(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量検出手段により、サンプリング箇所をずらしながら、検査対象物の物理量をサンプリングし、そのサンプリング値を階調値として２次元に配列してなる第１の連続画像データと、第１の連続画像データの比較対象となり得る内容を持った第２の連続画像データとに基づいて、前記検査対象物上のパターンの欠陥または欠陥候補を検査するパターン検査方法であって、
前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された所定の領域分についての第１の画像と第２の画像との各々について画像上に生じうる動的な歪みを無視できる程度の小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出過程と、
該画像分割切出過程で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間における少なくとも画素単位での位置ずれ量を分割単位毎に算出する第１の位置ずれ量算出過程と、
前記画像分割切出過程で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを前記第１の位置ずれ量算出過程で分割単位毎に算出された少なくとも画素単位での位置ずれ量がなくなるように少なくとも画素単位で位置合せを行う位置合せ過程と、
該位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像との間における１画素単位以下の位置ずれ量を分割単位毎に算出する第２の位置ずれ量算出過程と、
該第２の位置ずれ量算出過程において分割単位毎に算出された１画素単位以下の位置ずれ量に応じた、前記位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像との間における諧調値の変動成分を組み入れて分割単位毎の許容範囲を算出する許容範囲算出過程と、
前記位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像とを比較して分割単位毎に両画像の諧調値による差を算出し、該分割単位毎に算出される両画像の諧調値による差が前記許容範囲算出過程で算出された分割単位毎の許容範囲に入っているか否かに応じて欠陥または欠陥候補を判定する判定過程とを有することを特徴とするパターン検査方法。
【請求項２】
物理量検出手段により、サンプリング箇所をずらしながら、検査対象物の物理量をサンプリングし、そのサンプリング値を階調値として２次元に配列してなる第１の連続画像データと、第１の連続画像データの比較対象となり得る内容を持った第２の連続画像データとに基づいて、前記検査対象物上のパターンの欠陥または欠陥候補を検査するパターン検査方法であって、
前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された所定の領域分についての第１の画像と第２の画像との各々について画像上に生じうる動的な歪みを無視できる程度の小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出過程と、
該画像分割切出過程で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間における少なくとも画素単位での位置ずれ量及び１画素単位以下の位置ずれ量を分割単位毎に算出する位置ずれ量算出過程と、
前記画像分割切出過程で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを前記位置ずれ量算出過程で分割単位毎に算出された少なくとも画素単位での位置ずれ量がなくなるように少なくとも画素単位で位置合せを行う位置合せ過程と、
前記位置ずれ量算出過程において分割単位毎に算出された１画素単位以下の位置ずれ量に応じた、前記位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像との間における諧調値の変動成分を組み入れて分割単位毎の許容範囲を算出する許容範囲算出過程と、
前記位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像とを比較して分割単位毎に両画像の諧調値による差を算出し、該分割単位毎に算出される両画像の諧調値による差が前記許容範囲算出過程で算出された分割単位毎の許容範囲に入っているか否かに応じて欠陥または欠陥候補を判定する判定過程とを有することを特徴とするパターン検査方法。
【請求項３】
物理量検出手段により、サンプリング箇所をずらしながら、検査対象物の物理量をサンプリングし、そのサンプリング値を階調値として２次元に配列してなる第１の連続画像データと、第１の連続画像データの比較対象となり得る内容を持った第２の連続画像データとに基づいて、前記検査対象物上のパターンの欠陥または欠陥候補を検査するパターン検査方法であって、
前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された所定の領域分についての第１の画像と第２の画像との各々について画像上に生じうる動的な歪みを無視できる程度の小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出過程と、
該画像分割切出過程で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間における少なくとも画素単位での位置ずれ量を分割単位毎に算出する第１の位置ずれ量算出過程と、
前記画像分割切出過程で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを前記第１の位置ずれ量算出過程で算出された少なくとも画素単位での位置ずれ量がなくなるように少なくとも画素単位で位置合せを行う位置合せ過程と、
該位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像との間における諧調値の平均値及び階調値の標準偏差が等しくなるように補正する諧調値補正過程と、
該位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われ、前記諧調値補正過程で諧調値が補正された第１の分割画像と第２の分割画像との間における１画素単位以下の位置ずれ量を算出する第２の位置ずれ量算出過程と、
該第２の位置ずれ量算出過程において分割単位毎に算出された１画素単位以下の位置ずれ量に応じた、前記位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われ、前記諧調値補正過程で諧調値が補正された第１の分割画像と第２の分割画像との間における諧調値の変動成分を組み入れて分割単位毎の許容範囲を算出する許容範囲算出過程と、
前記位置合せ過程で分割単位毎に位置合せが行われ、前記諧調値補正過程で諧調値が補正された第１の分割画像と第２の分割画像とを分割単位毎に比較して両画像の諧調値による差を算出し、該分割単位毎に算出される両画像の諧調値による差が前記許容範囲算出過程で算出された分割単位毎の許容範囲に入っているか否かに応じて欠陥または欠陥候補を判定する判定過程とを有することを特徴とするパターン検査方法。
【請求項４】
前記許容範囲算出過程において算出する分割単位毎の許容範囲に、更に許容値として設定されるパターンエッジの１画素以下の微小な位置ずれ量に応じた諧調値の変動成分を組み入れたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載のパターン検査方法。
【請求項５】
前記許容範囲算出過程において算出する分割単位毎の許容範囲に、更に許容値として設定されるパターンエッジの１画素以下の微小な位置ずれ量に応じた諧調値の変動成分と、許容値として設定される各位置座標における諧調値の変動成分とを組み入れたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載のパターン検査方法。
【請求項６】
物理量検出手段により、サンプリング箇所をずらしながら、検査対象物の物理量をサンプリングし、そのサンプリング値を階調値として２次元に配列してなる第１の連続画像データと、第１の連続画像データの比較対象となり得る内容を持った第２の連続画像データとに基づいて、前記検査対象物上のパターンの欠陥または欠陥候補を検査するパターン検査装置であって、
前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された所定の領域分についての第１の画像と第２の画像との各々について画像上に生じうる動的な歪みを無視できる程度の小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出部と、
該画像分割切出部で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間における少なくとも画素単位での位置ずれ量を分割単位毎に算出する第１の位置ずれ量算出部と、
前記画像分割切出手段で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを前記第１の位置ずれ量算出部で分割単位毎に算出された少なくとも画素単位での位置ずれ量がなくなるように少なくとも画素単位で位置合せを行う位置合せ部と、
該位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像との間における１画素単位以下の位置ずれ量を分割単位毎に算出する第２の位置ずれ量算出部と、
該第２の位置ずれ量算出部において分割単位毎に算出された１画素単位以下の位置ずれ量に応じた、前記位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像との間における諧調値の変動成分を組み入れて分割単位毎の許容範囲を算出する許容範囲算出部と、
前記位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像とを比較して分割単位毎に両画像の諧調値による差を算出し、該分割単位毎に算出される両画像の諧調値による差が前記許容範囲算出部で算出された分割単位毎の許容範囲に入っているか否かに応じて欠陥または欠陥候補を判定する判定処理部と
を有する画像処理部を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項７】
物理量検出手段により、サンプリング箇所をずらしながら、検査対象物の物理量をサンプリングし、そのサンプリング値を階調値として２次元に配列してなる第１の連続画像データと、第１の連続画像データの比較対象となり得る内容を持った第２の連続画像データとに基づいて、前記検査対象物上のパターンの欠陥または欠陥候補を検査するパターン検査装置であって、
前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された所定の領域分についての第１の画像と第２の画像との各々について画像上に生じうる動的な歪みを無視できる程度の小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出部と、
該画像分割切出部で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間における少なくとも画素単位での位置ずれ量及び１画素単位以下の位置ずれ量を分割単位毎に算出する位置ずれ量算出部と、
前記画像分割切出部で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを前記位置ずれ量算出部で分割単位毎に算出された少なくとも画素単位での位置ずれ量がなくなるように少なくとも画素単位で位置合せを行う位置合せ部と、
前記位置ずれ量算出部において分割単位毎に算出された１画素単位以下の位置ずれ量に応じた、前記位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像との間における諧調値の変動成分を組み入れて分割単位毎の許容範囲を算出する許容範囲算出部と、
前記位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像とを比較して分割単位毎に両画像の諧調値による差を算出し、該分割単位毎に算出される両画像の諧調値による差が前記許容範囲算出部で算出された分割単位毎の許容範囲に入っているか否かに応じて欠陥または欠陥候補を判定する判定処理部と
を有する画像処理部を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項８】
物理量検出手段により、サンプリング箇所をずらしながら、検査対象物の物理量をサンプリングし、そのサンプリング値を階調値として２次元に配列してなる第１の連続画像データと、第１の連続画像データの比較対象となり得る内容を持った第２の連続画像データとに基づいて、前記検査対象物上のパターンの欠陥または欠陥候補を検査するパターン検査装置であって、
前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された所定の領域分についての第１の画像と第２の画像との各々について画像上に生じうる動的な歪みを無視できる程度の小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出部と、
該画像分割切出部で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間における少なくとも画素単位での位置ずれ量を分割単位毎に算出する第１の位置ずれ量算出部と、
前記画像分割切出部で分割単位毎に分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを前記第１の位置ずれ量算出部で算出された少なくとも画素単位での位置ずれ量がなくなるように少なくとも画素単位で位置合せを行う位置合せ部と、
該位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われた第１の分割画像と第２の分割画像との間における諧調値の平均値及び階調値の標準偏差が等しくなるように補正する諧調値補正部と、
該位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われ、前記諧調値補正部で諧調値が補正された第１の分割画像と第２の分割画像との間における１画素単位以下の位置ずれ量を算出する第２の位置ずれ量算出部と、
該第２の位置ずれ量算出部において分割単位毎に算出された１画素単位以下の位置ずれ量に応じた、前記位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われ、前記諧調値補正部で諧調値が補正された第１の分割画像と第２の分割画像との間における諧調値の変動成分を組み入れて分割単位毎の許容範囲を算出する許容範囲算出部と、
前記位置合せ部で分割単位毎に位置合せが行われ、前記諧調値補正部で諧調値が補正された第１の分割画像と第２の分割画像とを分割単位毎に比較して両画像の諧調値による差を算出し、該分割単位毎に算出される両画像の諧調値による差が前記許容範囲算出部で算出された分割単位毎の許容範囲に入っているか否かに応じて欠陥または欠陥候補を判定する判定処理部と
を有する画像処理部を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項９】
前記許容範囲算出部において算出する分割単位毎の許容範囲に、更に許容値として設定されるパターンエッジの１画素以下の微小な位置ずれ量に応じた諧調値の変動成分を組み入れたことを特徴とする請求項６又は７又は８記載のパターン検査装置。
【請求項１０】
前記許容範囲算出部において算出する分割単位毎の許容範囲に、更に許容値として設定されるパターンエッジの１画素以下の微小な位置ずれ量に応じた諧調値の変動成分と、許容値として設定される各位置座標における諧調値の変動成分とを組み入れたことを特徴とする請求項６又は７又は８記載のパターン検査装置。
【請求項１１】
前記物理量検出手段は、検査対象物を移動させるステージと、電子ビームを前記ステージの移動方向とほぼ直交する方向に走査する走査手段と、前記検査対象物に対して電子ビームを走査して照射したときに検査対象物から発生する荷電粒子を検知する荷電粒子検知手段とを有する走査電子顕微鏡によって構成されることを特徴とする請求項６乃至１０の何れか一つに記載のパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線または光などを用いて半導体ウエハ、ＴＦＴ、ホトマスクなどの対象物の物理的性質を現した画像を得、その画像と別途得られた画像とを比較することにより欠陥または欠陥候補、特に微細な欠陥または欠陥候補を検出するパターン検査方法およびその装置並びに電子線画像に基づくパターン検査方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術１としては、特開昭５７ー１９６３７７号公報に記載されているように、繰り返しのあるパターンを含む半導体ウエハなどの検査対象のパターンを検出し、検出したパターンを記憶するようにし、検出したパターンと一つ前に記憶しておいたパターンとを画素単位に位置合わせし、位置合わせした２つのパターンの不一致を抽出することにより欠陥を認識する検査が知られている。また、従来技術２としては、特開平３ー１７７０４０公報に記載されているように、正常部における両画像間の不一致の問題のうち、二つの画像の検出位置の狂いに起因する部分を改善する技術が知られている。即ち、従来技術２には、対象パターンを画像信号として検出し、検出したパターンの画像信号と予め記憶しておいたパターンの画像信号または別途検出したパターンの画像信号とを画素単位に位置合わせをし、該画素単位に位置合わせした画像信号同士を更に画素以下の精度で位置合わせをし、該画素以下の精度で位置合わせされた２つのパターンの画像信号の誤差を抽出・比較してパターンの欠陥を認識する技術が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
比較する二つの画像間には、正常部といえども、検査対象物および画像検出系に起因するパターン形状の微小な差異、階調値の差異、パターンの歪み、位置ずれ等が存在する。即ち、正常部での不一致には、対象物に起因する不一致と、検査装置側に起因する不一致とがある。
【０００４】
検査対象物に起因する不一致とは、露光、現像、エッチング等のウエハ製作過程を通して生じる繰り返しパターン同士の微妙な差異による。これは、検出画像上では、パターン形状の微小な差異、階調値の差異となって現れる。
【０００５】
検査装置側に起因する不一致とは、ステージの振動、種々の電気的なノイズ、フォーカスのずれ、サンプリングに起因する量子化誤差、光学式においては照明光量の変動、電子線式においては電子ビーム電流の変動、電子光学系や検査対象物の帯電による電子ビームの走査位置のずれなどによる。特に電子線式においては、検査対象物の周辺部において幾何学的歪みの影響は顕著である。これらは、検出画像上では、部分画像の階調値の差異、幾何学的歪み、位置ずれとなって現れる。
【０００６】
上記従来の技術１においては、上に挙げた要因によって正常部においても不一致が発生するため、不一致部を逐一欠陥と判定とすれば虚報が多発することになり、それを防ぐために欠陥判定の基準をゆるめれば微細な欠陥の検出ができなくなるという課題を有していた。
【０００７】
また上記従来技術２においては、検査対象物および画像検出系に起因するパターン形状の微小な差異、階調値の差異、パターンの歪み、位置ずれのうち、画像間の位置ずれによる影響を軽減する効果はあるものの十分とはいえず、その他については考慮されていなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、検査対象物および画像検出系に起因した不一致が引き起こす虚報をさらに低減し、より微細な欠陥の検出を可能とするパターン検査方法およびその装置を提供することにある。
【０００９】
また本発明の他の目的は、検査対象物の電子線画像に基づく、検査対象物および画像検出系に起因した不一致が引き起こす虚報をさらに低減し、より微細な欠陥の検出を可能にした電子線画像に基づくパターン検査方法およびその装置を提供することにある。
【００１０】
また本発明の他の目的は、検査対象物の電子線画像に基づく、検査対象物および画像検出系に起因した、検出画像上の不均一な歪みが引き起こす虚報をさらに低減し、より微細な欠陥の検出を可能にした電子線画像に基づくパターン検査方法およびその装置を提供することにある。
【００１１】
また本発明の他の目的は、検査対象物の電子線画像を用いたパターン検査において、検査に適した安定した階調値を有し、かつ、幾何学的歪みが小さい電子線像を得ることができるようにした方法および装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、検査対象物の電子線画像を用いたパターン検査において、検査対象物の中央部も周辺部も含めた、全面の検査が可能にした方法および装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、検査対象物上の選択された一定領域の物理量のサンプリング値を階調値として２次元に配列してなる第１の連続画像データｆ０(ｘ，ｙ)と、第１の連続画像データの比較対象となり得る内容を持った第２の連続画像データｇ０(ｘ，ｙ)とに基いて、検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検査するパターン検査方法およびその装置並びに電子線画像に基づくパターン検査方法およびその装置であって、次に示すことを特徴とする。
【００１４】
即ち、本発明は、前記第１の連続画像データｆ０(ｘ，ｙ)と第２の連続画像データｇ０(ｘ，ｙ)との各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された第１の画像と第２の画像との各々について例えば動的な歪みを無視できる程度の小さい領域単位［ｆ１ａ(ｘ，ｙ)〜ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)、ｇ１ａ(ｘ，ｙ)〜ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)］に分割して切出す画像分割切出過程またはその手段と、該画像分割切出過程またはその手段で分割して切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを分割単位毎に比較して両画像の差［ｓｕｂ(ｘ，ｙ)またはｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)］を算出し、この分割単位毎に算出される両画像の差に基いて欠陥または欠陥候補であるか否かを判定する判定過程またはその手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記第１の連続画像データｆ０(ｘ，ｙ)と第２の連続画像データｇ０(ｘ，ｙ)との各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された第１の画像と第２の画像との各々について小さい領域単位［ｆ１ａ(ｘ，ｙ)〜ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)、ｇ１ａ(ｘ，ｙ)〜ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)］に分割して切出す画像分割切出過程またはその手段と、該画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを分割単位毎に比較して両画像の差［ｓｕｂａ(ｘ，ｙ)〜ｓｕｂｄ(ｘ，ｙ)またはｄｉｆｆａ(ｘ，ｙ)〜ｄｉｆｆｄ(ｘ，ｙ)］を算出し、この分割単位毎に算出される両画像の差に基いて欠陥または欠陥候補であるか否かを判定する判定過程またはその手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記第１の連続画像データｆ０と第２の連続画像データｇ０との各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された第１の画像と第２の画像との各々について小さい領域単位［ｆ１ａ〜ｆ１ｄ、ｇ１ａ〜ｇ１ｄ］に分割して切出す画像分割切出過程またはその手段と、該画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された前記第１の分割画像と第２の分割画像との間の位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄ］を分割単位毎に検出する位置ずれ検出過程またはその手段と、前記画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを分割単位毎に比較して前記位置ずれ検出過程で分割単位毎に検出された位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄまたはzureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］を考慮して欠陥または欠陥候補であるか否かを判定する判定過程またはその手段とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記第１の連続画像データｆ０と第２の連続画像データｇ０との各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された第１の画像と第２の画像との各々について大きい領域単位から小さい領域単位へと段階的に順次に分割して切出す画像分割切出過程またはその手段と、該画像分割切出過程またはその手段で大きい領域単位から小さい領域単位へと段階的に順次に分割されて切出された前記第１の分割画像［ｆ７；ｆ６ａ，ｆ６ｂ；ｆ１ａ〜ｆ１ｄ］と第２の分割画像［ｇ７；ｇ６ａ，ｇ６ｂ；ｇ１ａ〜ｇ１ｄ］とについて、段階的に順次検出される前記両分割画像の間の位置ずれ量［δｘ２，δｙ２；δｘ１ａ〜δｘ１ｂ，δｙ１ａ〜δｙ１ｂ］を小さい領域単位の方へと提供することによって小さい領域単位の方において探索範囲を狭めて前記両分割画像の間の位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄまたはzureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］を検出する位置ずれ検出過程またはその手段と、前記画像分割切出過程またはその手段で小さい領域単位の段階において分割単位毎に分割されて切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを分割単位毎に比較して前記位置ずれ検出過程またはその手段で小さい領域単位の段階において分割単位毎に検出された位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄまたはzureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］を考慮して欠陥または欠陥候補であるか否かを判定する判定過程またはその手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記第１の連続画像データｆ０と第２の連続画像データｇ０との各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された第１の画像と第２の画像との各々について小さい領域単位［ｆ１ａ〜ｆ１ｄ、ｇ１ａ〜ｇ１ｄ］に分割して切出す画像分割切出過程またはその手段と、該画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された前記第１の分割画像と第２の分割画像との間の位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄ］を分割単位毎に検出する位置ずれ検出過程またはその手段と、前記画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを分割単位毎に比較して両画像の差［ｓｕｂａ(ｘ，ｙ)〜ｓｕｂｄ(ｘ，ｙ)］を算出し、この分割単位毎に算出される両画像の差に対して、欠陥または欠陥候補であるか否かを判定し、欠陥または欠陥候補を抽出する判定基準（閾値）に、前記位置ずれ検出過程で分割単位毎に検出された位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄまたはzureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］に応じた階調値の変動成分を組み入れる判定過程またはその手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された第１の画像と第２の画像との各々について小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出過程と、 該画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間の位置ずれ量を分割単位毎に検出する位置ずれ検出過程またはその手段と、 前記画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像と第２の分割画像とを分割単位毎に比較して両画像の階調値の差［ｓｕｂａ(ｘ，ｙ)〜ｓｕｂｄ(ｘ，ｙ)］を算出し、この分割単位毎に算出される両画像の階調値の差に対して、前記位置ずれ検出過程またはその手段で分割単位毎に検出された位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄまたはzureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］に応じて算出される階調値の変動成分［Ａａ(ｘ，ｙ)〜Ａｄ(ｘ，ｙ)］を含む判定基準値［thＨａ(ｘ，ｙ)〜thＨｄ(ｘ，ｙ)およびthＬａ(ｘ，ｙ)〜thＬｄ(ｘ，ｙ)］に基いて欠陥または欠陥候補であるか否かを判定する判定過程またはその手段とを有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された第１の画像と第２の画像との各々について小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出過程またはその手段と、該画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間の位置ずれ量を分割単位毎に検出する位置ずれ検出過程またはその手段と、前記画像切出分割過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像［ｆ１ａ(ｘ，ｙ)〜ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)］と第２の分割画像［ｇ１ａ(ｘ，ｙ)〜ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)］とを分割単位毎に比較して前記位置ずれ検出過程またはその手段で分割単位毎に検出された位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄまたはzureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］に応じて両画像の差［ｄｉｆｆａ(ｘ，ｙ)〜ｄｉｆｆｄ(ｘ，ｙ)］を算出し、この分割単位毎に算出される両画像の差に基いて欠陥または欠陥候補であるか否かを判定する判定過程またはその手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、前記第１の連続画像データと第２の連続画像データとの各々について所定の領域分を順次記憶し、この順次記憶された第１の画像と第２の画像との各々について小さい領域単位に分割して切出す画像分割切出過程またはその手段と、 該画像分割切出過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像と第２の分割画像との間の位置ずれ量を分割単位毎に検出する位置ずれ検出過程またはその手段と、前記画像切出分割過程またはその手段で分割されて切出された第１の分割画像［ｆ１ａ(ｘ，ｙ)〜ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)］と第２の分割画像［ｇ１ａ(ｘ，ｙ)〜ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)］とを分割単位毎に比較して前記位置ずれ検出過程またはその手段で分割単位毎に検出された位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄまたはzureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］に応じて相対的に位置ずれ補正を施し、この位置ずれ補正が分割単位毎に施された第１の分割画像と第２の分割画像との差［ｄｉｆｆａ(ｘ，ｙ)〜ｄｉｆｆｄ(ｘ，ｙ)］を算出し、この分割単位毎に算出される両画像の差に基いて欠陥または欠陥候補であるか否かを判定する判定過程またはその手段とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、第１の画像と第２の画像との間において抽出された階調値の差に対して欠陥または欠陥候補が存在するか否かを判定する判定基準値（閾値）［thＨａ(ｘ，ｙ)〜thＨｄ(ｘ，ｙ)およびthＬａ(ｘ，ｙ)〜thＬｄ(ｘ，ｙ)］に、それら分割単位毎の位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄまたはzureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］から（数１８）式に基いて算出される階調値の変動成分［Ａａ(ｘ，ｙ)〜Ａｄ(ｘ，ｙ)］と、許容する比較するパターンエッジの微小な位置ずれに応じて（数１９）式に基いて算出される階調値の変動成分［Ｂａ(ｘ，ｙ)〜Ｂｄ(ｘ，ｙ)］と、許容する比較するパターンから得られる階調値の微小な差異に応じて（数２０）式に基いて算出される階調値の変動成分［Ｃａ(ｘ，ｙ)〜Ｃｄ(ｘ，ｙ)］を組み入れることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、前記分割単位毎に検出する位置ずれ検出過程またはその手段において、分割単位ピッチで求めた位置ずれ量［δｘ０ａ〜δｘ０ｄ、δｙ０ａ〜δｙ０ｄ］を内挿して分割単位以下のピッチで位置ずれ量［zureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］を算出することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、前記分割単位毎の判定過程またはその手段において、第１の画像と第２の画像との間において抽出された階調値の差に対して欠陥候補が存在するか否かを判定する判定基準値に、前記分割単位以下のピッチで算出した位置ずれ量［zureＸａ(ｘ，ｙ)〜zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ（ｘ，ｙ）〜zureＹｄ(ｘ，ｙ)］に応じた階調値の変動成分を組み入れたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、分割されて切出された第１の画像と第２の画像の階調値がほぼ等しくなるよう、少なくとも一方の階調値を補正する過程またはその手段を備えることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、前記分割単位ごとに算出した位置ずれ量に応じて、分割単位ごとに画像のシフトおよび、階調値の内挿により位置合わせを行う過程またはその手段を備えることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、分割単位毎の第１の画像と第２の画像との画素単位以上の位置ずれ量を算出するのに、（数５）式および（数６）式に基づいて第１の画像と第２の画像のうちの一方を他方に対して１画素ずつｘ、ｙ方向にシフトさせながら、順に類似度（整合度）を計算し、類似度（整合度）が最も高いシフト量を位置ずれ量とする方法を用いることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、位置ずれ量を検出する際、整合度として相互相関を用いることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、分割単位毎の第１の画像と第２の画像との位置ずれ量を算出するのに、第１の画像と第２の画像に２次元離散的フーリエ変換を施してそれぞれのフーリエ変換画像［Ｆ１(ｓ，ｔ)、Ｇ１(ｓ，ｔ)］を作成し、次いで、一方のフーリエ変換画像に他方のフーリエ変換画像の複素共役を掛け合わせたクロスパワースペクトル画像ｃｓｐ(ｓ，ｔ)を作成し、次いで、クロスパワースペクトル画像を逆フーリエ変換して相互相関画像［ｃｏｒｒ(ｘ，ｙ)］を得、相互相関画像上で最も階調値すなわち相関値が高い座標を位置ずれ量として（相互相関画像の階調値分布から）、画素の精度で位置ずれ量を求めることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、分割単位毎の第１の画像と第２の画像との位置ずれ量を算出するのに、第１の画像と第２の画像に２次元離散的フーリエ変換を施してそれぞれのフーリエ変換画像［Ｆ１(ｓ，ｔ)、Ｇ１(ｓ，ｔ)］を作成し、次いで、一方のフーリエ変換画像に他方のフーリエ変換画像の複素共役を掛け合わせたクロスパワースペクトル画像ｃｓｐ(ｓ，ｔ)を作成し、次いで、クロスパワースペクトル画像を逆フーリエ変換して相互相関画像［ｃｏｒｒ(ｘ，ｙ)］を得、相互相関画像の階調値の内挿により、画素以下の精度で位置ずれ量を求めることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明は、物理量のサンプリングの結果生ずる画像上の幾何学的歪みを予め計測して歪みを補正するための補正式あるいは補正データテーブルを作成しておき、検査時に得られた第１の画像データ、第２の画像データに対して、前記歪み補正式あるいは歪み補正データテーブルを用いて、座標変換により歪みを補正する過程またはその手段を備えることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、対象物を固定し移動させるステージと、電子ビームを前記ステージの移動方向と直交する方向に走査する手段と、前記ステージに固定された対象物に対して前記電子ビームを走査した時に対象物から発生する電子を所定のサンプリング間隔で検知してデジタル画像信号に変換することによって、検査対象物の電子線像を画像内容として持つ、連続画像データを生成することを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、電子ビームブランキング中の検出信号を基準として暗レベルを補正する前処理回路と、電子ビーム電流に基づいて検出信号を正規化して電子ビームの揺らぎを補正する前処理回路と、電子ビームの走査位置による検出信号強度の違いを補正する前処理回路とを備えることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、電子線像を画像内容として持つ２次元画像上の幾何学的歪みを計測して歪みを補正するための補正式あるいは補正データテーブルを予め作成しておき、電子ビーム走査を、前記補正式あるいは補正データテーブルを用いて制御することを特徴とする。
【００３５】
また、本発明は、前記パターン検査方法および装置は、電子線画像に基づくパターン検査方法および装置であって、動的な画像歪みに対して対処できるようにしたことを特徴とする。
【００３６】
以上説明したように、前記構成によれば、電子顕微鏡等による被検査対象物上に形成されたパターンの検査において、被検査対象物および検査装置側に起因した、パターン形状の微小な差異、階調値の差異、パターンの歪み、位置ずれといった不一致が引き起こす虚報を低減し、より微細な欠陥または欠陥候補の検出が可能となる。特に動的な画像歪みに対して対処することが可能となる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るパターン検査方法および装置の実施の形態を図を用いて説明する。
【００３８】
＜＜第１の実施の形態＞＞
本発明に係るパターン検査方法および装置の第１の実施の形態を図１に示す。ここでは、電子線３０によりウエハ等の検査対象物１００を走査して、電子線の照射によって検査対象物１００から発生する電子を検知し、その強度変化に基づいて走査部位の電子線像を得、電子線像を用いてパターン検査を行う。
検査対象物１００としては、例えば図２に示す如く半導体ウエハ１がある。この半導体ウエハ１には最終的に同一の製品となるチップ１ａが多数配列されている。チップ１ａの内部のパターンレイアウトは、同図の拡大図に示すように、メモリセルが２次元的に同一ピッチで規則的に配列しているメモリマット部１ｃと、周辺回路部１ｂとからなる。この半導体ウエハ１のパターン検査は、あるチップ（例えばチップ１ｄ）での検出画像を記憶しておき、別のチップ（例えばチップ１ｅ）での検出画像とを比較する（以下「チップ比較」と呼ぶ）、あるいは、あるメモリセル（例えばメモリセル１ｆ）での検出画像を記憶しておき、別のセル（例えばセル１ｇ）での検出画像とを比較する（以下「セル比較」と呼ぶ）ことにより実施する。
【００３９】
本パターン検査システムは、図１に示す如く、検出部１０１、画像取り出し部１０２，画像処理部１０３、システム全体を制御する全体制御部１０４からなる。全体制御部１０４には、検査対象物１００や標準試料に関する情報等を入力するための記録媒体やネットワークも含む入力手段１４６と、様々な制御情報や画像処理部１０３から得られる欠陥や欠陥候補に関する情報等を表示(モニタ)できるデイスプレイ等の表示手段１４８とが接続されている。なお、本パターン検査システムは、室内が真空排気される検査室１０５と、該検査室１０５内に検査対象物１００を搬入、搬出するための予備室（図示せず）を備えており、この予備室は検査室１０５とは独立して真空排気できるように構成されている。
【００４０】
＜第１の実施の形態の検出部１０１＞
まず、検出部１０１について図１を用いて説明する。
即ち、検出部１０１における検査室１０５内は、大別して、電子光学系１０６、電子検出部１０７、試料室１０９、および光学顕微鏡部１０８から構成される。電子光学系１０６は、電子銃３１、電子線引き出し電極１１１、コンデンサレンズ３２、ブランキング用偏向器１１３、走査偏向器３４、絞り１１４、対物レンズ３３、反射板１１７、ＥｘＢ偏向器１１５、およびビーム電流を検出するファラデーカップ（図示せず）から構成される。反射板１１７は、円錐形状にして二次電子増倍効果を持たせた。
電子検出部１０７のうち、例えば二次電子、反射電子等の電子を検出する電子検出器３５が検査室１０５内の例えば対物レンズ３３の上方に設置されている。電子検出器３５の出力信号は、検査室１０５の外に設置されたアンプ３６で増幅される。
【００４１】
試料室１０９は、Ｘステージ１３１、Ｙステージ１３２、位置モニタ用測長器１３４、検査基板高さ測定器１３５から構成されている。なお、ステージには、回転ステージを設けても良い。
位置モニタ用測長器１３４は、ステージ１３１、１３２等の位置をモニタし、その結果を全体制御部１０４に転送するものである。またステージ１３１、１３２の駆動系も全体制御部１０４によって制御される。この結果、全体制御部１０４は、これらのデータに基いて電子線３０が照射されている領域や位置が正確に把握できるようになっている。
検査基板高さ測定器１３５は、光学式測定器が使用されてステージ１３１、１３２上に載置された検査対象物１００の高さを測定するものである。そして、検査基板高さ測定器１３５で測定された測定データに基いて、電子線３０を細く絞るための対物レンズ３３の焦点距離がダイナミックに補正され、常に検査領域に焦点があった状態で電子線を照射できるように構成されている。なお、図１では、検査基板高さ測定器１３５は、検査室１０５の内部に設置されているが、検査室１０５の外部に設置し、ガラス窓等を通して検査室１０５の内部に光を投影するなどする方式でもよい。
【００４２】
光学顕微鏡部１０８は、検査室１０５の室内における電子光学系１０６の近傍であって、互いに影響を及ぼさない程度離れた位置に設置されており、電子光学系１０６と光電顕微鏡部１０８との間の距離は当然既知の値となって構成されている。そして、Ｘステージ１３１またはＹステージ１３２が電子光学系１０６と光学顕微鏡部１０８との間の既知の距離を往復移動するように構成されている。光学顕微鏡部１０８は、光源１４２、光学レンズ１４１、ＣＣＤカメラ１４０により構成されている。光学顕微鏡部１０８は、検査対象物１００である例えば半導体ウエハ１に形成された回路パターンの光学画像を検出し、この検出された光学画像に基いて回路パターンの回転ずれ量を算出し、この算出された回転ずれ量を全体制御部１０４に送信する。すると全体制御部１０４は、この回転ずれ量分を例えば回転ステージを回転させることによって補正をすることが可能となる。また全体制御部１０４は、この回転ずれ量を補正制御回路１４３に送り、補正制御回路１４３によりこの回転ずれ量に基いて例えば走査偏向器３４による電子線の走査偏向位置を補正することによって回転ずれの補正が可能となる。また光学顕微鏡部１０８は、検査対象物１００である例えば半導体ウエハ１に形成された回路パターンの光学画像を検出し、例えばこの光学画像をモニタ（図示せず）に表示して観察し、この観察された光学画像に基いて検査領域の座標を入力手段１４６を用いて全体制御部１０４に入力することによって、検査領域を全体制御部１０４に対して設定することもできる。また例えば半導体ウエハ１に形成された回路パターンにおけるチップ間のピッチ、或いはメモリセルのような繰り返しパターンの繰り返しピッチを予め測定して、全体制御部１０４に入力させることも可能となる。なお、光学顕微鏡部１０８は、図１では検査室１０５の内部にあるが、検査室１０５の外部に配置して、ガラス窓等を通して半導体ウエハ１の光学画像を検出するのでも良い。
【００４３】
図１に示す如く、電子銃３１を出た電子ビームは、コンデンサレンズ３２、対物レンズ３３を経て、試料面では画素サイズ程度のビーム径に絞られる。この際、グランド電極３８、リターディング電極３７によって、試料１００に負電位を引加し、対物レンズ３３と検査対象物（試料）１００間で電子ビームを減速することで低加速電圧領域での高分解能化を図る。電子線が照射されると、検査対象物（ウエハ１）１００からは電子が発生する。走査偏向器３４による電子線のＸ方向の繰り返し走査と、ステージ１３２による検査対象物（試料）１００のＹ方向の連続的な移動に同期して検査対象物１００から発生する電子を検出することで、検査対象物の２次元の電子線像が連続的に得られる（：連続画像データ）。
【００４４】
なお、リターディング方式では、グランド電極３８、およびリターディング電極３７により電位分布を作り出して、実効的な加速電圧を低下させている。仮にステージ１３２が移動して検査個所が検査対象物１００の端部（周辺部）に来たときでも、中央の時と変わらない電位分布であるならば歪みは生じないが、それには電極（グランド電極３８、およびリターディング電極３７）を無限に大きくする必要がある。しかしながら、電極を無限に大きくできないことからして、リターディング方式では、検査対象物１００の端部（周辺部）と中央部の磁界分布を等しくすることは非常に難しいので、中央部の歪が無いと定義すれば、特に検査対象物の周辺部において歪みが存在することになる。このように、検査対象物の周辺部において磁界分布が歪むことにより、電子ビームの走査が乱れ、その結果検出画像に歪みが生ずることになる（図５参照）。図５に示す状況では検査対象物全面を検査するのは難しい。この対策として、検査に先立ち予め既知の寸法または形状を有する繰り返しパターンを形成した標準試料をステージ１３２に搭載し、画像取り出し部１０２において該標準試料から得られる検出画像を検出して前処理された画像を例えばメモリ４２ａまたは４２ｂに記憶させ、例えば全体制御部１０４内の計算機（ＣＰＵ）または全体制御部１０４に接続された計算機によりメモリ４２ａまたは４２ｂに記憶された前処理された検出画像から歪みを計測しておき、検査時には計測データ用いて、補正制御回路１４３を介して偏向制御部１４４で電子ビームの走査速度、走査地点（Ｘ座標およびＹ座標）を制御するようにする。例えば、偏向器３４に対して与える電圧を図６に示す実線から、破線のようにする。リターディング起因の歪みは、再現性があるため、この方法により歪みが改善され、検査可能領域を広げられるようになる。予め歪みのデータをとるには、例えば、同一パターンが適当なピッチで規則的に配列されたような試料を用いるのが望ましい。またそうしたパターンを持つ歪み計測用専用試料を製作して用いてもよい。そして、予め歪みのデータを取るには、適当なパターンピッチを持つテストパターン付き試料の画像を画像取り出し部１０２において検出し、全体制御部１０４内の計算機（ＣＰＵ）または全体制御部１０４に接続された計算機により検出画像上で歪みを計測すればよい。上記計算機は、画像上で、繰り返しパターンの最小単位毎に位置を認識し（繰り返しパターンの適当な特徴を認識しても良いし、あるいは繰り返しパターンの最小単位をテンプレートとするテンプレートマッチングを行なっても良い。）、その認識された位置と上記パターンのあるべき位置とを比較することによって歪み量を算出して計測することができる。なお、歪み方は、試料のサイズが等しければほぼ再現するが、試料のサイズが異なれば異なった歪み方になるため、試料のサイズ別に補正データを持つ必要がある。さらに、場合によっては試料上のパターンが絶縁体か、導電体かによっても差が生ずることもあるため、上記計算機において、適宜補正データを準備する必要がある。
【００４５】
検査対象物（試料）１００から発生した電子は検出器３５で捕らえられ、アンプ３６で増幅される。ここで、高速検査を可能にするために、電子ビームをＸ方向に繰り返し走査させる偏向器３４としては、偏向速度の速い静電偏向器を用いることが、また、電子銃３１としては、電子ビーム電流を大きくできるので照射時間が短くできる熱電界放射型電子銃を用いることが、また、検出器３５には高速駆動が可能な半導体検出器を用いることが望ましい。
【００４６】
＜第１の実施の形態の画像取り出し部１０２＞
次に、画像取り出し部１０２について、図１、図３、図４を用いて説明する。即ち、電子検出部１０７における電子検出器３５で検出された電子検出信号は、アンプ３６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３９によりデジタル画像データ（階調画像データ）に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換器３９の出力を、光変換手段（発光素子）１２３、伝送手段（光ファイバケーブル）１２４、および電気変換手段（受光素子）１２５により伝送するように構成した。この構成によれば、伝送手段１２４はＡ／Ｄ変換器３９のクロック周波数と同じ伝送速度であれば良い。Ａ／Ｄ変換器３９の出力は、光変換手段（発光素子）１２３において光デジタル信号に変換され、伝送手段（光ファイバケーブル）１２４によって光伝送されて電気変換手段（受光素子）１２５によりデジタル画像データ（階調画像データ）に変換される。このように光信号に変換して伝送するのは、反射板１１７からの電子５２を半導体検出器３５に導くために、半導体検出器３５から光変換手段１２３までの構成要素（半導体検出器３５、アンプ３６、Ａ／Ｄ変換器３９、および光変換手段（発光素子）１２３）を高電圧電源（図示せず）により正の高電位にフローティングする必要があるからである。正確には、半導体検出器３５のみを正の高電圧にすればよい。しかしアンプ３６とＡ／Ｄ変換器３９は、ノイズの混入と信号の劣化を防ぐため、半導体検出器の直近にある方が望ましく、半導体検出器３５のみを正の高電圧に保つことは困難で、上記構成要素全体を高電圧にする。すなわち、伝送手段（光ファイバケーブル）１２４は高絶縁材料で形成されているため、光変換手段（発光素子）１２３においては正の高電位レベルにあった画像信号が、伝送手段（光ファイバケーブル）１２４を通過後、電気変換手段（受光素子）１２５からはアースレベルの画像信号の出力が得られる。
【００４７】
前処理回路（画像補正回路）４０は、図３に示すごとく、暗レベル補正回路７２、電子源の揺らぎ補正回路７３、シェーディング補正回路７４、フィルタリング処理回路８１，歪み補正回路８４等によって構成される。電気変換手段（受光素子）１２５から得られるデジタル画像データ（階調画像データ）７１は、前処理回路（画像補正回路）４０において、暗レベル補正、電子源の揺らぎ補正、シェーディング補正等の画像補正が行われる。暗レベル補正回路７２における暗レベル補正は、図４に示すように、全体制御部１０４から得られる走査ライン同期信号７５に基いて抽出されるビーム・ブランキング期間中における検出信号７１を基準に暗レベルを補正する。即ち暗レベルを補正する基準信号は、ビーム・ブランキング期間中の例えば特定位置における特定数画素の階調値の平均を暗レベルとし、走査ライン毎に更新する。このように暗レベル補正回路７２において、ビーム・ブランキング期間中に検出される検出信号が、ライン毎に更新される基準信号に暗レベル補正が行われる。電子源の揺らぎ補正回路７３における電子源の揺らぎ補正は、図４に示すように、暗レベル補正がなされた検出信号７６を、補正周期（例えば１００ｋＨｚのライン単位）で上記ビーム電流を検出するファラデーカップ（図示せず）でモニタされたビーム電流７７で正規化して行う。電子源の揺らぎには、急激な変動がないので、１〜数ライン前に検出されたビーム電流を用いてもよい。シェーディング補正回路７４におけるシェーディング補正は、図４に示すように、電子源の揺らぎ補正された検出信号７８に対して、全体制御部１０４から得られるビーム走査位置７９による光量変動を補正するものである。即ち、シェーディング補正は、予め検出した基準明るさデータ８３をもとに画素毎に補正（正規化）を行うものである。シェーディング補正用基準データ８３は、予め、シェーディング補正機能をｏｆｆにした上で検出して、検出された画像データを一旦画像メモリ（例えば１４７）に格納し、この格納された画像データを、全体制御部１０４内に設けられた計算機または全体制御部１０４にネットワークで接続された上位の計算機に送信し、全体制御部１０４内に設けられた計算機または全体制御部１０４にネットワークで接続された上位の計算機においてソフトウエアで処理して作成する。またシェーディング補正用基準データ８３は、全体制御部１０４にネットワークで接続された上位の計算機において予め算出して保持しておき、検査開始時にダウンロードし、このダウンロードしたデータをシェーディング補正回路７４におけるＣＰＵが取り込めるようにしても良い。全視野幅対応については、シェーディング補正回路７４内に、通常の電子ビームの振り幅の画素数（例えば１０２４画素）の補正メモリを２面持ち、検査領域外の時間（１視野検査終了から次の１視野検査開始までの時間）にメモリを切り換えることにより対応する。補正データとしては、電子ビームの最大の振り幅の画素数（例えば５０００画素）分持ち、各補正メモリに次の１視野検査終了までにＣＰＵが書き替えればよい。
【００４８】
以上、電気変換手段（受光素子）１２５から得られるデジタル画像データ（階調画像データ）７１に対して、暗レベル補正（ビーム・ブランキング期間中における検出信号７１を基準に暗レベルを補正する。）、電子ビーム電流の揺らぎ補正（ビーム電流強度をモニターし、信号をビーム電流で正規化する）、シェーディング補正（ビーム走査位置による光量変動を補正）を行った後、補正されたデジタル画像データ（階調画像データ）８０に対して、フィルタリング処理回路８１において、ガウシアンフィルタ、平均値フィルタ、あるいはエッジ強調フィルタなどによるフィルタリング処理を行って、画質を改善する。
【００４９】
また、必要に応じて、歪み補正回路８４により、画像の歪みを補正する。歪みの少ない画像を検出するために偏向器３４を制御して電子ビームの走査箇所をコントロールすることを先に述べたが、本歪み補正回路８４は、一旦検出された画像上で歪みを補正するものである。すなわち、予め、画像の検出位置と歪み量の関係を調べ、次に示す(数１)式で示されるような座標に応じた歪みの補正式を作っておき、補正式により検出画像の座標変換を行う。すなわち、補正前の画素の座標を(ｘ，ｙ)、補正後の画素の座標を(Ｘ，Ｙ)とした時、歪みの補正式を高次多項式とするならば、次に示す(数１)式のように表される。
【００５０】
【数１】
0004002655.tif 000002
【００５１】
例えば、２次多項式の場合には、次ぎに示す(数２)式の関係となる。
Ｘ＝ａ11＋ａ21ｘ＋ａ12ｙ＋ａ22ｘｙ
Ｙ＝ｂ11＋ｂ21ｘ＋ｂ12ｙ＋ｂ22ｘｙ                   (数２)
予め、画像の検出位置と歪みの関係を調べるには、既知の寸法または形状を有する繰り返しパターンを形成した標準試料をステージ１３２に搭載し、画像取り出し部１０２において該標準試料から得られる検出画像を検出して前処理された画像を例えばメモリ４２ａまたは４２ｂに記憶させ、例えば全体制御部１０４内の計算機（ＣＰＵ）または全体制御部１０４に接続された計算機によりメモリ４２ａまたは４２ｂに記憶された前処理された検出画像における繰り返しパターンの最小単位毎の位置（補正前の画素の座標（ｘ，ｙ）に対応する。）を認識し、該認識された繰り返しパターンの最小単位毎の位置と、該繰り返しパターンがあるべき位置（補正後の画素の座標(Ｘ，Ｙ)に対応する。）との関係から、上記(数１)式に示す係数ａij，ｂijを試料上における位置座標ごとに、例えば最小２乗法により決定して歪み補正回路８４に記憶しておく。
【００５２】
歪み補正回路８４において、Ｘ、Ｙが非整数の場合には、なんらかの内挿近似により画素と画素の間の階調値を決定する。内挿には、座標(ｘ，ｙ)における階調値をｆ(ｘ，ｙ)、画素と画素の間の座標(ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ)における階調値をｆ(ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ)とすれば、たとえば次に示す(数３)式の線形近似を用いる。
【００５３】
0004002655.tif 000003
ただし、ｄｘ，ｄｙは０〜０．５
図３に示す前処理回路（画像補正回路）４０において行なう種々の補正は、後の欠陥判定処理において有利なように検出画像を変換するためのものである。常に全ての補正が必要というわけではなく、また、これらの補正の順序も図３に示す通りでなくともかまわない。
ところで、シフトレジスタ等で構成される遅延回路４１は、前処理回路４０から画質が改善されたデジタル画像信号（階調画像信号）を一定時間だけ遅延させるが、遅延時間を、全体制御部１０４から得て、例えばステージ２がチップピッチ分（図２でのｄ１）移動する時間にすれば、遅延された信号ｇ０と遅延されていない信号ｆ０とは隣り合うチップの同じ箇所での画像信号となり、前述したチップ比較検査となる。あるいは遅延時間を、全体制御部１０４から得て、ステージ２がメモリセルのピッチ分（図２でのｄ２）移動する時間にすれば、遅延された信号ｇ０と遅延されていない信号ｆ０とは隣り合うメモリセルの同じ箇所での画像信号となり、前述したセル比較検査となるわけである。このように遅延回路４１は、全体制御部１０４から得られる情報に基いて、読み出す画素位置を制御することによって任意の遅延時間を選択できるように構成されている。以上のようにして、画像取り出し部１０２から、比較すべきデジタル画像信号（階調画像信号）ｆ０とｇ０とが取り出される。以下、ｆ０を検出画像、ｇ０を比較画像と呼ぶことにする。
【００５４】
＜第１の実施の形態の画像処理部１０３ａ＞
次に画像処理部１０３ａについて、図１を用いて説明する。
本発明に係る第一の実施の形態では、座標(ｘ，ｙ)の階調値がｆ０(ｘ，ｙ)である検出画像（第１の画像)と座標(ｘ，ｙ)の階調値がｇ０(ｘ，ｙ)である比較画像（第２の画像）とを比較して欠陥判定を行う。比較をする際、まず問題となるのは、画像の歪みである。偏向器３４の制御によって、あるいは、歪み補正回路８４を用いることによって、静的な歪み（予測可能な歪み）が補正されても、ステージ１３１、１３２等の振動、検査対象物１００のパターン分布によって生ずる磁界の変化などがもたらす動的な歪みは、予め補正しておくことはできない。
【００５５】
本発明では、こうした、動的な歪みに対処するために、図７に示すように、該動的な歪みが無視できる程度のサイズまで、画像を細かく分割し、分割単位ごとに欠陥判定を行うようにする。
【００５６】
分割単位のサイズは、次の（１）、（２）、（３）のことを考慮して決定する。（１）その系で検出される画像の歪みの程度。
（２）検出すべき欠陥のサイズ（検出すべき欠陥のサイズが小さいほどわずかな歪みも問題になる）。
（３）分割単位を小さくすると分割単位あたりの画素数が減少して位置ずれ計測の精度が低くなること。
【００５７】
図１に示す画像処理部１０３は、図８に示すように電子線によるＸ方向の１走査を例えば４分割する場合の構成である。画像取り出し部１０２から出力される連続画像データｆ０(ｘ，ｙ)と、ｇ０(ｘ，ｙ)とは、始めに２次元の各画像メモリ４２ａ、４２ｂに格納される。該２次元の画像メモリ４２ａ、４２ｂはそこから読み出す領域を自由に設定できる機能を持つ画像メモリである。各２次元の画像メモリ４２ａ、４２ｂには、２次元のメモリ部分４２１ａ、４２１ｂと、読み出し開始・終了アドレス格納用のレジスタ４２２ａ、４２２ｂとを有する。図８に示すような位置の画像が処理されるべく、全体制御部１０４がレジスタ４２２ａ、４２２ｂに値を設定（セット）する。この値により、メモリ部分４２１ａ、４２１ｂに記憶された画像データの一部（分割単位）であるｆ１(ｘ，ｙ)およびｇ１(ｘ，ｙ)が読み出されることになる。即ち、図８に示すように、全体制御部１０４によって分割単位の座標でもって、読み出し開始・終了アドレス格納用のレジスタ４２２ａ、４２２ｂに対して設定された（セットされた）２次元のメモリ部分４２１ａ、４２１ｂに記憶された分割単位の領域から連続画像データｆ１(ｘ，ｙ)およびｇ１(ｘ，ｙ)が読み出されることになる。なお、上記説明では、各画像メモリ４２ａ、４２ｂにおいて、各読み出し開始・終了アドレス格納用のレジスタ４２２ａ、４２２ｂによってセットされた分割単位の領域毎に、各２次元のメモリ部分４２１ａ、４２１ｂに記憶された画像を切出して読み出すように構成したが、更に分割単位毎に切出し２次元のメモリ部分を有し、全体制御部１０４によって指定される分割単位の座標に基いて各２次元のメモリ部分４２１ａ、４２１ｂから分割単位毎の画像を切出して分割単位毎に設置された切出し２次元のメモリ部分に記憶させて分割単位毎の連続画像データｆ１(ｘ，ｙ)と、ｇ１(ｘ，ｙ)とを用意しても良い。
【００５８】
分割単位毎の位置ずれ検出部４４ａは、全体制御部１０４からの分割単位の座標に基く指定によって各２次元の画像メモリ４２ａ、４２ｂから第１の分割単位で読み出された画像の第１の部分ｆ１ａ(ｘ，ｙ)、ｇ１ａ(ｘ，ｙ)について、画素単位の位置合わせ部４４１、４４７において画素単位で位置合わせが行われてｆ２ａ(ｘ，ｙ)、ｇ２ａ(ｘ，ｙ)またはｆ４ａ(ｘ，ｙ)、ｇ４ａ(ｘ，ｙ)が出力され、その後画素単位以下の位置ずれ検出部４４２においてサブピクセルの精度でｆ２ａ(ｘ，ｙ)、ｇ２ａ(ｘ，ｙ) またはｆ４ａ(ｘ，ｙ)、ｇ４ａ(ｘ，ｙ)間の位置ずれ量であるｘ方向の位置ずれ量δｘ０ａと、ｙ方向の位置ずれ量δｙ０ａとを求める。同じく、分割単位毎の位置ずれ検出部４４ｂは、全体制御部１０４からの分割単位の座標に基く指定によって各２次元のメ画像モリー４２ａ、４２ｂから第２の分割単位で読み出された画像の第２の部分ｆ１ｂ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｂ(ｘ，ｙ)について、画素単位の位置合わせ部４４１において画素単位で位置合わせが行われてｆ２ｂ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｂ(ｘ，ｙ)またはｆ４ａ(ｘ，ｙ)、ｇ４ａ(ｘ，ｙ)が出力され、その後画素単位以下の位置ずれ検出部４４２においてサブピクセルの精度でｆ２ｂ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｂ(ｘ，ｙ)またはｆ４ｂ(ｘ，ｙ)、ｇ４ｂ(ｘ，ｙ)間の位置ずれ量δｘ０ｂ、δｙ０ｂを求める。分割単位毎の位置ずれ検出部４４ｃおよび４４ｄについても同様に、全体制御部１０４からの分割単位の座標に基く指定によって各２次元の画像メモリ４２ａ、４２ｂから第３の分割単位および第４の分割単位で読み出された画像の第３の部分ｆ１ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｃ(ｘ，ｙ)および画像の第４の部分ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)について、画素単位の位置合わせ部４４１において画素単位で位置合わせが行われてｆ２ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｃ(ｘ，ｙ)またはｆ４ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ４ｃ(ｘ，ｙ)およびｆ２ｄ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｄ(ｘ，ｙ)またはｆ４ｄ(ｘ，ｙ)、ｇ４ｄ(ｘ，ｙ)が出力され、その後画素単位以下の位置ずれ検出部４４２においてサブピクセルの精度でｆ２ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｃ(ｘ，ｙ)間の位置ずれ量δｘ０ｃ、δｙ０ｃまたはｆ４ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ４ｃ(ｘ，ｙ)およびｆ２ｄ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｄ(ｘ，ｙ)またはｆ４ｄ(ｘ，ｙ)、ｇ４ｄ(ｘ，ｙ)間の位置ずれ量δｘ０ｄ、δｙ０ｄを求める。全体制御部１０４が画像メモリ４２ａに対して設定して指定する分割単位の座標におけるｆ１ａ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｂ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｃ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)の連続画像データ上での位置関係を図８に示す。全体制御部１０４が画像メモリ４２ａに対して設定して指定する分割単位をオーバーラップさせるのは、位置ずれにより検査できない領域を生じさせないためである。オーバーラップ量は、位置ずれ量として予想される最大値分以上が必要である。全体制御部１０４が画像メモリ４２ｂに対して設定して指定する分割単位の座標におけるｇ１ａ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｂ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)の連続画像データ上での位置関係も同様となる。各分割単位毎の位置ずれ検出部４４ａ〜４４ｄは、図１０に示すように、各画像メモリ４２ａおよび４２ｂから図８に実線で示す分割単位で読み出された画像に対して例えば画素単位での位置合わせ処理が終了すると、破線で示す分割単位の画像ｆ２ａ(ｘ，ｙ)、ｆ��ｂ(ｘ，ｙ)、ｆ２ｃ(ｘ，ｙ)、ｆ２ｄ(ｘ，ｙ)と画像ｇ２ａ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｂ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ２ｄ(ｘ，ｙ)との間の位置合わせ処理が開始される。即ち、図１０（ａ）には、実線で示す分割単位の処理内容を示し、図１０（ｂ）には、破線で示す分割単位の処理内容を示す。画像は、次々と連続的に検出されるので、実線で示す分割単位がある処理を行なっている間、破線で示す分割単位は、実線で示す分割単位が一つ前に行なっていた処理を行なう（いわゆるパイプライン形処理）。
【００５９】
即ち、実線で示す分割単位について▲１▼４４１における処理のとき、破線で示す分割単位について画像メモリ４２ａ、４２ｂからの読み出しが行われる。ついで、実線で示す分割単位について▲２▼４４２における処理＆メモリ４５ａ、４５ｂへの書き込みのとき、破線で示す分割単位について▲１▼４４１における処理が行われる。ついで、実線で示す分割単位について▲３▼４６１，４６２における処理のとき、破線で示す分割単位について▲２▼４４２における処理＆メモリ４５ａ、４５ｂへの書き込みが行われる。ついで、実線で示す分割単位について▲４▼４６３における処理のとき、破線で示す分割単位について▲３▼４６１，４６２における処理が行われる。ところで、図８に示すように、検査できない領域が生じさせないためにｙ方向についても同様に画像メモリ４２ａおよび４２ｂからオーバーラップさせて読み出す必要がある。なお、図１３、図１５、図１７、図１８および図２０に示す第１の実施の形態における変形例では、上記説明と多少異なることになる。
【００６０】
続いて、各分割単位毎の位置ずれ検出部４４ａ〜４４ｄについて、図９を参照して説明する。図９は、４組ある分割単位毎の位置ずれ検出部４４ａ〜４４ｄ、分割単位毎の欠陥判定部４６ａ〜４６ｄのうちの一組分を示したものである。一組の分割単位毎の位置ずれ検出部４４では、分割単位毎の画素単位の位置合わせ部４４１において画素の精度で位置合わせを行った後、分割単位毎の画素以下の位置ずれ検出部４４２において、画素以下の位置ずれ量(δｘ０，δｙ０)を算出する。
分割単位毎の画素単位の位置合わせ部４４１では、上記分割単位毎の検出画像ｆ１(ｘ，ｙ)に対する比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)の位置ずれ量が０〜１画素の間になるように、いいかえれば、ｆ１(ｘ，ｙ)とｇ１(ｘ，ｙ)との「整合度」が最大となる位置が０〜１画素の間になるように、例えばｇ１(ｘ，ｙ)の位置をずらす。なお、上記「整合度」としては、次に示す(数４)式などが考えられる。
ΣΣ｜ｆ１−ｇ１｜，  ΣΣ(ｆ１−ｇ１)2                      (数４)
ΣΣ｜ｆ１−ｇ１｜は、検出画像ｆ０(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)との差の絶対値の各分割単位に亘る画像内の合計である。ΣΣ(ｆ１−ｇ１)2は、検出画像ｆ０(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)との差を２乗して各分割単位に亘ってｘ方向およびｙ方向に積分した値を示す。あるいは、よく知られている、ｆ１とｇ１の相互相関を用いてもよい。ここではΣΣ｜ｆ１−ｇ１｜を採用した場合について示す。
【００６１】
分割単位毎に得られる比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)のｘ方向のずらし量をｍｘ，ｙ方向のずらし量をｍｙ（ただしｍｘ，ｍｙは整数）とし、ｅ１(ｍｘ，ｍｙ)、ｓ１(ｍｘ，ｍｙ)の各々を次に示す(数５)式および(数６)式のように定義する。
ｅ１(ｍｘ，ｍｙ)＝ΣΣ|ｆ１(ｘ，ｙ)−ｇ１(ｘ＋ｍｘ，ｙ＋ｍｙ)| (数５)
ｓ１(ｍｘ，ｍｙ)＝ｅ１(ｍｘ，ｍｙ)＋ｅ１(ｍｘ＋１，ｍｙ)＋ｅ１(ｍｘ，ｍｙ＋１)＋ｅ１(ｍｘ＋１，ｍｙ＋１)                              (数６)
(数５)式において、ΣΣは各分割単位内の合計を表す。ここで求めたいのはｓ１(ｍｘ，ｍｙ)が最小となるｘ方向のずらし量をｍｘ，ｙ方向のずらし量をｍｙの値なので、ｍｘ，およびｍｙの各々を±０，１，２，３，４・・・・・ｎと変化させて、いいかえれば、各分割単位において、比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)を画素ピッチでずらして、その時々のｓ１(ｍｘ，ｍｙ)を算出する。そして、それが最小となるｍｘの値ｍｘ０と、ｍｙの値ｍｙ０とを求める。なお、比較画像の最大ずらし量であるｎは、検出部１０１の位置精度に応じて、位置精度が悪いほど大きな値にする必要がある。
【００６２】
分割単位毎の画素単位の位置合わせ部４４１からは、各分割単位毎に得られる検出画像ｆ１(ｘ，ｙ)はもとのまま、各分割単位毎に得られる比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)は(ｍｘ０，ｍｙ０)だけずらして出力する。すなわち、ｆ２(ｘ，ｙ)＝ｆ１(ｘ，ｙ)、ｇ２(ｘ，ｙ)＝ｇ１(ｘ＋ｍｘ０，ｙ＋ｍｙ０)である。なお、f１とｇ１の画像のサイズが元々等しければ、ｍｘ０、ｍｙ０の位置ずれにより、各分割単位毎の画像の周辺部においてｍｘ０画素幅、ｍｙ０画素幅が無効領域となる（比較相手の画像が存在しない領域のため）。図８で、分割単位をオーバーラップさせているのは、この無効領域があるためである。
分割単位毎の画素以下の位置ずれ検出部４４２では，分割単位に亘る画素以下の位置ずれ量（位置ずれ量は０〜１の実数となる。）を算出する。分割単位に亘る画素以下の位置ずれとは、図１１に示すような状況である。図１１において、鎖線で示された四角の升目が画素を示し、電子検出器３５で検出されてＡ／Ｄ変換器３９でサンプリングされてデジタル値（階調値）に変換される単位である。同図では分割単位毎の（分割単位に亘る）比較画像ｇ２が分割単位毎の（分割単位に亘る）検出画像ｆ２に対して、ｘ方向に２＊δｘ、ｙ方向に２＊δｙだけ位置がずれている。整合度の測度としては、やはり(数４)式で示すような選択肢があるが、ここでは、「差の２乗和」(ΣΣ(ｆ２−ｇ２)2)を採用した例を示す。
【００６３】
分割単位毎の検出画像ｆ２(ｘ，ｙ)と分割単位毎の比較画像ｇ２(ｘ，ｙ)との中間位置を位置ずれ量０とする。すなわち、図１１に示す状況では、ｆ２はｘ方向に−δｘ、ｙ方向に−δｙ、ｇ２はｘ方向に＋δｘ、ｙ方向に＋δｙだけずれていると仮定する。δｘ、δｙは整数ではないため、δｘ、δｙだけずらすには、画素と画素の間の値を定義する必要がある。分割単位毎の検出画像ｆ２をｘ方向に＋δｘ、ｙ方向に＋δｙだけずらした分割単位毎の検出画像ｆ３、ｇ１をｘ方向に−δｘ、ｙ方向に−δｙだけずらした分割単位毎の比較画像ｇ３を、次に示す(数７)式および(数８)式のように定義する。
ｆ３(ｘ，ｙ)＝ｆ２(ｘ＋δｘ，ｙ＋δｙ)＝ｆ２(ｘ，ｙ)＋δｘ(ｆ２(ｘ＋１，ｙ)−ｆ２(ｘ，ｙ))＋δｙ(ｆ２(ｘ，ｙ＋１)−ｆ２(ｘ，ｙ))         (数７)
ｇ３(ｘ，ｙ)＝ｇ２(ｘ−δｘ，ｙ−δｙ)＝ｇ２(ｘ，ｙ)＋δｘ(ｇ２(ｘ−１，ｙ))−ｇ２(ｘ，ｙ))＋δｙ(ｇ２(ｘ，ｙ−１)−ｇ２(ｘ，ｙ))        (数８)
(数７)(数８)式はいわゆる線形補間である。  ｆ３とｇ３との整合度ｅ２(δｘ，δｙ)は「差の２乗和」を採用すると次に示す(数９)式のようになる。
【００６４】
ｅ２(δｘ，δｙ)＝ΣΣ(ｆ３(ｘ，ｙ)−ｇ３(ｘ，ｙ))2            (数９)
ΣΣは分割単位内の合計である。分割単位毎の画素以下の位置ずれ検出部４４２の目的は、分割単位においてｅ２(δｘ，δｙ)が最小値をとるδｘの値δｘ０、δｙの値δｙ０を求めることである。それには、上記(数９)式をδｘ，δｙで偏微分した式を０とおいて、それをδｘ，δｙについて解けばよい。結果は次に示す(数１０)式および(数１１)式のようになる。
δｘ０＝｛(ΣΣＣ０＊Ｃｙ)＊(ΣΣＣｘ＊Ｃｙ)−(ΣΣＣ０＊Ｃｘ)＊(ΣΣＣｙ＊Ｃｙ)｝／｛(ΣΣＣｘ＊Ｃｘ)＊(ΣΣＣｙ＊Ｃｙ)−(ΣΣＣｘ＊Ｃｙ)＊(ΣΣＣｘ＊Ｃｙ)｝                                             (数１０)
δｙ０＝｛(ΣΣＣ０＊Ｃｘ)＊(ΣΣＣｘ＊Ｃｙ)−(ΣΣＣ０＊Ｃｙ)＊(ΣΣＣｘ＊Ｃｘ)｝／｛(ΣΣＣｘ＊Ｃｘ)＊(ΣΣＣｙ＊Ｃｙ)−(ΣΣＣｘ＊Ｃｙ)＊(ΣΣＣｘ＊Ｃｙ)｝                                             (数１１)
ここでＣ０、Ｃｘ、Ｃｙは、次に示す(数１２)式、(数１３)式、(数１４)式の関係である。
【００６５】
Ｃ０＝ｆ２(ｘ，ｙ)−ｇ２(ｘ，ｙ)                             (数１２)
Ｃｘ＝｛ｆ２(ｘ＋１，ｙ)−ｆ２(ｘ，ｙ)｝−｛ｇ２(ｘ−１，ｙ)−ｇ２(ｘ，ｙ)｝                                                          (数１３)
Ｃｙ＝｛ｆ２(ｘ，ｙ＋１)−ｆ２(ｘ，ｙ)｝−｛ｇ２(ｘ，ｙ−１)−ｇ２(ｘ，ｙ)｝                                                          (数１４)
δｘ０，δｙ０の各々を求めるには、上記(数１０)式、および(数１１)式に示すように、分割単位毎に上記種々の統計量ΣΣＣｋ＊Ｃｋ(但しＣｋ＝Ｃ０、Ｃｘ、Ｃｙ)を求める必要がある。統計量算出部４４３は、分割単位に亘って、画素単位の位置合わせ部４４１から得られる画素単位で位置合わせされた階調値からなる分割単位毎の検出画像ｆ２(ｘ，ｙ)と分割単位毎の比較画像ｇ２(ｘ，ｙ)に基いて、上記種々の統計量ΣΣＣｋ＊Ｃｋの算出を行う。サブＣＰＵ４４４は、統計量算出部４４３において分割単位に亘って計算されたΣΣＣｋ＊Ｃｋを用いて、上記(数１０)式、(数１１)式の演算を行ってδｘ０、δｙ０を求める。
シフトレジスタ等で構成された遅延回路４５ａ，４５ｂは、分割単位毎の画素以下の位置ずれ検出部４４２でδx０、δｙ０を求めるのに要する時間分だけ画像信号ｆ２とｇ２を遅延させるためのものである。
【００６６】
続いて、図１に示す分割単位毎の欠陥判定部４６ａ〜４６ｄの内の一組の分割単位毎の欠陥判定部４６について、図９を参照して説明する。分割単位毎の欠陥判定部４６では、分割単位毎の差分抽出回路４６１において分割単位毎の検出画像ｆ２と分割単位毎の比較画像ｇ２との差画像を作成する一方、分割単位毎の閾値演算回路４６２において各画素に対する閾値を算出し、分割単位毎の閾値処理部４６３において差画像の階調値と閾値を比較して欠陥か否かを判定する。
分割単位毎の差分抽出回路４６１は、計算上２＊δｘ０、２＊δｙ０の位置ずれを有する分割単位の検出画像ｆ２と分割単位の比較画像ｇ２との分割単位毎の差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)を求める。この分割単位毎の差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)は、(数１５)式のように表わされる。
【００６７】
ｓｕｂ(ｘ，ｙ)＝ｇ１(ｘ，ｙ)−ｆ１(ｘ，ｙ)                   (数１５)
分割単位毎の閾値演算回路４６２は、遅延回路４５を経た分割単位毎の画像ｆ２、ｇ２および、画素以下の位置ずれ検出部４４２から得られる分割単位毎の画素以下の位置ずれ量δｘ０、δｙ０を用いて、欠陥候補か否かを判定する、分割単位毎の二つの閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，ｙ)を算出する。thＨ(ｘ，ｙ)は、分割単位毎に得られる差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)の上限を規定する閾値であり、thＬ(ｘ，ｙ)は、分割単位毎に得られる差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)の下限を規定する閾値である。分割単位毎の閾値演算回路４８の構成を図１２に示す。分割単位毎の閾値演算回路４６２における演算の内容を(数１６)式および(数１７)式で表すと次のようになる。
thＨ(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)＋Ｂ(ｘ，ｙ)＋Ｃ(ｘ，ｙ)             (数１６)
thＬ(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)−Ｂ(ｘ，ｙ)−Ｃ(ｘ，ｙ)             (数１７)
ただし、Ａ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数１８)式の関係で示され、分割単位毎に得られる画素以下の位置ずれ量δｘ０、δｙ０を用いて、実質的に分割単位毎に得られる差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)の値に応じて閾値を補正するための項である。
【００６８】
またＢ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数１９)式の関係で示され、分割単位毎に得られる検出画像ｆ２と分割単位毎に得られる比較画像ｇ２との間において、パターンエッジの微小な位置ずれ(パターン形状の微小な差異、パターン歪みも局所的に見ればパターンエッジの微小な位置ずれに帰着する)を許容するための項である。
【００６９】
またＣ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数２０)式の関係で示され、分割単位毎に得られる検出画像ｆ２と分割単位毎に得られる比較画像ｇ２との間において、階調値の微小な差異を許容するための項である。
Ａ(ｘ，ｙ)＝｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＊δｘ０−ｄｘ２(ｘ，ｙ)＊(−δｘ０)｝＋  ｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＊δｙ０−ｄｙ２(ｘ，ｙ)＊(−δｙ０)｝＝｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝＊δｘ０＋｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊δｙ０                                                                (数１８)
Ｂ(ｘ，ｙ)＝｜｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＊α−ｄｘ２(ｘ，ｙ)＊(−α)｝｜＋｜｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＊β−ｄｙ２(ｘ，ｙ)＊(−β)｝｜＝｜｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝＊α｜＋｜｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊β｜   (数１９)
Ｃ(ｘ，ｙ)＝((ｍａｘ１＋ｍａｘ２)／２)＊γ＋ε               (数２０)
ここで、α、βは０〜０．５の実数、γは０以上の実数、εは０以上の整数である。
【００７０】
ｄｘ１(ｘ，ｙ)は、次に示す(数２１)式の関係で示され、分割単位毎に得られる検出画像ｆ２(ｘ，ｙ)におけるｘ方向＋１隣りの画像との階調値の変化分を示す。
またｄｘ２(ｘ，ｙ)は、次に示す(数２２)式の関係で示され、分割単位毎に得られる比較画像ｇ２(ｘ，ｙ)におけるｘ方向−１隣りの画像との階調値の変化分を示す。
またｄｙ１(ｘ，ｙ)は、次に示す(数２３)式の関係で示され、分割単位毎に得られる検出画像ｆ２(ｘ，ｙ)におけるｙ方向＋１隣りの画像との階調値の変化分を示す。
またｄｙ２(ｘ，ｙ)は、次に示す(数２４)式の関係で示され、分割単位毎に得られる比較画像ｇ２(ｘ，ｙ)におけるｙ方向−１隣りの画像との階調値の変化分を示す。
【００７１】
ｄｘ１(ｘ，ｙ)＝ｆ２(ｘ＋１，ｙ)−ｆ２(ｘ，ｙ)              (数２１)
ｄｘ２(ｘ，ｙ)＝ｇ２(ｘ，ｙ)−ｇ２(ｘ−１，ｙ)              (数２２)
ｄｙ１(ｘ，ｙ)＝ｆ２(ｘ，ｙ＋１)−ｆ２(ｘ，ｙ)              (数２３)
ｄｙ２(ｘ，ｙ)＝ｇ２(ｘ，ｙ)−ｇ２(ｘ，ｙ−１)              (数２４)
ｍａｘ１は、次に示す(数２５)式の関係で示され、分割単位毎に得られる検出画像ｆ２(ｘ，ｙ)における自身も含め、ｘ方向＋１隣りの画像、ｙ方向＋１隣りの画像の最大階調値を示す。また、ｍａｘ２は、次に示す(数２６)式の関係で示され、分割単位毎に得られる比較画像ｇ２(ｘ，ｙ)における自身も含め、ｘ方向−１隣りの画像、ｙ方向−１隣りの画像の最大階調値を示す。
【００７２】
ｍａｘ１＝ｍａｘ｛ｆ２(ｘ，ｙ)，ｆ２(ｘ＋１，ｙ)，ｆ２(ｘ，ｙ＋１)，ｆ２(ｘ＋１，ｙ＋１)｝                                          (数２５)
ｍａｘ２＝ｍａｘ｛ｇ２(ｘ，ｙ)，ｇ２(ｘ−１，ｙ)，ｇ２(ｘ，ｙ−１)，ｇ(ｘ−１，ｙ−１)｝                                            (数２６)
まず、分割単位毎の閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，ｙ)を算出する(数１６)式および(数１７)式における第１項Ａ(ｘ，ｙ)について説明する。即ち、分割単位毎の閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，ｙ)を算出する(数１６)式および(数１７)式における第１項Ａ(ｘ，ｙ)は、分割単位毎の画素以下の位置ずれ検出部４４２で求めた分割単位毎の画素以下の位置ずれ量δｘ０、δｙ０に対応して閾値を補正するための項である。例えば(数２１)式で表されるｄｘ１は、分割単位毎の検出画像ｆ２の階調値のｘ方向の局所的な変化率だから、分割単位における(数１８)式に示されるｄｘ１(ｘ，ｙ)＊δｘ０は、位置がδｘ０ずれた時のｆ２の階調値の変化の予測値ということができる。よって、分割単位における(数１８)式に示される第１項｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＊δｘ０−ｄｘ２(ｘ，ｙ)＊(−δｘ０)｝は、ｘ方向にｆ２の位置をδｘ０、ｇ２の位置を−δｘ０ずらした時に、ｆ２とｇ２の差画像の階調値がどのぐらい変化するかを画素ごとに予測した値ということができる。同様に第２項はｙ方向について予測した値ということができる。即ち、分割単位における｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝＊δｘ０は、分割単位毎の検出画像ｆ２と分割単位毎の比較画像ｇ２との差画像におけるｘ方向の局所的変化率｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝に対して位置ずれδｘ０を掛け算してｆ２とｇ２の差画像の階調値がｘ方向にどのぐらい変化するかを画素ごとに予測した値であり、分割単位における｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊δｙ０は、分割単位毎の検出画像ｆ２と分割単位毎の比較画像ｇ２との差画像におけるｙ方向の局所的変化率｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝に対して位置ずれδｙ０を掛け算してｆ２とｇ２の差画像の階調値がｙ方向にどのぐらい変化するかを画素ごとに予測した値である。
以上説明したように、各分割単位毎の閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，ｙ)における第１項Ａ(ｘ，ｙ)は、各分割単位毎の既知の位置ずれδｘ０、δｙ０をキャンセルするための項である。
【００７３】
次に、各分割単位毎の閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，ｙ)を算出する(数１６)式および(数１７)式における第２項Ｂ(ｘ，ｙ)について説明する。即ち、各分割単位毎の閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，ｙ)を算出する(数１６)式および(数１７)式における第２項Ｂ(ｘ，ｙ)は、各分割単位におけるパターンエッジの微小な位置ずれ（パターン形状の微小な差異、も局所的に見ればパターンエッジの微小な位置ずれに帰着する）を許容するための項である。Ａ(ｘ，ｙ)を求める(数１８)式とＢ(ｘ，ｙ)を求める(数１９)式を対比させれば明らかなように、Ｂ(ｘ，ｙ)は位置ずれα、βによる差画像の階調値の変化予測の絶対値である。Ａ(ｘ，ｙ)によって位置ずれがキャンセルされるとするならば、Ａ(ｘ，ｙ)にＢ(ｘ，ｙ)を加算するのは、位置の合った状態から、さらにパターン形状やパターンの歪みに基づく微小な差異によるパターンエッジの微小な位置ずれを考慮してｘ方向にα、ｙ方向にβだけ位置をずらすことを意味している。つまり、分割単位毎のパターン形状やパターンの歪みに基づく微小な差異によるパターンエッジの微小な位置ずれとして、ｘ方向に＋α、ｙ方向に＋βを許容するのが、上記(数１６)式で示す＋Ｂ(ｘ，ｙ)である。また、上記(数１７)式で示す如くＡ(ｘ，ｙ)からＢ(ｘ，ｙ)を減ずるのは、分割単位毎に位置の合った状態からさらにｘ方向に−α、ｙ方向に−βだけ位置をずらすことを意味している。ｘ方向に−α、ｙ方向に−βの位置ずれを許容するのが、上記(数１７)式で示す−Ｂ(ｘ，ｙ)である。上記(数１６)式および(数１７)式で示すごとく、分割単位毎に閾値に上限thＨ(ｘ，ｙ)、下限thＬ(ｘ，ｙ)を設けることによって、分割単位毎に±α、±βの位置ずれを許容することになるわけである。そして、分割単位毎の閾値演算回路４６２において、入力されるパラメータα、βの値を適切な値に設定することによって、分割単位毎にパターン形状やパターンの歪みに基づく微小な差異による許容する位置ずれ量（パターンエッジの微小な位置ずれ量）を自由にコントロールすることが可能となる。
【００７４】
次に、分割単位毎の閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，ｙ)を算出する（数１６）式および（数１７）式における第３項Ｃ(ｘ，ｙ)について説明する。分割単位毎の閾値thＨ(ｘ，ｙ)、thＬ(ｘ，ｙ)を算出する(数１６)式および(数１７)式における第３項Ｃ(ｘ，ｙ)は、分割単位毎の検出画像ｆ２と分割単位毎の比較画像ｇ２との間において、階調値の微小な差異を許容するための項である。(数１６)式で示すようにＣ(ｘ，ｙ)の加算は、分割単位毎の比較画像ｇ２の階調値が分割単位毎の検出画像ｆ２の階調値よりもＣ(ｘ，ｙ)だけ大きいのを許容することを意味し、(数１７)式で示すようにＣ(ｘ，ｙ)の減算は、分割単位毎の比較画像ｇ２の階調値が分割単位毎の検出画像ｆ２の階調値よりもＣ(ｘ，ｙ)だけ小さいのを許容することを意味する。ここでは、Ｃ(ｘ，ｙ)を、(数２０)式で示すように、局所領域での階調値の代表値（ここではｍａｘ値）に比例定数γを掛けた値と、定数εとの和としたが、この関数にこだわる必要はなく、階調値の変動の仕方が既知であれば、それに合った関数するのがよい。例えば、階調値の平方根に変動幅が比例すると分かっていれば、（数２０）式の代わりに、次に示す(数２７)式とすべきである。
【００７５】
Ｃ(ｘ，ｙ)＝（(ｍａｘ１＋ｍａｘ２)の平方根）＊γ＋ε       (数２７)
また、階調値の代表値に対するＣ(ｘ，ｙ)のルックアップテーブル（ＬＵＴ）をあらかじめ作成しておき、ＬＵＴに、階調値の代表値が入力されれば、Ｃ(ｘ，ｙ)が出力されるようにしておいてもよい。階調値の変動の仕方が関数で表しづらい場合にはＬＵＴは好都合である。そして、分割単位毎の閾値演算回路４６２において、Ｂ(ｘ，ｙ)と同様、入力されるパラメータγ、εによって、分割単位毎に許容する階調値の差異を自由にコントロールすることが可能となる。
【００７６】
図１２に示すように、分割単位毎の閾値演算回路４６2は、遅延回路４５から入力される分割単位毎の検出画像ｆ２(ｘ，ｙ)と分割単位毎の比較画像ｇ２(ｘ，ｙ)とに基いて、｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝なる演算を施す演算回路９１と、｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝なる演算を施す演算回路９２と、(max１＋max２)なる演算を施す演算回路９３とを有する。
演算回路９４は、演算回路９１から得られる分割単位毎の｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝と、分割単位毎の画素以下のずれ検出部４４２から得られるδｘ０と、入力されるパラメータαとに基いて、（数１８)式の一部と（数１９)式の一部である（｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝＊δｘ０±|｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝|＊α）なる演算を施す。演算回路９５は、演算回路９２から得られる分割単位毎の｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝と分割単位毎の画素以下の位置ずれ検出部４４から得られるδｙ０と、入力されるパラメータβとに基いて、(数１８)式の一部と(数１９)式の一部である（｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊δｙ０±|｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝|＊β）なる演算を施す。演算回路９６は、演算回路９３から得られる分割単位毎の(max１＋max２)と、入力されるパラメータγ、εとに基いて、例えば（数２０)式に従って（((max１＋max２)／２)＊γ＋ε）なる演算を施す。
【００７７】
更に、分割単位毎の閾値演算回路４６２は、演算回路９４から得られる（｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝＊δｘ０＋|｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝|＊α）と演算回路９５から得られる（｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊δｙ０＋|｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝|＊β）と演算回路９６から得られる（((max１＋max２)／２)＊γ＋ε）とを＋演算して上限の閾値thＨ(ｘ，ｙ)を出力する加算回路９８と、演算回路９６から得られる（((max１＋max２)／２)＊γ＋ε）を−演算する減算回路９７と、演算回路９４から得られる（｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝＊δｘ０−|｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝|＊α）と演算回路９５から得られる（｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊δｙ０−|｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝|＊β）と減算回路９７から得られる−（（（max１＋max２)／２)＊γ＋ε）とを＋演算して下限の閾値ちthＬ(ｘ，ｙ)を出力する加算回路９９とを有している。
なお、分割単位毎の閾値演算回路４６２に入力されるパラメータα、β、γ、εは、検査対象の種類（ウエハの品種、工程など)ごとにパラメータα、β、γ、εの適切な値を記述した、検査パラメータファイルを準備しておき、検査開始時に、品種を入力すると、そのファイルが自動的にロードされるような仕掛けを設けておくと好都合である。
【００７８】
分割単位毎の閾値処理部４６３は、分割単位毎の差画像抽出回路（差分抽出回路）４６１から得られる分割単位毎の差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)、並びに分割単位毎の閾値演算回路４６２から得られる分割単位毎の下限の閾値thＬ(ｘ，ｙ)、および上限の閾値thＨ(ｘ，ｙ)を用いて、次に示す(数２８)式の関係を満たせば、ある分割単位における位置(ｘ，ｙ)の画素は非欠陥候補、満たさなければ位置(ｘ，ｙ)の画素は欠陥候補と判定する。分割単位毎の閾値処理部４６３は、ある分割単位において非欠陥候補画素は０、欠陥候補画素は１の値を持つ２値画像ｄｅｆ(ｘ，ｙ)を出力する。
thＬ(ｘ，ｙ)≦ｓｕｂ(ｘ，ｙ)≦thＨ(ｘ，ｙ)                (数２８)
図１における、各分割単位毎の欠陥編集部４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄでは、ノイズ除去処理（例えば、２値画像ｄｅｆ(ｘ，ｙ)に対して縮小・膨張の処理を行う。例えば３×３画素の全てに亘って同時に欠陥候補画素ではないときには、その中心の画素として例えば０（非欠陥候補画素）にして縮小処理を行って消去し、それを膨張処理して元に戻すことを行う）によってノイズ的（例えば３×３画素の全てに亘って同時に欠陥候補画素ではない。）な出力を削除したあと、近隣の欠陥候補部を一つにまとめる欠陥候補部のマージ処理を行う。その後、各分割単位毎において、一まとまりごとに、重心座標、ＸＹ投影長（ｘ方向およびｙ方向における最大長さを示す。なお、（Ｘ投影長の２乗＋Ｙ投影長の２乗）の平方根は最大長さとなる。）、面積などの特徴量８８を算出して全体制御部１０４に対して出力する。
【００７９】
以上説明したように、全体制御部１０４によって制御される画像処理部１０３ａからは、電子ビームが照射されて電子検出器３５で検出させる被検査対象物（試料）１００上において分割された各分割単位の領域から被検査対象物１００上の座標に応じて欠陥候補部の特徴量（例えば、重心座標、ＸＹ投影長、面積など）８８が得られることになる。
全体制御部１０４では、検出画像上での欠陥候補部の位置座標を被検査対象物（試料）１００上の座標系に変換し、疑似欠陥の削除を行い、最終的に、被検査対象物（試料）１００上での位置と画像処理部１０３ａにおける分割単位毎の欠陥編集部４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄから算出された特徴量とからなる欠陥データをまとめる。
【００８０】
本実施の形態によれば、検出画像を、画像歪みが無視できる程度のサイズに分割して、分割単位ごとに位置ずれを補正してから欠陥判定を行うため、画像歪みに起因する虚報が防げる。また、分割単位毎に、個々のパターンエッジの微小な位置ずれや、階調値の微小な差異が許容されるため、正常部を欠陥と誤認識することがなくなる。また、分割単位毎に、パラメータα、β、γ、εを適切な値に設定することによって、位置ずれ、階調値の変動の許容量のコントロールを容易に行うことが可能となる。
なお、以上の説明では、Ａ(ｘ，ｙ)とＢ(ｘ，ｙ)＋Ｃ(ｘ，ｙ)を加算してthＨ(ｘ，ｙ)を求め（(数１６)式参照）、Ａ(ｘ，ｙ)からＢ(ｘ，ｙ)＋Ｃ(ｘ，ｙ)を減算してthＬ(ｘ，ｙ)を求めたが（(数１７)式参照）、その代わりに、次に示す(数２９)式、および(数３０)式を用いてもよい。
【００８１】
thＨ(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)＋｛Ｂ(ｘ，ｙ)2＋Ｃ(ｘ，ｙ)2｝の平方根  (数２９)thＬ(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)−｛Ｂ(ｘ，ｙ)2＋Ｃ(ｘ，ｙ)2｝の平方根  (数３０)  (数２９)式、および(数３０)式にすることによってハードウエア規模は大きくなるが、個々のパターンエッジの微小な位置ずれと階調値の変動が独立事象ならば、(数２９)式、および(数３０)式の方が現実に則しており、より高い性能が得られるはずである。
また、ここでは、Ａ(ｘ，ｙ)、Ｂ(ｘ，ｙ)、Ｃ(ｘ，ｙ)の算出方法として、(数１８)式、(数１９)式、(数２０)式を用いたが、他にも無数の算出法がありうる。本発明は、そうした種々の算出法も含むものである。
【００８２】
＜第１の実施の形態のオプション機能＞
また、本発明に係るパターン検査装置は以上述べたようなパターン検査機能以外に、次のような検査を支援するオプション機能を持つ。
（１）検出画像の入力
入力手段１４６等から入力した、所望の画像取り込み開始座標を始点とする画像データをメモリ１４７に蓄え、それを全体制御部１０４内に設けられた計算機、または全体制御部１０４にネットワークで接続された上位の計算機に入力したり、ディスプレイ等の表示手段１４８に表示する機能を持つ。なお、前処理回路４０の機能の一部あるいは全ての機能をＯＦＦにした状態での画像データを得ることも可能である。
【００８３】
（２）計算機上の画像処理手段
全体制御部１０４内に設けられた計算機、または全体制御部１０４にネットワークで接続した上位の計算機は、次に示すような画像処理機能を有す。
ａ．画像のヒストグラムの生成・表示、画像の断面波形の算出・表示機能。
ユーザは、本機能により、例えば前処理回路４０における種々の画像補正の適正性を判断したり、画像取り出し部１０２の電子光学系の条件を様々に変化させた時の画像を比較して、最適な条件（例えば、加速電圧値、ビーム電流値、収差補正の係数、オートフォーカスのオフセット値など）を設定したりすることができる。
ｂ．画像の歪み状態の計測機能。
画像の歪みを計測して、画面上に座標ごとの歪み具合を表示し、必要に応じて、歪みの振幅・周波数なども教示する機能である。前述のように、本検査装置では、歪みが無視できるサイズにまで画像を分割することにより歪んだ画像の検査を実現している。歪み具合は、検査対象物の材質や、検査対象物のサイズによって異なることがあり、また、問題となる歪みは必要な検査性能によっても異なる。本機能は、どんな分割の仕方にすべきか（各分割単位が扱える最大の画素数にはハードウエアの構成上上限があるが、それ以下であれば自由に設定できるような構成とする）を判断するのに役立つ。
ｃ．試し検査機能。
これは、画像処理部１０３で行うのと同様の比較検査を計算機上で実現する機能である。ユーザは、本機能により、分割の仕方を変えた場合や、種々の検査パラメータを変更した時、検査結果がどのように変化するかを試して、最適値を求めることができる。電子光学系の場合、画像を複数回検出した時、常に等しい画像が得られる保証はないため（チャージアップや汚染の影響）、本機能がないと、純粋に検査パラメータが検査結果に及ぼす影響が見られないのである。また、最終的な検査結果だけではなく、位置ずれ補正前の画像や、差画像といった、途中段階の画像を表示する機能も持つ。
【００８４】
＜第１の実施の形態の変形その１＞
本発明に係るパターン検査方法および装置の第１の実施の形態の第１の変形を、図１３に示す。図９に示す第１の実施の形態では、分割単位毎に画素以下の位置ずれによる階調値の変化を予測して、それを閾値に組み入れたが、本第１の変形では、分割単位毎に階調値の変化を予測するかわりに、分割単位毎に画素以下の位置ずれ検出の結果得られた位置ずれ量δｘ０、δｙ０により、分割単位毎の位置ずれ補正部４６４において、位置を合わせた画像を生成する。
分割単位毎の位置ずれ補正部４６４では、次に示す(数３１)式により分割単位毎に画素単位に位置合わせされて得られる検出画像ｆ２(ｘ，ｙ)をｘ方向にδｘ０、ｙ方向にδｙ０ずらした画像ｆ３(ｘ，ｙ)、および次に示す(数３２)式により分割単位毎に画素単位に位置合わせされて得られる比較画像ｇ２(ｘ，ｙ)をｘ方向に−δｘ０、ｙ方向に−δｙ０ずらした画像ｇ３(ｘ，ｙ)を生成する。
【００８５】
ｆ３(ｘ，ｙ)＝ｆ２(ｘ＋ｄｘ０，ｙ＋ｄｙ０)＝(１−ｄｘ０)(１−ｄｙ０)ｆ２(ｘ，ｙ)＋ｄｘ０(１−ｄｙ０)ｆ２(ｘ＋１，ｙ)＋(１−ｄｘ０)ｄｙ０ｆ２(ｘ，ｙ＋１)＋ｄｘ０ｄｙ０ｆ２(ｘ＋１，ｙ＋１)                  (数３１)
ｇ３(ｘ，ｙ)＝ｇ２(ｘ−ｄｘ０，ｙ−ｄｙ０)＝(１−ｄｘ０)(１−ｄｙ０)ｇ２(ｘ，ｙ)＋ｄｘ０(１−ｄｙ０)ｇ２(ｘ−１，ｙ)＋(１−ｄｘ０)ｄｙ０ｇ２(ｘ，ｙ−１)＋ｄｘ０ｄｙ０ｇ２(ｘ−１，ｙ−１)                  (数３２)
上記(数３１)式、(数３２)式はいわゆる双線形補間である。やや精度は落ちるが、(数３１)、(数３２)式の代わりに、前記(数７)式、(数８)式の線形補間を用いることも可能である。あるいは、双線形補間、線形補間以外の補間方法を採用しても良い。
分割単位毎の差分抽出回路４６６は、分割単位毎の位置ずれ補正部４６４で補正された分割単位毎の検出画像ｆ３と比較画像ｇ３の差の絶対値画像ｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)を求める。この差の絶対値画像ｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)は、(数３３)式のように表わされる。
ｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)＝｜ｇ３(ｘ，ｙ)−ｆ３(ｘ，ｙ)｜            (数３３)
分割単位毎の閾値演算回路４６５は、分割単位毎の位置ずれ補正部４６４で補正された画像ｆ３、ｇ３を用いて、分割単位毎に欠陥候補か否かを判定する閾値th(ｘ，ｙ)を算出する。th(ｘ，ｙ)は、ｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)の上限を規定する閾値である。分割単位毎の閾値演算回路４６５における演算の内容を(数３４)式に示す。
【００８６】
th(ｘ，ｙ)＝Ｂ(ｘ，ｙ)＋Ｃ(ｘ，ｙ)                          (数３４)
Ｂ(ｘ，ｙ)は(数１９)式と同じでも構わないが（ただし、(数２１)式、(数２２)式、(数２３)式、(数２４)式のｆ２、ｇ２を、ｆ３、ｇ３に変更する。）、ここでは、次に示す(数３５)式により算出することにする。また、Ｃ(ｘ，ｙ)は  (数２０)式と同じでも構わないが（ただし、(数２５)式、(数２６)式のｆ２、ｇ２を、ｆ３、ｇ３に変更する。)、ここでは、次に示す(数３６)式により算出することにする。
Ｂ(ｘ，ｙ)＝［｛(maxｆ(ｘ，ｙ)−minｆ(ｘ，ｙ)｝／２＋｛maxｇ(ｘ，ｙ)−minｇ(ｘ，ｙ)｝／２］／２×ａ                                 (数３５)
Ｃ(ｘ，ｙ)＝((ｆ３(ｘ，ｙ)＋ｇ３(ｘ，ｙ))／２)×ｂ＋ｃ      (数３６)
ここで、ａは０〜０．５の実数、ｂは０以上の実数、ｃは０以上の整数である。
【００８７】
ただし、maxｆ(ｘ，ｙ)は次に示す(数３７)式で示されるｆ３(ｘ，ｙ)の近傍３×３画素の最大値、minｆ(ｘ，ｙ)は次に示す(数３８)式で示されるｆ３(ｘ，ｙ)の近傍３×３画素の最小値、maxｇ(ｘ，ｙ)は次に示す(数３９)式で示されるｇ３(ｘ，ｙ)の近傍３×３画素の最大値、minｇ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数４０)式で示されるｇ３(ｘ，ｙ)の近傍３×３画素の最小値である。
【００８８】
maxｆ(ｘ，ｙ)＝max｛ｆ３(ｘ−１，ｙ−１)，ｆ３(ｘ，ｙ−１)，ｆ３(ｘ＋１，ｙ−１)，ｆ３(ｘ−１，ｙ)，ｆ３(ｘ，ｙ)，ｆ３(ｘ＋１，ｙ)，ｆ３(ｘ−１，ｙ＋１)，ｆ３(ｘ，ｙ＋１)，ｆ３(ｘ＋１，ｙ＋１)｝          (数３７)
minｆ(ｘ，ｙ)＝min｛ｆ３(ｘ−１，ｙ−１)，ｆ３(ｘ，ｙ−１)，ｆ３(ｘ＋１，ｙ−１)，ｆ３(ｘ−１，ｙ)，ｆ３(ｘ，ｙ)，ｆ３(ｘ＋１，ｙ)，ｆ３(ｘ−１，ｙ＋１)，ｆ３(ｘ，ｙ＋１)，ｆ３(ｘ＋１，ｙ＋１)｝          (数３８)
maxｇ(ｘ，ｙ)＝max｛ｇ３(ｘ−１，ｙ−１)，ｇ３(ｘ，ｙ−１)，ｇ３(ｘ＋１，ｙ−１)，ｇ３(ｘ−１，ｙ)，ｇ３(ｘ，ｙ)，ｇ３(ｘ＋１，ｙ)，ｇ３(ｘ−１，ｙ＋１)，ｇ３(ｘ，ｙ＋１)，ｇ３(ｘ＋１，ｙ＋１)｝          (数３９)
minｆ(ｘ，ｙ)＝min｛ｇ３(ｘ−１，ｙ−１)，ｇ３(ｘ，ｙ−１)，ｇ３(ｘ＋１，ｙ−１)，ｇ３(ｘ−１，ｙ)，ｇ３(ｘ，ｙ)，ｇ３(ｘ＋１，ｙ)，ｇ３(ｘ−１，ｙ＋１)，ｇ３(ｘ，ｙ＋１)，ｇ３(ｘ＋１，ｙ＋１)｝          (数４０)
まず、分割単位毎に閾値th(ｘ，ｙ)を算出する(数３４)式における第１項Ｂ(ｘ，ｙ)について説明する。(数３５)式のＦ＝(maxｆ(ｘ，ｙ)−minｆ(ｘ，ｙ))／２は、分割単位毎の位置ずれ補正部４６４で補正された検出画像ｆ３(ｘ，ｙ)の近傍３×３画素における階調値の変化率（１画素あたりの階調値の変化）を表し、Ｇ＝(maxｇ(ｘ，ｙ)−minｇ(ｘ，ｙ))／２は、分割単位毎の位置ずれ補正部４６４で補正された比較画像ｇ３(ｘ，ｙ)の近傍３×３画素における階調値の変化率（１画素あたりの階調値の変化）を表すので、ａを掛ける以前の［Ｆ＋Ｇ］／２は、ｆ３(ｘ，ｙ)の階調値の変化率と、ｇ３(ｘ，ｙ)の階調値の変化率の平均ということになる。よって、［Ｆ＋Ｇ］／２にａを掛けたＢ(ｘ，ｙ)は、位置ずれａに起因する、差の絶対値画像ｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)の変化予測値と解釈できる。すなわち、(数３５)式で表されるＢ(ｘ，ｙ)は、(数１９)式で表されるＢ(ｘ，ｙ)と同様、パターンエッジの微小な位置ずれとしてａを許容することを意味している。そして、(数１９)における、α、βがそうであったように、ａにより許容量を自由にコントロールすることが可能である。
【００８９】
次に、分割単位毎に閾値th(ｘ，ｙ)を算出する(数３４)式における第２項Ｃ(ｘ，ｙ)について説明する。(数３６)式における、(ｆ３(ｘ，ｙ)＋ｇ３(ｘ，ｙ))／２は、言うまでもなく、分割単位毎の位置ずれ補正部４６４から得られる検出画像ｆ３と比較画像ｇ３の座標(ｘ，ｙ)での階調値の平均である。よって、Ｃ(ｘ，ｙ)＝(ｆ３(ｘ，ｙ)＋ｇ３(ｘ，ｙ))／２)×ｂ＋ｃは、両画像の階調値の平均値に応じて値が変わるので、(数２０)式で表されるＣ(ｘ，ｙ)と同様、差の絶対値画像ｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)の許容値を階調値に応じて変化させるための項ということができる。なお、ここでは、Ｃ(ｘ，ｙ)を、階調値の代表値（ここでは平均値）に比例定数ｂを掛けた値と、定数ｃとの和としたが、階調値の変動の仕方が既知であれば、それに合った関数すべきであるのは、(数１７)式の説明で述べたのと同様である。また、(数１７)における、γ、εがそうであったように、ｂ、ｃにより許容量を自由にコントロールすることが可能である。
【００９０】
分割単位毎の閾値演算回路４６５の構成を図１４に示す。図１４に示すように、分割単位毎の閾値演算回路４６５は、［maxｆ(ｘ，ｙ)−minｆ(ｘ，ｙ)＋maxｇ(ｘ，ｙ)−minｇ(ｘ，ｙ)］なる演算を施す演算回路４６５１と、［ｆ３(ｘ，ｙ)＋ｇ３(ｘ，ｙ)］なる演算を施す演算回路４６５２とを有する。演算回路４６５３は、演算回路４６５１から入力される［maxｆ(ｘ，ｙ)−minｆ(ｘ，ｙ)＋maxｇ(ｘ，ｙ)  −minｇ(ｘ，ｙ)］と、入力されるパラメータａ'＝ａ／４に基づいて、［｛maxｆ(ｘ，ｙ)−minｆ(ｘ，ｙ)＋maxｇ(ｘ，ｙ)−minｇ(ｘ，ｙ)｝×ａ'］なる演算を施す。すなわち、(数３５)式のＢ(ｘ，ｙ)を求める。演算回路４６５４は、演算回路４６５２から入力される［ｆ３(ｘ，ｙ)＋ｇ３(ｘ，ｙ)］と、入力されるパラメータｂ'＝ｂ／２、ｃとに基づいて、［(ｆ３(ｘ，ｙ)＋ｇ３(ｘ，ｙ))×ｂ'＋ｃ］なる演算を施す。すなわち、(数３６)式のＣ(ｘ，ｙ)を求める。
【００９１】
更に、分割単位毎の閾値演算回路４６５は、演算回路４６５３から得られる［｛maxｆ(ｘ，ｙ)−minｆ(ｘ，ｙ)＋maxｇ(ｘ，ｙ)−minｇ(ｘ，ｙ)｝×ａ'］と、演算回路４６５４から得られる［(ｆ３(ｘ，ｙ)＋ｇ３(ｘ，ｙ))×ｂ'＋ｃ］とを＋演算して上限の閾値th(ｘ，ｙ)を出力する加算回路４６５５を有している。
【００９２】
分割単位毎の閾値処理部４６７は、分割単位毎の差画像抽出回路４６６から分割単位毎に得られる差の絶対値画像ｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)、並びに分割単位毎の閾値演算回路４６５から分割単位毎に得られる閾値th(ｘ，ｙ)を次に示す(数４１)式の関係を満たせば、ある分割単位における位置(ｘ，ｙ)の画素は非欠陥候補、満たさなければ位置(ｘ，ｙ)の画素は欠陥候補と判定する。分割単位毎の閾値処理部４６７は、分割単位毎に非欠陥候補画素は０、欠陥候補画素は１の値を持つ２値画像ｄｅｆ(ｘ，ｙ)を出力する。
【００９３】
ｄｉｆｆ(ｘ，ｙ)≦th(ｘ，ｙ)                               (数４１)
以上示した、第１の実施の形態の第１の変形は、検出画像を、画像歪みが無視できる程度のサイズに分割して、分割単位ごとに位置ずれを補正してから欠陥判定を行う点は、第１の実施の形態と変わらない。従って、画像歪みに起因する虚報が防げることは同様である。
また、分割単位毎に、個々のパターンエッジの微小な位置ずれや、階調値の微小な差異が許容されるため、正常部を欠陥と誤認識することがなくなること、また、分割単位毎に、パラメータａ、ｂ、ｃを適切な値に設定することによって、位置ずれ、階調値の変動の許容量のコントロールを容易に行うことが可能となることも同様である。
【００９４】
＜第１の実施の形態の変形その２＞
本発明に係るパターン検査方法および装置の第１の実施の形態の第２の変形を、図１５に示す。図９に示す第１の実施の形態との相違点は、分割単位毎に、分割単位毎の画素単位の位置合わせ部４４１において画素単位の位置合わせ後、検出画像ｆ２と比較画像ｇ２の階調値を補正する階調補正部４４５を備えたことである。
階調補正部４４５では、分割単位毎の検出画像ｆ２の階調値の平均値ａｖｇＦと、その標準偏差ｓｉｇｍａＦ、および分割単位毎の比較画像の階調値の平均値ａｖｇＧと、その標準偏差ｓｉｇｍａＧを求め、次に示す(数４２)式に従って、分割単位毎の比較画像ｆ２の階調値を変換する。
ｇ４(ｘ，ｙ)＝(ｓｉｇｍａＦ／ｓｉｇｍａＧ)×(ｇ２(ｘ，ｙ)−ａｖｇＧ)＋ａｖｇＦ                                                      (数４２)
上記(数４２)式により、ｇ２は平均値がａｖｇＦ、標準偏差がｓｉｇｍａＦの画像ｇ３に変換される。一方、検出画像ｆ２は、何も手を加えられずそのまま出力される。すなわち、ｆ４(ｘ，ｙ)＝ｆ２(ｘ，ｙ)である。従って、階調補正部４４５に入力された段階では、互いに異なった平均値と標準偏差を持っていたｆ２とｇ２とは、階調補正部４４５を経て平均値と標準偏差が互いに等しい画像ｆ４、ｇ４になる。そして、もともと、分割単位毎において、ｆ４とｇ４とは画素の精度で位置が合っているので、これらの平均値と標準偏差を等しくすれば、全体としての両者の階調値を等しくしたこととほぼ等価である。
【００９５】
次に、第１の実施の形態の第２の変形の利点を説明する。
【００９６】
本発明は、基本的に、分割単位毎の検出画像と比較画像とを比較して、階調値の差が大きい箇所を欠陥と判定する方式である。このため、欠陥箇所以外では、分割単位毎の検出画像と比較画像との階調値が等しいことが前提となる。しかし、実際には分割単位毎の検出画像と比較画像は、画像を検出した時期、画像検出箇所が異なるため、画像全体の階調値が異なることもあり得る。例えば、画像を検出した時期が異なると、電子光学系や検査対象物自体の帯電状態が変化し、電子検出器３５（図１参照）で捕える電子数が変わるので、図１６（ａ）に示すように画像の階調値が全体的に高くなったり、低くなったりすることがあり得る。また、検査対象物１００上の画像検出箇所が異なれば、膜厚の違い等のために、図１６（ｂ）に示すようにパターンのコントラストが異なることもあり得る。図１６（ａ）はオフセットの差異、図１６（ｂ）はゲインの差異といえるが、どちらでも、あるいはそれらの複合でも、上記(数４２)式により補正することが可能である。
【００９７】
この階調値の全体的な差異は、一般に画像の検出時期が違うほど、また、画像検出箇所が離れているほど大きくなるので、前述の「セル比較方式」ではさほど問題とならなくとも、「チップ比較方式」では虚報が頻発したり、虚報を減らすために検査条件を緩くすれば、欠陥の見逃しが発生することになる。
以上のように、この第２の変形によれば、分割単位毎に設けられた階調補正部４４５によって分割単位毎の検出画像、比較画像間の階調値が等しくなるため、より厳密な比較検査が可能となる。そして、この効果は、比較間隔が広い「チップ比較方式」において顕著である。
なお、(数４２)式では、分割単位毎に、比較画像ｇ２の階調値分布が、検出画像ｆ２の階調値分布に等しくなるようにしているが、平均値、標準偏差の基準値を定めておき、分割単位毎の検出画像、比較画像の両方をその基準的な階調値分布に合わせるように補正してもよい。
【００９８】
また、以上説明した第２の変形を、前述の第１の変形と組み合わせて、図１７に示すように構成することも可能である。
また、ここでは、階調の補正方法として(数４２)式を採用したが、要は比較画像と検出画像の階調値を等しくする過程またはその手段を含むことが重要であり、(数４２)式に限る必要はなく、本発明は、そうした種々の階調値補正を適用した場合も含むものである。
【００９９】
＜第１の実施の形態の変形その３＞
本発明に係るパターン検査方法および装置の第１の実施の形態の第３の変形を、図１８に示す。図９に示す第１の実施の形態との相違点は、図９のように、分割単位毎に、分割単位毎の画素単位の位置合わせ部４４１において画素単位の位置合わせの終了後、改めて分割単位毎の画素以下の井位置ずれ検出部４４２において画素以下の位置ずれ検出を行うのでなく、分割単位毎に、検出画像ｆ１(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)の整合度が最大となるようなｇ１(ｘ，ｙ)のずらし量を求める過程またはその手段で作成する整合度の配列を用い、配列要素の補間により、ｆ１(ｘ，ｙ)、ｇ１(ｘ，ｙ)の位置ずれ量を画素以下の精度で算出する構成としたことである。
分割単位毎の整合度配列作成部４４６では、分割単位毎に得られる比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)をｘおよびｙ方向に−ｎ〜ｎ画素ずらした画像それぞれと分割単位毎に得られる検出画像ｆ１(ｘ，ｙ)との整合度を求め、図１９に示すような２次元配列ｓ(ｐ，ｑ)を作成する。整合度としては、上記(数１)式のΣΣ｜ｆ１−ｇ１｜、ΣΣ(ｆ１−ｇ１)2、または相関係数などを用いる。図１９はｎ＝４の場合の整合度配列であり、例えばｓ(−２，３)は、ｇ１をｘ方向に−２画素、ｙ方向に３画素ずらした時の整合度である。整合度配列作成部４４６で作成した整合度の２次元配列ｓ(ｐ，ｑ)は、ＣＰＵ４４４へと出力される。
【０１００】
ＣＰＵ４４４では、分割単位毎の整合度配列作成部４４６から入力される次元配列ｓ(ｐ，ｑ)から、始めに整合度が最大値をとるｐの値ｐ０と、ｑの値ｑ０（ただし、ΣΣ|ｆ１−ｇ１|、ΣΣ(ｆ１−ｇ１)2を採用した場合、これらの値が最小値をとるｐの値ｐ０と、ｑの値ｑ０）を求める。そして、ｓ(ｐ０−１，ｑ０)、ｓ(ｐ０，ｑ０)、ｓ(ｐ０＋１，ｑ０)に対して放物線をあてはめ、放物線が極値をとるｐの値ｐ０＋ｐδを求める。
ここで、ｐδは−１＜ｐδ＜１の非整数である。同様に、ｓ(ｐ０，ｑ０−１)、ｓ(ｐ０，ｑ０)、ｓ(ｐ０，ｑ０＋１)に対して放物線をあてはめ、放物線が極値をとるｑの値ｑ０＋ｑδを求める。ここで、ｑδは−１＜ｑδ＜１の非整数である。ｐ０＋ｐδが画素以下の精度で求められた分割単位毎の検出画像ｆ１と比較画像ｇ１とのｘ方向の位置ずれ量であり、ｑ０＋ｑδが画素以下の精度で求められた分割単位毎の検出画像ｆ１と比較画像ｇ１とのｙ方向の位置ずれ量である。
【０１０１】
シフトレジスタ等で構成された遅延回路４５ａ，４５ｂは、ｐ０＋ｐδおよびｑ０＋ｑδを求めるのに要する時間分だけ画像信号ｆ１とｇ１を遅延させるためのものである。
分割単位毎の画素単位の位置ずれ補正部４４７は、ＣＰＵ４４４より、ｐ０、ｑ０の値を得て、分割単位毎に得られる検出画像ｆ１(ｘ，ｙ)はもとのまま、分割単位毎に得られる比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)は(ｐ０，ｑ０)だけずらして出力する。すなわち、ｆ５(ｘ，ｙ)＝ｆ１(ｘ，ｙ)、ｇ５(ｘ，ｙ)＝ｇ１(ｘ＋ｐ０，ｙ＋ｑ０)である。
分割単位毎の欠陥判定部４６は、図９に示す第１の実施の形態と同様である。すなわち、分割単位毎の欠陥判定部４６では、分割単位毎の差分抽出回路４６１において検出画像ｆ５と比較画像ｇ５との差画像ｓｕｂを作成する一方、分割単位毎の閾値演算回路４６２において分割単位毎に各画素に対する閾値ｔｈＨ、ｔｈＬを算出し、分割単位毎の閾値処理部４６３において分割単位毎に差画像の階調値ｓｕｂと閾値ｔｈＨ、ｔｈＬを比較して欠陥か否かを判定する。ただし、画素以下の位置ずれ量としてδｘ０の代わりにＣＰＵ４４４から得られるｐδを、δｙ０の代わりにＣＰＵ４４４から得られるｑδを用いる。
【０１０２】
また、以上説明した第３の変形における分割単位毎の位置ずれ検出部４４を、図１３に示す前述の第１の変形における分割単位毎の欠陥判定部４６と組み合わせて、図２０に示すように構成することも可能である。
なお、分割単位毎に、画素以下の位置ずれ量を求めるのに、ここではｓ(ｐ０−１，ｑ０)、ｓ(ｐ０，ｑ０)、ｓ(ｐ０＋１，ｑ０)、ｓ(ｐ０，ｑ０−１)、ｓ(ｐ０，ｑ０＋１)の５個のデータだけを用いる方法を示したが、より多くのデータを利用すれば、より真値に近いｐδ、ｑδが求まるはずである。さらに、整合度の２次元配列の全体的な傾向（例えば整合度のピークが単一峰なのか山脈状なのか、あるいは、ほとんど整合度に差のない平野状なのかなど）を利用して、ｐδ、ｑδの算出にある種の制限を加えることも考えられる。このように、本第３の変形は、整合度の配列を作成するのはハードウエアであるが、それを用いて位置ずれ量を算出する部分をＣＰＵ４４４におけるソフトウエア処理が担っているため、算出法の変更を容易に行え、また、より知識的な処理を行える可能性を持つ。
【０１０３】
なお、分割単位毎に、整合度の２次元配列を作成するのに、分割単位毎の比較画像ｇ１(ｘ，ｙ)をｘおよびｙ方向に−ｎ〜ｎ画素ずらした画像を作成し、それぞれについて整合度を求める方法を述べたが、次のように、ｆ１(ｘ，ｙ)、ｇ１(ｘ，ｙ)にフーリエ変換画像を用いて相互相関の２次元配列を求めてもよい。
【０１０４】
２次元離散的フーリエ変換をＦ、逆変換をＦ~1と書くことにすれば、ｆ１(ｘ，ｙ)のフーリエ変換画像をＦ１(ｓ，ｔ)、ｇ１(ｘ，ｙ)のフーリエ変換画像をＧ１(ｓ，ｔ)は、次に示す(数４３)式、および(数４４)式のように書き表される。
【０１０５】
Ｆ１(ｓ，ｔ)＝Ｆ［ｆ１(ｘ，ｙ)］                          (数４３)
Ｇ１(ｓ，ｔ)＝Ｆ［ｇ１(ｘ，ｙ)］                          (数４４)
これらのクロスパワースペクトルｃｐｓ(ｓ，ｔ)は、次に示す(数４５)式により求められる。
【０１０６】
ｃｐｓ(ｓ，ｔ)＝Ｆ１(ｓ，ｔ)・Ｇ１(ｓ，ｔ)*               (数４５)
ここで、Ｇ１(ｓ，ｔ)*は、Ｇ１(ｓ，ｔ)*の複素共役である。相互相関画像ｃｏｒｒ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数４６)式のように、ｃｐｓ(ｐ，ｑ)を逆フーリエ変換すれば求まる。
【０１０７】
ｃｏｒｒ(ｘ，ｙ)＝Ｆ~1［ｃｐｓ(ｓ，ｔ)］                  (数４６)
この相互相関画像ｃｏｒｒ(ｘ，ｙ)が、目的の相互相関の２次元配列である。相互相関の２次元配列が求められた以降の処理は、既述の通りである。相互相関画像ｃｏｒｒ(ｘ，ｙ)上、最も階調値が高い座標が(ｘ０，ｙ０)であるとすると、ｘ方向の画素単位の位置ずれ量がｘ０、ｙ方向の画素単位の位置ずれ量がｙ０、すなわち、ｐ０＝ｘ０，ｑ０＝ｙ０である。
フーリエ変換を用いることの利点は、場合によってはハードウエアの規模をかなり小さくできる点にある。例えば、ｇ１(ｘ，ｙ)をｘおよびｙ方向に±４画素(ｎ＝４)ずらして、それぞれにおける整合度を求める場合、時間遅れなく整合度の２次元配列を得るには、(４×２＋１)2＝８１個（図１９参照）の配列要素が同時に求まらなければならない。つまり、ハードウエア上に８１個の位置をずらした画像を持つことが必要になるわけである。これに比べて、フーリエ変換を用いる場合、ハードウエアの規模はｎにはよらない。フーリエ変換を用いると、処理は複雑にはなるが、特にｎが大きい場合、すなわち大きな位置ずれが見込まれる場合には、ハードウエア規模の面でかなり有利である。
【０１０８】
また、位置ずれに敏感な相互相関画像（位置が合ったところでのみ鋭いピークを有するような相互相関画像の意）を得るために、フーリエ変換画像をフーリエ振幅画像とフーリエ位相画像の積に変換し、フーリエ位相画像の方だけを用いてクロスパワースペクトルｃｐｓ(ｓ，ｔ)を求め、それを逆変換して、相互相関画像ｃｏｒｒ(ｘ，ｙ)を求めるようにしてもよい。
さらに、この第３の変形を、前述の第１の変形と組み合わせて、図２０のようにすることも可能である。
【０１０９】
＜第１の実施の形態の変形その４＞
本発明に係るパターン検査方法および装置の第１の実施の形態の第４の変形を、図２１に示す。図９に示す第１の実施の形態との相違点は、第１の実施の形態では、分割単位ピッチで位置ずれ量を求め、分割単位内では共通の位置ずれ量（δｘ０，δｙ０）としていたのに対し、この第４の変形では、分割単位ピッチで求めた画素単位以下の位置ずれ量(δｘ０ａ，δｙ０ａ)、(δｘ０ｂ，δｙ０ｂ)、(δｘ０ｃ，δｙ０ｃ)、(δｘ０ｄ，δｙ０ｄ)を内挿して、画素ピッチで位置ずれ量を求めるようにしたことである。
第４の変形の概念を図２２により説明する。分割単位ピッチで求められた位置ずれ量(δｘ０ａ，δｙ０ａ)、(δｘ０ｂ，δｙ０ｂ)、(δｘ０ｃ，δｙ０ｃ)、(δｘ０ｄ，δｙ０ｄ)が図２２における黒点である。第１の実施の形態では分割単位毎の位置ずれ量を、分割単位内共通の画素単位以下の位置ずれ量(δｘ０，δｙ０)としていたが（同図の太線）、第４の変形では黒点をなめらかな曲線（図で破線）で結んで、画素ごとの位置ずれ量を求める。分割単位を小さくしすぎると、領域内にパターンが存在しなくなり位置ずれ量が定まらないため、まずは一定のサイズを有する分割単位ごとに位置ずれ量を求めておいて、それらを内挿するわけである。
【０１１０】
図２１において、分割単位毎の画素単位の位置合わせ部４４１、分割単位毎の画素以下の位置ずれ検出部４４２における統計量算出部４４３での処理は、第１の実施の形態と同じである。サブＣＰＵ４４４では、(数１０)式、(数１１)式により、当該分割単位の位置ずれ量(δｘ０ａ、δｙ０ａ)を算出するとともに、図示しない、他の分割単位の統計量算出部４４３から得た統計量により、他の分割単位における位置ずれ量(δｘ０ｂ、δｙ０ｂ)、(δｘ０ｃ、δｙ０ｃ)、(δｘ０ｄ、δｙ０ｄ)を求める（図１では１走査を４分割する場合の構成を示したので、ここでも４分割として説明する。分割数が多ければ、当然のことながら(δｘ０ｅ、δｙ０ｅ)、(δｘ０ｆ、δｙ０ｆ)・・・も求める）。その後、δｘ０ａ、δｘ０ｂ、δｘ０ｃ、δｘ０ｄをなめらかな曲線で結んで、画素ごとのｘ方向の位置ずれ量zureＸａ(ｘ，ｙ)、zureＸｂ(ｘ，ｙ)、zureＸｃ(ｘ，ｙ)、zureＸｄ(ｘ，ｙ)を求め、ｘ方向ずれ量テーブル４４８に書き込む。即ち、ｘ方向ずれ量テーブル４４８には、δｘ０ａ、δｘ０ｂ、δｘ０ｃ、δｘ０ｄをなめらかな曲線で結んで得られる画素ごとのｘ方向の位置ずれ量zureＸ(ｘ，ｙ)（ zureＸａ(ｘ，ｙ)は、分割単位１内において画素毎に逐次変化するｘ方向の位置ずれ量を示し、zureＸｂ(ｘ，ｙ)は、分割単位２内において画素毎に逐次変化するｘ方向の位置ずれ量を示し、zureＸｃ(ｘ，ｙ)は、分割単位３内において画素毎に逐次変化するｘ方向の位置ずれ量を示し、zureＸｄ(ｘ，ｙ)は、分割単位４内において画素毎に逐次変化するｘ方向の位置ずれ量を示す。）が書き込まれる。また、δｙ０ａ、δｙ０ｂ、δｙ０ｃ、δｙ０ｄをなめらかな曲線で結んで、画素ごとのｙ方向の位置ずれ量zureＹａ(ｘ，ｙ)、zureＹｂ(ｘ，ｙ)、zureＹｃ(ｘ，ｙ)、zureＹｄ(ｘ，ｙ)を求め、ｙ方向ずれ量テーブル４４９に書き込む。即ち、ｙ方向ずれ量テーブル４４９には、δｙ０ａ、δｙ０ｂ、δｙ０ｃ、δｙ０ｄをなめらかな曲線で結んで得られる画素ごとのｘ方向の位置ずれ量zureＹ(ｘ，ｙ)（zureＹａ(ｘ，ｙ)は、分割単位１内において画素毎に逐次変化するｙ方向の位置ずれ量を示し、zureＹｂ(ｘ，ｙ)は、分割単位２内において画素毎に逐次変化するｙ方向の位置ずれ量を示し、zureＹｃ(ｘ，ｙ)は、分割単位３内において画素毎に逐次変化するｙ方向の位置ずれ量を示し、zureＹｄ(ｘ，ｙ)は、分割単位４内において画素毎に逐次変化するｙ方向の位置ずれ量を示す。）が書き込まれる。なめらかな曲線で結ぶ方法としては、Ｂスプライン、多項式近似などの手法を用いる。この第４の変形例の場合、ある分割単位に設けられた統計量算出部４４３、サブＣＰＵ４４４、ｘ方向ずれ量テーブル４４８、およびｙ方向ずれ量テーブル４４９によって構成される画素単位以下の位置ずれ検出部４４２を共通に使用することが可能である。
【０１１１】
続いて、分割単位毎の欠陥判定部４６について説明する。以下の説明は、全分割単位で共通であるため、分割単位の区別を表したａ，ｂ，ｃ，ｄの添え字を省略する。
シフトレジスタ等で構成された遅延回路４５ａ，４５ｂは、zureＸａ(ｘ，ｙ)、zureＸｂ(ｘ，ｙ)、zureＸｃ(ｘ，ｙ)、zureＸｄ(ｘ，ｙ)、zureＹａ(ｘ，ｙ)、zureＹｂ(ｘ，ｙ)、zureＹｃ(ｘ，ｙ)、zureＹｄ(ｘ，ｙ)を算出するのに要する時間分だけ画像信号ｆ２とｇ２を遅延させる。
分割単位毎の差分抽出回路４６１は、第１の実施の形態と同様、次に示す(数４７)式で示される演算により分割単位毎にｆ２とｇ２との差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)を求める。
【０１１２】
ｓｕｂ(ｘ，ｙ)＝ｇ１(ｘ，ｙ)−ｆ１(ｘ，ｙ)                  (数４７)
分割単位毎の閾値演算回路４６２は、遅延回路４５ａ、４５ｂを経た画像ｆ２、ｇ２および、ある分割単位における画素以下の位置ずれ検出部４４２から得られる画素毎に逐次変化する画素以下の位置ずれ量zureＸ(ｘ，ｙ)、zureＹ(ｘ，ｙ)を用いて、欠陥候補か否かを判定する画素単位毎の二つの閾値ｔｈＨ(ｘ，ｙ)、ｔｈＬ(ｘ，ｙ)を算出する。画素単位毎のｔｈＨ(ｘ，ｙ)は、画素単位毎の差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)の上限を規定する閾値であり、画素単位毎のｔｈＬ(ｘ，ｙ)は、画素単位毎の差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)の下限を規定する閾値である。これらの閾値は、第１の実施の形態と同様、次に示す(数４８)、(数４９)式のように、画素以下の位置ずれ量を実質的に閾値を補正するＡ(ｘ，ｙ)、パターンエッジの微小な位置ずれを許容するためのＢ(ｘ，ｙ)、階調値の微小な差異を許容するためのＣ(ｘ，ｙ)からなる。
【０１１３】
ｔｈＨ(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)＋Ｂ(ｘ，ｙ)＋Ｃ(ｘ，ｙ)          (数４８)
ｔｈＬ(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)−Ｂ(ｘ，ｙ)−Ｃ(ｘ，ｙ)          (数４９)
Ａ(ｘ，ｙ)は、次に示す(数５０)式の関係で示さる。これは、(数１８)式のδｘ０がzureＸ(ｘ，ｙ)に、δｙ０がzureＹ(ｘ，ｙ)に変わったものである。
【０１１４】
Ａ(ｘ，ｙ)＝｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＊zureＸ(ｘ，ｙ)−ｄｘ２(ｘ，ｙ)＊(−zureＸ(ｘ，ｙ))｝＋｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＊zureＹ(ｘ，ｙ)−ｄｙ２(ｘ，ｙ)＊(−zureＹ(ｘ，ｙ))｝＝｛ｄｘ１(ｘ，ｙ)＋ｄｘ２(ｘ，ｙ)｝＊zureＸ(ｘ，ｙ)＋｛ｄｙ１(ｘ，ｙ)＋ｄｙ２(ｘ，ｙ)｝＊zureＹ(ｘ，ｙ)                (数５０)
Ｂ(ｘ，ｙ)、Ｃ(ｘ，ｙ)は第１の実施の形態と同一であり、それぞれ、(数１９)、(数２０)式により求める。
分割単位毎の閾値処理部４６３における処理も第１の実施の形態と同様である。すなわち、分割単位毎の差画像抽出回路（差分抽出回路）４６１から得られる差画像ｓｕｂ(ｘ，ｙ)、並びに分割単位毎の閾値演算回路４６２から得られる下限の閾値ｔｈＬ(ｘ，ｙ)、および上限の閾値ｔｈＨ(ｘ，ｙ)を用いて、前記(数２８)式の関係を満たせば、ある分割単位における位置(ｘ，ｙ)の画素は非欠陥候補、満たさなければある分割単位における位置(ｘ，ｙ)の画素は欠陥候補として、非欠陥候補画素は０、欠陥候補画素は１の値を持つ２値画像ｄｅｆ(ｘ，ｙ)を出力する。
【０１１５】
この第４の変形と、第１の実施の形態とを比較すると、第１の実施の形態においては、分割単位内で位置ずれ量が変化している場合、分割単位の中央部と周辺部とで欠陥検出性能に差が生じるが、この第４の変形では、近似的にではあるが分割領域内の位置ずれ量を画素ごとに求め、この求められた画素ごとの位置ずれ量zureＸ(ｘ，ｙ)、zureＹ(ｘ，ｙ)に基いて上記(数５０)式によりＡ(ｘ，ｙ)の値、即ちｔｈＨ(ｘ，ｙ)、およびｔｈＬ(ｘ，ｙ)の値が変わり、分割単位内での欠陥検出性能の差が緩和されるという利点がある。
なお、以上の説明では、同一タイミングの分割単位（例えば図８において、実線で示された分割単位）を１組として、それらで算出された位置ずれ量を用いて内挿を行ったが、遅延回路４５の遅延量を倍あるいは３倍・・・として、次の１組の分割単位（例えば図８において、破線で示された分割単位）、さらにその次の１組の分割単位で算出された位置ずれ量を合わせて用いることも可能である。この場合は、２次元に並んだずれ量の配列から、それらをなめらかに結ぶ曲面を求めればよい。
さらに、この第４の変形を、前述の第１の変形と組み合わせて、図２３に示すように構成することも可能である。また、この第４の変形を前述の第２の変形と組み合わせて、図２４に示すように構成することも可能である。
【０１１６】
＜第２の実施の形態＞
本発明に係るパターン検査方法および装置の第２の実施の形態を図２５を用いて説明する。本実施の形態も図１に示した第一の実施の形態と同様、検出部１０１，画像取り出し部１０２，画像処理部１０３ｂ、システム全体を制御する全体制御部１０４からなる。検出部１０１、画像取り出し部１０２、全体制御部１０４は第一の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
始めに本第２の実施の形態の概念を説明し、続いて画像処理部１０３ｂについて説明することにする。
本第２の実施の形態も、ステージ１３１、１３２等の振動、検査対象物１００のパターン分布によって生ずる磁界の変化などがもたらす動的な歪みに対処するために、図７に示すように、該動的な歪みが無視できる程度のサイズまで、画像を細かく分割し、分割単位ごとに欠陥判定を行うという点では、前述の第１の実施の形態と同様である。第１の実施の形態との違いは、動的な歪みが無視できる程度のサイズに最初から分割するのでなく、段階的に分割していくという点にある。説明の都合上、第１の実施の形態を非段階的分割法、本第２の実施の形態を、段階的分割法と呼ぶことにする。
【０１１７】
始めに、段階的分割法の概念を図２６を用いて説明する。
段階的分割法では、段階的に分割し最終的に第１の実施の形態と同じサイズの分割単位とするが、区別のため、最終的な分割単位を小分割単位、その１段階前の分割単位を中分割単位、その１段階前の分割単位を大分割単位・・・と呼ぶことにする。図２６は、横軸に位置座票を、縦軸に検出画像と比較画像間の位置ずれ量をとっている。位置ずれはｘ方向、ｙ方向の両方向があるが、図２６はその一方だけを示したものである。位置ずれ量の変化が、図２６のようなプロフィールである場合、非段階的分割法では、同図（ａ）に示すように、位置ずれ量を求めるために±ｎ画素の探索（±ｎ画素の範囲で整合度を調べること）が必要である。それに対して、段階的分割法では、同図（ｂ）に示すように、予め中分割単位で位置ずれ検出をするため、小分割単位での探索は、中分割単位で求めた位置ずれ量を中心に行えばよく、探索範囲を±ｎよりかなり小さくできる。これが段階的分割法の概念である。
【０１１８】
段階的分割法には、次の二つのメリットがある。
（１）ハードウエア規模を小さくできる可能性がある。
即ち、ハードウエアの規模は（分割単位の面積×探索範囲2×分割単位の個数）におおよそ比例する。段階的分割法において１段階目の探索範囲をｎ１、２段階目の探索範囲をｎ２、３段階目も探索範囲をｎ３とすると、非段階的分割法における探索範囲ｎは、おおよそ、段階的分割法における各段階における探索範囲の和に等しいはずである。すなわち、非段階的分割法における探索範囲ｎは、段階数をｔとすると、(数５１)式のような関係である。
ｎ＝ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＋・・・・＋ｎｔ                        (数５１)
この時、段階的分割法のハードウエア規模と、非段階的分割法のハードウエア規模の比ｒは、(数５２)式のようになり、この値は明らかに１以下である。
ｒ＝(ｎ１2＋ｎ２2＋ｎ３2＋・・・・＋ｎｔ2)／(ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＋・・・・＋ｎｔ)2                                                      (数５２)
すなわち、段階的分割法の方がハードウエア規模を小さくすることができる。
【０１１９】
（２）正しい位置ずれ量が求まる可能性が高い。
【０１２０】
即ち、非段階的分割法では、小分割単位の探索範囲が広いため、探索範囲がパターンピッチを越えると、正しく位置合わせされない場合がある。図２７において、小分割単位が図２７（ａ）に示すサイズであり、パターンピッチがｄ、探索範囲が±１．５ｄとする。この時、比較画像上で小分割単位の位置が合う箇所を探索すると、複数の箇所で同等の整合度が得られるため、間違ったところに位置合わせする可能性がある。例えば、図２７(ｂ)では、「小分割単位の位置が合う箇所１」が正しく、「小分割単位の位置が合う箇所２」は誤りであるが、位置ずれ検出の算出結果はどちらにもなる可能性がある。一方、段階的分割法では、小分割単位での探索は中分割単位において位置合わせされたところを中心に探索する。中分割単位は小分割単位に比べて画像のサイズが大きいため、ユニークなパターンが含まれる率がより高く、従って、探索範囲が広くとも、間違った位置合わせをする可能性は低い。従って、小分割単位は、正しく位置のあったとことを中心に狭い範囲を探索すればよいため、間違った位置合わせの可能性は少なくなるのである。中分割単位といえども、ユニークなパターンが含まれなかったり、探索範囲が非常に大きい場合には、やはり間違った位置合わせをする場合もあるが、非段階的分割法に比べれば、その確率が低くなるのは明らかである。
【０１２１】
次に画像処理部１０３ｂについて、図２５〜図２９を参照して説明する。
【０１２２】
図２５は、１段階目は分割せずに位置ずれ検出を行い、２段階目では２分割し、さらに３段階目で２分割する、合計３段階で行う場合の構成である。すなわち、大分割単位の横幅（ｘ方向の幅）は走査幅そのものであり、中分割単位の横幅は走査幅の１／２強、小分割単位の横幅は走査幅の１／４強である。各分割単位の連続画像データ上での位置関係を図２８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図２８（ａ）は大分割単位、図２８（ｂ）は中分割単位、図２８（ｃ）は小分割単位の場合を示す。なお、同図において各分割単位を適宜オーバーラップしているのは、第１の実施の形態の説明で述べたように、検査領域に隙間を生じさせないためである。
【０１２３】
図２５に示す如く、画像取り出し部１０２から出力される連続画像データｆ０(ｘ，ｙ)と、ｇ０(ｘ，ｙ)は、所定走査分（大分割単位の縦幅相当分）がそれぞれ２次元の画像メモリ４８ａ，４８ｂに格納される。該各２次元の画像メモリ４８ａ、４８ｂは、各２次元の画像メモリ４２ａ、４２ｂと同様に、２次元のメモリ部分と読み出し開始・終了アドレス格納用のレジスタとによって構成される。従って、各２次元の画像メモリ４８ａ、４８ｂにおいて、全体制御部１０４から読み出し開始・終了アドレス格納用のレジスタに対して大分割単位の座標（読み出し開始・終了アドレス）が設定（セット）され、２次元のメモリ部分から大分割単位毎の検出画像データｆ７(ｘ，ｙ)と比較画像データｇ７(ｘ，ｙ)とが切出されて読み出されることになる。位置ずれ検出部４９は、図９および図１３に示すように、統計量算出部４４３とサブＣＰＵ４４４とからなる位置ずれ検出部４４２を有し、画像メモリ４８ａおよび４８ｂから切出されて読み出された大分割単位毎の検出画像ｆ７(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ７(ｘ，ｙ)との間における大分割単位に亘っての位置ずれ量δｘ２、δｙ２を、例えば上記（数５）式および（数６）式に基いて画素の精度で求めて、位置ずれ検出部５１ａ、５１ｂの各々に入力する。上記（数５）式および（数６）式は、画素単位以上の位置ずれ量を算出する場合であり、δｘ２はｍｘ０に対応し、δｙ２はｍｙ０に対応する。画素単位以下の位置ずれ量を算出する場合は、例えば上記（数１０）式および（数１１）式に基く。ｘ方向のずらし量ｍｘ，ｙ方向のずらし量ｍｙの各々を±０，１，２，３，４・・・・・ｎと変化させて、いいかえれば、大分割単位において、比較画像ｇ７(ｘ，ｙ)を画素ピッチでずらして、その時々のｓ１(ｍｘ，ｍｙ)を算出する。そして、それが最小となるｍｘの値ｍｘ０と、ｍｙの値ｍｙ０とを求める。なお、比較画像の最大ずらし量であるｎは、大分割単位であるため、大きな値にする必要がある。
【０１２４】
これらδｘ２、δｙ２は、大分割単位に亘っての検出画像ｆ７(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ７(ｘ，ｙ)と間の位置ずれ量であり、δｘ２は大分割単位に亘ってのｘ方向の位置ずれ量、δｙ２は大分割単位に亘ってのｙ方向の位置ずれ量である。その間、各画像メモリ５０ａ、５０ｂには、各画像メモリ４８ａ、４８ｂから切出して読み出された大分割単位の検出画像ｆ７(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ７(ｘ，ｙ)とが書き込まれる。なお、位置ずれ検出部４９における位置ずれ量算出の方法は、第１の実施の形態の位置ずれ検出部４４における方法でも、第１の実施の形態の第３の変形の位置ずれ検出部４４における方法でも良いが、大分割単位間の位置ずれ量を画素以下の精度で求める必要はないため、画素の精度で位置ずれ量を求める段階までを、ここの位置ずれ検出部に組み込むものとする。
【０１２５】
画像メモリ５０ａ、５０ｂも、画像メモリ、４８ｂまたは画像メモリ４２ａ、４２ｂと同様に構成される。従って、各２次元の画像メモリ５０ａ、５０ｂ において、全体制御部１０４から読み出し開始・終了アドレス格納用のレジスタに対して中分割単位の座標（読み出し開始・終了アドレス）が設定（セット）され、２次元のメモリ部分から中分割単位毎の検出画像データｆ６ａ(ｘ，ｙ)およびｆ６ｂ(ｘ，ｙ)と、比較画像データｇ６ａ(ｘ，ｙ)およびｇ６ｂ(ｘ，ｙ)とが切出されて読み出されることになる。位置ずれ検出部５１ａは、画像メモリ５０ａ、５０ｂから切出されて読み出された第１の中分割単位に相当する部分の検出画像ｆ６ａ(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ６ａ(ｘ，ｙ)との間の位置ずれ量δｘ１ａ、δｙ１ａを、画素単位の精度で例えば上記（数５）式および（数６）式に基いて求めて、位置ずれ検出部５３ａ、５３ｂの各々に入力する。δｘ１ａ、δｙ１ａは第１の中分割単位に亘っての位置ずれ量である。それと同期して、位置ずれ検出部５１ｂは、画像メモリ５０ａ、５０ｂから切出されて読み出された第２の中分割単位に相当する部分の検出画像ｆ６ｂ(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ６ｂ(ｘ，ｙ)との間の位置ずれ量δｘ１ｂ、δｙ１ｂを、画素単位の精度で例えば上記（数５）式および（数６）式に基いて求めて、位置ずれ検出部５３ｃ、５３ｄの各々に入力する。δｘ１ｂ、δｙ１ｂは第２の中分割単位に亘っての位置ずれ量である。第１および第２の中分割単位の各々においてδｘ１ａ、δｘ１ｂはｍｘ０に対応し、δｙ１ａ、δｙ１ｂはｍｙ０に対応する。ｘ方向のずらし量ｍｘ，ｙ方向のずらし量ｍｙの各々を±０，１，２，３，４・・・・・ｎと変化させて、いいかえれば、第１および第２の中分割単位において、比較画像ｇ６ａ(ｘ，ｙ)、およびｇ６ｂ(ｘ，ｙ)を、画素ピッチでずらして、その時々のｓ１(ｍｘ，ｍｙ)を算出する。そして、それが最小となるｍｘの値ｍｘ０と、ｍｙの値ｍｙ０とを求める。即ち、各位置ずれ検出部５１ａ、５１ｂにおいて行なう比較画像の最大ずらし量であるｎは、大分割単位において位置ずれ検出部４９から求められたδｘ２、δｙ２の値に応じて非常に狭めることが可能となり、ハードウエア規模または処理時間を小さくすることができる。なお、大分割単位において画素単位の精度で位置ずれ量が求まる場合には、各位置ずれ検出部５１ａ、５１ｂにおいて、上記（数１０）式および（数１１）式に基いて画素単位以下の精度で位置ずれ量δｘ１ａ、δｙ１ａとδｘ１ｂ、δｙ１ｂとを求めても良い。そして、各位置ずれ検出部５１ａ、５１ｂにて位置ずれ検出が行われている間、画像メモリ５２ａと５２ｂ、５２ｃと５２ｄには、それぞれ、画像メモリ５０ａ、５０ｂの各々から読み出された中分割単位の検出画像ｆ６ａ、およびｆ６ｂと比較画像ｇ６ａ、およびｇ６ｂが書き込まれることになる。なお、上記各位置ずれ検出部５１ａ、５１ｂは、図９および図１３に示すように、統計量算出部４４３とサブＣＰＵ４４４とからなる位置ずれ検出部４４２を有する構成である。即ち、各位置ずれ検出部５１ａ、５１ｂにおける位置ずれ量算出の方法は、第１の実施の形態の位置ずれ検出部４４における方法でも、第１の実施の形態の第３の変形の位置ずれ検出部４４における方法で��良いが、中分割単位間の位置ずれ量についても、位置ずれ量を画素以下の精度で求める必要はないため、画素の精度で位置ずれ量を求める段階までをここの位置ずれ検出部に組み込むものとする。
【０１２６】
そして、画像メモリ５２ａ、および５２ｃの各々からは、図１に示す画像メモリ４２ａと同様に小分割単位毎に検出画像ｆ１ａ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｂ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｃ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)が切出されて読み出されることになる。同時に、画像メモリ５２ｂ、および５２ｄの各々からは、図１に示す画像メモリ４２ｂと同様に小分割単位毎に比較画像ｇ１ａ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｂ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)が切出されて読み出されることになる。
位置ずれ検出部５３ａ〜５３ｄ、欠陥判定部４６ａ〜４６ｄ、欠陥編集部４７ａ〜４７ｄにおける処理内容は、基本的に第１の実施の形態における処理と同様である。すなわち、位置ずれ検出部５３ａ〜５３ｄ、欠陥判定部４６ａ〜４６ｄでは、第１の実施の形態の方法（図９参照）、あるいは、第１の実施の形態の第１の変形における方法（図１３参照）、第１の実施の形態の第３の変形における方法（図１８参照）、あるいは、第１の実施の形態の第４の変形における方法（図２１参照）のいずれかを実施する。
【０１２７】
位置ずれ検出部５３ａ〜５３ｄは、図１に示す位置ずれ検出部４４ａ〜４４ｄと同様な構成であり、欠陥判定部４６ａ〜４６ｄは、図１に示すものと同様な構成であり、欠陥編集部４７ａ〜４７ｄは、図１に示すものと同様な構成である。しかし、位置ずれ検出部５３ａ、５３ｂには、位置ずれ検出部５１ａで求められた第１の中分割単位に亘っての画素の精度の位置ずれ量δｘ１ａ、δｙ１ａが入力され、位置ずれ検出部５３ｃ、５３ｄには、位置ずれ検出部５１ｂで求められた第２の中分割単位に亘っての画素の精度の位置ずれ量δｘ１ｂ、δｙ１ｂが入力されることになる。従って、位置ずれ検出部５３ａにおける画素単位の位置合わせ部４４１は、小分割単位で入力された検出画像ｆ１ａ(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ１ａ(ｘ，ｙ)とを、上記入力された第１の中分割単位に亘っての画素の精度の位置ずれ量δｘ１ａ、δｙ１ａに基いて位置合わせをすれば良い。また、位置ずれ検出部５３ｂにおける画素単位の位置合わせ部４４１は、小分割単位で入力された検出画像ｆ１ｂ(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ１ｂ(ｘ，ｙ)とを、上記入力された第１の中分割単位に亘っての画素の精度の位置ずれ量δｘ１ａ、δｙ１ａに基いて位置合わせをすれば良い。また、位置ずれ検出部５３ｃにおける画素単位の位置合わせ部４４１は、小分割単位で入力された検出画像ｆ１ｃ(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ１ｃ(ｘ，ｙ)とを、上記入力された第２の中分割単位に亘っての画素の精度の位置ずれ量δｘ１ｂ、δｙ１ｂに基いて位置合わせをすれば良い。また、位置ずれ検出部５３ｄにおける画素単位の位置合わせ部４４１は、小分割単位で入力された検出画像ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)とを、上記入力された第２の中分割単位に亘っての画素の精度の位置ずれ量δｘ１ｂ、δｙ１ｂに基いて位置合わせをすれば良い。もし、入力された第１および第２の中分割単位に亘っての画素の精度の位置ずれ量δｘ１ａ、δｙ１ａおよびδｘ１ｂ、δｙ１ｂに基いて位置合わせをしただけで満足できない場合には、位置ずれ検出部５３ａ〜５３ｄの各々における画素単位の位置合わせ部４４１において、該位置ずれ量δｘ１ａ、δｙ１ａおよびδｘ１ｂ、δｙ１ｂに基いて探索範囲を狭めて位置ずれ量を求めれば良い。
このように位置ずれ検出部５３ａ〜５３ｄの各々における画素単位の位置合わせ部４４１において、位置ずれ量を求めるための探索範囲は、第１の実施の形態に比べて少なくするか、またはなくすことが可能となる。
【０１２８】
＜第２の実施の形態の変形その１＞
本発明に係るパターン検査方法および装置の第２の実施の形態の第１の変形を、図２９および図３０に示す。図２９には、第１の実施の形態の第２の変形で述べた階調補正部４４５を、画像メモリ４８ａと画像メモリ５０ａとの間、および画像メモリ４８ｂと画像メモリ５０ｂとの間に設けた。即ち、階調補正部４４５は、画像メモリ４８ａ、４８ｂの各々によって切出された大分割単位毎（１段階目）の検出画像ｆ７(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ７(ｘ，ｙ)とについて階調補正するように構成した。
図３０には、第１の実施の形態の第２の変形で述べた階調補正部４４５ａ、４４５ｂを、画像メモリ５０ａと画像メモリ５２ａ、５２ｃとの間、および画像メモリ５０ｂと画像メモリ５２ｂ、５２ｄとの間に設けた。即ち、階調補正部４４５ａ、４４５ｂは、画像メモリ５０ａ、５０ｂの各々によって切出された中分割単位毎（２段階目）の検出画像ｆ６ａ(ｘ，ｙ)、ｆ６ｂ(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ６ａ(ｘ，ｙ)、ｇ６ｂ(ｘ，ｙ)とについて階調補正するように構成した。
【０１２９】
また、図１５および図１７に示すように、階調補正部４４５により、画像メモリ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ（４２ａ、４２ｂ）の各々によって切出された小分割単位毎（３段階目）の検出画像ｆ１ａ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｂ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｃ(ｘ，ｙ)、ｆ１ｄ(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ１ａ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｂ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｃ(ｘ，ｙ)、ｇ１ｄ(ｘ，ｙ)とについて階調補正するようにしても良い。なお、この場合、階調補正部４４５を各画像メモリ５２ａ〜５２ｄと各位置ずれ検出部５３ａ〜５３ｄとの間に設けても良い。
以上説明したように、階調補正部４４５により位置ずれ検出を行なう何れの段階において、階調補正を行なっても良い。また、以上述べた全ての段階で階調補正を行ってもよい。
第２の実施の形態は、段階的に位置ずれ検出を行うので、ある段階で階調補正を行うと、次の段階からは、階調値がほぼ等しい画像間の位置ずれ量を求めることになる。階調値がほぼ等しい画像間での位置ずれ検出は、階調値が異なった画像間での位置ずれ検出と比較してより正確な位置ずれ量の算出が可能となる。その意味で、位置ずれ検出と階調補正とを交互に実施することができるのも、本実施の形態の利点の一つである。
【０１３０】
＜第１の実施の形態と第２の実施の形態共通の変形＞
以上説明した第一、第二の実施の形態では、同一の対象物から得た二つの画像を比較する方法を示したが、別の対象物で検出してあらかじめ格納しておいた画像、あるいは設計データから生成した画像と比較する場合でも画像処理部における内容は同様に実施できることは明らかである。
また、以上説明した第一、第二の実施の形態では、電子光学的検出手段を用いる装置の場合について説明したが、図３１に示すような光学的検出手段等、いかなる検出手段を用いる方式でも同様に実施できることは言うまでもない。しかしながら、本発明においては、ステージの振動、検査対象物のパターン分布によって生じる磁界の変化などがもたらす動的な画像歪みを課題とし、この課題に対処できるようにしたことにある。従って、光学的検出手段等においても、動的な画像歪みが生じてこの動的な画像歪みに対処しなければならない場合に、図７に示すように、動的な歪みを無視できる程度のサイズまで、画像を細かく分割し、分割単位毎に欠陥判定を行なうことが必要となる。
【０１３１】
即ち、図３１には、光学的検出手段（検出部)１０１’を用いるパターン検査装置の概略構成を示す。検出部１０１’は、半導体ウエハ等の被検査対象物１００を載置してｘ，ｙ方向に移動するステージ２と、光源３と、該光源３から出射した光を集光する照明光学系４と、該照明光学系４で集光された照明光を被検査対象物１００に照明し、被検査対象物１００から反射して得られる光学像を結像させる対物レンズ５と、該対物レンズ５を含めた検出光学系で結像された光学像を受光して明るさに応じた画像信号に変換する光電変換素子の一実施例である１次元イメージセンサ６とから構成される。そして、検出部１０１’の１次元イメージセンサ６で検出された画像信号は、画像入力部（画像切り出し部）１０２’に入力される。画像入力部１０２’は、Ａ／Ｄ変換器３９と、Ａ／Ｄ変換器３９から得られる階調値を有するデジタル画像信号から比較画像ｇ０を作成するために該デジタル画像信号を記憶する画像メモリ部（遅延回路）４１’とを有している。当然、画像入力部１０２’には、シェーディング補正、暗レベル補正、フィルタリング処理等の前処理回路４０を備えても良い。画像処理部１０３ａ（１０３ｂ）は、図１および図２５に示す構成と同様にして、同じ画像処理に基づく欠陥候補と非欠陥候補との判定と、欠陥候補についての特徴量の算出を行うことができる。
【０１３２】
【発明の効果】
本発明によれば、被検査対象物および検査装置側に起因した、パターン形状の微小な差異、階調値の差異、パターンの歪み、位置ずれといった不一致が引き起こす虚報を低減し、より微細な欠陥または欠陥候補の検出が可能となる効果を奏する。
また本発明によれば、電子顕微鏡による被検査対象物上に形成されたパターンの検査において、被検査対象物および検査装置側に起因した、パターン形状の微小な差異、階調値の差異、パターンの歪み、位置ずれといった不一致が引き起こす虚報を低減し、より微細な欠陥または欠陥候補の検出が可能となる効果を奏する。
また、本発明によれば、検出画像の歪みを低減することが可能となり、従来検査が難しかった、検査対象物の周辺部分まで検査が可能となり、検査領域が広がるという効果を奏する。
また本発明によれば、電子顕微鏡による被検査対象物上に形成されたパターンから安定した階調値を有する画像信号を得ることができ、その結果安定してより微細な欠陥または欠陥候補の検査を実現することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子顕微鏡を用いたパターン検査方法及び装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る被検査対象物の一例として示した半導体ウエハのレイアウト図である。
【図３】本発明に係る前処理回路の具体的構成を示す図である。
【図４】図３に示す前処理回路で補正する内容を説明するための図である。
【図５】電子顕微鏡を用いたパターン検査装置における検出画像の歪み分布の様子を示す図である。
【図６】偏向器へ与える電圧を変化させる様子を示す図である。
【図７】歪みが無視できるサイズに画像を分割した様子を説明するための図である。
【図８】連続画像データ上での分割単位の位置関係を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図１０】図８に実線と破線とで示す分割単位における処理内容の時間経過を示す図である。
【図１１】画素以下の位置ずれの意味を説明するための図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る閾値演算回路の具体的構成を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態の第１の変形における位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態の第１の変形に係る閾値演算回路の具体的構成を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態の第２の変形における位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図１６】階調変化の状況を説明するための図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態の第１の変形と第２の変形を組み合わせた時の位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態の第３の変形における位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図１９】整合度配列を説明するための図である。
【図２０】本発明の第１の実施の形態の第１の変形と第３の変形を組み合わせた時の位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図２１】本発明の第１の実施の形態の第４の変形における位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図２２】本発明の第１の実施の形態の第４の変形の概念を説明するための図である。
【図２３】本発明の第１の実施の形態の第１の変形と第４の変形を組み合わせた時の位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図２４】本発明の第１の実施の形態の第２の変形と第４の変形を組み合わせた時の位置ずれ検出部、および欠陥判定部の構成を示す図である。
【図２５】本発明に係る電子顕微鏡を用いたパターン検査方法及び装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２６】本発明の第２の実施の形態の概念を説明するための図である。
【図２７】本発明の第２の実施の形態の効果を説明するための図である。
【図２８】本発明の第２の実施の形態における、連続画像データ上での分割単位の位置関係を示す図である。
【図２９】本発明の第２の実施の形態と第１の実施の形態の第２の変形とを組み合わせた時の構成の一例を示す図である。
【図３０】本発明の第２の実施の形態と第１の実施の形態の第２の変形とを組み合わせた時の構成の別の一例を示す図である。
【図３１】本発明に係る光学顕微鏡を用いたパターン検査方法及び装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…ウエハ、３…光源、４…照明光学系、５…対物レンズ、６…１次元イメージセンサ、３１…電子銃、３２…コンデンサレンズ、３３…対物レンズ、３４…走査偏向器、３５…電子検出器、３６…アンプ、３７…グランド電極、３８…リターディング電極、３９…Ａ／Ｄ変換器、４０…前処理回路、４１…遅延回路、４２ａ、４２ｂ、４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ、５２ａ〜５２ｄ…画像メモリ、４４ａ〜４４ｄ…分割単位毎の位置ずれ検出部、４５ａ、４５ｂ…遅延回路、４６ａ〜４６ｄ…分割単位毎の欠陥判定部、４７ａ〜４７ｄ…分割単位毎の欠陥編集部、４９…大分割単位の位置ずれ検出部、５１ａ、５１ｂ…中分割単位の位置ずれ検出部、５３ａ〜５３ｄ…小分割単位毎の位置ずれ検出部、１０１…検出部、１０２…画像取り出し部、１０３ａ、１０３ｂ…画像処理部、１０４…全体制御部、１０８…光学顕微鏡部、１０５…検査室、１１１…電子線引き出し電極、１１３…ブランキング用偏向器、１１４…絞り、１１７…反射板、１１５…ＥｘＢ偏向器、１２３…発光素子、１２４…光ファイバケーブル、１２５…受光素子、１３１…Ｘステージ、１３２…Ｙステージ、１３４…位置測長用モニタ、１３５…検査基板高さ測定器、１４３…補正制御回路、１４２…光源、１４１…光学レンズ、４２１ａ、４２１ｂ…メモリ部分、４２２ａ、４４２ｂ…読み出し開始・終了アドレス格納用のレジスタ、４４１…画素単位の位置合わせ部、４４２…画素以下の位置ずれ検出部、４４３…統計量算出部、４４４…サブＣＰＵ、４４５…階調補正部、４４７…画素単位の位置ずれ補正部、４４８…ｘ方向ずれ量テーブル、４４９…ｙ方向ずれ量テーブル、４６１…差分抽出回路、４６２…閾値演算回路、４６３…閾値処理部、４６４…画素以下の位置ずれ補正部、４６５…閾値演算回路、４６６…差画像抽出回路、４６７…閾値処理部
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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