JP6851178B2 - パターン検査方法及びパターン検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン検査方法及び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フォトマスクを検査する検査装置及び方法に関する。

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。

製品サイクルが短い半導体製品において、製造所要時間を短縮することは重要な項目である。欠陥のあるマスクパターンをウェハに露光転写すると、そのウェハから作られた半導体装置は不良品になる。そのため、マスクのパターン欠陥検査を行うことは重要である。そして、欠陥検査で見つかった欠陥は欠陥修正装置で修正される。しかしながら、見つかった欠陥をすべて修正すると製造所要時間の増加になり、製品価値を下げることにつながる。検査装置の開発が進むのに伴い、検査装置では、非常に小さなずれが生じてもパターン欠陥有りと判定する。しかし、実際の露光装置でマスクパターンをウェハ上に転写する際、ウェハ上で回路の断線或いは／及び短絡等がかかる欠陥によって生じておらず、パターンの線幅が許容値内であれば集積回路としては使用可能である。よって、かかる欠陥を都度修正するのではなく、欠陥の状態を残したまま、かかるマスクを露光転写に用いることが望まれる。そのためには、露光装置で転写される場合のパターン像のパターン寸法を測定できればよい。しかしながら、露光装置ではマスクパターンを縮小してウェハに結像するのに対して、検査装置ではマスクパターンを拡大してセンサに結像する。よって、マスク基板に対して２次側の光学系の構成がそもそも異なっている。かかる構成により、検査装置では、露光装置よりもマスクに対する分解能が高く、微小な欠陥が検出できるようになっているが、その反面、露光装置で転写される場合のパターン像の形状を検査装置で再現することは困難である。

ここで、空中画像なる像を利用して、露光装置で露光転写される露光イメージを検査する専用機について開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３５８５３号公報

ここで、本願出願時においてまだ公知にはなっていないと思われるが、上述した露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく、検査装置で光学画像を取得する場合に、露光装置の光学条件に合わせてあえて分解能を低くして撮像することが検討されている。しかしながら、光学画像と比較するために作成される参照画像は、設計データに基づいているので、参照画像の生成精度において、複雑な開口条件を含む照明形状を含む露光装置の光学条件で撮像された光学画像と比較し得る程度に合わせ込むことが困難となっている。そのため、露光装置の光学条件で撮像された光学画像と参照画像とを比較した場合に、画像内のパターン寸法に誤差が生じてしまうといった問題があった。そのため、欠陥が存在しない正常部においてもパターン寸法に誤差が生じてしまう。かかる状態では、欠陥個所のパターン寸法を高精度に取得することが困難であるといった問題があった。

そこで、本発明は、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像から欠陥個所のパターン寸法を検査可能な検査方法及び装置を提供する。

本発明の一態様のパターン検査方法は、
パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する工程と、
光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
画像階調値プロファイルの第１の閾値レベルを用いて特定される光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる参照画像に用いる第２の閾値レベルを測定する工程と、
第２の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する工程と、
第１の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法を測定し、前記第２の閾値レベルを用いた前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を前記第１の閾値レベルを用いた前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法で割った値に設定寸法を乗じた値を前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法として算出する工程と、
パターン異常個所について、参照画像から測定されたパターン寸法と光学画像から測定されたパターン寸法とを比較し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、光学画像内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する工程をさらに備えると好適である。

また、光学画像内のパターン異常個所の領域として、光学画像内の画素と参照画像内の対応画素とにおける階調差が第３の閾値を超える欠陥画素と欠陥画素の周囲の複数の画素とにより構成される画素群が用いられ、
光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、かかる画素群内の複数のエッジペア間の寸法が測定され、
光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する際、かかる画素群内の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定され、
光学画像から測定されたパターン寸法と参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する際、かかる画素群内の複数のエッジペア間の寸法のうち、光学画像と参照画像との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法をパターン異常個所のパターン寸法と判定し、出力すると好適である。

また、かかる光学画像に使用される光束がマスク基板から対物レンズへ入射する場合の開口数（ＮＡ）よりも高開口数の状態の光束を用いてマスク基板の第２の光学画像を取得する工程と、
第２の光学画像に対応する第２の参照画像を作成する工程と、
第２の光学画像と第２の参照画像とを画素毎に比較する工程と、
第２の光学画像と第２の参照画像とを比較した結果、欠陥と判定された欠陥画素を用いて、光学画像内のパターン異常個所を特定する工程と、
をさらに備えると好適である。

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マスク基板の光学画像を取得する光学画像取得機構と、
光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
画像階調値プロファイルの第１の閾値レベルを用いて特定される光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる参照画像に用いる第２の閾値レベルを測定する閾値レベル測定部と、
第２の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所に対応する、参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する第１のパターン寸法測定部と、
第１の閾値レベルを用いて、光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法を測定し、前記第２の閾値レベルを用いた前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を前記第１の閾値レベルを用いた前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法で割った値に設定寸法を乗じた値を前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法として算出する第２のパターン寸法測定部と、
パターン異常個所について、光学画像から測定されたパターン寸法と参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像から欠陥個所のパターン寸法を検査できる。

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における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。 実施の形態１における検査方法の要部工程の一部を示すフローチャート図である。 実施の形態１における検査方法の要部工程の残部を示すフローチャート図である。 実施の形態１における高ＮＡ検査モード時における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における低ＮＡ検査回路の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態１における低ＮＡ検査モードにおける光学系の構成の一例を示す図である。 実施の形態１における光学画像内のパターンと参照画像内のパターンとの画像階調値プロファイルの一例を示す図である。 実施の形態１における欠陥領域画像とエッジペアの一例とを示す図である。 実施の形態１におけるパターンのエッジ認識の手法について説明するための図である。 実施の形態１における照明形状を変更する機構の一例を示す図である。 実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。 実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。

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、光学画像取得機構１５０、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。

光学画像取得機構１５０は、光源１０３、透過照明光学系１７０、照明形状切替機構１７１、移動可能に配置されたＸＹθテーブル１０２、対物レンズ１０４、反射照明光学系１７２、開口絞り１８０、結像光学系１７８、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。

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、オートフォーカス（ＡＦ）制御回路１４０、検査モード切替制御回路１４４、低ＮＡ検査回路１４６、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。また、反射照明光学系１７２には、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が含まれる。偏光ビームスプリッタ１７４は、駆動機構１７６によって光路内外に移動させられる。

検査装置１００では、光源１０３、ＸＹθテーブル１０２、透過照明光学系１７０、対物レンズ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。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、ＸＹθテーブル１０２は、制御計算機１１０の制御の下にＡＦ制御回路１４０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、ＸＹθテーブル１０２は、ピエゾ素子１４２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における検査装置での開口数と露光装置での開口数とを比較するための概念図である。図２（ａ）では、露光装置の光学系の一部を示している。露光装置では、図示しない照明光がマスク基板３００に照明され、マスク基板３００からの透過光３０１は、対物レンズ３０２に入射され、対物レンズ３０２を通過した光３０５が半導体基板３０４（ウェハ）へ結像する。なお、図２（ａ）では、１つの対物レンズ３０２を示しているが、複数のレンズによる組み合わせであっても構わないことは言うまでもない。ここで、現状の露光装置では、マスク基板３００に形成されたパターンを、例えば、１／４に縮小して半導体基板３０４に露光転写する。その際の露光装置の半導体基板３０４に対する開口数ＮＡｉ（イメージｉ側の開口数）は、例えば、ＮＡｉ＝１．２に設定される。言い換えれば、対物レンズ３０２を通過可能な対物レンズ３０２の開口数ＮＡｉは、例えば、ＮＡｉ＝１．２に設定される。露光装置では、マスク基板３００からの透過光像を１／４に縮小しているので、対物レンズ３０２のマスク基板３００に対する感度は１／４となる。言い換えれば、マスク基板３００から対物レンズ３０２へ透過光が入射する場合の入射可能な対物レンズ３０２の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、ＮＡｉの１／４となり、ＮＡｏ＝０．３となる。よって、露光装置では、開口数ＮＡｏ＝０．３の光束のマスク基板３００からの透過光像を半導体基板３０４に露光転写していることになる。

これに対して、実施の形態１における検査装置１００では、図２（ｂ）に示すように、図示しない照明光がマスク基板１０１に照明され、マスク基板１０１からの透過光１９０は、対物レンズ１０４に入射され、対物レンズ１０４を通過した光１９２がフォトダイオードアレイ１０５（センサ）へ結像する。その際、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）は、例えばＮＡｏ＝０．９に設定される。よって、検査装置１００では、開口数ＮＡｏ＝０．９の光束のマスク基板１０１からの透過光像をフォトダイオードアレイ１０５が受光していることになる。よって、検査装置１００では、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光よりも高分解能の光を用いて、欠陥検査することになる。かかる高分解能の光を用いることにより、例えばナノメータオーダーの微細な欠陥を検出可能な高精度な検査が可能となる。なお、図２（ｂ）では、対物レンズ１０４しか記載していないが、対物レンズ１０４とフォトダイオードアレイ１０５との間には図示しない複数のレンズが配置されている。

しかしながら、上述したように、検査装置１００では、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光よりも高分解能の光をフォトダイオードアレイ１０５が受光するので、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、開口絞り１８０を配置してマスク基板１０１からの透過光の光束を絞ることで透過光の光束径を調整し、露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光と同様な開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）（同様な分解能）の光を検査装置１００で生成可能とする。

その他、露光装置では、マスク基板３００からの透過光を半導体基板３０４に転写するが、反射光は使用しない。よって、マスク基板３００から半導体基板３０４までの光路上に偏光素子を配置していない。一方、検査装置１００では、マスク基板１０１からの透過光を用いた検査の他に、マスク基板１０１からの反射光を用いた検査も行うことが可能である。よって、かかる透過光検査のための検査光（第１の検査光、或いは第１の照明光）の他に、かかる反射光検査のための検査光（第２の検査光、或いは第２の照明光）が必要となる。そのため、検査装置１００では、かかる反射光検査のための検査光をマスク基板３００に照明するための光路上に偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を配置している。よって、フォトダイオードアレイ１０５は、かかる偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を通過した光を受光することになる。その結果、検査装置１００でフォトダイオードアレイ１０５が受光する光は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に結像する光とは偏光成分が異なることになる。かかる点でも露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を光路上から排除可能な構成にする。

また、検査装置１００と露光装置では、照明光の形状をパターンの解像特性が良くなる様、ダイポール、４極照明、輪帯照明、その他、計算機シミュレーションで最適化した任意の開口条件、つまりさまざまな形状にして露光する。さらに照明光の偏光の条件を直性偏光、Ａｚｉｍｕｔｈ偏光、Ｒａｄｉａｌ偏光、もしくは偏光なし等の設定にして露光する。その結果、検査装置１００でフォトダイオードアレイ１０５が受光する光は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に結像する光とは照明形状や偏光条件が異なることになる。かかる点でも露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と同じ像を検査装置１００で再現することは困難である。そこで、実施の形態１では、照明形状と偏光条件を変更可能な構成とする。

以上の露光装置で半導体基板３０４に露光転写する光と同様な開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）（同様な分解能）の光を生成する点、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を光路上から排除する点、及び照明形状と偏光条件を露光装置と同様な形状に変更する点を検査装置１００で実施することで、検査装置１００によって、露光装置で半導体基板等上にマスク基板のパターンが露光転写される場合の像と実質的に同一の像或いは近い像を再現できる。そのため、実施の形態１では、通常の欠陥検査を行う高ＮＡ検査モードと露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と実質的に同一の像或いは近い像を再現して検査する低ＮＡ検査モードとを切り替え可能に構成する。

図３は、実施の形態１における検査方法の要部工程の一部を示すフローチャート図である。
図４は、実施の形態１における検査方法の要部工程の残部を示すフローチャート図である。図３及び図４において、実施の形態１における検査方法は、高ＮＡ検査モード設定工程（Ｓ１０２）と、高ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１０４）と、オートフォーカス（ＡＦ）データ作成工程（Ｓ１０５）と、参照画像（１）作成工程（Ｓ１０６）と、比較工程（Ｓ１０８）と、欠陥領域特定工程（Ｓ１１０）と、低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）と、低ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１２０）と、ＡＦ制御工程（Ｓ１２２）と、参照画像（２）作成工程（Ｓ１２４）と、正常部の測定画像エッジペア検出工程（Ｓ１３０）と、正常部の参照画像エッジペア検出工程（Ｓ１３２）と、参照画像閾値レベル測定工程（Ｓ１３４）と、欠陥部の測定画像エッジペア検出工程（Ｓ１３６）と、欠陥部の参照画像エッジペア検出工程（Ｓ１３８）と、欠陥部の参照画像パターン寸法測定工程（Ｓ１４０）と、欠陥部の測定画像パターン寸法測定工程（Ｓ１４２）と、比較工程（Ｓ１４４）と、いう一連の工程を実施する。

また、低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）は、内部工程として、偏光素子退避工程（Ｓ１１４）と、ＮＡしぼり工程（Ｓ１１６）と、照明形状変更工程（Ｓ１１８）と、を実施する。

高ＮＡ検査モード設定工程（Ｓ１０２）として、検査モード切替制御回路１４４は、通常の高ＮＡの欠陥検査を行うための高ＮＡ検査モードに各構成を設定する。具体的には、以下のように動作する。検査モード切替制御回路１４４からの制御信号を受信して、照明形状切替機構１７１は、照明光（検査光）の形状を通常の検査用の照明形状に設定する。また、検査モード切替制御回路１４４は、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）が例えばＮＡｏ＝０．９になるように開口絞り１８０のしぼり値を制御する。或いは、開口絞り１８０を全開にしてもよい。また、検査モード切替制御回路１４４は、駆動機構１７６を制御して、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上へと配置する。偏光ビームスプリッタ１７４が光路外に位置する場合には光路上へ移動させる。偏光ビームスプリッタ１７４が光路上にあれば、その位置を維持すればよい。

高ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１０４）として、パターンが形成されたマスク基板１０１からの透過光或いは反射光を拡大する対物レンズ１０４へのマスク基板１０１からの入射可能な開口数（ＮＡ）が高ＮＡの状態の透過光或いは反射光をフォトダイオードアレイ１０５（センサ）が受光可能な状態で、マスク基板１０１上を走査することによって、フォトダイオードアレイ１０５を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの透過光像或いは反射光像を撮像する。実施の形態１では、後述するように、低ＮＡスキャンを実施する。ここでは、低ＮＡスキャンを実施する前に、光学画像取得機構１５０が、後述する低ＮＡ光学画像に使用される光束がマスク基板１０１から対物レンズ１０４へ入射する場合の開口数（ＮＡ）よりも高開口数の状態の光束を用いてマスク基板１０１の光学画像（高ＮＡ光学画像：第２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。

図５は、実施の形態１における高ＮＡ検査モード時における光学系の構成の一例を示す図である。図５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。発生された光は、偏光板６０を通って偏光され、透過光検査を行う場合には、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）を通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ６１によって、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）が反射される。一方、反射光検査を行う場合には、反射検査照明用の光（ｐ波とｓ波の他方）を通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ６１を反射検査照明用の光（ｐ波とｓ波の他方）が通過する。例えば、偏光板６０を回転させることで、通過させる光を制限できる。これにより、透過光検査と反射光検査を選択できる。

透過光検査を行う場合、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５の例を元に、具体例を説明する。透過照明光学系１７０内では、偏光ビームスプリッタ６１によって分岐された透過検査照明用の光がミラー６３で反射され、レンズ６４，６５，６６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、及び偏光ビームスプリッタ１７４を介して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。偏光ビームスプリッタ１７４を通過した光は、結像光学系１７８内では、レンズ６９，７０を通り、開口絞り１８０を通って、レンズ７２によってフォトダイオードアレイ１０５に結像される。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。フォトダイオードアレイ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。

一方、反射光検査を行う場合、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。反射照明光学系１７２は、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）を有し、対物レンズ１０４と偏光ビームスプリッタ１７４を用いてマスク基板１０１に反射検査照明用の光を照明し、マスク基板１０１からの反射光を通過させる。以下、図５の例を元に、具体例を説明する。反射照明光学系１７２内では、偏光ビームスプリッタ６１を通過した反射検査照明用の光がレンズ８０，８１，８２，８３を通り、偏光ビームスプリッタ１７４で反射される。偏光ビームスプリッタ１７４によって反射された光は、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。マスク基板１０１から反射された反射光は対物レンズ１０４及び偏光ビームスプリッタ１７４を通過して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。フォトダイオードアレイ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。

その際、レンズ６９，７０間に配置されたミラー７３によって、反射光の一部が分岐され、分岐された光はＡＦ光学系１７３によってＡＦ用センサ７６に結像される。なお、ＡＦ用センサ７６の受光面はビームスプリッタ７３に対して、フォトダイオードアレイ１０５の受光面と共焦点の関係になるように配置されている。ＡＦ用センサ７６からの出力信号は、ＡＦ制御回路１４０に送信される。ＡＦ制御回路１４０は、開口数が高開口数の状態での反射光をフォトダイオードアレイ１０５が受光する際、反射光を用いてマスク基板１０１上の各位置の焦点位置を測定する。そして、ＡＦ制御回路１４０は、かかる信号に基づいて、ピエゾ素子１４２を制御してＸＹθテーブル１０２を光軸方向（Ｚ軸方向）にリアルタイムで移動させることにより、動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整する。なお、透過光検査を行う場合においても反射照明の一部を反射照明光学系１７２によってマスク基板１０１にＡＦ用として照明する。そして、ミラー７３によって、かかる反射照明の一部に対応する反射光が反射されＡＦ用センサ７６に結像される。これにより、透過のみの検査においても、動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整できる。

検査装置１００では、かかる透過光のスキャンと反射光のスキャンとの一方或いは両方を行うことができる。なお、マスク基板１０１から反射された反射光には、マスク基板１０１からの透過光では得られにくいパターンの高さ情報が含まれる。よって、ＡＦ制御回路１４０は、マスク基板１０１からの透過光ではなく、マスク基板１０１からの反射光を使ってＡＦ制御を実施する。透過光のスキャンと反射光のスキャンとの両方を行う場合、どちらを先に行っても構わない。或いは、フォトダイオードアレイ１０５をもう１つ配置し、透過光のスキャンと反射光のスキャンとでマスク基板１０１を照明する位置をずらして、透過光を一方のフォトダイオードアレイ１０５で受光し、反射光をミラー７３で反射した後に他方のフォトダイオードアレイ１０５で受光することにより、透過光のスキャンと反射光のスキャンとの両方を同時に行ってもよい。

図６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６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（ＤＵＶ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、マスク基板１０１が移動させられ、その結果、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６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（測定画像）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。

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、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、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、図示しない記憶装置に格納される。

比較回路１０８内では、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が分割される。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、以上により、検査のために比較される一方の画像（測定画像：光学画像）データが生成される。

オートフォーカス（ＡＦ）データ作成工程（Ｓ１０５）として、ＡＦ制御回路１４０は、上述した反射光或いは透過光によるスキャンの際、同時に、ＡＦ制御に使用したマスク基板１０１面の高さ位置に依存した焦点位置情報を磁気ディスク装置１０９に記憶する。よって、磁気ディスク装置１０９（記憶装置）は、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が光路上に移動させられた状態で反射照明光学系１７２を介した光が照明されたマスク基板１０１からの反射光を用いて測定された、マスク基板１０１上の各位置の焦点位置の情報を記憶する。

なお、上述した高ＮＡスキャン工程（Ｓ１０４）において透過光のスキャンしか行わない場合には、反射光を用いて予めマスク基板１０１面の高さ位置に依存した焦点位置情報を取得しておけばよい。上述した高ＮＡスキャン工程（Ｓ１０４）において透過光のスキャンを行う場合、その際得られた焦点位置情報を用いてＡＦ制御を行えばよい。

参照画像（１）作成工程（Ｓ１０６）として、参照画像作成部は、高ＮＡ光学画像（第２の光学画像）に対応する参照画像（第２の参照画像）を作成する。まず、展開回路１１１（参照画像作成部の一部）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（参照画像作成部の他の一部）は、設計画像をフィルタ処理して参照画像（高ＮＡ用）を作成する。

図７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（高ＮＡ用）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。

比較工程（Ｓ１０８）として、比較回路１０８は、撮像されたマスク基板１０１のパターンの透過光像或いは反射光像の光学画像を用いて、パターンの欠陥を検査する。比較回路１０１（比較部）は、画素毎にフレーム画像（光学画像：第２の光学画像）と参照画像（高ＮＡ用：第２の参照画像）とを比較する。具体的には、まず、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。そして、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。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（第３の閾値）より大きいかどうかを判定する。そして、フレーム画像（光学画像）内の画素と参照画像（高ＮＡ用）内の対応画素とにおける階調差が判定閾値（第３の閾値）を超える画素を欠陥画素と判定する。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。

以上の高ＮＡスキャン検査（通常検査）により、形状欠陥が生じている欠陥位置の画素を特定できる。次に、かかる欠陥に起因する寸法誤差が、実際の使用に耐えられるかどうかを確認するために、欠陥個所のパターン寸法を測定する。

図８は、実施の形態１における低ＮＡ検査回路の内部構成を示すブロック図である。図８において、低ＮＡ検査回路１４６内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５２，５９、領域特定部５１、位置合わせ部５６、測定画像エッジペア検出部５６、参照画像エッジペア検出部５８、閾値レベル測定部４０、測定画像パターン寸法測定部４２、参照画像パターン寸法測定部４４、及び比較部４６が配置される。ここで「〜部」と記載したものは、処理回路を有し、その処理回路として、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、半導体装置等を用いることができる。また、各「〜部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。

欠陥領域特定工程（Ｓ１１０）として、領域特定部５１は、フレーム画像（光学画像：第２の光学画像）と参照画像（高ＮＡ用：第２の参照画像）とを比較した結果、欠陥と判定された欠陥画素を用いて、フレーム画像（光学画像：第２の光学画像）内のパターン異常個所の領域を特定する。具体的には、比較回路１０８から検査結果の情報（例えば、欠陥位置の座標情報）を入力し、検査結果情報に基づいて、欠陥が検出された領域（以下、欠陥領域）を特定する。欠陥領域として、例えば、欠陥位置が含まれるフレーム領域３０が挙げられる。但し、これに限るものではなく、領域サイズは様々に選択可能である。特定された欠陥領域の情報は、記憶装置５９に記憶される。

低ＮＡ検査モード切り替え工程（Ｓ１１２）として、検査モード切替制御回路１４４は、上述した高ＮＡ検査モードから低ＮＡの欠陥検査を行うための低ＮＡ検査モードに各構成の設定を切り替える。これにより、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と実質的に同様の像或いは近づけた像をフォトダイオードアレイ１０５で受光できる。そのために、以下の内部工程を実施する。

偏光素子退避工程（Ｓ１１４）として、検査モード切替制御回路１４４は、駆動機構１７６を制御して、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上から光路外に移動させる。このように、駆動機構１７６は、偏光素子を光路外から光路上に移動させることが可能であると共に偏光素子を光路上から光路外に移動させることができる。また、偏光ビームスプリッタ１７４の退避によって反射照明光は使用されなくなるので、検査モード切替制御回路１４４は、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）のみ通過させるように偏光板６０を回転させる。

ＮＡしぼり工程（Ｓ１１６）として、検査モード切替制御回路１４４は、開口数ＮＡを高開口数の状態から低開口数の状態に切り替える。具体的には、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光１９０が入射する場合の入射可能な対物レンズ１０４の開口数ＮＡｏ（物体ｏ側の開口数）が露光装置と同様の特性になるように制御する。例えばＮＡｏ＝０．３になるように開口絞り１８０のしぼり値を制御する。実施の形態１では、高開口数の状態から低開口数の状態にするので、開口絞り１８０の開口部が小さくなるように絞る。このように、開口絞り１８０は、マスク基板１０１から対物レンズ１０４へ透過光が入射可能な開口数（ＮＡ）が高開口数の状態と低開口数の状態との間で切り替え可能になるように透過光或いは／及び反射光の光束径を調整する。図５の例では、開口絞り１８０は、結像光学系１７８内のレンズ７０，７２間に配置されているがこれに限るものではない。対物レンズ１０４へ入射する光、或いは対物レンズ１０４を通過してフォトダイオードアレイ１０５へ入射する光の光束を絞り、光束径を調整できればよい。よって、開口絞り１８０は、マスク基板１０１とフォトダイオードアレイ１０５との間に配置されればよい。なお、より好適では、開口絞り１８０は、瞳位置に配置すると良い。

照明形状変更工程（Ｓ１１８）として、検査モード切替制御回路１４４からの制御信号を受信して、照明形状切替機構１７１は、照明光（検査光）の形状を露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状に変更する。照明形状切替機構１７１は、ガラス板にＣｒを蒸着するなどして予め製作した照明形状の開口絞りを複数設定できる機構と、それらをメカニカルに切り替える機構で構成される。また、照明光の偏光条件を露光装置の偏光条件になるよう、照明光の偏光条件を設定する。

低ＮＡ走査（スキャン）工程（Ｓ１２０）として、開口数が低開口数の状態に対応する光をフォトダイオードアレイ１０５が受光可能な状態で、かつ、マスク基板１０１とフォトダイオードアレイ１０５との間の光路上に偏光素子が無い状態で、所定の照明光を用いてマスク基板１０１の特定された欠陥領域を走査することによって、フォトダイオードアレイ１０５を用いてマスク基板１０１に形成されたパターンの透過光像を撮像する。具体的には以下のように動作する。

図９は、実施の形態１における低ＮＡ検査モードにおける光学系の構成の一例を示す図である。図９において、光源１０３から発生された光は、偏光板６０を通って偏光され、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）のみ通過させる。そして、偏光ビームスプリッタ６１によって、透過検査照明用の光（ｐ波とｓ波の一方）が反射される。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。その際、照明形状切替機構１７１は、透過照明光学系１７０の構成を変更して、透過検査照明用の光（第１の検査光）の照明形状を変更する。このように、透過照明光学系１７０は、透過検査照明用の光（第１の検査光）の照明形状を変更可能に構成される。図９の例では、偏光ビームスプリッタ６１によって反射された透過検査照明用の光が、レンズ６５まで到達した後、レンズ６５，６６間で照明形状を変更させている。照明形状が変更させられた透過検査照明用の光は、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。これにより、露光装置で使用する照明形状と同様の照明形状の光をマスク基板１０１に照射できる。マスク基板１０１を透過した透過光は対物レンズ１０４を介して、結像光学系１７８に入射する。そして、結像光学系１７８によって、フォトダイオードアレイ１０５（センサの一例）に結像され、フォトダイオードアレイ１０５に光学像として入射する。その際、開口絞り１８０によって開口数が制限されているので、低ＮＡの光の光学像がフォトダイオードアレイ１０５に入射する。図９の例では、対物レンズ１０４を通過した光は、結像光学系１７８内では、レンズ６９，７０を通り、開口絞り１８０を通って、レンズ７２によってフォトダイオードアレイ１０５に結像される。このようにフォトダイオードアレイ１０５は、ＸＹθテーブル１０２が移動中に、透過検査照明用の光（第１の検査光）が照明されたマスク基板１０１からの透過光を受光する。

一方、図９に示すように、偏光板６０によって、反射検査照明用の光を遮断しているので、反射照明光学系１７２に反射検査照明用の光が入射することはない。仮に、反射検査照明用の光が反射照明光学系１７２に入射する場合でも、反射照明光学系１７２では、偏光ビームスプリッタ１７４（偏光素子）が光路から退避させられているので、マスク基板１０１に反射検査照明用の光を照明することはない。

以上により、フォトダイオードアレイ１０５は、露光装置で半導体基板３０４にパターンを露光転写する場合に半導体基板３０４に形成されるパターン像と実質的に同様の像或いは近づけた像をフォトダイオードアレイ１０５で受光できる。

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、ストライプパターンメモリ１２３に、測定対象の欠陥領域の画素データが格納される。かかる画素データ（欠陥領域画像）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、欠陥領域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、欠陥領域画像は、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低ＮＡ検査回路１４６に送られる。測定データ（欠陥領域画像：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。低ＮＡ検査回路１４６内に出力された欠陥領域画像は、記憶装置５２に格納される。以上により、低ＮＡ検査のために比較される一方の画像（測定された画像）データが生成される。

ここで、低ＮＡ検査モードでは、上述したように、偏光ビームスプリッタ１７４を光路上から光路外に移動させているので、反射照明光学系１７２を介した光がマスク基板１０１に照明されない。そのため、マスク基板１０１からの反射光が得られない。よって、マスク基板１０１からの反射光をＡＦ制御に用いることができない。よって、以下のように構成する。

ＡＦ制御工程（Ｓ１２２）として、ＡＦ制御回路１４０（合焦機構の一部）は、偏光ビームスプリッタ１７４が光路外に移動させられた状態で、ＸＹθテーブル１０２が移動中にフォトダイオードアレイ１０５が低開口数に対応する透過光を受光する間、磁気ディスク装置１０９に記憶された焦点位置の情報を用いて動的にかかる透過光の焦点を合わせる。具体的には、ＡＦ制御回路１４０は、磁気ディスク装置１０９に記憶された、既に測定された焦点位置の情報に基づいて、ピエゾ素子１４２（合焦機構の一部）を制御してＸＹθテーブル１０２を光軸方向（Ｚ軸方向）にリアルタイムで移動させることにより、ＸＹθテーブル１０２の進行に追従させて動的にマスク基板１０１のパターン形成面に対物レンズ１０４の焦点位置（光軸方向：Ｚ軸方向）を調整する。

参照画像（２）作成工程（Ｓ１２４）として、参照回路１１２（参照画像作成部の一例）は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）に合わせるべく、設計画像をフィルタ処理して参照画像（低ＮＡ用）を作成する。ここでは、高ＮＡスキャン（通常検査モードでのスキャン）で得られた光学画像に合わせ込むフィルタ演算とは異なる低ＮＡの照明形状、偏光条件、また結像光学条件を再現するフィルタ演算を用いる必要があり、部分コヒーレント結像理論に基づく光学的なフィルタ演算を用いて行う。作成された参照画像（低ＮＡ用）は、低ＮＡ検査回路１４６に送られる。低ＮＡ検査回路１４６内に出力された参照画像（２）は、記憶装置５０に格納される。なお、参照画像（１）作成工程（Ｓ１０６）において作成された各フレーム領域３０の参照画像（高ＮＡ用）のうち、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）に対応する参照画像（高ＮＡ用）をフィルタ処理で平滑化することで、簡易的な参照画像（低ＮＡ用）として流用してもよい。

図１０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画像階調値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パターン寸法（ＣＤ）は、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１０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１０のＥＦ間寸法が所望する設計幅寸法になる検出閾値Ｔｈ_０（第１の閾値レベル）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、本来、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はずであった。

ここで、高ＮＡスキャン（通常検査モードでのスキャン）で得られた光学画像では、欠陥位置ではない正常部であれば、光学画像内のパターンの階調値プロファイルと、参照画像内のパターンの階調値プロファイルは実質的に一致する様、フィルタ演算の係数が設定される。よって、参照画像内のパターンのＥＦ間寸法と光学画像内のパターンのＡＢ間寸法は一致する。しかしながら、低ＮＡスキャンで得られた光学画像では、光学理論に基づくフィルタ演算で参照画像を生成する為、光学画像内のパターンの階調値プロファイルの形状と、参照画像（低ＮＡ用）内のパターンの階調値プロファイルの形状とが図１０に示すように一致しない場合がある。そのため、参照画像（低ＮＡ用）内のパターンのＥＦ間寸法と光学画像内のパターンのＡＢ間寸法は一致しない。高ＮＡスキャン（通常検査モードでのスキャン）で得られた光学画像に合わせ込むように平滑化フィルタ処理された参照画像（高ＮＡ用）では勿論、別途、低ＮＡスキャンで得られた光学画像に合わせ込むように作成された参照画像（低ＮＡ用）でも階調値プロファイルが一致させることが難しい。この理由は、低ＮＡスキャンで得られた光学画像に合わせ込むように参照画像を作成しようとしても、フィルタ処理の精度がまだ十分ではない為で、その結果、階調値プロファイルを一致させることが困難となっている。具体的には、露光イメージに近づけるための照明条件やその他の条件の複雑さから、低ＮＡスキャンで得られた光学画像にフィルタ処理で生成した参照画像には一定の差、つまり誤差が残ることになる。そのため、このままでは、低ＮＡスキャンで得られた光学画像内のパターン寸法を正確に得ることができない。そこで、実施の形態１では、参照画像内のパターンの階調値プロファイルにおいて、所望する設計幅寸法になる検出閾値Ｔｈ_０（閾値レベル）を変更する。具体的には、欠陥位置ではない正常部のパターンを用いて、本来の検出閾値Ｔｈ_０（第１の閾値レベル）で、低ＮＡスキャンで得られた光学画像内のパターンの階調値プロファイルから得られるＡＢ間寸法に一致する、参照画像（低ＮＡ用）内のパターンの階調値プロファイルの検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）を測定する。そして、検出閾値Ｔｈ’で参照画像内のパターンの階調値プロファイルからＥ’Ｆ’間寸法を測定する。一方、本来の検出閾値Ｔｈ_０で、低ＮＡスキャンで得られた光学画像内のパターンの階調値プロファイルからＡＢ間寸法を測定する。Ｅ’Ｆ’間寸法が所望する設計幅寸法に相当するはずなので、マスク基板１０１に形成されたパターンの幅寸法Ｌは、Ｌ＝（Ｅ’Ｆ’間寸法）／（ＡＢ間寸法）×（設計幅寸法）で近似することができる。

正常部の測定画像エッジペア検出工程（Ｓ１３０）として、まず、位置合わせ部５６は、比較対象となるフレーム領域３０のサイズの欠陥領域画像（低ＮＡ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。

次に、測定画像エッジペア検出部５６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）のうち、記憶装置５９に記憶された欠陥位置ではない正常部におけるパターンについて、エッジペアを検出する。

図１１は、実施の形態１における欠陥領域画像とエッジペアの一例とを示す図である。図１１の例において、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内には、ｘ方向に並ぶ、ｙ方向に延びるラインパターン１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、ｘ方向に延びるラインパターン１３と、が示されている。ラインパターン１２ａ，１２ｂ間には、スペースパターン１４ａが構成される。ラインパターン１２ｂ，１２ｃ間には、スペースパターン１４ｂが構成される。ラインパターン１２ｃ，１２ｃ，１３間には、スペースパターン１５が構成される。欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）は、図１１に示すように欠陥個所（Ａ部）と判定された画素３６を含むフレーム領域３０のサイズの画像で構成される。そのため、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内には、欠陥個所（Ａ部）ではない正常部のパターンも存在する。測定画像エッジペア検出部５６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内の正常部のパターンについて、パターンのエッジ部（外周辺）の位置を認識して、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を検出する。図１１の例では、隣り合うパターン１２ａ，１２ｂ同士間のスペース部分（白部）のＣＤを構成する両端（両外周辺）のエッジａ，ｂを検出する場合を示している。正常部のパターンにおいて検出するエッジペアは、１組でも構わないが、複数のエッジペアの組を検出すると好適である。かかる場合、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。

図１２は、実施の形態１におけるパターンのエッジ認識の手法について説明するための図である。図１２の例では、図１１に示す欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）の一部を示している。例えば、ｙ方向に延びるラインパターン１２ｃの線幅方向のエッジ部では、ｘ方向の階調値プロファイルが急峻に変化するのに対して、ｙ方向の階調値プロファイルは一定値を維持することになる。同様に、ｙ方向に延びるラインパターン１２ｄの延びる方向のエッジ部では、ｙ方向の階調値プロファイルが急峻に変化するのに対して、ｘ方向の階調値プロファイルは一定値を維持することになる。このように、階調値プロファイルの傾斜が最大となる位置に傾斜が最大となる方向のエッジ部が存在する。かかる位置をエッジ部として認識すればよい。

なお、図１１の例では、隣り合うパターン１２ａ，１２ｂ同士間のスペース部分（白部）のＣＤについて示しているが、これに限るものではない。パターンが存在する黒部のＣＤについてもエッジペアが検出されても好適である。

正常部の参照画像エッジペア検出工程（Ｓ１３２）として、参照画像エッジペア検出部５８は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）に対応する参照画像（低ＮＡ用）を用いて、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）から検出されたエッジペアに対応する参照画像内のエッジペアを検出する。

参照画像閾値レベル測定工程（Ｓ１３４）として、閾値レベル測定部４０は、画像階調値プロファイルの検出閾値Ｔｈ_０（第１の閾値レベル）を用いて特定される欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン正常個所のエッジペア間のパターン寸法（例えば、ＡＢ間寸法）と参照画像（低ＮＡ用）内の対応個所のエッジペア間のパターン寸法とが同じ寸法（Ｅ’Ｆ’間寸法）になる参照画像（低ＮＡ用）に用いる検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）を測定する。複数のエッジペアの組が検出されている場合には、各組で得られる検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）の統計値（例えば、平均値、中央値、最大値、或いは最小値）を演算すると好適である。例えば、平均値或いは中央値を用いれば、検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）の測定誤差を平均化できる。なお、検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）は、方向によって最適値が異なる場合が想定されるので、寸法方向毎に求めると良い。例えば、ｘ方向寸法用の検出閾値Ｔｈ’とｙ方向寸法用の検出閾値Ｔｈ’とを求めると好適である。

欠陥部の測定画像エッジペア検出工程（Ｓ１３６）として、測定画像エッジペア検出部５６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所の領域におけるパターンのエッジペアを検出する。高ＮＡ検査（通常検査）によって、欠陥画素が特定できたとしても、パターン異常個所のパターン寸法の最大値がただちにわかるわけではない。そこで、実施の形態１では、欠陥画素にエッジが位置するパターン寸法だけではなく、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所の領域として、欠陥画素３６と欠陥画素３６の周囲の複数の画素とにより構成される画素群３８のパターン寸法を測定する。例えば、欠陥画素３６を中心画素とする３×３個の画素群３８内のパターン寸法を測定する。そのため、測定画像エッジペア検出部５６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する。具体的には、画素群３８内に少なくとも一方のエッジが含まれる複数のエッジペアを検出する。図１１の例では、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内の画素群３８内の同じ方向の３組のエッジペアが示されている。寸法方向が異なれば、求めたい欠陥個所の寸法とは異なる方向の寸法も含まれてしまう。よって、画素群３８内の同じ方向の複数のエッジペアを検出する。

欠陥部の参照画像エッジペア検出工程（Ｓ１３８）として、参照画像エッジペア検出部５８は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所の領域において検出されたパターンのエッジペアに対応する参照画像（低ＮＡ用）内のパターンのエッジペアを検出する。具体的には、参照画像エッジペア検出部５８は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内の画素群３８内に少なくとも一方のエッジが含まれる同じ方向の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペアを検出する。図１１の例では、参照画像（低ＮＡ用）内の画素群３８内の同じ方向の３組のエッジペアが示されている。

欠陥部の参照画像パターン寸法測定工程（Ｓ１４０）として、参照画像パターン寸法測定部４４（第１のパターン寸法測定部）は、検出閾値Ｔｈ’（第２の閾値レベル）を用いて、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所に対応する、参照画像（低ＮＡ用）内の対応個所のパターン寸法を測定する。具体的には、画素群３８内に少なくとも一方のエッジが含まれる検出された同じ方向の複数のエッジペアについてそれぞれエッジペア間寸法（Ｅ’Ｆ’間寸法）を測定する。かかるエッジペア間寸法（Ｅ’Ｆ’間寸法）がパターンの設計寸法に対応することになる。設計寸法は、画像展開前の設計データ（描画データ）から得ることができる。このように、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所に対応する、参照画像（低ＮＡ用）内の対応個所のパターン寸法を測定する際、画素群３８内の複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定される。

欠陥部の測定画像パターン寸法測定工程（Ｓ１４２）として、測定画像パターン寸法測定部４２（第２のパターン寸法測定部）は、本来の検出閾値Ｔｈ_０（第１の閾値レベル）を用いて、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する。具体的には、画素群３８内に少なくとも一方のエッジが含まれる検出された同じ方向の複数のエッジペアについてそれぞれエッジペア間寸法（ＡＢ間寸法）を測定する。そして、エッジペア毎に、パターン寸法Ｌ（＝（Ｅ’Ｆ’間寸法）／（ＡＢ間寸法）×設計寸法）を演算することにより、パターン寸法を測定（近似）する。このように、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、画素群３８内の複数のエッジペア間の寸法が測定される。

比較工程（Ｓ１４４）として、比較部４６は、パターン異常個所について、参照画像（低ＮＡ用）から測定されたパターン寸法と欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）から測定されたパターン寸法とを比較する。具体的には、比較部４６は、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）から測定されたパターン寸法と参照画像（低ＮＡ用）から測定されたパターン寸法とを比較する際、画素群３８内の複数のエッジペア間のパターン寸法のうち、欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）と参照画像（低ＮＡ用）との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法をパターン異常個所のパターン寸法と判定する。そして、比較結果（判定結果）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。欠陥領域画像（低ＮＡ光学画像）内で測定されたパターン寸法が、例えば、参照画像のパターン寸法に対して、数％を超えるずれを生じていた場合には、使用不可な欠陥パターンと判定できる。例えば、５〜１０％を超えるずれを生じていた場合には、使用不可な欠陥パターンと判定できる。

以上のように、実施の形態１では、設計データを基に作成される参照画像と比較することによって欠陥個所のパターン寸法を評価する。例えば、ロジック回路のように、マスク基板１０１内に同一パターンが繰り返し形成されない場合が多い回路ではダイ−ダイ検査が困難であるので、参照画像と比較する実施の形態１の手法はかかるロジック回路を検査する場合等に特に有効である。

図１３は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の一例を示す図である。図１３において、照明形状切替機構１７１は偏光素子９０をレンズ６５，６６の間に移動させる。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。偏光素子９０を透過検査照明用の光が、通過することで透過検査照明用の光の照明形状を、偏光方向を操作した偏光照明に変更できる。なお、偏光素子９０を回折素子に置き換えることで、２極照明或いは４極照明等のＮ極照明、若しくは輪帯照明等に照明形状を変更しても良い。図１３の例では、偏光素子９０をレンズ６５，６６の間に配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に偏光できればよい。よって、偏光板６０からコンデンサレンズ６８までの光路上のいずれかに偏光素子９０を配置すればよい。

図１４は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。図１４において、照明形状切替機構１７１は、光源１０３と偏光板６０の間に絞り９１を配置するように移動させても良い。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。かかる絞り９１を絞ることで、小シグマ照明に照明形状を変更できる。図１４の例では、光源１０３と偏光板６０の間に絞り９１を配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に絞れればよい。よって、偏光板６０からマスク基板１０１までの光路上のいずれかに絞り９１を配置すればよい。

図１５は、実施の形態１における照明形状を変更する機構の他の一例を示す図である。図１５において、照明形状切替機構１７１は、光源１０３と偏光板６０の間にレンズ９２，９３による縮小光学系を配置するように移動させても良い。これにより、透過照明光学系１７０の構成を変更し、透過照明光学系１７０が照明形状を変更可能にできる。かかる縮小光学系で光を縮小することで、照明倍率が異なる照明光に照明形状を変更できる。図１１の例では、光源１０３と偏光板６０の間にレンズ９２，９３による縮小光学系を配置するが、これに限るものではない。マスク基板１０１に光が到達する前に光を縮小できればよい。よって、偏光板６０からコンデンサレンズ６８までの光路上のいずれかにレンズ９２，９３による縮小光学系を配置すればよい。

照明形状切替機構１７１は、図１３、図１４０及び図１５に示した機構の１つ、或いはいずれか２つの組み合わせ、或いは全部の組み合わせを配置可能に構成してもよい。或いは他の機構で構成されても良い。露光装置の仕様に合わせて必要な光学素子を配置すればよい。

以上のように、実施の形態１によれば、露光装置で転写される場合のパターン像に近づけるべく撮像された光学画像（低ＮＡ光学画像）から欠陥個所の線幅測定精度を向上させることができる。よって、欠陥個所のパターン寸法を検査できる。その結果、マスクパターンを半導体基板等に転写する場合の転写性の影響具合をより正確に評価できる。

以上の説明において、「〜回路」と記載したものは、処理回路を有し、その処理回路として、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、半導体装置等を用いることができる。また、各「〜回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。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、プロセッサ等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。

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、欠陥画素３６がフレーム領域３０の端部付近に位置する場合等、欠陥画素３６の周辺画素を含めた画素群３８の階調値が１つの画像から得られない場合には、隣接するフレーム領域３０の低ＮＡスキャンも行い、隣接する低ＮＡ光学画像を作成すればよい。

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
１２，１３ ラインパターン
１４，１５ スペースパターン
２０ 検査ストライプ
３０ フレーム領域
３６ 画素
３８ 画素群
４０ 閾値レベル測定部
４２ 測定画像パターン寸法測定部
４４ 参照画像パターン寸法測定部
４６ 比較部
５０，５２，５９ 記憶装置
５１ 領域特定部
５４ 位置合わせ部
５６ 測定画像エッジペア検出部
５８ 参照画像エッジペア検出部
６０ 偏光板
６１ 偏光ビームスプリッタ
６３ ミラー
６４，６５，６６ レンズ
６７，７３ ミラー
６８ コンデンサレンズ
６９，７０，７２，８０，８１，８２，８３ レンズ
９０ 偏光素子
９１ 絞り
９２，９３ 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 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 ＡＦ制御回路
１４２ ピエゾ素子
１４４ 検査モード切替制御回路
１４６ 低ＮＡ検査回路
１５０ 光学画像取得機構
１６０ 制御系回路
１７０ 透過照明光学系
１７１ 照明形状切替機構
１７２ 反射照明光学系
１７４ 偏光ビームスプリッタ
１７６ 駆動機構
１７８ 結像光学系
１８０ 開口絞り
１９０ 透過光
１９２ 光
３００ マスク基板
３０１ 透過光
３０２ 対物レンズ
３０４ 半導体基板
３０５ 光

Claims (4)

1. パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する工程と、
   前記光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
   画像階調値プロファイルの第１の閾値レベルを用いて特定される前記光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と前記参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる前記参照画像に用いる第２の閾値レベルを測定する工程と、
   前記第２の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する工程と、
   前記第１の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法を測定し、前記第２の閾値レベルを用いた前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を前記第１の閾値レベルを用いた前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法で割った値に設定寸法を乗じた値を前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法として算出する工程と、
   前記パターン異常個所について、前記参照画像から測定されたパターン寸法と前記光学画像から測定されたパターン寸法とを比較し、出力する工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
2. 前記光学画像内のパターンの同じ方向の複数のエッジペアを検出する工程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方法。
3. 前記光学画像を第１の光学画像とし、前記参照画像を第１の参照画像とし、
   前記第１の光学画像内のパターン異常個所の領域として、前記第１の光学画像に使用される光束がマスク基板から対物レンズへ入射する場合の開口数（ＮＡ）よりも高開口数の状態の光束を用いて撮像される前記マスク基板の第２の光学画像内の画素と前記第２の光学画像に対応する第２の参照画像内の対応画素とにおける階調差が第３の閾値を超える欠陥画素と前記欠陥画素の周囲の複数の画素とにより構成される画素群が用いられ、
   前記第１の光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法を測定する際、前記画素群内の複数のエッジペア間の寸法が測定され、
   前記第１の光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記第１の参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する際、前記画素群内の前記複数のエッジペアに対応する複数のエッジペア間の寸法が測定され、
   前記第１の光学画像から測定されたパターン寸法と前記第１の参照画像から測定されたパターン寸法とを比較する際、前記画素群内の前記複数のエッジペア間の寸法のうち、前記第１の光学画像と前記第１の参照画像との差が最大となるエッジペア間のパターン寸法を前記パターン異常個所のパターン寸法と判定し、出力することを特徴とする請求項１又は２記載のパターン検査方法。
4. パターンが形成されたマスク基板の光学画像を取得する光学画像取得機構と、
   前記光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
   画像階調値プロファイルの第１の閾値レベルを用いて特定される前記光学画像内のパターン正常個所のパターン寸法と前記参照画像内の対応個所のパターン寸法とが同じ寸法になる前記参照画像に用いる第２の閾値レベルを測定する閾値レベル測定部と、
   前記第２の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所に対応する、前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を測定する第１のパターン寸法測定部と、
   前記第１の閾値レベルを用いて、前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法を測定し、前記第２の閾値レベルを用いた前記参照画像内の対応個所のパターン寸法を前記第１の閾値レベルを用いた前記光学画像内のパターン異常個所の仮のパターン寸法で割った値に設定寸法を乗じた値を前記光学画像内のパターン異常個所のパターン寸法として算出する第２のパターン寸法測定部と、
   前記パターン異常個所について、前記参照画像から測定されたパターン寸法と前記光学画像から測定されたパターン寸法とを比較する比較部と、
   を備えたことを特徴とするパターン検査装置。

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