JP7051729B2 - 試料検査装置及び試料検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料上に形成されたパターンを検査するための検査装置及び検査方法に関する。

半導体素子の製造では、回路パターンが形成されたマスクと称される原画パターンを用いて、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がなされる。

大容量メモリや高性能マイクロプロセッサに代表されるような大規模集積回路（ＬＳＩ）のパターンのサイズは、一桁ナノメータ（ｎｍ）のオーダーになりつつある。このようなＬＳＩの製造における歩留まりの低下の大きな原因の一つとして、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欠陥があげられる。

このため、半導体素子の製造に用いられるマスクに形成されたパターンの欠陥を高精度に検査する検査装置が半導体素子の製造に使用される。マスク上のパターンの欠陥検査は、例えば、マスクを光などで照明し、マスクから反射した光またはマスクを透過した光からパターンの画像を取得し、取得されたパターン画像をパターンの設計データから生成された参照画像と比較することによって行われる。あるいは、取得されたパターンは、ウェハ上に形成される半導体素子（ダイ）毎に繰り返すので、欠陥検査は、ダイ毎の取得画像同士を比較することによっても行うことができる。したがって、参照画像には、設計パターンから生成されたパターンの画像だけでなく、あるダイについて取得されたパターンの画像も含まれる。このような欠陥検査は、マスクの面積に対し、短時間で、効率的に行われる必要がある。尚、このような検査装置は、マスク上のパターンの検査だけでなく、半導体ウェハ上に形成されたパターンや、液晶表示装置などに使用される基板上のパターンなど、他の検査対象試料のパターンの検査にも適用できる。

このような検査装置は、試料の全域にわたってパターンの画像を取得するために、検査対象の試料を載置し、水平面内で移動可能なテーブルを備える。

取得されたパターンの画像と参照画像とを比較するためには、両画像の位置を合わせる必要がある。試料がテーブルに正確に載置され、テーブルが正確に移動すれば、テーブルの位置に基づいて取得されたパターンの試料内の位置が決定できるので、対応する参照画像との位置合わせを行うことができる。しかし、検査装置内で生じる熱や空気流の変化や、テーブルが設けられたチャンバが試料をテーブルに載置するために開閉されることによる温度変化などにより、空気の揺らぎが生じて照明光の光路が変化したり、テーブルやテーブルに載置された試料が歪んだりする。例えば、チャンバ内には一定の空気の流れがあるが、試料を照明する照明光学系が試料にあたる風の流れを遮る場合がある。検査に伴って試料と照明光学系との相対位置関係が変化するので、試料の風が当たらない場所も変化する。従って、試料の温度分布も変化して、テーブルや試料に、伸縮やひずみが生じる。これらの影響により、テーブルの位置に基づいて決定されたパターン画像の位置が、実際のパターン位置からずれることが起こり得る。したがって、決定された位置に基づくだけでは、取得されたパターンと、比較される参照画像のパターンとの間で位置ずれが生じる。これは、検査画像位置のドリフトと呼ばれる。検査画像位置のドリフトは、急峻におこるものではなく、むしろ、ゆっくりとした変化である。

検査画像位置のドリフトは、例えば、取得された画像におけるパターンと参照画像のパターンとのマッチングによって、参照画像のパターンの位置を用いて補正できる。

このような補正の一例として、例えば、特許文献１や特許文献２には、取得されたマスクパターンの画像を複数のフレーム（あるいは、エリア）に分割し、各フレームについて、取得されたパターンと参照画像のパターンとをマッチングし、両画像の位置合わせを行うことが開示される。このマッチングでは、画像位置のドリフト量が大きくなると、マッチングのための計算量が増加し、計算時間が大きくなる。そこで、近くのフレームについてのマッチングにおいて得られたドリフト量だけずらして、後のパターン画像からのエリアの切り出しを行うこと（特許文献１）、または、取得された光学画像と参照画像との相対位置関係を、前に行われたマッチングの結果として求められたドリフト量だけ予めずらしてマッチングすること（特許文献２）が行われる。

しかしながら、検査画像位置のドリフトは、徐々に増加していく可能性がある。このようなドリフトの影響を上述の画像マッチングにおける補正で解消しようとすると、徐々に補正値が大きくなるおそれがある。

各フレームについて光学画像と参照画像との相対位置関係の調整によって上述のドリフトの影響を軽減する場合、各フレームのマッチングにかかる処理の負荷や時間は軽減されるかもしれない。しかし、各フレームの光学画像が切り出されるもとの光学画像のドリフト量が大きくなった場合、全フレームにわたるマッチングに要する負荷や時間が必ずしも軽減されるとは限らない。

さらに、前述したように、試料のパターンは非常に微細なパターンである。例えば、同じ方向に伸びるラインが繰り返すライン・アンド・スペースの例で考えると、ラインピッチ量は非常に小さい。このライン・アンド・スペースパターンの光学画像と参照画像とのマッチングをとる場合、両者のずれ量がラインピッチ以上であると、光学画像のラインが、参照画像において本来対応するはずであったラインから１ピッチずれた隣のラインとの間で位置合わせされてしまう可能性もある。

特開２００６－２６７２５０号公報 特開２０１０－２８６５００号公報

本発明は、検査対象の試料の光学画像を取得する位置を適切なオフセット値を用いて調整し、ドリフトの影響を軽減した光学画像を取得することにより、試料の光学画像と参照画像とのマッチングをより精度よく、迅速に行うことのできる検査装置および検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態による検査装置は、試料を所定の方向に沿って短冊状に複数のストライプに仮想分割し、ストライプ毎に光学画像を取得する光学画像取得部と、取得された光学画像に対応する参照画像を生成する参照画像生成部と、取得された光学画像とそれに対応する参照画像との比較を行う比較部と、取得された光学画像とそれに対応する参照画像とのずれ量をそれらのマッチングにより決定するとともに、決定されたずれ量の信頼性を示す評価値を生成するずれ量決定部と、評価値に基づいてずれ量を用いるか否かを判定し、用いると判定された場合、ずれ量に基づいてストライプの光学画像の取得位置を調整するためのオフセット値を算出するオフセット値算出部とを備える。光学画像取得部は、オフセット値が算出されていない場合、取得位置の調整をせずに未取得の光学画像を取得し、オフセット値が算出された場合、当該オフセット値に基づいて未取得の光学画像を取得するよう構成されている。

本発明の検査装置および検査方法は、試料の検査において、試料の光学画像と参照画像とのマッチングをより精度よく、迅速に行うことができる。

図１は、一実施形態に係る検査装置の概略の構成を示す。 図２は、一実施形態の検査装置におけるマスクの光学画像の取得手順を模式的に示す。 図３は、一実施形態の検査装置における光学画像取得位置の補正処理の全体像を概略的に示す図である。 図４は、一実施形態の検査装置においてマスクの光学画像を取得する手順を示すフローチャートである。 図５は、一実施形態の検査装置において、取得された光学画像を検査する手順を示すフローチャートである。 図６は、ストライプとフレームとについて説明するための模式図である。 図７Ａは、マスクに形成されたパターンと階調値との関係について説明するための模式図である。 図７Ｂは、マスクに形成されたパターンと階調値との関係について説明するための模式図である。 図７Ｃは、マスクに形成されたパターンと階調値との関係について説明するための模式図である。 図８は、一実施形態の検査装置において、取得された光学画像から補正値を算出する手順を示すフローチャートである。 図９は、一実施形態の検査装置において、マスクの光学画像の取得開始座標を補正するオフセット値を決定する手順を示すフローチャートである。

本実施形態は、半導体素子の製造に用いられるマスク、半導体素子が形成されるウェハ、液晶表装置用の液晶基板などの試料上に形成されたパターンを検査するための検査装置に関する。

本実施形態の検査装置として、マスクのパターンを検査する装置を例にあげて説明する。図１は、本実施形態に係る検査装置１０の概略の構成を示す。検査装置１０は、光学画像取得装置１０１と制御装置１０２とを備える。光学画像取得装置１０１は、検査対象の試料であるマスク２００の光学画像を取得する。制御装置１０２は、光学画像取得装置１０１の動作を制御したり、光学画像取得装置１０１で取得された光学画像を用いて検査に関する各種処理を行ったりする。

〈光学画像取得装置〉
光学画像取得装置１０１は、マスク２００が載置されるテーブル１１１と、テーブル１１１を移動させるための移動機構１１２とを備える。移動機構１１２は、Ｘ軸モータ１１３と、Ｙ軸モータ１１４と、θ軸モータ１１５とを備える。Ｘ軸モータ１１３は、テーブル１１１を、水平面上のＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸モータ１１４は、テーブル１１１を、Ｘ軸と直行する水平面上のＹ軸方向に移動させる。θ軸モータ１１５は、テーブル１１１を、水平面上でθ軸周りに回転させる。これらモータには、例えばステッピングモータが用いられてもよい。移動機構１１２によって、テーブル１１１は、Ｘ軸と平行に、及びＹ軸と平行に移動し、また、θ軸周りに回転する。移動機構１１２は、さらに図示しないＺ軸モータを備えてもよい。Ｚ軸モータによれば、テーブル１１１を、Ｘ軸及びＹ軸と垂直なＺ軸方向に移動させることができる。

テーブル１１１上に載置されたマスク２００の光学画像を取得するために、光学画像取得装置１０１は、高倍率の検査光学系を有する画像取得ユニット１３０を備える。画像取得ユニット１３０は、光源１３１と、照明光学系１３２と、結像光学系１３３と、フォトダイオードアレイ１３４と、センサ回路１３５とを備える。

光源１３１は、例えば、テーブル１１１の上方に配置されている。光源１３１から放射された照明光は、照明光学系１３２を介して、テーブル１１１上のマスク２００の所定位置に照射される。結像光学系１３３、フォトダイオードアレイ１３４及びセンサ回路１３５は、例えばマスク２００の下方に配置されている。マスク２００を透過した光は、結像光学系１３３を介して、フォトダイオードアレイ１３４に結像する。

フォトダイオードアレイ１３４には、複数のセンサが配置されている。このセンサとして、例えばタイムディレイインテグレーション（ＴＤＩ）センサが用いられる。フォトダイオードアレイ１３４上に結像したマスク２００のパターン像は、フォトダイオードアレイ１３４によって光電変換される。フォトダイオードアレイ１３４によって生成された電気信号は、センサ回路１３５によってアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換される。センサ回路１３５によって変換されたデジタル信号は、制御装置１０２へ伝達される。

テーブル１１１が連続的に移動しながら、ＴＤＩセンサによってマスク２００のパターンが撮像される。このようにして、検査装置１０は、マスク２００の広い範囲の光学画像を取得することができる。この光学画像のデータは、例えば、８ビットの符号なしデータであって、各画素の明るさを階調で表現する。

尚、上述の光学画像取得装置１０１は、マスク２００を透過した光からパターンの画像を取得する構成を有するが、マスク２００で反射した光をフォトダイオードアレイに導いてパターンの画像を取得する構成を有していてもよい。また、光学画像取得装置１０１は、マスクからの透過光と反射光とによる各パターンの画像を同時に取得する構成を有してもよい。

光学画像取得装置１０１は、例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向に、レーザ測長システム１２１を備える。レーザ測長システム１２１は、移動機構１１２によって移動させられるテーブル１１１の位置を測定する。レーザ測長システム１２１は、測定したテーブル１１１の位置を、制御装置１０２へ送信する。

光学画像取得装置１０１は、オートローダ１２６を備える。オートローダ１２６には、検査対象の複数のマスク２００がセットされる。オートローダ１２６は、検査対象のマスク２００を１枚ずつテーブル１１１に搬送する。オートローダ１２６は、撮像が終了したマスク２００を搬出し、次のマスク２００を搬入する。

〈制御装置〉
制御装置１０２は、バスライン１６９を介して互いに接続された中央処理装置（ＣＰＵ）１６１と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１６２と、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１６３と、外部ストレージ１６４と、表示装置１６５と、入力装置１６６と、通信装置１６７とを備えるコンピュータである。

ＣＰＵ１６１は、光学画像取得装置１０１の各部の動作を制御するプロセッサであり、１つまたは複数のマイクロプロセッサで構成される。ＣＰＵ１６１の一部または全部の機能が、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルアレイ（ＦＰＧＡ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）などの他の集積回路によって担われてもよい。ＲＡＭ１６２は、例えばＣＰＵ１６１の主記憶装置として機能する。ＲＯＭ１６３は、例えば、起動プログラム、オペレーティングシステム、検査のための制御装置１０２内部の回路や光学画像取得装置１０１の各部の制御を行うためのプログラム、などを記録する。外部ストレージ１６４には、例えば、磁気ディスク記憶装置（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの各種記憶装置が用いられる。外部ストレージ１６４には、本実施形態に係る検査処理のためにＲＡＭ１６２にロードされ、ＣＰＵ１６１により実行される各種プログラム、パラメータなどが記録されている。また、外部ストレージ１６４には、光学画像取得装置１０１で取得されたデータ、制御装置１０２で処理された検査結果に関するデータなども記録される。表示装置１６５は、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、または有機ＥＬディスプレイなどの表示装置である。制御装置１０２には、スピーカなどの音声出力装置が設けられてもよい。入力装置１６６は、キーボード、マウス、タッチパネル、ボタンスイッチなどの入力装置である。通信装置１６７は、外部装置との間でデータの送受信を行うために、ネットワークに接続するための装置である。通信には、各種の通信規格が用いられ得る。

制御装置１０２は、本実施形態に係る検査処理を行うために外部ストレージ１６４に格納され、ＣＰＵ１６１によって実行されるプログラムとして、オートローダ制御部１７１と、テーブル制御部１７２と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１７３と、前処理部１７４と、ずれ量算出部１７５と、ＣＤＭＡＰ作成部１７６と、比較部１７７と、補正値算出部１７８とを備える。

オートローダ制御部１７１は、ＣＰＵ１６１の制御下で、オートローダ１２６の動作を制御する。オートローダ制御部１７１は、オートローダ１２６を操作して、検査対象のマスク２００をテーブル１１１に搬送させる。また、オートローダ制御部１７１は、オートローダ１２６を操作して、テーブル１１１からマスク２００を搬出させる。

テーブル制御部１７２は、ＣＰＵ１６１の制御下で、移動機構１１２の動作を制御して、テーブル１１１を所定の位置に移動する制御を行う。ここで、テーブル制御部１７２は、Ｉ／Ｆ部１７３を介してレーザ測長システム１２１によるＸ軸・Ｙ軸方向の位置測定結果を取得する。テーブル制御部１７２は、取得した測定結果に基づいて、照明光学系１３２で照明することによって光学画像が取得されるマスクの位置を算出する。また、テーブル制御部１７２は、算出結果を用いて、マスク２００における次の光学画像取得位置までの移動制御値を算出し、テーブル１１１を移動させる。

Ｉ／Ｆ部１７３は、光学画像取得装置１０１と制御装置１０２との間のデータの入出力処理を行う。Ｉ／Ｆ部１７３を介して、例えば、センサ回路１３５によって取得されたマスク２００の、上述のレーザ測長システム１２１による測定結果などが制御装置１０２に入力される。マスク２００の光学画像は、その光学画像が取得されたときのテーブル１１１の位置、すなわち、マスク２００における検査位置と関連付けられて、外部ストレージ１６４に記憶される。

前処理部１７４は、例えば、外部ストレージ１６４に記録されたマスク２００のパターン設計データ（マスク設計データ）を、画像データに展開する。その際、前処理部１７４は、外部ストレージ１６４に記録されたマスク設計データに基づく参照画像に対して、光学画像と比較できるように、フィルタの適用などの各種の処理を行う。このようにして、マスク設計データに基づいて、光学画像と比較可能な参照画像のデータが生成される。尚、本実施形態では、マスク設計データに基づいて参照画像を生成するが、前述のように、取得されたマスクの光学画像に基づいて参照画像を生成してもよい。さらに、後述するように、前処理部１７４は、取得されたマスク２００の光学画像と参照画像とから複数のフレームに分割された画像を切り出す処理も行う。

ずれ量算出部１７５は、前処理部１７４で準備された各エリアについて取得された光学画像のパターンと対応する参照画像のパターンとのずれ量の、例えば、二乗誤差合計（ＳＳＤ）値を、ずれ量の評価指標（または、類似度の評価指標）として算出する。ずれ量の評価指標には、ＳＳＤ値に限らず、例えば、誤差絶対値合計（ＳＡＤ）値、正規化された相互相関（ＮＣＣ）値など、他の値が用いられてもよい。ずれ量算出部１７５は、例えば、あるフレームの光学画像を所定の間隔（例えば、画素より小さい間隔）で少しずつずらしながら（例えば、Ｙ軸方向に）、そのフレームに対応する参照画像に対してパターンマッチングを行う。そして、ずれ量算出部１７５は、ずれ量の評価指標（例えば、ＳＳＤ値）が最小となったところで（例えば、Ｙ軸方向の）位置合わせが達成されたと決定する。従って、ずれ量算出部１７５は、両画像のパターンが一致するまでに光学画像がずらされた距離（ずらした間隔の回数に対応）を、（例えば、Ｙ方向の）ずれ量と決定する。Ｘ軸方向についても同様である。本実施形態では、取得された光学画像のフレーム毎のずれ量を得ることができる。

ＣＤＭＡＰ作成部１７６は、光学画像に基づいて、マスク２００に描画されたパターンの寸法（Critical Dimension；ＣＤ）値を算出する。例えば、マスク２００に描画されているのがラインパターンであれば、ＣＤＭＡＰ作成部１７６は、マスク２００の光学画像における各画素の輝度に基づいてラインのエッジを検出し、それらエッジ間の距離を線幅として算出する。そして、ＣＤＭＡＰ作成部１７６は、検査対象であるマスク２００の光学画像について算出されたパターンのＣＤ値と基準となる参照画像について算出された対応するパターンのＣＤ値との差（寸法差＝ΔＣＤ）を算出する。ＣＤＭＡＰ作成部１７６は、算出したΔＣＤ値に基づいて、例えば、マスク２００の面内の各位置におけるΔＣＤ値をマップ化することによって、ΔＣＤマップ、または、ＣＤＭＡＰを作成する。作成されたＣＤＭＡＰは、外部ストレージ１６４などに記録される。

比較部１７７は、位置合わせされたマスク２００の光学画像と参照画像とを画素毎に比較する。比較部１７７は、この比較結果に基づいて、マスク２００のパターンの欠陥の有無を判定する。比較結果、欠陥の有無の判定結果などは、例えば外部ストレージ１６４に保存される。

補正値算出部１７８は、後述するように、マスクの撮像中に生じるドリフトなどによって生じるＮ番目のストライプのずれ量の推定値である補正値を算出する。補正値算出部１７８は、補正値の算出において、ずれ量算出部１７５で算出されるずれ量と、ＣＤＭＡＰ作成部１７６におけるＣＤＭＡＰ作成過程で得られる信頼度情報とを用いる。ここで信頼度情報は、ずれ量算出部１７５により算出された各フレームのずれ量が、当該フレームの真の位置ずれとしてどれだけ信頼できるかを示す値である。

オートローダ制御部１７１、テーブル制御部１７２、Ｉ／Ｆ部１７３、前処理部１７４、ずれ量算出部１７５、ＣＤＭＡＰ作成部１７６、比較部１７７、補正値算出部１７８は、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、または、ＧＰＵなどの集積回路が実行するプログラムによって構成されても、それらの集積回路が備えるハードウェアまたはファームウェアによって構成されても、それらの集積回路によって制御される個別の回路によって構成されてもよい。

［画像取得時のテーブルの移動、ストライプ及びオフセット値について］
図２は、テーブル１１１の移動によるマスク２００の光学画像の取得手順を示す。上述のとおり、マスク２００の光学画像は、テーブル１１１を移動させながら取得される。図２に示すように、センサ回路１３５によって一度に撮像できる範囲の幅は、スキャン幅Ｗである。テーブル１１１をＸ軸方向に移動させながらマスク２００の一端から他端まで撮影を行うと、Ｘ軸方向に伸びたスキャン幅Ｗの短冊状（ストライプ）の画像が得られる。例えば、図２に示す１番目のストライプ２１１の画像が得られる。続いて、テーブル１１１は、スキャン幅Ｗよりもやや短い距離だけＹ軸方向に移動する。そして、テーブル１１１は、Ｘ軸方向の逆方向に移動され、マスク２００の光学画像が、ストライプ２１１とは逆の方向に、スキャン幅Ｗのストライプ２１２の光学画像として取得される。１番目のストライプ２１１と２番目のストライプ２１２とは、わずかな重なりを有している。このようにＸ方向を往復しながらＹ軸方向に幅Ｗのステップでマスク２００を移動して、マスク２００上のパターンの撮影を繰り返すことで、３番目のストライプ２１３、４番目のストライプ…の順に、短冊状に、マスク２００の全面の光学画像が得られる。このように、検査されるマスク２００といった試料は、例えばＸ軸の方向に沿って短冊状に複数のストライプに仮想的に分割される。このストライプ毎に光学画像が取得される。

前述のように、テーブル１１１や検査されるマスク２００を収容するチャンバ内の微小な温度むらなどの種々の要因によって、取得されたマスク２００の光学画像の位置が目標とされたマスク２００の位置から徐々にドリフトすることがある。このようなドリフトの影響を上述の各フレームの光学画像と参照画像のマッチングによる補正で解消しようとすると、徐々に補正値が大きくなるおそれがある。そこで、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについて、以前に取得されたストライプの光学画像のずれ量として推定された補正値を用いて、光学画像の取得を開始するマスク２００の位置をオフセットするようにテーブル１１１を移動する。これにより、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについて、ドリフト量の少ない光学画像を取得することができる。

一方で、マスク２００のパターンの光学画像と参照画像のパターンとのマッチングはＳＳＤ値などのずれ量の評価指標（または、類似度の評価指標）を最小にすることによって行われるが、パターンの形状やパターンの密度に応じて、真に位置しているか否かの信頼度が変わる。従って、信頼度が低い一致状態から決定された補正値が真のずれを反映していない場合、Ｎ番目のストライプ２１Ｎのオフセット値を、信頼度の低い、以前のストライプの補正値に基づいて算出すると、光学画像の位置の誤差を却って大きくするおそれがある。そこで本実施形態の検査装置１０は、画像マッチングで得られたずれ量の信頼度が高い場合は、そのずれ量を補正値の算出のために採用する。しかし、画像マッチングで得られたずれ量の信頼度が低い場合は、そのずれ量を補正値の算出には使用しない。結果、以前のフレームの信頼度の高い補正値からＮ番目のストライプ２１Ｎのオフセット値が算出されるので、各ストライプについて、より確からしくドリフトの影響が補正された光学画像を取得することができる。

以下に、本実施形態の検査装置１０において上述の機能を達成するための具体的な処理を説明する。

［検査装置の動作の全体像］
検査装置１０の動作について説明する。図３は、検査装置１０における光学画像取得位置の補正処理の全体像を概略的に示す図である。図３に示すように、検査装置１０の制御装置１０２は、マスクの光学画像の取得ステージＳ１０１と、取得された光学画像の検査ステージＳ１０２と、光学画像取得位置の補正値の算出ステージＳ１０３を含むパイプライン処理によって、Ｎ番目のストライプについて取得された光学画像から、画像取得位置の補正値を決定する。取得された光学画像取得位置の補正値は、後続のストライプについての光学画像の取得位置に反映される。ここで、取得ステージＳ１０１は、テーブル１１１を動かすことによりテーブル１１１上に載置されたマスク２００を移動させながら撮像を行うことで、ストライプ毎にマスク２００の光学画像を取得する処理である。取得データ検査ステージＳ１０２は、取得ステージで得られた光学画像を検査し、ずれ量の算出、ＣＤＭＡＰの作成、比較処理によるマスク２００の欠陥の有無の判定などを行う処理である。画像取得位置補正値算出ステージＳ１０３は、取得データ分析処理で得られた情報を用いて、テーブル１１１の移動制御のための画像取得位置補正値を算出する処理である。図３に示すように、例えば、第１のストライプ２１１のパイプライン処理が開始され、光学画像取得ステージＳ１０１においてストライプ２１１に対応する領域のマスク２００の光学画像の取得が終了し、第１のストライプの光学画像が外部ストレージ１６４に格納されると、次の第２ストライプ２１２に対応する領域のマスク２００の光学画像の取得が開始される。即ち、第２ストライプ２１２の光学画像の取得は、第１のストライプ２１１の光学画像から光学画像取得位置の補正値が決定される前に開始される。従って、マスク２００の全領域にわたる光学画像の取得が迅速に行われる。また、図３は、ステージＳ１０３において、第１のストライプ２１１について取得されたマスク２００の光学画像から光学画像の取得位置の補正値が算出された後、（ｎ＋１）番目のストライプのために、マスク２００の画像データの取得が開始されることを示す。尚、実際の処理では、各処理ステージＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３はいくつかのサブステージを含む。

〈光学画像取得ステージ〉
ステージＳ１０１の光学画像取得の具体的な手順を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。図４は、Ｎ番目のストライプのためのマスク２００の光学画像の取得手順を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１において、制御装置１０２は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎに対応するマスク２００の領域の光学画像取得を開始する。

ステップＳ２０２において、制御装置１０２は、ストライプ２１Ｎの光学画像を取得するための取得開始座標（Ｘ_Ｎ０，Ｙ_Ｎ０）を設定する。

次に、ステップＳ２０２において、ストライプ２１Ｎについて、光学画像の取得を開始する位置に対するオフセット値ＯＦＦＳＥＴ（α，β）があるか否かを判断する。前述したように、オフセット値とは、これから光学画像を取得しようとするストライプ（例えば、Ｎ番目のストライプ２１Ｎ）について、ドリフトを考慮して光学画像の取得開始位置を調節するために用いられる値である。オフセット値ＯＦＦＳＥＴ（α，β）の算出については、図９を参照して以降に詳述する。オフセット値がない場合には、処理はステップＳ２０５に進む。一方、オフセット値ＯＦＦＳＥＴ（α，β）がある場合には、ステップＳ２０４において、ストライプ２１Ｎの光学画像取得開始座標（Ｘ_Ｎ０，Ｙ_Ｎ０）がオフセット値ＯＦＦＳＥＴ（α，β）で補正される（Ｘ_Ｎ０＝Ｘ_Ｎ０＋α、Ｙ_Ｎ０＝Ｙ_Ｎ０＋β）。そして、処理がＳ２０５に進み、補正された開始座標からストライプ２１Ｎの光学画像取得が開始される。

ステップＳ２０５において、光学画像取得開始座標（Ｘ_Ｎ０，Ｙ_Ｎ０）に基づいてテーブル１１１を移動し、マスク２００の対応する領域が照明光学系１３２によって照明される。そして、センサ回路１３５によって、マスク２００の照明された場所の光学画像が取得される。取得された光学画像は、制御装置１０２に送られる。

ステップＳ２０６において、制御装置１０２は、センサ回路１３５により取得された光学画像を、例えば外部ストレージ１６４に保存する。

ステップＳ２０７において、制御装置１０２は、ストライプ２１Ｎについての光学画像の取得が終了したか否かを判定する。マスク２００のＸ軸方向の端まで光学画像の取得撮像が終わっていない場合、ステップＳ２０８において、制御装置１０２は、マスク２００の光学画像が取得される位置をＸ軸方向に移動するために、テーブル制御部１７２を介してテーブル１１１を移動する。そして処理は、光学画像取得ステップＳ２０５に戻る。一方、ストライプ２１Ｎの光学画像の取得が終了した場合、ストライプ２１Ｎのための処理は、光学画像検査ステージＳ１０２に進む。このように、検査装置１０は、試料の光学画像を取得する光学画像取得部としての機能を有する。

尚、光学画像検査ステージＳ１０２に進む時点で、ストライプ２１Ｎの全域についてのマスク２００の光学画像が外部ストレージ１６４に記憶されている。尚、奇数番目のストライプと偶数番目のストライプとでは、Ｘ軸の正方向とＸ軸の負方向との間で、マスク２００の移動方向が逆になる。

〈光学画像検査ステージ〉
図５は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについて取得された光学画像検査ステージＳ１０２の具体的な処理手順を示す。

ステップＳ３０１において、制御装置１０２は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎに対応するマスク２００の領域について取得された光学画像の検査を開始する。前述のように、Ｎ番目のストライプ２１Ｎのための光学画像取得ステージの終了時点で、外部ストレージ１６４は、当該ストライプ２１Ｎの光学画像のデータを保持する。

ステップＳ３０２において、制御装置１０２は、外部ストレージ１６４に保存されたストライプ２１Ｎの光学画像を読み出す。

ステップＳ３０３において、制御装置１０２は、前処理部１７４を介して、ストレージ１６４に保存されたマスク２００の設計データにおけるＮ番目のストライプ２１Ｎに対応する部分の設計データに基づいて、参照画像を生成する。フォトダイオードアレイ１３４で得られる光学画像は、光学系の解像特性やフォトダイオードアレイのアパーチャ効果などによってフィルタが作用した状態で取得される。このため、前処理部１７４は、光学画像と参照画像とを合わせるために、参照画像のパターンデータにも同様のフィルタ処理を施す。尚、Ｎ番目のストライプ２１Ｎに対応する参照画像は、マスク２００の全域の参照画像が予め設計データに基づいて作成され、全域の参照画像からＮ番目のストライプ２１Ｎに対応する参照画像が切り出されることによって作成されてもよい。また、前述のように、マスク２００について取得された光学画像における繰り返し画像同士を比較することによって欠陥検査がされる場合（ダイトゥダイまたはセルトゥセル比較検査）には、参照画像は、マスク２００について既に取得済のダイまたはセルの光学画像であってもよい。

ステップＳ３０４において、前処理部１７４は、取得された光学画像と参照画像との一致を検査するために、Ｎ番目のストライプ２１Ｎに対応する光学画像と参照画像のそれぞれを複数のフレーム２２０に分割する。図６は、ストライプ２１Ｎに対応する光学画像と参照画像の各々を複数のフレームに分割する例を示す。図６に示す例では、ストライプ２１Ｎの画像データは、Ｙ軸方向に７つのフレーム２２ａｘ－２２ｇｘ（ｘは１以上の整数）に分割される。また、ストライプ２１Ｎの画像データは、Ｘ軸方向に数百乃至数千のフレームに分割される。即ち、Ｘ軸に沿って、例えば、フレーム２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３、２２ａ４、…が並ぶ。前処理部１７４は、各フレームに対応する光学画像と参照画像を切り出す。

ステップＳ３０５において、ずれ量算出部１７５は、ステップＳ３０４で切り出した各フレームについて、光学画像と参照画像とを重ね合わせたときの差分（例えば、Ｘ軸方向の差分とＹ軸方向の差分）を計算し、ずれ量の評価指標であるＳＳＤ値を算出する。ずれ量算出部１７５は、光学画像と参照画像との位置関係を所定幅ずつ（例えば、Ｘ軸方向に所定幅ずつ、Ｙ軸方向に所定幅ずつ）シフトしながら重ね合わせを行い、ＳＳＤ値の算出を繰り返す。そして、ＳＳＤ値が最小となったところで光学画像と参照画像とが一致したとみなし、それまでにシフトした量（Ｘ軸方向のシフト量、Ｙ軸方向のシフト量）を、光学画像の各フレームのずれ量と決定する。

Ｎ番目のストライプ２１Ｎの光学画像における各フレームのずれ量を決定するのに際し、Ｎ－２番目のストライプの光学画像について決定されたストライプのずれ量（例えば、Ｎ－２番目のストライプの光学画像の全フレームのずれ量の平均）を参照し、Ｎ番目のストライプ２１Ｎの各フレームの光学画像をあらかじめ当該ずれ量だけシフトして、上述の画像マッチング処理を開始してもよい。こうすれば、光学画像と参照画像とが一致するまでに両者の相対位置をシフトする回数が減るので、各フレームについてのずれ量の算出が短縮できる。Ｎ－１番目ではなくＮ－２番目のストライプのずれ量を用いるのは、奇数ストライプと偶数ストライプについて、マスク２００のＸ軸方向の走査の向き（テーブル１１１の移動の向き）が逆になり、ずれの傾向が異なるからである。Ｘ軸方向の同じ向きに走査されるストライプのずれ量を用いた方が、光学画像と参照画像との位置関係をより正確に調整できる。ずれ量算出部１７５は、ストライプ２１Ｎの光学画像の各フレームについて算出されたずれ量を外部ストレージ１６４に記憶する。

ステップＳ３０６において、制御装置１０２は、ＣＤＭＡＰ作成部１７６を介し、Ｎ番目のストライプ２１Ｎの光学画像の各フレームについて、ＣＤ値を算出する。

ＣＤ値の算出の概要について、Ｙ軸方向に伸びたライン・アンド・スペースパターンを例に挙げ、図７Ａ乃至図７Ｃを参照して説明する。図７Ａは、あるフレーム２２０のライン・アンド・スペースパターンの光学画像を模式的に示す。図７Ａでは、フレーム２２０が、Ｙ軸方向に４本のライン（第１のライン２３１、第２のライン２３２、第３のライン２３３、第４のライン２３４）を含む場合を示す。第１のライン２３１と第２のライン２３２との間には第１のスペース２３６があり、第２のライン２３２と第３のライン２３３との間には第２のスペース２３７があり、第３のライン２３３と第４のライン２３４との間には第３のスペース２３８がある。

図７Ｂは、図７ＡにおけるＸ軸方向の破線２４１に沿った、Ｘ軸方向の位置と各画素の階調値との関係を概略的に示す。図１に示したようにマスク２００を透過した光をフォトダイオードアレイ１３４で検出する検査装置１０では、ラインに相当するところで高い階調値（白レベル）を示し、スペースに相当するところで低い階調値（黒レベル）を示す。図７Ａに示すように、４つのラインが存在するので、階調値が高い山の部分が４つできる。尚、マスク２００を反射した光をフォトダイオードアレイ１３４で検出する検査装置１０では、階調値の関係は逆になる。

図７Ｃは、図７Ａに示すＹ軸方向の破線２４２に沿った第２のスペース２３７の位置において、Ｙ軸方向の位置と階調値との関係を概略的に示す。破線２４２に沿ってラインパターンが存在しないので、Ｙ軸方向の位置に関わらず低い階調値（黒レベル）を示す。

ＣＤ値の算出は、例えば次のように行われる。図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、ラインパターンのエッジを検出するために、階調値について任意の閾値が設定される。この閾値よりも高い階調を示す領域が、ラインパターンの部分とされる。そして、階調値が閾値を横切る位置が、ラインパターンのエッジと決定される。決定されたエッジ間の長さ（ラインパターンの幅）がそのラインパターンのＣＤ値として算出される。

制御装置１０２は、ＣＤＭＡＰ作成部１７６を介して、光学画像のラインパターンについて算出されたＣＤ値と、参照画像の対応するラインパターンのＣＤ値との差分であるΔＣＤ値を生成し、そのラインパターンの位置とΔＣＤ値とに基づいて、ＣＤＭＡＰを作成する。ＣＤＭＡＰ作成部１７６は、生成されたＣＤＭＡＰを記憶する。

ステップＳ３０７において、制御装置１０２は、比較部１７７を介し、各フレーム２２０について、ステップＳ３０５で位置合わせが行われた光学画像と参照画像のデータとの比較を行う。比較部１７７は、各フレームの光学画像と参照画像とを比較して、差異が所定の閾値を超えたとき、その部分が、マスク２００に形成されたパターンにおいて欠陥がある部分であると決定する。閾値を決めるにあたり、例えば、ステップＳ３０６で生成されたＣＤＭＡＰが参照される。比較部１７７は、欠陥有無の判定結果を外部ストレージ１６４に記憶する。

ステップＳ３０８において、制御装置１０２は、Ｎ番目のストライプの光学画像の最後のフレームについて上記処理が終了したか否かを判定する。未処理のフレーム２２０があると判定されたとき、処理はステップＳ３０５に戻る。最後のフレーム２２０についての処理が終了している場合には、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについて取得されたマスク２００の光学画像の検査処理を終了する。

本実施形態では、ステップＳ３０６において各フレームの光学画像におけるパターンのＣＤ値を算出するために検出されたパターンエッジの情報が、次段の光学画像取得位置の補正値算出ステージＳ１０３において、各フレームの光学画像のずれ量の信頼性を評価することに用いられる。例えば、図７Ａに示したライン・アンド・スペースパターンの例では、Ｘ軸方向にラインパターンのエッジが存在しているので、これらのエッジを手掛かりとして位置合わせを行うことができる。従って、光学画像と参照画像との位置合わせの精度は高くなりやすく、位置合わせによって得られた光学画像のずれ量の信頼度は高いと言える。一方、Ｙ軸方向には位置合わせの手掛かりとなるエッジがないので、光学画像と参照画像との位置合わせの精度は低くなりやすい。従って、光学画像と参照画像との位置合わせによって得られた光学画像のＹ方向のずれ量は、信頼度が低いと言える。従って、光学画像検査ステージＳ１０２において、ステップＳ３０５で検出された、例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向それぞれについて、検出されたエッジの数やパターン数、パターンの形状などの情報を、各フレームの光学画像のずれ量の信頼度の評価値として、各フレームと関連付けて外部ストレージ１６４に記憶し、評価値を次段の光学画像取得位置の補正値算出ステージＳ１０３に渡す。また、ステップＳ３０５において、光学画像と参照画像との位置関係を所定幅ずつ（例えば、Ｘ軸方向に所定幅ずつ、Ｙ軸方向に所定幅ずつ）シフトしながら重ね合わせを行ってＳＳＤ値の算出を繰り返す際に、算出されたＳＳＤ値が最小値に収束していく勾配から、勾配が大きいとずれ量の信頼度が高く、勾配が小さいとずれ量の信頼度が低いと判断できるので、勾配情報をずれ量の信頼度の評価値としてもよい。このように、検査装置１０は、参照画像と光学画像とのずれ量をマッチングにより決定するとともに、決定されたずれ量の信頼性を示す評価値を生成するよう構成されたずれ量決定部としての機能を有する。

〈光学画像取得位置の補正値算出ステージ〉
ステージＳ１０３の光学画像取得位置の補正値算出処理を、図８に示すフローチャートを参照して説明する。補正値とは、あるストライプ（例えば、１番目のストライプ２１１）について取得されたマスク２００の光学画像全体のずれ量として指定される値を言う。補正値は、図４のステップＳ２０２－Ｓ２０４について上述したように、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについてマスク２００の光学画像を取得する開始座標（Ｘ_Ｎ０，Ｙ_Ｎ０）を補正するためのオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ（α_Ｎ，β_Ｎ）を算出するために使用される。補正値は、例えば、Ｘ軸方向の補正値とＹ軸方向の補正値とを含む。図８は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについて取得されたマスク２００の光学画像から補正値を算出する処理を示す。

ステップＳ４０１において、Ｎ番目のストライプ２１Ｎの光学画像の全てのフレームについて確認が終了したか否かが判断される。全てのフレームの確認が終了していない場合、処理はステップＳ４０２に進む。

ステップＳ４０２において、補正値算出部１７８は、Ｎ番目のストライプ２１ＮのＡ番目のフレームについて、光学画像のずれ量とそのずれ量の評価値を外部ストレージ１６４から読み出す。ここで、Ａの初期値は「１」である。

ステップＳ４０３において、補正値算出部１７８は、Ａ番目のフレームの評価値を確認する。前述のように、評価値は、Ａ番目のフレームの光学画像のずれ量の信頼性を示す値である。信頼度の高いずれ量の算出には、例えば、最も小さいＳＳＤ値が、光学画像のパターンと参照画像のパターンとの一致をどれだけ正しく示しているのかを考慮することが必要である。最も小さいＳＳＤ値が光学画像と参照画像との正しい一致を示すか否かは、画像中に、一致をとるための手掛かりとなる階調値の差が存在すること、例えばエッジが存在することが好ましい。上述のように、評価値には、ＳＳＤ値の算出の信頼性を示す様々な値が用いられ得る。評価値の一例として、エッジ数が挙げられる。評価値がエッジ数である場合、補正値算出部１７８は、ステップＳ３０６のＣＤ値の算出において行われるエッジ検出の結果を利用する。評価値には、エッジ数の他、パターン数、ＳＳＤ値などのずれ量の評価指標が最低値に収束するときの勾配値、画像の階調差の大きさを示す値、画像に含まれるパターンの密度を表す値など、他の値を用いることができる。

ステップＳ４０４において、補正値算出部１７８は、評価値が所定の閾値ｑと比較される。補正値算出部１７８は、例えば、エッジ数が所定の閾値ｑ以上であるか否かを判定する。評価値が閾値ｑ以上であると判定されたとき、処理はステップＳ４０５に進む。

ステップＳ４０５において、補正値算出部１７８は、評価値が閾値ｑ以上であると判定されたＡ番目のフレームのずれ量を採用すると決定し、Ａ番目のフレームのずれ量を保持する。また、補正値算出部１７８は、位置ずれ量を採用すると決定したフレーム数を示す変数ｋの値に「１」を加算する。変数ｋの初期値は「０」である。その後、処理はステップＳ４０７に進む。

ステップＳ４０４において、評価値が閾値ｑ未満であると判定されたとき、処理はステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６において、補正値算出部１７８は、Ａ番目のフレームについてのずれ量を採用せず、ずれ量算出の結果がないと決定する。その後、処理はステップＳ４０７に進む。本実施形態では、信頼度の低いフレーム光学画像のずれ量は、補正値の算出において使用されない。ひいては、以降のストライプの光学画像の取得開始位置を決めるオフセット値の算出においても使用されない。従って、オフセット値の確からしさが増し、誤った取得開始位置が設定されることが防がれる。

ステップＳ４０７において、補正値算出部１７８は、フレーム番号を示す変数Ａに１を加算する。即ち、Ａは、次のフレームを指す。その後、処理はステップＳ４０１に戻る。すなわち、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについて、全てのフレームに関して位置ずれ量を採用するか否かを判定する。全てのフレームの確認が終了していない場合は、新たなフレームについて、ステップＳ４０２からの処理を繰り返す。

ステップＳ４０１において、全てのフレームについて上述の確認処理が完了したと判定されたとき、処理はステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０８において、補正値算出部１７８は、保持されている採用されたフレームのずれ量の平均値Ｃ_Ｎを算出する。平均値Ｃ_Ｎの算出には、ステップＳ４０５でカウントされた採用されたフレームの数ｋが用いられる。

ステップＳ４０９において、補正値算出部１７８は、ずれ量を採用したフレームの数ｋが、全フレーム数のｒ％以上であるか否かを判定する。この判定に代えて、採用したフレーム数ｋが所定値以上であるか否かが判定されてもよい。ずれ量を採用したフレーム数ｋが全フレーム数のｒ％以上であるとき、処理はステップＳ４１０に進む。採用されたフレーム数ｋが少ないと、それらのフレームについてのずれ量は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎの全体にわたるずれの傾向を必ずしも反映していない恐れがある。即ち、母数（採用したフレーム数ｋ）が少ないと、ドリフトの影響ではなく、例えばパターンに欠陥があって光学画像のずれ量が特異的に算出されたような場合、補正値が特異的なずれ量に影響されやすい。このステップＳ４０９は、そのような特異的な数値からの影響が少ない補正値を算出する意味をもつ。

ステップＳ４１０において、補正値算出部１７８は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎの光学画像から算出された補正値として、ステップＳ４０８で算出した平均値Ｃ_Ｎをファイルに出力する。ファイル形式は、任意であるが、例えばｃｓｖ形式で、ストライプ番号Ｎと補正値Ｃ_Ｎとが関連付けて記憶されてよい。その後、処理は終了する。

ステップＳ４０９において、ずれ量を採用したフレーム数ｋが全フレーム数のｒ％未満であると判定されたとき、処理はステップＳ４１１に進む。ステップＳ４１１において、補正値算出部１７８は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎのマスク２００の光学画像から算出される補正値はないと決定する。その後、処理は終了する。

尚、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについての上述した補正値の算出は、Ｘ軸方向の補正値とＹ軸方向の補正値とを算出する処理であってよい。

〈補正値を用いた光学画像の取得処理〉
図４では、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについての光学画像を取得する際の位置座標（Ｘ_Ｎ０、Ｙ_Ｎ０）へのオフセット値ＯＦＦＳＥＴ（α，β）の適用を、ステップＳ２０３、Ｓ２０４に簡略化して示した。

図９は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについて、オフセット値ＯＦＦＳＥＴ（α，β）を利用してマスク２００の光学画像の取得開始座標（Ｘ_Ｎ０，Ｙ_Ｎ０）を補正する手順をさらに詳細に示すフローチャートである。

Ｎ番目のストライプ２１Ｎについてのマスク２００の光学画像を取得する処理は、ステップＳ５０１において、Ｎ番目のストライプの光学画像取得開始座標（Ｘ_Ｎ０，Ｙ_Ｎ０）を設定することで開始する。

ステップＳ５０２において、Ｎ－ｎ番目のストライプにおける補正値算出処理が終了しているか否かが判断される。終了していなければ、ステップＳ５０２は、Ｎ－ｎ番目のストライプにおける補正値算出処理が終了するまでループする。ステップＳ５０２にける判断は、図３に示したように、ステージＳ１０１－Ｓ１０３の処理がパイプラインで流れているため、Ｎ番目のストライプ２１Ｎが、以前のストライプにおいて算出された補正値を利用可能となるまでに、少なくともｎ個分のストライプの処理のための時間間隔を必要とするからである。

Ｎ－ｎ番目のストライプにおける補正値算出処理が終了している場合、処理はステップＳ５０３に進む。

ステップＳ５０３において、制御装置１０２は、Ｎが偶数であるか否か（奇数か偶数か）を判断する。この判断は、奇数番目のストライプと偶数番目のストライプについて、マスク２００のＸ軸方向の走査の向き（テーブル１１１の移動の向き）が逆になり、ずれの傾向が異なるからである。したがって、Ｘ軸方向の同じ向きに走査されるストライプの補正値を用いた方が、より好ましい補正を行うことができる。

Ｎが偶数の場合、ステップＳ５０４において、制御装置１０２は、Ｎ番目のストライプの光学画像取得開始座標のオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ（α_Ｎ，β_Ｎ）を算出する。オフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ（α_Ｎ，β_Ｎ）の算出には、Ｎ－ｎからＮ－ｎ－２ｍ（ここでｍは整数）までのストライプのうち偶数番目のストライプの補正値Ｃを用いる。この様子が、図２に模式的に示される。当該ストライプの補正値Ｃは、当該ストライプの画像に基づいて算出されているが、このストライプ画像は、オフセット値を加算することで補正された光学画像取得開始座標を基準として取得されている。したがって、各ストライプ画像の原点からのずれ量は、算出された補正値Ｃからオフセット値を減算して得られる値である。そこで本実施形態では、Ｎ－ｎからＮ－ｎ－２ｍ（ここでｍは整数）までのストライプのうち偶数番目のストライプの、各々の補正値Ｃから各々のオフセット値を減算した値の平均値をオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ（α_Ｎ，β_Ｎ）とする。例えば、ｍが２であるとき、Ｎ－ｎ番目のストライプについて算出された補正値Ｃ_Ｎ－ｎ－ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ－ｎ（α_Ｎ－ｎ，β_Ｎ－ｎ）と、Ｎ－ｎ－２番目について算出されたストライプの補正値Ｃ_{Ｎ－ｎ－２}－ＯＦＦＳＥＴ_{Ｎ－ｎ－２}（α_{Ｎ－ｎ－２}，β_{Ｎ－ｎ－２}）と、Ｎ－ｎ－４番目のストライプで算出された補正値Ｃ_{Ｎ－ｎ－４}－ＯＦＦＳＥＴ_{Ｎ－ｎ－４}（α_{Ｎ－ｎ－4}，β_{Ｎ－ｎ－4}）との平均値をオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ（α_Ｎ，β_Ｎ）とする。Ｎが変化していくので、この平均値は、すなわち移動平均値を意味する。尚、例えばＮ＝ｎ＋４のとき、Ｎ－ｎ－４番目のストライプなどは存在しないので、この場合、存在するＮ－ｎ番目（４番目）のストライプの補正値Ｃ_４－ＯＦＦＳＥＴ_４（α_４，β_４）とＮ－ｎ－２番目（２番目）のストライプの補正値Ｃ_２－ＯＦＦＳＥＴ_２（α_２，β_２）との平均値をオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎとするなどの処理を行う。このようにして、テーブル１１１の移動方向が同じ方向であるストライプに関する補正値Ｃの平均値がオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎに設定される。その後、処理はステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０５において、Ｎが奇数であると判定されたとき、処理はステップＳ５０５に進む。ステップＳ５０５において、制御装置１０２は、Ｎ番目のストライプのオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ（α_Ｎ，β_Ｎ）として、Ｎ－ｎからＮ－ｎ－２ｍ（ここでｍは整数）までのストライプうち奇数番目のストライプの、各々の補正値Ｃから各々のオフセット値を減算して得られる値の平均値を算出する。その後、処理はステップＳ５０６に進む。

ステップＳ５０６において、制御装置１０２は、Ｎ番目のストライプ２１Ｎについて、算出されたオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ（α_Ｎ，β_Ｎ）を用いて、光学画像の取得開始座標（Ｘ_Ｎ０，Ｙ_Ｎ０）を補正する。

制御装置１０２は、補正された座標から、マスク２００の未取得の光学画像の取得を行う。

尚、図８のステップＳ４１１について説明したように、算出される補正値がないとされたストライプもある。この結果、Ｎ番目のストライプのオフセット値ＯＦＦＳＥＴ_Ｎ（α_Ｎ，β_Ｎ）を算出するために信頼度の低いストライプの補正値を使用することを避けることができる。このように、検査装置１０は、評価値に基づいて、光学画像の取得位置を調整するためのオフセット値の生成において、決定されたずれ量を用いるか否かを判定し、用いると判定されたずれ量に基づいたオフセット値を算出するオフセット値算出部としての機能を有する。

本実施形態では、フレームごとに、例えばエッジの数といった評価値に基づいて、位置ずれ量を補正値として用いるか否かを判定する。例えば、フレームの中にパターンエッジが存在しないか、その数が少なく、したがって、算出されるずれ量の信頼性が低い場合に、そのフレームのずれ量が補正値として用いられると、かえって座標の誤差が大きくなるおそれがある。これに対して、本実施形態では、信頼性の低いずれ量が、光学画像の取得開始座標のオフセット値の設定に用いられることがない。また、ストライプのずれ量を決定することにおいて、ずれ量を決定するために利用可能なフレーム数が少ない場合には、決定されるずれ量の信頼性が低いと判断して、そのストライプのずれ量を、補正値の算出のために使用しない。このため、適切なオフセット値が光学画像の取得開始座標に適用されるので、適切なマスク２００の位置決めが実現され、その結果、速く、高精度の検査が実現される。本実施形態に係るオフセット値の決定方法は、特にパターンの微細化が進み、ピッチが小さくなった場合に、有効にピッチずれを防止する。特にラインが斜めに形成されているようなパターンを有するマスクにおいては、ピッチずれが大きな問題となるので、本実施形態に係る技術が有効である。

上述の実施形態では、評価値が所定の閾値以上であるか未満であるかに応じて、補正値に位置ずれ量が用いられるか用いられないかの二者択一となっている。しかしながら、これに限らない。例えば評価値に応じて位置ずれ量に重み付けがされてもよい。同様に、位置ずれ量が採用されたフレーム数ｋに応じて、補正値の採用の有無が選択されているが、位置ずれ量が採用されたフレーム数ｋに応じて、補正値に重み付けがされてもよい。このように、評価値が高い場合は算出した位置ずれ量がオフセット値に強く反映され、評価値が低い場合は算出した位置ずれ量がオフセット値にあまり反映されないようになっていればよい。

上述の実施形態は、フォトリソグラフィ法などで使用されるマスクを検査するための検査システムを例に挙げて説明した。しかしながら、本実施形態に係る技術の適用範囲は、これに限らない。例えば、ウェハを検査対象物とする検査システムにも、本技術は用いられる。

１０…検査装置、１０１…光学画像取得装置、１０２…制御装置、１１１…テーブル、１１２…移動機構、１１３…Ｘ軸モータ、１１４…Ｙ軸モータ、１１５…θ軸モータ、１２１…レーザ測長システム、１２６…オートローダ、１３０…画像取得ユニット、１３１…光源、１３２…照明光学系、１３３…結像光学系、１３４…フォトダイオードアレイ、１３５…センサ回路、１６１…ＣＰＵ、１６２…ＲＡＭ、１６３…ＲＯＭ、１６４…外部ストレージ、１６５…表示装置、１６６…入力装置、１６７…通信装置、１６９…バスライン、１７１…オートローダ制御部、１７２…テーブル制御部、１７３…Ｉ／Ｆ部、１７４…前処理部、１７５…ずれ量算出部、１７６…ＣＤＭＡＰ作成部、１７７…比較部、１７８…補正値算出部、２００…マスク、２１０…ストライプ、２２０…フレーム。

Claims (7)

1. 試料を所定の方向に沿って短冊状に複数のストライプに仮想分割し、前記ストライプ毎に光学画像を取得する光学画像取得部と、
   取得された光学画像に対応する参照画像を生成する参照画像生成部と、
   取得された光学画像とそれに対応する参照画像との比較を行う比較部と、
   取得された光学画像とそれに対応する参照画像とのずれ量をそれらのマッチングにより決定するとともに、決定された前記ずれ量の信頼性を示す評価値を生成するずれ量決定部と、
   前記評価値に基づいて前記ずれ量を用いるか否かを判定し、用いると判定された場合、前記ずれ量に基づいてストライプの光学画像の取得位置を調整するためのオフセット値を算出するオフセット値算出部と、
   を備え、
   前記光学画像取得部は、前記オフセット値が算出されていない場合、前記取得位置の調整をせずに未取得の光学画像を取得し、前記オフセット値が算出された場合、当該オフセット値に基づいて未取得の光学画像を取得するよう構成された、
   検査装置。
2. 前記ずれ量決定部は、前記光学画像に基づいて特定される前記試料のパターンの特徴、または、前記マッチングの過程に基づいて前記評価値を生成する、請求項１に記載の検査装置。
3. 前記ずれ量決定部は、
   前記ストライプの各々をさらに複数のフレームに分割した各フレームについて、前記試料の光学画像と前記参照画像とのマッチングにより、当該フレームの光学画像のずれ量と、このずれ量に対する前記評価値とを生成するように構成され、
   前記オフセット値算出部は、
   前記複数のフレームの各々について、前記評価値に基づいて、各々のフレームの光学画像のずれ量を、前記ストライプ全体の前記光学画像のずれ量の決定において使用するか否かを決定し、
   使用すると決定された前記フレームのずれ量を平均することによって、前記ストライプ全体の光学画像のずれ量として決定し、
   前記ストライプ全体のずれ量に基づいて前記オフセット値を算出する
   ように構成される
   請求項１または請求項２に記載の検査装置。
4. 前記オフセット値算出部は、さらに、前記ストライプ全体の光学画像のずれ量を算出するために用いることができる前記フレームの数または割合が所定値より小さい場合、前記ストライプ全体のずれ量を決定しないように構成される、請求項３に記載の検査装置。
5. 前記オフセット値算出部は、前記ストライプに対して決定されたそのストライプ全体の光学画像のずれ量から当該ストライプの光学画像を取得する際に用いたオフセット値を減算した値のいくつかを平均することによってオフセット値を生成するように構成される、請求項３または請求項４に記載の検査装置。
6. 前記光学画像取得部は、前記複数のストライプの各々について、順方向と逆方向に前記試料の光学画像を取得するように構成され、
   前記オフセット値算出部は、
   前記順方向に取得される前記ストライプの前記光学画像のための前記オフセット値を、前記順方向で前記光学画像が取得された前記ストライプについて決定された光学画像のずれ量に基づいて決定し、
   前記逆方向に取得される前記ストライプの前記光学画像のための前記オフセット値を、前記逆方向で前記光学画像が取得された前記ストライプについて決定された光学画像のずれ量に基づいて決定する
   ように構成される、
   請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の検査装置。
7. 試料を所定の方向に沿って短冊状に複数のストライプに仮想分割し、前記ストライプ毎に光学画像を取得することと、
   取得された光学画像に対応する参照画像を生成することと、
   取得された光学画像とそれに対応する参照画像との比較を行うことと、
   取得された光学画像とそれに対応する参照画像とのずれ量をそれらのマッチングにより決定するとともに、決定された前記ずれ量の信頼性を示す評価値を生成することと、
   前記評価値に基づいて前記ずれ量を用いるか否かを判定し、用いると判定された場合、前記ずれ量に基づいてストライプの光学画像の取得位置を調整するためのオフセット値を算出することと、
   を含み、
   前記光学画像を取得することは、前記オフセット値が算出された場合、当該オフセット値に基づいて未取得の光学画像を取得するよう構成されている、
   検査方法。

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