JP2007180035A

JP2007180035A - Method and apparatus for inspecting circuit pattern

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Publication number: JP2007180035A
Application number: JP2007000916A
Authority: JP
Inventors: Mari Nozoe; 真理野副; Hiroyuki Shinada; 博之品田; Katsuya Sugiyama; 勝也杉山; Atsuko Takato; 敦子高藤; Takashi Hiroi; 高志広井; Kazushi Yoshimura; 和士吉村; Aritoshi Sugimoto; 有俊杉本; Haruo Yoda; 晴夫依田; Katsuhiro Kuroda; 勝廣黒田; Yasutsugu Usami; 康継宇佐見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-05
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2017-02-28
Also published as: JP4274247B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To rapidly, stably, and accurately inspect a circuit pattern with an insulating material in an inspection method for comparing the secondary electron images of the defects, foreign matter, and residues of the circuit pattern produced on a substrate of a semiconductor device. <P>SOLUTION: In this circuit pattern inspection method, an electron beam image is formed on a substrate 9 to be inspected before the potential of the member of the circuit pattern is varied by radiating a heavy-current electron beam 19 onto the substrate 9 at a high speed. Before the inspection, the substrate 9 is radiated with a second charged particle beam 104 in addition to the first electron beam for forming an image for inspection to stabilize the potential of the member. Also, secondary electron detection signals are digitized before transfer to acquire high quality electron beam images with high efficiency and high SN ratio. By this inspection method, the circuit pattern with the insulating material can be inspected. Since those defects and abnormalities that cannot be detected by the prior art produced in various substrate manufacturing processes such as the semiconductor device can be found, the fraction defective in the substrate manufacturing processes can be reduced and the reliability can be enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置や液晶等微細な回路パターンを有する基板製造方法及び装置
に係わり、特に半導体装置やフォトマスクのパターン検査技術に係わり、半導体
装置製造過程途中のウエハ上のパターン検査技術、電子線を使用して比較検査す
る技術に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a substrate having a fine circuit pattern such as a semiconductor device or a liquid crystal, and more particularly to a pattern inspection technology for a semiconductor device or a photomask. It is related with the technology which carries out comparative inspection using.

半導体ウエハの検査を一例として説明する。 A semiconductor wafer inspection will be described as an example.

半導体装置は、半導体ウエハ上にホトマスクに形成されたパターンをリソグラフ
ィー処理およびエッチング処理により転写する工程を繰り返すことにより製造さ
れる。半導体装置の製造過程において、リソグラフィー処理やエッチング処理そ
の他の良否、異物発生等は、半導体装置の歩留まりに大きく影響を及ぼすため、
異常や不良発生を早期にあるいは事前に検知するために製造過程の半導体ウエハ
上のパターンを検査する方法は従来から実施されている。 A semiconductor device is manufactured by repeating a process of transferring a pattern formed on a photomask on a semiconductor wafer by lithography and etching. In the process of manufacturing a semiconductor device, lithography process, etching process, other quality, foreign matter generation, etc. greatly affect the yield of semiconductor devices.
Conventionally, a method for inspecting a pattern on a semiconductor wafer in a manufacturing process has been practiced in order to detect abnormalities and defects early or in advance.

半導体ウエハ上のパターンに存在する欠陥を検査する方法としては、半導体ウエ
ハに白色光を照射し、光学画像を用いて複数のＬＳＩの同種の回路パターンを比
較する欠陥検査装置が実用化されており、検査方式の概要は「月間セミコンダク
タワールド」1995年8月号pp96-99に述べられている。また、光学画像を用いた検
査方法では、特開平3-167456号公報に記載されているように、基板上の光学照明
された領域を時間遅延積分センサで結像し、その画像と予め入力されている設計
特性を比較することにより欠陥を検出する方式や、特公平6-58220号公報に記載
されているように、画像取得時の画像劣化をモニタしそれを画像検出時に補正す
ることにより安定した光学画像での比較検査を行う方法が開示されている。この
ような光学式の検査方式で製造過程における半導体ウエハを検査した場合、光が
透過してしまうシリコン酸化膜や感光性フォトレジスト材料を表面に有するパタ
ーンの残渣や欠陥は検出できなかった。また、光学系の分解能以下となるエッチ
ング残りや微小導通穴の非開口不良は検出できなかった。さらに、配線パターン
の段差底部に発生した欠陥は検出できなかった。 As a method for inspecting defects present in patterns on a semiconductor wafer, a defect inspection apparatus that irradiates a semiconductor wafer with white light and compares the same kind of circuit patterns of a plurality of LSIs using an optical image has been put into practical use. The outline of the inspection method is described in "Monthly Semiconductor World" August 1995 issue pp96-99. Further, in the inspection method using an optical image, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-167456, an optically illuminated region on the substrate is imaged by a time delay integration sensor, and the image is input in advance. By detecting the image deterioration at the time of image acquisition and correcting it at the time of image detection as described in Japanese Patent Publication No. 6-58220. A method for performing a comparative inspection with an optical image is disclosed. When a semiconductor wafer in the manufacturing process is inspected by such an optical inspection method, residues and defects of a pattern having a silicon oxide film or a photosensitive photoresist material on the surface through which light is transmitted cannot be detected. Moreover, the etching residue which is below the resolution of the optical system and the non-opening defect of the minute conduction hole could not be detected. Furthermore, the defect generated at the step bottom of the wiring pattern could not be detected.

上記のように、回路パターンの微細化や回路パターン形状の複雑化、材料の多様
化に伴い、光学画像による欠陥検出が困難になってきたため、光学画像よりも分
解能の高い電子線画像を用いて回路パターンを比較検査する方法が提案されてき
ている。電子線画像により回路パターンを比較検査する場合に、実用的な検査時
間を得るためには走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy、以下SEMと
略す）による観察と比べて非常に高速に画像を取得する必要がある。そして、高
速で取得した画像の分解能と画像のSN比を確保する必要がある。 As described above, defect detection by optical images has become difficult due to miniaturization of circuit patterns, complicated circuit pattern shapes, and diversification of materials, so electron beam images with higher resolution than optical images are used. A method for comparing and inspecting circuit patterns has been proposed. When comparing circuit patterns with electron beam images, it is necessary to obtain images much faster than observation with a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) in order to obtain a practical inspection time. There is. It is necessary to ensure the resolution of the image acquired at high speed and the SN ratio of the image.

電子線を用いたパターンの比較検査装置として、J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 9
, No.6, pp. 3005 - 3009（1991）、J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 10, No.6, pp
. 2804 - 2808（1992）、および特開平5-258703号公報とUSP5,502,306に、通常
のSEMの100倍以上（10nA以上）の電子線電流をもった電子線を導電性基板（Ｘ線
マスク等）に照射し、発生する二次電子・反射電子・透過電子のいずれかを検出
し、その信号から形成された画像を比較検査することにより欠陥を自動検出する
方法が開示されている。 J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 9
, No.6, pp. 3005-3009 (1991), J. Vac. Sci. Tech. B, Vol. 10, No.6, pp
2804-2808 (1992), and Japanese Patent Laid-Open No. 5-258703 and USP 5,502,306, an electron beam having an electron beam current 100 times or more (10 nA or more) of a normal SEM is applied to a conductive substrate (X-ray mask). Etc.), and any of secondary electrons, reflected electrons, and transmitted electrons generated is detected, and a defect is automatically detected by comparing and inspecting an image formed from the signal.

また、絶縁物を有する回路基板を電子線で検査あるいは観察する方法としては、
特開昭59-155941号公報および「電子、イオンビームハンドブック」（日刊工業
新聞社）pp622-623に、帯電の影響を少なくするために2keV以下の低加速電子線
照射により安定な画像を取得する方法開示されている。さらに、特開平2-15546
号公報には半導体基板の裏からイオンを照射する方法、特開平6-338280号公報に
は光を半導体基板の表面に照射することにより、絶縁物への帯電を打ち消す方法
が開示されている。 In addition, as a method of inspecting or observing a circuit board having an insulator with an electron beam,
Obtain stable images by irradiating with a low acceleration electron beam of 2 keV or less in JP-A-59-155941 and “Electron and Ion Beam Handbook” (Nikkan Kogyo Shimbun) pp622-623 to reduce the influence of charging. A method is disclosed. Further, JP-A-2-15546
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-338280 discloses a method of irradiating ions from the back of a semiconductor substrate, and Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-338280 discloses a method of canceling charging of an insulator by irradiating the surface of the semiconductor substrate.

また、大電流でなおかつ低加速の電子線では、空間電荷効果により高分解能な画
像を得ることが困難となるが、これを解決する方法として、特開平5-258703号公
報に、試料直前で高加速電子線を減速し、試料上で実質的に低加速電子線として
照射する方法が開示されている。 In addition, it is difficult to obtain a high-resolution image due to the space charge effect with an electron beam with a large current and low acceleration. As a method for solving this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-258703 discloses a high resolution just before the sample. A method is disclosed in which an accelerated electron beam is decelerated and irradiated on a sample as a substantially low accelerated electron beam.

高速に電子線画像を取得する方法としては、試料台を連続的に移動しながら試料
台上の半導体ウエハに電子線を連続照射し取得する方法が特開昭59-160948号お
よび特開平5-258703号公報に開示されている。また、従来のSEMで用いられてき
た二次電子の検出装置として、シンチレータ（Al蒸着された蛍光体）とライトガ
イドと光電子増倍管による構成が用いられているが、このタイプの検出装置は、
蛍光体による発光を検出するため、周波数応答性が悪く、高速に電子線画像形成
するには不適切である。この問題を解決するために、高周波の二次電子信号を検
出する検出装置として、半導体検出器を用いた検出手段が特開平5-258703号公報
に開示されている。 As a method for acquiring an electron beam image at a high speed, there is a method of continuously irradiating an electron beam onto a semiconductor wafer on a sample table while continuously moving the sample table, and Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-160948 and 5- This is disclosed in Japanese Patent No. 258703. In addition, as a secondary electron detector that has been used in conventional SEMs, a scintillator (aluminum-deposited phosphor), a light guide, and a photomultiplier tube are used. ,
Since light emission by the phosphor is detected, the frequency response is poor and it is inappropriate for high-speed electron beam image formation. In order to solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 5-258703 discloses a detection means using a semiconductor detector as a detection device for detecting a high-frequency secondary electron signal.

特開昭59-160948号JP 59-160948 特開平5-258703号公報JP-A-5-258703 特開平5-258703号公報JP-A-5-258703

上記従来技術の光学式検査方式を用いて、微細構造の半導体装置の製造過程に
おける回路パターンを検査した場合、光学的に透過材質でかつ検査に用いる光学
波長と屈折率に依存した光学距離が十分小さいシリコン酸化膜や、感光性レジス
ト材料等の残渣は検出できず、又、線状で短辺の幅が光学系の分解能以下となる
エッチング残りや、微小導通孔の非開口不良の検出が困難であった。 When a circuit pattern in a manufacturing process of a fine-structure semiconductor device is inspected using the optical inspection method of the above prior art, an optical distance depending on the optical wavelength and refractive index used for the inspection is sufficient. Residues such as small silicon oxide films and photosensitive resist materials cannot be detected, and it is difficult to detect etching residue that is linear and whose short side width is less than the resolution of the optical system, or non-opening defects of minute conduction holes. Met.

一方、SEMを利用した観察および検査においては、以下に述べる二つの問題点が
ある。一つは従来のSEMによる電子線画像の形成方法では極めて長い時間を要す
るため、半導体ウエハ全面にわたって回路パターンを検査すると極めて膨大な時
間を要する。従って、半導体装置の製造工程等において実用的なスループットを
得るために非常に高速に電子線画像を取得する必要があった。また、高速に取得
した電子線画像のSN比を確保し、且つ所定の精度を維持する必要があった。 On the other hand, observation and inspection using SEM have the following two problems. One is that the conventional method of forming an electron beam image by SEM requires a very long time. Therefore, when a circuit pattern is inspected over the entire surface of a semiconductor wafer, a very long time is required. Therefore, it has been necessary to acquire an electron beam image at a very high speed in order to obtain a practical throughput in the manufacturing process of the semiconductor device. In addition, it is necessary to secure the SN ratio of the electron beam image acquired at high speed and to maintain a predetermined accuracy.

もう一つの問題点は、検査対象である回路パターンを構成する材料が感光レジス
トやシリコン酸化膜等の絶縁性を有する材料によって形成された場合、および絶
縁性を有する材料と導電性を有する材料が混在して形成された場合には、電子線
による検査で安定した輝度の画像を得ることと、所定の検査精度を得ることが困
難であった。これは、物質に電子線を照射するとその部分から二次電子が発生す
るが、照射した電流値と二次電子電流値は等しくないため、検査対象が絶縁物の
場合は帯電する。帯電が発生するとその部分からの二次電子発生効率や発生した
後の二次電子の軌道が影響を受け、画像の明暗が変化してしまうと同時に、画像
が実際の回路パターンの形状を反映せず歪んでしまう。この帯電状態は、電子線
の照射条件に敏感であり、電子線の照射速度や照射範囲を変えると同一の箇所の
同一の回路パターンでもまったく異なるコントラストを持った画像となってしま
う。 Another problem is that when the material constituting the circuit pattern to be inspected is formed of an insulating material such as a photosensitive resist or a silicon oxide film, the insulating material and the conductive material are different. When formed in a mixed manner, it has been difficult to obtain an image having a stable luminance by inspection with an electron beam and to obtain a predetermined inspection accuracy. This is because, when a material is irradiated with an electron beam, secondary electrons are generated from that portion. However, since the irradiated current value is not equal to the secondary electron current value, the material is charged when the inspection object is an insulator. When charging occurs, the secondary electron generation efficiency from that part and the trajectory of the secondary electrons after the generation are affected, and the brightness of the image changes. At the same time, the image reflects the actual circuit pattern shape. Will be distorted. This charged state is sensitive to the irradiation condition of the electron beam, and if the electron beam irradiation speed and irradiation range are changed, the same circuit pattern at the same location will have an image with completely different contrast.

上記従来技術に記載したように、光学式検査方式では検出できない欠陥を検出す
るために、特開昭59-160948号および特開平5-258703号公報に電子線を導電性基
板に照射し電子線画像を取得して比較検査する方法として、細く絞った電子線を
高速に試料基板に照射して検査する方法が開示されている。しかし、本従来技術
では、絶縁物等の材料に対して検査条件を調整する方法は記載されていない。ま
た、別の従来技術である特開昭59-155941号公報には、絶縁物を有する基板を観
察するために、試料基板に照射する一次電子線を減速して照射エネルギーを低加
速、例えば2keV以下する方法が記載されている。しかし、この従来技術は、ある
局所領域について連続的に電子線を照射し、該局所領域の帯電が安定してから画
像を取得するという方法であり、電子線画像取得に長時間を要するため高速に広
い領域を検査するには適さない。また、局所領域内の帯電は安定しても、比較す
べき別の領域を同様な帯電の状態に制御するのは困難であり、例えば半導体ウエ
ハ等の広い領域を検査することは困難であった。 As described in the above prior art, in order to detect defects that cannot be detected by the optical inspection method, an electron beam is irradiated on a conductive substrate in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-160948 and 5-258703. As a method for acquiring an image for comparative inspection, a method for inspecting a sample substrate by irradiating a finely focused electron beam at high speed is disclosed. However, this prior art does not describe a method for adjusting the inspection condition for a material such as an insulator. Another conventional technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-155941, discloses a technique for observing a substrate having an insulator, by decelerating the primary electron beam applied to the sample substrate and reducing the irradiation energy, for example, 2 keV. The following method is described. However, this conventional technique is a method of continuously irradiating an electron beam on a certain local area and acquiring an image after the local area has been stably charged. It is not suitable for inspecting large areas. In addition, even if the charging in the local region is stable, it is difficult to control another region to be compared to the same charged state, and it is difficult to inspect a wide region such as a semiconductor wafer. .

従来のSEMのように電子線電流の少ない細く絞った電子線を試料にゆっくり照射
し、信号検出も長時間かけて行う場合、比較検査に必要なSN比を得るために、単
位画素あたりの検出時間に検出された信号を積分して該単位画素の画像信号とす
る。既に述べたように、帯電は照射時間によって経時的に状態が変わるため、積
分している間の画像信号が変化し、安定したコントラストを得ることが困難であ
る。本発明者らは、このような絶縁材料を有する回路基板を検査する方法として
、安定したコントラストを得るために、二次電子信号の検出時間を十分短くし、
上記積分等の処理によるコントラスト変動をなくすとともに、帯電による経時変
化の影響を抑制することが効果があることを見出した。また、本発明者らは従来
技術のSEMにように5nm〜10nmと細く絞った電子線で取得する形状の輪郭情報によ
る電子線画像よりも、50nm〜10nm程度の太い電子線を高速に試料に照射し瞬時に
画像を取得することにより、試料の材料の二次電子発生効率によって生ずるコン
トラストの電子線画像の方が適していることを見出した。このように、従来技術
と比べて太い電子線を高速に走査し、瞬時に材料によって生じる明暗コントラス
トの電子線画像を取得し、且つ本電子線画像が画像の比較検査に十分対応できる
SN比た分解能を確保することが本発明の課題である。 When a sample is slowly irradiated with a thinly focused electron beam with low electron beam current and signal detection is performed over a long period of time as in conventional SEM, detection per unit pixel is required to obtain the SN ratio required for comparative inspection. The signal detected in time is integrated to obtain an image signal of the unit pixel. As already described, since the state of charging changes with time depending on the irradiation time, the image signal changes during integration, and it is difficult to obtain a stable contrast. As a method for inspecting a circuit board having such an insulating material, the present inventors have sufficiently shortened the detection time of the secondary electron signal in order to obtain a stable contrast,
It has been found that it is effective to eliminate the contrast fluctuation due to the processing such as integration and to suppress the influence of the change with time due to charging. In addition, the present inventors used a thick electron beam of about 50 nm to 10 nm as a sample at a higher speed than the electron beam image based on the contour information of the shape acquired with an electron beam narrowed down to 5 nm to 10 nm as in the conventional SEM. By irradiating and acquiring an image instantly, it was found that a contrast electron beam image generated by the secondary electron generation efficiency of the sample material is more suitable. In this way, a thick electron beam is scanned at a high speed as compared with the prior art, and an electron beam image having a contrast of light and dark caused by the material is instantaneously acquired, and the electron beam image can sufficiently cope with a comparative inspection of images.
It is an object of the present invention to ensure the resolution with SN ratio.

このように、高速に電子線を照射し、高速に信号を検出し、且つ電子線画像のSN
比や分解能を確保するためには、上記従来技術に記載したように、通常のSEMよ
りも電子線電流の大きい電子ビームを被検査基板に照射する必要がある。上記従
来技術に記載したように、大電流でなおかつ低加速の電子線では、空間電荷効果
により高分解能な画像を得ることが困難となるが、これを解決する方法として試
料直前で高加速電子線を減速し、試料上で実質的に低加速電子線として照射する
方法がある。この一次電子線の減速を実施するためには、試料基板あるいは試料
台等に減速のための負の電圧を印加する必要がある。負の電圧によって減速され
た一次電子線が試料基板に照射されると、基板表面から数十mV程度のエネルギー
をもった二次電子が発生する。この二次電子に、減速のための負の電圧によって
生じた電界が作用し、二次電子は数kVのエネルギーに加速されるため、高速の二
次電子を検出器へ集めるのが困難となる。検出器に二次電子を集めるための方法
として、一次電子線に対しては電界と磁界による偏向量が打ち消しあい、二次電
子に対しては両者の重ね合せで電子を偏向させる偏向器（以下ExB偏向器と略す
）を用いる方法が従来技術で提案されている。しかし、検出器が一次電子線軌道
からずれた場所に存在する場合には、検出器に二次電子を集めるためには上記Ex
B偏向器で二次電子を大きく偏向する必要があり、偏向量を大きくしすぎるとExB
偏向器の偏向板自体に二次電子が衝突してしまい検出器に導けないという問題が
あった。また、ExB偏向器による偏向を強力にすると、一次電子線に収差が生じ
、対物レンズ等で試料基板表面上において電子線を細く絞ることが困難となると
いう問題点があった。 Thus, the electron beam is irradiated at high speed, the signal is detected at high speed, and the SN of the electron beam image is detected.
In order to ensure the ratio and resolution, it is necessary to irradiate the substrate to be inspected with an electron beam having an electron beam current larger than that of a normal SEM, as described in the prior art. As described in the above prior art, it is difficult to obtain a high resolution image due to the space charge effect with a large current and low acceleration electron beam. There is a method of irradiating the sample as a substantially low acceleration electron beam. In order to perform the deceleration of the primary electron beam, it is necessary to apply a negative voltage for deceleration to the sample substrate or the sample stage. When the sample substrate is irradiated with a primary electron beam decelerated by a negative voltage, secondary electrons having energy of about several tens of mV are generated from the substrate surface. An electric field generated by a negative voltage for deceleration acts on the secondary electrons, and the secondary electrons are accelerated to energy of several kV, so that it is difficult to collect high-speed secondary electrons to the detector. . As a method of collecting secondary electrons in the detector, a deflector (hereinafter referred to as a deflector that deflects electrons by superimposing the amount of deflection due to the electric field and magnetic field cancels each other for the primary electron beam and superimposes both of them. A method using an ExB deflector) has been proposed in the prior art. However, if the detector is located at a location deviated from the primary electron beam trajectory, the above Ex is used to collect the secondary electrons in the detector.
It is necessary to greatly deflect the secondary electrons with the B deflector, and if the deflection amount is too large, ExB
There was a problem that secondary electrons collided with the deflecting plate of the deflector and could not be guided to the detector. Further, when the deflection by the ExB deflector is strengthened, there is a problem that an aberration occurs in the primary electron beam, and it is difficult to narrow the electron beam on the sample substrate surface with an objective lens or the like.

また、上記従来技術に記載したように、高速に電子線画像形成するために、高周
波の二次電子信号を検出する検出装置として、半導体検出器を用いた検出手段が
あるが、従来技術の手段では、逆バイアスされた応答速度の速い半導体検出器と
、半導体検出器が検出したアナログ信号を増幅するプリアンプと、プリアンプに
より増幅されたアナログ信号を光伝送する手段をそなえており、上記半導体検出
器と上記プリアンプは正の高電位にフローティングされている。この従来の方式
では、半導体検出器により検出されたアナログ信号はアナログ信号のまま光伝送
手段により伝送されるが、この光伝送手段は、電気信号を光信号に変換する発光
素子と、光ファイバケーブルと、光信号を電気信号に変換する受光素子とを備え
た構成であるため、発光素子および受光素子で発生するノイズが元のアナログ信
号に加わり、二次電子信号のSN比が低下してしまうという問題があった。 As described in the above prior art, there is a detection means using a semiconductor detector as a detection device for detecting a high-frequency secondary electron signal in order to form an electron beam image at high speed. The semiconductor detector includes a reverse biased semiconductor detector having a high response speed, a preamplifier for amplifying an analog signal detected by the semiconductor detector, and a means for optically transmitting the analog signal amplified by the preamplifier. The preamplifier is floated at a positive high potential. In this conventional system, an analog signal detected by a semiconductor detector is transmitted as an analog signal by an optical transmission means. The optical transmission means includes a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal, and an optical fiber cable. And a light receiving element that converts an optical signal into an electric signal, noise generated in the light emitting element and the light receiving element is added to the original analog signal, and the SN ratio of the secondary electron signal is reduced. There was a problem.

本発明の第一の目的は、光学画像では検出困難で、且絶縁性を有する材料によっ
て形成された回路パターンあるいは絶縁性を有する材料と導電性を有する材料が
混在して形成された回路パターンについて、電子線画像を用いて検査できる検査
技術を提供することにある。 The first object of the present invention is a circuit pattern that is difficult to detect in an optical image and formed of an insulating material, or a circuit pattern formed of a mixture of an insulating material and a conductive material. Another object of the present invention is to provide an inspection technique that can be inspected using an electron beam image.

本発明の第二の目的は、上記電子線画像を用いた検査を行うために、電子線画像
を高速、安定、高分解能且つ明暗コントラストの大きくSN比の大きい良質の画像
として取得することにより、比較検査において微細な回路パターン上に生じた欠
陥を誤りなく検出することである。 The second object of the present invention is to obtain an electron beam image as a high-quality image with high speed, stability, high resolution, large contrast of light and darkness and large SN ratio in order to perform inspection using the electron beam image. In the comparative inspection, a defect generated on a fine circuit pattern is detected without error.

本発明の第三の目的は、大電流の比較的太い電子線を高速に試料に照射し、発生
した二次電子を瞬時に効率良く検出することで、試料の材料によって生ずる明暗
コントラストからなる電子線画像を試料の材料に応じた条件で形成することによ
り、絶縁材料についても安定した電子線画像を取得する技術を提供することであ
る。 The third object of the present invention is to irradiate a sample with a high-current, relatively thick electron beam at high speed, and to instantaneously and efficiently detect the generated secondary electrons, thereby producing electrons composed of light and dark contrast caused by the material of the sample. It is to provide a technique for acquiring a stable electron beam image for an insulating material by forming a line image under conditions according to the material of the sample.

本発明の第四の目的は、試料に電子線を照射して発生した二次電子を効率よく検
出したり、高速高周波の二次電子を高SN比で検出する手段を提供することにより
、上記第一、第二、第三の目的を達成することにある。 A fourth object of the present invention is to efficiently detect secondary electrons generated by irradiating a sample with an electron beam, or to provide means for detecting high-speed and high-frequency secondary electrons with a high SN ratio. To achieve the first, second, and third objectives.

本発明の第五の目的は、上記第一から第四の課題を解決し、回路パターンを高精
度に検査する技術を提供し、その検査を半導体装置その他の微細回路パターンに
適用することにより、その検査結果を半導体装置等の製造条件に反映し、半導体
装置等の信頼性を高めるとともに不良率を低減するのに寄与する検査方法を供与
することにある。 The fifth object of the present invention is to solve the above first to fourth problems, provide a technique for inspecting a circuit pattern with high accuracy, and applying the inspection to a semiconductor device or other fine circuit pattern, An object of the present invention is to provide an inspection method that reflects the inspection result in the manufacturing conditions of the semiconductor device and the like, thereby improving the reliability of the semiconductor device and the like and contributing to reducing the defect rate.

半導体装置をはじめとする微細回路パターンを有する基板は、導電膜のみで形
成されている場合だけでなく、絶縁材料を有する場合も多々ある。絶縁材料を有
する回路パターンに電子線を照射して微細なパターン上の微細な欠陥を高速に検
出するという上記目的を達成するため、本発明に係わる回路パターンの検査方法
および検査装置について以下に述べる。 A substrate having a fine circuit pattern such as a semiconductor device often has an insulating material as well as a conductive film. The circuit pattern inspection method and inspection apparatus according to the present invention will be described below in order to achieve the above-mentioned object of detecting a minute defect on a minute pattern at high speed by irradiating a circuit pattern having an insulating material with an electron beam. .

本発明者らの検討によると、絶縁物を含む基板表面の局所領域に不均一に多量の
電子線を照射するとコントラストは時間、場所によって大きく変化するが、基板
の被検査領域周辺の電位と比較してほぼ同じ電位の状態で電子線を被検査領域に
均一に試料に照射し、非常に短い時間で発生した二次電子を検出すると、絶縁物
材料でも安定したコントラストの電子線画像を得ることができることを見出した
。これは、電子線を照射したことにより試料が帯電する過渡状態にあっても、非
常に短い時間で瞬時に二次電子を検出することで時間による二次電子発生率変動
の少ない信号を取得できるためである。また、本発明者らは従来技術のSEMによ
うに5nm〜10nmと細く絞った電子線で取得する形状の輪郭情報による電子線画像
よりも、50nm〜10nm程度の太い電子線を高速に試料に照射し瞬時に画像を取得す
ることにより、試料の材料の二次電子発生効率によって生ずるコントラストの電
子線画像の方が欠陥の検出に適していることを見出した。回路パターンを形成し
ている下地と表面パターンの材料や膜の厚さによって二次電子の発生効率が異な
るため、この材料によって生じるパターンと下地の明暗コントラストの大きい電
子線画像を取得すれば、パターンあるいは下地の欠陥を検出することが容易にな
る。回路パターンを構成する各材料の二次電子発生効率は、電子線を照射する条
件により変化する。帯電の状態によっても二次電子発生効率は変化する。そのた
め、表面パターンと下地の材料による明暗コントラストが大きくなる照射条件あ
るいは帯電条件を材料によって最適化することにより、様々な材料の組み合わせ
に対応して各々欠陥を検出するのに適した電子線画像を形成することが可能とな
る。その方法として、電子線を1回照射して発生した二次電子を非常に短い時間
で検出することで電子線画像を形成する方法と、材料によっては数回電子線を照
射して材料による明暗コントラストを大きくした状態で発生した二次電子を非常
に短い時間で検出する方法がある。また、電子線を１回あるいは数回高速に照射
し、帯電による電位の過渡的な変化が少ない間に非常に短い時間で二次電子を検
出し電子線画像を得る方法と、材料の組み合わせによっては電子線あるいは他の
荷電粒子線を事前に試料基板に照射し、帯電の状態が安定し明暗コントラストが
大きくなった後に非常に短い時間で二次電子を検出し電子線画像を得る方法があ
ることを見出した。いずれの方法も、基板被検査領域周辺の電位と比べてほぼ同
じ電位状態すなわち同じ帯電状態のところで電子線を被検査領域に均一に照射す
るので、取得画像のコントラストは異なる検査領域でもほぼ均一となり、電子線
画像を比較検査する際にコントラストの変動が誤検出にならない。 According to the study by the present inventors, when a large amount of electron beam is irradiated non-uniformly on a local region of the substrate surface including an insulator, the contrast varies greatly depending on time and place, but compared with the potential around the region to be inspected on the substrate. Then, when the specimen is irradiated uniformly with the electron beam at the same potential, and the secondary electrons generated in a very short time are detected, an electron beam image with stable contrast can be obtained even with an insulating material. I found out that I can. This is because even in a transient state where the sample is charged by irradiating an electron beam, it is possible to acquire a signal with little fluctuation in the secondary electron generation rate due to time by detecting secondary electrons instantaneously in a very short time. Because. In addition, the present inventors used a thick electron beam of about 50 nm to 10 nm as a sample at a higher speed than the electron beam image based on the contour information of the shape acquired with an electron beam narrowed down to 5 nm to 10 nm as in the conventional SEM. By irradiating and acquiring an image instantaneously, it was found that a contrast electron beam image generated by the secondary electron generation efficiency of the sample material is more suitable for detecting defects. Since the generation efficiency of secondary electrons differs depending on the material and film thickness of the ground pattern and surface pattern on which the circuit pattern is formed, if an electron beam image with a large contrast between the pattern generated by this material and the ground pattern is acquired, the pattern Or it becomes easy to detect the defect of the foundation. The secondary electron generation efficiency of each material constituting the circuit pattern varies depending on the condition of irradiation with the electron beam. The secondary electron generation efficiency varies depending on the state of charging. Therefore, by optimizing the irradiation conditions or charging conditions that increase the contrast between the surface pattern and the underlying material depending on the material, an electron beam image suitable for detecting defects corresponding to various combinations of materials can be obtained. It becomes possible to form. As a method for this, there is a method of forming an electron beam image by detecting secondary electrons generated by irradiating an electron beam once in a very short time, and depending on the material, the electron beam is irradiated several times and the brightness of the material is reduced. There is a method for detecting secondary electrons generated in a state where contrast is increased in a very short time. Also, depending on the combination of materials and methods of irradiating an electron beam once or several times, detecting secondary electrons in a very short time while there is little transient change in potential due to charging, and materials There is a method of obtaining an electron beam image by irradiating a sample substrate with an electron beam or other charged particle beam in advance and detecting secondary electrons in a very short time after the charged state is stabilized and the contrast of light and dark is increased. I found out. In both methods, the electron beam is uniformly irradiated to the inspection area in the same potential state, that is, the same charged state as compared with the potential around the substrate inspection area, so that the contrast of the acquired image becomes substantially uniform even in different inspection areas. When the electron beam images are comparatively inspected, fluctuations in contrast do not become false detections.

上記前者の検査方法を実現するために、大電流の電子線を被検査基板に高速に一
様に照射し、照射とほぼ同時に当該箇所に相当する二次電子信号を瞬時に検出す
る方法が有効であることを見出した。すべての検査領域では検査時に均一に一瞬
電子線を照射するので、その瞬間には帯電による基板電位は一様であり、その状
態での二次電子を瞬時に検出することにより帯電の過渡的な時間変動の影響を避
けることができる。また、試料に照射する電子線のエネルギーを制御しすること
により、材料によって異なる試料に入射した電子数と試料から放出される二次電
子数の比がほぼ等しくなるように設定可能になるので、コントラストが安定し、
且つ試料回路基板への損傷が回避できるようになる。すなわち、絶縁性の材料を
有する回路パターンにおいても、コントラストの安定した画像を形成できるよう
になる。試料に照射する電子線のエネルギーを制御は、試料あるいは試料台に負
の電位を印加し、一次電子線を試料直上で減速し、この印加電圧を可変制御する
ことにより減速の程度を可変できるので可能となる。 In order to realize the former inspection method, it is effective to irradiate the substrate to be inspected with a high-current electron beam at a high speed and to detect the secondary electron signal corresponding to the spot almost simultaneously with the irradiation. I found out. In all inspection areas, the electron beam is irradiated uniformly for a moment during inspection, so the substrate potential due to charging is uniform at that moment, and the secondary electrons in that state are detected instantaneously to make transient charging. The influence of time fluctuation can be avoided. In addition, by controlling the energy of the electron beam applied to the sample, it is possible to set the ratio of the number of electrons incident on different samples depending on the material and the number of secondary electrons emitted from the sample to be approximately equal. Contrast is stable,
In addition, damage to the sample circuit board can be avoided. That is, an image with stable contrast can be formed even in a circuit pattern having an insulating material. Controlling the energy of the electron beam irradiating the sample is possible by applying a negative potential to the sample or the sample stage, decelerating the primary electron beam directly above the sample, and variably controlling this applied voltage, so the degree of deceleration can be varied. It becomes possible.

高速に半導体ウエハ等の回路パターンの表面に発生した欠陥を自動検査する手段
としては、試料台を一方向に連続的に移動しながら、移動方向と直交する向きに
電子線を高速に走査して、試料台移動の実時間で二次電子を検出して画像を形成
し、この画像を比較検査する。この検査方法を実現するためには、材料により電
子線の照射条件は異なるが、電子線を一回あるいは数回高速に照射して画像を形
成する。電子線を一回あるいは数回の照射により、比較検査に対応し得る電子線
画像の画質を確保するためには、次に述べる四つの手段により可能となる。第一
の手段は、試料に高密度の電子線を照射することにより、検査に必要な電子線画
像のもとになる二次電子信号のSN比を確保することである。電子線の電流値は27
0pA以上、好ましくは13nA以上の電子線を用いて検査を実施する。この電流値
は、照射する電子数の平方根が検査に必要な電子線画像のSN比よりも十分大きく
なるよう設定することで達成される。第二の手段は、大電流電子線を試料に照射
する際に、試料上で電子線の径が十分小さくなるように電子線を絞ることにより
、微細な回路パターンの検査に必要な分解能を確保することである。従来技術に
おいて述べたように、絶縁材料を有する半導体等の電子線による観察においては
、試料に照射する電子線のエネルギーが低加速であるほうが望ましい。大電流で
なおかつ低加速の電子線では、空間電荷効果による収差が生じ、電子線を試料上
で細く絞ることが困難となる。そのため、上記電子線を試料に照射するエネルギ
ーを制御する手段で述べた方法と同じ手段を用いることにより、この問題を解決
できる。すなわち、電子源からは高加速で電子線を発生することにより、空間電
荷効果を抑制し、試料あるいは試料台に負の電位を印加することで試料直前で高
加速電子線を減速し、試料に実質的に最適な低加速のエネルギーの電子線を照射
することにより、試料上での電子線の径を細く絞り、必要な分解能を確保するこ
とが可能となる。第三の手段は、表面で発生した二次電子を効率的に検出器に導
くことにより、検査に必要な電子線画像のSN比を確保することである。上記第二
の手段により、試料に電子線を照射すると、試料から発生する二次電子は一時電
子線を減速させるための負の電位る電界によって逆に加速される。加速された二
次電子は、ExB偏向器により偏向して検出器に導かれるのであるが、この二次電
子を、一時電子線の光路と検出器の間に設けた金属片に照射するように偏向し、
さらにこの金属片で発生した低速の二次電子を検出器に導くことにより、高速の
二次電子を検出器方向に大きく偏向する必要はなく、偏向量を小さくできる。こ
れにより、高速の二次電子を大きく偏向する際に発生する問題点、すなわち二次
電子偏向器への衝突による二次電子の損失や、一次電子線に影響がおよぶことに
よる分解能の低下等を解決でき、しかも上記金属片に二次電子の発生効率の高い
材料を使用することにより一次電子線の電子数よりも多くの二次電子を得ること
ができ、結果として画像のSN比を向上させることが可能になる。第四の手段は、
高速に高SN比の画像を形成するために検出器に半導体検出器を用い、半導体検出
器が検出したアナログ信号をデジタル化して伝送することである。また、このデ
ジタル化した信号を光信号に変換し、光信号を光ファイバ等の手段により伝送し
、伝送された信号を再度電気信号にに変換する手段を備え、上記半導体検出器か
ら上記光変換手段までの構成要素を正の電位にフローティングする。これにより
、半導体検出器により検出されたアナログ信号は、AD変換器によりデジタル化さ
れてから光伝送される。半導体検出器を用いることにより、高速に二次電子を検
出するために必要な応答性を確保することができるようになり、デジタル化され
た信号を光伝送することにより光電変換手段の発光素子あるいは受光素子におい
て多少ノイズがのってもデジタルの１か０かの判別には影響しないので、ノイズ
を抑制することができる。また、半導体検出器から光変換手段までを正の電位に
フローティングすることにより、半導体検出器に二次電子を引き込むことができ
、光変換手段以降の回路はグランド電位で動作させることが可能となる。従って
、試料に電子線を照射して試料から発生した二次電子を高速にノイズの影響を少
なく検出することができる。 As a means of automatically inspecting defects generated on the surface of a circuit pattern such as a semiconductor wafer at high speed, an electron beam is scanned at high speed in a direction perpendicular to the moving direction while continuously moving the sample stage in one direction. The secondary electrons are detected in real time during the movement of the sample stage to form an image, and this image is comparatively inspected. In order to realize this inspection method, the electron beam irradiation conditions differ depending on the material, but an image is formed by irradiating the electron beam once or several times at a high speed. In order to ensure the image quality of an electron beam image that can be used for comparative inspection by irradiating the electron beam once or several times, the following four means can be used. The first means is to ensure the SN ratio of the secondary electron signal that is the basis of the electron beam image necessary for the inspection by irradiating the sample with a high-density electron beam. The current value of the electron beam is 27
The inspection is performed using an electron beam of 0 pA or more, preferably 13 nA or more. This current value is achieved by setting the square root of the number of irradiated electrons to be sufficiently larger than the SN ratio of the electron beam image necessary for the inspection. The second measure secures the resolution required for inspection of minute circuit patterns by squeezing the electron beam so that the diameter of the electron beam is sufficiently small on the sample when the sample is irradiated with a high-current electron beam. It is to be. As described in the prior art, in observation with an electron beam of a semiconductor or the like having an insulating material, it is desirable that the energy of the electron beam applied to the sample is low acceleration. In an electron beam with a large current and low acceleration, aberration due to the space charge effect occurs, and it is difficult to narrow the electron beam on the sample. Therefore, this problem can be solved by using the same means as described in the means for controlling the energy with which the sample is irradiated with the electron beam. That is, by generating an electron beam from the electron source at a high acceleration, the space charge effect is suppressed, and by applying a negative potential to the sample or the sample stage, the high acceleration electron beam is decelerated immediately before the sample and applied to the sample. By irradiating with an electron beam having substantially optimum low acceleration energy, it is possible to narrow down the diameter of the electron beam on the sample and secure the necessary resolution. The third means is to ensure the SN ratio of the electron beam image necessary for the inspection by efficiently guiding the secondary electrons generated on the surface to the detector. When the sample is irradiated with an electron beam by the second means, secondary electrons generated from the sample are accelerated by a negative potential electric field for decelerating the temporary electron beam. The accelerated secondary electrons are deflected by the ExB deflector and guided to the detector. The secondary electrons are irradiated to the metal piece provided between the optical path of the temporary electron beam and the detector. Deflect,
Furthermore, by guiding the low-speed secondary electrons generated in the metal piece to the detector, it is not necessary to largely deflect the high-speed secondary electrons toward the detector, and the amount of deflection can be reduced. As a result, there are problems that occur when deflecting high-speed secondary electrons greatly, that is, loss of secondary electrons due to collision with the secondary electron deflector, degradation of resolution due to influence on the primary electron beam, etc. In addition, it is possible to obtain more secondary electrons than the number of electrons of the primary electron beam by using a material with high generation efficiency of secondary electrons for the metal piece, and as a result, the SN ratio of the image is improved. It becomes possible. The fourth means is
In order to form an image with a high SN ratio at high speed, a semiconductor detector is used as a detector, and an analog signal detected by the semiconductor detector is digitized and transmitted. In addition, a means for converting the digitized signal into an optical signal, transmitting the optical signal by means such as an optical fiber, and converting the transmitted signal into an electric signal again is provided from the semiconductor detector to the optical conversion. The components up to the means are floated to a positive potential. Thereby, the analog signal detected by the semiconductor detector is digitized by the AD converter and then optically transmitted. By using a semiconductor detector, it becomes possible to ensure the responsiveness necessary for detecting secondary electrons at high speed, and by transmitting the digitized signal optically, the light emitting element of the photoelectric conversion means or Even if there is some noise in the light receiving element, it does not affect the discrimination of digital 1 or 0, so that the noise can be suppressed. In addition, by floating the semiconductor detector to the light conversion means at a positive potential, secondary electrons can be drawn into the semiconductor detector, and the circuit after the light conversion means can be operated at the ground potential. . Therefore, it is possible to detect the secondary electrons generated from the sample by irradiating the sample with an electron beam at high speed with little influence of noise.

以上で述べた各種手段により、絶縁材料を有する回路パターンに対しても、帯電
による画像コントラスト変動を抑制する条件で、安定した画像を得ることができ
、高感度、高速且つ高SN比の電子線画像を形成することができるようになる。 With the various means described above, it is possible to obtain a stable image even on a circuit pattern having an insulating material under the condition of suppressing image contrast fluctuation due to charging, and an electron beam with high sensitivity, high speed and high SN ratio. An image can be formed.

以上は、既に述べた絶縁物材料を有する回路パターンを検査するために有効な、
電子線を１回あるいは数回のみ高速に照射し、帯電による電位の変化が起きる前
に電子線画像を得る方法と、電子線あるいは他の荷電粒子線を照射し、帯電の状
態が安定した後に電子線画像を得る方法という二つの手段のうち、前者について
述べてきた。以下に後者の検査方法について、その手段を述べる。 The above is effective for inspecting the circuit pattern having the insulating material already described.
A method of irradiating an electron beam only once or several times at a high speed and obtaining an electron beam image before a potential change due to charging occurs, and after the charged state is stabilized by irradiating an electron beam or other charged particle beam Of the two methods of obtaining an electron beam image, the former has been described. The means for the latter inspection method will be described below.

後者の、検査の前に帯電状態を安定させるためには、二つの手段があげられる。
まず第一の手段は、検査するチャンバとは異なる予備室等で、被検査基板に第二
の荷電粒子線、例えば電子線やイオンビームやプラズマや電子シャワー等を予め
照射し、検査前に正または負に帯電させる方法である。第二の手段は、被検査基
板を検査するためのチャンバに移載し、検査画像を形成するための位置に置いて
第二の電子線を照射する。第二の電子線を、検査に影響せずに被検査領域に検査
の前に照射するために、（１）検査画像を形成するための第一の電子線照射と第
二の電子線照射を時間的にずらして照射する。（２）検査画像を形成するための
第一の電子線は被検査基板上をラスタ走査しており、その走査のうち電子線を振
り戻している間に第二の電子線を照射する。（３）検査画像を形成するための第
一の電子線と第二の電子線は同軸で同時に被検査基板に照射するが、第二の電子
線は第一の電子線の径よりも十分大きい径であり、且つ第一の電子線の最大電流
密度よりも十分小さい電流密度となるようにする。構成としては、第二の電子線
源を検査画像形成用の第一の電子線の照射がなされる開口の周辺部に単数あるい
は複数配置し、それらは各々独立に動作し、第一の電子線が照射される前に被検
査基板の被検査領域に第二の電子線が照射されるようにすれば良い。 In order to stabilize the charged state before the latter inspection, there are two means.
First, the first means is a preliminary chamber or the like different from the chamber to be inspected, and the substrate to be inspected is preliminarily irradiated with a second charged particle beam, for example, an electron beam, ion beam, plasma, electron shower or the like. Alternatively, it is a method of negatively charging. The second means transfers the substrate to be inspected to a chamber for inspecting, and irradiates the second electron beam at a position for forming an inspection image. In order to irradiate the region to be inspected before the inspection without affecting the inspection, (1) the first electron beam irradiation and the second electron beam irradiation for forming the inspection image. Irradiate with a time shift. (2) The first electron beam for forming the inspection image is raster-scanned on the inspected substrate, and the second electron beam is irradiated while the electron beam is turned back in the scanning. (3) Although the first electron beam and the second electron beam for forming the inspection image are coaxial and irradiate the substrate to be inspected simultaneously, the second electron beam is sufficiently larger than the diameter of the first electron beam. The current density is sufficiently smaller than the maximum current density of the first electron beam. As a configuration, one or a plurality of second electron beam sources are arranged in the periphery of the opening where the first electron beam for inspection image formation is irradiated, and each of them operates independently, and the first electron beam The second electron beam may be irradiated to the inspection region of the inspection substrate before the irradiation.

上記以外の方法で第二の荷電粒子線を照射するための手段としては、荷電粒子線
をイオン線とし、上記画像形成用の第一の電子線の照射がなされる開口の周辺部
にイオン源を設け、被検査基板が検査される際に、イオン線を被検査基板に照射
する。照射のタイミングは、上記第二の荷電粒子線が電子線の場合と同様に、第
一の電子線とイオン線を時間をずらせて照射するか、あるいは第一の電子線の走
査の振り戻しの間に照射することで問題無い。 As a means for irradiating the second charged particle beam by a method other than the above, the charged particle beam is an ion beam, and an ion source is provided at the periphery of the opening where the first electron beam for image formation is irradiated. When the substrate to be inspected is inspected, an ion beam is irradiated onto the substrate to be inspected. The timing of irradiation is the same as when the second charged particle beam is an electron beam, or the first electron beam and the ion beam are irradiated with the time shifted, or the scanning of the first electron beam is reversed. There is no problem by irradiating in between.

上記に述べた手段により、被検査基板に第二の荷電粒子線を照射し、基板表面の
帯電状態をを均一になるようにしてから、検査画像を形成するための第一の電子
線を照射することにより、絶縁材料を有する回路パターンに対して、常に安定し
た帯電状態で電子線画像を形成することができるようになった。絶縁材料によっ
ては、帯電した方が下地材料とのコントラストが大きくなるものもある。このよ
うな場合には、検査画像形成のための第一の電子線の照射条件を制御するのみで
は、帯電による電子線画像の変動は抑制できるが、比較検査を行うために十分な
コントラストが得られないので、本発明による第二の荷電粒子線を照射する方法
が有効となる。 Using the means described above, irradiate the substrate to be inspected with the second charged particle beam so that the surface of the substrate is uniformly charged, and then irradiate the first electron beam for forming the inspection image. This makes it possible to always form an electron beam image in a stable charged state with respect to a circuit pattern having an insulating material. Some insulating materials have a higher contrast with the underlying material when charged. In such a case, by controlling the irradiation conditions of the first electron beam for forming the inspection image, fluctuations in the electron beam image due to charging can be suppressed, but sufficient contrast is obtained for comparative inspection. Therefore, the method of irradiating the second charged particle beam according to the present invention is effective.

以上述べた、第二の荷電粒子線により被検査基板表面の帯電状態を安定させてか
ら電子線画像を形成する手段において、第一の電子線を照射するための条件や手
段については、前記の第一の電子線を１回あるいは数回照射し帯電による変動が
生じる前に画像を形成する手段と同様である。また、高速に検査する手段や、高
速検査の際に電子線画像の画質を高SN比、高分解能にするための手段についても
前記の手段と同様である。さらに、第二の荷電粒子線を照射して帯電を安定させ
てから第一の電子線で検査のための電子線画像を形成する手段において、試料に
照射する第一の電子線と第二の荷電粒子線の照射エネルギーを制御することによ
り、帯電の状態を調整する手段を併用することが可能である。画像形成用の電子
線以外の荷電粒子線を電子線と同時あるいはほぼ同時間に照射する場合には、本
来画像形成には必要の無い二次電子信号が発生し検出される可能性がある。この
場合には、二次電子により被検査基板回路パターンの像を形成する手段であり且
つ該試料表面の像面に絞りを配置し、検査画像形成用の電子線を照射した領域か
ら発生した二次電子のみを絞りが通過するようにして二次電子検出器に導くこと
により、不要な二次電子を排除することができる。 In the means for forming the electron beam image after stabilizing the charged state of the surface of the substrate to be inspected by the second charged particle beam, the conditions and means for irradiating the first electron beam are as described above. This is the same as the means for irradiating the first electron beam once or several times and forming an image before fluctuation due to charging occurs. The means for inspecting at high speed and the means for making the image quality of the electron beam image a high SN ratio and high resolution at the time of high-speed inspection are the same as those described above. Furthermore, in the means for forming an electron beam image for inspection with the first electron beam after irradiating the second charged particle beam to stabilize the charge, the first electron beam and the second By controlling the irradiation energy of the charged particle beam, a means for adjusting the state of charging can be used in combination. When a charged particle beam other than the electron beam for image formation is irradiated at the same time or almost simultaneously with the electron beam, there is a possibility that a secondary electron signal which is originally not necessary for image formation is generated and detected. In this case, it is a means for forming an image of the circuit pattern to be inspected by secondary electrons, and a stop is disposed on the image surface of the sample surface, and the second generated from the region irradiated with the electron beam for forming the inspection image. By guiding only the secondary electrons to the secondary electron detector so that the aperture passes, unnecessary secondary electrons can be eliminated.

これまでに、微細な回路パターンを形成した基板を電子線により検査する手段
のうち、電子線画像を形成するための各種手段について述べた。以下に電子線画
像から回路パターン上に生じた欠陥を検出する手段について述べる。試料の第一
の領域を第一の電子線で照射して、試料表面から発生した二次電子を高速高効率
に検出して、被検査基板第一の領域の電子線の画像信号を得て第一の記憶部に記
憶する。この際に必要に応じて第一の電子線を照射する前に第二の荷電粒子線を
照射する。同様に、試料の第二の領域であり、第一の領域と同等の回路パターン
を有する領域の電子線画像を得て、第二の記憶部に記憶しながら、第一と第二の
領域の画像について詳細な位置調整を画像処理部にて行った後に第一と第二の領
域の画像を比較し差画像を得て、差画像の明るさの絶対値がある所定のしきい値
以上となる画素を欠陥候補と判定する等の処理を行う。もう一つの手段としては
、第一の記憶部に、被検査基板とは異なる良品の回路パターンの電子線画像を所
定の条件で形成し記憶しておき、被検査基板の第一の領域を第一の電子線で照射
して、試料表面から発生した二次電子を高速高効率に検出して、被検査基板第一
の領域の電子線の画像信号を得て、第一の記憶部に記憶された良品の回路パター
ンの画像を比較し、差画像の明るさの絶対値が所定のしきい値よりも大きい場合
に欠陥と判定する等の処理を行う。この際においても、必要に応じて第一の電子
線を照射する前に第二の荷電粒子線を照射する。また、被検査基板の第一の領域
と第二の領域は、いずれも１回あるいは数回第一の電子線で照射して画像を形成
するため、画像形成以外に電子線が照射しないようにする手段として、第一の電
子線の焦点位置を調整するためのモニタを電子線以外の例えば白色光を常時照射
して反射光をモニタする。あるいは、検査に先立ち、被検査基板に合せて感度条
件や電子線の照射条件を設定する際に、検査対象領域以外の領域において電子線
画像を取得し、検査対象領域は常に検査時が１回目の電子線照射となるように管
理する手段等により、被検査基板の検査対象領域が局所的に帯電するのを防止す
ることができ、誤検出の原因をなくすことができるようになる。 So far, various means for forming an electron beam image have been described among means for inspecting a substrate on which a fine circuit pattern is formed with an electron beam. A means for detecting defects generated on the circuit pattern from the electron beam image will be described below. The first region of the sample is irradiated with the first electron beam, secondary electrons generated from the sample surface are detected at high speed and high efficiency, and an image signal of the electron beam in the first region of the substrate to be inspected is obtained. Store in the first storage unit. At this time, if necessary, the second charged particle beam is irradiated before the first electron beam is irradiated. Similarly, an electron beam image of a second region of the sample having a circuit pattern equivalent to that of the first region is obtained and stored in the second storage unit, while the first and second regions are After performing detailed position adjustment on the image in the image processing unit, the images of the first and second regions are compared to obtain a difference image, and the absolute value of the brightness of the difference image is equal to or greater than a predetermined threshold value. A process such as determining a pixel as a defect candidate is performed. As another means, an electron beam image of a non-defective circuit pattern different from the board to be inspected is formed and stored in a first condition in a first storage unit, and the first area of the board to be inspected is stored in the first area. Irradiated with one electron beam, secondary electrons generated from the sample surface are detected at high speed and high efficiency, and an image signal of the electron beam in the first region of the substrate to be inspected is obtained and stored in the first storage unit The non-defective circuit pattern images are compared, and when the absolute value of the brightness of the difference image is larger than a predetermined threshold value, a defect is determined. Also in this case, the second charged particle beam is irradiated before the first electron beam is irradiated as necessary. In addition, since the first region and the second region of the substrate to be inspected are both irradiated with the first electron beam once or several times to form an image, the electron beam is not irradiated other than the image formation. As a means for performing this, a monitor for adjusting the focal position of the first electron beam is always irradiated with, for example, white light other than the electron beam, and the reflected light is monitored. Alternatively, prior to inspection, when setting sensitivity conditions and electron beam irradiation conditions according to the substrate to be inspected, an electron beam image is acquired in a region other than the inspection target region, and the inspection target region is always the first time during inspection. By means of managing so that the electron beam irradiation is performed, it is possible to prevent the region to be inspected of the inspected substrate from being locally charged, and to eliminate the cause of erroneous detection.

上記の検査方法を実施することにより、絶縁物材料を含む基板上回路パターンを
電子線により高速高感度に検査し、回路パターン上に発生した欠陥を自動的に検
出することができる検査方法と検査装置を実現することができる。 By carrying out the above inspection method, it is possible to inspect a circuit pattern on a substrate containing an insulating material with an electron beam at high speed and high sensitivity, and to automatically detect defects generated on the circuit pattern. An apparatus can be realized.

これらの方法と装置を用いて、回路パターンを有する基板、例えば製造過程にお
ける半導体装置を検査することにより、各々の工程の半導体装置について、従来
の技術では検知できなかった、プロセス加工によって生じたパターンの形状不良
や欠陥を早期に検知でき、その結果、プロセスあるいは製造装置条件等に潜在し
ている問題を顕在化することができるようになる。これにより、従来よりも高速
且つ高精度な半導体装置をはじめとする各種基板の製造プロセスにおける不良の
原因を対策することができ、高い歩留まりすなわち良品率を確保できると同時に
問題となっていた検査中に発生する誤検出が低減することから、高精度な検査が
可能となる。 By using these methods and apparatuses to inspect a substrate having a circuit pattern, for example, a semiconductor device in a manufacturing process, a pattern generated by process processing that cannot be detected by a conventional technique for a semiconductor device in each process. Thus, it is possible to detect the shape defect or the defect at an early stage, and as a result, it becomes possible to reveal the problems that are latent in the process or the manufacturing apparatus conditions. As a result, it is possible to take measures against the cause of defects in the manufacturing process of various substrates including high-speed and high-accuracy semiconductor devices than before, and to ensure a high yield, that is, a non-defective product rate, and at the same time, are inspecting Therefore, high-accuracy inspection is possible.

本発明によって得られる代表的な効果を以下に簡単に説明する。 A typical effect obtained by the present invention will be briefly described below.

本発明の回路パターン検査装置を用いて回路パターンを有する半導体装置等の基
板を検査することにより、従来の光学式パターン検査では検出できなかった光を
透過するシリコン酸化膜やレジスト膜によって形成された回路パターンの検査を
実現することができた。しかも、従来のSEMでは安定した画像を得ることが困難
であった絶縁性材料を有する回路パターンの検査を、半導体装置等の製造方法に
おいて実用に供することができる検査時間をもって検査することができる。 By inspecting a substrate such as a semiconductor device having a circuit pattern using the circuit pattern inspection apparatus of the present invention, it is formed of a silicon oxide film or a resist film that transmits light that could not be detected by a conventional optical pattern inspection. Circuit pattern inspection could be realized. Moreover, it is possible to inspect a circuit pattern having an insulating material, which has been difficult to obtain a stable image with a conventional SEM, with an inspection time that can be practically used in a manufacturing method of a semiconductor device or the like.

本検査を基板製造プロセスへ適用することにより、上記従来技術では検出し得な
かった欠陥、すなわち製造装置や条件等の異常を早期に且つ高精度に発見するこ
とができるため、基板製造プロセスにいち早く異常対策処理を講ずることができ
、その結果半導体装置その他の基板の不良率を低減し生産性を高めることができ
る。また、上記検査を適用することにより、異常発生をいち早く検知することが
できるので、多量の不良発生を未然に防止することができ、さらにその結果、不
良の発生そのものを低減させることができるので、半導体装置等の信頼性を高め
ることができ、新製品等の開発効率が向上し、且つ製造コストが削減できる。 By applying this inspection to the substrate manufacturing process, defects that could not be detected by the above-described prior art, that is, abnormalities in the manufacturing apparatus, conditions, etc., can be discovered early and with high accuracy. Abnormality countermeasure processing can be taken, and as a result, the defect rate of semiconductor devices and other substrates can be reduced and productivity can be increased. In addition, by applying the above inspection, it is possible to quickly detect the occurrence of an abnormality, so it is possible to prevent a large amount of defects before they occur, and as a result, the occurrence of defects itself can be reduced. The reliability of a semiconductor device or the like can be increased, the development efficiency of a new product or the like can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.

以下、本発明の実施例の検査方法、および装置の一例について、図面を参照しな
がら詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an inspection method and an apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（実施例１）
本発明の第１の実施例の回路パターン検査装置1の構成を図1に示す。回路パター
ン検査装置1は、室内が真空排気される検査室2と、検査室2内に試料基板9を搬送
するための予備室（本実施例では図示せず）を備えており、この予備室は検査室
2とは独立して真空排気できるように構成されている。また、回路パターン検査
装置1は上記検査室2と予備室の他に制御部6、画像処理部5から構成されている。
検査室2内は大別して、電子光学系3、二次電子検出部7、試料室8、光学顕微鏡部
4から構成されている。電子光学系3は、電子銃10、電子線引き出し電極11、コン
デンサレンズ12、ブランキング用偏向器13、走査偏向器15、絞り14、対物レンズ
16、反射板17、ExB偏向器18から構成されている。二次電子検出部7のうち、二次
電子検出器20が検査室2内の対物レンズ16の上方に配置されている。二次電子検
出器20の出力信号は、検査室2の外に設置されたプリアンプ21で増幅され、AD変
換機22によりデジタルデータとなる。試料室8は、試料台30、Xステージ31、Yス
テージ32、回転ステージ33、位置モニタ用測長器34、被検査基板高さ測定器35か
ら構成されている。光学顕微鏡部4は、検査室2の室内における電子光学系3の近
傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設備されており、電子光
学系3と光学顕微鏡部4の間の距離は既知である。そして、Xステージ31またはYス
テージ32が電子光学系3と光学顕微鏡部4の間の既知の距離を往復移動するように
なっている。光学顕微鏡部4は光源40、光学レンズ41、CCDカメラ42により構成さ
れている。画像処理部5は、第一画像記憶部46、第二画像記憶部47、演算部48、
欠陥判定部49より構成されている。取り込まれた電子線画像あるいは光学画像は
モニタ50に表示される。装置各部の動作命令および動作条件は、制御部6から入
出力される。制御部6には、あらかじめ電子線発生時の加速電圧、電子線偏向幅
、偏向速度、二次電子検出装置の信号取り込みタイミング、試料台移動速度等々
の条件が、目的に応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている
。制御部6は、補正制御回路43を用いて、位置モニタ用測長器34、被検査基板高
さ測定器35のの信号から位置や高さのずれをモニタし、その結果より補正信号を
生成し、電子線が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源45や走査偏向
器44に補正信号を送る。 Example 1
The configuration of a circuit pattern inspection apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. The circuit pattern inspection apparatus 1 includes an inspection chamber 2 in which the chamber is evacuated, and a preliminary chamber (not shown in the present embodiment) for transporting the sample substrate 9 into the inspection chamber 2. Is the laboratory
It is configured to be evacuated independently of 2. The circuit pattern inspection apparatus 1 includes a control unit 6 and an image processing unit 5 in addition to the inspection room 2 and the spare room.
The inspection chamber 2 is roughly divided into an electron optical system 3, a secondary electron detector 7, a sample chamber 8, and an optical microscope.
It consists of four. The electron optical system 3 includes an electron gun 10, an electron beam extraction electrode 11, a condenser lens 12, a blanking deflector 13, a scanning deflector 15, an aperture 14, and an objective lens.
16, a reflection plate 17, and an ExB deflector 18. Of the secondary electron detector 7, a secondary electron detector 20 is disposed above the objective lens 16 in the examination room 2. The output signal of the secondary electron detector 20 is amplified by a preamplifier 21 installed outside the examination room 2 and converted into digital data by the AD converter 22. The sample chamber 8 includes a sample stage 30, an X stage 31, a Y stage 32, a rotary stage 33, a position monitor length measuring device 34, and a substrate height measuring device 35 to be inspected. The optical microscope section 4 is installed in the vicinity of the electron optical system 3 in the room of the examination room 2 and at a position far away from each other so as not to affect each other, and the distance between the electron optical system 3 and the optical microscope section 4 Is known. Then, the X stage 31 or the Y stage 32 reciprocates a known distance between the electron optical system 3 and the optical microscope unit 4. The optical microscope unit 4 includes a light source 40, an optical lens 41, and a CCD camera. The image processing unit 5 includes a first image storage unit 46, a second image storage unit 47, a calculation unit 48,
The defect determination unit 49 is configured. The captured electron beam image or optical image is displayed on the monitor 50. Operation commands and operation conditions of each part of the apparatus are input / output from the control unit 6. In the control unit 6, conditions such as the acceleration voltage at the time of electron beam generation, the electron beam deflection width, the deflection speed, the signal acquisition timing of the secondary electron detector, the sample stage moving speed, etc. are arbitrarily or arbitrarily selected according to the purpose. It is input so that it can be set. The control unit 6 uses the correction control circuit 43 to monitor the position and height deviation from the signals of the position monitor length measuring device 34 and the inspected substrate height measuring device 35, and generates a correction signal from the result. Then, a correction signal is sent to the objective lens power supply 45 and the scanning deflector 44 so that the electron beam is always applied to the correct position.

被検査基板9の画像を取得するためには、細く絞った電子線19を該被検査基板9に
照射し、二次電子51を発生させ、これらを電子線19の走査およびステージ31、32
の移動と同期して検出することで該被検査基板9表面の画像を得る。本発明の課
題で述べたように、本発明の自動検査では検査速度が速いことが必須となる。従
って、通常のSEMのようにpAオーダーの電子線電流の電子線を低速で走査したり
、多数回の走査および各々の画像の重ね合せは行わない。また、絶縁材料への帯
電を抑制するためにも、電子線走査は高速で一回あるいは数回程度にする必要が
ある。そこで本実施例では、通常SEMに比べ約100倍以上の、例えば100nAの大電
流電子線を一回のみ走査することにより画像を形成する構成とした。走査幅は10
0μmとし、1画素は0.1μm^□とし、1回の走査を1μsで行うようにした。 In order to acquire an image of the substrate 9 to be inspected, the substrate 9 to be inspected is irradiated with a finely focused electron beam 19 to generate secondary electrons 51, which are scanned by the electron beam 19 and the stages 31, 32.
An image of the surface of the substrate 9 to be inspected is obtained by detecting in synchronization with the movement of. As described in the subject of the present invention, in the automatic inspection of the present invention, it is essential that the inspection speed is high. Accordingly, an electron beam having an electron beam current of the pA order is not scanned at a low speed as in a normal SEM, and multiple scans and superposition of each image are not performed. Further, in order to suppress charging of the insulating material, it is necessary to scan the electron beam once or several times at a high speed. Therefore, in this embodiment, an image is formed by scanning only a large current electron beam of, for example, 100 nA, which is about 100 times or more that of a normal SEM, only once. Scan width is 10
And 0 .mu.m, 1 pixel is set to 0.1 [mu] m ^□, and to perform a single scanning at 1 [mu] s.

電子銃10には拡散補給型の熱電界放出電子源が使用されている。この電子銃10を
用いることにより、従来の例えばタングステン（W）フィラメント電子源や、冷
電界放出型電子源に比べて安定した電子線電流を確保することができるため、明
るさ変動の少ない電子線画像が得られる。また、この電子銃10により電子線電流
を大きく設定することができるため、後述するような高速検査を実現できる。電
子線19は、電子銃10と引き出し電極11との間に電圧を印加することで電子銃10か
ら引き出される。電子線19の加速は、電子銃10に高電圧の負の電位を印加するこ
とでなされる。これにより、電子線19はその電位に相当するエネルギーで試料台
30の方向に進み、コンデンサレンズ12で収束され、さらに対物レンズ16により細
く絞られて試料台30上のX−Yステージ31、32の上に搭載された被検査基板9（半
導体ウエハ、チップあるいは液晶、マスク等微細回路パターンを有する基板）に
照射される。なお、ブランキング用偏向器13には、走査信号およびブランキング
信号を発生する信号発生器44が接続され、コンデンサレンズ12および対物レンズ
16には、各々レンズ電源45が接続されている。被検査基板9には、高圧電源36に
より負の電圧を印加できるようになっている。この高圧電源36の電圧を調節する
ことにより一次電子線を減速し、電子銃10の電位を変えずに被検査基板9への電
子線照射エネルギーを最適な値に調節することができる。 The electron gun 10 uses a diffusion supply type thermal field emission electron source. By using this electron gun 10, it is possible to secure a stable electron beam current as compared with a conventional tungsten (W) filament electron source or a cold field emission electron source. An image is obtained. In addition, since the electron beam current can be set large by the electron gun 10, high-speed inspection as described later can be realized. The electron beam 19 is extracted from the electron gun 10 by applying a voltage between the electron gun 10 and the extraction electrode 11. The electron beam 19 is accelerated by applying a high negative potential to the electron gun 10. As a result, the electron beam 19 is energized with energy corresponding to its potential.
The substrate 9 to be inspected (semiconductor wafer, chip or substrate) mounted on the XY stages 31 and 32 on the sample stage 30 is converged by the condenser lens 12 and further narrowed down by the objective lens 16. A substrate having a fine circuit pattern such as a liquid crystal or a mask). The blanking deflector 13 is connected to a signal generator 44 for generating a scanning signal and a blanking signal, and the condenser lens 12 and the objective lens.
A lens power supply 45 is connected to each 16. A negative voltage can be applied to the substrate 9 to be inspected by a high voltage power source 36. By adjusting the voltage of the high voltage power source 36, the primary electron beam is decelerated, and the electron beam irradiation energy to the substrate 9 to be inspected can be adjusted to an optimum value without changing the potential of the electron gun 10.

被検査基板9上に電子線19を照射することによって発生した二次電子51は、基板9
に印加された負の電圧により加速される。被検査基板9上方に、ExB偏向器18が配
置され、これにより加速された二次電子51は所定の方向へ偏向される。ExB偏向
器18にかける電圧と磁界の強度により、偏向量を調整することができる。また、
この電磁界は、試料に印加した負の電圧に連動させて可変させることができる。
ExB偏向器18により偏向された二次電子51は、所定の条件で反射板17に衝突する
。この反射板17は、試料に照射する電子線（以下一次電子線と呼ぶ）の偏向器の
シールドパイプと一体で円錐形状をしている。この反射板17に加速された二次電
子51が衝突すると、反射板17からは数V〜50eVのエネルギーを持つ第二の二次電
子52が発生する。 Secondary electrons 51 generated by irradiating the inspection substrate 9 with the electron beam 19 are
Accelerated by the negative voltage applied to. The ExB deflector 18 is disposed above the substrate 9 to be inspected, and the secondary electrons 51 accelerated thereby are deflected in a predetermined direction. The amount of deflection can be adjusted by the voltage applied to the ExB deflector 18 and the strength of the magnetic field. Also,
This electromagnetic field can be varied in conjunction with a negative voltage applied to the sample.
The secondary electrons 51 deflected by the ExB deflector 18 collide with the reflecting plate 17 under a predetermined condition. The reflecting plate 17 has a conical shape integrally with a shield pipe of a deflector of an electron beam (hereinafter referred to as a primary electron beam) irradiated on a sample. When the accelerated secondary electrons 51 collide with the reflector 17, second secondary electrons 52 having an energy of several V to 50 eV are generated from the reflector 17.

二次電子検出部7は、真空排気された検査室2内には二次電子検出器20が、検査室
2の外にはプリアンプ21、AD変換器22、光変換手段23、伝送手段24、電気変換手
段25、高圧電源26、プリアンプ駆動電源27、AD変換器駆動電源28、逆バイアス電
源29から構成されている。既に記述したように、二次電子検出部7のうち、二次
電子検出器20が検査室2内の対物レンズ16の上方に配置されている。二次電子検
出器20、プリアンプ21、AD変換器22、光変換手段23、プリアンプ駆動電源27、AD
変換器駆動電源28は、高圧電源26により正の電位にフローティングしている。上
記反射板17に衝突して発生した第二の二次電子52は、この吸引電界により検出器
20へ導かれる。二次電子検出器20は、電子線19が被検査基板9に照射されている
間に発生した二次電子51がその後加速されて反射板17に衝突して発生した第二の
二次電子52を、電子線19の走査のタイミングと連動して検出するように構成され
ている。二次電子検出器20の出力信号は、検査室2の外に設置されたプリアンプ2
1で増幅され、AD変換器22によりデジタルデータとなる。AD変換器22は、半導体
検出器20が検出したアナログ信号をプリアンプ21によって増幅された後に直ちに
デジタル信号に変換して、画像処理部5に伝送するように構成されている。検出
したアナログ信号を検出直後にデジタル化してから伝送するので、従来よりも高
速で且つSN比の高い信号を得ることができる。
X−Yステージ31、32上には被検査基板9が搭載されており、検査実行時にはX−Y
ステージ31、32を静止させて電子線19を二次元に走査する方法と、検査実行時に
X−Yステージ31、32をY方向に連続して一定速度で移動されるようにして電子線1
9をX方向に直線に走査する方法のいずれかを選択できる。ある特定の比較的小さ
い領域を検査する場合には前者のステージを静止させて検査する方法、比較的広
い領域を検査するときは、ステージを連続的に一定速度で移動して検査する方法
が有効である。なお、電子線19をブランキングする必要がある時には、ブランキ
ング用偏向器13により電子線19が偏向されて、電子線が絞り14を通過しないよう
に制御できる。 The secondary electron detector 7 has a secondary electron detector 20 in the inspection room 2 that has been evacuated.
2 includes preamplifier 21, AD converter 22, optical conversion means 23, transmission means 24, electrical conversion means 25, high voltage power supply 26, preamplifier drive power supply 27, AD converter drive power supply 28, and reverse bias power supply 29. ing. As already described, the secondary electron detector 20 of the secondary electron detector 7 is disposed above the objective lens 16 in the examination room 2. Secondary electron detector 20, preamplifier 21, AD converter 22, optical conversion means 23, preamplifier drive power supply 27, AD
The converter drive power supply 28 is floated to a positive potential by the high voltage power supply 26. The second secondary electrons 52 generated by colliding with the reflecting plate 17 are detected by the attraction electric field.
Guided to 20. The secondary electron detector 20 is a second secondary electron 52 generated when the secondary electron 51 generated while the electron beam 19 is irradiated on the substrate 9 to be inspected is then accelerated and collides with the reflecting plate 17. Is detected in conjunction with the scanning timing of the electron beam 19. The output signal of the secondary electron detector 20 is a preamplifier 2 installed outside the examination room 2.
1 is amplified and converted to digital data by the AD converter 22. The AD converter 22 is configured to immediately convert the analog signal detected by the semiconductor detector 20 into a digital signal after being amplified by the preamplifier 21 and transmit the digital signal to the image processing unit 5. Since the detected analog signal is digitized and transmitted immediately after detection, a signal having a higher speed and a higher SN ratio can be obtained.
A substrate 9 to be inspected is mounted on the XY stages 31 and 32.
A method of scanning the electron beam 19 two-dimensionally with the stages 31 and 32 stationary, and at the time of inspection execution
The electron beam 1 is set so that the XY stages 31 and 32 are continuously moved in the Y direction at a constant speed.
You can select one of the methods to scan 9 in a straight line in the X direction. When inspecting a specific relatively small area, the former stage is inspected with the stationary stage. When inspecting a relatively large area, the stage is continuously inspected by moving at a constant speed. It is. When the electron beam 19 needs to be blanked, it can be controlled so that the electron beam 19 is deflected by the blanking deflector 13 so that the electron beam does not pass through the diaphragm 14.

位置モニタ用測長器34として、本実施例ではレーザ干渉による測長計を用いた。
Xステージ31およびYステージ32の位置が実時間でモニタでき、制御部6に転送さ
れるようになっている。また、Xステージ31、Yステージ32、そして回転ステージ
33のモータの回転数等のデータも同様に各々のドライバから制御部6に転送され
るように構成されており、制御部6はこれらのデータに基いて電子線19が照射さ
れている領域や位置が正確に把握できるようになっており、必要に応じて実時間
で電子線19の照射位置の位置ずれを補正制御回路43より補正するようになってい
る。また、被検査基板毎に、電子線を照射した領域を記憶できるようになってい
る。 As the position monitor length measuring device 34, a length measuring device based on laser interference is used in this embodiment.
The positions of the X stage 31 and the Y stage 32 can be monitored in real time and transferred to the control unit 6. Also, X stage 31, Y stage 32, and rotary stage
Similarly, data such as the number of rotations of 33 motors is also transferred to the control unit 6 from each driver. The position can be accurately grasped, and the displacement of the irradiation position of the electron beam 19 is corrected by the correction control circuit 43 in real time as necessary. In addition, the region irradiated with the electron beam can be stored for each substrate to be inspected.

光学式高さ測定器35は、電子ビーム以外の測定方式である光学式測定器、例えば
レーザ干渉測定器や反射光の位置で変化を測定する反射光式測定器が使用されて
おり、X−Yステージ上31、32に搭載された被検査基板9の高さを実時間で測定す
るように構成されている。本実施例では、スリットを通過した細長い白色光を透
明な窓越しに該被検査基板9に照射し、反射光の位置を位置検出モニタにて検出
し、位置の変動から高さの変化量を算出する方式を用いた。この光学式高さ測定
器35の測定データに基いて、電子線19を細く絞るための対物レンズ16の焦点距離
がダイナミックに補正され、常に非検査領域に焦点が合った電子線19を照射でき
るようになっている。また、被検査基板9の反りや高さ歪みを電子線照射前に予
め測定しており、そのデータをもとに対物レンズ16の検査領域毎の補正条件を設
定するように構成することも可能である。 The optical height measuring device 35 uses an optical measuring device that is a measuring method other than an electron beam, such as a laser interference measuring device or a reflected light measuring device that measures changes at the position of reflected light. The height of the substrate 9 to be inspected mounted on the Y stage 31 or 32 is measured in real time. In this embodiment, the inspected substrate 9 is irradiated with the elongated white light that has passed through the slit through the transparent window, the position of the reflected light is detected by the position detection monitor, and the amount of change in height from the position variation is detected. The calculation method was used. Based on the measurement data of the optical height measuring device 35, the focal length of the objective lens 16 for narrowing down the electron beam 19 is dynamically corrected, and the electron beam 19 always focused on the non-inspection area can be irradiated. It is like that. It is also possible to measure the warpage and height distortion of the inspected substrate 9 before electron beam irradiation, and to set the correction conditions for each inspection area of the objective lens 16 based on the data. It is.

画像処理部5は第一画像記憶部46と第二画像記憶部47、演算部48、欠陥判定部49
、モニタ50により構成されている。上記二次電子検出器20で検出された被検査基
板9の画像信号は、プリアンプ21で増幅され、AD変換器22でデジタル化された後
に光変換器23で光信号に変換され、光ファイバ24によって伝送され、電気変換器
25にて再び電気信号に変換された後に第一画像記憶部46あるいは第二記憶部47に
記憶される。演算部48は、この記憶された画像信号をもう一方の記憶部の画像信
号との位置合せ、信号レベルの規格化、ノイズ信号を除去するための各種画像処
理を施し、双方の画像信号を比較演算する。欠陥判定部49は、演算部48にて比較
演算された差画像信号の絶対値を所定のしきい値と比較し、所定のしきい値より
も差画像信号レベルが大きい場合にその画素を欠陥候補と判定し、モニタ50にそ
の位置や欠陥数等を表示する
これまで回路パターン検査装置1の全体の構成について説明してきたが、このう
ちの二次電子51の検出手段について、その構成と作用をさらに詳細に説明する。
一次電子線19は、固体に入射すると内部に進入しながらそれぞれの深さにおいて
殻内電子を励起してエネルギーを失っていく。また、それととにも一次電子線が
後方に散乱された反射電子が、やはり固体内で電子を励起させながら表面へ向か
って進む現象が生ずる。これら複数の過程を経て、殻内電子は固体表面から表面
障壁を超えて二次電子となって数V〜50eVのエネルギーを持って真空中へ出る。
一次電子線と固体表面のなす角度が浅いほど、一次電子線の進入距離とその位置
から固体表面までの距離との比が小さくなり、二次電子が表面から放出されやす
くなる。したがって、二次電子の発生は一次電子線と固体表面の角度に依存して
おり、二次電子発生量が試料表面の凹凸や材料を示す情報となる。 The image processing unit 5 includes a first image storage unit 46, a second image storage unit 47, a calculation unit 48, and a defect determination unit 49.
The monitor 50 is configured. The image signal of the inspected substrate 9 detected by the secondary electron detector 20 is amplified by the preamplifier 21, digitized by the AD converter 22, converted to an optical signal by the optical converter 23, and the optical fiber 24. Transmitted by an electrical converter
After being converted again into an electric signal at 25, it is stored in the first image storage unit 46 or the second storage unit 47. The arithmetic unit 48 aligns the stored image signal with the image signal of the other storage unit, performs signal level normalization, and performs various image processing to remove the noise signal, and compares both image signals. Calculate. The defect determination unit 49 compares the absolute value of the difference image signal calculated by the calculation unit 48 with a predetermined threshold value. If the difference image signal level is larger than the predetermined threshold value, the defect determination unit 49 determines that the pixel is defective. The overall configuration of the circuit pattern inspection apparatus 1 that has been determined as a candidate and displays the position, the number of defects, and the like on the monitor 50 has been described so far. Will be described in more detail.
When the primary electron beam 19 enters the solid, the primary electron beam 19 enters the inside and excites electrons in the shell at each depth to lose energy. In addition, a phenomenon occurs in which reflected electrons, in which the primary electron beam is scattered backward, proceed toward the surface while exciting the electrons in the solid. Through these multiple processes, the electrons in the shell cross the surface barrier and become secondary electrons from the solid surface and exit into the vacuum with energy of several V to 50 eV.
The shallower the angle formed between the primary electron beam and the solid surface, the smaller the ratio between the distance of the primary electron beam and the distance from the position to the solid surface, and secondary electrons are more likely to be emitted from the surface. Therefore, the generation of secondary electrons depends on the angle between the primary electron beam and the solid surface, and the amount of secondary electron generation is information indicating the unevenness and material of the sample surface.

図２は二次電子51の検出するための電子光学系3、二次電子検出部7の主要構成図
を示す。一次電子線19は試料基板9へ照射され、試料基板9表面にて二次電子51を
発生させる。この二次電子51は、試料基板9に印加された負の高電圧により加速
される。本実施例では、試料基板9に印加する負の電圧を3.5keVに設定した。二
次電子51は、加速されるとともに対物レンズ16、ExB偏向器18により収束、偏向
され反射板17に衝突する。この反射板17は、検出器への印加電圧等が一次電子線
に影響を及ぼすのを防止するためのシールドパイプと一体で30度のテーパーの円
錐状をしている。材料はCuBeOで、平均で照射電子数の約5倍の二次電子を放出さ
せる構成として二次電子増倍効果を持たせた。上記の加速された二次電子51が衝
突することにより、反射板17からは数V〜50eVのエネルギーを持つ第二の二次電
子52が発生する。この第二の二次電子52は、二次電子検出器20と二次電子検出器
20に取り付けた吸引電極53により生成される吸引電界により二次電子検出器20前
面へ吸引される。本実施例では、試料基板9表面で発生した二次電子51をExB偏向
器18で二次電子検出器20側へ約5度偏向させる構成としたので、ExB偏向器18にか
ける電圧と磁界、電極間隔は、試料基板9に印加する負の高電圧が3.5keVの場合
にはそれぞれ35V、1.0×10^-6T（テスラ）、10mmという条件とした。この電磁界
は、試料基板9に印加する負の高電圧に連動して可変設定することができる。以
上の構成および条件により、〜5度程度の小角度偏向と、試料基板9に印加する-3
.5keVの電圧による加速、対物レンズによる収束により、試料基板9表面で発生し
た二次電子51がExB偏向器18を通過する際に95%以上が通過できるようにし、反射
板17にてこの95%の二次電子51が約5倍の量に増倍されて第二の二次電子52が発生
することができた。 FIG. 2 shows a main configuration diagram of the electron optical system 3 for detecting the secondary electrons 51 and the secondary electron detector 7. The primary electron beam 19 is irradiated onto the sample substrate 9 to generate secondary electrons 51 on the surface of the sample substrate 9. The secondary electrons 51 are accelerated by a negative high voltage applied to the sample substrate 9. In this example, the negative voltage applied to the sample substrate 9 was set to 3.5 keV. The secondary electrons 51 are accelerated, converged and deflected by the objective lens 16 and the ExB deflector 18, and collide with the reflecting plate 17. The reflecting plate 17 has a conical shape with a taper of 30 degrees integrated with a shield pipe for preventing the voltage applied to the detector from affecting the primary electron beam. The material is CuBeO, which has a secondary electron multiplication effect as a structure that emits secondary electrons about 5 times the number of irradiated electrons on average. When the accelerated secondary electrons 51 collide, second secondary electrons 52 having energy of several V to 50 eV are generated from the reflector 17. The second secondary electrons 52 are the secondary electron detector 20 and the secondary electron detector.
It is attracted to the front surface of the secondary electron detector 20 by the attraction electric field generated by the attraction electrode 53 attached to 20. In this embodiment, since the secondary electrons 51 generated on the surface of the sample substrate 9 are configured to be deflected by the ExB deflector 18 to the secondary electron detector 20 side by about 5 degrees, the voltage and magnetic field applied to the ExB deflector 18, The electrode spacing was set to 35 V, 1.0 × 10 ⁻⁶ T (Tesla), and 10 mm, respectively, when the negative high voltage applied to the sample substrate 9 was 3.5 keV. This electromagnetic field can be variably set in conjunction with a negative high voltage applied to the sample substrate 9. With the above configuration and conditions, a small angle deflection of about ~ 5 degrees and -3 applied to the sample substrate 9
The secondary electron 51 generated on the surface of the sample substrate 9 is allowed to pass through 95% or more when passing through the ExB deflector 18 by acceleration with a voltage of .5 keV and convergence by the objective lens. % Secondary electrons 51 were multiplied by about 5 times, and second secondary electrons 52 could be generated.

二次電子検出器20として、本実施例ではPIN型半導体検出器を用いた。PIN型半導
体検出器は通常のPN型半導体検出器よりも応答性が速く、逆バイアス電圧電源に
より逆バイアス電圧を印加することによりサンプリング周波数が〜100MHzの高周
波の二次電子信号を検出することができた。このPIN型半導体検出器20および検
出回路であるプリアンプ21、AD変換器22、光変換手段23を6keVにフローティング
し、吸引電極53は0Vに設定した。なお、PIN型半導体検出器20の有効な大きさは4
mm^□である。上記反射板17で生じた第二の二次電子52は、吸引電界によりPIN型
半導体検出器20に吸引され、高エネルギー状態でPIN型半導体検出器20に入射し
て表面層で一定のエネルギーを消失した後に電子正孔対を生成し、電流となって
電気信号に変換される。本実施例で用いたPIN型半導体検出器20は、信号検出感
度も非常に高く、表面層でのエネルギー損失を考慮すると、吸引電界により6keV
に加速されて入射した第二の二次電子52は約1000倍に増幅された電気信号になる
。この電気信号はプリアンプ21によりさらに増幅され、この増幅された信号（ア
ナログ信号）はAD変換器22によりデジタル信号に変換される。ここではAD変換器
22として12ビット、クロック周波数100MHzのものを用いた。そして、AD変換器22
の出力を各ビット毎に光変換手段23、伝送手段24、電気変換手段25をそれぞれ設
け、パラレルで伝送した。この構成によれば、個々の伝送手段はAD変換器22のク
ロック周波数と同じ伝送速度があれば良い。さて、光変換手段23により光デジタ
ル信号に変換された信号は、光伝送手段24により電気変換手段25へ伝送され、こ
こで光デジタル信号から再び電気信号に変換され、画像処理部5へ送られる。こ
のように光信号に変換してから伝送するのは、PIN型半導体検出器20から光変換
手段23までの構成要素が高電圧電源26により正の高電位にフローティングされて
いるからであり、本実施例の構成により、高電位レベルの信号をアースレベルの
信号に変換できる。また、本実施例では、光変換手段23として電気信号を光信号
に変換する発光素子を、伝送手段24として光信号を伝送する光ファイバケーブル
を、電気変換手段25として光信号を電気信号に変換する受光素子を用いた。光フ
ァイバケーブルは高絶縁材料で形成されているため、高電位レベルの信号をアー
ス電位レベルの信号に容易に変換できる。さらに、デジタル信号を光伝送してい
るため、光伝送時における信号の劣化が全くない。その結果、従来の技術である
アナログ信号を光伝送する構成と比べてノイズの影響の少ない画像を得ることが
できる。これらの構成により、PIN型半導体検出器20への第二の二次電子52の入
射電流が100nAの場合に、サンプリング周波数100MHzという高周波の二次電子信
号を信号SN比50以上で検出することができるようになった。 As the secondary electron detector 20, a PIN type semiconductor detector is used in this embodiment. PIN type semiconductor detectors are faster in response than normal PN type semiconductor detectors, and can detect high-frequency secondary electron signals with a sampling frequency of ~ 100MHz by applying a reverse bias voltage from a reverse bias voltage power supply. did it. The PIN-type semiconductor detector 20 and the preamplifier 21, AD converter 22, and light converting means 23, which are detection circuits, were floated to 6 keV, and the suction electrode 53 was set to 0V. The effective size of PIN type semiconductor detector 20 is 4
mm ^□ . The second secondary electrons 52 generated in the reflector 17 are attracted to the PIN semiconductor detector 20 by the attractive electric field, enter the PIN semiconductor detector 20 in a high energy state, and have a constant energy in the surface layer. After disappearing, electron-hole pairs are generated and converted into electric signals as current. The PIN type semiconductor detector 20 used in this example also has a very high signal detection sensitivity, and 6 keV due to the suction electric field, considering the energy loss in the surface layer.
The second secondary electrons 52 incident after being accelerated to become an electric signal amplified about 1000 times. This electric signal is further amplified by the preamplifier 21, and this amplified signal (analog signal) is converted into a digital signal by the AD converter 22. AD converter here
A 22-bit type having a 12-bit clock frequency of 100 MHz was used. And AD converter 22
The optical conversion means 23, the transmission means 24, and the electrical conversion means 25 are provided for each bit and transmitted in parallel. According to this configuration, each transmission means only needs to have the same transmission speed as the clock frequency of the AD converter 22. Now, the signal converted into the optical digital signal by the optical conversion means 23 is transmitted to the electrical conversion means 25 by the optical transmission means 24, where it is converted again from the optical digital signal to the electrical signal and sent to the image processing unit 5. . The reason for the transmission after the conversion to the optical signal is that the components from the PIN type semiconductor detector 20 to the optical conversion means 23 are floated to a positive high potential by the high voltage power supply 26. The configuration of the embodiment can convert a high potential level signal into a ground level signal. In this embodiment, the light converting means 23 converts a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal, the transmission means 24 converts an optical fiber cable that transmits the optical signal, and the electrical converting means 25 converts the optical signal into an electrical signal. A light receiving element was used. Since the optical fiber cable is made of a highly insulating material, a high potential level signal can be easily converted to a ground potential level signal. Further, since digital signals are optically transmitted, there is no signal degradation at the time of optical transmission. As a result, it is possible to obtain an image with less influence of noise as compared with a conventional technique for optically transmitting an analog signal. With these configurations, when the incident current of the second secondary electrons 52 to the PIN semiconductor detector 20 is 100 nA, a high-frequency secondary electron signal with a sampling frequency of 100 MHz can be detected with a signal SN ratio of 50 or more. I can do it now.

なお、上記の実施例では、半導体検出器20は逆バイアス電圧電源29により逆バイ
アス電圧を印加されていたが、逆バイアス電圧を印加しない構成にしても良い。
また、本実施例では半導体検出器20にPIN型半導体検出器を用いたが、他のタイ
プの半導体検出器、例えばショットキー型半導体検出器やアバランシェ型半導体
検出器等を用いても良い。また、応答性、感度等の条件を満たせば、MCP（マイ
クロチャネルプレート）を検出器として用いることも可能である。 In the above embodiment, the semiconductor detector 20 is applied with the reverse bias voltage by the reverse bias voltage power supply 29, but may be configured not to apply the reverse bias voltage.
In this embodiment, a PIN type semiconductor detector is used as the semiconductor detector 20, but other types of semiconductor detectors such as a Schottky type semiconductor detector and an avalanche type semiconductor detector may be used. Further, MCP (microchannel plate) can be used as a detector if conditions such as responsiveness and sensitivity are satisfied.

次に、前記回路パターン検査装置1により被検査試料9として製造過程のパターン
加工が施された半導体ウエハを検査した場合の作用について説明する。まず、図
1には記載されていないが、半導体ウエハ9の搬送手段により半導体ウエハは試料
交換室へロードされる。そこでこの半導体ウエハ9は試料ホルダに搭載され、保
持固定された後に真空排気され、試料交換室がある程度の真空度に達したら検査
のための検査室2に移載される。検査室2では、試料台30、X−Yステージ31、32、
回転ステージ33の上に試料ホルダごと載せられ、保持固定される。セットされた
半導体ウエハ9は、予め登録された所定の検査条件に基きX−Yステージ31、32のX
およびY方向の移動により光学顕微鏡部4の下の所定の第一の座標に配置され、モ
ニタ50により半導体ウエハ9上に形成された回路パターンの光学顕微鏡画像が観
察され、位置回転補正用に予め記憶された同じ位置の同等の回路パタ−ン画像と
比較され、第一の座標の位置補正値が算出される。次に第一の座標から一定距離
離れ第一の座標と同等の回路パタ−ンが存在する第二の座標に移動し、同様に光
学顕微鏡画像が観察され、位置回転補正用に記憶された回路パターン画像と比較
され、第二の座標の位置補正値および第一の座標に対する回転ずれ量が算出さ
れる。この算出された回転ずれ量分、回転ステージ33は回転し、その回転量を補
正する。なお、本実施例では回転ステージ33の回転により回転ずれ量を補正して
いるが、回転ステージ33無しで、算出された回転ずれの量に基き電子線の走査偏
向位置を補正する方法でも補正できる。この光学顕微鏡画像観察においては、光
学顕微鏡画像のみならず電子線画像でも観察可能な回路パターンが選定される。
また、今後の位置補正のために、第一の座標、光学顕微鏡画像観察による第一の
回路パターンの位置ずれ量、第二の座標、光学顕微鏡画像観察による第二の回路
パターンの位置ずれ量が記憶され、制御部6に転送される。 Next, the operation when the circuit pattern inspection apparatus 1 inspects a semiconductor wafer subjected to pattern processing in the manufacturing process as the sample 9 to be inspected will be described. First, figure
Although not described in FIG. 1, the semiconductor wafer is loaded into the sample exchange chamber by the transfer means of the semiconductor wafer 9. Therefore, the semiconductor wafer 9 is mounted on the sample holder, held and fixed, evacuated, and transferred to the inspection chamber 2 for inspection when the sample exchange chamber reaches a certain degree of vacuum. In laboratory 2, sample stage 30, XY stages 31, 32,
The sample holder is placed on the rotating stage 33 and held and fixed. The set semiconductor wafer 9 is subjected to X-Y stages 31, 32 based on predetermined inspection conditions registered in advance.
And the Y-direction movement are arranged at predetermined first coordinates under the optical microscope unit 4, and an optical microscope image of the circuit pattern formed on the semiconductor wafer 9 is observed by the monitor 50, and is previously corrected for position rotation correction. It is compared with the stored equivalent circuit pattern image at the same position, and the position correction value of the first coordinate is calculated. Next, the circuit moves to a second coordinate where a circuit pattern equivalent to the first coordinate exists at a certain distance from the first coordinate, and an optical microscope image is similarly observed, and the circuit stored for position rotation correction is stored. Compared with the pattern image, the position correction value of the second coordinate and the rotational deviation amount with respect to the first coordinate are calculated. The rotation stage 33 rotates by the calculated rotation deviation amount, and the rotation amount is corrected. In this embodiment, the rotational deviation amount is corrected by the rotation of the rotary stage 33. However, the rotational deviation can be corrected by a method of correcting the scanning deflection position of the electron beam based on the calculated rotational deviation amount without the rotary stage 33. . In this optical microscope image observation, a circuit pattern that can be observed not only with an optical microscope image but also with an electron beam image is selected.
Also, for future position correction, the first coordinate, the amount of displacement of the first circuit pattern by optical microscope image observation, the second coordinate, the amount of displacement of the second circuit pattern by optical microscope image observation Stored and transferred to the control unit 6.

さらに、光学顕微鏡による画像が用いられて、被検査半導体ウエハ9上に形成さ
れた回路パターンが観察され、半導体ウエハ9上の回路パターンのチップの位置
やチップ間の距離、あるいはメモリセルのような繰り返しパターンの繰り返しピ
ッチ等が予め測定され、制御部6に測定値が入力される。また、被検査半導体ウ
エハ9上における被検査チップおよびチップ内の被検査領域が光学顕微鏡の画像
から設定され、上記と同様に制御部6に入力される。光学顕微鏡の画像は、比較
的低い倍率によって観察が可能であり、また、被検査半導体ウエハ9の表面が例
えばシリコン酸化膜等により覆われている場合には下地まで透過して観察可能で
あるので、チップの配列やチップ内の回路パターンのレイアウトを簡便に観察す
ることができ、検査領域の設定を容易にできるためである。 Further, an image obtained by an optical microscope is used to observe a circuit pattern formed on the semiconductor wafer 9 to be inspected, and the position of the circuit pattern on the semiconductor wafer 9 and the distance between the chips, or the memory cell The repeat pitch of the repeat pattern is measured in advance, and the measured value is input to the control unit 6. Further, the chip to be inspected on the semiconductor wafer 9 to be inspected and the area to be inspected in the chip are set from the image of the optical microscope, and input to the control unit 6 in the same manner as described above. The image of the optical microscope can be observed at a relatively low magnification, and when the surface of the semiconductor wafer 9 to be inspected is covered with, for example, a silicon oxide film, it can be observed through the ground. This is because the arrangement of the chips and the layout of the circuit patterns in the chips can be easily observed, and the inspection area can be easily set.

以上のようにして光学顕微鏡部4による所定の補正作業や検査領域設定等の準備
作業が完了すると、Xステージ31およびYステージ32の移動により、半導体ウエハ
9が電子光学系3の下に移動される。半導体ウエハ9が電子光学系3の下に配置され
ると、上記光学顕微鏡部4により実施された補正作業や検査領域の設定と同様の
作業を電子線画像により実施する。この際の電子線画像の取得は、次の方法でな
される。上記光学顕微鏡画像による位置合せにおいて記憶され補正された座標値
に基き、光学顕微鏡部4で観察されたものと同じ回路パターンに、電子線19が走
査偏向器44によりXY方向に二次元に走査されて照射される。この電子線の二次元
走査により、被観察部位から発生する二次電子51が上記の二次電子検出のための
各部の構成および作用によって検出されることにより、電子線画像が取得される
。既に光学顕微鏡画像により簡便な検査位置確認や位置合せ、および位置調整が
実施され、且つ回転補正も予め実施されているため、光学画像に比べ分解能が高
く高倍率で高精度に位置合せや位置補正、回転補正を実施することができる。な
お、電子線19を試料9に照射すると、その箇所が帯電する。検査の際にその帯電
の影響を避けるために、上記位置回転補正あるいは検査領域設定等の検査前準備
作業において電子線19を照射する回路パターンは予め被検査領域外に存在する回
路パターンを選択するか、あるいは被検査チップ以外のチップにおける同等の回
路パターンを制御部6から自動的に選択できるようにしておく。これにより、検
査時に上記検査前準備作業により電子線19を照射した影響が検査画像に及ぶこと
は無い。 When the preparatory work such as the predetermined correction work and inspection area setting by the optical microscope unit 4 is completed as described above, the semiconductor wafer is moved by the movement of the X stage 31 and the Y stage 32.
9 is moved under the electron optical system 3. When the semiconductor wafer 9 is placed under the electron optical system 3, the correction work performed by the optical microscope unit 4 and the work similar to the setting of the inspection area are performed using the electron beam image. Acquisition of the electron beam image at this time is performed by the following method. Based on the coordinate values stored and corrected in the alignment by the optical microscope image, the electron beam 19 is scanned two-dimensionally in the XY direction by the scanning deflector 44 in the same circuit pattern as observed by the optical microscope unit 4. Is irradiated. By this two-dimensional scanning of the electron beam, the secondary electrons 51 generated from the site to be observed are detected by the configuration and operation of each part for detecting the secondary electrons, and an electron beam image is acquired. Simple inspection position confirmation, alignment, and position adjustment have already been performed using an optical microscope image, and rotation correction has also been performed in advance. Therefore, the resolution and resolution are higher than those of optical images, and high-precision alignment and position correction are possible. Rotation correction can be performed. When the sample 9 is irradiated with the electron beam 19, the portion is charged. In order to avoid the influence of the charging during the inspection, the circuit pattern that irradiates the electron beam 19 in the pre-inspection preparatory work such as position rotation correction or inspection area setting is selected in advance as the circuit pattern that exists outside the inspection area. Alternatively, an equivalent circuit pattern in a chip other than the chip to be inspected can be automatically selected from the control unit 6. As a result, the inspection image is not affected by the irradiation with the electron beam 19 by the pre-inspection preparatory work during the inspection.

次に、検査が実施される。検査時に被検査半導体ウエハ9に照射する電子線19の
条件は、以下の方法にて求めた。まず、一般に電子線画像におけるSN比は、試料
に照射する電子線の単位画素あたりの照射電子数Ｓの平方根と相関がある。画像
同士を比較検査する場合には、電子線画像のSN比は正常部と欠陥部の信号量を検
知できる値である必要があり、最低SN比は10以上が必要であり、好ましくは50以
上が必要である。前述のように、電子線画像のSN比は、試料に照射する電子線の
単位画素あたりの照射電子数Sの平方根と相関があるため、SN比10を得るために
は単一画素あたり少なくとも100個以上の電子が必要となり、SN比50を得るため
には少なくとも2500個以上の電子が照射されなくてはならない。 Next, an inspection is performed. The conditions of the electron beam 19 applied to the semiconductor wafer 9 to be inspected at the time of inspection were obtained by the following method. First, in general, the SN ratio in an electron beam image has a correlation with the square root of the number S of irradiated electrons per unit pixel of the electron beam irradiated on the sample. When comparing and inspecting images, the SN ratio of the electron beam image needs to be a value that can detect the signal amount of the normal part and the defective part, and the minimum SN ratio needs to be 10 or more, preferably 50 or more is required. As described above, the S / N ratio of the electron beam image has a correlation with the square root of the number of irradiation electrons S per unit pixel of the electron beam irradiated on the sample. Therefore, in order to obtain the S / N ratio of 10, at least 100 per single pixel. More than one electron is required, and in order to obtain an SN ratio of 50, at least 2500 electrons must be irradiated.

また、本発明の回路パターン検査方法を適用する主目的は、前述の通り光学式パ
ターン検査方法では検出が不可能な微小の欠陥を検知することであり、すなわち
微小な画素における画像間の差を認識する必要があった。これを達成するために
、本実施例では画素サイズを0.1μmとした。従って、最低限必要とされる単一画
素あたりの電子数と上記画素サイズから、必要とされる単位面積あたりの電子線
照射量は0.16μC／cm²になり、好ましくは4μC／cm²となる。この電子照射量を
通常のSEMの電子線電流（数pAから数百pA程度）により得ようとすると、例えば2
0pAの電子線電流によって1cm²の領域に0.16μC／cm²の電子を照射するには8000
秒を要し、さらに4μC／cm²の電子を照射するには20万秒を要する。しかしなが
ら、回路パターンの検査、例えば半導体ウエハの検査において要求される検査速
度は600s／cm²以下、好ましくは300s／cm²以下であり、これよりも検査時間が長
くなると半導体製造においては検査の実用性がきわめて低くなる。したがって、
これらの条件を満たし、実用的な検査時間で必要な電子線を試料に照射するため
には、電子線電流を最低でも270pA（1.6μC／cm²、600s／cm²）以上、好ましく
は13nA（4μC／cm²、300s／cm²）以上に設定する必要がある。そこで、本実施例
の回路パターンの検査方法では、13nA以上の大電流電子線を用いて一回の走査に
より電子線画像を形成することにした。 The main purpose of applying the circuit pattern inspection method of the present invention is to detect a minute defect that cannot be detected by the optical pattern inspection method as described above. That is, the difference between images in a minute pixel is detected. It was necessary to recognize. In order to achieve this, in this embodiment, the pixel size is set to 0.1 μm. Therefore, the number of electrons and the pixel size per single pixel is the minimum required, the electron beam irradiation amount per unit area required becomes 0.16μC / cm ^2, preferably of the 4μC / cm ² . If we try to obtain this electron irradiation amount by the electron beam current of ordinary SEM (several pA to several hundred pA), for example, 2
8000 to irradiate 0.16μC / cm ² electrons to 1cm ² area with 0pA electron beam current
It takes 200,000 seconds to irradiate 4 μC / cm ² of electrons. However, inspection of the circuit pattern, for example, inspection speed required in the inspection of the semiconductor wafer 600s / cm ² or less, preferably 300 s / cm ² or less, practical tests in semiconductor manufacturing the inspection time than this longer The sex becomes very low. Therefore,
In order to satisfy these conditions and irradiate the sample with the necessary electron beam within a practical inspection time, the electron beam current must be at least 270 pA (1.6 μC / cm ² , 600 s / cm ² ), preferably 13 nA ( 4 μC / cm ² , 300 s / cm ² ) or more is necessary. Therefore, in the circuit pattern inspection method of this embodiment, an electron beam image is formed by a single scan using a high-current electron beam of 13 nA or more.

そして、通常のSEMに比べ約100倍以上の大電流（270nA以上、好ましくは13nA以
上）の電子線を用いてただ一回の走査によって電子線画像を形成することは、検
査速度の点から必要とされるだけでなく、以下に述べる理由により、下地膜ある
いは表面パターンが絶縁材料により形成された回路パターンを検査するのに特に
必要であることが本発明により究明された。 And, it is necessary from the point of inspection speed to form an electron beam image by a single scan using an electron beam of about 100 times larger current (270 nA or more, preferably 13 nA or more) compared with a normal SEM. In addition to the above, it has been found by the present invention that the underlying film or surface pattern is particularly necessary for inspecting a circuit pattern formed of an insulating material for the following reasons.

絶縁材料を有する回路パターンの電子線画像を通常のSEMにより取得すると、帯
電の影響により実際の形状とは異なる電子線画像が得られたり、視野倍率により
コントラストがまったく異なることが多い。これは、微弱な電子線電流（数pAか
ら数百pA）を局所的に繰り返し走査することにより、あるいは視野倍率を変える
際に焦点や非点補正のために画像形成に必要な電子線量以上に電子線を局所的に
走査することにより、電子線照射量がある一ヶ所に集中して照射され、その部分
の帯電が不均等になるためである。その結果、絶縁材料で形成されたパターンの
電子線画像の品質は、視野により全く異なってしまうので、このような画像は電
子線画像を比較する検査には適用できない。従って、絶縁材料を有する回路パタ
ーンについても導電性の材料の回路パターンと同様に検査できるようにするため
に、通常のSEMに比べ約100倍以上の大電流電子線を用いて一回の走査により電子
線画像を形成することとした。すなわち、本実施例では、単位面積あたり、およ
び単位時間あたりの試料への電子線照射量が一定であって、比較検査を行うのに
足る画質を形成するために必要な電子線量により、しかも、半導体ウエハ等の検
査方法の実用性に適した走査速度により、電子線を一回走査することで電子線画
像を取得することとした。そして、上記のように通常のSEMに比べ約100倍以上の
大電流電子線を用いて一回の走査により絶縁材料を有する回路パターンの電子線
画像を取得したところ、一視野内の電子線画像を構成する各種回路パターンの構
成材料や構造に依存して帯電量や画像のコントラストがそれぞれ異なること、同
種の材料の同等のパターン同士では同様な画像コントラストが得られることを確
認した。なお、大電流電子線による走査は本実施例では一回のみとしているが、
実質的に前述の作用が実現される範囲で数回の場合も有り得る。 When an electron beam image of a circuit pattern having an insulating material is acquired by a normal SEM, an electron beam image different from the actual shape is obtained due to the effect of charging, and the contrast is often completely different depending on the field magnification. This is because the weak electron beam current (several pA to several hundred pA) is repeatedly scanned locally or when the field magnification is changed, the electron dose exceeds the electron dose required for image formation for focus and astigmatism correction. This is because by locally scanning the electron beam, the electron beam irradiation amount is concentrated and irradiated at one place, and the charging of the portion becomes uneven. As a result, since the quality of the electron beam image of the pattern formed of the insulating material is completely different depending on the field of view, such an image cannot be applied to the inspection for comparing the electron beam images. Therefore, a circuit pattern having an insulating material can be inspected in the same manner as a circuit pattern made of a conductive material, so that a single scan is performed using a high-current electron beam that is approximately 100 times more than a normal SEM. An electron beam image was formed. That is, in this example, the electron beam irradiation amount to the sample per unit area and per unit time is constant, and the electron dose necessary to form an image quality sufficient to perform a comparative inspection, The electron beam image was acquired by scanning the electron beam once at a scanning speed suitable for the practicality of the inspection method for a semiconductor wafer or the like. Then, as described above, an electron beam image of a circuit pattern having an insulating material was obtained by a single scan using a high-current electron beam about 100 times or more compared to a normal SEM. It was confirmed that the charge amount and image contrast differ depending on the constituent materials and structures of the various circuit patterns constituting the same, and that similar image contrast can be obtained between equivalent patterns of the same type of material. In addition, although scanning with a large current electron beam is performed only once in this embodiment,
There may be several times as long as the above-described operation is substantially realized.

図3（ａ）、図3（ｂ）、図3（ｃ）に試料のある点Ｐに電子線を照射した場合の
二次電子発生効率及び帯電の程度を模式的に示した。図3（ａ）の縦軸は試料に
照射される一次電子線の相対的な強度を、横軸は時間および距離を示す。図3（
ｂ）の縦軸は相対的な試料の帯電の程度を、横軸は時間を示す。図3（ｃ）の縦
軸は発生する二次電子の相対的な量を、横軸は時間を示す。これまでに述べてき
た本発明の検査方法で電子線を試料に照射すると、電子線は高速で点Ｐを走査し
通過する。10nsの間に電子線の強度の比較的大きい部分が点Ｐを通過する。本実
施例では電子線の走査速度を100MHz/画素に設定しているため、この10nsは1画素
に相当する。また、本実施例では1画素を0.1μm^□にしているので、この10nsは0
.1μmに相当する。試料上点Ｐでは、図3（ａ）のタイミングで試料に電子線が照
射されると、図3（ｂ）に示すように試料が帯電する。帯電の程度および時間経
過による放電の程度は試料の材質により異なる。試料が絶縁物の場合は、電子線
が通過した後にも帯電が残存し、長時間経過しないと放電されないものもある。
図3（ｃ）に示したように、試料に一次電子線が照射された瞬間より、二次電子
が発生する。該二次電子の発生量は、材料毎に決まる二次電子発生効率と、図3
（ｂ）に示した帯電の程度に依存するので、例えば1回目の走査では図３（ｃ）
に示す二次電子量が発生し、2回目の走査において帯電の程度が1回目の程度と異
なる場合には、二次電子の発生量も異なる。 3 (a), 3 (b), and 3 (c) schematically show the efficiency of secondary electron generation and the degree of charging when an electron beam is applied to a point P on the sample. In FIG. 3A, the vertical axis indicates the relative intensity of the primary electron beam irradiated on the sample, and the horizontal axis indicates time and distance. Figure 3
The vertical axis of b) shows the degree of relative charging of the sample, and the horizontal axis shows time. In FIG. 3C, the vertical axis indicates the relative amount of secondary electrons generated, and the horizontal axis indicates time. When the sample is irradiated with an electron beam by the inspection method of the present invention described so far, the electron beam scans and passes through the point P at high speed. A portion having a relatively high intensity of the electron beam passes through the point P during 10 ns. In this embodiment, since the scanning speed of the electron beam is set to 100 MHz / pixel, this 10 ns corresponds to one pixel. In this embodiment, one pixel is set to 0.1 μm ^□ , so this 10 ns is 0
Corresponds to .1μm. At the upper point P of the sample, when the sample is irradiated with an electron beam at the timing of FIG. 3A, the sample is charged as shown in FIG. The degree of charging and the degree of discharge over time vary depending on the material of the sample. In the case where the sample is an insulator, the charge remains even after the electron beam passes, and there are some samples that do not discharge unless a long time has passed.
As shown in FIG. 3C, secondary electrons are generated from the moment when the primary electron beam is irradiated onto the sample. The amount of secondary electrons generated depends on the secondary electron generation efficiency determined for each material, and FIG.
Since it depends on the degree of charging shown in (b), for example, in the first scanning, FIG.
When the amount of secondary electrons shown in FIG. 2 is generated and the degree of charging in the second scan is different from that in the first scan, the amount of secondary electrons generated is also different.

次に、電子線画像のコントラストに影響する照射条件について述べる。電子線画
像のコントラストは、試料に照射した電子線により発生し検出される二次電子の
量により形成され、例えば材料等の相違により二次電子の発生量が異なることに
より明るさの差となる。図４（ａ）と図４（ｂ）は、電子線照射条件のコントラ
ストへの影響を示すグラフであり、図４（ａ）は照射条件が適切な場合を示し図
４（ｂ）は照射条件が不適切な場合を示している。また、縦軸は画像の明るさと
相関が大である帯電の程度、横軸には電子線の照射時間である。実線Ａは、試料
にホトレジストを用いた場合、点線Ｂは試料に配線材料を用いた場合である。 Next, irradiation conditions affecting the contrast of the electron beam image will be described. The contrast of the electron beam image is formed by the amount of secondary electrons generated and detected by the electron beam irradiated on the sample. For example, the difference in brightness is caused by the difference in the amount of secondary electrons generated due to the difference in materials. . 4 (a) and 4 (b) are graphs showing the influence of the electron beam irradiation condition on the contrast, FIG. 4 (a) shows a case where the irradiation condition is appropriate, and FIG. 4 (b) shows the irradiation condition. Indicates an inappropriate case. The vertical axis represents the degree of charging having a large correlation with the brightness of the image, and the horizontal axis represents the electron beam irradiation time. A solid line A indicates a case where a photoresist is used for the sample, and a dotted line B indicates a case where a wiring material is used for the sample.

図４（ａ）より、照射時間が少ない時間領域Ｃでは各材料の明るさ変動が少なく
、照射時間が比較的多くなってくる時間領域Ｄだと照射時間による明るさの変化
が大きくなり、最終的に照射時間が多い時間領域Ｅでは再び照射時間による明る
さ変動が少なくなる。また、図４（ｂ）より、照射条件が適切でない場合には、
照射時間が少ない時間領域Ｃにおいても、照射時間に対する明るさ変動が大きく
、安定した画像を得るのが困難である。従って、高速に且つ安定した電子線画像
を取得するためには図４（ａ）の照射条件にて画像を取得することが重要である
。 As shown in FIG. 4A, in the time region C in which the irradiation time is short, the brightness fluctuation of each material is small, and in the time region D in which the irradiation time is relatively large, the change in brightness due to the irradiation time becomes large. In particular, in the time region E in which the irradiation time is long, the brightness fluctuation due to the irradiation time is reduced again. Also, from FIG. 4B, when the irradiation conditions are not appropriate,
Even in the time region C where the irradiation time is short, the brightness variation with respect to the irradiation time is large, and it is difficult to obtain a stable image. Therefore, in order to acquire a high-speed and stable electron beam image, it is important to acquire the image under the irradiation conditions shown in FIG.

上記電子線の試料への照射条件としては、単位面積あたりの電子線の照射量、電
子線電流値、電子線の走査速度、試料に照射する電子線の照射エネルギーが挙げ
られる。そのため、これらパラメータは回路パターンの形状や材料毎にその最適
値を求める必要がある。そのためには、試料に照射する電子線の照射エネルギー
を自由に調整制御する必要がある。そのため、前述のように本実施例では試料で
ある半導体ウエハ9に高圧電源36により一次電子を減速するための負の電圧を印
加し、この電圧を調整することにより電子線19の照射エネルギーを適宜調整でき
るように構成している。これにより、電子銃10に印加する加速電圧を変化させる
場合には電子線19の軸変化が発生し各種調整が必要になるのに対し、本実施例で
はそのような調整を行わずに同様の効果を得ることができる。 Examples of the irradiation condition of the electron beam to the sample include an electron beam irradiation amount per unit area, an electron beam current value, an electron beam scanning speed, and an electron beam irradiation energy applied to the sample. Therefore, it is necessary to obtain optimum values for these parameters for each shape and material of the circuit pattern. For this purpose, it is necessary to freely adjust and control the irradiation energy of the electron beam applied to the sample. Therefore, as described above, in this embodiment, a negative voltage for decelerating primary electrons is applied to the semiconductor wafer 9 as a sample by the high voltage power source 36, and the irradiation energy of the electron beam 19 is appropriately adjusted by adjusting this voltage. It is configured to be adjustable. As a result, when the acceleration voltage applied to the electron gun 10 is changed, the axis change of the electron beam 19 occurs and various adjustments are necessary. In the present embodiment, the same adjustment is made without performing such adjustments. An effect can be obtained.

次に、本発明の検査を行うための電子線画像を形成する電子線19の走査方法につ
いて述べる。通常のSEMでは、ステージが静止した状態で電子線を二次元に走査
し、ある領域の画像を形成する。この方法によると、広領域をくまなく検査する
場合には、画像取得領域毎に、静止して電子線を走査する時間の他に、移動時間
としてステージの加速・減速・位置整定を加算した時間がかかる。そのため、検
査時間全体では長時間を要してしまう。そのため、本発明では、ステージを一方
向に連続的に定速で移動しながら、電子線をステージ移動方向と直交または交叉
する向きに高速に一方向に走査することにより、被検査領域の画像を取得する検
査方法を用いた。これにより、所定距離の一走査幅分の電子線取得時間は、所定
距離をステージが移動する時間のみとなる。 Next, a scanning method of the electron beam 19 for forming an electron beam image for performing the inspection of the present invention will be described. In a normal SEM, an electron beam is scanned two-dimensionally with a stage stationary, and an image of a certain area is formed. According to this method, when inspecting the entire wide area, in addition to the time required to scan and scan the electron beam for each image acquisition area, the time obtained by adding stage acceleration / deceleration / position settling as the movement time It takes. Therefore, it takes a long time for the entire inspection time. Therefore, in the present invention, while moving the stage continuously in one direction at a constant speed, the electron beam is scanned in one direction at a high speed in a direction orthogonal to or intersecting the stage moving direction, thereby obtaining an image of the region to be inspected. The acquired inspection method was used. Thereby, the electron beam acquisition time for one scanning width of the predetermined distance is only the time for the stage to move the predetermined distance.

図５（ａ）には、上記方法によりYステージ32がY方向に連続して定速移動してい
る際に電子線19が走査する方法の一例を示している。電子線19を走査偏向器44に
より走査する際に、実線で示した一方向のみ電子線を試料である半導体ウエハ9
に照射し、破線で示した電子線の振り戻しの間は半導体ウエハ9に電子線19が照
射されないようにブランキングすることにより、半導体ウエハ9上に空間的、時
間的に均一に電子線を照射することができる。ブランキングは、ブランキング用
偏向器13により電子線19を偏向して、絞り14を通過しないようにすることにより
実施される。 FIG. 5A shows an example of a method in which the electron beam 19 scans when the Y stage 32 moves continuously at a constant speed in the Y direction by the above method. When the electron beam 19 is scanned by the scanning deflector 44, the semiconductor wafer 9 as a sample is irradiated with the electron beam only in one direction indicated by the solid line.
The electron beam 19 is blanked so that the electron beam 19 is not irradiated on the semiconductor wafer 9 during the swinging back of the electron beam indicated by the broken line. Can be irradiated. Blanking is performed by deflecting the electron beam 19 by the blanking deflector 13 so as not to pass through the diaphragm 14.

図５（ｂ）には、別の走査方法の一例として、電子線19が等速度で往復走査する
方法を示している。電子線19が一端かた他端まで等速度で走査されると、X−Yス
テージ31、32が一ピッチ送られ、電子線が反対の向きに元の端まで等速度で走査
される。この方法の場合には、電子線の振り戻し時間を省略することができる。 FIG. 5B shows a method in which the electron beam 19 reciprocates at a constant speed as an example of another scanning method. When the electron beam 19 is scanned from one end to the other end at a constant speed, the XY stages 31 and 32 are sent by one pitch, and the electron beam is scanned in the opposite direction to the original end at a constant speed. In the case of this method, the time for returning the electron beam can be omitted.

なお、電子線が照射されている領域または位置は、X−Yステージ31、32に設置さ
れた位置モニタ用測長器34の測定データが時々刻々と制御部6に転送されること
により、詳細に把握される。本実施例ではレーザ干渉計を採用している。同様に
、電子線19が照射されている領域あるいは位置の高さの変動は、光学式高さ測定
器35の測定データが時々刻々と制御部6に転送されることにより詳細に把握され
る。これらのデータに基き、電子線の照射位置や焦点位置のずれを演算し、補正
制御回路43によりこれらの位置ずれを自動的に補正する。従って、高精度で精密
な電子線の操作法方が確保される。 The area or position where the electron beam is irradiated is detailed by measuring data from the position monitor length measuring device 34 installed on the XY stages 31 and 32 to the control unit 6 every moment. To be grasped. In this embodiment, a laser interferometer is employed. Similarly, the variation in the height of the region or position irradiated with the electron beam 19 is grasped in detail by measuring data from the optical height measuring device 35 being transferred to the control unit 6 every moment. Based on these data, deviations in the electron beam irradiation position and focal position are calculated, and these deviations are automatically corrected by the correction control circuit 43. Therefore, a highly accurate and precise electron beam operation method is ensured.

以上の電子線19の走査方法により、試料である半導体ウエハ9の全面あるいは予
め設定した検査領域に電子線が照射され、前述した原理により二次電子51が発生
し、前述した方法により二次電子51、52が検出される。前述の各部の構成および
その作用により、良質の画像を得ることができる。例えば、前述の構成および方
法で反射板17に照射することにより約20倍の二次電子増倍効果を得ることができ
るとともに、従来の方法よりも一次電子線への収差の影響を抑制することができ
る。また、同様の構成でExB偏向器にかける電磁界を調節することにより、半導
体ウエハ9表面から発生した反射電子を二次電子と同様に反射板17に照射して得
られた第二の二次電子52を検出することも容易に行える。また、ExB偏向器18の
電界および磁界を、試料に印加する負の高電圧に連動して調整制御することで、
試料毎に異なる照射条件においても二次電子を効率良く検出できる。また、半導
体検出器20を用いて二次電子を検出し、検出された画像信号を検出直後にデジタ
ル化してから光伝送する方法により、各種変換・伝送において発生するノイズの
影響を小さくし、SN比の高い画像信号データを得ることができる。検出した信号
から電子線画像を形成する過程においては、画像処理部5が制御部6から指定され
た電子線照射位置の所望の画素に、対応した時間毎の検出信号を、その信号レベ
ルに応じた明るさ階調値として第一の記憶部46または第二の記憶部47に逐次記憶
させる。電子線照射位置と、検出時間で対応つけられた二次電子量が対応される
ことにより、試料回路パターンの電子線画像が二次元的に形成される。このよう
にして、高精度でSN比の高い良質な電子線画像を取得できるようになった。なお
、本実施例では試料から発生する二次電子を検出する検査方法及び装置について
記載してきたが、試料からは二次電子と同時に後方散乱電子や反射電子が発生す
る。二次電子とともにこれらの二次荷電粒子についても同様に電子線画像信号と
して検出することができる。 By the electron beam 19 scanning method described above, the entire surface of the semiconductor wafer 9 as a sample or a predetermined inspection region is irradiated with an electron beam, and secondary electrons 51 are generated according to the above-described principle. 51 and 52 are detected. A good-quality image can be obtained by the configuration and operation of the above-described units. For example, by irradiating the reflector 17 with the above-described configuration and method, a secondary electron multiplication effect of about 20 times can be obtained, and the influence of aberration on the primary electron beam can be suppressed more than the conventional method. Can do. Further, by adjusting the electromagnetic field applied to the ExB deflector with the same configuration, the second secondary obtained by irradiating the reflector 17 with the reflected electrons generated from the surface of the semiconductor wafer 9 in the same manner as the secondary electrons. The electrons 52 can be easily detected. In addition, by adjusting and controlling the electric field and magnetic field of the ExB deflector 18 in conjunction with the negative high voltage applied to the sample,
Secondary electrons can be detected efficiently even under different irradiation conditions for each sample. In addition, by detecting the secondary electrons using the semiconductor detector 20, digitizing the detected image signal immediately after detection, and then transmitting the light, the effect of noise generated in various conversions / transmissions is reduced, and SN Image signal data with a high ratio can be obtained. In the process of forming an electron beam image from the detected signal, the image processing unit 5 applies a detection signal corresponding to the time to the desired pixel at the electron beam irradiation position designated by the control unit 6 according to the signal level. The brightness gradation value is sequentially stored in the first storage unit 46 or the second storage unit 47. By associating the electron beam irradiation position with the amount of secondary electrons associated with the detection time, an electron beam image of the sample circuit pattern is formed two-dimensionally. In this way, a high-quality electron beam image with high accuracy and high SN ratio can be acquired. In this embodiment, an inspection method and apparatus for detecting secondary electrons generated from a sample have been described. However, backscattered electrons and reflected electrons are generated simultaneously with secondary electrons from the sample. These secondary charged particles as well as secondary electrons can be detected as electron beam image signals in the same manner.

画像処理部5へ画像信号が転送されると、第一の領域の電子線画像が第一記憶部4
6に記憶される。演算部48は、この記憶された画像信号をもう一方の記憶部の画
像信号との位置合せ、信号レベルの規格化、ノイズ信号を除去するための各種画
像処理を施す。続いて、第二の領域の電子線画像が第二記憶部47に記憶され、同
様の演算処理を施されながら、第二の領域の電子線画像と第一の電子線画像の同
一の回路パターンおよび場所の画像信号を比較演算する。欠陥判定部49は、演算
部48にて比較演算された差画像信号の絶対値を所定のしきい値と比較し、所定の
しきい値よりも差画像信号レベルが大きい場合にその画素を欠陥候補と判定し、
モニタ50にその位置や欠陥数等を表示する。次いで、第三に領域の電子線画像が
第一記憶部46に記憶され、同様の演算を施されながら先に第二記憶部47に記憶さ
れた第二の領域の電子線画像と比較演算され、欠陥判定される。以降、この動作
が繰り返されることにより、すべての検査領域について画像処理が実行されてい
く。 When the image signal is transferred to the image processing unit 5, the electron beam image in the first area is displayed in the first storage unit 4.
Memorized in 6. The calculation unit 48 aligns the stored image signal with the image signal of the other storage unit, normalizes the signal level, and performs various image processes for removing the noise signal. Subsequently, the electron beam image of the second region is stored in the second storage unit 47, and the same circuit pattern is used for the electron beam image of the second region and the first electron beam image while performing the same calculation process. And the image signal of the place is compared and calculated. The defect determination unit 49 compares the absolute value of the difference image signal calculated by the calculation unit 48 with a predetermined threshold value. If the difference image signal level is greater than the predetermined threshold value, the defect determination unit 49 determines that the pixel is defective. Judge as a candidate,
The position and the number of defects are displayed on the monitor 50. Next, the electron beam image of the third region is stored in the first storage unit 46 and compared with the electron beam image of the second region previously stored in the second storage unit 47 while performing the same calculation. The defect is determined. Thereafter, by repeating this operation, image processing is executed for all inspection regions.

前述の検査方法により、高精度で良質な電子線画像を取得し比較検査することに
より、微細な回路パターン上に発生した微小な欠陥を、実用性に則した検査時間
で検出することができる。また、電子線を用いて画像を取得することにより、光
学式パターン検査方法では光が透過してしまい検査できなかったシリコン酸化膜
やレジスト膜で形成されたパターンやこれらの材料の異物・欠陥が検査できるよ
うになる。さらに、回路パターンを形成している材料が絶縁物の場合にも安定し
て検査を実施することができる。 By acquiring a high-accuracy and high-quality electron beam image by the above-described inspection method and performing a comparative inspection, it is possible to detect a minute defect generated on a fine circuit pattern in an inspection time according to practicality. In addition, by acquiring an image using an electron beam, the optical pattern inspection method transmits light, and patterns formed with a silicon oxide film or a resist film that cannot be inspected, and foreign materials / defects of these materials can be detected. Can be inspected. Furthermore, even when the material forming the circuit pattern is an insulator, the inspection can be performed stably.

（実施例2）
本実施例では、本発明の回路パターン検査装置1および方法を用いて半導体ウエ
ハを検査した適用例について述べる。図６は半導体装置の製造プロセスを示して
いる。図６に示すように、半導体装置は多数のパターン形成工程を繰り返してい
る。パターン形成工程は、大まかに、成膜・感光レジスト塗布・感光・現像・エ
ッチング・レジスト除去・洗浄の各ステップにより構成されている。この各ステ
ップにおいて加工のための製造条件が最適化しされていないと基板上に形成する
半導体装置の回路パターンが正常に形成されない。図７（ａ）および図７（ｂ）
に製造過程における半導体ウエハ上に形成された回路パターンの概略を示す。図
７（ａ）は正常に加工された回路パターン、図７（ｂ）は加工不良が発生したパ
ターンを示す。例えば図６の成膜過程で異常が発生するとパーティクルが発生し
、半導体ウエハ表面に付着し、図７（ｂ）中の孤立欠陥等になる。また、感光時
に感光のための露光装置の焦点や露光時間等の条件が最適でないと、レジストの
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７（ｂ）中の
ショートや断線、パターン細りとなる。感光時のマスク・レチクルに欠陥がある
と、感光単位であるショット毎に同一箇所に同様のパターン形状異常が発生する
。またエッチング量が最適化されていない場合およびエッチング途中に生成され
た薄膜やパーティクルにより、ショートや突起、孤立欠陥、開口不良等が発生す
る。洗浄時には、洗浄層の汚れや剥離した膜や異物の再付着により微小なパーテ
ィクルが発生し、乾燥時の水切れ条件により表面に酸化膜の厚さむらを発生し易
い。 (Example 2)
In this embodiment, an application example in which a semiconductor wafer is inspected using the circuit pattern inspection apparatus 1 and method of the present invention will be described. FIG. 6 shows a semiconductor device manufacturing process. As shown in FIG. 6, the semiconductor device repeats a number of pattern forming steps. The pattern forming process is roughly composed of steps of film formation, photosensitive resist application, photosensitivity, development, etching, resist removal, and cleaning. If the manufacturing conditions for processing are not optimized in each step, the circuit pattern of the semiconductor device formed on the substrate cannot be formed normally. 7 (a) and 7 (b)
Shows an outline of the circuit pattern formed on the semiconductor wafer in the manufacturing process. FIG. 7A shows a normally processed circuit pattern, and FIG. 7B shows a pattern in which a processing defect has occurred. For example, when an abnormality occurs in the film forming process of FIG. 6, particles are generated and adhere to the surface of the semiconductor wafer, resulting in an isolated defect or the like in FIG. Also, if the conditions such as the focus of the exposure apparatus for exposure and the exposure time are not optimal at the time of exposure, there are places where the amount or intensity of the light irradiated by the resist is excessive or insufficient, and FIG. It becomes short inside, disconnection, and pattern thinning. If there is a defect in the mask / reticle at the time of exposure, the same pattern shape abnormality occurs at the same location for each shot which is a photosensitive unit. In addition, when the etching amount is not optimized and a thin film or particles generated during the etching, a short circuit, a protrusion, an isolated defect, an opening defect, or the like occurs. At the time of cleaning, fine particles are generated due to dirt on the cleaning layer, detached film, and reattachment of foreign matter, and the thickness of the oxide film is likely to be uneven on the surface due to water draining conditions during drying.

従って、実施例１の回路パターン検査方法および装置1を半導体装置の製造プロ
セスに適用することにより、異常の発生を高精度且つ早期に検知することができ
、当該工程に異常対策処置を講ずることができ、これらの不良が発生しないよう
加工条件を最適化することができるようになる。例えば、現像工程後に回路パタ
ーン検査工程が実施されて、ホトレジストパターンの欠陥や断線が検出された場
合には、感光工程の露光装置の露光条件や焦点条件が最適でないという事態が推
定され、焦点条件あるいは露光量の調整等によってこれらの条件が即座に改善さ
れる。また、これらの欠陥が各ショット間で共通して発生しているか否かを欠陥
分布から調べることにより、パターン形成に用いられているホトマスク・レチク
ルの欠陥が推定され、ホトマスク・レチクルの検査や交換がいち早く実施される
。その他の工程についても同様であり、本発明の回路パターンの検査方法および
装置を適用し、検査工程を実施することにより、各種欠陥が検出され、検出され
た欠陥の内容によって各製造工程の異常の原因が推定される。 Therefore, by applying the circuit pattern inspection method and the apparatus 1 of the first embodiment to the semiconductor device manufacturing process, the occurrence of abnormality can be detected with high accuracy and at an early stage, and countermeasures for abnormality can be taken in the process. This makes it possible to optimize the processing conditions so that these defects do not occur. For example, when a circuit pattern inspection process is performed after the development process, and a defect or disconnection in the photoresist pattern is detected, it is estimated that the exposure condition or focus condition of the exposure apparatus in the photosensitive process is not optimal. Alternatively, these conditions are immediately improved by adjusting the exposure amount. In addition, by examining the defect distribution to determine whether or not these defects occur in common between shots, defects in the photomask / reticle used for pattern formation are estimated, and inspection / replacement of the photomask / reticle is performed. Will be implemented as soon as possible. The same applies to other processes, and by applying the circuit pattern inspection method and apparatus of the present invention and carrying out the inspection process, various defects are detected, and abnormalities in each manufacturing process are detected depending on the contents of the detected defects. The cause is presumed.

このように半導体装置の製造過程において回路パターン検査方法および装置1を
インラインで実施することにより、各種製造条件の変動や異常発生を検査実時間
内に検知することができるため、多量の不良発生を未然に防ぐことができる。ま
た、回路パターンの検査方法および装置を適用し、検出された欠陥の程度や発生
頻度等から当該半導体装置全体の良品取得率を予測することができ、半導体装置
の生産性を高めることができるようになる。 In this way, by implementing the circuit pattern inspection method and the apparatus 1 in-line in the semiconductor device manufacturing process, it is possible to detect variations in various manufacturing conditions and occurrences of abnormalities within the inspection real time, so a large number of defects are generated. It can be prevented in advance. In addition, by applying the circuit pattern inspection method and apparatus, the non-defective product acquisition rate of the entire semiconductor device can be predicted from the degree and occurrence frequency of detected defects, and the productivity of the semiconductor device can be improved. become.

（実施例３）
本発明の第３の実施例では、図８に示すように電子光学系3内の対物レンズ16を
二次電子検出器20の上方に設置し、その他の検査装置の構成は、第1の実施例と
同様に構成した。図８にこの回路パターン検査装置の検査室2内の拡大部分図を
示す。以下、第３の実施例の構成による作用について説明する。第１の実施例と
同様の方法で、電子線19を試料被検査基板9に照射する。試料被検査基板9には、
第１の実施例と同様に、負の高電圧が印加されている。本実施例では、この試料
被検査基板9に印加する一次電子減速のための負の電圧を-3.5keVに設定した。電
子線照射により、既に述べた作用で試料基板9表面から二次電子51が発生する。
試料基板9表面で発生した二次電子51は、試料基板9に印加された負の電圧により
、急激に3.5keVに加速されるので、基板表面9で発生した二次電子51の方向はそ
ろっており、反射板17へ衝突するときの加速された二次電子51の広がりは数mm程
度と小さいため、この二次電子51を対物レンズ16で収束させなくても検出効率は
低下しない。従って、一次電子線19のみを収束させる位置に対物レンズ16を配置
する本実施例の構成においても、加速された二次電子51が反射板17に衝突し発生
する第二の二次電子52を高い効率で検出し信号化することができるので、良質な
電子線画像を取得することができる。本実施例によれば、対物レンズ16の焦点距
離が第１の実施例に比べて長くなるので、その結果、一次電子線19を第１の実施
例に比べて大きく偏向しても、分解能や精度を維持できる。その他の構成および
作用については、第１の実施例と同様であるので、ここでは省略する。 (Example 3)
In the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, the objective lens 16 in the electron optical system 3 is installed above the secondary electron detector 20, and the configuration of the other inspection devices is the same as that of the first embodiment. The configuration was the same as the example. FIG. 8 shows an enlarged partial view of the inside of the inspection room 2 of this circuit pattern inspection apparatus. The operation of the configuration of the third embodiment will be described below. The sample substrate 9 is irradiated with the electron beam 19 by the same method as in the first embodiment. Sample inspection substrate 9 includes
Similar to the first embodiment, a negative high voltage is applied. In this example, the negative voltage for primary electron deceleration applied to the sample substrate 9 was set to -3.5 keV. Due to the electron beam irradiation, secondary electrons 51 are generated from the surface of the sample substrate 9 by the action described above.
Since the secondary electrons 51 generated on the surface of the sample substrate 9 are rapidly accelerated to 3.5 keV by the negative voltage applied to the sample substrate 9, the directions of the secondary electrons 51 generated on the substrate surface 9 are aligned. Since the spread of the accelerated secondary electrons 51 when colliding with the reflector 17 is as small as several millimeters, the detection efficiency does not decrease even if the secondary electrons 51 are not converged by the objective lens 16. Therefore, even in the configuration of the present embodiment in which the objective lens 16 is disposed at a position where only the primary electron beam 19 is converged, the second secondary electrons 52 generated by the collision of the accelerated secondary electrons 51 with the reflecting plate 17 are generated. Since it can be detected and converted into a signal with high efficiency, a high-quality electron beam image can be acquired. According to this embodiment, the focal length of the objective lens 16 is longer than that of the first embodiment. As a result, even if the primary electron beam 19 is largely deflected compared to the first embodiment, the resolution or Accuracy can be maintained. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and are omitted here.

（実施例４）
第４の実施例として、反射板17の形状を湾曲させて構成し、その他を第１の実施
例と同様にして構成した。図９に反射板部の構造を示す拡大部分図を示す。本実
施例では、シールドパイプと一体化した反射板17の形状が湾曲しているので、試
料基板9に電子線19を照射し、試料基板9表面で発生した二次電子51が、試料基板
9に印加した負の高電圧により加速されて、ExB偏向器18により偏向され、反射板
17に照射する際に、反射板17の位置に応じて第二の二次電子52が発生する角度が
変化し、その結果、反射板17のいずれの場所に当たって生じた第二の二次電子52
をも半導体検出器20で補足することが容易になる。従って、ExB偏向器18により
加速された二次電子51を偏向する際に、その偏向角度の選択幅が広がるとともに
、試料基板9表面で発生した二次電子51の発生角度が広がっていても高い効率で
信号を検出することができるので、良質な電子線画像を得ることができる。その
他の構成および作用については、第１の実施例と同様であるので、ここでは省略
する。 Example 4
In the fourth embodiment, the shape of the reflector 17 is curved, and the others are configured in the same manner as in the first embodiment. FIG. 9 is an enlarged partial view showing the structure of the reflecting plate portion. In this embodiment, since the shape of the reflector 17 integrated with the shield pipe is curved, the sample substrate 9 is irradiated with the electron beam 19, and the secondary electrons 51 generated on the surface of the sample substrate 9 are
Accelerated by negative high voltage applied to 9 and deflected by ExB deflector 18
When irradiating 17, the angle at which the second secondary electrons 52 are generated changes depending on the position of the reflecting plate 17, and as a result, the second secondary electrons 52 generated at any location on the reflecting plate 17.
Is easily supplemented by the semiconductor detector 20. Therefore, when the secondary electrons 51 accelerated by the ExB deflector 18 are deflected, the selection range of the deflection angle is widened, and the generation angle of the secondary electrons 51 generated on the surface of the sample substrate 9 is high. Since a signal can be detected efficiently, a high-quality electron beam image can be obtained. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and are omitted here.

（実施例５）
第５の実施例として、試料基板に第二の荷電粒子線を照射して被検査基板を帯電
させ、被検査基板の回路パターンを形成する部材の電位が安定してから検査する
方法および装置の構成について以下説明する。 (Example 5)
As a fifth embodiment, there is provided a method and apparatus for inspecting a sample substrate by irradiating a second charged particle beam to charge the substrate to be inspected and stabilizing the potential of a member forming a circuit pattern of the substrate to be inspected. The configuration will be described below.

図１０に第５の実施例の回路パターン検査装置1の構成を示す。回路パターン検
査装置1は、室内が真空排気される検査室2と、検査室2内に試料を搬送するため
の第一の予備室（本実施例では図示せず）と、第二の荷電粒子線を照射するため
の第二の予備室100と、制御部6、画像処理部5より構成されており、第一の予備
室（図示せず）および第二の予備室100は検査室2とは独立して真空排気できるよ
うに構成されている。また、第二の予備室100は、電子銃101、レンズ102、大角
度偏向コイル103により構成されている。検査室2内は大別して、電子光学系3、
二次電子検出部7、試料室8、光学顕微鏡（図示せず）から構成されている。電子
光学系3は、電子銃10、電子線引き出し電極11、コンデンサレンズ12、ブランキ
ング用偏向器13、走査偏向器15、絞り14、対物レンズ16、反射板17、ExB偏向器1
8から構成されている。二次電子検出部7のうち、二次電子検出器20が検査室2内
の対物レンズ16の上方に配置されている。二次電子検出器20の出力信号は、検査
室2の外に設置されたプリアンプ21で増幅され、AD変換器22によりデジタルデー
タとなる。試料室8は、試料台30、X−Yステージ31・32、回転ステージ33、位置
モニタ用測長器34、被検査基板高さ測定器35から構成されている。光学顕微鏡（
図示せず）は、検査室2内における電子光学系3の近傍であって、互いに影響を及
ぼさない程度離れた位置に設備されており、電子光学系3と光学顕微鏡の間の距
離は既知である。取り込まれた電子線画像あるいは光学画像はモニタ50に表示さ
れる。装置各部の動作命令および動作条件は、制御部6から入出力される。制御
部6には、あらかじめ電子線発生時の加速電圧、電子線偏向幅、偏向速度、二次
電子検出装置の信号取り込みタイミング、試料台移動速度等々の条件が、目的に
応じて任意にあるいは選択して設定できるよう入力されている。制御部6は、補
正制御回路43を用いて、位置モニタ用測長器34、被検査基板高さ測定器35のの信
号から位置や高さのずれをモニタし、その結果より補正信号を生成し、電子線19
が常に正しい位置に照射されるよう対物レンズ電源45や走査偏向器44に補正信号
を送る。画像処理部5は、画像記憶部46・47、演算部48、欠陥判定部49より構成
されている。二次電子検出部7にて検出された電子線画像信号は画像記憶部に記
憶され、各種演算を施された後に隣接する他の電子線画像と比較され、欠陥部の
みが抽出される。 FIG. 10 shows the configuration of the circuit pattern inspection apparatus 1 of the fifth embodiment. The circuit pattern inspection apparatus 1 includes an inspection chamber 2 in which the chamber is evacuated, a first preliminary chamber (not shown in the present embodiment) for transporting a sample into the inspection chamber 2, and a second charged particle A second preliminary chamber 100 for irradiating a line, a control unit 6, and an image processing unit 5. The first preliminary chamber (not shown) and the second preliminary chamber 100 are Are configured to be evacuated independently. The second preliminary chamber 100 includes an electron gun 101, a lens 102, and a large angle deflection coil 103. The inspection room 2 is roughly divided into the electron optical system 3,
It consists of a secondary electron detector 7, a sample chamber 8, and an optical microscope (not shown). The electron optical system 3 includes an electron gun 10, an electron beam extraction electrode 11, a condenser lens 12, a blanking deflector 13, a scanning deflector 15, an aperture 14, an objective lens 16, a reflecting plate 17, and an ExB deflector 1.
It consists of eight. Of the secondary electron detector 7, a secondary electron detector 20 is disposed above the objective lens 16 in the examination room 2. The output signal of the secondary electron detector 20 is amplified by a preamplifier 21 installed outside the examination room 2 and converted into digital data by the AD converter 22. The sample chamber 8 includes a sample stage 30, an XY stage 31, 32, a rotary stage 33, a position monitor length measuring device 34, and a substrate height measuring device 35 to be inspected. Optical microscope (
(Not shown) is located in the vicinity of the electron optical system 3 in the examination room 2 and at a position so as not to affect each other, and the distance between the electron optical system 3 and the optical microscope is known. is there. The captured electron beam image or optical image is displayed on the monitor 50. Operation commands and operation conditions of each part of the apparatus are input / output from the control unit 6. In the control unit 6, conditions such as the acceleration voltage at the time of electron beam generation, the electron beam deflection width, the deflection speed, the signal acquisition timing of the secondary electron detector, the sample stage moving speed, etc. are arbitrarily or arbitrarily selected according to the purpose. It is input so that it can be set. The control unit 6 uses the correction control circuit 43 to monitor the position and height deviation from the signals from the position monitor length measuring device 34 and the inspected substrate height measuring device 35, and generates a correction signal from the result. And electron beam 19
A correction signal is sent to the objective lens power supply 45 and the scanning deflector 44 so that the correct position is always irradiated. The image processing unit 5 includes image storage units 46 and 47, a calculation unit 48, and a defect determination unit 49. The electron beam image signal detected by the secondary electron detection unit 7 is stored in the image storage unit, subjected to various calculations, and then compared with other adjacent electron beam images, and only defective portions are extracted.

以下、第二の予備室100について詳細に説明する。予備室100に設置されている電
子銃101とレンズ102は、検査室2内の電子光学系3の近傍ではあるが互いに影響を
及ぼさない程度に離れた位置にある。基板搬送手段により被検査基板9は試料交
換室である第一の予備室（図示せず）へロードされる。そこでこの被検査基板は
試料ホルダに搭載され、保持固定された後に真空排気され、第一の予備室すなわ
ち試料交換室がある程度の真空度に達したら、試料ホルダごと被検査基板は第二
の予備室100に移載される。第二の予備室100は予め真空排気されている。第二の
予備室100において電子銃101から予備照射用電子線104が被検査基板9に照射され
る。電子銃101は光源が大きく大電流のものが適当であり、本実施例ではCRTモニ
タにて用いられている仕事関数の低い酸化物をヒータで加熱して熱電子を放出さ
せる酸化物カソードを用いた。電子レンズ102は電子銃101からの予備照射用電子
線104の照射領域をある程度制限するために設置してあり、被検査基板9上で予備
照射用電子線104の直径を数センチメートルから数ミリメートルに絞ることがで
きる。大角度偏向器103は、テレビジョン等のCRTモニタに使用されているような
非常に広角度に偏向可能なものであり、この偏向器103により例えば被検査基板
が半導体ウエハで8インチや12インチ以上のサイズであっても試料の隅々まで予
備照射用電子線104を被検査基板9上に走査することができる。このとき、電子線
の照射量が時間的、空間的に均一になるように、予備照射用電子線104の電流と
走査回数、走査速度を一定にしておく。また、予備室100での予備照射用電子線1
04の照射エネルギーは、検査室2内検査用電子光学系3で照射する電子線19の照射
エネルギーと同一とする。ここに記載した第二の予備室100での電子線104照射の
間、隣接した検査室2内では他の被検査基板9'がセットされ、電子銃10からの電
子線19により検査を実行している。すなわち、検査室2と第二の予備室100では独
立して動作が進行できる構成となっている。第二の予備室100での予備照射用電
子線104の照射は、検査に要する時間よりも十分短い時間で処理できるので、第
二の予備室100において上記の被検査基板9への前処理を行っても、検査全体に要
する時間はほとんど増大しない。 Hereinafter, the second preliminary chamber 100 will be described in detail. The electron gun 101 and the lens 102 installed in the preliminary chamber 100 are in the vicinity of the electron optical system 3 in the examination room 2 but far enough so as not to affect each other. The substrate to be inspected 9 is loaded into a first preliminary chamber (not shown) which is a sample exchange chamber by the substrate transport means. Therefore, the substrate to be inspected is mounted on the sample holder, held and fixed, and then evacuated. When the first preliminary chamber, ie, the sample exchange chamber, reaches a certain degree of vacuum, the substrate to be inspected together with the sample holder is in the second preliminary chamber. Transferred to chamber 100. The second preliminary chamber 100 is evacuated in advance. In the second preliminary chamber 100, a preliminary irradiation electron beam 104 is irradiated onto the substrate 9 to be inspected from the electron gun 101. The electron gun 101 having a large light source and a large current is suitable. In this embodiment, an oxide cathode that emits thermoelectrons by heating a low work function oxide used in a CRT monitor with a heater is used. It was. The electron lens 102 is installed to limit the irradiation area of the preliminary irradiation electron beam 104 from the electron gun 101 to some extent, and the preliminary irradiation electron beam 104 has a diameter of several centimeters to several millimeters on the substrate 9 to be inspected. It can be narrowed down to. The large-angle deflector 103 is capable of deflecting at a very wide angle as used in a CRT monitor such as a television, and the deflector 103 allows the substrate to be inspected to be a semiconductor wafer, such as 8 inches or 12 inches. Even with the above size, the preliminary irradiation electron beam 104 can be scanned on the substrate 9 to be inspected to every corner of the sample. At this time, the current of the pre-irradiation electron beam 104, the number of scans, and the scan speed are kept constant so that the electron beam dose is uniform in terms of time and space. In addition, the preliminary irradiation electron beam 1 in the preliminary chamber 100
The irradiation energy of 04 is the same as the irradiation energy of the electron beam 19 irradiated by the inspection electron optical system 3 in the inspection room 2. During the irradiation of the electron beam 104 in the second preliminary chamber 100 described here, another substrate 9 ′ to be inspected is set in the adjacent inspection chamber 2, and the inspection is executed by the electron beam 19 from the electron gun 10. ing. In other words, the examination room 2 and the second spare room 100 can be operated independently. Since the irradiation of the preliminary irradiation electron beam 104 in the second preliminary chamber 100 can be processed in a time sufficiently shorter than the time required for the inspection, the pretreatment of the substrate 9 to be inspected in the second preliminary chamber 100 is performed. Even if it is performed, the time required for the entire examination is hardly increased.

被検査基板9に予備用電子線104を照射することにより、被検査基板9は帯電しす
る。既に第１の実施例において説明したが、電子線を照射する時間やエネルギー
により被検査基板9の帯電状態が変化し、その結果画像のコントラストが変動す
る。図11（ａ）および図11（ｂ）は、電子線照射時間がコントラストに与える影
響を示している。図11（ａ）は図４（ａ）において示した、試料にホトレジスト
（実線Ａ）と配線材料（点線Ｂ）を用いた場合であり、図11（ｂ）は試料にホト
レジスト（実線Ａ）とシリコン酸化膜（点線Ｃ）を用いた場合を示している。照
射時間が少ない領域Ｆでは各材料の明るさ変動が少なく、照射時間が比較的多く
なっている時間領域Ｇでは時間による明るさの変化が大きく不安定になり、照射
時間が多い時間領域Ｈでは再び時間による明るさ変動が少なくなる。また、図11
（ａ）の二つの試料の組み合わせでは時間領域Ｆの方が二つの材料間の明るさの
差すなわちコントラストＤが大きいが、図11（ｂ）の組み合わせでは時間領域Ｈ
の方がコントラストＥ'が大きくなる。回路パターンの検査は比較検査であるた
め、パターンを形成する下地材料と表面材料のコントラストが大きい方が欠陥の
検出に有利である。回路パターンを形成するための材料の組み合わせにより、明
るさが安定しており且つコントラストの大きい電子線を得るための照射時間ある
いは帯電の状態が異なることが解る。第１の実施例では図11（ａ）における照射
時間帯Ｆで検査を実施したが、本実施例の予備照射用電子線104の照射により均
一に被検査基板9が帯電させることにより、検査の前に予め時間領域Hの帯電状態
にすることができるようになる。その後検査室2で電子線19を照射して電子線画
像を取得し、回路パターンの検査を実施する。 By irradiating the inspection target substrate 9 with the preliminary electron beam 104, the inspection target substrate 9 is charged. As already described in the first embodiment, the charged state of the substrate 9 to be inspected changes depending on the time and energy of electron beam irradiation, and as a result, the contrast of the image changes. FIG. 11A and FIG. 11B show the influence of electron beam irradiation time on contrast. FIG. 11A shows the case where the photoresist (solid line A) and the wiring material (dotted line B) shown in FIG. 4A are used, and FIG. 11B shows the case where the photoresist (solid line A) is used for the sample. The case where a silicon oxide film (dotted line C) is used is shown. In the region F where the irradiation time is short, the brightness variation of each material is small, in the time region G where the irradiation time is relatively long, the change of the brightness due to time becomes large and unstable, and in the time region H where the irradiation time is long. Again, the brightness variation with time decreases. In addition, FIG.
In the combination of the two samples of (a), the time domain F has a larger brightness difference between the two materials, that is, the contrast D, but in the combination of FIG.
The contrast E ′ becomes larger. Since the inspection of the circuit pattern is a comparative inspection, it is advantageous for detecting a defect that the contrast between the base material forming the pattern and the surface material is large. It can be seen that, depending on the combination of materials for forming the circuit pattern, the irradiation time or charging state for obtaining an electron beam having a stable brightness and a high contrast differs. In the first embodiment, the inspection is performed in the irradiation time zone F in FIG. 11A. However, the substrate 9 to be inspected is uniformly charged by the irradiation of the preliminary irradiation electron beam 104 in this embodiment, so that the inspection is performed. The charged state of the time region H can be set in advance. Thereafter, the electron beam 19 is irradiated in the inspection room 2 to acquire an electron beam image, and the circuit pattern is inspected.

第二の予備室100での予備照射用電子線104の照射が終了したら、被検査基板9は
検査用の試料台30、X−Yステージ31・32、回転ステージ33の上に試料ホルダごと
載せられ、保持固定される。その後の検査方法については、第１の実施例と同様
であるので省略する。本実施例による検査を行うことにより、材料の組み合わせ
毎に、比較検査を実施するための最適な条件の電子線画像すなわち明るさが安定
し、回路パターンを形成する部材のコントラストが大きい電子線画像を得ること
ができた。また、第１の実施例で述べた検査方法により、SN比の大きい良質な画
像を高速に得ることができるため、その結果、絶縁材料等を用いた検査において
も欠陥でない部分を誤検出することなく、高精度で高感度の微細欠陥検出が可能
となった。 When the irradiation of the preliminary irradiation electron beam 104 in the second preliminary chamber 100 is completed, the substrate 9 to be inspected is placed on the sample stage 30, the XY stages 31 and 32, and the rotary stage 33 together with the sample holder. Is held and fixed. Since the subsequent inspection method is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted. By performing the inspection according to the present embodiment, for each combination of materials, an electron beam image under the optimum conditions for carrying out the comparative inspection, that is, the brightness is stable, and the electron beam image in which the contrast of the member forming the circuit pattern is large Could get. In addition, the inspection method described in the first embodiment can obtain a high-quality image with a large SN ratio at high speed, and as a result, erroneously detect a non-defect portion even in an inspection using an insulating material or the like. It is possible to detect fine defects with high accuracy and high sensitivity.

（実施例６）
第６の実施例では、第５の実施例において述べた予備照射用の第二の予備室100
を設けることなく、予備照射用電子線104を被検査基板9に照射する構成および方
法について説明する。基本的な構成は第１の実施例と同等であるが、電子光学系
3に第二の電子源を追加した。図12に検査装置1の検査室2の主要構成図を示す。
制御部6、画像処理部5や、検出系その他の詳細については第１の実施例を参照さ
れたい。電子光学系3の対物レンズ16とコンデンサレンズ12の間に第二の電子銃1
10から放出された電子線を導入する構造となっている。第二の電子銃110は、通
常は画像形成用の電子銃の電位と同一の負の電位とする。また、第二の電子銃11
0から放出された電子線104は、第二のコンデンサレンズ111により収束され、さ
らに電子光学系の光軸に合流させるための偏向器112により試料台上に搭載され
た被検査基板9の方向に偏向される。この偏向器112の一例として、電磁型の偏向
器の原理を図13に示す。円筒状の強磁性体の軸方向にコイルが巻かれており、電
流が流れている。従って、強磁性体内に円周方向の磁場が存在する。この円筒強
磁性体の側壁に小孔が開いており、その小孔に第二の電子線が入射するよう配置
されている。強磁性体内の磁場は、この小孔内の空間に漏れ出ているため、そこ
を通過した第二の電子線は偏向を受け、電子光学系の光軸上に導入される。その
後は画像形成用の電子線とほぼ同一の光軸上を進み、被検査基板に照射される。
但し、この第二の電子線は結像条件は画像形成用の電子線と異なるので、被検査
基板上で焦点を結ぶ事はない。 (Example 6)
In the sixth embodiment, the second preliminary chamber 100 for preliminary irradiation described in the fifth embodiment is used.
A configuration and method for irradiating the substrate 9 to be inspected with the preliminary irradiation electron beam 104 without providing the above will be described. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, but the electron optical system
Added a second electron source to 3. FIG. 12 shows a main configuration diagram of the inspection room 2 of the inspection apparatus 1.
For details of the control unit 6, the image processing unit 5, the detection system, and the like, refer to the first embodiment. A second electron gun 1 between the objective lens 16 and the condenser lens 12 of the electron optical system 3
The electron beam emitted from 10 is introduced. The second electron gun 110 is normally set to a negative potential that is the same as the potential of the image forming electron gun. The second electron gun 11
The electron beam 104 emitted from 0 is converged by the second condenser lens 111 and further in the direction of the substrate 9 to be inspected mounted on the sample stage by the deflector 112 for merging with the optical axis of the electron optical system. Deflected. As an example of this deflector 112, the principle of an electromagnetic deflector is shown in FIG. A coil is wound in the axial direction of the cylindrical ferromagnet, and a current flows. Therefore, there is a circumferential magnetic field in the ferromagnetic body. A small hole is formed in the side wall of the cylindrical ferromagnetic body, and the second electron beam is disposed in the small hole. Since the magnetic field in the ferromagnetic body leaks into the space in the small hole, the second electron beam passing therethrough is deflected and introduced onto the optical axis of the electron optical system. Thereafter, the light travels on the optical axis almost the same as the electron beam for image formation, and is irradiated onto the substrate to be inspected.
However, since this second electron beam is different in image formation condition from the electron beam for image formation, it does not focus on the substrate to be inspected.

さて、このようにほぼ同一の光軸を進む予備照射用電子線104と画像形成用の電
子線19の照射を同時に行う方法と、タイミングをずらして照射する検査方法が考
えられる。通常同時に照射すると、画像形成用の電子線19を照射したことにより
発生する二次電子と予備照射用電子線104により発生した二次電子とを区別して
検出することができないため、正しい電子線画像を得ることができない。ところ
が、図14（ａ）および図14（ｂ）に示すように、画像形成用の電子線19の直径よ
りも予備照射用電子線14の直径が十分大きい場合には予備照射用電子線14により
発生する二次電子はほとんどバックグラウンド信号レベルとなり、形成される電
子線画像はほとんど画像形成用電子線19の照射による画像信号から形成されるこ
とになる。そこで、第二の電子銃110のコンデンサレンズ111を調整することによ
り予備照射用電子線104が被検査基板9表面に焦点を結ばず10μｍ以上の大きさに
なるようにした。図14（ａ）および図14（ｂ）に被検査基板9に照射される第二
の電子線104と画像形成用の電子線19のビームの断面プロファイルを示す。図14
（ａ）では第二の電子銃110からの電子線の中央に画像形成用電子線19が位置し
ているが、図14（ｂ）に示すように両者の中心が一致しなくても良い。但し、好
ましくは画像形成用電子線19が第二の電子銃110からの電子線の直径の範囲に位
置するようにする。これは、両者が大きく離れていると両方の電子線を非検査領
域に走査させるために走査偏向器の動作範囲を大きくする必要が生じ、その結果
検査時間が増大するのを防ぐためである。 A method of simultaneously irradiating the preliminary irradiating electron beam 104 and the image forming electron beam 19 traveling along substantially the same optical axis as described above, and an inspection method of irradiating at different timings are conceivable. Normally, if it is irradiated simultaneously, secondary electrons generated by irradiating the image forming electron beam 19 and secondary electrons generated by the preliminary irradiating electron beam 104 cannot be distinguished and detected. Can't get. However, as shown in FIGS. 14A and 14B, when the diameter of the preliminary irradiation electron beam 14 is sufficiently larger than the diameter of the electron beam 19 for image formation, the preliminary irradiation electron beam 14 The generated secondary electrons are almost at the background signal level, and the formed electron beam image is almost formed from the image signal by the irradiation of the image forming electron beam 19. Therefore, by adjusting the condenser lens 111 of the second electron gun 110, the preliminary irradiating electron beam 104 is not focused on the surface of the substrate 9 to be inspected, and has a size of 10 μm or more. 14A and 14B show cross-sectional profiles of the beam of the second electron beam 104 and the image forming electron beam 19 irradiated on the substrate 9 to be inspected. FIG.
In FIG. 14A, the image forming electron beam 19 is positioned at the center of the electron beam from the second electron gun 110. However, as shown in FIG. However, preferably, the image forming electron beam 19 is positioned within the range of the diameter of the electron beam from the second electron gun 110. This is to prevent the inspection deflecting time from increasing as a result of the necessity of increasing the operating range of the scanning deflector in order to cause both electron beams to scan the non-inspection area if they are far apart.

また、画像形成用電子線19と第二の電子銃110からの電子線104の照射タイミング
をずらして被検査基板に照射する場合は、画像形成用電子線19の走査を振り戻す
時間に予備照射用電子線104を照射するようにした。画像形成用電子線19は、必
要に応じて一次元あるいは二次元にラスタ走査されており、例えば電子線を画像
取得領域の左から右に直線で走査した後再び左に電子線を振り戻す間画像信号を
取得することがないので、この振り戻しの間に予備照射用電子線104を照射する
ことにより発生する二次電子は画像に影響を及ぼさない。 In addition, when irradiating the inspection substrate with the irradiation timing of the electron beam 104 from the image forming electron beam 19 and the second electron gun 110 being shifted, preliminary irradiation is performed at the time when the scanning of the image forming electron beam 19 is turned back. The electron beam 104 was irradiated. The image-forming electron beam 19 is raster-scanned one-dimensionally or two-dimensionally as necessary. For example, the electron beam is scanned from the left to the right of the image acquisition area with a straight line and then returned to the left again. Since an image signal is not acquired, secondary electrons generated by irradiating the preliminary irradiation electron beam 104 during the reversing do not affect the image.

以上に述べたような第二の電子銃110からの電子線を照射する方法によっても、
第５の実施例で説明した、帯電して電位が安定した後の画像であり、良好なコン
トラストと安定した画像を得ることができた。 Also by the method of irradiating the electron beam from the second electron gun 110 as described above,
It was an image after charging and the potential was stabilized as described in the fifth example, and a good contrast and a stable image could be obtained.

（実施例７）
第７の実施例では、第６の実施例で述べた予備照射用電子線104の第二の電子源
を画像形成用電子線照射がなされる開口の周辺部に設ける方法および装置の構成
について説明する。第７の実施例における電子光学系部分を図15（ａ）および図
15（ｂ）に示す。その他の部分は、第４および第６の実施例と同様である。図15
（ａ）に示すように、対物レンズ16の先端は円錐台形状をしており、被検査基板
9に面した空間には予備照射用電子線104の電子銃120が配置されている。この電
子銃120は光源が大きく大電流を得られるものが適当であり、ここではCRTモニタ
に用いられる仕事関数の低い酸化物をヒータで加熱して熱電子を放出させる酸化
物カソードを用いた。この第二の電子銃120からの電子線の被検査基板9への照射
エネルギーは画像形成用電子線19と同一とした。また、この予備照射用電子線10
4の電子銃120は、画像形成時にステージが連続移動する軸上で且つ中心に対して
2回または4回対称に配置された独立に動作する2個または4個の電子銃からなって
いる。図15（ｂ）にこの電子銃120の配置を示しており、被検査基板9の側から対
物レンズ16の下面を見た時の図を示している。これら複数の電子銃120は、ステ
ージの移動方向に応じて画像形成用の電子線の走査がなされる直前の場所に予備
照射用電子線104が照射されるように動作する。例えば、図15（ａ）に示すよう
に、ステージが左から右へ移動している場合には図15（ｂ）の左側の第二の電子
銃120が動作する。 (Example 7)
In the seventh embodiment, a description will be given of a method and an apparatus configuration in which the second electron source of the preliminary irradiation electron beam 104 described in the sixth embodiment is provided in the periphery of the opening where the image forming electron beam irradiation is performed. To do. The electron optical system portion in the seventh embodiment is shown in FIG.
Shown in 15 (b). Other parts are the same as those in the fourth and sixth embodiments. Figure 15
As shown in (a), the tip of the objective lens 16 has a truncated cone shape, and the substrate to be inspected.
In the space facing 9, the electron gun 120 of the preliminary irradiation electron beam 104 is arranged. The electron gun 120 is suitably a large light source and capable of obtaining a large current. Here, an oxide cathode that emits thermoelectrons by heating a low work function oxide used in a CRT monitor with a heater is used. The irradiation energy of the electron beam from the second electron gun 120 to the substrate 9 to be inspected is the same as that of the image forming electron beam 19. Also, this preliminary irradiation electron beam 10
The electron gun 120 of 4 is on the axis on which the stage continuously moves during image formation and with respect to the center.
It consists of two or four independently operated electron guns arranged symmetrically twice or four times. FIG. 15B shows the arrangement of the electron gun 120, and shows a view when the lower surface of the objective lens 16 is viewed from the substrate 9 to be inspected. The plurality of electron guns 120 operate so as to irradiate the preliminary irradiation electron beam 104 at a position immediately before scanning of the electron beam for image formation according to the moving direction of the stage. For example, as shown in FIG. 15A, when the stage moves from left to right, the second electron gun 120 on the left side in FIG. 15B operates.

また、本実施例においては、以下の方法により予備電子線照射104と画像形成用
電子線照射19を同時に行っても予備電子線照射104により発生した二次電子が電
子線画像に悪影響を及ぼさないようにできる。図16にその方法の模式図を示す。
被検査基板9から発生した二次電子51は、第1の実施例で詳細に説明した加速電界
により対物レンズ16の中を上方へ進む。この時、二次電子は対物レンズの磁場の
影響を受け焦点を結ぶ。この焦点の横方向の位置は二次電子の発生場所により変
化する。例えば、被検査基板の表面Ａ点から発生した二次電子はＡ’に、Ｂ点か
ら発生した二次電子はＢ’に焦点を結ぶ。従って、二次電子の焦点位置に絞り12
1を設け、その上方に二次電子検出器20を配置することにより、光軸の中心付近
すなわち画像形成用電子線19が照射される場所から発生した二次電子を選択的に
検出することができる。予備電子線104照射位置は画像形成用電子線19照射位置
から数百μｍ離れているので、予備照射電子線104により発生した二次電子は絞
りに遮られて検出されることはない。本実施例においても、上記第５あるいは第
６の実施例と同様に、試料を予め帯電させ、電位が安定した後に良好なコントラ
ストの画像を取得することができた。 In this embodiment, the secondary electrons generated by the preliminary electron beam irradiation 104 do not adversely affect the electron beam image even if the preliminary electron beam irradiation 104 and the image forming electron beam irradiation 19 are simultaneously performed by the following method. You can FIG. 16 shows a schematic diagram of the method.
Secondary electrons 51 generated from the inspected substrate 9 travel upward in the objective lens 16 by the acceleration electric field described in detail in the first embodiment. At this time, the secondary electrons are focused by the influence of the magnetic field of the objective lens. The position of the focal point in the lateral direction varies depending on the location where secondary electrons are generated. For example, secondary electrons generated from the surface A point of the substrate to be inspected are focused on A ′, and secondary electrons generated from the point B are focused on B ′. Therefore, the aperture is limited to the focal position of secondary electrons.
1 and the secondary electron detector 20 disposed above it can selectively detect secondary electrons generated near the center of the optical axis, i.e., where the image forming electron beam 19 is irradiated. it can. Since the irradiation position of the preliminary electron beam 104 is several hundred μm away from the irradiation position of the image forming electron beam 19, secondary electrons generated by the preliminary irradiation electron beam 104 are not detected by being blocked by the diaphragm. Also in this example, as in the fifth or sixth example, it was possible to acquire an image with good contrast after the sample was charged in advance and the potential was stabilized.

（実施例８）
例えば半導体装置の製造過程においては、本発明の回路パターン検査装置以外に
もSEMによる検査や観察等で被検査基板に既に電子線が照射されている場合があ
る。このような場合には、回路パターン検査を実施する以前に被検査基板の表面
の局所的な一部分が帯電し、これまでに述べてきた実施例による検査方法では、
上記局所的に帯電した領域を他の領域と同じように均一に帯電させることは困難
であり、従って該局所的に帯電した箇所が特異なコントラストの電子線画像とな
り検査ができない場合がある。このような事態を避けるためには、表面の帯電を
検査前に中和させてから、これまでに述べてきた各実施例による回路パターンの
検査を実施すれば良い。 (Example 8)
For example, in the manufacturing process of a semiconductor device, the substrate to be inspected may already have been irradiated with an SEM inspection or observation in addition to the circuit pattern inspection apparatus of the present invention. In such a case, a local part of the surface of the substrate to be inspected is charged before the circuit pattern inspection is performed. In the inspection method according to the embodiments described so far,
It is difficult to uniformly charge the locally charged region in the same manner as other regions. Therefore, the locally charged region may be an electron beam image with a specific contrast and cannot be inspected. In order to avoid such a situation, the surface charge may be neutralized before the inspection, and then the circuit pattern inspection according to each of the embodiments described so far may be performed.

本実施例では、第1の実施例で述べた回路パターンの検査装置1の構成に第二の予
備室130を追加し、第二の予備室130において検査前にプラズマを被検査基板に照
射する構成とした。図17に本実施例の検査室2と第二の予備室130の一部分構成を
示す。 In this embodiment, a second preliminary chamber 130 is added to the configuration of the circuit pattern inspection apparatus 1 described in the first embodiment, and plasma is irradiated onto the substrate to be inspected in the second preliminary chamber 130 before the inspection. The configuration. FIG. 17 shows a partial configuration of the inspection chamber 2 and the second preliminary chamber 130 of the present embodiment.

第二の予備室130にはガス導入口134と導入したガスを電離するための電界を印加
する電極132が設置され、高周波電源131が接続されている。第一の予備室（図示
せず）で試料ホルダに搭載され被検査基板9は真空排気がなされてから既に真空
排気されている第二の予備室130に移載される。その後第二の予備室130に数Pa以
下の圧力のAr等希ガスや空気が導入され、高周波電圧が電極132に印加され、こ
れらの気体が電離されてプラズマ133が形成される。被検査基板9はこのプラズマ
133中に一定時間さらされ、その間に帯電している部分が中和される。本前処理
を実施してから被検査基板9は検査室2内に移載され、検査が実行される。検査方
法については第1の実施例で既に詳細に説明しているので、ここでは省略する。
本実施例で述べた前処理により、検査直前に被検査基板9の局所的な帯電は中和
されているので、検査時に電子線を照射して電子線画像を取得する際には被検査
基板9表面はいずれも均一に帯電され、比較検査に用いられる電子線画像は均一
なコントラストとなるので、高精度で安定した検査が実施できる。本実施例で記
載した予備室130でのプラズマ133照射の間、隣接した検査チャンバには他の被検
査基板9'がセットされ検査を実施されている。プラズマ照射による前処理に要す
る時間は、検査に要する時間よりも十分短いため、前処理を行うことによる全体
の検査時間の増加はほとんど無い。 The second preliminary chamber 130 is provided with a gas inlet 134 and an electrode 132 for applying an electric field for ionizing the introduced gas, and a high frequency power supply 131 is connected thereto. The inspected substrate 9 mounted on the sample holder in the first preliminary chamber (not shown) is evacuated and then transferred to the second preliminary chamber 130 that has already been evacuated. Thereafter, a rare gas such as Ar or air having a pressure of several Pa or less is introduced into the second preliminary chamber 130, a high-frequency voltage is applied to the electrode 132, and these gases are ionized to form a plasma 133. The substrate 9 to be inspected is this plasma
It is exposed to 133 for a certain period of time, while the charged part is neutralized. After performing this pretreatment, the substrate 9 to be inspected is transferred into the inspection chamber 2 and inspection is performed. Since the inspection method has already been described in detail in the first embodiment, it is omitted here.
By the pretreatment described in the present embodiment, the local charging of the substrate 9 to be inspected is neutralized immediately before the inspection, so when the electron beam image is acquired by irradiating the electron beam at the time of inspection, the substrate to be inspected Since all nine surfaces are uniformly charged and the electron beam image used for the comparison inspection has a uniform contrast, a highly accurate and stable inspection can be performed. During the plasma 133 irradiation in the preliminary chamber 130 described in the present embodiment, another inspection substrate 9 ′ is set in the adjacent inspection chamber and inspected. Since the time required for the pretreatment by plasma irradiation is sufficiently shorter than the time required for the inspection, there is almost no increase in the entire inspection time due to the pretreatment.

以上、本発明の代表的な装置の構成および、回路パターンの検査方法について、
電子線を照射して高速に電子線画像を取得し比較検査する方法、第二の荷電粒子
線を照射することにより被検査基板の電位を安定させてから検査する方法、被検
査基板から発生した二次電子を効率良く検出し、良質な画質の電子線画像を得る
方法、本発明の回路パターン検査を実施することによる半導体装置その他回路パ
ターンを有する基板の製造プロセスの生産性を向上する方法等の一部の実施例に
ついて説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、請求項目に掲げた複
数の特徴を組み合わせた検査方法および検査装置についても可能である。 As mentioned above, about the structure of the typical apparatus of the present invention and the inspection method of the circuit pattern,
A method of performing an electron beam image acquisition and comparison inspection at high speed by irradiating an electron beam, a method of inspecting after stabilizing the potential of a substrate to be inspected by irradiating a second charged particle beam, generated from the substrate to be inspected A method for efficiently detecting secondary electrons and obtaining an electron beam image with good image quality, a method for improving the productivity of a manufacturing process of a substrate having a circuit pattern, such as a semiconductor device, by carrying out a circuit pattern inspection of the present invention, etc. Although some of the embodiments have been described, an inspection method and an inspection apparatus that combine a plurality of features listed in the claims are also possible without departing from the scope of the present invention.

回路パターン検査装置の装置構成を示す図。The figure which shows the apparatus structure of a circuit pattern inspection apparatus. 電子光学系と二次電子検出部の主要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of an electron optical system and a secondary electron detection part. 電子線照射と試料帯電と二次電子発生の相関をを示す図。The figure which shows the correlation of electron beam irradiation, sample charging, and secondary electron generation. 電子線照射条件のコントラストへの影響を説明する図。The figure explaining the influence on the contrast of electron beam irradiation conditions. 電子線の走査方法を説明する図。The figure explaining the scanning method of an electron beam. 半導体装置製造プロセスフローを説明する図。The figure explaining the semiconductor device manufacturing process flow. 半導体装置回路パターンと欠陥内容を説明する図。The figure explaining a semiconductor device circuit pattern and the content of a defect. 実施例３の電子光学系主要部構成を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating the main configuration of an electron optical system according to a third embodiment. 実施例４の電子光学系の拡大部分構成を示す図。FIG. 6 is a diagram showing an enlarged partial configuration of an electron optical system of Example 4. 実施例５の回路パターン検査装置の装置構成を示す図。FIG. 9 is a diagram illustrating a device configuration of a circuit pattern inspection device according to a fifth embodiment. 電子線照射時間のコントラストへの影響を説明する図。The figure explaining the influence on the contrast of electron beam irradiation time. 実施例６の検査装置の主要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the inspection apparatus of Example 6. FIG. 実施例６の偏向器の原理を説明する図。FIG. 10 is a diagram illustrating the principle of a deflector according to a sixth embodiment. 実施例６の電子線の形状を説明する図。FIG. 10 is a diagram illustrating the shape of an electron beam according to Example 6. 実施例７の電子光学系主要部構成を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating the main configuration of an electron optical system according to a seventh embodiment. 実施例７の作用を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating an operation of the seventh embodiment. 実施例８の検査装置の主要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the inspection apparatus of Example 8. FIG.

Explanation of symbols

1・・・回路パターン検査装置
2・・・検査室
3・・・電子光学系
4・・・光学顕微微鏡部
5・・・画像処理部
6・・・制御部
7・・・二次電子検出部
8・・・試料室
9・・・被検査基板
10・・・電子銃
11・・・引き出し電極
12・・・コンデンサレンズ
13・・・ブランキング偏向器
14・・・絞り
15・・・走査偏向器
16・・・対物レンズ
17・・・反射板
18・・・ ExB偏向器
19・・・電子線
20・・・二次電子検出器
21・・・プリアンプ
22・・・ AD変換器
23・・・光変換手段
24・・・光伝送手段
25・・・電気変換手段
26・・・高圧電源
27・・・プリアンプ駆動電源
28・・・ AD変換器駆動電源
29・・・逆バイアス電源
30・・・試料台
31・・・ Xステージ
32・・・ Yステージ
33・・・回転ステージ
34・・・位置モニタ測長器
35・・・被検査基板高さ測定器
36・・・リターディング電源
40・・・白色光源
41・・・光学レンズ
42・・・ CCDカメラ
43・・・補正制御回路
44・・・走査信号発生器
45・・・対物レンズ電源
46・・・第一記憶部
47・・・第二記憶部
48・・・演算部
49・・・欠陥判定部
50・・・モニタ
51・・・二次電子
52・・・第二の二次電子
53・・・吸引電極
54・・・接地電極
100・・・第二の予備室
101・・・電子源
102・・・レンズ
103・・・大角偏向器
104・・・予備照射電子線
110・・・第二の電子源
111・・・第二のコンデンサレンズ
112・・・偏向器
120・・・第二の電子源
121・・・絞り
130・・・第二の予備室
131・・・高周波電源
132・・・電極
133・・・プラズマ
134・・・ガス導入口。 1 ... Circuit pattern inspection system
2 ... Laboratory
3 ... Electronic optics
4 ... Optical microscope section
5 ... Image processing section
6 ... Control unit
7 ... Secondary electron detector
8 ... Sample chamber
9 ... Board to be inspected
10 ... electron gun
11 ... Lead electrode
12 ... Condenser lens
13 ... Blanking deflector
14 ... Aperture
15 ... Scanning deflector
16 ... Objective lens
17 ... Reflector
18 ... ExB deflector
19 ... electron beam
20 ... Secondary electron detector
21 ... Preamplifier
22 ... AD converter
23 ... Light conversion means
24 ... Optical transmission means
25 ... Electric conversion means
26 ・・・ High voltage power supply
27 ... Preamplifier drive power supply
28 ... AD converter drive power supply
29 ... Reverse bias power supply
30 ... Sample stage
31 ... X stage
32 ... Y stage
33 ... Rotary stage
34 ・・・ Position monitor length measuring device
35 ・・・ Inspection board height measuring instrument
36 ... retarding power supply
40 ... White light source
41 ... Optical lens
42 ... CCD camera
43 ... Correction control circuit
44 ... Scanning signal generator
45 ... Objective lens power supply
46 ・・・ First memory
47 ... Second memory part
48 ... Calculation unit
49 ... Defect judgment section
50 ... Monitor
51 ... Secondary electrons
52 ... Second secondary electron
53 ... Suction electrode
54 ... Ground electrode
100 ... Second spare room
101 ... Electron source
102 ... Lens
103 ・・・ Large angle deflector
104 ... Pre-irradiated electron beam
110 ... Second electron source
111 ... Second condenser lens
112 ... Deflector
120 ... Second electron source
121 ... Aperture
130 ... Second spare room
131 ・・・ High frequency power supply
132 ... Electrode
133 ... Plasma
134 ... Gas inlet.

Claims

A step of scanning a first region of the substrate surface on which the circuit pattern is formed with a primary electron beam, a step of detecting a signal secondarily generated from the first region by the primary electron beam, and Forming an electron beam image of the first region from a signal; storing an electron beam image of the first region; scanning a second region of the substrate with a primary electron beam; A step of detecting a signal secondarily generated from the second region by the primary electron beam, a step of forming an electron beam image of the second region from the detected signal, and an electron of the second region A step of storing a line image; a step of comparing the stored image of the first region with the stored image of the second region; and a step of determining a defect in the circuit pattern on the substrate from the comparison result. An inspection method that runs through a primary electron beam in a first region and a second region And an electron beam image of the target region is formed by scanning the electron beam so that the average charge amount in a region sufficiently larger than the feature of the pattern to be inspected in the substrate is substantially uniform. Circuit pattern inspection method.

2. The inspection method according to claim 1, wherein, as the step of forming the first and second electron beam images, an electron beam irradiation amount per unit area on a substrate surface on which a circuit pattern is formed is substantially equal to a region to be inspected. A circuit pattern inspection method of forming an electron beam image of a target region by scanning an electron beam so as to be uniform.

A step of scanning a first region of the substrate surface on which the circuit pattern is formed with a primary electron beam, a step of detecting a signal secondarily generated from the first region by the primary electron beam, and Forming an electron beam image of the first region from a signal; storing an electron beam image of the first region; scanning a second region of the substrate with a primary electron beam; A step of detecting a signal secondarily generated from the second region by the primary electron beam, a step of forming an electron beam image of the second region from the detected signal, and an electron of the second region An inspection method comprising a step of storing a line image, a step of comparing the image of the first region and the image of the second region, and a step of determining a defect in the circuit pattern on the substrate from the comparison result, The potential on the surface of the member forming the circuit pattern on the substrate changes. Inspection method of a circuit pattern by scanning the electron beam at high speed to form an electron beam image of the region of interest is examined using the image Iuchi.

4. The circuit pattern inspection method according to claim 3, wherein the scanning step is a step of scanning a high-current electron beam several times on the substrate surface on which the circuit pattern is formed by high-speed scanning.

5. The inspection method for a circuit pattern according to claim 4, comprising a step of setting a current value of an electron beam applied to the substrate surface on which the circuit pattern is formed to 13 nA or more.

5. The circuit pattern inspection method according to claim 4, further comprising a step of setting a current value of an electron beam applied to the substrate surface on which the circuit pattern is formed to be 270 pA or more.

A step of scanning a first region of the substrate surface on which the circuit pattern is formed with a primary electron beam, a step of detecting a signal secondarily generated from the first region by the primary electron beam, and Forming an electron beam image of the first region from a signal; storing an electron beam image of the first region; scanning a second region of the substrate with the primary electron beam; Detecting a signal secondarily generated from the second region by the primary electron beam; forming an electron beam image of the second region from the detected signal; and An inspection method comprising a step of storing an electron beam image, a step of comparing the image of the first region and the image of the second region, and a step of determining a defect in the circuit pattern on the substrate from the comparison result. , Sample or sample stage to give zero or negative potential Rui inspection method of a circuit pattern, characterized in that the addition and controlling the irradiation energy of the zero or negative voltage is applied to the primary electron beam in the vicinity of the sample, the.

8. The inspection method according to claim 7, further comprising the step of setting the incident energy of an electron beam for forming an image to an inspection substrate to an energy at which the number of incident electrons and the number of secondary electrons emitted are substantially equal. Circuit pattern inspection method.

The first region on the surface of the substrate on which the circuit pattern is formed is compared with the potential around the first region of the substrate by a primary electron beam having a predetermined thickness, so that the first region is substantially the same. A first scanning step of a primary electron beam that uniformly scans one region, a step of detecting a signal that is secondarily generated from the first region by the primary electron beam, and the first signal from the detected signal A step of forming an electron beam image of the region, a step of storing an electron beam image of the first region, and a second region of the substrate around the second region of the substrate with the primary electron beam A second scanning step of a primary electron beam that uniformly scans the second region so that the potential is substantially the same as the potential, and the second electron beam causes the second electron beam to scan the second region.
Detecting a signal generated secondarily from the region, forming an electron beam image of the second region from the detected signal, and storing an electron beam image of the second region Comparing the stored image of the first region with the stored image of the second region, determining a defect in the circuit pattern on the substrate from the comparison result,
A circuit pattern inspection method comprising:

10. The circuit pattern inspection method according to claim 1, further comprising a step of continuously moving the sample stage.

An electron source that generates a primary electron beam, a lens unit that focuses the primary electron beam, a sample stage on which the sample is placed, a scanning unit that scans a predetermined region on the sample with the focused primary electron beam, Detection means for detecting secondary charged particles that are subsequently generated, storage means for forming and storing an image based on a signal from the detection means, and an image of the first region stored in the storage means Means for comparing with the image of the second area where the same circuit pattern is formed, means for discriminating a defect on the circuit pattern from the comparison result, and the average charge amount of the first or second area is uniform Or a means for controlling the irradiation amount of the primary electron beam so that the electron beam irradiation amount per unit area or unit time on the sample surface is substantially uniform. Inspection device.

12. The circuit pattern inspection apparatus according to claim 11, wherein either one of the first region and the second region is scanned a plurality of times as the scanning unit.

12. The circuit pattern inspection apparatus according to claim 11, wherein the current value of the primary electron beam applied to the first or second region of the sample is 270 nA or more as means for controlling the irradiation amount.

12. The circuit pattern inspection apparatus according to claim 11, wherein the current value of the primary electron beam applied to the first or second region of the sample is 13 pA or more as means for controlling the irradiation amount.

A step of scanning a first region of the substrate surface on which the circuit pattern is formed with a primary electron beam; a step of detecting a signal generated secondarily from the first region by the primary electron beam; Forming an electron beam image of the first region from a signal, storing an electron beam image of the first region, scanning a second region of the substrate with a primary electron beam, and A step of detecting a secondary signal generated from the second region by the primary electron beam, a step of forming an electron beam image of the second region from the detected signal, and an electron of the second region An inspection method comprising a step of storing a line image, a step of comparing the image of the first region and the image of the second region, and a step of determining a defect in the circuit pattern on the substrate from the comparison result, Further, before scanning the substrate with an electron beam,
A circuit pattern inspection method comprising a step of stabilizing a potential of a member surface forming a circuit pattern on the substrate.

16. The circuit pattern inspection method according to claim 15, wherein the second charged particle beam is irradiated so that the amount of irradiation of the region to be inspected of the substrate is substantially uniform.

17. The circuit pattern inspection method according to claim 16, wherein the second charged particle beam is irradiated in a preliminary chamber.

17. The circuit pattern inspection method according to claim 16, wherein scanning of the first electron beam for forming the inspection image and scanning of the second charged particle beam are performed while being shifted in time.

16. The circuit pattern inspection method according to claim 15, wherein the step of stabilizing includes irradiating the substrate with the electron beam during scanning back of the electron beam.

16. The inspection method according to claim 15, wherein, as the stabilizing step, a member forming the circuit pattern on the substrate is allowed to exist in the plasma atmosphere for a predetermined time in a preliminary chamber in which plasma is generated. Inspection method.

16. The inspection method according to claim 15, wherein a step of storing image data in advance, a step of scanning a region to be inspected on a substrate to be inspected with a primary electron beam, and a secondary from the region to be inspected by the primary electron beam. A step of detecting a signal generated in the step, a step of forming an electron beam image of the inspection region from the detected signal, a step of storing an electron beam image of the inspection region, and the stored image data A circuit pattern inspection method comprising: a step of reading; a step of comparing the image data with an electron beam image of the region to be inspected; and a step of determining a defect in the circuit pattern on the substrate from the comparison result.

16. The inspection method according to claim 15, wherein as the step of forming an electron beam image from the detected signal, the detected secondary charged particle signal is converted into a digital signal in a floating state at a high voltage and transmitted. A method for inspecting circuit patterns that forms an image afterwards.

A step of preliminarily charging at least a portion to be inspected of a sample to be inspected, a step of irradiating the portion to be inspected with a high-density electron beam for image formation, and a portion of the electron beam irradiated with the electron beam A step of detecting secondary charged particles after a predetermined time from the moment of irradiation, a step of forming an image based on the detected secondary charged particle signal, and the inspected portion using the formed image And a step of inspecting the circuit pattern.

An electron source that generates a primary electron beam, a lens system that focuses the primary electron beam, a sample stage on which a sample is placed, a transport arm that transports a sample to a sample chamber including the sample stage, and the focused primary A deflection electrode for deflecting an electron beam on the sample, a deflection signal generator for driving the deflection electrode, and a secondary charge for detecting secondary charged particles generated from the sample by irradiating the sample with the primary electron beam A particle detector; a first power source for applying a zero or positive voltage to the detector; an AD converter for converting a signal from the target detector into a digital signal; An electrical / optical converter for converting a digital signal into an optical signal; an optical fiber for optically transmitting the optical signal; an optical / electrical converter for converting an optical signal transmitted through the optical fiber into an electrical signal; Inspection based on the signal from the photoelectric converter An image memory for forming and storing an image to be,
A comparison operation circuit for comparing the stored image of the region with another image of the same circuit pattern, an operation circuit for determining a defect on the circuit pattern from the comparison result, and a negative voltage on the sample stage A second power source for applying a voltage, a control circuit for controlling a voltage applied by the second power source, and for preventing the sample from being irradiated with an electron beam except when forming the inspection image And a blanking deflection electrode.

An electron source that generates a primary electron beam, a lens unit that focuses the primary electron beam, a sample stage on which a sample is placed, a transport unit that transports a sample to a sample chamber including the sample stage, and the focused primary electrons Primary electron beam scanning means for scanning a line on a sample, means for detecting secondary charged particles generated secondary from the sample, and means for forming and storing an image based on a signal from the detector And means for comparing the image of the area stored in the storage means with an image of the area where the same circuit pattern is formed, and means for discriminating a defect on the circuit pattern from the comparison result. A pattern inspection apparatus, in which an average charge amount in a region sufficiently larger than a feature of a pattern to be inspected of the sample is uniform, or an electron beam irradiation amount per unit area or unit time on the sample surface is Fruit Manner to be uniform, and means for controlling the irradiation amount to the sample of the primary electron beam device for inspecting a circuit pattern.