パターン検査装置及びパターン検査方法
【目的】粗密パターン各々に対して、高い信号強度を得ることが可能なパターン検査装置提供することを目的とする。
【構成】パターン検査装置１００は、パターン形成されたフォトマスク１０１を照明する照明光学系１７０と、照明によってフォトマスク１０１から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離するビームスプリッタ１３１と、分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数のセンサ回路１０６，１３６と、複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する参照回路１１２と、画素毎に、数の光学画像データの１つと基準画像データとを比較する比較回路１０８と、を備えたことを特徴とする。
【構成】パターン検査装置１００は、パターン形成されたフォトマスク１０１を照明する照明光学系１７０と、照明によってフォトマスク１０１から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離するビームスプリッタ１３１と、分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数のセンサ回路１０６，１３６と、複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する参照回路１１２と、画素毎に、数の光学画像データの１つと基準画像データとを比較する比較回路１０８と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法に係り、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装置およびその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。例えば、電子ビームやレーザビームを用いて描画される。
【０００３】
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。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパターンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となってきている。
【０００５】
ここで、従来のパターン検査装置では、ランプや連続発振レーザなどの光源から発した連続光を照明光学系に導入し、レチクルやマスク等の被検物を照明する。照明光は、被検物上の限られた領域をスポット状あるいは矩形状に照明する。そして、このスポット状あるいは矩形状に照明された領域からの光は結像光学系を介して集光され、光電検出素子の受光面上に被検物の照明領域の像が形成される。ここから得られた光学画像と、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を比較することにより検査を行うことが知られている。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検査（ダイ−ダイ検査）」法や、マスクパターンを描画する時に使用したＣＡＤデータを検査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）をベースに比較の基準となる画像データ（基準画像データ）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データとを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査（ダイ−データベース検査）」法がある。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光学画像（測定画像）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、基準画像データと光学画像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。
【０００６】
しかし、半導体製造用マスクなどの回路パターンは年々微細化しており、マスクパターンをウェハ上に転写するステッパに用いる光源が短波長化されている。それによって像分解能も向上されている。さらに、ウェハ上に転写すべき理想パターン形状に合わせてマスク上のパターン形状に補正を加える手法（補助パターン（アシスト・セリフ）追加）が開発され、実用化されている。また、転写光源としてＸ線（ＥＵＶ光）を用いることで、短波長光源による高解像度性を狙ったＥＵＶ−リソグラフィも提案されている。
【０００７】
これらの技術の進歩に伴い、欠陥を検査するパターン検査装置に要求される欠陥検出性能も更に厳しいものとなってきている。パターン検査装置における画像分解能向上のために、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化等の手法が用いられているが、光学系倍率の増大やセンサに取り込む光量の低下のため、Ｓ／Ｎ比が悪化し、結果として高コントラストの画像を取得することが困難になってきている。また、マスク上に存在するパターンの粗密は一定ではないため、マスク上に存在するパターンについて一律に画像を取得したのでは、例えば一方のパターンで高コントラスト画像を得られても、他方のパターンについて高コントラスト画像を得ることが困難となってしまう。高コントラスト画像が得られなかったパターンについては高精度に検査することが難しい。そのため、線幅や形状の異なる様々なパターンに対して高コントラスト画像を得て高精度の検査感度を有する欠陥検査装置が期待されている。このように、高精度画像採取のため、マスク上に存在する粗密パターン各々に対して存在する欠陥に対し、高い信号強度を得る手法が必要となっている。
【０００８】
かかる要求に応える手法の１つとして、ステージ移動速度を調整することで検査対象試料の特定パターンについて照射光の走査相対速度を調整して、特定パターンに対して照射光の光量を増減して光学画像を取得する技術が文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０５８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、被検査対象マスク上に存在する粗密パターン各々に対して、高い信号強度を得る手法が必要となっている。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、粗密パターン各々に対して、高い信号強度を得ることが可能なパターン検査装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様のパターン検査装置は、
パターン形成された被検査試料を照明する第１の光学系と、
照明によって前記被検査試料から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離する第２の光学系と、
分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数の光学画像データ生成部と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する基準画像データ生成部と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の態様のパターン検査装置は、
パターン形成された被検査試料を照明する光学系と、
照明によって前記被検査試料から得られる像を光電変換する光電変換素子と、
光電変換された信号をそれぞれ入力し、それぞれ異なるゲインで少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数の光学画像データ生成部と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する基準画像データ生成部と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、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を照明する工程と、
照明によって前記被検査試料から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離する工程と、
分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する工程と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する工程と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の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を照明する工程と、
照明によって前記被検査試料から得られる像を光電変換する工程と、
光電変換された信号をそれぞれ入力し、それぞれ異なるゲインで少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する工程と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する工程と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の光学画像データの中からパターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データを得ることができる。かかる画像で検査することで、高精度でパターンの検査ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図３】実施の形態１における光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図４】実施の形態１における条件で生成される光学画像データの信号強度の一例を示す図である。
【図５】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。
【図６】実施の形態２におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図７】実施の形態２におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図８】実施の形態３におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図９】実施の形態３におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図１０】実施の形態４におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図１１】実施の形態４におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図１２】実施の形態４における参照データの強度の一例を示す概念図である。
【図１３】実施の形態５におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図１４】実施の形態５におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図１５】実施の形態６におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図１６】実施の形態６におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図１７】別の光学画像取得手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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概念図である。図１において、マスクやウェハ等の基板を試料として、かかる試料の欠陥を検査するパターン検査装置１００は、光学画像取得部１５０と制御回路１６０を備えている。光学画像取得部１５０は、ＸＹθテーブル１０２、光源１０３、拡大光学系１０４、ビームスプリッタ１３１、複数のフォトダイオードアレイ１０５，１３５（光電変換素子の一例）、複数のセンサ回路１０６，１３６、レーザ測長システム１２２、オートローダ１３０、及び照明光学系１７０を備えている。制御回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、比較部の一例となる比較回路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、オートフォーカス制御回路１４０、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置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、及びプリンタ１１９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。拡大光学系１０４はピエゾ素子等の圧電変換素子１４２によって駆動される。図１では、本実施の形態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。パターン検査装置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。
【００１９】
検査開始前に、まず、オートローダ制御回路１１３により制御されたオートローダ１３０により、パターン形成された被検査試料となるフォトマスク１０１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に設けられたＸＹθテーブル１０２上にロードされ、そして、ＸＹθテーブル１０２上に載置される。また、フォトマスク１０１のパターン形成時に用いた設計パターンの情報（設計データ）は、装置外部からパターン検査装置１００に入力され、記憶装置（記憶部）の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。
【００２０】
図２は、実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図２において、実施の形態１におけるパターン検査方法は、照明工程（Ｓ１０２）、像分離工程（Ｓ１０４）、光学画像データ生成工程（Ｓ１１０及びＳ１１２）、参照データ生成工程（Ｓ２０２及びＳ２０４）、及び比較工程（Ｓ２１０）という一連の工程を実施する。
【００２１】
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。そして、ＸＹθテーブル１０２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、ＸＹθテーブル１０２上のフォトマスク１０１はオートローダ制御回路１１３により駆動されるオートローダ１３０から自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。また、拡大光学系１０４は、オートフォーカス制御回路１４０によって駆動される圧電変換素子１４２によって駆動され、フォトダイオードアレイ１０５，１３５へと像の焦点が合わされる。
【００２２】
Ｓ（ステップ）１０２において、照明工程として、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射される光束は、照明光学系１７０（第１の光学系）を介してフォトマスク１０１を照射する。光源１０３から照射される照明光は画像の輝度出力がフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない範囲で最大となる量を１としたとき、Ｎ（但し、Ｎ＞２）の量の光量を与えると好適である。すなわち、照明光の光量が、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジの最大輝度出力のＮ倍の量となる光量になるように設定すると好適である。これにより、後述する像分離をした後でも双方の画像で十分な光量を確保でき、高分解能でデータを生成できる。但し、これに限るものではなく、解像度は劣ることになるが、Ｎより小さい量であってもよい。或いはフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない量であっても構わない。供給する光量は、照明光源の光量変動や光量調整誤差を見込んで、予め定めた許容値を設け、その範囲内に収まるよう調整される。
【００２３】
Ｓ１０４において、像分離工程として、照明によってフォトマスク１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、分岐ミラー或いは光束分岐素子の一例となるビームスプリッタ１３１に入射する。そして、ビームスプリッタ１３１等の光束分岐素子（第２の光学系）によって、入射光は複数の光に分離（分岐）される。これにより、フォトマスク１０１から得られる透過像（第１の光学画像）は、ビームスプリッタ１３１によって、複数の像（第２の光学画像）に光学的に分離される。ビームスプリッタ１３１は、ここでは、上述したＮを用いて、例えば、１：Ｎ−１の割合で入射光を分岐する。これにより、分岐された同一視野の２つの光学画像は、それぞれ光量の異なる光学画像にできる。例えば、照明光の光量が、上述したフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジの最大輝度出力のＮ倍の量となる光量である場合、分岐された一方の光の光量は測定レンジの最大輝度出力値となり、他方の光の光量は測定レンジの最大輝度出力値を超えた最大輝度出力値の（Ｎ−１）倍の量となる。そして、拡大光学系１０４によって、かかる分岐された一方の光はフォトダイオードアレイ１０５に光学像として結像し、入射する。他方の光はフォトダイオードアレイ１３５に光学像として結像し、入射する。ここでは、測定レンジの最大輝度出力値の光量を持った分岐された一方の光がフォトダイオードアレイ１０５に入射し、最大輝度出力値の（Ｎ−１）倍の光量を持った分岐された他方の光がフォトダイオードアレイ１３５に入射する。
【００２４】
図３は、実施の形態１における光学画像の取得手順を説明するための図である。被検査領域は、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、更にその分割された各検査ストライプ２０が連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御され、Ｘ方向に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の画像を連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプ２０における画像を取得した後、第２の検査ストライプ２０における画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第３の検査ストライプ２０における画像を取得する場合には、第２の検査ストライプ２０における画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプ２０における画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。ここでは、フォワード（ＦＷＤ）−バックワード（ＢＷＤ）手法を用いているが、これに限るものではなくフォワード（ＦＷＤ）−フォワード（ＦＷＤ）手法を用いても構わない。
【００２５】
Ｓ１１０において、光学画像データ生成工程として、フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの一方の像は、フォトダイオードアレイ１０５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。
【００２６】
Ｓ１１２において、光学画像データ生成工程として、フォトダイオードアレイ１３５上に結像されたパターンの他方の像は、フォトダイオードアレイ１３５によって光電変換され、更にセンサ回路１３６によってＡ／Ｄ変換される。
【００２７】
実施の形態１において、フォトダイオードアレイ１０５とセンサ回路１０６は、光学画像データ生成部の一例となる。同様に、フォトダイオードアレイ１３５とセンサ回路１３６は、他の光学画像データ生成部の一例となる。また、フォトダイオードアレイ１０５，１３５には、共に、例えばＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサのようなセンサが設置されている。そして、フォトダイオードアレイ１０５，１３５は、同じ測定レンジに設定されていればよい。また、センサ回路１０６，１３６も、共に、同じ回路で構成されればよい。
【００２８】
図４は、実施の形態１における条件で生成される光学画像データの信号強度の一例を示す図である。図４（ｃ）に示すような粗密パターンが混在したマスクパターン画像１０を採取する場合に、図４（ａ）に示すように、フォトダイオードアレイ１３５に入射する光の光量は、フォトダイオードアレイ１０５に入射する光の光量のＮ−１倍であるから、光電変換後に出力される信号強度もＮ−１倍となる。同様に、センサ回路１３６によってＡ／Ｄ変換された後に出力される信号強度も、センサ回路１０６，１３６のゲインが同じであれば、センサ回路１０６によってＡ／Ｄ変換された後に出力される信号のＮ−１倍となる。例えば、Ｎ＝２．５のときセンサ回路１３６の出力画像の信号強度は、センサ回路１０６の出力画像の信号強度の１．５倍となる。その結果、図４（ｂ）に示すように、粗いサイズの粗パターン部２４において得られるセンサ回路１３６の画像出力はフォトダイオードアレイ１３５の測定レンジの最大値を超えてしまう部分が生じる。例えば、０〜２５５の階調値で信号強度を設定する場合、超えた部分の信号強度の値は全て２５５となり、大きく飽和する。しかし、微細パターン部２２においては信号強度が大きくなった分だけ却ってコントラストが増加する。その結果、微細パターン部２２においては分解能を向上できる。その結果として微細パターン部２２の欠陥を拡大して検出することが可能となる。一方、フォトダイオードアレイ１０５に入射する光の光量は、フォトダイオードアレイ１０５の測定レンジの最大値の量であるから、センサ回路１０６の画像出力の信号強度も測定レンジ内の信号強度となる。よって、粗いサイズの粗パターン部２４においても出力は最大値を超えないため飽和せず、欠陥検査を実施することができる。
【００２９】
以上のように、対象となるパターン画像を高コントラストで採取する時には、高い光量でパターンを照明することが効果的となる。一般的に、パターンサイズの微細化に伴い、画像コントラストが低下する。言い換えれば、粗いピッチサイズパターンの画像出力と同等な出力を微細なピッチサイズパターンで得るためには、当該マスクパターンにより多量の照明光を照射することで解決できる。一方、粗いピッチサイズパターンについては、同等の照明光ではセンサが飽和するため、得られた画像を減光することで、センサにおいて飽和せずかつ高い信号出力を得ることが可能となる。
【００３０】
以上のように、ステージとなるＸＹθテーブル１０２を例えばＸ軸方向に連続的に移動させることにより、２つのＴＤＩセンサにフォトマスク１０１の同一視野のパターンを異なる入射光量の条件で撮像させる。これにより、ビームスプリッタ１３１で分離された複数の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成できる。
【００３１】
センサ回路１０６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、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ともに比較回路１０８に出力される。同様に、センサ回路１３６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、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ともに比較回路１０８に出力される。これらの測定データは、画素毎に例えば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を例えば０〜２５５で表現している。これらの光源１０３、照明光学系１７０、拡大光学系１０４、ビームスプリッタ１３１、複数のフォトダイオードアレイ１０５，１３５、及び複数のセンサ回路１０６，１３６によって高倍率の検査光学系が構成されている。
【００３２】
ここで、図１では、フォトダイオードアレイ１０５とセンサ回路１０６の組、及びフォトダイオードアレイ１３５とセンサ回路１３６の組の２組のセットを示しているが、これに限るものではなく、３つ以上のセットで構成されても構わない。
【００３３】
Ｓ２０２において、参照データ生成工程として、まず、展開回路１１１は、所定の領域毎に、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、読み出された被検査試料となるフォトマスク１０１の設計データを２値ないしは多値のイメージデータである展開画像データに変換（展開処理）する。所定の領域は、例えば、後述する比較工程において、光学画像と比較する画像の領域（エリア）とすればよい。例えば、１０２４×１０２４画素の領域（エリア）とする。
【００３４】
設計データに定義されるパターンを構成する図形は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。
【００３５】
かかる図形データが展開回路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値ないしは多値の画像データを展開する。そして、展開された画像データ（展開画像データ）は、回路内の図示しないパターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９内に格納される。言い換えれば、占有率演算部において、設計パターンデータを読み込み、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ごと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パターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９に出力する。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１／２８（＝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、展開画像データは、各画素に対して８ビットの占有率データで定義されたエリア単位の画像データとしてパターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９に格納される。
【００３６】
そして、参照回路１１２は、展開画像データを入力し、展開画像データに対してデータ処理（画像処理）を行い、光学画像データと比較するための参照データ（基準画像データ）を生成する。参照回路１１２は、基準画像データ生成部の一例となる。参照回路１１２は、展開画像データに適切なフィルタ処理を施す。
【００３７】
図５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１０６，１３６から得られた光学画像データ（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。そのため、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展開画像データにも所定のモデルに沿った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。例えば、拡大或いは縮小処理をおこなうリサイズ処理、コーナー丸め処理、或いはぼかし処理といったフィルタ処理を施す。このようにして光学画像と比較する基準画像を作成する。作成された基準画像データは、比較回路１０８に送られる。基準画像データも測定データと同様、各画素が例えば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を０〜２５５で表現している。生成された参照データは、参照回路１１２内の図示しないメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９に格納される。
【００３８】
Ｓ２０４において、参照データ生成工程として、参照データ生成工程（２０２）と同様の動作を実施し、別の参照データを生成する。例えば、参照データ生成工程（２０２）では、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジの最大輝度出力の量となる光量が入射した場合に得られる信号強度の参照データを生成する。一方、参照データ生成工程（２０４）では、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジの最大輝度出力のＮ−１倍の量となる光量が入射した場合に得られる信号強度の参照データを生成する。
【００３９】
以上のようにして、入射光量を変えることによって得られた信号強度の異なる複数の光学画像データＡ〜Ｎに合わせて、対応する複数の参照データａ〜ｎを生成する。言い換えれば、参照回路１１２は、複数の光学画像データの１つと比較するための参照データの他に、さらに、複数の光学画像データの残りに対応する、複数の光学画像データと比較するための少なくとも１つの参照データを生成する。そして、複数の光学画像データの他とは異なる１つと比較するために生成された複数の参照データは、比較回路１０８に出力される。
【００４０】
Ｓ２１０において、比較工程として、比較回路１０８は、画素毎に、所定の判定条件で、該当する所定の領域の複数の光学画像データの各光学画像データとこれに対応する参照データとを比較する。比較回路１０８は、比較部の一例である。以下、比較回路１０８内での処理を具体的に説明する。比較回路１０８内では、まず、１つのストライプ分の光学画像データを入力し、１つのストライプ分の光学画像データを参照データの画像と同じ領域サイズで切り出す。その際、切り出す領域は、参照データの画像を生成する際の領域に合わせることは言うまでもない。領域サイズが合わされた光学画像データは、比較回路１０８内の図示しないメモリに格納される。他方、生成された所定の領域の参照データも、比較回路１０８内の図示しない他のメモリに格納される。そして、同じ領域の光学画像データと参照データを読み出し、位置合わせを行なう。そして、アライメントされた光学画像データと参照データに対して、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、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際の閾値が該当する。或いは、例えば、両者を比較し、欠陥の有無を判定する際の比較アルゴリズムが該当する。
【００４１】
例えば、比較工程（Ｓ２１０）の内部工程として、比較工程（Ｓ２１２）として、比較回路１０８は、粗なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が少ない条件の光学画像データ（例えば、光学画像データＡ）とこれに対応する参照データ（例えば、参照データａ）とを比較する。逆に、比較工程（Ｓ２１４）として、比較回路１０８は、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が多い条件の光学画像データ（例えば、光学画像データＮ）とこれに対応する参照データ（例えば、参照データｎ）とを比較する。
【００４２】
以上のように、実施の形態１では、入射光量が異なる同一視野の複数の光学画像データを生成することで、画素毎に、或いは領域毎にパターンの粗密を判断して、粗なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が少ない条件の光学画像データを用い、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が多い条件の光学画像データを用いることを可能にした。その結果、複数の光学画像データの中からパターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データで検査でき、高精度でパターンの検査ができる。
【００４３】
或いは、パターンの粗密に関わらず、画素毎に得られている複数の光学画像データと複数の参照データを用いて、光量条件の同じ画像同士でそれぞれ比較するようにしても好適である。その結果、同じ画素について、比較工程（Ｓ２１２）ではＯＫで、比較工程（Ｓ２１４）でもＯＫとなる第１の組み合わせ、比較工程（Ｓ２１２）ではＮＧで、比較工程（Ｓ２１４）ではＯＫとなる第２の組み合わせ、比較工程（Ｓ２１２）ではＮＧで、比較工程（Ｓ２１４）でもＮＧとなる第３の組み合わせができ得る。そこで、比較回路１０８は、これらの組み合わせの内、第１の組み合わせでは欠陥ではなく、第２或いは第３の組み合わせでは欠陥であると判定するようにしても好適である。或いは、第１と第２の組み合わせでは欠陥ではなく、第３の組み合わせでは欠陥であると判定してもよい。
【００４４】
そして、比較結果は、出力される。例えば、ＣＲＴ１１７に表示される。或いは、パターンモニタ１１８に表示される。或いは、プリンタ１１９で印刷される。或いは、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、或いはＦＤ１１６に記憶される。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態１では、フォトダイオードアレイに入射前の光を、光量比を変えて分岐させることで、信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成したが、信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する手法はこれに限るものではない。実施の形態２では、センサ回路の制御により信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する構成について説明する。
【００４６】
図６は、実施の形態２におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図６において、ビームスプリッタ１３１とフォトダイオードアレイ１３５を削除し、フォトダイオードアレイ１０５の出力をセンサ回路１０６とセンサ回路１３６に分岐する点以外は図１と同様である。
【００４７】
図７は、実施の形態２におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図７において、像分離工程（Ｓ１０４）の代わりに光電変換工程（Ｓ１０５）を備えた点以外は、図２と同様である。
【００４８】
その他、実施の形態２で特に説明する内容以外の内容は実施の形態１と同様である。
【００４９】
Ｓ１０２において、照明工程として、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射される光束は、照明光学系１７０（第１の光学系）を介してフォトマスク１０１を照射する。光源１０３から照射される照明光は画像の輝度出力がフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない範囲で最大となる量の光量を与えると好適である。但し、これに限るものではなく、解像度は劣ることになるが、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない量であっても構わない。供給する光量は、照明光源の光量変動や光量調整誤差を見込んで、予め定めた許容値を設け、その範囲内に収まるよう調整される。照明によってフォトマスク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に入射する。
【００５０】
Ｓ１０５において、光電変換工程として、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によって光電変換される。フォトダイオードアレイ１０５から出力された信号は、電気的に分岐され、一方がセンサ回路１０６に、他方がセンサ回路１３６に入力される。
【００５１】
Ｓ１１０において、光学画像データ生成工程として、センサ回路１０６は、フォトダイオードアレイ１０５から出力された信号を入力し、Ａ／Ｄ変換する。
【００５２】
Ｓ１１２において、光学画像データ生成工程として、センサ回路１３６は、フォトダイオードアレイ１０５から出力された信号を入力し、Ａ／Ｄ変換する。
【００５３】
図４（ｃ）に示したような粗密パターンが混在したマスクパターン画像１０を採取する場合に、実施の形態２では、フォトダイオードアレイ１０５の出力信号を分岐するので、同じ信号強度の信号が、センサ回路１０６，１３６に入力される。そこで、実施の形態２では、Ａ／Ｄ変換する際のセンサ回路１０６のゲインの値を１とした場合に、センサ回路１３６のゲインの値をｍとする。但し、ｍ＞１とする。また、センサ回路１０６のゲインの値は、画像出力の信号強度が測定レンジを越えないように設定される。これにより、センサ回路１３６によってＡ／Ｄ変換された後に出力される信号強度は、センサ回路１０６によってＡ／Ｄ変換された後に出力される信号のｍ倍にできる。その際、図４（ｂ）に示したように、粗いサイズの粗パターン部２４において得られるセンサ回路１３６の画像出力は測定レンジの最大値を超えてしまう部分が生じる。しかし、微細パターン部２２においては信号強度が大きくなった分だけ却ってコントラストが増加する。その結果、微細パターン部２２においては分解能を向上できる。その結果として微細パターン部２２の欠陥を拡大して検出することが可能となる。一方、センサ回路１０６の画像出力の信号強度は測定レンジ内の信号強度となる。よって、粗いサイズの粗パターン部２４においても出力は最大値を超えないため飽和せず、欠陥検査を実施することができる。
【００５４】
以降の工程の内容は、実施の形態１と同様である。
【００５５】
以上のように、実施の形態２では、ゲインの調整により信号強度が異なる同一視野の複数の光学画像データを生成することで、粗なパターン部分を検査する際は相対的にゲインが小さい条件の光学画像データを用い、蜜なパターン部分を検査する際は相対的にゲインが大きい条件の光学画像データを用いることを可能にした。その結果、複数の光学画像データの中からパターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データで検査でき、高精度でパターンの検査ができる。
【００５６】
実施の形態３．
実施の形態１では、フォトダイオードアレイに入射前の光を、光量比を変えて分岐させることで、信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成したが、信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する手法はこれに限るものではない。実施の形態３では、同一の光量比で分岐させた場合でも信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する構成について説明する。
【００５７】
図８は、実施の形態３におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図８において、拡大光学系１３２，１３４を追加した点以外は図１と同様である。
【００５８】
図９は、実施の形態３におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図９において、像分離工程（Ｓ１０４）と光学画像データ生成工程（Ｓ１１０）の間に拡大工程（Ｓ１０６）を、像分離工程（Ｓ１０４）と光学画像データ生成工程（Ｓ１１２）の間に拡大工程（Ｓ１０８）を追加した点以外は、図２と同様である。
【００５９】
その他、実施の形態３で特に説明する内容以外の内容は実施の形態１と同様である。
【００６０】
Ｓ１０２において、照明工程として、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射される光束は、照明光学系１７０（第１の光学系）を介してフォトマスク１０１を照射する。光源１０３から照射される照明光は画像の輝度出力がフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない範囲で最大となる量の光量を与えると好適である。但し、これに限るものではなく、解像度は劣ることになるが、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない量であっても構わない。供給する光量は、照明光源の光量変動や光量調整誤差を見込んで、予め定めた許容値を設け、その範囲内に収まるよう調整される。
【００６１】
Ｓ１０４において、像分離工程として、照明によってフォトマスク１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、分岐ミラー或いは光束分岐素子の一例となるビームスプリッタ１３１に入射する。そして、ビームスプリッタ１３１等の光束分岐素子（第２の光学系）によって、入射光は複数の光に分離（分岐）される。これにより、フォトマスク１０１から得られる透過像（第１の光学画像）は、ビームスプリッタ１３１によって、複数の像（第２の光学画像）に光学的に分離される。ビームスプリッタ１３１は、ここでは、１：１の割合で入射光を分岐する。これにより、分岐された同一視野の２つの光学画像は、同じ光量の光学画像にできる。
【００６２】
Ｓ１０６において、拡大工程として、拡大光学系１３２（複数の第３の光学系の１つ）は、分岐された一方の像をａ倍の倍率に変換する。ａ＞１とすることで、分岐された一方の像をａ倍の倍率に拡大する。そして、拡大された像は、フォトダイオードアレイ１０５に入射し、結像する。
【００６３】
Ｓ１０８において、拡大工程として、拡大光学系１３４（複数の第３の光学系の１つ）は、分岐された他方の像をｂ倍の倍率に変換する。ｂ＞１とすることで、分岐された他方の像をｂ倍の倍率に拡大する。そして、拡大された像は、フォトダイオードアレイ１３５に入射し、結像する。
【００６４】
ここで、ａ＞ｂに設定することで、フォトダイオードアレイ１３５の上の光量密度はフォトダイオードアレイ１０５と比べて（ａ×ａ）／（ｂ×ｂ）倍となり、同じ光量で拡大率が小さいから画像は明るくなる。一方、フォトダイオードアレイ１０５の上の光量密度はフォトダイオードアレイ１３５と比べて（ｂ×ｂ）／（ａ×ａ）倍となり、同じ光量で拡大率が大きいから画像は暗くなる。その結果、フォトダイオードアレイ１３５に対して、実質的にフォトダイオードアレイ１０５よりも大きな光量の光を入射させた状態と同じにできる。よって、ａ＞ｂの時にはセンサ回路１３６の出力における信号強度が増加し、結果として微細パターンにおけるコントラストが増加し、微細パターン部の欠陥を拡大して検出することが可能となる。ここで、拡大光学系１３２，１３４による像の拡大にあたり、フォトダイオードアレイの１素子あたりのフォトマスク１０１上サイズは１００〜５０ｎｍ角程度に切替えて設定されればよい。
【００６５】
以降の工程の内容は、実施の形態１と同様である。
【００６６】
以上のように、実施の形態３では、分離された複数の光学画像の倍率をそれぞれ異なる倍率に変換する複数の拡大光学系１３２，１３４をさらに備えて、分岐後の各像の拡大率の調整により信号強度が異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する。これにより、粗なパターン部分を検査する際は相対的に拡大率の大きい条件の光学画像データを用い、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に拡大率の小さい条件の光学画像データを用いることを可能にした。その結果、複数の光学画像データの中からパターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データで検査でき、高精度でパターンの検査ができる。
【００６７】
実施の形態４．
実施の形態１では、条件の異なる複数の光学画像データに合わせて、所定の領域毎に複数の参照データを作成していたが、これに限るものではない。実施の形態４では、所定の領域毎に１つの参照データの作成で済む構成について説明する。
【００６８】
図１０は、実施の形態４におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図１０において、選択回路１３８を追加した点以外は図１と同様である。
【００６９】
図１１は、実施の形態４におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図１１において、比較工程（Ｓ２１０）の代わりに比較工程（Ｓ２１６）を備えた点と、光学画像生成工程（Ｓ１１０及びＳ１１２）と比較工程（Ｓ２１６）との間にデータ選択工程（Ｓ１１４）を追加した点と、参照データ生成工程（Ｓ２０２及びＳ２０４）の代わりに参照データ生成工程（Ｓ２０６）を備えた点、以外は図２と同様である。
【００７０】
その他、実施の形態４で特に説明する内容以外の内容は実施の形態１と同様である。
【００７１】
センサ回路１０６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。同様に、センサ回路１３６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。
【００７２】
Ｓ１１４において、データ選択工程として、選択回路１３８は、画素毎に、入力された複数の光学画像データの１つを選択する。選択回路１３８は、選択部の一例となる。選択の仕方は、例えば、パターンの粗密によって選択する。上述したように、粗なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が少ない条件の光学画像データ（例えば、光学画像データＡ）が望ましい。逆に、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が多い条件の光学画像データ（例えば、光学画像データＮ）が望ましい。よって、パターンの粗密に割合について閾値を設定し、画素毎に、閾値より大きい（粗）なのか小さい（密）なのかを判定し、判定結果に沿って、一方の光学画像データを選択する。そして、画素毎に選択されたデータを組み合わせて各検査ストライプ２０の光学画像データを再構成し、再構成された各検査ストライプ２０の光学画像データは位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータとともに比較回路１０８に出力される。
【００７３】
一方、比較対象となる参照データは以下のように生成される。
【００７４】
Ｓ２０６において、参照データ生成工程として、展開回路１１１と参照回路１１２は、画素毎に、選択回路１３８によって選択される複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する。ここでは、選択回路１３８と同様、パターンの粗密に割合について閾値を設定し、画素毎に、閾値より大きい（粗）なのか小さい（密）なのかを判定する。そして、画素毎に、粗なパターン部分を検査するための参照データを生成する際は相対的に入射光量が少ない条件の光量が入射した場合に得られる信号強度の参照データを生成する。逆に、画素毎に、密なパターン部分を検査するための参照データを生成する際は相対的に入射光量が多い条件の光量が入射した場合に得られる信号強度の参照データを生成する。生成の仕方は実施の形態１と同様である。以上のようにして、所定の領域毎の参照データを生成する。よって、かかる所定の領域毎の参照データは、異なる光量でのデータが混在することになる。生成された複数の参照データは、比較回路１０８に出力される。
【００７５】
Ｓ２１６において、比較工程として、比較回路１０８は、画素毎に、所定の判定条件で、該当する所定の領域の光学画像データとこれに対応する領域の参照データとを比較する。比較回路１０８内では、まず、１つのストライプ分の光学画像データを入力し、１つのストライプ分の光学画像データを参照データの画像と同じ領域サイズで切り出す。その際、切り出す領域は、参照データの画像を生成する際の領域に合わせることは言うまでもない。領域サイズが合わされた光学画像データは、比較回路１０８内の図示しないメモリに格納される。他方、生成された所定の領域の参照データも、比較回路１０８内の図示しない他のメモリに格納される。そして、同じ領域の光学画像データと参照データを読み出し、位置合わせを行なう。そして、アライメントされた光学画像データと参照データに対して、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、欠陥の有無を判定する。実施の形態４では、既に、所定の領域の光学画像データと参照データが、共にパターンの粗密に応じて画素毎にデータ値が区別されているので、比較の際には、比較される画素のパターン部分が粗なのか密なのかを判断する必要がない。
【００７６】
ここで、上述した例では、選択回路１３８の選択条件として、パターンの粗密の割合を用いたが、これに限るものではない。例えば、パターンサイズを用いてもよい。パターンとなる図形の幅が大きい（太い）場合は粗と判断し、幅が小さい（細い）場合は密と判断してもよい。参照データを生成する際の選択も同様である。或いは、以下のように選択しても好適である。
【００７７】
図１２は、実施の形態４における参照データの強度の一例を示す概念図である。例えば、フォトダイオードアレイ１０５或いはフォトダイオードアレイ１３５に入射される光量で参照データを生成した場合に得られる予定の信号強度を使って、閾値より大きい強度になる画素は粗と判断し、閾値以下の強度になる画素は密と判断してもよい。そして、選択回路１３８は、かかる情報を参照回路１１２から入力し、粗密の結果に応じて、画素毎に光学画像データを選択する。一方、参照データ生成の際も、かかる粗密の結果に応じて、参照データを生成すればよい。例えば、閾値判定をフォトダイオードアレイ１０５に入射される光量で参照データを用いて行なった場合、密と判定された画素については再度フォトダイオードアレイ１３５に入射される光量で参照データを生成して用いればよい。逆に、閾値判定をフォトダイオードアレイ１３５に入射される光量で参照データを用いて行なった場合、粗と判定された画素については再度フォトダイオードアレイ１０５に入射される光量で参照データを生成して用いればよい。
【００７８】
以上のように、パターンの粗密に応じて、光学画像データと参照データを対応する光量でのデータを選択して用いることで、所定の領域毎の参照データを１つ作成すれば済む。そして、画素毎に、粗なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が少ない条件の光学画像データと参照データを用い、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が多い条件の光学画像データと参照データを用いることを可能にした。その結果、パターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データで検査でき、高精度でパターンの検査ができる。
【００７９】
実施の形態５．
実施の形態２では、条件の異なる複数の光学画像データに合わせて、所定の領域毎に複数の参照データを作成していたが、これに限るものではない。実施の形態５では、実施の形態４と同様、所定の領域毎に１つの参照データの作成で済む構成について説明する。
【００８０】
図１３は、実施の形態５におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図１３において、選択回路１３８を追加した点以外は図６と同様である。
【００８１】
図１４は、実施の形態５におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図１４において、比較工程（Ｓ２１０）の代わりに比較工程（Ｓ２１６）を備えた点と、光学画像生成工程（Ｓ１１０及びＳ１１２）と比較工程（Ｓ２１６）との間にデータ選択工程（Ｓ１１４）を追加した点と、参照データ生成工程（Ｓ２０２及びＳ２０４）の代わりに参照データ生成工程（Ｓ２０６）を備えた点、以外は図７と同様である。
【００８２】
その他、実施の形態５で特に説明する内容以外の内容は実施の形態２と同様である。
【００８３】
センサ回路１０６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。同様に、センサ回路１３６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。データ選択工程（Ｓ１１４）、参照データ生成工程（Ｓ２０６）及び比較工程（Ｓ２１６）の内容は、実施の形態４と同様である。
【００８４】
実施の形態６．
実施の形態３では、条件の異なる複数の光学画像データに合わせて、所定の領域毎に複数の参照データを作成していたが、これに限るものではない。実施の形態６では、実施の形態４と同様、所定の領域毎に１つの参照データの作成で済む構成について説明する。
【００８５】
図１５は、実施の形態６におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図１５において、選択回路１３８を追加した点以外は図８と同様である。
【００８６】
図１６は、実施の形態６におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図１６において、比較工程（Ｓ２１０）の代わりに比較工程（Ｓ２１６）を備えた点と、光学画像生成工程（Ｓ１１０及びＳ１１２）と比較工程（Ｓ２１６）との間にデータ選択工程（Ｓ１１４）を追加した点と、参照データ生成工程（Ｓ２０２及びＳ２０４）の代わりに参照データ生成工程（Ｓ２０６）を備えた点、以外は図８と同様である。
【００８７】
その他、実施の形態６で特に説明する内容以外の内容は実施の形態３と同様である。
【００８８】
センサ回路１０６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。同様に、センサ回路１３６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。データ選択工程（Ｓ１１４）、参照データ生成工程（Ｓ２０６）及び比較工程（Ｓ２１６）の内容は、実施の形態４と同様である。
【００８９】
図１７は、別の光学画像取得手法を説明するための図である。図１等の構成では、スキャン幅Ｗの画素数を同時に入射するフォトダイオードアレイ１０５，１３５を用いているが、これに限るものではなく、図１７に示すように、ＸＹθテーブル１０２をＸ方向に定速度で送りながら、レーザ干渉計で一定ピッチの移動を検出した毎にＹ方向に図示していないレーザスキャン光学装置でレーザビームをＹ方向に走査し、透過光或いは反射光を検出して所定の大きさのエリア毎に二次元画像を取得する手法を用いても構わない。
【００９０】
以上の説明において、「〜部」、「〜回路」或いは「〜工程」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。或いは、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により実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、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る。例えば、演算制御部を構成する、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、選択回路１３８、或いはオートフォーカス制御回路１４０等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。
【００９１】
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、各実施の形態では、透過光を用いているが、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いてもよい。反射光を用いる場合には、透過部から得られる画素値と遮光部から得られる画素値の大小が逆になることは言うまでもない。
【００９２】
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。
【００９３】
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或いはパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９４】
１０ マスクパターン画像
２０ 検査ストライプ
２２ 微細パターン部
２４ 粗パターン部
１００ パターン検査装置
１０１ フォトマスク
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４，１３２，１３４ 拡大光学系
１０５，１３５ フォトダイオードアレイ
１０６，１３６ 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
１１５ 磁気テープ装置
１２０ バス
１３１ ビームスプリッタ
１３８ 選択回路
１４０ オートフォーカス制御回路
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御回路
１７０ 照明光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法に係り、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装置およびその検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。例えば、電子ビームやレーザビームを用いて描画される。
【０００３】
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。
【０００４】
一方、マルチメディア化の進展に伴い、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶ディスプレイ）は、５００ｍｍ×６００ｍｍ、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等のパターンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積ＬＣＤのパターン及び大面積ＬＣＤを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となってきている。
【０００５】
ここで、従来のパターン検査装置では、ランプや連続発振レーザなどの光源から発した連続光を照明光学系に導入し、レチクルやマスク等の被検物を照明する。照明光は、被検物上の限られた領域をスポット状あるいは矩形状に照明する。そして、このスポット状あるいは矩形状に照明された領域からの光は結像光学系を介して集光され、光電検出素子の受光面上に被検物の照明領域の像が形成される。ここから得られた光学画像と、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を比較することにより検査を行うことが知られている。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検査（ダイ−ダイ検査）」法や、マスクパターンを描画する時に使用したＣＡＤデータを検査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）をベースに比較の基準となる画像データ（基準画像データ）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データとを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ検査（ダイ−データベース検査）」法がある。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光学画像（測定画像）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、基準画像データと光学画像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。
【０００６】
しかし、半導体製造用マスクなどの回路パターンは年々微細化しており、マスクパターンをウェハ上に転写するステッパに用いる光源が短波長化されている。それによって像分解能も向上されている。さらに、ウェハ上に転写すべき理想パターン形状に合わせてマスク上のパターン形状に補正を加える手法（補助パターン（アシスト・セリフ）追加）が開発され、実用化されている。また、転写光源としてＸ線（ＥＵＶ光）を用いることで、短波長光源による高解像度性を狙ったＥＵＶ−リソグラフィも提案されている。
【０００７】
これらの技術の進歩に伴い、欠陥を検査するパターン検査装置に要求される欠陥検出性能も更に厳しいものとなってきている。パターン検査装置における画像分解能向上のために、光源の短波長化や対物レンズの高ＮＡ化等の手法が用いられているが、光学系倍率の増大やセンサに取り込む光量の低下のため、Ｓ／Ｎ比が悪化し、結果として高コントラストの画像を取得することが困難になってきている。また、マスク上に存在するパターンの粗密は一定ではないため、マスク上に存在するパターンについて一律に画像を取得したのでは、例えば一方のパターンで高コントラスト画像を得られても、他方のパターンについて高コントラスト画像を得ることが困難となってしまう。高コントラスト画像が得られなかったパターンについては高精度に検査することが難しい。そのため、線幅や形状の異なる様々なパターンに対して高コントラスト画像を得て高精度の検査感度を有する欠陥検査装置が期待されている。このように、高精度画像採取のため、マスク上に存在する粗密パターン各々に対して存在する欠陥に対し、高い信号強度を得る手法が必要となっている。
【０００８】
かかる要求に応える手法の１つとして、ステージ移動速度を調整することで検査対象試料の特定パターンについて照射光の走査相対速度を調整して、特定パターンに対して照射光の光量を増減して光学画像を取得する技術が文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２０５８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、被検査対象マスク上に存在する粗密パターン各々に対して、高い信号強度を得る手法が必要となっている。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、粗密パターン各々に対して、高い信号強度を得ることが可能なパターン検査装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様のパターン検査装置は、
パターン形成された被検査試料を照明する第１の光学系と、
照明によって前記被検査試料から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離する第２の光学系と、
分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数の光学画像データ生成部と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する基準画像データ生成部と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の態様のパターン検査装置は、
パターン形成された被検査試料を照明する光学系と、
照明によって前記被検査試料から得られる像を光電変換する光電変換素子と、
光電変換された信号をそれぞれ入力し、それぞれ異なるゲインで少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数の光学画像データ生成部と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する基準画像データ生成部と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、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を照明する工程と、
照明によって前記被検査試料から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離する工程と、
分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する工程と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する工程と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の他の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を照明する工程と、
照明によって前記被検査試料から得られる像を光電変換する工程と、
光電変換された信号をそれぞれ入力し、それぞれ異なるゲインで少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する工程と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する工程と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の光学画像データの中からパターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データを得ることができる。かかる画像で検査することで、高精度でパターンの検査ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図３】実施の形態１における光学画像の取得手順を説明するための図である。
【図４】実施の形態１における条件で生成される光学画像データの信号強度の一例を示す図である。
【図５】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。
【図６】実施の形態２におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図７】実施の形態２におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図８】実施の形態３におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図９】実施の形態３におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図１０】実施の形態４におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図１１】実施の形態４におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図１２】実施の形態４における参照データの強度の一例を示す概念図である。
【図１３】実施の形態５におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図１４】実施の形態５におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図１５】実施の形態６におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。
【図１６】実施の形態６におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。
【図１７】別の光学画像取得手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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概念図である。図１において、マスクやウェハ等の基板を試料として、かかる試料の欠陥を検査するパターン検査装置１００は、光学画像取得部１５０と制御回路１６０を備えている。光学画像取得部１５０は、ＸＹθテーブル１０２、光源１０３、拡大光学系１０４、ビームスプリッタ１３１、複数のフォトダイオードアレイ１０５，１３５（光電変換素子の一例）、複数のセンサ回路１０６，１３６、レーザ測長システム１２２、オートローダ１３０、及び照明光学系１７０を備えている。制御回路１６０では、コンピュータとなる制御計算機１１０が、データ伝送路となるバス１２０を介して、位置回路１０７、比較部の一例となる比較回路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、オートフォーカス制御回路１４０、記憶装置の一例となる磁気ディスク装置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、及びプリンタ１１９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。拡大光学系１０４はピエゾ素子等の圧電変換素子１４２によって駆動される。図１では、本実施の形態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。パターン検査装置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。
【００１９】
検査開始前に、まず、オートローダ制御回路１１３により制御されたオートローダ１３０により、パターン形成された被検査試料となるフォトマスク１０１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に設けられたＸＹθテーブル１０２上にロードされ、そして、ＸＹθテーブル１０２上に載置される。また、フォトマスク１０１のパターン形成時に用いた設計パターンの情報（設計データ）は、装置外部からパターン検査装置１００に入力され、記憶装置（記憶部）の一例である磁気ディスク装置１０９に記憶される。
【００２０】
図２は、実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図２において、実施の形態１におけるパターン検査方法は、照明工程（Ｓ１０２）、像分離工程（Ｓ１０４）、光学画像データ生成工程（Ｓ１１０及びＳ１１２）、参照データ生成工程（Ｓ２０２及びＳ２０４）、及び比較工程（Ｓ２１０）という一連の工程を実施する。
【００２１】
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。そして、ＸＹθテーブル１０２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、ＸＹθテーブル１０２上のフォトマスク１０１はオートローダ制御回路１１３により駆動されるオートローダ１３０から自動的に搬送され、検査終了後に自動的に排出されるものとなっている。また、拡大光学系１０４は、オートフォーカス制御回路１４０によって駆動される圧電変換素子１４２によって駆動され、フォトダイオードアレイ１０５，１３５へと像の焦点が合わされる。
【００２２】
Ｓ（ステップ）１０２において、照明工程として、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射される光束は、照明光学系１７０（第１の光学系）を介してフォトマスク１０１を照射する。光源１０３から照射される照明光は画像の輝度出力がフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない範囲で最大となる量を１としたとき、Ｎ（但し、Ｎ＞２）の量の光量を与えると好適である。すなわち、照明光の光量が、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジの最大輝度出力のＮ倍の量となる光量になるように設定すると好適である。これにより、後述する像分離をした後でも双方の画像で十分な光量を確保でき、高分解能でデータを生成できる。但し、これに限るものではなく、解像度は劣ることになるが、Ｎより小さい量であってもよい。或いはフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない量であっても構わない。供給する光量は、照明光源の光量変動や光量調整誤差を見込んで、予め定めた許容値を設け、その範囲内に収まるよう調整される。
【００２３】
Ｓ１０４において、像分離工程として、照明によってフォトマスク１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、分岐ミラー或いは光束分岐素子の一例となるビームスプリッタ１３１に入射する。そして、ビームスプリッタ１３１等の光束分岐素子（第２の光学系）によって、入射光は複数の光に分離（分岐）される。これにより、フォトマスク１０１から得られる透過像（第１の光学画像）は、ビームスプリッタ１３１によって、複数の像（第２の光学画像）に光学的に分離される。ビームスプリッタ１３１は、ここでは、上述したＮを用いて、例えば、１：Ｎ−１の割合で入射光を分岐する。これにより、分岐された同一視野の２つの光学画像は、それぞれ光量の異なる光学画像にできる。例えば、照明光の光量が、上述したフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジの最大輝度出力のＮ倍の量となる光量である場合、分岐された一方の光の光量は測定レンジの最大輝度出力値となり、他方の光の光量は測定レンジの最大輝度出力値を超えた最大輝度出力値の（Ｎ−１）倍の量となる。そして、拡大光学系１０４によって、かかる分岐された一方の光はフォトダイオードアレイ１０５に光学像として結像し、入射する。他方の光はフォトダイオードアレイ１３５に光学像として結像し、入射する。ここでは、測定レンジの最大輝度出力値の光量を持った分岐された一方の光がフォトダイオードアレイ１０５に入射し、最大輝度出力値の（Ｎ−１）倍の光量を持った分岐された他方の光がフォトダイオードアレイ１３５に入射する。
【００２４】
図３は、実施の形態１における光学画像の取得手順を説明するための図である。被検査領域は、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、更にその分割された各検査ストライプ２０が連続的に走査されるようにＸＹθテーブル１０２の動作が制御され、Ｘ方向に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の画像を連続的に入力する。そして、第１の検査ストライプ２０における画像を取得した後、第２の検査ストライプ２０における画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの画像を連続的に入力する。そして、第３の検査ストライプ２０における画像を取得する場合には、第２の検査ストライプ２０における画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第１の検査ストライプ２０における画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。ここでは、フォワード（ＦＷＤ）−バックワード（ＢＷＤ）手法を用いているが、これに限るものではなくフォワード（ＦＷＤ）−フォワード（ＦＷＤ）手法を用いても構わない。
【００２５】
Ｓ１１０において、光学画像データ生成工程として、フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの一方の像は、フォトダイオードアレイ１０５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。
【００２６】
Ｓ１１２において、光学画像データ生成工程として、フォトダイオードアレイ１３５上に結像されたパターンの他方の像は、フォトダイオードアレイ１３５によって光電変換され、更にセンサ回路１３６によってＡ／Ｄ変換される。
【００２７】
実施の形態１において、フォトダイオードアレイ１０５とセンサ回路１０６は、光学画像データ生成部の一例となる。同様に、フォトダイオードアレイ１３５とセンサ回路１３６は、他の光学画像データ生成部の一例となる。また、フォトダイオードアレイ１０５，１３５には、共に、例えばＴＤＩ（タイムディレイインテグレータ）センサのようなセンサが設置されている。そして、フォトダイオードアレイ１０５，１３５は、同じ測定レンジに設定されていればよい。また、センサ回路１０６，１３６も、共に、同じ回路で構成されればよい。
【００２８】
図４は、実施の形態１における条件で生成される光学画像データの信号強度の一例を示す図である。図４（ｃ）に示すような粗密パターンが混在したマスクパターン画像１０を採取する場合に、図４（ａ）に示すように、フォトダイオードアレイ１３５に入射する光の光量は、フォトダイオードアレイ１０５に入射する光の光量のＮ−１倍であるから、光電変換後に出力される信号強度もＮ−１倍となる。同様に、センサ回路１３６によってＡ／Ｄ変換された後に出力される信号強度も、センサ回路１０６，１３６のゲインが同じであれば、センサ回路１０６によってＡ／Ｄ変換された後に出力される信号のＮ−１倍となる。例えば、Ｎ＝２．５のときセンサ回路１３６の出力画像の信号強度は、センサ回路１０６の出力画像の信号強度の１．５倍となる。その結果、図４（ｂ）に示すように、粗いサイズの粗パターン部２４において得られるセンサ回路１３６の画像出力はフォトダイオードアレイ１３５の測定レンジの最大値を超えてしまう部分が生じる。例えば、０〜２５５の階調値で信号強度を設定する場合、超えた部分の信号強度の値は全て２５５となり、大きく飽和する。しかし、微細パターン部２２においては信号強度が大きくなった分だけ却ってコントラストが増加する。その結果、微細パターン部２２においては分解能を向上できる。その結果として微細パターン部２２の欠陥を拡大して検出することが可能となる。一方、フォトダイオードアレイ１０５に入射する光の光量は、フォトダイオードアレイ１０５の測定レンジの最大値の量であるから、センサ回路１０６の画像出力の信号強度も測定レンジ内の信号強度となる。よって、粗いサイズの粗パターン部２４においても出力は最大値を超えないため飽和せず、欠陥検査を実施することができる。
【００２９】
以上のように、対象となるパターン画像を高コントラストで採取する時には、高い光量でパターンを照明することが効果的となる。一般的に、パターンサイズの微細化に伴い、画像コントラストが低下する。言い換えれば、粗いピッチサイズパターンの画像出力と同等な出力を微細なピッチサイズパターンで得るためには、当該マスクパターンにより多量の照明光を照射することで解決できる。一方、粗いピッチサイズパターンについては、同等の照明光ではセンサが飽和するため、得られた画像を減光することで、センサにおいて飽和せずかつ高い信号出力を得ることが可能となる。
【００３０】
以上のように、ステージとなるＸＹθテーブル１０２を例えばＸ軸方向に連続的に移動させることにより、２つのＴＤＩセンサにフォトマスク１０１の同一視野のパターンを異なる入射光量の条件で撮像させる。これにより、ビームスプリッタ１３１で分離された複数の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成できる。
【００３１】
センサ回路１０６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、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ともに比較回路１０８に出力される。同様に、センサ回路１３６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、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ともに比較回路１０８に出力される。これらの測定データは、画素毎に例えば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を例えば０〜２５５で表現している。これらの光源１０３、照明光学系１７０、拡大光学系１０４、ビームスプリッタ１３１、複数のフォトダイオードアレイ１０５，１３５、及び複数のセンサ回路１０６，１３６によって高倍率の検査光学系が構成されている。
【００３２】
ここで、図１では、フォトダイオードアレイ１０５とセンサ回路１０６の組、及びフォトダイオードアレイ１３５とセンサ回路１３６の組の２組のセットを示しているが、これに限るものではなく、３つ以上のセットで構成されても構わない。
【００３３】
Ｓ２０２において、参照データ生成工程として、まず、展開回路１１１は、所定の領域毎に、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、読み出された被検査試料となるフォトマスク１０１の設計データを２値ないしは多値のイメージデータである展開画像データに変換（展開処理）する。所定の領域は、例えば、後述する比較工程において、光学画像と比較する画像の領域（エリア）とすればよい。例えば、１０２４×１０２４画素の領域（エリア）とする。
【００３４】
設計データに定義されるパターンを構成する図形は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。
【００３５】
かかる図形データが展開回路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値ないしは多値の画像データを展開する。そして、展開された画像データ（展開画像データ）は、回路内の図示しないパターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９内に格納される。言い換えれば、占有率演算部において、設計パターンデータを読み込み、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ごと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パターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９に出力する。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１／２８（＝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、展開画像データは、各画素に対して８ビットの占有率データで定義されたエリア単位の画像データとしてパターンメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９に格納される。
【００３６】
そして、参照回路１１２は、展開画像データを入力し、展開画像データに対してデータ処理（画像処理）を行い、光学画像データと比較するための参照データ（基準画像データ）を生成する。参照回路１１２は、基準画像データ生成部の一例となる。参照回路１１２は、展開画像データに適切なフィルタ処理を施す。
【００３７】
図５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１０６，１３６から得られた光学画像データ（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。そのため、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展開画像データにも所定のモデルに沿った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。例えば、拡大或いは縮小処理をおこなうリサイズ処理、コーナー丸め処理、或いはぼかし処理といったフィルタ処理を施す。このようにして光学画像と比較する基準画像を作成する。作成された基準画像データは、比較回路１０８に送られる。基準画像データも測定データと同様、各画素が例えば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を０〜２５５で表現している。生成された参照データは、参照回路１１２内の図示しないメモリ、或いは磁気ディスク装置１０９に格納される。
【００３８】
Ｓ２０４において、参照データ生成工程として、参照データ生成工程（２０２）と同様の動作を実施し、別の参照データを生成する。例えば、参照データ生成工程（２０２）では、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジの最大輝度出力の量となる光量が入射した場合に得られる信号強度の参照データを生成する。一方、参照データ生成工程（２０４）では、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジの最大輝度出力のＮ−１倍の量となる光量が入射した場合に得られる信号強度の参照データを生成する。
【００３９】
以上のようにして、入射光量を変えることによって得られた信号強度の異なる複数の光学画像データＡ〜Ｎに合わせて、対応する複数の参照データａ〜ｎを生成する。言い換えれば、参照回路１１２は、複数の光学画像データの１つと比較するための参照データの他に、さらに、複数の光学画像データの残りに対応する、複数の光学画像データと比較するための少なくとも１つの参照データを生成する。そして、複数の光学画像データの他とは異なる１つと比較するために生成された複数の参照データは、比較回路１０８に出力される。
【００４０】
Ｓ２１０において、比較工程として、比較回路１０８は、画素毎に、所定の判定条件で、該当する所定の領域の複数の光学画像データの各光学画像データとこれに対応する参照データとを比較する。比較回路１０８は、比較部の一例である。以下、比較回路１０８内での処理を具体的に説明する。比較回路１０８内では、まず、１つのストライプ分の光学画像データを入力し、１つのストライプ分の光学画像データを参照データの画像と同じ領域サイズで切り出す。その際、切り出す領域は、参照データの画像を生成する際の領域に合わせることは言うまでもない。領域サイズが合わされた光学画像データは、比較回路１０８内の図示しないメモリに格納される。他方、生成された所定の領域の参照データも、比較回路１０８内の図示しない他のメモリに格納される。そして、同じ領域の光学画像データと参照データを読み出し、位置合わせを行なう。そして、アライメントされた光学画像データと参照データに対して、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、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際の閾値が該当する。或いは、例えば、両者を比較し、欠陥の有無を判定する際の比較アルゴリズムが該当する。
【００４１】
例えば、比較工程（Ｓ２１０）の内部工程として、比較工程（Ｓ２１２）として、比較回路１０８は、粗なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が少ない条件の光学画像データ（例えば、光学画像データＡ）とこれに対応する参照データ（例えば、参照データａ）とを比較する。逆に、比較工程（Ｓ２１４）として、比較回路１０８は、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が多い条件の光学画像データ（例えば、光学画像データＮ）とこれに対応する参照データ（例えば、参照データｎ）とを比較する。
【００４２】
以上のように、実施の形態１では、入射光量が異なる同一視野の複数の光学画像データを生成することで、画素毎に、或いは領域毎にパターンの粗密を判断して、粗なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が少ない条件の光学画像データを用い、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が多い条件の光学画像データを用いることを可能にした。その結果、複数の光学画像データの中からパターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データで検査でき、高精度でパターンの検査ができる。
【００４３】
或いは、パターンの粗密に関わらず、画素毎に得られている複数の光学画像データと複数の参照データを用いて、光量条件の同じ画像同士でそれぞれ比較するようにしても好適である。その結果、同じ画素について、比較工程（Ｓ２１２）ではＯＫで、比較工程（Ｓ２１４）でもＯＫとなる第１の組み合わせ、比較工程（Ｓ２１２）ではＮＧで、比較工程（Ｓ２１４）ではＯＫとなる第２の組み合わせ、比較工程（Ｓ２１２）ではＮＧで、比較工程（Ｓ２１４）でもＮＧとなる第３の組み合わせができ得る。そこで、比較回路１０８は、これらの組み合わせの内、第１の組み合わせでは欠陥ではなく、第２或いは第３の組み合わせでは欠陥であると判定するようにしても好適である。或いは、第１と第２の組み合わせでは欠陥ではなく、第３の組み合わせでは欠陥であると判定してもよい。
【００４４】
そして、比較結果は、出力される。例えば、ＣＲＴ１１７に表示される。或いは、パターンモニタ１１８に表示される。或いは、プリンタ１１９で印刷される。或いは、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、或いはＦＤ１１６に記憶される。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態１では、フォトダイオードアレイに入射前の光を、光量比を変えて分岐させることで、信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成したが、信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する手法はこれに限るものではない。実施の形態２では、センサ回路の制御により信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する構成について説明する。
【００４６】
図６は、実施の形態２におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図６において、ビームスプリッタ１３１とフォトダイオードアレイ１３５を削除し、フォトダイオードアレイ１０５の出力をセンサ回路１０６とセンサ回路１３６に分岐する点以外は図１と同様である。
【００４７】
図７は、実施の形態２におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図７において、像分離工程（Ｓ１０４）の代わりに光電変換工程（Ｓ１０５）を備えた点以外は、図２と同様である。
【００４８】
その他、実施の形態２で特に説明する内容以外の内容は実施の形態１と同様である。
【００４９】
Ｓ１０２において、照明工程として、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射される光束は、照明光学系１７０（第１の光学系）を介してフォトマスク１０１を照射する。光源１０３から照射される照明光は画像の輝度出力がフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない範囲で最大となる量の光量を与えると好適である。但し、これに限るものではなく、解像度は劣ることになるが、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない量であっても構わない。供給する光量は、照明光源の光量変動や光量調整誤差を見込んで、予め定めた許容値を設け、その範囲内に収まるよう調整される。照明によってフォトマスク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に入射する。
【００５０】
Ｓ１０５において、光電変換工程として、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によって光電変換される。フォトダイオードアレイ１０５から出力された信号は、電気的に分岐され、一方がセンサ回路１０６に、他方がセンサ回路１３６に入力される。
【００５１】
Ｓ１１０において、光学画像データ生成工程として、センサ回路１０６は、フォトダイオードアレイ１０５から出力された信号を入力し、Ａ／Ｄ変換する。
【００５２】
Ｓ１１２において、光学画像データ生成工程として、センサ回路１３６は、フォトダイオードアレイ１０５から出力された信号を入力し、Ａ／Ｄ変換する。
【００５３】
図４（ｃ）に示したような粗密パターンが混在したマスクパターン画像１０を採取する場合に、実施の形態２では、フォトダイオードアレイ１０５の出力信号を分岐するので、同じ信号強度の信号が、センサ回路１０６，１３６に入力される。そこで、実施の形態２では、Ａ／Ｄ変換する際のセンサ回路１０６のゲインの値を１とした場合に、センサ回路１３６のゲインの値をｍとする。但し、ｍ＞１とする。また、センサ回路１０６のゲインの値は、画像出力の信号強度が測定レンジを越えないように設定される。これにより、センサ回路１３６によってＡ／Ｄ変換された後に出力される信号強度は、センサ回路１０６によってＡ／Ｄ変換された後に出力される信号のｍ倍にできる。その際、図４（ｂ）に示したように、粗いサイズの粗パターン部２４において得られるセンサ回路１３６の画像出力は測定レンジの最大値を超えてしまう部分が生じる。しかし、微細パターン部２２においては信号強度が大きくなった分だけ却ってコントラストが増加する。その結果、微細パターン部２２においては分解能を向上できる。その結果として微細パターン部２２の欠陥を拡大して検出することが可能となる。一方、センサ回路１０６の画像出力の信号強度は測定レンジ内の信号強度となる。よって、粗いサイズの粗パターン部２４においても出力は最大値を超えないため飽和せず、欠陥検査を実施することができる。
【００５４】
以降の工程の内容は、実施の形態１と同様である。
【００５５】
以上のように、実施の形態２では、ゲインの調整により信号強度が異なる同一視野の複数の光学画像データを生成することで、粗なパターン部分を検査する際は相対的にゲインが小さい条件の光学画像データを用い、蜜なパターン部分を検査する際は相対的にゲインが大きい条件の光学画像データを用いることを可能にした。その結果、複数の光学画像データの中からパターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データで検査でき、高精度でパターンの検査ができる。
【００５６】
実施の形態３．
実施の形態１では、フォトダイオードアレイに入射前の光を、光量比を変えて分岐させることで、信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成したが、信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する手法はこれに限るものではない。実施の形態３では、同一の光量比で分岐させた場合でも信号強度の異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する構成について説明する。
【００５７】
図８は、実施の形態３におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図８において、拡大光学系１３２，１３４を追加した点以外は図１と同様である。
【００５８】
図９は、実施の形態３におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図９において、像分離工程（Ｓ１０４）と光学画像データ生成工程（Ｓ１１０）の間に拡大工程（Ｓ１０６）を、像分離工程（Ｓ１０４）と光学画像データ生成工程（Ｓ１１２）の間に拡大工程（Ｓ１０８）を追加した点以外は、図２と同様である。
【００５９】
その他、実施の形態３で特に説明する内容以外の内容は実施の形態１と同様である。
【００６０】
Ｓ１０２において、照明工程として、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、ＸＹθテーブル１０２の上方に配置されている適切な光源１０３によって光が照射される。光源１０３から照射される光束は、照明光学系１７０（第１の光学系）を介してフォトマスク１０１を照射する。光源１０３から照射される照明光は画像の輝度出力がフォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない範囲で最大となる量の光量を与えると好適である。但し、これに限るものではなく、解像度は劣ることになるが、フォトダイオードアレイ１０５，１３５の測定レンジを越えない量であっても構わない。供給する光量は、照明光源の光量変動や光量調整誤差を見込んで、予め定めた許容値を設け、その範囲内に収まるよう調整される。
【００６１】
Ｓ１０４において、像分離工程として、照明によってフォトマスク１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、分岐ミラー或いは光束分岐素子の一例となるビームスプリッタ１３１に入射する。そして、ビームスプリッタ１３１等の光束分岐素子（第２の光学系）によって、入射光は複数の光に分離（分岐）される。これにより、フォトマスク１０１から得られる透過像（第１の光学画像）は、ビームスプリッタ１３１によって、複数の像（第２の光学画像）に光学的に分離される。ビームスプリッタ１３１は、ここでは、１：１の割合で入射光を分岐する。これにより、分岐された同一視野の２つの光学画像は、同じ光量の光学画像にできる。
【００６２】
Ｓ１０６において、拡大工程として、拡大光学系１３２（複数の第３の光学系の１つ）は、分岐された一方の像をａ倍の倍率に変換する。ａ＞１とすることで、分岐された一方の像をａ倍の倍率に拡大する。そして、拡大された像は、フォトダイオードアレイ１０５に入射し、結像する。
【００６３】
Ｓ１０８において、拡大工程として、拡大光学系１３４（複数の第３の光学系の１つ）は、分岐された他方の像をｂ倍の倍率に変換する。ｂ＞１とすることで、分岐された他方の像をｂ倍の倍率に拡大する。そして、拡大された像は、フォトダイオードアレイ１３５に入射し、結像する。
【００６４】
ここで、ａ＞ｂに設定することで、フォトダイオードアレイ１３５の上の光量密度はフォトダイオードアレイ１０５と比べて（ａ×ａ）／（ｂ×ｂ）倍となり、同じ光量で拡大率が小さいから画像は明るくなる。一方、フォトダイオードアレイ１０５の上の光量密度はフォトダイオードアレイ１３５と比べて（ｂ×ｂ）／（ａ×ａ）倍となり、同じ光量で拡大率が大きいから画像は暗くなる。その結果、フォトダイオードアレイ１３５に対して、実質的にフォトダイオードアレイ１０５よりも大きな光量の光を入射させた状態と同じにできる。よって、ａ＞ｂの時にはセンサ回路１３６の出力における信号強度が増加し、結果として微細パターンにおけるコントラストが増加し、微細パターン部の欠陥を拡大して検出することが可能となる。ここで、拡大光学系１３２，１３４による像の拡大にあたり、フォトダイオードアレイの１素子あたりのフォトマスク１０１上サイズは１００〜５０ｎｍ角程度に切替えて設定されればよい。
【００６５】
以降の工程の内容は、実施の形態１と同様である。
【００６６】
以上のように、実施の形態３では、分離された複数の光学画像の倍率をそれぞれ異なる倍率に変換する複数の拡大光学系１３２，１３４をさらに備えて、分岐後の各像の拡大率の調整により信号強度が異なる同一視野の複数の光学画像データを生成する。これにより、粗なパターン部分を検査する際は相対的に拡大率の大きい条件の光学画像データを用い、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に拡大率の小さい条件の光学画像データを用いることを可能にした。その結果、複数の光学画像データの中からパターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データで検査でき、高精度でパターンの検査ができる。
【００６７】
実施の形態４．
実施の形態１では、条件の異なる複数の光学画像データに合わせて、所定の領域毎に複数の参照データを作成していたが、これに限るものではない。実施の形態４では、所定の領域毎に１つの参照データの作成で済む構成について説明する。
【００６８】
図１０は、実施の形態４におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図１０において、選択回路１３８を追加した点以外は図１と同様である。
【００６９】
図１１は、実施の形態４におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図１１において、比較工程（Ｓ２１０）の代わりに比較工程（Ｓ２１６）を備えた点と、光学画像生成工程（Ｓ１１０及びＳ１１２）と比較工程（Ｓ２１６）との間にデータ選択工程（Ｓ１１４）を追加した点と、参照データ生成工程（Ｓ２０２及びＳ２０４）の代わりに参照データ生成工程（Ｓ２０６）を備えた点、以外は図２と同様である。
【００７０】
その他、実施の形態４で特に説明する内容以外の内容は実施の形態１と同様である。
【００７１】
センサ回路１０６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。同様に、センサ回路１３６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。
【００７２】
Ｓ１１４において、データ選択工程として、選択回路１３８は、画素毎に、入力された複数の光学画像データの１つを選択する。選択回路１３８は、選択部の一例となる。選択の仕方は、例えば、パターンの粗密によって選択する。上述したように、粗なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が少ない条件の光学画像データ（例えば、光学画像データＡ）が望ましい。逆に、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が多い条件の光学画像データ（例えば、光学画像データＮ）が望ましい。よって、パターンの粗密に割合について閾値を設定し、画素毎に、閾値より大きい（粗）なのか小さい（密）なのかを判定し、判定結果に沿って、一方の光学画像データを選択する。そして、画素毎に選択されたデータを組み合わせて各検査ストライプ２０の光学画像データを再構成し、再構成された各検査ストライプ２０の光学画像データは位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータとともに比較回路１０８に出力される。
【００７３】
一方、比較対象となる参照データは以下のように生成される。
【００７４】
Ｓ２０６において、参照データ生成工程として、展開回路１１１と参照回路１１２は、画素毎に、選択回路１３８によって選択される複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する。ここでは、選択回路１３８と同様、パターンの粗密に割合について閾値を設定し、画素毎に、閾値より大きい（粗）なのか小さい（密）なのかを判定する。そして、画素毎に、粗なパターン部分を検査するための参照データを生成する際は相対的に入射光量が少ない条件の光量が入射した場合に得られる信号強度の参照データを生成する。逆に、画素毎に、密なパターン部分を検査するための参照データを生成する際は相対的に入射光量が多い条件の光量が入射した場合に得られる信号強度の参照データを生成する。生成の仕方は実施の形態１と同様である。以上のようにして、所定の領域毎の参照データを生成する。よって、かかる所定の領域毎の参照データは、異なる光量でのデータが混在することになる。生成された複数の参照データは、比較回路１０８に出力される。
【００７５】
Ｓ２１６において、比較工程として、比較回路１０８は、画素毎に、所定の判定条件で、該当する所定の領域の光学画像データとこれに対応する領域の参照データとを比較する。比較回路１０８内では、まず、１つのストライプ分の光学画像データを入力し、１つのストライプ分の光学画像データを参照データの画像と同じ領域サイズで切り出す。その際、切り出す領域は、参照データの画像を生成する際の領域に合わせることは言うまでもない。領域サイズが合わされた光学画像データは、比較回路１０８内の図示しないメモリに格納される。他方、生成された所定の領域の参照データも、比較回路１０８内の図示しない他のメモリに格納される。そして、同じ領域の光学画像データと参照データを読み出し、位置合わせを行なう。そして、アライメントされた光学画像データと参照データに対して、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、欠陥の有無を判定する。実施の形態４では、既に、所定の領域の光学画像データと参照データが、共にパターンの粗密に応じて画素毎にデータ値が区別されているので、比較の際には、比較される画素のパターン部分が粗なのか密なのかを判断する必要がない。
【００７６】
ここで、上述した例では、選択回路１３８の選択条件として、パターンの粗密の割合を用いたが、これに限るものではない。例えば、パターンサイズを用いてもよい。パターンとなる図形の幅が大きい（太い）場合は粗と判断し、幅が小さい（細い）場合は密と判断してもよい。参照データを生成する際の選択も同様である。或いは、以下のように選択しても好適である。
【００７７】
図１２は、実施の形態４における参照データの強度の一例を示す概念図である。例えば、フォトダイオードアレイ１０５或いはフォトダイオードアレイ１３５に入射される光量で参照データを生成した場合に得られる予定の信号強度を使って、閾値より大きい強度になる画素は粗と判断し、閾値以下の強度になる画素は密と判断してもよい。そして、選択回路１３８は、かかる情報を参照回路１１２から入力し、粗密の結果に応じて、画素毎に光学画像データを選択する。一方、参照データ生成の際も、かかる粗密の結果に応じて、参照データを生成すればよい。例えば、閾値判定をフォトダイオードアレイ１０５に入射される光量で参照データを用いて行なった場合、密と判定された画素については再度フォトダイオードアレイ１３５に入射される光量で参照データを生成して用いればよい。逆に、閾値判定をフォトダイオードアレイ１３５に入射される光量で参照データを用いて行なった場合、粗と判定された画素については再度フォトダイオードアレイ１０５に入射される光量で参照データを生成して用いればよい。
【００７８】
以上のように、パターンの粗密に応じて、光学画像データと参照データを対応する光量でのデータを選択して用いることで、所定の領域毎の参照データを１つ作成すれば済む。そして、画素毎に、粗なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が少ない条件の光学画像データと参照データを用い、蜜なパターン部分を検査する際は相対的に入射光量が多い条件の光学画像データと参照データを用いることを可能にした。その結果、パターンの粗密に応じた高い信号強度の光学画像データで検査でき、高精度でパターンの検査ができる。
【００７９】
実施の形態５．
実施の形態２では、条件の異なる複数の光学画像データに合わせて、所定の領域毎に複数の参照データを作成していたが、これに限るものではない。実施の形態５では、実施の形態４と同様、所定の領域毎に１つの参照データの作成で済む構成について説明する。
【００８０】
図１３は、実施の形態５におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図１３において、選択回路１３８を追加した点以外は図６と同様である。
【００８１】
図１４は、実施の形態５におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図１４において、比較工程（Ｓ２１０）の代わりに比較工程（Ｓ２１６）を備えた点と、光学画像生成工程（Ｓ１１０及びＳ１１２）と比較工程（Ｓ２１６）との間にデータ選択工程（Ｓ１１４）を追加した点と、参照データ生成工程（Ｓ２０２及びＳ２０４）の代わりに参照データ生成工程（Ｓ２０６）を備えた点、以外は図７と同様である。
【００８２】
その他、実施の形態５で特に説明する内容以外の内容は実施の形態２と同様である。
【００８３】
センサ回路１０６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。同様に、センサ回路１３６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。データ選択工程（Ｓ１１４）、参照データ生成工程（Ｓ２０６）及び比較工程（Ｓ２１６）の内容は、実施の形態４と同様である。
【００８４】
実施の形態６．
実施の形態３では、条件の異なる複数の光学画像データに合わせて、所定の領域毎に複数の参照データを作成していたが、これに限るものではない。実施の形態６では、実施の形態４と同様、所定の領域毎に１つの参照データの作成で済む構成について説明する。
【００８５】
図１５は、実施の形態６におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図１５において、選択回路１３８を追加した点以外は図８と同様である。
【００８６】
図１６は、実施の形態６におけるパターン検査方法の要部工程のフローを示すフローチャート図である。図１６において、比較工程（Ｓ２１０）の代わりに比較工程（Ｓ２１６）を備えた点と、光学画像生成工程（Ｓ１１０及びＳ１１２）と比較工程（Ｓ２１６）との間にデータ選択工程（Ｓ１１４）を追加した点と、参照データ生成工程（Ｓ２０２及びＳ２０４）の代わりに参照データ生成工程（Ｓ２０６）を備えた点、以外は図８と同様である。
【００８７】
その他、実施の形態６で特に説明する内容以外の内容は実施の形態３と同様である。
【００８８】
センサ回路１０６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。同様に、センサ回路１３６出力された各検査ストライプ２０の測定データ（光学画像データ）は、検査ストライプ２０毎に、順に、選択回路１３８に出力される。データ選択工程（Ｓ１１４）、参照データ生成工程（Ｓ２０６）及び比較工程（Ｓ２１６）の内容は、実施の形態４と同様である。
【００８９】
図１７は、別の光学画像取得手法を説明するための図である。図１等の構成では、スキャン幅Ｗの画素数を同時に入射するフォトダイオードアレイ１０５，１３５を用いているが、これに限るものではなく、図１７に示すように、ＸＹθテーブル１０２をＸ方向に定速度で送りながら、レーザ干渉計で一定ピッチの移動を検出した毎にＹ方向に図示していないレーザスキャン光学装置でレーザビームをＹ方向に走査し、透過光或いは反射光を検出して所定の大きさのエリア毎に二次元画像を取得する手法を用いても構わない。
【００９０】
以上の説明において、「〜部」、「〜回路」或いは「〜工程」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。或いは、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により実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、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る。例えば、演算制御部を構成する、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、選択回路１３８、或いはオートフォーカス制御回路１４０等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機１１０によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。
【００９１】
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、各実施の形態では、透過光を用いているが、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いてもよい。反射光を用いる場合には、透過部から得られる画素値と遮光部から得られる画素値の大小が逆になることは言うまでもない。
【００９２】
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。
【００９３】
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或いはパターン検査方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００９４】
１０ マスクパターン画像
２０ 検査ストライプ
２２ 微細パターン部
２４ 粗パターン部
１００ パターン検査装置
１０１ フォトマスク
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４，１３２，１３４ 拡大光学系
１０５，１３５ フォトダイオードアレイ
１０６，１３６ 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
１１５ 磁気テープ装置
１２０ バス
１３１ ビームスプリッタ
１３８ 選択回路
１４０ オートフォーカス制御回路
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御回路
１７０ 照明光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン形成された被検査試料を照明する第１の光学系と、
照明によって前記被検査試料から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離する第２の光学系と、
分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数の光学画像データ生成部と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する基準画像データ生成部と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データ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。
【請求項２】
前記分離光学系は、前記複数の第２の光学画像に分離される際に配分される各光量がそれぞれ異なる光量となるように前記第１の光学画像を分離することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
【請求項３】
分離された前記複数の第２の光学画像の倍率をそれぞれ異なる倍率に変換する複数の第３の光学系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装置。
【請求項４】
パターン形成された被検査試料を照明する光学系と、
照明によって前記被検査試料から得られる像を光電変換する光電変換素子と、
光電変換された信号をそれぞれ入力し、それぞれ異なるゲインで少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数の光学画像データ生成部と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する基準画像データ生成部と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データ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。
【請求項５】
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つを選択する選択部をさらに備え、
前記基準画像データ生成部は、前記選択部によって選択される前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のパターン検査装置。
【請求項６】
前記基準画像データ生成部は、前記複数の光学画像データの１つと比較するための前記基準画像データの他に、さらに、前記複数の光学画像データの残りに対応する、前記複数の光学画像データと比較するための少なくとも１つの基準画像データを生成することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のパターン検査装置。
【請求項７】
前記複数の光学画像データは、同一視野の光学画像データであることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のパターン検査装置。
【請求項８】
パターン形成された被検査試料を照明する工程と、
照明によって前記被検査試料から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離する工程と、
分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する工程と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する工程と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較し、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。
【請求項９】
パターン形成された被検査試料を照明する工程と、
照明によって前記被検査試料から得られる像を光電変換する工程と、
光電変換された信号をそれぞれ入力し、それぞれ異なるゲインで少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する工程と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する工程と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項１】
パターン形成された被検査試料を照明する第１の光学系と、
照明によって前記被検査試料から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離する第２の光学系と、
分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数の光学画像データ生成部と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する基準画像データ生成部と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データ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。
【請求項２】
前記分離光学系は、前記複数の第２の光学画像に分離される際に配分される各光量がそれぞれ異なる光量となるように前記第１の光学画像を分離することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
【請求項３】
分離された前記複数の第２の光学画像の倍率をそれぞれ異なる倍率に変換する複数の第３の光学系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装置。
【請求項４】
パターン形成された被検査試料を照明する光学系と、
照明によって前記被検査試料から得られる像を光電変換する光電変換素子と、
光電変換された信号をそれぞれ入力し、それぞれ異なるゲインで少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する複数の光学画像データ生成部と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する基準画像データ生成部と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データ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。
【請求項５】
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つを選択する選択部をさらに備え、
前記基準画像データ生成部は、前記選択部によって選択される前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のパターン検査装置。
【請求項６】
前記基準画像データ生成部は、前記複数の光学画像データの１つと比較するための前記基準画像データの他に、さらに、前記複数の光学画像データの残りに対応する、前記複数の光学画像データと比較するための少なくとも１つの基準画像データを生成することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のパターン検査装置。
【請求項７】
前記複数の光学画像データは、同一視野の光学画像データであることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のパターン検査装置。
【請求項８】
パターン形成された被検査試料を照明する工程と、
照明によって前記被検査試料から得られる第１の光学画像を複数の第２の光学画像に光学的に分離する工程と、
分離された複数の第２の光学画像を用いて、少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する工程と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する工程と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較し、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。
【請求項９】
パターン形成された被検査試料を照明する工程と、
照明によって前記被検査試料から得られる像を光電変換する工程と、
光電変換された信号をそれぞれ入力し、それぞれ異なるゲインで少なくとも一部の信号強度が異なる複数の光学画像データを生成する工程と、
前記複数の光学画像データの１つと比較するための基準画像データを生成する工程と、
画素毎に、前記複数の光学画像データの１つと前記基準画像データとを比較する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−９９７８８（Ｐ２０１１−９９７８８Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５５３７７（Ｐ２００９−２５５３７７）
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【上記１名の代理人】
【識別番号】１００１１９０３５
【弁理士】
【氏名又は名称】池上 徹真
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【上記１名の代理人】
【識別番号】１００１１９０３５
【弁理士】
【氏名又は名称】池上 徹真
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]