JP6633918B2 - パターン検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン検査装置に関する。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、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露光用マスク基板を検査する検査装置に関する。

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。

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っている。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。

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（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。

一般的に、高解像の画像を取得するために、検査装置の撮像系は拡大系になっている。そのため、焦点距離の長いレンズを組み合わせる必要が有り、必然的に光路長が長くなる。そのため、空気揺らぎの影響を受けやすい状況になる。空気揺らぎは光路中の屈折率分布の変化に相当するため、光線を曲げる効果として働く。そのため、撮像センサ上でパターン像が変位する結果となる。この変位は基準画像と比較した際に誤差となるため、高精度の検査を妨げる要因となる。そのため、かかる変位を計測することが望ましい。かかる問題に関して、変位を計測するためのセンサとしてマスクパターンの撮像用とは別の４分割センサ等を設置し、かかる４分割センサ等で測定用十字パターンを撮像して変位量を求めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２５７１６４号公報

そこで、本発明は、検査用の光学画像の空気揺らぎの影響に起因する変位量を求めることが可能なパターン検査装置を提供する。

本発明の一態様のパターン検査装置は、
パターンが形成された基板に反射照明光を照明する反射照明光学系と、
反射照明光学系の光路中に配置され、反射照明光の一部の照射を受ける、ラインアンドスペースパターンによる第１の基準パターンが形成された第１の絞りと、
第１の基準パターンを通過した基準パターン像の一部を反射する半透過反射板と、
基板のパターン像を結像させる結像光学系と、
結像光学系の光路中に配置され、半透過反射板によって反射された基準パターン像の上述した一部が投影される、ラインアンドスペースパターンによる第２の基準パターンが形成された第２の絞りと、
第２の基準パターンを通過した基準パターン像の上述した一部を受光するタイム・ディレイ・インテグレーションセンサ（ＴＤＩセンサ）と、
を備えたことを特徴とする。

また、ＴＤＩセンサによって受光される基準パターン像の上述した一部の光量変化に係数を乗じることによって空気ゆらぎの変位量を演算する演算部をさらに備えると好適である。

また、第１と第２の基準パターンの一方は、２段のラインアンドスペースパターンが、逆のパターン種が接続されるように配置され、他方は、１段のラインアンドスペースパターンが配置されると好適である。

また、２段のラインアンドスペースパターンの一方のラインアンドスペースパターンを通過した光量から他方のラインアンドスペースパターンを通過した光量を差し引いた差分を上述した一方のラインアンドスペースパターンを通過した光量と上述した他方のラインアンドスペースパターンを通過した光量と和で割った値に上述した係数を乗じることによって、上述した変位量を演算すると好適である。

また、ＴＤＩセンサは、２次元状に配列された複数の受光素子を有し、
複数の受光素子の一部により、変位量演算用の光が受光され、複数の受光素子の残部により、基板のパターン像が撮像され、
演算された変位量を用いて、基板のパターン像と参照画像との相対位置を補正する補正部と、
補正された位置関係で基板のパターン像と参照画像とを比較する比較部と、
をさらに備えると好適である。

本発明によれば、検査用の光学画像の空気揺らぎの影響に起因する変位量を求めることができる。よって、高精度な検査ができる。さらに、基板のパターン像をＴＤＩセンサで撮像する場合、変位量測定用のセンサを別に設ける必要を無くすことができる。

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。 実施の形態１における検査装置の光学系の構成の一例を示す図である。 実施の形態１におけるＴＤＩセンサの撮像方法と得られる画像の一例を示す図である。 実施の形態１における基準パターンの組み合わせの一例を示す図である。 実施の形態１における絞りの構成とマスク面上の照射領域との一例を示す図である。 実施の形態１における２つの基準パターンの重なり状態の一例を示す図である。 実施の形態１における透過検査用のセンサの受光面上の像の位置関係を説明するための図である。 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。 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。 実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。 実施の形態１における変位補正を説明するための図である。

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、マスク基板１０１（検査対象基板の一例）に形成されたパターンの欠陥を検査する検査装置１００は、光学画像取得部１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。

光学画像取得部１５０は、光源１０３、透過照明光学系１７０、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、対物レンズ１０４、半透過反射板１８０、ビームスプリッタ１７４、反射照明光学系１７２、結像光学系１７６、ミラー７３、結像光学系１７８、絞り１８２，１８４、ＴＤＩ（タイム・ディレイ・インテグレーション）センサ１０５，２０５（センサの一例）、センサ回路１０６，２０６、ストライプパターンメモリ１２３，２２３、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（検査対象基板の一例）が載置される。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によって構成された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。

半透過反射板１８０は、反射性能と透過性能を併せ持ち、光の一部を反射し、反射した光の残りの全部又は一部を透過する性質を有する板（膜）である。半透過反射板１８０として、例えば、片面ノンコートの石英板を使用することができる。片面ノンコートの石英板の他にも光の一部を反射し、残り（一部）を透過する板であれば同様に使用することができる。実施の形態１では反射率が例えば５〜１５％のものを用いると好適である。さらに好適には反射率が８〜１０％のものを用いると良い。但し、これに限定されるものではなく、例えば、反射率が１％以上９９％以下（透過率が９９％以下１％以上）の範囲の半透過反射板を使用しても構わない。

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、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。センサ回路２０６は、ストライプパターンメモリ２２３に接続され、ストライプパターンメモリ２２３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。また、反射照明光学系１７２には、対物レンズ１０４とビームスプリッタ１７４が含まれる。

検査装置１００では、光源１０３、透過照明光学系１７０、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、対物レンズ１０４、半透過反射板１８０、ビームスプリッタ１７４、反射照明光学系１７２、ビームスプリッタ７３、結像光学系１７６、結像光学系１７８、絞り１８２，１８４、ＴＤＩセンサ１０５，２０５（センサの一例）、及びセンサ回路１０６，２０６により高倍率の検査光学系が構成されている。例えば、２００〜３００倍の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、例えばリニア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、対物レンズ１０４は、制御計算機１１０の制御の下に図示しないオートフォーカス制御回路により動的にマスク基板１０１のパターン形成面に焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）が調整される。例えば、対物レンズ１０４は、図示しないピエゾ素子によって光軸方向（Ｚ軸方向）に移動させられることにより、焦点位置が調整される。ＸＹθテーブル１０２上に配置されたマスク基板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。

マスク基板１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータ（描画データ）が検査装置１００の外部から入力され、磁気ディスク装置１０９に格納される。

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。

図２は、実施の形態１における検査装置の光学系の構成の一例を示す図である。図２において、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）が発生する。発生された光の一部は、ビームスプリッタ６１によって、透過検査照明用の光として反射される。一方、発生された光の残部は、反射検査照明用の光としてビームスプリッタ６１を通過する。

透過検査照明用の光（第１の検査光）は、透過照明光学系１７０によってマスク基板１０１に照明される。以下、図２の例を元に、具体例を説明する。透過照明光学系１７０内では、ビームスプリッタ６１によって分岐された透過検査照明用の光がレンズ６２を通り、ミラー６３で反射され、レンズ６４，６５を通り、ミラー６７で反射される。そして、ミラー６７で反射された光は、コンデンサレンズ６８によってマスク基板１０１のパターン形成面とは反対の裏面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。マスク基板１０１を透過した透過光は対物レンズ１０４、半透過反射板１８０、及びビームスプリッタ１７４を通過する。半透過反射板１８０を通過する際、一部が反射され、残部が通過する。ビームスプリッタ１７４を通過した光は、レンズ６９を通って、結像光学系１７６に入射する。そして、結像光学系１７６によって、ＴＤＩセンサ１０５（センサの一例）に結像され、ＴＤＩセンサ１０５に光学像として入射する。結像光学系１７６に入射した光は、結像光学系１７６内では、レンズ７０を通り、絞り１８４（第２の絞り）を通って、レンズ７２によってＴＤＩセンサ１０５に結像される。ＴＤＩセンサ１０５（センサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、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。なお、透過検査用の光は、絞り１８４を通過する必要はなく、絞り１８４の位置から外れた位置を通過するように絞り１８４を配置してもよい。

一方、反射検査照明用の光（第２の検査光）は、反射照明光学系１７２によってマスク基板１０１に照明される。以下、図２の例を元に、具体例を説明する。反射照明光学系１７２内では、ビームスプリッタ６１を通過した反射検査照明用の光がレンズ８０，８１，８２を通り、絞り１８２（第１の絞り）を照明する。絞り１８２を通過した光は、ビームスプリッタ１７４で反射される。ビームスプリッタ１７４によって反射された光は、半透過反射板１８０で一部が反射され、残部が透過する。半透過反射板１８０を通過した光は、対物レンズ１０４に入射し、対物レンズ１０４によってマスク基板１０１のパターン形成面側からマスク基板１０１のパターン形成面に結像される。その際、後述するように、透過検査照明用の光とは、マスク基板１０１のパターン形成面上の異なる位置に、反射検査照明用の光は結像される。マスク基板１０１から反射された反射光は対物レンズ１０４、半透過反射板１８０及びビームスプリッタ１７４を通過する。半透過反射板１８０を通過する際、一部が反射され、残部が通過する。ビームスプリッタ１７４を通過した光は、レンズ６９を通って、ミラー７３で反射される。ミラー７３によって反射された光は、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、ＴＤＩセンサ２０５（センサの一例）に結像され、ＴＤＩセンサ２０５に光学像として入射する。結像光学系１７８に入射した光は、結像光学系１７８内では、レンズ７４，７５を通り、レンズ７６によってＴＤＩセンサ２０５に結像される。ＴＤＩセンサ２０５（センサ）は、マスク基板１０１が載置されたＸＹθテーブル１０２が移動している状態で、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。

ここで、半透過反射板１８０は、光軸に対して、斜めに角度を付けて配置される。そのため、ビームスプリッタ１７４によって反射された反射検査照明用の光のうち、半透過反射板１８０によって反射された光は、それまでの反射検査照明用の光の光軸とは異なる角度（異なる光路）でビームスプリッタ１７４に入射し、通過する。ビームスプリッタ１７４を通過した光は、レンズ６９を通って、結像光学系１７６に入射する。そして、結像光学系１７６によって、ＴＤＩセンサ１０５（センサの一例）に結像され、ＴＤＩセンサ１０５に光学像として入射する。結像光学系１７６に入射した光は、結像光学系１７６内では、レンズ７０を通り、絞り１８４（第２の絞り）を通って、レンズ７２によってＴＤＩセンサ１０５に結像される。ＴＤＩセンサ１０５に結像される際、後述するように、透過検査照明用の光が結像されるＴＤＩセンサ１０５の領域とは異なる領域に結像される。すなわち、ＴＤＩセンサ１０５には、透過検査照明用の光と反射検査照明用の光のうち半透過反射板１８０によって反射された光が結像されることになる。絞り１８４は、できるだけ結像光学系１７６の最終位置に近い位置（ＴＤＩセンサ１０５の近く）が望ましい。

なお、実施の形態１では、反射検査照明用の光のうち半透過反射板１８０によって反射された光を透過検査用のＴＤＩセンサ１０５に結像させているが、これに限るものではない。反射検査照明用の光のうち半透過反射板１８０によって反射された光を反射検査用のＴＤＩセンサ２０５に結像させてもよい。但し、かかる場合においても、反射検査に用いる反射検査照明用の光が結像されるＴＤＩセンサ２０５の領域とは異なる領域に結像される。すなわち、かかる場合には、ＴＤＩセンサ２０５の受光可能領域のうち、反射検査照明用の光のうち半透過反射板１８０を通過した光と反射検査照明用の光のうち半透過反射板１８０によって反射された光とが互いに異なる領域（異なる受光素子群）に結像されることになる。

検査装置１００では、かかる透過光による検査と反射光による検査との一方或いは両方を行うことができる。透過光による検査だけを行う場合には、反射検査用のＴＤＩセンサ２０５の情報を用いずに、透過検査用のＴＤＩセンサ１０５の情報を用いれば良い。反射光による検査だけを行う場合には、透過検査用のＴＤＩセンサ１０５の情報を用いずに、反射検査用のＴＤＩセンサ２０５の情報を用いれば良い。但し、かかる場合でも半透過反射板１８０によって反射された光についてのＴＤＩセンサ１０５の情報は用いることになる。

図３は、実施の形態１におけるＴＤＩセンサの撮像方法と得られる画像の一例を示す図である。ＴＤＩセンサ１０５（２０５）は、図３（ａ）に示すように、光電変換する複数の受光素子１６（フォトダイオード）が２次元状に、言い換えればアレイ状に配置されている。そして、各受光素子１６で受光された光の光量に応じて変換された電荷が所定のタイミングで撮像方向の反対方向（例えばｘ方向）の隣りの受光素子１６に順次送られ、蓄積されていく。よって、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）の電荷移送速度に同期させてＸＹθテーブル１０２をＴＤＩセンサ１０５の電荷移動方向（撮像方向の反対方向：例えばｘ方向）に移動させることで、異なる受光素子１６で撮像されたマスク基板１０１上の同じ位置の電荷が順次蓄積されることになる。よって、マスク基板１０１上の各位置は、それぞれＴＤＩセンサ１０５の電荷移動方向（例えばｘ方向）に合計された電荷で測定されることになる。

ここで、実施の形態１では、絞り１８２にパターン検査用の開口部とは別に、空気ゆらぎによる位置変動を測定するための基準パターンを形成する。そして、かかる基準パターン像を半透過反射板１８０によって反射された光を使ってＴＤＩセンサ１０５で測定する。絞り１８２に形成された基準パターンは、ＸＹθテーブル１０２上に載置されたマスク基板１０１と異なり移動しない。よって、ＴＤＩセンサ１０５の電荷移動方向（例えばｘ方向）に並ぶ受光素子１６列によって蓄積される各電荷は、基準パターンの異なる位置同士の電荷になる。

ここで、基準パターンが、図３（ｂ）に示すように、ＴＤＩセンサ１０５の電荷移動方向（例えばｘ方向）に沿って変化しない形状のパターン、例えば、ｙ方向に向かって交互に並んだｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンの場合を想定する。かかるｙ方向に向かって交互に並んだｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンをＴＤＩセンサ１０５で撮像する。かかる場合、ｘ方向に並ぶ受光素子１６列は、例えば、同じラインパターン上を撮像し続けるので、結果として、図３（ｂ）に示すｙ方向に向かって交互に並んだｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンが得られる。もしも、空気ゆらぎが発生していれば、図３（ｃ）に示すように、空気ゆらぎに応じた位置ずれ分（ｙ方向変位Δｙ）だけパターンの位置がｙ方向にずれるので測定可能である。例えば、同じ像内で歪みの仕方が異なるようであれば、空気ゆらぎに応じた位置ずれ分（ｙ方向変位Δｙ）だけｙ方向にボケる領域が生じるので測定可能である。

一方、基準パターンが、図３（ｄ）に示すように、ＴＤＩセンサ１０５の電荷移動方向（例えばｘ方向）に沿って変化する形状のパターン、例えば、ｘ方向に向かって交互に並んだｙ方向に延びるラインアンドスペースパターンの場合を想定する。かかるｘ方向に向かって交互に並んだｙ方向に延びるラインアンドスペースパターンをＴＤＩセンサ１０５で撮像する。かかる場合、ｘ方向に並ぶ受光素子１６列は、ラインパターン部分を撮像する受光素子１６とスペースパターン部分を撮像する受光素子１６とが混在する。よって、累積加算されたパターン像は、図３（ｅ）に示すように、画像全体が、例えば、５０％階調のグレイパターンになってしまう。よって、ラインアンドスペースパターンを識別不能になってしまう。そのため、空気ゆらぎが発生していても、空気ゆらぎに応じた位置ずれ分を測定することは困難である。

以上のように、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）で、ＴＤＩセンサ１０５の電荷移動方向（例えばｘ方向）に沿って変化する形状のパターンを停止した状態で撮像することは困難である。よって、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）によって、基準パターン像のＴＤＩセンサ１０５の電荷移動方向（例えばｘ方向）の空気ゆらぎに起因した変位（例えばΔｘ）を測定することは困難である。そのため、従来、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）とは別に４分割センサ等を設置して空気ゆらぎに起因した変位を測定することが検討されていた。しかしながら、実施の形態１では、以下に説明する手法を用いることで、パターン測定に用いるＴＤＩセンサ１０５（２０５）を用いて、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）の電荷移動方向（例えばｘ方向）の空気ゆらぎに起因した変位を測定する。

図４は、実施の形態１における基準パターンの組み合わせの一例を示す図である。図４では、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）の電荷移動方向（例えばｘ方向）の変位Δｘを測定するための基準パターンの一例を示している。絞り１８２，１８４の一方に、図４に示す基準パターン３２（第１の基準パターン）が形成され、絞り１８２，１８４の他方に、図４に示す基準パターン３４（第２の基準パターン）が形成される。基準パターン３２，３４の一方は、２段のラインアンドスペースパターンが、逆のパターン種が接続されるように配置され、他方は、１段のラインアンドスペースパターンが配置される。図４の例では、基準パターン３４は、２段のラインアンドスペースパターン３５，３６（斜線部がラインパターン、空白部がスペースパターン）が、逆のパターン種が接続されるように配置される。基準パターン３２は、１段のラインアンドスペースパターン（斜線部がラインパターン、空白部がスペースパターン）が配置される。１段のラインアンドスペースパターンである基準パターン３２の高さ（ｙ方向高さ）は、２段のラインアンドスペースパターン３５，３６の合計高さ（ｙ方向高さ）以上に形成される。

図５は、実施の形態１における絞りの構成とマスク面上の照射領域との一例を示す図である。図１，２に示すように、絞り１８２（第１の絞り）は、反射照明光学系１７２の光路中に配置される。そして、図５（ａ）に示すように、絞り１８２には、反射検査用の光が通過する反射検査用開口部２４と、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）の電荷移動方向と直交する方向（例えばｙ方向）の変位Δｙを測定するための基準パターン２６と、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）の電荷移動方向（例えばｘ方向）の変位Δｘを測定するための基準パターン３２（３４）とが形成される。かかる反射検査用開口部２４と、基準パターン２６と、基準パターン３２（３４）との全面が反射検査照明用の光によって照明される。言い換えれば、基準パターン３２（３４）は、反射照明光の一部の照射を受ける。変位Δｙについては、図３（ｂ）と図３（ｃ）とで説明したようにＴＤＩセンサ１０５（２０５）でパターン位置を識別可能な像として撮像可能なので、基準パターン２６としてｙ方向に並ぶｘ方向に延びるラインアンドスペースパターンが形成されればよい。反射検査用開口部２４と基準パターン２６と基準パターン３２（３４）とを通過した光（像）は、ビームスプリッタ１７４によって反射され、半透過反射板１８０を通過してマスク基板１０１のパターン形成面の領域２２に結像される。同様に、透過検査用の光もマスク基板１０１のパターン形成面に照射されるが図５（ｂ）に示すように、反射検査用の光とは別の領域２１に結像される。領域を分けることで透過検査と反射検査とで測定パターンが混合することを無くすことができる。

一方、反射検査用開口部２４と基準パターン２６と基準パターン３２（３４）とを通過した光（像）のうち、半透過反射板１８０によって反射された一部の光は、結像光学系１７６の光路中に配置された絞り（第２の絞り）に入射する。図５（ｃ）に示すように、絞り１８４には、反射検査用の光と変位Δｙを測定するための基準パターン２６の像とが通過する開口部２５と、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）の電荷移動方向（例えばｘ方向）の変位Δｘを測定するための基準パターン３２（３４）の像が投影される基準パターン３４（３２）とが形成される。

図６は、実施の形態１における２つの基準パターンの重なり状態の一例を示す図である。基準パターン３２（３４）の像は、図６に示すように、ラインパターン同士の一部が重なり合うように、例えば位置が半分ずれるように基準パターン３４（３２）に投影させる。

図７は、実施の形態１における透過検査用のセンサの受光面上の像の位置関係を説明するための図である。図７に示すように、透過検査用のＴＤＩセンサ１０５に、透過検査用の光と、反射検査用開口部２４と基準パターン２６と基準パターン３２（３４）とを通過した光（像）のうち、半透過反射板１８０によって反射された一部の光とが入射する。その際、透過検査用の光と、反射検査用開口部２４と基準パターン２６と基準パターン３２（３４）とを通過した光（像）のうち、半透過反射板１８０によって反射された一部の光とが異なる領域の受光素子１６によって受光されるように入射位置を調整する。図７の例では、ＴＤＩセンサ１０５の複数の受光素子１６がアレイ配置された受光面のうち、領域１４に透過検査用の光が入射する。そして、領域１１に変位Δｙを測定するための基準パターン２６を通過した光が入射する。そして、領域１２に変位Δｘを測定するための光のうち図６に示した２段のラインアンドスペースパターンのうち上段のラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１領域）を通過した光が入射する。そして、領域１３に変位Δｘを測定するための光のうち図６に示した２段のラインアンドスペースパターンのうち下段のラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２領域）を通過した光が入射する。そして、反射検査用開口部２４を通過した光は、ＴＤＩセンサ１０５の受光面から外れた領域２４に照射される。

以上により、ＴＤＩセンサ１０５の複数の受光素子１６のうち、領域１４に配置される複数の受光素子１６によって、透過検査用のパターンが撮像される。また、領域１１に配置される複数の受光素子１６によって、変位Δｙを測定するための基準パターン２６の像が撮像される。領域１２に配置される複数の受光素子１６によって、上段のラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１領域）を通過した像が撮像される。領域１３に配置される複数の受光素子１６によって、下段のラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２領域）を通過した像が撮像される。

かかる位置関係は、基準パターン３２，３４の位置と、半透過反射板１８０の配置角度を調整することよって達成できる。

以上のように検査光を受光するように調整した上で、パターン検査を開始する。

光学画像取得工程（スキャン工程）として、マスク基板１０１上に形成されたパターンの光学画像を撮像する。また、同時に、空気ゆらぎに起因する変位を演算するための変位測定用のデータ（変位Δｙを測定するための基準パターン２６の像と、上段のラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１領域）を通過した像と、下段のラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２領域）を通過した像）を測定する。

図８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８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。なお、実施の形態１では、検査ストライプ２０上のパターンの他に、変位測定用の絞り１８２，１８４に形成された基準パターンの像を同時に測定するため、ＴＤＩセンサ１０５（２０５）の複数の受光素子１６のうち、かかる変位測定用に使用される領域の受光素子１６を除いた受光素子１６によって測定可能な幅をスキャン幅Ｗとする。

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がｘ方向に移動させられ、その結果、ＴＤＩセンサ１０５，２０５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１０５，２０５では、図８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ＴＤＩセンサ１０５，２０５は、ＸＹθテーブル１０２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。

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。

透過検査用に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１６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の画素データとかかる測定対象の検査ストライプ２０を撮像した時の変位測定用の画素データとが格納される。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。また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。

同様に、反射検査用にＴＤＩセンサ２０５上に結像されたパターンの像は、ＴＤＩセンサ２０５の各受光素子１６によって光電変換され、更にセンサ回路２０６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２２３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。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２０５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。また、検査ストライプ２０の光学画像を取得する際、レーザ測長システム１２２は、ＸＹθテーブル１０２の位置を測長する。測長された位置情報は、位置回路１０７に出力される。位置回路１０７（演算部）は、測長された位置情報を用いて、マスク基板１０１の位置を演算する。

その後、各ストライプ領域画像と測定対象の検査ストライプ２０を撮像した時の変位測定用の画素データとは、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内に出力された各ストライプ領域画像と測定対象の検査ストライプ２０を撮像した時の変位測定用の画素データとは、後述する記憶装置に格納される。

参照画像作成工程として、まず、展開回路１１１（参照画像作成部の一例）は、マスク基板１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて画像展開して設計画像を作成する。具体的には、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対象フレーム３０の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（画像展開）して設計画像を作成する。

ここで、設計パターン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）、及び辺の長さ、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（ベクトルデータ）が格納されている。

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１／２^８（＝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、画素毎に８ビットの占有率データの設計画像を作成する。設計画像のデータは参照回路１１２に出力される。

参照回路１１２（参照画像作成部の一例）は、設計画像をフィルタ処理して参照画像を作成する。

図９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、対物レンズ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基準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、後述する記憶装置に格納される。以上により、検査のために比較される他方の画像（参照画像）データが生成される。

図１０は、実施の形態１における比較回路の内部構成を示す図である。図１０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４０，４２，４４，５０、ｙ方向変位量演算部４５、ｘ方向変位量演算部４６、フレーム分割部４８、位置補正部５２、位置合わせ部５４、及び比較部５６が配置される。ｙ方向変位量演算部４５、ｘ方向変位量演算部４６、フレーム分割部４８、位置補正部５２、位置合わせ部５４、及び比較部５６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。ｙ方向変位量演算部４５、ｘ方向変位量演算部４６、フレーム分割部４８、位置補正部５２、位置合わせ部５４、及び比較部５６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。

比較回路１０８内に出力された透過検査用のストライプ領域画像は、記憶装置４２に格納される。比較回路１０８内に出力された反射検査用のストライプ領域画像は、記憶装置４３に格納される。比較回路１０８内に出力された参照画像は、記憶装置４４に格納される。また、比較回路１０８内に出力された測定対象の検査ストライプ２０を撮像した時の変位測定用の画素データは、記憶装置４０に格納される。

空気ゆらぎのｘ方向変位量演算工程として、ｘ方向変位量演算部４６（演算部）は、記憶装置４０からｘ方向変位測定用データを読み出し、ＴＤＩセンサ１０５によって受光される基準パターン像（基準パターン４２を通過した基準パターン像のうち半透過反射板１８０によって反射された基準パターン像の一部）の光量変化に係数ｋを乗じることによって空気ゆらぎのｘ方向変位量Δｘを演算する。具体的には、ｘ方向変位量演算部４６（演算部）は、基準パターン３４の２段のラインアンドスペースパターンの一方のラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２）を通過した光量Ｑ２から他方のラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１）を通過した光量Ｑ１を差し引いた差分（Ｑ２−Ｑ１）を一方のラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１）を通過した光量Ｑ１と他方のラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２）を通過した光量Ｑ２と和（Ｑ１＋Ｑ２）で割った値に係数ｋを乗じることによって、ｘ方向変位量Δｘを演算する。すなわち、ｘ方向変位量Δｘは、以下の式（１）で定義される。光量Ｑ１は、ＴＤＩセンサ１０５の受光面のうち領域１２に位置する複数の受光素子１６で撮像された光量（階調値）の合計で定義できる。光量Ｑ２は、ＴＤＩセンサ１０５の受光面のうち領域１３に位置する複数の受光素子１６で撮像された光量（階調値）の合計で定義できる。係数ｋは、実験等により求めておけばよい。
（１） Δｘ＝ｋ・（Ｑ２−Ｑ１）／（Ｑ１＋Ｑ２）

図６において、基準パターン３２の像は、基準パターン３４に対して、右（＋ｘ方向）にラインパターン（或いはスペースパターン）の幅の半分程度ずれて投影される。かかる状態において、例えば、空気ゆらぎによって、基準パターン３２の像が右（＋ｘ方向）にシフトした場合、ラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１）を通過した光量Ｑ１は減少する。逆にラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２）を通過した光量Ｑ２は増加する。一方、例えば、空気ゆらぎによって、基準パターン３２の像が左（−ｘ方向）にシフトした場合、ラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１）を通過した光量Ｑ１は増加する。逆にラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２）を通過した光量Ｑ２は減少する。

空気ゆらぎは時間に応じて変化する。よって、マスク基板１０１に形成されたパターンをスキャン中、同時に変位測定用の画素データを測定していれば、スキャン動作の期間中の各時期の光量変化を測定（演算）できる。ＴＤＩセンサでは、電荷移動方向に変化するパターンについてはパターンを停止させた状態では、パターンを識別可能に撮像（画像化）することは困難である。しかしながら、予め設定された領域内の光量の合計を演算することは可能である。よって、実施の形態１にように構成することで、ＴＤＩセンサ１０５の電荷移動方向のｘ方向変位量ΔｘをＴＤＩセンサ１０５によって測定できる。

なお、上述した例では、絞り１８２に１段のラインアンドスペースパターンによる基準パターン３２を形成し、絞り１８４に２段のラインアンドスペースパターンによる基準パターン３４を形成する場合を説明した。逆に、絞り１８２に２段のラインアンドスペースパターンによる基準パターン３４を形成し、絞り１８４に１段のラインアンドスペースパターンによる基準パターン３２を形成する場合、式（１）の（Ｑ２−Ｑ１）は、（Ｑ１−Ｑ２）になればよい。例えば、空気ゆらぎによって、基準パターン３４の像が右（＋ｘ方向）にシフトした場合、ラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１）を通過した光量Ｑ１は増加する。逆にラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２）を通過した光量Ｑ２は減少する。一方、例えば、空気ゆらぎによって、基準パターン３４の像が左（−ｘ方向）にシフトした場合、ラインアンドスペースパターン３５（Ｐ１）を通過した光量Ｑ１は減少する。逆にラインアンドスペースパターン３６（Ｐ２）を通過した光量Ｑ２は増加する。ｘ方向変位量Δｘは、以下の式（２）で定義される。
（２） Δｘ＝ｋ・（Ｑ１−Ｑ２）／（Ｑ１＋Ｑ２）

以上のようにして、ｘ方向変位量Δｘを演算できる。

空気ゆらぎのｙ方向変位量演算工程として、ｙ方向変位量演算部４５は、記憶装置４０からｙ方向変位測定用データを読み出し、ＴＤＩセンサ１０５によって受光される基準パターン像（基準パターン２６を通過した基準パターン像のうち半透過反射板１８０によって反射された基準パターン像の一部）の画像を作成して、図３（ｃ）において説明したように、画像上のラインパターン（或いはスペースパターン）の位置変動量を演算することによって空気ゆらぎのｙ方向変位量Δｙを演算する。

フレーム分割工程として、フレーム分割部４８は、記憶装置４２から透過検査用のストライプ領域画像を読み出し、検査ストライプ２０のストライプ領域画像（光学画像）の中から対象フレーム領域３０のフレーム画像を切り出すように、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を分割する。例えば、５１２×５１２画素のフレーム画像に分割する。同様に、フレーム分割部４８は、記憶装置４３から反射検査用のストライプ領域画像を読み出し、検査ストライプ２０のストライプ領域画像（光学画像）の中から対象フレーム領域３０のフレーム画像を切り出すように、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を分割する。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。透過検査用の複数のフレーム画像（光学画像）と、反射検査用の複数のフレーム画像（光学画像）と、が生成される。生成されたフレーム画像（光学画像）は記憶装置５０に格納される。

変位補正工程として、位置補正部５２（補正部）は、演算された空気ゆらぎに起因する変位量（Δｘ、Δｙ）を用いて、マスク基板１０１のフレーム画像（パターン像）と参照画像との相対位置を補正する。図１０の例では、マスク基板１０１から撮像されたフレーム画像（パターン像）の位置を補正する。

図１１は、実施の形態１における変位補正を説明するための図である。図１１（ａ）に示すように、例えば、ｘ方向に空気ゆらぎに起因する変位量Δｘが存在する場合に、図１１（ｂ）に示すように、フレーム画像内のパターンの位置を変位量Δｘが無くなるように補正する。ｙ方向に空気ゆらぎに起因する変位量Δｙが存在する場合には、フレーム画像内のパターンの位置を変位量Δｙが無くなるように補正する。空気ゆらぎは、時間に応じて変化するので、撮像時期に同時に得られる変位量（Δｘ、Δｙ）を用いて、フレーム画像内のパターンの位置を補正する。透過検査用の複数のフレーム画像（光学画像）に対しても、反射検査用の複数のフレーム画像（光学画像）に対しても同様である。

位置合わせ工程として、位置合わせ部５４は、比較対象となるフレーム画像（光学画像）と、比較対象となる参照画像とについて、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。

比較工程として、比較部５６は、補正された位置関係で基板のフレーム画像（パターン像）と参照画像とを比較する。ここでは、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。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、両画像の画素値の差分が判定閾値より大きいかどうかを判定し、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、フレキシブルディスク装置（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。

以上のように、実施の形態１によれば、フレーム画像（光学画像）と参照画像との位置合わせ前に、空気ゆらぎに起因する変位量を補正できる。位置合わせ時のずれ補正量は、マスク基板１０１に形成されたパターン自体の設計データに対する位置ずれ量として用いることができる。言い換えれば、マスク基板１０１に形成されたパターン自体の設計データに対する位置ずれ量から検査装置１００内、特に、マスク基板１０１のパターン像が通過する結像光学系で生じる空気ゆらぎに起因する変位量を排除できる。

以上のように、実施の形態１によれば、検査用の光学画像の空気揺らぎの影響に起因する変位量を求めることができる。よって、高精度な検査ができる。さらに、基板のパターン像をＴＤＩセンサで撮像する場合、変位量測定用のセンサを別に設ける必要を無くすことができる。

以上の説明において、「〜回路」と記載したものは、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。また、プログラムを用いる場合、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、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、及びテーブル制御回路１１４、内の各回路等は、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。

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。

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。

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。

１０ 検査領域
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム領域
６１ ビームスプリッタ
６２ レンズ
６３ ミラー
６４，６５ レンズ
６７ ミラー
６８ コンデンサレンズ
６９ レンズ
７０，７２ レンズ
７３ ミラー
７４，７５，７６ レンズ
８０，８１，８２ レンズ
１００ 検査装置
１０１ マスク基板
１０２ ＸＹθテーブル
１０３ 光源
１０４ 対物レンズ
１０５，２０５ ＴＤＩセンサ
１０６，２０６ 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
１２３，２２３ ストライプパターンメモリ
１５０ 光学画像取得部
１６０ 制御系回路
１７０ 透過照明光学系
１７２ 反射照明光学系
１７４ ビームスプリッタ
１７６，１７８ 結像光学系
１８０ 半透過反射板
１８２，１８４ 結像光学系

Claims (4)

1. パターンが形成された基板に反射照明光を照明する反射照明光学系と、
   前記反射照明光学系の光路中に配置され、前記反射照明光の一部の照射を受ける、ラインアンドスペースパターンによる第１の基準パターンが形成された第１の絞りと、
   前記第１の基準パターンを通過した基準パターン像の一部を反射する半透過反射板と、
   前記基板のパターン像を結像させる結像光学系と、
   前記結像光学系の光路中に配置され、前記半透過反射板によって反射された前記基準パターン像の前記一部が投影される、ラインアンドスペースパターンによる第２の基準パターンが形成された第２の絞りと、
   前記第２の基準パターンを通過した前記基準パターン像の前記一部を受光するタイム・ディレイ・インテグレーションセンサ（ＴＤＩセンサ）と、
   を備え、
   前記第１と第２の基準パターンの一方は、２段のラインアンドスペースパターンが、逆のパターン種が接続されるように配置され、他方は、１段のラインアンドスペースパターンが配置されることを特徴とするパターン検査装置。
2. 前記ＴＤＩセンサによって受光される前記基準パターン像の前記一部の光量変化に係数を乗じることによって空気ゆらぎの変位量を演算する演算部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
3. 前記２段のラインアンドスペースパターンの一方のラインアンドスペースパターンを通過した光量から他方のラインアンドスペースパターンを通過した光量を差し引いた差分を前記一方のラインアンドスペースパターンを通過した光量と前記他方のラインアンドスペースパターンを通過した光量と和で割った値に前記係数を乗じることによって、前記変位量を演算することを特徴とする請求項２記載のパターン検査装置。
4. 前記ＴＤＩセンサは、２次元状に配列された複数の受光素子を有し、
   前記複数の受光素子の一部により、前記変位量演算用の光が受光され、前記複数の受光素子の残部により、前記基板のパターン像が撮像され、
   演算された前記変位量を用いて、前記基板のパターン像と参照画像との相対位置を補正する補正部と、
   補正された位置関係で前記基板のパターン像と前記参照画像とを比較する比較部と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項２又は３記載のパターン検査装置。
   

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