JP2004212218A

JP2004212218A - 試料検査方法及び検査装置

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Publication number: JP2004212218A
Application number: JP2002382263A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Yamashita; 恭司山下; Kazuhiro Nakajima; 和弘中島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP3944075B2

Abstract

【課題】ダイ比較方式の共通欠陥の見逃し、及び参照画像に存在する欠陥のダブルカウントによる検査後処理を軽減し、効率的な検査を実現する。
【解決手段】ダイ比較とデータベース比較を併用する試料検査方法において、複数の繰り返し領域を有する二次元パターンが形成されたマスクに対し、第１のダイを光学的に撮像して得られる第１の光学像とダイに対応する設計データから得られる参照画像とを比較部２５により画素毎に比較し、第１の光学像と参照画像とをマルチプレクサ２７により画素毎に合成して基準画像を生成し、生成した基準画像を画像メモリ２２に登録し、第２のダイを撮像して得られる第２の光学像と基準画像とを比較部２５により画素毎に比較し、比較部２５の比較結果に応じて欠陥を判定する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光用マスク，回路パターン，液晶基板等のパターン欠陥を検査するための試料検査方法及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在行われているマスク検査の方法には、ダイ比較とデータベース比較の二つがある。ダイ比較は隣接するダイ（繰り返し領域：例えばチップ）同士の光学像を比較する方法で、データベース比較は設計データと被検査領域の光学像を比較する方法である。
【０００３】
ダイ比較は、装置構成が比較的に簡単で済み、しかも感度を高く設定することができる反面、ダイに共通した欠陥の検出が不可能である。これに対してデータベース比較は、１ダイしか配置されていないマスクでも検査が可能であり、共通欠陥のような見落としが少なく確実に欠陥を検出することができる。しかし、高感度の検査を行うためには、設計データから光学像と良く一致した参照画像を作成する必要があり、また図形数の指数関数的な増加によって検査時間の長大化を招くおそれがある。
【０００４】
そこで、従来ダイ比較のみで済ましていた複数個のダイが配置されているマスクの検査においても、データベース比較を併用して検査を行うことが検討されている。その一例として、ダイ比較とデータベース比較を連続して行うことが既に公知である（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法は、ダイ比較を基本とし、異種チップが挿入された場合に、予め記憶されていた異種チップの検査スタート点に移動してデータベース比較を適用するものである。つまり、ダイ比較とデータベース比較を時間的に連続して行っているだけで、それぞれ独立した検査と見なすことができる。従って、ダイ比較とデータベース比較のお互いの長所を生かした検査を行うことはできない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０２−２２５４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、ダイ比較のみでは欠陥を検出した領域の双方で目視検査を行う必要があり、ダイに共通する共通欠陥を検出することが難しかった。一方、データベース比較においては高感度を実現するには、実画像と参照像を一致させる必要があり、さらに図係数の増加に伴い検査時間の長大化を招いていた。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、ダイ比較とデータベース比較を併用することで両者の長所を生かすことのできる試料検査方法及び検査装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【０００９】
即ち本発明は、ダイ比較とデータベース比較を併用する試料検査方法において、複数の繰り返し領域を有する二次元パターンが形成された試料に対し、第１の繰り返し領域を光学的に撮像して得られる第１の光学像と前記繰り返し領域に対応する設計データから得られる参照画像とを画素毎に比較する第１の比較工程と、前記第１の光学像と前記参照画像とを画素毎に合成して基準画像を生成する工程と、前記基準画像と第２の繰り返し領域を撮像して得られる第２の光学像とを画素毎に比較する第２の比較工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１１】
（１）第２の比較工程と同時に基準画像と第２の光学像との比較結果に応じて教師信号を発生し、この教師信号を設計データから参照画像を作成する参照画像作成部に供給することにより該参照画像作成部に学習機能を持たせ、参照画像が第１の光学像に近付くようにしたこと。
【００１２】
（２）基準画像を生成する工程として、第１の比較工程により参照画像と第１の光学像との不一致が検出される画素では参照画像を選択し、参照画像と第１の光学像との不一致が検出されない画素では第１の光学像を選択すること。
【００１３】
（３）基準画像を生成する工程として、第１の比較工程により参照画像と第１の光学像との不一致が検出される画素では該画素に隣接した画素のレベル又は平均値を選択し、参照画像と第１の光学像との不一致が検出されない画素では第１の光学像を選択すること。
【００１４】
（４）光学像を得る手段は、複数の繰り返し領域にわたって所定幅のストライプ単位で画像を撮像するものであり、画像の比較及び合成をストライプ単位で行うこと。
【００１５】
より具体的には、まず第１の繰り返し領域の最初のストライプに相当する第１の光学像と参照画像とを比較すると共に、これらを合成して基準画像の最初のストライプを作成し、続いて第２の繰り返し領域の最初のストライプと基準画像の最初のストライプとを比較する。その後、第１の繰り返し領域の次のストライプに相当する第１の光学像と参照画像とを比較すると共に、これらを合成して基準画像の次のストライプを作成し、続いて第２の繰り返し領域の次のストライプと基準画像の次のストライプとを比較する。そして、このストライプ単位の比較及び合成を繰り返す。
【００１６】
また本発明は、ダイ比較とデータベース比較を併用する試料検査装置において、複数の繰り返し領域を有する二次元パターンが形成された試料に対し、繰り返し領域を順次撮像する手段と、前記二次元パターンの設計データから前記繰り返し領域に相当する参照画像を作成する手段と、第１の繰り返し領域を光学的に撮像して得られる第１の光学像と前記参照画像とを画素毎に比較する手段と、前記参照画像と第１の光学像とを画素毎に合成して基準画像を生成する手段と、第２の繰り返し領域を撮像して得られる第２の光学像と前記基準画像とを画素毎に比較する手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１７】
（作用）
本発明によれば、ダイ比較とデータベース比較の両方を連続して行うことにより、ダイ比較とデータベース比較のお互いの長所を生かした検査を行うことができる。そしてこの場合、ダイ比較のための基準画像の生成に際して、データベース比較を行い、さらに設計データから得られる参照画像と第１の光学像とを画素毎に合成して基準画像を生成することにより、第１の繰り返し領域に欠陥があっても、第２の繰り返し領域及びそれ以降の繰り返し領域に対して、第１の繰り返し領域における欠陥の影響のないダイ比較を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係わるマスク欠陥検査装置の基本構成を示す図である。
【００２０】
図中１１は露光用マスクであり、このマスク１１は図示しないステージ上に載置され、ＸＹ方向（水平方向）に移動可能となっている。マスク１１は透過型であり、その裏面側から光源１２により照明されるようになっている。
【００２１】
マスク１１に形成されたパターンは、対物レンズ１３によりＣＣＤカメラ１４に結像され、ステージ移動に伴い検査ストライプ単位で画像データが得られる。ＣＣＤカメラ１４により得られた画像データは信号処理回路１５に供給される。
【００２２】
信号処理回路１５は、後述するように各種の画像メモリ及び比較部等を備えたものであり、設計データから得られる参照データやＣＣＤカメラ１４から得られる画像データに基づいて欠陥判定を行うものとなっている。
【００２３】
マスク１１は、図２に示すように複数のダイ（例えばチップ）を有するものであり、ステージの移動とＣＣＤカメラ１４の撮像によりストライプ状の画像データが得られる。そして、このストライプ単位の撮像を繰り返すことにより全体の撮像が可能となる。ここで、複数のダイを図２のように配置しておけば、ダイ１，ダイ２，ダイ３の順にストライプ状の画像データが得られる。１回のステージ移動で得られるストライプデータは各々のダイに関して同じ位置であり、画像データの取得とダイ比較を連続して行うことができる。
【００２４】
ここで、ダイは３個に限られるものではなく、２個以上であればよい。本実施形態では、ダイ１に対してはダイ１の画像と参照画像とを比較するデータベース比較を行い、ダイ２に対してはダイ１の実画像から得られる基準画像とダイ２の実画像とを比較するダイ比較を行い、ダイ３に対しても同様にダイ比較を行う。ダイ比較に関しては、ダイ２及びダイ３は同様であるので、以下ではダイ２についてのみ説明することにする。
【００２５】
図３は、図１の信号処理回路１５の具体的構成を示すブロック図であり、特にデータベース比較モードにおける動作状態を示している。図中の２１はデータベース比較用参照画像作成部、２２はダイ比較用基準画像メモリ、２３は実画像入力部（ＣＣＤカメラ１４に相当）、２４は選択器、２５は比較部、２６は欠陥判定部、２７はマルチプレクサである。
【００２６】
まず、複数のダイを有する二次元パターンが形成されたマスクに対し、実画像入力部２３によりダイ１を光学的に撮像して第１の光学像を得る。データベース比較用参照画像作成部２１では、設計データを基にダイに対応する参照画像を作成する。そして、選択器２４により参照画像を選択し、比較部２５により参照画像と第１の光学像を画素毎に比較する。この比較結果を基に欠陥判定部２６で欠陥か否かを判定し、欠陥の場合には欠陥検出信号を出力する。
【００２７】
これと同時に、第１の光学像と参照画像とを画素毎にマルチプレクサ２７により切り換えて合成することにより基準画像を生成する。より具体的には、例えば欠陥判定部２６で欠陥と判定された画素では参照画像を選択し、欠陥判定部２６で欠陥と判定されない画素では光学像を選択し、選択した画素から基準画像を生成する。そして、この基準画像をダイ比較用参照画像メモリ２２へ記憶させる。なお、このマルチプレクサ２７の選択はデータベース比較の欠陥判定による検出信号を用いている。
【００２８】
次に、ダイ比較を行う。図４は、ダイ比較モードにおける動作状態を示している。選択器２４が、画像作成部２１側から画像メモリ２２側に切り換えられている。実画像入力部２３によりダイ２を光学的に撮像して第２の光学像を得る。前記したデータベース比較モードで記憶されたダイ比較用基準画像メモリ２２を読み出し、比較部２５により基準画像と第２の光学像を画素毎に比較する。この際には、ダイ比較用基準画像メモリ２２への記憶は行わず、読み出すだけである。そして、この比較結果を基に欠陥判定部２６で欠陥か否かを判定し、欠陥の場合には欠陥検出信号を出力する。
【００２９】
なお、先に説明したように、ＣＣＤカメラ１４による撮像がストライプ単位であることから、実画像入力部２３では図２に示すように、ダイ１，２，３のストライプ画像が順次得られる。ダイ１をスキャンしている場合は、ダイ１のストライプ画像と参照画像とを比較しデータベース比較を行う。これと同時に、ダイ１に相当する基準画像を生成する。ダイ２をスキャンしている場合は、ダイ２のストライプ画像と基準画像とを比較し、ダイ比較を行う。ダイ３をスキャンしている場合は、ダイ３のストライプ画像と基準画像とを比較し、ダイ比較を行う。
【００３０】
次のストライプでも同様に、最初にダイ１のストライプ画像に対してデータベース比較を行うと共に、基準画像を生成する。そして、ダイ２をスキャンしている場合は、ダイ２のダイ比較を行い、ダイ３をスキャンしている場合はダイ３のダイ比較を行う。そして、上記の操作を繰り返すことによった、ダイ１，２，３の全体の検査が行われることになる。
【００３１】
図５に、本実施形態におけるデータベース比較及びダイ比較の様子を示す。ダイ比較のための参照画像としてダイ１の実画像と参照画像を合成している点に特長を有する。
【００３２】
最初に、ダイ１の実画像と参照画像とを比較するデータベース比較を行う。ダイ１の実画像に欠陥５１があれば、比較結果として欠陥像５１’が現れる。実画像と参照画像を基に画像合成を行うが、欠陥像５１’が存在する場合、この欠陥像５１’を除去する必要がある。
【００３３】
第１の方法としては、欠陥と判定された領域を参照画像の該当する画像で置き換える。第２の方法としては、欠陥と判定された領域周辺の実画像のレベルで欠陥部を置き換える。第３の方法としては、繰り返しパターン等のような場合は隣の同一のパターンを見つけてこれを用いる。さらに、上記３つの方法から適宜最も好都合なパターンを選択することもできる。この処理工程により、ダイ１の実画像から欠陥５１を除去した基準画像を作成することが可能となる。
【００３４】
次に、ダイ２の実画像と画像合成された基準画像とを比較するダイ比較を行う。このとき、ダイ２にダイ１と同じ欠陥５２があったとすると、従来のダイ比較では欠陥無しと検出されてしまうが、本実施形態ではダイ１の欠陥５１を画像合成により除去しているので、ダイ比較によりダイ２の欠陥５２を欠陥像５２’として検出することができる。
【００３５】
次に、ダイ３の実画像と画像合成された基準画像とを比較するダイ比較を行う。このとき、ダイ３に欠陥５３が存在したとすると、ダイ比較により欠陥５３が欠陥像５３’として検出される。
【００３６】
従って、検査後に欠陥位置や欠陥情報を読み出して欠陥５１のダイ２への登録及びダイ３の欠陥５１の削除を行う必要がなくなるため、従来例と比べて作業効率が向上する。
【００３７】
このように本実施形態によれば、データベース比較用参照画像作成部２１で作成された参照画像と実画像入力部２３から入力された実画像とを比較するデータベース比較と、ダイ比較用基準画像メモリ２２に記憶された基準画像と実画像とを比較するダイ比較と、の両方を連続して行うことにより、ダイ比較とデータベース比較のお互いの長所を生かした検査を行うことができる。そしてこの場合、ダイ比較のための基準画像の生成に際して、データベース比較を行い、さらに設計データから得られる参照画像とダイ１の光学像とを画素毎に合成して基準画像を生成することにより、ダイ１に欠陥があっても、ダイ２及びそれ以降のダイに対して、ダイ１における欠陥の影響のないダイ比較を行うことができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係わるマスク欠陥検査装置の要部構成を示すブロック図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００３９】
本実施形態では、ダイ比較用基準画像メモリ２２に記憶された基準画像と実画像入力部２３から入力された実画像とを、マルチプレクサ２７により画素毎に切り換えることによって教師信号を生成し、これをデータベース比較用参照画像作成部２１に供給する。これにより、データベース比較用参照画像作成部２１では、ダイの実画像により近い参照画像を作成することになる。
【００４０】
より具体的には、欠陥判定部２６により欠陥がないと判定される場合はマルチプレクサ２７により実画像を選択し、欠陥判定部２６により欠陥有りと判定された場合はマルチプレクサ２７により基準画像を選択する。データベース比較用参照画像作成部２１で作成する参照画像は実画像に近い方が望ましいことから、通常は実画像を教師信号とするが、実画像に欠陥がある場合にこれを教師信号とすると却って悪くなるため、欠陥有りの場合には基準画像を教師信号としている。
【００４１】
即ち、基準画像と実画像との比較結果に応じて教師信号を発生し、この教師信号によりデータベース比較用参照画像作成部２１に学習機能を持たせることにより、設計データから実画像により近い参照画像を作成することができる。このため、欠陥検査精度の更なる向上をはかることができる。また、データベース比較用参照画像作成部２１では、参照画像が教師信号と一致するように学習を行うことも考えられる。
【００４２】
また、同時比較の別の方法としては、最初にダイ１をデータベース比較した後で、ダイ１で撮像された光学像とダイ２で撮像された光学像をダイ比較することによりダイ１，２に共通する欠陥をダイ２の欠陥にも登録したり、ダイ２に固有の欠陥のみに限定したりすることが考えられる。しかし、この方法では、例えばダイ１，２での欠陥位置，欠陥サイズ（又は面積）等を考慮して見逃しが起こらないように判定する必要がある。このため、実際の検査に適用しようとすると、多少疑わしいものは全て検出する必要があり、多大な手間と時間を要することになり、望ましい方法とは言えないものである。
【００４３】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では試料としてマスクを用いたが、本発明はこれに限らず、パターン欠陥の検査を要する各種の試料に適用することができる。例えば、ウェハ上に形成された回路パターンや液晶基板のパターン欠陥等の検査に適用することができる。また、基準画像を生成する手段は、マルチプレクサに限るものではなく、第１の繰り返し領域の光学像から第１の領域における欠陥に相当する欠陥像を除去した画像を生成できるものであればよい。
【００４４】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ダイ比較とデータベース比較を併用することで両者の長所を生かした検査、即ち高感度で共通欠陥を確実に検出することが可能となる。しかも、第１の光学像と参照画像との合成により、第１の光学像における欠陥を除去することができるので、ダイ比較により誤った欠陥検出が起こるのを未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるマスク欠陥検査装置の基本構成を示す図。
【図２】マスク上のダイ配列とスキャンとの関係を示す模式図。
【図３】第１の実施形態における要部構成を示すブロック図であり、特にデータベース比較モードにおける動作状態を示している。
【図４】第１の実施形態における要部構成を示すブロック図であり、特にダイ比較モードにおける動作状態を示している。
【図５】第１の実施形態の作用を説明するための模式図。
【図６】第２の実施形態における要部構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１１…露光用マスク
１２…光源
１３…対物レンズ
１４…ＣＣＤカメラ
１５…信号処理回路
２１…データベース比較用参照画像作成部
２２…ダイ比較用基準画像メモリ
２３…実画像入力部
２４…選択器
２５…比較部
２６…欠陥判定部
２７…マルチプレクサ
５１，５２，５３…欠陥
５１’，５２’，５３’…欠陥像

Claims

複数の繰り返し領域を有する二次元パターンが形成された試料に対し、第１の繰り返し領域を光学的に撮像して得られる第１の光学像と前記繰り返し領域に対応する設計データから得られる参照画像とを画素毎に比較する第１の比較工程と、
前記第１の光学像と前記参照画像とを画素毎に合成して基準画像を生成する工程と、
前記基準画像と第２の繰り返し領域を撮像して得られる第２の光学像とを画素毎に比較する第２の比較工程と、
を含むことを特徴とする試料検査方法。
前記第２の比較工程と同時に前記基準画像と第２の光学像との比較結果に応じて教師信号を発生し、この教師信号を前記設計データから前記参照画像を作成する参照画像作成部に供給することにより該参照画像作成部に学習機能を持たせ、前記参照画像が第１の光学像に近付くようにしたことを特徴とする請求項１記載の試料検査方法。
前記基準画像を生成する工程として、前記第１の比較工程により前記参照画像と第１の光学像との不一致が検出される画素では前記参照画像を選択し、前記参照画像と第１の光学像との不一致が検出されない画素では前記第１の光学像を選択することを特徴とする請求項１又は２記載の試料検査方法。
前記基準画像を生成する工程として、前記第１の比較工程により前記参照画像と第１の光学像との不一致が検出される画素では該画素に隣接した画素のレベル又は平均値を選択し、前記参照画像と第１の光学像との不一致が検出されない画素では前記第１の光学像を選択することを特徴とする請求項１記載の試料検査方法。
複数の繰り返し領域を有する二次元パターンが形成された試料に対し、繰り返し領域を順次撮像する手段と、
前記二次元パターンの設計データから前記繰り返し領域に相当する参照画像を作成する手段と、
第１の繰り返し領域を光学的に撮像して得られる第１の光学像と前記参照画像とを画素毎に比較する手段と、
前記参照画像と第１の光学像とを画素毎に合成して基準画像を生成する手段と、
第２の繰り返し領域を撮像して得られる第２の光学像と前記基準画像とを画素毎に比較する手段と、
を具備してなることを特徴とする試料検査装置。