試料検査装置及び試料検査方法
【目的】一時的に発生する測定画像の偽像を排除できるパターン検査を行うこと。
【構成】試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、異常な画素値を除いた画素値の平均値を測定画像とする、又は、基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、又は、画素値の平均値と所定値の和を基準値とし、基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、又は、画素値と、全ての時間遅延積分センサの画素値の平均値との差の絶対値が基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置。
【構成】試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、異常な画素値を除いた画素値の平均値を測定画像とする、又は、基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、又は、画素値の平均値と所定値の和を基準値とし、基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、又は、画素値と、全ての時間遅延積分センサの画素値の平均値との差の絶対値が基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料のパターンの検査に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの極めて小さなパターンの欠陥検査に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１ギガビット級のＤＲＡＭに代表されるように、大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。このＬＳＩの製造における歩留まりの低下の大きな原因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるフォトマスクの欠陥があげられる。特に、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。このため、このような欠陥を検査する装置の開発が行われている。
【０００３】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤは、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ等のパターンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となってきている。
【０００４】
従来の装置では、試料の画像を取得するためのセンサにおいて、宇宙線又はセンサ内部の電気的なノイズにより、微小なパターンがあるように見える偽像が発生しているため、十分な検査が出来ないなどの問題がある。そのため、センサに宇宙線が衝突したことを検出するためのセンサを設置し、宇宙線の影響を除去する技術があるが（特許文献１参照）、装置構成が大きく構成が複雑になり、また、センサ内部で発生するノイズの影響が残る問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３１２９５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（１）本発明は、試料の正確なパターン検査にある。
（２）また、本発明は、一時的に発生する測定画像の偽像を排除できるパターン検査にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、異常な画素値を除いた画素値の平均値、即ち、異常な画素値を除去して残った画素値の平均値を、測定画像とする、試料検査装置にある。
（２）本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置にある。
（３）又、本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、画素値の平均値と所定値の和を基準値とし、基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置にある。
（４）又、本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを３個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、画素値と、全ての時間遅延積分センサの画素値の平均値との差の絶対値が基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置にある。
（５）又、本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを３個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、画素値の平均値を算出する際、i番目の時間遅延積分センサの画素値と１〜i−１番目の時間遅延積分センサの画素値を用いて計算された平均値との差の絶対値である平均値差が基準値以下であった場合、i番目の時間遅延積分センサの画素値と１〜i−１番目の時間遅延積分センサの画素値の平
均値を新しい平均値とし、該平均値差が基準値以下でない場合、異常な画素値として平均値を更新しない処理を行い、全ての時間遅延積分センサの画素について該処理を繰り返して平均値を求め、該平均値を測定画像とする、試料検査装置にある。
（６）又、本発明の実施の形態では、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置により試料のパターンを測定して測定画像を生成し、測定画像と基準画像とを比較する試料検査方法において、各時間遅延積分センサの画素について、異常な画素値を除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査方法にある。
【発明の効果】
【０００８】
（１）本発明は、試料の正確なパターン検査を行うことができる。
（２）また、本発明は、一時的に発生する測定画像の偽像を排除できるパターン検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態における試料検査装置と試料検査方法を説明するためのブロック図である。
【図２】実施の形態における試料検査装置の内部構成を示す概念図である。
【図３】測定画像の取得手順を説明するための図である。
【図４】複数の時間遅延積分センサを有する受光部の作用を説明する図である。
【図５】時間遅延積分センサの受光過程を説明する図である。
【図６】偽像を廃棄して、測定画像を取得する説明図である。
【図７】平均値と所定値の和を基準値として、偽像を廃棄して、測定画像を取得する説明図である。
【図８】平均値と所定値の和を基準値として、偽像を廃棄して、測定画像を取得する説明図である。
【図９】順次、平均値と測定値の差を基準値と比較して平均値を求めて、偽像を廃棄して、測定画像を取得する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の詳細を実施の形態によって説明する。
（試料検査の基本構成）
図１は、本発明の実施の形態の試料検査装置と試料検査方法を説明するブロック図である。試料検査装置１０は、フォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの試料のパターン１２を検査するものである。試料検査装置１０は、特に、宇宙線などの放射線、又はセンサ内部の電気的なノイズなどによって局所的で一時的に発生する出力画像の偽像の影響を排除して、比較対象となる測定画像を生成し、試料のパターン１２を検査するものである。試料検査装置１０は、試料のパターン１２の透過光や反射光を測定画像生成部１４で測定して、透過画像や反射画像の一方、又は両方の測定画像を生成する。試料検査装置１０は、試料のパターンの設計データ２０を参照画像生成部２２で処理して、測定画像に類似する参照画像を生成する。
【００１１】
試料検査装置１０は、比較部２４を備え、測定画像生成部１４で偽像が排除された測定画像と基準画像とを比較処理して、その差異が所定値を超えたら場合、測定画像の欠陥を判定する。比較部２４は、参照画像生成部２２で生成した参照画像を基準画像として用い、偽像が排除された測定画像とＤ−ＤＢ比較を行い、又は、測定画像生成部１４で生成した同一試料上の異なる場所の同一パターンを撮像して偽像が排除された測定画像を基準画像として用い、偽像が排除された測定画像とＤ−Ｄ比較を行う。
【００１２】
（測定画像生成部）
測定画像生成部１４は、受光装置３０と偽像除去部４０などを備えている。受光装置３０は、図４に示すように、時間遅延積分センサ３２を複数個つなげた受光部を備えている。時間遅延積分センサ（ＴＤＩセンサ）３２は、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤ受光素子などが使用され、走行方向に積分段数だけキャリア（電荷）を積分するセンサである。時間遅延積分センサ３２は、段数に比例する感度向上が得られ、素子のばらつきや照明の明るさの変動等のノイズを低減することができる。偽像除去部４０は、各時間遅延積分センサ３２で受像した画像の出力値について、基準値との比較、平均値の算出などの演算処理をして、光の強さなどから通常検出しない異常に大きな出力値、即ち基準値を超える異常な画素値、即ち偽像を除去するものである。ここで、基準値は、通常検出しない大きな出力値を考慮して、又は、すべての出力値の平均値などの種々の演算処理で得られた値を考慮して求められる。
【００１３】
（試料検査装置）
図２は、試料検査装置１０の内部構成を示す概念図である。試料検査装置１０は、マスクやウェハ等の基板を試料１００として、試料１００のパターンの欠陥を検査するものである。試料検査装置１０は、光学画像取得部１１０や制御系回路１５０などを備えている。光学画像取得部１１０は、オートローダ１１２、照明光を発生する照明装置１１４、ＸＹθテーブル１１６、ＸＹθモータ１１８、レーザ測長システム１２０、拡大光学系１２２、ピエゾ素子１２４、透過光や反射光を受信するＣＣＤ、フォトダイオードアレイなどの時間遅延積分センサ３２を有する受光装置３０、偽像除去部４０、センサ回路１２８などを備えている。制御系回路１５０では、制御計算機となるＣＰＵ１５２が、データ伝送路となるバス１５４を介して、大容量記憶装置１５６、メモリ装置１５８、表示装置１６０、印字装置１６２、オートローダ制御回路１７０、テーブル制御回路１７２、オートフォーカス制御回路１７４、展開回路１７６、参照回路１７８、比較回路１８０、位置回路１８２などに接続されている。なお、偽像除去部４０は、センサ回路１２８内に配置しても良い。また、展開回路１７６、参照回路１７８、比較回路１８０及び位置回路１８２は、図２に示すように、相互に接続されている。
【００１４】
なお、図１の測定画像生成部１４は、図２の光学画像取得部１１０により、構成することができる。参照画像生成部２２は、展開回路１７６と参照回路１７８により構成することができる。又、比較部２４は、比較回路１８０により構成することができる。図２では、本実施の形態を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。試料検査装置１０にとって、通常、必要なその他の構成が含まれる。
【００１５】
（光学画像取得部の動作）
試料１００は、オートローダ制御回路１７０により駆動されるオートローダ１１２から自動的に搬送され、ＸＹθテーブル１１６の上に配置される。試料１００は、照明装置１１４によって透過光を得るために上方から光が照射され、また、図示していないが、反射光を得るために下方から光が照射される。試料１００の下方には、拡大光学系１２２、受光装置３０、偽像除去部４０及びセンサ回路１２８が配置されている。露光用マスクなどの試料１００を透過した光又は反射した光は、拡大光学系１２２を介して、受光装置３０に光学像として結像する。オートフォーカス制御回路１７４は、試料１００のたわみやＸＹθテーブル１１６のＺ軸（Ｘ軸とＹ軸と直交する）方向への変動を吸収するため、ピエゾ素子１２４を制御して、試料１００への焦点合わせを行なう。
【００１６】
図３は、測定画像の取得手順を説明するための図である。試料１００の被検査領域は、Ｙ軸方向にスキャン幅Ｗで仮想的に分割される。即ち、被検査領域は、スキャン幅Ｗの短冊状の複数のストライプ１０２に仮想的に分割される。更にその分割された各ストライプ１０２が連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１１６が制御される。ＸＹθテーブル１１６は、Ｘ軸に沿って移動して、測定画像は、ストライプ１０２として取得される。ストライプ１０２は、図３では、Ｙ軸方向のスキャン幅Ｗを持ち、長手方向がＸ軸方向の長さを有する矩形の形状である。試料１００を透過した光、又は試料１００で反射した光は、拡大光学系１２２を介して受光装置３０に入射する。受光装置３０上には、図３に示されるような仮想的に分割されたパターンの短冊状領域の一部が拡大された光学像として結像される。図３に示されるようなスキャン幅Ｗの画像を連続的に受光する。受光装置３０は、第１のストライプ１０２における画像を取得した後、第２のストライプ１０２における画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。第３のストライプ１０２における画像を取得する場合には、第２のストライプ１０２における画像を取得する方向とは逆方向、即ち、第１のストライプ１０２における画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。なお、スキャン幅Ｗは、例えば２０４８画素程度とする。
【００１７】
ＸＹθテーブル１１６は、ＣＰＵ１５２の制御の下にテーブル制御回路１７２により駆動される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータ１１８のような駆動系によって移動可能となる。これらのＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹθテーブル１１６の移動位置は、レーザ測長システム１２０により測定され、位置回路１８２に供給される。受光装置３０は、複数の時間遅延積分センサ３２により同一のパターンの電子データを取得する。偽像除去部４０は、各時間遅延積分センサの同一のパターンの電子データを用いて、宇宙線や電気的なノイズなどによって生じた偽像を排除する。センサ回路１２８は、偽像が排除された光学画像の電子データを測定画像として出力する。センサ回路１２８から出力された測定画像は、位置回路１８２から出力されたＸＹθテーブル１１６上における試料１００の位置を示すデータとともに比較回路１８０に送られる。なお、ＸＹθテーブル１１６上の試料１００は、オートローダ制御回路１７０により検査終了後に自動的に排出される。なお、測定画像は、例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。
【００１８】
（時間遅延積分センサによるパターンの受光手順）
図４は、３個の第１〜第３の時間遅延積分センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃをつなげた受光装置３０を示している。各時間遅延積分センサは、図４では６段のラインセンサ３４ａ〜３４ｆを有しているが、例えば、２５６段、５１２段などのように多数のラインセンサ３４を備えている。各ラインセンサ３４ａ〜３４ｆは、図４では、横方向に１０個の画素３６を有しているが、例えば、１０２４個、２０４８個などのように多数の画素３６を備えている。第１〜第３の時間遅延積分センサ３２ａ〜３２ｃは、各々、第１〜第３のバッファメモリ３８ａ〜３８ｃを備えており、時間遅延積分センサ３２で発生したキャリアをバッファメモリ３８に排出する。バッファメモリ３８は、時間遅延積分センサ３２の受光した画像情報を一時的に保持する。
【００１９】
受光装置３０が試料１００のパターンを受光する例として、図４のように、試料のパターンＡの光が受光装置３０の下方から上方に移動しながら投影される。その際、受光装置３０の各時間遅延積分センサ３２ａ〜３２ｃは、パターンＡを受光し、発生したキャリアを上方に移動する。上端に達したキャリアは、各時間遅延積分センサ３２ａ〜３２ｃに対応したバッファメモリ３８ａ〜３８ｃに排出される。第１時間遅延積分センサ３２ａは、他の時間遅延積分センサより早くパターンＡを受光して第１バッファメモリ３８ａに排出し、第２時間遅延積分センサ３２ｂは、次にパターンＡを受光して第２バッファメモリ３８ｂに排出し、第３時間遅延積分センサ３２ｃは、最後にパターンＡを受光して第３バッファメモリ３８ｃに排出する。
【００２０】
図５は、５個のラインセンサ３４ａ〜３４ｅを有する１個の時間遅延積分センサ３２がパターンＡを受光するステップＳ１〜Ｓ５を示している。ステップＳ１は、第１ラインセンサ３４ａがパターンＡの上端のパターンを受光し、受光量に応じた量のキャリア（電荷）を蓄積した状態を示している。ステップＳ２は、第１ラインセンサ３４ａで蓄積したキャリアを第２ラインセンサ３４ｂに転送した状態を示している。なお、図５において、受光量の多いパターン程、線の太さを大きくしてある。
【００２１】
ステップＳ３は、第２ラインセンサ３４ｂがパターンＡの上端のパターンを受光し、第１ラインセンサ３４ａがパターンＡの上端より少し下のパターンを受光し、受光量に応じた量のキャリアを蓄積した状態を示している。そのため、第２ラインセンサ３４ｂのパターンＡの上端は、キャリアの蓄積が多くなっていることを示している。第１ラインセンサ３４ａのパターンＡの上端より少し下のパターンは、キャリアの蓄積が上端より多くないことを示している。ステップＳ４は、第２ラインセンサ３４ｂで蓄積したキャリアを第３ラインセンサ３４ｃに転送し、及び第１ラインセンサ３４ａで蓄積したキャリアを第２ラインセンサ３４ｂに転送した状態を示している。
【００２２】
ステップＳ５は、第３ラインセンサ３４ｃがパターンＡの上端の光を受光し、第２ラインセンサ３４ｂがパターンＡの上端より少し下のパターンを受光し、第１ラインセンサ３４ａがパターンＡの上端より更に下のパターンを受光し、受光量に応じた量のキャリアを蓄積した状態を示している。そのため、第３ラインセンサ３４ｃのパターンＡの上端は、キャリアの蓄積が更に多く、第２ラインセンサ３４ｂのパターンＡの上端より少し下のパターンは、キャリアの蓄積が多く、第１ラインセンサ３４ａのパターンＡの上端より更に下のパターンは、キャリアの蓄積が少ない状態を示している。
【００２３】
このように、時間遅延積分センサ３２は、試料のパターン画像を時間の経過と共に蓄積するので、宇宙線や電気ノイズなどのような一時的な偽像がセンサに発生しても、その影響を低減することができるが、本実施の形態では、更に、複数の時間遅延積分センサ３２を用いることにより、一時的に発生する偽像の影響を除去することができる。
【００２４】
（参照画像の生成）
試料１００のパターン形成時に用いた設計データ２０は、大容量記憶装置１５６に記憶される。設計データ２０は、ＣＰＵ１５２によって大容量記憶装置１５６から展開回路１７６に入力される。設計データの展開工程として、展開回路１７６は、試料１００の設計データを２値ないしは多値の原イメージデータに変換して、この原イメージデータが参照回路１７８に送られる。参照回路１７８は、原イメージデータに適切なフィルタ処理を施し、参照画像を生成する。センサ回路１２８から得られた測定画像は、拡大光学系１２２の解像特性や受光装置３０のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態にあると言えられる。この状態では測定画像と設計側の原イメージデータとの間に差異があるので、設計側の原イメージデータに対して参照回路１７８によりフィルタ処理を施し、測定画像に合わせることができる。
【００２５】
（第１の実施形態）
図６は、試料のパターンの検査の第１の実施形態を示し、受光装置３０と偽像除去部４０の関係を示している。受光装置３０は、ラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサ３２を２個以上つなげたものを使用し、ここでは第１から第ＮまでのＮ個の時間遅延積分センサ３２ａ、３２ｂ・・・３２ｎを示している。時間遅延積分センサ３２は、図５に示すように、試料のパターンＡの移動に同期して測定データを転送しながら測定データの蓄積を行う。宇宙線などによるノイズは、一般に局所的な画素に対して一時的に発生するため、偽像除去部４０は、その異常な輝度の出力値を演算処理して除去して測定画像を求め、これを被測定試料のパターンに対応した測定画像として検査を行うことにより、偽像に影響されず、高感度な検査が可能となる。この除去処理の例として、ｎ段のラインセンサ３４を用いた時間遅延積分センサ３２をＮ個つないだ受光装置３０の場合、各時間遅延積分センサ３２に現れる宇宙線などによるノイズは、ｎ×Ｎ段のラインセンサを用いたひとつの時間遅延積分センサに比べて、Ｎ倍になって現れるので、図６に示すように、その出力値があらかじめ与えられた基準値以下である時間遅延積分センサ３２の集合の平均値を計算し、これを被測定試料のパターンに対応した測定画像として検査を行うことにより、偽像に影響されず、高感度な検査が可能となる。基準値は、光の強さなどから通常測定されない値を考慮して決められ、例えば、２４０階調程度とする。
【００２６】
詳しくは、偽像除去部４０において、第１の時間遅延積分センサ３２ａの各画素３６の出力値（画素値）は、基準値と比較され、基準値を超える場合、偽像と判断して、廃棄される。同様に、第２〜第Ｎの時間遅延積分センサ（ＴＤＩ２〜ＴＤＩＮ）３２ｂ〜３２ｎについても、それぞれの出力値が基準値以下か否か判断される（ステップＳ１０）。基準値以下でない画素値は、偽像として廃棄される（ステップＳ１１）。基準値以下の画素値は、合計されて平均値として算出される（ステップＳ１２）。平均値は、偽像を含まない測定画像として、比較部２４に送られて、基準画像と比較されて、欠陥の有無が検査される（ステップＳ１３）。
【００２７】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態を示し、ラインセンサ３４を２段以上用いた時間遅延積分センサ３２を２個以上つなげたものを使用し、あらかじめ指定された所定の値に全ての時間遅延積分センサ３２の出力の平均値を加算したものを基準値として用いる。第１の実施形態では、それぞれのセンサの出力値に対して、ひとつの基準値を基準に用いて、測定パターンデータとして使うかどうかを判定していたが、宇宙線などによるノイズは一般に出力値を大きくする方向に影響するので、あらかじめ指定された所定の値に全ての時間遅延積分センサ３２の出力の平均値を加算したものを基準値として用いる。検査に使用する出力画像は、基準値以下である時間遅延積分センサ３２の集合の平均値を計算して、測定画像として使用する。これにより、より精密に偽像を排除することができる。所定の値は、時間遅延積分センサ３２の出力特性の安定性を考慮して設定され、例えば２０階調程度とする。これにより、第１の実施形態よりも微小なエネルギーの宇宙線によるノイズも除去することが可能となる。
【００２８】
詳しくは、偽像除去部４０において、先ず、第１〜第Ｎの時間遅延積分センサ（ＴＤＩ１〜ＴＤＩＮ）３２ａ〜３２ｎの各画素３６の出力値の平均値を算出する（ステップＳ２０）。算出された平均値と所定の値の和を求めて、基準値とし、第１〜第Ｎの時間遅延積分センサの各画素の出力値と比較される（ステップＳ２１）。基準値を超える場合、偽像と判断して、廃棄される（ステップＳ２２）。基準値以下の画素値は、合計されて、平均値として算出される（ステップＳ２３）。平均値は、偽像を含まない測定画像として、比較部２４に送られて、基準画像と比較されて、欠陥の有無が検査される（ステップＳ１３）。
【００２９】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態を示し、ラインセンサ３４を２段以上用いた時間遅延積分センサ３２を３個以上つなげたものを使用する。全ての時間遅延積分センサ３２の出力値の平均値とそれぞれ個別の時間遅延積分センサ３２の出力値の差の絶対値が、あらかじめ設定されている基準値を越えた場合に、その出力値を廃棄し、それ以外の時間遅延積分センサ３２の出力値の平均値を測定画像として使用する。これにより、ノイズの影響している時間遅延積分センサ３２が半数より少ない場合、多数決により、ノイズを除去することが可能となる。この基準値は、例えば２０階調程度とする。
【００３０】
詳しくは、偽像除去部４０において、先ず、第１〜第Ｎの時間遅延積分センサ（ＴＤＩ１〜ＴＤＩＮ）３２ａ〜３２ｎの各画素３６の出力値の平均値を算出する（ステップＳ３０）。算出された平均値と各時間遅延積分センサの各画素の出力値の差の絶対値を算出し、あらかじめ与えられた基準値と比較される（ステップＳ３１）。基準値以下でない場合、偽像と判断して、廃棄される（ステップＳ３２）。基準値以下の画素値は、合計されて、平均値として算出される（ステップＳ３３）。平均値は、偽像を含まない測定画像として、比較部２４に送られて、基準画像と比較されて、欠陥の有無が検査される（ステップＳ１３）。
【００３１】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態を示し、ラインセンサ３４を２段以上用いた時間遅延積分センサを３個以上つなげたものを使用する。第２と第３の実施形態では、複数の時間遅延積分センサ３２の全体の平均値を計算してから、個別の時間遅延積分センサ３２の出力値と比較判定を行っていたが、第４の実施形態では、図９に示すように、Ｎ個の時間遅延積分センサ（１、２、・・、ｉ、・・、Ｎ）において、i番目の時間遅延積分センサ３２の出力値と１〜i−１個の出力値を用いた平均値とを比較し、その差の絶対値（以下、平均値差とする）があらかじめ指定された所定の値の基準値よりも低くない場合、i番目の時間遅延積分センサ３２の出力値を廃棄する。平均値差が基準値よりも低い場合、i番目の時間遅延積分センサ３２の出力値を加えて平均値を更新する。この処理を２番目の時間遅延積分センサ３２の出力値から順に最後のＮ番目の時間遅延積分センサ３２まで実行していく。これにより、第２、第３の実施形態にあるはじめの平均値の算出処理を省略でき、全ての時間遅延積分センサ３２からの画素値が出力するまで待つことがなく、より効果的な検査を行うことができる。基準値は、受光装置３０の全ての時間遅延積分センサ３２の出力特性の安定性を考慮して設定され、例えば、２０階調程度とする。
【００３２】
詳しくは、偽像除去部４０において、先ず、初期化処理として、ポインタｉ＝２とし、平均値＝第１時間遅延積分センサ３２の出力値とする（ステップＳ４０）。次に、第２番目（ｉ＝２）の時間遅延積分センサ３２の出力値を読み出し（ステップＳ４１）、平均値と比較し、その平均値差が基準値よりも低くない場合（ステップＳ４２）、第２番目のセンサの出力値を廃棄する（ステップＳ４３）。その平均値差が基準値よりも低い場合（ステップＳ４２）、第２番目の時間遅延積分センサ３２の出力値を加えて平均値を更新する（ステップＳ４４）。次に、時間遅延積分センサ３２が最後か否かチェックする（ステップＳ４５）。最後の時間遅延積分センサでない場合、ポインタｉに１を加える（ステップＳ４６）。次の時間遅延積分センサ３２の出力画像を読み出し（ステップＳ４１）、同様の処理を行い、最後の時間遅延積分センサ３２まで実行していく。最終的に求められた平均値は、偽像を含まない測定画像として、比較部２４に送られて基準画像と比較されて、欠陥の有無が検査される（ステップＳ１３）。
【００３３】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。これらの実施の形態に示すように、宇宙線またはセンサ内部の電気的なノイズが原因となる偽像による画質の劣化は試料を検査する場合において、欠陥の検出感度に影響するため、感度を上げるために偽像を出力しないセンサを用いて検査を行うことは重要である。そのために、センサに入射した宇宙線や、センサ内部で発生した電気的なノイズによる偽像を検出し、蓄積データから取り除くことでノイズによる疑似欠陥を抑制でき、検出感度の高い検査を行うことができる。これらの実施の形態の検査は、測定画像のすべての画素について行うか、又は、必要に応じて、特に精密を要求する画素のみを行うか、又は、偽像が発生する確率の高い画素のみに行ってもよい。
【００３４】
以上の説明において、「〜部」、「〜回路」或いは「〜工程」、「〜ステップ」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。又は、これらの組み合わせで実現しても良い。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。
【００３５】
本発明は、上記の具体例に限定されるものではない。各実施の形態では、ＸＹθテーブル１１６が移動することで検査位置が走査されているが、ＸＹθテーブル１１６を固定し、その他の光学系が移動するように構成しても構わない。すなわち、相対移動すればよい。また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略してあるが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての試料検査装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・試料検査装置
１２・・・試料のパターン
１４・・・測定画像生成部
２０・・・試料のパターンの設計データ
２２・・・参照画像生成部
２４・・・比較部
３０・・・受光装置
３２・・・時間遅延積分センサ（ＴＤＩ）
３４・・・ラインセンサ
３６・・・画素
３８・・・バッファメモリ
４０・・・偽像除去部
１００・・試料
１０２・・ストライプ
１１０・・光学画像取得部
１１２・・オートローダ
１１４・・透過照明装置
１１４０・反射照明装置
１１６・・ＸＹθテーブル
１１８・・ＸＹθモータ
１２０・・レーザ測長システム
１２２・・拡大光学系
１２４・・ピエゾ素子
１２８・・センサ回路
１４０・・偽像除去部
１５０・・制御系回路
１５２・・ＣＰＵ
１５４・・バス
１５６・・大容量記憶装置
１５８・・メモリ装置
１６０・・表示装置
１６２・・印字装置
１７０・・オートローダ制御回路
１７２・・テーブル制御回路
１７４・・オートフォーカス制御回路
１７６・・展開回路
１７８・・参照回路
１８０・・比較回路
１８２・・位置回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料のパターンの検査に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの極めて小さなパターンの欠陥検査に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１ギガビット級のＤＲＡＭに代表されるように、大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。このＬＳＩの製造における歩留まりの低下の大きな原因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるフォトマスクの欠陥があげられる。特に、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。このため、このような欠陥を検査する装置の開発が行われている。
【０００３】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤは、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ等のパターンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となってきている。
【０００４】
従来の装置では、試料の画像を取得するためのセンサにおいて、宇宙線又はセンサ内部の電気的なノイズにより、微小なパターンがあるように見える偽像が発生しているため、十分な検査が出来ないなどの問題がある。そのため、センサに宇宙線が衝突したことを検出するためのセンサを設置し、宇宙線の影響を除去する技術があるが（特許文献１参照）、装置構成が大きく構成が複雑になり、また、センサ内部で発生するノイズの影響が残る問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３１２９５５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（１）本発明は、試料の正確なパターン検査にある。
（２）また、本発明は、一時的に発生する測定画像の偽像を排除できるパターン検査にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、異常な画素値を除いた画素値の平均値、即ち、異常な画素値を除去して残った画素値の平均値を、測定画像とする、試料検査装置にある。
（２）本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置にある。
（３）又、本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、画素値の平均値と所定値の和を基準値とし、基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置にある。
（４）又、本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを３個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、画素値と、全ての時間遅延積分センサの画素値の平均値との差の絶対値が基準値を超える画素値を異常な画素値として除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置にある。
（５）又、本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを３個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサの画素について、画素値の平均値を算出する際、i番目の時間遅延積分センサの画素値と１〜i−１番目の時間遅延積分センサの画素値を用いて計算された平均値との差の絶対値である平均値差が基準値以下であった場合、i番目の時間遅延積分センサの画素値と１〜i−１番目の時間遅延積分センサの画素値の平
均値を新しい平均値とし、該平均値差が基準値以下でない場合、異常な画素値として平均値を更新しない処理を行い、全ての時間遅延積分センサの画素について該処理を繰り返して平均値を求め、該平均値を測定画像とする、試料検査装置にある。
（６）又、本発明の実施の形態では、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置により試料のパターンを測定して測定画像を生成し、測定画像と基準画像とを比較する試料検査方法において、各時間遅延積分センサの画素について、異常な画素値を除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査方法にある。
【発明の効果】
【０００８】
（１）本発明は、試料の正確なパターン検査を行うことができる。
（２）また、本発明は、一時的に発生する測定画像の偽像を排除できるパターン検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態における試料検査装置と試料検査方法を説明するためのブロック図である。
【図２】実施の形態における試料検査装置の内部構成を示す概念図である。
【図３】測定画像の取得手順を説明するための図である。
【図４】複数の時間遅延積分センサを有する受光部の作用を説明する図である。
【図５】時間遅延積分センサの受光過程を説明する図である。
【図６】偽像を廃棄して、測定画像を取得する説明図である。
【図７】平均値と所定値の和を基準値として、偽像を廃棄して、測定画像を取得する説明図である。
【図８】平均値と所定値の和を基準値として、偽像を廃棄して、測定画像を取得する説明図である。
【図９】順次、平均値と測定値の差を基準値と比較して平均値を求めて、偽像を廃棄して、測定画像を取得する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の詳細を実施の形態によって説明する。
（試料検査の基本構成）
図１は、本発明の実施の形態の試料検査装置と試料検査方法を説明するブロック図である。試料検査装置１０は、フォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの試料のパターン１２を検査するものである。試料検査装置１０は、特に、宇宙線などの放射線、又はセンサ内部の電気的なノイズなどによって局所的で一時的に発生する出力画像の偽像の影響を排除して、比較対象となる測定画像を生成し、試料のパターン１２を検査するものである。試料検査装置１０は、試料のパターン１２の透過光や反射光を測定画像生成部１４で測定して、透過画像や反射画像の一方、又は両方の測定画像を生成する。試料検査装置１０は、試料のパターンの設計データ２０を参照画像生成部２２で処理して、測定画像に類似する参照画像を生成する。
【００１１】
試料検査装置１０は、比較部２４を備え、測定画像生成部１４で偽像が排除された測定画像と基準画像とを比較処理して、その差異が所定値を超えたら場合、測定画像の欠陥を判定する。比較部２４は、参照画像生成部２２で生成した参照画像を基準画像として用い、偽像が排除された測定画像とＤ−ＤＢ比較を行い、又は、測定画像生成部１４で生成した同一試料上の異なる場所の同一パターンを撮像して偽像が排除された測定画像を基準画像として用い、偽像が排除された測定画像とＤ−Ｄ比較を行う。
【００１２】
（測定画像生成部）
測定画像生成部１４は、受光装置３０と偽像除去部４０などを備えている。受光装置３０は、図４に示すように、時間遅延積分センサ３２を複数個つなげた受光部を備えている。時間遅延積分センサ（ＴＤＩセンサ）３２は、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤ受光素子などが使用され、走行方向に積分段数だけキャリア（電荷）を積分するセンサである。時間遅延積分センサ３２は、段数に比例する感度向上が得られ、素子のばらつきや照明の明るさの変動等のノイズを低減することができる。偽像除去部４０は、各時間遅延積分センサ３２で受像した画像の出力値について、基準値との比較、平均値の算出などの演算処理をして、光の強さなどから通常検出しない異常に大きな出力値、即ち基準値を超える異常な画素値、即ち偽像を除去するものである。ここで、基準値は、通常検出しない大きな出力値を考慮して、又は、すべての出力値の平均値などの種々の演算処理で得られた値を考慮して求められる。
【００１３】
（試料検査装置）
図２は、試料検査装置１０の内部構成を示す概念図である。試料検査装置１０は、マスクやウェハ等の基板を試料１００として、試料１００のパターンの欠陥を検査するものである。試料検査装置１０は、光学画像取得部１１０や制御系回路１５０などを備えている。光学画像取得部１１０は、オートローダ１１２、照明光を発生する照明装置１１４、ＸＹθテーブル１１６、ＸＹθモータ１１８、レーザ測長システム１２０、拡大光学系１２２、ピエゾ素子１２４、透過光や反射光を受信するＣＣＤ、フォトダイオードアレイなどの時間遅延積分センサ３２を有する受光装置３０、偽像除去部４０、センサ回路１２８などを備えている。制御系回路１５０では、制御計算機となるＣＰＵ１５２が、データ伝送路となるバス１５４を介して、大容量記憶装置１５６、メモリ装置１５８、表示装置１６０、印字装置１６２、オートローダ制御回路１７０、テーブル制御回路１７２、オートフォーカス制御回路１７４、展開回路１７６、参照回路１７８、比較回路１８０、位置回路１８２などに接続されている。なお、偽像除去部４０は、センサ回路１２８内に配置しても良い。また、展開回路１７６、参照回路１７８、比較回路１８０及び位置回路１８２は、図２に示すように、相互に接続されている。
【００１４】
なお、図１の測定画像生成部１４は、図２の光学画像取得部１１０により、構成することができる。参照画像生成部２２は、展開回路１７６と参照回路１７８により構成することができる。又、比較部２４は、比較回路１８０により構成することができる。図２では、本実施の形態を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。試料検査装置１０にとって、通常、必要なその他の構成が含まれる。
【００１５】
（光学画像取得部の動作）
試料１００は、オートローダ制御回路１７０により駆動されるオートローダ１１２から自動的に搬送され、ＸＹθテーブル１１６の上に配置される。試料１００は、照明装置１１４によって透過光を得るために上方から光が照射され、また、図示していないが、反射光を得るために下方から光が照射される。試料１００の下方には、拡大光学系１２２、受光装置３０、偽像除去部４０及びセンサ回路１２８が配置されている。露光用マスクなどの試料１００を透過した光又は反射した光は、拡大光学系１２２を介して、受光装置３０に光学像として結像する。オートフォーカス制御回路１７４は、試料１００のたわみやＸＹθテーブル１１６のＺ軸（Ｘ軸とＹ軸と直交する）方向への変動を吸収するため、ピエゾ素子１２４を制御して、試料１００への焦点合わせを行なう。
【００１６】
図３は、測定画像の取得手順を説明するための図である。試料１００の被検査領域は、Ｙ軸方向にスキャン幅Ｗで仮想的に分割される。即ち、被検査領域は、スキャン幅Ｗの短冊状の複数のストライプ１０２に仮想的に分割される。更にその分割された各ストライプ１０２が連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１１６が制御される。ＸＹθテーブル１１６は、Ｘ軸に沿って移動して、測定画像は、ストライプ１０２として取得される。ストライプ１０２は、図３では、Ｙ軸方向のスキャン幅Ｗを持ち、長手方向がＸ軸方向の長さを有する矩形の形状である。試料１００を透過した光、又は試料１００で反射した光は、拡大光学系１２２を介して受光装置３０に入射する。受光装置３０上には、図３に示されるような仮想的に分割されたパターンの短冊状領域の一部が拡大された光学像として結像される。図３に示されるようなスキャン幅Ｗの画像を連続的に受光する。受光装置３０は、第１のストライプ１０２における画像を取得した後、第２のストライプ１０２における画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。第３のストライプ１０２における画像を取得する場合には、第２のストライプ１０２における画像を取得する方向とは逆方向、即ち、第１のストライプ１０２における画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。なお、スキャン幅Ｗは、例えば２０４８画素程度とする。
【００１７】
ＸＹθテーブル１１６は、ＣＰＵ１５２の制御の下にテーブル制御回路１７２により駆動される。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータ１１８のような駆動系によって移動可能となる。これらのＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹθテーブル１１６の移動位置は、レーザ測長システム１２０により測定され、位置回路１８２に供給される。受光装置３０は、複数の時間遅延積分センサ３２により同一のパターンの電子データを取得する。偽像除去部４０は、各時間遅延積分センサの同一のパターンの電子データを用いて、宇宙線や電気的なノイズなどによって生じた偽像を排除する。センサ回路１２８は、偽像が排除された光学画像の電子データを測定画像として出力する。センサ回路１２８から出力された測定画像は、位置回路１８２から出力されたＸＹθテーブル１１６上における試料１００の位置を示すデータとともに比較回路１８０に送られる。なお、ＸＹθテーブル１１６上の試料１００は、オートローダ制御回路１７０により検査終了後に自動的に排出される。なお、測定画像は、例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。
【００１８】
（時間遅延積分センサによるパターンの受光手順）
図４は、３個の第１〜第３の時間遅延積分センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃをつなげた受光装置３０を示している。各時間遅延積分センサは、図４では６段のラインセンサ３４ａ〜３４ｆを有しているが、例えば、２５６段、５１２段などのように多数のラインセンサ３４を備えている。各ラインセンサ３４ａ〜３４ｆは、図４では、横方向に１０個の画素３６を有しているが、例えば、１０２４個、２０４８個などのように多数の画素３６を備えている。第１〜第３の時間遅延積分センサ３２ａ〜３２ｃは、各々、第１〜第３のバッファメモリ３８ａ〜３８ｃを備えており、時間遅延積分センサ３２で発生したキャリアをバッファメモリ３８に排出する。バッファメモリ３８は、時間遅延積分センサ３２の受光した画像情報を一時的に保持する。
【００１９】
受光装置３０が試料１００のパターンを受光する例として、図４のように、試料のパターンＡの光が受光装置３０の下方から上方に移動しながら投影される。その際、受光装置３０の各時間遅延積分センサ３２ａ〜３２ｃは、パターンＡを受光し、発生したキャリアを上方に移動する。上端に達したキャリアは、各時間遅延積分センサ３２ａ〜３２ｃに対応したバッファメモリ３８ａ〜３８ｃに排出される。第１時間遅延積分センサ３２ａは、他の時間遅延積分センサより早くパターンＡを受光して第１バッファメモリ３８ａに排出し、第２時間遅延積分センサ３２ｂは、次にパターンＡを受光して第２バッファメモリ３８ｂに排出し、第３時間遅延積分センサ３２ｃは、最後にパターンＡを受光して第３バッファメモリ３８ｃに排出する。
【００２０】
図５は、５個のラインセンサ３４ａ〜３４ｅを有する１個の時間遅延積分センサ３２がパターンＡを受光するステップＳ１〜Ｓ５を示している。ステップＳ１は、第１ラインセンサ３４ａがパターンＡの上端のパターンを受光し、受光量に応じた量のキャリア（電荷）を蓄積した状態を示している。ステップＳ２は、第１ラインセンサ３４ａで蓄積したキャリアを第２ラインセンサ３４ｂに転送した状態を示している。なお、図５において、受光量の多いパターン程、線の太さを大きくしてある。
【００２１】
ステップＳ３は、第２ラインセンサ３４ｂがパターンＡの上端のパターンを受光し、第１ラインセンサ３４ａがパターンＡの上端より少し下のパターンを受光し、受光量に応じた量のキャリアを蓄積した状態を示している。そのため、第２ラインセンサ３４ｂのパターンＡの上端は、キャリアの蓄積が多くなっていることを示している。第１ラインセンサ３４ａのパターンＡの上端より少し下のパターンは、キャリアの蓄積が上端より多くないことを示している。ステップＳ４は、第２ラインセンサ３４ｂで蓄積したキャリアを第３ラインセンサ３４ｃに転送し、及び第１ラインセンサ３４ａで蓄積したキャリアを第２ラインセンサ３４ｂに転送した状態を示している。
【００２２】
ステップＳ５は、第３ラインセンサ３４ｃがパターンＡの上端の光を受光し、第２ラインセンサ３４ｂがパターンＡの上端より少し下のパターンを受光し、第１ラインセンサ３４ａがパターンＡの上端より更に下のパターンを受光し、受光量に応じた量のキャリアを蓄積した状態を示している。そのため、第３ラインセンサ３４ｃのパターンＡの上端は、キャリアの蓄積が更に多く、第２ラインセンサ３４ｂのパターンＡの上端より少し下のパターンは、キャリアの蓄積が多く、第１ラインセンサ３４ａのパターンＡの上端より更に下のパターンは、キャリアの蓄積が少ない状態を示している。
【００２３】
このように、時間遅延積分センサ３２は、試料のパターン画像を時間の経過と共に蓄積するので、宇宙線や電気ノイズなどのような一時的な偽像がセンサに発生しても、その影響を低減することができるが、本実施の形態では、更に、複数の時間遅延積分センサ３２を用いることにより、一時的に発生する偽像の影響を除去することができる。
【００２４】
（参照画像の生成）
試料１００のパターン形成時に用いた設計データ２０は、大容量記憶装置１５６に記憶される。設計データ２０は、ＣＰＵ１５２によって大容量記憶装置１５６から展開回路１７６に入力される。設計データの展開工程として、展開回路１７６は、試料１００の設計データを２値ないしは多値の原イメージデータに変換して、この原イメージデータが参照回路１７８に送られる。参照回路１７８は、原イメージデータに適切なフィルタ処理を施し、参照画像を生成する。センサ回路１２８から得られた測定画像は、拡大光学系１２２の解像特性や受光装置３０のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態にあると言えられる。この状態では測定画像と設計側の原イメージデータとの間に差異があるので、設計側の原イメージデータに対して参照回路１７８によりフィルタ処理を施し、測定画像に合わせることができる。
【００２５】
（第１の実施形態）
図６は、試料のパターンの検査の第１の実施形態を示し、受光装置３０と偽像除去部４０の関係を示している。受光装置３０は、ラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサ３２を２個以上つなげたものを使用し、ここでは第１から第ＮまでのＮ個の時間遅延積分センサ３２ａ、３２ｂ・・・３２ｎを示している。時間遅延積分センサ３２は、図５に示すように、試料のパターンＡの移動に同期して測定データを転送しながら測定データの蓄積を行う。宇宙線などによるノイズは、一般に局所的な画素に対して一時的に発生するため、偽像除去部４０は、その異常な輝度の出力値を演算処理して除去して測定画像を求め、これを被測定試料のパターンに対応した測定画像として検査を行うことにより、偽像に影響されず、高感度な検査が可能となる。この除去処理の例として、ｎ段のラインセンサ３４を用いた時間遅延積分センサ３２をＮ個つないだ受光装置３０の場合、各時間遅延積分センサ３２に現れる宇宙線などによるノイズは、ｎ×Ｎ段のラインセンサを用いたひとつの時間遅延積分センサに比べて、Ｎ倍になって現れるので、図６に示すように、その出力値があらかじめ与えられた基準値以下である時間遅延積分センサ３２の集合の平均値を計算し、これを被測定試料のパターンに対応した測定画像として検査を行うことにより、偽像に影響されず、高感度な検査が可能となる。基準値は、光の強さなどから通常測定されない値を考慮して決められ、例えば、２４０階調程度とする。
【００２６】
詳しくは、偽像除去部４０において、第１の時間遅延積分センサ３２ａの各画素３６の出力値（画素値）は、基準値と比較され、基準値を超える場合、偽像と判断して、廃棄される。同様に、第２〜第Ｎの時間遅延積分センサ（ＴＤＩ２〜ＴＤＩＮ）３２ｂ〜３２ｎについても、それぞれの出力値が基準値以下か否か判断される（ステップＳ１０）。基準値以下でない画素値は、偽像として廃棄される（ステップＳ１１）。基準値以下の画素値は、合計されて平均値として算出される（ステップＳ１２）。平均値は、偽像を含まない測定画像として、比較部２４に送られて、基準画像と比較されて、欠陥の有無が検査される（ステップＳ１３）。
【００２７】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態を示し、ラインセンサ３４を２段以上用いた時間遅延積分センサ３２を２個以上つなげたものを使用し、あらかじめ指定された所定の値に全ての時間遅延積分センサ３２の出力の平均値を加算したものを基準値として用いる。第１の実施形態では、それぞれのセンサの出力値に対して、ひとつの基準値を基準に用いて、測定パターンデータとして使うかどうかを判定していたが、宇宙線などによるノイズは一般に出力値を大きくする方向に影響するので、あらかじめ指定された所定の値に全ての時間遅延積分センサ３２の出力の平均値を加算したものを基準値として用いる。検査に使用する出力画像は、基準値以下である時間遅延積分センサ３２の集合の平均値を計算して、測定画像として使用する。これにより、より精密に偽像を排除することができる。所定の値は、時間遅延積分センサ３２の出力特性の安定性を考慮して設定され、例えば２０階調程度とする。これにより、第１の実施形態よりも微小なエネルギーの宇宙線によるノイズも除去することが可能となる。
【００２８】
詳しくは、偽像除去部４０において、先ず、第１〜第Ｎの時間遅延積分センサ（ＴＤＩ１〜ＴＤＩＮ）３２ａ〜３２ｎの各画素３６の出力値の平均値を算出する（ステップＳ２０）。算出された平均値と所定の値の和を求めて、基準値とし、第１〜第Ｎの時間遅延積分センサの各画素の出力値と比較される（ステップＳ２１）。基準値を超える場合、偽像と判断して、廃棄される（ステップＳ２２）。基準値以下の画素値は、合計されて、平均値として算出される（ステップＳ２３）。平均値は、偽像を含まない測定画像として、比較部２４に送られて、基準画像と比較されて、欠陥の有無が検査される（ステップＳ１３）。
【００２９】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態を示し、ラインセンサ３４を２段以上用いた時間遅延積分センサ３２を３個以上つなげたものを使用する。全ての時間遅延積分センサ３２の出力値の平均値とそれぞれ個別の時間遅延積分センサ３２の出力値の差の絶対値が、あらかじめ設定されている基準値を越えた場合に、その出力値を廃棄し、それ以外の時間遅延積分センサ３２の出力値の平均値を測定画像として使用する。これにより、ノイズの影響している時間遅延積分センサ３２が半数より少ない場合、多数決により、ノイズを除去することが可能となる。この基準値は、例えば２０階調程度とする。
【００３０】
詳しくは、偽像除去部４０において、先ず、第１〜第Ｎの時間遅延積分センサ（ＴＤＩ１〜ＴＤＩＮ）３２ａ〜３２ｎの各画素３６の出力値の平均値を算出する（ステップＳ３０）。算出された平均値と各時間遅延積分センサの各画素の出力値の差の絶対値を算出し、あらかじめ与えられた基準値と比較される（ステップＳ３１）。基準値以下でない場合、偽像と判断して、廃棄される（ステップＳ３２）。基準値以下の画素値は、合計されて、平均値として算出される（ステップＳ３３）。平均値は、偽像を含まない測定画像として、比較部２４に送られて、基準画像と比較されて、欠陥の有無が検査される（ステップＳ１３）。
【００３１】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態を示し、ラインセンサ３４を２段以上用いた時間遅延積分センサを３個以上つなげたものを使用する。第２と第３の実施形態では、複数の時間遅延積分センサ３２の全体の平均値を計算してから、個別の時間遅延積分センサ３２の出力値と比較判定を行っていたが、第４の実施形態では、図９に示すように、Ｎ個の時間遅延積分センサ（１、２、・・、ｉ、・・、Ｎ）において、i番目の時間遅延積分センサ３２の出力値と１〜i−１個の出力値を用いた平均値とを比較し、その差の絶対値（以下、平均値差とする）があらかじめ指定された所定の値の基準値よりも低くない場合、i番目の時間遅延積分センサ３２の出力値を廃棄する。平均値差が基準値よりも低い場合、i番目の時間遅延積分センサ３２の出力値を加えて平均値を更新する。この処理を２番目の時間遅延積分センサ３２の出力値から順に最後のＮ番目の時間遅延積分センサ３２まで実行していく。これにより、第２、第３の実施形態にあるはじめの平均値の算出処理を省略でき、全ての時間遅延積分センサ３２からの画素値が出力するまで待つことがなく、より効果的な検査を行うことができる。基準値は、受光装置３０の全ての時間遅延積分センサ３２の出力特性の安定性を考慮して設定され、例えば、２０階調程度とする。
【００３２】
詳しくは、偽像除去部４０において、先ず、初期化処理として、ポインタｉ＝２とし、平均値＝第１時間遅延積分センサ３２の出力値とする（ステップＳ４０）。次に、第２番目（ｉ＝２）の時間遅延積分センサ３２の出力値を読み出し（ステップＳ４１）、平均値と比較し、その平均値差が基準値よりも低くない場合（ステップＳ４２）、第２番目のセンサの出力値を廃棄する（ステップＳ４３）。その平均値差が基準値よりも低い場合（ステップＳ４２）、第２番目の時間遅延積分センサ３２の出力値を加えて平均値を更新する（ステップＳ４４）。次に、時間遅延積分センサ３２が最後か否かチェックする（ステップＳ４５）。最後の時間遅延積分センサでない場合、ポインタｉに１を加える（ステップＳ４６）。次の時間遅延積分センサ３２の出力画像を読み出し（ステップＳ４１）、同様の処理を行い、最後の時間遅延積分センサ３２まで実行していく。最終的に求められた平均値は、偽像を含まない測定画像として、比較部２４に送られて基準画像と比較されて、欠陥の有無が検査される（ステップＳ１３）。
【００３３】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。これらの実施の形態に示すように、宇宙線またはセンサ内部の電気的なノイズが原因となる偽像による画質の劣化は試料を検査する場合において、欠陥の検出感度に影響するため、感度を上げるために偽像を出力しないセンサを用いて検査を行うことは重要である。そのために、センサに入射した宇宙線や、センサ内部で発生した電気的なノイズによる偽像を検出し、蓄積データから取り除くことでノイズによる疑似欠陥を抑制でき、検出感度の高い検査を行うことができる。これらの実施の形態の検査は、測定画像のすべての画素について行うか、又は、必要に応じて、特に精密を要求する画素のみを行うか、又は、偽像が発生する確率の高い画素のみに行ってもよい。
【００３４】
以上の説明において、「〜部」、「〜回路」或いは「〜工程」、「〜ステップ」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。又は、これらの組み合わせで実現しても良い。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。
【００３５】
本発明は、上記の具体例に限定されるものではない。各実施の形態では、ＸＹθテーブル１１６が移動することで検査位置が走査されているが、ＸＹθテーブル１１６を固定し、その他の光学系が移動するように構成しても構わない。すなわち、相対移動すればよい。また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略してあるが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての試料検査装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３６】
１０・・・試料検査装置
１２・・・試料のパターン
１４・・・測定画像生成部
２０・・・試料のパターンの設計データ
２２・・・参照画像生成部
２４・・・比較部
３０・・・受光装置
３２・・・時間遅延積分センサ（ＴＤＩ）
３４・・・ラインセンサ
３６・・・画素
３８・・・バッファメモリ
４０・・・偽像除去部
１００・・試料
１０２・・ストライプ
１１０・・光学画像取得部
１１２・・オートローダ
１１４・・透過照明装置
１１４０・反射照明装置
１１６・・ＸＹθテーブル
１１８・・ＸＹθモータ
１２０・・レーザ測長システム
１２２・・拡大光学系
１２４・・ピエゾ素子
１２８・・センサ回路
１４０・・偽像除去部
１５０・・制御系回路
１５２・・ＣＰＵ
１５４・・バス
１５６・・大容量記憶装置
１５８・・メモリ装置
１６０・・表示装置
１６２・・印字装置
１７０・・オートローダ制御回路
１７２・・テーブル制御回路
１７４・・オートフォーカス制御回路
１７６・・展開回路
１７８・・参照回路
１８０・・比較回路
１８２・・位置回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、
測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、
測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から異常な画素値を除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の試料検査装置において、
測定画像生成部は、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から、予め設定された画素値の基準値を超える画素値を前記異常な画素値として除いた画素値の平均値を前記測定画像とする、試料検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の試料検査装置において、
測定画像生成部は、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の平均値と所定値の和を基準値とし、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から前記基準値を超える画素値を前記異常な画素値として除いた画素値の平均値を前記測定画像とする、試料検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の試料検査装置において、
測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを３個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値と、全ての時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の平均値との差の絶対値が予め設定された画素値の基準値を超える画素値を前記異常な画素値として各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から除いた画素値の平均値を前記測定画像とする、試料検査装置。
【請求項５】
２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置により試料のパターンを測定して測定画像を生成し、測定画像と基準画像とを比較する試料検査方法において、
各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から異常な画素値を除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査方法。
【請求項１】
試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、
測定画像と基準画像とを比較する比較部と、を備え、
測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から異常な画素値を除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の試料検査装置において、
測定画像生成部は、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から、予め設定された画素値の基準値を超える画素値を前記異常な画素値として除いた画素値の平均値を前記測定画像とする、試料検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の試料検査装置において、
測定画像生成部は、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の平均値と所定値の和を基準値とし、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から前記基準値を超える画素値を前記異常な画素値として除いた画素値の平均値を前記測定画像とする、試料検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の試料検査装置において、
測定画像生成部は、２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを３個以上つなげた受光装置を有し、各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値と、全ての時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の平均値との差の絶対値が予め設定された画素値の基準値を超える画素値を前記異常な画素値として各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から除いた画素値の平均値を前記測定画像とする、試料検査装置。
【請求項５】
２画素以上で構成されるラインセンサを２段以上用いた時間遅延積分センサを２個以上つなげた受光装置により試料のパターンを測定して測定画像を生成し、測定画像と基準画像とを比較する試料検査方法において、
各時間遅延積分センサで積分され出力された画素値の中から異常な画素値を除いた画素値の平均値を測定画像とする、試料検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１７５５７１（Ｐ２０１０−１７５５７１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１５０６６（Ｐ２０１０−１１５０６６）
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【分割の表示】特願２００８−６８９１８（Ｐ２００８−６８９１８）の分割
【原出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（３０５００８９８３）アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 (105)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１９日（２０１０．５．１９）
【分割の表示】特願２００８−６８９１８（Ｐ２００８−６８９１８）の分割
【原出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【出願人】（３０５００８９８３）アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 (105)
【Ｆターム（参考）】
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