(57)【要約】【課題】試料の表面の撮像画像を用いて試料表面の反復パターンを検査するパターン検査において、撮像画像内で検査を行うべき検査領域の設定を容易化する。【解決手段】パターン検査装置１は、試料２の撮像画像とこの撮像画像を反復パターンの繰り返し方向へ繰り返し周期の整数倍となる距離をずらした画像との間の第１の差画像を生成する第１差画像生成部３４と、第１の差画像にて画素値の分散又は標準偏差が第１の閾値よりも小さい第１の候補領域を設定する第１候補領域設定部３５と、撮像画像とこの撮像画像を上記繰り返し方向へ上記繰り返し周期の整数倍ではない距離をずらした画像との間の第２の差画像を生成する第２画像生成部３６と、第２の差画像内にて画素値の分散又は標準偏差が第２の閾値よりも大きい第２の候補領域を設定する第２候補領域設定部３７と、第１及び第２の候補領域の重複部分を検査領域として設定する検査領域決定部３８と、を備える。【選択図】図４
2009186328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面に形成された反復パターンを検査する際に、前記試料の表面を撮像した撮像画像内において検査領域を設定する検査領域設定方法であって、
前記撮像画像と、この撮像画像を前記反復パターンの繰り返し方向へ前記反復パターンの繰り返し周期の整数倍となる距離をずらした画像との間の差画像である第１の差画像を生成し、
前記第１の差画像内において、所定サイズのブロック画像内の画素値の分散又は標準偏差が第１の閾値よりも小さい領域を第１の候補領域として設定し、
前記撮像画像と、この撮像画像を前記反復パターンの繰り返し方向へ前記反復パターンの繰り返し周期の整数倍とならない距離をずらした画像との間の差画像である第２の差画像を生成し、
前記第２の差画像内において、所定サイズのブロック画像内の画素値の分散又は標準偏差が第２の閾値よりも大きい領域を第２の候補領域として設定し、
前記第１の候補領域と前記第２の候補領域との重複部分を、前記反復パターンの検査を行う検査領域として設定する、ことを特徴とする検査領域設定方法。
【請求項２】
試料の表面に形成された反復パターンを検査するパターン検査装置であって、
前記試料の表面を撮像した撮像画像と、この撮像画像を前記反復パターンの繰り返し方向へ前記反復パターンの繰り返し周期の整数倍となる距離をずらした画像との間の差画像である第１の差画像を生成する第１差画像生成部と、
前記第１の差画像内において、所定サイズのブロック画像内の画素値の分散又は標準偏差が第１の閾値よりも小さい領域を第１の候補領域として設定する第１候補領域設定部と、
前記撮像画像と、この撮像画像を前記反復パターンの繰り返し方向へ前記反復パターンの繰り返し周期の整数倍とならない距離をずらした画像との間の差画像である第２の差画像を生成する第２画像生成部と、
前記第２の差画像内において、所定サイズのブロック画像内の画素値の分散又は標準偏差が第２の閾値よりも大きい領域を第２の候補領域として設定する第２候補領域設定部と、
前記第１の候補領域と前記第２の候補領域との重複部分を、前記反復パターンの検査を行う検査領域として設定する検査領域決定部と、
を備えることを特徴とするパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の表面を撮像した撮像画像を用いて、この試料の表面に形成された反復パターンを検査するパターン検査方法及びパターン検査装置に関し、より詳しくは、試料の表面の撮像画像内において、検査を行うべき検査領域を設定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの半導体装置等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、半導体ウエハなどの試料の表面に形成されたパターンを撮像し、これにより得られた画像を検査することにより試料表面に存在する欠陥を検出するパターン検査が広く行われている。
【０００３】
図１は、従来のパターン検査装置の概略構成図である。パターン検査装置１は、２次元方向に自在に移動可能なステージ１１が設けられており、ステージ１１の上面には試料台（チャックステージ）１２が設けられている。この試料台１２の上に検査対象となる試料である半導体ウエハ２（以下、単に「ウエハ２」と示す）を載置して固定する。ステージ１１は、Ｘ方向及びＹ方向の２次元方向に移動し、また試料台１２をＺ方向に昇降させることでウエハ２を３次元方向に移動させることが可能である。
【０００４】
試料台１２の上方には、ウエハ２の表面の光学像を撮像するための撮像部１４が設けられる。撮像部１４には１次元又は２次元のＣＣＤカメラ、好適にはＴＤＩカメラなどのイメージセンサが使用され、その受光面に結像するウエハ２の表面の光学像を電気信号に変換する。
本構成例では撮像部１４として１次元のＴＤＩカメラを使用する。ステージ１１を移動することにより撮像部１４とウエハ２とが相対的に移動し、これによってウエハ２に対して撮像部１４をＸ方向及び／又はＹ方向に走査されることによってウエハ２の表面の２次元画像が取得される。
撮像部１４から出力される画像信号は、多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換された後に画像記憶部１５に記憶される。
【０００５】
図２は、ウエハ上に形成されるダイと、ダイ内に形成されるセルを示す図である。ウエハ２上には、図２に示すように複数のダイ（チップ）３がＸ方向とＹ方向にそれぞれ繰返しマトリクス状に配列されている。
各ダイ３の内部にも、そのメモリセル領域内に繰り返しパターンが形成される。メモリセル領域では、１つメモリセル（以下、単に「セル」と示す）を基本パターンとして、複数のセルが規則的に繰り返し現れる繰り返しパターンが形成される。図２に示す例では、各ダイ３内のメモリセル領域４に、セル５がＸ方向とＹ方向にそれぞれ繰返しに配列されている。
【０００６】
各セルを構成するパターンは互いに等しいので、これらのセルを撮像した画像同士は本来同一となるはずであり、各セルの撮像画像の対応する部分同士の画素値は本来同様の値となる。したがって２つのセルを撮像した撮像画像間において本来同一となるべき対応箇所同士の画素値の差分（グレイレベル差信号）を検出すると、両方のセルに欠陥がない場合に比べて一方のセルに欠陥がある場合にグレイレベル差信号が大きくなり、このような大きなグレイレベル差を検出することによりセル上に存在する欠陥を検出できる（セルトゥセル比較）。
【０００７】
なお、セルトゥセル比較では、隣り合う２つのセル同士を撮像した画像を比較するのが一般的である（シングルティテクション）。これではどちらのセルに欠陥があるか分からない。したがって、更に異なる側に隣接するセルとの比較を行い、再び同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなった場合にそのセルに欠陥があると判定する（ダブルディテクション）。
【０００８】
図１に示すパターン検査装置１は、画像記憶部１５に記憶されたウエハ２の画像上で上記のセルトゥセル比較処理を行い、ウエハ２上に存在する欠陥を検出する画像処理部２０を備える。
画像処理部２０は、画像記憶部１５に記憶されたウエハ２の画像において、２つのセルの撮像画像の対応箇所同士のグレイレベル差を算出するための差分検出部２２を備える。
撮像部１４によりウエハ２を走査する間に、１次元ＴＤＩカメラである撮像部１４の出力信号を取り込むと、画像記憶部１５にウエハ２の２次元画像が蓄積される。
差分検出部２１は、ステージ１１の位置情報に基づいて、隣接する２のセル間の対応箇所の部分画像を画像記憶部１５から取り出し、その一つを検査画像とし他方を参照画像とする。そして検査画像と参照画像との間の対応箇所の画素同士のグレイレベル差信号を算出して、欠陥検出部２２に出力する。
欠陥検出部２２は、差分検出部２２から入力したグレイレベル差と所定の検出閾値とを比較して、検査画像に含まれる欠陥を検出する。すなわち欠陥検出部２２は、グレイレベル差信号が検出閾値を超える場合には、このようなグレイレベル差信号を算出した画素の位置に、検査画像が欠陥を含んでいると判断する。
そして欠陥検出部２２は、検出した欠陥の位置、大きさ、検査画像と参照画像との間のグレイレベル差、これらの画像のグレイレベル値等の情報を含む欠陥情報を検出した欠陥毎に作成する。
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００５／００１４５６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年の半導体デバイス製造技術の急激な発展に伴い、半導体デバイス製造工程はより複雑化し、また半導体デバイス製造メーカに対してより工期を短縮するように要望が強くなっている。このため半導体デバイス製造工程において使用されるパターン検査に対して、しばしば処理時間の短縮が求められる。
ここでパターン検査において作成する検査レシピに最も影響を与えるのは、それぞれのレシピを適用すべき各検査領域（いわゆる「ケアエリア」）の設定である。従来のパターン検査では、作業者が撮像部１４で撮像した画像をモニタ画面で観察しながら各ケアエリアの対角位置を与えていた。
【００１１】
しかしながら、ケアエリアの設定作業は繁雑であり、そのために検査レシピの作成に要する時間が増大してパターン装置の稼働率の低下を招いていた。例えば、ロジック系デバイスは、複雑な形状のキャッシュ領域を有しており、また１つのダイ内に同じレシピを使用できるキャッシュ領域が複数箇所形成されることがある。このようなキャッシュ領域をケアエリアとして設定する場合には、ケアエリアの設定作業が繁雑なものとなる。
【００１２】
上記問題に鑑み、本発明では、試料の表面の撮像画像を用いて試料表面の反復パターンを検査するパターン検査において、撮像画像内で検査を行うべき検査領域の設定を容易化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では、以下に示す第１及び第２の差画像を作成する。第１の差画像は、試料の表面の撮像画像と、この撮像画像を反復パターンの繰り返し方向へ反復パターンの繰り返し周期の整数倍となる距離をずらした画像との間の差画像である。
【００１４】
上記の繰り返し周期と同じ周期で繰り返す反復パターンが形成されたパターン領域（「領域Ａ」と記す）においては第１の差画像の画素値は一定値（ゼロ）に近くなる。領域Ａについて作成された第１の差画像内の画素値の分散及び標準偏差は極めて小さくなる。
また、上記の繰り返し周期と異なる周期で繰り返す反復パターンが形成されたパターン領域（「領域Ｂ」と記す）では、第１の差画像の画像信号は、同一周期及び同一振幅かつ異なる位相を有する周期信号同士の差信号となる。この差信号は、元信号と同じ周期を有しかつその振幅が一定値をとる周期信号となる。このためこの領域Ｂについて作成された第１の差画像内の画素値の分散及び標準偏差は、領域Ａについてのそれと比べて大きくなる。
【００１５】
一方で、非反復パターンが形成された領域（「領域Ｃ」と記す）において第１の差画像を作成すると、領域Ｃのパターンは周期性をもっていないので、周期性のあるパターン領域Ｂについて作成された第１の差画像内の画素値の分散及び標準偏差と比較して、領域Ｃについて作成された第１の差画像内の画素値の分散及び標準偏差は小さくなる。
そこで適切な第１の閾値を設定して、第１の差画像内において、画素値の分散又は標準偏差の値が第１の閾値よりも小さい領域を選択することによって、上記の繰り返し周期と同じ周期で繰り返す反復パターンが形成された領域Ａと、周期性を有しないパターンが形成された領域Ｃとを足し合わせた領域のみを選択することができる。この領域を第１の候補領域として設定する。
【００１６】
第２の差画像は、撮像画像と、この撮像画像を反復パターンの繰り返し方向へ反復パターンの繰り返し周期の整数倍とならない距離をずらした画像との間の差画像である。領域Ａにおいて第２の差画像を作成すると、領域Ｂについて第１の差画像を作成した場合と同様に、画像信号は同一周期及び同一振幅かつ異なる位相を有する周期信号同士の差信号となり、この差信号は、元信号と同じ周期を有しかつその振幅が一定値をとる周期信号となる。また、領域Ａとは異なる周期の繰り返しパターン領域Ｂにおいて第２の差画像を作成した場合も、差信号は、元信号と同じ周期を有しかつその振幅が一定値をとる周期信号となる。
【００１７】
一方で、非反復パターンが形成された領域Ｃにおいて第２の差画像を作成すると、領域Ｃのパターンは周期性をもっていないので、第１の差画像の場合と同様に、周期性のあるパターン領域Ａ及びＢについて作成された第２の差画像内の画素値の分散及び標準偏差と比較して、領域Ｃについて作成された第２の差画像内の画素値の分散及び標準偏差は小さくなる。
そこで適切な第２の閾値を設定して、第２の差画像内において、画素値の分散又は標準偏差の値が第２の閾値よりも大きい領域を選択することによって、周期性を有する反復パターンが形成された領域Ａ及びＢのみを選択することができる。この領域を第２の候補領域として設定する。
【００１８】
そして、第１の候補領域と第２の候補領域との重複部分を、反復パターンの検査を行う検査領域として設定する。これにより、所望の繰り返し周期を有するパターン領域Ａのみをケアエリアとして選択することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、試料の表面上に形成された反復パターンを、試料表面の撮像画像を用いて検査するパターン検査において、検査を行うべき反復パターン領域を検査領域として設定することができる。
また異なる周期を有する複数の種類の反復パターンが試料上に形成されていても、所望の反復パターンのみを検査領域として設定し、または各周期毎に、各々の周期を有する反復パターンを選択して検査領域として設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図３は、本発明の実施例によるパターン検査装置の概略構成図である。図３に示すパターン検査装置１は、図１を参照して説明したパターン検査装置に類似する構成を有しており、同一の構成要素に対して同一の参照符号を付する。また、図３に示す各構成要素は、図１において同じ参照符号を付して示された各構成要素と同一機能を少なくとも有しており、既に説明した機能については記載の重複を避けるために説明を省略する。
【００２１】
図３に示すパターン検査装置１は、画像記憶部１５に記憶されたウエハ２の撮像画像（以下、単に「画像」と記す）上において、所望のメモリセル領域を表す画像領域のみを選択して、検査領域（「ケアエリア」）として設定する検査領域設定部３０を有する。
検査領域設定部３０は、設定した検査領域を示す検査領域設定情報、例えば検査領域の対角座標情報など、を生成し、検査領域設定情報を差分検出部２１及び／又は欠陥検出部２２へ出力する。
差分検出部２１は、受信した検査領域設定情報にて指定される画像領域のみにおいて、セルトゥセル比較用のグレイレベル差信号を生成してよい。
欠陥検出部２２は、検査領域設定情報にて指定される画像領域に応じた検査レシピを使用して検出閾値を決定し、決定した検出閾値と、指定された画像領域にて差分検出部２１が生成したグレイレベル差とを比較して検査画像に含まれる欠陥を検出してよい。パターン検査装置１には、各検査領域に適用されるそれぞれの検査レシピを記憶するための検査レシピ記憶部４０を設けてもよい。
【００２２】
図４は、図３に示す検査領域設定部３０の第１構成例を示すブロック図である。図示のとおり検査領域設定部３０は、ユーザインタフェース制御部３１と、セル指定入力受信部３２と、繰り返し周期測定部３３と、第１差画像生成部３４と、第１候補領域決定部３５と、第２差画像生成部３６と、第２候補領域決定部３７と、検査領域決定部３８と、レシピ指定入力受信部３９とを備えている。
【００２３】
ユーザインタフェース制御部３１は、画像記憶部１５に記憶されたウエハ２の画像を読み込み、検査領域として設定すべきセル領域をウエハ２の画像の中からオペレータに指定させるためのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を、ＣＲＴや液晶画面などの表示装置である表示部１６に表示させる。オペレータは、ウエハ２の画像内の任意のセル領域を検査領域として指定するために、マウスやキーボードなどであるデータ入力部１７を使用して、表示部１６に表示されたセル領域内の任意の点を指定する。
セル指定入力受信部３２は、ユーザインタフェース制御部３１が与えるＧＵＩを介してオペレータが指定した点の座標情報を受信する。
繰り返し周期測定部３３は、セル指定入力受信部３２が受信した座標におけるウエハ２の画像が有する周期性を検出することによって、検査領域として指定されるセル領域内のセルの繰り返し周期、すなわちセルピッチを測定する。
【００２４】
第１差画像生成部３４は、セル２の画像と、この画像をセルの繰り返し方向へセルの繰り返し周期の距離をずらした画像との間の差画像である第１の差画像を生成する。
なお、撮像部１４にてセル２の画像を撮像する際にウエハ２の向きをアライメントすることができるので、セルの繰り返し方向は予め知ることができる。また、セルの繰り返し周期の距離をずらすのに代えて、セルの繰り返し周期のｍ倍（ｍは正の整数）の距離をずらしてもよい。
第１候補領域決定部３５は、第１の差画像内において画素値の分散又は標準偏差が第１の閾値よりも小さい領域を第１の候補領域として決定する。
【００２５】
第２差画像生成部３６は、撮像画像と、この撮像画像をセルの繰り返し方向へセルの繰り返し周期の整数倍とならない距離をずらした画像との間の差画像である第２の差画像を生成する。
第２候補領域決定部３７は、第２の差画像内において、画素値の分散又は標準偏差が第２の閾値よりも大きい領域を第２の候補領域として決定する。
検査領域決定部３８は、第１の候補領域と第２の候補領域との重複部分を、検査領域であるセル領域として設定する。
レシピ指定入力受信部３９については後述する。
【００２６】
図５は、図３に示すパターン検査装置１の動作例を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、撮像部１４によりウエハ２の画像が撮像され、ウエハ２の画像は画像記憶部１５に記憶される。
ステップＳ１１では、ユーザインタフェース制御部３１によって、検査領域として設定すべきセル領域をウエハ２の画像の中からオペレータに指定させるためのＧＵＩが提供され、このＧＵＩは表示部１６に表示される。オペレータは、データ入力部１７を使用して、表示部１６に表示されたセル領域内の任意の点を指定することにより、ウエハ２の画像内の任意のセル領域を検査領域として指定する。オペレータにより指定された点の座標情報は、セル指定入力受信部３２に受信される。
【００２７】
図６は、撮像部１４によって撮像された画像の第１例を示す図である。画像Ｉ１には、第１のセル領域Ｒ１１、第２のセル領域Ｒ１２、第３のセル領域Ｒ１３及びロジック回路などが生成される周辺領域（ペリフェラル領域）ＲＰ１が現れている。ここで第１及び第２のセル領域Ｒ１１及びＲ１２は同じセルピッチを有しており、第１及び第２のセル領域Ｒ１１及びＲ１２と第３のセル領域Ｒ１３とは異なるセルピッチを有していると仮定する。また、上記ステップＳ１１において、第１のセル領域Ｒ１１の図示Ｐ部分がオペレータにより指定されたものとして以下説明を行う。
【００２８】
上記ＧＵＩを提供する際に、ユーザインタフェース制御部３１は、ステップＳ１１にてオペレータにより指定されるセル領域におけるパターン検査に適用すべき検査レシピを、検査レシピ記憶部４０に記憶された検査レシピの中から選択するための入力手段を、ＧＵＩに設けてもよい。オペレータに選択された検査レシピを指定する検査レシピ指定情報は、レシピ指定入力受信部３９に受信される。
ステップＳ１２では、繰り返し周期測定部３３は、ステップＳ１１にて指定された部分Ｐにおける画像Ｉ１の信号の強弱の周期を検出することによって、第１のセル領域Ｒ１１のセルの繰り返し周期Ｔ１を測定する。
【００２９】
ステップＳ１３では、第１差画像生成部３４は、セル２の画像Ｉ１と、この画像Ｉ１をセルの繰り返し方向へセルの繰り返し周期Ｔ１のｍ倍の距離をずらした画像との間の第１の差画像Ｉ２を生成する。
以下、画像Ｉ１内のセル領域Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及び周辺領域ＲＰ１に対応する第１の差画像Ｉ２内のそれぞれの領域において、画素の分散又は標準偏差がいかなる特性を持ちうるかを説明する。
【００３０】
図７の（Ａ）に、セル領域Ｒ１１及びＲ１２内の画像信号を示し、図７の（Ｂ）に図７の（Ａ）の信号をｘ方向に繰り返し周期Ｔ１のｍ倍の距離をずらした画像の信号を示し、図７の（Ｃ）に図７の（Ａ）と図７の（Ｂ）との差分信号を示す。図示するとおり、領域Ｒ１１及びＲ１２内では、元の画像信号（図７の（Ａ））と、これをシフトさせた画像信号（図７の（Ｂ））との間では周期及び位相が等しくなり、振幅もほぼ等しいので、これらの差分は一定値（ゼロ）に近くなる。したがって第１差画像生成部３４により作成された第１の差画像上では、セル領域Ｒ１１及びＲ１２内における画素値の分散及び標準偏差が極めて小さくなる。
【００３１】
図８の（Ａ）は領域Ｒ１３内の画像信号であり、図８の（Ｂ）は図８の（Ａ）の信号をｘ方向に繰り返し周期Ｔ１のｍ倍の距離をずらした画像の信号であり、図８の（Ｃ）は図８の（Ａ）と図８の（Ｂ）との差分信号である。
図示するとおり、領域Ｒ１３における繰り返し周期Ｔ２はシフト量Ｔ１×ｍと異なるため、元の画像信号（図８の（Ａ））と、これをシフトさせた画像信号（図８の（Ｂ））との間では周期及び振幅が等しいが位相が異なる。したがってこれらの間の差信号（図８の（Ｃ））は、元信号と同じ周期を有しかつその振幅が一定値をとる周期信号となる。
したがって第１の差画像上では、セル領域Ｒ１３内における画素値の分散及び標準偏差は、セル領域Ｒ１１及びＲ１２内におけるそれらと比べて大きくなる。
【００３２】
一方で、周辺領域ＲＰ１のパターンは周期性を持っていないので、周期性のあるセル領域Ｒ１３の部分の第１の差画像の画素値の分散及び標準偏差と比較して、周辺領域ＲＰ１の部分の第１の差画像の画素値の分散及び標準偏差は小さくなる。
したがって、それぞれの領域Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及びＲＰ１の部分における第１の差画像の画素値の分散又は標準偏差ｄ１、ｄ２、ｄ３及びｄ４を検出すると、その大きさは、ｄ１＝ｄ２＜ｄ４＜ｄ３となる。
【００３３】
図９は図６に示す画像Ｉ１について生成した第１の差画像Ｉ２を示す図である。図９において、画像Ｉ１内のセル領域Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３及び周辺領域ＲＰ１に対応する第１の差画像Ｉ２内のそれぞれの領域をＲ２１、Ｒ２２、Ｒ２３及び周辺領域ＲＰ２に示し、それぞれの領域における分散又は標準偏差の強度を、模式的に網掛けの濃度で表している。
【００３４】
ステップＳ１４では、第１候補領域決定部３５は、第１の差画像Ｉ２内において、画素値の分散又は標準偏差が第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい領域を第１の候補領域として設定する。
図１０は図６に示す画像Ｉ１について決定した第１の候補領域を示す図である。図示するとおり、分散又は標準偏差が比較的小さなセル領域Ｒ１１及びＲ１２並びに周辺領域ＲＰ２が第１の候補領域として設定され、分散又は標準偏差が比較的大きなセル領域Ｒ２３は第１の候補領域から除外されている。
【００３５】
第１の閾値Ｔｈ１として、第１の差画像Ｉ２内の周辺領域ＲＰ２における画素値の分散又は標準偏差として見込まれる値よりも所定のマージン分だけ大きい値を使用してよい。周辺領域ＲＰ２における画素値の分散又は標準偏差として見込まれる値は、以下のように決定してよい。
まず、上記のステップＳ１１においてオペレータがセル領域部分を指定する際に、ユーザインタフェース制御部３１は、ウエハ２の画像Ｉ１の中から周辺領域ＲＰ１をオペレータに指定させるためのＧＵＩを提供し、オペレータに周辺領域ＲＰ１内の任意の点を、周辺領域指示点として指定させる。
そして、第１候補領域決定部３５は、指定された周辺領域指示点に対応する第１の差画像Ｉ２内の座標付近において画素値の分散又は標準偏差を算出し、この値を、周辺領域ＲＰ２における画素値の分散又は標準偏差として見込まれる値として使用する。
【００３６】
また、第１の差画像Ｉ２内における画素値の分散又は標準偏差の算出には、様々な方法が考えられる。図１１の（Ａ）及び図１１の（Ｂ）は、差画像Ｉ２内の各箇所における画素値の分散又は標準偏差の算出方法の例を示す図である。
第１の差画像Ｉ２内における各位置における画素値の分散又は標準偏差は、例えば図１１の（Ａ）に示すように、第１の差画像Ｉ２を所定のサイズ（水平幅Ｗ及び垂直幅Ｈ）を有するブロックに分割し、各ブロック毎に、各ブロック内の画素の分散又は標準偏差を算出して求めてもよい。そして、第１候補領域決定部３５は、このようにブロック毎に算出した分散又は標準偏差が所定の第１の閾値Ｔｈ１よりも小さいブロックの集合を、第１の候補領域として設定する。
【００３７】
また、第１の差画像Ｉ２内における各位置における画素値の分散又は標準偏差は、例えば図１１の（Ｂ）に示すように求めてもよい。ここでは、第１の差画像Ｉ２内に属する各点Ｐ１、Ｐ２、…について、それぞれ各点Ｐ１、Ｐ２、…を中心とする所定のサイズ（水平幅Ｗ及び垂直幅Ｈ）のブロックＢ１、Ｂ２、…を定める。そして、各点Ｐ１、Ｐ２、…毎にそれぞれ対応するブロックＢ１、Ｂ２、…の中にある画素の分散又は標準偏差を算出する。
そして、第１候補領域決定部３５は、このように点Ｐ１、Ｐ２、…毎に算出した分散又は標準偏差が所定の第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい点の集合を、第１の候補領域として設定する。
【００３８】
ステップＳ１５では、第２差画像生成部３６は、セル２の画像Ｉ１と、この画像Ｉ１をセルの繰り返し方向へセルの繰り返し周期Ｔ１の整数倍とならない距離をずらした画像との間の第２の差画像Ｉ３を生成する。
図１２は図６に示す画像Ｉ１について生成した第２の差画像Ｉ３を示す図である。セル領域Ｒ１１及びＲ１２に対応する領域Ｒ３１及びＲ３２内の画像信号は、図９における第１の差画像Ｉ２の領域Ｒ２３内の画像信号と同様の、同一周期及び同一振幅かつ異なる位相を有する周期信号同士の差信号となり、この差信号は、元信号と同じ周期を有しかつその振幅が一定値をとる周期信号となる。また、セル領域Ｒ１３に対応する領域Ｒ３３内の画像信号も、元信号と同じ周期を有しかつその振幅が一定値をとる周期信号となる。
【００３９】
一方で、画像Ｉ１の周辺領域ＲＰ１のパターンは周期性を持っていないので、周辺領域ＲＰ１に対応する第２の差画像Ｉ３内の領域ＲＰ３内の画素値の分散及び標準偏差は、領域Ｒ３１〜Ｒ３３内の画素値の分散及び標準偏差よりも小さくなる。
したがって図１２において網掛けの濃淡で示すように、領域Ｒ３１〜Ｒ３３内の画素値の分散及び標準偏差は、領域ＲＰ３内の画素値の分散及び標準偏差よりも大きくなる。
【００４０】
ステップＳ１６では、第２候補領域決定部３７は、第２の差画像Ｉ３内において、画素値の分散又は標準偏差が第２の閾値Ｔｈ２よりも大きい領域を第２の候補領域として設定する。
図１３は図６に示す画像Ｉ１について決定した第２の候補領域を示す図である。図示するとおり、分散又は標準偏差が比較的大きなセル領域Ｒ１１〜Ｒ１３が第２の候補領域として設定され、分散又は標準偏差が比較的小さな周辺領域ＲＰ２が第２の候補領域から除外されている。
第２の閾値Ｔｈ２として、第１の差画像Ｉ２内の周辺領域ＲＰ２における画素値の分散又は標準偏差として見込まれる値よりも所定のマージン分だけ小さい値を使用してよい。周辺領域ＲＰ２における画素値の分散又は標準偏差として見込まれる値は、ステップＳ１４に関する説明で示した例と同様に決定してよい。また第２の差画像Ｉ３内における画素値の分散又は標準偏差の算出は、ステップＳ１４に関する説明で示した第１の差画像Ｉ２内における画素値の分散又は標準偏差の算出例と同様の方法で行ってよい。
【００４１】
ステップＳ１７では、検査領域決定部３８は、第１の候補領域と第２の候補領域との重複部分を検査領域として設定する。図１４は、図１０に示す第１の候補領域と図１３に示す第２の候補領域との重複部分を示す図である。図示するとおり、ステップＳ１１にて指定されたセル領域Ｒ１１と、これと同じセルピッチのセルが構成されたセル領域Ｒ１２とが検査領域として設定される。
検査領域決定部３８は、設定した検査領域を示す検査領域設定情報、例えば検査領域の対角座標情報など、を生成する。検査領域設定情報には、ステップＳ１１においてレシピ指定入力受信部３９が受信した検査レシピ指定情報を含めてよい。検査領域決定部３８は、検査領域設定情報を差分検出部２１や欠陥検出部２２へ出力する。
【００４２】
ステップＳ１８では、図３に示す画像処理部２０が、画像記憶部１５に記憶されたウエハ２の画像Ｉ１内の、検査領域設定情報により指定される検査領域においてパターン検査を行う。
このとき差分検出部２１は、ステージ１１の位置情報に基づいて、検査領域設定情報により指定される検査領域内に存在する、隣接する２のセル間の対応箇所の部分画像の一方を検査画像とし他方を参照画像とする。そして検査画像と参照画像との間の対応箇所の画素同士のグレイレベル差信号を算出して欠陥検出部２２に出力する。
【００４３】
欠陥検出部２２は、差分検出部２２から入力したグレイレベル差と所定の検出閾値とを比較して、検査画像に含まれる欠陥を検出する。欠陥検出部２２は、グレイレベル差信号が検出閾値を超える場合には、このようなグレイレベル差信号を算出した画素の位置に、検査画像が欠陥を含んでいると判断する。このとき欠陥検出部２２は、検査領域設定情報含まれた検査レシピ指定情報により指定される検査レシピを使用して検出閾値を決定する。
【００４４】
図１５は、図３に示す検査領域設定部の第２構成例を示すブロック図であり、図１６は、図１５に示すパターン検査装置１の動作例を示すフローチャートである。本例では、互いに異なるセルピッチを有する複数のセル領域がウエハ２上に存在し、セルピッチ毎に、各セルピッチを有するセル領域を検査領域として設定する。
ステップＳ１０では、撮像部１４によりウエハ２の画像が撮像され、ウエハ２の画像は画像記憶部１５に記憶される。図１７は、撮像部１４によって撮像された画像の第２例を示す図である。画像Ｉ４には、第１、２、３、４…ｎ番目のセル領域Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４４…Ｒ４ｎと、周辺領域ＲＰ４が現れている。ここで第１〜ｎ番目のセル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎは互いに異なるセルピッチを有していると仮定する。
【００４５】
ステップＳ２０では、セル領域仮決定部５０が、ウエハ２の画像１４に現れる各セル領域Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４４…Ｒ４ｎを仮設定する。このときセル領域仮決定部５０は、画像記憶部１５に記憶された画像Ｉ４と、これをセルの繰り返し方向へ任意のシフト量だけずらせた画像と間の差画像を生成する。セル領域仮決定部５０は、少なくとも２種類のシフト量について差画像を生成する。
【００４６】
このように生成した差画像では、上述したように周期性のパターンを有するセル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎでは画素値の分散及び標準偏差が大きくなり、周期性のないパターンを有する周辺領域ＲＰ４では画素値の分散及び標準偏差が小さくなる。したがってセル領域仮決定部５０は、異なるシフト量についてそれぞれ生成した差画像において画素値の分散又は標準偏差が大きくなる領域をそれぞれ選択して、これら選択された領域の和集合を取ることによって、画像Ｉ４内からセル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎの全てを抽出することができる。セル領域仮決定部５０は、抽出した各セル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎについてそれぞれ識別子を割り当てる。図１８は、セル領域仮決定部５０により仮に設定されたセル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎを示す図である。
【００４７】
ステップＳ２１〜Ｓ２２により示す繰り返しループでは、ステップＳ２０において識別子を割り当てられた各セル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎのそれぞれについて、図５〜図１４を参照して説明した各ステップと同様のステップＳ１１〜Ｓ１７を繰り返すことにより、各セル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎを検査領域として順次設定する。
以下、ステップＳ１１〜Ｓ１７により図１７に示すセル領域Ｒ４１を検査領域として設定する様子を説明する。
【００４８】
ステップＳ１１では、ユーザインタフェース制御部３１は、セル領域仮決定部５０により仮に設定されたセル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎを表示部１６に表示し、オペレータは、データ入力部１７を使用して、表示部１６に表示されたセル領域Ｒ４１内の任意の図示Ｐ部分を指定することにより、セル領域Ｒ４１を検査領域として指定する。
ステップＳ１２では、繰り返し周期測定部２３が、画像Ｉ４内のセル領域Ｒ４１のセルの繰り返し周期を測定する。
【００４９】
ステップＳ１３では、第１差画像生成部３４が第１の差画像を生成する。図１９の（Ａ）は、図１７に示す画像Ｉ４について生成した第１の差画像Ｉ５を示す図である。図５に示すステップＳ１３を参照して説明したのと同様に、第１の差画像Ｉ５においては、ステップＳ１１にて指定されたセル領域Ｒ４１及び周辺領域ＲＰ４にそれぞれ対応する領域Ｒ５１及びＲＰ５において画素値の分散及び標準偏差が比較的小さくなり、ステップＳ１１にて指定されない他のセル領域Ｒ４２〜Ｒ４ｎに対応する領域５２〜５ｎでは、画素値の分散及び標準偏差が比較的大きくなる。
【００５０】
したがって、ステップＳ１４において第１候補領域決定部３５が、第１の差画像Ｉ２内において、画素値の分散又は標準偏差が第１の閾値Ｔｈ１よりも小さい領域を第１の候補領域として設定すると、領域Ｒ４１及び周辺領域ＲＰ４を合わせた領域が第１の候補領域として設定される。図１９の（Ｂ）は、図１７に示す画像Ｉ４について決定した第１の候補領域を示す図である。図１９の（Ｂ）において網掛けが施されている領域が第１の候補領域である。
【００５１】
ステップＳ１５では、第２差画像生成部３６が第２の差画像を生成する。図２０の（Ａ）は、図１７に示す画像Ｉ４について生成した第２の差画像Ｉ６を示す図である。図５に示すステップＳ１５を参照して説明したのと同様に、第２の差画像Ｉ６においては、周期性を有するパターン領域であるセル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎに対応する領域Ｒ６１〜Ｒ６ｎにおいて画素値の分散及び標準偏差が比較的大きくなり、周期性がないパターン領域である周辺領域ＲＰ４にそれぞれ対応する領域ＲＰ６において画素値の分散及び標準偏差が比較的小さくなる。
【００５２】
したがって、ステップＳ１６において第２候補領域決定部３７が、第２の差画像Ｉ６内において、画素値の分散又は標準偏差が第２の閾値Ｔｈ２よりも大きい領域を第２の候補領域として設定すると、全てのセル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎが第２の候補領域として設定される。図２０の（Ｂ）は、図１７に示す画像Ｉ４について決定した第２の候補領域を示す図である。図２０の（Ｂ）において網掛けが施されている領域が第２の候補領域である。
【００５３】
ステップＳ１７では、検査領域決定部３８は、第１の候補領域と第２の候補領域との重複部分を検査領域として設定する。図２１は、図１９の（Ｂ）に示す第１の候補領域と図２０の（Ｂ）に示す第２の候補領域との重複部分を示す図である。図示するとおり、ステップＳ１１にて指定されたセル領域Ｒ４１のみが検査領域として設定される。
【００５４】
ステップＳ１８では、ループＳ２１〜Ｓ２２によって各セル領域Ｒ４１〜Ｒ４ｎについて設定されたそれぞれの検査領域において、図３に示す画像処理部２０がパターン検査を行う。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、試料の表面を撮像した撮像画像を用いて、この試料の表面に形成された反復パターンを検査するパターン検査方法及びパターン検査装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来のパターン検査装置の概略構成図である。
【図２】ウエハ上に形成されるダイと、ダイ内に形成されるセルを示す図である。
【図３】本発明の実施例によるパターン検査装置の概略構成図である。
【図４】図３に示す検査領域設定部の第１構成例を示すブロック図である。
【図５】図３に示すパターン検査装置の動作例を示すフローチャートである。
【図６】撮像部によって撮像された画像の第１例を示す図である。
【図７】（Ａ）は領域Ｒ１１及びＲ１２内の画像信号であり、（Ｂ）は（Ａ）の信号をｘ方向に繰り返し周期の整数倍ずらした画像の信号であり、（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）との差分信号である。
【図８】（Ａ）は領域Ｒ１３内の画像信号であり、（Ｂ）は（Ａ）の信号をｘ方向に繰り返し周期の整数倍ずらした画像の信号であり、（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）との差分信号である。
【図９】図６に示す撮像画像について生成した第１の差画像を示す図である。
【図１０】図６に示す撮像画像について決定した第１の候補領域を示す図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）は、差画像内の各箇所における画素値の分散又は標準偏差の算出方法の例を示す図である。
【図１２】図６に示す撮像画像について生成した第２の差画像を示す図である。
【図１３】図６に示す撮像画像について決定した第２の候補領域を示す図である。
【図１４】図１０に示す第１の候補領域と図１３に示す第２の候補領域との重複部分を示す図である。
【図１５】図３に示す検査領域設定部の第２構成例を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示すパターン検査装置の動作例を示すフローチャートである。
【図１７】撮像部によって撮像された画像の第２例を示す図である。
【図１８】セル領域仮決定部により仮に設定されたセル領域を示す図である。
【図１９】（Ａ）は図１７に示す撮像画像について生成した第１の差画像を示す図であり、（Ｂ）は図１７に示す撮像画像について決定した第１の候補領域を示す図である。
【図２０】（Ａ）は図１７に示す撮像画像について生成した第２の差画像を示す図であり、（Ｂ）は図１７に示す撮像画像について決定した第２の候補領域を示す図である。
【図２１】図１９の（Ｂ）に示す第１の候補領域と図２０の（Ｂ）に示す第２の候補領域との重複部分を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    パターン検査装置
２    ウエハ
３    ダイ
５    セル
Ｉ１、Ｉ４    撮像画像
Ｉ２、Ｉ５    第１の差画像
Ｉ３、１６    第２の差画像
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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