(57)【要約】      （修正有）【課題】よりパラメータ数を抑えた演算により高精度な位置合わせを行う検査装置を提供する。【解決手段】一態様の試料検査装置は、パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部１５０と、光学画像と比較する参照画像を作成する参照回路１１２と、光学画像と参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とを各パラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記各パラメータを演算する最小二乗法パラメータ演算部３７０と、各パラメータに基づいて、画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分参照画像の位置をずらした補正画像を生成する補正画像生成回路３９０と、補正画像と光学画像とを比較する比較回路１０８と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図２
2008233343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記光学画像と比較する参照画像を作成する参照画像作成部と、
前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とを各パラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記各パラメータを演算する最小二乗法演算部と、
前記各パラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像の位置をずらした補正画像を生成する補正画像生成部と、
前記補正画像と前記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試料検査装置。
【請求項２】
パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記光学画像と比較する参照画像を作成する参照画像作成部と、
前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とを各パラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記各パラメータを演算する最小二乗法演算部と、
演算された前記平行移動量と前記伸縮誤差係数と前記回転誤差係数と前記階調値の定数と前記像強度変動率とについて、それぞれに設定される閾値を用いて良否を判定する判定部と、
判定された結果、否であるパラメータについては削除するか或いは削除と等価の値を設定して、最小二乗法により前記モデル式のその他のパラメータを再度演算する第２の最小二乗法演算部と、
再度演算されたパラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像の位置をずらした補正画像を生成する補正画像生成部と、
前記補正画像と前記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試料検査装置。
【請求項３】
前記最小二乗法演算部は、前記階調値の定数と、前記像強度変動率と前記参照画像の画素値との積と、Ｘ方向の平行移動量と前記参照画像の画素値をｘで偏微分した値との積と、Ｙ方向の平行移動量と前記参照画像の画素値をｙで偏微分した値との積と、Ｘ方向の回転誤差係数と前記参照画像の画素値をｘで偏微分した値と変数ｙとの積との第１の和から、Ｘ方向の伸縮誤差係数と前記参照画像の画素値をｘで偏微分した値と変数ｘとの積と、Ｙ方向の伸縮誤差係数と前記参照画像の画素値をｙで偏微分した値と変数ｙとの積と、Ｙ方向の回転誤差係数と前記参照画像の画素値をｙで偏微分した値と変数ｘとの積との第２の和を引いた第１の差分が、前記参照画像の画素値から前記光学画像の画素値を引いた第２の差分と釣り合うように、前記階調値の定数と前記像強度変動率と前記Ｘ方向の平行移動量と前記Ｙ方向の平行移動量と前記Ｘ方向の伸縮誤差係数と前記Ｙ方向の伸縮誤差係数と前記Ｘ方向の回転誤差係数と前記Ｙ方向の回転誤差係数とを演算することを特徴とする請求項１又は２記載の試料検査装置。
【請求項４】
前記補正画像生成部は、４点重み付けモデルでの線形補間を行なうことで前記補正画像を生成することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の試料検査装置。
【請求項５】
前記補正画像生成部は、所定のサイズの画像をＮ×Ｎに単純分割するモデルでの線形補間を行なうことで前記補正画像を生成することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の試料検査装置。
【請求項６】
検査試料の光学画像と前記検査試料の参照画像とを用いて、前記参照画像を補正した補正画像を生成する補正画像生成方法であって、
前記光学画像と前記参照画像とを入力する入力工程と、
前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とをパラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記パラメータを演算する最小二乗法演算工程と、
前記パラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像をずらした補正画像を生成し、前記補正画像を出力する補正画像生成工程と、
を備えたことを特徴とする補正画像生成方法。
【請求項７】
検査試料の光学画像と前記検査試料の参照画像とを用いて、前記参照画像を補正した補正画像を生成する補正画像生成方法であって、
前記光学画像と前記参照画像とを入力する入力工程と、
前記光学画像と前記参照画像と画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とをパラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記パラメータを演算する最小二乗法演算工程と、
演算された前記平行移動量と前記伸縮誤差係数と前記回転誤差係数と前記階調値の定数と前記像強度変動率とについて、それぞれに設定される閾値を用いて良否を判定する判定工程と、
判定された結果、否であるパラメータについては削除するか或いは削除と等価の値を設定して、最小二乗法により前記モデル式のその他のパラメータを再度演算する第２の最小二乗法演算工程と、
再度演算されたパラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像をずらした補正画像を生成し、前記補正画像を出力する補正画像生成工程と、
を備えたことを特徴とする補正画像生成方法。
【請求項８】
パターンが形成された被検査試料の比較検査に用いる光学画像と参照画像とを記憶装置に記憶する記憶処理と、
前記記憶装置から前記光学画像と前記参照画像とを読み出し、前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とをパラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記パラメータを演算する最小二乗法演算処理と、
前記パラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像をずらした補正画像を生成し、前記補正画像を出力する補正画像生成処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項９】
パターンが形成された被検査試料の比較検査に用いる光学画像と参照画像とを記憶装置に記憶する記憶処理と、
前記記憶装置から前記光学画像と前記参照画像とを読み出し、前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされ位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とをパラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記パラメータを演算する最小二乗法演算処理と、
演算された前記平行移動量と前記伸縮誤差係数と前記回転誤差係数と前記階調値の定数と前記像強度変動率とについて、それぞれに設定される閾値を用いて良否を判定する判定処理と、
判定された結果、否であるパラメータについては削除するか或いは削除と等価の値を設定して、最小二乗法により前記モデル式のその他のパラメータを再度演算する第２の最小二乗法演算処理と、
再度演算されたパラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像をずらした補正画像を生成し、前記補正画像を出力する補正画像生成処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料検査装置、補正画像生成方法或いは、かかる方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに係り、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。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられている。
【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、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」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。
【０００６】
上述したような検査を行うためには、参照画像と光学画像との高精度な位置合わせが必要となる。この位置合わせ方法は、ステージの蛇行、伸縮誤差、カメラの走行軸に対する傾き誤差のようなシステマチックな位置誤差成分のみを補正することが望ましい。そして、パターン欠陥のように局所的にランダムに発生する誤差成分はなるべく補正しないことが望ましい。このように補正することが高感度に欠陥を検出するためには必要である。
【０００７】
位置合わせ方法としては、例えば、参照画像と光学画像との位置ずれ量および諧調変動量を最小二乗法により演算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）。例えば、以下に示す式（１）で表されるように光学画像を参照画像の平行移動と諧調変動によって表現したモデルを考える。ここで、Ｓ（ｘ，ｙ）を光学画像の階調値、Ｕ（ｘ，ｙ）を参照画像の階調値とし、未知パラメータは平行移動量（ｘ０，ｙ０）、諧調変動の定数ε０，像強度変動率ε１とする。しかしながら、このモデルは平行移動に起因するモデルであるので、伸縮および回転に起因する位置ずれは十分に補正することはできない。
【０００８】
【数１】
2008233343.tif 000003
【０００９】
そして、式（１）を線形近似することにより、次の式（２）が導かれる。未知パラメータは４自由度となる。
【００１０】
【数２】
2008233343.tif 000004
【００１１】
また、求める画像データを周囲の４点の画像データを用いて内挿する内挿法について文献に記載されている（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５３５５０号公報
【非特許文献１】画像解析ハンドブックｐ４４２−４４３，財団法人  東京大学出版会，１９９１年１月１７日初版
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、式（２）について公知とはなっていない以下の解法が考えられる。画像フレームのサイズを１に正規化して求める画像データを周囲の上述した４点の双一次補間法を用いて補間すると、式（２）は、以下の式（３）のようにモデル化することができる。
【００１３】
【数３】
2008233343.tif 000005
【００１４】
式（３）によって、式（１）及び式（２）のモデルでは十分に補正ができない、伸縮や回転に起因する位置ずれを補正することができる。しかしながら、式（３）に示すような４点重み付け演算を行なう場合、未知パラメータ数が４個から１６個（上述モデルの４倍）に増大するため、未知パラメータを求める際の計算量の増大してしまうといった問題があった。さらに、未知パラメータ数の増大ばかりでなく、図形密度が疎なる場合において計算結果の不安定性をまねく恐れがあるといった問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、よりパラメータ数を抑えた演算により高精度な位置合わせを行う検査装置及び参照画像を高精度な合わせ位置に補正する補正画像を生成する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】
【００１６】
本発明の一態様の試料検査装置は、
パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記光学画像と比較する参照画像を作成する参照画像作成部と、
前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とを各パラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記各パラメータを演算する最小二乗法演算部と、
前記各パラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像の位置をずらした補正画像を生成する補正画像生成部と、
前記補正画像と前記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。
【００１７】
また、本発明の他の態様の試料検査装置は、
パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記光学画像と比較する参照画像を作成する参照画像作成部と、
前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とを各パラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記各パラメータを演算する最小二乗法演算部と、
演算された前記平行移動量と前記伸縮誤差係数と前記回転誤差係数と前記階調値の定数と前記像強度変動率とについて、それぞれに設定される閾値を用いて良否を判定する判定部と、
判定された結果、否であるパラメータについては削除するか或いは削除と等価の値を設定して、最小二乗法により前記モデル式のその他のパラメータを再度演算する第２の最小二乗法演算部と、
再度演算されたパラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像の位置をずらした補正画像を生成する補正画像生成部と、
前記補正画像と前記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。
【００１８】
また、本発明の一態様の補正画像生成方法は、
検査試料の光学画像と前記検査試料の参照画像とを用いて、前記参照画像を補正した補正画像を生成する補正画像生成方法であって、
前記光学画像と前記参照画像とを入力する入力工程と、
前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とをパラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記パラメータを演算する最小二乗法演算工程と、
前記パラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像をずらした補正画像を生成し、前記補正画像を出力する補正画像生成工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の他の態様の補正画像生成方法は、
検査試料の光学画像と前記検査試料の参照画像とを用いて、前記参照画像を補正した補正画像を生成する補正画像生成方法であって、
前記光学画像と前記参照画像とを入力する入力工程と、
前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とをパラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記パラメータを演算する最小二乗法演算工程と、
演算された前記平行移動量と前記伸縮誤差係数と前記回転誤差係数と前記階調値の定数と前記像強度変動率とについて、それぞれに設定される閾値を用いて良否を判定する判定工程と、
判定された結果、否であるパラメータについては削除するか或いは削除と等価の値を設定して、最小二乗法により前記モデル式のその他のパラメータを再度演算する第２の最小二乗法演算工程と、
再度演算されたパラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像をずらした補正画像を生成し、前記補正画像を出力する補正画像生成工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の一態様のコンピュータに実行させるためのプログラムは、
パターンが形成された被検査試料の比較検査に用いる光学画像と参照画像とを記憶装置に記憶する記憶処理と、
前記記憶装置から前記光学画像と前記参照画像とを読み出し、前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とをパラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記パラメータを演算する最小二乗法演算処理と、
前記パラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像をずらした補正画像を生成し、前記補正画像を出力する補正画像生成処理と、
を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の他の態様のコンピュータに実行させるためのプログラムは、
パターンが形成された被検査試料の比較検査に用いる光学画像と参照画像とを記憶装置に記憶する記憶処理と、
前記記憶装置から前記光学画像と前記参照画像とを読み出し、前記光学画像と前記参照画像との画素単位で疎アライメントされた位置からの平行移動量と伸縮誤差係数と回転誤差係数と階調値の定数と像強度変動率とをパラメータとしたモデル式を用いて、最小二乗法により前記パラメータを演算する最小二乗法演算処理と、
演算された前記平行移動量と前記伸縮誤差係数と前記回転誤差係数と前記階調値の定数と前記像強度変動率とについて、それぞれに設定される閾値を用いて良否を判定する判定処理と、
判定された結果、否であるパラメータについては削除するか或いは削除と等価の値を設定して、最小二乗法により前記モデル式のその他のパラメータを再度演算する第２の最小二乗法演算処理と、
再度演算されたパラメータに基づいて、前記画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分前記参照画像をずらした補正画像を生成し、前記補正画像を出力する補正画像生成処理と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様によれば、パラメータ数を抑制したモデルでパラメータを求めることができる。そのため、演算時間を短縮することができる。また、本発明の他の態様によれば、さらに、計算結果の不安定性を低減させることができる。その結果、高感度な検査を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における試料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して、かかる試料の欠陥を検査する試料検査装置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、ＸＹθテーブル１０２、光源１０３、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、センサ回路１０６、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。制御系回路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、比較回路１０８、参照画像作成部の一例となる参照回路１１２、位置合わせ回路１４０、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、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。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以外については記載を省略している。試料検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
【００２４】
図２は、実施の形態１における位置合わせ回路の構成を示すブロック図である。
図２において、位置合わせ回路１４０は、参照データメモリ３０２、測定データメモリ３０４、ＳＳＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）アライメント部３０６、演算データメモリ３３０、最小二乗法パラメータ演算部３７０、判定部３８０、最小二乗法パラメータ再演算部３８２、及び補正画像生成回路３９０を有している。補正画像生成回路３９０は、位置ずれ量演算部３９２、及び画像生成部３９４を有している。位置合わせ回路１４０は、参照回路１１２から参照データを、光学画像取得部１５０から測定データを入力し、位置合わせをした補正画像を生成後、比較回路１０８に補正画像データと測定データを出力する。また、位置合わせ回路１４０内で演算されたデータ等は、随時、演算データメモリ３３０に格納される。
【００２５】
図３は、実施の形態１における試料検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。
図３において、試料検査方法は、光学画像取得工程（Ｓ１０２）と、参照データ作成工程（Ｓ１０４）と、入力＆記憶工程（Ｓ１０６）と、ＳＳＤアライメント工程（Ｓ１０８）と、最小二乗法パラメータ演算工程（Ｓ１１０）と、判定工程（Ｓ１１２）と、最小二乗法パラメータ再演算工程（Ｓ１１４）と、補正画像生成工程（Ｓ１１６）と、比較工程（Ｓ１１８）という一連の工程を実施する。
【００２６】
Ｓ（ステップ）１０２において、光学画像取得工程として、光学画像取得部１５０は、設計データに基づいて設計データに含まれる図形データが示す図形が描画された試料となるフォトマスク１０１における光学画像を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
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、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を介して試料となるフォトマスク１０１を照射する。フォトマスク１０１の下方には、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５及びセンサ回路１０６が配置されており、露光用マスクなどの試料となるフォトマスク１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、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。
【００２７】
図４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４に示すように、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に仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプ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４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の検査ストライプにおける画像を取得した後、第２の検査ストライプ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。
【００２８】
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、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。フォトダイオードアレイ１０５には、ＴＤＩセンサのようなセンサが設置されている。ステージとなるＸＹθテーブル１０２をＸ軸方向に連続的に移動させることにより、ＴＤＩセンサは試料となるフォトマスク１０１のパターンを撮像する。これらの光源１０３、拡大光学系１０４、フォトダイオードアレイ１０５、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。
【００２９】
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。
【００３０】
センサ回路１０６から出力された測定データ（光学画像）は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータとともに位置合わせ回路１４０に送られる。測定パターンデータは例えば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を表現している。測定データは、例えば、５１２画素×５１２画素の画像データ毎に比較される。
【００３１】
そして、Ｓ１０４において、参照データ作成工程として、参照回路１１２が被検査試料となるフォトマスク１０１の設計データに基づいて、測定データと比較するための参照データ（参照画像）を作成する。比較対象となる参照データは、測定データと同様、例えば、５１２画素×５１２画素の画像データとして作成される。
【００３２】
ここでは、「ｄｉｅ  ｔｏ  ｄａｔａｂａｓｅ検査」を行うために設計データに基づいて参照データを作成しているが、これに限るものではない。「ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ検査」を行うこともできる。その場合には、比較対象となる別の測定データ（光学画像）に基づいて参照データを作成すればよい。
【００３３】
次に、位置合わせ工程として、測定データと参照データとを比較するために位置合わせを行なう。具体的には、測定データと位置が合うように参照データを補正した補正画像データを生成する。
【００３４】
Ｓ１０６において、入力及び記憶工程として、制御計算機１１０を使って、上述したように例えば５１２画素×５１２画素の参照データ毎にデータを読み出して参照データメモリ３０２に記憶させる。同様に、例えば５１２画素×５１２画素の測定データ毎にデータを読み出して測定データメモリ３０４に記憶させる。
【００３５】
Ｓ１０８において、ＳＳＤアライメント工程として、ＳＳＤアライメント部３０６は、第１の画素単位で疎アライメントされた位置から画素単位でずらして、測定データの画素値と参照データの画素値との残差二乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算する。第１の画素単位で疎アライメントされた位置は、データ座標系においてとりあえず一致しているはずの位置を採用すればよい。
【００３６】
まず、ＳＳＤアライメント部３０６は、位置回路１０７からの位置情報をベースにして、参照データメモリ３０２から、比較処理の単位となる所定の大きさの画像の領域（フレーム）の参照データを読み出す。この際、ＳＳＤアライメント部３０６は、かかるフレームの参照データについて、画素単位で平行シフトした画像（ずらした画像）をそれぞれ作成する。かかるフレームでの測定データと各参照データとを比較することになる。例えば、上述したように１つのフレームとして、５１２×５１２画素の領域とすると好適である。そして、画素単位でずらした複数の参照データの各参照データを測定データメモリ３０４から読み出した同じ大きさの領域の測定データとの間で、残差二乗和を演算する。残差二乗和は、参照データの各画素値と測定データの各画素値との残差を二乗して、読み出した領域全体の和をとることで解を得ることができる。そして、複数の参照データについてそれぞれ残差二乗和を演算し、残差二乗和の最小値を演算する。そして、かかる最小値をとる位置に測定データと参照データとを位置合わせする。位置合わせされた測定データと参照データは、演算データメモリ３３０に格納される。ここでは、画素単位で位置合わせしているが、さらに、サブ画素単位でずらして、測定データの画素値と参照データの画素値との残差二乗和が最小となる位置に測定データと参照データとを位置合わせしても好適である。例えば、サブ画素として、１画素の１／８，１／１６，１／３２等を単位とすればよい。
【００３７】
図５は、実施の形態１における参照データと測定データとの一例を示す図である。
測定データ１０には、参照データ１２に対して、平行移動誤差と諧調変動誤差の他に、上述したように伸縮誤差と回転誤差が生じる。図５では、これらの誤差が生じて変形した測定データ１０の一例を示している。そのため、高精度な位置合わせを行なうためには、平行移動誤差と諧調変動誤差の他に、伸縮誤差と回転誤差をも補正する必要がある。
【００３８】
そこで、発明者は、平行移動と諧調変動の他に、伸縮および回転の補正を行う以下のモデル式（４−１）〜式（４−３）を見出した。ここで、Ｓ（ｘ，ｙ）を光学画像の階調値（画素値）、Ｕ（ｘ，ｙ）を参照画像の階調値（画素値）とし、未知パラメータは平行移動量（ｘ０，ｙ０）、諧調変動の定数ε０、諧調変動の像強度変動率ε１、に加えてＸ方向の伸縮誤差係数δｘ、Ｙ方向の伸縮誤差係数δｙ、Ｘ方向の回転誤差係数θ、及びＹ方向の回転誤差係数φとする。
【００３９】
【数４】
2008233343.tif 000006
【００４０】
上述した４点重み付けモデルの式（３）の自由度が１６であるので、半分の８自由度により伸縮および回転に起因する位置ずれをモデル化できることがわかる。そして、式（４）の８つのパラメータが十分小さいと仮定し、式（４）を線形近似することで、式（５）が導かれる。
【００４１】
【数５】
2008233343.tif 000007
【００４２】
さらに、以下の式（６−１）〜式（６−５）で表されるＡ、ｘ、及びｂを用いて、Ａｘ＝ｂを解くことにより８自由度の未知パラメータｘが得られる。
【００４３】
【数６】
2008233343.tif 000008
【００４４】
Ｓ１１０において、最小二乗法パラメータ演算工程として、最小二乗法パラメータ演算部３７０は、モデル式（５）及び式（６−１）〜式（６−５）を用いて、最小二乗法によりモデル式（５）の各パラメータを演算する。すなわち、最小二乗法パラメータ演算部３７０は、階調値の定数ε０と、像強度変動率ε１と参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）との積と、Ｘ方向の平行移動量ｘ０と参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）をＸで偏微分（空間微分）した値との積と、Ｙ方向の平行移動量と参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）をｙで偏微分した値との積と、Ｘ方向の回転誤差係数θと参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）をｘで偏微分した値と変数ｙとの積との第１の和から、Ｘ方向の伸縮誤差係数δｘと参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）をｘで偏微分した値と変数ｘとの積と、Ｙ方向の伸縮誤差係数δｙと参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）をｙで偏微分した値と変数ｙとの積と、Ｙ方向の回転誤差係数φと参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）をｙで偏微分した値と変数ｘとの積との第２の和を引いた第１の差分が、参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）から光学画像の画素値Ｓ（ｘ，ｙ）を引いた第２の差分と釣り合うように、階調値の定数ε０と像強度変動率ε１とＸ方向の平行移動量ｘ０とＹ方向の平行移動量ｙ０とＸ方向の伸縮誤差係数δｘとＹ方向の伸縮誤差係数δｙとＸ方向の回転誤差係数θとＹ方向の回転誤差係数φとを演算する。このように、未知のパラメータ数が８個に抑制されたので、その分だけ演算時間を短縮することができる。
【００４５】
しかし、全てのパターンでこれらの全てのパラメータが安定に求めることができるとは限らない。例えば、パターン密度の小さい疎パターンや、ライン＆スペースのような一次元パターンの場合は、モデル式（５）及び式（６−１）〜式（６−５）をそのまま解いても不安定な解となる恐れがある。そこで、次のような判定を行なう。
【００４６】
Ｓ１１２において、判定工程として、判定部３８０は、演算された平行移動量（ｘ０，ｙ０）と伸縮誤差係数（δｘ，δｙ）と回転誤差係数（θ，φ）と階調値の定数ε０と像強度変動率ε１とについて、それぞれに設定される閾値を用いて良否を判定する。平行移動量（ｘ０，ｙ０）について、例えば、それぞれ１画素以下であれば良、１画素より大きくなる場合に否とする。同様に、伸縮誤差係数（δｘ，δｙ）について、例えば、それぞれその絶対値が１画素分に相当する伸縮量以下であれば良、１画素より大きくなる場合に否とする。同様に、回転誤差係数（θ，φ）について、例えば、それぞれその絶対値が１画素分に相当する回転量以下であれば良、１画素より大きくなる場合に否とする。同様に、階調値の定数ε０と像強度変動率ε１とについて、例えば、それぞれその絶対値が１画素分に相当する量以下であれば良、１画素より大きくなる場合に否とする。但し、これらの閾値は１画素或いは１画素に相当する量に限るものではなく、必要に応じて適宜選択すればよい。そして、全てのパラメータの判定結果が良である場合にはＳ１１６に進む。１つでも否と判定されたパラメータが存在する場合にはＳ１１４に進む。
【００４７】
Ｓ１１４において、最小二乗法パラメータ再演算工程として、最小二乗法パラメータ再演算部３８２は、判定された結果、否であるパラメータについては削除するか或いは削除と等価の値を設定して、最小二乗法によりモデル式（５）のその他のパラメータを再度演算する。パターンに応じて安定な解を得るためには、ランク落ちしないように正規行列ＡをＡ‘として縮退変形させる必要がある。そのために、特定のパラメータの値の絶対値があらかじめ設定された閾値を越えた場合には、そのパラメータが関与する項を削除するか、或いはそのパラメータの値を固定値０としてその他のパラメータを再計算すればよい。以上のように、特定のパラメータを削除することで、安定な解を得ることができる。すなわち、計算結果の不安定性を低減させることができる。
【００４８】
Ｓ１１６において、補正画像生成工程として、補正画像生成回路３９０は、演算された各パラメータに基づいて、ＳＳＤアライメントで合わせた画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分参照データの位置をずらした補正画像データを生成する。また、補正画像生成回路３９０は、パラメータの一部を削除して再演算された場合には、再度演算された演算されたパラメータに基づいて、ＳＳＤアライメントで合わせた画素単位で疎アライメントされた位置からの位置ずれ量分参照データの位置をずらした補正画像データを生成する。
【００４９】
ここでは、例えば、４点重み付けモデルでの線形補間を行なうことで補正画像データを生成する。まず、位置ずれ量演算部３９２は、例えば、各フレーム内の任意座標（ｘ，ｙ）での位置ずれ量（ｘ’，ｙ’）を以下の式（７−１）及び式（７−２）に基づき算出する。
【００５０】
【数７】
2008233343.tif 000009
【００５１】
そして、規格化されたフレームの４隅（−１／２，１／２）、（１／２，１／２）、（１／２，−１／２）、（−１／２，−１／２）での補正すべき位置ずれ量は、任意座標（ｘ，ｙ）での位置ずれ量（ｘ’，ｙ’）を以下の式（８−１）〜式（８−５）に代入して求めることができる。このように、参照データの位置ずれ量は、フレーム内の座標（ｘ，ｙ）に応じて線形補間することで表現することができる。
【００５２】
【数８】
2008233343.tif 000010
【００５３】
そして、画像生成部３９４は、得られたフレームの４隅での位置ずれ量（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３），（ｘ４，ｙ４）と階調値の定数ε０と像強度変動率ε１と参照画像の画素値Ｕ（ｘ，ｙ）を以下の式（９）に代入して補正画像の画素値Ｕ’（ｘ，ｙ）を演算することで補正画像データを生成する。
【００５４】
【数９】
2008233343.tif 000011
【００５５】
以上のようにして生成された補正画像データは、比較回路１０８に出力される。同様に、測定データも比較回路１０８に出力される。
【００５６】
Ｓ１１８において、比較工程として、比較回路１０８は、被検査パターン画像となる測定データと、検査基準パターン画像となる補正画像データとを取り込む。そして、取り込まれた測定データと補正画像データについて、所定のアルゴリズムに従って比較し、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。以上のように、ステージの蛇行、伸縮誤差、カメラの走行軸に対する傾き誤差のようなシステマチックな位置誤差成分を補正した補正画像を用いることで、パターン欠陥部分を除いた高精度な位置合わせを行なうことができる。このように高精度な位置合わせが行なわれたデータ比較を行うことにより欠陥の誤検出を抑制して擬似欠陥を低減し、高精度の検査を行うことができる。
【００５７】
ここで、求められたパラメータの値を用いて参照画像を位置補正する、もう一つの方法を説明する。補正画像データは、以下のモデル式（１０）でも求めることができる。
【００５８】
【数１０】
2008233343.tif 000012
【００５９】
ここでは、所定のサイズの画像フレームをＮ×Ｎに単純分割するモデルでの線形補間を行なうことで補正画像を生成する。画像フレームをＮ×Ｎのブロックに分割し、それぞれのブロック内の座標（ｉ，ｊ）での位置ずれ量（ｘｉ，ｙｊ）を以下の式（１１）で求めて、そのブロック内の全ての座標について、この位置ずれ量（ｘｉ，ｙｊ）を用いればよい。
【００６０】
【数１１】
2008233343.tif 000013
【００６１】
以上のように、補正画像データを求めても好適である。
【００６２】
上述した各実施の形態において、図１の構成では、スキャン幅Ｗの画素数（例えば２０４８画素）を同時に入射するフォトダイオードアレイ１０５を用いているが、これに限るものではない。
図６は、別の光学画像取得手法を説明するための図である。
図６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。
【００６３】
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。或いは、ハードウェアにより構成しても構わない。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、磁気テープ装置、ＦＤ、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テーブル制御回路１１４、参照回路１１２、比較回路１０８、位置合わせ回路１４０及び位置合わせ回路１４０内の各部及び回路等は、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。
【００６４】
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。参照画像は設計データから生成しているが、フォトダイオードアレイ等のセンサにより撮像した同一パターンのデータを用いても良い。言い換えれば、ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ検査でもｄｉｅ  ｔｏ  ｄａｔａｂａｓｅ検査でも構わない。
【００６５】
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。
【００６６】
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試料検査装置、試料検査方法、画像位置合わせ方法、位置ずれ量推定方法は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施の形態１における試料検査装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１における位置合わせ回路の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１における試料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】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５】実施の形態１における参照データと測定データとの一例を示す図である。
【図６】別の光学画像取得手法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  測定データ
１２  参照データ
１００  試料検査装置
１０１  フォトマスク
１０２  ＸＹθテーブル
１０３  光源
１０４  拡大光学系
１０５  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
１１２  参照回路
１１５  磁気テープ装置
１４０  位置合わせ回路
１５０  光学画像取得部
３０２  参照データメモリ
３０４  測定データメモリ
３０６  ＳＳＤアライメント部
３３０  演算データメモリ
３７０  最小二乗法パラメータ演算部
３８０  判定部
３８２  最小二乗法パラメータ再演算部
３９０  補正画像生成回路
３９２  位置ずれ量演算部
３９４  画像生成部
【図１】
2008233343.tif 000014
【図２】
2008233343.tif 000015
【図３】
2008233343.tif 000016
【図４】
2008233343.tif 000017
【図５】
2008233343.tif 000018
【図６】
2008233343.tif 000019