JP2012026969A - パターン検査方法およびパターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン検査における擬似欠陥を低減する。
【解決手段】実施形態のパターン検査方法は、基板の第１の領域に形成された第１のパターンを撮像して第１のパターン像を取得する工程と、第１のパターン像と第１のパターンの設計情報とを対応づけてＤｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅ検査により欠陥を検出する工程と、検出された欠陥の数を予め準備された閾値と比較し、検出された欠陥の数が閾値以下である場合に、上記検出された欠陥を検査結果として出力する工程と、上記検出された欠陥の数が閾値を上回る場合に、基板内で第１の領域と異なる第２の領域で形成され第１のパターンと設計上同一の形状を有する第２のパターンを撮像して第２のパターン像を取得する工程と、第１のパターン像と第２のパターン像とを互いに比較することにより、Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ検査により欠陥を再検出し、再検出された欠陥を検査結果として出力する工程と、を持つ。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、パターン検査方法およびパターン検査装置に関する。

近年、基板上のパターンの欠陥を検査する方法として、電子ビームを基板上に走査して得られる二次電子像の輪郭と、設計データのパターンの輪郭とを相互に比較してその乖離量を検査するダイ・ツー・データベース（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅ）方式の検査技術が提案されている。

しかしながら、ダイ・ツー・データベース検査には、設計パターンの外形や二次電子パターン像のエッジ付近における輝度変化に依存して擬似欠陥が多発するという問題があった。

設計パターンの外形に依存する問題では、設計パターンが配線のコーナ部やコンタクトホール等の曲線を含む場合に発生する。例えばコーナ部を含む配線の検査画像についてダイ・ツー・データベース検査を実施すると、設計パターン上ではコーナ部は矩形状で記述されていても、基板上に形成された実パターンでは丸まった曲線形状となる。このため、コーナ部で検査対象パターンと設計パターンとの乖離距離が大きくなり、実際には欠陥でないにも拘わらず欠陥として検出されてしまうことがある（図６の符号８０，８１参照）。このような擬似欠陥が多発すると、検査結果の中から真性欠陥を抽出することが困難となり、検査結果のレビューや解析に膨大な時間と労力を要することになる。

また、ダイ・ツー・ダイ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）検査では、対比のために少なくとも２以上の二次電子パターン像からパターンエッジを抽出する必要がある。しかし、パターンエッジ付近で画素値勾配（輝度変化）が小さいパターン画像もあり、このような、いわゆるパターンエッジのぼやけた画像からエッジ箇所を判定することは困難である。このため、エッジ位置検出に際して誤差が発生し、これに起因して擬似欠陥が増大してしまう。これがパターン像のエッジ付近における輝度変化に依存する問題である。

特開２００７−１４９０５５

本発明は、擬似欠陥を低減して検査結果を高速でアウトプットするパターン検査方法およびパターン検査装置を提供する。

実施形態のパターン検査方法は、基板の第１の領域に形成された第１のパターンを撮像して第１のパターン像を取得する工程と、前記第１のパターン像と前記第１のパターンの設計情報とを対応づけてダイ・ツー・データベース（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅ）検査により欠陥を検出する工程と、検出された欠陥の数を予め準備された第１の閾値と比較し、前記検出された欠陥の数が前記第１の閾値以下である場合に、前記検出された欠陥を検査結果として出力する工程と、前記検出された欠陥の数が前記閾値を上回る場合に、前記基板内で第１の領域と異なる第２の領域で形成され前記第１のパターンと設計上同一の形状を有する第２のパターンを撮像して第２のパターン像を取得する工程と、前記第１のパターン像と前記第２のパターン像とを互いに比較することにより、ダイ・ツー・ダイ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）検査により欠陥を再検出し、再検出された欠陥を検査結果として出力する工程と、を持つ。

実施の一形態によるパターン検査装置の概略構成を示すブロック図。 図１に示すパターン検査装置の制御コンピュータの具体的構成を示すブロック図。 検査エリアの分割方法の一例を示す図。 第１の実施の形態によるパターン検査方法の概略工程を示すフロー図。 第１の検査手法の具体的工程を示すフロー図。 第１の検査手法の説明図。 パターンエッジプロファイル勾配値の算出方法の一例を説明する図。 第２の検査手法による欠陥検出の概略工程を示すフロー図。 第２の検査手法の説明図。 第３の検査手法による欠陥検出の概略工程を示すフロー図。 第３の検査手法の説明図。 第２の実施の形態によるパターン検査方法の概略工程を示すフロー図。 第３の実施の形態によるパターン検査方法の概略工程を示すフロー図。

以下、実施の形態のいくつかについて説明する。以下では、パターン像として走査型電子顕微鏡により撮像した二次電子パターン像を取り挙げて説明するが、パターン像としてはこれに限るものではなく、例えば光顕画像を用いることもできる。しかしながら、半導体パターンの検査など、高い解像度が要求される場合は二次電子パターン像を用いることが望ましい。また、基板は半導体基板の他、セラミック基板やガラス基板をも含む。なお、添付図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は必要な場合に限り行う。

（Ａ）パターン検査装置
図１は、実施の一形態によるパターン検査装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すパターン検査装置は、走査型電子顕微鏡４０と、制御コンピュータ２１と、設計データベース２７と、記憶装置２８と、表示装置２９と、入力装置２０と、を備える。制御コンピュータ２１は、設計データベース２７、記憶装置２８、表示装置２９および入力装置２０にも接続される。

走査型電子顕微鏡４０は、本実施形態において例えば撮像手段に対応し、鏡筒９と、試料室８と、電子銃制御部２２、レンズ制御部２３、偏向器制御部２４、画像取得制御部２５およびステージ制御部２６を含む。鏡筒９には電子銃６と、コンデンサレンズ４と、偏向器５と、対物レンズ３と、検出器７が設けられ、また、試料室８内には、検査対象パターンが形成された試料である基板１１を支持するステージ１０とアクチュエータ１２が設けられる。

制御コンピュータ２１はまた、電子銃制御部２２、レンズ制御部２３、偏向器制御部２４、画像取得制御部２５およびステージ制御部２６に接続される。電子銃制御部２２は、鏡筒９内の電子銃６に接続され、レンズ制御部２３はコンデンサレンズ４に接続され、偏向器制御部２４は偏向器５に接続され、画像取得制御部２５は検出器７に接続される。ステージ制御部２６は試料室８内のアクチュエータ１２に接続される。

電子銃制御部２２は、制御コンピュータ２１の指示に従って制御信号を生成し、この制御信号を受けて電子銃６は電子ビーム１を放出する。放出された電子ビーム１は、コンデンサレンズ４により集束された後に対物レンズ３により焦点位置が調整されて基板１１に照射される。レンズ制御部２３は、制御コンピュータ２１の指示に従って制御信号を生成し、この制御信号を受けてコンデンサレンズ４が電子ビーム１を集束する。偏向器制御部２４は、制御コンピュータ２１の指示に従って制御信号を生成し、偏向器５は偏向器制御部２４から送られる制御信号により偏向電界または偏向磁界を形成して電子ビーム１をＸ方向およびＹ方向に適宜偏向して基板１１の表面を走査する。

電子ビーム１の照射により基板１１の表面から二次電子、反射電子および後方散乱電子が発生し、検出器７により検出されて検出信号が画像取得制御部２５を介して制御コンピュータ２１に送られる。制御コンピュータ２１は、画像取得制御部２５から送られた検出器７による検出信号を処理して試料表面のパターンの像（ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像）を形成し、表示装置２９により表示させ、記憶装置２８に記憶させる。ステージ１０は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能であり、制御コンピュータ２１からの指示によりステージ制御部２６が生成した制御信号に従ってアクチュエータ１２がステージ１０を移動する。これにより、検査領域（図３の符号３０参照）に対する電子ビーム走査が行われる。

設計データベース２７には検査対象パターンのＣＡＤデータが収納される。記憶装置２８は、後述するパターン検査方法の手順が記述されたレシピファイルを格納し、このレシピファイルを制御コンピュータ２１が読み取ってパターン検査を実行する。

入力装置２０は、検査エリアの座標位置、検査パターンの種類、検査条件、欠陥検出のための各種閾値、（分割検査エリア毎の欠陥数閾値ＤＡＴＨｉ、パターン種類毎の欠陥数閾値ＤＰＴＨｎ、パターンエッジプロファイル勾配値αＴＨｋ、ダイ・ツー・データベース検査でのエッジ間乖離距離閾値ＬＡＴＨｊ、ダイ・ツー・ダイ検査でのエッジ間乖離距離閾値ＬＢＴＨ、パターン画素値差分閾値ＣＡＴＨ）等の情報を制御コンピュータ２１へ入力するためのインタフェイスである。

図２の概略構成図を参照して制御コンピュータ２１のより具体的な構成を説明する。

制御コンピュータ２１は、検査制御部４１、検査設定部４４、パターンエッジ生成部４２、エッジ乖離値算出部４３、パターンエッジプロファイル生成部５０、パターンエッジプロファイル勾配値算出部５１、パターン画素値差分算出部４９、欠陥判定部４５、欠陥数算出部４８、欠陥検出手法選定部４７および検査結果出力部４６を含む。

検査設定部４４は、入力装置２０を介して入力された検査エリアの座標、検査パターンの種類、検査条件等の情報に基づいて設計データベース２７から必要な設計データを取得する。取得した設計データのうち、設計パターンのエッジ情報はエッジ乖離値算出部４３へ送られる。

検査設定部４４はまた、図３に示すように、（設計パターンのエッジ抽出）検査基板１１内の検査エリア３０を複数の分割検査エリア３７ｉ（ｉ＝１〜Ｎ：Ｎは分割総数）に分割する。図３に示す例では、分割総数Ｎ＝１２^２＝１４４である。

検査制御部４１は、走査型電子顕微鏡４０を制御してパターンの像を撮像させる。検査制御部４１はまた、後述する検査方法により最終的に得られた検査結果を検査結果出力部４６へ送る。

検査結果出力部４６は、欠陥判定部４５が抽出した欠陥情報、および、検査制御部４１が出力する最終的な検査結果の情報を表示装置２９に表示させるとともに、記憶装置２８に記憶させる。

パターンエッジ生成部４２は、走査型電子顕微鏡４０から二次電子パターン像の供給を受け、パターン像からパターンのエッジを検出し、検出結果であるパターンエッジの情報をエッジ乖離値算出部４３へ送る。

エッジ乖離値算出部４３は、検査パターンのエッジと、他のパターンのエッジとのマッチングを行い、これら２つのパターンのエッジ同士でマッチング行い、エッジ間の乖離距離ＬＡを算出して欠陥判定部４５に送る。ここで、他のパターンのエッジとは、後に詳述するように、ダイ・ツー・データベース検査においては検査パターンに対応する設計パターンのエッジに相当し、ダイ・ツー・ダイ検査においては、検査エリア中で該検査パターンが形成された分割検査エリアと異なる分割検査エリアに形成されて検査パターンと設計上同一の形状を有する他のパターン（以下、「参照パターン」という）のエッジに相当する。

パターン画素値差分算出部４９は、走査型電子顕微鏡４０から検査パターン像および参照パターン像の供給を受け、検査パターン像の画素と、参照パターン像の画素とを重ね合わせ、検査パターンの画素値と参照パターンの画素値との差分ＣＡを算出し、算出結果を欠陥判定部４５および欠陥検出手法選定部４７に送る。

欠陥判定部４５は、各種閾値との比較により欠陥を抽出し、検査結果出力Ｕ４６および欠陥数算出部４８へ送る。

欠陥数算出部４８は、欠陥判定部４５で抽出され欠陥判定部４５から送られた欠陥の情報から検査分割エリア３７ｉ内の総欠陥数ＤＡＴＨｉ、または検査分割エリア３７ｉ内の検査パターンの種類ｎ毎の総欠陥数ＤＰｎを算出し、欠陥検出手法選定部４７に送る。

パターンエッジプロファイル生成部５０は、走査型電子顕微鏡４０から二次電子パターン像の供給を受け、検査パターン像から検査パターンのエッジのプロファイルを取得してパターンエッジプロファイル勾配値算出部５１へ送る。

パターンエッジプロファイル勾配値算出部５１は、パターンエッジプロファイル生成部５０から送られたプロファイルから検査パターンのエッジの勾配の値αｋ（ｋ＝１〜Ｒ：Ｒはパターンエッジの総数）を算出して欠陥検出手法選定部４７へ送る。

欠陥検出手法選定部４７は、ダイ・ツー・データベース検査により検出された欠陥の数量または検査パターンのエッジプロファイルの勾配の値をそれぞれの閾値と比較し、比較結果に基づいて検査方法を選択する。なお、欠陥数量の閾値は、分割検査エリア毎、または検査パターンの種類毎に設定される。

本実施形態において、検査制御部４１、欠陥数算出部４８、パターンエッジプロファイル生成部５０、パターンエッジプロファイル勾配値算出部５１および欠陥検出手法選定部４７は、例えば検査制御手段に対応する。

本実施形態において、パターンエッジ生成部４２、エッジ乖離値算出部４３、パターン画素値差分算出部４９および欠陥判定部４５は、例えば欠陥検出手段に対応する。

次に、図４乃至図１１を参照しながら、図１に示すパターン検査装置を用いたパターン検査方法を説明する。

（Ｂ）パターン検査方法
（１）第１の実施の形態
図２は、本実施形態のパターン検査方法の概略工程を示すフロー図である。

まず、入力装置２０から検査設定信号を検査設定部４４に入力する。検査設定部４４は、検査設定信号の入力を受けて設計データベース２７から必要な設計情報を引き出す。次に、設計情報を参照して検査エリア座標、検査条件等の情報を入力装置２０から検査設定部４４に入力する（ステップＳ１０）。検査条件は、分割検査エリアｉ毎の欠陥数閾値ＤＡＴＨｉとパターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋを含む。検査設定部４４は、欠陥数閾値ＤＡＴＨｉを欠陥検出手法選定部４７へ送り、パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋをパターンエッジプロファイル勾配値算出部５１へ送る。本実施形態において、欠陥数閾値ＤＡＴＨｉおよびパターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋは、例えば第１および第２の閾値にそれぞれ対応する。

次に、分割検査エリア３７ｉ毎に欠陥抽出方法を選択判断するための欠陥数閾値ＤＡＴＨｉを入力装置２０から検査設定部４４に入力する（ステップＳ２０）。入力された欠陥数閾値ＤＡＴＨｉの情報は検査設定部４４から欠陥数算出部４８へ送られる。

次いで、検査制御部４１が制御信号を生成して走査型電子顕微鏡４０に送り、分割検査領域３７ｉ内の検査パターンの二次電子パターン像を撮像させる（ステップＳ３０）。取得された二次電子パターン像は、パターンエッジ生成部４２およびパターンエッジプロファイル生成部５０に送られる。

次に、欠陥検出手法選定部４７がダイ・ツー・データベース検査による第１検査手法を選択し、パターンエッジ生成部４２、エッジ乖離値算出部４３および欠陥判定部４５により、欠陥を検出させる（ステップＳ４０）。欠陥判定部４５は、検出結果を欠陥数算出部４８に送る。本実施形態において、第１検査手法は、例えば第１の外形比較による欠陥検出手法に対応する。

続いて、欠陥数算出部４８は、分割検査エリア３７ｉ内の欠陥数ＤＡｉを算出し、算出結果を欠陥検出手法選定部４７へ送る（ステップＳ５０）。

次いで、欠陥検出手法選定部４７は、算出された欠陥数ＤＡｉと欠陥数閾値ＤＡＴＨｉとを比較する（ステップＳ６０）。比較の結果、欠陥数ＤＡｉ≦欠陥数閾値ＤＡＴＨｉである場合は、擬似欠陥が少ないものと判断して第１検査手法による検出結果を最終的な欠陥情報として検査結果出力部４６を介して表示装置４９に表示させるとともに、記憶装置２８に記憶させる（ステップＳ１００）。この一方、比較の結果、欠陥数ＤＡｉ＞欠陥数閾値ＤＡＴＨｉである場合は、第２検査手法または第３検査手法により再度の欠陥検出を行う（ステップＳ６１乃至Ｓ９０）。再度の欠陥検出のより具体的は以下の通りである。

すなわち、取得された二次電子パターン像からパターンエッジプロファイル生成部５０がパターンエッジプロファイルを生成してエッジプロファイル勾配値算出部５１に送る。パターンエッジプロファイル勾配値算出部５１は、送られたパターンエッジプロファイルからパターンエッジプロファイル勾配値αｋを算出し（ステップＳ６１）、パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋと比較し（ステップＳ６２）、比較結果を欠陥検出手法選定部４７へ送る。

パターンエッジプロファイル勾配値αｋ≧パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋの場合は、欠陥検出手法選定部４７は、二次電子パターン像のエッジ付近で充分な輝度変化があるものと判断してダイ・ツー・ダイ検査による第２検査手法を選択する。そして、検査制御部４１、走査型電子顕微鏡４０、パターンエッジ生成部４２、エッジ乖離値算出部４３および欠陥判定部４５が再度の欠陥検出を行い（ステップＳ８０）、再検出の結果を検査結果出力部４６が最終的な欠陥情報として表示装置４９に表示させ、記憶装置２８に記憶させる（ステップＳ１００）。本実施形態において、第２検査手法は、例えば第２の外形比較による欠陥検出手法に対応する。

パターンエッジプロファイル勾配値αｋ＜パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋの場合は、欠陥検出手法選定部４７は、二次電子パターン像のエッジ付近で充分な輝度変化が無いものと判断して画素値の比較による第３の検査手法を選択する（ステップＳ９０）。そして、パターン画素値差分算出部４９および欠陥判定部４５が再度の欠陥検出を行い、再検出の結果を検査結果出力部４６が最終的な欠陥情報として表示装置４９に表示させ、記憶装置２８に記憶させる（ステップＳ１００）。本実施形態において、第３検査手法は、例えば複数のパターンの像同士の画素値の比較による欠陥検出手法に対応する。

検査制御部４１は、未検査の分割検査エリア３７ｉがあれば（ステップＳ１１０）、ステージ１０を移動させ（ｉ＝ｉ＋１；ステップＳ１２０）、全ての検査領域について欠陥検出が終了するまで以上の手順を繰り返す。

上述した第１乃至第３の検査手法について図５乃至図１２を参照してより具体的に説明する。

図５に示すように、まず、第１の検査手法の使用に際して欠陥抽出閾値ＬＡＴＨｊ（ｊ＝１〜Ｑ：Ｑはパターン種類総数）を入力装置２０より検査設定部４４に入力する（ステップＳ４１）。欠陥抽出閾値ＬＡＴＨｊは、パターンの種類毎に設定される。検査設定部４４は入力された欠陥抽出閾値ＬＡＴＨｊを欠陥判定部４５に送る。

次に、検査設定部４４は、設計データベース２７から検査パターンに対応する設計パターンのエッジ情報を引き出して（ステップＳ４２）エッジ乖離値算出部４３に送る。

続いて、パターンエッジ生成部４２が二次電子パターン像のエッジを検出し（ステップＳ４３）、エッジ乖離値算出部４３へ検出結果を送る。

次いで、エッジ乖離値算出部４３は、設計パターンのエッジと二次電子パターン像のエッジとの間でマッチングを行った上でこれらのエッジ間の距離ＬＡｊを算出し（ステップＳ４４）、算出結果を欠陥判定部４５に送る。

最後に、欠陥判定部４５は、送られたエッジ間距離ＬＡｊと欠陥抽出閾値ＬＡＴＨｊとの比較により欠陥を抽出する（ステップＳ４５）。

図６は、第１の検査手法の説明図である。ここでは、２つのコーナ部を有するクランク形状部を含む設計パターンを一例として取り挙げる。

検査パターン７１の二次電子パターン像７０に対してパターンエッジ生成部４２によりエッジ検出が実行され、これにより、２つのエッジ７６，７７が抽出された検査パターンエッジ抽出画像７５が得られる。一方、検査設定部４４により、検査パターン７１に対応する設計パターンのパターンエッジ７３，７４が設計データベース２７から抽出されてエッジ乖離値算出部４３へ既に送られている。

これらのパターンエッジ７３，７４を含む設計データ像７２と検査パターンエッジ抽出画像７５とのマッチングをエッジ乖離値算出部４３が行って、エッジ間距離ＬＡが算出され、欠陥判定部４５へ送られる。そして、欠陥抽出閾値ＬＡＴＨｊを超えるエッジ間距離ＬＡを有する箇所７９〜８１が欠陥判定部４５により欠陥箇所として抽出され、エッジ乖離値画像７８として表示装置２９に表示され記憶装置２８に記憶される。

本実施形態において、二次電子パターン像７０は例えば第１のパターン像に対応し、設計パターンのパターンエッジ７３，７４は例えば第１のパターンの設計情報に対応する。

次に、図４のステップＳ６０において、欠陥数ＤＡｉ＞欠陥数閾値ＤＡＴＨｉである場合の検査手法選定方法（ステップＳ６１、Ｓ６２）について図７を参照しながらより具体的に説明する。

図７は、走査型電子顕微鏡４０により取得された二次電子パターン像の一例であるパターン像１２０と、パターンエッジプロファイル生成部５０により生成されたパターン像１２０のＡ−Ａ断面線におけるパターンエッジプロファイルＰＦ１４０を併せて示す。

エッジプロファイル勾配値算出部５１は、パターンエッジプロファイルＰＦ１４０中で、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジのうち、例えば図７の紙面左側における立ち上がりエッジを選択してその画素の最低値Ｖｂと最高値Ｖｔをそれぞれ与える点１３３と１３２を検出する。そして、画素の最低値Ｖｂと最高値Ｖｔの中間点（Ｖｔ−Ｖｂ）／２に対応する位置１３４におけるパターンエッジプロファイルＰＦ１４０の接線１４１を求める。

接線１４１が画素値＝Ｖｔと交わる点１３７のＸ座標Ｘ２と、接線１４１がＸ座標（画素値＝０）と交わる点１３６のＸ座標Ｘ１との差分でＶｔを割れば、接線１３４の傾きα１＝Ｖｔ／（Ｘ２−Ｘ１）（ここではｋ＝１とする）が得られる。このα１の値をパターンエッジプロファイル勾配値算出部５１がパターンエッジプロファイル勾配値と定義して欠陥検出手法選定部４７へ送る（ステップＳ６１）。欠陥検出手法選定部４７は、送られたパターンエッジプロファイル勾配値α１をパターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨ１（ｋ＝１）と比較する（図４、ステップＳ６２）。

比較の結果、パターンエッジプロファイル勾配値α１≧パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨ１の場合、欠陥検出手法選定部４７は、二次電子パターン像１２０がエッジ付近において充分な輝度変化を有するものと判断し、再検出の手法として、ダイ・ツー・ダイ検査による第２の検査手法を選択する。

この一方、比較の結果、パターンエッジプロファイル勾配値α１＜パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨ１の場合、欠陥検出手法選定部４７は、二次電子パターン像１２０がエッジ付近において充分な輝度変化を有していないと判断し、再検出の手法として、画素値の比較による第３の検出方法を選択する。

次に、第２の検査手法による欠陥検出について図８のフロー図を参照しながら説明する。

まず、第２の検査手法の使用に際して欠陥抽出閾値ＬＢＴＨを入力装置２０より検査設定部４４に入力する（ステップＳ８１）。検査設定部４４は入力された欠陥抽出閾値ＬＢＴＨを欠陥判定部４５に送る。

続いて、パターンエッジ生成部４２が検査パターンについて取得された二次電子パターン像のエッジを検出し、エッジ乖離値算出部４３へ検出結果を送る（ステップＳ８２）。

次いで、検査制御部は、参照パターンの二次電子パターン像を走査型電子顕微鏡４０に撮像させる。撮像された参照パターンの像は、パターンエッジ生成部４２へ送られ、参照パターン像のエッジも検出される。検出された参照パターンのエッジはエッジ乖離値算出部４３に送られる。

次いで、エッジ乖離値算出部４３は、検査対象パターンのエッジと参照パターンのエッジとの間でマッチングを行った上でこれらのエッジ間の距離ＬＢを算出し、算出結果を欠陥判定部４５に送る（ステップＳ８４）。

最後に、欠陥判定部４５は、送られたエッジ間距離ＬＢと欠陥抽出閾値ＬＢＴＨとの比較により欠陥を抽出する（ステップＳ８５）。

図９は、第２の検査手法の説明図である。ここでも、２つのコーナ部を有するクランク形状部を含む設計パターンを一例として取り挙げる。

図９に示す二次電子パターン像９０は、例えば分割検査領域３７１（ｉ＝１）を撮像して得られた検査パターン９１の像である。二次電子パターン像９０に対してパターンエッジ生成部４２によりエッジ検出が実行され、２つのエッジ９５，９６が抽出された検査パターンエッジ抽出画像９４が得られる。本実施形態において、二次電子パターン像９０は例えば第１のパターン像に対応し、分割検査領域３７１は例えば第１の領域に対応する。

同様に、図９に示す二次電子パターン像９２は、例えば分割検査領域３７１に隣接する分割検査領域３７２（ｉ＝２）内に形成された、検査パターン９１と設計上同一の外形を有する参照パターン９３を撮像して得られた像である。参照パターン９３の二次電子パターン像９２に対してもパターンエッジ生成部４２によりエッジ検出が実行され、２つのエッジエッジ９８，９９が抽出される。本実施形態において、二次電子パターン像９２は例えば第２のパターン像に対応し、分割検査領域３７２は例えば第２の領域に対応する。

これらのパターンエッジ９５，９６を含む検査パターンエッジ抽出画像９４とパターンエッジ９８，９７を含む検査パターンエッジ抽出画像９７とのマッチングをエッジ乖離値算出部４３が行い、さらにエッジ間距離ＬＢが算出される。そして、欠陥抽出閾値ＬＢＴＨを超えるエッジ間距離ＬＢを有する箇所１０１が欠陥箇所として抽出され、エッジ乖離値画像１００として表示装置２９に表示される。

なお、本実施形態では、２つのパターン像９１，９３の相互比較によるダイ・ツー・ダイ検査を取り挙げたが、これに限ることなく要求仕様に応じて３つ以上のパターン像を相互に比較することにより検査精度を高めることとしてもよい。

次に、第３の検査手法による欠陥検出について図１０のフロー図を参照しながら説明する。

まず、第３の検査手法の使用に際して欠陥抽出閾値ＣＡＴＨを入力装置２０より検査設定部４４に入力する（ステップＳ９１）。検査設定部４４は入力された欠陥抽出閾値ＣＡＴＨを欠陥判定部４５に送る。

次いで、検査制御部は、参照パターンの二次電子パターン像を走査型電子顕微鏡４０に撮像させる（ステップＳ９２）。撮像された参照パターンの像は、既に撮像された検査パターンの像と共にパターン画素値差分算出部４９へ送られる。

次いで、パターン画素値差分算出部４９は、検査パターンの像と参照パターンの像との間でマッチングを行った上でこれらの像の画素値の差分ＣＡを算出し、算出結果を欠陥判定部４５に送る（ステップＳ９３）。

最後に、欠陥判定部４５は、送られた画素値の差分ＣＡと欠陥抽出閾値ＣＡＴＨとの比較により欠陥を抽出する（ステップＳ９４）。

図１１は、第３の検査手法の説明図である。ここでも、２つのコーナ部を有するクランク形状部を含む設計パターンを一例として取り挙げる。

検査パターン１１１の二次電子パターン像１１０と参照パターン１１３の二次電子パターン像１１２に対してパターン画素値差分算出部４９によりマッチングが実行された後に、これらの像間で画素値の差分が算出され、欠陥抽出閾値ＣＡＴＨを超える箇所１１５が欠陥箇所として抽出され、画素値差分画像１１４として表示装置２９に表示される。

本実施形態において、二次電子パターン像１１０は例えば第１のパターン像に対応し、二次電子パターン像１１２は例えば第２のパターン像に対応する。

従来の検査方法では、例えば図６に示す欠陥８０，８１のように、設計パターンと実パターンとのエッジ形状は異なるが、製品の仕様上全く問題が無いものも欠陥として抽出しており、このような擬似欠陥を検査結果から除去する必要があった。その結果、欠陥検査に膨大な時間と労力を要していた。

これとは対照的に、本実施形態によれば、ダイ・ツー・データベース検査により抽出された欠陥の数量を予め準備した第１の閾値と比較し、該第１の閾値を上回る場合に、ダイ・ツー・ダイ検査または画素値の比較による検査を用いて欠陥の再検出を行うので、擬似欠陥の数量が低減し、検査装置への負担が低減すると共に、検査のスループットが向上する。

また、本実施形態では、欠陥の再検出に際しても、検査パターン像のパターンエッジにおけるエッジプロファイルの勾配値を算出して第２の閾値と比較することによりエッジプロファイルの勾配の程度を調べ、その急峻さ、または緩慢さに応じて第２の検査方法と第３の検査方法とのいずれかを選択するので、取得されたパターン像の画質に適した欠陥検出を的確に行うことができる。これにより、エッジ位置検出の誤差に起因して擬似欠陥が増大するという従来の検査方法による問題も解決される。

（２）第２の実施の形態
図１２は、本実施形態のパターン検査方法の概略工程を示すフロー図である。図４との対比により明らかなように、本実施形態の特徴は、ステップＳ２１、Ｓ５１およびＳ５９の工程にあり、前述した第１の実施の形態では分割検査エリア内の欠陥数を問題としたが、本実施形態ではパターンの種類毎に検査エリア内の欠陥数を問題とする。

従って、欠陥数ＤＰｎ（ｎ＝１〜Ｍ：Ｍはパターン種類の総数）はパターンの種類毎に算出され（ステップＳ５１）、擬似欠陥の多寡に応じて再検出すべきかどうかの判定基準となる欠陥数閾値ＤＰＴＨｎもパターンの種類毎に設定され（ステップＳ２１）、パターンの種類毎に欠陥数ＤＰｎと比較される（ステップＳ５９）。本実施形態において、欠陥数閾値ＤＰＴＨｎは例えば第１の閾値に対応する。

本実施形態のパターン検査方法におけるその他の具体的工程は、図４に示した第１の実施の形態と実質的に同一である。

（３）第３の実施の形態
図１３は、本実施形態のパターン検査方法の概略工程を示すフロー図である。

図４および図１２との対比により明らかなように、本実施形態の特徴は、パターン検査に先立って、検査パターン像のパターンエッジにおけるエッジプロファイルの勾配値αｋを算出して勾配閾値αｔｈｋと比較することにより、検査パターンのエッジプロファイルの勾配の程度を調べ、その急峻さ緩慢さに応じて外形比較による第１または第２の検査方法と、画素値の比較による第３の検査方法とのいずれかを選択する点にある。以下、図１３に従ってその概略工程を説明する。

まず、上述した第１および第２の実施の形態と同様に、入力装置２０から検査設定信号を検査設定部４４に入力する。検査設定部４４は、検査設定信号の入力を受けて設計データベース２７から必要な設計情報を引き出す。次に、設計情報を参照して検査エリア座標、検査条件等の情報を入力装置２０から検査設定部４４に入力する（ステップＳ１０）。

ここでの検査条件は、各分割検査エリア内の欠陥数閾値ＤＡＴＨｉとパターンエッジｋ（ｋ＝１〜Ｒ：Ｒはパターンエッジの総数）毎のエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋを含む。検査設定部４４は、パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋと欠陥数閾値ＤＡＴＨｉを欠陥検出手法選定部４７へ送る。本実施形態において、パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋは、例えば第１の閾値に対応する。

次に、検査制御部４１が制御信号を生成して走査型電子顕微鏡４０に送り、分割検査領域３７ｉ内の検査パターンの二次電子パターン像を撮像させる（ステップＳ３０）。取得された二次電子パターン像は、パターンエッジ生成部４２およびパターンエッジプロファイル生成部５０に送られる。

続いて、取得された二次電子パターン像から、パターンエッジプロファイル生成部５０が分割検査領域３７ｉ内の検査パターンのエッジｋのエッジプロファイルを生成してエッジプロファイル勾配値算出部５１に送る（ステップＳ４９）。送られたエッジプロファイルからエッジプロファイル勾配値算出部５１がプロファイル勾配値αｋを算出し、欠陥検出手法選定部４７へ送る（ステップＳ５２）。プロファイル勾配値αｋの具体的な算出方法は、図７を参照して説明した第１の実施の形態での方法と同じ方法を用いることができる。

次いで、欠陥検出手法選定部４７がパターンエッジｋのパターンエッジプロファイル勾配値αｋをパターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋと比較する（ステップＳ６２）。

比較の結果、パターンエッジプロファイル勾配値αｋ≧パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨｋの場合、欠陥検出手法選定部４７は、二次電子パターン像１２０がエッジ付近において充分な輝度変化を有するものと判断し、ダイ・ツー・データベース検査による第１の検査手法またはダイ・ツー・ダイ検査による第２の検査手法を選択する。図１および図２に示すパターン検査装置のように、設計データベースを利用する検査装置では、処理スピードが速いこと、および装置への負担が小さいことから、通常は第１の検査手法をまず採用し、さらに擬似欠陥が多いと判定される場合に、第２の検査手法を使用して再検査が実行される。擬似欠陥の多寡の判定方法は、第１の実施の形態において説明した工程と同様に、分割検査領域３７ｉ内で抽出された欠陥数ＤＡｉと欠陥数閾値ＤＡＴＨｉとを比較する方法を用いればよい（図４、ステップＳ５０およびＳ６０参照）。

図１３のステップＳ６２に戻り、比較の結果、パターンエッジプロファイル勾配値α１＜パターンエッジプロファイル勾配閾値αＴＨ１となった場合、欠陥検出手法選定部４７は、二次電子パターン像１２０がエッジ付近において充分な輝度変化を有していないと判断し、欠陥検出方法として、画素値の比較による第３の検出方法を選択する（ステップＳ９０）。

その後は、選択された第１乃至第３の検出方法による検出結果を検査結果出力部４６が欠陥情報として表示装置４９に表示させ、記憶装置２８に記憶させる（ステップＳ１００）。

検査制御部４１は、未検査の検査領域があれば（ステップＳ１１０）、ステージ１０を移動させて（ステップＳ１２０）全ての検査領域について欠陥検出が終了するまで以上の手順を繰り返す。

このように、本実施形態によれば、パターン検査に先立ってエッジプロファイルの勾配の程度を調べ、その急峻さ、または緩慢さに応じて外形比較による第１または第２の検査方法と、画素値の比較による第３の検査方法とのいずれかを選択するので、例えば取得される検査パターン像に充分なエッジコントラストが期待できない場合に、検査スピードを向上させることができる。

（Ｃ）プログラム
上述した実施形態では、図１および図２に示すパターン検査装置を用いたパターン検査方法について説明したが、上述した一連の検査工程は、レシピファイルとしてプログラムに組み込み、ＳＥＭ画像を処理できるＥＷＳ等の汎用コンピュータに読み込ませて実行させてよい。これにより、上記第１乃至第３の実施の形態によるパターン検査方法を、汎用コンピュータを用いて実現することができる。

この場合は、図１および図２に示した制御コンピュータ２１を備えるパターン検査装置に限ることなく、例えば図１３中のステップＳ７１の工程において、第１の検査方法ではなく第２の検査方法を使用すれば、前述した第３の実施の形態によるパターン検査方法を、設計データを取り込むことができないコンピュータを使用して実行することもできる。

また、上述したパターン検査方法の一連の工程を処理手順としてコンピュータに実行させるプログラムに組み込み、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

（Ｄ）半導体装置の製造方法
上述したパターン検査方法を用いた高速・低負担の検査工程を含むプロセスで半導体装置を製造することにより、高いスループットおよび歩留まりで半導体装置を製造することが可能になる。

より具体的には、製造ロット単位で基板を抜き出し、抜き出された基板に形成されたパターンを上述したパターン検査方法により検査する。検査の結果、良品と判定された場合、検査された基板が属する製造ロット全体について、引き続き残余の製造プロセスを実行する。この一方、検査の結果不良品と判定された場合でリワーク処理が可能な場合には、不良品と判定された基板が属する製造ロットに対してリワーク処理を実行する。リワーク処理が終了すると、その製造ロットから基板を抜き取って再度検査する。抜き取られた基板が再検査により良品と判定されると、リワーク処理を終えたその製造ロットに対し残余の製造プロセスを実行する。また、リワーク処理が不可能な場合には、不良品と判定された基板が属する製造ロットは廃棄し、不良発生原因を解析して設計担当や上流のプロセス担当等へフィードバックする。

（Ｅ）その他
以上説明した実施の形態によれば、擬似欠陥を低減して検査結果を高速でアウトプットすることができる。

２１：制御コンピュータ
２７：設計データベース
２８：記憶装置
２９：表示装置
３０：検査エリア
３７１〜３７Ｎ：分割検査エリア
４０：走査型電子顕微鏡
４１：検査制御部
４２：パターンエッジ生成部
４３：エッジ乖離値算出部
４５：欠陥判定部
４６：検査結果出力部
４７：欠陥検出手法選定部
４８：欠陥数算出部
４９：パターン画素値差分算出部
５０：パターンエッジプロファイル生成部
５１：パターンエッジプロファイル勾配値算出部
６０，７０，９０，１１０：検査画像
６１，７１，９１，１１１，１２０：パターン像
６２，７２：設計パターン像
６３，７３：設計データパターンエッジ
６４，７４： 設計データパターンエッジ
６５，７５：エッジ抽出画像
６６，７６：パターンエッジ
６７，７７：パターンエッジ
６８，７８，１００：エッジ乖離値画像
６９〜８１，１０１，１０５：欠陥
ＤＡｉ，ＤＰｎ：欠陥数
ＤＡＴＨｉ，ＤＰＴＨｎ：欠陥数閾値
ＣＡ：パターン画素値差分
ＣＡＴＨ：パターン画素値差分閾値
ＬＡｊ，ＬＢ：エッジ間乖離距離
ＬＡＴＨｊ，ＬＢＴＨ：エッジ間乖離距離閾値
αｋ：パターンエッジプロファイル勾配値
αＴＨｋ：パターンエッジプロファイル勾配閾値

Claims (9)

1. 基板の第１の領域に形成された第１のパターンを撮像して第１のパターン像を取得する工程と、
   前記第１のパターン像と前記第１のパターンの設計情報とを対応づけてダイ・ツー・データベース（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅ）検査により欠陥を検出する工程と、
   検出された欠陥の数を予め準備された第１の閾値と比較し、前記検出された欠陥の数が前記第１の閾値以下である場合に、前記検出された欠陥を検査結果として出力する工程と、
   前記検出された欠陥の数が前記閾値を上回る場合に、前記基板内で第１の領域と異なる第２の領域で形成され前記第１のパターンと設計上同一の形状を有する第２のパターンを撮像して第２のパターン像を取得する工程と、
   前記第１のパターン像と前記第２のパターン像とを互いに比較することにより、ダイ・ツー・ダイ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）検査により欠陥を再検出し、再検出された欠陥を検査結果として出力する工程と、
   を備えるパターン検査方法。
2. 前記ダイ・ツー・ダイ検査による欠陥の再検出は、
   前記第１のパターン像から前記第１のパターンのエッジを検出し、検出された前記第１のパターンのエッジプロファイルの勾配の値を算出する工程と、
   予め準備した第２の閾値と前記勾配の値とを比較する工程と、
   算出された前記勾配の値が前記第２の閾値以上である場合に、前記第２のパターン像から前記第２のパターンのエッジを検出し、前記第１のパターンのエッジとの比較により欠陥を検出し、算出された前記勾配の値が前記第２の閾値を下回る場合に、前記第１のパターン像の画素値と前記第２のパターン像の画素値とを算出し、これらの画素値の相互比較により欠陥を検出する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン検査方法。
3. 基板の第１の領域に形成された第１のパターンを撮像して第１のパターン像を取得する工程と、
   前記第１のパターン像から前記第１のパターンのエッジを検出し、検出された前記第１のパターンのエッジプロファイルの勾配の値を算出する工程と、
   予め準備した第１の閾値と前記勾配の値とを比較する工程と、
   算出された前記勾配の値が前記第１の閾値以上である場合に、ダイ・ツー・データベース（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄａｔａｂａｓｅ）検査およびダイ・ツー・ダイ（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）検査のいずれかにより欠陥を検出し、算出された前記勾配の値が前記第１の閾値を下回る場合に、前記基板内で第１の領域と異なる第２の領域で形成され前記第１のパターンと設計上同一の形状を有する第２のパターンを撮像して第２のパターン像を取得し、前記第１のパターン像の画素値と前記第２のパターン像の画素値との比較により欠陥を検出する工程と、
   を備えるパターン検査方法。
4. 前記第１の閾値は、前記基板の全領域を複数に分割した検査領域ごとに設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン検査方法。
5. 前記検査対象パターンは複数の種類のパターンでなり、
   前記第１の閾値は、前記パターンの種類ごとに設定されることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン検査方法。
6. 基板に形成されたパターンを撮像してパターン像を取得する撮像手段と、
   前記パターン像と前記パターンの設計情報との対応付けによる第１の外形比較、前記基板内で設計上同一の形状から形成された複数のパターンの像同士の比較による第２の外形比較、または前記複数のパターンの像同士の画素値の比較による欠陥検出手法により前記パターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   前記第１の外形比較により検出された欠陥の数量または前記パターン像のエッジプロファイルの勾配値の値に基づいて検査方法を選択し、選択した検査方法に従って前記撮像手段および前記欠陥検出手段を制御する検査制御手段と、
   を備えるパターン検査装置。
7. 前記検査制御手段は、
   前記第１の外形比較により検出された欠陥の数量に基づいて前記検査方法を選択した場合に、前記欠陥検出手段により検出された欠陥の数を予め準備された第１の閾値と比較し、前記検出された欠陥の数が前記第１の閾値以下である場合に、前記検出された欠陥を検査結果として前記欠陥検出手段に出力させ、
   前記検出された欠陥の数が前記第１の閾値を上回る場合に、前記撮像手段に前記複数のパターンの像を撮像させて、前記欠陥検出手段に前記第２の外形比較または前記複数のパターンの像同士の画素値の比較により欠陥を再検出させ、再検出された欠陥を検査結果として出力させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載のパターン検査装置。
8. 前記検査制御手段は、
   前記検出された欠陥の数が前記第１の閾値を上回る場合に、前記パターンの像から前記パターンのエッジを検出して前記パターンのエッジプロファイルの勾配の値を算出して予め準備した第２の閾値と比較し、
   前記第２の外形比較による欠陥検出は、算出された前記勾配の値が前記第２の閾値以上である場合に実行され、
   前記画素値の比較による欠陥検出は、算出された前記勾配の値が前記第２の閾値を下回る場合に実行される、
   ことを特徴とする請求項７に記載のパターン検査装置。
9. 前記検査制御手段は、
   前記パターン像のエッジプロファイルの勾配の値に応じた検査方法を選択した場合に、前記パターンの像から前記パターンのエッジを検出して前記パターンのエッジプロファイルの勾配の値を算出し、算出された勾配値を予め準備した第２の閾値と比較し、前記勾配値が前記２の閾値以上である場合に、前記撮像手段に前記複数のパターンの像を撮像させて、前記欠陥検出手段に前記第１または第２の外形比較による欠陥検出を実行させ、前記勾配値が前記第２の閾値を下回る場合に、前記撮像手段に前記複数のパターンの像を撮像させて、前記欠陥検出手段に前記複数のパターンの像同士の画素値の比較による欠陥検出を実行させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載のパターン検査装置。

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