JP3641229B2 - 試料検査装置及び試料検査方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の欠陥を検査する試料検査装置及び試料検査方法に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製造するときに使用されるフォトマスク、ウエハ、又は液晶基板等の極めて小さなパターンに含まれる欠陥を検査する装置及び検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンには、１ギガビット級のＤＲＡＭに代表されるように、サブミクロンからナノメータのオーダーにまで最小寸法が縮小されるものがある。このＬＳＩの製造工程における歩留まり低下の大きな原因の一つとして、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体ウエハ上に超微細パターンを露光、転写する際に使用するフォトマスクに含まれる欠陥があげられる。
【０００３】
特に、半導体ウエハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴い、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くなっている。このため、極めて小さな欠陥を検査する装置や検査方法の開発が各地で進められている。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤは、５００ｍｍ×６００ｍｍ、又はこれ以上の液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のパターンの微細化が進展し、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになっている。このため、大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製造する時に用いられるフォトマスクの欠陥を、短時間で効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となっている。
【０００５】
図７に、従来のフォトマスクの欠陥検査装置の構成例を示し、その要部構成と動作について説明する。
図７に示す欠陥検査装置では、フォトマスク１に形成されたパターンにおける被検査領域が、図２に示されるように、仮想的に幅Ｗの短冊状の検査ストライプに分割され、この分割された検査ストライプが連続的に走査されるように、図７に示すＸ−Ｙ−θテーブル２の面に平行なＸ、Ｙ方向、及び面に垂直な軸の回りに角度θの回転を行うＸモータ、Ｙモータ、θモータとテーブル制御回路とを用いてＸ−Ｙ−θテーブル２の動作が制御され、検査が実行される。
【０００６】
フォトマスク１は、オートローダとオートロ−ダ制御回路を用いてＸ−Ｙ−θテーブル２の上に載置され、フォトマスク１に形成されたパターンには適切な光源３によって光が照射される。フォトマスク１を透過した光は拡大光学系４を介してフォトダイオードアレイ５に入射される。このとき、ピエゾ素子等を用いて拡大光学系４がオートフォーカス制御され、フォトダイオードアレイ５の上には、図２に示す仮想的に分割されたパターンの短冊状領域の一部が拡大され、光学像として結像される。
【０００７】
フォトダイオードアレイ５上に結像したパターンの像は、フォトダイオードアレイ５によって光電変換され、さらにセンサ回路６によりＡ／Ｄ変換される。このセンサ回路６から出力された測定画像データは、位置回路７から出力されたＸ−Ｙ−θテーブル２上におけるフォトマスク１の位置を示すデータと共に比較回路８に送られる。
【０００８】
一方、フォトマスク１のパターン形成時に用いた設計データは、磁気ディスク９から制御計算機１０を介して展開回路１１に読み出される。展開回路１１では、読み出された設計データが２値又は多値の設計画像データに変換され、この設計画像データが参照回路１２に送られる。参照回路１２は、送られてきた図形の設計画像データに対して適切なフィルタ処理を施す。
【０００９】
このフィルタ処理は、センサ回路６から得られた測定パターンデータには、拡大光学系４の解像特性やフォトダイオードアレイ５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態になるため、設計画像データにもフィルタ処理を施して、測定画像データに合わせるために行われる。比較回路８は、測定画像データと適切なフィルタ処理が施された設計画像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欠陥有りと判定する。
【００１０】
このタイプの欠陥検査装置は、測定画像データと設計画像データとを比較するため、信頼性が高いことが長所として挙げられる。しかし、設計データを展開して比較回路８に転送するのに処理時間がかかるため、検査時間が長くなるという欠点がある。さらに、パターンの微細化に伴い、設計画像データと測定画像データとの間で局部的に発生する微妙なずれを吸収しきれず、欠陥検出感度が上げられないという問題があった。
【００１１】
上記の欠陥検査装置とは別に、次のような装置が開発されている。この装置では、図８に示すように、フォトマスク１に同じパターンが描画された複数の領域２１がある場合を前提としている。この装置には、図７に示す欠陥検査装置の光源３やセンサ回路６が２式備えられ、図８のフォトマスク１に対して、一方の光源系で左側のパターンの画像を取得し、他方の光源系で右側のパターンの画像を取得して両者を比較するものである。
【００１２】
この欠陥検査装置の長所は、設計データを展開処理する必要がないため検査時間が短く、装置が簡素になることである。しかし、図９に示すように左右のパターンに共通の欠陥２４が含まれる場合に、欠陥２４を見逃してしまうという致命的な問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の欠陥検査装置は、設計画像データと測定画像データとを個別に比較するため、設計データの展開と転送に時間がかかり、検査に長時間を要するという問題があった。本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、設計画像データと測定画像データとの比較、及び測定画像データ同士の比較を共に行うことにより、検査時間の短い試料検査装置及び試料検査方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の試料検査装置は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、設計画像データと測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリをそれぞれ搭載したメモリ部と、設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては測定画像データと設計画像データとを比較し、第ｍ（ｍはｎ以下の整数）の領域に対しては測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した設計画像データとの比較、又は測定画像データと第ｋ（ｋはｍ未満の整数）の領域の測定画像データとの比較を行い、且つ各領域毎に何れの比較を行うかを選択する比較手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の試料検査装置は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、設計画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリと、測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できる複数のメモリとを搭載したメモリ部と、設計データに同一の領域がｎ（ｎは３以上の整数）個ある場合に、第１の領域から第ｎの領域までの前記測定画像データと前記設計画像データを相互に比較する比較手段と、設計画像データをメモリ部に格納する動作と測定画像データと比較するためにメモリ部から読み出す動作とを並行して行う手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の試料検査装置は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、測定画像データ及び設計画像データ、又は測定画像データ同士を比較する比較手段と、設計画像データ及び測定画像データを比較する時よりも測定画像データ同士を比較する時のステージ走行速度を上げ、且つ設計データに同一の領域が複数個ある場合に、各領域の間は検査せずにステージ速度を上げて高速で移動する走行速度制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明の試料検査方法は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する第１のデータ処理と、設計データに基づいて設計画像データを生成する第２のデータ処理と、設計画像データと測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリをそれぞれ備えることにより、設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては測定画像データと設計画像データとを比較し、第ｍ（はｎ以下の整数）の領域に対しては測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した設計画像データとの比較、又は測定画像データと第ｋ（ｋはｍ未満の整数）の領域の測定画像データとの比較を行い、且つ各領域毎に何れの比較を行うかを選択する第３のデータ処理とを順に実行することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る試料検査装置及び試料検査方法を示すシステム構成図である。図１は、先に図７を用いて説明した従来図に対して、新たに設計メモリ１３と測定メモリ１４とデータ切り替え装置１５を備えている。その他の部分は図７と同様であるため、対応する部分に同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２１】
第１の実施形態において、被検査領域は、図２に示すように仮想的にスキャン幅Ｗの短冊状の検査ストライプに分割され、この検査ストライプが連続的に走査されるようにＸ−Ｙ−θテーブルがＸ、Ｙ、θの各モータにより制御され、検査が実行される。図３にフォトマスク１における検査ストライプ２２の領域を示す。
【００２２】
フォトマスク１に２個の領域２１がある場合には、図４、図５に示すように、左側をＡ領域、右側をＢ領域として区別する。なお、図５に示す各検査ストライプに付した数字は、検査ストライプ番号を示す。例えば（Ａ―１）ストライプは、Ａ領域の1本目の検査ストライプという意味である。
【００２３】
設計メモリ１３と測定メモリ１４とデータ切り替え装置１５の役割は次の通りである。
設計メモリ１３は、参照回路１２で発生した設計画像データを検査ストライプ１本分格納しておくメモリである。また、測定メモリ１４は、センサ回路６でＡ／Ｄ変換された測定画像データを検査ストライプ１本分格納しておくメモリである。データ切り替え装置１５は、設計メモリ１３、測定メモリ１４、センサ回路６から出力される３つの画像データから、任意の２つの画像データを比較回路８に転送する機能を有する。具体的には、検査は次のように行われる。
【００２４】
まず、オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、1本目の検査ストライプの画像データを設計メモリ１３に格納しておく。ここから検査が開始される。
【００２５】
図５の（Ａ−１）ストライプについては、設計メモリ１３に格納された設計画像データと、センサ回路６から直接入力された測定画像データとを比較することになる。その間に（Ａ−１）ストライプの測定画像データは、測定メモリ１４に格納される。
【００２６】
（Ａ−１）ストライプの検査が終了した後は、設計メモリ１３に格納されている１本目の検査ストライプの設計画像データは用済みとなるので、展開回路１１及び参照回路１２は、２本目のストライプの設計画像データを設計メモリ１３に上書き格納する動作に入ることができる。
【００２７】
次に、測定メモリ１４に格納されている（Ａ−１）ストライプの測定画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データとが比較される。
【００２８】
次に、設計メモリ１３に格納された２本目の検査ストライプの設計画像データと、センサ回路６から直接入力された（Ａ−２）ストライプの測定画像データとが比較される。
【００２９】
このような動作を繰り返すことにより、Ａ領域のマスクパターン全体は設計画像データと直接比較され、Ｂ領域のマスクパターン全体は設計画像データと比較されたＡ領域のマスクパターン全体と比較されることになる。
【００３０】
ステージの動作はＡ領域とＢ領域を貫通するので、Ａ領域とＢ領域の境界を知らなければならないが、制御計算機１０は、設計データからこれらの境界の位置を容易に認識することができる。このため、ステージがＡ、Ｂ間の距離２３を走行中は、自動的に検査を行わないようにすれば、ステージを高速に移動させることも可能である。さらに、同一データ領域が３個以上ある場合には、その個数及び配置又は位置を自動的に判別する機能を備えることは極めて実用的である。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、設計メモリ１３を検査ストライプ１本分搭載する場合について説明した。このとき、展開回路１１及び参照回路１２は、（Ｂ−１）ストライプを検査している間に２本目の検査ストライプの設計画像データを生成しなければならないので、検査時間は被検査領域ごとに設計画像データと比較する従来のリアルタイム処理とほとんど変わらなかった。
【００３２】
そこで、第２の実施形態では、図６に示すように設計メモリ１３を検査ストライプ２本分搭載する。まず、オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、1本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリ１３の一方（以下設計メモリαと呼ぶ）に格納し、２本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリの他方（以下設計メモリβと呼ぶ）に格納する。ここから検査が開始される。
【００３３】
図５の（Ａ−１）ストライプは、設計メモリαに格納された設計画像データと、センサ回路６から直接入力された測定画像データとを比較する。その間に（Ａ−１）ストライプの測定画像データは、測定メモリ１４にも格納される。
【００３４】
この（Ａ−１）ストライプの検査が終了した後は、設計メモリαに格納されている１本目の検査ストライプの設計画像データは用済みとなるので、展開回路
１１及び参照回路１２は、３本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納する動作に入ることができる。
【００３５】
次に、測定メモリ１４に格納されている（Ａ−１）ストライプの測定画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データが比較される。
【００３６】
次に、設計メモリβに格納されている２本目の検査ストライプの設計画像データと、センサ回路６から直接入力された（Ａ−２）ストライプの測定画像データとが比較される。その間に（Ａ−２）ストライプの測定画像データは、測定メモリ１４にも格納される。
【００３７】
次に、測定メモリ１４に格納されている（Ａ−２）ストライプの測定画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−２）ストライプの測定画像データが比較される。
【００３８】
このように、展開回路１１及び参照回路１２は、（Ｂ−１）、（Ａ−２）、
（Ｂ−２）の３ストライプを検査している間に、３本目の検査ストライプの設計画像データを生成すればよいことになる。
【００３９】
従来型の検査装置では、各ストライプごとにそれぞれ設計画像データを生成していたが（リアルタイム処理）、その無駄が省けて、しかもステージ速度を3倍に速めることができるため、検査時間の短縮に大きな効果を上げることができる。このことは、考え方を変えれば、展開回路１１と参照回路１２の処理速度を１／３にしても従来と同等の検査速度を達成し得ることに相当する。
【００４０】
＜第３の実施形態＞
第１、第２の実施形態では、図４、図５のＡ側は、設計画像データと測定画像データを比較し、Ｂ側は測定画像データ同士を比較することについて説明した。しかし、第３の実施形態では、第２の実施形態の変形として、Ｂ側を設計画像データと比較する方法について説明する。
【００４１】
オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、1本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納し、2本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリβに格納する。ここから検査が開始される。
【００４２】
図５の（Ａ−１）ストライプは、設計メモリαに格納された設計画像データとセンサ回路６から直接入力された測定画像データとが比較される。次に、設計メモリαに格納された設計画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データとが比較される。
【００４３】
（Ｂ−１）ストライプの検査が終了した後は、設計メモリαに格納されている1本目の検査ストライプの画像データは用済みとなるので、展開回路１１及び参照回路１２は、３本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納する動作に入ることができる。
【００４４】
本実施形態では、展開回路１１及び参照回路１２は（Ａ−２）、（Ｂ−２）の２ストライプを検査している間に、３本目の検査ストライプの設計画像データを生成すればよいことになる。従来の検査装置では、（Ａ−１）ストライプと（Ｂ−１）ストライプに対してそれぞれ設計画像データを生成していたので、その無駄が省け、しかもステージ速度を2倍に速めることができる。なお、第１の実施形態を第３の実施形態のように変形することも可能である。
【００４５】
＜第４の実施形態＞
上記の各実施形態では、比較回路８で２つの画像データ同士を比較することについて説明したが、第２の実施形態の変形例として、第４の実施形態では、３個の画像データを比較することについて説明する。すなわち、第４の実施の形態では、図１に示すデータ切り替え装置１５が不用となる。
【００４６】
オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、１本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納し、２本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリβに格納する。
【００４７】
まず、ステージを動作させて（Ａ−１）ストライプの測定画像データを測定メモリ１４に格納する。比較回路８は、設計メモリαと測定メモリ１４とセンサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データとの３つを比較する。
【００４８】
ここで、設計メモリαに格納されている１本目の検査ストライプの設計画像データは用済みとなるので、展開回路１１及び参照回路１２は、３本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納する動作に入ることができる。
【００４９】
本実施形態では、展開回路１１及び参照回路１２は、２本目のストライプを検査している間に３本目の検査ストライプの設計画像を生成すればよいことになる。なお、第１の実施形態を第４の実施形態のように変更することも可能である。
【００５０】
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態では、図３に示す領域２１が３個ある場合について説明する。ここでは、３個の領域をそれぞれＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域とする。この場合の処理方法は、まずＡ領域について、設計画像データと測定画像データとを比較し、次にＡ領域とＢ領域の測定画像データ同士を比較し、次にＡ領域とＣ領域の測定画像データ同士を比較する方法が簡便である。
【００５１】
その他、まずＡ領域について設計画像データと測定画像データとを比較し、次にＡ領域とＢ領域の測定画像データ同士を比較し、次にＢ領域とＣ領域の測定画像データ同士を比較する方法等がある。
【００５２】
ここでＣ領域をＡ領域と比較するか、Ｂ領域と比較するかが問題となるが、Ａ領域の測定画像データを設計画像データと比較した結果を参考にして、自動判断するのが良い。判断のアルゴリズムは、Ａ領域で欠陥を検出していない場合はＡ領域とＣ領域とを比較するが、欠陥を検出している場合にはＢ領域とＣ領域を比較するのが簡便である。
【００５３】
しかし、Ａ領域で検出した欠陥位置と、Ａ領域及びＢ領域を比較した場合の欠陥検出位置とを照合して、より欠陥の少ない方とＣ領域とを比較するのがさらに望ましい。ここで注意すべきことは、この場合には、測定メモリ１４が検査ストライプ２本分必要となることである。なお、領域２１が４個以上ある場合にも同様に実行可能であることはいうまでもない。
【００５４】
＜第６の実施形態＞
第５の実施形態では、２番目の領域以降は測定画像データ同士を比較することについて説明したが、第６の実施形態では、２番目以降の領域にも設計画像データとの比較を取り入れることについて説明する。すなわち、設計画像データと比較する１番目の領域で欠陥を検出した場合に、２番目の領域が健全であったとしても、１番目と２番目の測定画像データを比較すれば、欠陥を検出することになり不都合である。
【００５５】
従って、測定画像データ同士を比較する際には、可能な限り健全と推定される測定画像データと、検査の対象となる測定画像データとを比較するのがよりよい方法である。そこで、全体でｎ個の領域が存在する場合には、第１領域から順に設計画像データと比較し、欠陥を検出しない領域が出現した時、それ以降の領域はその測定画像データを基準として測定画像データ同士を比較するようにすればよい。より厳密には、欠陥を検出しない領域が出現した時以前の領域に対しても再度基準データと比較するのが望ましい。
【００５６】
＜第７の実施形態＞
第６の実施形態では欠陥を検出しない領域を基準としたが、比較回路での欠陥検出しきい値が厳しい場合には、容易に欠陥ゼロの検査ストライプが出現せず、基準データを定めることができないことがある。通常、比較回路８で欠陥を検出する際には、２５６×２５６画素程度の矩形領域を一つの欠陥群とすることが多い。
【００５７】
そこで、第７の実施形態では基準データを決定する条件を少し緩和する。すなわち、検査ストライプあたりの欠陥群の数が一定値以下であれば、基準データとして採用するという方法がある。または、検査ストライプあたりの全ての欠陥群に存在する欠陥と判定された総画素数が一定値以下であれば、基準データとして採用するという方法もある。
【００５８】
＜第８の実施形態＞
第１乃至第７の実施形態では、光源が１個の構成について説明したが、第８の実施形態では、複数の光源が存在する場合について説明する。領域２１が２個あり、光源系が２系統存在する場合には、設計メモリ１３に格納されている設計画像データと２個の測定画像データ（Ａ領域とＢ領域）の３者の比較を行うことができる。このようにすれば、光源系が１系統の場合に比べて検査時間を短縮できることはいうまでもない。
【００５９】
＜第９の実施形態＞
第９の実施形態では、Ａ領域の検査中に欠陥を検出した場合に、Ｂ領域の検査をどのようにすべきかについて説明する。これまでＢ領域に関しては、設計画像データと比較するか、又はＡ領域の測定画像データと比較するかのいずれかを選択していた。
【００６０】
このとき、Ｂ領域の測定画像データと、設計画像データとを比較する場合は良いが、測定画像データ同士を比較する場合には、Ａ領域の検査中に欠陥を検出し、Ａ領域とＢ領域の測定画像データ同士を比較しても欠陥を検出すれば、果たしてＢ領域に検出された欠陥は、真の欠陥なのか見かけ上の欠陥なのか自動的には判別できないことになる。
【００６１】
そこで、Ａ領域を検査中に欠陥を検出した場合には、その近傍領域については、設計画像データとの比較も行うようにすれば、より感度の高い検査が可能となる。また、その近傍領域に限って設計画像データとＡ領域、Ｂ領域の３個の画像データを比較する方法もある。
【００６２】
Ａ領域で欠陥を検出した近傍については、設計画像データとＢ領域の測定画像データを比較するだけでもよいと考えられるが、設計画像データと測定画像データとの比較と、測定画像データ同士の比較とでは、感度が異なるため、品質保証上好ましくない場合がある。
【００６３】
この問題をより確実に処理するためには、Ｂ領域に関しては、設計画像データとの比較と、Ａ領域の測定画像データとの比較とを同時に行う方法がある。
【００６４】
＜第１０の実施形態＞
第１０の実施形態では、操作者によって指定された領域に関しては測定画像データ同士の比較を行い、それ以外の領域に関しては設計画像データとの比較を行うことを説明する。通常、２番目以降の領域に関しては、設計画像データと比較するか、基準となる測定画像データと比較するか、又はその両方の比較を行うのであるが、微細パターンの存在する領域があらかじめ操作者に知られている場合には、この領域を測定画像データと比較することにすれば、検出感度を高めることができる。
【００６５】
＜第１１の実施形態＞
通常は、図５に示す複数の領域２１は、設計データから配置や位置が正確に把握できるものであるが、第１１の実施形態では、フォトマスクを描画する際に、設計上の配置や位置から多少の誤差を含む場合について説明する。この場合には、検査実行前にＡ領域とＢ領域の測定画像データを読み込んで、それぞれの正確な位置関係を把握する動作を先に行わねばならないが、このためには、Ａ領域、Ｂ領域の２領域を含むと想定される適当な場所で一旦測定画像データ取り込み、パターンエッジ等を使用して自動的に位置合わせ動作を行えばよい。
【００６６】
＜第１２の実施形態＞
第１２の実施形態では、ステージ２の動作方法について説明する。これまでは、１個のストライプの検査が終了すると、ステージは一旦Ａ領域まで戻らなければならなかったが、この動作は無駄になるため、第１２の実施形態では第２ストライプは逆から検査する。第２の実施形態を例として、第１２の実施の形態におけるステージ２の動作方法を説明する。
【００６７】
オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、1本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納し、２本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリβに格納する。ここから検査が開始される。
【００６８】
図５の（Ａ−１）ストライプは、設計メモリαに格納された設計画像データと、センサ回路６から直接入力された測定画像データとを比較する。その間に（Ａ−１）ストライプの測定画像データは、測定メモリ１４にも格納される。
【００６９】
この（Ａ−１）ストライプの検査が終了した後は、設計メモリαに格納された1本目の検査ストライプの設計画像データは用済となるので、展開回路１１及び参照回路１２は、３本目の検査ストライプの画像データを設計メモリαに格納する動作に入ることができる。
【００７０】
次に、測定メモリ１４に格納されている（Ａ−１）ストライプの測定画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データが比較される。次に、ステージを逆進させ、第２ストライプは（Ｂ−２）ストライプの測定画像データと、設計メモリβに格納された設計画像データとが比較される。
【００７１】
ここで、設計メモリβには、あらかじめ検査ストライプの長手方向に対して逆順に設計画像データを格納しておいてもよいが、読み出すときには後ろから読み出すほうが、展開回路１１と参照回路１２の動作は簡単になる。このようにして、（Ｂ−２）ストライプの測定画像データと、（Ａ−２）ストライプの測定画像データとを比較することになる。
【００７２】
次に、３本目については、再度Ａ領域からＢ領域に、4本目については、Ｂ領域からＡ領域に検査を進める。このようにすれば、奇数番目、及び偶数番目のストライプに対して、測定画像データと設計画像データとの比較が、Ａ領域、Ｂ領域交互に行われることになるが、ステージの動作に無駄がなくなり、検査時間を短縮することができる。
【００７３】
＜第１３の実施形態＞
第１１乃至第１２の実施形態までは、設計メモリ１３を搭載することを前提としてきたが、第１３の実施形態では、設計メモリ１３を搭載しない場合の１例について説明する。
【００７４】
この場合は、（Ａ−１）ストライプの検査時に（Ａ−１）ストライプの設計画像データを生成する処理過程と、（Ａ−１）ストライプの測定画像データを出力する処理過程とが並行して行われ、測定画像データは、測定メモリ１４に格納される。（Ｂ−１）ストライプの測定画像データは、測定メモリに格納された（Ａ−１）ストライプの測定画像データと比較される。
【００７５】
ここで、（Ａ−１）ストライプ検査時には、設計画像データの生成速度に合わせて検査しなければならないが、（Ｂ−１）ストライプ検査時には、設計画像データを生成する必要がないので、ステージ速度を上げて検査時間の短縮を図ることができる。
【００７６】
＜第１４の実施形態＞
本来、設計データは、データサイズを小さくするため複数の領域２１に対して、その配置や位置のみを記述しておくべきであるが、第１４の実施形態では、設計データが領域２１ごとに分かれておらず、１つにまとめられている場合について説明する。
【００７７】
この場合には、まず、どこからどこまでが領域２１なのかを判定する処理が必要になる。このため、適当な場所で一度測定画像データを取り込み、データの繰り返し性を判断する機能を付加するのが実用的である。なお本発明は上記の第１乃至第１４の実施の形態に限定されるものではない。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００７８】
【発明の効果】
上述したように本発明の試料検査装置及び試料検査方法によれば、設計画像データと測定画像データとを比較する検査と、測定画像データ同士を比較する検査のもつそれぞれの長所を生かして、信頼性が高く、かつ検出感度の高い欠陥検査を高速に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシステム構成図。
【図２】フォトマスクの検査ストライプの説明図。
【図３】２個の同一領域が存在するフォトマスクの一例を示す図。
【図４】フォトマスク内を領域ごとに分ける説明図。
【図５】フォトマスク内を領域ごとに分ける他の説明図。
【図６】２個の設計メモリを有するシステム構成図。
【図７】従来の欠陥検査装置のシステム構成図。
【図８】従来のフォトマスクの一例を示す図。
【図９】共通の欠陥を含む従来のフォトマスクの一例を示す図。
【符号の説明】
１…フォトマスク
２…X−Y−θテーブル
３…光源
４…拡大光学系
５…フォトダイオードアレイ
６…センサ回路
７…位置回路
８…比較回路
９…磁気ディスク装置
１０…制御計算機
１１…展開回路
１２…参照回路
１３…設計メモリ
１４…測定メモリ
１５…データ切り替え装置
２２…検査ストライプ
２３…２個の領域間の距離
２４…欠陥
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の欠陥を検査する試料検査装置及び試料検査方法に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製造するときに使用されるフォトマスク、ウエハ、又は液晶基板等の極めて小さなパターンに含まれる欠陥を検査する装置及び検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンには、１ギガビット級のＤＲＡＭに代表されるように、サブミクロンからナノメータのオーダーにまで最小寸法が縮小されるものがある。このＬＳＩの製造工程における歩留まり低下の大きな原因の一つとして、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体ウエハ上に超微細パターンを露光、転写する際に使用するフォトマスクに含まれる欠陥があげられる。
【０００３】
特に、半導体ウエハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴い、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くなっている。このため、極めて小さな欠陥を検査する装置や検査方法の開発が各地で進められている。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤは、５００ｍｍ×６００ｍｍ、又はこれ以上の液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のパターンの微細化が進展し、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになっている。このため、大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製造する時に用いられるフォトマスクの欠陥を、短時間で効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となっている。
【０００５】
図７に、従来のフォトマスクの欠陥検査装置の構成例を示し、その要部構成と動作について説明する。
図７に示す欠陥検査装置では、フォトマスク１に形成されたパターンにおける被検査領域が、図２に示されるように、仮想的に幅Ｗの短冊状の検査ストライプに分割され、この分割された検査ストライプが連続的に走査されるように、図７に示すＸ−Ｙ−θテーブル２の面に平行なＸ、Ｙ方向、及び面に垂直な軸の回りに角度θの回転を行うＸモータ、Ｙモータ、θモータとテーブル制御回路とを用いてＸ−Ｙ−θテーブル２の動作が制御され、検査が実行される。
【０００６】
フォトマスク１は、オートローダとオートロ−ダ制御回路を用いてＸ−Ｙ−θテーブル２の上に載置され、フォトマスク１に形成されたパターンには適切な光源３によって光が照射される。フォトマスク１を透過した光は拡大光学系４を介してフォトダイオードアレイ５に入射される。このとき、ピエゾ素子等を用いて拡大光学系４がオートフォーカス制御され、フォトダイオードアレイ５の上には、図２に示す仮想的に分割されたパターンの短冊状領域の一部が拡大され、光学像として結像される。
【０００７】
フォトダイオードアレイ５上に結像したパターンの像は、フォトダイオードアレイ５によって光電変換され、さらにセンサ回路６によりＡ／Ｄ変換される。このセンサ回路６から出力された測定画像データは、位置回路７から出力されたＸ−Ｙ−θテーブル２上におけるフォトマスク１の位置を示すデータと共に比較回路８に送られる。
【０００８】
一方、フォトマスク１のパターン形成時に用いた設計データは、磁気ディスク９から制御計算機１０を介して展開回路１１に読み出される。展開回路１１では、読み出された設計データが２値又は多値の設計画像データに変換され、この設計画像データが参照回路１２に送られる。参照回路１２は、送られてきた図形の設計画像データに対して適切なフィルタ処理を施す。
【０００９】
このフィルタ処理は、センサ回路６から得られた測定パターンデータには、拡大光学系４の解像特性やフォトダイオードアレイ５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態になるため、設計画像データにもフィルタ処理を施して、測定画像データに合わせるために行われる。比較回路８は、測定画像データと適切なフィルタ処理が施された設計画像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欠陥有りと判定する。
【００１０】
このタイプの欠陥検査装置は、測定画像データと設計画像データとを比較するため、信頼性が高いことが長所として挙げられる。しかし、設計データを展開して比較回路８に転送するのに処理時間がかかるため、検査時間が長くなるという欠点がある。さらに、パターンの微細化に伴い、設計画像データと測定画像データとの間で局部的に発生する微妙なずれを吸収しきれず、欠陥検出感度が上げられないという問題があった。
【００１１】
上記の欠陥検査装置とは別に、次のような装置が開発されている。この装置では、図８に示すように、フォトマスク１に同じパターンが描画された複数の領域２１がある場合を前提としている。この装置には、図７に示す欠陥検査装置の光源３やセンサ回路６が２式備えられ、図８のフォトマスク１に対して、一方の光源系で左側のパターンの画像を取得し、他方の光源系で右側のパターンの画像を取得して両者を比較するものである。
【００１２】
この欠陥検査装置の長所は、設計データを展開処理する必要がないため検査時間が短く、装置が簡素になることである。しかし、図９に示すように左右のパターンに共通の欠陥２４が含まれる場合に、欠陥２４を見逃してしまうという致命的な問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の欠陥検査装置は、設計画像データと測定画像データとを個別に比較するため、設計データの展開と転送に時間がかかり、検査に長時間を要するという問題があった。本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、設計画像データと測定画像データとの比較、及び測定画像データ同士の比較を共に行うことにより、検査時間の短い試料検査装置及び試料検査方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の試料検査装置は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、設計画像データと測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリをそれぞれ搭載したメモリ部と、設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては測定画像データと設計画像データとを比較し、第ｍ（ｍはｎ以下の整数）の領域に対しては測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した設計画像データとの比較、又は測定画像データと第ｋ（ｋはｍ未満の整数）の領域の測定画像データとの比較を行い、且つ各領域毎に何れの比較を行うかを選択する比較手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の試料検査装置は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、設計画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリと、測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できる複数のメモリとを搭載したメモリ部と、設計データに同一の領域がｎ（ｎは３以上の整数）個ある場合に、第１の領域から第ｎの領域までの前記測定画像データと前記設計画像データを相互に比較する比較手段と、設計画像データをメモリ部に格納する動作と測定画像データと比較するためにメモリ部から読み出す動作とを並行して行う手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の試料検査装置は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、測定画像データ及び設計画像データ、又は測定画像データ同士を比較する比較手段と、設計画像データ及び測定画像データを比較する時よりも測定画像データ同士を比較する時のステージ走行速度を上げ、且つ設計データに同一の領域が複数個ある場合に、各領域の間は検査せずにステージ速度を上げて高速で移動する走行速度制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明の試料検査方法は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する第１のデータ処理と、設計データに基づいて設計画像データを生成する第２のデータ処理と、設計画像データと測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリをそれぞれ備えることにより、設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては測定画像データと設計画像データとを比較し、第ｍ（はｎ以下の整数）の領域に対しては測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した設計画像データとの比較、又は測定画像データと第ｋ（ｋはｍ未満の整数）の領域の測定画像データとの比較を行い、且つ各領域毎に何れの比較を行うかを選択する第３のデータ処理とを順に実行することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る試料検査装置及び試料検査方法を示すシステム構成図である。図１は、先に図７を用いて説明した従来図に対して、新たに設計メモリ１３と測定メモリ１４とデータ切り替え装置１５を備えている。その他の部分は図７と同様であるため、対応する部分に同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２１】
第１の実施形態において、被検査領域は、図２に示すように仮想的にスキャン幅Ｗの短冊状の検査ストライプに分割され、この検査ストライプが連続的に走査されるようにＸ−Ｙ−θテーブルがＸ、Ｙ、θの各モータにより制御され、検査が実行される。図３にフォトマスク１における検査ストライプ２２の領域を示す。
【００２２】
フォトマスク１に２個の領域２１がある場合には、図４、図５に示すように、左側をＡ領域、右側をＢ領域として区別する。なお、図５に示す各検査ストライプに付した数字は、検査ストライプ番号を示す。例えば（Ａ―１）ストライプは、Ａ領域の1本目の検査ストライプという意味である。
【００２３】
設計メモリ１３と測定メモリ１４とデータ切り替え装置１５の役割は次の通りである。
設計メモリ１３は、参照回路１２で発生した設計画像データを検査ストライプ１本分格納しておくメモリである。また、測定メモリ１４は、センサ回路６でＡ／Ｄ変換された測定画像データを検査ストライプ１本分格納しておくメモリである。データ切り替え装置１５は、設計メモリ１３、測定メモリ１４、センサ回路６から出力される３つの画像データから、任意の２つの画像データを比較回路８に転送する機能を有する。具体的には、検査は次のように行われる。
【００２４】
まず、オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、1本目の検査ストライプの画像データを設計メモリ１３に格納しておく。ここから検査が開始される。
【００２５】
図５の（Ａ−１）ストライプについては、設計メモリ１３に格納された設計画像データと、センサ回路６から直接入力された測定画像データとを比較することになる。その間に（Ａ−１）ストライプの測定画像データは、測定メモリ１４に格納される。
【００２６】
（Ａ−１）ストライプの検査が終了した後は、設計メモリ１３に格納されている１本目の検査ストライプの設計画像データは用済みとなるので、展開回路１１及び参照回路１２は、２本目のストライプの設計画像データを設計メモリ１３に上書き格納する動作に入ることができる。
【００２７】
次に、測定メモリ１４に格納されている（Ａ−１）ストライプの測定画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データとが比較される。
【００２８】
次に、設計メモリ１３に格納された２本目の検査ストライプの設計画像データと、センサ回路６から直接入力された（Ａ−２）ストライプの測定画像データとが比較される。
【００２９】
このような動作を繰り返すことにより、Ａ領域のマスクパターン全体は設計画像データと直接比較され、Ｂ領域のマスクパターン全体は設計画像データと比較されたＡ領域のマスクパターン全体と比較されることになる。
【００３０】
ステージの動作はＡ領域とＢ領域を貫通するので、Ａ領域とＢ領域の境界を知らなければならないが、制御計算機１０は、設計データからこれらの境界の位置を容易に認識することができる。このため、ステージがＡ、Ｂ間の距離２３を走行中は、自動的に検査を行わないようにすれば、ステージを高速に移動させることも可能である。さらに、同一データ領域が３個以上ある場合には、その個数及び配置又は位置を自動的に判別する機能を備えることは極めて実用的である。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、設計メモリ１３を検査ストライプ１本分搭載する場合について説明した。このとき、展開回路１１及び参照回路１２は、（Ｂ−１）ストライプを検査している間に２本目の検査ストライプの設計画像データを生成しなければならないので、検査時間は被検査領域ごとに設計画像データと比較する従来のリアルタイム処理とほとんど変わらなかった。
【００３２】
そこで、第２の実施形態では、図６に示すように設計メモリ１３を検査ストライプ２本分搭載する。まず、オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、1本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリ１３の一方（以下設計メモリαと呼ぶ）に格納し、２本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリの他方（以下設計メモリβと呼ぶ）に格納する。ここから検査が開始される。
【００３３】
図５の（Ａ−１）ストライプは、設計メモリαに格納された設計画像データと、センサ回路６から直接入力された測定画像データとを比較する。その間に（Ａ−１）ストライプの測定画像データは、測定メモリ１４にも格納される。
【００３４】
この（Ａ−１）ストライプの検査が終了した後は、設計メモリαに格納されている１本目の検査ストライプの設計画像データは用済みとなるので、展開回路
１１及び参照回路１２は、３本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納する動作に入ることができる。
【００３５】
次に、測定メモリ１４に格納されている（Ａ−１）ストライプの測定画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データが比較される。
【００３６】
次に、設計メモリβに格納されている２本目の検査ストライプの設計画像データと、センサ回路６から直接入力された（Ａ−２）ストライプの測定画像データとが比較される。その間に（Ａ−２）ストライプの測定画像データは、測定メモリ１４にも格納される。
【００３７】
次に、測定メモリ１４に格納されている（Ａ−２）ストライプの測定画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−２）ストライプの測定画像データが比較される。
【００３８】
このように、展開回路１１及び参照回路１２は、（Ｂ−１）、（Ａ−２）、
（Ｂ−２）の３ストライプを検査している間に、３本目の検査ストライプの設計画像データを生成すればよいことになる。
【００３９】
従来型の検査装置では、各ストライプごとにそれぞれ設計画像データを生成していたが（リアルタイム処理）、その無駄が省けて、しかもステージ速度を3倍に速めることができるため、検査時間の短縮に大きな効果を上げることができる。このことは、考え方を変えれば、展開回路１１と参照回路１２の処理速度を１／３にしても従来と同等の検査速度を達成し得ることに相当する。
【００４０】
＜第３の実施形態＞
第１、第２の実施形態では、図４、図５のＡ側は、設計画像データと測定画像データを比較し、Ｂ側は測定画像データ同士を比較することについて説明した。しかし、第３の実施形態では、第２の実施形態の変形として、Ｂ側を設計画像データと比較する方法について説明する。
【００４１】
オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、1本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納し、2本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリβに格納する。ここから検査が開始される。
【００４２】
図５の（Ａ−１）ストライプは、設計メモリαに格納された設計画像データとセンサ回路６から直接入力された測定画像データとが比較される。次に、設計メモリαに格納された設計画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データとが比較される。
【００４３】
（Ｂ−１）ストライプの検査が終了した後は、設計メモリαに格納されている1本目の検査ストライプの画像データは用済みとなるので、展開回路１１及び参照回路１２は、３本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納する動作に入ることができる。
【００４４】
本実施形態では、展開回路１１及び参照回路１２は（Ａ−２）、（Ｂ−２）の２ストライプを検査している間に、３本目の検査ストライプの設計画像データを生成すればよいことになる。従来の検査装置では、（Ａ−１）ストライプと（Ｂ−１）ストライプに対してそれぞれ設計画像データを生成していたので、その無駄が省け、しかもステージ速度を2倍に速めることができる。なお、第１の実施形態を第３の実施形態のように変形することも可能である。
【００４５】
＜第４の実施形態＞
上記の各実施形態では、比較回路８で２つの画像データ同士を比較することについて説明したが、第２の実施形態の変形例として、第４の実施形態では、３個の画像データを比較することについて説明する。すなわち、第４の実施の形態では、図１に示すデータ切り替え装置１５が不用となる。
【００４６】
オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、１本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納し、２本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリβに格納する。
【００４７】
まず、ステージを動作させて（Ａ−１）ストライプの測定画像データを測定メモリ１４に格納する。比較回路８は、設計メモリαと測定メモリ１４とセンサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データとの３つを比較する。
【００４８】
ここで、設計メモリαに格納されている１本目の検査ストライプの設計画像データは用済みとなるので、展開回路１１及び参照回路１２は、３本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納する動作に入ることができる。
【００４９】
本実施形態では、展開回路１１及び参照回路１２は、２本目のストライプを検査している間に３本目の検査ストライプの設計画像を生成すればよいことになる。なお、第１の実施形態を第４の実施形態のように変更することも可能である。
【００５０】
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態では、図３に示す領域２１が３個ある場合について説明する。ここでは、３個の領域をそれぞれＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域とする。この場合の処理方法は、まずＡ領域について、設計画像データと測定画像データとを比較し、次にＡ領域とＢ領域の測定画像データ同士を比較し、次にＡ領域とＣ領域の測定画像データ同士を比較する方法が簡便である。
【００５１】
その他、まずＡ領域について設計画像データと測定画像データとを比較し、次にＡ領域とＢ領域の測定画像データ同士を比較し、次にＢ領域とＣ領域の測定画像データ同士を比較する方法等がある。
【００５２】
ここでＣ領域をＡ領域と比較するか、Ｂ領域と比較するかが問題となるが、Ａ領域の測定画像データを設計画像データと比較した結果を参考にして、自動判断するのが良い。判断のアルゴリズムは、Ａ領域で欠陥を検出していない場合はＡ領域とＣ領域とを比較するが、欠陥を検出している場合にはＢ領域とＣ領域を比較するのが簡便である。
【００５３】
しかし、Ａ領域で検出した欠陥位置と、Ａ領域及びＢ領域を比較した場合の欠陥検出位置とを照合して、より欠陥の少ない方とＣ領域とを比較するのがさらに望ましい。ここで注意すべきことは、この場合には、測定メモリ１４が検査ストライプ２本分必要となることである。なお、領域２１が４個以上ある場合にも同様に実行可能であることはいうまでもない。
【００５４】
＜第６の実施形態＞
第５の実施形態では、２番目の領域以降は測定画像データ同士を比較することについて説明したが、第６の実施形態では、２番目以降の領域にも設計画像データとの比較を取り入れることについて説明する。すなわち、設計画像データと比較する１番目の領域で欠陥を検出した場合に、２番目の領域が健全であったとしても、１番目と２番目の測定画像データを比較すれば、欠陥を検出することになり不都合である。
【００５５】
従って、測定画像データ同士を比較する際には、可能な限り健全と推定される測定画像データと、検査の対象となる測定画像データとを比較するのがよりよい方法である。そこで、全体でｎ個の領域が存在する場合には、第１領域から順に設計画像データと比較し、欠陥を検出しない領域が出現した時、それ以降の領域はその測定画像データを基準として測定画像データ同士を比較するようにすればよい。より厳密には、欠陥を検出しない領域が出現した時以前の領域に対しても再度基準データと比較するのが望ましい。
【００５６】
＜第７の実施形態＞
第６の実施形態では欠陥を検出しない領域を基準としたが、比較回路での欠陥検出しきい値が厳しい場合には、容易に欠陥ゼロの検査ストライプが出現せず、基準データを定めることができないことがある。通常、比較回路８で欠陥を検出する際には、２５６×２５６画素程度の矩形領域を一つの欠陥群とすることが多い。
【００５７】
そこで、第７の実施形態では基準データを決定する条件を少し緩和する。すなわち、検査ストライプあたりの欠陥群の数が一定値以下であれば、基準データとして採用するという方法がある。または、検査ストライプあたりの全ての欠陥群に存在する欠陥と判定された総画素数が一定値以下であれば、基準データとして採用するという方法もある。
【００５８】
＜第８の実施形態＞
第１乃至第７の実施形態では、光源が１個の構成について説明したが、第８の実施形態では、複数の光源が存在する場合について説明する。領域２１が２個あり、光源系が２系統存在する場合には、設計メモリ１３に格納されている設計画像データと２個の測定画像データ（Ａ領域とＢ領域）の３者の比較を行うことができる。このようにすれば、光源系が１系統の場合に比べて検査時間を短縮できることはいうまでもない。
【００５９】
＜第９の実施形態＞
第９の実施形態では、Ａ領域の検査中に欠陥を検出した場合に、Ｂ領域の検査をどのようにすべきかについて説明する。これまでＢ領域に関しては、設計画像データと比較するか、又はＡ領域の測定画像データと比較するかのいずれかを選択していた。
【００６０】
このとき、Ｂ領域の測定画像データと、設計画像データとを比較する場合は良いが、測定画像データ同士を比較する場合には、Ａ領域の検査中に欠陥を検出し、Ａ領域とＢ領域の測定画像データ同士を比較しても欠陥を検出すれば、果たしてＢ領域に検出された欠陥は、真の欠陥なのか見かけ上の欠陥なのか自動的には判別できないことになる。
【００６１】
そこで、Ａ領域を検査中に欠陥を検出した場合には、その近傍領域については、設計画像データとの比較も行うようにすれば、より感度の高い検査が可能となる。また、その近傍領域に限って設計画像データとＡ領域、Ｂ領域の３個の画像データを比較する方法もある。
【００６２】
Ａ領域で欠陥を検出した近傍については、設計画像データとＢ領域の測定画像データを比較するだけでもよいと考えられるが、設計画像データと測定画像データとの比較と、測定画像データ同士の比較とでは、感度が異なるため、品質保証上好ましくない場合がある。
【００６３】
この問題をより確実に処理するためには、Ｂ領域に関しては、設計画像データとの比較と、Ａ領域の測定画像データとの比較とを同時に行う方法がある。
【００６４】
＜第１０の実施形態＞
第１０の実施形態では、操作者によって指定された領域に関しては測定画像データ同士の比較を行い、それ以外の領域に関しては設計画像データとの比較を行うことを説明する。通常、２番目以降の領域に関しては、設計画像データと比較するか、基準となる測定画像データと比較するか、又はその両方の比較を行うのであるが、微細パターンの存在する領域があらかじめ操作者に知られている場合には、この領域を測定画像データと比較することにすれば、検出感度を高めることができる。
【００６５】
＜第１１の実施形態＞
通常は、図５に示す複数の領域２１は、設計データから配置や位置が正確に把握できるものであるが、第１１の実施形態では、フォトマスクを描画する際に、設計上の配置や位置から多少の誤差を含む場合について説明する。この場合には、検査実行前にＡ領域とＢ領域の測定画像データを読み込んで、それぞれの正確な位置関係を把握する動作を先に行わねばならないが、このためには、Ａ領域、Ｂ領域の２領域を含むと想定される適当な場所で一旦測定画像データ取り込み、パターンエッジ等を使用して自動的に位置合わせ動作を行えばよい。
【００６６】
＜第１２の実施形態＞
第１２の実施形態では、ステージ２の動作方法について説明する。これまでは、１個のストライプの検査が終了すると、ステージは一旦Ａ領域まで戻らなければならなかったが、この動作は無駄になるため、第１２の実施形態では第２ストライプは逆から検査する。第２の実施形態を例として、第１２の実施の形態におけるステージ２の動作方法を説明する。
【００６７】
オートローダによりフォトマスク１がステージ２の上にロードされている間に、展開回路１１及び参照回路１２は、1本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリαに格納し、２本目の検査ストライプの設計画像データを設計メモリβに格納する。ここから検査が開始される。
【００６８】
図５の（Ａ−１）ストライプは、設計メモリαに格納された設計画像データと、センサ回路６から直接入力された測定画像データとを比較する。その間に（Ａ−１）ストライプの測定画像データは、測定メモリ１４にも格納される。
【００６９】
この（Ａ−１）ストライプの検査が終了した後は、設計メモリαに格納された1本目の検査ストライプの設計画像データは用済となるので、展開回路１１及び参照回路１２は、３本目の検査ストライプの画像データを設計メモリαに格納する動作に入ることができる。
【００７０】
次に、測定メモリ１４に格納されている（Ａ−１）ストライプの測定画像データと、センサ回路６から出力される（Ｂ−１）ストライプの測定画像データが比較される。次に、ステージを逆進させ、第２ストライプは（Ｂ−２）ストライプの測定画像データと、設計メモリβに格納された設計画像データとが比較される。
【００７１】
ここで、設計メモリβには、あらかじめ検査ストライプの長手方向に対して逆順に設計画像データを格納しておいてもよいが、読み出すときには後ろから読み出すほうが、展開回路１１と参照回路１２の動作は簡単になる。このようにして、（Ｂ−２）ストライプの測定画像データと、（Ａ−２）ストライプの測定画像データとを比較することになる。
【００７２】
次に、３本目については、再度Ａ領域からＢ領域に、4本目については、Ｂ領域からＡ領域に検査を進める。このようにすれば、奇数番目、及び偶数番目のストライプに対して、測定画像データと設計画像データとの比較が、Ａ領域、Ｂ領域交互に行われることになるが、ステージの動作に無駄がなくなり、検査時間を短縮することができる。
【００７３】
＜第１３の実施形態＞
第１１乃至第１２の実施形態までは、設計メモリ１３を搭載することを前提としてきたが、第１３の実施形態では、設計メモリ１３を搭載しない場合の１例について説明する。
【００７４】
この場合は、（Ａ−１）ストライプの検査時に（Ａ−１）ストライプの設計画像データを生成する処理過程と、（Ａ−１）ストライプの測定画像データを出力する処理過程とが並行して行われ、測定画像データは、測定メモリ１４に格納される。（Ｂ−１）ストライプの測定画像データは、測定メモリに格納された（Ａ−１）ストライプの測定画像データと比較される。
【００７５】
ここで、（Ａ−１）ストライプ検査時には、設計画像データの生成速度に合わせて検査しなければならないが、（Ｂ−１）ストライプ検査時には、設計画像データを生成する必要がないので、ステージ速度を上げて検査時間の短縮を図ることができる。
【００７６】
＜第１４の実施形態＞
本来、設計データは、データサイズを小さくするため複数の領域２１に対して、その配置や位置のみを記述しておくべきであるが、第１４の実施形態では、設計データが領域２１ごとに分かれておらず、１つにまとめられている場合について説明する。
【００７７】
この場合には、まず、どこからどこまでが領域２１なのかを判定する処理が必要になる。このため、適当な場所で一度測定画像データを取り込み、データの繰り返し性を判断する機能を付加するのが実用的である。なお本発明は上記の第１乃至第１４の実施の形態に限定されるものではない。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００７８】
【発明の効果】
上述したように本発明の試料検査装置及び試料検査方法によれば、設計画像データと測定画像データとを比較する検査と、測定画像データ同士を比較する検査のもつそれぞれの長所を生かして、信頼性が高く、かつ検出感度の高い欠陥検査を高速に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシステム構成図。
【図２】フォトマスクの検査ストライプの説明図。
【図３】２個の同一領域が存在するフォトマスクの一例を示す図。
【図４】フォトマスク内を領域ごとに分ける説明図。
【図５】フォトマスク内を領域ごとに分ける他の説明図。
【図６】２個の設計メモリを有するシステム構成図。
【図７】従来の欠陥検査装置のシステム構成図。
【図８】従来のフォトマスクの一例を示す図。
【図９】共通の欠陥を含む従来のフォトマスクの一例を示す図。
【符号の説明】
１…フォトマスク
２…X−Y−θテーブル
３…光源
４…拡大光学系
５…フォトダイオードアレイ
６…センサ回路
７…位置回路
８…比較回路
９…磁気ディスク装置
１０…制御計算機
１１…展開回路
１２…参照回路
１３…設計メモリ
１４…測定メモリ
１５…データ切り替え装置
２２…検査ストライプ
２３…２個の領域間の距離
２４…欠陥
Claims (13)
- 被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、
設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、
設計画像データと測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリをそれぞれ搭載したメモリ部と、
設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては前記測定画像データと前記設計画像データとを比較し、第ｍ（ｍはｎ以下の整数）の領域に対しては前記測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した前記設計画像データとの比較、又は前記測定画像データと第ｋ（ｋはｍ未満の整数）の領域の測定画像データとの比較を行い、且つ各領域毎に何れの比較を行うかを選択する比較手段と、
を具備することを特徴とする試料検査装置。 - 前記試料検査装置において、前記メモリ部に代えて前記設計画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリを複数搭載するメモリ部を具備することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
- 前記試料検査装置において、前記比較手段に代えて第１の領域に対しては前記測定画像データと前記設計画像データとを比較し、第ｍ（ｍはｎ以下の整数）の領域に対しては、前記測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した前記設計画像データとの比較、及び第ｋ（ｋはｍ未満の整数）の領域の測定画像データとの比較を並行して行う比較手段を具備することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
- 前記試料検査装置において、前記メモリ部に代えて測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリを複数搭載したメモリ部を備え、前記比較手段に代えて設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては前記測定画像データと前記設計画像データとを比較し、第ｍ（ｍはｎ以下の整数）の領域に対しては前記測定画像データと第１から第（ｍ−１）の領域の中で欠陥検出数又は欠陥検出総面積が最小の領域の測定画像データとを比較する比較手段を具備することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
- 前記試料検査装置において、前記比較手段に代えて設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては前記測定画像データと前記設計画像データとを比較し、第ｍ（ｍはｎ以下の整数)の領域に対しては前記測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した前記設計画像データ、又は第１から第（ｍ−１）の領域の中で欠陥を検出しなかった領域の測定画像データとを比較する比較手段を具備することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
- 前記試料検査装置において、前記比較手段に代えて設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては前記測定画像データと前記設計画像データとを比較し、第ｍ（ｍはｎ以下の整数）の領域に対しては前記測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した前記設計画像データとの比較、又は第１から第（ｍ−１）の領域の中で欠陥検出数又は欠陥検出総面積があらかじめ指定された値以下の領域の測定画像データとの比較を行う比較手段を具備することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
- 前記試料検査装置において、前記比較手段に代えて設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては前記測定画像データと前記設計画像データとを比較し、第ｍ（ｍはｎ以下の整数）の領域に対しては、前記測定画像データと前記第１の領域を検査する際に生成した前記測定画像データとの比較、及び前記測定画像データと前記第１の領域を検査する際に検出した欠陥部分に関してだけ前記第１の領域を検査するときに生成した前記設計画像データとの比較の両者を行う比較手段を具備することを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
- 被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、
設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、
設計画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリと、測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できる複数のメモリとを搭載したメモリ部と、
設計データに同一の領域がｎ（ｎは３以上の整数）個ある場合に、第１の領域から第ｎの領域までの前記測定画像データと前記設計画像データを相互に比較する比較手段と、
設計画像データをメモリ部に格納する動作と測定画像データと比較するためにメモリ部から読み出す動作とを並行して行う手段と、
を具備することを特徴とする試料検査装置。 - 前記試料検査装置は複数の光源系を備え、前記比較手段に代えて、設計データに同一の領域がｎ（ｎは３以上の整数）個ある場合に、第１の領域から第ｎの領域までの測定画像データと前記設計画像データとを相互に比較する比較手段を具備することを特徴とする請求項８記載の試料検査装置。
- 被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、
設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、
前記測定画像データ及び前記設計画像データ、又は前記測定画像データ同士を比較する比較手段と、
前記設計画像データ及び前記測定画像データを比較する時よりも前記測定画像データ同士を比較する時のステージ走行速度を上げ、且つ設計データに同一の領域が複数個ある場合に、各領域の間は検査せずにステージ速度を上げて高速で移動する走行速度制御手段と、
を具備することを特徴とする試料検査装置。 - 前記試料検査装置において、設計データに同一の領域が複数個ある場合に、設計データのレイアウトからその個数と検査開始位置及び検査終了位置を算出する手段を具備することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の試料検査装置。
- 前記試料検査装置において、設計データに同一の領域が複数個ある場合に、測定データを適当な位置で取り込むことで同一領域の繰り返し数とそれぞれの開始位置及び終了位置を検出する手段を具備することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の試料検査装置。
- 被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する第１のデータ処理と、
設計データに基づいて設計画像データを生成する第２のデータ処理と、
設計画像データと測定画像データを一定サイズ分一時的に格納できるメモリをそれぞれ備えることにより、設計データに同一の領域がｎ（ｎは２以上の整数）個ある場合に、第１の領域に対しては前記測定画像データと前記設計画像データとを比較し、第ｍ（はｎ以下の整数）の領域に対しては前記測定画像データと第１の領域を検査する際に生成した前記設計画像データとの比較、又は前記測定画像データと第ｋ（ｋはｍ未満の整数）の領域の測定画像データとの比較を行い、且つ各領域毎に何れの比較を行うかを選択する第３のデータ処理とを順に実行することを特徴とする試料検査装置方法。
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