JP2005317818A - パターン検査装置およびパターン検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設計データに基づいて対象物上の微小なパターンの検査を精度よく行う。
【解決手段】パターン検査装置１では、電子ビーム出射部３１から基板９上に電子ビームが照射され、画像取得部３３により基板９からの電子が検出されることにより基板９の多階調の被検査画像が取得される。また、設計データ８１から生成された２値の参照画像が、多階調画像発生器５２により被検査画像の画素の値のヒストグラムに基づいて多値化され、多階調の参照画像が生成される。比較器５３では被検査画像と参照画像とが比較される。これにより、パターン検査装置１では設計データ８１に基づいて基板９上の微小なパターンの検査を精度よく行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物上のパターンを検査する技術に関する。

半導体基板やプリント配線基板等のパターンを検査する分野において、従来より様々な検査手法が用いられている。例えば、特許文献１および２では設計データから導かれた２値の参照画像において、パターンのコーナー部に丸め処理を施すことによりパターン形状を実際に形成されるパターンに近似させ、処理後の２値の参照画像と２値の被検査画像と比較することによりパターンの検査を精度よく行う手法について開示されている。

一方、近年では半導体基板上に形成されるパターンの微細化に伴って多階調画像による比較検査が多く行われている。このような技術としては、例えば、特許文献３では、設計データから導かれる２値の参照画像の各画素の値を、近傍画素の値に所定の重み付け係数を付与しつつ加重平均をとることにより得た値に変換することにより多階調の参照画像を取得し、多階調の被検査画像と比較を行う手法が開示されている。また、特許文献４では、多階調の被検査画像の画素の値のヒストグラムから疑似多値化パラメータ（画素の値の代表値および分散値）を取得し、疑似多値化パラメータに基づく正規分布の特徴を設計データから導かれる２値の参照画像の各画素の値に付与することにより多階調の参照画像を生成する手法が提案されている。さらに、特許文献５では、設計データから基板の複素透過率分布または複素反射率分布を求めることにより光学像に近似した多階調の参照画像を生成し、被検査画像と比較する検査手法が開示されている。

なお、特許文献６では、被検査画像の画素の値の累積ヒストグラムから導かれる上限値および下限値による画素値範囲に、参照画像の画素の値の累積ヒストグラムから導かれる画素値範囲を合わせ込むことにより、参照画像の画素の値のヒストグラムを被検査画像の画素の値のヒストグラムに近似させて両画像の比較検査を行う手法が提案されている。また、特許文献７では、露光用マスクに電子ビームを二次元に走査させてパターンを示す信号を取得し、設計データから得られる信号と比較することによりパターンを検査する手法が開示されている。
特公平４−１０５６５号公報 特許２９９７１６１号公報 特公平４−６９３２２号公報 特開２０００−１９９７０９号公報 特開２００２−１０７３０９号公報 特開２００３−６５９６９号公報 特開２００２−７１３３０号公報

ところで、多層膜が形成された半導体基板等を光学的に撮像して取得される被検査画像には下層のパターンが含まれてしまうことがあり、この場合には、特許文献３ないし５のように設計データから多階調の参照画像を生成して比較検査を行ったとしても、被検査画像と参照画像とが一致せず、パターンを精度よく検査することができない。また、特許文献７の手法では、電子ビームを用いることにより基板上の最表面の微小なパターンを示す信号が得られるが、２値データによる比較であるため、パターン検査を高精度に行うことが困難である。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、設計データに基づいて対象物上の微小なパターンの検査を精度よく行うことを目的としている。

請求項１に記載の発明は、対象物上のパターンを検査するパターン検査装置であって、対象物上に照射される電子ビームを出射する電子ビーム出射部と、対象物からの電子を検出することにより、対象物の多階調の被検査画像を取得する画像取得部と、対象物上に形成されたパターンの設計データを記憶する記憶部と、前記設計データに基づいて多階調の参照画像を生成する画像生成部と、前記画像取得部により取得された被検査画像と参照画像とを比較する比較部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン検査装置であって、前記電子ビーム出射部が対象物上の撮像領域全体に電子ビームを照射し、前記画像取得部が、前記撮像領域からの電子ビームによる像を形成する光学系と、前記光学系により像が形成される位置にて電子像を撮像することにより前記被検査画像を取得する撮像部とを有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のパターン検査装置であって、前記画像生成部が、前記設計データから導かれる２値の参照画像を前記被検査画像の画素の値のヒストグラムに基づいて多値化して前記多階調の参照画像を生成する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のパターン検査装置であって、前記画像生成部が、前記ヒストグラムに基づいて複数の画素値範囲を設定し、前記ヒストグラムの両端に対応する２つの画素値範囲の代表値へと前記２値の参照画像の０および１の画素値をそれぞれ変換した中間画像を生成し、前記中間画像に基づいて前記多階調の参照画像を生成する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のパターン検査装置であって、前記画像生成部が、前記中間画像を複数の分割領域へと分割し、前記複数の分割領域のそれぞれに含まれる複数の画素の値を、当該複数の画素の値から求められる１つの値に実質的に置き換える。

請求項６に記載の発明は、請求項３に記載のパターン検査装置であって、前記画像生成部が、前記２値の参照画像を複数の分割領域へと分割し、前記複数の分割領域のそれぞれに含まれる複数の画素の値を、当該複数の画素の値から求められる１つの多階調の画素値に実質的に置き換えた中間画像を生成し、さらに、前記中間画像の全部または一部の領域の画素の値のヒストグラムを前記被検査画像の対応する領域の画素の値のヒストグラムに近似させることにより前記中間画像から前記多階調の参照画像を生成する。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のパターン検査装置であって、前記画像生成部が、前記被検査画像中のパターンのエッジに垂直な方向における画素の値の変化に応じて前記多階調の参照画像を平滑化する。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のパターン検査装置であって、前記対象物が、多層膜が形成された半導体基板である。

請求項９に記載の発明は、対象物上のパターンを検査するパターン検査方法であって、対象物上に電子ビームを照射する工程と、前記対象物からの電子を検出することにより、前記対象物の多階調の被検査画像を取得する工程と、前記対象物上に形成されたパターンの設計データに基づいて多階調の参照画像を生成する工程と、前記被検査画像と前記参照画像とを比較する工程とを備える。

請求項１ないし９の発明では、設計データに基づいて対象物上の微小なパターンの検査を精度よく行うことができる。

また、請求項２の発明では、被検査画像を高速に取得することができる。

また、請求項３および４の発明では、被検査画像に合わせた多階調の参照画像を生成することができ、請求項５の発明では、多階調の参照画像を容易に生成することができる。請求項６の発明では、多階調の参照画像を適切に、かつ、安定して生成することができる。

また、請求項７の発明では、多階調の参照画像中のパターンのエッジ近傍の画素の値の変化を被検査画像に近似させることができる。

また、請求項８の発明では、多層膜が形成された半導体基板上のパターンを適切に検査することができる。

図１は本発明の一の実施の形態に係るパターン検査装置１の構成を示す図である。パターン検査装置１は、図示省略のポンプにより減圧されるチャンバ本体２１の内部に設けられるとともに多層膜が形成された半導体基板（以下、「基板」という。）９を保持するステージ２２、ステージ２２を図１中のＸ方向およびＹ方向に移動するステージ移動機構２３、電子ビームを出射する電子ビーム出射部３１、電子ビーム出射部３１からの電子ビームを基板９上へと導く第１光学系３２、並びに、基板９からの二次電子または反射電子を検出することにより基板９の多階調の被検査画像を取得する画像取得部３３を備える。画像取得部３３は、基板９上の微小な撮像領域からの電子ビームによる像を形成する第２光学系３４、第２光学系３４により撮像領域の像が形成される位置にて電子ビームを受けることにより像に従って発光する発光部３５、および、発光部３５を撮像することにより被検査画像を取得するＴＤＩ（Time Delay Integration）方式のラインカメラ（以下、「ＴＤＩラインカメラ」という。）３６を有する。なお、パターン検査装置１では発光部３５およびＴＤＩラインカメラ３６が電子像を撮像する撮像部として設けられるが、撮像部は電子像を直接撮像するものであってもよい。

また、パターン検査装置１は、第１光学系３２および第２光学系３４の各電子光学素子の電圧制御を行う電子光学系制御部４１、および、ステージ移動機構２３の移動制御を行うステージ移動制御部４２を有し、電子光学系制御部４１の制御により、第１光学系３２が電子ビーム出射部３１からの電子ビームを基板９上の撮像領域へと導き、第２光学系３４が撮像領域の像を発光部３５に形成し、第１光学系３２および第２光学系３４が、いわゆる、写像投影方式の光学系としての役割を果たす。

具体的には、電子ビーム出射部３１から電子ビーム（以下、電子ビーム出射部３１からの電子ビームを「一次ビーム」という。）が出射されると、一次ビームは第１光学系３２のレンズ群によりウィーンフィルタ３２１へと導かれ、ウィーンフィルタ３２１の偏向作用により軌道が曲げられてアパーチャ部３４２およびカソードレンズ３４１を介して基板９上の微小な撮像領域全体に電子ビームが一括して照射される（すなわち、一次ビームはいわゆる面状の電子ビームとされる。）。一次ビームが基板９に照射されると、基板９の撮像領域からは二次電子または反射電子が発生し、二次ビームとして第２光学系３４のカソードレンズ３４１によりアパーチャ部３４２へと導かれる。アパーチャ部３４２を通過した二次ビームはウィーンフィルタ３２１、レンズ３４３、フィールドアパーチャ部３４４、レンズ３４５，３４６を介してマイクロチャンネルプレート３４７へと導かれる。二次ビームはマイクロチャンネルプレート３４７により増幅されて蛍光板である発光部３５に照射される。そして、二次ビームにより形成される撮像領域の像に従って発光する発光部３５がＴＤＩラインカメラ３６により撮像されることにより、撮像領域に一括照射される電子ビームを利用した被検査画像の高速取得が実現される。

図２はＴＤＩラインカメラ３６の撮像面３６０を簡略して示す図である。ＴＤＩラインカメラ３６は複数のラインセンサ３６１をラインとは垂直な方向に配列して有し、各ラインセンサ３６１の各受光素子３６２に蓄積された電荷が隣接するラインセンサ３６１の対応する受光素子３６２へと所定のタイミングで転送され、最も下流のラインセンサ３６１ａから蓄積された電荷が順次出力される。

ＴＤＩラインカメラ３６により撮像が行われる際には、ステージ移動機構２３によりラインセンサ３６１の電荷の転送方向に対応する方向へと基板９が移動する。このとき、ＴＤＩラインカメラ３６の撮像面３６０上に形成される発光部３５の像（すなわち、撮像領域の像）の移動と同じ速度にて各ラインセンサ３６１の各受光素子３６２の電荷が転送される。したがって、１つの受光素子３６２に注目した場合、この受光素子３６２上の微小像が隣接する受光素子３６２上へと移動する際に電荷が転送され、撮像領域の像の移動と共に蓄積されていく電荷は最も下流のラインセンサ３６１ａから十分な量の電荷となって出力される。そして、撮像領域が通過する基板９上の検査領域の画像が、ＴＤＩラインセンサ３６の読み取り分解能にて多階調の被検査画像として取得される。

図１のパターン検査装置１は、さらに、基板９上に形成されたパターンのＣＡＤデータである設計データ８１を記憶する記憶部５１、後述する多階調画像発生用のパラメータに基づいて多階調の参照画像を発生させる多階調画像発生器５２、画像取得部３３により取得された被検査画像と参照画像とを比較する比較器５３、比較器５３による比較結果である欠陥を示す画像のデータが入力される欠陥メモリ５４、並びに、各種演算処理を行うＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ等により構成されたコンピュータ４を備え、コンピュータ４はパターン検査装置１の各構成を制御する制御部としての役割を果たす。なお、多階調画像発生器５２および比較器５３は拡張ボードとしてコンピュータ４に取り付けられてもよく、コンピュータ４が有するメモリや記憶装置が記憶部５１および欠陥メモリ５４として機能してもよい。

次に、パターン検査装置１によるパターン検査処理の事前準備として行われる２つの処理について説明を行う。パターン検査処理の事前準備としては、多階調画像発生用のパラメータを取得する処理および２値の参照画像を準備する処理があり、以下、順に説明を行う。

多階調画像発生用のパラメータを取得する際には、まず、ＴＤＩラインカメラ３６によりステージ移動機構２３に同期しつつ基板９上の検査領域の一部が撮像され（すなわち、プリスキャンが行われ）、図３に例示するように、被検査画像の一部であるプリスキャン画像７１が取得される。なお、実際のプリスキャン画像は図３に示すものよりも複雑なパターンを示すものとなっている。プリスキャン画像７１はコンピュータ４へと入力され、プリスキャン画像７１の画素の値のヒストグラムが生成される。

図４はプリスキャン画像７１の画素の値のヒストグラム７１１を示す図である。コンピュータ４では、生成されたヒストグラム７１１に対して、例えば、パターンが密な領域における配線パターンと背景、および、パターンが疎な領域における配線パターンと背景にそれぞれ対応する４個の画素値範囲が設定される。ここで、複数の画素値範囲を求める手法としては様々な手法が用いられてもよいが、例えば、NOBUYUKI OTSUによる「A Threshold Selection Method from Gray-Level Histograms」（IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS, VOL.SMC-9, NO.1, JANURARY 1979, pp.62-66）に開示された手法が用いられる。この手法では、しきい値の適切さを評価する値として、クラス（しきい値により分離される画素値群）内分散およびクラス間分散に基づくクラス分離度を採用し、クラス分離度が最大となるようにしきい値が求められる。この手法により、画像を複数の領域に分ける際にノンパラメトリックに最適なしきい値を安定して求めることができる。

図４のヒストグラム７１１では、符号７１２，７１３，７１４，７１５をそれぞれ付す４個の画素値範囲が設定される。続いて、４個の画素値範囲７１２〜７１５のうち最も暗い（すなわち、画素値が小さい側の）画素値範囲７１２と最も明るい（すなわち、画素値が大きい側の）画素値範囲７１５とが選択され、２つの画素値範囲７１２，７１５のそれぞれに含まれる画素値の平均値（図４中において、２つの平均値をそれぞれＡ，Ｂとして示している。）が算出される。算出された２つの平均値Ａ，Ｂは後述するパターン検査処理において利用される多階調画像発生用のパラメータとして多階調画像発生器５２に出力される。

以上のように、パターン検査装置１では、事前準備にてコンピュータ４により被検査画像の画素の値のヒストグラムに基づいて複数の画素値範囲が設定され、ヒストグラムの両端に対応する２つの画素値範囲の平均値が、多階調画像発生用のパラメータとして取得される。なお、パラメータは画素値範囲の平均値以外に、例えば、当該範囲における画素値の中央値等の他の代表値であってもよい。

次に、事前準備として行われる他方の処理である２値の参照画像を準備する処理について説明する。図５は２値の参照画像を準備する処理の流れを示す図である。

２値の参照画像が準備される際には、まず、記憶部５１に記憶された設計データ８１がコンピュータ４に読み出される（ステップＳ１１）。図６は設計データ８１が示すパターン６１１の一部を示す図である。図６ではコーナー部６１１ｃで屈曲した２つ配線パターン６１１ａが示されており、設計データ８１はこのようなパターン６１１をベクトルデータの形式で示すものとなっている。コンピュータ４では配線パターン６１１ａのコーナー部６１１ｃを丸めるように設計データ８１を加工する処理（いわゆる、丸め処理）が行われ（ステップＳ１２）、図７に示すように丸みを帯びたコーナー部６１２ｃを有する丸め処理後のパターン６１２を示すデータがベクトルデータの形式で得られる。

続いて、パターン６１２を示す設計データがラスタ変換され、パターン６１２およびその背景を示す２値の参照画像がラスタデータの形式で生成される（ステップＳ１３）。このとき、２値の参照画像は画像取得部３３における読み取り分解能よりも細かい分解能にて生成される。すなわち、２値の参照画像の１つの画素に対応する基板９上の領域の大きさが、画像取得部３３により取得される被検査画像の１つの画素に対応する基板９上の領域よりも十分に小さくされる（例えば、１／４以下の面積とされる。）。２値の参照画像のデータは、例えば、ランレングスデータの形式に圧縮されて記憶部５１に出力され、参照画像圧縮データ８２（図１中において、破線で描く矩形にて示す。）として記憶される（ステップＳ１４）。もちろん、２値の参照画像のデータはランレングスデータ以外の形式にて圧縮されてもよい。

なお、上記の事前準備は、必要に応じて随時行われる。例えば、多階調画像発生用のパラメータを取得する処理は検査対象の基板９が変更される毎に行われ、２値の参照画像を準備する処理は新たな形状のパターンを検査する際にのみ行われる。

事前準備が終了すると、パターン検査装置１では基板９上のパターンを検査する処理が行われる。図８はパターン検査装置１が基板９上のパターンを検査する処理の流れを示す図である。

パターン検査装置１では、まず、基板９の移動が開始されるとともに、電子ビーム出射部３１から基板９上への一次ビームの照射が開始される（ステップＳ２１）。移動する基板９上の撮像領域からの二次ビームは発光部３５に導かれ、ＴＤＩラインカメラ３６がステージ移動機構２３に同期して発光部３５を撮像することにより基板９上の多階調の被検査画像が所定の読み取り分解能にて取得される（ステップＳ２２）。

図９は取得された被検査画像７２の一部を示す図である。図９の被検査画像７２はコーナー部７２ｃで屈曲した２本の配線パターン（例えば、線幅が１００ｎｍの配線パターン）７２ａを示しており、コーナー部７２ｃの（−Ｙ）側において２本の配線間を短絡（ショート）させる欠陥７２１が生じている。ＴＤＩラインカメラ３６にて取得された被検査画像７２の各画素の値は比較器５３および多階調画像発生器５２へと順次出力される。

一方で、ステップＳ２２と並行して多階調画像発生器５２では記憶部５１に記憶された２値の参照画像から、被検査画像７２の取得とほぼ同期して多階調の参照画像が生成される（ステップＳ２３）。図１０は図８のステップＳ２３における多階調の参照画像を生成する処理の流れを示す図である。多階調の参照画像を生成する際には、まず、記憶部５１から参照画像圧縮データ８２が多階調画像発生器５２に順次出力され、多階調画像発生器５２が有する専用の電気的回路によりリアルタイムで伸張されることにより、図１１に示す２値の参照画像６２がラスタデータの形式で（例えば、行毎に）順次取得される（ステップＳ３１）。なお、図１１の２値の参照画像６２では、背景部６２ｂに画素値０が付与されており、配線パターン６２ａに画素値１が付与されているものとする。また、以下に説明する処理は、実際には２値の参照画像６２の数行分がラスタデータへと伸長される毎に行われるが、理解を容易とするために、画像全体に対して処理が行われるものとして説明する。

２値の参照画像６２が準備されると、背景部６２ｂの画素値０および配線パターン６２ａの画素値１が、事前準備において取得された２つの画素値範囲７１２，７１５の平均値Ａ，Ｂにそれぞれ変換されて中間画像が生成される（ステップＳ３２）。そして、中間画像が複数の分割領域に分割される。

図１２は複数の分割領域６３０に分割された中間画像６３の一部を示す図である。なお、図１２では画素値の相違を示す平行斜線の図示を省略している。ここで、中間画像６３は被検査画像７２が取得される際の読み取り分解能に合わせて分割される。すなわち、中間画像６３の１つの分割領域６３０に対応する基板９上の領域の大きさが、被検査画像７２の１つの画素に対応する基板９上の領域の大きさと等しくされる。多階調画像発生器５２では各分割領域６３０に含まれる複数の画素の値の平均値が求められて各分割領域６３０が平均値を画素値とする１つの画素に置き換えられ（すなわち、標本化され）、多階調の参照画像が生成される（ステップＳ３３）。

図１３は生成された多階調の参照画像６４の一部を示す図である。図１３では、原則として背景部６４ｂの画素値がＡとされ、配線パターン６４ａの画素値がＢとされる。また、背景部６４ｂと配線パターン６４ａとの境界近傍の画素値は、その画素に対応する分割領域６３０に含まれていた複数の画素の値の平均値とされ、画素値Ａ，Ｂの間のいずれかの値に置き換えられている。

多階調画像発生器５２では、図９の被検査画像７２（実際にはプリスキャン画像）中の配線パターンのエッジに垂直な方向における画素の値の変化に応じて、ガウシアンフィルタ等の平滑化フィルタ（ローパスフィルタ）を多階調の参照画像６４に作用させ、多階調の参照画像６４が平滑化される（ステップＳ３４）。すなわち、エッジに垂直な方向において被検査画像７２の画素の値が緩やかに変化する場合は、急峻に変化する場合よりも平滑化の程度が大きい平滑化フィルタを用いて平滑化が行われる。これにより、参照画像６４中の配線パターン６４ａのエッジ近傍の画素の値の変化を被検査画像７２に近似させることができる。平滑化後の多階調の参照画像６４の各画素の値は比較器５３へと出力される。このように、事前準備におけるコンピュータ４による多階調画像発生用のパラメータを取得する処理、および、パターン検査処理における多階調画像発生器５２による処理により、被検査画像７２の特性に合わせた適切な多階調の参照画像６４が設計データ８１に基づいて容易に生成される。

既述のように実際には、パターン検査装置１では図８のステップＳ２２とステップＳ２３とが並行して行われる。すなわち、画像取得部３３にて被検査画像７２の各画素の値を順次取得しつつ、多階調画像発生器５２にて多階調の参照画像６４の各画素の値が順次が生成され、被検査画像７２の各画素の値と参照画像６４の対応する画素の値とが比較器５３に順次入力される。

比較器５３では、被検査画像７２の各画素の値と多階調の参照画像６４の対応する画素の値とが比較され、図１４に示すように、被検査画像７２中の欠陥７２１が特定された欠陥画像６５が生成される（図５：ステップＳ２４）。比較器５３では必要に応じて欠陥画像６５から欠陥の面積を示す特徴量等が取得され、欠陥画像６５と共に欠陥情報として欠陥メモリ５４に記憶される。なお、欠陥画像６５等の欠陥情報は必要に応じてコンピュータ４が有する表示部にて表示される。

以上のように、図１のパターン検査装置１では、基板９上に電子ビームを照射して二次電子または反射電子を検出することにより基板９上の微小なパターンの被検査画像７２が取得される。そして、設計データ８１から導かれる２値の参照画像を被検査画像７２の画素の値のヒストグラム７１１に基づいて多値化して多階調の参照画像６４を生成し、この参照画像６４と被検査画像７２とが比較されて基板９上のパターンが検査される。これにより、パターン検査装置１では設計データ８１に基づいて基板９上の微小なパターンの検査を精度よく行うことができる。また、基板９上に電子ビームを照射することによる基板９からの二次電子または反射電子を検出することにより基板９上の多階調の被検査画像７２が取得されるため、多層膜が形成された半導体基板であっても下層のパターンの影響を受けることなく、パターンを適切に検査することができる。

なお、ステップＳ３３において多階調の参照画像６４の各画素の値が、必ずしも対応する分割領域６３０に含まれる複数の画素の値の平均値とされる必要はなく、例えば、分割領域６３０に含まれる画素値Ａまたは画素値Ｂの個数に応じて予め決定されている値とされてもよい。また、中間画像６３における各分割領域６３０は、多階調の参照画像６４における１つの画素へと標本化されるのではなく、同一の値の２個以上の画素からなる領域へと変換されてもよい。すなわち、多階調画像発生器５２では、中間画像６３を複数の分割領域６３０へと分割し、複数の分割領域６３０のそれぞれに含まれる複数の画素の値が、当該複数の画素の値から求められる１つの画素値に実質的に置き換えられる。

また、パターン検査装置１では、記憶部５１が、例えば大容量かつ高速な記憶装置（例えば、ハードディスク装置）とされる場合には、多階調の参照画像６４を予め生成して記憶部５１に記憶しておき、パターン検査の際に被検査画像の取得と同期して読み出して比較器５３に出力し、被検査画像７２と多階調の参照画像６４とを比較して高速にパターンの検査を行うことも可能である。

さらに、図５の２値の参照画像を準備する処理において、ラスタ変換が施された後の２値の参照画像に対して丸め処理が施されてもよい。丸め処理の手法としては、例えば、上述の特許文献１に記載された手法を利用することができる。具体的には、２値の参照画像の各画素に順次注目し、注目画素を中心とする（Ｎ×Ｎ）画素（ただし、Ｎは奇数）の大きさの正方形領域を想定し、当該領域の４辺をなす複数の画素の値の総和を所定の値と比較し、比較結果に応じて注目画素の値を０から１または１から０に変換することにより、２値の参照画像におけるパターンのコーナー部に丸め処理が施される。

また、パターン検査装置１では２値の参照画像に対する丸め処理の他の手法として、上述の特許文献２における手法が採用されてもよい。この手法では、パターンのコーナーを検出する専用の２値のマスクパターンが準備され、マスクパターンを２値の参照画像に対して相対的に移動させながらマスクパターンの特定の画素の値と参照画像における対応する画素の値とが全て一致する場合に、マスクパターンの中心画素に対応する参照画像の画素の値が０から１または１から０に変換される。これにより、２値の参照画像におけるパターンのコーナー部が適切に丸められる。

次に、多階調の参照画像を生成する処理の他の例について説明する。本処理が採用される際には、上記の多階調画像発生用のパラメータを取得する処理は行われない。

まず、記憶部５１から参照画像圧縮データ８２が多階調画像発生器５２に出力され、リアルタイムにて伸張されて２値の参照画像データがラスタデータの形式で取得される（図１０：ステップＳ３１）。多階調画像発生器５２では、例えば、２値の参照画像を８ビットに量子化して０〜２５５までの２５６階調の参照画像を生成する場合には、２値の参照画像の０および１の画素値が０および２５５の画素値にそれぞれ変換される。続いて、２値の参照画像が複数の分割領域に分割され、各分割領域に含まれる複数の画素の値の平均値が算出される。各分割領域は、対応する平均値を画素値とする１つの画素とされて画像取得部３３の読み取り分解能に合わせた多階調の中間画像が生成される（ステップＳ３２）。なお、各分割領域は、同一の値の２個以上の画素からなる領域へと変換されて中間画像が生成されてもよく、既述のように、多階調画像発生器５２では、複数の分割領域のそれぞれに含まれる複数の画素の値を、当該複数の画素の値から求められる１つの多階調の画素値に実質的に置き換えて中間画像が生成される。

多階調画像発生器５２では、さらに、中間画像の画素の値のヒストグラムを被検査画像の画素の値のヒストグラムに近似させて多階調の参照画像を生成する処理が行われる（ステップＳ３３）。この処理の一手法としては、例えば、上述の特許文献６に記載された手法が利用される。

具体的には、中間画像の画素の値のヒストグラム、および、被検査画像の画素の値のヒストグラムおよび累積ヒストグラムを生成し、累積ヒストグラムから画素値の上限値および下限値を求めて所望の画素値範囲が選定される。続いて、中間画像から選定された画素値範囲が、被検査画像の選定された画素値範囲に一致するように中間画像の各画素の値が変換され、画素の値のヒストグラムが被検査画像の画素の値のヒストグラムに近似した多階調の参照画像が生成される。

多階調の参照画像が生成されると、被検査画像中のパターンのエッジに垂直な方向における画素の値の変化に応じて多階調の参照画像に平滑化フィルタが作用され、最終的な参照画像６４が取得される（ステップＳ３４）。以上の処理により、パターン検査装置１では多階調の参照画像を適切に、かつ、安定して生成することが実現され、設計データ８１に基づいて基板９上の微小なパターンの検査を精度よく行うことができる。

なお、中間画像を複数の領域に分割して各分割領域ごとにヒストグラムを生成し、このヒストグラムが被検査画像の対応する領域のヒストグラムと近似するように中間画像の各画素の値が分割領域ごとに変換されてもよい。また、検査領域の一部をプリスキャンし、プリスキャンにより得られた被検査画像の一部のヒストグラムと中間画像の対応する領域のヒストグラムとが近似するように中間画像から参照画像が生成されてもよい。すなわち、多階調画像発生器５２では様々な手法を用いて中間画像の全部または一部の領域の画素の値のヒストグラムを被検査画像の対応する領域の画素の値のヒストグラムに近似させることにより中間画像から多階調の参照画像が生成されてよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

発光部３５の撮像は必ずしもＴＤＩラインカメラ３６により行われる必要はなく、受光素子間で電荷を転送しないカメラ（例えば、一般的な２次元ＣＣＤカメラ）等が用いられてもよい。パターン検査装置１にて被検査画像を取得するために利用される対象物（基板）からの電子は二次電子または反射電子に限定されるものではなく、対象物上のパターンの情報を含む電子、すなわち、対象物から（直接または間接的に）導き出され、被検査画像を取得することができる電子であればどのようなものが利用されてもよい。例えば、後方散乱電子が利用されてもよく、撮像部を対象物に載置して透過電子により被検査画像が取得されてもよい。さらに、対象物付近に逆電界をかけ、対象物に衝突する前に軌道を反転させて得られる、いわゆるミラー電子（反射電子の一種とも捉えられる。）も利用可能である。

また、パターン検査を高速に行う必要がない場合には、多階調画像発生器５２および比較器５３の機能がソフトウェアにて実現されてもよい。

パターン検査装置１は、半導体基板上に積層された多層膜により形成されるパターンの検査に特に適しているが、例えばプリント配線基板や露光用マスク上に形成されたパターンの検査に利用することも可能である。

パターン検査装置の構成を示す図である。 ＴＤＩラインカメラの撮像面を簡略して示す図である。 プリスキャン画像を示す図である。 プリスキャン画像の画素の値のヒストグラムを示す図である。 ２値の参照画像を準備する処理の流れを示す図である。 設計データが示すパターンを示す図である。 丸め処理後のパターンを示す図である。 基板上のパターンを検査する処理の流れを示す図である。 被検査画像を示す図である。 多階調の参照画像を生成する処理の流れを示す図である。 ２値の参照画像を示す図である。 中間画像を示す図である。 多階調の参照画像を示す図である。 欠陥画像を示す図である。

符号の説明

１ パターン検査装置
４ コンピュータ
９ 基板
３１ 電子ビーム出射部
３３ 画像取得部
３４ 第２光学系
３５ 発光部
３６ ＴＤＩラインカメラ
５１ 記憶部
５２ 多階調画像発生器
５３ 比較器
６２，６４ 参照画像
６３ 中間画像
７２ 被検査画像
８１ 設計データ
６３０ 分割領域
７１１ ヒストグラム
Ｓ２１〜Ｓ２４ ステップ

Claims (9)

1. 対象物上のパターンを検査するパターン検査装置であって、
   対象物上に照射される電子ビームを出射する電子ビーム出射部と、
   対象物からの電子を検出することにより、対象物の多階調の被検査画像を取得する画像取得部と、
   対象物上に形成されたパターンの設計データを記憶する記憶部と、
   前記設計データに基づいて多階調の参照画像を生成する画像生成部と、
   前記画像取得部により取得された被検査画像と参照画像とを比較する比較部と、
   を備えることを特徴とするパターン検査装置。
2. 請求項１に記載のパターン検査装置であって、
   前記電子ビーム出射部が対象物上の撮像領域全体に電子ビームを照射し、
   前記画像取得部が、
   前記撮像領域からの電子ビームによる像を形成する光学系と、
   前記光学系により像が形成される位置にて電子像を撮像することにより前記被検査画像を取得する撮像部と、
   を有することを特徴とするパターン検査装置。
3. 請求項１または２に記載のパターン検査装置であって、
   前記画像生成部が、前記設計データから導かれる２値の参照画像を前記被検査画像の画素の値のヒストグラムに基づいて多値化して前記多階調の参照画像を生成することを特徴とするパターン検査装置。
4. 請求項３に記載のパターン検査装置であって、
   前記画像生成部が、前記ヒストグラムに基づいて複数の画素値範囲を設定し、前記ヒストグラムの両端に対応する２つの画素値範囲の代表値へと前記２値の参照画像の０および１の画素値をそれぞれ変換した中間画像を生成し、前記中間画像に基づいて前記多階調の参照画像を生成することを特徴とするパターン検査装置。
5. 請求項４に記載のパターン検査装置であって、
   前記画像生成部が、前記中間画像を複数の分割領域へと分割し、前記複数の分割領域のそれぞれに含まれる複数の画素の値を、当該複数の画素の値から求められる１つの値に実質的に置き換えることを特徴とするパターン検査装置。
6. 請求項３に記載のパターン検査装置であって、
   前記画像生成部が、前記２値の参照画像を複数の分割領域へと分割し、前記複数の分割領域のそれぞれに含まれる複数の画素の値を、当該複数の画素の値から求められる１つの多階調の画素値に実質的に置き換えた中間画像を生成し、さらに、前記中間画像の全部または一部の領域の画素の値のヒストグラムを前記被検査画像の対応する領域の画素の値のヒストグラムに近似させることにより前記中間画像から前記多階調の参照画像を生成することを特徴とするパターン検査装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のパターン検査装置であって、
   前記画像生成部が、前記被検査画像中のパターンのエッジに垂直な方向における画素の値の変化に応じて前記多階調の参照画像を平滑化することを特徴とするパターン検査装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のパターン検査装置であって、
   前記対象物が、多層膜が形成された半導体基板であることを特徴とするパターン検査装置。
9. 対象物上のパターンを検査するパターン検査方法であって、
   対象物上に電子ビームを照射する工程と、
   前記対象物からの電子を検出することにより、前記対象物の多階調の被検査画像を取得する工程と、
   前記対象物上に形成されたパターンの設計データに基づいて多階調の参照画像を生成する工程と、
   前記被検査画像と前記参照画像とを比較する工程と、
   を備えることを特徴とするパターン検査方法。

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