特許 7547138 電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法

(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】2024-08-30

(45)【発行日】2024-09-09

(54)【発明の名称】電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240902BHJP

   G01N 23/2251 20180101ALI20240902BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20240902BHJP

   H01J 37/22 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 J

G01N23/2251

H01J37/28 B

H01J37/22 502H

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020159348

(22)【出願日】2020-09-24

(65)【公開番号】P2022052853

(43)【公開日】2022-04-05

【審査請求日】2023-08-03

(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】永尾 拓朗

【審査官】平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０１１２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８７５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１６１０８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１３３６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２２６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４４０１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｎ ２３／２２５１

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

Ｈ０１Ｊ ３７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
前記対象の電子光学画像と、前記対象の電子光学画像に対応する前記参照画像とを比較する比較部と、
特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数の第１の画像処理フィルタの情報を格納するデータベースと、
前記データベースを用いて、前記複数の第１の画像処理フィルタの中から前記所定の画像処理フィルタとして現在選択されている画像処理フィルタの特徴に基づき、所定の特徴を持った複数の第２の画像処理フィルタを検索する検索部と、
前記電子光学画像との比較用に現在選択されている画像処理フィルタを使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成される第２の画像処理フィルタを前記複数の第２の画像処理フィルタの中から選択する選択部と、
を備えることを特徴とする電子ビーム検査装置。

【請求項2】

各第１の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの面積が用いられることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム検査装置。

【請求項3】

各第１の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置とパターン外部の基準位置との間の距離が用いられることを特徴とする請求項１又は２記載の電子ビーム検査装置。

【請求項4】

各第１の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値と最小階調値とが用いられることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。

【請求項5】

各第１の画像処理フィルタの前記特徴として、当該第１の画像処理フィルタの取得に用いた設計画像内の微小図形のランクと、前記ランクの微小図形の数とが用いられることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。

【請求項6】

前記選択部は、前記一致度が高くなる参照画像が作成される２以上の第２の画像処理フィルタを前記複数の第２の画像処理フィルタの中から選択し、
前記参照画像作成部は、選択された前記２以上の第２の画像処理フィルタを用いて、前記複数の電子光学画像の残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する２以上の参照画像候補を作成し、前記２以上の参照画像候補を合成することにより参照画像を作成することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。

【請求項7】

前記参照画像作成部は、選択された第２の画像処理フィルタを用いて、まだ比較処理が実行されていない前記複数の電子光学画像の残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。

【請求項8】

複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
前記対象の電子光学画像と、前記対象の電子光学画像に対応する前記参照画像とを比較し、結果を出力する工程と、
特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数の第１の画像処理フィルタの情報を格納するデータベースを用いて、前記複数の第１の画像処理フィルタの中から前記所定の画像処理フィルタとして現在選択されている画像処理フィルタの特徴に基づき、所定の特徴を持った複数の第２の画像処理フィルタを検索する工程と、
前記電子光学画像との比較用に現在選択されている画像処理フィルタを使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成される第２の画像処理フィルタを前記複数の第２の画像処理フィルタの中から選択する工程と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム検査方法。

【請求項9】

各第１の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの面積が用いられることを特徴とする請求項８記載の電子ビーム検査方法。

【請求項10】

各第１の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置とパターン外部の基準位置との間の距離が用いられることを特徴とする請求項８又は９記載の電子ビーム検査方法。

【請求項11】

各第１の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値と最小階調値とが用いられることを特徴とする請求項８～１０のいずれかに記載の電子ビーム検査方法。

【請求項12】

選択された第２の画像処理フィルタを用いて、まだ比較処理が実行されていない前記複数の電子光学画像の残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成することを特徴とする請求項８～１１のいずれかに記載の電子ビーム検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【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、紫外線或いは電子ビームを用いて、半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを撮像した測定画像と、設計データ、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。

【0004】

特に、測定画像と設計パターンデータを基にした参照画像とを比較するダイ－データベース検査では、設計パターンデータから作成した設計画像にフィルタ処理を行って測定画像に近づけた参照画像を作成する。従来、紫外線を用いて画像を撮像する検査装置では、検査を開始する前に、参照画像を作成するためのフィルタのモデルや係数を機械学習等により算出する手法が用いられていた（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

一方、電子ビームで試料をスキャンして得られるＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像と参照画像とを比較するダイ－データベース検査においては、電子ビームで試料をスキャンして得られるＳＥＭ画像の画質は、スキャン動作を開始した時刻からの時間の経過と共に少しずつ変化することが予想される。そのため、ダイ－データベース検査では、時間の経過と共にＳＥＭ画像と参照画像との差異が大きくなり疑似欠陥が多発する傾向があるといった問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－１３３６１３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、電子ビームで基板をスキャンして得られる測定画像の画質の変化に追従するように参照画像を作成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】

【0008】

本発明の一態様の電子ビーム検査装置は、
複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
対象の電子光学画像と、対象の電子光学画像に対応する参照画像とを比較する比較部と、
特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数の第１の画像処理フィルタの情報を格納するデータベースと、
データベースを用いて、複数の第１の画像処理フィルタの中から所定の画像処理フィルタとして現在選択されている画像処理フィルタの特徴に基づき、所定の特徴を持った複数の第２の画像処理フィルタを検索する検索部と、
電子光学画像との比較用に現在選択されている画像処理フィルタを使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成される第２の画像処理フィルタを複数の第２の画像処理フィルタの中から選択する選択部と、
を備えたことを特徴とする。

【0009】

また、各第１の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの面積が用いられると好適である。

【0010】

また、各第１の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置とパターン外部の基準位置との間の距離が用いられると好適である。

【0011】

また、各第１の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値と最小階調値とが用いられると好適である。

【0012】

また、各第１の画像処理フィルタの特徴として、当該第１の画像処理フィルタの取得に用いた設計画像内の微小図形のランクと、ランクの微小図形の数とが用いられると好適である。

【0013】

また、選択部は、一致度が高くなる参照画像が作成される２以上の第２の画像処理フィルタを複数の第２の画像処理フィルタの中から選択し、
参照画像作成部は、選択された２以上の第２の画像処理フィルタを用いて、残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する２以上の参照画像候補を作成し、２以上の参照画像候補を合成することにより参照画像を作成すると好適である。

【0014】

また、参照画像作成部は、選択された第２の画像処理フィルタを用いて、まだ比較処理が実行されていない複数の電子光学画像の残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成すると好適である。

【0015】

本発明の一態様の電子ビーム検査方法は、
複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
対象の電子光学画像と、対象の電子光学画像に対応する参照画像とを比較し、結果を出力する工程と、
特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数の第１の画像処理フィルタの情報を格納するデータベースを用いて、複数の第１の画像処理フィルタの中から所定の画像処理フィルタとして現在選択されている画像処理フィルタの特徴に基づき、所定の特徴を持った複数の第２の画像処理フィルタを検索する工程と、
複数の電子光学画像の残部の電子光学画像との比較用に現在選択されている画像処理フィルタを使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成される第２の画像処理フィルタを複数の第２の画像処理フィルタの中から選択する工程と、
を備えたことを特徴とする。

【0016】

また、各第１の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの面積が用いられると好適である。

【0017】

また、各第１の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置とパターン外部の基準位置との間の距離が用いられると好適である。

【0018】

また、各第１の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第１の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値と最小階調値とが用いられると好適である。

【発明の効果】

【0019】

本発明の一態様によれば、電子ビームで基板をスキャンして得られる測定画像の画質の変化に追従するように参照画像を作成できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施の形態１における検査装置の構成の一例を示す構成図である。

【図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におけるフィルタ関数を演算する手法の一例を説明するための図である。

【図7】実施の形態１におけるフィルタ更新回路の内部構成の一例を示すブロック図である。

【図8】実施の形態１における基準設計画像の一例を示す図である。

【図9】実施の形態１におけるフィルタ後の基準画像の一例を示す図である。

【図10】実施の形態１における基準画像の特徴の一例を示す図である。

【図11】実施の形態１における基準画像の特徴の他の一例を示す図である。

【図12】実施の形態１における階層テーブルの一例を示す図である。

【図13】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14】実施の形態１における類似するフィルタ関数を説明するための図である。

【図15】実施の形態１における検索の仕方を説明するための図である。

【図16】実施の形態２における複数の参照画像候補と合成参照画像の一例を示す図である。

【図17】実施の形態３におけるフィルタ更新回路の内部構成の一例を示すブロック図である。

【図18】実施の形態３における微小図形ランクを説明するための図である。

【図19】実施の形態３における階層テーブル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、実施の形態では、検査装置の一例として、電子ビーム検査装置について説明する。また、実施の形態では、複数の電子ビームによるマルチビームを用いて画像を取得する検査装置について説明するが、これに限るものではない。１本の電子ビームによるシングルビームを用いて画像を取得する検査装置であっても構わない。

【0022】

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

【0023】

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

【0024】

制御系回路１６０では、検査装置１００全体を制御する制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照画像作成回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、フィルタ更新回路１３２、フィルタ演算回路１３４、データベース１３０、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。

【0025】

また、検出回路１０６は、チップパターンメモリ１２３に接続される。チップパターンメモリ１２３は、比較回路１０８及びフィルタ演算回路１３４に接続されている。また、ステージ１０５は、ステージ制御回路１１４の制御の下に駆動機構１４２により駆動される。駆動機構１４２では、例えば、ステージ座標系におけるＸ方向、Ｙ方向、θ方向に駆動する３軸（Ｘ－Ｙ－θ）モータの様な駆動系が構成され、ステージ１０５が移動可能となっている。ステージ１０５は、ＸＹθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ステージ１０５の移動位置はレーザ測長システム１２２により測定され、位置回路１０７に供給される。レーザ測長システム１２２は、ミラー２１６からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でステージ１０５の位置を測長する。ステージ座標系は、例えば、マルチ１次電子ビームの光軸（電子軌道中心軸）に直交する面に対して、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向が設定される。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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

【0037】

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。

【0038】

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

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

図５は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図５において、実施の形態１における検査方法は、代表領域スキャン工程（Ｓ１０２）と、代表領域設計画像作成工程（Ｓ１０４）と、初期フィルタ演算工程（Ｓ１０６）と、フィルタ設定工程（Ｓ１０８）と、スキャン工程（Ｓ２０２）と、設計画像作成工程（Ｓ２０４）と、参照画像作成工程（Ｓ２０６）と、位置合わせ工程（Ｓ２２０）と、比較工程（Ｓ２２４）と、判定工程（Ｓ２３０）と、特徴抽出工程（Ｓ２３２）と、検索工程（Ｓ２３４）と、選択工程（Ｓ２３６）と、いう一連の工程を実施する。

【0043】

代表領域スキャン工程（Ｓ１０２）として、まず、制御計算機１１０は、基板１０１の検査に当って、最初のフィルタ関数（初期フィルタ）の係数を求めるために使用する代表領域（代表フレーム）を選択する。各ストライプ領域３２のストライプ領域画像は、図４に示すように、例えば、複数のフレーム領域３０のフレーム画像３１に分割され、フレーム画像３１毎に検査を行っていく。ここでは、基板１０１のあるチップ３３２の中から、フィルタ関数の係数を演算するために使用する代表フレーム領域を選択する。選択する代表フレーム領域の位置は、ユーザによって予め任意に設定しておけば良い。そして、選択した代表フレーム領域の位置を制御計算機１１０に設定しておけばよい。或いは、所定の選択条件を設定しておき、制御計算機１１０が代表フレーム領域の位置を選択しても良い。

【0044】

そして、画像取得機構１５０は、基板１０１の代表フレーム領域を含むストライプ領域３２の２次電子画像を取得する。具体的には、以下のように動作する。

【0045】

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

【0046】

上述したように、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００は、マルチ検出器２２２で検出される。マルチ検出器２２２によって検出された各サブ照射領域２９内の画素毎の２次電子の検出データ（測定画像データ：２次電子画像データ：被検査画像データ）は、測定順に検出回路１０６に出力される。検出回路１０６内では、図示しないＡ／Ｄ変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ１２３に格納される。そして、得られた測定画像データは、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、フィルタ演算回路１３４に転送される。測定画像データは、フィルタ演算回路１３４内の図示しない記憶装置に格納される。

【0047】

代表領域設計画像作成工程（Ｓ１０４）として、まず、展開回路１１１（設計画像作成部の一例）は、基板１０１のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて代表フレームに配置される設計パターンを画像展開して代表設計画像を作成する。具体的には、磁気ディスク装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された代表フレームの各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換（画像展開）して代表設計画像を作成する。

【0048】

ここで、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標（ｘ、ｙ）、及び辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データ（ベクトルデータ）が格納されている。

【0049】

かかる図形データとなる設計パターンの情報が展開回路１１１に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計画像データを展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、画素毎に８ビットの占有率データの代表設計画像を作成する。代表設計画像のデータはフィルタ演算回路１３４に出力される。代表設計画像のデータは、フィルタ演算回路１３４内の図示しない記憶装置に格納される。

【0050】

初期フィルタ演算工程（Ｓ１０６）として、フィルタ演算回路１３４は、基板１０１の代表フレーム領域の測定画像（代表フレーム画像）と代表設計画像とに基づいて、代表設計画像をフィルタ処理するためのフィルタ関数（初期フィルタ）或いはフィルタ関数の係数を演算する。

【0051】

図６は、実施の形態１におけるフィルタ関数を演算する手法の一例を説明するための図である。例えば、図６（ａ）に示すように、フレーム領域３０の画素数よりも少ないｋ×ｋ個の要素で構成される未知の係数行列ａ（ｉ，ｊ）（係数の一例）を求める。例えば、５１２×５１２画素で構成されるフレーム領域３０の画像に対して、１５×１５の係数行列ａ（ｉ，ｊ）を求める。代表設計画像の注目画素ｄ（ｉ，ｉ）を中心にして、ｋ×ｋ画素の画素と係数行列ａ（ｉ，ｊ）との積の和を画素数Ｎ（＝ｋ×ｋ）で割った値が注目画素ｄ（ｉ，ｉ）に対応する代表フレーム画像の注目画素ｒ（ｉ，ｉ）により近づく係数行列ａ（ｉ，ｊ）を求める。かかる関係式（１）を以下に示す。

【0052】

【数1】

【0053】

図６（ｂ）に示すように、注目画素を代表フレーム３２内で移動させながら、その都度、関係式（１）を演算する。そして、代表フレーム３２内のすべての画素についてそれぞれ得られた、未知の係数行列ａ（ｉ，ｊ）を用いて定義された関係式（１）を最も満足させる係数行列ａ（ｉ，ｊ）を求める。係数行列ａ（ｉ，ｊ）の要素数ｋ×ｋは、適宜設定すればよい。少ないと精度が劣化し、多すぎると演算時間が長くなる。また、注目画素が代表フレーム３２内を移動する際、端部に近いと端部側の周囲の画素が必要分存在しない場合もあるが、かかる場合には値が得られる周囲画素及び画素数Ｎで演算すればよい。

【0054】

フィルタ設定工程（Ｓ１０８）として、フィルタ演算回路１３４にて得られた係数行列ａ（ｉ，ｊ）（初期フィルタの一例）は、初期フィルタとして、参照画像作成回路１１２に出力され、フィルタ関数、或いはフィルタ関数の係数として参照画像作成回路１１２に設定される。

【0055】

ここで、上述したように、電子ビームで基板１０１をスキャンして得られる測定画像（ＳＥＭ画像）の画質は、基板１０１に対してスキャン動作を開始した時刻からの時間の経過と共に少しずつ変化することが予想される。言い換えれば、先にスキャンして得られた測定画像と時間が経過した後でスキャンして得られた測定画像とでは、その画質が変化することが予想される。例えば、基板１０１の帯電等の影響が挙げられる。そのため、共にグレースケールで定義される測定画像と参照画像とを比較するダイ－データベース検査では、初期フィルタ演算工程（Ｓ１０６）で得られた初期フィルタを参照画像作成のために使用し続けると、時間の経過と共に測定画像と参照画像との差異が大きくなり疑似欠陥が多発する傾向があるといった問題があった。そのため、測定画像の画質の変化に追従するように参照画像を作成することが求められる。そこで、実施の形態１では、検査の進行に伴って、途中でフィルタ関数を切り替える。その際、代表領域スキャン工程（Ｓ１０２）から初期フィルタ演算工程（Ｓ１０６）までの学習処理を改めて行って新たなフィルタ関数を生み出すのではなく、過去に実績のある多くのフィルタ関数を蓄積しておき、その中から選択して用いる。実施の形態１では、フィルタ関数によってフィルタ処理される画像が有する特徴を抽出し、特徴を分類すると共に、特徴を基にフィルタ関数を検索可能なデータベース１３０を構築しておく。具体的な動作を以下に説明する。

【0056】

図７は、実施の形態１におけるフィルタ更新回路の内部構成の一例を示すブロック図である。図７において、フィルタ更新回路１３２内には、判定部６０、基準画像作成部６１、特徴抽出部６２、テーブル作成部６３、検索部６４、参照画像候補作成部６６、差分二乗和（ＳＳＤ）演算部６８、選択部６９、及び磁気ディスク装置等の記憶装置６５，６７，７０，７１，７２が配置される。判定部６０、基準画像作成部６１、特徴抽出部６２、テーブル作成部６３、検索部６４、参照画像候補作成部６６、ＳＳＤ演算部６８、及び選択部６９といった各「～部」は、処理回路を含み、この処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。判定部６０、基準画像作成部６１、特徴抽出部６２、テーブル作成部６３、検索部６４、参照画像候補作成部６６、ＳＳＤ演算部６８、及び選択部６９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。

【0057】

検査処理に先立ち、過去に用いた実績のある複数のフィルタ関数を蓄積しておき、それぞれのフィルタ関数から所定の特徴を抽出する。蓄積されるフィルタ関数は、同じ検査装置１００で過去に別の被検査基板の検査に使用したものが望ましいが、これに限るものではない。他の検査装置で過去に別の被検査基板の検査に使用したフィルタ関数を含めても構わない。各フィルタ関数の特徴は、基準パターンが配置された所定のサイズの領域の基準設計画像にそれぞれのフィルタ関数を適用したフィルタ後の画像（基準画像）から抽出する。以下、具体的に説明する。なお、他の検査装置で使用したフィルタ関数については、他の検査装置でフィルタ関数の特徴を抽出してもよい。或いは、過去に用いた実績のある複数のフィルタ関数の各フィルタ関数の特徴をオフラインで抽出しておき、検査装置１００に入力しても良い。

【0058】

図８は、実施の形態１における基準設計画像の一例を示す図である。図８において、基準設計画像１２には、例えば１５×１５画素の領域の中央に５×５画素のサイズの基準パターン１４が配置される。図８の例では、パターン有の５×５画素には階調値２５５が定義される。パターン無しの残りの画素には、階調値０が定義される。

【0059】

基準画像作成部６１は、基準設計画像１２を蓄積される各フィルタ関数でフィルタ処理して、フィルタ関数毎の基準画像を作成する。次に、特徴抽出部６２は、フィルタ処理後に得られたフィルタ関数毎の基準画像から特徴を抽出する。

【0060】

図９は、実施の形態１におけるフィルタ後の基準画像の一例を示す図である。特徴抽出部６２は、基準画像内の基準パターンの中心線上のｘ方向の断面プロファイルとｙ方向の断面プロファイルについて、それぞれ、特徴の一例として、パターンの明るさを示す指標となるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値Ｍａｘと最小階調値Ｍｉｎとを抽出する。また、特徴抽出部６２は、基準画像内の基準パターンの中心線上のｘ方向の断面プロファイルについて、特徴の他の一例として、パターンの中心位置を示す指標となるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置（ｈ／２）とパターン外部の基準位置との間の距離ｄｘ１、ｄｘ２を抽出する。基準画像のｘ方向の一方の端部を基準点１とし、他方の端部を基準点２として、これらの２つの基準点１，２をｘ方向のパターン外部の基準位置として用いる。同様に、ｙ方向の断面プロファイルについて、特徴の他の一例として、パターンの中心位置を示す指標となるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置（ｈ／２）とパターン外部の基準位置との間の距離ｄｙ１、ｄｙ２を抽出する。基準画像のｙ方向の一方の端部を基準点１とし、他方の端部を基準点２として、これらの２つの基準点１，２をｙ方向のパターン外部の基準位置として用いる。また、特徴抽出部６２は、基準画像内の基準パターンの中心線上のｘ方向の断面プロファイルについて、特徴の他の一例として、フィルタ処理後の基準パターンの面積Ｓｘを抽出する。同様に、ｙ方向の断面プロファイルについて、特徴の他の一例として、フィルタ処理後の基準パターンの面積Ｓｙを抽出する。

【0061】

図１０は、実施の形態１における基準画像の特徴の一例を示す図である。図１０の例では、基準パターンの中心線上のｘ方向の断面プロファイルを構成する階調値が示されている。図１０の例では、最大階調値Ｍａｘは１８０、最小階調値Ｍｉｎは２０となる。よって、中間階調は８０（＝（１８０－２０）／２）となるので、中間階調位置は階調値８０を示す画素内に位置することがわかる。基準点１とパターンの左側の中間階調位置を含む画素（階調値８０）との間には階調値２０，２０，３０，５０が定義される４画素が存在する。１画素分の距離は１とし、画素内のサブ画素単位の距離は（１－Ｖ／２５６）と定義する。よって、基準点１とパターンの左側中間階調位置との距離ｄｘ１は、ｄｘ１＝４＋（１－８０／２５６）＝４．６８７５と求めることができる。基準点２とパターンの右側の中間階調位置を含む画素（階調値８０）との間には階調値２０，２０，３０，５０が定義される４画素が存在する。よって、ｄｘ２＝ｄｘ１＝４．６８７５となる。また、面積Ｓｘは、ｘ方向の断面プロファイルの階調値の合計で定義すると好適である。図１０の例では、Ｓｘ＝１０６０となる。ｙ方向の断面プロファイルから各特徴を抽出する場合も同様に求めればよい。

【0062】

図１１は、実施の形態１における基準画像の特徴の他の一例を示す図である。上述した図１０の例では、中間階調８０が定義された画素が存在するため、中間階調位置が、中間階調８０の画素内に位置することがわかる。しかしながら、図１１の例に示すように、例えば、最大階調値Ｍａｘが２００、最小階調値Ｍｉｎが２０となり、中間階調が９０（＝（２００－２０）／２）となる場合、階調値９０の画素は存在しない。このように同じ階調の画素が存在しない場合、線形補間により距離ｄｘ１を求めればよい。図１１の例では、中間階調９０に近い連続する階調値８０の画素内の点Ａと階調値１００の画素内の点Ｂの２点を用いて補間する。各点の座標（ｘ，ｙ）を（距離ｄｘ１，階調値Ｖ）で定義する。この場合、点Ａでは、上述したようにｘ＝ｄｘ１＝４．６８７５となり、ｙ＝階調値Ｖ＝８０となる。よって、点Ａの座標（４．６８７５，８０）となる。点Ｂについても点Ａの場合と同様の計算を行うことで点Ｂの座標（５．６０９３，１００）を得ることができる。中間階調９０の点Ｘは、点Ａ，Ｂを結ぶ直線上に存在する。よって、点Ａ，Ｂの座標の値を用いてかかる直線の方程式ｙ＝ａｘ＋ｂの係数ａ，ｂを求めると、ａ＝２１．６９６７、ｂ＝－２１．７０３３となる。よって、点Ｘの距離ｄｘ１＝５．１４８４（＝（９０＋２１．７０３３）／２１．６９６７）と求めることができる。

【0063】

次に、テーブル作成部６３は、以上のようにして抽出した各フィルタ関数の特徴を用いて、データベース１３０に用いる階層分けした検索可能な階層テーブルを作成する。

【0064】

図１２は、実施の形態１における階層テーブルの一例を示す図である。図１２において、階層テーブル１１は、上層側から画像の明るさを示す最大階調Ｍａｘ、最小階調Ｍｉｎの組み合わせＭ１，Ｍ２，Ｍ３，・・・が定義された第１層、中心位置を示す距離ｄｘ１，ｄｘ２，ｄｙ１，ｄｙ２の組み合わせＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・が定義された第２層、面積を示す面積Ｓｘ，Ｓｙの組み合わせＳ１，Ｓ２，Ｓ３，・・・が定義された第３層、及び実際のフィルタ関数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・が定義された第４層で構成される。第２層のテーブルは第１層の各組み合わせＭにそれぞれ従属して定義される。同様に、第３層のテーブルは第２層の各組み合わせＤにそれぞれ従属して定義される。同様に、第４層のテーブルは第３層の各組み合わせＳにそれぞれ従属して定義される。第１層のテーブルは、例えば、最大階調Ｍａｘの大きい方から降順に並ぶ。第２層のテーブルは、例えば、距離ｄｘ１の大きい方から降順に並ぶ。第３層のテーブルは、例えば、面積Ｓｘの大きい方から降順に並ぶ。第４層のテーブルは、任意で構わない。

【0065】

作成された階層テーブル１１を用いてデータベース１３０を構築しておく。これにより、データベース１３０には、特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数のフィルタ関数（第１の画像処理フィルタ）の情報が格納される。

【0066】

ここで、上述した例では、特徴として、最大階調Ｍａｘ、最小階調Ｍｉｎ、距離ｄｘ１，ｄｘ２，ｄｙ１，ｄｙ２、及び面積Ｓｘ，Ｓｙを用いているが、これらのすべてを用いる場合に限るものではない。最大階調Ｍａｘ、及び最小階調Ｍｉｎを特徴とするだけでも良い。或いは、距離ｄｘ１，ｄｘ２，ｄｙ１，ｄｙ２を特徴とするだけでも良い。或いは、面積Ｓｘ，Ｓｙを特徴とするだけでも良い。

【0067】

以上の検査前処理が終了した後、被検査基板１０１に対する検査を開始する。

【0068】

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

【0069】

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

【0070】

図１３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１３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５２，５６、位置合わせ部５７、及び比較部５８が配置される。位置合わせ部５７、及び比較部５８といった各「～部」は、処理回路を含み、この処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。位置合わせ部５７、及び比較部５８内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリ、或いはメモリ１１８に記憶される。

【0071】

比較回路１０８では、サブ照射領域２９毎の２次電子画像の少なくとも一部で構成される被検査画像と参照画像とを比較する。被検査画像として、例えばフレーム領域３０毎の２次電子画像（電子光学画像）を用いる。例えば、サブ照射領域２９を４つのフレーム領域３０に分割する。フレーム領域３０として、例えば、５１２×５１２画素の領域を用いる。具体的には、例えば、以下のように動作する。

【0072】

設計画像作成工程（Ｓ２０４）として、展開回路１１１は、記憶装置１０９から制御計算機１１０を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを２値ないしは多値のイメージデータに変換する。展開回路１１１は、スキャン工程で取得される測定画像の取得順序に合わせて、対応するフレーム領域３０の設計画像を作成すると好適である。

【0073】

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。

【0074】

かかる図形データとなる設計パターンデータが展開回路１１１に入力されると図形毎のデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして２値ないしは多値の設計画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、ｎビットの占有率データを出力する。例えば、１つのマス目を１画素として設定すると好適である。そして、１画素に１／２^８（＝１／２５６）の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ１／２５６の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、８ビットの占有率データとして作成する。かかるマス目（検査画素）は、測定データの画素に合わせればよい。

【0075】

参照画像作成工程（Ｓ２０６）として、参照画像作成回路１１２（参照画像作成部）は、複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する。具体的には以下のように動作する。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、フィルタ設定工程（Ｓ１０８）において設定されているフィルタ関数Ｆ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像データは比較回路１０８に出力される。検査処理の開始後最初に作成される第１番目の設計画像から所定の条件が満たされるまでの期間は、各フレーム領域３０の設計画像に対して、初期フィルタが適用されることになる。

【0076】

比較回路１０８内に入力された測定画像（被検査画像）は、記憶装置５６に格納される。比較回路１０８内に入力された参照画像は、記憶装置５２に格納される。

【0077】

位置合わせ工程（Ｓ２２０）として、位置合わせ部５７は、フレーム領域３０毎に、対応するフレーム画像３１（電子光学画像）と参照画像をそれぞれ記憶装置から読み出し、画素より小さいサブ画素単位で、両画像を位置合わせする。例えば、最小２乗法で位置合わせを行えばよい。画素サイズとして、例えば、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームサイズと同程度のサイズの領域に設定されると好適である。

【0078】

比較工程（Ｓ２２４）として、比較部５８は、フレーム領域３０毎に、対象のフレーム画像３１（電子光学画像）と、対象のフレーム画像３１に対応する参照画像とを比較する。比較部５８は、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と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される、或いは図示しないプリンタより出力されればよい。

【0079】

なお、上述した例では、画素比較を行なっているが、これに限るものではない。例えば、フレーム画像３１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抽出し、輪郭線同士の距離が判定閾値よりも大きい場合に欠陥と判定しても良い。

【0080】

判定工程（Ｓ２３０）として、判定部６０は、フィルタ関数設定後、所定の条件を満たしたかどうかを判定する。例えば、フィルタ関数を設定（或いは更新）した後に行われたスキャンの開始後、所定の時間が経過したかどうかを判定する。或いは、フィルタ関数を設定（或いは更新）した後に行われた、予め設定された数のストライプ領域のスキャンが実施されたかどうかを判定する。或いは、比較工程において、フィルタ関数を設定（或いは更新）した後に、同じフレーム領域３０（或いはストライプ領域３２）内で閾値以上の欠陥が検出されたかどうかを判定する。いずれの場合も複数のフレーム画像３１のうちの一部のフレーム画像３１の比較処理が実行された段階に相当する。まだ条件に当てはまらない間は、現在設定されているフィルタ関数を継続して使用したまま、参照画像作成工程（Ｓ２０６）を実施し、比較工程（Ｓ２２４）までの各工程を実施する。所定の条件を満たしたと判定された場合、特徴抽出工程（Ｓ２３２）に進む。また、所定の条件を満たしたと判定された場合、以降の参照画像の作成は一時停止する。

【0081】

特徴抽出工程（Ｓ２３２）として、まず、基準画像作成部６１は、現在設定されているフィルタ関数（例えば、初期フィルタ）を読み出し、基準設計画像１２を読み出されたフィルタ関数でフィルタ処理して、当該フィルタ関数による基準画像を作成する。次に、特徴抽出部６２は、フィルタ処理後に得られた基準画像から特徴を抽出する。具体的には、上述した最大階調Ｍａｘ、最小階調Ｍｉｎ、距離ｄｘ１，ｄｘ２，ｄｙ１，ｄｙ２、及び面積Ｓｘ，Ｓｙを抽出する。現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像の特徴を最大階調Ｍａｘ′、最小階調Ｍｉｎ′、距離ｄｘ１′，ｄｘ２′，ｄｙ１′，ｄｙ２′、及び面積Ｓｘ′，Ｓｙ′と示す。

【0082】

なお、上述した例では、判定工程（Ｓ２３０）後に特徴抽出工程（Ｓ２３２）を実施しているが、これに限るものではない。フィルタ設定工程（Ｓ１０８）により所定のフィルタ関数が設定された場合に、他の工程の実施を待たずに特徴抽出工程（Ｓ２３２）を実施しても好適である。判定工程（Ｓ２３０）よりも先に特徴抽出工程（Ｓ２３２）を実施しておくことで判定工程（Ｓ２３０）後に検索工程（Ｓ２３４）から実施できるので、処理時間の短縮を図ることができる。

【0083】

検索工程（Ｓ２３４）として、検索部６４は、複数のフレーム画像３１の一部のフレーム画像３１の比較処理が実行された段階、言い換えれば、判定工程（Ｓ２３０）で所定の条件を満たしたと判定された場合、データベース１３０を用いて、複数のフィルタ関数（第１の画像処理フィルタ）の中から現在使用しているフィルタ関数（画像処理フィルタ）の特徴と類似する（或いは現在使用しているフィルタ関数の特徴に近い）特徴を持った複数のフィルタ関数（第２の画像処理フィルタ）を検索する。具体的には、検索部６４は、現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像から抽出された特徴である、最大階調Ｍａｘ′、最小階調Ｍｉｎ′、距離ｄｘ１′，ｄｘ２′，ｄｙ１′，ｄｙ２′、及び面積Ｓｘ′，Ｓｙ′をベータベース１３０に入力する。

【0084】

図１４は、実施の形態１における類似するフィルタ関数を説明するための図である。図１４の例では、例えば、基準画像のｘ方向の断面プロファイルを示している。図１４において、最大階調Ｍａｘ、最小階調Ｍｉｎ、及び距離ｄｘ１，ｄｘ２はほぼ一致しているものの、プロファイルの立ち上がり及び立ち下がりが若干異なる。この違いは、面積Ｓｘの違いとして表れる。かかる違いを示す指標として差分二乗和を用いると好適である。最大階調Ｍａｘ、最小階調Ｍｉｎ、及び距離ｄｘ１，ｄｘ２の違いを示す場合も同様である。

【0085】

図１５は、実施の形態１における検索の仕方を説明するための図である。データベース１３０は、階層テーブル１１の上層側から順に探索する。具体的には、データベース１３０は、第１層の明るさについて、各組Ｍの最大階調Ｍａｘ、及び最小階調Ｍｉｎと現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像の最大階調Ｍａｘ′、及び最小階調Ｍｉｎ′と、を用いて、差分二乗和を示す次の式（２）を計算する。

【0086】

【数2】

【0087】

そして、ΔＭが最も小さくなる組み合わせＭを抽出する。

【0088】

次に、抽出された組み合わせＭに従属する第２層の中心位置について、各組Ｄの距離ｄｘ１，ｄｘ２，ｄｙ１，ｄｙ２と現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像の距離ｄｘ１′，ｄｘ２′，ｄｙ１′，ｄｙ２′と、を用いて、差分二乗和を示す次の式（３）を計算する。

【0089】

【数3】

【0090】

そして、ΔＤが最も小さくなる組み合わせＤを抽出する。

【0091】

次に、抽出された組み合わせＤに従属する第３層の面積について、各組Ｓの面積Ｓｘ，Ｓｙと現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像の面積Ｓｘ′，Ｓｙ′と、を用いて、差分二乗和を示す次の式（４）を計算する。

【0092】

【数4】

【0093】

そして、ΔＳが最も小さくなる組み合わせＭを抽出する。

【0094】

そして、抽出された組み合わせＳに従属する第４層のフィルタ関数を抽出する。ここで、最終的に得られたフィルタ関数の数が下限閾値未満の場合、例えば、ΔＳが小さい方からｍ個の組み合わせＳを抽出し、それぞれの組み合わせＳに従属する第４層のフィルタ関数を抽出する。そして、ΔＳがより小さくなるフィルタ関数からＮ個のフィルタを抽出する。或いは、Ｎ個の抽出にステップ量を設定しても良い。例えば、ステップ量が３の場合、ΔＳがより小さくなる第１番目のフィルタ関数、第４番目のフィルタ関数、第７番目のフィルタ関数、・・・を抽出する。ここで、すべての組み合わせＳに従属する第４層のフィルタ関数を抽出した場合でも最終的に得られるフィルタ関数の数が下限閾値未満であれば、例えば、ΔＤが小さい方からｍ個の組み合わせＤを抽出し、それぞれの組み合わせＤに従属する第４層のフィルタ関数を抽出する。かかる処理により、データベース１３０に格納されている複数のフィルタ関数（第１の画像処理フィルタ）の中から現在使用しているフィルタ関数（画像処理フィルタ）の特徴と類似する特徴を持った所定数のフィルタ関数（第２の画像処理フィルタ）を抽出する。なお、抽出された組み合わせＳに従属する第４層のフィルタ関数の数が上限閾値を超える場合、例えば上限閾値の数に制限して抽出してもよい。これにより後述する工程での処理時間が長くなるのを抑制できる。

【0095】

ここで、特徴が類似する（或いは近い特徴を有している）からといって、検索時点における測定画像の変化した画質の状態に合致するとは限らない。そこで、実施の形態１では、検索された複数のフィルタ関数の中から現状に合うフィルタ関数を選択する。

【0096】

選択工程（Ｓ２３６）として、まず、参照画像候補作成部６６は、基準画像での特徴が類似する（或いは近い特徴を有している）、検索された複数のフィルタ関数で、実際の検査に使用する設計画像にフィルタ処理した複数の参照画像候補を作成する。ここで使用する設計画像は、例えば、判定工程（Ｓ２３０）にて所定の条件を満たしたと判定された時と同時期に作成された参照画像に使用された設計画像を用いると好適である。例えば、一時停止前の最後の参照画像に使用された設計画像を用いると好適である。

【0097】

次に、ＳＳＤ演算部６８は、得られた複数の参照画像候補について、参照画像候補毎に、対応するフレーム画像３１（測定画像）との間で差分二乗和を演算する。また、参照画像候補の作成に使用した設計画像に現在使用しているフィルタ関数でフィルタ処理した参照画像と、対応するフレーム画像３１（測定画像）との間で差分二乗和を演算する。

【0098】

そして、選択部６９は、複数のフレーム画像３１の残部のフレーム画像３１との比較用に現在使用しているフィルタ関数を使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成されるフィルタ関数（第２の画像処理フィルタ）を、基準画像での特徴が類似する（或いは近い特徴を有している）複数のフィルタ関数（第２の画像処理フィルタ）の中から選択する。ここでは最も差分二乗和が小さくなる参照画像候補の作成に使用したフィルタ関数を選択する。

【0099】

そして、フィルタ設定工程（Ｓ１０８）に戻り、選択されたフィルタ関数は、参照画像作成回路１１２に出力され、フィルタ関数、或いはフィルタ関数の係数として参照画像作成回路１１２に設定される。これによりフィルタ関数が更新される。

【0100】

以上のようにしてフィルタ関数が更新された後、参照画像作成回路１１２は、選択されたフィルタ関数を用いて、まだ比較処理が行われていない残部のフレーム画像３１のうち対象のフレーム画像３１に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、対象のフレーム画像３１に対応する参照画像を作成する。例えば、ｋ番目のフレーム画像の比較処理まで実施されていた場合には、（ｋ＋１）番目以降のフレーム画像に対応する設計画像にフィルタ処理を実施すればよい。

【0101】

そして、まだ比較処理が済んでいない（ｋ＋１）番目以降のフレーム領域３０について、更新されたフィルタ関数で作成された参照画像と、対応するフレーム領域３０の測定画像との位置合わせ工程（Ｓ２２０）と比較工程（Ｓ２２４）とを実施する。

【0102】

また、１枚の基板１０１の検査において、フィルタ関数の更新は１回だけとは限らない。同様に手順で複数回の更新を行うと好適である。

【0103】

以上のように、実施の形態１によれば、初期フィルタの所謂近隣からさらに良いフィルタ関数を定量的かつ効率的に探索できる。よって、電子ビームで基板１０１をスキャンして得られる測定画像の画質の変化に追従するように参照画像を作成できる。

【0104】

実施の形態２．
実施の形態１では、基準画像での特徴が類似する複数のフィルタ関数を用いた複数の参照画像候補の中から１つの参照画像を選択する場合を説明したが、実施の形態２では、変化した画質の状態に実施の形態１よりもさらに合わせることが可能な参照画像を作成する構成について説明する。検査装置１００の構成は図１と同様である。また、検査方法のフローチャート図は、図５と同様である。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。

【0105】

選択工程（Ｓ２３６）として、複数の参照画像候補を作成する点、及び参照画像候補毎に、対応するフレーム画像３１（測定画像）との間で差分二乗和を演算する点は同様である。

【0106】

図１６は、実施の形態２における複数の参照画像候補と合成参照画像の一例を示す図である。実施の形態２における選択部６９は、一致度が高くなる参照画像が作成される２以上のフィルタ関数（第２の画像処理フィルタ）をデータベース１３０から検索された複数のフィルタ関数（第２の画像処理フィルタ）の中から選択する。例えば、最も差分二乗和が小さくなる参照画像候補１の作成に使用したフィルタ関数と、２番目に差分二乗和が小さくなる参照画像候補１の作成に使用したフィルタ関数とを選択する。図１６の例では、２つの参照画像候補１，２が示されている。２つの参照画像候補１，２は、左中段の画素と、右下の画素とが異なっている場合を示している。

【0107】

そして、フィルタ設定工程（Ｓ１０８）に戻り、選択された２以上のフィルタ関数は、参照画像作成回路１１２に出力され、フィルタ関数、或いはフィルタ関数の係数として参照画像作成回路１１２に設定される。

【0108】

以上のようにしてフィルタ関数が更新された後、参照画像作成回路１１２は、選択された２以上のフィルタ関数（第２の画像処理フィルタ）を用いて、まだ比較処理が行われていない残部のフレーム画像３１のうち対象のフレーム画像３１に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、対象のフレーム画像３１に対応する２以上の参照画像候補を作成する。そして、参照画像作成回路１１２は、２以上の参照画像候補を合成することにより参照画像を作成する。図１６の例では、２つの参照画像候補１，２の互いに異なる画素値のうち、左中段の画素については参照画像候補１の画素値を選択し、右下の画素については参照画像候補２の画素値を選択し、両者を合成した参照画像を作成する。どちらの参照画像候補の画素値を用いるかについては、フレーム画像３１との一致度が高くなる方を選択する。例えば、ｘ，ｙ方向の両方に適したフィルタ関数が無い場合に一方ずつに適した２つのフィルタ関数によるフィルタ処理結果を合成できるので、特に有効である。

【0109】

ここで、参照画像作成工程（Ｓ２０６）では、同時に２つのフィルタ関数でフィルタ処理を行うことが難しい場合には、（ｋ＋１）番目の参照画像作成時に、例えば参照画像候補１の作成に使用したフィルタ関数で設計画像にフィルタ処理し、続く（ｋ＋２）番目の参照画像作成時に、例えば参照画像候補２の作成に使用したフィルタ関数で同じ設計画像にフィルタ処理を行う。そして、参照画像作成回路１１２は、（ｋ＋１）番目の参照画像候補と（ｋ＋２）番目の参照画像候補とを合成する。

【0110】

そして、まだ比較処理が済んでいない（ｋ＋１）番目以降のフレーム領域３０について、更新されたフィルタ関数で作成された参照画像と、対応するフレーム領域３０の測定画像との位置合わせ工程（Ｓ２２０）と比較工程（Ｓ２２４）とを実施する。

【0111】

以上のように、２以上の参照画像候補から対象のフレーム画像３１の画素値に近い画素値を抜き出して合成することで、実施の形態１よりも対象のフレーム画像に近い参照画像を得ることができる。

【0112】

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１，２で用いた特徴の他にさらなる特徴を追加する構成について説明する。検査装置１００の構成は図１と同様である。また、検査方法のフローチャート図は、図５と同様である。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態１或いは実施の形態２と同様で構わない。

【0113】

図１７は、実施の形態３におけるフィルタ更新回路の内部構成の一例を示すブロック図である。図１７において、フィルタ更新回路１３２内に、さらに、ランク毎図形数測定部７４が配置された点以外は図７と同様である。判定部６０、基準画像作成部６１、特徴抽出部６２、ランク毎図形数測定部７４、テーブル作成部６３、検索部６４、参照画像候補作成部６６、ＳＳＤ演算部６８、及び選択部６９、といった各「～部」は、処理回路を含み、この処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。判定部６０、基準画像作成部６１、特徴抽出部６２、ランク毎図形数測定部７４、テーブル作成部６３、検索部６４、参照画像候補作成部６６、ＳＳＤ演算部６８、及び選択部６９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。

【0114】

実施の形態３では、過去に用いた実績のある複数のフィルタ関数の各フィルタ関数の特徴として、当該フィルタ関数の取得に用いた設計画像内の微小図形のランクと、そのランクの微小図形の数とを用いる。そこで、過去に用いた実績のある複数のフィルタ関数について、ランク毎図形数測定部７４は、それぞれ代表領域スキャン工程（Ｓ１０２）から初期フィルタ演算工程（Ｓ１０６）といった学習処理で演算された際に用いた設計画像から以下に説明するランクの微小図形とその数を測定しておく。過去に用いた実績のあるフィルタ関数が他の検査装置で使用されたものである場合、他の検査装置で測定しておけばよい。

【0115】

図１８は、実施の形態３における微小図形ランクを説明するための図である。図１８において、ランク１は、ｘ方向、或いはｙ方向に並ぶ３画素が、「０，Ｖ，０」、或いは「Ｖ，０，Ｖ」となる画素群を示す。階調値Ｖ＞０である。言い換えれば、パターン有を示す１画素の両側がパターン無を示す画素群をランク１の微小図形とする。ランク２は、ｘ方向、或いはｙ方向に並ぶ４画素が、「０，Ｖ，Ｖ，０」、或いは「Ｖ，０，０，Ｖ」となる画素群を示す。言い換えれば、パターン有を示す２画素の両側がパターン無を示す画素群をランク２の微小図形とする。ランク３は、ｘ方向、或いはｙ方向に並ぶ５画素が、「０，Ｖ，Ｖ，Ｖ，０」、或いは「Ｖ，０，０，０，Ｖ」となる画素群を示す。言い換えれば、パターン有を示す３画素の両側がパターン無を示す画素群をランク３の微小図形とする。以降同様に所定のランクまで定義する。ランクの値が小さいほど小さいパターンである。

【0116】

次に、テーブル作成部６３は、上述した第１層から第３層の特徴の他に、微小図形ランクの特徴の階層を追加した、データベース１３０に用いる階層分けした検索可能な階層テーブルを作成する。

【0117】

図１９は、実施の形態３における階層テーブルの一例を示す図である。図１９において、階層テーブル１１は、図１２に示した、第１層から第３層、次の下位層となる、微小図形ランクと各ランクの数の組み合わせｒ１、ｒ２，ｒ３・・・が定義された第４層、及び実際のフィルタ関数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，・・・が定義された第５層で構成される。第４層のテーブルは第３層の各組み合わせＳにそれぞれ従属して定義される。第１層のテーブルは、例えば、最大階調Ｍａｘの大きい方から降順に並ぶ。第２層のテーブルは、例えば、距離ｄｘ１の大きい方から降順に並ぶ。第３層のテーブルは、例えば、面積Ｓｘの大きい方から降順に並ぶ。第４層のテーブルは、例えば、上位ランクの数が多い方から降順に並ぶ。第５層のテーブルは、任意で構わない。

【0118】

作成された階層テーブル１１を用いてデータベース１３０を構築しておく。これにより、データベース１３０には、特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数のフィルタ関数（第１の画像処理フィルタ）の情報が格納される。

【0119】

特徴抽出工程（Ｓ２３２）として、まず、基準画像作成部６１が現在設定されているフィルタ関数（例えば、初期フィルタ）による基準画像を作成する点、及び特徴抽出部６２がフィルタ処理後に得られた基準画像から特徴として最大階調Ｍａｘ′、最小階調Ｍｉｎ′、距離ｄｘ１′，ｄｘ２′，ｄｙ１′，ｄｙ２′、及び面積Ｓｘ′，Ｓｙ′を抽出する点は同様である。さらに、ランク毎図形数測定部７４は、上述した代表領域スキャン工程（Ｓ１０２）から初期フィルタ演算工程（Ｓ１０６）といった学習処理で初期フィルタが演算された際に用いた設計画像から微小図形ランクと各ランクの数を測定する。

【0120】

検索工程（Ｓ２３４）として、検索部６４は、判定工程（Ｓ２３０）で所定の条件を満たしたと判定された場合、データベース１３０を用いて、複数のフィルタ関数（第１の画像処理フィルタ）の中から現在使用しているフィルタ関数（画像処理フィルタ）の特徴と類似する（或いは現在使用しているフィルタ関数の特徴に近い）特徴を持った複数のフィルタ関数（第２の画像処理フィルタ）を検索する。具体的には、検索部６４は、現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像から抽出された特徴である、最大階調Ｍａｘ′、最小階調Ｍｉｎ′、距離ｄｘ１′，ｄｘ２′，ｄｙ１′，ｄｙ２′、面積Ｓｘ′，Ｓｙ′、及び微小ランクとその数をベータベース１３０に入力する。

【0121】

そして、ベータベース１３０は、上層側から順に抽出し、第３層のΔＳが最も小さくなる組み合わせＭを抽出する。

【0122】

そして、抽出された組み合わせＳに従属する第４層の組み合わせｒ１，ｒ２，ｒ３，・・・のうち、ランク１の数が多い組み合わせｒを優先して抽出する。ランク１が存在しない場合、次の上位ランクの数が多い組み合わせｒを優先して抽出する。

【0123】

或いは、ｋ番目の参照画像の比較処理が終了している場合に、次のｋ＋１番目の参照画像を作成するための設計画像に存在する最も上位の微小ランクの数が最も近い組み合わせｒを優先して抽出するようにしても好適である。

【0124】

そして、抽出された組み合わせｒに従属する第５層のフィルタ関数を抽出する。

【0125】

微小図形ランクを用いることで、データベース１３０に蓄えられたフィルタ関数の中から、できるだけ欠陥検出の難しい微小パターンに適したものを、検索することが可能になる。

【0126】

データベース１３０に蓄積されたデータ数が多くなってくると、２つの異なるフィルタであっても、両者の面積ＳｘとＳｙの組み合わせが同じ値になるケースがある。同様のことが、２つ以上の複数のフィルタ間でもおこり得る。そこで、検索の要素の一つに、微小図形ランクを追加することで、前述の面積の組み合わせが同じになるケースであっても、フィルタを区別することができる。

【0127】

また、微小図形ランクは、フィルタ関数を算出する際のＳＥＭ画像と同一の設計画像を入力として、画像中に存在するパターンのうち、比較的寸法が小さいパターンの数量をカウントして、寸法の大小を考慮してランク付けした指標である。ＳＥＭ画像中のパターン形状とパターン数量は、検査対象となる試料によって異なるので、カウントした微小図形数は重複しにくい。

【0128】

また、一般的に、試料の欠陥を検査する検査装置では、寸法が小さい微小パターンほど欠陥の検出が難しい。その理由の一つは、ＳＥＭ画像に似せた参照画像をつくることが難しく、両画像間の各画素の階調値の差が大きくなり、いわゆる疑似欠陥が多発し、欠陥を示す信号が埋もれてしまうからである。参照画像の生成が難しい理由は、微小なパターンであるほど、パターンを表現するための画素の総数が少ない、すなわち情報量が少ないからである。情報量が少ないと、例えば、パターン形状や位置の予測が難しくなる。

【0129】

また、微小パターンに適した参照画像をつくるには、微小パターンに適したフィルタの選定が不可欠である。そのフィルタを算出するには、学習で入力するＳＥＭ画像中に、微小パターンの数多い、言い換えると微小パターンの情報量が多いことが、望ましい。微小図形ランクを用いれば、データベースから、学習時の微小パターンの情報量を加味して、フィルタを検索することができる。

【0130】

以降の各工程の内容は実施の形態１或いは実施の形態２と同様である。

【0131】

以上のように、実施の形態３によれば、より微小な図形について測定画像に合わせた参照画像を作成できる。

【0132】

以上の説明において、一連の「～回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、展開回路１１１、参照画像作成回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、フィルタ更新回路１３２、及びフィルタ演算回路１３４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。

【0133】

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。

【0134】

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。

【0135】

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法は、本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0136】

１０ １次電子ビーム
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
５２，５６ 記憶装置
５７ 位置合わせ部
５８ 比較部
６０ 判定部
６１ 基準画像作成部
６２ 特徴抽出部
６３ テーブル作成部
６４ 検索部
６５，６７，７０，７１，７２ 記憶装置
６６ 参照画像候補作成部
６８ ＳＳＤ演算部
６９ 選択部
７４ ランク毎図形数測定部
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
１３０ データベース
１３２ フィルタ更新回路
１３４ フィルタ演算回路
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】

【図17】

【図18】

【図19】