JP3485052B2 - 参照画像作成方法、パターン検査装置及び参照画像作成プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
参照画像作成方法、パターン検査装置及び参照画像作成プログラムを記録した記録媒体Info
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Description
に関し、特に設計データからDie−To−DataB
ASE検査に用いる参照画像を作成する参照画像作成方
法、パターン検査装置及び参照画像作成プログラムを記
録した記録媒体に関するものである。
ェーハー液晶などに形成された半導体集積回路などの微
細パターンが、設計データから作成した理想的なパター
ンの寸法,形状に基づいて正確に描かれているか否か
を、パターン検査装置により検査する必要がある。
形または台形の位置座標、および線分長で記述された設
計データを、被検査パターンに相当する「0」,「1」
の2値のビット列として表現し、所定分解能の画素幅に
存在するビット列を積分することにより画素内の濃淡値
を生成する。
走査し、その透過光を受光素子上に結像させて得たパタ
ーン情報から、あるいは撮像系から得たパターン画像の
エッジプロファイルから、所定の光学的点拡がり関数を
作成し、この関数を用いるとともに、設計データの多階
調データ(多値データ)との畳み込み演算を施すことに
より、参照画像を得る。
り得られた被検査パターンの画像に同期して、設計デー
タから得られた参照画像を読み込み、対応する画素位置
で被検査パターンの画像と参照画像の不一致点を検出す
ることによって被検査パターン上の欠陥検出(Die−
To−DataBASE検査)を行っている。
製造プロセスの影響などにより、設計理想値に比べて、
線幅の太りや細りなどの寸法誤差が存在し、設計データ
から得られた参照画像との擬似的な誤差に起因して、欠
陥とは判定しない疑似欠陥が生じやすい。
て、適切なエッジ位置検出などの特徴抽出を行い、光学
的点拡がり関数との畳み込み処理を行う前の設計データ
の多階調画像のパターン幅を被検査パターンの画像のエ
ッジ位置に一致するように予め修正しておくことが必要
となる。
パターン幅を修正する場合、被検査パターンの画像に適
切なエッジ検出処理を行い、設計データのパターン修正
幅を2値データ,ビット(画素)単位のままで修正する
ものとなっている。この場合、設計ビットパターンから
変更ビットパターンを作成し、実画像を2値化した被検
査パターンのビットデータとの排他的論理和(EX−O
R)をとることにより、参照画像側のパターンのリサイ
ズを行う。
により設計データから抽出されるエッジやコーナーに対
して、所定のパターンエッジ角度(例えば、0,45,
90,135度)を有するエッジやコーナーを示すビッ
ト単位の修正テンプレートを用意しておく。
実画像に最も近い修正テンプレートを選択して元の設計
データを修正し、修正した設計データを再び多値化して
参照画像を作成し、得られた参照画像と実画像との階調
差を適切な欠陥アルゴリズムのしきい値で、欠陥か否か
を判定することによって、欠陥の検出を行うものとなっ
ている(例えば、特開平4−350776号公報など参
照)。
を検出する方法としては、画像処理による方法が用いら
れ、この画像処理による方法は、濃度による方法、濃度
の1次微分による方法、濃度の2次微分による方法に大
別される(参考文献:野村由司彦他、”エッジ位置計測
のサブピクセル化と誤差解析”、電子情報通信学会論文
誌 D−11 vol.J73−D−11 No.9
pp.1458−1467 1990年9月)。
度の積率について、原画像に最適当てはめできる仮想エ
ッジパターンを求めて、エッジ位置を検出するものであ
る。濃度の1次微分による方法は、エッジをなす全ての
画素の1次微分の重心をエッジ位置とするもの、ピーク
近傍の連続する3画素の1次微分を放物線に当てはめ、
得られた回帰曲線のピークをエッジ位置とするもの、濃
度の1次微分を正規分布曲線に最小2乗回帰し、回帰曲
線の極値の位置をエッジ位置とするものがある。そし
て、濃度の2次微分による方法は、特殊なフィルタをか
けて2次微分を求め、正負が転移する隣り合う2画素の
2次微分を直線に内挿したときのゼロクロス位置をエッ
ジ位置とするものである。
上に描かれた微細パターンにおいては、パターンエッジ
部における黒画素レベルから白画素レベルへの階調値の
遷移領域が3画素程度しかなく、エッジプロファイルが
きわめて急峻である。このため、従来の画像処理による
エッジ位置検出方法では、画素単位あるいはサブ画素単
位でのエッジ抽出アルゴリズムを用いても高度な計算が
必要になるという問題点があり、さらにサブ画素単位の
エッジ位置の特定に計算時間がかかるという問題点があ
った。
系を含めたビームスポット強度に相当する光学的点拡が
り関数とパターンエッジ位置との関係が明らかではな
く、光学系によるエッジ計測位置と画像処理によるエッ
ジ抽出位置が一致しないため、被検査パターンのパター
ン幅と参照データのパターン修正幅とを正確に求めるこ
とができないという問題点があった。
れたもので、被検査パターンのエッジ位置をサブ画素単
位で従来よりも高速に検出することができる参照画像作
成方法、パターン検査装置及び参照画像作成プログラム
を記録した記録媒体を提供することを目的とする。ま
た、本発明は、被検査パターンのパターン幅と参照デー
タのパターン修正幅を正確に求めることができ、被検査
パターンの画像に極めて近い参照画像を得ることができ
る参照画像作成方法、パターン検査装置及び参照画像作
成プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的
とする。
法は、設計データを画像化して参照データを生成する参
照データ生成手順と、前記設計データに基づいて基材上
に形成された被検査パターンをレーザービームで走査
し、前記基材を通過して得られる透過光を受光素子によ
って受光する走査手順と、前記走査手順で得られたパタ
ーン情報から被検査パターンの画像を生成する光電画像
処理手順と、レーザービームの強度に相当する光学的点
拡がり関数と前記被検査パターンの画像との畳み込み演
算により、パターンエッジ位置に対応する階調値を示す
エッジ境界条件を求め、このエッジ境界条件に基づいて
被検査パターンのエッジ位置をサブ画素の単位で検出す
るエッジ位置検出手順と、画素をマトリクス状に分割す
るサブ画素を各画素毎に設け、各画素内に展開されたパ
ターンに属するサブ画素数に基づいて各画素の階調値を
算出し、この階調値を階調ステップ数で割った回数値を
その画素内に展開されたパターンの幅とすることによ
り、前記検出されたエッジ位置に基づく前記被検査パタ
ーンのパターン幅の算出とこれに対応する位置の前記参
照データのパターン幅の算出とをそれぞれ行うパターン
幅算出手順と、このパターン幅算出手順によって算出さ
れた被検査パターンと参照データのパターン幅に基づい
て、前記被検査パターンの画像と前記参照データの位置
が一致するように前記参照データを修正して参照画像を
生成する参照画像生成手順と、前記被検査パターンの画
像と前記参照画像とを比較して被検査パターンの欠陥を
検出する比較手順とを備えるものである。このように、
本発明の参照画像作成方法では、レーザービームの強度
に相当する光学的点拡がり関数と被検査パターンの画像
との畳み込み演算により、エッジ境界条件を求める。そ
して、パターンエッジの探索時、このエッジ境界条件を
用いることにより、被検査パターンのエッジ位置をサブ
画素の単位で検出することができる。また、本発明の参
照画像作成方法では、各画素内に展開されたパターンに
属するサブ画素数に基づいて各画素の階調値を算出す
る。そして、パターン幅の算出時、前記階調値を階調ス
テップ数で割った回数値をその画素内に展開されたパタ
ーンの幅とすることにより、被検査パターンのパターン
幅とこれに対応する位置の参照データのパターン幅をサ
ブ画素単位の精度で算出する。
成例において、前記パターン幅算出手順は、被検査パタ
ーンに属するサブ画素数から各画素の階調値を算出し、
この階調値を階調ステップ数で割った回数値をその画素
内に展開された被検査パターンのパターン幅として、被
検査パターンのパターン幅を算出すると共に、参照デー
タのパターンに属するサブ画素数から各画素の階調値を
算出し、この階調値を階調ステップ数で割った回数値を
その画素内に展開された参照データのパターン幅とし
て、参照データのパターン幅を算出し、被検査パターン
のパターン幅と参照データのパターン幅との差から参照
データのパターン修正幅を算出するようにしたものであ
る。このように、本発明の参照画像作成方法では、被検
査パターンのパターン幅と参照データのパターン幅をそ
れぞれ算出した後、被検査パターンのパターン幅と参照
データのパターン幅との差から参照データのパターン修
正幅(リサイズ幅)を算出する。
計データを画像化して参照データを生成する手段と、設
計データに基づいて基材上に形成された被検査パターン
をレーザービームで走査し、基材を通過して得られる透
過光を受光素子によって受光する走査手段(4)と、走
査手段の受光素子で得られたパターン情報から被検査パ
ターンの画像を生成する光電画像処理手段(5)と、レ
ーザービームの強度に相当する光学的点拡がり関数と前
記被検査パターンの画像との畳み込み演算により、パタ
ーンエッジ位置に対応する階調値を示すエッジ境界条件
を求め、このエッジ境界条件に基づいて被検査パターン
のエッジ位置をサブ画素の単位で検出するエッジ位置検
出手段(3)と、画素をマトリクス状に分割するサブ画
素を各画素毎に設け、各画素内に展開されたパターンに
属するサブ画素数に基づいて各画素の階調値を算出し、
この階調値を階調ステップ数で割った回数値をその画素
内に展開されたパターンの幅とすることにより、前記検
出されたエッジ位置に基づく前記被検査パターンのパタ
ーン幅の算出とこれに対応する位置の前記参照データの
パターン幅の算出とをそれぞれ行うパターン幅算出手段
(3)と、このパターン幅算出手段によって算出された
被検査パターンと参照データのパターン幅に基づいて、
前記被検査パターンの画像と前記参照データの位置が一
致するように前記参照データを修正して参照画像を生成
する参照画像生成手段(3)と、前記被検査パターンの
画像と前記参照画像とを比較して被検査パターンの欠陥
を検出する比較手段(7)とを有するものである。本発
明のパターン検査装置において、走査手段は、被検査パ
ターンをレーザービームで走査して、基材を通過して得
られる透過光を受光し、光電画像処理手段は、走査手段
の受光素子で得られたパターン情報から被検査パターン
の画像を生成する。参照画像生成手段は、被検査パター
ンの画像と設計データを画像化して得られる参照データ
の位置が一致するように参照データを修正して参照画像
を生成し、比較手段は、被検査パターンの画像と参照画
像とを比較して被検査パターンの欠陥を検出する。そし
て、エッジ位置検出手段は、レーザービームの強度に相
当する光学的点拡がり関数と被検査パターンの画像との
畳み込み演算により、エッジ境界条件を求める。さら
に、エッジ位置検出手段は、パターンエッジの探索時、
エッジ境界条件を用いることにより、被検査パターンの
エッジ位置をサブ画素の単位で検出する。また、パター
ン幅算出手段は、各画素内に展開されたパターンに属す
るサブ画素数に基づいて各画素の階調値を算出する。そ
して、パターン幅算出手段は、パターン幅の算出時、前
記階調値を階調ステップ数で割った回数値をその画素内
に展開されたパターンの幅とすることにより、被検査パ
ターンのパターン幅とこれに対応する位置の参照データ
のパターン幅をサブ画素単位の精度で算出する。
成例として、パターン幅算出手段は、被検査パターンに
属するサブ画素数から各画素の階調値を算出し、この階
調値を階調ステップ数で割った回数値をその画素内に展
開された被検査パターンのパターン幅として、被検査パ
ターンのパターン幅を算出すると共に、参照データのパ
ターンに属するサブ画素数から各画素の階調値を算出
し、この階調値を階調ステップ数で割った回数値をその
画素内に展開された参照データのパターン幅として、参
照データのパターン幅を算出し、被検査パターンのパタ
ーン幅と参照データのパターン幅との差から参照データ
のパターン修正幅を算出するものである。このように、
パターン幅算出手段は、被検査パターンのパターン幅と
参照データのパターン幅をそれぞれ算出した後、被検査
パターンのパターン幅と参照データのパターン幅との差
から参照データのパターン修正幅(リサイズ幅)を算出
する。
を記録した記録媒体は、設計データを画像化して参照デ
ータを生成する参照データ生成手順と、前記設計データ
に基づいて基材上に形成された被検査パターンをレーザ
ービームで走査し、前記基材を通過して得られる透過光
を受光素子によって受光する走査手順と、前記走査手順
で得られたパターン情報から被検査パターンの画像を生
成する光電画像処理手順と、レーザービームの強度に相
当する光学的点拡がり関数と前記被検査パターンの画像
との畳み込み演算により、パターンエッジ位置に対応す
る階調値を示すエッジ境界条件を求め、このエッジ境界
条件に基づいて被検査パターンのエッジ位置をサブ画素
の単位で検出するエッジ位置検出手順と、画素をマトリ
クス状に分割するサブ画素を各画素毎に設け、各画素内
に展開されたパターンに属するサブ画素数に基づいて各
画素の階調値を算出し、この階調値を階調ステップ数で
割った回数値をその画素内に展開されたパターンの幅と
することにより、前記検出されたエッジ位置に基づく前
記被検査パターンのパターン幅の算出とこれに対応する
位置の前記参照データのパターン幅の算出とをそれぞれ
行うパターン幅算出手順と、このパターン幅算出手順に
よって算出された被検査パターンと参照データのパター
ン幅に基づいて、前記被検査パターンの画像と前記参照
データの位置が一致するように前記参照データを修正し
て参照画像を生成する参照画像生成手順と、前記被検査
パターンの画像と前記参照画像とを比較して被検査パタ
ーンの欠陥を検出する比較手順とをコンピュータに実行
させるための参照画像作成プログラムを記録するもので
ある。
を記録した記録媒体の1構成例において、前記パターン
幅算出手順は、被検査パターンに属するサブ画素数から
各画素の階調値を算出し、この階調値を階調ステップ数
で割った回数値をその画素内に展開された被検査パター
ンのパターン幅として、被検査パターンのパターン幅を
算出すると共に、参照データのパターンに属するサブ画
素数から各画素の階調値を算出し、この階調値を階調ス
テップ数で割った回数値をその画素内に展開された参照
データのパターン幅として、参照データのパターン幅を
算出し、被検査パターンのパターン幅と参照データのパ
ターン幅との差から参照データのパターン修正幅を算出
するようにしたものである。
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態となるパターン検査装
置のブロック図、図2は図1のパターン検査装置の動作
を示すフローチャート図である。フォトマスク、レテイ
クル、ウェーハー液晶などに形成された半導体集積回路
などの微細パターンが、設計データから作成した理想的
なパターンの寸法,形状に基づいて正確に描かれている
か否かを、パターン検査装置により検査する必要があ
る。
形または台形の位置座標、および線分長で記述された設
計データを、被検査パターンに相当する「0」,「1」
の2値のビット列として表現し、所定分解能の画素幅に
存在するビット列を積分することにより画素内の濃淡値
を生成する。
走査し、その透過光を受光素子上に結像させて得たパタ
ーン情報から、あるいは撮像系から得たパターン画像の
エッジプロファイルから、所定の光学的点拡がり関数を
作成し、この関数を用いるとともに、設計データの多階
調データ(多値データ)との畳み込み演算を施すことに
より、参照画像を得る。
り得られた被検査パターンの画像に同期して、設計デー
タから得られた参照画像を読み込み、対応する画素位置
で被検査パターンの画像と参照画像の不一致点を検出す
ることによって被検査パターン上の欠陥検出(Die−
To−DataBASE検査)を行っている。
製造プロセスの影響などにより、設計理想値に比べて、
線幅の太りや細りなどの寸法誤差が存在し、設計データ
から得られた参照画像との擬似的な誤差に起因して、欠
陥とは判定しない疑似欠陥が生じやすい。
て、適切なエッジ位置検出などの特徴抽出を行い、光学
的点拡がり関数との畳み込み処理を行う前の設計データ
の多階調画像のパターン幅を被検査パターンの画像のエ
ッジ位置に一致するように予め修正しておくことが必要
となる。
を行う配線パターンすなわち被検査パターンをレーザー
ビームでスキャンすることにより走査信号14を出力す
る光学的走査部4と、この走査信号14を多値階調の実
画像15として変換出力する光電画像処理部5とを有し
ている。
ンの図形寸法が定義された、MEBES(Manufa
ctuaring Electron Beam Ex
posure System)などのフォーマットで記
述されている設計データ11を入力する設計データ入力
部1と、この設計データ11を配線パターンに展開して
多階調の参照データ12を作成する設計データ展開部2
と、この参照データ12の各配線パターンを実画像15
に近付けるための補正を行うことにより参照画像13を
作成する参照画像生成部3と、光電画像処理部5で得ら
れた実画像15と参照画像生成部3で得られた参照画像
13とを格納するための画像メモリ6と、光学的走査に
より得られた被検査パターンの実画像15と設計データ
11から作成された参照画像13とを比較することによ
り被検査パターンの検査を行うデータ比較部7とを有し
ている。参照データ12、参照画像13及び実画像15
は、X方向(横方向)が512画素、Y方向(縦方向)
が512画素の1フレーム分の階調値を各画素毎に25
6階調で示したデータである。
測定パターンの画像)15のエッジ位置をサブ画素の単
位で検出するエッジ位置検出手段と、実画像15のパタ
ーン幅とこれに対応する位置の参照データ12のパター
ン幅をそれぞれ算出するパターン幅算出手段とを構成し
ている。
て説明する。まず、設計データのデータ構造について説
明する。設計データ入力部1には、MEBESなどのフ
ォーマットで記述された設計データ11が入力される
(図2ステップ101)。
タ入力部1から入力された設計データ11を、実画像1
5のパターン座標のアドレスに対応して格子状に配置さ
れた各画素上に、配線パターン21として展開する(図
2ステップ102)。
部を示す説明図である。図3において、格子状に配置さ
れた各画素は、設計データ展開部2における展開分解能
に相当する。図3の例の場合、配線パターン21のエッ
ジ22は画素の切れ目になく、例えば画素23上では、
X方向(横方向)に3:1の比率位置に展開され、Y方
向(縦方向)に1:1の比率位置に展開されていること
を示している。
を検査分解能より細かな分解能で算出するために、複数
のサブ画素が設けられている。このサブ画素の数によ
り、各画素における階調値の精度が決定される。
を0、階調増分値(以下、階調ステップ数と呼ぶ)を1
としてデータを展開する場合には、1画素が16×16
個のサブ画素で構成される。そして、各サブ画素は、
「0」または「1」の何れかの値をとる。
図4に示す例では、画素23内の16×16個のサブ画
素のうち、8×12個のサブ画素上に配線パターン21
が存在している。
素を「1」で表し、配線パターン21に属さないサブ画
素を「0」で表した場合、各画素の階調値は、その画素
内でパターン21に属するサブ画素の数、すなわち
「1」の数となる。
画素の階調値は最小階調値MIN=0となり、配線パタ
ーン21に属する画素のうちパターンエッジ以外の位置
の画素の階調値は最大階調値MAX=255となる。ま
た、配線パターン21に部分的に属するパターンエッジ
位置の画素、例えば画素23の階調値は、8×12=9
6となる。
を積分することにより、図5に示すように、展開された
配線パターン21の階調値を、各画素すなわち実画像1
5のパターン座標のアドレスごとに算出できる。
基づいて各画素上に配線パターン21を展開した後(図
2ステップ102)、各画素ごとにビット積分して階調
ステップ数の倍数となる階調値を上記のように算出し、
これを実画像15に対応する参照データ12として出力
する(図2ステップ103)。なお、本実施の形態で
は、設計データ展開部2で設計データ11を展開してい
るが、設計データ入力部1に設計データ11を直接入力
するのではなく、設計データ11をメモリ展開に最適な
中間ファイルに予め変換しておき、この中間ファイルを
設計データ11を入力して、中間ファイルを設計データ
展開部2で展開するようにしてもよい。
方法について説明する。この参照データ12のパターン
幅の算出は、参照画像生成部3によって行われる(図2
ステップ104)。まず、設計データ11の構造をもと
に、参照データ12の画素幅Nstepを以下のように定義
する。 画素幅Nstep=白画素の最大階調値MAX/階調ステップ数 ・・・(1)
階調ステップ数の正数倍であり、階調ステップ数は最大
階調値MAXの公約数であることが必要条件である。階
調ステップ数を1としたとき、前述のように、配線パタ
ーン21に属する画素のうちパターンエッジ以外の位置
の画素の階調値は最大階調値MAX=255である。よ
って、この画素内に存在するパターン21の左右方向の
幅は、画素幅Nstepとなり、階調ステップ数を1とした
とき、階調値255と等しくなる。
パターンエッジ22が内在する画素24の階調値は、1
2×16=192である。よって、パターンエッジ22
から画素24の左端のエッジまでの距離は、式(1)の
定義に基づくと、階調ステップ数を1としたとき、(1
2×16)/1=192となる。
上下方向にも同様に適用でき、階調ステップ数が1の場
合は、常に階調値に等しくなり、計算誤差がもっとも少
ない場合となる。例えば、図6に示すような参照データ
(配線パターン21)のパターン幅は、左右のパターン
エッジ間の距離であるから、以下のように定義できる。
ン21に属する画素のうちパターンエッジ位置の画素を
除く画素を意味する。このように、画素をマトリクス状
に分割するサブ画素を各画素毎に設け、各画素内に展開
されたパターンに属するサブ画素数に基づいて各画素の
階調値を算出し、この階調値を階調ステップ数で割った
回数値をその画素内に展開されたパターンの幅とし、各
画素内に展開されたパターンの幅を合計することによ
り、参照データ12のパターン幅を算出することができ
る。
の光透過性の基材上に形成された被検査パターンを所定
波長のレーザービームで走査して、前記基材を透過して
得られた透過光を対物レンズで受光素子上に結像させ、
この受光素子で得られた被検査パターンの像を走査信号
14として出力する(図2ステップ105)。
に、走査信号14として出力された被検査パターンの画
像と光学的点拡がり関数との畳み込み演算を施すことに
より、多値階調の実画像15を得る(図2ステップ10
6)。この実画像15は画像メモリ6に格納される。
5のパターン幅の算出方法について説明する。実画像1
5においても、階調値と画素幅の定義は参照データ12
の場合と同様である。実画像15のパターン幅の算出
は、エッジ存在しきい値(エッジ境界条件)の計算、パ
ターンエッジ位置探索、パターン幅計算の各過程によっ
て実現され、図1の参照画像生成部3によって実行され
る。
出では、ゾーベルフィルタ等のオペレータマスク中心と
隣接画素間の濃度勾配の最大値集合、あるいはゼロクロ
ス等の2次微分値が0となる画素アドレス集合として画
素単位でエッジ位置を抽出する。しかしながら、ディジ
タル化された観測画像のエッジ位置は常に画素の切れ目
に存在するとは限らない。特に、レチクル検査装置で検
査対象としている256M,1GDRAMマスクの微小
パターンの測定では、パターンエッジ位置を1画素以下
の精度で検出する必要があるので、従来の画素単位での
エッジ位置検出方法では、パターン幅を精度良く求める
には限界がある。
当するマスクオペレータ内の光量変動値からパターンエ
ッジ位置を検出する。パターンエッジ抽出に必要なレー
ザービーム径が十分小さく、スキャン画像内でのシェー
ディング誤差(光量変動値の誤差)が小さい場合、パタ
ーンエッジ位置はサブ画素単位の精度で求めることがで
きる。
す説明図である。図7(a)はマスクオペレータの中心
がフォトマスク等の基材上に形成された被検査パターン
にかかる直前の状態を示し、図7(b)はマスクオペレ
ータの中心が被検査パターンのエッジ位置上にあるとき
の状態を示し、図7(c)はマスクオペレータの中心が
被検査パターンのエッジ位置の限界の位置にあるときの
状態を示している。7×7の単位格子からなるマスクオ
ペレータは、ビームスキャン位置を示すと共に、光学的
点拡がり関数と被検査パターンの画像との畳み込み演算
を行う位置を示す。
15の定式化について説明する。実画像15の階調値
は、装置系の光学的点拡がり関数ω[k][j]とフォトマス
ク等の基材上に形成された被検査パターンの画像I
[x][y]との畳み込み関数として表され、フレーム内アド
レス(X,Y)の位置における実画像15の階調値L
(X,Y)は、図7(c)の場合では、以下のように表
現される。
3≦k≦3、−3≦j≦3)は、画像のぼけを表すコン
ボリューションフィルタの係数値であり、光学的には、
前記マスクオペレータ内におけるレーザービームの強度
(透過光量)をマスクオペレータの単位格子毎に表すも
のである。
の基材上に形成された被検査パターンは、2値画像に限
りなく近い多値画像であると考えて良い。したがって、
ここでは説明を簡単にするために、基材上の無限長の被
検査パターンが画素の切れ目に存在し、レーザービーム
の位置が図7(c)にある場合を考える。実画像15の
黒画素(被検査パターンに属さない画素)の階調値をd
_min 、白画素(被検査パターンに属する画素)の階調
値をd_max とし、式(3)を変形すると次式のように
なる。
値を示し、右辺第2項は白画素領域の階調値を示す。7
×7の全ての光学的点拡がり関数ω[k][j]を合計した総
和である全光量値は1に正規化されているので、白画素
領域に属する光学的点拡がり関数ω[k][j]と黒画素領域
に属する光学的点拡がり関数ω[k][j]とを足した和は、
次式のように表される。
の項が白画素領域に属する光学的点拡がり関数ω[k][j]
の和であることを示し、ω∈blackは直上の項が黒
画素領域に属する光学的点拡がり関数ω[k][j]の和であ
ることを示し、ω∈allは直上の項が全光量値である
ことを示している。式(5)より次式が得られる。
形状であるが、これを真円に換算したとき、各単位格子
ごとの光学的点拡がり関数ω[k][j]は、光量値W[k][j]
に換算される。この光量値W[k][j]と式(5)、式
(6)より次式を導くことができる。
の項が白画素領域に属する光量値W [k][j]の和であるこ
とを示し、W∈allは直上の項が7×7の全ての光量
値W [k][j]を合計した総和である全光量値であることを
示している。式(7)は、ビーム移動に伴って変化す
る、全光量値に対する白画素領域にかかる光量値の比
が、エッジプロファイルの傾きを制御していることを示
している。
分割したときの各単位格子内に占めるビーム形状の面積
比(図8)であるから、各単位格子における光量値W
[k][j]とこの単位格子内におけるレーザービームスポッ
トの面積(以下、単位格子内占有面積と呼ぶ)S[k][j]
との関係は、次式のように得られる。
積S[k][j]は、ビームスポットを真円に換算したときの
ものである。この単位格子内占有面積S[k][j]により、
光学的点拡がり関数ω[k][j]は、次式のように表すこと
ができる。
の項が白画素領域に属する単位格子内占有面積S[k][j]
の和であることを示し、S∈allは直上の項が全ての
単位格子内占有面積S[k][j]を合計した総和である全ビ
ームスポット面積であることを示している。式(7)、
式(9)より、実画像15の階調値L(X,Y)を、次
式のように導くことができる。
調値を、ビームスポットが占有する面積とビームスポッ
トがフォトマスク上の被検査パターンと重なる領域の面
積とから容易に求められることを示している。これは、
レーザービームが非対称、任意形状であっても、レーザ
ービーム強度、黒画素の階調値、白画素の階調値が予め
求まっていれば、フォトマスク上の被検査パターンの局
所的な濃度変化に依存せずにエッジプロファイル上の階
調値を決定できることを意味する。
ク等の基材上のパターンエッジ位置は透過光量値が50
%減となる点であるから、レーザービームが遮光領域
(被検査パターン)と重なる部分の光量値(ビームスポ
ット面積)の和と全光量値(全ビームスポット面積)と
の比が1/2となる位置をパターンエッジ位置と定義す
る(図7(b))。
真円の単位格子占有面積比に換算されるため、1画素幅
に対応する格子区間内の任意の位置のパターンと重なり
合うビーム占有面積は解析的に求めることができる。し
たがって、適切な座標系を設定し、積分の区分値を画素
分解能以下にとれば、サブ画素単位でのエッジ位置は容
易に求められる。
ジ位置に対応する階調値であるエッジ存在しきい値を算
出する(図2ステップ107)。観測画像は電子ビーム
描画や化学的プロセス等により階調値の変調を受け、さ
らに光学系、検出系での形状変化、階調値の変化を受け
る。したがって、ここで定義される実画像15は、7×
7の光学的点拡がり関数と被検査パターンの画像(51
2×512画素)との畳み込み演算がなされた処理画像
であるものとする。
で実施される。まず、図7(a)のようにマスクオペレ
ータの中心がフォトマスク等の基材上に形成された被検
査パターンにかかる直前の光量値合計値をWLeft-Low、
図7(b)のようにマスクオペレータの中心が被検査パ
ターンのエッジ位置上にあるときの光量値合計値をWOn
-Edge 、図7(c)のようにマスクオペレータの中心が
被検査パターンのエッジ位置の限界の位置にあるときの
光量値合計値をWLeft-Highとする。
合、1画素幅内での光強度分布の増減率は画素内位置に
対して線形な関係にあるので、図7(a)の状態におい
てマスクオペレータ中心の階調値となる畳み込み演算値
PLeft-Lowは、式(9)より次式で与えられる。
ットにかかる被検査パターンが存在せず、透過光率が1
00%の場合の全光量値である。同様に、マスクオペレ
ータ中心がパターンエッジ位置上にある図7(b)の状
態において、マスクオペレータ中心の階調値となる畳み
込み演算値POn-Edge は次式で与えられる。
が50%の位置であるから、次式の関係がある。
ットと被検査パターンとが最大の重なり範囲となる図7
(c)の状態における畳み込み演算値PLeft-Highは次
式より導くことができる。
下のサブ画素位置に存在するための条件は、次式とな
り、エッジ存在しきい値として参照画像生成部3のメモ
リ内に記憶される。こうして、エッジ存在しきい値PLe
ft-Low,POn-Edge ,PLeft-Highの算出が終了する。
在しきい値PLeft-Low,POn-Edge,PLeft-Highに基
づいて、左右のパターンエッジ位置を探索する(図2ス
テップ108)。まず、左方向のパターンエッジ探索に
ついて説明する。図9、図10は、実画像15における
パターンエッジ探索方法を示す説明図である。図9は、
実画像15として画像メモリ6に格納された実パターン
31の1例を示し、図10は、実パターン31の左パタ
ーンエッジ付近のエッジプロファイルを示している。
上の任意の位置の座標を(X,Y)、その位置での実パ
ターン31の階調値をL(X,Y)とする。本実施の形
態において、左方向のパターンエッジ探索は、まず画素
単位で行う。
計データのパターン幅の測定開始位置に対応する、実パ
ターン31上の白画素領域内の探索開始点32からX軸
と平行に左方向に移動しながら行われる。このとき、探
索開始点32の座標を(XS,const)とする。
の影響、パターンエッジの製造上の理由により階調値の
ばらつきが存在する。この階調値のばらつきの影響を除
くため、探索点(X座標の初期値はXS 、Y座標はco
nst)を中心として、探索方向と垂直な方向(Y方
向)に所定の幅を有する仮想スリット33を想定し、こ
の仮想スリット33の範囲を探索点座標(X,cons
t)におけるパターンエッジ探索範囲とする。
いが、図9の例では仮想スリット33の幅を7画素幅と
している。探索点座標(X,const)における階調
値L(X,const)は、仮想スリット33を構成す
る複数画素のうち、階調値が最大の画素と最小の画素を
除いた、残りの画素の階調値平均値である。
(X,const)における階調値L(X,cons
t)は、次式で与えられる。
画素では、次式が成立する。
(X,const)≧PLeft-High が成立する。したが
って、参照画像生成部3は、仮想スリット33を左方向
に画素単位で移動させながら、階調値L(X,cons
t)を求めて探索点の画素が完全画素か否かを判断する
ことを画素単位で繰り返す。そして、参照画像生成部3
は、探索開始点32からの画素単位の進み回数、すなわ
ち左パターンエッジ位置の直前までの完全画素数をカウ
ントする。
フォトマスク上に形成された被検査パターンのエッチン
グが良好な場合には、パターンエッジ位置は±1画素の
範囲に収まる。よって、L(X,const)<PLeft
-High が初めて成立したとき、仮想スリット33の中心
の探索点は、左パターンエッジを含む画素位置に到達し
たと判断することができる。
座標を(XL ,const)とすると、この画素と探索
開始点32の画素との間のアドレス間距離D1 は、完全
画素領域に常に一致する。図9に示す左パターンエッジ
を含む画素のX座標XL は、XS −D1 となるので、探
索開始点32から左パターンエッジ位置直前までの完全
画素領域のパターン長さNL-Completeは、次式によって
得られる。
のパターンエッジ探索を行う。分解能が充分小さい場
合、1画素以内の光量値積分値は図10に示すように線
形に遷移するので、左パターンエッジを含む画素とこの
画素に隣接する完全画素との境界から左パターンエッジ
までのサブ画素単位の距離NLeft-Sub は、次式のよう
に記述できる。
ンエッジまでの距離LENGTHS-L は、式(18)、
式(19)より次式のように得られる。
同様に仮想スリット33を用いて、探索開始点32から
右方向に向かって右パターンエッジ探索を画素単位で行
う。ここで、右パターンエッジが存在する画素では、次
式が成立する。
クオペレータ中心が被検査パターンにかかる直前の位置
にあるときのマスクオペレータ中心の階調値となる畳み
込み演算値、PRight-Highはマスクオペレータ中心がパ
ターンエッジ位置の限界の位置にあるときの畳み込み演
算値である。なお、ここでのマスクオペレータ中心と被
検査パターンとの関係は、図7の左右を反転させたもの
となる。
st)≧PRight-High が成立する。したがって、参照
画像生成部3は、仮想スリット33を右方向に画素単位
で移動させながら、階調値L(X,const)を求め
て探索点の画素が完全画素か否かを判断することを画素
単位で繰り返す。そして、参照画像生成部3は、右パタ
ーンエッジ位置の直前までの完全画素数をカウントす
る。
onst)<PRight-High が初めて成立したとき、仮
想スリット33の中心の探索点が、右パターンエッジを
含む画素位置に到達したと判断する。
座標を(XR ,const)とすると、この画素と探索
開始点32の画素との間のアドレス間距離D2 は、完全
画素領域に常に一致する。
X座標XR は、XS +D2 となるので、探索開始点32
から右パターンエッジ位置直前までの完全画素領域のパ
ターン長さNR-Completeは、次式によって得られる。
同様にサブ画素単位のパターンエッジ探索を行う。右パ
ターンエッジを含む画素とこの画素に隣接する完全画素
との境界から右パターンエッジまでのサブ画素単位の距
離NRight-Sub は、次式のように記述できる。
ッジまでの距離LENGTHS-R は、式(22)、式
(23)より次式のように得られる。
距離である実パターン幅LL-R は、探索開始点の長さを
加えて、次式のように得られる。
することができる(図2ステップ109)。次に、参照
画像生成部3は、参照データ12のリサイズ幅(パター
ン修正幅)Δd(Δdは正数値又は負数値)を算出する
(図2ステップ110)。
ターンエッジのそれぞれについて均等にパターン幅修正
を行えばよいので、参照データ12のリサイズ幅Δd
は、式(25)より次式のように得られる。 Δd=(実画像のパターン幅−参照データのパターン幅)/2 ・・・(26)
き、1画素幅Nstepを255等分したサブ画素単位での
リサイズ幅を示し、255の公約数となる階調ステップ
数の1画素幅での回数値に基づく分解能で参照データ1
2のリサイズ幅であることを示している。
画素単位およびサブ画素単位でパターン幅のリサイズ幅
Δdを求め、設計データ展開部2から入力された参照デ
ータ12中の各配線パターンのエッジ位置をリサイズ幅
Δdに応じてサブ画素単位で移動修正した後、このパタ
ーン幅修正を行った参照データ12と光学的点拡がり関
数との畳み込み演算を行って、実画像15に近い参照画
像13を作成する(図2ステップ111)。この参照画
像13は画像メモリ6に格納される。
れた参照画像13と実画像15とを比較することによ
り、被検査パターンが、設計データから作成した理想的
なパターンの寸法,形状に基づいて正確に描かれている
か否かを検査する(図2ステップ112)。
う。図11は、設計データ展開部2によって展開された
直後の参照データ12の階調分布を示す説明図である。
図11は、X座標が182〜202、Y座標が60〜8
0の領域における各画素の階調値を示しており、適切な
分解能で展開された例を示している。
88〜194の領域に存在し、パターンエッジが画素と
画素の境目でなく、画素中に存在するパターン例であ
る。階調ステップ数を1とすると、図11に示す参照デ
ータ12のパターン幅は、式(2)より1587とな
る。
照データ12に対応する位置にある実パターンの階調分
布を示す説明図である。図12に示す実パターンは、X
座標が175〜183の領域に存在している。図12に
示す実パターンのパターン幅は、式(25)より175
7と算出される。
を実パターンのエッジ位置に合わせるためのリサイズ幅
Δdは、式(26)より、(1757−1587)/2
=78.5となる。最終的なリサイズ幅Δdは、この値
を越えない最大整数であるから、参照データ12の拡大
幅は78となる。
エッジ位置を修正した結果を示す説明図であり、図14
は、7×7の光学的点拡がり関数を示す説明図、図15
は、図14の光学的点拡がり関数と図13のリサイズさ
れた参照データ12との畳み込み演算を行い、実画像1
5との位置合わせを行ったときの参照画像13の階調分
布を示す説明図である。
た参照画像13の階調分布は、図12に示す実パターン
の階調分布に極めて近いことが分かる。また、図16
は、図12に示す実画像と図15に示す参照画像との差
を対応する画素ごとに求めたものである。図16から明
らかなように、実画像と参照画像の階調差はほぼ30階
調以内であり、0.1画素の精度での参照画像が作成さ
れていることが分かる。図17は、参照画像と実画像の
エッジプロファイルであり、両者のエッジ分布は極めて
類似していることが分かる。
るパターン検査装置のうち、設計データ入力部1、設計
データ展開部2、参照画像生成部3、光電画像処理部
5、画像メモリ6及びデータ比較部7はコンピュータで
実現することができる。本発明の参照画像作成方法を実
現させるためのプログラムは、フロッピィディスク、C
D−ROM、メモリカード等の記録媒体に記録された状
態で提供される。
置に挿入すると、媒体に記録されたプログラムが読み取
られる。そして、コンピュータのCPUは、読み込んだ
プログラムをRAMあるいは大容量の記憶装置に書き込
み、このプログラムに従って図2で説明したような処理
を実行する。こうして、実施の形態の1と同様の動作を
実現することができる。このように、参照画像作成プロ
グラムを記録媒体に記録された状態で提供することによ
り、実施の形態の1のパターン検査装置の動作をコンピ
ュータで実現することができ、汎用性を向上させること
ができる。
に相当する光学的点拡がり関数と被測定パターンの画像
との畳み込み演算により、パターンエッジ位置に対応す
る階調値を示すエッジ境界条件を求め、このエッジ境界
条件に基づいて被測定パターンのエッジ位置を検出する
ことにより、被検査パターンのエッジ位置をサブ画素単
位の精度で従来よりも高速に検出することができる。
画素を各画素毎に設け、各画素内に展開されたパターン
に属するサブ画素数に基づいて各画素の階調値を算出
し、この階調値を階調ステップ数で割った回数値をその
画素内に展開されたパターンの幅とし、各画素内に展開
されたパターンの幅を合計することにより、被測定パタ
ーンのパターン幅とこれに対応する位置の参照データの
パターン幅をサブ画素単位の精度で正確に算出すること
ができる。
から各画素の階調値を算出し、この階調値を階調ステッ
プ数で割った回数値をその画素内に展開された被測定パ
ターンのパターン幅として、被測定パターンのパターン
幅を算出すると共に、参照データのパターンに属するサ
ブ画素数から各画素の階調値を算出し、この階調値を階
調ステップ数で割った回数値をその画素内に展開された
参照データのパターン幅として、参照データのパターン
幅を算出し、被測定パターンのパターン幅と参照データ
のパターン幅との差から参照データのパターン修正幅を
算出することにより、参照データのパターン修正幅(リ
サイズ幅)を高精度に算出でき、参照画像をサブ画素単
位の精度で生成することができる。また、サブ画素単位
のパターンエッジ位置検出と、サブ画素単位の参照画像
生成により、パターンの角やパターンエッジが画素の切
れ目ではなく画素内に存在していても、被測定パターン
のエッジ位置と参照データのパターン修正幅を高精度に
算出することができ、被検査パターンの画像に近い参照
画像をサブ画素単位の精度で高精度に作成できるので、
検査感度の大幅な向上が可能である。
に記録された状態で提供することにより、パターン検査
装置の動作をコンピュータで実現することができ、汎用
性を向上させることができる。
査装置のブロック図である。
めのフローチャート図である。
ターンの一部を示す説明図である。
を示す説明図である。
るための説明図である。
めの説明図である。
積を説明するための説明図である。
索方法を示す説明図である。
ッジ探索方法を示す他の説明図である。
の参照データの階調分布を示す説明図である。
実パターンの階調分布を示す説明図である。
た結果を示す説明図である。
である。
サイズされた参照データとの畳み込み演算を行い、実画
像との位置合わせを行ったときの参照画像の階調分布を
示す説明図である。
の階調分布を示す説明図である。
示す説明図である。
照画像生成部、4…光学的走査部、5…光電画像処理
部、6…画像メモリ、7…データ比較部、11…設計デ
ータ、12…参照データ、13…参照画像、14…走査
信号、15…実画像。
Claims (6)
- 【請求項1】 設計データを画像化して参照データを生
成する参照データ生成手順と、 前記設計データに基づいて基材上に形成された被検査パ
ターンをレーザービームで走査し、前記基材を通過して
得られる透過光を受光素子によって受光する走査手順
と、 前記走査手順で得られたパターン情報から被検査パター
ンの画像を生成する光電画像処理手順と、 レーザービームの強度に相当する光学的点拡がり関数と
前記被検査パターンの画像との畳み込み演算により、パ
ターンエッジ位置に対応する階調値を示すエッジ境界条
件を求め、このエッジ境界条件に基づいて被検査パター
ンのエッジ位置をサブ画素の単位で検出するエッジ位置
検出手順と、 画素をマトリクス状に分割するサブ画素を各画素毎に設
け、各画素内に展開されたパターンに属するサブ画素数
に基づいて各画素の階調値を算出し、この階調値を階調
ステップ数で割った回数値をその画素内に展開されたパ
ターンの幅とすることにより、前記検出されたエッジ位
置に基づく前記被検査パターンのパターン幅の算出とこ
れに対応する位置の前記参照データのパターン幅の算出
とをそれぞれ行うパターン幅算出手順と、 このパターン幅算出手順によって算出された被検査パタ
ーンと参照データのパターン幅に基づいて、前記被検査
パターンの画像と前記参照データの位置が一致するよう
に前記参照データを修正して参照画像を生成する参照画
像生成手順と、 前記被検査パターンの画像と前記参照画像とを比較して
被検査パターンの欠陥を検出する比較手順とを備える こ
とを特徴とする参照画像作成方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の参照画像作成方法におい
て、 前記パターン幅算出手順は、前記被検査パターンに属す
るサブ画素数から各画素の階調値を算出し、この階調値
を階調ステップ数で割った回数値をその画素内に展開さ
れた被検査パターンのパターン幅として、前記被検査パ
ターンのパターン幅を算出すると共に、前記参照データ
のパターンに属するサブ画素数から各画素の階調値を算
出し、この階調値を階調ステップ数で割った回数値をそ
の画素内に展開された参照データのパターン幅として、
前記参照データのパターン幅を算出し、前記被検査パタ
ーンのパターン幅と参照データのパターン幅との差から
前記参照データのパターン修正幅を算出する ことを特徴
とする参照画像作成方法。 - 【請求項3】 設計データを画像化して参照データを生
成する手段と、 前記設計データに基づいて基材上に形成された被検査パ
ターンをレーザービームで走査し、前記基材を通過して
得られる透過光を受光素子によって受光する走査手段
と、 前記走査手段の受光素子で得られたパターン情報から被
検査パターンの画像を生成する光電画像処理手段と、 レーザービームの強度に相当する光学的点拡がり関数と
前記被検査パターンの画像との畳み込み演算により、パ
ターンエッジ位置に対応する階調値を示すエッジ境界条
件を求め、このエッジ境界条件に基づいて被検査パター
ンのエッジ位置をサブ画素の単位で検出するエッジ位置
検出手段と、 画素をマトリクス状に分割するサブ画素を各画素毎に設
け、各画素内に展開されたパターンに属するサブ画素数
に基づいて各画素の階調値を算出し、この階調値を階調
ステップ数で割った回数値をその画素内に展開されたパ
ターンの幅とすることにより、前記検出されたエッジ位
置に基づく前記被検査パターンのパターン幅の算出とこ
れに対応する位置の前記参照データのパターン幅の算出
とをそれぞれ行うパターン幅算出手段と、 このパターン幅算出手段によって算出された被検査パタ
ーンと参照データのパターン幅に基づいて、前記被検査
パターンの画像と前記参照データの位置が一致するよう
に前記参照データを修正して参照画像を生成する参照画
像生成手段と、 前記被検査パターンの画像と前記参照画像とを比較して
被検査パターンの欠陥を検出する比較手段とを有するこ
とを特徴とするパターン検査装置 。 - 【請求項4】 請求項3記載のパターン検査装置におい
て、 前記パターン幅算出手段は、前記被検査パターンに属す
るサブ画素数から各画素の階調値を算出し、この階調値
を階調ステップ数で割った回数値をその画素内に展開さ
れた被検査パターンのパターン幅として、前記被検査パ
ターンのパターン幅を算出すると共に、前記参照データ
のパターンに属するサブ画素数から各画素の階調値を算
出し、この階調値を階調ステップ数で割った回数値をそ
の画素内に展開された参照データのパターン幅として、
前記参照データのパターン幅を算出し、前記被検査パタ
ーンのパターン幅と参照データのパターン幅との差から
前記参照データのパターン修正幅を算出する ことを特徴
とするパターン検査装置。 - 【請求項5】 設計データを画像化して参照データを生
成する参照データ生成手順と、 前記設計データに基づいて基材上に形成された被検査パ
ターンをレーザービームで走査し、前記基材を通過して
得られる透過光を受光素子によって受光する走査手順
と、 前記走査手順で得られたパターン情報から被検査パター
ンの画像を生成する光電画像処理手順と、 レーザービームの強度に相当する光学的点拡がり関数と
前記被検査パターンの画像との畳み込み演算により、パ
ターンエッジ位置に対応する階調値を示すエッジ境界条
件を求め、このエッジ境界条件に基づいて被検査パター
ンのエッジ位置をサブ画素の単位で検出するエッジ位置
検出手順と、 画素をマトリクス状に分割するサブ画素を各画素毎に設
け、各画素内に展開されたパターンに属するサブ画素数
に基づいて各画素の階調値を算出し、この階調値を階調
ステップ数で割った回数値をその画素内に展開されたパ
ターンの幅とすることにより、前記検出されたエッジ位
置に基づく前記被検査パターンのパターン幅の算出とこ
れに対応する位置の前記参照データのパターン幅の算出
とをそれぞれ行うパターン幅算出手順と、 このパターン幅算出手順によって算出された被検査パタ
ーンと参照データのパターン幅に基づいて、前記被検査
パターンの画像と前記参照データの位置が一致するよう
に前記参照データを修正して参照画像を生成する参照画
像生成手順と、 前記被検査パターンの画像と前記参照画像とを比較して
被検査パターンの欠陥を検出する比較手順とをコンピュ
ータに実行させるための参照画像作成プログラムを記録
した記録媒体 。 - 【請求項6】 請求項5記載の参照画像作成プログラム
を記録した記録媒体において、 前記パターン幅算出手順は、前記被検査パターンに属す
るサブ画素数から各画素の階調値を算出し、この階調値
を階調ステップ数で割った回数値をその画素内に展開さ
れた被検査パターンのパターン幅として、前記被検査パ
ターンのパターン幅を算出すると共に、前記参照データ
のパターンに属するサブ画素数から各画素の階調値を算
出し、この階調値を階調ステップ数で割った回数値をそ
の画素内に展開された参照データのパターン幅として、
前記参照データのパターン幅を算出し、前記被検査パタ
ーンのパターン幅と参照データのパターン幅との差から
前記参照データのパターン修正幅を算出することを特徴
とする参照画像作成プログラムを記録した記録媒体。
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