JP4186464B2 - Charged particle beam scanning system - Google Patents

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Description

技術分野
本発明は、荷電粒子ビームを試料上の所定の位置に照射する荷電粒子ビーム走査式装置に属し、特にビーム照射位置の測定を行う装置に関する。
背景技術
荷電粒子走査式装置では、ビーム照射位置の位置ずれを生じさせる１つの要因である偏向歪等の光学系起因のものによる位置ずれの補正を行うことが多い。しかし、実際に偏向を行う高速走査動作状態では、回路の周波数特性やフィルタ時定数による波形の変化や、積分回路のオペアンプもしくはトランジスタの歪、コンデンサや抵抗のリーク電流、クロストーク、ノイズ（スイッチングノイズなど）、グリッチ、デジタルフィードスルー雑音が発生し、前記偏向歪の調整時等の測定時には生じなかった位置ずれが発生する。従って、これらの要因によるビーム照射位置の位置ずれを測定する為に偏向歪等の位置ずれ測定とは独立して偏向動作時のビーム照射位置の測定を行う必要がある。
ビーム走査信号を生成する偏向制御装置は、特開平５−２５８７０３号公報に示されている荷電粒子ビーム走査式自動検査装置の例がある。特開平５−２５８７０３号公報では、偏向回路部をアナログ積分回路で構成したアナログ方式が示されている。前記公報で示される方式で生成される信号は、ランプ波形で、制御可能な状態量は、ランプ波の傾斜量であるスロープ値、ランプ波の振り戻し量であるリトレース値である。また、スロープ値で指定されるアナログ信号の傾斜量は調整値であるラインサイズ値と比較され、リトレース値で指定されるオフセットは調整値である片寄り値と比較され、それぞれアナログフィードバックし、走査信号を一定に保っている。このようなアナログ方式では、ランプ波の傾斜部分は一定の直線であることが望ましく、この場合、偏向信号の歪もしくはビーム照射位置の位置ずれは直線性歪と呼ばれる。偏向動作時のビーム照射位置の測定の１つの形態である前記直線性歪の測定の１つの方法は、特開平７−２２３０３号公報記載の前記アナログ積分回路と同様な構成のラインジェネレータを用いた電子線描画装置において示されている。特開平７−２２３０３号公報記載のラインジェネレータの直線性歪の測定方法は、始点レジスタまたは終点レジスタの設定値を一定のステップで変化させ、各々のステップにおいて走査開始から始点あるいは終点レジスタと同じ値の偏向電圧を検出するまでの時間を測定する方法と、特開昭６３−８６５１７号、特開平７−１３０５９７号公報にも示されている様に、試料上に等ピッチに配列された直線標準マークをラインジェネレータ信号によって電子ビームで走査し、標準マーク横切るときの反射電子検出信号の変化点をトリガとして、走査開始信号からマークを横切るまで時間およびマーク間の時間間隔を測定する方法が示されている。
荷電粒子ビーム走査式自動検査装置は、荷電粒子ビームを偏向し、ウェハやマスク等の被検査物上をスキャンすることで被検査物の物理的性質を現した画像を得、取得した画像パターンを比較もしくは評価することで検査を行うものとして知られている。前記検査装置において、集積回路のデザインルールの微細化等による微細欠陥検出の要求に従い、分解能の向上が望まれている。また、例えば８インチウェハの全面検査は数１０時間オーダの膨大な時間がかかっており、検査時間短縮の要求がある。前記検査装置の分解能は偏向走査位置精度に依存するところが大きく、また偏向速度の高速化により検査時間短縮が図れることから、荷電粒子ビームの偏向走査において、線幅以下の高精度位置制御技術かつ高速に走査を行う偏向技術が要求されている。またウェハサイズの大型化、例えばウェハ直径１２インチ化による検査面積の増大に伴い、更に高速高精度化の要求が高まっている。
このような検査装置の場合、要求精度は、例えば、０．１μｍのスポットである電子ビームを０．１μｍ間隔で検出を行い、数１００μｍの偏向範囲にわたって偏向する場合では、その誤差は理想的には前記スポットの１０分の１程度であるので０．０１μｍ以下の誤差、つまり出力範囲の数万分の１以下の誤差により位置決めされねばならない。さらに前記スポット及び間隔が０．０５μｍの場合はその倍の精度が要求される。また、時刻精度は、例えば画像データ取り込み間隔時間が１０ｎｓの場合、偏向走査信号にアナログランプ波を使用すると１ｎｓ以下での時刻安定性が要求され、さらに画像データ取り込み間隔時間が５ｎｓの場合は５００ｐｓ以下の精度の時刻安定性が要求される。
前記、電子線描画装置における、前記特開平７−２２３０３号公報、特開昭６３−８６５１７号、特開平７−１３０５９７号公報に示すラインジェネレータの直線性歪測定方法は、試料上のマーク間の通過時間を測定するものである為、前記検査装置の要求精度を満たすには少なくとも１ｎｓもしくは５００ｐｓ以下（周波数１ＧＨｚもしくは２ＧＨｚ以上）の時刻精度が必要であるが、前記１次（反射）電子検出信号のスレシホールドを決定する素子にもジッタがあるため実現困難であり、また測定精度がマーク間隔に依存する問題があるが、マーク幅及びマーク間隔を０．０５μｍにて描画することは実現困難である。
また、前記検査装置において、特に基板上に形成されたあるチップと別のチップとの比較、すなわち離れた位置のパターンの比較を行うことで半導体パターン欠陥を検査する場合、前記回路の周波数特性やフィルタ時定数による波形の変化や、クロストーク、ノイズ（スイッチングノイズなど）、グリッチ、デジタルフィードスルー雑音などの要因により生じる特定画素の位置ずれにより、正常な個所を欠陥であると判定する虚報が生じ、比較検査の感度が低下するという問題がある。このような要因の位置ずれは、前記公報による直線性歪測定方法では、検査装置における各画素においての位置ずれの測定が為されないため検出されない場合があるという問題が生じる。
以上より、本発明の第一の目的は、荷電粒子ビームを走査することにより検査を行うビーム走査式検査装置に関し、実際の検査時におけるビーム偏向走査位置もしくは検出画素位置の位置ずれを、短時間で要求精度以上の優れた精度に測定する方法もしくは装置を提供することであり、さらに補正手段により前記位置ずれを補正することにより、虚報を低減させ、高感度な比較検査に必要な正確なパターン情報を得ることを可能とする検査装置を提供することにある。
また本発明の具体的な目的は、上記課題を解決するために、実際に荷電粒子ビームを走査してえられた画像データをもとに位置ずれを測定する方法もしくは装置を提供することにあり、さらに偏向走査動作により発生する位置ずれを補正する方法もしくは装置を提供することにある。
発明の開示
上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子ビーム走査式装置において、以下のような手段により実現する。
（１）荷電粒子ビームを所定の位置に照射する荷電粒子ビーム走査式装置において、物理的性質または構造の境界により１つもしくは複数の登録されたパターンが描かれた試料上にビームを照射することにより生じる生成物を取り込み、前記登録パターンの画像情報を得、前記画像情報から算出した画像上のパターン境界位置情報と前記登録パターンの境界位置情報との差異を検出することで、ビーム照射の位置もしくは位置ずれを測定する。
これにより、画像データによるビーム照射の位置もしくは位置ずれの測定が可能となり、実際に荷電粒子ビームを走査して偏向動作を行っている時のビーム照射の位置もしくは位置ずれ測定が可能となる。
（２）荷電粒子ビームを所定の位置に偏向する荷電粒子ビーム走査式装置において、物理的性質または構造の境界により１つもしくは複数の登録されたパターンが描かれた試料と、ビームを試料上の所望の位置に偏向するための制御を行う偏向制御手段と、前記試料上にビームを照射することにより生じる生成物を前記偏向制御手段から入力されるビーム照射タイミング信号を基に取り込むことで画素データを生成し、前記画素データを前記試料上の所定の領域について取得することにより試料画像情報を取得する画像取得手段と、前記登録パターンを含む試料の画像情報を基に、画像上の境界位置を算出することで取得された各画素の位置もしくは位置ずれを測定する位置ずれ測定手段により構成する。
これにより、実際に荷電粒子ビームを走査して画像データを得、画像データによるビーム照射の位置もしくは位置ずれの測定が可能となり、実際の偏向走査による高速動作状態での偏向走査位置の測定が可能となる。
（３）前記画像取得手段を、前記試料上にビームを照射することにより生じる生成物を取り込み、前記生成物の量を反映したアナログ電気信号に変換する生成物取り込み手段と、前記偏向制御手段から所望のビーム照射位置の照射タイミングを示す同期信号と前記アナログ電気信号から、前記所望の照射位置での前記生成物の量を表した画素データを生成する画素データ生成手段と、前記偏向制御手段から得られるビーム照射位置情報と前記画素データとを関連付けることにより画像情報を生成する画像情報生成手段により構成する。
これにより、前記生成した画像情報から前記試料上の物理的性質や構造などの境界位置が測定可能な画像情報が取得できる。
（４）前記位置ずれ測定手段を、前記試料上に、ある境界を境に物理的性質や構造が異なることによる前記生成物の量が異なる少なくとも２つの領域があり、所定の面積を持つビームの照射が前記境界を含む位置の集合に含まれるある位置１に対して行われた場合に生じる生成物の量１が、前記位置１での照射領域内の前記少なくとも２つの領域における各領域の単位面積の生成物の量と照射面積の積の総和によって定まり、前記境界からの距離もしくは位置によって定まることを利用し、前記画像取得手段から得られる前記生成物の量１を所定の多階調値に変換した画素データ１より、ビーム照射領域の中心位置から前記境界位置への相対位置１を、前記照射領域の大きさと前記多階調値の分解能に依存する精度で算出する境界位置算出手段と、前記境界位置算出手段により算出される前記相対位置１と取得画像情報の有する画素位置情報１の組を複数用い、取得画像上の境界パターン位置を算出する境界パターン算出手段と、前記境界パターン位置と登録された境界情報を基に、各取得画素の所望の位置からのずれ量を算出するずれ量算出手段により構成する。
これにより、画素検出タイミングが正確に境界上になくとも、ビーム照射領域が境界上にあるだけで、正確なビーム照射位置を算出でき、画像情報を基にビーム照射位置もしくは位置ずれ量を測定することが可能となる。
（５）測定を行う所定の位置に登録パターン境界を配置し、実際に前記装置が駆動する動作または近い動作を行うことで、実際の装置駆動動作状態におけるビーム照射の位置もしくは位置ずれを測定する。
これにより、オフラインの静的な測定でなく、装置を実際に動作させる状態での位置ずれ測定もしくは精度評価が可能となる。
（６）所定方向のビーム走査もしくはスリット状のビーム照射により線画像を取得し、これを前記線画像の長手方向とは垂直の方向にずらして複数回にわたり前記線画像取得を実施する偏向動作を行う。
これにより、前記画像情報を基に前記単一方向の各画素位置の位置ずれと前記垂直方向の各画素位置の位置ずれを、独立して少なくともどちらか一方を測定することが可能となる。
（７）ビーム走査動作に起因する位置ずれ以外の要因である偏向歪補正が為された状態もしくは偏向歪の影響が少ない状態において測定する。
これにより、ビーム走査動作のみに起因するビーム照射位置の位置ずれを測定することが可能となる。
（８）前記登録パターンにおいて、パターン境界が、前記単一方向に対して位置ずれ測定精度に応じた所定の傾斜を有する直線を１つもしくは複数持つ。
これにより、図形境界を横切る画素の位置が正確にかつ、連続した画素の位置もしくは位置ずれが測定可能となる。また、傾斜の角度が大きい程、高精度な測定が可能となる。
（９）前記登録パターンにおいて、パターン境界が、前記単一方向に対して所定の垂直度を持つ直線を１つもしくは複数持つ。
これにより、走査方向の基準位置が測定可能となり、走査位置全体のずれが測定できる。また、複数設置することにより走査方向の直線性の評価が可能となる。
（１０）前記登録パターンにおいて、パターン境界が、前記単一方向に対して所定の平行度を持つ直線を１つもしくは複数持つ。
これにより、走査方向と垂直な方向の位置ずれの測定が可能となる。
（１１）前記位置ずれの情報から、偏向走査位置または偏向走査位置に対して偏向歪補正を行った偏向制御位置または画素番号または偏向走査開始時刻からの時間に対応する走査位置ずれ補正データを作成する前記測定手段と、前記補正データを受け取り、偏向走査位置または前記偏向制御位置または画素番号または偏向走査開始信号の入力を受け位置ずれ分の補正情報を生成する偏向走査補正手段と、前記偏向走査補正手段により生成された偏向走査補正情報と前記偏向制御手段において生成される偏向走査位置情報もしくは前記偏向制御位置情報をデジタルもしくはアナログ的に加算する加算手段により構成する。
これにより、前記測定手段により測定された偏向走査位置ずれの補正が可能となる。
（１２）所定の関数に基づき偏向歪補正を行う偏向歪補正手段と、偏向走査位置に対応する位置ずれを補正する位置ずれ補正係数データ作成手段とを具備し、偏向歪補正の前記関数の係数データと前記位置ずれ補正係数データ作成手段により算出される係数データを加算した補正係数データを前記関数の形態を決める係数として偏向歪補正手段に与える。
これにより、偏向歪補正手段を有する装置において、偏向走査位置ずれ補正手段を特に用意しなくとも偏向走査位置ずれの補正が可能となる。
（１３）前記位置ずれ測定の実行を行う所定の作業に対する操作手段を具備し、前記登録パターンが描かれた試料の供給および登録パターン情報の入力を自動もしくは手動操作にて行うことで測定準備を行い、前記操作手段により逐次測定パラメータ及び開始の指定を行うことで自動的に位置ずれ測定または測定と測定結果の表示または測定と測定結果の補正手段への反映を行う。
これにより、設定変更を行ったときに自動的に位置ずれ測定と補正を高速かつ自動的に行うことが可能となり、利用者がその状態を把握することが容易になり、かつ常に装置を高精度な状態に保てるように管理することができる。
（１４）前記装置が、試料上に荷電粒子ビームを照射することで所定の位置における試料の情報を取り込み、前記情報の処理を行うことで試料の検査を行う荷電粒子ビーム走査式検査装置において構成する。
これにより、荷電粒子ビーム走査式検査装置において、実際の検査時におけるビーム偏向走査位置もしくは検出画素位置の位置ずれを、要求精度以上の短時間かつ優れた精度で測定もしくは補正することが可能となり、正常な個所を欠陥であると判定する虚報を低減させ、高感度な比較検査に必要な正確なパターン情報を得ることが可能となる。また、補正を行わないもしくは補正できない場合においても、位置ずれを測定可能とすることで、虚報位置の予測が可能となる。
（１５）試料上に荷電粒子ビームを照射し、所定の位置における試料の情報を取り込み、試料上の離れた位置に形成された第１のパターンと第２のパターンの比較を行うことでパターン欠陥を検査する荷電粒子ビーム走査式検査装置において、前記位置ずれの測定を検査条件の変更時に行い、その結果を偏向走査位置ずれ補正手段もしくは比較検査を実行する画像処理手段もしくはその両方へ与えることにより補正を実施する。
これにより、検査条件の変更時、ビームの偏向動作状態が異なることにより画素検出位置のずれが生じる場合においても逐次補正を行うことが可能となり、また、補正手段を用意しなくとも、比較検査を実行する画像処理手段において画素位置の測定値をもとに画素データの修正が可能となり、虚報が生じることなく、高感度な比較検査に必要な正確なパターン情報を得ることが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
（本発明の実施例における荷電粒子走査式装置の構成概要）
第１図に示す実施例は、本発明の実施例における荷電粒子ビーム走査式装置の構成についての単純な一例を示すものである。
荷電粒子ビーム１０を試料１１に照射し、そのとき発生する生成物を試料１１の情報として取り込み、前記情報を画像取得手段１３にて画素データとし、前記画素データをビーム偏向位置と関連付ける処理が施され試料１１の画像データとする。このとき前記生成物は，第１図は２次電子の例で構成されているが、試料の情報を反映するものであれば２次電子であっても，反射電子であっても，透過電子であっても構わない。また画像取得手段１３はビームを所定の位置に偏向する偏向制御手段１４からビーム走査位置と前記情報の取り込みタイミングを規定するビーム照射タイミング信号１８を得る。偏向走査位置の位置ずれを測定する目的で試料１１上に描かれた１つもしくは複数の物理的性質または構造の境界を持つ登録されたパターンデータを保持する位置ずれ測定手段１５は、前記登録パターンが描かれている試料上の位置を試料台制御手段１６と偏向制御手段１４に送り、試料台制御手段１６は試料１１上に描かれた登録パターンを偏向領域内へ移動し、偏向制御手段１４は試料１１上に描かれた登録パターンの荷電粒子ビームによる走査を実施する。位置ずれ測定手段１５は、保持する登録パターンデータと画像取得手段１３からの前記画像データより算出される画像上のパターン境界位置とのマッチングをとり，その差異を検出することにより偏向走査位置のずれもしくは任意の各ビーム照射位置もしくは各画素位置の位置もしくは位置ずれを測定する。
画像取得手段１３は、生成物取り込み手段１２と画素データ生成手段１０３と画像情報生成手段１０４から構成される。生成物取り込み手段１２は、前記試料上にビームを照射することにより生じる生成物を取り込み、前記生成物の量を反映したアナログ電気信号に変換する。画素データ生成手段１０３は、偏向制御手段１４から所望のビーム照射位置の照射タイミングを示すビーム照射タイミング信号１８と前記アナログ電気信号から、前記所望の照射位置での前記生成物の量を表した画素データを生成する。また、画像情報生成手段１０４は、偏向制御手段１４から得られるビーム照射位置情報と前記画素データとを関連付けることにより画像情報を生成する。このようにして、前記画像取得手段では、前記生成した画像情報から前記試料上の物理的性質や構造などの境界位置が測定可能な画像情報を取得する。
位置ずれ測定手段１５は、境界位置算出手段１０５と境界パターン算出手段１０６とずれ量算出手段１０７から構成される。境界位置算出手段１０５では、画像取得手段１３から得られる前記生成物の量を所定の多階調値に変換した画素データより、ビーム照射領域の中心位置から前記境界位置への相対位置を、前記照射領域の大きさと前記多階調値の分解能に依存する精度で算出する。ここでは、前記試料上に、ある境界を境に物理的性質や構造が異なることによる前記生成物の量が異なる少なくとも２つの領域があり、所定の面積を持つビームの照射が前記境界を含む位置の集合に含まれるある位置１に対して行われた場合に生じる生成物の量１が、前記位置１での照射領域内の前記少なくとも２つの領域における各領域の単位面積あたりの生成物の量と照射面積の積の総和によって定まり、前記境界からの距離もしくは位置によって定まることを利用する。境界パターン算出手段１０６では、前記境界位置算出手段により算出される前記相対位置と取得画像情報の有する画素位置情報の組を複数用い、取得画像上の境界パターン位置を算出する。また、ずれ量算出手段１０７では、前記境界パターン位置と登録された境界情報を基に、各取得画素の所望の位置からのずれ量を算出する。このようにして前記位置ずれ測定手段は、画像情報を基にビーム偏向位置もしくは画素位置のずれ量を測定する。
また、前記位置ずれを偏向走査位置にて補正する場合は、位置ずれ測定手段１５から前記位置ずれ情報を偏向制御手段１４に付随する偏向位置補正手段１７に転送することより実現する。さらに、検査装置の場合、位置ずれの補正は検査時に画像処理により画像データの補正を行う事で実施する事が可能であり、この場合、前記位置ずれ情報は、後述する第２図に示される検査装置の画像処理部に転送される。
（検査装置概要）
第２図は、本発明の実施例における応用例である荷電粒子ビーム走査式検査装置の詳細な実施例である。但し、本発明は、前記検査装置について示したものであるが、ビーム光源からのビームを偏向してビーム走査を行う全ての装置、例えば描画装置、顕微鏡（ＳＥＭ）などにも応用可能である。
第２図に示す制御装置を大きく分けると、電子光学系装置２０、画像処理系装置２１、偏向制御系装置２２、ステージ制御系装置２３がある。前者３つと高さセンサ２４は、バス２５により上位制御ＣＰＵ２６に接続され、統括制御される。さらにステージ制御系２３と上位制御ＣＰＵ２６は、ＬＡＮ２７によりシステム制御ＣＰＵ２８に接続され、システム全体の動作に関わる制御が行われる。ここでは、第１図において画像取得手段１３は画像処理系装置２１、位置ずれ測定手段１５は上位制御ＣＰＵ２６もしくはシステム制御ＣＰＵ２８、偏向制御手段１４は偏向制御系装置２２、試料台制御手段１６はステージ制御系装置２３に対応している。
電子光学系装置２０は、各種電源や電流の制御を行い、電子ビームの状態制御を行なう。例えば、電子銃２９からのビーム３０を、加速し、焦点コイル３８などによるレンズ作用を利用して、ウェハ３１上に照射される電子ビーム３０の光軸調整、焦点・非点調整と照射強度を制御する。検査欠陥のサイズや分解能に関連するビーム径の拡大縮小は、焦点絞りで行い、照射強度の制御は、ビーム電流、加速電圧やリターディング電圧等で制御する。ビーム電流は、後述するブランキング電極に電圧が印加されているときにファラデーカップ３７に流れ込む電流値で計測される。
検出器３２は、ウィーンフィルタ偏向器３３により偏向されたウェハ３１から発生する２次電子を取り込み、２次電子量を濃淡デジタル情報に変換し、画像処理系装置２１へ送る。
画像処理系装置２１は、ウェハ３１上に形成されたパターンの情報の比較検査によってウェハ上に形成された欠陥の種類と欠陥位置等の検出を行う。この時、システム制御ＣＰＵ２８は前記欠陥のデータを直接受け取り、検査結果の表示やオペレータの操作に従った制御を行なう。本発明においては、システム制御ＣＰＵ２８にて、既知図形のデータを保持し、前記図形の画像取得制御と、得られた画像と既知図形データの比較を行い、偏向走査位置ずれの測定を行う。
ビームを偏向するタイミングと、検出器３２から入力される画像情報を取り込むタイミングを一致させる為、偏向制御系装置２２は、画像処理系装置２１にタイミング信号を伝送している。第１図では、前記タイミング信号をビーム照射タイミング信号１８として特記している。また第１図の生成物取り込み手段１２は、検出器３２に対応する。
ステージ制御系装置２３は、レーザ干渉計によるステージ位置情報を基にステージ３９つまり検査対象であるウェハ３１等の試料の位置及び移動速度を制御する。
偏向制御系装置２２は、まず被検査時以外は電子ビーム３０をウェハに照射させないようにブランキング電極３４のオン／オフを行う。また非点の補正制御とビームの偏向制御を行う偏向器３５と、焦点補正を行う動焦点コイル３６を制御する。偏向器３５は、８極板もしくはそれ以上の極数を持つ静電偏向器で構成され、電圧制御にて電子ビーム３０を偏向させてウェハ３１上のビーム照射位置を制御する。偏向制御系装置２２は検査シーケンスに従いビームを走査する機能に加え、偏向歪、ドリフト等の補正演算と、ステージ位置の追従演算及び本発明である偏向走査位置のずれ補正を行い、偏向器３５に与える制御値に反映させる。
以上より、検査装置または画像取得を行う装置において本発明は、前記登録パターンの描かれた試料と、前記位置ずれ測定手段に示した方法およびそれと同等な処理を行う測定プログラムを第１図における上位制御ＣＰＵ２６もしくはシステム制御ＣＰＵ２８相当部に用意すれば低コストで容易に実施可能である。描画装置などの画像取得装置が付随していない装置に関しても、本発明は第１図に示すような画像取得をおこなう装置を取り付けることによって容易に実現できる。
（走査シーケンスおよび比較検査概要）
第３図は、荷電粒子ビーム走査式装置の走査シーケンスの例と第２図に示す検査装置の比較検査の概要を説明した図であり、ここではそれぞれの本発明との関係を述べる。第３図（ａ）及び（ｂ）はスキャン方法、（ｃ）、（ｄ）はステージ移動方法、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は比較方法の例を示す。走査シーケンスはユーザの要求及び被検査物の電気的特性、要求精度との関係で決定すべきであり、図に示す方法を組み合わせたり、図以外の走査方法をとってもよい。本発明ではどのような走査シーケンスにおいても測定可能であり、したがって実際の装置稼動状態に近い走査方法にて測定を行うことができる。スキャン方法４０は、１方向にスキャンする方法で、点線部分は帰線部分でウェハにビームを照射しないようにブランクを行う。スキャン方法４１は往復方向にスキャンする方法で、帰線及びブランクが不必要なため高速動作に適するが、往路と復路での不均一性があるので位置精度がスキャン方法４０に劣る。この方式を使用する場合は、本発明では往路と復路で独立した位置ずれ検出または補正を行う。第３図（ｃ）はステージ連続移動方式でのウェハ上の前記スキャンの軌跡４２で、（ｄ）はステップアンドリピート方式でのスキャンの軌跡４３である。ステップアンドリピート方式は、１回にステージ停止状態で偏向領域分の画像を取得し、ステージのステップ動作で次の検査位置まで移動し、次の偏向領域分の画像を取得する動作を繰り返すことにより、前記複数の偏向領域分の画像をつなぎ合わせることでウェハの画像を得る。ステージ連続移動方式は、１スキャンあたりのウェハ上のビームの移動距離と、１スキャン時間のステージ移動距離をマッチングさせることで、偏向領域から逸脱せずにステージを停止しないで連続した画像を得る。第３図（ｃ）、（ｄ）に示すようにビーム走査方向は、ステージの往復方向について行われ、ウェハ全面についての検査を行う。ステージのステップ動作時間がないステージ連続移動方式の方が高速にかつ連続した検査が可能であるが、目標の位置が偏向領域から逸脱しないように、偏向制御あるいはステージの制御が必要となる。ステージ移動方向及びビームスキャン方向は、比較検査が可能などのような方向でもよいが、チップのパターンは矩形であることから、チップパターン方向に合わせてスキャンするのが良い。この場合、ステージ移動方向は、基本的にビーム走査方向とほぼ直交する。ステージ移動精度の観点からは、２軸連動で動作するより１軸単独で動作する方が精度が良い。このため、実際の検査装置においては、チップ方向すなわちウェハの向きをステージ軸に合わせることも行われる。
本発明にて既知図形の画像を取得する場合、上記のどの方法を用いても測定可能な画像を取得することは可能である。後述する偏向歪の補正があらかじめ行われるか、無視できる場合でステージの誤差混入を避けたい場合はスキャン方法４０とステップアンドリピート方式（ステージを停止させる方式）を使用する方法が適している。但し、登録パターンが偏向領域内に収まる場合は、ステージを全く移動させる必要はない。また、偏向歪要因による誤差混入を避けたい場合は、偏向領域の中心領域のある一定の場所にてスキャン方式４０の偏向走査を行い、ステージ連続移動方式にて画像を取得するを使用する方法が適している。以上より、本発明では、これらを組み合わせた測定を行うことにより各要因の誤差を分離できるため、測定精度の向上や、偏向歪やステージの誤差評価も可能となる。
第３図（ｅ）はパターン欠陥検査の例を説明した図である。パターン欠陥検査は、パターン画像の比較により行う。比較は、デザインデータとウェハ上のパターンの比較を行う手法と、ウェハ上において同パターンが描かれている位置の画像情報の比較を行う手法がある。比較単位はセル単位とチップ単位で比較するものがある。前者はメモリ等の微小なセルを規則正しく配列された素子に、後者はＣＰＵ、ＡＳＩＣ等のチップ全体に非繰り返しの複雑なパターンを形成したものに対応する。
第３図（ｅ）の例でセル５５とセル５６の比較を行う場合、ステージ制御装置及び偏向制御装置は連動してストライプ６５の走査を行い、画像処理装置はライン５８の画像取得後、既に取得されているライン５７と比較を行い、その差異から欠陥判定を行い、これをセル全域にわたって行う。従って偏向走査は前記セル比較においては、少なくともライン５７とライン５８の位置精度が確保されなければならない。同様にチップ比較検査の場合、チップ５９とチップ６０の比較検査に対し、ストライプ６６の走査が行われ、ライン６１とライン６２の比較が行われる。ここで、ステージ移動方向のウェハ上の検査領域をストライプ、１スキャンのウェハ上の検査領域をラインと呼ぶ。セルとセルの間隔はせいぜい１０μｍであるのに対して現在チップの幅は最大約３×１０↑４μｍあり、チップ比較はセル比較検査に比べ、単純比較では最悪約３０００倍の位置精度が要求される。また、チップ比較の場合、ステッパでの描画などウェハ上のパターンの描画手法に依っては位置誤差及びチップ位置回転誤差が発生しており、この場合チップ６０の実際の場所はチップ６３、ライン６２はライン６４にある事になり、単純にストライプ６６のように直線的な走査のみでは、チップ比較検査が実現出来ない問題があり、ストライプ６７のようにチップ位置の補正を行うことが行われる。このような誤差により、実際に比較が行われるチップ位置に対して、画像取得されたラインの位置が異なるという問題が生じる。
第３図（ｆ）、（ｇ）は、それぞれ、位置ずれがあった場合のセル比較におけるライン５７とライン５８の比較とチップ比較におけるライン６１とライン６２の比較状況を説明している。図の黒丸は、各画素の中心位置を示している。上記に示した様にラインの位置は正確に補正されるべきであるが、誤差を完全になくすのは困難である。前述のようにセル比較の比較を行うラインは近接した位置関係にあるため、それぞれの取得ライン位置におけるセルパターン上の相対位置誤差（ずれ）７０は小さい。そのため、第３図（ｆ）に示すように偏向走査位置ずれがあっても図の両矢印で示す比較検査を行う位置がすべて誤差７０で示す量の位置ずれであるため、比較検査は可能である。しかしチップ比較においては、比較を行うラインがウェハ上において離れた位置関係にあるため、誤差７１が大きくなる。この場合の比較検査は、画像処理において統計的処理を行い、比較パターンのマッチングが最も合う取得画像位置で行われるが、その結果の画素比較は概略、第３図（ｇ）の両矢印で示される位置で行われる。図に示すような偏向走査位置ずれによる画素位置が均等間隔でない部分があると、実際のパターンが正常であっても、異なる位置で比較を行うために欠陥であると判定する虚報を生じさせる。したがって、チップ比較においては本発明の実施例におけるように偏向走査位置もしくは位置ずれの測定および補正が不可欠となる。
（偏向出力信号およびタイミング信号）
第４図（ａ）は１スキャン中のビーム走査における偏向制御信号の概念を示し、偏向制御信号の一例を示すアナログ出力と代表的なタイミング信号との関係を説明した図である。図に示す制御信号の場合、偏向出力信号は、Ｘ軸とそれに垂直方向のＹ軸について制御信号を出力するが、図では１軸分を示している。図の例のように、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向のアナログ出力はおおむねランプ波４４の形状を呈す。隣接する画素間の試料上の距離を均等にするには、前記偏向制御信号は、第４図の破線に示す理想波形４５に示すような直線でなくてはならないが、ランプ波４４は正確には直線とはならない。そのため、ランプ波４４の波形の中でも直線に近い領域を使用する目的で、第４図（ａ）に示すスタート信号とエンド信号が規定される場合もある。
画像取得に必要な代表的な信号は、画像取り込み開始信号５１、同期信号である画像取り込みタイミング信号４６、画像取り込み有効信号４７などがあり、それぞれのタイミングの一例を示すと、第４図（ａ）のような関係となる。第１図におけるビーム照射タイミング信号１８は、具体的にはこれらの信号を示すが、特に画像取り込みタイミング信号４６が代表信号として対応している。本説明図に示す信号は、第２図においては、画像処理系装置２１に入力される。これらの信号により画像取り込み有効信号４７がアクティブであるときに前記画像取り込みタイミング信号の立ち上がりでウェハ情報を画素として取り込み、ウェハパターン画像を得ることが可能となる。
第４図（ａ）のランプ波の幅４９（正確にはランプ波の使用領域の時間幅）は、１画素の取り込み間隔と１スキャンの画素数により規定され、ランプ波の高さ５０（正確にはランプ波の使用領域の電位差）は、ウェハ上の画素間隔とウェハ上の距離に対する制御電圧値と１スキャンの画素数により規定される。第４図（ｂ）には、第４図（ａ）のランプ波の一部を拡大した曲線１１１と、それより傾きの大きなランプ波４８と、それぞれの場合の画素位置１０８、１０９を示す。ランプ波１１１とランプ波４８の違いのように、一般に、同一の制御回路では、回路の周波数特性、スルーレートなどの制限や、リーク電流、素子特性の歪などの影響でランプ波の傾きが大きいほど歪が大きくなる現象がある。第４図（ｂ）は、このような歪の大きなランプ波における画素位置１０９は、歪の比較的小さなランプ波１１１における画素間隔１０８より偏向走査位置ずれが大きいことを概念的に示している。検査装置などのようにスキャンの高速性が要求される用途においては、前記ランプ波の傾きが大きく、偏向走査位置ずれが大きな問題となる。このような位置ずれは、本発明により測定および補正が可能である。但し、上記から分かるように本発明の実施例において着目している偏向走査位置ずれ量は、ランプ波の幅４９及び高さ５０が変化すると、ランプ波の歪の状態が変化することにより影響を受ける。ランプ波の幅４９及び高さ５０の変化は、試料の交換、スキャン方向の変更、取り込み間隔、画素数、画素間隔設定変更で生じることから、本発明の実施例における偏向走査位置ずれの測定及び補正は、このような設定条件を変更する毎に行うことで常に高精度を保つことが可能となる。
第４図（ｃ）はデジタル方式偏向制御出力信号５３のグリッジの波形６８および、アナログ方式偏向制御出力信号のクロストークの波形６９と、それらが発生した場合の画素位置１１０を説明した図である。デジタル方式は、制御波形の出力にＤＡ変換器を使用するため、その特性により、グリッチもしくはデジタルフィードスルー雑音と呼ばれる局所的な歪を生じさせる。この歪は、ピコ〜ナノ秒オーダの非常に短い時間で生じる雑音であり、高速スキャン時ほど問題となる。またアナログ方式においても、スイッチング素子やデジタル信号などからのクロストークやすべての信号からの回り込みノイズの影響を受け、クロストークのランプ波形６９のように局所的な歪を生じさせる場合がある。これらの雑音により生じる出力波形の歪により、ある特定画素のみに偏向走査位置ずれ５４を発生させる。グリッジやクロストークは、ある決まった状況により発生するため、各スキャンに対して再現性があり、同じ画素位置で生じる傾向がある。したがって、このような位置ずれも本発明により偏向走査位置ずれの測定及び補正が可能である。但し、第４図（ｂ）に示した歪と同様に、前記設定の変更により、グリッチもしくはデジタルフィードスルー雑音、クロストークによる影響を受けた波形６８が変化する。そのため、上記のように本発明の実施例における偏向走査位置ずれの測定及び補正は、やはり設定条件を変更する毎に行うのが望ましい。なお、前記クロストークの影響や前記グリッチもしくはデジタルフィードスルー雑音の影響を測定するためには、静的（低速）な測定および測定を行う画素を間引いた測定では実現できず、本発明が目的とする実走査による測定と、連続した画素の測定精度が必要となる。
（偏向歪、走査歪）
第５図は、偏向歪と本発明にて着目している偏向走査位置ずれを説明する図である。光学系装置起因により、偏向領域のビーム照射位置に歪が生じる。前記歪は、ビーム経路上の電場または磁場の不均一な分布により生じる。歪の主な要因には偏向器電場の不均一性により生じる制御電圧に対するビーム偏向位置の歪、リターディング電圧の電界歪により生じるウェハ内歪、その他各種コイルもしくは電極の磁界、電界による歪、鏡体各部の磁化や帯電により生じる歪がある。
前記光学系歪の計測は、基準ウェハを用い、偏向領域内の走査時において、目標とするウェハ位置と実際の照射位置との差を算出することにより可能である。光学系歪のアライメントは第５図（ｂ）に示すようにマーク位置が均一に配置されている基準ウェハを用い、最小９点のウェハ上における所定箇所の位置を測定し、偏向制御領域全体における制御目標位置と実際のビーム位置との対応を示す、第８図に示す式１の如き座標変換式を求める。式１は、光学系の歪を補正して平面等方化するための投影処理を行う３次式で表される座標変換式である。上記光学系の歪は、樽型、糸巻き型歪などに代表されるように、３次方程式近似の座標変換式で表され、目標の位置を偏向器への制御値に対応させる前記変換式１の演算を行うことにより補正を行うことが可能である。この時使用するマークは前記ライン位置とウェハ上のマークの相対関係を測定するものであり、第５図（ｂ）に示すように偏向走査位置ずれの影響を低減するため十字型の形状をしたものが主に用いられる。第５図（ａ）の左側に示す偏向歪補正前の偏向領域７６は、偏向歪を視覚的に示した図であり、偏向領域内の正方形にとられた領域の目標位置を静的に直接、偏向器に与えた場合の、実際のビーム照射領域の一例を示す。式１に示す偏向歪補正を行うことにより第５図（ａ）の右側に示す偏向歪補正後の偏向領域７７のように目標位置である正方形領域となる。この時偏向走査の１ラインは図に示すように偏向歪補正前のライン７２の歪が偏向歪補正後のライン７３に示すように、ほぼ直線になる。しかし、偏向走査動作による動的要因により生じる位置ずれはまだ補正されていない。したがって、ライン７３を拡大し、画素の中心位置を黒丸にて模式的に示すと、第５図（ｃ）の偏向走査位置ずれ補正前のライン７４のようになる。ライン７４のような偏向走査位置ずれは偏向領域７７内のどの位置をスキャンしても同じずれを示す。これを本発明により測定し、偏向走査位置補正を行うことでライン７５のように画素間隔が均一になる。精度良く偏向走査位置ずれを補正する場合は、前記偏向歪の補正以外に、焦点、非点の補正及び調整も同時に行うことが要求される。
（測定方法）
第６図に本発明の実施例における偏向走査位置もしくは位置ずれの測定方法を示す。第６図（ａ）はビームスポット７８が円形状の場合のウェハ上に描かれたパターンの境界７９を横切る時の検出器出力８０を示す。描かれた図形の物理的特徴もしくは段差の深さによって検出器出力８０の濃淡差８１は異なる。そのため、本発明にて偏向走査位置の測定に用いる図形は、濃淡差異なるプロセスを複数用い、立体的な描画技術を用いてもよい。ビームスポットが前記境界上に位置する時、その濃淡度に依って境界との重なり度合いが分かるため、正確な位置測定が可能となる。本発明では所定の画素のビームスポットの一部がパターン境界を含む場合にその位置を正確に測定する。前記濃淡差の最大値は、パターン境界を通過する前と後とで測定され、その中間値は、図に示すように、ビームスポットの中心が境界中心上にあることを示す。偏向位置に対して濃淡度は図に示すような曲線で対応が取れるが、基準となるパターン境界のエッジ自体が偏向位置に対して滑らかに変化する場合があり、この場合は事前にパターン境界付近の偏向位置と濃淡度の対応を測定すべきである。これを避けるためには、基準となるパターン境界のエッジは、鋭くなるように加工すべきである。また、ビームスポットの径の大きさや形状により濃淡度の最大値と最小値の差や、前記曲線形状が異なるため、パターン境界からビームスポット中心（画素中心）までの距離と濃淡度の対応はビーム条件により設定する必要がある。第６図（ａ）右図は、ビームスポット７８がパターン境界７９に対してある程度の角度をもって横切る場合の検出器出力を示す。パターン境界からのビーム位置前記角度があらかじめ分かっている場合は、後述するパターン境界が偏向走査方向とある傾斜を持つ場合においても、ビームスポットと境界の重なりによる生じる濃淡度によって偏向位置が正確に測定できる。前記傾斜が十分な精度で分かっていない場合もしくは全く分かっていない場合でも、パターンが直線であれば、複数の画素による前記境界の計測によって統計的手法により前記傾斜角度が算出できる。さらに計測される各画素の濃淡度から、算出された直線からの距離が分かることにより各画素位置の測定を行うことが可能である。
第６図（ｂ）は偏向走査方向に垂直に移動してパターン画像を得る場合の、偏向走査方向に垂直なパターン境界８３の意義を示している。図は測定原理を説明するための説明図である。図の黒丸は画素の中心位置を示し、実際のビームスポット径とは対応していない。前記パターン境界８３により、同期信号の揺らぎ等で、ライン全体の揺らぎ誤差８２を偏向走査位置ずれから分離して高精度に測定することが可能となる。図に示す揺らぎ誤差がある場合、パターン境界８３は、取得画像境界８９として表示される。画像データもしくは表示画像においては各画素位置が均等に配置されていると仮定されているので、境界８９を境界８３に対して線対称に反転したデータが各画素の位置として算出される。偏向走査方向に垂直方向のライン全体の揺れは、本方式と、後述する偏向走査方向に対して大きな傾きを持ったパターン境界を用いて画像の取得を行い、１つの画素が複数回登録パターンと重なる方法にて測定できる。本測定により得られるライン全体の揺れは、前述のステージ移動方式がステップアンドリピートである場合は、偏向制御装置の位置決め精度に起因するもので、ステージ連続移動方式の場合は、基本的に走査を行う偏向位置は常に同じであるためステージ精度に起因するものとなる。但し、偏向制御起因のライン全体の揺らぎによる位置ずれは、偏向走査位置ずれの各画素のずれに比べて無視できる程度に非常に小さい場合が多い。
第６図（ｃ）は偏向走査方向に平行な図形境界８５の意義を示している。これにより、偏向走査方向とは垂直方向の偏向走査位置ずれが測定できる。偏向走査方向とそれに垂直な方向の偏向制御信号は、それぞれ独立した回路を用いて発生させる場合が多いので、それぞれ独立に偏向走査位置もしくは位置ずれが検出できることは意義が大きい。図の場合、図形境界８５は、取得画像境界９０として表示される。各画素の位置は、図形境界８５に対して線対称として反転したデータとなる。補正メモリなどの補正手段がある場合は、図の画素８４の様に、ある位置の画素を故意にずらして測定することにより、メモリアドレスなどの補正手段の補正位置と偏向位置との相対関係が形成できる。本手法及び前述した登録パターンの傾き算出手法などを組み合わせると、登録パターンの正確な位置や傾きを把握していなくとも偏向走査位置もしくは位置ずれの測定及び補正が可能となる。図上部はパターン境界とラインの位置関係を２通り示しており、上側は１ラインの殆どの画素がパターン境界と重なる場合で、下側は、２ラインに渡らないとすべての画素がパターン境界と重ならない場合を示す。ライン間隔は通常ビームスポット径とほぼ一致もしくはそれ以下で使用される場合が多く、図に示すように複数のラインに渡って測定を行えば画素とパターン境界が重ならないことはない。第６図（ｄ）に示すように、パターン境界が偏向走査方向とある傾斜を持つことで、各画素において精度良く偏向走査位置ずれが測定できる。図に示すように、パターン境界８６よりも傾斜の大きなパターン境界８７の方が、同一画素が複数回渡って測定されるため、平均化処理により、上述したパターン境界のエッジの影響やエッジの傾き誤差、ライン全体の揺れなどの影響が低減でき、測定精度が高い。ライン間隔は通常ビームスポット径とほぼ一致している場合で、１画素以下の測定精度であれば、傾斜は、偏向走査方向と４５度の角度を持っていれば十分であるが、要求精度に応じた傾斜を持つパターンを用いて偏向走査位置ずれを測定するべきである。パターン境界８６の取得画像境界８８の曲線は、前述したライン全体の偏向走査方向のずれと垂直方向の偏向走査位置ずれの影響も含んでいるため、同時に偏向走査方向と垂直方向の偏向走査位置ずれを測定し、演算に依ってそのずれ分をキャンセルすることで偏向走査方向のみの偏向走査位置ずれを算出することが可能である。この場合、登録パターンは、偏向走査方向の直線と、それに垂直方向及び所定の大きな傾斜を持つ直線を組み合わせたものとすることが理想である。但し、ライン全体の揺れが無視できる場合は、前記垂直方向の直線を省いても、傾斜が小さな直線を用いても、それぞれ独立して配置されていてもよい。位置ずれは、図の右側に示すように、理想の偏向方向（ｘ方向）及び、その垂直方向（ｙ方向）の偏向位置に対しての、前述したパターン境界とビームスポットの重なりから算出される。取得画像境界８８として表示される濃淡データの値は、ある画素が偏向方向にずれていることに依って生じる、各画素のパターンエッジからの距離を表す。このデータと、与えられるかもしくは算出したパターンの傾斜度と、各ラインの偏向位置ｙの位置により偏向方向の偏向走査位置および位置ずれが算出される。第６図（ｅ）は上記パターン境界を組み合わせた既知図形の例を示した。位置ずれは、前述により、基本的に偏向方向とその垂直方向に平行な辺を持つ直角三角形によって測定可能であるが、複数のパターン境界を持たせることは、誤差を低減させ、精度を向上させる。１ライン中に複数のパターン境界を横切らせる方法と、複数のパターンを連続配置して連続走査する方法がある。図の左側のように組み合わせた図形を描くことで、一度のシーケンスにて精度良く偏向走査位置ずれが測定できる。
また、パターン境界が偏向方向に傾斜を直接持たなくても、大まかな偏向位置の測定は可能である。大まかに偏向走査の位置ずれを測定する図形パターンの一例を第６図（ｆ）に示す。図左側に示す例では、直接傾斜は持たないが、偏向方向にライン全体をずらしてゆくことで、等価的にパターンを斜めに横切る走査を行っている。この場合の測定精度は偏向走査精度、ステージを移動する場合はステージ精度、ライン全体の位置精度に依存するため、前述した測定方法よりは測定精度が劣る。
本発明では、上述のように登録されたパターンの画像情報を実際に測定することにより偏向走査位置ずれを測定することが目的であり、登録されたパターンの構成はその目的に適した形態を持たせることが望ましい。以上のような方法にて偏向走査位置または位置ずれを精度良く測定することが可能となる。
（補正方法）
第７図は、本発明で測定した偏向走査位置ずれを補正する方法の概略を説明する図である。本部分は第１図において偏向位置補正手段１７として示されている。前述したように偏向走査位置ずれは、動的にビームを偏向することにより生じる。したがって、偏向走査位置ずれは、第５図において示唆したように、１ライン中の位置に対応させることができる。よって、第７図（ａ）の偏向走査位置ずれ補正手段９２の偏向走査位置ずれ補正手段入力信号９５は、ライン中のある基準位置からの相対位置を表す信号であることが適当である。偏向走査位置ずれ補正手段入力信号９５は、例えば、画素の位置を示す信号として画素番号を基にしたデータあるいは、１ライン中のある基準位置からの偏向距離を示す信号として偏向走査位置もしくは偏向制御信号を基に算出したデータなどが使用できる。
偏向走査位置ずれ補正手段９２の実現方法の１例として偏向走査位置ずれ補正手段９２にルックアップテーブル方式のメモリを使用する場合は、その偏向走査位置ずれ補正手段入力信号９５は前記メモリのアドレスに対応する信号となる。本方式の分解能および補正精度は、それぞれメモリアドレス信号のビット数および補正データのビット数により決定される。本方式は、メモリに格納されている値が補正値となるため、局所的な位置ずれがある場合でも補正可能であり、最も有効な補正手段である。一般にメモリ回路は、制御信号を発生する個所、すなわちＸ軸方向（走査方向）の位置ずれを補正するものと、Ｙ軸方向の位置ずれを補正するものを用意するが、精度との関係によってＸ軸方向（走査方向）の位置ずれを補正するもののみを使用しても、また、その他の制御回路に補正用のメモリ回路を複数用意しても良い。また偏向走査位置もしくは偏向制御信号を利用する場合のメモリのアドレス指定方法は、Ｘ座標もしくはＹ座標のいずれかの位置のみに対応させる方法と、ＸとＹ座標の両方の２次元位置に対応させる方法がある。
偏向走査位置ずれ補正手段９２の実現方法の１例として、位置ずれが所定の関数に近似できる場合は、偏向走査位置ずれ補正手段９２に、近似座標変換演算回路を使用することもできる。関数の形態は、ＸもしくはＹ座標の１変数を使用するのが、ＸＹ座標の２変数を利用するのか、また何次式であるのかによって異なる。第１０図に示す式３は、偏向走査位置ずれ補正関数の係数を偏向歪補正式の係数に変換する方法の例を示す式であり、２変数かつ３次式の場合を示した。この場合の偏向走査位置ずれ補正関数は、たまたま式１に示した偏向歪の補正関数と同じ形態をしているが、異なる種類の演算を行う。具体的には入力変数が異なり、偏向歪などの静的な歪の場合の入力変数は、偏向領域座標すなわち偏向位置（ｘ０、ｙ０）であったのに対し、偏向走査位置ずれ補正の場合の入力変数は、ライン中の基準位置からの相対位置（ｘｓ、ｙｓ）である。
位置ずれ測定結果の補正手段への反映は、メモリ方式の場合、上位制御系である偏向走査位置ずれ測定および補正データ生成手段９６が、偏向走査位置ずれ補正手段９２への偏向走査位置ずれ補正手段入力信号９５に対応した補正量を表すデータを作成し、前記入力信号をアドレスとし前記補正量を表すデータを補正データ９７としてメモリに書きこむことで行う。近似座標変換演算方式の場合、上位制御系である偏向走査位置ずれ測定および補正データ生成手段９６は、位置ずれ量を統計処理し、式３に示すような予め指定された近似式の係数を求め、前記係数を補正データ９７として偏向走査位置ずれ補正手段９２にあらかじめ与えることで、位置ずれ測定結果を補正手段に反映する。
偏向走査位置ずれ補正手段９２を、補正信号波形を作成するためのファンクションジェネレータ回路もしくはフィルタ回路の組み合わせ回路などのアナログ回路で構成することもできる。この場合の偏向走査位置ずれ補正手段入力信号９５は、ラインの開始信号であり、また、上位制御系である偏向走査位置ずれ測定および補正データ生成手段９６は、前記回路のシミュレーションモデルを使用し、前記回路の設定パラメータを算出して前記回路の補正データ９７を設定する。
偏向走査位置ずれ補正手段９２により出力されるデータは、位置ずれ分の補正情報を表しており、偏向制御信号９１とデジタルもしくはアナログ的に加算回路９３で加算することで、偏向走査位置ずれが補正された走査信号９４を得ることができる。ここで偏向制御信号９１は、もし偏向歪等の補正を行わない場合は偏向位置信号に対応する。前述したように、偏向走査位置ずれ補正手段９２は、ライン中の相対位置をその入力に用いるため、偏向制御信号９１とは個別に演算を行い最終段にて加算を行う必要がある。またデジタル的に加算する場合は、回路規模の増大が低減されるが、後段のアナログ回路によりさらに誤差が混入する問題がある。したがって精度を重視する場合は、回路規模の増大は避けられないがアナログ信号にて偏向回路の最終段にて加算する方が、補正すべき電圧値が補正値として加算できるため有利である。
第７図（ｃ）は、上述した近似座標変換演算方式の実現手段の変形として、偏向走査位置ずれ補正手段を全偏向位置に対して実時間で演算を行う回路として用意しないで、偏向歪等の補正演算回路９９の係数を変更するだけで偏向走査位置ずれ補正を実現する方法を示している。第９図に、偏向走査位置ずれ係数の偏向歪補正係数への変換演算１００の内容の例を式２にとして示した。式２は、偏向走査位置ずれ補正関数の次数が３次の場合の式である。式２上側に示す関数は、前述した数３の関数形態を基本とし、１変数かつ３次式の補正を行う場合の係数を示す。上述したように、この関数の入力値は、ラインの走査開始位置からの相対位置（ｘｓ、ｙｓ）であり、ラインの走査開始位置と前記相対位置の加算が、式１に示す偏向歪補正関数の入力である偏向位置（ｘ０、ｙ０）に対応することから、式２下側に示すように、偏向走査位置ずれ係数を、走査開始位置を変数に持つ偏向歪補正係数へ変換できる。ここで式２下側の関数ではＹ方向は省略した。したがって、第７図（ｂ）の偏向走査位置ずれ係数の偏向歪補正係数への変換演算手段１００は、偏向走査開始位置信号１０２の入力を受ける。変換演算手段１００の出力である変換された係数データは、偏向歪係数データと加算され、偏向歪等の補正演算手段９９に入力される。ここでの偏向歪等の補正演算手段９９は、偏向走査位置信号９８の入力を受け、偏向歪等の静的な歪みの補正に加え、偏向走査位置ずれの補正も同時に行った走査信号９４を出力することが可能となる。走査位置ずれ偏向歪係数変換演算１００は、１ライン単位で行えば良く、専用演算回路で構成しなくとも、プロセッサにて行うことが可能であり、偏向歪補正手段のみを有する装置において、偏向係数演算を行うプロセッサにて同時に演算を行うことにより、偏向走査位置の補正が可能となる。この場合、偏向歪補正回路を搭載されている回路においては、回路の改造を伴うことなく、本発明の実施例における偏向走査位置ずれ補正を行うことができる。
さらに、前記検査装置の場合、偏向走査位置の位置ずれを補正する手段として、その位置ずれ情報を画像処理系装置に対して転送することにより、画像比較時、位置ずれ情報を基に補間法などを用いて取得データの修正を行うことが可能となり、前記欠陥の誤検出を低減できる。
以上より、偏向走査位置ずれ測定手段により測定された結果を補正手段に反映することが可能となり、偏向位置精度の向上または欠陥の誤検出の低減が実現できる。
（操作パネル）
偏向走査位置ずれは、走査状態に依存するので、偏向走査位置ずれの測定と補正データ設定は、走査状態変更時、ウェハ等の被検査物の交換時、例えば１画素を０．１μｍから０．０５μｍに変更するなどの比較検査の精度設定の変更時に行うことが望ましい。この場合、全てを自動で短時間に行うことが望ましい。
上述の測定もしくは補正時に発生する作業は、システム制御部に対し走査を行う登録パターンの位置やパターン境界のデータのロードや、登録パターンが描かれている試料の試料室へのロード（既にロードされている場合やステージに備え付けられている場合は必要ない）、走査条件の入力、測定実行入力、システム制御部から偏向制御部への補正データの転送などである。自動実行は、上記走査条件が変更された時に、実行確認が提示され、実行を選択するなど、操作パネルの指示に従って、登録パターンが描かれている試料の試料室へのロード等を行う。この場合、走査を行う登録パターンの位置やパターン境界のデータのロードは、あらかじめシステム制御部に登録を行うことが必要である。ステージ上に既に試料を取り付けておき、各補正アライメント時やキャリブレーション時に自動実行してもよい。このときシステム制御部は、測定結果の視覚的表示、履歴データとしての記録、画像処理もしくは偏向制御装置にて実施する補正手段にデータを与えるなどの自動動作を行う。
以上のように、自動に行うことで、ユーザに要求する手間を低減しかつ、検査装置を常に高精度に保たれた状態に管理することが可能となる。
以上、本発明の実施の形態においての効果は以下の通りである。
画像データを用いて偏向走査位置もしくは位置ずれを測定することにより、次の効果が得られる。
（１）連続した画素の画素位置が高精度に測定できる。
（２）実際の走査状態における偏向走査位置もしくは位置ずれが測定できる。
（３）特定画素の局所的な位置ずれに対しても測定可能である。
登録パターンの配置および走査方法により次の効果が得られる。
（４）偏向走査位置もしくは位置ずれが、走査方向成分とそれに垂直な方向成分とで独立して測定できる。
（５）走査位置全体（ライン）の位置変動が、走査方向成分とそれに垂直な方向成分とで独立して測定できる。
偏向走査位置補正手段や自動検査操作手段を備えることにより次の効果が得られる。
（６）荷電粒子ビーム走査がなさている経過点においても、ビーム位置を高精度に制御することが可能になる。
（７）利用者が装置の校正状態を把握することが容易になり、さらに装置を常に高精度に校正された状態に保つことが可能になる。
検査装置において特に次の効果が得られる。
（８）実際の検査時における検出画素位置の位置ずれを、取得画像を利用して測定することにより、短時間に検査装置の要求精度以上の優れた精度で測定することが可能となる。
（９）画像処理、偏向制御装置の補正機能に位置ずれデータを供給することで、高感度な比較検査に必要な正確なパターン情報を得ることが可能になり、正常な個所を欠陥であると判定する虚報を低減させることが可能となる。
（１０）偏向動作状態を変化させても、前記状態変化起因の虚報が生じることなく、高感度な比較検査に必要な正確なパターン情報を得ることが可能となる。
（１１）検査装置として備えられた機能を使用するため、低コストで容易に実現可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の荷電粒子ビーム走査式装置の構成についての一例を単純に示す図であり、第２図は、本発明の応用例である荷電粒子ビーム走査式検査装置の詳細を示す図であり、第３図は、検査装置の走査シーケンスの例を説明した図、第４図は、ビーム走査の偏向出力信号と代表的なタイミング信号との関係を説明した図、第５図は、偏向歪と偏向走査位置ずれを説明する図であり、第６図は、本発明の偏向走査位置もしくは位置ずれの測定方法を説明する図であり、第７図は、本発明で測定した位置ずれを補正する方法を説明する図であり、第８図は、光学系の歪を補正して平面等方化するための投影処理を行う３次式で表される座標変換式（式１）であり、第９図は、偏向走査位置ずれ補正関数の次数が３次の場合を表す式２であり、第１０図は、偏向走査位置ずれ補正関数の係数を偏向歪補正式の係数に変換する方法の例を示す式３である。Technical field
The present invention relates to a charged particle beam scanning apparatus that irradiates a predetermined position on a sample with a charged particle beam, and more particularly to an apparatus for measuring a beam irradiation position.
Background art
In a charged particle scanning apparatus, misalignment due to an optical system such as deflection distortion, which is one factor causing misalignment of a beam irradiation position, is often performed. However, in the high-speed scanning operation state where deflection is actually performed, the waveform changes due to the frequency characteristics of the circuit and the filter time constant, distortion of the operational amplifier or transistor of the integration circuit, leakage current of capacitors and resistors, crosstalk, noise (switching noise) Etc.), glitches and digital feedthrough noise occur, and misalignment that did not occur during measurement such as adjustment of the deflection distortion occurs. Therefore, in order to measure the positional deviation of the beam irradiation position due to these factors, it is necessary to measure the beam irradiation position during the deflection operation independently of the positional deviation measurement such as deflection distortion.
An example of a deflection control apparatus that generates a beam scanning signal is a charged particle beam scanning automatic inspection apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-258703. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-258703 discloses an analog system in which a deflection circuit unit is configured by an analog integration circuit. The signal generated by the method disclosed in the above publication is a ramp waveform, and the controllable state quantities are a slope value that is the ramp wave slope amount and a retrace value that is the ramp wave return amount. The slope of the analog signal specified by the slope value is compared with the line size value that is the adjustment value, and the offset specified by the retrace value is compared with the offset value that is the adjustment value. The signal is kept constant. In such an analog method, it is desirable that the ramp portion of the ramp wave is a fixed straight line. In this case, the distortion of the deflection signal or the positional deviation of the beam irradiation position is called linear distortion. One method of measuring the linear distortion, which is one form of measuring the beam irradiation position during the deflection operation, uses a line generator having the same configuration as the analog integration circuit described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-22303. It is shown in an electron beam drawing apparatus. Japanese Patent Laid-Open No. 7-22303 discloses a method for measuring the linearity distortion of a line generator by changing a set value of a start point register or an end point register in a certain step, and in each step, the same value as the start point or the end point register. A method for measuring the time until the deflection voltage is detected, and linear standards arranged at equal pitches on the sample as disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-86517 and 7-130597 It shows how to scan a mark with an electron beam using a line generator signal and measure the time from the scanning start signal to the mark and the time interval between the marks, triggered by the change point of the reflected electron detection signal when crossing the standard mark. ing.
The charged particle beam scanning type automatic inspection device deflects the charged particle beam and scans the inspection object such as a wafer or mask to obtain an image showing the physical properties of the inspection object, and obtains the acquired image pattern. It is known to test by comparing or evaluating. In the inspection apparatus, it is desired to improve the resolution in accordance with a request for detecting a fine defect by miniaturizing a design rule of an integrated circuit. In addition, for example, the entire inspection of an 8-inch wafer takes an enormous amount of time on the order of several tens of hours, and there is a demand for reducing the inspection time. The resolution of the inspection apparatus largely depends on the deflection scanning position accuracy, and the inspection time can be reduced by increasing the deflection speed. In addition, there is a demand for a deflection technique for performing scanning. In addition, as the inspection area is increased by increasing the wafer size, for example, by increasing the wafer diameter to 12 inches, there is an increasing demand for higher speed and higher accuracy.
In the case of such an inspection apparatus, the required accuracy is, for example, when an electron beam, which is a spot of 0.1 μm, is detected at intervals of 0.1 μm and deflected over a deflection range of several hundreds of μm, the error is ideal. Is about one-tenth of the spot, so it must be positioned with an error of 0.01 μm or less, that is, an error of tens of thousands or less of the output range. Further, when the spot and the distance are 0.05 μm, the double accuracy is required. For example, when the image data capture interval time is 10 ns, the time accuracy is required to be 1 ns or less when an analog ramp wave is used for the deflection scanning signal, and when the image data capture interval time is 5 ns, the time accuracy is 500 ps. Time stability with the following accuracy is required.
In the electron beam drawing apparatus, the linear distortion measuring method of the line generator shown in the above-mentioned JP-A-7-22303, JP-A-63-86517, and JP-A-7-130597 is described as follows. Since the transit time is measured, a time accuracy of at least 1 ns or 500 ps (frequency 1 GHz or 2 GHz or more) is required to satisfy the required accuracy of the inspection apparatus, but the primary (reflected) electron detection signal The element that determines the threshold is difficult to realize due to jitter, and there is a problem that the measurement accuracy depends on the mark interval. However, it is difficult to draw with a mark width and mark interval of 0.05 μm. It is.
In the inspection apparatus, in particular, when a semiconductor pattern defect is inspected by comparing a chip formed on a substrate with another chip, that is, comparing patterns at distant positions, the frequency characteristics of the circuit Due to the change in the waveform due to the filter time constant, misalignment of specific pixels caused by factors such as crosstalk, noise (switching noise, etc.), glitch, and digital feedthrough noise, false information is generated that determines that a normal location is a defect. There is a problem that the sensitivity of the comparative inspection is lowered. Such a positional shift caused by the linear distortion measurement method disclosed in the above publication may not be detected because the positional shift is not measured at each pixel in the inspection apparatus.
As described above, the first object of the present invention relates to a beam scanning type inspection apparatus that performs inspection by scanning a charged particle beam, and the positional deviation of the beam deflection scanning position or the detection pixel position at the time of actual inspection is reduced in a short time. In order to provide a method or apparatus for measuring with an accuracy exceeding the required accuracy, and by correcting the positional deviation by a correction means, the false pattern is reduced, and an accurate pattern necessary for high-sensitivity comparison inspection is provided. An object of the present invention is to provide an inspection apparatus that can obtain information.
A specific object of the present invention is to provide a method or apparatus for measuring a positional deviation based on image data obtained by actually scanning a charged particle beam in order to solve the above-described problems. Another object of the present invention is to provide a method or apparatus for correcting misalignment caused by a deflection scanning operation.
Disclosure of the invention
In order to achieve the above object, the present invention is realized by the following means in a charged particle beam scanning apparatus.
(1) In a charged particle beam scanning apparatus that irradiates a predetermined position with a charged particle beam, the beam is irradiated onto a sample on which one or a plurality of registered patterns are drawn depending on boundaries of physical properties or structures. The position of the beam irradiation is obtained by capturing the product generated by the above, obtaining image information of the registered pattern, and detecting the difference between the pattern boundary position information on the image calculated from the image information and the boundary position information of the registered pattern. Or measure the displacement.
This makes it possible to measure the position or displacement of the beam irradiation based on the image data, and to measure the position or displacement of the beam irradiation when the deflection operation is performed by actually scanning the charged particle beam.
(2) In a charged particle beam scanning apparatus that deflects a charged particle beam to a predetermined position, a sample on which one or a plurality of registered patterns are drawn according to a boundary of physical properties or structure, and the beam on the sample Pixel data by taking in deflection control means for controlling to deflect to a desired position, and a product generated by irradiating the sample with a beam based on a beam irradiation timing signal input from the deflection control means The image acquisition means for acquiring the sample image information by acquiring the pixel data for the predetermined region on the sample, and the boundary position on the image based on the image information of the sample including the registered pattern The position deviation measuring means for measuring the position or position deviation of each pixel obtained by calculation is configured.
This makes it possible to actually scan a charged particle beam to obtain image data, measure the beam irradiation position or displacement based on the image data, and measure the deflection scanning position in the high-speed operation state by actual deflection scanning. It becomes.
(3) The image acquisition means includes a product acquisition means for acquiring a product generated by irradiating the sample with a beam and converting the product into an analog electric signal reflecting the amount of the product, and the deflection control means. From a synchronization signal indicating the irradiation timing of a desired beam irradiation position and the analog electric signal, pixel data generation means for generating pixel data representing the amount of the product at the desired irradiation position, and the deflection control means It comprises image information generating means for generating image information by associating the obtained beam irradiation position information with the pixel data.
As a result, image information capable of measuring the boundary position of the physical property or structure on the sample can be acquired from the generated image information.
(4) The misalignment measuring means has at least two regions on the sample that differ in the amount of the product due to different physical properties and structures at a certain boundary, and a beam having a predetermined area. The amount of product 1 generated when irradiation is performed on a certain position 1 included in the set of positions including the boundary is a unit of each region in the at least two regions in the irradiation region at the position 1 The product amount 1 obtained from the image acquisition means is determined by a predetermined multi-tone value by using the fact that the product is determined by the sum of the product of the area product and the irradiation area, and determined by the distance or position from the boundary. Boundary position calculating means for calculating relative position 1 from the center position of the beam irradiation region to the boundary position from the pixel data 1 converted into the above with accuracy depending on the size of the irradiation region and the resolution of the multi-gradation value. A boundary pattern calculating unit that calculates a boundary pattern position on the acquired image using a plurality of sets of the relative position 1 calculated by the boundary position calculating unit and the pixel position information 1 included in the acquired image information, and the boundary pattern Based on the position and the registered boundary information, each of the acquired pixels is configured by a shift amount calculation unit that calculates a shift amount from a desired position.
As a result, even if the pixel detection timing is not exactly on the boundary, it is possible to calculate an accurate beam irradiation position only by having the beam irradiation region on the boundary, and measure the beam irradiation position or the amount of displacement based on the image information. It becomes possible.
(5) The registration pattern boundary is arranged at a predetermined position where measurement is performed, and the position or positional deviation of the beam irradiation in the actual apparatus driving operation state is measured by performing an operation in which the apparatus is actually driven or a close operation. .
Accordingly, it is possible to perform a positional deviation measurement or an accuracy evaluation in a state in which the apparatus is actually operated, instead of an offline static measurement.
(6) A deflection operation is performed in which a line image is acquired by beam scanning in a predetermined direction or slit-shaped beam irradiation, and the line image acquisition is performed a plurality of times by shifting the line image in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the line image. Do.
Accordingly, it is possible to independently measure at least one of the positional deviation of each pixel position in the single direction and the positional deviation of each pixel position in the vertical direction based on the image information.
(7) Measurement is performed in a state where the deflection distortion correction, which is a factor other than the positional deviation caused by the beam scanning operation, is performed or in a state where the influence of the deflection distortion is small.
Thereby, it is possible to measure the positional deviation of the beam irradiation position caused only by the beam scanning operation.
(8) In the registered pattern, the pattern boundary has one or a plurality of straight lines having a predetermined inclination corresponding to the positional deviation measurement accuracy with respect to the single direction.
As a result, the positions of pixels crossing the graphic boundary can be accurately measured, and the positions or displacements of consecutive pixels can be measured. In addition, the higher the inclination angle, the higher the accuracy of measurement.
(9) In the registered pattern, the pattern boundary has one or a plurality of straight lines having a predetermined perpendicularity with respect to the single direction.
Thereby, the reference position in the scanning direction can be measured, and the deviation of the entire scanning position can be measured. In addition, by installing a plurality, it is possible to evaluate the linearity in the scanning direction.
(10) In the registered pattern, the pattern boundary has one or more straight lines having a predetermined parallelism with respect to the single direction.
Thereby, it is possible to measure the positional deviation in the direction perpendicular to the scanning direction.
(11) From the positional deviation information, the deflection scanning position or the scanning position deviation correction data corresponding to the deflection control position where the deflection distortion correction has been performed on the deflection scanning position or the time from the deflection scanning start time is created. The measuring means for receiving, the deflection data receiving the correction data, receiving the deflection scanning position or the deflection control position or the pixel number or the deflection scanning start signal, and generating the correction information for the positional deviation, and the deflection scanning. The deflection scanning correction information generated by the correction unit and the deflection scanning position information generated by the deflection control unit or the deflection control position information are added or added by a digital or analog addition.
Thereby, it is possible to correct the deviation of the deflection scanning position measured by the measuring means.
(12) A deflection distortion correction unit that performs deflection distortion correction based on a predetermined function, and a positional deviation correction coefficient data generation unit that corrects a positional deviation corresponding to the deflection scanning position. Correction coefficient data obtained by adding the data and the coefficient data calculated by the misregistration correction coefficient data creation means is given to the deflection distortion correction means as a coefficient that determines the form of the function.
Thereby, in the apparatus having the deflection distortion correcting means, it is possible to correct the deflection scanning position deviation without preparing the deflection scanning position deviation correcting means.
(13) An operation unit for a predetermined operation for performing the displacement measurement is provided, and the preparation for measurement is performed by supplying the sample on which the registered pattern is drawn and inputting the registered pattern information automatically or manually. Then, by sequentially specifying the measurement parameter and the start by the operation means, the positional deviation measurement or the measurement and the measurement result display or the measurement and the measurement result are reflected on the correction means.
This makes it possible to automatically measure and correct misalignment at high speed when setting changes are made, making it easy for the user to grasp the status and always making the device highly accurate. It can be managed so that it can be kept in a proper state.
(14) The charged particle beam scanning inspection apparatus in which the apparatus captures information on the sample at a predetermined position by irradiating the sample with a charged particle beam and inspects the sample by processing the information. To do.
As a result, in the charged particle beam scanning inspection apparatus, it becomes possible to measure or correct the positional deviation of the beam deflection scanning position or the detection pixel position at the time of actual inspection in a short time with the required accuracy and with excellent accuracy. It is possible to reduce false information for determining that a normal part is a defect, and to obtain accurate pattern information necessary for high-sensitivity comparison inspection. Further, even when correction is not performed or cannot be corrected, by making it possible to measure the positional deviation, it is possible to predict the false alarm position.
(15) A pattern defect is obtained by irradiating a sample with a charged particle beam, capturing information on the sample at a predetermined position, and comparing the first pattern and the second pattern formed at a distant position on the sample. In the charged particle beam scanning inspection apparatus for inspecting the above, the position deviation is measured at the time of changing the inspection condition, and the result is given to the deflection scanning position deviation correcting means and / or the image processing means for performing the comparison inspection. Make corrections.
As a result, when the inspection conditions are changed, it is possible to perform sequential correction even when the pixel detection position shifts due to different beam deflection operation states, and comparative inspection can be performed without preparing correction means. In the image processing means to be executed, the pixel data can be corrected based on the measured value of the pixel position, and accurate pattern information necessary for high-sensitivity comparison inspection can be obtained without generating false information.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Outline of configuration of charged particle scanning apparatus in embodiment of the present invention)
The embodiment shown in FIG. 1 shows a simple example of the configuration of the charged particle beam scanning apparatus in the embodiment of the present invention.
The sample 11 is irradiated with the charged particle beam 10, a product generated at that time is captured as information of the sample 11, the information is converted into pixel data by the image acquisition means 13, and the pixel data is associated with the beam deflection position. The image data of the sample 11 is used. At this time, the product is composed of examples of secondary electrons in FIG. 1. However, as long as it reflects the information of the sample, it is a secondary electron, a reflected electron, or a transmitted electron. It does not matter. Further, the image acquisition means 13 obtains a beam irradiation timing signal 18 that defines the beam scanning position and the timing for capturing the information from the deflection control means 14 for deflecting the beam to a predetermined position. The misregistration measuring means 15 for holding registered pattern data having one or a plurality of physical properties or structure boundaries drawn on the sample 11 for the purpose of measuring the misalignment of the deflection scanning position includes the registration pattern. Is sent to the sample stage control means 16 and the deflection control means 14, and the sample stage control means 16 moves the registered pattern drawn on the sample 11 into the deflection area, and the deflection control means 14. Performs scanning with a charged particle beam of a registered pattern drawn on the sample 11. The misregistration measuring means 15 matches the registered pattern data to be held with the pattern boundary position on the image calculated from the image data from the image acquiring means 13, and detects the difference, thereby deviating the deflection scanning position. Alternatively, the position or displacement of each arbitrary beam irradiation position or each pixel position is measured.
The image acquisition unit 13 includes a product capturing unit 12, a pixel data generation unit 103, and an image information generation unit 104. The product taking-in means 12 takes in the product produced by irradiating the sample with a beam and converts it into an analog electric signal reflecting the amount of the product. The pixel data generating unit 103 is a pixel that represents the amount of the product at the desired irradiation position from the beam irradiation timing signal 18 indicating the irradiation timing of the desired beam irradiation position from the deflection control unit 14 and the analog electric signal. Generate data. The image information generation unit 104 generates image information by associating the beam irradiation position information obtained from the deflection control unit 14 with the pixel data. In this way, the image acquisition means acquires image information capable of measuring a boundary position such as a physical property or structure on the sample from the generated image information.
The positional deviation measuring unit 15 includes a boundary position calculating unit 105, a boundary pattern calculating unit 106, and a deviation amount calculating unit 107. In the boundary position calculation means 105, the relative position from the center position of the beam irradiation region to the boundary position is determined from the pixel data obtained by converting the amount of the product obtained from the image acquisition means 13 into a predetermined multi-tone value. Calculation is performed with accuracy depending on the size of the irradiation region and the resolution of the multi-gradation value. Here, there are at least two regions on the sample that differ in the amount of the product due to different physical properties and structures at a certain boundary, and a position where irradiation of a beam having a predetermined area includes the boundary The amount 1 of the product generated when it is performed on a certain position 1 included in the set of is the amount of the product per unit area of each region in the at least two regions in the irradiation region at the position 1 Is determined by the sum of the products of the irradiation area and the irradiation area, and is determined by the distance or position from the boundary. The boundary pattern calculation unit 106 calculates a boundary pattern position on the acquired image using a plurality of sets of the relative position calculated by the boundary position calculation unit and pixel position information included in the acquired image information. Further, the deviation amount calculation means 107 calculates the deviation amount from the desired position of each acquired pixel based on the boundary pattern position and the registered boundary information. In this way, the positional deviation measuring means measures the deviation amount of the beam deflection position or the pixel position based on the image information.
Further, the correction of the positional deviation at the deflection scanning position is realized by transferring the positional deviation information from the positional deviation measuring means 15 to the deflection position correcting means 17 associated with the deflection control means 14. Further, in the case of an inspection apparatus, the displacement can be corrected by correcting the image data by image processing at the time of inspection. In this case, the displacement information is shown in FIG. 2 described later. It is transferred to the image processing unit of the inspection apparatus.
(Inspection equipment overview)
FIG. 2 is a detailed embodiment of a charged particle beam scanning inspection apparatus which is an application example in the embodiment of the present invention. However, although the present invention is shown for the inspection apparatus, it can also be applied to all apparatuses that perform beam scanning by deflecting a beam from a beam light source, such as a drawing apparatus and a microscope (SEM).
The control device shown in FIG. 2 is roughly divided into an electron optical system device 20, an image processing system device 21, a deflection control system device 22, and a stage control system device 23. The former three and the height sensor 24 are connected to the host control CPU 26 by the bus 25 and are controlled in an integrated manner. Further, the stage control system 23 and the host control CPU 26 are connected to a system control CPU 28 via a LAN 27, and control related to the operation of the entire system is performed. Here, in FIG. 1, the image acquisition means 13 is the image processing system apparatus 21, the misregistration measurement means 15 is the host control CPU 26 or system control CPU 28, the deflection control means 14 is the deflection control system apparatus 22, and the sample stage control means 16 is the stage. This corresponds to the control system device 23.
The electron optical system device 20 controls various power sources and currents, and controls the state of the electron beam. For example, the beam 30 from the electron gun 29 is accelerated, and the lens action of the focus coil 38 or the like is used to adjust the optical axis, focus / astigmatism, and irradiation intensity of the electron beam 30 irradiated onto the wafer 31. Control. The enlargement / reduction of the beam diameter related to the size and resolution of the inspection defect is performed by the focus stop, and the irradiation intensity is controlled by the beam current, the acceleration voltage, the retarding voltage, and the like. The beam current is measured by a current value flowing into the Faraday cup 37 when a voltage is applied to a blanking electrode described later.
The detector 32 takes in secondary electrons generated from the wafer 31 deflected by the Wien filter deflector 33, converts the secondary electron amount into grayscale digital information, and sends it to the image processing system device 21.
The image processing system 21 detects the type and position of the defect formed on the wafer by the comparative inspection of the pattern information formed on the wafer 31. At this time, the system control CPU 28 directly receives the defect data and performs control according to the display of the inspection result and the operation of the operator. In the present invention, the system control CPU 28 holds the data of the known figure, performs image acquisition control of the figure, compares the obtained image with the known figure data, and measures the deflection scanning position deviation.
The deflection control system device 22 transmits a timing signal to the image processing system device 21 in order to make the timing for deflecting the beam coincide with the timing for capturing the image information input from the detector 32. In FIG. 1, the timing signal is specially designated as a beam irradiation timing signal 18. Further, the product uptake means 12 in FIG. 1 corresponds to the detector 32.
The stage control system device 23 controls the position and moving speed of the stage 39, that is, the sample such as the wafer 31 to be inspected, based on the stage position information obtained by the laser interferometer.
The deflection control system 22 first turns on / off the blanking electrode 34 so that the wafer is not irradiated with the electron beam 30 except during inspection. In addition, a deflector 35 that performs astigmatism correction control and beam deflection control, and a dynamic focus coil 36 that performs focus correction are controlled. The deflector 35 is configured by an electrostatic deflector having an octupole plate or more poles, and controls the beam irradiation position on the wafer 31 by deflecting the electron beam 30 by voltage control. In addition to the function of scanning the beam according to the inspection sequence, the deflection control system device 22 performs a correction operation such as deflection distortion and drift, a tracking operation of the stage position, and a deviation correction of the deflection scanning position according to the present invention. It is reflected in the given control value.
From the above, in the inspection apparatus or the apparatus that performs image acquisition, the present invention provides a sample in which the registered pattern is drawn, the method shown in the misregistration measuring means, and a measurement program that performs processing equivalent to the method shown in FIG. If the control CPU 26 or the system control CPU 28 is prepared, it can be easily implemented at low cost. The present invention can be easily realized by attaching a device for performing image acquisition as shown in FIG. 1 even for an apparatus not accompanied by an image acquisition apparatus such as a drawing apparatus.
(Overview of scanning sequence and comparative inspection)
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a scanning sequence of the charged particle beam scanning apparatus and an outline of a comparative inspection of the inspection apparatus shown in FIG. 2. Here, the relationship with each of the present invention will be described. FIGS. 3 (a) and 3 (b) show scanning methods, (c) and (d) show stage moving methods, and (e), (f) and (g) show examples of comparison methods. The scanning sequence should be determined in relation to the user's requirements, the electrical characteristics of the object to be inspected, and the required accuracy. In the present invention, measurement can be performed in any scanning sequence, and therefore measurement can be performed by a scanning method that is close to an actual apparatus operating state. The scanning method 40 is a method of scanning in one direction, and the dotted line portion is a blanking portion so that the wafer is not irradiated with a beam. The scanning method 41 is a method of scanning in the reciprocating direction, and is suitable for high-speed operation because no blanking and blanking are required. However, the positional accuracy is inferior to that of the scanning method 40 due to non-uniformity in the forward path and the backward path. When this method is used, in the present invention, position shift detection or correction is performed independently for the forward path and the backward path. FIG. 3 (c) shows the scan trajectory 42 on the wafer by the stage continuous movement method, and FIG. 3 (d) shows the scan trajectory 43 by the step-and-repeat method. In the step-and-repeat method, an image for a deflection area is acquired at a time when the stage is stopped, the stage is moved to the next inspection position by a step operation, and an operation for acquiring an image for the next deflection area is repeated. Then, an image of the wafer is obtained by connecting the images for the plurality of deflection regions. In the stage continuous movement method, a continuous image is obtained without stopping the stage without deviating from the deflection area by matching the movement distance of the beam on the wafer per scan with the stage movement distance of one scan time. As shown in FIGS. 3C and 3D, the beam scanning direction is performed in the reciprocating direction of the stage, and the entire wafer is inspected. Although the stage continuous movement method without the stage step operation time can perform continuous inspection at high speed, deflection control or stage control is required so that the target position does not deviate from the deflection region. The stage moving direction and the beam scanning direction may be any direction that allows comparative inspection, but since the chip pattern is rectangular, it is preferable to scan in accordance with the chip pattern direction. In this case, the stage moving direction is basically orthogonal to the beam scanning direction. From the viewpoint of stage movement accuracy, it is better to operate with one axis alone than to operate with two axes interlocking. For this reason, in an actual inspection apparatus, the chip direction, that is, the direction of the wafer is also aligned with the stage axis.
When acquiring an image of a known figure in the present invention, it is possible to acquire an image that can be measured by any of the above methods. A method using the scanning method 40 and a step-and-repeat method (a method for stopping the stage) is suitable when correction of deflection distortion, which will be described later, is performed in advance or can be ignored and it is desired to avoid mixing errors in the stage. However, if the registered pattern falls within the deflection area, it is not necessary to move the stage at all. In addition, when it is desired to avoid mixing errors due to a deflection distortion factor, there is a method in which scanning by the scanning method 40 is performed at a certain location in the central region of the deflection region and an image is acquired by the stage continuous movement method. Is suitable. As described above, according to the present invention, the error of each factor can be separated by performing the measurement in combination, so that the measurement accuracy can be improved and the deflection distortion and the error evaluation of the stage can be evaluated.
FIG. 3 (e) is a diagram for explaining an example of pattern defect inspection. Pattern defect inspection is performed by comparing pattern images. The comparison includes a method of comparing the design data with the pattern on the wafer and a method of comparing the image information at the position where the same pattern is drawn on the wafer. There is a comparison unit for comparing a cell unit and a chip unit. The former corresponds to an element in which minute cells such as a memory are regularly arranged, and the latter corresponds to a non-repetitive complex pattern formed on the entire chip such as a CPU or ASIC.
When comparing the cell 55 and the cell 56 in the example of FIG. 3 (e), the stage control device and the deflection control device scan the stripe 65 in conjunction with each other, and the image processing device has already acquired the image of the line 58 and Comparison is made with the acquired line 57, defect determination is performed from the difference, and this is performed over the entire cell. Therefore, in the deflection scanning, at least the positional accuracy of the lines 57 and 58 must be ensured in the cell comparison. Similarly, in the case of the chip comparison inspection, the stripe 66 is scanned in comparison with the comparison inspection of the chip 59 and the chip 60, and the line 61 and the line 62 are compared. Here, the inspection area on the wafer in the stage moving direction is called a stripe, and the inspection area on the one-scan wafer is called a line. While the cell-to-cell spacing is at most 10 μm, the current chip width is about 3 × 10 ↑ 4 μm at the maximum, and chip comparison requires a worst-case position accuracy of about 3000 times compared to cell comparison inspection. The In the case of chip comparison, a position error and a chip position rotation error are generated depending on a pattern drawing method on the wafer such as drawing by a stepper. In this case, the actual location of the chip 60 is the chip 63 and the line 62. Is in the line 64, and there is a problem that the chip comparison inspection cannot be realized only by linear scanning as in the stripe 66, and the chip position is corrected as in the stripe 67. Due to such an error, there arises a problem that the position of the acquired line is different from the chip position where the comparison is actually performed.
FIGS. 3 (f) and 3 (g) illustrate the comparison of the line 57 and the line 58 in the cell comparison and the comparison of the line 61 and the line 62 in the chip comparison, respectively, when there is a positional deviation. The black circle in the figure indicates the center position of each pixel. As indicated above, the position of the line should be accurately corrected, but it is difficult to eliminate the error completely. As described above, since the lines to be compared in the cell comparison are close to each other, the relative position error (shift) 70 on the cell pattern at each acquired line position is small. For this reason, as shown in FIG. 3 (f), even if there is a deviation in the deflection scanning position, the comparison inspection indicated by the double-headed arrow in the figure is all the positional deviation indicated by the error 70, and therefore the comparative inspection is possible. is there. However, in the chip comparison, the error 71 increases because the comparison lines are separated from each other on the wafer. In this case, the comparison inspection is statistically performed in the image processing, and is performed at the acquired image position where the matching of the comparison pattern is the best. The resulting pixel comparison is schematically indicated by a double-headed arrow in FIG. It is done at the position. If there is a portion where the pixel positions are not evenly spaced due to the deviation of the deflection scanning position as shown in the figure, even if the actual pattern is normal, false information is determined to determine that it is a defect in order to perform comparison at different positions. Therefore, in the chip comparison, it is indispensable to measure and correct the deflection scanning position or displacement as in the embodiment of the present invention.
(Deflection output signal and timing signal)
FIG. 4 (a) shows the concept of the deflection control signal in beam scanning during one scan, and is a diagram for explaining the relationship between an analog output showing an example of the deflection control signal and a representative timing signal. In the case of the control signal shown in the figure, the deflection output signal outputs a control signal for the X axis and the Y axis in the direction perpendicular thereto, but the figure shows one axis. As in the example in the figure, the analog output in the X-axis direction or the Y-axis direction generally takes the shape of a ramp wave 44. In order to equalize the distance on the sample between adjacent pixels, the deflection control signal must be a straight line as shown by an ideal waveform 45 shown by a broken line in FIG. Is not a straight line. Therefore, the start signal and end signal shown in FIG. 4 (a) may be defined for the purpose of using a region close to a straight line in the waveform of the ramp wave 44.
Typical signals necessary for image acquisition include an image capture start signal 51, an image capture timing signal 46 that is a synchronization signal, an image capture valid signal 47, and the like. FIG. ). The beam irradiation timing signal 18 in FIG. 1 specifically shows these signals, and in particular, the image capture timing signal 46 corresponds as a representative signal. The signals shown in this explanatory diagram are input to the image processing system device 21 in FIG. With these signals, when the image capture valid signal 47 is active, wafer information can be captured as pixels at the rising edge of the image capture timing signal to obtain a wafer pattern image.
The ramp wave width 49 in FIG. 4 (a) (more precisely, the time width of the ramp wave use region) is defined by the capture interval of one pixel and the number of pixels in one scan, and the ramp wave height 50 (accurately). The potential difference in the use area of the ramp wave is defined by the pixel interval on the wafer, the control voltage value for the distance on the wafer, and the number of pixels in one scan. FIG. 4 (b) shows a curve 111 obtained by enlarging a part of the ramp wave of FIG. 4 (a), a ramp wave 48 having a larger inclination, and pixel positions 108 and 109 in each case. Like the difference between the ramp wave 111 and the ramp wave 48, in general, in the same control circuit, the slope of the ramp wave is large due to the limitation of the circuit frequency characteristics, slew rate, etc., and the influence of leakage current, distortion of element characteristics, etc. There is a phenomenon that the distortion becomes larger. FIG. 4B conceptually shows that the pixel position 109 in such a ramp wave with a large distortion has a larger deflection scanning position shift than the pixel interval 108 in the ramp wave 111 with a relatively small distortion. In an application such as an inspection apparatus that requires high-speed scanning, the slope of the ramp wave is large, and the deflection scanning position shift becomes a serious problem. Such misalignment can be measured and corrected according to the present invention. However, as can be seen from the above, the deflection scanning position shift amount focused in the embodiment of the present invention is affected by the fact that the ramp wave distortion state changes as the ramp wave width 49 and height 50 change. receive. The changes in the width 49 and the height 50 of the ramp wave are caused by exchanging the sample, changing the scan direction, changing the capture interval, the number of pixels, and changing the pixel interval setting. It is possible to always maintain high accuracy by performing correction every time such setting conditions are changed.
FIG. 4C illustrates a glitch waveform 68 of the digital deflection control output signal 53, a crosstalk waveform 69 of the analog deflection control output signal, and a pixel position 110 when they occur. . Since the digital system uses a DA converter for output of a control waveform, local distortion called glitch or digital feedthrough noise is generated depending on the characteristics. This distortion is noise that occurs in a very short time on the order of pico to nanoseconds, and becomes more problematic when scanning at high speed. Also in the analog system, local distortions such as a ramp waveform 69 of crosstalk may occur due to the influence of crosstalk from switching elements and digital signals and sneak noise from all signals. Due to the distortion of the output waveform caused by these noises, a deflection scanning position deviation 54 is generated only in a specific pixel. Since glitches and crosstalk are generated in a certain situation, they are reproducible for each scan and tend to occur at the same pixel position. Therefore, such displacement can also be measured and corrected for deflection scanning displacement by the present invention. However, similarly to the distortion shown in FIG. 4B, the waveform 68 affected by the glitch, digital feedthrough noise, or crosstalk changes due to the change of the setting. Therefore, as described above, the measurement and correction of the deflection scanning position deviation in the embodiment of the present invention is desirably performed every time the setting condition is changed. In addition, in order to measure the influence of the crosstalk or the glitch or the digital feedthrough noise, it cannot be realized by the static (slow) measurement and the measurement in which the pixels to be measured are thinned out. Measurement by actual scanning and continuous pixel measurement accuracy are required.
(Deflection distortion, scanning distortion)
FIG. 5 is a diagram for explaining the deflection distortion and the deflection scanning position shift focused in the present invention. Distortion occurs in the beam irradiation position in the deflection region due to the optical system device. The distortion is caused by an uneven distribution of electric or magnetic fields on the beam path. The main causes of distortion are distortion of the beam deflection position with respect to the control voltage caused by the non-uniformity of the deflector electric field, intra-wafer distortion caused by the electric field distortion of the retarding voltage, other magnetic fields of various coils or electrodes, distortion due to the electric field, mirror There is distortion caused by magnetization and charging of each part of the body.
The optical system distortion can be measured by calculating the difference between the target wafer position and the actual irradiation position during scanning in the deflection area using a reference wafer. As shown in FIG. 5 (b), the alignment of the optical system distortion uses a reference wafer in which the mark positions are uniformly arranged, measures the positions of predetermined positions on a minimum of nine wafers, and in the entire deflection control area. A coordinate conversion equation such as Equation 1 shown in FIG. 8 showing the correspondence between the control target position and the actual beam position is obtained. Expression 1 is a coordinate conversion expression represented by a cubic expression for performing a projection process for correcting the distortion of the optical system and making it is planar. The distortion of the optical system is represented by a coordinate conversion expression approximated to a cubic equation as represented by barrel type, pincushion type distortion, etc., and the conversion expression 1 for making the target position correspond to the control value to the deflector. It is possible to perform correction by performing the above calculation. The mark used at this time is for measuring the relative relationship between the line position and the mark on the wafer. As shown in FIG. 5B, the mark has a cruciform shape to reduce the influence of the deflection scanning position shift. Things are mainly used. A deflection area 76 before correction of deflection distortion shown on the left side of FIG. 5 (a) is a diagram visually showing deflection distortion. The target position of a square area in the deflection area is directly and statically indicated. An example of an actual beam irradiation area when applied to a deflector is shown. By performing the deflection distortion correction shown in Expression 1, a square area as a target position is obtained like a deflection area 77 after the deflection distortion correction shown on the right side of FIG. At this time, as shown in the figure, one line of the deflection scan is substantially straight, as shown in the line 73 after the deflection distortion correction, as shown in the line 73 after the deflection distortion correction. However, the position shift caused by the dynamic factor due to the deflection scanning operation has not been corrected yet. Therefore, when the line 73 is enlarged and the center position of the pixel is schematically shown by a black circle, it becomes like the line 74 before the deflection scanning position deviation correction in FIG. The deflection scanning position deviation like the line 74 shows the same deviation no matter which position in the deflection area 77 is scanned. By measuring this according to the present invention and correcting the deflection scanning position, the pixel interval becomes uniform as shown by line 75. In order to correct the deflection scanning position deviation with high accuracy, it is necessary to simultaneously perform correction and adjustment of the focus and astigmatism in addition to the correction of the deflection distortion.
(Measuring method)
FIG. 6 shows a method for measuring the deflection scanning position or displacement in the embodiment of the present invention. FIG. 6 (a) shows the detector output 80 when crossing the boundary 79 of the pattern drawn on the wafer when the beam spot 78 is circular. The shade difference 81 of the detector output 80 differs depending on the physical characteristics of the drawn figure or the depth of the step. For this reason, the figure used for measuring the deflection scanning position in the present invention may use a plurality of processes with different shading differences and use a three-dimensional drawing technique. When the beam spot is positioned on the boundary, the degree of overlap with the boundary can be determined based on the intensity of the beam spot, so that accurate position measurement is possible. In the present invention, when a part of a beam spot of a predetermined pixel includes a pattern boundary, the position is accurately measured. The maximum value of the shade difference is measured before and after passing through the pattern boundary, and the intermediate value indicates that the center of the beam spot is on the boundary center as shown in the figure. The gradation can correspond to the deflection position with the curve shown in the figure, but the edge of the reference pattern boundary itself may change smoothly with respect to the deflection position. In this case, in the vicinity of the pattern boundary in advance The correspondence between the deflection position and the intensity should be measured. In order to avoid this, the edge of the reference pattern boundary should be processed to be sharp. In addition, the difference between the maximum and minimum values of the gray level depending on the size and shape of the beam spot and the curve shape are different. Therefore, the correspondence between the distance from the pattern boundary to the beam spot center (pixel center) and the gray level is determined by the beam. It is necessary to set according to conditions. The right figure of FIG. 6A shows the detector output when the beam spot 78 crosses the pattern boundary 79 with a certain angle. Beam position from the pattern boundary If the angle is known in advance, the deflection position can be accurately measured by the intensity produced by the overlap between the beam spot and the boundary, even if the pattern boundary, which will be described later, has a certain inclination with respect to the deflection scanning direction. it can. Even if the tilt is not known with sufficient accuracy or not known at all, if the pattern is a straight line, the tilt angle can be calculated by a statistical method by measuring the boundary using a plurality of pixels. Furthermore, each pixel position can be measured by knowing the distance from the calculated straight line from the measured shade of each pixel.
FIG. 6 (b) shows the significance of the pattern boundary 83 perpendicular to the deflection scanning direction when moving vertically to the deflection scanning direction to obtain a pattern image. The figure is an explanatory diagram for explaining the measurement principle. The black circle in the figure indicates the center position of the pixel and does not correspond to the actual beam spot diameter. The pattern boundary 83 makes it possible to measure the fluctuation error 82 of the entire line from the deflection scanning position deviation with high accuracy by the fluctuation of the synchronization signal or the like. When there is a fluctuation error shown in the figure, the pattern boundary 83 is displayed as the acquired image boundary 89. Since it is assumed that the pixel positions are evenly arranged in the image data or the display image, data obtained by inverting the boundary 89 in line symmetry with respect to the boundary 83 is calculated as the position of each pixel. The fluctuation of the entire line perpendicular to the deflection scanning direction is obtained by acquiring an image using this method and a pattern boundary having a large inclination with respect to the deflection scanning direction, which will be described later. It can be measured by the overlapping method. The fluctuation of the entire line obtained by this measurement is caused by the positioning accuracy of the deflection control device when the above-mentioned stage movement method is step-and-repeat. In the case of the stage continuous movement method, scanning is basically performed. Since the deflection position to be performed is always the same, it is caused by the stage accuracy. However, the position shift due to the fluctuation of the entire line due to the deflection control is often very small so as to be negligible compared to the shift of each pixel of the deflection scanning position shift.
FIG. 6C shows the significance of the figure boundary 85 parallel to the deflection scanning direction. Thereby, it is possible to measure the deflection scanning position deviation in the direction perpendicular to the deflection scanning direction. Since the deflection control signals in the deflection scanning direction and the direction perpendicular thereto are often generated using independent circuits, it is significant that the deflection scanning position or displacement can be detected independently. In the case of the figure, the graphic boundary 85 is displayed as the acquired image boundary 90. The position of each pixel is inverted data with respect to the graphic boundary 85 as line symmetry. When there is a correction means such as a correction memory, the relative position between the correction position of the correction means such as a memory address and the deflection position can be determined by intentionally shifting a pixel at a certain position as in the pixel 84 in the figure. Can be formed. Combining this method with the registered pattern inclination calculation method described above makes it possible to measure and correct the deflection scanning position or misalignment without knowing the exact position and inclination of the registered pattern. The upper part of the figure shows the positional relationship between the pattern boundary and the line in two ways. The upper part shows the case where most of the pixels in one line overlap the pattern boundary. Indicates the case where they do not overlap. In many cases, the line interval is usually used with a beam spot diameter substantially equal to or less than the beam spot diameter. As shown in the figure, if measurement is performed across a plurality of lines, the pixel and pattern boundaries do not overlap. As shown in FIG. 6D, since the pattern boundary has a certain inclination with respect to the deflection scanning direction, the deflection scanning position deviation can be measured with high accuracy in each pixel. As shown in the figure, since the same pixel is measured a plurality of times in the pattern boundary 87 having a larger inclination than the pattern boundary 86, the influence of the edge of the pattern boundary and the inclination of the edge described above are performed by the averaging process. The measurement accuracy is high because the influence of errors and shaking of the entire line can be reduced. If the line spacing is generally equal to the beam spot diameter and the measurement accuracy is one pixel or less, it is sufficient that the inclination has an angle of 45 degrees with the deflection scanning direction. Deflection scan position deviation should be measured using a pattern with a corresponding slope. The curve of the acquired image boundary 88 of the pattern boundary 86 includes the influence of the deviation in the deflection scanning direction of the entire line and the deviation in the deflection scanning position in the vertical direction, and at the same time, the deflection scanning position deviation in the deflection scanning direction and the vertical direction. It is possible to calculate the deviation of the deflection scanning position only in the deflection scanning direction by measuring and canceling the deviation by calculation. In this case, it is ideal that the registered pattern is a combination of a straight line in the deflection scanning direction and a straight line with a vertical direction and a predetermined large inclination. However, when the fluctuation of the entire line can be ignored, the straight line in the vertical direction may be omitted, a straight line with a small inclination may be used, or the lines may be arranged independently. As shown on the right side of the figure, the positional deviation is calculated from the overlap between the pattern boundary and the beam spot described above with respect to the ideal deflection direction (x direction) and the deflection position in the vertical direction (y direction). . The value of the grayscale data displayed as the acquired image boundary 88 represents the distance from the pattern edge of each pixel that occurs due to a certain pixel being displaced in the deflection direction. The deflection scanning position and the displacement in the deflection direction are calculated from this data, the gradient of the given or calculated pattern, and the deflection position y of each line. FIG. 6 (e) shows an example of a known figure combining the pattern boundaries. As described above, the displacement can be measured basically by a right triangle having sides parallel to the deflection direction and the vertical direction. However, having a plurality of pattern boundaries reduces errors and improves accuracy. . There are a method of crossing a plurality of pattern boundaries in one line and a method of continuously scanning a plurality of patterns arranged continuously. By drawing a combined figure as shown on the left side of the figure, it is possible to accurately measure the deviation of the deflection scanning position in a single sequence.
Even if the pattern boundary does not have a direct inclination in the deflection direction, it is possible to roughly measure the deflection position. FIG. 6 (f) shows an example of a graphic pattern for roughly measuring the displacement of deflection scanning. In the example shown on the left side of the figure, although there is no direct inclination, scanning across the pattern is equivalently performed obliquely by shifting the entire line in the deflection direction. In this case, the measurement accuracy depends on the deflection scanning accuracy, the stage accuracy when moving the stage, and the position accuracy of the entire line.
The purpose of the present invention is to measure the deflection scanning position deviation by actually measuring the image information of the registered pattern as described above, and the configuration of the registered pattern has a form suitable for the purpose. It is desirable to It is possible to accurately measure the deflection scanning position or displacement by the method as described above.
(Correction method)
FIG. 7 is a diagram for explaining the outline of the method for correcting the deflection scanning position deviation measured in the present invention. This portion is shown as deflection position correcting means 17 in FIG. As described above, the deflection scanning position shift is caused by dynamically deflecting the beam. Therefore, the deviation of the deflection scanning position can be made to correspond to the position in one line as suggested in FIG. Accordingly, it is appropriate that the deflection scanning position deviation correction means input signal 95 of the deflection scanning position deviation correction means 92 in FIG. 7A is a signal representing a relative position from a certain reference position in the line. The deflection scanning position deviation correction means input signal 95 is, for example, data based on a pixel number as a signal indicating a pixel position or a deflection scanning position or deflection control as a signal indicating a deflection distance from a certain reference position in one line. Data calculated based on signals can be used.
As an example of a method for realizing the deflection scanning position deviation correction unit 92, when a look-up table type memory is used for the deflection scanning position deviation correction unit 92, the deflection scanning position deviation correction unit input signal 95 is stored at the address of the memory. Corresponding signal. The resolution and correction accuracy of this method are determined by the number of bits of the memory address signal and the number of bits of correction data, respectively. Since the value stored in the memory is a correction value, this method can correct even when there is a local positional deviation, and is the most effective correction means. In general, a memory circuit is prepared where a control signal is generated, that is, one that corrects a positional deviation in the X-axis direction (scanning direction) and one that corrects a positional deviation in the Y-axis direction. Only the one that corrects the positional deviation in the axial direction (scanning direction) may be used, or a plurality of memory circuits for correction may be prepared in other control circuits. In addition, when the deflection scanning position or the deflection control signal is used, the memory addressing method corresponds to only the position of either the X coordinate or the Y coordinate and the two-dimensional position of both the X and Y coordinates. There is a way.
As an example of a method for realizing the deflection scanning position deviation correction unit 92, when the position deviation can be approximated to a predetermined function, an approximate coordinate conversion arithmetic circuit can be used for the deflection scanning position deviation correction unit 92. The form of the function differs depending on whether using one variable of the X or Y coordinate uses two variables of the XY coordinate, or what kind of expression it is. Expression 3 shown in FIG. 10 is an expression showing an example of a method for converting the coefficient of the deflection scanning position deviation correction function into the coefficient of the deflection distortion correction expression, and shows a case of two variables and a cubic expression. The deflection scanning position deviation correction function in this case happens to have the same form as the deflection distortion correction function shown in Equation 1, but performs different types of calculations. Specifically, the input variable is different, and the input variable in the case of static distortion such as deflection distortion is the deflection area coordinates, that is, the deflection position (x0, y0), whereas in the case of deflection scanning position deviation correction. The input variable is a relative position (xs, ys) from the reference position in the line.
In the case of the memory system, the deflection scan position deviation measurement and correction data generation means 96, which is a higher-level control system, reflects the position deviation measurement result on the correction means in the deflection scan position deviation correction means 92. Data representing a correction amount corresponding to the input signal 95 is created, and the data representing the correction amount is written in the memory as correction data 97 using the input signal as an address. In the case of the approximate coordinate conversion calculation method, the deflection scanning positional deviation measurement and correction data generation means 96 which is the upper control system statistically processes the positional deviation amount to obtain the coefficient of the approximate expression specified in advance as shown in Expression 3. The coefficient is given in advance to the deflection scanning position deviation correction unit 92 as the correction data 97, thereby reflecting the position deviation measurement result on the correction unit.
The deflection scanning position deviation correcting means 92 can also be constituted by an analog circuit such as a function generator circuit for generating a correction signal waveform or a combination circuit of a filter circuit. In this case, the deflection scanning position deviation correction means input signal 95 is a line start signal, and the deflection scanning position deviation measurement and correction data generation means 96 which is the upper control system uses a simulation model of the circuit, The setting parameter of the circuit is calculated and the correction data 97 of the circuit is set.
The data output by the deflection scanning position deviation correction means 92 represents correction information for the position deviation, and the deflection scanning position deviation is corrected by adding the deflection control signal 91 with the addition circuit 93 in a digital or analog manner. The scanned signal 94 can be obtained. Here, the deflection control signal 91 corresponds to a deflection position signal if correction of deflection distortion or the like is not performed. As described above, since the deflection scanning position deviation correcting unit 92 uses the relative position in the line as its input, it is necessary to perform calculation separately from the deflection control signal 91 and perform addition in the final stage. In addition, when digital addition is performed, an increase in circuit scale is reduced, but there is a problem that errors are further mixed in by an analog circuit in the subsequent stage. Therefore, when importance is attached to the accuracy, an increase in circuit scale is inevitable, but it is advantageous to add the analog signal at the final stage of the deflection circuit because the voltage value to be corrected can be added as a correction value.
FIG. 7 (c) shows a modification of the means for realizing the approximate coordinate transformation calculation method described above, in which the deflection scanning position deviation correction means is not prepared as a circuit for calculating in real time with respect to all deflection positions. This shows a method for realizing deflection scanning position deviation correction only by changing the coefficient of the correction arithmetic circuit 99. FIG. 9 shows an example of the content of the conversion operation 100 for converting the deflection scanning position deviation coefficient into the deflection distortion correction coefficient as Expression 2. Expression 2 is an expression when the degree of the deflection scanning position deviation correction function is third order. The function shown on the upper side of Equation 2 is based on the function form of Equation 3 described above, and indicates a coefficient when correcting one variable and a cubic equation. As described above, the input value of this function is the relative position (xs, ys) from the scanning start position of the line, and the addition of the scanning start position of the line and the relative position is the deflection distortion correction function shown in Equation 1. Therefore, the deflection scanning position deviation coefficient can be converted into a deflection distortion correction coefficient having the scanning start position as a variable, as shown in the lower side of equation (2). Here, the Y direction is omitted in the lower function of Equation 2. Therefore, the conversion calculation means 100 for converting the deflection scanning position deviation coefficient into the deflection distortion correction coefficient shown in FIG. 7B receives the deflection scanning start position signal 102. The converted coefficient data, which is the output of the conversion calculation means 100, is added to the deflection distortion coefficient data and input to the correction calculation means 99 such as deflection distortion. Here, the correction calculation means 99 for the deflection distortion or the like receives the input of the deflection scanning position signal 98, and in addition to the correction of the static distortion such as the deflection distortion, the scanning signal 94 which has also simultaneously corrected the deviation of the deflection scanning position. It becomes possible to output. The scanning position deviation deflection distortion coefficient conversion calculation 100 may be performed in units of one line, and can be performed by a processor without using a dedicated calculation circuit. In an apparatus having only a deflection distortion correction unit, a deflection coefficient is calculated. It is possible to correct the deflection scanning position by performing the calculation at the same time in the processor that performs the calculation. In this case, in the circuit in which the deflection distortion correction circuit is mounted, the deflection scanning position deviation correction in the embodiment of the present invention can be performed without any modification of the circuit.
Further, in the case of the inspection apparatus, as a means for correcting the positional deviation of the deflection scanning position, by transferring the positional deviation information to the image processing system apparatus, an interpolation method based on the positional deviation information at the time of image comparison, etc. It is possible to correct the acquired data using, and to reduce false detection of the defect.
As described above, the result measured by the deflection scanning position deviation measuring unit can be reflected on the correcting unit, and the deflection position accuracy can be improved or the erroneous detection of defects can be reduced.
(control panel)
Since the deflection scanning position deviation depends on the scanning state, the deflection scanning position deviation measurement and correction data setting can be performed when changing the scanning state, replacing an inspection object such as a wafer, for example, from 0.1 μm to 0.1 μm per pixel. It is desirable to perform this when changing the accuracy setting of the comparative inspection, such as changing to 05 μm. In this case, it is desirable to perform everything automatically and in a short time.
The operations that occur at the time of the above measurement or correction include loading the registered pattern position and pattern boundary data to be scanned to the system control unit, and loading the sample in which the registered pattern is drawn into the sample chamber (already loaded). And scanning stage input, measurement execution input, transfer of correction data from the system control unit to the deflection control unit, and the like. In the automatic execution, when the scanning condition is changed, an execution confirmation is presented, and execution is selected. In accordance with an instruction on the operation panel, the sample on which the registered pattern is drawn is loaded into the sample chamber. In this case, it is necessary to register the position of the registered pattern to be scanned and the pattern boundary data in advance in the system control unit. A sample may be already mounted on the stage and automatically executed at the time of each correction alignment or calibration. At this time, the system control unit performs automatic operations such as visual display of measurement results, recording as history data, image processing, or providing data to correction means implemented by the deflection control device.
As described above, by performing automatically, it is possible to reduce the time required for the user and manage the inspection apparatus in a state in which the inspection apparatus is always maintained with high accuracy.
As described above, the effects in the embodiment of the present invention are as follows.
By measuring the deflection scanning position or displacement using image data, the following effects can be obtained.
(1) The pixel positions of consecutive pixels can be measured with high accuracy.
(2) The deflection scanning position or displacement in the actual scanning state can be measured.
(3) It is possible to measure a local displacement of a specific pixel.
The following effects can be obtained by the arrangement of registered patterns and the scanning method.
(4) The deflection scanning position or displacement can be measured independently for the scanning direction component and the direction component perpendicular thereto.
(5) The position variation of the entire scanning position (line) can be measured independently for the scanning direction component and the direction component perpendicular thereto.
By providing the deflection scanning position correcting means and the automatic inspection operation means, the following effects can be obtained.
(6) It is possible to control the beam position with high accuracy even at the point where the charged particle beam scanning is performed.
(7) It becomes easy for the user to grasp the calibration state of the apparatus, and it is possible to keep the apparatus calibrated with high accuracy at all times.
The following effects can be obtained particularly in the inspection apparatus.
(8) By measuring the displacement of the detected pixel position at the time of actual inspection using the acquired image, it is possible to measure in a short time with an excellent accuracy exceeding the required accuracy of the inspection apparatus.
(9) By supplying misalignment data to the correction function of the image processing and deflection control device, it becomes possible to obtain accurate pattern information necessary for high-sensitivity comparative inspection, and that a normal part is a defect. It is possible to reduce the misinformation to be determined.
(10) Even if the deflection operation state is changed, it is possible to obtain accurate pattern information necessary for a high-sensitivity comparison inspection without generating false information due to the state change.
(11) Since the function provided as the inspection apparatus is used, it can be easily realized at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram simply showing an example of the configuration of a charged particle beam scanning apparatus of the present invention, and FIG. 2 shows details of a charged particle beam scanning inspection apparatus that is an application example of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the scanning sequence of the inspection apparatus, FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the deflection output signal of the beam scanning and a representative timing signal, and FIG. FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining deflection distortion and deflection scanning position deviation, FIG. 6 is a diagram for explaining a measuring method of deflection scanning position or position deviation of the present invention, and FIG. 7 is a position measured by the present invention. FIG. 8 is a diagram for explaining a method of correcting the deviation, and FIG. 8 is a coordinate conversion formula (formula 1) represented by a cubic formula for performing a projection process for correcting the distortion of the optical system to make the plane isotropic. FIG. 9 is an equation 2 representing the case where the degree of the deflection scanning position deviation correction function is the third order. , FIG. 10 is a formula 3 showing an example of a method of converting a coefficient of deflection scanning position deviation correction function to the coefficients of the deflection distortion correction formula.

Claims (2)

物理的性質または構造の境界により１つもしくは複数の登録されたパターンが描かれた試料の所望の位置に前記荷電粒子ビームを偏向するための制御を行う偏向制御手段と、Deflection control means for performing control for deflecting the charged particle beam to a desired position of a sample on which one or more registered patterns are drawn due to boundaries of physical properties or structures;
前記試料上に前記荷電粒子ビームを照射することにより生じる生成物を前記偏向制御手段から入力されるビーム照射タイミング信号を基に取り込み画素データを生成し、前記画素データを前記試料上の所定の領域について取得することにより試料画像情報を取得する画像取得手段と、A product generated by irradiating the charged particle beam onto the sample is taken in based on a beam irradiation timing signal input from the deflection control means to generate pixel data, and the pixel data is stored in a predetermined region on the sample. Image acquisition means for acquiring sample image information by acquiring
前記登録されたパターンを含む前記試料画像情報を基に、該試料画像情報の画像上の境界位置を算出して取得された各画素の位置もしくは各画素の位置ずれを測定する位置ずれ測定手段と、A displacement measuring means for measuring the position of each pixel or the displacement of each pixel obtained by calculating the boundary position on the image of the sample image information based on the sample image information including the registered pattern; ,
前記位置ずれの情報から、前記偏向制御手段による前記荷電粒子ビームの偏向走査位置、または該偏向走査位置に対して偏向歪補正を行った偏向制御位置または画素番号、または偏向走査開始時刻からの時間に対応する走査位置ずれ補正データを作成する前記測定手段と、From the information of the positional deviation, the deflection scanning position of the charged particle beam by the deflection control means, the deflection control position or pixel number for which deflection distortion correction has been performed on the deflection scanning position, or the time from the deflection scanning start time The measurement means for creating scan position deviation correction data corresponding to
前記走査位置ずれ補正データを予め受け取り、前記偏向制御手段による前記荷電粒子ビームの偏向走査位置、または該偏向走査位置に対して偏向歪補正を行った偏向制御位置または画素番号、または偏向走査開始時刻における偏向走査開始信号の入力を受け、位置ずれ分の補正情報を生成する偏向走査位置ずれ補正手段と、The deflection position of the charged particle beam received by the deflection control means in advance, or the deflection control position or pixel number for which deflection distortion correction has been performed on the deflection scanning position, or the deflection scanning start time. Deflection scanning position deviation correction means for receiving the input of the deflection scanning start signal and generating correction information for the position deviation;
前記偏向走査位置ずれ補正手段により生成された偏向走査補正情報と前記偏向制御手段において生成される偏向走査位置情報もしくは前記偏向制御位置情報とをデジタルもしくはアナログ的に加算する加算手段とを具備し、An addition means for adding the deflection scanning correction information generated by the deflection scanning position deviation correction means and the deflection scanning position information generated by the deflection control means or the deflection control position information in a digital or analog manner;
前記測定された位置ずれを補正することを特徴とした荷電粒子ビーム走査式装置。A charged particle beam scanning apparatus characterized by correcting the measured displacement. 荷電粒子ビームを所定の位置に偏向する荷電粒子ビーム走査式装置において、
物理的性質または構造の境界により１つもしくは複数の登録されたパターンが描かれた試料の所望の位置に前記荷電粒子ビームを偏向するための制御を行う偏向制御手段と、
前記試料上に前記荷電粒子ビームを照射することにより生じる生成物を前記偏向制御手段から入力されるビーム照射タイミング信号を基に取り込み画素データを生成し、前記画素データを前記試料上の所定の領域について取得することにより試料画像情報を取得する画像取得手段と、
前記登録されたパターンを含む前記試料の画像情報を基に、前記画像情報の画像上の境界位置を算出して取得された各画素の位置もしくは各画素の位置ずれを測定する位置ずれ測定手段と、
前記偏向制御手段による偏向走査位置に対応する前記荷電粒子ビームの位置ずれを補正する補正係数データを作成する位置ずれ補正係数データ作成手段と、
偏向歪補正に関する所定の関数の係数データと、前記位置ずれ補正係数データ作成手段により算出される補正係数データとを加算した補正係数データを前記所定の関数の形態を決める係数として前記偏向歪補正手段に与えることにより、前記測定された偏向走査位置に対応する前記荷電粒子ビームの位置ずれの補正を行う偏向歪補正手段とを具備したことを特徴とする荷電粒子ビーム走査式装置。In a charged particle beam scanning apparatus that deflects a charged particle beam to a predetermined position,
A deflection control means for controlling to polarization direction of the charged particle beam to a desired position of one or more samples registered pattern drawn in the boundary of the physical properties or structure,
A product generated by irradiating the charged particle beam onto the sample is taken in based on a beam irradiation timing signal input from the deflection control means to generate pixel data, and the pixel data is stored in a predetermined region on the sample. Image acquisition means for acquiring sample image information by acquiring
Based on the image information of the sample containing the registration pattern, the positional deviation measuring means for measuring the position or positional deviation of each pixel of each pixel obtained by calculating the boundary position on the image of the image information ,
Misalignment correction coefficient data creating means for creating correction coefficient data for correcting misalignment of the charged particle beam corresponding to the deflection scanning position by the deflection control means;
The deflection distortion correction means using correction coefficient data obtained by adding coefficient data of a predetermined function relating to deflection distortion correction and the correction coefficient data calculated by the misalignment correction coefficient data creation means as a coefficient that determines the form of the predetermined function. A charged particle beam scanning apparatus, comprising: a deflection distortion correcting unit that corrects misalignment of the charged particle beam corresponding to the measured deflection scanning position .
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