(57)【要約】【目的】光学系の位置ずれによる画像の歪みを補正する検査装置を提供することを目的とする。【構成】パターン検査装置１００は、光源１０３と、フォトマスク１０１を配置するＸＹθテーブル１０２と、レーザを用いてＸＹθテーブル１０２の位置を測定するレーザ測長システム１２２と、フォトマスク１０１のパターン像を撮像するラインセンサ１０５と、ラインセンサ１０５にパターン像を結像させる拡大光学系１０４と、レーザを用いて拡大光学系１０４の位置を測定するレーザ測長システム１２４と、ＸＹθテーブル１０２の位置と拡大光学系１０４の位置との差分を用いて、撮像されたパターン像を補正する補正回路１４０と、補正後のパターン像を用いて、パターンの欠陥の有無を検査する比較回路１０８と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば、光学系の位置ずれによる画像の歪みを補正することができる。【選択図】図１
2010096740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
パターンが形成された基板を配置するステージと、
レーザを用いて前記ステージの位置を測定する第１のレーザ測長部と、
前記光源からの光が前記基板に形成されたパターンに照射されて得られるパターン像を撮像するセンサと、
前記センサに前記パターン像を結像させる光学系と、
レーザを用いて前記光学系の位置を測定する第２のレーザ測長部と、
前記ステージの位置と前記光学系の位置との差分を用いて、撮像されたパターン像を補正する補正部と、
補正後のパターン像を用いて、パターンの欠陥の有無を検査する検査部と、
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
前記光学系の光学中心から径方向へと延びる方向に形成された反射面を有し、前記第２のレーザ測長部により照射されるレーザを前記反射面で反射する反射ミラー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３】
前記補正部は、画素単位で前記パターン像を補正す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装置。
【請求項４】
前記補正部は、さらに、ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）条件により得られるサンプリング間隔を用いたホイッタカー・シャノン（Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ−Ｓｈａｎｎｏｎ）の公式を用いて、撮像された前記パターン像をサブ画素単位で補正することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のパターン検査装置。
【請求項５】
前記サンプリング間隔Ｌは、前記光学系における前記基板側の最大開口角ＮＡと前記光源からの光の波長λと前記光学系の倍率Ｍとを用いて、以下の式
Ｌ≦λ／（４ＮＡ）・Ｍ
から得られ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】
前記補正部は、画素単位で前記パターン像を補正した後に、さらに、サブ画素単位で前記パターン像を補正することを特徴とする請求項４又は５記載のパターン検査装置。
【請求項７】
前記センサは、複数の受光素子を有し、
前記複数の受光素子は、ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）条件により得られるサンプリング間隔をピッチとして配置され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】
レーザを用いて、パターンが形成された基板を配置するステージの位置を測定する第１の測定工程と、
光源からの光が前記基板に形成されたパターンに照射されて得られるパターン像をセンサで撮像する撮像工程と、
レーザを用いて、前記センサに前記パターン像を結像させる光学系の位置を測定する第２の測定工程と、
前記ステージの位置と前記光学系の位置との差分を用いて、撮像されたパターン像を補正する補正工程と、
補正後のパターン像を用いて、パターンの欠陥の有無を検査する検査工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項９】
前記パターン像は、画素単位で補正されることを特徴とする請求項８記載のパターン検査方法。
【請求項１０】
前記パターン像を補正する際、さらに、ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）条件により得られるサンプリング周期を用いたホイッタカー・シャノン（Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ−Ｓｈａｎｎｏｎ）の公式を用いて、前記パターン像がサブ画素単位で補正されることを特徴とする請求項８又は９記載のパターン検査方法。
【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、特に、撮像された画像の歪みを補正する機能を備えたパターン検査装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。
【０００３】
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。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】
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データ（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（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、例えば、波長限界を超える微細なパターンを露光するための技術として、二重露光技術や二重パターニング技術がある。かかる手法では、２つのマスクを使用するが、それぞれのマスク検査では通常、欠陥とはならない局所的なパターンの位置ずれが、両マスクのパターンを重ね合わせた結果、欠陥となる場合があり得る。そのため、かかる局所的なパターンの位置ずれが、歩留まりに大きな影響を与えかねない。そのため、検査装置では、絶対位置の歪みを局所的に検出する必要がある。しかしながら、検査装置で撮像される画像が歪んでしまうと絶対位置の歪みを高精度に検出することが困難となる。画像が歪んでしまう原因の１つとして、ステージとセンサ間の光学系と、ステージとの相対位置が検査装置の基台等の熱膨張や変形等でずれてしまう場合があることが挙げられる。従来、光学系の位置ずれによる画像の歪みを抑制する十分な解決法がなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１１２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、画像が歪んでしまう原因の１つとして、ステージとセンサ間の光学系と、ステージとの相対位置が検査装置の基台等の熱膨張や変形等でずれてしまう場合があることが挙げられる。従来、光学系の位置ずれによる画像の歪みを抑制する十分な解決法がなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる問題点を克服し、光学系の位置ずれによる画像の歪みを補正する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】
【０００９】
本発明の一態様のパターン検査装置は、
光源と、
パターンが形成された基板を配置するステージと、
レーザを用いてステージの位置を測定する第１のレーザ測長部と、
光源からの光が基板に形成されたパターンに照射されて得られるパターン像を撮像するセンサと、
センサにパターン像を結像させる光学系と、
レーザを用いて光学系の位置を測定する第２のレーザ測長部と、
ステージの位置と光学系の位置との差分を用いて、撮像されたパターン像を補正する補正部と、
補正後のパターン像を用いて、パターンの欠陥の有無を検査する検査部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
そして、光学系の光学中心から径方向へと延びる方向に形成された反射面を有し、第２のレーザ測長部により照射されるレーザを反射面で反射する反射ミラーをさらに備えると好適である。
【００１１】
また、補正部は、画素単位でパターン像を補正すると好適である。
【００１２】
本発明の一態様のパターン検査方法は、
レーザを用いて、パターンが形成された基板を配置するステージの位置を測定する第１の測定工程と、
光源からの光が基板に形成されたパターンに照射されて得られるパターン像をセンサで撮像する撮像工程と、
レーザを用いて、センサにパターン像を結像させる光学系の位置を測定する第２の測定工程と、
ステージの位置と光学系の位置との差分を用いて、撮像されたパターン像を補正する補正工程と、
補正後のパターン像を用いて、パターンの欠陥の有無を検査する検査工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、パターン検査方法についても、パターン像は、画素単位で補正されると好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光学系の位置ずれによる画像の歪みを補正することができる。よって、局所的なパターンの位置ずれを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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における光学画像の取得手順を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１におけるステージと拡大光学系とが支持部材により支持された状態の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１におけるステージの位置と拡大光学系の位置とを測定する状態をそれぞれ上面から示す概念図である。
【図５】実施の形態１における位置回路内の構成を示す図である。
【図６】実施の形態１における画像補正を説明するための概念図である。
【図７】実施の形態１における画像の補正前後の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１におけるダイ−ダイ検査を行うフォトマスクの一例を示す図である。
【図９】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１０】実施の形態２における２次元センサの受光素子の配列の一例を示す概念図である。
【図１１】実施の形態２における最大開口角ＮＡを説明するための概念図である。
【図１２】実施の形態２における補正回路内の構成を示す概念図である。
【図１３】実施の形態２における検査装置のセンサ面上に結像された画像の一例を示す図である。
【図１４】図１３に示す画像の強度プロファイルの状況をわかりやすく示すために、画像のｘ軸上の理想的な強度分布を示すグラフである。
【図１５】実施の形態２におけるサブ画素単位補正を行なわない場合での図１４に対応する強度分布を示すグラフである。
【図１６】実施の形態２におけるサブ画素単位補正を行なった場合での図１４に対応する強度分布を示すグラフである。
【図１７】実施の形態２における１次元のラインセンサの受光素子の配列の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、試料、例えばマスク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と制御系回路１６０を備えている。光学画像取得部１５０は、光源１０３、ＸＹθテーブル１０２、照明光学系１７０、拡大光学系１０４、ラインセンサ１０５、センサ回路１０６、レーザ測長システム１２２，１２４、及びオートローダ１３０を備えている。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、補正回路１４０、比較回路１０８、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、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、補正回路１４０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。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。
【００１７】
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、ラインセンサ１０５、及びセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。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、拡大光学系１０４の移動位置はレーザ測長システム１２４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。
【００１８】
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上に載置される。そして、フォトマスク１０１に形成されたパターンには、適切な光源１０３によって連続光が照明光学系１７０を介して照射される。フォトマスク１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、ラインセンサ１０５に光学像として結像し、入射する。ラインセンサ１０５としては、例えば、時間遅延積分型（ＴＤＩ）センサが好適である。
【００１９】
図２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概念図である。被検査領域２２は、図２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、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の動作が制御される。ＸＹθテーブル１０２の移動によってラインセンサ１０５が相対的にＸ方向（第１の方向）に連続移動しながら光学画像が取得される。ラインセンサ１０５では、図２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。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、スキャン幅ＷずつＹ方向にずれた位置で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。
【００２０】
ラインセンサ１０５上に結像されたパターンの像は、ラインセンサ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、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、画素データは、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Ｙ（斜体文字Ｙは、ベクトルを示す。）を示すデータと共に補正回路１４０に送られる。測定データは例えば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。
【００２１】
図３は、実施の形態１におけるステージと拡大光学系とが支持部材により支持された状態の一例を示す図である。基台３０上には、ＸＹθテーブル１０２を動作させるモータ４２を固定する支持部材４０が配置される。また、基台３０上には、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長するレーザ測長システム１２２（第１のレーザ測長部）と、拡大光学系１０４の位置を測長するレーザ測長システム１２４（第２のレーザ測長部）とを支持する支持部材３８が配置される。また、基台３０上には、支持部材３８，４０の間の光学中心側に、拡大光学系１０４と共にラインセンサ１０５を支持する支持部材３６が配置される。ここで、モータ４２は、図１に示すように、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を示す。モータ４２は、各軸について、それぞれ個別のモータであっても構わないことは言うまでもない。
【００２２】
ＸＹθテーブル１０２の位置は、ｘ方向とｙ方向についてそれぞれ測長される。そのため、レーザ測長システム１２２には、ｘ方向のＸＹθテーブル１０２の位置を測長するレーザ干渉計５０と、ｙ方向のＸＹθテーブル１０２の位置を測長するレーザ干渉計５２とを備えている。また、ＸＹθテーブル１０２は、レーザ干渉計５０から照射されるレーザを反射する反射ミラー３２と、レーザ干渉計５２から照射されるレーザを反射する反射ミラー３３とを有している。そして、レーザ測長システム１２２によって測長されたＸＹθテーブル１０２の位置Ｘ（位置Ｘは、ベクトルを示す。）を示すデータは、位置回路１０７に送られる。
【００２３】
ここで、基台３０は、熱膨張や変形によって伸縮する。そのため、ＸＹθテーブル１０２と拡大光学系１０４の相対位置も基台３０の伸縮によって変化する。そのため、ＸＹθテーブル１０２の位置だけで画像位置を特定すると拡大光学系１０４がずれることに伴い画像位置に誤差が生じることになる。さらに、支持部材３６，３８の変形や倒れも誤差の要因となる。
【００２４】
そこで、実施の形態１では、ＸＹθテーブル１０２の位置の他に、さらに、拡大光学系１０４の位置も測長する。拡大光学系１０４の位置は、ＸＹθテーブル１０２と同様、ｘ方向とｙ方向についてそれぞれ測長される。そのため、レーザ測長システム１２４には、ｘ方向の拡大光学系１０４の位置を測長するレーザ干渉計５４と、ｙ方向の拡大光学系１０４の位置を測長するレーザ干渉計５６とを備えている。また、拡大光学系１０４を支持する支持部材３６は、レーザ干渉計５４から照射されるレーザを反射する反射ミラー３４と、レーザ干渉計５６から照射されるレーザを反射する反射ミラー３５とを有している。レーザ測長システム１２４によって測長された拡大光学系１０４の位置Ｚ（位置Ｚは、ベクトルを示す。）を示すデータは、位置回路１０７に送られる。
【００２５】
図４は、実施の形態１におけるステージの位置と拡大光学系の位置とを測定する状態を上面からそれぞれ示す概念図である。図４において、ＸＹθテーブル１０２のｘ方向の一方の外周端には、ｙ方向へと延びる反射面をもつ反射ミラー３２が配置される。また、ＸＹθテーブル１０２のｙ方向の一方の外周端には、ｘ方向へと延びる反射面をもつ反射ミラー３３が配置される。反射ミラー３２，３３は、ＸＹθテーブル１０２と一体で形成されても構わないし、別体で形成された上で結合されていても構わない。或いは別体で形成された上で組み立てられていても構わない。反射ミラー３２はレーザ干渉計５０からｘ方向に照射されるレーザを反射する。反射ミラー３３はレーザ干渉計５２からｙ方向に照射されるレーザを反射する。そして、レーザ干渉計５０，５２によって測長されたＸＹθテーブル１０２の各方向の位置を示すデータは、位置回路１０７に送られる。
【００２６】
図４において、拡大光学系１０４は、支持部材３６に取り囲まれるように支持される。そして、拡大光学系１０４の光学中心Ｏからｙ方向（径方向の一例）に向かって支持部材３６の外周にあたる位置に、反射ミラー３４が配置される。反射ミラー３４は、拡大光学系１０４の光学中心Ｏからｙ方向へと延びる方向に形成された反射面を有している。そして、反射ミラー３４の反射面は拡大光学系１０４の光学中心Ｏとｙ方向の座標が一致する位置に配置されると好適である。
【００２７】
そして、拡大光学系１０４の光学中心Ｏからｘ方向（径方向の一例）に向かって支持部材３６の外周にあたる位置に、反射ミラー３５が配置される。反射ミラー３５は、拡大光学系１０４の光学中心Ｏからｘ方向へと延びる方向に形成された反射面を有している。そして、反射ミラー３５の反射面は拡大光学系１０４の光学中心Ｏとｘ方向の座標が一致する位置に配置されると好適である。
【００２８】
反射ミラー３４はレーザ干渉計５４からｘ方向に照射されるレーザを反射する。反射ミラー３５はレーザ干渉計５６からｙ方向に照射されるレーザを反射する。そして、レーザ干渉計５４，５６によって測長された拡大光学系１０４の各方向の位置を示すデータは、位置回路１０７に送られる。
【００２９】
図５は、実施の形態１における位置回路内の構成を示す図である。図５において、位置回路１０７内には、画像位置演算部６０と減算器６２が配置される。画像位置演算部６０は、レーザ測長システム１２２によって測長されたＸＹθテーブル１０２の位置Ｘを示すデータからＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置Ｙを演算し、フォトマスク１０１の位置Ｙ（位置Ｙはベクトルを示す）を示すデータを補正回路１４０に出力する。減算器６２は、レーザ測長システム１２２によって測長されたＸＹθテーブル１０２の位置Ｘとレーザ測長システム１２４によって測長された拡大光学系１０４の位置Ｚとの差分（Ｘ−Ｚ）（差分（Ｘ−Ｚ）はベクトルを示す）を演算し、随時、時間の経過或いは位置によって変化し得る差分（Ｘ−Ｚ）を示すデータを補正回路１４０に出力する。レーザ干渉計を用いることでナノメートル（ｎｍ）単位で位置を測定することができる。
【００３０】
図６は、実施の形態１における画像補正を説明するための概念図である。図６において、座標系１４は、ＸＹθテーブル１０２と拡大光学系１０４との相対位置を考慮していないローカルな座標系を示す。他方、座標系１６は、ＸＹθテーブル１０２と拡大光学系１０４との相対位置を考慮したグローバルな絶対座標系を示す。座標系１４内において、撮像された画像の画素データをΦ（Ｙ）と示す（Ｙはベクトルを示す）とすると、座標系１６でのかかる画素データは、Φ（Ｙ−（Ｘ−Ｚ））で示すことができる（Ｙ−（Ｘ−Ｚ）はベクトルを示す）。よって、Φ（Ｙ−（Ｘ−Ｚ））が絶対座標系での画素データとなる。
【００３１】
そこで、補正回路１４０（補正部）は、ストライプパターンメモリ１２３から画像の各画素データを入力し、ＸＹθテーブル１０２の位置Ｘと拡大光学系１０４の位置Ｚとの差分（Ｘ−Ｚ）を用いて、撮像されたパターン像を補正する。補正の際、差分（Ｘ−Ｚ）は、各画素データがラインセンサ１０５で受光された時点での差分（Ｘ−Ｚ）を用いる。そして、パターン像は、画素単位で補正されると好適である。補正後の絶対座標系での画素データΦ（Ｙ−（Ｘ−Ｚ））が比較回路１０８に出力される。
【００３２】
図７は、実施の形態１における画像の補正前後の一例を示す図である。ＸＹθテーブル１０２と拡大光学系１０４との相対位置を考慮していないローカルな座標系では、図７（ａ）に示すように歪んだ画像となる。これに対し、ＸＹθテーブル１０２と拡大光学系１０４との相対位置で補正することにより、図７（ｂ）に示すように歪みが補正された画像にすることができる。特に、画素単位で補正することで、図７（ｂ）に示すようにより高精度な歪補正を行うことができる。
【００３３】
ここで、ダイ−データベース検査の場合には、以下のように検査する。比較回路１０８（検査部）は、検査ストライプ２０毎に補正回路１４０から補正後の画素データを入力する。そして、検査ストライプのサイズの画像が、例えば、５１２×５１２画素のサイズの検査用画像に切り出される。他方、参照回路１１２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す。そして、読み出されたフォトマスク１０１の設計データを２値ないしは多値のイメージデータに変換して、測定データの画像と同じサイズの参照データ（参照画像）を作成する。そして、参照データは、比較回路１０８（検査部）に送られる。
【００３４】
そして、測定データと参照データとの位置合わせを行なう。そして、測定データの各画素データと参照データの参照画素データとを所定のアルゴリズムに従って画素毎に比較し、欠陥の有無を判定する。そして、比較された結果は出力される。比較された結果は、例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９に出力される。或いは、外部に出力されても構わない。また、検査手法は、ダイ−データベース検査に限るものではなく、ダイ−ダイ検査であってもよい。ダイ−ダイ検査を行う場合について以下に説明する。
【００３５】
図８は、実施の形態１におけるダイ−ダイ検査を行うフォトマスクの一例を示す図である。図８において、フォトマスク１０１の中に同一の設計データから描画された被検査領域（ダイ）が２つ以上あることが前提となる。図８では、被検査領域１０と被検査領域１２との同一の設計データに基づく２つの被検査領域がフォトマスク１０１の中に描画されている。ここで、ダイ−ダイ検査を行う場合、かかる２つの被検査領域１０，１２を含む全体の検査領域が、図２に示したように、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。よって、２つの対応する領域が１つの検査ストライプ２０内に含まれることになる。そして、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の動作が制御される。
【００３６】
次に、ダイ−ダイ検査の場合には、以下のように検査する。共に撮像された被検査領域１０，１２の測定データが、ストライプパターンメモリ１２３に検査ストライプ２０毎に格納された後、補正回路１４０にて各画素データの位置が補正される。そして、補正後の画素データは比較回路１０８（検査部）に送られる。そして、検査ストライプのサイズの画像が、例えば、５１２×５１２画素のサイズの検査用画像に切り出される。そして、被検査領域１０，１２の対応する領域の検査用画像同士の位置合わせを行なう。そして、各検査用画像の各画素データを所定のアルゴリズムに従って画素毎に比較し、パターンの欠陥の有無を判定する。そして、比較された結果は出力される。比較された結果は、例えば、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９に出力される。或いは、外部に出力されても構わない。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によれば、ＸＹθテーブル１０２と拡大光学系１０４との相対位置の変動を正確に補正回路１４０にフィードバックすることができる。そして、その変動分を考慮することで光学系の位置ずれによる画像の歪みを補正することができる。よって、局所的なパターンの位置ずれを検出することができる。その結果、例えば、二重露光や二重パターニング用のマスクについても局所的なパターンの位置ずれを検出することができる。また、基台３０を丈夫にして伸縮をさせないようにすることも考えられる。しかし、基台３０を丈夫にするには多大なコストがかかる。さらに、基台３０を丈夫にしても１ｎｍ以下の寸法変動精度に抑えることは困難となる。これに対し、レーザ干渉計では１ｎｍ以下の寸法を測定することができる。よって、より簡易でかつ正確な画像補正を行うことができる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態１では、ＸＹθテーブル１０２の位置Ｘと拡大光学系１０４の位置Ｚとの差分（Ｘ−Ｚ）を用いて、撮像されたパターン像を画素単位で補正したが、実施の形態２では、さらに、画素より小さいサブ画素単位での補正を行なう構成について説明する。
【００３９】
図９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９において、ラインセンサ１０５の代わりに２次元センサ２０５を備えた点以外は図１と同様である。
【００４０】
図１０は、実施の形態２における２次元センサの受光素子の配列の一例を示す概念図である。図１０において、２次元センサ２０５は、ｘ，ｙ方向に複数の受光素子７０を配置している。そして、ｘ，ｙ方向ともに受光素子７０は、ピッチＰで規則的に配列されている。
【００４１】
ここで、複数の受光素子７０は、以下の式で示すナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）条件により得られるサンプリング間隔Ｌ（或いは、サンプリング周波数（空間周波数）とも言う。）をピッチＰとして配置される。サンプリング間隔Ｌは、拡大光学系１０４におけるフォトマスク１０１側の最大開口角ＮＡと光源１０３からの照明光の波長λと拡大光学系１０４の倍率Ｍとを用いて、Ｌ≦λ／（４ＮＡ）・Ｍで定義される。
【００４２】
図１１は、実施の形態２における最大開口角ＮＡを説明するための概念図である。図１１において、拡大光学系１０４におけるフォトマスク１０１側の光軸に対する開口角θを用いて、最大開口角ＮＡは、ＮＡ＝ｓｉｎθで表される。
【００４３】
ここで、２次元センサ２０５をＴＤＩセンサとして使用する場合には、ステージの移動速度Ｖに受光素子７０からの出力のサンプリング時間Δｔを乗じたＶ・Δｔが、Ｖ・Δｔ＝Ｐ＝Ｌ≦λ／（４ＮＡ）・Ｍとなる移動速度Ｖとサンプリング時間Δｔを設定すればよい。
【００４４】
図１２は、実施の形態２における補正回路内の構成を示す概念図である。図１２において、補正回路１４０内には、画素単位補正部１４２と画素より小さいサブ画素単位で補正するサブ画素単位補正部１４４が配置されている。実施の形態２では、補正回路１４０内の画素単位補正部１４２（補正部）は、ストライプパターンメモリ１２３から画像の各画素データを入力し、ＸＹθテーブル１０２の位置Ｘと拡大光学系１０４の位置Ｚとの差分（Ｘ−Ｚ）を用いて、撮像されたパターン像を画素単位で補正する。ここまでは、実施の形態１と同様である。そして、画素単位補正部１４２によって画素単位で補正された絶対座標系での画素データΦ（Ｙ−（Ｘ−Ｚ））がサブ画素単位補正部１４４に出力される。画素単位で補正された画素データΦ（Ｙ−（Ｘ−Ｚ））は、続いて、サブ画素単位補正部１４４によってサブ画素単位で補正される。
【００４５】
ここで、受光素子７０面上に得られる画像強度分布をＩ（ｘ、ｙ）とする。この画像は、サブ画素単位での歪み等が補正されていない画像強度分布である。観測系の座標系の歪みを補正するためにサブ画素を含む任意の距離、たとえば（ξ（ｘ，ｙ），η（ｘ，ｙ））だけ移動された画像強度分布Ｉ’（ｘ、ｙ）が必要となる。画像強度分布Ｉ’（ｘ、ｙ）は、Ｉ’（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ−ξ、ｙ−η）で定義される。
【００４６】
次に、画像を一定間隔Ｌでサンプリングしたものを画像データとしてを２次元スカラー配列としてあらわす。２次元センサ２０５は一定の面積の開口を持つ受光素子７０が規則的に等ピッチで２次元格子状に配置されているとする。その場合、２次元センサ２０５を構成する受光素子７０の位置をｘ、ｙ方向の位置のｉｎｄｅｘを用いて（ｉ，ｊ）と表すとき、画像強度分布Ｉと受光素子７０の位置を示す画素位置（ｉ，ｊ）での２次元センサ２０５から出力される画素データΦとの関係は、Φ（ｉ，ｊ）＝Ｉ（ｉＬ，ｊＬ）と表すことができる。但し、ｘ＝ｉＬ，ｙ＝ｊＬである。
【００４７】
したがって、移動された画素データΦ’（ｉ，ｊ）は、ξ＝ξ（ｘ，ｙ）、η＝η（ｘ，ｙ）として、Φ’（ｉ，ｊ）＝Ｉ’（ｉＬ，ｊＬ）＝Ｉ（ｉＬ−ξ，ｊＬ−η）と表すことができる。
【００４８】
ここで、ホイッタカー・シャノン（Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ−Ｓｈａｎｎｏｎ）の公式（補間公式）を利用すると、画像強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）は、以下の式（１）で表すことができる。
【数１】
2010096740.tif 000003
【００４９】
ただし、ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（πｘ）／πｘである。
【００５０】
従って、移動された画素データΦ’（ｉ，ｊ）は、以下の式（２）で表すことができる。
【数２】
2010096740.tif 000004
【００５１】
式（２）を用いることで、測定された画素データΦ（ｉ，ｊ）から連続関数となる画像強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）を復元することができる。同様に、画像強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）から補正後の連続関数となる画像強度分布Ｉ’（ｘ、ｙ）を求めることができる。同様に、補正後の画像強度分布Ｉ’（ｘ、ｙ）を離散化して画像について任意の連続量の位置補正を施した補正後の画素データΦ’（ｉ，ｊ）を求めることができる。
【００５２】
以上の関係を用いて、サブ画素単位補正部１４４（補正部）は、さらに、ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）条件により得られるサンプリング間隔Ｌを用いたホイッタカー・シャノン（Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ−Ｓｈａｎｎｏｎ）の公式を用いて、撮像されたパターン像をサブ画素単位で補正する。すなわち、画素単位補正部１４２によって画素単位で補正された絶対座標系での画素データΦ（Ｙ−（Ｘ−Ｚ））をΦ（ｉ，ｊ）として、サブ画素単位補正部１４４は、Φ（ｉ，ｊ）を入力して、サブ画素単位で補正された画素データΦ’（ｉ，ｊ）を演算する。そして、サブ画素単位で補正された画素データΦ’（ｉ，ｊ）を比較回路１０８に出力する。
【００５３】
図１３は、実施の形態２における検査装置のセンサ面上に結像された画像の一例を示す図である。
図１４は、図１３に示す画像の強度プロファイルの状況をわかりやすく示すために、画像のｘ軸上の理想的な強度分布を示すグラフである。しかしながら、実際にセンサ回路１９６から出力されるデータは図１４に示すような理想的なグラフにはなっていない。
【００５４】
図１５は、実施の形態２におけるサブ画素単位補正を行なわない場合での図１４に対応する強度分布を示すグラフである。実施の形態２におけるサブ画素単位補正を行なわない場合、図１５において点線で示す折れ線で示すような不完全なデータとなっている。原画像の最小ピッチが検出画素（受光素子７０）のピッチに近くなっているためである。原画像のプロファイルと異なっている部分は画素の間のプロファイルを線形補間しているため、折れ線で示すような不完全なデータとなっている。かかる補間方法で画素移動を行うと、誤差が大きい。
【００５５】
図１６は、実施の形態２におけるサブ画素単位補正を行なった場合での図１４に対応する強度分布を示すグラフである。ナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）条件により得られるサンプリング間隔Ｌを用いたホイッタカー・シャノン（Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ−Ｓｈａｎｎｏｎ）の公式を用いて、撮像されたパターン像をサブ画素単位で補正すると、図１６に示すように、理想的な強度分布にほぼ一致させることができ、誤差を大幅に低減する事ができる。なお、画素ピッチとなるサンプリング間隔Ｌをナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）条件よりもさらに厳しく、Ｌ≦λ／（４ＮＡ）・Ｍ−αとすると、計算量を低減することができ好適である。また、Φ（ｉ，ｊ），Φ’（ｉ，ｊ），Ｉ（ｘ、ｙ），Ｉ’（ｘ、ｙ）等の関数は、適宜変形して用いてもよい。
【００５６】
また、実施の形態２では、２次元センサ２０５を用いているが、検査方向（例えばｘ方向）と直交する方向（例えばｙ方向）にだけサブ画素単位補正を行なう場合には、２次元センサ２０５ではなく、１次元のラインセンサを用いても構わない。
【００５７】
図１７は、実施の形態２における１次元のラインセンサの受光素子の配列の一例を示す概念図である。図１７において、１次元ラインセンサ１０５は、例えばｙ方向に複数の受光素子７０を配置している。そして、ｙ方向に受光素子７０は、ピッチＰで規則的に配列されている。そして、複数の受光素子７０は、Ｌ≦λ／（４ＮＡ）・Ｍで定義されるサンプリング間隔ＬをピッチＰとして配置されればよい。かかる構成によれば、ｙ方向にサブ画素単位補正を行なうことができる。
【００５８】
以上の説明において、「〜部」、或いは「〜回路」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オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、参照回路１１２、比較回路１０８、補正回路１４０及び位置回路１０７内の各回路等は、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。
【００５９】
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、以上の説明では、透過光学系とフォトマスク１０１の透過光を使った検査装置について説明したが、反射光学系とフォトマスク１０１の反射光を使った検査装置であっても本発明は有効である。また、本発明は、ロールオフの手法を使って補間式を若干変形して適用することも含まれる。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
１０，１２  被検査領域
１４，１６  座標系
２０  検査ストライプ
２２  被検査領域
３０  基台
３２，３３，３４，３５  反射ミラー
３６，３８，４０  支持部材
４２  モータ
５０，５２，５４，５６  レーザ干渉計
６０  画像位置演算部
６２  減算器
７０  受光素子
１００  検査装置
１０１  フォトマスク
１０２  ＸＹθテーブル
１０３  光源
１０４  拡大光学系
１０５  ラインセンサ
１０６  センサ回路
１０７  位置回路
１０８  比較回路
１０９  磁気ディスク装置
１１０  制御計算機
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
１２２，１２４  レーザ測長システム
１２３  ストライプパターンメモリ
１３０  オートローダ
１４０  補正回路
１４２  画素単位補正部
１４４  サブ画素単位補正部
１５０  光学画像取得部
１６０  制御系回路
１７０  照明光学系
２０５  ２次元センサ
２０６  ラインセンサ
【図１】
2010096740.tif 000005
【図２】
2010096740.tif 000006
【図３】
2010096740.tif 000007
【図４】
2010096740.tif 000008
【図５】
2010096740.tif 000009
【図６】
2010096740.tif 000010
【図７】
2010096740.tif 000011
【図８】
2010096740.tif 000012
【図９】
2010096740.tif 000013
【図１０】
2010096740.tif 000014
【図１１】
2010096740.tif 000015
【図１２】
2010096740.tif 000016
【図１７】
2010096740.tif 000017
【図１３】
2010096740.tif 000018
【図１４】
2010096740.tif 000019
【図１５】
2010096740.tif 000020
【図１６】
2010096740.tif 000021