JP7333277B2 - パターン検査装置の故障診断方法及びパターン検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン検査装置の故障診断方法及びパターン検査装置に関する。例えば、半導体製造に用いる物体のパターン欠陥を検査する装置及び方法に関する。

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。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。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、パターンを転写する原版のパターン欠陥があげられる。例えば、紫外光で解像可能なパターンの欠陥が挙げられる。また、かかる微細化に伴って、例えば数ｎｍ～数十ｎｍといった、紫外光を使った検査装置では解像困難なサイズの非解像パターンを転写する技術の開発が進められている。例えば、微細な凹凸パターンが形成されたテンプレートを試料に押し付けてパターンを転写するナノインプリントリソグラフィ技術の開発が進められている。そのため、原版のパターン欠陥として、解像可能なパターンの欠陥の他、例えば、紫外光で解像困難なパターンの欠陥が挙げられる。

そのため、原版のパターン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、例えば、同一原版上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ－ダイ）検査」手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

検査装置では、検査前に欠陥を含む領域の画像をサンプリングして、欠陥が検出できるように検査閾値を設定することが行われる。しかし、検査前に欠陥を検出することができた場合であっても、検査の途中で装置光学系等の故障が生じた場合に、本来、欠陥として検出されるべきものを取りこぼす事態が発生し得る。よって、欠陥の取りこぼしが生じ得る故障が発生しているかどうかを自己診断する機能が求められる。

特開２０１６－２０６１６９号公報

そこで、本発明の一態様は、欠陥の取りこぼしが生じ得る故障が検査装置に発生しているかどうかを自己診断可能な方法及びかかる方法を実行する機能を搭載した検査装置を提供する。

本発明の一態様のパターン検査装置の故障診断方法は、
パターン検査装置の画像取得機構を用いて、パターンが形成された基板のパターン検査を開始する前に基板の所定の領域の第１の光学画像を取得する工程と、
取得された所定の領域の第１の光学画像のデータを用いて第１の光学画像の複数の画素の第１の値を演算する工程と、
画像取得機構を用いて、基板のパターン検査の途中で、第１の光学画像の領域と同じ基板の上述した所定の領域の第２の光学画像を取得する工程と、
取得された所定の領域の第２の光学画像のデータを用いて、第１の値の演算と同じ演算を行うことにより第２の光学画像の複数の画素の第２の値を演算する工程と、
第１の光学画像の複数の画素の第１の値と第２の光学画像の複数の画素の第２の値との差分が差分閾値の範囲内から外れる画素が存在する場合にパターン検査装置の故障と判定し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、所定の領域として、基板上のパターンが形成される領域のうちの欠陥個所を含む領域が用いられると好適である。

或いは、所定の領域として、基板上のパターンが形成される領域のうちの任意の領域が用いられると好適である。

また、基板の検査領域は、複数のストライプ領域に分割され、
パターン検査は、複数のストライプ領域のストライプ領域毎に実施され、
基板に形成されたパターンの欠陥が検出されなくなったストライプ領域の数が所定数まで達した後で、所定の領域の第２の光学画像が取得されると好適である。

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のパターン検査を開始する前に基板の所定の領域の第１の光学画像を取得すると共に、基板のパターン検査の途中で、第１の光学画像の領域と同じ基板の上述した所定の領域の第２の光学画像を取得する画像取得機構と、
取得された所定の領域の第１の光学画像のデータを用いて第１の光学画像の複数の画素の第１の値を演算すると共に、取得された所定の領域の第２の光学画像のデータを用いて、第１の値の演算と同じ演算を行うことにより第２の光学画像の複数の画素の第２の値を演算する演算処理回路と、
第１の光学画像の複数の画素の第１の値と第２の光学画像の複数の画素の第２の値との差分が差分閾値の範囲内から外れる画素が存在する場合にパターン検査装置の故障と判定する判定処理回路と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、欠陥の取りこぼしが生じ得る故障が検査装置に発生しているかどうかを自己診断できる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。 実施の形態１における検査方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。 実施の形態１における診断回路の内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１におけるサンプリング領域を説明するための図である。 実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１における各画素の反応値の一例を説明するための図である。 実施の形態１における診断のための画像取得を説明するための図である。 実施の形態１の変形例を説明するための図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１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、検査対象基板に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０を備えている。

光学画像取得機構１５０は、光源１０３、照明光学系１７０、ビームスプリッタ１７４、拡大光学系１０４、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、結像光学系１７６、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、及びレーザ測長システム１２２を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、検査対象の試料となる基板１０１が配置される。基板１０１として、例えば、露光用マスクやナノインプリントリソグラフィ用のテンプレートが含まれる。また、このテンプレートには、光源１０３から発生する光の波長では解像できない非解像パターンが形成される。以下、基板１０１として、例えば、非解像パターンが形成されたテンプレートを用いる場合を説明する。基板１０１は、例えば、パターン形成面を下側に向けてＸＹθテーブル１０２に配置される。

制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、診断回路１４０、磁気ディスク装置１０９、ＧＵＩ（グラフィックユーザインタフェース）１１６、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）１１７、パターンモニタ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、センサ回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続され、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、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。ＸＹθテーブル１０２は、ステージの一例となる。

なお、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、及び診断回路１４０といった一連の「～回路」は、処理回路を有する。かかる処理回路には、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。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、及び診断回路１４０といった一連の「～回路」は、制御計算機１１０によって構成され、実行されても良い。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１０９、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。

検査装置１００では、光源１０３、照明光学系１７０、ビームスプリッタ１７４、拡大光学系１０４、結像光学系１７６、フォトダイオードアレイ１０５、及びセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。また、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。ＸＹθテーブル１０２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、ＸＹθテーブル１０２上に配置された基板１０１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。

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部分について記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。

図２は、実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。基板１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図２に示すように、例えば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２０（ストライプ領域）に仮想的に分割される。実施の形態１におけるパターン検査は、検査ストライプ２０毎に実施される。パターン検査では、検査に用いる画像の取得と、取得された画像を使った比較処理とが実施される。そこで、検査装置１００では、検査ストライプ２０毎に画像（ストライプ領域画像）を取得していく。検査ストライプ２０の各々に対して、レーザ光を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（Ｘ方向）に向かって当該ストライプ領域内に配置される図形パターンの画像を撮像する。ＸＹθテーブル１０２の移動によってフォトダイオードアレイ１０５が相対的にＸ方向に連続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２に示されるようなスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。言い換えれば、センサの一例となるフォトダイオードアレイ１０５は、ＸＹθテーブル１０２（ステージ）と相対移動しながら、検査光を用いて基板１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。実施の形態１では、１つの検査ストライプ２０における光学画像を撮像した後、Ｙ方向に次の検査ストライプ２０の位置まで移動して今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。すなわち、往路と復路で逆方向に向かうフォワード（ＦＷＤ）－バックフォワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。

また、各検査ストライプ２０のストライプ領域画像は、図２に示すように、例えば、スキャン幅で長手方向に向かって複数のフレーム画像に分割される。そして、フレーム画像毎に検査を行っていく。各検査ストライプ２０のストライプ領域がかかるフレーム画像のサイズに分割された領域がフレーム領域３０となる。言い換えれば、各検査ストライプ２０のストライプ領域が、図２に示すように、例えば、スキャン幅で長手方向に向かって複数のフレーム領域３０に分割される。例えば、５１２×５１２画素のサイズに分割される。図２の例では、フレーム領域３０の各辺のサイズと検査ストライプ２０の幅（短手方向）サイズが同じサイズの場合を示しているが、これに限るものではない。異なるサイズであっても構わない。例えば、フレーム領域３０の各辺のサイズが検査ストライプ２０の幅（短手方向）サイズの１／２になるように設定しても好適である。

ここで、撮像の方向は、フォワード（ＦＷＤ）－バックフォワード（ＢＷＤ）の繰り返しに限るものではない。一方の方向から撮像してもよい。例えば、ＦＷＤ－ＦＷＤの繰り返しでもよい。或いは、ＢＷＤ－ＢＷＤの繰り返しでもよい。次に、光学画像取得機構１５０による画像の取得動作について具体的に説明する。

基板１０１の検査領域には、適切な光源１０３から、検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が照明光学系１７０によりビームスプリッタ１７４に照射される。照射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１７４で反射して、拡大光学系１０４により基板１０１に照射される。基板１０１から反射した光は拡大光学系１０４及びビームスプリッタ１７４を通過して、結像光学系１７６によりフォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。フォトダイオードアレイ１０５として、例えば、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサを用いると好適である。

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の各受光素子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。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。その後、ストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上における基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。測定データ（画素データ）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（光量）を表現している。

ここで、基板１０１の一例となるテンプレートには、上述したように、光源１０３から発生する光の波長では解像できない非解像パターンが形成される場合がある。かかる場合、得られる画像からは、形成されている図形パターンの形状を識別することが困難である。また、被検査単位となるフレーム領域３０内では、同じパターンが繰り返し形成されている場合が多い。よって、得られる画像内の各画素の階調値は、欠陥が存在しなければ、互いにある範囲内の近い中間階調値になることが想定される。そこで、実施の形態１では、得られた画像内の各画素について、同じ画像内の他の画素の階調値との違いを反応値として求め、かかる反応値を反応閾値と比較することにより、欠陥個所を検出する検査手法を用いる場合を一例として説明する。なお、かかる検査手法では、設計データから作成される参照画像との比較（ダイーデータベース検査）を行わないので、図１の参照画像作成回路１１２は省略しても構わない。

図３は、実施の形態１における検査方法の要部工程の一例を示すフローチャート図である。図３において、実施の形態１における検査方法は、サンプリング領域画像（１）取得工程（Ｓ１０２）と、画像（１）反応値演算工程（Ｓ１０６）と、欠陥未検出ストライプ数閾値設定工程（Ｓ１１２）と、検査処理工程（Ｓ１２０）と、判定工程（Ｓ１３０）と、判定工程（Ｓ１４０）と、サンプリング領域への移動工程（Ｓ１４２）と、サンプリング領域画像（２）取得工程（Ｓ１４４）と、画像（２）反応値演算工程（Ｓ１４６）と、判定工程（Ｓ１４８）と、いう一連の工程を実施する。また、検査処理工程（Ｓ１２０）は、内部工程として、ストライプ画像取得工程（Ｓ１２２）と、フレーム画像作成工程（Ｓ１２４）と、反応値演算工程（Ｓ１２６）と、比較処理工程（Ｓ１２８）と、いう一連の工程を実施する。

サンプリング領域画像（１）取得工程（Ｓ１０２）として、光学画像取得機構１５０（画像取得機構）は、パターンが形成された基板１０１のパターン検査を開始する前に基板１０１のサンプリング領域（所定の領域）の光学画像（第１の光学画像）を取得する。

図４は、実施の形態１における診断回路の内部構成の一例を示す図である。図４において、診断回路１４０内には、磁気ディスク装置等の記憶装置８０、サンプリング領域設定部７２、欠陥未検出ストライプ数閾値設定部８２、判定部８４、画像再取得制御部８６、及び判定部８８が配置される。サンプリング領域設定部７２、欠陥未検出ストライプ数閾値設定部８２、判定部８４、画像再取得制御部８６、及び判定部８８といった一連の「～部」は、処理回路を有する。かかる処理回路には、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。サンプリング領域設定部７２、欠陥未検出ストライプ数閾値設定部８２、判定部８４、画像再取得制御部８６、及び判定部８８に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。

まず、サンプリング領域設定部７２は、基板１０１の検査領域１０の中からサンプリング領域を設定する。

図５は、実施の形態１におけるサンプリング領域を説明するための図である。図５に示すように、サンプリング領域設定部７２は、サンプリング領域１１として、基板１０１上のパターンが形成される検査領域１０のうちの欠陥個所１２を含む領域を設定する。ここでは、あえて、特徴的な反応値を示すと想定される欠陥個所１２を含む領域を用いる場合を示している。但し、これに限るものではない。検査前と検査途中とで同じ画像が得られているかどうかを判定できればよいので、サンプリング領域設定部７２は、サンプリング領域１１として、基板１０１上のパターンが形成される検査領域１０のうちの任意の領域を設定しても構わない。かかる場合、任意の領域なので、欠陥の存在有無は不明となる。サンプリング領域１１として、例えば、フレーム領域３０と同様のサイズに設定すると好適である。但し、これに限るものではない。フレーム領域３０よりも小さいサイズであっても構わない。例えば、フレーム領域３０のｎ（ｎは２以上の整数）分の１のサイズに設定しても構わない。或いはフレーム領域３０よりも大きいサイズであっても構わない。

そして、サンプリング領域１１を撮像可能な位置にＸＹθテーブル１０２を移動させる。そして、光学画像取得機構１５０は、サンプリング領域１１の光学画像（サンプリング領域画像（１））を取得する。光学画像の取得動作は、上述した通りである。ＸＹθテーブル１０２の移動によってフォトダイオードアレイ１０５が相対的にＸ方向に連続移動しながらサンプリング領域１１の光学画像が取得される。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の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、サンプリング領域１１の画素データが格納される。ここで、サンプリング領域１１を含む検査ストライプ２０単位で撮像しても良いし、サンプリング領域１１だけを撮像しても良い。撮像されたサンプリング領域１１の光学画像データは、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上における基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。測定データ（画素データ）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（光量）を表現している。

図６は、実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す図である。図６において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５４，６８、フレーム画像作成部５２、反応値演算部５６、及び比較処理部５８が配置される。フレーム画像作成部５２、反応値演算部５６、及び比較処理部５８といった一連の「～部」は、処理回路を有する。かかる処理回路には、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。フレーム画像作成部５２、反応値演算部５６、及び比較処理部５８に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。

撮像されたサンプリング領域１１の光学画像データは、比較回路１０８内の記憶装置５０に格納される。光学画像データがサンプリング領域１１を含む検査ストライプ２０単位で撮像された場合には、フレーム画像作成部５２がサンプリング領域１１のフレーム画像を作成する。サンプリング領域１１のフレーム画像は記憶装置５４に格納される。サンプリング領域１１の光学画像データがフレーム領域３０サイズ或いはフレーム領域３０よりも小さいサイズで撮像された場合、フレーム画像作成部５２での処理をせずに記憶装置５４に格納される。

画像（１）反応値演算工程（Ｓ１０６）として、反応値演算部５６（演算処理回路）は、取得されたサンプリング領域１１の光学画像のデータを用いてサンプリング領域１１の光学画像の複数の画素の反応値ｔ１（第１の値）を演算する。

図７は、実施の形態１における各画素の反応値の一例を説明するための図である。図７の例では、反応値演算部５６は、例えば、サンプリング領域１１の測定画像内のすべての画素の階調値の平均値を演算する。そして、サンプリング領域１１の測定画像内の画素毎に、対象となる画素３２の階調値と演算された平均値との差分を反応値ｔ１として演算する。図７の例では、サンプリング領域１１となったフレーム領域３０内の測定画像のすべての画素の階調値の平均値が例えば１００である場合であって、対象となる画素３２の階調値が例えば１２０であれば、かかる画素３２の反応値は２０となる。但し、これに限るものではない。例えば、同じ画像内で対象画素３２を含む部分領域３１の複数の画素の階調値の平均値と対象画素３２の階調値との差分値であっても好適である。或いは、同じ画像内で対象画素３２を含むｘ方向或いはｙ方向の画素列３３の複数の画素の階調値の平均値と対象画素３２の階調値との差分値であっても好適である。或いは、これらの平均値の代わりに、その他の統計値（例えば、中央値、或いは最小値等）を用いる場合でも良い。或いは、反応値として、上述した差分値の代わりに、対象画素３２の階調値と例えば平均値との比率であっても良い。或いは、対象画素３２と対象画素３２以外のその他の画素の階調値とを用いたその他のアルゴリズムによって演算された値であっても良い。演算された各画素の反応値は、診断回路１４０に出力され、記憶装置８０に格納される。

上述したように、検査処理工程（Ｓ１２０）（基板のパターン検査）前に欠陥を検出することができた場合であっても、検査の途中で、例えば、光量異常やＸＹθテーブル１０２の走行異常といった、画像を取得する際に使用される光学系や走行系の故障等の装置故障が生じた場合に、得られる画像の精度が劣化して、本来、欠陥として検出されるべきものを取りこぼす事態が発生し得る。よって、欠陥の取りこぼしが生じ得る故障が発生しているかどうかを自己診断する機能が求められる。そこで、実施の形態１では、検査の結果、欠陥が未検出の検査ストライプ２０の数が、所定数まで達した場合に、例えば光学系や走行系の故障等の装置故障が生じたか否かを診断回路１４０で診断する。そのために、まず、故障診断を開始するための欠陥が未検出の検査ストライプ２０の数の閾値を設定する。

欠陥未検出ストライプ数閾値設定工程（Ｓ１１２）として、欠陥未検出ストライプ数閾値設定部８２は、故障診断を開始する欠陥未検出ストライプ数閾値ｍを設定する。欠陥未検出ストライプ数閾値ｍとして、例えば、１０～１００程度の値が好適である。

以上の検査処理前の各工程が実行された後、検査処理工程（Ｓ１２０）を実施する。言い換えれば、基板１０１に形成されたパターンの欠陥の有無の検査が開始される前に、サンプリング領域１１の光学画像が取得される。検査処理工程（Ｓ１２０）では、基板１０１から検査ストライプ２０毎に取得される光学画像を用いて上述したサンプリング領域１１の光学画像における複数の画素の反応値ｔ１の演算と同じ演算を行うことにより得られた反応値（被検査対象値）と、予め設定されている判定閾値ｔｈとを比較することによって、パターンの欠陥の有無を検査する。具体的には以下のように動作する。

ストライプ画像取得工程（Ｓ１２２）として、光学画像取得機構１５０は、検査ストライプ２０毎に、基板１０１から光学画像を取得する。光学画像の取得の仕方は、上述した通りである。取得されたストライプ領域画像のデータ（ストライプデータ）は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上における基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。

比較回路１０８に入力されたストライプデータ（光学画像データ）は記憶装置５０に格納される。また、比較回路１０８に入力された反応閾値ｔｈは記憶装置６６に格納される。

フレーム画像作成工程（Ｓ１２４）として、フレーム画像作成部５２は、ストライプ領域画像からフレーム領域３０毎のフレーム画像を作成する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像を作成する。複数のフレーム画像３０は、隣接するフレーム画像３０同士間が所定のマージン幅でオーバーラップするように作成されると好適である。かかる処理により、複数のフレーム領域３０に応じた複数のフレーム画像３０（光学画像）が取得される。複数のフレーム画像３０は、記憶装置５４に格納される。以上により、検査のために比較される画像（測定された画像）データが生成される。

反応値演算工程（Ｓ１２６）として、反応値演算部５６は、フレーム画像毎に、フレーム画像のデータを用いて複数の画素の反応値ｔを演算する。ここで演算される反応値ｔは、サンプリング領域１１の光学画像における複数の画素の反応値ｔ１の演算と同じ演算を行うことにより求められる。例えば、同じフレーム画像内の画素毎に、対象となる画素の階調値と、同じフレーム画像内の全画素の階調値の平均値との差分を反応値ｔとして演算する。

比較処理工程（Ｓ１２８）として、比較処理部５８は、画素毎に、反応値ｔと反応閾値ｔｈとを比較して、フレーム画像内のパターンの欠陥を検査する。例えば、反応値ｔが反応閾値ｔｈより大きい場合を欠陥と判定する。そして、比較結果（検査結果）が出力される。比較結果は、記憶装置６８に格納されると共に、磁気ディスク装置１０９、或いは／及びパターンモニタ１１８に出力される、或いは／及び外部Ｉ／Ｆ１１７を介して外部に出力される。或いは／及びプリンタ１１９から出力されても構わない。

判定工程（Ｓ１３０）として、制御計算機１１０は、すべての検査ストライプ２０の検査が終了したかどうかを判定する。まだ検査されていない検査ストライプ２０が残っている場合には、検査処理工程（Ｓ１２０）に戻り、まだ検査されていない次の検査ストライプ２０の検査を実施する。すべての検査ストライプ２０の検査が終了した場合には、検査処理を終了する。

かかる複数の検査ストライプ２０の検査処理が行われる間、診断回路１４０では、以下の動作を実施する。

判定工程（Ｓ１４０）として、判定部８４は、複数の検査ストライプ２０の検査処理が行われる間、記憶装置６８に格納された検査結果を参照して、欠陥が未検出の検査ストライプ２０の数が、例えば連続して欠陥未検出ストライプ数閾値ｍまで達したかどうかを判定する。欠陥が未検出の状態が続く場合には、画像を取得する際の装置故障等が発生した可能性があると判定する。欠陥未検出ストライプ数閾値ｍまで達していない場合には、検査処理工程（Ｓ１２０）を続行する。欠陥未検出ストライプ数閾値ｍまで達した場合には、サンプリング領域への移動工程（Ｓ１４２）へと進む。

サンプリング領域への移動工程（Ｓ１４２）として、画像再取得制御部８６の制御のもと、テーブル制御回路１１４は、サンプリング領域１１を撮像可能な位置にＸＹθテーブル１０２を移動させる。

図８は、実施の形態１における診断のための画像取得を説明するための図である。図９に示すように、欠陥未検出ストライプ数閾値ｍに達したと判定された時点で撮像していた検査ストライプ２０があれば、かかる検査ストライプ２０のスキャン動作が終了した時点で、検査前に反応閾値ｔｈを設定するために撮像したサンプリング領域１１に戻ると好適である。故障診断の結果、正常であると判断される場合に、撮像していた検査ストライプ２０の途中でサンプリング領域１１に戻ると、撮像していた検査ストライプ２０のスキャン動作がやり直しになってしまう。そのため、撮像していた検査ストライプ２０のスキャン動作が終了した時点でサンプリング領域１１に戻ることで、スキャンのやり直しを回避できる。

サンプリング領域画像（２）取得工程（Ｓ１４４）として、光学画像取得機構１５０は、一連の検査処理工程（Ｓ１２０）（パターン検査処理）の途中で、検査開始前に行ったサンプリング領域１１の光学画像（第１の光学画像）の領域と同じ基板１０１のサンプリング領域１１の光学画像（第２の光学画像）を取得する。言い換えれば、画像再取得制御部８６の制御のもと、光学画像取得機構１５０は、再度、パターンが形成された基板１０１のサンプリング領域１１の光学画像（第２の光学画像）を取得する。サンプリング領域１１の光学画像（第２の光学画像）は、パターン検査処理の開始後であって基板１０１に形成されたパターンの欠陥が検出されなくなった検査ストライプ２０の数が所定数に達した後で、サンプリング領域１１の光学画像（第２の光学画像）が取得される。光学画像の取得動作は、上述した通りである。ここで、サンプリング領域１１を含む検査ストライプ２０単位で撮像しても良いし、サンプリング領域１１だけを撮像しても良い。撮像されたサンプリング領域１１の光学画像データは、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上における基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。測定データ（画素データ）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（光量）を表現している。

撮像されたサンプリング領域１１の光学画像（第２の光学画像）データは、記憶装置５０に格納される。光学画像データがサンプリング領域１１を含む検査ストライプ２０単位で撮像された場合には、フレーム画像作成部５２がサンプリング領域１１のフレーム画像を作成する。サンプリング領域１１のフレーム画像は記憶装置５４に格納される。サンプリング領域１１の光学画像データがフレーム領域３０サイズ或いはフレーム領域３０よりも小さいサイズで撮像された場合、フレーム画像作成部５２での処理をせずに記憶装置５４に格納される。

画像（２）反応値演算工程（Ｓ１４６）として、反応値演算部５６は、取得されたサンプリング領域１１の光学画像（第２の光学画像）のデータを用いて、画像（１）反応値演算工程（Ｓ１０６）で演算された反応値ｔ１（第１の値）の演算と同じ演算を行うことにより、サンプリング領域１１の光学画像の複数の画素の反応値ｔ２（第２の値）を演算する。

検査処理の途中で光学系等の故障が発生していれば、演算される反応値が異常な値になると想定される。装置故障が生じていない場合には、検査前に取得した画像（１）反応値演算工程（Ｓ１０６）で演算された複数の画素の反応値ｔ１と、検査開始後に同じサンプリング領域１１で取得した画像についての画像（２）反応値演算工程（Ｓ１４６）で演算された複数の画素の反応値ｔ２との差は、誤差範囲に留まるはずである。そこで、以下の判定処理を行う。

判定工程（Ｓ１４８）として、判定部８８（判定処理回路）は、検査前に取得したサンプリング領域１１の光学画像の複数の画素の反応値ｔ１と、画像（２）反応値演算工程（Ｓ１４６）で演算された複数の画素の反応値ｔ２との差分が差分閾値ｔｈ’の範囲内から外れる画素が存在するかどうかを判定する。差分閾値ｔｈ’は予め設定しておけばよい。具体的には、画素毎に、反応値ｔ１と反応値ｔ２との差分の絶対値が差分閾値ｔｈ’よりも大きいかどうかを判定する。そして、判定部８８は、複数の画素の反応値ｔ１と、同じ複数の画素の反応値ｔ２との差分が差分閾値ｔｈ’の範囲内から外れる画素が存在する場合に検査装置１００の故障と判定する。判定結果は、制御計算機１１０に出力される。複数の画素の反応値ｔ１と、同じ複数の画素の反応値ｔ２との差分が差分閾値ｔｈ’ の範囲内から外れる画素が存在しない場合、制御計算機１１０は、スキャン動作が終了した検査ストライプ２０の次の検査ストライプ２０からストライプ画像のスキャン動作を開始させると共に、検査処理を続行する。

複数の画素の反応値ｔ１と、同じ複数の画素の反応値ｔ２との差分が差分閾値ｔｈ’ の範囲内から外れる画素が存在する場合、制御計算機１１０は、装置故障と診断して、検査装置１００を異常停止する。これにより、本来、欠陥として検出されるべきものを取りこぼす、欠陥の取りこぼしを防止できる。装置故障を改善した後、改めて検査を実施すればよい。

以上のように、実施の形態１によれば、欠陥の取りこぼしが生じ得る故障が検査装置に発生しているかどうかを自己診断できる。

ここで、上述した例では、自己の画像内の各画素について、同じ画像内の他の画素の階調値との違いを反応値として求め、かかる反応値を反応閾値ｔｈと比較することにより、欠陥個所を検出する検査手法を用いる場合を説明したが、検査手法はこれに限るものではない。例えば、ダイーダイ検査を実施しても構わない。

図９は、実施の形態１の変形例を説明するための図である。ダイーダイ検査では、同一基板１０１上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像同士を比較する。そこで、ダイ（１）のサンプリング領域１１ａの光学画像と、同一パターンが形成されるダイ（２）のサンプリング領域１１ｂの光学画像とを取得する。そして、画素毎に、ダイ（１）の画像の画素の階調値とダイ（２）の画像の画素の階調値とを用いた所定のアルゴリズムで演算される値を反応値ｔ１として演算する。例えば、画素毎に、ダイ（１）の画像の画素の階調値とダイ（２）の画像の画素の階調値との差分を反応値ｔ１に設定しても好適である。検査処理工程（Ｓ１２０）においても、同様に、ダイ（１）のフレーム画像の画素の階調値と、対応するダイ（２）のフレーム画像の画素の階調値との差分を反応値ｔとして演算し、反応閾値ｔｈと比較しても好適である。故障診断においては、ダイ（１）のサンプリング領域１１ａの光学画像と、同一パターンが形成されるダイ（２）のサンプリング領域１１ｂの光学画像とを再度取得して、画素毎に反応値ｔ２を演算すればよい。その他の内容は、上述した内容と同様で構わない。

その他、検査手法として、例えば、ダイーデータベース検査を実施しても構わない。ダイーデータベース検査では、基板１０１から得られた画像と、基板１０１に形成されたパターンの元になる設計パターンデータから演算された参照画像とを比較する。そこで、基板１０１のサンプリング領域１１の光学画像を取得し、同一領域の参照画像を作成する。そして、画素毎に、光学画像の画素の階調値と参照画像の画素の階調値とを用いた所定のアルゴリズムで演算される値を反応値ｔ１として演算する。検査処理工程（Ｓ１２０）においても、同様に、基板１０１から取得したフレーム画像の画素の階調値と、対応する参照画像の画素の階調値とを用いた所定のアルゴリズムで演算される値を反応値ｔとして演算し、反応閾値ｔｈと比較しても好適である。故障診断においては、サンプリング領域１１の光学画像を再度取得して、参照画像との間で、画素毎に反応値ｔ２を演算すればよい。その他の内容は、上述した内容と同様で構わない。

参照画像は、参照画像作成回路１１２により作成される。参照画像作成回路１１２は、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して描画データ（設計パターンデータ）を読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。

設計パターン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設計パターンデータが参照画像作成回路１１２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２値ないしは多値の設計パターン画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、フレーム領域３０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マス目毎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（設計画像データ）を出力する。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作成する。かかるマス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。また、得られた設計画像に光学特性に合わせた所定のフィルタ処理を行うことで参照画像が作成される。作成された参照画像は、比較回路１０８に出力されればよい。

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、実施の形態では、照明光学系１７０として、反射光を用いた反射照明光学系を示したが、これに限るものではない。例えば、透過光を用いた透過照明光学系であってもよい。或いは、透過照明光学系と反射照明光学系とを組み合わせて、透過光と反射光を同時に用いてもよい。

また、上述した例では、故障診断に用いる反応値ｔ１，ｔ２を、検査処理工程（Ｓ１２０）において比較処理に用いる反応値ｔと同じ演算の仕方で求める場合を説明したが、これに限るものではない。装置故障を診断できればよいので、本来の検査処理工程（Ｓ１２０）において比較処理に用いる反応値ｔを求めるために用いるアルゴリズムとは別のアルゴリズムにより、診断に用いる反応値ｔ１，ｔ２を演算しても良い。

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。例えば、検査装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

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パターン検査装置の故障診断方法及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。

１０ 検査領域
１１ サンプリング領域
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム領域
５０，５４，６８ 記憶装置
５２ フレーム画像作成部
５６ 反応値演算部
５８ 比較処理部
７２ サンプリング領域設定部
８０ 記憶装置
８２ 欠陥未検出ストライプ数閾値設定部
８４ 判定部
８６ 画像再取得制御部
８８ 判定部
１００ 検査装置
１０１ 基板
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
１１２ 参照画像作成回路
１１３ オートローダ制御回路
１１４ テーブル制御回路
１１６ ＧＵＩ
１１７ 外部Ｉ／Ｆ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ ストライプパターンメモリ
１４０ 診断回路
１５０ 光学画像取得機構
１６０ 制御系回路
１７０ 照明光学系
１７４ ビームスプリッタ
１７６ 結像光学系

Claims (5)

1. パターン検査装置の画像取得機構を用いて、パターンが形成された基板のパターン検査を開始する前に前記基板の所定の領域の第１の光学画像を取得する工程と、
   取得された前記所定の領域の第１の光学画像のデータを用いて前記第１の光学画像の複数の画素の第１の値を演算する工程と、
   前記画像取得機構を用いて、前記基板の前記パターン検査の途中で、前記第１の光学画像の領域と同じ前記基板の前記所定の領域の第２の光学画像を取得する工程と、
   取得された前記所定の領域の第２の光学画像のデータを用いて、前記第１の値の演算と同じ演算を行うことにより前記第２の光学画像の複数の画素の第２の値を演算する工程と、
   前記第１の光学画像の前記複数の画素の第１の値と前記第２の光学画像の前記複数の画素の第２の値との差分が差分閾値の範囲内から外れる画素が存在する場合に前記パターン検査装置の故障と判定し、結果を出力する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査装置の故障診断方法。
2. 前記所定の領域として、前記基板上の前記パターンが形成される領域のうちの欠陥個所を含む領域が用いられることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置の故障診断方法。
3. 前記所定の領域として、前記基板上の前記パターンが形成される領域のうちの任意の領域が用いられることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置の故障診断方法。
4. 前記基板の検査領域は、複数のストライプ領域に分割され、
   前記パターン検査は、前記複数のストライプ領域のストライプ領域毎に実施され、
   前記基板に形成されたパターンの欠陥が検出されなくなったストライプ領域の数が所定数まで達した後で、前記所定の領域の第２の光学画像が取得されることを特徴とする請求項１～３いずれかに記載のパターン検査装置の故障診断方法。
5. パターンが形成された基板のパターン検査を開始する前に前記基板の所定の領域の第１の光学画像を取得すると共に、前記基板のパターン検査の途中で、前記第１の光学画像の領域と同じ前記基板の前記所定の領域の第２の光学画像を取得する画像取得機構と、
   取得された前記所定の領域の第１の光学画像のデータを用いて前記第１の光学画像の複数の画素の第１の値を演算すると共に、取得された前記所定の領域の第２の光学画像のデータを用いて、前記第１の値の演算と同じ演算を行うことにより前記第２の光学画像の複数の画素の第２の値を演算する演算処理回路と、
   前記第１の光学画像の前記複数の画素の第１の値と前記第２の光学画像の前記複数の画素の第２の値との差分が差分閾値の範囲内から外れる画素が存在する場合に前記パターン検査装置の故障と判定する判定処理回路と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査装置。

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