KR20080025044A

KR20080025044A - Micro region imaging device and micro region imaging method

Info

Publication number: KR20080025044A
Application number: KR1020077027540A
Authority: KR
Inventors: 고우이치 스즈키
Original assignee: 다카하시 가즈토시; 고우이치 스즈키
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2006-05-24
Publication date: 2008-03-19
Also published as: WO2006126576A1; JPWO2006126576A1

Abstract

It is possible to provide a micro region imaging device capable of performing high-speed scan with a high resolution while eliminating affect of an external noise and a DC level change of substrate current. The micro region imaging device includes an electron beam irradiation unit (102) for applying an electron beam X to a semiconductor wafer (10) as an imaging object; a current detection unit (110) for detecting an AC component of the substrate current i generated by irradiation of the electron beam X; and an image data generation unit (120) for generating image data indicating the surface state of the semiconductor wafer (10) according to the output "out" of the current detection unit (110). Instead of directly detecting the substrate current i generated by irradiation of the electron beam X, its AC component is detected. Accordingly, even if a current drift is caused by the initial charge, it is possible to correctly perform imaging without being affected by the current drive. Moreover, the imaging is not much affected by the external noise such as vibration, thermal noise, or unnecessary radiation (EMI). ® KIPO & WIPO 2008

Description

MICRO REGION IMAGING DEVICE AND MICRO REGION IMAGING METHOD}

본 발명은 미세 영역 촬상 장치 및 미세 영역 촬상 방법에 관한 것으로, 특히, 전자빔 등의 하전 입자선을 반도체 웨이퍼 등의 촬상 대상물에 조사함으로써, 그 표면 상태를 나타내는 화상 데이터 등을 생성하기 위한 미세 영역 촬상 장치 및 미세 영역 촬상 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microarea imaging device and a microarea imaging method, and in particular, microarea imaging for generating image data indicating the surface state by irradiating charged particle beams, such as electron beams, to imaging objects such as semiconductor wafers The present invention relates to an apparatus and a micro area imaging method.

전자빔 등의 하전 입자선의 조사에 의해 촬상 대상물의 미세한 표면을 인식하는 장치로는, 주사형 전자 현미경 (SEM), 투과형 전자 현미경 (TEM) 등이 알려져 있고, 그 중에서도 주사형 전자 현미경은, 반도체 웨이퍼의 평가 장치로서 널리 이용되고 있다. 예를 들어, 기판 상의 층간 절연막에 비아홀을 형성한 후, 주사형 전자 현미경을 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 촬영하면, 비아홀이 정확하게 형성되어 있는지의 여부를 화상에 의해 평가하는 것이 가능해진다.As a device which recognizes the fine surface of an imaging object by irradiation of charged particle beams, such as an electron beam, a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), etc. are known, Especially, a scanning electron microscope is a semiconductor wafer. It is widely used as an evaluation apparatus of. For example, after the via hole is formed in the interlayer insulating film on the substrate and the surface of the semiconductor wafer is photographed using a scanning electron microscope, it is possible to evaluate whether or not the via hole is accurately formed by an image.

그러나, 주사형 전자 현미경에 의한 반도체 웨이퍼의 평가에서는, 애스펙트비가 큰 비아홀의 저부 구조를 정확하게 관찰하는 것이 어렵고, 이 때문에, 이러한 비아홀의 저부에 잔존하는 에칭 잔류물 등의 이물질을 발견하는 것은 곤란했다. 이 문제를 해결하기 위해, 최근, 반도체 웨이퍼에 전자빔을 조사하고, 이에 의해 반도체 웨이퍼에 흐르는 기판 전류를 검출함으로써 비아홀 등의 평가를 실시하는 기술이 제안되어 있다 (특허 문헌 1∼3 참조).However, in the evaluation of a semiconductor wafer by a scanning electron microscope, it is difficult to accurately observe the bottom structure of the via hole having a large aspect ratio, and therefore, it was difficult to find foreign substances such as etching residues remaining in the bottom of the via hole. . In order to solve this problem, in recent years, the technique which irradiates an electron beam to a semiconductor wafer, and thereby detects the board | substrate current which flows through a semiconductor wafer, and evaluates via holes etc. is proposed (refer patent document 1-3).

도 9 는, 기판 전류를 검출하는 종래의 미세 영역 촬상 장치에 의한 촬상 원리를 설명하기 위한 도면이고, (a) 는 촬상 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 대략적인 부분 단면도, (b) 는 얻어지는 기판 전류 (i) 의 파형을 나타내는 그래프, (c) 는 기판 전류 (i) 를 미분함으로써 얻어지는 미분 출력 (d) 의 파형을 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of imaging by a conventional microarea imaging device which detects a substrate current, (a) is a schematic partial cross-sectional view of a semiconductor wafer to be imaged, and (b) is a substrate current obtained ( A graph showing the waveform of i) and (c) are graphs showing the waveform of the differential output d obtained by differentiating the substrate current i.

도 9(a) 에 나타내는 반도체 웨이퍼 (10) 는, 소자 분리 영역 (11) 및 게이트 전극 (12) 을 갖고 있고, 이들 위에 층간 절연막 (13) 이 형성된 구조를 갖고 있다. 층간 절연막 (13) 에는 스루홀 (13a) 이 형성되어 있고, 이 스루홀 (13a) 을 통하여 소자 분리 영역 (11) 의 일부 및 게이트 전극 (12) 의 일부가 노출된 상태로 되어 있다.The semiconductor wafer 10 shown in FIG. 9A has an element isolation region 11 and a gate electrode 12, and has a structure in which an interlayer insulating film 13 is formed thereon. Through holes 13a are formed in the interlayer insulating film 13, and a part of the element isolation region 11 and a part of the gate electrode 12 are exposed through the through holes 13a.

이러한 구조를 갖는 반도체 웨이퍼 (10) 에 전자빔 (X) 을 조사하고, 이에 의해 반도체 웨이퍼 (10) 에 흐르는 기판 전류 (i) 를 검출하면, 도 9(b) 에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면 상태에 따라 기판 전류 (i) 가 변화되는 모습이 관찰된다. 즉, 층간 절연막 (13) 에 덮인 영역에 있어서는, 전자빔이 층간 절연막 (13) 에 의해 차단되므로, 기판 전류 (i) 는 미량의 터널 전류가 관찰될 정도인데, 스루홀 (13a) 에 의해 노출된 영역에 있어서는, 전자빔 (X) 이 기판 내에 도달하고, 그 양에 따른 기판 전류 (i) 가 관찰되게 된다. 이 때, 스루홀 (13a) 에 의해 노출된 영역 중, 게이트 전극 (12) 이 형성되어 있는 영역에 있어서는, 전자빔 (X) 이 효율적으로 기판에 도달하므로, 큰 기판 전류 (i) 가 얻어지게 되는데, 전자빔 (X) 의 파워를 어느 정도 강하게 설정해 두면, 도 9(b) 에 나타내는 바와 같이, 소자 분리 영역 (11) 에 상당하는 위치에 있어서도, 어느 정도의 크기를 갖는 기판 전류 (i) 가 관찰된다.When the electron beam X is irradiated to the semiconductor wafer 10 which has such a structure, and this detects the board | substrate current i which flows through the semiconductor wafer 10, as shown to FIG. 9 (b), the semiconductor wafer 10 It is observed that the substrate current i changes depending on the surface state of the substrate. That is, in the area covered by the interlayer insulating film 13, since the electron beam is blocked by the interlayer insulating film 13, the substrate current i is such that a small amount of tunnel current is observed, but is exposed by the through hole 13a. In the region, the electron beam X reaches the substrate, and the substrate current i corresponding to the amount is observed. At this time, in the region exposed by the through hole 13a, in the region where the gate electrode 12 is formed, the electron beam X efficiently reaches the substrate, whereby a large substrate current i is obtained. When the power of the electron beam X is set to some extent, as shown in FIG. 9B, the substrate current i having a certain magnitude is observed even at a position corresponding to the element isolation region 11. do.

그리고, 얻어진 기판 전류 (i) 의 값을 미분하면, 도 9(c) 에 나타내는 바와 같이, 기판 전류 (i) 가 변화된 부분에 있어서, 그 변화량 및 변화 방향에 따른 미분 출력 (d) 이 얻어지게 된다. 따라서, 이 미분 출력 (d) 의 파형을 참조하면, 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면에 있어서의 각종 경계 부분을 인식하는 것이 가능해지고, 이것을 해석함으로써, 예를 들어 스루홀 (13a) 의 직경 (도 9(a) 에 나타내는 범위 A 에 상당) 이나, 스루홀 (13a) 과 게이트 전극 (12) 의 오프셋량 (도 9(a) 에 나타내는 범위 B 에 상당) 을 특정하는 것이 가능해진다.When the value of the obtained substrate current i is differentiated, as shown in Fig. 9 (c), in the part where the substrate current i is changed, the amount of change and the differential output d corresponding to the change direction are obtained. do. Therefore, referring to the waveform of this differential output d, it becomes possible to recognize various boundary parts on the surface of the semiconductor wafer 10, and by analyzing this, for example, the diameter of the through hole 13a (Fig. It becomes possible to specify the range A shown to 9 (a), and the offset amount (equivalent to the range B shown to FIG. 9 (a)) of the through hole 13a and the gate electrode 12. FIG.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 제 2002-83849 호Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-83849

특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 제 2004-235464 호Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-235464

특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 제 2005-64128 호Patent Document 3: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-64128

발명의 개시Disclosure of the Invention

발명이 해결하고자 하는 과제Problems to be Solved by the Invention

그러나, 종래의 미세 영역 촬상 장치에서는, 전자빔의 조사에 의해 얻어지는 기판 전류 (i) 를 그대로 검출하고 있으므로, 진동·열 잡음·불요 복사 (EMI) 등의 외래 노이즈의 영향을 쉽게 받는다는 문제가 있었다. 또, 어떠한 원인에 의해 기판 전류 (i) 의 직류 레벨이 변화 (전류 드리프트) 되면 검출 정밀도가 대폭 저하되어 정확한 검출을 실시할 수 없게 된다는 문제가 있었다.However, in the conventional microarea imaging device, since the substrate current i obtained by irradiation of the electron beam is detected as it is, there is a problem that it is easily affected by external noise such as vibration, thermal noise, unnecessary radiation (EMI), and the like. Moreover, when the DC level of the board | substrate current i changes (current drift) for some reason, there existed a problem that detection accuracy fell significantly and it was impossible to carry out accurate detection.

또한, 종래의 미세 영역 촬상 장치는, 반드시 해상도 및 스캔 속도가 충분하지 않고, 이 때문에, 반도체 웨이퍼 등을 광범위에 걸쳐 촬상하고자 하면, 매우 긴 시간이 걸린다는 문제도 있었다.Moreover, the conventional fine area imaging device does not necessarily have sufficient resolution and scan speed, and therefore, there is a problem that it takes a very long time when the semiconductor wafer or the like is to be imaged over a wide range.

따라서, 본 발명의 목적은, 외래 노이즈나, 기판 전류 직류 레벨의 변화의 영향을 잘 받지 않는 미세 영역 촬상 장치 및 미세 영역 촬상 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a microarea imaging device and a microarea imaging method that are not affected by extraneous noise or change in substrate current direct current level.

또, 본 발명의 다른 목적은, 고해상도로 고속 스캔이 가능한 미세 영역 촬상 장치 및 미세 영역 촬상 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a microarea imaging device and a microarea imaging method capable of high-speed scanning at high resolution.

과제를 해결하기 위한 수단Means to solve the problem

미세 영역 촬상 장치를 개량하기 위해, 본 발명자가 예의 연구를 거듭한 결과, 기판 전류의 직류 레벨의 변화 (전류 드리프트) 는, 반도체 웨이퍼 등의 촬상 대상물의 이면 (전자빔 등의 하전 입자선을 조사하는 면과는 반대측의 면) 이 절연막으로 덮여 있는 경우에 매우 현저하다는 것이 판명되었다. 이 현상에 대해 더욱 연구를 거듭한 결과, 촬상 대상물의 초기 대전이 전류 드리프트의 원인인 것을 본 발명자는 밝혀냈다. 즉, 대전되어 있는 촬상 대상물에 전자빔 등을 조사한 경우, 천천히 흘러 나오는 초기 대전 전하가 기판 전류에 가산되고, 그 결과, 기판 전류의 직류 레벨이 시간에 따라 천천히 변화되는 것이 판명된 것이다.As a result of the intensive studies of the present inventors in order to improve the micro-region imaging device, the change (current drift) of the direct current level of the substrate current causes the back surface of an imaging object such as a semiconductor wafer to irradiate charged particle beams such as an electron beam. It turned out that it is very remarkable when the surface on the opposite side to the surface is covered with the insulating film. As a result of further studies on this phenomenon, the inventors found that the initial charging of the imaging object is the cause of the current drift. In other words, when the charged object is irradiated with an electron beam or the like, the initial charging charge flowing slowly is added to the substrate current, and as a result, it is found that the direct current level of the substrate current changes slowly with time.

따라서, 전류 드리프트의 발생을 방지하기 위해서는, 어떠한 방법으로 초기 대전을 제거하는 (즉 제전 (除電) 하는) 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이온화장치 등을 이용하여 제전하는 방법에서는, 이온화장치로부터의 발진 (發塵) 에 의해 반도체 웨이퍼 상에 먼지가 부착되어 수율을 저하시킬 뿐만 아니라, 이온화장치를 이용한 제전 후에 대전이 발생하면, 결과적으로 전류 드리프트는 발생한다. 또, 전자빔의 조사 중에 반도체 웨이퍼의 측면으로부터 항상 제전한다는 방법도 생각할 수 있지만, 반도체 웨이퍼의 측면 상태에는 큰 편차가 존재하므로, 안정된 제전을 실시하는 것은 곤란함과 함께, 제전 동작에 의해 반도체 웨이퍼의 측면이 약간 파손되고, 이것이 파티클이 되어 수율을 저하시키는 것도 생각할 수 있다.Therefore, in order to prevent the occurrence of current drift, it is conceivable to remove the initial charging (that is, de-charge) in some way. However, in the method of static elimination using an ionizer or the like, dust not only adheres to the semiconductor wafer due to oscillation from the ionizer, thereby lowering the yield, and when charging occurs after static elimination using the ionizer, As a result, current drift occurs. Moreover, although the method of always static eliminating from the side surface of a semiconductor wafer during irradiation of an electron beam can be considered, since there exists a big deviation in the side state of a semiconductor wafer, it is difficult to carry out stable static elimination, and the It is also conceivable that the side surface is slightly damaged and this becomes particles to lower the yield.

이와 같이, 초기 대전을 제전하는 방법에는 여러 가지 문제가 있다. 그래서, 본 발명자는, 초기 대전을 제전하는 것이 아니라, 초기 대전에 의해 전류 드리프트가 발생했다고 해도, 그 영향을 받지 않고 정확하게 촬상을 실시할 수 있는 방법을 모색했다.As described above, there are various problems in the method of eliminating the initial charge. Therefore, the present inventors sought a method of accurately imaging without being affected by the initial charging, even if current drift occurs due to the initial charging.

본 발명은, 이러한 연구 결과 이루어진 것으로서, 본 발명에 의한 미세 영역 촬상 장치는, 촬상 대상물에 하전 입자선을 조사하는 조사 수단과, 상기 하전 입자선의 조사에 의해 발생한 에너지 신호의 교류 성분을 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단의 출력에 기초하여, 상기 촬상 대상물의 표면 상태를 나타내는 데이터를 생성하는 데이터 생성 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention has been made as a result of such a study, and the micro-domain imaging device according to the present invention is characterized in that detection means for irradiating a charged particle beam to an imaging object and detection for detecting an alternating current component of an energy signal generated by irradiation of the charged particle beam. Means, and data generating means for generating data representing the surface state of the imaging object based on the output of the detecting means.

또, 본 발명의 일측면에 의한 미세 영역 촬상 방법은, 조사 위치를 연속적 또는 단속적으로 변화시키면서 촬상 대상물에 하전 입자선을 조사하고, 이에 의해 발생한 에너지 신호의 교류 성분을 검출하고, 상기 에너지 신호의 교류 성분에 기초하여, 상기 촬상 대상물의 표면 상태를 나타내는 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다. 또, 본 발명의 다른 측면에 의한 미세 영역 촬상 방법은, 조사 위치를 연속적 또는 단속적으로 변화시키면서 교류 변조된 하전 입자선을 촬상 대상물에 조사하고, 이에 의해 발생한 에너지 신호를 복조함으로써, 상기 촬상 대상물의 표면 상태를 나타내는 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.Moreover, the micro-region imaging method by one side of this invention irradiates a charged particle beam to an imaging object, changing an irradiation position continuously or intermittently, detects the alternating current component of the energy signal which this generate | occur | produced, Based on the alternating current component, data representing the surface state of the imaging object is generated. In addition, the micro-region imaging method according to another aspect of the present invention, by irradiating alternating charged particle beam to the imaging object while demodulating the irradiation position continuously or intermittently, by demodulating the energy signal generated thereby, Generating data indicative of surface conditions.

본 발명은, 종래의 미세 영역 촬상 장치 및 미세 영역 촬상 방법과는 달리, 하전 입자선의 조사에 의해 발생한 기판 전류 등의 에너지 신호를 그대로 검출하는 것이 아니라, 그 교류 성분을 검출함으로써 촬상 대상물의 표면 상태를 인식하고 있으므로, 초기 대전에 의해 전류 드리프트가 발생했다고 해도, 그 영향을 받지 않고, 정확하게 촬상하는 것이 가능해진다. 또, 진동·열 잡음·불요 복사 (EMI) 등의 외래 노이즈의 영향도 잘 받지 않게 되고, 그 결과, 고정밀도의 촬상을 실시하는 것이 가능해진다. 여기에서, 「에너지 신호」 란, 하전 입자선의 조사에 의해 발생한 투과 전자, 2 차 전자, 반사 전자 등을 가리킨다.Unlike the conventional microarea imaging apparatus and the microarea imaging method, the present invention does not detect an energy signal such as a substrate current generated by irradiation of charged particle beams as it is, but detects an alternating current component, thereby detecting the surface state of the imaging object. Therefore, even if a current drift occurs due to initial charging, it is possible to accurately capture the image without being affected. Moreover, it is hard to be affected by extraneous noises such as vibration, thermal noise, and unnecessary radiation (EMI), and as a result, high accuracy imaging can be performed. Here, an "energy signal" refers to transmission electrons, secondary electrons, reflection electrons, etc. which were generated by irradiation of a charged particle beam.

본 발명은, 반도체 웨이퍼의 검사에 응용하는 것이 바람직하고, 이 경우, 하전 입자선으로는 전자빔을 이용할 수 있고, 촬상 대상물인 반도체 웨이퍼를 흐르는 기판 전류 (투과 전자) 를 에너지 신호로서 검출할 수 있다. 반도체 웨이퍼로는, 이면에 절연막이 형성된 반도체 웨이퍼를 이용할 수 있다. 상기 기술한 바와 같이, 이면에 절연막이 형성된 반도체 웨이퍼는, 초기 대전의 영향에 의해 기판 전류의 직류 레벨이 시간과 함께 천천히 변화되는 전류 드리프트가 발생하는데, 본 발명에 의하면, 그 영향을 배제한 정확한 촬상을 실시하는 것이 가능해진다.It is preferable to apply this invention to the test | inspection of a semiconductor wafer, In this case, an electron beam can be used as a charged particle beam, and the board | substrate current (transmissive electron) which flows through the semiconductor wafer which is an imaging object can be detected as an energy signal. . As the semiconductor wafer, a semiconductor wafer having an insulating film formed on its rear surface can be used. As described above, in the semiconductor wafer having the insulating film formed on the back surface, a current drift occurs in which the DC level of the substrate current changes slowly with time due to the influence of the initial charging, and according to the present invention, accurate imaging without the effect It becomes possible to carry out.

하전 입자선의 출력은 일정 출력이어도 되고, 기준 신호에 기초하여 교류 변조되어 있어도 된다. 전자의 경우, 검출 수단은, 에너지 신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭기의 출력으로부터 적어도 직류 성분을 제거하는 필터를 포함함으로써, 에너지 신호의 교류 성분을 검출할 수 있다. 후자의 경우, 검출 수단은, 교류 변조된 에너지 신호를 복조함으로써, 에너지 신호의 교류 성분을 검출할 수 있다.The output of a charged particle beam may be a constant output, and may be alternating-modulated based on a reference signal. In the former case, the detection means can detect an AC component of the energy signal by including an amplifier that amplifies the energy signal and a filter that removes at least a direct current component from the output of the amplifier. In the latter case, the detection means can detect the alternating current component of the energy signal by demodulating the alternating energy signal.

또, 후자의 경우, 하전 입자선의 고주파 변조에 의해 분해능이 대폭 향상되므로, 종래에 비해, 스캔 속도 등을 비약적으로 높이는 것이 가능해진다. 이에 의해, 촬상에 필요로 하는 시간 (신호 취득 시간) 을 대폭 단축하는 것이 가능해진다.In the latter case, since the resolution is greatly improved by the high frequency modulation of the charged particle beam, it is possible to dramatically increase the scan speed and the like compared with the conventional one. Thereby, it becomes possible to significantly shorten the time (signal acquisition time) required for imaging.

발명의 효과Effects of the Invention

이와 같이, 본 발명에 의하면, 외래 노이즈나 전류 드리프트의 영향이 대폭 저감되므로, 촬상 대상물의 표면 상태를 보다 정확하게 촬상하는 것이 가능해진다. 또, 하전 입자선의 출력을 기준 신호에 기초하여 교류 변조하면, 고해상도로 고속 스캔을 실시하는 것이 가능해져 신호 취득 시간을 대폭 단축하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명을 반도체 웨이퍼의 검사에 적용하면, 미세하고 애스펙트비가 큰 스루홀이 다수 형성된 반도체 웨이퍼에 대한 검사 정밀도 및 검사 속도를 비약적으로 개선하는 것이 가능해진다.As described above, according to the present invention, since the influence of extraneous noise and current drift is greatly reduced, it becomes possible to image the surface state of the imaging object more accurately. In addition, when the output of the charged particle beam is AC-modulated based on the reference signal, it is possible to perform a high-speed scan at a high resolution and to significantly shorten the signal acquisition time. Therefore, when the present invention is applied to the inspection of a semiconductor wafer, it is possible to remarkably improve the inspection accuracy and inspection speed of a semiconductor wafer in which a large number of fine through holes and a large aspect ratio are formed.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세 하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described in detail, referring an accompanying drawing.

도 1 은, 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 의 구성을 나타내는 모식도이다.FIG. 1: is a schematic diagram which shows the structure of the fine region imaging device 100 which concerns on 1st Embodiment of this invention.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 는, 촬상 대상물인 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면 상태를 관찰하기 위한 장치이고, 반도체 웨이퍼 (10) 를 탑재하는 이동 스테이지 (101) 와, 반도체 웨이퍼 (10) 의 주면 (10a) 에 하전 입자선의 1 종인 전자빔 (X) 을 조사하는 전자빔 조사부 (102) 와, 전자빔 (X) 의 조사 위치 등을 제어하기 위한 제어부 (103) 와, 전자빔 (X) 의 조사 위치를 검출하기 위한 위치 검출부 (104) 와, 전자빔 (X) 의 조사에 의해 발생한 기판 전류 (i) 를 에너지 신호로서 검출하는 전류 검출부 (110) 와, 위치 검출부 (104) 의 출력 (p) 및 전류 검출부 (110) 의 출력 (out) 에 기초하여, 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면 상태를 나타내는 화상 데이터를 생성하는 화상 데이터 생성부 (120) 와, 화상 데이터 생성부 (120) 에 의해 생성된 화상 데이터를 표시하는 표시부 (121) 에 의해 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the micro-region imaging device 100 according to the present embodiment is an apparatus for observing the surface state of the semiconductor wafer 10 that is an imaging target, and includes a moving stage on which the semiconductor wafer 10 is mounted ( 101, the electron beam irradiation unit 102 for irradiating the electron beam X which is one kind of charged particle beam to the main surface 10a of the semiconductor wafer 10, and the control unit 103 for controlling the irradiation position of the electron beam X, and the like. A position detector 104 for detecting the irradiation position of the electron beam X, a current detector 110 for detecting the substrate current i generated by the irradiation of the electron beam X as an energy signal, and a position detector ( An image data generation unit 120 for generating image data representing the surface state of the semiconductor wafer 10 based on the output p of the 104 and the output out of the current detection unit 110, and an image data generation unit; Image generated by 120 It is composed of a display unit 121 for displaying data.

반도체 웨이퍼 (10) 는, 배선층이나 층간 절연막, 스루홀 등이 형성된 주면 (10a) 이 전자빔 조사부 (102) 측을 향하도록, 이동 스테이지 (101) 상에 탑재된다. 반도체 웨이퍼 (10) 의 이면 (10b) 에는 절연막 (10c) 이 형성되어 있고, 이 때문에, 제조 프로세스 중이나 반송 중에 생기는 마찰 등에 의해, 대전되기 쉬운 상태로 되어 있다.The semiconductor wafer 10 is mounted on the moving stage 101 so that the main surface 10a on which the wiring layer, the interlayer insulating film, the through hole, and the like are formed faces the electron beam irradiation section 102 side. The insulating film 10c is formed in the back surface 10b of the semiconductor wafer 10, and for this reason, it is in the state which is easy to be charged by the friction etc. which arise during a manufacturing process or conveyance.

반도체 웨이퍼 (10) 가 탑재되는 이동 스테이지 (101) 는, 제어부 (103) 에 의한 제어에 의해 수평 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있고, 또, 전자빔 조사부 (102) 도, 제어부 (103) 에 의한 제어에 의해, 전자빔 (X) 의 조사 위치를 연속적으로 이동 가능, 즉 스캔 가능하게 구성되어 있다. 이동 스테이지 (101) 의 이동은 기계적으로 실시할 수 있고, 전자빔 조사부 (102) 에 의한 전자빔 (X) 의 조사 위치의 이동은, 도시하지 않은 편향 전극에 전압을 인가하고, 이에 의해 전자빔에 부여하는 전계를 변화시킴으로써 실시할 수 있다. 이에 의해, 전자빔 (X) 은, 반도체 웨이퍼 (10) 의 주면 (10a) 의 원하는 위치에 조사하는 것이 가능함과 함께, 스캔 속도를 원하는 속도로 할 수 있다. 또, 전자빔 (X) 의 조사 에너지나 조사 전류량에 대해서도, 제어부 (103) 가 전자빔 조사부 (102) 를 제어함으로써 조정된다. 반도체 웨이퍼 (10) 상에 있어서의 전자빔 (X) 의 실제의 조사 위치는, 위치 검출부 (104) 에 의해 검출되고, 이에 의해 얻어진 위치 정보 (p) 는, 화상 데이터 생성부 (120) 에 공급된다. 또, 높은 해상도를 얻기 위해서는, 반도체 웨이퍼 (10) 상에 있어서의 전자빔 (X) 의 직경을 가능한 한 작게 축소하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.2㎚ 정도로 축소하는 것이 바람직하다.The movement stage 101 on which the semiconductor wafer 10 is mounted is configured to be movable in the horizontal direction by control by the control unit 103, and the electron beam irradiation unit 102 also controls by the control unit 103. In this way, the irradiation position of the electron beam X can be continuously moved, that is, configured to be scanable. The movement of the movement stage 101 can be mechanically performed, and the movement of the irradiation position of the electron beam X by the electron beam irradiation unit 102 applies a voltage to a deflection electrode (not shown), thereby applying the voltage to the electron beam. This can be done by changing the electric field. Thereby, the electron beam X can irradiate to the desired position of the main surface 10a of the semiconductor wafer 10, and can make a scanning speed into a desired speed. Moreover, the control part 103 also adjusts the irradiation energy of the electron beam X, and the irradiation current amount by controlling the electron beam irradiation part 102. FIG. The actual irradiation position of the electron beam X on the semiconductor wafer 10 is detected by the position detection unit 104, and the positional information p obtained thereby is supplied to the image data generation unit 120. . Moreover, in order to obtain a high resolution, it is preferable to reduce the diameter of the electron beam X on the semiconductor wafer 10 as small as possible, and it is preferable to specifically shrink to about 0.2 nm.

한편, 기판 전류를 검출하는 전류 검출부 (110) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 연산 증폭기 (OP) 를 이용한 전류 검출 헤드 (111) 와, 전류 검출 헤드 (111) 의 출력을 받는 세컨드 증폭기 (112) 와, 세컨드 증폭기 (112) 의 출력을 받는 직류 컷 필터 (113) 에 의해 구성되어 있다.On the other hand, the current detection unit 110 for detecting the substrate current, as shown in FIG. 1, the current detection head 111 using the operational amplifier OP and the second amplifier 112 receiving the output of the current detection head 111. ) And a DC cut filter 113 that receives the output of the second amplifier 112.

전류 검출 헤드 (111) 는, 연산 증폭기 (OP) 와, 연산 증폭기 (OP) 의 출력단과 반전 입력 단자 사이에 접속된 저항 (R) 에 의해 구성되고, 연산 증폭기 (OP) 의 반전 입력 단자에 공급되는 전류량을 검출하는 전류계로서 기능한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 전류 검출 헤드 (111) 의 입력단 (연산 증폭기 (OP) 의 반전 입력 단자) 은, 반도체 웨이퍼 (10) 의 이면 (10b) 에 접속되어 있고, 이에 의해, 전자빔 (X) 의 조사에 의해 발생하는 기판 전류 (i) 를 검출하고, 이것을 증폭할 수 있다. 세컨드 증폭기 (112) 는, 전류 검출 헤드 (111) 의 출력을 더욱 증폭하기 위해 이용되고, 따라서, 전류 검출 헤드 (111) 와 세컨드 증폭기 (112) 는, 1 개의 증폭기를 구성하고 있는 것으로 생각할 수 있다. 직류 컷 필터 (113) 는, 세컨드 증폭기 (112) 의 출력으로부터 직류 성분을 제거하는 회로이고, 이에 의해, 세컨드 증폭기 (112) 의 출력으로부터 교류 성분이 추출된다.The current detecting head 111 is composed of an operational amplifier OP and a resistor R connected between an output terminal of the operational amplifier OP and an inverting input terminal, and is supplied to the inverting input terminal of the operational amplifier OP. It functions as an ammeter for detecting the amount of current to be made. As shown in FIG. 1, the input terminal (inverting input terminal of the operational amplifier OP) of the current detection head 111 is connected to the back surface 10b of the semiconductor wafer 10, whereby the electron beam X The substrate current i generated by irradiation of can be detected and this can be amplified. The second amplifier 112 is used to further amplify the output of the current detection head 111, and therefore, the current detection head 111 and the second amplifier 112 can be considered to constitute one amplifier. . The DC cut filter 113 is a circuit which removes a DC component from the output of the second amplifier 112, whereby an AC component is extracted from the output of the second amplifier 112.

화상 데이터 생성부 (120) 는, 직류 컷 필터 (113) 에 의해 추출된 기판 전류 (i) 의 교류 성분 (out) 과, 위치 검출부 (104) 에 의해 검출된 전자빔 (X) 의 조사 위치를 나타내는 출력 (p) 을 받고, 이들에 기초하여 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면 상태를 나타내는 화상 데이터를 생성한다. 생성된 화상 데이터는 표시부 (121) 에 표시되고, 이에 의해, 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면 상태를 확인할 수 있다.The image data generation unit 120 indicates the AC component out of the substrate current i extracted by the DC cut filter 113 and the irradiation position of the electron beam X detected by the position detection unit 104. The output p is received and image data indicating the surface state of the semiconductor wafer 10 is generated based on these. The generated image data is displayed on the display unit 121, whereby the surface state of the semiconductor wafer 10 can be confirmed.

이상이, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 의 구성이다. 다음으로, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 의 동작에 대해 설명한다.The above is the structure of the microregion imaging device 100 which concerns on this embodiment. Next, operation | movement of the micro area | region imaging device 100 which concerns on this embodiment is demonstrated.

도 2 는, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 의 동작을 설명하기 위한 도면이고, (a) 는 촬상 대상이 되는 반도체 웨이퍼 (10) 의 일부분을 확대 하여 나타내는 대략적인 부분 단면도, (b) 는 얻어지는 기판 전류 (i) 의 파형을 나타내는 그래프, (c) 는 전류 검출부 (110) 의 출력 신호 (out) 의 파형을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a view for explaining the operation of the micro-region imaging device 100 according to the present embodiment, (a) is an approximate partial cross-sectional view showing an enlarged portion of the semiconductor wafer 10 to be imaged, ( b) is a graph which shows the waveform of the board | substrate current i obtained, (c) is a graph which shows the waveform of the output signal out of the current detection part 110. FIG.

도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 본 예에 의한 반도체 웨이퍼 (10) 는, 층간 절연막 (21) 및 금속 배선 (22) 을 갖고 있고, 이들 위에 층간 절연막 (23) 이 형성된 구조를 갖고 있다. 층간 절연막 (23) 에는 스루홀 (23a) 이 형성되어 있고, 이 스루홀 (23a) 을 통하여 금속 배선 (22) 의 일부가 노출된 상태로 되어 있다. 금속 배선 (22) 은 도시하지 않은 다른 스루홀에 의해 하층의 실리콘 기판에 접속되어 있다. 또, 층간 절연막 (23) 에 형성된 스루홀 (23a) 은, 테이퍼 형상으로 되어 있다. 이것은, RIE (반응성 이온 에칭) 등의 드라이 에칭에 있어서는, 에칭 대상물 (여기에서는 층간 절연막 (23)) 을 완전하게 수직 에칭하는 것은 곤란하고, 다소의 각도를 가지고 에칭되기 때문이다. 따라서, 스루홀 (23a) 의 개구부의 직경 (D1) 보다, 스루홀 (23a) 의 저부의 직경 (D2) 이 약간 작아진다.As shown to Fig.2 (a), the semiconductor wafer 10 by this example has the interlayer insulation film 21 and the metal wiring 22, and has a structure in which the interlayer insulation film 23 was formed on these. Through-holes 23a are formed in the interlayer insulating film 23, and part of the metal wiring 22 is exposed through the through-holes 23a. The metal wiring 22 is connected to the lower silicon substrate by another through hole (not shown). In addition, the through hole 23a formed in the interlayer insulating film 23 has a tapered shape. This is because, in dry etching such as RIE (reactive ion etching), it is difficult to completely etch the etching target (here, the interlayer insulating film 23) completely and is etched with some angle. Therefore, the diameter D2 of the bottom part of the through hole 23a becomes slightly smaller than the diameter D1 of the opening part of the through hole 23a.

이러한 형상을 갖는 스루홀 (23a) 을 통과하도록, 일정 출력의 전자빔 (X) 을 스캔하면, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 전자빔 (X) 에 의해 기판 전류 (i) 가 유기 (誘起) 되고, 이것이 전류 검출 헤드 (111) 에 입력된다. 기판 전류 (i) 의 파형은, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 층간 절연막 (23) 에 덮인 영역에 있어서는 거의 제로인데, 스루홀 (23a) 에 의해 노출된 영역에 있어서는, 전자빔 (X) 에 의해 유기된 기판 전류 (i) 가 관찰된다. 또한, 금속 배선 (22) 으로 는, 게이트 전극에 접속되는 배선과 같이, 실리콘 기판과는 접속되어 있지 않은 배선도 있는데, 게이트 산화막은 매우 얇으므로 (예를 들어 수 ㎚), 전자빔 (X) 에 의해 유기된 전자는 터널 전류로서 게이트 산화막에 흘러 들어가 실리콘 기판에 도달한다. 또한, 실리콘 기판을 직접 노출시키는 스루홀에 대해서 스캔을 실시한 경우에도, 당연히 스루홀에 의해 노출된 영역을 스캔할 때 기판 전류 (i) 가 관찰된다.When the electron beam X of constant output is scanned so that the through-hole 23a which has such a shape passes, as shown in FIG.2 (b), the substrate current i will be induced | stimulated by the electron beam X. In FIG. This is input to the current detection head 111. As shown in Fig. 2B, the waveform of the substrate current i is almost zero in the region covered by the interlayer insulating film 23, but in the region exposed by the through hole 23a, the electron beam X The substrate current i induced by is observed. The metal wirings 22 also have wirings not connected to the silicon substrate, such as wirings connected to the gate electrodes. Since the gate oxide film is very thin (for example, several nm), the electron beam X The released electrons flow into the gate oxide film as tunnel current and reach the silicon substrate. In addition, even when a scan is performed for the through hole which directly exposes the silicon substrate, the substrate current i is observed when scanning the region exposed by the through hole.

이 때, 스루홀 (23a) 이 테이퍼 형상으로 되어 있고, 스캔에 의해 측벽 (24) 에 전자빔 (X) 이 조사되므로, 이 부분을 전자빔 (X) 이 통과할 때, 기판 전류 (i) 는 소정의 기울기를 가지고 변화하게 된다. 또, 스루홀 (23a) 에 의해 노출된 영역에는 금속 배선 (22) 이 형성되어 있기 때문에, 전자빔 (X) 이 당해 영역을 통과할 때에는, 큰 기판 전류 (i) 가 검출된다.At this time, since the through-hole 23a is tapered, and the electron beam X is irradiated to the side wall 24 by a scan, when the electron beam X passes through this part, the substrate current i is predetermined. It changes with the slope of. In addition, since the metal wiring 22 is formed in the region exposed by the through hole 23a, when the electron beam X passes through the region, a large substrate current i is detected.

이러한 파형을 갖는 기판 전류 (i) 는, 도 1 에 나타내는 전류 검출부 (110) 에 입력되고, 전류 검출 헤드 (111) 및 세컨드 증폭기 (112) 에 의해 증폭된 후, 직류 컷 필터 (113) 에 의해 교류 성분의 추출이 실시된다. 따라서, 전류 검출부 (110) 의 출력 신호 (out) 는, 도 2(c) 에 나타내는 바와 같이, 기판 전류 (i) 의 변화 부분만이 취출 (取出) 된 파형이 되고, 기판 전류 (i) 가 전혀 변화되지 않은 부분, 또는 기판 전류 (i) 가 거의 변화되지 않은 부분에서는, 기판 전류 (i) 의 절대값 (직류 레벨) 에 관계 없이, 출력 신호 (out) 의 출력은 실질적으로 제로가 된다.The substrate current i having such a waveform is input to the current detection unit 110 shown in FIG. 1, amplified by the current detection head 111 and the second amplifier 112, and then, by the DC cut filter 113. Extraction of the alternating current component is performed. Therefore, the output signal out of the current detection unit 110 becomes a waveform in which only the changed portion of the substrate current i is taken out as shown in Fig. 2C, and the substrate current i is In the part which has not changed at all, or in which the substrate current i hardly changes, the output of the output signal out becomes substantially zero, regardless of the absolute value (direct current level) of the substrate current i.

구체적으로는, 스캔에 의해 전자빔 (X) 이 스루홀 (23a) 에 침입할 때에는, 측벽 (24) 에 있어서 수직 방향으로 본 층간 절연막 (23) 의 막두께가 서서히 감소되므로, 소정의 기울기를 가지고 증대되는 기판 전류 (i) 의 변화가 취출되고, 마찬가지로 스캔에 의해 전자빔 (X) 이 스루홀 (23a) 로부터 탈출할 때에는, 측벽 (24) 에 있어서 수직 방향으로 본 층간 절연막 (23) 의 막두께가 서서히 증대되므로, 소정의 기울기를 가지고 감소하는 기판 전류 (i) 의 변화가 취출된다. 그 밖의 부분, 즉, 스루홀 (23a) 의 외부 (층간 절연막 (23) 의 평탄부) 나, 스루홀 (23a) 의 저부 (금속 배선 (22) 의 표면) 에 있어서는, 기판 전류 (i) 의 절대값은 상이하지만, 당해 부분에 있어서 기판 전류 (i) 에 변화는 발생하지 않기 때문에, 출력 신호 (out) 의 출력은 제로가 된다.Specifically, when the electron beam X enters the through hole 23a by scanning, the film thickness of the interlayer insulating film 23 viewed in the vertical direction in the side wall 24 gradually decreases, and thus has a predetermined slope. When the change in the increased substrate current i is taken out and the electron beam X escapes from the through hole 23a by scanning similarly, the film thickness of the interlayer insulating film 23 viewed in the vertical direction in the side wall 24. Since is gradually increased, a change in the substrate current i which decreases with a predetermined slope is taken out. In other parts, namely, the outside of the through hole 23a (flat part of the interlayer insulating film 23) and the bottom part of the through hole 23a (the surface of the metal wiring 22), the substrate current i Although the absolute value is different, since no change occurs in the substrate current i in the portion, the output of the output signal out becomes zero.

따라서, 스루홀 (23a) 을 상면으로부터 본 평면도인 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 스루홀 (23a) 의 복수 지점을 스캔하면, 전류 검출부 (110) 로부터는, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이 스루홀 (23a) 의 측벽 (24) 을 나타내는 출력 신호 (out) 가 얻어지게 된다. 또한, 도 3(b) 에서는, 출력 신호 (out) 가 관측되는 영역을 해칭 (hatching) 에 의해 모식적으로 나타내고 있다. 이 출력 신호 (out) 는, 상기 서술한 바와 같이, 위치 정보를 나타내는 위치 검출부 (104) 의 출력 (p) 과 함께 화상 데이터 생성부 (120) 에 공급되고, 이들에 기초하여, 스루홀 (23a) 의 형상을 나타내는 화상 데이터가 생성된다.Therefore, as shown in FIG. 3 (a) which is the top view which looked at the through-hole 23a from the upper surface, when several points of the through-hole 23a are scanned, the current detection part 110 will show in FIG. 3 (b). As described above, an output signal out indicating the side wall 24 of the through hole 23a is obtained. In addition, in FIG.3 (b), the area | region where the output signal out is observed is shown typically by hatching. As described above, this output signal out is supplied to the image data generation unit 120 together with the output p of the position detection unit 104 indicating the position information, and based on these, the through hole 23a Image data indicative of the shape

이와 같이, 본 실시형태에서는, 전류 검출부 (110) 내의 직류 컷 필터 (113) 를 이용하여, 기판 전류 (i) 에 포함되는 직류 성분을 제거하고, 교류 성분만을 취출하고 있으므로, 반도체 웨이퍼 (10) 의 초기 대전이나, 진동·열 잡음·불요 복 사 (EMI) 등의 외래 노이즈에 의해 기판 전류 (i) 의 직류 레벨이 변동된 경우에도, 그 영향을 거의 완전하게 배제하여 스루홀 (23a) 의 형상을 정확하게 인식하는 것이 가능해진다.As described above, in the present embodiment, since the direct current component included in the substrate current i is removed using the direct current cut filter 113 in the current detection unit 110, only the AC component is taken out. Even when the direct current level of the substrate current or the direct current level of the substrate current i changes due to external noise such as vibration, thermal noise and unnecessary radiation (EMI), the influence of the through hole 23a is almost completely eliminated. It is possible to accurately recognize the shape.

또, 종래의 미세 영역 촬상 장치와 같이, 기판 전류 (i) 의 절대값을 취득한 후, 이것을 미분함으로써 기판 전류 (i) 의 변화를 파악하는 방법에서는, 기판 전류 (i) 의 절대값을 항상 모니터할 필요가 있기 때문에, 신호 처리 능력 등의 한계에 의해 전자빔 (X) 의 스캔 속도가 대폭 제한되지만, 본 실시형태에 의하면, 기판 전류 (i) 의 변화만을 모니터하면 충분하므로, 종래보다 전자빔 (X) 의 스캔 속도를 높일 수 있어 스루풋을 개선하는 것이 가능해진다.Moreover, in the method of grasping the absolute value of the substrate current i after differentiating the absolute value of the substrate current i like a conventional microarea imaging device, the absolute value of the substrate current i is always monitored. Since the scanning speed of the electron beam X is greatly limited by limitations such as signal processing capability, it is sufficient to monitor only the change in the substrate current i, according to the present embodiment. The scan speed can be increased to improve the throughput.

다음으로, 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 대해 설명한다.Next, a second preferred embodiment of the present invention will be described.

도 4 는, 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 의 구성을 나타내는 모식도이다.4 is a schematic diagram showing the configuration of the micro-region imaging device 200 according to the second preferred embodiment of the present invention.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 는, 상기 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 와 유사한 구성을 갖고 있지만, 발진 회로 (201) 가 추가되어 있는 점, 그리고 전류 검출부 (110) 가 전류 검출부 (210) 로 치환되어 있는 점에 있어서, 상기 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 와 상이하다. 그 밖의 구성에 대해서는, 상기 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 와 동일하므로, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다.As shown in FIG. 4, although the microregion imaging device 200 which concerns on this embodiment has a structure similar to the microregion imaging device 100 which concerns on the said embodiment, the oscillation circuit 201 is added. In addition, the current detection unit 110 is replaced with the current detection unit 210, and is different from the fine region imaging apparatus 100 according to the above embodiment. Since the other structure is the same as that of the micro area | region imaging apparatus 100 by the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same component, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

발진 회로 (201) 는, 소정의 주파수를 갖는 기준 신호 (c) (캐리어 신호) 를 생성하는 회로이고, 생성된 기준 신호 (c) 는, 전자빔 조사부 (102) 및 전류 검출부 (210) 에 공통으로 공급된다. 기준 신호 (c) 로는 정현파 또는 직사각형파를 이용할 수 있고, 그 주파수에 대해서는, 전자빔 (X) 의 조사 위치의 연속적인 변화, 즉 스캔에 의해 얻어지는 기판 전류 (i) 의 주파수보다 충분히 높은 주파수이면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 일례로서, 전자빔 (X) 의 스캔에 의해 얻어지는 기판 전류 (i) 의 주파수가 수 kHz 인 경우, 기준 신호 (c) 의 주파수로는, 100∼200kHz 정도로 설정하면 된다. 기준 신호 (c) 의 주파수가 높을수록, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 의 분해능이 향상되고, 그 결과 스캔 속도를 높이는 것이 가능해진다. 단, 기준 신호 (c) 의 주파수를 너무 높게 하면, 전자빔 (X) 의 변조나 전류 검출부 (210) 에 있어서의 신호 처리가 곤란해질 우려가 있으므로, 이 점을 고려하면서, 가능한 한 높은 주파수로 설정하는 것이 바람직하다.The oscillation circuit 201 is a circuit which generates a reference signal c (carrier signal) having a predetermined frequency, and the generated reference signal c is common to the electron beam irradiation unit 102 and the current detection unit 210. Supplied. As the reference signal c, a sine wave or a rectangular wave can be used, and for the frequency thereof, if the frequency is sufficiently higher than the frequency of the continuous change of the irradiation position of the electron beam X, that is, the frequency of the substrate current i obtained by scanning, It is not specifically limited. As an example, when the frequency of the substrate current i obtained by scanning the electron beam X is several kHz, the frequency of the reference signal c may be set to about 100 to 200 kHz. The higher the frequency of the reference signal (c), the better the resolution of the micro-domain imaging device 200 according to the present embodiment, and as a result, the scanning speed can be increased. However, if the frequency of the reference signal c is too high, the modulation of the electron beam X and the signal processing in the current detection unit 210 may be difficult. Therefore, the frequency is set as high as possible while taking this into consideration. It is desirable to.

이러한 기준 신호 (c) 를 받은 전자빔 조사부 (102) 는, 이 기준 신호 (c) 에 기초하여 전자빔 (X) 을 교류 변조 (고주파 변조) 한다. 즉, 기준 신호 (c) 의 주파수가 100kHz 이면, 전자빔 (X) 에 대해서도 100kHz 의 펄스 형상 빔으로 한다. 본 실시형태에 있어서도, 반도체 웨이퍼 (10) 상에 있어서의 전자빔 (X) 의 직경은 가능한 한 작게 축소하는 것이 바람직하다.The electron beam irradiation part 102 which received this reference signal c performs AC modulation (high frequency modulation) on the electron beam X based on this reference signal c. In other words, when the frequency of the reference signal c is 100 kHz, the pulse beam of 100 kHz is also set for the electron beam X. Also in this embodiment, it is preferable to reduce the diameter of the electron beam X on the semiconductor wafer 10 as small as possible.

또, 전류 검출부 (210) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 연산 증폭기 (OP) 및 저항 (R) 을 이용한 전류 검출 헤드 (111) 와, 전류 검출 헤드 (111) 의 출력 및 기준 신호 (c) 를 받는 믹서 (211) 와, 믹서 (211) 의 출력을 받는 하이 컷 필 터 (212) 와, 하이 컷 필터 (212) 의 출력을 받는 세컨드 증폭기 (112) 에 의해 구성되어 있다.In addition, as shown in FIG. 4, the current detection unit 210 outputs the current detection head 111 using the operational amplifier OP and the resistor R, the output of the current detection head 111 and the reference signal c. It consists of the mixer 211 which receives the, the high cut filter 212 which receives the output of the mixer 211, and the second amplifier 112 which receives the output of the high cut filter 212.

믹서 (211) 는, 전류 검출 헤드 (111) 의 출력과 기준 신호 (c) 를 곱함으로써, 기준 신호 (c) 에 의해 고주파 변조된 전류 검출 헤드 (111) 의 출력을 복조하는 역할을 한다. 즉, 기준 신호 (c) 를 이용한 동기 검파를 실시한다. 복조된 믹서 (211) 의 출력은 하이 컷 필터 (212) 에 입력되고, 이에 의해 불필요한 고주파 성분이 제거된다.The mixer 211 performs a function of demodulating the output of the current detection head 111 which is high frequency modulated by the reference signal c by multiplying the output of the current detection head 111 by the reference signal c. That is, synchronous detection using the reference signal c is performed. The output of the demodulated mixer 211 is input to the high cut filter 212, whereby unnecessary high frequency components are removed.

이상이, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 의 구성이다. 다음으로, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 의 동작에 대해 설명한다.The above is the structure of the microregion imaging device 200 which concerns on this embodiment. Next, operation | movement of the micro area | region imaging device 200 which concerns on this embodiment is demonstrated.

도 5 는, 본 실시형태에 의한 촬상 방법을 설명하기 위한 도면이고, (a) 는 촬상 대상이 되는 반도체 웨이퍼 (10) 의 일부분을 확대하여 나타내는 대략적인 부분 단면도, (b) 는 얻어지는 기판 전류 (i) 의 파형을 나타내는 그래프, (c) 는 전류 검출부 (210) 의 출력 신호 (out) 의 파형을 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a diagram for explaining the imaging method according to the present embodiment, (a) is an approximate partial cross-sectional view showing an enlarged portion of the semiconductor wafer 10 to be imaged, (b) is a substrate current ( The graph which shows the waveform of i), (c) is a graph which shows the waveform of the output signal out of the current detection part 210. FIG.

도 5(a) 에 나타내는 반도체 웨이퍼 (10) 의 형상은, 도 2(a) 에서 나타낸 형상과 동일하다. 이러한 형상을 갖는 반도체 웨이퍼 (10) 에 전자빔 (X) 을 조사하면, 도 5(b) 에 나타내는 기판 전류 (i) 의 파형이 얻어진다. 즉, 본 실시형태에서는, 전자빔 조사부 (102) 에 의해 조사되는 전자빔 (X) 이 고주파 변조되어 있으므로, 얻어지는 기판 전류 (i) 도 펄스 형상의 파형이 된다. 여기에서, 펄스 형상인 기판 전류 (i) 의 피크값은, 각각 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면 형 상에 따른 값이 된다. 이러한 펄스 형상의 기판 전류 (i) 를 믹서 (211) 에 의해 복조하고, 하이 컷 필터 (212) 에 의해 불필요한 고주파 성분을 제거하면, 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, 펄스 형상인 기판 전류 (i) 의 피크값을 연결한 파형, 즉, 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면 형상을 나타내는 파형이 얻어진다.The shape of the semiconductor wafer 10 shown in FIG. 5A is the same as the shape shown in FIG. 2A. When the electron beam X is irradiated to the semiconductor wafer 10 which has such a shape, the waveform of the board | substrate current i shown to FIG. 5 (b) is obtained. That is, in this embodiment, since the electron beam X irradiated by the electron beam irradiation part 102 is subjected to high frequency modulation, the obtained substrate current i also becomes a pulse waveform. Here, the peak value of the pulsed substrate current i becomes the value according to the surface shape of the semiconductor wafer 10, respectively. When the pulsed substrate current i is demodulated by the mixer 211 and the unnecessary high frequency component is removed by the high cut filter 212, as shown in FIG. The waveform which connected the peak value of i), ie, the waveform which shows the surface shape of the semiconductor wafer 10, is obtained.

그리고, 이 출력 신호 (out) 는, 상기 서술한 바와 같이, 위치 정보를 나타내는 위치 검출부 (104) 의 출력 (p) 과 함께 화상 데이터 생성부 (120) 에 공급되고, 이들에 기초하여, 스루홀 (23a) 의 형상을 나타내는 화상 데이터가 생성된다.And this output signal out is supplied to the image data generation part 120 with the output p of the position detection part 104 which shows position information as mentioned above, and through-hole is based on these, Image data representing the shape of 23a is generated.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 조사하는 전자빔 (X) 을 고주파 변조하고, 얻어진 기판 전류 (i) 를 동기 검파 방식에 의해 복조하고 있으므로, 진동·열 잡음·불요 복사 (EMI) 등의 외래 노이즈의 영향을 거의 받지 않게 된다. 구체적으로는, 종래의 미세 영역 촬상 장치에 비해, 이러한 외래 노이즈의 영향을 1/20 이하로 저감시키는 것이 가능해진다. 또, 전류 검출부 (210) 는, 기판 전류 (i) 의 고주파 성분을 검출하고 있으므로, 이론상, 직류 레벨의 변동 영향을 받지 않게 된다.As described above, in the present embodiment, since the electron beam X to be irradiated is subjected to high frequency modulation and the obtained substrate current i is demodulated by the synchronous detection method, external noise such as vibration, thermal noise, unnecessary radiation (EMI), etc. It is hardly affected. Specifically, compared with the conventional microarea imaging device, it becomes possible to reduce the influence of such extraneous noise to 1/20 or less. In addition, since the current detection unit 210 detects a high frequency component of the substrate current i, in theory, the change in the DC level is not affected.

또한, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 는, 상기 실시형태와 달리, 입력 신호인 전자빔 (X) 의 절대값을 정의할 수 있으므로, 테이퍼 형상의 스루홀 (23a) 과 같이, 스캔에 의해 기판 전류 (i) 의 양이 연속적으로 변화되는 영역뿐만 아니라, 스루홀 (23a) 의 저부와 같이, 스캔에 의해 기판 전류 (i) 가 전혀 변화되지 않은 부분, 또는 기판 전류 (i) 가 거의 변화되지 않은 부분의 정보를 얻는 것도 가능해진다. 따라서, 기준 신호 (c) 의 주파수를 보다 높게 함으로써 해상도를 높이면, 스루홀 (23a) 의 저부에 잔존하는 잔류물 등을 인식하는 것도 가능해진다. 잔류물은, 예를 들어 금속 배선 (22) 의 재료로서 알루미늄 (Al) 을 이용한 경우, 그 양 표면 (상면 및 하면) 에 배리어 메탈로서 질화 티탄 (TiN) 등이 형성되는 경우가 있고, 이 티탄의 산화물 등이 잔류물이 되는 경우가 있다.In addition, unlike the above-described embodiment, the micro-domain imaging device 200 according to the present embodiment can define an absolute value of the electron beam X which is an input signal, and thus, like the tapered through-hole 23a, the scan is performed. Not only the region where the amount of the substrate current i changes continuously, but also the portion where the substrate current i does not change at all by the scanning, or the substrate current i, such as the bottom of the through hole 23a. It is also possible to obtain the information of the almost unchanged part. Therefore, when the resolution is increased by making the frequency of the reference signal c higher, it is also possible to recognize a residue or the like remaining at the bottom of the through hole 23a. For example, when the residue is made of aluminum (Al) as the material of the metal wiring 22, titanium nitride (TiN) or the like may be formed on both surfaces (upper and lower surfaces) of the metal wiring 22 as the barrier metal. Oxide may be a residue.

즉, 도 6(a) 에 나타내는 바와 같이, 스루홀 (23a) 의 저부에 잔류물 (25) 이 잔존하고 있는 경우, 고주파 변조된 전자빔 (X) 에 의해 이것을 스캔하면, 잔류물 (25) 에 상당하는 부분에 있어서 기판 전류 (i) 의 피크값이 저하되는 결과, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 전류 검출부 (210) 로부터 얻어지는 출력 신호 (out) 의 파형에도 이것이 반영되고, 잔류물 (25) 에 대응한 레벨 저하 (25a) 가 발생하므로, 잔류물 (25) 을 화상화하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 잔류물 (25) 의 화상화는, 종래의 미세 영역 촬상 장치에 의해서도 원리적으로는 가능하지만, 종래의 미세 영역 촬상 장치의 해상도에서는, 복잡한 형상을 갖는 미세한 잔류물 (25) 을 정확하게 화상화하는 것은 매우 곤란하다. 이것에 대해, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 에서는, 전자빔 (X) 을 고주파 변조하고, 얻어진 기판 전류 (i) 를 동기 검파 방식에 의해 복조하고 있으므로, 해상도가 매우 높고, 이러한 잔류물 (25) 의 화상화를 실현하는 것이 가능해진다.That is, as shown in Fig. 6 (a), when the residue 25 remains at the bottom of the through hole 23a, the residue 25 is scanned by the high frequency modulated electron beam X. As a result of the decrease in the peak value of the substrate current i in the corresponding portion, as shown in FIG. 6 (b), this is also reflected in the waveform of the output signal out obtained from the current detection unit 210, and the residue ( Since the level reduction 25a corresponding to 25 occurs, it becomes possible to image the residue 25. In addition, although imaging of such a residue 25 is possible in principle by the conventional microarea imaging device, at the resolution of the conventional microarea imaging device, the fine residue 25 having a complicated shape can be precisely corrected. It is very difficult to image. On the other hand, in the micro-domain imaging device 200 according to the present embodiment, since the electron beam X is subjected to high frequency modulation and the obtained substrate current i is demodulated by the synchronous detection method, the resolution is very high and such residuals are maintained. It becomes possible to realize the imaging of the water 25.

구체적으로는, 스캔 속도에 따라서도 상이한데, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 에서는 10㎚ 이하의 분해능을 얻을 수 있고, 스캔 속도를 어느 정도 느리게 하면, 1㎚ 정도의 분해능을 얻을 수 있다. 종래의 미세 영역 촬상 장치에서는, 스캔 속도를 최저로 설정했다고 해도 분해능은 50∼100㎚ 정도이므로, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 는 종래에 비해 10 배∼100 배 정도의 분해능이 얻어지게 된다.Although it differs specifically depending on a scanning speed, in the micro area | region imaging apparatus 200 which concerns on this embodiment, the resolution of 10 nm or less can be acquired, and when the scanning speed is slowed to some extent, the resolution of about 1 nm will be acquired. Can be. In the conventional microarea imaging device, even if the scan speed is set to the minimum, the resolution is about 50 to 100 nm, so the microarea imaging device 200 according to the present embodiment has a resolution of about 10 to 100 times that of the conventional art. Will be obtained.

또, 분해능이 매우 높으므로, 스캔 속도를 높이는 것이 가능해지고, 이에 의해, 촬상에 필요로 하는 시간 (신호 취득 시간) 을 대폭 단축하는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 요구되는 분해능이나, 기준 신호 (c) 의 주파수에 따라서도 상이한데, 종래의 미세 영역 촬상 장치에 비해, 100 배 이상 고속 촬상이 가능해진다.In addition, since the resolution is very high, it is possible to increase the scan speed, thereby significantly reducing the time (signal acquisition time) required for imaging. Specifically, although different depending on the required resolution and the frequency of the reference signal (c), high-speed imaging of 100 times or more is possible as compared with the conventional fine domain imaging apparatus.

또, 스캔 속도를 높이면, 단위 면적당의 조사 전류량이 저하되는 점을 고려하면, 전자빔 (X) 의 조사 전류량을 종래에 비해 대폭 높이는 것이 가능해진다. 구체적으로는, 전자빔 (X) 을 고주파 변조하지 않는 종래의 미세 영역 촬상 장치에서는, 스캔 속도에 따라서도 상이한데, 전자빔 (X) 의 조사 전류량은 1∼3pA 정도 (조사 에너지 : 1.5keV) 가 일반적이고, 저속 스캔시에 그 이상의 전류를 인가하면 반도체 웨이퍼가 손상될 우려가 있다. 이것에 대해, 본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 에 의하면, 고속 스캔에 의해, 전자빔 (X) 의 조사 전류량을 1nA 정도 (조사 에너지 : 1.5keV) 까지 높이는 것이 가능해진다. 물론, 전자빔 (X) 의 조사 전류량이 높으면, 그 만큼, 높은 해상도를 얻는 것이 가능해진다. 또, 전자빔 (X) 의 조사 전류량을 높이면, 얻어지는 기판 전류 (i) 도 그 만큼 커지므로, 연산 증폭기 등을 이용한 전류 검출 헤드 (111) 의 응답 속도를 대폭 높이는 것이 가능해진다. 이 점도, 고속 스캔에 크게 기여한다.In addition, when the scanning speed is increased, the amount of irradiation current per unit area decreases, and it is possible to significantly increase the amount of irradiation current of the electron beam X as compared with the prior art. Specifically, in the conventional microarea imaging device which does not perform high frequency modulation on the electron beam X, it varies depending on the scanning speed, but the irradiation current amount of the electron beam X is about 1 to 3 pA (irradiation energy: 1.5keV). If more current is applied during the low speed scan, the semiconductor wafer may be damaged. On the other hand, according to the micro-domain imaging device 200 which concerns on this embodiment, it becomes possible to raise the irradiation current amount of the electron beam X to about 1nA (irradiation energy: 1.5 keV) by high speed scan. Of course, if the amount of irradiation current of the electron beam X is high, it becomes possible to obtain a high resolution by that much. Moreover, when the irradiation current amount of the electron beam X is increased, the board | substrate current i obtained will also become large by that, and it becomes possible to significantly raise the response speed of the current detection head 111 using an operational amplifier etc. This also contributes greatly to high speed scanning.

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다.Next, a third embodiment of the present invention will be described.

본 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치의 구성은, 도 4 에 나타낸 제 2 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 와 거의 동일한데, 교류 변조된 전자빔 (X) 을 스캔하는 것이 아니라, 그 조사 위치를 단속적으로 이동시키면서, 얻어지는 기판 전류 (i) 의 교류 성분을 검출하는 점에 있어서 상이하다. 즉, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 교류 변조된 전자빔 (X) 을 소정의 영역 (30) 에 일정 시간 (예를 들어 수초간) 계속 조사한 후, 조사 위치를 다음의 영역 (31) 에 이동시키고, 마찬가지로 일정 시간, 교류 변조된 전자빔 (X) 을 계속 조사한다. 이러한 조사 위치의 단속적인 변화를 반복하면서 교류 변조된 기판 전류 (i) 를 검출하고, 이것을 복조함으로써 출력 신호 (out) 를 생성한다. 하나의 조사 위치에 있어서의 기판 전류 (i) 의 검출은, 복수회, 예를 들어 100 회 정도 실시하고, 그 평균값을 당해 조사 위치에 있어서의 기판 전류값으로서 채용하는 것이 바람직하다.Although the structure of the microregion imaging device which concerns on this embodiment is substantially the same as the microregion imaging device 200 which concerns on 2nd Embodiment shown in FIG. 4, it does not scan the AC modulated electron beam X, but irradiates it. It differs in the point which detects the alternating current component of the board | substrate current i obtained, moving a position intermittently. That is, as shown in FIG. 7, after irradiating the alternating-modulated electron beam X to the predetermined area 30 for a predetermined time (for several seconds, for example), the irradiation position is moved to the next area 31, Similarly, the electron beam X which has been altered for a certain time is continuously irradiated. By repeating this intermittent change in the irradiation position, the alternating current modulated substrate current i is detected and demodulated to generate an output signal out. It is preferable to perform detection of the board | substrate electric current i in one irradiation position several times, for example about 100 times, and employ | adopt the average value as a board | substrate current value in the said irradiation position.

1 회의 조사 영역 (30, 31, 32 …) 의 직경에 대해서는, 제 1 및 제 2 실시형태와는 달리, 1 또는 2 이상의 비아홀을 포함 가능한 크기, 예를 들어 직경 100㎚∼수㎛ 정도로 설정한다. 이 경우, 얻어지는 기판 전류 (i) 에는 각 조사 영역 (30, 31, 32 …) 의 전체적인 상태가 반영되므로, 기판 전류 (i) 로부터는, 조사 영역 내에 포함되는 개개의 비아홀 등의 상태까지는 모른다. 따라서, 본 실시형태에서 얻어지는 출력 신호 (out) 는, 조사 영역 내의 화상을 나타내는 데이터가 아니고, 조사 영역 내의 전체적인 표면 상태를 나타내는 데이터가 된다. 그러나, 예를 들어, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 상이한 칩 영역 (40, 40 …) 의 동일 지점 (41, 41 …) 에 순차 전자빔 (X) 을 조사하고, 이에 의해 얻어지는 기판 전류 (i) 의 분포도를 작성하면, 반도체 웨이퍼 (42) 상의 어느 영역에 비아홀의 불량 등이 발생하고 있는지를 아는 것이 가능해진다. 그리고, 필요하면, 불량이 존재하는 조사 영역 내를 제 1 또는 제 2 실시형태에 의한 방법으로 상세하게 조사하고, 개개의 비아홀 상태 등을 화상화하면 된다.About the diameter of one irradiation area | region 30, 31, 32 ..., unlike 1st and 2nd embodiment, it sets to the magnitude | size which can contain 1 or 2 or more via holes, for example, about 100 nm-several micrometers in diameter. . In this case, since the overall state of each irradiation area | region 30, 31, 32 ... is reflected by the board | substrate current i obtained, it is not known from the board | substrate current i to the state of individual via holes etc. contained in an irradiation area | region. Therefore, the output signal out obtained in this embodiment is not data representing an image in the irradiation area, but data representing the overall surface state in the irradiation area. However, for example, as shown in FIG. 8, the electron beam X is sequentially irradiated to the same points 41, 41... Of the different chip regions 40, 40... By creating a distribution chart, it becomes possible to know in which area on the semiconductor wafer 42 which defects of via holes or the like have occurred. Then, if necessary, the inside of the irradiated region where the defect is present may be irradiated in detail by the method according to the first or second embodiment, and the individual via hole states and the like may be imaged.

본 실시형태에 있어서도, 조사하는 전자빔 (X) 을 교류 변조하고, 전류 검출부 (210) 에서 동기 검파하고 있으므로, 전류 드리프트의 영향이 없어짐과 함께, 진동·열 잡음·불요 복사 (EMI) 등의 외래 노이즈의 영향을 거의 받지 않게 된다. 또, 1 회의 조사 영역 (30, 31, 32 …) 의 직경이 크므로, 웨이퍼 전체에 대한 계측을 단시간에 실시하는 것이 가능해진다.Also in this embodiment, since the electron beam X to be irradiated is AC-modulated and synchronously detected by the current detection unit 210, the influence of the current drift is eliminated and foreign matters such as vibration, thermal noise, and unnecessary radiation (EMI) are eliminated. It is hardly affected by noise. Moreover, since the diameter of one irradiation area | region 30, 31, 32 ... is large, it becomes possible to measure the whole wafer in a short time.

또한, 본 실시형태에서는, 전자빔 (X) 의 조사 위치가 연속적으로 변화되지 않고, 측정 중에 전자빔 (X) 의 조사 위치가 일단 고정되므로, 기준 신호 (c) 의 주파수로는, 제 2 실시형태와 같이 고주파로 할 필요는 없고, 수십 Hz 정도의 저주파이어도 된다.In addition, in this embodiment, since the irradiation position of the electron beam X does not change continuously and the irradiation position of the electron beam X is fixed once during a measurement, as the frequency of the reference signal c, Similarly, it is not necessary to use high frequency, and a low frequency fire of several tens of Hz may be used.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하고, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것임은 말할 필요도 없다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the main point of this invention, and they also fall within the scope of this invention. It goes without saying that it is included.

예를 들어, 상기 실시형태에서는, 하전 입자선으로서 전자빔을 이용한 경우를 예로 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니고, 이온 빔 등 다른 하전 입자선을 이용하는 것도 가능하다. 또, 촬상 대상물에 대해서도 반도체 웨이퍼에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 발명은, 주사형 전자 현미경 (SEM) 이나 투과형 전자 현미경 (TEM) 에도 응용할 수 있는 것이다. 예를 들어, 본 발명을 주사형 전자 현미경에 응용하는 경우, 전자빔의 조사에 의해 발생한 2 차 전자를 에너지 신호로서 파악하여 그 고주파 성분을 검출하면 된다.For example, in the said embodiment, although the case where the electron beam was used as a charged particle beam was demonstrated to the example, this invention is not limited to this, It is also possible to use other charged particle beams, such as an ion beam. Moreover, it is not limited to a semiconductor wafer also about an imaging object. Moreover, this invention is applicable also to a scanning electron microscope (SEM) and a transmission electron microscope (TEM). For example, when applying this invention to a scanning electron microscope, what is necessary is just to grasp | ascertain the secondary electron which generate | occur | produced by irradiation of an electron beam as an energy signal, and to detect the high frequency component.

도 1 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 의 구성을 나타내는 모식도이다.FIG. 1: is a schematic diagram which shows the structure of the fine region imaging device 100 which concerns on 1st Embodiment of this invention.

도 2 는 제 1 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (100) 의 동작을 설명하기 위한 도면이고, (a) 는 촬상 대상이 되는 반도체 웨이퍼 (10) 의 일부분을 확대하여 나타내는 대략적인 부분 단면도, (b) 는 얻어지는 기판 전류 (i) 의 파형을 나타내는 그래프, (c) 는 전류 검출부 (110) 의 출력 신호 (out) 의 파형을 나타내는 그래프이다.FIG. 2 is a view for explaining the operation of the micro-region imaging device 100 according to the first embodiment, (a) is an approximate partial sectional view showing an enlarged portion of the semiconductor wafer 10 to be imaged; b) is a graph which shows the waveform of the board | substrate current i obtained, (c) is a graph which shows the waveform of the output signal out of the current detection part 110. FIG.

도 3 의 (a) 는 스루홀 (23a) 의 평면도이고, (b) 는 출력 신호 (out) 가 얻어지는 영역을 나타내는 평면도이다.FIG. 3A is a plan view of the through hole 23a, and (b) is a plan view showing a region where an output signal out is obtained.

도 4 는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 의 구성을 나타내는 모식도이다.4 is a schematic view showing the configuration of the micro-domain imaging device 200 according to the second preferred embodiment of the present invention.

도 5 는 제 2 실시형태에 의한 미세 영역 촬상 장치 (200) 의 동작을 설명하기 위한 도면이고, (a) 는 촬상 대상이 되는 반도체 웨이퍼 (10) 의 일부분을 확대하여 나타내는 대략적인 부분 단면도, (b) 는 얻어지는 기판 전류 (i) 의 파형을 나타내는 그래프, (c) 는 전류 검출부 (210) 의 출력 신호 (out) 의 파형을 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a view for explaining the operation of the micro-region imaging device 200 according to the second embodiment, (a) is an approximate partial cross-sectional view showing an enlarged portion of the semiconductor wafer 10 to be picked up, ( b) is a graph which shows the waveform of the board | substrate current i obtained, (c) is a graph which shows the waveform of the output signal out of the current detection part 210. FIG.

도 6 의 (a) 는 스루홀 (23a) 의 저부에 잔류물 (25) 이 잔존하고 있는 반도체 웨이퍼 (10) 의 대략적인 부분 단면도, (b) 는 전류 검출부 (210) 의 출력 신호 (out) 의 파형을 나타내는 그래프이다.FIG. 6A is a schematic partial cross-sectional view of the semiconductor wafer 10 in which the residue 25 remains at the bottom of the through hole 23a, and (b) shows an output signal out of the current detector 210. It is a graph showing the waveform of.

도 7 은 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 있어서의 전자빔 (X) 의 조사 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for explaining a method of irradiating an electron beam X according to a third preferred embodiment of the present invention.

도 8 은 상이한 칩 영역 (40, 40 …) 의 동일 지점 (41, 41 …) 에 전자빔 (X) 을 조사하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a view for explaining a method of irradiating the electron beam X to the same points 41, 41... Of different chip regions 40, 40.

도 9 는 기판 전류를 검출하는 종래의 미세 영역 촬상 장치에 의한 촬상 원리를 설명하기 위한 도면이고, (a) 는 촬상 대상이 되는 반도체 웨이퍼의 대략적인 부분 단면도, (b) 는 얻어지는 기판 전류 (i) 의 파형을 나타내는 그래프, (c) 는 기판 전류 (i) 를 미분함으로써 얻어지는 미분 출력 (d) 의 파형을 나타내는 그래프이다.Fig. 9 is a view for explaining the principle of imaging by a conventional microarea imaging device which detects a substrate current, (a) is a schematic partial sectional view of a semiconductor wafer to be imaged, and (b) is a substrate current (i) obtained. Is a graph showing the waveform of the differential output d obtained by differentiating the substrate current i.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

10 : 반도체 웨이퍼10: semiconductor wafer

10a : 반도체 웨이퍼의 주면10a: main surface of semiconductor wafer

10b : 반도체 웨이퍼의 이면10b: back side of semiconductor wafer

10c : 절연막10c: insulating film

11 : 소자 분리 영역11: device isolation region

12 : 게이트 전극12: gate electrode

13, 21, 23 : 층간 절연막13, 21, 23: interlayer insulation film

22 : 금속 배선22: metal wiring

13a, 23a : 스루홀13a, 23a: through hole

24 : 측벽24: sidewall

25 : 잔류물25 residue

100, 200 : 미세 영역 촬상 장치100, 200: micro area imaging device

101 : 이동 스테이지101: moving stage

102 : 전자빔 조사부102: electron beam irradiation unit

103 : 제어부103: control unit

104 : 위치 검출부104: position detection unit

110, 210 : 전류 검출부110, 210: current detector

111 : 전류 검출 헤드111: current detection head

112 : 세컨드 증폭기112: second amplifier

113 : 직류 컷 필터113: DC cut filter

120 : 화상 데이터 생성부120: image data generation unit

121 : 표시부121: display unit

201 : 발진 회로201: oscillation circuit

211 : 믹서211: mixer

212 : 하이 컷 필터212 high cut filter

Claims

Irradiation means for irradiating the charged particle beam to the imaging object, detecting means for detecting an alternating current component of an energy signal generated by the irradiation of the charged particle beam, and indicating the surface state of the imaging object based on the output of the detection means. And a data generating means for generating data.

The method of claim 1,

The charged particle beam is an electron beam, and the energy signal is a current flowing through the imaging object.

The method of claim 2,

And the detection means detects a substrate current flowing through the semiconductor wafer through the insulating film.

The method of claim 1,

The said irradiation means irradiates the charged particle beam of a fixed output, The said detection means contains the amplifier which amplifies the said energy signal, and the filter which removes at least a DC component from the output of the said amplifier, It is characterized by the above-mentioned. Micro-area imaging device.

The method of claim 1,

And said irradiating means irradiates said charged particle beam alternating on the basis of a reference signal, and said detecting means demodulates said alternating energy signal.

The method of claim 5, wherein

And the detecting means includes a mixer for multiplying the reference signal by the high frequency modulated energy signal, and a filter for removing unnecessary frequency components from the output of the mixer.

Irradiating the charged particle beam to the imaging object while changing the irradiation position continuously or intermittently, detecting the alternating current component of the energy signal generated thereby, and data representing the surface state of the imaging object based on the alternating current component of the energy signal. Generating a micro-domain imaging method.

While altering the irradiation position continuously or intermittently, the AC modulated charged particle beam is irradiated to the imaging object, and the energy signal generated thereby is demodulated to generate data representing the surface state of the imaging object. Region imaging method.