JP2019152634A - パターン検査方法及びパターン検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】欠陥の誤検知を抑制可能なパターン検査方法を提供する。【解決手段】パターンが形成された基板に電子ビームを照射し、パターンの２次電子像である検査画像を取得し、検査画像の、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とし、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とした、検査画像の参照画像と、検査画像の差分画像を取得し、差分画像に基づいて検査を行う。【選択図】図６

Description

本発明は、パターン検査方法及びパターン検査装置に関する。例えば、電子線によるマルチビームを照射して放出されるパターンの２次電子画像を取得してパターンを検査するパターン検査方法及びパターン検査装置に関する。
近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。
そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。その他、歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。
検査手法としては、拡大光学系を用いて半導体ウェハやリソグラフィマスク等の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た光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、検査対象基板はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。検査対象基板には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。検査対象基板を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
上述したパターン検査装置では、レーザ光を検査対象基板に照射して、その透過像或いは反射像を撮像することにより、光学画像を取得する。これに対して、直線上に同一ピッチで配列されるビーム列が複数列並ぶようなアレイ配列の複数の電子ビームで構成されるマルチビームを検査対象基板に照射して、検査対象基板から放出される各ビームに対応する２次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる。かかるマルチビームを含む電子ビームを用いたパターン検査装置では、検査対象基板の小領域毎に走査して２次電子を検出する。
特許文献１には、試料上の欠陥を検出する検査システムであって、入射ビームを試料表面に向けて導くビーム発生器と、入射ビームに応答して試料表面から来るビームを検出するよう配置された検出器と、を備える検査システムが開示されている。検査システムは、ショットノイズ、電子ノイズ、およびパターンノイズを含み得るノイズをリアルタイムで補償するように変換し得るノイズ補償メカニズムも含み得る。
特表２００５−５２６２３９号公報
そこで、本発明の一態様は、欠陥の誤検知を抑制可能なパターン検査方法及びパターン検査装置を提供する。
本発明の一態様のパターン検査方法は、パターンが形成された基板に電子ビームを照射し、パターンの２次電子像である検査画像を取得し、検査画像の、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とし、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とした、検査画像の参照画像と、検査画像の差分画像を取得し、差分画像に基づいて検査を行う。
上述のパターン検査方法において、差分画像が第２の閾値以上の画素値を有する場合、パターンは欠陥を有すると判定することが好ましい。
上述のパターン検査方法において、画素値の総和に基づいて第１の閾値と所定の検知幅を変化させることが好ましい。
本発明の一態様のパターン検査装置は、パターンが形成された基板に電子ビームを照射し、パターンの２次電子像である検査画像を取得する画像取得機構と、第１の閾値と所定の検知幅を保存する閾値保存部と、検査画像の、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とする画素値加工回路と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とした、検査画像の参照画像と、検査画像の差分画像を取得する差分画像取得回路と、差分画像に基づいて検査を行う差分画像検査回路と、を備える。
上述のパターン検査装置において、画素値の総和を計算する画素値総和計算回路と、第１の閾値と所定の検知幅を変化させる閾値変化回路と、をさらに備えることが好ましい。
本発明の一態様によれば、欠陥の誤検知を抑制可能なパターン検査方法及びパターン検査装置の提供が可能となる。
実施形態におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施形態における成形アパーチャアレイ部材の構成を示す概念図である。 実施形態における検査装置内のビームの軌道を説明するための図である。 実施形態におけるパターン検査方法のフローチャートである。 比較形態におけるパターン検査方法の作用効果を示す模式図である。 実施形態におけるパターン検査方法の作用効果を示す模式図である。 パターンから放出される２次電子の模式図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（実施形態）
本実施形態のパターン検査方法は、パターンが形成された基板に電子ビームを照射し、パターンの２次電子像である検査画像を取得し、検査画像の、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とし、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とした、検査画像の参照画像と、検査画像の差分画像を取得し、差分画像に基づいて検査を行う。
本実施形態のパターン検査装置は、パターンが形成された基板に電子ビームを照射し、パターンの２次電子像である検査画像を取得する画像取得機構と、第１の閾値と所定の検知幅を保存する閾値保存部と、検査画像の、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とする画素値加工回路と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とした、検査画像の参照画像と、検査画像の差分画像を取得する差分画像取得回路と、差分画像に基づいて検査を行う差分画像検査回路と、を備える。
図１は、本実施形態におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、荷電粒子ビーム検査装置の一例である。電子ビームは、荷電粒子ビームの一例である。検査装置１００は、電子光学画像取得機構（画像取得機構）１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。電子光学画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、ステージ駆動機構１４２、及びレーザ測長システム１２２を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、一括ブランキング偏向器２１２、ビームセパレーター２１４、投影レンズ２２４、２２６、偏向器２２８、及びマルチ検出器２２２が配置されている。
検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面上を移動可能なＸＹステージ１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、検査対象となるチップパターンが形成された基板１０１が配置される。基板１０１には、露光用マスクやシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてＸＹステージ１０５に配置される。また、ＸＹステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。マルチ検出器２２２は、電子ビームカラム１０２の外部で検出回路１０６に接続される。検出回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続される。
制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、閾値保存部１３０、画素値加工回路１３２、差分画像取得回路１３４、画素値総和計算回路１３６、閾値変化回路１３８、画素値変換回路１４０、差分画像検査回路１４４、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、プリンタ１１９、に接続されている。また、ストライプパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、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が構成され、ＸＹステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹステージ１０５の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でＸＹステージ１０５の位置を測長する。
電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃２０１内の図示しないフィラメントと引出電極間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定の引出電極の電圧の印加と所定の温度のカソード（フィラメント）の加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビームとなって放出される。照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２２４，２２６は、例えば電磁レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。また、ビームセパレーター２１４もレンズ制御回路１２４によって制御される。一括ブランキング偏向器２１２、及び偏向器２２８は、それぞれ少なくとも２極の電極群により構成され、ブランキング制御回路１２６によって制御される。主偏向器２０８、及び副偏向器２０９は、それぞれ少なくとも４極の電極群により構成され、偏向制御回路１２８によって制御される。
基板１０１が複数のチップ（ダイ）パターンが形成された半導体ウェハである場合には、かかるチップ（ダイ）パターンのパターンデータが検査装置１００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納される。基板１０１が露光用マスクである場合には、かかる露光用マスクにマスクパターンを形成する基になる設計パターンデータが検査装置１００の外部から入力され、記憶装置１０９に格納される。
ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成を記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。
図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ部材の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状（行列状）の横（Ｘ方向）Ｎ列×縦（ｙ方向）Ｎ’段（Ｎは２以上の整数、Ｎ’は１以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向（ｘ：第１の方向、ｙ：第２の方向）に所定の配列ピッチＬで形成されている。なお、マルチビームの縮小倍率がａ倍（マルチビーム径を１／ａに縮小して基板１０１に照射する場合）、基板１０１上でのｘ，ｙ方向に対するマルチビームのビーム間ピッチをｐとする場合、配列ピッチＬは、Ｌ＝（ａ×ｐ）の関係となる。図２の例では、Ｎ＝５、Ｎ’＝５の５×５本のマルチビーム形成用の穴２２が形成される場合を示している。次に検査装置１００における電子光学画像取得機構１５０の動作について説明する。
図３は、実施の形態１における検査装置内のビームの軌道を説明するための図である。電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２によりほぼ垂直に成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、矩形の複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、例えば矩形或いは円形の複数の電子ビーム（マルチビーム）（複数の電子ビーム）２０ａ〜２０ｄ（図１及び図３の実線）が形成される。
形成されたマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、その後、クロスオーバー（Ｃ．Ｏ．）を形成し、マルチビーム２０のクロスオーバー位置に配置されたビームセパレーター２１４を通過した後、縮小レンズ２０５によって、縮小され、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。ここで、成形アパーチャアレイ基板２０３と縮小レンズ２０５との間に配置された一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチビーム２０ａ〜２０ｄ全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２０６の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２０６によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかったマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、図１に示すように制限アパーチャ基板２０６の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器２１２のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板２０６は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＦＦの状態になるように偏向されたマルチビーム２０ａ〜２０ｄを遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２０６を通過したビーム群により、マルチビーム２０ａ〜２０ｄが形成される。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０ａ〜２０ｄは、対物レンズ２０７により焦点が合わされ、所望の縮小率のパターン像（ビーム径）となり、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって、制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチビーム２０全体が同方向に一括して偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。かかる場合に、主偏向器２０８によって、各ビームが走査する後述する単位検査領域の基準位置をそれぞれ照射するようにマルチビーム２０全体を一括偏向すると共に、ＸＹステージ１０５の移動に追従するように、トラッキング偏向を行う。そして、副偏向器２０９によって、各ビームがそれぞれ対応する単位検査領域内のＮ×Ｎ’個のサブ領域（後述するグリッド２９）を走査するようにマルチビーム２０全体を一括偏向する。一度に照射されるマルチビーム２０は、理想的には成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２の配列ピッチＬ（＝ａｐ）に上述した所望の縮小率（１／ａ）を乗じたピッチで並ぶことになる。このように、電子ビームカラム１０２は、一度に２次元状のＮ×Ｎ’本のマルチビーム２０を基板１０１に照射する。基板１０１の所望する位置にマルチビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチビーム２０の各ビームに対応する２次電子の束（マルチ２次電子３００）（図１及び図３の点線）が放出される。
基板１０１から放出されたマルチ２次電子３００は、対物レンズ２０７によって、マルチ２次電子３００の中心側に屈折させられ、制限アパーチャ基板２０６に形成された中心の穴に向かって進む。制限アパーチャ基板２０６を通過したマルチ２次電子３００は、縮小レンズ２０５によって光軸とほぼ平行に屈折させられ、ビームセパレーター２１４に進む。
ここで、ビームセパレーター２１４はマルチビーム２０が進む方向（光軸）に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター２１４に上側から侵入してくるマルチビーム２０（１次電子ビーム）には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチビーム２０は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子３００には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子３００は斜め上方に曲げられる。
斜め上方に曲げられたマルチ２次電子３００は、投影レンズ２２４，２２６によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。マルチ検出器２２２は、投影されたマルチ２次電子３００を検出する。マルチ検出器２２２は、図示しないダイオード型の２次元センサを有する。そして、マルチビーム２０の各ビームに対応するダイオード型の２次元センサ位置において、マルチ２次電子３００の各２次電子がダイオード型の２次元センサに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを後述する画素毎に生成する。マルチ検出器２２２がマルチ２次電子３００を検出しない場合には、偏向器２２８でマルチ２次電子３００をブランキング偏向することで受光面にマルチ２次電子３００を到達させないようにすればよい。
図４は、実施形態におけるパターン検査方法のフローチャートである。
まず、ＸＹステージ１０５上に、検査対象である、パターンが形成された基板１０１を載置する（Ｓ１２）。
次に、ＸＹステージ１０５をＸ方向、Ｘ方向の反対方向、Ｙ方向、又はＹ方向の反対方向に移動する（Ｓ１４）。
次に、複数の電子ビームで構成されるマルチビームを基板１０１に照射する（Ｓ１６）。
次に、パターンから生じる２次電子像である検査画像を取得する（Ｓ１８）。
次に、画素値加工回路１３２を用いて、検査画像の、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差すなわち（第１の閾値−１／２（所定の検知幅））以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和すなわち（第１の閾値＋１／２（所定の検知幅））以上の画素値を未処理とする。言い換えると、検査画像の所定の画素値を未処理とする（Ｓ２０）。ここで、第１の閾値と所定の検知幅は、閾値保存部１３０に保存されている。
画素値を未処理とする方法としては、例えば画素値を「なし」とする方法と、画素値を「ゼロ」とする方法が挙げられる。画素値を「ゼロ」とする方法は、画素値が真に「ゼロ」だったのか、それとも未処理とされたために「ゼロ」となったのかが不明になるという問題点がある。これに対して、画素値を「なし」とする方法は、画素値が未処理とされたために「なし」とされたことが、後から画素値を見て明らかである。この点においては、画素値を「なし」とする方法は好ましい。
次に、参照画像を取得する（Ｓ２２）。参照画像の取得方法の一例として、展開回路１１１は、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して描画データ又は露光イメージデータを読み出し、読み出された描画データ又は露光イメージデータに定義された各フレーム領域の各図形パターンを多値のイメージデータに変換する。このイメージデータは参照回路１１２に送られる。
描画データ又は露光イメージデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。
かかる図形データとなる描画データ又は露光イメージデータが展開回路１１１に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして多値の設計画像データを展開し、出力する。そして、１画素に１／２８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとして参照回路１１２に出力する。
次に、参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。このようにして参照画像を作成する。
なお、参照画像の取得（Ｓ２２）は、ステージ上への基板の載置（Ｓ１２）、ステージ上へのステージの移動（Ｓ１４）、電子ビームの照射（Ｓ１６）、検査画像の取得（Ｓ２０）の前に、又は並行して行っても良い。
次に、画素値総和計算回路１３６を用いて、検査画像の画素値の総和と参照画像の画素値の総和を計算する（Ｓ２４）。
次に、閾値変化回路１３８は、検査画像の画素値の総和と参照画像の画素値の総和に基づいて、第１の閾値と所定の検知幅を変化させる（Ｓ２６）。例えば、検査画像の画素値の総和が参照画像の画素値の総和の２倍であった場合には、第１の閾値と所定の検知幅を１／２にする等の変化を行う。また、例えば、検査画像の画素値の総和が参照画像の画素値の総和の１／３であった場合には、第１の閾値と所定の検知幅を３倍にする等の変化を行う。変化させた第１の閾値及び変化させた所定の閾値は、閾値保存部１３０に保存する。
なお、第１の閾値及び所定の検知幅を変化させずに、画素値変換回路１４０を用いて、検査画像の画素値の総和と参照画像の画素値の総和が等しくなるように、参照画像の画素値の総和又は検査画像の画素値の総和を変換しても良い。
次に、画素値加工回路１３２を用いて、参照画像の、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とする（Ｓ２８）。言い換えると、参照画像の所定の画素値を未処理とする。もし第１の閾値及び所定の検知幅を（Ｓ２６）において変化させている場合には、変化させた第１の閾値及び変化させた所定の検知幅を用いる。
次に、差分画像取得回路１３４を用いて、検査画像と参照画像の差分画像を取得する（Ｓ３０）。
次に、差分画像検査回路１４４を用いて、差分画像に基づいて欠陥の検査を行う。ここで、欠陥の検査においては、例えば、第２の閾値以上の画素値が検出された場合にパターンは欠陥を有するものとすることができる。例えば第２の閾値は、閾値保存部１３０に保存しておくことができる。
図５は、比較形態におけるパターン検査方法の作用効果を示す模式図である。検査されているパターンは、ラインアンドスペースパターンである。
図５（ａ）は、取得された検査画像の一例を示す模式図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された検査画像に対応する参照画像の一例を示す模式図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）に示された検査画像と図５（ｂ）に示された参照画像の差分画像の一例を示す模式図である。図５（ｄ）は、図５（ａ）に示された検査画像の比較部分における画素値の一例を示す模式図である。図５（ｅ）は、図５（ｂ）に示された参照画像の比較部分における画素値の一例である。図５（ｆ）は、図５（ｃ）に示された差分画像の比較部分における画素値の一例である。
図５（ａ）の検査画像では、比較部分において、ラインアンドスペースパターンの、隣接するラインの一部がつながっている。このつながりが欠陥である。図５（ｂ）の参照画像は、つながっている部分のないラインアンドスペースパターンの画像である。図５（ｄ）の、検査画像の比較部分における画素値の図では、図５（ａ）の欠陥に対応し、距離が２００と３００の間において、図５（ｅ）に見られる画素値の極大が２個見られなくなっている。
図５（ｆ）の差分画像の画素値を見ると、距離が２００と３００の間に、画素値の２個の極大が見られる。この検出を目標とする欠陥である。一方で、距離が０と１００の間、及び距離が３００と５００の間にも、極大が見られる。これらの極大は、検査画像に欠陥がない部分に見られるため、欠陥を誤検出したものと判断される。
図６は、実施形態におけるパターン検査方法の作用効果を示す模式図である。検査されているパターンは、図５と同様のラインアンドスペースパターンである。
図６（ａ）では、検査画像の比較部分における画素値と、参照画像の比較部分における画素値で、（第１の閾値−０．５×（所定の検知幅））以下の画素値と、（第１の閾値＋０．５×（所定の検知幅））以上の画素値を未処理としている。
図６（ｂ）では、差分画像の比較部分における画素値を示している。距離が２００と３００の間に、第２の閾値を上回る画素値の極大が検出された。これが、検出を目標とする欠陥である。また、図５（ｆ）で距離が０と１００の間、及び距離が３００と５００の間に生じていた欠陥の誤検出に対応する極大は、図６（ｂ）では検出されていない。よって、実施形態におけるパターン検査方法で、欠陥の誤検知を抑制して、真の欠陥を正しく検出することが出来た。
次に、実施形態の作用効果を説明する。
図７は、パターンから放出される２次電子の模式図である。
図７（ａ）は、パターンの模式図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したパターンから放出される２次電子の模式図である。
物質から放出される２次電子の量は、「拡散領域モデル」による規定化が可能である。第１の電子ビームが照射されることにより、拡散領域Ａ１の部分から２次電子が放出されるとすることができる。また、第２の電子ビームが照射されることにより、拡散領域Ａ２の部分から２次電子から放出されるとすることができる。
拡散領域Ａ１は、パターンの端の部分に形成されている。そのため、パターンの上部方向だけでなく、パターンの横方向からも２次電子が放出される。
一方、拡散領域Ａ２は、パターンの中央付近に形成される。この場合は、パターンの横方向に２次電子が放出されようとしてもパターン内で吸収されてしまい、パターンの外に出て行くことが出来ないため、パターンの上部方向だけに２次電子が放出される。
結果として、放出される２次電子の量は、パターンの端の部分が多くなり、パターンの中央部分は少なくなる。すなわち、電子ビームをパターンに照射することによって得られる検査画像は、パターンの端の部分が明るく、その他の部分は暗い画像となる。
パターンから放出される２次電子の量は、主に、パターンの材質と、パターンの形状と、パターン検査装置で決定されるパラメータで決まる。ここで、パターン検査装置で決定されるパラメータとは、電子ビームの入射エネルギー、電子ビームのスポットサイズ、電子ビーム２０ａ〜２０ｄのスキャンスピード、放出された２次電子を検出回路１０６で検出できる割合、等である。
図７中のｍａｘで示されるように、パターンの端の部分から放出される２次電子の量は、パターンの端の部分のわずかの形状の変化に伴い大きく変化してしまう。そのため、参照画像と検査画像の差分画像を生成する際に端部の差分値が安定せず、検査に用いるのは適切でない。
パターンの平坦な部分から放出される２次電子の量は、電子ビーム２０ａ〜２０ｄで照射される電子数に基づくショットノイズに従いばらつく。ノイズによる出力変化はランダムに生じるため、参照画像と検査画像から得られる差分画像の平坦な部分にはショットノイズによるランダムな信号変化が重畳され、欠陥検出閾値を超えて擬似欠陥となるなどショットノイズの影響を受けやすい。
パターンのスロープの部分から放出される２次電子の量は、パターンの平坦な部分から放出される２次電子の量より多いため、図７に示すように電子ビームがスロープ部をスキャンすることに伴い、電子ビームのサイズはパターンに対して十分小さいため信号変化が急峻に生じる。この信号変化はスロープ部の位置を高精度に示すパターンの形状情報となり、ショットノイズの影響を受けにくい。また、パターンの端の部分から放出される２次電子の量のように、わずかの形状の変化に伴い大きく変化しない。そこで、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値を未処理とすることにより、パターンの平坦な部分におけるショットノイズの影響を取り除く。また、第１の閾値と所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とすることにより、パターンの端の部分の、形状の変化の影響を取り除く。これにより、欠陥の誤検知を抑制可能なパターン検査方法及びパターン検査装置の提供が可能となる。
なお、第１の閾値と所定の検知幅は、図７（ｂ）に示した２次電子の模式図に示したように、パターンの端の部分から放出される２次電子量（ｍａｘと表記）とパターンの平坦な部分から放出される２次電子量（ｍｉｎと表記）の平均（（ｍａｘ＋ｍｉｎ）／２）に基づき決定する方法が考えられる。また、第１の閾値と所定の検知幅は、２次電子の検出量ｅを距離ｘで微分したｄｅ／ｄｘが最大になるような、２次電子の検出量ｅに基づき決定する方法が考えられる。
差分画像が第２の閾値以上の画素値を有する場合、パターンは欠陥を有すると判定する方法は、欠陥判定として好ましい手法の一つである。
２次電子の量は、基板のチャージアップ等により、パターンの形状の変化以外の理由で増減することが考えられる。そこで、画素値の総和に基づいて第１の閾値と前記所定の検知幅を変化させる、または検査画像の画素値の総和と参照画像の画素値の総和が等しくなるように、参照画像の画素値の総和又は検査画像の画素値の総和を変換することが好ましい。
以上の説明において、一連の「〜回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。また、「閾値保存部」等の「〜記憶部」、「〜保存部」又は記憶装置は、たとえば磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）などの記録媒体を含む。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記の実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
実施形態では、パターン検査方法及びパターン検査装置の構成やその製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる荷電粒子ビーム検査方法の構成を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム検査方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。
２０ マルチビーム
２２ 穴
２７ 領域
２８，３６ 画素
２９ グリッド
３０，３３０ 検査領域
３１ 走査領域
３２ ストライプ領域
３３ トラッキング領域
３４ 照射領域
３５ フレーム領域
５０，５２ 記憶装置
５６ 分割部
５８ 位置合わせ部
６０ 比較部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１１ 展開回路
１１２ 参照回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１１９ プリンタ
１２２ レーザ測長システム
１２０ バス
１２３ ストライプパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１３０ 閾値保存部
１３２ 画素値加工回路
１３４ 差分画像取得回路
１３６ 画素値総和計算回路
１３８ 閾値変化回路
１４０ 画素値変換回路
１４２ 差分画像検査回路
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５ 縮小レンズ
２０６ 制限アパーチャ基板
２０７ 対物レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２２２ マルチ検出器
２２４，２２６ 投影レンズ
２２８ 偏向器
３００ マルチ２次電子
３３２ チップ
Ａ１ 第１の拡散領域
Ａ２ 第２の拡散領域

Claims (5)

  1. パターンが形成された基板に電子ビームを照射し、
    前記パターンの２次電子像である検査画像を取得し、
    前記検査画像の、第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、前記第１の閾値と前記所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とし、
    前記第１の閾値と前記所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、前記第１の閾値と前記所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とした、前記検査画像の参照画像と、前記検査画像の差分画像を取得し、
    前記差分画像に基づいて検査を行うパターン検査方法。
  2. 前記差分画像が第２の閾値以上の画素値を有する場合、前記パターンは欠陥を有すると判定する請求項１記載のパターン検査方法。
  3. 前記画素値の総和に基づいて前記第１の閾値と前記所定の検知幅を変化させる請求項１又は請求項２記載のパターン検査方法。
  4. パターンが形成された基板に電子ビームを照射し、前記パターンの２次電子像である検査画像を取得する画像取得機構と、
    第１の閾値と第２の閾値を保存する閾値保存部と、
    前記検査画像の、前記第１の閾値と所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、前記第１の閾値と前記所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とする画素値加工回路と、
    前記第１の閾値と前記所定の検知幅の半分の差以下の画素値と、前記第１の閾値と前記所定の検知幅の半分の和以上の画素値を未処理とした、前記検査画像の参照画像と、前記検査画像の差分画像を取得する差分画像取得回路と、
    前記差分画像に基づいて検査を行う差分画像検査回路と、
    を備えるパターン検査装置。
  5. 前記画素値の総和を計算する画素値総和計算回路と、前記第１の閾値と前記所定の検知幅を変化させる閾値変化回路と、をさらに備える請求項４記載のパターン検査装置。
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