(57)【要約】【目的】非解像パターンが形成された領域を検査領域内にもつ試料に対して、設計情報と比較しない検査を行う場合に、疑似欠陥を低減可能な装置を提供する。【構成】本発明の一態様の検査装置１００は、非解像パターンが形成された領域を含む複数の特定領域を検査領域とした試料から光学画像を取得する光学画像取得機構１５０と、検査領域を複数の処理領域に分割して、処理領域毎に、当該処理領域内で取得された光学画像の階調値に基づいて当該処理領域が複数の特定領域のうちどの特定領域に相当するのかを判定する特定領域判定回路１３２と、複数の特定領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像と、当該被検査画像と同一パターンが形成される光学画像とを比較する比較処理部７９と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非解像パターンが形成された領域を含む複数の特定領域を検査領域とした試料から光学画像を取得する光学画像取得機構と、
前記検査領域を複数の処理領域に分割して、処理領域毎に、当該処理領域内で取得された前記光学画像の階調値に基づいて当該処理領域が前記複数の特定領域のうちどの特定領域に相当するのかを判定する特定領域判定部と、
前記複数の特定領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像と、当該被検査画像と同一パターンが形成される光学画像とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
前記複数の特定領域には、前記非解像パターンが形成された非解像パターン領域と、パターン無し領域と、前記非解像パターン領域と前記パターン無し領域との境界領域と、が含まれ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】
前記試料として、ナノインプリント用のテンプレートが用いられることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン検査装置。
【請求項４】
前記非解像パターンとして、縦横サイズが異なるホールパターンが形成され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】
非解像パターンが形成された領域を含む複数の特定領域を検査領域とした試料から光学画像を取得する工程と、
前記検査領域を複数の処理領域に分割して、処理領域毎に、当該処理領域内で取得された前記光学画像の階調値に基づいて当該処理領域が前記複数の特定領域のうちどの特定領域に相当するのかを判定する工程と、
前記複数の特定領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像と、当該被検査画像と同一パターンが形成される光学画像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６】
非解像パターンが形成された領域を含む複数の特定領域を検査領域とした試料から光学画像を取得する光学画像取得機構と、
前記検査領域を複数の処理領域に分割して、処理領域毎に、当該処理領域内で取得された前記光学画像の階調値に基づいて当該処理領域が前記複数の特定領域のうちどの特定領域に相当するのかを判定する特定領域判定部と、
前記複数の特定領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像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。
【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関する。例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、検査装置での解像限界未満の非解像パターンが形成された領域を含む検査領域内のパターン欠陥を検査する装置及び方法に関する。
【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。かかる微細化に伴って、例えば数ｎｍ〜数十ｎｍといった、紫外光を使った検査装置では解像困難なサイズの非解像パターンを転写する技術の開発が進められている。例えば、微細な凹凸パターンが形成されたテンプレートを試料に押し付けてパターンを転写するナノインプリントリソグラフィ技術の開発が進められている。
【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。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、パターンを転写する原版のパターン欠陥があげられる。例えば、ナノインプリントリソグラフィ技術であれば、パターンを転写する際に使用されるテンプレートのパターン欠陥があげられる。そのため、テンプレート等の原版のパターン欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。検査手法としては、同一テンプレート上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像同士を比較する「ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ（ダイ−ダイ）検査」手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、例えば数ｎｍ〜数十ｎｍといった、紫外光を使った検査装置では解像困難なサイズの非解像パターンを検査する場合、非解像パターンは、中間階調の所謂ボケた像として撮像されることになる。そして、非解像パターン上に欠陥が存在する場合、その輝度差が大きくは生じない。よって、大きくは生じないかかる輝度差から非解像パターン上の欠陥を検出することになる。一方、検査画像として撮像される領域として、非解像パターンが形成される領域の他、それ以外の領域も含まれる。そのため、非解像パターン上の欠陥を検出しようとした場合、非解像パターンに隣接する、解像パターン領域であって欠陥検出感度を緩くしても良いパターンまでも欠陥として検出してしまい、いわゆる疑似欠陥が発生してしまうといった問題があった。特に、非解像パターンと非解像パターン無し領域との境界近辺において疑似欠陥が多発してしまう。光学画像自体には、撮像された領域が、非解像パターンが形成される領域なのか、それ以外の領域なのかを識別する領域情報をもっていないので、光学画像同士を比較するダイ−ダイ検査を行う場合、疑似欠陥かどうかを区別することも難しい。かかる問題は、ナノインプリントリソグラフィ用のテンプレートに限らず、非解像パターンが形成された領域を検査領域内にもつ試料に対して、ダイ−ダイ検査を行う場合に、同様に発生し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２０６１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の一態様は、非解像パターンが形成された領域を検査領域内にもつ試料に対して、疑似欠陥を低減可能な装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様のパターン検査装置は、
非解像パターンが形成された領域を含む複数の特定領域を検査領域とした試料から光学画像を取得する光学画像取得機構と、
検査領域を複数の処理領域に分割して、処理領域毎に、当該処理領域内で取得された光学画像の階調値に基づいて当該処理領域が複数の特定領域のうちどの特定領域に相当するのかを判定する特定領域判定部と、
複数の特定領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像と、当該被検査画像と同一パターンが形成される光学画像とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、複数の領域には、非解像パターンが形成された非解像パターン領域と、パターン無し領域と、非解像パターン領域とパターン無し領域との境界領域と、が含まれると好適である。
【０００９】
また、試料として、ナノインプリント用のテンプレートが用いられると好適である。
【００１０】
また、非解像パターンとして、縦横サイズが異なるホールパターンが形成される場合であると好適である。
【００１１】
本発明の一態様のパターン検査方法は、
非解像パターンが形成された領域を含む複数の特定領域を検査領域とした試料から光学画像を取得する工程と、
検査領域を複数の処理領域に分割して、処理領域毎に、当該処理領域内で取得された光学画像の階調値に基づいて当該処理領域が複数の特定領域のうちどの特定領域に相当するのかを判定する工程と、
複数の特定領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像と、当該被検査画像と同一パターンが形成される光学画像とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様のパターン検査装置は、
非解像パターンが形成された領域を含む複数の特定領域を検査領域とした試料から光学画像を取得する光学画像取得機構と、
前記検査領域を複数の処理領域に分割して、処理領域毎に、当該処理領域内で取得された前記光学画像の階調値に基づいて当該処理領域が前記複数の特定領域のうちどの特定領域に相当するのかを判定する特定領域判定部と、
前記複数の特定領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像を検査する検査部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、非解像パターンが形成された領域を検査領域内にもつ試料に対して、疑似欠陥を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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構成図である。
【図２】実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。
【図３】実施の形態１における被検査テンプレートに形成されるパターンの一例を示す図である。
【図４】実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図５】実施の形態１における階調レベル調整回路の内部構成の一例を示す構成図である。
【図６】実施の形態１における各領域の階調レベルの一例を示す図である。
【図７】実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。図１において、検査対象基板に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０を備えている。
【００１６】
光学画像取得機構１５０は、光源１０３、照明光学系１７０、ビームスプリッタ１７４、拡大光学系１０４、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、結像光学系１７６、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）、センサ回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、及びレーザ測長システム１２２を有している。ＸＹθテーブル１０２上には、試料１０１が配置されている。試料１０１として、例えば、ナノインプリントリソグラフィ用のテンプレートが含まれる。また、このテンプレートには、光源１０３から発生する光の波長では解像できない非解像パターンが形成され、かかる非解像パターンが形成された領域を含む複数の領域を検査領域とする。試料１０１は、例えば、パターン形成面を下側に向けてＸＹθテーブル１０２に配置される。
【００１７】
制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、階調レベル調整回路１４０、特定領域判定回路１４２、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、及びプリンタ１１９に接続されている。また、センサ回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続され、ストライプパターンメモリ１２３は、比較回路１０８に接続されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータ、θ軸モータにより駆動される。ＸＹθテーブル１０２は、ステージの一例となる。
【００１８】
なお、位置回路１０７、比較回路１０８、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、階調レベル調整回路１４０、及び特定領域判定回路１４２といった一連の「〜回路」は、処理回路を有する。かかる処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、オートローダ制御回路１１３、テーブル制御回路１１４、階調レベル調整回路１４０、及び特定領域判定回路１４２といった一連の「〜回路」は、制御計算機１１０によって構成され、実行されても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、ＦＤ１１６、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。
【００１９】
検査装置１００では、光源１０３、照明光学系１７０、ビームスプリッタ１７４、拡大光学系１０４、結像光学系１７６、フォトダイオードアレイ１０５、及びセンサ回路１０６により高倍率の検査光学系が構成されている。また、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にテーブル制御回路１１４により駆動される。Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ−Ｙ−θ）モータの様な駆動系によって移動可能となっている。これらの、Ｘモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステップモータを用いることができる。ＸＹθテーブル１０２は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ＸＹθテーブル１０２上に配置された試料１０１の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。
【００２０】
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。
【００２１】
図２は、実施の形態１における検査領域を説明するための概念図である。試料１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図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、検査装置１００では、検査ストライプ２０毎に画像（ストライプ領域画像）を取得していく。検査ストライプ２０の各々に対して、レーザ光を用いて、当該ストライプ領域の長手方向（Ｘ方向）に向かって当該ストライプ領域内に配置される図形パターンの画像を撮像する。ＸＹθテーブル１０２の移動によってフォトダイオードアレイ１０５が相対的にＸ方向に連続移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ１０５では、図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。言い換えれば、センサの一例となるフォトダイオードアレイ１０５は、ＸＹθテーブル１０２（ステージ）と相対移動しながら、検査光を用いて試料１０１に形成されたパターンの光学画像を撮像する。実施の形態１では、１つの検査ストライプ２０における光学画像を撮像した後、Ｙ方向に次の検査ストライプ２０の位置まで移動して今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Ｗの光学画像を連続的に撮像する。すなわち、往路と復路で逆方向に向かうフォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の方向で撮像を繰り返す。
【００２２】
また、実際の検査にあたって、各検査ストライプ２０のストライプ領域画像は、図２に示すように、例えば、スキャン幅で長手方向に向かって複数のフレーム画像に分割される。そして、フレーム画像毎に検査を行っていく。各検査ストライプ２０のストライプ領域がかかるフレーム画像のサイズに分割された領域がフレーム領域３０となる。言い換えれば、各検査ストライプ２０のストライプ領域が、図２に示すように、例えば、スキャン幅で長手方向に向かって複数のフレーム領域３０に分割される。例えば、５１２×５１２画素のサイズに分割される。
【００２３】
ここで、撮像の方向は、フォワード（ＦＷＤ）−バックフォワード（ＢＷＤ）の繰り返しに限るものではない。一方の方向から撮像してもよい。例えば、ＦＷＤ−ＦＷＤの繰り返しでもよい。或いは、ＢＷＤ−ＢＷＤの繰り返しでもよい。次に、光学画像取得機構１５０による画像の取得動作について具体的に説明する。
【００２４】
試料１０１の検査領域には、適切な光源１０３から、検査光となる紫外域以下の波長のレーザ光（例えば、ＤＵＶ光）が照明光学系１７０によりビームスプリッタ１７４に照射される。照射されたレーザ光は、ビームスプリッタ１７４で反射して、拡大光学系１０４により試料１０１に照射される。試料１０１から反射した光は拡大光学系１０４及びビームスプリッタ１７４を通過して、結像光学系１７６によりフォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。
【００２５】
フォトダイオードアレイ１０５上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ１０５の各受光素子によって光電変換され、更にセンサ回路１０６によってＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換される。そして、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の検査ストライプ２０の画素データが格納される。その後、ストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上における試料１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８に送られる。測定データ（画素データ）は例えば８ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調（光量）を表現している。
【００２６】
図３は、実施の形態１における被検査テンプレートに形成されるパターンの一例を示す図である。図３において、試料１０１となる例えばテンプレートには、光源１０３から発生する光の波長では解像できない非解像パターン４１が形成される。また、図３の例では、テンプレートの検査領域１０に、かかる非解像パターン４１が形成された非解像パターン領域４０とパターンが形成されないパターン無し領域４２とが交互に繰り返し配置される場合を示している。パターン無し領域４２には、非解像パターン４１ではなく、回路構成には影響しないパターンが配置されている場合を含めても良い。試料１０１となる例えばテンプレートは、これらの領域と、非解像パターン領域４０とパターン無し領域４２との境界に位置する境界領域４４とを含めた、複数の特定領域が検査領域１０内に含まれる。図３の例では、例えば、数１０本以上のストライプ領域２０に跨る検査領域中央部の領域３１を一例として、領域３１内のこれらの複数の特定領域を示している。図３の例では、非解像パターン領域４０内に、非解像パターン４１として、縦横サイズが異なる矩形の複数のホールパターンが所定のピッチで周期的に配置されている。非解像パターン４１は、ホールパターンに限るものではなく、その他のパターンであっても構わない。例えば、ラインアンドスペースパターンが配置されても構わない。試料１０１となる例えばテンプレートには、図３の例のように、周期性のあるパターンが繰り返し配置される場合が多い。ここで、非解像パターン領域４０に欠陥４３ａが存在する場合、例えば、回路ショート等の不具合が生じる可能性が高いので、高精度に検出することが求められる。一方、パターン無し領域４２に欠陥４３ｂが存在しても、回路に影響を与える訳ではないので検出の必要がなく、できれば検出しない方が望ましい。また、境界領域４４に欠陥４３ｃが存在する場合、回路ショート等の不具合が生じる可能性もあるが、その可能性は低い。よって、非解像パターン領域４０ほどに厳しい検出は求められない。
【００２７】
ここで、かかるテンプレートを光学画像取得機構１５０により撮像した場合、パターンが配置されていない箇所では、テンプレートの膜質に応じた輝度の画像として撮像される。一方、パターンが配置されている箇所では、パターンが配置されていない箇所よりも例えば黒レベル側の輝度の画像として撮像される。特に、非解像パターン４１では、検査光の波長では解像できず、所定の狭い階調幅内の中間階調の所謂ボケた画像として撮像される。よって、非解像パターン領域４０は、かかる狭い階調幅内の中間階調の画像として撮像される。非解像パターン領域４０内では、周期性を持って形成されている箇所に欠陥４３ａがあると、その周期性に乱れが生じて、光学画像は、狭い階調幅内の略均一な中間階調の画像に欠陥の程度に応じた輝度変化を持つ。一方、パターン無し領域４２では、パターンが配置されていなければ、非解像パターン領域４０に比べて白レベルに近い輝度の光学画像となる。また、境界領域４４は非解像パターン４１とパターン無し領域４２との混合領域なので、比較的広い階調幅内の中間階調の画像として撮像される。このように、非解像パターン領域４０とパターン無し領域４２と境界領域４４とでは、光学画像に現れる階調値の範囲が異なる。そこで、実施の形態１では、領域によって光学画像に現れる階調値の範囲が異なることに着目して、各領域を特定する。その上で、それぞれの領域に見合う検査精度で検査することで疑似欠陥を低減する。以下、具体的に説明する。
【００２８】
図４は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図４において、実施の形態１における検査方法は、キャリブレーション工程（Ｓ１０２）と、サンプリング領域画像取得工程（Ｓ１０４）と、階調値分布作成工程（Ｓ１０６）と、ストライプ画像取得工程（Ｓ１１０）と、特定領域判定工程（Ｓ１１１）と、フレーム分割工程（Ｓ１１２）と、位置合わせ工程（Ｓ１２０）と、領域特定工程（Ｓ１２２）と、比較処理工程（Ｓ１２４）と、いう一連の工程を実施する。
【００２９】
図５は、実施の形態１における階調レベル調整回路の内部構成の一例を示す構成図である。図５において、階調レベル調整回路１４０内には、サンプリング領域抽出部５０、階調値分布作成部５２、キャリブレーション処理部５３、及び磁気ディスク装置等の記憶装置５１が配置される。サンプリング領域抽出部５０、階調値分布作成部５２、及びキャリブレーション処理部５３といった一連の「〜部」は、処理回路を有する。かかる処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。サンプリング領域抽出部５０、階調値分布作成部５２、及びキャリブレーション処理部５３に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。
【００３０】
キャリブレーション工程（Ｓ１０２）として、キャリブレーション処理部５３は、非解像パターン領域４０と、パターン無し領域４２と、これらの境界に位置する境界領域４４といった各領域がそれぞれ階調レベルの異なる所定の階調値になるように、光量を調整する（キャリブレーションを行う）。テンプレートでは、クォーツで形成される平らな面のパターン無し領域４２の反射率が高く、非解像パターン４１による凹凸があるため光が散乱してしまう非解像パターン領域４０の反射率が低い。例えば２５６階調のダイナミックレンジに対して、例えば、最も階調レベルが低い（反射率が低い）非解像パターン領域４０の階調レベルが例えば５０になるように光量を調整する。これにより、境界領域４４の階調レベルが例えば７５付近になり、パターン無し領域４２の階調レベルが例えば１００付近になる。光量の調整は、例えば、スキャン時のＸＹθテーブル１０２の移動速度を調整することで可能である。かかる場合、スキャン時のＸＹθテーブル１０２の移動速度を速くすれば、単位時間あたりにフォトダイオードアレイ１０５の各受光素子が受光できる光量を減らすことができる。逆に、ＸＹθテーブル１０２の移動速度を遅くすれば、単位時間あたりにフォトダイオードアレイ１０５の各受光素子が受光できる光量を増やすことができる。或いは、センサ回路１０６のダイナミックレンジを調整しても良い。ダイナミックレンジを調整するための基準となる領域は非解像パターン領域４０に限るものではなく、適宜選択すればよい。非解像パターン領域４０若しくはパターン無し領域４２を基準にすると好適である。
【００３１】
サンプリング領域画像取得工程（Ｓ１０４）として、光学画像取得機構１５０は、試料１０１のサンプリング領域の光学画像を取得する。
【００３２】
まず、サンプリング領域抽出部５０は、試料１０１の検査領域１０から複数のサンプリング領域３２を抽出する。サンプリング領域３２として、例えば、フレーム領域３０サイズ以下のサイズの領域を抽出する。図３の例では、フレーム領域３０サイズ以下のサイズのサンプリング領域３２を示している。図３において説明したように、試料１０１の検査領域１０には、上述した非解像パターン領域４０と、パターン無し領域４２と、境界領域４４といった複数の特定領域が含まれる。よって、これら複数の特定領域のそれぞれからサンプリング領域３２を抽出する。
【００３３】
次に、抽出されたサンプリング領域３２を撮像可能な位置にＸＹθテーブル１０２を移動させる。そして、光学画像取得機構１５０は、各サンプリング領域３２の光学画像を取得する。光学画像の取得動作は、上述した通りである。撮像されたサンプリング領域３２の光学画像データ（サンプリング領域画像データ）は、階調レベル調整回路１４０に出力され、階調レベル調整回路１４０内の記憶装置５１に格納される。
【００３４】
階調値分布作成工程（Ｓ１０６）として、階調値分布作成部５２は、記憶装置５１からサンプリング領域画像データを読み出し、階調値分布を作成する。
【００３５】
図６は、実施の形態１における各領域の階調レベル及び階調範囲の一例を示す図である。上述したように、非解像パターン領域４０の階調レベルが例えば５０になるように光量を調整した場合、図６の例に示すように、非解像パターン領域４０を撮像したサンプリング領域３２の光学画像では、欠陥を含む場合でも、階調値の分布幅が例えば４０〜６０階調レベル程度の階調値分布が得られる。パターン無し領域４２を撮像したサンプリング領域３２の光学画像では、欠陥を含む場合でも、階調値の分布幅が例えば８０〜１２０階調レベル程度の階調値分布が得られる。そして、境界領域４４を撮像したサンプリング領域３２の光学画像では、欠陥を含む場合でも、階調値の分布幅が例えば４０〜１２０階調レベル程度の階調値分布が得られる。このように、領域に応じて光学画像に現れる階調値の範囲が異なる。なお、試料１０１にテンプレートを用いる場合、テンプレート製造時の遮光膜となるクロム（Ｃｒ）が除去されずに残っている個所が存在し得る。かかる部分では、パターン無し領域４２よりも高い階調レベル、例えば１５０になる。
【００３６】
これにより、例えば、検査対象の光学画像から得られる階調値分布が例えば階調レベル４０〜６０内で分布していれば、かかる光学画像は非解像パターン領域４０を撮像した画像であることがわかる。例えば、光学画像から得られる階調値分布が例えば階調レベル８０〜１２０内で分布していれば、かかる光学画像はパターン無し領域４２を撮像した画像であることがわかる。例えば、光学画像から得られる階調値分布が例えば階調レベル４０〜１２０内で広い幅で分布していれば、かかる光学画像は境界領域４４を撮像した画像であることがわかる。例えば、光学画像から得られる階調値分布が例えば階調レベル１２０を超えていれば、残Ｃｒ領域を撮像した画像であることがわかる。
【００３７】
以上により、所定の処理領域内の測定画像の階調値の分布から、対象領域がどの特定領域なのか判定できることになる。
【００３８】
ストライプ画像取得工程（Ｓ１１０）として、光学画像取得機構１５０は、非解像パターンが形成された非解像パターン領域４０を含む複数の特定領域（非解像パターン領域４０，パターン無し領域４２，境界領域４４）を検査領域１０とした試料１０１から光学画像を取得する。光学画像の取得の仕方は、上述した通りである。取得されたストライプ領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上における試料１０１の位置を示すデータと共に比較回路１０８及び特定領域判定回路１４２に送られる。
【００３９】
特定領域判定工程（Ｓ１１０）として、特定領域判定回路１４２は、検査領域１０を複数の処理領域２１に分割して、処理領域２１毎に、当該処理領域内で取得された光学画像の階調値の分布から当該処理領域が複数の特定領域のうちどの特定領域に相当するのかを判定する。図３の例では、処理領域２１として、例えば、連続する複数のストライプ領域２０をまとめた領域を用いる。例えば、連続する３本のストライプ領域２０毎に処理領域２１を設定する。或いは、連続する複数のストライプ領域２０全体ではなく、複数のストライプ領域２０を、例えば、ストライプ領域２０の短手方向のサイズを複数本合わせた幅と同じ幅で長手方法に分割した矩形の分割領域であってもよい。或いは、１本のストライプ領域２０であってもよい。或いは、１本のストライプ領域２０をストライプ領域２０の短手方向のサイズで長手方法に分割した矩形の分割領域であってもよい。或いは、ストライプ領域２０よりも小さいサイズの領域であってもよい。具体的には以下のように判定する。当該処理領域２１内で取得された光学画像の階調値の分布が、最小値が４５で、最大値が５５であった場合、階調値分布が例えば階調レベル４０〜６０内で分布しているので、かかる処理領域２１は非解像パターン領域４０に相当すると判定される。別の処理領域２１内で取得された光学画像の階調値の分布が、最小値が５５で、最大値が９０であった場合、階調値分布が例えば階調レベル４０〜１２０内で分布しているので、かかる処理領域２１は境界領域４４に相当すると判定される。さらに、別の処理領域２１内で取得された光学画像の階調値の分布が、最小値が９０で、最大値が１１５であった場合、階調値分布が例えば階調レベル８０〜１２０内で分布しているので、かかる処理領域２１はパターン無し領域４２に相当すると判定される。さらに、別の処理領域２１内で取得された光学画像の階調値の分布が、最小値が１２１で、最大値が１６０であった場合、階調値分布が例えば階調レベル１２０を超えて分布しているので、かかる処理領域２１は残Ｃｒ領域に相当すると判定される。
【００４０】
図７は、実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す構成図である。図７において、比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置７０，７２，７６、フレーム分割部７４、位置合わせ部７８、比較処理部７９、及び領域特定部８０が配置されている。フレーム分割部７４、位置合わせ部７８、比較処理部７９、及び領域特定部８０といった一連の「〜部」は、処理回路を有する。かかる処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。フレーム分割部７４、位置合わせ部７８、比較処理部７９、及び領域特定部８０に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。
【００４１】
比較回路１０８に入力されたストライプデータ（光学画像データ）は記憶装置７０に格納される。
【００４２】
フレーム分割工程（Ｓ１１２）として、フレーム分割部７４は、ｘ方向に所定のサイズ（例えば、スキャン幅Ｗと同じ幅）でストライプ領域画像を分割する。例えば、１０２４×１０２４画素のフレーム画像に分割する。かかる処理により、複数のフレーム領域３０に応じた複数のフレーム画像（光学画像）が取得される。複数のフレーム画像は、記憶装置７６に格納される。以上により、検査のために比較される画像（測定された画像）データが生成される。
【００４３】
位置合わせ工程（Ｓ１２０）として、位置合わせ部７８は、複数のフレーム画像の中から検査対象のフレーム画像（ダイ１）と、当該検査対象のフレーム画像（ダイ１）と同じパターンが形成されたフレーム画像（ダイ２）とを読み出し、両画像の位置合わせを行う。位置合わせは、例えば、最小二乗法等によって行われると好適である。フレーム画像（ダイ１）とフレーム画像（ダイ２）は、同じ検査ストライプ２０から得られた画像同士であっても良いし、異なる検査ストライプ２０から得られた画像同士であっても良い。
【００４４】
領域特定工程（Ｓ１２２）として、領域特定部８０は、被検査画像となるフレーム画像（ダイ１）（光学画像）が取得された処理領域３１を特定する。
【００４５】
比較処理部７９（検査部の一例）は、複数の特定領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像を検査する。例えば、当該被検査画像自体の周期性の乱れを自己の画像から検査する。或いは、当該被検査画像と、当該被検査画像と同一パターンが形成される光学画像とを比較することによって、当該被検査画像を検査する。例えば、当該被検査画像と、当該被検査画像と同一パターンが形成される光学画像とを比較する場合について以下に説明する。
【００４６】
比較処理部７９（比較部）は、複数の特定領域である非解像パターン領域４０、パターン無し領域４２、境界領域４４、及び残Ｃｒ領域の特定領域毎に判定閾値を変えながら、被検査画像となる光学画像が取得された処理領域に相当する特定領域の判定閾値を用いて、当該被検査画像と、当該被検査画像と同一パターンが形成される光学画像とを比較する。各領域の判定閾値の情報は記憶装置７２に格納しておく。そして、比較処理部７９は、フレーム画像（ダイ１）（光学画像）が取得された処理領域２１に相当する特定領域の判定閾値を記憶装置７２から読み出し、フレーム画像（ダイ１）とフレーム画像（ダイ２）を画素毎に比較して、パターンの欠陥を検査する。判定条件としては、例えば、所定のアルゴリズムに従って画素毎に両者を比較し、欠陥の有無を判定する。例えば、画素毎にフレーム画像（ダイ１）の階調値（画素値）からフレーム画像（ダイ２）の階調値（画素値）を差し引いた差分値を演算し、差分値が判定閾値Ｔｈより大きい場合を欠陥と判定する。ここでは、高い検査精度が必要な非解像パターン領域４０については、最も判定閾値を厳しくする。検査精度を落として疑似欠陥を減らしたいパターン無し領域４２については、判定閾値を緩くする。また、非解像パターン領域４０ほどに厳しい検出は求められない境界領域４４については、判定閾値を非解像パターン領域４０とパターン無し領域４２との間の値とする。或いは、パターン無し領域４２と同じように判定閾値を緩くする。残Ｃｒ領域については、Ｃｒが残っていても回路自体にショート等が発生するわけではないのでパターン無し領域４２と同じように判定閾値を緩くする。例えば、非解像パターン領域４０は、階調差が１０以上あれば欠陥と判定する。パターン無し領域４２は、階調差が３０以上あれば欠陥と判定する。境界領域４４は、階調差が２０以上あれば欠陥と判定する。残Ｃｒ領域は、階調差が３０以上あれば欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、磁気ディスク装置１０９、磁気テープ装置１１５、フレキシブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９から出力されればよい。
【００４７】
以上のように、実施の形態１によれば、非解像パターン４１が形成された領域を検査領域１０内にもつ試料１０１に対して、領域情報を予め用意しなくても、複数の領域の各領域を特定できる。よって、特定された領域毎に判定閾値を可変にできるので、疑似欠陥を低減できる。
【００４８】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、実施の形態では、照明光学系１７０として、反射光を用いた反射照明光学系を示したが、これに限るものではない。例えば、透過光を用いた透過照明光学系であってもよい。或いは、透過照明光学系と反射照明光学系とを組み合わせて、透過光と反射光を同時に用いてもよい。
【００４９】
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。
【００５０】
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】
【００５１】
１０  検査領域
２０  検査ストライプ
３０  フレーム領域
３２  サンプリング領域
４０  非解像パターン領域
４１  非解像パターン
４２  パターン無し領域
４３  欠陥
４４  境界領域
５０  サンプリング領域抽出部
５１  記憶装置
５２  階調値分布作成部
５３  キャリブレーション処理部
７０，７２，７６  記憶装置
７４  フレーム分割部
７８  位置合わせ部
７９  比較処理部
８０  領域特定部
１００  検査装置
１０１  基板
１０２  ＸＹθテーブル
１０３  光源
１０４  拡大光学系
１０５  フォトダイオードアレイ
１０６  センサ回路
１０７  位置回路
１０８  比較回路
１０９  磁気ディスク装置
１１０  制御計算機
１１３  オートローダ制御回路
１１４  テーブル制御回路
１１５  磁気テープ装置
１１６  ＦＤ
１１７  ＣＲＴ
１１８  パターンモニタ
１１９  プリンタ
１２０  バス
１２２  レーザ測長システム
１２３  ストライプパターンメモリ
１４０  階調レベル調整回路
１４２  特定領域判定回路
１５０  光学画像取得機構
１６０  制御系回路
１７０  照明光学系
１７４  ビームスプリッタ
１７６  結像光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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