JP4664996B2 - 試料検査装置及び試料検査方法 - Google Patents
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(2)また、本発明は、試料の画像の位置合わせを効率良く行うことにある。
位置合わせ部は、位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報を参照し、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行い、
位置ずれ量とその信頼度情報を保持する格納部をさらに備え、
格納部には、位置ずれ量とその信頼度情報を複数持ち、
位置合わせ部は、位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報に位置合わせ対象のエリアからの距離を基にして重みを付して信頼度を求め、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行い、
信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の2乗和平均のグラフの勾配から求められた値であって、勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高いことを示す値となり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低いことを示す値となる、試料検査装置にある。
(2)又、本発明の実施の形態では、試料のパターンを測定して測定画像を生成し、測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求め、信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行い、測定画像と基準画像とのエリア画像を比較して、差異が閾値を超えたら欠陥と判定し、
位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報を参照し、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行い、
位置ずれ量とその信頼度情報を格納部に保持し、
格納部には、位置ずれ量とその信頼度情報を複数持ち、
位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報に位置合わせ対象のエリアからの距離を基にして重みを付して信頼度を求め、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行い、
信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の2乗和平均のグラフの勾配から求められた値であって、勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高いことを示す値となり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低いことを示す値となる、試料検査方法にある。
図1は、本発明の実施の形態の試料検査装置と試料検査方法を説明するブロック図である。試料検査装置10は、フォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの試料のパターン12を検査するものである。試料検査装置10は、試料のパターン12を測定画像生成部14で測定して光学データの測定画像を生成する。また、試料検査装置10は、試料のパターンの設計データ22を参照画像生成部24で処理して参照画像を生成する。
試料100は、オートローダ制御回路170により駆動されるオートローダ112から自動的に搬送され、XYθテーブル116の上に配置される。試料100は、照明装置114によって光が照射される。試料100の下方には、拡大光学系122、受光部126及びセンサ回路128が配置されている。露光用マスクなどの試料100を透過した光は、拡大光学系122を介して、受光部126に光学像として結像し、入射される。オートフォーカス制御回路174は、試料100のたわみやXYθテーブル116のZ軸(X軸とY軸と直交する)方向への変動を吸収するため、ピエゾ素子124を制御して、試料100への焦点合わせを行なう。XYθテーブル116は、CPU152の制御の下にテーブル制御回路172により駆動される。X軸方向、Y軸方向、θ方向に駆動する3軸(X−Y−θ)モータ118の様な駆動系によって移動可能となる。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116の移動位置は、レーザ測長システム120により測定され、位置回路182に供給される。受光部126で受光した光学像は、センサ回路128で測定画像の電子データとなる。センサ回路128から出力された試料100の光学画像は、位置回路182から出力されたXYθテーブル116上における試料100の位置を示すデータとともに位置ずれ測定回路184に送られる。位置ずれ測定回路184から測定画像と参照画像が比較回路180に送られる。なお、図2の試料検査装置10では、試料100の透過光を利用しているが、試料100の反射光を利用することもできる。XYθテーブル116上の試料100は、オートローダ制御回路170により検査終了後に自動的に排出される。なお、光学画像は、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。
試料100のパターン形成時に用いた設計データ22は、大容量記憶装置156に記憶される。設計データ22は、大容量記憶装置156からCPU152を通して展開回路176に入力される。設計データの展開工程として、展開回路176は、試料100の設計データを2値ないしは多値の原イメージデータに変換して、この原イメージデータが参照回路178に送られる。参照回路178は、原イメージデータに適切なフィルタ処理を施し、参照画像を生成する。センサ回路128から得られた測定画像は、拡大光学系122の解像特性や受光部126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あると言える。この状態では測定画像と参照画像の特性に差異があるので、設計側の原イメージデータにも参照回路178によりフィルタ処理を施し、測定画像に合わせる。位置ずれ測定回路184は、測定画像と参照画像を取り込み、エリア画像を切り出し、位置ずれ量を測定し、信頼度情報を求める。比較回路180は、信頼度情報を参照して、エリア画像同士を位置ずれ量ずらして位置合わせを行い、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。
図3(A)は、測定画像の取得手順を説明するための図である。試料100の被検査領域は、図3(A)に示すように、Y軸方向にスキャン幅Wで仮想的に分割される。即ち、被検査領域は、スキャン幅Wの短冊状の複数の検査ストライプ101に仮想的に分割される。更にその分割された各検査ストライプ101が連続的に走査されるようにXYθテーブル116が制御される。XYθテーブル116は、X軸に沿って移動して、測定画像は、検査ストライプ101として取得される。検査ストライプ101は、図3(A)では、Y軸方向のスキャン幅Wを持ち、長手方向がX軸方向の長さを有する矩形の形状である。受光部126では、図3(A)に示されるようなスキャン幅Wの画像を連続的に受光する。受光部126は、第1の検査ストライプ101における画像を取得した後、第2の検査ストライプ101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。スキャン幅Wは、例えば2048画素程度とする。第3の検査ストライプ101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101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101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。
試料検査の位置ずれ処理は、測定画像と参照画像とをまず、図3(B)のように適当な画素サイズのエリアにそれぞれ切り出す。通常は、検査に先立ち測定画像と参照画像との位置合わせ(全体アライメント)を行っておく。これは適当な専用マークを使って行われるが、オペレータが指定する任意のパターンエッジ等を使って行ってもよい。従って、切り出したエリア画像同士は、おおよその位置は合っているが、試料のひずみやXYθテーブル116の精度などにより若干の位置ずれを生じている。そこで、切り出したエリア画像(通常1024画素角程度)同士の位置ずれ量をサブ画素単位で測定して両者のずれ量が小さくなるように調整し(エリアアライメント)、その後、適切なアルゴリズムに従って比較し、欠陥の有無を判定する。
図5(A)と図5(B)は、図4(B)のパターンに対して、X軸方向とY軸方向にそれぞれ、エリア画像同士を、1/16画素の精度でパターンをずらしながら、2つの画像の差の2乗和平均を取って求めたものである。X軸方向は、−1/16画素の「ずれ」において、2乗和平均の値が最小になり、それを中心にマイナス方向もプラス方向も2乗和平均の値が勾配をもった傾斜で徐々に大きくなっている。この場合、X軸方向において、−1/16画素の位置ずれ量でエリア画像が一致していると考えられる。また、Y軸方向は、+1/16画素の「ずれ」において、2乗和平均の値が最小になり、それを中心にマイナス方向もプラス方向も2乗和平均の値が勾配をもった傾斜で徐々に大きくなっている。この場合、Y軸方向において、+1/16画素の位置ずれ量でエリア画像が一致していると考えられ。図4(B)のパターンに対して、図5(A)と図5(B)に示すようにX軸方向とY軸方向共にピークが出現する。
図7は、試料のパターン検査の流れを示している。図3(A)に示すように検査ストライプの測定画像を取得する(ステップS1)。次に、図3(B)に示すように測定画像と参照画像について、一定領域のエリアを切り出す(ステップS2)。切り出された、測定画像と参照画像のエリア画像同士の位置ずれ量を算出する(ステップS3)。
信頼度情報の算出は、図5(A)と(B)及び図6(A)と(B)の他に、パターン形状から推定することも可能である。一例として隣接画素との差をとる手法を記述する。例えば、図8(A)に示すようなパターン形状(簡単のため5×5画素で図示している。)についてX軸方向とY軸方向に差分(微分)をとると、それぞれ図8(B)、図8(C)のようになる。パターンのエッジを横切る場合に、この差分値が大きくなることから図8(A)のパターンは、図4(D)のように縦のエッジを有すると推定することができる。これらの推定結果から総合的に各方向に対する確からしさを求めておくことで、対象エリアの方向ごとの信頼度情報を作成することができる。なお、エリアアライメントに影響を及ぼすような大きな欠陥が存在した場合には、上記パターン形状情報が2つの画像で異なることになる。このようなエリアの信頼度情報の値は極端に下げておくと良い。このようにすることで、欠陥に引きずられることもなく、エリア内のパターン形状に影響されることもなく、効率よく検査を行うことが可能になる。
検査ストライプ画像を取得した後でエリア単位の検査は行われる。図3(B)に示すように、検査ストライプ内には複数の隣接したエリアが存在する。より近いエリアの信頼度情報を参照することが基本となるが、パターン形状が複雑である場合には、より遠いエリアの信頼度情報を採用した方が適切な場合も存在する。しかし、遠いエリアである場合には、系の変動影響をより多く受けていることも考慮しなければならない。そのため、単純に信頼度情報の高いものを優先するのではなくて、信頼度情報に距離に応じた重みを付与する。例えば、信頼度情報に距離に逆比例した重みを付与することで、エリア画像の信頼度情報が高くても、遠くにある場合、信頼度を低くする。
今まで、検査ストライプ内でのエリア情報の参照について記したが、パターン形状が検査ストライプを跨る方向に同様の傾向を示していることもある。そのため、検査ストライプを跨った信頼度情報の参照も考慮に入れるとよい。その場合、同一の検査ストライプと、別の検査ストライプで重み付けを変えて、別の検査ストライプでは、同一の検査ストライプより重みを小さくして、信頼度を低くする。
XYθテーブル116の動作は、図3に示すように順方向(FWD方向)と逆方向(BWD方向)の交互動作をさせる。XYθテーブル116の走行精度によっては、順方向走行時と逆方向走行時で軌道が若干異なる可能性がある。このような場合に、直前の検査ストライプ、つまりXYθテーブル116が逆方向に動作したときの位置ずれ情報を反映すると、かえって位置ずれが大きくなってしまう可能性がある。そこで、位置ずれ情報を反映するのは、同一方向に動作して画像取得した検査ストライプのものを使用すると良い。
エリア内の図形形状が、図4(D)に示すようなパターンである場合には、Y軸方向の最適位置は求まり難いが、近傍に図4(A)や(B)のようなエリアが存在すれば、そのY位置から該当エリアの推定をすることができる。試料検査装置などの系の変動影響を考慮すると近傍エリアの反映量はサブ画素単位ではなく、画素単位にとどめておいて、サブ画素単位の位置あわせは、処理エリア内で行う。これにより、ノイズ低減効果を得ることができる。ここで整数画素にとどめると、誤差の累積を防ぐことができる。
これまでの実施形態ではX、Y軸方向の信頼度情報について記述してきたが、図4(B)のような斜めパターンに対しては、X、Y軸方向ともに測定することは可能であるが、上述したパターン形状判定の際にX、Y軸方向だけでは方向性がはっきりせず、信頼度レベルをあげることが難しくなる傾向にある。このような場合に備えて、X、Y軸方向に加えて、X、Y軸に対して45度方向の形状の信頼度情報をもった方がより適切となることもある。パターン形状としては、45度以外の斜め線も存在するため、幾つかの方向について信頼度情報を求めても良い。しかし、求める方向が多過ぎると、複雑になるため、適当な数の方向に絞ると良い。
これまでの実施形態では、測定画像と参照画像を比較するダイ−データベース(DB)比較検査装置について述べたが、測定画像同士を比較するダイ−ダイ(DD)比較検査手法もある。ダイ−ダイ比較の場合、比較の一方の測定画像が基準画像となる。この場合、図9に示すように試料100の中に同一の設計データから描画された領域が2つ以上あることが前提となる。ダイ−ダイ比較検査を行う試料検査装置には、光源を2つ以上持ち、比較したい画像を同時に取り込むものと、光源は1つであるが、少なくとも検査ストライプ1本分のメモリを搭載して、取り込んだ画像から比較したい画像をお互いに切り出すものがある。このようなダイ−ダイ比較検査の場合においても、これまでの実施形態で説明したように、近傍エリアの位置ずれ量と信頼度情報を反映させることは有効である。
12・・・試料のパターン
14・・・測定画像生成部
16・・・測定画像のエリア画像
22・・・試料のパターンの設計データ
24・・・参照画像生成部
26・・・基準画像(参照画像又は測定画像)のエリア画像
30・・・位置ずれ測定部
300・・エリア画像切出部
302・・位置ずれ量算出部
302・・信頼度情報生成部
32・・・各エリアの位置ずれ量と信頼度情報の格納部
34・・・位置合わせ部
36・・・比較部
100・・試料
101・・検査ストライプ
110・・光学画像取得部
112・・オートローダ
114・・照明装置
116・・XYθテーブル
118・・XYθモータ
120・・レーザ測長システム
122・・拡大光学系
124・・ピエゾ素子
126・・受光部
128・・センサ回路
150・・制御系回路
152・・CPU
154・・バス
156・・大容量記憶装置
158・・メモリ装置
160・・表示装置
162・・印字装置
170・・オートローダ制御回路
172・・テーブル制御回路
174・・オートフォーカス制御回路
176・・展開回路
178・・参照回路
180・・比較回路
182・・位置回路
184・・位置ずれ測定回路
Claims (5)
- 試料のパターンを測定して測定画像を生成する測定画像生成部と、測定画像と基準画像とを比較して差異が閾値を超えたら欠陥と判定する比較部とを備える、試料検査装置において、
測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求める位置ずれ測定部と、
信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行う位置合わせ部と、を備え、
位置合わせ部は、位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報を参照し、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行い、
位置ずれ量とその信頼度情報を保持する格納部をさらに備え、
格納部には、位置ずれ量とその信頼度情報を複数持ち、
位置合わせ部は、位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報に位置合わせ対象のエリアからの距離を基にして重みを付して信頼度を求め、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行い、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の2乗和平均のグラフの勾配から求められた値であって、前記勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高いことを示す値となり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低いことを示す値となる、試料検査装置。 - 試料のパターンが、短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、検査ストライプが連続的に走査されるようにXYθテーブルの動作が制御される試料検査装置において、
位置合わせ部は、比較対象のエリア画像が属する検査ストライプ以外の検査ストライプで得られたエリア画像の信頼度情報を参照する、請求項1記載の試料検査装置。 - 試料のパターンが、短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、検査ストライプが連続的に走査されるようにXYθテーブルの動作が制御される試料検査装置において、
位置合わせ部は、XYθテーブルの動作方向が同方向の比較対象のエリア画像が属する検査ストライプ以外の検査ストライプで得られたエリア画像の信頼度情報を参照する、請求項1乃至2のいずれかに記載の試料検査装置。 - 信頼度情報は、X軸方向及びY軸方向に別個に持つ、請求項1乃至3のいずれかに記載の試料検査装置。
- 試料のパターンを測定して測定画像を生成し、
測定画像と基準画像の一定のエリアのエリア画像を切り出し、
エリア画像同士の位置ずれ量を測定し、
エリア画像同士の位置ずれ量の信頼度を示す信頼度情報を求め、
信頼度情報と位置ずれ量を利用してエリア画像同士の位置合わせを行い、
測定画像と基準画像とのエリア画像を比較して、差異が閾値を超えたら欠陥と判定し、
位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報を参照し、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行い、
位置ずれ量とその信頼度情報を格納部に保持し、
格納部には、位置ずれ量とその信頼度情報を複数持ち、
位置合わせ対象のエリア画像同士の位置合わせを行う際、近傍のエリア画像の信頼度情報に位置合わせ対象のエリアからの距離を基にして重みを付して信頼度を求め、近傍のエリア画像の信頼度が高い場合、近傍のエリア画像の位置ずれ量を利用して、エリア画像同士の位置合わせを行い、
前記信頼度情報は、エリア画像同士をずらしながら求めた、エリア画像同士の差の2乗和平均のグラフの勾配から求められた値であって、前記勾配が大きいと、ずれ量の信頼度が高いことを示す値となり、勾配が小さいと、ずれ量の信頼度が低いことを示す値となる、試料検査方法。
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