(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが設けられた試料を照明する光源と、
画素毎に前記試料上の面内位置と輝度値が対応付けられた試料画像を撮像するため、前記光源によって照明された試料からの光を検出する検出器と、
前記検出器によって取得された試料画像の輝度値と、前記試料のパターンの表面形状又は高さ方向における寸法との相関に基づいて、検査を行う処理装置とを備え、
前記検出器が３以上の撮像条件で参照試料を撮像することで、前記参照試料の参照試料画像を３つ以上取得し、
前記参照試料において測定した前記寸法の測定値と、３以上の前記撮像条件で取得された前記参照試料画像の輝度値とを基に、前記処理装置が、統計的手法を用いて重み付け加算のパラメータを算出するとともに、前記３以上の前記撮像条件の中から一部の撮像条件を選択し、
前記検出器が前記一部の撮像条件毎に前記試料を撮像することで、前記試料画像を複数取得し、
前記処理装置は、複数の前記試料画像の輝度値を画素毎又は複数の画素を含む領域毎に前記パラメータを用いて重み付け加算した加算値を算出し、前記画素毎又は前記領域毎の前記加算値に基づいて検査を行い、
前記３つ以上の撮像条件では、照明光の波長、照明光の偏光、照明光の照明角度、照明光の形状、前記検出器の検出角度、及び試料の角度の２種類以上が変えられている検査装置。
【請求項２】
前記統計的手法として、重回帰分析が用いられている請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記３つ以上の撮像条件には、少なくとも前記照明光の偏光が他の撮像条件と異なっている第１の撮像条件と、照明光の波長、照明光の照明角度、及び、検出器の検出角度の少なくとも一つが他の撮像条件と異なっている第２の撮像条件と、が含まれている請求項１、又は２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記パターンの前記表面形状における寸法と前記高さ方向における寸法とのいずれか一項目を検査対象とした場合に、検査対象項目以外の項目に対する感度が同等の撮像条件が設定されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記試料が、半導体ウェハ、ＴＦＴ基板、フォトマスクであり、
前記試料のＣＤ、膜厚、テーパ角度、又は表面プロファイルを検査する請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項６】
パターンが設けられた試料を照明するステップと、
画素毎に前記試料の面内位置と輝度値が対応付けられた試料画像を撮像するため、照明された試料からの光を検出器で検出するステップと、
前記検出器によって取得された試料画像の輝度値と、前記試料のパターンの表面形状又は高さ方向における寸法との相関に基づいて、検査を行うステップとを備え、
３以上の撮像条件で参照試料を撮像することで、前記参照試料の参照試料画像を３つ以上取得し、
前記参照試料において測定した前記寸法の測定値と、３以上の前記撮像条件で取得された前記参照試料画像の輝度値とを基に、統計的手法を用いて重み付け加算のパラメータを算出するとともに、前記３以上の前記撮像条件の中から一部の撮像条件を選択し、
前記検出器が前記一部の撮像条件毎に前記試料を撮像することで、前記試料画像を複数取得し、
複数の前記試料画像の輝度値を画素毎又は複数の画素を含む領域毎に、前記パラメータを用いて重み付け加算した加算値を算出し、
前記画素毎又は前記領域毎の前記加算値に基づいて検査を行い、
前記３つ以上の撮像条件では、照明光の波長、照明光の偏光、照明光の照明角度、照明光の形状、検出器の検出角度、及び試料の角度の２種類以上が変えられている検査方法。
【請求項７】
前記統計的手法として、重回帰分析が用いられている請求項６に記載の検査方法。
【請求項８】
前記３つ以上の撮像条件には、少なくとも前記照明光の偏光が他の撮像条件と異なっている第１の撮像条件と、照明光の波長、照明光の照明角度、及び、検出器の検出角度の少なくとも一つが他の撮像条件と異なっている第２の撮像条件と、が含まれている請求項６、又は７に記載の検査方法。
【請求項９】
前記パターンの表面形状における寸法と前記高さ方向における寸法とのいずれか１項目を検査対象とした場合に、検査対象項目以外の項目に対する感度が同等の撮像条件が設定されている請求項６〜８のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１０】
前記試料が、半導体ウェハ、ＴＦＴ基板、又はフォトマスクであり、
前記試料のＣＤ、膜厚、テーパ角度、又は表面プロファイルを検査する請求項６〜９のいずれか１項に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置、及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハなどの面内を高速に検査する手法としてマクロ検査装置が使用されている（非特許文献１、非特許文献２）。マクロ検査装置では、低倍率で撮像しているため、ウェハ全体を短時間で検査することができる。例えば、非特許文献１のマクロ検査装置では、ウェハを斜め方向から照明して、ウェハを撮像している。パターンの線幅（線幅）が変わると、反射光強度が変わる。したがって、特許文献１では、線幅と輝度値との線形性を求めている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】An In-line Image Quality Monitoring System for Imaging Device Fabrication using Automated Macro-Inspection, Tohru Sasaki et al., Proc. SPIE 6152, Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XX, 61522W (March 24, 2006)
【非特許文献２】Full wafer macro-CD imaging for excursion control of fast pattering process, Lars Markwort et al., Proc. SPIE 7638, Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXIV, 763807 (April 01, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マクロ検査装置では、検出器の受光強度（輝度値）とＣＤ値とを対応付けして、検査を行っている。例えば、特許文献１の図１では、パターン幅が広くなるにつれて、輝度値が高くなっている。換言すると、輝度分布が、ＣＤ分布に対応することになり、輝度分布から、ＣＤ検査を行うことが可能になる。
【０００５】
このような検査装置では、より正確に検査することが要求される。しかしながら、検出器の輝度値は、ＣＤ値だけでなく、パターンや下地の膜厚等などによっても変化してしまう。すなわち、輝度値には、ＣＤ値だけでなく膜厚等の情報が含まれていることになる。また、光学系のシェーディング等による輝度値の変化も含まれる。したがって、特許文献１では、ＣＤ値と輝度値との対応付けの誤差が大きくなってしまうおそれがある。したがって、上記の方法では、精度よく検査することが困難になるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、より正確に検査することができる検査装置、及び検査方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る検査装置は、パターンが設けられた試料を照明する光源と、前記光源によって照明された試料からの光を検出する検出器と、前記検出器によって取得された試料画像の輝度値と、前記試料のパターンの表面形状又は幅方向における寸法との相関に基づいて、検査を行う処理装置とを備え、前記処理装置は、複数の撮像条件で取得した前記試料画像の輝度値を重み付け加算した加算値に基づいて、検査を行うものである。これにより、正確に検査することができる。
【０００８】
上記の検査装置では、参照試料において測定した前記寸法の測定値と、前記参照試料の試料画像の輝度値とを基に、統計的手法を用いて、重み付け加算のパラメータが算出されていてもよい。これにより、適切なパラメータを用いることができるため、より正確に検査することができる。
【０００９】
上記の検査装置では、前記統計的手法として、重回帰分析が用いられていてもよい。これにより、誤差が小さくなるようなパラメータを用いることができるため、精度の高い検査が可能になる、
【００１０】
上記の検査装置では、照明光の波長、照明光の偏光、照明光の照明角度、照明光の形状、検出器の検出角度、及び試料の角度の少なくとも一つを変えることで、前記撮像条件を変えるようにしてもよい。これにより、適切な撮像条件を簡便に設定することができる。
【００１１】
上記の検査装置では、前記パターンの前記表面形状における寸法と前記高さ方向における寸法とのいずれか１項目を検査対象とした場合に、好ましくは前記検査対象以外の項目に対する感度が同等の撮像条件が設定される。これにより、適切に検査対象項目の情報を抽出して、検査することができる。
【００１２】
上記の検査装置では、前記試料が、半導体ウェハ、ＴＦＴ基板、又はフォトマスクであり、前記パターンのＣＤ、膜厚、テーパ角度、又は表面プロファイルを検査するようにしてもよい。これにより、パターンのＣＤ、膜厚、テーパ角度、又は表面プロファイルを正確に検査することができる。
【００１３】
本発明の一態様に係る検査方法は、パターンが設けられた試料を照明するステップと、前記光源によって照明された試料からの光を検出するステップと、前記検出器によって取得された試料画像の輝度値と、前記試料のパターンの表面形状又は高さ方向における寸法との相関に基づいて、検査を行うステップとを備え、複数の撮像条件で取得した前記試料画像の輝度値を重み付け加算した加算値に基づいて、検査を行うものである。
【００１４】
上記の検査方法では、参照試料において測定した前記寸法の測定値と、前記参照試料の試料画像の輝度値とを基に、統計的手法を用いて、重み付け加算のパラメータが算出されていてもよい。これにより、適切なパラメータを用いることができるため、より正確に検査することができる。
【００１５】
上記の検査方法では、前記統計的手法として、重回帰分析が用いられていてもよい。これにより、誤差が小さくなるようなパラメータを用いることができるため、精度の高い検査が可能になる、
【００１６】
上記の検査方法では、照明光の波長、照明光の偏光、照明光の照明角度、照明光の形状、検出器の検出角度、及び試料の角度の少なくとも一つを変えることで、前記撮像条件を変えるようにしてもよい。これにより、適切な撮像条件を簡便に設定することができる。これにより、適切な撮像条件を簡便に設定することができる。
【００１７】
上記の検査方法では、前記パターンの前記表面形状における寸法と前記高さ方向における寸法とのいずれか１項目を検査対象とした場合に、好ましくは前記検査対象項目以外の項目に対する感度が同等の撮像条件が設定される。これにより、適切に検査対象項目の情報を抽出して、検査することができる。
【００１８】
上記の検査方法では、前記試料が、半導体ウェハ、ＴＦＴ基板、又はフォトマスクであり、前記パターンのＣＤ、膜厚、テーパ角度、又は表面プロファイルを検査するようにしてもよい。これにより、前記パターンのＣＤ、膜厚、テーパ角度、又は表面プロファイルを正確に検査することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、より正確に検査することができる検査装置、及び検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態にかかる検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】参照試料である半導体ウェハを模式的に示す図である。
【図４】ＣＤ測定値と輝度値の加算値との相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
【００２２】
本実施の形態に係る検査装置は、微細なパターンが形成された半導体ウェハ等の試料を検査するマクロ検査装置である。検査装置は、試料画像の輝度値に基づいて、マクロ検査を行う。例えば、検査装置は、液浸露光や、ＥＵＶ（Extreme  Ultra Violet）露光などでパターニングされたパターンの検査を行う。試料は、撮像素子や、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)、ＳＲＡＭ(Static Random Access Memory)等の半導体ウェハであり、周期的なパターンが形成されている。検査装置は、パターンが周期的に形成された試料を撮像して、パターンの線幅（ＣＤ）分布、膜厚分布、テーパ角度分布、表面プロファイルを検出する。また、半導体ウェハ以外にもＴＦＴ(Thin film transistor)基板等の液晶表示パネル用のパターン基板、又はフォトマスクを検査するようにしてもよい。以下、半導体ウェハの検査を例に挙げて説明する。
【００２３】
本実施の形態にかかる検査装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、検査装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。検査装置は、光源１０と、検出器１１と、ステージ３０と、処理装置５０と、を備えている。また、図１では、説明の明確化のため、ＸＹＺの３次元直交座標系を示している。なお、Ｚ方向が鉛直方向であり、試料２０のパターン形成面と垂直な方向である。Ｘ方向、及びＹ方向が水平方向であり、試料２０のパターン形成面と平行な方向である。
【００２４】
試料２０の上には、光源１０、及び検出器１１が配置されている。光源１０は、例えば、ライン状の照明光を照射する線状光源である。あるいは、光源１０がリング状や面状の照明光を照射してもよい。光源１０は、例えば、可視光、又は赤外光等の照明光を照射する。光源１０は、斜め方向、すなわちＺ軸から傾いた方向から試料２０を照明する。あるいは、光源１０はＺ軸上から試料２０を照明してもよい。照明光は、試料２０の表面において、Ｙ方向に沿ったライン状の領域を均一に照明する。試料２０の表面において、照明光のＹ方向の長さは、試料２０の検査領域の全体にわたっている。
【００２５】
光源１０からの照明光は、試料２０の表面において、ライン状の領域を照明する。そして、照明されたライン状の領域からの反射光が、検出器１１で検出される。検出器１１は、Ｙ方向に受光画素が並んだラインセンサカメラである。従って、試料２０の表面状態、パターン寸法等に応じて反射光強度が変わるため、検出器１１での輝度値が変化する。
【００２６】
検出器１１の画素サイズは、例えば、数μｍ〜数十μｍ程度であり、試料２０上での画素サイズも同程度となっている。なお、検出器１１としては、フォトダイオードが一列に配列されたラインセンサを用いることができる。検出器１１と光源１０はＺ方向に対して傾いて配置されている。試料２０上でのパターン寸法は、試料２０上での画素サイズよりも十分に小さくなっている。なお、ＸＺ平面における光源１０からの照明光の照明角度と、検出器１１の角度は同じでもよく、異なっていてもよい。
【００２７】
さらに、光源１０と検出器１１の角度は可変になっている。例えば、光源１０をＹ軸周りに回転させることで、照明光の照明角度を変えることができるようになっている。また、検出器１１をＹ軸周りに回転させることで、検出器１１の検出角度を変えることができるようになっている。光源１０と検出器１１の角度は独立して調整することができる。あるいは、ステージ３０をＸ軸またはＹ軸周りに傾けて照明光及び検出器１１の角度を変更してもよい。
【００２８】
ステージ３０には、検査対象の試料２０が載置されている。試料２０は、例えば、半導体ウェハ、マスク等のパターン基板である。試料２０の表面はＺ方向と直交している。そして、ステージ３０は、Ｘ方向に移動可能となっている。ステージ３０をＸ方向に移動させながら、光源１０で照明された領域からの反射光を検出器１１が検出する。そして、検出器１１によって検出された光の輝度に応じた検出データが処理装置５０に入力される。さらに、処理装置５０は、ステージ３０の駆動を制御している。そして、処理装置５０は、検出器１１の検出した光の輝度変化を可視化する。こうすることで、試料２０全面の反射画像を取得することができる。
【００２９】
また、ステージ３０は、Ｚ軸周りに回転することができる。これにより、ＸＹ平面内において、試料２０の角度を変えることができる。すなわち、照明光に対するパターンの角度を変えることができる。
【００３０】
光源１０が、Ｙ方向において、試料２０の全体を一度に照明している。すなわち、低倍率で、視野の広い光学系を用いている。このように、低倍率の光学系によって、高いスループットで検査することができるので、１０〜１５０枚／ｈでの検査が可能になる。スループットが高いため、製造工程中におけるウェハの全数検査が可能になる。
【００３１】
例えば、処理装置５０は、レジストや配線等のパターンが形成された半導体ウェハなどの画像を取得する。取得した画像に基づいて、検査を行う。例えば、膜厚ばらつき、ＣＤばらつきなどがある場合、反射光強度が変化するため、試料画像の輝度が変化する。よって、試料画像の輝度変化に応じて、膜厚ばらつき、ＣＤばらつき等を検査することができる。以下、ＣＤばらつきの検査を行う場合について説明する。
【００３２】
ここで、処理装置５０は、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、取得した試料画像に対して、処理を行う。処理装置５０は、検出器１１によって取得された試料画像の輝度値と、試料２０のパターンの高さ方向又は幅方向における寸法との相関に基づいて、検査を行う。具体的には、処理装置５０は、ＣＤ検査を行うための処理を行っている。ＣＤ検査によって、ＣＤ異常が検出された場合、製造プロセスなどにフィードバックし、リワーク処理を行うこと等により、生産性を向上することができる。
【００３３】
ＣＤ検査を行うため、異なる撮像条件で検出器１１は、試料２０を撮像している。すなわち、検査装置は、撮像条件を変えて、試料画像を取得している。そして、本実施の形態では、処理装置５０が複数の試料画像の輝度値を、ＣＤ値に変換している。処理装置５０は、撮像条件を変えて取得された複数の試料画像に基づいて、試料２０を検査している。
【００３４】
処理装置５０の構成と処理について、図２を用いて説明する。図２は、処理装置５０の構成を示すブロック図である。処理装置５０は、第１の記憶部５１と、第２の記憶部５２とパラメータ算出部５３と、パラメータ記憶部５４と、判定部５５と、を備えている。
【００３５】
上記のように、検査装置は、撮像条件を変えて、試料画像を取得している。第１の記憶部５１は検出器１１で検出された画像データを記憶する。すなわち、第１の記憶部５１は、検出器１１の各画素の輝度値を記憶している。第２の記憶部５２は検出器１１で検出された画像データを記憶する。すなわち、第２の記憶部５２は、検出器１１の各画素の輝度値を記憶している。第１の記憶部５１に格納された試料画像と、第２の記憶部５２に格納された試料画像とは、異なる撮像条件で撮像されたものである。以下、第１の記憶部５１に記憶された試料画像を第１の試料画像とし、第２の記憶部５２に記憶された試料画像を第２の試料画像とする。すなわち、第１の撮像条件で撮像された試料画像が第１の試料画像となり、第２の撮像条件で取得された試料画像が第２の試料画像となる。
【００３６】
撮像条件としては、照明光のＹ軸周りの角度、検出器１１のＹ軸周りの角度、試料２０のＺ軸周りの角度、照明光波長、照明光の偏光、試料２０上における照明光のスポット形状などがある。少なくとも、照明光のＹ軸周りの角度、検出器１１のＹ軸周りの角度、試料２０のＺ軸周りの角度、照明光波長、照明光の偏光、及び照明光のスポット形状のうちの一つ以上を変えて、複数の試料画像を取得している。このようにすることで、適切な撮像条件を簡便に選択することができる。
【００３７】
照明光のＹ軸周りの角度を変える場合、光源１０を移動させればよい。検出器１１のＹ軸周りの角度を変える場合、検出器１１を移動させればよい。または、ステージ３０をＹ方向に傾けてもよい。試料２０のＺ軸周りの角度を変える場合、ステージ３０を回転させればよい。または、ステージ３０に試料２０を設置する向きを変更してもよい。照明波長を変える場合、光路中に波長フィルタを配置すればよい。そして、波長フィルタを入れ変えることで、照明波長を変えることができる。あるいは、複数の光源を用いて、照明波長を変えてもよい。
【００３８】
偏光状態を変える場合、光路中に偏光板を配置すればよい。例えば、偏光板を９０度回転させることで、偏光方向を変えることができる。照明光のスポット形状を変える場合、例えば、ライン照明の幅を変える。あるいは、リング照明を用いるようにしてもよい。リング照明を用いる場合、リング照明の大きさを変えるなどして、撮像条件を変えてもよい。このように、試料２０からの反射光の強度が変化するように、撮像条件を変える。もちろん、上記の撮像条件の２種類以上を変えて、第１の試料画像と第２の試料画像を取得してもよい。
【００３９】
パラメータ算出部５３は、重み付け加算のパラメータを算出する。重み付け加算のパラメータの算出方法については、後述する。パラメータ記憶部５４は、パラメータ算出部５３が算出したパラメータを記憶している。判定部５５は、パラメータを用いて、第１の試料画像と第２の試料画像とを重み付け加算した加算画像を生成する。すなわち、判定部５５は、画素毎に、輝度値を重み付け加算した加算値を算出する。ステージ３０の位置は処理装置５０によって制御されているため、試料２０上のＸＹ位置に応じた輝度値が検出される。なお、画素毎に輝度値を加算するのではなく、一定の領域の輝度値を加算してもよい。例えば、複数画素の輝度値の平均値を重み付け加算してもよい。
【００４０】
判定部５５は、複数の試料画像を重み付け加算することで、輝度値をＣＤ値に変換する。判定部５５は、加算画像の輝度値と、しきい値とを比較することによって、良否判定を行っている。例えば、輝度値の加算値が上限値と下限値との間の正常範囲内にあるか否かを判定する。加算画像の輝度値が、上限値と下限値の間にある場合は正常とする。また、加算画像の輝度値が、上限値よりも大きい場合、又は下限値よりも小さい場合は、ＣＤ異常とする
【００４１】
例えば、以下の式（１）のよう重み付け加算を行うことで、輝度値をＣＤ値に変換している。
ＣＤ値＝Ｉｍａｇｅ１×ａ１＋Ｉｍａｇｅ２×ａ２＋ｂ・・・（１）
【００４２】
ここで、Ｉｍａｇｅ１は、第１の試料画像の輝度値であり、Ｉｍａｇｅ２は、第２の試料画像の輝度値である。ａ１、ａ２、ｂは、重み付け加算のパラメータである。重み付け加算のパラメータを用いることで、複数の試料画像の輝度値をＣＤ値に紐付することができる。
【００４３】
試料２０のパターンのＣＤ値に応じて、輝度値が変化する。同様に、試料２０のパターンの膜厚に応じて、輝度値が変化する。したがって、試料画像の輝度値分布には、ＣＤ分布と膜厚分布の情報が含まれていることになる。すなわち、輝度値は、ＣＤ値と膜厚に依存しているため、ＣＤ変化による輝度値の変化に膜厚変化による輝度値の変化が加算されることになる。また、光学系のシェーディング等による輝度値の変化も加算される。よって、輝度変化がある場合、１枚の試料画像の輝度値をしきい値と比較するのみでは、ＣＤばらつきによるものか、膜厚ばらつきによるものか、光学系のシェージングによるものかを判別することが困難である。このように、従来の方法では、検査対象項目のみの情報を取得することが困難となる。
【００４４】
そこで、本実施形態では、異なる撮像条件で取得された試料画像を用いている。例えば、検査対象項目に対する感度が異なり、検査対象項目以外の感度が同等の撮像条件を複数選び出している。すなわち、ＣＤ値を検査対象項目とした場合、ＣＤ値に対する感度が異なり、検査対象項目であるＣＤ値以外の膜厚等に対する感度が同等の条件を選び出している。そして、選び出した複数の撮像条件を重み付け加算することで、検査対象項目のみの情報を抽出することが可能になる。このようにすることで、加算値をＣＤ値に精度よく対応付けすることができる。よって、ＣＤ検査をより正確に行うことができる。
【００４５】
上記の検査手順の例として、重み付けのパラメータ決定は検査レシピ作成時のみに行う。そして、それ以降の検査時には上記決定された重みパラメータを適用することで検査時間を短縮することが出来る。
【００４６】
また、上記のように、照明光のＹ軸周りの角度、検出器１１のＹ軸周りの角度、試料２０のＺ軸周りの角度、照明光波長、照明光の偏光、照明光のスポット形状などの撮像条件を変更している。こうすることで、適切な撮像条件を容易に設定することができる。
【００４７】
パラメータ算出部５３によるパラメータ算出には、統計的手法を用いることができる。例えば、図３に示すように、Ｘ方向の位置に応じて、ＣＤ値が変化する参照試料２１を用意する。図３に示す参照試料２１では、Ｘ座標が大きくなるほど、ＣＤ値が大きくなっている。このような参照試料２１について、撮像条件を変えて、試料画像を取得する。すなわち、第１の撮像条件で第１の参照試料画像を撮像し、第２の撮像条件で第２の参照試料画像を撮像する。
【００４８】
参照試料画像の取得と合わせて、検査装置と異なる測定装置で、ＣＤ値を測定する。ここでは、測長ＳＥＭ、（ＣＤ−ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy））によって、ＣＤ値を実測する。あるいは、ＯＣＤ(Optical Critical Dimension)測定によってＣＤ値を実測してもよい。そして、ＣＤ測定値と輝度値との相関を求める。例えば、パラメータ算出部５３は、統計的手法として、重回帰分析を用いて、パラメータ（ａ１、ａ２、ｂ）を算出する。パラメータ算出部５３は、第１及び第２の参照試料画像の輝度値を独立変数とし、ＣＤ値を従属変数とする重回帰分析を行う。こうすることで、誤差が小さくなるようなパラメータ（ａ１、ａ２、ｂ）を算出することができる。これにより、ＣＤ値と加算値との相関を求めることができる。ＣＤ測定値と加算値との相関関係は、図４に示すように線形になっている。あるいは、重み付け関数を求める際に２次関数等の曲線状の分布となるように重み付けの変数を設定してもよい。図４では、横軸がＣＤ測定値を示し、縦軸が加算値を示している。
【００４９】
そして、パラメータ記憶部５４は、パラメータ算出部５３が算出したパラメータ（ａ１、ａ２、ｂ）を記憶する。そして、検査対象となる試料２０について、パラメータ設定時と同じ撮像条件で、試料２０を撮像する。検査装置は、第１の撮像条件で第１の試料画像を取得し、第２の撮像条件で第２の試料画像を取得する。そして、パラメータ（ａ１、ａ２、ｂ）を用いて、式（１）の通り、第１及び第２の試料画像の輝度値を重み付け加算する。これにより、試料画像の輝度値をＣＤ値に変換することができる。
【００５０】
このように、統計的な手法を用いて、重み付けパラメータを算出している。すなわち、参照試料画像の輝度値の重み付け加算値と、ＣＤ測定値との誤差が最小となるように、パラメータを算出している。これにより、適切なパラメータ設定が可能になる。よって、より正確にＣＤ検査を行うことができる。なお、ＣＤ値の測定は、測長ＳＥＭ以外の測定装置で行ってもよい。あるいは、ＣＤ値が既知の参照試料を用いてもよい。
【００５１】
上記の説明では、第１及び第２の撮像条件において、試料画像を取得したが、３以上の撮像条件で試料画像を取得してもよい。すなわち、３以上の試料画像の輝度値を重み付け加算するようにしてもよい。この場合も、上記と同様に、参照試料画像の輝度値を用いた統計的手法によって、パラメータを設定することができる。なお、重み付けパラメータは、撮像条件の数に応じて増加する。例えば、参照試料画像の輝度値を独立変数とする重回帰分析を行うことで、最適な重み付けパラメータを算出することができる。そして、算出した重み付けパラメータ用いて、試料画像の輝度値をＣＤ値に変換する。このように、撮像条件を増やすことで、より正確に検査できる可能性がある。
【００５２】
また、パラメータを設定する場合、３以上の撮像条件で参照試料画像を取得して、そのうちの一部の撮像条件のみを用いるようにしてもよい。例えば、異なる３つの撮像条件で参照試料画像を取得して、誤差が小さくなる２つの撮像条件を選択するようにしてもよい。撮像条件の数を小さくすることで、検査時間を短縮することができる。よって、スループットを高くすることができる。
【００５３】
上記の検査方法によって、１ｎｍ以下の精度でＣＤ分布を検査することが可能なる。なお、上記の説明では、ＣＤ（Critical Dimension）検査について説明したが、膜厚検査についても同様に行うことができる。さらに、テーパ角度検査、表面プロファイル検査についても同様に行うことができる。例えば、膜厚検査の場合、膜厚についてもＣＤと同様に、撮像条件の異なる参照試料画像を用いて、重み付けパラメータを設定する。ＣＤ検査と膜厚検査では重み付けパラメータが異なる値となる。そして、試料画像の輝度値を重み付け加算して、加算値に基づいて、膜厚異常を判定する。また、ＣＤ検査と膜厚検査とで、異なる撮像条件を設定してもよい。このように、重み付けパラメータを用いて輝度値の加算値を求めることで、輝度値を膜厚に換算する。したがって、正確に膜厚を検査することができる。また、パターンの表面形状又は高さ方向の寸法であるＣＤ、膜厚、テーパ角度、表面プロファイルごとに重み付けパラメータを設定することができる。パターンの表面形状の寸法、又は高さ方向の寸法のいずれか一項目を検査対象とした場合に、検査対象項目以外の項目に対する感度が同等の撮像条件を設定するようにしてもよい。
【００５４】
上記の説明では、半導体ウェハのＣＤ検査、及び膜厚検査を対象としたが、検査対象はこれらに限られるものではない。すなわち、試料上での受光画素サイズに対して微細なパターンが形成されたパターン基板であれば、検査することができる。例えば、ＴＦＴ基板等の表示パネル用のパターン基板、フォトマスク基板の検査にも適用可能である。また、本実施形態では、試料画像の輝度値と、試料のパターンの表面形状又は高さ方向における寸法との相関に基づいて、検査を行うことができる。これにより、パターンの表面形状、表面粗さや、パターン幅、パターン間隔、表面粗さ、テーパ角度、高さ情報、表面プロファイルなどの検査が可能になる。さらに、低倍率で試料を撮像しているため、短時間で試料全体を検査することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１０  光源
１１  検出器
２０  試料
３０  ステージ
５０  処理装置
５１  第１の記憶部
５２  第２の記憶部
５３  パラメータ算出部
５４  パラメータ記憶部
５５  判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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