JP2023119903A - 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階調値ドリフトが生じた撮像素子の感度校正が可能な検査方法を提供する。【構成】本発明の一態様のパターン検査方法は、光学画像が分割された複数のフレーム画像のうち予め設定されたサイズの１以上の白ベタ領域を含む複数の第１の特定フレーム画像について第１の特定フレーム画像毎に１以上の白ベタ領域の平均階調値を算出する工程と、複数の第１の特定フレーム画像のうち平均階調値が基準平均階調値から所定の範囲を超えて外れた平均階調値の１以上の白ベタ領域を有する第２の特定フレーム画像を検出する工程と、複数の第１の特定フレーム画像における第２の特定フレーム画像の割合が第１の閾値以上かどうかを判定する工程と、第１の閾値以上と判定された場合に、以降に光学画像を撮像するためのＴＤＩセンサの感度を校正する工程と、感度が校正されたＴＤＩセンサによって撮像された光学画像と、当該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。【選択図】図４

Description

本発明は、パターン検査方法、及びパターン検査装置に関する。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、複数の撮像素子（センサ画素）が２次元配列されたＴＤＩ（時間遅延積分）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（校正）が行われる。ＴＤＩセンサでは、長時間のレーザ光の照射等に起因して、使用しているうちに一部のエリアの撮像素子の感度が上昇し、これに伴いかかるエリアの階調値が上昇してしまう階調値ドリフトが生じる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センサの階調値ドリフトが生じると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階調値ドリフトが生じた撮像素子の感度校正を行うことが望ましい。

ＴＤＩセンサとは異なるが、階調補正部が、カラーＣＣＤカメラから入力される画像データを明暗に対する人の目の感度特性に応じて補正する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０－１００３８６号公報

そこで、本発明の一態様は、ＴＤＩセンサの使用に伴い階調値ドリフトが生じた撮像素子の感度校正が可能な検査方法および検査装置を提供する。

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次元配列された撮像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、
光学画像が分割された複数のフレーム画像のうち予め設定されたサイズの１以上の白ベタ領域を含む複数の第１の特定フレーム画像について第１の特定フレーム画像毎に１以上の白ベタ領域の平均階調値を算出する工程と、
複数の第１の特定フレーム画像のうち平均階調値が基準平均階調値から所定の範囲を超えて外れた平均階調値の１以上の白ベタ領域を有する第２の特定フレーム画像を検出する工程と、
複数の第１の特定フレーム画像における第２の特定フレーム画像の割合が第１の閾値以上かどうかを判定する工程と、
第１の閾値以上と判定された場合に、以降に光学画像を撮像するためのＴＤＩセンサの感度を校正する工程と、
感度が校正されたＴＤＩセンサによって撮像された光学画像と、当該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。

また、複数のフレーム画像内の設定されたサイズの複数の処理領域の処理領域毎に、当該処理領域内の複数の画素の階調値を用いて階調値毎の頻度を示すヒストグラムを作成する工程と、
ヒストグラムにおける予め設定された階調値範囲内に度数が第２の閾値以上となる階調値を有する処理領域を白ベタ領域として抽出する工程と、
をさらに備えると好適である。

また、撮像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をさらに備え、
ＴＤＩセンサの感度は、複数のグループのグループ毎に校正されると好適である。

また、グループ毎に、当該グループに設定された撮像素子群によって撮像された領域の光学画像について、１以上の白ベタ領域の平均階調値が算出され、
グループ毎に、当該グループに設定された撮像素子群によって撮像された領域の光学画像について、複数の第１の特定フレーム画像における第２の特定フレーム画像の割合が第１の閾値以上かどうかが判定されると好適である。

また、複数の処理領域は、フレーム画像内で設定されたサイズの領域をｍ画素（ｍは自然数）ずつ移動させた場合の各位置での設定されたサイズの領域によって構成されると好適である。

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次元配列された撮像素子アレイを有するＴＤＩ（時間遅延積分）センサを有し、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、
光学画像が分割された複数のフレーム画像のうち予め設定されたサイズの１以上の白ベタ領域を含む複数の第１の特定フレーム画像について第１の特定フレーム画像毎に１以上の白ベタ領域の平均階調値を算出する平均階調値算出部と、
複数の第１の特定フレーム画像のうち平均階調値が基準平均階調値から所定の範囲を超えて外れた平均階調値の１以上の白ベタ領域を有する第２の特定フレーム画像を検出する検出部と、
複数の第１の特定フレーム画像における第２の特定フレーム画像の割合が第１の閾値以上かどうかを判定する判定部と、
第１の閾値以上と判定された場合に、以降に光学画像を撮像するためのＴＤＩセンサの感度を校正する校正部と、
感度が校正されたＴＤＩセンサによって撮像された光学画像と、当該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階調値ドリフトが生じた撮像素子の感度校正ができる。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センサの撮像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における階調値ドリフトの一例を示す図である。 実施の形態１における１つの撮像素子グループにより撮像された白パターン部分の階調値ドリフトの一例を示す図である。 実施の形態１における抽出回路の内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１におけるサブストライプ領域内に設定される領域の一例を示す図である。 実施の形態１における撮像されたサブフレームの画像（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における撮像された処理領域の画像（実画）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における校正回路の内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１における平均階調値の推移の一例を示す図である。 実施の形態１における感度校正の実施する間隔の一例を示す図である。

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、抽出回路１４０、ヒストグラム作成回路１４２、校正回路１４４、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、抽出回路１４０、ヒストグラム作成回路１４２、及び校正回路１４４、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、抽出回路１４０、ヒストグラム作成回路１４２、及び校正回路１４４、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、抽出回路１４０、ヒストグラム作成回路１４２、及び校正回路１４４、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軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータは、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センサの撮像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（撮像素子）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（撮像素子）１１（センサ画素）によりフォトダイオードアレイ（撮像素子アレイ）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）に複数の撮像素子グループ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個ずつ複数の撮像素子グループ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つあたりの撮像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つあたりの撮像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）の撮像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２２の画像を撮像することになる。各光学画素グループがそれぞれ１つのサブストライプ領域２２の画像を撮像する。そして、各サブストライプ領域２２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、キャリブレーション工程（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、位置合わせ工程（Ｓ１２０）と、比較工程（Ｓ１２２）と、対象サブフレーム抽出工程（Ｓ１３０）と、処理領域設定工程（Ｓ１３２）と、ヒストグラム作成工程（Ｓ１３４）と、白ベタ領域抽出工程（Ｓ１３６）と、平均階調値算出工程（Ｓ１４０）と、オーバーフレーム画像検出工程（Ｓ１４２）と、判定工程（Ｓ１４４）と、感度校正工程（Ｓ１５０）と、判定工程（Ｓ１５２）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撮像素子グループを設定する。図２の例では、７つの撮像素子グループ１～７が設定される。

キャリブレーション工程（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。ゲイン調整は、センサ回路１０６により実施される。各フォトダイオード１１が白パターンを撮像した際の階調値がＴ_０になるようにゲイン調整される場合を示している。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。ここで、白パターンとは、所謂、白ベタ（領域内に白部以外存在しない）の領域を指す。透過検査において、白パターンはガラス部（光が透過して抜けてくる）の領域で生じる。反射検査において、白パターンはＣｒやＡｒＦなど遮光膜部（光が反射してくる）の領域で生じる。

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を用いて、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。その際、各画素の画素データ（階調値）は、センサ回路１０６によって、設定されているゲイン値によりゲイン調整される。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６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６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）に複数の撮像素子グループの個別撮像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、撮像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２２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２２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抽出回路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７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７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。

位置合わせ工程（Ｓ１２０）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（Ｓ１２２）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、後述する感度校正工程（Ｓ１５０）を行った場合には、それ以降にスキャンされた光学画像については、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。

ここで、上述したように、ＴＤＩセンサ１０５では、長時間のレーザ光の照射等に起因して、使用しているうちに一部のエリアの撮像素子の感度が上昇し、これに伴いかかるエリアの階調値が上昇してしまう階調値ドリフトが生じるといった問題があった。

図８は、実施の形態１における階調値ドリフトの一例を示す図である。図８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（白ベタ領域）を撮像した場合の階調値を一様にＴ_０に調整した後に、ＴＤＩセンサ１０５の使用によって、図８に示すように、時間と共に、各フォトダイオード１１（センサ画素）の感度が変動してしまう。図８の例では、キャリブレーションから５時間後と１１時間後のｙ方向に並ぶ各画素の階調値の一例を示している。図８に示すように、感度の変動量は一様にはならないものの、各画素の階調値が時間の経過と共に上昇していることがわかる。

図９は、実施の形態１における１つの撮像素子グループにより撮像された白パターン部分の階調値ドリフトの一例を示す図である。図９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、時間を示す。図９の例では、ある１つの撮像素子グループにより撮像された白パターン部分の階調値が、時間の経過と共に、ほぼ線形（１次比例）に上昇していることがわかる。ＴＤＩセンサ１０５の７つの撮像素子グループでは、それぞれ時間あたりの上昇量の程度は異なるもののいずれのグループについても同様の傾向を示す。そこで、実施の形態１では、撮像素子グループ毎に、階調値ドリフトを補正するようにゲイン調整を行ってＴＤＩセンサ１０５を校正する。以下、具体的に説明する。

図１０は、実施の形態１における抽出回路の内部構成の一例を示す図である。図１０において、抽出回路１４０内には、磁気ディスク装置等の記憶装置８０，８１，８９、サブフレーム設定部８２、対象サブフレーム抽出部８４、処理領域設定部８６、及び抽出部８８が配置されている。サブフレーム設定部８２、対象サブフレーム抽出部８４、処理領域設定部８６、及び抽出部８８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。サブフレーム設定部８２、対象サブフレーム抽出部８４、処理領域設定部８６、及び抽出部８８に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度抽出回路１４０内の図示しないメモリ若しくはメモリ１１１に記憶される。

対象サブフレーム抽出工程（Ｓ１３０）として、まず、サブフレーム設定部８２は、フレーム画像毎に、複数のサブフレーム３２を設定する。白パターン部分のキャリブレーションの精度が許容される領域サイズとして、例えば、ｍ_３×ｍ_３画素分のサイズが設定される。例えば、２０×２０画素のサイズに設定される。そこで、白パターン部分だけで構成される白ベタ領域（ｍ_３×ｍ_３画素の領域）を探索するために、ｍ_３×ｍ_３画素の白ベタ領域が含まれ得るサイズのサブフレーム３２を設定する。

図１１は、実施の形態１におけるサブストライプ領域内に設定される領域の一例を示す図である。上述したように、検査ストライプ２０内には、撮像素子グループ毎の撮像領域となる複数のサブストライプ領域２２が設定される。各サブストライプ領域２２は、スキャン方向（ｘ方向）にサブストライプ領域２２の短手方向（ｙ方向）の幅（ｍ_４画素分の幅）と同じ幅で複数のフレーム領域３０に分割される。各フレーム領域３０内では、スキャン方向（ｘ方向）に所定の画素数毎にサブフレーム３２が設定される。フレーム領域３０の幅（ｍ_４画素分の幅）よりも小さい幅（ｍ_３画素分の幅）毎にサブフレーム３２が設定される。フレーム領域３０が例えば５１２×５１２画素のサイズである場合、サブフレーム３２は、例えば２０×５１２画素のサイズに設定される。サブフレーム３２のｘ方向幅はこれに限るものではない。２０画素よりも大きくしても構わない。或いは、白パターン部分のキャリブレーションの精度が許容される場合には２０画素よりも小さくしても構わない。

次に、ヒストグラム作成回路１４２は、対象フレーム領域３０の撮像されたフレーム画像３１について、サブフレーム３２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。作成されたヒストグラム（１）のデータは、抽出回路１４０に出力され、抽出回路１４０内の記憶装置８１に格納される。

図１２は、実施の形態１における撮像されたサブフレームの画像（実画）を使ったヒストグラム（１）の一例を示す図である。サブフレーム３２内に白パターン部分だけで構成される白ベタ領域（ｍ_３×ｍ_３画素の領域）が存在するためには、白パターン部分に調整された階調値Ｔ_０付近のＴ_０±ΔＴの範囲内の度数割合がｍ_３／ｍ_４以上（例えば、約４％（０．０４≒２０／５１２）以上）必要となる。ΔＴとして、例えば、５階調程度に設定すると好適である。

そこで、対象サブフレーム抽出部８４は、作成されたヒストグラム（１）を参照して、白パターン部分に調整された階調値Ｔ_０付近のＴ_０±ΔＴの範囲内の度数割合がｍ_３／ｍ_４以上となる対象サブフレームを抽出する。例えば、２００±５階調の範囲の度数割合が約４％以上のサブフレーム３２を抽出する。図１２の例では、Ｔ_０±ΔＴの範囲内の度数割合が４６％なので、抽出対象のサブフレームとなる。かかる対象サブフレーム内には、白ベタ領域が存在する可能性があることになる。

処理領域設定工程（Ｓ１３２）として、処理領域設定部８６は、対象サブフレーム３２内に、複数の処理領域３４を設定する。複数の処理領域３４は、光学画像（ここではフレーム画像）内で設定されたサイズの領域をｍ画素（ｍは自然数）ずつ移動させた場合の各位置での設定されたサイズの領域によって構成される。具体的には、フレーム画像３１内に設定される対象サブフレーム３２内に、白ベタ領域（ｍ_３×ｍ_３画素の領域）を探索するために、ｍ_３×ｍ_３画素の複数の処理領域３４を設定する。例えば、２０×２０画素の複数の処理領域３４を設定する。処理領域３４は、図１１に示すように、対象サブフレーム３２内を対象サブフレーム３２端部から長手方向（ｙ方向）にｍ画素ずつ移動しながら設定される。移動画素数ｍは自然数である。図１１に示すように、ｍ＝ｍ_３であっても良いし、１≦ｍ＜ｍ_３であっても良い。言い換えれば、１≦ｍ≦ｍ_３に設定される。

ヒストグラム作成工程（Ｓ１３４）として、ヒストグラム作成回路１４２は、複数のフレーム画像３１内の設定されたサイズの複数の処理領域３４の処理領域３４毎に、当該処理領域３４内の複数の画素の階調値を用いて階調値毎の頻度を示すヒストグラム（２）を作成する。具体的には、ヒストグラム作成回路１４２は、対象サブフレーム３２内の処理領域３４毎に、階調値毎の頻度を示すヒストグラム（２）を作成する。作成されたヒストグラム（２）のデータは、抽出回路１４０に出力され、抽出回路１４０内の記憶装置８１に格納される。

図１３は、実施の形態１における撮像された処理領域の画像（実画）を使ったヒストグラム（２）の一例を示す図である。図１３の例では、対象サブフレーム３２内の３つの処理領域３４－１．３４－２，３４－３についてのヒストグラム（２）をそれぞれ示している。処理領域３４が白ベタ領域であるためには、白パターン部分に調整された階調値Ｔ_０付近のＴ_０±ΔＴの範囲内に度数が理想的には１００％となる階調値を有することになる。

白ベタ領域抽出工程（Ｓ１３６）として、抽出部８８は、ヒストグラム（２）における予め設定された階調値範囲Ｔ_０±ΔＴ内に度数が閾値（第２の閾値）以上となる階調値を有する処理領域３４を白ベタ領域として抽出する。図１３の例では、処理領域３４－１では、Ｔ_０±ΔＴの範囲内に度数が０％なので、かかる領域は白ベタ領域ではないことがわかる。処理領域３４－２では、Ｔ_０±ΔＴの範囲内に度数が３７％なので、かかる領域は白ベタ領域ではないことがわかる。処理領域３４－３では、Ｔ_０±ΔＴの範囲内に度数が１００％なので、かかる領域は白ベタ領域であることがわかる。階調値Ｔ_０付近のＴ_０±ΔＴの範囲内に度数が理想的には１００％となる階調値を有する。但し、階調誤差を想定して、閾値（第２の閾値）を１００％よりも若干小さい割合（例えば、９５～９９％）に設定すると好適である。もちろん閾値（第２の閾値）を１００％に設定しても構わない。

以降、対象サブフレーム毎に、上述した手法と同様の手法で、白ベタ領域を抽出していく。

以上のようにして、フレーム領域３０を撮像したフレーム画像３１毎に、１以上の白ベタ領域を抽出する。但し、パターンのレイアウトによっては、白ベタ領域が存在しないフレーム画像３１も存在し得る。

図１４は、実施の形態１における校正回路の内部構成の一例を示す図である。図１４において、校正回路１４４内には、磁気ディスク装置等の記憶装置９０、平均階調値算出部９２、検出部９４、割合算出部９５、判定部９６、及び校正部９８が配置されている。平均階調値算出部９２、検出部９４、割合算出部９５、判定部９６、及び校正部９８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。平均階調値算出部９２、検出部９４、割合算出部９５、判定部９６、及び校正部９８に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度校正回路１４４内の図示しないメモリ若しくはメモリ１１１に記憶される。

抽出された白ベタ領域のデータは、校正回路１４４に出力され、記憶装置９０に一時的に格納される。

平均階調値算出工程（Ｓ１４０）として、平均階調値算出部９２は、ストライプ領域画像（光学画像）或いはサブストライプ領域画像が分割された複数のフレーム画像３１のうち予め設定されたサイズの１以上の白ベタ領域を含む複数の特定フレーム画像（第１の特定フレーム画像）について特定フレーム画像（第１の特定フレーム画像）毎に１以上の白ベタ領域の平均階調値Ｂｎを算出する。実施の形態１において、平均階調値算出部９２は、撮像素子グループ毎に、当該グループに設定された撮像素子群によって撮像されたサブストライプ領域２２の画像（光学画像）について、上述した１以上の白ベタ領域の平均階調値Ｂｎを算出する。具体的には、以下のように動作する。図１３の例では、処理領域３４－３が白ベタ領域に相当するので、かかる処理領域３４－３を含むフレーム画像３１は、特定フレーム画像に相当する。閾値（第２の閾値）を１００％に設定する場合、かかる１００％の度数の階調値がかかる白ベタ領域の平均階調値である。よって、フレーム画像３１内の各白ベタ領域の平均階調値を合計して、白ベタ領域の数で割ることで、かかる特定フレーム画像における白ベタ領域の平均階調値Ｂｎを算出できる。

閾値（第２の閾値）を１００％未満に設定する場合には、白ベタ領域毎に平均階調値を算出した後に、同様に、フレーム画像３１内の各白ベタ領域の平均階調値を合計して、白ベタ領域の数で割ることで、かかる特定フレーム画像における白ベタ領域の平均階調値Ｂｎを算出できる。

オーバーフレーム画像検出工程（Ｓ１４２）として、検出部９４は、複数の特定フレーム画像（第１の特定フレーム画像）のうち平均階調値Ｂｎが基準平均階調値Ａから所定の範囲を超えて外れた平均階調値の１以上の白ベタ領域を有する特定フレーム画像（第２の特定フレーム画像）を検出する。実施の形態１において、検出部９４は、撮像素子グループ毎に、当該撮像素子グループに設定された撮像素子群によって撮像されたサブストライプ領域２２の光学画像について、撮像素子グループ毎に、複数の特定フレーム画像（第１の特定フレーム画像）のうち平均階調値Ｂｎが基準平均階調値Ａから所定の範囲を超えて外れた平均階調値の１以上の白ベタ領域を有する特定フレーム画像（第２の特定フレーム画像）を検出する。基準平均階調値Ａは、キャリブレーション後、最初に検出した白ベタ領域の平均階調値を用いると好適である。キャリブレーションを実施してから時間が経過していないので、キャリブレーション時に設定した白パターン部分の階調値を検出できる。或いは、基準平均階調値Ａとして、キャリブレーション時に設定した白パターン部分の階調値に設定しても構わない。例えば、２００階調に設定する。検出部９４は、平均階調値Ｂｎから基準平均階調値Ａを引いた値が閾値より大きい場合、かかる特定フレーム画像をオーバーフレーム画像として検出する。

図１５は、実施の形態１における平均階調値の推移の一例を示す図である。図１５では、あるサブストライプ領域２２について特定フレーム画像の平均階調値Ｂｎを撮像順に並べたグラフの一例である。ｎは特定フレーム画像のフレーム番号を示す。図１５において、縦軸に平均階調値を示す。横軸にフレーム番号を示す。図１５の例では、基準平均階調値を直線で示している。図１５の例では、フレーム番号８，１０，１１の平均階調位置が基準平均階調値Ａよりも大きい値にドリフトしていることがわかる。所定の範囲として、例えば、２階調以下に設定する。例えば、フレーム番号８，１０，１１の平均階調位置が基準平均階調値Ａよりも３階調以上大きい場合、オーバーフレーム画像として検出される。

上述した例では、平均階調値Ｂｎが基準平均階調値Ａよりも上昇した場合を説明したが、これに限るものではない。例えば、平均階調値Ｂｎが基準平均階調値Ａよりも所定の範囲を外れて下降した特定フレーム画像をオーバーフレーム画像として検出するように構成しても構わない。図１５の例では、フレーム番号２，４，７の平均階調位置が基準平均階調値Ａよりも小さい値にドリフトしていることがわかる。或いは、例えば、平均階調値Ｂｎが基準平均階調値Ａよりも所定の範囲を外れて上昇若しくは下降した特定フレーム画像をオーバーフレーム画像として検出するように構成しても構わない。

判定工程（Ｓ１４４）として、まず、割合算出部９５は、複数の特定フレーム画像（第１の特定フレーム画像）における所定の範囲を外れてドリフトした特定フレーム画像（第２の特定フレーム画像）の割合を算出する。図１５の例では、フレーム番号８，１０，１１の３つの特定フレーム画像が、所定の範囲を外れてドリフトした特定フレーム画像である場合、所定の範囲を外れてドリフトした特定フレーム画像の数Ｎは３である。同じサブストライプ領域２２内に１～１１の特定フレーム画像が存在するので、同じサブストライプ領域２２内の特定フレーム画像の数Ｎａｌｌは１１となる。よって、かかるサブストライプ領域２２における割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）は、３／１１（＝０．２７）と算出される。

次に、判定部９６は、複数の特定フレーム画像（第１の特定フレーム画像）における所定の範囲を外れてドリフトした特定フレーム画像（第２の特定フレーム画像）の割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が閾値Ｔｈ（第１の閾値）以上かどうかを判定する。ここでは、撮像素子グループ毎に、当該グループに設定された撮像素子群によって撮像されたサブストライプ領域２２の光学画像について、割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が閾値Ｔｈ以上かどうかが判定される。閾値Ｔｈとして、０．４～０．６、例えば、０．５を用いると好適である。

割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が閾値Ｔｈ以上の場合、感度校正工程（Ｓ１５０）に進む。割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が閾値Ｔｈ以上ではない場合、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と共に、スキャン工程（Ｓ１０２）から判定工程（Ｓ１４４）までの各工程を繰り返す。言い換えれば、撮像素子グループの感度の校正をし直すことなく、検査処理を継続する。

感度校正工程（Ｓ１５０）として、校正部９８は、割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が閾値Ｔｈ以上と判定された場合に、以降に光学画像を撮像するためのＴＤＩセンサ１０５の感度を校正する。ＴＤＩセンサ１０５の感度は、複数の撮像素子グループの撮像素子グループ毎に校正される。具体的には、校正部９８は、校正することを指示するコマンドと共に、所定の範囲を外れてドリフトした特定フレーム画像の平均階調値の合計ΣＢｎを所定の範囲を外れてドリフトした特定フレーム画像の個数Ｎで割った値で、基準平均階調値Ａを割った係数ｋをセンサ回路１０６に送信する。センサ回路１０６は、撮像素子グループ毎に、当該グループに設定されているゲイン値に係数ｋを乗じることで、当該グループに設定された撮像素子群の感度を校正する。

判定工程（Ｓ１５２）として、制御計算機１１０は、全検査ストライプ２０のスキャンが終了したかどうかを判定する。まだ、スキャンしていない検査ストライプ２０が残っている場合には、スキャン工程（Ｓ１０２）に戻り、校正後の感度で次の検査ストライプ２０の光学画像を撮像する。以降、同様に各工程を実施する。

これにより、校正後にスキャンされた検査ストライプ２０の比較工程（Ｓ１２２）では、比較回路１０８が、感度が校正されたＴＤＩセンサ１０５によって撮像された光学画像と、当該光学画像に対応する参照画像とを比較する。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点は上述した通りである。

ここで、上述した例では、サブストライプ領域２２毎に、割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が算出され、割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が、閾値Ｔｈ（第１の閾値）以上かどうかが判定される場合を説明したが、これに限るものではない。例えば、２以上の連続するストライプ領域分をまとめて割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）を算出し、閾値Ｔｈ（第１の閾値）以上かどうかを判定するようにしても構わない。言い換えれば、撮像素子グループ毎に、当該グループに設定された撮像素子群によって撮像された領域（２以上のサブストライプ領域２２）の光学画像について、１以上の白ベタ領域の平均階調値が算出される。そして、撮像素子グループ毎に、当該グループに設定された撮像素子群によって撮像された領域（２以上のサブストライプ領域２２）の光学画像について、複数の特定フレーム画像（第１の特定フレーム画像）における、所定の範囲から外れた特定フレーム画像（第２の特定フレーム画像）の割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が閾値Ｔｈ以上かどうかが判定される。そして、割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が閾値Ｔｈ以上と判定された場合に、以降に光学画像を撮像するためのＴＤＩセンサ１０５の感度を校正する。

図１６は、実施の形態１における感度校正の実施する間隔の一例を示す図である。検査処理を実施する前にキャリブレーションを実施するので、第１番目の検査ストライプ２０では、感度校正は不要になる場合が多いと思われる。同様に、描画領域１０（チップ領域）の前半に位置する検査ストライプ２０では感度校正が必要になるほどに感度ドリフトは進行していないかもしれない。その場合、例えば、描画領域１０の半分近くの領域がスキャンされた後の検査ストライプ２０において割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が、閾値Ｔｈ（第１の閾値）以上となり、感度校正が実施される。校正後、しばらく感度校正は不要になるかもしれない。その場合、例えば、描画領域１０の終盤近くの検査ストライプ２０がスキャンされた後に、割合（Ｎ／Ｎａｌｌ）が、閾値Ｔｈ（第１の閾値）以上となり、再度、感度校正が実施される。かかる校正の間隔或いは頻度は、チップ領域のサイズ、マスクの種類、或いは／及び検査装置１００のプロセス条件によって変化する。

以上のように、実施の形態１によれば、ＴＤＩセンサ１０５の使用に伴い階調値ドリフトが生じた撮像素子の感度校正ができる。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、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
２２ サブストライプ領域
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
８０，８９ 記憶装置
８２ サブフレーム設定部
８４ 対象サブフレーム抽出部
８６ 処理領域設定部
８８ 抽出部
９０ 記憶装置
９２ 平均階調値算出部
９４ 検出部
９５ 割合算出部
９６ 判定部
９８ 校正部
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 抽出回路
１４２ ヒストグラム作成回路
１４４ 校正回路
１５０ 光学画像取得機構
１６０ 制御系回路
１７０ 照明光学系

Claims (6)

1. 光量を測定する２次元配列された撮像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、
   前記光学画像が分割された複数のフレーム画像のうち予め設定されたサイズの１以上の白ベタ領域を含む複数の第１の特定フレーム画像について第１の特定フレーム画像毎に前記１以上の白ベタ領域の平均階調値を算出する工程と、
   前記複数の第１の特定フレーム画像のうち前記平均階調値が基準平均階調値から所定の範囲を超えて外れた平均階調値の１以上の白ベタ領域を有する第２の特定フレーム画像を検出する工程と、
   前記複数の第１の特定フレーム画像における前記第２の特定フレーム画像の割合が第１の閾値以上かどうかを判定する工程と、
   前記第１の閾値以上と判定された場合に、以降に光学画像を撮像するための前記ＴＤＩセンサの感度を校正する工程と、
   前記感度が校正された前記ＴＤＩセンサによって撮像された光学画像と、当該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。
2. 前記複数のフレーム画像内の前記設定されたサイズの複数の処理領域の処理領域毎に、当該処理領域内の複数の画素の階調値を用いて階調値毎の頻度を示すヒストグラムを作成する工程と、
   前記ヒストグラムにおける予め設定された階調値範囲内に度数が第２の閾値以上となる階調値を有する処理領域を前記白ベタ領域として抽出する工程と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のパターン検査方法。
3. 前記撮像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をさらに備え、
   前記ＴＤＩセンサの感度は、前記複数のグループのグループ毎に校正されることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン検査方法。
4. 前記グループ毎に、当該グループに設定された撮像素子群によって撮像された領域の光学画像について、前記１以上の白ベタ領域の平均階調値が算出され、
   前記グループ毎に、当該グループに設定された撮像素子群によって撮像された領域の光学画像について、前記複数の第１の特定フレーム画像における前記第２の特定フレーム画像の割合が第１の閾値以上かどうかが判定されることを特徴とする請求項３記載のパターン検査方法。
5. 前記複数の処理領域は、前記光学画像内で前記設定されたサイズの領域をｍ画素（ｍは自然数）ずつ移動させた場合の各位置での前記設定されたサイズの領域によって構成されることを特徴とする請求項２記載のパターン検査方法。
6. 光量を測定する２次元配列された撮像素子アレイを有するＴＤＩ（時間遅延積分）センサを有し、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、
   前記光学画像が分割された複数のフレーム画像のうち予め設定されたサイズの１以上の白ベタ領域を含む複数の第１の特定フレーム画像について第１の特定フレーム画像毎に前記１以上の白ベタ領域の平均階調値を算出する平均階調値算出部と、
   前記複数の第１の特定フレーム画像のうち前記平均階調値が基準平均階調値から所定の範囲を超えて外れた平均階調値の１以上の白ベタ領域を有する第２の特定フレーム画像を検出する検出部と、
   前記複数の第１の特定フレーム画像における前記第２の特定フレーム画像の割合が第１の閾値以上かどうかを判定する判定部と、
   前記第１の閾値以上と判定された場合に、以降に光学画像を撮像するための前記ＴＤＩセンサの感度を校正する校正部と、
   前記感度が校正された前記ＴＤＩセンサによって撮像された光学画像と、当該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。

Images