WO2010067491A1 - 半導体ウェハ検査装置 - Google Patents

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electron beam
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semiconductor wafer
image information
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鳥羽忠信
平野克典
佐藤典夫
大橋正博
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/305—Contactless testing using electron beams
    • G01R31/307—Contactless testing using electron beams of integrated circuits

Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus using an electron beam or an optical laser for inspecting a semiconductor device having a fine pattern, a substrate, a photomask (exposure mask) and the like.
  • CD-SEM Crohn's disease
  • an inspection device such as DR-SEM (Defect Review SEM) is used to detect defects on the chip element pattern by SEM using electron beam technology.
  • an electron beam is sequentially irradiated with a predetermined acceleration voltage along a plurality of scanning lines, and an inspection target area on a semiconductor wafer is scanned and emitted.
  • the secondary electron is detected and the image information of the inspection target area is acquired, and the inspection target area is inspected based on the acquired image information.
  • higher throughput of the apparatus is required.
  • 450mm wafers are expected to be developed in the future, and the trend toward larger diameters is remarkable.
  • high-speed scanning control for scanning the electron beam, and high-speed image processing for calculating acquired image information are essential. .
  • Patent Document 1 describes a conventional technique in which a stage is moved in the XY direction in a wafer inspection apparatus using an SEM. Further, “Patent Document 2” describes a technique for detecting defects by comparing a plurality of wafer images by mounting a plurality of wafers on a stage and rotating the stage.
  • An object of the present invention is to suppress an increase in the size of a stage due to an increase in the diameter of a wafer in a circuit pattern inspection apparatus, to realize a reduction in size, weight and cost, and to improve measurement resolution and increase throughput. There is.
  • a stage that holds and rotates a wafer a means for irradiating an electron beam to the surface of the wafer that is rotated by the stage, and the irradiation means generate the wafer. It comprises means for detecting secondary electrons, scan control means considering the rotation angle of the wafer, and means for acquiring image information based on the detected signals.
  • the detecting means, the electron beam scanning control means, the acquired image rearranging means considering the rotation angle of the wafer, and the means for acquiring image information based on the detected signal are provided.
  • the present invention it is possible to reduce the size and weight of a stage for holding a wafer and moving it to an irradiation region, and a stage (so-called XY stage) that operates in the X-axis direction and the Y-axis direction from a conventional origin.
  • the inspection throughput can be improved by eliminating the throughput drop due to the acceleration limit due to the weight increase). Further, there is no reversing operation like the XY stage, it is possible to reduce the vibration of the stage support, and the inspection resolution and accuracy can be improved.
  • FIG. 1 illustrates the principle of the present invention.
  • An inspection apparatus using an electron beam includes a scanning electron microscope (SEM) 1, a stage 4, an image generation unit 10, an electron beam control unit 11, a stage control unit 12, a high voltage control power supply 13, a control calculation unit 14, and image processing. Part 15 and an overall control part 28.
  • SEM scanning electron microscope
  • the image processing unit 15 includes an AD converter 16, an image data rearrangement unit 17, an image calculation unit 18, and a scan control unit 21, and the scan control unit 21 generates a basic coordinate that represents a position where an electron beam is irradiated.
  • the coordinate generation unit 22, the rotation angle coordinate conversion unit 26 that calculates the correction value of the scan coordinates of the electron beam from the rotation angle information of the stage, and the correction generated by the basic coordinate generation unit 22 according to the electron beam scanning method
  • X coordinate conversion unit 24 that performs coordinate conversion of the X axis based on values and correction value information from the rotation angle coordinate conversion unit 26, Y coordinate conversion unit 25 that performs coordinate conversion of the Y axis, and each in the scan control unit 21
  • the stage 4 is composed of a stage operating unit 5 that operates in the X-axis and Y-axis directions and rotates, and a wafer 6 to be inspected is mounted on and held in the stage operating unit 5.
  • a scanning electron microscope (SEM) 1 includes an electron gun 3 that emits an electron beam, a scanning coil 2 that controls the irradiation position of the electron beam emitted from the electron gun, and a beam diameter by controlling the focal point of the electron beam.
  • SEM scanning electron microscope
  • inspection is performed at the end of each manufacturing process using an inspection device. This is performed by irradiating the sample while scanning and acquiring image information of the region to be inspected. First, the operation of the scan control unit 21 will be described.
  • the basic coordinates of the acquired image size are generated from the basic coordinate generation unit 22 of the scan control unit 21.
  • the basic coordinates are first generated in order from 0 to 511 with the Y coordinate set to 0 and the X coordinate set to 0.
  • Y is set to 1
  • X coordinates are generated in order from 0 to 511. This is repeated to generate coordinates until the Y coordinate reaches 511.
  • the basic coordinates are used as they are, and the scanning coordinates are input to the electron beam controller 11 to scan the electron beam.
  • the X coordinate conversion unit 24 and the Y coordinate conversion unit 25 are used to convert basic coordinates into arbitrary coordinates, and the scan coordinates are input to the electron beam control unit 11.
  • the SEM 1 irradiates a sample (for example, 6 in the figure) such as a semiconductor wafer with an electron beam based on the scan coordinates from the electron beam control unit 11, detects secondary electrons 9 emitted from the sample, and generates a detection signal as an image.
  • a sample for example, 6 in the figure
  • the image generation unit 10 converts the detection signal into an image signal and inputs it to the image processing unit 15.
  • the input analog image signal is converted into a digital signal by the AD converter 16 to obtain image data.
  • AD conversion is performed outside the image processing unit.
  • the converted image data is rearranged by the image data rearrangement unit 17.
  • the image calculation unit 18 performs image processing based on the input image data and sends the data to the overall control unit 28.
  • the overall control unit 28 displays image data that has undergone image processing on a screen, and performs inspection processing based on acquired image information such as detection of abnormality or defect occurrence, measurement of process pattern dimensions, and the like.
  • FIG. 2 shows an example of a conventional stage and an electron beam scan.
  • the conventional stage moves in the horizontal direction (X direction in this example) and the vertical direction (Y direction in this example), so that the electron beam irradiation site on the wafer, that is, the inspection target region (in FIG. 2).
  • the die 31 is moved to the position inspection target).
  • the electron beam is scanned in the X-axis and Y-axis directions as shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the stage operation and electron beam scanning operation of the present invention.
  • the operation range of the stage is set to the operation range from the vicinity of the center point of the wafer toward one edge of the wafer, and by providing means for rotating the wafer, the entire wafer is to be inspected. .
  • FIG. 3 is an example of scan control in which the scan direction of the electron beam is adjusted to the rotation angle of the wafer.
  • the stage control unit 12 performs rotation control on the stage 4 and simultaneously sends rotation angle information from the reference angle to the scan control unit 21.
  • the scan control unit 21 Based on this rotation angle information, the scan control unit 21 generates correction values for the X and Y coordinates of the scan coordinates by the rotation angle coordinate conversion unit 26, and the X coordinate conversion unit 24 and the Y coordinate conversion unit 25 convert the scan coordinates to scan coordinates. Correction is applied and output from the output unit 27 to the electron beam control unit 11 to control the electron beam scan.
  • the arrow direction is the scan direction
  • the arrow length is the scan distance
  • the arrow interval is the scan pitch. The same applies to the subsequent drawings.
  • FIG. 4 shows an example of correction value calculation of the X and Y coordinates from the rotation angle information.
  • the correction value (x ′, y ′) when the position (x, y) indicated by 41 in the figure is used as the reference coordinate is calculated from the distance r from the reference point 42 and the rotation angle ⁇ by the equation 43 in the figure.
  • FIG. 6 shows an example in which scanning is performed by irradiating an electron beam with the scanning direction fixed in one direction (X-axis direction in FIG. 6) regardless of the rotation angle of the wafer.
  • scanning is performed so as to include the inspection target range 31, and an image is acquired. Since the image acquisition order of the acquired image changes in the pixel acquisition order within the inspection target range according to the rotation angle, a two-dimensional image of the detection target range is reconstructed.
  • the scanning distance is larger than the length of one side of the die 31 and is equal to the diagonal dimension of the die 31.
  • the image data rearrangement unit 17 corrects the target range coordinates from the reference coordinates of the inspection target range based on the rotation angle from the acquired image, and extracts only the inspection target range from the acquired image based on the result.
  • the coordinate calculation from the rotation angle is the same as in the embodiment shown in FIG. In the scanning method of FIG. 6, the scanning direction can be made constant regardless of the rotation angle, and the scanning control can be simplified. In addition, since it is not necessary to perform stage control and scan control at the same time, the time for coordinate conversion from the rotation angle information does not enter the inspection throughput, so that the inspection speed can be improved.
  • FIG. 7 is an example in which the scan range of FIG. 6 is limited to the inspection target range 31.
  • the target range 31 shown in FIG. 7 matches the die.
  • the scan range is limited by obtaining the coordinates of the inspection target range based on the coordinate correction calculation of the embodiment shown in FIG. 4 and controlling the scan range.
  • the scan range can be limited to the inspection target range, and the scan time can be shortened. Further, the step of removing the data in the inspection target range later can be omitted as compared with FIG.
  • FIG. 8 shows a method of correcting the deviation of the rotation center.
  • the stage rotation center may deviate from the wafer center due to the mechanical accuracy limit of the transfer system.
  • a plurality of alignment marks 81 are provided on the wafer.
  • FIG. 8 shows an example in which marks are provided at four locations on the edge of the wafer. This mark is provided at a position where the distances from the center point of the wafer are equal, and after rotating on the stage, the mark image is input and the amount of positional deviation is compared according to a normal pattern image acquisition method.
  • the marks are arranged in the same circle, and when the electron beam is irradiated to the same position and the image is input, the mark is detected as the same mark image.
  • the shift direction of the center point can be detected from the shift direction of the detected intersection of the mark images.
  • the image rearrangement unit 17 and the image calculation unit 18 correct the position of the inspection image according to the shift amount.
  • FIG. 8 shows an example in which marks are formed around the wafer separately from the die. However, it is also possible to select a specific place in the die as a mark without separately forming a mark around the wafer. In this case, the same effect as described with reference to FIG. 8 can be obtained by selecting specific locations in a plurality of dies.
  • FIG. 9 shows an embodiment for realizing coordinate conversion of the scan control unit.
  • the X coordinate conversion unit 24 and the Y coordinate conversion unit 25 store a small-capacity conversion table (LUT) that converts X and Y scan coordinates at high speed, and conversion data for each scan type to correspond to a plurality of scan types. It is the figure which showed the structure using the large-capacity conversion table (LUT) which has several image size capacity
  • LUT small-capacity conversion table
  • X-coordinate and Y-coordinate conversion is performed by storing data to be converted in advance in a conversion table (LUT).
  • the conversion table is a memory.
  • the conversion data is stored in the memory, and the coordinate conversion is performed by reading the data stored at the address with the basic coordinate generated by the basic coordinate generation 22 as the memory address.
  • the capacity of the small-capacity conversion table is equivalent to the image size.
  • LUT small-capacity conversion table
  • the large-capacity conversion table (LUT) 91 In the large-capacity conversion table (LUT) 91, conversion data for each scan type corresponding to a plurality of scan types is stored, and coordinate conversion is performed at high speed by the small-capacity conversion tables 92 and 93 during the scan operation.
  • the conversion data is transferred from the large-capacity conversion table (LUT) 91 to the small-capacity conversion tables 92 and 93 while scanning is stopped.
  • various scan coordinates corresponding to the rotation angle can be generated with a small number of hardware resources.
  • FIG. 10 shows an embodiment of the electron beam irradiation position alignment and stage moving method according to the present invention.
  • the rotation of the stage and the movement in the XY direction corresponding to the radius of the rotation diameter are performed. It can be realized by combining.
  • a position to be an arbitrary origin is determined, a movement amount in the X direction and the Y direction is determined based on a necessary movement angle and a distance from the center point, and the movement is performed in combination with the rotation.
  • reference numeral 101 denotes an area where dies are arranged in a strip shape. After acquiring the data of the area indicated by A, the data of a certain area B of the same strip can be acquired by moving the stage in the XY direction after the wafer rotates by a specific angle. The specific angle may be one rotation (360 degrees).
  • reference numeral 103 denotes a rotation radius when acquiring the data of the region A
  • reference numeral 104 denotes a rotation radius when acquiring the data of the region B.
  • the data of the dies arranged in a strip shape can be acquired in order from the left side like the data acquisition in the conventional XY stage, and the conventional data processing method can be used. I can do it.
  • the present invention it is possible to reduce the size and weight of the stage for holding the wafer and moving it to the irradiation region, and to limit the acceleration due to the increase in the weight of the conventional stage (increasing the torque of the motor).
  • the inspection throughput can be improved by eliminating the throughput reduction due to the limit.
  • there is no reversing operation like the stage it is possible to reduce the vibration of the stage support, and the inspection resolution and accuracy can be improved.

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Abstract

　半導体ウェハが大型化した場合における、検査装置における（１）ステージの加速・減速制御の複雑化、（２）スループット低下、（３）ステージ反転動作時のステージ支持台の振動増大（分解能劣化）等の問題を解決する。このため、ウェハを回転させ、回転するウェハに対して走査型電子顕微鏡から電子ビームを照射し、ウェハから放出される２次電子を検出する。検出された２次電子は画像処理部において、ＡＤ変換され、画像データ並べ替部において並べかえられ、画像演算されて表示される。これによってステージをＸ方向、Ｙ方向に大きく移動することなく、ウェハの全ダイの画像情報を取得することが出来る。

Description

半導体ウェハ検査装置
　本発明は、微細なパターンを有する半導体装置、基板、ホトマスク（露光マスク）等を検査する電子ビームまたは光学レーザを用いた検査装置に関する。
　近年、半導体集積回路の微細化、高集積化が進む中で、これら半導体集積回路の製造過程における異常や不良発生を早期に、あるいは事前に検知するため、各製造過程の終了時に半導体ウェハ上のパターン検査が行われる。この欠陥を検査する方法及び装置は実用化されており、これら検査装置では電子ビーム技術を用いた走査型電子顕微鏡（Scanning　Electron　Microscope、以下ＳＥＭと略す）を用いて検査対象領域の画像情報を取得することで検査が行われる。
　半導体集積回路の製造におけるプロセスパターンの寸法管理においても、電子ビーム技術を用いたＳＥＭを半導体専用に特化した測長ＳＥＭ（Critical-Dimension　SEM、CD-SEMと呼ぶ）が用いられる。CD-SEMはプロセスパターンの観察や、精度の高い寸法測定を行うものである。
　半導体集積回路の歩留り等のプロセス管理においても、電子ビーム技術を用いたＳＥＭによりチップの素子パターン上の欠陥を検出するために、例えばDR-SEM（Defect　Review　SEM）といった検査装置が使用されている。
　これら走査電子顕微鏡（SEM）を用いた装置においては、複数の走査ラインに沿って所定の加速電圧で順次電子ビームを照射して、半導体ウェハ上の検査対象領域を走査（スキャン）し、出射される二次電子を検出して検査対象領域の画像情報を取得し、取得された画像情報に基づいて検査対象領域の検査を行っているが、近年の半導体ウェハの大口径化と回路パターンの微細化に追随して装置の高スループット化が求められている。特に、今後は450mmウェハの開発が予想されており、大口径化の流れは顕著である。これに伴い、上記検査装置においてはビーム照射位置制御を行うX-Yステージ大形化、重量化、高コスト化が問題となる。また、高スループット化では、ビーム照射位置への高速かつ正確な位置合わせとともに、電子ビームを走査するための走査制御の高速化と、取得した画像情報を演算する画像処理の高速化が必須である。
　「特許文献１」には、ＳＥＭを用いたウェハ検査装置において、ステージをＸ－Ｙ方向に移動して検査する従来技術が記載されている。また、「特許文献２」には、複数のウェハをステージに搭載し、ステージを回転することによって各ウェハの画像を比較して欠陥を検出する技術が記載されている。
特開２０００－１００３６２号公報 特開２００１－２９１０９４号公報
　近年の半導体ウェハの大口径化に伴うステージの大形化、重量化により、（１）ステージの加速・減速制御の複雑化、（２）スループット低下（ステージの重量増大による加速限界→モータの高トルク化限界）、（３）ステージ反転動作時のステージ支持台の振動増大（分解能劣化）が問題となりつつある。
　本発明の目的は、回路パターン検査装置において、ウェハの大口径化によるステージの大形化を抑制し、小形・軽量化、低コスト化を実現するとともに、測定分解能向上と高スループット化を実現することにある。
　上述した問題点を解決するため、ウェハを保持して回転移動するステージと、前記ステージにより回転移動するウェハの表面に対して、電子ビームを照射する手段と、前記照射手段により前記ウェハから発生する２次電子を検出する手段と、ウェハの回転角度を考慮したスキャン制御手段と、前記検出された信号を基に画像情報を取得する手段とで構成する。
　また、ウェハを保持して回転移動するステージと、前記ステージにより回転移動するウェハの表面に対して、電子ビームにより前記ウェハを照射する手段と、前記照射手段により前記ウェハから発生する２次電子を検出する手段と、電子ビームの走査制御手段と、ウェハの回転角度を考慮した取得画像の並べ替え手段と、前記検出された信号を基に画像情報を取得する手段を設けた構成とする。
　本発明によれば、ウェハを保持、照射領域への移動を行うステージの小形化、軽量化を可能とし、従来のある原点からＸ軸方向とＹ軸方向に稼動するステージ（いわゆるＸ－Ｙステージ）の重量増大による加速限界（モータの高トルク化限界）によるスループット低下を排除することで検査スループットを向上できる。また、Ｘ－Ｙステージのような反転動作がなく、ステージ支持台の振動を削減することが可能となり、検査分解能および精度を向上することができる。
本発明の実施の形態に係る検査装置の構成図である。 従来の検査装置におけるステージ制御方法及び電子ビームのスキャン方法を示した図である。 本発明の実施の形態に係る検査装置における回転ステージ制御方法及びスキャン制御方法を示した図である。 回転角から座標補正値を算出する方法を示した図である。 本発明の実施の形態に係る検査装置における画素単位でのスキャン方法を示した図である。 本発明の実施の形態に係る検査装置における一定方向へのスキャン方法を示した図である。 本発明の実施の形態に係る検査装置における一定方向へのスキャンで検査対象範囲のみをスキャン範囲とした方法を示した図である。 ステージ回転中心とウェハ中心のずれ補正手段の一実施例を示した図である。 本発明の実施の形態に係るスキャン制御部の一実施例である。 スキャン位置移動方法の一実施例である。
　以下、実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
　本発明に係る半導体ウェハパターン検査装置の実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明の原理を示す。電子ビームを用いた検査装置は、走査型電子顕微鏡（SEM）１、ステージ４、画像生成部１０、電子ビーム制御部１１、ステージ制御部１２、高電圧制御電源１３、制御演算部１４、画像処理部１５、全体制御部２８で構成される。
　画像処理部１５は、ＡＤ変換器１６、画像データ並替え部１７、画像演算部１８、スキャン制御部２１で構成され、スキャン制御部２１は、電子ビームを照射する位置を表す座標を生成する基本座標生成部２２、ステージの回転角情報から電子ビームのスキャン座標の補正値を算出する回転角座標変換部２６、基本座標生成部２２で生成する座標に対し、電子ビームのスキャン方法に応じた補正値や回転角座標変換部２６からの補正値情報をもとにＸ軸の座標変換を行うＸ座標変換部２４とＹ軸の座標変換を行うＹ座標変換部２５、スキャン制御部２１内の各部位間の動作タイミングやデータ授受を制御する制御回路２３、電子ビームのスキャン（走査）方向を制御する座標情報を出力する出力部２７から構成される。
　ステージ４は、Ｘ軸Ｙ軸動作及び回転動作するステージ稼動部５で構成し、検査対象となるウェハ６をステージ稼動部５に搭載、保持する。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）1は、電子ビームを出射する電子銃３と、電子銃から出射された電子ビームの照射位置を制御する走査コイル２と、電子ビームの焦点を制御することによりビーム径を制御するために対物レンズ７と、電子ビームの照射により試料から出射される二次電子９を検出する二次電子検出部８から構成されるが、ＳＥＭの構成は一般的であり、ここでは主要部のみ示し概略する。
　半導体集積回路の製造過程における異常や不良発生を早期に、あるいは事前に検知するため、各製造過程の終了時に検査装置を使用して検査が行われるが、検査方法としては、画像取得方向に沿って走査しながら試料に照射して検査対象領域の画像情報を取得することで行う。まず、スキャン制御部２１の動作を説明する。
　スキャン制御部２１の基本座標生成部２２より、取得する画像サイズの基本となる座標を生成する。例えば画像サイズが５１２×５１２の場合、基本座標は、まず、Ｙ座標を０とし、Ｘ座標を０から５１１まで順番に生成する。次にＹを１とし、同様にＸ座標を０から５１１まで順番に生成する。これを繰り返してＹ座標が５１１になるまで座標を生成する。通常ではこの基本座標をそのまま使用して電子ビーム制御部１１にスキャン座標を入力して電子ビームをスキャンする。
　ここで、任意の方向にスキャンする場合には、Ｘ座標変換部２４及びＹ座標変換部２５を使用して基本座標を任意の座標に変換し、電子ビーム制御部１１にスキャン座標を入力して電子ビームをスキャンする。ＳＥＭ１では電子ビーム制御部１１からのスキャン座標に基づき、半導体ウェハ等の試料（例えば図中６）に電子ビームを照射し、試料から出射された二次電子９を検出し、検出信号を画像生成部１０に出力する。
　画像生成部１０では、検出信号を画像信号に変換して画像処理部１５に入力する。画像処理部１５では、入力されたアナログ信号である画像信号をＡＤ変換器１６によりデジタル信号に変換して画像データとする。ただし、画像処理部外でＡＤ変換される構成もある。変換された画像データは画像データ並替え部１７によって並べ替えられる。
　ここで、任意の方向にスキャンした場合や後述するウェハ回転に合わせたスキャンを実施した場合、スキャン制御部２１で生成されたスキャン座標に基づいて、画像演算部１８における画像処理演算に適した順番に並べ替えを行う。画像演算部１８では、入力された画像データをもとに画像処理を行い、全体制御部２８にデータを送る。全体制御部２８では、画像処理された画像データを画面上に表示して異常や不良発生の検知、プロセスパターン寸法測定等、取得された画像情報に基づいて検査処理を行う。
　以上により、ステージ稼動部５を回転させながらスキャン制御及び画像取得、ウェハ６の回転角情報をもとにしたスキャン座標変換を実現することでウェハを回転させながらの検査が可能となる。なお、本実施例では、電子ビームを照射して検査する例を示したが、光学レーザを照射した場合も画像処理部１５、ステージ制御部１２は同様の構成で実現できる。
　図２は、従来のステージと電子ビームスキャンの例を示す。従来のステージは、横方向（本例では、Ｘ方向とする）と縦方向（本例では、Ｙ方向とする）に動くこでウェハ上の電子ビーム照射部位、すなわち検査対象領域（図２では、ダイ３１を位置検査対象としている）に移動する。ステージ移動後、電子ビームを図中３２のようにＸ軸及びＹ軸方向にスキャンし、画像を取得する。
　図３は、本発明のステージ動作及び電子ビームのスキャン動作を示している。本実施例では、ステージの稼動範囲をウェハの中心点付近からウェハの一方の縁に向かって稼動範囲にするとともに、ウェハを回転する手段を設けることで、ウェハ全体を検査対象とするものである。
　図３は、電子ビームのスキャン方向をウェハの回転角に合わせるスキャン制御の例である。ステージ制御部１２は、ステージ４に対して回転制御を行い、それとともに基準角度からの回転角情報をスキャン制御部２１に送る。スキャン制御部２１は、この回転角情報をもとに回転角座標変換部２６でスキャン座標のＸ，Ｙ座標の補正値を生成し、Ｘ座標変換部２４とＹ座標変換部２５によりスキャン座標に補正をかけ、出力部２７より電子ビーム制御部１１に出力し、電子ビームスキャンを制御する。図３において、矢印の向きはスキャンの向き、矢印の長さはスキャン距離、矢印の間隔はスキャンのピッチである。以後の図でも同様である。
　図４は、回転角情報からＸ，Ｙ座標の補正値演算の一例を示す。図中４１に示す位置（ｘ，ｙ）を基準座標とした場合の補正値（ｘ’，ｙ’）は、基準点４２からの距離ｒと回転角θから図中４３の式で算出する。
　図５は、検出画像の画素単位にライン方向にスキャンを行う例である。すなわち、図５はダイ３１を小さな領域（画素）に分け、各画素毎にスキャンしている。図５の例では、（ｘ，ｙ）＝（０，０）から画素単位にスキャンし、Ｘ座標＝ｍに向かいスキャンを移動する。Ｘ座標＝ｍのスキャン後は、Ｙ座標を移動し、Ｘ座標＝ｍに向かいスキャンを行う。このスキャン方法では、電子ビームの偏向を一方向に固定することが可能であり、偏向制御を簡略化することができる。
　図６は、ウェハの回転角に関らず、スキャン方向を一方向（図６では、Ｘ軸方向）に固定し、電子ビームを照射しスキャンを行う例である。この場合、検査対象範囲３１を包含するようにスキャンを行い、画像を取得する。取得する画像は、回転角に応じて検査対象範囲内の画素取得順序が変わるため、検出対象範囲の２次元画像を再構築する。図６において、スキャンの距離はダイ３１の１辺の長さよりも大きく、ダイ３１の対角寸法に等しい。
　取得した画像から画像データ並替え部１７で検査対象範囲の基準座標から回転角をもとに対象範囲座標補正を行い、その結果をもとに取得画像から検査対象範囲のみ抽出する。回転角からの座標計算は、図４で示した実施例と同様である。図６のスキャン方法では、回転角に関りなくスキャン方向を一定にすることができ、スキャン制御を簡略化できる。また、ステージ制御とスキャン制御を同時に行う必要がないため、回転角情報からの座標変換する時間が検査スループットに入らなくなることから、検査速度を向上することが可能である。
　図７は、図６のスキャン範囲を検査対象範囲３１に限定した例である。図７に示す対象範囲３１はダイと一致している。スキャン範囲の限定は、図４で示した実施例の座標補正演算をもとに検査対象範囲の座標を求め、スキャン範囲を制御する。図７の例では、検査対象範囲にスキャン範囲を限定することができ、スキャン時間を短縮することが可能である。また、図６に比較して検査対象範囲のデータを後から除去するという工程を省略することが出来る。
　図８は、回転中心のずれを補正する方法を示す。ウェハをステージに搭載した場合、搬送系の機械的な精度限界から、ステージの回転中心とウェハの中心がずれる場合が考えられる。このずれ量を検出する手段として、ウェハに位置合わせ用のマーク８１を複数個所に設ける。
　図８の例では、ウェハの縁の４箇所にマークを設けた例を示している。このマークは、ウェハの中心点からの距離を等しくした位置に設け、ステージ上で回転させた上で、通常のパターン画像取得方法に従って、マーク画像を入力し、位置ずれ量を比較する。ステージの回転中心とウェハの中心が一致している場合、マークは同一円状に配置されることになり、同一位置に電子ビームを照射、画像入力すると同一マーク画像として検出することになる。
　しかし、中心点がずれている場合、マーク画像が一致せず、これによりずれを検出することができる。また、図８の例では、検出したマーク画像の交点のずれ方向により、中心点のずれ方向を検出することができる。ここで検出したずれ量を基に、画像並替え部１７や画像演算部１８でずれ量に応じた検査画像の位置補正を行う。また、別な実施例としては、検出したずれ量情報をステージ制御部１２に送り、Ｘ－Ｙ方向にステージを稼動して、ステージ回転中心とウェハの中心点を合わせることも可能である。
　図８は、ウェハの周辺にマークをダイとは別に形成している例である。しかし、ウェハの周辺に別途マークを形成しなくとも、ダイの中の特定の場所を選定してマークとすることも可能である。この場合複数のダイにおける特定の場所を選定することによって、図８で説明したと同様な効果を得ることが出来る。
　図９は、スキャン制御部の座標変換を実現する実施例を示す。Ｘ座標変換部２４、Ｙ座標変換部２５にＸ及びＹのスキャン座標を高速に変換する小容量の変換テーブル（ＬＵＴ）と、複数のスキャン種別に対応するためのスキャン種別毎の変換データを格納した、複数の画像サイズ容量を持つ大容量の変換テーブル（ＬＵＴ）を用いた構成を示した図である。
　Ｘ座標及びＹ座標の変換は、変換テーブル（ＬＵＴ）に予め変換するデータを格納しておくことで行う。変換テーブルはメモリであり、メモリに変換データを格納しておき、基本座標生成２２で生成された基本座標をメモリのアドレスとして、そのアドレスに格納されたデータを読み出すことで座標変換を行う。
　ここで、小容量変換テーブルの容量は画像サイズと同等であり、例えば５１２×５１２の画像サイズで、１画素（ピクセル）を１６ｂｉｔのデジタルデータで表すとすると、１６ｂｉｔ×５１２＝８１９２ｂｉｔの容量となる。これをＸ座標とＹ座標毎に個別に備えるため、８１９２ｂｉｔ容量の変換テーブルが２式となる。小容量の変換テーブル（ＬＵＴ）を画像サイズと同様の最小限のメモリ容量とすることで、高速動作が可能である。
　大容量変換テーブル（ＬＵＴ）９１には、複数のスキャン種別に対応するためのスキャン種別毎の変換データを格納しておき、スキャン動作中は小容量の変換テーブル９２、９３にて高速に座標変換を行い、スキャン停止中に大容量の変換テーブル（ＬＵＴ）９１から小容量の変換テーブル９２、９３に変換データを転送する。これにより、少ないハードウエアリソースで回転角に応じた様々なスキャン座標を生成することが可能となる。
　図１０は、本発明における電子ビームの照射位置合わせとステージ移動方法の一実施例である。従来のＸ－Ｙステージによる検査と同じ画像取得を行うためウェハ上のダイの並びに合わせて照射位置を移動する場合、本発明では、ステージの回転と回転径の半径分のＸ－Ｙ方向移動を組み合わせることで実現可能である。任意の原点となる位置を決め、必要な移動角度と中心点からの距離よりＸ方向、Ｙ方向の移動量を決め、回転と組み合わせて検査対象位置へ移動する。
　図１０において、１０１はダイが短冊状に配列されている領域である。Ａで示す領域のデータを取得した後、ウェハが特定角度回転してからステージをＸ－Ｙ方向にも動かすことによって、同じ短冊の並びにある領域Ｂのデータを取得することが出来る。特定角度は、一回転（３６０度）でもよい。図１０において、１０３は領域Ａのデータを取得する場合の回転半径であり、１０４は領域Ｂのデータを取得する場合の回転半径である。
　図１０のような方法によれば、従来のＸ－Ｙステージにおけるデータ取得のように、短冊状に並んだダイのデータを左側から順に取得することが出来、従来のデータ処理方法を用いることが出来る。
　以上に述べたように、本発明によれば、ウェハを保持、照射領域への移動を行うステージの小形化、軽量化を可能とし、従来のステージの重量増大による加速限界（モータの高トルク化限界）によるスループット低下を排除することで検査スループットを向上できる。また、ステージのような反転動作がなく、ステージ支持台の振動を削減することが可能となり、検査分解能および精度を向上することができる。
１　　走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
２　　走査コイル
３　　電子ビームを出射する電子銃
４　　ステージ
５　　ステージ稼動部
６　　ウェハ
７　　対物レンズ
８　　二次電子検出部
９　　二次電子
１０　画像生成部
１１　電子ビーム制御部
１２　ステージ制御部
１３　高電圧制御電源
１４　制御演算部
１５　画像処理部
１６　ＡＤ変換部
１７　画像データ並替え部
１８　画像演算部
２０　並び替えメモリ
２１　スキャン制御部
２２　基本座標生成部
２３　制御回路
２４　Ｘ座標変換部
２５　Ｙ座標変換部
２６　回転角座標変換部
２７　出力部。

Claims (12)

  1. 　電子ビームをウェハに照射し、画像情報を取得する半導体ウェハ検査装置において、
    　前記ウェハを前記ウェハの中心を軸に回転する手段と、回転する前記ウェハの表面に対して電子ビームを照射する手段と、前記ウェハから発生する２次電子を検出する手段と、前記２次電子を検出することによって得られた信号を基に画像情報を取得する手段を有することを特徴とする半導体ウェハ検査装置。
  2. 　電子ビームをウェハに照射し、前記ウェハから放出される二次電子を検出し、前記２次電子を検出することによって得られた信号を画像信号に変換して画面上に表示して前記ウェハを観察する走査電子顕微鏡を用い、前記電子ビームをスキャンしながらウェハに照射して検査対象領域の画像情報を取得する半導体ウェハ検査装置において、
    　前記ウェハを前記ウェハの中心を軸に回転する手段と、前記ステージ上で回転する前記ウェハの表面に対して、電子ビームをスキャンする電子光学系と、前記電子ビームにより前記ウェハから発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出された２次電子に基づく信号を並べ替えて画像を表示する表示手段とを有することを特徴とする半導体ウェハ検査装置。
  3. 　電子ビームをウェハに照射し、画像情報を取得する半導体ウェハ検査装置において、
    　前記ウェハを前記ウェハの中心を軸に回転する手段と、回転する前記ウェハの表面に対して電子ビームにより前記ウェハを照射する手段と、
    　前記照射手段により前記ウェハから発生する２次電子を検出する手段と、
    　前記ウェハの回転角度を取得する手段と、前記回転角度の情報を基に電子ビームのスキャン方向とスキャン距離を制御する手段と、前記２次電子を検出することによって得られた信号を基に画像情報を取得する手段を設けたことを特徴とする半導体ウェハ検査装置。
  4. 　電子ビームをウェハに照射し、画像情報を取得する半導体ウェハ検査装置において、
    　前記ウェハを前記ウェハの中心を軸に回転する手段と、回転する前記ウェハの表面に対して、電子ビームにより前記ウェハを照射する手段と、
    　前記照射手段により前記ウェハから発生する２次電子を検出する手段と、
    　前記電子ビームのスキャン制御手段と、前記ウェハの回転角度取得手段と、前記回転角度情報による取得画像の並べ替え手段と、前記２次電子の検出によって得られた信号を基に画像情報を取得する手段を設けたことを特徴とする半導体ウェハ検査装置。
  5. 　電子ビームを矩形のダイが複数形成されたウェハに照射し、画像情報を取得する半導体ウェハ検査装置において、
    　前記ウェハを前記ウェハの中心を軸に回転する手段と、回転する前記ウェハの表面に対して電子ビームを照射する手段と、前記ウェハから発生する２次電子を検出する手段と、前記電子ビームのスキャン制御手段と、ウェハの回転角度取得手段と、
    　前記回転角度の情報を基に、前記矩形のダイを包含し、同一方向に、特定のピッチで特定の距離スキャンする手段と、
    　前記回転角度情報による取得画像の並べ替え手段と、前記２次電子の検出によって得られた信号を基に画像情報を取得する手段を設けたことを特徴とする半導体ウェハ検査装置。
  6. 　前記スキャンの前記特定の距離は前記ダイの１辺の長さよりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の半導体ウェハ検査装置。
  7. 　前記スキャンの前記特定の距離は前記ダイの対角径と等しいことを特徴とする請求項５に記載の半導体ウェハ検査装置。
  8. 　前記取得した回転角度情報から検査対象範囲を算出する手段と、前記算出手段による計算結果を基に前記スキャン方向と前記スキャン距離を制御する手段を設けたことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体ウェハ検査装置。
  9. 　前記検査対象範囲は前記ダイと一致することを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェハ検査装置。
  10. 　前記ウェハ外周の同一円上に複数の位置認識用マークを設け、前記マークを認識する手段と、認識した前記マークの位置のずれ量から前記ウェハの偏芯量を算出する手段と、前記算出したずれ量を基に、走査位置を補正する手段を設けたことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体ウェハ検査装置。
  11. 　前記ウェハ外周の同一円上に複数の位置認識用マークを設け、前記マークを認識する手段と、認識した前記マーク位置のずれ量から前記ウェハの偏芯量を算出する手段と、前記算出した偏芯量を基に、取得した画像情報を補正する手段を設けたことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体ウェハ検査装置。
  12. 　回路パターンの画像情報を複数取得する手段を設け、前記画像情報をもとにウェハの偏芯量を算出する手段と、前記算出した偏芯量を基に、取得した画像情報を補正する手段を設けたことを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体ウェハ検査装置。
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