JP2013174575A - パターン検査装置、及びこれを使用した露光装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置の露光状態の補正情報を得るための検査対象のパターンの線幅変動を、画像上でのパターン線幅の計測結果に依らずとも、容易かつ迅速に検出できるようにする。
【解決手段】照明光学系３０によって半導体ウェハ１０のウェハ面に照明光を照射し、検出光学系４０によってウェハ面に形成されたパターンからの散乱光を検出して検出器５０から出力されるパターンの検出画像信号としての散乱光強度信号に基づいて、散乱光強度変動検出部６１で半導体ウェハ１０のウェハ面上における散乱光強度信号の変動を検出し、パターン線幅変動検出部６２で、散乱光強度変動検出部６１による散乱光強度信号の検出変動結果に基づいて、ウェハ面上におけるパターン線幅変動を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハ上に形成された微細パターンの状態を検査するパターン検査装置、及びこのパターン検査装置を使用した露光装置の制御方法に関する。

近年の半導体回路パターンの微細化に伴い、半導体製造プロセスのリソグラフィー工程（露光工程）に要求されるパターン線幅管理も、より高い精度が求められている。パターン線幅は、半導体集積回路の基本性能を決める上で極めて重要な要素の一つである。半導体製造プロセスにおいては、リソグラフィー工程におけるパターン線幅管理が、歩留まり向上に大きなウェイトを占めている。

リソグラフィー工程におけるパターン線幅管理は、半導体ウェハに形成されたパターンのパターン線幅を計測し、リソグラフィー工程で用いられている露光装置の露光条件を、このパターン線幅の計測結果に基づいて補正することによって行われる。

このようなパターン線幅管理方法として、高精度にパターン線幅を計測できるＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いてパターン線幅を計測し、パターン線幅の計測値が所望のパターン線幅の値からずれている場合には、その誤差量を補正情報として露光装置にフィードバックし、パターン線幅の値が所望の値で一定となるように露光装置を制御する方法がある。

しかし、ＳＥＭを用いたパターン線幅管理方法は、パターン線幅の計測精度は高いものの、観察倍率が高いためその計測に多大な時間が掛かり、露光装置の露光条件をリアルタイムに補正するパターン線幅管理にはその適用が難しい。

そこで、露光装置の露光条件の補正をリアルタイムで行うために、半導体ウェハのウェハ面に照明光を照射し、ウェハ面に形成されたパターンからの反射光を検出することにより取得したパターン画像を基にパターンの状態を検査し、その検査結果を基に露光装置の露光状態を補正するための補正情報を生成して露光装置にフィードバックするパターン線幅管理方法が提案されている。

特許文献１には、ウェハ面にそれぞれ形成された孤立パターンのパターン線幅と繰り返しパターンのパターン線幅とを計測し、これら計測結果を基に露光装置の露光状態を補正するための補正情報を生成し、露光装置にフィードバックする方法が開示されている。

また、特許文献２には、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出できるようにするため、検査画像として取得したパターン画像中でパターンの変化に対して感度の高い領域を決定する方法が開示されている。

しかし、特許文献１及び特許文献２に記載された何れの方法とも、照明光が照射されたパターンからの反射光を検出する、いわゆるＢＦ（Bright Field：明視野）と呼ばれる光学式検出手段を用いる方法である。この方法では、パターンからの反射光を検出するため、検出光量を高くできるが、その多くは背景ノイズであることから、パターンの僅かな線幅の違いを検出するためには、高価な、高いダイナミックレンジを有する検出器が必要になる。

その一方で、特許文献３には、半導体ウェハのウェハ面に照明光を照射し、ウェハ面に形成されたパターンからの散乱光を検出するＤＦ（Dark Field：暗視野）と呼ばれる光学式検出手段を用いた欠陥検査方法が開示されている。この欠陥検査方法では、検査対象の半導体ウェハの設計データから算出した特徴量と、検出光学系でＤＦの検査画像として取得される半導体ウェハ上の対応する箇所の画像データとを用いて欠陥候補を検出し、この検出した欠陥候補から、設計データから別途算出した特徴量を基に、致命性の高い欠陥を抽出する。

例えば、パターンの密度や線幅の欠陥を検査する場合は、パターンの構造等を画像特徴に変換して白黒の２値に情報化した設計データを、検出したい欠陥や検査条件等といった半導体ウェハの検査情報に応じて特徴変換を行って、パターンの密度や線幅に応じて輝度を相違させた２値以上の多値データからなる画像特徴や、照明条件に対応したノイズ（輝点）の発生確率に応じて輝度を相違させた２値以上の多値データからなる画像特徴に変換し、各画像特徴を欠陥検出処理の各段階で統合するようになっている。これにより、煩雑なしきい値設定を行わずとも、致命性が高い欠陥の検出が可能になり、パターンからの散乱光を背景ノイズの少ないＤＦで検出してパターンの画像を得るため、高いダイナミックレンジの検出器も必要なくなる。

特開２００２−０７５８１５号公報 特開２００９−２６５０２６号公報 特開２０１０−１７５２７０号公報 米国特許第６３４１２４１号明細書

しかしながら、特許文献３に記載の欠陥検査方法は、煩雑なしきい値設定を行わずとも致命性が高い欠陥の検出を可能にし、検査対象の半導体ウェハに関して、致命性が高い欠陥箇所としてのパターン密度箇所やパターン線幅箇所を特定できるに過ぎない。

そのため、特許文献３に記載の欠陥検査方法を用いて、露光装置にフィードバックする補正情報を生成しようとすれば、その特定した致命性が高い欠陥箇所としてのパターン密度箇所やパターン線幅箇所のパターン線幅をその検査結果画像から計測し、その計測結果を基に取得したパターンの線幅変動から補正情報を生成することになる。

したがって、検査結果画像から計測したパターン線幅の計測結果に基づかなければ、補正情報を生成するために必要なパターンの線幅変動を取得することができない点で、特許文献１に記載の方法と変わりない。

本発明は、上述した問題点に鑑みて、高いダイナミックレンジの検出器を必要とせず、照明光が照射された検査対象のパターンからの散乱光強度の変化を検出することによって、露光装置の露光状態の補正情報を得るための検査対象のパターンの線幅変動を、画像上でのパターン線幅の計測結果に依らずとも、容易かつ迅速に検出できるようにしたパターン検査装置、及びこれを用いた露光装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の一つは、検査対象試料面（例えば半導体ウェハのウェハ面）に照明光を照射し、検査対象試料面に形成されたパターンからの散乱光を検出することにより取得した画像を基にパターンの状態を検査するパターン検査装置において、パターンからの散乱光強度がそのパターン線幅の大きさに応じて変化することに着目し、この散乱光強度に基づいてパターンの線幅変化率を検出する装置を提供する。この線幅変化率は、例えばリソグラフィー工程で用いられる露光装置の露光条件の補正情報として出力する。

また、本発明の一つは、任意の製造プロセスの前後に検出された検査対象試料面（例えば半導体ウェハのウェハ面）の散乱光強度を比較し、検査対象試料の面内における物理量の変化を検出するパターン検査装置を提供する。

本発明の一つによれば、検査対象試料面（例えば半導体ウェハ）に形成されたパターンからの散乱光を検出し、その強度出力に基づいてパターンの線幅変化率を検出するため、高いダイナミックレンジの検出器を必要としない。

しかも、検査対象試料面に形成されたパターンからの散乱光の強度変化を検出することによって、リソグラフィー工程で用いられる露光装置の露光条件の補正情報を得るためのパターンの線幅変動を、検査結果画像上でのパターンの線幅の計測によらずに、容易かつ迅速に検出することができるので、今までにも増した高速検査が可能になる。

また、本発明の一つによれば、製造プロセスの前後にそれぞれ検出した検査対象試料面の散乱光強度を比較することにより、検査対象試料の面内における物理量の変化を高速に検出することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

第１の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図。 ＤＦ（暗視野）によるパターン検査方法と比較対照例のＢＦ（明視野）によるパターン検査方法での光学シミュレーションの説明図。 検出光量変化率−パターン線幅変化率の変換テーブルの一実施例の概念図。 パターン検査装置の検出結果表示の一実施例を示す図。 第２の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図。 第３の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図。 第４の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図。 第５の実施の形態に係るパターン検査装置による露光異常時の説明図。 第６の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図。 半導体製造プロセスのフローを説明する図。 パターン検査装置の配置例を説明する図。 プロセス間における物理量の変動情報と散乱光強度の変化量との相関関係を説明する図。 第６の実施の形態に係るパターン検査装置の処理イメージを説明する図。 プロセス間差分処理及び線幅情報／膜厚情報分離処理で実行される処理内容のイメージを説明する図。 検査結果の表示例を示す図。

以下、本発明の実施の形態に係るパターン検査装置の構成について、図面を用いて説明する。なお、以下、説明にあたって、実施の形態間で重複する構成については、同一符号を付し、適宜その説明を省略する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る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、搬送系２０，照明光学系３０，検出光学系４０，検出器５０，画像処理部６０，全体制御部７０等を有して構成されている。

搬送系２０には、検査対象の試料としての半導体ウェハ１０が搭載されるステージ２１が備えられている。ステージ２１は、ウェハ載置部が載置面と平行なｘ-ｙ平面上で移動及び回転可能な構成になっている。さらに、ステージ２１は、ウェハ載置部がｘ-ｙ平面と垂直なｚ軸方向に沿っても移動可能な構成になっている。これにより、ステージ２１は、ｘ-ｙ-ｚ-θステージとして機能する。

ステージ２１には、ステージ２１の各部の作動制御を行うステージ制御部２２が設けられている。ステージ制御部２２は、例えば、全体制御部７０からの走査制御指示に基づいて、ステージ２１のウェハ載置部をその載置面と並行なｘ-ｙ平面上で所定方向（例えば、ｘ方向及び／又はｙ方向）に移動させる。これにより、照明光学系３０からの照明光の照射位置を、ウェハ載置部に搭載された半導体ウェハ１０のウェハ面上で１次元又は２次元的に走査することができる。また、ステージ制御部２２は、全体制御部７０からの照明方位制御指示に基づいて、ウェハ載置部をｘ-ｙ平面内、又はｘ-ｙ平面と平行な平面内で回転させて、ウェハ載置部の照明光学系３０に対する向きを調整することができる。これにより、ウェハ載置部に搭載された検査対象の半導体ウェハ１０に対しての、ｘ-ｙ平面上における照明光学系３０の相対的な配置位置（照明方位）を調整することができる。

照明光学系３０は、光源３１、照明方位切替ミラー３２，３３、及び照明偏光切替部３４，３５等を有して構成されている。光源３１は、例えばランプ，レーザ等によって構成され、検査対象に照射する照明光を生成する。光源３１が発する照明光の波長は、短波長であっても、広帯域の波長の光（白色光）であってもよい。照明光に短波長の光を用いる場合、検出画像の分解能を上げて微細な欠陥（微細な異物も含む）を検出するために、紫外領域の波長の光（Ultra Violet Light：ＵＶ光）を用いることができる。また、光源３１にレーザを用いる場合、それが単波長のレーザである場合は、照明光学系３０内部、例えば光源３１と照明方位切替ミラー３２との間には、可干渉性を低減する手段が設けられる。

光源３１から放出された照明光は、例えばハーフミラーからなる分岐光学要素の照明方位切替ミラー３２によって、２つの光路に分岐される。分岐された一方の照明光は、照明偏光切替部３４に入射する。分岐された他方の照明光は、例えば反射ミラーからなる照明方位切替ミラー３３によってその光路方向が変更された後、照明偏光切替部３５に入射する。

照明偏光切替部３４，３５は、入射する照明光を選択的にＳ偏光又はＰ偏光の何れかに偏光する。ここで、Ｓ偏光は、照明光の振動ベクトルがウェハ載置部の載置面に立てた法線と照明光の進行方向とを含む面に対し垂直に振動する直線偏光を指す。これに対し、Ｐ偏光は、照明光の振動ベクトルがウェハ載置部の載置面に立てた法線と照明光の進行方向とを含む面内で振動する直線偏光を指す。照明偏光切替部３４，３５は、ステージ２１のウェハ載置部に搭載された半導体ウェハ１０に、Ｐ偏光又はＳ偏光の何れかからなる照明光を互いに異なる照射方向から検査光として照射する。

そのため、照明偏光切替部３４，３５のそれぞれは、Ｐ偏光又はＳ偏光の何れかからなる照明光を半導体ウェハ１０に照射するのに際し、図中のｘ-ｙ平面に垂直なｚ軸方向に沿った高さ位置が互いに同じ高さ位置に保持され、互いの出射光路をｘ-ｙ平面上に投影した投影軌跡が所定の角度（例えば、９０°）を有して交わり、その交点までの互いの出射光路及び投影軌跡の距離が略等しくなる配置関係になっている。その上で、照明偏光切替部３４，３５を含む照明光学系３０の全体は、照明偏光切替部３４，３５それぞれからの出射光路が交わる交点の観察箇所を中心に、ウェハ面に対して所定の傾斜角度範囲（例えば、９０°より小）で傾動可能な構成になっている。

これにより、ウェハ載置部に搭載された半導体ウェハ１０のウェハ面上の検査箇所には、Ｐ偏光及びＳ偏光の何れかからなる照明光が、ｘ-ｙ平面との交線をｘ軸に沿った平行線とする傾斜面内において、異なる方向から検査光として照射される。その際における、ウェハ載置部に搭載された半導体ウェハ１０のウェハ面に対するＰ偏光及びＳ偏光の何れかからなる照明光それぞれの入射角は、照明光学系３０全体のウェハ載置部に対する傾斜角に対応し、照明光学系３０のウェハ面に対する傾動量に応じて調整・設定される。

照明光学系３０には、照明光学系３０の各部の作動制御を行う照明光学系制御部３６が設けられている。照明光学系制御部３６は、例えば、全体制御部７０からの入射角指示に基づいて、照明光学系３０のｘ-ｙ平面に対する傾動量（傾き角）を調整して、ウェハ載置部に搭載された半導体ウェハ１０のウェハ面に対する検査光の入射角を調整する。また、照明光学系制御部３６は、例えば、全体制御部７０からの偏光指示に基づいて、照明光学系３０の照明偏光切替部３４，３５それぞれの偏光作動を、Ｓ偏光とＰ偏光とで切り替える。

検出光学系４０は、ウェハ載置部に搭載された半導体ウェハ１０のウェハ面に対する照明光学系３０からのＰ偏光及びＳ偏光の何れからなる照明光の照射によって、半導体ウェハ１０から放出される散乱光を検出する。検出光学系４０は、対物レンズ４１、検光子４２、空間フィルタ４３、及び結像レンズ４４を有して構成されている。

図示の例では、検出光学系４０は、ウェハ面に対して垂直なｚ軸方向上方側への散乱光を検出する。そのため、検出光学系４０は、照明偏光切替部３４，３５それぞれからの出射光路が交わるウェハ載置部のウェハ面上の観察箇所に対して垂直方向（ｚ軸方向）上方に配置され、対物レンズ４１の光軸はｚ軸方向と平行になっている。

このような対物レンズ４１の配置に伴い、検出光学系４０は、ウェハ載置部のウェハ面上の観察箇所に対して垂直方向（ｚ軸方向）上方に配置されるが、対物レンズ４１を含む検出光学系４０は散乱光を検出するものなので、対物レンズ４１の光軸をウェハ面に垂直なｚ軸方向から任意の角度で傾斜させて、検出光学系４０をウェハ面に対して傾斜させて配置することも可能である。

対物レンズ４１は、検出レンズとして、半導体ウェハ１０からの散乱光を集光する。対物レンズ４１は、ウェハ面に対して垂直なｚ軸方向上方側への散乱光を検出する。

検光子４２は、対物レンズ４１が集光した散乱光の偏光を制御する。検光子４２は、半導体ウェハ１０から放出される散乱光のＰ偏光成分又はＳ偏光成分を選択的に取り出せる構成になっている。検光子４２には、検光子制御部４５が設けられている。検光子制御部４５は、全体制御部７０から供給される検光制御指示に基づいて、検光子４２自体の使用の有無、検光子４２に検光のために設けられている偏光フィルタの選択を行う。

例えば、照明光学系３０からＳ偏光の照明光が半導体ウェハ１０に照射された場合、ウェハ面の非欠陥のパターンからは散乱光のＳ偏光成分が検出され、異物等の欠陥からはＳ偏光成分とＰ偏光成分が混ざって検出されることになる。この場合、検光子４２でＳ偏光成分を遮光することによって、異物等の欠陥から得られるＰ偏光成分を高感度で検出できることになる。また、照明光学系３０からＰ偏光の照明光が半導体ウェハ１０に照射された場合、ウェハ面の非欠陥のパターンからは散乱光のＰ偏光成分が検出され、異物等の欠陥からはＳ偏光成分とＰ偏光成分が混ざって検出されることになる。この場合、検光子４２でＰ偏光成分を遮光することによって、異物等の欠陥から得られるＳ偏光成分を高感度で検出できることになる。

空間フィルタ４３は、半導体ウェハ１０に形成されるパターン領域の中、特定のパターン領域の回折光パターンをフーリエ変換面に形成するため、それ以外のパターン領域の回折光パターンを遮光する。空間フィルタ４３には、空間フィルタ制御部４６が設けられている。空間フィルタ制御部４６では、全体制御部７０から供給される遮光制御指示に基づいて、空間フィルタ４３自体の使用の有無、空間フィルタ４３において遮光のために用いられる遮光パターンの選択が行われる。

結像レンズ４４は、検出レンズとして、空間フィルタ４３を透過した半導体ウェハ１０からの散乱光による光学像を結像させる。

検出器５０は、イメージセンサにより構成され、検出光学系４０で結像された光学像を撮像し、検出光量に応じた散乱光強度信号を出力する。散乱光強度信号はＡ／Ｄ変換等の処理が施され、検出画像信号として画像処理部６０に供給され、画像処理部６０の記憶部に格納される。

このとき、半導体ウェハ１０が搭載されたステージ２１をｘ軸方向及びｙ軸方向に沿ってウェハ面上の観察箇所を移動させながら散乱光を検出することで、検出結果を２次元画像として得ることができる。検出器５０のイメージセンサには、ＣＣＤ等の１次元センサが用いられる。また、ＣＣＤの代わりに複数の１次元イメージセンサを２次元に配列して構成した時間遅延積分型のイメージセンサ（Time Delay Integration image Sensor：ＴＤＩイメージセンサ）を用いることもできる。

画像処理部６０は、検査対象である半導体ウェハ１０のウェハ面上の欠陥を抽出する。画像処理部６０は、検出器５０から検出画像信号として供給される散乱光強度信号が格納される記憶部を有する。画像処理部６０は、前処理部，欠陥候補検出部，欠陥抽出部，欠陥分類部，パラメータ設定部（教示データ設定部）を適宜含んでいる。

前処理部では、検出器５０から供給された散乱光強度信号からなる検出画像信号に対してシェーディング補正，暗レベル補正等の画像補正が行われ、一定単位の大きさの画像に分割される。欠陥候補検出部では、この補正、分割された画像から欠陥候補の検出が行われる。欠陥抽出部では、この検出された欠陥候補からさらに致命欠陥が抽出される。欠陥分類部では、抽出された致命欠陥が欠陥種に応じて分類される。パラメータ設定部では、後述の入力部７１から入力された検査条件等といった検査情報の受付が行われ、欠陥候補検出部、欠陥抽出部等に対し、検査情報を基にしたパラメータの設定が行われる。

そして、本実施の形態に係るパターン検査装置１では、このような画像処理部６０に、散乱光強度変動検出部６１と、パターン線幅変動検出部６２とが設けられていることを特徴とする。

散乱光強度変動検出部６１は、検出器５０から検出画像信号として供給されて記憶部に格納される散乱光強度信号に基づいて、検査対象の半導体ウェハ１０のウェハ面上における散乱光強度信号の変動を検出する。パターン線幅変動検出部６２は、散乱光強度変動検出部６１による散乱光強度信号の検出変動結果に基づいて、ウェハ面上におけるパターン線幅変動を検出する。これら散乱光強度変動検出部６１、及びパターン線幅変動検出部６２の詳細については、後述する。

全体制御部７０は、ＣＰＵを備え、パターン検査装置１の各部の制御を行う。全体制御部７０には、入力部７１及び表示部７２が接続され、ステージ制御部２２，照明光学系制御部３６，検光子制御部４５，空間フィルタ制御部４６，画像処理部６０ともそれぞれ接続されている。全体制御部７０は、入力部７１から入力されたユーザの検査条件等の指示に従って、搬送系２０，照明光学系３０，検出光学系４０を制御し、検査対象である半導体ウェハ１０のウェハ面上に生じた欠陥候補又は欠陥の抽出や、照明光学系３０の露光異常等を起因に生じるパターンの線幅変動の検出を、検出器５０及び画像処理部６０に行わせる。

全体制御部７０は、画像処理部６０にこれら処理を行わせるに当たって、ユーザによって入力部７１から入力された検査条件等の指示に基づいて、検査対象の半導体ウェハ１０に係るパターンそれぞれの位置情報やパターン線幅等の設計データを、例えば、パターン検査装置１と通信接続された検査対象情報データベース（図示省略）から，検査対象情報として取得する。全体制御部７０は、入力部７１から入力されたユーザからの検査条件等とともに、検査対象の半導体ウェハ１０に係る検査対象情報を、検査情報として画像処理部６０に供給する。

全体制御部７０は、画像処理部６０から欠陥候補及び欠陥の特徴量や画像等を取得するとともに、パターン線幅変動量やその位置情報等といったパターン線幅変動の検出結果も取得し、これらを図示省略した記憶装置にパターン検査結果として記憶する。また、全体制御部７０は、これら取得したパターン検査結果を表示部７２に表示出力したり、詳細な観察や分析を行うために、パターン検査装置１と通信接続されているＳＥＭ８０に送信する。

ここで、上述した構成からなるパターン検査装置１を用いたＤＦ（暗視野）によるパターン検査方法に係る欠陥検出性能について、図２に基づいて説明する。

図２は、ＤＦ（暗視野）によるパターン検査方法と、比較対照例のＢＦ（明視野）によるパターン検査方法のそれぞれにおける検出性能を比較した光学シミュレーションの説明図である。

図２（ａ）は、光学シミュレーションに用いた光学系モデルの構成図である。
光学系モデル１０１は、照明光学系１３０、ＢＦ方式の検出光学系１４０Ｂ、ＤＦ方式の検出光学系１４０Ｄ、検出器１５０Ｂ、及び検出器１５０Ｄを有する構成になっている。照明光学系１３０は、光源１３１から放出された照明光を、偏光子１３２を介して、ウェハモデル１１０のウェハ面に対し、斜上方から照射する。ＢＦ方式の検出光学系１４０Ｂは、ウェハモデル１１０のウェハ面のパターンからの反射光を、検光子１４２Ｂを介して検出する。検出器１５０Ｂは、反射光の検出光量に応じた光強度信号を出力する。ＤＦ方式の検出光学系１４０Ｄは、ウェハモデル１１０のウェハ面のパターンからの散乱光をレンズ１４１Ｄにより集光し、検光子１４２Ｄを介して検出する。検出器１５０Ｄは、散乱光の検出光量に応じた光強度信号を出力する。

図２（ｂ）は、光学シミュレーションに用いたウェハモデルの構成図である。
光学シミュレーションで、ウェハモデル１１０は、図２（ｂ）に示すような、ＬＥＲ（Line Edge Roughness）有りのライン・アンド・スペース（Line & Space）の繰り返しパターンを有する。光学シミュレーションには、ピッチが９８ｎｍ、パターンの線幅が４５.５ｎｍ、レジスト厚さが９８ｎｍ、ＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating）厚さが９８ｎｍのウェハモデル１１１と、このウェハモデルとパターンの線幅のみが４９ｎｍで異なるウェハモデル１１２との、２種類のウェハモデル１１０を使用した。

光学シミュレーションでは、図２(ａ)に示した光学系モデル１０１を用いて、図２（ｂ）に示したパターンの線幅のみが異なる２種類のウェハモデル１１１，１１２に関し、次のような光学条件（検査条件）で、ＢＦ（明視野）及びＤＦ（暗視野）によるパターン検査を行った。光学条件は、光源１３１から放出される照明光の波長は３５５ｎｍ，レンズ１４１Ｄの開口数であるＮＡ（Numerical Aperture）は０.６，照明光のウェハモデルに対しての入射角度は７０°，偏光子１３２による照明偏光はＳ偏光又はＰ偏光の何れかである。また、ウェハモデル１１１，１１２に対しての照明方位は、ライン及びスペースの幅方向に沿った方向の０°，ライン及びスペースの幅方向並びに長さ方向それぞれと同じ角度で交差する４５°，ライン及びスペースの長さ方向に沿った９０°である。また、検光子１４２Ｂ，１４２Ｄそれぞれによる検光の向きは、垂直又は平行の何れかである。ここで、垂直とは、反射光又は散乱光の振動ベクトルが検出器１５０Ｂ，１５０Ｄの検出面に立てた法線と反射光又は散乱光の進行方向とを含む面に対し垂直に振動する直線偏光（Ｓ偏光）を指す。これに対し、平行は、反射光又は散乱光の振動ベクトルが検出器１５０Ｂ，１５０Ｄの検出面に立てた法線と反射光又は散乱光の進行方向とを含む面内で振動する直線偏光（Ｐ偏光）を指す。

図２（ｃ）は、照明方位（０°，４５°，９０°）、検光向き(垂直，平行)、照明偏光(Ｓ偏光，Ｐ偏光）別での、パターンの線幅が４５.５ｎｍのウェハモデルと４９ｎｍのウェハモデルとの検出器１５０Ｂ，１５０Ｄの検出光量変化率を示す。図中、グラフ２１０Ｂは、検出器１５０Ｂを用いたＢＦ方式のパターン検査方法による検出光量変化率のグラフを、グラフ２１０Ｄは、検出器１５０Ｄを用いたＤＦ方式のパターン検査方法による検出光量変化率のグラフをそれぞれ示す。図２（ｃ）においては、光量変化率が１に近い程、４５.５ｎｍの線幅パターンと４９ｎｍの線幅パターンとの検出光量の変化が小さいことを意味している。

光学シミュレーションの結果、光量変化率が１±０.１以上の光学条件は、反射光検出の場合には、１つの光学条件（照明方位：０°，検光向き：垂直，照明偏光：Ｓ偏光）であるのに対し、散乱光検出の場合には、４つの光学条件（(1)照明方位：０°，検光向き：垂直，照明偏光：Ｓ偏光、(2)照明方位：９０°，検光向き：平行，照明偏光：Ｓ偏光、(3)照明方位：０°，検光向き：垂直，照明偏光：Ｐ偏光、(4)照明方位：４５°，検光向き：垂直，照明偏光：Ｐ偏光）になった。

これより、散乱光検出の方が反射光検出よりも光量変化率が大きくなる傾向があり、ＤＦ方式のパターン検査方法の方が、ＢＦ方式のパターン検査方法よりもパターンの線幅変化に対しての検出感度が高いことが判る。

図２（ｄ）は、照明方位（０°，４５°，９０°）、検光向き(垂直，平行)、照明偏光(Ｓ偏光，Ｐ偏光）別での、４９ｎｍの線幅パターンの検出光量を示す。図中、グラフ２２０Ｂは、検出器１５０Ｂを用いたＢＦ方式のパターン検査方法による検出光量のグラフを、グラフ２２０Ｄは、検出器１５０Ｄを用いたＤＦ方式のパターン検査方法による検出光量のグラフをそれぞれ示す。

これより、反射光検出の方が、８つの光学条件で、散乱光検出よりも検出光量が高くなる傾向があり、ＢＦ方式のパターン検査方法の方がＤＦ方式のパターン検査方法よりもパターン線幅に対しての検出感度が高いことが判る。

これらを総合すると、検出光量については、反射光検出の方が優位であるが、検出光量変化率については散乱光検出の方が優位であることから、検出光量の変化に基づいてパターン線幅の変動を検出する場合には、ＤＦ方式のパターン検査方法の方がＢＦ方式のパターン検査方法よりも優位であるとの知見を得た。

そこで、本実施の形態によるパターン検査装置１では、図１で説明したように、この知見に基づいて、検査対象の半導体ウェハ１０のウェハ面に照明光学系３０から照明光を照射し、ウェハ面から放出される散乱光を検出光学系４０により検出するＢＦ方式のパターン検査方法を採用している。加えて、検出器５０から画像信号として散乱光強度信号が供給される画像処理部６０は、検出光量変化率（散乱光強度変化率）Ｌ／Ｌ_０（すなわち、パターン線幅変動率Ｗ／Ｗ_０）を検出するため、散乱光強度変動検出部６１と、パターン線幅変動検出部６２とを有する構成になっている。後述するように、Lは、検出器５０から画像処理部６０に検出画像信号として供給される散乱光強度信号である。Ｌ_０は、検査情報に含まれた検査条件及び設計データ等を基にシミュレートされたウェハ面上の観察箇所に対応した散乱光強度信号である。また、Ｗは、観察箇所のパターン線幅である。Ｗ_０は、設計データ上のパターン線幅である。

散乱光強度変動検出部６１には、検査対象の半導体ウェハ１０のウェハ面上に、入力部７１から入力された検査条件等で照明光を実際に照射したときの、ウェハ面から放出される散乱光の検出光量に該当する散乱光強度信号Ｌが入力される構成になっている。すなわち、散乱光強度変動検出部６１には、検出器５０から画像処理部６０に画像信号として供給される散乱光強度信号が入力される構成になっている。

また、散乱光強度変動検出部６１には、検査対象の半導体ウェハ１０に係り、その検査情報に含まれる設計データどおりのパターン線幅Ｗ_０が形成されているウェハ面に、入力部７１から入力された検査条件等に基づいた照明光が照射されている場合に、ウェハ面から放出される散乱光の検出光量が、全体制御部７０からパラメータ設定部を介してパラメータとして入力される構成になっている。すなわち、散乱光強度変動検出部６１には、検査情報に含まれた検査条件及び設計データ等を基にシミュレートされたウェハ面上の観察箇所に対応した散乱光強度信号Ｌ_０が、全体制御部７０からパラメータ設定部を介してパラメータとして入力される構成になっている。

その上で、散乱光強度変動検出部６１は、例えば、検出器５０から画像処理部６０に検出画像信号として供給される散乱光強度信号Ｌを、全体制御部７０からパラメータ設定部を介してパラメータとして供給され、ウェハ面上における観察箇所にマッチングしている散乱光強度信号Ｌ_０で除することにより、ウェハ面上における観察箇所毎、すなわちウェハ面上のマッピング箇所毎の、検出光量の検出光量変化率に該当する散乱光強度信号の散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_０を算出する構成になっている。

また、パターン線幅変動検出部６２は、散乱光強度変動検出部６１により得られた散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_０に基づいて、照明光学系３０の露光異常等に起因したパターン線幅変動箇所等を検出する構成になっている。そのために、パターン線幅変動検出部６２には、パターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０と検出光量（すなわち、散乱光強度信号）の変化率Ｌ／Ｌ_０との検出光量−パターン線幅変化率の変換テーブル６２１が設けられている。

図３は、検出光量変化率−パターン線幅変化率の変換テーブルの一実施例の概念図である。
変換テーブル６２１は、散乱光強度信号の散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_０とパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０との対応関係が記憶されているデータテーブルである。変換テーブル６２１は、リソグラフィー工程で予めフォーカス・露光量を変動させて作成されたＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウェハの各パターン線幅を基にして、予め作成されている。また、変換テーブル６２１自体は、パターン線幅変動検出部６２自体に備えられている必要は必ずしもなく、全体制御部７０が、必要なときに検査対象情報データベースから取り出し、パラメータ設定部を介して、パラメータとして散乱光強度変動検出部６１に設定する構成であってもよい。

図３に示した変換テーブル６２１において、検出光量すなわち散乱光強度信号の変化率Ｌ／Ｌ_０が１で、パターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０が０の箇所は、設計データどおりのパターン線幅（Ｗ＝Ｗ_０）を有するウェハ面の箇所に該当する。そして、変換テーブル６２１からは、フォーカス・露光量が変動すると、散乱光強度が増減し、これに伴い、パターン線幅Ｗも設計データのパターン線幅Ｗ_０に対して増減することが理解できる。

したがって、パターン線幅変動検出部６２では、散乱光強度変動検出部６１によって算出された検出光量に該当する散乱光強度信号の散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_０を基に、変換テーブル６２１を参照して、ウェハ面上の照明光が照射された観察箇所におけるパターン線幅Ｗの変動を、パターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０の値で取得することができる。パターン線幅変動検出部６２では、このようにして取得した観察箇所毎の散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_０やパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０を、検出器５０から供給される散乱光強度信号がウェハ面上の対応箇所にマッピング処理されて格納されている画像処理部６０の記憶部に、このマッピングされた散乱光強度信号に対応づけて記憶する。

全体制御部７０は、この画像処理部６０の記憶部に記憶されているウェハ面上における散乱光強度信号、及びパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０等を基に、欠陥候補及び欠陥の特徴量や画像等を取得し、図示省略した記憶装置に記憶するとともに、パターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０及びその位置情報等といったパターンの線幅変動の検出結果も取得し、同じく記憶装置に記憶する。

そして、全体制御部７０は、このパターンの線幅変動の検出結果であるパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０及びその位置情報等を、パターン検査装置１にＳＥＭ８０と同様に通信接続されているリソグラフィー工程の露光装置９０に送信し、その露光状態を補正するための補正情報としてフィードバックできる構成になっている。これにより、リソグラフィー工程の露光装置９０は、このフィードバックされたパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０を基に、露光条件を調整することが可能になり、ウェハ面に形成するパターンのパターン線幅管理に活用することができる。

また、このパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０及びその位置情報等といったパターンの線幅変動の検出結果は、入力部７１からのユーザの指示入力等により、全体制御部７０がパターン検査結果として表示部７２に表示出力する。その際、全体制御部７０は、表示部７２に表示出力するのに当たり、例えばマッピング処理されたそれぞれパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０の値に応じて色データを付して出力する。

図４は、表示部に表示されるパターン検査結果の一実施例を示した図である。
検出器５０で検出したパターンからの散乱光は、画像処理部６０でパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０、すなわちパターン線幅変動量に変換され、例えばウェハ面内、ウェハ面内における露光時のショット面内、局所異常といったそれぞれ表示態様に分けられてマッピング処理され、図４に示すように表示部７２に表示される。その際も、パターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０の値に応じて付された色データに応じて、色分け又は濃淡分けされて表示部７２に表示されるので、ユーザは、検査対象の半導体ウェハ１０にパターン線幅変動が生じているか否か、その発生箇所はウェハ面若しくはショット面内の何処か、パターン線幅変動の程度はどれくらいか等を容易かつ迅速に把握することができる。

さらに、ユーザは、ウェハ面内若しくはショット面内で詳細に検査すべきホットスポットを表示部７２における表示画面上で抽出することも可能になる。そして、ユーザによって表示部７２における表示画面上でホットスポットが抽出された場合には、そのホットスポットに関する情報が入力部７１から全体制御部７０に入力され、全体制御部７０からＳＥＭ８０へ送信可能な構成になっている。これにより、ＳＥＭ８０では、パターン検査装置１から受信したパターン検査結果やこのホットスポットの抽出情報に基づいて、詳細な検査を効率的に行うことができる。この結果、半導体ウェハ１０のさらに効率的な品質管理が可能となる。

本実施の形態に係るパターン検査装置１によれば、検査対象である半導体ウェハ１０に照明光を照射することで、ウェハ面に形成されたパターンから発生する散乱光を、検出光学系４０によりＢＦ方式のパターン検査方法で検出し、その散乱光強度に基づいて検査対象の半導体ウェハのパターンの線幅変動によるパターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０を検出することができるので、高いダイナミックレンジの検出器を必要とせず、照明光学系３０の露光異常等に起因したパターン線幅変動箇所を検出することができる。

しかも、検査対象の半導体ウェハ１０のパターンからの散乱光強度の変化を検出することによって、リソグラフィー工程で用いられる露光装置の露光条件の補正情報を得るためのパターンの線幅変動を、検査結果画像上でのパターンの線幅の計測によらずに、容易かつ迅速に検出することができ、ユーザによるパターン線幅変動箇所の把握も容易になるので、今までにも増した高速検査が可能になる。

＜第２の実施の形態＞
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図である。
本実施の形態に係るパターン検査装置２は、図１に示したパターン検査装置１に対して、検出光学系２４０が、複数の個別検出光学系４０-１，４０-２，４０-３により構成され、これに合わせて、検出器２５０も、複数の個別検出器５０-１，５０-２，５０-３により構成されていることを特徴とする。

複数の個別検出光学系４０-１，４０-２，４０-３それぞれの構成は、図５中では図示省略するが、第１の実施の形態の検出光学系４０と同様に、対物レンズ４１，検光子４２，空間フィルタ４３，結像レンズ４４を有した構成になっている。また、複数の個別検出器５０-１，５０-２，５０-３それぞれの構成は、第１の実施の形態の検出器５０と同様に、イメージセンサにより構成されている。

各個別検出光学系４０-１，４０-２，４０-３は、照明光学系３０の照明偏光切替部３４，３５それぞれからの出射光路が交わる交点の観察箇所に各個別検出光学系４０-１，４０-２，４０-３の対物レンズ４１の光軸を向けて、この観察箇所を中心に、照明光を照射されたウェハ面に形成されたパターンからの反射光の光路方向を避けて、互いに異なる方向位置に配置されている。

これにより、本実施の形態による検出光学系２４０によれば、これら複数の個別検出光学系４０-１，４０-２，４０-３を合わせて、照明光を照射されたウェハ面のパターンからの散乱光をさらに広範に検出できる構成になっている。

なお、図５においては、図示省略したが、各個別検出光学系４０-１，４０-２，４０-３には、第１の実施の形態の検出光学系４０の場合と同様に、検光子制御部４５及び空間フィルタ制御部４６が設けられている。

そして、個別検出光学系４０-１，４０-２，４０-３それぞれで結像された光学像は、それぞれ対応する個別検出器５０-１，５０-２，５０-３により撮像され、検出光量に応じた散乱光強度信号が、検出画像信号として画像処理部６０に供給され、画像処理部６０の記憶部に格納される。したがって、画像処理部６０の記憶部には、散乱光の散乱方向がそれぞれ異なる、図示の例では３種類の検出画像信号それぞれに対応した３種類の散乱光強度信号が格納されることになる。

そのため、本実施の形態に係るパターン検査装置２では、その画像処理部６０も、散乱光強度変動検出部２６１の構成が異なっている。

図示の例では、散乱光強度変動検出部２６１は、複数の個別検出器５０-１，５０-２，５０-３それぞれから供給される検出画像信号としての散乱光強度信号Ｌ_{（５０-１）}，Ｌ_{（５０-２）}，Ｌ_{（５０-３）}に合わせて、複数の個別散乱光強度変動検出部６１-１，６１-２，６１-３と、これら複数の個別散乱光強度変動検出部６１-１，６１-２，６１-３それぞれから供給される散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_{０（６０-１）}，Ｌ／Ｌ_{０（６０-２）}，Ｌ／Ｌ_{０（６０-３）}を統合（合成）するための散乱光強度変化率統合部６３とを有する構成になっている。

複数の個別散乱光強度変動検出部６１-１，６１-２，６１-３それぞれの構成は、第１の実施の形態の散乱光強度変動検出部６１と同様な構成になっている。散乱光強度変化率統合部６３の構成は、個別散乱光強度変動検出部６１-１，６１-２，６１-３それぞれから供給される散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_{０（６０-１）}，Ｌ／Ｌ_{０（６０-２）}，Ｌ／Ｌ_{０（６０-３）}を統合する際、ウェハ面上におけるマッピング箇所同士の整合をはかりながら統合するようになっている。また、統合処理自体については種々の方法があるが、例えば、散乱方向、すなわち個別検出器５０-１，５０-２，５０-３それぞれの検出方向を配慮した平均化等が適用される。そして、散乱光強度変化率統合部６３により統合された散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_０は、パターン線幅変動検出部６２に供給される。パターン線幅変動検出部６２は、第１の実施の形態で説明した構成と同様にして、パターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０及びその位置情報等といったパターンの線幅変動の検出結果を得ることができる。

本実施の形態に係るパターン検査装置２によれば、大きさや形状により散乱する方位が異なる散乱光を有効に検出可能となるため、より精度の高いパターン幅変動を検出可能となる。

なお、図５に図示したパターン検査装置２においては、画像処理部６０は、個別検出器５０-１，５０-２，５０-３それぞれから供給される検出画像信号としての散乱光強度信号Ｌ_{（５０-１）}，Ｌ_{（５０-２）}，Ｌ_{（５０-３）}を、個別散乱光強度変動検出部６１-１，６１-２，６１-３それぞれによる個別散乱光強度変動検出処理を経て、散乱光強度変化率統合部６３で各散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_{０（６０-１）}，Ｌ／Ｌ_{０（６０-２）}，Ｌ／Ｌ_{０（６０-３）}を統合するように構成した。この構成に関しては、複数の個別検出器５０-１，５０-２，５０-３それぞれから供給される検出画像信号としての散乱光強度信号Ｌ_{（５０-１）}，Ｌ_{（５０-２）}，Ｌ_{（５０-３）}を散乱光強度統合部（図示略）で統合してから、散乱光強度変動検出部６１及びパターン線幅変動検出部６２により、第１の実施の形態で説明した構成と同様にして、この統合した散乱光強度変化率Ｌ／Ｌ_０について、パターン線幅変化率Ｗ／Ｗ_０及びその位置情報等といったパターンの線幅変動の検出結果を得ることも可能である。

＜第３の実施の形態＞
図６は、本発明の第３の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図である。
本実施の形態に係るパターン検査装置３は、図１に示したパターン検査装置１に対して、検出光学系３４０及び検出器３５０が、欠陥検出処理用の検出画像信号としての散乱光強度信号と散乱光強度変動検出処理用の検出画像信号としての散乱光強度信号とをそれぞれ別々に、それぞれ独立に画像処理部６０に供給できる構成になっていることを特徴とする。

そのために、検出光学系３４０は、図１に示したパターン検査装置１の検出光学系４０に対して、検光子４２と空間フィルタ４３との間の散乱光の検出光路に分岐光学要素としてのハーフミラー４７が設けられ、この分岐された散乱光の検出光路それぞれに対応して検出レンズとしての結像レンズ４４-１，４４-２が設けられている。これに合わせて、検出器３５０も、複数の個別検出器５０-１，５０-２を有して構成されている。

これにより、照明光を照射された検査対象の半導体ウェハ１０のウェハ面のパターンからの散乱光は、対物レンズ４１により集光されて検光子４２により偏光制御された後、欠陥検出処理用の散乱光の検出光路と散乱光強度変動検出処理用の散乱光の検出光路とに分岐される。分岐された欠陥検出処理用の散乱光は、空間フィルタ４３でパターンからの回折光を遮光した後、結像レンズ４４-１によって欠陥検出処理用の光学像に結像され、イメージセンサで構成された個別検出器５０-１により撮像される。また、分岐された散乱光強度変動検出処理用の散乱光は、結像レンズ４４-２によって散乱光強度変動検出処理用の光学像に結像され、イメージセンサで構成された個別検出器５０-２により撮像される。

したがって、画像処理部６０には、個別検出器５０-１からの欠陥検出処理用の画像信号としての散乱光強度信号と、個別検出器５０-２からの散乱光強度変動検出処理用の画像信号としての散乱光強度信号とが、それぞれ別々に、それぞれ独立に供給される構成になっている。そのため、画像処理部６０は、個別検出器５０-１，５０-２それぞれから供給される各散乱光強度信号を、その記憶部にそれぞれ別々に、それぞれ独立に格納するようになっている。

この結果、個別検出器５０-１で検出した欠陥検出処理用の画像信号としての散乱光強度信号は、画像処理部６０で、図示省略した前処理部，欠陥候補検出部，欠陥抽出部，欠陥分類部それぞれによる処理を経て、欠陥検出処理される。また、個別検出器５０-２で検出した散乱光強度変動検出処理用の画像信号としての散乱光強度信号は、画像処理部６０で、欠陥検出処理とは別に、散乱光強度変動検出部６１，パターン線幅変動検出部６２それぞれによる処理を経て、独立に散乱光強度変動検出処理される。画像処理部６０によるこれら欠陥検出処理及び散乱光強度変動検出処理は、入力部７１から入力されたユーザの指示に従って、全体制御部７０によって表示部７２に表示される。

したがって、本実施の形態によれば、欠陥検出処理用の画像信号としての散乱光強度信号と散乱光強度変動検出処理の画像信号としての散乱光強度信号とが、それぞれ別々に、それぞれ独立になっているので、半導体ウェハ１０上の欠陥検出を行うと同時に、照明光学系３０の露光異常等に起因したパターン線幅変動箇所について、ウェハ面内で詳細に検査すべきホットスポットの抽出が行える。これにより、さらに効率的な半導体ウェハの品質管理が可能になる。

＜第４の実施の形態＞
図７は、本発明の第４の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図である。
本実施の形態に係るパターン検査装置４は、第３の実施の形態に係るパターン検査装置３と同様に、図１に示したパターン検査装置１に対して、検出光学系４４０及び検出器４５０が、欠陥検出処理用の検出画像信号としての散乱光強度信号と散乱光強度変動検出処理用の検出画像信号としての散乱光強度信号とをそれぞれ別々に、それぞれ独立に画像処理部６０に供給できる構成になっていることを特徴とする。

本実施の形態では、欠陥検出処理用の検出画像信号としての散乱光強度信号と散乱光強度変動検出処理用の検出画像信号としての散乱光強度信号との分岐光学要素としてのハーフミラー４７が、第３の実施の形態に係るパターン検査装置３とは異なり、空間フィルタ４３を通過した散乱光の光路に配置されている。

これにより、照明光を照射された検査対象の半導体ウェハ１０のウェハ面のパターンからの散乱光は、対物レンズ４１により集光されて検光子４２により偏光制御され、空間フィルタ４３により特定のパターン領域以外のパターン領域の回折光を遮光した後、欠陥検出処理用の散乱光の検出光路と散乱光強度変動検出処理用の散乱光の検出光路とに分岐される。分岐された散乱光強度変動検出処理用の散乱光は、結像レンズ４４-２によって散乱光強度変動検出処理用の光学像に結像され、イメージセンサで構成された個別検出器５０-２により撮像される。

したがって、本実施の形態に係るパターン検査装置４も、第３の実施の形態に係るパターン検査装置３の場合と同様に、半導体ウェハ１０上の欠陥検出を行うと同時に、照明光学系３０の露光異常等に起因したパターン線幅変動箇所について、ウェハ面内で詳細に検査すべきホットスポットの抽出が行える。

＜第５の実施の形態＞
本実施の形態に係るパターン検査装置５は、第１の実施の形態に係るパターン検査装置１の場合と同様に、図１に示したような構成になっている。

本実施の形態に係るパターン検査装置５は、その照明光学系３０による半導体ウェハ１０のウェハ面に対する照明光の照射の仕方が、上述した各実施の形態のパターン検査装置１〜４の場合のように、Ｐ偏光又はＳ偏光の何れかからなる照明光を互いに異なる照射方向から検査光として照射する仕方と異なっている。

本実施の形態に係るパターン検査装置５は、照明偏光切替部３４，３５の切り替え及び検光子４２の偏光フィルタの切り替えによって、検査対象の一の半導体ウェハ１０に対して、Ｐ偏光からなる照明光を互いに異なる照射方向から検査光として半導体ウェハ１０のウェハ面に照射したパターン検査と、Ｓ偏光からなる照明光を互いに異なる照射方向から検査光として半導体ウェハ１０のウェハ面に照射したパターン検査との、２回のパターン検査を行える構成になっている。Ｐ偏光からなる照明光を検査光に用いたパターン検査と、Ｓ偏光からなる照明光を検査光に用いたパターン検査とは、全体制御部７０が上述した照明偏光切替部３４，３５及び検光子４２を含む装置各部を制御して行う。

なお、Ｐ偏光からなる照明光を検査光に用いたパターン検査と、Ｓ偏光からなる照明光を検査光に用いたパターン検査とは、必ずしも全てのウェハ１０に対するパターン検査として行われる必要はない。例えば、通常は、第１の実施の形態に係るパターン検査装置１の場合と同様に、Ｐ偏光又はＳ偏光の何れかからなる照明光を互いに異なる照射方向から検査光として照射するパターン検査を行う一方、そのＰ偏光又はＳ偏光の何れかを検査光に用いたパターン検査による検査結果により、Ｐ偏光又はＳ偏光の残り偏光を検査光に用いたパターン検査を行うようにしてもよい。

図８は、本発明の第５の実施の形態に係るパターン検査装置による露光異常時の説明図である。
図８（ａ）は、リソグラフィー工程における、単位面積当たりの電子やイオンの注入量に該当するＤｏｓｅ量が変動した場合の照明偏光別検出光量を示す。
図８（ｂ）は、リソグラフィー工程における、フォーカス（Focus）が変動した場合の照明偏光別検出光量を示す。

図８（ａ）, 図８（ｂ）は、何れも、リソグラフィー工程で予めフォーカス・露光量を変動させて作成されたＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウェハの各パターン線幅をＳＥＭで寸法測定した結果を基に作成したものである。

図８（ａ）に示すように、Ｄｏｓｅ量が大きくなると、パターン線幅は小さくなり、検出光量も、照明光学系３０から照射される照明光がＳ偏光、Ｐ偏光何れの場合も小さくなる傾向がある。これより、Ｄｏｓｅ量とパターン線幅、検出光量は反比例の関係にある。

これに対し、図８（ｂ）に示すように、フォーカスが変動した場合には、パターン線幅と照明光学系３０から照射される照明光がＳ偏光である場合の検出光量は、フォーカス位置に応じたお椀形の挙動を示すのに対し、照明光学系３０から照射される照明光がＰ偏光である場合の検出光量は、ほとんど変動しない。

これに基づき、本実施の形態に係るパターン検査装置５においては、画像処理部６０に、Ｓ偏光、Ｐ偏光それぞれの照明光で照明した場合に、検出光量すなわち散乱光強度信号の挙動がＳ偏光とＰ偏光と同じである場合にはＤｏｓｅ量が変動していると判断し、Ｓ偏光とＰ偏光と異なる場合には、フォーカスが変動していると判断する判断部６４が設けられている。これにより、Ｄｏｓｅ量異常とＦｏｃｕｓ異常の切り分けを行えるようになっている。

＜第６の実施の形態＞
続いて、本発明の第６の実施の形態を説明する。本形態例では、ウェハ面内におけるパターン寸法変動や膜厚変動を高速に検査することが可能なパターン検査装置について説明する。

図９は、本発明の第６の実施の形態に係るパターン検査装置の概略構成図である。前述した形態例と同様、図９には、図１との対応部分に同一符号を付して示している。本実施の形態に係るパターン検査装置６は、データ蓄積部７３が設けられる点と、画像処理部６００が設けられる点で、図１に示すパターン検査装置１と異なっている。

データ蓄積部７３は、検出器５０から出力される散乱光強度信号の蓄積に使用される。データ蓄積部７３は、少なくとも、検査対象試料である半導体ウェハの全面分の散乱光強度信号の蓄積に必要なデータ容量を有する。好ましくは、半導体ウェハの２面分以上のデータ容量を有する。この形態例の場合、個々の半導体ウェハについて、２面分の散乱光強度信号を少なくとも蓄積する。データ蓄積部７３に蓄積されている散乱光強度信号のデータは、画像処理部６００により読み出されると共に、データ処理後のデータの書き込み領域としても使用される。

画像処理部６００は、前述した形態例の画像処理部６０とは異なり、製造プロセスの前後に同一の半導体ウェハから検出された２つの散乱光強度信号の比較に基づいて、線幅の面内変動や膜厚の面内変動を算出するデータ処理部である。従って、画像処理部６００には、前述の形態例のように、全体制御部７０から、設計データに対応するパターン線幅Ｗ_０や散乱光強度信号Ｌ_０は与えられない。

画像処理部６００は、プロセス間差分処理部６５と線幅情報／膜厚情報分離処理部６６を有する。この形態例の場合、画像処理部６００は、製造プロセスの前後で、同一の半導体ウェハについて検出された散乱光強度信号の差分情報に基づいて半導体ウェハの物理量の変化情報を算出するデータ処理部として使用する。

プロセス間差分処理部６５は、製造プロセスの前後で、同一の半導体ウェハについて検出された散乱光強度信号の差分情報を算出する。ここで、プロセス間差分処理部６５は、Ｐ偏光を照明光に用いて検出された２つの散乱光強度信号の差分情報と、Ｓ偏光を照明光に用いて検出された２つの散乱光強度信号の差分情報のそれぞれを算出する。Ｐ偏光について算出される差分情報は、半導体ウェハの最上層に位置する膜の膜厚変動情報を意味する。Ｓ偏光について算出される差分情報は、半導体ウェハの最上層に位置する膜の膜厚変動情報と寸法変動情報が重畳した情報を意味する。処理内容の詳細については後述する。

線幅情報／膜厚情報分離処理部６６は、プロセス間差分処理部６５において算出された２つの差分情報を用い、膜厚変動情報と寸法変動情報が重畳する情報から寸法変動情報だけを分離する。

なお、画像処理部６００は、前述した形態例における画像処理部６０と同様、欠陥候補検出部、欠陥抽出部、欠陥分類部、パラメータ設定部（教示データ設定部）を含んでよい。ただし、本形態例における欠陥候補検出部、欠陥抽出部、欠陥分類部、パラメータ設定部（教示データ設定部）は、プロセス間差分処理部６５で算出された膜厚変動情報と、線幅情報／膜厚情報分離処理部６６で算出された寸法変動情報に基づいて欠陥候補の検出、欠陥抽出、欠陥分類、パラメータ設定を実行する。

図１０に、半導体製造プロセスの一般的な流れを示す。半導体製造プロセスは、主に、洗浄プロセス１００１、成膜プロセス１００２、リソグラフィー・プロセス１００３、エッチング・プロセス１００４、平坦化プロセス１００５で構成され、これらプロセスの繰り返しにより半導体ウェハの表面に所望のパターンを形成する。ここでの半導体ウェハの表面には、半導体ウェハの直上だけでなく、その表面に積層された各膜の表面も含む。

図１１に、本形態例に係るパターン検査装置６の配置例を示す。前述したように、本形態例に係るパターン検査装置６は、ある製造プロセスの前後に同一の半導体ウェハについて検出された２つの散乱光強度信号を必要とする。図１１は、図１０に示す半導体製造プロセスで使用する製造装置の配置と、パターン検査装置６の配置との関係を表している。因みに、洗浄装置１１０１は、洗浄プロセス１００１で使用する。成膜装置１１０２は、成膜プロセス１００２で使用する。露光装置１１０３及び現像装置１１０４は、リソグラフィー・プロセス１００３で使用する。エッチング装置１１０５は、エッチング・プロセス１００４で使用する。平坦化装置１１０６は、平坦化プロセス１００５で使用する。

図１１に示すように、パターン検査装置６は、ある製造プロセスから次の製造プロセスに半導体ウェハを搬送する経路上に配置される。よって、同一プロセスを構成する複数の製造装置の間で半導体ウェハを搬送する経路上には、パターン検査装置６は配置されない。なお、図１１では、全ての製造プロセスの異常を検査対象としているため、製造プロセス間の全ての搬送経路上にパターン検査装置６を配置しているが、特定の製造プロセスの前後にのみパターン検査装置６を配置してもよい。

図１２に、本形態例に係るパターン検査装置６により検出する物理量の変化率と散乱光強度の変化量との間に認められる相関関係を示す。なお、図１２（ａ）は、プロセス間における散乱光強度の変化量とパターン寸法の変化率との相関関係を示す。図１２（ｂ）は、プロセス間における散乱光強度の変化量と膜厚の変化率との相関関係を示す。パターン寸法及び膜厚の変化率は、例えば製造プロセス間における変化率であり、例えば設計データから算出される基準値に対する変化率である。

本形態例に係るパターン検査装置６は、これらの相関関係を使用して、散乱光強度情報をパターン寸法情報及び膜厚情報に変換する。なお、これらの相関関係を示す対応テーブルは不図示の記憶領域に保存されているものとする。例えば、事前に作成された対応テーブルは、画像処理部６００やデータ蓄積部７３に格納される。

図１３に、本形態例に係るパターン検査装置６の処理イメージを示す。図１３では、半導体プロセスを構成する個々のプロセスを一般化し、「プロセス１」１３０１、「プロセス２」１３０２、「プロセス３」１３０３と表している。図１３は、「プロセス２」１３０２の前後２つの検査結果を同一条件について比較する場合を表している。

まず、「プロセス１」１３０１の実行後、光学条件Ａの下での検査結果A1（１３０４）と光学条件Ｂの下での検査結果B1（１３０５）を取得する。次に、「プロセス２」１３０２の実行後、光学条件Ａの下での検査結果A2（１３０６）と光学条件Ｂの下での検査結果B2（１３０７）を取得する。

光学条件は任意である。この形態例の場合、光学条件Ａには、ウェハ面に平行方向に感度がある、すなわちパターン寸法（線幅）に感度があるＳ偏光による照射を使用する。また、光学条件Ｂには、ウェハ面に垂直方向に感度がある、すなわち膜厚に感度があるＰ偏光の照射を使用する。

この形態例の場合、Ｓ偏光による半導体ウェハ１０の照射とＰ偏光による半導体ウェハ１０の照射は時間順次に実行する。いずれの偏光による照射を先に実行してもよい。例えばＳ偏光による照射とその検査結果の取得完了後に、Ｐ偏光による照射と検査結果の取得を実行してもよい。勿論、Ｓ偏光とＰ偏光の照射の順序が入れ替わってもよい。また、Ｓ偏光とＰ偏光の照射を同時に行い、各偏光に応じて発生する散乱光を光学フィルタ等により分離して検出してもよい。

また、検査結果A1及びB1は、いずれも散乱光強度信号の検出を意味する。これらの検査結果A1、B1、A2、B2は、取得の度、データ蓄積部７３に蓄積される。

「プロセス２」１３０２の実行後、画像処理部６００は各検査結果を読み出す。この形態例の場合、プロセス間差分処理部６５が、光学条件Ａに対応する検査結果の差分ΔＡ（１３０８）と光学条件Ｂに対応する検査結果の差分ΔＢ（１３０９）をそれぞれ算出する。ここで、差分ΔＡ及びΔＢは、いずれも「プロセス２」で処理された最上層のパターン寸法や膜厚に関する情報を含んでいる。

この後、線幅情報／膜厚情報分離処理部６６は、これら２つの差分ΔＡ及びΔＢを使用し、「プロセス２」で処理された最上層の線幅情報と膜厚情報とを取得する。因みに、差分ΔＢは最上層の膜厚情報そのものであるので、差分ΔＡを線幅情報と膜厚情報に分離する。

画像処理部６００は、不図示の欠陥候補検出部等において、分離後の線幅情報と膜厚情報と各判定閾値とを比較し、判定閾値を越える場合には異常を検知する。図１３では、線幅の異常を線幅異常情報１３１０とし、膜厚の異常を膜厚異常情報１３１１とする。画像処理部６００は、これらの異常情報を表示部７２に表示する。

図１４に、プロセス間差分処理部６５及び線幅情報／膜厚情報分離処理部６６で実行される処理内容のイメージを示す。図１４の上段に示す２つのグラフのうち左側のグラフは、Ｓ偏光を半導体ウェハ１０の表面に照射した状態でステージ２１をある方向（例えばｘ方向）に移動させた場合に検出された散乱光強度信号A1及びA2のプロファイルである。因みに、グラフの縦軸は信号強度であり、横軸はｘ方向の座標である。散乱光強度信号A1は、「プロセス１」１３０１の実行後に取得された散乱光強度信号を示している。散乱光強度信号A2は、「プロセス２」１３０２の実行後に取得された散乱光強度信号を示している。

一方、図１４の上段に示す２つのグラフのうち右側のグラフは、Ｐ偏光を半導体ウェハ１０の表面に照射した状態でステージ２１をある方向（例えばｘ方向）に移動させた場合に検出された散乱光強度信号B1及びB2のプロファイルである。左側のグラフと同様、グラフの縦軸は信号強度であり、横軸はｘ方向の座標である。散乱光強度信号B1は、「プロセス１」１３０１の実行後に取得された散乱光強度信号を示している。散乱光強度信号B2は、「プロセス２」１３０２の実行後に取得された散乱光強度信号を示している。なお、左側のグラフに示す一組の散乱光強度信号A1及びA2と、右側のグラフに示す一組の散乱光強度信号B1及びB2は、いずれも半導体ウェハ１０の同一領域から取得された信号である。このため、各散乱光強度信号の付属情報には、アライメント情報が含まれることが望ましい。ここで、右側のグラフは、半導体ウェハの表面に積層された膜の面内方向の変化を表している。

プロセス間差分処理部６５は、各光学条件について、図１４に示す２種類の演算処理１４０１及び１４０２を実行する。

演算処理１４０１は、光学条件Ａにより「プロセス２」１３０２の前後にそれぞれ検出された散乱光強度信号A1及びA2の差分ΔAを式１により計算する。演算処理１４０２は、光学条件Ｂにより「プロセス２」１３０２の前後にそれぞれ検出された散乱光強度信号B1及びB2の差分ΔBを式２により計算する。

ΔA＝A2−c_A×A1 …（式１）
ΔB＝A2−c_A×B1 …（式２）
ここで、c_A及びc_Bは、各検査時に最適化される検査条件及び「プロセス２」までに半導体ウェハに成膜された膜の厚さによって決まる補正係数である。

この形態例の場合、光学条件ＡはＳ偏光による照明、光学条件ＢはＰ偏光による照明とする。ここで、差分ΔＢは、図１２の相関関係より、最上層に位置する膜の膜厚変化率（膜厚変動情報）を意味している。

算出された２つの差分ΔＡ及びΔＢは、プロセス間差分処理部６５から線幅情報／膜厚情報分離処理部６６に与えられる。図１４に示す４つのグラフのうち中段に位置するグラフ１４０３が、差分ΔＡと差分Ｂの関係を表している。図中、縦軸が信号強度を示し、横軸がｘ方向の座標を与える点は、上段に位置する２つのグラフと同じである。図中、実線で示すグラフが差分ΔＡに対応し、破線で示すグラフが差分ΔＢに対応する。図に示すように、差分ΔＢに相当する破線で示すグラフを中心に、差分ΔＡに相当する実線で示すグラフが変動していることが分かる。これは、差分ΔＡには、線幅情報と膜厚情報が含まれるためである。

ここで、線幅情報／膜厚情報分離処理部６６は、演算処理１４０４に基づいて、最上層の寸法変動情報を表す散乱光強度の差分ΔＡ’を計算する。具体的には、演算処理１４０４は、次に示す式３を実行する。

ΔA’＝ΔA−c×ΔB …（式３）
ここで、cは、寸法及び膜厚と散乱光強度の比例係数によって決まる係数であり、予め計測している校正データ若しくはシミュレーション結果を用いて決定される。計算された差分ΔＡ’は、図１２の相関関係より、最上層に形成されたパターンの寸法変動率（寸法変動情報）を意味している。

画像処理部６００は、算出された差分ΔＡ’及びΔＢに基づいて、対応テーブル（図１２）を参照し、対応する寸法変動情報及び膜厚変動情報を求める。図１４に示す４つのグラフのうち最下段に示すグラフ１４０５に示すように、寸法変動情報は、ウェハ面内から膜厚変動の影響を除去した波形として取得される。因みに、グラフ１４０５の縦軸は寸法情報であり、横軸はｘ方向の座標である。

例えば、画像処理部６００は、取得された寸法変動情報及び膜厚変動情報を半導体ウェハ１０の対応座標にマッピングしたマップを表示部７２に表示する。また、画像処理部６００は、閾値１４０６を用いて寸法情報を２値化し、その結果をパターンの良否判定結果として表示部７２に表示することもできる。なお、閾値は、ユーザが設定してもよい。膜厚情報も閾値との比較により２値化し、その結果をパターンの良否判定結果として表示部７２に表示してもよい。

図１５に、検査結果の表示例を示す。寸法変動情報はマップ１５０１に表示され、膜厚変動情報はマップ１５０２に表示される。これら２つのマップは、並べて表示しても良いし、ユーザの指定操作に応じていずれか一方だけを表示してもよい。なお、マップ１５０１に示す白抜きの楕円パターンは、半導体ウェハ１０上に形成される繰り返しパターンを表している。寸法変動情報については、ショット内の寸法ばらつきを確認できるように、指定したショットを重ね合わせた結果１５０３も表示できることが望ましい。

これらの表示は、ユーザ指定の閾値によって２値化処理したものに変更することができる。不良判定結果マップ１５０４は、２値化処理した結果、ショット毎に繰り返す不良個所とそうでない不良個所を区別可能に表示する表示例である。黒の塗りつぶしパターンがショット毎に繰り返される不良箇所を示し、斜線の網掛け部分が製造プロセスによる不良箇所を示している。

画像処理部６００は、この不良判定結果に基づいてＳＥＭ８０で実測するチップと座標を決定し、チップとチップ内座標をＳＥＭ８０に出力する。チップとチップ内座標の通知を受けたＳＥＭ８０は、対応する領域を異常領域として高分解能にて画像を取得する。なお、本明細書では、ＳＥＭ８０を想定しているが、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置その他の荷電粒子線装置でもよい。また、本形態例では、ＳＥＭ８０に不良箇所の情報を与えているが、露光装置９０に対して同情報を与えてもよい。

以上の通り、本形態例に係るパターン検査装置６を用いれば、半導体ウェハ全面のパターン寸法変動及び膜厚変動を散乱光により高速に検査することができる。また、本形態例の場合には、寸法変動情報や膜厚変動情報から絞り込んだ異常点についてのみＳＥＭ８０による高分解能検査を実行することができる。これにより、半導体ウェハ１０の全面を、高感度にプロセス管理することができる。また、本形態例の場合には、半導体ウェハの面内の不良を一度に検査することができる。このため、ショット毎に繰り返される不良個所とそうでない不良個所を区別することができる。結果的に、リソプロセス不良と他のプロセスの不良を切り分けることができる。

＜他の実施の形態＞
本実施の形態によるパターン検査装置は、以上述べたように構成されるが、本発明に係るパターン検査装置は、検査対象の半導体ウェハの、照明光を照射されたウェハ面に形成されたパターンからの散乱光をＤＦ（暗視野）の光学式検出手段を用いて検出し、その散乱光強度に基づいて検査対象の半導体ウェハのパターンの線幅変動による線幅変化率を検出するものであるならば、種々の態様が可能である。

１，２，３，４，６ パターン検査装置、 １０ 半導体ウェハ、 ２０ 搬送系、
２１ ステージ、 ２２ ステージ制御部、 ３０ 照明光学系、
３１ 光源、 ３２，３３ 照明方位切替ミラー、 ３４，３５ 照明偏光切替部、
３６ 照明光学系制御部、 ４０，２４０，３４０，４４０ 検出光学系、
４１ 対物レンズ、 ４２ 検光子、 ４３ 空間フィルタ、 ４４ 結像レンズ、
４５ 検光子制御部、 ４６ 空間フィルタ制御部、 ４７ ハーフミラー、
５０，２５０，３５０，４５０ 検出器、 ６０ 画像処理部、
６１ 散乱光強度変動検出部、 ６２ パターン線幅変動検出部、
６３ 散乱光強度変化率統合部、 ６４ 判断部、６５ プロセス間差分処理部、６６ 線幅情報／膜厚情報分離処理部、
７０ 全体制御部、 ７１ 入力部、 ７２ 表示部、７３ データ蓄積部
８０ ＳＥＭ（scanning electron microscope）、
９０ 露光装置、 １０１ 光学系モデル、 １１０ 半導体ウェハ、
１１１ ウェハモデル、 １３０ 照明光学系、 １３１ 光源、
１３２ 偏光子、 １４０Ｂ ＢＦ方式の検出光学系、
１４０Ｄ ＤＦ方式の検出光学系、 １４１Ｄ レンズ、 １４２Ｂ 検光子、
１４２Ｄ 検光子、 １５０Ｂ 検出器、 １５０Ｄ 検出器、
６００ 画像処理部。

Claims (14)

1. 検査対象試料が搭載されるステージと、
   該ステージに搭載された検査対象試料の試料面に照明光を照射する照明光学系と、
   照明光を照射された試料面からの散乱光を検出して結像する検出光学系と、
   該検出光学系で結像された光学像を撮像して検出光量に応じた散乱光強度信号を出力する検出器と、
   を有し、前記ステージと前記照明光学系との相対移動により、前記照明光学系による照明光の試料面上での照射位置を走査し、前記検出器から出力される散乱光強度信号を基に検査対象試料の試料面に形成されたパターンを検査するパターン検査装置であって、
   検査対象試料の試料面に形成されたパターン状態を反映した前記検出器から出力される散乱光強度信号と、検査対象試料の試料面に本来形成されるべきパターンのパターン状態を反映した散乱光強度信号とを基に、本来形成されるべきパターンに対する検査対象試料の試料面に形成されたパターンの線幅変動を検出するパターン線幅変動検出手段と
   を有するパターン検査装置。
2. 前記照明光学系は、前記ステージに搭載された検査対象試料の試料面に、Ｓ偏光及び／又はＰ偏光からなる照明光を照射する
   ことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
3. 前記検出光学系は、試料面からの散乱光の検出方向を互いに変えて複数設けられ、
   前記検出器は、前記検出光学系に対応して複数設けられ、
   前記パターン線幅変動検出手段は、前記検出器それぞれから出力される散乱光強度信号を統合して、本来形成されるべきパターンに対する検査対象試料の試料面に形成されたパターンの線幅変動を検出する
   ことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
4. 前記パターン線幅変動検出手段により検出された、本来形成されるべきパターンに対する検査対象試料の試料面に形成されたパターンの線幅変動を、ウェハ面内分布、ショット内分布、局所異常別のそれぞれ表示態様で画像表示する表示部
   を有することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
5. 前記パターン線幅変動検出手段は、前記ステージに搭載された検査対象試料の試料面に、Ｓ偏光からなる照明光を照射したときの線幅変動の検出結果と、Ｐ偏光からなる照明光を照射したときの線幅変動の検出結果とに基づいて、さらにＤｏｓｅ量異常とＦｏｃｕｓ異常の切り分けを行う
   ことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
6. 前記パターン線幅変動検出手段によるパターンの線幅変動の検出と並行して、パターン欠陥及び異物を検出する欠陥検出機能を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
7. パターン検査装置が、
   ステージに搭載された検査対象試料の試料面に、照明光学系により照明光を照射する工程、
   前記ステージと前記照明光学系との相対移動により、前記照明光学系による照明光の試料面上での照射位置を走査する工程、
   照明光を照射された試料面からの散乱光を、検出光学系により検出して結像する工程、
   結像された光学像を、検出器により撮像して検出光量に応じた散乱光強度信号を出力する工程、
   検査対象試料の試料面に形成されたパターン状態を反映した前記検出器から出力される散乱光強度信号と、検査対象試料の試料面に本来形成されるべきパターンのパターン状態を反映した散乱光強度信号とを基に、本来形成されるべきパターンに対する検査対象試料の試料面に形成されたパターンの線幅変動を検出する工程、
   パターンの線幅変動の検出結果を、試料の試料面にパターンを形成する露光装置にフィードバックする工程、
   を実行する、パターン検査装置を使用した露光装置の制御方法。
8. 検査対象試料が搭載されるステージと、
   前記ステージに搭載された検査対象試料の試料面に照明光を照射する照明光学系と、
   照明光を照射された試料面からの散乱光を検出して結像する検出光学系と、
   前記検出光学系で結像された光学像を撮像し、検出光量に応じた散乱光強度信号を出力する検出器と、
   前記検査対象試料に対する任意の製造プロセスの実行前に検出された第１の散乱光強度信号と実行後に検出された第２の散乱光強度信号との差分情報に基づいて、前記検査対象試料の面内における物理量の変動を検出する変動検出部と
   を有するパターン検査装置。
9. Ｐ偏向を前記照明光に使用する際に取得される第１の差分情報に基づいて、前記検査対象試料の膜厚変動情報を検出する
   請求項８記載のパターン検査装置。
10. Ｓ偏向を前記照明光に使用する際に取得される第２の差分情報と、前記第１の差分情報とに基づいて、前記検査対象試料に形成されたパターンの寸法変動情報を検出する
    請求項９記載のパターン検査装置。
11. 前記変動検出部は、検出された前記膜厚変動情報及び前記寸法変動情報を、前記検査対象試料との対応位置関係に基づいてマップ表示する
    請求項９又は１０記載のパターン検査装置。
12. 前記変動検出部は、前記膜厚変動情報と閾値の比較結果に基づいてプロセス異常を検出する
    請求項９記載のパターン検査装置。
13. 前記変動検出部は、前記寸法変動情報と閾値の比較結果に基づいてプロセス異常を検出する
    請求項１０記載のパターン検査装置。
14. 前記変動検出部は、プロセス異常が検出された位置情報を荷電粒子線装置に与える
    請求項１３記載のパターン検査装置。

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