(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】2024-10-28
(45)【発行日】2024-11-06
(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】
H01L 21/66 20060101AFI20241029BHJP
G01N 23/2251 20180101ALI20241029BHJP
G01N 21/956 20060101ALI20241029BHJP
G06T 7/00 20170101ALI20241029BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 J
G01N23/2251
G01N21/956 A
G06T7/00 610C
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020119715
(22)【出願日】2020-07-13
(65)【公開番号】P2022016780
(43)【公開日】2022-01-25
【審査請求日】2023-06-02
(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】安田 雅彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２４６１６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１４８９７５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－０１４２９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１９０４１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１４９０５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６６
Ｇ０１Ｎ ２１／９５－２１／９５８
Ｇ０１Ｎ ２３／２２５１
Ｇ０１Ｂ １１／２４－１１／２５５
Ｇ０１Ｂ １５／００
Ｇ０１Ｂ １５／０４
Ｇ０６Ｔ １／００
Ｇ０６Ｔ ３／００－ ３／６０８
Ｇ０６Ｔ ５／００
Ｇ０６Ｔ ７／００－ ７／１９４
Ｇ０６Ｔ ７／３０－ ７／３８
Ｇ０６Ｔ ７／６０－ ７／６８
Ｈ０１Ｊ ３７／２８
(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被検査画像を取得する画像取得機構と、前記被検査画像内の前記図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、前記実画輪郭線と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置とを用いて、前記被検査画像の歪に起因する前記複数の実画輪郭位置の所定の方向に重み付けして歪係数を算出する歪係数算出部と、
前記複数の実画輪郭位置の実画輪郭位置毎に、前記歪係数を用いて歪ベクトルを推定する歪ベクトル推定部と、
前記実画輪郭位置毎の前記歪ベクトルを用いて、前記実画輪郭線と前記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】
前記歪係数算出部は、２次元歪モデルを用いて、前記歪係数を算出することを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
【請求項3】
図形パターンが形成された基板の被検査画像を取得する画像取得機構と、前記被検査画像内の前記図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、前記複数の実画輪郭位置と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置と、を用いて、前記複数の実画輪郭位置と、前記複数の参照輪郭位置との間で平行シフトによる位置合わせを行うための前記実画輪郭線の所定の方向に重み付けされた平均シフトベクトルを算出する平均シフトベクトル算出部と、
前記平均シフトベクトルを用いて、前記実画輪郭線と前記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4】
前記比較部は、前記複数の実画輪郭位置の各実画輪郭位置と、それぞれ対応する参照輪郭位置との間での前記平均シフトベクトルを考慮した欠陥位置ずれベクトルの大きさが判定閾値を超えた場合に欠陥と判定することを特徴とする請求項３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被検査画像を取得する工程と、前記被検査画像内の前記図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、前記実画輪郭線と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置とを用いて、前記被検査画像の歪に起因する前記複数の実画輪郭位置の所定の方向に重み付けして歪係数を算出する工程と、
前記複数の実画輪郭位置の実画輪郭位置毎に、前記歪係数を用いて歪ベクトルを推定する工程と、
前記実画輪郭位置毎の前記歪ベクトルを用いて、前記実画輪郭線と前記参照輪郭線とを比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項6】
２次元歪モデルを用いて、前記歪係数を算出することを特徴とする請求項５記載のパターン検査方法。
【請求項7】
図形パターンが形成された基板の被検査画像を取得する工程と、前記被検査画像内の前記図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、前記複数の実画輪郭位置と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置と、を用いて、前記複数の実画輪郭位置と、前記複数の参照輪郭位置との間で平行シフトによる位置合わせを行うための前記実画輪郭線の所定の方向に重み付けされた平均シフトベクトルを算出する工程と、
前記平均シフトベクトルを用いて、前記実画輪郭線と前記参照輪郭線とを比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項8】
前記実画輪郭線と前記参照輪郭線とを比較する際に、前記複数の実画輪郭位置の各実画輪郭位置と、それぞれ対応する参照輪郭位置との間での前記平均シフトベクトルを考慮した欠陥位置ずれベクトルの大きさが判定閾値を超えた場合に欠陥と判定することを特徴とする請求項７記載のパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、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、およびかかる方法に関する。
【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、画素値同士の比較ではなく、画像内のパターンの輪郭線を抽出して、参照画像の輪郭線との距離を判定指標に用いることが検討されている。ここで、輪郭線同士のずれには、欠陥による位置ずれの他に、画像自体の歪に起因する位置ずれが含まれる。よって、輪郭線同士の欠陥の有無を正確に検査するためには、測定画像自体の歪に起因するずれ分を補正するために、被検査画像の輪郭線と参照輪郭線との間での高精度な位置合わせを行う必要がある。しかしながら、各画素の輝度値のずれを最小二乗法により最小化する従来の画像同士の位置合わせ処理と比べて、輪郭線同士の位置合わせ処理は複雑になり、精度の高い位置合わせを行うためには処理時間が長くかかってしまうといった問題があった。
【0005】
ここで、位置合わせを行う前の段階で行う輪郭線上の輪郭位置を抽出する手法として以下の手法が開示されている。ソーベルフィルタ等を使ってエッジ候補を求め、エッジ候補と隣接画素群による検査領域内の各画素に対して濃度値の２次微分値を求める。さらに、エッジ候補に隣接する２組の隣接画素群のうち、２次微分値の符号が異なる組み合わせが多い隣接画素群を第２のエッジ候補として選択する。そして、エッジ候補の２次微分値と第２のエッジ候補の２次微分値とを用いて、検出対象エッジのエッジ座標をサブピクセル単位で求めるといった手法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１１－４８５９２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、測定画像の歪に起因する位置ずれを考慮した検査が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】
本発明の一態様のパターン検査装置は、
図形パターンが形成された基板の被検査画像を取得する画像取得機構と、
被検査画像内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、実画輪郭線と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置とを用いて、被検査画像の歪に起因する複数の実画輪郭位置の所定の方向に重み付けして歪係数を算出する歪係数算出部と、
複数の実画輪郭位置の実画輪郭位置毎に、歪係数を用いて歪ベクトルを推定する歪ベクトル推定部と、
実画輪郭位置毎の歪ベクトルを用いて、実画輪郭線と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の被検査画像を取得する画像取得機構と、
被検査画像内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、実画輪郭線と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置とを用いて、被検査画像の歪に起因する複数の実画輪郭位置の所定の方向に重み付けして歪係数を算出する歪係数算出部と、
複数の実画輪郭位置の実画輪郭位置毎に、歪係数を用いて歪ベクトルを推定する歪ベクトル推定部と、
実画輪郭位置毎の歪ベクトルを用いて、実画輪郭線と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】
また、歪係数算出部は、２次元歪モデルを用いて、前記歪係数を算出すると好適である。
【0010】
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の被検査画像を取得する画像取得機構と、
被検査画像内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、複数の実画輪郭位置と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置と、を用いて、複数の実画輪郭位置と、複数の参照輪郭位置との間で平行シフトによる位置合わせを行うための実画輪郭線の所定の方向に重み付けされた平均シフトベクトルを算出する平均シフトベクトル算出部と、
平均シフトベクトルを用いて、実画輪郭線と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の被検査画像を取得する画像取得機構と、
被検査画像内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、複数の実画輪郭位置と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置と、を用いて、複数の実画輪郭位置と、複数の参照輪郭位置との間で平行シフトによる位置合わせを行うための実画輪郭線の所定の方向に重み付けされた平均シフトベクトルを算出する平均シフトベクトル算出部と、
平均シフトベクトルを用いて、実画輪郭線と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。
【0011】
また、比較部は、複数の実画輪郭位置の各実画輪郭位置と、それぞれ対応する参照輪郭位置との間での平均シフトベクトルを考慮した欠陥位置ずれベクトルの大きさが判定閾値を超えた場合に欠陥と判定すると好適である。
【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の被検査画像を取得する工程と、
被検査画像内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、実画輪郭線と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置とを用いて、被検査画像の歪に起因する複数の実画輪郭位置の所定の方向に重み付けして歪係数を算出する工程と、
複数の実画輪郭位置の実画輪郭位置毎に、歪係数を用いて歪ベクトルを推定する工程と、
実画輪郭位置毎の歪ベクトルを用いて、実画輪郭線と参照輪郭線とを比較し、結果を出力する工程と、
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の被検査画像を取得する工程と、
被検査画像内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、実画輪郭線と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置とを用いて、被検査画像の歪に起因する複数の実画輪郭位置の所定の方向に重み付けして歪係数を算出する工程と、
複数の実画輪郭位置の実画輪郭位置毎に、歪係数を用いて歪ベクトルを推定する工程と、
実画輪郭位置毎の歪ベクトルを用いて、実画輪郭線と参照輪郭線とを比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【0013】
また、２次元歪モデルを用いて、歪係数を算出すると好適である。
【0014】
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の被検査画像を取得する工程と、
被検査画像内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、複数の実画輪郭位置と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置と、を用いて、複数の実画輪郭位置と、複数の参照輪郭位置との間で平行シフトによる位置合わせを行うための実画輪郭線の所定の方向に重み付けされた平均シフトベクトルを算出する工程と、
平均シフトベクトルを用いて、実画輪郭線と参照輪郭線とを比較し、結果を出力する工程と、
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の被検査画像を取得する工程と、
被検査画像内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、複数の実画輪郭位置と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置と、を用いて、複数の実画輪郭位置と、複数の参照輪郭位置との間で平行シフトによる位置合わせを行うための実画輪郭線の所定の方向に重み付けされた平均シフトベクトルを算出する工程と、
平均シフトベクトルを用いて、実画輪郭線と参照輪郭線とを比較し、結果を出力する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【0015】
また、実画輪郭線と参照輪郭線とを比較する際に、複数の実画輪郭位置の各実画輪郭位置と、それぞれ対応する参照輪郭位置との間での平均シフトベクトルを考慮した欠陥位置ずれベクトルの大きさが判定閾値を超えた場合に欠陥と判定すると好適である。
【発明の効果】
【0016】
本発明の一態様によれば、測定画像の歪に起因する位置ずれを考慮した検査ができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【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ブロック図である。
【図7】実施の形態１における実画輪郭位置の一例を示す図である。
【図8】実施の形態１における参照輪郭位置を抽出する手法の一例を説明するための図である。
【図9】実施の形態１における個別シフトベクトルの一例を示す図である。
【図10】実施の形態１における重み付き平均シフトベクトルを算出する手法を説明するための図である。
【図11】実施の形態１における平均シフトベクトルを考慮した欠陥位置ずれベクトルを説明するための図である。
【図12】実施の形態１における２次元歪モデルを説明するための図である。
【図13】実施の形態１における歪ベクトルを考慮した欠陥位置ずれベクトルを説明するための図である。
【図14】実施の形態１における歪を付加した画像の位置ずれ量の測定結果と法線方向への重み付けを行わずに歪推定を行った位置ずれ量との一例を示す図である。
【図15】実施の形態１における歪を付加した画像の位置ずれ量の測定結果と法線方向への重み付けを行った歪推定を行った位置ずれ量との一例を示す図である。
【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、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、参照輪郭位置抽出回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、偏向制御回路１２８、磁気ディスク装置等の記憶装置１０９、モニタ１１７、及びメモリ１１８に接続されている。また、偏向制御回路１２８は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換）アンプ１４４，１４６，１４８に接続される。ＤＡＣアンプ１４６は、主偏向器２０８に接続され、ＤＡＣアンプ１４４は、副偏向器２０９に接続される。ＤＡＣアンプ１４８は、偏向器２１８に接続される。
【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。
【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】
図５は、実施の形態１における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図５において、実施の形態１における検査方法は、スキャン工程（Ｓ１０２）と、フレーム画像作成工程（Ｓ１０４）と、実画輪郭位置抽出工程（Ｓ１０６）と、参照輪郭位置抽出工程（Ｓ１０８）と、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）と、位置合わせ工程（Ｓ１１２）と、歪係数算出工程（Ｓ１２０）と、歪ベクトル推定工程（Ｓ１２２）と、欠陥位置ずれベクトル算出工程（Ｓ１４２）と、比較工程（Ｓ１４４）と、いう一連の工程を実施する。平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）を省略する構成であっても構わない。或いは、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）を省略する代わりに、歪係数算出工程（Ｓ１２０）と歪ベクトル推定工程（Ｓ１２２）を省略する構成であっても構わない。
【0040】
スキャン工程（Ｓ１０２）として、画像取得機構１５０は、図形パターンが形成された基板１０１の画像を取得する。ここでは、複数の図形パターンが形成された基板１０１にマルチ１次電子ビーム２０を照射して、マルチ１次電子ビーム２０の照射に起因して基板１０１から放出されるマルチ２次電子ビーム３００を検出することにより、基板１０１の２次電子画像を取得する。上述したように、マルチ検出器２２２には、反射電子及び２次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った２次電子（マルチ２次電子ビーム３００）が投影されても良い。
【0041】
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。
【0042】
図６は、実施の形態１における比較回路内の構成の一例を示すブロック図である。図６において、実施の形態１における比較回路１０８内には、磁気ディスク装置等の記憶装置５０，５１，５２，５３，５６，５７、フレーム画像作成部５４、実画輪郭位置抽出部５８、個別シフトベクトル算出部６０、重み付き平均シフトベクトル算出部６２、歪係数算出部６６、歪ベクトル推定部６８、欠陥位置ずれベクトル算出部８２、及び比較処理部８４が配置される。フレーム画像作成部５４、実画輪郭位置抽出部５８、個別シフトベクトル算出部６０、重み付き平均シフトベクトル算出部６２、歪係数算出部６６、歪ベクトル推定部６８、欠陥位置ずれベクトル算出部８２、及び比較処理部８４といった各「～部」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～部」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。フレーム画像作成部５４、実画輪郭位置抽出部５８、個別シフトベクトル算出部６０、重み付き平均シフトベクトル算出部６２、歪係数算出部６６、歪ベクトル推定部６８、欠陥位置ずれベクトル算出部８２、及び比較処理部８４内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリ、或いはメモリ１１８に記憶される。
【0043】
比較回路１０８内に転送された測定画像データ（スキャン画像）は、記憶装置５０に格納される。
【0044】
フレーム画像作成工程（Ｓ１０４）として、フレーム画像作成部５４は、各１次電子ビーム１０のスキャン動作によって取得されたサブ照射領域２９の画像データをさらに分割した複数のフレーム領域３０のフレーム領域３０毎のフレーム画像３１を作成する。なお、各フレーム領域３０は、画像の抜けが無いように、互いにマージン領域が重なり合うように構成されると好適である。作成されたフレーム画像３１は、記憶装置５６に格納される。
【0045】
実画輪郭位置抽出工程（Ｓ１０６）として、実画輪郭位置抽出部５８は、フレーム画像３１毎に、当該フレーム画像３１内の各図形パターンの複数の輪郭位置（実画輪郭位置）を抽出する。
【0046】
図７は、実施の形態１における実画輪郭位置の一例を示す図である。輪郭位置の抽出の仕方は、従来の手法で構わない。例えば、ソーベルフィルタ等の微分フィルタを用いてｘ，ｙ方向に各画素を微分する微分フィルタ処理を行い、ｘ，ｙ方向の１次微分値を合成する。そして合成後の１次微分値を用いたプロファイルのピーク位置を輪郭線（実画輪郭線）上の輪郭位置として抽出する。図７の例では、実画輪郭線が通る複数の輪郭画素について、それぞれ１点ずつ輪郭位置を抽出した場合を示している。輪郭位置は、各輪郭画素内においてサブ画素単位で抽出される。図７の例では、画素内の座標（ｘ，ｙ）で輪郭位置を示している。また、複数の輪郭位置を所定の関数でフィッティングして近似する輪郭線の各輪郭位置での法線方向の角度θを示している。法線方向の角度θは、ｘ軸に対する右回りの角度で定義される。得られた各実画輪郭位置の情報（実画輪郭線データ）は、記憶装置５７に格納される。
【0047】
参照輪郭位置抽出工程（Ｓ１０８）として、参照輪郭位置抽出回路１１２は、複数の実画輪郭位置と比較するための複数の参照輪郭位置を抽出する。参照輪郭位置の抽出は、設計データから抽出しても良いし、或いは、まず、設計データから参照画像を作成し、参照画像を用いて測定画像であるフレーム画像３１の場合と同様の手法で参照輪郭位置を抽出しても構わない。或いは、その他の従来の手法で複数の参照輪郭位置を抽出するようにしても良い。
【0048】
図８は、実施の形態１における参照輪郭位置を抽出する手法の一例を説明するための図である。図８の例では、設計データから参照輪郭位置を抽出する手法の一例を示す。図８において、参照輪郭位置抽出回路１１２は、記憶装置１０９から基板１０１に形成されたパターンの元になる設計パターンデータ（設計データ）を読み出す。参照輪郭位置抽出回路１１２は、設計データに対して、画素サイズのグリッドを設定する。画素に相当する四角形の中で、直線部の中点を参照輪郭位置とする。図形パターンの角部（コーナー）が存在する場合は、コーナー頂点を参照輪郭位置とする。コーナーが複数存在する場合は、コーナー頂点の中間点を参照輪郭位置にする。以上により、フレーム領域３０内の設計パターンとしての図形パターンの輪郭位置を精度よく抽出できる。得られた各参照輪郭位置の情報（参照輪郭線データ）は、比較回路１０８に出力される。比較回路１０８では、参照輪郭線データが記憶装置５２に格納される。
【0049】
平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）を省略する場合、歪係数算出工程（Ｓ１２０）に進む。平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）を省略しない場合、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）に進む。
【0050】
平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）として、重み付き平均シフトベクトル算出部６２は、フレーム画像３１内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と複数の参照輪郭位置とを用いて、複数の実画輪郭位置と複数の参照輪郭位置との間で平行シフトによる位置合わせを行うための実画輪郭線の法線方向に重み付けされた平均シフトベクトルＤａｖｅを算出する。具体的には、以下のように動作する。
【0051】
図９は、実施の形態１における個別シフトベクトルの一例を示す図である。実施の形態１における個別シフトベクトルは、図９に示すように、注目する実画輪郭位置と、注目実画輪郭位置に対応する参照輪郭位置との相対ベクトルを注目実画輪郭位置での法線方向へ射影した成分とする。個別シフトベクトル算出部６０は、複数の実画輪郭位置の実画輪郭位置毎に個別シフトベクトルを算出する。注目実画輪郭位置に対応する参照輪郭位置として、注目実画輪郭位置から最も近い参照輪郭位置を用いる。
【0052】
図１０は、実施の形態１における重み付き平均シフトベクトルを算出する手法を説明するための図である。図１０において、重み付き平均シフトベクトル算出部６２は、実画輪郭位置ｉの個別シフトベクトルＤｉのｘ方向成分Ｄｘｉとｙ方向成分Ｄｙｉと法線方向角度Ａｉを用いて、フレーム画像３１毎に、法線方向に重み付けされた平均シフトベクトルＤａｖｅを算出する。実画輪郭位置ｉは、同じフレーム画像３１内のｉ番目の実画輪郭位置を示す。法線方向に直交する実画輪郭線の接線方向のシフトベクトル成分には情報が無いが、シフト量（ベクトル量）はゼロになる。真のシフト量がゼロの場合と区別するため（平均計算に誤差が生じないように）、法線方向に重み付けして計算する。図１０では、平均シフトベクトルＤａｖｅのｘ方向成分Ｄｘａｖｅとｙ方向成分Ｄｙａｖｅを求める式が示されている。平均シフトベクトルＤａｖｅのｘ方向成分Ｄｘａｖｅは、個別シフトベクトルＤｉのｘ方向成分Ｄｘｉの合計をｃｏｓＡｉの絶対値の合計で割ることで得ることができる。平均シフトベクトルＤａｖｅのｙ方向成分Ｄｙａｖｅは、個別シフトベクトルＤｉのｙ方向成分Ｄｙｉの合計をｓｉｎＡｉの絶対値の合計で割ることで得ることができる。平均シフトベクトルＤａｖｅの情報は記憶装置５１に格納される。
【0053】
歪係数算出工程（Ｓ１２０）と歪ベクトル推定工程（Ｓ１２２）とを省略する場合、位置ずれベクトル算出工程（Ｓ１４２）に進む。
【0054】
欠陥位置ずれベクトル算出工程（Ｓ１４２）として、欠陥位置ずれベクトル算出部８２は、複数の実画輪郭位置の各実画輪郭位置と、それぞれ対応する参照輪郭位置との間での平均シフトベクトルＤａｖｅを考慮した欠陥位置ずれベクトルを算出する。
【0055】
図１１は、実施の形態１における平均シフトベクトルを考慮した欠陥位置ずれベクトルを説明するための図である。上述したように、輪郭線同士のずれには、欠陥による位置ずれの他に、画像自体の歪に起因する位置ずれが含まれる。よって、輪郭線同士の欠陥の有無を正確に検査するためには、測定画像であるフレーム画像３１自体の歪に起因するずれ分を補正するために、フレーム画像３１の実画輪郭線と参照輪郭線との間での高精度な位置合わせを行う必要がある。位置合わせ前の実画輪郭位置と参照輪郭位置との間の位置ずれベクトル（相対ベクトル）には、画像の歪分が含まれている。図１１の例では、歪分の位置ずれ成分として、同じフレーム画像３１内で共通の平均シフトベクトルＤａｖｅを用いる。そこで、画像の歪分を補正する位置合わせ処理を別に行う代わりに、欠陥位置ずれベクトル算出部８２は、位置合わせ前の実画輪郭位置と参照輪郭位置との間の位置ずれベクトル（相対ベクトル）から平均シフトベクトルＤａｖｅを差し引いた欠陥位置ずれベクトル（平均シフト後）を算出する。これにより、位置合わせと同じ効果を得ることができる。
【0056】
比較工程（Ｓ１４４）として、比較処理部８４（比較部）は、平均シフトベクトルＤａｖｅを用いて、実画輪郭線と参照輪郭線とを比較する。具体的には、比較処理部８４は、複数の実画輪郭位置の各実画輪郭位置と、それぞれ対応する参照輪郭位置との間での平均シフトベクトルＤａｖｅを考慮した欠陥位置ずれベクトルの大きさ（距離）が判定閾値を超えた場合に欠陥と判定する。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される。
【0057】
以上のように、平均シフトベクトルＤａｖｅを使った平行シフトによる歪補正を行うことで、位置ずれ量から歪に起因した位置ずれ分を除いた欠陥に起因する位置ずれ成分の検査ができる。また、法線方向に重み付けを行うことで信頼性に乏しい接線方向成分の寄与を低減できる。
【0058】
なお、画像の歪には、平行シフトでは補正しきれない補正残差が残ってしまう場合がある。そこで、次に、平行シフトよりも高精度な歪補正を行うことが可能な構成について説明する。
【0059】
具体的には、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）を省略する場合について説明する。かかる場合には、実画輪郭位置と参照輪郭位置とを抽出した後、歪係数算出工程（Ｓ１２０）に進む。或いは、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）と歪係数算出工程（Ｓ１２０）と歪ベクトル推定工程（Ｓ１２２）とを省略しない場合について説明する。かかる場合には、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）の後に歪係数算出工程（Ｓ１２０）に進む。
【0060】
歪係数算出工程（Ｓ１２０）として、歪係数算出部６６は、フレーム画像３１内の図形パターンの実画輪郭線上の複数の実画輪郭位置と、実画輪郭線と比較するための参照輪郭線上の複数の参照輪郭位置とを用いて、フレーム画像３１の歪に起因する複数の実画輪郭位置の法線方向に重み付けして歪係数を算出する。歪係数算出部６６は、２次元歪モデルを用いて、歪係数を算出する。
【0061】
図１２は、実施の形態１における２次元歪モデルを説明するための図である。図１２の例では、個別シフトベクトルＤｉを多項式でフィッティングする歪の式を用いた２次元歪モデルを示している。さらに、法線方向への重み係数Ｗｉを考慮した重み付けを行う。図１２の２次元歪モデルでは、３次多項式を用いる。そのため、図１２の２次元歪モデルでは、重み係数Ｗと方程式行列Ｚと３次多項式の係数である歪係数Ｃと個別シフトベクトルＤとを用いて、次の式（１）で示す２次元歪モデルの方程式を用いる。
（１） ＷＺＣ＝ＷＤ
（１） ＷＺＣ＝ＷＤ
【0062】
歪係数算出部６６は、式（１）がフレーム画像３１内の各実画輪郭位置ｉに対して全体の誤差が小さくなるような歪係数Ｃを求める。具体的には以下のようにして求める。式（１）をｘ方向成分とｙ方向成分とに分けて定義する。ｘ方向成分の歪の式は、実画輪郭位置ｉのフレーム領域３０内座標（ｘｉ，ｙｉ）を用いて、次の式（２－１）で定義される。ｙ方向成分の歪の式は、実画輪郭位置ｉのフレーム領域３０内座標（ｘｉ，ｙｉ）を用いて、次の式（２－２）で定義される。
（２－１） Ｄｘｉ（ｘｉ，ｙｉ）
＝Ｃ００＋Ｃ０１ｘｉ＋Ｃ０２ｙｉ＋Ｃ０３ｘｉ ２＋Ｃ０４ｘｉｙｉ＋Ｃ０５ｙｉ ２
＋Ｃ０６ｘｉ ３＋Ｃ０７ｘｉ ２ｙｉ＋Ｃ０８ｘｉｙｉ ２＋Ｃ０９ｙｉ ３
（２－２） Ｄｙｉ（ｘｉ，ｙｉ）
＝Ｃ１０＋Ｃ１１ｘｉ＋Ｃ１２ｙｉ＋Ｃ１３ｘｉ ２＋Ｃ１４ｘｉｙｉ＋Ｃ１５ｙｉ ２
＋Ｃ１６ｘｉ ３＋Ｃ１７ｘｉ ２ｙｉ＋Ｃ１８ｘｉｙｉ ２＋Ｃ１９ｙｉ ３
ここでは、歪みを３次多項式で表しているが、実際の歪の複雑度に合わせて、２次以下の式や、４次以上の式で表すことができる。
（２－１） Ｄｘｉ（ｘｉ，ｙｉ）
＝Ｃ００＋Ｃ０１ｘｉ＋Ｃ０２ｙｉ＋Ｃ０３ｘｉ ２＋Ｃ０４ｘｉｙｉ＋Ｃ０５ｙｉ ２
＋Ｃ０６ｘｉ ３＋Ｃ０７ｘｉ ２ｙｉ＋Ｃ０８ｘｉｙｉ ２＋Ｃ０９ｙｉ ３
（２－２） Ｄｙｉ（ｘｉ，ｙｉ）
＝Ｃ１０＋Ｃ１１ｘｉ＋Ｃ１２ｙｉ＋Ｃ１３ｘｉ ２＋Ｃ１４ｘｉｙｉ＋Ｃ１５ｙｉ ２
＋Ｃ１６ｘｉ ３＋Ｃ１７ｘｉ ２ｙｉ＋Ｃ１８ｘｉｙｉ ２＋Ｃ１９ｙｉ ３
ここでは、歪みを３次多項式で表しているが、実際の歪の複雑度に合わせて、２次以下の式や、４次以上の式で表すことができる。
【0063】
よって、ｘ方向成分の歪係数Ｃｘは、３次多項式の各係数Ｃ００，Ｃ０１，Ｃ０２，・・・，Ｃ０９である。ｙ方向の歪係数Ｃｙは、同じ３次多項式の各係数Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１９である。また、方程式行列Ｚの各行の要素は３次多項式の各係数を１とした場合の各項（１，ｘｉ，ｙｉ，ｘｉ
２，ｘｉｙｉ，ｙｉ
２，ｘｉ
３，ｘｉ
２ｙｉ，ｘｉｙｉ
２，ｙｉ
３）となる。
【0064】
ｘ方向成分の各実画輪郭位置ｉの重み係数Ｗｘｉ（ｘｉ，ｙｉ）は、法線方向の角度Ａ（ｘｉ，ｙｉ）と重みの累乗数ｎを用いて次の式（３－１）で定義される。同様に、ｙ方向成分の各実画輪郭位置ｉの重み係数Ｗｙｉ（ｘｉ，ｙｉ）は、法線方向の角度Ａ（ｘｉ，ｙｉ）と重みの累乗数ｎを用いて次の式（３－２）で定義される。
（３－１） Ｗｘｉ（ｘｉ，ｙｉ）＝ｃｏｓｎ（Ａｉ（ｘｉ，ｙｉ））
（３－２） Ｗｙｉ（ｘｉ，ｙｉ）＝ｓｉｎｎ（Ａｉ（ｘｉ，ｙｉ））
ここでは、重みを累乗することにより先鋭化を行っているが、ロジスティック関数やアークタンジェント関数などの一般的な関数を用いることによって重みの先鋭化を行うことができる。
（３－１） Ｗｘｉ（ｘｉ，ｙｉ）＝ｃｏｓｎ（Ａｉ（ｘｉ，ｙｉ））
（３－２） Ｗｙｉ（ｘｉ，ｙｉ）＝ｓｉｎｎ（Ａｉ（ｘｉ，ｙｉ））
ここでは、重みを累乗することにより先鋭化を行っているが、ロジスティック関数やアークタンジェント関数などの一般的な関数を用いることによって重みの先鋭化を行うことができる。
【0065】
式（１）をｘ方向成分とｙ方向成分とに分けて、図１２に示すように、それぞれ行列で定義する。かかる行列の式を解くことで、ｘ方向成分の歪係数Ｃｘとｙ方向の歪係数Ｃｙとを算出する。実画輪郭位置ｉの数は、ｘ方向成分の歪係数Ｃ００，Ｃ０１，Ｃ０２，・・・，Ｃ０９の数（９つ）よりも通常多いので、誤差ができるだけ小さくなるように算出すればよい。ｙ方向成分の歪係数Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１９についても同様に算出すればよい。ここで、式（１）に最小二乗法を適用して、式（４）に示すような演算を行い、係数Ｃを求めると好適である。
（４） Ｃ＝（（ＷＺ）Ｔ（ＷＺ））－１（ＷＺ）ＴＷＤ
（Ｍ－１は行列Ｍの逆行列、ＭＴは行列Ｍの転置行列を表す）
（４） Ｃ＝（（ＷＺ）Ｔ（ＷＺ））－１（ＷＺ）ＴＷＤ
（Ｍ－１は行列Ｍの逆行列、ＭＴは行列Ｍの転置行列を表す）
【0066】
ここで、歪係数を算出する際、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）を省略する場合、図１２で示すＤｘｉ（ｘｉ，ｙｉ），Ｄｙｉ（ｘｉ，ｙｉ），Ａｉ（ｘｉ，ｙｉ）として、図１０で説明した実画輪郭位置ｉの個別シフトベクトルＤｉのｘ方向成分Ｄｘｉとｙ方向成分Ｄｙｉと法線方向角度Ａｉを用いればよい。平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）を省略せずに、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）の後に歪係数を算出する場合、図１２で示すＤｘｉ（ｘｉ，ｙｉ），Ｄｙｉ（ｘｉ，ｙｉ），Ａｉ（ｘｉ，ｙｉ）として、平均シフトベクトルＤａｖｅで各個別シフトベクトルＤｉを補正して歪係数を算出ずればよい。
ここでは、平均シフトベクトル算出工程とは他の手段でシフトベクトルを求め、補正することも出来る。例えば、ダイ－ダイ検査における２つの検査画像に対して一般的なアライメント方法を適用して、シフトベクトルを求めても良い。
ここでは、平均シフトベクトル算出工程とは他の手段でシフトベクトルを求め、補正することも出来る。例えば、ダイ－ダイ検査における２つの検査画像に対して一般的なアライメント方法を適用して、シフトベクトルを求めても良い。
【0067】
歪ベクトル推定工程（Ｓ１２２）として、歪ベクトル推定部６８は、複数の実画輪郭位置の実画輪郭位置毎に、歪係数Ｃを用いてフレーム内座標（ｘｉ，ｙｉ）における歪ベクトルを推定する。具体的には、得られたｘ方向成分の歪係数Ｃ００，Ｃ０１，Ｃ０２，・・・，Ｃ０９を用いた式（２－１）と、得られたｙ方向成分の歪係数Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２，・・・，Ｃ１９を用いた式（２－２）をフレーム内座標（ｘｉ，ｙｉ）に対して計算して得られるｘ方向の歪量Ｄｘｉとｙ方向の歪量Ｄｙｉとを合成し、歪ベクトルＤｈｉを推定する。
【0068】
欠陥位置ずれベクトル算出工程（Ｓ１４２）として、欠陥位置ずれベクトル算出部８２は、複数の実画輪郭位置の各実画輪郭位置と、それぞれ対応する参照輪郭位置との間での歪ベクトルＤｈｉを考慮した欠陥位置ずれベクトルを算出する。
【0069】
図１３は、実施の形態１における歪ベクトルを考慮した欠陥位置ずれベクトルを説明するための図である。上述したように、輪郭線同士のずれには、欠陥による位置ずれの他に、画像自体の歪に起因する位置ずれが含まれる。よって、輪郭線同士の欠陥の有無を正確に検査するためには、測定画像であるフレーム画像３１自体の歪に起因するずれ分を補正するために、フレーム画像３１の実画輪郭線と参照輪郭線との間での高精度な位置合わせを行う必要がある。位置合わせ前の実画輪郭位置と参照輪郭位置との間の位置ずれベクトル（相対ベクトル）には、画像の歪分が含まれている。図１３の例では、歪分の位置ずれ成分として、個別の歪ベクトルＤｈｉを用いる。そこで、画像の歪分を補正する位置合わせ処理を別に行う代わりに、欠陥位置ずれベクトル算出部８２は、位置合わせ前の実画輪郭位置と参照輪郭位置との間の位置ずれベクトル（相対ベクトル）から個別の歪ベクトルＤｈｉを差し引いた欠陥位置ずれベクトル（歪補正後）を算出する。これにより、位置合わせと同じ効果を得ることができる。
【0070】
ここで、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）を省略せずに、平均シフトベクトル算出工程（Ｓ１１０）の後に歪係数を算出する場合、欠陥位置ずれベクトル算出部８２は、位置合わせ前の実画輪郭位置と参照輪郭位置との間の位置ずれベクトル（相対ベクトル）から個別の歪ベクトルＤｈｉの他にさらに平均シフトベクトルＤａｖｅを差し引いた欠陥位置ずれベクトル（歪補正後）を算出する。
【0071】
比較工程（Ｓ１４４）として、比較処理部８４（比較部）は、実画輪郭位置毎の個別の歪ベクトルＤｉを用いて、実画輪郭線と参照輪郭線とを比較する。具体的には、比較処理部８４は、複数の実画輪郭位置の各実画輪郭位置と、それぞれ対応する参照輪郭位置との間での個別の歪ベクトルＤｈｉを考慮した欠陥位置ずれベクトルの大きさ（距離）が判定閾値を超えた場合に欠陥と判定する。比較結果は、記憶装置１０９、モニタ１１７、若しくはメモリ１１８に出力される。
【0072】
以上により、平行シフトでは補正しきれない回転誤差、倍率誤差、直交誤差、あるいはより高次の歪についても補正できる。これにより位置ずれ量からさらに精度良く歪に起因した位置ずれ分を除いた欠陥に起因する位置ずれ成分の検査ができる。また、法線方向に重み付けを行うことで信頼性に乏しい接線方向成分の寄与を低減できる。
【0073】
図１４は、実施の形態１における歪を付加した画像の位置ずれ量の測定結果と法線方向への重み付けを行わずに歪推定を行った位置ずれ量との一例を示す図である。図１４では、５１２×５１２画素のフレーム画像３１内に歪を付加した場合の位置ずれ量（付加歪）の測定結果を示す（測定点はフレーム内の９×９点）。また、かかる各位置での位置ずれ量を法線方向への重み付けを行わずに歪係数を求め、歪ベクトルを推定した結果（推定歪）を示す。図１４に示すように、法線方向への重み付けを行わない場合、付加歪と推定歪との間に誤差が残ることがわかる。
【0074】
図１５は、実施の形態１における歪を付加した画像の位置ずれ量の測定結果と法線方向への重み付けを行った歪推定を行った位置ずれ量との一例を示す図である。図１５では、５１２×５１２画素のフレーム画像３１内に歪を付加した場合の位置ずれ量（付加歪）の測定結果を示す（測定点はフレーム内の９×９点）。また、かかる各位置での位置ずれ量を法線方向への重み付けとして、式（３－１）と式（３－２）の重み係数の重みの累乗数ｎをｎ＝３にした場合の歪係数を求め、歪ベクトルを推定した結果（推定歪）を示す。図１５に示すように、法線方向への重み付けを行った場合、付加歪と推定歪との間に誤差が低減できる。
【0075】
上述した例では、設計データに基づいて作成された参照画像或いは設計データから得られた参照輪郭位置（或いは参照輪郭線）と測定画像であるフレーム画像との間で比較する場合（ダイ－データベース検査）を説明したが、これに限るものではない。例えば、同じパターンが形成された複数のダイの一方のフレーム画像と他方のフレーム画像との間で比較する場合（ダイ－ダイ検査）であっても構わない。ダイ－ダイ検査の場合、参照輪郭位置は、ダイ１のフレーム画像３１内の複数の輪郭位置を抽出した場合と同じ手法でダイ２のフレーム画像３１内の複数の輪郭位置を抽出すればよい。そして、両者間の距離を算出すればよい。
【0076】
以上のように、実施の形態１によれば、測定画像の歪に起因する位置ずれを考慮した検査ができる。また、法線方向に重み付けを行うことで信頼性に乏しい接線方向成分の寄与を低減できる。また、計算量の大きい処理を行うことなく、歪係数算出の精度を高めることができる。よって、適度な検査時間の中での欠陥検出感度を向上できる。
【0077】
以上の説明において、一連の「～回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路１０７、比較回路１０８、参照輪郭位置抽出回路１１２、ステージ制御回路１１４、レンズ制御回路１２４、ブランキング制御回路１２６、及び偏向制御回路１２８は、上述した少なくとも１つの処理回路で構成されても良い。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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アライメント方法、歪み補正方法、パターン検査方法、及びパターン検査装置は、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【0081】
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
５０，５１，５２，５３，５６，５７ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
５８ 実画輪郭位置抽出部
６０ 個別シフトベクトル算出部
６２ 重み付き平均シフトベクトル算出部
６６ 歪係数算出部
６８ 歪ベクトル推定部
８２ 欠陥位置ずれベクトル算出部
８４ 比較処理部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０５ ステージ
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１２ 参照輪郭位置抽出回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ チップパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１４２ 駆動機構
１４４，１４６，１４８ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
１６０ 制御系回路
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６ 電磁レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ
２０ マルチ１次電子ビーム
２２ 穴
２９ サブ照射領域
３０ フレーム領域
３１ フレーム画像
３２ ストライプ領域
３３ 矩形領域
３４ 照射領域
５０，５１，５２，５３，５６，５７ 記憶装置
５４ フレーム画像作成部
５８ 実画輪郭位置抽出部
６０ 個別シフトベクトル算出部
６２ 重み付き平均シフトベクトル算出部
６６ 歪係数算出部
６８ 歪ベクトル推定部
８２ 欠陥位置ずれベクトル算出部
８４ 比較処理部
１００ 検査装置
１０１ 基板
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０５ ステージ
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０８ 比較回路
１０９ 記憶装置
１１０ 制御計算機
１１２ 参照輪郭位置抽出回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ チップパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２８ 偏向制御回路
１４２ 駆動機構
１４４，１４６，１４８ ＤＡＣアンプ
１５０ 画像取得機構
１６０ 制御系回路
２０１ 電子銃
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５，２０６，２０７，２２４，２２６ 電磁レンズ
２０８ 主偏向器
２０９ 副偏向器
２１２ 一括ブランキング偏向器
２１３ 制限アパーチャ基板
２１４ ビームセパレーター
２１６ ミラー
２１８ 偏向器
２２２ マルチ検出器
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ
【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】
