JP4400614B2

JP4400614B2 - Inspection method and inspection apparatus using electron beam

Info

Publication number: JP4400614B2
Application number: JP2006306116A
Authority: JP
Inventors: 裕子岩淵; 秀男戸所; 弘義森; 貢佐藤; 康継宇佐美; 幹雄市橋; 悟福原; 博之品田; 豊金子; 勝也杉山; 敦子高藤; 博遠山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: JP2007048763A

Description

本発明は電子ビームを用いた検査方法及び検査装置に係わり、特に、半導体装置の製造過程でウエハ上の回路等のパターンを検査するのに適した電子ビームを用いた検査方法及び検査装置に関する。 The present invention relates to an inspection method and an inspection apparatus using an electron beam, and more particularly to an inspection method and an inspection apparatus using an electron beam suitable for inspecting a pattern of a circuit or the like on a wafer in the process of manufacturing a semiconductor device.

電子ビームを用いた試料の観察装置としては走査電子顕微鏡(以下これをＳＥＭという)があり、また、半導体装置の検査装置の一つとして測長用走査電子顕微鏡（以下これを測長ＳＥＭという）がある。しかし、通常のＳＥＭや測長ＳＥＭは、限られた視野を高倍率で観察するのには適しているものの、ウエハ上のどこに欠陥があるかを探すのには不向きである。なぜならば、そのような欠陥探索のためには非常に広い領域、すなわちウエハの全表面領域をくまなく検査する必要があるが、そのような広領域を上記のＳＥＭや測長
ＳＥＭで検査する場合には非常に長い時間が必要である。したがって、これらのＳＥＭは半導体装置の製造過程で、製造タクトに同期した検査装置として使用するにはとても実用にならない。 A scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) is used as a sample observation apparatus using an electron beam, and a length measuring scanning electron microscope (hereinafter referred to as length measuring SEM) is one of inspection apparatuses for semiconductor devices. There is. However, a normal SEM or length measurement SEM is suitable for observing a limited field of view at a high magnification, but is not suitable for searching for a defect on a wafer. This is because, in order to search for such a defect, it is necessary to inspect a very wide area, that is, the entire surface area of the wafer, but when such a large area is inspected by the above-described SEM or length measurement SEM. Takes a very long time. Therefore, these SEMs are not practical for use as an inspection apparatus synchronized with the manufacturing tact in the process of manufacturing a semiconductor device.

このような問題を解決する装置として、画像比較を用いてウエハ上の欠陥を検出する電子ビームを用いた検査装置が知られている。この装置は、高電流電子ビームが用いられること、電子ビームを試料に照射しながら試料ステージを連続的に移動させること、高加速電圧が用いられること、試料には電子ビームを減速させて試料の帯電を防ぐリターディング電圧が印加されること、電子ビームの照射によって試料で発生する荷電粒子が対物レンズを通過してから検出されること（ＴＴＬ方式）、といった特徴をもっている。これによれば、試料であるマスクやウエハのパターンの欠陥検査を従来のＳＥＭよりも効率的に行うことができる可能性がある。なお、この関連の技術として、たとえば、特開平５−
２５８７０３号公報に記載されたものがある。 As an apparatus for solving such a problem, an inspection apparatus using an electron beam for detecting a defect on a wafer using image comparison is known. This device uses a high-current electron beam, continuously moves the sample stage while irradiating the sample with the electron beam, uses a high acceleration voltage, and decelerates the electron beam to the sample. It has the characteristics that a retarding voltage for preventing electrification is applied and that charged particles generated in the sample by irradiation with an electron beam are detected after passing through the objective lens (TTL method). According to this, there is a possibility that a defect inspection of a mask or wafer pattern as a sample can be performed more efficiently than a conventional SEM. As this related technique, for example,
There is one described in Japanese Patent No. 258703.

特開平５−２５８７０３号公報。JP-A-5-258703.

試料から出てくる荷電粒子が対物レンズを通して検出されるといういわゆるＴＴＬ
（Through The Lens）方式によれば、対物レンズと試料との間の距離を短くすることができる。これによって、対物レンズを短焦点で用いることができ、電子ビームの収差が少なく、高分解能な画像の取得が可能になる。しかし、一方で、検査速度の向上を阻害し、更に試料の高さが変化するとこれに伴って電子ビームの回転が大きく変化し、得られた画像が回転してしまうという無視できない不具合をもたらす。また、リターディング電圧が変化したときの荷電粒子の検出効率の変化が無視できないほどの影響になりうるという不利益をもたらす。 A so-called TTL in which charged particles emerging from a sample are detected through an objective lens.
According to the (Through The Lens) method, the distance between the objective lens and the sample can be shortened. As a result, the objective lens can be used with a short focal point, the electron beam aberration is small, and high-resolution images can be acquired. However, on the other hand, the improvement in the inspection speed is hindered, and if the height of the sample is further changed, the rotation of the electron beam is greatly changed, resulting in a non-negligible problem that the obtained image is rotated. In addition, there is a disadvantage that a change in detection efficiency of charged particles when the retarding voltage is changed can have an influence that cannot be ignored.

本発明の第一の目的は、検査の高速化を図ることができる電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide an inspection method and an inspection apparatus using an electron beam capable of increasing the inspection speed.

本発明の第二の目的は、画像の回転が少ない電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide an inspection method and an inspection apparatus using an electron beam with little image rotation.

本発明の第三の目的は、荷電粒子の検出効率の変化が少ない電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供することにある。 A third object of the present invention is to provide an inspection method and an inspection apparatus using an electron beam with little change in the detection efficiency of charged particles.

本発明の構成は、電子ビームを発生し、その発生した電子ビームを対物レンズによって試料に収束するとともに、該電子ビームを減速する電圧を試料に印加し、その収束された電子ビームで試料を走査し、該走査の間試料を連続的に移動し、試料の移動中に試料の高さを測定し、測定された試料の高さの変化に伴い対物レンズが長焦点で作動されるように弱励磁して焦点の微調整を行い、試料の移動中に該試料の位置を測定して電子ビームの走査位置を制御し、試料から発生した荷電粒子を対物レンズと試料との間から検出して電気信号に変換し、該電気信号が有する画像情報を記憶し、その記憶された画像情報を用いて画像比較を実行し、試料の欠陥を検出するものである。

In the configuration of the present invention, an electron beam is generated, the generated electron beam is converged on the sample by an objective lens, a voltage for decelerating the electron beam is applied to the sample, and the sample is scanned with the converged electron beam. The sample is continuously moved during the scan, the height of the sample is measured during the movement of the sample, and the objective lens is weakened so that the objective lens is operated at a long focal length as the measured sample height changes. Performs fine adjustment of the focal point by excitation, measures the position of the sample while moving the sample, controls the scanning position of the electron beam, and detects charged particles generated from the sample from between the objective lens and the sample The image information is converted into an electrical signal, image information included in the electrical signal is stored, image comparison is performed using the stored image information, and a sample defect is detected.

本発明によれば、第一に、検査の高速化を図ることができる電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供することができる。 According to the present invention, first, it is possible to provide an inspection method and an inspection apparatus using an electron beam that can increase the inspection speed.

第二に、画像の回転が少ない電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供することができる。 Second, it is possible to provide an inspection method and an inspection apparatus using an electron beam with little image rotation.

第三に、荷電粒子の検出効率の変化が少ない電子ビームを用いた検査方法及び検査装置を提供することができる。 Third, it is possible to provide an inspection method and an inspection apparatus using an electron beam with little change in detection efficiency of charged particles.

図２に、半導体装置の製造プロセスのフローのブロック図を示す。同図からわかるように、半導体装置の製造に当たっては、半導体装置のウエハ上への多数のパターン形成ステップ５１〜５５が繰り返され、その各々のパターン形成ステップは大まかに成膜５６，レジスト塗布５７，感光５８，現像５９，エッチング６０，レジスト除去６１及び洗浄６２のステップからなる。各ステップにおいて製造条件が最適化されていないと、半導体ウエハの回路パターンが正常に形成されない。そこで、ステップ間に自動外観検査ステップ
６３及び６４を設け、回路パターンの検査が実行される。 FIG. 2 is a block diagram showing a flow of a semiconductor device manufacturing process. As can be seen from the figure, in manufacturing the semiconductor device, a large number of pattern forming steps 51 to 55 are repeated on the wafer of the semiconductor device, and each pattern forming step is roughly formed by film formation 56, resist coating 57, The process includes steps of photosensitivity 58, development 59, etching 60, resist removal 61, and cleaning 62. If the manufacturing conditions are not optimized in each step, the circuit pattern of the semiconductor wafer cannot be formed normally. Therefore, automatic visual inspection steps 63 and 64 are provided between the steps, and the circuit pattern is inspected.

図３に、製造過程における半導体ウエハ上の回路パターンを走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した像の概略を示す。図３（ａ）は正常に加工されたパターン、図３（ｂ）は加工不良が発生したパターンを示す。たとえば図２の成膜５６のステップで異常が発生すると、パーティクルが半導体ウエハ表面に付着し、図３（ｂ）中の孤立欠陥Ａとなる。また、レジスト塗布後感光時に焦点や露光時間等の条件が最適でないと、レジストを照射する光の量や強さが多すぎる箇所や足りない箇所が発生し、図３（ｂ）中のショートＣや断線Ｅ，パターン細りや欠けＤを伴う。露光時のマスクやレチクル上に欠陥があると、同様のパターンの形状異常が発生しやすい。また、エッチング量が最適化されていない場合及びエッチング途中に生成された薄膜やパーティクルが存在した場合、ショートＣや突起Ｂ，孤立欠陥Ａをはじめ、開口不良Ｇも発生する。洗浄時には、乾燥時の水切れ条件によりパターン角部その他の箇所に異常酸化を発生しやすい上、光学顕微鏡では観察しづらい薄膜残りＦが発生する。したがって、ウエハ製造プロセスでは、これらの不良が発生しないよう加工条件を最適化する必要があると共に、異常発生を早期発見し、当該ステップにフィードバックする必要がある。 FIG. 3 shows an outline of an image obtained by observing a circuit pattern on a semiconductor wafer in a manufacturing process with a scanning electron microscope (SEM). FIG. 3A shows a pattern that has been processed normally, and FIG. 3B shows a pattern in which a processing defect has occurred. For example, when an abnormality occurs in the step of film formation 56 in FIG. 2, particles adhere to the surface of the semiconductor wafer and become an isolated defect A in FIG. Further, if the conditions such as the focus and the exposure time are not optimal at the time of light exposure after resist application, there are places where the amount and intensity of light irradiating the resist are excessive or insufficient, and short C in FIG. Or breakage E, pattern thinning or chipping D. If there is a defect on the mask or reticle at the time of exposure, the same pattern shape abnormality is likely to occur. In addition, when the etching amount is not optimized, and when a thin film or particles generated during the etching are present, the opening defect G including the short C, the protrusion B, and the isolated defect A also occurs. At the time of cleaning, abnormal oxidation is likely to occur at the corners of the pattern and other locations due to the condition of running out of water during drying, and a thin film residue F that is difficult to observe with an optical microscope is generated. Therefore, in the wafer manufacturing process, it is necessary to optimize the processing conditions so that these defects do not occur, and it is necessary to detect the occurrence of an abnormality at an early stage and feed back to this step.

以上のような欠陥を検出するために、たとえば図２中の現像５９のステップの後、及び、レジスト除去６１のステップの後に自動外観検査が行われる。この検査に本発明による電子ビームを用いた検査装置が使用される。 In order to detect the defects as described above, for example, an automatic appearance inspection is performed after the step of development 59 in FIG. 2 and after the step of resist removal 61. The inspection apparatus using the electron beam according to the present invention is used for this inspection.

図１は、本発明の実施例であり、電子ビームを用いた検査装置の構成の概略を示す縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of the configuration of an inspection apparatus using an electron beam according to an embodiment of the present invention.

図１において、電子銃１は電子源２，引出電極３及び加速電極４から構成される。電子源２と引出電極３の間には引出電圧Ｖ₁ が引出電源５によって印加され、これにより電子源２からは電子ビーム３６が引出される。加速電極４はアース電位に維持され、そして加速電極４と電子源２との間には加速電圧Ｖacc が加速電源６によって印加され、したがって、電子ビーム３６はこの加速電圧Ｖacc によって加速される。加速された電子ビームはレンズ電源７に接続された第１収束レンズ８によって、該第１収束レンズ８とレンズ電源７に接続された第２収束レンズである対物レンズ９との間にクロスオーバ１０が生じるように収束され、更に対物レンズ９によって、ステージ駆動装置（図示せず）及び位置モニタ用測長装置１１により水平移動可能にされた試料ステージ１２上の半導体ウエハ等の試料１３に収束される。すなわち、試料１３は収束された電子ビームによって照射される。図示していないが、以上の構成が電子ビームを照射するのに適するように真空を保った容器中に収納される。 In FIG. 1, the electron gun 1 includes an electron source 2, an extraction electrode 3, and an acceleration electrode 4. An extraction voltage V ₁ is applied between the electron source 2 and the extraction electrode 3 by the extraction power source 5, whereby an electron beam 36 is extracted from the electron source 2. The acceleration electrode 4 is maintained at the ground potential, and an acceleration voltage Vacc is applied between the acceleration electrode 4 and the electron source 2 by the acceleration power source 6, so that the electron beam 36 is accelerated by the acceleration voltage Vacc. The accelerated electron beam is crossed by a first converging lens 8 connected to the lens power source 7 between the first converging lens 8 and the objective lens 9 which is a second converging lens connected to the lens power source 7. And is converged by the objective lens 9 onto a sample 13 such as a semiconductor wafer on the sample stage 12 that is horizontally movable by a stage driving device (not shown) and a position monitor length measuring device 11. The That is, the sample 13 is irradiated with the focused electron beam. Although not shown, the above configuration is housed in a container that maintains a vacuum so as to be suitable for irradiation with an electron beam.

試料１３には電子ビーム３６を減速させるリターディング電圧として負の電圧が可変減速電源１４によって印加され、更に、試料１３と対物レンズ９との間に設けられた電極
３４に、試料１３に対して正の方向の電圧が印加され、したがって、電子ビーム３６はリターディング電圧によって減速される。通常、電極３４はアース電位とされ、リターディング電圧は可変減速電源１４を調整することによって任意に変えることができる。 A negative voltage as a retarding voltage for decelerating the electron beam 36 is applied to the sample 13 by the variable decelerating power supply 14, and the electrode 34 provided between the sample 13 and the objective lens 9 is applied to the sample 13. A positive direction voltage is applied, and thus the electron beam 36 is decelerated by the retarding voltage. Usually, the electrode 34 is at ground potential, and the retarding voltage can be arbitrarily changed by adjusting the variable deceleration power supply 14.

第１収束レンズ８とクロスオーバ１０との間には絞り１５が配置されている。この絞り１５は余分な電子を遮断し、更に電子ビーム３６の開口角を決めるのに役立つ。クロスオーバ１０と対物レンズ９との間には電子ビーム走査用偏向器１６が配置され、これは収束された電子ビーム３６で試料１３を走査するように電子ビーム３６を偏向させる機能をもつ。電子ビーム走査用偏向器１６は対物レンズ９の中に設けられ、その偏向の支点と対物レンズ９の磁極ギャップの中心とが実質的に一致するようにしており、これにより、偏向歪を低減することができる。絞り１５と電子ビーム走査用偏向器１６との間には、電子ビーム３６をクロスオーバ１０が形成される位置において偏向してブランキングする、走査信号発生装置２４に接続されたブランキング用偏向器１７が配置されている。 A diaphragm 15 is disposed between the first converging lens 8 and the crossover 10. This diaphragm 15 blocks excess electrons and further serves to determine the aperture angle of the electron beam 36. An electron beam scanning deflector 16 is disposed between the crossover 10 and the objective lens 9, and has a function of deflecting the electron beam 36 so as to scan the sample 13 with the converged electron beam 36. The electron beam scanning deflector 16 is provided in the objective lens 9 so that the fulcrum of deflection and the center of the magnetic pole gap of the objective lens 9 substantially coincide with each other, thereby reducing deflection distortion. be able to. A blanking deflector connected to the scanning signal generator 24 that deflects and blanks the electron beam 36 at a position where the crossover 10 is formed between the diaphragm 15 and the electron beam scanning deflector 16. 17 is arranged.

電子ビーム３６をブランキングするために、クロスオーバ１０以外の点を支点として偏向すると、その偏向時に試料１３上の電子ビーム照射位置が移動してしまう。また、電子ビームが平行ビームである場合にブランキングすると、ブランキングの最中に絞り１５で遮断できない電子ビームが存在し、照射したくない隣接した領域をわずかながら照射してしまう。このように、ブランキングが始まって完了までの間中、本来電子ビームで照射されては好ましくない箇所が電子ビームで照射されることになる。これに対して、本発明の実施例では、ブランキング時には電子ビーム３６はクロスオーバ１０を支点として偏向されるので、試料１３上の電子ビーム照射位置は変化せず、したがって上述したような問題は生じない。 In order to blank the electron beam 36, if a point other than the crossover 10 is deflected as a fulcrum, the electron beam irradiation position on the sample 13 is moved during the deflection. In addition, if blanking is performed when the electron beam is a parallel beam, there is an electron beam that cannot be blocked by the diaphragm 15 during blanking, and the adjacent region that is not desired to be irradiated is slightly irradiated. In this way, during the period from the start of blanking to the completion, portions that are not preferably irradiated with an electron beam are irradiated with an electron beam. On the other hand, in the embodiment of the present invention, since the electron beam 36 is deflected with the crossover 10 as a fulcrum at the time of blanking, the electron beam irradiation position on the sample 13 does not change. Does not occur.

試料１３が収束された電子ビーム３６で照射され、走査されると、試料１３からは荷電粒子である２次電子及び反射電子が発生する。そのうちの２次電子３３は５０ｅＶ以下のエネルギーをもったものとして定義される。試料１３を照射する電子ビーム３６に対するリターディング電圧は、発生した２次電子に対しては正負の方向が逆になるため、加速電圧として作用する。したがって、発生した２次電子３３はリターディング電圧によって加速されるため、方向がほぼそろい、ほぼ平行ビームとなって、試料１３と対物レンズ９の間に配置されたＥ×Ｂ（イー・クロス・ビー）偏向器１８に入射する。Ｅ×Ｂ偏向器１８は２次電子３３を偏向する偏向電界を発生させる偏向電界発生器を含むと共に、試料１３を照射する電子ビームの前記偏向電界による偏向を打ち消す、前記偏向電界と直交する偏向磁界を発生させる偏向磁界発生器を含んでいる。この偏向磁界は２次電子３３に対しては前記偏向電界と同一方向への偏向作用をもつ。したがって、Ｅ×Ｂ偏向器１８によって発生される偏向電界及び偏向磁界は、試料１３を照射する電子ビームに悪影響を与えることなしに、加速された２次電子３３を偏向する。この偏向角をほぼ一定に維持するために、Ｅ×Ｂ偏向器１８によって発生される偏向電界及び偏向磁界をリターディング電圧の変更に連動して変えることができる。Ｅ×Ｂ偏向器１８は偏向電界及び偏向磁界を発生するものであるため、偏向電界及び偏向磁界発生器と呼ばれる場合もある。 When the sample 13 is irradiated with the focused electron beam 36 and scanned, secondary electrons and reflected electrons, which are charged particles, are generated from the sample 13. Of these, the secondary electrons 33 are defined as having an energy of 50 eV or less. The retarding voltage for the electron beam 36 that irradiates the sample 13 acts as an accelerating voltage because the positive and negative directions are reversed with respect to the generated secondary electrons. Accordingly, since the generated secondary electrons 33 are accelerated by the retarding voltage, the directions are almost aligned and become substantially parallel beams, so that E × B (e-cross • between the sample 13 and the objective lens 9 is arranged. B) The light enters the deflector 18. The E × B deflector 18 includes a deflection electric field generator for generating a deflection electric field for deflecting the secondary electrons 33, and cancels the deflection due to the deflection electric field of the electron beam irradiating the sample 13, and is a deflection orthogonal to the deflection electric field. A deflection magnetic field generator for generating a magnetic field is included. This deflection magnetic field has a deflection effect on the secondary electrons 33 in the same direction as the deflection electric field. Therefore, the deflection electric field and the deflection magnetic field generated by the E × B deflector 18 deflect the accelerated secondary electrons 33 without adversely affecting the electron beam that irradiates the sample 13. In order to maintain this deflection angle substantially constant, the deflection electric field and the deflection magnetic field generated by the E × B deflector 18 can be changed in conjunction with the change of the retarding voltage. Since the E × B deflector 18 generates a deflection electric field and a deflection magnetic field, it may be called a deflection electric field and a deflection magnetic field generator.

Ｅ×Ｂ偏向器１８の偏向電界及び偏向磁界によって偏向された２次電子３３は導電性の２次電子発生体１９を衝撃ないしは照射する。２次電子発生体１９は対物レンズ９とＥ×Ｂ偏向器１８の間において電子ビームの軸の周りに配置され、かつその軸に沿って電子銃１の方に向かうにしたがって末広がりの円錐形状にされている。この２次電子発生体１９はＣｕＢｅＯで作られていて、入射電子数の約５倍の２次電子発生能をもつ。２次電子発生体１９から発生した第２の２次電子２０（これは５０ｅＶ以下のエネルギーをもつ）は荷電粒子検出器２１によって検出され、電気信号に変換される。 The secondary electrons 33 deflected by the deflection electric field and the deflection magnetic field of the E × B deflector 18 impact or irradiate the conductive secondary electron generator 19. The secondary electron generator 19 is disposed between the objective lens 9 and the E × B deflector 18 around the axis of the electron beam, and has a conical shape that expands toward the electron gun 1 along the axis. Has been. The secondary electron generator 19 is made of CuBeO, and has a secondary electron generation capability that is about five times the number of incident electrons. The second secondary electrons 20 (which have energy of 50 eV or less) generated from the secondary electron generator 19 are detected by the charged particle detector 21 and converted into an electric signal.

試料１３の高さは光学式試料高さ測定装置２２によりリアルタイムで測定されて、その測定結果は補正制御回路２３からレンズ電源７にフィードバックされ、それによって対物レンズ９の焦点距離がダイナミックに補正される。また、電子ビームの試料照射位置は位置モニタ用測長装置１１によって検出されて、その結果が補正制御回路２３から走査信号発生装置２４にフィードバックされ、それによって電子ビームの試料照射位置が制御される。 The height of the sample 13 is measured in real time by the optical sample height measuring device 22, and the measurement result is fed back from the correction control circuit 23 to the lens power supply 7, whereby the focal length of the objective lens 9 is dynamically corrected. The The electron beam sample irradiation position is detected by the position monitor length measuring device 11, and the result is fed back from the correction control circuit 23 to the scanning signal generator 24, whereby the electron beam sample irradiation position is controlled. .

試料１３は図示しないステージ駆動装置によりＸ−Ｙ座標のＹ方向に連続的に移動され、一方、電子ビーム３６による試料１３の走査はＸ方向に、走査とブランキングとが交互に繰り返し行われる。試料１３が始点位置から終点位置まで連続移動し終わると、試料
１３が電子ビームによる走査の幅に相当する量だけＸ方向に移動され、続けて試料１３の−Ｙ方向への連続移動が再開され、そしてその連続移動の間中、試料１３の電子ビーム
３６によるＸ方向への走査とブランキングとが交互に繰り返される。このような動作が繰り返されることによって電子ビーム３６による試料１３の全面の走査が完了する。試料
１３の電子ビーム３６による照射を時間的，空間的に均一にするために、各走査の帰線期間中、電子ビーム３６が試料１３に向けられないように、電子ビーム３６をブランキング用偏向器１７を用いて偏向してブランキングする。 The sample 13 is continuously moved in the Y direction of the XY coordinates by a stage driving device (not shown), while the scanning of the sample 13 by the electron beam 36 is repeatedly performed in the X direction by scanning and blanking alternately. When the sample 13 finishes moving continuously from the start position to the end position, the sample 13 is moved in the X direction by an amount corresponding to the scanning width of the electron beam, and then the continuous movement of the sample 13 in the −Y direction is resumed. During the continuous movement, scanning of the sample 13 in the X direction by the electron beam 36 and blanking are repeated alternately. By repeating such an operation, scanning of the entire surface of the sample 13 by the electron beam 36 is completed. In order to make the irradiation of the sample 13 with the electron beam 36 temporally and spatially uniform, the electron beam 36 is deflected for blanking so that the electron beam 36 is not directed to the sample 13 during the blanking period of each scan. Deflection and blanking using the device 17.

荷電粒子検出器２１によって検出された第２の２次電子２０の電気信号は、増幅器２５により増幅され、Ａ／Ｄ変換器２６によりディジタル化される。そのディジタル化された信号は画像信号として記憶部２７及び２８に記憶される。具体的には、まず第１の検査領域の２次電子画像信号を記憶部２７に記憶する。次いで隣接する同一回路パターンの第２の検査領域の２次電子画像信号を記憶部２８に記憶しながら同時に記憶部２７の第１の検査領域の２次電子画像信号と比較する。更に、第３の検査領域の２次電子画像信号は記憶部２７に上書き記憶され、同時に記憶部２８の第２の検査領域の画像と比較する。これを繰り返し、すべての検査領域について画像信号の記憶及び比較を実行する。なお、記憶部２８に記憶された画像信号はモニタ３２に表示される。 The electric signal of the second secondary electrons 20 detected by the charged particle detector 21 is amplified by the amplifier 25 and digitized by the A / D converter 26. The digitized signal is stored in the storage units 27 and 28 as an image signal. Specifically, first, the secondary electron image signal of the first inspection region is stored in the storage unit 27. Next, the secondary electron image signal of the second inspection area of the adjacent same circuit pattern is stored in the storage unit 28 and simultaneously compared with the secondary electron image signal of the first inspection area of the storage unit 27. Further, the secondary electron image signal in the third inspection area is overwritten and stored in the storage unit 27 and is simultaneously compared with the image in the second inspection area in the storage unit 28. This process is repeated to store and compare image signals for all inspection areas. The image signal stored in the storage unit 28 is displayed on the monitor 32.

画像比較は演算部２９及び欠陥判定部３０において行われる。すなわち、記憶部２７及び２８に記憶された２次電子画像信号については、すでに求めてある欠陥判定条件にもとづき、演算部２９で各種統計量，具体的には画像濃度値の平均，分散等の統計量，周辺画素間の差分値，ラングレス統計量，共起行列等を算出する。これらの処理が実行された後、その処理が施された画像信号は欠陥判定部３０に転送され、比較されて差分信号が抽出され、すでに求めて記憶してある欠陥判定条件を参照して欠陥信号とそれ以外の信号が分離される。 The image comparison is performed in the calculation unit 29 and the defect determination unit 30. That is, with respect to the secondary electron image signals stored in the storage units 27 and 28, based on the defect determination conditions that have already been obtained, the calculation unit 29 calculates various statistics, specifically the average and variance of image density values. Statistics, difference values between neighboring pixels, rungless statistics, co-occurrence matrix, etc. are calculated. After these processes are executed, the processed image signal is transferred to the defect determination unit 30 and compared to extract a difference signal, and a defect is determined with reference to the defect determination conditions already obtained and stored. The signal and other signals are separated.

また、予め標準となる回路パターンの検査領域の２次電子画像信号を記憶部２７に記憶しておき、試料１３の回路パターンの検査領域の２次電子画像信号を記憶部２８に記憶しながら、記憶部２７の記憶画像信号と比較するようにしてもよい。すなわち、まず、予め制御部３１より良品の半導体装置について検査領域及び検査条件を入力し、そのデータにもとづき良品の検査を実行し、所望の領域の２次電子画像信号を記憶部２７に取り込んで記憶する。次に、検査対象である試料１３について同様の方法で検査し、その２次電子画像を記憶部２８に取り込み、記憶する。同時に、これと記憶部２７に記憶された良品の２次電子画像とを位置合わせ後比較することにより欠陥のみを検出する。この際、良品の半導体装置としては、試料１３における良品の部分あるいは試料１３とは別の良品ウエハあるいはチップを用いる。たとえば、試料１３において、回路パターンを形成する際に下層パターンと上層パターンが合わせずれを生じて形成したような不良を発生することがある。比較対象が同一ウエハあるいは同一チップ内の回路パターン同士であると、上記のようなウエハ全体に同様に発生した不良は見落としてしまうが、予め良品の画像信号を記憶し、それと試料１３の画像信号を比較することにより上記のような全体に発生した不良も検出することができるようになる。 In addition, the secondary electron image signal of the inspection region of the standard circuit pattern is stored in the storage unit 27 in advance, and the secondary electron image signal of the inspection region of the circuit pattern of the sample 13 is stored in the storage unit 28, You may make it compare with the memory | storage image signal of the memory | storage part 27. FIG. That is, first, an inspection region and inspection conditions for a non-defective semiconductor device are input from the control unit 31 in advance, a non-defective product inspection is executed based on the data, and a secondary electron image signal in a desired region is taken into the storage unit 27. Remember. Next, the sample 13 to be inspected is inspected by the same method, and the secondary electron image is taken into the storage unit 28 and stored. At the same time, only a defect is detected by comparing this with a non-defective secondary electron image stored in the storage unit 27 after alignment. At this time, as a non-defective semiconductor device, a non-defective part of the sample 13 or a non-defective wafer or chip different from the sample 13 is used. For example, in the sample 13, when the circuit pattern is formed, there may be a defect such that the lower layer pattern and the upper layer pattern are formed with misalignment. If the comparison target is a circuit pattern on the same wafer or the same chip, a defect that has occurred in the same manner on the entire wafer as described above is overlooked, but a good image signal is stored in advance and the image signal of the sample 13 is stored. By comparing the above, it is possible to detect a defect that has occurred as a whole as described above.

検査装置各部に対する動作命令及び条件設定は制御部３１から行われる。したがって、制御部３１には加速電圧，電子ビームの偏向幅（走査幅）及び偏向速度（走査速度），試料ステージの移動速度，検出器の出力信号取り込みタイミング等々の条件が予め入力されている。 An operation command and condition setting for each part of the inspection apparatus are performed from the control unit 31. Therefore, conditions such as an acceleration voltage, a deflection width (scanning width) and a deflection speed (scanning speed) of the electron beam, a moving speed of the sample stage, and an output signal capturing timing of the detector are input to the control unit 31 in advance.

次に、本発明にもとづく電子ビームを用いた検査装置と通常の走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)との違いについて、特に高速性の観点から説明する。 Next, the difference between an inspection apparatus using an electron beam according to the present invention and a normal scanning electron microscope (SEM) will be described particularly from the viewpoint of high speed.

ＳＥＭは非常に限られた領域、たとえば数十μｍ角の領域、を高倍率で時間をかけて観察する装置である。半導体検査装置の一つである測長用走査電子顕微鏡（測長ＳＥＭ）でさえもウエハ上の複数点のみの観察及び測定を高倍率で行うにすぎない。これに対して、本発明の対象である画像比較にもとづく電子ビーム検査装置はウエハのような試料上のどこに欠陥があるかを探し出す装置である。したがって、非常に広い領域をくまなく検査しなければならないから、検査の高速性が極めて重要である。 The SEM is an apparatus for observing a very limited region, for example, a region of several tens of μm square over time with high magnification. Even a length-measuring scanning electron microscope (length-measuring SEM), which is one of semiconductor inspection apparatuses, only observes and measures only a plurality of points on a wafer at a high magnification. On the other hand, an electron beam inspection apparatus based on image comparison, which is an object of the present invention, is an apparatus that searches for a defect on a sample such as a wafer. Therefore, since a very wide area must be inspected all over, the speed of inspection is extremely important.

一般に電子ビーム画像におけるＳ／Ｎ比は、試料を照射する電子ビームの単位画素当たりの照射電子数の平方根の値と相関がある。試料上の検出されるべき欠陥は、画素比較による検査が望ましい程度の微小欠陥であり、検査対象のパターンの大きさから検査装置に要求される分解能を０.１μｍ程度としたとき、この観点からと発明者らの経験とから、画像処理前の生画像のＳ／Ｎ比は１０以上、望ましくは１８以上であることが望ましい。また、そのような微小欠陥を検出対象とするためには、画素サイズは０.１μｍ程度であることが望ましい。一方、ウエハの回路パターンの検査に要求される検査時間は、製造プロセスのタクトを考慮すると、おおよそ２００sec／cm²程度であり、画像取得のみに要する時間は検査時間の約半分の１００sec／cm²程度である。これらの値から１画素当たりの所要時間は１０ｎsec となり、１画素当たりの必要電子数は約６０００個となり、これは電子ビーム電流が１００ｎＡであることに対応する。 In general, the S / N ratio in an electron beam image is correlated with the value of the square root of the number of irradiated electrons per unit pixel of the electron beam that irradiates the sample. The defect to be detected on the sample is a minute defect that is desirable to be inspected by pixel comparison. From this point of view, when the resolution required for the inspection apparatus is about 0.1 μm from the size of the pattern to be inspected. From the inventors' experience, the S / N ratio of the raw image before image processing is preferably 10 or more, and more preferably 18 or more. Further, in order to make such a micro defect a detection target, it is desirable that the pixel size is about 0.1 μm. On the other hand, inspection time required for inspection of the circuit pattern of the wafer, considering the tact of the manufacturing process, is approximately 200 sec / cm ² or so, the time required only to the image acquisition about the inspection time half 100 sec / cm ² Degree. From these values, the required time per pixel is 10 nsec, and the required number of electrons per pixel is about 6000, which corresponds to an electron beam current of 100 nA.

以上のような事項を考慮して、本発明の実施例では、試料を照射する電子ビーム電流を１００ｎＡ、画素サイズを０.１μｍ、試料上での電子ビームのスポットサイズを０.０８μｍ、試料ステージ１２の連続移動速度を１０mm／sec にそれぞれ設定し、そしてこれらの条件下で、試料の同じ領域を電子ビームで一回だけ走査することで、２００sec／cm²程度の高速度検査を可能にしている。従来のＳＥＭや測長ＳＥＭでは、試料を照射する電子ビーム電流は数ｐＡから数百ｐＡ程度であるから、１cm² 当たりの検査時間は数百時間にもなり、したがってＳＥＭや測長ＳＥＭは実質的に実用にならない。 Considering the above matters, in the embodiment of the present invention, the electron beam current for irradiating the sample is 100 nA, the pixel size is 0.1 μm, the spot size of the electron beam on the sample is 0.08 μm, the sample stage By setting the continuous movement speed of 12 to 10 mm / sec and scanning the same area of the sample only once with the electron beam under these conditions, a high-speed inspection of about 200 sec / cm ² is possible. Yes. In the conventional SEM and length measurement SEM, the electron beam current irradiating the sample is about several pA to several hundred pA, so the inspection time per 1 cm ² is several hundred hours. Is not practical.

また、本発明の実施例では、大電流電子ビームが得られ、高速度検査ができるように電子銃１の電子源２としては拡散補給型の熱電界放出電子源（Ｚｒ／Ｏ／Ｗ）が用いられている。更に、１画素当たりの所要時間が１０ｎsec であることはサンプリング時間が100ＭＨｚであることに相当し、したがって荷電粒子検出器２１はそれに対応する高速応答速度をもつものであることが必要である。この条件を満たすように荷電粒子検出器２１は
ＰＩＮ型半導体検出器からなっている。 In the embodiment of the present invention, a diffusion replenishment type thermal field emission electron source (Zr / O / W) is used as the electron source 2 of the electron gun 1 so that a high-current electron beam can be obtained and high-speed inspection can be performed. It is used. Furthermore, the required time per pixel of 10 nsec corresponds to a sampling time of 100 MHz, and therefore the charged particle detector 21 needs to have a corresponding high-speed response speed. The charged particle detector 21 is composed of a PIN type semiconductor detector so as to satisfy this condition.

導電性が小さいか又はない試料の場合は、試料は電子ビームで照射されることによって帯電する。この帯電量は電子ビームの加速電圧に依存し、そのエネルギーを低くすることによって解決される。しかし、画像比較にもとづく電子ビーム検査装置では、１００ｎＡという大電流電子ビームが用いられるため、加速電圧を低くすると、空間電荷効果により収差（電子ビームの径方向への広がり）が増大し、０.０８μｍという試料上での電子ビームスポットサイズを得ることが困難となり、したがって分解能の低下は避けがたい。本発明の実施例では、空間電荷効果による分解能の低下及び変化を防止して０.０８μｍという試料上での電子ビームスポットサイズを安定に得るために、加速電圧Ｖacc は１０
ｋＶ一定に設定されている。 In the case of a sample with low or no conductivity, the sample is charged by being irradiated with an electron beam. This amount of charge depends on the acceleration voltage of the electron beam and can be solved by lowering the energy. However, since an electron beam inspection apparatus based on image comparison uses a high-current electron beam of 100 nA, if the acceleration voltage is lowered, aberration (expansion in the radial direction of the electron beam) increases due to the space charge effect. It becomes difficult to obtain an electron beam spot size on the sample of 08 μm, and therefore a reduction in resolution is unavoidable. In the embodiment of the present invention, the acceleration voltage Vacc is 10 in order to prevent the decrease and change in resolution due to the space charge effect and stably obtain the electron beam spot size on the sample of 0.08 μm.
The constant kV is set.

画像の質は試料を照射する電子ビームのエネルギーによって大きく左右され、そしてそのエネルギーは試料の種類によって異なる。帯電しにくい試料や画像のコントラストを強調して回路パターンのエッジ部を特に知りたい試料の場合はエネルギーを大きくし、帯電しやすい試料の場合はエネルギーを小さくする。このため、検査されるべき試料の種類が変わるごとに最適な電子ビーム照射エネルギーを見つけ出して、設定する必要がある。 The quality of the image depends greatly on the energy of the electron beam that illuminates the sample, and the energy varies with the type of sample. The energy is increased for a sample that is difficult to be charged or a sample for which the edge of the circuit pattern is particularly desired by enhancing the contrast of the image, and the energy is decreased for a sample that is easily charged. For this reason, it is necessary to find and set the optimum electron beam irradiation energy every time the type of sample to be inspected changes.

本発明の実施例では、試料を照射する電子ビームの最適照射エネルギーは、加速電圧
Ｖacc を変えずに試料１３に印加される負の電圧、すなわち、リターディング電圧を変えることによって設定される。このリターディング電圧は可変減速電源１４によって変えることができる。 In the embodiment of the present invention, the optimum irradiation energy of the electron beam for irradiating the sample is set by changing the negative voltage applied to the sample 13 without changing the acceleration voltage Vacc, that is, the retarding voltage. This retarding voltage can be changed by the variable deceleration power supply 14.

従来、試料１３から発生する荷電粒子は対物レンズ９を通して検出されていた。これは既述のように、ＴＴＬ（Through The Lens）方式と呼ばれる。ＴＴＬ方式によれば、対物レンズを短焦点で働かせることによって分解能をあげることができる。これに対して、本発明の実施例では、試料から発生する荷電粒子は、対物レンズ９の下で、具体的には対物レンズ９と試料１３の間で検出される。このため、対物レンズ９の焦点距離はＴＴＬ方式に比べて長い。すなわち、通常のＴＴＬ方式では対物レンズの焦点距離は５mm程度（短焦点）であるのに対して、本発明の実施例ではその値は４０mm（長焦点）に設定されている。このため、本発明の実施例によれば、試料１３の画像を取得するために行われる電子ビーム３６の偏向幅、すなわち、電子ビームによる走査幅を大きくすることができる。例えば、ＴＴＬ方式のビーム偏向幅は１００μｍ程度であるのに対して、本発明の実施例ではそれは５００μｍに設定されている。 Conventionally, charged particles generated from the sample 13 have been detected through the objective lens 9. As described above, this is called a TTL (Through The Lens) method. According to the TTL method, the resolution can be increased by operating the objective lens with a short focal point. On the other hand, in the embodiment of the present invention, charged particles generated from the sample are detected under the objective lens 9, specifically, between the objective lens 9 and the sample 13. For this reason, the focal length of the objective lens 9 is longer than that of the TTL method. That is, in the normal TTL method, the focal length of the objective lens is about 5 mm (short focus), whereas in the embodiment of the present invention, the value is set to 40 mm (long focus). Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to increase the deflection width of the electron beam 36 performed for obtaining the image of the sample 13, that is, the scanning width by the electron beam. For example, the beam deflection width of the TTL method is about 100 μm, whereas in the embodiment of the present invention, it is set to 500 μm.

既述のように、試料１３が始点位置から終点位置まで連続移動し終わると、試料１３は該試料の電子ビーム３６による走査幅に相当する量だけ移動され、再び連続移動を開始する。この移動に伴い、試料ステージが整定するまで検査を行うことができない時間が生じる。 As described above, when the sample 13 finishes moving continuously from the start point position to the end point position, the sample 13 is moved by an amount corresponding to the scanning width of the sample by the electron beam 36 and starts to move again. This movement causes a time during which the inspection cannot be performed until the sample stage is set.

図４に、試料ステージ１２のこの整定時間の積算値（単位sec ）と電子ビーム３６の偏向幅（単位μｍ）との関係を示す。この図から、偏向幅が１００μｍであるか５００μｍであるかによって試料ステージ整定時間の積算値に極端な差があることがわかる。すなわち、本発明の実施例によれば、試料ステージ整定時間を小さくすることができ、その分だけ検査速度の向上を図ることができる。 FIG. 4 shows the relationship between the integrated value (unit: sec) of the settling time of the sample stage 12 and the deflection width (unit: μm) of the electron beam 36. From this figure, it can be seen that there is an extreme difference in the integrated value of the sample stage settling time depending on whether the deflection width is 100 μm or 500 μm. That is, according to the embodiment of the present invention, the sample stage settling time can be shortened, and the inspection speed can be improved accordingly.

試料１３の表面は完全な平面ではないため、検査する領域が移動すると試料の高さも変化する。したがって、対物レンズ９の励磁を変化させて、常に試料１３に焦点を合わせる動作が必要である。従来のＴＴＬ方式では、対物レンズを短焦点で働かせるように強励磁する必要がある。しかし、強励磁の対物レンズでは試料の高さの変化に伴い、電子ビームの水平方向の回転によって画像の回転が生じるので、その補正が必要となる。これに対して本発明の実施例では、対物レンズ９は長焦点で作動されるように弱励磁される。例えば、Ｉを対物レンズの電流値（単位Ａ）、Ｎを対物レンズのコイルのターン数、Ｅを電子ビームのエネルギー（単位ｅＶ）とすると、ＩＮ／√Ｅ＝９程度に励磁される。このため、試料１３の高さの変化に伴い、焦点を微調整しても電子ビーム３６の回転，画像の回転は実質的に無視できる程度にしか発生しないので、その補正が不要となる。 Since the surface of the sample 13 is not a perfect plane, the height of the sample changes when the region to be inspected moves. Therefore, it is necessary to constantly focus on the sample 13 by changing the excitation of the objective lens 9. In the conventional TTL system, it is necessary to perform strong excitation so that the objective lens works at a short focal point. However, in the strong excitation objective lens, the image is rotated due to the horizontal rotation of the electron beam with the change in the height of the sample, so that correction is necessary. On the other hand, in the embodiment of the present invention, the objective lens 9 is weakly excited so as to be operated at a long focal point. For example, when I is the current value of the objective lens (unit A), N is the number of turns of the coil of the objective lens, and E is the energy of the electron beam (unit eV), excitation is about IN / √E = 9. For this reason, as the height of the sample 13 changes, even if the focus is finely adjusted, the rotation of the electron beam 36 and the rotation of the image occur only to a degree that can be substantially ignored, so that the correction becomes unnecessary.

図５に、２次電子検出効率（単位％）とリターディング電圧（単位ｋＶ）との関係を示す。同図中の曲線（１）は本発明の実施例によるもの、曲線（２）はＴＴＬ方式によるものである。既述のように、リターディング電圧は試料の種類によって変えられるべきである。また、リターディング電圧は２次電子に対して加速させる作用がある。図５において、２次電子検出効率は、リターディング電圧を変えると、ＴＴＬ方式の場合は大幅に変化してしまうのに対して、本発明の実施例の場合は、あまり変化しない。ＴＴＬ方式の場合は、試料から発生する２次電子が対物レンズの磁場を通り収束されるが、その軸方向の収束位置はリターディング電圧を変えることによって変化する。これが２次電子検出効率を大きく変えてしまう主たる原因である。本発明の実施例では２次電子３３が対物レンズ９の磁場を通らないので影響が小さい。したがって、本発明の実施例では、画像の回転が少なく、２次電子検出効率の変動が小さいので、検査画像の安定化をもたらす。 FIG. 5 shows the relationship between secondary electron detection efficiency (unit%) and retarding voltage (unit kV). Curve (1) in the figure is according to the embodiment of the present invention, and curve (2) is according to the TTL system. As already mentioned, the retarding voltage should be varied depending on the type of sample. In addition, the retarding voltage has an effect of accelerating secondary electrons. In FIG. 5, when the retarding voltage is changed, the secondary electron detection efficiency changes greatly in the case of the TTL method, whereas it does not change much in the embodiment of the present invention. In the case of the TTL method, secondary electrons generated from the sample are converged through the magnetic field of the objective lens, but the axial convergence position is changed by changing the retarding voltage. This is the main cause of greatly changing the secondary electron detection efficiency. In the embodiment of the present invention, since the secondary electrons 33 do not pass through the magnetic field of the objective lens 9, the influence is small. Therefore, in the embodiment of the present invention, the rotation of the image is small and the fluctuation of the secondary electron detection efficiency is small, so that the inspection image is stabilized.

既述のように、試料１３から発生する２次電子３３は、リターディング電圧によって加速されてほぼ平行ビームとなるので、２次電子３３の収集率が向上する。その平行化された２次電子３３は、更に、Ｅ×Ｂ偏向器１８の偏向電界及び偏向磁界によってある角度、たとえば５°だけ偏向されて２次電子発生体１９を衝撃し、それによって更に第２の２次電子２０が大量に発生する。このように、２次電子の検出効率は、平行ビームと、２次電子発生体１９の衝撃によって、大幅に向上する。 As described above, since the secondary electrons 33 generated from the sample 13 are accelerated by the retarding voltage to become a substantially parallel beam, the collection rate of the secondary electrons 33 is improved. The collimated secondary electrons 33 are further deflected by an angle, for example, 5 °, by the deflection electric field and the deflection magnetic field of the E × B deflector 18 to bombard the secondary electron generator 19, thereby further 2 secondary electrons 20 are generated in large quantities. As described above, the detection efficiency of the secondary electrons is greatly improved by the collimated beam and the impact of the secondary electron generator 19.

試料１３の電子ビーム３６による走査は、試料１３をＹ方向に連続移動しながら電子ビーム３６をＸ方向に偏向させるが、走査とブランキングとを交互に繰り返すのでなく、走査を往復偏向させてもよい。この場合は、行きの偏向時の偏向速度（走査速度）と帰りの偏向時の偏向速度（走査速度）とが同じにされる。このようにすれば、ブランキング用偏向器１７を省略することができ、ブランキング時間分の節約が可能となる。しかし、この場合、以下に注意する必要がある。 The scanning of the sample 13 by the electron beam 36 deflects the electron beam 36 in the X direction while continuously moving the sample 13 in the Y direction. However, the scanning and blanking are not repeated alternately, but the scanning may be deflected reciprocally. Good. In this case, the deflection speed (scanning speed) at the time of forward deflection and the deflection speed (scanning speed) at the time of return deflection are made the same. In this way, the blanking deflector 17 can be omitted, and the blanking time can be saved. In this case, however, the following should be noted.

試料１３の、電子ビーム３６の往復偏向の始めの部分と終わりの部分とが電子ビーム
３６によって短時間に集中して照射される。すなわち、例えば、左から右へのＸ方向の走査の場合、照射領域の端部では電子ビームのＸ方向への移動が停止し、試料１３がＹ方向に走査幅だけ移動するのを待ってから、次の列を右から左へＸ方向へ移動して走査する。このＹ方向への移動を待っている間に、試料１３の端部がＹ方向に照射が続けられる。このため、帯電現象の時定数が非常に短い試料の場合は、その画像を取得したとき、その画像の明るさが不均一になってしまう。そこで、電子ビーム３６による照射量を試料１３の全面にわたってほぼ同じにするために、電子ビーム３６の偏向速度が走査の端部では走査の中心部よりも速くなるように、その偏向速度を制御するとよい。 The first part and the last part of the reciprocating deflection of the electron beam 36 of the sample 13 are concentrated and irradiated by the electron beam 36 in a short time. That is, for example, in the case of scanning from the left to the right in the X direction, the movement of the electron beam in the X direction stops at the end of the irradiation region and waits for the sample 13 to move in the Y direction by the scanning width. The next column is moved from right to left in the X direction and scanned. While waiting for the movement in the Y direction, the end of the sample 13 is continuously irradiated in the Y direction. For this reason, in the case of a sample having a very short time constant of the charging phenomenon, the brightness of the image becomes non-uniform when the image is acquired. Therefore, in order to make the irradiation amount of the electron beam 36 almost the same over the entire surface of the sample 13, the deflection speed is controlled so that the deflection speed of the electron beam 36 is higher at the scanning end portion than at the scanning center portion. Good.

なお、以上の説明では、画像形成のために試料１３から発生した２次電子３３を用いているが、電子ビーム３６の照射によって試料から後方散乱された反射電子を用いても、同様の効果を得ることが出来る。 In the above description, the secondary electrons 33 generated from the sample 13 are used for image formation. However, the same effect can be obtained by using the backscattered electrons scattered from the sample by the irradiation of the electron beam 36. Can be obtained.

本発明にもとづく実施例を示す電子ビームを用いた検査装置の構成の概念を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the concept of a structure of the test | inspection apparatus using the electron beam which shows the Example based on this invention. 半導体装置の一般的な製造プロセスのフローを示すブロック図。The block diagram which shows the flow of the general manufacturing process of a semiconductor device. 製造過程における半導体ウエハ上の回路パターンの一例をＳＥＭで観察した像の概略図。Schematic of the image which observed an example of the circuit pattern on the semiconductor wafer in a manufacture process by SEM. 試料ステージ整定時間と電子ビーム偏向幅との関係を示す相関図。The correlation diagram which shows the relationship between sample stage settling time and an electron beam deflection width. ２次電子検出効率とリターディング電圧との関係を示す相関図。The correlation diagram which shows the relationship between secondary electron detection efficiency and a retarding voltage.

符号の説明Explanation of symbols

１…電子銃、２…電子源、４…加速電極、６…加速電源、８…第１収束レンズ、９…対物レンズ、１０…クロスオーバ、１１…位置モニタ用測長装置、１２…試料ステージ、
１３…試料、１４…可変減速電源、１５…絞り、１６…電子ビーム走査用偏向器、１７…ブランキング用偏向器、１８…Ｅ×Ｂ偏向器、１９…２次電子発生体、２０…第２の２次電子、２１…荷電粒子検出器、２２…光学式試料高さ測定装置、２３…補正制御回路、
２４…走査信号発生装置、２９…演算部、３０…欠陥判定部、３１…制御部、３３…２次電子、３６…電子ビーム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, 2 ... Electron source, 4 ... Acceleration electrode, 6 ... Acceleration power source, 8 ... 1st converging lens, 9 ... Objective lens, 10 ... Crossover, 11 ... Length measuring device for position monitor, 12 ... Sample stage ,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Sample, 14 ... Variable deceleration power supply, 15 ... Aperture, 16 ... Electron beam scanning deflector, 17 ... Blanking deflector, 18 ... ExB deflector, 19 ... Secondary electron generator, 20 ... First 2 secondary electrons, 21 ... charged particle detector, 22 ... optical sample height measuring device, 23 ... correction control circuit,
24 ... Scanning signal generator 29 ... Calculation unit 30 ... Defect determination unit 31 ... Control unit 33 ... Secondary electron 36 ... Electron beam

Claims

電子ビームを発生し、その発生した電子ビームを対物レンズによって試料に収束するとともに、該電子ビームを減速する電圧を前記試料に印加し、
その収束された電子ビームで前記試料を走査し、
該走査の間前記試料を連続的に移動し、
前記試料の移動中に該試料の高さを測定し、測定された前記試料の高さの変化に伴い前記対物レンズが長焦点で作動されるように、前記対物レンズを前記電子ビームの回転による画像の回転が実質的に無視できる程度に励磁して焦点の微調整を行い、
前記試料の移動中に該試料の位置を測定して前記電子ビームの走査位置を制御し、前記試料から発生した荷電粒子を前記対物レンズと前記試料との間から検出して電気信号に変換し、
該電気信号が有する画像情報を記憶し、その記憶された画像情報を用いて画像比較を実行し、前記試料の欠陥を検出することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 An electron beam is generated, and the generated electron beam is focused on the sample by an objective lens, and a voltage for decelerating the electron beam is applied to the sample.
Scanning the sample with the focused electron beam,
Moving the sample continuously during the scan;
Measure the height of the sample during the movement of the sample, and move the objective lens by rotating the electron beam so that the objective lens is operated with a long focal point as the measured height of the sample changes. Finely adjust the focus by exciting to the extent that the rotation of the image is virtually negligible ,
During the movement of the sample, the position of the sample is measured to control the scanning position of the electron beam, and charged particles generated from the sample are detected from between the objective lens and the sample and converted into electrical signals. ,
An inspection method using an electron beam, characterized in that image information included in the electrical signal is stored, image comparison is executed using the stored image information, and a defect of the sample is detected.

請求項１の記載において、
前記電子ビームを減速する電圧を前記試料の種類に応じて変更することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 1,
An inspection method using an electron beam, wherein a voltage for decelerating the electron beam is changed according to a type of the sample.

請求項２の記載において、
前記荷電粒子を予め定められた方向に偏向する偏向電界と、その方向に前記荷電粒子を偏向し、かつ、前記偏向電界にもとづく前記電子ビームの偏向を打ち消す偏向磁界とを発生することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 2,
Generating a deflection electric field that deflects the charged particles in a predetermined direction, and a deflection magnetic field that deflects the charged particles in that direction and cancels the deflection of the electron beam based on the deflection electric field. Inspection method using an electron beam.

請求項２の記載において、
前記荷電粒子で２次電子発生体を照射し、該２次電子発生体から２次電子が発生することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 2,
An inspection method using an electron beam, wherein a secondary electron generator is irradiated with the charged particles, and secondary electrons are generated from the secondary electron generator.

電子ビームを発生し、その発生した電子ビームを対物レンズによって試料に収束するとともに、該電子ビームを減速する電圧を前記試料に印加し、
その収束された電子ビームで前記試料を走査するとともに前記試料を連続的に移動し、
前記試料の移動中に該試料の高さを測定し、測定された前記試料の高さの変化に伴い前記対物レンズが長焦点で作動されるように、前記対物レンズを前記電子ビームの回転による画像の回転が実質的に無視できる程度に励磁して焦点の微調整を行い、
前記試料から発生した荷電粒子を前記対物レンズと前記試料との間から検出して電気信号に変換することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 An electron beam is generated, and the generated electron beam is focused on the sample by an objective lens, and a voltage for decelerating the electron beam is applied to the sample.
Scanning the sample with the focused electron beam and continuously moving the sample,
Measure the height of the sample during the movement of the sample, and move the objective lens by rotating the electron beam so that the objective lens is operated with a long focal point as the measured height of the sample changes. Finely adjust the focus by exciting to the extent that the rotation of the image is virtually negligible ,
An inspection method using an electron beam, wherein charged particles generated from the sample are detected from between the objective lens and the sample and converted into an electrical signal.

請求項５の記載において、
前記電気信号は第１の画像情報を有し、
該第１の画像情報を記憶し、該第１の画像情報とは別の第２の画像情報と比較することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 5,
The electrical signal has first image information;
An inspection method using an electron beam, characterized in that the first image information is stored and compared with second image information different from the first image information.

請求項５の記載において、
前記電気信号は第１の画像情報を有し、
該第１の画像情報を記憶し、該第１の画像情報とは別の予め記憶された基準画像情報と比較することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 5,
The electrical signal has first image information;
An inspection method using an electron beam, characterized in that the first image information is stored and compared with reference image information stored in advance different from the first image information.

請求項５の記載において、
前記電子ビームを減速する電圧を試料の種類に応じて変更することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 5,
An inspection method using an electron beam, wherein a voltage for decelerating the electron beam is changed according to a type of a sample.

請求項５の記載において、
前記荷電粒子を予め定められた方向に偏向する偏向電界と、その方向に前記荷電粒子を偏向し、かつ、前記偏向電界にもとづく前記電子ビームの偏向を打ち消す偏向磁界とを発生することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 5,
Generating a deflection electric field that deflects the charged particles in a predetermined direction, and a deflection magnetic field that deflects the charged particles in that direction and cancels the deflection of the electron beam based on the deflection electric field. Inspection method using an electron beam.

請求項５の記載において、
前記荷電粒子で２次電子発生体を照射し、該２次電子発生体から２次電子が発生することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 5,
An inspection method using an electron beam, wherein a secondary electron generator is irradiated with the charged particles, and secondary electrons are generated from the secondary electron generator.

電子ビームを発生し、
その発生した電子ビームを収束レンズによって該収束レンズと試料の間にクロスオーバを発生させ、
前記電子ビームを前記クロスオーバと前記試料との間に配置された対物レンズによって試料に収束するとともに、該電子ビームを減速する電圧を前記試料に印加し、
前記電子ビームで前記試料を走査するとともに前記試料を連続的に移動し、
前記試料の移動中に該試料の高さを測定し、測定された前記試料の高さの変化に伴い前記対物レンズが長焦点で作動されるように、前記対物レンズを前記電子ビームの回転による画像の回転が実質的に無視できる程度に励磁して焦点の微調整を行い、
前記試料から発生する荷電粒子を前記対物レンズと前記試料との間から検出して電気信号に変換することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 Generate an electron beam,
The generated electron beam is caused to generate a crossover between the focusing lens and the sample by the focusing lens,
The electron beam is focused on the sample by an objective lens disposed between the crossover and the sample, and a voltage for decelerating the electron beam is applied to the sample.
Scanning the sample with the electron beam and continuously moving the sample;
Measure the height of the sample during the movement of the sample, and move the objective lens by rotating the electron beam so that the objective lens is operated with a long focal point as the measured height of the sample changes. Finely adjust the focus by exciting the image rotation to a level that can be ignored .
An inspection method using an electron beam, wherein charged particles generated from the sample are detected from between the objective lens and the sample and converted into an electric signal.

請求項１１の記載において、
前記電気信号は第１の画像情報を有し、該第１の画像情報を記憶し、該第１の画像情報とは別の第２の画像情報と比較することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 11,
The electrical signal includes first image information, stores the first image information, and compares the first image information with second image information different from the first image information. Was the inspection method.

請求項１１の記載において、
前記電気信号は第１の画像情報を有し、該第１の画像情報を記憶し、該第１の画像情報とは別の予め記憶された基準画像情報と比較することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 11,
The electric signal includes first image information, stores the first image information, and compares the first image information with reference image information stored in advance different from the first image information. Inspection method using

請求項１１の記載において、
前記電子ビームを前記クロスオーバを支点としてブランキングすることを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 11,
An inspection method using an electron beam, wherein the electron beam is blanked with the crossover as a fulcrum.

請求項１１の記載において、
前記電子ビームを減速する電圧を前記試料の種類に応じて変更することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 11,
An inspection method using an electron beam, wherein a voltage for decelerating the electron beam is changed according to a type of the sample.

請求項１１の記載において、
前記荷電粒子を予め定められた方向に偏向する偏向電界と、その方向に前記荷電粒子を偏向し、かつ、前記偏向電界にもとづく前記電子ビームの偏向を打ち消す偏向磁界とを発生することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 11,
Generating a deflection electric field that deflects the charged particles in a predetermined direction, and a deflection magnetic field that deflects the charged particles in that direction and cancels the deflection of the electron beam based on the deflection electric field. Inspection method using an electron beam.

請求項１１の記載において、
前記荷電粒子で２次電子発生体を照射し、該２次電子発生体から２次電子が発生することを特徴とする電子ビームを用いた検査方法。 In the description of claim 11,
An inspection method using an electron beam, wherein a secondary electron generator is irradiated with the charged particles, and secondary electrons are generated from the secondary electron generator.

試料の欠陥を検出する電子ビームを用いた検査装置であって、
電子ビームを発生する電子源と、
その発生した電子ビームを試料に収束させる対物レンズと、
前記電子ビームを減速する減速電圧を前記試料に印加する電源と、
前記電子ビームで前記試料を走査する電子ビーム偏向器と、
該走査の間、前記試料を連続的に移動する試料移動装置と、
前記試料の移動中に該試料の高さを測定する高さ測定装置と、
測定された前記試料の高さの変化に伴い前記対物レンズが長焦点で作動されるように、前記対物レンズを前記電子ビームの回転による画像の回転が実質的に無視できる程度に励磁して焦点の微調整を行う補正制御回路と、
前記電子ビームの走査によって発生する荷電粒子を前記対物レンズと前記試料との間から検出して電気信号に変換する荷電粒子検出器とを備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 An inspection apparatus using an electron beam for detecting a defect in a sample,
An electron source for generating an electron beam;
An objective lens for focusing the generated electron beam on the sample;
A power source for applying a deceleration voltage for decelerating the electron beam to the sample;
An electron beam deflector for scanning the sample with the electron beam;
A sample moving device for continuously moving the sample during the scanning;
A height measuring device for measuring the height of the sample during movement of the sample;
The objective lens is excited and focused to such an extent that the rotation of the image due to the rotation of the electron beam is substantially negligible so that the objective lens is operated with a long focal point as the height of the measured sample is changed. A correction control circuit for performing fine adjustment of
An inspection apparatus using an electron beam, comprising: a charged particle detector that detects charged particles generated by scanning of the electron beam from between the objective lens and the sample and converts them into an electrical signal.

請求項１８の記載において、
前記電気信号は画像情報を有し、
該画像情報を記憶する記憶装置と、前記画像情報にもとづいて画像比較を実行する比較器とを備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 In the description of claim 18,
The electrical signal has image information;
An inspection apparatus using an electron beam, comprising: a storage device that stores the image information; and a comparator that performs image comparison based on the image information.

請求項１８の記載において、
前記電源は前記試料の種類に応じて前記減速電圧を変更する機能を有することを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 In the description of claim 18,
The inspection apparatus using an electron beam, wherein the power source has a function of changing the deceleration voltage according to the type of the sample.

請求項２０の記載において、
前記減速電圧に対して正方向の電位に保たれた電極を前記試料と前記荷電粒子検出器との間に設けたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 In the description of claim 20,
An inspection apparatus using an electron beam, wherein an electrode maintained at a positive potential with respect to the deceleration voltage is provided between the sample and the charged particle detector.

請求項１８の記載において、
前記荷電粒子を予め定められた方向に偏向する偏向電界と、その方向に前記荷電粒子を偏向し、かつ、前記偏向電界にもとづく前記電子ビームの偏向を打ち消す偏向磁界とを発生する電子ビーム偏向器を備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 In the description of claim 18,
An electron beam deflector that generates a deflection electric field that deflects the charged particles in a predetermined direction and a deflection magnetic field that deflects the charged particles in that direction and cancels the deflection of the electron beam based on the deflection electric field. An inspection apparatus using an electron beam.

請求項１８の記載において、
前記荷電粒子によって照射されて２次電子を発生する２次電子発生体を備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 In the description of claim 18,
An inspection apparatus using an electron beam, comprising: a secondary electron generator that emits secondary electrons when irradiated with the charged particles.

試料の欠陥を検出する電子ビームを用いた検査装置であって、
電子ビームを発生する電子源と、
その発生した電子ビームをクロスオーバが生じるように収束する収束レンズと、
その収束された電子ビームを試料に収束する対物レンズと、
前記電子ビームを減速する減速電圧を前記試料に印加する電源と、
前記収束された電子ビームで前記試料を走査する電子ビーム偏向器と、
前記電子ビームによる走査の間、前記試料を連続的に移動する試料移動装置と、
前記試料の移動中に該試料の高さを測定する高さ測定装置と、
測定された前記試料の高さの変化に伴い前記対物レンズが長焦点で作動されるように、前記対物レンズを前記電子ビームの回転による画像の回転が実質的に無視できる程度に励磁して焦点の微調整を行う補正制御回路と、
前記荷電粒子を前記対物レンズと前記試料との間から検出して電気信号に変換する荷電粒子検出器とを備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 An inspection apparatus using an electron beam for detecting a defect in a sample,
An electron source for generating an electron beam;
A converging lens that converges the generated electron beam so that crossover occurs;
An objective lens that focuses the focused electron beam on the sample;
A power source for applying a deceleration voltage for decelerating the electron beam to the sample;
An electron beam deflector that scans the sample with the focused electron beam;
A sample moving device for continuously moving the sample during scanning by the electron beam;
A height measuring device for measuring the height of the sample during movement of the sample;
The objective lens is excited and focused to such an extent that the rotation of the image due to the rotation of the electron beam is substantially negligible so that the objective lens is operated with a long focal point as the height of the measured sample is changed. A correction control circuit for performing fine adjustment of
An inspection apparatus using an electron beam, comprising: a charged particle detector that detects the charged particles from between the objective lens and the sample and converts them into an electrical signal.

請求項２４の記載において、
前記電気信号は画像情報を有し、
該画像情報を記憶する記憶装置と、
前記画像情報にもとづいて画像比較を実行する比較器とを備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 The description of claim 24.
The electrical signal has image information;
A storage device for storing the image information;
An inspection apparatus using an electron beam, comprising: a comparator that performs image comparison based on the image information.

請求項２４の記載において、
前記電子ビームを前記クロスオーバを支点としてブランキングするブランキング用偏向器を備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 The description of claim 24.
An inspection apparatus using an electron beam, comprising a blanking deflector for blanking the electron beam with the crossover as a fulcrum.

請求項２４の記載において、
前記電源は前記試料の種類に応じて前記減速電圧を変更する機能を有することを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 The description of claim 24.
The inspection apparatus using an electron beam, wherein the power source has a function of changing the deceleration voltage according to the type of the sample.

請求項２７の記載において、
前記減速電圧に対して正方向の電位に保たれた電極を前記試料と前記荷電粒子検出器との間に設けたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 In the description of claim 27,
An inspection apparatus using an electron beam, wherein an electrode maintained at a positive potential with respect to the deceleration voltage is provided between the sample and the charged particle detector.

請求項２４の記載において、
前記荷電粒子を予め定められた方向に偏向する偏向電界と、その方向に前記荷電粒子を偏向し、かつ、前記偏向電界にもとづく前記電子ビームの偏向を打ち消す偏向磁界とを発生する電子ビーム偏向器を備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 The description of claim 24.
An electron beam deflector that generates a deflection electric field that deflects the charged particles in a predetermined direction, and a deflection magnetic field that deflects the charged particles in that direction and cancels the deflection of the electron beam based on the deflection electric field. An inspection apparatus using an electron beam.

請求項２４の記載において、
前記荷電粒子によって照射されて２次電子を発生する２次電子発生体を備えたことを特徴とする電子ビームを用いた検査装置。 The description of claim 24.
An inspection apparatus using an electron beam, comprising: a secondary electron generator that emits secondary electrons when irradiated with the charged particles.