(57)【要約】      （修正有）【課題】フォーカス位置の追従誤差が生じても高精度なＣＤずれの測定が可能な測定方法を提供する。【解決手段】パターン幅寸法のずれ量測定方法は、マスク基板１０１に形成された複数の図形パターンの光学画像を取得する工程と、設計データに基づいて、光学画像に対応する領域の参照画像を作成する工程と、図形パターンの設計幅寸法を含む設計寸法情報に応じて可変に設定された、幅寸法への焦点位置の影響がより小さくなる階調値レベルの検出閾値を用いて、光学画像の階調値プロファイルデータから複数の図形パターンの幅寸法を計測する工程と、かかる検出閾値を用いて、参照画像の階調値プロファイルデータから参照画像内の複数の図形パターンの幅寸法を計測する工程と、光学画像内の計測された図形パターンの幅寸法毎に、参照画像内の計測された対応する図形パターンの幅寸法からの寸法ずれ量ΔＣＤを演算し、出力する工程と、を備えた。【選択図】図１
2017053674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク基板に形成された複数の図形パターンの光学画像を取得する工程と、
前記複数の図形パターンを前記マスク基板に形成するための元になる設計データに基づいて、前記光学画像に対応する領域の参照画像を作成する工程と、
図形パターンの設計幅寸法を含む設計寸法情報に応じて可変に設定された、幅寸法への焦点位置の影響がより小さくなる階調値レベルの検出閾値を用いて、前記光学画像の階調値プロファイルデータから前記光学画像内の複数の図形パターンの幅寸法を計測する工程と、
前記検出閾値を用いて、前記参照画像の階調値プロファイルデータから前記参照画像内の対応する複数の図形パターンの幅寸法を計測する工程と、
前記光学画像内の計測された図形パターンの幅寸法毎に、前記参照画像内の計測された対応する図形パターンの幅寸法からの寸法ずれ量を演算し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン幅寸法のずれ量測定方法。
【請求項２】
前記設計データに基づいて、前記光学画像に対応する領域内の複数の図形パターンの設計寸法情報を抽出する工程と、
図形パターンの設計寸法情報と検出閾値との相関関係情報を用いて、抽出された図形パターンの設計寸法情報毎の検出閾値を読み出す工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のパターン幅寸法のずれ量測定方法。
【請求項３】
デューティ比とピッチサイズとを可変にした評価パターンが形成された評価基板を用いて、焦点位置を可変にしながら複数の光学画像を取得する工程と、
異なる焦点位置で取得された複数の光学画像内の同じ図形パターン同士の階調値プロファイルデータを重ねた場合に一致する幅寸法の階調値レベルを検出閾値として抽出する工程と、
前記検出閾値と、当該検出閾値に対応する図形パターンを前記評価基板に形成するための元になる設計データ上の図形パターンの設計寸法情報とを対応させた前記相関関係情報を作成する工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン幅寸法のずれ量測定方法。
【請求項４】
前記マスク基板の検査領域は、複数の検査小領域に分割され、
前記光学画像は、前記複数の検査小領域の検査小領域毎に取得され、
検査小領域毎に図形パターンの幅寸法のずれ量が定義された、幅寸法のずれ量マップを作成する工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のパターン幅寸法のずれ量測定方法。
【請求項５】
マスク基板に形成された複数の図形パターンの光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記複数の図形パターンを前記マスク基板に形成するための元になる設計データに基づいて、前記光学画像に対応する領域の参照画像を作成する参照画像作成部と、
図形パターンの設計幅寸法を含む設計寸法情報に応じて可変に設定された、幅寸法への焦点位置の影響がより小さくなる階調値レベルの検出閾値を用いて、前記光学画像の階調値プロファイルデータから前記光学画像内の複数の図形パターンの幅寸法を計測する第１の幅寸法演算部と、
前記検出閾値を用いて、前記参照画像の階調値プロファイルデータから前記参照画像内の対応する複数の図形パターンの幅寸法を計測する第２の幅寸法演算部と、
前記光学画像内の計測された図形パターンの幅寸法毎に、前記参照画像内の計測された対応する図形パターンの幅寸法からの寸法ずれ量を演算する寸法ずれ量演算部と、
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、パターン幅寸法のずれ量測定方法及びパターン検査装置に関する。例えば、光を照射してパターン像の光学画像を取得してパターンを検査する検査装置のパターン幅寸法のずれ量測定方法に関する。
【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、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）ずれの測定は、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。ＣＤずれの測定に関しては、設定された領域毎に得られた画像内のパターンの線幅ずれを測定する検査手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
検査装置でＣＤずれの測定を実現するためには、マスク設計データに対して、実マスクに形成されたパターンの幅寸法ずれを測定することが必要となる。そのため、実マスクの光学画像を撮像する。撮像の際、実マスクを載せたステージを移動させながら行う。また、パターンの凹凸に応じて焦点位置が変化するため、動的にフォーカス位置を変化させる必要がある。そのため、ステージの移動速度にオートフォーカス調整が追従できないと、フォーカス位置の追従誤差が生じてしまう。フォーカス位置の追従誤差が生じると撮像される像のプロファイルが変化するため、正確な線幅を計測することが困難になってしまう。その結果、ＣＤずれの測定に誤差が発生し、測定精度が劣化してしまうといった問題があった。
【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】
上述したように、フォーカス位置の追従誤差が生じると撮像される像のプロファイルが変化するため、ＣＤずれの測定に誤差が発生し、測定精度が劣化してしまうといった問題があった。フォーカス位置の追従誤差を低減させるためにステージの移動速度を下げると検査時間の長期化につながるため、検査装置のスループットが劣化してしまう。よって、ステージの移動速度を下げずに測定精度の劣化を抑制することが求められている。
【０００９】
そこで、本発明は、フォーカス位置の追従誤差が生じても高精度なＣＤずれの測定が可能な測定方法及び検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様のパターン幅寸法のずれ量測定方法は、
マスク基板に形成された複数の図形パターンの光学画像を取得する工程と、
複数の図形パターンをマスク基板に形成するための元になる設計データに基づいて、光学画像に対応する領域の参照画像を作成する工程と、
図形パターンの設計幅寸法を含む設計寸法情報に応じて可変に設定された、幅寸法への焦点位置の影響がより小さくなる階調値レベルの検出閾値を用いて、光学画像の階調値プロファイルデータから光学画像内の複数の図形パターンの幅寸法を計測する工程と、
かかる検出閾値を用いて、参照画像の階調値プロファイルデータから参照画像内の対応する複数の図形パターンの幅寸法を計測する工程と、
光学画像内の計測された図形パターンの幅寸法毎に、参照画像内の計測された対応する図形パターンの幅寸法からの寸法ずれ量を演算し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、設計データに基づいて、光学画像に対応する領域内の複数の図形パターンの設計寸法情報を抽出する工程と、
図形パターンの設計寸法情報と検出閾値との相関関係情報を用いて、抽出された図形パターンの設計寸法情報毎の検出閾値を読み出す工程と、
をさらに備えると好適である。
【００１２】
また、デューティ比とピッチサイズとを可変にした評価パターンが形成された評価基板を用いて、焦点位置を可変にしながら複数の光学画像を取得する工程と、
異なる焦点位置で取得された複数の光学画像内の同じ図形パターン同士の階調値プロファイルデータを重ねた場合に一致する幅寸法の階調値レベルを検出閾値として抽出する工程と、
検出閾値と、当該検出閾値に対応する図形パターンを評価基板に形成するための元になる設計データ上の図形パターンの設計寸法情報とを対応させた相関関係情報を作成する工程と、
をさらに備えると好適である。
【００１３】
また、マスク基板の検査領域は、複数の検査小領域に分割され、
光学画像は、複数の検査小領域の検査小領域毎に取得され、
検査小領域毎に図形パターンの幅寸法のずれ量が定義された、幅寸法のずれ量マップを作成する工程と、
をさらに備えると好適である。
【００１４】
本発明の一態様のパターン検査装置は、
マスク基板に形成された複数の図形パターンの光学画像を取得する光学画像取得部と、
複数の図形パターンをマスク基板に形成するための元になる設計データに基づいて、光学画像に対応する領域の参照画像を作成する参照画像作成部と、
図形パターンの設計幅寸法を含む設計寸法情報に応じて可変に設定された、幅寸法への焦点位置の影響がより小さくなる階調値レベルの検出閾値を用いて、光学画像の階調値プロファイルデータから光学画像内の複数の図形パターンの幅寸法を計測する第１の幅寸法演算部と、
かかる検出閾値を用いて、参照画像の階調値プロファイルデータから参照画像内の対応する複数の図形パターンの幅寸法を計測する第２の幅寸法演算部と、
光学画像内の計測された図形パターンの幅寸法毎に、参照画像内の計測された対応する図形パターンの幅寸法からの寸法ずれ量を演算する寸法ずれ量演算部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フォーカス位置（焦点位置）の追従誤差が生じても高精度なＣＤずれの測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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における光学画像内のパターンと参照画像内のパターンとのプロファイルの一例を示す図である。
【図３】実施の形態１におけるフォーカス位置が変化する場合の光学画像内のパターンのプロファイルの一例を示す図である。
【図４】実施の形態１における異なる線幅のパターンプロファイルと検出閾値との一例を示す図である。
【図５】実施の形態１における検出閾値の設定の仕方を説明するための図である。
【図６】実施の形態１におけるパターン幅寸法のずれ量測定方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図７】実施の形態１における相関テーブル作成回路の内部構成を示す図である。
【図８】実施の形態１における評価パターンの一例を示す図である。
【図９】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１０】実施の形態１における比較回路及びΔＣＤマップ作成回路の内部構成を示す図である。
【図１１】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１２】実施の形態１における計測される線幅の一例を示す図である。
【図１３】実施の形態１における幅寸法誤差ΔＣＤの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
検査装置の検査感度に要求される精度として、例えば数ｎｍ程度を想定している。そのため、フォーカス位置の追従誤差が生じた像から所望する設計幅寸法かどうかを直接的に測定したのではパターンの線幅ＣＤずれ（ΔＣＤ）の測定がかかる精度を満たすことが困難になる。そこで、実施の形態１では、設計幅寸法とは別に検査用幅寸法を用いてＣＤずれ（ΔＣＤ）を測定する。
【００１８】
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、試料、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ずれ（ΔＣＤ）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。
【００１９】
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、及び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、マスク基板１０１が配置されている。マスク基板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。マスク基板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。
【００２０】
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、相関テーブル作成回路１４０、ＣＤずれ（ΔＣＤ）マップ作成回路１４２、オートフォーカス（ＡＦ）制御回路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。
【００２１】
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、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、マスク基板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、ＡＦ制御回路１４４によって制御されたピエゾ素子１４３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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２は、実施の形態１における光学画像内のパターンと参照画像内のパターンとのプロファイルの一例を示す図である。マスク基板１０１上に形成されたパターンの幅寸法誤差（ΔＣＤ）は、後述するように、マスク基板１０１のパターン形成領域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と、かかるパターンに対応する設計データから作成される参照画像内のパターンの階調値プロファイルとを比較することで得られる。図２において、参照画像内のパターンの階調値プロファイルにおいて、図２のＥＦ間寸法が所望する設計幅寸法になる検出閾値Ｔｈ０で、光学画像内のパターンの階調値プロファイルからＡＢ間寸法（例えばスペースパターンの幅）を測定することで、マスク基板１０１に形成されたパターンの幅寸法ＣＤを得ることができる。よって、パターンの幅寸法ずれ（ΔＣＤ：線幅寸法誤差）は、かかる閾値Ｔｈ０における光学画像のＡＢ間寸法から参照画像のＥＦ間寸法を引いた差分値として演算できる。かかる閾値Ｔｈ０は、すべてのパターンについて同じ値が用いられる。言い換えれば、設計データ上で所望する寸法がかかる閾値Ｔｈ０で得られる閾値モデルに沿って参照画像が作成されると共に、光学画像が撮像される。
【００２４】
図３は、実施の形態１におけるフォーカス位置が変化する場合の光学画像内のパターンのプロファイルの一例を示す図である。図３では、フォーカス位置が合っている状態で撮像した結果得られたパターンのプロファイルを実線で示している。フォーカス位置が合った状態で撮像されたパターンの幅寸法ＣＤは、上述した閾値Ｔｈ０からＡＢ間寸法として検出される。しかし、フォーカス位置がずれた状態で撮像されると同じパターンのプロファイルが点線で示すように、フォーカス位置が合った状態で撮像された場合と異なってしまう。点線で示すフォーカス位置がずれた状態で撮像されたパターンの幅寸法ＣＤは、上述した閾値Ｔｈ０からａｂ間寸法として検出される。図３に示すように、フォーカス位置が異なると撮像される像のプロファイルが変化するため、正確な線幅を計測することが困難になってしまう。その結果、ＣＤずれの測定に誤差が発生し、測定精度が劣化してしまう。言い換えれば、オートフォーカス制御によるフォーカス位置の追従誤差が生じると正確な線幅を計測することが困難になってしまう。
【００２５】
図４は、実施の形態１における異なる線幅のパターンプロファイルと検出閾値との一例を示す図である。図３において説明したように、フォーカス位置が異なると撮像される像のプロファイルが変化するため、従来の検出閾値Ｔｈ０で線幅を検出すると検出されたパターンの幅寸法ＣＤには誤差が生じる。しかし、図４（ａ）に示すように、同じパターンを、フォーカス位置を変えながら撮像すると、プロファイルはそれぞれ変化するものの、同じ線幅を持つ位置が存在する。図４（ａ）の例では、フォーカス位置が合った状態で撮像されたパターンのプロファイル（実線）のＡ１Ｂ１間寸法とフォーカス位置がずれた状態で撮像されたパターンのプロファイル（点線）のａ１ｂ１間寸法とが一致する階調値レベルが存在する。図４（ａ）の例では、フォーカス位置がずれた状態を１つしか示していないが、複数の位置にフォーカス位置をずらした場合でも、Ａ１Ｂ１間寸法とａ１ｂ１間寸法とが一致する階調値レベルでは、他の位置にフォーカス位置をずらした場合でも、寸法が一致することを見出した。かかる階調値レベルは、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存しない線幅寸法が一致する、或いは、例えば、幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）レベルとなる。よって、検出閾値Ｔｈを検出閾値Ｔｈ０ではなくＡ１Ｂ１間寸法とａ１ｂ１間寸法とが一致するかかる階調値レベルに設定することでフォーカス位置に依存しない検出閾値Ｔｈを得ることができる。
【００２６】
なお、図２に示すように、例えば、検出閾値Ｔｈ０の階調値レベルを下げて検出閾値Ｔｈ’に設定する場合、かかる検出閾値Ｔｈ’で検出される光学画像のＡ’Ｂ’間寸法は、検出閾値Ｔｈで検出される光学画像のＡＢ間寸法とは異なる。同様に、かかる検出閾値Ｔｈ’で検出される参照画像のＥ’Ｆ’間寸法は、検出閾値Ｔｈで検出される光学画像のＥＦ間寸法とは異なる。しかし、光学画像におけるパターンの線幅から参照画像におけるパターンの線幅を差し引いたＣＤ寸法ずれ（ΔＣＤ）は、（Ａ’Ｂ’間寸法−Ｅ’Ｆ’間寸法）で得られる差分値と、（ＡＢ間寸法−ＥＦ間寸法）で得られる差分値とは一致する、或いはほぼ一致する。よって、検出閾値Ｔｈ０の階調値レベルを下げて検出閾値Ｔｈ’に設定した場合でもＣＤ寸法ずれ（ΔＣＤ）であれば、検出閾値Ｔｈ０で検出した場合と実質的に同様に演算できる。
【００２７】
同様に、例えば、検出閾値Ｔｈ０の階調値レベルを上げて検出閾値Ｔｈ”に設定する場合、かかる検出閾値Ｔｈ”で検出される光学画像のＡ”Ｂ”間寸法は、検出閾値Ｔｈで検出される光学画像のＡＢ間寸法とは異なる。同様に、かかる検出閾値Ｔｈ”で検出される参照画像のＥ”Ｆ”間寸法は、検出閾値Ｔｈで検出される光学画像のＥＦ間寸法とは異なる。しかし、光学画像におけるパターンの線幅から参照画像におけるパターンの線幅を差し引いたＣＤ寸法ずれ（ΔＣＤ）は、（Ａ”Ｂ”間寸法−Ｅ”Ｆ”間寸法）で得られる差分値と、（ＡＢ間寸法−ＥＦ間寸法）で得られる差分値とは一致する、或いはほぼ一致する。よって、検出閾値Ｔｈ０の階調値レベルを上げて検出閾値Ｔｈ”に設定した場合でもＣＤ寸法ずれ（ΔＣＤ）であれば、検出閾値Ｔｈ０で検出した場合と実質的に同様に演算できる。
【００２８】
よって、図４（ａ）に示すように、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存しない線幅寸法が一致する、或いは、例えば幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）検出閾値Ｔｈで光学画像のＡ１Ｂ１間寸法（ａ１ｂ１間寸法）を検出し、同様に、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存しない線幅寸法が一致する、或いは、例えば幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）検出閾値Ｔｈで参照画像の図示しないＥ１Ｆ１間寸法を検出する。そして、（Ａ１Ｂ１間寸法−Ｅ１Ｆ１間寸法）で得られる差分値を演算すれば、フォーカス位置が合った状態での（ＡＢ間寸法−ＥＦ間寸法）で得られる差分値（ΔＣＤ）と同じ値を得ることができる。
【００２９】
しかしながら、設計データ上で異なる幅寸法のパターンについては、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）に示すパターンでＡ１Ｂ１間寸法とａ１ｂ１間寸法とが一致する階調値レベルでは、フォーカス位置が合った状態で撮像されたパターンのプロファイル（実線）のＡ２Ｂ２間寸法とフォーカス位置がずれた状態で撮像されたパターンのプロファイル（点線）のａ２ｂ２間寸法とが一致しないことがわかる。しかし、図４（ｂ）に示す線幅の異なるパターンでは、Ａ１Ｂ１間寸法とａ１ｂ１間寸法とが一致する階調値レベルとは異なる位置に、Ａ３Ｂ３間寸法とａ３ｂ３間寸法とが一致する階調値レベルが存在する。このように、少なくともパターンの幅寸法毎に、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存しない線幅寸法が一致する、或いは、例えば幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）階調値レベルが存在する。そこで、実施の形態１では、以下のように検出閾値を設定する。
【００３０】
図５は、実施の形態１における検出閾値の設定の仕方を説明するための図である。検討の結果、フォーカス位置に依存しない線幅寸法が一致する階調値レベルは、設計データ上でのパターンの幅寸法の他に、設計データ上での当該パターンのデューティ（Ｄｕｔｙ）比（ラインパターン（或いは矩形パターン）とスペースパターンの線幅比率）と設計データ上での配置ピッチＰとに依存することを見出した。そこで、実施の形態１では、設計データ上でのパターンの幅寸法と設計データ上での当該パターンのデューティ比と設計データ上での配置ピッチＰとを定義する設計寸法情報毎に、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存しない線幅寸法が一致する、或いは、例えば、幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）階調値レベルを検出閾値Ｔｈとして設定する。すなわち、図５に示すように、設計データ上で示す当該パターンの線幅ＣＤが得られる検出閾値Ｔｈ０ではなく、フォーカス位置に依存せずに一致する線幅寸法（ＡＢ間寸法とａｂ間寸法）を示す検出閾値Ｔｈを用いて、パターン毎にΔＣＤを求める。言い換えれば、設計データ上の線幅ＣＤ（設計幅寸法）を測定するのではなく、フォーカス位置に依存せずに一致する線幅（検査用幅寸法）を測定する。
【００３１】
図６は、実施の形態１におけるパターン幅寸法のずれ量測定方法の要部工程を示すフローチャート図である。図６において、実施の形態１におけるパターン幅寸法のずれ量測定方法は、前処理工程と、ストライプ画像撮像工程（Ｓ２０２）と、フレーム分割工程（Ｓ２０４）と、参照画像作成工程（Ｓ２０６）と、エッジペア検出工程（Ｓ２０８）と、線幅情報解釈工程（Ｓ２１０）と、検出閾値Ｔｈ抽出工程（Ｓ２１２）と、線幅計測工程（Ｓ２１４）と、幅寸法誤差ΔＣＤ演算工程（Ｓ２２０）と、平均幅寸法誤差ΔＣＤａｖｅ演算工程（Ｓ２２２）と、幅寸法誤差ΔＣＤマップ作成工程（Ｓ２２４）と、いう一連の工程を実施する。
【００３２】
線幅計測工程（Ｓ２１４）は、その内部工程として、光学画像線幅計測工程（Ｓ２１６）と、参照画像線幅計測工程（Ｓ２１８）と、いう一連の工程を実施する。
【００３３】
また、上述した前処理工程は、その内部工程として、フォーカス位置設定工程（Ｓ１０２）と、評価パターン撮像工程（Ｓ１０４）と、判定工程（Ｓ１０６）と、フォーカス位置変更工程（Ｓ１０８）と、プロファイル合成工程（Ｓ１１０）と、検出閾値抽出工程（Ｓ１１２）と、線幅ＣＤ情報−検出閾値Ｔｈ相関テーブル作成工程（Ｓ１１４）と、いう一連の工程を実施する。
【００３４】
図７は、実施の形態１における相関テーブル作成回路の内部構成を示す図である。図７において、実施の形態１における相関テーブル作成回路１４０内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５４、フォーカス位置設定部６０、スキャン処理部６２、フォーカス位置変更部６４、判定部６６、フレーム分割部６８、合成部７０、検出閾値抽出部７２、及び相関テーブル作成部７４が配置される。フォーカス位置設定部６０、スキャン処理部６２、フォーカス位置変更部６４、判定部６６、フレーム分割部６８、合成部７０、検出閾値抽出部７２、及び相関テーブル作成部７４といった一連の「〜部」は、少なくとも１つの電気回路、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、少なくとも１つの回路基板、或いは、少なくとも１つの半導体装置等といった、少なくとも１つの回路で構成され、実行される。一連の「〜部」の各「〜部」は、上述した少なくとも１つの回路内の同じ回路若しくは同じ回路群で構成されても良いし、異なる回路若しくは異なる回路群で構成されてもよい。或いは、一連の「〜部」の一部の「〜部」が上述した少なくとも１つの回路内の同じ回路若しくは同じ回路群で構成され、残りの「〜部」が上述した少なくとも１つの回路内の異なる回路若しくは異なる回路群で構成されてもよい。相関テーブル作成回路１４０内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。
【００３５】
実施の形態１では、マスク基板１０１上に形成されたパターン線幅ずれ検査を開始する前に、前処理工程として、評価パターンが形成された評価基板を使って、設計データ上の図形パターンの幅寸法（設計幅寸法）を含む設計寸法情報に依存する、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、焦点位置に依存しないで同じ幅寸法になる、或いは、例えば、幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）階調値レベルを実験により求める。そして、得られた設計寸法情報毎の焦点位置に依存せずに一致する幅寸法を検査用幅寸法として、かかる検査用幅寸法になる階調値レベルを、かかる設計寸法情報に対応する図形パターンについての検出閾値Ｔｈとする。そこで、まずは、設計寸法情報と検出閾値Ｔｈとの関係を求める。
【００３６】
図８は、実施の形態１における評価パターンの一例を示す図である。評価基板３００には、評価パターンとして、図形パターンの線幅（矩形パターン部分及び／またはスペースパターン部分）、配置ピッチＰ、及びＤｕｔｙ比を振った複数の図形パターンが形成されている。図８の例では、横軸（ｘ軸）に沿って、矩形パターンの配置ピッチを順に大きくし、縦軸（ｙ軸）に沿って、Ｄｕｔｙ比を変化させていく。例えば、Ｄｕｔｙ比として下段側から矩形パターンの線幅Ｌとスペースパターンの線幅Ｓの比（Ｌ：Ｓ）を１：１、１：２、１：３、・・・と順に変化させていく。図８の例では、同じ段（ｙ方向）には、同じＤｕｔｙ比の図形パターン群を、同じ列（ｘ方向）には、同じピッチＰの図形パターン群を形成している場合を示している。また、図８の例では、矩形パターンを用いているが、これに限るものではない。例えば、ｙ方向に延びるラインパターンを用いてもよい。矩形パターンの露出表面とスペースパターンの露出表面の高さ方向（ｚ方向：光軸方向ともいう）の段差は、検査対象となるマスク基板１０１の段差と同じサイズに合わせると好適である。例えば、５０〜８０ｎｍ程度が望ましい。評価基板３００は、例えば、ガラス基板上にクロム（Ｃｒ）膜等を用いた遮光膜で矩形パターンが形成されればよい。かかる構成の場合、矩形パターンの露出表面は遮光膜表面となり、スペースパターンの露出表面はガラス基板表面（パターン形成面側表面）となる。露出表面の材質は逆でも良い。かかる評価パターンを構成する複数の図形パターンの設計データ上のデータは、記憶装置５４に格納される。
【００３７】
前処理として、かかる評価基板３００がＸＹθテーブル１０２上に載置される。評価基板３００は、検査対象とするマスク基板１０１と同様のサイズのものを用いると好適である。但しこれに限るものではない。ＸＹθテーブル１０２上に載置可能なサイズであればよい。
【００３８】
フォーカス位置設定工程（Ｓ１０２）として、フォーカス位置設定部６０は、拡大光学系１０４のマスク基板１０１面（パターン形成面）へのフォーカス位置（焦点位置）を初期位置に設定する。例えば、矩形パターンの露出表面の高さ位置に合うベストフォーカス位置（合焦点位置）を含む、その前後の複数の焦点位置を予め決めておき、その中から１つの焦点位置を初期位置にすればよい。例えば、ベストフォーカス位置からマイナス側への最大ずらし位置（例えば、−１００ｎｍ）を初期位置に設定する。そして、かかる位置に拡大光学系１０４のマスク基板１０１面（パターン形成面）側へのフォーカス位置を制御するためのリクエスト信号をＡＦ制御回路１４４に出力する。ＡＦ制御回路１４４は、ピエゾ素子１４３を駆動させて、フォーカス位置がかかる位置になるように拡大光学系１０４の高さ位置を調整する。
【００３９】
評価パターン撮像工程（Ｓ１０４）として、スキャン処理部６２は、かかるフォーカス位置で評価パターンを構成する複数の図形パターンを撮像するように制御信号を制御計算機１１０に出力する。かかる制御信号を受けて制御計算機１１０の制御の下、光学画像取得部１５０は、評価基板３００に形成された評価パターンを構成する複数の図形パターンの光学画像を取得する。
【００４０】
評価基板３００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。マスク基板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（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。フォトダイオードアレイ１０５として、例えば、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサ等を用いると好適である。
【００４１】
図９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。マスク基板１０１の検査領域１０（検査領域全体）は、図９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、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。
【００４２】
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。
【００４３】
評価基板３００についても、マスク基板１０１と同様に光学画像が取得される。
【００４４】
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、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、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が１００％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上におけるフォトマスク１０１の位置を示すデータと共に相関テーブル作成回路１４０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。相関テーブル作成回路１４０内に出力されたストライプ領域画像は、メモリ５０に格納される。
【００４５】
上述したように、マスク基板１０１の検査領域１０を短冊状に仮想分割した複数の検査ストライプ２０（ストライプ領域）の検査ストライプ２０毎に、ストライプ領域画像（光学画像）を取得する。また、後述するように、ストライプ領域画像は、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３０に仮想分割される。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に仮想分割する。
【００４６】
評価基板３００から撮像されたストライプ領域画像についても同様に複数のフレーム領域３０に合わせて画像が分割される。具体的には、フレーム分割部６８は、検査ストライプ２０毎に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（光学画像）を複数のフレーム画像（光学画像）に分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。言い換えれば、検査ストライプ２０毎のストライプ領域画像をそれぞれ検査ストライプ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（光学画像）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。評価パターンの複数のフレーム画像は、メモリ５２に格納される。
【００４７】
判定工程（Ｓ１０６）として、判定部６６は、フォーカス位置が予め設定された所定回数変化した位置（上述した複数の焦点位置）の評価パターンの撮像が終了したかどうかを判定する。既に、所定回数のフォーカス位置での撮像が終了している場合にはプロファイル合成工程（Ｓ１１０）へ進む。まだ、所定回数のフォーカス位置での撮像が終了していない場合にはフォーカス位置変更工程（Ｓ１０８）に進む。
【００４８】
フォーカス位置変更工程（Ｓ１０８）として、フォーカス位置変更部６４は、拡大光学系１０４のマスク基板１０１面（パターン形成面）へのフォーカス位置（焦点位置）を初期位置から別の位置に変更する。予め決めた複数の焦点位置の中から初期位置の次の位置に変更すればよい。例えば、初期位置（−１００ｎｍ）から次の位置（−８０ｎｍ）に変更する。そして、評価パターン撮像工程（Ｓ１０４）に戻り、判定工程（Ｓ１０６）において、所定回数のフォーカス位置での撮像が終了していると判定されるまで、評価パターン撮像工程（Ｓ１０４）からフォーカス位置変更工程（Ｓ１０８）までの各工程を繰り返す。繰り返す際に、フォーカス位置変更工程（Ｓ１０８）は、順次、フォーカス位置を予め決めた複数の焦点位置のいずれかに変更していけばよい。
【００４９】
以上のようにして、光学画像取得部１５０は、デューティ比とピッチサイズとを可変にした評価パターンが形成された評価基板３００を用いて、焦点位置を可変にしながら複数の光学画像を取得する。よって、記憶装置５２には、フォーカス位置（焦点位置）が異なる同じ領域の複数のフレーム画像が蓄積されていくことになる。
【００５０】
プロファイル合成工程（Ｓ１１０）として、合成部７０は、記憶装置５２から焦点位置（フォーカス位置）が異なる同じ領域の複数のフレーム画像を読み出し、画像内の図形パターン毎に、同じ図形パターン同士の階調値プロファイルデータを重ねる（合成する）。その結果、図５において説明したように、フォーカス位置毎に異なる階調値プロファイルデータが重ねられる。評価パターンでは、矩形パターンの線幅Ｌ、ｃの各サイズが可変な複数の図形パターンで構成されている。よって、それぞれの図形パターン毎にプロファイル合成が行われる。
【００５１】
検出閾値抽出工程（Ｓ１１２）として、検出閾値抽出部７２は、異なる焦点位置で取得された複数のフレーム画像（光学画像）内の同じ図形パターン同士の階調値プロファイルデータを重ねた場合に一致する幅寸法の階調値レベルを検出閾値として抽出する。言い換えれば、矩形パターンの線幅Ｌ、Ｄｕｔｙ比、及びピッチＰの組み合わせによる設計寸法毎に、及びスペースパターンの線幅Ｓ、Ｄｕｔｙ比、及びピッチＰの組み合わせによる設計寸法毎に、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存しない線幅寸法（図５の例ではＡＢ間寸法とａｂ間寸法で示す）が一致する、或いは、例えば、幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）階調値レベルを検出閾値Ｔｈとして抽出する。
【００５２】
線幅ＣＤ情報−検出閾値Ｔｈ相関テーブル作成工程（Ｓ１１４）として、相関テーブル作成部７４は、検出閾値と、当該検出閾値に対応する図形パターンを評価基板に形成するための元になる設計データ上の図形パターンの設計寸法情報とを対応させた相関関係情報を作成する。ここでは、相関関係情報として相関テーブルを作成する。具体的には、相関テーブル作成部７４は、記憶装置５４から評価パターンを構成する複数の図形パターンの設計データ上のデータを読み出す。そして、相関テーブル作成部７４は、矩形パターンの線幅Ｌ、Ｄｕｔｙ比、及びピッチＰの組み合わせによる設計寸法の条件情報を１つの線幅ＣＤ情報（設計寸法情報）として、同様に、スペースパターンの線幅Ｓ、Ｄｕｔｙ比、及びピッチＰの組み合わせによる設計寸法の条件情報を１つの線幅ＣＤ情報（設計寸法情報）として、各線幅ＣＤ情報と、それに対応する、フォーカス位置に依存しない線幅寸法（図５の例ではＡＢ間寸法とａｂ間寸法で示す）が一致する検出閾値Ｔｈとの相関関係を示す相関テーブル（相関関係情報）を作成する。作成された相関テーブルは磁気ディスク装置１０９に格納される。
【００５３】
以上のようにして、実施の形態１では、図形パターンの設計幅寸法を含む線幅ＣＤ情報に応じて可変に設定された検出閾値を参照可能な相関テーブルを予め作成する。かかる相関テーブルを使って、検査対象のマスク基板１０１についてパターン幅寸法のずれ量を測定する。まず、評価基板３００を排出して、検査対象のマスク基板１０１をＸＹθテーブル１０２上に載置する。その際、パターン形成面を下に向けて載置する。
【００５４】
図１０は、実施の形態１における比較回路及びΔＣＤマップ作成回路の内部構成を示す図である。図１０において、実施の形態１における比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置４０，４１，４３，４６、フレーム分割部４２、位置合わせ部４４、及び比較処理部４５が配置される。フレーム分割部４２、位置合わせ部４４、及び比較処理部４５といった機能は、プログラムといったソフトウェアで構成されても良い。或いは、電子回路等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、これらの組み合わせであってもよい。比較回路１０８内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。
【００５５】
図１０において、実施の形態１におけるΔＣＤマップ作成回路１４２内には、磁気ディスク装置等の記憶装置８６，８７，９１，９２，９３、エッジペア検出部８０、線幅情報解釈部８１、検査閾値Ｔｈ抽出部８２、幅寸法計測部８３、幅寸法誤差ΔＣＤ演算部８８、平均幅寸法誤差ΔＣＤａｖｅ演算部８９、及び幅寸法誤差ΔＣＤマップ作成部９０が配置される。エッジペア検出部８０、線幅情報解釈部８１、検査閾値Ｔｈ抽出部８２、幅寸法計測部８３、幅寸法誤差ΔＣＤ演算部８８、平均幅寸法誤差ΔＣＤａｖｅ演算部８９、及び幅寸法誤差ΔＣＤマップ作成部９０といった機能は、プログラムといったソフトウェアで構成されても良い。或いは、電子回路等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、これらの組み合わせであってもよい。ΔＣＤマップ作成回路１４２内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。
【００５６】
また、幅寸法計測部８３内には、光学画像線幅計測部８４と参照画像線幅計測部８５とが配置される。光学画像線幅計測部８４と参照画像線幅計測部８５といった機能は、プログラムといったソフトウェアで構成されても良い。或いは、電子回路等のハードウェアで構成されてもよい。或いは、これらの組み合わせであってもよい。光学画像線幅計測部８４と参照画像線幅計測部８５と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。
【００５７】
ストライプ画像撮像工程（Ｓ２０２）として、光学画像取得部１５０は、マスク基板１０１に形成された複数の図形パターンの光学画像を取得する。上述したように、マスク基板１０１の検査領域１０を短冊状に仮想分割した複数の検査ストライプ２０（ストライプ領域）の検査ストライプ２０毎に、ストライプ領域画像（光学画像）を取得する。
【００５８】
マスク基板１０１に形成されたパターンには、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。マスク基板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（センサの一例）に光学像として結像し、入射する。
【００５９】
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、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、フォトダイオードアレイ１０５のダイナミックレンジは、例えば、照明光の光量が１００％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上におけるフォトマスク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内に出力されたストライプ領域画像は、メモリ４１に格納される。
【００６０】
フレーム分割工程（Ｓ２０４）として、フレーム分割部４２は、検査ストライプ２０毎に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（光学画像）を複数のフレーム画像（光学画像）に分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。言い換えれば、検査ストライプ２０毎のストライプ領域画像をそれぞれ検査ストライプ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（光学画像）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、メモリ４３に格納される。以上のように、マスク基板１０１の検査領域１０は、複数のフレーム領域３０（検査小領域）に分割される。そして、複数のフレーム領域３０（検査小領域）のフレーム領域３０毎にフレーム画像（光学画像）が取得される。
【００６１】
参照画像作成工程（Ｓ２０６）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マスク基板１０１に形成するための元になる設計データに基づいて、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。
【００６２】
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。なお、ここでは、上述した評価パターンの図形が定義される。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
図１１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の解像特性やフォトダイオードアレイ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、メモリ４０に格納される。
【００６６】
以上のようにして、位置が異なる複数のフレーム領域３０にそれぞれ複数の図形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３０に応じた、複数の図形パターンの複数の参照画像を作成する。これにより、マスク基板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。
【００６７】
エッジペア検出工程（Ｓ２０８）として、エッジペア検出部８０は、フレーム画像（フレーム領域３０）毎に、対応する参照画像からパターンのエッジ部（外周辺）の位置を認識して、参照画像のパターンエッジ部とペアとなるフレーム画像内のエッジ部を検出する。そして、パターンの幅寸法（ＣＤ）を構成する両端（両外周辺）のエッジで構成されるエッジペアは、例えば、画素単位で検出される。例えば、ｘ方向ラインアンドスペースパターンのフレーム領域については、ｙ方向に外周辺が延びるラインパターンの外周辺上の各画素についてペアが検出される。ｙ方向ラインアンドスペースパターンのフレーム領域については、ｘ方向に外周辺が延びるラインパターンの外周辺上の各画素についてペアが検出される。複数の矩形パターンのフレーム領域については、各矩形パターンのｙ方向に延びる外周辺上の各画素についてペアが検出される。複数の矩形パターンのフレーム領域については、各矩形パターンのｘ方向に延びる外周辺上の各画素についてペアが検出される。
【００６８】
なお、フレーム領域３０毎に、パターンが存在する黒部のＣＤだけではなく、隣り合うパターン同士間のスペース部分（白部）のＣＤについてもエッジペアが検出されても好適である。
【００６９】
線幅情報解釈工程（Ｓ２１０）として、線幅情報解釈部８１は、設計データに基づいて、フレーム画像（光学画像）に対応する領域内の複数の図形パターンの設計寸法情報を抽出する。具体的には、線幅情報解釈部８１は、磁気ディスク装置１０９に格納された設計データを参照し、検出されたエッジペアが示す図形パターン毎に、当該図形パターンの設計幅寸法（ＣＤ）を含む設計寸法情報を読み出す。そして、線幅情報解釈部８１は、当該図形パターンの設計寸法情報から当該図形パターンの設計幅寸法（ＣＤ）、配置ピッチＰ、及びデューティ比を解釈する。そして得られた設計幅寸法（ＣＤ）、配置ピッチＰ、及びデューティ比の各情報を検査閾値Ｔｈ抽出部８２に出力する。
【００７０】
検出閾値Ｔｈ抽出工程（Ｓ２１２）として、検査閾値Ｔｈ抽出部８２は、図形パターンの設計寸法情報と検出閾値との相関関係情報を用いて、抽出された図形パターンの設計寸法情報毎の検出閾値Ｔｈを読み出す。具体的には、検査閾値Ｔｈ抽出部８２は、磁気ディスク装置１０９に格納された相関テーブルを参照し、当該図形パターンの設計幅寸法（ＣＤ）、配置ピッチＰ、及びデューティ比に対応する検出閾値Ｔｈを読み出す。
【００７１】
線幅計測工程（Ｓ２１４）として、幅寸法計測部８３は、設計寸法情報に対応する検出閾値Ｔｈを用いて、フレーム画像（光学画像）と参照画像との各階調値プロファイルデータから画像領域内の複数の図形パターンの検査用幅寸法を計測する。具体的には、以下のように実施する。
【００７２】
光学画像線幅計測工程（Ｓ２１６）として、光学画像線幅計測部８４（第１の幅寸法演算部）は、図形パターンの設計幅寸法を含む設計寸法情報に応じて可変に設定された、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存しない線幅寸法が一致する、或いは、例えば、幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）階調値レベルを検出閾値Ｔｈとして用いて、フレーム画像（光学画像）の階調値プロファイルデータから、かかるフレーム画像（光学画像）内の複数の図形パターンの検査用幅寸法を計測する。ここでは、検出されたエッジペアが示す図形パターン毎に、上述したように、設計データ上の線幅ＣＤ（設計幅寸法）を測定するのではなく、図５に示したように、検出閾値Ｔｈを使ってフォーカス位置に依存せずに一致する線幅（検査用幅寸法）を測定する。
【００７３】
図１２は、実施の形態１における計測される線幅の一例を示す図である。図１２に示すように、スペースパターンの線幅Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のみならず、ラインパターンの線幅Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３についても同様に計測されると良い。
【００７４】
参照画像線幅計測工程（Ｓ２１８）として、参照画像線幅計測部８５（第２の幅寸法演算部）は、それぞれ同じ検出閾値Ｔｈを用いて、参照画像の階調値プロファイルデータから、参照画像内の対応する複数の図形パターンの検査用幅寸法を計測する。ここでは、検出されたエッジペアが示す図形パターン毎に、フレーム画像（光学画像）での測定と同じ検出閾値Ｔｈを使って、光学画像において幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存せずに線幅寸法が一致する、或いは、例えば、幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）線幅（検査用幅寸法）と同じ階調値レベルの線幅を参照画像の階調値プロファイルデータから測定する。
【００７５】
幅寸法誤差ΔＣＤ演算工程（Ｓ２２０）として、幅寸法誤差ΔＣＤ演算部８８（寸法ずれ量演算部）は、フレーム画像（光学画像）内の計測された図形パターンの検査用幅寸法毎に、参照画像内の計測された対応する図形パターンの検査用幅寸法からの寸法ずれ量を演算する。図２に示すように、設計データ上の線幅ＣＤ（設計幅寸法）を測定するための検出閾値Ｔｈ０に対して、実施の形態１における検出閾値Ｔｈを、例えば、Ｔｈ’に設定した場合、光学画像線幅計測部８４は、Ａ’Ｂ’間寸法を検査用幅寸法として測定する。また、参照画像線幅計測部８５は、Ｅ’Ｆ’間寸法を検査用幅寸法として測定する。そして、幅寸法誤差ΔＣＤ演算部８８は、Ａ’Ｂ’間 寸法からＥ’Ｆ’間寸法を差し引くことで、幅寸法誤差ΔＣＤを演算する。演算された幅寸法誤差ΔＣＤは、記憶装置９１に出力され、記憶される。
【００７６】
図１３は、実施の形態１における幅寸法誤差ΔＣＤの一例を示す図である。図１３（ａ）では、ｙ方向に延びる光学画像のラインパターン１２の線幅から参照画像のラインパターン１４の線幅を差し引いたｘ方向の幅寸法誤差ΔＣＤを示している。図１３（ｂ）では、ｘ方向に延びる光学画像のラインパターン１３の線幅から参照画像のラインパターン１７の線幅を差し引いたｙ方向の幅寸法誤差ΔＣＤを示している。上述したように、設計データ上の線幅ＣＤ（設計幅寸法）を測定するための検出閾値Ｔｈ０で検出された光学画像のラインパターン１２の線幅から参照画像のラインパターン１４の線幅を差し引いた差分値と、幅寸法へのフォーカス位置の影響がより小さくなる（例えば、フォーカス位置に依存しない線幅寸法が一致する、或いは、例えば、幅寸法へのフォーカス位置の影響が最小になる）検査用幅寸法を測定するための検出閾値Ｔｈで検出された光学画像のラインパターン１２の線幅から参照画像のラインパターン１４の線幅を差し引いた差分値と、は実質的に一致する。よって、検査用幅寸法同士の差分値を演算すれば、設計データ上の線幅ＣＤ（設計幅寸法）で測定する場合と同様の幅寸法誤差ΔＣＤを求めることができる。
【００７７】
平均幅寸法誤差ΔＣＤａｖｅ演算工程（Ｓ２２２）として、平均幅寸法誤差ΔＣＤａｖｅ演算部８９は、同じフレーム画像（光学画像）内の複数の図形パターンの幅寸法誤差ΔＣＤについて、平均値（平均幅寸法誤差ΔＣＤａｖｅ）を演算する。例えば、ｘ方向の幅寸法誤差ΔＣＤの平均値とｙ方向の幅寸法誤差ΔＣＤの平均値を演算する。或いは、ｘ，ｙ方向の幅寸法誤差ΔＣＤをまとめて平均値を演算してもよい。これにより、フレーム領域３０毎に、ｘ方向についての１つのΔＣＤａｖｅとｙ方向についての１つのΔＣＤａｖｅとが演算できる。演算された平均幅寸法誤差ΔＣＤａｖｅは、記憶装置９２に出力され、記憶される。
【００７８】
幅寸法誤差ΔＣＤマップ作成工程（Ｓ２２４）として、幅寸法誤差ΔＣＤマップ作成部９０は、フレーム領域３０（検査小領域）毎に図形パターンの幅寸法のずれ量ΔＣＤ（ΔＣＤａｖｅ）が定義された、幅寸法のずれ量ΔＣＤマップを作成する。作成されたΔＣＤマップは、記憶装置９３に出力され、記憶される。記憶装置９３に記憶されたΔＣＤマップは、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。
【００７９】
以上のように、実施の形態１によれば、ＡＦ制御におけるフォーカス位置（焦点位置）の追従誤差が生じても高精度なＣＤずれ（ΔＣＤ）の測定が可能になる。よって、高精度なΔＣＤマップを作成できる。その結果、マスク基板１０１に形成された複数の図形パターンが、要求される精度のＣＤずれ内に納まっているかどうかを検査できる。また、フレーム領域３０毎にΔＣＤａｖｅが定義されるので、位置に依存したずれ量を把握できる。
【００８０】
以上の説明において、一連の「〜回路」は、少なくとも１つの電気回路、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、少なくとも１つの回路基板、或いは、少なくとも１つの半導体装置等といった、少なくとも１つの回路で構成され、実行される。一連の「〜回路」の各「〜回路」は、同じ回路で構成されても良いし、異なる回路で構成されてもよい。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、演算制御部を構成する位置回路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、相関テーブル作成回路１４０、ＣＤずれ（ΔＣＤ）マップ作成回路１４２、及びＡＦ制御回路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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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、及び検査感度評価方法は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８４】
１０  検査領域
１２，１３，１６，１７  ラインパターン
２０  検査ストライプ
３０  フレーム領域
４０，４１，４３，４６  記憶装置
４２  フレーム分割部
４４  位置合わせ部
４５  比較処理部
５０，５２，５４  記憶装置
６０  フォーカス位置設定部
６２  スキャン処理部
６４  フォーカス位置変更部
６６  判定部
６８  フレーム分割部
７０  合成部
７２  検出閾値抽出部
７４  相関テーブル作成部
８０  エッジペア検出部
８１  線幅情報解釈部
８２  Ｔｈ抽出部
８３  幅寸法計測部
８４  光学画像線幅計測部
８５  参照画像線幅計測部
８６，８７，９１，９２，９３  記憶装置
８８  ΔＣＤ演算部
８９  ΔＣＤａｖｅ演算部
９０  ΔＣＤマップ作成部
１００  検査装置
１０１  試料
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
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  相関テーブル作成回路
１４２  ΔＣＤマップ作成回路
１４４  ＡＦ制御回路
１５０  光学画像取得部
１６０  制御系回路
１７０  照明光学系
３００  評価基板
【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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