JP3421522B2 - Pattern inspection apparatus, pattern inspection apparatus using electron beam, and method therefor - Google Patents
Pattern inspection apparatus, pattern inspection apparatus using electron beam, and method thereforInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、同一のパターン群
が多数、規則的に配列されたウエハ等の被検査対象物の
パターンの欠陥を検出するパターン検査装置に係り、特
に半導体メモリ素子の外観検査に好適な電子線によるパ
ターン検査装置及びその方法並びにプロセスの異常診断
システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern inspection apparatus for detecting a defect in a pattern of an object to be inspected such as a wafer in which a large number of identical pattern groups are regularly arranged, and more particularly to the appearance of a semiconductor memory device. The present invention relates to an electron beam pattern inspection apparatus suitable for inspection, a method thereof, and a process abnormality diagnosis system.
【0002】[0002]
【従来の技術】第1の従来技術としては、特開昭59−
192943号に記載のように、半導体メモリなどの繰
り返しパターンを有する被検査対象物を等速度で移動さ
せつつ、ラインセンサ等の撮像素子により被検査対象物
の画像を光学的に検出し、検出した光学画像信号と、繰
り返しパターンのピッチ分、時間を遅らせた光学画像信
号とを比較し、不一致を欠陥として認識するものであっ
た。すなわち、同一ウエハ上の、隣接するセル同士、あ
るいは、隣接するチップ同士の検出画像を比較して、異
なる部分を欠陥として認識するものであった(以下、こ
れらを順に、隣接セル比較、隣接チップ比較と呼ぶ)。
また、第2の従来技術としては、隣接パターンとではな
く、あらかじめ無欠陥と分かっている試料の光学検出画
像を標準画像として記憶させておき、これと被検査対象
物の光学検出画像を比較する方法も知られている。特開
平1−287449号においては、標準画像を記憶させ
た後、必要に応じて、CRTの画面上で標準画像に対し
て修正(追加、削除など)を行う機能を有した検査装置
が示されている。なお、これらはいずれも光学式に基づ
く検査技術に関するものである。2. Description of the Related Art As the first conventional technique, Japanese Patent Laid-Open No. 59-
As described in No. 192943, while an inspected object having a repeating pattern such as a semiconductor memory is moved at a constant speed, an image of the inspected object is optically detected and detected by an image sensor such as a line sensor. The optical image signal is compared with the optical image signal whose time is delayed by the pitch of the repeated pattern, and the mismatch is recognized as a defect. That is, the detection images of adjacent cells or adjacent chips on the same wafer are compared with each other, and different portions are recognized as defects (hereinafter, these are compared in order with adjacent cell comparison, adjacent chip Called comparison).
As the second conventional technique, not the adjacent pattern but the optical detection image of the sample known to be defect-free in advance is stored as a standard image, and this is compared with the optical detection image of the inspection object. Methods are also known. Japanese Patent Laid-Open No. 1-287449 discloses an inspection apparatus having a function of storing a standard image and then correcting (adding, deleting, etc.) the standard image on the screen of a CRT, if necessary. ing. Note that these are all related to the inspection technology based on the optical system.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】最初に示した第1の従
来技術では、同一ウエハ上の隣接するセル、あるいはチ
ップ同士の比較検査を行うため、ウエハ上で規則性なく
不均一に発生する欠陥は検出できるが、ウエハの全面で
均一に発生するような欠陥を検出できないという課題が
あった。ウエハ全面で均一に発生するような不良には、
例えば露光条件の設定が不適当であることによるパター
ンの解像不良、層間の位置ずれによって生じた層間ショ
ートやオープン、露光時のデフォーカスによるパターン
の解像不良などがある。これらの欠陥は、同一ウエハ上
の距離的に近い部位では、状況が似通っているため、隣
接セル比較方式ではもちろん、隣接チップ比較方式でも
検出するのは難しかった。そして、従来の隣接セル比較
方式や隣接チップ比較方式のウエハパターン検査装置を
用いた半導体プロセスでは、ウエハ全面で発生する欠陥
が見逃されるために、歩留まりが低下するという課題が
あった。また、第2の従来技術では、光学検出画像と無
欠陥の試料から得られた標準画像との比較であるため、
ウエハ上で規則性なく不均一に発生する欠陥でも、ウエ
ハの全面で均一に発生する欠陥でも検出できるはずだ
が、実際はそうではない。無欠陥の試料から得られた標
準画像との比較ということは、別のウエハの検出画像と
の比較を意味している。ウエハが異なれば、膜厚や下層
パターンとの位置関係が微妙に異なるため、標準画像と
被検査ウエハから得られた光学検出画像とでは、明るさ
や、下層パターンが透けて見える場合は(実際、光学的
に検出した画像では、多くの場合、下層パターンや、下
層パターンのエッジが検出画像に現れる)下層パターン
と上層パターンの位置関係が異なる。よって、両画像を
比較すると、ウエハが異なることによる不一致が多発
し、欠陥による不一致と区別できなくなるという課題が
あった。別な言い方をすれば、ウエハが異なることによ
る不一致を欠陥と誤認識しないとうに、一定の不一致量
以下は欠陥と判定しないようにすると、一部の欠陥しか
検出できなくなるという課題があった。In the first prior art described first, since the adjacent cells or chips on the same wafer are compared and inspected with each other, defects which are not uniformly formed on the wafer are irregular. Can be detected, but there is a problem in that defects that uniformly occur on the entire surface of the wafer cannot be detected. For defects that occur uniformly on the entire wafer surface,
For example, there are defective pattern resolution due to improper setting of exposure conditions, interlayer short-circuit or open caused by misalignment between layers, and defective pattern resolution due to defocus during exposure. It is difficult to detect these defects not only by the adjacent cell comparison method but also by the adjacent chip comparison method, because the conditions are similar at the sites on the same wafer that are close in distance. In a semiconductor process using a conventional wafer pattern inspection apparatus of the adjacent cell comparison system or the adjacent chip comparison system, defects generated on the entire surface of the wafer are overlooked, which causes a problem that the yield is reduced. Further, in the second conventional technique, since the optical detection image is compared with the standard image obtained from the defect-free sample,
It should be possible to detect defects that occur non-uniformly and irregularly on the wafer, or defects that occur uniformly on the entire surface of the wafer, but this is not the case. The comparison with the standard image obtained from the defect-free sample means the comparison with the detection image of another wafer. If the wafer is different, the film thickness and the positional relationship with the lower layer pattern are slightly different.Therefore, when the standard image and the optical detection image obtained from the wafer to be inspected have the brightness or the lower layer pattern can be seen through (actually, In the optically detected image, in many cases, the lower layer pattern and the edges of the lower layer pattern appear in the detected image). The positional relationship between the lower layer pattern and the upper layer pattern is different. Therefore, when the two images are compared, there is a problem that mismatches due to different wafers frequently occur, and it is impossible to distinguish from mismatches due to defects. In other words, if the mismatches due to different wafers are not erroneously recognized as defects and the defects with a certain mismatch amount or less are not judged as defects, there is a problem that only some defects can be detected.
【0004】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
同一のパターン群が多数、規則的に配列されたウエハ等
の被検査対象物上において、規則性なく不均一に発生す
る欠陥および被検査対象物全面で均一に発生するような
不良について、高速で信頼度よく検査できるようにした
パターン検査装置並びに電子線によるパターン検査装置
及びその方法を提供することにある。本発明の他の目的
は、同一のパターン群が多数、規則的に配列されたウエ
ハ等の被検査対象物を製造するプロセスの異常診断を行
なうことができるようにしたプロセスの異常診断システ
ムを提供することにある。An object of the present invention is to solve the above problems.
A large number of identical pattern groups are regularly arranged on a target object to be inspected, such as a wafer, to detect defects that occur non-uniformly and defects that occur uniformly on the entire surface of the target object at high speed. It is an object of the present invention to provide a pattern inspection apparatus, an electron beam pattern inspection apparatus, and a method thereof that can perform inspection with high reliability. Another object of the present invention is to provide a process abnormality diagnosis system capable of performing abnormality diagnosis of a process for manufacturing an object to be inspected such as a wafer in which a large number of identical pattern groups are regularly arranged. To do.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電子線を出射する電子銃と、該電子銃か
ら出射された電子線を複数個の同一パターン群が規則的
に配列された被検査対象に対して集束させるレンズ系
と、集束された電子線を走査する偏向器と、前記被検査
対象から発生する電子を検出する検出器と、該検出器か
ら得られる電子による画像信号をディジタル画像信号に
変換するA/D変換器と、該A/D変換器から得られる
ディジタル画像信号から前記被検査対象上の特定個所に
おけるパターンの特徴量を算出し、該算出されたパター
ンの特徴量に基いて良品の規格に対して適合・不適合を
判断し、更に前記検出器から得られるパターン群に応じ
た画像信号同士を比較して不一致部を抽出して欠陥を検
出する計算手段とを備えたことを特徴とする電子線によ
るパターン検査装置である。また本発明は、電子線を出
射する電子銃と、該電子銃から出射された電子線を複数
個の同一パターン群が規則的に配列された被検査対象に
対して集束させるレンズ系と、集束された電子線を走査
する偏向器と、前記被検査対象から発生する電子を検出
する検出器と、該検出器から得られる電子による画像信
号をディジタル画像信号に変換するA/D変換器と、該
A/D変換器から得られるディジタル画像信号から前記
被検査対象上の特定個所におけるパターンの特徴量を算
出し、該算出されたパターンの特徴量に基いて良品の規
格に対して適合・不適合を判断する計算手段と、前記検
出器から得られるパターン群に応じた画像信号同士を比
較して不一致部を抽出して欠陥を検出する欠陥判定手段
とを備えたことを特徴とする電子線によるパターン検査
装置である。In order to achieve the above object, the present invention provides an electron gun for emitting an electron beam and an electron beam emitted from the electron gun, wherein a plurality of identical pattern groups are regularly arranged. A lens system for focusing the arrayed inspection target, a deflector for scanning the focused electron beam, a detector for detecting electrons generated from the inspection target, and an electron obtained from the detector. An A / D converter that converts an image signal into a digital image signal, and a feature amount of a pattern at a specific location on the inspection target is calculated from the digital image signal obtained from the A / D converter, and the calculated feature amount is calculated. Calculation to judge conformity / nonconformity to the standard of non-defective products based on the feature amount of the pattern, and further compare the image signals according to the pattern group obtained from the detector to extract the non-coincidence portion and detect the defect Means and Is a pattern inspection apparatus using an electron beam, characterized in that there was e. The present invention also provides an electron gun for emitting an electron beam, a lens system for focusing the electron beam emitted from the electron gun on an object to be inspected in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged, and a focusing system. A deflector for scanning the generated electron beam, a detector for detecting electrons generated from the object to be inspected, an A / D converter for converting an image signal by the electrons obtained from the detector into a digital image signal, From the digital image signal obtained from the A / D converter, the feature amount of the pattern at the specific location on the inspection target is calculated, and based on the calculated feature amount of the pattern, conformity / nonconformity with the standard of non-defective product is obtained. By an electron beam characterized by including a calculation means for determining the defect, and a defect determination means for detecting a defect by comparing the image signals corresponding to the pattern group obtained from the detector to extract a mismatched portion. Patta It is an emissions inspection apparatus.
【0006】また本発明は、前記電子線によるパターン
検査装置において、更に前記被検査対象に入射させる電
子線の加速を制御する加速電圧制御手段を有することを
特徴とする。また本発明は、前記電子線によるパターン
検査装置における計算手段において前記被検査対象上の
特定個所の指定を、前記A/D変換器から得られるディ
ジタル画像信号と所望の標準パターンとの相関関係に基
いて行なうことを特徴とする。また本発明は、前記電子
線によるパターン検査装置における計算手段において前
記所定箇所の検出画像に基づくパターンの特徴量の算出
は、前記比較検査時よりも高倍率の検出画像を用いるこ
とを特徴とする。また本発明は、電子銃から出射された
電子線をレンズ系により複数個の同一パターン群が規則
的に配列された被検査対象に対して集束させて照射して
前記被検査対象から発生する電子を検出器により検出す
る電子による画像信号検出工程と、この検出された電子
による画像信号をA/D変換器によりディジタル画像信
号に変換し、この変換されたディジタル画像信号から前
記被検査対象上の特定個所におけるパターンの特徴量を
算出してこの算出されたパターンの特徴量に基いて良品
の規格に対して適合・不適合を判断し、前記変換された
パターン群に応じた画像信号同士を比較して不一致部を
抽出して欠陥を検出する検査工程とを有することを特徴
とする電子線によるパターン検査方法である。Further, the present invention is characterized in that the pattern inspection apparatus using the electron beam further comprises an acceleration voltage control means for controlling acceleration of the electron beam incident on the inspection object. Further, according to the present invention, in the calculation means in the pattern inspection apparatus using the electron beam, the designation of the specific portion on the inspection target is made to correspond to the correlation between the digital image signal obtained from the A / D converter and a desired standard pattern. It is characterized by performing based on. Further, the present invention is characterized in that, in the calculation means in the pattern inspection apparatus using the electron beam, the calculation of the feature amount of the pattern based on the detection image at the predetermined location uses a detection image having a higher magnification than in the comparison inspection. . Further, according to the present invention, an electron beam emitted from an electron gun is focused and irradiated by a lens system to an object to be inspected in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged, and the electron is generated from the object to be inspected. A step of detecting an image signal by means of an electron detecting a detector, and converting the detected image signal by means of an electron into a digital image signal by means of an A / D converter, and converting the converted digital image signal onto the object to be inspected. The feature amount of the pattern at a specific location is calculated, and the conformity / non-conformance with the standard of the non-defective product is determined based on the calculated feature amount of the pattern, and the image signals according to the converted pattern group are compared with each other. And an inspecting step of detecting a defect by extracting a non-coincidence portion with each other.
【0007】また本発明は、複数個の同一パターン群が
規則的に配列された被検査対象から画像信号を検出する
検出器と、該検出器から得られる画像信号をディジタル
画像信号に変換するA/D変換器と、該A/D変換器か
ら得られるディジタル画像信号から前記被検査対象上の
特定個所におけるパターンの特徴量を算出し、該算出さ
れたパターンの特徴量に基いて良品の規格に対して適合
・不適合を判断する計算手段と、前記検出器から得られ
るパターン群に応じた画像信号同士を比較して不一致部
を抽出して欠陥を検出する欠陥判定手段とを備えたこと
を特徴とするパターン検査装置である。また本発明は、
電子線を出射する電子銃と、該電子銃から出射された電
子線を複数個の同一パターン群が規則的に配列された被
検査対象に対して集束させるレンズ系と、集束された電
子線を走査する偏向器と、前記被検査対象から発生する
電子を検出する検出器と、該検出器から得られる電子に
よる画像信号をディジタル画像信号に変換するA/D変
換器と、該A/D変換器から得られるディジタル画像信
号から前記被検査対象上の特定個所におけるパターンの
特徴量を算出し、該算出されたパターンの特徴量に基い
て良品の規格に対して適合・不適合を判断する計算手段
とを備えた電子線によるパターン検査装置を設け、更に
該パターン検査装置の計算手段で算出されるパターンの
特徴量を系統的に蓄積し、特徴量の変動をモニターする
プロセスの異常診断装置を備えたことを特徴とするプロ
セスの異常診断システムである。According to the present invention, a detector for detecting an image signal from an object to be inspected in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged, and an image signal obtained from the detector are converted into a digital image signal A. A / D converter, and a feature amount of a pattern at a specific portion on the inspection object is calculated from a digital image signal obtained from the A / D converter, and a non-defective standard is calculated based on the calculated feature amount of the pattern. Comparing with the calculation means for determining conformity / non-conformity, and defect determining means for comparing the image signals corresponding to the pattern groups obtained from the detector to extract the non-matching portion and detecting the defect. A characteristic pattern inspection apparatus. Further, the present invention is
An electron gun that emits an electron beam, a lens system that focuses the electron beam emitted from the electron gun on an object to be inspected in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged, and a focused electron beam A deflector for scanning, a detector for detecting electrons generated from the object to be inspected, an A / D converter for converting an image signal by the electrons obtained from the detector into a digital image signal, and the A / D conversion Calculating means for calculating the feature amount of the pattern at the specific portion on the inspection object from the digital image signal obtained from the instrument, and judging conformity / non-conformity with the standard of non-defective product based on the calculated feature amount of the pattern. A pattern inspecting device using an electron beam provided with, and further systematically accumulating the feature amount of the pattern calculated by the calculation means of the pattern inspecting device, and monitoring the variation of the feature amount for abnormality diagnosis of the process An abnormality diagnosis system of a process which is characterized in that it comprises a device.
【0008】また本発明は、複数個の同一パターン群が
規則的に配列されたウエハを対象とし、ウエハを走査し
て、撮像手段によって得た検出画像を用いてパターン欠
陥を検出するパターン検査方法であって、ウエハ上で規
則性なく不均一に発生する欠陥は、同じウエハ上の複数
のパターン群の検出画像を比較し、不一致部を探すこと
によって摘出し、ウエハ上全域で同様に発生する欠陥
は、所定箇所の検出画像のパターンの特徴量を算出する
ことにより摘出することを特徴とするパターン検査方法
である。また本発明は、前記パターン検査方法におい
て、前記ウエハ上の複数のパターン群の検出画像を比較
し、不一致部を欠陥として指摘する比較検査は、ウエハ
上の広範囲で実施し、前記所定個所の検出画像に基づく
パターンの特徴量算出は、ウェハ上の数カ所について、
特徴量の算出を行うパターン近傍の狭範囲で実施するこ
とを特徴とする。また本発明は、前記撮像手段からの出
力信号を分岐して、同じウエハ上の複数のパターン群の
検出画像の比較と、所定箇所の検出画像を用いたパター
ンの特徴量の算出を並行して行なうことを特徴とする。
また本発明は、前記ウエハ上の複数のパターン群の検出
画像同士の比較による検査は専用ハードウエアで行い、
前記所定箇所の検出画像に基づくパターンの特徴量の算
出は、計算機によるソフトウエア処理で行うことを特徴
とする。The present invention is also directed to a wafer in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged, and a pattern inspection method for scanning a wafer and detecting a pattern defect using a detection image obtained by an image pickup means. Defects that occur irregularly and irregularly on the wafer are extracted by comparing detected images of a plurality of pattern groups on the same wafer and searching for a non-matching portion, and similarly occur all over the wafer. The defect is a pattern inspection method characterized by extracting by calculating the feature amount of the pattern of the detected image at a predetermined location. Further, in the pattern inspection method of the present invention, a comparison inspection in which detected images of a plurality of pattern groups on the wafer are compared and a mismatched portion is pointed out as a defect is performed in a wide range on the wafer to detect the predetermined portion. The feature amount calculation of the pattern based on the image is performed at several points on the wafer.
The feature is that the feature amount is calculated in a narrow range near the pattern. Further, according to the present invention, the output signal from the image pickup means is branched to compare the detection images of a plurality of pattern groups on the same wafer and to calculate the feature amount of the pattern using the detection images at a predetermined location in parallel. It is characterized by performing.
Further, the present invention, the inspection by comparing the detection images of a plurality of pattern groups on the wafer is performed by dedicated hardware,
The calculation of the feature amount of the pattern based on the detected image of the predetermined portion is performed by software processing by a computer.
【0009】以上説明したように前記構成により、同一
のパターン群が多数、規則的に配列されたウエハ等の被
検査対象物上において、規則性なく不均一に発生する欠
陥および被検査対象物全面で均一に発生するような不良
について、高速で信頼度よく検査することができる。即
ち、物質コントラストの良い、すなわちルールを設定し
やすい電子線による検出画像に基いて、隣接セル比較方
式、あるいは隣接チップ比較方式で、ウエハ内で規則性
なく不均一に発生する欠陥を精度よく検出することが可
能となり、しかもウエハ上の所定箇所の検出画像を用い
てパターンの寸法、位置関係等の特徴量を算出すること
により、パターンの解像不良や、上層パターンと下層パ
ターンの位置ずれといったウエハ全面で同様に発生する
欠陥を高信頼度で検出することが可能となる。さらに、
加速電圧を適切に選べば、照射電子線の進入深さを浅く
して下層パターンに達しないようにもできるので、検出
画像を最上層のパターンしか含まないより単純なパター
ンにすることが可能となる。また、最上層の一層下の層
まで照射電子線が進入するような加速電圧を選ぶことに
よって、最上層とその下の層の位置関係に関する特徴量
を求めやすくするようなことも可能となる。As described above, according to the above-mentioned configuration, defects and non-uniformly generated defects are generated on the inspection object such as a wafer in which a large number of identical pattern groups are regularly arranged, and the entire inspection object. It is possible to inspect at high speed and with high reliability for defects that uniformly occur in the above. That is, based on an image detected by an electron beam that has a good material contrast, that is, it is easy to set rules, the adjacent cell comparison method or the adjacent chip comparison method can accurately detect defects that occur irregularly and irregularly in the wafer. In addition, by calculating the feature amount such as the pattern size and positional relationship using the detection image of a predetermined position on the wafer, the resolution of the pattern may be poor, and the positional deviation between the upper layer pattern and the lower layer pattern may occur. It is possible to detect with high reliability the defects that similarly occur on the entire surface of the wafer. further,
If the accelerating voltage is properly selected, the penetration depth of the irradiation electron beam can be made shallow so that it does not reach the lower layer pattern, so it is possible to make the detection image a simpler pattern that includes only the uppermost layer pattern. Become. Further, by selecting an accelerating voltage such that the irradiation electron beam penetrates to the layer below the uppermost layer, it becomes possible to easily obtain the characteristic amount relating to the positional relationship between the uppermost layer and the layer below it.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体メモリ素子等
を形成する同一のパターン群が多数、規則的に配列され
たウエハ等の半導体基板に対するパターン検査について
の実施の形態を図を用いて説明する。半導体メモリ素子
等を形成する同一のパターン群が多数、規則的に配列さ
れたウエハ等の半導体基板においては、規則性なく不均
一に発生する欠陥と全面で均一に発生するような欠陥と
が生じる。全面で均一に発生するような欠陥が生じる要
因としては、例えば露光条件の設定が不適当であること
によるパターンの解像不良、層間の位置ずれによって生
じた層間ショートやオープン、露光時のデフォーカスに
よるパターンの解像不良などがある。またウエハ等の半
導体基板の場合、薄膜多層パターンで形成されているた
め、光学的な検出画像では何層も下にある下層まで透け
て見えたり、段差が暗く見えたりして複雑なパターンに
なりがちである。それに対して電子線による検出画像の
場合には、発生する電子線の量が基本的に組成(原子番
号)に依存するため、物質が違えば明るさが異なるとい
う物質コントラストの良い、即ちルールを設定しやすい
画像が得ることが可能となる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a pattern inspection for a semiconductor substrate such as a wafer in which a large number of the same pattern groups forming a semiconductor memory device according to the present invention are regularly arranged will be described with reference to the drawings. To do. In a semiconductor substrate such as a wafer in which a large number of the same pattern groups forming a semiconductor memory device or the like are regularly arranged, a defect that occurs nonuniformly without a regularity and a defect that occurs uniformly over the entire surface occur. . Factors that cause defects that occur uniformly over the entire surface are, for example, poor resolution of patterns due to improper setting of exposure conditions, interlayer shorts and opens caused by misalignment between layers, and defocus during exposure. There is a poor resolution of the pattern due to. Also, in the case of semiconductor substrates such as wafers, since they are formed with a thin film multilayer pattern, in the optical detection image, it is possible to see through to the lower layers below, or the steps appear dark, resulting in a complicated pattern. Tend to be. On the other hand, in the case of an image detected by an electron beam, since the amount of the electron beam generated basically depends on the composition (atomic number), different substances have different brightness, which is a good material contrast. An image that is easy to set can be obtained.
【0011】まず、本発明に係る電子線によるウエハ等
の半導体基板上のパターン検査について説明する。図1
は、本発明に係る電子線によるウエハ等の半導体基板上
のパターン検査の原理について説明する。1は繰り返
し、被検査パターンが形成されたウエハ等の半導体基板
を示す。25は電子線の照射により半導体基板1から発
生する電子を検知し、その強度変化に基づいて走査部位
の電子線像を得る撮像装置(検出器)を示す。8は撮像
装置(検出器)25で検出された電子線画像をディジタ
ル画像信号に変換するA/D変換器を示す。9は、A/
D変換器8から得られる電子線によるディジタル検出画
像の内の隣接セルまたは隣接チップのディジタル検出画
像を記憶してセルまたはチップの間隔遅延させる遅延回
路である。比較・欠陥判定回路10は、遅延回路9から
得られる隣接セルまたは隣接チップのディジタル検出画
像とA/D変換器8から得られるディジタル検出画像と
を比較する隣接セル比較方式、あるいは隣接チップ比較
方式の検査を行ってウエハ内で規則性なく不均一に発生
する欠陥を検出する。この隣接セル比較方式、あるいは
隣接チップ比較方式では、同一ウエハ上の距離的に近い
もの同士の比較であるため、膜厚の違いや下層パターン
との位置関係の違いによる検出画像間の違いが殆どな
い。従って、比較する検出画像間の違いは基本的に欠陥
部のみであるために、欠陥を精度よく検出することが可
能となる。First, a pattern inspection on a semiconductor substrate such as a wafer using an electron beam according to the present invention will be described. Figure 1
The principle of pattern inspection on a semiconductor substrate such as a wafer by an electron beam according to the present invention will be described. Reference numeral 1 indicates a semiconductor substrate such as a wafer on which a pattern to be inspected is repeatedly formed. Reference numeral 25 denotes an image pickup device (detector) that detects electrons generated from the semiconductor substrate 1 by irradiation with an electron beam and obtains an electron beam image of a scanning region based on the intensity change. Reference numeral 8 denotes an A / D converter that converts an electron beam image detected by the image pickup device (detector) 25 into a digital image signal. 9 is A /
This is a delay circuit for storing the digital detection image of the adjacent cell or the adjacent chip in the digital detection image by the electron beam obtained from the D converter 8 and delaying the interval between the cells or the chips. The comparison / defect determination circuit 10 is an adjacent cell comparison method for comparing the digital detection image of the adjacent cell or the adjacent chip obtained from the delay circuit 9 and the digital detection image obtained from the A / D converter 8 or the adjacent chip comparison method. Is performed to detect defects that occur irregularly and irregularly in the wafer. In this adjacent cell comparison method or adjacent chip comparison method, since the distances on the same wafer are close to each other, there is almost no difference between the detected images due to the difference in film thickness or the positional relationship with the lower layer pattern. Absent. Therefore, since the difference between the detected images to be compared is basically only the defective portion, the defect can be detected with high accuracy.
【0012】さらに、画像処理用計算機15は、所定個
所選択手段13で選択されたウエハ上の所定個所の検出
画像を用いてパターンの特徴量を算出することにより、
ウエハ全面で一様に発生する欠陥を検出する。即ち、画
像処理用計算機15は、ウエハ上の所定個所の検出画像
を用いて、パターンの寸法、位置関係等の特徴量を算出
することにより、パターンの解像不良や、上層パターン
と下層パターンの位置ずれといったウエハ全面で同様に
発生する欠陥を検出することが可能となる。Further, the image processing computer 15 calculates the feature quantity of the pattern by using the detected image of the predetermined portion on the wafer selected by the predetermined portion selecting means 13,
Defects that occur uniformly on the entire surface of the wafer are detected. That is, the image processing computer 15 uses the detected image of a predetermined portion on the wafer to calculate the feature amount such as the dimension and the positional relationship of the pattern, so that the resolution of the pattern is poor and the upper layer pattern and the lower layer pattern are separated. It is possible to detect a defect that similarly occurs on the entire surface of the wafer, such as displacement.
【0013】このパターンの特徴量の算出は、パターン
が複雑だと特徴量を算出するためのルールを設定するの
が困難であるため、撮像装置(検出器)25を最適化し
て、検出画像が単純なパターンになるようにする。具体
的には、電子線によりウエハを走査して、電子線の照射
によりウエハから発生する電子を検知し、その強度変化
に基づいて走査部位の像(以下、電子線像と呼ぶ)を得
るようにする。ウエハのような薄膜多層パターンの光学
的な検出画像は、何層も下にある下層まで透けて見えた
り、段差が暗く見えたりするため、複雑なパターンにな
りがちである。それに対して、電子線像の場合は、発生
する電子の量は、基本的に組成(原子番号)に依存する
ため、物質が違えば明るさが異なるという、物質コント
ラストの良い、すなわち、ルールを設定しやすい画像が
得ることが可能となる。さらに、加速電圧を適切に選べ
ば、照射電子線の進入深さを浅くして下層パターンに達
しないようにもできるので、検出画像を最上層のパター
ンしか含まないより単純なパターンにすることが可能と
なる。あるいは、最上層の一層下の層まで照射電子線が
進入するような加速電圧を選ぶことによって、最上層と
その下の層の位置関係に関する特徴量を求めやすくする
ようなことも可能となる。In the calculation of the feature quantity of this pattern, it is difficult to set a rule for calculating the feature quantity if the pattern is complicated. Therefore, the image pickup device (detector) 25 is optimized to detect the detected image. Try to have a simple pattern. Specifically, the wafer is scanned with an electron beam, the electrons generated from the wafer by the irradiation of the electron beam are detected, and an image of the scanned portion (hereinafter referred to as an electron beam image) is obtained based on the intensity change. To An optically detected image of a thin-film multi-layer pattern such as a wafer tends to be a complicated pattern because the lower layers under many layers can be seen through or dark steps can be seen. On the other hand, in the case of electron beam images, the amount of generated electrons basically depends on the composition (atomic number). An image that is easy to set can be obtained. Furthermore, if the accelerating voltage is appropriately selected, it is possible to make the penetration depth of the irradiation electron beam shallow so that it does not reach the lower layer pattern, so it is possible to make the detection image a simpler pattern containing only the uppermost layer pattern. It will be possible. Alternatively, by selecting an accelerating voltage such that the irradiation electron beam penetrates to a layer below the uppermost layer, it becomes possible to easily obtain the characteristic amount related to the positional relationship between the uppermost layer and the layer below it.
【0014】次に図2〜図7を用いて具体的に説明す
る。Next, a specific description will be given with reference to FIGS.
【0015】図2(a)は、電子線によりウエハ等の半
導体基板を走査して、電子線の照射により半導体基板か
ら発生する電子を検知し、その強度変化に基づいて走査
部位の電子線像を得、電子線像を用いてパターン検査を
行う装置の一実施の形態を示す構成図である。図2
(b)は、電子線像を用いてパターン検査を行うウエハ
等の半導体基板の表面を示す斜視図である。図2(a)
において、電子銃21を出た電子線は、磁界レンズ2
2、23を経て、試料面では画素サイズ程度のビーム径
に絞られる。電子線が照射されると、試料(ウエハ1)
からは電子が発生する。偏向器24による電子線のX方
向の繰り返し走査、及び、ステージ7による試料のY方
向の連続的な移動に同期して試料から発生する電子を検
出することで、試料の2次元の電子線像が得られる。試
料から発生した電子は検出器25で捕らえられ、アンプ
26で増幅された後、A/D変換器8によってディジタ
ル信号S11に変換される。ディジタル信号S11は、
遅延回路9によってウエハ等の半導体基板が1チップ分
あるいは1セル分移動する時間だけ電気的に遅らされ、
比較・欠陥判定回路10において、A/D変換器8から
得られるもとの信号S11と比較される。2a、2b
は、図2(b)に示すようにウエハ等の半導体基板1上
の隣接するチップであるが、遅延回路で遅らせる時間
を、ウエハ等の半導体基板が1チップ分移動する時間に
すれば、もとの信号S11と遅延回路9の出力信号S1
2は、それぞれ隣接するチップ、例えば2a、2bの画
像信号に相当することになり、2a、2bの検出画像を
比較しているのと等価になる。FIG. 2 (a) shows that a semiconductor substrate such as a wafer is scanned with an electron beam to detect electrons generated from the semiconductor substrate by the irradiation of the electron beam, and an electron beam image of the scanned portion is detected based on the intensity change. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an apparatus for obtaining a pattern and performing a pattern inspection using an electron beam image. Figure 2
FIG. 3B is a perspective view showing the surface of a semiconductor substrate such as a wafer on which a pattern inspection is performed using an electron beam image. Figure 2 (a)
, The electron beam emitted from the electron gun 21 is
After 2 and 23, the beam diameter is narrowed to a pixel size on the sample surface. When irradiated with electron beam, sample (wafer 1)
Generates electrons. A two-dimensional electron beam image of the sample is detected by detecting electrons generated from the sample in synchronization with repeated scanning of the electron beam in the X direction by the deflector 24 and continuous movement of the sample in the Y direction by the stage 7. Is obtained. The electrons generated from the sample are captured by the detector 25, amplified by the amplifier 26, and then converted into a digital signal S11 by the A / D converter 8. The digital signal S11 is
The delay circuit 9 electrically delays a semiconductor substrate such as a wafer by one chip or one cell,
In the comparison / defect determination circuit 10, the original signal S11 obtained from the A / D converter 8 is compared. 2a, 2b
2 is an adjacent chip on the semiconductor substrate 1 such as a wafer as shown in FIG. 2B. However, if the time delayed by the delay circuit is set to the time required for the semiconductor substrate such as a wafer to move by one chip, Signal S11 of and the output signal S1 of the delay circuit 9
2 corresponds to image signals of adjacent chips, for example, 2a and 2b, which is equivalent to comparing detected images of 2a and 2b.
【0016】比較・欠陥判定回路10は論理を電気回路
で実現したもので、パイプライン処理で不一致部を検出
する。例えば、画像信号S11、S12のエッジを抽出
して位置合わせした後、差画像を求れば、不一致部を検
出することができる。その他、不一致部を検出するのに
は、さまざまなアルゴリズムが提案されているので、適
したアルゴリズムをハードウエア化すればよい。計算機
上でのソフトウエア処理ではなくハードウエアで処理を
行うのは、検査速度を上げるためである。というのも、
この比較検査は、規則性なく不均一に発生する欠陥の検
出が目的であり、規則性なく不均一に発生する欠陥の検
出には、より広範囲を検査した方が有利なので、検査速
度が速くなければならないからである。従って、比較・
欠陥判定回路10で欠陥情報を得なくても、一旦不一致
部(欠陥候補)をメモリに記憶して計算機においてメモ
リに記憶された欠陥候補について詳細解析をして真の欠
陥(欠陥と判定する必要のあるもののみ)として判定す
れば、高速に検査ができるので、計算機でのソフトウエ
ア処理でも実現してもよい。そして、ここで得られた欠
陥情報は装置全体を制御するシステム制御用計算機11
に送られる。The comparison / defect determination circuit 10 has a logic realized by an electric circuit, and detects a mismatched portion by pipeline processing. For example, if the difference image is obtained after the edges of the image signals S11 and S12 are extracted and aligned, the non-coincidence portion can be detected. In addition, various algorithms have been proposed to detect the non-coincidence portion, and a suitable algorithm may be implemented as hardware. The reason why the processing is performed by hardware instead of software processing on a computer is to increase the inspection speed. Because,
The purpose of this comparative inspection is to detect defects that occur irregularly and irregularly. Since it is advantageous to inspect a wider area to detect defects that occur irregularly and irregularly, the inspection speed must be high. This is because it must be done. Therefore, compare
Even if the defect determination circuit 10 does not obtain defect information, the mismatch portion (defect candidate) is temporarily stored in the memory, and the defect candidate stored in the memory is subjected to detailed analysis in the computer to determine a true defect (it is necessary to determine the defect). Since it can be inspected at high speed, it may be realized by software processing in a computer. The defect information obtained here is used as a system control computer 11 for controlling the entire apparatus.
Sent to.
【0017】一方、あらかじめ指定しておいた座標にウ
エハが到達すると(座標データの管理はシステム制御用
計算機11が行う)、検出画像(画像信号S12)は記
憶装置14aあるいは14bに取り込まれる(記憶装置
14a、14bへの切替えは、入力切替え回路13をシ
ステム制御用計算機11が制御することにより行われ
る。)。画像処理用計算機15は、記憶装置14aある
いは14bに記憶された検出画像を読み出し、パターン
特徴量(寸法、位置関係等)の算出を行い、特徴量の良
品規格に対する適合・不適合を判断する。なお、記憶装
置を14a、14bの2台設けたのは、画像処理用計算
機が14aから画像を読み出して処理している間は、1
4bを画像取り込み用として使用し、画像の読み出し及
び処理が終了すると、今度は14aを画像取り込み用
に、14bを画像読み出し用に切り替え、画像処理用計
算機15は、既に14bに蓄えられている画像の読み出
しと処理を開始するという用い方をすることによって、
画像処理計算機15の処理が終わらないと、ウエハ等の
半導体基板が次の検出箇所に移動できないという不都合
をなくすためである。画像処理用計算機15での処理分
量が大きい時や、特徴量を算出すべき箇所が多く、この
構成でも間に合わない場合には、画像処理用計算機と記
憶装置の台数を増やすことも可能である。特徴量の算出
は、(特徴量の内容によっては)ハードウエアで実現す
ることも可能であるが、本実施例では、前述のように画
像処理用計算機15上でのソフトウエア処理で行ってい
る。その理由は、特徴量算出の目的がウエハ全面で一様
に発生するような不良の検知であるため、ウエハ等の半
導体基板全面を対象としなくとも、例えば、1チップに
つき一箇所程度の頻度でも十分効果が見込めるので、高
速な処理よりも画像処理内容をフレキシブルに変更でき
るソフトウエア処理の方が適しているからである。ここ
で「一箇所」とは、例えて言うなら、50μm*50μ
mの範囲を、画素サイズ0.1μmで検出した画像1枚
である。なお、特徴量の算出方法については、図3〜図
7を用いて後述する。On the other hand, when the wafer reaches the coordinates specified in advance (the system control computer 11 manages the coordinate data), the detected image (image signal S12) is taken into the storage device 14a or 14b (stored). Switching to the devices 14a and 14b is performed by controlling the input switching circuit 13 by the system control computer 11.) The image processing computer 15 reads the detected image stored in the storage device 14a or 14b, calculates the pattern feature amount (dimension, positional relationship, etc.), and determines whether the feature amount conforms to the conforming product standard. It should be noted that the two storage devices 14a and 14b are provided because while the image processing computer reads and processes an image from 14a,
When 4b is used for image capturing and image reading and processing are completed, this time, 14a is switched to image capturing and 14b is switched to image reading, and the image processing computer 15 stores the image already stored in 14b. By using the method of reading and starting
This is to eliminate the inconvenience that the semiconductor substrate such as a wafer cannot move to the next detection position unless the processing of the image processing computer 15 is completed. When the amount of processing in the image processing computer 15 is large, or when there are many locations where the feature amount should be calculated and this configuration is too late, it is possible to increase the number of image processing computers and storage devices. The calculation of the characteristic amount can be realized by hardware (depending on the content of the characteristic amount), but in the present embodiment, it is performed by the software processing on the image processing computer 15 as described above. . The reason for this is that the purpose of feature amount calculation is to detect defects that occur uniformly over the entire surface of the wafer, so even if the entire surface of a semiconductor substrate such as a wafer is not targeted, for example, even at a frequency of about one location per chip. This is because the software processing capable of flexibly changing the image processing content is more suitable than the high-speed processing because the effect can be expected sufficiently. For example, “one place” is 50 μm * 50 μ.
The range of m is one image detected with a pixel size of 0.1 μm. The method of calculating the feature amount will be described later with reference to FIGS.
【0018】また、ステージ7の上面と被検査対象物
(ウエハ等の半導体基板)1の表面または被検査対象物
(ウエハ等の半導体基板)1の表面に近接した位置に設
置されたグリッド電極との間に高圧電源27により電圧
を印加することによって、実効的な加速電圧を最適化す
る。電子銃21に印加する電圧を変化させても加速電圧
は変えられるが、電子光学系の再調整が必要となるため
自動制御は難しい。ここでは、被検査対象物の材料、構
造によって加速電圧を変化させたいため、自動制御が可
能な上記の構成とした。加速電圧の最適化による効果を
模式的にかくと図3に示すようになる。被検査対象物
は、a層、b層、c層の順に積層された、3層からなる
多層パターンである。加速電圧を低くすることにより、
照射電子線の進入深さを浅くして下層パターンに達しな
いようにすれば、図3右側のc層を顕在化したパターン
を得られる。c層のパターンが顕在化できると、c層の
高精度な検査が可能になるばかりでなく、後で述べるパ
ターンの特徴量算出を容易にする効果もある。Further, a grid electrode installed on the upper surface of the stage 7 and the surface of the inspection object (semiconductor substrate such as wafer) 1 or the position close to the surface of the inspection object (semiconductor substrate such as wafer) 1 The effective acceleration voltage is optimized by applying a voltage from the high-voltage power supply 27 during this period. Even if the voltage applied to the electron gun 21 is changed, the accelerating voltage can be changed, but automatic adjustment is difficult because the electron optical system needs to be readjusted. Here, since it is desired to change the accelerating voltage depending on the material and structure of the object to be inspected, the above-described configuration is possible in which automatic control is possible. The effect of optimizing the acceleration voltage is schematically shown in FIG. The object to be inspected is a multi-layer pattern composed of three layers, in which a layer, b layer, and c layer are laminated in this order. By lowering the acceleration voltage,
By making the penetration depth of the irradiation electron beam shallow so as not to reach the lower layer pattern, a pattern in which the c layer on the right side of FIG. 3 is exposed can be obtained. When the pattern of the c-layer can be revealed, not only the inspection of the c-layer can be performed with high accuracy, but also the feature amount of the pattern described later can be easily calculated.
【0019】さて、電子線式ウエハ等の半導体基板のパ
ターン検査装置においても、比較検査の目的は、被検査
対象物(ウエハ等の半導体基板)上に規則性なく不均一
に発生する欠陥を検出することであるから、欠陥の捕捉
率を上げるには、より広範囲の検査が必要である。広範
囲の検査を現実的な検査時間で実施するには、電子線像
の高速検出がポイントとなる。以下、電子線像の高速検
出に好適な構成要素を(a)〜(d)で説明する。
(a)2次元的な電子線像を得る方法としては、走査電
子顕微鏡のように、ステージは固定し、電子線を2次元
的に走査する方法もある。しかし、画像検出箇所の移動
のためにステージのステップ&リピートが必要なため、
ステージの加速・減速による時間のロスが大きい。従っ
て、電子線の1次元走査+ステージの連続移動方式の方
が有利である。
(b)電子線をX方向に繰り返し走査させる偏向器24
には静電偏向器を用いる。走査電子顕微鏡で普通使用さ
れている磁界偏向器は偏向速度が遅いため不適である。
(c)電子銃21としては、熱電界放射型(TFE:Th
ermal Field Emission)電子銃を用いる。TFE電子銃
は走査電子顕微鏡で普通使用されている電界放射型(F
E:Field Emission)電子銃に比べて電子線電流を大き
くできるため、電子線照射時間を短くできる=電子線走
査速度を速くすることが可能となる(像のS/Nは、単
位面積当たりの電子線照射量の1/2乗に比例する。よ
って、必要なS/N値を得るには、電子線電流が小さけ
れば照射時間を長くせざるを得ないという関係があ
る)。また、TFE電子銃は、FE電子銃に比べて電子
線電流の時間変動が少ないため、検出時刻が異なる検出
画像同士を比較(前述のように、比較検査は、ウエハ等
の半導体基板が1チップ分あるいは1セル分移動する時
間分だけ過去に検出した画像との比較である。)するに
は都合よい。
(d)検出器25には高速駆動が可能な半導体検出器を
用いる。Even in a pattern inspection apparatus for a semiconductor substrate such as an electron beam type wafer, the purpose of the comparison inspection is to detect defects that are non-uniformly and irregularly generated on an object to be inspected (semiconductor substrate such as a wafer). Therefore, a wider range of inspection is required to increase the defect capture rate. High-speed detection of an electron beam image is a key to performing a wide range inspection in a realistic inspection time. Hereinafter, constituent elements suitable for high-speed detection of an electron beam image will be described with reference to (a) to (d). (A) As a method for obtaining a two-dimensional electron beam image, there is also a method in which the stage is fixed and the electron beam is two-dimensionally scanned like a scanning electron microscope. However, because the step and repeat of the stage is required to move the image detection point,
Large time loss due to stage acceleration / deceleration. Therefore, the one-dimensional electron beam scanning + continuous stage movement method is more advantageous. (B) Deflector 24 that repeatedly scans the electron beam in the X direction
An electrostatic deflector is used for. Magnetic field deflectors commonly used in scanning electron microscopes are not suitable due to their slow deflection speed. (C) As the electron gun 21, a thermal field emission type (TFE: Th
ermal Field Emission) Use an electron gun. The TFE electron gun is a field emission type (F type) commonly used in scanning electron microscopes.
E: Field Emission) Since the electron beam current can be increased as compared with the electron gun, the electron beam irradiation time can be shortened = the electron beam scanning speed can be increased (the S / N of the image is per unit area). It is proportional to the 1/2 power of the electron beam irradiation.Therefore, in order to obtain the necessary S / N value, there is a relation that the irradiation time must be lengthened if the electron beam current is small). Further, since the TFE electron gun has a smaller time variation of the electron beam current than the FE electron gun, the detection images at different detection times are compared with each other. Minute or the time of moving one cell is compared with an image detected in the past.) (D) As the detector 25, a semiconductor detector that can be driven at high speed is used.
【0020】次に画像処理用計算機15において行なう
パターン特徴量の算出について説明する。パターンの特
徴量の算出は、ウエハ全面で同様に発生する欠陥を検知
するのが目的であるため、パターン形状や、検知すべき
不良の種類に応じて、適切な特徴量を選択する必要があ
る。以下、いくつかの例を示す。例えば、露光機の露光
条件が不適当なために発生した解像不良を検知するのが
目的であれば、解像不良はパターン寸法の変化を引き起
こすことが多いため、図3に示したパターン幅d1、パ
ターン間隔d2が一つの指針となる。画像処理により、
検出画像から寸法を算出する方法は様々考えられるが、
例えば明るさの違いによってパターン領域と背景領域を
分離し、最小幅部をサーチした後、その幅の画素数をカ
ウントすれば、d1,d2の絶対値を知ることができ
る。あるいは、領域分離後、パターン領域と背景領域の
面積比(画素数比)を調べるだけでも、おおよその状況
は把握できる。d1、d2の値が規格から外れていたと
しても、隣接するセル、チップでも同じように規格から
外れていれば、比較検査では検知できないが、このよう
に、検出画像を用いて、d1、d2の絶対値を調べれ
ば、解像不良の発生が検知できる。Next, the calculation of the pattern feature amount performed by the image processing computer 15 will be described. Since the calculation of the feature amount of the pattern is intended to detect a defect that similarly occurs on the entire surface of the wafer, it is necessary to select an appropriate feature amount according to the pattern shape and the type of defect to be detected. . Some examples are shown below. For example, if the purpose is to detect a resolution defect that occurs due to an inappropriate exposure condition of the exposure device, the resolution defect often causes a change in the pattern dimension. One of the guidelines is d1 and the pattern interval d2. By image processing,
There are various possible methods for calculating the dimensions from the detected image,
For example, the absolute values of d1 and d2 can be known by separating the pattern area and the background area according to the difference in brightness, searching for the minimum width portion, and counting the number of pixels of that width. Alternatively, the rough situation can be grasped only by examining the area ratio (pixel number ratio) of the pattern region and the background region after the region separation. Even if the values of d1 and d2 deviate from the standard, if adjacent cells and chips also deviate from the standard, it cannot be detected by the comparison inspection. In this way, using the detected image, d1 and d2 The occurrence of defective resolution can be detected by examining the absolute value of.
【0021】あるいは、コンタクトホールを形成する工
程において解像不良が発生すると、コンタクトホールの
径が変化する。図4(a)(b)は上層(実線)31と
下層(点線)32の接続を取るためのコンタクトホール
様子を示している。図4(a)に示すコンタクトホール
33の径(径d1)は、図4(b)に示す正常なコンタ
クトホール(径d0)33に比べると、小さく異常とし
て判定する必要がある。画像処理用計算機15における
コンタクトホールの径の算出は、記憶装置14a、14
bの何れかから読み出された検出画像に対して、例え
ば、微分処理を行うなどしてエッジを抽出した後、閉じ
た円形部を探し出す処理によってコンタクトホール部3
3を選び出す。その後、X軸、Y軸への投影された画素
数の頻度34、35を取り、これらY軸方向の頻度34
とX軸方向の頻度35との平均をとって直径としてもよ
いし、円環内部の画素数(面積)Sをカウントして求
め、直径dを√(4S/π)に基づいて逆算しても良
い。このようなコンタクトホール径の異常は、ウエハ上
の広い領域で同じように発生することが多いため、隣接
セル比較方式、隣接チップ比較方式では検知できない
が、このように、検出画像を用いて、画像処理用計算機
15において径の絶対値を調べれば、解像不良の発生を
検知することができる。Alternatively, if a resolution defect occurs in the step of forming the contact hole, the diameter of the contact hole changes. FIGS. 4A and 4B show contact holes for connecting the upper layer (solid line) 31 and the lower layer (dotted line) 32. The diameter (diameter d1) of the contact hole 33 shown in FIG. 4 (a) is smaller than that of the normal contact hole (diameter d0) 33 shown in FIG. The calculation of the diameter of the contact hole in the image processing computer 15 is performed by the storage devices 14a, 14
The contact hole portion 3 is obtained by a process of searching for a closed circular portion after the edge is extracted from the detected image read from any one of b, for example, by performing a differentiation process.
Select 3. After that, the frequencies 34 and 35 of the number of pixels projected onto the X axis and the Y axis are taken, and the frequency 34 in the Y axis direction is taken.
And the frequency 35 in the X-axis direction may be averaged to obtain the diameter, or the number of pixels (area) S inside the ring may be counted to obtain the diameter d and back calculated based on √ (4S / π). Is also good. Such an abnormality in the contact hole diameter often occurs in the same manner in a wide area on the wafer, and therefore cannot be detected by the adjacent cell comparison method or the adjacent chip comparison method. The occurrence of defective resolution can be detected by examining the absolute value of the diameter in the image processing computer 15.
【0022】また、図5(a)(b)は位置合わせ不良
の様子を示したものである。図5(b)が正常な状態で
あるが、図5(a)ではa層、b層に対してc層、d層
が相対的に位置ずれしたために、結果としてa層とd層
の層間ショートが生じている。これを検知するには、上
記の実施の形態と同様にして、画像処理用計算機15
が、記憶装置14a、14bの何れかから読み出された
検出画像に対して、大円、小円を探し出し、それぞれの
円の中心座標を算出し、大円と小円の中心座標間の距離
を求めればよい。そして画像処理用計算機15は、この
値が規定値以内なら正常、それを越えれば異常であると
判定する。また、画像処理用計算機15が解像不良をも
っと直接的に検知するには、記憶装置14a、14bの
何れかに記憶されたレジストパターンの高倍率の検出画
像を用いて、エッジのだれの度合いを調べることもでき
る。図6(a)(b)はレジスト51のエッジのだれが
小さい場合を示し、図6(a)はその場合の検出画像を
示し、図6(b)は図6(a)に示すA−A’矢視レジ
スト断面を示す。図6(c)(d)はレジスト51のエ
ッジのだれが大きい場合を示し、図6(c)はその場合
の検出画像を示し、図6(d)は図6(c)に示すB−
B’矢視レジスト断面を示す。図6(c)(d)に示す
ように、エッジが大きくだれると、検出画像において網
点52で示したエッジ部の幅が広がるため、画像処理用
計算機15が検出画像に基いて網点部52の幅寸法gを
求めれば解像状態の良否が判断できる。ただし、レジス
トパターンは透明なことが多いため、光学式の検査装置
では検査自体が難しく、電子線の検査装置においてのみ
可能である。Further, FIGS. 5A and 5B show a state of misalignment. Although FIG. 5B shows a normal state, in FIG. 5A, the c layer and the d layer are relatively displaced with respect to the a layer and the b layer, and as a result, the interlayers of the a layer and the d layer are displaced. There is a short circuit. To detect this, in the same way as in the above-described embodiment, the image processing computer 15
, Finds a great circle or a small circle in the detected image read from either the storage device 14a or 14b, calculates the center coordinates of each circle, and calculates the distance between the center coordinates of the great circle and the small circle. You should ask. Then, the image processing computer 15 determines that the value is normal if the value is within the specified value and abnormal if the value exceeds the specified value. Further, in order for the image processing computer 15 to detect the resolution defect more directly, the degree of edge sag is determined by using the high-magnification detection image of the resist pattern stored in any of the storage devices 14a and 14b. You can also look up. 6A and 6B show a case where the edge of the resist 51 is small, FIG. 6A shows a detection image in that case, and FIG. 6B shows A- shown in FIG. A'shows a resist cross section viewed from the arrow. 6C and 6D show a case where the edge of the resist 51 has a large sag, FIG. 6C shows a detected image in that case, and FIG. 6D shows B- shown in FIG. 6C.
B'shows a resist cross section viewed from the arrow. As shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d), when the edge largely deviates, the width of the edge portion indicated by the halftone dot 52 in the detected image widens, so that the image processing computer 15 determines the halftone dot based on the detected image. If the width dimension g of the portion 52 is obtained, the quality of the resolution state can be determined. However, since the resist pattern is often transparent, the inspection itself is difficult with an optical inspection apparatus, and it is possible only with an electron beam inspection apparatus.
【0023】次にシステム制御用計算機11が画像処理
用計算機15に対して行なう特徴量算出パターンの探索
について説明する。特徴量算出のための画像取得位置
は、システム制御用計算機11が管理し、ウエハ等の半
導体基板が指定の座標に来ると検出器25によって画像
が検出されるが、ステージ7の位置精度の関係で、特徴
量を算出するパターンの画像上での位置には誤差があ
る。例えば、検出画像の画素サイズが0.1mmで、ス
テージの位置精度が±1mmならば、特徴量を算出すべ
きパターンの位置は画像上で±10画素の誤差を持つこ
とになる。画像上のどのパターンの特徴量を算出しても
差し支えない場合(同一パターンが繰り返されている場
合など)には関係ないが、特定のパターンの特徴量を算
出する必要がある場合は、上記の位置誤差は問題であ
る。このニーズに対しては、画像処理用計算機15に、
あらかじめ、算出箇所を指定してある標準パターンを記
憶させておき、これと検出画像との相関により算出ポイ
ントを求めるようにする。このようにして、画像処理用
計算機15がメモリに記憶された算出箇所の標準パター
ンとA/D変換器8から検出される検出画像とを比較し
て相関をとって相関がとれた点を算出ポイントとし、該
算出ポイントにおける検出画像を記憶装置14a、14
bに何れかから読み出し、画像処理用計算機15が特徴
量を算出すれば良い。 次に図7を用いて画像処理用計
算機15において行なうパターンの幅の特徴量の算出に
ついて説明する。図7(a)には、ウエハ等の半導体基
板72上にレジスト71が形成された断面形状を示す。
図7(b)には、図7(a)に示すレジストパターンか
ら検出される電子線によるディジタル検出画像を示す。
即ち、記憶装置14a、14bの何れかに図7(b)に
示す如く所定個所のディジタル検出画像が記憶されるこ
とになる。画像処理用計算機15は、レジストパターン
の幅方向の複数の走査線(図7(b)に示すJ−J’、
K−K’)のディジタル検出画像を加算し、図7(c)
に示すディジタル画像信号を得る。このように電子線の
画像では、一般的にエッジ効果と呼ばれているようにエ
ッジ部が明るく検出される。次に画像処理用計算機15
は、図7(c)に示すディジタル画像信号に対して順次
例えば3×3の画素群に切りだしてこの切り出された3
×3の画素群におけるディジタル画像に対して平均化し
てそのディジタル画像信号を3×3の画素群の中央画素
として出力することによって平滑化処理を行なって図7
(d)に示すノイズ成分を除去したディジタル画像信号
を得る。そして、画像処理用計算機15は、図7(d)
に示すディジタル画像信号のMAX値(最大値)とMI
N値(最小値)とを求め、この求められたMAX値(最
大値)とMIN値(最小値)とに基いて、例えば、(M
AX値+MIN値)/2の演算をして閾値Thを求め、
図7(e)に示すようにこの閾値Thを横切る4点の座
標P1,P2,P3,P4を算出する。更に画像処理用
計算機15は、レジストパターンの特徴量である線幅W
を次に示す(数1)式に基いて算出することができる。Next, the search for the feature quantity calculation pattern performed by the system control computer 11 with respect to the image processing computer 15 will be described. The image acquisition position for calculating the feature amount is managed by the system control computer 11, and the image is detected by the detector 25 when the semiconductor substrate such as the wafer reaches the designated coordinates. Therefore, there is an error in the position on the image of the pattern for calculating the feature amount. For example, if the pixel size of the detected image is 0.1 mm and the position accuracy of the stage is ± 1 mm, the position of the pattern for which the feature amount is calculated will have an error of ± 10 pixels on the image. It does not matter if the feature amount of any pattern on the image can be calculated (such as when the same pattern is repeated), but if the feature amount of a specific pattern needs to be calculated, Positional error is a problem. To meet this need, the image processing computer 15
A standard pattern in which a calculation point is designated is stored in advance, and the calculation point is obtained by the correlation between the standard pattern and the detected image. In this way, the image processing computer 15 compares the standard pattern of the calculation location stored in the memory with the detected image detected by the A / D converter 8 and calculates the correlation point by calculating the correlation. Points, and the detected images at the calculated points are stored in the storage devices 14a and 14a.
The image processing computer 15 may read out from any one of b and calculate the feature amount. Next, the calculation of the feature amount of the pattern width performed in the image processing computer 15 will be described with reference to FIG. FIG. 7A shows a sectional shape in which a resist 71 is formed on a semiconductor substrate 72 such as a wafer.
FIG. 7B shows a digital detection image by an electron beam detected from the resist pattern shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 7B, the digital detection image at a predetermined location is stored in either of the storage devices 14a and 14b. The image processing computer 15 uses a plurality of scanning lines in the width direction of the resist pattern (JJ ′ shown in FIG. 7B,
KK ′) digital detection images are added, and FIG.
The digital image signal shown in is obtained. In this way, in the image of the electron beam, the edge portion is detected bright, which is generally called the edge effect. Next, the image processing computer 15
Of the digital image signal shown in FIG. 7C is sequentially cut into, for example, a 3 × 3 pixel group, and the cut 3
FIG. 7 shows the smoothing process performed by averaging the digital image in the × 3 pixel group and outputting the digital image signal as the central pixel of the 3 × 3 pixel group.
A digital image signal from which the noise component shown in (d) is removed is obtained. Then, the image processing computer 15 is shown in FIG.
MAX value (maximum value) and MI of the digital image signal shown in
The N value (minimum value) is calculated, and based on the calculated MAX value (maximum value) and MIN value (minimum value), for example, (M
AX value + MIN value) / 2 is calculated to obtain the threshold value Th,
As shown in FIG. 7E, the coordinates P1, P2, P3, P4 of four points that cross the threshold Th are calculated. Further, the image processing computer 15 determines that the line width W, which is the characteristic amount of the resist pattern,
Can be calculated based on the following equation (1).
【0024】
W=((P3+P4)−(P1+P2))/2 (数1)
画像処理用計算機15は、この算出された線幅Wが正常
なものに対して許容値以上の場合には、異常として判定
することができる。以上説明したように、画像処理用計
算機15において算出されたパターンの特徴量を、例え
ばウエハ単位若しくはロット単位に、プロセスの異常診
断装置(計算機等で構成される。)16に接続された外
部記憶装置17に蓄積することによって、プロセスの異
常診断装置16はウエハ単位若しくはロット単位にプロ
セスの異常診断を行なうことができる。またプロセスの
異常診断装置16は、例えばウエハ単位若しくはロット
単位に、比較・欠陥判定回路10から得られるウエハ内
で規則性なく不均一に発生する欠陥の情報を入力すれ
ば、この欠陥の情報を加味してウエハ単位若しくはロッ
ト単位にプロセスの異常診断を行なうことができる。ま
たプロセスの異常診断装置16において、入力手段18
により、ウエハ単位若しくはロット単位を入力すること
によって、表示手段19にパターンの特徴量の変化情報
やこの特徴量に基づく異常(欠陥)の変化情報等を出力
して表示することができると共に規則性なく不均一に発
生する欠陥の発生頻度を示すウエハ上のマップ情報や該
欠陥の発生の変化の情報等を出力して表示することがで
きる。このようにプロセスの異常診断装置16は、ウエ
ハ単位若しくはロット単位に検査結果の情報を表示手段
19等に表示して出力することによって、特定プロセス
の異常診断を行なうことができる。特にパターンの特徴
量によって、露光・現像工程の異常診断を行なうことが
できる。W = ((P3 + P4)-(P1 + P2)) / 2 (Equation 1) When the calculated line width W is equal to or larger than the allowable value with respect to a normal line, the image processing computer 15 is abnormal. Can be determined as As described above, the feature amount of the pattern calculated in the image processing computer 15 is connected to the process abnormality diagnosing device (composed of a computer or the like) 16 for each wafer or lot, for example. By accumulating in the device 17, the process abnormality diagnosis device 16 can perform the process abnormality diagnosis for each wafer or lot. Further, the process abnormality diagnosing device 16 inputs the defect information by inputting the information of defects which are generated irregularly and irregularly in the wafer, which are obtained from the comparison / defect determination circuit 10, for each wafer or lot. In consideration of this, it is possible to perform process abnormality diagnosis on a wafer-by-wafer basis or on a lot-by-lot basis. Further, in the process abnormality diagnosis device 16, the input means 18
By inputting a wafer unit or a lot unit, it is possible to output and display the change information of the pattern feature amount and the change information of the abnormality (defect) based on the feature amount on the display means 19 and display the regularity. It is possible to output and display map information on the wafer showing the occurrence frequency of defects that occur unevenly, information on changes in the occurrence of defects, and the like. In this way, the process abnormality diagnosis device 16 can perform the abnormality diagnosis of the specific process by displaying and outputting the inspection result information on the display unit 19 or the like for each wafer or each lot. In particular, it is possible to perform abnormality diagnosis in the exposure / development process based on the characteristic amount of the pattern.
【0025】なお、ウエハ等の半導体基板の場合、薄膜
多層パターンで形成されているため、光学的な検出画像
では何層も下にある下層まで透けて見えたり、段差が暗
く見えたりして複雑なパターンになりがちであるが、こ
のような複雑なパターンからなる光学的な検出画像に対
しても適用することができる。特に表面に存在する光に
対して不透明な配線パターンについては、光学的な検出
画像でも、電子線による検出画像と同様に検査すること
が可能となる。図8には、本発明に係る光学式のウエハ
パターン検査装置の構成を示す。図8において、被検査
物であるウエハ1は、照明用ランプ84により、ハーフ
ミラー85を介して照明され、ウエハ1からの反射光
は、対物レンズ83により、イメージセンサ86上に結
像される。イメージセンサとしては、例えばTDI(Ti
meDelay & Integration)ラインセンサが好適である。
そして、ステージ7により、ウエハ1をイメージセンサ
の走査と直交する方向、即ちX方向に移動させることに
よって被検査パターンの2次元の画像を検出することが
できる。イメージセンサ86の出力信号S10はA/D
変換器8によってディジタル信号S11に変換される。
ディジタル信号S11は、遅延回路9によってウエハが
1チップ分あるいは1セル分移動する時間だけ電気的に
遅らされ、比較・欠陥判定回路10において、もとの信
号S11と比較される。2a、2bはウエハ1上の隣接
するチップであるが、遅延回路で遅らせる時間を、ウエ
ハが1チップ分移動する時間にすれば、もとの信号S1
1と遅延回路9の出力信号S12はそれぞれ、隣接する
チップ、例えば2a、2bの画像信号に相当することに
なり、2a、2bの検出画像を比較しているのと等価に
なる。In the case of a semiconductor substrate such as a wafer, since it is formed of a thin film multi-layer pattern, in an optical detection image, even lower layers, which are many layers below, can be seen through, or steps may appear dark, which is complicated. However, it can also be applied to an optical detection image having such a complicated pattern. In particular, with respect to a wiring pattern that is opaque to the light existing on the surface, it is possible to inspect an optical detection image in the same manner as an electron detection image. FIG. 8 shows the configuration of an optical wafer pattern inspection device according to the present invention. In FIG. 8, the wafer 1 to be inspected is illuminated by the illumination lamp 84 through the half mirror 85, and the reflected light from the wafer 1 is imaged on the image sensor 86 by the objective lens 83. . As an image sensor, for example, TDI (Ti
meDelay & Integration) line sensors are preferred.
Then, by moving the wafer 1 in the direction orthogonal to the scanning of the image sensor, that is, in the X direction, the stage 7 can detect a two-dimensional image of the pattern to be inspected. The output signal S10 of the image sensor 86 is A / D
It is converted into a digital signal S11 by the converter 8.
The digital signal S11 is electrically delayed by the delay circuit 9 for the time required to move the wafer by one chip or one cell, and is compared with the original signal S11 in the comparison / defect determination circuit 10. 2a and 2b are adjacent chips on the wafer 1, but if the time delayed by the delay circuit is the time for the wafer to move by one chip, the original signal S1
1 and the output signal S12 of the delay circuit 9 correspond to image signals of adjacent chips, for example, 2a and 2b, which is equivalent to comparing detected images of 2a and 2b.
【0026】比較・欠陥判定回路10は、論理を電気回
路で実現したもので、パイプライン処理で不一致部を検
出する。例えば、画像信号S11、S12のエッジを抽
出して位置合わせした後、差画像を求れば、不一致部を
検出することができる。その他、不一致部を検出にはさ
まざまなアルゴリズムが提案されているので、適したア
ルゴリズムをハードウエア化すればよい。計算機上での
ソフトウエア処理ではなくハードウエアで処理を行うの
は、検査速度を上げるためである。というのも、この比
較検査は、規則性なく不均一に発生する欠陥の検出が目
的であり、規則性なく不均一に発生する欠陥の検出に
は、より広範囲を検査した方が有利なので、検査速度が
速くなければならないからである。ここで得られた欠陥
情報は装置全体を制御するシステム制御用計算機11に
送られる。一方、あらかじめ指定しておいた座標にウエ
ハが到達すると(座標データの管理はシステム制御用計
算機11が行う)、検出画像(画像信号S12)は記憶
装置14aあるいは14bに取り込まれる(14a,b
の切替えは、入力切替え回路13をシステム制御用計算
機11が制御することにより行われる)。画像処理用計
算機15は、記憶装置14aあるいは14bに記憶され
た検出画像を読み出し、パターン特徴量(寸法、位置関
係等)の算出を行い、特徴量の良品規格に対する適合・
不適合を判断する。なお、記憶装置を14a、14bの
2台設けたのは、画像処理用計算機が14aから画像を
読み出して処理している間は、14bを画像取り込み用
として使用し、画像の読み出し及び処理が終了すると、
今度は14aを画像取り込み用に、14bを画像読み出
し用に切り替え、画像処理用計算機15は、既に14b
に蓄えられている画像の読み出しと処理を開始する、と
いう用い方をすることによって、画像処理計算機の処理
が終わらないと、ウエハが次の検出箇所に移動できない
という不都合をなくすためである。画像処理用計算機1
5での処理分量が大きい時や、特徴量を算出すべき箇所
が多く、この構成でも間に合わない場合には、画像処理
用計算機と記憶装置の台数を増やすことも可能である。The comparison / defect determination circuit 10 has a logic realized by an electric circuit, and detects a mismatched portion by pipeline processing. For example, if the difference image is obtained after the edges of the image signals S11 and S12 are extracted and aligned, the non-coincidence portion can be detected. In addition, various algorithms have been proposed for detecting the non-coincidence portion, and a suitable algorithm may be implemented as hardware. The reason why the processing is performed by hardware instead of software processing on a computer is to increase the inspection speed. This is because the purpose of this comparative inspection is to detect defects that occur irregularly and irregularly, and it is advantageous to inspect a wider area to detect defects that occur irregularly and irregularly. This is because the speed must be high. The defect information obtained here is sent to the system control computer 11 that controls the entire apparatus. On the other hand, when the wafer reaches the coordinates designated in advance (coordinate data management is performed by the system control computer 11), the detected image (image signal S12) is captured in the storage device 14a or 14b (14a, b).
Switching is performed by the system control computer 11 controlling the input switching circuit 13). The image processing computer 15 reads out the detected image stored in the storage device 14a or 14b, calculates the pattern feature amount (dimension, positional relationship, etc.), and conforms the feature amount to the conforming product standard.
Judge nonconformity. Two storage devices 14a and 14b are provided because while the image processing computer reads and processes an image from 14a, 14b is used for image capturing, and the image reading and processing ends. Then,
This time, 14a is switched for image capturing and 14b for image reading, and the image processing computer 15 has already switched to 14b.
This is to eliminate the inconvenience that the wafer cannot be moved to the next detection position unless the processing of the image processing computer is completed by using the method of starting reading and processing of the image stored in. Image processing computer 1
When the amount of processing in 5 is large, or when there are many places where the feature amount should be calculated and this configuration is too late, it is possible to increase the number of image processing computers and storage devices.
【0027】画像処理用計算機15での特徴量の算出
は、(特徴量の内容によっては)ハードウエアで実現す
ることも可能であるが、本実施の形態では、前述のよう
に画像処理用計算機上でのソフトウエア処理で行ってい
る。その理由は、特徴量算出の目的がウエハ全面で一様
に発生するような不良の検知であるため、ウエハ全面を
対象としなくとも、例えば、1チップにつき一箇所程度
の頻度でも十分効果が見込めるので、高速な処理よりも
画像処理内容をフレキシブルに変更できるソフトウエア
処理の方が適しているからである。ここで「一箇所」と
は、例えて言うなら、50μm*50μmの範囲を、画
素サイズ0.1μmで検出した画像1枚である。なお、
特徴量の算出方法については、前述したように行なわれ
る。The calculation of the feature amount in the image processing computer 15 can be realized by hardware (depending on the content of the feature amount), but in the present embodiment, as described above, the image processing computer is used. This is done by the software processing above. The reason is that the purpose of feature amount calculation is detection of defects that occur uniformly on the entire surface of the wafer. Therefore, even if the entire surface of the wafer is not targeted, for example, the frequency can be expected to be sufficient even at a frequency of about one location per chip. Therefore, the software processing capable of flexibly changing the image processing content is more suitable than the high-speed processing. For example, “one place” is one image in which a range of 50 μm * 50 μm is detected with a pixel size of 0.1 μm. In addition,
The method of calculating the characteristic amount is performed as described above.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明によれば、ウエハ等の半導体基板
内で規則性なく不均一に発生する欠陥と、ウエハ全域で
同様に発生する欠陥との両方についての検査をすること
により、ウエハ等の半導体基板上に発生する欠陥を全て
検査することが可能となり、その結果ウエハ等の半導体
基板の歩留まりをより一層向上すると共に高信頼性を有
するウエハ等の半導体基板を製造することができる効果
を奏する。また本発明によれば、パターンの特徴量を系
統的に蓄積することによって、プロセスの異常診断を行
なうことができる効果を奏する。また本発明によれば、
電子線の画像を用いることによって、光学的に透過する
パターンを有する薄膜多層パターンに対して単純なパタ
ーンの画像信号にして、規則性なく不均一に発生する欠
陥と同様に発生する欠陥との両方についての検査をする
ことにより、ウエハ等の半導体基板上に発生する欠陥を
全て検査することが可能となり、その結果ウエハ等の半
導体基板の歩留まりをより一層向上すると共に高信頼性
を有するウエハ等の半導体基板を製造することができる
効果を奏する。According to the present invention, by inspecting both a defect that occurs irregularly and irregularly in a semiconductor substrate such as a wafer and a defect that similarly occurs throughout the wafer, the wafer etc. It becomes possible to inspect all the defects generated on the semiconductor substrate, and as a result, it is possible to further improve the yield of the semiconductor substrate such as the wafer and to manufacture the semiconductor substrate such as the wafer having high reliability. Play. Further, according to the present invention, there is an effect that a process abnormality diagnosis can be performed by systematically accumulating pattern feature amounts. According to the invention,
By using an image of an electron beam, an image signal of a simple pattern is formed for a thin film multilayer pattern having an optically transparent pattern, and both a defect that occurs non-uniformly and a defect that occurs in the same manner It becomes possible to inspect all the defects that occur on the semiconductor substrate such as a wafer by performing the inspection of (1), and as a result, the yield of the semiconductor substrate such as the wafer is further improved and the reliability of the wafer such as that having high reliability is improved. It is possible to manufacture a semiconductor substrate.
【0029】特に電子線画像の場合は、発生する電子の
量が基本的に組成(原子番号)に依存するため、物質が
違えば明るさが異なるという物質コントラストの良い、
すなわちルールを設定しやすい画像が得ることが可能と
なる。更に、加速電圧を適切に選べば、照射電子線の進
入深さを浅くして下層パターンに達しないようにもでき
るので、検出画像を最上層のパターンしか含まないより
単純なパターンにすることが可能となると共に、最上層
の一層下の層まで照射電子線が進入するような加速電圧
を選ぶことによって、最上層とその下の層の位置関係に
関する特徴量を求めやすくするようなことも可能とな
る。Particularly in the case of an electron beam image, since the amount of generated electrons basically depends on the composition (atomic number), different materials have different brightness, which has a good material contrast.
That is, it becomes possible to obtain an image in which rules can be easily set. Furthermore, if the accelerating voltage is appropriately selected, the penetration depth of the irradiation electron beam can be made shallow so that it does not reach the lower layer pattern, so that the detection image can be a simpler pattern that includes only the uppermost layer pattern. In addition to the above, it is also possible to make it easier to find the feature amount related to the positional relationship between the uppermost layer and the layer below it by selecting an accelerating voltage so that the irradiation electron beam enters the layer below the uppermost layer. Becomes
【図1】本発明に係る基本原理を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic principle according to the present invention.
【図2】本発明に係る電子線式ウエハパターン検査装置
の一実施の形態を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of an electron beam type wafer pattern inspection apparatus according to the present invention.
【図3】図2に示す検査装置において加速電圧の最適化
による効果を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an effect of optimizing an acceleration voltage in the inspection apparatus shown in FIG.
【図4】図2に示す検査装置においてパターンの特徴量
を算出する第1の実施の形態を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment for calculating a feature amount of a pattern in the inspection apparatus shown in FIG.
【図5】図2に示す検査装置においてパターンの特徴量
を算出する第2の実施の形態を示した図である。5 is a diagram showing a second embodiment for calculating a feature amount of a pattern in the inspection device shown in FIG.
【図6】図2に示す検査装置においてパターンの特徴量
を算出する第3の実施の形態を示した図である。6 is a diagram showing a third embodiment for calculating a feature amount of a pattern in the inspection device shown in FIG.
【図7】図2に示す検査装置においてパターンの特徴量
を算出する第4の実施の形態を示した図である。7 is a diagram showing a fourth embodiment for calculating a feature amount of a pattern in the inspection device shown in FIG.
【図8】本発明に係る光学式ウエハパターン検査装置の
一実施の形態を示すの構成を示した図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration showing an embodiment of an optical wafer pattern inspection device according to the present invention.
1…ウエハ(被検査対象物)、 7…ステージ、 8…
A/D変換器、 9…遅延回路、 10…比較・欠陥判
定回路、 11…システム制御用計算機、 12…ステ
ージ制御回路、 13…入力切替え回路(所定個所選択
手段)、 14、14a、14b…記憶装置、 15…
画像処理用計算機、 16…プロセスの異常診断装置
(計算機)、 17…外部記憶装置、 18…入力手
段、 19…表示手段(出力手段)、 21…電子銃、
22…磁界レンズ、 23…磁界レンズ、 24…偏
向器、 25…検出器(撮像装置)、 26…アンプ、
27…高圧電源(加速電圧付与手段)、 2…チップ1 ... Wafer (object to be inspected), 7 ... Stage, 8 ...
A / D converter, 9 ... Delay circuit, 10 ... Comparison / defective determination circuit, 11 ... System control computer, 12 ... Stage control circuit, 13 ... Input switching circuit (predetermined position selecting means), 14, 14a, 14b ... Storage device, 15 ...
Image processing computer, 16 ... Process abnormality diagnosis device (computer), 17 ... External storage device, 18 ... Input means, 19 ... Display means (output means), 21 ... Electron gun,
22 ... Magnetic field lens, 23 ... Magnetic field lens, 24 ... Deflector, 25 ... Detector (imaging device), 26 ... Amplifier,
27 ... High-voltage power supply (accelerating voltage applying means), 2 ... Chip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 有俊 東京都青梅市今井2326番地株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (56)参考文献 特開 平8−128976(JP,A) 特開 昭64−59750(JP,A) 特開 昭62−22010(JP,A) 特開 平2−216037(JP,A) 特開 平7−239309(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 23/00 - 23/227 G01N 21/84 - 21/958 H01L 21/66 G06T 7/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Aritoshi Sugimoto 2326 Imai, Ome City, Tokyo, Hitachi, Ltd. Device Development Center (56) References JP-A-8-128976 (JP, A) JP-A-64 -59750 (JP, A) JP 62-22010 (JP, A) JP 2-216037 (JP, A) JP 7-239309 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl) . 7, DB name) G01N 23/00 - 23/227 G01N 21/84 - 21/958 H01L 21/66 G06T 7/00
Claims (6)
出射された電子線を複数個の同一パターン群が規則的に
配列された被検査対象に対して集束させるレンズ系と、
集束された電子線を走査する偏向器と、前記被検査対象
から発生する電子を検出する検出器と、該検出器から得
られる電子による画像信号をディジタル画像信号に変換
するA/D変換器と、該A/D変換器から得られるディ
ジタル画像信号から前記被検査対象上の特定個所におけ
るパターンの特徴量を算出し、該算出されたパターンの
特徴量に基いて良品の規格に対して適合・不適合を判断
し、更に前記検出器から得られるパターン群に応じた画
像信号同士を比較して不一致部を抽出して欠陥を検出す
る計算手段とを備えたことを特徴とする電子線によるパ
ターン検査装置。1. An electron gun that emits an electron beam, and a lens system that focuses the electron beam emitted from the electron gun on an object to be inspected in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged.
A deflector for scanning a focused electron beam, a detector for detecting electrons generated from the object to be inspected, and an A / D converter for converting an image signal by the electrons obtained from the detector into a digital image signal. , A feature amount of a pattern at a specific portion on the inspection target is calculated from a digital image signal obtained from the A / D converter, and conforms to a standard of good product based on the calculated feature amount of the pattern. A pattern inspection by an electron beam, which comprises a calculating means for judging nonconformity and further comparing image signals corresponding to a pattern group obtained from the detector to extract a mismatched portion to detect a defect. apparatus.
出射された電子線を複数個の同一パターン群が規則的に
配列された被検査対象に対して集束させるレンズ系と、
集束された電子線を走査する偏向器と、前記被検査対象
から発生する電子を検出する検出器と、該検出器から得
られる電子による画像信号をディジタル画像信号に変換
するA/D変換器と、該A/D変換器から得られるディ
ジタル画像信号から前記被検査対象上の特定個所におけ
るパターンの特徴量を算出し、該算出されたパターンの
特徴量に基いて良品の規格に対して適合・不適合を判断
する計算手段と、前記検出器から得られるパターン群に
応じた画像信号同士を比較して不一致部を抽出して欠陥
を検出する欠陥判定手段とを備えたことを特徴とする電
子線によるパターン検査装置。2. An electron gun that emits an electron beam, and a lens system that focuses the electron beam emitted from the electron gun on an object to be inspected in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged.
A deflector for scanning a focused electron beam, a detector for detecting electrons generated from the object to be inspected, and an A / D converter for converting an image signal by the electrons obtained from the detector into a digital image signal. , A feature amount of a pattern at a specific portion on the inspection target is calculated from a digital image signal obtained from the A / D converter, and conforms to a standard of good product based on the calculated feature amount of the pattern. An electron beam comprising a calculation means for judging nonconformity, and a defect judgment means for comparing the image signals corresponding to the pattern groups obtained from the detector to extract a mismatched portion and detect a defect. Pattern inspection equipment by.
加速を制御する加速電圧制御手段を有することを特徴と
する請求項1または2記載の電子線によるパターン検査
装置。3. The pattern inspection apparatus using an electron beam according to claim 1, further comprising an acceleration voltage control means for controlling acceleration of an electron beam incident on the inspection object.
特定個所の指定を、前記A/D変換器から得られるディ
ジタル画像信号と所望の標準パターンとの相関関係に基
いて行なうことを特徴とする請求項2記載の電子線によ
るパターン検査装置。4. The calculation means specifies the specific portion on the inspection object based on the correlation between the digital image signal obtained from the A / D converter and a desired standard pattern. The pattern inspection apparatus using an electron beam according to claim 2.
より複数個の同一パターン群が規則的に配列された被検
査対象に対して集束させて照射して前記被検査対象から
発生する電子を検出器により検出する電子による画像信
号検出工程と、この検出された電子による画像信号をA
/D変換器によりディジタル画像信号に変換し、この変
換されたディジタル画像信号から前記被検査対象上の特
定個所におけるパターンの特徴量を算出してこの算出さ
れたパターンの特徴量に基いて良品の規格に対して適合
・不適合を判断し、前記変換されたパターン群に応じた
画像信号同士を比較して不一致部を抽出して欠陥を検出
する検査工程とを有することを特徴とする電子線による
パターン検査方法。5. An electron generated from an object to be inspected by focusing and irradiating an object to be inspected in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged by a lens system with an electron beam emitted from an electron gun. A step of detecting an image signal by an electron for detecting the
A digital image signal is converted by a D / D converter, a characteristic amount of a pattern at a specific location on the inspection object is calculated from the converted digital image signal, and a non-defective product is obtained based on the calculated characteristic amount of the pattern. An inspection process for determining conformity / nonconformity with a standard, comparing image signals according to the converted pattern groups, extracting a mismatched portion, and detecting a defect. Pattern inspection method.
れた被検査対象から画像信号を検出する検出器と、該検
出器から得られる画像信号をディジタル画像信号に変換
するA/D変換器と、該A/D変換器から得られるディ
ジタル画像信号から前記被検査対象上の特定個所におけ
るパターンの特徴量を算出し、該算出されたパターンの
特徴量に基いて良品の規格に対して適合・不適合を判断
する計算手段と、前記検出器から得られるパターン群に
応じた画像信号同士を比較して不一致部を抽出して欠陥
を検出する欠陥判定手段とを備えたことを特徴とするパ
ターン検査装置。6. A detector for detecting an image signal from an object to be inspected in which a plurality of identical pattern groups are regularly arranged, and an A / D conversion for converting the image signal obtained from the detector into a digital image signal. And a digital image signal obtained from the A / D converter to calculate a feature amount of a pattern at a specific location on the inspection target, and based on the calculated feature amount of the pattern, a standard of good product is obtained. It is characterized by comprising a calculation means for judging conformity / nonconformity and a defect judgment means for comparing the image signals corresponding to the pattern groups obtained from the detector to extract a non-coincidence portion and detecting a defect. Pattern inspection device.
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