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JP7547138B2 - Electron beam inspection device and electron beam inspection method - Google Patents
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JP7547138B2 JP2020159348A JP2020159348A JP7547138B2 JP 7547138 B2 JP7547138 B2 JP 7547138B2 JP 2020159348 A JP2020159348 A JP 2020159348A JP 2020159348 A JP2020159348 A JP 2020159348A JP 7547138 B2 JP7547138 B2 JP 7547138B2
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Description

本発明の一態様は、電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法に関する。例えば、電子線によるマルチビームで基板を照射して放出されるパターンの2次電子画像を用いて検査する検査装置、および方法に関する。 One aspect of the present invention relates to an electron beam inspection device and an electron beam inspection method. For example, the present invention relates to an inspection device and method that irradiates a substrate with multiple electron beams and uses a secondary electron image of the emitted pattern to perform inspection.

近年、大規模集積回路(LSI)の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。そして、多大な製造コストのかかるLSIの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、LSIを構成するパターンは、10ナノメータ以下のオーダーを迎えつつあり、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。よって、半導体ウェハ上に転写された超微細パターンの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。その他、歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。そのため、LSI製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。 In recent years, with the increasing integration and capacity of large-scale integrated circuits (LSIs), the circuit line width required for semiconductor elements has become narrower and narrower. In addition, improving the yield is essential for the manufacture of LSIs, which require a large manufacturing cost. However, the patterns that make up LSIs are approaching the order of 10 nanometers or less, and the dimensions that must be detected as pattern defects are also extremely small. Therefore, there is a need to improve the accuracy of pattern inspection devices that inspect defects in ultra-fine patterns transferred onto semiconductor wafers. Another major factor that reduces the yield is pattern defects in masks used when exposing and transferring ultra-fine patterns onto semiconductor wafers using photolithography technology. Therefore, there is a need to improve the accuracy of pattern inspection devices that inspect defects in transfer masks used in LSI manufacturing.

欠陥検査手法としては、紫外線或いは電子ビームを用いて、半導体ウェハやリソグラフィマスク等の基板上に形成されているパターンを撮像した測定画像と、設計データ、あるいは基板上の同一パターンを撮像した測定画像と比較することにより検査を行う方法が知られている。 A known defect inspection method is to use ultraviolet light or an electron beam to capture a measurement image of a pattern formed on a substrate, such as a semiconductor wafer or a lithography mask, and compare this measurement image with design data or a measurement image of the same pattern on the substrate.

特に、測定画像と設計パターンデータを基にした参照画像とを比較するダイ-データベース検査では、設計パターンデータから作成した設計画像にフィルタ処理を行って測定画像に近づけた参照画像を作成する。従来、紫外線を用いて画像を撮像する検査装置では、検査を開始する前に、参照画像を作成するためのフィルタのモデルや係数を機械学習等により算出する手法が用いられていた(例えば、特許文献1参照)。 In particular, in die-database inspection, which compares a measurement image with a reference image based on design pattern data, a reference image that resembles the measurement image is created by filtering a design image created from design pattern data. Conventionally, inspection devices that capture images using ultraviolet light have used a method of calculating the filter model and coefficients for creating a reference image using machine learning or the like before starting inspection (see, for example, Patent Document 1).

一方、電子ビームで試料をスキャンして得られるSEM(Scanning Electron Microscope)画像と参照画像とを比較するダイ-データベース検査においては、電子ビームで試料をスキャンして得られるSEM画像の画質は、スキャン動作を開始した時刻からの時間の経過と共に少しずつ変化することが予想される。そのため、ダイ-データベース検査では、時間の経過と共にSEM画像と参照画像との差異が大きくなり疑似欠陥が多発する傾向があるといった問題があった。 On the other hand, in die-database inspection, which compares a SEM (Scanning Electron Microscope) image obtained by scanning a sample with an electron beam with a reference image, the image quality of the SEM image obtained by scanning a sample with an electron beam is expected to change little by little over time from the time the scanning operation started. As a result, die-database inspection has the problem that the difference between the SEM image and the reference image tends to increase over time, resulting in frequent false defects.

特開2016-133613号公報JP 2016-133613 A

本発明の一態様は、電子ビームで基板をスキャンして得られる測定画像の画質の変化に追従するように参照画像を作成可能な装置及び方法を提供する。 One aspect of the present invention provides an apparatus and method capable of creating a reference image to track changes in image quality of a measurement image obtained by scanning a substrate with an electron beam.

本発明の一態様の電子ビーム検査装置は、
複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
対象の電子光学画像と、対象の電子光学画像に対応する参照画像とを比較する比較部と、
特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数の第1の画像処理フィルタの情報を格納するデータベースと、
データベースを用いて、複数の第1の画像処理フィルタの中から所定の画像処理フィルタとして現在選択されている画像処理フィルタの特徴に基づき、所定の特徴を持った複数の第2の画像処理フィルタを検索する検索部と、
電子光学画像との比較用に現在選択されている画像処理フィルタを使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成される第2の画像処理フィルタを複数の第2の画像処理フィルタの中から選択する選択部と、
を備えたことを特徴とする。
An electron beam inspection apparatus according to one aspect of the present invention comprises:
a reference image creation unit that creates a reference image corresponding to the target electron optical image by filtering a design image corresponding to the target electron optical image for each of the plurality of electron optical images using a predetermined image processing filter;
a comparison unit for comparing the electro-optical image of the object with a reference image corresponding to the electro-optical image of the object;
a database storing information on a plurality of first image processing filters that can be searched for using feature information indicating features;
a search unit that searches for a plurality of second image processing filters having predetermined characteristics based on characteristics of an image processing filter currently selected as a predetermined image processing filter from among the plurality of first image processing filters using a database;
a selection unit that selects, from among a plurality of second image processing filters, a second image processing filter that produces a reference image that matches the electro-optical image better than the reference image produced using the image processing filter currently selected for comparison with the electro-optical image;
The present invention is characterized by comprising:

また、各第1の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの面積が用いられると好適である。 In addition, it is preferable to use, as a characteristic of each first image processing filter, the area of the reference pattern after filtering when filtering an image of the reference pattern with the first image processing filter.

また、各第1の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置とパターン外部の基準位置との間の距離が用いられると好適である。 In addition, it is preferable to use, as a characteristic of each first image processing filter, the distance between the mid-tone position of the reference pattern after filtering when the image of the reference pattern is filtered with the first image processing filter and a reference position outside the pattern.

また、各第1の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値と最小階調値とが用いられると好適である。 In addition, it is preferable to use, as a characteristic of each first image processing filter, the maximum and minimum gradation values of the reference pattern after filtering when filtering an image of the reference pattern with the first image processing filter.

また、各第1の画像処理フィルタの特徴として、当該第1の画像処理フィルタの取得に用いた設計画像内の微小図形のランクと、ランクの微小図形の数とが用いられると好適である。 In addition, it is preferable to use the rank of the micro-figures in the design image used to obtain the first image processing filter and the number of micro-figures in the rank as the features of each first image processing filter.

また、選択部は、一致度が高くなる参照画像が作成される2以上の第2の画像処理フィルタを複数の第2の画像処理フィルタの中から選択し、
参照画像作成部は、選択された2以上の第2の画像処理フィルタを用いて、残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する2以上の参照画像候補を作成し、2以上の参照画像候補を合成することにより参照画像を作成すると好適である。
The selection unit selects, from among the second image processing filters, two or more second image processing filters that generate a reference image having a high degree of matching;
It is preferable that the reference image creation unit uses the two or more selected second image processing filters to perform filter processing on a design image among the remaining electron-optical images, which corresponds to the target electron-optical image, to create two or more reference image candidates corresponding to the target electron-optical image, and creates a reference image by combining the two or more reference image candidates.

また、参照画像作成部は、選択された第2の画像処理フィルタを用いて、まだ比較処理が実行されていない複数の電子光学画像の残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成すると好適である。 In addition, it is preferable that the reference image creation unit uses the selected second image processing filter to perform filter processing on a design image corresponding to the target electron-optical image among the remaining electron-optical images of the multiple electron-optical images for which comparison processing has not yet been performed, thereby creating a reference image corresponding to the target electron-optical image.

本発明の一態様の電子ビーム検査方法は、
複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
対象の電子光学画像と、対象の電子光学画像に対応する参照画像とを比較し、結果を出力する工程と、
特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数の第1の画像処理フィルタの情報を格納するデータベースを用いて、複数の第1の画像処理フィルタの中から所定の画像処理フィルタとして現在選択されている画像処理フィルタの特徴に基づき、所定の特徴を持った複数の第2の画像処理フィルタを検索する工程と、
複数の電子光学画像の残部の電子光学画像との比較用に現在選択されている画像処理フィルタを使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成される第2の画像処理フィルタを複数の第2の画像処理フィルタの中から選択する工程と、
を備えたことを特徴とする。
An electron beam inspection method according to one aspect of the present invention includes:
creating a reference image corresponding to the target electron-optical image by filtering a design image corresponding to the target electron-optical image for each of the plurality of electron-optical images using a predetermined image processing filter;
comparing the electro-optical image of the object with a reference image corresponding to the electro-optical image of the object and outputting the result;
a step of searching for a plurality of second image processing filters having predetermined characteristics based on the characteristics of an image processing filter currently selected as a predetermined image processing filter from among the plurality of first image processing filters, using a database storing information on a plurality of first image processing filters that can be searched using characteristic information indicating the characteristics;
selecting a second image processing filter from among the plurality of second image processing filters that produces a reference image that matches more closely with a remaining electro-optical image of the plurality of electro-optical images than a reference image produced using the currently selected image processing filter;
The present invention is characterized by comprising:

また、各第1の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの面積が用いられると好適である。 In addition, it is preferable to use, as a characteristic of each first image processing filter, the area of the reference pattern after filtering when filtering an image of the reference pattern with the first image processing filter.

また、各第1の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置とパターン外部の基準位置との間の距離が用いられると好適である。 In addition, it is preferable to use, as a characteristic of each first image processing filter, the distance between the mid-tone position of the reference pattern after filtering when the image of the reference pattern is filtered with the first image processing filter and a reference position outside the pattern.

また、各第1の画像処理フィルタの特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値と最小階調値とが用いられると好適である。 In addition, it is preferable to use, as a characteristic of each first image processing filter, the maximum and minimum gradation values of the reference pattern after filtering when filtering an image of the reference pattern with the first image processing filter.

本発明の一態様によれば、電子ビームで基板をスキャンして得られる測定画像の画質の変化に追従するように参照画像を作成できる。 According to one aspect of the present invention, a reference image can be created to track changes in image quality of a measurement image obtained by scanning a substrate with an electron beam.

実施の形態1における検査装置の構成の一例を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an example of a configuration of an inspection device according to a first embodiment; 実施の形態1における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing a configuration of a shaping aperture array substrate in embodiment 1. 実施の形態1における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a plurality of chip regions formed on a semiconductor substrate in a first embodiment; 実施の形態1におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。1 is a diagram for explaining a multi-beam scanning operation in embodiment 1. FIG. 実施の形態1における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。FIG. 2 is a flowchart showing main steps of the inspection method according to the first embodiment. 実施の形態1におけるフィルタ関数を演算する手法の一例を説明するための図である。4 is a diagram for explaining an example of a method for calculating a filter function in the first embodiment. FIG. 実施の形態1におけるフィルタ更新回路の内部構成の一例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an example of an internal configuration of a filter updating circuit according to the first embodiment. 実施の形態1における基準設計画像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a reference design image in the first embodiment. 実施の形態1におけるフィルタ後の基準画像の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a reference image after filtering in the first embodiment. 実施の形態1における基準画像の特徴の一例を示す図である。5A to 5C are diagrams showing an example of features of a reference image in the first embodiment. 実施の形態1における基準画像の特徴の他の一例を示す図である。13A and 13B are diagrams showing another example of features of the reference image in the first embodiment. 実施の形態1における階層テーブルの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a hierarchy table in the first embodiment. 実施の形態1における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。2 is a configuration diagram showing an example of a configuration within a comparison circuit according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1における類似するフィルタ関数を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining similar filter functions in the first embodiment. 実施の形態1における検索の仕方を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a search method in the first embodiment. 実施の形態2における複数の参照画像候補と合成参照画像の一例を示す図である。13A to 13C are diagrams showing an example of a plurality of reference image candidates and a synthetic reference image in embodiment 2. 実施の形態3におけるフィルタ更新回路の内部構成の一例を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing an example of an internal configuration of a filter updating circuit according to a third embodiment. 実施の形態3における微小図形ランクを説明するための図である。13 is a diagram for explaining a micro graphic rank in the third embodiment. FIG. 実施の形態3における階層テーブルの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a hierarchy table in the third embodiment.

以下、実施の形態では、検査装置の一例として、電子ビーム検査装置について説明する。また、実施の形態では、複数の電子ビームによるマルチビームを用いて画像を取得する検査装置について説明するが、これに限るものではない。1本の電子ビームによるシングルビームを用いて画像を取得する検査装置であっても構わない。 In the following embodiments, an electron beam inspection device will be described as an example of an inspection device. In addition, in the embodiments, an inspection device that acquires an image using a multi-beam of multiple electron beams will be described, but the present invention is not limited to this. An inspection device that acquires an image using a single beam of one electron beam may also be used.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1における検査装置の構成の一例を示す構成図である。図1において、基板に形成されたパターンを検査する検査装置100は、マルチ電子ビーム検査装置の一例である。検査装置100は、画像取得機構150(2次電子画像取得機構)、及び制御系回路160を備えている。画像取得機構150は、電子ビームカラム102(電子鏡筒)及び検査室103を備えている。電子ビームカラム102内には、電子銃201、電磁レンズ202、成形アパーチャアレイ基板203、電磁レンズ205、一括ブランキング偏向器212、制限アパーチャ基板213、電磁レンズ206、電磁レンズ207(対物レンズ)、主偏向器208、副偏向器209、ビームセパレーター214、偏向器218、電磁レンズ224、電磁レンズ226、及びマルチ検出器222が配置されている。図1の例において、電子銃201、電磁レンズ202、成形アパーチャアレイ基板203、電磁レンズ205、一括ブランキング偏向器212、制限アパーチャ基板213、電磁レンズ206、電磁レンズ207(対物レンズ)、主偏向器208、及び副偏向器209は、マルチ1次電子ビーム20を基板101に照射する1次電子光学系を構成する。ビームセパレーター214、偏向器218、電磁レンズ224、及び電磁レンズ226は、マルチ2次電子ビーム300をマルチ検出器222に照射する2次電子光学系を構成する。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of an inspection apparatus in the first embodiment. In FIG. 1, an inspection apparatus 100 for inspecting a pattern formed on a substrate is an example of a multi-electron beam inspection apparatus. The inspection apparatus 100 includes an image acquisition mechanism 150 (secondary electron image acquisition mechanism) and a control circuit 160. The image acquisition mechanism 150 includes an electron beam column 102 (electron lens barrel) and an inspection chamber 103. In the electron beam column 102, an electron gun 201, an electromagnetic lens 202, a shaping aperture array substrate 203, an electromagnetic lens 205, a collective blanking deflector 212, a limiting aperture substrate 213, an electromagnetic lens 206, an electromagnetic lens 207 (objective lens), a main deflector 208, a sub-deflector 209, a beam separator 214, a deflector 218, an electromagnetic lens 224, an electromagnetic lens 226, and a multi-detector 222 are arranged. 1, the electron gun 201, the electromagnetic lens 202, the shaping aperture array substrate 203, the electromagnetic lens 205, the collective blanking deflector 212, the limiting aperture substrate 213, the electromagnetic lens 206, the electromagnetic lens 207 (objective lens), the main deflector 208, and the sub-deflector 209 constitute a primary electron optical system that irradiates the substrate 101 with the multiple primary electron beams 20. The beam separator 214, the deflector 218, the electromagnetic lens 224, and the electromagnetic lens 226 constitute a secondary electron optical system that irradiates the substrate 222 with the multiple secondary electron beams 300.

検査室103内には、なくともXY方向に移動可能なステージ105が配置される。ステージ105上には、検査対象となる基板101(試料)が配置される。ここでは、基板101が、例えば、3点支持により支持される。基板101には、露光用マスク基板、及びシリコンウェハ等の半導体基板が含まれる。基板101が半導体基板である場合、半導体基板には複数のチップパターン(ウェハダイ)が形成されている。基板101が露光用マスク基板である場合、露光用マスク基板には、チップパターンが形成されている。チップパターンは、複数の図形パターンによって構成される。かかる露光用マスク基板に形成されたチップパターンが半導体基板上に複数回露光転写されることで、半導体基板には複数のチップパターン(ウェハダイ)が形成されることになる。以下、基板101が半導体基板である場合を主として説明する。基板101は、例えば、パターン形成面を上側に向けてステージ105に配置される。また、ステージ105上には、検査室103の外部に配置されたレーザ測長システム122から照射されるレーザ測長用のレーザ光を反射するミラー216が配置されている。マルチ検出器222は、電子ビームカラム102の外部で検出回路106に接続される。 In the inspection chamber 103, a stage 105 that can move in the XY direction is placed. On the stage 105, a substrate 101 (sample) to be inspected is placed. Here, the substrate 101 is supported by, for example, three points. The substrate 101 includes an exposure mask substrate and a semiconductor substrate such as a silicon wafer. When the substrate 101 is a semiconductor substrate, a plurality of chip patterns (wafer dies) are formed on the semiconductor substrate. When the substrate 101 is an exposure mask substrate, a chip pattern is formed on the exposure mask substrate. The chip pattern is composed of a plurality of figure patterns. The chip pattern formed on the exposure mask substrate is exposed and transferred onto the semiconductor substrate a plurality of times, so that a plurality of chip patterns (wafer dies) are formed on the semiconductor substrate. The following mainly describes the case where the substrate 101 is a semiconductor substrate. The substrate 101 is placed on the stage 105, for example, with the pattern forming surface facing upward. Also, a mirror 216 is placed on the stage 105 to reflect the laser light for laser length measurement irradiated from a laser length measurement system 122 placed outside the inspection chamber 103. The multi-detector 222 is connected to the detection circuit 106 outside the electron beam column 102.

制御系回路160では、検査装置100全体を制御する制御計算機110が、バス120を介して、位置回路107、比較回路108、展開回路111、参照画像作成回路112、ステージ制御回路114、レンズ制御回路124、ブランキング制御回路126、偏向制御回路128、フィルタ更新回路132、フィルタ演算回路134、データベース130、磁気ディスク装置等の記憶装置109、モニタ117、及びメモリ118に接続されている。また、偏向制御回路128は、DAC(デジタルアナログ変換)アンプ144,146,148に接続される。DACアンプ146は、主偏向器208に接続され、DACアンプ144は、副偏向器209に接続される。DACアンプ148は、偏向器218に接続される。 In the control system circuit 160, a control computer 110 that controls the entire inspection device 100 is connected to a position circuit 107, a comparison circuit 108, an unfolding circuit 111, a reference image creation circuit 112, a stage control circuit 114, a lens control circuit 124, a blanking control circuit 126, a deflection control circuit 128, a filter update circuit 132, a filter calculation circuit 134, a database 130, a storage device 109 such as a magnetic disk device, a monitor 117, and a memory 118 via a bus 120. The deflection control circuit 128 is also connected to DAC (digital-to-analog conversion) amplifiers 144, 146, and 148. The DAC amplifier 146 is connected to a main deflector 208, and the DAC amplifier 144 is connected to a sub-deflector 209. The DAC amplifier 148 is connected to a deflector 218.

また、検出回路106は、チップパターンメモリ123に接続される。チップパターンメモリ123は、比較回路108及びフィルタ演算回路134に接続されている。また、ステージ105は、ステージ制御回路114の制御の下に駆動機構142により駆動される。駆動機構142では、例えば、ステージ座標系におけるX方向、Y方向、θ方向に駆動する3軸(X-Y-θ)モータの様な駆動系が構成され、ステージ105が移動可能となっている。ステージ105は、XYθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能である。そして、ステージ105の移動位置はレーザ測長システム122により測定され、位置回路107に供給される。レーザ測長システム122は、ミラー216からの反射光を受光することによって、レーザ干渉法の原理でステージ105の位置を測長する。ステージ座標系は、例えば、マルチ1次電子ビームの光軸(電子軌道中心軸)に直交する面に対して、X方向、Y方向、θ方向が設定される。 The detection circuit 106 is also connected to the chip pattern memory 123. The chip pattern memory 123 is connected to the comparison circuit 108 and the filter calculation circuit 134. The stage 105 is also driven by the drive mechanism 142 under the control of the stage control circuit 114. The drive mechanism 142 is configured with a drive system such as a three-axis (X-Y-θ) motor that drives in the X, Y, and θ directions in the stage coordinate system, and the stage 105 is movable. The stage 105 can be moved in the horizontal and rotational directions by the motors of the X, Y, and θ axes. The moving position of the stage 105 is measured by the laser measurement system 122 and supplied to the position circuit 107. The laser measurement system 122 measures the position of the stage 105 by receiving the reflected light from the mirror 216 based on the principle of laser interference. For example, the X, Y, and θ directions of the stage coordinate system are set with respect to a plane perpendicular to the optical axis (electron orbit central axis) of the multi-primary electron beam.

電磁レンズ202、電磁レンズ205、電磁レンズ206、電磁レンズ207(対物レンズ)、電磁レンズ224、電磁レンズ226、及びビームセパレーター214は、レンズ制御回路124により制御される。また、一括ブランキング偏向器212は、2極以上の電極により構成され、電極毎に図示しないDACアンプを介してブランキング制御回路126により制御される。副偏向器209は、4極以上の電極により構成され、電極毎にDACアンプ144を介して偏向制御回路128により制御される。主偏向器208は、4極以上の電極により構成され、電極毎にDACアンプ146を介して偏向制御回路128により制御される。偏向器218は、4極以上の電極により構成され、電極毎にDACアンプ148を介して偏向制御回路128により制御される。 The electromagnetic lens 202, the electromagnetic lens 205, the electromagnetic lens 206, the electromagnetic lens 207 (objective lens), the electromagnetic lens 224, the electromagnetic lens 226, and the beam separator 214 are controlled by the lens control circuit 124. The collective blanking deflector 212 is composed of two or more electrodes, and is controlled by the blanking control circuit 126 via a DAC amplifier (not shown) for each electrode. The sub-deflector 209 is composed of four or more electrodes, and is controlled by the deflection control circuit 128 via a DAC amplifier 144 for each electrode. The main deflector 208 is composed of four or more electrodes, and is controlled by the deflection control circuit 128 via a DAC amplifier 146 for each electrode. The deflector 218 is composed of four or more electrodes, and is controlled by the deflection control circuit 128 via a DAC amplifier 148 for each electrode.

電子銃201には、図示しない高圧電源回路が接続され、電子銃201内の図示しないフィラメント(カソード)と引出電極(アノード)間への高圧電源回路からの加速電圧の印加と共に、別の引出電極(ウェネルト)の電圧の印加と所定の温度のカソードの加熱によって、カソードから放出された電子群が加速させられ、電子ビーム200となって放出される。 The electron gun 201 is connected to a high-voltage power supply circuit (not shown), and an acceleration voltage is applied from the high-voltage power supply circuit between a filament (cathode) (not shown) and an extraction electrode (anode) inside the electron gun 201. In addition, a voltage is applied to another extraction electrode (Wehnelt) and the cathode is heated to a predetermined temperature, causing the group of electrons emitted from the cathode to be accelerated and emitted as an electron beam 200.

ここで、図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成を記載している。検査装置100にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。 Here, FIG. 1 shows the configuration necessary for explaining the first embodiment. The inspection device 100 may also be provided with other configurations that are normally required.

図2は、実施の形態1における成形アパーチャアレイ基板の構成を示す概念図である。図2において、成形アパーチャアレイ基板203には、2次元状の横(x方向)m列×縦(y方向)n段(m,nは、一方が2以上の整数、他方が1以上の整数)の穴(開口部)22がx,y方向に所定の配列ピッチで形成されている。図2の例では、23×23の穴(開口部)22が形成されている場合を示している。各穴22は、理想的には共に同じ寸法形状の矩形で形成される。或いは、理想的には同じ外径の円形であっても構わない。これらの複数の穴22を電子ビーム200の一部がそれぞれ通過することで、m×n本(=N本)のマルチ1次電子ビーム20が形成されることになる。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration of the shaping aperture array substrate in the first embodiment. In FIG. 2, the shaping aperture array substrate 203 has two-dimensional holes (apertures) 22 of m 1 columns (x direction) by n 1 rows (y direction) (one of m 1 and n 1 is an integer of 2 or more, and the other is an integer of 1 or more) formed at a predetermined arrangement pitch in the x and y directions. The example of FIG. 2 shows a case where 23×23 holes (apertures) 22 are formed. Ideally, each hole 22 is formed as a rectangle of the same size and shape. Alternatively, ideally, they may be circles of the same outer diameter. When a part of the electron beam 200 passes through each of these multiple holes 22, m 1 ×n 1 (=N) multi-primary electron beams 20 are formed.

次に、検査装置100における画像取得機構150の動作について説明する。 Next, we will explain the operation of the image acquisition mechanism 150 in the inspection device 100.

電子銃201(放出源)から放出された電子ビーム200は、電磁レンズ202によって屈折させられ、成形アパーチャアレイ基板203全体を照明する。成形アパーチャアレイ基板203には、図2に示すように、複数の穴22(開口部)が形成され、電子ビーム200は、すべての複数の穴22が含まれる領域を照明する。複数の穴22の位置に照射された電子ビーム200の各一部が、かかる成形アパーチャアレイ基板203の複数の穴22をそれぞれ通過することによって、マルチ1次電子ビーム20が形成される。 The electron beam 200 emitted from the electron gun 201 (emission source) is refracted by the electromagnetic lens 202 and illuminates the entire shaping aperture array substrate 203. As shown in FIG. 2, a plurality of holes 22 (openings) are formed in the shaping aperture array substrate 203, and the electron beam 200 illuminates the area including all of the plurality of holes 22. Each portion of the electron beam 200 irradiated at the position of the plurality of holes 22 passes through each of the plurality of holes 22 in the shaping aperture array substrate 203, thereby forming a multi-primary electron beam 20.

形成されたマルチ1次電子ビーム20は、電磁レンズ205、及び電磁レンズ206によってそれぞれ屈折させられ、中間像およびクロスオーバーを繰り返しながら、マルチ1次電子ビーム20の各ビームのクロスオーバー位置(各ビームの中間像位置)に配置されたビームセパレーター214を通過して電磁レンズ207(対物レンズ)に進む。そして、電磁レンズ207は、マルチ1次電子ビーム20を基板101にフォーカス(合焦)する。対物レンズ207により基板101(試料)面上に焦点が合わされた(合焦された)マルチ1次電子ビーム20は、主偏向器208及び副偏向器209によって一括して偏向され、各ビームの基板101上のそれぞれの照射位置に照射される。なお、一括ブランキング偏向器212によって、マルチ1次電子ビーム20全体が一括して偏向された場合には、制限アパーチャ基板213の中心の穴から位置がはずれ、制限アパーチャ基板213によって遮蔽される。一方、一括ブランキング偏向器212によって偏向されなかったマルチ1次電子ビーム20は、図1に示すように制限アパーチャ基板213の中心の穴を通過する。かかる一括ブランキング偏向器212のON/OFFによって、ブランキング制御が行われ、ビームのON/OFFが一括制御される。このように、制限アパーチャ基板213は、一括ブランキング偏向器212によってビームOFFの状態になるように偏向されたマルチ1次電子ビーム20を遮蔽する。そして、ビームONになってからビームOFFになるまでに形成された、制限アパーチャ基板213を通過したビーム群により、検査用(画像取得用)のマルチ1次電子ビーム20が形成される。 The multi-primary electron beam 20 thus formed is refracted by the electromagnetic lens 205 and the electromagnetic lens 206, respectively, and while repeating intermediate images and crossovers, it passes through a beam separator 214 arranged at the crossover position (intermediate image position of each beam) of the multi-primary electron beam 20 and proceeds to the electromagnetic lens 207 (objective lens). Then, the electromagnetic lens 207 focuses the multi-primary electron beam 20 on the substrate 101. The multi-primary electron beam 20 focused on the substrate 101 (sample) surface by the objective lens 207 is deflected collectively by the main deflector 208 and the sub-deflector 209, and each beam is irradiated at its respective irradiation position on the substrate 101. Note that when the entire multi-primary electron beam 20 is deflected collectively by the collective blanking deflector 212, it is shifted from the center hole of the limiting aperture substrate 213 and is shielded by the limiting aperture substrate 213. On the other hand, the multi-primary electron beams 20 that are not deflected by the collective blanking deflector 212 pass through a hole in the center of the limiting aperture substrate 213 as shown in FIG. 1. Blanking control is performed by turning the collective blanking deflector 212 ON/OFF, and the beam ON/OFF is controlled collectively. In this way, the limiting aperture substrate 213 shields the multi-primary electron beams 20 that are deflected by the collective blanking deflector 212 to be in the beam OFF state. Then, the multi-primary electron beams 20 for inspection (for image acquisition) are formed by a group of beams that pass through the limiting aperture substrate 213 and are formed from when the beam is turned ON until it is turned OFF.

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。 When the multi-primary electron beams 20 are irradiated onto a desired position on the substrate 101, a bundle of secondary electrons (multi-secondary electron beams 300) including reflected electrons corresponding to each beam of the multi-primary electron beams 20 is emitted from the substrate 101 as a result of the irradiation of the multi-primary electron beams 20.

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。 The multiple secondary electron beams 300 emitted from the substrate 101 pass through the electromagnetic lens 207 and proceed to the beam separator 214.

ここで、ビームセパレーター214はマルチ1次電子ビーム20の中心ビームが進む方向(電子軌道中心軸)に直交する面上において電界と磁界を直交する方向に発生させる。電界は電子の進行方向に関わりなく同じ方向に力を及ぼす。これに対して、磁界はフレミング左手の法則に従って力を及ぼす。そのため電子の侵入方向によって電子に作用する力の向きを変化させることができる。ビームセパレーター214に上側から侵入してくるマルチ1次電子ビーム20には、電界による力と磁界による力が打ち消し合い、マルチ1次電子ビーム20は下方に直進する。これに対して、ビームセパレーター214に下側から侵入してくるマルチ2次電子ビーム300には、電界による力と磁界による力がどちらも同じ方向に働き、マルチ2次電子ビーム300は斜め上方に曲げられ、マルチ1次電子ビーム20から分離する。 Here, the beam separator 214 generates an electric field and a magnetic field in perpendicular directions on a plane perpendicular to the direction in which the central beam of the multi-primary electron beam 20 travels (the central axis of the electron orbit). The electric field exerts a force in the same direction regardless of the direction of electron travel. In contrast, the magnetic field exerts a force according to Fleming's left-hand rule. Therefore, the direction of the force acting on the electrons can be changed depending on the direction in which the electrons enter. For the multi-primary electron beams 20 entering the beam separator 214 from above, the force due to the electric field and the force due to the magnetic field cancel each other out, and the multi-primary electron beams 20 travel straight downward. In contrast, for the multi-secondary electron beams 300 entering the beam separator 214 from below, the force due to the electric field and the force due to the magnetic field both act in the same direction, and the multi-secondary electron beams 300 are bent diagonally upward and separated from the multi-primary electron beams 20.

斜め上方に曲げられ、マルチ1次電子ビーム20から分離したマルチ2次電子ビーム300は、偏向器218によって、さらに曲げられ、電磁レンズ224,226によって、屈折させられながらマルチ検出器222に投影される。マルチ検出器222は、マルチ1次電子ビーム20の照射によって基板101から放出される2次電子を検出する。具体的には、マルチ検出器222は、投影されたマルチ2次電子ビーム300を検出する。マルチ検出器222には、反射電子及び2次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った2次電子が投影されても良い。マルチ検出器222は、2次元センサを有する。そして、マルチ2次電子ビーム300の各2次電子が2次元センサのそれぞれ対応する領域に衝突して、電子を発生し、2次電子画像データを画素毎に生成する。言い換えれば、マルチ検出器222には、マルチ1次電子ビーム20の1次電子ビーム毎に、検出センサが配置される。そして、各1次電子ビームの照射によって放出された対応する2次電子ビームを検出する。よって、マルチ検出器222の複数の検出センサの各検出センサは、それぞれ担当する1次電子ビームの照射に起因する画像用の2次電子ビームの強度信号を検出することになる。マルチ検出器222にて検出された強度信号は、検出回路106に出力される。 The multi-secondary electron beam 300, which is bent obliquely upward and separated from the multi-primary electron beam 20, is further bent by the deflector 218 and projected onto the multi-detector 222 while being refracted by the electromagnetic lenses 224 and 226. The multi-detector 222 detects secondary electrons emitted from the substrate 101 by irradiation with the multi-primary electron beam 20. Specifically, the multi-detector 222 detects the projected multi-secondary electron beam 300. Reflected electrons and secondary electrons may be projected onto the multi-detector 222, or the reflected electrons may diverge midway and the remaining secondary electrons may be projected onto the multi-detector 222. The multi-detector 222 has a two-dimensional sensor. Then, each secondary electron of the multi-secondary electron beam 300 collides with a corresponding area of the two-dimensional sensor, generating electrons, and secondary electron image data is generated for each pixel. In other words, a detection sensor is arranged for each primary electron beam of the multi-primary electron beam 20 in the multi-detector 222. Then, the corresponding secondary electron beams emitted by irradiation of each primary electron beam are detected. Therefore, each of the multiple detection sensors of the multi-detector 222 detects the intensity signal of the secondary electron beam for the image caused by the irradiation of the primary electron beam for which it is responsible. The intensity signal detected by the multi-detector 222 is output to the detection circuit 106.

図3は、実施の形態1における半導体基板に形成される複数のチップ領域の一例を示す図である。図3において、基板101が半導体基板(ウェハ)である場合、半導体基板(ウェハ)の検査領域330には、複数のチップ(ウェハダイ)332が2次元のアレイ状に形成されている。各チップ332には、露光用マスク基板に形成された1チップ分のマスクパターンが図示しない露光装置(ステッパ、スキャナ等)によって例えば1/4に縮小されて転写されている。各チップ332の領域は、例えばy方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域32に分割される。画像取得機構150によるスキャン動作は、例えば、ストライプ領域32毎に実施される。例えば、-x方向にステージ105を移動させながら、相対的にx方向にストライプ領域32のスキャン動作を進めていく。各ストライプ領域32は、長手方向に向かって複数の矩形領域33に分割される。対象となる矩形領域33へのビームの移動は、主偏向器208によるマルチ1次電子ビーム20全体での一括偏向によって行われる。 3 is a diagram showing an example of a plurality of chip regions formed on a semiconductor substrate in the first embodiment. In FIG. 3, when the substrate 101 is a semiconductor substrate (wafer), a plurality of chips (wafer dies) 332 are formed in a two-dimensional array in an inspection region 330 of the semiconductor substrate (wafer). A mask pattern for one chip formed on an exposure mask substrate is transferred to each chip 332 by, for example, reducing it to 1/4 by an exposure device (stepper, scanner, etc.) not shown. The region of each chip 332 is divided into a plurality of stripe regions 32 with a predetermined width, for example, in the y direction. The scanning operation by the image acquisition mechanism 150 is performed, for example, for each stripe region 32. For example, while moving the stage 105 in the -x direction, the scanning operation of the stripe region 32 is relatively advanced in the x direction. Each stripe region 32 is divided into a plurality of rectangular regions 33 in the longitudinal direction. The movement of the beam to the target rectangular region 33 is performed by collective deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the main deflector 208.

図4は、実施の形態1におけるマルチビームのスキャン動作を説明するための図である。図4の例では、5×5列のマルチ1次電子ビーム20の場合を示している。1回のマルチ1次電子ビーム20の照射で照射可能な照射領域34は、(基板101面上におけるマルチ1次電子ビーム20のx方向のビーム間ピッチにx方向のビーム数を乗じたx方向サイズ)×(基板101面上におけるマルチ1次電子ビーム20のy方向のビーム間ピッチにy方向のビーム数を乗じたy方向サイズ)で定義される。各ストライプ領域32の幅は、照射領域34のy方向サイズと同様、或いはスキャンマージン分狭くしたサイズに設定すると好適である。図4の例では、照射領域34が矩形領域33と同じサイズの場合を示している。但し、これに限るものではない。照射領域34が矩形領域33よりも小さくても良い。或いは大きくても構わない。そして、マルチ1次電子ビーム20の各ビームは、自身のビームが位置するx方向のビーム間ピッチとy方向のビーム間ピッチとで囲まれるサブ照射領域29内に照射され、当該サブ照射領域29内を走査(スキャン動作)する。マルチ1次電子ビーム20を構成する各1次電子ビーム10は、互いに異なるいずれかのサブ照射領域29を担当することになる。そして、各ショット時に、各1次電子ビーム10は、担当サブ照射領域29内の同じ位置を照射することになる。サブ照射領域29内の1次電子ビーム10の移動は、副偏向器209によるマルチ1次電子ビーム20全体での一括偏向によって行われる。かかる動作を繰り返し、1つの1次電子ビーム10で1つのサブ照射領域29内を順に照射していく。そして、1つのサブ照射領域29のスキャンが終了したら、主偏向器208によるマルチ1次電子ビーム20全体での一括偏向によって照射位置が同じストライプ領域32内の隣接する矩形領域33へと移動する。かかる動作を繰り返し、ストライプ領域32内を順に照射していく。1つのストライプ領域32のスキャンが終了したら、ステージ105の移動或いは/及び主偏向器208によるマルチ1次電子ビーム20全体での一括偏向によって照射位置が次のストライプ領域32へと移動する。以上のように各1次電子ビーム10の照射によってサブ照射領域29毎の2次電子画像が取得される。これらのサブ照射領域29毎の2次電子画像を組み合わせることで、矩形領域33の2次電子画像、ストライプ領域32の2次電子画像、或いはチップ332の2次電子画像が構成される。 Figure 4 is a diagram for explaining the scanning operation of the multi-beam in the first embodiment. The example of Figure 4 shows the case of a 5 x 5 array multi-primary electron beam 20. The irradiation area 34 that can be irradiated by one irradiation of the multi-primary electron beam 20 is defined as (x-direction size obtained by multiplying the inter-beam pitch in the x direction of the multi-primary electron beam 20 on the substrate 101 surface by the number of beams in the x direction) x (y-direction size obtained by multiplying the inter-beam pitch in the y direction of the multi-primary electron beam 20 on the substrate 101 surface by the number of beams in the y direction). It is preferable to set the width of each stripe area 32 to the same size as the y-direction size of the irradiation area 34, or a size narrower by the scan margin. The example of Figure 4 shows the case where the irradiation area 34 is the same size as the rectangular area 33. However, this is not limited to this. The irradiation area 34 may be smaller than the rectangular area 33. Or it may be larger. Then, each beam of the multi-primary electron beam 20 is irradiated into a sub-irradiation region 29 surrounded by the inter-beam pitch in the x direction and the inter-beam pitch in the y direction where the beam is located, and scans (scans) the sub-irradiation region 29. Each primary electron beam 10 constituting the multi-primary electron beam 20 is assigned to one of the different sub-irradiation regions 29. Then, at the time of each shot, each primary electron beam 10 irradiates the same position in the assigned sub-irradiation region 29. The movement of the primary electron beam 10 in the sub-irradiation region 29 is performed by collective deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the sub-deflector 209. This operation is repeated to sequentially irradiate one sub-irradiation region 29 with one primary electron beam 10. Then, when the scanning of one sub-irradiation region 29 is completed, the irradiation position is moved to an adjacent rectangular region 33 in the same stripe region 32 by collective deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the main deflector 208. This operation is repeated to sequentially irradiate the stripe region 32. When scanning of one stripe region 32 is completed, the irradiation position moves to the next stripe region 32 by moving the stage 105 and/or by collective deflection of the entire multi-primary electron beam 20 by the main deflector 208. As described above, a secondary electron image for each sub-irradiation region 29 is acquired by irradiating each primary electron beam 10. By combining these secondary electron images for each sub-irradiation region 29, a secondary electron image of the rectangular region 33, a secondary electron image of the stripe region 32, or a secondary electron image of the chip 332 is constructed.

なお、図4に示すように、各サブ照射領域29が矩形の複数のフレーム領域30に分割され、フレーム領域30単位の2次電子画像(被検査画像)が検査に使用される。図4の例では、1つのサブ照射領域29が、例えば4つのフレーム領域30に分割される場合を示している。但し、分割される数は4つに限るものではない。その他の数に分割されても構わない。 As shown in FIG. 4, each sub-irradiation area 29 is divided into a number of rectangular frame areas 30, and a secondary electron image (image to be inspected) in units of frame area 30 is used for inspection. The example in FIG. 4 shows a case where one sub-irradiation area 29 is divided into, for example, four frame areas 30. However, the number of divisions is not limited to four. It may be divided into other numbers.

なお、例えばx方向に並ぶ複数のチップ332を同じグループとして、グループ毎に例えばy方向に向かって所定の幅で複数のストライプ領域32に分割されるようにしても好適である。そして、ストライプ領域32間の移動は、チップ332毎に限るものではなく、グループ毎に行っても好適である。 It is also preferable to group, for example, a plurality of chips 332 arranged in the x direction into the same group, and divide each group into a plurality of stripe regions 32 with a predetermined width in the y direction. Movement between stripe regions 32 is not limited to each chip 332, and can also be performed for each group.

ここで、ステージ105が連続移動しながらマルチ1次電子ビーム20を基板101に照射する場合、マルチ1次電子ビーム20の照射位置がステージ105の移動に追従するように主偏向器208によって一括偏向によるトラッキング動作が行われる。そのため、マルチ2次電子ビーム300の放出位置がマルチ1次電子ビーム20の軌道中心軸に対して刻々と変化する。同様に、サブ照射領域29内をスキャンする場合に、各2次電子ビームの放出位置は、サブ照射領域29内で刻々と変化する。このように放出位置が変化した各2次電子ビームをマルチ検出器222の対応する検出領域内に照射させるように、偏向器218は、マルチ2次電子ビーム300を一括偏向する。 Here, when the multi-primary electron beams 20 are irradiated onto the substrate 101 while the stage 105 is moving continuously, the main deflector 208 performs a tracking operation by collective deflection so that the irradiation position of the multi-primary electron beams 20 follows the movement of the stage 105. Therefore, the emission position of the multi-secondary electron beams 300 changes from moment to moment relative to the central axis of the orbit of the multi-primary electron beams 20. Similarly, when scanning within the sub-irradiation region 29, the emission position of each secondary electron beam changes from moment to moment within the sub-irradiation region 29. The deflector 218 collectively deflects the multi-secondary electron beams 300 so that each secondary electron beam whose emission position has changed in this way is irradiated into the corresponding detection region of the multi-detector 222.

図5は、実施の形態1における検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図5において、実施の形態1における検査方法は、代表領域スキャン工程(S102)と、代表領域設計画像作成工程(S104)と、初期フィルタ演算工程(S106)と、フィルタ設定工程(S108)と、スキャン工程(S202)と、設計画像作成工程(S204)と、参照画像作成工程(S206)と、位置合わせ工程(S220)と、比較工程(S224)と、判定工程(S230)と、特徴抽出工程(S232)と、検索工程(S234)と、選択工程(S236)と、いう一連の工程を実施する。 Figure 5 is a flow chart showing the main steps of the inspection method in embodiment 1. In Figure 5, the inspection method in embodiment 1 performs a series of steps including a representative area scanning step (S102), a representative area design image creation step (S104), an initial filter calculation step (S106), a filter setting step (S108), a scanning step (S202), a design image creation step (S204), a reference image creation step (S206), an alignment step (S220), a comparison step (S224), a determination step (S230), a feature extraction step (S232), a search step (S234), and a selection step (S236).

代表領域スキャン工程(S102)として、まず、制御計算機110は、基板101の検査に当って、最初のフィルタ関数(初期フィルタ)の係数を求めるために使用する代表領域(代表フレーム)を選択する。各ストライプ領域32のストライプ領域画像は、図4に示すように、例えば、複数のフレーム領域30のフレーム画像31に分割され、フレーム画像31毎に検査を行っていく。ここでは、基板101のあるチップ332の中から、フィルタ関数の係数を演算するために使用する代表フレーム領域を選択する。選択する代表フレーム領域の位置は、ユーザによって予め任意に設定しておけば良い。そして、選択した代表フレーム領域の位置を制御計算機110に設定しておけばよい。或いは、所定の選択条件を設定しておき、制御計算機110が代表フレーム領域の位置を選択しても良い。 In the representative area scanning step (S102), first, the control computer 110 selects a representative area (representative frame) to be used to find the coefficients of the first filter function (initial filter) when inspecting the substrate 101. As shown in FIG. 4, the stripe area image of each stripe area 32 is divided into frame images 31 of a plurality of frame areas 30, for example, and inspection is performed for each frame image 31. Here, a representative frame area to be used to calculate the coefficients of the filter function is selected from a chip 332 on the substrate 101. The position of the representative frame area to be selected may be arbitrarily set in advance by the user. Then, the position of the selected representative frame area may be set in the control computer 110. Alternatively, a predetermined selection condition may be set, and the control computer 110 may select the position of the representative frame area.

そして、画像取得機構150は、基板101の代表フレーム領域を含むストライプ領域32の2次電子画像を取得する。具体的には、以下のように動作する。 Then, the image acquisition mechanism 150 acquires a secondary electron image of the stripe region 32 that includes the representative frame region of the substrate 101. Specifically, it operates as follows.

まず、代表フレーム領域を含むストライプ領域32をスキャン可能な位置にステージ105を移動させる。画像取得機構150は、図形パターンが形成された基板101の代表フレーム領域を含むストライプ領域32の画像を取得する。ここでは、基板101の代表フレーム領域を含むストライプ領域32にマルチ1次電子ビーム20を照射して、マルチ1次電子ビーム20の照射に起因して基板101から放出されるマルチ2次電子ビーム300を検出することにより、代表フレーム領域を含むストライプ領域32の2次電子画像を取得する。上述したように、マルチ検出器222には、反射電子及び2次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った2次電子(マルチ2次電子ビーム300)が投影されても良い。 First, the stage 105 is moved to a position where the stripe region 32 including the representative frame region can be scanned. The image acquisition mechanism 150 acquires an image of the stripe region 32 including the representative frame region of the substrate 101 on which a graphic pattern is formed. Here, the multi-primary electron beam 20 is irradiated onto the stripe region 32 including the representative frame region of the substrate 101, and the multi-secondary electron beam 300 emitted from the substrate 101 due to the irradiation of the multi-primary electron beam 20 is detected to acquire a secondary electron image of the stripe region 32 including the representative frame region. As described above, the reflected electrons and secondary electrons may be projected onto the multi-detector 222, or the reflected electrons may diverge midway and the remaining secondary electrons (multi-secondary electron beam 300) may be projected.

上述したように、マルチ1次電子ビーム20の照射に起因して基板101から放出されるマルチ2次電子ビーム300は、マルチ検出器222で検出される。マルチ検出器222によって検出された各サブ照射領域29内の画素毎の2次電子の検出データ(測定画像データ:2次電子画像データ:被検査画像データ)は、測定順に検出回路106に出力される。検出回路106内では、図示しないA/D変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ123に格納される。そして、得られた測定画像データは、位置回路107からの各位置を示す情報と共に、フィルタ演算回路134に転送される。測定画像データは、フィルタ演算回路134内の図示しない記憶装置に格納される。 As described above, the multi-secondary electron beams 300 emitted from the substrate 101 due to irradiation with the multi-primary electron beams 20 are detected by the multi-detector 222. The secondary electron detection data (measurement image data: secondary electron image data: inspected image data) for each pixel in each sub-irradiation area 29 detected by the multi-detector 222 is output to the detection circuit 106 in the order of measurement. In the detection circuit 106, the analog detection data is converted to digital data by an A/D converter (not shown) and stored in the chip pattern memory 123. The obtained measurement image data is then transferred to the filter calculation circuit 134 together with information indicating each position from the position circuit 107. The measurement image data is stored in a storage device (not shown) in the filter calculation circuit 134.

代表領域設計画像作成工程(S104)として、まず、展開回路111(設計画像作成部の一例)は、基板101のパターン形成の基となる設計パターンデータに基づいて代表フレームに配置される設計パターンを画像展開して代表設計画像を作成する。具体的には、磁気ディスク装置109から制御計算機110を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された代表フレームの各図形パターンを2値ないしは多値のイメージデータに変換(画像展開)して代表設計画像を作成する。 In the representative area design image creation step (S104), first, the expansion circuit 111 (an example of a design image creation unit) creates a representative design image by expanding the design pattern to be placed in the representative frame based on the design pattern data that is the basis for pattern formation on the substrate 101. Specifically, the design pattern data is read from the magnetic disk device 109 through the control computer 110, and each graphic pattern of the representative frame defined in the read design pattern data is converted into binary or multi-value image data (image expansion) to create the representative design image.

ここで、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標(x、y)、及び辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データ(ベクトルデータ)が格納されている。 The figures defined in the design pattern data are, for example, rectangles and triangles as basic figures, and the figure data (vector data) that defines the shape, size, position, etc. of each pattern figure is stored using information such as the coordinates (x, y) at the reference position of the figure, the length of the sides, and a figure code that serves as an identifier to distinguish the type of figure, such as a rectangle or triangle.

かかる図形データとなる設計パターンの情報が展開回路111に入力されると図形ごとのデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして2値ないしは多値の設計画像データを展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、nビットの占有率データを出力する。例えば、1つのマス目を1画素として設定すると好適である。そして、1画素に1/2(=1/256)の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ1/256の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、画素毎に8ビットの占有率データの代表設計画像を作成する。代表設計画像のデータはフィルタ演算回路134に出力される。代表設計画像のデータは、フィルタ演算回路134内の図示しない記憶装置に格納される。 When the information of the design pattern that becomes such graphic data is input to the expansion circuit 111, it is expanded to data for each graphic, and graphic codes and dimensions indicating the graphic shapes of the graphic data are interpreted. Then, binary or multi-value design image data is expanded as a pattern arranged in a grid with a grid of a predetermined quantization dimension as a unit, and output. In other words, the design data is read, the inspection area is virtually divided into grids with a predetermined dimension as a unit, the occupancy rate of the graphic in the design pattern is calculated for each grid, and n-bit occupancy data is output. For example, it is preferable to set one grid as one pixel. Then, if one pixel has a resolution of 1/2 8 (=1/256), a small area of 1/256 is allocated for the area of the graphic arranged in the pixel, and the occupancy rate in the pixel is calculated. Then, a representative design image of 8-bit occupancy data is created for each pixel. The data of the representative design image is output to the filter calculation circuit 134. The data of the representative design image is stored in a storage device (not shown) in the filter calculation circuit 134.

初期フィルタ演算工程(S106)として、フィルタ演算回路134は、基板101の代表フレーム領域の測定画像(代表フレーム画像)と代表設計画像とに基づいて、代表設計画像をフィルタ処理するためのフィルタ関数(初期フィルタ)或いはフィルタ関数の係数を演算する。 As an initial filter calculation step (S106), the filter calculation circuit 134 calculates a filter function (initial filter) or the coefficients of the filter function for filtering the representative design image based on the measurement image (representative frame image) of the representative frame area of the substrate 101 and the representative design image.

図6は、実施の形態1におけるフィルタ関数を演算する手法の一例を説明するための図である。例えば、図6(a)に示すように、フレーム領域30の画素数よりも少ないk×k個の要素で構成される未知の係数行列a(i,j)(係数の一例)を求める。例えば、512×512画素で構成されるフレーム領域30の画像に対して、15×15の係数行列a(i,j)を求める。代表設計画像の注目画素d(i,i)を中心にして、k×k画素の画素と係数行列a(i,j)との積の和を画素数N(=k×k)で割った値が注目画素d(i,i)に対応する代表フレーム画像の注目画素r(i,i)により近づく係数行列a(i,j)を求める。かかる関係式(1)を以下に示す。 Figure 6 is a diagram for explaining an example of a method for calculating a filter function in the first embodiment. For example, as shown in Figure 6 (a), an unknown coefficient matrix a (i, j) (one example of coefficients) consisting of k x k elements, which is less than the number of pixels in the frame area 30, is obtained. For example, a 15 x 15 coefficient matrix a (i, j) is obtained for an image of the frame area 30 consisting of 512 x 512 pixels. The sum of the products of the pixels of k x k pixels and the coefficient matrix a (i, j) centered on the target pixel d (i, i) of the representative design image and divided by the number of pixels N (= k x k) is used to obtain a coefficient matrix a (i, j) that is closest to the target pixel r (i, i) of the representative frame image corresponding to the target pixel d (i, i). Such a relational expression (1) is shown below.

Figure 0007547138000001
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図6(b)に示すように、注目画素を代表フレーム32内で移動させながら、その都度、関係式(1)を演算する。そして、代表フレーム32内のすべての画素についてそれぞれ得られた、未知の係数行列a(i,j)を用いて定義された関係式(1)を最も満足させる係数行列a(i,j)を求める。係数行列a(i,j)の要素数k×kは、適宜設定すればよい。少ないと精度が劣化し、多すぎると演算時間が長くなる。また、注目画素が代表フレーム32内を移動する際、端部に近いと端部側の周囲の画素が必要分存在しない場合もあるが、かかる場合には値が得られる周囲画素及び画素数Nで演算すればよい。 As shown in FIG. 6(b), while the pixel of interest is moved within the representative frame 32, the relational expression (1) is calculated each time. Then, the coefficient matrix a(i,j) that best satisfies the relational expression (1) defined using the unknown coefficient matrix a(i,j) obtained for each of all pixels within the representative frame 32 is obtained. The number of elements k×k of the coefficient matrix a(i,j) may be set appropriately. If it is too small, the accuracy will deteriorate, and if it is too large, the calculation time will be long. Also, when the pixel of interest moves within the representative frame 32, if it is close to an end, there may not be enough surrounding pixels on the end side. In such a case, the calculation may be performed using the surrounding pixels and the number of pixels N from which values can be obtained.

フィルタ設定工程(S108)として、フィルタ演算回路134にて得られた係数行列a(i,j)(初期フィルタの一例)は、初期フィルタとして、参照画像作成回路112に出力され、フィルタ関数、或いはフィルタ関数の係数として参照画像作成回路112に設定される。 In the filter setting step (S108), the coefficient matrix a(i,j) (an example of an initial filter) obtained by the filter calculation circuit 134 is output to the reference image creation circuit 112 as an initial filter, and is set in the reference image creation circuit 112 as a filter function or coefficients of the filter function.

ここで、上述したように、電子ビームで基板101をスキャンして得られる測定画像(SEM画像)の画質は、基板101に対してスキャン動作を開始した時刻からの時間の経過と共に少しずつ変化することが予想される。言い換えれば、先にスキャンして得られた測定画像と時間が経過した後でスキャンして得られた測定画像とでは、その画質が変化することが予想される。例えば、基板101の帯電等の影響が挙げられる。そのため、共にグレースケールで定義される測定画像と参照画像とを比較するダイ-データベース検査では、初期フィルタ演算工程(S106)で得られた初期フィルタを参照画像作成のために使用し続けると、時間の経過と共に測定画像と参照画像との差異が大きくなり疑似欠陥が多発する傾向があるといった問題があった。そのため、測定画像の画質の変化に追従するように参照画像を作成することが求められる。そこで、実施の形態1では、検査の進行に伴って、途中でフィルタ関数を切り替える。その際、代表領域スキャン工程(S102)から初期フィルタ演算工程(S106)までの学習処理を改めて行って新たなフィルタ関数を生み出すのではなく、過去に実績のある多くのフィルタ関数を蓄積しておき、その中から選択して用いる。実施の形態1では、フィルタ関数によってフィルタ処理される画像が有する特徴を抽出し、特徴を分類すると共に、特徴を基にフィルタ関数を検索可能なデータベース130を構築しておく。具体的な動作を以下に説明する。 Here, as described above, the image quality of the measurement image (SEM image) obtained by scanning the substrate 101 with an electron beam is expected to change little by little as time passes from the time when the scanning operation for the substrate 101 is started. In other words, the image quality is expected to change between the measurement image obtained by scanning earlier and the measurement image obtained by scanning after time has passed. For example, the influence of charging of the substrate 101 can be mentioned. Therefore, in a die-database inspection in which a measurement image and a reference image, both of which are defined in grayscale, are compared, if the initial filter obtained in the initial filter calculation step (S106) is continued to be used to create a reference image, there is a problem that the difference between the measurement image and the reference image becomes larger over time, and pseudo defects tend to occur frequently. Therefore, it is required to create a reference image so as to follow the change in the image quality of the measurement image. Therefore, in the first embodiment, the filter function is switched midway as the inspection progresses. At that time, instead of performing the learning process from the representative area scanning step (S102) to the initial filter calculation step (S106) again to create a new filter function, many filter functions with a proven track record are accumulated and selected from them for use. In the first embodiment, the characteristics of an image to be filtered by a filter function are extracted and classified, and a database 130 is constructed that can search for filter functions based on the characteristics. The specific operation is described below.

図7は、実施の形態1におけるフィルタ更新回路の内部構成の一例を示すブロック図である。図7において、フィルタ更新回路132内には、判定部60、基準画像作成部61、特徴抽出部62、テーブル作成部63、検索部64、参照画像候補作成部66、差分二乗和(SSD)演算部68、選択部69、及び磁気ディスク装置等の記憶装置65,67,70,71,72が配置される。判定部60、基準画像作成部61、特徴抽出部62、テーブル作成部63、検索部64、参照画像候補作成部66、SSD演算部68、及び選択部69といった各「~部」は、処理回路を含み、この処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「~部」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。判定部60、基準画像作成部61、特徴抽出部62、テーブル作成部63、検索部64、参照画像候補作成部66、SSD演算部68、及び選択部69内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリ、或いはメモリ118に記憶される。 Figure 7 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the filter update circuit in the first embodiment. In Figure 7, the filter update circuit 132 includes a determination unit 60, a reference image creation unit 61, a feature extraction unit 62, a table creation unit 63, a search unit 64, a reference image candidate creation unit 66, a sum of squared differences (SSD) calculation unit 68, a selection unit 69, and storage devices 65, 67, 70, 71, and 72 such as magnetic disk devices. Each "~ unit" such as the determination unit 60, the reference image creation unit 61, the feature extraction unit 62, the table creation unit 63, the search unit 64, the reference image candidate creation unit 66, the SSD calculation unit 68, and the selection unit 69 includes a processing circuit, and this processing circuit includes an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, or a semiconductor device. In addition, each "~ unit" may use a common processing circuit (the same processing circuit). Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used. The input data or calculation results required for the determination unit 60, reference image creation unit 61, feature extraction unit 62, table creation unit 63, search unit 64, reference image candidate creation unit 66, SSD calculation unit 68, and selection unit 69 are stored in a memory (not shown) or memory 118 each time.

検査処理に先立ち、過去に用いた実績のある複数のフィルタ関数を蓄積しておき、それぞれのフィルタ関数から所定の特徴を抽出する。蓄積されるフィルタ関数は、同じ検査装置100で過去に別の被検査基板の検査に使用したものが望ましいが、これに限るものではない。他の検査装置で過去に別の被検査基板の検査に使用したフィルタ関数を含めても構わない。各フィルタ関数の特徴は、基準パターンが配置された所定のサイズの領域の基準設計画像にそれぞれのフィルタ関数を適用したフィルタ後の画像(基準画像)から抽出する。以下、具体的に説明する。なお、他の検査装置で使用したフィルタ関数については、他の検査装置でフィルタ関数の特徴を抽出してもよい。或いは、過去に用いた実績のある複数のフィルタ関数の各フィルタ関数の特徴をオフラインで抽出しておき、検査装置100に入力しても良い。 Prior to the inspection process, a number of filter functions that have been used in the past and have a proven track record are stored, and a specific feature is extracted from each filter function. The stored filter functions are preferably those that have been used in the past to inspect another substrate to be inspected by the same inspection device 100, but are not limited to this. Filter functions that have been used in the past to inspect another substrate to be inspected by another inspection device may also be included. The features of each filter function are extracted from a filtered image (reference image) obtained by applying each filter function to a reference design image of a region of a predetermined size in which a reference pattern is arranged. A specific description will be given below. Note that for filter functions used in another inspection device, the features of the filter function may be extracted by the other inspection device. Alternatively, the features of each filter function of a number of filter functions that have been used in the past and have a proven track record may be extracted offline and input to the inspection device 100.

図8は、実施の形態1における基準設計画像の一例を示す図である。図8において、基準設計画像12には、例えば15×15画素の領域の中央に5×5画素のサイズの基準パターン14が配置される。図8の例では、パターン有の5×5画素には階調値255が定義される。パターン無しの残りの画素には、階調値0が定義される。 Figure 8 is a diagram showing an example of a reference design image in embodiment 1. In Figure 8, a reference pattern 14 having a size of 5 x 5 pixels is placed in the center of a 15 x 15 pixel area in the reference design image 12. In the example of Figure 8, a gradation value of 255 is defined for the 5 x 5 pixels with a pattern. A gradation value of 0 is defined for the remaining pixels without a pattern.

基準画像作成部61は、基準設計画像12を蓄積される各フィルタ関数でフィルタ処理して、フィルタ関数毎の基準画像を作成する。次に、特徴抽出部62は、フィルタ処理後に得られたフィルタ関数毎の基準画像から特徴を抽出する。 The reference image creation unit 61 filters the reference design image 12 with each stored filter function to create a reference image for each filter function. Next, the feature extraction unit 62 extracts features from the reference image for each filter function obtained after the filter processing.

図9は、実施の形態1におけるフィルタ後の基準画像の一例を示す図である。特徴抽出部62は、基準画像内の基準パターンの中心線上のx方向の断面プロファイルとy方向の断面プロファイルについて、それぞれ、特徴の一例として、パターンの明るさを示す指標となるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値Maxと最小階調値Minとを抽出する。また、特徴抽出部62は、基準画像内の基準パターンの中心線上のx方向の断面プロファイルについて、特徴の他の一例として、パターンの中心位置を示す指標となるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置(h/2)とパターン外部の基準位置との間の距離dx1、dx2を抽出する。基準画像のx方向の一方の端部を基準点1とし、他方の端部を基準点2として、これらの2つの基準点1,2をx方向のパターン外部の基準位置として用いる。同様に、y方向の断面プロファイルについて、特徴の他の一例として、パターンの中心位置を示す指標となるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置(h/2)とパターン外部の基準位置との間の距離dy1、dy2を抽出する。基準画像のy方向の一方の端部を基準点1とし、他方の端部を基準点2として、これらの2つの基準点1,2をy方向のパターン外部の基準位置として用いる。また、特徴抽出部62は、基準画像内の基準パターンの中心線上のx方向の断面プロファイルについて、特徴の他の一例として、フィルタ処理後の基準パターンの面積Sxを抽出する。同様に、y方向の断面プロファイルについて、特徴の他の一例として、フィルタ処理後の基準パターンの面積Syを抽出する。 9 is a diagram showing an example of a reference image after filtering in the first embodiment. The feature extraction unit 62 extracts the maximum gradation value Max and the minimum gradation value Min of the reference pattern after filtering, which are indexes indicating the brightness of the pattern, as an example of a feature for the cross-sectional profile in the x direction on the center line of the reference pattern in the reference image and the cross-sectional profile in the y direction, respectively. In addition, the feature extraction unit 62 extracts the distances dx1 and dx2 between the middle gradation position (h/2) of the reference pattern after filtering, which are indexes indicating the center position of the pattern, and the reference position outside the pattern, as another example of a feature for the cross-sectional profile in the x direction on the center line of the reference pattern in the reference image. One end of the reference image in the x direction is set as reference point 1, and the other end is set as reference point 2, and these two reference points 1 and 2 are used as reference positions outside the pattern in the x direction. Similarly, for the cross-sectional profile in the y direction, the distances dy1 and dy2 between the middle gradation position (h/2) of the reference pattern after filtering, which serves as an index of the center position of the pattern, and a reference position outside the pattern are extracted as another example of a feature. One end of the reference image in the y direction is set as reference point 1, and the other end is set as reference point 2, and these two reference points 1 and 2 are used as reference positions outside the pattern in the y direction. In addition, for the cross-sectional profile in the x direction on the center line of the reference pattern in the reference image, the feature extraction unit 62 extracts the area Sx of the reference pattern after filtering as another example of a feature. Similarly, for the cross-sectional profile in the y direction, the area Sy of the reference pattern after filtering is extracted as another example of a feature.

図10は、実施の形態1における基準画像の特徴の一例を示す図である。図10の例では、基準パターンの中心線上のx方向の断面プロファイルを構成する階調値が示されている。図10の例では、最大階調値Maxは180、最小階調値Minは20となる。よって、中間階調は80(=(180-20)/2)となるので、中間階調位置は階調値80を示す画素内に位置することがわかる。基準点1とパターンの左側の中間階調位置を含む画素(階調値80)との間には階調値20,20,30,50が定義される4画素が存在する。1画素分の距離は1とし、画素内のサブ画素単位の距離は(1-V/256)と定義する。よって、基準点1とパターンの左側中間階調位置との距離dx1は、dx1=4+(1-80/256)=4.6875と求めることができる。基準点2とパターンの右側の中間階調位置を含む画素(階調値80)との間には階調値20,20,30,50が定義される4画素が存在する。よって、dx2=dx1=4.6875となる。また、面積Sxは、x方向の断面プロファイルの階調値の合計で定義すると好適である。図10の例では、Sx=1060となる。y方向の断面プロファイルから各特徴を抽出する場合も同様に求めればよい。 Figure 10 is a diagram showing an example of the characteristics of a reference image in embodiment 1. In the example of Figure 10, the gradation values constituting the cross-sectional profile in the x direction on the center line of the reference pattern are shown. In the example of Figure 10, the maximum gradation value Max is 180 and the minimum gradation value Min is 20. Therefore, since the intermediate gradation is 80 (= (180-20)/2), it can be seen that the intermediate gradation position is located within a pixel showing a gradation value of 80. Between reference point 1 and the pixel (gradation value 80) containing the intermediate gradation position on the left side of the pattern, there are four pixels with gradation values of 20, 20, 30, and 50 defined. The distance for one pixel is defined as 1, and the distance of the sub-pixel unit within a pixel is defined as (1-V/256). Therefore, the distance dx1 between reference point 1 and the left intermediate gradation position of the pattern can be calculated as dx1 = 4 + (1-80/256) = 4.6875. Between reference point 2 and the pixel (tone value 80) containing the intermediate tone position on the right side of the pattern, there are four pixels defined with tone values of 20, 20, 30, and 50. Therefore, dx2 = dx1 = 4.6875. It is also preferable to define the area Sx as the sum of the tone values of the cross-sectional profile in the x direction. In the example of Figure 10, Sx = 1060. The same can be done when extracting each feature from the cross-sectional profile in the y direction.

図11は、実施の形態1における基準画像の特徴の他の一例を示す図である。上述した図10の例では、中間階調80が定義された画素が存在するため、中間階調位置が、中間階調80の画素内に位置することがわかる。しかしながら、図11の例に示すように、例えば、最大階調値Maxが200、最小階調値Minが20となり、中間階調が90(=(200-20)/2)となる場合、階調値90の画素は存在しない。このように同じ階調の画素が存在しない場合、線形補間により距離dx1を求めればよい。図11の例では、中間階調90に近い連続する階調値80の画素内の点Aと階調値100の画素内の点Bの2点を用いて補間する。各点の座標(x,y)を(距離dx1,階調値V)で定義する。この場合、点Aでは、上述したようにx=dx1=4.6875となり、y=階調値V=80となる。よって、点Aの座標(4.6875,80)となる。点Bについても点Aの場合と同様の計算を行うことで点Bの座標(5.6093,100)を得ることができる。中間階調90の点Xは、点A,Bを結ぶ直線上に存在する。よって、点A,Bの座標の値を用いてかかる直線の方程式y=ax+bの係数a,bを求めると、a=21.6967、b=-21.7033となる。よって、点Xの距離dx1=5.1484(=(90+21.7033)/21.6967)と求めることができる。 Figure 11 is a diagram showing another example of the characteristics of the reference image in the first embodiment. In the example of Figure 10 described above, since there is a pixel defined as intermediate gradation 80, it can be seen that the intermediate gradation position is located within a pixel of intermediate gradation 80. However, as shown in the example of Figure 11, for example, when the maximum gradation value Max is 200, the minimum gradation value Min is 20, and the intermediate gradation is 90 (= (200-20) / 2), there is no pixel of gradation value 90. In this case, when there is no pixel of the same gradation, the distance dx1 can be found by linear interpolation. In the example of Figure 11, two points are interpolated: point A in a pixel of continuous gradation value 80 close to intermediate gradation 90 and point B in a pixel of gradation value 100. The coordinates (x, y) of each point are defined as (distance dx1, gradation value V). In this case, at point A, x = dx1 = 4.6875 as described above, and y = gradation value V = 80. Therefore, the coordinates of point A are (4.6875, 80). By performing the same calculation for point B as for point A, the coordinates of point B (5.6093, 100) can be obtained. Point X, which is a mid-tone 90, exists on the line connecting points A and B. Therefore, by using the coordinate values of points A and B to find the coefficients a and b of the equation of this line y = ax + b, we get a = 21.6967 and b = -21.7033. Therefore, the distance dx1 of point X can be found to be 5.1484 (= (90 + 21.7033) / 21.6967).

次に、テーブル作成部63は、以上のようにして抽出した各フィルタ関数の特徴を用いて、データベース130に用いる階層分けした検索可能な階層テーブルを作成する。 Next, the table creation unit 63 uses the characteristics of each filter function extracted in the above manner to create a hierarchical, searchable hierarchical table to be used in the database 130.

図12は、実施の形態1における階層テーブルの一例を示す図である。図12において、階層テーブル11は、上層側から画像の明るさを示す最大階調Max、最小階調Minの組み合わせM1,M2,M3,・・・が定義された第1層、中心位置を示す距離dx1,dx2,dy1,dy2の組み合わせD1,D2,D3,・・・が定義された第2層、面積を示す面積Sx,Syの組み合わせS1,S2,S3,・・・が定義された第3層、及び実際のフィルタ関数F1,F2,F3,・・・が定義された第4層で構成される。第2層のテーブルは第1層の各組み合わせMにそれぞれ従属して定義される。同様に、第3層のテーブルは第2層の各組み合わせDにそれぞれ従属して定義される。同様に、第4層のテーブルは第3層の各組み合わせSにそれぞれ従属して定義される。第1層のテーブルは、例えば、最大階調Maxの大きい方から降順に並ぶ。第2層のテーブルは、例えば、距離dx1の大きい方から降順に並ぶ。第3層のテーブルは、例えば、面積Sxの大きい方から降順に並ぶ。第4層のテーブルは、任意で構わない。 FIG. 12 is a diagram showing an example of a hierarchical table in the first embodiment. In FIG. 12, the hierarchical table 11 is composed of a first layer in which combinations M1, M2, M3, ... of maximum gradation Max and minimum gradation Min indicating the brightness of the image are defined from the top layer side, a second layer in which combinations D1, D2, D3, ... of distances dx1, dx2, dy1, dy2 indicating the center position are defined, a third layer in which combinations S1, S2, S3, ... of areas Sx and Sy indicating the area are defined, and a fourth layer in which actual filter functions F1, F2, F3, ... are defined. The tables of the second layer are defined dependently on each combination M of the first layer. Similarly, the tables of the third layer are defined dependently on each combination D of the second layer. Similarly, the tables of the fourth layer are defined dependently on each combination S of the third layer. The tables of the first layer are, for example, arranged in descending order from the largest maximum gradation Max. The tables of the second layer are, for example, arranged in descending order from the largest distance dx1. The third layer table is arranged, for example, in descending order of area Sx. The fourth layer table can be any type.

作成された階層テーブル11を用いてデータベース130を構築しておく。これにより、データベース130には、特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数のフィルタ関数(第1の画像処理フィルタ)の情報が格納される。 The database 130 is constructed using the created hierarchical table 11. As a result, the database 130 stores information on multiple filter functions (first image processing filters) that can be searched using feature information indicating the features.

ここで、上述した例では、特徴として、最大階調Max、最小階調Min、距離dx1,dx2,dy1,dy2、及び面積Sx,Syを用いているが、これらのすべてを用いる場合に限るものではない。最大階調Max、及び最小階調Minを特徴とするだけでも良い。或いは、距離dx1,dx2,dy1,dy2を特徴とするだけでも良い。或いは、面積Sx,Syを特徴とするだけでも良い。 In the above example, the maximum gradation Max, minimum gradation Min, distances dx1, dx2, dy1, dy2, and areas Sx and Sy are used as features, but there is no need to use all of these. It is also possible to use only the maximum gradation Max and minimum gradation Min as features. Or, it is also possible to use only the distances dx1, dx2, dy1, dy2 as features. Or, it is also possible to use only the areas Sx and Sy as features.

以上の検査前処理が終了した後、被検査基板101に対する検査を開始する。 After the above pre-inspection processing is completed, inspection of the substrate 101 to be inspected begins.

スキャン工程(S202)として、画像取得機構150は、複数の図形パターンが形成された基板101上を電子ビームで走査することにより複数の電子光学画像(2次電子画像)を取得する。ここでは、複数の図形パターンが形成された基板101にマルチ1次電子ビーム20を照射して、マルチ1次電子ビーム20の照射に起因して基板101から放出されるマルチ2次電子ビーム300を検出することにより、基板101の2次電子画像を取得する。上述したように、マルチ検出器222には、反射電子及び2次電子が投影されても良いし、反射電子は途中で発散してしまい残った2次電子(マルチ2次電子ビーム300)が投影されても良い。 In the scanning step (S202), the image acquisition mechanism 150 acquires multiple electron optical images (secondary electron images) by scanning the substrate 101 on which multiple graphic patterns are formed with an electron beam. Here, the substrate 101 on which multiple graphic patterns are formed is irradiated with a multi-primary electron beam 20, and a multi-secondary electron beam 300 emitted from the substrate 101 due to the irradiation of the multi-primary electron beam 20 is detected, thereby acquiring a secondary electron image of the substrate 101. As described above, the reflected electrons and secondary electrons may be projected onto the multi-detector 222, or the reflected electrons may diverge midway and the remaining secondary electrons (multi-secondary electron beam 300) may be projected.

上述したように、マルチ1次電子ビーム20の照射に起因して基板101から放出されるマルチ2次電子ビーム300は、マルチ検出器222で検出される。マルチ検出器222によって検出された各サブ照射領域29内の画素毎の2次電子の検出データ(測定画像データ:2次電子画像データ:被検査画像データ:電子光学画像データ)は、測定順に検出回路106に出力される。検出回路106内では、図示しないA/D変換器によって、アナログの検出データがデジタルデータに変換され、チップパターンメモリ123に格納される。そして、得られた測定画像データは、位置回路107からの各位置を示す情報と共に、比較回路108に転送される。 As described above, the multi-secondary electron beams 300 emitted from the substrate 101 due to irradiation with the multi-primary electron beams 20 are detected by the multi-detector 222. The secondary electron detection data (measurement image data: secondary electron image data: inspected image data: electron optical image data) for each pixel in each sub-irradiation area 29 detected by the multi-detector 222 is output to the detection circuit 106 in the order of measurement. In the detection circuit 106, the analog detection data is converted to digital data by an A/D converter (not shown) and stored in the chip pattern memory 123. The obtained measurement image data is then transferred to the comparison circuit 108 together with information indicating each position from the position circuit 107.

図13は、実施の形態1における比較回路内の構成の一例を示す構成図である。図13において、比較回路108内には、磁気ディスク装置等の記憶装置52,56、位置合わせ部57、及び比較部58が配置される。位置合わせ部57、及び比較部58といった各「~部」は、処理回路を含み、この処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「~部」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。位置合わせ部57、及び比較部58内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリ、或いはメモリ118に記憶される。 Figure 13 is a configuration diagram showing an example of the configuration in the comparison circuit in the first embodiment. In Figure 13, the comparison circuit 108 includes storage devices 52 and 56 such as magnetic disk devices, an alignment unit 57, and a comparison unit 58. Each "~ unit" such as the alignment unit 57 and the comparison unit 58 includes a processing circuit, and this processing circuit includes an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, or a semiconductor device. In addition, each "~ unit" may use a common processing circuit (the same processing circuit). Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used. The input data or the calculated results required in the alignment unit 57 and the comparison unit 58 are stored in a memory (not shown) or memory 118 each time.

比較回路108では、サブ照射領域29毎の2次電子画像の少なくとも一部で構成される被検査画像と参照画像とを比較する。被検査画像として、例えばフレーム領域30毎の2次電子画像(電子光学画像)を用いる。例えば、サブ照射領域29を4つのフレーム領域30に分割する。フレーム領域30として、例えば、512×512画素の領域を用いる。具体的には、例えば、以下のように動作する。 The comparison circuit 108 compares the inspection image, which is composed of at least a part of the secondary electron image for each sub-irradiation area 29, with the reference image. For example, the secondary electron image (electron optical image) for each frame area 30 is used as the inspection image. For example, the sub-irradiation area 29 is divided into four frame areas 30. For example, an area of 512 x 512 pixels is used as the frame area 30. Specifically, for example, it operates as follows.

設計画像作成工程(S204)として、展開回路111は、記憶装置109から制御計算機110を通して設計パターンデータを読み出し、読み出された設計パターンデータに定義された各図形パターンを2値ないしは多値のイメージデータに変換する。展開回路111は、スキャン工程で取得される測定画像の取得順序に合わせて、対応するフレーム領域30の設計画像を作成すると好適である。 In the design image creation step (S204), the unfolding circuit 111 reads out the design pattern data from the storage device 109 through the control computer 110, and converts each figure pattern defined in the read out design pattern data into binary or multi-value image data. It is preferable that the unfolding circuit 111 creates a design image of the corresponding frame area 30 in accordance with the acquisition order of the measurement images acquired in the scanning step.

上述したように、設計パターンデータに定義される図形は、例えば長方形や三角形を基本図形としたもので、例えば、図形の基準位置における座標(x、y)、辺の長さ、長方形や三角形等の図形種を区別する識別子となる図形コードといった情報で各パターン図形の形、大きさ、位置等を定義した図形データが格納されている。 As mentioned above, the figures defined in the design pattern data are, for example, rectangles and triangles as basic figures, and the figure data stored defines the shape, size, position, etc. of each pattern figure using information such as the coordinates (x, y) at the reference position of the figure, the length of the sides, and a figure code that serves as an identifier to distinguish the type of figure, such as a rectangle or triangle.

かかる図形データとなる設計パターンデータが展開回路111に入力されると図形毎のデータにまで展開し、その図形データの図形形状を示す図形コード、図形寸法などを解釈する。そして、所定の量子化寸法のグリッドを単位とするマス目内に配置されるパターンとして2値ないしは多値の設計画像データに展開し、出力する。言い換えれば、設計データを読み込み、検査領域を所定の寸法を単位とするマス目として仮想分割してできたマス目毎に設計パターンにおける図形が占める占有率を演算し、nビットの占有率データを出力する。例えば、1つのマス目を1画素として設定すると好適である。そして、1画素に1/2(=1/256)の分解能を持たせるとすると、画素内に配置されている図形の領域分だけ1/256の小領域を割り付けて画素内の占有率を演算する。そして、8ビットの占有率データとして作成する。かかるマス目(検査画素)は、測定データの画素に合わせればよい。 When the design pattern data that becomes such figure data is input to the expansion circuit 111, it is expanded to data for each figure, and the figure code and figure dimensions indicating the figure shape of the figure data are interpreted. Then, it is expanded into binary or multi-value design image data as a pattern arranged in a grid with a grid of a predetermined quantization dimension as a unit, and output. In other words, the design data is read, the inspection area is virtually divided into grids with a predetermined dimension as a unit, the occupancy rate of the figure in the design pattern is calculated for each grid, and n-bit occupancy data is output. For example, it is preferable to set one grid as one pixel. Then, if one pixel has a resolution of 1/2 8 (=1/256), a small area of 1/256 is assigned to the area of the figure arranged in the pixel, and the occupancy rate in the pixel is calculated. Then, it is created as 8-bit occupancy data. Such grids (inspection pixels) can be aligned with the pixels of the measurement data.

参照画像作成工程(S206)として、参照画像作成回路112(参照画像作成部)は、複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する。具体的には以下のように動作する。参照画像作成回路112は、図形のイメージデータである設計パターンの設計画像データに、フィルタ設定工程(S108)において設定されているフィルタ関数Fを使ってフィルタ処理を施す。これにより、画像強度(濃淡値)がデジタル値の設計側のイメージデータである設計画像データをマルチ1次電子ビーム20の照射によって得られる像生成特性に合わせることができる。作成された参照画像の画像データは比較回路108に出力される。検査処理の開始後最初に作成される第1番目の設計画像から所定の条件が満たされるまでの期間は、各フレーム領域30の設計画像に対して、初期フィルタが適用されることになる。 In the reference image creation step (S206), the reference image creation circuit 112 (reference image creation unit) performs filter processing on the design image corresponding to the target electron optical image for each of the multiple electron optical images using a predetermined image processing filter, thereby creating a reference image corresponding to the target electron optical image. Specifically, it operates as follows. The reference image creation circuit 112 performs filter processing on the design image data of the design pattern, which is the image data of the figure, using the filter function F set in the filter setting step (S108). This allows the design image data, which is the design side image data with the image intensity (grayscale value) being a digital value, to be matched to the image generation characteristics obtained by irradiation with the multi-primary electron beams 20. The image data of the created reference image is output to the comparison circuit 108. During the period from the first design image created for the first time after the start of the inspection process until the predetermined condition is satisfied, the initial filter is applied to the design image of each frame area 30.

比較回路108内に入力された測定画像(被検査画像)は、記憶装置56に格納される。比較回路108内に入力された参照画像は、記憶装置52に格納される。 The measurement image (inspection image) input into the comparison circuit 108 is stored in the storage device 56. The reference image input into the comparison circuit 108 is stored in the storage device 52.

位置合わせ工程(S220)として、位置合わせ部57は、フレーム領域30毎に、対応するフレーム画像31(電子光学画像)と参照画像をそれぞれ記憶装置から読み出し、画素より小さいサブ画素単位で、両画像を位置合わせする。例えば、最小2乗法で位置合わせを行えばよい。画素サイズとして、例えば、マルチ1次電子ビーム20の各ビームサイズと同程度のサイズの領域に設定されると好適である。 In the alignment step (S220), the alignment unit 57 reads out the corresponding frame image 31 (electron optical image) and the reference image for each frame region 30 from the storage device, and aligns the two images in sub-pixel units smaller than a pixel. For example, the alignment can be performed using the least squares method. It is preferable to set the pixel size to an area of approximately the same size as each beam size of the multiple primary electron beams 20.

比較工程(S224)として、比較部58は、フレーム領域30毎に、対象のフレーム画像31(電子光学画像)と、対象のフレーム画像31に対応する参照画像とを比較する。比較部58は、所定の判定条件に従って画素毎に両者を比較し、例えば形状欠陥といった欠陥の有無を判定する。例えば、画素毎の階調値差が判定閾値Thよりも大きければ欠陥と判定する。そして、比較結果が出力される。比較結果は、記憶装置109、モニタ117、若しくはメモリ118に出力される、或いは図示しないプリンタより出力されればよい。 In the comparison step (S224), the comparison unit 58 compares the target frame image 31 (electro-optical image) with a reference image corresponding to the target frame image 31 for each frame region 30. The comparison unit 58 compares the two for each pixel according to a predetermined judgment condition, and judges the presence or absence of a defect such as a shape defect. For example, if the gradation value difference for each pixel is greater than the judgment threshold value Th, it is judged to be a defect. The comparison result is then output. The comparison result may be output to the storage device 109, monitor 117, or memory 118, or may be output from a printer not shown.

なお、上述した例では、画素比較を行なっているが、これに限るものではない。例えば、フレーム画像31と参照画像とからそれぞれ画像内の図形パターンの輪郭線を抽出し、輪郭線同士の距離が判定閾値よりも大きい場合に欠陥と判定しても良い。 In the above example, pixel comparison is performed, but this is not the only option. For example, the contours of the graphic patterns in the frame image 31 and the reference image may be extracted, and a defect may be determined if the distance between the contours is greater than a determination threshold.

判定工程(S230)として、判定部60は、フィルタ関数設定後、所定の条件を満たしたかどうかを判定する。例えば、フィルタ関数を設定(或いは更新)した後に行われたスキャンの開始後、所定の時間が経過したかどうかを判定する。或いは、フィルタ関数を設定(或いは更新)した後に行われた、予め設定された数のストライプ領域のスキャンが実施されたかどうかを判定する。或いは、比較工程において、フィルタ関数を設定(或いは更新)した後に、同じフレーム領域30(或いはストライプ領域32)内で閾値以上の欠陥が検出されたかどうかを判定する。いずれの場合も複数のフレーム画像31のうちの一部のフレーム画像31の比較処理が実行された段階に相当する。まだ条件に当てはまらない間は、現在設定されているフィルタ関数を継続して使用したまま、参照画像作成工程(S206)を実施し、比較工程(S224)までの各工程を実施する。所定の条件を満たしたと判定された場合、特徴抽出工程(S232)に進む。また、所定の条件を満たしたと判定された場合、以降の参照画像の作成は一時停止する。 In the judgment step (S230), the judgment unit 60 judges whether a predetermined condition is satisfied after the filter function is set. For example, it judges whether a predetermined time has elapsed after the start of the scan performed after the filter function is set (or updated). Alternatively, it judges whether a preset number of stripe regions have been scanned after the filter function is set (or updated). Alternatively, it judges whether defects equal to or greater than the threshold value are detected in the same frame region 30 (or stripe region 32) in the comparison step after the filter function is set (or updated). In either case, it corresponds to the stage where a comparison process of some of the frame images 31 out of the multiple frame images 31 is performed. While the condition is not yet satisfied, the currently set filter function is continued to be used, and the reference image creation step (S206) is performed, and each step up to the comparison step (S224) is performed. If it is judged that the predetermined condition is satisfied, the process proceeds to the feature extraction step (S232). Also, if it is judged that the predetermined condition is satisfied, the creation of the subsequent reference images is temporarily halted.

特徴抽出工程(S232)として、まず、基準画像作成部61は、現在設定されているフィルタ関数(例えば、初期フィルタ)を読み出し、基準設計画像12を読み出されたフィルタ関数でフィルタ処理して、当該フィルタ関数による基準画像を作成する。次に、特徴抽出部62は、フィルタ処理後に得られた基準画像から特徴を抽出する。具体的には、上述した最大階調Max、最小階調Min、距離dx1,dx2,dy1,dy2、及び面積Sx,Syを抽出する。現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像の特徴を最大階調Max′、最小階調Min′、距離dx1′,dx2′,dy1′,dy2′、及び面積Sx′,Sy′と示す。 In the feature extraction step (S232), first, the reference image creation unit 61 reads out the currently set filter function (e.g., an initial filter) and filters the reference design image 12 with the read out filter function to create a reference image using the filter function. Next, the feature extraction unit 62 extracts features from the reference image obtained after filtering. Specifically, the above-mentioned maximum gradation Max, minimum gradation Min, distances dx1, dx2, dy1, dy2, and areas Sx and Sy are extracted. The features of the reference image after filtering using the currently set filter function are indicated as maximum gradation Max', minimum gradation Min', distances dx1', dx2', dy1', dy2', and areas Sx' and Sy'.

なお、上述した例では、判定工程(S230)後に特徴抽出工程(S232)を実施しているが、これに限るものではない。フィルタ設定工程(S108)により所定のフィルタ関数が設定された場合に、他の工程の実施を待たずに特徴抽出工程(S232)を実施しても好適である。判定工程(S230)よりも先に特徴抽出工程(S232)を実施しておくことで判定工程(S230)後に検索工程(S234)から実施できるので、処理時間の短縮を図ることができる。 In the above example, the feature extraction step (S232) is performed after the determination step (S230), but this is not limited to the above. When a predetermined filter function is set by the filter setting step (S108), it is also preferable to perform the feature extraction step (S232) without waiting for other steps to be performed. By performing the feature extraction step (S232) before the determination step (S230), the search step (S234) can be performed after the determination step (S230), thereby shortening the processing time.

検索工程(S234)として、検索部64は、複数のフレーム画像31の一部のフレーム画像31の比較処理が実行された段階、言い換えれば、判定工程(S230)で所定の条件を満たしたと判定された場合、データベース130を用いて、複数のフィルタ関数(第1の画像処理フィルタ)の中から現在使用しているフィルタ関数(画像処理フィルタ)の特徴と類似する(或いは現在使用しているフィルタ関数の特徴に近い)特徴を持った複数のフィルタ関数(第2の画像処理フィルタ)を検索する。具体的には、検索部64は、現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像から抽出された特徴である、最大階調Max′、最小階調Min′、距離dx1′,dx2′,dy1′,dy2′、及び面積Sx′,Sy′をベータベース130に入力する。 In the search step (S234), when a comparison process of some of the frame images 31 has been performed, in other words, when it is determined that a predetermined condition is satisfied in the determination step (S230), the search unit 64 uses the database 130 to search for a plurality of filter functions (first image processing filters) having characteristics similar to (or close to) the characteristics of the currently used filter function (image processing filter). Specifically, the search unit 64 inputs the maximum gradation Max', minimum gradation Min', distances dx1', dx2', dy1', dy2', and areas Sx' and Sy', which are characteristics extracted from the reference image after filtering by the currently set filter function, into the database 130.

図14は、実施の形態1における類似するフィルタ関数を説明するための図である。図14の例では、例えば、基準画像のx方向の断面プロファイルを示している。図14において、最大階調Max、最小階調Min、及び距離dx1,dx2はほぼ一致しているものの、プロファイルの立ち上がり及び立ち下がりが若干異なる。この違いは、面積Sxの違いとして表れる。かかる違いを示す指標として差分二乗和を用いると好適である。最大階調Max、最小階調Min、及び距離dx1,dx2の違いを示す場合も同様である。 Figure 14 is a diagram for explaining similar filter functions in embodiment 1. In the example of Figure 14, for example, a cross-sectional profile in the x direction of a reference image is shown. In Figure 14, the maximum gradation Max, minimum gradation Min, and distances dx1 and dx2 are almost the same, but the rise and fall of the profile are slightly different. This difference is expressed as a difference in area Sx. It is preferable to use the sum of squared differences as an index showing such a difference. The same applies to the case of showing the difference between the maximum gradation Max, minimum gradation Min, and distances dx1 and dx2.

図15は、実施の形態1における検索の仕方を説明するための図である。データベース130は、階層テーブル11の上層側から順に探索する。具体的には、データベース130は、第1層の明るさについて、各組Mの最大階調Max、及び最小階調Minと現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像の最大階調Max′、及び最小階調Min′と、を用いて、差分二乗和を示す次の式(2)を計算する。 Figure 15 is a diagram for explaining the method of searching in the first embodiment. The database 130 searches from the top of the hierarchical table 11 in order. Specifically, the database 130 calculates the following formula (2) showing the sum of squared differences for the brightness of the first layer, using the maximum gradation Max and minimum gradation Min of each set M and the maximum gradation Max' and minimum gradation Min' of the reference image after filtering with the currently set filter function.

Figure 0007547138000002
Figure 0007547138000002

そして、ΔMが最も小さくなる組み合わせMを抽出する。 Then, extract the combination M that minimizes ΔM.

次に、抽出された組み合わせMに従属する第2層の中心位置について、各組Dの距離dx1,dx2,dy1,dy2と現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像の距離dx1′,dx2′,dy1′,dy2′と、を用いて、差分二乗和を示す次の式(3)を計算する。 Next, for the center position of the second layer subordinate to the extracted combination M, the following formula (3) showing the sum of squared differences is calculated using the distances dx1, dx2, dy1, and dy2 of each set D and the distances dx1', dx2', dy1', and dy2' of the reference image after filtering using the currently set filter function.

Figure 0007547138000003
Figure 0007547138000003

そして、ΔDが最も小さくなる組み合わせDを抽出する。 Then, extract the combination D that minimizes ΔD.

次に、抽出された組み合わせDに従属する第3層の面積について、各組Sの面積Sx,Syと現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像の面積Sx′,Sy′と、を用いて、差分二乗和を示す次の式(4)を計算する。 Next, for the area of the third layer that is dependent on the extracted combination D, the following formula (4) is calculated, which shows the sum of squared differences, using the areas Sx, Sy of each set S and the areas Sx', Sy' of the reference image after filtering using the currently set filter function.

Figure 0007547138000004
Figure 0007547138000004

そして、ΔSが最も小さくなる組み合わせMを抽出する。 Then, extract the combination M that minimizes ΔS.

そして、抽出された組み合わせSに従属する第4層のフィルタ関数を抽出する。ここで、最終的に得られたフィルタ関数の数が下限閾値未満の場合、例えば、ΔSが小さい方からm個の組み合わせSを抽出し、それぞれの組み合わせSに従属する第4層のフィルタ関数を抽出する。そして、ΔSがより小さくなるフィルタ関数からN個のフィルタを抽出する。或いは、N個の抽出にステップ量を設定しても良い。例えば、ステップ量が3の場合、ΔSがより小さくなる第1番目のフィルタ関数、第4番目のフィルタ関数、第7番目のフィルタ関数、・・・を抽出する。ここで、すべての組み合わせSに従属する第4層のフィルタ関数を抽出した場合でも最終的に得られるフィルタ関数の数が下限閾値未満であれば、例えば、ΔDが小さい方からm個の組み合わせDを抽出し、それぞれの組み合わせDに従属する第4層のフィルタ関数を抽出する。かかる処理により、データベース130に格納されている複数のフィルタ関数(第1の画像処理フィルタ)の中から現在使用しているフィルタ関数(画像処理フィルタ)の特徴と類似する特徴を持った所定数のフィルタ関数(第2の画像処理フィルタ)を抽出する。なお、抽出された組み合わせSに従属する第4層のフィルタ関数の数が上限閾値を超える場合、例えば上限閾値の数に制限して抽出してもよい。これにより後述する工程での処理時間が長くなるのを抑制できる。 Then, the filter functions of the fourth layer that are dependent on the extracted combination S are extracted. Here, if the number of filter functions finally obtained is less than the lower threshold, for example, m combinations S with smaller ΔS are extracted, and filter functions of the fourth layer that are dependent on each combination S are extracted. Then, N filters are extracted from the filter functions that have smaller ΔS. Alternatively, a step amount may be set for the extraction of N filters. For example, if the step amount is 3, the first filter function, the fourth filter function, the seventh filter function, ..., that have smaller ΔS are extracted. Here, if the number of filter functions finally obtained when the filter functions of the fourth layer that are dependent on all the combinations S are extracted is less than the lower threshold, for example, m combinations D with smaller ΔD are extracted, and filter functions of the fourth layer that are dependent on each combination D are extracted. Through this process, a predetermined number of filter functions (second image processing filters) having characteristics similar to the characteristics of the filter function (image processing filter) currently being used are extracted from the multiple filter functions (first image processing filters) stored in the database 130. If the number of filter functions in the fourth layer that are dependent on the extracted combination S exceeds an upper threshold, the number of filter functions may be limited to the upper threshold, for example. This can prevent the processing time in the process described below from becoming too long.

ここで、特徴が類似する(或いは近い特徴を有している)からといって、検索時点における測定画像の変化した画質の状態に合致するとは限らない。そこで、実施の形態1では、検索された複数のフィルタ関数の中から現状に合うフィルタ関数を選択する。 Here, just because the features are similar (or have similar features) does not necessarily mean that they match the changed image quality state of the measured image at the time of the search. Therefore, in the first embodiment, a filter function that matches the current state is selected from the multiple searched filter functions.

選択工程(S236)として、まず、参照画像候補作成部66は、基準画像での特徴が類似する(或いは近い特徴を有している)、検索された複数のフィルタ関数で、実際の検査に使用する設計画像にフィルタ処理した複数の参照画像候補を作成する。ここで使用する設計画像は、例えば、判定工程(S230)にて所定の条件を満たしたと判定された時と同時期に作成された参照画像に使用された設計画像を用いると好適である。例えば、一時停止前の最後の参照画像に使用された設計画像を用いると好適である。 In the selection step (S236), first, the reference image candidate creation unit 66 creates multiple reference image candidates by filtering the design image to be used for the actual inspection with the multiple filter functions found that have similar (or close) features in the reference image. The design image used here is preferably, for example, the design image used for the reference image created at the same time that it was determined in the determination step (S230) that the specified conditions were satisfied. For example, it is preferably the design image used for the last reference image before pausing.

次に、SSD演算部68は、得られた複数の参照画像候補について、参照画像候補毎に、対応するフレーム画像31(測定画像)との間で差分二乗和を演算する。また、参照画像候補の作成に使用した設計画像に現在使用しているフィルタ関数でフィルタ処理した参照画像と、対応するフレーム画像31(測定画像)との間で差分二乗和を演算する。 Next, the SSD calculation unit 68 calculates the sum of squared differences between each of the obtained multiple reference image candidates and the corresponding frame image 31 (measurement image). It also calculates the sum of squared differences between the reference image filtered with the filter function currently used for the design image used to create the reference image candidate and the corresponding frame image 31 (measurement image).

そして、選択部69は、複数のフレーム画像31の残部のフレーム画像31との比較用に現在使用しているフィルタ関数を使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成されるフィルタ関数(第2の画像処理フィルタ)を、基準画像での特徴が類似する(或いは近い特徴を有している)複数のフィルタ関数(第2の画像処理フィルタ)の中から選択する。ここでは最も差分二乗和が小さくなる参照画像候補の作成に使用したフィルタ関数を選択する。 Then, the selection unit 69 selects a filter function (second image processing filter) that creates a reference image that matches more closely with the reference image created using the filter function currently being used for comparison with the remaining frame images 31 of the plurality of frame images 31, from among a plurality of filter functions (second image processing filters) that have similar (or close) features in the reference image. Here, the filter function used to create the reference image candidate that has the smallest sum of squared differences is selected.

そして、フィルタ設定工程(S108)に戻り、選択されたフィルタ関数は、参照画像作成回路112に出力され、フィルタ関数、或いはフィルタ関数の係数として参照画像作成回路112に設定される。これによりフィルタ関数が更新される。 Then, the process returns to the filter setting step (S108), and the selected filter function is output to the reference image creation circuit 112 and set in the reference image creation circuit 112 as the filter function or the coefficient of the filter function. This updates the filter function.

以上のようにしてフィルタ関数が更新された後、参照画像作成回路112は、選択されたフィルタ関数を用いて、まだ比較処理が行われていない残部のフレーム画像31のうち対象のフレーム画像31に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、対象のフレーム画像31に対応する参照画像を作成する。例えば、k番目のフレーム画像の比較処理まで実施されていた場合には、(k+1)番目以降のフレーム画像に対応する設計画像にフィルタ処理を実施すればよい。 After the filter function has been updated in the above manner, the reference image creation circuit 112 uses the selected filter function to perform filter processing on the design image corresponding to the target frame image 31 among the remaining frame images 31 for which comparison processing has not yet been performed, thereby creating a reference image corresponding to the target frame image 31. For example, if comparison processing has been performed up to the kth frame image, filter processing can be performed on the design images corresponding to the (k+1)th and subsequent frame images.

そして、まだ比較処理が済んでいない(k+1)番目以降のフレーム領域30について、更新されたフィルタ関数で作成された参照画像と、対応するフレーム領域30の測定画像との位置合わせ工程(S220)と比較工程(S224)とを実施する。 Then, for the (k+1)th and subsequent frame regions 30 for which comparison processing has not yet been completed, an alignment process (S220) is performed between the reference image created with the updated filter function and the measurement image of the corresponding frame region 30, and a comparison process (S224) is performed.

また、1枚の基板101の検査において、フィルタ関数の更新は1回だけとは限らない。同様に手順で複数回の更新を行うと好適である。 In addition, when inspecting one substrate 101, the filter function does not necessarily need to be updated just once. It is preferable to perform multiple updates in the same procedure.

以上のように、実施の形態1によれば、初期フィルタの所謂近隣からさらに良いフィルタ関数を定量的かつ効率的に探索できる。よって、電子ビームで基板101をスキャンして得られる測定画像の画質の変化に追従するように参照画像を作成できる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to quantitatively and efficiently search for a better filter function from the so-called neighborhood of the initial filter. Therefore, it is possible to create a reference image that follows the change in image quality of the measurement image obtained by scanning the substrate 101 with the electron beam.

実施の形態2.
実施の形態1では、基準画像での特徴が類似する複数のフィルタ関数を用いた複数の参照画像候補の中から1つの参照画像を選択する場合を説明したが、実施の形態2では、変化した画質の状態に実施の形態1よりもさらに合わせることが可能な参照画像を作成する構成について説明する。検査装置100の構成は図1と同様である。また、検査方法のフローチャート図は、図5と同様である。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態1と同様で構わない。
Embodiment 2.
In the first embodiment, a case was described in which one reference image is selected from a plurality of reference image candidates using a plurality of filter functions having similar characteristics in the reference image, but in the second embodiment, a configuration is described for creating a reference image that can be more accurately adapted to a changed image quality state than in the first embodiment. The configuration of the inspection device 100 is the same as in Fig. 1. Also, the flowchart of the inspection method is the same as in Fig. 5. Contents other than those specifically described below may be the same as in the first embodiment.

選択工程(S236)として、複数の参照画像候補を作成する点、及び参照画像候補毎に、対応するフレーム画像31(測定画像)との間で差分二乗和を演算する点は同様である。 The selection process (S236) is similar in that multiple reference image candidates are created, and for each reference image candidate, the sum of squared differences is calculated between the corresponding frame image 31 (measurement image).

図16は、実施の形態2における複数の参照画像候補と合成参照画像の一例を示す図である。実施の形態2における選択部69は、一致度が高くなる参照画像が作成される2以上のフィルタ関数(第2の画像処理フィルタ)をデータベース130から検索された複数のフィルタ関数(第2の画像処理フィルタ)の中から選択する。例えば、最も差分二乗和が小さくなる参照画像候補1の作成に使用したフィルタ関数と、2番目に差分二乗和が小さくなる参照画像候補1の作成に使用したフィルタ関数とを選択する。図16の例では、2つの参照画像候補1,2が示されている。2つの参照画像候補1,2は、左中段の画素と、右下の画素とが異なっている場合を示している。 Figure 16 is a diagram showing an example of multiple reference image candidates and a composite reference image in embodiment 2. The selection unit 69 in embodiment 2 selects two or more filter functions (second image processing filters) that create a reference image with a high degree of match from multiple filter functions (second image processing filters) searched from the database 130. For example, the filter function used to create reference image candidate 1 with the smallest sum of squared differences and the filter function used to create reference image candidate 1 with the second smallest sum of squared differences are selected. In the example of Figure 16, two reference image candidates 1 and 2 are shown. The two reference image candidates 1 and 2 show a case in which the pixel in the middle left and the pixel in the bottom right are different.

そして、フィルタ設定工程(S108)に戻り、選択された2以上のフィルタ関数は、参照画像作成回路112に出力され、フィルタ関数、或いはフィルタ関数の係数として参照画像作成回路112に設定される。 Then, the process returns to the filter setting step (S108), and the two or more selected filter functions are output to the reference image creation circuit 112 and set in the reference image creation circuit 112 as the filter functions or the coefficients of the filter functions.

以上のようにしてフィルタ関数が更新された後、参照画像作成回路112は、選択された2以上のフィルタ関数(第2の画像処理フィルタ)を用いて、まだ比較処理が行われていない残部のフレーム画像31のうち対象のフレーム画像31に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、対象のフレーム画像31に対応する2以上の参照画像候補を作成する。そして、参照画像作成回路112は、2以上の参照画像候補を合成することにより参照画像を作成する。図16の例では、2つの参照画像候補1,2の互いに異なる画素値のうち、左中段の画素については参照画像候補1の画素値を選択し、右下の画素については参照画像候補2の画素値を選択し、両者を合成した参照画像を作成する。どちらの参照画像候補の画素値を用いるかについては、フレーム画像31との一致度が高くなる方を選択する。例えば、x,y方向の両方に適したフィルタ関数が無い場合に一方ずつに適した2つのフィルタ関数によるフィルタ処理結果を合成できるので、特に有効である。 After the filter function is updated as described above, the reference image creation circuit 112 uses the two or more selected filter functions (second image processing filters) to perform filter processing on the design image corresponding to the target frame image 31 among the remaining frame images 31 for which comparison processing has not yet been performed, thereby creating two or more reference image candidates corresponding to the target frame image 31. Then, the reference image creation circuit 112 creates a reference image by combining two or more reference image candidates. In the example of FIG. 16, of the different pixel values of the two reference image candidates 1 and 2, the pixel value of reference image candidate 1 is selected for the pixel in the middle left row, and the pixel value of reference image candidate 2 is selected for the pixel in the lower right row, and a reference image is created by combining both. As for which reference image candidate pixel value to use, the one that matches the frame image 31 more closely is selected. For example, when there is no filter function suitable for both the x and y directions, it is particularly effective because it is possible to combine the filter processing results using two filter functions suitable for each direction.

ここで、参照画像作成工程(S206)では、同時に2つのフィルタ関数でフィルタ処理を行うことが難しい場合には、(k+1)番目の参照画像作成時に、例えば参照画像候補1の作成に使用したフィルタ関数で設計画像にフィルタ処理し、続く(k+2)番目の参照画像作成時に、例えば参照画像候補2の作成に使用したフィルタ関数で同じ設計画像にフィルタ処理を行う。そして、参照画像作成回路112は、(k+1)番目の参照画像候補と(k+2)番目の参照画像候補とを合成する。 Here, in the reference image creation step (S206), if it is difficult to perform filtering with two filter functions at the same time, when creating the (k+1)th reference image, for example, the design image is filtered with the filter function used to create reference image candidate 1, and when creating the subsequent (k+2)th reference image, for example, the same design image is filtered with the filter function used to create reference image candidate 2. Then, the reference image creation circuit 112 combines the (k+1)th reference image candidate and the (k+2)th reference image candidate.

そして、まだ比較処理が済んでいない(k+1)番目以降のフレーム領域30について、更新されたフィルタ関数で作成された参照画像と、対応するフレーム領域30の測定画像との位置合わせ工程(S220)と比較工程(S224)とを実施する。 Then, for the (k+1)th and subsequent frame regions 30 for which comparison processing has not yet been completed, an alignment process (S220) is performed between the reference image created with the updated filter function and the measurement image of the corresponding frame region 30, and a comparison process (S224) is performed.

以上のように、2以上の参照画像候補から対象のフレーム画像31の画素値に近い画素値を抜き出して合成することで、実施の形態1よりも対象のフレーム画像に近い参照画像を得ることができる。 As described above, by extracting pixel values that are close to the pixel values of the target frame image 31 from two or more reference image candidates and synthesizing them, it is possible to obtain a reference image that is closer to the target frame image than in embodiment 1.

実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態1,2で用いた特徴の他にさらなる特徴を追加する構成について説明する。検査装置100の構成は図1と同様である。また、検査方法のフローチャート図は、図5と同様である。以下、特に説明する点以外の内容は実施の形態1或いは実施の形態2と同様で構わない。
Embodiment 3.
In the third embodiment, a configuration will be described in which further features are added in addition to the features used in the first and second embodiments. The configuration of the inspection device 100 is the same as that shown in Fig. 1. Also, the flow chart of the inspection method is the same as that shown in Fig. 5. The contents other than the points specifically described below may be the same as those of the first or second embodiment.

図17は、実施の形態3におけるフィルタ更新回路の内部構成の一例を示すブロック図である。図17において、フィルタ更新回路132内に、さらに、ランク毎図形数測定部74が配置された点以外は図7と同様である。判定部60、基準画像作成部61、特徴抽出部62、ランク毎図形数測定部74、テーブル作成部63、検索部64、参照画像候補作成部66、SSD演算部68、及び選択部69、といった各「~部」は、処理回路を含み、この処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「~部」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。判定部60、基準画像作成部61、特徴抽出部62、ランク毎図形数測定部74、テーブル作成部63、検索部64、参照画像候補作成部66、SSD演算部68、及び選択部69内に必要な入力データ或いは演算された結果はその都度図示しないメモリ、或いはメモリ118に記憶される。 Figure 17 is a block diagram showing an example of the internal configuration of the filter update circuit in the third embodiment. In Figure 17, the filter update circuit 132 is similar to Figure 7 except that a rank-by-rank figure number measurement unit 74 is further arranged in the filter update circuit 132. Each "~ unit" such as the judgment unit 60, the reference image creation unit 61, the feature extraction unit 62, the rank-by-rank figure number measurement unit 74, the table creation unit 63, the search unit 64, the reference image candidate creation unit 66, the SSD calculation unit 68, and the selection unit 69 includes a processing circuit, and this processing circuit includes an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, or a semiconductor device. In addition, each "~ unit" may use a common processing circuit (the same processing circuit). Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used. The input data or calculation results required for the judgment unit 60, reference image creation unit 61, feature extraction unit 62, rank-by-rank graphic number measurement unit 74, table creation unit 63, search unit 64, reference image candidate creation unit 66, SSD calculation unit 68, and selection unit 69 are stored in a memory (not shown) or memory 118 each time.

実施の形態3では、過去に用いた実績のある複数のフィルタ関数の各フィルタ関数の特徴として、当該フィルタ関数の取得に用いた設計画像内の微小図形のランクと、そのランクの微小図形の数とを用いる。そこで、過去に用いた実績のある複数のフィルタ関数について、ランク毎図形数測定部74は、それぞれ代表領域スキャン工程(S102)から初期フィルタ演算工程(S106)といった学習処理で演算された際に用いた設計画像から以下に説明するランクの微小図形とその数を測定しておく。過去に用いた実績のあるフィルタ関数が他の検査装置で使用されたものである場合、他の検査装置で測定しておけばよい。 In the third embodiment, the rank of the micro-graphics in the design image used to obtain the filter function and the number of micro-graphics of that rank are used as the features of each of the multiple filter functions that have been used in the past. Therefore, for the multiple filter functions that have been used in the past, the rank-by-rank graphic number measurement unit 74 measures the micro-graphics of the ranks described below and their numbers from the design images used when the filter functions were calculated in the learning process such as the representative area scanning process (S102) to the initial filter calculation process (S106). If the filter functions that have been used in the past have been used in another inspection device, it is sufficient to measure them in the other inspection device.

図18は、実施の形態3における微小図形ランクを説明するための図である。図18において、ランク1は、x方向、或いはy方向に並ぶ3画素が、「0,V,0」、或いは「V,0,V」となる画素群を示す。階調値V>0である。言い換えれば、パターン有を示す1画素の両側がパターン無を示す画素群をランク1の微小図形とする。ランク2は、x方向、或いはy方向に並ぶ4画素が、「0,V,V,0」、或いは「V,0,0,V」となる画素群を示す。言い換えれば、パターン有を示す2画素の両側がパターン無を示す画素群をランク2の微小図形とする。ランク3は、x方向、或いはy方向に並ぶ5画素が、「0,V,V,V,0」、或いは「V,0,0,0,V」となる画素群を示す。言い換えれば、パターン有を示す3画素の両側がパターン無を示す画素群をランク3の微小図形とする。以降同様に所定のランクまで定義する。ランクの値が小さいほど小さいパターンである。 Figure 18 is a diagram for explaining the micrographic rank in the third embodiment. In Figure 18, rank 1 indicates a pixel group in which three pixels aligned in the x direction or y direction are "0, V, 0" or "V, 0, V". The gradation value V is > 0. In other words, a pixel group indicating the presence of a pattern and a pixel group indicating the absence of a pattern on both sides is a micrographic of rank 1. Rank 2 indicates a pixel group in which four pixels aligned in the x direction or y direction are "0, V, V, 0" or "V, 0, 0, V". In other words, a pixel group indicating the presence of a pattern and a pixel group indicating the absence of a pattern on both sides is a micrographic of rank 2. Rank 3 indicates a pixel group in which five pixels aligned in the x direction or y direction are "0, V, V, V, 0" or "V, 0, 0, 0, V". In other words, a pixel group indicating the presence of a pattern and a pixel group indicating the absence of a pattern on both sides is a micrographic of rank 3. The ranks are defined in the same manner up to a certain rank. The smaller the rank value, the smaller the pattern.

次に、テーブル作成部63は、上述した第1層から第3層の特徴の他に、微小図形ランクの特徴の階層を追加した、データベース130に用いる階層分けした検索可能な階層テーブルを作成する。 Next, the table creation unit 63 creates a hierarchical, searchable hierarchical table for use in the database 130, which adds a hierarchy of micro-figure rank features in addition to the features from the first to third layers described above.

図19は、実施の形態3における階層テーブルの一例を示す図である。図19において、階層テーブル11は、図12に示した、第1層から第3層、次の下位層となる、微小図形ランクと各ランクの数の組み合わせr1、r2,r3・・・が定義された第4層、及び実際のフィルタ関数F1,F2,F3,・・・が定義された第5層で構成される。第4層のテーブルは第3層の各組み合わせSにそれぞれ従属して定義される。第1層のテーブルは、例えば、最大階調Maxの大きい方から降順に並ぶ。第2層のテーブルは、例えば、距離dx1の大きい方から降順に並ぶ。第3層のテーブルは、例えば、面積Sxの大きい方から降順に並ぶ。第4層のテーブルは、例えば、上位ランクの数が多い方から降順に並ぶ。第5層のテーブルは、任意で構わない。 Figure 19 is a diagram showing an example of a hierarchical table in the third embodiment. In Figure 19, the hierarchical table 11 is composed of the first to third layers shown in Figure 12, the fourth layer, which is the next lower layer, in which combinations r1, r2, r3, ... of micro-figure ranks and the number of each rank are defined, and the fifth layer, in which actual filter functions F1, F2, F3, ... are defined. The tables in the fourth layer are defined depending on each combination S in the third layer. The tables in the first layer are, for example, arranged in descending order from the largest maximum gradation Max. The tables in the second layer are, for example, arranged in descending order from the largest distance dx1. The tables in the third layer are, for example, arranged in descending order from the largest area Sx. The tables in the fourth layer are, for example, arranged in descending order from the largest number of top ranks. The tables in the fifth layer may be arbitrary.

作成された階層テーブル11を用いてデータベース130を構築しておく。これにより、データベース130には、特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数のフィルタ関数(第1の画像処理フィルタ)の情報が格納される。 The database 130 is constructed using the created hierarchical table 11. As a result, the database 130 stores information on multiple filter functions (first image processing filters) that can be searched using feature information indicating the features.

特徴抽出工程(S232)として、まず、基準画像作成部61が現在設定されているフィルタ関数(例えば、初期フィルタ)による基準画像を作成する点、及び特徴抽出部62がフィルタ処理後に得られた基準画像から特徴として最大階調Max′、最小階調Min′、距離dx1′,dx2′,dy1′,dy2′、及び面積Sx′,Sy′を抽出する点は同様である。さらに、ランク毎図形数測定部74は、上述した代表領域スキャン工程(S102)から初期フィルタ演算工程(S106)といった学習処理で初期フィルタが演算された際に用いた設計画像から微小図形ランクと各ランクの数を測定する。 As the feature extraction step (S232), the reference image creation unit 61 first creates a reference image using the currently set filter function (e.g., an initial filter), and the feature extraction unit 62 extracts the maximum gradation Max', minimum gradation Min', distances dx1', dx2', dy1', dy2', and areas Sx', Sy' as features from the reference image obtained after the filter process. In addition, the number of figures per rank measurement unit 74 measures the micro-figure rank and the number of each rank from the design image used when the initial filter was calculated in the learning process from the representative area scanning step (S102) to the initial filter calculation step (S106) described above.

検索工程(S234)として、検索部64は、判定工程(S230)で所定の条件を満たしたと判定された場合、データベース130を用いて、複数のフィルタ関数(第1の画像処理フィルタ)の中から現在使用しているフィルタ関数(画像処理フィルタ)の特徴と類似する(或いは現在使用しているフィルタ関数の特徴に近い)特徴を持った複数のフィルタ関数(第2の画像処理フィルタ)を検索する。具体的には、検索部64は、現在設定されているフィルタ関数によるフィルタ後の基準画像から抽出された特徴である、最大階調Max′、最小階調Min′、距離dx1′,dx2′,dy1′,dy2′、面積Sx′,Sy′、及び微小ランクとその数をベータベース130に入力する。 In the search step (S234), if it is determined in the determination step (S230) that the predetermined conditions are satisfied, the search unit 64 uses the database 130 to search for a plurality of filter functions (first image processing filters) having characteristics similar to (or close to) the characteristics of the currently used filter function (image processing filter). Specifically, the search unit 64 inputs the maximum gradation Max', minimum gradation Min', distances dx1', dx2', dy1', dy2', areas Sx', Sy', and the micro rank and the number of them, which are characteristics extracted from the reference image after filtering by the currently set filter function, into the database 130.

そして、ベータベース130は、上層側から順に抽出し、第3層のΔSが最も小さくなる組み合わせMを抽出する。 Then, the database 130 extracts combinations starting from the top layer and extracts combination M that has the smallest ΔS for the third layer.

そして、抽出された組み合わせSに従属する第4層の組み合わせr1,r2,r3,・・・のうち、ランク1の数が多い組み合わせrを優先して抽出する。ランク1が存在しない場合、次の上位ランクの数が多い組み合わせrを優先して抽出する。 Then, from among the combinations r1, r2, r3, ... in the fourth layer that are subordinate to the extracted combination S, the combination r with the greatest number of rank 1s is extracted with priority. If rank 1 does not exist, the combination r with the greatest number of the next highest ranks is extracted with priority.

或いは、k番目の参照画像の比較処理が終了している場合に、次のk+1番目の参照画像を作成するための設計画像に存在する最も上位の微小ランクの数が最も近い組み合わせrを優先して抽出するようにしても好適である。 Alternatively, when the comparison process for the kth reference image has been completed, it is also preferable to preferentially extract the combination r that has the closest number of top micro ranks present in the design image for creating the next k+1th reference image.

そして、抽出された組み合わせrに従属する第5層のフィルタ関数を抽出する。 Then, extract the fifth layer filter function that depends on the extracted combination r.

微小図形ランクを用いることで、データベース130に蓄えられたフィルタ関数の中から、できるだけ欠陥検出の難しい微小パターンに適したものを、検索することが可能になる。 By using the micro-graphic rank, it becomes possible to search for filter functions stored in database 130 that are most suitable for micro-patterns that are difficult to detect defects.

データベース130に蓄積されたデータ数が多くなってくると、2つの異なるフィルタであっても、両者の面積SxとSyの組み合わせが同じ値になるケースがある。同様のことが、2つ以上の複数のフィルタ間でもおこり得る。そこで、検索の要素の一つに、微小図形ランクを追加することで、前述の面積の組み合わせが同じになるケースであっても、フィルタを区別することができる。 As the amount of data stored in database 130 increases, there are cases where the combination of areas Sx and Sy for two different filters is the same. The same thing can happen between two or more filters. Therefore, by adding the micro-figure rank as one of the search elements, it is possible to distinguish between filters even when the aforementioned combination of areas is the same.

また、微小図形ランクは、フィルタ関数を算出する際のSEM画像と同一の設計画像を入力として、画像中に存在するパターンのうち、比較的寸法が小さいパターンの数量をカウントして、寸法の大小を考慮してランク付けした指標である。SEM画像中のパターン形状とパターン数量は、検査対象となる試料によって異なるので、カウントした微小図形数は重複しにくい。 The micro-figure rank is an index that takes the same design image as the SEM image used to calculate the filter function as input, counts the number of patterns with relatively small dimensions among the patterns present in the image, and ranks them taking into account the size of the patterns. Since the pattern shape and number of patterns in the SEM image differ depending on the sample being inspected, the number of counted micro-figures is unlikely to be duplicated.

また、一般的に、試料の欠陥を検査する検査装置では、寸法が小さい微小パターンほど欠陥の検出が難しい。その理由の一つは、SEM画像に似せた参照画像をつくることが難しく、両画像間の各画素の階調値の差が大きくなり、いわゆる疑似欠陥が多発し、欠陥を示す信号が埋もれてしまうからである。参照画像の生成が難しい理由は、微小なパターンであるほど、パターンを表現するための画素の総数が少ない、すなわち情報量が少ないからである。情報量が少ないと、例えば、パターン形状や位置の予測が難しくなる。 In general, when using inspection equipment to check for defects in samples, the smaller the dimensions of a micropattern, the more difficult it is to detect defects. One reason for this is that it is difficult to create a reference image that resembles an SEM image, which results in a large difference in the gradation values of each pixel between the two images, resulting in frequent occurrence of so-called false defects and the burying of signals indicating defects. The reason it is difficult to generate a reference image is that the smaller the pattern, the fewer the total number of pixels required to represent the pattern, i.e., the less information there is. With less information, for example, it becomes difficult to predict the pattern shape and position.

また、微小パターンに適した参照画像をつくるには、微小パターンに適したフィルタの選定が不可欠である。そのフィルタを算出するには、学習で入力するSEM画像中に、微小パターンの数多い、言い換えると微小パターンの情報量が多いことが、望ましい。微小図形ランクを用いれば、データベースから、学習時の微小パターンの情報量を加味して、フィルタを検索することができる。 In addition, to create a reference image suitable for a micropattern, it is essential to select a filter suitable for the micropattern. To calculate the filter, it is desirable that the SEM image input for learning contains a large number of micropatterns, in other words, that the amount of information on the micropatterns is large. By using the micrographic rank, it is possible to search for a filter from the database, taking into account the amount of information on the micropatterns at the time of learning.

以降の各工程の内容は実施の形態1或いは実施の形態2と同様である。 The contents of each subsequent step are the same as those in embodiment 1 or 2.

以上のように、実施の形態3によれば、より微小な図形について測定画像に合わせた参照画像を作成できる。 As described above, according to the third embodiment, it is possible to create a reference image that matches the measurement image for smaller figures.

以上の説明において、一連の「~回路」は、処理回路を含み、その処理回路には、電気回路、コンピュータ、プロセッサ、回路基板、量子回路、或いは、半導体装置等が含まれる。また、各「~回路」は、共通する処理回路(同じ処理回路)を用いてもよい。或いは、異なる処理回路(別々の処理回路)を用いても良い。プロセッサ等を実行させるプログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、FD、或いはROM(リードオンリメモリ)等の記録媒体に記録されればよい。例えば、位置回路107、比較回路108、展開回路111、参照画像作成回路112、ステージ制御回路114、レンズ制御回路124、ブランキング制御回路126、偏向制御回路128、フィルタ更新回路132、及びフィルタ演算回路134は、上述した少なくとも1つの処理回路で構成されても良い。 In the above description, the series of "circuits" includes a processing circuit, which may include an electric circuit, a computer, a processor, a circuit board, a quantum circuit, or a semiconductor device. Each "circuit" may use a common processing circuit (the same processing circuit). Alternatively, different processing circuits (separate processing circuits) may be used. The program for executing the processor may be recorded on a recording medium such as a magnetic disk device, a magnetic tape device, a FD, or a ROM (read-only memory). For example, the position circuit 107, the comparison circuit 108, the expansion circuit 111, the reference image creation circuit 112, the stage control circuit 114, the lens control circuit 124, the blanking control circuit 126, the deflection control circuit 128, the filter update circuit 132, and the filter calculation circuit 134 may be composed of at least one of the processing circuits described above.

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。図1の例では、1つの照射源となる電子銃201から照射された1本のビームから成形アパーチャアレイ基板203によりマルチ1次電子ビーム20を形成する場合を示しているが、これに限るものではない。複数の照射源からそれぞれ1次電子ビームを照射することによってマルチ1次電子ビーム20を形成する態様であっても構わない。 The above describes the embodiment with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In the example of FIG. 1, a case is shown in which multiple primary electron beams 20 are formed by a shaping aperture array substrate 203 from one beam irradiated from an electron gun 201, which serves as one irradiation source, but the present invention is not limited to this. Multiple primary electron beams 20 may be formed by irradiating primary electron beams from multiple irradiation sources.

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。 In addition, although descriptions of device configurations, control methods, and other aspects that are not directly necessary for explaining the present invention have been omitted, the required device configurations and control methods can be appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての電子ビーム検査装置及び電子ビーム検査方法は、本発明の範囲に包含される。 All other electron beam inspection devices and electron beam inspection methods that incorporate the elements of the present invention and that can be modified as appropriate by a person skilled in the art are included within the scope of the present invention.

10 1次電子ビーム
20 マルチ1次電子ビーム
22 穴
29 サブ照射領域
30 フレーム領域
31 フレーム画像
32 ストライプ領域
33 矩形領域
34 照射領域
52,56 記憶装置
57 位置合わせ部
58 比較部
60 判定部
61 基準画像作成部
62 特徴抽出部
63 テーブル作成部
64 検索部
65,67,70,71,72 記憶装置
66 参照画像候補作成部
68 SSD演算部
69 選択部
74 ランク毎図形数測定部
100 検査装置
101 基板
102 電子ビームカラム
103 検査室
105 ステージ
106 検出回路
107 位置回路
108 比較回路
109 記憶装置
110 制御計算機
112 参照輪郭位置抽出回路
114 ステージ制御回路
117 モニタ
118 メモリ
120 バス
122 レーザ測長システム
123 チップパターンメモリ
124 レンズ制御回路
126 ブランキング制御回路
128 偏向制御回路
130 データベース
132 フィルタ更新回路
134 フィルタ演算回路
142 駆動機構
144,146,148 DACアンプ
150 画像取得機構
160 制御系回路
201 電子銃
202 電磁レンズ
203 成形アパーチャアレイ基板
205,206,207,224,226 電磁レンズ
208 主偏向器
209 副偏向器
212 一括ブランキング偏向器
213 制限アパーチャ基板
214 ビームセパレーター
216 ミラー
218 偏向器
222 マルチ検出器
300 マルチ2次電子ビーム
330 検査領域
332 チップ
10 Primary electron beam 20 Multi-primary electron beam 22 Hole 29 Sub-irradiation area 30 Frame area 31 Frame image 32 Stripe area 33 Rectangular area 34 Irradiation area 52, 56 Storage device 57 Alignment section 58 Comparison section 60 Judgment section 61 Reference image creation section 62 Feature extraction section 63 Table creation section 64 Search section 65, 67, 70, 71, 72 Storage device 66 Reference image candidate creation section 68 SSD calculation section 69 Selection section 74 Rank-by-rank figure number measurement section 100 Inspection device 101 Substrate 102 Electron beam column 103 Inspection chamber 105 Stage 106 Detection circuit 107 Position circuit 108 Comparison circuit 109 Storage device 110 Control computer 112 Reference contour position extraction circuit 114 Stage control circuit 117 Monitor 118 Memory 120 Bus 122 Laser length measurement system 123 Chip pattern memory 124 Lens control circuit 126 Blanking control circuit 128 Deflection control circuit 130 Database 132 Filter update circuit 134 Filter calculation circuit 142 Driving mechanism 144, 146, 148 DAC amplifier 150 Image acquisition mechanism 160 Control system circuit 201 Electron gun 202 Electromagnetic lens 203 Shaping aperture array substrate 205, 206, 207, 224, 226 Electromagnetic lens 208 Main deflector 209 Sub-deflector 212 Collective blanking deflector 213 Limiting aperture substrate 214 Beam separator 216 Mirror 218 Deflector 222 Multi-detector 300 Multi-secondary electron beam 330 Inspection area 332 Chip

Claims (12)

複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する参照画像作成部と、
前記対象の電子光学画像と、前記対象の電子光学画像に対応する前記参照画像とを比較する比較部と、
特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数の第1の画像処理フィルタの情報を格納するデータベースと、
前記データベースを用いて、前記複数の第1の画像処理フィルタの中から前記所定の画像処理フィルタとして現在選択されている画像処理フィルタの特徴に基づき、所定の特徴を持った複数の第2の画像処理フィルタを検索する検索部と、
前記電子光学画像との比較用に現在選択されている画像処理フィルタを使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成される第2の画像処理フィルタを前記複数の第2の画像処理フィルタの中から選択する選択部と、
を備えることを特徴とする電子ビーム検査装置。
a reference image creation unit that creates a reference image corresponding to the target electron optical image by performing a filter process on a design image corresponding to the target electron optical image for each of a plurality of electron optical images using a predetermined image processing filter;
a comparison unit for comparing the electro-optical image of the object with the reference image corresponding to the electro-optical image of the object;
a database storing information on a plurality of first image processing filters that can be searched for using feature information indicating features;
a search unit that searches for a plurality of second image processing filters having predetermined characteristics based on characteristics of an image processing filter currently selected as the predetermined image processing filter from among the plurality of first image processing filters using the database;
a selection unit that selects, from among the plurality of second image processing filters, a second image processing filter that creates a reference image that matches the electro-optical image better than a reference image created using a currently selected image processing filter;
1. An electron beam inspection apparatus comprising:
各第1の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの面積が用いられることを特徴とする請求項1記載の電子ビーム検査装置。 The electron beam inspection device according to claim 1, characterized in that the feature of each first image processing filter is the area of the reference pattern after filtering when the image of the reference pattern is filtered by the first image processing filter. 各第1の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置とパターン外部の基準位置との間の距離が用いられることを特徴とする請求項1又は2記載の電子ビーム検査装置。 The electron beam inspection device according to claim 1 or 2, characterized in that the characteristic of each first image processing filter is the distance between the intermediate gradation position of the reference pattern after filtering when the image of the reference pattern is filtered by the first image processing filter and the reference position outside the pattern. 各第1の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値と最小階調値とが用いられることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。 An electron beam inspection device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the characteristics of each first image processing filter are the maximum and minimum gradation values of the reference pattern after filtering when an image of the reference pattern is filtered using the first image processing filter. 各第1の画像処理フィルタの前記特徴として、当該第1の画像処理フィルタの取得に用いた設計画像内の微小図形のランクと、前記ランクの微小図形の数とが用いられることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。 An electron beam inspection device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the feature of each first image processing filter is the rank of the micro-figures in the design image used to acquire the first image processing filter and the number of micro-figures of the rank. 前記選択部は、前記一致度が高くなる参照画像が作成される2以上の第2の画像処理フィルタを前記複数の第2の画像処理フィルタの中から選択し、
前記参照画像作成部は、選択された前記2以上の第2の画像処理フィルタを用いて、前記複数の電子光学画像の残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する2以上の参照画像候補を作成し、前記2以上の参照画像候補を合成することにより参照画像を作成することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。
the selection unit selects, from among the plurality of second image processing filters, two or more second image processing filters that generate a reference image having a high degree of match;
The electron beam inspection device described in any one of claims 1 to 5, characterized in that the reference image creation unit uses the two or more selected second image processing filters to perform filter processing on a design image corresponding to the target electron optical image among the remaining electron optical images of the multiple electron optical images , thereby creating two or more reference image candidates corresponding to the target electron optical image, and creating a reference image by combining the two or more reference image candidates.
前記参照画像作成部は、選択された第2の画像処理フィルタを用いて、まだ比較処理が実行されていない前記複数の電子光学画像の残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成することを特徴とする請求項1~のいずれかに記載の電子ビーム検査装置。 The electron beam inspection device described in any one of claims 1 to 5, characterized in that the reference image creation unit creates a reference image corresponding to the target electron optical image by performing filter processing on a design image corresponding to the target electron optical image among the remaining electron optical images of the multiple electron optical images on which comparison processing has not yet been performed, using a selected second image processing filter. 複数の電子光学画像の電子光学画像毎に対象の電子光学画像に対応する設計画像に所定の画像処理フィルタを用いてフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成する工程と、
前記対象の電子光学画像と、前記対象の電子光学画像に対応する前記参照画像とを比較し、結果を出力する工程と、
特徴を示す特徴情報を用いて検索可能な複数の第1の画像処理フィルタの情報を格納するデータベースを用いて、前記複数の第1の画像処理フィルタの中から前記所定の画像処理フィルタとして現在選択されている画像処理フィルタの特徴に基づき、所定の特徴を持った複数の第2の画像処理フィルタを検索する工程と、
前記電子光学画像との比較用に現在選択されている画像処理フィルタを使用して作成した参照画像より一致度が高くなる参照画像が作成される第2の画像処理フィルタを前記複数の第2の画像処理フィルタの中から選択する工程と、
を備えたことを特徴とする電子ビーム検査方法。
creating a reference image corresponding to the electron-optical image of the target by filtering a design image corresponding to the electron-optical image of the target for each of the plurality of electron-optical images using a predetermined image processing filter;
comparing the electro-optical image of the object with the reference image corresponding to the electro-optical image of the object and outputting the result;
a step of searching for a plurality of second image processing filters having predetermined characteristics based on the characteristics of an image processing filter currently selected as the predetermined image processing filter from among the plurality of first image processing filters, using a database storing information on a plurality of first image processing filters that can be searched using characteristic information indicating the characteristics;
selecting a second image processing filter from among the plurality of second image processing filters that produces a reference image that matches better than a reference image produced using a currently selected image processing filter for comparison with the electro-optical image;
1. An electron beam inspection method comprising:
各第1の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの面積が用いられることを特徴とする請求項8記載の電子ビーム検査方法。 The electron beam inspection method according to claim 8, characterized in that the feature of each first image processing filter is the area of the reference pattern after filtering when the image of the reference pattern is filtered by the first image processing filter. 各第1の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの中間階調位置とパターン外部の基準位置との間の距離が用いられることを特徴とする請求項8又は9記載の電子ビーム検査方法。 The electron beam inspection method according to claim 8 or 9, characterized in that the characteristic of each first image processing filter is the distance between the intermediate gradation position of the reference pattern after filtering when the image of the reference pattern is filtered by the first image processing filter and the reference position outside the pattern. 各第1の画像処理フィルタの前記特徴として、基準パターンの画像に当該第1の画像処理フィルタでフィルタ処理を行った場合におけるフィルタ処理後の基準パターンの最大階調値と最小階調値とが用いられることを特徴とする請求項8~10のいずれかに記載の電子ビーム検査方法。 An electron beam inspection method according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the characteristics of each first image processing filter are the maximum and minimum gradation values of the reference pattern after filtering when an image of the reference pattern is filtered using the first image processing filter. 選択された第2の画像処理フィルタを用いて、まだ比較処理が実行されていない前記複数の電子光学画像の残部の電子光学画像のうち対象の電子光学画像に対応する設計画像にフィルタ処理を行うことで、前記対象の電子光学画像に対応する参照画像を作成することを特徴とする請求項8~11のいずれかに記載の電子ビーム検査方法。 An electron beam inspection method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that a reference image corresponding to the target electron optical image is created by performing filtering processing on a design image corresponding to the target electron optical image among the remaining electron optical images of the plurality of electron optical images for which comparison processing has not yet been performed, using a selected second image processing filter.
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