(57)【要約】      （修正有）【課題】上層のパターンと下層のパターンのそれぞれのエッジを正確に検出することができるパターンエッジ検出方法を提供する。【解決手段】上層のパターンおよび下層のパターンのサンプル画像を生成し(ステップ１）、上層のパターンのエッジを強調するための第１画像処理をサンプル画像に適用して第１加工画像を生成し(ステップ５）、第１加工画像の輝度プロファイルに基づいて上層のパターンのエッジを検出し(ステップ９）、下層のパターンのエッジを強調するための第２画像処理をサンプル画像に適用して第２加工画像を生成し(ステップ５）、第２加工画像の輝度プロファイルに基づいて下層のパターンのエッジを検出する(ステップ９）。【選択図】図３
2019011972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上層のパターンおよび下層のパターンのサンプル画像を生成し、
前記上層のパターンのエッジを強調するための第１画像処理を前記サンプル画像に適用して第１加工画像を生成し、
前記第１加工画像の輝度プロファイルに基づいて前記上層のパターンのエッジを検出し、
前記下層のパターンのエッジを強調するための第２画像処理を前記サンプル画像に適用して第２加工画像を生成し、
前記第２加工画像の輝度プロファイルに基づいて前記下層のパターンのエッジを検出することを特徴とするパターンエッジ検出方法。
【請求項２】
前記第１画像処理は、前記上層のパターンのエッジを強調するトーンカーブ処理であり、
前記第２画像処理は、前記下層のパターンのエッジを強調するトーンカーブ処理であることを特徴とする請求項１に記載のパターンエッジ検出方法。
【請求項３】
前記第１画像処理に適用されるトーンカーブ処理は、前記上層のパターンの輝度値と、前記下層のパターンの輝度値との間の中間レベルの輝度値を下げる処理であり、
前記第２画像処理に適用されるトーンカーブ処理は、前記上層のパターンの輝度値と、前記下層のパターンの輝度値との間の中間レベルの輝度値を上げる処理であることを特徴とする請求項２に記載のパターンエッジ検出方法。
【請求項４】
前記上層のパターンおよび前記下層のパターンの設計データから、前記上層のパターンに対応する第１基準パターン、および前記下層のパターンに対応する第２基準パターンを含むテンプレート画像を作成し、
前記テンプレート画像と前記サンプル画像とを位置合わせし、
前記第１基準パターンのエッジ上に第１垂線を引き、
前記第２基準パターンのエッジ上に第２垂線を引く工程をさらに含み、
前記第１加工画像の輝度プロファイルは、前記第１垂線上の前記第１加工画像の輝度値の分布であり、
前記第２加工画像の輝度プロファイルは、前記第２垂線上の前記第２加工画像の輝度値の分布であることを特徴とする請求項１に記載のパターンエッジ検出方法。
【請求項５】
前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンにコーナーラウンド処理を施す工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のパターンエッジ検出方法。
【請求項６】
前記サンプル画像上の前記上層のパターンの重心と、前記第１基準パターンとの重心との差を示すパターンシフトを計算し、
前記サンプル画像上の前記下層のパターンの重心と、前記第２基準パターンとの重心との差を示すパターンシフトを計算する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のパターンエッジ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの設計データとパターン画像との比較に基づいてパターン検査を行う半導体検査装置に適用可能なパターンエッジ検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造工程におけるウェーハのパターン検査、あるいはそのパターン形成用のホトマスクのパターン検査には、ダイ・ツー・ダイ（die  to  die）比較方法を用いた光学式パターン検査装置が使われている。このダイ・ツー・ダイ比較方法は、検査対象のダイと呼ばれる半導体デバイスとその近接ダイの同じ位置から得られる画像どうしを比較することで欠陥を検出する方法である。
【０００３】
一方、近接ダイの存在しないレチクルと呼ばれるホトマスクの検査には、ダイ・ツー・データベース（die  to  database）比較と呼ばれる方法が使用されている。この方法は、マスクデータを画像に変換してダイ・ツー・ダイ比較方法で用いた近接ダイの画像の代わりとし、前述同様の検査をする方法である。マスクデータとは設計データにホトマスク用の補正を施して得られるデータである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、ダイ・ツー・データベース比較方法をウェーハ検査に使用すると、ウェーハに形成されたパターンのコーナーラウンドが欠陥として検出される。ホトマスクの検査では、マスクデータから変換された画像にスムージングフィルタを施してコーナーラウンドを形成することで、コーナーラウンドを欠陥として検出しないようにしている。しかしながら、スムージングフィルタによって形成されたコーナーラウンドは、ウェーハに形成された実際のコーナーラウンドに等しくないので、実際のコーナーラウンドが欠陥として検出されてしまうことがある。そこで、これらのコーナーラウンドの違いを無視するように許容パターン変形量を設定すると、コーナー以外に存在する微小欠陥を検出できないという問題が発生している。
【０００５】
半導体集積回路生産での問題に注目すると、ゴミなどに起因するランダム欠陥よりも繰り返し発生する欠陥が重要視されている。繰り返し発生する欠陥（システマティック欠陥）とは、ホトマスク不良などを原因としてウェーハ上の全ダイにおいて繰り返し発生する欠陥と定義される。繰り返し発生する欠陥は検査対象のダイおよびその比較対象の近接ダイの両方に発生しているため、ダイ・ツー・ダイ比較では検出できない。ゆえに、ダイ・ツー・データベース比較方式でのウェーハ検査が必要とされている。
【０００６】
ダイ・ツー・データベース比較方式は、パターンの積層構造の検査においても有効である。微細構造のプロセスでは、各レイヤー上の微細かつ複雑なパターンを、下層のレイヤー上のパターンに重ね合わせる位置精度の向上が必須となっている。位置精度がパターンのサイズに対して低い場合には、デバイスの動作性能が損なわれることになる。このため、半導体デバイスの生産においてはレイヤー間の位置ずれの管理や生産装置の状態モニター、フィードバックが行われている。
【０００７】
多くの場合、半導体検査装置は特定のアライメントパターンを使用して位置ずれ検査を行っている。しかしながら、アライメントパターンと、実際にデバイスとしての機能を持つパターンとでは位置ずれの量が異なる場合がある。一方、ダイ・ツー・データベース比較方式は、実際にデバイスとしての機能を持つパターンを使用して位置ずれを検査することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
ダイ・ツー・データベース比較方式によるオーバーレイ検査では、上層・下層パターンのエッジ検出が問題となる場合がある。例えば、上層・下層のパターンが複雑に重複または近接するような場合は、設計データを適切に処理し、上層のパターンに覆われた下層のパターンのエッジを検出しないようにする必要がある。特許文献２では、上層と下層のパターンが重複する領域を除外してエッジを検出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５５６３７０２号公報
【特許文献２】米国特許第８５７７１２４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Gyoyeon  Jo,  et  al,  “Enhancement  of  Intrafield  Overlay  Using  a  Design  based  Metrology  system”,  SPIE  9778,  Metrology,  Inspection,  and  Process  Control  for  Microlithography  XXX,  97781J  (March  24,  2016);  doi:10.1117/12.2218937
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図２４のように上層のパターン１００１と下層のパターン１００２が近接している場合は、走査電子顕微鏡で生成された画像上ではパターンのエッジを検出できない場合がある。図２５は図２４に示す上層のパターン１００１と下層のパターン１００２の画像を示す模式図であり、図２６は図２５に示す線分ｘ１−ｘ２上の輝度値の分布を示すグラフである。以下、画像上に引いた線分上の輝度値の分布を示す一次元のグラフを輝度プロファイルと呼ぶ。図２６の輝度プロファイルにおいて、上層のパターンと下層のパターンの輝度値は連続しており、両パターンのエッジの位置を決められない場合がある。
【００１２】
そこで、本発明は、上層のパターンと下層のパターンのそれぞれのエッジを正確に検出することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、上層のパターンおよび下層のパターンのサンプル画像を生成し、前記上層のパターンのエッジを強調するための第１画像処理を前記サンプル画像に適用して第１加工画像を生成し、前記第１加工画像の輝度プロファイルに基づいて前記上層のパターンのエッジを検出し、前記下層のパターンのエッジを強調するための第２画像処理を前記サンプル画像に適用して第２加工画像を生成し、前記第２加工画像の輝度プロファイルに基づいて前記下層のパターンのエッジを検出することを特徴とするパターンエッジ検出方法である。
【００１４】
本発明の好ましい態様は、前記第１画像処理は、前記上層のパターンのエッジを強調するトーンカーブ処理であり、前記第２画像処理は、前記下層のパターンのエッジを強調するトーンカーブ処理であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１画像処理に適用されるトーンカーブ処理は、前記上層のパターンの輝度値と、前記下層のパターンの輝度値との間の中間レベルの輝度値を下げる処理であり、前記第２画像処理に適用されるトーンカーブ処理は、前記上層のパターンの輝度値と、前記下層のパターンの輝度値との間の中間レベルの輝度値を上げる処理であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、前記上層のパターンおよび前記下層のパターンの設計データから、前記上層のパターンに対応する第１基準パターン、および前記下層のパターンに対応する第２基準パターンを含むテンプレート画像を作成し、前記テンプレート画像と前記サンプル画像とを位置合わせし、前記第１基準パターンのエッジ上に第１垂線を引き、前記第２基準パターンのエッジ上に第２垂線を引く工程をさらに含み、前記第１加工画像の輝度プロファイルは、前記第１垂線上の前記第１加工画像の輝度値の分布であり、前記第２加工画像の輝度プロファイルは、前記第２垂線上の前記第２加工画像の輝度値の分布であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１基準パターンおよび前記第２基準パターンにコーナーラウンド処理を施す工程をさらに含むことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記サンプル画像上の前記上層のパターンの重心と、前記第１基準パターンとの重心との差を示すパターンシフトを計算し、前記サンプル画像上の前記下層のパターンの重心と、前記第２基準パターンとの重心との差を示すパターンシフトを計算する工程をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、異なる２つの画像処理を画像に対して適用することにより、上層のパターンと下層のパターンのエッジを鮮明にすることができる。したがって、上層のパターンと下層のパターンのそれぞれのエッジを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】検査装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】検査装置の画像生成装置の一実施形態を示す模式図である。
【図３】オーバーレイ検査の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】設計データの模式図である。
【図５】設計データから生成したテンプレート画像である。
【図６】コーナーラウンド処理を説明する図である。
【図７】コーナーラウンド処理を説明する図である。
【図８】第１画像処理に使用されるトーンカーブを示す図である。
【図９】第１画像処理をサンプル画像に適用することで生成された第１加工画像の一部を示す模式図である。
【図１０】図９に示す線分ｘ１−ｘ２上の輝度値の分布、すなわち輝度プロファイルを示す図である。
【図１１】第２画像処理に使用されるトーンカーブを示す図である。
【図１２】第２画像処理をサンプル画像に適用することで生成された第２加工画像の一部を示す模式図である。
【図１３】図１２に示す線分ｘ１−ｘ２上の輝度値の分布、すなわち輝度プロファイルを示す図である。
【図１４】テンプレート画像上の第１基準パターンのエッジ上に配置された輝度プロファイルの原点を示す図である。
【図１５】第１基準パターンのエッジ上に配置された垂線を示す図である。
【図１６】輝度プロファイルの一例を示すグラフである。
【図１７】エッジ検出の一実施形態を説明する図である。
【図１８】それぞれの輝度プロファイル上のエッジ検出位置を順に線で繋げることで形成されたエッジを示す図である。
【図１９】設計データから生成された基準パターンが閉じたポリゴンではない例を示す図である。
【図２０】２つのパターンのサンプル画像である。
【図２１】図２０のパターンの設計データを示す図である。
【図２２】図２０のパターンと輝度プロファイルの原点との間を延びるバイアス線を示す図である。
【図２３】予め決めた範囲内にあるバイアス検査値に対応するバイアス線を削除した図である。
【図２４】上層のパターンと下層のパターンが近接している例を示す図である。
【図２５】図２４に示す上層のパターンと下層のパターンの画像を示す模式図である。
【図２６】図２５に示す線分ｘ１−ｘ２上の輝度値の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、検査装置の一実施形態を示す模式図である。本実施形態における検査装置は、主制御部１、記憶装置２、入出力制御部３、入力装置４、表示装置５、印刷装置６、および画像生成装置７を備える。
【００１９】
主制御部１はＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等により構成され、装置全体を統括的に制御する。主制御部１には記憶装置２が接続されている。記憶装置２は、ハードディスク、フレキシブルディスク、光ディスク等の形態をとることができる。また、主制御部１には、入出力制御部３を介して、キーボード、マウス等の入力装置４、入力データ、計算結果等を表示するディスプレイ等の表示装置５、および検査結果等を印刷するプリンタ等の印刷装置６が接続されている。
【００２０】
主制御部１は、ＯＳ（Operating  System）等の制御プログラム、コンタクトホール検査のためのプログラム、および所要データ等を格納するための内部メモリ（内部記憶装置）を有し、これらプログラム等によりコンタクトホール検査およびサンプリングポイント抽出を実現している。これらのプログラムは、フレキシブルディスク、光ディスク等に記憶しておき、実行前にメモリ、ハードディスク等に読み込ませて実行されるようにすることができる。
【００２１】
図２は、検査装置の画像生成装置７の一実施形態を示す模式図である。図２に示すように、画像生成装置７は、照射系装置１０と試料室２０と２次電子検出器３０とから構成されている。本実施形態では、画像生成装置７は走査型電子顕微鏡である。
【００２２】
照射系装置１０は、電子銃１１と、電子銃１１から放出された１次電子を集束する集束レンズ１２と、電子線（荷電粒子線）を，Ｘ方向，Ｙ方向に偏向するＸ偏向器１３およびＹ偏向器１４と、対物レンズ１５とから構成されている。試料室２０はＸ方向，Ｙ方向に可動のＸＹステージ２１を備えている。試料室２０にはウェーハ搬送装置４０によって試料であるウェーハＷが搬出入されるようになっている。
【００２３】
照射系装置１０においては、電子銃１１から放出された１次電子は集束レンズ１２で集束された後に、Ｘ偏向器１３およびＹ偏向器１４で偏向されつつ対物レンズ１５により集束されて試料であるウェーハＷの表面に照射される。
【００２４】
ウェーハＷに１次電子が照射されるとウェーハＷからは２次電子が放出され、２次電子は２次電子検出器３０により検出される。集束レンズ１２および対物レンズ１５はレンズ制御装置１６に接続され、このレンズ制御装置１６は制御コンピュータ５０に接続されている。２次電子検出器３０は画像取得装置１７に接続され、この画像取得装置１７も同様に制御コンピュータ５０に接続されている。２次電子検出器３０で検出された２次電子強度が画像取得装置１７によって電位コントラスト像に変換される。歪みの無い最大の電位コントラスト像を取得できる１次電子の照射領域を視野と定義する。
【００２５】
Ｘ偏向器１３およびＹ偏向器１４は、偏向制御装置１８に接続され、この偏向制御装置１８も同様に制御コンピュータ５０に接続されている。ＸＹステージ２１は、ＸＹステージ制御装置２２に接続され、このＸＹステージ制御装置２２も同様に制御コンピュータ５０に接続されている。またウェーハ搬送装置４０も同様に制御コンピュータ５０に接続されている。制御コンピュータ５０は、操作コンピュータ６０に接続されている。
【００２６】
図３は、オーバーレイ検査の一実施形態を示すフローチャートである。オーバーレイ検査は、図１に示す主制御部１によって実行される。走査型電子顕微鏡からなる画像生成装置７は、上層のパターンおよび下層のパターンのサンプル画像を生成する（ステップ１）。本実施形態では、上層のパターンおよび下層のパターンは、試料であるウェーハＷの表面に形成されている。
【００２７】
主制御部１は、上述した上層のパターンおよび下層のパターンの設計データから、上層のパターンに対応する第１基準パターンおよび下層のパターンに対応する第２基準パターンを含むテンプレート画像を作成する（ステップ２）。設計データは、各パターンの寸法や頂点などのパターンの形状を特定するために必要な情報、および各パターンが属するレイヤー情報などを含むＣＡＤデータである。設計データは、図１に示す記憶装置２内に予め格納されている。設計データの模式図を図４に示す。図４において、符号１０１は上層のパターンを表し、符号１０２は下層のパターンを表し、符号１０３はパターンの背景（パターンが形成されていない領域）を表す。
【００２８】
主制御部１は、設計データ上の背景１０３を灰色、上層のパターン１０１を白色、下層のパターン１０２を黒色に色付けしてテンプレート画像を生成する。設計データから生成したテンプレート画像を図５に示す。図５において、符号１１１は図４の上層のパターン１０１から作成された第１基準パターンを表し、符号１１２は図４の下層のパターン１０２から作成された第２基準パターンを表し、符号１１３はパターンの背景（パターンが形成されていない領域）を表す。
【００２９】
主制御部１は、このテンプレート画像と、ステップ１で生成されたサンプル画像の全体との位置合わせを実施する（図３のステップ３）。具体的には、主制御部１は、テンプレート画像とサンプル画像の一致度が最も高い相対位置を定めることにより、位置合わせを実行する。
【００３０】
設計データの情報に基づいて画像にアクセスする処理では、主制御部１は、位置合わせの結果で得られたオフセット、すなわちテンプレート画像とサンプル画像との位置ずれ量を使用し、対応する位置の情報にアクセスできるようにする。
【００３１】
次に、主制御部１は、設計データから生成されたテンプレート画像上の基準パターン１１１，１１２にコーナーラウンド処理を行う（図３のステップ４）。本実施形態では、図６に示すように、主制御部１は、基準パターン１１１，１１２のコーナーを円弧（すなわち曲線）で置換するコーナーラウンド処理を実行する。円弧の半径は予め設定することができる。一実施形態では、図７に示すように、主制御部１は、基準パターン１１１，１１２のコーナーを１つまたは複数の線分で置換するコーナーラウンド処理を実行してもよい。
【００３２】
主制御部１は、２つの異なる画像処理、すなわち第１画像処理および第２画像処理をサンプル画像に適用し、第１加工画像および第２加工画像を生成する（図３のステップ５）。第１画像処理はサンプル画像上の上層のパターンのエッジ検出のために使用され、第２画像処理はサンプル画像上の下層のパターンのエッジ検出に使用される。より具体的には、第１画像処理は、サンプル画像上の上層のパターンのエッジを強調するトーンカーブ処理であり、第２画像処理は、サンプル画像上の下層のパターンのエッジを強調するトーンカーブ処理である。
【００３３】
図８は、第１画像処理に使用されるトーンカーブを示す図である。トーンカーブは、画像処理が適用される前の画像の入力輝度値と、画像処理が適用された後の画像の出力輝度値との関係を示す曲線である。すなわち、主制御部１は、横軸に表される入力輝度値を、縦軸に表される出力輝度値に変換し、サンプル画像の輝度を変える。通常、輝度は、０〜２５５の数値で表される。図８に示すグラフ上の破線は、輝度を変更しない基準線分である。
【００３４】
図８に示すように、第１画像処理に使用されるトーンカーブは、下方に湾曲している。したがって、中間レベルの輝度値は下げられる。サンプル画像に現れる上層のパターンは、通常、下層のパターンよりも明るく、パターンの背景は、上層のパターンと下層のパターンの中間レベルの輝度値を有している。第１画像処理は、サンプル画像上の上層のパターンの輝度値と下層のパターンの輝度値との間の中間レベルの輝度値を下げる処理である。
【００３５】
図９は、第１画像処理をサンプル画像に適用することで生成された第１加工画像の一部を示す模式図である。図９に示すように、第１画像処理をサンプル画像に対して実行すると、上層のパターン１２１と下層のパターン１２２の輝度値は実質的に変わらず、その一方で背景１２３の輝度値が低下する、すなわち、背景１２３が暗くなる。結果として、図９から分かるように、上層のパターン１２１のエッジが強調される。図１０は、図９に示す線分ｘ１−ｘ２上の輝度値の分布、すなわち輝度プロファイルを示す図である。図１０から分かるように、上層のパターン１２１のエッジが強調され、エッジを検出しやすくなっている。
【００３６】
図１１は、第２画像処理に使用されるトーンカーブを示す図である。図１１に示すグラフ上の破線は、輝度を変更しない基準線分である。図１１に示すように、第２画像処理に使用されるトーンカーブは、上方に湾曲している。したがって、中間レベルの輝度値は上げられる。第２画像処理は、サンプル画像上の上層のパターンの輝度値と下層のパターンの輝度値との間の中間レベルの輝度値を上げる処理である。
【００３７】
図１２は、第２画像処理をサンプル画像に適用することで生成された第２加工画像の一部を示す模式図である。図１２に示すように、第２画像処理をサンプル画像に対して実行すると、上層のパターン１２１と下層のパターン１２２の輝度値は実質的に変わらず、その一方で背景１２３の輝度値が上昇する、すなわち、背景１２３が明るくなる。結果として、図１２から分かるように、下層のパターン１２２のエッジが強調される。図１３は、図１２に示す線分ｘ１−ｘ２上の輝度値の分布、すなわち輝度プロファイルを示す図である。図１３から分かるように、下層のパターン１２２のエッジが強調され、エッジを検出しやすくなっている。
【００３８】
以下に説明するステップは、上層のパターン１２１のエッジを検出するための処理であるが、下層のパターン１２２のエッジ検出も同様に行われるので、その重複する説明を省略する。
【００３９】
図１４に示すように、主制御部１は、テンプレート画像上の第１基準パターン１１１のエッジ上に輝度プロファイルの原点１３０を等間隔で配置する（図３のステップ６）。隣接する輝度プロファイルの原点１３０間の距離は、例えば、１ピクセルサイズに相当する距離である。
【００４０】
図１５に示すように、主制御部１は、上記ステップ６で配置した輝度プロファイルの原点１３０を通る垂線１４０を引く（図３のステップ７）。垂線は、テンプレート画像上の第１基準パターン１１１のエッジに垂直な線分であり、等間隔に配列されている。主制御部１は、各垂線１４０上の第１加工画像（図９参照）の輝度値を取得し、これらの輝度値から第１加工画像の輝度プロファイルを作成する（図３のステップ８）。
【００４１】
図１６は、輝度プロファイルの一例を示すグラフである。図１６において、縦軸は輝度値を表し、横軸は垂線１４０上の位置を表す。輝度プロファイルは、垂線１４０に沿った輝度値の分布を表す。主制御部１は、輝度プロファイルに基づいて上層のパターン１２１（図９参照）のエッジを検出する（図３のステップ９）。エッジ検出には、しきい値法、直線近似法などが使用される。本実施形態では、しきい値法を用いてエッジを検出する。
【００４２】
輝度プロファイルからのエッジ検出の一方法であるしきい値法について図１６を参照して説明する。しきい値をx[%]とする。主制御部１は、輝度プロファイルにおいて、最も大きな輝度値を有するサンプリング点を決定し、このサンプリング点の位置をピーク点Ｐとする。次に、主制御部１は、ピーク点Ｐよりもパターンの外側の領域において、最も小さな輝度値を有するサンプリング点を決定し、このサンプリング点の位置をボトム点Ｂとする。次に、ピーク点Ｐとボトム点Ｂの間において、ボトム点Ｂでの輝度値からピーク点Ｐでの輝度値をx:(100-x)に内分するエッジ輝度値を決定し、このエッジ輝度値を持つ輝度プロファイル上のサンプリング点Ｑの位置をエッジ検出位置とする。
【００４３】
決定されたエッジ輝度値を持つサンプリング点が輝度プロファイル上にない場合は、図１７に示すように、主制御部１は、ピーク点Ｐからボトム点Ｂに向かってサンプリング点の輝度値を探索し、輝度値が上記エッジ輝度値を最初に下回ったサンプリング点Ｓ１を決定し、その一つピーク点側のサンプリング点Ｓ２を決定し、この２つのサンプリング点Ｓ１，Ｓ２の線形補間によりエッジ輝度値に対応するエッジ検出位置を決定する。
【００４４】
図１８に示すように、主制御部１は、それぞれの輝度プロファイル上のエッジ検出位置を順に線で繋げる。図１８において、符号１５０は上述したエッジ検出位置を示し、符号２００は、点線で繋げられた複数のエッジ検出位置１５０からなる、第１加工画像上の上層のパターン１２１（図９参照）のエッジを示している。このように、主制御部１は、輝度プロファイルに基づいて、サンプル画像上の上層のパターンのエッジを検出することができる。
【００４５】
図１８において、プロファイル原点１３０とエッジ検出位置１５０をつないだ線分は、バイアス線１６０と定義される。主制御部１は、基準パターン１１１の外側にあるエッジ検出位置１５０から延びるバイアス線１６０の長さとして定義されるバイアス検査値を計算する。さらに、主制御部１は、基準パターン１１１の内側にあるエッジ検出位置１５０から延びるバイアス線１６０の長さに−１を掛けた値として定義されるバイアス検査値を計算する（ステップ１０）。
【００４６】
このようにすると、主制御部１は、バイアス検査値に基づいて、上層のパターン１２１の「太り変形」と「細り変形」を区別することができる。例えば、正のバイアス検査値は、パターン１２１が太り変形であることを意味し、負のバイアス検査値は、パターン１２１が細り変形であることを意味する。バイアス検査値に対して上限および下限を予め定めてもよい。この場合、主制御部１は、バイアス検査値が上限を上回った場合は、そのバイアス検査値が算出された部位を太り欠陥として検出し、バイアス検査値が下限を下回った場合は、そのバイアス検査値が算出された部位を細り欠陥として検出として検出することができる。
【００４７】
設計データから生成された基準パターン１１１がホールやアイランドパターンといった孤立パターンの場合、複数のエッジ検出位置１５０から形成された上層のパターン１２１のエッジ２００は閉じたポリゴンとなるので、主制御部１は、上層のパターン１２１の重心Ｃ２を計算することができる。さらに、主制御部１は、基準パターン１１１の重心Ｃ１と上層のパターン１２１の重心Ｃ２との差であるパターンシフトを計算する（ステップ１１）。パターンシフトは、基準パターン１１１の重心Ｃ１から上層のパターン１２１の重心Ｃ２までの距離および方向を特定するベクトルで表される。
【００４８】
図１９に示すように、設計データから生成された基準パターン１１１が閉じたポリゴンではない場合でも、主制御部１は、バイアス線１６０の角度および方向から、パターンシフトを求めることができる。例えば、主制御部１は、水平な方向のバイアス線１６０からＸ方向のパターンシフトを計算し、垂直な方向のバイアス線１６０からＹ方向のパターンシフトを計算し、Ｘ方向のパターンシフトおよびＹ方向のパターンシフトから上層のパターン１２１全体のパターンシフトを決定することができる。
【００４９】
同様に、主制御部１は、第２加工画像に対して上記ステップ６から上記ステップ９を実行することによって、第２加工画像上の下層のパターン１２２（図１２参照）のエッジを検出する。さらに、主制御部１は、上記ステップ１０および上記ステップ１１を実行することによって、下層のパターン１２２に関するバイアス検査値を計算し、さらに第２基準パターン１１２の重心と下層のパターン１２２の重心との差であるパターンシフトを計算する。
【００５０】
主制御部１は、個々のパターンのパターンシフトを集計し、上層と下層の重ね合わせの評価を行う（ステップ１２）。具体的には、適当な集計の単位において、上層のパターンのパターンシフトの平均、および下層のパターンのパターンシフトの平均を算出し、これら２つの平均の差を求める。適当な集計の単位とは、連続した一枚の画像内の全てのパターンでも良いし、近接するパターンでも良い。
【００５１】
上述したバイアス検査値は、上記基準パターン１１１，１１２に対する、サンプル画像上の上層のパターンおよび下層パターンの変形量と考えることができる。例えば、主制御部１は、バイアス検査値が予め決めた範囲を超えた場合に、このバイアス検査値が算出された部分を欠陥として検出するパターン検査が可能である。
【００５２】
図２０は、２つのパターン３０１，３０２のサンプル画像であり、図２１は図２０のパターン３０１，３０２の設計データを示す図である。図２２は、パターン３０１，３０２と輝度プロファイルの原点１３０との間を延びるバイアス線１６０を示す図である。輝度プロファイルの原点１３０は、パターン３０１，３０２の設計図に上述したコーナーラウンド処理を適用することにより生成された基準パターン４０１，４０２（太線で示す）上に等間隔に配列されている。
【００５３】
バイアス線１６０の長さは、上述したバイアス検査値に変換される。図２３は、予め決めた範囲内にあるバイアス検査値に対応するバイアス線１６０を削除した図である。主制御部１は、バイアス線１６０が残っているパターン３０１，３０２の箇所を欠陥として検出することができる。
【００５４】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１      主制御部
２      記憶装置
３      入出力制御部
４      入力装置
５      表示装置
６      印刷装置
７      画像生成装置
１０      照射系装置
１１      電子銃
１２      集束レンズ
１３      Ｘ偏向器
１４      Ｙ偏向器
１５      対物レンズ
１６      レンズ制御装置
１７      画像取得装置
２０      試料室
２１      ＸＹステージ
２２      ＸＹステージ制御装置
３０      ２次電子検出器
４０      ウェーハ搬送装置
５０      制御コンピュータ
６０      操作コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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