(57)【要約】【課題】試料のパターンから特定パターンを透過画像と反射画像を用いて識別すること。【解決手段】パターンを有する試料の透過画像と反射画像を同時に取得する光学画像取得部と、特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する特定パターン識別部と、を備えているパターン識別装置、及び、パターンを有する試料の透過画像と反射画像の光学画像を同時に取得する光学画像取得部と、特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する特定パターン識別部と、特定パターンを特定検査実行領域に設定する特定検査実行領域設定部と、特定検査実行領域において、光学画像取得部で取得した光学画像のパターン検査を行う比較判定部と、を備えている試料検査装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを有する試料の透過画像と反射画像を同時に取得する光学画像取得部と、
特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する特定パターン識別部と、を備えているパターン識別装置。
【請求項２】
パターンを有する試料の透過画像と反射画像を同時に取得し、
特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する、パターン識別方法。
【請求項３】
パターンを有する試料の透過画像と反射画像の光学画像を同時に取得する光学画像取得部と、
特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する特定パターン識別部と、
特定パターンを特定検査実行領域に設定する特定検査実行領域設定部と、
特定検査実行領域において、光学画像取得部で取得した光学画像のパターン検査を行う比較判定部と、を備えている試料検査装置。
【請求項４】
パターンを有する試料の透過画像と反射画像の光学画像を同時に取得する光学画像取得部と、
光学画像取得部で取得した光学画像のパターン検査を行い、欠陥とされた部位を抽出する比較判定部と、
欠陥とされた部位において、特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する特定パターン識別部と、
欠陥とされた部位が特定パターンならば特定検査を実行する特定検査実行部と、を備えている試料検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料のパターンの識別や検査に関し、特に半導体素子や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などのパターンの識別や検査に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（ＬＳＩ）を構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。このＬＳＩの製造における歩留まりの低下の大きな原因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるフォトマスクの欠陥があげられる。特に、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩのパターン寸法の微細化に伴って、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いものとなっている。
【０００３】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤは、液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ等のパターンの微細化が進んでいる。従って、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きている。
【０００４】
このため、高精度な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きている。そこで、パターンの特徴を利用して検査精度を変えてパターンの検査を行うことが知られている（特許文献１〜５参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９１９５７
【特許文献２】特開２００７−０７２１７３
【特許文献３】特開２００７−０７２２３２
【特許文献４】特開２００７−０８６５３４
【特許文献５】特開２００７−１０２１５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
（１）本発明は、試料のパターンから特定パターンを透過画像と反射画像を用いて識別することにある。
（２）また、本発明は、試料の特定パターンに対する検査感度を最適化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の実施の形態では、パターンを有する試料の透過画像と反射画像を同時に取得する光学画像取得部と、特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する特定パターン識別部と、を備えているパターン識別装置にある。
（２）又、本発明の実施の形態では、パターンを有する試料の透過画像と反射画像を同時に取得し、特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する、パターン識別方法にある。
（３）又、本発明の実施の形態では、パターンを有する試料の透過画像と反射画像の光学画像を同時に取得する光学画像取得部と、特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する特定パターン識別部と、特定パターンを特定検査実行領域に設定する特定検査実行領域設定部と、特定検査実行領域において、光学画像取得部で取得した光学画像のパターン検査を行う比較判定部と、を備えている試料検査装置にある。
（４）又、本発明の実施の形態では、パターンを有する試料の透過画像と反射画像の光学画像を同時に取得する光学画像取得部と、光学画像取得部で取得した光学画像のパターン検査を行い、欠陥とされた部位を抽出する比較判定部と、欠陥とされた部位において、特定パターンの識別条件により透過画像と反射画像のパターン形状から特定パターンを識別する特定パターン識別部と、欠陥とされた部位が特定パターンならば特定検査を実行する特定検査実行部と、を備えている試料検査装置にある。
【発明の効果】
【０００７】
（１）本発明は、試料のパターンから特定パターンを透過画像と反射画像を用いて識別することができる。
（２）また、本発明は、試料の特定パターンに対する検査感度を最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の詳細を実施の形態によって説明する。
（試料のパターン識別装置）
図１は、本発明の実施の形態のパターン識別装置２０を含む試料検査装置１０を説明するブロック図である。パターン識別装置２０は、フォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの検査対象試料１００のパターンから透過画像２２と反射画像２４の光学画像を取得する光学画像取得部１１０と、透過画像２２と反射画像２４と特定パターン識別条件３６を利用して特定パターンを識別する特定パターン識別部４０を備えている。なお、特定パターン識別条件３６は、特定パターンの光学的特性を利用して、特定パターンを識別する条件である。特定パターンは、試料１００のパターンの中で特別な処理を必要とするパターンであり、例えば、パターン面積が小さい又は細いパターンの場合、そのパターンの透過画像２２と反射画像２４は、相互に画像の面積が異なったパターン画像として現れる。この透過画像２２と反射画像２４の光学的特性を利用することにより、特定パターンを識別することが可能になる。
【０００９】
特定パターンは、パターン形状やパターンサイズ等に特徴を有するパターンであり、矩形パターンを例にとると、メインパターンであるコンタクトホール、メインパターンに対して比較的大きく、マスク上のスペースを埋めるために存在するアクセサリーパターン、比較的小さく、メインパターンに付加されたアシストパターンなどがある。これらの判定処理としては、特定パターンの候補としてまず矩形パターンを抽出し、その後、サイズによってアシスト、メイン、アクセサリーの３つの特定パターンに分類する。
【００１０】
アクセサリーパターンやアシストパターンに対しては感度を下げるデセンス検査が望まれる一方、コンタクトホールに対しては高い検査感度が要求される。サイズが定義された設計データが得られる場合は、その設計データを活用できるが、本発明は、ＤＤ検査の場合又はサイズが定義されたデータが得られない場合として、光学画像からサイズを求め、アシスト、メインとアクセサリーなどの特定パターンを判定する。なお、従来の手法では、特定パターンに特定な処理をして検査しようとした場合、どれが特定パターンかを指し示すデータが必要になり、ＤＤ検査や、ＤＢ検査でもデータが入手できない場合には使えなかった。
【００１１】
判定処理の一例として、次のような方法がある。ここで、パターンを透過又は反射する光量の総和を体積と呼ぶ。一般に、透過画像と反射画像を同時に取得する光学系においては、透過体積（Ｖｔ）と反射体積（Ｖｒ）の体積比（Ｒ＝Ｖｔ／Ｖｒ）が、パターンサイズが検査光の波長並みに小さくなると物理現象によって変化する。この変化は、パターンサイズに依存するので、この変化を計測することで、およそのパターンサイズを知ることができる。
【００１２】
試料検査装置１０は、パターン識別装置２０を備え、透過画像２２と反射画像２４とを比較判定部１８０で比較して試料のパターンの欠陥を検査し、検査結果情報５４を求める。その際、特定パターンを含む特定検査実行領域の情報５２を利用して、より適切なパターン検査を行うことができる。特定検査実行領域情報５２は、特定検査実行領域設定部５０により、パターン識別装置２０から求めた特定パターン識別情報４２を利用して特定検査実行領域情報５２を求める。
【００１３】
なお、特定検査とは、特定パターンに対して行う特別な処理であり、例えば、パターン検査の精度を変える処理であり、検査精度を緩めにし、又は、厳しくするなどの処理である。又は、特定検査とは、検査方法や手段を変える処理であり、例えば、パターン幅、位置ずれ、エッジ粗さ、体積などに特化した処理がある。例えば、特定検査は、光学画像同士を比較検査する際に、対応するパターン間で体積に差があるかないかによって欠陥判定する検査である。パターンの形状が多少異なっていてもパターンを透過する光量さえ同じであれば良い、というような場合に有効な検査である。そして、特定検査実行領域設定部５０とは、このような検査を行う領域を設定するものである。
【００１４】
なお、図１の比較判定部１８０では、透過画像２２と反射画像２４を用いて、試料のパターンの欠陥を検査しているが、通常行われている種々の比較方法を利用できる。例えば、透過画像同士の比較、又は、反射画像同士の比較、又は、試料のパターンの設計データから求めた参照画像と光学画像（透過画像又は反射画像）の比較などを用いても良い。その場合、試料検査装置１０は、特定検査実行領域５２を利用して対比する点において、透過画像２２と反射画像２４の比較の場合と、変わりはない。
【００１５】
図２は、図１の試料検査装置１０に関連する試料検査方法の手順を示している。試料検査方法は、特定パターン識別条件設定部３０において、先ず、代表画像３２と試料情報３４を用いて特定パターン識別条件３６を設定する（Ｓ１）。矩形パターンを例にとると、検査前にアクセサリー、メイン、アシストをいくつか適当にピックアップして検査装置に指し示す。検査装置は、指し示されたパターンそれぞれに対する透過体積と反射体積を求め、それからそれらの境界値となる境界条件を決定する。アシストパターンとメインパターンの境界値として、それらの体積の中間値など間の値（境界体積値とする）を決定する。及び、メインパターンとアクセサリーパターンの境界値として、それらの体積の中間値など間の値（境界体積値とする）を決定する。
【００１６】
ステップＳ１の前後に係わらず、光学画像取得部１１０において、検査対象試料１００から透過画像２２と反射画像２４を取得する（Ｓ２）。特定パターン識別部４０において、透過画像２２と反射画像２４と境界体積値を用いて、特定パターンを抽出する（Ｓ３）。特定検査実行領域設定部５０において、特定パターンを特定検査実行領域に設定する（Ｓ４）。最後に、比較処理部１８０において、特定検査実行領域情報５２を利用して、アクセサリーパターンやアシストパターンの場合、検査精度を緩めにし、メインパターンの場合、検査精度を厳しくするなどの特定検査を行い、透過画像２２と反射画像２４を比較判定して、試料のパターンの検査結果５４を求める（Ｓ５）。なお、特定パターン識別条件設定部３０は、図１では、パターン識別装置２０外に設けてあるが、パターン識別装置２０内に設けても良い。
【００１７】
図３は、パターン識別装置２０を用いる点で図１と変わりは無いが、試料検査の手段と方法が異なる。図３の試料検査装置１０は、透過画像２２と反射画像２４を比較判定部１８０で比較して試料のパターンの欠陥を検査する。この検査は、最終の検査ではなく、暫定検査結果情報５６として求める。パターン識別装置２０の特定パターン識別部４０は、暫定検査結果情報５６と特定パターン識別条件３６を参照して、透過画像２２と反射画像２４から特定パターンを識別し、特定パターン識別情報４２を求める。試料検査装置１０は、特定検査実行部６０を備え、暫定検査結果情報５６と特定パターン識別情報４２を利用して、最終の検査結果である確定検査結果情報６２を求める。図３の試料検査装置１０も、図１の試料検査装置１０と同様に透過画像２２と反射画像２４との比較以外に、通常行われている種々の比較方法を利用できる。
【００１８】
図４は、図３の試料検査装置１０に関連する試料検査方法の手順を示している。試料検査方法は、図２のステップＳ１の同様に、特定パターン識別条件設定部３０において、先ず、代表画像３２と試料情報３４を用いて特定パターン識別条件３６を設定する（Ｓ１１）。ステップＳ１１の前後に係わらず、光学画像取得部１１０において、検査対象試料１００から透過画像２２と反射画像２４を取得する（Ｓ１２）。比較処理部１８０において、透過画像２２と反射画像２４を比較判定して、試料のパターンの欠陥と推定される部位の暫定検査結果５６を求める（Ｓ１３）。特定パターン識別部４０において、透過画像２２と反射画像２４と特定パターン識別条件３６を用いて、欠陥とされた部位に対して特定パターン識別情報４２を求める（Ｓ１４）。最後に、特定検査実行部６０において、欠陥とされた部位が特定パターン上ならば特定検査実行を行い、確定検査結果情報６２を求める（Ｓ１５）。
【００１９】
（試料検査装置の構成）
図５は、試料検査装置１０の内部構成を示す概念図である。試料検査装置１０は、マスクやウェハ等の基板を試料１００として、試料１００のパターンの欠陥を検査するものである。試料検査装置１０は、光学画像取得部１１０や制御系回路１５０などを備えている。光学画像取得部１１０は、オートローダ１１２、照明光を発生する照明装置１１４、反射光の照明光を発生する照明装置１１４０、ＸＹθテーブル１１６、ＸＹθモータ１１８、レーザ測長システム１２０、拡大光学系１２２、ピエゾ素子１２４、透過光２２や反射光２４を受信するＣＣＤ、フォトダイオードアレイなどのセンサを有する受光装置１２６、センサ回路１２８などを備えている。
【００２０】
制御系回路１５０では、制御計算機となるＣＰＵ１５２が、データ伝送路となるバス１５４を介して、大容量記憶装置１５６、メモリ装置１５８、表示装置１６０、印字装置１６２、オートローダ制御部１７０、テーブル制御部１７２、オートフォーカス制御部１７４、展開部１７６、参照部１７８、比較判定部１８０、位置部１８２、特定パターン識別条件設定部３０、特定パターン識別部４０、特定検査実行領域設定部５０、特定検査実行部６０などを備えている。また、展開部１７６、参照部１７８、比較判定部１８０及び位置部１８２は、図５に示すように、相互に接続されている。なお、図１と図３の光学画像取得部１１０は、図５の光学画像取得部１１０により構成することができる。図５では、本実施の形態を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。試料検査装置１０にとって、通常、必要なその他の構成が含まれる。
【００２１】
（光学画像取得部の動作）
試料１００は、オートローダ制御部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によって透過光を得るために上方から光が照射され、また、照明装置１１４０によって反射光を得るために下方から光が照射される。試料１００の下方には、拡大光学系１２２、受光装置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を透過した光又は反射した光は、拡大光学系１２２を介して、受光装置１２６に光学画像として結像する。オートフォーカス制御部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。
【００２２】
ＸＹθテーブル１１６は、ＣＰＵ１５２の制御の下にテーブル制御部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のよう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、位置部１８２に供給される。受光装置１２６は、パターンの電子データを取得する。センサ回路１２８は、光学画像の電子データを光学画像として出力する。センサ回路１２８から出力された透過画像２２と反射画像２４の光学画像は、位置部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比較判定部１８０に送られる。なお、ＸＹθテーブル１１６上の試料１００は、オートローダ制御部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。
【００２３】
図６は、光学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、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の短冊状の複数のストライプ１０２に仮想的に分割される。更にその分割された各ストライプ１０２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、光学画像は、ストライプ１０２として取得される。ストライプ１０２は、図６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。試料１００を透過した光、又は試料１００で反射した光は、拡大光学系１２２を介して受光装置１２６に入射する。受光装置１２６は、図６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。受光装置１２６は、第１のストライプ１０２における画像を取得した後、第２のストライプ１０２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。第３のストライプ１０２における画像を取得する場合には、第２のストライプ１０２における画像を取得する方向とは逆方向、即ち、第１のストライプ１０２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。なお、スキャン幅Ｗは、例えば２０４８画素程度とする。
【００２４】
（参照画像の生成）
試料１００のパターン形成時に用いた設計データは、大容量記憶装置１５６に記憶される。設計データは、ＣＰＵ１５２によって大容量記憶装置１５６から展開部１７６に入力される。設計データの展開工程として、展開部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部１７８に送られる。参照部１７８は、原イメージデータに適切なフィルタ処理を施し、光学画像に類似する参照画像を生成する。センサ回路１２８から得られた光学画像は、拡大光学系１２２の解像特性や受光装置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られる。この状態では光学画像と設計側の原イメージデータとの間に差異があるので、設計側の原イメージデータに対して参照部１７８によりフィルタ処理を施し、光学画像に合わせる。
【００２５】
（特定パターンの識別）
図７は、矩形の特定パターンを有する試料１００の模式例であり、アシストパターン１４とメインパターン１６とアクセサリーパターン１８の抜きパターンの試料１００を示している。図８（Ａ）は、アシストパターン１４ａとメインパターン１６ａとアクセサリーパターン１８ａの透過画像２２を示している。図８（Ｂ）は、アシストパターン１４ｂとメインパターン１６ｂとアクセサリーパターン１８ｂの反射画像２４を示している。
【００２６】
図８（Ａ）の透過画像と図８（Ｂ）の反射画像のアクセサリーパターン１８、メインパターン１６とアシストパターン１４において、透過体積（Ｖｔ）と反射体積（Ｖｒ）の体積比（Ｒ＝Ｖｔ／Ｖｒ）を求める。アクセサリーパターンの体積比Ｒ＝Ｖｔ／Ｖｒ＝１、メインパターンの体積比Ｒ＝Ｖｔ／Ｖｒ＝０．６、アシストパターンの体積比Ｒ＝Ｖｔ／Ｖｒ＝０．２５となった。
【００２７】
ここで、予め、検査前にアクセサリー、メイン、アシストをいくつか適当にピックアップして、アクセサリーパターンとメインパターンの境界とする境界体積比Ｒｔｈ＝０．８を予め求めておく。また、メインパターンとアシストパターンの境界とする境界体積比Ｒｔｈ＝０．４を予め求めておく。これらの境界体積比Ｒｔｈによりアクセサリーパターン、メインパターン、及びアシストパターンを識別することができる。
【００２８】
以上、特定パターンの識別については、抜きパターンの試料を用いて説明してあるが、残りパターンの試料についても、アクセサリーパターン、メインパターン、及びアシストパターン間の境界体積比Ｒｔｈを予め求めておくことにより、同様の手法で特定パターンを識別することができる。
【００２９】
以上の説明において、「〜部」、「〜回路」或いは「〜工程」、「〜ステップ」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。又は、これらの組み合わせで実現しても良い。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録される。
【００３０】
本発明は、上記の具体例に限定されるものではない。装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略してあるが、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。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての試料検査装置は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態における試料検査装置を説明するためのブロック図である。
【図２】図１の試料検査装置を用いた処理手順を示す図である。
【図３】実施の形態における他の試料検査装置を説明するためのブロック図である。
【図４】図３の試料検査装置を用いた処理手順を示す図である。
【図５】実施の形態における試料検査装置の構成図である。
【図６】光学画像を取得する説明図である。
【図７】検査対象試料の抜きのパターンの説明図である。
【図８】透過画像と反射画像のパターンの説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０・・・試料検査装置
１４・・・アシストパターン
１４ａ・・アシストパターンの透過画像
１４ｂ・・アシストパターンの反射画像
１６・・・メインパターン
１６ａ・・メインパターンの透過画像
１６ｂ・・メインパターンの反射画像
１８・・・アクセサリーパターン
１８ａ・・アクセサリーパターンの透過画像
１８ｂ・・アクセサリーパターンの反射画像
２０・・・パターン識別装置
２２・・・透過画像
２４・・・反射画像
３０・・・特定パターン識別条件設定部
３２・・・代表画像
３４・・・試料情報
３６・・・特定パターン識別条件
４０・・・特定パターン識別部
４２・・・特定パターン識別情報
５０・・・特定検査実行領域設定部
５２・・・特定検査実行領域情報
５４・・・検査結果情報
５６・・・暫定検査結果情報
６０・・・特定検査実行部
６２・・・確定検査結果情報
１００・・試料
１０２・・ストライプ
１１０・・光学画像取得部
１１２・・オートローダ
１１４・・透過照明装置
１１４０・反射照明装置
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・・受光装置
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・・オートローダ制御部
１７２・・テーブル制御部
１７４・・オートフォーカス制御部
１７６・・展開部
１７８・・参照部
１８０・・比較判定部
１８２・・位置部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009294123.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009294123.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009294123.tif 000009
【図８】
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