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JP7264751B2 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents
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JP7264751B2 - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

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Description

本発明は、検査装置及び検査方法に関する。例えば、電子線によるマルチビームを照射して放出されるパターンの２次電子画像を取得してパターンを検査する検査方法に関する。
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。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する）を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。
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、液浸露光とマルチパターニング技術によって既に２０ｎｍを切る加工寸法が実現され、さらにはＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）露光の実用化により１０ｎｍを切る微細加工が実現されようとしている。また、ＮＩＬ（ＮａｎｏＩｍｐｒｉｎｔｉｎｇＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）やＤＳＡ（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｓｅｌｆ―Ａｓｓｅｍｂｌｙ，自己組織化リソグラフィ）など、露光機を使う以外の微細加工技術の実用化も進んでいる。近年、半導体ウェハ上に形成されるＬＳＩパターン寸法の微細化に伴って、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おり、同じ面積であっても検査しなければならないパターン数も膨大なものとなっている。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検査装置の高精度化と高速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。このため、ＬＳＩ製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査する検査装置の高精度化が必要とされている。
検査手法としては、拡大光学系を用いて半導体ウェハ等のウェハやリソグラフィマスク等のマスクといった被検査試料の上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは被検査試料上の同一パターンを撮像した光学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、検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学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ＣＡＤデータをマスクにパターン描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ（設計パターンデータ）を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ（参照画像）を生成して、この設計画像データと、パターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「ｄｉｅ ｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ（ダイ－データベース）検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、検査対象基板はステージ（試料台）上に載置され、ステージが動くことによって光束が被検査試料上を走査し、検査が行われる。検査対象基板には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。検査対象基板を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで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。
上述した検査装置では、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ことにより、光学画像を取得する。レーザ光などを使った検査装置は、数十ナノメールと以下の精度でパターン形状や欠陥を検出することが難しく、近年の超微細パターンの検査を行なう上では解像度が不十分となってきている。これに対して、直線上に同一ピッチで配列されるビーム列が複数列並ぶようなアレイ配列の複数の電子ビームで構成されるマルチビームを検査対象基板に照射して、検査対象基板から放出される各ビームに対応する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。かかるマルチビームを含む電子ビームを用いた検査装置では、検査対象基板の小領域毎に走査して２次電子を検出する。電子ビームを使うことで解像度が向上し、ナノメートルオーダーの精度でパターン形状や欠陥を検出することが可能となる反面、電子ビームを使って得られるパターン像はノイズが多く、パターンのエッジ形状が明瞭な高品質な画像を得るためには、マルチビーム化を図ったとしても、検査時間が非常に長くなるという問題があった。
特許文献１には、取得画像データに、エッジを残しながら画像を平滑化するＢｉｌａｔｅｒａｌ Ｆｉｌｔｅｒによるフィルタ処理を施し、当該フィルタ処理が施された画像に対しプロファイル作成処理を行い、境界を検出するための評価値を算出し、当該評価値からパターンの境界位置を得ることが開示されている。しかしながら、Ｂｉｌａｔｅｒａｌ Ｆｉｌｔｅｒはエッジの傾斜を過度に強調して偽信号を生じうることや、強いノイズに対しても平滑化が必ずしもうまく働かないことなどが知られている。
特開２０１５－１３８７１０号公報
本発明が解決しようとする課題は、パターンのエッジ検出精度の向上した検査装置及び検査方法を提供する点にある。
本発明の一態様の検査装置は、被検査試料上に形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行う照射源と、照射により第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得する検出回路と、第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、第１の輪郭に垂直な方向に第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得するフィルタ回路と、第２の検査画像と所定の基準画像とを比較する比較回路と、を備え、第２のサイズは電子ビームのビーム径の（１／２）倍以上２倍以下の半値全幅に等しい。
上記態様の検査装置において、フィルタ回路は、局所領域及び所定のガイド画像を用いたジョイントバイラテラルフィルタにより平滑化を行い、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得することが好ましい。
上記態様の検査装置において、被検査試料はウェハであり、第１のパターンは、露光装置を用いてフォトマスクの第２のパターンをウェハ上に転写して形成されたものであり、第１のサイズは露光装置の分解能と略等しいことが好ましい。
上記態様の検査装置において、被検査試料はウェハであり、第１のパターンは、露光装置を用いてフォトマスクの第２のパターンをウェハ上に転写して形成されたものであり、第１のサイズは露光装置の波長（λ）と開口数（ＮＡ）の商（λ／（ＮＡ））の（１／３）倍以上１倍以下の半値全幅に等しいことが好ましい。
上記態様の検査装置において、第２のパターンの設計データを用いて所定のガイド画像を生成するガイド画像生成回路をさらに備えることが好ましい。
上記態様の検査装置において、第１の検査画像を用いて所定のガイド画像を生成するガイド画像生成回路をさらに備えることが好ましい。
上記態様の検査装置において、第２のサイズは電子ビームのビーム径と略等しいことが好ましい。
上記態様の検査装置において、第２の検査画像から第２の輪郭の抽出を行なう輪郭抽出回路を備え、比較回路は第２の輪郭を所定の基準画像に含まれる基準輪郭と比較することにより、第２の検査画像と所定の基準画像を比較することが好ましい。
本発明の一態様の検査方法は、被検査試料上に形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行い、照射により第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得し、第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、第１の輪郭に垂直な方向に第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得し、第２の検査画像と所定の基準画像を比較し、第２のサイズは電子ビームのビーム径の（１／２）倍以上２倍以下の半値全幅に等しい。
本発明の一態様によれば、パターンのエッジ検出精度の向上した検査装置及び検査方法の提供が可能となる。
第１の実施形態における検査装置の模式構成図である。 第１の実施形態における成形アパーチャアレイ部材の構成を示す概念図である。 第１の実施形態における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。 第１の実施形態におけるマルチビームの照射領域と測定用画素との一例を示す図である。 第１の実施形態の検査方法のフローチャートである。 第１の実施形態のフォトマスクのパターンと、ウェハ上に転写されたパターンと、第１の検査画像の模式図である。 第１の実施形態の平滑化処理に用いられる局所領域の形状の一例と重みの値の一例である。 第１の実施形態の平滑化処理における第１の輪郭と局所領域の一例である。 第１の実施形態における第２の検査画像の第２の輪郭の抽出の一例を説明するための図である。 第１の実施形態における第２の検査画像内のパターンの端部（エッジ）の抽出の仕方を説明するための図である。 第１の実施形態における位置合わせ補正の一例を示す図である。 第１の実施形態の作用効果を示す図である。 第２の実施形態において用いられる第１のパターンの製造方法を示す模式断面図である。 第３の実施形態において用いられる第１のパターンの製造方法を示す模式断面図である。 第４の実施形態において用いられる第１のパターンの製造方法を示す模式断面図である。 第５の実施形態において用いられるＥＵＶマスクの模式断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態の検査装置は、被検査試料上に形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行う照射源と、照射により第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得する検出回路と、第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、第１の輪郭に垂直な方向に第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得するフィルタ回路と、第２の検査画像と所定の基準画像とを比較する比較回路と、を備える。
本実施形態の検査方法は、被検査試料上に形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行い、照射により第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得し、第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、第１の輪郭に垂直な方向に第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得し、第２の検査画像と所定の基準画像を比較する。
図１は、本実施形態における検査装置の構成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、荷電粒子ビーム検査装置の一例である。電子ビームは、荷電粒子ビームの一例である。検査装置１００は、電子光学画像取得機構（画像取得機構）１５５、及び制御系回路１６０（制御部）を備えている。電子光学画像取得機構（画像取得機構）１５５は、電子ビームカラム１０２（電子鏡筒）、検査室１０３、検出回路１０６、ストライプパターンメモリ１２３、駆動機構１２７、及びレーザ測長システム１２２を備えている。電子ビームカラム１０２内には、電子銃（照射源）２０１、電磁レンズ２０２、成形アパーチャアレイ基板２０３、縮小レンズ２０５、電磁レンズ２０６、対物レンズ２０７、主偏向器２０８、副偏向器２０９、一括ブランキング偏向器２１２、制限アパーチャ基板２１３、ビームセパレーター２１４、電磁レンズ２２４，２２６、及びマルチ検出器２２２が配置されている。
検査室１０３内には、少なくともＸＹ平面上を移動可能なＸＹステージ（試料台）１０５が配置される。ＸＹステージ１０５上には、検査対象となるチップパターンが形成された基板（被検査試料）１０１が配置される。基板１０１は、例えばシリコンウェハ等である。基板１０１は、例えば、パターン形成面を上側に向けてＸＹステージ１０５に配置される。また、ＸＹ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。検出回路１０６は、ストライプパターンメモリ１２３に接続される。
制御系回路１６０では、コンピュータである制御計算機１１０が、バス１２０を介して、位置回路１０７、展開回路１１１、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、画像保存部１３２、フィルタ回路１３９、輪郭抽出回路１４０、比較回路１４１、ガイド画像生成回路１４２、分割回路１４３、位置合わせ回路１４４、磁気ディスク装置等の設計データ保存部１０９、モニタ１１７、メモリ１１８、プリンタ１１９、に接続されている。また、ＸＹ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１２７により駆動される。駆動機構１２７では、例えば、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、ＸＹ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、例えばステップモータを用いることが出来る。ＸＹ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、ＸＹ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ＸＹステージ１０５の位置を測長する。
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と引出電極間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、所定の引出電極の電圧の印加と所定の温度のカソード（フィラメント）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、電子ビームとなって放出される。縮小レンズ２０５、及び対物レンズ２０７は、例えば電磁レンズが用いられ、共にレンズ制御回路１２４によって制御される。また、ビームセパレーター２１４もレンズ制御回路１２４によって制御される。一括ブランキング偏向器２１２は、少なくとも２極の電極群により構成され、ブランキング制御回路１２６によって制御される。主偏向器２０８、及び副偏向器２０９は、それぞれ少なくとも４極の電極群により構成され、偏向制御回路１２８によって制御される。
基板１０１が複数のチップ（ダイ）パターンが形成された半導体ウェハである場合には、かかるチップ（ダイ）パターンのパターンデータが検査装置１００の外部から入力され、設計データ保存部１０９に格納される。なお、基板１０１が露光用フォトマスクである場合には、かかる露光用フォトマスクにマスクパターンを形成する基になる設計パターンデータが検査装置１００の外部から入力され、設計データ保存部１０９に格納される。
ここで、図１では、本実施形態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。
図２は、本実施形態における成形アパーチャアレイ基板２０３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２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、５１２×５１２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、共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、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、マルチ１次電子ビーム２０が形成されることになる。ここでは、横縦（ｘ，ｙ方向）が共に２列以上の穴２２が配置された例を示したが、これに限るものではない。例えば、横縦（ｘ，ｙ方向）どちらか一方が複数列で他方は１列だけであっても構わない。また、穴２２の配列の仕方は、図２のように、横縦が格子状に配置される場合に限るものではない。例えば、縦方向（ｙ方向）ｋ段目の列と、ｋ＋１段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ａだけずれて配置されてもよい。同様に、縦方向（ｙ方向）ｋ＋１段目の列と、ｋ＋２段目の列の穴同士が、横方向（ｘ方向）に寸法ｂだけずれて配置されてもよい。次に検査装置１００における電子光学画像取得機構１５５の動作について説明する。
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（マルチビーム）２０が形成される。
形成されたマルチ１次電子ビーム２０は、電磁レンズ（縮小レンズ）２０５、及び電磁レンズ２０６によってそれぞれ屈折させられ、中間像及びクロスオーバーを繰り返しながら、マルチ１次電子ビーム２０の各ビームのクロスオーバー位置に配置されたビームセパレーター２１４を通過して電磁レンズ２０７（対物レンズ）に進む。そして、電磁レンズ２０７は、マルチ１次電子ビーム２０を基板１０１にフォーカス（合焦）する。電磁レンズ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。
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。
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。
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。こ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。
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、例えば図示しない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。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。
図３は、本実施形態における基板（ウェハ）１０１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（ウェハ）１０１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）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内は、例えば、２次元状の横（ｘ方向）ｍ２列×縦（ｙ方向）ｎ２段（ｍ２，ｎ２は２以上の整数）個の複数のマスクダイ３３に分割される。本実施形態では、かかるマスクダイ３３が単位検査領域となる。
図４は、本実施形態におけるマルチビームの照射領域と測定用画素との一例を示す図である。図４において、各マスクダイ３３は、例えば、マルチビームのビーム径でメッシュ状の複数のメッシュ領域に分割される。かかる各メッシュ領域が、測定用画素３６（単位照射領域）となる。図４の例では、８×８列のマルチビーム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、（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）×（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。図４の例では、照射領域３４がマスクダイ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がマスクダイ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、照射領域３４内に、１回のマルチ１次電子ビーム２０の照射で照射可能な複数の測定用画素２８（１ショット時のビームの照射位置）が示されている。言い換えれば、隣り合う測定用画素２８間のピッチがマルチビームの各ビーム間のピッチとなる。図４の例では、隣り合う４つの測定用画素２８で囲まれると共に、４つの測定用画素２８のうちの１つの測定用画素２８を含む正方形の領域で１つのサブ照射領域２９を構成する。図４の例では、各サブ照射領域２９は、４×４画素３６で構成される場合を示している。
本実施形態におけるスキャン動作では、マスクダイ３３毎にスキャン（走査）される。図４の例では、ある１つのマスクダイ３３を走査する場合の一例を示している。マルチ１次電子ビーム２０がすべて使用される場合には、１つの照射領域３４内には、ｘ，ｙ方向に（２次元状に）ｍ１×ｎ１個のサブ照射領域２９が配列されることになる。１つ目のマスクダイ３３にマルチ１次電子ビーム２０が照射可能な位置にＸＹステージ１０５を移動させ停止させる。この位置で主偏向器２０８によって、マルチ１次電子ビーム２０が走査するマスクダイ３３の基準位置にマルチ１次電子ビーム２０全体を一括偏向させ、当該マスクダイ３３を照射領域３４として当該マスクダイ３３内を走査（スキャン動作）する。ＸＹステージ１０５を連続移動させながらスキャンを行う場合には、主偏向器２０８によって、さらにＸＹステージ１０５の移動に追従するように、トラッキング偏向を行う。マルチ１次電子ビーム２０を構成する各ビームは、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、各ビームは、担当サブ照射領域２９内の同じ位置に相当する１つの測定用画素２８を照射することになる。図４の例では、副偏向器２０９によって、各ビームは、１ショット目に担当サブ照射領域２９内の最下段の右から１番目の測定用画素３６を照射するように偏向される。そして、１ショット目の照射が行われる。続いて、副偏向器２０９によってマルチ１次電子ビーム２０全体を一括してｙ方向に１測定用画素３６分だけビーム偏向位置をシフトさせ、２ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から２段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。同様に、３ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から３段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。４ショット目に担当サブ照射領域２９内の下から４段目の右から１番目の測定用画素３６を照射する。次に、副偏向器２０９によってマルチ１次電子ビーム２０全体を一括して最下段の右から２番目の測定用画素３６の位置にビーム偏向位置をシフトさせ、同様に、ｙ方向に向かって、測定用画素３６を順に照射していく。かかる動作を繰り返し、１つのビームで１つのサブ照射領域２９内のすべての測定用画素３６を順に照射していく。１回のショットでは、成形アパーチャアレイ基板２０３の各穴２２を通過することによって形成されたマルチビームによって、最大で各穴２２と同数の複数のショットに応じたマルチ２次電子ビーム３００が一度に検出される。
以上のように、マルチ１次電子ビーム２０全体では、マスクダイ３３を照射領域３４として走査（スキャン）することになるが、各ビームは、それぞれ対応する１つのサブ照射領域２９を走査することになる。そして、１つのマスクダイ３３の走査（スキャン）が終了すると、隣接する次のマスクダイ３３が照射領域３４になるように移動して、かかる隣接する次のマスクダイ３３の走査（スキャン）を行う。かかる動作を繰り返し、各チップ３３２の走査を進めていく。マルチ１次電子ビーム２０のショットにより、その都度、照射された測定用画素３６からマルチ２次電子ビーム３００が放出され、マルチ検出器２２２にて検出される。本実施形態では、マルチ検出器２２２の単位検出領域サイズは、各測定用画素３６から上方に放出されたマルチ２次電子ビーム３００を測定用画素３６毎（或いはサブ照射領域２９毎）に検出する。
以上のようにマルチ１次電子ビーム２０を用いて走査することで、シングルビームで走査する場合よりも高速にスキャン動作（測定）ができる。なお、ステップアンドリピート動作で各マスクダイ３３のスキャンを行っても良いし、ＸＹステージ１０５を連続移動させながら各マスクダイ３３のスキャンを行う場合であってもよい。照射領域３４がマスクダイ３３よりも小さい場合には、当該マスクダイ３３中で照射領域３４を移動させながらスキャン動作を行えばよい。
以上のように、電子光学画像取得機構１５５は、マルチ１次電子ビーム２０を用いて、パターンが形成された基板（ウェハ）１０１上を走査し、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（ウェハ）１０１から放出される、マルチ２次電子ビーム３００を検出する。マルチ検出器２２２によって検出された各測定用画素３６からの２次電子の検出データ（２次電子画像）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、ストライプパターンメモリ１２３に格納される。そして、例えば、１つのチップ３３２分の検出データが蓄積された段階で、チップパターンデータとして、位置回路１０７からの各位置を示す情報と共に、比較回路１４１に転送される。
図５は、本実施形態の検査方法のフローチャートである。
まず、電子光学画像取得機構１５５は、電子銃（照射源）２０１を用いて電子ビーム（マルチ１次電子ビーム２０）を基板（ウェハ）１０１に形成された第１のパターンに照射し、第１のパターンの２次電子画像である、測定画像を取得する（図５のＳ１０２）。
次に、制御計算機１１０は、分割回路１４３を用いて、単位検査領域となるマスクダイ３３のサイズで、上述の測定画像から、検査の対象となる第１の検査画像を切り出す（図５のＳ１０４）。第１の検査画像は、例えば、画像保存部１３２に保存される。なお、切り出す方法は上述の方法に限定されない。さらに、上述の測定画像をそのまま第１の検査画像として用いても良い。すなわち、測定画像は、第１の検査画像の一例として理解しても差し支えない。
図６は、本実施形態のフォトマスクの第２のパターンと、基板（ウェハ）１０１上に転写された第１のパターンと、第１の検査画像の模式図である。図６（ａ）は、フォトマスクの第２のパターンの模式図である。第２のパターンは、ｘ方向の長さがＬであるラインアンドスペースパターンである。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したフォトマスクの第２のパターンが基板（ウェハ）１０１上に転写されることによって形成された、第１のパターンの模式図である。露光装置（ステッパ）によって、基板（ウェハ）１０１上には、例えばｘ方向の長さがＬ／４程度に縮小された、ラインアンドスペースパターンである第１のパターンが形成される。第１のパターンの輪郭には、露光装置の解像度、レジストや現像液の分子の大きさの影響、マスク欠陥の存在などにより、ラフネスと呼ばれるうねりが付くことがある。このラフネスの最小周期は、概ね露光装置の解像度程度であることが多い。図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示された第１のパターンの２次電子画像である、第１の検査画像の模式図である。第１の検査画像は勿論ラインアンドスペースパターンの画像である。第１の検査画像に含まれる輪郭が、第１の輪郭である。第１の輪郭は、図６（ｃ）に示されるように、ｘ方向に垂直に、またｙ方向に平行に、延びている。第１の輪郭には第１のパターンの輪郭に付いたラフネスの形状が反映されている。しかしながら、第１の輪郭の近傍の画素には、画像の１画素あたりの電子数が少ないことにより生じたショットノイズなどの影響で多くのノイズが含まれる。このため、第１の輪郭の形状を精密に抽出することは、通常は、後述のフィルタ処理を行なわなければ、容易ではない。なお、第２のパターン及び第１のパターンは、勿論ラインアンドスペースパターンに限定されるものではない。
次に、制御計算機１１０は、フィルタ回路１３９を用いて、第１の検査画像について、第１の輪郭に平行な方向（図６（ｃ）のｙ方向）に第１のサイズの幅を有し、第１の輪郭に垂直な方向（図６（ｃ）のｘ方向）に第１のサイズより小さな第２のサイズの幅を有する分布をもつ局所領域（カーネル）を用いて平滑化を行う。（図５のＳ１０６）。これにより、第１の検査画像から、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得する。この取得された第２の検査画像は、例えば、画像保存部１３２に保存される。このように、輪郭に平行な方向と輪郭に垂直な方向に異なる強さをもつフィルタを、輪郭の方向に沿って適用することで、第１の輪郭の近傍における第１の検査画像の各画素の階調値の立ち上がりや鮮鋭度を劣化させることなく、ノイズを最大限平滑化することが可能となる。
図７は、平滑化処理に用いられる局所領域９０の形状の一例と重みの値の一例である。図６の例では縦方向のラインアンドスペースパターンであり、輪郭の方向は必ずｙ方向に平行であることから、図７のような固定配列のフィルタが使用可能である。ここで図６のｘ方向と図７のｘ方向、及び図６のｙ方向と図７のｙ方向は一致しているものとする。また、一つの正方形は、一つの画素に対応しているものとする。図７（ａ）及び図７（ｂ）には、ｘ方向に５個、ｙ方向に５個、合計で５×５＝２５個の正方形が示されている。なお、画素の形状は正方形に限定されるものではない。
図７（ａ）は、平均化処理に用いられる局所領域９０の形状の一例と重みの値の一例である。局所領域９０は、ｙ方向に第１のサイズを有し、ｘ方向に第２のサイズを有している。ここで、第１のサイズは５画素分（正方形５個分）のサイズ、第２のサイズは１画素分（正方形１個分）のサイズである。すなわち、各画素の重みとして中央１列分のみ１／５ずつ値を与えていて、全体として縦方向の平滑化を行なうようになっている。図７（ｂ）は、加重平均化処理に用いられる局所領域９０の形状の一例と重みの値の一例である。局所領域９０のｙ方向に平行な第１のサイズは２．７画素分、局所領域９０のｘ方向に平行な第２のサイズは０．７画素分と設定されており、このような標準偏差をもつガウシアン状の分布が与えられている。各画素の重みの値は、局所領域９０の中央において３４／２５６で最も大きく、中央の周辺においてはより小さい。なお図７（ｂ）のように、局所領域９０の第１のサイズ及び第２のサイズは、画素の一辺の整数倍でなくてもかまわない。また、本実施形態における局所領域９０は、重みの値が０（ゼロ）の画素又は重みの値が０（ゼロ）の画素の一部を含んでいても構わない。
ラインアンドスペースパターンに限定されない、任意のパターンに対しては、エッジの方向が画像内の場所に応じてそれぞれ異なっている。このような場合には、フィルタ回路１３９による上述の平滑化には、所定のガイド画像を用いたジョイントバイラテラルフィルタを用いることが可能である。ジョイントバイラテラルフィルタによるフィルタ処理（平滑化処理）は、以下の式で表されるフィルタ処理（平滑化処理）である。
Figure 0007264751000001
 ここで、ｐは入力画像（第１の検査画像）であり、Ｉは所定のガイド画像であり、ｑは出力画像（第２の検査画像）であり、Ｇσ（ｘ）はＧａｕｓｓｉａｎ関数であり、Ｋｉは規格化係数でありｐ（ｘｊ）が一定値のときｑ（ｘｉ）も同じ値となるようｉごとに定まる値である。ｉおよびｊはそれぞれ画像上の１つの画素を指し、ｘｉおよびｘｊは画像上のｉおよびｊに対応した画像上の座標ベクトルである。ジョイントバイラテラルフィルタにおいては、所定のガイド画像Ｉを使ってフィルタのカーネル（Ｋｅｒｎｅｌ）を構成している。そして、位置が近く（すなわち｜ｘｉ－ｘｊ｜が小さく）、所定のガイド画像Ｉにおける階調値が近い（すなわち｜Ｉ（ｘｉ）－Ｉ（ｘｊ）｜が小さい）場合に、フィルタのカーネルの重みが大きくなる。これにより、所定のガイド画像Ｉの等高線の勾配の方向には、より小さな平滑化処理がなされる。一方、所定のガイド画像Ｉの等高線の勾配に垂直な方向には、より大きな平滑化処理がなされることとなる。
また、ジョイントバイラテラルフィルタによるフィルタ処理（平滑化処理）は、以下の式で記述することも可能である。
Figure 0007264751000002
 ここでのｉとｊは画像上の横方向および縦方向の座標位置を表し、ｐ（ｉ，ｊ）は、画素位置（ｉ，ｊ）における入力画像の階調値であり、Ｉ（ｉ，ｊ）はガイド画像の階調値であり、σｓ及びσｒは画素単位である。
フィルタ回路１３９による上述の平滑化には、所定のガイド画像Ｉを用いない、以下の式で表されるバイラテラルフィルタを用いることもよく行なわれている。
Figure 0007264751000003
 バイラテラルフィルタは、ジョイントバイラテラルフィルタのガイド画像Ｉ（ｘｉ）として、入力画像ｐ（ｘｉ）そのものを用いたものに相当する。このため、位置が近く（すなわち｜ｘｉ－ｘｊ｜が小さく）、入力画像ｐにおける階調値が近い（すなわち｜Ｉ（ｘｉ）－Ｉ（ｘｊ）｜が小さい）場合に、フィルタのカーネルの重みが大きくなる。しかしながら、バイラテラルフィルタはエッジの波形を過度に強調してしまい、波形に歪を与える場合があることが知られている。これにより、輪郭の形状を歪ませてしまう恐れがある。
ジョイントバイラテラルフィルタの利点は、所定のガイド画像Ｉとして、任意の画像を用いることが出来る点である。このために、より高度に制御されたフィルタ処理が可能となる。
所定のガイド画像Ｉとして用いることが出来る画像は、特に限定されるものではない。しかし、例えば、パターン（第２のパターンの一例）の設計データから生成された設計パターンに、所定のフィルタ処理を行って得られた画像を、所定のガイド画像Ｉとして用いることが可能である。また、例えば、電子ビームの照射により任意のパターンから生じる検査画像（第１の検査画像の一例）に、所定のフィルタ処理を行った画像を、所定のガイド画像Ｉとして用いることが可能である。ここで所定のフィルタ処理としては、例えば、以下の式で表される、ガウシアンフィルタによる処理が、簡便で良好な結果が得られるため、好ましく用いられる。なお、ガイド画像Ｉの生成には、ガイド画像生成回路１４２が用いられる。また、所定のフィルタ処理は、特にこれに限定されるものではない。
Figure 0007264751000004
上述の式のσｓ及びσｒの調整により、第１の検査画像の第１の輪郭に平行な方向と、第１の検査画像の第１の輪郭に垂直な方向で、強度の異なる平滑化処理を行うことが可能である。
ジョイントバイラテラルフィルタには２つのパラメータσｓとσｒがあり、ガイド画像生成のガウシアンフィルタには１つのパラメータσｇがある。このため、本実施形態のフィルタ処理（平滑化処理）においては、合計３つのパラメータの指定が可能である。この３つのパラメータをうまく調整することで、第１のサイズと第２のサイズを所望の値に調整することが可能である。
具体的には、第１のサイズＤ//、第２のサイズＤ⊥、画素サイズｐ、画像のエッジ部の階調差をＰＶとして、例えば下記を満たすように３つのパラメータを選ぶことが考えられる。
Figure 0007264751000005
Figure 0007264751000006
ガイド画像生成のためのパラメータσｇは任意に選ぶことが可能である。しかし、ジョイントバイラテラルフィルタの平滑化は、ガイド画像Ｉの等高線に沿った方向に第１のサイズの平滑化が掛かり、等高線と垂直な方向に第２のサイズの平滑化が掛かるように働く。したがって、設計パターンにガウシアンフィルタを適用して作成したガイド画像を用いると、設計パターンの輪郭に沿った方向に平滑化が掛かる。これにより、正しい方向に平滑化を掛けることが容易になる。また、第１の検査画像にガウシアンフィルタを適用して作成したガイド画像を用いると、第１の検査画像の輪郭に沿った方向に平滑化が掛かる。これにより、特にσｇの値を小さめに設定した場合において、第１の検査画像に含まれる微小な欠陥を潰すことなく、欠陥の形に添った方向に平滑化を掛けることが可能となる。σｇの値はあまり大きくしすぎることは好ましくない。例えば、ラインパターンの向かい合う２辺の両方がガウシアンフィルタσｇの平滑化範囲に含まれるような状況は好ましくない。輪郭部のエッジ部分に適度な斜面（微分係数）を持つガイド画像を用い、さらにσｒの値を適切に設定することで、輪郭に垂直な方向に所望の強さ（第２のサイズ）の平滑化を掛けることが可能となる。
「第１のサイズ」と「第２のサイズ」として、「第１のサイズ」は、露光装置の分解能と略等しいことが好ましい。または、「第１のサイズ」は、より具体的には、「露光装置の波長（λ）と開口数（ＮＡ）の商（λ／（ＮＡ））の（１／３）倍以上１倍以下の半値全幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ：ＦＷＨＭ）」に等しいことが好ましい。ラフネスにより生じる輪郭のうねりの最小周期は、露光装置の解像度程度となる。すなわち、ラフネスにより生じる輪郭のうねりの最小周期は、露光装置の分解能と略等しい。よって、この程度の平滑化を掛けても実際のウェハ上の微細欠陥形状を消去することは無く、輪郭部分のノイズのみを平滑化し、明瞭な輪郭パターンを得ることができる。ＥＵＶ露光の場合を考えると、波長が１３．５ｎｍ、ＮＡが０．３３、ｋ１ファクタが０．３４とした場合、ハーフピッチ１３．９ｎｍのラインアンドスペースパターンが露光可能と言われている。いくつかのサンプル画像に対して欠陥が最もよく検出できる第１のサイズを調べたところ、おおよそ２２ｎｍくらいで最良の結果が得られた。多くの場合において、１３．６ｎｍ～４０．９ｎｍくらいの範囲で第１のサイズを設定することで、最良の結果を得られると考えられる。一方、「第２のサイズ」は、「電子ビームのビーム径と略等しい」ことが好ましい。または、「第２のサイズ」は、「電子ビームのビーム径の（１／２）倍以上２倍以下の半値全幅」であることが好ましい。ビーム径より大幅に大きな平滑化半径で平滑化を掛けてしまうと、エッジの鮮鋭度が低下し、後段で輪郭抽出処理などを行なう際のＳ／Ｎ低下や検出位置誤差の増大につながる。ビーム径程度の平滑化半径であれば、エッジの鮮鋭度を大きく損なうことなく、効果的にノイズ低減することが可能である。いくつかのサンプル画像に対して欠陥が最もよく検出できる第２のサイズを調べたところ、ビーム径が１２ｎｍと推定される装置で取得した画像に対して、おおよそ１２ｎｍで最良の結果が得られた。多くの場合において、６～２４ｎｍくらいの範囲で第２のサイズを設定することで、最良の結果が得られると考えられる。また、ガイド画像を第１の検査画像にガウシアンフィルタを掛けて生成する際、おおよそ半値全幅で２４ｎｍくらいとすることで最良の結果を得ることができた。一般には検査対象とするパターンの線幅程度以下に抑えるほうが良いと考えられる。
図８は、本実施形態の平滑化処理における第１の輪郭と局所領域９０の一例である。図８（ａ）は、第１の検査画像及び第１の輪郭については図６（ａ）に示したものと同じであり、局所領域９０については図７（ａ）に示したものと同じである。そして、平滑化の対象となる第１の輪郭の部分に重なる局所領域９０によって、第１のサイズが第１の輪郭に平行になるように、平滑化が掛けられる。
図８（ｂ）においては、第１の検査画像は、円弧状の第１の輪郭を有している。このように輪郭の方向が一定方向を向いておらず、曲線や２次元のパターンを含む場合には、図７に示すような固定的な局所領域を適用することはできず、［数１］の処理を適用することになる。これによって、画像に含まれる輪郭の方向に「第１のサイズ」の向きが一致し、この方向により強く平滑化されることになる。この場合においても、画像中に含まれる輪郭の方向が縦方向である場合には、結果的に図７と同等の平滑化が掛かることになる。
次に、制御計算機１１０は、輪郭抽出回路１４０を用いて、第２の検査画像に含まれる第２の輪郭の抽出を行う（図５のＳ１０８）。
図９は、本実施形態における第２の検査画像の第２の輪郭の抽出の一例を説明するための図である。輪郭抽出回路１４０は、検査対象となる第２の検査画像を画像保存部１３２から読み出す。また、輪郭抽出回路１４０は、例えば画像保存部１３２から、検査対象となるマスクダイ画像内のパターンに対応する基準パターンの基準輪郭データ、又は、検査対象となるマスクダイ画像内のパターンに電子ビームを照射して得られた参照となる画像から得られた基準輪郭データを読み出す。これらの基準輪郭データについても、参照となる画像から本特許に記載の平滑化処理を掛けた上で抽出されたものであってもよい。基準輪郭データは、具体的なデータとして抽出された輪郭の形状あるいは座標値である。第２の検査画像内のパターンは画素３６毎の階調値データとして定義されるので、輪郭抽出回路１４０は、図９に示すように、例えば１画素３６分のサイズ毎に、基準パターンの基準輪郭１０上の点１１の座標を特定する。そして、輪郭抽出回路１４０は、図９に示すように、基準輪郭１０上の複数の点１１の各座標位置から基準輪郭１０の法線方向に向かって第２の検査画像内のパターンの端部（エッジ）を抽出する。輪郭抽出回路１４０は、上述の端部（エッジ）を繋げることで、第２の輪郭を抽出する。なお、図８で示した第２の検査画像と図６で示した第１の検査画像の間に関連性はない。
図１０は、本実施形態における第２の検査画像内のパターンの端部（エッジ）の抽出の仕方を説明するための図である。図１０（ａ）の例では、基準輪郭１０上の１つの点１１付近を拡大して示している。基準輪郭１０上の点１１の座標と同じ測定画像内の座標から基準輪郭１０の法線方向に向かって例えば１画素３６ずつ第２の検査画像のパターンのエッジを探索する。設計上の座標を測定画像に適用する場合でも、基準輪郭１０とパターンとの間の位置ずれは数画素サイズ（例えば３画素程度）以下に抑えることができる。図１０（ｂ）の例では、階調値と探索方向ＶＶ’（法線方向）の位置との関係を示している。基準輪郭１０上の点１１の座標上の画素ＡからＶ方向とＶ’方向（－Ｖ方向）とに探索を開始する。基準輪郭１０とパターンとの距離が大きく離れていない場合、図１０（ｂ）に示すように、点１１の座標上の画素Ａからパターンに向かう方向の隣接画素Ｂの階調値はエッジを決める閾値Ｔｈ’に近づく。逆に画素Ａからパターンとは逆の方向に向かう隣接画素Ｅの階調値はエッジを決める閾値Ｔｈ’から離れていく或いは変化しない。図１０（ａ）の例では、基準輪郭１０がパターンの外側に位置する場合を示している。このため、隣接画素Ｂの階調値は画素Ａの階調値より大きくなり閾値Ｔｈ’に近づくことになる。そして、隣接画素Ｅの階調値は画素Ａの階調値より小さいか或いは同じ値になる。一方、基準輪郭１０が対象パターン１２の内側に位置する場合、隣接画素Ｂの階調値は画素Ａの階調値より小さくなり閾値Ｔｈ’に近づくことになる。そして、隣接画素Ｅの階調値は画素Ａの階調値より大きいか或いは同じ値になる。以上により、画素Ａからパターンに向かう方向が画素Ｂ側であると判定できる。そして、画素Ａから基準輪郭１０の法線方向（Ｖ方向）に向かって例えば１画素３６ずつ順に画素Ｂ，Ｃ，Ｄの階調値を参照し、閾値Ｔｈ’を超える（或いは跨ぐ）画素Ｄまで探索する。これにより、パターンの端部（エッジ）は、画素Ｃ，Ｄ間に存在することがわかる。画素Ｃ，Ｄの階調値を例えばサブ画素単位で線形補間などの補間を行なうことで、パターンの端部（エッジ）の位置を特定できる。輪郭抽出回路１４０は、基準輪郭１０上の複数の点１１について、同様にパターンの端部（エッジ）の位置を抽出する。これにより、第２の検査画像の第２の輪郭を取得できる。
なお、第２の輪郭の抽出方法は、上記のものに限定されない。
次に、制御計算機１１０は、位置合わせ回路１４４を用いて、基準輪郭と抽出された対象パターン１２の輪郭との位置合わせ（アライメント）を行う（図５のＳ１１０）。この際、基準輪郭を最小二乗法等のモデルを用いて補正しても好適である。
図１１は、本実施形態における位置合わせ補正の一例を示す図である。位置合わせとして、例えば、ｘ，ｙ方向の並進移動、及び回転（θ）のみを許容する補正変換を考える。補正後の基準輪郭と、抽出された対象パターンの差異を表す評価関数は、輪郭間の距離などによって表す。これを最小二乗法等で最適化することで補正変換のパラメータ、すなわち並進移動距離および回転角度を決定する。図１１（ａ）に示すように基準輪郭１０と抽出された第２の輪郭があったとき、かかる並進および回転変換を使って、図１１（ｂ）に示すように、基準輪郭１０を補正して、第２の輪郭に近づけた輪郭１３に補正する。なお、補正する場合に、ここでの補正の内容は並進と回転に限られているため、補正後においても基準輪郭が欠陥個所を含む対象パターンの輪郭に合致することはなく、欠陥部の差異は明瞭に検出可能である。
次に、制御計算機１１０は、比較回路１４１を用いて、基準輪郭１０を位置合わせして補正した輪郭１３と、第２の輪郭とを比較する。なお、補正が行われる前の基準輪郭１０と第２の輪郭とを比較しても良い（図５のＳ１１２）。
又は、制御計算機１１０は、比較回路１４１を用いて、補正された輪郭１３を有する所定の基準画像と、第２の輪郭を有する第２の検査画像とを比較する（図５のＳ１１２）。なお、補正がおこなわれる前の基準輪郭１０を有する画像を所定の基準画像として、第２の検査画像との比較を行っても良い（図５のＳ１１２）。また、輪郭の抽出（図５のＳ１０８）を行わずに、所定の基準画像と第２の検査画像を比較してもかまわない。
図１２は、本実施形態の作用効果を示す図である。図１２（ａ）は、第１の検査画像の一例である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示された第１の検査画像の一例に対し、半値全幅が約４ｎｍであるガウシアンフィルタを用いた平滑化処理を行うことにより得られた、第１の比較形態となる画像である。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）に示された第１の検査画像の一例に対し、半値全幅が約２４ｎｍであるガウシアンフィルタを用いた平滑化処理を行うことにより得られた、第２の比較形態となる画像である。図１２（ｄ）は、図１２（ａ）に示された第１の検査画像の一例に対し、第１の輪郭に垂直な方向に半値全幅が４ｎｍ、第１の輪郭に平行な方向に半値全幅が２４ｎｍとしたジョイントバイラテラルフィルタを用いた平滑化処理を行うことにより得られた、第２の検査画像の一例である。図１２（ｅ）は、図１２（ａ）～図１２（ｄ）に示した画像を比較するためのグラフである。なお、横軸は画像上の座標、縦軸は画素値である。図１２（ｄ）に示したジョイントバイラテラルフィルタを用いた画像の場合は、最もノイズが除去され、かつ急峻に画素値が変化している部分における画素値の変化度合いが最も良く保たれている。
次に、本実施形態の作用効果について詳細に記載する。
電子ビームを用いたパターン検査の場合には、光を用いたパターン検査と比較すると、用いられる電子の数が少ないため、ノイズが多くなってしまうという問題点がある。このため、ノイズを除去しつつ良好な検査を行うことは困難であった。パターン検査装置は、パターン全体の画像を読み取って、その中から欠陥を見つけ出す必要があるため、処理時間削減への要求が非常に強い。電子ビームを用いた一般的なパターン画像取得装置の場合、電子の数を増やすためにゆっくり操作したり、同じ個所を何度も撮像してそれらを重ね合わせたりしてノイズ低減することが行われているが、そのような方法では１個のチップを検査するのに１か月以上もかかることとなり、全く受け入れられない。したがって、ノイズを低減して必要な電子数を減らすことは、直接的に処理時間の削減につながり、極めて重要である。
従前は、得られた画像に対し、メディアン（Ｍｅｄｉａｎ）フィルタ又はガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）フィルタを用いて平滑化処理を行うことによりノイズを低減し、その後にパターンのエッジを検出して画像の輪郭を抽出することが行われていた。しかし、Ｍｅｄｉａｎフィルタの場合、画素数が３×３程度の小さいサイズでは、ノイズの除去効果が限定的である。一方、サイズの大きいＭｅｄｉａｎフィルタは処理効率が高くないという問題があった。さらに、Ｍｅｄｉａｎフィルタでは、平滑化処理の前後でパターンのエッジの位置が保たれていない可能性があるという問題があった。
ガウシアンフィルタを用いた平滑化処理の場合は、一般的には、半値全幅を電子ビーム径より少し大きい程度に設定することで、エッジ検出精度が最も高くなる。しかし、ノイズ低減効果が十分でないという問題があった。一方、より半値全幅の大きなガウシアンフィルタを用いた場合には、かえって検出されたパターン自体がぼやけてしまうため、ノイズが低減したとしても、エッジ検出精度がかえって低下してしまうという問題があった。
本実施形態の検査装置及び検査方法では、ジョイントバイラテラルフィルタを用いて、第１の検査画像の第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、第１の輪郭に垂直な方向に第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行う。ジョイントバイラテラルフィルタを用いることにより、パターンの輪郭に垂直な方向と、パターンの輪郭に平行な方向で、フィルタ強度を制御することが可能になる。これによって、エッジのパターンを必要以上にぼやけさせることなく、十分なノイズ低減が可能となり、検査に必要な電子数を削減することが可能となるため、要求される検査時間（検査速度）の実現が可能となる。
本実施形態の検査方法及び検査装置は、露光装置を用いてフォトマスクの第２のパターンをウェハ上に転写して形成された第１のパターンの検査に対して、特に有用である。露光装置のＰＳＦ（Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：点広がり関数）は、電子ビームのビーム径よりはるかに大きい。例えば、波長１３．５ｎｍで開口数（ＮＡ）０．３３のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅａｍ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：極端紫外線リソグラフィ）露光におけるＰＳＦは約２０ｎｍ程度であり、最小線幅は１５ｎｍより大きい。従って、フォトマスクの第２のパターンにどのような小さな欠陥が存在していたとしても、ウェハ上に転写して形成された第１のパターンには、約２０ｎｍぼやけた形で転写される。また、第１のパターンから生じる第１の検査画像の第１の輪郭にも、フォトマスクの欠陥の影響が小さくても２０ｎｍ程度にわたってあらわれることとなる。
これに対して、ウェハ上に転写して形成された第１のパターンのエッジは、エッチングプロセスによって形成される。このため、第１のパターンのエッジについては、ウェハ面に対して８０度から９０度の程度の、比較的急峻な角度での形成が可能である。このため、第１の検査画像の第１の輪郭に平行な方向に、第１のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行う。一方で、第１の輪郭に垂直な方向には、第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行う。これは、第１の輪郭に平行な方向には、特段問題のない程度に、出来るだけ強く平滑化処理を行い、第１の輪郭に垂直な方向には、エッジ検出精度が最も高くなる程度に平滑化処理を行うというものである。これにより、パターンのエッジ検出精度の向上した検査装置及び検査方法を提供することが可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態の検査装置は、モールドの第２のパターンをウェハ上に転写して形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行う照射源と、照射により前記第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得する検出回路と、第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、第１の輪郭に垂直な方向に第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得するフィルタ回路と、第２の検査画像と所定の基準画像を比較する比較回路と、を備える検査装置である。
そして、第１のパターンは熱ナノインプリント法によりウェハ上に転写されている。
ここで、第１の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。
図１３は、本実施形態において用いられる第１のパターンの製造方法を示す模式断面図である。ここで一例として説明する熱可塑型熱ナノインプリント法では、例えばウェハ上に形成された樹脂（熱可塑性樹脂）に、ナノサイズの凹凸（第２のパターン）が形成されたモールドを押しつけ、樹脂を変形させてパターン（第３のパターン）を形成する。次に、この変形された樹脂を保護膜として、ウェハ上にパターン（第１のパターン）を形成する。その後に樹脂を除去する。
まず、基板（ウェハ）１７０、基板１７０上に塗布された樹脂１７２、及びモールド１７４を加熱して、これらの温度を樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以上に上昇させる。樹脂１７２としては、例えばＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ポリメチルメタクリレート）、又はＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。モールド１７４は、例えば、電子線リソグラフィによりＳｉ（シリコン）基板を加工して作成されている。
次に、基板１７０上に塗布された樹脂１７２に、モールド１７４を所定の時間押しつける（図１３（ａ）、図１３（ｂ））。次に、基板１７０、樹脂１７２及びモールド１７４を、樹脂のガラス転移温度Ｔｇ以下に冷却する。
次に、モールド１７４を、樹脂１７２から剥離する（図１３（ｃ））。これにより、樹脂１７２には、モールド１７４の第２のパターン１７５が転写された第３のパターン１７７が形成される。
次に、第３のパターン１７７の凹部に残った残膜１７６及び基板１７０の一部をエッチングにより除去して、第３のパターン１７７に対応した第１のパターン１７８が転写された基板１７０を得る。ここで得られた第１のパターン１７８は、例えばｙ方向に延びるラインアンドスペースパターンである。
なお、例えば樹脂１７２として、メタアクリル類、ビニル化合物類等の熱硬化型樹脂を用いた熱硬化型ナノインプリント法により第１のパターンを形成しても良い。
熱ナノインプリント法を用いて形成された第１のパターンに対しても、本実施形態の検査装置及び検査方法は好ましく適用することが可能である。
ナノインプリントにおいては、露光機を使ったリソグラフとは異なり、露光機の分解能に起因するラフネスの最小周期というものを決めることはできないが、プロセスに起因するラフネス、想定する欠陥サイズ、などにより、平滑化を掛けても問題のない第１のサイズを任意に決めることが可能である。また、第２のサイズに関しては、第１の実施形態と同様に、検査に用いる電子ビームのビーム径程度の適当な値を選択することが可能である。
（第３の実施形態）
本実施形態の検査装置においては、第２のパターンは、光ナノインプリント法によりウェハ上に転写されている。ここで、第１の実施形態および第２の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。
図１４は、本実施形態において用いられる第１のパターンの製造方法を示す模式断面図である。ここではＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：紫外線）を用いた光ナノインプリント法を用いている。
まず、基板（ウェハ）１８０上に塗布された樹脂１８２に、第２のパターン１８５が形成されたモールド１８４を押し付ける（図１４（ａ）、図１４（ｂ））。樹脂１８２は、例えば液状のＵＶ硬化性樹脂をスピンコート法等により基板１８０上に塗布したものである。モールド１８４は、例えばＵＶに対して透明である石英によって形成されている。
次に、モールド１８４を押し付けた状態で、例えばモールド１８４を通して樹脂１８２にＵＶ照射を行い、樹脂１８２を硬化させる（図１４（ｃ））。次に、モールド１８４を樹脂１８２から剥離する（図１４（ｄ））。これにより、樹脂１８２には、モールド１８４の第２のパターン１８５が転写された第３のパターン１８７が形成される。
次に、第３のパターン１８７の凹部に残った残膜１８６及び基板１８０の一部をエッチングにより除去して、第３のパターン１８７に対応した第１のパターン１８８が転写された基板１８０を得る。ここで得られた第１のパターン１８８は、例えばｙ方向に延びるラインアンドスペースパターンである。
光ナノインプリント法を用いて形成された第１のパターンに対しても、本実施形態の検査装置及び検査方法は好ましく適用することが可能である。
本実施形態についても、第２の実施形態のときと同様に、第１のサイズと第２のサイズを適切に決めることが可能であり、エッジの鮮鋭度を損なうことなくノイズのみをフィルタリングによって軽減し、高精度な輪郭の抽出が可能となる。
（第４の実施形態）
本実施形態の検査装置は、自己組織化リソグラフィにより形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行う照射源と、照射により第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得する検出回路と、第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、第１の輪郭に垂直な方向に第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得するフィルタ回路と、第２の検査画像と所定の基準画像を比較する比較回路と、を備える。
ここで、第１の実施形態乃至第３の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。
図１５は、本実施形態において用いられる第１のパターンの製造方法を示す模式断面図である。
まず、基板（ウェハ）１９０上に、レジスト材料を用いてガイドパターン１９２を形成する（図１５（ａ））。
次に、ガイドパターン１９２の間の基板１９０上にジブロックコポリマを塗布して熱処理をすることにより、エッチング耐性の低いポリマ１９４ａからなる部分と、エッチング耐性の高いポリマ１９４ｂからなる部分と、を形成する（図１５（ｂ））。ジブロックコポリマとしては、例えばＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ－Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ポリスチレン－ポリメチルメタクリレート）が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。
次に、ポリマ１９４ａおよび基板１９０の一部をエッチングにより除去し、第１のパターン１９８を有する基板１９０を得る。ここで得られた第１のパターン１９８は、例えばｙ方向に延びるラインアンドスペースパターンである。
自己組織化リソグラフィにより形成された第１のパターンに対しても、本実施形態の検査装置及び検査方法は好ましく適用することが可能である。
自己組織化リソグラフィにおいても、ラフネスおよび発現する欠陥の最小周期というものが一般に存在し、それに合わせる形で第１のサイズを任意に設定することが好適である。第２のサイズは第１乃至第３の実施形態と同様に、検査に用いる電子ビームのビーム径程度とするのが好適である。このようにすることで、エッジの鮮鋭度を損なうことなくノイズのみをフィルタリングによって軽減し、高精度な輪郭の抽出が可能となるため、高精度な欠陥検出が可能となる。
（第５の実施形態）
本実施形態の検査装置は、被検査試料であるフォトマスク上に形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行う照射源と、照射により前記第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得する検出回路と、第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、第１の輪郭に垂直な方向に第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得するフィルタ回路と、第２の検査画像と所定の基準画像を比較する比較回路と、を備える検査装置である。
そして、本実施形態のフォトマスクは、例えばガラス基板上の、Ｓｉ（シリコン）を含むＳｉ膜とＭｏ（モリブデン）を含むＭｏ膜を積層した多層膜からなる反射膜上に設けられた、第１のパターンが形成された吸収体（遮光膜）を有するＥＵＶマスクである。ここで、第１乃至第４の実施形態と重複する内容については、記載を省略する。
図１６は、本実施形態において用いられるＥＵＶマスク４００の模式断面図である。
ＥＵＶマスク４００は、導電膜４０２と、ガラス基板４０４と、反射膜４０６と、バッファー層４１０と、吸収体４１２と、を有する。
ガラス基板４０４としては、例えば、合成石英を用いた基板や、露光中の熱歪みを抑制するため、石英より熱膨張率の小さな極低熱膨張ガラスを用いた基板が、好ましく用いられる。
反射膜４０６は、ガラス基板４０４上に設けられている。反射膜４０６は、Ｓｉ膜４０８ａ及びＭｏ膜４０８ｂを、例えば４０周期以上６０周期以下の程度で積層した多層膜からなる。なお図１６においては、Ｓｉ膜４０８ａ及びＭｏ膜４０８ｂの積層階数を省略して図示している。
バッファー層４１０は、反射膜４０６の上に設けられている。バッファー層４１０は、例えばＲｕ（ルテニウム）を含む。バッファー層４１０は、後述する吸収体４１２のエッチング時、及び吸収体４１２の欠陥修正時に、反射膜４０６を保護するために設けられている。
吸収体４１２は、バッファー層４１０の上に設けられている。吸収体４１２及びバッファー層４１０には、ガラス基板４０４の基板面に平行な平面で見ると、ウェハに転写すべきパターンが形成されている。これが第１のパターン４１４である。
導電膜４０２は、ガラス基板４０４の、第１のパターン４１４が設けられていない裏面に設けられている。言い換えると、ガラス基板４０４は、導電膜４０２と反射膜４０６の間に設けられている。導電膜４０２は、図示しない静電チャックにＥＵＶマスク４００の固定を行うために設けられている。導電膜４０２は、例えばＣｒＮ（窒化クロム）を含む。
ＥＵＶ光を照射すると、吸収体４１２が付加された部分は光が吸収され、反射膜４０６が露出している部分は光が吸収される。このため、ＥＵＶ露光機により、ウェハ上に第１のパターンを転写することができる。なお、ＥＵＶ光の波長領域は容易に材料に吸収されてしまい、光の屈折を利用したレンズを利用することが出来ない。このため、投影光学系はすべて反射光学系で構成されている。よって、ＥＵＶマスクも上述のような反射型のマスクとなる。
このように形成された第１のパターンに対しても、本実施形態の検査装置及び検査方法は好ましく適用することが可能である。
フォトマスクにおいては、露光機を使ったリソグラフとは異なり、露光機の分解能に起因するラフネスの最小周期というものを決めることはできないが、プロセスに起因するラフネス、想定する欠陥サイズ、などにより、平滑化を掛けても問題のない第１のサイズを任意に決めることが可能である。また、第２のサイズに関しては、第１の実施形態と同様に、検査に用いる電子ビームのビーム径程度の適当な値を選択することが可能である。
以上の説明において、一連の「～回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「～回路」は、共通する処理回路（同じ処理回路）を用いてもよい。或いは、異なる処理回路（別々の処理回路）を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、或いはＲＯＭ（リードオンリメモリ）等の記録媒体に記録されればよい。また、「～記憶部」、「～保存部」又は記憶装置は、たとえば磁気ディスク装置、磁気テープ装置、ＦＤ、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）などの記録媒体を含む。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上述の実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
実施形態では、検査方法及び検査装置の構成やその製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる検査方法の構成を適宜選択して用いることが出来る。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検査方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。
１０ 基準輪郭
１１ 点
２０ マルチ１次電子ビーム
２２ 穴
２８，３６ 画素
２９ サブ照射領域
３３ マスクダイ
３４ 照射領域
３６ 画素
９０ 局所領域
１００ 検査装置
１０１ 基板（被検査試料）
１０２ 電子ビームカラム
１０３ 検査室
１０６ 検出回路
１０７ 位置回路
１０９ 設計データ保存部
１１０ 制御計算機
１１１ 展開回路
１１４ ステージ制御回路
１１７ モニタ
１１８ メモリ
１１９ プリンタ
１２０ バス
１２２ レーザ測長システム
１２３ ストライプパターンメモリ
１２４ レンズ制御回路
１２６ ブランキング制御回路
１２７ 駆動機構
１２８ 偏向制御回路
１３２ 画像保存部
１３９ フィルタ回路
１４０ 輪郭抽出回路
１４１ 比較回路
１４２ ガイド画像生成回路
１４３ 分割回路
１４４ 位置合わせ回路
１５５ 電子光学画像取得機構（画像取得機構）
１６０ 制御系回路
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃（照射源）
２０２ 電磁レンズ
２０３ 成形アパーチャアレイ基板
２０５ 電磁レンズ（縮小レンズ）
２０６ 電磁レンズ
２０７ 電磁レンズ（対物レンズ）
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
２２２ マルチ検出器
２２４，２２６ 電磁レンズ
２２８ 偏向器
３００ マルチ２次電子ビーム
３３０ 検査領域
３３２ チップ（ウェハダイ）
４００ ＥＵＶマスク
４０２ 導電膜
４０４ ガラス基板
４０６ 反射膜
４０８ａ Ｓｉ膜
４０８ｂ Ｍｏ膜
４１０ バッファ層
４１２ 吸収体
４１４ 第１のパターン

Claims (9)

  1. 被検査試料上に形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行う照射源と、
    前記照射により前記第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得する検出回路と、
    前記第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、前記第１の輪郭に垂直な方向に前記第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、前記平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得するフィルタ回路と、
    前記第２の検査画像と所定の基準画像とを比較する比較回路と、
    を備え、
    前記第２のサイズは前記電子ビームのビーム径の（１／２）倍以上２倍以下の半値全幅に等しい、
    検査装置。
  2. 前記フィルタ回路は、前記局所領域及び所定のガイド画像を用いたジョイントバイラテラルフィルタにより前記平滑化を行い、前記平滑化により生成された前記第２の輪郭を含む前記第２の検査画像を取得する、
    請求項１記載の検査装置。
  3. 前記被検査試料はウェハであり、
    前記第１のパターンは露光装置を用いてフォトマスクの第２のパターンを前記ウェハ上に転写して形成されたものであり、
    前記第１のサイズは前記露光装置の分解能と略等しい、
    請求項１又は請求項２記載の検査装置。
  4. 前記被検査試料はウェハであり、
    前記第１のパターンは露光装置を用いてフォトマスクの第２のパターンを前記ウェハ上に転写して形成されたものであり、
    前記第１のサイズは前記露光装置の波長（λ）と開口数（ＮＡ）の商（λ／（ＮＡ））の（１／３）倍以上１倍以下の半値全幅に等しい、
    請求項１又は請求項２記載の検査装置。
  5. 前記第２のパターンの設計データを用いて前記所定のガイド画像を生成するガイド画像生成回路をさらに備える請求項２記載の検査装置。
  6. 前記第１の検査画像を用いて前記所定のガイド画像を生成するガイド画像生成回路をさらに備える請求項２記載の検査装置。
  7. 前記第２のサイズは前記電子ビームのビーム径と略等しい、
    請求項１乃至請求項６いずれか一項記載の検査装置。
  8. 前記第２の検査画像から前記第２の輪郭の抽出を行なう輪郭抽出回路を備え、
    前記比較回路は前記第２の輪郭を前記所定の基準画像に含まれる基準輪郭と比較することにより、前記第２の検査画像と前記所定の基準画像を比較する請求項１乃至請求項７いずれか一項記載の検査装置。
  9. 被検査試料上に形成された第１のパターンに、電子ビームの照射を行い、
    前記照射により前記第１のパターンから生じる第１の検査画像を取得し、
    前記第１の検査画像に含まれる第１の輪郭に平行な方向に第１のサイズを有し、前記第１の輪郭に垂直な方向に前記第１のサイズより小さな第２のサイズを有する局所領域を用いて平滑化を行い、前記平滑化により生成された第２の輪郭を含む第２の検査画像を取得し、
    前記第２の検査画像と所定の基準画像を比較し、
    前記第２のサイズは前記電子ビームのビーム径の（１／２）倍以上２倍以下の半値全幅に等しい、
    検査方法。
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