JP2021025889A - Ｔｄｉ（時間遅延積分）センサの感度変動の判定方法、パターン検査方法、及びパターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【目的】ＴＤＩセンサの使用に伴い感度に異常が生じた光学素子の領域を早期に把握可能な方法を提供する。【構成】本発明の一態様のＴＤＩセンサの感度変動の判定方法は、複数のサブ光学画像のサブ光学画像毎に、階調値毎の頻度を示す第１のヒストグラムを作成する工程と、複数の参照画像の参照画像毎に、階調値毎の頻度を示す第２のヒストグラムを作成する工程と、サブ光学画像毎に、第１のヒストグラムと第２のヒストグラムとの差分ヒストグラムを作成する工程と、グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のサブ光学画像を基にする複数の差分ヒストグラムを用いて、各差分ヒストグラムにおいて最大階調側から所定の度数に達した階調値の時間の経過に伴う所定の方向への変動を検出する工程と、階調値の変動に基づいて、感度変動が生じたグループを判定し、結果を出力する工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１１

Description

本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法に関する。例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、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極めて小さなパターンの欠陥を検査する方法に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができる電子ビームを用いたパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられている。

そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、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。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、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マスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩ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。そのため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。

検査手法としては、拡大光学系を用いてリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」や、パターン設計されたＣＡＤデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計データ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像（参照画像）を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ−データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、許容内に入らない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

ここで、試料上のパターンを撮像する際に、複数の光学素子（センサ画素）が２次元配列されたＴＤＩセンサが用いられる。一般に、検査装置では、マスク検査を行う前に、検査に適切な階調値のＴＤＩセンサイメージが得られるように、レーザ光の光量の調整と、ＴＤＩセンサのセンサ画素毎のゲイン調整といったキャリブレーションが行われる。ＴＤＩセンサでは、劣化等に起因して、使用しているうちに一部のセンサ画素の感度が上昇してしまうといった問題があった。検査前に実施したキャリブレーションの後に、ＴＤＩセンサの複数のセンサ画素の一部の感度が変化する感度むらが生じると、その感度むらは画像の階調むらに繋がる。そのため、検査感度に影響を及ぼしてしまうといった問題があった。そのため、ＴＤＩセンサの使用に伴い感度に異常が生じたセンサ画素の領域を早期に把握することが望ましい。

ＴＤＩセンサとは異なるが、自発光型の表示装置において、フレーム画像の階調値の度数分布に基づいて、劣化度の進行度合いを示す劣化指数を算出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−０７６７４１号公報

そこで、本発明の一態様は、ＴＤＩセンサの使用に伴い感度に異常が生じた光学素子の領域を早期に把握可能な方法、検査方法および検査装置を提供する。

本発明の一態様のＴＤＩセンサの感度変動の判定方法は、
光量を測定する２次元配列された光学素子アレイを有するＴＤＩ（時間遅延積分）センサを用いて、ＴＤＩセンサをＴＤＩセンサの積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された試料面上の光学画像を撮像する工程と、
光学素子アレイが積分方向と直交する直交方向に分割された複数のグループを設定する工程と、
直交方向に複数のグループの個別グループの撮像領域幅でかつ積分方向に所定の幅で光学画像が分割された複数のサブ光学画像を生成する工程と、
複数のサブ光学画像のサブ光学画像毎に、階調値毎の頻度を示す第１のヒストグラムを作成する工程と、
複数の図形パターンの基になる設計パターンデータを用いて、複数のサブ光学画像に対応する複数の参照画像を作成する工程と、
複数の参照画像の参照画像毎に、階調値毎の頻度を示す第２のヒストグラムを作成する工程と、
サブ光学画像毎に、第１のヒストグラムと第２のヒストグラムとの差分ヒストグラムを作成する工程と、
グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のサブ光学画像を基にする複数の差分ヒストグラムを用いて、各差分ヒストグラムにおいて最大階調側から所定の度数に達した階調値の時間の経過に伴う所定の方向への変動を検出する工程と、
階調値の変動に基づいて、感度変動が生じたグループを判定し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、所定の度数に達した階調値の変動の傾きが閾値を超えたグループを判定すると好適である。

或いは、所定の度数に達した階調値が閾値を超えたグループを判定すると好適である。

本発明の一態様のパターン検査方法は、
光量を測定する２次元配列された光学素子アレイを有するＴＤＩ（時間遅延積分）センサを用いて、ＴＤＩセンサをＴＤＩセンサの積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された試料面上の光学画像を撮像する工程と、
光学素子アレイが積分方向と直交する直交方向に分割された複数のグループを設定する工程と、
直交方向に複数のグループの個別グループの撮像領域幅でかつ積分方向に所定の幅で光学画像が分割された複数のサブ光学画像を生成する工程と、
複数のサブ光学画像のサブ光学画像毎に、階調値毎の頻度を示す第１のヒストグラムを作成する工程と、
複数の図形パターンの基になる設計パターンデータを用いて、複数のサブ光学画像に対応する複数の参照画像を作成する工程と、
複数の参照画像の参照画像毎に、階調値毎の頻度を示す第２のヒストグラムを作成する工程と、
サブ光学画像毎に、第１のヒストグラムと第２のヒストグラムとの差分ヒストグラムを作成する工程と、
グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のサブ光学画像を基にする複数の差分ヒストグラムを用いて、各差分ヒストグラムにおいて最大階調側から所定の度数に達した階調値の時間の経過に伴う所定の方向への変動を検出する工程と、
階調値の変動に基づいてＴＤＩセンサの感度を校正する工程と、
ＴＤＩセンサの感度が校正されることによって感度が補償されたＴＤＩセンサによって撮像された前記サブ光学画像と、当該サブ光学画像に対応する参照画像とを比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様のパターン検査装置は、
光量を測定する２次元配列された光学素子アレイを有するＴＤＩ（時間遅延積分）センサを用いて、ＴＤＩセンサをＴＤＩセンサの積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された試料面上の光学画像を撮像する光学画像取得機構と、
光学素子アレイが積分方向と直交する直交方向に分割された複数のグループを設定するグループ設定部と、
直交方向に複数のグループの個別グループの撮像領域幅でかつ積分方向に所定の幅で光学画像が分割された複数のサブ光学画像に生成するサブ光学画像生成部と、
複数のサブ光学画像のサブ光学画像毎に、階調値毎の頻度を示す第１のヒストグラムを作成する第１のヒストグラム作成部と、
複数の図形パターンの基になる設計パターンデータを用いて、複数のサブ光学画像に対応する複数の参照画像を作成する参照画像作成部と、
複数の参照画像の参照画像毎に、階調値毎の頻度を示す第２のヒストグラムを作成する第２のヒストグラム作成部と、
サブ光学画像毎に、第１のヒストグラムと第２のヒストグラムとの差分ヒストグラムを作成する差分ヒストグラム作成部と、
グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のサブ光学画像を基にする複数の差分ヒストグラムを用いて、各差分ヒストグラムにおいて最大階調側から所定の度数に達した階調値の時間の経過に伴う所定の方向への変動を検出する検出部と、
階調値の変動に基づいて、感度変動が生じたグループを判定する判定部と、
サブ光学画像と、当該サブ光学画像に対応する参照画像とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、ＴＤＩセンサの使用に伴い感度に異常が生じた光学素子の領域を早期に把握できる。その結果、感度が補償されたＴＤＩセンサでの高精度な検査ができる。

実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１におけるＴＤＩセンサの光学素子の配置構成の一例を示す図である。 実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。 実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１における校正前のＴＤＩセンサの階調値分布の一例を示す図である。 実施の形態１における使用中に感度変動が生じたＴＤＩセンサの階調値分布の一例を示す図である。 実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。 実施の形態１における劣化したセンサ画素を用いて撮像されたフレーム画像（実画）を使ったヒストグラム（１）の一例を示す図である。 実施の形態１における参照画像（参照画）を使ったヒストグラム（２）の一例を示す図である。 実施の形態１における劣化したセンサ画素を用いて撮像されたフレーム画像（実画）を使ったヒストグラム（１）と参照画像のヒストグラム（２）との差分ヒストグラムの一例を示す図である。 実施の形態１における正常のセンサ画素を用いて撮像されたフレーム画像（実画）を使ったヒストグラム（１）と参照画像のヒストグラム（２）との差分ヒストグラムの一例を示す図である。 実施の形態１における感度変動の判定手法を説明するための図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、検査対象基板、例えばマスクに形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０を備えている。

光学画像取得機構１５０は、光源１０３、照明光学系１７０、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、ＴＤＩ（時間遅延積分）センサ１０５、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、レーザ測長システム１２２、及びオートローダ１３０を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、オートローダ１３０から搬送された基板１０１が配置されている。基板１０１として、例えば、ウェハ等の半導体基板にパターンを転写する露光用のフォトマスクが含まれる。また、このフォトマスクには、検査対象となる複数の図形パターンが形成されている。基板１０１は、例えば、パターン形成面を下側に向けてＸＹθテーブル１０２に配置される。

制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、ヒストグラム作成回路１４０，１４２、差分ヒストグラム作成回路１４４、検出回路１４６、判定回路１４８、磁気ディスク装置１０９、メモリ１１１、磁気テープ装置１１５、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、センサ回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続され、ストライプパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。ＸＹθテーブル１０２は、ステージの一例となる。

なお、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、ヒストグラム作成回路１４０，１４２、差分ヒストグラム作成回路１４４、検出回路１４６、及び判定回路１４８といった一連の「〜回路」は、処理回路を有する。かかる処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、ヒストグラム作成回路１４０，１４２、差分ヒストグラム作成回路１４４、検出回路１４６、及び判定回路１４８といった一連の「〜回路」は、制御計算機１１０によって構成され、実行されても良い。位置回路１０７、比較回路１０８、参照画像作成回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、ヒストグラム作成回路１４０，１４２、差分ヒストグラム作成回路１４４、検出回路１４６、及び判定回路１４８に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度各回路内の図示しないメモリ若しくはメモリ１１１に記憶される。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。

検査装置１００では、光源１０３、ＸＹθテーブル１０２、照明光学系１７０、拡大光学系１０４、ＴＤＩセンサ１０５、及びセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。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１０２は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹθテーブル１０２上に配置された基板１０１の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。また、オートローダ１３０からＸＹθテーブル１０２への基板１０１の搬送、及びＸＹθテーブル１０２からオートローダ１３０への基板１０１の搬送処理は、オートローダ制御回路１１３によって制御される。

被検査基板１０１のパターン形成の基となる描画データ（設計データ）が検査装置１００の外部から入力され、磁気ディスク装置１０９に格納される。描画データには、複数の図形パターンが定義され、各図形パターンは、通常、複数の要素図形の組合せにより構成される。なお、１つの図形で構成される図形パターンがあっても構わない。被検査基板１０１上には、かかる描画データに定義された各図形パターンに基づいて、それぞれ対応するパターンが形成されている。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。

図２は、実施の形態１におけるＴＤＩセンサの光学素子の配置構成の一例を示す図である。図２において、ＴＤＩセンサ１０５は、光量を測定する２次元配列されたフォトダイオード（光学素子）アレイを有する。ｘ方向にｍ１個、ｙ方向にｍ２個の複数のフォトダイオード（光学素子）１１（センサ画素）によりフォトダイオードアレイ（光学素子アレイ）が構成される。例えば、ｘ，ｙ方向に１０２４×３５８４個のフォトダイオード１１によりフォトダイオードアレイが構成される。図２の例では、例えば、６×２１個のフォトダイオード１１によりフォトダイオードアレイが構成される場合を示している。また、図２の例では、ｘ方向がスキャン方向として用いる場合を示している。この場合、ｘ方向に並ぶｍ１個のフォトダイオードにより構成されるフォトダイオード列は、時間を異にして同じ位置を順次撮像することになる。そのため、ＴＤＩセンサ１０５では、同じ位置を撮像したｘ方向に並ぶフォトダイオード列の光量を積分することで、画像上の１画素あたりの輝度値を測定する。実施の形態１では、２次元配列されたフォトダイオードアレイが積分方向（ｘ方向）と直交する直交方向（ｙ方向）に複数の光学素子グループ１〜７に分割される場合を示している。例えば、直交方向（ｙ方向）に５１２個ずつ複数の光学素子グループ１〜７に分割される。例えば、１０２４×３５８４個のフォトダイオードアレイの場合、例えば１０２４×５１２個のフォトダイオード１１により１つあたりの光学素子グループが構成される。図２の例では、例えば、６×３個のフォトダイオード１１により１つあたりの光学素子グループが構成される。

図３は、実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。基板１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図３に示すように、例えばＹ方向に向かって、スキャン幅Ｗの短冊状の複数の検査ストライプ２０に仮想的に分割される。そして、検査装置１００では、検査ストライプ２０毎に画像（ストライプ領域画像）を取得していく。検査ストライプ２０の各々に対して、レーザ光（検査光）を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（Ｘ方向）に向かって当該検査ストライプ２０内に配置される図形パターンの画像を撮像する。なお、画像の取りこぼしを防ぐために、複数の検査ストライプ２０は、隣接する検査ストライプ２０同士間が所定のマージン幅でオーバーラップするように設定されると好適である。

ＸＹθテーブル１０２の移動によってＴＤＩセンサ１０５が相対的にＸ方向に連続移動しながら光学画像が取得される。ＴＤＩセンサ１０５では、図３に示されるようなスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。言い換えれば、ＴＤＩセンサ１０５は、ＴＤＩセンサ１０５の積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された基板１０１面上の光学画像を撮像する。実施の形態１では、１つの検査ストライプ２０における光学画像を撮像した後、Ｙ方向に次の検査ストライプ２０の位置まで移動して今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。すなわち、往路と復路で逆方向に向かうフォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。

また、実際の検査にあたって、各検査ストライプ２０のストライプ領域画像は、図３に示すように、例えば、スキャン幅方向（ｙ方向）の光学素子グループ幅のサイズの矩形の複数のフレーム領域３０の画像に分割される。そして、フレーム領域３０の画像毎に検査を行っていく。例えば、５１２×５１２画素のサイズに分割される。図３の例では、７つの光学画素グループの撮像領域によって、検査ストライプ２０がｙ方向に分割された（１）〜（７）の７つのサブストライプ領域の画像を撮像することになる。各光学画素グループが１つのサブストライプ領域の画像を撮像する。そして、各サブストライプ領域の画像が、スキャン方向に複数のフレーム領域３０の画像に分割される。よって、フレーム領域３０の画像と比較される参照画像も同様にフレーム領域３０毎に作成されることになる。

ここで、撮像の方向は、フォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の繰り返しに限るものではない。一方の方向から撮像してもよい。例えば、ＦＷＤ−ＦＷＤの繰り返しでもよい。或いは、ＢＷＤ−ＢＷＤの繰り返しでもよい。

図４は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図４において、実施の形態１における検査方法は、グループ設定工程（Ｓ９０）と、初期校正工程（Ｓ１００）と、スキャン工程（Ｓ１０２）と、フレーム画像作成工程（Ｓ１０４）と、参照画像作成工程（Ｓ１１０）と、ヒストグラム（１）作成工程（Ｓ１２０）と、ヒストグラム（２）作成工程（Ｓ１２２）と、差分ヒストグラム作成工程（Ｓ１２４）と、変動検出工程（Ｓ１３０）と、判定工程（Ｓ１３２）と、再校正工程（Ｓ１３４）と、位置合わせ工程（Ｓ１４０）と、比較工程（Ｓ１４２）と、いう一連の工程を実施する。

グループ設定工程（Ｓ９０）として、制御計算機１１０（グループ設定部）が、ＴＤＩセンサ１０５のフォトダイオードアレイが積分方向と直交する直交方向に分割された複数の光学素子グループを設定する。図２の例では、７つの光学素子グループ１〜７が設定される。

初期校正工程（Ｓ１００）として、マスク検査を行う前に、検査に適切な階調値のＴＤＩセンサイメージが得られるように、レーザ光の光量の調整と、ＴＤＩセンサ１０５のフォトダイオード１１毎のゲイン調整といったキャリブレーション（校正）が行われる。

図５は、実施の形態１における校正前のＴＤＩセンサの階調値分布の一例を示す図である。図５において、縦軸は白パターンを撮像した場合における１画素あたりの階調値を示す。横軸は、スキャン方向と直交する方向のフォトダイオードアレイの位置を示す。ＴＤＩセンサ１０５の各フォトダイオード１１は、個体差による感度のずれの他に、劣化等により、例えば、レーザ光に当たっていない期間が長期間になると、感度が変動してしまう場合がある。そのため、校正前には、図５に示すように、スキャン方向と直交する方向の位置によって、画像として得られる階調値が異なってしまう。そのため、検査前に、レーザ光の光量の調整と、ＴＤＩセンサ１０５のフォトダイオード１１毎のゲイン調整とにより、スキャン方向と直交する方向の感度が一様になるように調整される。図５の例では、例えば２５６階調のダイナミックレンジに対して、白パターン部分を撮像した場合に、階調値が例えば２００階調になるように調整される場合を示している。

ここで、上述したように、ＴＤＩセンサ１０５では、劣化等に起因して、使用しているうちに一部のセンサ画素の感度が上昇してしまうといった問題があった。

図６は、実施の形態１における使用中に感度変動が生じたＴＤＩセンサの階調値分布の一例を示す図である。図６において、縦軸は白パターンを撮像した場合における１画素あたりの階調値を示す。横軸は、スキャン方向と直交する方向のフォトダイオードアレイの位置を示す。図５に示したように、検査前に実施したキャリブレーションによって、白パターン部分を撮像した場合の階調値を一様に調整した後に、ＴＤＩセンサ１０５の使用によって、図６に示すように、劣化している一部の領域のフォトダイオード１１（センサ画素）の感度が変動してしまう。図６の例では、図５に示した校正前に感度が低くなっていた一部のセンサ画素が、使用により感度が上昇し、キャリブレーションによる調整代と相まって、設定値から大きく上昇した場合が示されている。ＴＤＩセンサ１０５の複数のセンサ画素の一部の感度が変化する感度むらが生じると、その感度むらは画像の階調むらに繋がる。そのため、検査感度に影響を及ぼしてしまうといった問題があった。そのため、ＴＤＩセンサ１０５の使用に伴い感度に異常が生じたセンサ画素の領域を早期に把握することが望ましい。そこで、実施の形態１では、通常の検査処理と並行して、光学素子グループ毎の階調値ヒストグラムの変化を検出することで、感度変動が生じた劣化したフォトダイオード１１（センサ画素）を含む光学素子グループを検出する。

スキャン工程（Ｓ１０２）として、光学画像取得機構１５０は、ＴＤＩセンサ１０５をＴＤＩセンサ１０５の積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された基板１０１面上の光学画像を撮像する。言い換えれば、光学画像取得機構１５０は、検査ストライプ２０上をレーザ光（検査光）でスキャンして、検査ストライプ２０毎に、ＴＤＩセンサ１０５によりストライプ領域画像を撮像する。具体的には、以下のように動作する。対象となる検査ストライプ２０が撮像可能な位置にＸＹθテーブル１０２を移動させる。基板１０１に形成されたパターンには、適切な光源１０３から、検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が照明光学系１７０を介して照射される。基板１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、ＴＤＩセンサ１０５（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。

ＴＤＩセンサ１０５上に結像されたパターンの像は、ＴＤＩセンサ１０５の各フォトダイオード１１によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、ＴＤＩセンサ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。測定データ（画素データ）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（光量）を表現している。その後、ストライプ領域画像（ストライプデータ）は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上における基板１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。

図７は、実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す図である。図７において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置７０，７１，７２，７６、フレーム画像作成部７４、位置合わせ部７８、及び比較処理部７９が配置されている。フレーム画像作成部７４、位置合わせ部７８、及び比較処理部７９といった一連の「〜部」は、処理回路を有する。かかる処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。フレーム画像作成部７４、位置合わせ部７８、及び比較処理部７９に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度比較回路１０８内の図示しないメモリ若しくはメモリ１１１に記憶される。

比較回路１０８に入力されたストライプデータ（ストライプ領域画像）は記憶装置７０に格納される。

フレーム画像作成工程（Ｓ１０４）として、フレーム画像作成部７４（サブ光学画像生成部）は、ＴＤＩセンサ１０５の積分方向（スキャン方向）と直交する直交方向（ｙ方向）に複数の光学素子グループの個別光学素子グループの撮像領域幅でかつ積分方向に所定の幅でストライプ領域画像（光学画像）が分割された複数のフレーム画像（サブ光学画像）を生成する。具体的には、図３に示すように、ストライプ領域画像は、光学素子グループ幅のサイズの矩形の複数のフレーム領域３０のフレーム画像に分割される。例えば、５１２×５１２画素のサイズに分割される。図３の例では、７つの光学画素グループの撮像領域によって、検査ストライプ２０がｙ方向に分割された（１）〜（７）の７つのサブストライプ領域の画像が、ｘ方向にそれぞれ分割されることによって、光学画素グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のフレーム画像（サブ光学画像）が作成される。各サブストライプ領域では、スキャン方向に向かって順に撮像されていくので、スキャン開始直後に撮像されたフレーム画像とスキャン終了間近に撮像されたフレーム画像とでは、時間の経過が生じていることになる。かかる処理により、複数のフレーム領域３０に応じた複数のフレーム画像（光学画像）が取得される。複数のフレーム画像は、記憶装置７６に格納されると共にヒストグラム作成回路１４０に送られる。以上により、検査のために比較される画像（測定された画像）データが生成される。よって、フレーム領域３０の画像と比較される参照画像も同様にフレーム領域３０毎に作成されることになる。

参照画像作成工程（Ｓ１１０）として、参照画像作成回路１１２（参照画像作成部）は、複数の図形パターンの基になる設計パターンデータを用いて、複数のフレーム画像に対応する複数の参照画像を作成する。具体的には、以下のように動作する。参照画像作成回路１１２は、対象となる検査ストライプ２０の各フレーム領域３０について記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して描画データ（設計パターンデータ）を読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。

設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。

かかる図形データとなる設計パターンデータが参照画像作成回路に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計パターン画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、フレーム領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データ（設計画像データ）を出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとして作成する。かかるマス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。

次に、参照画像作成回路１１２は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに、フィルタ関数を使ってフィルタ処理を施す。

図８は、実施の形態１におけるフィルタ処理を説明するための図である。基板１０１から撮像される光学画像の画素データは、撮像に使用される光学系の解像特性等によってフィルタが作用した状態、言い換えれば連続変化するアナログ状態にあるため、例えば、図８に示すように、画像強度（濃淡値）がデジタル値の展開画像（設計画像）とは異なっている。そのため、参照画像作成回路１１２は、展開画像に画像加工（フィルタ処理）を施して光学画像に近づけた参照画像を作成する。これにより、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データを測定データ（光学画像）の像生成特性に合わせることができる。作成された各フレーム領域３０の参照画像のデータは比較回路１０８に送られると共にヒストグラム作成回路１４２に送られる。比較回路１０８に入力された参照画像のデータは記憶装置７２に格納される。

ヒストグラム（１）作成工程（Ｓ１２０）として、ヒストグラム作成回路１４０（第１のヒストグラム作成部）は、複数のフレーム画像のフレーム画像毎に、階調値毎の頻度を示すヒストグラム（１）（第１のヒストグラム）を作成する。

図９は、実施の形態１における劣化したセンサ画素を用いて撮像されたフレーム画像（実画）を使ったヒストグラム（１）の一例を示す図である。図９において、縦軸は頻度（度数）を示す。横軸は階調値を示す。ヒストグラム（１）では、対象となるフレーム画像内の例えば５１２×５１２画素の全画素の階調値の頻度を階調値毎に示している。図９の例では、同じサブストライプ領域内の各フレーム領域３０には、同じ図形パターン、例えば、ラインアンドスペースパターンが配置されている場合を示している。もちろん、各フレーム領域３０に異なるパターンが配置されていても構わない。図９の例では、フレーム画像の各画素が例えば０〜２５５の２５６階調で定義される場合を示している。あるサブストライプ領域において、スキャン開始直後に撮像されたフレーム領域３０のフレーム画像では、階調値（階調レベル）が２００付近にピークが存在し、それ以上の階調値では度数が低いままのグラフＡ１が示されている。白パターン（パターン無し領域部分）を撮像した場合に、階調値（階調レベル）が例えば２００になるように校正されているので、通常、階調値２００付近が最大階調になる。次に、スキャン開始から所定の時間が経過した時点で撮像されたフレーム領域３０のフレーム画像では、階調値（階調レベル）が２００付近にピークが存在し、さらに、２００を少し超えた階調値でもピークが維持されたグラフＡ２が示されている。次に、グラフＡ２のフレーム画像が撮像された時刻からさらに時間が経過した時点で撮像されたフレーム領域３０のフレーム画像では、階調値（階調レベル）が２００付近にピークが存在し、その他に、グラフＡ２よりもさらに大きい階調値において第２のピークが生じたグラフＡ３が示されている。次に、グラフＡ３のフレーム画像が撮像された時刻からさらに時間が経過した時点で撮像されたフレーム領域３０のフレーム画像では、階調値（階調レベル）が２００付近にピークが存在し、その他に、グラフＡ３よりもさらに大きい階調値において第２のピークが生じたグラフＡ４が示されている。次に、グラフＡ４のフレーム画像が撮像された時刻からさらに時間が経過した時点で撮像されたフレーム領域３０のフレーム画像では、階調値（階調レベル）が２００付近にピークが存在し、その他に、グラフＡ４よりもさらに大きい階調値において第２のピークが生じたグラフＡ５が示されている。このように、白パターン（パターン無し領域部分）用に調整された階調値２００よりも大きい階調値の範囲で、時間の経過とともに、ピークが高階調側に移動するといった現象が生じる。劣化したセンサ画像を含む光学画素グループが撮像したサブストライプ領域では、時間の経過と共に劣化したセンサ画像の感度が変動により上昇するために、かかる現象が生じることになる。

ヒストグラム（２）作成工程（Ｓ１２２）として、ヒストグラム作成回路１４２（第２のヒストグラム作成部）は、複数の参照画像の参照画像毎に、階調値毎の頻度を示すヒストグラム（２）（第２のヒストグラム）を作成する。

図１０は、実施の形態１における参照画像（参照画）を使ったヒストグラム（２）の一例を示す図である。図１０において、縦軸は頻度（度数）を示す。横軸は階調値を示す。ヒストグラム（２）では、対象となる参照画像内の例えば５１２×５１２画素の全画素の階調値の頻度を階調値毎に示している。参照画像では、センサ画素の劣化は生じないので、図１０の例に示すように、階調値（階調レベル）が２００付近にピークが存在し、それ以上の階調値では度数が低いままのグラフＢが示されている。

差分ヒストグラム作成工程（Ｓ１２４）として、差分ヒストグラム作成回路１４４（差分ヒストグラム作成部）は、フレーム画像毎に、ヒストグラム（１）とヒストグラム（２）との差分ヒストグラムを作成する。例えば、実画となるフレーム画像のヒストグラム（１）から対応する参照画像のヒストグラム（２）を差し引く。差分演算は、階調値毎に、頻度（度数）の差分を演算する。

図１１は、実施の形態１における劣化したセンサ画素を用いて撮像されたフレーム画像（実画）を使ったヒストグラム（１）と参照画像のヒストグラム（２）との差分ヒストグラムの一例を示す図である。図１１において、縦軸は度数を示す。横軸は階調値を示す。
図１２は、実施の形態１における正常のセンサ画素を用いて撮像されたフレーム画像（実画）を使ったヒストグラム（１）と参照画像のヒストグラム（２）との差分ヒストグラムの一例を示す図である。図１２において、縦軸は度数を示す。横軸は階調値を示す。各階調値において差分度数値がゼロになるのが、理想的ではあるが、実際には、階調ずれが生じるので、ゼロではない差分度数値が生じることになる。また、白パターン部分では、実画では階調値にずれが生じる。一方、参照画像ではずれが無い或いはフィルタ処理により小さいずれが生じるだけとなる。その結果、実画となるフレーム画像のヒストグラム（１）から対応する参照画像のヒストグラム（２）を差し引くと図１１、及び図１２に示すように、階調値２００付近で差分度数値が負となる。ここで、正常のセンサ画素を用いて撮像された場合、図１２に示すように、白パターン（パターン無し領域部分）用に調整された階調値２００よりも大きい階調値の範囲での時間の経過に伴うピーク移動は生じない。これに対して、劣化したセンサ画素を用いて撮像された場合、図１１に示すように、白パターン（パターン無し領域部分）用に調整された階調値２００よりも大きい階調値の範囲での時間の経過に伴うピーク部分の移動が生じることになる（Ｃ１〜Ｃ５）。なお、図１１の例では、明確なピーク部分の移動として差分ヒストグラム上に現れているが、これに限るものではない。最大階調値側から数えて所定の度数となる階調値の位置が時間の経過と共に高階調値側に移動する。そこで、実施の形態１では、かかる時間の経過に伴う階調値の移動を検出する。

変動検出工程（Ｓ１３０）として、検出回路１４６（検出部）は、光学素子グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のフレーム画像を基にする複数の差分ヒストグラムを用いて、各差分ヒストグラムにおいて最大階調側から所定の度数に達した階調値の時間の経過に伴う所定の方向への変動を検出する。具体的には、図１１の差分ヒストグラムＣ１〜Ｃ５に示したように、階調値２００よりも大きい階調値の範囲で生じるピーク部分が高階調値側に移動することを検出する。例えば、２５５階調から数えて例えば度数１００に達した位置がピーク部分の最大度数の位置ではなくても良い。２５５階調から数えて例えば度数１００に達した位置が時間の経過と共に高階調値側に変動していれば、同様の結果と言える。所定の度数として、最大階調側から数えてベースとなる階調値を下回らない値を用いると良い。ベースとなる階調値として、例えば、検査前のキャリブレーションで調整した白パターンの階調値が挙げられる。

ここで、サブストライプ領域毎に、１つずつフレーム画像について差分ヒストグラムを作成し、その都度変動検出を行っても良いが、これに限るものではない。例えば、１つおき、２つおき、・・・ｒ個置き（ｒは自然数）に差分ヒストグラムを作成し、その都度変動検出を行うようにしても好適である。また、ｋ番目（ｋは自然数）の検査ストライプ２０の各サブストライプ領域（１）〜（７）について、同じサブストライプ領域内のフレーム画像についての差分ヒストグラムだけで比較しても良いが、これに限るものではない。ｋ番目（ｋは自然数）の検査ストライプ２０と、ｋ＋ｍ番目（ｍは自然数）の検査ストライプ２０との間で、対応するサブストライプ領域内のフレーム画像についての差分ヒストグラム同士についての差分ヒストグラムを用いて変動検出を行っても構わない。ｋ＋ｍ番目の検査ストライプ２０で得られる画像は、ｋ番目の検査ストライプ２０で得られる画像に対して撮像された時刻に時間の経過が生じているので、比較対象と言える。

判定工程（Ｓ１３２）として、判定回路１４８（判定部）は、階調値の変動に基づいて、感度変動が生じた光学素子グループを判定する。

図１３は、実施の形態１における感度変動の判定手法を説明するための図である。図１３において、縦軸は階調値を示し、横軸は時系列に選択されたフレーム画像の番号ｋ１〜ｋ５を示す。正常のセンサ画素を含む光学素子グループで撮像されたフレーム画像では、差分ヒストグラムにおける最大階調側から所定の度数（例えば度数１００）に達した階調値が例えば２０５付近で変化しない。これに対して、劣化したセンサ画素を含む光学素子グループで撮像されたフレーム画像では、差分ヒストグラムにおける最大階調側から所定の度数（例えば度数１００）に達した階調値が例えば２０５付近から２４５付近まで順に変動している。判定回路１４８は、所定の度数（例えば度数１００）に達した階調値の変動の傾きΔＮ／Δｔが閾値Ｔｈ１を超えた光学素子グループを判定する。階調値の変動の傾きΔＮ／Δｔとして、例えば、階調値の変動量ΔＮをフレーム画像の撮像時刻の経過時間Δｔで割った値を用いると好適である。

或いは、判定回路１４８は、所定の度数（例えば度数１００）に達した階調値が閾値Ｔｈ２を超えた光学素子グループを判定するようにしても好適である。

以上のように判定された光学素子グループには、劣化したセンサ画素（フォトダイオード１１）が含まれていることが分かる。判定された結果は、出力される。例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９から出力されればよい。

以上により、ＴＤＩセンサ１０５の使用に伴い感度に異常が生じた光学素子の領域を早期に把握できる。これにより、ＴＤＩセンサ１０５を交換することができる。ＴＤＩセンサ１０５の交換は、後述する比較工程（Ｓ１４２）を終了した後であっても構わない。或いは、検査を中止して、ＴＤＩセンサ１０５を交換しても良い。或いは、判定された結果、劣化した光学素子グループが存在する場合に、再度、ＴＤＩセンサ１０５の感度を校正しても良い。再校正を行う場合について以下に説明する。

再校正工程（Ｓ１３４）として、階調値の変動に基づいてＴＤＩセンサ１０５の感度を校正する。具体的には、ＴＤＩセンサ１０５のフォトダイオードアレイのうち、階調値の変動が生じた光学素子グループについて、フォトダイオード１１毎のゲイン調整を行って、他の正常なフォトダイオード１１と同様なベースとなる階調値が得られるように補正する。再校正は、階調値の変動が生じた光学素子グループを判定により検出した時点でスキャン動作を行っている検査ストライプ２０があれば、当該検査ストライプ２０のスキャンが終了後に行うと良い。言い換えれば、検査ストライプ２０間のステージ移動期間に実施すると好適である。そして、スキャン工程（Ｓ１０２）に戻り、次の検査ストライプ２０のスキャンを実施する。

位置合わせ工程（Ｓ１４０）として、位置合わせ部７８は、比較対象となるフレーム画像３０（光学画像）を記憶装置７６から読み出し、同様に比較対象となる参照画像を記憶装置７２から読み出す。そして、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。

比較工程（Ｓ１４２）として、比較処理部７９（比較部）は、フレーム画像と、当該フレーム画像に対応する参照画像とを比較する。言い換えれば、フレーム領域３０（検査単位領域）毎に、フレーム画像と参照画像を比較する。さらに言い換えれば、比較処理部７９は、複数のフレーム領域３０（小領域）のフレーム領域３０毎に、当該フレーム領域３０のフレーム画像（光学画像）と当該フレーム画像に対応する参照画像とを画素毎に比較して、パターンの欠陥を検査する。具体的には、比較処理部７９は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。判定条件としては、例えば、所定のアルゴリズムに従って画素毎に両者を比較し、欠陥の有無を判定する。例えば、画素毎に参照画像の画素値からフレーム画像の画素値を差し引いた差分値を演算し、差分値が閾値Ｔｈより大きい場合を欠陥と判定する。そして、比較結果が記憶装置７１に出力される。また、比較結果は、例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９から出力されればよい。

なお、上述した再校正工程（Ｓ１３４）を行う場合には、比較処理部７９は、ＴＤＩセンサ１０５の感度が校正されることによって感度が補償されたＴＤＩセンサ１０５によって撮像されたフレーム画像と、当該フレーム画像に対応する参照画像とを比較することになる。

上述した例では、ダイ−データベース検査（Ｄ−ＤＢ検査）を行う場合を説明したが、これに限るものではない。ダイ−ダイ検査（Ｄ−Ｄ検査）を行う場合であっても良い。かかる場合、位置合わせ部７８は、検査対象のフレーム画像（ダイ１）と同じパターンが配置される別のフレーム画像（ダイ２）を記憶装置７６から読み出す。そして、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。そして、比較処理部７９（比較部）は、フレーム画像（ダイ１）とフレーム画像（ダイ２）とを比較する。

以上のように、実施の形態１によれば、ＴＤＩセンサ１０５の使用に伴い感度に異常が生じた光学素子の領域を早期に把握できる。その結果、感度が補償されたＴＤＩセンサ１０５での高精度な検査ができる。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、実施の形態では、照明光学系１７０として、透過光を用いた透過照明光学系を示したが、これに限るものではない。例えば、反射光を用いた反射照明光学系であってもよい。或いは、透過照明光学系と反射照明光学系とを組み合わせて、透過光と反射光を同時に用いてもよい。

また、上述した例では、ベースとなる階調値を２００に調整しているが、これに限るものではない。２００よりも大きくても良い。或いは小さくても良い。また、上述した例では、通常の検査処理と並行して、光学素子グループ毎の階調値ヒストグラムの変化を検出することで、検査結果の精度が許容できない程度までフォトダイオード１１の感度が劣化する前に、劣化したフォトダイオード１１（センサ画素）を含む光学素子グループを検出できる。また、実施の形態１では、サブストライプ領域の画像を分割したフレーム画像を用いて、差分ヒストグラムを作成するため、サブストライプ領域の画像を取得する光学素子グループ単位で劣化したフォトダイオード１１を検出する場合を説明したが、これに限るものではない。上述したサブストライプ領域よりも、さらに小さい或いは大きな領域の画像を取得する光学素子グループ単位で劣化したフォトダイオード１１を検出しても構わない。

また、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たが、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。例えば、検査装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

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ＴＤＩ（時間遅延積分）センサの感度変動の判定方法、パターン検査方法、及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。

１０ 検査領域
１１ フォトダイオード
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム領域
７０，７１，７２，７６ 記憶装置
７４ フレーム画像生成部
７８ 位置合わせ部
７９ 比較処理部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４ 拡大光学系
１０５ ＴＤＩセンサ
１０６ センサ回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 磁気ディスク装置
１１０ 制御計算機
１１１ メモリ
１１２ 参照画像作成回路
１１３ オートローダ制御回路
１１４ テーブル制御回路
１１５ 磁気テープ装置
１１６ ＦＤ
１１７ ＣＲＴ
１１８ パターンモニタ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ ストライプパターンメモリ
１３０ オートローダ
１４０，１４２ ヒストグラム作成回路
１４４ 差分ヒストグラム作成回路
１４６ 検出回路
１４８ 判定回路
１５０ 光学画像取得機構
１６０ 制御系回路
１７０ 照明光学系

Claims (5)

1. 光量を測定する２次元配列された光学素子アレイを有するＴＤＩ（時間遅延積分）センサを用いて、前記ＴＤＩセンサを前記ＴＤＩセンサの積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された試料面上の光学画像を撮像する工程と、
   前記光学素子アレイが前記積分方向と直交する直交方向に分割された複数のグループを設定する工程と、
   前記直交方向に前記複数のグループの個別グループの撮像領域幅でかつ前記積分方向に所定の幅で前記光学画像が分割された複数のサブ光学画像を生成する工程と、
   前記複数のサブ光学画像のサブ光学画像毎に、階調値毎の頻度を示す第１のヒストグラムを作成する工程と、
   前記複数の図形パターンの基になる設計パターンデータを用いて、前記複数のサブ光学画像に対応する複数の参照画像を作成する工程と、
   前記複数の参照画像の参照画像毎に、階調値毎の頻度を示す第２のヒストグラムを作成する工程と、
   前記サブ光学画像毎に、前記第１のヒストグラムと前記第２のヒストグラムとの差分ヒストグラムを作成する工程と、
   グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のサブ光学画像を基にする複数の差分ヒストグラムを用いて、各差分ヒストグラムにおいて最大階調側から所定の度数に達した階調値の時間の経過に伴う所定の方向への変動を検出する工程と、
   前記階調値の変動に基づいて、感度変動が生じたグループを判定し、結果を出力する工程と、
   を備えたことを特徴とするＴＤＩセンサの感度変動の判定方法。
2. 前記所定の度数に達した階調値の変動の傾きが閾値を超えたグループを判定することを特徴とする請求項１記載のＴＤＩセンサの感度変動の判定方法。
3. 前記所定の度数に達した階調値が閾値を超えたグループを判定することを特徴とする請求項１記載のＴＤＩセンサの感度変動の判定方法。
4. 光量を測定する２次元配列された光学素子アレイを有するＴＤＩ（時間遅延積分）センサを用いて、前記ＴＤＩセンサを前記ＴＤＩセンサの積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された試料面上の光学画像を撮像する工程と、
   前記光学素子アレイが前記積分方向と直交する直交方向に分割された複数のグループを設定する工程と、
   前記直交方向に前記複数のグループの個別グループの撮像領域幅でかつ前記積分方向に所定の幅で前記光学画像が分割された複数のサブ光学画像を生成する工程と、
   前記複数のサブ光学画像のサブ光学画像毎に、階調値毎の頻度を示す第１のヒストグラムを作成する工程と、
   前記複数の図形パターンの基になる設計パターンデータを用いて、前記複数のサブ光学画像に対応する複数の参照画像を作成する工程と、
   前記複数の参照画像の参照画像毎に、階調値毎の頻度を示す第２のヒストグラムを作成する工程と、
   前記サブ光学画像毎に、前記第１のヒストグラムと前記第２のヒストグラムとの差分ヒストグラムを作成する工程と、
   グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のサブ光学画像を基にする複数の差分ヒストグラムを用いて、各差分ヒストグラムにおいて最大階調側から所定の度数に達した階調値の時間の経過に伴う所定の方向への変動を検出する工程と、
   前記階調値の変動に基づいて前記ＴＤＩセンサの感度を校正する工程と、
   前記ＴＤＩセンサの感度が校正されることによって感度が補償された前記ＴＤＩセンサによって撮像された前記サブ光学画像と、当該サブ光学画像に対応する参照画像とを比較し、結果を出力する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
5. 光量を測定する２次元配列された光学素子アレイを有するＴＤＩ（時間遅延積分）センサを用いて、前記ＴＤＩセンサを前記ＴＤＩセンサの積分方向に相対的に移動しながら複数の図形パターンが形成された試料面上の光学画像を撮像する光学画像取得機構と、
   前記光学素子アレイが前記積分方向と直交する直交方向に分割された複数のグループを設定するグループ設定部と、
   前記直交方向に前記複数のグループの個別グループの撮像領域幅でかつ前記積分方向に所定の幅で前記光学画像が分割された複数のサブ光学画像に生成するサブ光学画像生成部と、
   前記複数のサブ光学画像のサブ光学画像毎に、階調値毎の頻度を示す第１のヒストグラムを作成する第１のヒストグラム作成部と、
   前記複数の図形パターンの基になる設計パターンデータを用いて、前記複数のサブ光学画像に対応する複数の参照画像を作成する参照画像作成部と、
   前記複数の参照画像の参照画像毎に、階調値毎の頻度を示す第２のヒストグラムを作成する第２のヒストグラム作成部と、
   前記サブ光学画像毎に、前記第１のヒストグラムと前記第２のヒストグラムとの差分ヒストグラムを作成する差分ヒストグラム作成部と、
   グループ毎に、時間の経過と共に撮像された複数のサブ光学画像を基にする複数の差分ヒストグラムを用いて、各差分ヒストグラムにおいて最大階調側から所定の度数に達した階調値の時間の経過に伴う所定の方向への変動を検出する検出部と、
   前記階調値の変動に基づいて、感度変動が生じたグループを判定する判定部と、
   前記サブ光学画像と、当該サブ光学画像に対応する参照画像とを比較する比較部と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査装置。

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