(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、
設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、
前記設計データが透過率や位相の異なる複数の設計データから構成されている場合に、前記複数の設計データがそれぞれ支配する領域が互いにオーバーラップしている部分が存在するか否かを検出する手段と、
前記オーバーラップする部分が存在する場合に、前記複数の設計データをそれぞれ包含する包含領域を新たに設定して、該包含領域内で前記複数の設計データがそれぞれ欠落する領域に空白データを付加し、前記複数の設計データをそれぞれ再形成するデータ再形成手段と、
前記再形成されたそれぞれの設計データを合成する手段と、
前記被測定試料のパターンに対応した前記測定画像データと前記合成された設計データに基づく設計画像データとを比較する手段と、
を具備することを特徴とする試料検査装置。
【請求項２】
被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、
設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、
前記設計データが透過率や位相の異なる複数の設計データから構成されている場合に、検査すべき領域において前記複数の設計データがそれぞれ支配する領域が互いにオーバーラップしている部分が存在するか否かを検出する手段と、
前記オーバーラップする部分が存在する場合に、検査すべき領域に合わせて前記複数の設計データがそれぞれ欠落する領域に空白データを付加し、前記複数の設計データをそれぞれ再形成するデータ再形成手段と、
前記再形成されたそれぞれの設計データを合成する手段と、
前記被測定試料のパターンに対応した前記測定画像データと前記合成された設計データに基づく設計画像データとを比較する手段と、
を具備することを特徴とする試料検査装置。
【請求項３】
前記複数の設計データのうち、透過率及び位相差が同一のデータ同士を統合した後、前記設計データを再形成するデータ再形成手段を具備することを特徴とする請求項１、請求項２のいずれか１項に記載の試料検査装置。
【請求項４】
前記包含領域は、矩形状、又は該領域を短冊状に分割する検査ストライプに分断が生じない形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の試料検査装置。
【請求項５】
光学的手段を用いて被測定試料のパターンに対応した測定画像データを自動的に生成する工程と、
データベ−スに格納された設計データに基づいて設計画像データを生成する第１のデータ処理工程と、
前記設計データが透過率や位相の異なる複数の設計データから構成されている場合に、前記複数の設計データがそれぞれ支配する領域が互いにオーバーラップしている部分が存在するか否かどうかを検出する第２のデータ処理工程と、
前記オーバーラップする部分が存在する場合に、前記複数の設計データをそれぞれ包含する包含領域を新たに設定して、該包含領域内で前記複数の設計データがそれぞれ欠落する領域に空白データを付加し、前記複数の設計データをそれぞれ再形成する第３のデータ処理工程と、
前記再形成されたそれぞれの設計データを合成する第４のデータ処理工程と、
前記被測定試料のパターンに対応した前記測定画像データと前記合成された設計データに基づく設計画像データとを比較する第５のデータ処理工程と、
を順に実行することを特徴とする試料検査方法。
【請求項６】
光学的手段を用いて被測定試料のパターンに対応した測定画像データを自動的に生成する工程と、
データベースに格納された設計データに基づいて設計画像データを生成する第１のデータ処理工程と、
前記設計データが透過率や位相の異なる複数の設計データから構成されている場合に、検査すべき領域において前記複数の設計データがそれぞれ支配する領域が互いにオーバーラップしている部分が存在するか否かを検出する第２のデータ処理工程と、
前記オーバーラップする部分が存在する場合に、検査すべき領域に合わせて前記複数の設計データがそれぞれ欠落する領域に空白データを付加し、前記複数の設計データをそれぞれ再形成する第３のデータ処理工程と、
前記再形成されたそれぞれの設計データを合成する第４のデータ処理工程と、
前記被測定試料のパターンに対応した前記測定画像データと前記合成された設計データに基づく設計画像データとを比較する第５のデータ処理工程と、
を順に実行することを特徴とする試料検査方法。
【請求項７】
前記第３のデータ処理工程は、前記複数の設計データのうち、透過率及び位相差が同一のデータ同士を統合した後に実行されることを特徴とする請求項５又は６記載の試料検査方法。
【請求項８】
前記包含領域を、矩形状、又は該領域を短冊状に分割する検査ストライプに分断が生じない形状にしたことを特徴とする請求項５又は６記載の試料検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の欠陥を検査する試料検査装置及び試料検査方法に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製造するときに使用されるフォトマスク、ウエハ、又は液晶基板等の極めて小さなパターンに含まれる欠陥を検査する装置及び検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンには、１ギガビット級のＤＲＡＭに代表されるように、サブミクロンからナノメータのオーダーにまで最小寸法が縮小されるものがある。このＬＳＩの製造工程における歩留まり低下の大きな原因の一つとして、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体ウエハ上に超微細パターンを露光、転写する際に使用するフォトマスクに含まれる欠陥があげられる。
【０００３】
特に、半導体ウエハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴い、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くなっている。このため、極めて小さな欠陥を検査する装置や検査方法の開発が各地で進められている。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤは、５００ｍｍ×６００ｍｍ、又はこれ以上の液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のパターンの微細化が進展し、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになっている。このため、大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製造する時に用いられるフォトマスクの欠陥を、短時間で効率的に検査する試料検査装置の開発が急務となっている。
【０００５】
図７に、従来のフォトマスクの欠陥検査装置のシステム構成を示し、その要部構成と動作について説明する。
図７に示す欠陥検査装置では、フォトマスク１に形成されたパターンにおける被検査領域が、図２に示すように仮想的に幅Ｗの短冊状の検査ストライプに分割され、この分割された検査ストライプが連続的に走査されるように、図７に示すＸ−Ｙ−θテーブル２の面に平行なＸ方向、Ｙ方向の移動を行うＸモータ、Ｙモータと、面に垂直な軸の回りの角度θの回転を行うθモータと、テーブル制御回路とを用いてＸ−Ｙ−θテーブル２の動作が制御され、検査が実行される。
【０００６】
フォトマスク１は、オートローダとオートロ−ダ制御回路を用いてＸ−Ｙ−θテーブル２の上に載置され、フォトマスク１に形成されたパターンには適切な光源３によって光が照射される。フォトマスク１を透過した光は拡大光学系４を介して、フォトダイオードアレイ５に入射される。このとき、ピエゾ素子等を用いて拡大光学系４がオートフォーカス制御され、フォトダイオードアレイ５の上には、図２に示す仮想的に分割されたパターンの短冊状領域の一部が拡大され、光学像として結像される。
【０００７】
フォトダイオードアレイ５上に結像したパターンの像は、フォトダイオードアレイ５によって光電変換され、さらにセンサ回路６によりＡ／Ｄ変換される。このセンサ回路６から出力された測定画像データは、位置回路７から出力されたＸ−Ｙ−θテーブル２上におけるフォトマスク１の位置を示すデータと共に比較回路８に送られる。
【０００８】
一方、フォトマスク１のパターン形成時に用いた設計データは、磁気ディスク９から制御計算機１０を介して展開回路１１に読み出される。展開回路１１では、読み出された設計データが２値又は多値の設計画像データに変換され、この設計画像データが参照回路１２に送られる。参照回路１２は、送られてきた図形の設計画像データに対して適切なフィルタ処理を施す。
【０００９】
このフィルタ処理は、拡大光学系４の解像特性やフォトダイオードアレイ５のアパーチャ効果等によって、センサ回路６から得られた測定パターンデータはフィルタが作用したような状態になるため、設計画像データにもフィルタ処理を施して、測定画像データに合わせるために行われる。
【００１０】
比較回路８は、測定画像データと、適切なフィルタ処理が施された設計画像データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、欠陥有りと判定する。しかし、最近では集積度の高いＬＳＩの出現が望まれ、これに伴い、光転写装置の解像度をさらに向上させることが望まれている。これを実現する手段として、フォトマスクに光の干渉を利用する位相シフトパターンを設ける方法が開発されている。
【００１１】
すなわち、フォトマスク１に形成されるパターンは、図８に示すように周辺パターン２１と回路パターン２２とに分けられる。回路パターン２２は、さらにロジック、コントローラ部２３とメモリ部２４とに分けられる。メモリ部２４は、特に微細パターンの形成が要求され、この部分に位相シフトパターンを形成することが必要となっている。
【００１２】
通常のフォトマスクには、ガラス基板の表面に遮光機能のあるクロムパターンが形成される。一方、位相シフトマスクは、ガラス基板に半透過性の位相シフトパターンが形成される。クロムパターンの領域と位相シフトパターンの領域が完全に分かれていれば、従来型の試料検査装置でもそれぞれの領域を別々に検査することは可能であるが、今後はさらなる解像度の向上を目指して、クロムパターンと位相シフトパターンとが同一座標上に混在したマスクの導入が検討されている。
【００１３】
このように、光に対する透過率や位相の異なる画像データが混在する場合には、図７に示す磁気ディスク９には、クロムパターンを形成するときに用いた設計データと、位相シフトパターンを形成するときに用いた設計データとの２つの設計データが存在することになる。以下、例えばクロム層に対応したデータを「１ｓ」、ハーフトーン層に対応したデータを「２ｓ」と記載する。
【００１４】
従来の試料検査装置及び試料検査方法では、このように透過率及び位相差の異なる複数の設計データが混在する場合、相互に原点位置やそのデータが支配する領域が同一とは限らないため、原点位置及びそのデータが支配する領域を変更し、統一した座標系にしなければ比較する２つの設計データの間にずれを生じ、精度の高い検査ができないという問題があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の試料検査装置及び試料検査方法には、透過率及び位相差の異なる複数の設計データが混在する場合、精度の高い検査ができないという問題があった。本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、透過率及び位相差の異なる複数の設計データが混在する場合でも、精度の高い検査が可能な試料検査装置及び試料検査方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の試料検査装置は、被測定試料のパターンに対応した測定画像データを生成する測定画像データ生成部と、設計データに基づいて設計画像データを生成する設計画像データ生成部と、設計データが透過率や位相の異なる複数の設計データから構成されている場合に、複数の設計データがそれぞれ支配する領域が互いにオーバーラップしているかどうかを検出する手段と、複数の設計データがそれぞれ支配する領域を包含する領域を新たに設定して、複数の設計データがそれぞれ欠落する領域に空白データを付加するデータ再形成手段と、被測定試料のパターンに対応した測定画像データ及び設計画像データを比較する手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の試料検査装置は、設計データが透過率や位相の異なる複数の設計データから構成されている場合に、検査すべき領域において複数の設計データがそれぞれ支配する領域が互いにオーバーラップしているかどうかを検出する手段と、検査すべき領域に合わせて複数の設計データがそれぞれ欠落する領域に空白データを付加するデータ再形成手段と、被測定試料のパターンに対応した測定画像データ及び前記設計画像データを比較する手段とを具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明の試料検査方法は、光学的手段を用いて被測定試料のパターンに対応した測定画像データを自動的に生成する手段と、データベ−スに格納された設計データに基づいて設計画像データを生成する第１のデータ処理と、設計データが透過率や位相の異なる複数の設計データから構成されている場合に、複数の設計データがそれぞれ支配する領域が互いにオーバーラップしているかどうかを検出する第２のデータ処理と、複数の設計データがそれぞれ支配する領域を包含する領域を新たに設定して、複数の設計データがそれぞれ欠落する領域に空白データを付加し、複数の設計データをそれぞれ再形成する第３のデータ処理と、被測定試料のパターンに対応した測定画像データ及び設計画像データを比較する第４のデータ処理とを順に実行することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の試料検査方法は、光学的手段を用いて被測定試料のパターンに対応した測定画像データを自動的に生成する手段と、データベースに格納された設計データに基づいて設計画像データを生成する第１のデータ処理と、設計データが透過率や位相の異なる複数の設計データから構成されている場合に、検査すべき領域において複数の設計データがそれぞれ支配する領域が互いにオーバーラップしているかどうかを検出する第２のデータ処理と、検査すべき領域に合わせて複数の設計データがそれぞれ欠落する領域に空白データを付加し、複数の設計データをそれぞれ再形成する第３のデータ処理と、被測定試料のパターンに対応した測定画像データ及び設計画像データを比較する第４のデータ処理とを順に実行することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
始めに、図１、図２を用いて、本発明の全ての実施形態で用いられる試料検査装置のシステム構成と試料検査方法の概要を説明する。本発明の試料検査装置と試料検査方法において、図７、図２を用いて説明した従来のシステム構成との相違は、データ再形成処理装置１３を搭載していることなので、その他の対応する部分には同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００２２】
以下に述べる各実施形態において、被検査領域は、図２に示す幅Ｗの短冊状の検査ストライプに仮想的に分割され、この分割された検査ストライプが連続的に走査されるように、図１に示すＸ−Ｙ−θテーブルの動作が制御され、検査が実行される。
次に、各実施形態ごとに、データ再形成処理装置１３の動作とこれを用いたデータ再形成処理方法について説明する。
【００２３】
ここで、データ再形成処理とは、クロームパターンと位相シフトパターンのように透過率と位相差の異なる複数の設計データが同一フォトマスク上に混在する場合、相互に原点位置やそのデータが支配する領域が同一とは限らないため、原点位置やデータが支配する領域を変更し、統一した座標系にして比較することにより上記２つの設計データ間のずれを解消し、精度の高い比較に用いるデータ処理のことである。
【００２４】
＜第１の実施形態＞
次に、図３を用いて、第１の実施形態に係るデータ再形成処理装置の動作と処理方法について説明する。
図３（ａ）に示すように、例えば、クロームパターンの１ｓデータ領域が位相シフトパターンの２ｓデータ領域を包含している場合に、図３（ｂ）の点線で示すように２ｓデータ領域を２ｓ′データ領域に拡大し、１ｓデータ領域と重ねる方法がある。このようにして、１ｓデータと２ｓデータとを統一した座標系のデータにすることができる。
【００２５】
上記の再形成処理において、はじめに図３（ｂ）に示すように、２ｓデータ領域の原点を１４から１５に移動する。次に２ｓデータ領域を２ｓ′データ領域に拡大する方法は、２ｓデータ領域の外側を空白データで埋めることにより行う。このようなデータ再形成処理は、図１に示すデータ再形成処理装置１３で処理してもよいし、オフラインで処理してもよい。このようなデータ再形成処理を経た設計データの展開処理は次のように行われる。
【００２６】
図９に示すように、展開回路１１で展開した図２の１ストライプ分の設計画像データを記憶するストライプメモリを搭載しておく。まず１ｓデータを展開してストライプメモリに記憶させる。次に２ｓ′データを展開する際に、ストライプメモリに記憶されたすでに展開済みの１ｓデータと同期して、参照回路１２に２ｓ′データと１ｓデータとを転送する。
【００２７】
参照回路１２では、１ｓデータと２ｓ′データとの２つのデータの透過率及び位相差を考慮して合成することにより、センサ回路６から出力されるフォトマスクの測定画像データと比較する設計画像データを発生させることができる。
【００２８】
このとき、１ｓデータはクロームパターンの１ｓデータ領域を支配するデータであり、２ｓ′データは位相シフトパターンの２ｓデータ領域を支配するデータであるから、１ｓデータ領域と２ｓデータ領域とが重なる領域（ここでは図３（ａ）の２ｓデータ領域全体）では、クロームパターンと位相シフトパターンとが混在することになる。このように、２つの重なる異種のデータを合成することにより微細な測定画像データとの比較に耐える精密な設計画像データを得ることは必ずしも容易でない。
【００２９】
しかし、検査基板にクロームパターンと位相シフトパターンとが混在する領域が存在する場合、各領域の設計データから２値又は多値の展開画像データを発生させ、検査基板の複素透過率分布又は複素反射率分布を求め、この複素透過率分布又は複素反射率分布から精密な設計画像データを計算するアルゴリズムが別途開発されており、これを用いればクロームパターンと位相シフトパターンとが混在する領域においても精密な設計画像データを容易に出力することができる。
【００３０】
＜第２の実施形態＞
次に、図４を用いて第２の実施形態について説明する。
図４（ａ）に示すように、例えば、クロームパターンの１個の１ｓデータ領域と、位相シフトパターンの４個の２ｓデータ領域からなる５個のデータ領域が互いに包含関係にない場合に、そのうち４個の２ｓデータ領域が同一の透過率と位相差を有する設計データであるとする。
【００３１】
このとき、単に５個のデータを包含する領域を求めた後に、図１０に示すように４面のストライプメモリをもち、全部で５回分の設計画像データを合成することも可能であるが、図４（ｂ）に示すように、まず、同一の透過率及び位相差を有する４個の２ｓデータ領域についてだけ、点線のように空白データを加えて２ｓ′データとして統合し、次に、図４（ｃ）に示すように、１ｓデータ領域に点線のように空白データを加えて１ｓ′データ領域に拡大した１ｓ′データと合成するという方法を用いれば、データ再形成処理を経た設計データの展開処理を図９に示すより簡素なシステムを用いて実行することができる。
なおこの場合も、データ再形成処理は、図１に示すデータ再形成処理装置１３で処理してもよいし、オフラインで処理してもよい。
【００３２】
＜第３の実施形態＞
第１、第２の実施形態では、例えば、クロームパターンの設計データ領域と、位相シフトパターンの設計データ領域とを包含する矩形領域を新たに設定する方法について説明したが、第３の実施形態では、検査ストライプが分断されない範囲の最小領域にこれらの設計データ領域を再設定することについて説明する。
【００３３】
第２の実施形態では、図４（ａ）に示す設計データ領域を図４（ｃ）のように変更したが、これを図５（ａ）に示すように変更すれば、検査領域の総面積が縮小するため無駄な検査領域を削減することができる。しかし、さらに検査領域の総面積を縮小するため図５（ｂ）に示す形状に変更すれば、図５（ｂ）に点線で示すように、検査ストライプが分断される領域が発生してしまうので望ましくない。
【００３４】
＜第４の実施形態＞
本発明の試料検査装置及び試料検査方法は、必ずしも被検査領域が被測定試料のパターン全体に及ぶものばかりでなく、検査を行うべき領域が被測定試料のパターンの一部の領域に過ぎない場合にも適用することができる。
【００３５】
例えば、図６に示すように、検査を行うべき領域１６が被測定試料のパターンの一部の領域である場合には、例えば、クロームパターンの１ｓデータ領域と、位相シフトパターンの２ｓデータ領域とを共に検査を行うべき領域１６に合わせて、データを再形成する方法をとることができる。
【００３６】
すなわち、検査を行うべき領域１６の原点を１５とし、この領域における１ｓデータは検査を行うべき領域１６全体を支配し、これと合成する２ｓ′領域は、検査を行うべき領域１６における１ｓデータ領域と２ｓデータ領域との重複部分の２ｓデータと、非重複部分の空白データとを加えたものになる。
【００３７】
なお本発明は上記の実施の形態に限定されることはない。例えば、第１乃至第４の実施形態において、フォトマスクがクロムパターンと位相シフトパターンの２層からなる場合を例として説明したが、必ずしも２層のパターンに限定されるものではない。本発明は多層のパターンからなるフォトマスクパターンについても適用することができる。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように本発明の試料検査装置及び試料検査方法によれば、フォトマスクを検査する際に透過率及び位相差の異なる複数の設計データが混在する場合でも、精度の高い検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の試料検査装置及び試料検査方法の概要を示す図。
【図２】フォトマスクの検査ストライプの構成を示す説明図。
【図３】２つのパターン設計データの配置例と再設計パターンの構成を示す図。
【図４】５つのパターン設計データの配置例と再設計パターンの構成を示す図。
【図５】他の再設計パターンの設定方法を示す図。
【図６】２つのパターン設計データにおける検査を行うべき領域の配置を示す図。
【図７】従来の試料検査装置及び試料検査方法の概要を示す図。
【図８】フォトマスクに形成されるＬＳＩパターンレイアウトを示す図。
【図９】データ再形成処理以降の処理フローを示す図。
【図１０】データ再形成処理以降の他の処理フローを示す図。
【符号の説明】
１…フォトマスク
２…Ｘ−Ｙ−θテーブル
３…光源
４…拡大光学系
５…フォトダイオードアレイ
６…センサ回路
７…位置回路
８…比較回路
９…磁気ディスク装置
１０…制御計算機
１１…展開回路
１２…参照回路
１３…データ再形成処理装置
１４…元の原点
１５…領域変更後の原点
１６…検査を行うべき領域
２１…周辺パターン
２２…回路パターン
２３…ロジックコントローラ
２４…メモリ部
１ｓ…クロム層
１ｓ′…拡大されたクロム層
２ｓ…位相シフト層
２ｓ′…拡大された位相シフト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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