KR101495987B1 - 결함 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따르면, 결함 검사 장치는 피검사 시료에 대하여, 광학계의 해상 한계 이하의 반복적인 패턴들을 상이한 광학 조건들 하에서 촬상함으로써 복수의 검사 화상을 얻도록 구성되는 검사 유닛과, 복수의 검사 화상으로부터 각각 엣지 화상을 추출하도록 구성되는 엣지 화상 추출 유닛과, 복수의 엣지 화상을 기초로 상기 패턴의 결함의 존재를 판정하도록 구성되는 결함 판정 유닛을 포함한다.

Description

결함 검사 장치{DEFECT INSPECTION APPARATUS}
본 출원은 2010년 8월 10일자로 출원된 일본 특허 출원 제2012-178052호를 기초로 하여 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 원용된다.
본 명세서에 기재된 실시예는 전체적으로 나노 임프린트용 템플릿(nano-imprinting template) 등의 결함 검사에 이용되는 결함 검사 장치에 관한 것이다.
나노 임프린트용 템플릿의 결함 검사에서는, 템플릿의 패턴이 웨이퍼와 등 배(equal magnification)이며 검사 장치의 광학 분해능(optical resolving power)을 초과하기 때문에, 템플릿의 패턴은 해상되지(resolved) 않는다. 검사 화상에는, 묘화 프로세스(drawing process)에 기인하는 템플릿의 불균일성에 의한 베이스 노이즈(base noise)가 존재한다. 묘화 프로세스에 기인하는 템플릿의 불균일성은, 전자선 묘화, 현상(development) 및 에칭에서 발생하는 라인-엣지 러프니스(line-edge roughness)를 나타낸다.
묘화 프로세스에 기인하는 템플릿의 불균일성은, 검사 장치측에서 볼 때 의사 결함(pseudo-defects)의 개수를 증대시켜, 검출 감도를 저하시키게 된다. 그러나,나노 임프린트 공정에서는, 불균일성은 항상 치명적인 결함으로 발전하는 것은 아니다. 치명적인 결함은 쇼트 결함 또는 오픈 결함으로 분류되는 것으로, 디바이스의 동작에 많은 영향을 줄 수 있다. 따라서, 나노 임프린트용 템플릿의 검사에서는, 베이스 노이즈는 허용하면서 치명적인 결함을 검출하는 것이 요구된다.
현행의 광 리소그래피용의 마스크 결함 검사에서는, 다이 대 다이(die-to-die) 비교 및 다이 대 데이터베이스(die-to-database) 비교 방법이 제공된다. 상기 방법들은 두 개의 다이를 위치 맞춤(align)하고, 불일치 개소를 결함으로 특정하는 것이다. 그러나, 나노 임프린트용 템플릿에서는, 다이들을 서로 비교하는 동작에서는 결함 신호가 작을 뿐만 아니라, 주로 템플릿의 묘화 프로세스에 기인하는 베이스 노이즈의 존재에 의해, 다이 대 다이 비교만으로는 치명적인 결함을 검출하는 것이 곤란하다.
그 밖의 검사 방식으로서는, 결함의 특징을 추출함으로써 결함을 검출하는 특징 추출 방식이 제공된다. 이 방식에서는, 장치 구성을 간단히 하는 것은 가능하지만, 패턴에 따라 이 방식을 적용하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 또한, 또 다른 검사 방식으로서, 많음 파장에 의한 분광 특성에 기초하여 엣지 러프니스를 검출하는 방법, 전자선에 의한 패턴 검사 방법 등이 제공될 수 있다. 그러나, 상기 방법들은 검출 감도 및 검출 시간에서 충분하지 않으므로, 상기 방법을 실제로 나노 임프린트용 템플릿의 검사에 적용하는 것은 곤란하다.
나노 임프린트 기술에서, 결함을 검사하는 것이 주요한 문제점 중 하나이다.
일 실시 형태에 따르면, 결함 검사 장치는 피검사 시료에 대하여, 광학계의 해상 한계(resolution limit) 이하의 반복적인 패턴들을 상이한 광학 조건들 하에서 촬상함으로써, 복수의 검사 화상을 얻도록 구성된 검사 유닛과, 상기 복수의 검사 화상으로부터 엣지 화상을 추출하도록 구성된 엣지 화상 추출 유닛과, 상기 복수의 엣지 화상을 기초로 상기 패턴의 결함의 존재를 판정하도록 구성된 결함 판정 유닛을 포함한다.
도 １은 제1 실시 형태에 따른 결함 검사 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
도 ２는 도 1의 결함 검사 장치에 이용한 검사 기구의 일례를 도시하는 도면이다.
도 ３은 시료 위에 설정된 검사 스트라이프(stripes)를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4a 및 도 4b는 검사 기구에서의 조명 광학계의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 나노 임프린트용 템플릿의 오픈/쇼트 결함과 입력 화상 간의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 6의 (a) 내지 (c)는 나노 임프린트용 템플릿의 결함과 베이스 노이즈의 변동 간의 차이를 도시하는 모식도이다.
도 ７은 제2 실시 형태에 따른 결함 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 8a 내지 도 8c는 제2 실시 형태의 효과를 설명하기 위한 것으로, 베이스 노이즈를 저감하면서 결함 신호를 강조하는 효과를 도시하는 모식도이다.
도 9a 및 도 9b는 제2 실시 형태의 효과를 설명하기 위한 것으로, 필터의 적용 전후에 얻어지는 화상을 도시하는 모식도이다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 결함 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 11a 내지 도 11c는 제3 실시 형태의 효과를 설명하기 위한 것으로, 주변 패턴을 제외하는 효과를 도시하는 모식도이다.
이하, 본 실시 형태의 결함 검사 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 １은 제1 실시 형태에 따른 결함 검사 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
본 실시 형태의 검사 장치는 시료 상의 패턴을 복수의 서로 다른 광학 조건에서 검사하는 검사 유닛(10)과, 검사 유닛(10)에서 얻어진 복수의 검사 화상을 기초로 하여 패턴의 결함의 유무를 판정하는 판정 유닛(20)을 포함한다.
검사 유닛(10)은 광학 조건이 상이한 복수의 검사 기구(11 내지 13)를 포함한다. 검사 기구 자체는 아무런 한정이 되는 것은 아니지만, 일례를 도 ２에 도시한다.
도 ２에서, 시료(31)는 나노 임프린트용의 마스터 템플릿 또는 그 복제이다. 시료(31)는 수평 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하게 설치된 XYθ 테이블(32) 상에 적재된다. 시료(31) 상에 형성된 패턴에는, DUV(자외광) 레이저 등의 광원(33) 및 조명 광학계(34)에 의해 광이 조사된다.
이 장치에서는, 도 ３에 도시하는 것과 같이, 시료(31) 상에 형성된 패턴이 존재하는 피검사 영역(51)이 폭 W의 스트립형(strip-form) 검사 스트라이프(52)로 가상적으로 분할된다. 또한, 분할된 검사 스트라이프(52)를 연속적으로 주사하도록, XYθ 테이블(32)의 동작이 제어됨으로써 검사가 실행된다.
시료(31)를 투과한 광은 결상 광학계(35)를 통해 포토다이오드 어레이(촬상 센서)(36)에 입사한다. 그리고, 포토다이오드 어레이(36) 상에는, 도 ３에 도시되는 것과 같이, 가상적으로 분할된 패턴의 스트립형 영역의 일부의 화상이, 결상 광학계(35)에 의해 확대된 광학 화상으로서 결상된다. 포토다이오드 어레이(36)로서는, 라인 센서, CCD 촬상 소자 등을 이용할 수 있다.
포토다이오드 어레이(36) 상에 결상된 패턴의 화상은, 포토다이오드 어레이(36)에 의해 광전 변환되어, 센서 회로(37)로 화상 처리함으로써 검사 화상이 얻어진다. 검사 화상은 판정 유닛(20)에 공급된다. 그리고, 판정 유닛(20)에 의해 검사 화상의 엣지를 추출함으로써, 시료(31) 상의 패턴의 결함의 유무를 판정한다.
테이블(32)은 호스트 컴퓨터(40)에 의해 제어된다. 즉, 호스트 컴퓨터(40)의 제어 하에 스테이지 제어 회로(41)에 의해 XYθ 테이블(42)을 제어함으로써, 테이블(32)이 원하는 위치로 이동될 수 있다. 또한, 결상 광학계(35)는 호스트 컴퓨터(40)의 제어 하에 포커스 제어 회로(43)에 의해 시료(31)에 관한 포커스를 제어한다. 또한, 테이블(32) 상의 시료(31)는 (도시하지 않은) 오토로더(autoloader)로부터 반송된다.
이전에 설명한 바와 같이, 검사 유닛(10)은 광학 조건이 상이한 복수의 검사 기구(11 내지 13)를 포함하지만, 광학 조건이 다른 검사 기구로서는 다양한 종류의 기구가 제공된다.
예를 들어, 검사 기구의 광학 조건을 다르게 하기 위해, 도 4a에 도시하는 것과 같은 투과 조명 광학계와, 도 ４b에 도시하는 것과 같은 반사 조명 광학계를 이용해도 된다. 도면 중의 부호 31 내지 36은 도 1과 동일한 부분들을 나타내고, 부호 38은 광원측으로부터의 입사광을 반사하고, 시료측으로부터의 반사광을 투과시키는 하프 미러(half-mirror)를 도시하고 있다.
검사 기구의 광학 조건을 다르게 하기 위해, 원 편광 조명 광학계의 검사 기구와 직선 편광 조명 광학계의 검사 기구를 이용하도록 해도 좋다. 또한, 명시야 조명 광학계의 검사 기구와 암시야 조명 광학계의 검사 기구를 이용하도록 해도 좋다. 콘트라스트가 높은 검사 화상을 입력하기 위해, 반사 조명에 의한 명시야 조명 광학계를 이용하는 것이 바람직하다.
검사 기구의 광학 조건을 다르게 하기 위한 다른 예로서는, 시그마비[sigma ratio(σ)= NAi/NAo = sinθi/sinθo, NAi: 조명 광학계(34)의 개구수, NAo: 결상 광학계(35)의 개구수, θi: 조명 광속이 광축과 이루는 각도, θo: 결상계의 입사 눈동자가 대상면과 이루는 각도]와 포커스 시프트량이 상이하도록 각 조명 광학계를 설정할 수 있는 복수의 광학계를 이용해도 된다. 즉, 시그마비 및 포커스 시프트량 중 적어도 한쪽이 상이하도록 각 조명 광학계를 설정할 수 있는 복수의 검사 기구를 사용하고, 각각의 검사 기구로부터 시료(31)의 검사 화상을 얻도록 해도 좋다. 또한, 각각의 검사 기구에서, 시그마비 및 포커스 시프트량을 가변할 수 있도록 조명 광학계를 설정할 수 있고, 시그마비 및 포커스 시프트량 중 적어도 한쪽을 바꾸어서 시료(31)의 검사 화상을 얻도록 해도 좋다.
나노 임프린트용 템플릿은, 크롬 막을 박리했을 경우에 글래스가 남겨지는 영역과, 글래스를 에칭하여 얻어진 부분을 갖는 단순한 구조로 형성되고, 광학적 투과율 100%의 위상 물체가 된다. 따라서, 콘트라스트가 높은 검사 화상을 얻기 위해, 시그마비와 포커스 시프트량을 적절하게 설정하는 것이 필요해진다. 일반적으로, 시그마비를 0.1 내지 0.5로 설정해서 포커스 시프트량을 결함 타입에 따라 적절히 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 검사 유닛(10)으로서는 항상 복수의 검사 기구를 설치할 필요는 없고, 하나의 검사 기구에서 광학 조건을 바꾸어서 동일 시료의 검사를 행하도록 해도 좋다. 도 2의 검사 기구에서는, 예를 들어, 포커스를 바꾸어, 프런트 포커스, 정확히 인 포커스 및 리어(rear) 포커스의 3개의 포커스 조건을 설정한다. 그 결과, 하나의 장치를 사용할 때에도, 그 장치를 복수의 검사 기구(11 내지 13)로서 이용하는 것이 가능하다.
판정 유닛(20)은 검사 유닛(10)으로부터 복수의 검사 화상이 입력되는 복수의 엣지 추출 회로(21 내지 23)와, 엣지 추출 회로(21 내지 23)의 출력을 기초로 패턴 결함의 유무를 판정하는 결함 판정 회로(25)를 포함한다. 엣지 추출 회로(21 내지 23)는 입력된 검사 화상의 그레이 레벨의 변동을 강조함으로써 엣지 화상을 얻는다. 결함 판정 회로(25)는 엣지 추출 회로(21 내지 23)로부터의 각 엣지 화상에 대하여 미리 설정된 임계치를 초과하는지 아닌지를 판정한다. 엣지 화상의 임계치의 적어도 하나를 초과했다고 판정된 경우에, 패턴에 결함이 존재하는 것으로 판정되어, 결함 정보를 출력한다.
다음, 본 실시 형태에서의 결함 판정 동작을 설명한다.
검사 유닛(10)에서 얻어진 복수의 검사 화상은 각각의 엣지 추출 회로(21 내지 23)에서 처리되어, 검사 화상 내의 패턴의 엣지가 추출된다. 그리고, 그 에지가 결함 판정 회로(25)에 입력되어, 결함의 유무가 판정되어, 결함이 있을 경우에는 결함 정보가 출력된다. 이러한 경우, 검사 화상은, 검사 기구의 광학계에서의 해상 한계 이하의 반복적인 미세한 패턴을 촬상함으로써 얻어진다. 해상 한계는 예를 들어 라인 & 스페이스의 피치가 P, 검사 파장이 λ, 개구수가 NA일 때, 다음과 같이 정의된다.
P=0.61×λ/NA
본 실시 형태에서는, P<<0.61×λ/NA 이하의 범위의 대상이 검사된다. 나노 임프린트의 마스터 템플릿 및 그 복제는 상기 해상 한계 이하의 라인 & 스페이스를 갖도록 형성되고, 검사 기구에 의한 광학 검사에 의해 해상되지 않는다.
또한, 복수의 검사 화상은 광학 조건을 바꾸면서 수집되고 얻어진 화상으로 구성된다. 이러한 경우, 검사 화상은 반도체 검사에 이용되는 UV 광화상에 한정되는 것은 아니고, 저해상도의 SEM 화상일 수 있다. 광학 조건의 차이는, 예를 들어 투과 조명 혹은 반사 조명, 또는 명시야 광학계 혹은 암시야 광학계에 의해 얻어질 수 있다. 또한, 시그마비와 포커스 시프트량이 상이하도록 조명 광학계를 설정할 수 있는 광학계, 또는 원 편광 혹은 직선 편광에 기초한 조명 광학계가 고려될 수 있다.
결함이 치명적인 결함이더라도, 그 결함은 소정의 광학 조건에서는 검출될 수 없고, 특정한 광학 조건에서는 유효하게 검출될 경우가 있다. 이로 인해, 결함 판정 회로(25)에서는, 복수의 광학 조건에서 얻어진 검사 화상의 엣지를 검사하고, 하나의 결함이라도 인정되는 경우에는 결함이 존재하는 것으로 판정한다.
도 5a 및 도 5b는 나노 임프린트용 템플릿의 쇼트 결함 및 오픈 결함과 입력 화상 간의 관계를 나타낸다. 도 5a가 쇼트 결함의 경우를 나타내고, 도 ５b가 오픈 결함의 경우를 도시하고 있다. 입력 화상의 예로서, 조명계의 모드를 바꿈으로써 얻어지는 2종류의 화상을 도시한다. 화상은, 검사 화상을 엣지 추출 회로에 의해 처리함으로써 얻어진 엣지 화상이다. 투과 조명 광학계를 (모드1)로 설정하고, 반사 조명 광학계를 (모드2)로 설정한다고 가정한다. 템플릿 결함은, 각 화상의 중앙에 도시된 바와 같이 명점 또는 암점으로 관찰된다. 한편, 템플릿의 선폭 치수는 광학 분해능 이하로 설정되므로, 라인 & 스페이스로서는 해상되지 않는다. 그 대신에, 선폭 에러 러프니스(LER) 등이 텍스쳐 화상으로서 백그라운드 노이즈 형태로 분포된다. 이는 미세한 쇼트 결함 또는 오픈 결함의 검출을 곤란하게 한다.
도 5a에 도시하는 것과 같은 쇼트 결함에 대하여는, (모드1)에서는 결함의 식별이 어렵고, (모드2)에서는 결함의 식별이 용이해진다. 한편, 도 ５b에 도시하는 것과 같은 오픈 결함에 대하여는, (모드1)에서는 결함의 식별이 용이하고, (모드2)에서는 결함의 식별이 어렵게 된다. 즉, 결함의 종류에 따라 결함을 검출하기에 적합한 모드가 존재한다. 따라서, 복수의 모드에서 검사함으로써, 결함을 확실하게 검사하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 6의 (a)에 도시하는 것과 같은 입력 화상(엣지 화상)에 대하여 그레이 레벨의 히스토그램을 결함부(도 ６의 (b))와 백그라운드(도 ６의 (c))에서 비교하면 결함부의 분산값이 커진다는 것을 알았다. 따라서, 분산의 정도에 따라 결함만을 검출하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 다른 광학 조건에서 촬상한 복수의 검사 화상에서 결함을 판정함으로써, 베이스 노이즈는 허용하면서, 나노 임프린트용 템플릿의 치명적인 결함을 고감도로 신속하게 검사할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광학계의 해상 한계 이하의 반복적인 미세 패턴을 촬상함으로써 결함만을 검출할 수 있다. 그 결과, 고해상도의 화상을 이용했을 때에 야기될 수 있는 의사 결함의 발생을 저감시키는 것이 가능해지고, 종래 필요했던 화상 위치 맞춤 공정 등의 공정이 필요하지 않게 된다. 이로 인해, 장치 비용의 저감이 가능하게 된다.
또한, 검사 유닛(10)에서의 검사 기구(11 내지 13)의 선택(다른 광학 조건의 선택)에 의해 다음과 같은 효과가 얻어질 수 있다.
시그마비와 포커스 시프트량이 상이하도록 조명 광학계를 설정할 수 있는 광학계를 이용함으로써, 나노 임프린트용 템플릿의 오픈 결함 또는 쇼트 결함, 이물질 등의 위상 결함을 검출하는데 유용하다.
광학 조건으로서 투과 조명과 반사 조명을 이용함으로써 다음과 같은 효과가 얻어진다. 즉, 나노 임프린트용 템플릿은 투명하므로, 반사 광학계에서 화상 콘트라스트를 더 높게 설정할 수 있는 이점이 얻어질 수 있다. 투과 광학계로부터 동시에 화상을 수집함으로써 불투명한 이물질을 검출하는 것이 가능하게 된다.
광학 조건으로서 원 편광 또는 직선 편광에 기초한 조명 광학계를 이용함으로써 다음과 같은 효과가 얻어질 수 있다. 즉, 라인 & 스페이스 등의 패턴에서 편광 조건을 바꿈으로써 결함 검출 감도를 향상시키는 효과가 얻어질 수 있다.
보통, 명시야 조명이 이용되지만, 암시야 조명에 의해 백그라운드의 노이즈 성분이 억제되는 효과를 기대할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 ７은 제2 실시 형태에 따른 결함 검사 장치의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
본 실시 형태의 기본 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 본 실시 형태에서는 엣지 추출 회로(21 내지 23)의 처리를 개량하고 있다.
엣지 추출 회로(21 내지 23)에서는, 검사 화상을 입력한 후(스텝 S1), 도 8a에 도시하는 것과 같이, 주목 화소를 중심으로 설정한 N×N 사이즈의 윈도우를 화상 전체에서 주사함으로써, 각 윈도우 영역 내의 평균 계조값 및 분산을 계산한다(스텝 S2, S3). 또한, 상기 평균 계조와 분산에 따라 결정되는 함수값을 구하고, 중심 화상을 상기 함수값(예를 들어, 분산값)으로 치환한다(스텝 S4). 그리고, 함수값으로 치환된 중심 화상을 기초로 엣지 화상을 추출하고, 이와 같이 추출된 엣지 화상을 출력한다(스텝 S5).
그 결과, 도 ８b에 도시하는 것과 같은 입력 화상이 도 ８c에 도시하는 것과 같은 엣지 화상으로 변환된다. 즉, 결함 부분이 커지고 엣지가 강조된 화상이 얻어진다. 계산 정밀도를 향상시키기 위해 윈도우 사이즈 N을 크게 하면 좋다. 또한, 공간 분해능을 높이기 위해 윈도우 사이즈 N을 작게 하면 좋다.
베이스 노이즈를 허용하면서 치명적인 결함을 검출하기 위해, 양자의 통계적인 변동에 많이 주목할 필요가 있다. 베이스 노이즈는 국소적으로는 특정한 방향성을 갖지 않고, 인접한 화소 간의 계조 변동이 비교적 작다. 치명적인 결함은, 주위의 화소에 비해 국소적으로 밝은 점 또는 어두운 점의 특성을 나타내고, 밝은 점 또는 어두운 점의 주변부에 진동적인 파형을 갖고, 인접한 화소 간의 계조 변동이 커진다.
따라서, 주목 화소를 중심으로 설정하는 윈도우(예를 들어, N×N 화소) 내의 화소에 대하여, 평균 계조 및 분산을 계산하고, 평균 계조와 분산에 따라 결정되는 함수값을 상기 주목 화소에 대입한다. 그 결과, 베이스 노이즈와 결함을 구별할 수 있다.
이러한 경우, 윈도우의 크기는 결함이나 베이스 노이즈의 주파수 특성을 고려하여 적절히 선택하면 좋다. 함수의 정의로서는, 이하의 값들이 고려될 수 있다.
(분산)
(분산)+(계수)×(평균 계조)
(분산)+(계수)×(평균 계조)2
분산은 묘화 프로세스에 기인하는 라인 엣지 러프니스의 크기의 제곱에 비례하여 변하는 성질을 갖는다. 공간 미분 필터를 이용하는 방법과 비교하면, 상기 방법은 특정의 엣지 방향에 의존하지 않고, 베이스 노이즈를 억제하면서 결함을 강조할 수 있는 비선형 효과를 부여한다. 또한, 평균 계조 및 분산을 계산하는 연산은 논리 회로나 컴퓨터 프로그램에 의해 용이하게 행해질 수 있다. 이 방법은 광검사에 한정되는 것은 아니며, 큰 전하량을 이용하는 전자선 주사 현미경에 의한 콘트라스트가 낮은 화상을 이용한 검사에도 적용할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 검사 화상에 상기 필터를 적용해서 얻어진 처리의 전후에 얻어진 화상을 도시한다. 도 9a에 도시하는 필터 적용 전의 화상보다는, 도 9b에 도시하는 필터 적용 후의 화상에서, 화상 결함이 보다 명확하게 추출될 수 있다는 것을 알았다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 나노 임프린트용 템플릿을 광학 검사할 때, 제1 실시 형태 외에 통계적인 공간 필터를 적용함으로써, 결함 신호의 강조 및 베이스 노이즈의 저감을 실현할 수 있다. 이로 인해, 치명적인 결함만을 보다 유효하게 검출할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 패턴의 방향에 상관없이, 안정된 신호를 얻을 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 10은 제3 실시 형태에 따른 결함 검사 장치 동작의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.
장치의 기본 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이며, 본 실시 형태에서는 엣지 추출 회로(21 내지 23)의 처리를 개량하고 있다.
엣지 추출 회로(21 내지 23)에서는, 검사 화상을 입력한 후(스텝 S11), 결함 검사를 행하기 위해 사용되는 유효 영역을 설정한다(스텝 S12). 계속해서, N×N 사이즈의 윈도우를 화상 전체에서 주사하고, 각 윈도우 영역 내의 평균 계조값 및 분산을 계산한다(스텝 S13, S14). 또한, 상기 평균 계조와 분산에 따라 결정되는 함수값을 구하고, 중심 화상을 상기 함수값으로 치환한다(스텝 S15). 그리고, 유효 영역 외의 화소를 마스킹한다(스텝 S16). 이 상태에서, 함수값으로 치환된 중심 화상을 기초로 엣지 화상을 추출하고, 이와 같이 추출한 엣지 화상을 출력한다(스텝 S17).
예를 들어 제2 실시 형태에서 설명한 방법은 라인 & 스페이스의 반복적인 패턴의 경우에서는 문제가 없다. 그러나, 예를 들어 칩의 주변 영역에서는 명암차가 더 커지기 때문에, 이 차가 오검출의 원인이 된다. 그러한 경우에는, 미리 검사 영역을 한정해서 지정하는 방법 외에, 주변 패턴을 인식해서 결함 검출을 억제하는 방법이 고려된다. 주변 패턴을 인식하는 방법으로서, 주변 패턴의 계조가 라인 & 스페이스의 계조보다 더 커지기 때문에, 윈도우의 최대 계조를 검출해서, 임계치를 초과하는지의 판정을 행하는 것이 유효하다. 또한, 주변 패턴이 해상되기에 충분히 크다면, 종래의 다이 대 다이 비교 또는 다이 대 데이터베이스 비교 방법에 의한 검사를 행하는 것이 고려된다.
본 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 마찬가지로 엣지 화상을 추출한 후, 유효 영역 외의 화소를 마스킹함으로써, 주변 패턴을 결함 검사로부터 제외한다. 그 결과, 결함 검사의 오검출을 방지한다. 이러한 경우, 유효 영역은, 검사 광학계의 해상도 이하의 미세 치수의 반복적인 패턴의 영역에 의해 정의된다. 주변 패턴은 검사 광학계로 해상되는 치수가 큰 패턴의 영역이다. 따라서, 마스크 처리를 행하지 않으면, 주변 패턴에 근접한 검사 영역에서 결함이 오검출될 우려가 발생한다. 마스크 처리는, 검사 영역을 나타내는 속성 데이터를 입력하고 비-검사 영역에서 검출을 억제함으로써 행할 수 있다.
도 11a 내지 도 11c에 도시하는 것과 같이, 주변 패턴을 제외함으로써 오검출을 방지하는 효과가 제공된다는 것을 알았다. 도 11a에 도시하는 입력 화상에 대하여 마스크 처리를 행하지 않으면, 도 11b에 도시하는 것과 같이 엣지부가 검출되어 이 부분이 결함으로 오검출될 수 있다. 한편, 마스크 처리를 행하면, 도 11c에 도시하는 것과 같이, 엣지부가 검출되지 않아, 오검출을 사전에 방지하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 제2 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어질 수 있고, 검사 영역 외의 주변 패턴에 의한 의사 결함의 발생을 억제할 수 있다.
(변형예)
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
광학 조건이 다른 검사 기구들은, 반드시 상기 실시 형태들에 설명된 종류의 기구에 한정되는 것은 아니며, 각종 검사 기구를 적용하는 것이 가능하다. 또한, 광학 조건이 다른 검사 기구들의 개수는 한정되는 것은 아니며, 복수의 검사 기구가 제공된다면 충분하다. 또한, 하나의 검사 기구만이 사용되어도, 광학 조건을 용이하게 가변할 수 있는 구성이면, 그 검사 기구를 복수의 검사 기구 대신에 이용하는 것이 가능하다.
또한, 실시 형태들에서는, 나노 임프린트용 템플릿의 결함 검사를 예로서 했지만, 결함 검사는 이러한 경우에 한정되지 않고 각종 마스크의 결함 검사에 적용될 수 있다. 또한, 검사 기구의 해상 한계 이하의 패턴을 갖는 시료의 검사에 결함 검사를 적용하는 것이 가능하다.
소정의 실시 형태들이 설명되었지만, 이들 실시 형태들은 예로서만 제시되었고, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 진정, 본 명세서에 설명된 신규한 실시 형태들은 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다; 또한, 본 명세서에 설명된 실시예 형태의 다양한 생략, 치환 및 변경이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 행해질 수 있다. 첨부되는 청구범위 및 그 균등물은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 형태 또는 변형을 포함하도록 의도된다.
10: 검사 유닛
20: 판정 유닛
31: 시료
33: 광원
34: 조명 광학계

Claims (20)

  1. 결함 검사 장치로서,
    피검사 시료에 대하여, 광학계의 해상 한계(resolution limit) 이하의 반복적인 패턴들을 상이한 광학 조건들 하에서 촬상함으로써, 복수의 검사 화상을 얻도록 구성된 검사 유닛과,
    상기 복수의 검사 화상으로부터 각각 엣지 화상을 추출하도록 구성된 엣지 화상 추출 유닛과,
    상기 복수의 엣지 화상을 기초로 상기 패턴의 결함의 존재를 판정하도록 구성된 결함 판정 유닛을 포함하는, 결함 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검사 유닛은, 시그마비 및 포커스 시프트량 중 적어도 하나가 상이하도록 각 조명 광학계를 설정할 수 있는 복수의 검사 기구를 포함하고, 상기 복수의 검사 기구로부터 상기 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검사 유닛은, 시그마비 및 포커스 시프트량 양쪽이 가변되도록 조명 광학계를 설정할 수 있는 하나의 검사 기구를 포함하고, 상기 시그마비 및 포커스 시프트량 중 적어도 하나를 변경하여 상기 복수의 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검사 유닛은 투과 조명 검사 기구와, 반사 조명 검사 기구를 포함하고, 상기 각 검사 기구로부터 상기 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검사 유닛은 원 편광 조명 광학계의 검사 기구와, 직선 편광 조명 광학계의 검사 기구를 포함하고, 상기 각 검사 기구로부터 상기 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 검사 유닛은 명시야 광학계의 검사 기구와, 암시야 광학계의 검사 기구를 포함하고, 상기 각 검사 기구로부터 상기 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 엣지 화상 추출 유닛은, 상기 검사 화상의 그레이 레벨의 변동을 강조한 엣지 화상을 추출하는, 결함 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엣지 화상 추출 유닛은, 상기 검사 화상의 화소마다 상기 화소를 중심으로 설정한 N 화소×N 화소의 윈도우의 평균 계조값 및 분산을 계산하고, 상기 평균 계조값 및 분산에 따라 결정되는 함수값을 중심 화소에 대입하고, 상기 함수값으로 치환되는 중심 화상을 기초로 상기 엣지 화상을 추출하는, 결함 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 엣지 화상 추출 유닛은, 상기 검사 화상의 화소마다 상기 화소를 중심으로 설정한 상기 윈도우의 최대 계조값이 임계치를 초과한 영역에 대해서는, 상기 함수값을 대입하는 대신에, 마스킹하는, 결함 검사 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결함 판정 유닛은 상기 복수의 엣지 화상 각각에 대하여 결함의 존재를 판정하고, 상기 복수의 엣지 화상 중 적어도 하나에서 결함이 인정되는 경우에 결함의 존재를 판정하는, 결함 검사 장치.
  11. 결함 검사 장치로서,
    반복적인 패턴들이 형성된 나노 임프린트용 템플릿에 대하여, 광학계의 해상 한계 이하의 상기 반복적인 패턴들을 상이한 광학 조건들 하에서 촬상함으로써, 복수의 검사 화상을 얻도록 구성된 검사 유닛과,
    상기 복수의 검사 화상으로부터 그레이 레벨의 변동이 강조된 엣지 화상을 추출하도록 구성된 엣지 화상 추출 유닛과,
    상기 복수의 엣지 화상을 기초로 상기 패턴의 결함의 존재를 판정하도록 구성된 결함 판정 유닛을 포함하는, 결함 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 검사 유닛은, 시그마비 및 포커스 시프트량 중 적어도 하나가 상이하도록 각 조명 광학계를 설정할 수 있는 복수의 검사 기구를 포함하고, 상기 복수의 검사 기구로부터 상기 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 검사 유닛은, 시그마비 및 포커스 시프트량 양쪽이 가변되도록 조명 광학계를 설정할 수 있는 하나의 검사 기구를 포함하고, 상기 시그마비 및 포커스 시프트량 중 적어도 하나를 변경하여 상기 복수의 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 검사 유닛은 투과 조명 검사 기구와, 반사 조명 검사 기구를 포함하고, 상기 각 검사 기구로부터 상기 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 검사 유닛은 원 편광 조명 광학계의 검사 기구와, 직선 편광 조명 광학계의 검사 기구를 포함하고, 상기 각 검사 기구로부터 상기 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 검사 유닛은 명시야 광학계의 검사 기구와, 암시야 광학계의 검사 기구를 포함하고, 상기 각 검사 기구로부터 상기 검사 화상을 얻는, 결함 검사 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 엣지 화상 추출 유닛은, 상기 검사 화상의 화소마다 상기 화소를 중심으로 설정한 N 화소×N 화소의 윈도우의 평균 계조값 및 분산을 계산하고, 상기 평균 계조값 및 분산에 따라 결정되는 함수값을 중심 화소에 대입하고, 상기 함수값으로 치환되는 중심 화상을 기초로 상기 엣지 화상을 추출하는, 결함 검사 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 엣지 화상 추출 유닛은, 상기 검사 화상의 화소마다 상기 화소를 중심으로 설정한 상기 윈도우의 최대 계조값이 임계치를 초과한 영역에 대해서는, 상기 함수값을 대입하는 대신에, 마스킹하는, 결함 검사 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 결함 판정 유닛은 상기 복수의 엣지 화상 각각에 대하여 결함의 존재를 판정하고, 상기 복수의 엣지 화상 중 적어도 하나에서 결함이 인정되는 경우에 결함의 존재를 판정하는, 결함 검사 장치.
  20. 결함 검사 장치로서,
    시그마비 및 포커스 시프트량이 가변되도록 조명 광학계를 설정할 수 있고, 피검사 시료에 대하여, 광학계의 해상 한계 이하의 반복적인 패턴들을, 시그마비와 포커스 시프트량 중 적어도 하나를 변경한 상이한 광학 조건들 하에서 촬상함으로써, 복수의 검사 화상을 얻도록 구성된 검사 유닛과,
    상기 검사 화상의 화소마다 상기 화소를 중심으로 설정한 윈도우의 평균 계조값 및 분산을 계산하고, 상기 평균 계조값 및 분산에 따라 결정되는 함수값을 중심 화소에 대입하고, 상기 함수값으로 치환되는 중심 화상을 기초로 엣지 화상을 추출하고, 상기 윈도우의 최대 계조값이 임계치를 초과한 영역에 대해서는, 상기 함수값을 대입하는 대신에, 마스킹함으로써, 상기 복수의 검사 화상으로부터 각각 엣지 화상을 추출하도록 구성되는 엣지 화상 추출 유닛과,
    상기 복수의 엣지 화상을 기초로 상기 패턴의 결함의 존재를 판정하도록 구성되는 결함 판정 유닛을 포함하는, 결함 검사 장치.
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