JP2022077421A - 電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法 - Google Patents

Abstract

【目的】パターンのエッジ形状を維持し、測定画像の取得に使用するビームの特性に合わせたコーナ部の補正処理が成された参照画像で比較可能な装置を提供する。【構成】本発明の一態様の電子ビーム検査装置は、図形パターンの元になる設計データから作成され、電子光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成回路１１２と、参照画像に対応する電子光学画像を取得するために用いる電子ビームの強度分布に依存する画像処理フィルタを用いて、参照画像内の図形パターンのエッジ形状を維持し、参照画像内の図形パターンの角部形状を補正する補正処理部６８と、角部形状が補正された参照画像と、電子光学画像とを比較する比較部５８と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１４

Description

本発明の一態様は、電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法に関する。例えば、電子線によるマルチビームで基板を照射して放出されるパターンの２次電子画像を用いて検査する検査装置、および方法に関する。

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。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、ＬＳＩを構成するパターンは、１０ナノメータ以下のオーダーを迎えつつあり、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。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターン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。その他、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。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。

欠陥検査手法としては、紫外線或いは電子ビームを用いて、半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを撮像した測定画像と、設計パターンデータを基にした参照画像、あるいは基板上の同一パターンを撮像した測定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。

特に、測定画像と設計パターンデータを基にした参照画像とを比較するダイ－データベース検査では、高感度に欠陥検出するためには参照画像から抽出される輪郭線と測定画像から抽出される輪郭線との一致度が高いことが求められる。一方、電子ビームで試料をスキャンして得られるＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像は、製造プロセス或いは電子光学条件等の影響により設計パターンデータと比べてパターン角部（コーナ部）の丸みに差異が生じてしまう。例えば、電子ビームの照射形状が回転対象ではない強度分布のビームで得られるＳＥＭ画像は、非回転対象のボケを有し、これに応じたコーナ形状になる。特に、マルチビームを用いる場合、軌道中心軸を通過するビーム以外は非回転対象の強度分布のビームになり易い。そのため、ＳＥＭ画像の取得に使用するビームの特性に合わせて参照画像を補正しないと疑似欠陥が多発してしまう。

また、コーナ部の丸め処理をフィルタ処理で行う場合、コーナ部だけではなく、パターンのエッジ形状も補正されてしまう。これによりパターンのエッジ位置がずれてしまう。これでは、抽出される輪郭線同士の差異が大きくなり、その結果、疑似欠陥の発生につながってしまう。よって、パターンのエッジ形状を維持し、コーナ部の丸め処理を行うことが求められる。なお、パターンのエッジ位置をあえてずらすリサイズ処理を行う必要がある場合には、コーナ部の丸め処理とは独立して行うことが求められる。

ここで、輪郭線同士を比較する検査装置において、元々一致度が低いコーナ部について、コーナ丸め処理を行うのではなく、測定画像から抽出された輪郭線から非直線部を抽出して、設計データの角部位の各点について一定範囲内に存在する非直線部位の有無を検出し、対応点の存在しない部位を欠陥部位とするといった手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－０４７６６４号公報

本発明の一態様は、パターンのエッジ形状を維持し、測定画像の取得に使用するビームの特性に合わせたコーナ部の補正処理が成された参照画像で比較可能な装置及び方法を提供する。

本発明の一態様の電子ビーム検査装置は、
図形パターンの元になる設計データから作成され、電子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、
参照画像に対応する電子光学画像を取得するために用いる電子ビームの強度分布に依存する画像処理フィルタを用いて、参照画像内の図形パターンのエッジ形状を維持し、参照画像内の図形パターンの角部形状を補正する補正処理部と、
角部形状が補正された参照画像と、電子光学画像とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。

また、参照画像に対して、対象画素を移動しながら画像処理フィルタを畳み込むフィルタ処理を行った場合の対象画素に対するフィルタ処理された階調値と、画像処理フィルタと図形パターンとの重なり関係とに応じて定まる値と、を用いて、当該対象画素がコーナ部分に位置するかどうかを判定するコーナ判定部をさらに備え、
補正処理部は、対象画素がコーナ部分に位置すると判定された場合に対象画素の階調値を補正すると好適である。

また、重なり関係に応じて定まる値として、上限値と下限値とが設定され、
コーナ判定部は、対象画素に対するフィルタ処理された階調値が上限値と下限値との間である場合に、対象画素がコーナ部分に位置すると判定すると好適である。

また、画像処理フィルタと図形パターンのエッジとの相対角度に依存して、上限値と下限値とが変化すると好適である。

本発明の一態様の電子ビーム検査方法は、
図形パターンの元になる設計データから作成され、電子光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
参照画像に対応する電子光学画像を取得するために用いる電子ビームの強度分布に依存する画像処理フィルタを用いて、参照画像内の図形パターンのエッジ形状を維持し、参照画像内の図形パターンの角部形状を補正する工程と、
角部形状が補正された参照画像と、電子光学画像とを比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。

また、参照画像に対して、対象画素を移動しながら画像処理フィルタを畳み込むフィルタ処理を行った場合の対象画素に対するフィルタ処理された階調値と、画像処理フィルタと図形パターンとの重なり関係とに応じて定まる値と、を用いて、当該対象画素がコーナ部分に位置するかどうかを判定する工程をさらに備え、
対象画素がコーナ部分に位置すると判定された場合に対象画素の階調値を補正すると好適である。

また、重なり関係に応じて定まる値として、上限値と下限値とが設定され、
対象画素に対するフィルタ処理された階調値が上限値と下限値との間である場合に、対象画素がコーナ部分に位置すると判定すると好適である。

また、画像処理フィルタと図形パターンのエッジとの相対角度に依存して、上限値と下限値とが変化すると好適である。

本発明の一態様によれば、パターンのエッジ形状を維持し、測定画像の取得に使用するビームの特性に合わせたコーナ部の補正処理が成された参照画像で比較できる。

実施の形態１における検査装置の構成の一例を示す構成図である。 実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。 実施の形態１における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。 実施の形態１におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。 実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１における試料面上でのビーム形状の一例を示す図である。 実施の形態１におけるフィルタ関数を演算する手法の一例を説明するための図である。 実施の形態１におけるテーブル作成回路の内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１におけるフィルタ関数と図形パターンエッジとの重なり関係の一例を示す図である。 実施の形態１におけるフィルタ関数と図形パターンエッジとの重なり関係の他の一例を示す図である。 実施の形態１における矩形パターンの各エッジとフィルタ関数との重なり関係の一例を示す図である。 実施の形態１におけるＶ１，Ｖ２テーブルの一例を示す図である。 実施の形態１における補正回路の内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１におけるフィルタ関数と図形パターンの重なり関係を説明するための図である。 実施の形態１における補正前後のパターンの一例を示す図である。 実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す図である。 実施の形態１における実画輪郭線と参照輪郭線との一例を示す図である。

以下、実施の形態では、検査装置の一例として、電子ビーム検査装置について説明する。また、実施の形態では、複数の電子ビームによるマルチビームを用いて画像を取得する検査装置について説明するが、これに限るものではない。１本の電子ビームによるシングルビームを用いて画像を取得する検査装置であっても構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における検査装置の構成の一例を示す構成図である。図１において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。検査装置１００は、画像取得機構１５０（２次電子画像取得機構）、及び制御系回路１６０を備えている。画像取得機構１５０は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）及び検査室１０３を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、副偏向器２０９、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、電磁レンズ２２６、及びマルチ検出器２２２が配置されている。図１の例において、電子銃２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、電磁レンズ２０５、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、主偏向器２０８、及び副偏向器２０９は、マルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に照射する１次電子光学系を構成する。ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、電磁レンズ２２４、及び電磁レンズ２２６は、マルチ２次電子ビーム３００をマルチ検出器２２２に照射する２次電子光学系を構成する。

検査室１０３内には、なくともＸＹ方向に移動可能なステージ１０５が配置される。ステージ１０５上には、検査対象となる基板１０１（試料）が配置される。ここでは、基板１０１が、例えば、３点支持により支持される。基板１０１には、露光用マスク基板、及びシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板１０１が半導体基板である場合、半導体基板には複数のチップパターン（ウェハダイ）が形成されている。基板１０１が露光用マスク基板である場合、露光用マスク基板には、チップパターンが形成されている。チップパターンは、複数の図形パターンによって構成される。かかる露光用マスク基板に形成されたチップパターンが半導体基板上に複数回露光転写されることで、半導体基板には複数のチップパターン（ウェハダイ）が形成されることになる。以下、基板１０１が半導体基板である場合を主として説明する。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてステージ１０５に配置される。また、ステージ１０５上には、検査室１０３の外部に配置されたレーザ測長システム１２２から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー２１６が配置されている。マルチ検出器２２２は、電子ビームカラム１０２の外部で検出回路１０６に接続される。

制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照画像作成回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、補正回路１３２、フィルタ演算回路１３４、テーブル作成回路１３６、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、及びメモリ１１８に接続されている。また、偏向制御回路１２８は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプ１４４，１４６，１４８に接続される。ＤＡＣアンプ１４６は、主偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４４は、副偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプ１４８は、偏向器２１８に接続される。

また、検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８及びフィルタ演算回路１３４に接続されている。また、ステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、ステージ座標系における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が構成され、ステージ１０５が移動可能となっている。ステージ１０５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、ステージ１０５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。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でステージ１０５の位置を測長する。ステージ座標系は、例えば、マルチ１次電子ビームの光軸（電子軌道中心軸）に直交する面に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向が設定される。

電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、電磁レンズ２０６、電磁レンズ２０７（対物レンズ）、電磁レンズ２２４、電磁レンズ２２６、及びビームセパレーター２１４は、レンズ制御回路１２４により制御される。また、一括ブランキング偏向器２１２は、２極以上の電極により構成され、電極毎に図示しないＤＡＣアンプを介してブランキング制御回路１２６により制御される。副偏向器２０９は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１４４を介して偏向制御回路１２８により制御される。主偏向器２０８は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１４６を介して偏向制御回路１２８により制御される。偏向器２１８は、４極以上の電極により構成され、電極毎にＤＡＣアンプ１４８を介して偏向制御回路１２８により制御される。

電子銃２０１には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃２０１内の図示しないフィラメント（カソード）と引出電極（アノード）間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、別の引出電極（ウェネルト）の電圧の印加と所定の温度のカソードの加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビーム２００となって放出される。

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を記載している。検査装置１００にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。

図２は、実施の形態１における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図２において、成形アパーチャアレイ基板２０３には、２次元状の横（ｘ方向）ｍ_１列×縦（ｙ方向）ｎ_１段（ｍ_１，ｎ_１は、一方が２以上の整数、他方が１以上の整数）の穴（開口部）２２がｘ，ｙ方向に所定の配列ピッチで形成されている。図２の例では、２３×２３の穴（開口部）２２が形成されている場合を示している。各穴２２は、理想的には共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、理想的には同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴２２を電子ビーム２００の一部がそれぞれ通過することで、ｍ_１×ｎ_１本（＝Ｎ本）のマルチ１次電子ビーム２０が形成されることになる。

次に、検査装置１００における画像取得機構１５０の動作について説明する。

電子銃２０１（放出源）から放出された電子ビーム２００は、電磁レンズ２０２によって屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板２０３全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板２０３には、図２に示すように、複数の穴２２（開口部）が形成され、電子ビーム２００は、すべての複数の穴２２が含まれる領域を照明する。複数の穴２２の位置に照射された電子ビーム２００の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板２０３の複数の穴２２をそれぞれ通過することによって、マルチ１次電子ビーム２０が形成される。

形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ２０５、及び電磁レンズ２０６によってそれぞれ屈折させられ、中間像およびクロスオーバーを繰り返しながら、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームのクロスオーバー位置（各ビームの中間像位置）に配置されたビームセパレーター２１４を通過して電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。そして、電磁レンズ２０７は、マルチ１次電子ビーム２０を基板１０１にフォーカス（合焦）する。対物レンズ２０７により基板１０１（試料）面上に焦点が合わされた（合焦された）マルチ１次電子ビーム２０は、主偏向器２０８及び副偏向器２０９によって一括して偏向され、各ビームの基板１０１上のそれぞれの照射位置に照射される。なお、一括ブランキング偏向器２１２によって、マルチ１次電子ビーム２０全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板２１３の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板２１３によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器２１２によって偏向されなかったマルチ１次電子ビーム２０は、図１に示すように制限アパーチャ基板２１３の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器２１２のＯＮ／ＯＦＦによって、ブランキング制御が行われ、ビームのＯＮ／ＯＦＦが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板２１３は、一括ブランキング偏向器２１２によってビームＯＦＦの状態になるように偏向されたマルチ１次電子ビーム２０を遮蔽する。そして、ビームＯＮになってからビームＯＦＦになるまでに形成された、制限アパーチャ基板２１３を通過したビーム群により、検査用（画像取得用）のマルチ１次電子ビーム２０が形成される。

基板１０１の所望する位置にマルチ１次電子ビーム２０が照射されると、かかるマルチ１次電子ビーム２０が照射されたことに起因して基板１０１からマルチ１次電子ビーム２０の各ビームに対応する、反射電子を含む２次電子の束（マルチ２次電子ビーム３００）が放出される。

基板１０１から放出されたマルチ２次電子ビーム３００は、電磁レンズ２０７を通って、ビームセパレーター２１４に進む。

ここで、ビームセパレーター２１４はマルチ１次電子ビーム２０の中心ビームが進む方向（電子軌道中心軸）に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター２１４に上側から侵入してくるマルチ１次電子ビーム２０には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチ１次電子ビーム２０は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター２１４に下側から侵入してくるマルチ２次電子ビーム３００には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ２次電子ビーム３００は斜め上方に曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０から分離する。

斜め上方に曲げられ、マルチ１次電子ビーム２０から分離したマルチ２次電子ビーム３００は、偏向器２１８によって、さらに曲げられ、電磁レンズ２２４，２２６によって、屈折させられながらマルチ検出器２２２に投影される。マルチ検出器２２２は、マルチ１次電子ビーム２０の照射によって基板１０１から放出される２次電子を検出する。具体的には、マルチ検出器２２２は、投影されたマルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２には、反射電子及び２次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った２次電子が投影されても良い。マルチ検出器２２２は、２次元センサを有する。そして、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子が２次元センサのそれぞれ対応する領域に衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。言い換えれば、マルチ検出器２２２には、マルチ１次電子ビーム２０の１次電子ビーム毎に、検出センサが配置される。そして、各１次電子ビームの照射によって放出された対応する２次電子ビームを検出する。よって、マルチ検出器２２２の複数の検出センサの各検出センサは、それぞれ担当する１次電子ビームの照射に起因する画像用の２次電子ビームの強度信号を検出することになる。マルチ検出器２２２にて検出された強度信号は、検出回路１０６に出力される。

図３は、実施の形態１における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。図３において、基板１０１が半導体基板（ウェハ）である場合、半導体基板（ウェハ）の検査領域３３０には、複数のチップ（ウェハダイ）３３２が２次元のアレイ状に形成されている。各チップ３３２には、露光用マスク基板に形成された１チップ分のマスクパターンが図示しない露光装置（ステッパ、スキャナ等）によって例えば１／４に縮小されて転写されている。各チップ３３２の領域は、例えばｙ方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域３２に分割される。画像取得機構１５０によるスキャン動作は、例えば、ストライプ領域３２毎に実施される。例えば、－ｘ方向にステージ１０５を移動させながら、相対的にｘ方向にストライプ領域３２のスキャン動作を進めていく。各ストライプ領域３２は、長手方向に向かって複数の矩形領域３３に分割される。対象となる矩形領域３３へのビームの移動は、主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって行われる。

図４は、実施の形態１におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。図４の例では、５×５列のマルチ１次電子ビーム２０の場合を示している。１回のマルチ１次電子ビーム２０の照射で照射可能な照射領域３４は、（基板１０１面上におけるマルチ１次電子ビーム２０のｘ方向のビーム間ピッチにｘ方向のビーム数を乗じたｘ方向サイズ）×（基板１０１面上におけるマルチ１次電子ビーム２０のｙ方向のビーム間ピッチにｙ方向のビーム数を乗じたｙ方向サイズ）で定義される。各ストライプ領域３２の幅は、照射領域３４のｙ方向サイズと同様、或いはスキャンマージン分狭くしたサイズに設定すると好適である。図４の例では、照射領域３４が矩形領域３３と同じサイズの場合を示している。但し、これに限るものではない。照射領域３４が矩形領域３３よりも小さくても良い。或いは大きくても構わない。そして、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームは、自身のビームが位置するｘ方向のビーム間ピッチとｙ方向のビーム間ピッチとで囲まれるサブ照射領域２９内に照射され、当該サブ照射領域２９内を走査（スキャン動作）する。マルチ１次電子ビーム２０を構成する各１次電子ビーム１０は、互いに異なるいずれかのサブ照射領域２９を担当することになる。そして、各ショット時に、各１次電子ビーム１０は、担当サブ照射領域２９内の同じ位置を照射することになる。サブ照射領域２９内の１次電子ビーム１０の移動は、副偏向器２０９によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって行われる。かかる動作を繰り返し、１つの１次電子ビーム１０で１つのサブ照射領域２９内を順に照射していく。そして、１つのサブ照射領域２９のスキャンが終了したら、主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって照射位置が同じストライプ領域３２内の隣接する矩形領域３３へと移動する。かかる動作を繰り返し、ストライプ領域３２内を順に照射していく。１つのストライプ領域３２のスキャンが終了したら、ステージ１０５の移動或いは／及び主偏向器２０８によるマルチ１次電子ビーム２０全体での一括偏向によって照射位置が次のストライプ領域３２へと移動する。以上のように各１次電子ビーム１０の照射によってサブ照射領域２９毎の２次電子画像が取得される。これらのサブ照射領域２９毎の２次電子画像を組み合わせることで、矩形領域３３の２次電子画像、ストライプ領域３２の２次電子画像、或いはチップ３３２の２次電子画像が構成される。

なお、図４に示すように、各サブ照射領域２９が矩形の複数のフレーム領域３０に分割され、フレーム領域３０単位の２次電子画像（被検査画像）が検査に使用される。図４の例では、１つのサブ照射領域２９が、例えば４つのフレーム領域３０に分割される場合を示している。但し、分割される数は４つに限るものではない。その他の数に分割されても構わない。

なお、例えばｘ方向に並ぶ複数のチップ３３２を同じグループとして、グループ毎に例えばｙ方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域３２に分割されるようにしても好適である。そして、ストライプ領域３２間の移動は、チップ３３２毎に限るものではなく、グループ毎に行っても好適である。

ここで、ステージ１０５が連続移動しながらマルチ１次電子ビーム２０を基板１０１に照射する場合、マルチ１次電子ビーム２０の照射位置がステージ１０５の移動に追従するように主偏向器２０８によって一括偏向によるトラッキング動作が行われる。そのため、マルチ２次電子ビーム３００の放出位置がマルチ１次電子ビーム２０の軌道中心軸に対して刻々と変化する。同様に、サブ照射領域２９内をスキャンする場合に、各２次電子ビームの放出位置は、サブ照射領域２９内で刻々と変化する。このように放出位置が変化した各２次電子ビームをマルチ検出器２２２の対応する検出領域内に照射させるように、偏向器２１８は、マルチ２次電子ビーム３００を一括偏向する。

図５は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図５において、実施の形態１における検査方法は、代表パターンスキャン工程（Ｓ１０２）と、代表パターン設計画像作成工程（Ｓ１０４）と、ビーム毎のフィルタ演算工程（Ｓ１０６）と、各フィルタの角度毎の閾値Ｖ１，Ｖ２算出工程（Ｓ１０８）と、各フィルタのＶ１，Ｖ２テーブル作成工程（Ｓ１１０）と、スキャン工程（Ｓ２０２）と、参照画像作成工程（Ｓ２０４）と、フィルタ特定工程（Ｓ２０６）と、角度判定工程（Ｓ２０８）と、閾値Ｖ１，Ｖ２抽出工程（Ｓ２１０）と。畳み込み演算工程（Ｓ２２０）と。重なり判定工程（Ｓ２２２）と、補正工程（Ｓ２２４）と、輪郭線抽出工程（Ｓ２３０）と、比較工程（Ｓ２３２）と、いう一連の工程を実施する。

図６は、実施の形態１における試料面上でのビーム形状の一例を示す図である。図６の例では、３×３のマルチ１次電子ビーム２０を示している。マルチ１次電子ビーム２０の各ビームは、理想的には、円形に照射される。しかし、電磁レンズ２０２、電磁レンズ２０５、電磁レンズ２０６、及び／或いは電磁レンズ２０７といった電子光学系を使用することで、図６に示すように、非点収差が生じてしまう場合がある。そのため、図６に示すように、基板１０１（試料）面上においてｘ，ｙ方向の２次方向に焦点位置がずれ、ビーム形状が非回転対称のいわゆる楕円状になる電子ビームの強度分布をもつ。そのため、各１次電子ビームの楕円形状のボケが、照射されるビームに生じてしまう。このためにかかる１次電子ビームによって得られる２次電子画像においても楕円形状のボケに応じたコーナ形状になる。なお、マルチ１次電子ビーム２０に生じる非点の向き及び位置ずれ量は、マルチ１次電子ビーム２０の中心から放射状に延びるように楕円状になる傾向があるが、ビーム毎に異なってしまう。そのため、各ビームで得られる測定画像のコーナ部の形状に参照画像のコーナ部の形状を合わせるためには、各ビームの基板１０１上でのビーム強度分布に応じたコーナ補正を行うことが求められる。そこで、実施の形態１では、ビーム毎に、当該ビームの強度分布に応じたフィルタ関数を演算する。

代表パターンスキャン工程（Ｓ１０２）として、画像取得機構１５０は、代表パターンの２次電子画像を取得する。代表パターンは、予め設定されたパターンを評価基板上に形成しておいても良いし、検査対象の基板１０１の代表領域に形成されるパターンを代表パターンとして流用しても構わない。

まず、基板１０１の代表領域を含むストライプ領域３２をスキャン可能な位置にステージ１０５を移動させる。或いは、或いは評価基板をステージ１０５に配置して、代表パターンが形成された領域を含むストライプ領域３２をスキャン可能な位置にステージ１０５を移動させる。画像取得機構１５０は、代表パターンが形成された基板１０１（或いは評価基板）の代表領域（代表パターン領域）を含むストライプ領域３２の画像を取得する。ここでは、例えば、基板１０１の代表領域を含むストライプ領域３２にマルチ１次電子ビーム２０を照射して、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００を検出することにより、代表領域を含むストライプ領域３２の２次電子画像を取得する。上述したように、マルチ検出器２２２には、反射電子及び２次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った２次電子（マルチ２次電子ビーム３００）が投影されても良い。

上述したように、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００は、マルチ検出器２２２で検出される。マルチ検出器２２２によって検出された各サブ照射領域２９内の画素毎の２次電子の検出データ（測定画像データ：２次電子画像データ：被検査画像データ）は、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。そして、得られた測定画像データは、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、フィルタ演算回路１３４に転送される。測定画像データは、フィルタ演算回路１３４内の図示しない記憶装置に格納される。これにより、１次電子ビーム１０毎の測定画像データが得られる。図４の例では、１次電子ビーム１０毎に４つ（＝２×２）のフレーム領域３０のフレーム画像３１が得られる。ここでは、１次電子ビーム毎に２×２のフレーム領域３０のうち１つのフレーム領域３０のフレーム画像３１を選択すればよい。１次電子ビーム１０毎の代表パターンは、同じパターンであっても良いし、それぞれ或いは一部の１次電子ビーム１０で異なるパターンであっても構わない。

代表パターン設計画像作成工程（Ｓ１０４）として、まず、展開回路１１１（設計画像作成部の一例）は、基板１０１（或いは評価基板）の代表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、１次電子ビーム１０毎に、得られたフレーム画像３１に対応するフレーム領域の設計パターンデータを画像展開して代表パターンの設計画像（代表設計画像）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を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された対応する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（画像展開）して基準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代表設計画像を作成する。代表設計画像のデータはフィルタ演算回路１３４に出力される。１次電子ビーム１０毎の基準設計画像のデータは、フィルタ演算回路１３４内の図示しない記憶装置に格納される。

ビーム毎のフィルタ演算工程（Ｓ１０６）として、フィルタ演算回路１３４は、マルチ１次電子ビーム１０の１次電子ビーム１０毎に、当該１次電子ビーム用の代表パターンの測定画像と代表設計画像とに基づいて、代表設計画像をフィルタ処理するためのフィルタ関数或いはフィルタ関数の係数を演算する。

図７は、実施の形態１におけるフィルタ関数を演算する手法の一例を説明するための図である。例えば、図７（ａ）に示すように、フレーム領域３０の画素数よりも少ない（２ｋ＋１）×（２ｋ＋１）個の要素で構成される未知の係数行列ａ（ｕ，ｖ）（係数の一例）を求める。例えば、５１２×５１２画素で構成されるフレーム領域３０の画像に対して、１５×１５の係数行列ａ（ｕ，ｖ）を求める。代表設計画像の注目画素ｄ（ｉ，ｊ）を中心にして、（２ｋ＋１）×（２ｋ＋１）画素の画素と係数行列ａ（ｕ，ｖ）との積の和が注目画素ｄ（ｉ，ｊ）に対応する測定画像の注目画素ｒ（ｉ，ｊ）により近づく係数行列ａ（ｕ，ｖ）を求める。かかる関係式（１）を以下に示す。

図７（ｂ）に示すように、注目画素を代表設計画像３１の領域内で移動させながら、その都度、関係式（１）を演算する。そして、基準設計画像３１内のすべての画素についてそれぞれ得られた、未知の係数行列ａ（ｕ，ｖ）を用いて定義された関係式（１）を最も満足させる係数行列ａ（ｕ，ｖ）を求める。係数行列ａ（ｕ，ｖ）の要素数（２ｋ＋１）×（２ｋ＋１）は、適宜設定すればよい。少ないと精度が劣化し、多すぎると演算時間が長くなる。また、注目画素が代表設計画像３１の領域内を移動する際、端部に近いと端部側の周囲の画素が必要分存在しない場合もあるが、かかる場合には値が得られる周囲画素で演算すればよい。

また、フィルタ演算回路１３４は、演算された各フィルタ関数について、それぞれ（２ｋ＋１）×（２ｋ＋１）画素の中心画素と当該フィルタ関数の重心とがずれている場合、中心画素とフィルタ関数の重心とが一致するように、例えば平行移動等によりフィルタ関数を補正する。

以上により、１次電子ビーム１０毎に、当該１次電子ビームの強度分布に依存するフィルタ関数（画像処理フィルタ）を取得できる。取得された１次電子ビーム１０毎のフィルタ関数のデータは、テーブル作成回路１３６に出力される。

図８は、実施の形態１におけるテーブル作成回路の内部構成の一例を示す図である。図８において、テーブル作成回路１３６内には、磁気ディスク装置等の記憶装置７０，７１，７９、角度設定部７２、Ｖ１算出部７４、Ｖ２算出部７６、及びテーブル作成部７８が配置される。角度設定部７２、Ｖ１算出部７４、Ｖ２算出部７６、及びテーブル作成部７８といった各「～部」は、処理回路を含み、この処理回路には、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、半導体装置等が含まれる。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。判角度設定部７２、Ｖ１算出部７４、Ｖ２算出部７６、及びテーブル作成部７８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、或いはメモリ１１８に記憶される。

テーブル作成回路１３６内に入力された１次電子ビーム１０毎のフィルタ関数のデータは、記憶装置７０に格納される。また、記憶装置７１には、フィルタ関数のサイズ（ｋ×ｋ画素）よりも大きいサイズの辺を持った、例えば、矩形パターンの画像データが格納される。

各フィルタの角度毎の閾値Ｖ１，Ｖ２算出工程（Ｓ１０８）として、テーブル作成回路１３６は、１次電子ビーム１０毎に、当該１次電子ビーム１０用のフィルタ関数と画像内の図形パターンのエッジとの相対角度毎の重なり関係を指標する閾値Ｖ１，Ｖ２を算出する。閾値Ｖ１，Ｖ２は、フィルタ関数と画像内の図形パターンとの重なり関係に応じて定まる値となる。

図９は、実施の形態１におけるフィルタ関数と図形パターンエッジとの重なり関係の一例を示す図である。図９（ａ）の例では、所定の１次電子ビームの強度分布に依存した、例えばｙ方向に長径が形成される楕円形状の領域の画素にゼロ以外の値（例えば、１）が、その他の領域の画素にゼロが定義される、例えば１１×１１画素のフィルタ関数１２を示している。図９（ａ）の例では、ｘ方向に延びるエッジ（辺）を持つ矩形パターン１６のエッジを跨いで、かかるフィルタ関数１２の一部が矩形パターン１６と重なる場合を示している。

図９（ｂ）では、フィルタ関数１２が矩形パターン１６のｘ方向に延びる２本のエッジのうち上側（ｙ方向側）のエッジを跨いで重なる場合であって、フィルタ関数１２の中心画素１４が矩形パターン１６の外部側から接する位置でのフィルタ関数１２と矩形パターン１６との重なり関係を示している。言い換えれば、フィルタ関数１２のｘ方向に全体とｙ方向に約半分のサイズの領域が矩形パターン１６と重なる場合であって、フィルタ関数１２の中心画素１４が矩形パターン１６に含まれない範囲でエッジと中心画素１４とが接する位置での重なり関係を示している。この位置でフィルタ関数１２を矩形パターン１６が配置される画像に畳み込むフィルタ処理を行ったフィルタ後の中心画素１４の階調値を閾値Ｖ１とする。言い換えれば、閾値Ｖ１は、図９（ｂ）に示す中心画素１４が矩形パターン１６に含まれず、エッジと中心画素１４とが接する重なり位置関係での矩形パターン１６と重なった楕円形状の領域の各画素の要素値に矩形パターンの対応画素の階調値を乗じた値の合計値を示す。例えば、画像を０～２５５までの２５６階調で定義し、矩形パターン１６内の画素の階調値を２５５、矩形パターン１６外の画素の階調値をゼロとする。また、フィルタ関数１２の楕円形状の領域の画素の要素値を例えば１とし、その他の画素の要素値をゼロとする。かかる場合、この位置でフィルタ関数１２を畳み込むと、注目画素となる中心画素１４のフィルタ後の階調値は、矩形パターン１６と重なった楕円形状の領域の画素数×階調値（ここでは、例えば２５５）の値となる。図９（ｂ）の例では、閾値Ｖ１＝２０画素×２５５となる。

図９（ｃ）では、フィルタ関数１２が矩形パターン１６のｘ方向に延びる２本のエッジのうち上側（ｙ方向側）のエッジを跨いで重なる場合であって、フィルタ関数１２の中心画素１４が矩形パターン１６の内部側から接する位置でのフィルタ関数１２と矩形パターン１６との重なり関係を示している。言い換えれば、フィルタ関数１２のｘ方向に全体とｙ方向に約半分のサイズの領域が矩形パターン１６と重なる場合であって、フィルタ関数１２の中心画素１４が矩形パターン１６内に含まれる範囲でエッジと中心画素１４とが接する位置での重なり関係を示している。この位置でフィルタ関数１２を矩形パターン１６が配置される画像に畳み込むフィルタ処理を行ったフィルタ後の中心画素１４の階調値を閾値Ｖ２とする。言い換えれば、閾値Ｖ２は、図９（ｃ）に示す中心画素１４が矩形パターン１６に含まれ、エッジと中心画素１４とが接する重なり位置関係での矩形パターン１６と重なった楕円形状の領域の各画素の要素値に矩形パターンの対応画素の階調値を乗じた値の合計値を示す。かかる場合、この位置でフィルタ関数１２を畳み込むと、注目画素となる中心画素１４のフィルタ後の階調値は、矩形パターン１６と重なった楕円形状の領域の画素数×階調値（ここでは、例えば２５５）の値となる。図９（ｃ）の例では、閾値Ｖ２＝２７画素×２５５となる。

図９（ａ）の例では、ｘ軸に対して角度０°のエッジを持つパターンが配置される画像に対して、かかるエッジを跨いでフィルタ関数１２の一部がパターンと重なる場合を示しているが、パターンのエッジの角度はこれに限るものではない。

図１０は、実施の形態１におけるフィルタ関数と図形パターンエッジとの重なり関係の他の一例を示す図である。図１０（ａ）の例では、図９（ａ）に示したフィルタ関数１２がｘ軸に対して角度θ１の方向に延びるエッジを持つ矩形パターン１６と重なる場合を示している。矩形パターン１６が斜めに配置される場合、フィルタ関数１２全体のうち矩形パターン１６と重なる領域が図９（ａ）の場合とは異なる。よって、閾値Ｖ１，Ｖ２は、角度依存性を持つ。言い換えれば、フィルタ関数と図形パターンのエッジとの相対角度に依存して、閾値Ｖ１，Ｖ２が変化する。そこで、実施の形態１では、見かけ上、矩形パターン１６のエッジの延びる方向がｘ軸になるように、フィルタ関数１２と矩形パターン１６とを、矩形パターン１６の配置角度の方向とは逆方向に角度θ１だけ回転させた状態を想定する。この角度において、上述した閾値Ｖ１，Ｖ２を演算する。

図１０（ｂ）では、右回りに角度θ１だけ回転させたフィルタ関数１２の中心画素１４が矩形パターン１６のｘ方向に延びる２本のエッジのうち上側（ｙ方向側）のエッジと矩形パターン１６の外部側から接する位置でのフィルタ関数１２と矩形パターン１６との重なり関係を示している。言い換えれば、フィルタ関数１２のｘ方向に全体とｙ方向に約半分のサイズの領域が矩形パターン１６と重なる場合であって、フィルタ関数１２の中心画素１４が矩形パターン１６に含まれず、エッジと中心画素１４とが接する重なり位置関係を示している。この位置でフィルタ関数１２を畳み込むと、注目画素となる中心画素１４のフィルタ後の階調値は、矩形パターン１６と重なった楕円形状の領域の画素数×２５５の値となる。図１０（ｂ）の例では、閾値Ｖ１＝２１画素×２５５となる。

図１０（ｃ）では、右回りに角度θ１だけ回転させたフィルタ関数１２の中心画素１４が矩形パターン１６のｘ方向に延びる２本のエッジのうち上側（ｙ方向側）のエッジと矩形パターン１６の内部側から接する位置でのフィルタ関数１２と矩形パターン１６との重なり関係を示している。言い換えれば、フィルタ関数１２のｘ方向に全体とｙ方向に約半分のサイズの領域が矩形パターン１６と重なる場合であって、フィルタ関数１２の中心画素１４が矩形パターン１６内に含まれ、エッジと中心画素１４とが接する重なり位置関係を示している。この位置でフィルタ関数１２を畳み込むと、注目画素となる中心画素１４のフィルタ後の階調値は、矩形パターン１６と重なった楕円形状の領域の画素数×２５５の値となる。図１０（ｃ）の例では、閾値Ｖ２＝２８画素×２５５となる。

以上のように、フィルタ関数１２と矩形パターン１６との重なり関係の指標となる閾値Ｖ１，Ｖ２は、画像内での矩形パターンの配置角度に依存する。

図１１は、実施の形態１における矩形パターンの各エッジとフィルタ関数との重なり関係の一例を示す図である。図１１の例では、ｘ軸に対して角度０°のエッジを持つ矩形パターン１３の各エッジとフィルタ関数１２とが重なる場合を示している。フィルタ関数１２がｘ方向に延びる上側のエッジを跨ぐ場合、フィルタ関数１２の下側の約半分の領域が矩形パターンと重なることになる。この場合、角度θ＝０°とする。フィルタ関数１２がｙ方向に延びる左側のエッジを跨ぐ場合、フィルタ関数１２の右側の約半分の領域が矩形パターンと重なることになる。この場合、角度θ＝９０°になる。フィルタ関数１２がｘ方向に延びる下側のエッジを跨ぐ場合、フィルタ関数１２の上側の約半分の領域が矩形パターンと重なることになる。この場合、角度θ＝１８０°になる。フィルタ関数１２がｙ方向に延びる右側のエッジを跨ぐ場合、フィルタ関数１２の左側の約半分の領域が矩形パターンと重なることになる。この場合、角度θ＝２７５°になる。それぞれの角度θで、閾値Ｖ１，Ｖ２が異なり得る。そこで、実施の形態１では、フィルタ関数毎に、跨ぐエッジの角度を可変にしながら、角度毎の閾値Ｖ１，Ｖ２を算出する。以下、具体的に説明する。

フィルタ関数毎に、まず、角度設定部７２がエッジ角度θを設定する。次に、Ｖ１算出部７４が、設定された角度θでの閾値Ｖ１を算出する。次に、Ｖ２算出部７６が、設定された角度θでの閾値Ｖ２を算出する。以下、角度θを変えながら、その都度、閾値Ｖ１，Ｖ２を算出する。角度θは、例えば、１°ずつ設定を変更すると好適である。但し、これに限るものではない。例えば、角度の変更幅を５°ずつ、１０°ずつ、２２．５°ずつ、４５°ずつ、或いは９０°ずつに設定しても構わない。角度の変更幅が小さい方が高精度に閾値Ｖ１，Ｖ２を算出できる。

各フィルタのＶ１，Ｖ２テーブル作成工程（Ｓ１１０）として、テーブル作成部７８は、フィルタ関数毎に、角度毎の閾値Ｖ１，Ｖ２を定義するＶ１，Ｖ２テーブルを作成する。

図１２は、実施の形態１におけるＶ１，Ｖ２テーブルの一例を示す図である。図１２の例では、角度を１°ずつ、ずらしながら、０°～３５９°の各角度での閾値Ｖ１，Ｖ２を定義するＶ１，Ｖ２テーブルの一例を示している。作成されたＶ１，Ｖ２テーブルは、記憶装置７９に格納される。

検査処理に先立ち、以上の各工程を前処理として実施した上で、実際の被検査基板の検査処理を開始する。

スキャン工程（Ｓ２０２）として、画像取得機構１５０は、図形パターンが形成された基板１０１上を電子ビームで走査することにより電子光学画像（２次電子画像）を取得する。ここでは、複数の図形パターンが形成された基板１０１にマルチ１次電子ビーム２０を照射して、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００を検出することにより、基板１０１の２次電子画像を取得する。上述したように、マルチ検出器２２２には、反射電子及び２次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った２次電子（マルチ２次電子ビーム３００）が投影されても良い。

上述したように、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００は、マルチ検出器２２２で検出される。マルチ検出器２２２によって検出された各サブ照射領域２９内の画素毎の２次電子の検出データ（測定画像データ：２次電子画像データ：被検査画像データ：電子光学画像データ）は、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。そして、得られた測定画像データは、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１０８に転送される。

参照画像作成工程（Ｓ２０４）として、図形パターンの元になる設計データから作成され、電子光学画像に対応する参照画像を作成する。具体的に説明する。まず、展開回路１１１（参照画像作成部の一部）は、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。展開回路１１１は、スキャン工程で取得される測定画像の取得順序に合わせて、対応するフレーム領域３０の設計画像を作成すると好適である。

上述したように、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）、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。

かかる図形データとなる設計パターンデータが展開回路１１１に入力されると図形毎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に展開し、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、８ビットの占有率データとして作成する。かかるマス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。

次に、参照画像作成回路１１２（参照画像作成部の他の一部）は、複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する。これにより、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をマルチ１次電子ビーム２０の照射によって得られる像生成特性に合わせることができる。作成された参照画像の画像データは補正回路１３２に出力される。

ここで参照画像の作成に適用される画像処理フィルタは、１次電子ビーム１０毎の強度分布に依存している訳ではない。例えば、中心ビームのビーム特性に合わせて作成される。そのため、このままでは、ＳＥＭ画像の取得に使用した、それぞれ個別に非回転対象のビーム強度分布を持ったビームの特性に合わせた参照画像にはなっていない。そのため、参照画像は、ＳＥＭ画像が有する非回転対象のボケに応じたコーナ形状になっていない。そこで、電子光学画像を取得したビームの特性に合わせて参照画像を個別に補正する。その際、エッジ形状は変更しないように工夫する。以下、具体的に説明する。

図１３は、実施の形態１における補正回路の内部構成の一例を示す図である。図１３において、補正回路１３２内には、磁気ディスク装置等の記憶装置６０，６１，６９、フィルタ特定部６２、角度判定部６４、Ｖ１，Ｖ２抽出部６５、畳み込み演算部６６、重なり判定部６７、及び補正処理部６８が配置される。フィルタ特定部６２、角度判定部６４、Ｖ１，Ｖ２抽出部６５、畳み込み演算部６６、重なり判定部６７、及び補正処理部６８といった各「～部」は、処理回路を含み、この処理回路には、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、半導体装置等が含まれる。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。フィルタ特定部６２、角度判定部６４、Ｖ１，Ｖ２抽出部６５、畳み込み演算部６６、重なり判定部６７、及び補正処理部６８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、或いはメモリ１１８に記憶される。

フィルタ特定工程（Ｓ２０６）として、フィルタ特定部６２は、フレーム領域３０毎に、当該フレーム領域の電子光学画像を取得する１次電子ビーム１０を特定すると共に、かかる１次電子ビーム１０用のフィルタ関数を特定する。

角度判定工程（Ｓ２０８）として、フレーム領域３０毎に、当該フレーム領域内に配置される図形パターンの各エッジをフィルタ関数が跨ぐ場合のエッジ角度を判定する。例えば、ｘ軸に沿って延びる２つのエッジを持つ矩形パターンであれば、上側のエッジは角度θ＝０°になり、下側のエッジは角度θ＝１８０°になる。

閾値Ｖ１，Ｖ２抽出工程（Ｓ２１０）として、Ｖ１，Ｖ２抽出部６５は、Ｖ１，Ｖ２テーブルを参照して、図形パターンのエッジ毎に、特定されたフィルタ関数の当該エッジ角度θに応じた閾値Ｖ１，Ｖ２を抽出する。

畳み込み演算工程（Ｓ２２０）として、畳み込み演算部６６は、フレーム領域３０毎に、当該フレーム領域の参照画像に対して、対象画素を移動しながら、特定されたフィルタ関数（画像処理フィルタ）を畳み込むフィルタ処理を行う。

重なり判定工程（Ｓ２２２）として、重なり判定部６７（コーナ判定部）は、フレーム領域３０毎に、当該フレーム領域の参照画像に対して、対象画素を移動しながら、特定されたフィルタ関数を畳み込むフィルタ処理を行った場合の対象画素に対するフィルタ処理された階調値Ｃ０と、特定されたフィルタ関数と図形パターンとの重なり関係とに応じて定まる閾値Ｖ１，Ｖ２と、を用いて、当該対象画素がコーナ部分に位置するかどうかを判定する。

図１４は、実施の形態１におけるフィルタ関数と図形パターンの重なり関係を説明するための図である。図１４の例では、パターン有の画素の階調値は２５５、パターン無しの画素の階調値はゼロとする。また、フィルタ関数１２は、図９（ａ）に示した例えばｙ方向に長径が形成される楕円形状の領域の画素にゼロ以外の値（例えば、１）が、その他の領域の画素にゼロが定義される、例えば１１×１１画素のフィルタ関数１２を示している。また、ここでは、跨るエッジ角度はθ＝０°とする。よって、例えば、Ｖ１＝２０×２５５、Ｖ２＝２７×２５５となる。

フィルタ関数１２がＡ部の位置である場合、対象画素（フィルタ関数１２の中心画素と同じ位置の画素）は、パターン外に位置し、対象画素のフィルタ後の階調値Ｃ０はゼロになる。よって、Ｃ０＜Ｖ１となる。

フィルタ関数１２がＢ部の位置である場合、フィルタ関数１２の下側の一部（楕円領域は８画素分）がパターンと重なっており、対象画素（フィルタ関数１２の中心画素と同じ位置の画素）は、まだパターン外に位置し、対象画素のフィルタ後の階調値Ｃ０＝８×２５５になる。よって、まだＣ０＜Ｖ１となる。

フィルタ関数１２がＣ部の位置である場合、フィルタ関数１２の約半分の領域（楕円領域は２０画素分）がパターンと重なっており、対象画素（フィルタ関数１２の中心画素と同じ位置の画素）は、まだパターン外に位置し、対象画素のフィルタ後の階調値Ｃ０＝２０×２５５になる。よって、Ｃ０＝Ｖ１となる。

一方、Ｃ部の位置から１画素ずれて、フィルタ関数１２がＤ部の位置である場合、フィルタ関数１２の約半分の領域（楕円領域は２７画素分）がパターンと重なっており、対象画素（フィルタ関数１２の中心画素と同じ位置の画素）は、パターン内に位置し、対象画素のフィルタ後の階調値Ｃ０＝２７×２５５になる。よって、Ｃ０＝Ｖ２となる。

フィルタ関数１２がＥ部の位置である場合、フィルタ関数１２の大半の領域（楕円領域は２７画素分）がパターンと重なっており、対象画素（フィルタ関数１２の中心画素と同じ位置の画素）は、パターン内に位置し、対象画素のフィルタ後の階調値Ｃ０＝４４×２５５になる。よって、Ｃ０＞Ｖ２となる。

以上のように、対象画素のフィルタ後の階調値Ｃ０が、ゼロではなく、Ｃ０≦Ｖ１或いはＣ０≧Ｖ２の場合には、フィルタ関数１２が図形パターンの１つのエッジに跨って図形パターンと重なる位置関係であることがわかる。言い換えれば、対象画素がコーナ部ではないと判定できる。また、階調値Ｃ０が、ゼロであれば、そもそもフィルタ関数１２と図形パターンが重なっていないと判定できる。

これに対して、フィルタ関数１２がＦ部（コーナ部分）の位置である場合、対象画素（フィルタ関数１２の中心画素と同じ位置の画素）は、パターン内に位置するものの、パターンと重なるフィルタ関数１２の領域が、Ｖ１の状態であるＣ部より多く、Ｖ２の状態であるＤ部より少ない。そのため、対象画素のフィルタ後の階調値Ｃ０＝２１×２５５になる。よって、Ｖ１＜Ｃ０＜Ｖ２となる。このように、重なり関係に応じて定まる値として、閾値Ｖ２は上限値となり、閾値Ｖ１は下限値となる。そこで、重なり判定部６７は、対象画素に対するフィルタ処理された階調値Ｃ０が上限値と下限値との間である場合に、対象画素がコーナ部分に位置すると判定する。言い換えれば、重なり判定部６７は、Ｖ１＜Ｃ０＜Ｖ２となる対象画素をコーナ部分に位置すると判定する。

なお、図１４の例では、Ｆ部の位置から＋ｘ方向に１画素ずれた位置（コーナ部先端）の画素では、Ｃ０＜Ｖ１となるのでかかる対象画素をコーナ部分に位置すると判定しないものの、Ｆ部の位置から－ｘ方向に１画素ずれた位置では、Ｖ１＜Ｃ０＜Ｖ２となるので、コーナ部分の多くの画素についてはコーナ部分に位置すると判定できる。

補正工程（Ｓ２２４）として、補正処理部６８は、参照画像に対応する電子光学画像を取得するために用いる１次電子ビーム１０の強度分布に依存するフィルタ関数を用いて、参照画像内の図形パターンのエッジ形状を維持し、参照画像内の図形パターンのコーナ（角部）形状を補正する。具体的には、補正処理部６８は、参照画像の画素毎に、対象画素がコーナ部分に位置すると判定された場合に対象画素の階調値を補正する。さらに具体的には、Ｃ０≦Ｖ１となる画素は、階調値をゼロとする。Ｃ０≧Ｖ２となる画素は、階調値を２５５とする。そして、Ｖ１＜Ｃ０＜Ｖ２となる画素は、階調値を（Ｃ０－Ｖ１）／（Ｖ２－Ｖ１）と補正する。閾値Ｖ１，Ｖ２は、１次電子ビームの強度分布に依存して変化する値なので、１次電子ビームの強度分布に依存した階調補正ができる。

また、エッジ部分は、Ｃ０≦Ｖ１或いはＣ０≧Ｖ２となり、エッジ部分のうちＣ０≦Ｖ１となる画素はパターン外に位置するので元々階調値はゼロである。エッジ部分のうちＣ０≧Ｖ２となる画素はパターン内に位置するので元々階調値は２５５である。よって、図形パターンのエッジ形状は変わらないようにできる。一方、コーナ部分はＶ１＜Ｃ０＜Ｖ２となるので、補正できる。このように、直線部分は階調補正されず、コーナ部分だけが階調補正されるので、コーナ丸め処理として機能する。コーナ丸め処理の補正が施された参照画像のデータは、記憶装置６９に格納されると共に、比較回路１０８に出力される。

図１５は、実施の形態１における補正前後のパターンの一例を示す図である。図１５（ａ）では、補正前のパターンを示している。かかるパターンに実施の形態１の補正を実施することで、図１５（ｂ）に示すように直線のエッジ部分の形状を変えずにコーナ丸め処理ができる。

図１６は、実施の形態１における比較回路の内部構成の一例を示す図である。図１６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５０，５２、輪郭線抽出部５４，５６、及び比較部５８が配置される。輪郭線抽出部５４，５６、及び比較部５８といった各「～部」は、処理回路を含み、この処理回路には、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、半導体装置等が含まれる。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。輪郭線抽出部５４，５６、及び比較部５８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、或いはメモリ１１８に記憶される。

比較回路１０８内に入力されたサブ照射領域２９毎の電子光学画像のデータは記憶装置５０に格納される。また、比較回路１０８内に入力された、コーナ丸め処理補正が成された補正参照画像のデータは記憶装置５０に格納される。比較回路１０８では、サブ照射領域２９毎の２次電子画像の少なくとも一部で構成される被検査画像と参照画像とを比較する。被検査画像として、例えばフレーム領域３０毎の２次電子画像（電子光学画像）を用いる。例えば、サブ照射領域２９を４つのフレーム領域３０に分割する。フレーム領域３０として、例えば、５１２×５１２画素の領域を用いる。

輪郭線抽出工程（Ｓ２３０）として、輪郭線抽出部５４は、フレーム領域３０毎の電子光学画像（フレーム画像３１）毎に、画像内の図形パターンの輪郭線（実画輪郭線）を抽出する。また、輪郭線抽出部５６は、フレーム領域３０毎の補正参照画像毎に、画像内の図形パターンの輪郭線（参照輪郭線）を抽出する。輪郭線の抽出手法は、従来と同様で構わない。例えば、画像を微分フィルタでフィルタ処理して輪郭位置を強調させることで抽出すると好適である。

比較工程（Ｓ２３２）として、比較部５８は、角部形状が補正された補正参照画像と、フレーム画像３１とを比較する。

図１７は、実施の形態１における実画輪郭線と参照輪郭線との一例を示す図である。図１７において、比較部５８は、例えば参照輪郭線から実画輪郭線への位置ずれベクトルを算出し、位置ずれベクトルの長さ（輪郭線同士の距離）が判定閾値Ｔｈを超えた場合に欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される、或いは図示しないプリンタ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、パターンのエッジ形状を維持し、測定画像の取得に使用するビームの特性に合わせたコーナ部の補正処理が成された参照画像で比較できる。

以上の説明において、一連の「～回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、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、半導体装置等が含まれる。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。プロセッサ等を実行させるプログラムは、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ればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照画像作成回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、補正回路１３２、フィルタ演算回路１３４、及びテーブル作成回路１３６は、上述した少なくとも１つの処理回路で構成されても良い。

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。図１の例では、１つの照射源となる電子銃２０１から照射された１本のビームから成形アパーチャアレイ基板２０３によりマルチ１次電子ビーム２０を形成する場合を示しているが、これに限るものではない。複数の照射源からそれぞれ１次電子ビームを照射することによってマルチ１次電子ビーム２０を形成する態様であっても構わない。

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。

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電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法は、本発明の範囲に包含される。

１０ １次電子ビーム
１２ フィルタ関数
１３，１６ 矩形パターン
１４ 中心画素
２０ マルチ１次電子ビーム
２２ 穴
２９ サブ照射領域
３０ フレーム領域
３１ フレーム画像
３２ ストライプ領域
３３ 矩形領域
３４ 照射領域
５０，５２ 記憶装置
５４，５６ 輪郭線抽出部
５８ 比較部
６０，６１，６９ 記憶装置
６２ フィルタ特定部
６４ 角度判定部
６５ Ｖ１，Ｖ２抽出部
６６ 畳み込み演算部
６７ 重なり判定部
６８ 補正処理部
７０，７１，７９ 記憶装置
７２ 角度設定部
７４ Ｖ１算出部
７６ Ｖ２算出部
７８ テーブル作成部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０５ ステージ
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１２ 参照画像作成回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ チップパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１３２ 補正回路
１３４ フィルタ演算回路
１３６ テーブル作成回路
１４２ 駆動機構
１４４，１４６，１４８ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
１６０ 制御系回路
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６ 電磁レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ

Claims (8)

1. 図形パターンの元になる設計データから作成され、電子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、
   前記参照画像に対応する電子光学画像を取得するために用いる電子ビームの強度分布に依存する画像処理フィルタを用いて、前記参照画像内の図形パターンのエッジ形状を維持し、前記参照画像内の前記図形パターンの角部形状を補正する補正処理部と、
   前記角部形状が補正された参照画像と、前記電子光学画像とを比較する比較部と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム検査装置。
2. 前記参照画像に対して、対象画素を移動しながら前記画像処理フィルタを畳み込むフィルタ処理を行った場合の前記対象画素に対する前記フィルタ処理された階調値と、前記画像処理フィルタと前記図形パターンとの重なり関係とに応じて定まる値と、を用いて、当該対象画素がコーナ部分に位置するかどうかを判定するコーナ判定部をさらに備え、
   前記補正処理部は、対象画素が前記コーナ部分に位置すると判定された場合に対象画素の階調値を補正することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム検査装置。
3. 前記重なり関係に応じて定まる値として、上限値と下限値とが設定され、
   前記コーナ判定部は、前記対象画素に対する前記フィルタ処理された階調値が前記上限値と前記下限値との間である場合に、対象画素が前記コーナ部分に位置すると判定することを特徴とする請求項２記載の電子ビーム検査装置。
4. 前記画像処理フィルタと前記図形パターンのエッジとの相対角度に依存して、前記上限値と前記下限値とが変化することを特徴とする請求項３記載の電子ビーム検査装置。
5. 図形パターンの元になる設計データから作成され、電子光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
   前記参照画像に対応する電子光学画像を取得するために用いる電子ビームの強度分布に依存する画像処理フィルタを用いて、前記参照画像内の図形パターンのエッジ形状を維持し、前記参照画像内の前記図形パターンの角部形状を補正する工程と、
   前記角部形状が補正された参照画像と、前記電子光学画像とを比較し、結果を出力する工程と、
   を備えたことを特徴とする電子ビーム検査方法。
6. 前記参照画像に対して、対象画素を移動しながら前記画像処理フィルタを畳み込むフィルタ処理を行った場合の前記対象画素に対する前記フィルタ処理された階調値と、前記画像処理フィルタと前記図形パターンとの重なり関係とに応じて定まる値と、を用いて、当該対象画素がコーナ部分に位置するかどうかを判定する工程をさらに備え、
   対象画素が前記コーナ部分に位置すると判定された場合に対象画素の階調値を補正することを特徴とする請求項５記載の電子ビーム検査方法。
7. 前記重なり関係に応じて定まる値として、上限値と下限値とが設定され、
   前記対象画素に対する前記フィルタ処理された階調値が前記上限値と前記下限値との間である場合に、対象画素が前記コーナ部分に位置すると判定することを特徴とする請求項６記載の電子ビーム検査方法。
8. 前記画像処理フィルタと前記図形パターンのエッジとの相対角度に依存して、前記上限値と前記下限値とが変化することを特徴とする請求項７記載の電子ビーム検査方法。

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