JP4505674B2 - Pattern inspection method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、半導体ウェーハの回路パターン像等を取得する検査方法に関し、特に、試料の全体と局所部分とを検査することができるパターン検査方法に関する。 The present invention relates to an inspection method for obtaining, for example, a circuit pattern image of a semiconductor wafer, and more particularly to a pattern inspection method capable of inspecting the entire sample and a local portion.
最近のLSIの高集積化に伴い、ウェーハ、マスクなどの試料に要求される欠陥検出感度は、より一層高くなってきている。例えば、DRAMのパターン寸法0.25μmウェーハパターンに対して欠陥箇所を検出する場合には、0.1μmの検出感度が必要とされている。また、検出感度の高感度化とともに検出速度の高速化も満足させた検査装置の要求が高まってきている。これらの要求に応えるべく、電子ビームを用いた表面検査装置が開発されている。 With the recent high integration of LSIs, the defect detection sensitivity required for samples such as wafers and masks has become even higher. For example, when detecting a defective portion with respect to a wafer pattern having a pattern size of 0.25 μm of DRAM, a detection sensitivity of 0.1 μm is required. In addition, there is an increasing demand for an inspection apparatus that satisfies both high detection sensitivity and high detection speed. In order to meet these requirements, surface inspection apparatuses using electron beams have been developed.
例えば、特開平7−249393号公報に記載されているように、矩形陰極と四極子レンズとによってビーム断面形状を矩形状または楕円形状に成形するパターン検査装置が公知である。このパターン検査装置は、従来の走査型電子顕微鏡のように電子ビームをスポット状に集束させて試料面上を走査するのではなく、矩形状の一定のビーム照射領域を有する矩形ビームで走査するため、短時間で試料面上を走査することができ、検出速度の高速化を実現することができる。 For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-249393, a pattern inspection apparatus that forms a beam cross-sectional shape into a rectangular shape or an elliptical shape using a rectangular cathode and a quadrupole lens is known. This pattern inspection apparatus does not scan the sample surface by focusing the electron beam in a spot shape as in a conventional scanning electron microscope, but scans with a rectangular beam having a certain rectangular beam irradiation region. The sample surface can be scanned in a short time, and the detection speed can be increased.
しかしながら、矩形ビームは、スポットビームと比較すると、ビーム照射領域が広い分、単位面積当たりに照射されるビーム量(電流密度)が低下し、検出画像のコントラストが低下するという問題点があった。 However, the rectangular beam has a problem in that the beam amount (current density) irradiated per unit area is reduced and the contrast of the detected image is reduced because the beam irradiation area is wider than the spot beam.
そこで、本出願人は、この課題を解決するパターン検査装置を特願平9−1178号出願により提案した。 Therefore, the present applicant has proposed a pattern inspection apparatus that solves this problem in Japanese Patent Application No. 9-1178.
図12は、このパターン検査装置を説明する図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining this pattern inspection apparatus.
図12において、パターン検査装置は、一次コラム51、ステージ52、二次コラム53を有している。一次コラム51の真下にステージ52が配置され、ステージ52上には、資料54が載置される。試料54から発生する二次電子を検出する位置に二次コラム53が斜めに配置される。
In FIG. 12 , the pattern inspection apparatus has a primary column 51, a stage 52, and a
一次コラム51の内部には、電子銃55が配置され、電子銃55から照射される電子ビームの光軸上に、一次光学系56が配置される。
An
また、二次コラム53の内部には、試料からの二次ビームの光軸上に、カソードレンズ57および二次光学系58が配置される。さらに、二次光学系58を介して二次ビームが集束する位置に検出器59が配置される。検出器59は、TDI(Time Delay Integration:時間遅延積分型)アレイCCDセンサを有しており、光電信号はCCDカメラ駆動制御部60を介して、CPU61に入力される。
Inside the
CPU61は、一次コラム制御ユニット62、二次コラム制御ユニット63およびステージ駆動機構64に制御信号を出力する。一次コラム制御ユニット62は、一次光学系56に対して、また、二次コラム制御ユニット63は、カソードレンズ57および二次光学系58に対してレンズ電圧制御を行う。また、ステージ駆動機構64は、ステージ52をXY方向に駆動する。
The
さらに、ステージ52の位置情報がレーザ干渉計ユニット65を介してCCDカメラ駆動制御部60に入力される。
Further, the position information of the stage 52 is input to the CCD
次に、このパターン検査装置の動作について説明する。 Next, the operation of this pattern inspection apparatus will be described.
一次コラム51内の電子銃55から電子ビーム(一次ビーム)が照射される。一次ビームは、一次光学系56によってビーム断面が矩形状または楕円形状に成形されて、試料面上に照射される。その際、ビーム照射領域は、一定面積を有する矩形状または楕円形状になる。
An electron beam (primary beam) is irradiated from the
試料54にビームが照射されると、そのビーム照射領域から二次電子(二次ビーム)が発生する。二次ビームは、カソードレンズ57および二次光学系58により集束されて、検出器59の検出面に、所定の倍率で拡大投影される。
When the sample 54 is irradiated with a beam, secondary electrons (secondary beam) are generated from the beam irradiation region. The secondary beam is focused by the
検出器59は、二次ビームを光信号に変換し、TDIアレイCCDセンサによって、さらに光電変換され、画像信号が生成される。なお、このTDIアレイCCDセンサの撮像動作については後述する。
The
CCDカメラ駆動制御部60は、検出器59から画像信号を取り出し、CPU61に出力する。以下、ステージ52をXY方向に駆動して、試料の所定箇所に電子ビームを照射し、画像検出を繰り返す。
The CCD camera
ここで、パターン検査装置の特徴点であるTDIアレイCCDセンサの撮像動作について図13を用いて説明する。 Here will be described with reference to FIG. 13 for the imaging operation of the TDI array CCD sensor is a characteristic point of the pattern inspection apparatus.
図13(1)に示すように、電子ビームは、試料54の所定箇所に照射されている。このとき、TDIアレイCCDセンサには、図13(2)に示すように、電子ビームが照射されている箇所に対応する水平走査ラインAに、信号電荷が蓄積される。次に、CPU61は、所定のタイミングで、図13(3)に示すようにステージ52および試料54をY方向に一水平走査ライン分だけ移動させる。それと同時に、CCDカメラ駆動制御部60は、ラインAに蓄積される信号電荷をラインBに転送する。したがって、図13(4)に示すように、ラインBには、前回時に蓄積された信号電荷と今回の撮像時に得た信号電荷が加算されて累積される。
As shown in FIG. 13 (1), the electron beam is irradiated to a predetermined portion of the specimen 54. At this time, in the TDI array CCD sensor, as shown in FIG. 13B, signal charges are accumulated in the horizontal scanning line A corresponding to the portion irradiated with the electron beam. Next, the
図13(5)に示すように、CPU61はさらに一水平走査ライン分だけステージ52および試料54を移動させる。それと同時に、CCDカメラ駆動制御部60は、図13(6)に示すように、ラインAの信号電荷をラインBに、ラインBの信号電荷をラインCに転送する。したがって、ラインCには、前々回、前回、今回の撮像時に得た信号電荷が加算されて累積される。
As shown in FIG. 13 (5), the
以上の動作を繰り返すと、水平走査ラインの本数分だけ試料の同一箇所の信号電荷を加算して累積させることができる。すなわち、TDIアレイCCDセンサは、信号電荷を遅延させて撮像を繰り返し行うことで、試料の同一箇所の信号電荷を累積加算して増加させることができる。これにより、試料の電流密度を増加させ、検出画像のS/Nの向上を図ることができる。 If the above operations are repeated, the signal charges at the same location of the sample can be added and accumulated by the number of horizontal scanning lines. That is, the TDI array CCD sensor can increase the signal charge of the same portion of the sample by cumulative addition by repeatedly performing imaging while delaying the signal charge. Thereby, the current density of the sample can be increased, and the S / N of the detected image can be improved.
しかしながら、上述のパターン検査装置では、試料全体などの広範囲の画像を検出する場合には適当だが、試料の局所領域を検出する際には、以下の弊害が考えられる。 However, although the above-described pattern inspection apparatus is suitable for detecting a wide range of images such as the entire sample, the following adverse effects can be considered when detecting a local region of the sample.
例えば、試料の検出領域が小さくなるに従って、相対的にステージの動作範囲も小さくなる。これは、ステージの位置合わせ動作、移動動作、停止動作等の全ての動作に関して高精度かつ安定した制御が要求されることになり、より小さな局所領域を検出するためには、さらなるステージ制御の高精度化が求められる。 For example, as the sample detection area becomes smaller, the stage operating range becomes relatively smaller. This means that high-precision and stable control is required for all operations such as stage alignment operation, movement operation, and stop operation. In order to detect a smaller local area, further stage control is required. Accuracy is required.
また、ステージは移動停止動作を繰り返すため、ステージに振動(ハンチング)が生じる。このとき、試料の局所領域は、拡大投影されているので、軽微なハンチングでさえも、検出画像にノイズとなって現れ、S/Nが低下するという問題点が考えられた。 Further, since the stage repeats the movement stop operation, vibration (hunting) occurs in the stage. At this time, since the local region of the sample is enlarged and projected, even a slight hunting appears as noise in the detection image, and there is a problem that the S / N is lowered.
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するために、ステージ制御の精度に関わらず、試料の広範囲領域から局所領域に亘って高精度に観察することにより、パターンの欠陥箇所を自動的に検出することができるパターン検査方法を提供することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention automatically observes a defective portion of a pattern by observing a sample from a wide area to a local area with high accuracy regardless of the accuracy of stage control. An object of the present invention is to provide a pattern inspection method that can be detected .
図1は、本発明を実施する装置の一例を示す原理ブロック図である。 FIG. 1 is a principle block diagram showing an example of an apparatus for carrying out the present invention.
本発明を実施する装置としては、試料が載置され、駆動可能なステージ1と、ステージ1に載置される試料に電子ビームを照射する照射手段2と、電子ビームの照射によって、試料から発生する二次電子、反射電子または後方散乱電子の少なくとも1種が、二次ビームとして投影され、試料の画像情報を生成する電子検出手段3と、ステージ1を駆動するステージ駆動手段4と、二次ビームを偏向する偏向手段5とを備え、電子検出手段3は、二次ビームを光に変換する蛍光部6と、その光を光電変換し、変換された電荷を蓄積するTDIアレイCCDセンサ7と、TDIアレイCCDセンサ7に蓄積される電荷をシフトさせる制御部8と、から構成されている。この装置は、ステージ駆動手段による試料の移動により、電子検出手段3に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、制御部8は、TDIアレイCCDセンサ7に蓄積される電荷をシフトさせるステージ走査モードと、偏向手段5によって電子検出手段3に投影される二次ビームの投影位置が変動し、その変動に応じて、制御部8は、TDIアレイCCDセンサ7に蓄積される電荷をシフトさせる偏向器走査モードとを有している。 As an apparatus for carrying out the present invention, a
図2は、図1に示す装置に、電子検出手段により生成された試料の画像情報から欠陥箇所を検出する機能を付加した場合の原理ブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram of the principle when the function shown in FIG. 1 is added to the apparatus shown in FIG. 1 for detecting a defect location from image information of the sample generated by the electron detection means.
この場合、ステージ走査モードまたは偏向器走査モードにおいて、電子検出手段3により生成された試料の画像情報から欠陥箇所を検出する欠陥検出手段9を備えて構成される。 In this case, in the stage scanning mode or deflectors scan mode, it is configured to include a defect detection means 9 for detecting a defective portion from the image information of the sample generated by the electron detecting means 3.
(作用)
本発明は、ステージ走査モードと偏向器走査モードとを有している。
(Function)
The present invention has a stage scanning mode and a deflector scanning mode.
ステージ走査モードは、ステージ1およびその上に載置される試料を連続的に移動させながら撮像し、TDIアレイCCDセンサ7に電荷を蓄積させる。このとき、試料の移動に応じて、TDIアレイCCDセンサ7に蓄積される電荷をシフト(転送)する。
In the stage scanning mode, the
一方、偏向器走査モードは、試料に電子ビームが照射されている状態で、偏向手段5を用いて、電子検出手段3に投影される二次ビームの投影位置を動かして撮像し、TDIアレイCCDセンサ7に電荷を蓄積させる。これにより、試料を移動させながら撮像した状態と同じ状態を実現している。このとき、二次ビームの投影位置の変動に応じて、TDIアレイCCDセンサ7に蓄積される電荷をシフトする。
On the other hand, in the deflector scanning mode, the image of the secondary beam projected on the
また、欠陥検出手段9を備えている場合には、欠陥検出手段9は、試料の画像情報から、例えば、テンプレートパターンマッチング等によって欠陥箇所を検出する。 Further, when the defect detection unit 9 is provided , the defect detection unit 9 detects a defect location from the sample image information by, for example, template pattern matching.
このとき、まずステージ走査モードにおいて試料全体の欠陥箇所をサーチし、その後、偏向器走査モードにおいて各欠陥箇所を細かく観察してもよい。 At this time, first, a defect portion of the entire sample may be searched in the stage scanning mode, and then each defective portion may be observed in detail in the deflector scanning mode.
本発明では、ステージを駆動させることで、電子ビームが試料を走査するステージ走査モードと、偏向手段を利用して二次ビームの投影位置を移動させて撮像する偏向器走査モードとを有している。したがって、検査対象領域が大きい場合には、ステージ走査モードを利用して高速に画像を検出し、検査対象領域が小さい場合には、偏向器走査モードを利用することで、高感度かつ高画質に画像の検出を行うことができる。特に、局所領域の画像検出は、ステージを高精度かつ安定させて制御する必要があったが、偏向器走査モードを利用することで、このようなステージの複雑かつ高度な制御が不要になり、極端に狭い領域を検出する際にも対応することができる。 In the present invention, by driving the stage, having a stage scanning mode the electron beam scans the sample, by moving the projection position of the secondary beams by using a deflecting means and a deflector scan mode for capturing Yes. Therefore, when the inspection target area is large, an image is detected at high speed using the stage scanning mode. When the inspection target area is small, the deflector scanning mode is used to achieve high sensitivity and high image quality. Image detection can be performed. In particular, the image detection of the local area needed to control the stage with high accuracy and stability, but by using the deflector scanning mode, complicated and advanced control of such a stage becomes unnecessary. It is possible to cope with detection of an extremely narrow area.
また、ステージ走査モードは、試料全体の欠陥検出に適している。一方、偏向器走査モードは、試料の局所領域の欠陥検出に適している。したがって、2つのモードを組み合わせて使用することにより、画像の欠陥箇所の検出を高速かつ高精度に検出することができる。 The stage scanning mode is suitable for detecting defects in the entire sample. On the other hand , the deflector scanning mode is suitable for detecting defects in a local region of a sample. Therefore, by using the two modes in combination, it is possible to detect a defective portion of the image at high speed and with high accuracy.
このようにして、本発明では、ステージの駆動を高精度に制御する必要がなく、また、ステージの振動によるS/Nの低下を回避することができるため、検査の信頼性を向上させることができる。 In this way, according to the present invention, it is not necessary to control the stage drive with high accuracy, and since it is possible to avoid a decrease in S / N due to stage vibration, the reliability of inspection can be improved. it can.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は、本実施形態の全体構成図である。また、図4は、検出器36の構成を示す図である。さらに、図5は、一次ビームの軌道を示す図であり、図6は、二次ビームの軌道を示す図である。
FIG. 3 is an overall configuration diagram of the present embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the
図3において、パターン検査装置は、一次コラム21、二次コラム22、チャンバー23を有している。
In FIG. 3, the pattern inspection apparatus has a
二次コラム22の側面には、一次コラム21が斜めに接続しており、二次コラム22の下部にはチャンバー23が配置される。
A
一次コラム21の内部には、電子銃24が設けられており、電子銃24から照射される電子ビーム(一次ビーム)の光軸上に、一次光学系25が配置され、さらにその先には、二次コラム22内部にあるウィーンフィルタ29が光軸に対して斜めに配置される。
An electron gun 24 is provided inside the
一方、チャンバー23の内部にはステージ26が設置され、ステージ26上には試料27が載置される。
On the other hand, a
また、二次コラム22の内部には、試料27から発生する二次ビームの光軸上に、カソードレンズ28、ウィーンフィルタ29、ニューメニカルアパーチャ30、第1レンズ31、フィールドアパーチャ32、第2レンズ33、第3レンズ34、偏向器35および検出器36が配置される。
Further, inside the
図4において、検出器36は、第1のMCP(マイクロチャネルプレート)45aと、第2のMCP45bと、蛍光面46を塗布したFOP(ファイバオプティックプレート)47と、TDIアレイCCDセンサを搭載したCCDカメラ48とから構成される。
In FIG. 4, a
検出器36の入出力端子は、CCDカメラ駆動制御部37の入出力端子と接続され、CCDカメラ駆動制御部37の出力は、CPU38を介してCRT39に入力される。
The input / output terminal of the
また、CPU38は、一次コラム制御ユニット40、二次コラム制御ユニット41、偏向駆動制御部42、ステージ駆動機構43に制御信号を出力する。
Further, the
一次コラム制御ユニット40は、一次光学系25のレンズ電圧を制御し、二次コラム制御ユニット41は、カソードレンズ28、第1レンズ31、第2レンズ33、第3レンズ34の各レンズ電圧を制御し、偏向駆動制御部42は、偏向器35に印加する電圧を制御し、ステージ駆動機構43は、ステージ26のXY方向の駆動制御を行う。
The primary
また、CCDカメラ駆動制御部37には、レーザ干渉計ユニット44からの制御信号および偏向駆動制御部42からの制御信号が入力される。
The CCD camera
さらに、一次コラム21、二次コラム22、チャンバー23は、真空排気系(不図示)と繋がっており、真空排気系のターボポンプにより排気されて、内部は真空状態を維持している。
Further, the
図5に示すように、電子銃24からの一次ビームは、一次光学系25によってレンズ作用を受けて、ウィーンフィルタ29に入射する。
As shown in FIG. 5, the primary beam from the electron gun 24 receives a lens action by the primary
ここでは電子銃のチップとして、矩形陰極で大電流を取り出すことができるLaB6を用いる。また、一次光学系25は、回転軸非対称の四重極または八重極の静電レンズを使用する。このレンズは、いわゆるシリンドリカルズレンズと同様にX軸、Y軸各々で集束と発散とを引き起こすことができる。このレンズを2段で構成し、各レンズ条件を最適化することによって、照射電子を損失することなく、試料面上のビーム照射領域を、任意の矩形状、または楕円形状に成形することができる。
Here, LaB 6 which can take out a large current with a rectangular cathode is used as the tip of the electron gun. The primary
一次ビームがウィーンフィルタ29に入射すると、ウィーンフィルタ29の偏向作用により軌道が曲げられる。ウィーンフィルタ29は、磁界と電界を直交させ、電界をE、磁界をB、荷電粒子の速度をvとした場合、E=vBのウィーン条件を満たす荷電粒子のみを直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる。図7に示すように、一次ビームに対しては、磁界による力FBと電界による力FEとが発生し、ビーム軌道は曲げられる。一方、二次ビームに対しては、力FBと力FEとが逆方向に働くため、互いに相殺されて二次ビームはそのまま直進する。
When the primary beam enters the
カソードレンズ28を通過した一次ビームは、試料27に垂直に照射される。ここでは、試料27に照射される一次ビームの照射領域は矩形状である。試料27のビーム照射領域全面からは、二次電子、反射電子または後方散乱電子が二次ビームとして発生する。すなわち、この二次ビームは、矩形状の二次元画像情報を有していることになる。さらに、一次ビームは、試料27に垂直に照射されるので、二次ビームは影のない鮮明な電子像を有する。
The primary beam that has passed through the
二次ビームは、カソードレンズ28によるレンズ作用を受けながら、レンズを通過し、ウィーンフィルタ29に入射する。
The secondary beam passes through the lens and is incident on the
ところで、カソードレンズ28は、3枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料27側の電位との間で、二次ビームに対して正の電界を形成し、電子(特に、指向性が小さい二次電子)を引き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されている。また、レンズ作用は、カソードレンズ28の下から1番目、2番目の電極に電圧を印加し、3番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。
Incidentally, the
カソードレンズ28を通過した二次ビームは、ウィーンフィルタ29の偏向作用を受けずに、そのまま直進して、ニューメニカルアパーチャ30を通過する。なお、ウィーンフィルタ29に印加する電磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギーを持つ電子(例えば2次電子、又は反射電子、又は後方散乱電子)のみを検出器36に導くことができる。
The secondary beam that has passed through the
また、ニューメニカルアパーチャ30は、開口絞りに相当するもので、二次ビームに対して第1レンズ31、第2レンズ33および第3レンズ34のレンズ収差を抑える役割を果たしている。
The
ところで、二次ビームを、カソードレンズ28のみで結像させると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすい。そこで、図6に示すように、第1レンズ31と合わせて、1回の結像を行わせる。二次ビームは、カソードレンズ28および第1レンズ31により、フィールドアパーチャ32上で中間結像を得る。
By the way, if the secondary beam is imaged only by the
この場合、通常、二次光学系として必要な拡大倍率が、不足することが多いため、中間像を拡大するためのレンズとして、第2レンズ33および第3レンズ34を加えた構成にする。二次ビームは、第2レンズ33および第3レンズ34によって拡大結像し、合計2回結像する。
In this case, since the magnification magnification necessary for the secondary optical system is usually insufficient, the
なお、第1レンズ31、第2レンズ33および第3レンズ34はすべて、ユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズとよばれる回転軸対称型のレンズである。各レンズは、3枚電極の構成で、通常は外側の2電極をゼロ電位とし、中央の電極に印加する電圧で、レンズ作用を行わせて制御する。
The
また、中間の結像点には、フィールドアパーチャ32が配置されているが、このフィールドアパーチャ32は光学顕微鏡の視野絞りと同様に、視野を必要範囲に制限している。それと同時に、電子ビームの場合、装置内に散乱する余計な電子を、後段の第2レンズ33および第3レンズ34と共に遮断して、検出器36のチャージアップや汚染を防いでいる。なお、拡大倍率は、この第2レンズ33および第3レンズ34のレンズ条件(焦点距離)を変えることで設定される。
In addition, a
二次ビームは、偏向器35を通過して検出器36の検出面に結像する。なお、このとき、二次ビームは、偏向器35による偏向作用は受けていない。
The secondary beam passes through the
図4に示すように、二次ビームは、第1のMCP45aに入射する。二次ビームは、その電流量を第1のMCP45a内で増幅しながら、第2のMCP45bを経由して蛍光面46に衝突する。その際、第1のMCP45aの入口の電位を調節して、二次ビームの加速電圧をMCPの検出効率の最もよい値に設定する。
As shown in FIG. 4, the secondary beam is incident on the
例えば、二次ビームの加速電圧が、+5kVの場合、第1のMCP45aの入口の電位をー4.5kVに設定して減速させ、電子エネルギーを0.5keV程度にする。
For example, when the acceleration voltage of the secondary beam is +5 kV, the electric potential at the entrance of the
二次ビームの電流増幅率は、第1のMCP45aと第2のMCP45bとの間に印加される電圧で規定される。例えば、1kVを印加すると1×104の増幅率となる。また、第2のMCP45bから出力される二次ビームの拡がりを可能な限り抑制するために、第2のMCP45bと蛍光面46との間には、4kV程度の電圧を印加する。
The current amplification factor of the secondary beam is defined by a voltage applied between the
蛍光面46では、電子を光学像に変換し、光学像は、FOP47を通過して、CCDカメラ48で撮像される。ここでは、蛍光面46での画像サイズとCCDカメラ48の撮像サイズとを合わせるために、FOP47で、約1/3に縮小して投影する。
The fluorescent screen 46 converts electrons into an optical image, and the optical image passes through the
光学像は、CCDカメラ48のTDIアレイCCDセンサにより光電変換され、TDIアレイCCDセンサには、信号電荷が蓄積される。CCDカメラ駆動制御部37は、TDIアレイCCDセンサから画像情報をシリアルに読み出し、CPU38へ出力する。CPU38は、CRT39に検出画像を表示させる。
The optical image is photoelectrically converted by the TDI array CCD sensor of the CCD camera 48, and signal charges are accumulated in the TDI array CCD sensor. The CCD camera
次に、本実施形態の動作上の特徴点であるステージ走査モードと偏向器走査モードとについて図面を参照して説明する。なお、図8は、欠陥箇所検出の動作を説明する流れ図である。 Next, will be described with reference to the drawings the stage scanning mode and deflector scan mode is a feature point on the operation of this embodiment. FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation of detecting a defective portion.
(ステージ走査モード)
図9に示すように、半導体ウェーハを試料とした場合、ラスタ走査してチップ全面の画像の検出を行う。その際、一次ビームは、固定位置を照射しており、ステージ26を駆動することで、ビームを試料面上に走査させる。
(Stage scan mode)
As shown in FIG. 9, when a semiconductor wafer is used as a sample, raster scanning is performed to detect an image of the entire chip surface. At this time, the primary beam irradiates a fixed position, and the
ステージ26上に載置された試料は、CPU38およびステージ駆動機構43により、一定の速度でY方向に移動する。
The sample placed on the
ここでは、検査対象領域として、(X1,Y1)から(X512,Y256)までの領域が設定されている。TDIアレイCCDセンサは、例えば、512×256の画素数を有しており、検査対象領域は、TDIアレイCCDセンサに適合するように投影される。 Here, the area from (X1, Y1) to (X512, Y256) is set as the inspection target area. The TDI array CCD sensor has, for example, 512 × 256 pixels, and the inspection target area is projected so as to be compatible with the TDI array CCD sensor.
今、検査対象領域の(X1,Y1)から(X512,Y1)までの画像がTDIアレイCCDセンサに撮像される。信号電荷は、図10に示すTDIアレイCCDセンサのROW1に蓄積される。CPU38の指示により、ステージ26がY方向に移動することで、ビーム照射領域がTDIアレイCCDセンサの一水平走査ライン分だけ走査方向に移動する。それと同時に、レーザ干渉計ユニット44は、垂直クロック信号をCCDカメラ駆動制御部37に送出する。
Now, images from (X1, Y1) to (X512, Y1) of the inspection target area are picked up by the TDI array CCD sensor. The signal charge is accumulated in ROW1 of the TDI array CCD sensor shown in FIG. When the
垂直クロック信号が入力されると、CCDカメラ駆動制御部37は、転送パルスを送出し、ROW1に蓄積された信号電荷をROW2に転送する。ROW2では、(X1,Y1)から(X512,Y1)までの画像が撮像されて信号電荷が蓄積されるが、その際、ROW1から転送されてきた信号電荷と加算されて蓄積される。また、ROW1には、(X1,Y2)から(X512,Y2)までの画像が撮像され、信号電荷が蓄積される。
When the vertical clock signal is input, the CCD camera
以上のように、ステージ26をY方向に順次駆動することにより、一次ビームは、検査対象領域を走査する。そして、ステージの駆動に応じて、蓄積電荷を隣接するROWへ順次転送する。
As described above, the primary beam scans the inspection target area by sequentially driving the
検査対象領域の(X1,Y256)から(X512,Y256)までの画像が撮像され、TDIアレイCCDセンサのROW1に蓄積されるとき、(X1,Y1)から(X512,Y1)までの画像は、水平走査ラインの本数分加算累積されて、TDIアレイCCDセンサのROW256に蓄積される。 When images from (X1, Y256) to (X512, Y256) of the inspection target area are captured and accumulated in ROW1 of the TDI array CCD sensor, images from (X1, Y1) to (X512, Y1) The accumulated number of horizontal scanning lines is added and accumulated in the ROW 256 of the TDI array CCD sensor.
この状態で、TDIアレイCCDセンサに転送パルスが入力されると、ROW256に蓄積される信号電荷は、転送ゲート(不図示)を介して、CCDシフトレジスタに転送され、CCDカメラ駆動制御部37を経由してCPU38へ出力される。
In this state, when a transfer pulse is input to the TDI array CCD sensor, the signal charge accumulated in the ROW 256 is transferred to the CCD shift register via a transfer gate (not shown), and the CCD camera
このように、ステージ26を順次駆動させることにより、一次ビームは試料を走査することになり、試料画像が、TDIアレイCCDセンサから一水平走査ラインずつ取り出される。
Thus, by sequentially driving the
以上の動作をチップ全面に対して実施し、チップ全面の画像を取得する(図8のステップS1)。 The above operation is performed on the entire surface of the chip, and an image of the entire surface of the chip is acquired (step S1 in FIG. 8).
チップ全面の画像を取得すると、CPU38は、設計データに基づいて予め作成されたテンプレート画像とのテンプレートマッチングにより欠陥箇所を特定する。具体的には、CPU38は、エッジ保存平滑化フィルタによる平滑化処理によりノイズの低減を行った後、テンプレート画像と検出画像との相互相関係数を求めて、マッチングしていない箇所、すなわち欠陥箇所を特定する(図8のステップS2)。CPU38は、欠陥箇所のアドレスを内部メモリに記憶する。
When the image of the entire surface of the chip is acquired, the
(偏向器走査モード)
次に、欠陥箇所があった場合の(図8のステップS3)、欠陥箇所を拡大表示する偏向器走査モードについて説明する。
(Deflector scanning mode)
Next, a deflector scanning mode for enlarging and displaying a defective portion when there is a defective portion (step S3 in FIG. 8) will be described.
CPU38は、ステージ駆動機構43を介してステージ26を駆動させ、欠陥箇所に位置を合わせ(図8のステップS4)、第2レンズ33および第3レンズ34の焦点距離を変更して欠陥箇所を拡大表示する。
The
図11(1)に示すように、今、欠陥箇所の検査対象領域における(X1,Y1)から(X512,Y1)までの画像が、図10のTDIアレイCCDセンサのROW1に撮像蓄積される。 As shown in FIG. 11 (1), the images from (X1, Y1) to (X512, Y1) in the inspection target area of the defective part are imaged and stored in ROW1 of the TDI array CCD sensor in FIG.
CPU38は、設定されている拡大倍率に基づいて偏向器35に印加する電圧値を算出し、偏向駆動制御部42に制御信号を出力する。偏向駆動制御部42は、CPU38からの制御信号に従って、偏向器35に印加する電圧を制御し、図11(2)に示すように、検出器36の検出面に投影される二次ビームの投影位置を、一水平走査ライン分だけ偏向させて移動させる。
The
それと同時に、偏向駆動制御部42は、CCDカメラ駆動制御部37に垂直クロック信号を送出する。CCDカメラ駆動制御部37は、転送パルスを送出し、ROW1に蓄積された信号電荷をROW2に転送する。
At the same time, the
ROW2では、(X1,Y1)から(X512,Y1)までの画像が撮像されて信号電荷が蓄積されるが、その際、ROW1から転送されてきた信号電荷と加算されて蓄積される。また、ROW1には、(X1,Y2)から(X512,Y2)までの画像が撮像され、信号電荷が蓄積される。 In ROW2, images from (X1, Y1) to (X512, Y1) are captured and signal charges are accumulated. At this time, the signal charges transferred from ROW1 are added and accumulated. In ROW1, images from (X1, Y2) to (X512, Y2) are taken and signal charges are accumulated.
以上のように、偏向器35によって二次ビームの投影位置を順次移動させていくことにより、検査対象領域が走査される。そして、このとき、二次ビームの投影位置に応じて、蓄積される信号電荷を隣接するROWへ順次転送する。
As described above, the inspection target area is scanned by sequentially moving the projection position of the secondary beam by the
検査対象領域の(X1,Y256)から(X512,Y256)の画像が撮像されて、TDIアレイCCDセンサのROW1に蓄積されるとき、(X1,Y1)から(X512,Y1)までの画像は、水平走査ラインの本数分加算されて、TDIアレイCCDセンサのROW256に蓄積される。 When an image from (X1, Y256) to (X512, Y256) of the inspection target area is captured and accumulated in ROW1 of the TDI array CCD sensor, images from (X1, Y1) to (X512, Y1) The number of horizontal scanning lines is added and stored in the ROW 256 of the TDI array CCD sensor.
この状態で、転送パルスが入力されると、ROW256に蓄積される信号電荷は、転送ゲート(不図示)を介して、CCDシフトレジスタに転送され、CCDカメラ駆動制御部37を経由してCPU38へ出力される。
In this state, when a transfer pulse is input, the signal charge accumulated in the ROW 256 is transferred to the CCD shift register via a transfer gate (not shown), and to the
このように、偏向器35により二次ビームの投影位置を順次移動させることにより、試料画像が、TDIアレイCCDセンサから一水平走査ラインずつ取り出され、CPU38は、欠陥箇所の画像を取得することができる(図8のステップS5)。
In this way, by sequentially moving the projection position of the secondary beam by the
以上の動作を全ての欠陥箇所に対して実施し、欠陥箇所の画像を順次取得し、画像ファイルとして記録媒体へ格納が完了するまで繰り返す(図8のステップS6)。 The above operation is performed on all defective portions, images of the defective portions are sequentially acquired, and repeated until the image file is stored in the recording medium (step S6 in FIG. 8).
このように、本実施形態のパターン検査装置では、チップ全面に対しては、ステージ26を駆動することにより、ビーム走査を実行し、TDIアレイCCDセンサにより撮像して、欠陥箇所を検出する。一方、欠陥箇所に対しては、偏向器35によって二次ビームの投影位置を移動させることにより、試料の走査を行っている。
As described above, in the pattern inspection apparatus of this embodiment, the
したがって、試料全面の画像検出には、ステージ走査モードを利用し、試料の局所領域には、偏向器走査モードを利用することで、試料の欠陥パターン検出を高速かつ高精度に実行することができる。 Therefore, the stage scanning mode is used for image detection on the entire surface of the sample, and the deflector scanning mode is used for the local region of the sample, so that the defect pattern detection of the sample can be performed at high speed and with high accuracy. .
特に、局所領域においては、ステージ26を駆動させて撮像するわけではないため、ステージ26を高精度に制御する必要がない。また、ステージ26のハンチングによる検出画像のS/Nの低下が問題視されたが、このような画質の低下も回避することができる。
In particular, in the local region, the
なお、試料の走査方法として、本実施形態ではラスタ走査を実行したが、それに限定されるものではない。 In this embodiment, raster scanning is performed as a sample scanning method. However, the present invention is not limited to this.
また、偏向器走査モードでは、欠陥箇所の大きさに応じてビーム照射領域を変更してもよい。また、ビーム照射領域の形状は矩形状に限定されるものではない。 In the deflector scanning mode, the beam irradiation region may be changed according to the size of the defect portion. Further, the shape of the beam irradiation region is not limited to a rectangular shape.
また、パターンマッチングにおけるマッチング手法は、本実施形態で述べた手法に限定されるものではなく、残差逐次検定法(SSDA法)、差分二乗和など、他のマッチング手法でもよい。 The matching method in pattern matching is not limited to the method described in the present embodiment, and other matching methods such as a residual sequential test method (SSDA method) and a sum of squared differences may be used.
1、26、52・・・ステージ, 2・・・照射手段, 3・・・電子検出手段, 4・・・ステージ駆動手段, 5・・・偏向手段, 6・・・蛍光部, 7・・・TDIアレイCCDセンサ,
8・・・制御部, 9・・・欠陥検出手段, 21、51・・・一次コラム, 22、53・・・二次コラム, 23・・・チャンバー, 24、55・・・電子銃, 25、56・・・一次光学系
27、54・・・試料, 28、57・・・カソードレンズ, 29・・・ウィーンフィルタ
30・・・ニューメニカルアパーチャ, 31・・・第1レンズ, 32・・・フィールドアパーチャ, 33・・・第2レンズ, 34・・・第3レンズ, 35・・・偏向器, 36、59・・・検出器, 37、60・・・CCDカメラ駆動制御部, 38、61・・・CPU, 39・・・CRT, 40、62・・・一次コラム制御ユニット, 41、63・・・二次コラム制御ユニット
42・・・偏向駆動制御部, 43、64・・・ステージ駆動機構, 44、65・・・レーザ干渉計ユニット, 58・・・二次光学系
1, 26, 52 ... Stage, 2 ... Irradiation means, 3 ... Electron detection means, 4 ... Stage drive means, 5 ... Deflection means, 6 ... Fluorescent part, 7 ...・ TDI array CCD sensor,
8: Control unit, 9: Defect detection means, 21, 51 ... Primary column, 22, 53 ... Secondary column, 23 ... Chamber, 24, 55 ... Electron gun, 25 56 ... Primary optical system 27, 54 ... Sample, 28, 57 ... Cathode lens, 29 ...
Claims (3)
前記電子ビームの照射領域から発生した二次ビームをファイバオプティックプレートにより第1の光学像に変換するステップと、
前記第1の光学像を、複数の走査ラインを有する時間遅延積分型アレイCCDセンサにて光電変換し、信号電荷を蓄積することによって、前記基板の検査対象領域の画像を取得するステップと、
前記取得した画像と設計データとを比較することにより、前記基板の欠陥箇所を特定するステップと、
を有する第1走査モードと、
前記第1走査モードにより前記基板の前記欠陥箇所が特定された場合に、前記基板を移動させて前記基板の前記欠陥箇所の位置合わせを行って前記基板を停止させた後、前記二次ビームを拡大結像させるレンズの焦点距離を変更させることにより前記欠陥箇所を拡大表示するステップと、
前記欠陥箇所の拡大表示において設定された拡大倍率に基づいて偏光器に印加する電圧を算出するステップと、
算出された電圧を前記偏光器に印加することにより、前記ファイバオプティックプレートに投影される前記二次ビームの投影位置を一走査ライン分ずつ偏向させるステップと、
前記投影位置が偏向された前記二次ビームを前記ファイバオプティックプレートにより第2の光学像に変換するステップと、
前記第2の光学像を前記時間遅延積分型アレイCCDセンサにて光電変換し、信号電荷を蓄積することによって、前記欠陥箇所の画像を取得するステップと、
を有する第2走査モードと、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。 Irradiating the surface of the substrate with a rectangular electron beam;
Converting a secondary beam generated from the irradiation region of the electron beam into a first optical image by a fiber optic plate;
Photoelectrically converting the first optical image with a time delay integration type array CCD sensor having a plurality of scanning lines, and accumulating signal charges to obtain an image of the inspection target region of the substrate;
Comparing the acquired image and design data to identify a defect location on the substrate;
A first scanning mode having:
When the defective portion of the substrate is specified by the first scanning mode, the substrate is moved to align the defective portion of the substrate, and the substrate is stopped. Magnifying and displaying the defect location by changing the focal length of the lens to be magnified;
Calculating a voltage to be applied to the polarizer based on the magnification set in the enlarged display of the defect portion;
Deflecting the projection position of the secondary beam projected onto the fiber optic plate by one scan line by applying the calculated voltage to the polarizer;
Converting the secondary beam with the projected position deflected into a second optical image by the fiber optic plate;
Photoelectrically converting the second optical image with the time delay integration type array CCD sensor and accumulating signal charges to obtain an image of the defective portion;
A second scanning mode having:
A pattern inspection method comprising:
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