(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-20
(45)【発行日】2023-09-28
(54)【発明の名称】パターン検査装置及びパターン検査方法
(51)【国際特許分類】
G06T 7/00 20170101AFI20230921BHJP
G01N 23/2251 20180101ALI20230921BHJP
G01N 21/956 20060101ALI20230921BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20230921BHJP
G03F 1/84 20120101ALI20230921BHJP
H01L 21/66 20060101ALI20230921BHJP
【ＦＩ】
G06T7/00 610C
G01N23/2251
G01N21/956 A
G03F7/20 521
G03F1/84
H01L21/66 J
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019204960
(22)【出願日】2019-11-12
(65)【公開番号】P2021077229
(43)【公開日】2021-05-20
【審査請求日】2022-10-06
(73)【特許権者】
【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】杉原 真児
【審査官】千葉 久博
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－２６９６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１０１８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－３２０５５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００２／０４５０２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中静真，”ウェーブレット変換に基づく輪郭領域画像編集”，画像ラボ，日本，日本工業出版株式会社，2005年11月01日，第16巻, 第11号，p.5-9
【文献】菊池久和, 外1名，”ウェーブレット変換による異常探知 －広がるウェーブレット変換の世界－”，シミュレーション，日本，（株）日鉄技術情報センター，1997年12月15日，第16巻, 第4号，p.17-26
【文献】Lu Sun, 外2名，"Corner detection for object recognition by using wavelet transform"，Proceedings of 2004 International Conference on Machine Learning and Cybernetics，IEEE，2004年08月26日，p.4347-4351
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｔ ７／００
Ｇ０１Ｎ ２３／２２５１
Ｇ０１Ｎ ２１／９５６
Ｇ０３Ｆ ７／２０
Ｇ０３Ｆ １／８４
Ｈ０１Ｌ ２１／６６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、前記画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する微分強度演算部と、
前記微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する１次元プロファイル抽出部と、
前記１次元プロファイル毎に、基本ウェーブレット関数のスケール変数を所定の値に変化させて、前記１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行うウェーブレット変換部と、
前記１次元プロファイル毎に、前記スケール変数が可変に設定されたウェーブレット変換後の各プロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する輪郭位置抽出部と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターン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。
【請求項2】
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、前記画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する微分強度演算部と、
前記微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する１次元プロファイル抽出部と、
前記１次元プロファイル毎に、複数の基本ウェーブレット関数を用いて、前記１次元プロファイルに対してそれぞれウェーブレット変換を行うウェーブレット変換部と、
前記１次元プロファイル毎に、各基本ウェーブレット関数を用いた前記ウェーブレット変換後のプロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する輪郭位置抽出部と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターン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。
【請求項3】
抽出された各輪郭位置を繋げていく途中で２重に輪郭位置が存在する場合に、隣接する前後の輪郭位置の勾配方向に対して、勾配方向が逆になる画素の輪郭位置を前記画像の図形パターンの輪郭線を構成する複数の輪郭位置から除外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装置。
【請求項4】
前記基板に形成された図形パターンの基となる設計データを用いて、パターン線幅に応じて複数の基本ウェーブレット関数の中から少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を選択する選択部をさらに備え、前記ウェーブレット変換部は、選択された前記少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を用いて前記１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行う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。
【請求項5】
図形パターンが形成された基板の画像を取得する工程と、前記画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する工程と、
前記微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する工程と、
前記１次元プロファイル毎に、基本ウェーブレット関数のスケール変数を所定の値に変化させて、前記１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行う工程と、
前記１次元プロファイル毎に、前記スケール変数が可変に設定されたウェーブレット変換後の各プロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する工程と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターンの参照輪郭線とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項6】
図形パターンが形成された基板の画像を取得する工程と、前記画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する工程と、
前記微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する工程と、
前記１次元プロファイル毎に、複数の基本ウェーブレット関数を用いて、前記１次元プロファイルに対してそれぞれウェーブレット変換を行う工程と、
前記１次元プロファイル毎に、各基本ウェーブレット関数を用いた前記ウェーブレット変換後のプロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する工程と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターンの参照輪郭線とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項7】
抽出された各輪郭位置を繋げていく途中で２重に輪郭位置が存在する場合に、隣接する前後の輪郭位置の勾配方向に対して、勾配方向が逆になる画素の輪郭位置を前記画像の図形パターンの輪郭線を構成する複数の輪郭位置から除外することを特徴とする請求項５又は６記載のパターン検査方法。
【請求項8】
前記基板に形成された図形パターンの基となる設計データを用いて、パターン線幅に応じて複数の基本ウェーブレット関数の中から少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を選択する工程をさらに備え、選択された前記少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を用いて前記１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行うことを特徴とする請求項５～７いずれかに記載のパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パターン検査装置及びパターン検査方法に関する。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、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方法に関する。
【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。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。
【0003】
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。
【0004】
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、パターンエッジ（端部）の位置を高精度に検出するために、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（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、パターンエッジの抽出に使用されるエッジフィルタやテンプレートが固定されており、また、パターンエッジの抽出にレイアウトデータを必要とするために、ノイズ、帯電、フォーカスずれ等の画像変動等に起因するプロファイル変動が生じるとエッジ位置に誤差が生じてしまうといった問題があった。
【0005】
また、ＳＥＭ画像にウェーブレット変換を行った後、２値化画像を作成し、２値化画像にハフ変換を適用して検出対象物の位置と大きさを求めるといった技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１８－１５１２０２号公報
【文献】特開平１１－１１０５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の一態様は、画像変動等に起因するプロファイル変動が生じる場合でも画像から検出されるパターンエッジ位置の誤差を低減可能な検査装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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を用いて基板の画像を取得する画像取得機構と、
画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する微分強度演算部と、
微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する１次元プロファイル抽出部と、
１次元プロファイル毎に、基本ウェーブレット関数のスケール変数を所定の値に変化させて、１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行うウェーブレット変換部と、
１次元プロファイル毎に、スケール変数が可変に設定されたウェーブレット変換後の各プロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する輪郭位置抽出部と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターン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。
図形パターンが形成された基板を用いて基板の画像を取得する画像取得機構と、
画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する微分強度演算部と、
微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する１次元プロファイル抽出部と、
１次元プロファイル毎に、基本ウェーブレット関数のスケール変数を所定の値に変化させて、１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行うウェーブレット変換部と、
１次元プロファイル毎に、スケール変数が可変に設定されたウェーブレット変換後の各プロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する輪郭位置抽出部と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターン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。
【0009】
本発明の他の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を用いて基板の画像を取得する画像取得機構と、
画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する微分強度演算部と、
微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する１次元プロファイル抽出部と、
１次元プロファイル毎に、複数の基本ウェーブレット関数を用いて、１次元プロファイルに対してそれぞれウェーブレット変換を行うウェーブレット変換部と、
１次元プロファイル毎に、各基本ウェーブレット関数を用いたウェーブレット変換後のプロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する輪郭位置抽出部と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターン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。
図形パターンが形成された基板を用いて基板の画像を取得する画像取得機構と、
画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する微分強度演算部と、
微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する１次元プロファイル抽出部と、
１次元プロファイル毎に、複数の基本ウェーブレット関数を用いて、１次元プロファイルに対してそれぞれウェーブレット変換を行うウェーブレット変換部と、
１次元プロファイル毎に、各基本ウェーブレット関数を用いたウェーブレット変換後のプロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する輪郭位置抽出部と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターン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。
【0010】
また、抽出された各輪郭位置を繋げていく途中で２重に輪郭位置が存在する場合に、隣接する前後の輪郭位置の勾配方向に対して、勾配方向が逆になる画素の輪郭位置を画像の図形パターンの輪郭線を構成する複数の輪郭位置から除外すると好適である。
【0011】
また、基板に形成された図形パターンの基となる設計データを用いて、パターン線幅に応じて複数の基本ウェーブレット関数の中から少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を選択する選択部をさらに備え、
ウェーブレット変換部は、選択された少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を用いて１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行うと好適である。
ウェーブレット変換部は、選択された少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を用いて１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行うと好適である。
【0012】
本発明の一態様のパターン検査方法は、
図形パターンが形成された基板を用いて基板の画像を取得する工程と、
画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する工程と、
微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する工程と、
１次元プロファイル毎に、基本ウェーブレット関数のスケール変数を所定の値に変化させて、１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行う工程と、
１次元プロファイル毎に、スケール変数が可変に設定されたウェーブレット変換後の各プロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する工程と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターンの参照輪郭線とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
図形パターンが形成された基板を用いて基板の画像を取得する工程と、
画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する工程と、
微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する工程と、
１次元プロファイル毎に、基本ウェーブレット関数のスケール変数を所定の値に変化させて、１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行う工程と、
１次元プロファイル毎に、スケール変数が可変に設定されたウェーブレット変換後の各プロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する工程と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターンの参照輪郭線とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【0013】
本発明の他の態様のパターン検査方法は、
図形パターンが形成された基板を用いて基板の画像を取得する工程と、
前記画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する工程と、
微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する工程と、
１次元プロファイル毎に、複数の基本ウェーブレット関数を用いて、１次元プロファイルに対してそれぞれウェーブレット変換を行う工程と、
１次元プロファイル毎に、各基本ウェーブレット関数を用いたウェーブレット変換後のプロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する工程と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターンの参照輪郭線とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
図形パターンが形成された基板を用いて基板の画像を取得する工程と、
前記画像の画素毎に、当該画素の階調値の微分強度を演算する工程と、
微分強度の値が閾値以上の画素毎に、当該画素の微分強度に対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する工程と、
１次元プロファイル毎に、複数の基本ウェーブレット関数を用いて、１次元プロファイルに対してそれぞれウェーブレット変換を行う工程と、
１次元プロファイル毎に、各基本ウェーブレット関数を用いたウェーブレット変換後のプロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する工程と、
抽出された複数の輪郭位置を繋げた前記画像の図形パターンの輪郭線と、当該画像に対応する領域の図形パターンの参照輪郭線とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【0014】
また、抽出された各輪郭位置を繋げていく途中で２重に輪郭位置が存在する場合に、隣接する前後の輪郭位置の勾配方向に対して、勾配方向が逆になる画素の輪郭位置を前記画像の図形パターンの輪郭線を構成する複数の輪郭位置から除外すると好適である。
【0015】
また、基板に形成された図形パターンの基となる設計データを用いて、パターン線幅に応じて複数の基本ウェーブレット関数の中から少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を選択する工程をさらに備え、
選択された少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を用いて１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行うと好適である。
選択された少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を用いて１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行うと好適である。
【発明の効果】
【0016】
本発明の一態様によれば、画像変動等に起因するプロファイル変動が生じる場合でも画像から検出されるパターンエッジ位置の誤差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【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5】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】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7】実施の形態１における画素毎の階調値の勾配の演算を説明するための図である。
【図8】実施の形態１における図形パターンと勾配ベクトルとの一例を示す図である。
【図9】実施の形態１における１次元プロファイルの一例を示すグラフである。
【図10】実施の形態１における１次元プロファイルのサンプリングの仕方の一例を示すグラフである。
【図11】実施の形態１におけるウェーブレット変換式の一例を示している。
【図12】実施の形態１におけるウェーブレット変換式の他の一例を示している。
【図13】実施の形態１におけるスケール変数を可変にしたウェーブレット変換後の波形の一例を示している。
【図14】実施の形態１におけるピーク位置計算結果の一例を示す図である。
【図15】実施の形態１における抽出された複数の輪郭位置の一例を示す図である。
【図16】実施の形態１における比較方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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。
【0019】
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。
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。
【0020】
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。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。
【0021】
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、参照輪郭線データ作成回路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、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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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１０ｉ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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
ここで、検出された被検査画像の検査を行うにあたって、図形パターン毎の輪郭線を抽出する。しかしながら、上述したように、輪郭線（パターンエッジ）の抽出に使用されるエッジフィルタやテンプレートは従来固定されており、また、パターンエッジの抽出にレイアウトデータを必要とするために、ノイズ、帯電、フォーカスずれ等の画像変動等に起因するプロファイル変動が生じるとエッジ位置に誤差が生じてしまうといった問題があった。そこで、実施の形態１では、画像変動等による誤差の影響を低減可能なウェーブレット変換を用いる。
【0040】
図５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５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５０，５２，５５，６２、フレーム画像作成部５４、勾配演算部５６、１次元プロファイル抽出部５７、選択部５８、ウェーブレット変換部５９、輪郭位置抽出部６０、輪郭線データ作成部６１、及び比較処理部７０が配置される。フレーム画像作成部５４、勾配演算部５６、１次元プロファイル抽出部５７、選択部５８、ウェーブレット変換部５９、輪郭位置抽出部６０、輪郭線データ作成部６１、及び比較処理部７０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、勾配演算部５６、１次元プロファイル抽出部５７、選択部５８、ウェーブレット変換部５９、輪郭位置抽出部６０、輪郭線データ作成部６１、及び比較処理部７０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。
【0041】
図６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６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、勾配演算工程（Ｓ１０４）と、１次元プロファイル抽出工程（Ｓ１０６）と、基本ウェーブレット関数選択工程（Ｓ１０８）と、ウェーブレット変換工程（Ｓ１１０）と、輪郭位置抽出工程（Ｓ１１２）と、実画輪郭線データ作成工程（Ｓ１１４）と、参照輪郭線データ作成（Ｓ１２０）と、比較工程（Ｓ１３０）と、いう一連の工程を実施する。
【0042】
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を用いて基板１０１の画像を取得する。ここでは、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。
【0043】
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。比較回路１０８に転送される。
【0044】
比較回路１０８内に転送された測定画像データ（ビーム画像）は、記憶装置５０に格納される。
【0045】
そして、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５５に格納される。
【0046】
勾配演算工程（Ｓ１０４）として、勾配演算部５６（微分強度演算部）は、フレーム画像３１の画素毎に、当該画素の階調値の勾配（微分強度）を演算する。
【0047】
図７は、実施の形態１における画素毎の階調値の勾配の演算を説明するための図である。図７において、勾配演算部５６は、フレーム画像３１毎に、フレーム画像３１の画素列（例えば５１２×５１２の画素列）に微分フィルタを畳み込む。具体的には、対象となる画素を順に移動させながら、対象画素を中心として、例えば、３×３の画素列を抽出し、かかる画素列に微分フィルタを乗じる。対象画素を中心とした画素列は、３×３の画素列に限るものではない。さらに多くの因子の行列で構成されていても良い。微分フィルタは、図７に示すように、ｘ方向の微分フィルタとｙ方向の微分フィルタとを用いる。微分フィルタとして、例えば、画素列の中央に重みをつけた上で横方向或いは縦方向に平滑化を施すことによりノイズを低減しながら微分近似を行うことで、階調勾配が大きい画素を抽出可能なソーベルフィルタを用いると好適である。図７の例では、３×３の微分フィルタを一例として示している。但し、これに限るものではない。さらに多くの因子の行列で構成されていても良い。そして、対象画素を中心とした例えば３×３の画素列にｘ方向の微分フィルタとｙ方向の微分フィルタとをそれぞれ畳み込む。これにより、ｘ方向の勾配の値とｙ方向の勾配の値とを演算できる。そして、勾配演算部５６は、ｘ方向の勾配とｙ方向の勾配との２乗和根を演算して、勾配の大きさ（値）を演算する。
【0048】
１次元プロファイル抽出工程（Ｓ１０６）として、１次元プロファイル抽出部５７は、勾配の大きさ（微分強度の値）が閾値以上の画素毎に、当該画素の勾配の大きさに対する法線方向の複数の画素についての１次元プロファイルを抽出する。
【0049】
図８は、実施の形態１における図形パターンと勾配ベクトルとの一例を示す図である。図８（ａ）では、矩形パターンの左上の角部における閾値以上の勾配値を持った複数の画素における勾配ベクトルの一例を示している。例えば、図形のｙ方向に延びる辺上の画素では、ｘ方向（或いは－ｘ方向）に所定の大きさの勾配ベクトルが得られる。例えば、図形のｘ方向に延びる辺上の画素では、ｙ方向（或いは－ｙ方向）に所定の大きさの勾配ベクトルが得られる。例えば、ｘ，ｙ方向に沿っていない辺（例えば、図形の角部）上の画素では、ｘ，ｙ方向の合成された方向に所定の大きさの勾配ベクトルが得られる。ここで、勾配ベクトルのベクトルは、当該画素の勾配の大きさに対する法線方向を示している。法線方向とは、等勾配値線（等微分強度線）に直交する方向に相当する。実際の演算では、ｘ方向の勾配とｙ方向の勾配とを、それぞれｘ方向の勾配ベクトルとｙ方向の勾配ベクトルとした場合、ｘ方向の勾配ベクトルとｙ方向の勾配ベクトルとを合成（加算）した方向が法線方向に相当する。図８（ａ）の例では、閾値以上の勾配値を持った複数の画素の勾配ベクトルを抽出して示しているが、その他の画素についてもそれぞれ勾配ベクトルが存在し得ることはいうまでもない。１次元プロファイル抽出部５７は、フレーム画像３１毎に、当該フレーム画像３１内の各画素で得られた勾配ベクトルの中から、閾値以上の勾配値を持った画素を抽出する。そして、抽出された画素毎に、当該画素の勾配の大きさに対する法線方向の１次元プロファイルを抽出する。図８（ｂ）の例では、図８（ａ）に示した矩形パターンの左エッジ（ｙ方向に延びるエッジ）上の画素と想定される一部分を拡大して示している。図８（ｂ）の例では、勾配ベクトルがｘ方向に向いているので、当該画素を含む、例えば、中心とするｘ方向に並ぶ１次元画素列の階調値から得られる１次元プロファイルを抽出する。図８（ｂ）の例では、ｙ方向に並ぶ３つの画素についてｘ方向に向いたベクトルを示しているが、ｘ方向にも閾値以上の勾配値を持った画素が例えば隣接して存在する場合が殆どである。その場合には、かかる画素についても１次元プロファイルを抽出する。
【0050】
図９は、実施の形態１における１次元プロファイルの一例を示すグラフである。図９において、縦軸に階調値を示し、横軸に位置を示す。図９に示すように、２次電子画像では、図形パターンのエッジ部分にピークが表れる場合が多い。ここで、各画素が正方形で定義される場合、ｘ方向或いはｙ方向に１次元プロファイルを抽出する場合、画素サイズをピッチとして各階調値をプロットすれば良いが、例えば、ｘ，ｙ方向に沿っていない方向に１次元プロファイルを抽出する場合、画素の配列ピッチが画素サイズと不一致になってしまう。そこで、以下のように調整する。
【0051】
図１０は、実施の形態１における１次元プロファイルのサンプリングの仕方の一例を示すグラフである。図１０（ａ）では、矩形パターンの左上の角部における輪郭線上と想定される位置の画素の法線方向に１次元プロファイルを抽出する場合の一例を示している。図１０（ａ）の例では、ｘ，ｙ方向に沿っていない方向なので、１次元プロファイルを抽出する場合、プロットする位置を補間する。具体的には、図１０（ｂ）に示すように、法線方向に画素サイズｓをピッチとして階調値をプロットする。例えば、各画素の中心に当該画素の階調値が定義されるものとして、補間処理により、各プロット位置の階調値を決定すればよい。
【0052】
基本ウェーブレット関数選択工程（Ｓ１０８）として、選択部５８は、予め用意した複数の基本ウェーブレット関数の中から少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を選択する。
【0053】
図１１は、実施の形態１におけるウェーブレット変換式の一例を示している。図１１の例では、係数ｋ、スケール変数ａ、座標変数ｂ、基本ウェーブレット（局在波）関数ｆ、階調値ｄ（ｘ）を用いて、次の式（１）で定義されるウェーブレット変換関数ｗ（ａ，ｂ）を示している。ｘは、１次元プロファイルの位置を示す。式（１）では、基本ウェーブレット関数ｆに複素共役の記号を付けて示しているが、実関数では複素共役の記号を無視して構わない。
【0054】
【数1】
【0055】
図１１の例では、スケール変数ａを変化させることで、ウェーブレット変換後の波形が変化することが示されている。図１１の例では、スケール変数ａをａ１とａ２とに換えた場合の波形の変化を示している。図１１の例では、ウェーブレットとして、中心軸に対して左右対称の波形種を示しているが、基本ウェーブレット関数ｆの波形種は、１種類に限るものではない。基本ウェーブレット関数は有限長の関数であり、画像データの様に離散的なデータの場合、式（１）は有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタの一種と見なすことができる。
【0056】
図１２は、実施の形態１におけるウェーブレット変換式の他の一例を示している。図１２の例では、係数ｋ、座標変数ｂ、基本ウェーブレット関数ｆａ、階調値ｄ（ｘ）を用いて、次の式（２）で定義されるウェーブレット変換関数ｗ（ａ，ｂ）を示している。ｘは、１次元プロファイルの位置を示す。式（２）では、基本ウェーブレット関数ｆａに複素共役の記号を付けて示しているが、実関数では複素共役の記号を無視して構わない。
【0057】
【数2】
【0058】
図１２の例では、複数の基本ウェーブレット関数ｆａを用いた場合のウェーブレット変換関数ｗ（ａ，ｂ）を示している。図１２の例では、基本ウェーブレット関数ｆａをｆ１とｆ２との２種類の波形種を示している。図１２の例では、基本ウェーブレット関数として、偶関数と奇関数とを一例として示している。複数の基本ウェーブレット関数ｆａに含まれるのは、波形種が異なる基本ウェーブレット関数に限るものではない。同種の波形であってもスケール変数ａが変化した場合を別の基本ウェーブレット関数として複数の基本ウェーブレット関数ｆａの１つとして含めても構わない。
【0059】
ここで、画像変動等が生じた場合でもウェーブレット変換後の波形のピーク位置変動が小さくなる最適な基本ウェーブレット関数の波形は、図形パターンの線幅によって異なる場合がある。そのため、実験等により、予め、図形パターンの線幅毎に、適した基本ウェーブレット関数の波形を求めておくと好適である。かかる場合、選択部５８は、基板１０１に形成された図形パターンの基となる設計データを用いて、パターン線幅に応じて複数の基本ウェーブレット関数の中から少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を選択する。但し、予め用意したすべての基本ウェーブレット関数を選択する場合でも構わない。或いは、図形パターンの線幅に関わらず、１つの基本ウェーブレット関数を選択する場合でも構わない。
【0060】
ウェーブレット変換工程（Ｓ１１０）として、ウェーブレット変換部５９は、選択された少なくとも１つの基本ウェーブレット関数を用いて１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行う。例えば、選択された基本ウェーブレット関数が１つである場合に、１次元プロファイル毎に、基本ウェーブレット関数ｆのスケール変数ａを変化させて、１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行う。具体的には、スケール変数ａを変化させながら、上述した式（１）の演算を行って、ウェーブレット変換関数ｗ（ａ，ｂ）を求める。或いは、ウェーブレット変換部５９は、例えば、選択された基本ウェーブレット関数ｆが２つ以上である場合であって、複数の基本ウェーブレット関数ｆａにスケール変数ａが変化した場合が別の基本ウェーブレット関数として含まれない場合に、１次元プロファイル毎に、各基本ウェーブレット関数ｆのスケール変数ａを変化させて、それぞれ１次元プロファイルに対してウェーブレット変換を行う。或いは、ウェーブレット変換部５９は、例えば、選択された基本ウェーブレット関数ｆａが２つ以上である場合であって、複数の基本ウェーブレット関数ｆａにスケール変数ａが変化した場合が別の基本ウェーブレット関数として含まれない場合には、ウェーブレット変換部５９は、１次元プロファイル毎に、複数の基本ウェーブレット関数ｆａを用いて、１次元プロファイルに対してそれぞれウェーブレット変換を行う。具体的には、上述した式（２）の演算を行って、ウェーブレット変換関数ｗ（ａ，ｂ）を求める。
【0061】
輪郭位置抽出工程（Ｓ１１２）として、輪郭位置抽出部６０は、１次元プロファイル毎に、スケール変数ａが可変に設定されたウェーブレット変換後の各プロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する。複数の基本ウェーブレット関数ｆａを選択した場合には、輪郭位置抽出部６０は、１次元プロファイル毎に、各基本ウェーブレット関数ｆａを用いたウェーブレット変換後のプロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する。ピーク位置は、サブ画素単位で抽出する。
【0062】
図１３は、実施の形態１におけるスケール変数を可変にしたウェーブレット変換後の波形の一例を示している。図１３において、縦軸は畳み込み強度（ウェーブレット変換強度）を示し、横軸に座標変数ｂ（位置）を示す。位置は、１次元プロファイルの方向（法線方向）の位置を示す。図１３の例では、フレーム画像３１内の所定の閾値以上の勾配値を持った複数の画素のうちの１つの画素に基づく１次元プロファイルに対して、式（１）を用いて、スケール変数ａを１～１６まで変更しながら各スケール変数ａでのウェーブレット変換を行った結果を示している。ａ＝１～１６のうち、ａ＝１，２，３，７，１６についてグラフ上に表示している。図１３の例に示すように、スケール変数ａを可変にすることで、ウェーブレット変換後の波形のピーク位置及びピーク強度が変化することがわかる。輪郭位置抽出部６０は、ウェーブレット変換後の各プロファイルのピーク位置のうち、最大となるピーク位置を図形パターンの輪郭位置として抽出する。図１３の例では、スケール変数ａが７の場合に、ピークが最大になる場合を示している。よって、輪郭位置抽出部６０は、スケール変数ａが７の場合の波形のピーク位置をサブ画素単位で抽出する。
【0063】
図１４は、実施の形態１におけるピーク位置計算結果の一例を示す図である。図１４の例では、矩形パターンの上部を示している。また、図１４において、矢印の先端がピーク位置を示す。図１４に示すように、ピーク位置が図形パターンの輪郭線上に位置していることがわかる。
【0064】
実画輪郭線データ作成工程（Ｓ１１４）として、輪郭線データ作成部６１は、抽出された複数の輪郭位置を繋げたフレーム画像３１の図形パターンの輪郭線データを作成する。抽出された複数の輪郭位置は、隣接する画素毎に並ぶ。或いは、画像変動等により、１画素或いは２画素程度抜ける画素が存在する場合もあり得る。輪郭線データ作成部６１は、隣接する複数の輪郭位置を繋げることで図形パターンの輪郭線データを作成する。
【0065】
図１５は、実施の形態１における抽出された複数の輪郭位置の一例を示す図である。図１５の例では、ｙ方向に並ぶ画素毎に抽出された複数の輪郭位置の一例を示している。ここで、隣接する複数の輪郭位置をつなげていく途中で、ピーク位置がずれて２重に存在する場合が生じ得る。例えば、複数の輪郭位置をつなげていくと直交する方向に並ぶ２つの画素からそれぞれ算出された２つのピーク位置候補が存在する場合があり得る。輪郭線データ作成部６１は、抽出された各輪郭位置を繋げていく途中で２重に輪郭位置が存在する場合に、隣接する前後の輪郭位置の勾配方向に対して、勾配方向が逆になる画素の輪郭位置をフレーム画像３１の図形パターンの輪郭線を構成する複数の輪郭位置から除外する。その際に、前述のピーク強度が小さい、あるいは勾配の値（微分強度）が小さい方の輪郭位置を除外すると良い。勾配方向が完全に逆方向に限るものではなく、１８０°近傍の方向の輪郭位置候補を除外すればよい。或いは、ピーク位置がずれて２重に存在する場合として、勾配方向の差が０°（同じ方向）近傍の２つのピーク位置候補が存在する場合もあり得る。かかる場合には、前述のピーク強度が小さい、あるいは勾配の値（微分強度）が小さい画素の輪郭位置をフレーム画像３１の図形パターンの輪郭線を構成する複数の輪郭位置から除外する。作成されたフレーム画像３１（実画）の輪郭線データは、記憶装置６２に格納される。
【0066】
参照輪郭線データ作成（Ｓ１２０）として、参照輪郭線データ作成回路１１２は、フレーム画像３１に対応する領域の図形パターンの参照輪郭線データを作成する。言い換えれば、参照輪郭線データ作成回路１１２は、フレーム領域３０毎に、当該フレーム領域３０内の図形パターンの輪郭線を参照輪郭線として作成する。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す。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。参照輪郭線データ作成回路１１２は、かかる設計パターンデータを用いて、各図形パターンの輪郭線データ（参照輪郭線データ）を作成する。作成された参照輪郭線データは、比較回路１０８に出力され、比較回路１０８内の記憶装置５２に格納される。
【0067】
上述した例では、設計データから参照輪郭線データを作成する場合を示しているが、これに限るものではない。ベクトルデータで構成される設計データを用いて、フレーム領域３０毎に、参照画像を作成し、参照画像から画像内の各図形パターンについて参照輪郭線データを抽出するように構成しても構わない。かかる場合の抽出方向は、フレーム画像３１から抽出する場合と同様の手法を用いると好適である。
【0068】
比較工程（Ｓ１３０）として、比較処理部７０（比較部）は、抽出された複数の輪郭位置を繋げたフレーム画像３１の図形パターンの輪郭線と、当該フレーム画像３１に対応するフレーム領域３０の参照輪郭線とを比較する。比較処理部７０は、フレーム画像３１毎に、かつ図形パターン毎に、フレーム画像３１の図形パターンの輪郭線（実画輪郭線）と、対応する参照輪郭線との距離を演算する。
【0069】
図１６は、実施の形態１における比較方法を説明するための図である。図１６には、実画（フレーム画像３１）の輪郭線１１と、対応する参照輪郭線１２の一部を示している。輪郭線１１の全ての位置において、対応する参照輪郭線１２との距離ΔＬを測定し、結果を反応値として出力する。出力形式は、反応値を階調値とする画像データ、あるいは位置座標と反応値のリストとすると良い。この反応値が判定閾値よりも大きい位置座標を欠陥部と判定する。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。
【0070】
上述した例では、ダイ－データベース検査を行う場合を説明したが、これに限るものではない。被検査画像は、ダイ－ダイ検査を行う場合であっても構わない。ダイ－ダイ検査を行う場合について説明する。
【0071】
対象となるダイ１のフレーム画像と同じパターンが形成されたダイ２のフレーム画像を上述した参照画像として用いて、それぞれ輪郭位置を抽出して、輪郭線データを作成し、同様の比較処理を実施すればよい。
【0072】
以上のように、実施の形態１によれば、画像変動等に起因するプロファイル変動が生じる場合でも画像から検出されるパターンエッジ位置の誤差を低減できる。例えば、ノイズ、帯電、或いは／及びフォーカスずれ等による画像変動、或いは、図形サイズに依存する像プロファイルの変化があっても、検出されるパターンエッジ位置の誤差を低減できる。
【0073】
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、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。
【0074】
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。
【0075】
また、紫外線等の光を照射して得られた光学画像に対して、同様に、画像内の図形パターンの輪郭線を抽出する場合についても、上述したウェーブレット変換を用いて輪郭位置を抽出すると好適である。
【0076】
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。
【0077】
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】
【0078】
１０ １次電子ビーム
１１ 輪郭線
１２ 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
３２ ストライプ領域
３３ 矩形領域
３４ 照射領域
３６ 画素
５０，５２，５５，６２ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
５６ 勾配演算部
５７ １次元プロファイル抽出部
５８ 選択部
５９ ウェーブレット変換部
６０ 輪郭位置抽出部
６１ 輪郭線データ作成部
７０ 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 参照輪郭線データ作成回路
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
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
１１ 輪郭線
１２ 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
３２ ストライプ領域
３３ 矩形領域
３４ 照射領域
３６ 画素
５０，５２，５５，６２ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
５６ 勾配演算部
５７ １次元プロファイル抽出部
５８ 選択部
５９ ウェーブレット変換部
６０ 輪郭位置抽出部
６１ 輪郭線データ作成部
７０ 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 参照輪郭線データ作成回路
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
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
【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】