JP2016156746A - 線幅誤差取得方法、線幅誤差取得装置および検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】正確な線幅誤差を取得する方法、線幅誤差取得装置および検査システムを提供する。
【解決手段】光源１０３ａからの光をマスクＭａに形成されたパターンに照明し、このパターンの光学画像データを取得する。参照画像データの信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値に等しい光学画像データの信号量の位置をパターンのエッジとし、このパターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出し、これを用いて光学画像データのパターンの線幅を求め、この線幅と、光学画像データに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られるパターンの線幅との差である線幅誤差を取得する。光源１０３ａの光量が変動した場合には、閾値を新たに指定し、光学画像データにおいて、新たな閾値に等しい信号量の位置をパターンのエッジとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、線幅誤差取得方法、線幅誤差取得装置および検査システムに関する。

半導体素子の製造工程では、ステッパまたはスキャナと呼ばれる縮小投影露光装置により、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）がウェハ上に露光転写される。多大な製造コストのかかるＬＳＩにとって、製造工程における歩留まりの向上は欠かせない。マスクパターンの欠陥は、半導体素子の歩留まりを低下させる大きな要因になるので、マスクを製造する際には欠陥を検出する検査工程が重要となる。

また、マスク面内におけるパターンの線幅（ＣＤ）を測定し、これと設計パターンの線幅とのずれ量（線幅誤差ΔＣＤ）の分布をマップ化して、マスクの製造工程にフィードバックすることも重要である。従来法においては、パターンの光学画像と、設計データから作成される参照画像とから、画素毎に線幅の測定を行っている。例えば、ラインパターンの場合、その光学画像の輝度分布から、線幅測定の始点となる一方のエッジと、線幅測定の終点であって、これと対になる他方のエッジとを、それぞれ画素以下の精度で検出する。次いで、これらのエッジ間の距離を測定することによって線幅を求めている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−２１４８２０号公報

近年の大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ＬＳＩ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路寸法は狭小化の一途を辿っており、マスクに形成されるパターンにおいても微細化が進んでいる。しかしながら、パターンが微細になると線幅を正確に求めることが困難となり、線幅誤差の値が実際より大きくなることが起こり得る。また、マスクパターンの光学画像は、光源からの光をマスクに照射し、マスクを透過またはマスクで反射した光をセンサに入射させることにより撮像される。このとき、光源の光量が変動しても、線幅誤差の値は実際とは異なるようになる。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、正確な線幅誤差を取得する方法を提供することにある。

また、本発明の目的は、正確な線幅誤差を取得することのできる線幅誤差取得装置を提供することにある。

さらに、本発明の目的は、正確な線幅誤差を取得する機能を備えた検査システムを提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、光源からの光を試料に形成されたパターンに照明し、試料を透過または試料で反射した光をセンサに入射させて、パターンの光学画像データを取得する工程と、
パターンの設計データから、光学画像データに対応する参照画像データを生成する工程と、
参照画像データにおいて、信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値を指定し、この閾値の信号量に対応する位置をパターンのエッジとする工程と、
光学画像データにおいて、上記の閾値に等しい信号量の位置をパターンのエッジとし、このパターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出する工程と、
光学画像データからエッジペアを用いてパターンの線幅を求め、この線幅と、光学画像データのエッジペアに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られるパターンの線幅との差である線幅誤差を取得する工程とを有し、
光源の光量が変動した場合または光学画像データのコントラストが低下した場合には、閾値を新たに指定し、光学画像データにおいて、この新たな閾値に等しい信号量の位置をパターンのエッジとすることを特徴とする線幅誤差取得方法に関する。

本発明の第１の態様においては、光源の光量の変動量と閾値の最適値との関係、および、コントラストの低下量と閾値の最適値との関係の少なくとも一方を実験によって求め、これらの関係の少なくとも１つにしたがって新たな閾値を指定することが好ましい。

本発明の第２の態様は、光源からの光を試料に形成されたパターンに照明し、試料を透過または試料で反射した光をセンサに入射させて、パターンの光学画像データを取得する工程と、
パターンの設計データから、光学画像データに対応する参照画像データを生成する工程と、
参照画像データにおいて、信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値を指定し、この閾値の信号量に対応する位置をパターンのエッジとする工程と、
光学画像データにおいて、上記の閾値に等しい信号量の位置をパターンのエッジとし、このパターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出する工程と、
光学画像データからエッジペアを用いて前記パターンの線幅を求める工程と、
パターンの線幅のいずれかを含む線幅範囲を指定する工程と、
上記の線幅範囲に含まれる線幅を有するパターンを抽出し、このパターンの線幅と、このパターンの光学画像データに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られるパターンの線幅との差である線幅誤差を取得する工程とを有し、
光源の光量が変動した場合または光学画像データのコントラストが低下した場合には、線幅範囲を新たに指定し、光学画像データにおいて、この新たな線幅範囲に含まれる線幅を有するパターンを抽出することを特徴とする線幅誤差取得方法に関する。

本発明の第２の態様においては、光源の光量の変動量と線幅範囲の最適値との関係、および、コントラストの低下量と線幅範囲の最適値との関係の少なくとも一方を実験によって求め、これらの関係の少なくとも１つにしたがって新たな線幅範囲を指定することが好ましい。

本発明の第３の態様は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なテーブルと、
テーブルの位置座標を測定する位置測定部と、
光源からの光をテーブルに載置された試料に照明する照明光学系と、
試料を透過または試料で反射した光をセンサに入射させて、試料に形成されたパターンの光学画像データを取得する撮像部と、
パターンの設計データから作成された参照画像データと、参照画像データに対応する光学画像データにおいて、参照画像データの信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値に等しい光学画像データの信号量の位置をパターンのエッジとし、このパターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出し、このエッジペアを用いて光学画像データのパターンの線幅を求め、この線幅と、上記のエッジペアに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られるパターンの線幅との差である線幅誤差を取得する線幅誤差取得部と、
光源の光量の変動を検知する光量センサとを有し、
線幅誤差取得部は、光量センサが光源の光量の変動を検知すると、閾値を新たに指定し、光学画像データにおいて、この新たな閾値に等しい信号量の位置をパターンのエッジとすることを特徴とする線幅誤差取得装置に関する。

本発明の第３の態様の線幅誤差取得装置は、位置測定部から出力されたテーブルの位置座標の情報を用いて、線幅誤差を試料上の位置座標と対応させた線幅誤差マップを作成するマップ作成部を有することが好ましい。

本発明の第４の態様は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なテーブルと、
テーブルの位置座標を測定する位置測定部と、
光源からの光でテーブルに載置された試料を照明する照明光学系と、
試料を透過または試料で反射した光をセンサに入射させて、試料に形成されたパターンの光学画像データを取得する撮像部と、
パターンの設計データから光学画像データに対応する参照画像データを作成する参照画像データ生成部と、
パターンの光学画像データと参照画像データを比較して、これらの差分値が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定する比較部と、
参照画像データの信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値に等しい光学画像データの信号量の位置をパターンのエッジとし、このパターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出し、このエッジペアを用いて光学画像データのパターンの線幅を求め、この線幅と、光学画像データに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られるパターンの線幅との差である線幅誤差を取得する線幅誤差取得部と、
光源の光量の変動を検知する光量センサとを有し、
線幅誤差取得部は、光量センサが光源の光量の変動を検知すると、閾値を新たに指定し、光学画像データにおいて、この新たな閾値に等しい信号量の位置をパターンのエッジとすることを特徴とする検査システムに関する。

本発明の第１の態様の線幅誤差取得方法によれば、正確な線幅誤差を取得することが可能となる。

本発明の第２の態様の線幅誤差取得方法によれば、正確な線幅誤差を取得することが可能となる。

本発明の第３の態様によれば、正確な線幅誤差を取得することのできる線幅誤差取得装置が提供される。

本発明の第４の態様によれば、正確な線幅誤差を取得する機能を備えた検査システムが提供される。

実施の形態１における線幅誤差取得装置の概略構成図である。 実施の形態１の線幅誤差取得方法を示すフローチャートの一例である。 マスクの被検査領域と、ストライプおよびフレームとの関係を説明する図である。 図１の線幅誤差取得装置におけるデータや指示の流れを示す図である。 実施の形態１の線幅誤差取得装置におけるデータや指示の流れを示す他の例である。 図１のフォトダイオードアレイに入射する光の強度の一例である。 光学画像データについて、パターンの線幅の設計値とコントラストとの関係を示す一例である。 図１のフォトダイオードアレイに入射する光の強度を示す他の例である。 測定パターンの一例となるライン・アンド・スペースパターンの一部平面図である。 測定パターンの他の例となるライン・アンド・スペースパターンの一部平面図である。 マスクに形成されたパターンの一部平面図である。 実施の形態２における線幅誤差取得装置の概略構成図である。 実施の形態２の線幅誤差取得方法を示すフローチャートの一例である。 実施の形態３の検査システムの構成図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態における線幅誤差取得装置１００の概略構成図である。線幅誤差取得装置１００は、被検査対象の光学画像を取得し、この光学画像を用いて被検査対象の線幅誤差（ΔＣＤ）を求めて線幅誤差マップ（ΔＣＤマップ）を作成する。線幅誤差取得装置１００の主たる構成部は、次の通りである。

線幅誤差取得装置１００は、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）および回転方向（θ軸方向）に駆動可能なテーブル１０１と、テーブル１０１の位置を測定するレーザ測長システム１０２と、テーブル１０１上に載置されたマスクＭａを照明する照明光学系１０３と、マスクＭａの光学画像データを生成する撮像部１０４と、照明光学系１０３における光源１０３ａの光量を検知する光量センサ１４０とを有する。マスクＭａは、例えば、透明なガラス基板などの基材の主面に、線幅測定の対象となるパターン（以下では単に測定パターンと称することがある。）が形成されたものである。

テーブル１０１は、テーブル制御部１１４によって制御されるＸ軸モータＭ１、Ｙ軸モータＭ２、およびθ軸モータＭ３によって駆動される。

レーザ測長システム１０２は、本発明の位置測定部を構成する。詳細な図示は省略するが、レーザ測長システム１０２は、ヘテロダイン干渉計などのレーザ干渉計を有する。このレーザ干渉計は、テーブル１０１に設けられたＸ軸用とＹ軸用の各ミラーとの間でレーザ光を照射および受光することによって、テーブル１０１の位置座標を測定する。この測定データは、位置情報部１１３へ送られる。尚、テーブル１０１の位置座標を測定する方法は、レーザ干渉計を用いるものに限られず、磁気式や光学式のリニアエンコーダを用いるものであってもよい。

照明光学系１０３は、光源１０３ａと、拡大光学系１０３ｂとを有しており、照明光学系１０３から所定のビームがマスクＭａに照射される。尚、拡大光学系１０３ｂは、光源１０３ａから出射した照明光のビームを、必要に応じて、マスクＭａに対し透過照明する光路と反射照明する光路に分割する手段や、円偏光や直線偏光などに変える手段、点光源や輪帯などの光源形状に変える手段などを備える。

撮像部１０４は、マスクＭａを通過または反射した照明光を集束させてマスクＭａのパターンの光学像を結像させる集束レンズ１０４ａと、この光学像を光電変換するフォトダイオードアレイ１０４ｂと、フォトダイオードアレイ１０４ｂから出力されるアナログ信号を光学画像データとしてのデジタル信号に変換して出力するセンサ回路１０４ｃとを有する。撮像部１０４には、例えば、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサを用いることができる。尚、撮像部１０４は、図示しない自動焦点機構によって自動的に焦点調整がなされるように構成されていてもよい。

また、線幅誤差取得装置１００は、線幅誤差取得装置１００の全体の制御を司る全体制御部１１０と、データ伝送路となるバス１１１と、バス１１１を介して全体制御部１１０に接続された閾値決定部１２５、線幅誤差取得部１２６、マップ作成部１２７、および記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１１９とを有する。尚、前述の位置情報部１１３とテーブル制御部１１４も、バス１１１を介して全体制御部１１０に接続されている。

次に、図１の線幅誤差取得装置１００を用いて、マスクＭａのパターンの線幅誤差を取得する方法の一例を述べる。

図２は、本実施の形態の線幅誤差取得方法を示すフローチャートの一例である。この図に示すように、本実施の形態による線幅誤差取得方法は、光学画像データ取得工程Ｓ１、参照画像データ生成工程Ｓ２、閾値決定工程Ｓ３、エッジペア検出工程Ｓ４、線幅誤差（ΔＣＤ）取得工程Ｓ５、ΔＣＤマップ作成工程Ｓ６を有する。これらの工程について、図１を用いて説明する。

＜光学画像データ取得工程Ｓ１＞
図２の光学画像データ取得工程Ｓ１では、マスクＭａのパターンの光学画像を取得し、次いで、この光学画像をデジタル変換して光学画像データを得る。

まず、テーブル１０１上にマスクＭａが載置される。このとき、マスクＭａは、真空チャックなどの手段でテーブル１０１に固定される。

マスクＭａがテーブル１０１に載置されると、マスクＭａに形成されたパターンに照明光学系１０３から光が照射される。具体的には、光源１０３ａから照射される光束が、拡大光学系１０３ｂを介してマスクＭａに照射される。そして、マスクＭａを透過または反射した照明光が集束されて、マスクＭａのパターンの光学画像が得られる。

正確に線幅測定をするためには、測定対象であるマスクＭａのパターンがテーブル１０１上で所定の位置に位置合わせされている必要がある。そこで、例えば、マスクＭａに位置合わせ用のアライメントマークを形成し、このアライメントマークを実際に撮像部１０４で撮影して、テーブル１０１上でマスクＭａのパターンを位置合わせする。

尚、マスクＭａには、アライメントマークがなくてもよい。その場合は、マスクＭａのパターンのうちで、できるだけマスクＭａの外周に近くてＸＹ座標が同一であるコーナーの頂点やエッジパターンの辺を使って、位置合わせを行うことができる。テーブル１０１は、水平方向に移動するＸＹテーブルと、このＸＹテーブル上に配置されて回転方向に移動するθテーブルとによって構成され、位置合わせ工程は、具体的には、マスクＭａをテーブル１０１上に載置した状態で、測定パターンのＸ軸およびＹ軸と、ＸＹテーブルの走行軸とを合わせる工程になる。

マスクＭａの線幅測定領域（測定パターンが形成された領域）は、図３の概念図に示されているように、短冊状の複数の領域（Ｓｔ１〜Ｓｔ４）に仮想的に分割される。尚、この短冊状の領域はストライプと称される。各ストライプは、例えば、幅が数百μｍであって、長さが被検査領域のＸ方向の全長に対応する１００ｍｍ程度の領域とすることができる。

さらに、各ストライプには、格子状に分割された複数の被撮像単位Ｆ（以下、個々の被撮像単位を「フレーム」と表記する。）が仮想的に設定される。個々のフレームのサイズは、ストライプの幅、または、ストライプの幅を４分割した程度の正方形とするのが適当である。

マスクＭａの光学画像は、ストライプ毎に撮像される。すなわち、図３の例で光学画像を撮像する際には、各ストライプＳｔ１，Ｓｔ２，Ｓｔ３，Ｓｔ４が連続的に走査されるように、テーブル１０１の動作が制御される。具体的には、まず、テーブル１０１が図３の−Ｘ方向に移動しながら、ストライプＳｔ１の光学画像がＸ方向に順に撮像されていく。そして、図１のフォトダイオードアレイ１０４ｂに光学画像が連続的に入力される。ストライプＳｔ１の光学画像の撮像を終えると、ストライプＳｔ２の光学画像が撮像される。このとき、テーブル１０１は、−Ｙ方向にステップ移動した後、ストライプＳｔ１における光学画像の取得時の方向（−Ｘ方向）とは逆方向（Ｘ方向）に移動していく。撮像されたストライプＳｔ２の光学画像も、フォトダイオードアレイ１０４ｂに連続的に入力される。ストライプＳｔ３の光学画像を取得する場合には、テーブル１０１が−Ｙ方向にステップ移動した後、ストライプＳｔ２の光学画像を取得する方向（Ｘ方向）とは逆方向、すなわち、ストライプＳｔ１の光学画像を取得した方向（−Ｘ方向）に、テーブル１０１が移動する。同様にしてストライプＳｔ４の光学画像も撮像される。

マスクＭａを通過した光は、撮像部１０４によって、マスクＭａのパターンの光学像として結像した後、Ａ／Ｄ（アナログデジタル）変換され、光学画像データとして線幅誤差取得部１２６へ出力される。具体的には、フォトダイオードアレイ１０４ｂがマスクＭａの光学像を撮像し、得られた光学画像に対応するアナログ信号をセンサ回路１０４ｃに順次出力する。センサ回路１０４ｃは、フォトダイオードアレイ１０４ｂが出力した各アナログ信号をそれぞれ光学画像データであるデジタル信号に変換して出力する。

尚、光学画像データは、センサ回路１０４ｃに設けられて画素毎にオフセット・ゲイン調整可能なデジタルアンプ（図示せず）に入力される。デジタルアンプの各画素用のゲインは、キャリブレーションによって決定される。例えば、透過光用のキャリブレーションでは、撮像部１０４が撮像する面積に対して十分に広いマスクＭａの遮光領域を撮影中に黒レベルを決定する。次いで、撮像部１０４が撮像する面積に対して十分に広いマスクＭａの透過光領域を撮影中に白レベルを決定する。このとき、検査中の光量変動を見越して、例えば、白レベルと黒レベルの振幅が８ビット階調データの約４％から約９４％に相当する１０〜２４０に分布するよう、画素毎にオフセットとゲインを調整する。

＜参照画像データ生成工程Ｓ２＞
図２の参照画像データ生成工程Ｓ２では、マスクＭａの設計パターンデータを基に参照画像データが生成される。尚、参照画像データは、ダイ−トゥ−データベース比較方式による検査において、光学画像データと比較して欠陥判定するための基準となるものである。

図４は、参照画像データの生成工程Ｓ２を説明するための概念図である。

図４に示される参照画像データ生成部１１６は、線幅誤差取得装置１００の外部装置である。参照画像データ生成部１１６は、展開回路１１６ａと参照回路１１６ｂを有している。展開回路１１６ａに設計パターンデータが入力されると、展開回路１１６ａは、この設計パターンデータを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。次いで、イメージデータは、展開回路１１６ａから参照回路１１６ｂに送られる。参照回路１１６ｂでは、イメージデータに適切なフィルタ処理が施される。その理由は、次の通りである。

一般に、マスクのパターンは、その製造工程でコーナーの丸まりや線幅の仕上がり寸法などが加減されており、設計パターンと完全には一致しない。また、例えば、図１の撮像部１０４で得られた光学画像データは、拡大光学系１０３ｂの解像特性やフォトダイオードアレイ１０４ｂのアパーチャ効果などによってぼやけた状態、言い換えれば、空間的なローパスフィルタが作用した状態にある。

そこで、マスクＭａの設計パターンデータや光学画像データを基に、マスクＭａの製造プロセスや線幅誤差取得装置１００の光学系による変化を模擬した参照画像生成関数を決定する。そして、この参照画像生成関数を用いて、設計パターンデータに２次元のデジタルフィルタをかける。このようにして、参照画像データに対して光学画像データに似せる処理を行う。図４においては、参照回路１１６ｂにおいて、展開回路１１６ａから出力されたイメージデータに参照画像生成関数を用いたフィルタ処理が施され、参照画像データが生成される。

参照画像データ生成部１１６で生成された参照画像データは、線幅誤差取得装置１００の磁気ディスク装置１１９に入力される。

尚、本実施の形態では、図５に示すように、線幅誤差取得装置１００が参照画像データ生成部１１６を有していてもよい。その場合、例えば、マスクＭａの設計パターンデータは、線幅誤差取得装置１００の磁気ディスク装置１１９に格納される。この設計パターンデータは、磁気ディスク装置１１９から読み出されて参照画像データ生成部１１６に送られる。参照画像データ生成部１１６での参照画像データの生成方法は、図４を用いて説明した通りである。

＜閾値決定工程Ｓ３＞
マスクＭａに形成されたパターンの線幅（ＣＤ）を測定する際は、測定の基準位置となるパターンのエッジ位置を決める必要がある。本実施の形態では、公知の閾値法によってエッジ位置を定める。例えば、まず、参照画像データの黒レベルの信号量（輝度）と白レベルの信号量（輝度）との間で任意の値（閾値）を指定する。閾値は、信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する値である。そして、参照画像データにおいて、閾値の信号量に対応する位置をエッジ位置とする。また、光学画像データにおいても、この閾値と一致する信号量の位置をエッジ位置とする。かかる閾値は、図２の閾値決定工程Ｓ３で決定される。例えば、ライン・アンド・スペースパターンでの場合、閾値は、ラインパターンとスペースパターンの境界になる。

図６に、図１のフォトダイオードアレイ１０４ｂに入射される光の強度の一例を示す。図６の横軸はフォトダイオードアレイ１０４ｂ上におけるＸ方向の位置であり、縦軸は光の強度である。また、この図において、細線のカーブは、参照画像データを示している。参照画像データは、光学画像データの手本となるものであるので、本来は、光学画像データも参照画像データと同様のカーブを描くはずであるが、例えば、図１の光源１０３ａの光量が増大すると、光学画像データの信号量は、図６の太線のカーブのようになる。

パターンのエッジ位置を決定する閾値Ｔｈ１は、例えば、図６に示す細線の参照画像データから、式（１）によって決定される。

閾値Ｔｈ１が決定されると、パターンのエッジ位置が定まるので、パターンの線幅Ｗｒｅｆが分かる。線幅Ｗｒｅｆは、パターンの線幅の設計値にあたる。この値と、実際のパターンに対応する光学画像データの線幅との差を求めることにより、線幅誤差（ΔＣＤ）が得られる。尚、光学画像データにおいて、閾値Ｔｈ１に等しい信号量（強度）の位置がパターンのエッジになる。

ここで、マスクＭａ上のパターンに設計値通りのパターンが形成されている場合、参照画像データと光学画像データとが一致し、光学画像データの線幅は、線幅Ｗｒｅｆに等しくなるはずである。しかし、図１の光源１０３ａの光量が増大した場合、光学画像データの信号量は、図６の太線のカーブのようになるので、閾値Ｔｈ１を用いて光学画像データにおけるパターンのエッジ位置を定めると、線幅Ｗｏｐｔが得られ、線幅Ｗｒｅｆとの間に線幅誤差ΔＣＤ（Ｗｏｐｔ−Ｗｒｅｆ）が生じる。つまり、本来は、光学画像データから求められるパターンの線幅がＷｒｅｆと一致して、線幅誤差ΔＣＤはゼロになるものが、（Ｗｏｐｔ−Ｗｒｅｆ）の線幅に誤差が生じることになってしまい、誤った線幅の誤差が計測されてしまう。

そこで、本実施の形態では、光源の光量変化に合わせて閾値を変える。図６の例であれば、太線の光学画像データから、新たな閾値を式（１）と同様の方法である式（２）によって決定する。そして、閾値Ｔｈ２に等しい信号量（強度）の位置をパターンのエッジとする。

尚、新たな閾値は、式（２）以外によっても求めることができる。例えば、閾値を変えて線幅を測定する実験を行い、光学画像データにおけるパターンの線幅がＷｒｅｆに一致するような閾値を求め、これを新たな閾値として指定してもよい。

次いで、閾値Ｔｈ２を用いて、光学画像データにおけるパターンのエッジ位置を新たに定める。これにより、新たな線幅Ｗｏｐｔ’が得られる。この線幅Ｗｏｐｔ’を用いて、参照画像データから得られる線幅Ｗｒｅｆとの差分を算出することで、正確な線幅誤差を得ることができるようになる。

図１の線幅誤差取得装置１００では、例えば、磁気ディスク装置１１９に入力された参照画像データを全体制御部１１０が読み出して閾値決定部１２５へ送る。閾値決定部１２５は、参照画像データから、例えば式（１）を用いて閾値を決定する。そして、測定パターンの光学画像データを取得していくうちに、光源１０３ａの光量に変動が生じると、その変動は光量センサ１４０を通じて検知される。具体的には、光量センサ１４０によって検知された光源１０３ａの光量データが閾値決定部１２５へ送られる。閾値決定部１２５は、光量センサ１４０から送られたデータから光量の変動を検知すると、磁気ディスク装置１１９に格納された光量変動と閾値との関係を用いて、新たな閾値を指定する。一方、光量変動がなければ、閾値を新たに指定する必要はなく、最新の閾値が維持される。

尚、光量変動と閾値との関係は、実験によって予め求めておくことができる。例えば、図６で述べた光学画像データが取得されたときの光量とこのときの最適閾値Ｔｈ２のように、光源の光量変動によって変化した光学画像データについて、光量の変動量毎に最適な閾値が実験により求められて磁気ディスク装置１１９に格納される。

図７は、光学画像データについて、パターンの線幅の設計値と、最も明るいところと最も暗いところとの輝度の差（コントラスト）との関係を示す一例である。この図から分かるように、線幅が微細になるにしたがって、コントラストが低下する。具体的には、光学画像データにおける白レベルが低下する。このことを図８に示す例を用いて説明する。

図８は、図１のフォトダイオードアレイ１０４ｂに入射される光の強度を示す他の例である。この図において、細線のカーブは、参照画像データを示している。既に述べたように、参照画像データは、光学画像データの手本となるものであるので、光学画像データも参照画像データと同様のカーブを描くはずであるが、図７で述べたように、パターンの線幅が細くなるとコントラストは低下する。すなわち、本来は、線幅にかかわらず一定のコントラストであるべきパターンが、線幅の微細化とともにコントラストが低下するようになる。ここで、コントラストの低下は主として白レベルの低下によるものである。このため、図８における測定パターンが微細であると、光学画像データにおける白レベルは参照画像データのものより低下して、信号量のグラフは、例えば、図８における点線のカーブのようになる。

前述したように、パターンのエッジ位置を決定する閾値Ｔｈ１は、例えば、図８に示す細線の参照画像データから、式（１）によって決定される。

閾値Ｔｈ１が決定されると、パターンのエッジ位置が定まるので、パターンの線幅Ｗｒｅｆが分かる。線幅Ｗｒｅｆは、パターンの線幅の設計値にあたるので、測定パターンが設計値通りのものであれば、光学画像データは参照画像データに一致し、光学画像データの線幅は、線幅Ｗｒｅｆに等しくなるはずである。しかし、微細なパターンでは、コントラストが低下して、光学画像データの信号量は、図８の点線のカーブのようになる。このため、閾値Ｔｈ１を用いて光学画像データにおけるパターンのエッジ位置を定めると、線幅Ｗｏｐｔとなって、線幅Ｗｒｅｆとの間に線幅誤差ΔＣＤ（Ｗｏｐｔ−Ｗｒｅｆ）が生じる。つまり、本来は、光学画像データから求められるパターンの線幅がＷｒｅｆと一致して、線幅誤差ΔＣＤはゼロになるものが、（Ｗｏｐｔ−Ｗｒｅｆ）の線幅に誤差が生じることになってしまい、誤った線幅の誤差が計測されてしまう。

そこで、この場合にも、コントラストの低下に合わせて閾値を変える。図８の例であれば、点線の光学画像データから、新たな閾値Ｔｈ３を式（１）と同様の方法である式（３）によって決定する。そして、閾値Ｔｈ３に等しい信号量（強度）の位置をパターンのエッジとする。

尚、新たな閾値は、式（３）以外によっても求めることができる。例えば、閾値を変えて線幅を測定する実験を行い、光学画像データにおけるパターンの線幅がＷｒｅｆに一致するような閾値を求め、これを新たな閾値として指定してもよい。

次いで、閾値Ｔｈ３を用いて、光学画像データにおけるパターンのエッジ位置を新たに定める。これにより、新たな線幅Ｗｏｐｔ’’が得られる。この線幅Ｗｏｐｔ’’を用いて、参照画像データから得られる線幅Ｗｒｅｆとの差分を算出することで、正確な線幅を得ることができるようになる。

図１の線幅誤差取得装置１００では、例えば、閾値決定部１２５において、図８のような光学画像データと参照画像データとの信号量の関係を示すグラフを作成する。一方、磁気ディスク装置１１９には、図７に示すような光学画像データのグラフ、すなわち、パターンの線幅の設計値とコントラストとの関係を示すグラフが格納されている。また、磁気ディスク装置１１９には、予め実験によって求めた、コントラストと閾値の関係も格納されている。例えば、図８で述べた光学画像データのコントラストとこの光学画像データの最適閾値Ｔｈ３のように、線幅の微細化によってコントラストが低下した光学画像データについて、コントラスト毎に最適な閾値が実験により求められて磁気ディスク装置１１９に格納される。閾値決定部１２５は、光学画像データの白レベルが低下すると、磁気ディスク装置１１９から全体制御部１１０を通じて読み出された上記のグラフを参照する。そして、微細パターンであるために起きたコントラストの低下と判断すると、磁気ディスク装置１１９からコントラストと閾値の関係を読み出し、これを用いて、低下したコントラストに応じた新たな閾値を指定する。一方、コントラストの低下がなければ、閾値を新たに指定する必要はなく、最新の閾値が維持される。

＜エッジペア検出工程Ｓ４＞
図２のエッジペア検出工程Ｓ４では、光学画像データ取得工程Ｓ１で得られた光学画像データと、参照画像データ生成工程Ｓ２で得られた参照画像データとを用いて、線幅（ＣＤ）の測定の基準となるエッジペアを検出する。具体的には、閾値決定工程Ｓ３で得られた最新の閾値を用いて、光学画像データにおけるパターンのエッジの位置を定める。そして、参照画像データにおけるパターンのエッジの位置とペアになる光学画像データのエッジの位置を検出する。検出されたエッジのうち、線幅測定の始点となるエッジと、同じ線幅測定の終点となるエッジとで、エッジペアが構成される。エッジペアは、例えば、画素単位で検出される。例えば、Ｙ方向に２つのエッジが延びるラインパターンの場合、両エッジ上に画素単位でエッジペアが検出される。また、Ｘ方向に２つのエッジが延びるラインパターンの場合にも、両エッジ上に画素単位でエッジペアが検出される。

エッジペア検出工程Ｓ４は、図１の線幅誤差取得部１２６で行われる。線幅誤差取得部１２６へは、位置情報部１１３から、レーザ測長システム１０２によって測定されたテーブル１０１の位置座標の測定値が送られ、それによって、各エッジの位置座標が把握される。具体的には、次の通りである。まず、ストライプ単位で取得された光学画像データは、所定のサイズ、例えば、フレーム毎のデータに分割される。そして、光学画像データの所定領域と、この所定領域に対応する参照画像データとを比較し、パターンマッチングによってこれらの画像データの差分値の絶対値、または、差分の二乗和が最小となる位置にテーブル１０１を平行移動させる。このときの平行移動量と、そのフレームに記録されたレーザ測長システム１０２のデータとから測定パターンの位置座標が決定され、エッジの位置座標が把握できる。

＜線幅誤差（ΔＣＤ）取得工程Ｓ５＞
図１の線幅誤差取得部１２６では、エッジペア検出工程Ｓ４に続いて、線幅誤差取得工程Ｓ５が行われる。

例えば、Ｙ方向に２つのエッジが延びるラインパターンが、所定の間隔（スペース）をおいてＸ方向に配列するライン・アンド・スペースパターンを考える。線幅誤差は、ラインパターンの線幅と、スペースパターンの線幅のそれぞれについて測定される。具体的には、まず、エッジペア検出工程Ｓ４で検出されたエッジペアを用いて、各ラインパターンおよび各スペースパターンの線幅が測定される。

図９は、測定パターンの一例となるライン・アンド・スペースパターンの一部平面図である。この図において、斜線部はラインパターンを示しており、ラインパターンの間に設けられた部分はスペースパターンを示している。例えば、各ラインパターンのＹ方向に同じ位置において、Ｘ方向に線幅Ｗ１２，Ｗ１４，・・・を測定する。同様に、各スペースパターンについても、Ｘ方向に線幅Ｗ１１，Ｗ１３，Ｗ１５，・・・を測定する。そして、−Ｙ方向に１画素ずれた位置で、各ラインパターンのＹ方向に同じ位置において、Ｘ方向に線幅Ｗ２２，Ｗ２４，・・・を測定する。同様に、各スペースパターンについても、Ｘ方向に線幅Ｗ２１，Ｗ２３，Ｗ２５，・・・を測定する。

図１０もライン・アンド・スペースパターンの一部平面図であり、図９と同様に、斜線部はラインパターンを示しており、ラインパターンの間に設けられた部分はスペースパターンを示している。図１０の例では、Ｘ方向に２つのエッジが延びるラインパターンが、所定の間隔（スペース）をおいてＹ方向に配列している。この場合にも、線幅誤差は、ラインパターンの線幅と、スペースパターンの線幅のそれぞれについて測定される。すなわち、エッジペア検出工程Ｓ４で検出されたエッジペアを用いて、各ラインパターンおよび各スペースパターンの線幅が測定される。

具体的には、各ラインパターンのＸ方向に同じ位置において、Ｙ方向に線幅Ｗ２１’，Ｗ４１’，・・・を測定する。同様に、各スペースパターンについても、Ｙ方向に線幅Ｗ１１’，Ｗ３１’，Ｗ５１’，・・・を測定する。そして、Ｘ方向に１画素ずれた位置で、各ラインパターンのＸ方向に同じ位置において、Ｙ方向に線幅Ｗ２２’，Ｗ４２’，・・・を測定する。同様に、各スペースパターンについても、Ｙ方向に線幅Ｗ１２’，Ｗ３２’，Ｗ５２’，・・・を測定する。

以上のようにして測定された各パターンの線幅を、参照画像データの対応するエッジペアを用いて得られる線幅と比較して差を求める。得られた差が、線幅誤差である。線幅誤差は、例えば、フレーム毎に求められる。図９および図１０の例であれば、フレーム毎に、ラインパターンについて、Ｘ方向の線幅誤差とＹ方向の線幅誤差が線幅の測定値を用いて求められる。同様に、スペースパターンについても、Ｘ方向の線幅誤差とＹ方向の線幅誤差が線幅の測定値を用いて求められる。

＜ΔＣＤマップ作成工程Ｓ６＞
図２のΔＣＤマップ作成工程Ｓ６は、図１のマップ作成部１２７で行われる。具体的には、線幅誤差取得部１２６からマップ作成部１２７へ、線幅誤差（ΔＣＤ）の値と、（位置情報部１１３から送られた）テーブル１０１の位置座標の測定値が送られる。マップ作成部１２７では、線幅誤差（ΔＣＤ）を、マスクＭａ上の位置座標と対応させてプロットすることにより、ΔＣＤマップが作成される。

例えば、測定パターンの全体を、所定領域とその近傍にありこの所定領域と同じ大きさの複数の領域とからなる複数の単位領域に分割する。次いで、単位領域毎に、測定パターンの光学画像の所定領域とこの所定領域に対応する参照画像との差分（ΔＣＤ）の絶対値または差分の二乗和が最小となる値を求める。また、所定領域の近傍にありこの所定領域と同じ大きさの複数の領域についても領域毎に光学画像とこの光学画像に対応する参照画像との差分（ΔＣＤ）の絶対値または該差分の二乗和が最小となる値を求める。次に、これらの値の平均値を取得し、この平均値を単位領域毎の平均ΔＣＤとしてマップを作成する。尚、単位領域は、例えばフレームとすることができる。

本実施の形態によれば、光源の光量変動やパターンの微細化によって、本来の光学画像データとは異なる光学画像データが取得された場合であっても、線幅測定の基準となるエッジを定めるための閾値を、取得された光学画像データに合わせて変えるので、測定パターンの線幅を正確に測定することが可能となる。これにより、正確な線幅誤差を取得することができ、また、正確なΔＣＤマップが得られる。

また、本実施の形態では、光学画像データを撮像している際の光源の光量をモニタし、変動が生じた場合には直ちに新たな閾値を設定するので、光量変動によって変化した光学画像データに合わせた閾値の決定を、光学画像データの取得とともに行うことができる。すなわち、パターンの光学画像を取得しながら、リアルタイムで正確な線幅誤差を取得することが可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では、マスクに形成された測定パターンについて、光学画像データの取得とともに線幅を測定して線幅誤差を取得する例を述べた。この場合、線幅誤差は、例えば、全てのパターンについて取得される。一方、マスク上のパターンから特定のパターンを抽出し、かかるパターンについてのみ線幅誤差を調べたい場合がある。こうしたとき、例えば、所望とする任意の線幅範囲を指定して登録する。そして、登録した範囲の値のいずれかに一致する線幅を有するパターンを抽出して、かかるパターンの線幅誤差を取得する。

図１１は、マスクに形成されたパターンの一部を示す平面図である。各パターンのＸ方向の設計線幅は、それぞれ、パターンＡでは２００ｎｍ、パターンＢでは８０ｎｍ、パターンＣでは４０ｎｍである。そして、マスク上に描画された実際のパターンの線幅は、いずれも設計値から±１ｎｍの範囲内にあるとする。このとき、登録されたＸ方向の線幅が８０ｎｍ±３ｎｍであれば、線幅誤差取得の対象となるのは、パターンＢのみである。パターンＡとパターンＣは、どちらも登録された線幅の範囲に含まれないため、線幅誤差取得の対象外になる。

ところで、実施の形態１で図６を用いて説明したように、測定パターンの光学画像を取得する工程で光源の光量が変動すると、測定パターンの線幅も変動する。

例えば、光源の光量が増大することによって、光学画像データの信号量が実施の形態１で説明した図６の太線のカーブのようになると、光学画像データから得られる線幅は太くなる。その結果、図１１の各パターンについて、Ｘ方向の線幅が、例えば表１のように変化したとする。

線幅誤差取得の対象となるのは、線幅が８０ｎｍ±３ｎｍ、すなわち、７７ｎｍ以上で８３ｎｍ以下のパターンである。上述の通り、本来は、パターンＢがその対象となるはずであるが、線幅が８５ｎｍ±０．１ｎｍであるために、線幅誤差取得の対象外になってしまう。また、実施の形態１で図７および図８を用いて説明したように、パターンが微細化するとコントラストの低下が起こる。こうした場合にも、光学画像データから得られる線幅は光量が変化する前の線幅とは異なるようになるので、上記と同様の問題が生じる。

そこで、本実施の形態では、光学画像データにおいてパターンのエッジ位置を決定する閾値は変更せずに、線幅誤差取得の対象となるパターンを抽出するための線幅の範囲を変更する。上記例であれば、光源の光量の変動に伴って、線幅範囲を８０ｎｍ±３ｎｍから８５ｎｍ±３ｎｍに変更する。予め実験により定めた光量の変動に伴う線幅範囲の変更データに基づく変更である。これにより、パターンＢを線幅誤差取得の対象とすることができるようになる。

図１２は、本実施の形態における線幅誤差取得装置２００の概略構成図である。尚、この図において、図１と同じ符号を付した部分は、図１と同じであるので説明を省略する。

また、図１３は、本実施の形態の線幅誤差取得方法を示すフローチャートの一例である。本実施の形態による線幅誤差取得方法は、図１２の線幅誤差取得装置２００を用いて実施することができる。

図１３において、光学画像データ取得工程Ｓ１１、参照画像データ生成工程Ｓ１２は、それぞれ、実施の形態１で説明した図２の光学画像データ取得工程Ｓ１、参照画像データ生成工程Ｓ２と同様であるので説明を省略する。

＜エッジペア検出工程Ｓ１３＞
図１３のエッジペア検出工程Ｓ１３では、光学画像データ取得工程Ｓ１１で得られた光学画像データと、参照画像データ生成工程Ｓ１２で得られた参照画像データとを用いて、線幅（ＣＤ）の測定の基準となるエッジペアを検出する。

具体的には、まず、参照画像データから、閾値を用いてパターンのエッジの位置を定める。閾値は、参照画像データから求められる。例えば、実施の形態１の図６に示す細線の参照画像データから、閾値Ｔｈ１を式（１）によって決定することができる。決定された閾値は、例えば、磁気ディスク装置１１９に格納される。

次いで、参照画像データにおけるエッジの位置とペアになる光学画像データのエッジの位置を検出する。光学画像データにおいて、閾値Ｔｈ１に等しい信号量（強度）の位置がパターンのエッジになる。

検出された各エッジのうち、線幅測定の始点となるエッジと、同じ線幅測定の終点となるエッジとで、エッジペアが構成される。エッジペアは、例えば画素単位で検出される。例えば、Ｙ方向に２つのエッジが延びるラインパターンの場合、両エッジ上に画素単位でエッジペアが検出される。また、Ｘ方向に２つのエッジが延びるラインパターンの場合にも、両エッジ上に画素単位でエッジペアが検出される。

かかるエッジペア検出工程Ｓ１３は、図１２の線幅誤差取得部２２６で行われる。線幅誤差取得部２２６は、センサ回路１０４ｃから出力された光学画像データと、全体制御部１１０によって磁気ディスク装置１１９から読み出された参照画像データおよび閾値とから、上記のようにしてエッジペアを検出する。また、線幅誤差取得部２２６へは、位置情報部１１３から、レーザ測長システム１０２によって測定されたテーブル１０１の位置座標の測定値が送られ、それによって、各エッジの位置座標が把握される。

＜線幅測定工程Ｓ１４＞
図１２の線幅誤差取得部２２６では、エッジペア検出工程Ｓ１３に続いて、線幅測定工程Ｓ１４が行われる。この工程は、実施の形態１で図９および図１０を用いて説明したものと同様であるので説明を省略する。

＜線幅範囲決定工程Ｓ１５＞
本実施の形態では、以上のようにして測定された各パターンの線幅のうち、指定された特定の線幅を有するパターンのみを抽出して線幅誤差を取得する。そのため、線幅範囲決定工程Ｓ１５において、所望とする任意の線幅範囲を指定して登録する。この工程は、図１２の線幅範囲決定部２２５で行われる。

マスクＭａのパターン（測定パターン）の光学画像データを取得していくうちに、光源１０３ａの光量に変動が生じると、その変動は光量センサ１４０を通じて検知される。具体的には、光量センサ１４０によって検知された光源１０３ａの光量データが線幅範囲決定部２２５へ送られる。線幅範囲決定部２２５は、光量センサ１４０から送られたデータから光量の変動を検知すると、磁気ディスク装置１１９に格納された光量変動と線幅範囲との関係を用いて、新たな線幅範囲を決定する。一方、光量変動がなければ、新たな線幅範囲を決定する必要はなく、最新の線幅範囲が維持される。

上記の光量変動と線幅範囲との関係は、実験によって予め求めておくことができる。例えば、表１において、光量変動後の光学画像データが取得されたときの光量と、このときの最適線幅範囲（８５ｎｍ±３ｎｍ）のように、光源の光量変動によって変化した光学画像データについて、光量の変動量毎に最適な線幅範囲が実験により求められて磁気ディスク装置１１９に格納される。

また、実施の形態１で図７および図８を用いて説明したように、パターンの微細化によって起こるコントラストの低下に起因して、光学画像データから得られる線幅が光量変動に基づく線幅とは異なるようになった場合にも、線幅範囲決定部２２５で新たな線幅範囲を設定することで、パターンの抽出が正確に行えるようになる。

例えば、図１２の線幅誤差取得装置２００では、線幅範囲決定部２２５において、図８のような光学画像データと参照画像データとの信号量の関係を示すグラフを作成する。一方、磁気ディスク装置１１９には、図７に示すような光学画像データのグラフ、すなわち、パターンの線幅の設計値とコントラストとの関係を示すグラフが格納されている。また、磁気ディスク装置１１９には、予め実験によって求めた、コントラストと線幅範囲の関係も格納されている。例えば、表１において、光量変動後の光学画像データのコントラストとこの光学画像データの最適範囲（８５ｎｍ±３ｎｍ）のように、線幅の微細化によってコントラストが低下した光学画像データについて、コントラスト毎に最適な線幅範囲が実験により求められて磁気ディスク装置１１９に格納される。線幅範囲決定部２２５は、光学画像データの白レベルが低下すると、磁気ディスク装置１１９から全体制御部１１０を通じて読み出された上記のグラフを参照する。そして、微細パターンであるために起きたコントラストの低下と判断すると、磁気ディスク装置１１９からコントラストと線幅範囲の関係を読み出し、これを用いて、低下したコントラストに応じた新たな線幅範囲を決定する。一方、コントラストの低下がなければ、新たな線幅範囲を決定する必要はなく、最新の線幅範囲が維持される。

＜線幅誤差（ΔＣＤ）取得工程Ｓ１６＞
次に、線幅誤差取得部２２６において、線幅範囲決定部２２５に登録された線幅範囲に含まれる線幅を有するパターンが抽出される。そして、抽出されたパターンの線幅と、かかるパターンの参照画像データの対応するエッジペアを用いて得られる線幅との差が求められる。得られた差が、線幅誤差である。線幅誤差は、例えばフレーム毎に求められる。

線幅範囲決定部２２５で新たな線幅範囲が決定されると、線幅誤差取得部２２６にこの新たな線幅誤差範囲に関する情報が送られる。すると、線幅誤差取得部２２６は、新たな線幅範囲にしたがってパターンを抽出し、抽出されたパターンについて線幅誤差を取得する。一方、光量変動がなければ、最新の線幅範囲にしたがってパターンが抽出されて線幅誤差が取得される。

＜ΔＣＤマップ作成工程Ｓ１７＞
図１３のΔＣＤマップ作成工程Ｓ１７は、図１２のマップ作成部１２７で行われる。具体的には、線幅誤差取得部２２６からマップ作成部１２７へ、線幅誤差（ΔＣＤ）の値と、（位置情報部１１３から送られた）テーブル１０１の位置座標の測定値が送られる。マップ作成部１２７では、線幅誤差（ΔＣＤ）を、マスクＭａ上で抽出されたパターンの位置座標と対応させてプロットすることにより、ΔＣＤマップが作成される。

以上述べたように、本実施の形態によれば、光源の光量変動やパターンの微細化によって、本来の光学画像データとは異なる光学画像データが取得された場合であっても、特定のパターンを抽出するための基準となる線幅範囲を、取得された光学画像データに合わせて変えるので、所望とするパターンを正確に抽出することが可能となる。これにより、正確な線幅誤差を取得することができ、また、正確なΔＣＤマップが得られる。

また、本実施の形態では、光学画像データを撮像している際の光源の光量をモニタし、変動が生じた場合には直ちに新たな線幅範囲を設定するので、光量変動によって変化した光学画像データに合わせた線幅範囲の決定を、光学画像データの取得とともに行うことができる。すなわち、パターンの光学画像を取得しながら、リアルタイムで正確な線幅誤差を取得することが可能である。

実施の形態３．
図１４は、本実施の形態の検査システム３００の構成図である。この検査システムは、図１に示す実施の形態１の線幅誤差取得装置１００と同様の構成を有する。尚、線幅誤差取得装置１００に代えて、図１２に示す実施の形態２の線幅誤差取得装置２００と同様の構成を有していてもよい。

また、検査システム３００は、線幅誤差取得装置１００と共通する部分に加えて、被検査パターンの光学画像を基に、ダイ−トゥ−データベース比較方式による検査に必要な処理を行う部分として、参照画像データ生成部１２８と比較部１０８を有する。さらに、検査システム３００は、補助記憶装置の一例となる磁気テープ装置１２０、補助記憶装置の他の例となるフレキシブルディスク装置１２１、表示装置の一例となるモニタディスプレイ１２２、表示装置の他の例となるＩＴＶカメラによる顕微鏡パターンモニタ１２３、およびプリンタ１２４を有する。

被検査対象となるマスクＭａの光学画像データは、実施の形態１における線幅誤差取得装置１００の場合と同様であるので説明を省略する。

光学画像データに対応する参照画像データは、参照画像データ生成部１２８で生成される。ここで、参照画像データ生成部１２８は、展開回路１２８ａと参照回路１２８ｂを有している。

例えば、磁気ディスク装置１１９に格納された設計パターンデータを全体制御部１１０が読み出して参照画像データ生成部１２８に送る。すると、展開回路１２８ａにおいて、設計パターンデータが２値ないしは多値のイメージデータに変換される。次いで、イメージデータは、展開回路１２８ａから参照回路１２８ｂへ送られる。参照回路１２８ｂでは、イメージデータに参照画像生成関数を用いたフィルタ処理が施され、参照画像データが生成される。

検査システム３００では、上記の光学画像データと参照画像データとを用いて、比較部１０８でマスクＭａのパターンの欠陥検出検査が行われる。また、線幅誤差取得装置１００と共通する部分である、線幅誤差取得部１２６でマスクＭａの線幅誤差（ΔＣＤ）が取得され、さらに、マップ作成部１２７でΔＣＤマップが作成される。線幅誤差の取得方法およびΔＣＤマップの作成方法は、実施の形態１と同様である。

比較部１０８では、撮像部１０４から出力された光学画像データが、所定のサイズ、例えばフレーム毎のデータに分割される。また、参照画像データ生成部１２８から出力された参照画像データも、光学画像データに対応するフレーム毎のデータに分割される。尚、以下では、フレーム毎に分割された光学画像データの各々を「光学フレームデータ」と称し、フレーム毎に分割された参照画像データの各々を「参照フレームデータ」と称する。

下記で詳述するように、比較部１０８では、光学フレームデータと参照フレームデータとが比較されることによって、光学フレームデータの欠陥が検出される。また、位置情報部１１３より送られた、レーザ測長システム１０２による測定データを用いて、欠陥の位置座標データが作成される。

比較部１０８には、数十個の比較ユニットが装備されている。これにより、複数の光学フレームデータが、それぞれ対応する参照フレームデータと並列して同時に処理される。そして、各比較ユニットは、１つの光学フレームデータの処理が終わると、未処理の光学フレームデータと、これに対応する参照フレームデータを取り込む。このようにして、多数の光学フレームデータが順次処理されて欠陥が検出されていく。

比較ユニットでの処理は、具体的には次のようにして行われる。

まず、光学フレームデータと、この光学フレームデータに対応する参照フレームデータとがセットになって、各比較ユニットへ出力される。そして、比較ユニットにおいて、光学フレームデータと参照フレームデータとの位置合わせ（フレームアライメント）が行われる。このとき、パターンのエッジ位置や、輝度のピーク位置が揃うように、（フォトダイオードアレイ１０４ｂの）画素単位で平行シフトさせる他、近隣の画素の輝度値を比例配分するなどして、画素未満の合わせ込みも行う。

光学フレームデータと参照フレームデータとの位置合わせを終えた後は、適切な比較アルゴリズムにしたがった欠陥検出が行われる。例えば、光学フレームデータと参照フレームデータとの画素毎のレベル差の評価や、パターンエッジ方向の画素の微分値同士の比較などが行われる。そして、光学画像データと参照画像データの差異が所定の閾値を超えると、その箇所が欠陥と判定される。

例えば、線幅欠陥として登録される場合の閾値は、光学画像データと参照画像データとの線幅（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の寸法差（ｎｍ）および寸法比率（％）単位で指定される。例えば、線幅の寸法差が１６ｎｍ、寸法比率が８％というように２通りの閾値が指定される。光学画像データのパターンが２００ｎｍの線幅を有するとき、参照画像データとの寸法差が２０ｎｍであれば、寸法差の閾値と寸法比率の閾値のいずれよりも大きいため、このパターンには欠陥があると判定される。

尚、欠陥判定の閾値は、線幅が参照画像データよりも太い場合と細い場合とについて、それぞれ別々に指定することも可能である。また、線幅でなく、線間のスペース幅（パターン間の距離）が、参照画像データよりも太い場合と細い場合とについて、それぞれ閾値を指定してもよい。さらに、ホール形状のパターンに対しては、ホールの直径の寸法や直径の寸法比率の閾値を指定することができる。この場合、閾値は、ホールのＸ方向の断面とＹ方向の断面のそれぞれについて指定され得る。

欠陥検出に用いられるアルゴリズムは、上記の他にも、例えば、レベル比較法や微分比較法などがある。レベル比較法では、例えば、光学フレームデータにおける画素単位の輝度値、すなわちフォトダイオードアレイ１０４ｂの画素に対応する領域の輝度値が算出される。そして、算出された輝度値と参照フレームデータでの輝度値とが比較されることによって、欠陥が検出される。また、微分比較法では、光学フレームデータ上での微細パターンのエッジに沿った方向、例えば、ラインパターンのエッジに沿った方向における画素単位の輝度値の変化量が微分によって求められる。この変化量と参照フレームデータでの輝度値の変化量とが比較されることによって、欠陥が検出される。

比較部１０８で光学フレームデータに欠陥があると判定されると、その光学フレームデータ、欠陥の位置座標データ、比較された参照フレームデータなどの欠陥の情報が、磁気ディスク装置１１９に登録される。

尚、比較部１０８は、光学フレームデータとこれに対応する参照フレームデータとのセット毎であって且つ比較アルゴリズム毎に、フレームデータの位置合わせ、欠陥検出、および欠陥検出数の集計という一連の比較判定動作を、フレームデータの位置合わせの条件を変えて複数回行い、欠陥検出数が最も少なかった比較判定動作での欠陥検出結果を欠陥登録部に登録することができる。

以上のようにして、比較部１０８に光学画像データと参照画像データが順次取り込まれ、比較処理されることによって、光学画像データにおける欠陥検出が行われていく。

本実施の形態の検査システム３００によれば、マスクＭａに形成されたパターンの欠陥検出と、線幅誤差の取得およびΔＣＤマップの作成とを併行して行うことが可能である。特に、線幅誤差の取得においては、光源の光量変動やパターンの微細化によって、本来の光学画像データとは異なる光学画像データが取得された場合であっても、線幅測定の基準となるエッジを定めるための閾値を、取得された光学画像データに合わせて変えるので、被検査パターンの線幅を正確に測定することが可能となる。これにより、正確な線幅誤差を取得することができ、また、正確なΔＣＤマップが得られる。また、本実施の形態では、光学画像データを撮像している際の光源の光量をモニタし、変動が生じた場合には直ちに新たな閾値を設定するので、光量変動によって変化した光学画像データに合わせた閾値の決定を、光学画像データの取得とともに行うことができる。すなわち、パターンの光学画像を取得しながら、リアルタイムで正確な線幅誤差を取得することが可能である。

以上、本発明の線幅誤差取得装置、線幅誤差取得方法および検査システムの各実施の形態について説明したが、本発明は実施の形態で説明した線幅誤差取得装置、線幅誤差取得方法および検査システムに限定されるものではない。本発明については種々の変更、改良、組合せ等が可能である。本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更し得る全ての線幅誤差取得装置、線幅誤差取得方法および検査システムは、本発明の範囲に包含される。

また、本願で図示された線幅誤差取得装置および検査システムについては、実施の形態で必要な構成部が記載されており、これら以外にも線幅誤差や検査に必要な他の公知の構成部が含まれていてもよい。さらに、本願において、「〜部」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が、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やファームウェアとの組合せによって実施されるものであってもよい。プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置などの記録装置に記録される。例えば、図１のテーブル制御部１１４は、電気的回路で構成されてもよく、全体制御部１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現されてもよい。また、電気的回路とソフトウェアの組合せによって実現されてもよい。

１００，２００ 線幅誤差取得装置
１０１ テーブル
１０２ レーザ測長システム
１０３ 照明光学系
１０４ 撮像部
１０８ 比較部
１１０ 全体制御部
１１３ 位置情報部
１１４ テーブル制御部
１１６，１２８ 参照画像データ生成部
１１６ａ，１２８ａ 展開回路
１１６ｂ，１２８ｂ 参照回路
１１９ 磁気ディスク装置
１２５ 閾値決定部
１２６，２２６ 線幅誤差取得部
１２７ マップ作成部
１４０ 光量センサ
２２５ 線幅範囲決定部
Ｍａ マスク
Ｓｔ ストライプ
Ｆ フレーム

Claims (7)

1. 光源からの光を試料に形成されたパターンに照明し、前記試料を透過または前記試料で反射した光をセンサに入射させて、前記パターンの光学画像データを取得する工程と、
   前記パターンの設計データから、前記光学画像データに対応する参照画像データを生成する工程と、
   前記参照画像データにおいて、信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値を指定し、前記閾値の信号量に対応する位置を前記パターンのエッジとする工程と、
   前記光学画像データにおいて、前記閾値に等しい信号量の位置を前記パターンのエッジとし、該パターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出する工程と、
   前記光学画像データから前記エッジペアを用いて前記パターンの線幅を求め、該線幅と、該エッジペアに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られる該パターンの線幅との差である線幅誤差を取得する工程とを有し、
   前記光源の光量が変動した場合または前記光学画像データのコントラストが低下した場合には、前記閾値を新たに指定し、前記光学画像データにおいて、該新たな閾値に等しい信号量の位置を前記パターンのエッジとすることを特徴とする線幅誤差取得方法。
2. 前記光源の光量の変動量と前記閾値の最適値との関係、および、前記コントラストの低下量と前記閾値の最適値との関係の少なくとも一方を実験によって求め、
   前記関係の少なくとも１つにしたがって前記新たな閾値を指定することを特徴とする請求項１に記載の線幅誤差取得方法。
3. 光源からの光を試料に形成されたパターンに照明し、前記試料を透過または前記試料で反射した光をセンサに入射させて、前記パターンの光学画像データを取得する工程と、
   前記パターンの設計データから、前記光学画像データに対応する参照画像データを生成する工程と、
   前記参照画像データにおいて、信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値を指定し、前記閾値の信号量に対応する位置を前記パターンのエッジとする工程と、
   前記光学画像データにおいて、前記閾値に等しい信号量の位置を前記パターンのエッジとし、該パターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出する工程と、
   前記光学画像データから前記エッジペアを用いて前記パターンの線幅を求める工程と、
   前記パターンの線幅のいずれかを含む線幅範囲を指定する工程と、
   前記線幅範囲に含まれる線幅を有するパターンを抽出し、該パターンの線幅と、該パターンの光学画像データに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られる該パターンの線幅との差である線幅誤差を取得する工程とを有し、
   前記光源の光量が変動した場合または前記光学画像データのコントラストが低下した場合には、前記線幅範囲を新たに指定し、前記光学画像データにおいて、該新たな線幅範囲に含まれる線幅を有するパターンを抽出することを特徴とする線幅誤差取得方法。
4. 前記光源の光量の変動量と前記線幅範囲の最適値との関係、および、前記コントラストの低下量と前記線幅範囲の最適値との関係の少なくとも一方を実験によって求め、
   前記関係の少なくとも１つにしたがって前記新たな線幅範囲を指定することを特徴とする請求項３に記載の線幅誤差取得方法。
5. Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なテーブルと、
   前記テーブルの位置座標を測定する位置測定部と、
   光源からの光を前記テーブルに載置された試料に照明する照明光学系と、
   前記試料を透過または前記試料で反射した光をセンサに入射させて、前記試料に形成されたパターンの光学画像データを取得する撮像部と、
   前記パターンの設計データから作成された参照画像データと、前記参照画像データに対応する光学画像データにおいて、参照画像データの信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値に等しい光学画像データの信号量の位置をパターンのエッジとし、該パターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出し、前記エッジペアを用いて光学画像データのパターンの線幅を求め、該線幅と、前記エッジペアに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られるパターンの線幅との差である線幅誤差を取得する線幅誤差取得部と、
   前記光源の光量の変動を検知する光量センサとを有し、
   前記線幅誤差取得部は、前記光量センサが前記光源の光量の変動を検知すると、前記閾値を新たに指定し、前記光学画像データにおいて、該新たな閾値に等しい信号量の位置を前記パターンのエッジとすることを特徴とする線幅誤差取得装置。
6. 前記位置測定部から出力された前記テーブルの位置座標の情報を用いて、前記線幅誤差を前記試料上の位置座標と対応させた線幅誤差マップを作成するマップ作成部を有することを特徴とする請求項５に記載の線幅誤差取得装置。
7. Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能なテーブルと、
   前記テーブルの位置座標を測定する位置測定部と、
   光源からの光で前記テーブルに載置された試料を照明する照明光学系と、
   前記試料を透過または前記試料で反射した光をセンサに入射させて、前記試料に形成されたパターンの光学画像データを取得する撮像部と、
   前記パターンの設計データから前記光学画像データに対応する参照画像データを作成する参照画像データ生成部と、
   前記パターンの光学画像データと参照画像データを比較して、これらの差分値が所定の閾値を超える場合に欠陥と判定する比較部と、
   前記参照画像データの信号量の最小値と最大値を所定の比率で内分する閾値に等しい前記光学画像データの信号量の位置を前記パターンのエッジとし、該パターンの線幅の一方のエッジと他方のエッジとを構成するエッジペアを検出し、前記エッジペアを用いて該光学画像データのパターンの線幅を求め、該線幅と、該光学画像データに対応する参照画像データのエッジペアを用いて得られる該パターンの線幅との差である線幅誤差を取得する線幅誤差取得部と、
   前記光源の光量の変動を検知する光量センサとを有し、
   前記線幅誤差取得部は、前記光量センサが前記光源の光量の変動を検知すると、前記閾値を新たに指定し、前記光学画像データにおいて、該新たな閾値に等しい信号量の位置を前記パターンのエッジとすることを特徴とする検査システム。
   
   

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