JP6533062B2 - パターン検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、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（設計パターンデータ）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、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

試料から撮像された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、画像強度（濃淡値）がデジタル値の設計画像とは異なっている。そのため、設計画像にフィルタ処理を施して、測定データに近づけた上で比較処理を実施することが行われる。昨今のパターンの微細化に伴う検査精度の向上が求められる中、検査精度の向上を図るためには、かかるフィルタ処理の精度を向上させることが有効である。

ここで、描画パターンを複数のランクに分類して比較検査するという技術が文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような厳しい検査レベルでの検査が求められるパターンについては、上述したフィルタ処理の精度を向上させないと、将来的に検査精度の限界を迎えることにつながる。

特開２００４−１９１９５７号公報

そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、フィルタ処理の精度を向上させることが可能な検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様のパターン検査方法は、
パターン形成された被検査試料の光学画像を取得する工程と、
被検査試料のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像を作成する工程と、
被検査試料の検査領域内の一部を示す領域が定義された領域情報に基づいて、設計画像をフィルタ処理するためのフィルタ関数の係数を演算により求める工程と、
係数を用いて、設計画像をフィルタ処理して参照画像を作成する工程と、
画素毎に光学画像と参照画像とを比較する工程と、
を備え、
前記設計画像には複数の図形パターンが含まれ、
前記領域情報に基づいて、前記設計画像に含まれる前記複数の図形パターンのうち、一部の図形パターンを前記係数の演算に用いることを特徴とする。

また、領域情報に定義される領域には、検査レベルが定義され、
当該領域に位置する画素について、当該領域に定義される検査レベルに基づいて光学画像と参照画像とを比較すると好適である。

また、領域情報には、異なる複数の検査レベルの１つが定義された複数の領域が定義され、
設計画像には複数の図形パターンが含まれ、
設計画像に含まれる複数の図形パターンのうち、複数の検査レベルのうちの最も厳しいレベル以外の領域に含まれる図形パターンを無視した残りの図形パターンを用いて係数が演算されると好適である。

或いは、領域情報には、異なる複数の検査レベルの１つが定義された複数の領域が定義され、
設計画像には複数の図形パターンが含まれ、
設計画像に含まれる複数の図形パターンのうち、複数の検査レベルのうちの最も緩いレベルの領域に含まれる図形パターンを無視した残りの図形パターンを用いて係数が演算されると好適である。

また、設計パターンデータに基づいて、検査領域内の画像作成領域が互いに異なる複数の設計画像が作成され、
係数は、複数の設計画像のうちの１つを用いて演算され、
複数の設計画像は、演算された同じ係数を用いてそれぞれフィルタ処理されると好適である。

本発明によれば、フィルタ処理の精度を向上させることができる。よって、検査精度を向上させることができる。

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における比較回路の内部構成の一例を示す構成図である。 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におけるパターン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におけるフィルタ関数の係数を演算する手法の一例を説明するための図である。 実施の形態１における代表フレーム画像内に図形パターンと領域データに定義された各領域と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．
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、試料、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、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。

光学画像取得部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、及びフォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、及びレーザ測長システム１２２を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、試料１０１が配置されている。試料１０１として、例えば、ウェハ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によって構成されたパターンが形成されている。試料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、コンピュータとなる制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照回路１１２、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、係数演算回路１４０、磁気ディスク装置１０９、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。

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、フォトダイオードアレイ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上に配置された試料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。

被検査試料１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータ（描画データ）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。また、被検査試料１０１の検査領域の一部を示す複数の領域についての領域データ（領域情報）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。領域データに定義された複数の領域には、それぞれ異なる複数の検査レベルの１つが定義される。各領域は、各検査レベルが必要な図形パターンを取り囲むように設定される。領域データは、設計パターンデータと同一フォーマットで作成される。

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における比較回路の内部構成の一例を示す構成図である。図２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５０，５２，５４，５６、フレーム分割部６０、位置合わせ部６２、比較処理部６４、及びメモリ６６が配置されている。フレーム分割部６０、位置合わせ部６２、及び比較処理部６４といった機能は、プログラムといったソフトウェアで構成されても良い。或いは、電子回路等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、これらの組み合わせであってもよい。フレーム分割部６０、位置合わせ部６２、及び比較処理部６４といった機能のいずれかでもソフトウェアで構成される場合には、ソフトウェアで構成される機能に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度、メモリ６６に記憶される。

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。試料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）に向かって当該ストライプ領域内に配置される図形パターンの画像を撮像する。ＸＹθテーブル１０２の移動によってフォトダイオードアレイ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。フォトダイオードアレイ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、センサの一例となるフォトダイオードアレイ１０５は、ＸＹθテーブル１０２（ステージ）と相対移動しながら、検査光を用いて試料１０１に形成されたパターン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。

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。

ここで、試料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、画像強度（濃淡値）がデジタル値の後述する設計画像とは異なっている。そのため、設計画像にフィルタ処理を施して、測定データに近づけた上で比較処理を実施する。実施の形態１では、試料１０１の検査処理の実施に先だって、まずかかるフィルタ処理を行うためのフィルタ関数の係数を演算する。

図４は、実施の形態１におけるパターン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におけるパターン検査方法は、代表フレーム選択工程（Ｓ１０２）と、ストライプ画像取得工程（Ｓ１０４）と、代表フレーム画像分割工程（Ｓ１０６）と、代表設計画像作成工程（Ｓ１１４）と、代表領域画像作成工程（Ｓ１１６）と、フィルタ係数演算工程（Ｓ１３０）と、ストライプ画像取得工程（Ｓ２０２）と、フレーム画像分割工程（Ｓ２０４）と、設計画像作成工程（Ｓ２１２）と、参照画像作成工程（Ｓ２１４）と、領域画像作成工程（Ｓ２２２）と、比較工程（Ｓ２３０）と、いう一連の工程を実施する。

代表フレーム選択工程（Ｓ１０２）として、試料１０１の検査に当って、フィルタ関数の係数を求めるために使用する代表フレームを選択する。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、スキャン幅で長手方向に向かって複数のフレーム画像３０に分割され、フレーム画像３０毎に検査を行っていく。言い換えれば、試料１０１の検査領域１０は、フレーム画像３０のサイズの複数のフレーム領域に仮想分割され、フレーム領域毎に検査を行っていく。ここでは、試料１０１の検査領域１０の中から、フィルタ関数の係数を演算するために使用するフレーム領域（代表フレーム３２）を選択する。選択するフレーム領域（代表フレーム３２）の位置は、ユーザによって予め任意に設定しておけば良い。そして、選択したフレーム領域の位置を制御計算機１１０に設定しておけばよい。或いは、所定の選択条件を設定しておき、制御計算機１１０がフレーム領域の位置を選択しても良い。

ストライプ画像取得工程（Ｓ１０４）として、光学画像取得部１５０は、試料１０１となるフォトマスクの代表フレーム３２を含む検査ストライプ２０の光学画像を取得する。具体的には、以下のように動作する。

まず、代表フレーム３２を含む検査ストライプ２０が撮像可能な位置にＸＹθテーブル１０２を移動させる。試料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。試料１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。フォトダイオードアレイ１０５として、例えば、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサ等を用いると好適である。

フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子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、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が１００％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。その後、ストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。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。比較回路１０８内に出力されたストライプ領域画像は、記憶装置５２に格納される。

代表フレーム画像分割工程（Ｓ１０６）として、フレーム分割部６０は、代表フレーム３２を含む検査ストライプ２０のストライプ領域画像（光学画像）の中から代表フレーム３２のフレーム画像３０（代表フレーム画像）を切り出すように、ｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）でストライプ領域画像を分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。分割された代表フレーム画像のデータは係数演算回路１４０に出力される。

代表設計画像作成工程（Ｓ１１４）として、展開回路１１１（設計画像作成部の一例）は、被検査試料１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像（代表設計画像）を作成する。具体的には、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計データを読み出し、読み出された設計データに定義された代表フレーム３２の領域の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換（画像展開）して設計画像（代表設計画像）を作成する。

ここで、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）、及び辺の長さ、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（ベクトルデータ）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の情報が展開回路１１１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画像データを展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査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、画素毎に８ビットの占有率データの設計画像を作成する。設計画像のデータは係数演算回路１４０に出力される。

代表領域画像作成工程（Ｓ１１６）として、展開回路１１１（領域画像作成部の一例）は、被検査試料１０１の領域データに基づいて画像展開して領域画像（代表領域画像）を作成する。具体的には、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して、被検査試料１０１の検査領域１０の一部となる代表フレーム３２の領域データ（領域情報）を読み出し、読み出された領域データ内の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換（画像展開）して領域画像（代表領域画像）を作成する。

ここで、領域データに定義される各領域は、設計パターンデータと同様、図形によって定義される。領域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）、及び辺の長さ、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（ベクトルデータ）が格納されている。

かかる図形データとなる領域パターンの情報が展開回路１１１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値ないしは多値の領域画像データを展開し、出力する。言い換えれば、領域データを読み込み、検査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領域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、画素毎に８ビットの占有率データの領域画像を作成する。領域画像のデータは係数演算回路１４０に出力される。

ここで、実施の形態１では、領域データのフォーマットを設計パターンデータに合わせることで設計画像と領域画像を同じ展開回路１１１を使って画像展開できるようにした例を示したがこれに限るものではない。別々に展開回路を用意してもよい。

フィルタ係数演算工程（Ｓ１３０）として、係数演算回路１４０は、被検査試料１０１の検査領域１０内の一部を示す領域が定義された領域データ（領域情報）に基づいて、設計画像をフィルタ処理するためのフィルタ関数の係数を演算する。ここでは、代表フレーム３２の領域データを画像展開した代表領域画像を用いて、フィルタ関数の係数を演算する。

図５は、実施の形態１におけるフィルタ関数の係数を演算する手法の一例を説明するための図である。例えば、図５（ａ）に示すように、フレーム領域の画素数よりも少ないｋ×ｋ個の要素で構成される未知の係数行列ａ（ｉ，ｊ）（係数の一例）を求める。例えば、５１２×５１２画素で構成されるフレーム領域の画像に対して、１５×１５の係数行列ａ（ｉ，ｊ）を求める。代表設計画像の注目画素ｄ（ｉ，ｉ）を中心にして、ｋ×ｋ画素の画素と係数行列ａ（ｉ，ｊ）との積の和を画素数Ｎ（＝ｋ×ｋ）で割った値が注目画素ｄ（ｉ，ｉ）に対応する代表フレーム画像の注目画素ｒ（ｉ，ｉ）により近づく係数行列ａ（ｉ，ｊ）を求める。かかる関係式（１）を以下に示す。

図５（ｂ）に示すように、注目画素を代表フレーム３２内で移動させながら、その都度、関係式（１）を演算する。そして、代表フレーム３２内のすべての画素についてそれぞれ得られた、未知の係数行列ａ（ｉ，ｊ）を用いて定義された関係式（１）を最も満足させる係数行列ａ（ｉ，ｊ）を求める。係数行列ａ（ｉ，ｊ）の要素数ｋ×ｋは、適宜設定すればよい。少ないと精度が劣化し、多すぎると演算時間が長くなる。また、注目画素が代表フレーム３２内を移動する際、端部に近いと端部側の周囲の画素が必要分存在しない場合もあるが、かかる場合には値が得られる周囲画素及び画素数Ｎで演算すればよい。

図６は、実施の形態１における代表フレーム画像内に図形パターンと領域データに定義された各領域との一例を示す図である。図６の例では、代表フレーム３２に位置するフレーム画像３０内の領域Ａには、最も高い検査レベルでの検査が必要な例えばラインアンドスペースパターンが配置される。また、領域Ｂには次に高い検査レベルでの検査が必要な例えばコンタクトパターンアレイが配置される。また、領域Ｃには最も低い検査レベルでの検査で十分な例えば、所謂べたパターンが配置される。フィルタ関数の係数は、かかる代表フレーム画像と代表設計画像との間で、例えば、対応する画素同士の階調値ができるだけ一致するように求められる。しかしながら、画像内に配置される図形数が多くなればなるほどすべてを一致させるのは難しい。よって、一致させる図形数を減らすことができれば、その分、一致度は向上する。そこで、低い検査レベルでの検査で十分な図形パターンについては無視して、高い検査レベルが求められる図形に絞り込めれば、その分、一致度を向上させることができる。

そこで、実施の形態１では、代表設計画像に含まれる複数の図形パターンのうち、複数の検査レベルのうちの最も厳しいレベル以外の領域Ｂ，Ｃに含まれる図形パターンを無視した残りの領域Ａの図形パターンを用いて未知の係数行列ａ（ｉ，ｊ）（係数の一例）を演算する。これにより、最も厳しいレベルの領域Ａの図形パターンについてフィルタ処理の精度を向上させることができる。

或いは、代表設計画像に含まれる複数の図形パターンのうち、複数の検査レベルのうちの最も緩いレベルの領域Ｃに含まれる図形パターンを無視した残りの領域Ａ，Ｂの図形パターンを用いて未知の係数行列ａ（ｉ，ｊ）（係数の一例）を演算してもよい。これにより、少なくとも従来よりもフィルタ処理の精度を向上させることができる。

以上のようにして得られた係数行列ａ（ｉ，ｊ）（係数の一例）は参照回路１１２に出力され、フィルタ関数の係数として設定される。そして、試料１０１全体の検査処理を開始する。

ストライプ画像取得工程（Ｓ２０２）（スキャン工程、或いは光学画像取得工程ともいう。）として、光学画像取得部１５０は、試料１０１となるフォトマスクの光学画像を取得する。ストライプ画像の取得方法は、上述した内容と同様である。但し、ここでは、図３に示すように順にストライプ画像を取得していく。そして、検査ストライプ２０毎にストライプパターンメモリ１２３に画素データが格納される。その後、ストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。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。比較回路１０８内に出力されたストライプ領域画像は、記憶装置５０に格納される。

フレーム画像分割工程（Ｓ２０４）として、比較回路１０８内では、フレーム分割部６０が、検査ストライプ２０毎にｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）で、ストライプ領域画像（光学画像）を複数のフレーム画像（光学画像）に分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。言い換えれば、検査ストライプ２０毎のストライプ領域画像をそれぞれ検査ストライプ２０の幅と同様の幅、例えば、スキャン幅Ｗで複数のフレーム画像（光学画像）に分割する。かかる処理により、複数のフレーム領域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５６に格納される。以上により、検査のために比較される一方の画像（測定された画像）データが生成される。

設計画像作成工程（Ｓ２１２）として、展開回路１１１（設計画像作成部）は、被検査試料１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像を作成する。具体的には、展開回路１１１は、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計データを読み出し、読み出された設計データに定義された各フレーム領域の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。そして、画素毎に８ビットの占有率データの設計画像を作成する。設計画像のデータ（イメージデータ）は参照回路１１２に出力される。

参照画像作成工程（Ｓ２１４）として、参照回路１１２は、得られた係数行列ａ（ｉ，ｊ）（係数の一例）を用いて、設計画像をフィルタ処理して参照画像を作成する。

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。センサ回路１０６から得られた光学画像としての測定データは、拡大光学系１０４の解像特性やフォトダイオードアレイ１０５のアパーチャ効果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、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基準設計画像データにもフィルタ処理を施すことにより、測定データに合わせることができる。このようにしてフレーム画像（光学画像）と比較する参照画像を作成する。作成された参照画像は比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された参照画像は、記憶装置５０に格納される。以上により、検査のために比較される他方の画像（参照画像）データが生成される。

なお、代表フレームの代表設計画像を用いて演算された係数行列ａ（ｉ，ｊ）（係数の一例）は、検査領域１０内のフレーム領域（画像作成領域）が互いに異なるすべての設計画像（複数の設計画像）のフィルタ処理に用いられる。言い換えれば、設計パターンデータに基づいて作成された、検査領域内の画像作成領域が互いに異なる複数の設計画像１つを用いて係数行列ａ（ｉ，ｊ）（係数の一例）が演算される。そして、複数の設計画像は、演算された同じ係数を用いてそれぞれフィルタ処理される。

領域画像作成工程（Ｓ２２２）として、展開回路１１１（領域画像作成部）は、領域データに基づいて画像展開して領域画像を作成する。具体的には、展開回路１１１は、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して領域データを読み出し、読み出された領域データに定義された各フレーム領域の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。そして、画素毎に８ビットの占有率データの領域画像を作成する。領域画像のデータ（イメージデータ）は比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された領域画像は、記憶装置５４に格納される。

比較工程（Ｓ２３０）として、比較回路１０８は、画素毎にフレーム画像（光学画像）と参照画像とを比較する。具体的には、まず、位置合わせ部６２は、比較対象となるフレーム画像（光学画像）を記憶装置５６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５０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６４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。その際、比較処理部６４は、比較対象のフレーム領域の領域画像を記憶装置５４から読み出し、比較する画素毎に、画素が位置する領域画像に定義される検査レベルに基づいてフレーム画像（光学画像）と参照画像とを比較する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、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、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

以上のように、実施の形態１では、フィルタ処理の精度を向上させることができる。よって、高精度なパターン欠陥検査ができる。その結果、検査精度を向上させることができる。特に、実施の形態１では、高精度な検査が必要な領域の図形パターンのフィルタ処理の精度を向上させた上に、さらに、検査レベルも高いレベルで比較するので、さらに、高精度なパターン欠陥検査ができる。

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、領域データとして、検査レベルが異なる複数の領域が定義された場合を示したがこれに限るものではない。例えば、高い検査レベル或いは低い検査レベルの領域だけ定義してよい。すなわち、領域データ（領域情報）には、被検査試料の検査領域内の一部を示す、一種類の検査レベルが定義された領域が定義されても良い。高い検査レベルが定義された領域であれば、かかる領域から外れる図形パターンは無視してフィルタ関数の係数を演算すればよい。逆に、低い検査レベルが定義された領域であれば、かかる領域の図形パターンは無視して残りの図形パターンを用いてフィルタ関数の係数を演算すればよい。また、上述したフィルタ関数及びフィルタ関数の係数は一例であって、これに限るものではない。その他のフィルタ関数及びフィルタ関数の係数を用いる場合であっても良い。

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パターン検査装置、及びパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ 検査領域
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム画像
３２ 代表フレーム
５０，５２，５４，５６ 記憶装置
６０ フレーム分割部
６２ 位置合わせ部
６４ 比較処理部
７６ メモリ
１００ 検査装置
１０１ 試料
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４ 拡大光学系
１０５ フォトダイオードアレイ
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 展開回路
１１２ 参照回路
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
１４０ 係数演算回路
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御系回路
１７０ 照明光学系

Claims (3)

1. パターン形成された被検査試料の光学画像を取得する工程と、
   前記被検査試料のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像を作成する工程と、
   前記被検査試料の検査領域内の一部を示す領域が定義された領域情報に基づいて、前記設計画像をフィルタ処理するためのフィルタ関数の係数を演算により求める工程と、
   前記係数を用いて、前記設計画像をフィルタ処理して参照画像を作成する工程と、
   画素毎に前記光学画像と前記参照画像とを比較する工程と、
   を備え、
   前記設計画像には複数の図形パターンが含まれ、
   前記領域情報に基づいて、前記設計画像に含まれる前記複数の図形パターンのうち、一部の図形パターンを前記係数の演算に用い、
   前記領域情報には、異なる複数の検査レベルの１つが定義された複数の領域が定義され、
   前記設計画像に含まれる前記複数の図形パターンのうち、前記複数の検査レベルのうちの最も厳しいレベル以外の領域に含まれる図形パターンを無視した残りの図形パターンを前記一部の図形パターンとして用いて前記係数が演算されることを特徴とするパターン検査方法。
2. パターン形成された被検査試料の光学画像を取得する工程と、
   前記被検査試料のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像を作成する工程と、
   前記被検査試料の検査領域内の一部を示す領域が定義された領域情報に基づいて、前記設計画像をフィルタ処理するためのフィルタ関数の係数を演算により求める工程と、
   前記係数を用いて、前記設計画像をフィルタ処理して参照画像を作成する工程と、
   画素毎に前記光学画像と前記参照画像とを比較する工程と、
   を備え、
   前記設計画像には複数の図形パターンが含まれ、
   前記領域情報に基づいて、前記設計画像に含まれる前記複数の図形パターンのうち、一部の図形パターンを前記係数の演算に用い、
   前記領域情報には、異なる複数の検査レベルの１つが定義された複数の領域が定義され、
   前記設計画像に含まれる前記複数の図形パターンのうち、前記複数の検査レベルのうちの最も緩いレベルの領域に含まれる図形パターンを無視した残りの図形パターンを前記一部の図形パターンとして用いて前記係数が演算されることを特徴とするパターン検査方法。
3. 前記設計パターンデータに基づいて、前記検査領域内の画像作成領域が互いに異なる複数の設計画像が作成され、
   前記係数は、前記複数の設計画像のうちの１つを用いて演算され、
   前記複数の設計画像は、演算された同じ前記係数を用いてそれぞれフィルタ処理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。

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