JP6018929B2 - 検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、検査方法に関し、より詳しくは、繰り返しパターンが設けられた試料の欠陥の有無を判定する検査方法に関する。

大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Iｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路寸法は狭小化の一途を辿っている。例えば、最先端のデバイスでは、十数ｎｍの線幅のパターン形成が要求される状況となってきている。

多大な製造コストのかかるＬＳＩにとって、製造工程における歩留まりの向上は欠かせない。ここで、半導体素子は、その製造工程において、ステッパまたはスキャナと呼ばれる縮小投影露光装置により、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）がウェハ上に露光転写される。そして、半導体素子の歩留まりを低下させる大きな要因として、マスクパターンの形状欠陥が挙げられる。

ウェハ上に形成されるＬＳＩパターンの寸法が微細化していることに伴って、マスクパターンの形状欠陥も微細化している。また、マスクの寸法精度を高めることで、プロセス諸条件の変動を吸収しようとしてきたこともあり、マスク検査においては、極めて小さなパターンの欠陥を検出することが必要になっている。特許文献１には、マスク上における微細な欠陥を検出できる検査装置が開示されている。

マスクの検査工程では、まず、ＸＹステージ上にマスクを載置し、マスク上の所望の位置にＸＹステージを移動させる。次いで、例えば、ＸＹステージをＸ方向に所定の速度で送りながら光学画像を取得する。取得された光学画像は、基準画像と比較され、その結果から欠陥の有無が判定される。ここで、ダイ−トゥ−データベース方式による検査方法の場合、マスクの光学画像と比較される基準画像は、描画データ（設計パターンデータ）をベースに作成された参照画像である。一方、ダイ−トゥ−ダイ方式による検査方法の場合、基準画像は、検査の対象となる光学画像とは異なる光学画像になる。

マスクの光学画像を基準画像と比較して欠陥検出する際には、最初にこれらの画像を正確に位置合わせすることが重要となる。位置合わせが正確でないと、基準画像とのずれを欠陥と認識したり、異なるパターン同士を比較したりして、本来欠陥でないものを欠陥として検出してしまうおそれがあるからである。

位置合わせの方法としては、例えば特許文献２に開示されるように、画像同士を２段階で位置合わせするものが挙げられる。具体的には、第１のパターンを撮像した第１の画像と、第２のパターンを撮像した第２の画像とを比較して、第１のパターンに含まれる欠陥を検出する場合において、相対的に低い精度で位置合わせを行った後に、相対的に高い精度で位置合わせを行う。しかし、この手法の場合、欠陥検出処理に要する時間が長くなる。

そこで、特許文献３には、光学画像の所定領域と、これに対応する参照画像の領域とからなる複数の対を考え、一部の対については、グローバルアライメントとファインアライメントを行うが、その他の対については、直前に行われたグローバルアライメントの結果を援用して、ファインアライメントのみを行う方法が開示されている。

また、基準画像の基準位置から所定範囲内で位置合わせを行い、光学画像と最も一致した位置でこれらを比較する方法もある。

特許第４２３６８２５号公報 特開２００５−２９２０１６号公報 特開２０１０−２４９５６５号公報

しかしながら、上記いずれの方法においても、繰り返しパターンを撮像した画像の位置合わせで生じるピッチずれの問題を解決することはできない。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、繰り返しパターンが設けられた試料の欠陥の有無を判定する検査方法において、光学画像と基準画像の正確な位置合わせを行うことのできる方法を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明は、繰り返しパターンが設けられた試料の欠陥の有無を判定する検査方法において、
試料の検査領域を短冊状の複数の第１の領域に仮想的に分割する工程と、
第１の領域毎に光学画像を取得する工程と、
光学画像に対応する基準画像を取得する工程と、
第１の領域が各々複数の第２の領域から構成されていて、光学画像と基準画像の位置合わせを第２の領域毎に行う工程と、
光学画像と基準画像を比較して、それらの差異が閾値を超えた場合に欠陥ありと判定する工程とを備えており、
位置合わせを行う工程は、前回位置合わせを行った第２の領域の位置合わせ開始位置が保存されているか否かを判定する工程と、
位置合わせ開始位置が保存されており、さらに、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性がある場合には、保存された位置合わせ開始位置を用いて、次に位置合わせを行う第２の領域の位置合わせ開始位置とし、
位置合わせ開始位置が保存されていない場合、または、位置合わせ開始位置が保存されているが、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性がない場合には、保存された位置合わせ開始位置ではない任意の位置を用いて、次に位置合わせを行う第２の領域の位置合わせ開始位置とする工程と、
上記の工程で決定された位置合わせ開始位置から所定範囲内で、光学画像と基準画像の位置合わせを行って、これらが最も一致する位置を探す工程と、
位置合わせ開始位置から所定範囲内での位置合わせの結果、最も一致する位置における光学画像と基準画像の位置ずれ量を求め、これらの位置合わせに用いた位置合わせ開始位置から位置ずれ量をオフセットした位置を新たな位置合わせ開始位置として保存する工程とを有することを特徴とするものである。

本発明の位置合わせを行う工程では、位置合わせ開始位置が保存されている場合に、この位置合わせ開始位置から所定範囲内で光学画像の第２の領域と基準画像の第２の領域の位置合わせを行い、これらが最も一致した位置における光学画像または基準画像について、
繰り返しパターンのエッジが、第２の領域のエッジから所定範囲内にある場合、または、第２の領域における繰り返しパターンのエッジが、第２の領域のエッジから所定範囲内にないが、繰り返しパターンのエッジ間の距離が所定範囲内にある場合は、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性があるとし、
第２の領域における繰り返しパターンのエッジが、第２の領域のエッジから所定範囲内になく、繰り返しパターンのエッジ間の距離も所定範囲内にない場合は、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性はないとすることが好ましい。

上記の好ましい態様は、位置合わせ開始位置が保存されている場合に、この位置合わせ開始位置から所定範囲内で光学画像の第２の領域と基準画像の第２の領域の位置合わせを行い、これらが最も一致した位置における光学画像または基準画像について、
第２の領域に白色と黒色の切り替え画素があるか否かを判定する工程と、
切り替え画素がある場合に、切り替え画素が一方向に所定数以上連続しているか否かを判定する工程とを有することがより好ましい。
このとき、切り替え画素が一方向に所定数以上連続している場合には、この連続した切り替え画素を繰り返しパターンのエッジと判断し、この繰り返しパターンのエッジが、第２の領域のエッジから所定範囲内にあるか否かを判定して、
繰り返しパターンのエッジが、第２の領域のエッジから所定範囲内にある場合、または、第２の領域における繰り返しパターンのエッジが、第２の領域のエッジから所定範囲内にないが、繰り返しパターンのエッジ間の距離が所定範囲内にある場合は、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性があるとし、
第２の領域における繰り返しパターンのエッジが、第２の領域のエッジから所定範囲内になく、繰り返しパターンのエッジ間の距離も所定範囲内にない場合は、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性はないとする。
一方、第２の領域に切り替え画素がない場合、または、切り替え画素が一方向に所定数以上連続していない場合には、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性があるとする。

本発明の位置合わせを行う工程は、決定された位置合わせ開始位置から所定範囲内で、光学画像の第２の領域と基準画像の第２の領域の位置合わせを行い、これらが最も一致した位置における光学画像または基準画像に白色と黒色の切り替え画素があるか否かを判定する工程と、
切り替え画素がある場合に、切り替え画素が一方向に所定数以上連続しているか否かを判定する工程とを有することが好ましい。
このとき、切り替え画素が一方向に所定数以上連続している場合には、最も一致する位置における光学画像と基準画像の位置ずれ量を求め、これらの位置合わせに用いた位置合わせ開始位置から位置ずれ量をオフセットした位置を新たな位置合わせ開始位置として保存する。
一方、切り替え画素がない場合、または、切り替え画素が一方向に所定数以上連続していない場合には、新たな位置合わせ開始位置の保存を行わない。

本発明におけるピッチずれは、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとの１ピッチまたは２ピッチのずれとすることが好ましい。

本発明における基準画像は、繰り返しパターンの設計データから生成された画像とすることが好ましい。

本発明によれば、繰り返しパターンが設けられた試料の欠陥の有無を判定する検査方法において、光学画像と基準画像の正確な位置合わせを行うことのできる方法が提供される。

（ａ）は参照画像の模式図であり、（ｂ）は光学画像の模式図である。 図１の（ａ）参照画像と（ｂ）光学画像とを位置合わせする前の状態を示す図である。 図１の（ａ）参照画像と（ｂ）光学画像とを位置合わせした後の状態を示す図である。 本実施の形態の検査方法に使用される検査装置の一例である。 本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。 フィルタ処理を説明する図である。 欠陥を検出するための光学画像の取得手順を説明する図である。 フレームを模式的に示す図である。 本実施の形態の検査工程を示すフローチャートである。 図９のＳ１１０を説明するフローチャートである。 図１０のＳ２０２を説明するフローチャートである。 図１０のＳ２０８を説明するフローチャートである。 （ａ）は参照画像の模式図であり、（ｂ）は光学画像の模式図である。 図１３の（ａ）参照画像と（ｂ）光学画像とを位置合わせする前の状態を示す図である。 図１３の（ａ）参照画像と（ｂ）光学画像とを位置合わせした後の状態を示す図であり、（ａ）はピッチずれを起こしていない状態、（ｂ）はピッチずれを起こした状態である。

本実施の形態では、ダイ−トゥ−データベース方式による検査方法を述べる。したがって、検査対象の光学画像と比較される基準画像は、設計データ（設計パターンデータとも称す。）から生成された参照画像である。但し、本発明は、ダイ−トゥ−ダイ方式による検査方法にも適用可能であり、その場合の基準画像は、検査対象とは異なる光学画像になる。

図４は、本実施の形態の検査方法に使用される検査装置の一例である。尚、検査装置には、図４に示す構成要素以外に、マスク１を検査するのに必要な他の公知要素が含まれていてもよい。

図４の検査装置１００は、光学画像取得部Ａと制御部Ｂを有する。

光学画像取得部Ａは、光源５と、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動可能なＸＹテーブル３と、レンズ６，８，１０４と、ミラー７と、画像センサ１０５と、センサ回路１０６と、レーザ測長システム１２２と、オートローダ１３０とを有する。尚、ＸＹテーブル３は、回転方向（θ方向）にも移動可能な構造とすることができる。

制御部Ｂでは、検査装置１００全体の制御を司る制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照回路１１２、展開回路１１１、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、記憶部の一例となる磁気ディスク装置１０９、ネットワークインターフェイス１１５、フレキシブルディスク装置１１６、液晶ディスプレイ１１７、パターンモニタ１１８およびプリンタ１１９に接続されている。ＸＹテーブル３は、テーブル制御回路１１４によって制御されたＸ軸モータおよびＹ軸モータによって駆動される。これらのモータには、例えば、ステップモータを用いることができる。

図５は、本実施の形態におけるデータの流れを示す概念図である。

図５に示すように、設計者（ユーザ）が作成したＣＡＤデータ２０１は、階層化されたフォーマットの設計中間データ２０２に変換される。設計中間データ２０２には、レイヤ（層）毎に作成されてマスク１に形成される設計パターンデータが格納される。ここで、一般に、検査装置は、設計中間データ２０２を直接読み込めるようには構成されていない。すなわち、検査装置の製造メーカー毎に、異なるフォーマットデータが用いられている。このため、設計中間データ２０２は、レイヤ毎に各検査装置に固有のフォーマットデータ２０３に変換された後に、図４の磁気ディスク装置１０９を通じて検査装置１００に入力される。この場合、フォーマットデータ２０３は、検査装置１００に固有のデータとすることができる。

磁気ディスク装置１０９に格納された設計パターンデータは、検査の進行に合わせて読み出されて展開回路１１１に送られる。展開回路１１１では、設計パターンデータがイメージデータ（設計画素データ）に変換される。その後、このイメージデータは、参照回路１１２に送られて参照画像の生成に用いられる。

参照画像は、次に述べるように、設計パターンデータを基に、記憶工程、展開工程およびフィルタ工程を経て生成される。

＜記憶工程＞
記憶工程では、上述したように、マスク１のパターン形成時に用いた設計パターンデータが、磁気ディスク装置１０９に記憶される。

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ある。記憶装部には、例えば、図形の基準位置における座標、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あって、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る。

一般に、数十μｍ程度の範囲に存在する図形の集合をクラスタまたはセルと称する。記憶工程では、これを用いてデータを階層化することが行われる。クラスタまたはセルには、各種図形を単独で配置したり、ある間隔で繰り返し配置したりする場合の配置座標や繰り返し記述も定義される。クラスタまたはセルデータは、（後述する）ストライプに配置される。

＜展開工程＞
展開工程では、図４の展開回路１１１が、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通じて設計パターンデータを読み出し、読み出されたデータを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。その後、このイメージデータは、参照回路１１２へ送られる。

上記において、展開回路１１１は、設計パターンデータを図形毎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値ないしは多値のイメージデータを展開する。展開されたイメージデータは、センサ画素に相当する領域（マス目）毎に図形が占める占有率を演算する。各画素内の図形占有率は画素値となる。

＜フィルタ処理工程＞
フィルタ処理工程では、参照回路１１２によって、送られてきた図形のイメージデータに適切なフィルタ処理が施される。

図６は、フィルタ処理を説明する図である。

検査装置１００で取得される、マスク１の光学画像は、検査装置１００の光学系や画像センサ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、言い換えれば連続的に変化するアナログ状態にある。一方、設計側のイメージデータは、画像強度（濃淡値）がデジタル値となっている。そこで、イメージデータにもフィルタ処理を施すことで、測定データにイメージデータを合わせることができる。

以上のようにして、光学画像と比較する参照画像が生成される。この参照画像は、比較回路１０８へ送られる。

次に、光学画像の取得方法について説明する。

マスク１の光学画像（測定データ）は、図４の光学画像取得部Ａで取得される。ここで、光学画像は、設計パターンに含まれる図形データに基づく図形が描画されたマスク１の画像である。

図４において、光源５は、マスク１に対して、欠陥検査用の光を照射する。光源５から出射された光は、レンズ６を透過し、ミラー７で向きを変えられた後、レンズ８によってマスク１の上に集光される。その後、マスク１を透過した光は、レンズ１０４を介して、画像センサ１０５に光学像として結像する。

図７は、マスク１に形成されたパターンの欠陥を検出するための光学画像の取得手順を説明する図である。

図７のマスク１は、図４のＸＹステージ３の上に載置されているものとする。また、マスク１上の検査領域は、図７に示すように、短冊状の複数のストライプ２０_１，２０_２，２０_３，２０_４，・・・に仮想的に分割されている。各ストライプは、例えば、幅が数百μｍであって、長さがマスク１のＸ方向またはＹ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の領域とすることができる。尚、ストライプは、本発明の第１の領域に対応する。

光学画像は、ストライプ毎に取得される。すなわち、図７で光学画像を取得する際には、各ストライプ２０_１，２０_２，２０_３，２０_４，・・・が連続的に走査されるように、ＸＹテーブル３の動作が制御される。具体的には、ＸＹテーブル３が図７のＸ方向に移動しながら、マスク１の光学画像が取得される。そして、図４の画像センサ１０５に、図７に示されるような走査幅Ｗの画像が連続的に入力される。すなわち、第１のストライプ２０_１における画像を取得した後、第２のストライプ２０_２における画像を取得する。この場合、ＸＹテーブル３がＹ方向にステップ移動した後、第１のストライプ２０_１における画像の取得時の方向（Ｘ方向）とは逆方向（−Ｘ方向）に移動しながら光学画像を取得して、走査幅Ｗの画像が画像センサに連続的に入力される。第３のストライプ２０_３における画像を取得する場合には、ＸＹテーブル３がＹ方向にステップ移動した後、第２のストライプ２０_２における画像を取得する方向（−Ｘ方向）とは逆方向、すなわち、第１のストライプ２０_１における画像を取得した方向（Ｘ方向）に、ＸＹテーブル３が移動する。尚、図７の斜線部分は、上記のようにして光学画像の取得が済んだ領域を模式的に表したものである。

図４の画像センサ１０５上に結像したパターンの像は、画像センサ１０５によって光電変換され、さらにセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログデジタル）変換される。画像センサ１０５には、画像センサが配置されている。画像センサとしては、例えば、撮像素子としてのＣＣＤカメラを一列に並べたラインセンサが用いられる。ラインセンサの例としては、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサが挙げられる。ＸＹテーブル３がＸ軸方向に連続的に移動しながら、ＴＤＩセンサによってマスク１のパターンが撮像される。

以上のようにして得られた光学画像は、図４の比較回路１０８へ送られる。

比較回路１０８では，センサ回路１０６から送られた光学画像と、参照回路１１２で生成した参照画像とが、適切な比較判定アルゴリズムを用いて比較され、誤差が所定の値を超えた場合にその箇所は欠陥と判定される。次いで、欠陥の座標と、欠陥判定の根拠となった光学画像および参照画像とが、図５に示す検査結果２０５として、磁気ディスク装置１０９に保存される。

尚、欠陥判定は、次の２種類の方法により行うことができる。１つは、参照画像における輪郭線の位置と、光学画像における輪郭線の位置との間に、所定の閾値寸法を超える差が認められる場合に欠陥と判定する方法である。他の１つは、参照画像におけるパターンの線幅と、光学画像におけるパターンの線幅との比率が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定する方法である。この方法では、参照画像におけるパターン間の距離と、光学画像におけるパターン間の距離との比率を対象としてもよい。

検査結果２０５は、図５に示すように、検査装置１００の外部装置であるレビュー装置５００に送られる。レビューは、オペレータによって、検出された欠陥が実用上問題となるものであるかどうかを判断する動作である。具体的には、検査結果２０５がレビュー装置５００に送られ、オペレータによるレビューによって修正の要否が判断される。このとき、オペレータは、欠陥判定の根拠となった参照画像と、欠陥が含まれる光学画像とを見比べてレビューする。

レビュー装置５００では、欠陥１つ１つの座標が観察できるように、マスク１が載置されたテーブルを移動させながら、マスク１の欠陥箇所の画像を表示する。また同時に欠陥判定の判断条件や、判定の根拠となった光学画像と参照画像を確認できるよう、レビュー装置５００に備えられた計算機の画面上にこれらを並べて表示する。

尚、検査装置１００にレビュー装置５００が備えられている場合には、検査装置１００の観察光学系を使って、マスク１の欠陥箇所の画像を表示する。また同時に欠陥判定の判断条件や、判定根拠になった光学画像と参照画像などは、図４に示す制御計算機１１０の画面を利用して表示される。

レビュー工程を経て判別された欠陥情報は、図４の磁気ディスク装置１０９に保存される。そして、図５において、レビュー装置５００で１つでも修正すべき欠陥が確認されると、マスク１は、欠陥情報リスト２０７とともに、検査装置１００の外部装置である修正装置６００に送られる。修正方法は、欠陥のタイプが凸系の欠陥か凹系の欠陥かによって異なるので、欠陥情報リスト２０７には、凹凸の区別を含む欠陥の種別と欠陥の座標が添付される。

図９は、本実施の形態の検査工程を示すフローチャートである。図４および図７を参照しながら、このフローチャートについて説明する。

検査工程では、図９に示すように、まず、検査を開始するストライプと、検査を終了するストライプとを決定する（Ｓ１０１）。次いで、検査を開始するストライプ（第１のストライプ）の番号を制御計算機１１０に入力し（Ｓ１０２）、そのストライプの座標を制御計算機１１０で計算する（Ｓ１０３）。次に、テーブル制御回路１１４を通じて、Ｓ１０３で取得した座標位置にＸＹステージ３を移動させた後、例えば図７に示すように、ＸＹステージ３をＸ方向に移動させながら、第１のストライプ２０_１の光学画像を取得する（Ｓ１０４）。

次に、参照回路１１２において、第１のストライプ２０_１に対応するストライプの参照画像を生成する（Ｓ１０５）。参照画像の生成工程は、上記で説明した通りである。

図７に示すように、マスク上の評価領域は短冊状の複数のストライプに仮想的に分割されている。そして、各ストライプから、所定の大きさ（例えば、５１２×５１２画素）のフレーム単位で切り出して、フレーム毎に連続して検査が行われる。尚、フレームは、本発明の第２の領域に対応する。

図８は、一定の領域毎に切り出されるフレームを模式的に示したものである。図８において、図７の第１のストライプ２０_１は、複数のフレーム２０_１１，２０_１２，・・・から構成されている。また、図８では省略されているが、マスク上の他のストライプも同様に複数のフレームから構成されている。そして、光学画像と参照画像の位置合わせは、フレーム毎に行われる。

図９のＳ１０６では、検査対象となるストライプ内の検査開始フレームが決定される。次いで、この検査開始フレームの位置情報（例えば、フレームの座標位置など）が制御計算機１１０に入力され（Ｓ１０７）、この位置から参照画像のフレームが取得される（Ｓ１０８）。また、光学画像のフレームも取得される（Ｓ１０９）。

次に、Ｓ１０８で取得された参照画像のフレームと、Ｓ１０９で取得された光学画像のフレームとの間で位置合わせ、つまり、各フレーム内の任意のパターンのラインエッジを用いて、最も誤差の少ない個所の特定が行われる（Ｓ１１０）。この位置合わせについては、図１０〜図１２を用いて後述する。

Ｓ１１０の位置合わせを終えた後は、比較回路１０８において、光学画像と参照画像とが適切な比較判定アルゴリズムを用いてフレーム毎に比較され、誤差が所定の値を超えた場合にその箇所は欠陥と判定される（Ｓ１１１）。

Ｓ１１１で検出された、フレーム内での欠陥は、ラベリングされる（Ｓ１１２）。例えば、欠陥の座標と、欠陥判定の根拠となった光学画像および参照画像とが、磁気ディスク装置１０９に保存される。

続いて、次に検査するフレームの位置が制御計算機１１０に入力される（Ｓ１１３）。その後、ストライプ内の全フレームを検査するまで、Ｓ１０８〜Ｓ１１３の工程が繰り返される。全フレームの検査を終えたか否かの判定はＳ１１４で行われ、検査を終えていない場合には、Ｓ１０８へ戻り、入力した位置に対応する参照画像のフレームを取得する。一方、入力した位置に該当するフレームがストライプ内にない場合には、全フレームの検査を終えたと判定してＳ１１５へ進む。尚、この判定は、制御計算機１１０で行うことができる。

Ｓ１１５では、検査したストライプ内で検出された欠陥をラベリングする。その後、ストライプ番号をインクリメント、すなわち、１つ増やし、全ストライプの検査を終えたか否かの判定を行う（Ｓ１１７）。検査を終えていない場合には、（ストライプ番号が１つ増加した）次のストライプについて同様の処理（Ｓ１０３〜Ｓ１１６）を行う。この処理は、マスク上の全ストライプの検査を終えるまで行われる。一方、Ｓ１１７において、ストライプ番号が１つ増加したストライプがない場合には、全ストライプを検査したと判定し、一連の検査工程を終了する。尚、Ｓ１１７の判定も、制御計算機１１０で行うことができる。

ところで、参照画像のフレームと光学画像のフレームとを位置合わせする際、従来の方法では、ピッチずれの問題を解決することができない。以下、図１〜図３および図１３〜図１５を参照しながら、この問題について詳述する。

前述した通り、検査装置での欠陥検出は、参照画像と光学画像とを、それぞれフレーム（例えば、５１２×５１２画素）で切り出した後、これらの画像の位置ずれを合わせてから、フレーム単位での画像同士を比較することにより行われる。尚、位置合わせが必要となる理由は、次の通りである。

マスクには潜在的な歪みがあるうえ、その形状は、検査工程で周囲から発せられる熱による膨張で変化する。また、マスクを所望の位置に正確に載置することは難しく、大抵は僅かにずれる。さらに、ＸＹステージの移動軌跡を完全な直線とすることも難しく、その動きは微視的に見ると蛇行したものとなる。こうしたことから、マスクの光学画像を参照画像と比較して欠陥検出する際には、最初にこれらの画像を正確に位置合わせすることが重要となる。位置合わせが正確でないと、参照画像とのずれを欠陥と認識したり、異なるパターン同士を比較したりして、本来欠陥でないものを欠陥として検出してしまうおそれがあるからである。

図１（ａ）は、参照画像のフレームを模式的に示したものである。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に対応するパターンの光学画像のフレームを模式的に示したものである。これらのフレームをそのエッジ同士で単純に重ね合わせたものが図２の状態である。参照画像は、設計パターンデータを基に作成された理想的な画像であるが、光学画像は、上記した種々の原因によって理想とは異なるものとなる。このため、光学画像のパターンの座標位置は、参照画像のパターンの座標位置からずれてしまい、両者を重ね合わせると図２のようになる。そこで、パターン同士の位置合わせを行って、図３に示すようにこれらの位置ずれをなくしてから、画像同士を比較して検査を行うことが必要になる。尚、パターン同士は、図３に示すように完全に一致した状態でなくても、位置ずれ量が所定の範囲内であれば、補正処理によってずれを理論上なくして検査を行うことが可能である。

しかしながら、フレーム内の画像が繰り返しパターンによって構成される場合、参照画像の基準位置から所定範囲内で光学画像と位置合わせを行い、両画像が最も一致した位置でこれらを比較する方法では、実際には、一致の度合いが極めて低いにも関わらず、位置合わせ結果を妥当とみなしてしまうことがある。

例えば、ライン・アンド・スペースパターンが形成されているマスクを検査する場合を考える。この場合、光学画像と参照画像の双方に、ライン・アンド・スペースパターンが存在する。検査の際には、参照画像の基準位置から所定範囲内で位置合わせを行い、光学画像と最も一致した位置でこれらを比較する。位置合わせは、通常、任意のラインのエッジを用いて行われる。

図１３において、（ａ）は参照画像の模式図であり、（ｂ）は光学画像の模式図である。どちらの画像にもライン・アンド・スペースパターンが存在するが、参照画像には、６つのラインパターン（ＲＰ１〜ＲＰ６）があり、光学画像には、７つのラインパターン（ＯＰ１〜ＯＰ７）がある。

図１４は、図１３（ａ）の参照画像のフレームエッジと、図１３（ｂ）の光学画像のフレームエッジとを重ね合わせた状態であり、パターン同士の位置合わせをする前の状態を示している。

図１４において、参照画像のパターンと、光学画像のパターンとは、位置ずれを起こしている。光学画像のパターンＯＰ１のラインエッジを用いて、光学画像と参照画像の位置合わせを行うと、図１５（ａ）に示す例１のようになる。一方、光学画像のパターンＯＰ２のラインエッジを用いて位置合わせを行うと、図１５（ｂ）に示す例２のようになる。

光学画像のパターンＯＰ１に対応するのは、参照画像のパターンＲＰ１であるので、本来は、図１５（ａ）のように、パターンＯＰ１〜ＯＰ６とパターンＲＰ１〜ＲＰ６とが位置合わせされるのが正しい。しかしながら、位置合わせには、任意のパターンのラインエッジが用いられるので、パターンＯＰ２〜ＯＰ７とＲＰ１〜ＲＰ６とが位置合わせされて、図１５（ｂ）のようになってしまうことが起こり得る。これは、従来法が、参照画像の基準位置から所定範囲内で位置合わせを行い、参照画像と光学画像が最も一致した位置で位置合わせをするとしているためである。

つまり、参照画像の基準位置から所定範囲内に複数の同一パターンがあれば、複数の位置合わせ方法が存在し得る。図１４の例では、基準位置となる、パターンＲＰ１のラインエッジから、所定範囲内に２つのパターン（ＯＰ１とＯＰ２）のラインエッジがあるので、上述したように、パターンＯＰ１のラインエッジと位置合わせをする場合（図１５（ａ））と、パターンＯＰ２のラインエッジと位置合わせをする場合（図１５（ｂ））とが考えられる。

図１５（ｂ）の位置合わせが行われた場合であっても、上記所定範囲内においては、光学画像と参照画像とが高い一致性を示すので、位置合わせが問題なく行われたと判断されて検査が進行する。この場合、実際には、ピッチずれを起こす位置、つまり、一致の度合いが極めて低い位置であるにも関わらず、位置合わせの際にはエラーとならない。そして、検査が進行し、最後のパターンを検査する段階になって、初めて位置合わせが適当でなかったことが明らかになる。つまり、光学画像のパターンＯＰ１の検査が行われず、ピッチずれを起こしたまま検査が行われたことにより、基準となる参照画像の最後のパターンには、対応する光学画像のパターンがないことが判明する。したがって、パターンＯＰ１の位置合わせを再度行い、検査を初めからやり直すことになる。

ピッチずれの発生を抑制する方法としては、参照画像と光学画像の各フレームをそのエッジ同士で単純に重ね合わせた状態から位置合わせを行うのではなく、以前に検査を行ったフレーム（通常は、直前に検査を行ったフレーム）の位置合わせ開始位置から位置合わせを行うことが考えられる。しかしながら、この方法によっても、図１５（ｂ）のような位置合わせが行われた結果、ずれが一方向に偏り続けるような事態を見逃すおそれがある。これに対して、本実施の形態によれば、ピッチずれの抑制に加えて、かかる問題の解決をも図ることができる。以下、本実施の形態の位置合わせ工程について詳述する。

図１０は、図９のＳ１１０（光学画像と参照画像の位置合わせ工程）を説明するフローチャートである。

図１０に示す位置合わせ工程では、まず、前回位置合わせを行ったフレームで位置合わせを開始した位置が保存されているか否かが判定される（Ｓ２０１）。ここで、「位置合わせを開始した位置」とは、位置合わせ開始時の原点となる座標位置を言う。例えば、前回位置合わせを行ったフレームが、図１３（ａ）の参照画像のフレームと、図１３（ｂ）の光学画像のフレームであって、図１４の状態から位置合わせを開始するのであれば、図１４の状態における、パターンＯＰ１のラインエッジの座標位置が、位置合わせを開始した位置となる。

Ｓ２０１において、位置合わせを開始した位置が保存されていると判定されれば、ピッチずれを起こす可能性を調べる処理が行われる（Ｓ２０２）。尚、この処理については、図１１を用いて後述する。

次に、Ｓ２０２の処理に基づき、Ｓ２０３において、ピッチずれを起こす可能性があるか否かが判定される。ピッチずれを起こす可能性がないと判定されれば、位置合わせ開始位置をリセットする（Ｓ２０５）。つまり、保存された開始位置でない任意の位置を用いて、光学画像と参照画像とを位置合わせする。また、Ｓ２０１において、位置合わせを開始する位置が保存されていない場合にも、Ｓ２０５に進んで、位置合わせ開始位置のリセットを行う。

一方、Ｓ２０３において、ピッチずれを起こす可能性があると判定された場合には、保存された位置を、位置合わせを開始する位置として決定する（Ｓ２０４）。

次に、Ｓ２０４またはＳ２０５で決定された位置合わせ開始位置から所定範囲内で、光学画像と参照画像の位置合わせを行って、これらが最も一致する位置、すなわち、両画像の位置ずれ量が最小となる位置を探す（Ｓ２０６）。

本実施の形態によれば、ピッチずれを起こす可能性がなければ、前回のフレームにおける位置合わせ開始位置を用いないので、例えば、マスクの歪みやステージの移動軌跡が一方向に偏り続けた場合であっても、前回の位置合わせにおけるずれ量に今回の位置合わせ結果が追従してしまうのを抑制できる。これにより、参照画像の基準位置から所定範囲内で行われるべき位置合わせが、この所定範囲を超えて行われるのを防いで、欠陥として扱われるべき「パターンずれ」が見逃されるのを低減することができる。

また、本実施の形態によれば、ピッチずれを起こす可能性がある場合には、前回のフレームにおける位置合わせ開始位置を用いるので、位置合わせの開始時において、光学画像と参照画像をほとんど一致させることができる。したがって、画像の移動量を減少させて、位置合わせに要する時間を短縮させることができ、ひいては、検査時間を短縮させることが可能となる。

次に、Ｓ２０６で探索された位置から導き出されるフレームの有効性を調べる（Ｓ２０７，Ｓ２０８）。すなわち、Ｓ２０６において、光学画像と参照画像とが最も一致した位置におけるこれらの画像が、位置合わせを行うのに有効なものであるか否かを判定する。Ｓ２０７では、Ｓ２０６の探索結果から、光学画像と参照画像が最も一致する位置における光学画像のフレームと参照画像のフレームを確認する。次いで、Ｓ２０８において、これらのフレームが位置合わせを行うのに有効であるか否かを判定する。尚、Ｓ２０８については、図１２を用いて後述する。

Ｓ２０８で位置合わせに有効なフレームであると判定された場合、その最も一致する位置での光学画像と参照画像の位置ずれ量を求め、これらの位置合わせに用いた位置合わせ開始位置から位置ずれ量をオフセットした位置を新たな位置合わせ開始位置として保存する（Ｓ２０９）。その後、位置合わせ工程を終了する。一方。上記フレームが有効でないと判定された場合には、新たな位置合わせ開始位置の保存を行わずに位置合わせ工程を終了する。

図１１は、図１０のＳ２０２（ピッチずれを起こす可能性を判定する工程）を説明するフローチャートである。

図１１では、まず、保存された位置合わせ開始位置から所定範囲内で、光学画像と参照画像の位置合わせを行い、これらが最も一致する位置における光学画像のフレームと参照画像のフレームを確認する（Ｓ３０１）。

次いで、Ｓ３０１におけるフレームが、位置合わせを行うのに有効なものであるか否かを判定する（Ｓ３０２）。例えば、位置合わせの基準となるパターンエッジを有するフレームは有効と判定される。一方、白色または黒色のみからなるフレームや、１つの点パターンのみを有するフレームといった、パターンエッジのないフレームは、位置合わせができないために無効と判定される。尚、Ｓ３０２は、（図１２を用いて後述する）図１０のＳ２０８と同様の工程である。

Ｓ３０２で、位置合わせを行うのに有効なフレームであると判定された場合、次に、このフレームにおけるパターンエッジが、フレームエッジから所定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３０３）。例えば、参照画像の基準位置から、（３×３）画素内で位置合わせを行う場合について考える。すなわち、Ｘ方向に３画素、−Ｘ方向に３画素、Ｙ方向に３画素、−Ｙ方向に３画素の範囲内で位置合わせを行う場合である。このとき、パターンエッジがフレームエッジから３画素以上離れていれば、ピッチずれを起こすパターンが近くにないと考えられるので、ピッチずれはない可能性が高い。一方、パターンエッジがフレームエッジから３画素以内のところにあれば、ピッチずれを起こす可能性があると言える。ピッチずれは、通常、光学画像の繰り返しパターンと、基準画像の繰り返しパターンとが１ピッチまたは２ピッチずれて起こる。本実施の形態によれば、この１ピッチまたは２ピッチのずれが起きているか否かを判定することができる。

Ｓ３０３でパターンエッジがフレームエッジから所定範囲内でない場合には、Ｓ３０４に進み、パターンのエッジペア間の距離が所定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３０４）。所定範囲内になければ、ピッチずれを起こす可能性はないと言える。一方、所定範囲内にある場合には、ピッチずれを起こす可能性があると言える。

また、Ｓ３０２において、位置合わせに有効でないフレームと判定された場合にも、ピッチずれを起こす可能性があるとして扱う。

図１２は、図１０のＳ２０８（フレームの有効性判定工程）を説明するフローチャートである。

図１２では、まず、Ｓ２０７で確認されたフレーム中に、白色と黒色の切り替え画素があるか否かを判定する（Ｓ４０１）。ここで、切り替え画素とは、白色から黒色へ、または、黒色から白色へ、色が切り替わる画素を言う。かかる画素は、パターンエッジを見つけ出す手掛かりとなる。

Ｓ４０１において、切り替え画素がなければ、位置合わせに必要なパターンエッジがないので、このフレームは無効、すなわち、位置合わせを行うのに有効でないと判定される。

Ｓ４０１において、切り替え画素がある場合には、Ｓ４０２に進み、白色と黒色の切り替え画素が一方向に所定数以上連続しているか否かを判定する（Ｓ４０２）。所定数以上連続していなければ、この切り替え画素はパターンエッジではなく、１つの点パターンであると考えられ、位置合わせに用いることができないので、無効フレームと判定される。一方、所定数以上連続していれば、この切り替え画素はパターンエッジと考えられるので、有効フレームと判定される。

以上述べたように、本実施の形態は、従来法における、参照画像の基準位置から所定範囲内で位置合わせを行い、参照画像と光学画像が最も一致した位置で位置合わせをする工程に加えて、ピッチずれが起きているか否かを判定する工程を有するので、従来法の問題点、すなわち、所定範囲内で光学画像と参照画像とが高い一致性を示すことにより、位置合わせが問題なく行われたと誤認されて検査が進行するのを防ぐことができる。つまり、実際には、ピッチずれを起こす位置、つまり、一致の度合いが極めて低い位置であるにも関わらず、位置合わせに問題はないと判断されて検査が進行してしまい、最後のパターンを検査する段階になって、初めて位置合わせに問題があったことが明らかになるのを防ぐことができる。これにより、パターンの位置合わせを再度行って、検査を初めからやり直すことになるのを回避できる。

さらに本実施の形態の効果を詳細に述べると次の通りである。

本実施の形態では、位置合わせを行う際に、対象となるフレームが位置合わせを行うのに適当であるか否かを判定し、適当であると判定されれば、次に、このフレームにおけるパターンエッジがフレームエッジから所定範囲内であるか否かを判定して、ピッチずれを起こす可能性の有無を調べる。

ピッチずれを起こす可能性がなければ、前回位置合わせを行ったフレームの位置合わせ開始位置を利用しない。このようにすることで、例えば、マスクの歪みやステージの移動軌跡が一方向に偏り続けた場合であっても、前回の位置合わせにおけるずれ量に今回の位置合わせ結果が追従してしまうのを抑制できる。したがって、参照画像の基準位置から所定範囲内で行われるべき位置合わせが、この所定範囲を超えて行われるのを防いで、欠陥として扱われるべき「パターンずれ」が見逃されるのを低減することができる。

一方、ピッチずれを起こす可能性がある場合には、前回位置合わせを行ったフレームの位置合わせ開始位置を利用するので、位置合わせの開始時において、光学画像と参照画像をほとんど一致させることができる。したがって、画像の移動量を減少させて、位置合わせに要する時間を短縮させることができ、ひいては、検査時間を短縮させることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、フレーム中に白色と黒色の切り替え画素があるか否かを判定することで、位置合わせを行うのに適当なフレームであるか否かを判定する。

つまり、切り替え画素がなければ、位置合わせに必要なパターンエッジがないので、このフレームは位置合わせを行うのに有効でないと判定される。

一方、切り替え画素がある場合には、次に、白色と黒色の切り替え画素が一方向に所定数以上連続しているか否かを判定する。所定数以上連続していなければ、この切り替え画素はパターンエッジではなく、１つの点パターンであると考えられ、位置合わせに用いることができないので、位置合わせに有効でないフレームと判定される。これに対して、所定数以上連続していれば、この切り替え画素はパターンエッジと考えられるので、位置合わせに有効なフレームと判定される。

このようにすることで、実質的に有効でない位置合わせ結果が用いられるのを防いで、正確な位置合わせを行うことが可能となる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要としない部分についての記載を省略したが、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得る全ての検査方法は、本発明の範囲に包含される。

１ 試料
３ ＸＹテーブル
５ 光源
６，８，１０４ レンズ
７ ミラー
２０_１，２０_２，２０_３，２０_４ フレーム
１００ 検査装置
１０５ 画像センサ
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 展開回路
１１２ 参照回路
１１３ オートローダ制御回路
１１４ テーブル制御回路
１１５ ネットワークインターフェイス
１１６ フレキシブルディスク装置
１１７ 液晶ディスプレイ
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
１３０ オートローダ

Claims (6)

1. 繰り返しパターンが設けられた試料の欠陥の有無を判定する検査方法において、
   前記試料の検査領域を短冊状の複数の第１の領域に仮想的に分割する工程と、
   前記第１の領域毎に光学画像を取得する工程と、
   前記光学画像に対応する基準画像を取得する工程と、
   前記第１の領域は各々複数の第２の領域から構成され、前記光学画像と前記基準画像の位置合わせを前記第２の領域毎に行う工程と、
   前記光学画像と前記基準画像を比較して、それらの差異が閾値を超えた場合に欠陥ありと判定する工程とを備えており、
   前記位置合わせを行う工程は、前回位置合わせを行った第２の領域の位置合わせ開始位置が保存されているか否かを判定する工程と、
   前記位置合わせ開始位置が保存されており、さらに、前記光学画像の繰り返しパターンと、前記基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性がある場合には、前記保存された位置合わせ開始位置を用いて、次に位置合わせを行う第２の領域の位置合わせ開始位置とし、
   前記位置合わせ開始位置が保存されていない場合、または、前記位置合わせ開始位置が保存されているが、前記光学画像の繰り返しパターンと、前記基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性がない場合には、前記保存された位置合わせ開始位置ではない任意の位置を用いて、次に位置合わせを行う第２の領域の位置合わせ開始位置とする工程と、
   前記工程で決定された位置合わせ開始位置から所定範囲内で、前記光学画像と前記基準画像の位置合わせを行って、これらが最も一致する位置を探す工程と、
   前記最も一致する位置における前記光学画像と前記基準画像の位置ずれ量を求め、これらの位置合わせに用いた前記位置合わせ開始位置から前記位置ずれ量をオフセットした位置を新たな位置合わせ開始位置として保存する工程とを有することを特徴とする検査方法。
2. 前記位置合わせを行う工程では、前記位置合わせ開始位置が保存されている場合に、該位置合わせ開始位置から所定範囲内で前記光学画像の第２の領域と前記基準画像の第２の領域の位置合わせを行い、これらが最も一致した位置における前記光学画像または前記基準画像について、
   前記繰り返しパターンのエッジが、前記第２の領域のエッジから前記所定範囲内にある場合、または、前記第２の領域における前記繰り返しパターンのエッジが、前記第２の領域のエッジから前記所定範囲内にないが、前記繰り返しパターンのエッジ間の距離が前記所定範囲内にある場合は、前記光学画像の繰り返しパターンと、前記基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性があるとし、
   前記第２の領域における前記繰り返しパターンのエッジが、前記第２の領域のエッジから前記所定範囲内になく、前記繰り返しパターンのエッジ間の距離も前記所定範囲内にない場合は、前記光学画像の繰り返しパターンと、前記基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性はないとすることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 前記位置合わせ開始位置が保存されている場合に、該位置合わせ開始位置から所定範囲内で前記光学画像の第２の領域と前記基準画像の第２の領域の位置合わせを行い、これらが最も一致した位置における前記光学画像または前記基準画像について、
   前記第２の領域に白色と黒色の切り替え画素があるか否かを判定する工程と、
   前記切り替え画素がある場合に、前記切り替え画素が一方向に所定数以上連続しているか否かを判定する工程とを有し、
   前記切り替え画素が一方向に所定数以上連続している場合には、この連続した切り替え画素を前記繰り返しパターンのエッジと判断し、該繰り返しパターンのエッジが、前記第２の領域のエッジから前記所定範囲内にあるか否かを判定して、
   前記繰り返しパターンのエッジが、前記第２の領域のエッジから前記所定範囲内にある場合、または、前記第２の領域における前記繰り返しパターンのエッジが、前記第２の領域のエッジから前記所定範囲内にないが、前記繰り返しパターンのエッジ間の距離が前記所定範囲内にある場合は、前記光学画像の繰り返しパターンと、前記基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性があるとし、
   前記第２の領域における前記繰り返しパターンのエッジが、前記第２の領域のエッジから前記所定範囲内になく、前記繰り返しパターンのエッジ間の距離も前記所定範囲内にない場合は、前記光学画像の繰り返しパターンと、前記基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性はないとし、
   前記第２の領域に前記切り替え画素がない場合、または、前記切り替え画素が一方向に所定数以上連続していない場合には、前記光学画像の繰り返しパターンと、前記基準画像の繰り返しパターンとがピッチずれを起こしている可能性があるとすることを特徴とする請求項２に記載の検査方法。
4. 前記位置合わせを行う工程は、前記決定された位置合わせ開始位置から所定範囲内で、前記光学画像の第２の領域と前記基準画像の第２の領域の位置合わせを行い、これらが最も一致した位置における前記光学画像または前記基準画像に白色と黒色の切り替え画素があるか否かを判定する工程と、
   前記切り替え画素がある場合に、前記切り替え画素が一方向に所定数以上連続しているか否かを判定する工程とを有し、
   前記切り替え画素が一方向に所定数以上連続している場合には、前記最も一致する位置における前記光学画像と前記基準画像の位置ずれ量を求め、これらの位置合わせに用いた前記位置合わせ開始位置から前記位置ずれ量をオフセットした位置を新たな位置合わせ開始位置として保存し、
   前記切り替え画素がない場合、または、前記切り替え画素が一方向に所定数以上連続していない場合には、新たな位置合わせ開始位置の保存を行わないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査方法。
5. 前記ピッチずれは、前記光学画像の繰り返しパターンと、前記基準画像の繰り返しパターンとの１ピッチまたは２ピッチのずれであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査方法。
6. 前記基準画像は、前記繰り返しパターンの設計データから生成された画像であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査方法。