試料検査装置及び試料検査方法
【課題】位置合わせミスによる擬似欠陥の発生を抑制し、効率の良い検査を行うこと。
【解決手段】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して差異が閾値を超えたら欠陥と判定する比較部とを備える、試料検査装置において、測定画像と基準画像の一定エリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める位置ずれ測定部と、信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行う位置合わせ部と、を備える試料検査装置。
【解決手段】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して差異が閾値を超えたら欠陥と判定する比較部とを備える、試料検査装置において、測定画像と基準画像の一定エリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める位置ずれ測定部と、信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行う位置合わせ部と、を備える試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料のパターンを検査する検査に関し、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試料のパターンを検査する検査装置と検査方法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、液晶表示装置（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】
背景技術において、被検査領域は、短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、更にその分割された検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブルの動作が制御されて検査が実行されることを前提としている。実際に比較処理する際には、検査ストライプをさらに細分化したエリアに対して比較判定処理を行っており、エリアごとに画像同
士の位置合わせを行った後で該エリアの欠陥有無を判定する比較行為がなされてきた。
【０００５】
ところが、エリア内にパターンが存在しない場合に正確な位置ずれ量が測定できなかったり、存在したとしてもＸ軸方向のパターンのみが存在したりした場合にＸ軸方向の位置ずれ量が測定できないような場合が散見されている。そして、エリアの位置ずれが極端に変動することはないため、そのような場合にも近傍エリアの位置ずれ量を使用することで、より正確な位置合わせが可能となる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４７７４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（１）本発明は、効率の良い試料検査を行うことにある。
（２）また、本発明は、試料の画像の位置合わせを効率良く行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（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して差異が閾値を超えたら欠陥と判定する比較部とを備える、試料検査装置において、測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める位置ずれ測定部と、信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行う位置合わせ部と、を備え、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の２乗和平均のグラフの勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低くなる、試料検査装置にある。
（２）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し、測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求め、信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行い、測定画像と基準画像とのエリア画像を比較して、差異が閾値を超えたら欠陥と判定し、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の２乗和平均のグラフの勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低くなる、試料検査方法にある。
【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】光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図４】幾つかのエリア画像の図である。
【図５】ずれ量と信頼度情報を求める一例を示す図である。
【図６】ずれ量と信頼度情報を求める他の例を示す図である。
【図７】試料検査の手順を説明するための図である。
【図８】信頼度情報を求める他の例を示す図である。
【図９】ダイ−ダイ（ＤＤ）比較を説明するための図である。
【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。
【００１１】
（試料検査装置）
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、試料のパターン１２を測定画像生成部１４で測定して光学データの測定画像を生成する。また、試料検査装置１０は、試料のパターンの設計データ２２を参照画像生成部２４で処理して参照画像を生成する。
【００１２】
位置ずれ測定部３０は、生成された測定画像と参照画像から一定の領域のエリアのエリア画像を切出すエリア画像切出部３００、エリア画像同士の位置ずれ量を測定する位置ずれ量算出部３０２、このエリアの位置ずれ量の信頼度情報を生成する信頼度情報生成部３０４を備えている。この信頼度情報は、位置ずれ量算出部３０２で求めたエリア画像同士の位置ずれ量が、実際の位置ずれ量との一致度の確かさを示す情報である。格納部３２は、位置ずれ測定部３０で求めた、各エリアの位置ずれ量と信頼度情報を格納する。位置合わせ部３４は、格納部３２から読み出された信頼度情報を参照して、測定画像のエリア画像１６と参照画像のエリア画像２６とを位置合わせする。比較部３６は、これらエリア画像１６、２６を比較して、その差異が閾値を超えたら欠陥と判定する。
【００１３】
なお、後述するが、測定画像と対比する基準となる画像は、設計データ２２から求めた参照画像の他に、測定画像生成部１４で生成した測定画像を利用することもできる。そのため、測定画像と対比する画像を参照画像と測定画像を含めて基準画像と呼び、ブロック２６では、基準画像（参照画像と測定画像）と記載してある。
【００１４】
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と制御系回路１５０とを備えている。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、フォトダイオードアレイなどの受光部１２６、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、位置ずれ測定回路１８４などに接続されている。展開回路１７６、参照回路１７８、比較回路１８０、位置回路１８２及び、位置ずれ測定回路１８４は、図２に示すように、相互に接続されている。ＸＹθテーブル１１６は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータなどのＸＹθモータ１１８により駆動される。
【００１５】
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で構成することができる。同様に、参照画像生成部２４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。位置ずれ測定部３０は、位置ずれ測定回路１８４で構成することができ、エリア画像切出部３００、位置ずれ量算出部３０２、及び、信頼度情報生成部３０４などの処理を行う。位置合わせ部３４と比較部３６は、比較回路１８０で構成することができ、位置合わせの処理、比較処理、欠陥の検出処理などを行う。格納部３２は、大容量記憶装置１５６又はメモリ装置１５８を使用することができる。また、格納部３２は、制御系回路１５０内の適当な箇所に配置できるが、位置ずれ処理を行う位置ずれ測定部３０に内臓させると便利である。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。
【００１６】
（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によって光が照射される。試料１００の下方には、拡大光学系１２２、受光部１２６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を透過した光は、拡大光学系１２２を介して、受光部１２６に光学像として結像し、入射される。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。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の様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。受光部１２６で受光した光学像は、センサ回路１２８で測定画像の電子データとなる。センサ回路１２８から出力された試料１００の光学画像は、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位置ずれ測定回路１８４に送られる。位置ずれ測定回路１８４から測定画像と参照画像が比較回路１８０に送られる。なお、図２の試料検査装置１０では、試料１００の透過光を利用しているが、試料１００の反射光を利用することもできる。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、光学画像は、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。
【００１７】
（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２２は、大容量記憶装置１５６に記憶される。設計データ２２は、大容量記憶装置１５６からＣＰＵ１５２を通して展開回路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の解像特性や受光部１２６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る。この状態では測定画像と参照画像の特性に差異があるので、設計側の原イメージデータにも参照回路１７８によりフィルタ処理を施し、測定画像に合わせる。位置ずれ測定回路１８４は、測定画像と参照画像を取り込み、エリア画像を切り出し、位置ずれ量を測定し、信頼度情報を求める。比較回路１８０は、信頼度情報を参照して、エリア画像同士を位置ずれ量ずらして位置合わせを行い、所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。
【００１８】
以上の説明において、「〜回路」或いは「〜工程」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。
【００１９】
（検査ストライプの画像取得）
図３（Ａ）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、図３（Ａ）に示すように、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の短冊状の複数の検査ストライプ１０１に仮想的に分割される。更にその分割された各検査ストライプ１０１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、検査ストライプ１０１として取得される。検査ストライプ１０１は、図３（Ａ）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。受光部１２６では、図３（Ａ）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。受光部１２６は、第１の検査ストライプ１０１における画像を取得した後、第２の検査ストライプ１０１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。スキャン幅Ｗは、例えば２０４８画素程度とする。第３の検査ストライプ１０１における画像を取得する場合には、第２の検査ストライプ１０１における画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプ１０１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。
【００２０】
（試料検査の位置ずれ処理）
試料検査の位置ずれ処理は、測定画像と参照画像とをまず、図３（Ｂ）のように適当な画素サイズのエリアにそれぞれ切り出す。通常は、検査に先立ち測定画像と参照画像との位置合わせ（全体アライメント）を行っておく。これは適当な専用マークを使って行われるが、オペレータが指定する任意のパターンエッジ等を使って行ってもよい。従って、切り出したエリア画像同士は、おおよその位置は合っているが、試料のひずみやＸＹθテーブル１１６の精度などにより若干の位置ずれを生じている。そこで、切り出したエリア画像（通常１０２４画素角程度）同士の位置ずれ量をサブ画素単位で測定して両者のずれ量が小さくなるように調整し（エリアアライメント）、その後、適切なアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。
【００２１】
エリアアライメントに用いる手法は種々のものが存在するが、例えば、１／１６画素程度の精度でＸ、Ｙ軸方向にパターンをずらしながら、２つのエリア画像の差の２乗和平均をとり、それが最小となる位置を最適位置と判断するような手法がある。図４(Ａ)、(Ｂ)に示すようなパターン形状の場合にはあまり問題にならないことが多いが、エリア内にパターンが存在しない場合や、図４(Ｃ)に示すように存在しても位置ずれ量を測定する際にノイズに埋もれてしまうような場合には、正確な位置ずれ量が測定できないことがある。パターンが存在したとしても、図４(Ｄ)に示すようなＹ軸方向のパターンのみが存在する場合、Ｙ軸方向の位置ずれ量が測定できないことがある。又は、実際の欠陥が存在している場合、欠陥に引きずられて正確なエリアアライメントができないようなこともある。
【００２２】
しかし、測定パターンの取得手法を考慮するとエリアの位置ずれが極端に変動することはないため、そのような場合にも近傍エリアの位置ずれ量を使用することで、より正確な位置合わせが可能となる。ただし、その際、近傍エリアで測定した位置ずれ量が信頼できるかどうかが重要となる。そこで、本発明の実施形態では、測定画像と参照画像の一定エリアのエリア画像同士の位置ずれ量を測定し、このエリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める。なお、このように位置ずれを測定し、それを基にした位置ずれ測定結果信頼度情報を得る方法は、効率よく信頼性の高い信頼度情報を得ることができる。上述した差の２乗和平均をとる手法の他に、絶対値平均や符号付平均、隣接画素との差などの手法もある。位置ずれ測定結果信頼度情報は、位置ずれを測定する際、同時に信頼度情報も得られる情報である。位置ずれ測定結果信頼度情報は、信頼度情報が測定した位置ずれ量に含まれている情報である。
【００２３】
（第１の実施形態）
図５(Ａ)と図５(Ｂ)は、図４(Ｂ)のパターンに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ、エリア画像同士を、１／１６画素の精度でパターンをずらしながら、２つの画像の差の２乗和平均を取って求めたものである。Ｘ軸方向は、−１／１６画素の「ずれ」において、２乗和平均の値が最小になり、それを中心にマイナス方向もプラス方向も２乗和平均の値が勾配をもった傾斜で徐々に大きくなっている。この場合、Ｘ軸方向において、−１／１６画素の位置ずれ量でエリア画像が一致していると考えられる。また、Ｙ軸方向は、＋１／１６画素の「ずれ」において、２乗和平均の値が最小になり、それを中心にマイナス方向もプラス方向も２乗和平均の値が勾配をもった傾斜で徐々に大きくなっている。この場合、Ｙ軸方向において、＋１／１６画素の位置ずれ量でエリア画像が一致していると考えられ。図４(Ｂ)のパターンに対して、図５(Ａ)と図５(Ｂ)に示すようにＸ軸方向とＹ軸方向共にピークが出現する。
【００２４】
図６（Ａ）と図６（Ｂ）は、図４(Ｄ)のようなパターンに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向それぞれに、図５（Ａ）と図５（Ｂ）と同様にして、エリア画像同士を、１／１６画素の精度でパターンをずらしながら、２つの画像の差の２乗和平均を取って求めたものである。図４(Ｄ)では、Ｘ軸方向に対しては、図６(Ａ)に示すように±０画素の位置ずれ量でエリア画像が一致し、ピークが出現しているが、Ｙ軸方向に対しては図６(Ｂ)に示すようにピークが出現していない。
【００２５】
図５(Ａ)と(Ｂ)及び図６(Ａ)と(Ｂ)で示すグラフの勾配から「ずれ量」の信頼度を知ることができる。グラフの勾配が大きいと、「ずれ量」の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、「ずれ量」の信頼度が低くなる。例えば、図５(Ａ)の場合、グラフの勾配が大きく、−１／１６画素の「ずれ量」の信頼度が高くなり、図５(Ｂ)の場合も、勾配が図５(Ａ)より少し小さく、＋１／１６画素の「ずれ量」の信頼度が少し低くなる。また、図６(Ａ)の場合、グラフの勾配が図５(Ａ)より大きく、±０画素の「ずれ量」の信頼度が更に高くなる。
【００２６】
このように、ピークの出現パターンと勾配の大小関係からＸ、Ｙそれぞれの方向に対する信頼度を複数段階、例えば１０段階に分けて、信頼度情報として、エリアごとに出力する。この信頼度情報は自身のエリアにも反映するが、近傍のエリアに対しても反映させることが容易にできる。例えば、表１のようにテーブルで信頼度情報を記憶する。表１は、信頼度を１０段階に分け、数値が大きい程、信頼度が高いとする。信頼度情報は、各エリアに複数種類、持たせることができる。
【００２７】
【表１】
【００２８】
（試料検査の流れ）
図７は、試料のパターン検査の流れを示している。図３（Ａ）に示すように検査ストライプの測定画像を取得する（ステップＳ１）。次に、図３（Ｂ）に示すように測定画像と参照画像について、一定領域のエリアを切り出す（ステップＳ２）。切り出された、測定画像と参照画像のエリア画像同士の位置ずれ量を算出する（ステップＳ３）。
【００２９】
一例として、測定画像と参照画像のエリア画像同士の位置ずれ量は、上述のように、図５(Ａ)と(Ｂ)、及び図６(Ａ)と(Ｂ)から求めることができる。図５(Ａ)では、Ｘ軸方向の−１／１６画素の位置ずれ量が求まり、図５(Ｂ)では、Ｙ軸方向の＋１／１６画素の位置ずれ量が求まり、図６(Ａ)では、Ｘ軸方向の±０画素の位置ずれ量が求まる。しかし、図６(Ｂ)では、Ｙ軸方向にピークがないので、位置ずれ量を求めることはできない。
【００３０】
図５(Ａ)と(Ｂ)及び図６(Ａ)と(Ｂ)で示すグラフの勾配から、上述のように、「ずれ量」の信頼度を知ることができる。図６(Ｂ)の場合、２乗和平均の値の変化がなく、「ずれ量」を求めることができず、当然、勾配がゼロであるから、信頼度も得られない。このようにして、算出した各エリアについて、位置ずれ量と信頼度情報を格納部３２に書き込む（ステップＳ４）。
【００３１】
図６(Ｂ)のように、「位置ずれ量」が不明であり、又は、信頼度が低い場合、このエリアの近傍の信頼度の高いエリア画像を調査し、最適な信頼度の高いエリア画像が得られたら、その「位置ずれ量」を利用して位置合わせ処理を行う（ステップＳ５）。位置合わせが完了したら、測定画像のエリア画像と参照画像のエリア画像を比較して、その差が所定の閾値より大きい場合、欠陥と判定する（ステップＳ６）。この手順を同一のストライプのエリアで行い、比較するエリアが無くなったら（ステップＳ７）、次のストライプに進み、検査するストライプが無くなったら（ステップＳ８）、検査を終了する。
【００３２】
（第２の実施形態）
信頼度情報の算出は、図５(Ａ)と(Ｂ)及び図６(Ａ)と(Ｂ)の他に、パターン形状から推定することも可能である。一例として隣接画素との差をとる手法を記述する。例えば、図８（Ａ）に示すようなパターン形状（簡単のため５×５画素で図示している。）についてＸ軸方向とＹ軸方向に差分（微分）をとると、それぞれ図８（Ｂ）、図８（Ｃ）のようになる。パターンのエッジを横切る場合に、この差分値が大きくなることから図８（Ａ）のパターンは、図４（Ｄ）のように縦のエッジを有すると推定することができる。これらの推定結果から総合的に各方向に対する確からしさを求めておくことで、対象エリアの方向ごとの信頼度情報を作成することができる。なお、エリアアライメントに影響を及ぼすような大きな欠陥が存在した場合には、上記パターン形状情報が２つの画像で異なることになる。このようなエリアの信頼度情報の値は極端に下げておくと良い。このようにすることで、欠陥に引きずられることもなく、エリア内のパターン形状に影響されることもなく、効率よく検査を行うことが可能になる。
【００３３】
（第３の実施形態）
検査ストライプ画像を取得した後でエリア単位の検査は行われる。図３(Ｂ)に示すように、検査ストライプ内には複数の隣接したエリアが存在する。より近いエリアの信頼度情報を参照することが基本となるが、パターン形状が複雑である場合には、より遠いエリアの信頼度情報を採用した方が適切な場合も存在する。しかし、遠いエリアである場合には、系の変動影響をより多く受けていることも考慮しなければならない。そのため、単純に信頼度情報の高いものを優先するのではなくて、信頼度情報に距離に応じた重みを付与する。例えば、信頼度情報に距離に逆比例した重みを付与することで、エリア画像の信頼度情報が高くても、遠くにある場合、信頼度を低くする。
【００３４】
（第４の実施形態）
今まで、検査ストライプ内でのエリア情報の参照について記したが、パターン形状が検査ストライプを跨る方向に同様の傾向を示していることもある。そのため、検査ストライプを跨った信頼度情報の参照も考慮に入れるとよい。その場合、同一の検査ストライプと、別の検査ストライプで重み付けを変えて、別の検査ストライプでは、同一の検査ストライプより重みを小さくして、信頼度を低くする。
【００３５】
（第５の実施形態）
ＸＹθテーブル１１６の動作は、図３に示すように順方向（ＦＷＤ方向）と逆方向（ＢＷＤ方向）の交互動作をさせる。ＸＹθテーブル１１６の走行精度によっては、順方向走行時と逆方向走行時で軌道が若干異なる可能性がある。このような場合に、直前の検査ストライプ、つまりＸＹθテーブル１１６が逆方向に動作したときの位置ずれ情報を反映すると、かえって位置ずれが大きくなってしまう可能性がある。そこで、位置ずれ情報を反映するのは、同一方向に動作して画像取得した検査ストライプのものを使用すると良い。
【００３６】
例えば、第１検査ストライプが順方向動作であれば、第２検査ストライプは逆方向動作、そして第３検査ストライプが順方向動作となるので、第３検査ストライプの位置ずれ情報の参照には、第１検査ストライプの位置ずれ情報を反映することになる。
【００３７】
比較処理とＸＹθテーブル１１６の動作は同期が取れているとは限らないので、第５検査ストライプの位置ずれ情報参照に第１検査ストライプの位置ずれ情報を反映できるようにしておくことも有効である。検査ストライプの方向で重み付けを変えて、順方向の検査ストライプを利用する場合、逆方向の検査ストライプより重みを大きくして信頼度を高める。更に、距離の重みと組み合わせることにより、より正確な信頼度を得ることができる。
【００３８】
（第６の実施形態）
エリア内の図形形状が、図４（Ｄ）に示すようなパターンである場合には、Ｙ軸方向の最適位置は求まり難いが、近傍に図４（Ａ）や（Ｂ）のようなエリアが存在すれば、そのＹ位置から該当エリアの推定をすることができる。試料検査装置などの系の変動影響を考慮すると近傍エリアの反映量はサブ画素単位ではなく、画素単位にとどめておいて、サブ画素単位の位置あわせは、処理エリア内で行う。これにより、ノイズ低減効果を得ることができる。ここで整数画素にとどめると、誤差の累積を防ぐことができる。
【００３９】
（第７の実施形態）
これまでの実施形態ではＸ、Ｙ軸方向の信頼度情報について記述してきたが、図４（Ｂ）のような斜めパターンに対しては、Ｘ、Ｙ軸方向ともに測定することは可能であるが、上述したパターン形状判定の際にＸ、Ｙ軸方向だけでは方向性がはっきりせず、信頼度レベルをあげることが難しくなる傾向にある。このような場合に備えて、Ｘ、Ｙ軸方向に加えて、Ｘ、Ｙ軸に対して４５度方向の形状の信頼度情報をもった方がより適切となることもある。パターン形状としては、４５度以外の斜め線も存在するため、幾つかの方向について信頼度情報を求めても良い。しかし、求める方向が多過ぎると、複雑になるため、適当な数の方向に絞ると良い。
【００４０】
（第８の実施形態）
これまでの実施形態では、測定画像と参照画像を比較するダイ−データベース（ＤＢ）比較検査装置について述べたが、測定画像同士を比較するダイ−ダイ（ＤＤ）比較検査手法もある。ダイ−ダイ比較の場合、比較の一方の測定画像が基準画像となる。この場合、図９に示すように試料１００の中に同一の設計データから描画された領域が２つ以上あることが前提となる。ダイ−ダイ比較検査を行う試料検査装置には、光源を２つ以上持ち、比較したい画像を同時に取り込むものと、光源は１つであるが、少なくとも検査ストライプ１本分のメモリを搭載して、取り込んだ画像から比較したい画像をお互いに切り出すものがある。このようなダイ−ダイ比較検査の場合においても、これまでの実施形態で説明したように、近傍エリアの位置ずれ量と信頼度情報を反映させることは有効である。
【００４１】
近傍エリアの位置ずれ量と信頼度情報を参考にして、エリアの位置合わせを実行することにより、位置合わせミスによる擬似欠陥の発生を抑制し、効率の良い検査を行うことが可能になった。なお、複数の信頼度情報を組み合わせることで、より確実な信頼度を得ることができる。従来、比較対象エリア内で位置ずれ量が正確に測定できなかった場合に、近傍エリアの位置ずれ量を単純に参照して、かえって合わせ込みがうまくいかないことがあるが、本発明は、このことを解決することができる。
【００４２】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これら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たが、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】
【００４３】
１０・・・試料検査装置
１２・・・試料のパターン
１４・・・測定画像生成部
１６・・・測定画像のエリア画像
２２・・・試料のパターンの設計データ
２４・・・参照画像生成部
２６・・・基準画像（参照画像又は測定画像）のエリア画像
３０・・・位置ずれ測定部
３００・・エリア画像切出部
３０２・・位置ずれ量算出部
３０２・・信頼度情報生成部
３２・・・各エリアの位置ずれ量と信頼度情報の格納部
３４・・・位置合わせ部
３６・・・比較部
１００・・試料
１０１・・検査ストライプ
１１０・・光学画像取得部
１１２・・オートローダ
１１４・・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
１２６・・受光部
１２８・・センサ回路
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
１８４・・位置ずれ測定回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料のパターンを検査する検査に関し、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試料のパターンを検査する検査装置と検査方法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、液晶表示装置（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】
背景技術において、被検査領域は、短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、更にその分割された検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブルの動作が制御されて検査が実行されることを前提としている。実際に比較処理する際には、検査ストライプをさらに細分化したエリアに対して比較判定処理を行っており、エリアごとに画像同
士の位置合わせを行った後で該エリアの欠陥有無を判定する比較行為がなされてきた。
【０００５】
ところが、エリア内にパターンが存在しない場合に正確な位置ずれ量が測定できなかったり、存在したとしてもＸ軸方向のパターンのみが存在したりした場合にＸ軸方向の位置ずれ量が測定できないような場合が散見されている。そして、エリアの位置ずれが極端に変動することはないため、そのような場合にも近傍エリアの位置ずれ量を使用することで、より正確な位置合わせが可能となる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４７７４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（１）本発明は、効率の良い試料検査を行うことにある。
（２）また、本発明は、試料の画像の位置合わせを効率良く行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（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して差異が閾値を超えたら欠陥と判定する比較部とを備える、試料検査装置において、測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める位置ずれ測定部と、信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行う位置合わせ部と、を備え、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の２乗和平均のグラフの勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低くなる、試料検査装置にある。
（２）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し、測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求め、信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行い、測定画像と基準画像とのエリア画像を比較して、差異が閾値を超えたら欠陥と判定し、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の２乗和平均のグラフの勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低くなる、試料検査方法にある。
【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】光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図４】幾つかのエリア画像の図である。
【図５】ずれ量と信頼度情報を求める一例を示す図である。
【図６】ずれ量と信頼度情報を求める他の例を示す図である。
【図７】試料検査の手順を説明するための図である。
【図８】信頼度情報を求める他の例を示す図である。
【図９】ダイ−ダイ（ＤＤ）比較を説明するための図である。
【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。
【００１１】
（試料検査装置）
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、試料のパターン１２を測定画像生成部１４で測定して光学データの測定画像を生成する。また、試料検査装置１０は、試料のパターンの設計データ２２を参照画像生成部２４で処理して参照画像を生成する。
【００１２】
位置ずれ測定部３０は、生成された測定画像と参照画像から一定の領域のエリアのエリア画像を切出すエリア画像切出部３００、エリア画像同士の位置ずれ量を測定する位置ずれ量算出部３０２、このエリアの位置ずれ量の信頼度情報を生成する信頼度情報生成部３０４を備えている。この信頼度情報は、位置ずれ量算出部３０２で求めたエリア画像同士の位置ずれ量が、実際の位置ずれ量との一致度の確かさを示す情報である。格納部３２は、位置ずれ測定部３０で求めた、各エリアの位置ずれ量と信頼度情報を格納する。位置合わせ部３４は、格納部３２から読み出された信頼度情報を参照して、測定画像のエリア画像１６と参照画像のエリア画像２６とを位置合わせする。比較部３６は、これらエリア画像１６、２６を比較して、その差異が閾値を超えたら欠陥と判定する。
【００１３】
なお、後述するが、測定画像と対比する基準となる画像は、設計データ２２から求めた参照画像の他に、測定画像生成部１４で生成した測定画像を利用することもできる。そのため、測定画像と対比する画像を参照画像と測定画像を含めて基準画像と呼び、ブロック２６では、基準画像（参照画像と測定画像）と記載してある。
【００１４】
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と制御系回路１５０とを備えている。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、フォトダイオードアレイなどの受光部１２６、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、位置ずれ測定回路１８４などに接続されている。展開回路１７６、参照回路１７８、比較回路１８０、位置回路１８２及び、位置ずれ測定回路１８４は、図２に示すように、相互に接続されている。ＸＹθテーブル１１６は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータなどのＸＹθモータ１１８により駆動される。
【００１５】
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で構成することができる。同様に、参照画像生成部２４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。位置ずれ測定部３０は、位置ずれ測定回路１８４で構成することができ、エリア画像切出部３００、位置ずれ量算出部３０２、及び、信頼度情報生成部３０４などの処理を行う。位置合わせ部３４と比較部３６は、比較回路１８０で構成することができ、位置合わせの処理、比較処理、欠陥の検出処理などを行う。格納部３２は、大容量記憶装置１５６又はメモリ装置１５８を使用することができる。また、格納部３２は、制御系回路１５０内の適当な箇所に配置できるが、位置ずれ処理を行う位置ずれ測定部３０に内臓させると便利である。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。
【００１６】
（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によって光が照射される。試料１００の下方には、拡大光学系１２２、受光部１２６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を透過した光は、拡大光学系１２２を介して、受光部１２６に光学像として結像し、入射される。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。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の様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。受光部１２６で受光した光学像は、センサ回路１２８で測定画像の電子データとなる。センサ回路１２８から出力された試料１００の光学画像は、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位置ずれ測定回路１８４に送られる。位置ずれ測定回路１８４から測定画像と参照画像が比較回路１８０に送られる。なお、図２の試料検査装置１０では、試料１００の透過光を利用しているが、試料１００の反射光を利用することもできる。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、光学画像は、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。
【００１７】
（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２２は、大容量記憶装置１５６に記憶される。設計データ２２は、大容量記憶装置１５６からＣＰＵ１５２を通して展開回路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の解像特性や受光部１２６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る。この状態では測定画像と参照画像の特性に差異があるので、設計側の原イメージデータにも参照回路１７８によりフィルタ処理を施し、測定画像に合わせる。位置ずれ測定回路１８４は、測定画像と参照画像を取り込み、エリア画像を切り出し、位置ずれ量を測定し、信頼度情報を求める。比較回路１８０は、信頼度情報を参照して、エリア画像同士を位置ずれ量ずらして位置合わせを行い、所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。
【００１８】
以上の説明において、「〜回路」或いは「〜工程」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。
【００１９】
（検査ストライプの画像取得）
図３（Ａ）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、図３（Ａ）に示すように、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の短冊状の複数の検査ストライプ１０１に仮想的に分割される。更にその分割された各検査ストライプ１０１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、検査ストライプ１０１として取得される。検査ストライプ１０１は、図３（Ａ）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。受光部１２６では、図３（Ａ）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。受光部１２６は、第１の検査ストライプ１０１における画像を取得した後、第２の検査ストライプ１０１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。スキャン幅Ｗは、例えば２０４８画素程度とする。第３の検査ストライプ１０１における画像を取得する場合には、第２の検査ストライプ１０１における画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプ１０１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。
【００２０】
（試料検査の位置ずれ処理）
試料検査の位置ずれ処理は、測定画像と参照画像とをまず、図３（Ｂ）のように適当な画素サイズのエリアにそれぞれ切り出す。通常は、検査に先立ち測定画像と参照画像との位置合わせ（全体アライメント）を行っておく。これは適当な専用マークを使って行われるが、オペレータが指定する任意のパターンエッジ等を使って行ってもよい。従って、切り出したエリア画像同士は、おおよその位置は合っているが、試料のひずみやＸＹθテーブル１１６の精度などにより若干の位置ずれを生じている。そこで、切り出したエリア画像（通常１０２４画素角程度）同士の位置ずれ量をサブ画素単位で測定して両者のずれ量が小さくなるように調整し（エリアアライメント）、その後、適切なアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。
【００２１】
エリアアライメントに用いる手法は種々のものが存在するが、例えば、１／１６画素程度の精度でＸ、Ｙ軸方向にパターンをずらしながら、２つのエリア画像の差の２乗和平均をとり、それが最小となる位置を最適位置と判断するような手法がある。図４(Ａ)、(Ｂ)に示すようなパターン形状の場合にはあまり問題にならないことが多いが、エリア内にパターンが存在しない場合や、図４(Ｃ)に示すように存在しても位置ずれ量を測定する際にノイズに埋もれてしまうような場合には、正確な位置ずれ量が測定できないことがある。パターンが存在したとしても、図４(Ｄ)に示すようなＹ軸方向のパターンのみが存在する場合、Ｙ軸方向の位置ずれ量が測定できないことがある。又は、実際の欠陥が存在している場合、欠陥に引きずられて正確なエリアアライメントができないようなこともある。
【００２２】
しかし、測定パターンの取得手法を考慮するとエリアの位置ずれが極端に変動することはないため、そのような場合にも近傍エリアの位置ずれ量を使用することで、より正確な位置合わせが可能となる。ただし、その際、近傍エリアで測定した位置ずれ量が信頼できるかどうかが重要となる。そこで、本発明の実施形態では、測定画像と参照画像の一定エリアのエリア画像同士の位置ずれ量を測定し、このエリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める。なお、このように位置ずれを測定し、それを基にした位置ずれ測定結果信頼度情報を得る方法は、効率よく信頼性の高い信頼度情報を得ることができる。上述した差の２乗和平均をとる手法の他に、絶対値平均や符号付平均、隣接画素との差などの手法もある。位置ずれ測定結果信頼度情報は、位置ずれを測定する際、同時に信頼度情報も得られる情報である。位置ずれ測定結果信頼度情報は、信頼度情報が測定した位置ずれ量に含まれている情報である。
【００２３】
（第１の実施形態）
図５(Ａ)と図５(Ｂ)は、図４(Ｂ)のパターンに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ、エリア画像同士を、１／１６画素の精度でパターンをずらしながら、２つの画像の差の２乗和平均を取って求めたものである。Ｘ軸方向は、−１／１６画素の「ずれ」において、２乗和平均の値が最小になり、それを中心にマイナス方向もプラス方向も２乗和平均の値が勾配をもった傾斜で徐々に大きくなっている。この場合、Ｘ軸方向において、−１／１６画素の位置ずれ量でエリア画像が一致していると考えられる。また、Ｙ軸方向は、＋１／１６画素の「ずれ」において、２乗和平均の値が最小になり、それを中心にマイナス方向もプラス方向も２乗和平均の値が勾配をもった傾斜で徐々に大きくなっている。この場合、Ｙ軸方向において、＋１／１６画素の位置ずれ量でエリア画像が一致していると考えられ。図４(Ｂ)のパターンに対して、図５(Ａ)と図５(Ｂ)に示すようにＸ軸方向とＹ軸方向共にピークが出現する。
【００２４】
図６（Ａ）と図６（Ｂ）は、図４(Ｄ)のようなパターンに対して、Ｘ軸方向とＹ軸方向それぞれに、図５（Ａ）と図５（Ｂ）と同様にして、エリア画像同士を、１／１６画素の精度でパターンをずらしながら、２つの画像の差の２乗和平均を取って求めたものである。図４(Ｄ)では、Ｘ軸方向に対しては、図６(Ａ)に示すように±０画素の位置ずれ量でエリア画像が一致し、ピークが出現しているが、Ｙ軸方向に対しては図６(Ｂ)に示すようにピークが出現していない。
【００２５】
図５(Ａ)と(Ｂ)及び図６(Ａ)と(Ｂ)で示すグラフの勾配から「ずれ量」の信頼度を知ることができる。グラフの勾配が大きいと、「ずれ量」の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、「ずれ量」の信頼度が低くなる。例えば、図５(Ａ)の場合、グラフの勾配が大きく、−１／１６画素の「ずれ量」の信頼度が高くなり、図５(Ｂ)の場合も、勾配が図５(Ａ)より少し小さく、＋１／１６画素の「ずれ量」の信頼度が少し低くなる。また、図６(Ａ)の場合、グラフの勾配が図５(Ａ)より大きく、±０画素の「ずれ量」の信頼度が更に高くなる。
【００２６】
このように、ピークの出現パターンと勾配の大小関係からＸ、Ｙそれぞれの方向に対する信頼度を複数段階、例えば１０段階に分けて、信頼度情報として、エリアごとに出力する。この信頼度情報は自身のエリアにも反映するが、近傍のエリアに対しても反映させることが容易にできる。例えば、表１のようにテーブルで信頼度情報を記憶する。表１は、信頼度を１０段階に分け、数値が大きい程、信頼度が高いとする。信頼度情報は、各エリアに複数種類、持たせることができる。
【００２７】
【表１】
【００２８】
（試料検査の流れ）
図７は、試料のパターン検査の流れを示している。図３（Ａ）に示すように検査ストライプの測定画像を取得する（ステップＳ１）。次に、図３（Ｂ）に示すように測定画像と参照画像について、一定領域のエリアを切り出す（ステップＳ２）。切り出された、測定画像と参照画像のエリア画像同士の位置ずれ量を算出する（ステップＳ３）。
【００２９】
一例として、測定画像と参照画像のエリア画像同士の位置ずれ量は、上述のように、図５(Ａ)と(Ｂ)、及び図６(Ａ)と(Ｂ)から求めることができる。図５(Ａ)では、Ｘ軸方向の−１／１６画素の位置ずれ量が求まり、図５(Ｂ)では、Ｙ軸方向の＋１／１６画素の位置ずれ量が求まり、図６(Ａ)では、Ｘ軸方向の±０画素の位置ずれ量が求まる。しかし、図６(Ｂ)では、Ｙ軸方向にピークがないので、位置ずれ量を求めることはできない。
【００３０】
図５(Ａ)と(Ｂ)及び図６(Ａ)と(Ｂ)で示すグラフの勾配から、上述のように、「ずれ量」の信頼度を知ることができる。図６(Ｂ)の場合、２乗和平均の値の変化がなく、「ずれ量」を求めることができず、当然、勾配がゼロであるから、信頼度も得られない。このようにして、算出した各エリアについて、位置ずれ量と信頼度情報を格納部３２に書き込む（ステップＳ４）。
【００３１】
図６(Ｂ)のように、「位置ずれ量」が不明であり、又は、信頼度が低い場合、このエリアの近傍の信頼度の高いエリア画像を調査し、最適な信頼度の高いエリア画像が得られたら、その「位置ずれ量」を利用して位置合わせ処理を行う（ステップＳ５）。位置合わせが完了したら、測定画像のエリア画像と参照画像のエリア画像を比較して、その差が所定の閾値より大きい場合、欠陥と判定する（ステップＳ６）。この手順を同一のストライプのエリアで行い、比較するエリアが無くなったら（ステップＳ７）、次のストライプに進み、検査するストライプが無くなったら（ステップＳ８）、検査を終了する。
【００３２】
（第２の実施形態）
信頼度情報の算出は、図５(Ａ)と(Ｂ)及び図６(Ａ)と(Ｂ)の他に、パターン形状から推定することも可能である。一例として隣接画素との差をとる手法を記述する。例えば、図８（Ａ）に示すようなパターン形状（簡単のため５×５画素で図示している。）についてＸ軸方向とＹ軸方向に差分（微分）をとると、それぞれ図８（Ｂ）、図８（Ｃ）のようになる。パターンのエッジを横切る場合に、この差分値が大きくなることから図８（Ａ）のパターンは、図４（Ｄ）のように縦のエッジを有すると推定することができる。これらの推定結果から総合的に各方向に対する確からしさを求めておくことで、対象エリアの方向ごとの信頼度情報を作成することができる。なお、エリアアライメントに影響を及ぼすような大きな欠陥が存在した場合には、上記パターン形状情報が２つの画像で異なることになる。このようなエリアの信頼度情報の値は極端に下げておくと良い。このようにすることで、欠陥に引きずられることもなく、エリア内のパターン形状に影響されることもなく、効率よく検査を行うことが可能になる。
【００３３】
（第３の実施形態）
検査ストライプ画像を取得した後でエリア単位の検査は行われる。図３(Ｂ)に示すように、検査ストライプ内には複数の隣接したエリアが存在する。より近いエリアの信頼度情報を参照することが基本となるが、パターン形状が複雑である場合には、より遠いエリアの信頼度情報を採用した方が適切な場合も存在する。しかし、遠いエリアである場合には、系の変動影響をより多く受けていることも考慮しなければならない。そのため、単純に信頼度情報の高いものを優先するのではなくて、信頼度情報に距離に応じた重みを付与する。例えば、信頼度情報に距離に逆比例した重みを付与することで、エリア画像の信頼度情報が高くても、遠くにある場合、信頼度を低くする。
【００３４】
（第４の実施形態）
今まで、検査ストライプ内でのエリア情報の参照について記したが、パターン形状が検査ストライプを跨る方向に同様の傾向を示していることもある。そのため、検査ストライプを跨った信頼度情報の参照も考慮に入れるとよい。その場合、同一の検査ストライプと、別の検査ストライプで重み付けを変えて、別の検査ストライプでは、同一の検査ストライプより重みを小さくして、信頼度を低くする。
【００３５】
（第５の実施形態）
ＸＹθテーブル１１６の動作は、図３に示すように順方向（ＦＷＤ方向）と逆方向（ＢＷＤ方向）の交互動作をさせる。ＸＹθテーブル１１６の走行精度によっては、順方向走行時と逆方向走行時で軌道が若干異なる可能性がある。このような場合に、直前の検査ストライプ、つまりＸＹθテーブル１１６が逆方向に動作したときの位置ずれ情報を反映すると、かえって位置ずれが大きくなってしまう可能性がある。そこで、位置ずれ情報を反映するのは、同一方向に動作して画像取得した検査ストライプのものを使用すると良い。
【００３６】
例えば、第１検査ストライプが順方向動作であれば、第２検査ストライプは逆方向動作、そして第３検査ストライプが順方向動作となるので、第３検査ストライプの位置ずれ情報の参照には、第１検査ストライプの位置ずれ情報を反映することになる。
【００３７】
比較処理とＸＹθテーブル１１６の動作は同期が取れているとは限らないので、第５検査ストライプの位置ずれ情報参照に第１検査ストライプの位置ずれ情報を反映できるようにしておくことも有効である。検査ストライプの方向で重み付けを変えて、順方向の検査ストライプを利用する場合、逆方向の検査ストライプより重みを大きくして信頼度を高める。更に、距離の重みと組み合わせることにより、より正確な信頼度を得ることができる。
【００３８】
（第６の実施形態）
エリア内の図形形状が、図４（Ｄ）に示すようなパターンである場合には、Ｙ軸方向の最適位置は求まり難いが、近傍に図４（Ａ）や（Ｂ）のようなエリアが存在すれば、そのＹ位置から該当エリアの推定をすることができる。試料検査装置などの系の変動影響を考慮すると近傍エリアの反映量はサブ画素単位ではなく、画素単位にとどめておいて、サブ画素単位の位置あわせは、処理エリア内で行う。これにより、ノイズ低減効果を得ることができる。ここで整数画素にとどめると、誤差の累積を防ぐことができる。
【００３９】
（第７の実施形態）
これまでの実施形態ではＸ、Ｙ軸方向の信頼度情報について記述してきたが、図４（Ｂ）のような斜めパターンに対しては、Ｘ、Ｙ軸方向ともに測定することは可能であるが、上述したパターン形状判定の際にＸ、Ｙ軸方向だけでは方向性がはっきりせず、信頼度レベルをあげることが難しくなる傾向にある。このような場合に備えて、Ｘ、Ｙ軸方向に加えて、Ｘ、Ｙ軸に対して４５度方向の形状の信頼度情報をもった方がより適切となることもある。パターン形状としては、４５度以外の斜め線も存在するため、幾つかの方向について信頼度情報を求めても良い。しかし、求める方向が多過ぎると、複雑になるため、適当な数の方向に絞ると良い。
【００４０】
（第８の実施形態）
これまでの実施形態では、測定画像と参照画像を比較するダイ−データベース（ＤＢ）比較検査装置について述べたが、測定画像同士を比較するダイ−ダイ（ＤＤ）比較検査手法もある。ダイ−ダイ比較の場合、比較の一方の測定画像が基準画像となる。この場合、図９に示すように試料１００の中に同一の設計データから描画された領域が２つ以上あることが前提となる。ダイ−ダイ比較検査を行う試料検査装置には、光源を２つ以上持ち、比較したい画像を同時に取り込むものと、光源は１つであるが、少なくとも検査ストライプ１本分のメモリを搭載して、取り込んだ画像から比較したい画像をお互いに切り出すものがある。このようなダイ−ダイ比較検査の場合においても、これまでの実施形態で説明したように、近傍エリアの位置ずれ量と信頼度情報を反映させることは有効である。
【００４１】
近傍エリアの位置ずれ量と信頼度情報を参考にして、エリアの位置合わせを実行することにより、位置合わせミスによる擬似欠陥の発生を抑制し、効率の良い検査を行うことが可能になった。なお、複数の信頼度情報を組み合わせることで、より確実な信頼度を得ることができる。従来、比較対象エリア内で位置ずれ量が正確に測定できなかった場合に、近傍エリアの位置ずれ量を単純に参照して、かえって合わせ込みがうまくいかないことがあるが、本発明は、このことを解決することができる。
【００４２】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これら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たが、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】
【００４３】
１０・・・試料検査装置
１２・・・試料のパターン
１４・・・測定画像生成部
１６・・・測定画像のエリア画像
２２・・・試料のパターンの設計データ
２４・・・参照画像生成部
２６・・・基準画像（参照画像又は測定画像）のエリア画像
３０・・・位置ずれ測定部
３００・・エリア画像切出部
３０２・・位置ずれ量算出部
３０２・・信頼度情報生成部
３２・・・各エリアの位置ずれ量と信頼度情報の格納部
３４・・・位置合わせ部
３６・・・比較部
１００・・試料
１０１・・検査ストライプ
１１０・・光学画像取得部
１１２・・オートローダ
１１４・・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
１２６・・受光部
１２８・・センサ回路
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
１８４・・位置ずれ測定回路
【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して差異が閾値を超えたら欠陥と判定する比較部とを備える、試料検査装置において、
測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める位置ずれ測定部と、
信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行う位置合わせ部と、を備え、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の２乗和平均のグラフの勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低くなる、試料検査装置。
【請求項２】
位置合わせ部は、位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報を参照し、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行う、請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項３】
位置ずれ量とその信頼度情報を保持する格納部を備え、
格納部には、位置ずれ量とその信頼度情報を複数持つ、請求項１乃至２のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項４】
位置合わせ部は、位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報に位置合わせ対象のエリアからの距離を基にして重みを付して信頼度を求め、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行う、請求項１乃至３のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項５】
試料のパターンが、短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブルの動作が制御される試料検査装置において、
位置合わせ部は、比較対象のエリア画像が属する検査ストライプ以外の検査ストライプで得られたエリア画像の信頼度情報を参照する、請求項１乃至４のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項６】
試料のパターンが、短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブルの動作が制御される試料検査装置において、
位置合わせ部は、ＸＹθテーブルの動作方向が同方向の比較対象のエリア画像が属する検査ストライプ以外の検査ストライプで得られたエリア画像の信頼度情報を参照する、請求項１乃至５のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項７】
信頼度情報は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に別個に持つ、請求項１乃至６のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項８】
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の一定のエリアのエリア画像を切り出し、
エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、
エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求め、
信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行い、
測定画像と基準画像とのエリア画像を比較して、差異が閾値を超えたら欠陥と判定し、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の２乗和平均のグラフの勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低くなる、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して差異が閾値を超えたら欠陥と判定する比較部とを備える、試料検査装置において、
測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める位置ずれ測定部と、
信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行う位置合わせ部と、を備え、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の２乗和平均のグラフの勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低くなる、試料検査装置。
【請求項２】
位置合わせ部は、位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報を参照し、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行う、請求項１に記載の試料検査装置。
【請求項３】
位置ずれ量とその信頼度情報を保持する格納部を備え、
格納部には、位置ずれ量とその信頼度情報を複数持つ、請求項１乃至２のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項４】
位置合わせ部は、位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報に位置合わせ対象のエリアからの距離を基にして重みを付して信頼度を求め、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行う、請求項１乃至３のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項５】
試料のパターンが、短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブルの動作が制御される試料検査装置において、
位置合わせ部は、比較対象のエリア画像が属する検査ストライプ以外の検査ストライプで得られたエリア画像の信頼度情報を参照する、請求項１乃至４のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項６】
試料のパターンが、短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブルの動作が制御される試料検査装置において、
位置合わせ部は、ＸＹθテーブルの動作方向が同方向の比較対象のエリア画像が属する検査ストライプ以外の検査ストライプで得られたエリア画像の信頼度情報を参照する、請求項１乃至５のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項７】
信頼度情報は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に別個に持つ、請求項１乃至６のいずれかに記載の試料検査装置。
【請求項８】
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の一定のエリアのエリア画像を切り出し、
エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、
エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求め、
信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行い、
測定画像と基準画像とのエリア画像を比較して、差異が閾値を超えたら欠陥と判定し、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の２乗和平均のグラフの勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高くなり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低くなる、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２０１０−２８６５００（Ｐ２０１０−２８６５００Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８９９７９（Ｐ２０１０−１８９９７９）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【分割の表示】特願２００８−５４６９（Ｐ２００８−５４６９）の分割
【原出願日】平成２０年１月１５日（２００８．１．１５）
【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１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【分割の表示】特願２００８−５４６９（Ｐ２００８−５４６９）の分割
【原出願日】平成２０年１月１５日（２００８．１．１５）
【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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