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JPH0868772A - Apparatus and method for automatic mask inspection by using electron beam microscopy - Google Patents

Apparatus and method for automatic mask inspection by using electron beam microscopy

Info

Publication number
JPH0868772A
JPH0868772A JP12672395A JP12672395A JPH0868772A JP H0868772 A JPH0868772 A JP H0868772A JP 12672395 A JP12672395 A JP 12672395A JP 12672395 A JP12672395 A JP 12672395A JP H0868772 A JPH0868772 A JP H0868772A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electron
mask
substrate
electrons
die
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP12672395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Meisberger Dan
ダン・マイスバーガー
D Broady Alan
アラン・ディー・ブローディー
Uei Chien Tsuon
− ウエイ・チェン ツオン
Y Joe Jack
ジャック・ワイ・ジョー
J Glennon Brian
ブライアン・ジェイ・グレノン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KLA Corp
Original Assignee
KLA Instruments Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KLA Instruments Corp filed Critical KLA Instruments Corp
Publication of JPH0868772A publication Critical patent/JPH0868772A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PURPOSE: To automatically inspect a wafer, a X-ray mask, a substrate, etc., at a manufacturing site by providing an electronic beam generator to generate electronic beam. CONSTITUTION: An inspecting system 10 has two types of operation modes, a die-to-die comparison mode and a die-to-database comparison mode. In both modes, defectives are detected by comparing the image of electronic beam obtained by scanning a substrate 57 with a reference. The substrate 57 to be inspected is automatically placed on a X-Y stage 24 under an electronic beam generator 20 by a substrate handler 34. The electronic beam generator 20, an alignment optical system, an analog deflection circuit 30, a detector 32 are used to inject electronic beam to the substrate 57 and detect secondary electrons, backward scattering electrons and transmitted electrons. For such detecting operation and data collection, an electronic beam generator control computer 42, a video frame buffer 44, an image collecting preprocessor 48 are used.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超微細半導体集積回路の
製造に使用される様々な種類のマスク基板、特にその中
でも電子ビームを用いる位相シフトマスクの自動検査技
術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic inspection technique for various types of mask substrates used for manufacturing ultrafine semiconductor integrated circuits, and in particular, for phase shift masks using an electron beam.

【0002】[0002]

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】超微細半
導体集積回路を適正な歩留りで生産するには、製造プロ
セスで使用するマスクやウェーハに欠陥が有ってはなら
ない。過去12年にわたって光学マスクやウェーハの自
動検査用に多くのシステムが開発され、特許されてきた
(例えば、米国特許第4,247,203 号、米国特許第4,8 0
5,123号、米国特許第4,618,938号、米国特許第4,845,55
8 号参照)。これらのシステムでは、フォトマスク又は
レチクル又はウェーハ上の二つの隣接するダイを相互に
比較している。同様に、ダイをCAD (コンピュータ援用
設計(Computer Aided Design) のデータベースと比較し
て検査する技術が開発されている(米国特許第4,926,48
7 号参照)。
2. Description of the Related Art In order to produce an ultrafine semiconductor integrated circuit with an appropriate yield, a mask or a wafer used in a manufacturing process must be free from defects. Many systems have been developed and patented for automated inspection of optical masks and wafers over the last 12 years (eg, US Pat. No. 4,247,203, US Pat. No. 4,800).
5,123, U.S. Pat.No. 4,618,938, U.S. Pat.No. 4,845,55
(See No. 8). These systems compare two adjacent dies on a photomask or reticle or wafer to each other. Similarly, techniques have been developed for inspecting dies by comparing them to CAD (Computer Aided Design) databases (US Pat. No. 4,926,48).
(See No. 7).

【0003】しかしながら、X 線マスクの欠陥は可視あ
るいは紫外スペクトルでは検出できないので、以上に例
示した、いずれの光学システムも用途は光学マスクに限
定されている。また、光学検査は本来的に生じる光の回
折や干渉のために解像度に限界があるので、単純な光学
リソグラフィー技術では0.35ミクロン未満の線幅は達成
できない。0.35ミクロン未満の線幅はX 線リソグラフィ
ー技術により達成できるものと期待されている。
However, since the defects of the X-ray mask cannot be detected in the visible or ultraviolet spectrum, the application of any of the above optical systems is limited to the optical mask. Also, optical inspection has limited resolution due to inherent light diffraction and interference, so linewidths below 0.35 microns cannot be achieved with simple optical lithography techniques. Linewidths of less than 0.35 microns are expected to be achievable with X-ray lithography technology.

【0004】集積回路製造に於ける光学リソグラフィー
の進歩に依り、その微細化は益々進展しつつある。例え
ば、256 メガビットDRAMのウェーハの線幅の半導体デバ
イスの製造では、ウェーハの線幅は0.25から0.35ミクロ
ンである。この線幅の半導体デバイス製造では、位相シ
フトマスク技術が使用される。
Due to the progress of optical lithography in the manufacture of integrated circuits, the miniaturization thereof is becoming more and more advanced. For example, in the fabrication of semiconductor devices of 256 megabit DRAM wafer linewidth, the wafer linewidth is 0.25 to 0.35 microns. Phase shift mask technology is used in the manufacture of semiconductor devices of this line width.

【0005】典型的に、これらのマスクは石英基板上に
パターンが形成されたクロム層を有し、露光の光線に位
相のずれ即ちシフトを与える井戸が基板上に選択されて
エッチングされて形成されている。石英基板或いは位相
シフトマスクのクロム層の上に形成された光学的に透明
な材料パターンによっても又、位相のシフトは発生す
る。
Typically, these masks have a patterned chrome layer on a quartz substrate with wells that are selectively etched on the substrate to provide a phase shift for the light beam of exposure. ing. The phase shift is also caused by the optically transparent material pattern formed on the quartz substrate or the chrome layer of the phase shift mask.

【0006】上に参照したマスクのタイプのように、微
細パターンが基板表面に形成されたマスクの検査には、
必要があろうが無かろうが、石英基板に作られたトレン
チあるいは井戸の深度の測定と同様に、クロム層パター
ンの欠陥も検出探索する事が要求される。その上に、位
相シフト素材の技術に関連して、石英上の欠陥の有無を
知ることが必要である。その理由は石英そのものが位相
シフト素材の技術に於て重要な役割を担うようになって
いるからである。
Inspection of a mask having a fine pattern formed on the surface of the substrate, such as the type of mask referred to above, includes:
Whether or not it is necessary, it is necessary to detect and search for defects in the chromium layer pattern as well as to measure the depth of the trench or well formed in the quartz substrate. Furthermore, it is necessary to know the presence or absence of defects on quartz in relation to the technology of phase shift material. The reason for this is that quartz itself plays an important role in the technology of phase shift materials.

【0007】先の技術で典型的には、位相シフトマスク
は光を透過するので、設計上光学技術を用いて検査する
ものとされてきた。こういった光学検査技術は、今まで
の光学検査装置に限界があったので、最新の微細パター
ンが形成されたマスクの検査には、不十分である事がし
ばしば証明されている。
In the prior art, since the phase shift mask is typically transparent to light, it has been designed to be inspected using optical technology. Such optical inspection technology is often proved insufficient for the inspection of the latest mask having a fine pattern because the optical inspection apparatus used so far has a limit.

【0008】上記で明らかにしたように、本発明は、主
にX 線マスク、位相シフトマスク及びウェーハを検査す
る装置一式の構造と使用法に関するものである。過去に
このような装置で電子ビームを走査をする場合の唯一の
欠陥は、マスクあるいはウェーハの既知の素材上の井戸
あるいはトレンチの深度に伴う光学的位相のずれ即ちシ
フト量を測定出来なかった点である。
As has been made clear above, the present invention mainly relates to the structure and use of a set of apparatus for inspecting an X-ray mask, a phase shift mask and a wafer. In the past, the only deficiency of scanning an electron beam with such a device was the inability to measure the amount of optical phase shift or shift with depth of the well or trench on the known material of the mask or wafer. Is.

【0009】[0009]

【課題を解決する為の手段】本発明の好ましい実施例と
して荷電粒子を走査して基板を自動検査する方法及び装
置を以下に述べる。特に位相シフトマスクを検査する目
的で電子光学的ビーム生成制御塔、即ちカラムにて発生
させた電子ビームに依る手段を用いる。第一の実施例
は、基板の自動検査の為の装置及び方法であり、基板表
面に荷電粒子ビームを放射して走査する荷電粒子ビーム
生成部と、基板の上面或いは底面から生じる2次電子と
後方散乱電子を検出しそれ等の電気信号波形を得て、信
号波形に種々の解析処理を行ないマスク上のパターン要
素が「何デアルカ?」を同定する。そしてダイ・ツー・
ダイもしくはダイ・ツー・データベース法に依って欠陥
の有無を調べる。
As a preferred embodiment of the present invention, a method and apparatus for automatically inspecting a substrate by scanning charged particles will be described below. Particularly, for the purpose of inspecting the phase shift mask, an electron optical beam generation control tower, that is, a means relying on an electron beam generated in the column is used. The first embodiment is an apparatus and method for automatically inspecting a substrate, which includes a charged particle beam generator for radiating and scanning a charged particle beam on the substrate surface, and secondary electrons generated from the top or bottom surface of the substrate. The backscattered electrons are detected, their electric signal waveforms are obtained, and various analysis processing is performed on the signal waveforms to identify "what deal?" Is the pattern element on the mask. And die-to-
Check for defects by die or die-to-database method.

【0010】更に本発明の好ましい実施例として、位相
シフトマスクの井戸の深さを測定する方法及び装置を述
べる。上述したように、位相シフトマスクでは、露光の
光線に位相のずれ即ちシフトを与える井戸が重要な役割
を果す。当然ながら、井戸の深さを測定するに際しても
し欠陥があれば深度測定に支障を来たし、従ってこの課
程でも欠陥が探索され得ることは言う迄もない。
Further, as a preferred embodiment of the present invention, a method and apparatus for measuring the depth of the well of the phase shift mask will be described. As described above, in the phase shift mask, the well that gives a phase shift, that is, a shift, to the exposure light beam plays an important role. Of course, when measuring the depth of the well, it is needless to say that if there is a defect, it will hinder the depth measurement, so that the defect can be searched for even in this process.

【0011】その上、本発明は、位相シフト材料の有無
の検知のみならず、その厚さ情報をも知る事を可能にす
る。
Moreover, the present invention makes it possible not only to detect the presence or absence of the phase shift material, but also to know its thickness information.

【0012】[0012]

【作用及び発明の効果】本発明により、荷電粒子ビーム
を用いてウェーハやX 線マスクや基板などを製造現場で
自動的に検査する検査装置を経済的に実現する事ができ
る。以下では電子ビームを用いて本発明を説明するが、
別の種類の荷電粒子ビームを用いる事もできるので、本
発明の範囲は電子ビームに限定されるものではない。
According to the present invention, it is possible to economically realize an inspection apparatus for automatically inspecting a wafer, an X-ray mask, a substrate or the like at a manufacturing site by using a charged particle beam. Hereinafter, the present invention will be described using an electron beam,
The scope of the invention is not limited to electron beams, as other types of charged particle beams can be used.

【0013】本発明は、ウェーハ、光学マスク、X 線マ
スク、電子ビーム近接マスク、ステンシル・マスクなど
の検査に主に使用されるが、任意の物質の高速電子ビー
ム撮像に使用することができる他に、マスクやウェーハ
の製造でフォトレジストを露光するための電子ビーム書
込みにも使用することができる。
Although the present invention is mainly used for inspection of wafers, optical masks, X-ray masks, electron beam proximity masks, stencil masks, etc., it can be used for high speed electron beam imaging of any material. In addition, it can also be used for electron beam writing for exposing photoresist in the manufacture of masks and wafers.

【0014】電子ビームには、基板が絶縁体か導電体か
に応じて2つの基本的な動作モードがある。導電性であ
るか導電体で被覆されているX 線マスク、電子ビーム近
接マスク、ウェーハ・プリントの検査には主に「高電圧
モード」が用いられる。この場合、高電圧走査ビームを
使用しても基板は帯電しない。
Electron beams have two basic modes of operation, depending on whether the substrate is an insulator or a conductor. The "high voltage mode" is mainly used for inspection of X-ray masks, electron beam proximity masks, and wafer prints that are conductive or coated with a conductor. In this case, the substrate will not be charged using the high voltage scanning beam.

【0015】一方、非導電性材料層を有する製造中のウ
ェーハや光学マスクの検査には主に「低電圧モード」が
用いられる。低電圧走査ビームを使用することにより帯
電や損傷を最小にすることができる。以上の相違を除け
ば、両モードはいずれも欠陥の検出及び分類を高速で達
成する。
On the other hand, the "low voltage mode" is mainly used for inspection of wafers and optical masks having a non-conductive material layer during manufacturing. Charging and damage can be minimized by using a low voltage scanning beam. Except for the above differences, both modes achieve high speed defect detection and classification.

【0016】現在の走査型電子顕微鏡は走査速度が非常
に遅く、その上通常の域を越えた高度の技能を有するオ
ペレータを必要とするので、経済的な観点から判断する
と、現在の走査型電子顕微鏡を使用することはできな
い。
Current scanning electron microscopes have very slow scanning speeds, and require an operator with a high level of skill beyond the normal range. It is not possible to use a microscope.

【0017】本発明の新規な特徴は、様々な種類の欠陥
を検出できるだけでなく、欠陥の種類を識別できること
にある。本発明では「高電圧モード」で後方散乱電子、
透過電子、2次電子の検出及び識別を同時に実行できる
ので、欠陥を即座に分類できる。例えば、X 線マスク上
の透過検出器のみにより検出される欠陥は、恐らく吸収
材料の裂け目であり、2次電子検出器では検出されるが
後方散乱電子検出器では検出されない欠陥は有機粒子で
ある可能性が高く、後方散乱電子検出器により検出され
る欠陥は原子量の大きい汚染物質の可能性がある。X 線
マスク上の有機汚染物質のようなある種の欠陥はウェー
ハ上にプリントされないが、様々な種類の欠陥を識別で
きる能力は本発明の重要な利点である。
A novel feature of the present invention is that not only can various types of defects be detected, but the types of defects can be identified. In the present invention, backscattered electrons in the "high voltage mode",
Since it is possible to simultaneously detect and identify transmitted electrons and secondary electrons, defects can be immediately classified. For example, defects detected only by the transmission detector on the X-ray mask are probably crevices in the absorbing material, and defects detected by the secondary electron detector but not by the backscattered electron detector are organic particles. Defects that are likely to be detected by the backscattered electron detector may be high atomic weight contaminants. Although some defects, such as organic contaminants on the X-ray mask, are not printed on the wafer, the ability to identify various types of defects is a significant advantage of the present invention.

【0018】このように本発明は、欠陥を検出すること
ができるだけでなく、それらの欠陥を識別することがで
きる。本発明ではシステムを半導体の製造に適したもの
にするために多くの技術を使用している。例えば、真空
排気速度と真空から常圧に戻す加圧速度の両者を共に制
限して気体の流れを層流の状態に保つことにより、汚染
物質の撹乱を防止している。また、これらの動作を他の
サンプルの走査と同時に実行することにより、時間を節
約している。
Thus, the present invention is capable of not only detecting defects, but also identifying those defects. The present invention uses a number of techniques to make the system suitable for semiconductor manufacturing. For example, both the evacuation speed and the pressurization speed at which the vacuum is returned to normal pressure are both limited to keep the gas flow in a laminar state, thereby preventing the disturbance of contaminants. It also saves time by performing these operations concurrently with scanning other samples.

【0019】この他に、タレットに6 個の電界放出源を
設けて無駄な時間を更に少なくしている。最後に、通常
オペレータの走査により実行される電子ビームの主な調
整はコンピュータにより実行されるので、比較的技能の
低い者でも本発明のシステムを使用することができる。
In addition to this, six field emission sources are provided in the turret to further reduce the wasted time. Finally, the major adjustments of the electron beam, which are usually performed by operator scanning, are computer-implemented, so that relatively unskilled persons can use the system of the present invention.

【0020】[0020]

【実施例】図1には本発明の検査システム10の全体の
ブロック図が示されている。検査システム10はX 線マ
スク、ウェーハ、その他の基板の自動検査装置であり、
センサとして走査型電子顕微鏡を使用している。
1 is a block diagram of an overall inspection system 10 of the present invention. The inspection system 10 is an automatic inspection device for X-ray masks, wafers, and other substrates.
A scanning electron microscope is used as a sensor.

【0021】この検査システム10は2種類の動作モー
ド、即ち、ダイとダイとの比較モード及びダイとデータ
ベースとの比較モードを有している。いずれのモードで
も欠陥の検出は、基板の走査により得られる電子ビーム
像を基準と比較することにより行なわれる。即ち、ダイ
とダイとの(ダイ・ツー・ダイ)比較では、同じ基板の
2つのダイからの信号を互いに比較する。ダイとデータ
ベースとの(ダイ・ツー・データベース)比較検査で
は、電子顕微鏡から得られるひとつのダイからの信号
を、そのダイの作成に使用したデータベースからの信号
と比較する。
The inspection system 10 has two kinds of operation modes, that is, a die-to-die comparison mode and a die-to-database comparison mode. In any mode, the defect is detected by comparing the electron beam image obtained by scanning the substrate with a reference. That is, in die-to-die (die-to-die) comparison, signals from two dies on the same substrate are compared to each other. Die-to-database comparison inspection compares the signal from one die obtained from an electron microscope with the signal from the database used to make that die.

【0022】検査対象である基板57はホールダに保持
され、ホールダは電子ビーム生成部20の下方のX-Y ス
テージ24に基板ハンドラー34により自動的に載置さ
れる。この動作は次のようにして達成される。システム
・コンピュータ36から基板ハンドラー34に命令が送
られる。基板ハンドラー34は検査対象である基板57
をカセットからとりだし、基板57に形成されている平
らな部分又はノッチ59(図2ないし図3a を参照)を
自動的に検出して基板57を適切に方向付けてから電子
ビーム生成部20の下に装填する。
The substrate 57 to be inspected is held by the holder, and the holder is automatically placed on the XY stage 24 below the electron beam generator 20 by the substrate handler 34. This operation is achieved as follows. Instructions are sent from the system computer 36 to the substrate handler 34. The substrate handler 34 is a substrate 57 to be inspected.
Is removed from the cassette, and the flat portion or notch 59 (see FIGS. 2 to 3a) formed on the substrate 57 is automatically detected to properly orient the substrate 57, and To load.

【0023】次に、オペレータが位置合わせ用光学系2
2を介して基板57を目視により観察しながら、基板の
位置合わせ点を決め(基板の要素パターンを任意に選択
して位置合わせ点とする)、ステージのX 軸方向への移
動が基板のパターンの検査領域のX 軸と実質的に平行に
なるようにする。これで粗い位置合わせ作業が終わる。
Next, the operator uses the alignment optical system 2
While visually observing the substrate 57 via 2, the substrate alignment point is determined (the element pattern of the substrate is arbitrarily selected to be the alignment point), and the movement of the stage in the X-axis direction is the substrate pattern. Be substantially parallel to the X axis of the inspection area of. This completes the rough alignment work.

【0024】粗い位置合わせ作業に引き続いて、精密な
位置合わせ作業を行なう。精密な位置合わせ作業は、オ
ペレータが電子ビームで基板を走査し、画像ディスプレ
イ46に現われる画像を観察しながら行なう。位置合わ
せに関連するデータは総てが位置合わせコンピュータ2
1に保存される。この位置合わせコンピュータ21は、
システム・コンピュータ36と協調して作動し、ダイを
X,Y の両軸に添って走査するのに必要な実際の複合X,Y
動作を計算する。従って、以後同一種類の基板に関して
はオペレータが自ら位置合わせ作業をする必要はない。
基板の精密な位置合わせ作業が終了すると、検査工程が
開始される。
Following the rough alignment work, a precise alignment work is performed. The precise alignment operation is performed while the operator scans the substrate with the electron beam and observes the image displayed on the image display 46. All of the data related to the alignment are the alignment computer 2
Stored in 1. This alignment computer 21
Works in cooperation with system computer 36 to move the die
The actual composite X, Y needed to scan along both X, Y axes
Calculate motion. Therefore, it is not necessary for the operator to perform the alignment work for the same type of substrate thereafter.
When the precise alignment work of the substrate is completed, the inspection process is started.

【0025】電子ビーム生成部20、位置合わせ用光学
系22、アナログ偏向回路30、検出器32により、以
下に詳述するように、電子ビームの基板57への入射、
及び2次電子や後方散乱電子や基板57を透過する電子
の検出が行なわれる。この検出動作とデータの収集は、
電子ビーム生成部制御コンピュータ42、ビデオ・フレ
ーム・バッファ44、画像収集プリ・プロセッサ48、
偏向コントローラ50、メモリ・ブロック52により行
なわれる。VME バス、即ち、符号29で示すVEM1はサブ
・システム間の通信リンクとして機能する。
The electron beam generator 20, the alignment optical system 22, the analog deflection circuit 30, and the detector 32 cause the electron beam to enter the substrate 57, as described in detail below.
Also, secondary electrons, backscattered electrons, and electrons transmitted through the substrate 57 are detected. This detection operation and data collection are
Electron beam generator control computer 42, video frame buffer 44, image acquisition pre-processor 48,
This is performed by the deflection controller 50 and the memory block 52. The VME bus, or VEM1 designated by the numeral 29, functions as a communication link between subsystems.

【0026】基板57の検査中のX-Y ステージ24の位
置と移動は、偏向コントローラ50と、メモリ・ブロッ
ク52と、位置合わせコンピュータ21との制御の下
で、ステージ・サーボ26及び干渉計28によって制御
される。
The position and movement of the XY stage 24 during the inspection of the substrate 57 is controlled by the stage servo 26 and the interferometer 28 under the control of the deflection controller 50, the memory block 52 and the alignment computer 21. To be done.

【0027】ダイ・ツー・データベース比較モードの場
合には、意図するダイ・フォーマットを表す信号の源と
して、メモリ・ブロック52と通信しているデータベー
ス・アダプタ54を使用する。
In the die-to-database compare mode, the database adapter 54 in communication with the memory block 52 is used as a source of signals representative of the intended die format.

【0028】実際の欠陥検出処理は、ポスト・プロセッ
58及び欠陥プロセッサ56によって、メモリ・ブロッ
ク52のデータについてなされる。ポスト・プロセッサ
58と欠陥プロセッサ56との間の通信は、符号31で
示すバスVME 2を介してなされる。
The actual defect detection process is performed on the data in the memory block 52 by the post processor 58 and the defect processor 56. Communication between the post processor 58 and the defective processor 56 is done via the bus VME 2 shown at 31.

【0029】全体のシステムの走査は、イーサネット・
バス(Ethernet bus)に類似しているデータバス23を
介して他のブロックと通信を行ないながら、システム・
コンピュータ36、ユーザ・キーボード40、コンピュ
ータ・ディスプレイ38によって実行する。イーサネッ
トはゼロックス社の商標である。
The scanning of the entire system is
While communicating with other blocks via the data bus 23, which is similar to the Ethernet bus,
It is executed by the computer 36, the user keyboard 40, and the computer display 38. Ethernet is a trademark of Xerox Corporation.

【0030】図2にはダイ・ツー・データベース比較モ
ードで検査を行なう場合の本発明の走査の軌跡が示され
ている。図2には基板57上にダイ64が一個だけ示さ
れている。このダイ64には検査すべき検査領域65が
存在する。この検査領域65は基板57上に重要な情報
が記録されている領域である。ダイ64の検査に当たっ
て、X 軸方向の有効走査移動は移動するX-Y ステージ2
4によりなされ、Y 軸方向の有効走査移動は偏向により
電子ビームを図中符号60で示した走査領域の幅と同じ
振り幅で振ることによりなされる。電子ビームがダイ6
4の右側に達すると、X-Y ステージ24は電子ビームの
振り幅未満の距離だけY 軸方向に移動する。基板57の
X-Y 座標系はX-Y ステージ24及び電子ビーム生成部2
0のそれぞれのX-Y 座標系と正確に一致しないので、X-
Y ステージ24の実際の移動と電子ビーム生成部20の
実際のビーム偏向は、それぞれがダイ64の走査中にX
とY の分力を有している。
FIG. 2 shows the scanning trace of the present invention when the inspection is performed in the die-to-database comparison mode. Only one die 64 is shown on the substrate 57 in FIG. The die 64 has an inspection area 65 to be inspected. The inspection area 65 is an area in which important information is recorded on the substrate 57. When inspecting the die 64, the effective scanning movement in the X-axis direction moves. XY stage 2
4, the effective scanning movement in the Y-axis direction is performed by deflecting the electron beam with the same swing width as the width of the scanning region indicated by reference numeral 60 in the drawing. Electron beam is die 6
When it reaches the right side of 4, the XY stage 24 moves in the Y-axis direction by a distance less than the swing width of the electron beam. Board 57
The XY coordinate system is based on the XY stage 24 and the electron beam generator 2.
Since it does not exactly match each XY coordinate system of 0, X-
The actual movement of the Y stage 24 and the actual beam deflection of the electron beam generator 20 are controlled by the X-axis during scanning of the die 64.
And has a component of Y.

【0031】検査領域65内を十分に検査するために、
検査は図示したように折れ曲がった軌跡62を描いて実
行される。折れ曲がった軌跡62のうちのX 軸方向の各
軌道は、符号60で示した走査領域と同じ幅を有する走
査領域であり、いずれも隣接する走査領域と僅かに重な
り合っている。
In order to sufficiently inspect the inspection area 65,
The inspection is performed by drawing a curved trajectory 62 as shown. Each trajectory in the X-axis direction of the bent locus 62 is a scanning area having the same width as the scanning area indicated by reference numeral 60, and each of them slightly overlaps the adjacent scanning area.

【0032】ダイ・ツー・データベース比較モードで
は、各走査領域に対応する信号が、完璧なダイの対応す
る走査領域に関するデータベース・アダプタ54からの
シミュレーションされた信号と比較される。この処理
は、次のダイの検査に移行する前に、現在検査中のダイ
の検査領域65の各走査領域に対して繰り返される。
In the die-to-database compare mode, the signal corresponding to each scan area is compared with the simulated signal from the database adapter 54 for the corresponding scan area of the perfect die. This process is repeated for each scan area of the inspection area 65 of the die currently inspected before proceeding to the inspection of the next die.

【0033】図3はダイ・ツー・ダイ比較モードで検査
する際の走査の軌跡を示すもので、基板57としては左
から右にダイ68、70、66を有しているものを例示
している。この検査モードでも、図2の例と同様に、折
れ曲がった軌跡63を描いて検査が実行される。しか
し、この検査モードはダイ・ツー・ダイ比較モードであ
るので、X-Y ステージ24は、走査領域毎に3個のダイ
を横切るまでX 軸方向に移動し続け、3個のダイを横切
ってから初めてY 軸方向に移動する。この比較モードで
は、ダイ68の第1の走査工程で得られるデータはメモ
リ・ブロック52に記憶され、この記憶データがダイ7
0の第1の走査工程中に得られるデータと比較される。
ダイ68とダイ70とを比較している時に、ダイ70の
データは、ダイ66の第1の走査工程で得られるデータ
と比較するためにメモリ・ブロック52に記憶させてお
く。
FIG. 3 shows scanning trajectories when inspecting in the die-to-die comparison mode, and a substrate 57 having dies 68, 70, 66 from left to right is shown as an example. There is. In this inspection mode as well, the inspection is executed by drawing a curved locus 63 as in the example of FIG. However, since this inspection mode is a die-to-die comparison mode, the XY stage 24 continues to move in the X-axis direction until it crosses three dies for each scanning area, and only after it crosses three dies. Move in the Y-axis direction. In this comparison mode, the data obtained in the first scanning step of die 68 is stored in memory block 52 and this stored data is transferred to die 7
It is compared to the data obtained during the first scan step of zero.
While comparing die 68 and die 70, the data of die 70 is stored in memory block 52 for comparison with the data obtained in the first scanning step of die 66.

【0034】次に、第2の走査工程に移行する。第2の
走査工程は、戻り走査工程なので、ダイを通過する順序
は逆になり、ダイ66の第2の走査工程により得られる
データはダイ70から得られるデータとの比較のために
記憶され、ダイ70から得られるデータはダイ68の第
2の走査工程から得られるデータとの比較のために記憶
される。この走査と比較の一連の動作を繰り返して基板
57の検査領域全体を検査する。
Next, the second scanning process is started. Since the second scan step is a return scan step, the order of passing through the die is reversed and the data obtained by the second scan step of die 66 is stored for comparison with the data obtained from die 70, The data obtained from die 70 is stored for comparison with the data obtained from the second scanning step of die 68. A series of operations of this scanning and comparison are repeated to inspect the entire inspection area of the substrate 57.

【0035】多重走査統合技術により画像を得ることが
必要なこともある。この場合、各ピクセルを長い時間間
隔で露光しなければならない。従来の走査顕微鏡ではビ
ームが次のピクセルに移行する前のピクセル滞留時間が
長いゆっくりとした走査技術が通常利用されている。と
ころが、基板の検査システムでは、基板の加熱及び帯電
は好ましくないので、ピクセルの記録速度が遅いことは
望ましくない。
It may be necessary to obtain images with multiple scan integration techniques. In this case, each pixel must be exposed for a long time interval. Conventional scanning microscopes typically utilize slow scanning techniques where the beam has a long pixel dwell time before transitioning to the next pixel. However, in the substrate inspection system, the heating and charging of the substrate are not preferable, so that the slow pixel recording speed is not desirable.

【0036】多重走査を統合して十分なコントラストを
有する画像を得たり、画像の信号対雑音比を改善したり
することが必要な場合もある。信号対雑音比を改善する
には、基板の同一位置を何回か走査して得られる信号値
を各ピクセル毎に平均化する必要がある。「低電圧モー
ド」(このモードについては後出の「電子光学」の項で
詳述する。)での画像のコントラストは、電子ビームが
基板の特定のピクセルの位置に戻ってくる戻り期間にも
基板を走査することにより改善することができる。非導
電性の基板の低電圧検査でのコントラストの改善は、
「電子光学」の項で説明するように、ビームが戻ってく
る間に、特定のピクセル位置の電子を近くの領域が走査
されたときに生じる2次電子に置き換えることによって
も達成することができる。更に、熱に弱い基板材料の場
合には、ピクセル位置をビーム走査する時間に間隔を設
けてビームにより蓄積される熱を発散させるようにす
る。
It may be necessary to integrate multiple scans to obtain an image with sufficient contrast or to improve the signal-to-noise ratio of the image. In order to improve the signal-to-noise ratio, it is necessary to average the signal values obtained for each pixel by scanning the same position on the substrate several times. The image contrast in the "low voltage mode" (this mode will be discussed in detail in the "Electronic Optics" section below) also affects the return period when the electron beam returns to the position of a specific pixel on the substrate. It can be improved by scanning the substrate. Improving contrast in low voltage inspection of non-conductive substrates
It can also be achieved by replacing the electrons at a particular pixel location with secondary electrons that occur when a nearby area is scanned while the beam is returning, as described in the "Electronic Optics" section. . In addition, for heat-sensitive substrate materials, the pixel locations are beam-scanned in intervals to dissipate the heat accumulated by the beam.

【0037】図4は本発明が採用している走査方法の例
を図式的に表したものである。この図には512列カケ
ルm(mは4の倍数数)行個のピクセルから成る一連の
長方形をビームの偏向により4回走査して信号を平均化
させる方法が示されている。一連の長方形の各々の中心
がステージの移動方向に沿ってm/2ピクセル個だけ移動
する。
FIG. 4 is a diagrammatic representation of an example of the scanning method adopted by the present invention. This figure shows a method of averaging the signals by scanning a series of rectangles of 512 columns by m (where m is a multiple of 4) rows of pixels by deflecting the beam four times. The center of each of the rectangles moves by m / 2 pixels along the moving direction of the stage.

【0038】図4には本発明が信号の平均化、コントラ
ストの改善、熱の発散のために採用している重複フレー
ム走査技術の例が示されている。図示の例では、各ピク
セルが4回走査される。各走査ラインはY 軸方向にピク
セル数で512個の長さを有している。重複フレーム走
査のために、m 個の横に並んだ一連のライン1.......m
が基板上で走査される。ライン間のX 軸方向の間隔はピ
クセルの大きさに等しく設定されていて、各ラインは連
続的にX 座標が増大していく。
FIG. 4 shows an example of the overlapping frame scanning technique that the present invention employs for signal averaging, contrast enhancement, and heat dissipation. In the example shown, each pixel is scanned 4 times. Each scan line has a length of 512 pixels in the Y-axis direction. A series of m side-by-side lines 1 ....... m for overlapping frame scanning
Are scanned on the substrate. The X-axis interval between lines is set equal to the pixel size, and the X coordinate of each line increases continuously.

【0039】図5は図4に示した走査中におけるビーム
のX 軸方向の公称偏向値を時間の関数として図式的に表
したものである。水平方向は時間軸であり、垂直方向は
X 軸上の位置である。図5にはビームの偏向に使用して
いるX 軸方向の偏向システムの階段上の出力が示されて
いる。m 個のラインの走査後に、図5に示されているよ
うに、走査はX 軸方向に後退する。この偏向システムの
下で基板を移動させるステージは、ビームがX 軸方向に
後退した時に、次の走査ラインの位置が最初のm個のラ
インの数(m/4+ 1)に一致するように、X 軸方向の速
度が調整される。この例では4回繰り返して走査するの
で、ビームが512カケルm 個のピクセルから成る長方
形を4回走査すると、ステージは基板をX 軸方向にm 個
のピクセル幅の距離だけ移動させる。
FIG. 5 is a diagrammatic representation of the nominal deflection value of the beam in the X direction during the scan shown in FIG. 4 as a function of time. The horizontal direction is the time axis, and the vertical direction is
The position on the X axis. FIG. 5 shows the staircase output of the X-axis deflection system used to deflect the beam. After scanning m lines, the scan is retracted in the X-axis direction, as shown in FIG. The stage for moving the substrate under this deflection system is such that the position of the next scanning line corresponds to the number of the first m lines (m / 4 + 1) when the beam is retracted in the X-axis direction. , The speed in the X-axis direction is adjusted. Since the beam is scanned 4 times in this example, when the beam scans a rectangle of 512 pixels m pixels 4 times, the stage moves the substrate in the X-axis direction by a distance of m pixels.

【0040】図6は、図4に示した走査中における基板
上のビームのX 座標を時間の関数として図式的に表した
ものである。水平方向は時間軸であり、垂直方向はビー
ムのX 軸上の位置である。図6には基板上の一連の走査
ラインの各々のX 座標が時間の関数として示す。ここに
は、偏向システムの下で基板を移動させるステージと、
走査ラインを偏向領域内のX 軸方向に沿って前後に移動
させる偏向システムとの組み合わせにより、ビームが基
板上の各ラインの位置を4回走査することが示されてい
る。画像データをメモリ・ブロック52に記録し、適切
なメモリ・アドレスからのデータを平均化することによ
り、平均化されたデータを欠陥プロセッサ56及び位置
合わせコンピュータ21に供給することができる。この
例では平均化の数として4を用いているが、実際に結合
する走査回数とフレーム毎のライン数mは、雑音の減
少、コントラストの強化、検査効率の最良の組み合わせ
を生成するように選択する。
FIG. 6 is a graphical representation of the X coordinate of the beam on the substrate during the scan shown in FIG. 4 as a function of time. The horizontal direction is the time axis, and the vertical direction is the position of the beam on the X axis. FIG. 6 shows the X coordinate of each of a series of scan lines on the substrate as a function of time. It has a stage that moves the substrate under the deflection system,
The beam is shown to scan the position of each line on the substrate four times in combination with a deflection system that moves the scan line back and forth along the X axis within the deflection region. By recording the image data in memory block 52 and averaging the data from the appropriate memory addresses, the averaged data can be provided to defect processor 56 and alignment computer 21. Although 4 is used as the number of averagings in this example, the number of scans actually combined and the number of lines per frame m are selected so as to produce the best combination of noise reduction, contrast enhancement, and inspection efficiency. To do.

【0041】ステージの移動方向に垂直なY 軸方向の走
査は1回の通過により撮像に用いる走査と同じである。
ここでは走査は露出間隔t 毎にピクセル1個分D だけ進
む。512個のピクセルは場の走査領域を1回の通過で
撮像するには、ステージの速度を(D/ 512/t) に設定
して、1回走査する毎にステージがピクセル1個分だけ
進むようにする。通過を数回繰り返して撮像する場合に
は、基板からみた走査ビームも(D/ 512/t) ミクロン
毎秒の速度で進まなければ平方ピクセルを記録すること
ができない。1回通過する毎にn 個のピクセルを露出し
て画像を記録するには、ステージを(D/ 512/t) 未満
の速度でゆっくりと移動させなければならず、しかも走
査時間( 512*t) の間に( 1- 1/n)*D ミクロンだけ
余計にビームを進めて、ステージの移動方向に階段状に
走査するようにしなければならない。
Scanning in the Y-axis direction, which is perpendicular to the moving direction of the stage, is the same as scanning used for imaging by one pass.
Here the scan advances one pixel D every exposure interval t. For 512 pixels, to image the field scanning area in one pass, set the stage speed to (D / 512 / t) and advance the stage by one pixel for each scan. To do so. When imaging is repeated several times, square pixels cannot be recorded unless the scanning beam seen from the substrate also moves at a speed of (D / 512 / t) micron per second. To record an image with n pixels exposed per pass, the stage must be moved slowly at a speed less than (D / 512 / t) and the scan time (512 * t ), The beam must be advanced an extra (1-1 / n) * D micron so that the beam is scanned stepwise in the moving direction of the stage.

【0042】可変数m 段後に、X 軸方向の走査が後退す
る。このようにして、走査軌道は512* ( 1- 1/n)*
m の形状フレームになる。基板表面からみると、図4に
示す重複フレームのパターンになる。各画像ピクセルの
多重露出時間の間隔は( 512*m*t) である。m をn よ
り大きく設定しているかぎり、ピクセルの再走査の回数
及び繰り返し速度の両者を自由に変更することができ
る。画像データをメモリ・ブロック52に記録し、適切
なアドレスからのデータを平均化することにより、平均
化されたデータをあたかも一回のゆっくりとした通過で
記録しているかのように、欠陥プロセッサ56に供給す
ることができる。この技術の長所は、パラメータを調整
してピクセル相互の露出時間を最適にすることができる
ことである。
After the variable number of m steps, the scanning in the X-axis direction moves backward. Thus, the scanning orbit is 512 * (1-1 / n) *
It becomes the shape frame of m. When viewed from the surface of the substrate, the overlapping frame pattern shown in FIG. 4 is obtained. The interval between multiple exposure times of each image pixel is (512 * m * t). As long as m is set larger than n, both the number of pixel rescans and the repetition rate can be freely changed. By recording the image data in the memory block 52 and averaging the data from the appropriate addresses, the defective processor 56 as if recording the averaged data in one slow pass. Can be supplied to. The advantage of this technique is that the parameters can be adjusted to optimize the exposure time between pixels.

【0043】図3に戻ってダイ・ツー・ダイ比較モード
をより詳細に説明する。電子ビームがダイ68とダイ7
0の走査領域を走査すると、図1に示す3種類の検出器
32からの信号33が画像収集プリ・プロセッサ48に
送られ、ここでデジタル信号に変換されてからメモリ・
ブロック52に記憶される。ダイ68、ダイ70からの
両データが同時に欠陥プロセッサ56に送られ、ここで
両データ間の重要な不一致が欠陥として指定される。次
に、欠陥プロセッサ56からの欠陥データを蓄積して、
これがポスト・プロセッサ58に送られ統合される。ポ
スト・プロセッサ58は、欠陥のサイズや種々の特性を
決定し、その情報をシステム・コンピュータ36がバス
23を介して利用可能な状態にする。
Returning to FIG. 3, the die-to-die comparison mode will be described in more detail. Electron beam is die 68 and die 7
When the 0 scan area is scanned, the signals 33 from the three types of detectors 32 shown in FIG. 1 are sent to the image acquisition pre-processor 48, where they are converted into digital signals and then stored in the memory.
Stored in block 52. Both data from die 68 and die 70 are simultaneously sent to the defect processor 56 where a significant mismatch between both data is designated as a defect. Next, the defect data from the defect processor 56 is accumulated,
This is sent to post processor 58 for integration. Post processor 58 determines the size and various characteristics of the defect and makes that information available to system computer 36 via bus 23.

【0044】ダイ・ツー・データベース比較検査モード
では、システム10は上記と同様に動作するが、メモリ
・ブロック52が一つのダイからのデータを受信する
点、欠陥プロセッサ56での比較のための参照データが
データベース・アダプタ54によって提供される点が異
なっている。
In the die-to-database comparison test mode, system 10 operates in the same manner as above, except that memory block 52 receives data from one die, a reference for comparison at defective processor 56. The difference is that the data is provided by the database adapter 54.

【0045】基板全体が検査されると、欠陥のリストが
欠陥の位置情報と共にコンピュータ・ディスプレイ38
に表示される。オペレータはユーザ・キーボード40に
よって欠陥の調査を開始できる。この命令に応答して、
システム10は各欠陥の周囲を走査し、その像をディス
プレイ46上に表示する。
When the entire board is inspected, a list of defects is displayed on the computer display 38 along with defect location information.
Is displayed in. The user keyboard 40 allows the operator to initiate a defect investigation. In response to this command,
System 10 scans around each defect and displays the image on display 46.

【0046】走査光学 主要な幾つかの素子と電子ビーム生成部20の特別な設
計との組み合わせて、画像形成速度を約100倍以上に
早めることができる。信号対雑音比の関係で走査速度に
は基本的制約があるので、画像形成速度を早めるにはビ
ームの電流値(beam current)を高めることが必須不可
欠である。本発明では高輝度高温放射源を用いて、広角
にわたるビームの強度を高めてビーム電流値を大きくし
ている。しかし、電子の密度が高くなるとクーロン相互
に斥力が生じてしまうので、カソードの近傍に高電界を
掛けて、ビームの径を急激に拡大させている。電子ビー
ム生成部では電荷密度を上昇させる電子の交差が生じな
いようにし、開口数を大きくしてクーロンの斥力の問題
を少なくしている。
Scanning optics A combination of several main elements and a special design of the electron beam generator 20 can increase the image forming speed by about 100 times or more. Since the scanning speed is fundamentally limited due to the signal-to-noise ratio, it is essential to increase the beam current in order to increase the image forming speed. In the present invention, a high-intensity high-temperature radiation source is used to increase the beam intensity over a wide angle and increase the beam current value. However, when the electron density becomes high, a repulsive force is generated between the Coulombs, so a high electric field is applied near the cathode to rapidly expand the beam diameter. In the electron beam generator, the electron crossing that raises the charge density is prevented, and the numerical aperture is increased to reduce the problem of Coulomb repulsion.

【0047】基板を例えば、毎秒100メガピクセルの
高速度で走査しなければ、検出器は連続して走査した2
個のピクセルから生じる2次(リターン)電子の一時的
な識別をすることができない。これは、各ピクセルの滞
留時間に比べて到着時間にばらつきのないことが必要で
あることを意味している。
Unless the substrate is scanned at a high rate of, for example, 100 megapixels per second, the detector will scan 2 consecutive times.
It is not possible to make a temporary identification of secondary (return) electrons originating from a single pixel. This means that the arrival time needs to be consistent compared to the dwell time of each pixel.

【0048】電子がターゲットを離れたら、直ちに電子
を加速することにより、各ピクセルの到着時間のばらつ
きを少なくすることができる。このような対策により検
出器での到着時間のばらつきを約1ナノ秒以内に維持す
ることができる。逆バイアスされた高周波ショットキー
・バリア検出器を検出対象である電子の種類毎に用いれ
ば、到着時間のばらつきを更に少なくすることができ
る。ショットキー検出器は単に例として示したのであっ
て、他の種類の半導体検出器を使用してもよい。
By accelerating the electrons as soon as they leave the target, it is possible to reduce variations in the arrival time of each pixel. By taking such measures, it is possible to maintain the variation in arrival time at the detector within about 1 nanosecond. If a reverse-biased high-frequency Schottky barrier detector is used for each type of electron to be detected, it is possible to further reduce variations in arrival time. The Schottky detector is shown only as an example, and other types of semiconductor detectors may be used.

【0049】電子光学 電子光学サブ・システムは、機能的には走査型電子顕微
鏡に似ており、走査電子ビーム・プローブと、2次電
子、透過電子、後方散乱電子の検出素子とを基板表面の
撮像用に有している。検査中は、電子ビームが一方向に
走査され、ステージが電子ビームの走査方向に垂直な方
向に移動される。低電圧の2次電子か、高エネルギーの
透過電子あるいは後方散乱電子のいずれかがビデオ信号
の生成に使用される。生成されたビデオ信号はデジタル
化されて細長い走査領域像の形で記憶される。この電子
光学サブ・システムは、高解像度で自動的に欠陥を検出
することができるだけでなく、新旧両技術を組み合わせ
て検査に必要な解像度で雑音の少ない画像を高速に得る
ことができる。
Electron optics The electron optics subsystem is functionally similar to a scanning electron microscope and includes a scanning electron beam probe and detectors for secondary electrons, transmitted electrons, and backscattered electrons on the substrate surface. It has for imaging. During the inspection, the electron beam is scanned in one direction, and the stage is moved in a direction perpendicular to the scanning direction of the electron beam. Either low voltage secondary electrons or high energy transmitted or backscattered electrons are used to generate the video signal. The generated video signal is digitized and stored in the form of an elongated scan area image. This electro-optical subsystem not only can detect defects automatically at high resolution, but also can combine old and new technologies to quickly obtain a noise-free image at the resolution required for inspection.

【0050】ビームは、典型的には、非常に高速な5マ
イクロ秒周期の鋸波掃引を使用して、512個のピクセ
ルからなるフィールド(18- 100μm 幅)を走査す
る。偏向は歪みを発生することがなく、表面にほぼ垂直
なので、撮像特性は走査フィールドで一様である。
The beam typically scans a field of 512 pixels (18-100 μm wide) using a very fast 5 microsecond period sawtooth sweep. The imaging characteristics are uniform in the scanning field because the deflection does not cause distortion and is almost perpendicular to the surface.

【0051】検出効率が高いので、プローブからの電子
により生じる2次電子のほぼ総てを画像形成に使用する
ことができる。検出システムの帯域幅は、走行時間が短
いのでピクセル速度に匹敵している。2次電子は共軸で
抽出されるので、観察物体のエッジが基板上でどのよう
な方向を向いていようとも、エッジ形状の正確な画像が
得られる。
Due to the high detection efficiency, almost all of the secondary electrons generated by the electrons from the probe can be used for image formation. The bandwidth of the detection system is comparable to the pixel speed due to the short transit time. Since the secondary electrons are extracted coaxially, an accurate image of the edge shape can be obtained regardless of the direction of the edge of the observation object on the substrate.

【0052】図7は、光学システムの要素と、その機能
を理解するために必要な関連する電源を示している。電
子銃は、熱的電界放出カソード81と、放出制御電極8
3と、アノード・アパーチャ87を有するアノード85
とから成る。カソード81は、電源89によって20Ke
V のビーム電圧に保持されている。カソード81の表面
の電界強度に依存する放出量は、バイアス供給源91に
接続されている電極83の電圧によって制御されてい
る。電極83の電圧はカソード81の電圧に対して負で
ある。カソード81は電流源93によって加熱される。
カソード81の近くの磁気コンデンサ・レンズ95は電
子ビームを平行にするために使用する。上部偏向器97
は、位置合わせ(位置整合)、スチグメーション(無非
点収差)、帰線消去のために使用する。この光学系には
数個のホールからなるビーム制限アパーチャ99が更に
設けられている。ビーム100は対物レンズ104の前
に配置されている一対の静電気偏向器101、103に
より偏向されて、対物レンズ104の上方の一点の辺り
で揺動する。対物レンズ104は下部レンズ極片10
6、中間電極107、上部レンズ極片105で構成され
ている。高電圧動作モードでは、対物レンズ104の上
部レンズ極片105及び下部レンズ極片106だけを用
いてプローブの焦点合わせが行なわれる。結局ビーム1
00は、はるか遠方で集束する状態で基板57上を走査
される。従って、殆ど平行な対物レンズ104により再
度収束されて、1X 倍、即ち等倍に拡大されたビーム発
生源の像が形成され、これが基板57を照射する。
FIG. 7 shows the elements of the optical system and the associated power supplies needed to understand their function. The electron gun includes a thermal field emission cathode 81 and an emission control electrode 8
3 and an anode 85 having an anode aperture 87
It consists of and. The cathode 81 has a power source 89 of 20 Ke.
It is held at the beam voltage of V 2. The amount of emission depending on the electric field strength on the surface of the cathode 81 is controlled by the voltage of the electrode 83 connected to the bias supply source 91. The voltage on the electrode 83 is negative with respect to the voltage on the cathode 81. The cathode 81 is heated by the current source 93.
A magnetic condenser lens 95 near the cathode 81 is used to collimate the electron beam. Upper deflector 97
Are used for alignment (position alignment), stigmation (astigmatism), and blanking. The optical system is further provided with a beam limiting aperture 99 consisting of several holes. The beam 100 is deflected by a pair of electrostatic deflectors 101 and 103 arranged in front of the objective lens 104, and oscillates around a point above the objective lens 104. The objective lens 104 is the lower lens pole piece 10.
6, the intermediate electrode 107, and the upper lens pole piece 105. In the high voltage operating mode, the probe is focused using only the upper lens pole piece 105 and the lower lens pole piece 106 of the objective lens 104. After all beam 1
00 is scanned over the substrate 57 with focus at a far distance. Therefore, an image of the beam generation source which is refocused by the almost parallel objective lens 104 and is magnified 1 × times, that is, is formed, and illuminates the substrate 57.

【0053】高電圧2次電子撮像モードでは、対物レン
ズ104により2次電子が抽出される。X-Y ステージ2
4、基板57、下部レンズ極片106は電源111によ
って数百ボルトの負の電位にフローティングされてい
る。その結果、2次電子はこのエネルギー状態に加速さ
れて偏向器112、113を通過する。中間電極107
は、電源115によってX-Y ステージ24に対して正に
バイアスされている。この中間電極107は、基板57
を離れた電子を直ちに加速すること、及び基板の欠陥領
域から発生される2次電子を効率良く収集することに使
用される。X-Y ステージ24と中間電極107との組み
合わせにより、2次電子が2次電子検出器117に到達
する時間のムラを実質的に除去する。2次電子はレンズ
104を通って再び後方に戻るので、帰還2次電子はウ
ィーン・フィルタとして機能する偏向器113、112
によって2次電子検出器117の方に偏向される。ここ
で、帰還ビームは2次電子検出器117のアノード11
8に接続された電源119により高エネルギー状態に再
加速され、2次電子を増幅に充分なエネルギー・レベル
でショットキー・バリア固体検出器である2次電子検出
器117に衝突させる。検出器ダイオード(2次電子検
出器)117のアノード118は、電源121により逆
バイアスを加える。検出器ダイオード117からの増幅
信号は前置増幅器122に送られ、そこから図1の信号
33の2次電子コンポーネントである高電圧絶縁ファイ
バ光学リンク126を介して画像収集プリ・プロセッサ
48及び関連電子回路に送られる。この信号は図1で信
号33の内2次電子に依る部分となっている。
In the high voltage secondary electron imaging mode, the objective lens 104 extracts secondary electrons. XY stage 2
4, the substrate 57, and the lower lens pole piece 106 are floated to a negative potential of several hundred volts by the power supply 111. As a result, the secondary electrons are accelerated to this energy state and pass through the deflectors 112 and 113. Intermediate electrode 107
Are positively biased with respect to the XY stage 24 by a power supply 115. The intermediate electrode 107 is formed on the substrate 57.
Used to immediately accelerate the electrons away from the substrate and to efficiently collect the secondary electrons generated from the defective regions of the substrate. The combination of the XY stage 24 and the intermediate electrode 107 substantially eliminates the unevenness of the time for the secondary electrons to reach the secondary electron detector 117. The secondary electrons pass back through the lens 104 and back again, so that the returned secondary electrons are deflectors 113, 112 functioning as Wien filters.
Is deflected toward the secondary electron detector 117. Here, the return beam is the anode 11 of the secondary electron detector 117.
It is re-accelerated to a high energy state by the power supply 119 connected to the No. 8 power source, and the secondary electrons are made to collide with the secondary electron detector 117 which is a Schottky barrier solid state detector at an energy level sufficient for amplification. The anode 118 of the detector diode (secondary electron detector) 117 is reverse biased by the power supply 121. The amplified signal from the detector diode 117 is sent to a preamplifier 122 from which it is sent via a high voltage isolated fiber optic link 126 which is a secondary electronic component of the signal 33 of FIG. Sent to the circuit. This signal is a portion of the signal 33 in FIG. 1 which depends on secondary electrons.

【0054】部分的に透明な基板を検査できるように、
透過電子検出器129をX-Y ステージ24の下に設け
る。透過電子は基板57を高エネルギーで透過するの
で、透過電子の再加速は不要である。上部電極素子12
3、中央部電極素子124、下部電極素子127からな
る透過性電レンズにより透過電子ビームはショットキー
・バリア固体検出器である透過電子検出器129による
検出に適した径に広がる。上部電極素子123は、X-Y
ステージ24と同じ電位に保持され、中央部電極素子1
24は電源114により0ないし- 3KVに保持する。透
過電子検出器129からの信号は増幅器133により増
幅され、図1の信号33の透過電子コンポーネントであ
るファイバ光学リンク135により伝送される。
In order to be able to inspect partially transparent substrates,
A transmission electron detector 129 is provided below the XY stage 24. Since the transmitted electrons pass through the substrate 57 with high energy, it is not necessary to re-accelerate the transmitted electrons. Upper electrode element 12
3, the transparent electron lens composed of the central electrode element 124 and the lower electrode element 127 spreads the transmitted electron beam to a diameter suitable for detection by the transmitted electron detector 129 which is a Schottky barrier solid state detector. The upper electrode element 123 is XY
The central electrode element 1 is held at the same potential as the stage 24.
24 is maintained at 0 to -3 KV by the power supply 114. The signal from transmission electron detector 129 is amplified by amplifier 133 and transmitted by fiber optic link 135 which is the transmission electron component of signal 33 of FIG.

【0055】この光学システムは、1次電子とほぼ同じ
エネルギー・レベルで基板表面を離れる後方散乱電子の
収集もできるように設計されている。後方散乱電子検出
器160は、ビーム軸の脇に位置している検出器117
に類似したショットキー・バリア・ダイオード検出器で
ある。ウィーン・フィルタ偏向器として機能する両偏向
器112、113の静電気及び磁気の設定を少し偏向す
ることにより、ビームは図の左に偏向して固体検出器で
ある後方散乱電子検出器160に入射する。後方散乱信
号は前置増幅器162により増幅され、画像収集プリ・
プロセッサ48に送られる(図1参照)。
The optical system is also designed to collect backscattered electrons that leave the substrate surface at about the same energy level as the primary electrons. The backscattered electron detector 160 has a detector 117 located beside the beam axis.
Is a Schottky barrier diode detector similar to. By slightly deflecting the electrostatic and magnetic settings of both deflectors 112, 113, which function as Wien filter deflectors, the beam is deflected to the left in the figure and is incident on the backscattered electron detector 160, which is a solid state detector. . The backscatter signal is amplified by the preamplifier 162 and
It is sent to the processor 48 (see FIG. 1).

【0056】500- 1, 500eVの範囲の低い電圧ビ
ームで撮像するには、対物レンズ系の素子にかなり異な
ったバイアスをかけ、別の新しい素子を2個使用しなけ
ればならない。1次ビーム電子は電源111で基板5
7、下部レンズ極片106、中間電極107を約- 19
Kvにフローティングすることにより対物レンズ内で減速
される。この技術により、電子ビームは経路端の近傍で
のみ減速されるので、ビームの経路全体を低ビーム・エ
ネルギーで作動させた場合に画像を劣化させる収差や電
子ビーム生成部での相互作用効果を防止することができ
る。このような構成により、上部レンズ極片105及び
下部レンズ極片106との間の減速領域で優れた集束効
果が得られる。基板の下には作動極片を一つだけ有して
いるシュノーケル・レンズ125を更に設けて、基板付
近に磁気集束領域を形成する。このレンズの帰還束は下
部レンズ極片106を通過してシュノーケル・レンズの
外殻に至る。基板の近傍では磁界が強いので、集束効果
のほかに、低エネルギーの2次電子を深部の要素パター
ンから抽出する際の助けになり、2次電子が再加速され
て対物レンズ104の口径内を上昇する際に2次電子が
互いに平行になる。
To image with a low voltage beam in the range of 500-1,500 eV, the elements of the objective system must be biased very differently and two new elements must be used. The primary beam electrons are the power source 111 and the substrate 5
7, lower lens pole piece 106, intermediate electrode 107 about -19
It is decelerated in the objective lens by floating to Kv. With this technique, the electron beam is decelerated only near the end of the path, preventing aberrations that degrade the image and interaction effects in the electron beam generator when the entire path of the beam is operated at low beam energy. can do. With such a configuration, an excellent focusing effect can be obtained in the deceleration region between the upper lens pole piece 105 and the lower lens pole piece 106. A snorkel lens 125 having only one working pole piece is further provided under the substrate to form a magnetic focusing region near the substrate. The return bundle of this lens passes through the lower lens pole piece 106 to the outer shell of the snorkel lens. Since the magnetic field is strong in the vicinity of the substrate, in addition to the focusing effect, it helps in extracting low-energy secondary electrons from the deep element pattern, and the secondary electrons are re-accelerated to move within the aperture of the objective lens 104. Secondary electrons become parallel to each other as they rise.

【0057】低電圧撮像モードでは、約5eVで基板を離
れる2次電子は対物レンズ内で約19KeV に加速され
る。帯電を最小に止めるには、2次電子が場のない基板
付近の短い領域を通過することが望ましい。低電圧モー
ドでは、対物レンズが中間電極107の電圧水準にない
と、対物レンズから漏れる磁界により基板57の表面付
近に加速領域が形成されてしまう。低電圧モードでは、
中間電極107は下部レンズ極片106に対して負にバ
イアスされていて、電源115により最適な低電圧撮像
に調整することのできる無磁界領域が形成される。再加
速後に、2次電子はウィーン・フィルタ偏向器112及
び113を通過し、ここで2次電子は左側に偏向されて
高電圧モードで後方散乱撮像に使用した後方散乱電子検
出器160に入射する。このようにして検出された信号
は前置増幅器162で増幅されてウェーハの低電圧検査
用の最も重要な画像信号となる。検出器117及び12
9は、いずれもこのモードでのウェーハ検査には使用し
ない。
In the low voltage imaging mode, the secondary electrons leaving the substrate at about 5 eV are accelerated to about 19 KeV in the objective lens. To minimize charging, it is desirable for the secondary electrons to pass through a short region near the field-free substrate. In the low voltage mode, if the objective lens is not at the voltage level of the intermediate electrode 107, an accelerating region is formed near the surface of the substrate 57 due to the magnetic field leaking from the objective lens. In low voltage mode,
The intermediate electrode 107 is negatively biased with respect to the lower lens pole piece 106, and the power supply 115 forms a magnetic field-free region that can be adjusted for optimum low-voltage imaging. After reacceleration, the secondary electrons pass through Wien filter deflectors 112 and 113, where they are deflected to the left and incident on the backscattered electron detector 160 used for backscatter imaging in high voltage mode. . The signal thus detected is amplified by the preamplifier 162 and becomes the most important image signal for low voltage inspection of the wafer. Detectors 117 and 12
Neither 9 is used for wafer inspection in this mode.

【0058】図8は、電子ビーム生成部20内部及び器
板57直下の種々の電子ビーム経路の概略図である。電
子は熱的電界放出カソード81から半径方向に放射さ
れ、非常に小さな輝点源から発生したように見える。加
速場とコンデンサ・レンズの磁場との結合した作用によ
りビームはコリメートされて平行ビームになる。使用で
きない角度で放射された電子は電子銃のアノード・アパ
ーチャ87により遮蔽され、使用できる角度で放射され
た電子のみがビームとしてビーム制限アパーチャ99に
入射する。図7の上部偏向器97でスチグメーション及
び位置合わせをすることにより、ビームは断面形状が最
終的に丸くなり、図7の素子105、106、107か
らなる対物レンズの中心を通過する。図7の磁気コンデ
ンサ・レンズ95は中心が熱的電界放出カソード81と
ビーム制限アパーチャ99により規定される軸に一致す
るように機械的に位置づけされる。偏向により電子は図
示の経路を辿って対物レンズ104から放出され、走査
収束されて一点で基板に衝突する。
FIG. 8 is a schematic view of various electron beam paths inside the electron beam generator 20 and directly below the device board 57. The electrons are emitted radially from the thermal field emission cathode 81 and appear to originate from a very small bright spot source. The combined action of the accelerating field and the magnetic field of the condenser lens collimates the beam into a parallel beam. Electrons emitted at unusable angles are blocked by the anode aperture 87 of the electron gun, and only electrons emitted at unusable angles enter the beam limiting aperture 99 as a beam. By stigmatization and alignment by the upper deflector 97 in FIG. 7, the beam finally becomes round in cross-section and passes through the center of the objective lens consisting of the elements 105, 106, 107 in FIG. The magnetic condenser lens 95 of FIG. 7 is mechanically positioned so that its center is coincident with the axis defined by the thermal field emission cathode 81 and the beam limiting aperture 99. Due to the deflection, electrons are emitted from the objective lens 104 following the path shown in the drawing, and are scanned and converged to collide with the substrate at one point.

【0059】走査されるビーム100の径と電流値は、
幾つかのファクターにより決まる。ビームの流れは、放
射源からの角放射(1. 0Ma/ ステラジアン)と、ビー
ム制限アパーチャ99により規定されるアパーチャ角と
により決まる。ビームの径は、球面収差と色収差を最小
にするために高励起(視野幅/ 焦点距離)に設計されて
いる両レンズの収差により決まる。基板57上に投影さ
れるビームのサイズは、ほぼ半分がビームの相互作用効
果(ビームを構成している個々の電子間の反発による統
計的ぼけ)により決まるので、このような高強度ビーム
・システムではビームの相互作用が重要である。ビーム
経路を40cmと短くし、電子源及び基板57のそれぞれ
に比較的大きな半角のレンズを使用して、電子源と基板
57との間で電子の交差(crossover )が生じないよう
にすることにより、ビームの相互作用の影響を最小に抑
えることができる。前述の諸影響の均衡を保ちながらビ
ーム流をできるかぎり最大に維持できるアパーチャ径を
選択することにより、所定のビーム・スポットが得られ
る。レンズの強度を変化させてビーム源からのビームを
拡大したり縮小したりすることによってもビームのスポ
ット・サイズを変更することができるが、このようなシ
ステムでは、先ずアパーチャを使用して調整する。
The diameter of the beam 100 to be scanned and the current value are
It depends on several factors. The beam flow is determined by the angular radiation from the radiation source (1.0 Ma / steradian) and the aperture angle defined by the beam limiting aperture 99. The beam diameter is determined by the aberrations of both lenses designed for high excitation (field width / focal length) to minimize spherical and chromatic aberrations. The size of the beam projected on the substrate 57 is determined almost half by the interaction effects of the beam (statistical blurring due to repulsion between the individual electrons that make up the beam), so that such high intensity beam systems are Then the beam interaction is important. By making the beam path as short as 40 cm and using relatively large half-angle lenses for the electron source and the substrate 57, respectively, to prevent electron crossover between the electron source and the substrate 57. , The effect of beam interaction can be minimized. A given beam spot is obtained by choosing an aperture diameter that maximizes the beam flow while balancing the aforementioned effects. The beam spot size can also be changed by changing the lens strength to expand or contract the beam from the beam source, but in such systems, adjustment is first made using the aperture. .

【0060】高電圧モードでは、ウィーン・フィルタ偏
向器として機能する図7の両偏向器112及び113
は、高エネルギーの走査ビーム100に殆ど影響を与え
ないで、約100eVの2次電子ビーム167を偏向す
る。ウィーン・フィルタ偏向器は(互いに直角に)電場
と磁場が交差するように配置されている静電的8極偏向
器112と4極磁気偏向器113とで構成する。帰還2
次電子は両方の場によって側方に偏向される。しかしな
がら、1次走査電子のビーム100は反対方向に移動し
ているので、両方の場の強度を適切に選択して、ウィー
ン・フィルタ偏向器が2次電子ビーム167を広角に偏
向しても、1次走査ビーム100には何等の影響も及ぼ
さないようにしなければならない。いわゆる「ウィーン
・フィルタ」は共軸抽出に効果的に使用される。2次電
子検出器117のアノード118は、再加速の間に2次
電子ビーム167が固体検出器である2次電子検出器1
17のコレクタに集められ収束されるような形状をして
いる。
In high voltage mode, both deflectors 112 and 113 of FIG. 7 function as Wien filter deflectors.
Deflects the secondary electron beam 167 at about 100 eV with little effect on the high energy scanning beam 100. The Wien filter deflector consists of an electrostatic eight-pole deflector 112 and a four-pole magnetic deflector 113 which are arranged so that the electric and magnetic fields intersect (at right angles to each other). Return 2
The secondary electron is laterally deflected by both fields. However, since the beam 100 of primary scanning electrons is moving in opposite directions, even if the Wien filter deflector deflects the secondary electron beam 167 to a wide angle by properly selecting the strengths of both fields, The primary scanning beam 100 should not be affected in any way. The so-called "Vienna filter" is effectively used for coaxial extraction. The anode 118 of the secondary electron detector 117 is the secondary electron detector 1 where the secondary electron beam 167 is a solid state detector during reacceleration.
It is shaped so as to be collected and converged by 17 collectors.

【0061】図8には、透過電子と後方散乱電子の検出
経路も示されている。後方散乱電子を高電圧動作で検出
し、2次電子を低電圧動作で検出するために、両ウィー
ン・フィルタ偏向器112、113に別の動作をさせ、
これにより後方散乱電子や2次電子がシステムを上昇す
るように示されている経路を通って後方散乱検出器16
0へ至るようにする。一部透明な基板を撮像した場合に
は、電子の中にはエネルギーを一切失わずに基板57を
透過するものがある。このような透過電子は図7の上部
電極素子123及び中央部電極素子124を通過して、
透過電子検出器129に入射するが、両電極素子はレン
ズとして機能して通過電子108を広げるので、透過電
子は広がってから透過電子検出器129に入射する。高
電圧モードで透過信号を得る場合には、シュノーケル・
レンズ125は低電圧2次撮像に必要なレンズの場に実
質的な影響を与えずに透過電子がシュノーケル・レンズ
125の孔を通過できるようにする。
FIG. 8 also shows detection paths of transmitted electrons and backscattered electrons. In order to detect the backscattered electrons in the high voltage operation and the secondary electrons in the low voltage operation, both Wien filter deflectors 112 and 113 perform different operations,
This allows the backscattered electrons and secondary electrons to travel backscatter detector 16 through paths shown to rise up the system.
Try to reach 0. When a partially transparent substrate is imaged, some electrons pass through the substrate 57 without losing any energy. Such transmitted electrons pass through the upper electrode element 123 and the central electrode element 124 of FIG.
Although entering the transmitted electron detector 129, both electrode elements function as lenses to spread the passing electrons 108, so that the transmitted electrons spread and then enter the transmitted electron detector 129. If you want to obtain the transmission signal in high voltage mode,
Lens 125 allows transmitted electrons to pass through the holes of snorkel lens 125 without substantially affecting the lens field required for low voltage secondary imaging.

【0062】基板57、下部レンズ極片106、中間電
極107を高電圧にフロートさせる低電圧モード動作で
は、ビームの経路は類似しているが対物レンズの動作が
かなり相違している。シュノーケル・レンズ125が基
板57を貫通して下部レンズ極片106の内部に迄達す
る磁界を発生する。電子が上部レンズ極片105、中間
電極107、下部レンズ極片106の辺りの磁界により
減速すると、屈折率が大きくなるので有効焦点距離が比
較的短くなる。この種の減速液浸レンズは、収差の削減
に顕著な効果を有している。液浸レンズは、今迄の放射
顕微鏡技術で使われているカソードレンズと異なりその
電極107を負にバイアスして基板57の近傍に短かい
「無電界領域」を形成する。基板にバイアスをかけても
低エネルギーの2次電子が中間電極107の作用により
基板に戻るので、好ましくない帯電効果は中和される。
In the low voltage mode operation in which the substrate 57, the lower lens pole piece 106 and the intermediate electrode 107 are floated to a high voltage, the beam paths are similar but the operation of the objective lens is quite different. A snorkel lens 125 generates a magnetic field that penetrates through the substrate 57 and reaches inside the lower lens pole piece 106. When the electrons are decelerated by the magnetic field around the upper lens pole piece 105, the intermediate electrode 107, and the lower lens pole piece 106, the effective refractive index becomes relatively short because the refractive index becomes large. This type of deceleration immersion lens has a remarkable effect of reducing aberrations. The immersion lens, unlike the cathode lens used in the conventional emission microscope technology, negatively biases its electrode 107 to form a short “electroless region” near the substrate 57. Even if the substrate is biased, the low-energy secondary electrons return to the substrate due to the action of the intermediate electrode 107, so that the undesired charging effect is neutralized.

【0063】「無電界領域」から離れた2次電子は、中
間電極107と上部レンズ極片105との間の領域で再
加速される。2次電子は電子銃から放出される20KeV
の1次ビーム・エネルギーから基板に衝突したエネルギ
ーを引いた量にほぼ等しいエネルギーで上部レンズ極片
105から出てくる。対物レンズ領域では以後の経路は
1次ビームに類似しているが、2次電子は広く分散して
放出されてその角度は非常に広がっている。この2次電
子ビームは低電圧2次電子検出器160に向かう。この
2次電子は低電圧2次電子検出器160に向かう。この
検出器は、後方散乱電子検出器160と同じものを共有
する事が出来る。帰還2次電子ビーム104のエネルギ
ーは1次ビーム・エネルギーに匹敵するので、非常に強
力なウィーン・フィルタ偏向器112及び113により
偏向する必要があるが、この時1次ビーム100の経路
に殆ど影響しないようにする事ができる。
Secondary electrons distant from the “non-electric field area” are re-accelerated in the area between the intermediate electrode 107 and the upper lens pole piece 105. Secondary electrons emitted from electron gun are 20 KeV
From the upper lens pole piece 105 with an energy that is approximately equal to the primary beam energy of ## EQU1 ## minus the energy impinging on the substrate. In the objective lens area, the subsequent path is similar to the primary beam, but the secondary electrons are widely dispersed and emitted, and the angle is very wide. This secondary electron beam is directed to the low voltage secondary electron detector 160. The secondary electrons go to the low voltage secondary electron detector 160. This detector can share the same as the backscattered electron detector 160. Since the energy of the returned secondary electron beam 104 is comparable to that of the primary beam energy, it has to be deflected by the very powerful Wien filter deflectors 112 and 113, at which time the path of the primary beam 100 is largely affected. You can choose not to.

【0064】低電圧モードは部分的に絶縁されている基
板の検査にしばしば用いられるので、帯電を最小限に抑
える技術が重要である。2次電子(低エネルギーの2次
電子や後方散乱電子)の数と基板に入射する1次ビーム
電子の数とが等しくない場合に、絶縁領域が帯電する。
撮像対象である表面はどのような物でも微細構成及び材
料により電荷の均衡が変化する。2次電子の散乱による
エネルギー放射量は入射ビームのエネルギーに応じて変
化するが、多くの材料では200ないし1, 500eVの
範囲より大きく、その他の材料ではこの範囲より小さ
い。2次電子の散乱によるエネルギー放射量が200な
いし1, 500eVの範囲より大きい場合には、表面は正
に帯電している。
Since the low voltage mode is often used to inspect partially insulated substrates, techniques to minimize charging are important. When the number of secondary electrons (low energy secondary electrons and backscattered electrons) and the number of primary beam electrons incident on the substrate are not equal, the insulating region is charged.
Whatever surface is to be imaged, the charge balance changes depending on the microstructure and material. The amount of energy emitted by the scattering of secondary electrons varies depending on the energy of the incident beam, but is higher than the range of 200 to 1,500 eV for many materials and smaller than this range for other materials. If the energy emission due to the scattering of secondary electrons is larger than the range of 200 to 1,500 eV, the surface is positively charged.

【0065】2次電子は0から凡そ20eVのエネルギー
範囲で基板57の表面を離れるが、最も可能性の高いエ
ネルギー値は2. 5eVである。基板57の表面付近の電
界を例えば中間電極107の電位により制御できるので
あれば、適用する電界や2次電子が基板を離れるエネル
ギーに応じて2次電子を基板から放出させたり、基板に
戻したりすることができる。例えば、約10eVの抑制電
位壁が形成されている場合、基板57の一点から放出さ
れる2次電子はほんの僅かだけが電位壁を越えて検出器
に入射する。
The secondary electrons leave the surface of the substrate 57 in the energy range of 0 to approximately 20 eV, but the most likely energy value is 2.5 eV. If the electric field near the surface of the substrate 57 can be controlled by, for example, the potential of the intermediate electrode 107, secondary electrons can be emitted from the substrate or returned to the substrate depending on the applied electric field and the energy with which the secondary electrons leave the substrate. can do. For example, when the suppression potential wall of about 10 eV is formed, only a small amount of secondary electrons emitted from one point of the substrate 57 cross the potential wall and enter the detector.

【0066】磁界から離れる2次電子や後方散乱電子の
放出量が1次ビームの電子の量よりも多い場合には、基
板57は正に帯電し、中間電極107により形成される
抑制電位壁のサイズが増大する。従って、エネルギーの
低い2次電子はほとんどが留ってしまう。表面電位は均
衡するまで正の値になっている。2次電子や後方散乱電
子の放出量が1次電子の量よりも少ない場合には、表面
は負に帯電し、中間電極107により形成される抑制電
位壁が低くなる。従って、低エネルギーの2次電子が大
量に放出される。表面電位は均衡するまで正の値になっ
ている。このような状況の下である期間が過ぎると表面
電位が安定する。基板の領域内に大きな電位差が生じる
ことを防止するためには、中間電極107を適切に調節
して平衡状態(1次電子ビームの強さが2次電子の強さ
と等しい状態)が平均して得られるようにすることが重
要である。
When the amount of emitted secondary electrons or back scattered electrons away from the magnetic field is larger than the amount of electrons of the primary beam, the substrate 57 is positively charged, and the suppression potential wall formed by the intermediate electrode 107 The size increases. Therefore, most of the secondary electrons with low energy stay. The surface potential remains positive until balanced. When the amount of secondary electrons or backscattered electrons emitted is smaller than the amount of primary electrons, the surface is negatively charged, and the suppression potential wall formed by the intermediate electrode 107 becomes low. Therefore, a large amount of low energy secondary electrons are emitted. The surface potential remains positive until balanced. Under such circumstances, the surface potential becomes stable after a certain period of time. In order to prevent a large potential difference from occurring in the region of the substrate, the intermediate electrode 107 is appropriately adjusted so that the equilibrium state (the state where the intensity of the primary electron beam is equal to the intensity of the secondary electron) is averaged. It is important to get it.

【0067】微細構成及び材料の相違が2次電子のエネ
ルギー放射量に影響するので、基板の別の領域では平衡
電圧は変化する。しかしながら、平衡であれば、2次電
子の発生量は全領域で同一になる。即ち、平衡状態で撮
像した基板像にはコントラストは生じない。この問題を
回避するために、ピクセル毎の照射量を低く抑え、必要
があれば、先に述べた「多重フレーム走査」技術を用い
て再走査して、好ましい画像統計を得るようにする。
The equilibrium voltage changes in other regions of the substrate because differences in the microstructure and materials affect the energy emission of secondary electrons. However, in equilibrium, the amount of secondary electrons generated is the same in all regions. That is, no contrast occurs in the board image taken in the equilibrium state. To avoid this problem, the pixel-by-pixel dose is kept low and, if necessary, rescanned using the "multi-frame scan" technique described above to obtain good image statistics.

【0068】走査の軌道間の時間を制御することによ
り、走査と走査との間に隣接領域で発生する電子により
基板を中和することができる。この技法の重要な要素
は、電界を制御する中間電極107と重複フレーム走査
軌道である。カソードの寿命が短くても電子銃の信頼性
を高めることができるように、電子銃は、図9に示すよ
うに、高電圧にフロートされた六角形の回転タレット1
37上に設けられた6個のカソード制御電極アセンブリ
を有した構成にしてある。各アセンブリは回転してアノ
ード・アパーチャ87の真上に移動して固定し、図7の
適当な電源91と93と電気的に接続する。
By controlling the time between scan trajectories, it is possible to neutralize the substrate by the electrons generated in adjacent regions between scans. The key elements of this technique are the intermediate electrode 107 that controls the electric field and the overlapping frame scan trajectory. In order to increase the reliability of the electron gun even when the life of the cathode is short, the electron gun has a hexagonal rotary turret 1 which is floated to a high voltage as shown in FIG.
The structure has six cathode control electrode assemblies provided on 37. Each assembly is rotated and moved over and fixed above the anode aperture 87 to make electrical contact with the appropriate power supplies 91 and 93 of FIG.

【0069】図7でレンズの前に配置されている静電気
偏向器101、103から成る静電気偏向システムに於
て、高速度の鋸歯状波偏向電圧が発生する電界は、その
均一性を高く保つ必要がある。その構造は、モノリシッ
クなセラミックと金属の一体型の構成であり、エッチン
グに依る20個の偏向プレートを形成している。X-Yス
テージ24の座標系と基板57の座標系とを一致させて
走査をするには、両ステージの各々に4個の駆動装置が
必要である。
In an electrostatic deflection system consisting of electrostatic deflectors 101, 103 placed in front of the lens in FIG. 7, the electric field generated by the high speed sawtooth wave deflection voltage must be kept highly uniform. There is. The structure is a monolithic ceramic-metal monolithic construction that forms 20 deflection plates by etching. In order to match the coordinate system of the XY stage 24 with the coordinate system of the substrate 57 for scanning, four driving devices are required for each of the two stages.

【0070】操作容易性の観点からシステムは、自動調
整機構とスタート時の自動調整手順を導入した。レンズ
と偏向/ スチグメーション(非点収差補正)素子と全高
電圧供給源とは、いずれも図1に示した電子ビーム生成
部制御コンピュータ42にインターフェースされている
データ収集制御システムの制御下に置く。個別動作に必
要なそれぞれ特別な値の偏向比及び静電板電圧を調整す
るプログラムは電子ビーム生成部制御コンピュータ42
に内蔵させた。電子銃の制御及び調整はアナログ・デジ
タル・フィードバックを使用して放射量、アパーチャ通
過量、電源供給量を設定する調整ルーチンにより修正さ
れた定格値に基づいている。
From the standpoint of ease of operation, the system introduced an automatic adjustment mechanism and an automatic adjustment procedure at the start. The lens, deflection / stigmation element and total high voltage source are all under the control of a data acquisition control system interfaced to the electron beam generator control computer 42 shown in FIG. . The program for adjusting the deflection ratio and the electrostatic plate voltage, which have special values required for individual operations, is the electron beam generator control computer 42.
Built in. The control and adjustment of the electron gun is based on the rated values modified by an adjustment routine that uses analog-digital feedback to set the radiation dose, aperture pass-through and power supply.

【0071】ビームの位置合わせは、レンズの透過電流
が変化したときに偏向を除去する公知の手法を使ってい
る。この走査には2軸フレーム走査機能によって撮像さ
れる特定のテスト・サンプルを用い、位置合わせ及び検
査に必要な画像分析能力も加えた。基板の高さの変化を
補償するために自動焦点機構があり、スチグメーション
と称する収差補正を検査の前に実施するようにした。こ
れらの調整手順は、画像収集プリ・プロセッサ48及び
関連電子回路による画像のコントラストと調和内容の解
析を行なう事に基づく。
The beam alignment is performed by using a known method of removing the deflection when the transmission current of the lens changes. This scan used specific test samples imaged by the bi-axial frame scan function, and also added the image analysis capabilities needed for alignment and inspection. There is an autofocus mechanism to compensate for changes in the height of the substrate, and aberration correction called stigmation is performed before inspection. These adjustment procedures are based on the analysis of image contrast and harmonic content by the image acquisition pre-processor 48 and associated electronics.

【0072】高電圧モードで光学系が定格状態で作動し
ている場合、本発明では20KeV のビーム・エネルギー
でビームのスポット・サイズは300nAで0. 05μm
から1, 000nAで0. 2μm まで変化する。走査速度
は、100メガ・ピクセル/秒で撮像される512個の
ピクセル走査フィールドを使用して5マイクロ秒であ
る。2次電子検出器117のダイオード電流増幅率は、
5KeV で約1000倍から20KeV で5000倍であ
る。0. 05ミクロンのスポットを使用して100メガ
ピクセル/ 秒で約14%を越えるエッジ・コントラスト
のサンプルの場合には、この範囲の作動状態を越えてシ
ステム全体を作動させることができる。収集電子回路に
より複数本の走査ラインの集積化が可能なので、低コン
トラスト又は高解像度の画像を低帯域幅で記録すること
ができる。
When the optical system is operating at the rated condition in the high voltage mode, the present invention provides a beam energy of 20 KeV and a beam spot size of 300 nA and 0.05 μm.
To 1,000 μA and changes to 0.2 μm. The scan rate is 5 microseconds using a 512 pixel scan field imaged at 100 megapixels / second. The diode current amplification factor of the secondary electron detector 117 is
It is about 1000 times at 5 KeV to 5000 times at 20 KeV. For samples with edge contrast greater than about 14% at 100 megapixels / second using a 0.05 micron spot, the entire system can be operated beyond this range of operating conditions. The acquisition electronics allows integration of multiple scan lines so that low contrast or high resolution images can be recorded with low bandwidth.

【0073】低電圧モードでは、上部レンズ極片105
までのビーム・エネルギーは20KeV で、基板でのビー
ム・エネルギーは800eVである。ビームの強さとスポ
ット・サイズとの関係は25nAで0. 05μm 及び15
0nAで0. 1μm である。走査期間と場のサイズは高電
圧モードの時と同じである。後方散乱電子検出器160
の増幅率は5000倍である。0. 05ミクロンのスポ
ットを使用して100メガピクセル/ 秒で約20%を越
えるエッジ・コントラストのサンプルの場合には、この
範囲の作動範囲を越えてこのシステムを作動させること
ができる。
In the low voltage mode, the upper lens pole piece 105
The beam energy up to is 20 KeV and the beam energy at the substrate is 800 eV. The relationship between the beam intensity and the spot size is 0.05 μm and 15 at 25 nA.
It is 0.1 μm at 0 nA. The scan period and field size are the same as in high voltage mode. Backscattered electron detector 160
The amplification factor is 5000 times. For samples with edge contrast greater than about 20% at 100 megapixels / second using a 0.05 micron spot, the system can be operated beyond this range of operation.

【0074】欠陥プロセッサ 欠陥プロセッサ56は、ダイ・ツー・ダイ比較検査の場
合には、ダイ68から得られる画像データをダイ70か
ら得られる画像データと比較し、ダイ・ツー・データベ
ース比較検査の場合には、ダイ64から得られる画像デ
ータをデータベース・アダプタ54から得られるデータ
と比較する。欠陥プロセッサ56のルーチン及び基本的
構成は、米国特許第4,644,172 号に開示されている欠陥
プロセッサのルーチン及び基本的構成とほぼ同じであ
る。米国特許第4,644,172 号は1987年2月17日に
発行されて、本出願の出願人に壌渡されたもので、発明
者はサンドランド(Sandland)その他であり、発明の名
称は「自動ウェーハ検査システムの電子制御」である。
この米国特許では欠陥を決定するのに3つのパラメータ
を使用しているが、本発明では4つのパラメータを使用
している。
Defect Processor The defect processor 56 compares the image data obtained from the die 68 with the image data obtained from the die 70 in the case of die-to-die comparison inspection, and in the case of die-to-database comparison inspection. To compare the image data obtained from die 64 with the data obtained from database adapter 54. The routine and basic structure of the defective processor 56 is almost the same as the routine and basic structure of the defective processor disclosed in US Pat. No. 4,644,172. U.S. Pat. No. 4,644,172 was issued February 17, 1987, and was handed over to the applicant of the present application. The inventor is Sandland and others, and the title of the invention is "automatic wafer inspection. Electronic control of the system ".
Whereas the US patent uses three parameters to determine defects, the present invention uses four parameters.

【0075】ダイ・ツー・ダイ検査、或いはダイ・ツー
・データベース検査のどちらも、データはメモリ・ブロ
ック52から得ているか、(位置合わせの補正をどのよ
うにして実行するかに応じて)或いは位置合わせ後に位
置合わせコンピュータ21から得ている。データの形式
は検出器の種類毎にピクセル当たり6ビットである。欠
陥プロセッサ56では、両データが入力される各検出器
のピクセル毎に下記の4つのパラメータが決定される。
For both die-to-die inspection or die-to-database inspection, whether the data is obtained from memory block 52 (depending on how alignment correction is performed), or After registration, it is obtained from the registration computer 21. The data format is 6 bits per pixel for each detector type. The defect processor 56 determines the following four parameters for each pixel of each detector to which both data are input.

【0076】 a. I は、ピクセルのグレイスケール値 b. G は、グレイスケール・ピクセルの傾きの大き
さ c. P は、グレイスケール値の傾きの位相、又は向
きの角度 d. C は、局所的な傾きの輪郭の曲率 グレイスケール値は特定のピクセルに対するメモリ・ブ
ロック52の単なる値である。傾きの大きさと傾きの方
向は次のようにして得られる。まず、ソーベル演算子の
X とY の成分を計算する。
A. I is the grayscale value of the pixel b. G is the magnitude of the gradient of the grayscale pixel c. P is the phase of the gradient of the grayscale value, or the angle of orientation d. C is the local Slope Contour Curvature The grayscale value is simply the value in memory block 52 for a particular pixel. The magnitude of the tilt and the direction of the tilt are obtained as follows. First, of the Sobel operator
Compute the X and Y components.

【0077】[0077]

【数1】 従って、傾きの大きさは[Equation 1] Therefore, the size of the tilt is

【数2】 でありその方向角度P は、P=arctan(Sy/Sx) である。[Equation 2] And its direction angle P is P = arctan (Sy / Sx).

【0078】曲率は以下のように定義される。The curvature is defined as follows.

【0079】[0079]

【数3】 ここで、係数aij 波状況に依存して選択されるパラメー
タの組であり、Rij は以下のように定義される。
(Equation 3) Here, the coefficient aij is a set of parameters selected depending on the wave situation, and Rij is defined as follows.

【0080】[0080]

【数4】 ここで、Iij は、画像のi 番目の列とj 番目の列の行に
おけるピクセルのグレイスケール値であり、aij とbkl
は経験的に得られるパラメータである。
[Equation 4] Where Iij is the grayscale value of the pixel in the row at column i and column j of the image, and aij and bkl
Is an empirically obtained parameter.

【0081】好ましい実施例における代表値は以下の通
りである。
Typical values in the preferred embodiment are as follows.

【0082】[0082]

【数5】 上述した方法で、両画像についてピクセル毎にI 、G 、
P 、C の値を求める。ダイ68のピクセルA に関するこ
れらのパラメータがダイ70の対応するピクセルB のパ
ラメータと比較し、更にピクセルB に隣接する8個のピ
クセルのパラメータと比較する。ピクセルA の対応する
パラメータと所定の許容誤差を越える値だけ相違してい
る場合には、両ダイの欠陥を示すフラッグがピクセルB
に付けられる。
(Equation 5) For each image, I, G, and
Find the values of P and C. These parameters for pixel A of die 68 are compared with the parameters of the corresponding pixel B 1 of die 70 and with the parameters of the eight pixels adjacent pixel B 1. If the corresponding parameter of pixel A differs from the corresponding parameter by more than a predetermined tolerance, a flag indicating a defect in both dies will be displayed in pixel B.
Attached to.

【0083】同様にして、ダイ70の各ピクセルのパラ
メータがダイ68の対応する隣接ピクセルのパラメータ
と比較され、所定の許容誤差を越えて相違しているピク
セルに欠陥を示すフラッグが付けられる。
Similarly, the parameters of each pixel of die 70 are compared with the parameters of the corresponding adjacent pixels of die 68, and pixels that differ by more than a predetermined tolerance are flagged as defective.

【0084】このアルゴリズムは、上述の米国特許第4,
644,172 号に開示されているパイプライン・ロジックで
実行することができる。行列演算は、100メガピクセ
ル/秒の速度で欠陥データを計算できるパイプライン計
算システムに接続された応用指向の集積回路ASIC(Appl
ication Specific Integrated Circuit (ASIC))で実行
する。
This algorithm is described in US Pat.
It can be implemented with the pipeline logic disclosed in 644,172. Matrix operation is an application-oriented integrated circuit ASIC (Appl) connected to a pipeline calculation system capable of calculating defect data at a speed of 100 megapixels / second.
ication Specific Integrated Circuit (ASIC)).

【0085】偏向コントローラ 偏向コントローラ50は、ダイ・ツー・ダイ比較モード
では、ダイ68の各走査領域60内の等距離グリッド点
に電子ビーム100を位置付ける。このようにして得ら
れる検出器129、160、117の出力がダイ70の
対応する位置における同じ検出器129、160、11
7の出力と比較される。同様に、ダイ・ツー・データベ
ース比較モードでは、データベース・アダプタ54から
得られるシミュレートされた画像と、ダイから得られる
2次電子検出器117の出力とが比較される。偏向コン
トローラ50は、図10を参照して以下に説明するよう
に、X-Y ステージ24及び電子ビーム100の位置を制
御して電子ビームの位置付けをする。
Deflection Controller Deflection controller 50 positions electron beam 100 at equidistant grid points within each scan area 60 of die 68 in the die-to-die comparison mode. The outputs of the detectors 129, 160, 117 thus obtained are the same detectors 129, 160, 11 at corresponding positions of the die 70.
7 output is compared. Similarly, in the die-to-database comparison mode, the simulated image obtained from the database adapter 54 is compared with the output of the secondary electron detector 117 obtained from the die. The deflection controller 50 controls the positions of the XY stage 24 and the electron beam 100 to position the electron beam, as described below with reference to FIG.

【0086】走査領域内の第1のダイを走査する場合に
は、位置合わせコンピュータ21の出力はゼロに設定さ
れる。第1のダイの第1の走査領域の走査中には、不整
合は生じないからである。従って、第1のダイの第1の
走査領域の走査中には、偏向コントローラ50は電子ビ
ーム生成部制御コンピュータ42のみから命令を受け
る。偏向コントローラ50は、電子ビーム生成部制御コ
ンピュータ42の命令と、X 軸及びY 軸の両干渉計28
から得られる位置データとに基づいて、X-Y ステージ2
4の望ましい移動量を計算し、この移動量に対応する信
号をステージ・サーボ26に送ってX-Y ステージ24を
移動させる。
When scanning the first die in the scan area, the output of the alignment computer 21 is set to zero. This is because no misalignment occurs during the scanning of the first scan area of the first die. Therefore, during scanning of the first scan area of the first die, deflection controller 50 receives commands only from electron beam generator control computer 42. The deflection controller 50 includes a command from the electron beam generator control computer 42 and the X-axis and Y-axis interferometers 28.
XY stage 2 based on the position data obtained from
4 calculates the desired movement amount, and sends a signal corresponding to this movement amount to the stage servo 26 to move the XY stage 24.

【0087】偏向コントローラ50は、同様にしてビー
ム100の所望の偏向量を計算し、偏向量のデータをア
ナログ偏向回路30に送る。X-Y ステージ24が移動す
ると、その位置はX 軸及びY 軸の両干渉計により定常的
に監視される。所望のX-Y ステージ位置との不一致が見
つかると、この不一致に基づいて誤差信号が生成され
る。この誤差信号は偏向コントローラ50によりステー
ジ・サーボ26に帰還される。X-Y ステージ24には慣
性力が作用するので、誤差が頻繁に生じると誤差信号で
はX-Y ステージの位置を修正することができない。X 軸
及びY 軸の両方向に頻繁に生じる誤差は電子ビーム10
0の偏向により修正される。この場合、偏向コントロー
ラ50は電子ビーム100の偏向量を計算し、偏向量に
対応する信号をデジタル形式でアナログ偏向回路30に
送る。
The deflection controller 50 similarly calculates a desired deflection amount of the beam 100 and sends the deflection amount data to the analog deflection circuit 30. When the XY stage 24 moves, its position is constantly monitored by both X-axis and Y-axis interferometers. If a discrepancy with the desired XY stage position is found, an error signal is generated based on this discrepancy. This error signal is fed back to the stage servo 26 by the deflection controller 50. Since inertial force acts on the XY stage 24, if an error frequently occurs, the position of the XY stage cannot be corrected by the error signal. The error that frequently occurs in both the X and Y axes is the electron beam 10
Corrected by a zero deflection. In this case, the deflection controller 50 calculates the deflection amount of the electron beam 100 and sends a signal corresponding to the deflection amount to the analog deflection circuit 30 in digital form.

【0088】ビーム100がダイ68を走査すると、グ
レイスケール値がメモリ・ブロック52に記憶される。
電子ビーム100がダイ70を走査しはじめると、ダイ
70のグレイスケール値がすぐにメモリ・ブロック52
に記憶され、欠陥プロセッサ56及び位置合わせコンピ
ュータ21に送られる。位置合わせコンピュータ21で
は、ダイ68及びダイ70のそれぞれからのデータを位
置合わせ(位置整合)のために比較する。位置が整合し
ていない場合には、位置整合修正信号を発生して偏向コ
ントローラ50に送る。この位置整合信号はビーム10
0を基板57の正確な位置に位置付ける微調整に使用す
る。
As the beam 100 scans the die 68, grayscale values are stored in the memory block 52.
As the electron beam 100 begins to scan the die 70, the grayscale value of the die 70 is immediately transferred to the memory block 52.
And sent to the defect processor 56 and the alignment computer 21. The alignment computer 21 compares data from the die 68 and the die 70 for alignment (alignment). If the positions are not aligned, a position alignment correction signal is generated and sent to the deflection controller 50. This alignment signal is beam 10
It is used for fine adjustment to position 0 at an accurate position on the substrate 57.

【0089】ダイ・ツー・データベース比較モードで
は、偏向コントローラ50は、ダイ・ツー・ダイ比較モ
ードの場合とほぼ同様に働くが、走査領域の第1のダイ
から得られる入力画像の代わりにデータベース・アダプ
タ54の出力が用いられる点が相違している。
In the die-to-database compare mode, the deflection controller 50 works much like in the die-to-die compare mode, but instead of the input image obtained from the first die in the scan area, The difference is that the output of the adapter 54 is used.

【0090】偏向コントローラ50は、このモードでも
X-Y ステージ24の移動量、速度、方向、電子ビームの
偏向に関するパラメータを計算し規定する。
The deflection controller 50 is still in this mode.
Parameters relating to the moving amount, speed, direction of the XY stage 24 and deflection of the electron beam are calculated and defined.

【0091】位置合わせコンピュータ 位置合わせコンピュータは、グレイスケール値の形式で
両デジタル画像を受信して、画像間の位置整合のずれを
ピクセルの僅かなずれとして判定する。位置合わせのた
めの計算の好ましい実施例は、米国特許第4,805,123 号
に開示されている。この特許は1989年2月に発行さ
れ、名称は「改良された欠陥検出機構及び位置合わせサ
ブ・システムを有するフォトマスク及びレチクルの自動
検査装置及び方法」(Automatic Photomask and Reticl
e Inspection Method and Apparatus Including Improv
ed Defect Detector and Sub-System )である。
Registration Computer The registration computer receives both digital images in the form of gray scale values and determines the misalignment of the registration between the images as a slight misalignment of pixels. A preferred embodiment of the calculation for registration is disclosed in US Pat. No. 4,805,123. This patent was issued in February 1989 and is entitled "Automatic Photomask and Reticl Inspector and Method with Improved Defect Detection and Alignment Subsystem."
e Inspection Method and Apparatus Including Improv
ed Defect Detector and Sub-System).

【0092】この好ましい実施例では、位置整合修正信
号51は検査領域全体に亘って連続的に計算される。こ
のようにして算出された位置整合修正信号は位置合わせ
コンピュータによりメモリ・ブロック52からの画像の
移動又は移動及び補間(サブ・ピクセルの移動)に用い
る。あるいは、位置整合のずれが走査中に急激に生じる
ことはないものと仮定して、基板57上の少数の特定特
徴点を選択し、選択した特徴点のみについて位置整合の
ずれを計算しても良い。この場合には、位置整合の計算
にフォース・コンピュータ社(Force Computer, Inc.)
のモデルCPU30ZBEのような単一ボード・コンピュータを
使用することができる。位置整合修正信号は位置の不整
合を減少させるために以後のデータ収集位置を逆にずら
すことにも使用できれば、メモリ・ブロック52から欠
陥プロセッサ56に送られる画像間のずれの判定にも使
用できる。
In the preferred embodiment, the alignment correction signal 51 is calculated continuously over the entire examination area. The position alignment correction signal calculated in this way is used by the position alignment computer for moving or moving the image from the memory block 52 and for interpolation (movement of sub-pixels). Alternatively, assuming that the positional misalignment does not suddenly occur during scanning, a small number of specific feature points on the substrate 57 are selected and the positional misalignment is calculated only for the selected feature points. good. In this case, force computer, Inc.
You can use a single board computer such as the model CPU30ZBE. The position alignment correction signal can also be used to reverse offset subsequent data collection positions to reduce position misalignment, and can also be used to determine misalignment between images sent from memory block 52 to defective processor 56. .

【0093】アナログ偏向 アナログ偏向回路30は、20極プレートで構成されて
いる図7の静電偏向器101及び103用のアナログ勾
配関数を発生する。アナログ偏向回路30の動作は図1
2に示されている。偏向コントローラ50からのデジタ
ル信号は、勾配DAC 230によりアナログ電圧に変換さ
れてから勾配発生器232に導かれる。勾配の大きさは
DAC 236により制御される。サンプル及びホールド回
路238は勾配の開始の規定に使用され、サンプル及び
ホールド回路240は勾配の終了の規定に使用される。
高電圧で低ノイズのドライバが波形を増幅してダイナミ
ック・レンジが±180V の勾配を発生し、この勾配が
静電偏向器101、103に印加される。
Analog Deflection The analog deflection circuit 30 produces an analog gradient function for the electrostatic deflectors 101 and 103 of FIG. 7 which are composed of 20 pole plates. The operation of the analog deflection circuit 30 is shown in FIG.
2 is shown. The digital signal from the deflection controller 50 is converted to an analog voltage by the gradient DAC 230 and then guided to the gradient generator 232. The size of the gradient is
Controlled by DAC 236. The sample and hold circuit 238 is used to define the start of the slope and the sample and hold circuit 240 is used to define the end of the slope.
A high voltage, low noise driver amplifies the waveform to produce a gradient with a dynamic range of ± 180 V, which is applied to electrostatic deflectors 101, 103.

【0094】メモリ・ブロック メモリ・ブロック52は3個の同一なモジュールから成
り、各モジュールは2次電子検出器117、透過電子検
出器129 後方散乱電子検出器160のいずれか一つに対
応している。
Memory Block The memory block 52 consists of three identical modules, each module corresponding to one of the secondary electron detector 117, the transmitted electron detector 129 and the backscattered electron detector 160. There is.

【0095】図13に概念的に示すように、メモリ・ブ
ロック52の各モジュールは2個の先入れ先出し方式
(First In -First Out )メモリから成る。第1の先入
れ先出し方式メモリは各検出器によりダイ68から得ら
れる全走査領域のグレイスケール値を記憶し、第2の先
入れ先出し方式メモリは短くて、ダイ70の数回の走査
のみに対応して各検出器により得られるグレイスケール
値を記憶する。両先入れ先出し方式メモリからの出力
は、欠陥プロセッサ56と位置合わせコンピュータ21
に送られる。各先入れ先出し方式メモリは100Mhz の
速度で動作し、検出器当たり8ビットの精度で各ピクセ
ルのグレイスケール値を記憶する。
As conceptually shown in FIG. 13, each module of the memory block 52 consists of two First In-First Out memories. The first first-in first-out memory stores the grayscale values of the entire scan area obtained from the die 68 by each detector, and the second first-in first-out memory is short, corresponding to only a few scans of the die 70. Store the grayscale value obtained by the detector. The outputs from both first-in first-out memories are the defect processor 56 and the alignment computer 21.
Sent to Each first-in first-out memory operates at a speed of 100 Mhz and stores the grayscale value of each pixel with an accuracy of 8 bits per detector.

【0096】メモリは、検出器毎に画像収集プリ・プロ
セッサ48から並列に送られてくる8バイトを入力レジ
スタ302で受け取る。入力レジスタ302はシフト・
レジスタのように働くもので、8バイトを右に移してか
ら他の8バイトを受け取る動作を入力レジスタ302の
8個のセクションが一杯になるまで繰り返す。入力レジ
スタ302の8個のセクションが一杯になると、64バ
イトがメモリ303にクロックで送られる。メモリ・ブ
ロックにはDRAM303を使用することができ、通常は1
28メガバイトで賄う。
The memory receives at the input register 302 the 8 bytes sent in parallel from the image acquisition pre-processor 48 for each detector. The input register 302 is
It behaves like a register, shifting 8 bytes to the right and then receiving another 8 bytes until the eight sections of input register 302 are full. When eight sections of input register 302 are full, 64 bytes are clocked into memory 303. DRAM 303 can be used for the memory block, usually 1
Cover with 28 MB.

【0097】画像捕獲の為の前置・プロセッサ 画像捕獲の為の前置・プロセッサ48は(プリ・プロセ
ッサ)、各検出器117、160、129からのアナロ
グ信号を100Mhz の速度で8ビット値にデジタル変換
し、メモリ・ブロック52に記憶するために出力信号を
再フォーマットする。プリ・プロセッサ48は、3個の
同一のモジュールから成り、その内の一つを図11に示
した。各モジュールは対応する検出器からの出力を受け
取り、受け取った出力を8ビットにデジタル化し、(AD
変換器9)、多重走査積算器11に送る。多重走査積算
器11の目的は、同じピクセルからのグレイスケール値
を平均化してノイズを減少させることにある。ある場合
には、同一ピクセルを数回にわたって走査して得られた
結果、即ち、サンプル化して得られた結果が、そのピク
セルの平均値になる。この値をシフト・レジスタ13に
送る。シフト・レジスタ13は8バイトをシリアルに受
け取り、受け取った8バイトをメモリ・ブロック52に
パラレルに送る。
[0097] pre-processor 48 for pre-processor image capturing for image capture (pre-processor), the 8-bit value at a speed of 100Mhz analog signals from the detectors 117,160,129 The output signal is digitally converted and reformatted for storage in memory block 52. The pre-processor 48 consists of three identical modules, one of which is shown in FIG. Each module receives the output from the corresponding detector, digitizes the received output into 8 bits, (AD
It is sent to the converter 9) and the multi-scan integrator 11. The purpose of the multi-scan integrator 11 is to average grayscale values from the same pixel to reduce noise. In some cases, the result obtained by scanning the same pixel several times, that is, the result obtained by sampling is the average value of the pixel. This value is sent to the shift register 13. The shift register 13 receives 8 bytes serially and sends the received 8 bytes to the memory block 52 in parallel.

【0098】干渉計 X-Y ステージ24はX 軸及びY 軸の位置がテレトラック
TIPS V (Teletrac TIPS V )のようなX-Y 干渉計28
により監視する。X-Y ステージ24の位置は、最下位ビ
ットが約2. 5ナノメートルに対応している28ビット
の精度で規定する。
The interferometer XY stage 24 has a teletrack position on the X and Y axes.
XY interferometer 28 such as TIPS V (Teletrac TIPS V)
To monitor. The position of the XY stage 24 is defined with a precision of 28 bits with the least significant bit corresponding to about 2.5 nanometers.

【0099】システム・コンピュータ 検査システム10の全体の制御はシステム・コンピュー
タ36によって実施する。システム・コンピュータ36
は他の段取りタスクを含めて種々様々な一連の工程を順
序だてて実行する。ひとつながりになっている各工程は
いずれもプログラムに従って所定の時間に達成される。
数種類の一連の工程が相互に矛盾しない場合には、シス
テム・コンピュータ36の処理能力が最大になって相互
に矛盾しない数種類の一連の工程を同時に実行する事が
できる。
The overall control of the system computer inspection system 10 is implemented by the system computer 36. System computer 36
Performs a wide variety of steps in sequence, including other setup tasks. Each of the steps connected to each other is accomplished at a predetermined time according to the program.
When several kinds of series of processes do not contradict each other, the processing capacity of the system computer 36 is maximized so that several kinds of series of processes which do not contradict each other can be simultaneously executed.

【0100】システム・コンピュータ36が実行する作
業は、マウスやトラックボール・ポインターを備えたユ
ーザ・キーボード40を介してか、さもなくば、遠方の
コンピュータとのデータ通信に依って実施する。局所的
な対話の場合には、コンピュータ・ディスプレイ38に
システム・コンピュータ36からのグラフィックやテキ
ストを表示する。
The work performed by the system computer 36 is performed via the user keyboard 40 with a mouse or trackball pointer, or otherwise by data communication with a remote computer. In the case of local interaction, the computer display 38 displays graphics and text from the system computer 36.

【0101】システム・コンピュータ36のルーチン
は、以下の4つの通信タスクに組織化されている。
The routines of system computer 36 are organized into four communication tasks:

【0102】1)電子ビーム生成部制御コンピュータ4
2、ポスト・プロセッサ58、基板ハンドラー34との
通信をするマスター・タスク。
1) Control computer 4 for electron beam generator
2. A master task that communicates with the post processor 58 and the substrate handler 34.

【0103】このタスクは、レンズの設定や、真空圧
や、ビーム流等の装置動作パラメータを記録しているフ
ァイルをシステム・コンピュータに保管する。
This task stores in the system computer a file recording lens operating settings, device operating parameters such as vacuum pressure and beam flow.

【0104】2)コンピュータ・ディスプレイ38上の
表示を管理し、ユーザ・キーボード40及びマウスから
の入力を扱うユーザ・インターフェース・タスク。
2) A user interface task that manages the display on the computer display 38 and handles input from the user keyboard 40 and mouse.

【0105】このタスクは、ユーザ・キーボード40や
マウスからの入力に応答してデータ・ファイルを変更し
たりメッセージをシステムの他の部分に伝送して処理を
開始させたりする。
This task modifies the data file or transmits a message to other parts of the system to initiate processing in response to input from the user keyboard 40 or mouse.

【0106】3)画像収集用検査領域の特徴をマスター
・タスクを介して電子ビーム生成部制御コンピュータ4
2に伝送する検査タスク。
3) The characteristics of the inspection area for image acquisition are controlled by the electron beam generator control computer 4 via the master task.
Inspection task to be transmitted to 2.

【0107】4)ユーザ・キーボード40からのコマン
ド入力を可能にするコマンド言語解釈タスク。
4) A command language interpreting task that enables command input from the user keyboard 40.

【0108】このタスクは繰り返し動作の自動スケジュ
ールを可能とするタイマーの管理もする。更に、このタ
スクは、装置の動作や動作の生じる時間が総て記載され
ているテキスト・ログファイルの生成及び更新の処理を
する。このタスクは通常サービス・エンジニアが装置を
制御する際にのみ使用する。
This task also manages a timer that allows automatic scheduling of repetitive actions. In addition, this task handles the creation and updating of a text log file that describes all of the device operations and the time that they occur. This task is typically used only by service engineers to control the equipment.

【0109】システム・コンピュータの例として、ユニ
ックス・オペレーティング・システム(UNIX operating
system )の下で作動するサン・マイクロシステムズ社
のスパーク・プロセッサ(Sun Microsystems SPARC pro
cessor)がある。ユニックス(UNIX)はAT&T社の登録商
標である。
As an example of a system computer, a UNIX operating system (UNIX operating system)
system) Sun Microsystems Spark Processor (Sun Microsystems SPARC pro
cessor). UNIX is a registered trademark of AT & T.

【0110】電子ビーム生成部制御コンピュータ 電子ビーム生成部制御コンピュータ、即ちカラム・コン
ピュータ42は、自動焦点コンピュータ、真空制御コン
ピュータ、偏向指令コンピュータから成る。自動焦点コ
ンピュータについては「自動焦点システム」の項で機能
と具体例を説明し、真空制御コンピュータについては
「真空システム」の項で機能と具体例を説明する。
Electron Beam Generator Control Computer The electron beam generator control computer, or column computer 42, comprises an autofocus computer, a vacuum control computer, and a deflection command computer. Functions and specific examples of the autofocus computer will be described in the section "Autofocus System", and functions and specific examples of the vacuum control computer will be described in the section "Vacuum system".

【0111】カラム・コンピュータ42は、システム・
コンピュータ36から指令を受ける。カラム・コンピュ
ータ42には、フォース・コンピュータ社(Force Comp
uter, Inc.)が製造しているCPU 30ZBE のような68030
ベースの単一ボードのコンピュータを使用することがで
きる。
The column computer 42 is a system computer.
A command is received from the computer 36. The column computer 42 has a force computer (Force Comp
68030, such as the CPU 30ZBE manufactured by uter, Inc.)
A base single board computer can be used.

【0112】ポスト・プロセッサ ポスト・プロセッサ58は、欠陥プロセッサ56から、
総ての欠陥ピクセルを示すマップを検出器毎に受信す
る。ポスト・プロセッサ58はこれらのマップを結び付
けて、欠陥毎にサイズと位置を決定し、欠陥の種類に応
じて分類する。このようにしてシステム・コンピュータ
36にとって利用可能なデータが得られる。ポスト・プ
ロセッサ58には、フォース・コンピュータ社が製造し
ているCPU30ZBE のような68030 ベースの単一ボードの
コンピュータを使用することができる。
Post Processor The post processor 58, from the defective processor 56,
A map is received for each detector showing all defective pixels. The post-processor 58 combines these maps to determine the size and position of each defect and classify it according to the defect type. In this way, the data available to the system computer 36 is obtained. Post processor 58 may be a 68030-based single board computer, such as the CPU30ZBE manufactured by Force Computer.

【0113】ビデオ・フレーム・バッファ ビデオ・フレーム・バッファ44は、ピクセル1個当た
り12ビットで、480x512個のピクセルを記憶で
きる記憶容量を有している商業的に入手可能なビデオ・
フレーム・メモリである。適切なフレーム・バッファと
してはイメージ・テクノロジー社(Image Technology I
nc。)のモデルFG100Vを挙げることができる。ビデオ・
フレーム・バッファは画像ディスプレイを1秒間に30
回リフレッシュする。
Video Frame Buffer The video frame buffer 44 is a commercially available video buffer that has a storage capacity of 12 bits per pixel and can store 480 x 512 pixels.
It is a frame memory. An appropriate frame buffer is Image Technology I
nc. ) Model FG100V can be mentioned. video·
The frame buffer has 30 image displays per second
Refresh times.

【0114】画像ディスプレイ 画像ディスプレイ46は、ソニー社のモデルPVM 1342Q
のような、商業的に入手可能なカラー・モニタである。
疑似カラー技術を用いてオペレータが画像を容易に評価
できるようにしている。疑似カラー技術は白黒画像の灰
色の濃淡値に異なる色を割り当てるものである。
Image Display Image display 46 is a Sony model PVM 1342Q.
Commercially available color monitors, such as
Pseudo-color technology is used to allow the operator to easily evaluate the image. The pseudo-color technique assigns different colors to gray shades of a black and white image.

【0115】データベース・アダプタ データベース・アダプタ54は、ダイに形成するパター
ンの設計に使用した計算機援用設計データに基づいて各
ピクセルに対応するグレイスケールを生成する画像シミ
ュレータである。データベース・アダプタの入力装置の
典型は、集積回路のパターン形成に使用するフォーマッ
トのデジタル磁気テープである。デジタル・データは、
画像収集プリ・プロセッサ48の出力と同じフォーマッ
トで走査領域を表す一連のピクセル・データに変換され
る。このようなデータベース・アダプタは米国特許第4,
926,489 号に既に開示されている。この特許は、199
0年5月発行、その名称は「レチクル検査システム」、
(Reticle Inspection System )である。
Database Adapter The database adapter 54 is an image simulator that generates a gray scale corresponding to each pixel based on the computer-aided design data used for designing the pattern to be formed on the die. A typical input device for a database adapter is a digital magnetic tape in the format used to pattern integrated circuits. Digital data is
It is converted to a series of pixel data representing the scan area in the same format as the output of the image acquisition preprocessor 48. Such a database adapter is described in US Pat.
It has already been disclosed in 926,489. This patent is 199
Issued May 0, its name is "Reticle Inspection System",
(Reticle Inspection System).

【0116】基板ハンドラー 基板ハンドラー34は、カセットから基板57を自動的
に取り出して、取り出した基板を適切な方向に向けて基
板ホールダに載置する機能を有するものであり、半導体
産業でウェーハの搬送や取り扱いに通常使用されている
ウェーハ・ハンドラーに類似したロボット装置である。
基板ハンドラー34は、図2及び図3に示されている平
らなノッチ59を先ず検知する。基板ハンドラー34
は、基板57の回転の中心から半径方向に延びるリニア
CDD センサで光学的に、フラット59とその方向を検知
する。基板が回転すると、リニアCDD センサの出力がデ
ジタル値に変換されて、フォース・コンピュータ社のCP
U 30ZBE のような単一ボード・コンピュータに記憶され
る。このコンピュータはフラット59とその方向と位置
を判定する。基板57は適切な方向を向くまで回転し、
その後、基板ホールダに自動的に載置される。基板57
を保持した基板ホールダは、図11の負荷エレベータ2
10に乗る。基板ハンドラーの動作は総てシステム・コ
ンピュータ36が制御する。
Substrate Handler The substrate handler 34 has a function of automatically taking out the substrate 57 from the cassette and placing the taken-out substrate in the substrate holder in an appropriate direction. It is a robotic device similar to a wafer handler normally used for handling.
The substrate handler 34 first detects the flat notch 59 shown in FIGS. Substrate handler 34
Is a linear extension from the center of rotation of the substrate 57 in the radial direction.
The CDD sensor optically detects the flat 59 and its direction. When the board rotates, the output of the linear CDD sensor is converted into a digital value, and the force computer CP
Stored on a single board computer like the U 30ZBE. This computer determines the flat 59 and its direction and position. The substrate 57 rotates until it is in the proper direction,
After that, it is automatically placed on the substrate holder. Board 57
The board holder that holds the load elevator 2 of FIG.
Take 10 The operation of the substrate handler is entirely controlled by the system computer 36.

【0117】X-Y ステージ X-Y ステージ24の機能とは、電子ビーム100及び位
置合わせ用光学系22の下で基板57を移動させるもの
である。システムの複雑さを最小にするために、X-Y ス
テージ24は自由度がX 軸方向及びY 軸方向の2自由度
に設定されている。即ち、X-Y ステージ24は回転する
こともできなければ、基板57のX-Y 面に垂直な方向に
移動することもできない。X-Y ステージはX 軸方向、Y
軸方向、斜め方向に移動できるだけである。電子ビーム
・ラスターの回転は、走査をビームの2種類の静電偏向
成分に分解し、X-Y ステージを機械的サーボによりX 軸
方向、Y 軸方向、斜め方向に移動させることにより、電
子的に達成される。対物レンズが基板の高さ方向の変化
の補償に充分な範囲の可変焦点を有しているので、Z 軸
方向の移動は不要である。
[0117] The function of the XY stage XY stage 24 is moving the substrate 57 under the electron beam 100 and the alignment optical system 22. In order to minimize the system complexity, the XY stage 24 has two degrees of freedom in the X-axis direction and the Y-axis direction. That is, the XY stage 24 cannot rotate or move in the direction perpendicular to the XY plane of the substrate 57. XY stage is in X-axis direction, Y
It can only move axially and diagonally. The rotation of the electron beam raster is achieved electronically by splitting the scan into two types of electrostatic deflection components of the beam and moving the XY stage in the X axis direction, Y axis direction, and diagonal direction by mechanical servo. To be done. Since the objective lens has a variable focus in a range sufficient to compensate for the height change of the substrate, movement in the Z-axis direction is unnecessary.

【0118】X-Y ステージ24は、直線移動、直角移
動、繰り返しを非常に精密に制御できる装置である。交
差して配置されたローラ・ベアリングを使用する。勿論
X-Y ステージは真空状態でも使用でき、電子ビーム10
0と干渉しないように非磁性体で構成する。透過電子ビ
ーム108がX-Y ステージ24の下の透過電子検出器1
29に到達できるように、X-Y ステージはオープン・フ
レームを有している。オープン・フレームは、載置プロ
セスにおいて基板57を下からオープン・フレーム上に
載置するためにも有効である。
The XY stage 24 is a device that can control linear movement, right-angle movement, and repetition with extremely high precision. Use crossed roller bearings. Of course
The XY stage can be used even in a vacuum, and the electron beam 10
It is made of a non-magnetic material so as not to interfere with 0. The transmitted electron beam 108 has a transmitted electron detector 1 under the XY stage 24.
To reach 29, the XY stage has an open frame. The open frame is also effective for mounting the substrate 57 on the open frame from below in the mounting process.

【0119】図示していない三相ブラシレス・リニアモ
ータを軸当たり2個使用してX-Y ステージ24を駆動す
ることにより、最良のシステム機能を達成するようにし
ている。適切なリニアモータとしては、アノラッド社
(Anorad Inc。)が製造しているアノライン・モデルL1
及びL2(Anoline mod el L1 nd L2 )を挙げることがで
きる。
By using two three-phase brushless linear motors (not shown) per axis to drive the XY stage 24, the best system function is achieved. A suitable linear motor is the Anoline Model L1 manufactured by Anorad Inc.
And L2 (Anoline mod el L1 nd L2).

【0120】真空システム 真空システム全体は電子ビーム生成部制御コンピュータ
42の制御下にある。図示していないがシステムの種々
の場所には通常の圧力センサが配置されていて、圧力を
測定し、測定結果を電子ビーム生成部制御コンピュータ
42に通知している。この電子ビーム生成部制御コンピ
ュータ42が、検査開始時あるいは基板の載置又は取り
出し中に、必要に応じて種々の弁を順次制御する。弁の
順次制御ルーチンは、「載置動作」の項で詳しく説明す
る。真空状態が不十分で電子ビームの動作に不適切であ
る場合には、高電圧を自動的に遮断して、熱電界放射カ
ソード81が損傷を受けるのを防止している。この動作
は、電子ビーム生成部制御コンピュータ42、システム
・コンピュータ36、圧力センサの組み合わせにより実
行される。同時に空気仕切弁145(図9と図11)が
作動して、電子ビーム生成部20の超高真空領域140
の汚染を防止する。真空システムの動作を以下に説明す
る。
[0120] the entire vacuum system vacuum system is under the control of the electron beam generator control computer 42. Although not shown, ordinary pressure sensors are arranged at various places in the system to measure the pressure and notify the electron beam generator control computer 42 of the measurement result. The electron beam generator control computer 42 sequentially controls various valves as needed at the start of inspection or during placement or removal of a substrate. The sequential valve control routine will be described in detail in the section "Placement Operation". The high voltage is automatically shut off to prevent damage to the thermal field emission cathode 81 when the vacuum is insufficient and the electron beam is unsuitable for operation. This operation is executed by a combination of the electron beam generator control computer 42, the system computer 36, and the pressure sensor. At the same time, the air sluice valve 145 (FIGS. 9 and 11) is actuated, and the ultra high vacuum region 140 of the electron beam generator 20 is activated.
Prevent pollution of. The operation of the vacuum system will be described below.

【0121】電子銃を包含する真空は、2段式差動ポン
プを用いて達成する。充分ベーキングを行なえば、それ
以外は保守無しで永く使用に耐える。約10のマイナス
9乗(10**-9)トールの超高真空領域140は、電子
銃のアノード・アパーチャ87により仕切り、イオン・
ポンプ149により排気されている。中間真空域は、約
10のマイナス8乗トールでありイオンポンプ149に
て排気し主真空域143とアパーチャ・アッセンブリ9
9とからは、ニューマティック・バルブ(電子銃と絶縁
する為)に依って隔離する。以上の真空関連の諸要素
は、電子線の熱電界放射に最適な環境を提供する。
The vacuum containing the electron gun is achieved using a two-stage differential pump. If it is baked enough, it can be used for a long time without any maintenance. The ultrahigh vacuum region 140 of about 10 to the 9th power (10 **-9) torr is partitioned by the anode aperture 87 of the electron gun,
Exhausted by the pump 149. The intermediate vacuum region is about 10 −8 torr, and the main vacuum region 143 and the aperture assembly 9 are evacuated by the ion pump 149.
It is isolated from 9 by a pneumatic valve (to insulate the electron gun). The above vacuum-related elements provide an optimum environment for the thermal field emission of an electron beam.

【0122】主真空域143はターボ・ポンプ204に
より真空状態に維持され、検査チャンバ206はターボ
・ポンプ208により真空状態に維持される。検査チャ
ンバ206は、プレートにより主要真空領域143から
仕切られている。このプレートには電子ビームが通過す
る小さな開孔がある。このように検査チャンバ206と
主要真空領域143とが仕切られているので、喩え検査
対象である基板が相当の蒸気圧を有するフォトレジスト
で被覆されていても、高真空状態を維持することができ
る。
The main vacuum region 143 is maintained in a vacuum state by the turbo pump 204, and the inspection chamber 206 is maintained in a vacuum state by the turbo pump 208. The inspection chamber 206 is separated from the main vacuum region 143 by a plate. This plate has a small aperture through which the electron beam passes. Since the inspection chamber 206 and the main vacuum region 143 are partitioned in this way, a high vacuum state can be maintained even if the substrate to be inspected is covered with a photoresist having a considerable vapor pressure. .

【0123】真空システムは2個のエアロック224及
び226を有している。一方は基板57を検査チャンバ
206に載置するために使用され、他方は検査終了後に
基板57を取り出すために使用される。両エアロックは
いずれも並列に配置されている弁212及び214を介
して真空ポンプ220に連通している。弁212はエア
ロック224を低速で排気するためのもので、弁214
は大きな開口を有していて大容量を排気することができ
る。同様の機構がエアロック226にも設けられてい
る。この排気機構は構成が同じなので同一の参照符号で
図示してある。同じ構成の排気機構を二重に設けた目的
は、荷電粒子が排気処理により撹乱されるのを防止し、
しかもチャンバの排気や加圧に必要な時間を短くするた
めである。
The vacuum system has two airlocks 224 and 226. One is used to place the substrate 57 in the inspection chamber 206, and the other is used to take out the substrate 57 after the inspection is completed. Both airlocks communicate with the vacuum pump 220 via valves 212 and 214 that are arranged in parallel. The valve 212 is for exhausting the air lock 224 at a low speed, and the valve 214
Has a large opening and can exhaust a large volume. A similar mechanism is provided on the airlock 226. Since this exhaust mechanism has the same structure, it is shown by the same reference numeral. The purpose of dually providing the exhaust mechanism of the same structure is to prevent charged particles from being disturbed by the exhaust process,
Moreover, this is to shorten the time required for exhausting and pressurizing the chamber.

【0124】以下に詳細に説明するように、基板57が
エアロック224に載置されると、先ず低速排気の弁2
12だけが開く。これによりチャンバ内の流速はエアロ
ック224の領域の荷電粒子を撹乱しないように充分に
低く維持する。チャンバ内の圧力が低下して空気流が自
由分子流領域の水準、即ち、荷電粒子がもはや撹乱され
ない領域の水準に達すると、大容積排気の弁214を開
いて、エアロック内に残っている空気を急速に排気す
る。同様の2段階動作が加圧処理にも使用されている。
但し、加圧処理では両エアロック224、226のそれ
ぞれについて高速及び低速の両通気用に更に別の一組の
弁228及び230を設けた。
As described in detail below, when the substrate 57 is placed on the airlock 224, first, the low speed exhaust valve 2 is placed.
Only 12 open. This keeps the flow velocity in the chamber low enough so as not to disturb the charged particles in the region of the airlock 224. When the pressure in the chamber is reduced and the air flow reaches the level of the free molecular flow region, that is, the region where charged particles are no longer disturbed, the large volume exhaust valve 214 is opened and remains in the airlock. Exhaust air rapidly. A similar two-step operation is used for the pressure treatment.
However, in the pressurization process, a further set of valves 228 and 230 were provided for both high speed and low speed ventilation for both airlocks 224, 226, respectively.

【0125】載置動作 以前に説明したように、基板57は基板ハンドラー34
の基板ホールダに保持されて、載置エレベーター210
に搭載される。この時、エアロック224は大気圧状態
にある。エアロック224を低速で排気する弁212 が開
く。エアロック224の圧力が分子流の圧力に達する
と、大容積排気の弁214 が開き、残りの空気が排気され
る。ここでゲート弁216 が開いて、載置エレベーター2
10はゲート弁216 を通って基板57及び基板ホールダ
を検査チャンバ206にまで押し上げて、ステージ24
に載置する。基板57の検査が終了すると、逆の順序で
基板57は基板収納用カセットに再び収められる。
Mounting Operation As described before, the substrate 57 is mounted on the substrate handler 34.
Mounted on the substrate holder of the mounting elevator 210
To be installed on. At this time, the airlock 224 is in the atmospheric pressure state. Valve 212, which evacuates airlock 224 at low speed, opens. When the pressure in the airlock 224 reaches the pressure of the molecular flow, the large volume exhaust valve 214 opens and the remaining air is exhausted. Here, the gate valve 216 opens and the loading elevator 2
10 pushes the substrate 57 and substrate holder up to the inspection chamber 206 through the gate valve 216, and the stage 24
Place on. When the inspection of the board 57 is completed, the board 57 is stored in the board storing cassette in the reverse order.

【0126】或いは、基板のカセットを同様の方法でチ
ャンバに載置することもできる。チャンバに載置したカ
セットに収納されている基板の総てについて検査が終了
すると、カセットをチャンバから取出して、別のカセッ
トと交換する。
Alternatively, the substrate cassette can be placed in the chamber in a similar manner. When the inspection of all the substrates stored in the cassette placed in the chamber is completed, the cassette is taken out of the chamber and replaced with another cassette.

【0127】更に、本発明は二重エアロック構成なの
で、一方のチャンバ内である基板を検査しながら、同時
に他方のチャンバを使用して、別の基板の装着及び加圧
をしたり、減圧及びカセットを取出したりすることがで
きる。
Further, since the present invention has the double airlock structure, while the substrate in one chamber is inspected, the other chamber is simultaneously used to mount and pressurize another substrate, and to depressurize and pressurize. You can take out the cassette.

【0128】自動焦点システム 電子ビーム100は、図7に示したシステムの対物レン
ズ104の電流を変化させることにより収束される。基
板は必ずしも平坦ではなく、X-Y ステージ24の表面は
電子ビーム生成部20の軸に完璧に垂直ではないかもし
れないので、最適な焦点電流は検査領域全体にわたって
変化する。しかしこの変化はX 及びY の両軸方向の距離
の関数としては遅いので、基板57上の数個の指定点で
最適なフォーカス電流を決定することができる。
Autofocus System The electron beam 100 is focused by changing the current in the objective lens 104 of the system shown in FIG. Since the substrate is not necessarily flat and the surface of the XY stage 24 may not be perfectly perpendicular to the axis of the electron beam generator 20, the optimum focus current varies over the inspection area. However, this change is slow as a function of distance in both the X and Y axis directions, so that the optimum focus current can be determined at several specified points on the substrate 57.

【0129】検査処理の準備及び開始手続きの一工程と
して、指定点での最適なフォーカス電流の測定が行なわ
れる。このフォーカス処理は、ビームを指定点に位置付
けする工程と、基板57の特徴のエッジに垂直な直線に
沿ってグレイスケール値を測定する工程とから成る。例
えば、フォーカス電流の10個の異なる値に対して、デ
ジタル化されたグレイスケール値は、図示していない高
域フィルタで畳み込まれる。最良のフォーカス電流は、
高域フィルタの出力の内で最大の値に対応した電流であ
る。好ましい実施例では、以下の畳み込み係数と共に2
次微分フィルタを使用している。
As one step of the preparation and starting procedure of the inspection process, the optimum focus current is measured at the designated point. This focusing process consists of positioning the beam at a specified point and measuring the grayscale value along a straight line perpendicular to the edge of the feature on the substrate 57. For example, for 10 different values of focus current, the digitized gray scale values are convolved with a high pass filter, not shown. The best focus current is
It is the current corresponding to the maximum value in the output of the high pass filter. In the preferred embodiment, 2 with the following convolution factor:
It uses a second derivative filter.

【0130】 −4 0 0 0 8 0 0 0 −4 最良の効果を得るには高域フィルタの出力を平滑化しな
ければならない。フォーカス・コンピュータは電子ビー
ム生成部制御コンピュータ42の一部である。焦点の計
算は、畳み込み集積回路と数個のDSP 素子とから成る特
別な目的のハードウェアで実行される。
-4 0 0 0 8 0 0 0 0 -4 The output of the high pass filter must be smoothed for best effect. The focus computer is part of the electron beam generator control computer 42. The focus calculation is performed by special purpose hardware consisting of a convolutional integrated circuit and a few DSP elements.

【0131】位置合わせ用光学系 位置合わせ用光学系22は、ダイが検査チャンバに入っ
た後に、ダイの粗い位置合わせを視覚的に実行するため
に、オペレータによって使用される。サブ・システム
は、真空チャンバに面するウィンドウと、ディスプレイ
46に表示するためのCCD カメラに画像パターンを投影
するレンズとから成る。オペレータは2個のレンズの内
の一つを選択できる。本発明では、経験により一方のレ
ンズの倍率を0. 46に、他方のレンズの倍率を5. 8
に設定してある。基板からの汚れが光学面に付着するの
を防止するために、レンズは真空領域の外部に置かれて
いる。
Alignment Optics Alignment optics 22 are used by the operator to visually perform a coarse die alignment after the die has entered the inspection chamber. The subsystem consists of a window facing the vacuum chamber and a lens that projects the image pattern onto a CCD camera for display on display 46. The operator can select one of the two lenses. According to the present invention, experience has shown that the magnification of one lens is 0.46 and the magnification of the other lens is 5.8.
Is set to. The lens is placed outside the vacuum region to prevent dirt from the substrate from adhering to the optical surface.

【0132】SEM プラズマ・クリーナ 本発明の電子ビーム装置が作動すると、近接相互作用
(表面近くでの粒子の帯電)により標的物質が蒸発して
高圧領域に引きつけられるので、電子ビームの形成や偏
向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表
面の帯電により徐々に堆積していく絶縁体は電子ビーム
の形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、堆積した絶縁
体は周期的に除去しなければならない。絶縁体の周期的
な除去は、その堆積する領域の近傍に酸化プラズマを形
成することにより達成する。酸化プラズマの形成には、
洗浄プラズマの形成のための主要なガスとして酸素を用
いる。
SEM Plasma Cleaner When the electron beam apparatus of the present invention operates, the target substance evaporates and is attracted to the high-pressure region by the proximity interaction (charging of particles near the surface), so that electron beam formation and deflection can be prevented. Organic materials are deposited on the various electrodes used. Since the insulator gradually deposited due to the charging of the surface adversely affects the electron beam formation and the deflection mechanism, the deposited insulator must be periodically removed. Periodic removal of the insulator is accomplished by forming an oxidizing plasma near the area where it is deposited. For the formation of oxidative plasma,
Oxygen is used as the main gas for the formation of the cleaning plasma.

【0133】上述の洗浄機能を実行する為に、プラズマ
が必要になるので、以下では酸素を主体としたプラズマ
源を使う。図11に依れば、弁193とマスフロー制御
器195を通して酸素供給器199をチャンバーの上
部、或いは下部に結合する。この時、静電容量式圧力計
197が圧力センサーとして働き圧力調整を実施する。
酸素はRFエネルギーと結合し易いようにその圧力を調整
しプラズマを閉込める。閉込める場所に依って対応する
励起電極を選んで酸素ガスの平均自由行程の違いを勘案
した圧力調整をするようにする。放電中のプラズマ空間
密度を厳密に制御して、その密度を電極面の持つスパッ
タ電位のすぐ下の水準に維持することにより、有機物質
のみを選択して酸化させることができる。これは高周波
で電極が自己バイアスされるのを抑え、RF電力水準と印
加電圧をを正確に制御することにより達成する。
Since plasma is required to perform the above cleaning function, a plasma source mainly containing oxygen will be used below. According to FIG. 11, the oxygen supplier 199 is connected to the upper part or the lower part of the chamber through the valve 193 and the mass flow controller 195. At this time, the electrostatic capacitance type pressure gauge 197 acts as a pressure sensor to adjust the pressure.
Oxygen regulates the pressure so that it is easy to combine with RF energy and confines the plasma. The corresponding excitation electrode is selected depending on the confined place, and the pressure is adjusted in consideration of the difference in mean free path of oxygen gas. By strictly controlling the plasma space density during discharge and maintaining the density at a level just below the sputtering potential of the electrode surface, only the organic substance can be selectively oxidized. This is achieved by suppressing self-biasing of the electrodes at high frequencies and by precisely controlling the RF power level and applied voltage.

【0134】さて図15に移り、堆積物を除去する必要
のある電極等はリレー191を通じてRF特性を有するマ
ルチプレックス・リレー179に接続する。高周波電力
173を発振させそれを電力検波器175と電圧検波器
178を通過させて平滑化する。177は自動整合網で
あり(商標例はオートマッチ)平滑化出力はその電圧、
電流、位相の値を各々適当に変換して充分ななだれ電圧
を作り出す。それに依ってプラズマ放電は開始しインピ
ーダンスの整合を図ってプラズマ放電を維持させる。
Now, turning to FIG. 15, electrodes and the like that need to remove deposits are connected through relay 191 to multiplex relay 179 having RF characteristics. The high frequency power 173 is oscillated and passed through the power detector 175 and the voltage detector 178 to be smoothed. 177 is an automatic matching network (trademark example is auto match), and the smoothing output is the voltage,
A sufficient avalanche voltage is created by appropriately converting the current and phase values. Accordingly, the plasma discharge is started to match the impedance and maintain the plasma discharge.

【0135】同様に、プラズマにより符号171にて示
したような別の表面や電極をも洗浄することができる。
以上、数種の動作モード及び典型的なルーチンについ
て、実施例の装置に沿って説明したが、当業者であれば
以上の説明及び図面に示されている内容から種々の変更
例を施して本発明を実施できることは言うまでもない。
Similarly, another surface or electrode as indicated by reference numeral 171 can be cleaned with plasma.
Although several kinds of operation modes and typical routines have been described above with reference to the apparatus of the embodiment, those skilled in the art can make various modifications based on the above description and the contents shown in the drawings. It goes without saying that the invention can be implemented.

【0136】位相シフトマスクの検査 図16に、透明石英基板504上に不透明なクローム層
を有する代表的な位相シフトマスク500の断面を示
す。クローム層は、蒸着等にて石英基板に堆積する事が
できて、典型的には0. 1ミクロン厚位であり、ここで
は四角のパッド形状をしていて506、508、510
の各番号がついている。半導体のウエーハ製造工程では
位相シフトマスク500を使うのが望まれる。位相のず
れをシフトと称して以下に説明を続ける。位相のシフト
は、適当な大きさに作られた井戸、別名トレンチ502
(典型的には25ミクロンの深さを有する)で発生す
る。トレンチは、石英基板504の必要な場所をエッチ
ングして形成する。
Inspection of Phase Shift Mask FIG. 16 shows a cross section of a typical phase shift mask 500 having an opaque chrome layer on a transparent quartz substrate 504. The chrome layer can be deposited on a quartz substrate by vapor deposition or the like, and is typically about 0.1 μm thick, and here, it has a square pad shape and has a shape of 506, 508, 510.
Each number is attached. It is desirable to use the phase shift mask 500 in the semiconductor wafer manufacturing process. The phase shift is referred to as a shift and the description will be continued below. The phase shift is an appropriately sized well, also known as trench 502.
(Typically has a depth of 25 microns). The trench is formed by etching a necessary portion of the quartz substrate 504.

【0137】歴史的に言って位相シフトマスク500
は、光学的な方法で検査を受けて来た。しかしながら、
光学手法は、半導体表面のパターン加工寸法が細かくな
ってその結果マスクのパターンのサイズが一層小さくな
る事情にある現在全く困難になった。本発明は、エレク
トロン・ビームに於て後方散乱電子と2次電子を検査時
に上手に使うので種々の位相シフトマスク及びその変形
版であっても、そのパターンの特徴を把握して検査する
事が可能である。図16に於て位相シフトマスク500
を電子ビームにて検査する為の準備として、アルミか金
など薄い金属の電導性の層512、或いは、Nagase Lt
d. 製の素材TQV501をマスク500の全構造(上述の井
戸も勿論含む)の上に、真空蒸着法等にて堆積させる。
Historically, the phase shift mask 500
Has been inspected by an optical method. However,
The optical method has become quite difficult at present due to the fact that the pattern processing size of the semiconductor surface becomes finer, and as a result the size of the mask pattern becomes smaller. Since the present invention makes good use of backscattered electrons and secondary electrons in the electron beam at the time of inspection, even if various phase shift masks and their modified versions can be inspected by grasping the characteristics of their patterns. It is possible. In FIG. 16, the phase shift mask 500
In preparation for electron beam inspection, a thin metal conductive layer 512 such as aluminum or gold, or Nagase Lt
The material TQV501 manufactured by d. is deposited on the entire structure of the mask 500 (including wells described above, of course) by vacuum deposition or the like.

【0138】次に、電導性の層512を電気的にアース
(501)する事で電子回路が循環して閉じるようにす
る。と言うのは、後方散乱電子や2次電子は、それだけ
ではこのような役割を果たせないからである。かくして
検査時に、基板の検査点が電子ビームに依って帯電する
可能性を最小にする。位相シフトマスク500は、当然
ながら種々の欠陥を持ち得る。例としては、無かるべき
所の余分なクローム、不必要なエッチング痕跡が石英基
板上に発生する、等々である。石英の柱状の屑が井戸に
はまる事もあるし、或いは石英表面544の上に広がる
場合もある。しかしながら、有ってはならないエッチン
グ痕跡は、石英基板540の表面の何処でも発生して不
思議でなく、クローム・パッドの下に潜って存在しても
おかしくない。
Next, the electrically conductive layer 512 is electrically grounded (501) to circulate and close the electronic circuit. This is because the backscattered electrons and secondary electrons cannot play such a role by themselves. Thus, at the time of inspection, the possibility that the inspection point of the substrate is charged by the electron beam is minimized. The phase shift mask 500 can naturally have various defects. Examples are extra chrome where it shouldn't, unnecessary etching imprints on the quartz substrate, and so on. Quartz columnar debris may fit into the well or may spread over the quartz surface 544. However, it should be no wonder that etching traces that should not be present occur anywhere on the surface of the quartz substrate 540, and it is possible that they exist under the chrome pads.

【0139】今、図17を参照する。ここでは簡単化さ
れた位相シフトマスクが示されており、電子ビームが当
たっている電導層512の下に存在する「モノは何か
?」をユーザーが決定する事は、後方散乱電子と2次電
子に依って可能となる。図17のモデルに於ては、本発
明の内容を簡単化して理解し易くする為、基板500は
1本のビームが時間の経過と共に100から100' に
移動しそれぞれ516と516' の点を、唯一の電子ビ
ームに依って照射しているものとする。この点を明確に
する為に更に述べると、本発明の電子ビームシステム
は、カラムが一つ、従って電子ビームも一本と言う事に
なる。図の中での二本のビームが描かれているのは、唯
一の電子ビームを時間が経過する中で、基板表面の2ケ
所516と516' に夫々移動してほぼ直角に照射する
状況を示している。唯一の電子ビーム100及び10
0' は勿論同じであって、通常20kVと高エネルギー状
態なので電導層512も、クローム層510も石英基板
504も、又剛体など何でも貫通する。クロームの分子
量は石英のそれよりも断然大きいので図でビーム10
0'は、ビーム100が石英504に貫通する程は、ク
ローム層510内部に深く貫通出来ない。勿論この場合
ビームのエネルギーは、各々の場合にて互いに同じとし
た場合である。図17ではこの間の事情を各516と5
16' 点にて、代表的に二つのサイズに分けてその涙滴
524と526として示し、上記理論的なビームの飛程
の差を涙滴のサイズで示している。該二点でビーム10
0或いは100' が電導層512に衝突すると通常「SE
I 電子」と称する2次電子528を発生する。
Referring now to FIG. Here, a simplified phase shift mask is shown, and the user decides "what is it?" Existing under the conductive layer 512 on which the electron beam hits. It becomes possible by using electrons. In the model of FIG. 17, in order to simplify the contents of the present invention and make it easier to understand, one beam of the substrate 500 moves from 100 to 100 'with the passage of time, and points 516 and 516' are respectively moved. , And irradiate only with an electron beam. To further clarify this point, the electron beam system of the present invention has one column and therefore one electron beam. In the figure, the two beams are drawn to show that the only electron beam moves to two positions 516 and 516 'on the surface of the substrate and irradiates them at a substantially right angle as time passes. Shows. Only electron beams 100 and 10
0'is of course the same, and since it is usually in a high energy state of 20 kV, it penetrates through the conductive layer 512, the chrome layer 510, the quartz substrate 504, and anything such as a rigid body. Since the molecular weight of chrome is much larger than that of quartz, beam 10
0 ′ cannot penetrate deeply inside the chrome layer 510 such that the beam 100 penetrates the quartz 504. Of course, in this case, the beam energies are the same in each case. In FIG. 17, the circumstances during this time are shown in 516 and 5 respectively.
At the 16 'point, the droplets are typically divided into two sizes and shown as the teardrops 524 and 526, and the difference in the theoretical beam range is shown by the teardrop size. Beam 10 at the two points
When 0 or 100 'collides with the conductive layer 512, it is usually "SE
Secondary electrons 528, which are referred to as "I electrons", are generated.

【0140】電子ビーム100及び100' がそれぞれ
クローム層510か石英層504に打ち込まれると一部
の衝突にあずかる電子は、散乱して後方散乱電子538
及び536になる。後方散乱電子536並びに538は
電導層512を後にして各々2次電子540及び542
をそれぞれ産出するので一般名称として「SE II 電子」
と呼ぶ事にする。カラムが参照されている図8では、上
に述べたように、2次電子検出器117が検出する各2
次電子に対応して電気信号を出力すると同様に、後方散
乱検出器160も電気信号を出力する。
When the electron beams 100 and 100 ′ are shot into the chrome layer 510 or the quartz layer 504, respectively, some of the electrons that participate in the collision are scattered and backscattered electrons 538.
And 536. Backscattered electrons 536 and 538 leave secondary layer 540 and 542, respectively, behind conductive layer 512.
As a general name, "SE II Electronics" is produced.
I will call it. In FIG. 8 where the columns are referenced, each 2 detected by the secondary electron detector 117, as described above.
The backscattering detector 160 also outputs an electrical signal in the same manner as it outputs an electrical signal corresponding to the next electron.

【0141】高エネルギー電子ビーム100に依る光学
マスク500に与える打ち込み効果を示す為に、図18
では図16のマスク断面を図の上方に配置し、対応する
波形545と546をそれぞれ2次電子と後方散乱電子
に依るものとして示した。更に図18で、2次電子と後
方散乱電子に依る波形545と546をそれぞれ資料5
00の断面と共に描き、各信号の波形とマスクの表面特
性間の物理関係を表現するようにした。図18で描いた
二つの信号は、電子ビームが資料を走査する場合、それ
ぞれ2次電子と後方散乱電子の検出器117と160か
ら得られる信号の代表例である。2次電子波形545を
調べるとマスク500の種々の物理特性が解かる。図に
於て、2次電子からの電気信号に以下四つの結果が現わ
れた。
To show the implantation effect on the optical mask 500 by the high energy electron beam 100, FIG.
Then, the mask cross section of FIG. 16 is arranged in the upper part of the figure, and the corresponding waveforms 545 and 546 are shown as being due to secondary electrons and backscattered electrons, respectively. Further, in FIG. 18, waveforms 545 and 546 due to the secondary electrons and the backscattered electrons are shown in Material 5 respectively.
It was drawn together with the 00 cross section to express the physical relationship between the waveform of each signal and the surface characteristics of the mask. The two signals depicted in FIG. 18 are representative of the signals obtained from the secondary electron and backscattered electron detectors 117 and 160, respectively, when the electron beam scans the material. Examination of the secondary electron waveform 545 reveals various physical properties of the mask 500. In the figure, the following four results appeared in the electric signal from the secondary electron.

【0142】その1の信号レベルは、544として示さ
れるマスク500の平坦な領域である。その2の信号レ
ベルは、その1の信号レベルより大きくて、504等
(506、508及び512)として示されるマスク5
00がクローム層構造を有する領域である。その3の信
号レベルは、その1の信号レベルより小さくて、502
として示されるマスク500上の最大幅の井戸の領域で
ある。その4の信号レベルは、その3の信号レベルより
小さくて、514として示されるマスク500上の小さ
な径の井戸の領域である。
The one signal level is the flat area of the mask 500, shown as 544. The signal level of the second is greater than the signal level of the first and is mask 5 shown as 504 etc. (506, 508 and 512).
00 is a region having a chrome layer structure. The signal level of 3 is smaller than the signal level of 1, and
Is the area of the widest well on the mask 500 indicated as. The four signal level is less than the three signal level and is the area of the small diameter well on the mask 500 shown as 514.

【0143】図で例証されてはいないが、他にも信号レ
ベルの変形は考えられる。例としては、クローム・パッ
ドの種々の厚さの薄膜、色々な径、幅、そして深さを有
する井戸群、石英表面上の柱、或いは井戸の中で上に伸
びる石英の柱等々である。2次電子波形545で他の特
徴は、マスク500上でその高さが遷移する領域に対応
するパルス波550と552である。最も顕著にこれが
起こるのは、井戸502と514の縁である。2次電子
波形に見られる大きなピークは、エッチングで作られた
井戸502と514の縦壁から発生する増加する2次電
子の結果である。同様に小さなピークの信号は、クロー
ム・パッド506、508及び510の側壁からの2次
電子発生に依る。
Although not illustrated in the figure, other signal level variations are possible. Examples are thin films of different thicknesses of chrome pads, wells with varying diameters, widths and depths, columns on a quartz surface or quartz columns extending up in the wells. Another feature of the secondary electron waveform 545 is the pulse waves 550 and 552 corresponding to the area of the height transition on the mask 500. Most notably, this occurs at the edges of wells 502 and 514. The large peaks seen in the secondary electron waveform are the result of increasing secondary electrons emanating from the vertical walls of the etched wells 502 and 514. Similarly, the small peak signal is due to secondary electron generation from the sidewalls of chrome pads 506, 508 and 510.

【0144】同じく、後方散乱電子の波形546には、
以下の四つの結果が現われる。その1の信号レベルは、
544として示されるクローム構造を持たない、マスク
500の平坦な領域である。その2の信号レベルは、そ
の1の信号レベルより大きくて、504等(506、5
08及び512)として示されるマスク500がクロー
ム層構造を有する領域である。その3の信号レベルは、
その1の信号レベルより小さくて、502として示され
るマスク500上の最大幅の井戸の領域である。その4
の信号レベルは、その3の信号レベルより小さくて、5
14として示されるマスク500上の小さな径の井戸の
領域である。
Similarly, the backscattered electron waveform 546 has
The following four results appear. The signal level of 1 is
The flat area of the mask 500 without the chrome structure shown as 544. The signal level of the second signal is higher than the signal level of the first signal, and is equal to 504 (506, 5).
The mask 500, designated as 08 and 512), is the area with the chrome layer structure. The signal level of the 3 is
The area of the widest well below the signal level of one and shown as 502 on the mask 500. Part 4
Signal level is lower than the signal level of 3
The area of the small diameter well on the mask 500, shown as 14.

【0145】更に、2次電子の例で判明したようにマス
ク500の他に物理的な変形があればそれに応じた電気
信号のレベルを形成するであろう事が解かる。それ等の
例としては、クローム・パッドの種々の厚さの薄膜、色
々な径、幅、そして深さを有する井戸群、石英表面上の
柱、或いは井戸の中で上に伸びる石英の柱等々である。
Further, as is clear from the example of secondary electrons, it can be understood that if there is a physical deformation other than the mask 500, the level of the electric signal will be formed accordingly. Examples of these are thin films of chrome pads of different thicknesses, wells of different diameters, widths and depths, columns on the quartz surface, or quartz columns extending up in the wells. Is.

【0146】その上に解かった事は、後方散乱電子の波
形がピークを示すのは井戸と平坦部間に見られる遷移領
域に於てのみである。その様な井戸の遷移領域は、井戸
502と514の端では、後方散乱の場合2次電子と比
べてそのピークは相当小さいことが解かった。更に解か
った事はクローム・パッド(506、508と510)
と平坦石英表面544との間の遷移領域では、目に見え
るピークは見られない。従って各々2次電子と後方散乱
波形をそれぞれを比較して、井戸の位置、サイズそして
形状が全て間違い無く判定可能になる。
What has been solved above is that the backscattered electron waveform shows a peak only in the transition region seen between the well and the flat portion. It has been found that the transition regions of such wells have much smaller peaks at the ends of the wells 502 and 514 in the case of backscattering compared to secondary electrons. Further clarification was the chrome pad (506, 508 and 510)
No visible peaks are visible in the transition region between and the flat quartz surface 544. Therefore, the secondary electron and the backscattering waveform are compared with each other, and the position, size, and shape of the well can be definitely determined.

【0147】井戸から散乱して発せられる後方散乱電子
の数は、井戸の深さと幅で決まるので波形546を使え
ば逆に井戸の深さと幅を知る事が出来る。正確にそうす
るためには、井戸の深さと後方散乱電子波形を互いに較
正する事が必要で、それには予めその深さと幅が知られ
ている井戸のサンプルを使う。さて、予めその深さと幅
が知られている井戸のサンプルに関しLambertian放射を
仮定して後方散乱電子の数を理論計算する事が出来る。
同様に、2次電子波形545は顕著なピークを走査の種
々な遷移点で発するのに対して、後方散乱電子の場合は
546は井戸の端部でのみしかピークを出さないので、
先ず後方散乱電子のピークで最初に井戸の端部を探し、
次いで2次電子波形545の沢山あるピークのどれが井
戸の端部に相当するかを知る。そして2次電子波形54
5の他のピークの情報も入れて井戸の端部を高い信頼度
で決める事が出来る。その上2次電子波形545のレベ
ルに関して、石英基板平坦部544を表す第1のレベル
と井戸底の502に対応する第3のレベルを比べれば同
じ石英どうしであっても、第1の信号レベルの方が大い
事に着目する。そのような差異は、2次電子が井戸から
散乱する時に平坦部と比べてその比率が小さいと言う事
実から来る事は明解である。井戸からの2次電子散乱に
ついて前と同様に較正して井戸の深さを知り、同じ所で
後方散乱電子の波形信号も加えて用い二つのデータを加
重平均して各井戸の深さを決定する事が出来る。
Since the number of backscattered electrons scattered and emitted from the well is determined by the depth and width of the well, it is possible to know the depth and width of the well by using the waveform 546. To do so accurately, it is necessary to calibrate the well depth and backscattered electron waveform with each other, using a sample of the well whose depth and width are known in advance. Now, the number of backscattered electrons can be theoretically calculated by assuming Lambertian radiation in a well sample whose depth and width are known in advance.
Similarly, the secondary electron waveform 545 emits a prominent peak at various transition points in the scan, whereas in the case of backscattered electrons, 546 peaks only at the ends of the well,
First look for the end of the well in the backscattered electron peak,
Then, it is known which of the many peaks of the secondary electron waveform 545 corresponds to the edge of the well. And the secondary electron waveform 54
The information on the other peaks in 5 can be included to determine the end of the well with high reliability. Moreover, regarding the level of the secondary electron waveform 545, comparing the first level representing the quartz substrate flat portion 544 and the third level corresponding to the well bottom 502, even if the same quartz is used, the first signal level is obtained. Pay attention to the bigger thing. It is clear that such a difference comes from the fact that the ratio of secondary electrons when they are scattered from the well is small compared to the flat portion. The depth of each well is determined by calibrating the secondary electron scattering from the well in the same manner as before, and using the waveform signal of the backscattered electron at the same place as well. You can do it.

【0148】上記で解かったように、マスク500の表
面でクローム構造の方が、石英表面よりも後方散乱と2
次電子で共にその信号レベルが大きい事が結論付けられ
る。前に述べた様に分子量は、石英よりクロームの方が
大であるので当然に後方に散乱する電子の量が多いの
で、石英表面よりもっと多くのSE II 電子を発生させる
と考えて良い。その上、2次電子波形545、後方散乱
電子波形546共にエッチングされた井戸の所で上に凸
な曲線(548を見よ)を表す。これ等波形の特徴は、
544表面とエッチングで作られた井戸底の平面との違
いを識別するのに使える。かくして、欠陥を発見する為
には、検査基板の物理特性が反映さるので領域毎に2次
電子と後方散乱電子の信号波形を調査して比較をするだ
けで良い。この比較作業とは一枚のマスク基板の中で二
つ以上の同じパターンを互いに比べても良いし、同じ設
計の他のマスクで同じ所をそれぞれ比べても良い。
As understood from the above, the chrome structure on the surface of the mask 500 causes backscattering and 2
It can be concluded that the signal level of both secondary electrons is high. As mentioned above, since the molecular weight of chrome is larger than that of quartz, the amount of electrons scattered back is naturally large, so it can be considered that more SE II electrons are generated than on the quartz surface. Moreover, both the secondary electron waveform 545 and the backscattered electron waveform 546 exhibit an upwardly convex curve (see 548) at the etched well. The characteristics of these waveforms are:
It can be used to distinguish between the 544 surface and the plane of the etched well bottom. Thus, in order to find a defect, since the physical characteristics of the inspection substrate are reflected, it suffices to investigate and compare the signal waveforms of the secondary electrons and the backscattered electrons for each region. This comparison operation may be performed by comparing two or more same patterns in one mask substrate with each other, or by comparing the same positions with other masks having the same design.

【0149】一方上に述べたように、領域毎に2次電子
と後方散乱電子の信号波形を調査して後に比較をする対
象は、マスクが作られたCADSデータベースのデータから
得られる画像であっても良い。上述のプロセスを実行す
るには、先ず2次電子と後方散乱電子の信号波形545
と546をそれぞれデジタル処理して先に述べた例と同
様にデジタル的に種々の関数処置を実行する。更には、
検査が終わった後、電導層512が光波長或いは他のリ
ソグラフ媒体にとって不透明の時は、生産等に不適なの
で512層は取除くべきである。例えばそうする場合
に、具体的に512の電導層が銅やアルミの時は0. 3
4ノルマルのKOH 液で、金ならKOH+I 液(ヨウ化カリに
ヨウ素を加えた液)を水300対1に薄めた液で、又ポ
リマーなら典型的な有機溶剤で溶解して石英基板上から
それを傷めずに取り除く事が可能である。
On the other hand, as described above, the target for investigating the signal waveforms of the secondary electrons and the backscattered electrons for each region and comparing them later is the image obtained from the data of the CADS database in which the mask is created. May be. To carry out the above process, first, the signal waveforms 545 of the secondary and backscattered electrons are
And 546 are each digitally processed to digitally perform various functional actions similar to the example described above. Furthermore,
After the inspection, when the conductive layer 512 is opaque to the light wavelength or other lithographic media, the 512 layer should be removed as it is unsuitable for production and the like. For example, when doing so, specifically when the conductive layer 512 is copper or aluminum, 0.3
4 normal KOH solution, gold for KOH + I solution (potassium iodide plus iodine) diluted to 300: 1 with water, and for polymers dissolved in typical organic solvent on quartz substrate It is possible to remove it without damaging it.

【0150】検査マスクに於て、2次電子と後方散乱電
子の信号波形を出力する際に信号対雑音比を最大にする
為、電子ビーム100のエネルギーを調整して最適化す
る事が出来る。上で見たように、図17の包絡即ち涙滴
524は、クローム層510の中で散乱し、結果として
涙滴の深さは、クローム層510の厚さと近似的に一致
する。又、図18に見られる様に、2次電子と後方散乱
電子の信号波形のレベルをクローム層と石英表面に関し
観察すると、ずっと小信号レベルにある2次電子信号の
変動と比べて、後方散乱電子波形の方がその変動は随分
と大きい。
In the inspection mask, the energy of the electron beam 100 can be adjusted and optimized in order to maximize the signal-to-noise ratio when outputting the signal waveforms of secondary electrons and backscattered electrons. As seen above, the envelope or teardrop 524 of FIG. 17 is scattered within the chrome layer 510, resulting in a teardrop depth that approximately matches the thickness of the chrome layer 510. Further, as shown in FIG. 18, when the levels of the signal waveforms of the secondary electrons and the backscattered electrons are observed with respect to the chrome layer and the quartz surface, compared with the fluctuation of the secondary electron signals at the much smaller signal level, the backscattering The fluctuation of the electronic waveform is much larger.

【0151】マスク検査時の初期パラメーターを設定す
る際、電子ビームのエネルギー・レベルを最適化する事
が望ましい。その訳は、位相シフトマスクの正確な特性
は前もって知り得ず予想がつかないからである。同様
に、クロームの位置測定ではそんなに敏感でないが、井
戸の深さについては、ビームの異なるエネルギー・レベ
ルでその測定値の正確さが変わる為その事を考慮に入れ
る必要がある。
When setting initial parameters for mask inspection, it is desirable to optimize the electron beam energy level. The reason is that the exact characteristics of the phase shift mask cannot be known in advance and cannot be predicted. Similarly, the location of the chrome is not very sensitive, but it must be taken into account for the depth of the well as the accuracy of the measurement changes at different energy levels of the beam.

【0152】後方散乱電子を捕獲して検出する効率を上
げる為の検出器は種々ある。例えば、半導体検出器、シ
ンチレータとフォト・マルチプライアーの組み合わせ或
いは、マイクロチャンネル板では、主ビームとその後尾
が一線になるように配備する事が重要である。これらの
タイプの検出器については、Ludwig Reimer に依る文
献、"Scanning Electron Microscopy"、「走査型電子顕
微鏡」Springer-Verlag刊の181-182 と189-190 頁に詳
しい。
There are various detectors for increasing the efficiency of capturing and detecting backscattered electrons. For example, in a semiconductor detector, a combination of a scintillator and a photomultiplier, or in a microchannel plate, it is important to arrange the main beam and its tail so that they are aligned. These types of detectors are described in detail by Ludwig Reimer in "Scanning Electron Microscopy", "Scanning Electron Microscopy", Springer-Verlag, pages 181-182 and 189-190.

【0153】図19は、先に図7で示した電子ビーム・
カラムに備わる対物レンズ部分であって、検査基板50
0から発生する後方散乱電子を捕獲して検出する環状の
後方散乱検出器560の設置状態を本発明に於ける一例
として示す。図7との関連を上に述べたが、図19には
低位置ポール106と中位置電極107を描き同時に後
方散乱電子が、これ等ポール106と電極107と中央
の環状開放部を通過して環状型後方散乱検出器560と
の具体的な位置関係を一例として示す。
FIG. 19 shows the electron beam shown in FIG.
An inspection substrate 50 which is an objective lens portion provided in the column.
An installation state of an annular backscattering detector 560 for capturing and detecting backscattered electrons generated from 0 is shown as an example in the present invention. As described above in connection with FIG. 7, the low-positioned pole 106 and the middle-positioned electrode 107 are drawn in FIG. 19, and at the same time, backscattered electrons pass through the pole 106, the electrode 107 and the central annular opening. A specific positional relationship with the annular backscattering detector 560 is shown as an example.

【0154】図20と図21は或種の位相シフトマスク
に見られる他の構造的特徴を各々例示する。図20の上
の部分には石英基板504' を有するマスク500' の
断面が描かれ、井戸502' にはその開口部で各々反対
側から突き出す一対のクロームパッド562を表現して
いる。「突き出す」と表現したが言い方を変えれば、一
対のクロームパッド562はその下を「掘り込まれてい
る」のである。以下「掘り込み」をアンダーカットと称
する事とする。更に議論を進めると、石英基板504'
と共に、2次電子と後方散乱電子の期待される波形54
5' と546' を下の方に描いてマスク断面との関連で
見せてその波形とマスク上のパターンの関係を表してい
る。勿論であるが、先に示した図18で2次電子と後方
散乱電子の波形は、マスクの表面を含め他の種々のパタ
ーンの主なもの、例えば井戸502' 、との対応で既に
表示してある。この図に於て前の例と比べた相違は、2
次電子と後方散乱電子の波形546' と、そこに見られ
る負の方向に進むパルス566と568であって、それ
は先のアンダーカットの存在を示す。描かれていないが
一部の電子がクローム・パッド562を貫通し井戸50
2' に突入して、その為そうでない場合即ちアンダーカ
ットが無い場合と比べて少ない数の2次電子と後方散乱
電子が発生する事実に基づいてこの小さな負のパルスが
発生するのである。勿論そうでない場合即ちアンダーカ
ットが無い場合とはクローム・パッドの下に石英基板が
直接接触している状態を言う。かくして、上で述べた比
較法を使えば、ここに付加された特徴的な負の波形に依
ってこの検査マスクでは、井戸の上に展びるクロームパ
ッドがあってそこにアンダーカットがあると推論する事
が出来る。
20 and 21 respectively illustrate other structural features found in certain phase shift masks. In the upper part of FIG. 20, a cross section of a mask 500 ′ having a quartz substrate 504 ′ is drawn, and a well 502 ′ expresses a pair of chrome pads 562 protruding from opposite sides at their openings. In other words, the pair of chrome pads 562 are “digged” under the word “protruding”. Hereinafter, “digging” will be referred to as undercut. Further discussion, quartz substrate 504 '
Together with the expected waveforms 54 of secondary and backscattered electrons
5'and 546 'are drawn downward and shown in relation to the mask cross section to show the relationship between the waveform and the pattern on the mask. Of course, the waveforms of the secondary electrons and the backscattered electrons in FIG. 18 shown above have already been displayed in correspondence with various other main patterns including the surface of the mask, for example, the well 502 '. There is. The difference between this example and the previous example is 2
The secondary and backscattered electron waveforms 546 'and the negative going pulses 566 and 568 seen therein, indicating the presence of the preceding undercut. Although not drawn, some electrons penetrate the chrome pad 562 and the well 50
This small negative pulse is generated due to the fact that it rushes into 2'and therefore produces a smaller number of secondary electrons and backscattered electrons than it would otherwise, ie without an undercut. Of course, when it is not so, that is, when there is no undercut, it means that the quartz substrate is in direct contact under the chrome pad. Thus, using the comparison method described above, we can deduce that there is a chrome pad that extends above the well and there is an undercut in this inspection mask due to the characteristic negative waveform added here. You can do it.

【0155】同じように図21の上部に石英基板50
4''を有するマスク500''を表現しその表面には一対
の石英パッド570を置いて別の位相シフト材料の例を
提供する。前と同様に議論を進めると、マスク500''
に於て、2次電子と後方散乱電子の期待される波形54
5''と546''を下方に描いてマスク断面との関連で見
せてその波形とマスク上のパターンの関係を表してい
る。2次電子と後方散乱電子の期待される波形545''
と546''の形状は、マスク500''の組合わせに於
て、幾つかの興味あるパルス波形を提示してくれる。全
般的には予想された事だが、石英パッド570付近で
は、544として表示した他の場所と比べより多くの2
次電子と後方散乱電子が発生する事が解かっている。上
で説明した基本的な特徴は、当然の事であるが、その場
所に於ける石英の余分な厚さの結果である。
Similarly, a quartz substrate 50 is provided on the upper portion of FIG.
A mask 500 ″ having 4 ″ is represented and a pair of quartz pads 570 is placed on its surface to provide another example of a phase shift material. In the same manner as before, the mask 500 ''
At 54, expected waveforms of secondary electrons and backscattered electrons
5 ″ and 546 ″ are drawn below and shown in relation to the mask cross section to show the relationship between the waveform and the pattern on the mask. Expected Waveforms of Secondary and Backscattered Electrons 545 ''
The shapes of and 546 "present some interesting pulse shapes in the mask 500" combination. As expected overall, there are more 2 near the quartz pad 570 compared to the other locations labeled 544.
It is known that secondary electrons and backscattered electrons are generated. The basic feature described above is, of course, a result of the extra thickness of quartz in place.

【0156】2次電子と後方散乱電子の波形に関わる他
の基本的な特徴としては、544域に比べて石英パッド
570上の信号レベルがどちらの方向からそこに接近し
ても漸減する事である。同様に2次電子の波形545''
に関しては、石英パッド570上の信号レベルはその外
端部で最大になって中央に近ずくと漸減する。同様に後
方散乱電子の波形546''に関しては、石英パッド57
0上の信号レベルはそのコーナー部で小さいピークを有
するが、この事を除けば、凡そ全般的には比較的に平坦
である。追加をすれば石英パッド570の場合、2次電
子の波形545''は狭くて高いパルスを作る事は無く、
井戸やクローム・パッドと異なる。それ故に図18を用
いて先に述べた比較技術は、更に発展させて位相シフト
材料がクロームパッドか井戸かそしてアンダーカットの
有無迄自動的に判断出来る。勿論必要な位相シフト材料
の有無そのサイズと場所等々に関して全ての場合に、2
次電子と後方散乱電子の波形に依って知る事が出来る。
Another basic feature related to the waveforms of the secondary electrons and the backscattered electrons is that the signal level on the quartz pad 570 gradually decreases as compared to the 544 region regardless of which direction the signal level approaches. is there. Similarly, the waveform of secondary electron 545 ″
With respect to, the signal level on the quartz pad 570 peaks at its outer edge and tapers off toward the center. Similarly, regarding the backscattered electron waveform 546 ″, the quartz pad 57
The signal level above 0 has a small peak at its corners, but apart from this it is generally relatively flat. In addition, in the case of the quartz pad 570, the secondary electron waveform 545 ″ is narrow and does not generate a high pulse.
Different from wells and chrome pads. Therefore, the comparative technique described above with reference to FIG. 18 can be further developed to automatically determine whether the phase shift material is a chrome pad or a well and whether there is an undercut. Of course, the presence or absence of the necessary phase shift material, its size, location, etc.
It can be known from the waveforms of secondary electrons and backscattered electrons.

【0157】前にも述べたが欠陥の探索は単に信号即ち
波形の比較をすれば良く比較の対象は他の同じデザイン
のマスクから得られる同様な波形か或いはさもなくば、
データベースを使って予め計算した波形を使う。これ等
の比較作業では、電子信号の発生源がクローム層か石英
か井戸か或いは他の素材か異物か等に依って全て異なる
許容値を適用する。従って、例えば図18で描写された
波形をエレクトロニクス系で判断し種々条件や状況をイ
ンプットしてやればマスク表面の構造と特徴を上述の観
察波形のみから決定する事が出来る。波形を以て欠陥等
の識別に際し考慮するのは、550、552に示したス
パイクの高さの他に548のような曲率であってそれは
502や514のようなトレンチを認識する。
As described above, the search for defects may be performed simply by comparing signals, ie, waveforms, and the object of comparison is a similar waveform obtained from another mask having the same design, or otherwise,
Use the waveform calculated in advance using the database. In these comparison operations, all different tolerances are applied depending on whether the source of the electronic signal is a chrome layer, quartz, a well, another material, or a foreign substance. Therefore, for example, if the waveform depicted in FIG. 18 is judged by an electronic system and various conditions and conditions are input, the structure and characteristics of the mask surface can be determined only from the above observed waveform. In addition to the spike heights shown at 550 and 552, what is taken into consideration when identifying defects and the like using a waveform is a curvature like 548, which recognizes trenches like 502 and 514.

【0158】上に述べたような位相シフトマスクの自動
的解析に当たっては、類似の内容であり過去に大量の研
究が成された自動波形記録計の文献が参考になる。例え
ば、ストックマン著G. C. Stockman:"A Problem-Reduct
ion Approach to LinguisticAnalysis of Waveforms"
「波形解析に於ける言語発声学的問題解決手法」,Univ.
of Maryland, Department of Computer Science, May
1977がある。このタイプのパターン認識は、ピークとか
谷のような特徴に依って見本の分析を行なう統語論的パ
ターン認識に関する文献に実例が多く見られる。さて上
記を位相シフトマスクに応用するに当たって、井戸の底
即ちトレンチ等はその波形的特徴から識別する事が可能
である。その具体的手法は、2次電子及び後方散乱電子
の低信号値域での波形に於て上に凸な曲率を観察する
事、更にトレンチの両端で見られる2次電子信号波形の
スパイクが発生する等の特徴を掴む事に依る。「パター
ン認識と画像処理ハンドブック」に収録されたLarry S.
Davis氏の著作「2次元形状表現」("Two-Dimensional
Shape Representation"Handbook of Pattern Recognit
ion and Image Processing, Academic Press, Inc., Sa
n Diego, CA, 1986 )の233から245頁には井戸底
の例、或いは他のパターン形状、例えば石英上の石英
(図21)の例も上記第10章に書かれてある方法で探
索出来る。
In the automatic analysis of the phase shift mask as described above, the reference of the automatic waveform recorder which has similar contents and which has been extensively studied in the past can be referred to. For example, Stockman by GC Stockman: "A Problem-Reduct
ion Approach to Linguistic Analysis of Waveforms "
"Linguistic Vocal Problem Solving Method for Waveform Analysis", Univ.
of Maryland, Department of Computer Science, May
There is 1977. This type of pattern recognition is often found in the literature on syntactic pattern recognition, which analyzes samples based on features such as peaks and valleys. In applying the above to the phase shift mask, the bottom of the well, that is, the trench or the like can be identified from its waveform characteristics. The specific method is to observe an upward convex curvature in the waveforms of secondary electrons and backscattered electrons in the low signal value range, and to generate spikes of secondary electron signal waveforms seen at both ends of the trench. It depends on grasping the characteristics such as. Larry S. from the "Pattern Recognition and Image Processing Handbook".
Davis's work "Two-dimensional representation"("Two-Dimensional
Shape Representation "Handbook of Pattern Recognit
ion and Image Processing, Academic Press, Inc., Sa
n Diego, CA, 1986) pp. 233-245, examples of well bottoms, or other pattern shapes, such as quartz on quartz (Fig. 21) can also be searched by the method described in Chapter 10 above. .

【0159】付け加えると、上記2つの文献の方法を比
較手法に使う時、違うマスクの条件に見合った許容値を
適用し、又探索された種々のパターンの組み合わせに依
存するが、被検査マスクの構造を高い信頼度で決定する
事が出来る。
In addition, when the methods of the above two documents are used for the comparison method, the allowable values corresponding to the conditions of different masks are applied, and it depends on the combination of various patterns searched for. The structure can be determined with high reliability.

【0160】以上本発明の色々な動作モードを典型的な
ルーチンとその装置との関連で紹介した。発明の真の意
図はもし本技術に精通している人物が、この明細書を図
面を参照しつつ精読すれば、発明の範疇内である変形例
であってここに書かれていない実施例を思い付くと思わ
れる。この事の故に、本発明の趣旨に照らして喩え特許
請求の範囲に書かれていない応用例でも本発明の真の核
心に抵触するものはこの請求範囲に含まれるものと解釈
すべきである。
The various operation modes of the present invention have been introduced in relation to typical routines and their apparatus. The true intent of the invention is that if a person who is familiar with the present technology reads this specification with reference to the drawings, it is a modification that is within the scope of the invention and is not described here. It seems to come up. For this reason, it should be construed that, even in the case where the application is not described in the scope of claims for the purpose of the present invention, something that conflicts with the true core of the invention is included in the scope of the claims.

【0161】要約すると本発明の趣旨の一は、マスク表
面を電導性にすることであり、その上に解析時にマスク
表面のトポロジーと構造素材の分子量の差異に依って形
成される2次電子及び後方散乱電子の低信号値域での波
形を解析に用いる点にその特徴がある。上記に図を用い
て種々解説をしたがマスク表面を電導性にする方法は終
了したマスクにコーティングをかける以外にも方法はあ
る。
In summary, one of the gist of the present invention is to make the mask surface electrically conductive, and in addition to that, secondary electrons and secondary electrons formed due to the difference in the topology of the mask surface and the molecular weight of the structural material are analyzed. The characteristic is that the waveform of the backscattered electrons in the low signal value range is used for the analysis. Although various explanations have been given above with reference to the drawings, there are other methods for making the mask surface electrically conductive besides coating the finished mask.

【0162】他のテクニックとしては例えば、ITO (イ
ンジュームと錫の酸化物)のような電導性の透明膜をク
ローム層のパターン形成以前に塗布する方法もある。も
し上のテクニックが使われるなら、クローム・パッド形
成後パッド相互間の電導性透明膜を取り去る必要が無い
のは勿論である。この膜は電導性を有して発明の趣旨に
沿う上透明なので露光時に邪魔にならない。
Another technique is, for example, a method of applying a conductive transparent film such as ITO (oxide of indium and tin) before patterning the chrome layer. Of course, if the above technique is used, it is not necessary to remove the conductive transparent film between the pads after forming the chrome pads. Since this film has electric conductivity and is transparent in line with the gist of the invention, it does not interfere with the exposure.

【0163】一方、石英基板にイオン打込に依って電導
性を持たせる事は可能である。石英基板を半永久的に電
導性を持たせるメリットは、イオンビームに依るマスク
の修繕を容易にする上に、更に静電気に依る構造破壊の
ダメージを防ぐ事が出来る点にある。
On the other hand, it is possible to make the quartz substrate conductive by ion implantation. The merits of making the quartz substrate semi-permanently conductive are that it facilitates the repair of the mask due to the ion beam, and that it can prevent damage to the structure due to static electricity.

【0164】その上で、本発明の検査技術は位相シフト
マスクのみに限定されない。本発明の説明に位相シフト
マスクの例を使い2次電子及び後方散乱電子の低信号値
域での波形を用いる手法の詳細を述べたのには確かな理
由がある。位相シフトマスクは便宜上種々の議論を提供
し易い上、バラエティーに富む表面要素を有し、検査の
完結性が高い事が知られている。位相シフトマスクは最
も複雑で種々の表面要素を含む上、普遍的な検査技術の
駆使が可能であり、これ等全て他のマスク検査に応用が
出来ると言っても過言ではない。本発明のテクニックが
多くの光学マスクの検査に適用出来るのは自明である。
或種の層が重畳されている構造、例えばスピンオン・グ
ラスと呼ぶ水性のガラスを基板上で固化して成膜させた
ガラス膜は、本発明の手法で基板やクローム膜から識別
が可能である。即わち、2次電子及び後方散乱電子を発
生してそれ等の信号波形を用いる手法が同様に使える。
更にその上、光減衰性のマスク素材の例は、電導性を有
するクロームの極薄層等があるがこれについても上記手
法で検査且つ解析が可能な事を付記する。同様に本発明
が光学マスクの一種であるプロクシミティー・マスクを
検査する上でも有効である事を付け加える。
Moreover, the inspection technique of the present invention is not limited to the phase shift mask. There is a definite reason for using the example of the phase shift mask to describe the method of using the waveforms of the secondary electrons and the backscattered electrons in the low signal value range in the description of the present invention. It is known that the phase shift mask is easy to provide various discussions for convenience, has a variety of surface elements, and has a high degree of completion of inspection. The phase shift mask is the most complicated and includes various surface elements, and universal inspection techniques can be used. It is no exaggeration to say that all of these can be applied to other mask inspections. It is self-evident that the technique of the present invention can be applied to the inspection of many optical masks.
A structure in which certain layers are superposed, for example, a glass film formed by solidifying an aqueous glass called spin-on glass on a substrate can be distinguished from the substrate or the chrome film by the method of the present invention. . Immediately, a method of generating secondary electrons and backscattered electrons and using their signal waveforms can be similarly used.
Furthermore, as an example of the light attenuating mask material, there is an ultrathin layer of chrome having electrical conductivity, and it should be noted that this can also be inspected and analyzed by the above method. Similarly, it is added that the present invention is effective in inspecting a proximity mask, which is a kind of optical mask.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のシステム全体のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of the entire system of the present invention.

【図2】ダイ・ツー・データベース比較検査に使用する
走査パターンの概略図。
FIG. 2 is a schematic diagram of a scanning pattern used for die-to-database comparison inspection.

【図3】ダイ・ツー・ダイ比較検査に使用する走査パタ
ーンの概略図。
FIG. 3 is a schematic view of a scanning pattern used for die-to-die comparison inspection.

【図4】幾つかの走査領域にわたって平均化された画像
を得る為の多層フレーム走査統合技術をグラフにて説明
する図。
FIG. 4 is a graphical illustration of a multi-layer frame scan integration technique for obtaining images averaged over several scan areas.

【図5】図4に示した走査中に、電子ビームの正規のX
方向の偏向値を時間の関数としてグラフ化した図。
5 shows the normal X-ray of the electron beam during the scan shown in FIG.
The figure which plotted the deflection value of a direction as a function of time.

【図6】図4に示した走査における基板上の電子ビーム
のX 座標を時間の関数としてグラフ化した図。
6 is a graph showing the X coordinate of the electron beam on the substrate in the scan shown in FIG. 4 as a function of time.

【図7】電子光学的ビーム生成制御塔(カラム)及びそ
の内部の収集システムの機能素子を示す概略図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an electro-optical beam generation control tower (column) and functional elements of a collection system therein.

【図8】図7に示した電子光学的ビーム生成制御塔(カ
ラム)内部、特にその収集システムと通過する1次電
子、2次電子、後方散乱電子、透過電子の経路を示す概
略図。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the paths of primary electrons, secondary electrons, backscattered electrons, and transmitted electrons passing through the inside of the electron optical beam generation control tower (column) shown in FIG. 7, particularly the collection system thereof.

【図9】マルチヘッド電子銃と真空系の概略図。FIG. 9 is a schematic diagram of a multi-head electron gun and a vacuum system.

【図10】本発明の位置決め制御システムのブロック
図。
FIG. 10 is a block diagram of a positioning control system of the present invention.

【図11】本発明の真空システムの概略図。FIG. 11 is a schematic diagram of a vacuum system of the present invention.

【図12】本発明のアナログ偏向システムのブロック
図。
FIG. 12 is a block diagram of an analog deflection system of the present invention.

【図13】図1に示した本発明のメモリのブロック図。13 is a block diagram of the memory of the present invention shown in FIG.

【図14】本発明の画像捕獲の為の前置プロセッサのブ
ロック図。
FIG. 14 is a block diagram of a preprocessor for image capture of the present invention.

【図15】プラズマ酸化サブ・システムの電気的構成要
素を示す為に図7の電子光学的制御塔を修正して示す概
略図。
FIG. 15 is a modified schematic of the electro-optical control tower of FIG. 7 to show the electrical components of the plasma oxidation subsystem.

【図16】石英基板に位相シフト発生の為の井戸をエッ
チングし且つクローム層をパターン化してその上に形成
した位相シフトマスクの断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a phase shift mask formed by etching a well for generating a phase shift on a quartz substrate and patterning a chrome layer on the well.

【図17】石英及びクロム層にて電子ビームが位相シフ
トマスク上の代表的な2ケ所を貫通し、且つ散乱する様
子を涙滴に依って示した図である。
FIG. 17 is a diagram showing how an electron beam penetrates and scatters at two typical places on a phase shift mask in a quartz layer and a chromium layer and is scattered by a tear drop.

【図18】マスク上の物理的構造と一致させて対応する
波形の状態を理解する為に、マスクの物理的構造と2次
及び後方散乱電子波形を共に図16のマスク断面図と位
置合わせをして示した合成図である。
FIG. 18 shows the physical structure of the mask, the secondary and backscattered electron waveforms, and the alignment with the mask cross-sectional view of FIG. 16 in order to match the physical structure on the mask and to understand the state of the corresponding waveform. FIG.

【図19】位相シフトマスクから発する後方散乱電子を
捕獲する為に図7の電子ビーム制御塔内にて環状後方散
乱電子検出器の配置状況を図解する為に、その対物レン
ズ部分を表した略図である。
19 is a schematic diagram showing an objective lens portion of the annular backscattering electron detector in the electron beam control tower of FIG. 7 to capture the backscattering electrons emitted from the phase shift mask. Is.

【図20】マスク上の物理的構造と一致させて対応する
波形の状態を理解する為に、マスクの物理的構造と2次
及び後方散乱電子波形を共にマスク断面図と位置合わせ
をして示した合成図である。ここでは特に物理的構造
は、井戸が広がってその上のクローム層にアンダーカッ
トが出来ている場合である。
FIG. 20 shows the physical structure of the mask and the secondary and backscattered electron waveforms, both aligned with the mask cross-section, in order to understand the state of the corresponding waveforms in agreement with the physical structure on the mask. FIG. Here, the physical structure is particularly the case where the well extends and the chrome layer above it is undercut.

【図21】マスク上の物理的構造と一致させて対応する
波形の状態を理解する為に、マスクの物理的構造と2次
及び後方散乱電子波形を共にマスク断面図と位置合わせ
をして示した合成図である。ここでは特に物理的構造
は、パターン化された石英層の場合である。
FIG. 21 shows the physical structure of the mask and the secondary and backscattered electron waveforms, both aligned with the mask cross-section, to understand the state of the corresponding waveforms in agreement with the physical structure on the mask. FIG. Here, in particular, the physical structure is that of a patterned quartz layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…検査システム、 20…電子ビームカラム、 21…位置合わせコンピュータ、 22…位置合わせ用光学系、 23…データバス、 24…X-Y ステージ、 26…ステージ・サーボ、 27…干渉計、 29…VME 1、 30…アナログ偏向回路、 31…VME 2、 32…検出器、 33…信号、 34…基板ハンドラー、 36…システム・コンピュータ、 38…コンピュータ・ディスプレイ、 40…キーボード、 42…カラム制御コンピュータ、 44…ビデオ・フレーム・バッファ、 46…画像ディスプレイ、 46…画像捕獲前置プロセッサ、 50…偏向コンとローラ、 52…メモリ・ブロック、 54…データベース・アダプタ、 56…欠陥プロセッサ、 57…基板、 58…ポスト・プロセッサ、 70…ダイ、 100…ビーム、 500…位相シフトマスク、 501…アース、 502…井戸、 506…クローム・パッド、 512…電導層、 545…2次電子波形、 546…後方散乱電子波形、 562…アンダーカット付きクローム・パッド、 570…石英パッド。 10 ... Inspection system, 20 ... Electron beam column, 21 ... Positioning computer, 22 ... Positioning optical system, 23 ... Data bus, 24 ... XY stage, 26 ... Stage servo, 27 ... Interferometer, 29 ... VME 1 , 30 ... Analog deflection circuit, 31 ... VME 2, 32 ... Detector, 33 ... Signal, 34 ... Substrate handler, 36 ... System computer, 38 ... Computer display, 40 ... Keyboard, 42 ... Column control computer, 44 ... Video frame buffer, 46 ... Image display, 46 ... Image capture preprocessor, 50 ... Deflection controller and roller, 52 ... Memory block, 54 ... Database adapter, 56 ... Defect processor, 57 ... Substrate, 58 ... Post・ Processor, 70 ... Die, 100 ... Beam, 500 ... Phase shift mask, 501 ... Ground, 502 ... Well, 506 ... Chrome pad, 512 ... Conductive layer, 545 ... Secondary electron waveform, 546 ... Backscattered electron waveform, 562 ... Undercut chrome pad, 570 ... Quartz pad ..

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/66 J 7514−4M (72)発明者 ダン・マイスバーガー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95120、サン・ホセ、モンタルバン・ドラ イブ 1507 (72)発明者 アラン・ディー・ブローディー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94303、パロ・アルト、バン・オーケン・ サークル 998 (72)発明者 ツオン − ウエイ・チェン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 95129、サン・ホセ、ブラネブ・アベニュ ー 1561 (72)発明者 ジャック・ワイ・ジョー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94536、フレモント、バーリントン・テラ ス 2721 (72)発明者 ブライアン・ジェイ・グレノン アメリカ合衆国、バーモント州 05446、 コルチェスター、ダンロップ・ウエイ 3─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/66 J 7514-4M (72) Inventor Dan Meisberger San Francisco, CA 95120, USA Jose, Montalban Drive 1507 (72) Inventor Alan Dee Brodie 94303, Palo Alto, Van Oken Circle 998 (72) Inventor Thuong-Wai Chen 95129, USA San Jose, Blanev Avenue 1561 (72) Inventor Jack Wye Joe, Burlington Terras 2721 (72) Inventor, Burlington Terras, California 94536, USA 94536 (72) Brian Jay Glenon, United States, Vermont 05446, Colchester, Dunlop Way 3

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光学マスクの表面を電導性薄膜にて被覆
することに依り電導性マスク層を形成する為の薄膜形成
装置と;その電導性薄膜電位を電気的に接地する為の接
地結線手段と;電子ビームを発生させる為の電子ビーム
源と;その電子ビームを電導性マスクの表面上に送って
そこでビームを掃引走査する事を可能にする為の荷電粒
子線制御筒と;電導性マスクの表面から後方散乱される
電子を検出し、且つ電子ビームが電導表面を走査する
間、後方散乱電子波形を出力する散乱電子検出器と;電
導性マスク表面から2次放出される2次電子を検出し、
且つ2次電子が電導表面を走査する間、2次電子波形を
出力する2次電子検出器とを;具備する自動光学マスク
検査システム。
1. A thin film forming apparatus for forming a conductive mask layer by coating the surface of an optical mask with a conductive thin film; and a ground connection means for electrically grounding the conductive thin film potential. An electron beam source for generating an electron beam; a charged particle beam control tube for sending the electron beam onto the surface of a conductive mask and allowing the beam to be swept and scanned; and a conductive mask A backscattered electron detector that detects backscattered electrons from the surface of the conductive mask and outputs a backscattered electron waveform while the electron beam scans the conductive surface; Detect and
And a secondary electron detector that outputs a secondary electron waveform while the secondary electron scans the conductive surface;
【請求項2】 請求項1に於て、該光学マスクが位相シ
フトマスクであるシステム。
2. The system according to claim 1, wherein the optical mask is a phase shift mask.
【請求項3】 請求項1に於て、該薄膜形成装置が蒸着
装置であるシステム。
3. The system according to claim 1, wherein the thin film forming apparatus is a vapor deposition apparatus.
【請求項4】 請求項1に於て、該薄膜形成装置がスパ
ッタ装置であるシステム。
4. The system according to claim 1, wherein the thin film forming apparatus is a sputtering apparatus.
【請求項5】 請求項1に於て、メモリーを導入して該
後方散乱電子検出器と該2次電子検出器にそれぞれ結線
し、各々後方散乱波形と2次電子波形をメモリーに記憶
させるように配備して成るシステム。
5. The method according to claim 1, wherein a memory is introduced to connect the backscattered electron detector and the secondary electron detector to each other so that the backscattered waveform and the secondary electron waveform are stored in the memory. System that is deployed in.
【請求項6】 請求項1に於て、プロセッサーを導入し
て、各々後方散乱波形と2次電子波形を査定せしめ、依
って該マスク薄膜の特性を査定させるように配備して成
るシステム。
6. The system according to claim 1, wherein a processor is installed to evaluate the backscatter waveform and the secondary electron waveform, respectively, and thereby to evaluate the characteristics of the mask thin film.
【請求項7】 (a) 光学マスクの表面を電導性薄膜にて
被覆し、 (b) その電導性薄膜を電気的にアースに接地し、 (c) 次に手順(b) で述べた電導性マスク表面で電子ビー
ムが走査するようにこれを掃引し、 (d) 手順(c) で述べた電導性マスクから発生する後方散
乱電子波形を得る為に後方散乱電子を検出し、 (e) 手順(c) で述べた電導性マスクから発生する2次電
子波形を得る為に2次電子を検出する手順を含む自動マ
スク検査方法。
7. The surface of the optical mask is coated with a conductive thin film, (b) the conductive thin film is electrically grounded to the ground, and (c) the conductive film described in step (b) is then used. The electron mask is swept so that the electron beam scans on the surface, and (d) backscattered electrons are detected to obtain the backscattered electron waveform generated from the conductive mask described in step (c), (e) An automatic mask inspection method including a procedure of detecting secondary electrons in order to obtain a secondary electron waveform generated from the conductive mask described in step (c).
【請求項8】 請求項7に於て、該電導性マスクを、位
相シフトマスクとした自動マスク検査方法。
8. The automatic mask inspection method according to claim 7, wherein the conductive mask is a phase shift mask.
【請求項9】 請求項7に於て、手順(a) は、(f) 該被
覆薄膜を蒸着法にて製造する手順をふむ自動マスク検査
方法。
9. The automatic mask inspection method according to claim 7, wherein step (a) includes (f) a step of producing the coated thin film by a vapor deposition method.
【請求項10】 請求項7に於て、手順(a) は、(g) 該
被覆薄膜をスパッタ法にて製造する手順を含む自動マス
ク検査方法。
10. The automatic mask inspection method according to claim 7, wherein step (a) includes (g) a step of producing the coated thin film by a sputtering method.
【請求項11】 請求項7に於て、更に(h) それぞれ手
順(d) と(e) で得られた後方散乱電子波形と2次放射電
子波形をメモリーに保管させるようにした自動マスク検
査方法。
11. The automatic mask inspection according to claim 7, further comprising: (h) storing backscattered electron waveforms and secondary emission electron waveforms obtained in steps (d) and (e) in a memory, respectively. Method.
【請求項12】 請求項7に於て、(i) それぞれ手順
(d) と(e) で得られた該後方散乱電子波形と該2次電子
波形をそれぞれ査定し、更に(j) 被覆薄膜特性を査定さ
せる手順を加える自動マスク検査方法。
12. The method according to claim 7, (i)
An automatic mask inspection method in which the backscattered electron waveforms and the secondary electron waveforms obtained in (d) and (e) are evaluated, respectively, and (j) the coating thin film characteristics are evaluated.
JP12672395A 1994-06-02 1995-05-25 Apparatus and method for automatic mask inspection by using electron beam microscopy Pending JPH0868772A (en)

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