JP2008003111A

JP2008003111A - パターン検査装置、及びパターン検査方法

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Publication number: JP2008003111A
Application number: JP2006169512A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Nakatani; 裕一中谷
Original assignee: Advanced Mask Inspection Technology Inc
Current assignee: Advanced Mask Inspection Technology Inc
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2026-06-20
Also published as: US20070292014A1; JP4359601B2; US7756318B2

Abstract

【課題】検査対象試料のパターンのローカルＣＤエラーを簡単に検出する。
【解決手段】パターン検査装置は、検査対象試料内の特定パターンの周辺にあり特定パターンと類似する複数の類似周辺パターンを求める類似周辺パターン探査部１４と、特定パターンと類似周辺パターンとの非類似度を求める非類似度算出部２０と、非類似度から許容誤差を除いて、ローカルＣＤエラー判定値を求めるばらつき評価部２２と、ローカルＣＤエラー判定値が特定パターンと類似周辺パターン間の距離が増大した時に、しきい値を超えるとローカルＣＤエラーと判定するローカルＣＤエラー判定部２４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象試料のパターン検査装置及びパターン検査方法に関するものであり、特に、半導体素子や液晶ディスプレイパネル、及びその製造に使用するレチクル（マスク）のパターン検査装置及びパターン検査方法に関するものである。

一般に、ＬＳＩの製造には多大なコストがかかるため、歩留まりの向上が欠かせない。歩留まりを低下させる要因の一つとして、半導体ウエハ上に微細パターンをリソグラフィ技術で露光・転写する際に使用されるレチクルのパターン欠陥があげられる。近年、ＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、検出しなければならない欠陥の最小寸法も微細化している。そのため、レチクルの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要になっている。

パターン欠陥の有無を検査する方法には、大きく分けて、ダイとダイとの比較（Die to
Die比較）と、ダイとデータベースとの比較（Die to Database比較）がある。Die to Die比較（ＤＤ比較）は、レチクル上の２つのダイを比較して欠陥を検出する方法であり、Die
to Database比較（ＤＢ比較）は、レチクル上のダイとＬＳＩ設計用ＣＡＤデータから発生させたデータベースを比較して欠陥を検出する方法である。なお、ＤＤ比較における２枚のダイのうち、欠陥検査対象となる画像を光学画像と呼び、もう一枚のリファレンスとなる光学画像を基準画像と呼ぶ。また、ＤＢ比較におけるダイ画像を光学画像と呼び、データベースの参照画像を基準画像とよぶ。

近年、レチクル上のパターンの微細化に伴い、比較対象画像同士の画素位置ズレや画像の伸縮・うねり、センシングノイズに埋もれるほどの欠陥を検出する必要が生じている。このような微細な欠陥を検出するため、光学画像と参照画像を直接比較するのではなく、まず参照画像を利用して設計上同一パターン同士を探し出し、設計上同一のパターン同士が光学画像上で本当に同一となっているかどうかを相互比較することにより、欠陥を検出する手法（以下、相互比較検査手法と呼ぶ）が知られている（特許文献１を参照）。

ところが従来技術には次の問題点がある。マスクなどパターン形成材上に描かれたパターンが、一定領域に渡って同一の変形（平行移動、サイズ変動等）を受けるパターンの欠陥タイプ（以下ローカルＣＤエラーと呼ぶ）が存在する。図２は、白く囲まれた領域Ａ内のピンホール（白い点）が局所的に左の方向（矢印方向）にずれているローカルＣＤエラーを示している。このようなローカルＣＤエラーは、領域Ａ内の図形パターンａと図形パターンｂ６を比較しても、同一の変形を受けているため差異は生じない。これは信号成分の減少を意味することから、相互比較検査手法においてＳ／Ｎ比を悪化させる原因となる。
特開２００５−１９６４７１

（１）本発明は、検査対象試料のパターンの検査精度を高めることにある。
（２）又は、本発明は、検査対象試料のパターンのローカルＣＤエラーを簡単に検出することにある。

（１）本発明は、検査対象試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置において、検査対象試料内の特定パターンの周辺にあり、特定パターンと類似する複数の類似周辺パターンを求める類似周辺パターン探査部と、特定パターンと類似周辺パターンとの非類似度を求める非類似度算出部と、非類似度から許容誤差を除いて、ローカルＣＤエラー判定値を求めるばらつき評価部と、ローカルＣＤエラー判定値が、特定パターンと類似周辺パターン間の距離が増大した時に、しきい値を超えるとローカルＣＤエラーと判定するローカルＣＤエラー判定部と、を備えるパターン検査装置にある。
（２）また、本発明は、検査対象試料に形成されたパターンを検査するパターン検査方法において、検査対象試料内の特定パターンの周辺にあり、特定パターンと類似する複数の類似周辺パターンを求める類似周辺パターン探査ステップと、特定パターンと類似周辺パターンとの非類似度を求める非類似度算出ステップと、非類似度から許容誤差を除いて、ローカルＣＤエラー判定値を求めるばらつき評価ステップと、ローカルＣＤエラー判定値が、特定パターンと類似周辺パターン間の距離が増大した時に、しきい値を超えるとローカルＣＤエラーと判定するローカルＣＤエラー判定ステップと、を備えるパターン検査方法にある。

以下、本発明の実施形態によるパターン検査装置、及びパターン検査方法について説明する。

［パターン検査装置］
図１は、パターンの欠陥を検査するパターン検査装置１０のブロック図を示している。パターン検査装置１０は、基準画像１２、類似周辺パターン探査部１４、光学画像の特定パターン抽出部１６、光学画像の複数の類似周辺パターン抽出部１８、非類似度算出部２０、ばらつき評価部２２、ローカルＣＤエラー判定部２４を備えている。

基準画像１２は、検査対象の光学画像と比較するための基準の画像であり、参照画像、又は光学画像が使用される。基準画像１２として使用される参照画像は、設計用データから光学画像に類似するように求められる画像である。また、基準画像１２として使用される光学画像は、光学画像取得装置で取得されたもので、基準として使用できる光学画像である。類似周辺パターン探査部１４は、基準画像１２の検査対象画素近傍の図形パターン（以下、特定パターンと呼ぶ。）と、特定パターンと同じ図形パターン（以下、類似周辺パターンと呼ぶ）を、最大ｋ個探し出す探査部である。光学画像の特定パターン抽出部１６は、検査対象の光学画像において、特定パターンの位置にある画素列を抽出する処理部である。類似周辺パターン抽出部１８は、検査対象の光学画像の類似周辺パターンの位置にある画素列を抽出する処理部である。

非類似度算出部２０は、検査対象の光学画像の特定パターンと類似周辺パターンとの間の非類似度、即ち、特定パターンと類似周辺パターンが類似していない程度を求める処理部である。ばらつき評価部２２は、非類似度から許容誤差を除いて、ローカルＣＤエラー判定値を求めるものである。許容誤差は、ローカルＣＤエラーがない場合に生じる特定パターンと類似周辺パターンとの非類似度である、通常の誤差である。ローカルＣＤエラー判定部２４は、ローカルＣＤ判定値が、特定パターンと類似周辺パターン間の距離が増大したときに、ある値（しきい値）を超えると、ローカルＣＤエラーと判定する処理部である。

このように、ローカルＣＤエラーの検出において、先ず、特定パターンと類似周辺パターンの非類似度を求める。次に、比較される特定パターンと類似周辺パターンの距離が大きく、これらパターンの非類似度が大きい場合、ローカルＣＤエラーの可能性があると判定する。例えば、図２において、パターンａを特定パターンとし、パターンｂ１〜ｂ６を類似周辺パターンとする。領域Ａ内の特定パターンａと類似周辺パターンｂ６を比較しても、同一の変形を受けている領域Ａ内にあるため差異は生じない。しかし、特定パターンａから離れた領域Ａ外の類似周辺パターンｂ１〜ｂ５と特定パターンａの非類似度は、領域Ａが矢印方向にズレている影響を受けて、ローカルＣＤエラーが発生している。

図３は、パターン検査装置１０の概略図を示している。パターン検査装置１０は、マスクなどの検査対象物のパターンを検査するものであり、光学画像取得装置３０とデータ処理装置６０を備えている。光学画像取得装置３０は、オートローダ３２、光源３４、照射光学系３６、検査対象物４０を載置するテーブル４２、テーブル４２の位置を測定するレーザ測長システム３８、テーブル４２をＸＹθ方向に駆動するモータ４４、４６、４８、検査対象物４０のパターン画像を光学画像受光部５２に照射する結像光学系５０、光学画像受光部５２で受像した光学画像の電気信号を受信するセンサ回路５４を備えている。

データ処理装置６０は、種々のデータを処理をする中央演算処理部６２、オートローダ３２を制御するオートローダ制御部６４、テーブル４２を駆動制御するテーブル制御部６６、ＣＡＤデータなどのデータベース６８、データベース作成部７０、マスクなどの設計データを展開する展開部７２、展開部７２で得られた展開データから参照画像を作成する参照部７４、検査用のパターン画像と基準画像とを比較する比較処理部７６、載置台４２の位置から検査対象物４０のパターンの位置を測定する位置測定部７８、データを記憶する主記憶装置８０、大容量記憶装置８２、表示装置８４、印刷装置８６などを備えている。これらの装置は、例えば、バス８８を介して接続される。類似周辺パターン探査部１４、特定パターン抽出部１６、類似パターン抽出部１８、非類似度算出部２０、ばらつき評価部２２、ローカルＣＤ判定部２４は、中央演算処理部６２、比較処理部７６などのデータ処理装置６０で構成される。

［パターン検査装置の動作］
マスクなどの検査対象物４０は、オートローダ機構３２によりテーブル４２上に自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出される。テーブル４２の上方に配置されている光源３４から照射される光束は、照明光学系３６を介して検査対象物４０を照射する。検査対象物４０の下方には、結像光学系５０及びセンサ回路５４が配置されており、露光用マスクなどの検査対象物４０を透過した透過光は結像光学系５０を介してセンサ回路５４のセンサ面に結像される。結像光学系５０は図示しない自動焦点機構により自動的に焦点調整がなされていてもよい。

テーブル４２は、データ処理装置６０の指令を受けたテーブル制御部６６により制御される。テーブル４２は、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系４４〜４８によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータはステップモータを用いることができる。センサ回路５４には、ＴＤＩセンサのようなセンサが設置されている。テーブル４２をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは検査対象物４０のパターンを撮像する。この撮像データは、被検査パターン画像データとして比較処理部７６に送られる。この被検査パターン画像データは例えば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。

参照画像は、大容量記憶装置８２に蓄積されている設計データから展開部７２および参照部７４により生成され、比較処理部７６に伝送される。比較処理部７６では、光学画像と参照画像を処理して、中央演算処理部６２と協働して、最終的にローカルＣＤエラーを検出することができる。なお、データ処理装置６０は、ハードウエアで、ソフトウエアで、又は、これらの組み合わせで実現しても良い。

［パターン検査方法］
図４は、検査対象物４０のパターンを検査するパターン検査方法を示している。検査対象試料４０の基準画像を用いて、特定パターンと類似する類似周辺パターンを探査する（類似周辺パターン探査ステップＳ１）。次に、光学画像取得装置３０で所得した光学画像から特定パターンと複数の類似周辺パターンの抽出を行う（光学画像の特定パターンと複数の類似周辺パターンの抽出ステップＳ２）。光学画像の特定パターンと類似周辺パターンの非類似度（Ｒ（ｎ））を算出する（非類似度算出ステップＳ３）。非類似度から許容誤差を除いて、ローカルＣＤエラー判定値を求める（ばらつき評価ステップＳ４）。ローカルＣＤエラー判定値が、特定パターンと類似周辺パターン間の距離が増大した時に、しきい値を超えるとローカルＣＤエラーと判定する（ローカルＣＤエラー判定ステップＳ５）。

［類似周辺パターン探査ステップ］
類似周辺パターン探査ステップは、類似周辺パターン探査部１４により、記憶装置８０、８２、中央演算処理部６２などを用いて、検査対象画像の中の類似するパターンを探査するものである。まず、基準画像の検査対象画素近傍の特定パターンと同じ図形パターンの類似周辺パターンを検査対象画素の周辺から最大ｋ個探し出す。ここで、基準画像は、ＣＡＤ等の設計データから求めた参照画像でも、又は、光学画像取得装置で求めた光学画像でもよい。

類似周辺パターンを探査するには、種々の方法があるが、例えば次のような方法が用いられる。基準画像に属する点を１／８画素単位で全て列挙する。この点列を注目点列｛Ｃｐ｝とする。注目点列｛Ｃｐ｝の要素Ｃｉ（ｉ＝１，２，．．，ｑ）を中心として１５ｘ１５画素の矩形領域を基準画像から抜き出し、周辺矩形領域とする。また、検査対象画素を中心として１５ｘ１５画素の矩形領域を基準画像から抜き出し、特定矩形領域とする。これら特定矩形領域と周辺矩形領域の両矩形に属する画素間の累積２乗差異を算出する。この累積２乗差異が予め定められたしきい値以下であれば同じパターンとみなし、類似点列｛Ｄｍ｝に加える。

類似点列｛Ｄｍ｝の中にシティブロック距離でＤｉとＤｊが７画素以下であるような点Ｄｉ，Ｄｊ（ｉ＜ｊ）が存在すればＤｊを類似点列｛Ｄｍ｝から削除する。このようにして最終的に得られた点列を類似周辺点列｛Ｅｍ｝とする。この類似周辺点列｛Ｅｍ｝に含まれる点は、基準画像の領域（ｘ、ｙ）から検索された検査対象画素近傍と同じ図形パターン（類似周辺パターン）の中心座標である。このようにして得られたＮ個の類似周辺パターンの中心点列を降順類似周辺点列｛Ｆｌ｝（ｌ≦ｋ）とする。ただし、降順類似周辺点列｛Ｆｌ｝は検査対象画素からのシティブロック距離によって降順にソート（遠い方からソート）しておくものとする。即ち、ｎ＝１が一番遠く、ｎ＝２、ｎ＝３、・・・、ｎ＝Ｎと徐々に近くなるように配列する。

［特定パターンと類似周辺パターン抽出ステップ］
特定パターンと類似周辺パターン抽出ステップは、特定パターン抽出部１６と類似周辺パターン抽出部１８により、基準画像で求めた降順類似周辺点列｛Ｆｌ｝を利用して、検査対象の光学画像から降順類似周辺点列｛Ｆｌ｝を抽出するステップである。例えば、特定パターン抽出ステップは、検査の対象である光学画像から特定パターンの１５ｘ１５画素の諧調（ｓ_１１、ｓ_１２、・・・、ｓ_１５１５）の矩形領域を抽出する。同様に、類似周辺パターン抽出ステップは、類似周辺パターンの中心点列（降順類似周辺点列）｛Ｆｌ｝の要素Ｆｉ（ｉ＝１，２，．．，ｎ）について、その中心とする類似周辺パターンの１５ｘ１５画素の諧調（ｒ_１１、ｒ_１２、・・・、ｒ_１５１５）の矩形領域を検査の対象である光学画像から抽出する。

［非類似度算出ステップ］
非類似度算出ステップは、非類似度算出部２０により、特定パターンと類似周辺パターンとの似ていない程度、即ち、非類似度を求めるステップである。非類似度Ｒ（ｎ）は、類似していない程度を数値的に表すものであればよく、例えば、次のようにして求めることができる。なお、非類似度Ｒ（ｎ）は、ｎ番目の類似周辺パターンとの非類似を示している。ただしｎ≦Ｎである。そこで、先ず、類似周辺パターンの１５ｘ１５画素の諧調（ｒ_１１、ｒ_１２、・・・、ｒ_１５１５）の矩形領域と、特定パターンの１５ｘ１５画素の諧調（ｓ_１１、ｓ_１２、・・・、ｓ_１５１５）の矩形領域との間で、両矩形に属する画素間の累積２乗差異を算出し、Ｇｉ（＝（ｒ_１１−ｓ_１１）^２＋（ｒ_１２−ｓ_１２）^２＋・・・＋（ｒ_１５１５−ｓ_１５１５）^２）とする。ここで、非類似度Ｒ（ｎ）＝（Ｇ１＋Ｇ２＋…＋Ｇｎ）／ｎとする。ただし、ｎが０のときはＲ＝０とする。この非類似度Ｒ（ｎ）が大きいほど、非類似度が大きいことを示している。

［ばらつき評価ステップ］
非類似度Ｒ（ｎ）が、図５のように求まったとすると、従来の技術では、求まった全ての類似周辺パターンを使って求めた非類似度Ｒ（５）＝８０（ｎが５の場合）を最終的な非類似度としていた。しかし、図５の例の場合、ｎの増加に伴って非類似度Ｒ（ｎ）が小さくなっている。すなわち、検査対象画素と距離が近い画素を使って検査するほど非類似度が小さくなっている。このことから、図２の領域Ａが局所的に同一変形を受けたときのように、ローカルＣＤエラーの存在が疑われる。そこで、ばらつき評価ステップは、ばらつき評価部２２により、非類似度Ｒ（ｎ）からローカルＣＤエラーの存在を判定するローカルＣＤエラー判定値を求めるものである。

通常、パターン間の距離が離れるほど、ばらつきが大きくなるので、ローカルＣＤエラーが存在しない場合のＲ（ｎ）のばらつきを実験的に求めて、それを許容誤差ｔ（ｎ）とする。そして、ばらつき評価ステップは、非類似度Ｒ（ｎ）から許容誤差をｔ（ｎ）引いて、ローカルＣＤエラー判定値を算出する。

［ローカルＣＤエラー判定ステップ］
ローカルＣＤエラー判定ステップは、ローカルＣＤエラー判定部２４により、あるｎ（≦Ｎ）に対して、予め定められたしきい値と比較して、ローカルＣＤエラー判定値（Ｒ（ｎ）−ｔ（ｎ））＞しきい値、であれば、ローカルＣＤエラーが存在すると判定する。図５の例では、しきい値を１００とすると、Ｒ（１）−ｔ（１）＝１６０＞１００、Ｒ（２）−ｔ（２）＝１５０＞１００、Ｒ（４）−ｔ（４）＝９０＜１００、Ｒ（５）−ｔ（５）＝７５＜１００であるから、ｎ＝１、２では、しきい値より大きく、ｎ＝４、５では、しきい値より小さい。このように、本発明は、従来、最終的な非類似度（Ｒ（５）＝８０（ｎが５の場合））を求めていた途中の工程や値を利用して、容易にローカルＣＤエラーの存在を判定することができる。

以上説明した本実施形態のパターン検査装置およびパターン検査方法は、本発明の一例であって、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

パターン検査装置のブロック図。ローカルＣＤエラーの説明図。パターン検査装置の概略図。パターン検査のフロー図。ローカルＣＤエラーの算出テーブルの図。

符号の説明

１０・・・パターン検査装置
１２・・・基準画像
１４・・・類似パターン探査部
１６・・・光学画像の特定パターン抽出部
１８・・・光学画像の複数の類似周辺パターン抽出部
２０・・・非類似度算出部
２２・・・ばらつき評価部
２４・・・ローカルＣＤエラー判定部
３０・・・光学画像取得装置
３２・・・オートローダ
３４・・・光源
３６・・・照明光学系
３８・・・レーザ測長システム
４０・・・レチクル
４２・・・載置台
４４〜４８・Ｘ、Ｙ、θモータ
５０・・・結像光学系
５２・・・光学画像受光部
５４・・・センサ回路
６０・・・データ処理装置
６２・・・中央演算処理部
６４・・・オートローダ制御部
６６・・・テーブル制御部
６８・・・データベース
７０・・・データベース作成部
７２・・・展開部
７４・・・参照部
７６・・・比較処理部
７８・・・位置測定部
８０・・・主記憶装置
８２・・・大容量記憶装置
８４・・・表示装置
８６・・・印刷装置
８８・・・バス

Claims

検査対象試料に形成されたパターンを検査するパターン検査装置において、
検査対象試料内の特定パターンの周辺にあり、特定パターンと類似する複数の類似周辺パターンを求める類似周辺パターン探査部と、
特定パターンと類似周辺パターンとの非類似度を求める非類似度算出部と、
非類似度から許容誤差を除いて、ローカルＣＤエラー判定値を求めるばらつき評価部と、
ローカルＣＤエラー判定値が、特定パターンと類似周辺パターン間の距離が増大した時に、しきい値を超えるとローカルＣＤエラーと判定するローカルＣＤエラー判定部と、を備えるパターン検査装置。
請求項１に記載のパターン検査装置において、
非類似度算出部は、ローカルＣＤエラーが存在しない場合の特定パターンと類似パターンの非類似度から許容誤差を求める、パターン検査装置。
請求項１に記載のパターン検査装置において、
類似周辺パターン探査部は、設計データから求めた参照画像を用いて、特定パターンと類似する複数の類似周辺パターンを求める、パターン検査装置。
検査対象試料に形成されたパターンを検査するパターン検査方法において、
検査対象試料内の特定パターンの周辺にあり、特定パターンと類似する複数の類似周辺パターンを求める類似周辺パターン探査ステップと、
特定パターンと類似周辺パターンとの非類似度を求める非類似度算出ステップと、
非類似度から許容誤差を除いて、ローカルＣＤエラー判定値を求めるばらつき評価ステップと、
ローカルＣＤエラー判定値が、特定パターンと類似周辺パターン間の距離が増大した時に、しきい値を超えるとローカルＣＤエラーと判定するローカルＣＤエラー判定ステップと、を備えるパターン検査方法。
請求項４に記載のパターン検査方法において、
ローカルＣＤエラーが存在しない場合の特定パターンと類似パターンの非類似度から許容誤差を求める許容値算出ステップを備える、パターン検査方法。