JP2020047761A - 欠陥検査装置、欠陥検査方法、及び欠陥検査プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】一つの実施形態は、欠陥の検査精度を向上できる欠陥検査装置、欠陥検査方法、及び欠陥検査プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】一つの実施形態によれば、欠陥検査装置において、コントローラは、第１の比較処理で一致せず第２の比較処理で一致する第１のショット領域内の第１の実パターンを取得する。コントローラは、第１の実パターンに対応する設計パターンと同じ設計パターンに対応し第１の比較処理で一致し第２の比較処理で一致する第１のショット領域内の第２の実パターンの画像をさらに取得する。コントローラは、第１のショット領域内の第１の実パターン及び第２の実パターンにおける一方の実パターンの画像を他方の実パターンの画像で置き換えて第１のショット領域の基準画像を生成する。コントローラは、基準画像及び第１のショット領域の画像を比較して第１のショット領域の欠陥検査を行う。【選択図】図１

Description

本実施形態は、欠陥検査装置、欠陥検査方法、及び欠陥検査プログラムに関する。

欠陥検査装置は、リソグラフィ条件が異なる複数のショット領域を含む基板について複数のショット領域の画像を比較して欠陥の検査を行うことがある。このとき、欠陥の検査精度を向上することが望まれる。

特許第５７１２１３０号公報 米国特許第６５４６１２５号明細書 特開２０１１−１４１１３３号公報 特開２０１１−１９２７６６号公報

一つの実施形態は、欠陥の検査精度を向上できる欠陥検査装置、欠陥検査方法、及び欠陥検査プログラムを提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、ステージとコントローラとを有する欠陥検査装置が提供される。ステージは、基板が載置される。基板は、複数のショット領域を含む。複数のショット領域は、設計情報が互いに共通であり、リソグラフィ条件が互いに異なる。コントローラは、第１の比較処理を行うとともに第２の比較処理を行って第１の実パターンの画像を取得する。第１の比較処理は、複数のショット領域における第１のショット領域の画像及び第２のショット領域の画像の間で行われる比較である。第１のショット領域及び第２のショット領域は、互いに隣接する。第２の比較処理は、複数のショット領域における第２のショット領域の画像及び第３のショット領域の画像の間で行われる比較である。第３のショット領域は、第１のショット領域と反対側で第２のショット領域に隣接する。第１の実パターンは、第１の比較処理で一致せず第２の比較処理で一致する第１のショット領域内の実パターンである。コントローラは、第２の実パターンの画像を取得する。第２の実パターンは、第１の実パターンに対応する設計パターンと同じ設計パターンに対応し、第１の比較処理で一致し第２の比較処理で一致する第１のショット領域内の実パターンである。コントローラは、第１のショット領域内の第１の実パターン及び第２の実パターンにおける一方の実パターンの画像を他方の実パターンの画像で置き換えて第１のショット領域の基準画像を生成する。コントローラは、基準画像及び第１のショット領域の画像を比較して第１のショット領域の欠陥検査を行う。

図１は、実施形態にかかる欠陥検査装置を含む製造システムの構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態にかかる欠陥検査装置を含む製造システムの動作を示すフローチャートである。 図３は、実施形態におけるＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍａｔｒｉｘ）基板内のリソグラフィ条件の分布及び所望のリソグラフィマージンを示す図である。 図４は、実施形態におけるＦＥＭ基板の検査結果を示す図である。 図５は、実施形態におけるＤＢＢ（Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ Ｂｉｎｎｉｎｇ）機能を示す図である。 図６は、実施形態にかかる欠陥検査装置の構成を示す図である。 図７は、実施形態におけるコントローラの構成を示す図である。 図８は、実施形態にかかる欠陥検査装置の動作を示すフローチャートである。 図９は、実施形態における被検査ショット領域の画像を隣接ショット領域の画像と比較する処理を示す図である。 図１０は、実施形態における正解パターンを判断するための情報を示す図である。 図１１は、実施形態の変形例にかかる欠陥検査装置の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる欠陥検査装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
実施形態にかかる欠陥検査装置は、半導体デバイスを製造するための製造システムに適用され得る。半導体デバイスは、設計情報に基づいてマスクが作成され、そのマスクを用いて露光・現像が行われて製造され得るが、設計情報に従って適正に半導体デバイスを製造するためには、露光工程におけるリソグラフィマージンが適正に確保されていることが望まれる。そのため、製造システムでは、設計情報が互いに共通でありリソグラフィ条件（例えば、露光ドーズ量及びフォーカス値の組み合わせ）が互いに異なる複数のショット領域を含むＦＥＭ（Ｆｏｃｕｓ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｍａｔｒｉｘ）基板を製造して、適正なリソグラフィマージンが確保できているか欠陥検査装置で検査を行う。

例えば、欠陥検査装置１を含む製造システム１００は、図１に示すように構成され得る。図１は、欠陥検査装置１を含む製造システム１００の構成を示す図である。

製造システム１００は、回路設計装置１０１、レイアウト設計装置１０２、マスク作成装置１０３、塗布装置１０４、露光装置１０５、現像装置１０６、欠陥検査装置１、及びホストコントローラ１０７を有する。回路設計装置１０１及びレイアウト設計装置１０２は、１つのコンピュータで実装されてもよいし、互いに通信可能に接続された複数のコンピュータで実装されてもよい。マスク作成装置１０３は、例えば、電子線描画装置が用いられ得る。回路設計装置１０１、レイアウト設計装置１０２、マスク作成装置１０３、及び欠陥検査装置１は、通信回線（図示せず）を介して互いに通信可能に接続され得る。塗布装置１０４、露光装置１０５、現像装置１０６、欠陥検査装置１、及びホストコントローラ１０７は、通信回線（図示せず）を介して互いに通信可能に接続され得る。

また、製造システム１００は、図２に示すように動作する。図２は、製造システム１００の動作を示すフローチャートである。

回路設計装置１０１は、所定の設計情報及び／又はユーザからの指示に基づいて、回路設計を行い（Ｓ１）、スケマティックデータを生成してレイアウト設計装置１０２へ供給する。

レイアウト設計装置１０２は、スケマティックデータ及び／又はユーザからの指示に基づいて、レイアウト設計を行い（Ｓ２）、レイアウトデータを生成する。レイアウト設計装置１０２は、さらに、所定の設計情報及び／又はユーザからの指示に基づいて、レイアウトデータからマスクデータを生成してマスク作成装置１０３へ供給する。

マスク作成装置１０３は、マスクデータに従って、マスク基板上に所定のマスクパターンを描画し、マスクを作成する（Ｓ３）。作成されたマスクは、露光装置１０５のマスクステージ１０５ａにセットされ得る。

一方、ホストコントローラ１０７は、塗布装置１０４、搬送系（図示せず）、露光装置１０５、現像装置１０６を制御して、ＦＥＭ基板２を作成させる（Ｓ４）。すなわち、塗布装置１０４は、基板（例えば、ウェハ）上に感光剤（例えば、レジスト）を塗布する。感光剤が塗布された基板は、搬送系（図示せず）により塗布装置１０４から露光装置１０５へ搬送され基板ステージ１０５ｂ上に載置される。露光装置１０５は、照明光学系１０５ｃに照らされマスクを透過した露光光を投影光学系１０５ｄにより基板上で結像させ、マスク上のマスクパターンを基板上の感光剤へ転写して潜像を形成する。このとき、露光装置１０５は、照明光学系１０５ｃ及び投影光学系１０５ｄを制御して、各ショット領域に対して、照明光学系１０５ｃによる基板への露光ドーズ量と投影光学系１０５ｄによる基板の結像面を規定するフォーカス値との組み合わせが互いに異なるようにする。

これにより、図３に示すように、設計情報が互いに共通でありリソグラフィ条件が互いに異なる複数のショット領域ＳＨ１〜ＳＨ７５を含む基板がＦＥＭ基板２として作成される。図３は、ＦＥＭ基板２内のリソグラフィ条件の分布及び所望のリソグラフィマージンを示す図である。図３では、ＦＥＭ基板２の表面に垂直な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面内で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。図３では、基板上に７５個のショット領域が配される場合について例示されているが、ショット領域の数は７５個に限定されない。

図３に示すＦＥＭ基板２では、複数のショット領域ＳＨ１〜ＳＨ７５がＸ方向及びＹ方向に配列されている。ＦＥＭ基板２では、Ｘ方向に露光ドーズ量が異なるショット領域が並び、Ｙ方向にフォーカス値が異なるショット領域が並んでいる。高歩留まりが期待される所望のリソグラフィ条件が露光ドーズ量Ｄｃ及びフォーカス値Ｆｃの組み合わせである場合、露光ドーズ量Ｄｃ及びフォーカス値Ｆｃの組み合わせに対応したショット領域ＳＨ２４が、所望のショット領域（Ｇｏｌｄｅｎ Ｄｉｅ）とされ、ＦＥＭ基板２の中心付近に配される。そして、ＦＥＭ基板２では、ショット領域ＳＨ２４を中心に、＋Ｘ側に進むほど、露光ドーズ量が露光ドーズ量Ｄｃから徐々に大きくＤ_＋１，Ｄ_＋２，Ｄ_＋３，Ｄ_＋４，Ｄ_＋５となるショット領域が並び、−Ｘ側に進むほど、露光ドーズ量が露光ドーズ量Ｄｃから徐々に小さくＤ_−１，Ｄ_−２，Ｄ_−３となるショット領域が並ぶ。ＦＥＭ基板２では、ショット領域ＳＨ２４を中心に、＋Ｙ側に進むほど、フォーカス値がフォーカス値Ｆｃから徐々に大きくＦ_＋１，Ｆ_＋２，Ｆ_＋３，Ｆ_＋４，Ｆ_＋５となるショット領域が並び、−Ｙ側に進むほど、フォーカス値がフォーカス値Ｆｃから徐々に小さくＦ_−１，Ｆ_−２，Ｆ_−３，Ｆ_−４，Ｆ_−５となるショット領域が並ぶ。

例えば、適正なリソグラフィマージンが露光ドーズ量Ｄ_−２〜Ｄ_＋２及びフォーカス値Ｆ_−２〜Ｆ_＋２である場合、図３に示す領域２ａが、適正なリソグラフィマージンを示す領域となる。領域２ａは、複数のショット領域ＳＨ５〜ＳＨ９，ＳＨ１３〜ＳＨ１７，ＳＨ２２〜ＳＨ２６，ＳＨ３３〜ＳＨ３７，ＳＨ４４〜ＳＨ４８を含む。

図２に戻って、Ｓ４において、露光後のＦＥＭ基板２は、搬送系（図示せず）により露光装置１０５から現像装置１０６へ搬送される。現像装置１０６は、ＦＥＭ基板２上の感光剤における潜像を現像する。これにより、ＦＥＭ基板２上の各ショット領域ＳＨ１〜ＳＨ７５に設計情報（マスクデータ）に応じたパターンが現像される。

現像後のＦＥＭ基板２は、搬送系（図示せず）により現像装置１０６から欠陥検査装置１へ搬送される。欠陥検査装置１は、ＦＥＭ基板２に対して欠陥検査を行う（Ｓ５）。例えば、欠陥検査装置１は、光学顕微鏡を用いて、各ショット領域ＳＨ１〜ＳＨ７５の画像を取得し、複数のショット領域の画像に対してエッジ検出等の画像処理を行って、各ショット領域ＳＨ１〜ＳＨ７５の輪郭画像を生成する。そして、欠陥検査装置１は、検査対象のショット領域の輪郭画像と基準となるショット領域の輪郭画像との比較をパターンマッチングにより行い、一致度を示すマッチングスコアを求め、マッチングスコアがスコア閾値を下回った箇所を欠陥箇所として検出し、図４に示すような検出結果を得る。図４は、ＦＥＭ基板２の検査結果を示す図である。図４では、領域２ａ内のショット領域及び＋Ｘ側、＋Ｙ側、−Ｙ側で領域２ａに隣接するショット領域に欠陥検査が行われた場合に各ショット領域内で検出された欠陥箇所が黒い点で示されている。

そして、欠陥検査装置１は、図５に示すようなＤＢＢ（Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ Ｂｉｎｎｉｎｇ）機能を用いて、被検査ショット領域内の複数の欠陥箇所を設計パターン（局所パターン）ごとに分類する。図４は、ＤＢＢ機能を示す図である。ＤＢＢ機能によれば、検査結果に記述された欠陥毎の局所パターンがアライメントに基づきレイアウトデータから抽出される。そして、抽出された抽出パターン（ａ〜ｌ）は、図形的特徴の一致度に基づいてｎ個の分類パターン（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．ｎ）に分類される。欠陥検査装置１は、ｎ個の分類パターン（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．ｎ）のうちエラー数の大きい分類パターンＮｏ．１を注目パターン（すなわち、ｎ個の分類パターンのうちプロセスウィンドウを最も狭くしているパターン）とする。欠陥検査装置１は、注目パターンについて、ＦＥＭ基板２における各ショット領域ＳＨ１〜ＳＨ７５のうちエラー数がエラー閾値以下となるショット領域によりプロセスウィンドウを規定する。

図２に戻って、欠陥検査装置１は、検査結果に応じて適正なリソグラフィマージンが確保できているか否か判断する（Ｓ６）。例えば、欠陥検査装置１は、注目パターンのプロセスウィンドウの境界が適正なリソグラフィマージンの領域２ａより内側になる部分が存在すれば（例えば、注目パターンのプロセスウィンドウが図３に示すＰＷ１の場合）、適正なリソグラフィマージンが確保できていないと判断できる。欠陥検査装置１は、注目パターンのプロセスウィンドウが適正なリソグラフィマージンの領域２ａを内側に含んでいれば（例えば、注目パターンのプロセスウィンドウが図３に示すＰＷ２の場合）、適正なリソグラフィマージンが確保できていると判断できる。

欠陥検査装置１は、適正なリソグラフィマージンが確保できていない場合（Ｓ６でＮｏ）、欠陥検査結果データをレイアウト設計装置１０２へ通知する。レイアウト設計装置１０２は、所定の設計情報及び／又はユーザからの指示に基づいて、レイアウトデータにおける注目パターンに対応した設計パターンの付近に解像限界以下の寸法を有する補助パターンを追加配置するなど、マスクデータの補正処理を行う（Ｓ７）。これにより、補正後のマスクデータに従って、マスク作成装置１０３がマスクを再び作成し（Ｓ３）、ＦＥＭ基板２が再び作成され（Ｓ４）、欠陥検査装置１で欠陥検査が再び行われる（Ｓ５）。すなわち、Ｓ３〜Ｓ７のループは、適正なリソグラフィマージンが確保できるまで繰り返され得る。

欠陥検査装置１は、適正なリソグラフィマージンが確保できている場合（Ｓ６でＹｅｓ）、その旨をホストコントローラ１０７に通知する。ホストコントローラ１０７は、塗布装置１０４、搬送系（図示せず）、露光装置１０５、現像装置１０６を制御して、所望のリソグラフィ条件（露光ドーズ量Ｄｃ及びフォーカス値Ｆｃ）で製品用の基板２’を作成させる（Ｓ８）。

この製品用の基板２’に半導体デバイスが適正に製造されるためには、適正なリソグラフィマージンが確保できているかの判断がＳ６で高精度に行われることが要求され得る。Ｓ６の判断を高精度化するためには、Ｓ５において被検査ショット領域が領域２ａの境界付近（図３参照）である場合の欠陥検査の精度を向上することが望まれる。

例えば、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いた欠陥検出方法は、基板をＳＥＭ装置へ搬入後に真空引きを行い搬出前に真空パージを行うことなどにより、検査に時間がかかる傾向にある。半導体デバイスの製造のＱＴＡＴ（Ｑｕｉｃｋ Ｔｕｒｎａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）化のためには、光学顕微鏡を用いた欠陥検出方法において、欠陥検査の精度を向上することが望まれる。

Ｓ５の欠陥検出方法として、光学顕微鏡を用いて取得された被検査ショット領域（Ｄｉｅ）の画像を所望のショット領域（Ｇｏｌｄｅｎ Ｄｉｅ）の画像と比較する第１の方法（Ｄｉｅ ｔｏ Ｇｏｌｄｅｎ）が考えられる。第１の方法では、領域２ａの境界付近のショット領域（例えば、ショット領域ＳＨ５）の画像と所望のショット領域ＳＨ２４の画像とで対応するリソグラフィ条件（露光ドーズ量及びフォーカス値）が大きく異なるため、両者の画像におけるノイズ成分も大きく異なり得る。このため、第１の方法では、画像比較でノイズ成分が誤って欠陥として検出されるなど、画像比較の精度が低下しやすい。

また、Ｓ５の欠陥検出方法として、光学顕微鏡を用いて取得された被検査ショット領域（Ｄｉｅ）の画像をＸ方向（又はＹ方向）に両側で隣接する２つのショット領域（Ｄｉｅ）の画像とそれぞれ比較する第２の方法（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ）が考えられる。第２の方法では、両側で隣接する２つのショット領域の画像が正解の画像であることが前提となるが、例えば領域２ａの境界付近のショット領域ＳＨ５に対して−Ｙ側で隣接するショット領域ＳＨ４でエラーが多発している場合、ショット領域ＳＨ４の画像が基準の画像として不適正となり得る。このため、第２の方法では、被検査ショット領域の画像に対して両側で隣接する２つのショット領域の画像とのそれぞれの比較で、基準となる画像が不適正であるために欠陥でない箇所が誤って欠陥として検出されるなど、画像比較の精度が低下しやすい。

そこで、本実施形態では、欠陥検査装置１において、被検査ショット領域の画像の両側との比較における片側で不一致になったパターンの画像と同一設計パターンに対応し両側で一致したパターンの画像との一方を他方で置き換え基準画像を作成し、その基準画像で欠陥検査を行うことで、基準画像を適正化しＦＥＭ基板の検査精度向上を図る。

具体的には、ＦＥＭ基板の検査において、被検査ショット領域（自身のＤｉｅ）が比較対象となる両側の隣接ショット領域（２Ｄｉｅ）の片側としか一致しない場合にエラーを発生させる。このエラー数がエラー閾値を超えている場合に、被検査ショット領域と一致しない側のショット領域（ひとつ外側のＤｉｅ）との間がプロセスマージンの境界（ＦＥＭマージンの崖）であると判断できる。エラーの発生した座標についてレイアウトデータ上で被検査ショット領域内をパターンサーチし同一設計パターンの座標を抽出する。一致しない側のショット領域（ひとつ外側のＤｉｅ）において、抽出された座標の光学画像（局所パターンの画像）をすべて抽出する。抽出された全てのパターンを、被検査ショット領域（自身のＤｉｅ）及び一致しない側のショット領域（ひとつ外側のＤｉｅ）の間の比較についての一致パターンと不一致パターンとに分類し、それぞれの個数を求め、個数の多い方をメジャーパターンとし、個数の少ない方をマイナーパターンとする。また、全パターン数を求め、エラー数が全パターン数の半分より少なければメジャーパターンを正解パターンとし、マイナーパターンを非正解パターンとする。エラー数が全パターン数の半分より多ければ、マイナーパターンを正解パターンとし、メジャーパターンを非正解パターンとする。一致しない側のショット領域（ひとつ外側のＤｉｅ）の画像において、非正解パターンの画像を正解パターンの画像で置き換えて基準画像（Ｇｏｌｄｅｎ Ｉｍａｇｅ）を生成する。そして、生成された基準画像を用いた欠陥検査（Ｄｉｅ ｔｏ Ｇｏｌｄｅｎ Ｉｍａｇｅ）を行う。

より具体的には、欠陥検査装置１は、図６に示すように構成され得る。図６は、欠陥検査装置１の構成を示す図である。

欠陥検査装置１は、ステージ１０、光学系２０、及びコントローラ３０を有する。ステージ１０は、基板ステージ１１及び駆動部１２を有する。光学系２０は、光学顕微鏡２１、光源２２、光学プリズム２３、光学ミラー２４、及びイメージセンサ２５を有する。

基板ステージ１１は、その上に基板（例えば、ＦＥＭ基板２又は製品用の基板２’）が載置される。具体的には、基板ステージ１１は、天盤（図示せず）、粗動ステージ（図示せず）、微動ステージ（図示せず）、及び基板チャック１１ａを有している。天盤は、位置合わせ測定装置本体（図示せず）に固定されている。粗動ステージは、天盤上に配され、天盤上を例えば６方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向、Ｚ軸回りの回転方向）に駆動される。微動ステージは、粗動ステージ上に配され、粗動ステージ上を例えば６方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向、Ｚ軸回りの回転方向）に粗動ステージより短いストロークでかつ高い精度で駆動される。基板チャック１１ａは、微動ステージ上に配され、基板が載置された際に基板を吸着する。これにより、基板ステージ１１は、基板チャック１１ａを介して基板を保持する。

駆動部１２は、コントローラ３０から制御信号を受ける。駆動部１２は、制御信号に従って、基板ステージ１１を例えば６方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向、Ｚ軸回りの回転方向）へそれぞれ駆動する。駆動部１２は、天盤及び粗動ステージの一方に設けられた第１の可動子（図示せず）と、他方に設けられた第１の振動子（図示せず）と、粗動ステージ及び微動ステージの一方に設けられた第２の可動子（図示せず）と、他方に設けられた第２の振動子（図示せず）とを有する。

コントローラ３０は、駆動部１２を介して、基板ステージ１１を所定の目標位置へ駆動させる。光源２２は、光を発生させて、発生された光を光学プリズム２３に向けて出射する。光源２２は、例えば、キセノンランプ又はハロゲンランプである。

光学プリズム２３は、光路上における光源２２と光学ミラー２４とイメージセンサ２５との間に配されている。光学プリズム２３は、ハーフミラーとして機能し、光源２２から出射された光を透過して光学ミラー２４へ導くとともに、光学ミラー２４から導かれた光を反射してイメージセンサ２５へ導く。イメージセンサ２５は、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよいし、ＣＣＤイメージセンサであってもよい。

光学ミラー２４は、光路上における光学プリズム２３と光学顕微鏡２１との間に配されている。光学ミラー２４は、光学プリズム２３から導かれた光を反射して光学顕微鏡２１へ導き、光学顕微鏡２１から導かれた光を反射して光学プリズム２３へ導く。

光学顕微鏡２１は、光路上における光学ミラー２４と基板ステージ１１との間に配されている。光学顕微鏡２１は、対物レンズ２１ａを有し、光学ミラー２４から導かれた光を対物レンズ２１ａで受けて基板上の被検査ショット領域のパターン群へ集める。また、光学顕微鏡２１は、基板上の被検査ショット領域のパターン群で回折された光を対物レンズ２１ａで受けて、光学ミラー２４及び光学プリズム２３経由でイメージセンサ２５の撮像面上に被検査ショット領域のパターン群の光学像を形成する。

イメージセンサ２５は、その撮像面に形成された光学像を取得して画像信号（アナログ信号）を生成する。イメージセンサ２５は、生成した画像信号をコントローラ３０へ供給する。

コントローラ３０は、欠陥検査装置１の各部を統括的に制御する。例えば、コントローラ３０は、図７に示すように構成され得る。図７は、コントローラ３０の構成を示す図である。コントローラ３０は、撮像制御部３１、ステージ制御部３２、画像取得部４１、画像比較部４２、パターン特定部４３、画像抽出部４４、パターン判定部４５、基準画像生成部４６、検査部４７、及び記憶部４８を有する。記憶部４８は、欠陥検査プログラム４８ａ及びレイアウトデータ４８ｅを格納する。

なお、撮像制御部３１、ステージ制御部３２、画像取得部４１、画像比較部４２、パターン特定部４３、画像抽出部４４、パターン判定部４５、基準画像生成部４６、検査部４７の各構成は、コントローラ３０における機能的な構成である。これらの機能的な構成は、例えば、コントローラ３０においてハードウェア的に（例えば、システムオンチップとして）実装されていてもよいし、コントローラ３０においてソフトウェア的に（例えば、欠陥検査プログラム４８ａによりコントローラ３０内の記憶部４８に一括して又は処理の進行に応じて順次に展開される機能モジュールとして）実装されていてもよいし、一部の要素がコントローラ３０においてハードウェア的に実装され、残りの要素がコントローラ３０においてソフトウェア的に実装されていてもよい。

ステージ制御部３２は、ＦＥＭ基板２内の複数のショット領域のうち複数の被検査ショット領域を光学顕微鏡２１の−Ｚ側へ順次に駆動しステージ１０を位置決め制御する。

撮像制御部３１は、ステージ１０が被検査ショット領域に位置決め制御された状態で被検査ショット領域の画像を取得するように光学系２０の各構成を駆動制御する。

画像取得部４１は、イメージセンサ２５から画像信号を受ける。画像取得部４１は、受けた画像信号に対して所定のアナログ信号処理を行い、処理後の画像信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換して画像信号（デジタル信号）を生成する。そして、画像取得部４１は、画像信号（デジタル信号）に対して所定のデジタル信号処理を行って画像データを生成し、その画像データからエッジ検出等の画像処理により被検査ショット領域の輪郭画像（以下、単に画像と表記する）を取得して画像比較部４２へ供給するとともに記憶部４８に各ショット領域の画像データ４８ｂとして格納する。

画像比較部４２は、ＦＥＭ基板２内の複数の被検査ショット領域のそれぞれの画像を受けると、第１の比較処理を行うとともに第２の比較処理を行う。第１の比較処理は、複数の被検査ショット領域における第１のショット領域の画像及び第２のショット領域の画像の間でパターンマッチングにより行われる比較である。第１のショット領域及び第２のショット領域は、互いに隣接する。第２の比較処理は、複数の被検査ショット領域における第２のショット領域の画像及び第３のショット領域の画像の間でパターンマッチングにより行われる比較である。第３のショット領域は、第１のショット領域と反対側で第２のショット領域に隣接する。画像比較部４２は、第１の比較処理の比較結果と第２の比較処理の比較結果とをパターン特定部４３及びパターン判定部４５へ供給する。第１の比較処理の比較結果と第２の比較処理の比較結果とは、それぞれ、各ショット領域における比較で不一致になった（すなわち、マッチングスコアがスコア閾値を下回った）箇所の数をエラー数の情報として含む。

パターン特定部４３は、第１の比較処理で一致せず第２の比較処理で一致する第１のショット領域内の第１の実パターンを特定する。パターン特定部４３は、記憶部４８からレイアウトデータ４８ｅを取得し、レイアウトデータ４８ｅにおける第１の実パターンに対応する設計パターンと同一の設計パターンをサーチする。パターン特定部４３は、そのサーチ結果に基づき、第２の実パターンを特定する。第２の実パターンは、第１の実パターンに対応する設計パターンと同じ設計パターンに対応し、第１の比較処理で一致し第２の比較処理で一致する第１のショット領域内の実パターンである。パターン特定部４３は、特定された第１の実パターンの情報と第２の実パターンの情報とを画像抽出部４４へ供給する。

画像抽出部４４は、記憶部４８から第１のショット領域の画像を取得する。画像抽出部４４は、第１の実パターンの情報に基づき、第１のショット領域の画像に第１の実パターンのパターンマッチングを行い、第１の実パターンの画像を第１のショット領域の画像から複数抽出する。画像抽出部４４は、第２の実パターンの情報に基づき、第１のショット領域の画像に第２の実パターンのパターンマッチングを行い、第２の実パターンの画像を第１のショット領域の画像から複数抽出する。画像抽出部４４は、抽出された第１の実パターンの画像と第２の実パターンの画像とを記憶部４８に抽出画像データ４８ｃとして格納する。

パターン判定部４５は、記憶部４８から抽出画像データ４８ｃを取得する。パターン判定部４５は、抽出画像データ４８ｃに基づいて、第１の実パターンの個数と第２の実パターンの個数とをそれぞれ求める。パターン判定部４５は、第１の比較処理の比較結果と第２の比較処理の比較結果とからエラー数の情報を抽出する。パターン判定部４５は、第１の実パターンの個数と第２の実パターンの個数と第１の比較処理及び第２の比較処理におけるエラー数とに基づいて、第１の実パターン及び第２の実パターンのいずれが正解パターンであるか判定する。パターン判定部４５は、判定結果を基準画像生成部４６へ供給する。

基準画像生成部４６は、第１のショット領域内の第１の実パターン及び第２の実パターンにおける一方の実パターンの画像を他方の実パターンの画像で置き換えて第１のショット領域の基準画像を生成する。すなわち、基準画像生成部４６は、パターン判定部４５の判定結果に基づき、第２の実パターンが正解である場合、第１のショット領域内の第１の実パターンの画像を第２の実パターンの画像で置き換えて第１のショット領域の基準画像を生成する。コントローラ３０は、パターン判定部４５の判定結果に基づき、第１の実パターンが正解である場合、第１のショット領域内の第２の実パターンの画像を第１の実パターンの画像で置き換えて第１のショット領域の基準画像を生成する。基準画像生成部４６は、生成された基準画像を記憶部４８へ基準画像データ４８ｄとして格納する。

検査部４７は、基準画像及び第１のショット領域の画像を比較して第１のショット領域の欠陥検査を行う。すなわち、検査部４７は、基準画像データ４８と各ショット領域の画像データ４８ｂに含まれた第１のショット領域の画像データとを記憶部４８から取得する。検査部４７は、基準画像データ４８と第１のショット領域の画像データとに応じて、基準画像及び第１のショット領域の画像をパターンマッチングにより比較し、一致度を示すマッチングスコアを求め、マッチングスコアがスコア閾値を下回った箇所を欠陥箇所として検出し、図４に示すような検出結果を得る。

次に、コントローラ３０の動作について図８〜図１０を用いて説明する。図８は、コントローラ３０の動作を示すフローチャートである。図９は、隣接ショット領域の画像を比較する処理を示す図である。図１０は、正解パターンを判断するための情報を示す図である。

コントローラ３０は、欠陥検査プログラム４８ａが起動すると、光学顕微鏡２１を用いながら、ＦＥＭ基板２における各ショット領域を撮像し、各ショット領域の画像を得る（Ｓ１）。コントローラ３０は、被検査ショット領域を順次に変更しながら被検査ショット領域の画像をＹ方向（又はＸ方向）に両側で隣接するショット領域の画像と比較し（Ｓ２）、その比較結果に応じて、片側不一致の隣接するショット領域を注目ショット領域として特定し、そのとき不一致となったパターンを注目パターンとして特定する（Ｓ３）。

例えば、コントローラ３０は、図９に示すように、被検査ショット領域の画像を隣接ショット領域の画像と比較する。図９は、被検査ショット領域の画像を隣接ショット領域の画像と比較する処理を示す図である。

ショット領域ＳＨ７が被検査ショット領域である場合、ショット領域ＳＨ７の画像と−Ｙ側に隣接するショット領域ＳＨ６の画像とを比較する比較処理ＣＰ２の比較結果では、エラーが発生しないかエラー数がエラー閾値以下である。ショット領域ＳＨ７の画像と＋Ｙ側に隣接するショット領域ＳＨ８の画像とを比較する比較処理ＣＰ３の比較結果では、エラーが発生しないかエラー数がエラー閾値以下である。

ショット領域ＳＨ６が被検査ショット領域である場合、ショット領域ＳＨ６の画像と−Ｙ側に隣接するショット領域ＳＨ５の画像とを比較する比較処理ＣＰ１の比較結果では、エラーが発生しエラー数がエラー閾値を超えている。ショット領域ＳＨ６の画像と＋Ｙ側に隣接するショット領域ＳＨ７の画像とを比較する比較処理ＣＰ２の比較結果では、エラーが発生しないかエラー数がエラー閾値以下である。

これにより、ショット領域ＳＨ６は、片側不一致のショット領域であり、ショット領域ＳＨ５とショット領域ＳＨ６との間がプロセスウィンドウＰＷ１の境界であると把握できる。そして、プロセスウィンドウＰＷ１の境界に対して外側に隣接するショット領域（片側不一致の隣接ショット領域）であるショット領域ＳＨ５が注目ショット領域として特定される。ショット領域ＳＨ５では、図９にハッチングの四角で示される箇所が比較処理ＣＰ１で不一致となった箇所（第２の実パターン）であり、エラーフラグが付けられている。また、ＤＢＢ機能により、注目パターンについて、ショット領域ＳＨ６におけるエラー数を集計できる。

図８に戻り、コントローラ３０は、レイアウトデータ内で注目パターンに対応した設計パターンをサーチする（Ｓ４）。コントローラ３０は、そのサーチ結果に応じて、注目ショット領域ＳＨ５から注目パターンの設計パターンと同一パターンの画像をすべて抽出し（Ｓ５）、抽出された全てのパターンの画像を第１の実パターン（一致パターン）の画像と第２の実パターン（不一致パターン）の画像とに分類する。

例えば、図９にハッチングの四角で示される第２の実パターンは、ＤＢＢ機能により、レイアウトデータ上で対応する設計パターンを特定できる。この特定された設計パターンについてレイアウトデータ内でパターンサーチを行い、サーチされた全てのパターンについて、ＤＢＢ機能により、ショット領域ＳＨ５の画像内の座標を特定できる。この特定された座標を用いて、サーチされた全てのパターンの画像をショット領域ＳＨ５の画像から抽出できる。このとき、抽出された画像の近傍にエラーフラグが付されていなければ、そのパターンの画像を第１の実パターン（一致パターン）の画像とすることができ、抽出された画像の近傍にエラーフラグが付されていれば、そのパターンの画像を第２の実パターン（不一致パターン）の画像とすることができる。図９では、第１の実パターン（一致パターン）の画像が白四角で示され、第２の実パターン（不一致パターン）の画像がハッチングの四角で示されている。

図８に戻り、コントローラ３０は、Ｓ５で分類された結果に基づいて、第１の実パターン（一致パターン）の個数と第２の実パターン（不一致パターン）の個数とをそれぞれ求める。また、コントローラ３０は、両者の合計から全パターン数を求める。コントローラ３０は、第１の実パターン（一致パターン）及び第２の実パターン（不一致パターン）のうち、個数の多い方をメジャーパターンとし、個数の少ない方をマイナーパターンとする（Ｓ６）。そして、コントローラ３０は、メジャーパターン及びマイナーパターンのどちらが正解パターンであるのか判断する（Ｓ７）。

例えば、コントローラ３０は、図１０に示す情報を用いて、メジャーパターン及びマイナーパターンのどちらが正解パターンであるのか判断する。図１０は、正解パターンを判断するための情報を示す図である。図１０に示されるエラー数は、その数値の精度が高くないかもれしないが、大まかな傾向を把握するために用いられ得る。

図１０（ａ）に示す場合、被検査ショット領域ＳＨ６について、エラー数＝１００が全パターン数＝１０００の半分より少ないので、メジャーパターンが正解パターンであり、マイナーパターンが非正解パターンであると判断できる。

図１０（ｂ）に示す場合、被検査ショット領域ＳＨ６について、エラー数＝６００が全パターン数＝１０００の半分より多いので、マイナーパターンが正解パターンであり、メジャーパターンが非正解パターンであると判断できる。

図８に戻り、コントローラ３０は、メジャーパターンが正解パターンである場合（Ｓ７で「メジャーパターン」）、マイナーパターンの画像をメジャーパターンの画像で置き換えて基準画像を生成する（Ｓ８）。コントローラ３０は、マイナーパターンが正解パターンである場合（Ｓ７で「マイナーパターン」）、メジャーパターンの画像をマイナーパターンの画像で置き換えて基準画像を生成する（Ｓ９）。コントローラ３０は、生成された基準画像と注目ショット領域の画像とを比較して、注目ショット領域の欠陥検査を行う（Ｓ１０）。これにより、図４に示すような欠陥検査結果が得られる。

以上のように、本実施形態では、欠陥検査装置１において、被検査ショット領域の画像の両側との比較における片側で不一致になったパターンの画像と同一設計パターンに対応し両側で一致したパターンの画像との一方を他方で置き換え基準画像を作成し、その基準画像で欠陥検査を行う。これにより、基準画像を適正化できるので、ＦＥＭ基板の欠陥検査における検査精度を容易に向上できる。

なお、欠陥検査装置２００は、図１１に示すように、コントローラ２３０とコントローラ２３０に通信可能に接続された情報処理装置２０３との協働によりＦＥＭ基板の欠陥検査が行われるように構成されていてもよい。図１１は、実施形態の変形例にかかる欠陥検査装置の構成を示す図である。

欠陥検査装置２００は、検査装置本体２０１及び情報処理装置２０３を有する。検査装置本体２０１は、ステージ１０、光学系２０、コントローラ２３０、及び通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）４９を有する。コントローラ２３０は、撮像制御部３１、ステージ制御部３２、画像取得部４１、及び記憶部４８を有する。記憶部４８は、欠陥検査プログラム４８ａを格納する。

情報処理装置２０３は、例えばコンピュータであり、入力部２０４、表示部２０５、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）２０６、制御部２０７、及び記憶部２０８を有する。入力部２０４は、キーボード、マウス、タッチパネルなどを含み得る。表示部２０５は、ディスプレイを含み得る。記憶部２０８は、例えばメモリであり、欠陥検査プログラム２４８ａ及びレイアウトデータ２４８ｅを格納する。

通信Ｉ／Ｆ４９及び通信Ｉ／Ｆ２０６は、有線通信回線（例えば、ネットワークなど）又は無線通信回線（例えば、無線ＬＡＮなど）を介して、互いに通信可能に接続されている。例えば、コントローラ２３０及び制御部２０７は、互いに通信して所定の情報を共有し合うことにより１つのコントローラとして機能し得る。

制御部２０７は、例えばＣＰＵであり、画像比較部２４２、パターン特定部２４３、画像抽出部２４４、パターン判定部２４５、基準画像生成部２４６、及び検査部２４７を有する。画像比較部２４２、パターン特定部２４３、画像抽出部２４４、パターン判定部２４５、基準画像生成部２４６、及び検査部２４７の機能は、それぞれ、実施形態における画像比較部４２、パターン特定部４３、画像抽出部４４、パターン判定部４５、基準画像生成部４６、検査部４７の機能と同様である。

なお、画像比較部２４２、パターン特定部２４３、画像抽出部２４４、パターン判定部２４５、基準画像生成部２４６、及び検査部２４７の各構成は、制御部２０７における機能的な構成である。これらの機能的な構成は、例えば、制御部２０７においてハードウェア的に（例えば、システムオンチップとして）実装されていてもよいし、制御部２０７においてソフトウェア的に（例えば、欠陥検査プログラム２４８ａにより記憶部２０８に一括して又は処理の進行に応じて順次に展開される機能モジュールとして）実装されていてもよいし、一部の要素が制御部２０７においてハードウェア的に実装され、残りの要素が制御部２０７においてソフトウェア的に実装されていてもよい。

記憶部２０８は、各ショット領域の画像データ２４８ｂ、抽出画像データ２４８ｃ、基準画像データ２４８ｄ、及びレイアウトデータ２４８ｅをさらに格納し得る。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１，１００ 欠陥検査装置、１０ ステージ、３０ コントローラ、１０７ 制御部。

Claims (8)

1. 設計情報が互いに共通でありリソグラフィ条件が互いに異なる複数のショット領域を含む基板が載置されるステージと、
   前記複数のショット領域における互いに隣接する第１のショット領域の画像及び第２のショット領域の画像の間で第１の比較処理を行うとともに前記第２のショット領域の画像及び前記第１のショット領域と反対側で前記第２のショット領域に隣接する第３のショット領域の画像の間で第２の比較処理を行って前記第１の比較処理で一致せず前記第２の比較処理で一致する前記第１のショット領域内の第１の実パターンの画像を取得し、前記第１の実パターンに対応する設計パターンと同じ設計パターンに対応し前記第１の比較処理で一致し前記第２の比較処理で一致する前記第１のショット領域内の第２の実パターンの画像を取得し、前記第１のショット領域内の前記第１の実パターン及び前記第２の実パターンにおける一方の実パターンの画像を他方の実パターンの画像で置き換えて前記第１のショット領域の基準画像を生成し、前記基準画像及び前記第１のショット領域の画像を比較して前記第１のショット領域の欠陥検査を行うコントローラと、
   を備えた欠陥検査装置。
2. 前記コントローラは、前記第１の実パターン及び前記第２の実パターンのいずれが正解パターンであるか判断し、前記第２の実パターンが正解である場合、前記第１のショット領域内の前記第１の実パターンの画像を前記第２の実パターンの画像で置き換えて前記第１のショット領域の前記基準画像を生成する
   請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記コントローラは、前記第１の実パターン及び前記第２の実パターンのいずれが正解パターンであるか判断し、前記第１の実パターンが正解である場合、前記第１のショット領域内の前記第２の実パターンの画像を前記第１の実パターンの画像で置き換えて前記第１のショット領域の前記基準画像を生成する
   請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記コントローラは、前記第１の実パターンの個数と前記第２の実パターンの個数と前記第１の比較処理及び前記第２の比較処理におけるエラー数とに基づいて、前記第１の実パターン及び前記第２の実パターンのいずれが正解パターンであるか判断する
   請求項２又は３に記載の欠陥検査装置。
5. 前記基板は、所定のショット領域を中心に、第１の方向に露光ドーズ量が異なるショット領域が並び、第２の方向にフォーカス値が異なるショット領域が並んでいる
   請求項１から４のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
6. 設計情報が互いに共通でありリソグラフィ条件が互いに異なる複数のショット領域を含む第１の基板における互いに隣接する第１のショット領域の画像及び第２のショット領域の画像の間で第１の比較処理を行うとともに前記第２のショット領域の画像及び前記第１のショット領域と反対側で前記第２のショット領域に隣接する第３のショット領域の画像の間で第２の比較処理を行って前記第１の比較処理で一致せず前記第２の比較処理で一致する前記第１のショット領域内の第１の実パターンの画像を取得することと、
   前記第１の実パターンに対応する設計パターンと同じ設計パターンに対応し前記第１の比較処理で一致し前記第２の比較処理で一致する前記第１のショット領域内の第２の実パターンの画像を取得することと、
   前記第１のショット領域内の前記第１の実パターン及び前記第２の実パターンにおける一方の実パターンの画像を他方の実パターンの画像で置き換えて前記第１のショット領域の基準画像を生成することと、
   前記基準画像及び前記第１のショット領域の画像を比較して前記第１のショット領域の欠陥検査を行うことと、
   を備えた欠陥検査方法。
7. 前記第１のショット領域の欠陥検査の結果に応じて、前記一方の実パターンに対応するマスクデータを補正することと、
   前記補正されたマスクデータを用いて、設計情報が互いに共通でありリソグラフィ条件が互いに異なる複数のショット領域を含む第２の基板を製造することと、
   前記第２の基板における互いに隣接する第４のショット領域の画像及び第５のショット領域の画像の間で第３の比較を行うとともに前記第５のショット領域の画像及び前記第４のショット領域と反対側で前記第５のショット領域に隣接する第６のショット領域の画像の間で第４の比較を行って前記第３の比較で一致せず前記第４の比較で一致する前記第４のショット領域内の第３の実パターンの画像を取得することと、
   前記第３の実パターンに対応する設計パターンと同じ設計パターンに対応し前記第３の比較で一致し前記第４の比較で一致する前記第４のショット領域内の第４の実パターンの画像を取得することと、
   前記第４のショット領域内の前記第３の実パターン及び前記第４の実パターンにおける一方の実パターンの画像を他方の実パターンの画像で置き換えて前記第４のショット領域の第２の基準画像を生成することと、
   前記第２の基準画像及び前記第４のショット領域の画像を比較して前記第４のショット領域の欠陥検査を行うことと、
   をさらに備えた
   請求項６に記載の欠陥検査方法。
8. 欠陥検査装置に、
   設計情報が互いに共通でありリソグラフィ条件が互いに異なる複数のショット領域を含む第１の基板における互いに隣接する第１のショット領域の画像及び第２のショット領域の画像の間で第１の比較処理を行うとともに前記第２のショット領域の画像及び前記第１のショット領域と反対側で前記第２のショット領域に隣接する第３のショット領域の画像の間で第２の比較処理を行って前記第１の比較処理で一致せず前記第２の比較処理で一致する前記第１のショット領域内の第１の実パターンの画像を取得することと、
   前記第１の実パターンに対応する設計パターンと同じ設計パターンに対応し前記第１の比較処理で一致し前記第２の比較処理で一致する前記第１のショット領域内の第２の実パターンの画像を取得することと、
   前記第１のショット領域内の前記第１の実パターン及び前記第２の実パターンにおける一方の実パターンの画像を他方の実パターンの画像で置き換えて前記第１のショット領域の基準画像を生成することと、
   前記基準画像及び前記第１のショット領域の画像を比較して前記第１のショット領域の欠陥検査を行うことと、
   を行わせる欠陥検査プログラム。

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