JP2009058382A - 多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノイズの影響を簡便に低減させ、高画質で高品質の画像データを取得する多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置を提供する。
【解決手段】 マスク１１が載置されたステージに対して、１次元画像センサのライン方向と交差するＸ方向の走行移動と、ライン方向であるＹ方向のステップ移動と、を繰り返して第１スキャン・・・第９スキャン・・・第ｎスキャンの多重スキャンを行い、１次元画像センサによりマスク１１の２次元画像データを取得する画像取得方法において、ステップ移動量を、１次元画像センサのライン方向の画素数からなるセンサ幅Ｗより小さくして、マスク１１の同一領域の画像を１次元画像センサのライン上の異なる画素で複数回撮像し、これ等の異なる画素で撮像して得た画像データを画素間演算し平均化処理あるいは比較処理する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、試料の欠陥等を検査する試料検査技術に係わり、特に、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製造するときに使用されるフォトマスク、ウエハ、あるいは液晶基板等に形成されたパターンの欠陥を検査するための多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置に関する。

例えば半導体集積回路は、露光技術やプロセス技術の向上によりますます高集積化、微細化が進められている。既に、半導体素子のデザインルールが９０ｎｍの製品が市場で製造され、次世代あるいは次々世代となる６５ｎｍ、４５ｎｍ製品の開発および一部実用化がなされている。このような素子の微細化に伴い、その回路パターンが形成された原画パターン（マスク、フォトマスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）に対しても、より一層の位置精度、寸法精度、微小欠陥や異物の低減などが要求されている。

これに対して、マスク検査装置においては、通常、ダイツーデータベース（ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ）比較あるいは、ダイツーダイ（ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ）比較と呼ばれる検査方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ダイツーデータベース比較とは、マスク上の被検査回路パターンを１次元画像センサ等の１次元画像撮像手段により撮像した画像データと、マスク上の回路パターンの基となったＣＡＤデータの基準パターンからつくられた参照データを比較し、両者の不一致点を欠陥として検出する検査方法である。また、ダイツーダイ比較とは、同一マスク上の異なる場所の同一回路パターンを１次元画像撮像手段で撮像した画像データ同士を比較し、両者の不一致点を欠陥として検出する検査方法である。

いずれの検査方法の場合においても、データ同士の不一致点を欠陥として検出するので、信頼性の高いパターン検査のためには、回路パターンの高画質で高品質な画像データの取得が重要である。

マスク上の回路パターンの画像は、照明光が光学系を介しマスクを透過して形成する透過光学像である。この光学像は、例えば時間遅延蓄積（ＴＤＩ）センサといわれる１次元画像センサの光電変換により電気信号として撮像され画像データにされる。ここで、被検査回路パターンのあるマスクが載置されたステージの２次元面でのスキャン駆動が併用されて、２次元の画像データが取得される。

しかし、回路パターンの画像は、上記照明光および光学系の光学特性、１次元画像センサの受光特性、ステージのスキャン駆動特性等の影響を受け、取得される２次元画像データの回路パターンに対する忠実性が損なわれ易い。これは、回路パターン寸法が微細になるに従い顕著になる。

そこで、これまで高画質および高品質の画像データを取得する方法が種々に提示され実用に供されている。例えば、回路パターン寸法が微細になるに従い、照明光（紫外光）の波長を短くし、それに伴い浅くなる焦点深度のオートフォーカス精度を上げることにより、光学像の空間分解能を向上させる手法がとられてきた。また、光源から出射する照明光および光学系の光学レンズを透過する照明光の空間均一性の向上による照明ムラあるいは画像歪の低減が図られてきた。

そして、ステージのスキャン駆動における位置ずれに対する補正処理、１次元画像センサの画素の感度特性等の受光特性に対する補正処理等が行われている。ここで、１次元画像センサにおける補正処理は、これが信号処理により簡便に行えることから、画素の受光特性の補正以外にも使用される。例えば、上述した光学系起因の照明ムラ、画像歪等に対する補正、あるいはスキャン駆動の位置ずれから生じる例えば画像ぼけに対する補正等、マスク検査装置の動作に伴って生じる画像データの劣化要因に対する補正が、１次元画像センサの適宜な補正処理によりなされている。

ところで、上記マスク検査装置の動作において、１次元画像センサの受光、ステージのスキャン駆動、光学系における光学特性等はノイズ変動を受ける。この場合も１次元画像センサにおけるいわゆるノイズ除去の補正処理により、これ等のノイズに起因する画像データ劣化の補正がなされる。ここで、従来のノイズ除去では、画像データが例えば階調（多値）をもつ場合には、周辺画素間で画像データの平滑化がなされ、画像データが例えばイメージのように２値となる場合には、ノイズ対応箇所あるいはその周辺の微小領域の画素データが削除される。

しかしながら、この従来のノイズ除去方法では、基本的に画像ぼけが不可避であり画像エッジにおける鮮鋭化あるいはコントラスト強調が犠牲にされる。ここで、回路パターン寸法が比較的に大きくその精度が緩やかな場合は問題とならないが、マスク上の回路パターン寸法が上述したように微細になりその精度が厳しくなってくると、従来のノイズ除去の方法は適用できなくなる。また、これまでに提示されている補正処理には、上記微細なパターンにおける高画質で高品質の画像データを取得するためのノイズ除去の方法は見当たらない。

なお、上述したマスク検査における問題は、ウエハ面あるいは液晶基板面に形成された素子のパターン検査においても全く同様に起こってくる。また、１次元画像撮像手段が、上述したような１次元画像センサ以外の場合であっても、例えばポリゴンミラーを用いレーザ光等の照射光を所定の１次元撮像幅で走査させ、その走査光を１個の受光部で順次に撮像して１次元画像とする構成になっていても、同様に生じる問題である。
特開２００３−９８１１６号公報

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、例えばフォトマスク、ウエハ、あるいは液晶基板等の試料検査において発生するノイズの影響を簡便に低減させ、高画質で高品質の画像データを取得する、多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置を提供することを主目的とするものである。そして、画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置の信頼性の高めることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、第１の発明にかかる多重スキャンによる画像取得方法は、試料が載置されたステージに対して、所定の撮像幅を有する１次元画像撮像手段の前記撮像幅の方向へのステップ移動と、前記撮像幅方向と交差する方向への走行移動とを繰り返して行い、前記１次元画像撮像手段により前記試料の２次元画像データを取得する画像取得方法において、前記ステップ移動量を前記撮像幅より小さくして、前記１次元画像撮像手段における前記撮像幅方向の異なる撮像位置で前記試料の同一領域の画像を複数回撮像し、前記異なる撮像位置で撮像して得た画像データを演算処理する、構成になっている。

そして、第２の発明にかかる画像取得装置は、ステージを１方向に走行移動させ、前記１方向と交差する方向にステップ移動させるステージ駆動機構と、前記ステージ上に載置された試料の２次元画像データを前記ステージ駆動機構と併用して取得する所定の撮像幅をもつ１次元画像撮像手段と、前記試料の同一領域の画像が前記１次元画像撮像手段の前記撮像幅方向の異なる撮像位置により複数回撮像されるように前記ステップ移動量を制御する多重スキャン制御手段と、前記撮像幅方向の異なる撮像位置で取得した画像データを演算処理する演算処理手段と、を有する構成になっている。

そして、第３の発明にかかる試料検査装置は、ステージを１方向に連続移動させ、前記１方向と交差する方向にステップ移動させるステージ駆動機構と、前記ステージ上に載置された試料の２次元画像を前記ステージ駆動機構と併用して取得する所定の撮像幅をもつ１次元画像撮像手段と、前記試料の同一領域の画像が前記１次元画像撮像手段の前記撮像幅方向の異なる撮像位置により複数回撮像されるように前記ステップ移動量を制御する多重スキャン制御手段と、前記撮像幅方向の異なる撮像位置で取得した画像データを演算処理する演算処理手段と、前記演算処理を通して得られた画像データを基準画像データと比較照合する比較照合手段と、を有する構成になっている。

本発明の構成により、パターン欠陥等の試料検査において発生するノイズの影響を簡便に低減させ、高画質で高品質の画像データを取得する、多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置を提供することができる。そして、画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置の信頼性の高めることができる。

はじめに、本発明の実施形態で使用される画像取得装置の一例、および多重スキャンによる画像取得方法の特徴的技術事項について説明する。

（画像取得装置）
図１は、本発明の多重スキャンによる画像取得方法で使用される画像検査装置の概略構成図である。マスクを検査試料として、かかる試料上の回路パターンの画像を取得するための画像取得装置１０は、マスク１１が載置されるＸＹθステージ１２、光源１３、照明光学系１４、拡大光学系１５、１次元画像撮像手段である１次元画像センサのフォトダイオードアレイ１６、センサ回路１７、ステージ上の位置座標を測定するレーザ測長システム１８、オートローダ１９を備えている。また、ＸＹθステージ１２を駆動する、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータが備えられている。ここで、フォトダイオードアレイ１６は所定の１次元撮像幅を有する例えばＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等である。

そして、コンピュータである制御計算機２０が、データ伝送路となるバス２１を介して、多重スキャン制御回路２２、ステージ制御回路２３、位置回路２４、補正回路２５、ステージ上の位置座標にリンクした画像データを分割保存処理し蓄積する分割保存処理バッファメモリ２６、多重スキャンにより取得したマスク１１上の同一領域の画像データを比較および平均化する同一領域比較／平均化回路２７、出力画像記憶装置２８、オートローダ制御回路２９に接続されている。

図１では、本発明を説明する上で必要な構成部分以外については記載を一部省略している。画像取得装置１０にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。例えば、その他に図示しないが光学像の焦点深度を自動調整するオートフォーカス制御回路が備えられる。

（多重スキャンによる画像取得方法）
次に、上述したような画像取得装置１０における多重スキャンによる画像取得方法について図１および図２を参照して説明する。図２は本発明の多重スキャンの方法を示す概念図である。

マスク１１は、オートローダ制御回路２９によりオートローダ１９を介して２次面における水平方向および回転方向に移動可能に設けられたＸＹθステージ１２上に載置される。マスク１１に形成された回路パターンには適切な光源１３により照明光学系１４を介して光が照射される。そして、マスク１１を透過した照明光は、拡大光学系１５を介してフォトダイオードアレイ１６面に入射する。この時、拡大光学系１５の焦点位置がオートフォーカス制御回路により制御され、フォトダイオードアレイ１６上に拡大されたマスク１１上の回路パターンの画像が結像される。

フォトダイオードアレイ１６上に結像される回路パターンの光学像は、フォトダイオードアレイ１６によって光電変換され、更にセンサ回路１７によってＡ/Ｄ変換される。

ＸＹθステージ１２は、制御計算機２０の制御の下に、ステージ制御回路２３により２次元面の水平方向にスキャン駆動される。そして、ＸＹθステージ１２の移動位置はレーザ測長システム１８により測定され、ステージ位置の座標データとして位置回路２４に供給される。

上記ステージのスキャン駆動において、多重スキャン制御回路２２からの情報に基づいて例えば図２に示されるような多重スキャンが行われる。ここで、図２では、判り易くするために、実際は固定して取り付けられているフォトダイオードアレイ１６がＸＹθステージ１２のスキャン駆動に対応してステージ上のマスク１１面をスキャンするように示されている。図２において、１次元画像センサであるフォトダイオードアレイ１６は、その撮像幅方向であるライン方向に直交するＸ方向に例えば矩形のマスク１１の一辺の方向に連続移動しながら、結像した画像を撮像し画像データにしていく。

そして、１回のステージ１２の連続移動（走行移動）によりＸ方向のマスク１１上の回路パターンを全て撮像すると、ステージ１２を連続移動の方向と直交するＹ方向にステップ移動がなされる。図２においては、このステップ移動により、フォトダイオードアレイ１６はＹ方向にステップ移動する。

ここで、本発明の画像取得における特徴的技術事項として、ステップ移動量は撮像幅であるフォトダイオードアレイ１６のセンサ幅Ｗよりも小さくなるように多重スキャン制御回路２２で設定される。そして、このようなステップ移動後、再度Ｘ方向に連続移動し結像される画像が撮像されて画像データがとられる。このようなＸ方向の連続移動とＹ方向の上記ステップ移動を所定の回数繰り返してマスク１１上の回路パターンの画像取得が行われる。

すなわち、図２において、フォトダイオードアレイ１６の１次元画像センサは、マスク１１が載置されたステージに対して、そのライン方向と交差するＸ方向の連続移動と、ライン方向であるＹ方向のステップ移動とを繰り返して第１スキャン・・・第９スキャン・・・第ｎスキャンの多重スキャンを行い、マスク１１上の回路パターンの画像取得を行う。

なお、Ｙ方向のステップ移動は、Ｘ方向の１連続移動が終了した時点で行われ、続けて次の連続移動が逆Ｘ方向になされるようにしてもよいし、Ｘ方向の１連続移動が終了した時点でＸ方向の初期位置に一度戻されてその初期位置において行われ、再度Ｘ方向に連続移動がなされるようになっていても構わない。また、連続移動のＸ方向とステップ移動のＹ方向は直交する必要はなく所定の角度で交差するようになっていてもよい。

このような画像取得であると、ステップ移動量がセンサ幅Ｗより小さくなることから、マスク１１上の同一領域の同一回路パターンがフォトダイオードアレイ１６のライン上の異なる画素すなわち撮像幅方向の異なる撮像位置により、複数回にわたり重ね撮りされる。そして、それに伴い上記同一回路パターンの画像から、フォトダイオードアレイ１６のライン上の異なる画素により生成された複数の画像データが取得される。このような多重スキャンにより取得した同一回路パターン画像の複数の画像データは、例えば補正回路２５が有する補正処理を介して分割保存処理バッファメモリ２６に収納される。

なお、位置回路２４は、例えばマスク１１上の位置座標に応じて、センサ回路１７、分割保存処理バッファメモリ２６等に対して同期信号を出力する。これにより、センサ回路１７より取得された上記画像データが、位置回路２４により出力されるステージ上の位置座標にリンクされて分割保存処理バッファメモリ２６に保存される。

これ等の多重スキャンにより取得される画像データは、同一領域比較／平均化回路２７において、同一領域の画像データを取得している画素間で比較される。ここで、これ等の画像データは、画素間演算がなされ、例えば減算処理、加算処理、論理演算等がなされる。

また、上記多重スキャンにより取得される画像データは、その平均化がなされる。ここで、画像データは例えば８ビット（０〜２５５階調）の濃淡値で表されているので、この濃淡値の平均化処理がなされる。この平均化処理は、例えば単純な相加平均あるいは加重平均等の演算により行われる。

この平均化処理を受けた画像データは、出力画像記憶装置２８に転送され、マスク１１の回路パターンとして保存される。

このように、本発明の画像取得方法では、多重スキャンにより、フォトダイオードアレイ１６の１次元画像センサのライン上の異なる位置の画素で、マスク１１上の同一領域の同一回路パターンを複数回にわたり撮像する。そして、撮像された同一領域の同一回路パターンの複数の画像データが画素間演算され平均化処理される。このために、従来のノイズ除去における周辺画素による平滑化の処理がなく、それによる画像ぼけは無くなり、画像エッジにおける鮮鋭化あるいはコントラスト強調が容易になる。そして、マスクの回路パターン寸法が上述したように微細になりその精度が厳しくなってきても、高画質で高品質の画像データが得られる。

次に、本発明の好適な実施形態のいくつかについて図面を参照して説明する。なお、互いに同一または類似の部分の重複説明は一部省略される。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置について説明する。以下、マスク上の回路パターンの検査をする試料検査装置について説明する。多重スキャンによる画像取得方法および画像取得装置の説明は試料検査装置の説明の中で合わせて行われる。図３は本実施形態における試料検査装置の一例を示す概略構成図である。

図３に示すように、本実施形態の試料検査装置３０は、図１の画像取得装置１０で説明したような光学画像データ取得部を有している。すなわち、マスク１１が載置されるＸＹθステージ１２、光源１３、照明光学系１４、拡大光学系１５、１次元画像センサであるフォトダイオードアレイ１６、センサ回路１７、ステージ位置の座標を測定するレーザ測長システム１８、オートローダ１９を備える。また、ＸＹθステージ１２を駆動する、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータが備えられている。このＸモータ、Ｙモータ、θモータとしては、ステップモータを用いることができる。
ここで、フォトダイオードアレイ１６はＴＤＩセンサが好適であり、このＴＤＩセンサは、例えば１ライン数千画素程度になるセンサ幅Ｗとなり、数十〜数百ラインとなる任意の数の画素数およびライン数を有している。

そして、ホストコンピュータである制御計算機３１が、データ伝送路となるバス３２を介して、多重スキャン制御回路２２、ステージ制御回路２３、位置回路２４、補正回路２５、ステージの位置座標にリンクした画像データを分割保存処理し蓄積する分割保存処理バッファメモリ２６、多重スキャンにより取得したマスク１１上の同一領域の画像データを比較および平均化する同一領域比較／平均化回路２７、出力画像記憶装置２８、オートローダ制御回路２９に接続されている。

更に、制御計算機３１には参照データ生成回路３３、比較回路３４が接続されている。ここで、比較回路３４は、参照データ生成回路３３で生成されたマスク１１上の同一パターンから取得される画像参照データと上記出力画像記憶装置２８に格納した画像データとを比較照合し、パターン欠陥を検査する。そして、そのパターン欠陥に関する情報、例えばマスク１１上で位置座標、欠陥の種類等について記憶する。

そして、制御計算機３１には、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置３５、磁気テープ装置３６、フロッピー（登録商標）ディスク３７、パターンモニタ３８、プリンタ３９、ＣＲＴ、キーボードおよびマウスを含む端末４０が接続されている。ここで、磁気ディスク装置３５あるいは磁気テープ３６には、制御計算機３１の指令に基づき上記回路で算出した種々のデータが格納される。また、フロッピー（登録商標）ディスク３７、パターンモニタ３８、プリンタ３９、ＣＲＴ、キーボードおよびマウスを含む端末４０は必要なデータを入出力するのに使用される。

次に、試料検査装置３０によるパターン検査における動作機構について、その主要構成部の動作と共に説明する。

マスク１１は、オートローダ制御回路２９およびオートローダ１９を有するオートローダ機構によりＸＹθステージ１２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。ＸＹθステージ１２の上方には、光源１３及び照明レンズからなる照明光学系１４が配置されている。光源１３より発した光束は照明光学系１４を介してマスク１１を照射する。マスク１１の下方には、拡大光学系（結像光学系）１５、フォトダイオードアレイ１６およびセンサ回路１７が配置されている。そして、マスク１１を透過した透過光は拡大光学系１５を介してフォトダイオードアレイ１６面に結像される。拡大光学系１５はオートフォーカス制御回路およびピエゾ素子を含む自動焦点機構により自動的に焦点調整がなされる。

ＸＹθステージ１２は、制御計算機３１の指令を受けたステージ制御回路２３により制御され、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの駆動系によって駆動される。そこで、ステージ１２上のマスク１１のアライメントがなされて、回路パターンの例えば配列方向とステージのスキャン駆動の方向が一致するように調節される。

そして、マスク１１上における回路パターンの画像データを取得するために、ＸＹθステージ１２がステージ制御回路２３により２次元面の水平方向にスキャン駆動される。ここで、ＸＹθステージ１２の移動位置はレーザ測長システム１８により測定され、ステージ位置の座標データとして位置回路２４に供給される。

上記ステージのスキャン駆動において、多重スキャン制御回路２２からの情報に基づいて例えば図４に示されるような多重スキャンが行われる。ここで、図２で説明したのと同様に、フォトダイオードアレイ１６のＸ方向の連続移動とＹ方向のステップ移動が繰り返されて、マスク１１上の回路パターンの画像取得を行う。ここで、図示しないが、マスク１１上の例えば２面付けに形成された同一パターンである被検査回路パターンと基準回路パターンについて画像取得がなされる。

ここで、フォトダイオードアレイ１６がＴＤＩセンサである場合には、上記Ｘ方向の連続移動がセンサの時間遅延蓄積と同期するように、ステージのスキャン駆動は行われる。フォトダイオードアレイ１６がＴＤＩセンサであると、Ｘ方向の連続移動を高速に行うことができることから、ステージの多重スキャンに要する全体の走行時間はそれ程長くはならない。

図４に示すような多重スキャンによる画像取得では、マスク１１の領域Ｐに存在する全ての回路パターンが、Ｙ方向のステップ移動の回数分、フォトダイオードアレイ１６のライン上において異なる位置の画素により撮像される。この多重スキャンにより取得された同一回路パターン画像の取得回数分の画像データは、通常の補正回路２５が有する補正処理を経て分割保存処理バッファメモリ２６に収納される。

ここで、位置回路２４は、例えばマスク１１上の位置座標に応じて、センサ回路１７、分割保存処理バッファメモリ２６等に対して同期信号を出力する。これにより、センサ回路１７より取得された上記画像データが、位置回路２４により出力されるステージ位置の座標データにリンクされて分割保存処理バッファメモリ２６に保存される。

補正回路２５は、フォトダイオードアレイ１６の全画素がほぼ均一な階調レベルになるようにリアルタイムに調節する。ここでは、フォトダイオードアレイ１６の受光特性である例えば感度特性が補正される。この感度特性の補正は、全ての画素に対してＧａｉｎの乗算とＯｆｆｓｅｔの加算を実行することにより行われる。それぞれの画素に適用されるＧａｉｎとＯｆｆｓｅｔの値は、任意の黒部と白部の画像を取得し、以下の連立方程式から求められる。
黒部目標値＝Ｇａｉｎ＊黒部入力値＋Ｏｆｆｓｅｔ
白部目標値＝Ｇａｉｎ＊白部入力値＋Ｏｆｆｓｅｔ

また、この補正回路２５は、拡大光学系１５の光学歪を補正する機能を持っている。拡大光学系１５の光学歪は、フォトダイオードアレイ１６面における局部的な位置ずれとして見られる。そこで、このずれ量を制御計算機３１により設定し、いわゆるバイリニア法やバイキュービック法のアルゴリズムを使用して、フォトダイオードアレイ１６のライン方向における画素の位置ずれが補正される。

分割保存処理バッファメモリ２６は、図５に示すように、補正回路２５より出力される１フォトダイオードアレイ１６における補正後の１次元画像データ４１を所定数に分割して、複数のメモリバンクに同時に順次蓄積していく機能を有する。フォトダイオードアレイ１６の各画素における補正後の画像データは、上述したＸＹθステージ１２の多重スキャンにおいてＸ方向の連続移動で取得され、順次に２次元画像として蓄積される。ここで、図５において例えば３分割された１次元画像データはそれぞれ第１バンク４２、第２バンク４３、第３バンク４４等のメモリバンクに時系列に蓄積される。

そして、同一領域比較／平均化回路２７は、上記メモリバンクに収納されたマスク１１の同一領域の画像データを画素間で比較する。この比較処理において、特異な画像データを示す画素は内蔵のメモリ部（不図示）に記録される。ここで、特異な画像データとしては、主に、ノイズに起因したものと、画素の受光特性である明るさ階調に対する補正エラーに起因したものがある。上記比較処理では、いわゆる画素間演算が行われ、上記画像データの加算、減算、論理積、論理和、排他的論理和などが行われる。

そして、上記同一領域の画像データの画素間での平均化がなされる。ここで、画像データは例えば上述したように８ビットの濃淡値で表されているので、この濃淡値の平均化が例えば加重平均あるいは相加平均の処理でなされる。

同一領域比較／平均化回路２７における上記比較機能および平均化機能は、ＤＳＰ（Digital signal Processor）により実現され、プログラムの変更によりアルゴリズムの自在な変更が可能となる。

この平均化処理を受けた画像データのうち被検査回路パターンにかかる画像データは出力画像記憶装置２８に転送される。また、平均化処理を受けた画像データのうち基準回路パターンにかかる画像データはバス３２を通して参照データ生成回路３３に供給される。

比較回路３４は、上記参照データ生成回路３３に格納された参照画像データと、出力画像記憶装置２８に保存した例えば上記平均化処理を受けた画像データとを取り込み、位置合わせをした後に複数のアルゴリズムに従って比較し、パターン欠陥の有無を判定する。上述したパターン検査は、遮光パターンのみのクロムマスク、位相シフトマスク、ハーフトーンマスク等において行われる。

本実施形態では、上述した多重スキャンによる画像取得により、試料の同一領域を１次元画像センサの異なる画素で複数回撮像し、それ等の画像データに対して上記異なる画素の間で種々の画素間演算を加え比較／平均化処理を施す。このために、試料検査において、その光学系、ステージ駆動系あるいは受光系においてノイズが発生しても、そのノイズの影響を除去した高画質で高品質の画像データが簡便に取得でき、安定し信頼性の高い試料検査が可能になる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態にかかる多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置について説明する。ここで、試料検査装置は図３に示したようなマスク上の回路パターンの欠陥検査に用いられる試料検査装置である。本実施形態の特徴は、フォトダイオードアレイ１６の１次元画像センサの中で特異な画像データを生成する画素あるいは画素の集団を検出し、多重スキャンによる画像取得において使用しないようにするところにある。

１次元画像センサでは、そのライン方向位置の画素間で感度特性が互いに異なることから、補正回路２５における画素の感度特性の補正では、例えば上述した連立方程式に従って全ての画素に対するＧａｉｎ補正およびＯｆｆｓｅｔ補正が施される。図６は、横軸にライン方向位置の画素をとり、縦軸にその画素のＧａｉｎ補正値をとった一例である。図６においてＧａｉｎ補正値はライン方向位置の画素間でノコギリ刃のようにばらついている。そこで、画素ごとに周辺画素を用いて平均化するいわゆる移動平均処理を施して図中の滑らかに変動する移動平均曲線を得る。

そして、補正回路２５において、この移動平均曲線から著しく外れているＧａｉｎ補正値の画素を特異な特性を有する画素とする。図６では、通常この特異な画素は、矢印で示す画素でありＧａｉｎ補正値が突出して大きくなっている。

そして、多重スキャン制御回路２２およびステージ制御回路２３に基づいて行われる例えば図４で説明した多重スキャンにおいて、上記補正回路２５で検出した特異な画素が、マスク１１の同一領域の回路パターンを撮像しないようにする。あるいは、この特異な画素の周辺の数画素例えば３〜１０画素程度の微小領域がマスク１１の同一領域の回路パターンを撮像しないようにする。このようにすることにより、同一領域比較／平均化回路２７において間違った画像データを生成することがなく、更に高画質で高品質の画像データが取得できるようになる。

ここで、光源１３あるいは照明光学系１４から生じる照明ムラがある場合には、１次元画像センサにおけるＧａｉｎ補正値として、上記移動平均曲線を用いるとよい。このようないわゆるローパスフィルタを通すことにより、上記照明ムラが検知できるようになる。そして、この照明ムラを除去するように再度１次元画像センサの感度特性を補正することができる。そして、この場合にも、照明ムラの補正処理がなされた画素の微小領域は、多重スキャンにおいて、特異な画素としてマスク１１の同一領域の回路パターンを撮像しないようにする。

但し、Ｇａｉｎ補正値の移動平均を駆使する上記画像取得方法は、１次元画像センサのエッジでの画像ぼけを引き起こすことから、多重スキャンにおいてエッジ近傍の画像データを除去するようにすると好適である。

第２の実施形態では、１次元画像センサに存在する特異な画像を検出し、多重スキャンによる画像取得において、特異な画素あるいはその微小領域の画素が試料の同一領域の回路パターンを撮像しないようにする。このようにして、安定して信頼性の高い試料検査が可能になる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態にかかる多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置について説明する。本実施形態の特徴は、１次元画像センサをｎ（正整数）等分し、多重スキャンにおいてＹ方向にセンサ幅Ｗ／ｎのステップ移動をとるところにある。

図７に示すように、フォトダイオードアレイ１６のＸ方向の連続移動とＹ方向のステップ移動を繰り返す多重スキャンにおいて、１回のステップ移動の幅は、フォトダイオードアレイ１６のセンサ幅Ｗのｎ等分に設定される。例えば、センサ幅Ｗが２０４８画素分になるとすると、図７に示すようにセンサ幅を２等分するようにステップ移動がなされる。このようにすることにより、マスク１１上の同一領域の回路パターンは、上記１次元画像センサの異なる画素により、全てｎ回の画像取得がなされる。すなわち、マスク１１上の回路パターンの画像の取得回数は同じｎ回になる。

第３の実施形態では、例えば拡大光学系１５による光学歪があり、それを１次元画像センサの受光特性の補正により除去する場合にあっても、高画質で高品質の画像データが得られ易くなる。これは、この場合の画素の補正パラメータが１次元画像センサの隣接する画素でほぼ同程度の値になり、多重スキャンによる画像取得における同一領域比較／平均化処理で画像データが平滑化し易くなるからである。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態にかかる多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置について説明する。本実施形態の特徴は、多重スキャンによる画像取得において動作中に比較エラーを検出し、信頼性の高いパターン検査を容易にするところにある。

この実施形態は図８を参照して説明する。図８は、比較エラーの検出およびその対応処理を説明するための概念図である。図８に示すように、例えばフォトダイオードアレイ１６で撮像された１次元画像データ４５は、補正回路２５等の補正処理部４６において上述したような補正処理を受ける。ここには、センサの感度特性情報、光学系の歪情報などが供給されている。そして、補正処理を受けた１次元画像データ４５は、分割保存処理バッファメモリ２６等の分割画像用バッファメモリ４８に保存される。そして、試料上の同一領域の回路パターンの画像データが同一領域比較／平均化回路２７等の同一領域比較／平均化処理部４９に送られて、比較エラーが検出される。同時に、第１の実施形態で説明したような画像データの平均化処理が行われる。

ここで、同一領域比較／平均化処理部４９は、分割画像用バッファメモリ４８のメモリバンクに保存されている試料上の同一領域の画像データ同士を比較処理し比較エラー情報を出力する。例えば、画像エッジのずれ量が１次元画像センサのライン位置と相関がある場合に歪補正エラーを検出し、画像の全体的ずれがある場合にステージの走行エラーとして検出する。また、画像の階調レベルの違いが１次元画像センサの画素と相関がある場合に画素の感度特性の補正エラーとして検出し、それが全体的に変動している場合に光源を含む光学系エラーと判断し出力する。

そして、上記比較エラー情報は、制御計算機３１に伝送されて画像の再取得を行い、再度の１次元画像データ４５生成をする。上記比較エラー検出において、歪補正エラーあるいは画素の感度特性の補正エラーを検出した場合、無視しても問題とならないレベルのエラーであれば補正処理部４６の補正パラメータを修正して、画像取得を続行する。ここで、無視できないレベルであれば上記補正パラメータが修正され、この修正された補正パラメータを用いた再画像取得が実行される。

この同一領域比較／平均化処理部４９で平均化処理された画像データは平均化画像用バッファメモリ５０に送られて、上述した試料検査において用いられる。そして、安定し信頼性の高いパターン検査が保証される。

（第５の実施形態）
第１ないし第４の実施形態では、主にダイツーダイ比較によるマスクのパターン検査の場合について説明した。第５の実施形態では、図３を参照してダイツーデータベース比較によるパターン検査について説明する。この場合には、磁気ディスク装置３５あるいは磁気テープ装置３６にＣＡＤシステムによるマスク設計に用いられた例えばＥＢ描画における設計データが格納されている。

そこで、この場合の参照データ生成回路３３は、磁気ディスク装置３５あるいは磁気テープ装置３６に格納されているＣＡＤシステムにおけるマスク設計データから、回路の基準パターンを生成して参照データにする。この場合の参照データは、ビットパターンデータから成る設計イメージ画像のデータであり２値のディジタル画像データであることから、適切なフィルタ処理を施して参照多値データにするとよい。

そして、比較回路３４は、上記参照データ生成回路３３で生成した参照多値データと、第１ないし第４の実施形態で説明したのと同様にして平均化処理を受け出力画像記憶装置２８に保存された画像データとを取り込む。そして、位置合わせをした後に複数のアルゴリズムに従って比較し、パターン欠陥の有無を判定する。そして、そのパターン欠陥に関する情報、例えばマスク１１上で位置座標、欠陥の種類等について記憶する。

（実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

例えば、図１あるいは図３を参照して説明した多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置において、照明光の光学系および１次元画像撮像手段が、例えば図９に示すような構成になっていても構わない。すなわち、例えばレーザ光源である光源１３から出射する光ビーム５１が、ポリゴンミラー５２等からなるビーム走査手段により、所定の角度範囲で走査されるようになっている。そして、この角度走査された走査光５３はｆ−θレンズ５４により撮像幅ｗの平行光にされる。この場合には、撮像幅ｗが上述した１次元画像センサのセンサ幅Ｗに相当することになる。ここで、光ビーム５１はレーザ光であってもよいし通常の非コヒーレント光であってもよい。また、パルス状ビームあるいは連続ビームのどちらであっても構わない。

そして、光ビーム５１がこの所定の撮像幅ｗで複数ビームに１次元走査され形成された走査光５３は、ステージ上に載置されたマスク１１を透過し拡大光学系１５を介して、例えば１個のフォトダイオードを備えた受光部５５により受光される。ここで、走査光５３の各ビームは順次に受光部５５で光電変換され電気信号になる。そして、走査光５３の各ビームに対応して受光部５５で時系列に生成される電気信号は、Ａ／Ｄ変換回路５６でディジタル信号にされ、１次元画像生成回路５７において１次元画像データとして配列される。

なお、１次元画像生成回路５７には、ビーム走査手段を構成するミラーモータ（不図示）により回転駆動するポリゴンミラー５２のエンコーダ５２ａからその回転角度位置あるいは回転量がミラー角度情報として供給される。ここで、１次元画像生成回路５７は、このミラー角度情報により、上記走査光５３における各ビームの受光部５５で生成される電気信号を同定できるようになっている。そして、このようにして生成されたマスク１１の１次元画像データはセンサ回路１７に転送される。画像取得および試料検査におけるそれ以後の処理では、このセンサ回路１７に転送された上記画像データは図１あるいは図３で説明したのと全く同様に行われることになる。

上述したように、この変形例の場合には、１次元画像撮像手段は、光ビーム５１を所定の撮像幅ｗで走査させる上記ビーム走査手段、ｆ−θレンズ５４、受光部５５を含んで構成されることになる。そして、多重スキャンによる画像取得方法、画像取得装置および試料検査装置では、この１次元画像撮像手段が上述した１次元画像センサと全く同様に機能する。ここで、実施形態で説明した１次元画像センサの各画素は、上記撮像幅ｗ内の走査光５３の各ビームに対応することになる。

その他の変形例としては、例えば、試料のパターンを撮像する方法において試料の透過光を用いる例について示したが、反射光あるいは透過光と反射光を同時に用いてもよい。

また、ダイツーデータベース比較によるパターン検査において、平均化処理を受け出力画像記憶装置２８に保存された画像データに対して２値化処理がなされ、ＣＡＤシステムにおけるマスク設計データから生成したイメージ画像の基準パターンとの間で、比較照合がなされるようにしてもよい。

また、画像取得方法、装置構成やデータ処理等で、本発明の説明に直接必要としない部分等について記載は省略されているが、必要とされる装置構成、制御手法やデータ処理等を適宜選択して用いることができる。

本発明の実施形態にかかる画像取得装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施形態にかかる多重スキャンの方法を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態にかかる試料検査装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施形態にかかる多重スキャンの方法を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態にかかる補正された１次元画像データを分割して保存する分割保存処理バッファメモリの概念図である。 本発明の第２の実施形態にかかる１次元画像センサのライン方向位置における画素のＧａｉｎ補正値の一例を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態にかかる多重スキャンの方法を示す概念図である。 本発明の第４の実施形態にかかる比較エラーの検出およびその対応処理を説明するための概念図である。 本発明の実施形態における１次元画像撮像手段の変形例を説明するための概念図である。

符号の説明

１０ 画像取得装置
１１ マスク
１２ ＸＹθステージ
１３ 光源
１４ 照明光学系
１５ 拡大光学系
１６ フォトダイオードアレイ
１７ センサ回路
１８ レーザ測長システム
１９ オートローダ
２０，３１ 制御計算機
２１，３２ バス
２２ 多重スキャン制御回路
２３ ステージ制御回路
２４ 位置回路
２５ 補正回路
２６ 分割保存処理バッファメモリ
２７ 同一領域比較／平均化回路
２８ 出力画像記憶装置
２９ オートローダ制御回路
３０ 試料検査装置
３３ 参照データ生成回路
３４ 比較回路
３５ 磁気ディスク装置
３６ 磁気テープ装置
３７ フロッピー（登録商標）ディスク
３８ パターンモニタ
３９ プリンタ
４０ 端末
４１ 補正後の１次元画像データ
４２ 第１バンク
４３ 第２バンク
４４ 第３バンク
４５ １次元画像データ
４６ 補正処理部
４７ 分割保存処理部
４８ 分割画像用バッファメモリ
４９ 同一領域比較／平均化処理部
５０ 平均化画像用バッファメモリ
５１ 光ビーム
５２ ポリゴンミラー
５２ａ エンコーダ
５３ 走査光
５４ ｆ−θレンズ
５５ 受光部
５６ Ａ／Ｄ変換回路
５７ １次元画像生成回路

Claims (8)

1. 試料が載置されたステージに対して、所定の撮像幅を有する１次元画像撮像手段の前記撮像幅の方向へのステップ移動と、前記撮像幅方向と交差する方向への走行移動とを繰り返して行い、前記１次元画像撮像手段により前記試料の２次元画像データを取得する画像取得方法において、
   前記ステップ移動量を前記撮像幅より小さくして、前記１次元画像撮像手段における前記撮像幅方向の異なる撮像位置で前記試料の同一領域の画像を複数回撮像し、
   前記異なる撮像位置で撮像して得た画像データを演算処理することを特徴とする多重スキャンによる画像取得方法。
2. 前記演算処理は、前記異なる撮像位置で取得した画像データの比較あるいは平均化であることを特徴とする請求項１に記載の多重スキャンによる画像取得方法。
3. 前記撮像幅方向の撮像位置において、周辺の撮像位置と受光特性の異なる一撮像位置あるいはその周辺の撮像位置では、前記試料の同一領域の画像を複数回撮像しないようにすることを特徴とする多重スキャンによる画像取得方法。
4. 前記ステップ移動量は、前記撮像幅の正整数（ｎ）等分量であり、前記試料の同一領域の画像を前記１次元画像撮像手段の前記異なる撮像位置によりｎ回撮像することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の多重スキャンによる画像取得方法。
5. 前記演算処理により、前記異なる撮像位置で取得した画像データを比較し比較エラー情報を出力することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の多重スキャンによる画像取得方法。
6. 前記比較エラー情報により、前記画像データの補正処理において用いられる補正パラメータを変更し前記補正処理にフィードバックすることを特徴とする請求項５に記載の多重スキャンによる画像取得方法。
7. ステージを１方向に走行移動させ、前記１方向と交差する方向にステップ移動させるステージ駆動機構と、
   前記ステージ上に載置された試料の２次元画像データを前記ステージ駆動機構と併用して取得する所定の撮像幅をもつ１次元画像撮像手段と、
   前記試料の同一領域の画像が前記１次元画像撮像手段の前記撮像幅方向の異なる撮像位置により複数回撮像されるように前記ステップ移動量を制御する多重スキャン制御手段と、
   前記撮像幅方向の異なる撮像位置で取得した画像データを演算処理する演算処理手段と、
   を有することを特徴とする画像取得装置。
8. ステージを１方向に連続移動させ、前記１方向と交差する方向にステップ移動させるステージ駆動機構と、
   前記ステージ上に載置された試料の２次元画像を前記ステージ駆動機構と併用して取得する所定の撮像幅をもつ１次元画像撮像手段と、
   前記試料の同一領域の画像が前記１次元画像撮像手段の前記撮像幅方向の異なる撮像位置により複数回撮像されるように前記ステップ移動量を制御する多重スキャン制御手段と、
   前記撮像幅方向の異なる撮像位置で取得した画像データを演算処理する演算処理手段と、
   前記演算処理を通して得られた画像データを基準画像データと比較照合する比較照合手段と、
   を有することを特徴とする試料検査装置。
   

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