(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】2023-11-16
(45)【発行日】2023-11-27
(54)【発明の名称】電子ビーム検査方法及び電子ビーム検査装置
(51)【国際特許分類】
G01N 23/2251 20180101AFI20231117BHJP
G01N 21/956 20060101ALI20231117BHJP
【ＦＩ】
G01N23/2251
G01N21/956 A
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019089218
(22)【出願日】2019-05-09
(65)【公開番号】P2020183928
(43)【公開日】2020-11-12
【審査請求日】2022-04-08
(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】平田 佳規
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０１７５７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０５０２２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１６３４２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２３８４８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０２０２９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１９７１２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２８３０７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０２１６０５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６
Ｇ０１Ｎ ２１／８４ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８
Ｇ０１Ｂ １１／００ － Ｇ０１Ｂ １１／３０
Ｇ０１Ｂ １５／００ － Ｇ０１Ｂ １５／０８
Ｇ０１Ｍ １１／００
Ｇ０３Ｆ １／８４
Ｇ０６Ｔ １／００ － Ｇ０６Ｔ １／４０
Ｇ０６Ｔ ３／００ － Ｇ０６Ｔ ３／６０
Ｇ０６Ｔ ５／００ － Ｇ０６Ｔ ５／５０
Ｇ０６Ｔ ７／００ － Ｇ０６Ｔ ７／９０
Ｇ０６Ｔ ９／００ － Ｇ０６Ｔ ９／４０
Ｇ０６Ｖ １０／００ － Ｇ０６Ｖ １０／９８
Ｇ０６Ｖ ２０／００ － Ｇ０６Ｖ ２０／９０
Ｇ０６Ｖ ３０／４１８
Ｇ０６Ｖ ４０／１６
Ｇ０６Ｖ ４０／２０
Ｈ０１Ｊ ３７／００ － Ｈ０１Ｊ ３７／３６
Ｈ０１Ｌ ２７／０２７
Ｈ０１Ｌ ２１／６４ － 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に１次電子ビームを照射して、前記１次電子ビームの照射に起因して前記基板から放出される２次電子を検出することにより、前記基板の２次電子画像を取得する工程と、前記２次電子画像が格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第１のグリッドのうち隣接する第１のグリッド群で囲まれる第１の矩形領域毎に、当該第１の矩形領域内において前記第１のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が予め設定された基準輝度値よりも大きい第１の領域の第１の面積を演算する工程と、
前記２次電子画像と比較するための参照画像を用いて、前記参照画像が前記２次電子画像と同じサイズで格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第２のグリッドのうち、前記第１のグリッド群に対応する位置の第２のグリッド群で囲まれる第２の矩形領域内において前記第２のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が前記基準輝度値よりも大きい第２の領域の第２の面積を演算する工程と、
第１の矩形領域毎に、前記第１の面積と前記第２の面積とを比較する工程と、
を備え、
前記第１の矩形領域内に配置される図形パターンのエッジの位置を検査する場合に、前記第１の面積と前記第２の面積との差分が、所定の範囲内に無い場合には前記エッジの位置に欠陥が存在すると判定することを特徴とする電子ビーム検査方法。
【請求項2】
前記第１の矩形領域内に配置される図形パターンの線幅を検査する場合に、前記線幅の基になる一方のエッジにおける前記第１の面積と前記第２の面積との差分と、他方のエッジにおける前記第１の面積と前記第２の面積との差分と、の差分値が、所定の範囲内に無い場合には前記線幅の欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項１記載の電子ビーム検査方法。
【請求項3】
前記第１のグリッド群は、直交する２方向の座標系において２×２個の第１のグリッド群で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ビーム検査方法。
【請求項4】
図形パターンが形成された基板に１次電子ビームを照射して、前記１次電子ビームの照射に起因して前記基板から放出される２次電子を検出することにより、前記基板の２次電子画像を取得する２次電子画像取得機構と、前記２次電子画像が格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第１のグリッドのうち隣接する第１のグリッド群で囲まれる第１の矩形領域毎に、当該第１の矩形領域内において前記第１のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が予め設定された基準輝度値よりも大きい第１の領域の第１の面積を演算する第１の面積演算部と、
前記２次電子画像と比較するための参照画像を用いて、前記参照画像が前記２次電子画像と同じサイズで格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第２のグリッドのうち、前記第１のグリッド群に対応する位置の第２のグリッド群で囲まれる第２の矩形領域内において前記第２のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が前記基準輝度値よりも大きい第２の領域の第２の面積を演算する第２の面積演算部と、
第１の矩形領域毎に、前記第１の面積と前記第２の面積とを比較する比較部と、
を備え、
前記第１の矩形領域内に配置される図形パターンのエッジの位置を検査する場合に、前記第１の面積と前記第２の面積との差分が、所定の範囲内に無い場合には前記エッジの位置に欠陥が存在すると判定することを特徴とする電子ビーム検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子ビーム検査方法及び電子ビーム検査装置に関する。例えば、電子線によるマルチビーム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そ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。試料上のパターンのエッジ位置を高精度に検出するため、電子ビーム検査では、画素値同士の比較よりも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）。電子ビームを照射して得られる画像は、レーザ光を照射して得られる画像に比べてノイズが多く含まれる。そのため、かかる輪郭線を抽出する処理では、ノイズの影響を低減するための処理が行われる。そのため計算処理量が多くなってしまうといった問題があった。さらに、パターン密度が大きい場合や、パターンが複雑化した場合には計算処理量が膨大になってしまう。また、電子線検査装置では数ｎｍに絞ったビームを走査する必要があるために、総画素数が非常に多くなり、やはり計算処理量が膨大になる。そして、画像分解能が高いために、従来の検査装置より微細な欠陥の検出が要求されており、そのために輪郭線の抽出処理や距離の計算方法が複雑化して計算処理量が増加することも問題となっている。よって、できるだけ処理量の少ない計算処理で検査が行えることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１８－１５１２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
また、かかる計算処理は、ＣＰＵ等のコンピュータでの演算に適したアルゴリズムが用いられることが想定される。そのため、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）等のハードウェアの実装が難しいといった側面もある。
【0007】
そこで、本発明の一態様は、電子ビーム検査において輪郭線検査の処理量を低減可能な検査方法および検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様の電子ビーム検査方法は、
図形パターンが形成された基板に１次電子ビームを照射して、１次電子ビームの照射に起因して基板から放出される２次電子を検出することにより、基板の２次電子画像を取得する工程と、
２次電子画像が格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第１のグリッドのうち隣接する第１のグリッド群で囲まれる第１の矩形領域毎に、当該第１の矩形領域内において第１のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が予め設定された基準輝度値よりも大きい第１の領域の第１の面積を演算する工程と、
２次電子画像と比較するための参照画像を用いて、参照画像が２次電子画像と同じサイズで格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第２のグリッドのうち、第１のグリッド群に対応する位置の第２のグリッド群で囲まれる第２の矩形領域内において第２のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が基準輝度値よりも大きい第２の領域の第２の面積を演算する工程と、
第１の矩形領域毎に、第１の面積と第２の面積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に１次電子ビームを照射して、１次電子ビームの照射に起因して基板から放出される２次電子を検出することにより、基板の２次電子画像を取得する工程と、
２次電子画像が格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第１のグリッドのうち隣接する第１のグリッド群で囲まれる第１の矩形領域毎に、当該第１の矩形領域内において第１のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が予め設定された基準輝度値よりも大きい第１の領域の第１の面積を演算する工程と、
２次電子画像と比較するための参照画像を用いて、参照画像が２次電子画像と同じサイズで格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第２のグリッドのうち、第１のグリッド群に対応する位置の第２のグリッド群で囲まれる第２の矩形領域内において第２のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が基準輝度値よりも大きい第２の領域の第２の面積を演算する工程と、
第１の矩形領域毎に、第１の面積と第２の面積とを比較する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【0009】
また、第１の矩形領域内に配置される図形パターンのエッジの位置を検査する場合に、第１の面積と第２の面積との差分が、所定の範囲内に無い場合にはエッジの位置に欠陥が存在すると判定すると好適である。
【0010】
また、第１の矩形領域内に配置される図形パターンの線幅を検査する場合に、線幅の基になる一方のエッジにおける第１の面積と第２の面積との差分と、他方のエッジにおける第１の面積と第２の面積との差分と、の差分値が、所定の範囲内に無い場合には線幅の欠陥が存在すると判定すると好適である。
【0011】
また、第１のグリッド群は、直交する２方向の座標系において２×２個の第１のグリッド群で構成されると好適である。
【0012】
本発明の一態様の電子ビーム検査装置は、
図形パターンが形成された基板に１次電子ビームを照射して、１次電子ビームの照射に起因して基板から放出される２次電子を検出することにより、基板の２次電子画像を取得する２次電子画像取得機構と、
２次電子画像が格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第１のグリッドのうち隣接する第１のグリッド群で囲まれる第１の矩形領域毎に、当該第１の矩形領域内において第１のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が予め設定された基準輝度値よりも大きい第１の領域の第１の面積を演算する第１の面積演算部と、
２次電子画像と比較するための参照画像を用いて、参照画像が２次電子画像と同じサイズで格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第２のグリッドのうち、第１のグリッド群に対応する位置の第２のグリッド群で囲まれる第２の矩形領域内において第２のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が基準輝度値よりも大きい第２の領域の第２の面積を演算する第２の面積演算部と、
第１の矩形領域毎に、第１の面積と第２の面積とを比較する比較部と、
を備え、
前記第１の矩形領域内に配置される図形パターンのエッジの位置を検査する場合に、前記第１の面積と前記第２の面積との差分が、所定の範囲内に無い場合には前記エッジの位置に欠陥が存在すると判定することを特徴とする。
図形パターンが形成された基板に１次電子ビームを照射して、１次電子ビームの照射に起因して基板から放出される２次電子を検出することにより、基板の２次電子画像を取得する２次電子画像取得機構と、
２次電子画像が格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第１のグリッドのうち隣接する第１のグリッド群で囲まれる第１の矩形領域毎に、当該第１の矩形領域内において第１のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が予め設定された基準輝度値よりも大きい第１の領域の第１の面積を演算する第１の面積演算部と、
２次電子画像と比較するための参照画像を用いて、参照画像が２次電子画像と同じサイズで格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される、分割した際の交点となり対象となる画素の中心になる複数の第２のグリッドのうち、第１のグリッド群に対応する位置の第２のグリッド群で囲まれる第２の矩形領域内において第２のグリッド群に定義される輝度値で補間された輝度値が基準輝度値よりも大きい第２の領域の第２の面積を演算する第２の面積演算部と、
第１の矩形領域毎に、第１の面積と第２の面積とを比較する比較部と、
を備え、
前記第１の矩形領域内に配置される図形パターンのエッジの位置を検査する場合に、前記第１の面積と前記第２の面積との差分が、所定の範囲内に無い場合には前記エッジの位置に欠陥が存在すると判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明の一態様によれば、電子ビーム検査において輪郭線検査の処理量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】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】実施の形態１における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。
【図7】実施の形態１における画素群およびグリッド領域を説明するための図である。
【図8】実施の形態１におけるグリッド領域の回転を説明するための図である。
【図9】実施の形態１における輝度等高線とサブ領域を説明するための図である。
【図10】実施の形態１における差分領域の一例を示す図である。
【図11】実施の形態１の計算領域の変形例を説明するための図である。
【図12】実施の形態１におけるエッジ探索の手法の一例を説明するための図である。
【図13】実施の形態１におけるペアエッジ探索の手法の一例を説明するための図である。
【図14】実施の形態１における図形パターンの線幅検査を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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、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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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ｉ（２３×２３本のマルチ１次電子ビーム２０であれば、ｉ＝１～５２９）毎に、検出センサが配置される。そして、各１次電子ビームｉ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１０ｉ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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
ここで、電子ビームを照射して得られる画像は、レーザ光を照射して得られる画像に比べてノイズが多く含まれる。例えば、１０倍のノイズが含まれる。そのため、マルチ検出器２２２で得られた画像は、例えば、画素毎に周囲の画素を用いて、所定のモデル関数に従ってノイズ成分を低減することが行われる。その後に、ノイズ低減処理された画像から図形パターンの輪郭線が求められる。そのため計算処理量が多くなってしまうといった問題があった。特に、パターン密度が大きい場合や、パターンが複雑化した場合には計算処理量が膨大になってしまう。また、電子線検査装置では数ｎｍに絞ったビームを走査する必要があるために、総画素数が非常に多くなり、やはり計算処理量が膨大になる。そして、画像分解能が高いために、従来の検査装置より微細な欠陥の検出が要求されており、そのために輪郭線の抽出処理や距離の計算方法が複雑化して計算処理量が増加することも問題となっている。そこで、実施の形態１では、具体的な輪郭線を求めるのではなく、被検査画像と参照画像とについて、それぞれ周囲の画素の輝度値を４隅に定義した矩形領域内を予め設定される輝度値の等高線を分離した小領域の面積を演算し、得られた面積の差分を演算することで、かかる矩形領域内における輪郭線のずれを検査する。
【0037】
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、２次電子画像取得工程（Ｓ１０２）と、参照画像作成工程（Ｓ１１０）と、画素選択工程（Ｓ１２０）と、グリッド領域回転工程（Ｓ１２２）と、サブ領域面積演算工程（Ｓ１２４）と、画素選択工程（Ｓ１３０）と、グリッド領域回転工程（Ｓ１３２）と、サブ領域面積演算工程（Ｓ１３４）と、比較工程（Ｓ１４０）と、いう一連の工程を実施する。エッジ位置検査を行う場合、比較工程（Ｓ１４０）は、内部工程として、面積差分演算工程（Ｓ１４２）と、判定工程（Ｓ１４４）と、を実施する。或いは、図形パターンの線幅検査を行う場合、比較工程（Ｓ１４０）は、内部工程として、面積差分演算工程（Ｓ１４２）と、ペアエッジ探索工程（Ｓ１４５）と、差分演算工程（Ｓ１４６）と、判定工程（Ｓ１４８）と、を実施する。或いは、エッジ位置検査と図形パターンの線幅検査との両方を行う場合、比較工程（Ｓ１４０）は、内部工程として、面積差分演算工程（Ｓ１４２）と、判定工程（Ｓ１４４）と、ペアエッジ探索工程（Ｓ１４５）と、差分演算工程（Ｓ１４６）と、判定工程（Ｓ１４８）と、を実施する。
【0038】
２次電子画像取得工程（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。
【0039】
画像の取得は、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をマルチ検出器２２２で検出する。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。
【0040】
参照画像作成工程（Ｓ１１０）として、参照画像作成回路１１２（参照画像作成部）は、基板１０１に形成された図形パターンの基となる設計パターンデータ（設計データ）を用いて、フレーム画像（２次電子画像）に対応する位置の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、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。
【0041】
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。
【0042】
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１／２８（＝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。
【0043】
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。
【0044】
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構成図である。図６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、画素選択部６０，６１、グリッド領域回転部６２，６３、サブ領域面積演算部６４，６５、及び比較処理部６６が配置される。エッジ位置検査を行う場合、比較処理部６６内には、面積差分演算部６７、及び判定部６８が配置される。或いは、図形パターンの線幅検査を行う場合、比較処理部６６内には、面積差分演算部６７、ペアエッジ探索部６９、差分演算部７０、及び判定部７２が配置される。エッジ位置検査と図形パターンの線幅検査との両方を行う場合、比較処理部６６内には、面積差分演算部６７、判定部６８、ペアエッジ探索部６９、差分演算部７０、及び判定部７２が配置される。
【0045】
図６において、画素選択部６０，６１、グリッド領域回転部６２，６３、サブ領域面積演算部６４，６５、及び比較処理部６６（面積差分演算部６７、判定部６８、ペアエッジ探索部６９、差分演算部７０、及び判定部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。画素選択部６０，６１、グリッド領域回転部６２，６３、サブ領域面積演算部６４，６５、及び比較処理部６６（面積差分演算部６７、判定部６８、ペアエッジ探索部６９、差分演算部７０、及び判定部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、或いはメモリ１１８に記憶される。
【0046】
比較回路１０８内に入力された測定データは、フレーム領域３０単位のフレーム画像（被検査画像）として、記憶装置５０に格納される。比較回路１０８内に入力された参照画像データは、記憶装置５２に格納される。
【0047】
画素選択工程（Ｓ１２０）として、画素選択部６０は、フレーム画像の画素毎に、当該画素を基準に例えば２×２の画素群を構成する周辺の画素を選択する。
【0048】
図７は、実施の形態１における画素群およびグリッド領域を説明するための図である。図７において、各フレーム領域３０のフレーム画像は、メッシュ状の複数の画素３６により構成される。各画素３６は、各フレーム画像（２次電子画像）を格子状に分割した際の交点となる複数のグリッド３７（第１のグリッド）の各グリッド３７を中心にした矩形領域で設定される。各画素３６は、例えば、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームの直径サイズと同程度のサイズに設定されると好適である。各グリッド３７には、当該グリッドが位置する画素の画素値として、輝度値が定義される。輝度値は、画素の分解能に応じた階調値で定義される。例えば、輝度値として０～２５５の２５６階調で定義される。画素選択部６０によって選択された、対象画素を基準に例えば２×２の画素群によって、図７に示すように、２×２の隣接するグリッド３７群で囲まれる矩形のグリッド領域３８（矩形領域）が設定される。よって、グリッド領域３８のサイズは、図７の例では、画素３６のサイズと同じサイズになる。言い換えれば、矩形のグリッド領域３８の４隅のグリッド３７に、それぞれ輝度値が定義されている。グリッド３７群は、直交するｘ，ｙ方向の２方向の座標系において２×２個のグリッド群で構成される。隣接するグリッド３７群及びグリッド領域３８は、対象画素が変わるごとにそれぞれ構成される。よって、フレーム領域３０は、端部の半画素分を除いて複数のグリッド領域３８で埋め尽くされることになる。
【0049】
グリッド領域回転工程（Ｓ１２２）として、グリッド領域回転部６２は、グリッド領域３８毎に、最大の輝度値が定義されたグリッド３７が原点位置（例えば、左下角）になるように、当該グリッド領域３８を回転させる。
【0050】
図８は、実施の形態１におけるグリッド領域の回転を説明するための図である。図８（ａ）の例では、グリッド領域３８の左下のグリッド３７の輝度値が１００、左上のグリッド３７の輝度値が２５０、右下のグリッド３７の輝度値が０、及び右上のグリッド３７の輝度値が１００である場合を示している。原点位置を左下に設定した場合、左上のグリッド３７の輝度値が最大値を示しているので、左上のグリッド３７の輝度値が原点位置になるようにグリッド領域３８を半時計回りに９０°回転させる。これにより、図８（ｂ）に示すように、グリッド領域３８の左下のグリッド３７の輝度値が２５０、左上のグリッド３７の輝度値が１００、右下のグリッド３７の輝度値が１００、及び右上のグリッド３７の輝度値が０にできる。最大輝度が複数のグリッドに定義される場合には、それらのうちのいずれかのグリッド３７が原点位置になるように回転させればよい。これにより、ｘ，ｙ座標系において、最大輝度のグリッド３７を原点としたグリッド領域３８を定義できる。
【0051】
サブ領域面積演算工程（Ｓ１２４）として、サブ領域面積演算部６４（第１の面積演算部）は、フレーム画像（２次電子画像）が格子状に分割され、それぞれ画素３６の輝度値が定義される複数のグリッド３７のうち隣接するグリッド３７群で囲まれるグリッド領域３８毎に、当該グリッド領域３８内においてグリッド３７群に定義される輝度値で補間された輝度値が予め設定された基準輝度値よりも大きいサブ領域（第１の領域）の面積（第１の面積）を演算する。グリッド領域３８内の各位置の輝度値は、４隅のグリッド３７の輝度値によって線形補間された値となる。
【0052】
図９は、実施の形態１における輝度等高線とサブ領域を説明するための図である。図９（ａ）では、フレーム画像内の１つのグリッド領域３８を示している。図９（ｂ）では、かかるフレーム画像と同じ位置の参照画像内の対応する位置のグリッド領域４８を示している。フレーム画像内の図形パターンのエッジは、輝度値の立ち上がりの途中或いはピーク位置に存在する。そこで、図形パターンのエッジを決める基準輝度値を予め設定しておく。そして、グリッド領域３８内のかかる基準輝度値ｚの輝度等高線４１（ｙ＝ｆ（ｘ））を演算する。基準輝度値の輝度等高線４１は、グリッド領域３８の４隅の左下、右下、左上、及び右上の順に示す輝度値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて定義される係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを使って、次の式（１－１）～式（１－５）で定義できる。ここで、Ａ～Ｄの座標を（０，０）、（１，０）、（０，１）、（１，１）とする。
【0053】
【数1】
【0054】
よって、グリッド領域３８内の基準輝度値よりも大きいサブ領域４０の面積は、かかる基準輝度値ｚの輝度等高線ｙ＝ｆ（ｘ）を積分することで求めることができる。よって、サブ領域４０の面積Ｓは、次の式（２－１）及び式（２－２）で定義できる。
【0055】
【数2】
【0056】
画素選択工程（Ｓ１３０）として、画素選択部６１は、対象となるフレーム画像に対応する参照画像について、画素選択工程（Ｓ１２０）でフレーム画像に対して選択された例えば２×２の画素群と同じ位置の例えば２×２の画素群を構成する周辺の画素を選択する。よって、フレーム画像における２×２の隣接するグリッド３７群で囲まれる矩形のグリッド領域３８対応した、参照画像における２×２の隣接するグリッド４７群で囲まれる矩形のグリッド領域４８が設定される。
【0057】
グリッド領域回転工程（Ｓ１３２）として、グリッド領域回転部６３は、グリッド領域４８毎に、最大の輝度値が定義されたグリッド４７が原点位置（例えば、左下角）になるように、当該グリッド領域４８を回転させる。
【0058】
サブ領域面積演算工程（Ｓ１３４）として、サブ領域面積演算部６５（第２の面積演算部）は、参照画像がフレーム画像と同じサイズで格子状に分割され、それぞれ画素の輝度値が定義される複数のグリッド４７（第２のグリッド）のうち、グリッド３７群に対応する位置のグリッド４７群で囲まれる矩形のグリッド領域４８（矩形領域）内においてグリッド４７群に定義される輝度値で補間された輝度値が基準輝度値よりも大きいサブ領域４２（第２の領域）の面積Ｓ’（第２の面積）を演算する。図９（ｂ）に示す参照画像のグリッド領域４８内のかかる基準輝度値ｚの輝度等高線４３（ｙ＝ｆ（ｘ））は、グリッド領域４８の４隅の左下、右下、左上、及び右上の順に示す輝度値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて定義される係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを使って、上述した式（１－１）～式（１－５）で演算できる。また、参照画像のグリッド領域４８内の基準輝度値よりも大きいサブ領域４２の面積Ｓ’は、かかる基準輝度値ｚの輝度等高線４３（ｙ＝ｆ（ｘ））を積分することで求めることができる。よって、サブ領域４２の面積Ｓ’は、式（２）のＳをＳ’で置き換えた式で求めることができる。
【0059】
比較工程（Ｓ１４０）として、比較処理部６６（比較部）は、グリッド領域３８毎に、面積Ｓ（第１の面積）と面積Ｓ’（第２の面積）とを比較する。具体的には、以下のように動作する。まずは、エッジ位置検査を行う場合について説明する。
【0060】
面積差分演算工程（Ｓ１４２）として、面積差分演算部６７は、グリッド領域３８毎に、グリッド領域３８のサブ領域４０の面積Ｓとグリッド領域４８のサブ領域４２の面積Ｓ’との差分ΔＳを演算する。具体的には、面積Ｓから面積Ｓ’を引いた値（Ｓ－Ｓ’）を演算する。
【0061】
図１０は、実施の形態１における差分領域の一例を示す図である。図１０では、図９（ａ）のグリッド領域３８のサブ領域４０と図９（ｂ）のグリッド領域４８のサブ領域４２との差分領域４４を示している。言い換えれば、フレーム画像のグリッド領域３８内の輝度等高線４１と参照画像のグリッド領域４８内の輝度等高線４３とグリッド領域３８の枠で囲まれた領域を示している。図１０の例では、差分領域４４が１つの場合を示しているが、これに限るものではない。フレーム画像のグリッド領域３８内の輝度等高線４１と参照画像のグリッド領域４８内の輝度等高線４３との組が２つ以上あれば、同じ数だけ差分領域４４も存在することになる。実施の形態１では、かかる差分領域４４の面積でエッジ位置のずれを評価する。
【0062】
判定工程（Ｓ１４４）として、判定部６８は、グリッド領域３８（４８）内に配置される図形パターンの片側のエッジ位置を検査する場合に、面積Ｓと面積Ｓ’との差分値ΔＳが、所定の範囲内に無い場合にはエッジ位置に欠陥が存在すると判定する。具体的には、面積Ｓと面積Ｓ’との差分値ΔＳの絶対値が閾値Ｔｈより大きい場合、言い換えれば、次の式（３）を満たさない場合には、当該グリッド領域３８には欠陥が存在すると判定する。
【0063】
【数3】
【0064】
なお、基準輝度値の輝度等高線４１が存在しないグリッド領域３８（４８）については、当該グリッド領域３８（４８）内に図形パターンの輪郭線が存在しないものとして、サブ領域面積演算工程（Ｓ１２４）以降の演算処理の対象から排除しても好適である。もちろん、演算処理の対象としても構わない。かかる場合、図形パターンの輪郭線が存在しないグリッド領域３８（４８）については、通常、差分領域４４が存在しないので、差分ΔＳがゼロになる。
【0065】
以上のように、実施の形態１では、図形パターンのエッジ位置を検査する場合に、画素毎に、周囲の画素を用いて補間された輝度等高線とグリッド領域３８（４８）の枠で囲まれた面積の差分値を演算すれば欠陥の有無を検査できる。このように、実施の形態１では、単純に１回ずつの積分計算とその差分計算を行えば検査ができる。よって、ノイズを除去する処理量を緩和し、各画像の輪郭線を抽出する演算処理、及び画像間での輪郭線の距離を演算する演算処理等を不要にでき、大幅に処理量を低減できる。
【0066】
図１１は、実施の形態１の計算領域の変形例を説明するための図である。図１１に示すように、フレーム画像の輝度等高線４１と参照画像の輝度等高線４３とが、１つのグリッド領域３８（４８）内に位置しない場合もあり得る。そこで、１つのグリッド領域３８（４８）で計算するのではなく、例えば、２×２のグリッド領域３８（４８）の４隅の９つのグリッド３７（４７）の輝度値で２×２のグリッド領域３８（４８）内の各位置の輝度値を補間して、輝度等高線４１と輝度等高線４３とを計算するようにしても好適である。
【0067】
次に、図形パターンの線幅検査を行う場合について説明する。面積差分演算工程（Ｓ１４２）の内容は上述した通りである。各グリッド領域３８（４８）内の差分領域４４の面積ΔＳだけでは、かかるグリッド領域３８（４８）を通過する一方のエッジの位置ずれを評価することはできるが、線幅まではわからない。そのため、かかる一方のエッジのペアとなる他方のエッジを探索する必要がある。
【0068】
ペアエッジ探索工程（Ｓ１４５）として、ペアエッジ探索部６９は、まず、フレーム領域毎に、図形パターンの少なくとも一方のエッジ（端部）を探索する。
【0069】
図１２は、実施の形態１におけるエッジ探索の手法の一例を説明するための図である。図１２の例では、フレーム領域３０毎に、当該フレーム領域３０のフレーム画像を使って、フレーム画像内の図形パターン１２のエッジを探索する。図１２の例では、フレーム画像の端部（例えば左端）から反対側の端部（例えば右端）に向かって、言い換えればｘ方向に向かって、各画素の輝度値が順に大きくなる立ち上がり個所を探索する。そして、例えば、立ち上がりの端緒から上限ピークまでの輝度値の中点を示す位置に図形パターンのエッジが位置するエッジ点と判定する。フレーム画像の端部（例えば左端）の上方から下方に順に画素毎に、繰り返し同様の動作を行うことで得られる複数のエッジ点を繋げることで、図形パターンのエッジの一方を構成できる。１つのフレーム領域３０内に位置する図形パターン１２の数は、１つとは限らないので、同様の動作を行うことで、同じフレーム画像内の複数の図形パターンの一方のエッジを探索できる。また、ｙ方向に向かって同様の動作を実施する。
【0070】
次に、ペアエッジ探索部６９は、得られた一方エッジと対になる他方のエッジを探査する。具体的には、以下のように動作する。
【0071】
図１３は、実施の形態１におけるペアエッジ探索の手法の一例を説明するための図である。ペアエッジ探索部６９は、図形パターンの一方のエッジ１１ａ上の点（エッジ点）から、最短のエッジを探索する。図１３の例では、エッジ点を中心に探索円を広げていく。そして、エッジ点に最も近いエッジ１１ｂをペアエッジとして探索する。ペアエッジであるためには、各画素の輝度値が順に小さくなる立ち下がり個所を探索する。そして、例えば、立ち下がりの端緒から下限ピークまでの輝度値の中点を示す位置に図形パターンの他方のエッジ１１ｂが位置するエッジ点と判定する。同じ図形パターンの一方のエッジ１１ａ上の複数のエッジ点において同様の動作を行うことで、同じ方向に探索した結果得られる他方の複数のエッジ点を繋げることで、図形パターンの一方のエッジ１１ａと対となる他方のエッジ１１ｂを構成できる。また、立ち上がりと立ち下がりは交互に出現するため、両方の探索を同一方向の走査の中で同時に行うこともできる。これにより、図形パターン１２の一方のエッジ１１ａ上の各エッジ点に最も近い、図形パターン１２の他方のエッジ１１ｂ上のエッジ点がわかる。両エッジ上の対となる２つのエッジ点が決まれば、かかるエッジ点を含むグリッド領域３８が求められる。
【0072】
差分演算工程（Ｓ１４６）として、差分演算部７０は、グリッド領域３８毎に、線幅の基になる図形パターンの一方のエッジにおける面積Ｓと面積Ｓ’との差分ΔＳ１と、他方のエッジにおける面積Ｓと面積Ｓ’との差分ΔＳ２と、の差分値（ΔＳ１－ΔＳ２）を演算する。この時、エッジ１１ａとエッジ１１ｂの距離（例えば画素単位）を求め、その距離が、あらかじめ定めた範囲内にない場合には、差分値を演算しないものとする。
【0073】
図１４は、実施の形態１における図形パターンの線幅検査を説明するための図である。図１４の例では、図形パターン１２の一方のエッジ１１ａ上の１つのエッジ点を含むフレーム画像内のグリッド領域３８ａの輝度等高線４１ａと参照画像内のグリッド領域４８ａの輝度等高線４３ａとグリッド領域３８ａ（４８ａ）の枠とで囲まれる差分領域４４ａを示している。輝度等高線４１ａがフレーム画像内の図形パターン１２の一方のエッジ１１ａに相当する。輝度等高線４３ａが参照画像内の図形パターン１２の一方のエッジ１３ａに相当する。また、図１４の例では、図形パターン１２の他方のエッジ１１ｂ上の対となるエッジ点を含むフレーム画像内のグリッド領域３８ｂの輝度等高線４１ｂと参照画像内のグリッド領域４８ｂの輝度等高線４３ｂとグリッド領域３８ｂ（４８ｂ）の枠とで囲まれる差分領域４４ｂを示している。輝度等高線４１ｂがフレーム画像内の図形パターン１２の他方のエッジ１１ｂに相当する。輝度等高線４３ｂが参照画像内の図形パターン１２の他方のエッジ１３ｂに相当する。言い換えれば、図１４の例では、図形パターン１２の一方のエッジ１１ａ上の１つのエッジ点を含むグリッド領域３８ａ（４８ａ）中の差分領域４４ａと、同じ図形パターン１２の他方のエッジ１１ｂ上の対となるエッジ点を含むグリッド領域３８ｂ（４８ｂ）中の差分領域４４ｂとの一例を示している。実施の形態１では、かかる差分領域４４ａの面積である差分ΔＳ１と、差分領域４４ｂの面積である差分ΔＳ２との差分値により、図形パターンの線幅Ｌのずれを評価する。
【0074】
判定工程（Ｓ１４８）として、判定部７１は、グリッド領域３８（４８）内に配置される図形パターンの線幅を検査する場合に、線幅Ｌの基になる一方のエッジにおける面積Ｓと面積Ｓ’との差分値ΔＳ１と、他方のエッジにおける面積Ｓと面積Ｓ’との差分値ΔＳ２と、の差分値が、所定の範囲内に無い場合には線幅の欠陥が存在すると判定する。具体的には、差分値ΔＳ１と差分値ΔＳ２と、の差分値（ΔＳ１－ΔＳ２）の絶対値が閾値Ｔｈ’より大きい場合、言い換えれば、次の式（４）を満たさない場合には、当該グリッド領域３８には図形パターンの線幅欠陥が存在すると判定する。
【0075】
【数4】
【0076】
なお、基準輝度値の輝度等高線４１が存在しないグリッド領域３８（４８）については、上述したように、当該グリッド領域３８（４８）内に図形パターンの輪郭線が存在しないものとして、サブ領域面積演算工程（Ｓ１２４）以降の演算処理の対象から排除しても好適である。
【0077】
以上のように、実施の形態１では、図形パターンの線幅を検査する場合に、画素毎に、周囲の画素を用いて補間された輝度等高線とグリッド領域３８（４８）の枠で囲まれた面積の差分値の差分を、対となる画素間で演算すれば欠陥の有無を検査できる。このように、実施の形態１では、単純に１回ずつの積分計算とその差分計算とそれら差分の差分計算とを行えば検査ができる。よって、ノイズを除去する処理量を緩和し、各画像の輪郭線を抽出する演算処理、及び画像間での輪郭線の距離を演算する演算処理等を不要にでき、大幅に処理量を低減できる。
【0078】
エッジ位置検査と図形パターンの線幅検査との両方を行う場合、比較工程（Ｓ１４０）は、内部工程として、上述した面積差分演算工程（Ｓ１４２）と、判定工程（Ｓ１４４）と、ペアエッジ探索工程（Ｓ１４５）と、差分値加算工程（Ｓ１４６）と、判定工程（Ｓ１４８）と、を実施すればよい。
【0079】
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。
【0080】
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、画素選択工程（Ｓ１３０）以降の各工程を実施すればよい。言い換えれば、以下、フレーム画像をダイ１のフレーム画像と読み替えると共に、参照画像をダイ２のフレーム画像と読み替えて同様の各工程を実施すればよい。
【0081】
以上のように、実施の形態１によれば、電子ビーム検査において輪郭線検査の処理量を低減できる。
【0082】
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、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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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方法及び電子ビーム検査装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【0086】
１０ １次電子ビーム
１１，１３ エッジ
１２ 図形パターン
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
３７，４７ グリッド
３８，４８ グリッド領域
４０，４２ サブ領域
４１，４３ 輝度等高線
４４ 差分領域
５０，５２ 記憶装置
６０，６１ 画素選択部
６２，６３ グリッド領域回転部
６４，６５ サブ領域面積演算部
６６ 比較処理部
６７ 面積差分演算部
６８ 判定部
６９ ペアエッジ探索部
７０ 差分演算部
７２ 判定部
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
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
１１，１３ エッジ
１２ 図形パターン
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
３７，４７ グリッド
３８，４８ グリッド領域
４０，４２ サブ領域
４１，４３ 輝度等高線
４４ 差分領域
５０，５２ 記憶装置
６０，６１ 画素選択部
６２，６３ グリッド領域回転部
６４，６５ サブ領域面積演算部
６６ 比較処理部
６７ 面積差分演算部
６８ 判定部
６９ ペアエッジ探索部
７０ 差分演算部
７２ 判定部
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
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】