JP2022016779A - パターン検査装置及びパターンの輪郭位置取得方法 - Google Patents

パターン検査装置及びパターンの輪郭位置取得方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高精度な輪郭位置の抽出が可能な装置及び方法を提供する。【解決手段】パターン検査装置は、図形パターンが形成された基板の画像を取得し、異なる方向性を持った複数の２次元空間フィルタ関数を用いて、方向毎に、画像のフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の方向毎の画素値のうちの所定の値が第１の閾値より大きくなる複数の画素を図形パターンの輪郭線が通る複数の輪郭画素候補として抽出し、複数の輪郭画素候補のうち、輪郭画素候補毎に所定の値が得られた第１の方向に直交する第２の方向にフィルタ処理前の画素値を微分した微分値が第２の閾値以上になる輪郭画素候補を除いた複数の輪郭画素を抽出し、複数の輪郭画素の輪郭画素毎に、所定の値が得られた第１の方向の１次元プロファイルを用いてサブ画素単位の輪郭位置を算出し、輪郭位置のデータを用いて、かかる画像の輪郭線と所定の参照輪郭線とを比較する。【選択図】図５

Description

本発明の一態様は、パターン検査装置及びパターンの輪郭位置取得方法に関する。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、紫外線で基板を照射して得られるパターンの光学画像を用いて検査する検査装置、或いはそれらの検査に使用する画像内のパターンの輪郭位置を取得する方法に関する。
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、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、設計データ、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。例えば、パターン検査方法として、同一基板上の異なる場所の同一パターンを撮像した測定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設計データをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、これとパターンを撮像した測定データとなる測定画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ－データベース）検査」がある。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。
上述したパターン検査装置には、レーザ光を検査対象基板に照射して、この透過像或いは反射像を撮像する装置の他、検査対象基板上を１次電子ビームで走査（スキャン）して、１次電子ビームの照射に伴い検査対象基板から放出される２次電子を検出して、パターン像を取得する検査装置の開発も進んでいる。これらのパターン検査装置では、画素値同士の比較ではなく、画像内のパターンの輪郭線を抽出して、参照画像の輪郭線との距離を判定指標に用いることが検討されている。ここで、検査に用いる画像の取得に時間を要するため、画素サイズを大きくすることで検査処理時間の短縮を図ることが求められる。しかし、その一方で、画素サイズが大きくなるとそれに伴って解像度は劣化するので、画像からパターンの輪郭位置を精度良く抽出することが難しくなるといった問題があった。かかる問題は、パターン検査に限るものではない。画像からパターンの輪郭位置を抽出するその他の場合でもあっても同様の問題が生じ得る。特に、電子ビームを使って得られる画像にはチャージアップ等による輝度むらが多くみられるため、輪郭線を誤抽出する原因になっている。
ここで、ソーベルフィルタ等を使ってエッジ候補を求め、エッジ候補と隣接画素群による検査領域内の各画素に対して濃度値の２次微分値を求める。さらに、エッジ候補に隣接する２組の隣接画素群のうち、２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群を第２のエッジ候補として選択する。そして、エッジ候補の２次微分値と第２のエッジ候補の２次微分値とを用いて、検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求め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２０１１－４８５９２号公報
本発明の一態様は、高精度な輪郭位置の抽出が可能な装置及び方法を提供する。
本発明の一態様のパターン検査装置は、
図形パターンが形成された基板の画像を取得する画像取得機構と、
異なる方向性を持った複数の２次元空間フィルタ関数を用いて、方向毎に、画像のフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
フィルタ処理後の方向毎の画素値のうちの所定の値が第１の閾値より大きくなる複数の画素を図形パターンの輪郭線が通る複数の輪郭画素候補として抽出する輪郭画素候補抽出部と、
複数の輪郭画素候補のうち、輪郭画素候補毎に所定の値が得られた第１の方向に直交する第２の方向にフィルタ処理前の画素値を微分した微分値が第２の閾値以上になる輪郭画素候補を除いた複数の輪郭画素を抽出する輪郭画素抽出部と、
複数の輪郭画素の輪郭画素毎に、所定の値が得られた第１の方向の１次元プロファイルを用いてサブ画素単位の輪郭位置を算出する輪郭位置算出部と、
輪郭位置のデータを用いて、かかる画像の輪郭線と所定の参照輪郭線とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
また、複数の２次元空間フィルタ関数の各々として、２つ以上の２次元空間フィルタ関数の線形和を用いると好適である。
また、バイキュービック補間を用いて、第１の方向の１次元プロファイルを構成する各位置の輝度値を演算する補間処理部をさらに備えると好適である。
また、輪郭位置演算部は、第１の方向の１次元プロファイルに１次元空間フィルタ処理を行って１次元プロファイルのピーク位置を輪郭位置として演算すると好適である。
また、輪郭位置演算部は、１次元プロファイルに行う１次元空間フィルタ処理に、１次元微分もしくは１次元ラプラシアンフィルタ関数を用いると好適である。
本発明の一態様のパターンの輪郭位置取得方法は、
異なる方向性を持った複数の２次元空間フィルタ関数を用いて、方向毎に、図形パターンが形成された基板の画像のフィルタ処理を行う工程と、
フィルタ処理後の方向毎の画素値のうちの所定の値が第１の閾値より大きくなる複数の画素を図形パターンの輪郭線が通る複数の輪郭画素候補として抽出する工程と、
複数の輪郭画素候補のうち、輪郭画素候補毎に所定の値が得られた第１の方向に直交する第２の方向にフィルタ処理前の画素値を微分した微分値が第２の閾値以上になる輪郭画素候補を除いた複数の輪郭画素を抽出する工程と、
複数の輪郭画素の輪郭画素毎に、所定の値が得られた第１の方向の１次元プロファイルを用いてサブ画素単位の輪郭位置を算出し、出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、複数の２次元空間フィルタ関数の各々として、２つ以上の２次元空間フィルタ関数の線形和を用いると好適である。
また、バイキュービック補間を用いて、第１の方向の１次元プロファイルを構成する各位置の輝度値を演算する工程をさらに備えると好適である。
また、第１の方向の１次元プロファイルに１次元空間フィルタ処理を行って１次元プロファイルのピーク位置を輪郭位置として演算すると好適である。
また、１次元プロファイルに行う１次元空間フィルタ処理に、１次元微分もしくは１次元ラプラシアンフィルタ関数を用いると好適である。
本発明の一態様によれば、高精度な輪郭位置の抽出ができる。
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における比較回路内の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１における２次元空間フィルタと２次元空間フィルタの方向性との一例を示す図である。 実施の形態１における小スケールの各方向の２次元ラプラシアンフィルタの一例を示す図である。 実施の形態１における大スケールの各方向の２次元ラプラシアンフィルタの一部の一例を示す図である。 実施の形態１における大スケールの各方向の２次元ラプラシアンフィルタの残部の一例を示す図である。 実施の形態１における疑似輪郭画素の存在を説明するための図である。 実施の形態１における接線方向微分を説明するための図である。 実施の形態１における法線方向のサンプリング位置の一例を示す図である。 実施の形態１における１次元プロファイルの極値が１次元プロファイルの中央付近に存在するかどうかを判定する手法を説明するための図である。 実施の形態１における１次元プロファイルの一例と、１次元空間フィルタ処理後のプロファイルの一例とを示す図である。 実施の形態１におけるスプライン補間されたフィルタ処理後のプロファイルの一例を示す図である。 実施の形態１における孤立輪郭位置の一例を示す図である。 実施の形態１における近接輪郭位置の一例を示す図である。 実施の形態１における参照輪郭位置を抽出する手法を説明するための図である。 実施の形態１における輪郭線間の距離の一例を示す図である。
以下、実施の形態では、パターン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。但し、これに限るものではない。例えば、紫外線を被検査基板に照射して、被検査基板を透過或いは反射した光を用いて被検査画像を取得する検査装置であっても構わない。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におけるパターン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。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、参照輪郭位置抽出回路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、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、ＸＹθ方向にステージ１０５が移動可能となっている。これらの、図示しないＸモータ、Ｙモータ、θモータは、例えばステッピングモータを用いることができる。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）ｍ１列×縦（ｙ方向）ｎ１段（ｍ１，ｎ１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、ｍ１×ｎ１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、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３及び図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。
ここで、被検査画像となる、各フレーム領域３０のフレーム画像３１から検出しなければならないパターン欠陥の１つとして、パターンのＣＤ（寸法）エラーがあげられる。そのためには、パターンの輪郭線或いは輪郭線上の複数の輪郭位置を精度よく検出することが求められる。そこで、実施の形態１では、フレーム画像３１から画像内の図形パターンの輪郭位置を精度よく抽出する構成について説明する。
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、スキャン工程（Ｓ１０２）と、フレーム画像作成工程（Ｓ１０４）と、実画輪郭位置抽出工程（Ｓ１１０）と、参照輪郭位置抽出工程（Ｓ１３２）と、距離算出工程（Ｓ１４２）と、比較工程（Ｓ１４４）と、いう一連の工程を実施する。実画輪郭位置抽出工程（Ｓ１１０）は、内部工程として、ノイズ除去工程（Ｓ１１２）と、２次元空間フィルタ処理工程（Ｓ１１４）と、輪郭画素候補抽出工程（Ｓ１１６）と、輪郭画素抽出工程（Ｓ１１８）と、法線方向プロファイル作成工程（Ｓ１２０）と、偽輪郭画素除去工程（Ｓ１２２）と、輪郭位置算出工程（Ｓ１２４）と、孤立／近接輪郭位置除去工程（Ｓ１２６）と、いう一連の工程を実施する。
スキャン工程（Ｓ１０２）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の画像を取得する。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）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。
図６は、実施の形態１における比較回路内の構成の一例を示すブロック図である。図６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５０，５２，５６，５７、フレーム画像作成部５４、ノイズフィルタ処理部６０、２次元空間フィルタ処理部６２、輪郭画素候補抽出部６４、接線方向微分演算部６６、輪郭画素抽出部６８、法線方向プロファイル作成部７０、偽輪郭画素除去部７２、輪郭位置算出部７４、孤立輪郭位置除去部７６、近接輪郭位置除去部７８、距離算出部８２、及び比較処理部８４が配置される。フレーム画像作成部５４、ノイズフィルタ処理部６０、２次元空間フィルタ処理部６２、輪郭画素候補抽出部６４、接線方向微分演算部６６、輪郭画素抽出部６８、法線方向プロファイル作成部７０、偽輪郭画素除去部７２、輪郭位置算出部７４、孤立輪郭位置除去部７６、近接輪郭位置除去部７８、距離算出部８２、及び比較処理部８４といった各「～部」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「～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。フレーム画像作成部５４、ノイズフィルタ処理部６０、２次元空間フィルタ処理部６２、輪郭画素候補抽出部６４、接線方向微分演算部６６、輪郭画素抽出部６８、法線方向プロファイル作成部７０、偽輪郭画素除去部７２、輪郭位置算出部７４、孤立輪郭位置除去部７６、近接輪郭位置除去部７８、距離算出部８２、及び比較処理部８４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内に転送された測定画像データ（スキャン画像）は、記憶装置５０に格納される。
フレーム画像作成工程（Ｓ１０４）として、フレーム画像作成部５４は、各１次電子ビーム１０のスキャン動作によって取得されたサブ照射領域２９の画像データをさらに分割した複数のフレーム領域３０のフレーム領域３０毎のフレーム画像３１を作成する。なお、各フレーム領域３０は、画像の抜けが無いように、互いにマージン領域が重なり合うように構成されると好適である。作成されたフレーム画像３１は、記憶装置５６に格納される。
実画輪郭位置抽出工程（Ｓ１１０）として、フレーム画像３１毎に、当該フレーム画像３１内の各図形パターンの複数の輪郭位置を抽出する。具体的には、以下のように動作する。
ノイズ除去工程（Ｓ１１２）として、ノイズフィルタ処理部６０は、記憶装置５６からフレーム画像３１を読み出し、フレーム画像３１内の図形パターンに対してパターン端部のノイズを除去してパターン端部をなめらかにするノイズフィルタ処理を行う。かかるノイズフィルタ処理によって、被検査画像のショットノイズを含むノイズを低減できる。ノイズフィルタとして、例えば、５行×５列のガウシアンフィルタを用いると好適である。或いは、例えば、７行×７列のガウシアンフィルタを用いる。特に、ガウシアンフィルタの行列の要素数を多くするほど、その効果を大きくすることができる。実施の形態１では、ガウシアンフィルタを用いることで、実質的にノイズを消去することができる。
２次元空間フィルタ処理工程（Ｓ１１４）として、２次元空間フィルタ処理部６２（フィルタ処理部の一例）は、異なる方向性を持った複数の２次元空間フィルタ関数を用いて、方向毎に、フレーム画像３１のフィルタ処理を行う。ここでは、各２次元空間フィルタ関数として、２つの２次元ラプラシアンフィルタ関数の線形和を用いる。特に、スケールの異なる２つ以上の２次元ラプラシアンフィルタ関数の線形和を用いると好適である。
図７は、実施の形態１における２次元ラプラシアンフィルタと２次元ラプラシアンフィルタの方向性との一例を示す図である。図７の例では、スケールの異なる２つの２次元ラプラシアンフィルタ関数ｆ１ｉ、ｆ２ｉを用いる。ｉは、２次元ラプラシアンフィルタが有する方向性の方向１～Ｎを示す。図７の例では、ｘ軸に対して０°から２２．５°ずつ回転させた８つの方向が設定される。０°（ｉ＝１）,２２．５°（ｉ＝２）,４５°（ｉ＝３）、６７．５°（ｉ＝４），９０°（ｉ＝５），１１２．５°（ｉ＝６），１３５°（ｉ＝７），１５７．５（ｉ＝８）が設定される。
図７の例では、ｉ方向の２次元ラプラシアンフィルタＦｉは、係数ｋ１を用いて、以下の線形和の式（１）で定義される。係数ｋ１は、任意の値を用いることができる。例えば、ｋ１＝０．５を用いる。
（１） Ｆｉ＝ｋ１・ｆ１ｉ＋（１－ｋ１）・ｆ２ｉ
図８は、実施の形態１における小スケールの各方向の２次元ラプラシアンフィルタの一例を示す図である。図８では、３行×３列の各方向の２次元ラプラシアンフィルタｆ１ｉを示している。言い換えれば、方向性の異なる３行×３列の８つの２次元ラプラシアンフィルタｆ１１～ｆ１８を示している。各２次元ラプラシアンフィルタｆ１１～ｆ１８は、自己が有する方向性の方向に２次微分するフィルタである。
図９は、実施の形態１における大スケールの各方向の２次元ラプラシアンフィルタの一部の一例を示す図である。図１０は、実施の形態１における大スケールの各方向の２次元ラプラシアンフィルタの残部の一例を示す図である。図９及び図１０では、５行×５列の各方向の２次元ラプラシアンフィルタｆ２ｉを示している。言い換えれば、方向性の異なる５行×５列の８つの２次元ラプラシアンフィルタｆ２１～ｆ２８を示している。図９には、２次元ラプラシアンフィルタｆ２１～ｆ２４を示している。図１０には、２次元ラプラシアンフィルタｆ２５～ｆ２８を示している。各２次元ラプラシアンフィルタｆ２１～ｆ２８は、自己が有する方向性の方向に２次微分するフィルタである。
フレーム画像３１内において、５×５画素の領域を２次元状に１画素ずつずらしながら移動させる。そして、それぞれのシフト位置において、ｉ方向の２次元ラプラシアンフィルタＦｉを畳み込むことで、５×５画素の中心画素のフィルタ処理後の画素値Ｌｉ（ｉ方向の２次微分値：フィルタ強度）を演算する。中心画素の画素値Ｌｉは、以下の式（２）で定義できる。（Ｉ，Ｊ）は、対象となる５×５画素の位置を示す。
（２） Ｌｉ＝ΣＤ（Ｉ，Ｊ）・Ｆｉ（Ｉ，Ｊ）
かかる演算により、フレーム画像３１内の画素毎に、方向１～８までの８つのフィルタ処理後の画素値Ｌ１～Ｌ８が得られる。
輪郭画素候補抽出工程（Ｓ１１６）として、輪郭画素候補抽出部６４は、フィルタ処理後の方向ｉ毎の画素値Ｌｉのうちの所定の値、例えば、最大値Ｌｍａｘが閾値ｔｈ１（第１の閾値）より大きくなる複数の画素を図形パターンの輪郭線が通る複数の輪郭画素候補として抽出する。また、輪郭画素候補毎に画素値Ｌｉの所定の値、例えば、最大値Ｌｍａｘの方向を輪郭線の法線方向とする。
図１１は、実施の形態１における疑似輪郭画素の存在を説明するための図である。フレーム画像３１内には、電子ビームによるチャージアップやノイズに起因して、輝度の高くなる画素が存在し得る。図１１に示すように、本当の輪郭線とは異なる位置で稜線（尾根）状に等高線を形成する場合がある。かかる位置では、２次元空間フィルタ処理後の画素値Ｌｉ（強度）が大きくなってしまう。そのため、輪郭線上ではない位置で疑似輪郭画素が発生してしまう。ここで、輪郭線の接線方向には、通常、等高線の傾斜が無い、或いは小さいはずである。そこで、実施の形態１では、かかる現象を利用して、複数の輪郭画素候補から疑似輪郭画素を除去する。
輪郭画素抽出工程（Ｓ１１８）として、まず、接線方向微分演算部６６は、複数の輪郭画素候補のうち、輪郭画素候補毎に所定の値、例えば、最大値Ｌｍａｘが得られた法線方向（第１の方向）に直交する接線方向（第２の方向）にフィルタ処理前の輝度値（画素値）を微分した微分値（１次微分値）を演算する。
図１２は、実施の形態１における接線方向微分を説明するための図である。図１２の例では、対象となる輪郭画素候補を中心とする５×５の画素群を示している。ここでは、各画素の中心に当該画素の輝度値が定義されているものとして、接線方向に微分する。例えば、輪郭候補画素の座標を（２，２）、画素群左上の画素の座標を（０，０）とすると、座標（１，３）の画素値から座標（３，１）の画素値を減算し、その絶対値を取ると良い。
そして、輪郭画素抽出部６８は、複数の輪郭画素候補のうち、輪郭画素候補毎に所定の値、例えば、最大値Ｌｍａｘが得られた法線方向に直交する接線方向にフィルタ処理前の画素値を１次微分した１次微分値が閾値ｔｈ２（第２の閾値）以上になる輪郭画素候補を除いた複数の輪郭画素を抽出する。閾値ｔｈ２は、当該画素の２次元空間フィルタ処理後の画素値Ｌｉ（フィルタ強度：空間フィルタ後の強度）に係数ｋ２を乗じた値を用いると好適である。言い換えれば、フィルタ強度の一定比率（ｋ２）よりも大きい場合は輪郭としない。係数ｋ２は任意に設定できる。例えば、ｋ２＝０．５にすると好適である。
以上により、図形パターンの輪郭線が通る輪郭画素を抽出できる。次に各輪郭画素内での輪郭線が通る輪郭位置をサブ画素単位で求める。
法線方向プロファイル作成工程（Ｓ１２０）として、法線方向プロファイル作成部７０は、まず、輪郭画素毎に、当該輪郭画素の中心位置を起点（原点）にして、法線方向に、１画素サイズＬ１の間隔で各サンプリング位置の輝度値（階調値）をサンプリングする。そして、法線方向プロファイル作成部７０は、輪郭画素毎に、得られた、例えば、７点の各サンプリング位置の輝度値を用いて、当該輪郭画素の中心位置を中心とする法線方向の１次元プロファイルを作成する。
図１３は、実施の形態１における法線方向のサンプリング位置の一例を示す図である。図１３の例では、対象となる輪郭画素を中心とした５×５画素が示されている。図１３に示すように、当該輪郭画素の中心位置を挟んで法線方向の前後に複数のサンプリング位置を設定する。図１３の例では、当該輪郭画素の中心位置の前後に３点ずつの計７点のサンプリング位置を示している。当該輪郭画素の中心位置の輝度値は当該輪郭画素の画素値（階調値）をそのまま使用できる。残りの６点について、周囲の画素の輝度値を用いて補間する。法線方向プロファイル作成部７０（補間処理部）は、例えば、バイキュービック補間を用いて、法線方向の１次元プロファイルを構成する各サンプリング位置の輝度値（階調値）を演算する。バイキュービック補間では、例えば、求めるサンプリング位置（ｘ，ｙ）が位置する画素とその周辺の複数の画素で構成される４×４画素（１６画素）の輝度値（画素値：階調値）を使って、求めるサンプリング位置の輝度値（階調値）を３次式で補間して求める。この時点では、法線方向の例えば７つのサンプリング位置の輝度値が得られた段階で、図１３に示す輪郭位置は未定の状態である。
偽輪郭画素除去工程（Ｓ１２２）として、偽輪郭画素除去部７２は、輪郭画素毎に、得られた法線方向の１次元プロファイルの極値が１次元プロファイルの中央付近に存在しない輪郭画素を偽輪郭画素として除去する。
図１４は、実施の形態１における１次元プロファイルの極値が１次元プロファイルの中央付近に存在するかどうかを判定する手法を説明するための図である。図１４の例では、１次元に並ぶ５点のサンプリング位置１～５の輝度値Ａ（１）～Ａ（５）を用いた場合を示している。当該輪郭画素の中心位置をサンプリング位置３として、前後に２つずつのサンプリング位置を用いる。偽輪郭画素除去部７２は、輪郭画素毎に、次の式（３－１）と式（３－２）を算出し、式（３－１）と式（３－２）のいずれかが成り立つかどうかを判定する。
（３－１） Ａ（２）＋Ａ（３）－Ａ（１）－Ａ（４）＞０
（３－２） Ａ（３）＋Ａ（４）－Ａ（２）－Ａ（５）＞０
偽輪郭画素除去部７２は、式（３－１）と式（３－２）のいずれも成り立たない場合、１次元プロファイルの極値が中央付近に存在しない偽輪郭画素として、複数の輪郭画素から当該輪郭画素を除外する。
また、偽輪郭画素除去部７２では、輪郭抽出の条件を厳密にするために、（３－１）および（３－２）の片方が成り立たない場合に当該輪郭画素を除外してもよい。
輪郭位置算出工程（Ｓ１２４）として、輪郭位置算出部７４は、複数の輪郭画素の輪郭画素毎に、所定の値、例えば、最大値Ｌｍａｘが得られた法線方向の１次元プロファイルを用いてサブ画素単位の輪郭位置を算出する。輪郭位置算出部７４は、法線方向の１次元プロファイルに１次元空間フィルタ処理を行って１次元プロファイルのピーク位置を輪郭位置として演算する。１次元プロファイルに行う１次元空間フィルタ処理に、１次元ラプラシアンフィルタ関数を用いると好適である。
図１５は、実施の形態１における１次元プロファイルの一例と、１次元空間フィルタ処理後のプロファイルの一例とを示す図である。輪郭位置算出部７４は、サンプリングで得られた１次元プロファイルに１次元ラプラシアンフィルタを畳み込む。１次元ラプラシアンフィルタとして、例えば、－１，０，２，０，－１の１行５列のフィルタを用いると好適である。１次元ラプラシアンフィルタ処理によりエッジ位置が強調される。
そして、輪郭位置算出部７４は、輪郭画素毎に、得られた複数のサンプリング位置での１次元ラプラシアン強度に対して、スプライン補間を行うことでなだらかな曲線のフィルタ処理後のプロファイルを作成する。なだらかな曲線のプロファイルを作成する方法としては、スプライン補間の他に、ラグランジュ補間、Ｂスプライン補間、２次補間などの補間方法を用いることが出来る。
図１６は、実施の形態１におけるスプライン補間されたフィルタ処理後のプロファイルの一例を示す図である。輪郭位置算出部７４は、なだらかな曲線のフィルタ処理後のプロファイルのピーク位置を輪郭位置としてサブ画素単位で算出する。これにより、図１３に示した輪郭位置を得ることができる。サブ画素単位の輪郭位置は、輪郭が存在する画素ごとに直交座標系あるいは極座標系などの所定の座標系で保存する。また、法線方向についても画素ごとに保存する。極座標系を用いる場合は、原点を画素の中心にして角度座標を法線方向角度とすることで情報量を節約出来るため、好適である。
孤立／近接輪郭位置除去工程（Ｓ１２６）として、孤立輪郭位置除去部７６は、得られた複数の輪郭位置について、孤立した輪郭位置を除去する。
図１７は、実施の形態１における孤立輪郭位置の一例を示す図である。図１７の例では、対象とする輪郭位置を含む画素を中心に５×５画素の領域が示されている。欠陥誤検出の抑制のため、例えば、対象とする輪郭位置を含む画素とこの画素の周囲の画素で構成される３×３画素の領域内に存在する輪郭位置の数が閾値（第３の閾値）以下の場合、孤立輪郭位置として除去する。閾値として、例えば、１又は２に設定すると好適である。
また、近接輪郭位置除去部７８は、得られた複数の輪郭位置について、互いに近接する輪郭位置の一方を除去する。
図１８は、実施の形態１における近接輪郭位置の一例を示す図である。図１８の例では、対象とする輪郭位置を含む画素を中心に５×５画素の領域が示されている。比較処理の負荷低減と、輪郭線を推定する処理の誤差を低減すべく、互いの距離が閾値（第４の閾値）以下の輪郭位置を間引きする。図１８の例では、輪郭位置ｋと輪郭位置ｋ＋１との距離が小さいため、例えば、輪郭位置ｋを除去する。
以上により、フレーム画像３１内の図形パターンの輪郭位置を精度よく抽出できる。得られた各輪郭位置の情報は、輪郭線データとして記憶装置５７に格納される。
参照輪郭位置抽出工程（Ｓ１３２）として、参照輪郭位置抽出回路１１２は、板１０１に形成された図形パターンの元になる設計データに基づいて、フレーム領域３０毎に、フレーム領域３０内の図形パターンの輪郭線（参照輪郭線）上の複数の輪郭位置を抽出する。
図１９は、実施の形態１における参照輪郭位置を抽出する手法を説明するための図である。図１９において、設計データに対して、画素サイズのグリッドを設定する。画素に相当する四角形の中で、直線部の中点を参照輪郭位置とする。図形パターンの角部（コーナー）が存在する場合は、コーナー頂点を参照輪郭位置とする。コーナーが複数存在する場合は、コーナー頂点の中間点を参照輪郭位置にする。以上により、フレーム領域３０内の設計パターンとしての図形パターンの輪郭位置を精度よく抽出できる。得られた各参照輪郭位置の情報（参照輪郭線データ）は、比較回路１０８に出力される。比較回路１０８では、参照輪郭線データが記憶装置５２に格納される。
なお、参照輪郭位置の抽出は、これに限るものではない。抽出する方法は、まず、設計データから参照画像を作成し、参照画像を用いて測定画像であるフレーム画像３１の場合と同様の手法で参照輪郭位置を抽出しても構わない。或いは、その他の従来の手法で複数の輪郭位置を抽出するようにしても良い。
参照画像から参照輪郭位置を抽出する場合、まずは参照画像を作成する。かかる場合、図示しない参照画像作成回路は、基板１０１に形成された図形パターンの元になる設計データに基づいて、フレーム領域３０毎に、フレーム画像３１に対応する参照画像を作成する。具体的には、以下のように動作する。まず、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、この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。
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参照画像作成回路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パターン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１／２８（＝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なる。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、参照画像作成回路は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに、所定のフィルタ関数を使ってフィルタ処理を施す。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素毎の画像データは比較回路１０８に出力される。比較回路１０８内に転送された参照画像データは、例えば、記憶装置１０９に格納される。以下、フレーム画像３１から輪郭位置を抽出する手法と同様に参照輪郭位置を抽出すればよい。
距離算出工程（Ｓ１４２）として、距離算出部８２は、フレーム画像３１（実画）内の複数の輪郭位置から参照輪郭位置を通る参照輪郭線への距離を算出する。
図２０は、実施の形態１における輪郭線間の距離の一例を示す図である。図２０の例では、フレーム画像３１（実画）内の各輪郭位置１１から参照輪郭線１５までの最短距離を算出する場合を示している。距離の定義は、これに限るものではない。フレーム画像３１（実画）内の各輪郭位置１１から参照画像内の複数の参照輪郭位置１３のうち最も近い参照輪郭位置までの距離を算出しても良い。或いは、各輪郭位置１１から参照輪郭線１５までのｘ方向の距離（或いはｙ方向の距離）を算出しても良い。或いは、他の距離の算出手法に沿っても構わない。
比較工程（Ｓ１４４）として、比較処理部８４（比較部）は、輪郭位置のデータを用いて、フレーム画像３１の輪郭線と参照輪郭線とを比較する。具体的には、輪郭位置のデータを用いて上述したように算出された距離が判定閾値より大きい輪郭位置を欠陥と判定する。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。
上述した例では、設計データに基づいて作成された参照画像或いは設計データから得られた参照輪郭位置（或いは参照輪郭線）と測定画像であるフレーム画像との間で比較する場合（ダイ－データベース検査）を説明したが、これに限るものではない。例えば、同じパターンが形成された複数のダイの一方のフレーム画像と他方のフレーム画像との間で比較する場合（ダイ－ダイ検査）であっても構わない。ダイ－ダイ検査の場合、参照輪郭位置は、ダイ１のフレーム画像３１内の複数の輪郭位置を抽出した場合と同じ手法でダイ２のフレーム画像３１内の複数の輪郭位置を抽出すればよい。そして、両者間の距離を算出すればよい。
以上のように、実施の形態１によれば、高精度な輪郭位置の抽出ができる。よって、欠陥検出精度を向上できる。
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、フラッシュ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、参照輪郭位置抽出回路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、及び偏向制御回路１２８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、具体例を参照しながら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輪郭位置の取得方法、パターン検査方法、及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。
１０ １次電子ビーム
１１ 輪郭位置
１３ 参照輪郭位置
１５ 参照輪郭線
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
５０，５２，５６，５７ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
６０ ノイズフィルタ処理部
６２ ２次元空間フィルタ処理部
６４ 輪郭画素候補抽出部
６６ 接線方向微分演算部
６８ 輪郭画素抽出部
７０ 法線方向プロファイル作成部
７２ 偽輪郭画素除去部
７４ 輪郭位置算出部
７６ 孤立輪郭位置除去部
７８ 近接輪郭位置除去部
８２ 距離算出部
８４ 比較処理部
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 参照輪郭位置抽出回路
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
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 (12)

  1. 図形パターンが形成された基板の画像を取得する画像取得機構と、
    異なる方向性を持った複数の２次元空間フィルタ関数を用いて、方向毎に、前記画像のフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
    フィルタ処理後の前記方向毎の画素値のうちの所定の値が第１の閾値より大きくなる複数の画素を前記図形パターンの輪郭線が通る複数の輪郭画素候補として抽出する輪郭画素候補抽出部と、
    前記複数の輪郭画素候補のうち、輪郭画素候補毎に前記所定の値が得られた第１の方向に直交する第２の方向にフィルタ処理前の画素値を微分した微分値が第２の閾値以上になる輪郭画素候補を除いた複数の輪郭画素を抽出する輪郭画素抽出部と、
    前記複数の輪郭画素の輪郭画素毎に、前記所定の値が得られた前記第１の方向の１次元プロファイルを用いてサブ画素単位の輪郭位置を算出する輪郭位置算出部と、
    前記輪郭位置のデータを用いて、前記画像の前記輪郭線と所定の参照輪郭線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。
  2. 前記複数の２次元空間フィルタ関数の各々として、２つ以上の２次元空間フィルタ関数の線形和を用いることを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
  3. バイキュービック補間を用いて、前記第１の方向の前記１次元プロファイルを構成する各位置の輝度値を演算する補間処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン検査装置。
  4. 前記輪郭位置演算部は、前記第１の方向の前記１次元プロファイルに１次元空間フィルタ処理を行って前記１次元プロファイルのピーク位置を前記輪郭位置として演算することを特徴とする請求項１～３いずれかに記載のパターン検査装置。
  5. 前記輪郭位置演算部は、前記１次元プロファイルに行う１次元空間フィルタ処理に、１次元ラプラシアンフィルタ関数を用いることを特徴とする請求項１～４いずれかに記載のパターン検査装置。
  6. 前記所定の値として、最大値が用いられることを特徴とする請求項１～５いずれかに記載のパターン検査装置。
  7. 異なる方向性を持った複数の２次元空間フィルタ関数を用いて、方向毎に、図形パターンが形成された基板の画像のフィルタ処理を行う工程と、
    フィルタ処理後の前記方向毎の画素値のうちの所定の値が第１の閾値より大きくなる複数の画素を前記図形パターンの輪郭線が通る複数の輪郭画素候補として抽出する工程と、
    前記複数の輪郭画素候補のうち、輪郭画素候補毎に前記所定の値が得られた第１の方向に直交する第２の方向にフィルタ処理前の画素値を微分した微分値が第２の閾値以上になる輪郭画素候補を除いた複数の輪郭画素を抽出する工程と、
    前記複数の輪郭画素の輪郭画素毎に、前記所定の値が得られた前記第１の方向の１次元プロファイルを用いてサブ画素単位の輪郭位置を算出し、出力する工程と、
    を備えたことを特徴とするパターンの輪郭位置取得方法。
  8. 前記複数の２次元空間フィルタ関数の各々として、２つ以上の２次元空間フィルタ関数の線形和を用いることを特徴とする請求項７記載のパターンの輪郭位置取得方法。
  9. バイキュービック補間を用いて、前記第１の方向の前記１次元プロファイルを構成する各位置の輝度値を演算する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項７又は８記載のパターンの輪郭位置取得方法。
  10. 前記第１の方向の前記１次元プロファイルに１次元空間フィルタ処理を行って前記１次元プロファイルのピーク位置を前記輪郭位置として演算することを特徴とする請求項７～９いずれかに記載のパターンの輪郭位置取得方法。
  11. 前記１次元プロファイルに行う１次元空間フィルタ処理に、１次元ラプラシアンフィルタ関数を用いることを特徴とする請求項７～１０いずれかに記載のパターンの輪郭位置取得方法。
  12. 前記所定の値として、最大値が用いられることを特徴とする請求項７～１１いずれかに記載のパターンの輪郭位置取得方法。
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