JP2008224790A - 試料検査装置、及び、試料検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速な試料検査を提供すること。
【解決手段】被検査試料からの透過光、又は反射光を検出して測定パターンデータを取得する測定パターンデータ取得装置と、被検査試料の設計データから複数層の展開パターンデータを生成する展開パターンデータ生成装置と、透過光又は反射光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータを上層とし、複数の層の展開パターンデータの中の１つの層の画素を抽出して、測定パターンデータに対応した合成パターンデータを生成する合成パターンデータ生成装置と、合成パターンデータの画素が抽出された展開パターンデータの層を示す層識別データを生成する層識別データ生成装置と、合成パターンデータと層識別データから測定パターンデータに類似する基準パターンデータを生成する基準パターンデータ生成装置と、測定パターンデータと基準パターンデータとを比較する比較装置とを備え被検査試料を検査する試料検査装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査試料のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に係わり、例えば、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リソグラフィ用転写マスク、或いは半導体基板や液晶基板などに形成された極小パターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査に関するものである。

近年、大規模集積装置（ＬＳＩ）や大面積ＬＣＤを製作するときに使用されるフォトマスクの欠陥を、短時間かつ高精度に検査する試料検査装置の開発が求められている。この種の試料検査装置では、顕微鏡と同様な光学系を用いて転写用マスク等の被検査試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像し、得られた測定パターンデータと、このパターンに対応する設計データとを比較することにより、検査が行われている。

被検査試料の設計データは、展開パターンデータに変換され、リサイズ処理と、コーナー丸め処理が施される。リサイズ処理と、コーナー丸め処理が施されたデータは、適当なフィルタ処理が施されて光学像と同等の画像に変換され、基準パターンデータとして比較装置へ送られる。そして、基準パターンデータと測定パターンデータとが適切なアルゴリズムに従って比較され、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定される。

従来の試料検査装置では、例えば、トライトーン型位相シフトマスクやレベンソン型位相シフトマスクのような２層データを用いて作成される多層マスクのダイツーデータベース比較検査のための参照画像(基準パターンデータ)を生成する方法が提案されている(特許文献１)。この方法では、２層データの各層ごとに、それぞれリサイズ処理やコーナー丸め処理を施さなければならないため、処理時間が倍増してしまうという問題がある。また、処理装置を高速化させる際の装置規模の増大が懸念されている。
特開２００６−２６８３４１号公報

（１）本発明は、高速な試料検査を提供することにある。
（２）また、本発明は、展開パターンの複数の層数に依存しないで、欠陥検査処理時間を短縮することにある。

（１）本発明の一態様のパターンを有する被検査試料を検査する試料検査装置は、被検査試料からの透過光、又は反射光を検出して測定パターンデータを取得する測定パターンデータ取得装置と、被検査試料の設計データから複数の層の展開パターンデータを生成する展開パターンデータ生成装置と、透過光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータ、又は反射光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータを上層とし、複数の層の展開パターンデータの中の１つの層の画素を抽出して、測定パターンデータに対応した合成パターンデータを生成する合成パターンデータ生成装置と、合成パターンデータの画素が抽出された展開パターンデータの層を示す層識別データを生成する層識別データ生成装置と、合成パターンデータと層識別データから測定パターンデータに類似する基準パターンデータを生成する基準パターンデータ生成装置と、測定パターンデータと基準パターンデータとを比較する比較装置と、を備える。
（２）また、本発明の一態様のパターンを有する被検査試料を検査する試料検査方法は、被検査試料からの透過光、又は反射光を検出して測定パターンデータを取得する測定パターンデータ取得ステップと、被検査試料の設計データから複数の層の展開パターンデータを生成する展開パターンデータ生成ステップと、透過光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータ、又は反射光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータを上層とし、複数の層の展開パターンデータの中の１つの層の画素を抽出して、測定パターンデータに対応した合成パターンデータを生成する合成パターンデータ生成ステップと、合成パターンデータの画素が抽出された展開パターンデータの層を示す層識別データを生成する層識別データ生成ステップと、合成パターンデータと層識別データから測定パターンデータに類似する基準パターンデータを生成する基準パターンデータ生成ステップと、測定パターンデータと基準パターンデータとを比較する比較ステップと、を有する。

（１）本発明は、試料検査装置の検査時間を低減することができる。
（２）また、本発明は、展開パターンの複数の層数に依存しないで、欠陥検査処理時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施形態による試料検査装置、及び試料検査方法について説明する。試料検査装置及び試料検査方法は、レチクルなどの検査対象試料に形成されたパターンの欠陥を検査するものである。本発明の概要は、複数の層の展開パターンデータを１つに合成（圧縮）した合成パターンデータと、合成パターンデータの各画素の層番号を示す層識別データ（ＩＤデータ）とを生成し、合成パターンデータから抽出（解凍）した特定の層のパターンデータに対してリサイズ処理など基準パターンデータの作成に必要な処理を施すものである。

（試料検査装置）
図１は、第１の実施形態の試料検査装置の構成を示すブロック図である。試料検査装置は、ホスト計算機２０と、被検査試料のパターンに対応した測定パターンデータを生成する測定パターンデータ取得装置５０と、設計データから複数の展開パターンデータを生成する展開パターンデータ生成装置２６、複数の展開パターンデータを合成して合成パターンデータを生成する合成パターンデータ生成装置２８、合成パターンデータにおける展開パターンデータの層を表す層識別データを生成する層識別データ生成装置３０、合成パターンデータから検査基準となる基準パターンデータを生成する基準パターンデータ生成装置３２と、測定パターンデータと基準パターンデータとを比較する比較装置７０と、設計データや測定パターンデータなどを保存するデータメモリなどの記憶装置２４などを備えている。試料検査装置は、測定パターンデータと基準パターンデータとを比較して、被検査試料のパターンの欠陥を検査するものである。

（試料検査方法）
図２は、パターンを有する被検査試料を検査する試料検査方法の手順を示している。先ず、測定パターンデータ取得処理ステップ（工程Ｓ１）は、被検査試料からの透過光、又は反射光を検出して光学データの測定パターンデータを取得する。展開パターンデータ生成処理ステップ（工程Ｓ２）は、記憶装置２４に格納された被検査試料の設計データ（ＣＡＤデータ）から複数の層からなる展開パターンデータを生成する。合成パターンデータ生成処理ステップ（工程Ｓ３）は、透過光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータ、又は反射光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータを上層とし、複数の層の展開パターンデータの中の１つの層の画素を抽出して、測定パターンデータに対応した合成パターンデータを生成する。層識別データ生成処理ステップ（工程Ｓ４）は、合成パターンデータの画素が抽出された展開パターンデータの層を示す層識別データを生成する。基準パターンデータ生成処理ステップ（工程Ｓ５）は、合成パターンデータと層識別データから測定パターンデータに類似する基準パターンデータを生成する。詳しくは、基準パターンデータ生成処理ステップ（工程Ｓ５）は、層データ抽出処理（工程Ｓ５１）と、層データに対してリサイズ処理（工程Ｓ５２）、コーナー丸め処理（工程Ｓ５３）、光学フィルタ処理な（工程Ｓ５４）の少なくともいずれかのステップを行うことができる。比較処理ステップ（工程Ｓ６）は、測定パターンデータと基準パターンデータとを比較処理する。

（測定パターンデータ取得装置）
測定パターンデータ取得装置５０は、図１において、光源５２、被検査試料５６を載置する試料ステージ６０、試料ステージ６０を駆動するＸＹθモータ５８、被検査試料５６に光を照射する集光光学系５４、被検査試料５６のパターンに対応した光学像を取得する拡大光学系６２、光学像を電気信号に変換する光電変換装置６４、光電変換されたアナログ信号をデジタル信号からなる測定パターンデータに変換するセンサ装置６６、試料ステージ６０の制御を行うステージ制御装置２２などから構成されている。

被検査試料５６は、オートローダ機構（図示していない）により試料ステージ６０上に自動的に供給され、検査終了後に自動的に排他される。試料ステージ６０の上方は、光学および集光レンズからなる集光光学系５４が配置されている。光源５２からの光は集光レンズを介して被検査試料５６を照射する。被検査試料５６の下方には、拡大光学系６２および光電変換装置６２が配置されている。そして、露光用マスク、レチクルなどの被検査試料５６を透過した透過光が、拡大光学系６２を介して光電変換装置６４の受光面に結像照射される。拡大光学系６４は、圧電素子等のフォーカス調整装置（図示していない）で自動的に焦点調整が行われる。

試料ステージ６０は、３軸(Ｘ−Ｙ−θ)モータ５８により、Ｘ方向及びＹ方向に移動でき、かつθ方向に回転できるようになっている。Ｘ方向にはＸモータで、Ｙ方向にはＹモータで、θ方向にはθモータで駆動制御される。ここでは、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータはステップモータを用いている。３軸(Ｘ−Ｙ−θ)モータ５８は、ステージ制御装置２２により制御される。ステージ制御装置２２は、ホスト計算機２０から受けた指令に従って３軸(Ｘ−Ｙ−θ)モータ５８を制御する。

光電変換装置６４には、フォトダイオードアレイ、ＣＣＤ装置などが使用される。フォトダイオードアレイは、複数の光センサを配設したラインセンサもしくはエリアセンサである。ステージ制御装置２２は、試料ステージ６０をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、光電変換装置６４は、被検査試料５６の被検査パターン（測定パターン）に対応した測定信号を検出する。

この測定信号は、センサ装置６６でデジタルデータに変換され、整列された後、測定パターンデータとして比較装置７０に送られる。測定パターンデータは、例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさを表現している。この測定パターンデータは、クロック周波数に同期して光電変換装置６４から読み出され、適当なデータ並び替えを経て、ラスター走査された２次元画像データとして取り扱われる。なお、図１では、被検査試料５６の透過光を測定しているが、一般に使用されている反射光を測定する装置を使用しても良い。

（展開パターンデータ生成装置と方法）
展開パターンデータ生成装置２６は、記憶装置２４のデータメモリから読み出された被検査試料５６の設計データを読み出して、この設計データから複数の描画データである展開パターンデータを生成する。ここで、複数の展開パターンデータは、説明の都合上、複数の層として扱う。複数の展開パターンデータを識別するために、展開パターンデータの層が上下にあると仮定する。展開パターンデータが透過光の場合、展開パターンデータの画素において、透過光の画素の領域が小さい方に相当する程、その展開パターンデータを上層とする。小さい方に相当するとは、電子ビームの照射エリアが狭い方を示している。即ち、被検査試料のパターンの作成に当たって、電子ビームの照射エリアの狭い方が上層の展開パターンデータとなる。反射光も同様である。反射光の場合の展開パターンデータとは、透過光の場合の展開パターンデータを白黒反転したものである。なお、白黒反転とは、各画素データの明暗を反転することであり、各画素が表現可能な最大値から、展開パターンデータの各画素データを引けばよい。白黒反転の求め方の例は、段落番号００４５に示されている。

展開パターンデータがｎ層ある場合、最上層をＴｎ＝ｎとし、次の上層（２番目に上層）をＴｎ−１＝ｎ−１とし、次の上層（３番目に上層）をＴｎ−２＝ｎ−２とし、最下層をＴ１＝１とし、実質的に透過光がない画素を不透過光の画素とし、Ｔ０＝０の記号を付する。展開パターンデータが反射光の場合、透過光と同様に、展開パターンデータの画素において、反射光の画素の領域が小さい程、その展開パターンデータを上層とする。展開パターンデータは、画素データでパターンが形成されている。ここで、画素データの表現は、種々の方法が考えられるが、次のように定義して以降の説明を行う。画素データは、８ｂｉｔ（ビット）の整数(０〜２５５)で表現し、測定パターンデータと対応するように、例えば、光電変換装置７２に照射される光の強度が強いほど大きい値にする。透過光が実質的にない画素は、不透過光の画素データとして０と表わす。０とは、コンピュータの処理上、数値で表しているが、本質は記号であり、ゼロ０より大きな値を使用することもできる。なお、被検査試料６４は、フォトマスクやレチクルなどパターンを有するものであれば良く、例えば、多層位相シフトマスクがある。

（合成パターンデータ生成装置と方法）
合成パターンデータ生成装置２８は、複数の展開パターンデータを受信して、合成パターンデータを生成するものである。合成パターンデータ生成装置２８は、具体的には、複数の層の展開パターンデータの全ての画素に注目し、次のような処理を行う。各層の同座標の画素データを参照して、いずれかの層の画素データが不透過光の画素（０）でない場合には、上層の画素データを選択する。画素の値が画素データ（０）であれば、２番目に上層の画素を抽出し、更に、その画素の値が画素データ（０）であれば、３番目に上層の画素を抽出するように、繰り返して、画素の値が画素データ（０）でない画素を抽出する。透過光の画素が１層だけの場合、その層の同座標の画素を抽出する。いずれの層の画素データも不透過光の画素データ（０）である場合には、不透過光の画素データ（０）を選択する。このようにして、選択された画素データが合成パターンデータとして生成される。尚、展開パターンデータが１種類の場合には、展開パターンデータと合成パターンデータは一致する。尚、送られてくる展開パターンデータが、何層目のものであるかについては、設計データに示されており、データ転送経路、データフォーマット等から事前に知り得る情報である。

（層識別データ生成装置と方法）
層識別データ生成装置３０は、合成パターンデータ生成と同時に、合成パターンデータの画素ごとに層を示す記号を、層識別データとして生成する。層識別データは、合成パターンデータの画素が抽出された、展開パターンデータの層を示すものである。具体的には、各層の同座標の画素データを参照して、いずれかの層の画素データが不透過光の画素（０）でない場合には、透過光の画素データのうちで、上層の層番号ｎを選択する。いずれの層の画素データも不透過光の画素である場合には、０とする。このようにして、選択された値が層識別データとして生成される。なお、合成パターンデータと層識別データの画素ごとの位置関係は同じである。また、層番号ｎ〜０は、例えば、１画素あたり８ｂｉｔの整数（−１２７〜１２８）で表現できる。

（被検査試料の単純化した例）
図３は、２層構造の被検査試料５６の単純化した例を示しており、一例として、基板５６０はＱｚの透明基板であり、第１層５６２はＨｔ膜であり、第２層５６４はＣｒ膜である。

（合成パターンデータと層識別データの生成例）
図４は、被検査試料５６の複数の展開パターンデータ、合成パターンデータと層識別データを示している。図４（Ａ）と（Ｂ）は、被検査試料５６を製造するための設計データの２層の展開パターンデータを示している。展開パターンデータには、透過光の画素（図では２５５から６４のデータ値）と不透過光の画素（０のデータ値）で示され、８ｂｉｔ（ビット）の整数(０〜２５５)で表現されている。図４（Ａ）の展開パターンデータは、図４（Ｂ）の展開パターンデータより、透過光の画素の領域が小さいので、最上層とし、層番号２（ｎ＝２）を付する。図４（Ｂ）の展開パターンデータは、次の上層（２番目に上層）とし、層番号１（ｎ＝１）を付する。

図４（Ｃ）は、第１層と第２層の展開パターンデータの合成パターンデータを示している。合成パターンデータの生成は、第１層と第２層の展開パターンデータの全ての画素に注目し、次のような処理を行う。各層の同座標の画素データを参照して、いずれかの層の画素データが不透過光の画素（０）でない場合には、より上層の画素データを選択する。いずれの層の画素データも不透過光の画素データ（０）である場合には、不透過光の画素データ（０）を選択する。上述したようにより上層の展開パターンデータが優先的に選ばれるので、合成パターンデータは、図４（Ｃ）のようになる。例えば、２番目の上層の展開パターン（図４（Ｂ））の１４４に注目すると、最上層の展開パターンの注目画素と同じ座標の画素は、不透過光の画素データ（０）であるので、より上層は１４４であり、これを選択することになる。

図４（Ｄ）は、層識別データを示している。層識別データの生成は、合成パターンデータの画素の層であり、上述したように上層の展開パターンデータが優先的に選ばれるので、層識別データは、図４（Ｄ）のようになる。例えば、合成パターン（図４（Ｃ））の１４４の画素は、２番目の上層であるから１となる。

（基準パターンデータ生成装置と方法）
基準パターンデータ生成装置３２は、合成パターンデータから測定パターンデータに類似するパターンデータを生成する装置である。基準データ生成装置３２は、図１において、層データ抽出装置３２０、リサイズ処理装置３２２、コーナー丸め処理装置３２４、光学フィルタ処理装置３２６を備えているが、すべてを備えている必要はない。基準データ生成装置３２は、合成パターンデータに対して層データ抽出処理を行い、層データを用いてリサイズ処理、コーナー丸め処理、適当なフィルタ処理を施し、光学像と同等の画像に変換し、基準パターンデータを生成する。リサイズ処理は、被検査試料上に形成されたパターンの仕上がり寸法と設計値のずれを補正し、光学像の測定パターンと合うように、パターンのエッジ位置を移動する処理である。コーナー丸め処理は、光学像の測定パターンと合うように、コーナー部分を丸める処理である。

図５は、基準パターンデータ生成の処理の一部である、層データ抽出とその後のリサイズ処理の手順例の例を示している。まず、合成パターンデータと層識別データは、基準パターンデータ生成装置３２に入力され（工程Ｓ１１）、そこで、Ｍ×Ｎのリサイズ用層データが抽出され（工程Ｓ１２）、リサイズ処理が行われ（工程Ｓ１３）、この結果により、層識別データの再生成などの手順（工程Ｓ１４〜Ｓ１７）が行われる。

（層データ抽出装置と方法）
層データ抽出装置３２０は、合成パターンデータの全ての画素に注目し、各注目画素を中心として合成パターンデータのＭ×Ｎの画素領域と、その画素領域の同座標の層識別データのＭ×Ｎの領域とを用いて、Ｍ×Ｎの層データを抽出する。そのために、次のような処理を行う。Ｍ×Ｎの層識別データを参照して、Ｍ×Ｎの座標での最上層番号Ｕを求める。最上層番号Ｕである画素データのすべてを抽出する。Ｍ×Ｎの座標でＵより下層の画素は、０とする。このようにして、抽出されたデータは配列Ｄ［Ｍ，Ｎ］に格納される。なお、Ｕとは、Ｍ×Ｎ内において、第１層〜第ｎ層が存在するならばｎとなり、第１層〜第２層が存在するならば２となり、第１層〜第ｎ層が存在しなければ、０とする。

（リサイズ処理装置と方法）
リサイズ処理装置３２２は、合成パターンデータと測定パターンデータのサイズを合わせる処理であり、例えば合成パターンデータを拡大し（プラスリサイズ）、又は、縮小する（マイナスリサイズ）する。ここでは、合成パターンデータを測定パターンデータのサイズに拡大して合わせる例を示す。

リサイズ処理装置３２２は、パターンを拡大縮小する処理ならどのような処理でも良く、種々の方法が知られているが、例えば、一例として式（１）のようなリサイズ用のＦＩＲフィルタ係数ｆ（ｉ，ｊ）を用いて行うことができる。工程Ｓ１３において、式（１）を利用することにより、リサイズ処理後の合成パターンデータＤｒ（ｓ，ｔ）が生成される。なお、注目画素の層識別データを参照してフィルタ係数ｆ（ｉ，ｊ）を変更することで、展開パターンデータの各層ごとに異なるリサイズ量でリサイズ処理が可能である。

ここで、工程Ｓ１４において、もし、注目画素のリサイズ処理の結果、リサイズ処理後の合成パターンデータＤｒ（ｓ，ｔ）が０より大きいならば、層識別データの再生成に移行し、リサイズ処理後の合成パターンデータに対応する各画素の層識別データを求める（工程Ｓ１５）。工程Ｓ１４において、もし、リサイズ処理の結果、Ｄｒ（ｓ，ｔ）が０ならば、次のように、層データ抽出装置３２２で再び層データの抽出を行う。工程Ｓ１３において、注目画素の層番号Ｕ０と、その配列内での２番目の上層番号Ｕと、Ｕである画素位置すべてとを求め、Ｕ層である画素は、その層の画素データを抽出し、Ｕ層より上層の画素は、２５５として抽出し、Ｕ層より下層の画素は０として抽出し、層識別データが０となる画素は０として抽出する。このようにして、再抽出されたデータは配列Ｄ［Ｍ，Ｎ］に格納される。

もし、再びリサイズ処理の結果、Ｄｒ（ｓ，ｔ）が０ならば、上述の再データ抽出を繰り返し行う。ただし、再データ抽出が行われるのは、Ｕ０≦Ｕが成立する場合のみである。Ｕ０＝Ｕの場合は、リサイズ結果Ｄｒ（ｓ，ｔ）が０であっても層識別データ再生成の工程に移行する。層識別データの再生成は、注目画素のリサイズ後の層識別データの生成を行う。

このように、すべての注目画素に対して上述の処理を行う（工程Ｓ１６）ことで、リサイズ処理後の合成パターンデータと、リサイズ処理後の層識別データが生成される。なお、さらにリサイズ処理が必要な場合（工程Ｓ１７）は、リサイズ処理後の画素データとリサイズ処理後の層識別データを入力として、上記のデータ抽出工程（工程Ｓ１２）とリサイズ処理工程（工程Ｓ１３）と層識別データ再生成工程（工程Ｓ１５）とを繰り返す（工程Ｓ１６）。

図６は、本実施形態の層データ抽出（工程Ｓ１２）とリサイズ処理（工程Ｓ１３）と層識別データ再生（工程Ｓ１５）の一例を示す。合成パターンデータを図６（Ａ）とし、その層識別データを図６（Ｂ）として考える。Ｍ＝Ｎ＝３とし、注目画素が図６（Ａ）の１４４の画素であるとすると、画素データの３×３の領域は図６（Ｃ）、同座標の層識別データの３×３の領域は図６（Ｄ）のようになる。上述した方法で画像抽出を行うと、図６（Ｄ）内の最上層の層番号Ｕは２であるので、配列Ｄ［３、３］に格納される抽出結果は図６（Ｅ）のようになる（工程Ｓ１２）。この配列ＤにＸ方向とＹ方向のリサイズ量がともに１画素のリサイズ処理を行うと、注目画素の画素データは６４となり（工程Ｓ１３）、注目画素のリサイズ後の層識別データは２となる（工程Ｓ１５）。以上の処理を、他の画素にも注目して処理を行うと（工程Ｓ１６）、最終的に図６（Ｆ）のようなリサイズ処理後の合成パターンデータと、図６（Ｇ）のようなリサイズ処理後の層識別データが得られる。

（リサイズ処理を施した検査結果）
以上述べたように、本実施形態によれば、多層の展開パターンデータのリサイズ処理を施さなければならない画素データ量は、展開パターンデータの層数によらず、常に１層分となるので、層数によらず処理時間が一定になる。例えば、層数が２層の場合、従来方法では２層分の画素データに処理を施していたが、本実施形態では、その半分の１層分の画素データを処理するだけで、従来方法と同等の処理結果が得られる。

（リサイズ処理を施した検査結果）
以上述べたように本実施形態によれば、展開パターンデータの層数によらず、リサイズ処理を施さなければならない画素データ量は、常に１層分となるので、層数によらず処理時間が一定になる。

（コーナー丸め処理装置と方法）
コーナー丸め処理装置３２４は、コーナー丸め処理と、層識別データ再生成処理などを行うものである。コーナー丸め処理は、合成パターンデータと層識別データとから層データ抽出を行ったデータに対して行っても、又は、リサイズ処理の後の合成パターンデータと層識別データとから層データ抽出を行ったデータに対して行っても良い。コーナー丸め処理は、例えば、式（２）のようなコーナー丸め処理用のＦＩＲフィルタｈ（ｉ，ｊ）で行われ、コーナー丸め処理後の合成パターンデータＤｃ（ｓ，ｔ）が生成される。ここで、Ｄｒ（ｓ，ｔ）はリサイズ後の画素データであるが、リサイズ処理を行わない場合、Ｄｒ（ｓ，ｔ）の代わりに、Ｄ（ｓ，ｔ）を使用する。なお、リサイズ処理とコーナー丸め処理を１つの式で行うこともできる。

（コーナー丸め処理を施した検査結果）
以上述べたように本実施形態によれば、展開パターンデータの層数によらず、コーナー丸め処理を施さなければならない画素データ量は、常に１層分となるので、層数によらず処理時間が一定になる。

（光学フィルタ処理装置と方法）
光学フィルタ処理装置は、展開パターンデータから得られた合成パターンデータＤ（ｓ，ｔ）、リサイズ処理後の合成パターンデータＤｒ（ｓ，ｔ）、コーナー丸め処理後の合成パターンデータＤｃ（ｓ，ｔ）、又は、リサイズ処理とコーナー丸め処理後の合成パターンデータＤｒｃ（ｓ，ｔ）に対して、例えば光学系のポイントスプレッドファンクション（ＰＳＦ）を模擬したフィルタ演算を行う。その結果、合成パターンデータから、光学系で取得される像と同質の画像データ（基準パターンデータ）が作成される。フィルタ演算は、例えば式（３）のようなＰＳＦ処理用のＦＩＲフィルタｇ（ｉ，ｊ）で行われ、基準パターンデータＤｐ（ｓ，ｔ）が生成される。

（比較処理）
比較装置７０では、基準パターンデータ生成装置３２で生成した基準パターンデータと、測定パターンデータ取得装置５０で生成した同座標の測定パターンデータとを取り込み、位置合わせをした後に比較処理用の複数のアルゴリズムに従って比較し、所定の差が認められた場合に欠陥と判定する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。特に言及していない項目については第１の実施形態に準ずるものとする。層識別データの生成では、合成パターンデータの画素ごとの層番号を示す値を、合成パターンデータの下位ビット側（ＬＳＢ側）に埋め込む。具体的には次のように行う。例えば、最下位の１ビットを層識別データとして使用し、そのビットが０であれば１層を、１であれば２層目を表す場合を考える。もし、画素データが２５５（２進数では１１１１ １１１１）の画素は、値が２５５（層識別データのビットは０と考えて２５４とするなどしても構わない）で２層目のデータであることを示す。もし、画素データの値が２５４（２進数では１１１１ １１１０）の画素は、２５４で１層目のデータを示す。同様にして、さらに層数が増える場合は、使用する下位ビット数を増やすことで対応させる。

次に、層識別データが埋め込まれた合成パターンデータがリサイズ装置１６へ送られる。リサイズ装置１６では、合成パターンデータの下位ビットに埋め込まれた層識別データを参照して処理を行う。このような構成であっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

(第３の実施形態)
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。特に言及していない項目については第１〜２の実施形態に準ずるものとする。リサイズ量がマイナスの場合（縮小の場合）の合成パターンデータ生成、層識別データ生成、および、リサイズ処理について説明する。具体的には以下のように行う。

（マイナスリサイズ用合成パターンデータ生成）
図７は、マイナスリサイズ用の合成パターンデータ生成と層識別データ生成の手順を示している。合成パターンデータ生成装置２８は、複数の層の展開パターンデータを入力する（工程Ｓ３１）。マイナスリサイズ処理の場合、図７（Ａ）のように、各層の展開パターンデータの白黒反転を行う（工程Ｓ３２）。白黒反転とは、各画素データの明暗を反転することであり、各画素が表現可能な最大値から、展開パターンデータの各画素データを引けばよい。本実施形態では、画素データを８ｂｉｔ／ｐｉｘｅｌ（０〜２５５）として考えているので、式（４）で行われる。なお、白黒反転後の画素データは、展開パターンデータの層の上下の関係も反転して考える。つまり、白黒反転後、複数の層の展開パターンデータは、上層と下層が反転する。例えば、白黒反転後、第１層展開パターンデータは、白黒反転後の第２層展開パターンデータよりも上層となる。以下では、このルールを前提に説明する。

白黒反転後の各層の同座標の画素データを参照して、いずれかの層の画素データが０でない場合には、０でない画素データのうちで、最上層のものを選択する。いずれの層の画素データが０である場合には、０を選択する。このようにして、選択された画素データが合成パターンデータとして生成される（工程Ｓ３３）。

これと同時に、層識別データ生成では、合成パターンデータの画素ごとの層番号を示す値を、層識別データとして生成する。具体的には、各層の同座標の画素データを参照して、いずれかの層の画素データが０でない場合には、０でない画素データのうちで、最上層の層番号を示す値Ｔｎを選択する。いずれの層の画素データが０である場合には、そのことを表す値Ｔ０を選択する。このようにして、選択された値が層識別データとして生成される（工程Ｓ３４）。尚、合成パターンデータと層識別データの画素ごとの位置関係は同じである。

図８に、本実施形態のマイナスリサイズのための合成パターンデータ生成とＩＤデータ生成の一例を示す。第１層目の展開パターンデータが図８（Ａ）で、第２層目の展開パターンデータが図８（Ｂ）となる２層パターンデータで考える。白黒反転させると、図８（Ａ）は、図８（Ｃ）となり、図８（Ｂ）は、図８（Ｄ）となる。図８（Ｃ）の展開パターンデータは、最上層で第２層目とする。図８（Ｄ）の展開パターンデータは、２番目の上層で第１層目とする。ここで、第１層目の反転展開パターンデータであることを示すＩＤデータをＴ１＝１とし、第２層目の反転展開パターンデータであることを示すＩＤデータをＴ２＝２とし、Ｔ０＝０とする。上層の反転展開パターンデータが優先的に選ばれるので、合成パターンデータは、図８（Ｅ）となる。同様にして、ＩＤデータは図８（Ｆ）となる。

（マイナスのリサイズ処理）
層データ抽出装置３２０は、図５の処理フローにおいて、反転された合成パターンデータの全ての画素に注目し、各注目画素を中心として合成パターンデータのＭ×Ｎの領域と、同座標の層識別データのＭ×Ｎの領域とを用いて、Ｍ×Ｎの層データを抽出する（工程Ｓ１２）。そのために、次のような処理を行う。Ｍ×Ｎの層識別データを参照して、注目画素の層番号Ｕ０と、その配列内での最上層番号Ｕと、Ｕである画素位置すべてとを求め、Ｕである画素はその層の画素データを抽出し、Ｕより下層の画素は０として抽出し、層識別データがＴ０となる画素は０として抽出する。このようにして、抽出されたデータは配列Ｄ［Ｍ，Ｎ］に格納される（工程Ｓ１３）。

リサイズ処理は、第１の実施形態と同様に式（１）で行われる。ここで、もし、リサイズ結果Ｄｒ（ｓ，ｔ）が０より大きいならば、層識別データの再生成に移行する（工程Ｓ１４）。もし、リサイズ結果Ｄｒ（ｓ，ｔ）が０ならば、層データ抽出装置３２０で再データ抽出を行う（工程Ｓ１４）。

注目画素の層番号Ｕ０と、その配列内での２番目の上層番号Ｕと、Ｕである画素位置すべてとを求め、Ｕ層である画素は、その層の画素データを抽出し、Ｕ層より上層の画素は、２５５として抽出し、Ｕ層より下層の画素は０として抽出し、層識別データがＴ０となる画素は０として抽出する。このようにして、再抽出されたデータは配列Ｄ［Ｍ，Ｎ］に格納される（工程Ｓ１３）。

もし、再びリサイズ処理の結果、Ｄｒ（ｓ，ｔ）が０ならば、上述の再データ抽出を繰り返し行う（工程Ｓ１４）。ただし、再データ抽出が行われるのは、Ｕ０≦Ｕが成立する場合のみである。Ｕ０＝Ｕの場合は、リサイズ結果Ｄｒ（ｓ，ｔ）が０であっても層識別データ再生成の工程に移行する。層識別データ再生成は、注目画素のリサイズ後の層識別データの生成を行う（工程Ｓ１５）。注目画素のリサイズ後の層識別データ（工程Ｓ１６）は上記Ｕとなる。リサイズ処理を繰り返す場合（工程Ｓ１７）は、リサイズ処理後の合成パターンデータとリサイズ処理後の層識別データを入力として繰り返される。

最後に、反転した展開パターンデータの明暗の関係と、層識別データの上下の関係を元にもどすために、それぞれ反転処理を行う。（図７（Ｂ））。具体的には次のように行われる（図１０参照）。反転した展開パターンデータの明暗の関係については、図１０の処理手順で行われる。ここで、展開パターンデータの総数をｎとし、リサイズ処理後の層識別データをｒｉｄとし、リサイズ処理後の合成パターンデータの注目画素の値をｒｄａｔａとし、ｒｄａｔａの反転後の値をｄａｔａとする。

このようにして、白黒反転後のマイナスリサイズ後の合成パターンデータが求められる。層識別データの上下関係については図１１の処理手順で行われる。リサイズ処理後の層識別データをridとし、上下関係を戻した後の層識別データをidとし、展開パターンデータの層数をnとする。

このようにして、上下関係を反転したマイナスリサイズ後の層識別データが求められる。このようにしてマイナスのリサイズ処理結果が得られる。

ここで、図９は、本実施形態のデータ抽出とマイナスリサイズ処理と層識別データ再生の一例を示す。リサイズ量が−ｋ画素のリサイズを行うには、白黒反転後の展開パターンデータからなる合成パターンデータに対して＋ｋ画素のリサイズをしなければならない。白黒反転後の展開パターンデータからなる合成パターンデータを図９（Ａ）とし、その層識別データを図９（Ｂ）として考える。Ｍ＝Ｎ＝３とし、注目画素が図９（Ａ）の１１１の画素であるとすると、画素データの３×３の領域は図９（Ｃ）、同座標の層識別データの３×３の領域は図９（Ｄ）のようになる。上述した方法で画像抽出を行うと、図９（Ｄ）内の最上層の層番号は２であるので、配列Ｄ［３、３］に格納される抽出結果は図９（Ｅ）のようになる。この配列ＤにＸ方向とＹ方向のリサイズ量がともに−１画素のリサイズ処理を行う（今、白黒反転後の展開パターンデータに対してなので＋１画素のリサイズ処理を行う）と、注目画素の画素データは２５５となり、注目画素のリサイズ後の層識別データは２となる。以上の処理を、他の画素にも注目して処理を行うと、最終的に図９（Ｆ）のようなリサイズ結果と図９（Ｇ）のようなマイナスリサイズ後の層識別データが得られる。前述した方法で、図９(Ｆ)に対して明暗の関係を戻し、図９(Ｇ)に対して上下関係を元に戻すと、最終的に図９（Ｈ）のようなマイナスリサイズ結果と図９（Ｉ）のようなマイナスリサイズ後の層識別データが得られる。

（変形例）
尚、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。測定パターンデータ取得装置５０の光電変換装置６４に入射する光は、透過光に限定されず、反射光でも構わない。さらに、透過及び反射の両方の光を同時に用いても構わない。また、光電変換装置６４は、単数に限らず、複数用いることができる。また、リサイズ処理装置３２２、コーナー丸め処理装置３２４、および光学フィルタ処理装置３２６で適用するフィルタ処理は、ＦＩＲフィルタに限らず、線形、非線形、任意のフィルタで行うことができる。また、リサイズ方法、コーナー丸め方法は、フィルタ処理に限らず、ある１種類の層に対して処理を行う方法であれば、任意の方法で行うことができる。ここで、ある１種類の層とは、例えば、処理すべき画素データのＭ×Ｎ領域内に含まれる層の種類が１つであることを指す。

本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。試料の検査において、一般に透過光と反射光が利用され、上記記載では説明を簡単にするために主に透過光について説明しているが、反射光でも同様に扱うことができる。そのため、本発明において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で透過光の用語を反射光の用語に置き換えることができる。なお、上記説明において、各装置は、回路などのハードウエアで構成しても、又は、プログラムなどソフトウエアで構成しても、又は、これらの組み合わせで構成しても良い。

試料検査装置の概略を示すブロック図。 試料検査方法を示す処理フロー図。 簡単な被検査試料の説明図。 合成パターンデータの生成処理の一例を示す図。 リサイズ処理装置の処理フローを示す図。 層データ抽出と合成パターンデータの生成の一例を示す図。 マイナスリサイズの処理フローを示す図。 マイナスリサイズ処理の合成パターンデータ生成の一例を示す図。 マイナスリサイズ処理の層データ抽出と合成パターンデータ生成の一例を示す図。 マイナスリサイズ処理の手順を示す図。 マイナスリサイズ処理の手順を示す図。

符号の説明

２０・・・ホスト計算機
２２・・・ステージ制御装置
２４・・・記憶装置
２６・・・展開パターンデータ生成装置
２８・・・合成パターンデータ生成装置
３０・・・層識別データ生成装置
３２・・・基準パターンデータ生成装置
３２０・・層データ抽出装置
３２２・・リサイズ処理装置
３２４・・コーナー丸め処理装置
３２６・・光学フィルタ処理装置
５０・・・測定パターンデータ取得装置
５２・・・光源
５４・・・集光光学系
５６・・・被検査試料
５８・・・ＸＹθモータ
６０・・・試料ステージ
６２・・・拡大光学系
６４・・・光電変換装置
６６・・・センサ装置
７０・・・比較装置

Claims (15)

1. パターンを有する被検査試料を検査する試料検査装置において、
   被検査試料からの透過光、又は反射光を検出して測定パターンデータを取得する測定パターンデータ取得装置と、
   被検査試料の設計データから複数の層の展開パターンデータを生成する展開パターンデータ生成装置と、
   透過光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータ、又は反射光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータを上層とし、
   複数の層の展開パターンデータの中の１つの層の画素を抽出して、測定パターンデータに対応した合成パターンデータを生成する合成パターンデータ生成装置と、
   合成パターンデータの画素が抽出された、展開パターンデータの層を示す層識別データを生成する層識別データ生成装置と、
   合成パターンデータと層識別データから測定パターンデータに類似する基準パターンデータを生成する基準パターンデータ生成装置と、
   測定パターンデータと基準パターンデータとを比較する比較装置と、を備える、試料検査装置。
2. 請求項１に記載の試料検査装置において、
   基準パターンデータ生成装置は、合成パターンデータから特定の層の画素を抽出して層データとする層データ抽出装置と、層データをリサイズ処理し、リサイズ処理後の合成パターンデータと層識別データを生成するリサイズ処理装置と、を備える、試料検査装置。
3. 請求項１に記載の試料検査装置において、
   基準パターンデータ生成装置は、合成パターンデータから特定の層の画素を抽出して層データとする層データ抽出装置と、層データをコーナー丸め処理し、コーナー丸め処理後の合成パターンデータと層識別データを生成するコーナー丸め処理装置と、を備える、試料検査装置。
4. 請求項１に記載の試料検査装置において、
   基準パターンデータ生成装置は、合成パターンデータから特定の層の画素を抽出して層データとする層データ抽出装置と、層データをリサイズ処理し、リサイズ処理後の合成パターンデータと層識別データを生成するリサイズ処理装置と、リサイズ処理後の合成パターンデータから特定の層の画素を抽出して、リサイズ処理後の層データとする層データ抽出装置と、リサイズ処理後の層データをコーナー丸め処理し、コーナー丸め処理後の合成パターンデータと層識別データを生成するコーナー丸め処理装置と、を備える、試料検査装置。
5. 請求項１に記載の試料検査装置において、
   合成パターンデータ生成装置は、展開パターンデータの特定座標の画素において、透過光の画素が複数の層にある場合、最上層の同座標の画素を抽出し、透過光の画素が１層だけの場合、該層の同座標の画素を抽出し、合成パターンデータを生成する、試料検査装置。
6. 請求項１に記載の試料検査装置において、
   合成パターンデータ生成装置は、展開パターンデータの特定座標の画素において、透過光の画素が複数の層にある場合、上層の同座標の画素を抽出し、その画素の値が０であれば、２番目に上層の画素を抽出し、その画素の値が０であれば、３番目に上層の画素を抽出し、この手順を繰り返して、画素の値が０でない画素を抽出し、透過光の画素が１層だけの場合、該層の同座標の画素を抽出し、合成パターンデータを生成する、試料検査装置。
7. 請求項２又は３に記載の試料検査装置において、
   層データ抽出装置は、合成パターンの特定の画素を中心にＭ×Ｎの画素について、特定の画素の層より上層の画素があれば、これらの画素の中で上層の画素データを抽出し、該上層より下層の画素は不透過光の画素データとし、特定の画素の層より上層の画素がなければ、該層の画素データを抽出し、該層より下層の画素は不透過光の画素データとし、特定の画素の層の層データを生成する、試料検査装置。
8. 請求項１に記載の試料検査装置において、
   層識別データ生成装置は、合成パターンデータの層識別データを合成パターンデータの下位ビットに埋め込む、試料検査装置。
9. 請求項１に記載の試料検査装置において、
   合成パターンデータ生成装置は、複数の層の展開パターンデータの各画素の明暗を逆にした反転パターンデータの特定座標の画素において、複数の層の反転パターンデータに重なりがある場合、上層の反転パターンデータから同座標の画素データを選び、重なりがない１層だけの場合には、その層の反転パターンデータから同座標の画素データを選ぶことで、合成パターンデータを生成する、試料検査装置。
10. パターンを有する被検査試料を検査する試料検査方法において、
    被検査試料からの透過光、又は反射光を検出して測定パターンデータを取得する測定パターンデータ取得ステップと、
    被検査試料の設計データから複数の層の展開パターンデータを生成する展開パターンデータ生成ステップと、
    透過光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータ、又は反射光の画素の領域が小さい方に相当する展開パターンデータを上層とし、
    複数の層の展開パターンデータの中の１つの層の画素を抽出して、測定パターンデータに対応した合成パターンデータを生成する合成パターンデータ生成ステップと、
    合成パターンデータの画素が抽出された展開パターンデータの層を示す層識別データを生成する層識別データ生成ステップと、
    合成パターンデータと層識別データから測定パターンデータに類似する基準パターンデータを生成する基準パターンデータ生成ステップと、
    測定パターンデータと基準パターンデータとを比較する比較ステップと、を有する、試料検査方法。
11. 請求項１０に記載の試料検査方法において、
    合成パターンデータ生成ステップは、展開パターンデータの特定座標の画素において、透過光の画素が複数の層にある場合、最上層の同座標の画素を抽出し、透過光の画素が１層だけの場合、該層の同座標の画素を抽出し、合成パターンデータを生成する、試料検査方法。
12. 請求項１０に記載の試料検査方法において、
    合成パターンデータ生成ステップは、展開パターンデータの特定座標の画素において、透過光の画素が複数の層にある場合、上層の同座標の画素を抽出し、その画素の値が０であれば、２番目に上層の画素を抽出し、その画素の値が０であれば、３番目に上層の画素を抽出し、この手順を繰り返して、画素の値が０でない画素を抽出し、透過光の画素が１層だけの場合、該層の同座標の画素を抽出し、合成パターンデータを生成する、試料検査方法。
13. 請求項１０に記載の試料検査方法において、
    基準パターンデータ生成ステップは、合成パターンの特定の画素を中心にＭ×Ｎの画素について、特定の画素の層より上層の画素があれば、上層の画素の中で最上層の画素データを抽出し、該最上層より下層の画素は不透過光の画素データとし、特定の画素の層より上層の画素がなければ、該層の画素データを抽出し、該層より下層の画素は不透過光の画素データとし、特定の画素の層の層データを生成する、層データ生成ステップと、層データをリサイズ処理し、リサイズ処理後の合成パターンデータと層識別データを生成するリサイズ処理ステップと、を有する、試料検査方法。
14. 請求項１０に記載の試料検査方法において、
    基準パターンデータ生成ステップは、合成パターンの特定の画素を中心にＭ×Ｎの画素について、特定の画素の層より上層の画素があれば、上層の画素の中で最上層の画素データを抽出し、最上層より下層の画素は０の画素データとし、特定の画素の層より上層の画素がなければ、該層の画素データを抽出し、該層より下層の画素は０の画素データとし、特定の画素の層の層データを生成する、層データ生成ステップと、層データをリサイズ処理し、特定の画素のリサイズ結果が０となる場合は、２番目に上層の層を取り出すために再度層データの生成を行い、リサイズ処理し、その際、２番目に上層の層より上層の層を２５５とし、再びリサイズ量が小さく特定の画素のリサイズ結果が０となる場合は、３番目に上層の層を取り出すために再度層データの生成を行い、リサイズ処理し、この手順を繰り返して、リサイズ結果が０でない場合にリサイズ処理後の合成パターンデータと層識別データを生成し、特定の画素の層より上層の画素がなければ、特定の画素のリサイズ結果が０であっても、リサイズ処理後の合成パターンデータと層識別データを生成するリサイズ処理ステップと、を有する、試料検査方法。
15. 請求項１０に記載の試料検査方法において、
    基準パターンデータ生成ステップは、合成パターンの特定の画素を中心にＭ×Ｎの画素について、特定の画素の層より上層の画素があれば、上層の画素の中で最上層の画素データを抽出し、該最上層より下層の画素は不透過光の画素データとし、特定の画素の層より上層の画素がなければ、該層の画素データを抽出し、該層より下層の画素は不透過光の画素データとし、特定の画素の層の層データを生成する、層データ生成ステップと、層データをコーナー丸め処理し、コーナー丸め処理後の合成パターンデータと層識別データを生成するコーナー丸め処理ステップと、を有する、試料検査方法。

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