(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン形成された試料を照明して、透過或いは反射して得られる光を受光して画像データを出力するセンサからの出力データを入力し、前記出力データのオフセット補正を行うオフセット回路と、
ゲイン補正係数を入力し、入力されたゲイン補正係数を前記出力データに乗じることでゲイン補正を行うゲイン補正回路と、
前記オフセット補正とゲイン補正が行われた前記センサの出力データのうち、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データを用いて、前記センサの出力データの各画素値の平均値を演算する平均値算出回路と、
設定された基準値からの前記各画素値の平均値の変化率を用いて前記ゲイン補正に用いるゲイン補正係数を補正し、前記ゲイン補正回路にフィードバックするゲイン補正係数算出回路と、
を備え、
前記透過により得られる場合の前記パターンから光が透過する位置は、周囲の影響を受けない位置であって対象画素中にパターンが存在しない位置であり、
前記反射により得られる場合の前記パターンから光が反射する位置は、周囲の影響を受けない位置であってパターンが対象画素の全体を占める位置であり、
前記オフセット補正とゲイン補正が行われた前記センサの出力データを入力し、入力された出力データから、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データを、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データを識別する識別回路をさらに備え、
前記識別回路は、注目画素毎に、注目画素とかかる注目画素を取り囲む画素領域の複数の画素がすべてしきい値以上であった場合、かかる画素領域の注目画素を、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データとして、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データとして識別し、
前記平均値算出回路は、前記識別回路により識別された位置で取得した前記センサの出力データの各画素値の平均値を演算することを特徴とするセンサ出力データの補正装置。
【請求項２】
前記センサは、光電変換により光を画像に変換するラインセンサ、またはＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項１記載のセンサ出力データの補正装置。
【請求項３】
前記識別回路は、所定の領域毎に前記センサの出力データを入力し、入力された領域毎の出力データについての閾値判定処理と、テンプレートを用いたマッチング処理とを行うことにより前記位置を識別することを特徴とする請求項１記載のセンサ出力データの補正装置。
【請求項４】
パターン形成された試料を照明して、透過或いは反射して得られる光を受光して画像データを出力するセンサからの出力データを入力し、前記出力データのオフセット補正を行う工程と、
ゲイン補正係数を入力し、入力されたゲイン補正係数を前記出力データに乗じることでゲイン補正を行う工程と、
前記オフセット補正とゲイン補正が行われた前記センサの出力データのうち、透過により得られる場合は前記パターンが存在しない位置から、反射により得られる場合は前記パターンが全体を占める位置から得られる複数の画素値の平均値を演算する工程と、
設定された基準値からの前記平均値の変化率を用いて前記ゲイン補正に用いるゲイン補正係数を補正し、前記ゲイン補正用にフィードバックする工程と、
を備え、
前記透過により得られる場合の前記パターンから光が透過する位置は、周囲の影響を受けない位置であって対象画素中にパターンが存在しない位置であり、
前記反射により得られる場合の前記パターンから光が反射する位置は、周囲の影響を受けない位置であってパターンが対象画素の全体を占める位置であり、
前記オフセット補正とゲイン補正が行われた前記センサの出力データを入力し、入力された出力データから、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データを、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データを識別し、
前記識別する際、注目画素毎に、注目画素とかかる注目画素を取り囲む画素領域の複数の画素がすべてしきい値以上であった場合、かかる画素領域の注目画素を、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データとして、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データとして識別し、
前記識別された位置で取得した前記センサの出力データの各画素値の平均値を演算することを特徴とするセンサ出力データの補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、センサ出力データの補正装置及びセンサ出力データの補正方法に関する。
【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。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、形状や出力信号レベルが一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。
【０００６】
ここで、試料上に形成されているパターンの撮像を行うセンサの出力データは、ＡＤ変換後にオフセット補正により、センサの出力オフセットの補正を行い、ゲイン補正によりゲインの補正が行われる。オフセットとゲインの補正は、撮像される画素毎に行なわれる。オフセットとゲインの補正係数は、測定前に予め基準となる被測定物の白部と黒部の領域で採取したセンサの出力データから、センサの画像取込み幅に対応する画素毎に算出する。そして、算出された補正係数が装置に設定され、以降、かかる補正係数を使って補正が行われる。しかしながら、かかる従来のオフセット補正やゲイン補正の手法では、光源の経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化により欠陥の出力レベルやパターンの線幅が変化してしまい、微細な欠陥の検出やパターンの線幅の差を検出する要求について、対処することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０７１６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、上述した問題点を克服し、経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化を補正する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】
実施形態によれば、センサ出力データの補正装置は、オフセット回路と、ゲイン補正回路と、平均値算出回路と、ゲイン補正係数算出回路と、を備える。オフセット回路は、パターン形成された試料を照明して、透過或いは反射して得られる光を受光して画像データを出力するセンサからの出力データを入力し、前記出力データのオフセット補正を行う。ゲイン補正回路は、ゲイン補正係数を入力し、入力されたゲイン補正係数を前記出力データに乗じることでゲイン補正を行う。平均値算出回路は、前記オフセット補正とゲイン補正が行われた前記センサの出力データのうち、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データを用いて、前記センサの出力データの各画素値の平均値を演算する。ゲイン補正係数算出回路は、設定された基準値からの前記平均値の変化率を用いて前記ゲイン補正に用いるゲイン補正係数を補正し、前記ゲイン補正回路にフィードバックする。前記透過により得られる場合の前記パターンから光が透過する位置は、周囲の影響を受けない位置であって対象画素中にパターンが存在しない位置であり、前記反射により得られる場合の前記パターンから光が反射する位置は、周囲の影響を受けない位置であってパターンが対象画素の全体を占める位置である。
前記オフセット補正とゲイン補正が行われた前記センサの出力データを入力し、入力された出力データから、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データを、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データを識別する識別回路をさらに備え、
前記識別回路は、注目画素毎に、注目画素とかかる注目画素を取り囲む画素領域の複数の画素がすべてしきい値以上であった場合、かかる画素領域の注目画素を、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データとして、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データとして識別し、
前記平均値算出回路は、前記識別回路により識別された位置で取得した前記センサの出力データの各画素値の平均値を演算する。
【００１０】
また、実施形態によれば、センサ出力データの補正方法は、パターン形成された試料を照明して、透過或いは反射して得られる光を受光して画像データを出力するセンサからの出力データを入力し、前記出力データのオフセット補正を行う工程と、ゲイン補正係数を入力し、入力されたゲイン補正係数を前記出力データに乗じることでゲイン補正を行う工程と、前記オフセット補正とゲイン補正が行われた前記センサの出力データから、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データを、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データを用いて、前記センサの出力データの各画素値の平均値を演算する工程と、設定された基準値からの前記平均値の変化率を用いて前記ゲイン補正に用いるゲイン補正係数を補正し、前記ゲイン補正用にフィードバックする工程と、を備える。前記透過により得られる場合の前記パターンから光が透過する位置は、周囲の影響を受けない位置であって対象画素中にパターンが存在しない位置であり、前記反射により得られる場合の前記パターンから光が反射する位置は、周囲の影響を受けない位置であってパターンが対象画素の全体を占める位置である。
前記オフセット補正とゲイン補正が行われた前記センサの出力データを入力し、入力された出力データから、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データを、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データを識別し、
前記識別する際、注目画素毎に、注目画素とかかる注目画素を取り囲む画素領域の複数の画素がすべてしきい値以上であった場合、かかる画素領域の注目画素を、透過により得られる場合は前記パターンから光が透過する位置で取得した前記センサの出力データとして、反射により得られる場合は前記パターンから光が反射する位置で取得した前記センサの出力データとして識別し、
前記識別された位置で取得した前記センサの出力データの各画素値の平均値を演算する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態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】第１の実施形態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３】第１の実施形態におけるセンサ出力補正回路の内部構成を示す概念図である。
【図４】第１の実施形態におけるオフセット補正の仕方を説明するためのグラフの一例である。
【図５】第１の実施形態におけるゲイン補正の仕方を説明するためのグラフの一例である。
【図６】第１の実施形態における白部平均出力レベル算出回路の内部構成を示す概念図である。
【図７】第１の実施形態におけるセンサ出力の順序とデータ変換回路後のデータ出力順序の一例を示す図である。
【図８】第１の実施形態におけるゲイン補正係数算出回路の内部構成を示す概念図である。
【図９】第２の実施形態におけるセンサ出力補正回路の内部構成を示す概念図である。
【図１０】第２の実施形態における白部識別回路と白部平均出力レベル算出回路の内部構成を示す概念図である。
【図１１】第２の実施形態におけるセンサ出力の順序とデータ変換回路後のデータ出力順序の一例を示す図である。
【図１２】第２の実施形態における白部判定回路の内部構成を示す概念図である。
【図１３】第２の実施形態における注目画素を中心とした画素領域の一例を示す図である。
【図１４】第２の実施形態における白部テンプレートの一例を示す図である。
【図１５】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】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態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、パターンが形成されたマスクやウェハ等の基板を試料して、かかる試料上のパターン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、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、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、展開回路１１１、参照回路１１２、センサ出力補正回路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、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。センサ出力補正回路１４０は、センサ出力データの補正装置の一例となる。図１では、本第１の実施形態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。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ることは言うまでもない。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
図２は、第１の実施形態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２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２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。
【００１６】
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。このように、光電変換により光を画像に変換する。フォトダイオードアレイ１０５には、ＴＤＩ（タイムディレイインテグレーション）センサやラインセンサのように複数の画素列が配置された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。
【００１７】
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。
【００１８】
センサ回路１０６から出力された測定データ（光学画像）は、センサ出力補正回路１４０でオフセット補正やゲイン補正が行われる。ここで、従来のように、予め設定された補正係数のみでオフセット補正やゲイン補正を行っていたのでは、上述したように、経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化を補正することは困難である。そこで、第１の実施形態では、ゲイン補正を行う際に用いる補正係数を補正してフィードバックすることで、かかる経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化を補正する。
【００１９】
図３は、第１の実施形態におけるセンサ出力補正回路の内部構成を示す概念図である。図３において、センサ出力補正回路１４０は、オフセット補正回路１０、ゲイン補正回路１２、白部平均出力レベル算出回路１４、及びゲイン補正係数算出回路１６を有している。センサ回路１０６でＡ／Ｄ変換されたフォトダイオードアレイ１０５の出力は、オフセット補正回路１０でオフセット補正が行われる。ここでは、一例として、パターン形成されたフォトマスク１０１を照明して、透過して得られる光をフォトダイオードアレイ１０５が受光する場合を示している。
【００２０】
図４は、第１の実施形態におけるオフセット補正の仕方を説明するためのグラフの一例である。図４において、横軸は光量、縦軸はセンサ出力（画素値）を示している。オフセット補正回路１０は、予め設定されたオフセット補正係数を入力して、フォトダイオードアレイ１０５の各出力（デジタル化された後のデータ）に対してオフセット補正係数を加算して出力データをオフセットする。
【００２１】
図５は、第１の実施形態におけるゲイン補正の仕方を説明するためのグラフの一例である。図５において、横軸は光量、縦軸はセンサ出力（画素値）を示している。ゲイン補正回路１２は、予め設定されたゲイン補正係数を入力し、入力されたゲイン補正係数を出力データに乗じることでゲイン補正を行う。
【００２２】
ここで、センサ出力データのうち、白部となる、透過により得られる場合は、周囲の影響を受けない位置であって対象画素中にパターンが存在しない位置から得られるデータが、本来、画素値が最大になる。他方、黒部となる、透過型の場合、パターンが対象画素の全体を占める位置、すなわちパターンで埋め尽くされた位置からは光が透過しないので画素値は最小の値「０」となる。その中間が領域の一部にパターンが存在する位置、白部でありながら周囲のパターンの影響を受けた位置、或いは黒部でありながら周囲の白部の影響を受けた位置から受光した画素値となる。そのため、経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化は、かかる周囲の影響を受けていない白部からの信号についての出力レベル（画素値）が基準となる出力レベル（画素値）に対してどのように変化したか算出することで把握できる。そこで、第１の実施形態では、オフセット補正とゲイン補正の後に取り付けた、白部平均出力レベル算出回路１４とゲイン補正係数算出回路１６により、センサのゲイン係数を補正してセンサ出力を補正する。
【００２３】
第１の実施形態では、補正用白パターンを用いてかかるゲイン係数を補正する。補正用白パターン２０，２２は、図２で示したフォトマスク１０１の検査領域外に形成しておくとよい。光学画像取得部１５０は、検査前、或いは検査途中に一旦検査ストライプの撮像を中断してかかる補正用白パターン２０，２２を撮像する。補正用白パターン２０，２２は、周囲の影響を受けない白部の領域で形成される。例えば、複数の検査ストライプの光学画像を取得後、次の検査ストライプを撮像する前に、ステージ位置を補正用白パターン２０，２２に照明光が照射されるように位置を移動させる。そして、ステージを移動しながら補正用白パターン２０，２２を撮像する。これにより、補正用白パターン２０，２２から白部における複数の画素値を取得できる。経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化が生じていれば、得られるセンサの出力レベルも変化していることになる。ここでは、補正用白パターン２０，２２と２つの領域に分けているがこれに限るものではない。１つでも３つ以上であってもよい。そして、かかる補正用白パターン２０，２２の撮像データを用いてゲイン係数を補正する。
【００２４】
図６は、第１の実施形態における白部平均出力レベル算出回路の内部構成を示す概念図である。白部平均出力レベル算出回路１４は、データ変換回路４０、画素出力積算回路４２、および画素平均値の平均回路４４を有している。ＴＤＩセンサでは、複数の画素列が同時に撮像できるように複数のフォトダイオード素子が並んで配列される。そのため、画像取り込み幅分の複数のフォトダイオード素子が同時に撮像していくことで例えばＬ画素（Ｌ≧２、例えば、１０２４個）分の画像を同時に取得できる。さらに、各列にも複数のフォトダイオード素子が配列される。そして、移動しながら同じ列の複数のフォトダイオード素子が時間をずらしながら同じ画素位置を連続的に撮像していく。そのため、フォトマスク１０１上の同じ位置について複数の画素データが得られる。例えば、各画素位置についてｍ個（ｍ≧２、例えば、１０２４個）のデータを取得できる。データ変換回路４０は、画素毎に、得られた複数の画素データを連続的に出力するようにデータの出力順序を変換する。
【００２５】
図７は、第１の実施形態におけるセンサ出力の順序とデータ変換回路後のデータ出力順序の一例を示す図である。例えば、１〜Ｌ画素が同時に撮像できるようにＬ個のフォトダイオード素子が一方向に並んで配列される場合を示している。データ変換回路４０には、図７（ａ）に示すように、最初に同時撮像された１画素目のデータ、２画素目のデータ、・・・Ｌ画素目のデータと順に入力される。そして、時間をずらして同時撮像された２回目の、１画素目のデータ、２画素目のデータ、・・・Ｌ画素目のデータと順に入力される。このように、同じ画素のデータが連続して入力されない。そのため、データ変換回路４０は、図７（ｂ）に示すように、画素毎に、得られた複数の画素データを連続的に出力する。すなわち、１画素目について１回目のデータ、２回目のデータ、・・・・、ｍ回目のデータを連続的に出力し、次に、２画素目について同様に１回目のデータ、２回目のデータ、・・・・、ｍ回目のデータを連続的に出力し、次に、３画素目について同様に、・・・Ｌ画素目について同様に出力する。以上のようにして、補正用白パターン２０，２２を連続的に撮像したセンサ出力データを変換して、画素毎に、補正用白パターン２０，２２から得られた複数の画素データを連続的に出力する。
【００２６】
画素出力積算回路４２は、画素毎に、Ｎ個毎のデータの画素値を積算し、積算値をＮで割ることで、Ｎ個分のデータ毎に画素値の平均値を算出する。但しＮ＜ｍである。すなわち、１画素目について画素出力積算回路４２ａがＮ個分のデータ毎に画素値の平均値を算出する。２画素目について画素出力積算回路４２ｂがＮ個分のデータ毎に画素値の平均値を算出する。３画素目について画素出力積算回路４２ｃがＮ個分のデータ毎に画素値の平均値を算出する。以降、同様に、画素毎に対応する画素出力積算回路４２がＮ個分のデータ毎に画素値の平均値をそれぞれ算出する。以上のようにして、補正用白パターン２０，２２から得られた複数の画素データについて、Ｎ個分のデータ毎に画素値の平均値を算出する。
【００２７】
さらに、画素平均値の平均回路４４は、Ｎ個分のデータ毎の複数の平均値を入力し、かかる平均値の平均値を演算する。全ての画素値の平均値を一度で計算せずに、複数の平均値から全体の平均値を求めることでデータメモリの容量を小さくできる。すなわち、１画素目について画素平均値の平均回路４４ａが平均値の平均値を演算する。２画素目について画素平均値の平均回路４４ｂが平均値の平均値を演算する。以降、同様に、画素毎に対応する画素平均値の平均回路４４が平均値の平均値を演算する。以上のようにして、補正用白パターン２０，２２から得られた複数の画素データについて、平均値の平均値を演算する。
【００２８】
以上のようにして、白部平均出力レベル算出回路１４は、オフセット補正とゲイン補正が行われたセンサの出力データのうち、白部の位置から得られる複数の画素値の平均値を演算する。白部平均出力レベル算出回路１４は、平均値算出回路の一例である。
【００２９】
図８は、第１の実施形態におけるゲイン補正係数算出回路の内部構成を示す概念図である。ゲイン補正係数算出回路１６内では、画素毎に、メモリ５１、変化率演算回路５０、補正回路５２が配置される。各メモリ５１内には、画素毎に、まだ経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化が生じる前の段階で撮像された白部の基準出力値が格納されている。
【００３０】
まず、変化率演算回路５０は、画素毎に、白部の位置から得られた画素平均値Ａをメモリ５１内の基準出力値Ｂで割った変化率Ｃを算出する。すなわち、１画素目について変化率演算回路５０ａが白部の位置から得られた１画素目の画素平均値Ａをメモリ５１ａ内の基準出力値Ｂで割った変化率Ｃを算出する。２画素目について変化率演算回路５０ｂが白部の位置から得られた１画素目の画素平均値Ａをメモリ５１ｂ内の基準出力値Ｂで割った変化率Ｃを算出する。以降、同様に、画素毎に対応する変化率演算回路５０が変化率Ｃを演算する。以上のようにして、補正用白パターン２０，２２から得られたセンサ出力データについて、画素毎に変化率Ｃを演算する。
【００３１】
次に、補正回路５２は、画素毎に、補正前のゲイン係数を入力し、補正前のゲイン係数を変化率Ｃで割った値を補正後のゲイン係数としてゲイン補正回路１２に出力して、フィードバックする。フィードバックを受けたゲイン補正回路１２は、以降、フィードバックされたゲイン係数を用いてゲイン補正を行う。
【００３２】
以上のように、ゲイン補正係数算出回路１６は、設定された基準値からの補正用白パターン２０，２２における画素平均値の変化率を用いてゲイン補正に用いるゲイン係数を補正し、ゲイン補正回路１４にフィードバックする。かかる構成により、経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化をゲイン補正で補正できる。
【００３３】
そして、以降、補正されたゲイン係数で各検査ストライプ内のパターンが撮像される。このように、経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化が補正された光学画像データ（測定データ）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を表現している。
【００３４】
また、参照データ作成工程として、展開回路１１１および参照回路１１２等で構成される参照画像作成部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。設計データは磁気ディスク装置１０９等に格納されている。
【００３５】
比較工程として、比較回路１０８（比較部）は、測定データと参照データとを入力後、位置合わせを行なってから両者を比較する。所定のアルゴリズムに従って比較し、画素毎に欠陥の有無を判定する。比較結果は、パターンモニタ１１８等に出力される。
【００３６】
以上のように、経時的な光量変化やセンサの各受光素子自体の経時的な感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化が補正されたデータで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。
【００３７】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、フォトマスク１０１に形成された補正用白パターン２０，２２を必要に応じて撮像し、撮像の都度、ゲイン係数を補正したが、これに限るものではない。第２の実施形態では、わざわざ、補正用白パターン２０，２２を撮像せずに検査領域内で撮像された画素データを用いて補正する構成について説明する。パターン検査装置の構成は図１と同様である。センサ出力補正回路１４０の内部構成以外は、第１の実施形態と同様である。以下、特に説明する内容以外は、第１の実施形態と同様である。
【００３８】
図９は、第２の実施形態におけるセンサ出力補正回路の内部構成を示す概念図である。図９において、センサ出力補正回路１４０は、白部平均出力レベル算出回路１４の代わりに白部平均出力レベル算出回路１５となり、ゲイン補正回路１２と白部平均出力レベル算出回路１５の間に、白部識別回路１３を備えた点以外は図３と同様である。白部識別回路１３は、検査中の検査領域のセンサ出力データの中から自動的に白部となる画素位置を識別する。
【００３９】
図１０は、第２の実施形態における白部識別回路と白部平均出力レベル算出回路の内部構成を示す概念図である。白部識別回路１３は、オフセット補正とゲイン補正が行われたセンサの出力データを入力する。そして、入力された出力データのうち、白部の画素位置を識別する。白部識別回路１３内には、画素毎に、データ変換回路６０、メモリ６１、および白部判定回路６２を有している。メモリ６１内には白部テンプレートが格納されている。
【００４０】
図１１は、第２の実施形態におけるセンサ出力の順序とデータ変換回路後のデータ出力順序の一例を示す図である。ここでも、上述したように、例えば、１〜Ｌ画素が同時に撮像できるようにＬ個のフォトダイオード素子が一方向に並んで配列される場合を示している。データ変換回路６０には、図１１（ａ）に示すように、最初に同時撮像された１画素目のデータ、２画素目のデータ、・・・Ｌ画素目のデータと順に入力される。そして、時間をずらして同時撮像された２回目の、１画素目のデータ、２画素目のデータ、・・・Ｌ画素目のデータと順に入力される。ここで、データ変換回路６０は、図１１（ｂ）に示すように、注目画素毎に、注目画素とかかる注目画素を取り囲む周囲の複数の画素データを連続的に出力する。例えば、注目画素を中心にしたｋ×ｋ個（ｋ≧３）の画素領域の各データを連続的に出力する。次に、注目画素を１つＬ画素目側にずらして、同様に、ｋ×ｋ個の画素領域の各データを連続的に出力する。すなわち、１画素目について、１画素目の注目画素とかかる注目画素を取り囲む前後と画素が存在する側の画素で構成される画素領域の各データを出力する。注目画素を中心にしたｋ×ｋ個の画素領域が選択できない場合には、有効となる画素で画素領域を構成すればよい。以下、同様である。次に、注目画素を１つＬ画素目側にずらして、２画素目の注目画素とかかる注目画素を取り囲む前後と画素が存在する側の画素で構成される画素領域の各データを出力する。同様に、３画素目以降、順次、注目画素をずらしながら画素領域の各データを出力する。Ｌ画素目まで注目画素をずらし終わったら、１画素目の２番目の画素を注目画素として、同様に繰り返す。以上のようにして、データ変換回路６０は、注目画素をずらしながら注目画素とかかる注目画素を取り囲む画素領域の各データが連続して出力されるようにデータの出力順序を変換する。
【００４１】
図１２は、第２の実施形態における白部判定回路の内部構成を示す概念図である。各画素の白部判定回路６２内には、しきい値判定回路６４とテンプレートマッチング回路６６が配置される。注目画素用のしきい値判定回路６４は、データ変換回路６０から注目画素とかかる注目画素を取り囲む画素領域の各データを入力する。
【００４２】
図１３は、第２の実施形態における注目画素を中心とした画素領域の一例を示す図である。図１３では、５列×５段の画素領域を一例として示している。しきい値判定回路６４は、かかる画素領域の各データを入力する。そして、得られた各データの画素値がそれぞれ所定の閾値以上かどうかを判定する。或いは、上限下限の各閾値を用意して、得られた各データの画素値がそれぞれ上限下限の各閾値の間に入るかどうかによって判定してもよい。
【００４３】
注目画素用のテンプレートマッチング回路６６は、画素領域について、白部テンプレートを用いてマッチングする。
【００４４】
図１４は、第２の実施形態における白部テンプレートの一例を示す図である。白部テンプレートとしては、図１４（ａ）に示す横長、図１４（ｂ）に示す縦長、或いは図１４（ｃ）に示すようなｋ×ｋの画素領域の角部を入れない形状であってもよい。そして、テンプレートマッチング回路６６は、白部テンプレートと重なる画素についてすべてしきい値判定がｏｋであったかどうかを判定する。そして、白部テンプレートと重なる画素についてすべてしきい値判定がｏｋであった場合、かかる画素領域の注目画素に有効フラグを定義して出力する。以上により、有効フラグが付いた画素が白部と識別されたことになる。注目画素の画素値が閾値の範囲内であっても周囲の画素値が外れる場合には、かかる外れた画素の影響を受ける場合があるため、白部とは識別しない。そして、有効フラグの情報と注目画素のデータが白部平均出力レベル算出回路１５に出力される。
【００４５】
白部平均出力レベル算出回路１５内では、画素毎に、画素出力積算回路７０と画素平均値の平均回路７２が配置される。
【００４６】
画素出力積算回路７０は、画素毎に、有効フラグが付いたＮ個毎のデータの画素値を積算し、積算値をＮで割ることで、白部だけを抜き出したＮ個分のデータ毎に画素値の平均値を算出する。
【００４７】
さらに、画素平均値の平均回路４４は、白部だけを抜き出したＮ個分のデータ毎の複数の平均値を入力し、かかる平均値の平均値を演算する。以上のようにして、検査用のセンサデータから白部の画素だけを識別して、かかる識別された白部の複数の画素データについて、平均値の平均値を演算する。
【００４８】
以上のようにして、白部平均出力レベル算出回路１５は、オフセット補正とゲイン補正が行われたセンサの出力データのうち、白部の位置から得られる複数の画素値の平均値を演算する。白部平均出力レベル算出回路１５は、平均値算出回路の一例である。以降の工程は第１の実施形態と同様である。
【００４９】
以上のように第２の実施形態では、検査用のセンサデータから白部の画素だけを自動認識することができる。そして、かかる識別された白部の複数の画素データを用いてゲイン係数を補正できる。よって、検査を止める必要がないため、検査中にリアルタイムでゲイン係数を補正できる。
【００５０】
光量変化やセンサ感度変化に起因するセンサの出力レベルの変化の補正回路を提供することが可能になり、センサの出力レベルの変動を低減することができる。
【００５１】
図１５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く、図１０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。
【００５２】
以上の説明において、「〜回路」、「〜部」、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、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、展開回路１１１、参照回路１１２、比較回路１０８、及びセンサ出力補正回路１４０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或いは各回路内に配置されるコンピュータ等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。
【００５３】
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。反射光を用いる反射型の場合、周囲の影響を受けない位置であってパターンが対象画素の全体を占める位置、すなわちパターンで埋め尽くされた位置からは光が透過せずに反射するので、白部となる。そして、周囲の影響を受けない位置であって対象画素中にパターンが存在しない位置では光が透過してしまうので反射せず黒部となる。よって、反射型の検査装置を用いる場合には、パターンが全体を占める位置から得られる複数の画素値の平均値の基準値からの変化率を用いてゲイン係数を補正し、ゲイン補正回路１４にフィードバックすればよい。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、パターン検査方法、画像位置合わせ方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５７】
１０  オフセット補正回路
１２  ゲイン補正回路
１４  白部平均出力レベル算出回路
１６  ゲイン補正係数算出回路
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  拡大光学系
１０５  フォトダイオードアレイ
１０６  センサ回路
１４０  センサ出力補正回路
１５０  光学画像取得部
１６０  制御回路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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