特開 2022-77420 画像補正装置、パターン検査装置、及び画像補正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022077420

(43)【公開日】2022-05-23

(54)【発明の名称】画像補正装置、パターン検査装置、及び画像補正方法

(51)【国際特許分類】

   G06T 3/20 20060101AFI20220516BHJP

   G06T 5/00 20060101ALI20220516BHJP

【ＦＩ】

G06T3/20

G06T5/00 725

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020188280

(22)【出願日】2020-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下 雅弘

(72)【発明者】

【氏名】白土 昌孝

(72)【発明者】

【氏名】能弾 長作

【テーマコード（参考）】

5B057

【Ｆターム（参考）】

5B057AA01

5B057BA01

5B057BA15

5B057BA21

5B057CA02

5B057CA08

5B057CA12

5B057CA16

5B057CB02

5B057CB08

5B057CB12

5B057CB16

5B057CC02

5B057CD02

5B057CD12

5B057CE02

5B057CE06

5B057CH07

5B057DA03

5B057DA07

5B057DA16

5B057DB02

5B057DB05

5B057DB09

5B057DC32

(57)【要約】

【目的】シフト量に応じたノイズレベルの変動分が生じないように画像を補正可能な装置を提供する。
【構成】本発明の一態様の画像補正装置は、画像を記憶する記憶装置５０と、画像の全体画像と画像の位置毎の部分画像との一方に対して、サブ画素単位のシフト量を決定する最適化処理部６４と、全体画像と位置毎の部分画像との前記一方に対して、画素毎に対象画素の階調値と対象画素の周辺画素の階調値とを用いてシフト量に応じた補間処理を行うサブ画素補間処理部６０と、を備え、補間処理は、画素の位置における線形和の各項の重み付け係数の和が１となり、各項の重み付け係数の２乗和がシフト量に依存しない定数となるように設定された各項の重み付け係数を用いて、対象画素の補間値として、対象画素の階調値と周辺画素の階調値との線形和を演算することを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を記憶する記憶装置と、
前記画像の全体画像と前記画像の位置毎の部分画像との一方に対して、サブ画素単位のシフト量を決定するシフト量決定部と、
前記全体画像と前記位置毎の部分画像との前記一方に対して、画素毎に対象画素の階調値と前記対象画素の周辺画素の階調値とを用いて前記シフト量に応じた補間処理を行う補間処理部と、
を備え、
前記補間処理は、画素の位置における線形和の各項の重み付け係数の和が１となり、各項の重み付け係数の２乗和がシフト量に依存しない定数となるように設定された各項の重み付け係数を用いて、前記対象画素の補間値として、前記対象画素の階調値と前記周辺画素の階調値との線形和を演算することを特徴とする画像補正装置。

【請求項2】

前記補間処理は、対象画素の階調値と３つの前記周辺画素の階調値との合計４つの階調値を用いた線形和を演算することを特徴とする請求項１記載の画像補正装置。

【請求項3】

サブ画素単位のシフト量に応じた前記線形和の各項の係数を定義するテーブルをさらに備え
前記テーブルを参照して、決定された前記シフト量に対応する各項の係数を取得することを特徴とする請求項１又は２記載の画像補正装置。

【請求項4】

図形パターンが形成された第１の画像を記憶する記憶装置と、
前記第１の画像の全体画像と前記第１の画像の位置毎の部分画像との一方に対して、サブ画素単位のシフト量を決定するシフト量決定部と、
前記全体画像と前記位置毎の部分画像との前記一方に対して、画素毎に対象画素の階調値と前記対象画素の周辺画素の階調値とを用いて前記シフト量に応じた補間処理を行う補間処理部と、
前記補間処理が行われた第１の画像と、前記第１の画像に対応する第２の画像とを比較する比較部と、
を備え、
前記補間処理は、画素の位置における線形和の各項の係数の和が１となり、各項の重み付け係数の２乗和がシフト量に依存しない定数となるように設定された各項の重み付け係数を用いて、前記対象画素の補間値として、前記対象画素の階調値と前記周辺画素の階調値との線形和を演算することを特徴とするパターン検査装置。

【請求項5】

前記補間処理は、対象画素の階調値と３つの前記周辺画素の階調値との合計４つの階調値を用いた線形和を演算することを特徴とする請求項４記載のパターン検査装置。

【請求項6】

サブ画素単位のシフト量に応じた前記線形和の各項の係数を定義するテーブルをさらに備え、
前記テーブルを参照して、決定された前記シフト量に対応する各項の係数を取得することを特徴とする請求項４又は５記載のパターン検査装置。

【請求項7】

記憶装置に記憶された画像の全体画像と前記画像の位置毎の部分画像との一方に対して、サブ画素単位のシフト量を決定する工程と、
前記全体画像と前記位置毎の部分画像との前記一方に対して、画素毎に対象画素の階調値と前記対象画素の周辺画素の階調値とを用いて前記シフト量に応じた補間処理を行う工程と、
を備え、
前記補間処理は、画素の位置における線形和の各項の係数の和が１となり、各項の重み付け係数の２乗和がシフト量に依存しない定数となるように設定された各項の重み付け係数を用いて、前記対象画素の補間値として、前記対象画素の階調値と前記周辺画素の階調値との線形和を演算することを特徴とする画像補正方法。

【請求項8】

前記補間処理は、対象画素の階調値と３つの前記周辺画素の階調値との合計４つの階調値を用いた線形和を演算することを特徴とする請求項７記載の画像補正方法。

【請求項9】

サブ画素単位のシフト量に応じた前記線形和の各項の係数を定義するテーブルを参照して、決定された前記シフト量に対応する各項の係数を取得することを特徴とする請求項７又は８記載の画像補正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像補正装置、パターン検査装置、及び画像補正方法に関する。例えば、電子ビームを用いて検査用に撮像された基板に形成された図形パターンの画像の位置合わせの手法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ）の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。

【0003】

そして、多大な製造コストのかかるＬＳＩの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、１ギガビット級のＤＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）に代表されるように、ＬＳＩを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになっている。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。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。

【0004】

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、そ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。かかる検査装置における検査方法では、検査対象基板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。検査対象基板には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。検査対象基板を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。

【0005】

かかる画像同士の位置合わせの手法として、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法が用いられていた。ＳＳＤ法では、比較する画像同士の一方をサブ画素単位でシフトさせ、シフト後の画素値を１画素未満の位置ずれについては補間により求めて、両画像の画素値の差の二乗和が最小となる位置に合わせる。

【0006】

上述したパターン検査装置では、レーザ光を検査対象基板に照射して、その透過像或いは反射像を撮像することにより、光学画像を取得する。これに対して、電子ビームを使ったマルチビームを検査対象基板に照射して、検査対象基板から放出される各ビームに対応する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。ここで、電子ビームを用いて画像を撮像する場合、従来のＳＳＤ法だけでは、画像同士の位置合わせが十分にできないことが分かってきた。電子ビーム検査装置では、単位領域あたりに入射する電子数が限られているために個々の電子に対するショットノイズの影響が大きい。そこで、画像全体に対してシフト量に応じた補間処理を行い、かかる補間処理により生じたシフト量に応じたノイズレベルの変動分を抑制する補償フィルタをさらに適用するといった２段階での処理手法を提案した（例えば特許文献１参照）。

【0007】

しかしながら、かかる処理では、例えば４タップによる補間処理と例えば３タップによる補償フィルタ処理の２段階での処理となるためデータ処理に必要なメモリ量が大きくなってしまうといった問題点や、ノイズレベルの変動を完全に消すことができない場合があり得るといった問題点があった。そこで、さらなる改良が求められる。また、２つの画像同士の位置合わせに限らず、画像が持つ歪を補正する場合等、位置に応じてシフト量が変化する場合でもノイズレベルの変動を抑制することが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１９－０３９８０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

そこで、本発明の一態様は、シフト量に応じたノイズレベルの変動分が生じないように画像を補正可能な装置及び方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様の画像補正装置は、
画像を記憶する記憶装置と、
画像の全体画像と画像の位置毎の部分画像との一方に対して、サブ画素単位のシフト量を決定するシフト量決定部と、
全体画像と位置毎の部分画像との前記一方に対して、画素毎に対象画素の階調値と対象画素の周辺画素の階調値とを用いてシフト量に応じた補間処理を行う補間処理部と、
を備え、
補間処理は、画素の位置における線形和の各項の重み付け係数の和が１となり、各項の重み付け係数の２乗和がシフト量に依存しない定数となるように設定された各項の重み付け係数を用いて、対象画素の補間値として、対象画素の階調値と周辺画素の階調値との線形和を演算することを特徴とする。

【0011】

また、補間処理は、対象画素の階調値と３つの周辺画素の階調値との合計４つの階調値を用いた線形和を演算すると好適である。

【0012】

また、サブ画素単位のシフト量に応じた線形和の各項の係数を定義するテーブルをさらに備え、
テーブルを参照して、決定されたシフト量に対応する各項の係数を取得すると好適である。

【0013】

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第１の画像を記憶する記憶装置と、
第１の画像の全体画像と第１の画像の位置毎の部分画像との一方に対して、サブ画素単位のシフト量を決定するシフト量決定部と、
全体画像と位置毎の部分画像との一方に対して、画素毎に対象画素の階調値と対象画素の周辺画素の階調値とを用いてシフト量に応じた補間処理を行う補間処理部と、
補間処理が行われた第１の画像と、第１の画像に対応する第２の画像とを比較する比較部と、
を備え、
補間処理は、画素の位置における線形和の各項の重み付け係数の和が１となり、各項の重み付け係数の２乗和がシフト量に依存しない定数となるように設定された各項の重み付け係数を用いて、前記対象画素の補間値として、前記対象画素の階調値と前記周辺画素の階調値との線形和を演算することを特徴とする。

【0014】

また、補間処理は、対象画素の階調値と３つの周辺画素の階調値との合計４つの階調値を用いた線形和を演算すると好適である。

【0015】

また、サブ画素単位のシフト量に応じた線形和の各項の係数を定義するテーブルをさらに備え、
テーブルを参照して、決定されたシフト量に対応する各項の係数を取得すると好適である。

【0016】

本発明の一態様の画像補正方法は、
記憶装置に記憶された画像の全体画像と画像の位置毎の部分画像との一方に対して、サブ画素単位のシフト量を決定する工程と、
全体画像と位置毎の部分画像との前記一方に対して、画素毎に対象画素の階調値と対象画素の周辺画素の階調値とを用いてシフト量に応じた補間処理を行う工程と、
を備え、
補間処理は、画素の位置における線形和の各項の重み付け係数の和が１となり、各項の重み付け係数の２乗和がシフト量に依存しない定数となるように設定された各項の重み付け係数を用いて、対象画素の補間値として、対象画素の階調値と周辺画素の階調値との線形和を演算することを特徴とする。

【0017】

また、補間処理は、対象画素の階調値と３つの周辺画素の階調値との合計４つの階調値を用いた線形和を演算すると好適である。

【0018】

また、サブ画素単位のシフト量に応じた線形和の各項の係数を定義するテーブルを参照して、決定されたシフト量に対応する各項の係数を取得すると好適である。

【発明の効果】

【0019】

本発明の一態様によれば、シフト量に応じたノイズレベルの変動分が生じないように画像を補正できる。そのため、高精度なパターン検査ができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施の形態１におけるパターン検査装置の構成を示す構成図である。

【図2】実施の形態１における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3】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4】実施の形態１における画像取得処理を説明するための図である。

【図5】実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。

【図6】実施の形態１の比較例におけるノイズレベルの変動の一例を示す図である。

【図7】実施の形態１における画像補正方法の要部工程を示すフローチャート図である。

【図8】実施の形態１におけるサブ画素補間処理のフィルタ関数を説明するための図である。

【図9】実施の形態１におけるフィルタテーブル作成工程の内部工程を示すフローチャート図である。

【図10】実施の形態１におけるフィルタテーブルの一例をグラフで示した図である。

【図11】実施の形態１における位置に依存させてシフトする場合のシフト量を求める方法を説明するための図である。

【図12】実施の形態１の比較例における補正前後の画像の一例を示す図である。

【図13】実施の形態１における補正前後の画像の一例を示す図である。

【図14】実施の形態２における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。

【図15】実施の形態３における画像補正装置の構成の一例を示す図である。

【図16】実施の形態３における補正対象画像の形状の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、実施の形態において、画像補正装置の一例として、電子ビームを用いて画像を取得する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。イオンビーム或いは紫外線等を用いて画像を取得する装置であっても構わない。或いは、外部で取得された画像を入力して、かかる画像を補正する装置であっても構わない。また、以下、電子ビームについては、マルチビームを用いた構成について説明するが、例えば、１本の電子ビームによるシングルビームを用いた構成であっても構わない。

【0022】

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、基板に形成されたパターンを検査する検査装置１００は、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、及び制御系回路１６０（制御部）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）、検査室１０３、検出回路１０６、チップパターンメモリ１２３、ステージ駆動機構１４２、及びレーザ測長システム１２２を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、縮小レンズ２０５、制限アパーチャ基板２１３、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、一括ブランキング偏向器２１２、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、投影レンズ２２４，２２６、及びマルチ検出器２２２が配置されている。

【0023】

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によって１次電子光学系を構成する。また、電磁レンズ２０７、ビームセパレーター２１４、偏向器２１８、及び電磁レンズ２２４，２２６によって２次電子光学系を構成する。

【0024】

検査室１０３内には、少なくとも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。

【0025】

また、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。検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。

【0026】

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、フィルタテーブル作成回路１３０、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、及びプリンタ１１９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。

【0027】

また、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、例えばステップ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２０の光軸に直交する面に対して、１次座標系のＸ方向、Ｙ方向、θ方向が設定される。

【0028】

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２２４，２２６、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。

【0029】

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と引出電極間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定の引出電極（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。照明レンズ２０２、縮小レンズ２０５、対物レンズ２０７、及び投影レンズ２２４，２２６は、例えば電磁レンズが用いられる。

【0030】

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。

【0031】

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２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、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、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、マルチ１次電子ビーム２０が形成されることになる。次に、２次電子画像を取得する場合における画像取得機構１５０の動作について説明する。

【0032】

画像取得機構１５０は、電子ビームによるマルチビーム２０を用いて、図形パターンが形成された基板１０１から図形パターンの被検査画像を取得する。以下、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。

【0033】

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。

【0034】

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の各ビームの中間像面（像面共役位置：Ｉ．Ｉ．Ｐ．）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。

【0035】

マルチ１次電子ビーム２０が電磁レンズ２０７（対物レンズ）に入射すると、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（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２０６によってマルチ１次電子ビーム２０全体が遮蔽される。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２０６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２０６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２０６を通過したビーム群により、画像取得用のマルチ１次電子ビーム２０が形成される。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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（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。

【0039】

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は、複数の検出エレメント（例えば図示しないダイオード型の２次元センサ）を有する。そして、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームは、マルチ検出器２２２の検出面において、マルチ２次電子ビーム３００の各２次電子ビームに対応する検出エレメントに衝突して、電子を発生し、２次電子画像データを画素毎に生成する。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。各１次電子ビームは、基板１０１上における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内に照射され、当該サブ照射領域内を走査（スキャン動作）する。

【0040】

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、半導体基板（ウェハ）１０１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）によって例えば１／４に縮小されて転写されている。

【0041】

図４は、実施の形態１における画像取得処理を説明するための図である。図４に示すように、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。

【0042】

図４の例では、例えば、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。照射領域３４が、マルチ１次電子ビーム２０の視野となる。そして、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、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。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。

【0043】

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を構成する各１次電子ビーム１０は、自身のビームが位置するサブ照射領域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。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領域３４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毎のスキャン動作および２次電子画像の取得が行われる。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。また、実際に画像比較を行う場合には、各矩形領域３３内のサブ照射領域２９をさらに複数のフレーム領域３０に分割して、フレーム領域３０毎のフレーム画像３１について比較することになる。図４の例では、１つの１次電子ビーム１０によってスキャンされるサブ照射領域２９を例えばｘ，ｙ方向にそれぞれ２分割することによって形成される４つのフレーム領域３０に分割する場合を示している。

【0044】

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。

【0045】

以上のように、画像取得機構１５０は、ストライプ領域３２毎に、スキャン動作をすすめていく。上述したように、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は、マルチ検出器２２２で検出される。検出されるマルチ２次電子ビーム３００には、反射電子が含まれていても構わない。或いは、反射電子は、２次電子光学系を移動中に発散し、マルチ検出器２２２まで到達しない場合であっても構わない。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。

【0046】

一方、参照画像作成回路１１２は、基板１０１に形成された複数の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。

【0047】

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。

【0048】

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１１２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１／２^８（＝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。

【0049】

次に、参照画像作成回路１１２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。

【0050】

図５は、実施の形態１における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。図５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５０，５１，５２，７４、スムージング処理部５４，５６、サブ画素補間処理部６０、サブ画素シフト処理部６３、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）値算出部６２、最適化処理部６４、スムージング処理部７０、及び比較処理部７２が配置される。スムージング処理部５４，５６、サブ画素補間処理部６０、サブ画素シフト処理部６３、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）値算出部６２、最適化処理部６４、スムージング処理部７０、及び比較処理部７２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。スムージング処理部５４，５６、サブ画素補間処理部６０、サブ画素シフト処理部６３、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）値算出部６２、最適化処理部６４、スムージング処理部７０、及び比較処理部７２内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。

【0051】

比較回路１０８内に転送された被検査画像データ（フレーム画像データ）は、記憶装置５２に格納される。また、比較回路１０８内に転送された参照画像データは、記憶装置５０に格納される。比較回路１０８内にて、被検査画像となるフレーム画像と参照画像との位置合わせを行うことになる。

【0052】

ここで、上述したように、電子ビーム検査装置では、単位領域あたりに入射する電子数が限られているために個々の電子に対するショットノイズの影響が大きい。そのため、１画素未満の位置ずれについて、画像全体に対してシフト量に応じた補間処理を行い、補間処理により生じたシフト量に応じたノイズレベルの変動分を抑制する補償フィルタをさらに適用するといった２段階での処理手法が考えられる。しかしながら、かかる処理では、例えば４タップによる補間処理と例えば３タップによる補償フィルタ処理の２段階での処理となるためデータ処理に必要なメモリ量が大きくなってしまうといった問題点や、ノイズレベルの変動を完全に消すことができない場合があり得るといった問題点があった。

【0053】

図６は、実施の形態１の比較例におけるノイズレベルの変動の一例を示す図である。図６に示す比較例では、上述したように、４タップによる補間処理と例えば３タップによる補償フィルタ処理の２段階での処理を行う。この４タップのシフトフィルタと、３タップの補償ブラー（ｂｌｕｒ）フィルタを連続で掛けた場合、６タップのフィルタと等価になるが、この係数二乗和は図６に示すように厳密には一定値にならない。したがって、シフト量によっておこるノイズ量の変動が完全には抑制されておらず、わずかに残っていることがわかる。このように、２段階でフィルタを掛けた場合、ノイズ量の変動を完全には抑えられないことがわかる。そこで、実施の形態１では、画像補正を行うための補間処理の際に、シフト量に応じたノイズレベルの変動分が生じないように補間する。

【0054】

図７は、実施の形態１における画像補正方法の要部工程を示すフローチャート図である。図７において、実施の形態１における画像補正方法は、フィルタテーブル作成工程（Ｓ１０２）と、シフト量決定工程（Ｓ２０２）と、補間処理工程（Ｓ２０４）と、いう一連の工程を実施する。

【0055】

図８は、実施の形態１におけるサブ画素補間処理のフィルタ関数を説明するための図である。図８の例では、１次元方向（ｘ方向）へ画像をシフトする場合の補間処理を示している。図８（ａ）において参照画像をシフトした場合に、シフト後の位置ｘでの画素値ｆ（ｘ）を補間により求める場合、シフト後の位置ｘから見てシフト方向の両側に隣接する２画素ずつ計４画素（－１，０，１，２）の階調値（ｆ（－１），ｆ（０），ｆ（１），ｆ（２）を用いて補間する方法がよく用いられる。言い換えれば、補間処理では、対象画素の階調値ｆ（０）と３つの周辺画素の階調値ｆ（－１），ｆ（１），ｆ（２）との合計４つの階調値を用いた線形和を演算する。かかる場合、対象画素は、画素（０）と周辺画素（１）との間にあって、画素（０）からシフト量ｘだけずらした位置になる場合を想定している。シフト量ｘはサブ画素単位になるので０≦ｘ≦１となる。かかる場合の対象画素の階調値ｆ（ｘ）（補間値）は、例えば、４タップフィルタを用いて、図８（ｂ）に示すように、４つの画素の画素値を用いた線形和で定義できる。具体的には、４つの画素の画素値にそれぞれ重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）を乗じた値の和を示す式（１）（補間フィルタ関数）で定義できる。

【0056】

【数1】

【0057】

その際、図８（ｂ）に示すように、線形和の各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の和が１となり、各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の２乗和がシフト量ｘに依存しない定数Ｒとなるように設定する。具体的には、式（２－１）及び式（２－２）の関係になるように定義する。

【0058】

【数2】

【0059】

ｆ（－１），ｆ（０），ｆ（１），ｆ（２）が一定量のノイズを含む場合、補間後のノイズ量は、式（２－２）の左辺で定義できる。よって、式（２－２）の左辺を定数Ｒになるように定義できれば、補間後のノイズ量はシフト量ｘに依存せずに一定にできる。言い換えれば、シフト量ｘに関わらずノイズレベルの変動分をゼロにできる。ここで、各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）を具体的に算出する方法の一例について説明する。図８（ａ）に示す位置ｘから見た各周辺画素までの位置に依存する偶関数ｋ（ｘ）を用いて、以下の式（３－１）～式（３－４）のように定義できる。

【0060】

【数3】

ここで、ｋ１（ｘ）は、ｋ（ｘ）の０＜ｘ＜１の区間を定義する関数であり、ｋ２（ｘ）は、ｋ（ｘ）の１＜ｘ＜２の区間を定義する関数であって、これらの範囲において定義されるものとする。

【0061】

そして、式（２－１）、式（２－２）、及び式（３－１）～式（３－４）を用いて変形すると、例えばｘ＝１／２のとき、定数Ｒは、以下の式（４）で定義できる。

【0062】

【数4】

【0063】

また、式（２－１）、式（２－２）、及び式（３－１）～式（３－４）を用いて変形すると、例えばｘ＝０のとき、ｋ１（０）は式（５－１）で定義できる。また、ｋ１（１）は式（５－２）で定義できる。

【0064】

【数5】

したがって、ｋ（１／２）が決まれば、Ｒ、ｋ１（０）、ｋ１（１）の３つの値が決まることになる。これら４つの値のうち、独立に決定できるのは１つだけである。

【0065】

また、式（２－１）、式（２－２）、及び式（３－１）～式（３－４）を用いて変形すると、ｋ２（ｘ＋１）は式（６－１）で定義できる。また、ｋ２（２－ｘ）は式（６－２）で定義できる。

【0066】

【数6】

つまり、R とｋ１（ｘ）が決まれば、ｋ２（ｘ）も決まる。Ｒはｋ１（０）、ｋ１（１／２）、ｋ１（１）のどれか１つが決まれば決まるので、要するにｋ１（ｘ）が決まれば、ｋ２（ｘ）も決まる。

【0067】

ここで、ｋ１（ｘ）を例えば式（７）に示す３次元多項式で表せるものとする。

【0068】

【数7】

【0069】

かかる場合、式（７）の右辺の係数ｐ、ｑ、ｒ、ｓは、以下の式（８－１）～式（８－４）で定義できる。

【0070】

【数8】

【0071】

以上のように、ｋ１（１／２）を与えるとＲ、ｋ１（０）、ｋ１（１）の値が決まり、これに加えてｒ＝ｋ１’（０）の値も与えれば、ｐ，ｑ，ｒ，ｓの４つの値が決まるのでｋ１（ｘ）が決定し、ｋ２（ｘ）も決定する。これらの計算過程において独立な変数は２つであり、例えば、ｋ１（１／２）とｒの２つの値を自由に決めることができる。
以上の関係を満たすフィルタ関数の係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）をまずは求める。

【0072】

フィルタテーブル作成工程（Ｓ１０２）として、フィルタテーブル作成回路１３０は、補間処理を行うための係数が定義されるフィルタテーブルを作成する。

【0073】

図９は、実施の形態１におけるフィルタテーブル作成工程の内部工程を示すフローチャート図である。フィルタテーブルは、検査装置１００内で作成しても良いし、外部で作成した後に入力しても構わない。

【0074】

フィルタテーブル作成回路１３０は、ｋ１（１／２）、ｒを設定する（Ｓ１０４）。これらの値は外部からユーザによって入力された値を設定すればよい。

【0075】

次に、フィルタテーブル作成回路１３０は、ｋ１（１／２）を式（４）に代入して、定数Ｒを演算する（Ｓ１０６）。

【0076】

次に、フィルタテーブル作成回路１３０は、Ｒを式（５－１）及び式（５－２）に代入して、ｋ１（０）、ｋ１（１）を演算する（Ｓ１０８）。

【0077】

次に、フィルタテーブル作成回路１３０は、ｋ１（０）、ｋ１（１／２）、ｋ１（１）、ｒの各値を、式（８－１）、式（８－２）、及び式（８－４）に代入して、係数ｐ，ｑ，ｓを演算する（Ｓ１１０）。これにより、ｋ１（ｘ）を求めることができる。

【0078】

次に、フィルタテーブル作成回路１３０は、Ｒ、及びｋ１（ｘ）を、式（６－１）、及び式（６－２）に代入して、例えばｘ＝０のとき、ｋ２（１）、ｋ２（２）を演算する（Ｓ１１２）。

【0079】

次に、フィルタテーブル作成回路１３０は、得られたｋ１（０）、ｋ１（１）、ｋ２（１）、及びｋ２（２）が実数かどうかを判定する（Ｓ１１４）。ｋ１（０）、ｋ１（１）、ｋ２（１）、及びｋ２（２）のすべてが実数でない場合、実数になるまで、ｋ１（１／２）、ｒの値を変更して、同様にＳ１０４～Ｓ１１４までの各工程を繰り返す。

【0080】

以上により、重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）を求めることができる。次に、サブ画素単位のシフト量毎の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の各値を演算する（Ｓ１１４）。１画素が例えば２５６階調で定義される場合、ｎ＝０～２５５の各値におけるｘ＝ｎ／２５６に対し、重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の各値が求まる。ｋ１（１／２）、ｒの値の組は１種に限るものではない。そのため、ｋ１（１／２）、ｒの値の組毎に、ｘ＝０～２５５の各値における係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の各値を求めても好適である。

【0081】

そして、フィルタテーブル作成回路１３０は、ｋ１（１／２）、ｒの値の組毎に、ｘ＝０～２５５の各値における重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の各値を定義するフィルタテーブルを作成する（Ｓ１１８）。

【0082】

図１０は、実施の形態１におけるフィルタテーブルの一例をグラフで示した図である。図１０（ａ）では、横軸に、シフト量となる０から２５５の値を示し、縦軸に各重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の値を示す。図１０（ｂ）では、シフト量ｘがとり得る０から２５５の２５６階調を０～１の値に変換した場合の図１０（ａ）に示した各係数のフィルタ波形を示す。得られたフィルタテーブルは、記憶装置１０９に格納される。

【0083】

シフト量決定工程（Ｓ２０２）として、最適化処理部６４（シフト量決定部）は、参照画像（第１の画像）の全体画像と参照画像の位置毎の部分画像との一方に対して、サブ画素単位のシフト量を決定する。ここでは、例えば、参照画像の全体に対して一定のシフト量ｘでシフトさせる場合について説明する。

【0084】

まず、スムージング処理部５６は、記憶装置５２から被検査画像となるフレーム画像（第２の画像）を読み出し、フレーム画像内の図形パターンに対してパターン端部をなめらかにするスムージング処理を行う。同様に、スムージング処理部５４は、記憶装置５０から対応するフレーム領域３０の参照画像を読み出し、参照画像の図形パターンに対してパターン端部をなめらかにするスムージング処理を行う。スムージング処理用のフィルタとして、例えば、ガウシアンフィルタを用いると好適である。例えば、７行×７列のガウシアンフィルタを用いる。或いは、例えば、５行×５列のガウシアンフィルタを用いて構わない。或いは、７×７列よりも大きい行列のガウシアンフィルタを用いて構わない。ガウシアンフィルタの各要素値は、中心の要素値ａ（ｉ，ｊ）が最も大きく、中心から外れるに従い小さくなるように設定される。例えば、１／４０９６，６／４０９６，１５／４０９６，２０／４０９６，３６／４０９６，９０／４０９６，１２０／４０９６，２２５／４０９６，３００／４０９６，４００／４０９６のいずれかの値が設定される。かかる場合には、中心の要素値ａ（ｉ，ｊ）は４００／４０９６となる。また、４隅の要素値ａ（ｉ－３，ｊ－３），ａ（ｉ＋３，ｊ－３），ａ（ｉ－３，ｊ＋３），ａ（ｉ＋３，ｊ＋３）は、共に１／４０９６となる。この場合のσは約１．３となる。７×７列の各要素値を１画素に当てはめ、例えば、５１２×５１２画素で構成されるマスクダイ画像内において、７×７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、７×７画素の中心画素の画素値ｇ（ｘ，ｙ）を演算する。中心画素の画素値ｇ（ｘ，ｙ）は、以下の式（２）（ガウシアンフィルタ関数）で定義できる。

【0085】

【数9】

【0086】

かかるスムージング処理によって、被検査画像と参照画像のショットノイズを含むノイズを低減できる。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、７行×７列の行列で示す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。このように、実質的にノイズを消去した状態で、以下に示すように、位置合わせのためのシフト量（ずらし量）を演算する。

【0087】

まず、サブ画素シフト処理部６３は、スムージング処理が行われた参照画像をサブ画素単位で可変にずらす。１画素が例えば２５６階調で定義される場合、例えば、ｘ，ｙ方向に１／１６画素ずつ、或いは１／８画素ずつシフトさせると好適である。そして、ＳＳＤ値算出部６２は、シフト量（ずらし量）毎に、フレーム画像の各画素値と参照画像の対応する画素値との差分二乗和（ＳＳＤ）を演算する。

【0088】

次に、最適化処理部６４は、差分二乗和（ＳＳＤ）が最小となる画像シフト量（ずらし量）を演算する。そのために、サブ画素シフト処理部６３は、画像シフト量を可変にずらして、その都度、ＳＳＤ値算出部６２は、上述したように差分二乗和（ＳＳＤ）を演算し、演算結果を最適化処理部６４に出力する。以上のようにして、最適化処理部６４は、差分二乗和（ＳＳＤ）が最小となる画像シフト量（ずらし量）を決定する。以上の繰り返し演算によって得られた、差分二乗和（ＳＳＤ）が最小となる画像シフト量（ずらし量）は、サブ画素補間処理部６０に出力される。

【0089】

上述した例では、参照画像全体を１つのシフト量でシフトされる場合を説明したが、これに限るものではない。位置毎にシフト量を変化させても好適である。

【0090】

図１１は、実施の形態１における位置に依存させてシフトする場合のシフト量を求める方法を説明するための図である。図１１において、フレーム領域３０サイズの参照画像を複数の小領域３５に分割する。図１１の例では、フレーム領域３０を例えば４×４の小領域３５に分割する場合を示している。そして、ＳＳＤ値算出部６２は、小領域３５毎に、小領域３５に分割された部分画像を使ってシフト量を可変にずらしながら差分二乗和（ＳＳＤ）を演算する。そして、最適化処理部６４は、小領域３５毎に、差分二乗和（ＳＳＤ）が最小となる画像シフト量（ずらし量）を決定する。

【0091】

補間処理工程（Ｓ２０４）として、サブ画素補間処理部６０（補間処理部）は、全体画像と位置毎の部分画像との一方に対して、画素毎に対象画素の階調値と対象画素の周辺画素の階調値とを用いてシフト量に応じた補間処理を行う。補間処理は、画素の位置における線形和の各項の重み付け係数の和が１となり、各項の重み付け係数の２乗和がシフト量ｘに依存しない定数Ｒとなるように設定された各項の重み付け係数数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）を用いて、対象画素の補間値として、対象画素の階調値と周辺画素の階調値との線形和を演算する。参照画像全体に対して１つのシフト量が決定された場合には、かかる全体画像に対して、画素毎に対象画素の階調値と対象画素の周辺画素の階調値とを用いてシフト量に応じた補間処理を行う。参照画像を複数の小領域３５に分割して小領域３５毎にシフト量が決定された場合には、小領域３５毎にかかる部分画像に対して、画素毎に対象画素の階調値と対象画素の周辺画素の階調値とを用いてシフト量に応じた補間処理を行う。具体的には、以下のように動作する。

【0092】

まず、サブ画素補間処理部６０は、サブ画素単位のシフト量に応じた補間用の線形和の各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）を定義するフィルタテーブルを参照して、決定されたシフト量ｘに対応する各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）を取得する。

【0093】

そして、サブ画素補間処理部６０は、補間の対象となる参照画像について、画素毎に、画素値ｆ（ｘ）（補間値）を算出する。補間処理では、上述したように、対象画素の階調値ｆ（０）と３つの周辺画素の階調値ｆ（－１），ｆ（１），ｆ（２）との合計４つの階調値を用いた線形和を演算する。対象画素の画素値ｆ（ｘ）（補間値）は、式（１）に示した、例えば、４タップフィルタを用いて、４つの周辺画素の画素値を用いた線形和によって算出される。 なお、通常画像の位置ずれは横方向のみでなく縦方向にも起こりえる。その場合、ｘ方向のサブ画素補間処理とｙ方向のサブ画素補間処理を連続して行なう。シフト量ｘが、例えば画像全体で同じである場合には、ｘ＝ｃｏｎｓｔとなるため、ａ（ｘ），ｂ（ｘ），ｃ（ｘ），ｄ（ｘ）は定数係数になり、パイプライン処理のように各画素の階調値をどんどん流すことで補間処理を行えばよい。

【0094】

以上のように補間処理によって位置合わせのために画像補正された参照画像を生成できる。実施の形態１では、上述したように、線形和の各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の和が１となり、各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の２乗和がシフト量ｘに依存しない定数Ｒとなるように設定されているので、シフト量に応じたノイズレベルの変動を回避できる。

【0095】

図１２は、実施の形態１の比較例における補正前後の画像の一例を示す図である。図１３は、実施の形態１における補正前後の画像の一例を示す図である。比較例では、図１２（ａ）に示す画像の中心部分について、従来の４タップフィルタ処理の後に３タップの補償フィルタを実施した。その結果、図１２（ｂ）に示すように、画像の中心部分についてボケが残ることがわかる。これに対して、図１２（ａ）に示した画像と同じ図１３（ａ）に示す画像の中心部分について、実施の形態１の補間処理を実施した。その結果、図１３（ｂ）に示すように、画像の中心部分についてボケが低減されていることがわかる。

【0096】

また、上述した例では、４タップフィルタを用いて補間しているが、これに限るものではない。さらに多くのタップ数のフィルタを用いて補間しても好適である。例えば、対象画素の階調値ｆ（０）と５つの周辺画素の階調値ｆ（－２），ｆ（－１），ｆ（１），ｆ（２），ｆ（３）との合計６つの階調値を用いた４タップフィルタを用いても好適である。

【0097】

上述した例では、ｘ方向について説明しているが、ｙ方向についても同様に補間する。例えば、ｘ方向に補間処理された補間値に対いて、ｙ方向に補間処理すればよい。

【0098】

補間処理された参照画像は比較処理部７２に出力されると共に、かかる状態で、被検査画像となるフレーム画像と参照画像とを比較する。なお、サブ画素補間処理部６０による補間処理によって、参照画像は少しボケるので、フレーム画像についても、サブ画素補間処理部６０での処理と同程度のスムージング効果が得られるスムージング処理を行って条件を同程度に近づけると好適である。かかる場合、スムージング処理部７０は、記憶装置５２からスムージング処理を行っていないフレーム画像を読み出し、フレーム画像内の図形パターンに対してパターン端部を若干なめらかにする弱めのスムージング処理を行っても好適である。スムージング処理用のフィルタとして、例えば、３行×３列のガウシアンフィルタを用いる。

【0099】

比較処理部７２（比較部）は、補間処理が行われた参照画像（第１の画像）と、参照画像に対応するフレーム画像（第２の画像）とを比較する。具体的には、被検査画像と参照画像とを、画素毎に比較する。所定の判定閾値を用いて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。例えば、画素毎の階調値差が判定閾値Ｔｈよりも大きければ欠陥候補と判定する。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、或いはプリンタ１１９より出力されればよい。

【0100】

或いは、比較処理部７２（比較部）は、被検査画像と参照画像とからそれぞれ画像内の図形パターンの輪郭線を生成する。そして、マッチングする図形パターンの輪郭線同士のずれを比較して良い。例えば、輪郭線同士のずれが判定閾値Ｔｈ’よりも大きければ欠陥候補と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置７４に出力されると共に、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される、或いはプリンタ１１９から出力されればよい。

【0101】

以上のように、実施の形態１によれば、シフト量に応じたノイズレベルの変動分が生じないように画像を補正できる。そのため、高精度なパターン検査ができる。また、従来のような４タップフィルタ処理の後にさらにノイズレベルの変動分を補償する３タップフィルタ処理（合計６タップ処理に相当する）を必要としないで済む。これにより、演算処理の負荷を低減できる。また、実施の形態１によれば、図１１を使って説明したように、画像全体ではなく部分ごとにシフト量が異なる場合でも位置毎のシフト量に応じたノイズレベルの変動分が生じないように画像を補正できる。

【0102】

実施の形態２．
実施の形態１では、ノイズ成分自体を消去してから位置合わせを行う構成について説明したが、実施の形態２では、シフト量（ずらし量）に依存したノイズレベルの変動分が発生しない補間処理を行った上で位置合わせを行う構成について説明する。実施の形態２における検査装置１００の構成は図１と同様である。また、以下、特に説明する点以外の内容は、実施の形態１と同様で構わない。

【0103】

図１４は、実施の形態２における比較回路内の構成を示す内部構成図の一例である。図１４の例では、まず、参照画像に対して設定されるシフト量に応じた補間処理を行った後で、差分二乗和（ＳＳＤ）が算出される。

【0104】

サブ画素補間処理部６０（サブ画素補間処理部）は、被検査画像に対応する参照画像を用いて、被検査画像と参照画像とを相対的にサブ画素単位で可変にずらしながら、当該参照画像を補間処理する。補間処理の内容は実施の形態１と同様である。サブ画素補間処理部６０により補間処理されることでシフト量（ずらし量）ｘに依存したショットノイズのレベルの変動は生じない。

【0105】

次に、ＳＳＤ値算出部６２は、シフト量（ずらし量）毎に、被検査画像の各画素値と補間処理された参照画像の対応する画素値との差分二乗和（ＳＳＤ）を演算する。

【0106】

次に、最適化処理部６４は、差分二乗和（ＳＳＤ）が最小となる画像シフト量（ずらし量）を演算する。そのために、最適化処理部６４は、画像シフト量を可変にずらして、その都度、設定した画像シフト量をサブ画素補間処理部６０に出力する。そして、サブ画素補間処理部６０は上述したように設定された画像シフト量で参照画像を補間する。そして、ＳＳＤ値算出部６２が差分二乗和（ＳＳＤ）を演算し、演算結果を最適化処理部６４に出力する。以上のようにして、最適化処理部６４は、差分二乗和（ＳＳＤ）が最小となる画像シフト量（ずらし量）を得る。そして、差分二乗和（ＳＳＤ）が最小となる画像シフト量にて補間処理された参照画像と、被検査画像とが、比較処理部７２に出力される。

【0107】

以上のように、実施の形態２では、シフト量（ずらし量）ｘに依存するノイズレベル変動が生じない補間処理を行った参照画像を使って、被検査画像との位置合わせを行う。

【0108】

比較処理部７２（比較部）は、補間処理が行われた参照画像（第１の画像）と、参照画像に対応するフレーム画像（第２の画像）とを比較する。比較の仕方は、実施の形態１と同様である。

【0109】

上述した例では、比較される２つの画像の一方（例えば参照画像）をシフトさせて位置合わせする場合を説明したが、これに限るものではない。参照画像と被検査画像との両画像をシフトさせて歩み寄らせるように構成しても良い。ずらす方向は、被検査画像と参照画像とで逆方向となる。所望の画像シフト量（ずらし量）ｘについて、参照画像を例えば＋ｘ／２、被検査画像を例えば－ｘ／２ずつずらしていけばよい。そして、被検査画像と参照画像とに対して、それぞれシフト量に応じた補間処理を行う。なお、被検査画像と参照画像とのそれぞれの補間処理に用いる線形和の各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）については、その和が１となり、各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の２乗和がシフト量ｘに依存しない定数Ｒとなるように設定されていることは言うまでもない。そして、差分二乗和（ＳＳＤ）が最小となる画像シフト量の半分ずつで補間された被検査画像と参照画像とに対して比較処理を行えばよい。

【0110】

以上のように、実施の形態２によれば、補間処理後の画像を使って差分二乗和（ＳＳＤ）を演算するので、シフト量自体の精度を高めることができる。よって、実施の形態２によれば、実施の形態１よりも、さらにノイズの影響を低減した画像同士の位置合わせができる。そのため、高精度なパターン検査ができる。

【0111】

実施の形態３．
上述した各実施の形態では、２つの画像の例えば一方を補間処理することで２つの画像の位置合わせを行う場合について説明した。但し、画像補正は位置合わせに限るものではない。実際の形態３では、画像自体の歪を補正する場合について説明する。

【0112】

図１５は、実施の形態３における画像補正装置の構成の一例を示す図である。図１５において、実施の形態３における画像補正装置２００内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５１，５３，５４、シフト量演算部６１、及びサブ画素補間処理部６０が配置される。シフト量演算部６１、及びサブ画素補間処理部６０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。シフト量演算部６１、及びサブ画素補間処理部６０内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリに記憶される。

【0113】

記憶装置５０には、補正対象の画像が外部から入力され、格納されている。また、記憶装置５１には、上述したフィルタテーブルを格納しておく。

【0114】

図１６は、実施の形態３における補正対象画像の形状の一例を示す図である。図１６（ａ）に示すように、画像を取得する際の光学系の収差等により、画像に歪が生じてしまう場合がある。かかる歪の程度は、位置によって異なるため、画像全体を一様にシフトさせても補正されたことにはならない。そこで、実施の形態３では、予め実験或いはシミュレーション等によりレンズ等の光学系の特性に応じた位置に依存した歪量を測定しておく。歪曲補正などの場合には、レンズの歪曲特性があらかじめ分かっていれば、どの画素がどっちの方向にどのくらい移動するということが分かる。そのため、その値を使って補正できる。レンズの歪曲特性とは、例えば、たる型歪みや糸巻型歪みなどが知られている。あるいは、詳細な測定値にもとづいて、画素毎に補正量（シフト量）を決めるように構成しても良い。そして、位置に応じたシフト量を定義した相関データ（シフト量データ）を作成しておき、記憶装置５３に格納しておく。

【0115】

シフト量演算部６１は、記憶装置５３に格納された相関データを参照して、記憶装置５０に記憶された画像の位置毎の部分画像に対して、サブ画素単位のシフト量を演算し、位置毎にシフト量を決定する。

【0116】

サブ画素補間処理部６０は、画像の位置毎の部分画像に対して、画素毎に対象画素の階調値と対象画素の周辺画素の階調値とを用いてシフト量に応じた補間処理を行う。実施の形態３では、上述した各実施の形態と同様、補間処理は、線形和の各項の係数の和が１となり、各項の係数の２乗和がシフト量ｘに依存しない定数Ｒとなるように設定された各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）を用いて、式（１）に示すように、対象画素の補間値ｆ（ｘ）として、対象画素の階調値ｆ（０）と周辺画素の階調値ｆ（－１），ｆ（１），ｆ（２）との線形和を演算する。実際の各項の重み付け係数ａ（ｘ）、ｂ（ｘ）、ｃ（ｘ）、ｄ（ｘ）の値は、位置毎に、決定されたシフト量に対応する各係数を記憶装置５１のフィルタテーブルから求める点で実施の形態１と同様である。これにより、図１６（ｂ）に示すように、歪を補正できる。補間処理された画像（補間画像）は、記憶装置５４に出力され、格納される。

【0117】

実施の形態３によれば、位置合わせだけではなく、個別の歪みを持った画像自体の補正が可能となる。

【0118】

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、及び参照画像作成回路１１２等は、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。

【0119】

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。実施の形態１，２では、参照画像をシフトする場合を示したが、これに限るものではない。被検査画像をシフトする場合であっても適用できる。また、上述したサブ画素単位のずらしについて、ずらし量が１画素以上の場合については、例えば、３＋５／１６画素分シフトする場合は、３画素分は画素単位でシフトさせ、５／１６画素分は上述した方法によりサブ画素単位でシフトさせればよい。

【0120】

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。

【0121】

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。

【符号の説明】

【0122】

１０ １次電子ビーム
２０ マルチビーム
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
３５ 小領域
５０，５１，５２，５３，７４ 記憶装置
５４，５６，７０ スムージング処理部
６０ サブ画素補間処理部
６１ シフト量演算部
６２ ＳＳＤ値算出部
６３ サブ画素シフト処理部
６４ 最適化処理部
７２ 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
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
１１９ プリンタ
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
１３０ フィルタテーブル作成回路
１４２ ステージ駆動機構
１５０ 画像取得機構
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５ 縮小レンズ
２０７ 対物レンズ
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
２２４，２２６ 投影レンズ
３００ ２次電子
３３０ 検査領域
３３２ チップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】