JP2017220497A - 検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】解像できない微細な繰り返しパターンの欠陥を高感度で検出することができる検査方法を提供する。【解決手段】本実施形態による検査方法は、検査対象に光源の光を照射し、検査対象からの光を受けて該検査対象の第１画像を撮像部で取得し、第１画像のうち光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１パターンの画像に基づいて、該第１パターンにおける第１領域ごとの輝度値の偏差を演算部で算出し、検査対象の第２画像を撮像部で取得し、輝度値の偏差に基づいて、第２画像の輝度値を演算部で補正し、補正された第２画像の繰り返しパターン同士を比較部で比較することを具備する。【選択図】図１

Description

本発明による実施形態は、検査方法に関する。

半導体の微細構造を形成する技術として、ＮＩＬ（NanoImprint Lithography）技術が開発されている。ＮＩＬ技術のテンプレートを検査するには、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）でテンプレートの画像を採取し、その微細構造の断裂やブリッジ（短絡）などの形状欠陥や、線幅の太り、細りなどのクリティカル欠陥を検出することが行われる。また、実際にウェハに転写された構造を用いてウェハ検査装置にて欠陥検出することも行われている。

しかし、これらの方法は、撮像に時間が掛りすぎることや、ウェハでの製造プロセスを経た結果を検査するので検出した欠陥が必ずしもテンプレートの欠陥とは特定できないことから、テンプレート検査として本格的に運用するには課題がある。

一方、従来、フォトマスクの検査に用いられている検査装置でテンプレートを撮像し、その画像に基づいてテンプレートの欠陥を検出する試行が行われている（例えば、特許文献１参照）。現状の微細化されたテクノロジー・ノードでは、テンプレートの微細構造の寸法は検査装置の光源波長よりも微細になっており、検査装置はその微細構造を解像することができなくなっている。

つまり、メモリセル領域のように周期的に繰り返すテンプレートの微細構造は、検査装置で撮像したときに解像されず、白レベルと黒レベルとの間のグレーレベルの略均一な輝度で観測される。このような周期的に繰り返される微細構造に欠陥が生じていると、その微細構造の画像における繰り返しパターンの周期性を乱し、グレーレベルの画像に欠陥の程度に応じた輝度変化が生じる。検査装置は、このような周期性の乱れによる輝度変化を画像同士の比較から検出することによって、解像できない微細構造の欠陥を検出する。

しかし、このようなグレーレベルの輝度値は、繰り返しパターンの寸法や寸法比によって変化する。従って、繰り返しパターンの寸法や寸法比がテンプレートの面内においてばらついている場合、それに伴ってグレーレベルの輝度値も変動する。この場合、基準となるグレーレベルが比較画像同士で相違するので、欠陥を検出することが困難になるという問題があった。

特開２０１２−２６９７７号公報

解像できない微細な繰り返しパターンの欠陥を高感度で検出することができる検査方法を提供する。

本実施形態による検査方法は、検査対象に光源の光を照射し、検査対象からの光を受けて該検査対象の第１画像を撮像部で取得し、第１画像のうち光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１パターンの画像に基づいて、該第１パターンにおける第１領域ごとの輝度値の偏差を演算部で算出し、検査対象の第２画像を撮像部で取得し、輝度値の偏差に基づいて、第２画像の輝度値を演算部で補正し、補正された第２画像の繰り返しパターン同士を比較部で比較することを具備する。

第１領域のそれぞれの輝度値の偏差は、第１画像における第１領域のそれぞれの輝度平均値と第１画像における第１パターンの輝度平均値との差でよい。

第１画像は、第１パターンと、光学系の光で解像可能な第２パターンとを含み、第１パターン内における輝度値の偏差は、第１画像から第１パターンの輝度値を抽出してから、あるいは、第１画像から第２パターンを除いてから算出されてもよい。

輝度値の偏差が第２閾値よりも大きい場合に、検査対象の欠陥と判断し、検査対象の画像の輝度値を補正せず、繰り返しパターンを比較しなくてもよい。

他の実施形態による検査方法は、検査対象に光源の光を照射し、検査対象からの光を受けて該検査対象の第１画像を撮像部で取得し、第１画像のうち光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１パターンの画像に基づいて、該第１パターンにおける所定領域ごとの輝度値の最大値、最小値および平均値を算出し、検査対象の第２画像を撮像部で取得し、所定領域ごとの輝度値の最大値、最小値および平均値に基づいて第２画像の輝度値を演算部で補正し、補正された第２画像の繰り返しパターン同士を比較部で比較することを具備する。

第１実施形態に従った検査装置の構成の一例を示す図。 グレーパターンの一例を示す模式図。 第１実施形態による検査装置１の動作の一例を示すフロー図。 撮像の単位となるストライプの一例を示す図。 メッシュおよびフレームの一例を示す概念図。 ダイＤ１およびダイＤ４のうち一部分のグレーパターンを示す図。 図６のグレーパターンに対応する輝度値のグラフ。 フレームＦ１、Ｆ２の補正後のグレーパターンの輝度値を示すグラフ。 解像パターンと非解像パターンとの混在パターンの一例を示す平面図。 第２実施形態による検査装置の動作の一例を示すフロー図。 第３実施形態による検査装置の動作の一例を示すフロー図。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に従った検査装置の構成の一例を示す図である。検査装置１は、ＮＩＬ技術に用いられるテンプレートＴＭＰを光学的に撮像し、そのテンプレートＴＭＰにある欠陥を検出する装置である。尚、検査装置１は、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）リソグラフィ技術のマスクの検査に適用してもよい。

検査装置１は、ステージ１０と、光学系２０と、撮像部３０と、オートローダ４０と、レーザ測長システム５０と、制御計算機１００と、輝度演算回路１１０と、オートローダ制御回路１２０と、ステージ制御回路１３０と、記憶部１４０と、表示部１５０と、比較回路１６０と、位置回路１７０と、モータＭ_θ、Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙとを備えている。尚、輝度演算回路１１０および比較回路１６０は、１つの演算回路１０１として構成してもよい。ステージ１０は、検査対象としてのテンプレートＴＭＰを載置可能であり、モータＭ_θ、Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙによって光学系２０に対して相対的に移動可能になっている。例えば、モータＭ_θは、ステージ１０を略水平面内において回転方向（θ方向）に移動させる。モータＭ_Ｘ、Ｍ_Ｙは、それぞれ、ステージ１０を略水平面内においてＸ方向およびＹ方向に移動させる。モータＭ_θ、Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙがステージ１０を移動させることによって、ステージ１０上のテンプレートＴＭＰに対して光学系２０からの光を走査させることができる。

光学系２０は、光源２１と、偏光ビームスプリッタ２２と、２分の１波長板２３と、対物レンズ２５とを備えている。光源２１は、テンプレートＴＭＰに照射する光を発生する。偏光ビームスプリッタ２２は、光源２１からの光をテンプレートＴＭＰへ向かって反射し、テンプレートＴＭＰから反射してきた反射光を撮像部３０へ透過させる。２分の１波長板２３は、テンプレートＴＭＰからの光の偏光面に位相差を与える。２分の１波長板２３を通過した光は、テンプレートＴＭＰ上に集光され、テンプレートＴＭＰを照射する。テンプレートＴＭＰで反射した光は、対物レンズ２５、２分の１波長板２３および偏光ビームスプリッタ２２を通過して撮像部３０で受光される。尚、検査装置１は、テンプレートＴＭＰからの反射光を撮像部３０で受け、光学画像を得る反射型検査装置である。しかし、検査装置１は、テンプレートＴＭＰを透過した光を撮像部３０で受けて光学画像を得る透過型検査装置であってもよい。

撮像部３０は、センサ３１と、センサ回路３２とを備えており、テンプレートＴＭＰからの光を受けてテンプレートＴＭＰの画像を取得する。センサ３１は、光学系２０からの光を受けて光信号を電気信号へ変換（光電変換）する。センサ３１は、例えば、フォトダイオードなどの撮像素子を一列に並べたラインセンサでもよく、撮像素子を平面状に二次元配置したエリアセンサであってもよい。センサ３１は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）であってもよい。センサ回路３２は、センサ３１からの電気信号をＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）変換して光学的な画像にする。この画像は、後述するように、輝度演算回路１１０へ送信されて輝度階調値（以下、単に、輝度あるいは輝度値ともいう）の偏差を求めるために用いられたり、あるいは、比較回路１６０へ送信されてテンプレートＴＭＰの欠陥を検出する際の比較処理に用いられる。

オートローダ４０は、オートローダ制御回路１２０からの指令に従って、ステージ１０上にテンプレートＴＭＰを自動搬送し、あるいは、ステージ１０上のテンプレートＴＭＰを自動回収する。

レーザ測長システム５０は、ステージ１０のＸ方向およびＹ方向の位置を検出し、ステージ１０の位置情報を位置回路１７０へ送信する。

制御計算機１００は、テンプレートＴＭＰの欠陥検査に関連する各種の制御を実行する。制御計算機１００は、バス１０５を介して、輝度演算回路１１０、オートローダ制御回路１２０、ステージ制御回路１３０、記憶部１４０、表示部１５０、比較回路１６０、位置回路１７０に接続されている。記憶部１４０は、テンプレートＴＭＰの欠陥検査に必要な情報、および、欠陥検査で得られた欠陥データ等を格納する。表示部１５０は、テンプレートＴＭＰにおける欠陥像と座標データ等を表示する。

オートローダ制御回路１２０は、上述の通り、テンプレートＴＭＰを搬送するためにオートローダ４０を制御する。ステージ制御回路１３０は、ステージ１０を適切に動作させるためにモータＭ_θ、Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙを制御する。

位置回路１７０は、レーザ測長システム５０と協働してステージ１０の位置を検出する。位置回路１７０で検出されたステージ１０の位置情報は、ステージ制御回路１３０へフィードバックされる。ステージ制御回路１３０は、モータＭ_θ、Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙを制御してステージ１０を正確に移動させる。また、ステージ１０の位置情報は、比較回路１６０にも送信される。比較回路１６０は、ステージ１０の位置情報を、比較処理で得られた欠陥データと関連付けて記憶部１４０へ格納する。これにより、表示部１５０は、テンプレートＴＭＰにおける欠陥データの位置を表示することができる。

輝度演算回路１１０は、センサ回路３２からテンプレートＴＭＰの画像を受けて、光源２１の波長では解像できないほど微細な繰り返しパターンの画像の輝度値の偏差を算出する。また、輝度演算回路１１０は、その輝度値の偏差に基づいて、再度撮像されたテンプレートＴＭＰの画像を補正する。また、輝度演算回路１１０は、比較回路１６０がテンプレートＴＭＰの画像を比較する際に、補正後の画像を比較回路１６０へ送る。

比較回路１６０は、テンプレートＴＭＰの補正後の画像を受け取り、その補正された画像を用いてダイ−ダイ比較方式で繰り返しパターンを比較する。輝度演算回路１１０および比較回路１６０は、上記機能を実現するために、論理回路で構成されていてもよく、あるいは、ＣＰＵおよびプログラムで構成されていてもよい。輝度演算回路１１０および比較回路１６０は、１つの演算回路１０１として組み合わせてもよい。また、輝度演算回路１１０の一部の機能を比較回路１６０へ組み合わせてもよく、比較回路１６０の一部の機能を輝度演算回路１１０へ組み合わせてもよい。尚、輝度演算回路１１０および比較回路１６０のより詳細な機能については後述する。

ここで、検査対象となるテンプレートＴＭＰについて説明する。ＮＩＬ技術に用いられるテンプレートＴＭＰは、ガラス基板の表面から突出したメサ構造を有する。メサ構造には回路パターンが形成されており、そのメサ構造の表面をウェハ上に形成されたレジストに押圧させることによって、レジストに回路パターンを転写する。従って、テンプレートＴＭＰの回路パターンは、レジストに転写される回路パターンの寸法と等倍の寸法に形成する必要がある。例えば、ライン・アンド・スペース・パターンのライン幅およびスペース幅は、それぞれ約１０数ｎｍ〜約数１０ｎｍに形成され、スペースの彫り込みの深さ（ラインパターンの表面とスペースパターンの表面との間の距離）は、約数１０ｎｍ〜約１００ｎｍに形成される。

このようなテンプレートＴＭＰを検査する際には、検査装置は、例えば、ステッパの光源波長に近い約２００ｎｍの波長の光を用いる。しかし、上述の通り、テンプレートＴＭＰの回路パターンが検査装置１の光源の波長よりも微細になると、検査装置１はその回路パターンを解像することができなくなる。一般に或る波長の光で解像可能なパターンの最小寸法は、レイリーの解像限界として知られている。解像度をＲとすると、レイリーの解像限界は式１で表される。

ここで、λは光源２１における光の波長であり、ＮＡは開口数であり、ｋ₁は結像の条件に依存する係数である。尚、ＮＡは約０．７〜約０．８の値であり、また、ｋ₁は約０．５ 〜約１の値である。例えば、ＮＡ＝０．７、ｋ₁＝０．５、λ＝２００ｎｍとすると、解像限界の寸法Ｒは、１４３ｎｍとなる。即ち、ライン幅またはスペース幅が１４３ｎｍ未満になると、２００ｎｍの波長の光では、そのパターンに対応した充分な輝度振幅が得られなくなり、そのパターンを解像することができなくなる。このように、検査装置１の光では解像することができないような微細パターンを、以下、非解像パターンともいう。一方、検査装置１の光で解像可能なパターンを、以下、解像パターンともいう。

非解像パターンが周期的な（規則的な）繰り返しパターンである場合、撮像部３０で撮像された画像は、白レベルと黒レベルとの間のグレーレベルの略均一な輝度値を有し、略平坦なグレーパターンとなる。白レベルは、例えば、テンプレートＴＭＰ上でパターンのない平坦な部分（余白部分）を撮像したときに得られる輝度レベルである。黒レベルは、例えば、光源２１からの光をシャッター等（図示せず）で遮断した状態（遮光状態）で得られる輝度レベルである。

周期的な繰り返しパターンは、例えば、半導体メモリ装置のメモリセル領域に頻繁に用いられる。メモリセル領域は、レイリー解像限界未満に微細化されていることも多い。従って、このようなメモリセル領域の形成に用いられるテンプレートＴＭＰのパターンは、周期的に繰り返される非解像パターンとなる。撮像部３０がこのようなテンプレートＴＭＰの非解像パターンを撮像すると、その画像は、輝度振幅の比較的小さなグレーパターンとなる。

周期的な繰り返しパターンがライン・アンド・スペース・パターンである場合、画像のグレーパターンの輝度値は、ライン幅、スペース幅、デューティ比（ライン幅／スペース幅）、アスペクト比（スペースパターンの彫り込みの深さ／スペース幅）等のパターン寸法や寸法比の変動によって変化する。例えば、ライン幅が広がりデューティ比が大きくなると、グレーパターンの輝度値は白レベル側へ近付く。逆に、ライン幅が狭くなりデューティ比が小さくなると、グレーパターンの輝度値は黒レベルへ近付く。

周期的な繰り返しパターンがホール・パターンやピラー・パターンである場合には、画像のグレーパターンの輝度値は、ホール径やピラー径等の寸法の変動によって変化する。

このような繰り返しパターンは、同一のパターンが周期的に配置されているため、理想的には画像は、繰り返しパターンの全域に亘って略均一な輝度値となるが、実際には、繰り返しパターンの寸法や寸法比は、テンプレートＴＭＰの面内においてばらつくことがある。即ち、繰り返しパターンの寸法や寸法比は、面内分布（面内偏差）を有する。この場合、画像の輝度値も、寸法や寸法比の面内偏差に従って変動する。この画像の輝度値の面内偏差の一例を図２に示す。

図２は、テンプレートＴＭＰの面内輝度分布の一例を示す模式図である。この面内輝度分布は、テンプレートＴＭＰ内の第１パターンＰ１を撮像したときに得られる画像の輝度値の分布である。第１パターンＰ１は、周期的に繰り返す非解像パターンからなり、６つのダイＤ１〜Ｄ６に分割されている。ダイＤ１〜Ｄ６は、周期的に繰り返される単位（第２領域）であり、それぞれ同一パターンを有するように形成されている。従って、ダイＤ１〜Ｄ６は、半導体チップに対応していてもよいがそれに限定されず、任意の繰り返しパターンでよい。ダイＤ１〜Ｄ６は、比較回路１６０において比較される際に比較の単位になる。

図２に示す例では、ダイＤ１およびダイＤ３において輝度値が低く（黒レベルに近く）、ダイＤ４およびダイＤ６において輝度値が高く（白レベルに近く）なっている。従って、第１パターンＰ１において、例えば、ライン・アンド・スペース・パターンのデューティ比（ライン幅／スペース幅）は、ダイＤ１およびダイＤ３側において比較的低く、ダイＤ４およびダイＤ６側において比較的高くなっていることが推定される。

このように、テンプレートＴＭＰに実際に形成された繰り返しパターンの寸法または寸法比は、第１パターンＰ１内においてばらつき、それにより、第１パターンＰ１の画像の輝度値も面内において変動する。即ち、第１パターンにおいてグレーパターンとなっている画像の輝度値は面内偏差を有する。

グレーパターンの輝度値が面内偏差を有する場合、ダイ−ダイ比較方式でダイ同士を比較したときに、基準となるグレーレベルが比較画像同士で相違するので、単純な画像比較では欠陥を検出することが困難になる。

そこで、本実施形態による検査装置１は、比較回路１６０においてダイ同士を比較する前に、テンプレートＴＭＰの第１パターンＰ１を撮像し、第１パターンＰ１の画像の輝度値から面内輝度分布を求め、この面内輝度分布に基づいてフレームＦ（第１領域）ごとの輝度値の偏差を算出し、第１パターンＰ１の輝度偏差マップを得る。さらに、検査装置１は、テンプレートＴＭＰの第１パターンＰ１を再度撮像し、輝度偏差マップの輝度値の偏差に基づいて、再度撮像された第１パターンＰ１の画像を補正する。このように補正された画像を用いて、ダイ同士の比較を行う。

以下、検査装置１の動作についてより詳細に説明する。

図３は、第１実施形態による検査装置１の動作の一例を示すフロー図である。

まず、テンプレートＴＭＰをステージ１０に載置し、テンプレートＴＭＰのプレート回転アライメントを行う（Ｓ１０）。典型的な場合、テンプレートＴＭＰには回路の動作に影響しない外周のスクライブライン領域の四隅などに、水平・垂直の位置関係にあるアライメントマークが設けられている。プレートアライメントは、テンプレートの転写面の被検査パターンのＸ座標軸およびＹ座標軸と、ステージ１０の走行軸の平行方向および直角方向とを、それぞれアライメントマークを用いて合わせる動作である。これにより、テンプレートＴＭＰの被検査パターンの回転や伸縮誤差が検査装置１の光学系２０に対して正規化される。

また、センサ３１の光量振幅（ダイナミックレンジ）の最適化を行う。例えば、遮光状態で撮像したときに得られる黒レベルとパターンの無いテンプレートＴＭＰの平坦面を撮像したときに得られる白レベルとの間のダイナミックレンジを調節する。

次に、第１パターンＰ１の面内輝度分布を得るために、テンプレートＴＭＰを撮像する（Ｓ２０）。

図４は、撮像単位となるストライプの一例を示す図である。テンプレートＴＭＰは、撮像単位となるストライプＳｔ１〜Ｓｔ４で概念上分割されている。ストライプＳｔ１〜Ｓｔ４は、第１パターンＰ１および／または第２パターンＰ２の複数の繰り返しパターンを含む。尚、ここでは、第１パターンＰ１について説明し、第２パターンＰ２については、後述の“解像パターンと非解像パターンとの混在パターン”において説明する。撮像部３０は、テンプレートＴＭＰを移動させながら、撮像部３０で画像をストライプ（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）ごとに取得していく。例えば、ステージ１０をＸ方向に連続移動させながら、撮像部３０は、ストライプＳｔ１をスキャンし、ストライプＳｔ１の光学画像を取得する。次に、ステージ１０をＹ方向に移動させることによって撮像部３０をストライプＳｔ２まで移動させる。そして、ステージ１０をＸ方向の逆方向に連続移動させながら、撮像部３０は、ストライプＳｔ２をスキャンし、ストライプＳｔ２の光学画像を取得する。このようにして、撮像部３０は、ストライプＳｔ１〜Ｓｔ４をスキャンすることによって、テンプレートＴＭＰ全体の画像（第１画像）を取得する。これにより、図２に示す面内輝度分布が得られる。

次に、輝度演算回路１１０が図５のフレームＦ（第１領域）ごとに輝度値を算出し、輝度偏差マップを作成する（Ｓ３０）。輝度偏差マップは、第１パターンＰ１の領域内におけるフレームＦごとの輝度値の偏差を示すマップである。このとき、輝度演算回路１１０は、画像から第１パターンＰ１の輝度値を抽出してからフレームＦ内の各画素の輝度の平均値を算出し、あるいは、画像から第２パターンＰ２を除いてからフレームＦ内の各画素の輝度の平均値を算出する。第１パターンＰ１内の全ての平均輝度値と各フレームＦの輝度値との偏差は、フレームＦごとに算出される。各フレームＦの輝度値の偏差は、その位置座標とともに記憶部１４０に格納される。これにより、輝度偏差マップが記憶部１４０に格納される。尚、輝度値の偏差の符号を反転させた補正値を用いる場合、補正値マップが記憶部１４０に格納される。

ここで、輝度値の偏差の算出についてより詳細に説明する。

図５は、メッシュおよびフレームの一例を示す概念図である。輝度演算回路１１０は、図５に示すように、メッシュＭでグレーパターンを仮想的に区切り、そのメッシュＭのそれぞれのマス目（フレームＦ）ごとに輝度の平均値を算出する。第１領域としてのフレームＦのサイズは、任意でよいが、少なくともセンサ３１の画素サイズより大きく、かつ、ダイＤ１〜Ｄ６よりも小さいかそれに等しい。例えば、フレームＦのサイズは、センサ３１の画素サイズに応じて設定すればよい。画素サイズが例えば５０ｎｍ／画素の場合、フレームＦの一辺の長さは、例えば５００画素に相当する２５μｍでよい。一方、各ダイＤ１〜Ｄ６の一辺の長さは、例えば、数ｍｍである。このように、通常、メッシュＭのサイズは、ダイサイズよりも非常に細かい。尚、図５では、理解し易いように、便宜的にメッシュＭを示しているが、その縮尺は実際と異なる場合がある。また、フレームＦのサイズは、検出すべき欠陥のサイズ（例えば、数ｎｍ〜数１０ｎｍ）よりも充分に大きいものとする。

輝度演算回路１１０は、さらに、各フレームＦの輝度平均値と基準値との差を計算し、その差を第１パターンＰ１内における輝度値の偏差とする。基準値は、例えば、第１パターンＰ１の領域全体の輝度の平均値でよい。基準値は、記憶部１４０に予め格納しておけばよい。また、各フレームＦの輝度値の偏差は、該フレームＦの位置座標とともに記憶部１４０に格納される。

輝度演算回路１１０は、第１パターンＰ１の領域内の全てのフレームＦについて同様に輝度の平均値および偏差を算出する。これにより、第１パターンＰ１の領域内の全てのフレームＦの輝度値の偏差が得られる。

第１パターンＰ１の領域全体における各フレームＦの輝度値の偏差は、輝度偏差マップとして記憶部１４０に格納される。例えば、ダイＤ１内のフレームＦ１の輝度値の偏差は低く負値となっており、ダイＤ４内のフレームＦ２の輝度値の偏差は高く正値となっている。同様に、ダイＤ３内のフレームＦ３の輝度値の偏差は低く負値となっており、ダイＤ６内のフレームＦ４の輝度値の偏差は高く正値となっている。このように得られた輝度偏差マップは、後で説明する画像の補正に用いられる。輝度偏差マップは、必要に応じて表示部１５０に表示してもよい。尚、フレームＦがダイＤ１〜Ｄ６よりも細かい場合には、輝度偏差マップは、図２に示す面内輝度分布に類似する。従って、ここでは、輝度偏差マップ全体の図示を省略する。

例えば、図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、輝度偏差マップにおいて、比較単位としてのダイＤ１およびダイＤ４のうち一部分（例えば、図５に示すフレームＦ１およびＦ２）のグレーパターンを示す図である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示す比較対象部分は、ダイＤ１およびダイＤ４のそれぞれにおいて対応するフレームＦ１およびＦ２である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、それぞれ図６（Ａ）および図６（Ｂ）のグレーパターンに対応する輝度値のグラフである。図７（Ａ）は、図６（Ａ）の７ａ−７ａ線の位置における輝度値を示し、その横軸は７ａ−７ａ線の一端Ｅａからの距離を示している。図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）の７ｂ−７ｂ線の位置における輝度値を示し、その横軸は７ｂ−７ｂ線の一端Ｅｂからの距離を示している。図７（Ａ）および図７（Ｂ）の縦軸はともに輝度値を示している。

図６（Ａ）〜図７（Ｂ）を参照して明らかなように、ダイＤ４のフレームＦ２の輝度値はダイＤ１のフレームＦ１のそれよりも高く、白レベルにより近い。

例えば、図７（Ｂ）に示すように、フレームＦ２の中心部に欠陥ＤＥＦがあるものとする。この場合、欠陥ＤＥＦは、図６（Ｂ）に示すようにグレーパターンにおいて孤立した黒点として現れている。従って、図７（Ｂ）に示すように、欠陥ＤＥＦの輝度値が他の領域の輝度値よりも低くなっている。

しかし、検出すべき欠陥ＤＥＦの大きさはフレームＦのサイズよりも非常に小さいため、フレームＦ２の輝度平均値に与える影響は小さい。従って、輝度演算回路１１０で算出された第１パターンＰ１の領域内の輝度値の偏差は、その領域内における繰り返しパターンの寸法や寸法比（例えば、デューティ比）の面内偏差に起因する。従って、輝度偏差マップは、第１パターンＰ１の領域内における繰り返しパターンの寸法や寸法比の面内偏差を表している。このような繰り返しパターンの寸法や寸法比の面内偏差の影響を欠陥検査において取り除くために、輝度演算回路１１０は、後述するステップＳ５０のように画像を補正する。

図３を再度参照し、次に、比較検査を行うために、テンプレートＴＭＰを再度撮像する（Ｓ４０）。このとき、撮像部３０は、ステップＳ２０と同様に、テンプレートＴＭＰの同一領域の画像（第２画像）を撮像する。撮像部３０は、再度取得されたテンプレートＴＭＰの画像を輝度演算回路１１０へ送信する。

次に、輝度演算回路１１０がフレームＦ内の各画素の輝度値から輝度偏差マップに基づく偏差を減算する（Ｓ５０）。これにより、各フレームＦの輝度値の偏差は平滑化される。そして、輝度演算回路１１０は、第１パターンＰ１の補正後のグレーパターンを比較回路１６０へ送信する。

ここで、輝度演算回路１１０についてより詳細に説明する。

輝度演算回路１１０は、撮像部３０で再度撮像された第１パターンＰ１の画像を撮像部３０から受け取る。そして、輝度演算回路１１０は、フレームＦごとに、第１パターンＰ１の各画素の輝度値から、輝度偏差マップの輝度値の偏差を減算する。このように第１パターンＰ１の各画素の輝度値を補正することによって、第１パターンＰ１のグレーパターンが平滑化される。この補正されたグレーパターンを表示部１５０に表示させた場合、補正後のグレーパターンは、補正前のグレーパターンよりも均一な（平坦な）輝度値を示す。

例えば、図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、それぞれフレームＦ１、Ｆ２の補正後のグレーパターンの輝度値を示すグラフである。フレームＦ１、Ｆ２の補正後のグレーパターンの輝度値は、平均値として等しくなっている。従って、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、欠陥部分ＤＥＦ以外の領域において、各フレームＦの輝度値の偏差は平滑化されている。

尚、上記例では、輝度演算回路１１０は、輝度偏差マップを作成し、第１パターンＰ１の各画素の輝度値から輝度偏差マップの輝度値の偏差を減算している。しかし、輝度演算回路１１０は、フレームＦごとに輝度値の偏差の符号（正負）を反転させた補正値を算出し、補正値マップを作成してもよい。この場合、補正値マップは、輝度偏差マップの各フレームＦの輝度値の偏差の符号を反転させた相補のマップとなる。この場合、輝度演算回路１１０は、再度撮像された第１パターンＰ１の画像における各画素の輝度値に、補正値マップに基づく補正値を加算すればよい。このように、輝度偏差マップの代わりに、輝度偏差マップに対して相補の補正値マップを用いても、各フレームＦの輝度値の偏差を平滑化することができる。

図３を再度参照し、次に、比較回路１６０は補正された第１パターンＰ１のグレーパターンを用いてダイ−ダイ比較処理を行う（Ｓ６０）。比較処理は、例えば、後述するレベル差比較方式や微分比較方式でよい。比較回路１６０は、比較対象となる２つのダイを比較する。このとき、第１パターンＰ１はすでに補正済みなので、ダイは、第１パターンＰ１および第２パターンＰ２が混在した状態で比較してもよい。

ダイ同士を比較して輝度差の絶対値または輝度差の微分値の絶対値が閾値より大きい場合（Ｓ７０のＹＥＳ）、比較回路１６０または制御計算機１００は、該当フレームに欠陥があると判定する（Ｓ８０）。一方、ダイ同士を比較して輝度差の絶対値または輝度差の微分値の絶対値が閾値以下である場合（Ｓ７０のＮＯ）、比較回路１６０または制御計算機１００は、該当フレームに欠陥がないと判定する（Ｓ９０）。判定結果は、記憶部１４０に位置座標とともに格納される。

ここで、比較回路１６０についてより詳細に説明する。

比較回路１６０は、上述のように補正された第１パターンＰ１の画像を比較処理し、欠陥検出を行う。比較処理は、例えば、ダイ−ダイ比較方式であり、レベル差比較方式や微分比較方式を用いればよい。

レベル差比較方式において、比較回路１６０は、補正されたグレーパターンを用いて、ダイＤ１全体の輝度レベル（輝度平均）とダイＤ４全体の輝度レベル（輝度平均）との差を取り除く。さらに、ダイＤ１の輝度とダイＤ４の輝度との輝度差の絶対値が閾値（第１閾値）よりも大きい場合に、比較回路１６０は、テンプレートＴＭＰの該当箇所に欠陥があると推定する。この欠陥部分の輝度差およびその座標は記憶部１４０に格納される。閾値は、記憶部１４０に予め格納しておけばよい。

また、微分比較方式では、ダイＤ１全体の輝度レベルとダイＤ４全体の輝度レベルとの差を取り除いた後、比較回路１６０は、ダイＤ１の輝度とダイＤ４の輝度との輝度差を微分する。欠陥が無い箇所では、ダイＤ１とダイＤ４とにおいて輝度差が無いので、微分値は小さい。一方、欠陥が存在する箇所では、ダイＤ１とダイＤ４とにおいて輝度差が大きく変化するので、微分値は絶対値として大きくなる。従って、上記微分値の絶対値が閾値（第１閾値）よりも大きい場合に、比較回路１６０は、テンプレートＴＭＰの該当箇所に欠陥があると推定する。この欠陥部分の輝度差（あるいは微分値）およびその座標は記憶部１４０に格納される。閾値は、記憶部１４０に予め格納しておけばよい。

レベル差比較方式および微分比較方式は、いずれか一方あるいは両方実行してもよい。また、比較回路１６０は、他の比較方式を用いて欠陥を検出してもよい。尚、上記例では、ダイＤ１とダイＤ４とを比較しているが、他のダイ同士も同様に比較する。また、比較方法は特に限定しない。例えば、ダイＤ１を基準として、ダイＤ１とダイＤ２〜Ｄ６のそれぞれとを比較してもよい。あるいは、Ｄ１とＤ２とを比較し、Ｄ２とＤ３とを比較し・・・のように、比較対象の隣接するダイを順番に変更してもよい。

比較対象となる２つのダイについて比較処理が終了すると、２つのダイの一方またはその両方を変更して再度ステップＳ６０〜Ｓ９０を実行する（Ｓ１１０のＮＯ）。テンプレートＴＭＰ内の全てのダイについて比較処理が終了すると（Ｓ１１０のＹＥＳ）、そのテンプレートＴＭＰの検査は終了する。

さらに、表示部１５０に欠陥マップとして表示する（Ｓ１３０）。例えば、表示部１５０は、記憶部１４０に格納された検査結果を座標に従って表示すればよい。これにより、表示部１５０は、テンプレートＴＭＰの欠陥の位置を表示することができる。

以上のように、本実施形態による検査装置１は、テンプレートＴＭＰの第１パターンＰ１を撮像し、この第１パターンＰ１の画像の輝度値から面内輝度分布を求める。そして、検査装置１は、フレームＦごとに輝度値を平均化して、第１パターンＰ１の輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）を作成する。さらに、検査装置１は、テンプレートＴＭＰの第１パターンＰ１を再度撮像し、その輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）を用いて、再度撮像された第１パターンＰ１の画像を補正する。この補正によって、グレーパターンの輝度平均値は、比較対象となるダイＤ１〜Ｄ６において等しくなる。一方、検出すべき欠陥のサイズはフレームＦのサイズよりも充分に小さいので、フレームＦごとに輝度値を平均化しても、欠陥は輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）に左程影響を与えない。従って、検査装置１は、輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）を用いて第１パターンＰ１の画像を補正したときに、欠陥による輝度値の変動を維持しつつ、第１パターンＰ１の輝度値の面内偏差を平滑化させることができる。これにより、検査装置１は、周期的に繰り返す非解像パターンの欠陥を容易に検出することができる。

例えば、ダイＤ１のグレーパターンの輝度平均値とダイＤ４のグレーパターンの輝度平均値とを合わせるときに、第１パターンＰ１の面内の輝度差を平滑化するように移動平均を行ったり、隣接する複数の画素の加重平均を行うことも考えられる。しかし、もし、このような移動平均や加重平均を行えば、欠陥部分の輝度も平均化されて減衰してしまう。この場合、欠陥の検出が困難になるおそれがある。

これに対し、本実施形態による検査装置１は、欠陥よりも充分に大きなフレームＦにおいて輝度値を平均化し、輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）を作成し、この輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）で第１パターンＰ１の画像の輝度値を補正している。従って、本実施形態では、移動平均や加重平均等の平均化処理を行う必要が無い。これにより、本実施形態による検査装置１は、欠陥部分の輝度が減衰することを抑制することができ、テンプレートＴＭＰの欠陥を容易に検出することができる。

（解像パターンと非解像パターンとの混在パターン）
図９は、解像パターンと非解像パターンとが混在したテンプレートＴＭＰの一部を示す平面図である。半導体チップは、メモリセル領域等のような微細な構造と、電源、センスアンプ、ドライバ等の線幅の広い構造とが混在する場合がある。この場合、テンプレートＴＭＰは、図９に示すように、非解像パターンＰ１と解像パターンＰ２との両方を含む混在パターンを有する。第１パターンとしての非解像パターンＰ１は、光学系２０の光源光では解像することができないパターンであり、第２パターンとしての解像パターンＰ２は、光学系２０の光源光で解像可能なパターンである。

混在パターンも周期的に繰り返される繰り返しパターンとなっている場合がある。この場合、混在パターンの繰り返し単位をダイとして比較し、第１パターンＰ１および第２パターンＰ２をともに検査する。

混在パターンを撮像部３０で撮像した場合、非解像パターンＰ１の画像は、グレーレベルの輝度値を有し、解像パターンＰ２の画像は白黒レベルの振幅を持つ画像になる。従って、解像パターンＰ２を非解像パターンＰ１と同様に補正すると輝度が低下または上昇してしまい、解像パターンＰ２についてダイ−ダイ比較することができなくなってしまう。

従って、本実施形態による輝度値の偏差を用いた補正は、非解像パターンＰ１に対応する画像には適用するが、解像パターンＰ２の画像には適用しない。従って、輝度演算回路１１０は、混在パターンの画像から非解像パターンＰ１の画像の輝度値を抽出してから、非解像パターンＰ１内における輝度値の偏差を算出する。あるいは、輝度演算回路１１０は、混在パターンの画像から解像パターンＰ２の画像を除いてから、残りの非解像パターンＰ１における輝度値の偏差を算出する。輝度値の偏差の算出方法は上述した方法と同様でよい。

例えば、図２に示すダイＤ１〜Ｄ６のそれぞれの外縁部に解像パターンＰ２がある場合、輝度演算回路１１０は、ダイＤ１〜Ｄ６の中心部にある非解像パターンＰ１の輝度値を抽出してから、あるいは、ダイＤ１〜Ｄ６の外縁部にある解像パターンＰ２を除いてから、非解像パターンＰ１内における輝度値の偏差を算出する。

非解像パターンＰ１内における輝度値の偏差は、ダイ−ダイ比較を行う際に、再度撮像された画像のうち非解像パターンＰ１の補正に用いられる。非解像パターンＰ１の補正は、上述した画像の補正と同様である。このとき、第２パターンＰ２は補正しない。

比較回路１６０は、非解像パターンＰ１の画像の補正後、画像をダイ−ダイ比較する。このとき、非解像パターンＰ１および解像パターンＰ２とは混在した状態で比較される。非解像パターンＰ１は、輝度値の偏差をすでに補正済みであるので、解像パターンＰ２とともに比較可能になっているからである。画像の比較は、上述したレベル差比較方式または微分比較方式のいずれでもよい。

このように、本実施形態による検査装置１は、非解像パターンＰ１および解像パターンＰ２の混在パターンであっても、非解像パターンＰ１の画像のみを補正してダイ−ダイ比較することができる。

（第２実施形態）
図１０は、第２実施形態による検査装置の動作の一例を示すフロー図である。第２実施形態による検査装置の構成は、第１実施形態による検査装置１の構成と同様でよい。

第２実施形態による検査装置１は、第１パターンＰ１内における輝度値の偏差が閾値（第２閾値）よりも大きい場合に、第１パターンＰ１の画像の補正処理およびダイの比較処理を実行せずに、検査を中止する。第１パターンＰ１内における輝度値の偏差が大きいことは、第１パターンＰ１の寸法や寸法比の面内偏差が大きいことを意味する。従って、輝度値の偏差が非常に大きい場合には、テンプレートＴＭＰが許容値を超えた面内偏差を有すると判断できる。そこで、第２実施形態による検査装置１は、輝度値の偏差が閾値よりも大きい場合に、検査処理を中止する。

例えば、ステップＳ１０およびＳ２０の後、輝度演算回路１１０は、第１パターン内における輝度値の偏差を算出し、その輝度値の偏差を閾値と比較する（Ｓ２２）。

第１パターン内におけるいずれかのフレームＦの輝度値の偏差が絶対値として閾値よりも高い場合（Ｓ２２のＹＥＳ）、輝度演算回路１１０および比較回路１６０は、ステップＳ３０〜Ｓ１３０を実行すること無く処理を終了する。この場合、表示部１５０は、検査が中止された旨を表示するとともに、その輝度値の偏差を対応するフレームＦの位置とともに表示する（Ｓ２４）。これにより、オペレータは、検査の中止を知ることができ、かつ、面内偏差の大きな箇所を容易に把握することができる。

一方、第１パターン内における全てのフレームＦの輝度値の偏差が絶対値として閾値よりも低い場合（Ｓ２２のＮＯ）、輝度演算回路１１０および比較回路１６０は、第１実施形態と同様に、ステップＳ３０〜Ｓ１３０を実行する。

このように、第２実施形態による検査装置１は、第１パターン内における輝度値の偏差が閾値よりも大きい場合に、検査処理を中止する。これにより、テンプレートＴＭＰに大きな異常がある場合に、不要な検査を省略することができ、検査時間を短縮することができる。

（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態による検査装置の動作の一例を示すフロー図である。第３実施形態による検査装置の構成は、第１実施形態による検査装置１の構成と同様でよい。

第３実施形態によれば、輝度演算回路１１０は、第１パターンＰ１内における輝度値の最大値、最小値および平均値を求め、比較回路１６０で比較されるダイ同士の輝度値の最大値、最小値および平均値をそれぞれほぼ一致させるように、第１パターンＰ１の画像を補正する。この補正は、第１および第２実施形態のステップＳ５０（輝度値の偏差を用いた補正）に代わって実行される。

例えば、ステップＳ１０およびＳ２０の実行後、輝度演算回路１１０は、第１パターンＰ１内における輝度値の最大値、最小値および平均値を求める。これにより、最大・最小・平均値マップが作成される（Ｓ３２）。混在パターンの場合、輝度演算回路１１０は、画像から第１パターンＰ１の輝度値を抽出してから各ダイの輝度値の最大値、最小値、平均値を算出し、あるいは、画像から第２パターンＰ２を除いてから輝度値の最大値、最小値、平均値を算出する。輝度値の最大値、最小値、平均値は、ダイごとに算出され、第１パターンＰ１内の全てのダイに対して算出される。各ダイの輝度値の最大値、最小値、平均値は、その位置座標とともに記憶部１４０に格納される。これにより、最大・最小・平均値マップが記憶部１４０に格納される。

次に、ステップＳ４０の実行後、輝度演算回路１１０は、再度撮像された第１パターンＰ１の画像において、比較対象である２つのダイの輝度値の平均値をほぼ一致させる。さらに輝度演算回路１１０は、それらの最大値と最小値もほぼ一致させる（Ｓ４４）。例えば、２つのダイの輝度値の平均値を合わせるように一方のダイ全体の輝度値をシフトさせる。次に、それらのダイの輝度値の最大値と最小値の振幅を合わせるように輝度値のゲイン（倍率）を算出する。そして、補正対象のダイの輝度値におけるシフト後の平均値からの振幅に対してそのゲインを乗算する。これにより、２つのダイの輝度値の平均値、最大値および最小値がほぼ一致する。あるいは、２つのダイの輝度値の平均値を合わせるように一方のダイ全体の輝度値をシフトさせる。次に、それらのダイの輝度値の標準偏差を算出し、その標準偏差を合わせるように輝度値のゲイン（倍率）を算出する。そして、補正対象のダイの輝度値におけるシフト後の平均値からの振幅に対してそのゲインを乗算する。このようにしても、２つのダイの輝度値の平均値、最大値および最小値をほぼ一致させることができる。その後、検査装置は、第１実施形態と同様にステップＳ６０以降を実行する。

第３実施形態によれば、比較対象となる２つのダイのダイナミックレンジがほぼ等しくなる。さらに、比較対象となる２つのダイの輝度平均値も等しくなる。これにより、ダイ同士のグレーレベルが或る程度一致するので、第１実施形態と同様に、テンプレートＴＭＰの欠陥を容易に検出することができる。

また、第３実施形態によれば、フレームＦごとに輝度値の偏差を算出する必要がなく、ダイごとに輝度値の最大値、最小値、平均値を算出している。従って、第３実施形態の最大・最小・平均値マップの作成は短時間で済み、その検査時間は、第１および第２実施形態の検査時間よりも短縮され得る。

第３実施形態は、第２実施形態を組み合わせてもよい。この場合、図１１のステップＳ２０とステップＳ３２との間において、図１０のステップＳ２２およびＳ２４を実行すればよい。これにより、第３実施形態は、第２実施形態の効果も得ることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態による検査装置１は、図３のステップＳ２０において撮像されるテンプレートＴＭＰの画像の画素サイズを、ステップＳ４０において撮像されるテンプレートＴＭＰの画像の画素サイズよりも大きく（粗く）する。例えば、ステップＳ２０において、テンプレートＴＭＰの画像の画素サイズは約７０ｎｍとし、ステップＳ４０において、テンプレートＴＭＰの画像の画素サイズは約５０ｎｍとする。

輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）を作成するために用いられる画像は、輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）を作成するために、フレームＦごとに輝度値が平均化される。従って、フレームＦごとに輝度値が平均化できる限りにおいて、ステップＳ２０において撮像されるテンプレートＴＭＰの画像の画素サイズは大きく（粗く）ても問題ない。一方、このように画像の画素サイズを大きく（粗く）することによって、輝度偏差マップ（あるいは補正値マップ）の作成時間を短縮することができる。

第４実施形態による検査装置１の構成およびその他の動作は、第１〜第３実施形態のいずれかと同じでよい。これにより、第４実施形態は、第１〜第３実施形態と同様の効果も得ることができる。本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１・・・検査装置、１０・・・ステージ、２０・・・光学系、３０・・・撮像部、４０・・・オートローダ、５０・・・レーザ測長システム、１００・・・制御計算機、１１０・・・輝度演算補正回路、１２０・・・オートローダ制御回路、１３０・・・ステージ制御回路、１４０・・・記憶部、１５０・・・表示部、１６０・・・比較回路、１７０・・・位置回路、Ｍ_θ、Ｍ_Ｘ、Ｍ_Ｙ・・・モータ

Claims (5)

1. 検査対象に光源の光を照射し、
   前記検査対象からの光を受けて該検査対象の第１画像を撮像部で取得し、
   前記第１画像のうち前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１パターンの画像に基づいて、該第１パターンにおける第１領域ごとの輝度値の偏差を演算部で算出し、
   前記検査対象の第２画像を前記撮像部で取得し、
   前記輝度値の偏差に基づいて、前記第２画像の輝度値を前記演算部で補正し、
   補正された前記第２画像の前記繰り返しパターン同士を比較部で比較することを具備する検査方法。
2. 前記第１領域のそれぞれの輝度値の偏差は、前記第１画像における前記第１領域のそれぞれの輝度平均値と前記第１画像における前記第１パターンの輝度平均値との差である、請求項１に記載の検査方法。
3. 前記第１画像は、前記第１パターンと、前記光学系の光で解像可能な第２パターンとを含み、
   前記第１パターン内における輝度値の偏差は、前記第１画像から前記第１パターンの輝度値を抽出してから、あるいは、前記第１画像から前記第２パターンを除いてから算出される、請求項１または請求項２に記載の検査方法。
4. 前記輝度値の偏差が第２閾値よりも大きい場合に、前記検査対象の欠陥と判断し、前記第２画像の輝度値を補正せず、前記繰り返しパターンを比較しない、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の検査方法。
5. 検査対象に光源の光を照射し、
   前記検査対象からの光を受けて該検査対象の第１画像を撮像部で取得し、
   前記第１画像のうち前記光源の波長では解像できない繰り返しパターンからなる第１パターンの画像に基づいて、該第１パターンにおける所定領域ごとの輝度値の最大値、最小値および平均値を算出し、
   前記検査対象の第２画像を前記撮像部で取得し、
   前記所定領域ごとの輝度値の最大値、最小値および平均値に基づいて前記第２画像の輝度値を演算部で補正し、
   補正された前記第２画像の前記繰り返しパターン同士を比較部で比較する、ことを具備する検査方法。