JP7440354B2

JP7440354B2 - パターン検査装置及びパターン検査方法

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Publication number: JP7440354B2
Application number: JP2020110303A
Authority: JP
Inventors: 誠矢部; 貴文井上
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2040-06-26
Also published as: CN113848215B; JP2022007375A; DE102021204223A1; US11688058B2; CN113848215A; US20210407061A1

Description

本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法に関する。例えば、半導体製造に用いる露光用マスク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。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。

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、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。

検査手法としては、例えば、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「ｄｉｅｔｏｄｉｅ（ダイ－ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計データ）を検査装置に入力して、これをベースに参照画像を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅｔｏｄａｔａｂａｓｅ（ダイ－データベース）検査」がある。

上述した比較処理を複数の処理回路により並列的に実施することで検査時間の短縮化を図ることができる。

検査の結果、欠陥が多発した場合、被検査マスク自体に問題があるケースと、検査装置が故障しているケースとが挙げられる。例えば休日や夜間に欠陥が多発した場合、検査装置の長期ダウンを回避すべく、装置メーカーには緊急の対応が求められることになる。そのため、欠陥が多発した場合に、装置自体でその原因を診断し、検査装置が故障しているケースであっても長期ダウンを回避する手法が求められる。

ここで、検査装置の故障診断ではないが、基板に対して、通常条件、安全条件、加速条件の３条件で描画を行う。そして、安全条件で描画した領域と加速条件で描画した領域の領域間で欠陥数に差がある欠陥については、電子ビーム描画装置に起因するものと推測するといった手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、かかる手法は検査装置が正常に稼働していることが前提であり、検査装置の故障には対応することが困難である。

特開２０１１－１２９６２４号公報

そこで、本発明の一態様は、欠陥が多発する場合に、検査装置が故障しているケースであっても長期ダウンを回避可能な検査装置及び方法を提供する。

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被検査基板の複数の領域の光学画像を取得する光学画像取得機構と、
光学画像と光学画像に対応する参照画像とを比較する比較処理を行う複数の比較回路と、
複数の比較回路での比較結果に基づいて、複数の領域の中から検査異常の領域の有無を判定する異常判定部と、
複数の領域のうち他とは異なり検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路の故障の有無を診断する故障診断回路と、
複数の比較回路のうち、故障と診断されていない比較回路に比較処理を行う領域を割り当てると共に、故障と診断された比較回路を領域の割り当て対象から除外する割当処理部と、
を備えたことを特徴とする。

また、故障診断回路は、検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路を故障候補として、故障候補を含む２以上の比較回路に、検査異常と判定された領域の比較処理を並列的に行わせ、２以上の比較回路での比較結果に基づいて、故障候補となった比較回路の故障の有無を診断すると好適である。

或いは、故障診断回路は、検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路を故障候補として、故障候補に検査異常と判定された領域が再度割り当てられることが無いように、割り当て先をずらして、検査異常と判定された領域を含む複数の領域のそれぞれ１つを複数の比較回路に割り当て直し、複数の比較回路での比較結果に基づいて、故障候補となった比較回路の故障の有無を診断するように構成しても好適である。

或いは、故障診断回路は、検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路を故障と診断するように構成しても好適である。

本発明の一態様のパターン検査方法は、
パターンが形成された被検査基板の複数の領域の光学画像を取得する工程と、
複数の比較回路を用いて、光学画像と光学画像に対応する参照画像とを比較する比較処理を行い、結果を出力する工程と、
複数の比較回路での比較結果に基づいて、複数の領域の中から検査異常の領域の有無を判定する工程と、
複数の領域のうち他とは異なり検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路の故障の有無を診断する工程と、
複数の比較回路のうち、故障と診断された比較回路を領域の割り当て対象から除外し、故障と診断されていない比較回路に、比較処理がまだ実施されていない領域を割り当てる工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、欠陥が多発する場合に、検査装置が故障しているケースであっても長期ダウンを回避できる。よって、例えば休日や夜間における緊急対応を低減できる。

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を示すフローチャート図である。実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。実施の形態１における割当処理回路の内部構成の一例を示す図である。実施の形態１における領域割当の一例を示す図である。実施の形態１における各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における検査異常判定回路の内部構成の一例を示す図である。実施の形態１における故障診断の手法を説明するための図である。実施の形態１における故障診断後の割当処理の一例を示す図である。実施の形態２における故障診断の手法を説明するための図である。各実施の形態の変形例における各比較回路の内部構成の一例を示す図である。各実施の形態の変形例における故障診断の手法を説明するための図である。各実施の形態の変形例における故障診断後の割当処理の一例を示す図である。

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、例えばマスク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、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、ＴＤＩ（時間遅延積分）センサ１０５、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、レーザ測長システム１２２、及びオートローダ１３０を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、オートローダ１３０から搬送された基板１０１が配置されている。基板１０１として、例えば、ウェハ等の半導体基板にパターンを転写する露光用のフォトマスクが含まれる。また、このフォトマスクには、検査対象となる複数の図形パターンが形成されている。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、複数の比較回路１０８（ａ，ｂ，ｃ，・・・）、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、検査異常判定回路１３２、故障診断回路１３４、割当処理回路１３６、磁気ディスク装置１０９、メモリ１１１、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、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、複数の比較回路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。また、参照画像作成回路１１２は、複数の比較回路１０８に接続される。また、バス１２０は、例えば、１０Ｇｂｉｔ－イーサネットのケーブルが用いられる。

なお、位置回路１０７、複数の比較回路１０８（ａ，ｂ，ｃ，・・・）、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、検査異常判定回路１３２、故障診断回路１３４、及び割当処理回路１３６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。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、複数の比較回路１０８（ａ，ｂ，ｃ，・・・）、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、検査異常判定回路１３２、故障診断回路１３４、及び割当処理回路１３６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。位置回路１０７、複数の比較回路１０８（ａ，ｂ，ｃ，・・・）、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、検査異常判定回路１３２、故障診断回路１３４、及び割当処理回路１３６に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度各回路内の図示しないメモリ若しくはメモリ１１１に記憶される。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、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、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、ＸＹθテーブル１０２、照明光学系１７０、拡大光学系１０４、ＴＤＩセンサ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。また、オートローダ１３０からＸＹθテーブル１０２への基板１０１の搬送、及びＸＹθテーブル１０２からオートローダ１３０への基板１０１の搬送処理は、オートローダ制御回路１１３によって制御される。

被検査基板１０１のパターン形成の基となる描画データ（設計データ）が検査装置１００の外部から入力され、磁気ディスク装置１０９に格納される。描画データには、複数の図形パターンが定義され、各図形パターンは、通常、複数の要素図形の組合せにより構成される。なお、１つの図形で構成される図形パターンがあっても構わない。被検査基板１０１上には、かかる描画データに定義された各図形パターンに基づいて、それぞれ対応するパターンが形成されている。

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、ＴＤＩセンサ１０５のスキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプ２０に仮想的に分割される。そして、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（検査光）を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（Ｘ方向）に向かって当該検査ストライプ２０内に配置される図形パターンの画像を撮像する。なお、画像の取りこぼしを防ぐために、複数の検査ストライプ２０は、隣接する検査ストライプ２０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設定されると好適である。

ＸＹθテーブル１０２の移動によってＴＤＩセンサ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。ＴＤＩセンサ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、ＴＤＩセンサ１０５は、ＴＤＩセンサ１０５の積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された基板１０１面上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、実際の検査にあたって、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、矩形の複数のフレーム領域３０の画像に分割される。そして、フレーム領域３０の画像毎に検査を行っていく。例えば、５１２×５１２画素のサイズに分割される。よって、フレーム領域３０のフレーム画像３１と比較される参照画像も同様にフレーム領域３０毎に作成されることになる。

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。

図３は、実施の形態１における検査方法の要部工程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、スキャン工程（Ｓ１０２）と、参照画像作成工程（Ｓ１０４）と、領域割当工程（Ｓ１０６）と、並列実施される複数の比較処理工程（Ｓ１１０）と、検査異常判定工程（Ｓ１２０）と、故障診断工程（Ｓ１２２）と、比較回路除外処理工程（Ｓ１４０）と、いう一連の工程を実施する。

スキャン工程（Ｓ１０２）として、光学画像取得機構１５０は、パターンが形成された被検査基板の複数の領域の光学画像を取得する。そのために、まず、光学画像取得機構１５０は、検査ストライプ２０上をレーザ光（検査光）でスキャンして、検査ストライプ２０毎に、ＴＤＩセンサ１０５によりストライプ領域画像を撮像する。具体的には、以下のように動作する。対象となる検査ストライプ２０が撮像可能な位置にＸＹθテーブル１０２を移動させる。基板１０１に形成されたパターンには、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を介して照射される。基板１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、ＴＤＩセンサ１０５（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。

ＴＤＩセンサ１０５上に結像されたパターンの像は、ＴＤＩセンサ１０５の各フォトダイオード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。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、ＴＤＩセンサ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。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。

参照画像作成工程（Ｓ１０４）として、参照画像作成回路１１２は、図形パターンデータ（設計データ）を用いて、リファレンスとなる参照画像を作成する。具体的には、以下のように動作する。参照画像作成回路１１２は、対象となる検査ストライプ２０の各フレーム領域３０について、図形パターンデータ（設計データ）を入力し、図形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。

図形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。

次に、参照画像作成回路１１２は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに、フィルタ関数を使ってフィルタ処理を施す。

図４は、実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。基板１０１から撮像される光学画像の画素データは、撮像に使用される光学系の解像特性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、例えば、図４に示すように、画像強度（濃淡値）がデジタル値の展開画像（設計画像）とは異なっている。一方、輪郭線データから変換される図形パターンデータでは、上述したように、図形コード等により定義されるので、展開された設計画像では、画像強度（濃淡値）がデジタル値になる場合があり得る。そのため、参照画像作成回路１１２は、展開画像に画像加工（フィルタ処理）を施して光学画像に近づけた参照画像を作成する。これにより、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を測定データ（光学画像）の像生成特性に合わせることができる。

図５は、実施の形態１における割当処理回路の内部構成の一例を示す図である。図５において、割当処理回路１３６内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５７、割当処理部５６、及び故障判定部５８が配置される。割当処理部５６、及び故障判定部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、各部は、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。割当処理部５６、及び故障判定部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割当処理回路１３６内の図示しないメモリ若しくはメモリ１１１に記憶される。

領域割当工程（Ｓ１０６）として、割当処理部５６は、複数の比較回路１０８のうち、故障と診断されていない比較回路１０８に比較処理を行う検査ストライプ２０（領域）を割り当てる。

図６は、実施の形態１における領域割当の一例を示す図である。図６の例では、１０個の比較回路１０８が検査装置１００に搭載されている場合を示している。図６において、各比較回路１０８に、例えば１つずつ検査ストライプ２０を割り当てる。例えば、比較回路１に検査ストライプ１を割り当てる。比較回路２に検査ストライプ２を割り当てる。比較回路３に検査ストライプ３を割り当てる。以降、同様に、比較回路４～１０に検査ストライプ４～１０を割り当てる。

制御計算機１１０による制御のもと、スキャン工程で取得されたストライプ領域画像（ストライプデータ）は、順次、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ストライプ領域画像を取得した検査ストライプ２０が割り当てられた比較回路１０８に送られる。スキャン工程は検査ストライプ２０毎に実施されるので、１つの検査ストライプ２０分のスキャンが実施される毎に、当該検査ストライプ２０のストライプ領域画像が、当該検査ストライプ２０が割り当てられた比較回路１０８に送られる。同様に、作成された各フレーム領域３０の参照画像のデータは、順次、当該フレーム領域が位置する検査ストライプ２０が割り当てられた比較回路１０８に送られる。例えば、１つの検査ストライプ２０分の参照画像が作成される毎に、当該検査ストライプ２０内の参照画像のデータが、当該検査ストライプ２０が割り当てられた比較回路１０８に送られる。

複数の比較処理工程（Ｓ１１０）として、複数の比較回路１０８は、複数の検査ストライプ２０（領域）のうち他とは異なる１つ以上の検査ストライプ２０について、光学画像と光学画像に対応する参照画像とを比較する比較処理を行う。

図７は、実施の形態１における各比較回路の内部構成の一例を示す図である。図７において、各比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置７０，７１，７２，７６、フレーム画像作成部７４、位置合わせ部７８、及び比較処理部７９が配置されている。フレーム画像作成部７４、位置合わせ部７８、及び比較処理部７９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「～部」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７４、位置合わせ部７８、及び比較処理部７９に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度比較回路１０８内の図示しないメモリ若しくはメモリ１１１に記憶される。

各比較回路１０８に入力されたストライプデータ（ストライプ領域画像）は、担当する比較回路１０８内の記憶装置７０に格納される。各比較回路１０８に入力された参照画像データは、担当する比較回路１０８内の記憶装置７２に格納される。

各比較回路１０８では、まず、フレーム画像作成部７４は、所定の幅でストライプ領域画像（光学画像）が分割された複数のフレーム画像３１を生成する。具体的には、図２に示すように、ストライプ領域画像は、矩形の複数のフレーム領域３０のフレーム画像に分割される。例えば、５１２×５１２画素のサイズに分割される。各フレーム領域３０のデータは、記憶装置７６に格納される。

次に、位置合わせ部７８は、フレーム領域３０毎に、対応するフレーム画像３１と、対応する参照画像とを記憶装置７２，７６から読み出し、所定のアルゴリズムでフレーム画像３１と、対応する参照画像との位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。

そして、比較処理部７９（比較部）は、フレーム画像３１と、当該フレーム画像３１に対応する参照画像とを比較する。例えば画素毎に比較する。ここでは、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。判定条件としては、例えば、所定のアルゴリズムに従って画素毎に両者を比較し、欠陥の有無を判定する。例えば、画素毎に両画像の画素値の差分値を演算し、差分値が閾値Ｔｈより大きい場合を欠陥と判定する。そして、比較結果が記憶装置７１に出力される。また、比較結果は、例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９から出力されればよい。

上述した例では、ダイ－データベース検査の場合を説明したが、ダイ－ダイ検査であっても構わない。かかる場合、比較回路１０８は、複数のフレーム領域３０のうち、ダイ－ダイ検査を行うフレーム領域同士については、フレーム領域同士の一方の領域について取得されたダイ２のフレーム画像（光学画像）をリファレンス（参照画像）として用いる。まず、位置合わせ部７８は、ダイ－ダイ検査を行うフレーム領域３０毎に、対応するダイ１のフレーム画像３１と、ダイ２のフレーム画像とを記憶装置７６から読み出し、所定のアルゴリズムでダイ１のフレーム画像３１とダイ２のフレーム画像との位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。そして、比較処理部７９（比較部）は、ダイ－ダイ検査を行うフレーム領域３０毎に、対応するダイ１のフレーム画像３１と、ダイ２のフレーム画像とを画素毎に比較する。

複数の比較回路１０８は、割り当てられた検査ストライプ２０のストライプ画像と参照画像の入力が完了した時点で、それぞれ比較処理を開始する。よって、複数の比較回路１０８のうち、２以上の比較回路にて並列に比較処理が行われる場合がある。

検査異常判定工程（Ｓ１２０）として、検査異常判定回路１３２（異常判定部）は、複数の比較回路１０８での比較結果に基づいて、複数の検査ストライプ２０の中から検査異常の検査ストライプ２０の有無を判定する。

図８は、実施の形態１における検査異常判定回路の内部構成の一例を示す図である。図８において、検査異常判定回路１３２内には、フレーム欠陥数算出部５０、ストライプ欠陥数算出部５２、及び検査異常判定処理部５４が配置される。フレーム欠陥数算出部５０、ストライプ欠陥数算出部５２、及び検査異常判定処理部５４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、各部は、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。フレーム欠陥数算出部５０、ストライプ欠陥数算出部５２、及び検査異常判定処理部５４に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度検査異常判定回路１３２内の図示しないメモリ若しくはメモリ１１１に記憶される。

フレーム欠陥数算出部５０は、検査ストライプ２０毎、かつフレーム領域３０毎に、比較処理の結果を参照して、フレーム単位の欠陥数を算出する。また、ストライプ欠陥数算出部５２は、検査ストライプ２０毎に、フレーム単位の欠陥数を合計して、検査ストライプ単位の欠陥数を算出する。

そして、検査異常判定処理部５４は、検査ストライプ２０毎に、しきい値Ｔｔｈ１以上の欠陥数の欠陥の有無を判定する。また、検査異常判定処理部５４は、検査ストライプ２０毎、かつフレーム領域３０毎に、しきい値Ｔｔｈ２以上の欠陥数となるの欠陥の有無を判定する。これにより、しきい値Ｔｔｈ１以上の欠陥数の欠陥が存在する検査ストライプ２０が、検査異常の検査ストライプ２０として検出されることになる。同様に、しきい値Ｔｔｈ２以上の欠陥数の欠陥が偏って存在するフレーム領域３０が、検査異常のフレーム領域３０として検出されることになる。

検査異常の検査ストライプ２０若しくは検査異常のフレーム領域３０が検出された場合、制御計算機１１０は、直ちに、すべての比較回路１０８での比較処理を中断する。或いは、検査処理を実行中の検査ストライプ２０の検査処理が終了した時点で次の検査ストライプ２０の検査処理を行わずに待機する。

故障診断工程（Ｓ１２２）として、故障診断回路１３４は、検査異常と判定された検査ストライプ２０の比較処理を実施した比較回路１０８の故障の有無を診断する。

図９は、実施の形態１における故障診断の手法を説明するための図である。図９（ａ）の例では、比較回路１で実施した検査ストライプ１にて検査異常が発生した場合を示している。実施の形態１において、故障診断回路１３４は、検査異常と判定された検査ストライプ２０（ここでは、例えば検査ストライプ１）の比較処理を実施した比較回路１０８（ここでは例えば比較回路１）を故障候補として、故障候補を含む２以上の比較回路１０８に、検査異常と判定された検査ストライプ２０の比較処理を並列的に行わせる。図９（ｂ）では、例えば、比較回路１～１０のすべての比較回路１０８に、同じ検査ストライプ１の比較処理を実施させる。但し、これに限るものではない。故障候補を含む２以上の比較回路１０８に同じ検査ストライプ１の比較処理を実施させる場合であっても構わない。ストライプ画像のデータは、すでに取得済のデータを流用すればよい。同様に、参照画像のデータは、作成済のデータを流用すればよい。但し、これに限るものではない。時間はかかるが、再度、スキャンし直しても構わない。同様に、再度、参照画像を作成し直しても構わない。

そして並列に処理を実施した２以上の比較回路での比較結果に基づいて、故障候補となった比較回路（ここでは例えば比較回路１）の故障の有無を診断する。具体的には、故障候補となった比較回路（ここでは例えば比較回路１）での比較処理では検査異常が検出されながら、他の比較回路１０８での比較処理では、検査異常が検出されなかった場合、故障診断回路１３４は、故障候補となった比較回路（ここでは例えば比較回路１）の故障と診断する。なお、故障候補となった比較回路（ここでは例えば比較回路１）での比較処理では検査異常とは判定されない場合でも、他の比較回路１０８での比較処理の結果よりも欠陥数が多い場合、故障候補となった比較回路（ここでは例えば比較回路１）の故障と診断しても構わない。他の比較回路１０８での比較処理でも、検査異常が検出された場合、故障診断回路１３４は、装置故障ではなく、基板１０１自体の欠陥と判定する。故障と判定された比較回路１０８の情報は、割当処理回路１３６に出力される。割当処理回路１３６内に入力された故障と判定された比較回路１０８の情報（例えば識別情報）は、記憶装置５７に格納される。そして、制御計算機１１０は、検査処理を再開するように制御する。

比較回路除外処理工程（Ｓ１４０）として、割当処理部５６は、故障と診断された比較回路１０８（例えば、比較回路１）を検査ストライプ２０の割り当て対象から除外する。そして、割当処理部５６は、複数の比較回路１０８のうち、故障と診断されていない比較回路１０８（例えば、比較回路２～１０）に比較処理を行う検査ストライプ２０を割り当てる。

図１０は、実施の形態１における故障診断後の割当処理の一例を示す図である。図１０の例では、例えば、比較回路１が故障と診断された場合を示している。例えば、検査異常と判定された時点で直ちに検査処理が中断された場合、検査ストライプ１だけではなく、検査ストライプ２～１０についても検査が完了していない。そのため、割当処理部５６は、記憶装置５７に格納された故障した比較回路の識別情報を参照して、比較回路２～１０に検査ストライプ１～９を割り当て直す。

例えば、検査異常と判定された時点で実行中の検査ストライプの検査処理が完了してから待機した場合、検査ストライプ２～１０については検査が完了している。かかる場合、重複して検査する必要はないので、割当処理部５６は、比較回路２に検査ストライプ１を割り当て直し、比較回路３～１０にまだ検査前の検査ストライプ１１～１８を割り当てる。

比較回路２～１０は、以降の割り当てられる各検査ストライプ２０の検査処理を実施する。

以上のように、故障した比較回路１０８を検出して、検査ストライプ２０を割り当てる対象から除外することで、残りの比較回路１０８で検査処理を続行できる。

以上のように、実施の形態１によれば、欠陥が多発する場合に、検査装置１００が故障しているケースであっても長期ダウンを回避できる。よって、例えば休日や夜間における緊急対応を低減できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、検査異常と判定された検査ストライプ２０の比較処理を故障候補の比較回路を含む２以上の比較回路で実施する構成について説明したがこれに限るものではない。実施の形態２では、比較処理を行う領域をずらして比較処理をやり直す構成について説明する。検査装置１００の構成は図１と同様である。また、検査方法のフローチャート図は図３と同様である。実施の形態２において、故障診断工程（Ｓ１２２）以外の各工程の内容は、実施の形態１と同様である。

図１１は、実施の形態２における故障診断の手法を説明するための図である。図１１（ａ）の例では、図９（ａ）と同様、比較回路１で実施した検査ストライプ１にて検査異常が発生した場合を示している。

故障診断工程（Ｓ１２２）として、実施の形態２における故障診断回路１３４は、検査異常と判定された検査ストライプ２０（ここでは、例えば検査ストライプ１）の比較処理を実施した比較回路１０８（ここでは例えば比較回路１）を故障候補として、故障候補に検査異常と判定された検査ストライプ２０（ここでは、例えば検査ストライプ１）が再度割り当てられることが無いように、割り当て先をずらして、検査異常と判定された検査ストライプ２０を含む複数の検査ストライプ２０のそれぞれ１つを複数の比較回路１０８に割り当て直す。そして、複数の比較回路１０８にずらして割り当てられた検査ストライプ２０の比較処理を並列的に行わせる。図１１（ｂ）では、例えば、比較回路１～９に、検査ストライプ２～１０の検査処理を実施させ、比較回路１０に、検査異常と判定された検査ストライプ１の検査処理を実施させる。各検査ストライプ２０のストライプ画像のデータは、すでに取得済のデータを流用すればよい。同様に、参照画像のデータは、作成済のデータを流用すればよい。

そして、複数の比較回路１０８での比較結果に基づいて、故障候補となった比較回路（ここでは例えば比較回路１）の故障の有無を診断する。例えば、比較回路１０で実施した、検査異常と判定された検査ストライプ１の検査処理において検査異常が検出されず、故障候補となった比較回路１で実施した検査ストライプ２の検査処理において、検査異常が検出された場合、故障候補となった比較回路（ここでは例えば比較回路１）の故障と診断する。故障候補となった比較回路１で実施した検査ストライプ２の検査処理において、検査異常が検出されず、比較回路１０で実施した検査ストライプ１の検査処理において検査異常が検出された場合、装置故障ではなく、基板１０１自体の欠陥と判定する。故障と判定された比較回路１０８の情報は、割当処理回路１３６に出力される。

以上のように、故障した比較回路１０８を検出し、その後、実施の形態１と同様、検査ストライプ２０を割り当てる対象から除外することで、残りの比較回路１０８で検査処理を続行できる。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、故障候補となった比較回路について本当に故障かどうかのテストを行った上で故障の有無を診断する構成について説明したが、これに限るものではない。実施の形態３では、本当に故障かどうかのテストを省略する構成について説明する。検査装置１００の構成は図１と同様である。また、検査方法のフローチャート図は図３と同様である。実施の形態３において、故障診断工程（Ｓ１２２）以外の各工程の内容は、実施の形態１と同様である。

故障診断工程（Ｓ１２２）として、実施の形態３における故障診断回路１３４は、検査異常と判定された検査ストライプ２０の比較処理を実施した比較回路を直ちに故障と診断する。故障と判定された比較回路１０８の情報は、割当処理回路１３６に出力される。

以上のように、故障の疑いのある比較回路１０８を故障と診断し、その後、実施の形態１，２と同様、検査ストライプ２０を割り当てる対象から除外することで、残りの比較回路１０８で検査処理を続行できる。実施の形態３では、本当に故障かどうかのテストを行わないので、検査処理の再開までの時間を短縮できる。

ここで、上述した各実施の形態では、比較回路１０８単位で故障の有無を診断する構成について説明したが、これに限るものではない。

図１２は、各実施の形態の変形例における各比較回路の内部構成の一例を示す図である。図１２において、複数の比較回路１０８の各比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置７０，７２，７６、フレーム画像作成部７４、及び複数のサブ比較回路１～１０が配置される。各サブ比較回路１～１０内には、図７に示した、記憶装置７１、位置合わせ部７８、及び比較処理部７９が配置される。

比較回路１０８が割り当てられた検査ストライプ２０内の各フレーム領域３０の検査処理を各サブ比較回路１～１０で分散して並列に処理する。これにより、検査処理時間を短縮できる。

図１３は、各実施の形態の変形例における故障診断の手法を説明するための図である。図１３（ａ）の例では、ｋ番目の検査ストライプ２０の検査処理を比較回路ｋで実施する場合を示している。比較回路ｋ内の複数のサブ比較回路１～１０には、ｋ番目の検査ストライプ２０のフレーム領域１～１０のうちそれぞれ１つが割り当てられる。そして、各サブ比較回路１～１０は、割り当てられたフレーム領域３０の検査処理を実施する。

図１３（ａ）の例では、サブ比較回路１で実施したフレーム領域１にて検査異常が発生した場合を示している。検査異常は、フレーム欠陥数算出部５０にて算出された欠陥数を基に、検査異常判定処理部５４が判定すればよい。

故障診断の手法は、実施の形態１～３のいずれかを比較回路をサブ比較回路と置き換えて流用できる。例えば、実施の形態１を流用する場合を説明する。実施の形態１において、故障診断回路１３４は、検査異常と判定されたフレーム領域３０（ここでは、例えばフレーム１）の比較処理を実施したサブ比較回路１を故障候補として、故障候補を含む２以上のサブ比較回路２～１０に、検査異常と判定されたフレーム領域３０の比較処理を並列的に行わせる。図１３（ｂ）では、例えば、サブ比較回路１～１０のすべてのサブ比較回路１０８に、同じフレーム１の比較処理を実施させる。

そして並列に処理を実施した２以上のサブ比較回路での比較結果に基づいて、故障候補となったサブ比較回路（ここでは例えばサブ比較回路１）の故障の有無を診断する。具体的には、故障候補となったサブ比較回路（ここでは例えばサブ比較回路１）での比較処理では検査異常が検出されながら、他のサブ比較回路での比較処理では、検査異常が検出されなかった場合、故障診断回路１３４は、故障候補となったサブ比較回路（ここでは例えばサブ比較回路１）の故障と診断する。なお、故障候補となったサブ比較回路（ここでは例えばサブ比較回路１）での比較処理では検査異常とは判定されない場合でも、他のサブ比較回路での比較処理の結果よりも欠陥数が多い場合、故障候補となったサブ比較回路（ここでは例えばサブ比較回路１）の故障と診断しても構わない。他のサブ比較回路での比較処理でも、検査異常が検出された場合、故障診断回路１３４は、装置故障ではなく、基板１０１自体の欠陥と判定する。故障と判定されたサブ比較回路の情報は、割当処理回路１３６に出力される。割当処理回路１３６内に入力された故障と判定されたサブ比較回路の情報（例えば識別情報）は、記憶装置５７に格納される。そして、制御計算機１１０は、検査処理を再開するように制御する。

比較回路除外処理工程（Ｓ１４０）として、割当処理部５６は、故障と診断されたサブ比較回路（例えば、サブ比較回路１）をフレーム領域３０の割り当て対象から除外する。そして、割当処理部５６は、複数のサブ比較回路１～１０のうち、故障と診断されていないサブ比較回路（例えば、サブ比較回路２～１０）に比較処理を行うフレーム領域３０を割り当てる。

図１４は、各実施の形態の変形例における故障診断後の割当処理の一例を示す図である。図１４の例では、例えば、サブ比較回路１が故障と診断された場合を示している。例えば、検査異常と判定された時点で直ちに検査処理が中断された場合、フレーム１だけではなく、フレーム２～１０についても検査が完了していない。そのため、割当処理部５６は、記憶装置５７に格納された故障した比較回路の識別情報を参照して、サブ比較回路２～１０にフレーム１～９を割り当て直す。

サブ比較回路２～１０は、以降の割り当てられる各フレーム領域３０の検査処理を実施する。

以上のように、故障したサブ比較回路を検出し、その後、フレーム領域３０を割り当てる対象から除外することで、残りのサブ比較回路で検査処理を続行できる。

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、透過光を用いた透過照明光学系を示したが、これに限るものではない。例えば、反射光を用いた反射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、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及びパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。

２０検査ストライプ
３０フレーム領域
３１フレーム画像
５０フレーム欠陥数算出部
５２ストライプ欠陥数算出部
５４検査異常判定処理部
５６割当処理部
５７記憶装置
５８故障判定部
７０，７１，７２，７６記憶装置
７４フレーム画像生成部
７８位置合わせ部
７９比較処理部
１００検査装置
１０１基板
１０２ＸＹθテーブル
１０３光源
１０４拡大光学系
１０５ＴＤＩセンサ
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メモリ
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
１１５磁気テープ装置
１１６ＦＤ
１１７ＣＲＴ
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
１３０オートローダ
１３２検査異常判定回路
１３４故障診断回路
１３６割当処理回路
１５０光学画像取得機構
１６０制御系回路
１７０照明光学系

Claims

パターンが形成された被検査基板の複数の領域の光学画像を取得する光学画像取得機構と、
前記光学画像と前記光学画像に対応する参照画像とを比較する比較処理を行う複数の比較回路と、
前記複数の比較回路での比較結果に基づいて、前記複数の領域の中から検査異常の領域の有無を判定する異常判定部と、
前記複数の領域のうち他とは異なり検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路の故障の有無を診断する故障診断回路と、
前記複数の比較回路のうち、故障と診断されていない比較回路に比較処理を行う領域を割り当てると共に、故障と診断された比較回路を領域の割り当て対象から除外する割当処理部と、
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
前記故障診断回路は、検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路を故障候補として、前記故障候補を含む２以上の比較回路に、検査異常と判定された領域の比較処理を並列的に行わせ、前記２以上の比較回路での比較結果に基づいて、前記故障候補となった比較回路の故障の有無を診断することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
前記故障診断回路は、検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路を故障候補として、前記故障候補に前記検査異常と判定された領域が再度割り当てられることが無いように、割り当て先をずらして、前記検査異常と判定された領域を含む前記複数の領域のそれぞれ１つを前記複数の比較回路に割り当て直し、前記複数の比較回路での比較結果に基づいて、前記故障候補となった比較回路の故障の有無を診断することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
前記故障診断回路は、検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路を故障と診断することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
パターンが形成された被検査基板の複数の領域の光学画像を取得する工程と、
複数の比較回路を用いて、前記光学画像と前記光学画像に対応する参照画像とを比較する比較処理を行い、結果を出力する工程と、
前記複数の比較回路での比較結果に基づいて、前記複数の領域の中から検査異常の領域の有無を判定する工程と、
前記複数の領域のうち他とは異なり検査異常と判定された領域の比較処理を実施した比較回路の故障の有無を診断する工程と、
前記複数の比較回路のうち、故障と診断された比較回路を領域の割り当て対象から除外し、故障と診断されていない比較回路に、比較処理がまだ実施されていない領域を割り当てる工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。