JP2016166789A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】補正誤差を低減して、正確な線幅誤差を取得することのできる検査装置および検査方法を提供する。
【解決手段】検査装置１００は、光源１０５の光量変動に基づいて光学画像データを補正する階調値補正部１３１と、補正後の光学画像データからパターンの線幅を求め、この線幅と、この光学画像データに対応する参照画像データの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１１９とを有する。透過用ＴＤＩセンサ１１３は、マスクＭａを透過した光が入射する第１の領域と、光源１０５からの光であってマスクＭａを照明する光とは分岐された光が入射する第２の領域とを備えている。階調値補正部１３１は、第２の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の変動を求めて、第１の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置および検査方法に関する。

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。

マスクの検査工程では、光源から出射された光が光学系を介してマスクに照射される。マスクはステージ上に載置されており、ステージが移動することによって、照射された光がマスクの上を走査する。マスクで反射した光は、レンズを介してセンサに入射する。そしてセンサで撮像された光学画像データを基にマスクの欠陥検査が行われる。

検査装置の光源には、発光波長が紫外域であるレーザ光源やレーザ光源で励起したプラズマ光源が用いられる。これらの多くはパルス光源である。一方、マスクの光学像を撮像するセンサとしては、ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサが用いられる。ＴＤＩセンサは、高速での画像入力が可能なことから、紫外域での感度性能が十分であれば検査装置に好適なセンサである。

ところで、光源の光量が変動すると、光学画像データの階調値に変動が生じて、パターンの線幅を正確に測定することができなくなり、正確なＣＤマップが得られなくなる。そこで、光源の光量を測定し、その測定結果に基づいてＴＤＩセンサからの出力データを補正することが行われている。また、解像度のよい光学画像データを得るには、ステージの移動速度と、ＴＤＩセンサにおける画像の取り込みのタイミングを同期させる必要がある。特許文献１には、ＴＤＩセンサに隣接してマスクからの光を受光する光量検出器を設け、それによって光源の光量変動に関する情報を取得し、この情報と、ステージの速度変動の情報とから、ＴＤＩセンサの検出感度を補正する検査装置が開示されている。

特開２００７−９３３１７号公報

従来法において、光源の光量変動を検出するセンサにはフォトダイオードが用いられていた。しかしながら、フォトダイオードの応答周波数の帯域と、ＴＤＩセンサの応答周波数の帯域とには相違があるため、光量変動によるＴＤＩセンサの出力変動の補正が不十分となって補正誤差が生じるという問題があった。本発明は、こうした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、上記の補正誤差を低減して、正確な線幅誤差を取得することのできる検査装置および検査方法を提供することにある。

本発明の第１の態様は、光源からの光で被検査対象を照明する照明光学系と、
前記被検査対象を透過した光または前記被検査対象で反射した光をセンサに入射させて、前記被検査対象に設けら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、
前記光源の光量変動に基づいて前記光学画像データを補正する補正部と、
前記補正後の光学画像データから前記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を有し、
前記センサは、前記被検査対象を透過した光または前記被検査対象で反射した光が入射する第１の領域と、前記光源からの光であって前記被検査対象を照明する光とは分岐された光が入射する第２の領域とを備えており、
前記補正部は、前記第２の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の変動を求めて前記第１の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値を補正することを特徴とする検査装置に関する。

本発明の第１の態様において、前記照明光学系は、前記光源からの光を、前記被検査対象を透過照明する光路と反射照明する光路とに分割する第１の光分割手段と、
前記反射照明する光路を進む光を前記被検査対象の手前で分割する第２の光分割手段とを有し、
前記第２の光分割手段に入射した光の一部は前記被検査対象を照明し、他の一部は前記被検査対象を照明することなく前記センサの前記第２の領域に入射することが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記センサは、前記被検査対象の光学像を電気的に蓄積し電気信号に変換して出力するものであって、
前記第２の領域は、電荷が蓄積される積算方向に前記第１の領域と同じ長さを有していて、前記積算方向と直交する方向の端部に設けられることが好ましい。

本発明の第１の態様において、前記補正部は、前記第１の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値I_img、該光と同時に前記第２の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値I_sens、これらの光学画像データを取得したときと前記照明光学系の条件を同じにして前記第２の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の初期値I_sens_hi、前記光源の光量をゼロにして前記第１の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の初期値I_img_zeroおよび前記第２の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の初期値I_sens_zeroから、下式により、前記第１の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の補正値I_corrを求めることが好ましい。

本発明の第１の態様は、前記被検査対象が載置されるテーブルと、
前記テーブルの位置座標を測定する位置測定部と、
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被検査対象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とを有することが好ましい。

本発明の第１の態様は、前記光学画像データと前記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を有することが好ましい。

本発明の第２の態様は、被検査対象の光学像を電気的に蓄積し電気信号に変換して出力するセンサにおいて、第１の領域の特性と、電荷が蓄積される積算方向に前記第１の領域と同じ長さを有していて、前記積算方向と直交する方向の端部に設けられた第２の領域の特性とを整合させるキャリブレーションを行う工程と、
光源からの光をテーブル上に載置された前記被検査対象に照明し、前記被検査対象を透過した光または前記被検査対象で反射した光を前記センサの前記第１の領域に入射させて、前記被検査対象に設けられたパターンの光学画像データを取得するとともに、前記光源からの光であって前記被検査対象を照明する光とは分岐された光を前記第２の領域に入射させて光学画像データを取得する工程と、
前記第２の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の変動を求めて前記第１の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値を補正する工程と、
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、
前記補正後の光学画像データから前記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、
前記テーブルの位置座標を測定する工程と、
前位置座標の情報を用いて、前記線幅誤差を前記被検査対象上の位置座標と対応させた線幅誤差マップを作成する工程とを有することを特徴とする検査方法に関する。

本発明の第２の態様は、前記光学画像データと前記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工程を有することが好ましい。

本発明の第１の態様によれば、光量変動によるセンサの出力変動の補正誤差を低減して、正確な線幅誤差を取得することのできる検査装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、光量変動によるセンサの出力変動の補正誤差を低減して、正確な線幅誤差を取得することのできる検査方法が提供される。

本実施の形態における検査装置の概略構成図である。 本実施の形態における透過用ＴＤＩセンサの動作を説明する図の一例である。 本実施の形態の検査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ための概念図である。 本実施の形態の透過用ＴＤＩセンサに入射する光の透過度の一例である。 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の他の例である。 本実施の形態の検査装置におけるデータの流れを示す概念図である。

図１は、本実施の形態における検査装置１００の概略構成図である。検査装置１００は、被検査対象の光学画像データを取得し、この光学画像データと対応する参照画像データとを比較することで被検査対象の線幅誤差（ΔＣＤ）を求める。また、この線幅誤差の値から線幅誤差マップ（ΔＣＤマップ）を作成する。検査装置１００の主たる構成部は、次の通りである。

検査装置１００は、被検査対象の一例となるマスクＭａの光学画像データを取得する部分として、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）および回転方向（θ軸方向）に移動可能なテーブル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と、マスクＭａの光学画像データを生成する撮像部とを有する。尚、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、検査の対象となるパターン（被検査パターン）が形成されたものである。

テーブル１０１の動作は、テーブル制御部１０３によって制御される。具体的には、テーブル制御部１０３が、（図示されない）Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータおよびθ軸モータを駆動して、テーブル１０１を水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）および回転方向（θ軸方向）へ移動させる。尚、テーブル１０１の駆動機構には、例えば、エアスライダと、リニアモータやステップモータなどとが組み合わされて用いられる。

レーザ測長システム１０２は、テーブル１０１の位置座標の測定に用いられる。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。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。レーザ測長システム１０２による測定データは、位置情報部１０４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。

マスクＭａを照明する照明光学系は、光源１０５と、拡大光学系１０６と、第１の光分割手段１０７と、ミラー１０８，１０９，１１０と、第２の光分割手段１１１と、対物レンズ１１２とを有する。また、照明光学系は、必要に応じて、光源１０５から出射された光を、円偏光や直線偏光などに変える手段や、点光源や輪帯などの光源形状に変える手段などを有することができる。

光源１０５としては、レーザ光源を用いることができる。例えば、ＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ；遠紫外）光を出射する光源を用いることができる。

レーザ光源から出射された光は、一般に直線偏光である。本実施の形態では、この直線偏光を用いて、検査対象であるマスクＭａを照明し検査を行う。これにより、高い解像度の光学画像が得られる。但し、本実施の形態はこれに限られるものではなく、検査対象を円偏光によって照明してもよい。円偏光によれば、解像特性に方向性のない光学画像が得られる。尚、検査対象を円偏光で照明するには、光源から出射された光を４分の１波長板に透過させ、この透過光を検査対象に照明すればよい。

第１の光分割手段１０７は、光源１０５から出射した照明光のビームを、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である。例えば、第１の光分割手段１０７を入射光の略半分を反射して入射光の略半分を透過するハーフミラーとすることができる。

第２の光分割手段１１１は、マスクＭａを反射照明する光路を進んできた光を透過光と反射光に分割し、透過光はマスクＭａを照射し、反射光はマスクＭａを照射することなくミラー１１０，１１６，１１７を介して透過用ＴＤＩセンサ１１３に入射する。

第１の光分割手段１０７および第２の光分割手段１１１は、例えば、アルミニウムなどの金属薄膜を透明基板上に被覆したり、誘電体ミラーとも称される透明誘電体層を透明基板上に被覆したりして構成される。これらにおける部分反射は、例えば、反射層を均一に半透明にしたり、透明ギャップまたは孔を備えた全反射ミラーを用いたりすることによって実現可能である。後者の場合、ギャップまたは孔を肉眼で見える大きさよりも小さくすることで、ギャップや孔が目に見えない状態で、入射光を透過させるとともにその一部を反射させることができる。

マスクＭａの光学画像データを生成する撮像部は、マスクＭａを通過または反射した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結像光学系と、マスクＭａを透過した光が入射して、マスクＭａのパターンの光学像を光電変換する透過用ＴＤＩセンサ１１３と、マスクＭａで反射した光が入射して、マスクＭａのパターンの光学像を光電変換する反射用ＴＤＩセンサ１１４と、透過用ＴＤＩセンサ１１３と反射用ＴＤＩセンサ１１４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するセンサ回路１１５とを有する。尚、撮像部は、マスクＭａの光学画像データを生成するものであればよく、本実施の形態の構成に限られない。また、結像光学系も、マスクＭａを通過または反射した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ものであればよく、本実施の形態の構成に限られない。

撮像部における結像光学系は、対物レンズ１１２と、第２の光分割手段１１１と、ミラー１１０と、ミラー１１６，１１７，１１８とを有する。尚、対物レンズ１１２と、第２の光分割手段１１１と、ミラー１１０は、照明光学系と共通して用いられる。

透過用ＴＤＩセンサ１１３と反射用ＴＤＩセンサ１１４は、結像光学系により得られたマスクＭａの微弱な拡大光学像を電気的に蓄積し、画像電気信号に変換して出力する。これらは、電荷が蓄積される積算方向にＮ段の露光エリアが配置されたエリアセンサであり、マスクＭａの光学像を撮像するため、マスクＭａを走査する度に、積算方向に電荷を１段ずつ転送し、積算段数分の電荷を蓄積して出力する。これにより、１ラインでは微弱な電荷であっても、複数回の加算によって、加算しない場合と同じ走査時間でその数十倍の光量に匹敵する出力が得られる。また、同一点を複数回加算することでノイズが低減され、画像信号のＳ／Ｎ比が向上する。

図２は、透過用ＴＤＩセンサ１１３の動作を説明する図の一例である。尚、この図では、積算方向に直交する方向を画素方向としている。

本実施の形態においては、透過用ＴＤＩセンサ１１３でマスクＭａのパターンの光学像を撮像するとともに、透過用ＴＤＩセンサ１１３の画素の一部を用いて光源１０５の光量変動を検出し、この検出した変動値に基づいて、透過用ＴＤＩセンサ１１３で撮像されるマスクＭａの光学像の階調値を補正する。このため、透過用ＴＤＩセンサ１１３は、図２に示すように、マスクＭａの光学像を撮像するための第１の領域（以下、撮像領域Ａ１と称す。）と、光源１０５の光量変動を検出するための第２の領域（以下、光量変動検出領域Ａ２と称す。）とを有する。光量変動検出領域Ａ２は、積算方向に撮像領域Ａ１と同じ長さを有していて、積算方向と直交する画素方向の端部に設けられる。

図２の例では、画素方向に１０２４個、積算方向に５１２段の画素が配列している。このうち、画素方向にｘ個、積算方向に５１２段の画素が配列する領域が撮像領域Ａ１であり、画素方向に（１０２４−ｘ）個、積算方向に５１２段の画素が配列する領域が光量変動検出領域Ａ２である。ｘの値は適宜設定することができるが、撮像領域Ａ１が小さくなると検査時間が長くなるので、光量変動検出領域Ａ２が光量変動を検出するのに十分且つ最小限の面積となるようにｘの値を設定することが好ましい。

図２の例では、撮像領域Ａ１と光量変動検出領域Ａ２において、画素方向に配列した１０２４画素分の画像情報が同時に取得され、積算方向に向かって電荷が転送される。具体的には、マスクＭａが載置されるテーブル１０１が透過用ＴＤＩセンサ１１３に対して図の左方向に向かって移動することにより、隣接するセンサ素子の画素においても同一のパターン位置で撮像が行われる。このとき、テーブル１０１の移動速度と、透過用ＴＤＩセンサ１１３の蓄積時間とは同期して光学像が撮像される。この構成によれば、画素方向に並んだセンサ素子によって、撮像領域Ａ１と光量変動検出領域Ａ２における各画像情報が同時に取得される。つまり、撮像領域Ａ１で撮像された光学像について、その階調値に変化が生じると、その変化の原因となった光源の光量変化を光学像の撮像と略同時に把握することができる。

既に述べたように、従来法においては、光源の光量を検出するセンサとしてフォトダイオードが用いられていた。しかしながら、フォトダイオードのアナログ的な遅延によって、フォトダイオードの出力タイミングと、ＴＤＩセンサの出力タイミングとの間にずれが生じ、ＴＤＩセンサの出力に本来対応するべき光量信号は、ＴＤＩセンサの出力より遅れてフォトダイオードから出力される。そのため、ＴＤＩセンサの出力値を補正する際、ＴＤＩセンサの出力タイミングでフォトダイオードから出力された光量、すなわち、ＴＤＩセンサが撮像した時点より前に測定された光量で補正が行われることになり、補正誤差が生じるという問題があった。

これに対し、本実施の形態によれば、上記の通り、透過用ＴＤＩセンサ１１３の画素の一部を用いて光源１０５の光量変動を検出するので、フォトダイオードを用いる従来法で問題となった出力タイミングのずれを考慮する必要がない。したがって、ＴＤＩセンサの出力値を適切に補正して、正確なＣＤマップを得ることが可能である。

尚、本実施の形態では、反射用ＴＤＩセンサ１１４の出力値の補正も、透過用ＴＤＩセンサ１１３で検出された光量の変動値に基づいて行うことができる。また、反射用ＴＤＩセンサ１１４の画素の一部を用いて光量変動を検出するようにしてもよい。この場合、透過用ＴＤＩセンサ１１３に代えて、または、透過用ＴＤＩセンサ１１３とともに、反射用ＴＤＩセンサ１１４で光量の変動値を検出し、得られた変動値を基に、透過用ＴＤＩセンサ１１３と反射用ＴＤＩセンサ１１４の各出力値を補正してもよい。

検査装置１００は、センサ回路１１５から出力された光学画像データの階調値を補正する部分として階調値補正部１３１を有する。さらに、検査装置１００は、階調値が補正された光学画像データを用いて、線幅誤差を取得しΔＣＤマップを作成する部分として、線幅誤差取得部１１９と、マップ作成部１２０と、参照画像データ生成部１２１と、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置１２３と、補助記憶装置の一例となる磁気テープ装置１２４と、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１２５と、表示装置の一例となるモニタディスプレイ１２６と、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１２７と、プリンタ１２８とを有する。各部は、データ伝送路となるバス１２９を介して、検査装置１００の全体の制御を司る全体制御部１３０に接続している。尚、前述のテーブル制御部１０３と位置情報部１０４も、バス１２９を介して全体制御部１３０に接続している。

さらに、検査装置１００は、取得した光学画像データを基にマスクＭａの欠陥の有無を調べる部分として比較部１２２を有する。これにより、線幅誤差を取得しΔＣＤマップを作成しながら、マスクＭａの欠陥の有無を調べることが可能となる。但し、比較部１２２はなくてもよい。

次に、図１の検査装置１００を用いた検査方法の一例を述べる。

図３は、本実施の形態の検査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検査方法は、キャリブレーション工程Ｓ１、撮像工程Ｓ２、光量変動検出工程Ｓ３、階調値補正工程Ｓ４、参照画像データ生成工程Ｓ５、線幅誤差（ΔＣＤ）取得工程Ｓ６、ΔＣＤマップ作成工程Ｓ７を有する。さらに、本実施の形態の検査方法は、図３に示す比較工程Ｓ８を有することが好ましい。次に、これらの工程について、図１を参照しながら説明する。

＜キャリブレーション工程Ｓ１＞
ＴＤＩセンサは、多数のセンサ素子が集合して構成されており、これらの間でセンサの特性にばらつきがあると誤動作の原因になることから、全てのセンサ素子が電気的に等しい特性（ゲインおよびオフセット特性）を有している必要がある。さらに、本実施の形態の透過用ＴＤＩセンサ１１３は、マスクＭａの光学像を撮像するための領域（撮像領域Ａ１）と、光源１０５の光量変動を検出するための領域（光量変動検出領域Ａ２）とを有し、光量変動検出領域Ａ２で検出した光量の変動値に基づいて、撮像領域Ａ１で撮像された光学像の階調値を補正する。したがって、撮像領域Ａ１におけるセンサの特性と、光量変動検出領域Ａ２におけるセンサの特性とを整合させることが重要である。そこで、検査用の光学画像データを取得する前に、透過用ＴＤＩセンサ１１３のキャリブレーションを行う。具体的には、次の通りである。

透過用ＴＤＩセンサ１１３で撮像された光学像は、センサ回路１１５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。キャリブレーションは、具体的には、デジタルアンプの各画素用のゲインを決定する工程である。透過用ＴＤＩセンサ１１３のキャリブレーションでは、まず、撮像する面積に対して十分に広いマスクＭａの透過光領域に透過用ＴＤＩセンサ１１３を位置させる。次に、マスクＭａを照明する照明光学系の条件（例えば、光源の出力、光量、各種ミラーやレンズの位置など。）を検査時と同じにして、マスクＭａの光学像を撮像し、撮像領域Ａ１で撮像された光学像の階調値（I_img_hi）と、光量変動検出領域Ａ２で撮像された光学像の階調値（I_sens_hi）を取得して白レベルを決定する。次いで、マスクＭａを照明する光量をゼロに設定して、撮像領域Ａ１で撮像された光学像の階調値（I_img_zero）と、光量変動検出領域Ａ２で撮像された光学像の階調値（I_sens_zero）を取得し黒レベルを決定する。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。尚、取得した各階調値（I_img_hi，I_sens_hi，I_img_zero，I_sens_zero）は、図１の磁気ディスク装置１２３に格納される。

また、反射用ＴＤＩセンサ１１４で撮像された光学像も、センサ回路１１５のデジタルアンプに入力されるので、デジタルアンプの各画素用のゲインがキャリブレーションによって決定される。

＜撮像工程Ｓ２＞
キャリブレーション工程Ｓ１を終えると、撮像工程Ｓ２において、マスクＭａのパターンの光学像が撮像される。

テーブル１０１上に載置されたマスク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。ここで、マスクＭａに形成されたパターンの線幅を正確に測定するためには、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検査装置１００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。

一例として、マスクＭａの被検査パターンが形成されている領域とは異なる位置に、十字形状のマスクアライメントマークＭＡが複数形成されているとする。また、マスクＭａには、複数のチップパターンが形成されており、各チップにもチップアライメントマークＣＡが形成されているとする。一方、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るものとする。この場合、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。

尚、マスクＭａには、マスクアライメントマークＭＡ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。

マスクＭａがテーブル１０１上で所定の位置に載置されると、マスクＭａに設けられたパターンに照明光学系から光が照射される。具体的には、光源１０５から照射される光束が、拡大光学系１０６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結像光学系により集束され、透過用ＴＤＩセンサ１１３または反射用ＴＤＩセンサ１１４に入射し、マスクＭａのパターンの光学像が撮像される。

より詳細には、図１で実線の光路で示すように、光源１０５から出射された光は、拡大光学系１０６を透過した後、第１の光分割手段１０７によって光路を分岐される。第１の光分割手段１０７を透過した光は、ミラー１０８によって光路を曲げられマスクＭａを照射する。そして、マスクＭａに照射された光は、マスクＭａを透過し、対物レンズ１１２、第２の光分割手段１１１、ミラー１１０をこの順に透過し、ミラー１１６，１１７を介して透過用ＴＤＩセンサ１１３に入射する。これにより、マスクＭａのパターンの透過光学像が撮像される。尚、既に述べたように、本実施の形態の透過用ＴＤＩセンサ１１３は、撮像領域Ａ１と光量変動検出領域Ａ２とを有するが、マスクＭａを透過した光は撮像領域Ａ１に入射し、この光によってマスクＭａのパターンの光学像が撮像される。

一方、図１で破線の光路で示すように、第１の光分割手段１０７で反射した光は、ミラー１０９、ミラー１１０を介し、第２の光分割手段１１１および対物レンズ１１２を透過してマスクＭａを照射する。そして、マスクＭａに照射された光は、マスクＭａで反射し、対物レンズ１１２、第２の光分割手段１１１と、ミラー１１０をこの順に透過し、ミラー１１６，１１８を介して反射用ＴＤＩセンサ１１４に入射する。これにより、マスクＭａのパターンの反射光学像が撮像される。ここで、ミラー１１０はハーフミラーであり、上述したように、マスクＭａを透過した光を透過して撮像部へ入射させるとともに、ミラー１０９からの光を反射してマスクＭａを照明する。尚、ミラー１１０に代えて、偏光ビームスプリッタと、光源１０５から出射された直線偏光の偏光面を変える光学素子とを組み合わせて用いてもよい。

透過用ＴＤＩセンサ１１３や反射用ＴＤＩセンサ１１４によるマスクＭａのパターンの光学像の撮像方法は次の通りである。尚、この撮像方法の説明では、透過用ＴＤＩセンサ１１３と反射用ＴＤＩセンサ１１４を区別せず、単にＴＤＩセンサと称す。

マスクＭａの被検査領域は、短冊状の複数の領域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（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。

図４は、マスクＭａ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ための概念図である。この例では、被検査領域は、４つのストライプＳｔ１〜Ｓｔ４によって仮想的に分割されており、さらに、個々のストライプＳｔ１〜Ｓｔ４には、４５個のフレームＦが仮想的に設定されている。

各ストライプＳｔ１〜Ｓｔ４は、Ｘ方向に長い短冊状であってＹ方向に整列している。一方、各フレームは、例えば十数μｍ□程度の矩形を呈する。ここで、撮像漏れを防ぐため、隣り合う２つのフレーム間においては、一方のフレームの縁部と他方のフレームの縁部とが所定の幅で重なるように設定される。所定の幅は、例えば、ＴＤＩセンサの画素サイズを基準とすると、その２０画素分程度の幅とすることができる。尚、ストライプも同様であり、隣り合うストライプの縁部が互いに重なるように設定される。

マスクＭａの光学像は、ストライプ毎に撮像される。すなわち、図４の例で光学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４の−Ｘ方向に移動しながら、ストライプＳｔ１の光学像がＸ方向に順に撮像され、ＴＤＩセンサに光学像が連続的に入力される。ストライプＳｔ１の光学像の撮像を終えると、ストライプＳｔ２の光学像が撮像される。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における光学像の撮像時の方向（−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の光学像も、ＴＤＩセンサに連続的に入力される。ストライプＳｔ３の光学像を撮像する場合には、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の光学像を撮像する方向（Ｘ方向）とは逆方向、すなわち、ストライプＳｔ１の光学像を撮像した方向（−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の光学像も撮像される。

透過用ＴＤＩセンサ１１３および反射用ＴＤＩセンサ１１４がマスクＭａのパターンの光学像を撮像すると、撮像された光学像に対応するアナログ信号がセンサ回路１１５に順次出力される。センサ回路１１５は、透過用ＴＤＩセンサ１１３および反射用ＴＤＩセンサ１１４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光学画像データとする。光学画像データは、センサ回路１１５から、線幅誤差取得部１１９と比較部１２２へ出力される。

＜光量変動検出工程Ｓ３＞
光量変動検出工程Ｓ３は、透過用ＴＤＩセンサ１１３の画素の一部を用いて光源１０５の光量変動を検出する工程であり、具体的には、透過用ＴＤＩセンサ１１３の光量変動検出領域Ａ２で光学画像データを取得する工程である。この工程は、透過用ＴＤＩセンサ１１３でマスクＭａのパターンの光学像を撮像する工程と併行して行われる。

撮像工程Ｓ２で述べたように、光源１０５から出射された光は、拡大光学系１０６を透過した後、第１の光分割手段１０７で反射し、さらに、ミラー１０９で曲げられてミラー１１０に入射する。次いで、ミラー１１０で反射されて第２の光分割手段１１１へ向かう。ここまでは、マスクＭａのパターンの反射光学像を撮像する光の光路と同じである。

ミラー１１０から第２の光分割手段１１１へ向かった光の殆どは第２の光分割手段１１１を透過してマスクＭａを照射するが、図１で点線の光路で示すように、一部は第２の光分割手段１１１で反射されてミラー１１０へ戻る。そして、ミラー１１０を透過した光は、ミラー１１６，１１７を介して透過用ＴＤＩセンサ１１３の光量変動検出領域Ａ２に入射する。第２の光分割手段１１１で反射された光がこうした光路を辿り透過用ＴＤＩセンサ１１３に入射するようにするため、第２の光分割手段１１１は、マスクＭａを透過またはマスクＭａで反射してミラー１１０に入射する光の光軸に対し傾きを有して配置されている。すなわち、第２の光分割手段１１１と光軸とのなす角度が９０度であると、第２の光分割手段１１１で反射された光は反射用ＴＤＩセンサ１１４へ入射してしまうので、透過用ＴＤＩセンサ１１３へ入射するよう角度が調整されている。

上記の通り、第２の光分割手段１１１は、入射光の一部を反射するものである。第２の光分割手段１１１の反射率は適宜設定できるが、本実施の形態では、透過用ＴＤＩセンサ１１３に入射して、光源１０５の光量変動を検出するのに十分な光量を反射できればよい。一方、マスクＭａの光学像を撮像するための光、具体的には、マスクＭａを透過して透過用ＴＤＩセンサ１１３に入射する光と、マスクＭａで反射して反射用ＴＤＩセンサ１１４に入射する光は、いずれも第２の光分割手段１１１を透過する必要がある。したがって、第２の光分割手段１１１は、これらのセンサにおいて検査に適した光学像を撮像するのに十分な光を透過できる程度の透過度を備えている必要がある。

＜階調値補正工程Ｓ４＞
第２の光分割手段１１１で反射された光が、透過用ＴＤＩセンサ１１３の光量変動検出領域Ａ２に入射すると、透過用ＴＤＩセンサ１１３は、入射光を画像電気信号に変換して出力する。また、透過用ＴＤＩセンサ１１３は、撮像領域Ａ１に入射したマスクＭａのパターンの光学像も同時に画像信号に変換して出力する。光源１０５から出射された光が、マスクＭａを透過し透過用ＴＤＩセンサ１１３に入射するまでの時間と、ミラー１０７で分岐され第２の光分割手段１１１で反射されてから透過用ＴＤＩセンサ１１３に入射するまでの時間との差は無視できるほど小さいので、本実施の形態によれば、マスクＭａのパターンの光学像を撮像する光の光量変化をリアルタイムで検出することができる。つまり、光源１０５の光量に変動が生じると、光量変動検出領域Ａ２で撮像された光学像の階調値が変化するので、撮像領域Ａ１で撮像され、光量変動検出領域Ａ２の光学像と同時に出力された光学像の階調値に対して、光量の変動量に応じた補正をすることにより、マスクＭａのパターンの線幅を正確に測定することが可能となる。

図３の階調値補正工程Ｓ４では、上述した補正、すなわち、撮像領域Ａ１で撮像された光学像の階調値に対する光源の光量の変動量に応じた補正が、図１の階調値補正部１３１で行われる。具体的な補正方法は次の通りである。

撮像工程Ｓ２で取得された光学画像データと、光量変動検出工程Ｓ３で取得された光学画像データとが、階調値補正部１３１へ送られる。

撮像工程Ｓ２で取得された光学画像データの階調値、すなわち、透過用ＴＤＩセンサ１１３の撮像領域Ａ１で撮像された光学像の階調値を（I_img）とし、光量変動検出工程Ｓ３で取得された光学像の階調値、すなわち、透過用ＴＤＩセンサ１１３の光量変動検出領域Ａ２で撮像された光学像の階調値を（I_sens）とする。そして、キャリブレーション工程Ｓ１で得られた、検査時と同じ照明条件でマスクＭａの光学像を撮像したときの光量変動検出領域Ａ２における階調値（I_sens_hi）と、マスクＭａを照明する光量をゼロにしたときの撮像領域Ａ１における階調値（I_img_zero）および光量変動検出領域Ａ２における階調値（I_sens_zero）とを磁気ディスク装置１２３から読み出し、これらを用いて、次式により、撮像領域Ａ１における光学像の階調値の補正値（I_corr）を求めることができる。

光源１０５の光量に変動がなければ、
であるので、上式より、
となって、撮像領域Ａ１における光学像の階調値に対する補正は不要である。

＜参照画像データ生成工程Ｓ５＞
図３の参照画像データ生成工程Ｓ５では、図１の参照画像データ生成部１２１において、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。参照画像データは、線幅誤差取得工程Ｓ６において、マスクＭａのパターンの線幅誤差を取得する際の基準となる線幅の算出に用いられる。また、比較工程Ｓ８のダイ−トゥ−データベース比較方式による検査において、光学画像データにおける欠陥判定の基準ともなる。

図８は、図１の検査装置１００におけるデータの流れを示す概念図である。図１および図８を参照しながら、参照画像データの生成工程Ｓ５について説明する。

マスクＭａの設計パターンデータは、磁気ディスク装置１２３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１２３から読み出されて参照画像データ生成部１２１に送られる。参照画像データ生成部１２１は、展開回路１２１ａと展開回路１２１ｂを有している。展開回路１２１ａに設計パターンデータが入力されると、展開回路１２１ａ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１２１ａから展開回路１２１ｂに送られる。展開回路１２１ｂ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、センサ回路１１５から出力される光学画像データは、拡大光学系１０６の解像特性、透過用ＴＤＩセンサ１１３や反射用ＴＤＩセンサ１１４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の製造プロセスや検査装置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。本実施の形態では、参照回路１２１ｂにおいて、展開回路１２１ａ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。

＜線幅誤差取得工程Ｓ６＞
マスクＭａにおけるパターンの線幅（ＣＤ）の測定に際しては、測定の基準位置となる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ことができる。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。例えば、ライン・アンド・スペースパターンの場合、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５に、図１の透過用ＴＤＩセンサ１１３に入射する光の透過度の一例を示す。図５の横軸は透過用ＴＤＩセンサ１１３上におけるＸ方向の位置であり、縦軸は光の透過度である。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。

パターンのエッジ位置を決定する閾値Ｔｈは、参照画像データから求められる。例えば、図５に示す細線の参照画像データから、閾値Ｔｈを次式によって決定する。

閾値Ｔｈが決定すると、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Ｔｈに等しい信号量（透過度）の位置がパターンのエッジになる。

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、設計値通りのパターンが形成されていて、参照画像データと光学画像データとが一致しているとすると、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１０５の光量が増大した場合、光学画像データの透過度は、図５の太線のカーブのようになる。このため、閾値Ｔｈ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、線幅誤差ΔＣＤは、（Ｗｏｐｔ−Ｗｒｅｆ）となる。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はゼロになるはずのものが、見掛け上、（Ｗｏｐｔ−Ｗｒｅｆ）の線幅誤差を有することになってしまい、正確な線幅誤差が得られなくなる。

これに対し、本実施の形態では、階調値補正工程Ｓ４において、マスクＭａのパターンの光学像の階調値に対し、光源１０５の光量の変動量に応じた補正をする。つまり、光学画像データの透過度は、図５の太線のカーブから細線のカーブへと補正されるので、マスクＭａのパターンの線幅はＷｏｐｔ’となって、正確な線幅誤差が得られるようになる。

尚、線幅誤差の取得は、具体的には、次のようにして行われる。

まず、階調値補正工程Ｓ４で階調値が補正された光学画像データが、階調値補正部１３１から線幅誤差取得部１１９へ送られる。これと、参照画像データ生成部１２１から送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、上述した閾値を用いて、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。

エッジペアの検出は、線幅誤差取得部１１９で行われる。線幅誤差取得部１１９へは、位置情報部１０４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。

エッジペアが検出されると、引き続き、線幅誤差取得部１１９において、線幅誤差が取得される。

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、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６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７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６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７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、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６および図７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Ｓ７＞
図３のΔＣＤマップ作成工程Ｓ７は、図１のマップ作成部１２０で行われる。具体的には、線幅誤差取得部１１９からマップ作成部１２０へ、線幅誤差（ΔＣＤ）の値と、（位置情報部１０４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１２０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。単位領域は、例えばフレームとすることができる。

尚、本実施の形態では、透過用ＴＤＩセンサ１１３で撮像された光学像を基に線幅誤差を取得し、さらにΔＣＤマップを作成しているが、反射用ＴＤＩセンサ１１４で撮像された光学像を基に線幅誤差を取得し、さらにΔＣＤマップを作成してもよい。このとき、反射用ＴＤＩセンサ１１４で撮像された光学像の階調値は、透過用ＴＤＩセンサ１１３で検出された光量の変動値に基づいて行うことができる。また、反射用ＴＤＩセンサ１１４の画素の一部を用いて光量変動を検出するようにしてもよい。さらに、この場合、透過用ＴＤＩセンサ１１３に代えて、または、透過用ＴＤＩセンサ１１３とともに、反射用ＴＤＩセンサ１１４で光量の変動値を検出し、得られた変動値を基に、透過用ＴＤＩセンサ１１３と反射用ＴＤＩセンサ１１４の各出力値を補正してもよい。

＜比較工程Ｓ８＞
図３の比較工程Ｓ８では、階調値が補正された光学画像データと、参照画像データとを用い、図１の比較部１２２において、マスクＭａのパターンの欠陥検出検査が行われる。

比較部１２２では、階調値補正部１３１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１２１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１２２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１０４における、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１２２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、ＴＤＩセンサ（１１３，１１４）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ＴＤＩセンサ（１１３，１１４）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１２２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１２３に登録される。

尚、比較部１２２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登録することができる。

以上のようにして、比較部１２２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。

本実施の形態によれば、透過用ＴＤＩセンサ１１３でマスクＭａのパターンの光学像を撮像するとともに、透過用ＴＤＩセンサ１１３の画素の一部を用いて光源１０５の光量変動を検出する。より詳しくは、画素方向に並んだセンサ素子によって、撮像領域Ａ１と光量変動検出領域Ａ２における各画像情報を同時に取得する。これにより、撮像領域Ａ１で撮像された光学像について、その階調値に変化が生じると、その変化の原因となった光源の光量変化を光学像の撮像と略同時に把握することができる。したがって、マスクＭａのパターンの光学像における階調値において、光源の光量変動による変動が生じても、これを適切に補正して、正確なＣＤマップを得ることが可能となる。

以上、本発明の検査装置および検査方法の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検査装置および検査方法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、組み合わせ等が可能である。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検査装置および検査方法は、本発明の範囲に包含される。

例えば、上記したように、本実施の形態では、反射用ＴＤＩセンサ１１４の画素の一部を用いて光量変動を検出してもよい。

反射用ＴＤＩセンサ１１４で光量変動を検出する場合、反射用ＴＤＩセンサ１１４は、図２の透過用ＴＤＩセンサ１１３と同様に、マスクＭａの光学像を撮像するための領域（撮像領域Ａ１）と、光源１０５の光量変動を検出するための領域（光量変動検出領域Ａ２）とを有する。具体的には、光量変動検出領域Ａ２は、電荷が蓄積される積算方向に撮像領域Ａ１と同じ長さを有していて、積算方向と直交する画素方向の端部に設けられる。このとき、撮像領域Ａ１が小さくなると検査時間が長くなるので、光量変動検出領域Ａ２は、光源１０５の光量変動を検出するのに十分且つ最小限の面積となるように設定される。

反射用ＴＤＩセンサ１１４の画素の一部を用いた光量変動の検出は、反射用ＴＤＩセンサ１１４でマスクＭａのパターンの光学像を撮像する工程と併行して行われる。それ故、ミラー１１０から第２の光分割手段１１１へ向かった光は、第２の光分割手段１１１を透過してマスクＭａを照射するとともに、一部が第２の光分割手段１１１で反射されてミラー１１０へ戻り、その後、反射用ＴＤＩセンサ１１４の光量変動検出領域Ａ２へ入射する。尚、第２の光分割手段１１１で反射した光が透過用ＴＤＩセンサ１１３でなく反射用ＴＤＩセンサ１１４へ入射するようにするには、撮像部における結像光学系の配置を調整すればよい。

上記構成によれば、第２の光分割手段１１１で反射された光が、反射用ＴＤＩセンサ１１４の光量変動検出領域Ａ２に入射すると、反射用ＴＤＩセンサ１１４は、入射光を画像電気信号に変換して出力する。また、反射用ＴＤＩセンサ１１４は、撮像領域Ａ１に入射したマスクＭａのパターンの反射光学像も同時に画像信号に変換して出力する。光源１０５から出射された光が、マスクＭａで反射し反射用ＴＤＩセンサ１１４に入射するまでの時間と、第２の光分割手段１１１で反射されて反射用ＴＤＩセンサ１１４に入射するまでの時間との差は無視できるほど小さいので、マスクＭａのパターンの光学像を撮像する光の光量変化をリアルタイムで検出することができる。さらに、本構成によれば、光量変動検出領域Ａ２に入射する光の光路は、撮像領域Ａ１に入射する光の光路と殆ど同じである。したがって、撮像領域Ａ１で撮像され、光量変動検出領域Ａ２の光学像と同時に出力された光学像の階調値に対して、光量変動検出領域Ａ２で撮像された光学像の階調値の変化を基に補正し、補正後の光学画像データからマスクＭａのパターンの線幅を測定すれば、正確な線幅誤差を求めることができ、さらに正確なΔＣＤマップを取得することができる。

尚、本願で図示された検査装置については、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。

１００ 検査装置
１０１ テーブル
１０２ レーザ測長システム
１０３ テーブル制御部
１０４ 位置情報部
１０５ 光源
１０６ 拡大光学系
１０７ 第１の光分割手段
１０８，１０９，１１０，１１６，１１７，１１８ ミラー
１１１ 第２の光分割手段
１１２ 対物レンズ
１１３ 透過用ＴＤＩセンサ
１１４ 反射用ＴＤＩセンサ
１１５ センサ回路
１１９ 線幅誤差取得部
１２０ マップ作成部
１２１ 参照画像データ生成部
１２１ａ 展開回路
１２１ｂ 参照回路
１２２ 比較部
１２３ 磁気ディスク装置
１３０ 全体制御部
１３１ 階調値補正部
Ｍａ マスク
Ｓｔ ストライプ
Ｆ フレーム
Ａ１ 撮像領域
Ａ２ 光量変動検出領域

Claims (5)

1. 光源からの光で被検査対象を照明する照明光学系と、
   前記被検査対象を透過した光または前記被検査対象で反射した光をセンサに入射させて、前記被検査対象に設けら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、
   前記光源の光量変動に基づいて前記光学画像データを補正する補正部と、
   前記補正後の光学画像データから前記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を有し、
   前記センサは、前記被検査対象を透過した光または前記被検査対象で反射した光が入射する第１の領域と、前記光源からの光であって前記被検査対象を照明する光とは分岐された光が入射する第２の領域とを備えており、
   前記補正部は、前記第２の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の変動を求めて前記第１の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値を補正することを特徴とする検査装置。
2. 前記照明光学系は、前記光源からの光を、前記被検査対象を透過照明する光路と反射照明する光路とに分割する第１の光分割手段と、
   前記反射照明する光路を進む光を前記被検査対象の手前で分割する第２の光分割手段とを有し、
   前記第２の光分割手段に入射した光の一部は前記被検査対象を照明し、他の一部は前記被検査対象を照明することなく前記センサの前記第２の領域に入射することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記センサは、前記被検査対象の光学像を電気的に蓄積し電気信号に変換して出力するものであって、
   前記第２の領域は、電荷が蓄積される積算方向に前記第１の領域と同じ長さを有していて、前記積算方向と直交する方向の端部に設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
4. 前記被検査対象が載置されるテーブルと、
   前記テーブルの位置座標を測定する位置測定部と、
   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被検査対象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とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 被検査対象の光学像を電気的に蓄積し電気信号に変換して出力するセンサにおいて、第１の領域の特性と、電荷が蓄積される積算方向に前記第１の領域と同じ長さを有していて、前記積算方向と直交する方向の端部に設けられた第２の領域の特性とを整合させるキャリブレーションを行う工程と、
   光源からの光をテーブル上に載置された前記被検査対象に照明し、前記被検査対象を透過した光または前記被検査対象で反射した光を前記センサの前記第１の領域に入射させて、前記被検査対象に設けられたパターンの光学画像データを取得するとともに、前記光源からの光であって前記被検査対象を照明する光とは分岐された光を前記第２の領域に入射させて光学画像データを取得する工程と、
   前記第２の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値の変動を求めて前記第１の領域に入射した光から取得された光学画像データの階調値を補正する工程と、
   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、
   前記補正後の光学画像データから前記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、
   前記テーブルの位置座標を測定する工程と、
   前位置座標の情報を用いて、前記線幅誤差を前記被検査対象上の位置座標と対応させた線幅誤差マップを作成する工程とを有することを特徴とする検査方法。