JP2006275611A - 試料検査装置、試料検査方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【目的】 装置を構成する各要素が起因となる物理的な誤差を補正し、検査画像と参照画像とをより高精度に一致させることを目的とする。
【構成】 Ｘ方向に１画素ずつ移動しながら所定の画素幅で被検査試料の光学画像を取得する画像データ取得部１５０と、取得された光学画像に対し、前記所定の方向に１画素ずつ移動しながら前記所定の画素幅以内の所定の画素幅で切り出す画素列を補正する補正回路１４０と、補正された画素列を順に並べて所定の領域の画像として切り出すエリア切出し回路２１５と、前記所定の領域の画像と参照画像とを比較する比較判定処理回路２１８と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、試料検査装置、試料検査方法、或いは、かかる方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに係り、例えば、半導体製造に用いる試料の検査装置及びその画像位置補正手法に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができるパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。電子ビーム描画装置については、文献にも記載されている（例えば、特許文献１参照）。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられており、文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）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。よって、かかる欠陥を検査する装置の開発が行われている。

一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）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（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）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高精度で検査する試料検査装置の開発も急務となってきている。

ここで、マスクの欠陥検査方法としては、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ検査」や、マスクパターンを描画する時に使用したＣＡＤデータ（設計データ）と比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、例えば、マスクの検査領域をＹ方向に重なり部分をもつストライプ状の複数の検査領域（検査ストライプ）に分割し、各検査領域ごとに順次検査を行い、最後に全ての検査領域の欠陥を統合してマスク全体の欠陥を検出する。

例えば、まず、マスクを搭載したＸＹステージを最初の検査ストライプの検査開始位置まで移動させる。そして、ＸＹステージをＸ方向に定速度で送りながら、レーザ干渉計で一定ピッチの移動を検出した毎にＹ方向にレーザスキャン光学装置でレーザビームを走査し、透過光を検出して所定の大きさのエリア毎に二次元画像を取得する。そして、そのエリアの光学画像は、参照画像と比較され、欠陥検出が行われる（例えば、特許文献３参照）。

ここで、検査装置を用いて光学画像を取得する場合、パターンが微細になるにつれ、装置を構成する各要素が起因となる物理的な誤差が無視できなくなる。１つに、ＸＹステージの移動時に発生する所定軸方向の軸ずれが挙げられる。ＸＹステージをＸ方向に移動させて、マスクの一端から他端に向けて光学画像を順次取得することとなるが、ＸＹステージの移動軌跡が直交誤差や移動直線誤差により湾曲或いは蛇行していると、取得された光学画像を合成した場合、その合成画像は、湾曲或いは蛇行した移動軌跡に沿って湾曲或いは蛇行されたものとして取得されてしまうこととなる。したがって、取得した光学画像と、参照画像は、位置ずれを起こしてしまう。その他、透過光を検出するセンサの取り付け位置ずれ、及び対物レンズにおけるひずみ誤差等の影響が挙げられる。かかる装置を構成する各要素が起因となる物理的な誤差が大きくなり、検査画像と参照画像が一致せず擬似欠陥が多発してしまうことが考えられる。よって、フォトマスクにおける設計パターンの微細化に伴い、単純にただ検査画像を取得したまま検査を行うと、必要とされる検査性能を達成できなくなってきている。

ここで、光学画像と参照画像とが比較される領域（ブロック）ごとに光学画像と参照画像とを位置合わせして、光学画像と参照画像とを比較する技術が文献に開示されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、かかるブロック単位での位置合わせでは、ブロック内の画像の歪みに対応できず、位置合わせにも限界が生じてしまう。
特開２００２−２３７４４５号公報 米国特許５３８６２２１号公報 特開２０００−１４７７４９号公報 特開２００１−２２９３５号公報

以上のように、欠陥検査装置では、装置を構成する各要素が起因となる物理的な誤差が大きくなり、検査画像と参照画像が一致せず擬似欠陥が多発してしまうことが考えられる。よって、フォトマスクにおける設計パターンの微細化に伴い、必要とされる検査性能を達成できなくなってきている。

本発明は、上述した問題点を克服し、装置を構成する各要素が起因となる物理的な誤差を補正し、検査画像と参照画像とをより高精度に一致させることを目的とする。

本発明の一態様の試料検査装置は、
被検査試料を載置して所定の方向に移動するステージを有し、所定の方向に１画素ずつ移動しながら所定の画素幅で被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
取得された光学画像に対し、前記ステージの移動位置の誤差を画素数に換算して、誤差分の整数画素数だけ切り出す画素列の位置を補正する補正部と、
補正された画素列を順に並べて所定の領域の画像として切り出す切り出し部と、
前記所定の領域の画像と参照画像とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。

また、本発明の一態様の試料検査方法は、
所定の方向に１画素ずつ移動しながら所定の画素幅で被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得工程と、
取得された光学画像に対し、前記所定の方向に１画素ずつ移動しながら前記所定の画素幅以内の所定の画素幅で切り出す画素列を補正する補正工程と、
補正された画素列を順に並べて所定の領域の画像として切り出す切り出し工程と、
前記所定の領域の画像と参照画像とを比較する比較工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、かかる手法をコンピュータに実行させるためのプログラムにより実現させる場合に、本発明の一態様のプログラムは、
所定の方向に１画素ずつ移動しながら所定の画素幅で取得された被検査試料の光学画像を入力し、記憶装置に記憶する光学画像入力処理と、
前記記憶装置に記憶された光学画像に対し、前記所定の方向に１画素ずつ移動しながら前記所定の画素幅以内の所定の画素幅で切り出す画素列を補正する補正処理と、
補正された画素列を順に並べて所定の領域の画像として切り出す切り出し処理と、
前記所定の領域の画像と参照画像とを比較する比較処理と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、画素列ごとに補正されるため、参照画像と比較する所定の領域の画像は、内部で歪みが生じていたとしても歪みに応じて補正することができる。よって、光学画像と参照画像との一致度を向上させることができる。その結果、擬似欠陥を減少させることができる。よって、必要とされる検査性能を達成することができる。

パターンが微細になるにつれ、装置を構成する各要素が起因となる物理的な誤差が無視できなくなる。ＸＹステージの移動時に発生する所定軸方向の軸ずれ、センサの取り付け位置ずれ、及び対物レンズにおけるひずみ誤差等の影響が大きくなり、検査画像と参照画像が一致せず擬似欠陥が多発してしまうことが考えられる。そこで、以下に記載する各実施の形態では、これら物理的な誤差を補正するための機能を検査装置に搭載し、取得した検査画像に対して補正処理を実行した後に欠陥検出処理を行うことにより、微細パターンの検査処理に対応していく手法について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における試料検査装置の構成を示す概念図である。
図１において、マスクやウェハ等の基板を試料として、かかる試料の欠陥を検査する試料検査装置１００は、後述する図２で示す光学画像取得部となる画像データ取得部とパターン検査部を備えている。光学画像取得部は、ＸＹθテーブル１０２（ステージ）、レーザ光源１０３、拡大光学系の一例である対物レンズ１０４、フォトダイオードアレイ等の一例となるＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサ１０５、センサ回路１０６、例えば、レーザ干渉計スケール若しくはリニアスケールを用いるレーザ測長システム１２２、オートローダ１３０を備えている。パターン検査部となる制御系回路では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、プリンタ１１９、補正部の一例となる補正回路１４０に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。

図２は、実施の形態１における試料検査装置の動作を説明するためのブロック図である。
図２において、比較回路１０８は、比較領域設定部の一例となるエリア切り出し回路２１５、位置合わせ部の一例である位置合わせ回路２１６、比較部の一例となる比較判定処理回路２１８を有している。

画像データ取得部１５０では、画像データが取得される。
被検査試料となるレチクル１０１は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置され、レチクル１０１に形成されたパターンには適切なレーザ光源１０３によって光が照射される。レチクル１０１を透過した光は対物レンズ１０４を介して、ＴＤＩセンサ１０５に光学像として結像し、入射する。

図３は、光学画像の取得手順を説明するための図である。
まず、全体アライメント工程として、検査に先立ち測定パターンデータと設計イメージデータとの位置合わせ（全体アライメント）を行っておく。これは、試料に設けられた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。レチクル１０１の被検査領域は、図３に示すように、Ｙ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数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各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１０２の動作が制御され、Ｘ方向に移動しながら光学画像が取得される。ＴＤＩセンサ１０５には、スキャン幅Ｗの画素数を受光できるようにスキャン幅Ｗの画素数分の複数の素子が配置される。Ｘ方向に１画素ずつ移動しながら所定の画素幅、すなわち、スキャン幅Ｗでレチクル１０１の光学画像を取得する。ＴＤＩセンサ１０５では、図３に示されるようなスキャン幅Ｗの画像（画素列）をＸ方向に１画素ずつ移動しながら連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプにおける画像を取得した後、第２の検査ストライプ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。そして、第３の検査ストライプ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。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。

ＴＤＩセンサ１０５上に結像されたパターンの像は、スキャン幅Ｗの画素列ごとに、ＴＤＩセンサ１０５によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。これらのレーザ光源１０３、対物レンズ１０４、ＴＤＩセンサ１０５、センサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。

ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。そして、ＸＹθテーブル１０２の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。また、ＸＹθテーブル１０２上のレチクル１０１はオートローダ制御回路１１３により駆動されるオートローダ１３０から搬送されるものとなっている。

センサ回路１０６から出力された測定パターンデータは、スキャン幅Ｗの画素列ごとに、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるレチクル１０１の位置を示すデータとともに補正回路１４０に送られる。

一方、レチクル１０１のパターン形成時に用いた設計データ（ＣＡＤデータ）は、記憶装置の一例である磁気ディスク１０９から制御計算機１１０を通して展開回路１１１に読み出される。展開回路１１１により、読み出された被検査試料となるレチクル１０１の設計画像データが２値ないしは多値のイメージデータに変換され、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータに適切なフィルタ処理を施し、参照画像を作成する。

図４は、フィルタ処理を説明するための図である。
センサ回路１０６から得られた測定パターンデータは、対物レンズ１０４の解像特性やＴＤＩセンサ１０５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータにもフィルタ処理を施して、測定パターンデータに合わせるためである。

補正回路１４０では、取得された複数の画素列に対し、Ｘ方向に１画素ずつ移動しながらスキャン幅Ｗ以内の所定の画素幅で切り出す有効画素列を補正する。そして、比較回路１０８内では、エリア切出し回路２１５が、補正された有効画素列をＸ方向に順に並べた画像データと、参照画像とを所定の領域（エリア）の画像として切り出す。そして、位置合わせ回路２１６が、画像データと参照画像との位置合わせ（エリアアライメント）を行い、比較判定処理回路２１８が、エリアアライメントされた画像データと参照画像とを比較し、例えば、その差分が設定された閾値以上であれば欠陥として判定する。

図５は、実施の形態１における信号処理系での処理工程の要部のフローチャート図である。

各処理における結果データは、記憶装置である例えば磁気ディスク装置１０９に記憶される。或いは、制御計算機１１０内のメモリ等に記憶されても構わない。

Ｓ（ステップ）６０２において、補正回路１４０は、センサ回路１０６から第ｎ番目の画素列データを入力する。

Ｓ６０４において、補正回路１４０は、補正パラメータを入力する。ここで、補正パラメータとして、例えば、ＸＹθテーブル１０２のＹ方向の位置ずれ、ＴＤＩセンサ１０５の素子の取り付け位置ずれ、或いは対物レンズ１０４におけるひずみ等に関連したパラメータが挙げられる。

図６は、実施の形態１における装置を構成する各要素が起因となる物理的な誤差を説明するめの概念図である。
図６に示すように、画像データを取得する際に、ＸＹステージとなるＸＹθテーブル１０２をＸ方向に移動させる場合のＹ方向の位置ずれが生じる場合がある。また、資料となるレチクル１０１を透過したレーザ光が、対物レンズ１０４を透過する場合に生じるひずみが挙げられる。また、レーザ光を受光するＴＤＩセンサ１０５に配置された素子の取り付け位置ずれが挙げられる。

Ｓ６０８において、補正回路１４０は、補正量を演算する。例えば、ここでは、画像補正１（所定軸方向の軸ずれ補正）として、ＸＹθテーブル１０２をＸ方向に移動させる場合のＹ方向の位置ずれを補正する。
図７は、ＸＹθテーブルをＸ方向に移動させる場合のＹ方向の位置ずれを補正する手法を説明するための図である。
ここでは、画像データ取得時に生じるＸＹステージとなるＸＹθテーブル１０２の位置ずれに起因する誤差を補正する。画像補正１の補正量演算は、画像データ取得部１５０より転送される座標（転送座標）Ｙと、予め補正回路１４０に設定される基準座標（補正座標）Ｙ’の差分から補正量を求める。ここで、座標から求められる差分は画像取得時の物理座標系（レーザ干渉計スケールもしくは、リニアスケール）の単位で与えられるため、画像処理として扱うことのできる単位に変換する。

まず、転送座標及び補正座標における、レーザ干渉計及びリニアスケールスケールの単位としてＳ［ｎｍ］が規定されているとすると、転送座標の位置はＳ・Ｙ［ｎｍ］、基準座標の位置はＳ・Ｙ’［ｎｍ］で表すことができる。よって、補正量は、Ｓ・Ｙ’−Ｓ・Ｙ［ｎｍ］となる。一方、画像処理において、各画素について、ピクセル分解能をＶとして、Ｖサブピクセル（Ｖは、例えば２５６程度とする）を１ピクセル（１画素）と規定すると、補正の単位は、画素１辺の長さをＬとしたとき、距離分解能は、Ｌ／Ｖ［ｎｍ］となる。
したがって、転送座標、補正座標の差分と等しくなるように補正量を求めればよいので、補正量をＣとすると、式１が導出される。

式１：Ｃ・Ｌ／Ｖ＝Ｓ（Ｙ’−Ｙ）
よって、Ｃ＝α（Ｙ’−Ｙ）となる。（但し、α＝Ｓ・Ｖ／Ｌ）

ここで、単位Ｓ、ピクセル分解能Ｖ、長さＬを、予め設定しておけば、補正単位を物理座標系から画像処理系に変換するパラメータαを求めることができる。そして、αの計算結果を補正パラメータとして補正回路１４０に設定する。補正パラメータαは、記憶装置に記憶しておけばよい。

Ｓ６１０において、画素列を構成する各画素の階調値を演算する。１画素未満の補正量については、画素列を構成する各画素の階調値を再設定することで補正する。階調値の演算については、後述する。

Ｓ６１２において、画素列の位置を補正する。
図８は、画素列の位置をシフトする手法を説明するための図である。
かかる式１にて計算した結果、画像補正１の補正処理は、１画素以上の差分に対して画像データの取り込み位置（タイミング）を調整し、画素単位の移動を行うことで差分を補正する。例えば、式１にて計算した結果、Ｙ方向に１＋１００／２５６画素の補正が必要な場合、整数である１画素について、有効画素の取り込み（切り出し）位置をシフトする。図８（ａ）に示すように、画像データ取得部１５０により取得された第ｎ画素列について、スキャン幅Ｗの画素列の画素数を２０４８画素とした場合であって、設計上では、３画素目から２０４６画素目までを有効画素列として、その前後を無効画素とする場合、図８（ｂ）に示すように、補正量のうちの整数部分の１画素分、有効画素列をシフトすることで、位置ずれ補正を行なう。すなわち、ここでは、４画素目から２０４７画素目までを有効画素列とするように補正する。

しかし、このままでは、残りの１００／２５６画素分の補正ができていない。しかし、１画素未満のずれ量なので、画素の移動で補正することができない。そこで、本実施の形態１では、１画素未満の補正量については、画素列の各画素の階調値を補正する。画素の階調値を補正することで、擬似的な画素の移動を行ない、位置ずれに相当する差分を補正する。

図９は、１画素未満のずれ量について、画素の階調値を補正する手法を説明するための図である。
１画素未満の補正は高次補間（２次以上）にて行うことが望ましい。高次補間にて階調値を補正することで、高精度な補正をすることができる。ここで言う高次補間では、補正対象となる画素とその前後の画素を移動量に応じた割合で合成し、補正後の階調値を算出する。説明を省略したＳ６１０における階調値演算の手法を以下に説明する。有効画素列のうち、図５（ａ）に示すように、例えば、Ｎ番目の画素の階調値Ｚ_ｎを演算する場合について説明する。ここでは、一例として、高次補間処理を、３次（補正対象画素に対して補正方向に２画素、逆方向に１画素を合成）の補間を行なう。１画素未満の補正量をＣｄとすると、０＜Ｃｄ＜Ｖの場合、Ｎ−１番目の画素の階調値Ｚ_ｎ−１、Ｎ＋１番目の画素の階調値Ｚ_ｎ＋１、Ｎ＋２番目の画素の階調値Ｚ_ｎ＋２とすると、式２により階調値Ｚ_ｎを演算することができる。

式２：Ｚ_ｎ＝（ｄＺ_ｎ−１＋ｃＺ_ｎ＋ｂＺ_ｎ＋１＋ａＺ_ｎ＋２）／Ｋ
但し、Ｋ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ

一方、−Ｖ＜Ｃｄ＜０の場合、Ｎ−２番目の画素の階調値Ｚ_ｎ−２、Ｎ−１番目の画素の階調値Ｚ_ｎ−１、Ｎ＋１番目の画素の階調値Ｚ_ｎ＋１とすると、式３により階調値Ｚ_ｎを演算することができる。
式３：Ｚ_ｎ＝（ａＺ_ｎ−２＋ｂＺ_ｎ−１＋ｃＺ_ｎ＋ｄＺ_ｎ＋１）／Ｋ
但し、Ｋ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ

図１０は、割合を示す係数の表を示す図である。
図１０に示すように、合成する割合を示す係数ａ、ｂ、ｃ、ｄの各値は、補正する１画素未満のずれ量に基づいて、一意に決まる値となる。例えば、３／２５６画素の補正を行なう場合、各係数は、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３の値を用いる。各値は、予め求めておけばよい。各画素に対する補間の割合は、補正量に対応した値をあらかじめ計算しておき、補正回路のパラメータとして設定し、記憶装置に記憶しておけばよい。そして、補正実行時に対応した補正パラメータを読み出して使用する。

上述したように、高精度な補正を行なうためには、高次補間による演算が望ましいが、１次補完による演算を行なって構わない。１次補完でも演算を行なうことにより、１画素未満のずれ量を補正することができる。
図１１は、１次補間による演算を行なった場合の一例を示す図である。
図８に示したように、１画素シフトして、残り１００／２５６画素の補正が残っている場合について説明する。図１１（ａ）に示すように、例えば、１画素シフトして、４画素目から有効画素が始まる場合であって、４画素目の階調値が５０、５画素目の階調値が７０であったとする。残り１００／２５６画素の補正に基づいて、４画素目の階調値を演算する。１次補間では、補正方向の１画素を合成する。１００／２５６画素を補正するため、５画素目の階調値を１００／２５６の割合で、４画素目の階調値に合成する。したがって、４画素目の階調値のうち、１００／２５６の割合を差し引くことになる。よって、４画素目の階調値Ｚ_４＝（１−１００／２５６）・５０＋１００／２５６・７０≒５８となり、図１１（ｂ）に示すように、４画素目の階調値「５８」を演算することができる。

以上のように、有効画素列の各画素について、補正後の階調値を演算することで、その画素列について位置ずれを補正することができる。そして、補正回路１４０は、Ｘ方向に１画素ずつ移動しながらスキャン幅Ｗで取得された画素列に対し、Ｘ方向に１画素ずつ移動しながらスキャン幅Ｗ以内の所定の画素幅で切り出す有効画素列の位置を順に補正する。同様に、１画素未満の画素ずれがある場合には、上述したように、各画素に対し、階調値を演算し、再設定する。

以上の手法により、ＸＹステージの所定軸方向の軸ずれに起因する誤差を、補正パラメータで乗じた補正値を算出し、１画素以上の誤差に対しては画素単位の移動を行うことで補正し、１画素未満の誤差に対しては画像データの階調値を補正することで、より信頼性の高いパターン検査を可能とすることができる。

続いて、画像補正２（伸縮補正）として、ＴＤＩセンサ１０５に配置された素子の取り付け位置ずれを補正する手法について説明する。図６に示すように、ＴＤＩセンサ１０５は、画像データ取得用センサであり、縦方向（Ｙ方向）にセンサ素子が直列に並んでいる。しかし、各々の素子間の間隔にはバラツキがあり、本画像補正２ではこの誤差の補正を行う場合を説明する。

各センサ素子の位置ずれ量は、予め、校正したＴＤＩセンサを用いて所定のレチクルから取得した画像データと本装置のＴＤＩセンサ１０５を用いて所定のレチクルから取得した画像データとの比較により画像処理における補正量Ｃを計測しておけばよい。そして、画像補正２の補正処理は画像データの伸縮を画素の移動として置き換えれば、画像補正１と同様の手法で実現することができる。すなわち、ＸＹθテーブル１０２をＸ方向に移動させる場合のＹ方向の位置ずれを補正する手法と同様に、式２或いは式３を用いて、階調値を演算する。ここで、制御計算機１１０を介して記憶装置である例えば磁気ディスク装置１０９から各センサ素子に対応するセンサ間隔の伸縮補正値が補正回路１４０に転送される。

但し、図６に示すように、センサ素子のずれは、Ｙだけとは限らず、Ｘ方向にも位置ずれを起こしている可能性がある。よって、補正量Ｃは、ＸＹ両方向について演算する方が望ましい。また、各センサ素子は、それぞれ、ずれ方が違う可能性がある。よって、補正量Ｃは、各センサ素子ごとに演算する。

センサ素子のずれ補正は、画素列の少なくとも１つの画素の階調値を再設定することにより補正する。いずれかのセンサ素子が１画素以上ずれると、必要な画素が１画素無くなってしまうことになるので、ここでは、１画素未満のずれ量を想定して補正する。つまり、高次補間により補正対象となる画素と、その前後の画素の階調値を補正量に応じた割合で合成し、補正後の階調値を算出する。例えば、３次補完を演算する場合には、式２或いは式３を用いて、演算すればよい。ここで、上述したように、画像補正２の場合は隣り合うセンサ間隔が各々一定ではないため、間隔の誤差（伸縮量）に応じて階調値を合成する割合が変る。したがって、各画素に、画像データ取得部１５０から転送された伸縮量に対応したパラメータを与える。

以上のように、前記センサに配置された複数の受光素子の配置位置の誤差について、前記画素列のうち、少なくとも１つの画素の階調値を補正することにより、各々のセンサ素子の間隔におけるバラツキを起因とする誤差を補正した画像データを利用することができる。よって、より信頼性の高いパターン検査が可能になる。

続いて、画像補正３（ひずみ補正）として、図６に示すように、レチクル１０１を透過したレーザ光が対物レンズ１０４を通過する際に生じる、レンズの特性に起因するひずみ誤差を補正する手法について説明する。

レーザ光が通過する対物レンズ１０４の位置により変化する誤差（ひずみ量）が異なるため、ＴＤＩセンサ１０５の各センサ素子に対応するレンズのひずみ補正値をパラメータとして計測しておく。例えば、校正されたＴＤＩセンサ１０５を用いて、所定のレチクルから取得した画像データのずれ量に基づいた補正量Ｃを対物レンズ１０４の位置により変化する誤差（ひずみ量）として計測しておけばよい。補正値は、制御計算機１１０を介して記憶装置である例えば磁気ディスク装置１０９から補正回路１４０に各センサ素子に対応するレンズのひずみ補正値が転送される。

そして、画像補正３の補正処理は、画像データのひずみを画素の移動として置き換えれば、画像補正１と同様の手法で実現することができる。すなわち、ＸＹθテーブル１０２をＸ方向に移動させる場合のＹ方向の位置ずれを補正する手法と同様に、式１により、画像処理における補正量Ｃを演算する。

対物レンズ１０４による誤差（ひずみ量）補正は、画素列の少なくとも１つの画素の階調値を再設定することにより補正する。つまり、高次補間により補正対象となる画素と、その前後の画素の階調値を補正量に応じた割合で合成し、補正後の階調値を算出すればよい。例えば、３次補完を演算する場合には、式２或いは式３を用いて、演算すればよい。ここで、上述したように、画像補正３の場合は、レーザ光が通過するレンズの位置により変化する誤差（ひずみ量）に対応して、階調値を合成する割合も変化する。したがって各画素に、転送されたひずみ量に対応したパラメータを与える。

以上のように、対物レンズ１０４がレチクル１０１を透過した光を透過する場合に生じるひずみ誤差について、前記画素列のうち、少なくとも１つの画素の階調値を補正することにより、レンズのひずみに起因する誤差を補正した画像データを利用することで、より信頼性の高いパターン検査を可能にすることができる。

以上の説明において、画像補正１（所定軸方向の軸ずれ補正）と画像補正２（伸縮補正）と画像補正３（ひずみ補正）とについて説明したが、いずれか１つでも行なうことでも構わない。或いは、いずれか２つの組み合わせを行なうことでも構わない。或いは、すべての補正処理を行なうことでも構わない。より多くの補正処理を行なう方が、より高精度な画像補正を行なうことができるので望ましい。

図１２は、３つの補正処理を行なう場合の階調値演算を説明するための図である。
図１２に示すように、複数の補正処理を行なう場合には、高次補完をする前に、補正量Ｃを合成しておくとより高精度の補正を行なうことができる。ここでは、画像補正１（所定軸方向の軸ずれ補正）による補正量と画像補正２（伸縮補正）による補正量と画像補正３（ひずみ補正）による補正量とから全体の補正量を算出し、かかる全体の補正量に基づいて、画素列の各画素の階調値を演算する。そして、補正回路１４０は、演算された階調値に各画素の階調値を再設定するとよい。
→

Ｓ６１４において、参照回路１１２では、ＣＡＤデータを入力する。

Ｓ６１６において、参照回路１１２では、上述したように、入力されたＣＡＤデータに基づいて、参照画像を作成する。

Ｓ６１８において、比較回路１０８内では、エリア切出し回路２１５が、補正された有効画素列をＸ方向に順に並べた画像データと、参照画像とを所定の領域（エリア）の画像として切り出す。そして、位置合わせ回路２１６が、画像データと参照画像との位置合わせ（エリアアライメント）を行なう。

Ｓ６２０において、比較判定処理回路２１８が、エリアアライメントされた画像データと参照画像とを比較し、例えば、その差分が設定された閾値以上であれば欠陥として判定する。

図１３は、補正された画像データの一例を示す図である。
画像データ取得部１５０により取得された画像データを補正しない場合、図１３（ａ）に示すように、参照画像と比較する所定のエリアのスキャン画像は、歪んだままとなってしまい、擬似欠陥を欠陥と判定してしまう。本実施の形態１の手法により、画素列ごとに補正することにより、所定のエリアのスキャン画像は、歪みを解消することができる。よって、検査画像と参照画像とをより高精度に一致させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、レーザ光がレチクル１０１を透過した光を受光した画像データ（スキャン画像）を用いているが、レーザ光がレチクル１０１を反射した光を受光した画像データ（スキャン画像）を用いても好適である。
図１４は、実施の形態２における反射型の試料検査装置の構成について説明するための概念図である。
図１４において、レーザ光は、ハーフミラーにより反射されて、対物レンズを介してレチクルを照射する。そして、レチクルから反射されたレーザ光は、対物レンズとハーフミラーを介してＴＤＩセンサに受光される。反射光を用いる場合には、画像データ取得部１５０により取得された画像データが反転しているので、参照回路１１２により作成される参照画像も同様に反転させた画像とすることが望ましい。その他の構成は、実施の形態１と同様で構わないため説明を省略する。

以上のように、反射光を用いる構成においても、画像補正１（所定軸方向の軸ずれ補正）と画像補正２（伸縮補正）と画像補正３（ひずみ補正）とのうち、少なくとも１つの補正処理を行なうことで、参照画像との一致度を向上させ、擬似欠陥を減少させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、透過光と反射光との両方を用いる構成について説明する。
図１５は、実施の形態３における試料検査装置の構成について説明するための概念図である。
図１５において、レーザ光がステージ上に配置されたレチクルを透過した光を対物レンズとハーフミラーを介してＴＤＩセンサにより受光した画像データ（スキャン画像）と、レーザ光がハーフミラーにより反射されて、対物レンズを介してレチクルを照射し、レチクルから反射されたレーザ光が対物レンズとハーフミラーを介してＴＤＩセンサにより受光した画像データ（スキャン画像）との両方を用いる。そして、透過光と反射光とのどちらを用いる構成においても、画像補正１（所定軸方向の軸ずれ補正）と画像補正２（伸縮補正）と画像補正３（ひずみ補正）とのうち、少なくとも１つの補正処理を行なうことで、参照画像との一致度を向上させ、擬似欠陥を減少させることができる。

図１６は、所定のパターンを用いて透過光を用いたパターン欠陥検査と反射光を用いたパターン欠陥検査との比較を示す図である。
図１６（ａ）に示すようなガラス基板上にハーフトーン膜が一部に形成されたレチクルのパターン欠陥検査を行なう場合、図１６（ｂ）に示すように、透過光を用いたパターン欠陥検査では、透過領域とハーフトーン領域との差が大きく表れるのに対し、図１６（ｃ）に示すように、反射光を用いたパターン欠陥検査では、透過領域とハーフトーン領域との差が小さく判断しにくくなってしまう。よって、透過領域に対し、遮光領域（ハーフトーン領域）の割合が、小さい場合、透過光を用いたパターン欠陥検査の方が、より高精度な検査をすることができる。

図１７は、別のパターンを用いて透過光を用いたパターン欠陥検査と反射光を用いたパターン欠陥検査との比較を示す図である。
図１７（ａ）に示すようなガラス基板上にハーフトーン膜が形成され、ハーフトーン膜の一部に透過領域が形成されたレチクルのパターン欠陥検査を行なう場合、図１７（ｂ）に示すように、透過光を用いたパターン欠陥検査では、透過領域とハーフトーン領域との差が小さく表れて判断しにくくなってしまうのに対し、図１７（ｃ）に示すように、反射光を用いたパターン欠陥検査では、透過領域とハーフトーン領域との差が大きく判断しやすくなる。よって、遮光領域（ハーフトーン領域）に対し、透過領域の割合が、小さい場合、反射光を用いたパターン欠陥検査の方が、より高精度な検査をすることができる。

以上のように、透過光を用いたパターン欠陥検査と反射光を用いたパターン欠陥検査とでは、それぞれに一長一短がある。そこで、実施の形態３では、透過光と反射光との両方を用いてそれぞれ検査を行なうことで、より高精度がパターン欠陥検査を行なうことができる。

上述したように、反射光を用いる場合には、画像データ取得部１５０により取得された画像データが透過光を用いた場合と反転しているので、参照回路１１２により作成される参照画像も同様に反転させた画像となる。よって、透過光を用いて取得された画像データ（スキャン画像）と透過光用の参照画像とを比較し、反射光を用いて取得された画像データ（スキャン画像）と反射光用の参照画像とを比較する。或いは、透過光を用いて取得された画像データ（スキャン画像）の反転画像と反射光用の参照画像とを比較し、反射光を用いて取得された画像データ（スキャン画像）の反転画像と透過光用の参照画像とを比較してもよい。さらに、透過光を用いて取得された画像データ（スキャン画像）の反転画像と反射光を用いて取得された画像データ（スキャン画像）とを比較してもよい。或いは、透過光を用いて取得された画像データ（スキャン画像）と反射光を用いて取得された画像データ（スキャン画像）の反転画像とを比較してもよい。

以上のように、透過光と反射光との両方を用いることにより、より高精度にレチクルの欠陥を検出することができる。

以上のように、ＸＹステージの軸方向誤差だけではなく、さらに、センサの各素子間隔の取り付け誤差に起因する誤差の補正手段として、センサの各素子間隔対応した所定方向の誤差を数値として持ち、対物レンズのレンズひずみに起因する誤差の補正手段として、レーザ光が対物レンズを透過する位置で決定するレンズひずみに対応した所定方向の誤差を数値として持ち、それらの誤差を画素の移動として置き換えて画素のシフト量を算出して検査画像に対し画像補正を行う機能を備えることにより高精度な画像補正を行うことができる。そして、かかる誤差に対応したシフト量算出の結果、１画素未満の画素のシフト量に対しては、画素の階調値を調整し対象となる画素とその前後の画素の階調値をシフト量に対応した割合で合成し、擬似的な画素のシフトを実現する機能を備えることで、位置補正できないサブピクセル範囲でも画像補正を行なうことができる。

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。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。

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。例えば、上述した各実施の形態では、レチクルから取得した光学画像（画像データ）側を補正しているが、参照画像側を代わりに補正しても構わない。

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、及び試料検査方法は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１における試料検査装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１における試料検査装置の動作を説明するためのブロック図である。 光学画像の取得手順を説明するための図である。 フィルタ処理を説明するための図である。 実施の形態１における信号処理系での処理工程の要部のフローチャート図である。 実施の形態１における装置を構成する各要素が起因となる物理的な誤差を説明するめの概念図である。 ＸＹθテーブルをＸ方向に移動させる場合のＹ方向の位置ずれを補正する手法を説明するための図である。 画素列の位置をシフトする手法を説明するための図である。 １画素未満のずれ量について、画素の階調値を補正する手法を説明するための図である。 割合を示す係数の表を示す図である。 １次補間による演算を行なった場合の一例を示す図である。 ３つの補正処理を行なう場合の階調値演算を説明するための図である。 補正された画像データの一例を示す図である。 実施の形態２における反射型の試料検査装置の構成について説明するための概念図である。 実施の形態３における試料検査装置の構成について説明するための概念図である。 所定のパターンを用いて透過光を用いたパターン欠陥検査と反射光を用いたパターン欠陥検査との比較を示す図である。 別のパターンを用いて透過光を用いたパターン欠陥検査と反射光を用いたパターン欠陥検査との比較を示す図である。

符号の説明

１００ 試料検査装置
１０１ レチクル
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ レーザ光源
１０４ 対物レンズ
１０５ ＴＤＩセンサ
１０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１２ 参照回路
１１５ 磁気テープ装置
１４０ 補正回路
２１５ エリア切り出し回路
２１６ 位置合わせ回路
２１８ 比較判定処理回路

Claims (7)

1. 被検査試料を載置して所定の方向に移動するステージを有し、所定の方向に１画素ずつ移動しながら所定の画素幅で被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
   取得された光学画像に対し、前記ステージの移動位置の誤差を画素数に換算して、誤差分の整数画素数だけ切り出す画素列の位置を補正する補正部と、
   補正された画素列を順に並べて所定の領域の画像として切り出す切り出し部と、
   前記所定の領域の画像と参照画像とを比較する比較部と、
   を備えたことを特徴とする試料検査装置。
2. 前記補正部は、さらに、前記画素列のうち、少なくとも１つの画素の階調値を補正することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
3. 前記補正部は、前記誤差を画素数に換算する場合に、１画素未満の単位となる誤差分について、さらに、前記画素列の各画素の階調値を補正することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
4. 前記光学画像取得部は、前記所定の画素幅の画素数分の複数の受光素子を配置するセンサを有し、
   前記補正部は、前記センサに配置された複数の受光素子の配置位置の誤差分について、前記画素列のうち、少なくとも１つの画素の階調値を補正することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
5. 前記光学画像取得部は、前記被検査試料を透過或いは反射した光を透過するレンズを有し、
   前記補正部は、前記レンズが前記被検査試料を透過或いは反射した光を透過する場合に生じるひずみ誤差分について、前記画素列のうち、少なくとも１つの画素の階調値を補正することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
6. 所定の方向に１画素ずつ移動しながら所定の画素幅で被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得工程と、
   取得された光学画像に対し、前記所定の方向に１画素ずつ移動しながら前記所定の画素幅以内の所定の画素幅で切り出す画素列を補正する補正工程と、
   補正された画素列を順に並べて所定の領域の画像として切り出す切り出し工程と、
   前記所定の領域の画像と参照画像とを比較する比較工程と、
   を備えたことを特徴とする試料検査方法。
7. 所定の方向に１画素ずつ移動しながら所定の画素幅で取得された被検査試料の光学画像を入力し、記憶装置に記憶する光学画像入力処理と、
   前記記憶装置に記憶された光学画像に対し、前記所定の方向に１画素ずつ移動しながら前記所定の画素幅以内の所定の画素幅で切り出す画素列を補正する補正処理と、
   補正された画素列を順に並べて所定の領域の画像として切り出す切り出し処理と、
   前記所定の領域の画像と参照画像とを比較する比較処理と、
   をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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