基板101面上におけるマルチ1次電子ビーム20のy方向のビーム間ピッチにy方向のビーム数を乗じたy方向サイズ)で定義される。照射領域34が、マルチ1次電子ビーム20の視野となる。そして、マルチ1次電子ビーム20を構成する各1次電子ビーム10は、自身のビームが位置するx方向のビーム間ピッチとy方向のビーム間ピッチとで囲まれるサブ照射領域29内に照射され、当該サブ照射領域29内を走査(スキャン動作)する。各1次電子ビーム10は、互いに異なるいずれかのサブ照射領域29を担当することになる。そして、各ショット時に、各1次電子ビーム10は、担当サブ照射領域29内の同じ位置を照射することになる。サブ照射領域29内の1次電子ビーム10の移動は、副偏向器209によるマルチ1次電子ビーム20全体での一括偏向によって行われる。かかる動作を繰り返し、1つの1次電子ビーム10で1つのサブ照射領域29内を順に照射していく。 FIG. 7 is a diagram for explaining a multi-beam scanning operation according to the first embodiment. In the example of FIG. 7, for example, the case of a multi-primary electron beam 20 in a 5 × 5 row is shown. The irradiation region 34 that can be irradiated by one irradiation of the multi-primary electron beam 20 is (the x-direction obtained by multiplying the x-direction beam-to-beam pitch of the multi-primary electron beam 20 on the substrate 101 surface by the number of beams in the x-direction. Size) × (size in the y direction obtained by multiplying the pitch between beams in the y direction of the multi-primary electron beam 20 on the surface of the substrate 101 by the number of beams in the y direction). The irradiation region 34 becomes the field of view of the multi-primary electron beam 20. Then, each of the primary electron beams 10 constituting the multi-primary electron beam 20 is irradiated in the sub-irradiation region 29 surrounded by the inter-beam pitch in the x direction and the inter-beam pitch in the y direction in which the own beam is located. , Scan (scan operation) in the sub-irradiation area 29. Each primary electron beam 10 is responsible for any of the sub-irradiation regions 29 that are different from each other. Then, at each shot, each primary electron beam 10 irradiates the same position in the responsible sub-irradiation region 29. The movement of the primary electron beam 10 in the sub-irradiation region 29 is performed by batch deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the sub-deflector 209. This operation is repeated to sequentially irradiate the inside of one sub-irradiation region 29 with one primary electron beam 10.

基板101から放出されたマルチ2次電子ビーム300は、電磁レンズ207を通って、ビームセパレーター214に進む。 The multi-secondary electron beam 300 emitted from the substrate 101 passes through the electromagnetic lens 207 and proceeds to the beam separator 214.

ここで、ビームセパレーター214はマルチ1次電子ビーム20の中心ビームが進む方向(軌道中心軸)に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター214に上側から侵入してくるマルチ1次電子ビーム20には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチ1次電子ビーム20は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター214に下側から侵入してくるマルチ2次電子ビーム300には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ2次電子ビーム300は斜め上方に曲げられ、マルチ1次電子ビーム20から分離する。 Here, the beam separator 214 generates an electric field and a magnetic field in a direction orthogonal to the direction (center axis of the orbit) in which the central beam of the multi-primary electron beam 20 travels. The electric field exerts a force in the same direction regardless of the traveling direction of the electron. On the other hand, the magnetic field exerts a force according to Fleming's left-hand rule. Therefore, the direction of the force acting on the electron can be changed depending on the invasion direction of the electron. The force due to the electric field and the force due to the magnetic field cancel each other out to the multi-primary electron beam 20 that invades the beam separator 214 from above, and the multi-primary electron beam 20 travels straight downward. On the other hand, in the multi-secondary electron beam 300 that invades the beam separator 214 from below, both the force due to the electric field and the force due to the magnetic field act in the same direction, and the multi-secondary electron beam 300 is obliquely upward. It is bent and separated from the multi-primary electron beam 20.

斜め上方に曲げられ、マルチ1次電子ビーム20から分離したマルチ2次電子ビーム300は、偏向器218によって、さらに曲げられ、電磁レンズ224によって、屈折させられながらマルチ検出器222に投影される。マルチ検出器222は、投影されたマルチ2次電子ビーム300を検出する。マルチ検出器222は、例えば図示しないダイオード型の2次元センサを有する。そして、マルチ1次電子ビーム20の各ビームに対応するダイオード型の2次元センサ位置において、マルチ2次電子ビーム300の各2次電子がダイオード型の2次元センサに衝突して、電子を発生し、2次電子画像データを画素毎に生成する。マルチ検出器222にて検出された強度信号は、検出回路106に出力される。 The multi-secondary electron beam 300, which is bent obliquely upward and separated from the multi-primary electron beam 20, is further bent by the deflector 218 and projected onto the multi-detector 222 while being refracted by the electromagnetic lens 224. The multi-detector 222 detects the projected multi-secondary electron beam 300. The multi-detector 222 has, for example, a diode-type two-dimensional sensor (not shown). Then, at the diode-type two-dimensional sensor positions corresponding to each beam of the multi-primary electron beam 20, each secondary electron of the multi-secondary electron beam 300 collides with the diode-type two-dimensional sensor to generate electrons. Secondary electronic image data is generated for each pixel. The intensity signal detected by the multi-detector 222 is output to the detection circuit 106.

2次電子画像の取得は、上述したように、マルチ1次電子ビーム20を照射して、マルチ1次電子ビーム20の照射に起因して基板101から放出される反射電子を含むマルチ2次電子ビーム300をマルチ検出器222で検出する。マルチ検出器222によって検出された各サブ照射領域29内の画素毎の2次電子の検出データ(測定画像データ:2次電子画像データ:被検査画像データ)は、測定順に検出回路106に出力される。検出回路106内では、図示しないA/D変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ123に格納される。そして、得られた2次電子画像データ(2次電子画像1のデータ)は、位置回路107からの各位置を示す情報と共に、マーク位置検出回路132に出力される。 As described above, the secondary electron image is obtained by irradiating the multi-primary electron beam 20 with the multi-secondary electrons including backscattered electrons emitted from the substrate 101 due to the irradiation of the multi-primary electron beam 20. The beam 300 is detected by the multi-detector 222. The secondary electron detection data (measured image data: secondary electron image data: inspected image data) for each pixel in each sub-irradiation region 29 detected by the multi-detector 222 is output to the detection circuit 106 in the order of measurement. To. In the detection circuit 106, analog detection data is converted into digital data by an A / D converter (not shown) and stored in the chip pattern memory 123. Then, the obtained secondary electronic image data (data of the secondary electronic image 1) is output to the mark position detection circuit 132 together with the information indicating each position from the position circuit 107.

アライメントマーク位置検出工程(S116)として、マーク位置検出回路132は、アライメントマーク27毎に、取得された2次電子画像1(第1の2次電子画像)を用いて当該アライメントマーク27の位置(第2の位置)を検出する。マルチ1次電子ビーム20の各電子ビーム10の視野(サブ照射領域29)は、光学式カメラ219の分割能よりも小さいため、図5に示すように、対象アライメントマーク27がマルチ1次電子ビーム20の照射領域34のどの位置で撮像されるのかわからない。図5の例では、例えば、5×5のマルチ1次電子ビーム20のうち右から2列目かつ下から3段目の1次電子ビーム10の視野(サブ照射領域29)内で撮像された場合を示している。 As the alignment mark position detection step (S116), the mark position detection circuit 132 uses the acquired secondary electronic image 1 (first secondary electronic image) for each alignment mark 27 to obtain the position of the alignment mark 27 (the first secondary electronic image). Second position) is detected. Since the field of view (sub-irradiation region 29) of each electron beam 10 of the multi-primary electron beam 20 is smaller than the division ability of the optical camera 219, the target alignment mark 27 is the multi-primary electron beam as shown in FIG. It is unknown at which position in the irradiation region 34 of 20 the image is taken. In the example of FIG. 5, for example, the image was taken within the field of view (sub-irradiation region 29) of the primary electron beam 10 in the second row from the right and the third stage from the bottom of the 5 × 5 multi-primary electron beam 20. Shows the case.

今回の対象アライメントマーク27は、図5に示す1次電子ビーム10の視野(右から2列目かつ下から3段目のサブ照射領域29)内で撮像されるも、同じチップ332内の他のアライメントマーク27が今回と同じ1次電子ビーム10の視野(右から2列目かつ下から3段目のサブ照射領域29)内で撮像されるとは限らない。そこで、実施の形態1では、以下のように動作する。 The target alignment mark 27 this time is imaged in the field of view of the primary electron beam 10 shown in FIG. 5 (sub-irradiation region 29 in the second row from the right and the third stage from the bottom), but is in the same chip 332. The alignment mark 27 is not always imaged within the same field of view of the primary electron beam 10 as this time (sub-irradiation region 29 in the second row from the right and the third stage from the bottom). Therefore, in the first embodiment, the operation is as follows.

特定ビーム位置合わせ工程(S118)として、位置合わせ回路134は、アライメントマーク27毎に、検出された位置(第2の位置)をマルチ1次電子ビーム20のうちの予め設定された同じ特定の1次電子ビーム11の照射位置に合わせる。具体的には、以下のように動作する。位置合わせ回路134は、ステージ制御回路114を制御して、特定の1次電子ビーム11の視野(サブ照射領域29)内に、検出された対象アライメントマーク27の位置(第2の位置)が入るようにステージ105を移動させる。或いは、位置合わせ回路134は、偏向制御回路128を制御して、特定の1次電子ビーム11の視野(サブ照射領域29)内に、検出された対象アライメントマーク27の位置(第2の位置)が入るように、主偏向器208によりマルチ1次電子ビーム20を一括偏向する。図5の例では、特定の1次電子ビーム11として、マルチ1次電子ビーム20の中心ビームを用いる場合を示している。マルチ1次電子ビーム20では、中心から遠ざかるほどに電子光学系等に起因する収差の影響を受ける。よって、中心ビームを用いることで、他の周辺ビームを用いる場合よりも、高精度な画像を取得できる。 As a specific beam alignment step (S118), the alignment circuit 134 sets the detected position (second position) for each alignment mark 27 to the same specific 1 set in advance in the multi-primary electron beam 20. It is adjusted to the irradiation position of the next electron beam 11. Specifically, it operates as follows. The alignment circuit 134 controls the stage control circuit 114, and the position (second position) of the detected target alignment mark 27 enters the field of view (sub-irradiation region 29) of the specific primary electron beam 11. The stage 105 is moved so as to. Alternatively, the alignment circuit 134 controls the deflection control circuit 128 to position the detected target alignment mark 27 (second position) within the field of view (sub-irradiation region 29) of the specific primary electron beam 11. The multi-primary electron beam 20 is collectively deflected by the main deflector 208 so that In the example of FIG. 5, the case where the central beam of the multi-primary electron beam 20 is used as the specific primary electron beam 11 is shown. The multi-primary electron beam 20 is affected by aberrations caused by the electron optical system and the like as the distance from the center increases. Therefore, by using the central beam, it is possible to acquire an image with higher accuracy than when other peripheral beams are used.

特定ビームによるアライメントマーク画像取得工程(S120)として、画像取得機構150は、アライメントマーク27毎に、検出された対象アライメントマーク27の位置(第2の位置)をマルチ1次電子ビーム20のうちの予め設定された同じ特定の1次電子ビーム11の視野(サブ照射領域29)に合わせた状態で、特定の1次電子ビーム11を用いて当該アライメントマーク27の2次電子画像(第2の2次電子画像)を取得する。具体的には、以下のように動作する。特定ビーム位置合わせ工程(S118)で位置合わせされた状態で、画像取得機構150は、再度、マルチ1次電子ビーム20を用いて対象アライメントマーク27の2次電子画像2を取得する。このように、特定の1次電子ビーム11だけで撮像する必要は無く、マルチ1次電子ビーム20全体で再度スキャンすればよい。これにより、基板101に到達できる1次電子ビームを制限するように1次電子ビームを選択するビーム選択機構の配置の必要性を無くすことができる。2次電子画像の取得の仕方は上述した内容と同様である。得られた2次電子画像データ(2次電子画像1のデータ)は、位置回路107からの各位置を示す情報と共に、マーク位置検出回路132に出力される。 As an alignment mark image acquisition step (S120) using the specific beam, the image acquisition mechanism 150 sets the position (second position) of the detected target alignment mark 27 in the multi-primary electron beam 20 for each alignment mark 27. A secondary electron image (second 2) of the alignment mark 27 using the specific primary electron beam 11 in a state of being aligned with the preset field of view (sub-irradiation region 29) of the same specific primary electron beam 11. Next electronic image) is acquired. Specifically, it operates as follows. In the state of being aligned in the specific beam alignment step (S118), the image acquisition mechanism 150 again acquires the secondary electron image 2 of the target alignment mark 27 using the multi-primary electron beam 20. As described above, it is not necessary to take an image only with the specific primary electron beam 11, and the entire multi-primary electron beam 20 may be scanned again. This eliminates the need to arrange a beam selection mechanism that selects the primary electron beam so as to limit the primary electron beam that can reach the substrate 101. The method of acquiring the secondary electronic image is the same as the above-mentioned contents. The obtained secondary electronic image data (data of the secondary electronic image 1) is output to the mark position detection circuit 132 together with information indicating each position from the position circuit 107.

アライメントマーク位置検出工程(S122)として、マーク位置検出回路132は、アライメントマーク27毎に、特定の1次電子ビーム11を使って取得された2次電子画像(第2の2次電子画像)を用いて当該アライメントマーク27の位置(第3の位置)を検出する。具体的には、以下のように動作する。撮像された2次電子画像2は、マルチ1次電子ビーム20全体で得られた画像データを含んでいる。しかし、ここでは、特定の1次電子ビーム11で得られた2次電位画像データが必要であって、他の1次電子ビーム10で得られた画像データは不要である。よって、マーク位置検出回路132は、マルチ1次電子ビーム20全体で得られた2次電位画像データのうち、図5に示すように、特定の1次電子ビーム11で得られた2次電位画像データ(特定ビーム画像)を抽出して、対象アライメントマーク27の位置(第3の位置)を検出すればよい。これにより、データ処理にかかる処理時間を短縮できる。検出された対象アライメントマーク27の位置(第3の位置)は、比較回路108に出力される。或いは、記憶装置109、モニタ117、若しくはメモリ118に出力される、或いはプリンタ119より出力される。 As the alignment mark position detection step (S122), the mark position detection circuit 132 produces a secondary electron image (second secondary electron image) acquired by using a specific primary electron beam 11 for each alignment mark 27. The position of the alignment mark 27 (third position) is detected by using the alignment mark 27. Specifically, it operates as follows. The imaged secondary electron image 2 contains image data obtained by the entire multi-primary electron beam 20. However, here, the secondary potential image data obtained by the specific primary electron beam 11 is required, and the image data obtained by the other primary electron beam 10 is not required. Therefore, the mark position detection circuit 132 has the secondary potential image obtained by the specific primary electron beam 11 among the secondary potential image data obtained by the entire multi-primary electron beam 20 as shown in FIG. Data (specific beam image) may be extracted to detect the position (third position) of the target alignment mark 27. As a result, the processing time required for data processing can be shortened. The detected position of the target alignment mark 27 (third position) is output to the comparison circuit 108. Alternatively, it is output to the storage device 109, the monitor 117, or the memory 118, or is output from the printer 119.

判定工程(S130)として、制御計算機110は、被検査チップ332内の全アライメントマーク27の位置検出が終了したかどうかを判定する。まだ、位置が検出されていないアライメントマーク27があれば、光学式カメラによるアライメントマーク画像取得工程(S110)に戻り、被検査チップ332内の全アライメントマーク27の位置検出が終了するまで、光学式カメラによるアライメントマーク画像取得工程(S110)からアライメントマーク位置検出工程(S122)までの各工程を繰り返す。 As a determination step (S130), the control computer 110 determines whether or not the position detection of all the alignment marks 27 in the chip 332 to be inspected has been completed. If there is an alignment mark 27 whose position has not been detected yet, the process returns to the alignment mark image acquisition step (S110) by the optical camera, and the optical method is performed until the position detection of all the alignment marks 27 in the chip 332 to be inspected is completed. Each step from the alignment mark image acquisition step (S110) to the alignment mark position detection step (S122) by the camera is repeated.

以上により、被検査チップ332内の全てのアライメントマーク27の位置が、マルチ1次電子ビーム20のうち特定の1次電子ビーム11を使って取得された2次電子画像から検出できる。 As described above, the positions of all the alignment marks 27 in the chip 332 to be inspected can be detected from the secondary electron image acquired by using the specific primary electron beam 11 of the multi-primary electron beam 20.

上述した例では、マルチビームによるアライメントマーク画像取得工程(S114)において、高精度な2次電子画像1を取得する場合について説明したが、これに限るものではない。マルチビームによるアライメントマーク画像取得工程(S114)において取得される2次電子画像1は、特定ビームによるアライメントマーク画像取得工程(S120)において取得される2次電子画像2よりも粗い分解能の画像として取得されるように構成しても好適である。例えば、各サブ照射領域29の2次電子画像が1024×1024画素で構成される場合、マルチビームによるアライメントマーク画像取得工程(S114)では、x、y方向にそれぞれ、例えば、画素1つ飛ばしで構成される512×512画素で画像を作成しても良い。これにより、データ量を1/4にできるので、データ処理を高速化できる。或いは、x、y方向にそれぞれ、例えば、画素3つ飛ばしで構成される256×256画素で画像を作成しても良い。これにより、データ量を1/16にできるので、さらにデータ処理を高速化できる。かかる解像度に劣化させた場合でも、光学画像に比べて十分高い解像度の画像を取得できる。また、対象アライメントマーク27の位置を1本の電子ビームの視野サイズよりも高精度に検出できる。 In the above-described example, the case of acquiring the secondary electron image 1 with high accuracy in the alignment mark image acquisition step (S114) by the multi-beam has been described, but the present invention is not limited to this. The secondary electron image 1 acquired in the alignment mark image acquisition step (S114) by the multi-beam is acquired as an image having a coarser resolution than the secondary electron image 2 acquired in the alignment mark image acquisition step (S120) by the specific beam. It is also preferable to configure the structure so as to be used. For example, when the secondary electron image of each sub-irradiation region 29 is composed of 1024 × 1024 pixels, in the alignment mark image acquisition step (S114) by the multi-beam, for example, one pixel is skipped in each of the x and y directions. An image may be created with 512 × 512 pixels. As a result, the amount of data can be reduced to 1/4, so that data processing can be speeded up. Alternatively, an image may be created with 256 × 256 pixels composed of, for example, three pixels skipped in each of the x and y directions. As a result, the amount of data can be reduced to 1/16, so that the data processing can be further speeded up. Even when the resolution is deteriorated to such a resolution, an image having a resolution sufficiently higher than that of the optical image can be obtained. In addition, the position of the target alignment mark 27 can be detected with higher accuracy than the field size of one electron beam.

被検査チップ332内の全てのアライメントマーク27の位置が終了した後、当該被検査チップ332内の図形パターンの検査処理に進む。 After the positions of all the alignment marks 27 in the chip 332 to be inspected are completed, the process proceeds to the inspection process of the graphic pattern in the chip 332 to be inspected.

図8は、実施の形態1における検査処理を説明するための図である。図8に示すように、各チップ332の領域は、例えばy方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域32に分割される。画像取得機構150によるスキャン動作は、例えば、ストライプ領域32毎に実施される。例えば、−x方向にステージ105を移動させながら、相対的にx方向にストライプ領域32のスキャン動作を進めていく。各ストライプ領域32は、長手方向に向かって複数の矩形領域33に分割される。対象となる矩形領域33へのビームの移動は、主偏向器208によるマルチ1次電子ビーム20全体での一括偏向によって行われる。 FIG. 8 is a diagram for explaining the inspection process according to the first embodiment. As shown in FIG. 8, the region of each chip 332 is divided into a plurality of stripe regions 32 with a predetermined width in the y direction, for example. The scanning operation by the image acquisition mechanism 150 is performed, for example, for each stripe region 32. For example, while moving the stage 105 in the −x direction, the scanning operation of the stripe region 32 is relatively advanced in the x direction. Each stripe region 32 is divided into a plurality of rectangular regions 33 in the longitudinal direction. The movement of the beam to the rectangular region 33 of interest is performed by batch deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the main deflector 208.

各ストライプ領域32の幅は、照射領域34のy方向サイズと同様、或いはスキャンマージン分狭くしたサイズに設定すると好適である。図8の例では、照射領域34が矩形領域33と同じサイズの場合を示している。但し、これに限るものではない。照射領域34が矩形領域33よりも小さくても良い。或いは大きくても構わない。そして、マルチ1次電子ビーム20を構成する各1次電子ビーム10は、自身のビームが位置するx方向のビーム間ピッチとy方向のビーム間ピッチとで囲まれるサブ照射領域29内に照射され、当該サブ照射領域29内を走査(スキャン動作)する。そして、1つのサブ照射領域29のスキャンが終了したら、主偏向器208によるマルチ1次電子ビーム20全体での一括偏向によって照射位置が同じストライプ領域32内の隣接する矩形領域33へと移動する。かかる動作を繰り返し、ストライプ領域32内を順に照射していく。1つのストライプ領域32のスキャンが終了したら、ステージ105の移動或いは/及び主偏向器208によるマルチ1次電子ビーム20全体での一括偏向によって照射領域34が次のストライプ領域32へと移動する。以上のように各1次電子ビーム10の照射によってサブ照射領域29毎のスキャン動作および2次電子画像の取得が行われる。これらのサブ照射領域29毎の2次電子画像を組み合わせることで、矩形領域33の2次電子画像、ストライプ領域32の2次電子画像、或いはチップ332の2次電子画像が構成される。また、実際に画像比較を行う場合には、各矩形領域33内のサブ照射領域29をさらに複数のフレーム領域30に分割して、フレーム領域30毎のフレーム画像31について比較することになる。図8の例では、1つの1次電子ビーム10によってスキャンされるサブ照射領域29を例えばx,y方向にそれぞれ2分割することによって形成される4つのフレーム領域30に分割する場合を示している。 It is preferable that the width of each stripe region 32 is set to a size similar to the y-direction size of the irradiation region 34 or narrowed by the scan margin. In the example of FIG. 8, the case where the irradiation area 34 has the same size as the rectangular area 33 is shown. However, it is not limited to this. The irradiation area 34 may be smaller than the rectangular area 33. Alternatively, it may be large. Then, each of the primary electron beams 10 constituting the multi-primary electron beam 20 is irradiated in the sub-irradiation region 29 surrounded by the inter-beam pitch in the x direction and the inter-beam pitch in the y direction in which the own beam is located. , Scan (scan operation) in the sub-irradiation area 29. Then, when the scanning of one sub-irradiation region 29 is completed, the main deflector 208 moves to the adjacent rectangular region 33 in the stripe region 32 having the same irradiation position by the collective deflection of the entire multi-primary electron beam 20. This operation is repeated to irradiate the inside of the stripe region 32 in order. After scanning one striped region 32 is complete, the irradiated region 34 moves to the next striped region 32 by moving the stage 105 and / and batch deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the main deflector 208. As described above, by irradiating each of the primary electron beams 10, the scanning operation for each sub-irradiation region 29 and the acquisition of the secondary electron image are performed. By combining the secondary electron images for each of the sub-irradiation regions 29, a secondary electron image of the rectangular region 33, a secondary electron image of the stripe region 32, or a secondary electron image of the chip 332 is formed. Further, when actually performing image comparison, the sub-irradiation region 29 in each rectangular region 33 is further divided into a plurality of frame regions 30, and the frame images 31 for each frame region 30 are compared. The example of FIG. 8 shows a case where the sub-irradiation region 29 scanned by one primary electron beam 10 is divided into four frame regions 30 formed by dividing the sub-irradiation region 29 into two in the x and y directions, for example. ..

ここで、ステージ105が連続移動しながらマルチ1次電子ビーム20を基板101に照射する場合、マルチ1次電子ビーム20の照射位置がステージ105の移動に追従するように主偏向器208によって一括偏向によるトラッキング動作が行われる。そのため、マルチ2次電子ビーム300の放出位置がマルチ1次電子ビーム20の軌道中心軸に対して刻々と変化する。同様に、サブ照射領域29内をスキャンする場合に、各2次電子ビームの放出位置は、サブ照射領域29内で刻々と変化する。このように放出位置が変化した各2次電子ビームをマルチ検出器222の対応する検出領域内に照射させるように、偏向器218は、マルチ2次電子ビーム300を一括偏向する。 Here, when the substrate 101 is irradiated with the multi-primary electron beam 20 while the stage 105 continuously moves, the main deflector 208 collectively deflects the irradiation position of the multi-primary electron beam 20 so as to follow the movement of the stage 105. Tracking operation is performed by. Therefore, the emission position of the multi-secondary electron beam 300 changes every moment with respect to the orbital central axis of the multi-primary electron beam 20. Similarly, when scanning the inside of the sub-irradiation region 29, the emission position of each secondary electron beam changes every moment in the sub-irradiation region 29. The deflector 218 collectively deflects the multi-secondary electron beam 300 so that each secondary electron beam whose emission position has changed is irradiated into the corresponding detection region of the multi-detector 222.

以上のように、画像取得機構150は、ストライプ領域32毎に、スキャン動作をすすめていく。上述したように、マルチ1次電子ビーム20を照射して、マルチ1次電子ビーム20の照射に起因して基板101から放出される反射電子を含むマルチ2次電子ビーム300は、マルチ検出器222で検出される。マルチ検出器222によって検出された各サブ照射領域29内の画素毎の2次電子の検出データ(測定画像データ:2次電子画像データ:被検査画像データ)は、測定順に検出回路106に出力される。検出回路106内では、図示しないA/D変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ123に格納される。そして、得られた測定画像データは、位置回路107からの各位置を示す情報と共に、比較回路108に転送される。 As described above, the image acquisition mechanism 150 promotes the scanning operation for each stripe area 32. As described above, the multi-secondary electron beam 300 that irradiates the multi-primary electron beam 20 and contains backscattered electrons emitted from the substrate 101 due to the irradiation of the multi-primary electron beam 20 is a multi-detector 222. Is detected by. The secondary electron detection data (measured image data: secondary electron image data: inspected image data) for each pixel in each sub-irradiation region 29 detected by the multi-detector 222 is output to the detection circuit 106 in the order of measurement. To. In the detection circuit 106, analog detection data is converted into digital data by an A / D converter (not shown) and stored in the chip pattern memory 123. Then, the obtained measurement image data is transferred to the comparison circuit 108 together with the information indicating each position from the position circuit 107.

図9は、実施の形態1における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。図9において、比較回路108内には、磁気ディスク装置等の記憶装置50,51,52,56、フレーム画像作成部54、位置合わせ部57、及び比較部58が配置される。フレーム画像作成部54、位置合わせ部57、及び比較部58といった各「〜部」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜部」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。フレーム画像作成部54、位置合わせ部57、及び比較部58内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリ、或いはメモリ118に記憶される。 FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of the configuration in the comparison circuit according to the first embodiment. In FIG. 9, storage devices 50, 51, 52, 56 such as a magnetic disk device, a frame image creation unit 54, an alignment unit 57, and a comparison unit 58 are arranged in the comparison circuit 108. Each "-part" such as the frame image creation unit 54, the alignment unit 57, and the comparison unit 58 includes a processing circuit, and the processing circuit includes an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, or a semiconductor. Devices and the like are included. Further, a common processing circuit (same processing circuit) may be used for each “~ part”. Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used. The input data or the calculated result required in the frame image creation unit 54, the alignment unit 57, and the comparison unit 58 are stored in a memory (not shown) or a memory 118 each time.

比較回路108内に転送された測定画像データ(ビーム画像)は、記憶装置50に格納される。また、検出された各アライメントマーク27の位置データは、記憶装置51に格納される。 The measurement image data (beam image) transferred into the comparison circuit 108 is stored in the storage device 50. Further, the detected position data of each alignment mark 27 is stored in the storage device 51.

そして、フレーム画像作成部54は、各1次電子ビーム10のスキャン動作によって取得されたサブ照射領域29の画像データをさらに分割した複数のフレーム領域30のフレーム領域30毎のフレーム画像31を作成する。その際、フレーム画像作成部54は、記憶装置51に格納された被検査チップ332の4つのアライメントマーク27の位置データを基準にして、各フレーム領域30を設定する。これにより、フレーム画像31内の各図形パターンの位置は、フレーム領域30の基準位置を介して、被検査チップ332の高精度に検出された4つのアライメントマーク27の位置を基準に測定可能となる。そして、フレーム領域30を被検査画像の単位領域として使用する。なお、各フレーム領域30は、画像の抜けが無いように、互いにマージン領域が重なり合うように構成されると好適である。作成されたフレーム画像31は、記憶装置56に格納される。 Then, the frame image creation unit 54 creates a frame image 31 for each frame region 30 of a plurality of frame regions 30 by further dividing the image data of the sub-irradiation region 29 acquired by the scanning operation of each primary electron beam 10. .. At that time, the frame image creation unit 54 sets each frame area 30 with reference to the position data of the four alignment marks 27 of the chip 332 to be inspected stored in the storage device 51. As a result, the position of each graphic pattern in the frame image 31 can be measured with reference to the positions of the four alignment marks 27 detected with high accuracy of the chip 332 to be inspected via the reference position of the frame area 30. .. Then, the frame area 30 is used as a unit area of the image to be inspected. It is preferable that the frame regions 30 are configured so that the margin regions overlap each other so that the image is not omitted. The created frame image 31 is stored in the storage device 56.

一方、参照画像作成回路112は、基板101に形成された複数の図形パターンの元になる設計データに基づいて、フレーム領域30毎に、フレーム画像31に対応する参照画像を作成する。具体的には、以下のように動作する。まず、記憶装置109から制御計算機110を通して設計パターンデータを読み出し、この読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを2値ないしは多値のイメージデータに変換する。 On the other hand, the reference image creation circuit 112 creates a reference image corresponding to the frame image 31 for each frame region 30 based on the design data that is the basis of the plurality of graphic patterns formed on the substrate 101. Specifically, it operates as follows. First, the design pattern data is read from the storage device 109 through the control computer 110, and each graphic pattern defined in the read design pattern data is converted into binary or multi-valued image data.

上述したように、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標(x、y)、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。 As described above, the figure defined in the design pattern data is, for example, a basic figure of a rectangle or a triangle. For example, the coordinates (x, y) at the reference position of the figure, the length of the side, the rectangle or the triangle, etc. Graphic data that defines the shape, size, position, etc. of each pattern graphic is stored with information such as a graphic code that serves as an identifier that distinguishes the graphic types of.

かかる図形データとなる設計パターンデータが参照画像作成回路112に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして2値ないしは多値の設計パターン画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、nビットの占有率データを出力する。例えば、1つのマス目を1画素として設定すると好適である。そして、1画素に1/2(=1/256)の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ1/256の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、8ビットの占有率データとなる。かかるマス目(検査画素)は、測定データの画素に合わせればよい。 When the design pattern data to be the graphic data is input to the reference image creation circuit 112, it is expanded to the data for each graphic, and the graphic code, the graphic dimension, etc. indicating the graphic shape of the graphic data are interpreted. Then, it is developed into binary or multi-valued design pattern image data as a pattern arranged in a grid having a grid of predetermined quantization dimensions as a unit and output. In other words, the design data is read, the inspection area is virtually divided into squares with a predetermined dimension as a unit, the occupancy rate of the figure in the design pattern is calculated for each square, and the n-bit occupancy rate data is obtained. Output. For example, it is preferable to set one square as one pixel. Then, when to have a resolution of 1/2 8 (= 1/256) to 1 pixel, the occupancy rate of the pixel allocated the small area region amount corresponding 1/256 of figures are arranged in a pixel Calculate. Then, it becomes 8-bit occupancy rate data. Such squares (inspection pixels) may be matched with the pixels of the measurement data.

次に、参照画像作成回路112は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに、所定のフィルタ関数を使ってフィルタ処理を施す。これにより、画像強度(濃淡値)がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データをマルチ1次電子ビーム20の照射によって得られる像生成特性に合わせることができる。作成された参照画像の画素毎の画像データは比較回路108に出力される。比較回路108内に転送された参照画像データは、記憶装置52に格納される。 Next, the reference image creation circuit 112 filters the design image data of the design pattern, which is the image data of the figure, by using a predetermined filter function. Thereby, the design image data in which the image intensity (shade value) is the image data on the design side of the digital value can be matched with the image generation characteristic obtained by the irradiation of the multi-primary electron beam 20. The image data for each pixel of the created reference image is output to the comparison circuit 108. The reference image data transferred into the comparison circuit 108 is stored in the storage device 52.

次に、位置合わせ部57は、被検査画像となるフレーム画像31と、当該フレーム画像31に対応する参照画像とを読み出し、画素より小さいサブ画素単位で、両画像を位置合わせする。例えば、最小2乗法で位置合わせを行えばよい。 Next, the alignment unit 57 reads out the frame image 31 to be the image to be inspected and the reference image corresponding to the frame image 31, and aligns both images in units of sub-pixels smaller than pixels. For example, the alignment may be performed by the method of least squares.

そして、比較部58は、フレーム画像31と参照画像とを画素毎に比較する。比較部58は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素毎の階調値差が判定閾値Thよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置109、モニタ117、若しくはメモリ118に出力される、或いはプリンタ119より出力されればよい。 Then, the comparison unit 58 compares the frame image 31 and the reference image for each pixel. The comparison unit 58 compares the two for each pixel according to a predetermined determination condition, and determines the presence or absence of a defect such as a shape defect. For example, if the gradation value difference for each pixel is larger than the determination threshold value Th, it is determined as a defect. Then, the comparison result is output. The comparison result may be output to the storage device 109, the monitor 117, or the memory 118, or may be output from the printer 119.

なお、上述した例では、ダイ−データベース検査について説明したが、これに限るものではない。ダイ−ダイ検査を行う場合であっても良い。ダイ−ダイ検査を行う場合、対象となるフレーム画像31(ダイ1)と、当該フレーム画像31と同じパターンが形成されたフレーム画像31(ダイ2)(参照画像の他の一例)との間で、上述した位置合わせと比較処理を行えばよい。 In the above-mentioned example, the die-database inspection has been described, but the present invention is not limited to this. It may be the case of performing a die-die inspection. When performing a die-die inspection, between the target frame image 31 (die 1) and the frame image 31 (die 2) (another example of the reference image) in which the same pattern as the frame image 31 is formed. , The above-mentioned alignment and comparison processing may be performed.

以上のように、実施の形態1によれば、マルチ電子ビームを用いて高精度にアライメントマークの位置を検出できる。 As described above, according to the first embodiment, the position of the alignment mark can be detected with high accuracy by using the multi-electron beam.

以上の説明において、一連の「〜回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、FD、或いはROM(リードオンリメモリ)等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路107、比較回路108、参照画像作成回路112、ステージ制御回路114、レンズ制御回路124、ブランキング制御回路126、偏向制御回路128、カメラ制御回路130、マーク位置検出回路132、及び位置合わせ回路134は、上述した少なくとも1つの処理回路で構成されても良い。例えば、これらの回路内での処理を制御計算機110で実施しても良い。 In the above description, the series of "~ circuits" includes a processing circuit, and the processing circuit includes an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, a semiconductor device, and the like. Further, a common processing circuit (same processing circuit) may be used for each “~ circuit”. Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used. The program for executing the processor or the like may be recorded on a recording medium such as a magnetic disk device, a magnetic tape device, an FD, or a ROM (read-only memory). For example, position circuit 107, comparison circuit 108, reference image creation circuit 112, stage control circuit 114, lens control circuit 124, blanking control circuit 126, deflection control circuit 128, camera control circuit 130, mark position detection circuit 132, and position. The matching circuit 134 may be composed of at least one processing circuit described above. For example, the processing in these circuits may be performed by the control computer 110.

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。図1の例では、1つの照射源となる電子銃201から照射された1本のビームから成形アパーチャアレイ基板203によりマルチ1次電子ビーム20を形成する場合を示しているが、これに限るものではない。複数の照射源からそれぞれ1次電子ビームを照射することによってマルチ1次電子ビーム20を形成する態様であっても構わない。 The embodiment has been described above with reference to a specific example. However, the present invention is not limited to these specific examples. In the example of FIG. 1, a case is shown in which a multi-primary electron beam 20 is formed by a molded aperture array substrate 203 from a single beam emitted from an electron gun 201 as one irradiation source, but the present invention is limited to this. is not it. A mode may be used in which the multi-primary electron beam 20 is formed by irradiating the primary electron beams from a plurality of irradiation sources.

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。 In addition, although the description of parts that are not directly necessary for the description of the present invention, such as the device configuration and control method, is omitted, the required device configuration and control method can be appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのアライメントマーク位置の検出方法は、本発明の範囲に包含される。 In addition, all methods for detecting alignment mark positions that include the elements of the present invention and can be appropriately redesigned by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

10 1次電子ビーム
11 特定の1次電子ビーム
20 マルチ1次電子ビーム
22 穴
27 アライメントマーク
29 サブ照射領域
30 フレーム領域
31 フレーム画像
32 ストライプ領域
33 矩形領域
34 照射領域
50,51,52,56 記憶装置
54 フレーム画像作成部
57 位置合わせ部
58 比較部
100 検査装置
101 基板
102 電子ビームカラム
103 検査室
105 ステージ
106 検出回路
107 位置回路
108 比較回路
109 記憶装置
110 制御計算機
112 参照画像作成回路
114 ステージ制御回路
117 モニタ
118 メモリ
119 プリンタ
120 バス
122 レーザ測長システム
123 チップパターンメモリ
124 レンズ制御回路
126 ブランキング制御回路
128 偏向制御回路
130 カメラ制御回路
131 検出回路
132 マーク位置検出回路
134 位置合わせ回路
142 駆動機構
144,146,148 DACアンプ
150 画像取得機構
160 制御系回路
201 電子銃
202 電磁レンズ
203 成形アパーチャアレイ基板
205,206,207,224,226 電磁レンズ
208 主偏向器
209 副偏向器
212 一括ブランキング偏向器
213 制限アパーチャ基板
214 ビームセパレーター
216 ミラー
218 偏向器
219 光学式カメラ
222 マルチ検出器
300 マルチ2次電子ビーム
330 検査領域
332 チップ
10 Primary electron beam 11 Specific primary electron beam 20 Multi-primary electron beam 22 Hole 27 Alignment mark 29 Sub-irradiation area 30 Frame area 31 Frame image 32 Stripe area 33 Rectangular area 34 Irradiation area 50, 51, 52, 56 Storage Device 54 Frame image creation unit 57 Alignment unit 58 Comparison unit 100 Inspection device 101 Board 102 Electronic beam column 103 Inspection room 105 Stage 106 Detection circuit 107 Position circuit 108 Comparison circuit 109 Storage device 110 Control computer 112 Reference image creation circuit 114 Stage control Circuit 117 Monitor 118 Memory 119 Printer 120 Bus 122 Laser length measurement system 123 Chip pattern memory 124 Lens control circuit 126 Blanking control circuit 128 Deflection control circuit 130 Camera control circuit 131 Detection circuit 132 Mark position detection circuit 134 Alignment circuit 142 Drive mechanism 144,146,148 DAC amplifier 150 Image acquisition mechanism 160 Control system circuit 201 Electronic gun 202 Electromagnetic lens 203 Molded aperture array substrate 205, 206, 207, 224,226 Electromagnetic lens 208 Main deflector 209 Sub-deflector 212 Collective blanking deflection Instrument 213 Restriction Aperture Board 214 Beam Separator 216 Mirror 218 Deflector 219 Optical Camera 222 Multi Detector 300 Multi Secondary Electronic Beam 330 Inspection Area 332 Chip

Claims (7)

アライメントマークを有するパターンが形成された基板に対して、光学式カメラにより当該アライメントマークを撮像する工程と、
撮像された光学画像を用いて当該アライメントマークの第1の位置を検出する工程と、
検出された第1の位置を基準にマルチ電子ビームを用いて当該アライメントマークの第1の2次電子画像を取得する工程と、
取得された第1の2次電子画像を用いて当該アライメントマークの第2の位置を検出する工程と、
検出された第2の位置を前記マルチ電子ビームのうち所定の電子ビームの照射領域に合わせた状態で、前記所定の電子ビームを用いて当該アライメントマークの第2の2次電子画像を取得する工程と、
取得された第2の2次電子画像を用いて当該アライメントマークの第3の位置を検出し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とするアライメントマーク位置の検出方法。
The process of imaging the alignment mark with an optical camera on the substrate on which the pattern having the alignment mark is formed, and
The process of detecting the first position of the alignment mark using the captured optical image, and
A step of acquiring a first secondary electron image of the alignment mark using a multi-electron beam based on the detected first position, and
A step of detecting the second position of the alignment mark using the acquired first secondary electron image, and
A step of acquiring a second secondary electron image of the alignment mark using the predetermined electron beam in a state where the detected second position is aligned with the irradiation region of the predetermined electron beam in the multi-electron beam. When,
A process of detecting and outputting the third position of the alignment mark using the acquired second secondary electronic image, and
A method for detecting an alignment mark position.
前記所定の電子ビームとして、前記マルチ電子ビームの中心ビームを用いることを特徴とする請求項1記載のアライメントマーク位置の検出方法。 The method for detecting an alignment mark position according to claim 1, wherein the central beam of the multi-electron beam is used as the predetermined electron beam. 前記第1の2次電子画像は、前記第2の2次電子画像よりも粗い分解能の画像として取得されることを特徴とする請求項1又は2記載のアライメントマーク位置の検出方法。 The method for detecting an alignment mark position according to claim 1 or 2, wherein the first secondary electron image is acquired as an image having a coarser resolution than the second secondary electron image. 前記基板には、複数のチップが形成され、
前記複数のチップは、それぞれ前記複数のアライメントマークを有し、
前記複数のチップの1つのチップが有するいずれかのアライメントマークの光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの前記第1の位置と、前記複数のチップの他の1つのチップが有するいずれかのアライメントマークの光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの前記第1の位置とを用いて、前記基板の配置角度を調整する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のアライメントマーク位置の検出方法。
A plurality of chips are formed on the substrate.
The plurality of chips each have the plurality of alignment marks.
The first position of the alignment mark detected by using the optical image of the alignment mark of one of the plurality of chips, and any of the other chips of the plurality of chips. Any of claims 1 to 3, further comprising a step of adjusting the arrangement angle of the substrate by using the first position of the alignment mark detected by using the optical image of the alignment mark. The method for detecting the position of the alignment mark described.
アライメントマークを有するパターンが形成された基板に対して、当該アライメントマークを撮像する光学式カメラと、
撮像された光学画像を用いて当該アライメントマークの第1の位置を検出する位置検出部と、
検出された第1の位置を基準にマルチ電子ビームを用いて当該アライメントマークの第1の2次電子画像を取得する画像取得機構と、
を備え、
前記位置検出部は、取得された第1の2次電子画像を用いて当該アライメントマークの第2の位置を検出し、
前記画像取得機構は、検出された第2の位置を前記マルチ電子ビームのうち所定の電子ビームの照射領域に合わせた状態で、前記所定の電子ビームを用いて当該アライメントマークの第2の2次電子画像を取得し、
前記位置検出部は、取得された第2の2次電子画像を用いて当該アライメントマークの第3の位置を検出することを特徴とするアライメントマーク位置の検出装置。
An optical camera that captures the alignment mark on the substrate on which the pattern having the alignment mark is formed, and
A position detection unit that detects the first position of the alignment mark using the captured optical image, and
An image acquisition mechanism that acquires a first secondary electron image of the alignment mark using a multi-electron beam based on the detected first position, and an image acquisition mechanism.
With
The position detection unit detects the second position of the alignment mark by using the acquired first secondary electron image.
The image acquisition mechanism uses the predetermined electron beam to align the detected second position with the irradiation region of the predetermined electron beam in the multi-electron beam, and uses the predetermined electron beam to perform the second secondary of the alignment mark. Get an electronic image,
The position detection unit is an alignment mark position detection device, which detects the third position of the alignment mark using the acquired second secondary electron image.
前記所定の電子ビームとして、前記マルチ電子ビームの中心ビームを用いることを特徴とする請求項5記載のアライメントマーク位置の検出装置。 The alignment mark position detection device according to claim 5, wherein the central beam of the multi-electron beam is used as the predetermined electron beam. 前記基板には、複数のチップが形成され、
前記複数のチップは、それぞれ前記複数のアライメントマークを有し、
前記複数のチップの1つのチップが有するいずれかのアライメントマークの光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの前記第1の位置と、前記複数のチップの他の1つのチップが有するいずれかのアライメントマークの光学画像を用いて検出された当該アライメントマークの前記第1の位置とを用いて、前記基板の配置角度を調整する配置角度調整部をさらに備えたことを特徴とする請求項5〜6いずれか記載のアライメントマーク位置の検出装置。
A plurality of chips are formed on the substrate.
The plurality of chips each have the plurality of alignment marks.
The first position of the alignment mark detected by using the optical image of the alignment mark of one of the plurality of chips, and any of the other chips of the plurality of chips. A fifth aspect of the present invention, further comprising an arrangement angle adjusting unit for adjusting the arrangement angle of the substrate by using the first position of the alignment mark detected by using the optical image of the alignment mark. 6 Alignment mark position detection device according to any one of the above.
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