JP4185516B2 - 試料検査装置、試料検査方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、試料検査装置、試料検査方法、或いは、かかる方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの極めて小さなパターンの欠陥を検査する装置に関する。

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。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができるパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。電子ビーム描画装置については、文献にも記載されている（例えば、特許文献１参照）。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられており、文献に開示されている（例えば、特許文献２参照）。

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ろうとしている。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。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。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。

一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパターンの微細化が進んでいる。従って、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きている。このため、このような大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製作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きている。

ここで、従来のパターン検査装置では、拡大光学系を用いて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ことが知られている（例えば、特許文献３参照）。
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検査」や、マスクパターンを描画する時に使用したＣＡＤデータを検査装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンの情報）をベースに設計画像データを生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像データとを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料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。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料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。

そして、近年、設計パターンの線幅が細くなり、また光近接効果補正（ＯＰＣ）用の微細パターンの存在により設計画像データと測定データとなる光学画像データとを一致させることが困難になり本来欠陥と判定してほしくないものを欠陥と判定してしまう（擬似欠陥）ケースが散見されるようになってきた。逆に判定閾値を緩くすると寸法精度が要求されるパターンでの欠陥を検出することができなくなってしまう。そのため、描画パターンを複数の検査精度に分けて比較検査することが求められてきている。

ここで、描画パターンを複数のランクに分類して比較検査するという技術が文献に開示されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、かかる特許文献４には、どのようにして描画パターンを複数のランクに分類して装置に具現化するのかその手法が具体的でなく、実用性の観点から不十分であり、その解決手法が望まれている。その他に、設計画像データ（イメージデータ）からＯＰＣパターンを自動的に検出して擬似欠陥を減らす方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
特開２００２−２３７４４５号公報 米国特許５３８６２２１号公報 特開平８−７６３５９号公報 特開２００４−１９１９５７号公報 特許第３４１３１１０号公報

欠陥が試料内に出現した場合、ユーザによって欠陥のレビューが行なわれることが一般的である。しかし、上述した光近接効果補正（ＯＰＣ）用の微細パターン等は、かなり多く（例えば、数万箇所）配置されているため、これら全てが欠陥と判定されてしまうとユーザによって欠陥のレビューを行なうにも作業量的及び時間的に限界を超えてしまう。上述のように擬似欠陥が試料内に多く出現した場合には検査そのものがやり直しとなってしまうといった問題があった。或いは、高価な試料そのものを再製作することになってしまうといった問題があった。逆に判定閾値を緩くすると寸法精度が要求されるパターンでの欠陥を検出することができなくなってしまうといった問題があった。

本発明は、上述した問題点を克服し、適正な精度で試料検査を行う方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の試料検査装置は、
パターン形成された被検査試料の光学画像データを取得する光学画像取得部と、
前記被検査試料のパターン形成の基となる設計パターン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、
所定の領域を示す、前記設計パターンの情報と同一フォーマットに作成された領域パターンの情報に基づいて生成される、領域画像データを入力し、前記領域画像データに基づいて前記光学画像データと前記設計画像データとの比較を行なう比較部と、
を備え、
前記設計パターンに含まれる図形データと前記領域パターンに含まれる領域を示すデータは、共に、フォーマットとして、図形の座標と図形の辺の長さと図形種を区別する識別子とを含むことを特徴とする。

そして、本発明の一態様の試料検査方法は、
パターン形成された被検査試料の光学画像データを取得する光学画像取得工程と、
前記被検査試料のパターン形成の基となる設計パターン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工程と、
前記被検査試料の所定の領域を示し、前記設計パターンの情報と同一フォーマットに作成された領域パターンの情報に基づいて、領域画像データを生成する領域画像データ生成工程と、
前記領域画像データを用いて前記設計画像データと前記光学画像データとの比較を行なう比較工程と、
を備え、
前記設計パターンに含まれる図形データと前記領域パターンに含まれる領域を示すデータは、共に、フォーマットとして、図形の座標と図形の辺の長さと図形種を区別する識別子とを含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様のプログラムは、
パターン形成された被検査試料における前記パターン形成の基となる設計パターンの情報と、前記被検査試料の所定の領域を示し、前記設計パターンの情報と同一フォーマットに作成された領域パターンの情報とを記憶装置に記憶する記憶処理と、
前記記憶装置に記憶された設計パターンの情報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処理と、
前記記憶装置に記憶された前記領域パターンに基づいて領域画像データを生成する領域画像データ生成処理と、
前記被検査試料の光学画像データを入力し、前記領域画像データを用いて前記設計画像データと前記光学画像データとの比較を行なう比較処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記設計パターンに含まれる図形データと前記領域パターンに含まれる領域を示すデータは、共に、フォーマットとして、図形の座標と図形の辺の長さと図形種を区別する識別子とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、これまで擬似欠陥となっていたものを低減させることが可能となり、検査のやり直しを防ぐなど装置の有効利用を可能にすることができる。また、精度が要求されるパターンでの欠陥検出精度を向上させることができる。

実施の形態１．

図１は、実施の形態１における試料検査装置の構成を示す概念図である。
図１において、マスクやウェハ等の基板を試料として、かかる試料の欠陥を検査する試料検査装置１００は、光学画像取得部１５０と制御系回路１６０を備えている。光学画像取得部１５０は、ＸＹθテーブル１０２、光源１０３、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６、レーザ測長システム１２２、オートローダ１３０、照明光学系１７０を備えている。制御系回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、比較部の一例となる比較回路１０８、設計画像データ生成部の一例となる展開回路１１１及び参照回路１１２、領域画像データ生成部の一例となる展開回路１４０及び参照回路１４２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、プリンタ１１９に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。試料検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。

図２は、実施の形態１における試料検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。
図２において、試料検査方法は、光学画像取得工程（Ｓ２０２）、設計パターンデータ記憶工程（Ｓ２１２）と、設計画像データ生成工程の一例となる展開工程（Ｓ２１４）、及びフィルタ処理工程（Ｓ２１６）と、比較工程（Ｓ２１８）と、領域データ記憶工程（Ｓ２２２）と、領域画像データ生成工程の一例となる展開工程（Ｓ２２４）、及びフィルタ処理工程（Ｓ２２６）と、比較工程（Ｓ２２８）という一連の工程を実施する。

Ｓ（ステップ）２０２において、光学画像取得工程として、光学画像取得部１５０は、設計パターンに基づいて設計パターンに含まれる図形データが示す図形が描画された試料となるフォトマスク１０１における光学画像（測定データ）を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
被検査試料となるフォトマスク１０１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に設けられたＸＹθテーブル１０２上に載置され、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０３の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０２から照射される光束は、照明光学系１７０を介して試料となるフォトマスク１０１を照射する。フォトマスク１０１の下方には、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５及びセンサ回路１０６が配置されており、露光用マスクなどの試料となるフォトマスク１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として結像し、入射する。拡大光学系１０４は図示しない自動焦点機構により自動的に焦点調整がなされていてもよい。

図３は、光学画像の取得手順を説明するための図である。
被検査領域は、図３に示すように、Ｙ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプに仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプが連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御され、Ｘ方向に移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ１０５では、図３に示されるようなスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプにおける画像を取得した後、第２の検査ストライプにおける画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第３の検査ストライプにおける画像を取得する場合には、第２の検査ストライプにおける画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプにおける画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。フォトダイオードアレイ１０５には、ＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサのようなセンサが設置されている。ステージとなるＸＹθテーブル１０２をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは試料となるフォトマスク１０１のパターンを撮像する。これらの光源１０３、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。

ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。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によって移動可能となっている。これらの、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。そして、ＸＹθテーブル１０２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。また、ＸＹθテーブル１０２上のフォトマスク１０１はオートローダ制御回路１１３により駆動されるオートローダ１３０から自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。

センサ回路１０６から出力された測定データ（光学画像））は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータとともに比較回路１０８に送られる。測定データは例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。

Ｓ２１２において、記憶工程として、フォトマスク１０１のパターン形成時に用いた設計パターンの情報は、記憶装置（記憶部）の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。
Ｓ２１４において、展開工程として、展開回路１１１は、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンの情報を読み出し、読み出された被検査試料となるフォトマスク１０１の設計図形データとなる設計パターンを２値ないしは多値のイメージデータ（設計画像データ）に変換して、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。

図４は、展開回路の構成の一例を示す図である。
図４において、展開回路１１１は、階層構造展開回路２０２、調停回路２０４、パターン発生回路２０６、パターンメモリ２０８、パターン読み出し回路２１０を有している。そして、パターン発生回路２０６とパターンメモリ２０８とで１つの組となって、複数段配置されている。
ここで、設計パターンに含まれる図形は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設計パターンが展開回路１１１に入力されると、階層構造展開回路２０２は、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、パターン発生回路２０６において、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２値ないしは多値の設計画像データを展開する。そして、展開された設計画像データは、パターンメモリ２０８に一時的に蓄積される。言い換えれば、占有率演算部の一例となるパターン発生回路２０６では、設計パターンの情報を読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできた各マス目ごとに設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データをパターンメモリ２０８に出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝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パターンメモリ２０８に出力する。

ここで、効率よく複数のパターン発生回路２０６で並列処理動作を行なわせるため、調停回路２０４が、各パターン発生回路２０６への入力データを配分する。そして、パターン読み出し回路２１０がパターンメモリ２０８に記憶された占有率データを読み出す。パターン読み出し回路２１０では、同一画素内の占有率データが存在すれば、かかる占有率データを加算して読み出す。これにより各画素内の図形占有率（階調値）がわかる。

Ｓ２１６において、フィルタ処理工程として、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。
図５は、フィルタ処理を説明するための図である。
センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、拡大光学系１０４の解像特性やフォトダイオードアレイ１０５のアパーチャ効果等によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。このようにして光学画像と比較する参照画像を作成する。

Ｓ２１８において、比較工程（１）として、比較回路１０８は、試料となるフォトマスク１０１から得られる透過画像に基づいてセンサ回路１０６で生成された被検査パターンの測定データとなる光学画像と、展開回路１１１と参照回路１１２で生成した設計画像データとなる参照画像とを取り込み、所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。

ここで、このままでは、上述したように擬似欠陥が生じてしまう。本実施の形態１では、図１に示す展開回路１４０及び参照回路１４２を用いて領域画像データを生成する。上述したように、近年パターンの微細化に伴い、設計画像データと測定データを擬似欠陥がでない程度に一致させることが難しくなってきている。これは試料全面でパターンを均一に描画することの困難さや、局部的に複雑なパターンが形成されていることによることが大きい。そこで、本実施の形態１では、領域画像データを用いて検査閾値を可変にすることで擬似欠陥を抑制することを可能にする比較処理システムを構築した。

図６は、試料検査方法における要部工程のフローチャートに従った回路構成のブロック図である。
図６において、測定データは、上述したように、比較回路１０８に送られる。そして、設計パターンは、展開回路１１１及び参照回路１１２により設計画像データに変換され、比較回路１０８に送られる。一方、設計パターンの情報と同一フォーマットで作成された領域パターンの情報は、設計パターンの変換手段とは別個の回路系統となる展開回路１４０及び参照回路１４２により領域画像データに変換され、比較回路１０８に送られる。別個の回路系統となる展開回路１４０及び参照回路１４２により領域画像データに変換することで、設計パターンの変換処理と領域パターンの変換処理とを並列処理することができる。

Ｓ２２２において、記憶工程として、領域パターンの情報は、記憶装置（記憶部）の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。
Ｓ２２４において、展開工程として、展開回路１４０は、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して領域パターンの情報を読み出し、読み出された領域パターンを２値ないしは多値のイメージデータ（領域画像データ）に変換して、このイメージデータが参照回路１４２に送られる。

展開回路１４０は、図４において説明した展開回路１１１と同様、階層構造展開回路２０２、調停回路２０４、パターン発生回路２０６、パターンメモリ２０８、パターン読み出し回路２１０を有している。そして、パターン発生回路２０６とパターンメモリ２０８とで１つの組となって、複数段配置されている。
そして、領域パターンに含まれる領域も、設計パターンに含まれる図形と同様、長方形や三角形で表され、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。すなわち、領域パターンの情報は、設計パターンの情報と同一フォーマットで作成される。
かかる領域パターンが展開回路１４０に入力されると、階層構造展開回路２０２は、領域を示す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、パターン発生回路２０６において、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２値ないしは多値の領域画像データを展開する。そして、展開された領域画像データは、パターンメモリ２０８に一時的に蓄積される。言い換えれば、占有率演算部の一例となるパターン発生回路２０６では、領域データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできた各マス目ごとに領域データにおける領域を示す図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データをパターンメモリ２０８に出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝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パターンメモリ２０８に出力する。例えば、１ビット目の位に「１」を立てた８ビットの占有率データが、その領域データが示す領域の画素であることを示す。

そして、効率よく複数のパターン発生回路２０６で並列処理動作を行なわせるため、調停回路２０４が、各パターン発生回路２０６への入力データを配分する。そして、パターン読み出し回路２１０がパターンメモリ２０８に記憶された占有率データを読み出す。パターン読み出し回路２１０では、同一画素内の占有率データが存在すれば、かかる占有率データを加算して読み出す。これにより各画素内の図形占有率（階調値）がわかる。

Ｓ２２６において、フィルタ処理工程として、参照回路１４２は、送られてきた図形のイメージデータである領域画像データに適切なフィルタ処理を施す。領域画像データにも、図５において説明したように設計画像データと同様、フィルタ処理を施すことにより、設計画像データと同様の回路構成にすることができる。ここでは、フィルタ処理工程を行なっているが、かかる工程は無くても構わない。

Ｓ２２８において、比較工程（２）として、比較回路１０８は、比較工程（１）において、差異が所定の閾値を超えて欠陥（ＮＧ）と判定された場合に、展開回路１４０と参照回路１４２で生成した領域画像データを取り込み、被検査パターンの測定データとなる光学画像と、設計画像データとを領域画像データに基づいて検査閾値（検査感度）を変更して所定のアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。

ここで、定常的に領域画像データに基づいて検査閾値（検査感度）を変更しながら測定データを設計画像データと比較してもよいし、図２に示すように、設計画像データとの比較で検出した欠陥部分（ＮＧ）が生じた場合に領域画像データに基づいて判定条件となる検査閾値（検査感度）を変更して再度測定データと設計画像データとの比較をするというのも比較処理にかかる時間を考慮するとより好適である。言い換えれば、比較回路１０８において、光学画像データとなる測定データと設計画像データとの比較を行なった結果、差異が所定の閾値を超えた場合に、領域画像データに基づいて検査閾値（検査感度）を変更して再度測定データと設計画像データとの比較を行なうとより良い。

以上のように構成することで、比較回路１０８は領域画像データにより比較対象領域の比較判定閾値を変更させながら欠陥判定を行うことになる。よって、欠陥判定を厳しく行わなければならない領域は厳しい判定閾値で検査され、それほど重要ではない領域に対しては不必要に厳しい判定閾値で検査しないようにすることができる。その結果、擬似欠陥を多発させないようにすることができる。

ここで、設計画像データと測定データとを比較検査する場合に、擬似欠陥を生じやすいパターンについて以下に説明する。

図７は、ＯＰＣパターンが配置された設計パターンの一例を示す図である。
図７では、設計パターンとして、基本パターンとして２つの隣接するラインパターンが形成されている。一方の基本パターン（１）は、直線のラインパターンが形成され、他方の基本パターン（２）は、途中で、線幅を変えずに一端外側に膨らんで、また元に戻る軌跡を描いた形状に形成されている。そして、外側に膨らむことで、内側に空間ができ、直線のラインパターンとの間のスペース（距離）が広がった空間部分に直線のラインパターンとの間のスペース（距離）が他の部分と同じになるように基本パターンより細い線幅のアシストパターンとなるＯＰＣパターンが配置されている。

図８は、図７に示すＯＰＣパターンが配置された設計パターンに基づく測定データの形状を示す図である。
図８に示すように、図７に示すＯＰＣパターンが配置された設計パターンにおける図形パターンが、描画装置により試料となるマスクに描画されると図８に示すＯＰＣパターン画像のようにＯＰＣパターンが小さくなってしまう。一方、設計パターンから変換される設計画像データ（参照画像データ）では、ＯＰＣパターンの４隅が丸くなる程度でそれほど小さくはならない。よって、このまま設計パターンから変換される設計画像データと図８に示す測定データとを比較すると欠陥（ＮＧ）と判定されてしまうことがある。

以上のように、かかるＯＰＣパターンは図７に示すようにその試料で主として使われているパターンよりもパターン線幅がかなり狭かったり短かったりする。しかも実際にこの設計パターンから描画されている試料上のパターンは図８に示すように、正確にできていないことも多い。これを他のパターンと同様の比較閾値で検査してしまうと、検査装置はこれを欠陥と認識してしまうことがある。
しかし、このパターンは寸法が正確にできているかどうかはそれほど大きな意味をもたないことが多く、これを欠陥と判定してしまうと試料全面で多くの擬似欠陥を生じさせてしまい、装置の有効利用が困難となってしまう。そこで、以下のような領域を設定する。

図９は、領域画像データにより示される領域を説明するための図である。
図９に示すようなＯＰＣパターン近傍で検査感度を厳しくしなくてもよい領域を示す領域画像データの基となる領域パターンを用意し、領域パターンを領域画像データに変換して比較回路１０８に入力する。その結果、比較回路１０８は、この領域近傍の比較閾値を自動的に緩めることができるので、従来は擬似欠陥となってしまっていたものをそうならないようにすることが可能となる。領域パターンは、位置ずれ誤差を考慮して指定したい部分（ここでは、ＯＰＣパターン部分）より若干大きな寸法の領域とすることが望ましい。例えば、全体に１画素分ずつ大きくした領域にすると良い。

以上のように、領域パターンを用意して、領域パターンから作成される領域画像データを用いて、設計パターンから作成される設計画像データと測定データとを比較することにより擬似欠陥を低減することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＯＰＣパターンの場合について説明したが、擬似欠陥が発生し得るのはこれに限るものではない。他の例として、実施の形態２では、リサイズされたパターンを検査する場合について説明する。装置構成及び試料検査方法の各工程は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
図１０は、設計パターンの一例を示す図である。
図１０では、設計パターンとして、基本パターンとして大小パターンが形成されている。大きいパターンの一辺に隣接してＬ１の距離を隔てて小さいパターンが配置されている。ＯＰＣパターンだけに限らず、試料上には、図１０に示すような大きさの異なるパターンが数多く存在する。試料を製造するプロセスにもよるが比較的小さいパターンは試料上に描画することにより小さくなってしまうことがよくある。そこで、小さいパターンにリサイズ量を合わせこむと大きいパターンでのずれが無視できなくなったりする。

図１１は、図１０の小さいパターンにリサイズ量を合わせこんだ場合の測定データの一例を示す図である。
図１１に示すように、小さいパターンにリサイズ量を合わせこむと大きいパターンサイズが大きくなり、大きいパターンの一辺に隣接する小さいパターンまでの距離がＬ１よりも小さいＬ２の距離になる場合がある。よって、大きいパターンの位置ずれの仕方によっては、大きいパターンと小さいパターンとが接触してショートしてしまうおそれもあり、大きいパターンのずれが無視できなくなったりする。そのため、大きいパターンと小さいパターンとが隣接する領域での検査閾値は、厳しくすることが求められる。
しかしながら、大きいパターンの周辺のうち、小さいパターンと隣接しない領域では、検査閾値を厳しくすることが求められていない場合が多い。大きいパターン自体には、それほどの精度が求められない場合が多い、寸法が正確にできているかどうかはそれほど大きな意味をもたないことが多い。これを欠陥と判定してしまうと試料全面で多くの擬似欠陥を生じさせてしまい、装置の有効利用が困難となってしまう。
そこで、図１１に示すように、大きいパターン近傍のうち、小さいパターンが隣接しない領域には、その領域であることを示す領域画像データが生成されるように、領域パターンを予め作成して用意しておくことで、その部分の検査閾値を比較回路１０８内で緩くする側に変更することができる。その結果、擬似欠陥を低減することが可能となる。

或いは、大きいパターン近傍のうち、逆に、大きいパターンと小さいパターンとが隣接する領域に、その領域であることを示す領域画像データが生成されるように、領域パターンを予め作成して用意しておくことで、その部分の検査閾値を比較回路１０８内で厳しくする側に変更しても好適である。

実施の形態３．
実施の形態３において、装置構成及び試料検査方法の各工程は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
図１２は、図形パターンを装置入力フォーマットに変換する場合の一例を示す図である。
図１３は、図形パターンを装置入力フォーマットに変換する場合の他の一例を示す図である。
試料検査装置１００に入力される設計パターンは、もともと試料を設計する段階で作られた図形パターンから何らかのデータ変換により装置入力フォーマットに変換されたものを入力するのが一般的である。図１２に示すように変換する際の精度を高くしようとして分割する図形数を多くすればデータ量が大きくなったり、変換時間がかかったりするし、図１３に示すように変換する際の精度を犠牲にして分割する図形数を少なくすると測定データと比較検査する際の参照画像データの精度劣化による擬似欠陥を発生させてしまう危険性がある。
そこで、被検査試料が要求する精度に近いもので運用することになるのだが、やはり局部的に精度不足となり、擬似欠陥となってしまう場合も生じ得る。例えば、斜めのパターンも従来４５度のものが主流であったが、それ以外の角度のものを使う試料も出てきている。このようなパターンは上述の設計パターンにおける誤差を生みやすい。

実施の形態３では、局部的に精度不足となり、擬似欠陥となってしまう領域、例えば、図１３に示すように、斜めのパターンが生じる領域について、斜めのパターンの理想的なライン近傍に、その領域であることを示す領域画像データが生成されるように、領域データを予め作成して用意しておくことで、その部分の検査閾値を比較回路１０８内で緩くする側に変更しても好適である。その結果、誤差を生みやすいこの部分にも領域データを利用して感度情報を操作することができるため、擬似欠陥を減らし、装置の有効利用が可能となる。

実施の形態４．
実施の形態４において、装置構成及び試料検査方法の各工程は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
領域パターンは被検査領域全面に対して存在していることが望ましいが、検査感度を一定にしておきたい領域に対してむやみに領域パターンを展開処理して領域画像データに変換するのは装置の利用効率が良いとは言えない。そこで、上述した実施の形態１におけるＯＰＣパターンが多く存在する領域に対して領域パターンを展開処理して領域画像データに変換するというのもの実用的である。

また、上述した各実施の形態において、領域パターンは、通常パターン領域に対してより厳しい検査閾値で検査すべき領域に対してのパターンデータであるか、より緩い検査閾値で検査すべき領域に対してのパターンデータであるかはどちらでもかまわない。

実施の形態５．
実施の形態５において、装置構成及び試料検査方法の各工程は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
これまで上述した各実施の形態では、本来の設計パターンから変換される設計画像データと領域パターンから変換される領域画像データとの２種類の設計データを取り扱ってきたが、検査感度を複数の種類で切り替えたい場合などには、第３の設計データとなる第２の領域パターンやそれ以上の種類の領域パターンから変換される第２以降の領域画像データをも使って検査することも十分に考えられ、また好適である。その場合、比較回路１０８では、複数の領域画像データをそれぞれ検索することで、比較検査する画素について検査閾値を変更するかどうかの情報源となる領域画像データが存在するかどうかを判断することができる。また、装置構成としては、図１において、第２以降の領域画像データを生成する分だけ、展開回路１４０及び参照回路１４２をさらに増設すればよい。

また、検査感度を複数の種類で切り替えたい場合などには、段階的に切り替えていくと設定値変更に対する処理時間を短縮することができ、なお好適である。

ここで、比較検査する画素について、比較回路１０８が、複数の領域画像データをそれぞれ検索する場合より処理時間を短縮することができる手法を以下に説明する。
図１４は、第１の領域パターンの一例を示す図である。
図１５は、第２の領域パターンの一例を示す図である。
図１６は、領域画像データの一例を示す図である。
設計パターンデータとして、基本パターン（１）と基本パターン（２）とが配置されている場合に、図１４では第１の領域パターンとして、基本パターン（１）近傍の領域をある検査閾値で検査すべく設定され、図１５では第２の領域パターンとして、基本パターン（２）近傍の領域を別のある検査閾値で検査すべく設定されている。このような場合、展開回路１４０で各画素ごとにビット展開する場合に、図１６に示すように、領域画像データは、各画素ごとにｎビットの画素データ（ここでは、一例として８ビットデータ）として示され、第１の領域パターンに示す領域の画素においては、１ビット目に「１」が立つように、第２の領域パターンに示す領域の画素においては、２ビット目に「１」が立つように、変換するように構成する。このように構成することで、複数の領域パターンを利用する場合でも、複数の領域画像データを持たずに１つの領域画像データに纏めることができる。その結果、比較回路１０８が、１つの領域画像データを検索することで、比較検査する画素について複数の検査閾値のうち、どの閾値に変更するのかを判断することができる。

ただこれを扱う際に装置が肥大化してしまったり検査時間が制約を受けたりすることも考慮するとより好ましい。

実施の形態６．
実施の形態６において、装置構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。また、試料検査方法の各工程は、以下に説明する箇所を除いて実施の形態１と同様であるため、同様な箇所の説明を省略する。
領域画像データの生成過程であるが、常に領域画像データを生成して比較回路１０８に入力しておくと検査時間の安定化を図ることができるが、試料全面に渡り、領域画像データが必要であることはまれである。そこで、装置の肥大化を防ぐため、図２のフローチャート図において、設計パターンとの比較で欠陥候補が出現した部分に対して、領域画像データを生成するというのも実用的である。言い換えれば、領域画像データは、Ｓ２１８の比較工程（１）において比較回路１０８にて、測定データと設計画像データとの比較を行なった結果、差異が所定の閾値を超えた場合に生成されるようにしても好適である。そして、Ｓ２２８の比較工程（２）において比較回路１０８にて、領域画像データに示す閾値に変更して、測定データと設計画像データとの比較を再度行なえばよい。

以上のように、領域画像データを欠陥候補が出現した部分に対して生成することで、処理時間の短縮を図りながらこれまで擬似欠陥となっていたものを低減させることが可能となり、検査のやり直しを防ぐなど装置の有効利用が可能になる。

実施の形態７．
実施の形態７において、装置構成及び試料検査方法の各工程は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
通常、設計画像データにおける１画素の大きさは測定データの１画素の大きさにあわせることが多いが、領域画像データの１画素の大きさも設計画像データの１画素の大きさに合わせるのが基本となる。ただし、検査閾値を変更する領域の大きさがある程度以上であることが分かっている場合などには、設計画像データにおける１画素の大きさと領域画像データの１画素の大きさとを一致させずに、領域画像データの１画素の大きさを設計画像データにおける１画素の大きさより大きくすることも好適である。

図１７は、設計画像データにおける画素領域の一例を示す図である。
図１８は、領域画像データにおける画素領域の一例を示す図である。
設計画像データにおける画素領域が図１７のような所定の量子化寸法を単位とするマス目に測定データと同様に仮想分割されている場合に、領域画像データにおける画素領域が図１８に示すような設計画像データにおける量子化寸法より大きな寸法を単位とするマス目に仮想分割する。そして、設計画像データは、かかる寸法を単位とするマス目の占有率データとして生成され、領域画像データは、その寸法より大きな寸法を単位とするマス目の占有率データとして生成される。例えば、図１８では、設計画像データ（測定データ）の２×２画素分を領域画像データの１画素の大きさにする等の処置を施すことにより、被検査領域における領域画像データの画素数を減らすことができる。よって、領域パターンのデータ量も小さくすることができ、領域画像データへの変換する場合の処理時間を短縮することができ、実用的である。

以上のように、設計パターンの情報と同一フォーマットに作成された、被検査試料の所定の領域を示す領域パターンの情報から変換される領域画像データを使うことでこれまで擬似欠陥となっていたものを低減させることが可能となり、検査のやり直しを防ぐなど装置の有効利用が可能になる。

図１９は、別の光学画像取得手法を説明するための図である。
図１の構成では、スキャン幅Ｗの画素数（例えば２０４８画素）を同時に入射するフォトダイオードアレイ１０５を用いているが、これに限るものではなく、図２４に示すように、ＸＹθテーブル１０２をＸ方向に定速度で送りながら、レーザ干渉計で一定ピッチの移動を検出した毎にＹ方向に図示していないレーザスキャン光学装置でレーザビームをＹ方向に走査し、透過光を検出して所定の大きさのエリア毎に二次元画像を取得する手法を用いても構わない。

以上の説明において、「〜回路」或いは「〜工程」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、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る。例えば、演算制御部を構成するテーブル制御回路１１４、展開回路１１１、展開回路１４０、参照回路１１２、参照回路１４２、比較回路１０８等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、各実施の形態では、透過光を用いているが、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いてもよい。また、各実施の形態では、領域パターンの展開用に設計パターンの展開用の展開回路１１１及び参照回路１１２とは別系統の領域画像データ生成部の一例となる展開回路１４０及び参照回路１４２を備えているが、これに限るものではなく、検査時間を延ばしても構わなければ設計パターンの展開用の展開回路１１１及び参照回路１１２を流用しても構わない。すなわち、領域画像データは、設計画像データを生成する設計画像データ生成部の一例となる展開回路１１１及び参照回路１１２を流用して生成されても構わない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法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試料検査装置或いは試料検査方法は、本発明の範囲に包含される。

実施の形態１における試料検査装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１における試料検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。 光学画像の取得手順を説明するための図である。 展開回路の構成の一例を示す図である。 フィルタ処理を説明するための図である。 試料検査方法における要部工程のフローチャートに従った回路構成のブロック図である。 ＯＰＣパターンが配置された設計パターンデータの一例を示す図である。 図７に示すＯＰＣパターンが配置された設計パターンに基づく測定データの形状を示す図である。 領域画像データにより示される領域を説明するための図である。 設計パターンの一例を示す図である。 図１０の小さいパターンにリサイズ量を合わせこんだ場合の測定データの一例を示す図である。 図形パターンを装置入力フォーマットに変換する場合の一例を示す図である。 図形パターンを装置入力フォーマットに変換する場合の他の一例を示す図である。 第１の領域パターンの一例を示す図である。 第２の領域パターンの一例を示す図である。 領域画像データの一例を示す図である。 設計画像データにおける画素領域の一例を示す図である。 領域画像データにおける画素領域の一例を示す図である。 別の光学画像取得手法を説明するための図である。

符号の説明

１００ 試料検査装置
１０１ フォトマスク
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４ 拡大光学系
１０５ フォトダイオードアレイ
１０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１１，１４０ 展開回路
１１２，１４２ 参照回路
１１５ 磁気テープ装置
１５０ 光学画像取得部

Claims (11)

1. パターン形成された被検査試料の光学画像データを取得する光学画像取得部と、
   前記被検査試料のパターン形成の基となる設計パターン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、
   所定の領域を示す、前記設計パターンの情報と同一フォーマットに作成された領域パターンの情報に基づいて生成される、領域画像データを入力し、前記領域画像データに基づいて前記光学画像データと前記設計画像データとの比較を行なう比較部と、
   を備え、
   前記設計パターンに含まれる図形データと前記領域パターンに含まれる領域を示すデータは、共に、フォーマットとして、図形の座標と図形の辺の長さと図形種を区別する識別子とを含むことを特徴とする試料検査装置。
2. 前記比較部において、前記領域画像データを用いずに前記光学画像データと前記設計画像データとの比較を行なった結果、差異が所定の閾値を超えた場合に、前記領域画像データに基づいて、前記設計画像データと前記光学画像データとの比較を再度行なうことを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
3. 前記比較部において、前記領域画像データに基づいて判定条件を変更することを特徴とする請求項１又は２記載の試料検査装置。
4. 前記比較部において、前記領域画像データが示す領域を比較する場合に、検査閾値を厳しくすることを特徴とする請求項１記載の試料検査装置。
5. 前記比較部において、前記領域画像データが示す領域を比較する場合に、検査閾値を緩くすることを特徴とする請求項１又は２記載の試料検査装置。
6. 前記試料検査装置は、さらに、前記領域画像データを生成する領域画像データ生成部を備えたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の試料検査装置。
7. 前記領域画像データは、前記設計画像データ生成部を流用して生成されることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の試料検査装置。
8. 前記領域画像データは、前記比較部において、前記光学画像データと前記設計画像データとの比較を行なった結果、差異が所定の閾値を超えた場合に生成されることを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の試料検査装置。
9. 前記設計画像データは、所定の寸法を単位とするマス目の占有率データとして生成され、
   前記領域画像データは、前記所定の寸法より大きな寸法を単位とするマス目の占有率データとして生成されることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の試料検査装置。
10. パターン形成された被検査試料の光学画像データを取得する光学画像取得工程と、
    前記被検査試料のパターン形成の基となる設計パターン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工程と、
    前記被検査試料の所定の領域を示し、前記設計パターンの情報と同一フォーマットに作成された領域パターンの情報に基づいて、領域画像データを生成する領域画像データ生成工程と、
    前記領域画像データを用いて前記設計画像データと前記光学画像データとの比較を行なう比較工程と、
    を備え、
    前記設計パターンに含まれる図形データと前記領域パターンに含まれる領域を示すデータは、共に、フォーマットとして、図形の座標と図形の辺の長さと図形種を区別する識別子とを含むことを特徴とする試料検査方法。
11. パターン形成された被検査試料における前記パターン形成の基となる設計パターンの情報と、前記被検査試料の所定の領域を示し、前記設計パターンの情報と同一フォーマットに作成された領域パターンの情報とを記憶装置に記憶する記憶処理と、
    前記記憶装置に記憶された設計パターンの情報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処理と、
    前記記憶装置に記憶された前記領域パターンに基づいて領域画像データを生成する領域画像データ生成処理と、
    前記被検査試料の光学画像データを入力し、前記領域画像データを用いて前記設計画像データと前記光学画像データとの比較を行なう比較処理と、
    をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記設計パターンに含まれる図形データと前記領域パターンに含まれる領域を示すデータは、共に、フォーマットとして、図形の座標と図形の辺の長さと図形種を区別する識別子とを含むことを特徴とするプログラム。

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