(57)【要約】【目的】測定対象パターンが測定フレームサイズよりも小さい場合及び測定対象パターン以外のパターンが測定フレーム内に混在する場合でも、高精度なＣＤ測定が可能な測定装置を提供する。【構成】パターンの線幅測定装置は、ＴＤＩセンサ１０５の撮像可能領域のうち、測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射を遮蔽する、光源とステージとの間、若しくはステージとＴＤＩセンサとの間に配置されたスリット１７２と、ＴＤＩセンサにより撮像された、測定対象領域のパターン像を用いて測定対象領域内の図形パターンの線幅を測定するＣＤ測定部５６と、を備え、スリットにより測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射が遮蔽された状態で、かつ、電荷転送方向に対して移動しないようにステージの移動を制限した状態で、電荷を転送させながらＴＤＩセンサにより測定対象領域を含む領域が撮像されることを特徴とする。【選択図】図１
2017138250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の図形パターンが形成された基板を配置するステージと、
２次元状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が受光した光を光電変換することによって生じる電荷を一定の方向に向かって受光素子間を所定の周期で順次転送しながら蓄積することによって、パターン像を撮像するＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサと、
前記基板上の測定対象領域を撮像する場合に、前記ＴＤＩセンサの撮像可能領域のうち、前記測定対象領域が撮像される領域の前記電荷転送方向における両側の領域への光の入射を遮蔽する、光源と前記ステージとの間、若しくは前記ステージと前記ＴＤＩセンサとの間に配置されたスリットと、
前記ＴＤＩセンサにより撮像された、前記測定対象領域のパターン像を用いて前記測定対象領域内の図形パターンの線幅を測定する測定部と、
を備え、
前記スリットにより前記ＴＤＩセンサの撮像可能領域のうち前記測定対象領域が撮像される領域の前記電荷転送方向における両側の領域への光の入射が遮蔽された状態で、かつ、前記複数の受光素子の前記基板上の撮像位置が前記ＴＤＩセンサの電荷転送方向に対して移動しないように前記ステージの移動を制限した状態で、前記電荷を転送させながら前記ＴＤＩセンサにより前記測定対象領域を含む領域が撮像されることを特徴とするパターンの線幅測定装置。
【請求項２】
前記ＴＤＩセンサの電荷転送方向と直交する方向に前記基板をずらしながら前記ＴＤＩセンサにより前記測定対象領域を含む前記領域が撮像されることを特徴とする請求項１記載のパターンの線幅測定装置。
【請求項３】
図形パターンの線幅は、前記基板の検査領域を前記ＴＤＩセンサの撮像可能幅サイズ以下のサイズで分割した複数のフレーム領域のうち前記図形パターンが配置されるフレーム領域内の複数の測定点にて測定された複数の線幅の統計値によって定義され、
前記測定対象領域は、前記フレーム領域よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載のパターンの線幅測定装置。
【請求項４】
前記基板に形成された複数の図形パターンのうち欠陥と判定された欠陥位置情報を入力し、前記基板上の複数の測定対象領域について当該測定対象領域が前記欠陥位置に該当するかどうかを判定する判定部をさらに備え、
当該測定対象領域が前記欠陥位置に該当する場合に、当該測定対象領域をパターンの線幅を測定する領域から除外され、
除外されなかった残りの測定対象領域について、それぞれ、前記複数の受光素子の前記基板上の撮像位置が前記ＴＤＩセンサの電荷転送方向に対して移動しないように前記ステージの移動を制限した状態で、かつ、前記スリットにより前記ＴＤＩセンサの撮像可能領域のうち当該測定対象領域が撮像される領域の前記電荷転送方向における両側の領域への光の入射が遮蔽された状態で、前記電荷を転送させながら前記ＴＤＩセンサにより当該測定対象領域を含む領域が撮像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の線幅測定装置。
【請求項５】
２次元状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が受光した光を光電変換することによって生じる電荷を一定の方向に向かって受光素子間を所定の周期で順次転送しながら蓄積することによって、パターン像を撮像するＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサを用いて、前記ＴＤＩセンサの撮像可能領域のうち、ステージ上に配置された、複数の図形パターンが形成された基板上の測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射を光源と前記ステージとの間、若しくは前記ステージと前記ＴＤＩセンサとの間に配置されたスリットによって遮蔽した状態で、かつ、前記複数の受光素子の前記基板上の撮像位置が前記ＴＤＩセンサの電荷転送方向に対して移動しないように前記ステージの移動を制限した状態で、前記電荷を転送させながら前記ＴＤＩセンサにより前記測定対象領域を含む領域を撮像する工程と、
前記ＴＤＩセンサにより撮像された、前記測定対象領域のパターン像を用いて前記測定対象領域内の図形パターンの線幅を測定する工程と、
を備えたことを特徴とするパターンの線幅測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの線幅測定装置及びパターンの線幅測定方法に関する。例えば、パターンの光学画像を取得してパターンを検査する検査装置により行うパターン線幅測定方法に関する。
【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電子ビームを用いた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】
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。
【０００５】
パターン検査では、パターン欠陥（形状欠陥）検査の他に、試料面におけるパターンの線幅（ＣＤ）ずれの測定も要求されている。従来、パターンの線幅（ＣＤ）の測定は、専用の計測装置を利用していたが、パターン欠陥検査の際に、同時にこれらを測定できれば、コスト面および検査時間面からメリットが大きい。そのため、検査装置に、かかる測定機能を求める要求が高まっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
検査装置でＣＤ測定を実現するためには、光学画像から画像内のパターンの線幅（ＣＤ）を測定する必要がある。高精度にパターンの線幅（ＣＤ）を測定するためには多数の測定点を設けて、得られた結果を平均化することが望ましい。そのため、試料面の領域を複数のフレーム領域に分割して、フレーム領域画像内のパターンの線幅（ＣＤ）を平均化することが検討されている。ここで、同じフレーム領域内に同一ピッチのラインアンドスペースパターンのみが全面に配置される場合に、測定されるパターンの線幅（ＣＤ）の平均化効果が最大となり、ＣＤ測定精度が最もよくなる。逆に、同じフレーム領域内に、異なるピッチのパターンや、ラインアンドスペースパターン以外のパターンが混在する場合には、同じパターンに対しての測定点の数が少なくなってしまうのでＣＤ測定精度が悪くなってしまう。例えば、ロジック回路パターンのように複数のパターンが狭い領域内に混在するようなレイアウトでは、高精度なＣＤ測定が得られにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１８１９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の一態様は、測定対象パターンが測定フレームサイズよりも小さい場合及び測定対象パターン以外のパターンが測定フレーム内に混在する場合でも、高精度なＣＤ測定が可能な測定装置及び方法を提供する。
【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の線幅測定装置は、
複数の図形パターンが形成された基板を配置するステージと、
２次元状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が受光した光を光電変換することによって生じる電荷を一定の方向に向かって受光素子間を所定の周期で順次転送しながら蓄積することによって、パターン像を撮像するＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサと、
基板上の測定対象領域を撮像する場合に、ＴＤＩセンサの撮像可能領域のうち、測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射を遮蔽する、光源とステージとの間、若しくはステージとＴＤＩセンサとの間に配置されたスリットと、
ＴＤＩセンサにより撮像された、測定対象領域のパターン像を用いて測定対象領域内の図形パターンの線幅を測定する測定部と、
を備え、
スリットによりＴＤＩセンサの撮像可能領域のうち測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射が遮蔽された状態で、かつ、複数の受光素子の基板上の撮像位置がＴＤＩセンサの電荷転送方向に対して移動しないようにステージの移動を制限した状態で、電荷を転送させながらＴＤＩセンサにより測定対象領域を含む領域が撮像されることを特徴とする。
【００１０】
また、ＴＤＩセンサの電荷転送方向と直交する方向に基板をずらしながらＴＤＩセンサにより測定対象領域を含む領域が撮像されると好適である。
【００１１】
また、図形パターンの線幅は、基板の検査領域をＴＤＩセンサの撮像可能幅サイズ以下のサイズで分割した複数のフレーム領域のうち図形パターンが配置されるフレーム領域内の複数の測定点にて測定された複数の線幅の統計値によって定義され、
測定対象領域は、フレーム領域よりも小さい。
【００１２】
また、基板に形成された複数の図形パターンのうち欠陥と判定された欠陥位置情報を入力し、基板上の複数の測定対象領域について当該測定対象領域が欠陥位置に該当するかどうかを判定する判定部をさらに備え、
当該測定対象領域が欠陥位置に該当する場合に、当該測定対象領域をパターンの線幅を測定する領域から除外され、
除外されなかった残りの測定対象領域について、それぞれ、複数の受光素子の基板上の撮像位置がＴＤＩセンサの電荷転送方向に対して移動しないようにステージの移動を制限した状態で、かつ、スリットによりＴＤＩセンサの撮像可能領域のうち当該測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射が遮蔽された状態で、電荷を転送させながらＴＤＩセンサにより当該測定対象領域を含む領域が撮像されると好適である。
【００１３】
本発明の一態様のパターンの線幅測定方法は、
２次元状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子が受光した光を光電変換することによって生じる電荷を一定の方向に向かって受光素子間を所定の周期で順次転送しながら蓄積することによって、パターン像を撮像するＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサを用いて、ＴＤＩセンサの撮像可能領域のうち、ステージ上に配置された、複数の図形パターンが形成された基板上の測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射を光源とステージとの間、若しくはステージとＴＤＩセンサとの間に配置されたスリットによって遮蔽した状態で、かつ、複数の受光素子の基板上の撮像位置がＴＤＩセンサの電荷転送方向に対して移動しないようにステージの移動を制限した状態で、電荷を転送させながらＴＤＩセンサにより前記測定対象領域を含む領域を撮像する工程と、
ＴＤＩセンサにより撮像された、測定対象領域のパターン像を用いて測定対象領域内の図形パターンの線幅を測定する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、測定対象パターンが測定フレームサイズよりも小さい場合及び測定対象パターン以外のパターンが測定フレーム内に混在する場合でも、高精度なＣＤ測定ができる。
【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構成図である。
【図２】実施の形態１におけるＴＤＩセンサの受光面と電荷蓄積方向との一例を示す図である。
【図３】実施の形態１におけるＴＤＩセンサによる撮像動作を説明するための図である。
【図４】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５】実施の形態１におけるフレーム領域内のパターンレイアウトの一例を示す図である。
【図６】実施の形態１の比較例となるフレーム画像の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図８】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９】実施の形態１におけるＣＤ測定回路の内部構成を示す図である。
【図１０】実施の形態１におけるスリットが配置されたフレーム領域内のパターンレイアウトの一例を示す図である。
【図１１】実施の形態１における測定点を説明するための図である。
【図１２】実施の形態１におけるＣＤ測定を説明するための図である。
【図１３】実施の形態１におけるパターンと画素値の一例とプロファイルの一例とを示す図である。
【図１４】実施の形態１における測定画像の一例を示す図である。
【図１５】実施の形態１における測定画像の他の一例を示す図である。
【図１６】実施の形態１におけるスリットが配置されたフレーム領域内のパターンレイアウトの他の一例を示す図である。
【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構成図である。図１において、基板、例えばマスク基板に形成されたパターンの欠陥及びパターンの線幅ＣＤ（ＣＤ）を検査する検査装置１００は、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。検査装置１００は、パターンの線幅測定装置の一例である。
【００１７】
光学画像取得部１５０は、光源１０３、照明光学系１７０、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、拡大光学系１０４、スリット１７２、スリット駆動機構１７４、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサ１０５、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、基板１０１が配置されている。基板１０１として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のフォトマスクが含まれる。また、このフォトマスクには、検査対象となる複数の図形パターンが形成されている。基板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。
【００１８】
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、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、スリット位置制御回路１４０、ＣＤ測定回路１４２、モード選択回路１４４、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。
【００１９】
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、ＴＤＩ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。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、基板１０１のパターン形成面への拡大光学系１０４の焦点位置（フォーカス位置）は、図示しないＡＦ制御回路によって制御された図示しないピエゾ素子により、拡大光学系１０４の光軸方向の高さ位置を制御することによって調整される。
【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ＴＤＩセンサの受光面と電荷蓄積方向との一例を示す図である。図２において、ＴＤＩセンサ１０５は、２次元状に配列された複数の受光素子１１を有している。そして、ＴＤＩセンサ１０５では、各受光素子１１が受光した光を光電変換することによって生じる電荷を一定の方向（電荷蓄積方向）に向かって受光素子１１間を所定の周期で順次転送しながら蓄積する。図２の例では、ｘ方向に電荷が蓄積される。そして、ｘ方向の最終受光素子１１まで累積加算（蓄積）された電荷が１つの画素の画素強度データとして出力される。
【００２２】
図３は、実施の形態１におけるＴＤＩセンサによる撮像動作を説明するための図である。図３（ａ）では、撮像開始時刻において、基板１０１の例えば右端の像（透過像或いは反射像）が拡大光学系によりＴＤＩセンサ１０５の例えば左端領域に結像される例を示している。ＴＤＩセンサ１０５では、各受光素子１１で撮像された電荷が電荷蓄積方向に転送されてしまうので、同じ位置を撮像し続けるためには、電荷が電荷蓄積方向に転送されるタイミング周期に同期させながら、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）の順で示すように、電荷の転送先の受光素子１１が基板１０１の同じ位置を撮像するように、基板１０１の位置を順次移動させる。かかる動作により、複数の受光素子１１で基板１０１の同じ位置を撮像した結果が時間遅延しながら累積加算されるので、十分な強度の画像信号を得ることができると共に平均化効果による高精度な画像信号を得ることができる。
【００２３】
なお、図３（ａ）〜図３（ｄ）の例では、拡大光学系１０４により、基板１０１面上のパターン像の光を光軸対称の位置でＴＤＩセンサ１０５に結像しているので、ＴＤＩセンサ１０５の電荷蓄積方向と基板１０１の移動方向が逆方向に示されているが、これに限るものではない。ＴＤＩセンサ１０５の電荷蓄積方向と基板１０１の移動方向とを同じ方向にした場合に、電荷の転送先の受光素子１１が基板１０１の同じ位置を撮像するように拡大光学系１０４を構成してもよい。
【００２４】
図４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。基板１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図４に示すように、例えばＹ方向に向かって、スキャン幅Ｗ（ＴＤＩセンサ１０５の撮像可能幅サイズ）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ＴＤＩセンサ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。ＴＤＩセンサ１０５では、図４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、ＴＤＩセンサ１０５は、ＸＹθテーブル１０２（ステージ）と相対移動しながら、検査光を用いてマスク基板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。
【００２５】
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。
【００２６】
ここで、検査ストライプ２０の画像（ストライプ領域画像）は、ｘ、ｙ方向に、検査ストライプ２０の幅（ｙ方向）の１／ｍのサイズ（ｍ≧１の整数）、言い換えれば、Ｙ方向のスキャン幅Ｗ（ＴＤＩセンサ１０５の撮像可能幅サイズ）以下のサイズで複数のフレーム画像に分割される。よって、検査領域１０は、かかるフレーム画像サイズの複数のフレーム領域３２に仮想分割される。各検査ストライプ２０は、図４の例では、ｘ、ｙ方向に、例えば、検査ストライプ２０の幅（ｙ方向）の１／４のサイズで複数のフレーム領域３２に仮想分割される。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割される。或いは、各検査ストライプ２０は、図４の例では、ｘ方向に、検査ストライプ２０の幅と同様の幅、例えば、スキャン幅Ｗで複数のフレーム画像に分割されてもよい。かかる場合、検査領域１０は、かかるフレーム画像サイズの複数のフレーム領域３０に仮想分割されることになる。言い換えれば、フォトマスクの検査領域１０をフレーム領域３０の一方のサイズ（ｙ方向サイズ）で短冊状の複数の検査ストライプ２０に仮想分割し、各検査ストライプ２０をフレーム領域３０の他のサイズ（ｘ方向サイズ）で複数のフレーム領域３０に仮想分割される。
【００２７】
図５は、実施の形態１におけるフレーム領域内のパターンレイアウトの一例を示す図である。図５の例では、フレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）内に、種類が異なる複数のパターン４０，４２，４４，４６が配置されている場合を示している。フォトマスクとなる基板１０１上に、例えば、ロジックパターンが配置されるような場合が該当する。ロジックパターン等には、多くのパターン種が配置され、周期性パターンが配置されにくい。これらの複数のパターン４０，４２，４４，４６は、それぞれサイズが小さい微小パターンである。よって、かかるフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）のフレーム画像を、ＴＤＩセンサ１０５を使って上述したように撮像しても各パターン内のラインパターン部分（黒パターン部分）とスペースパターン部分（白パターン部分）との線幅ＣＤを高精度に測定するために必要な程度の測定点が得られない。そのため、検査装置１００で撮像した検査用の画像からＣＤを測定しても、意味のあるデータを得ることは困難である。
【００２８】
一方、例えば、ロジックパターン等には、マスク面上に形成されるパターンのＣＤ精度を確認するために、マスク面上の略均等に分布された複数の位置にＣＤ測定用パターンをあえて作成する場合がある。従来、かかる微小パターン（ＣＤ測定用パターン）は、例えば、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、ＣＤがそれぞれ測定される必要があった。しかしながら、検査装置１００でかかる微小パターンのＣＤ測定を行うことが望まれる。例えば、パターン４０に示すように、ｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンをＣＤ測定用パターンとして作成する。そこで、実施の形態１では、以下のようにして、かかる微小パターンのＣＤ測定を行う。
【００２９】
図６は、実施の形態１の比較例となるフレーム画像の一例を示す図である。図６では、図５に示したフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）内に配置された複数のパターン４０，４２，４４，４６のうち、パターン４０をＣＤ測定対象とする場合を示している。実施の形態１の比較例では、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように電荷蓄積方向に転送されるタイミング周期に同期させながら、ＸＹθテーブル１０２を移動させることで基板１０１の位置を順次移動させるのではなく、ＸＹθテーブル１０２をｘ方向に移動させることなく基板１０１の位置をｘ方向に固定してＴＤＩセンサ１０５により撮像する。これにより、図６に示すように、パターン４０が電荷蓄積方向となるｘ方向に延びた形状の画像を撮像できる。なお、ここでは、複数のパターン４０，４２，４４，４６のうち、残りのパターン４２，４４，４６が、ｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンとは異なるパターンである場合を示している。例えば、ｙ方向に延びるラインパターンを含むパターン等が挙げられる。ＴＤＩセンサ１０５は、各受光素子１１が受光した光を光電変換することによって生じる電荷を電荷蓄積方向となるｘ方向（一定の方向）に向かって受光素子１１間を所定の周期で順次転送しながら蓄積することによって、パターン像を撮像する。そのため、基板１０１の位置をｘ方向に固定すると、フレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）内のｘ方向の各位置の情報が積分されてしまう。そのため、ｘ方向に向かって、黒パターンだけ、或いは白パターンだけが並んでいる場合を除き、得られる画像が図６に示すように、黒パターンと白パターンとが混合した中間階調になってしまう（ボケてしまう）。よって、ラインパターン（黒パターン）とスペースパターン（白パターン）との間でＳ／Ｎ比が得られなくなってしまう。そのため、かかる状態ではラインパターン（黒パターン）とスペースパターン（白パターン）とのＣＤ測定が困難となる。そこで、実施の形態１では、後述するように工夫することでかかるＳ／Ｎ比を向上させる。
【００３０】
図７は、実施の形態１におけるパターン検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図７において、実施の形態１におけるパターン検査方法は、形状欠陥検査モード選択工程（Ｓ１０２）と、光学画像取得工程（Ｓ１０４）と、フレーム分割工程（Ｓ１０６）と、参照画像作成工程（Ｓ１０８）と、比較工程（Ｓ１１０）と、微小パターンＣＤ検査モード選択工程（Ｓ２０２）と、座標設定工程（Ｓ２０４）と、判定工程（Ｓ２０６）と、ステージ移動工程（Ｓ２０８）と、スリット配置工程（Ｓ２１０）と、光学画像取得工程（Ｓ２１２）と、線幅ＣＤ測定工程（Ｓ２１４）と、平均線幅ＣＤａｖｅ演算工程（Ｓ２１６）と、判定工程（Ｓ２１８）と、いう一連の工程を実施する。
【００３１】
また、実施の形態１におけるパターンの線幅測定方法は、かかる工程群のうち、微小パターンＣＤ検査モード選択工程（Ｓ２０２）と、座標設定工程（Ｓ２０４）と、判定工程（Ｓ２０６）と、ステージ移動工程（Ｓ２０８）と、スリット配置工程（Ｓ２１０）と、光学画像取得工程（Ｓ２１２）と、線幅ＣＤ測定工程（Ｓ２１４）と、平均線幅ＣＤａｖｅ演算工程（Ｓ２１６）と、判定工程（Ｓ２１８）と、いう一連の工程が該当する。
【００３２】
まず、複数の図形パターンが形成された基板１０１を搬送して、ＸＹθテーブル１０２上に配置する。
【００３３】
形状欠陥検査モード選択工程（Ｓ１０２）として、モード選択回路１４４は、形状欠陥検査モードを選択する。かかる選択により、スリット位置制御回路１４０は、スリット駆動機構１７４を制御して、スリット１７２を光路上から外れる位置に移動させる。スリット駆動機構１７４として、例えば、シリンダ機構等を用いると好適である。
【００３４】
光学画像取得工程（Ｓ１０４）として、光学画像取得部１５０は、ストライプ領域毎に、ＴＤＩセンサ１０５を用いて、基板１０１に形成された複数のパターンの光学画像を取得する。具体的には以下のように動作する。
【００３５】
基板１０１に形成された複数の図形パターンには、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を介して照射される。基板１０１を透過した光は拡大光学系１０４を介して、ＴＤＩセンサ１０５（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。
【００３６】
ＴＤＩセンサ１０５上に結像されたパターンの像は、ＴＤＩセンサ１０５の各受光素子１１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。かかる画素データ（ストライプ領域画像）を撮像する際、ＴＤＩセンサ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。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上における基板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。比較回路１０８内に入力されたストライプ領域画像は、図示しないメモリに格納される。
【００３７】
フレーム分割工程（Ｓ１０６）として、比較回路１０８は、上述したように、撮像された各ストライプ領域画像をフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）毎に分割して、フレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）毎のフレーム画像を作成する。
【００３８】
参照画像作成工程（Ｓ１０８）として、展開回路１１１及び参照回路１１２といった参照画像作成部は、複数の図形パターンを基板１０１に形成するための元になる設計データ（描画データ）に基づいて、フレーム画像（光学画像）に対応する領域の参照画像を作成する。ここでは、複数のフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）に応じた複数の参照画像（設計画像）が作成される。具体的には、以下のように動作する。まず、展開回路１１１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し、読み出された設計データに定義された各フレーム領域の各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換して、このイメージデータが参照回路１１２に送られる。
【００３９】
ここで、設計データに定義される図形は、例えば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。
【００４０】
かかる図形データとなる設計パターンの情報が展開回路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値ないしは多値の設計画像データを展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、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毎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、８ビットの占有率データとして参照回路１１２に出力する。
【００４１】
次に、参照回路１１２は、送られてきた図形のイメージデータである設計画像データに適切なフィルタ処理を施す。
【００４２】
図８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から得られた光学画像としての測定データは、拡大光学系１０４の解像特性やＴＤＩセンサ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設計画像データにも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。このようにしてフレーム画像（光学画像）と比較する設計画像（参照画像）を作成する。作成された参照画像は比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内に出力された参照画像は、図示しないメモリに格納される。
【００４３】
以上のようにして、位置が異なる複数のフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）にそれぞれパターンが定義された設計データに基づく、複数のフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）に応じた複数の参照画像を作成する。これにより、基板１０１から撮像された各検査ストライプ２０の複数のフレーム画像に対応する、複数の参照画像が作成される。
【００４４】
比較工程（Ｓ１１０）として、比較回路１０８は、まず、比較対象となる測定画像となるフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）のフレーム画像（光学画像）を比較回路１０８内の図示しない記憶装置から読み出し、同様に比較対象となる参照画像を比較回路１０８内の図示しない記憶装置から読み出す。そして、所定のアルゴリズムで位置合わせを行う。例えば、最小２乗法を用いて位置合わせを行う。
【００４５】
次に、比較回路１０８は、当該フレーム画像と参照画像とを画素毎に比較する。比較回路１０８は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素毎の階調値差が判定閾値よりも大きけ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、フレシキブルディスク装置（ＦＤ）１１６、ＣＲＴ１１７、パターンモニタ１１８、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。また、比較結果となる欠陥情報はＣＤ測定回路１４２に出力される。
【００４６】
次に、測定対象となる微小パターンの線幅ＣＤ測定に移る。
【００４７】
図９は、実施の形態１におけるＣＤ測定回路の内部構成を示す図である。図９において、ＣＤ測定回路１４２内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２、座標設定部５３、判定部５４、線幅ＣＤ測定部５６、平均線幅ＣＤａｖｅ演算部５８、及び判定部５９が配置される。座標設定部５３、判定部５４、線幅ＣＤ測定部５６、平均線幅ＣＤａｖｅ演算部５８、及び判定部５９といった各「〜部」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、例えば、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、半導体装置を含む。各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。座標設定部５３、判定部５４、線幅ＣＤ測定部５６、平均線幅ＣＤａｖｅ演算部５８、及び判定部５９に入出力される情報および演算中の情報は図示しないメモリにその都度格納される。また、比較結果となる欠陥情報は記憶装置５０に格納される。
【００４８】
微小パターンＣＤ検査モード選択工程（Ｓ２０２）として、モード選択回路１４４は、微小パターンのＣＤ検査モードを選択する。
【００４９】
座標設定工程（Ｓ２０４）として、座標設定部５３は、測定対象領域の座標を設定する。測定対象領域の座標は、予め用意しておく。或いは、磁気ディスク装置１０９に格納された設計データからフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）サイズよりも小さい微小パターンが形成された領域を読み出してもよい。実施の形態１では、測定対象領域として、フレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）よりも小さい領域を対象とする。フレーム領域３２として、例えば、３０μｍ角とする場合に、測定対象領域は、例えば、１０μｍ角以下のサイズである場合が挙げられる。また、実施の形態１では、測定対象となる微小パターンとして、ＴＤＩセンサ１０５の電荷蓄積方向（電荷転送方向）と同じｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンを選択する。特に、ｘ方向に延びる１：１のラインアンドスペースパターンが望ましい。但し、これに限るものではない。１：１ではないｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンでもよい。或いはｘ方向に並ぶアレイ配置が成された複数の矩形パターンにより構成されるアレイパターンでも構わない。測定対象領域の座標は、例えば、中心位置、或いは、矩形で定義される測定対象領域の４隅の１つ、例えば、左下位置とすると好適である。
【００５０】
なお、測定対象となる微小パターンがＴＤＩセンサ１０５の電荷蓄積方向（電荷転送方向）と同じｘ方向とは直交するｙ方向に延びるラインアンドスペースパターンであった場合には、基板１０１の向きを９０度回転させる。具体的には、ＸＹθテーブル１０２上に載置された基板１０１を図示しない搬送ロボットのアーム等で持ち上げ、別のアライメントチャンバ等で配置角度を９０度回転させる。その後で、改めて搬送ロボットのアーム等でＸＹθテーブル１０２上に基板１０１を載置すればよい。これにより、ＴＤＩセンサ１０５の電荷蓄積方向（電荷転送方向）と同じｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンに配置を変更できる。
【００５１】
判定工程（Ｓ２０６）として、判定部５４は、基板１０１に形成された複数の図形パターンのうち欠陥と判定された欠陥位置情報を入力し、基板１０１上の複数の測定対象領域について当該測定対象領域が欠陥位置に該当するかどうかを判定する。具体的には、判定部５４は、記憶装置５０に記憶された欠陥情報を参照し、設定された座標が示す測定対象領域に欠陥位置が重なるかどうかを判定する。設定された座標が示す測定対象領域に欠陥位置が重なる場合には、当該座標でのＣＤ測定を中止し、判定工程（Ｓ２１８）に進む。設定された座標が示す測定対象領域に欠陥位置が重ならない場合には、ステージ移動工程（Ｓ２０８）に進む。
【００５２】
ステージ移動工程（Ｓ２０８）として、テーブル制御回路１１４は、設定された座標が示す測定対象領域の光学画像を撮像することが可能な位置にＸＹθテーブル１０２を移動させる。言い換えれば、照明光の光軸上に設定された座標が示す測定対象領域の例えば左端中心を合わせるようにＸＹθテーブル１０２を移動させる。
【００５３】
スリット配置工程（Ｓ２１０）として、スリット位置制御回路１４０は、スリット駆動機構１７４を制御して、スリット１７２を光路上に移動させる。具体的には、ＴＤＩセンサ１０５の撮像可能領域のうち、設定された座標が示す測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射を遮蔽するように、ＸＹθテーブル１０２とＴＤＩセンサ１０５との間にスリット１７２を配置する。
【００５４】
図１０は、実施の形態１におけるスリットが配置されたフレーム領域内のパターンレイアウトの一例を示す図である。図１０（ａ）の例では、図５に示したフレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）内に配置された種類が異なる複数のパターン４０，４２，４４，４６のうち、測定対象となるパターン４０が配置される測定対象領域のｘ方向に両側の領域をスリット１７２（左側スリット１７２ａと右側スリット１７２ｂ）で覆う。スリット１７２は、基板１０１に接触させている訳ではないので、具体的には、拡大光学系１０４とＴＤＩセンサ１０５との間にスリット１７２を配置して測定対象領域が撮像されるＴＤＩセンサ１０５の領域のｘ方向における両側の領域への光の入射を遮蔽する。その際、図１０（ａ）に示すように、パターン４０が配置される測定対象領域のｘ方向に両側の一部の領域がスリット１７２と重なってもよい。一部を重ねることでスリット１７２の配置位置の位置ずれ誤差が生じた場合でも、ｘ方向についてパターン４０以外の部分に光が入射することを確実に阻止できる。
【００５５】
光学画像取得工程（Ｓ２１２）として、光学画像取得部１５０は、スリット１７２によりＴＤＩセンサ１０５の撮像可能領域のうち測定対象領域が撮像される領域の電荷転送方向における両側の領域への光の入射が遮蔽された状態で、かつ、複数の受光素子１１の基板１０１上の撮像位置がＴＤＩセンサ１０５の電荷転送方向に対して移動しないようにＸＹθテーブル１０２の移動を制限した状態で、電荷を転送させながらＴＤＩセンサ１０５により測定対象領域を含む領域を撮像する。言い換えれば、ｘ方向に対してＸＹθテーブル１０２を固定した状態で、測定対象領域を撮像する。測定対象領域のパターン４０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を介して照射される。基板１０１の測定対象領域を透過した光は拡大光学系１０４を介して、ＴＤＩセンサ１０５に光学像として結像し、入射する。
【００５６】
ＴＤＩセンサ１０５上に結像されたパターンの像は、ＴＤＩセンサ１０５の各受光素子１１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、測定対象領域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。かかる画素データ（測定対象領域画像）を撮像する際、ＴＤＩセンサ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が６０％入射する場合を最大階調とするダイナミックレンジを用いる。その後、測定対象領域画像は、位置回路１０７から出力されたＸＹθテーブル１０２上における基板１０１の位置を示すデータと共にＣＤ測定回路１４２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。ＣＤ測定回路１４２内に入力されたストライプ領域画像は、メモリ５２に格納される。
【００５７】
図１０（ｂ）に、実施の形態１となるフレーム画像の一例を示す。実施の形態１では、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように電荷蓄積方向に転送されるタイミング周期に同期させながら、ＸＹθテーブル１０２を移動させることで基板１０１の位置を順次移動させるのではなく、ＸＹθテーブル１０２をｘ方向に移動させることなく基板１０１の位置をｘ方向に固定してＴＤＩセンサ１０５により撮像する。これにより、同じ受光素子１１に同じ位置の像が連続して入射される。なお、ＴＤＩセンサ１０５は、各受光素子１１が受光した光を光電変換することによって生じる電荷を電荷蓄積方向となるｘ方向（一定の方向）に向かって受光素子１１間を所定の周期で順次転送しながら蓄積することによって、パターン像を撮像する。そのため、基板１０１の位置をｘ方向に固定すると、フレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）内のｘ方向の各位置の情報が積分される。その結果、図１０（ｂ）に示すように、パターン４０が電荷蓄積方向となるｘ方向に延びた形状の画像を撮像できる。実施の形態１では、スリット１７２でパターン４０の電荷蓄積方向となるｘ方向の両側を覆っているので、ｘ方向に向かって、黒パターンだけ、或いは白パターンだけが並んでいる。よって、測定対象領域のパターン画像について黒パターンと白パターンとが混合した中間階調になってしまう（ボケてしまう）ことを抑制できる。よって、ラインパターン（黒パターン）とスペースパターン（白パターン）との間でＳ／Ｎ比を大きくできる。なお、測定対象領域のパターン４０のｙ方向にずれた領域については、黒パターンと白パターンとが混合した中間階調になってしまう（ボケてしまう）がＣＤを測定する必要がないので構わない。
【００５８】
図１１は、実施の形態１における測定点を説明するための図である。ｘ方向に延びるラインパターン１２（黒パターン）（或いは／及びスペースパターン）の線幅ＣＤは、図１１に示すように、ｘ方向に並ぶ例えば画素毎に測定されればよい。よって、光学画像のｘ方向長さが長くなればなるほど、測定点を多くすることができる。ここで、得られる光学画像のｘ方向長さは、撮像時間に依存する。撮像時間を長くすれば、得られる光学画像のｘ方向長さをその分長くできる。よって、撮像時間を調整することで、ラインパターン（黒パターン）の線幅ＣＤとスペースパターンの線幅ＣＤとを測定する必要な測定点数を確保できる。
【００５９】
以上のように、当該測定対象領域が欠陥位置に該当する場合に、当該測定対象領域をパターンの線幅ＣＤを測定する領域から除外され、除外されなかった残りの測定対象領域について、それぞれ、当該測定対象領域を含む領域が撮像される。
【００６０】
線幅ＣＤ測定工程（Ｓ２１４）として、線幅ＣＤ測定部５６（測定部）は、ＴＤＩセンサ１０５により撮像された、測定対象領域のパターン像を用いて測定対象領域内の図形パターンの線幅ＣＤを測定する。基板１０１の測定対象領域のパターン４０を撮像した光学画像内のパターンの階調値プロファイルにおいて、検出閾値Ｔｈ０で、光学画像内のパターン４０のラインパターンの階調値プロファイルが交差する２点間寸法を測定することで、ラインパターンの幅寸法ＣＤを得ることができる。同様に、検出閾値Ｔｈ０で、光学画像内のパターン４０のスペースパターンの階調値プロファイルが交差する２点間寸法を測定することで、スペースパターンの幅寸法ＣＤを得ることができる。
【００６１】
図１２は、実施の形態１におけるＣＤ測定を説明するための図である。図１２に示すように、隣り合うラインパターン（黒パターン）とスペースパターン（白パターン）の各線幅ＣＤを測定する。また、図１１に示したように複数の測定点においてそれぞれＣＤを測定する。
【００６２】
平均線幅ＣＤａｖｅ演算工程（Ｓ２１６）として、平均線幅ＣＤａｖｅ演算部５８は、フレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）内の複数の測定点にて測定された複数の線幅ＣＤの統計値を演算する。例えば、平均値ＣＤａｖｅを演算する。但し、統計値は、平均値に限るものではなく、その他、例えば、最大値、最小値、或いは中央値等を用いてもよい。測定対象のパターン４０が、１：１のラインアンドスペースパターンではない場合には、ラインパターン毎、及びスペースパターン毎に、それぞれ複数の測定点で得られた線幅ＣＤの統計値を演算すればよい。かかる統計値が測定対象領域のパターンの線幅として定義され、出力される。
【００６３】
判定工程（Ｓ２１８）として、判定部５９は、予め決めておいたすべての測定対象パターンについてＣＤ測定が終了したかどうかを判定する。すべての測定対象パターンについてＣＤ測定が終了した場合には、各測定対象パターンの線幅ＣＤ測定結果を当該測定対象パターンの位置情報と共に出力する。ＣＤ測定結果は、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、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。すべての測定対象パターンについてＣＤ測定が終了していない場合には、座標設定工程（Ｓ２０４）に戻り、次の測定対象領域の材料を設定する。そして、すべての測定対象パターンについてＣＤ測定が終了するまで、座標設定工程（Ｓ２０４）から判定工程（Ｓ２１８）までの各工程を繰り返す。
【００６４】
以上のように、実施の形態１によれば、測定対象パターンが測定フレームサイズよりも小さい場合及び測定対象パターン以外のパターンが測定フレーム内に混在する場合でも、高精度なＣＤ測定ができる。
【００６５】
図１３は、実施の形態１におけるパターンと画素値の一例とプロファイルの一例とを示す図である。ラインパターン或いはスペースパターンの画像は、ＴＤＩセンサ１０５で撮像される画素値（階調値）によって構成される。そして、図１３（ａ）に示すように、かかる画像を構成する複数の画素のうち、測定対象パターンのＣＤ測定点における画素群２６を用いてＣＤが測定される。かかる画素群２６をプロットすることで、図１３（ｂ）に示すように、測定対象パターンの階調値プロファイルが構成される。階調値プロファイルは、隣接する画素値同士を直線で結んで作成してもよいし、近似曲線で近似することで作成してもよい。そして、検出閾値Ｔｈ０で、パターンの階調値プロファイルが交差する２点間寸法を測定することで、パターンの幅寸法ＣＤを得ることができる。ここで、測定対象パターンとＴＤＩセンサ１０５との配置位置関係によって、測定対象パターンと測定される画素の位置とがずれる。よって、同じ測定対象パターンの階調値プロファイルが図１３（ｃ）に示すように、変化する場合もあり得る。階調値プロファイルが変化すると、測定されるＣＤ値もずれる（誤差が生じる）ことになる。そこで、実施の形態１では、以下の手段を講じることで、かかる誤差を平均化することでさらに測定精度を高める。
【００６６】
光学画像取得工程（Ｓ２１２）において、光学画像取得部１５０は、ＴＤＩセンサ１０５の電荷転送方向（ｘ方向）と直交するｙ方向に基板１０１をずらしながらＴＤＩセンサ１０５により測定対象領域を含む領域を撮像する。
【００６７】
図１４は、実施の形態１における測定画像の一例を示す図である。
図１５は、実施の形態１における測定画像の他の一例を示す図である。
図１４の例では、所定の周期でｙ方向に１画素のずらし幅でＸＹθテーブル１０２を移動させながらＴＤＩセンサ１０５で撮像した画像の一例を示す。図１５の例では、所定の周期でｙ方向に数１０画素のずらし幅でＸＹθテーブル１０２を移動させながらＴＤＩセンサ１０５で撮像した画像の一例を示す。図形パターンの線幅ＣＤは、フレーム領域３２（或いはフレーム領域３０）内の複数の測定点にて測定された複数の線幅の統計値によって定義されるので、ｙ方向に位置がずらされた各画像部分でＣＤ測定を行い、ｙ方向に位置がずらされた各画像部分での測定結果を用いて統計値を演算することで、測定対象パターンと測定される画素の位置との関係によるＣＤ誤差を平均化できる。よって、ＣＤ誤差を低減できる。図１４及び図１５に示すように、ｙ方向へのずらし量は、画素サイズよりも大きくても小さくても良い。より好適には、０．５〜５画素程度のずらし量が望ましい。
【００６８】
上述した例では、実施の形態１におけるパターンの線幅測定方法は、判定工程（Ｓ２０６）における判定によって欠陥位置ではない箇所を予めわかった上で行う場合を示したがこれに限るものではない。
【００６９】
図１６は、実施の形態１におけるスリットが配置されたフレーム領域内のパターンレイアウトの他の一例を示す図である。図１６（ａ）の例では、図１０（ａ）に示したフレーム領域内のパターンレイアウトにおいて欠陥４１が測定対象となるパターン４０上に存在する場合を示している。
【００７０】
かかる状態で、光学画像取得工程（Ｓ２１２）を実施すると、図１６（ｂ）に示すように、欠陥４１のｙ方向サイズの幅で、ｘ方向に欠陥４１が延ばされた画像が得られる。よって、予め欠陥検査を行わない場合でも、かかる画像から欠陥の有無を検査できる。
【００７１】
以上の説明において、一連の「〜回路」は、処理回路を有する。かかる処理回路は、例えば、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、半導体装置を含む。各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いても良いし、或いは異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。少なくとも１つのコンピュータ、少なくとも１つのプロセッサで構成される場合に使用されるプログラムは、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、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、スリット位置制御回路１４０、ＣＤ測定回路１４２、及びモード選択回路１４４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等の少なくとも１つのコンピュータ、少なくとも１つのプロセッサにより実現してもよい。
【００７２】
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、透過光を用いた透過照明光学系を示したが、これに限るものではない。例えば、反射光を用いた反射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。また、スリット１７２の位置について、図１の例では、ＸＹθテーブル１０２とＴＤＩセンサ１０５との間に配置する場合について説明したが、これに限るものではない。スリット１７２の位置は、光源１０３とＸＹθテーブル１０２の間でも構わない。
【００７３】
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。
【００７４】
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、パターンの線幅測定装置及びパターンの線幅測定方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７５】
１０  検査領域
１２  ラインパターン
２０  検査ストライプ
３０，３２  フレーム領域
５０，５２  記憶装置
５３  座標設定部
５４  判定部
５６  ＣＤ測定部
５８  ＣＤａｖｅ演算部
５９  判定部
１００  検査装置
１０１  基板
１０２  ＸＹθテーブル
１０３  光源
１０４  拡大光学系
１０５  ＴＤＩ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
１１１  展開回路
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  レーザ測長システム
１２３  ストライプパターンメモリ
１４０  スリット位置制御回路
１４２  ＣＤ測定回路
１４４  モード選択回路
１５０  光学画像取得部
１６０  制御系回路
１７０  照明光学系
１７２  スリット
【図１】
2017138250.tif 000003
【図２】
2017138250.tif 000004
【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】
2017138250.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2017138250.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2017138250.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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