JP3524819B2

JP3524819B2 - 画像比較によるパターン検査方法およびその装置

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Publication number: JP3524819B2
Application number: JP19367699A
Authority: JP
Inventors: 千絵宍戸; 正浩渡辺; 裕治高木; 裕史宮井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2004-05-10
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JP2001022935A; US6865288B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線または光な
どを用いて半導体ウエハ、ＴＦＴ、ホトマスクなどの対
象物の画像を得、その画像とあらかじめ記憶されている
参照画像とを比較することにより欠陥検出を行うパター
ン検査方法およびその装置に関する。特に、本発明は、
電子線を用いて半導体ロジック製品の検査を行うのに好
適なパターン検査方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続的に入力される検査対象画像と参照
画像とを比較して欠陥検出を行うパターン検査に関する
従来技術としては、特開平５−６９２８号公報（従来技
術１）、および特開平１０−７４８１２号公報（従来技
術２）が知られている。

【０００３】従来技術１には、リニアイメージセンサで
検出される検出画像信号からの検出エッジパターンを示
す検出２値化エッジ信号と繰り返されるチップのピッチ
分遅延されることに得られる参照画像信号からの参照エ
ッジパターンを示す参照２値化エッジ信号との間のシフ
ト量（位置ずれ量）をリニアイメージセンサが２次元に
走査する領域毎に不一致検出回路で検出して状態記憶装
置に記憶させ、該状態記憶装置において前回検査での上
記不一致検出回路での検出結果と異なる場合には今回の
シフト量ばかりでなく、前回のシフト量あるいは定めら
れたシフト量にも応じて位置合わせ回路を制御し、欠陥
判定回路においてそれぞれのシフト量での２値化エッジ
信号の比較によって共通となる不一致画素を欠陥とする
パターン検査方法およびその装置が記載されている。そ
して、従来技術１では、位置合わせ状態などに起因して
生じる正常部を欠陥とする誤検出を低減することが記載
されている。即ち、従来技術１は、位置ずれが生じる範
囲を拡大し、共通して不一致となる画素が生じた場合に
のみ欠陥として検出されるものである。また、従来技術
２には、繰返し被検査パターンについて画像信号を連続
的に検出し、この連続的に検出された画像信号に基いて
被検査パターンを検査する方法であって、複数画像の位
置合わせを着目画像のみならず過去の画像の位置ずれ量
情報を用いて、画像の連続性を判断し、これに基づき不
連続画像の境界部の検査感度を制御することが記載され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術１および２のいずれにも、１チップ内に様々な微
細なパターンが混在する被検査物に対して、正規の微細
なパターンの誤検出する頻度を低減し、しかも微細なパ
ターン上に生じた微細な欠陥を見落としすることなく検
査できるようにする点について考慮されていなかった。

【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
様々な微細なパターンが混在する被検査物に対して、高
精度なサブピクセル単位での位置合わせ不良を低減する
ことによって正規の微細なパターンの誤検出する頻度を
低減すると共に微細なパターン上に生じた微細な欠陥を
見落としすることなく正確に検査できるようにした画像
比較によるパターン検査方法およびその装置を提供する
ことにある。また、本発明の他の目的は、様々な微細な
パターンが混在する被検査物から連続的に検出される電
子線画像信号を基に、複数の段階（画素数で広い領域の
段階と画素数で狭い領域の段階と）で位置合わせをする
ことによって高精度なサブピクセル単位での位置合わせ
不良を低減することによって正規の微細なパターンの誤
検出する頻度を低減すると共に微細なパターン上に生じ
た微細な欠陥を見落としすることなく正確に検査できる
ようにした画像比較によるパターン検査方法およびその
装置を提供することにある。また、本発明のさらに他の
目的は、微細なパターン形状に対しての制約をなくすこ
とよって、より広範な被検査物への適用が可能な画像比
較によるパターン検査方法および装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、被検査物上における所望の帯状検査領
域から連続的に検出されて入力される検出画像信号をＡ
／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタル画像信号に変
換し、この変換された検出デジタル画像信号の比較対象
となる参照デジタル画像信号を生成する生成過程と、該
生成された検出デジタル画像信号および参照デジタル画
像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を複数に分割し
たブロック単位領域毎の検出デジタル画像信号および参
照デジタル画像信号の各々を順次切り出す切り出し過程
と、該順次切り出されたブロック単位領域毎の両画像信
号の間のマッチング位置候補を０個以上求めて前記帯状
検査領域に亘ってのマッチング位置候補の集合を算出す
るマッチング位置候補算出過程と、該算出された帯状検
査領域に亘ってのマッチング位置候補の集合からブロッ
ク単位領域間の連続性に基いて各ブロック単位領域毎の
両画像信号の間の確かなマッチング位置を決定するマッ
チング位置決定過程と、該決定した各ブロック単位領域
毎の確かなマッチング位置に基づく、少なくとも各ブロ
ック単位領域毎に前記検出デジタル画像信号と参照デジ
タル画像信号との間の位置合わせによる画像比較に基い
て欠陥判定を行う画像比較過程とを有することを特徴と
するパターン検査方法およびその装置である。

【０００７】また、本発明は、被検査物上に繰り返して
形成されたチップ上の所望の帯状検査領域から連続的に
検出されて入力される検出画像信号をＡ／Ｄ変換して階
調値を有する検出デジタル画像信号に変換し、この変換
された検出デジタル画像信号から前記繰り返されるピッ
チ分遅延させて比較対象となる参照デジタル画像信号を
生成する生成過程と、該生成された検出デジタル画像信
号および参照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状
検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎の検出デ
ジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々を順
次切り出す切り出し過程と、該順次切り出されたブロッ
ク単位領域毎の両画像信号の間のマッチング位置候補を
０個以上求めて前記帯状検査領域に亘ってのマッチング
位置候補の集合を算出するマッチング位置候補算出過程
と、該算出された帯状検査領域に亘ってのマッチング位
置候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基いて
各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の確かなマッチ
ング位置を決定するマッチング位置決定過程と、該決定
した各ブロック単位領域毎の確かなマッチング位置に基
づく、少なくとも各ブロック単位領域毎に前記検出デジ
タル画像信号と参照デジタル画像信号との間の位置合わ
せによる画像比較に基いて欠陥判定を行う画像比較過程
とを有することを特徴とするパターン検査方法およびそ
の装置である。

【０００８】また、本発明は、被検査物上に交互に繰り
返して形成された検査領域および非検査領域上の所望の
帯状検査領域および帯状非検査領域から連続的に検出さ
れて入力される検出画像信号をＡ／Ｄ変換して階調値を
有する検出デジタル画像信号に変換し、この変換された
検出デジタル画像信号の比較対象となる参照デジタル画
像信号を生成する生成過程と、該生成された検出デジタ
ル画像信号および参照デジタル画像信号の各々を基に、
前記帯状検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎
の検出デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の
各々を順次切り出す切り出し過程と、該順次切り出され
たブロック単位領域毎の両画像信号の間のマッチング位
置候補を０個以上求めて前記帯状検査領域に亘ってのマ
ッチング位置候補の集合を記憶するマッチング位置候補
算出過程と、前記生成過程において帯状非検査領域の検
出画像信号が入力されている期間において前記マッチン
グ位置候補算出過程で記憶された帯状検査領域に亘って
のマッチング位置候補の集合からブロック単位領域間の
連続性に基いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の間
の確かなマッチング位置を決定するマッチング位置決定
過程と、該決定した各ブロック単位領域毎の確かなマッ
チング位置に基づく、少なくとも各ブロック単位領域毎
に前記検出デジタル画像信号と参照デジタル画像信号と
の間の位置合わせによる画像比較に基いて欠陥判定を行
う画像比較過程とを有することを特徴とするパターン検
査方法およびその装置である。

【０００９】また、本発明は、被検査物上に交互に繰り
返して形成された検査領域および非検査領域上の所望の
帯状検査領域および帯状非検査領域から連続的に検出さ
れて入力される検出画像信号をＡ／Ｄ変換して階調値を
有する検出デジタル画像信号に変換し、この変換された
検出デジタル画像信号の比較対象となる参照デジタル画
像信号を生成する生成過程と、該生成過程で生成された
検出デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各
々を基に、前記帯状検査領域を複数に分割したブロック
単位領域毎の検出デジタル画像信号および参照デジタル
画像信号の各々を順次切り出す切り出し過程と、該切り
出し過程で順次切り出されたブロック単位領域毎の両画
像信号の間のマッチング位置候補を０個以上求めて前記
帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候補の集合を記
憶するマッチング位置候補算出過程と、前記生成過程に
おいて帯状非検査領域の検出画像信号が入力されている
期間において前記マッチング位置候補算出過程で記憶さ
れた帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候補の集合
からブロック単位領域間の連続性に基いて各ブロック単
位領域毎の両画像信号の間の確かなマッチング位置を決
定するマッチング位置決定過程と、前記生成過程で生成
された検出デジタル画像信号および参照デジタル画像信
号を前記マッチング位置決定過程まで遅延させる遅延過
程と、前記マッチング位置決定過程で決定した各ブロッ
ク単位領域毎の確かなマッチング位置に基づく、少なく
とも各ブロック単位領域毎に前記遅延過程で遅延された
検出デジタル画像信号と参照デジタル画像信号との間の
位置合わせによる画像比較に基いて欠陥判定を行う画像
比較過程とを有することを特徴とするパターン検査方法
およびその装置である。

【００１０】また、本発明は、被検査物上における所望
の帯状検査領域から連続的に検出されて入力される検出
画像信号をＡ／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタル
画像信号に変換し、この変換された検出デジタル画像信
号の比較対象となる参照デジタル画像信号を生成する生
成過程と、該生成過程で生成された検出デジタル画像信
号および参照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状
検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎の検出デ
ジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々を順
次縮小して切り出すまたは順次切り出して縮小し、この
順次切り出されたブロック単位領域毎の両縮小画像信号
の間の粗いマッチング位置候補を０個以上求めて前記帯
状検査領域に亘っての粗いマッチング位置候補の集合を
算出し、この算出された帯状検査領域に亘っての粗いマ
ッチング位置候補の集合からブロック単位領域間の連続
性に基いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の粗
い確かなマッチング位置を決定する粗いマッチング位置
決定過程と、前記生成過程で生成された検出デジタル画
像信号および参照デジタル画像信号の各々を基に、前記
帯状検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎の検
出デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々
を順次切り出し、この順次切り出されたブロック単位領
域毎の検出デジタル画像信号および参照デジタル画像信
号の各々に対して前記粗いマッチング位置決定過程で決
定された粗い確かなマッチング位置に基づき狭いサーチ
エリアにてマッチング位置候補を０個以上求めて精密な
マッチング位置候補の集合を算出し、この算出された精
密なマッチング位置候補の集合からブロック単位領域間
の連続性に基いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の
間の精密な確かなマッチング位置を決定する精密なマッ
チング位置決定過程と、該精密なマッチング位置決定過
程で決定した各ブロック単位領域毎の精密な確かなマッ
チング位置に基づく、少なくとも各ブロック単位領域毎
に前記検出デジタル画像信号と参照デジタル画像信号と
の間の位置合わせによる画像比較に基いて欠陥判定を行
う画像比較過程とを有することを特徴とするパターン検
査方法およびその装置である。

【００１１】また、本発明は、被検査物上における所望
の帯状検査領域から連続的に検出されて入力される検出
画像信号をＡ／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタル
画像信号に変換し、この変換された検出デジタル画像信
号の比較対象となる参照デジタル画像信号を生成する生
成過程と、該生成過程で生成された検出デジタル画像信
号および参照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状
検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎の検出デ
ジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々を順
次縮小して切り出すまたは順次切り出して縮小する第１
の切り出し過程と、該第１の切り出し過程で順次切り出
されたブロック単位領域毎の両縮小画像信号の間の粗い
マッチング位置候補を０個以上求めて前記帯状検査領域
に亘っての粗いマッチング位置候補の集合を算出する粗
いマッチング位置候補算出過程と、該粗いマッチング位
置候補算出過程で算出された帯状検査領域に亘っての粗
いマッチング位置候補の集合からブロック単位領域間の
連続性に基いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の間
の粗い確かなマッチング位置を決定する粗いマッチング
位置決定過程と、前記生成過程で生成された検出デジタ
ル画像信号および参照デジタル画像信号の各々を基に、
前記帯状検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎
の検出デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の
各々を順次切り出す第２の切り出し過程と、該第２の切
り出し過程で順次切り出されたブロック単位領域毎の検
出デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々
に対して前記粗いマッチング位置決定過程で決定された
粗い確かなマッチング位置に基づき狭いサーチエリアに
てマッチング位置候補を０個以上求めて精密なマッチン
グ位置候補の集合を算出する精密なマッチング位置候補
算出過程と、該精密なマッチング位置候補算出過程で算
出された精密なマッチング位置候補の集合からブロック
単位領域間の連続性に基いて各ブロック単位領域毎の両
画像信号の間の精密な確かなマッチング位置を決定する
精密なマッチング位置決定過程と、該精密なマッチング
位置決定過程で決定した各ブロック単位領域毎の精密な
確かなマッチング位置に基づく、少なくとも各ブロック
単位領域毎に前記検出デジタル画像信号と参照デジタル
画像信号との間の位置合わせによる画像比較に基いて欠
陥判定を行う画像比較過程とを有することを特徴とする
パターン検査方法およびその装置である。

【００１２】また、本発明は、前記パターン検査方法お
よびその装置のマッチング位置候補算出過程において、
マッチング位置候補の求めを、両画像信号同士の相互相
関の極大値を示す位置、または残差の平方和の極小値を
示す位置、または残差の絶対値の総和の極小値を示す位
置を算出することによって行うことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記パターン検査方法およびその装置の
マッチング位置候補算出過程において、マッチング位置
候補の求めを、両画像信号同士の相互相関の極大値また
は残差の平方和の極小値または残差の絶対値の総和の極
小値をとる画素位置での相互相関または残差の平方和ま
たは残差の絶対値の総和の値およびその近傍の画素位置
での相互相関または残差の平方和または残差の絶対値の
総和の値に対して多項式曲面をあてはめ、曲面の頂点と
なる位置を画素以下の精度で算出することによって行う
ことを特徴とする。また、本発明は、前記パターン検査
方法およびその装置の画像比較過程において、位置合わ
せによる画像比較に基いての欠陥判定を、検出デジタル
画像信号と参照デジタル画像信号のうち少なくとも一方
のデジタル画像信号について幾何学的に変換し（幾何学
的に位置ずれ補正をし）、この変換された一方のデジタ
ル画像信号と他方のデジタル画像信号との差画像信号の
階調値が許容値以内であるか否かにより行うことを特徴
とする。

【００１３】また、本発明は、前記パターン検査方法お
よびその装置の画像比較過程において、位置合わせによ
る画像比較に基いての欠陥判定を、マッチング位置から
のずれのうち、画素の整数倍のずれについては、検出デ
ジタル画像信号と参照デジタル画像信号のうちの少なく
とも一方をシフトさせることによって位置合わせをし、
さらに前記画素の整数倍のずれの残差である画素以下の
ずれについては、ずれ量に応じて検出デジタル画像信号
と参照デジタル画像信号との差画像信号に対する許容値
を算出し、該差画像信号の階調値が前記許容値以内であ
るか否かにより行うことを特徴とする。また、本発明
は、前記パターン検査方法およびその装置の画像比較過
程において、位置合わせによる画像比較に基いての欠陥
判定を、マッチング位置からのずれのうち、画素の整数
倍のずれについては、検出デジタル画像信号と参照デジ
タル画像信号のうちの少なくとも一方をシフトさせるこ
とによって位置合わせをし、さらに前記画素の整数倍の
ずれの残差である画素以下のずれについては、検出デジ
タル画像信号と参照デジタル画像信号のうちの少なくと
も一方のデジタル画像信号において、画素と画素の間の
階調値を内挿により求めることによって位置合わせを
し、この位置合わせがなされた両デジタル画像信号の差
画像信号の階調値が許容値以内であるか否かにより行う
ことを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記パターン検査方法お
よびその装置のマッチング位置決定過程において、マッ
チング位置候補算出過程においてあるブロック単位領域
においてタンイマッチング位置候補をただ１個持つ点が
算出されたときをこの点を基準点として帯状検査領域に
亘って伝搬して各ブロック単位領域毎の両画像信号の間
の確かなマッチング位置の決定を行うことを特徴とす
る。また、本発明は、前記パターン検査方法およびその
装置のマッチング位置決定過程において、各ブロック単
位領域毎のマッチング位置の確からしさを評価し、前記
画像比較過程において、前記マッチング位置決定過程か
ら得られる各ブロック単位領域毎のマッチング位置の確
からしさに応じて欠陥判定の感度を調整することを特徴
とする。

【００１５】また、本発明は、被検査物上における所望
の帯状検査領域から連続的に検出される検出画像信号を
Ａ／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタル画像信号に
変換し、この変換された検出デジタル画像信号の比較対
象となる参照デジタル画像信号を生成する画像信号生成
部と、該画像信号生成部で生成された検出デジタル画像
信号および参照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯
状検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎の検出
デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々を
順次切り出し、この順次切り出されたブロック単位領域
毎の両画像信号の間のマッチング位置候補を０個以上求
めて前記帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候補の
集合を算出し、この算出された帯状検査領域に亘っての
マッチング位置候補の集合からブロック単位領域間の連
続性に基いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の
確かなマッチング位置を決定する位置ずれ検出部と、該
位置ずれ検出部で決定した各ブロック単位領域毎の確か
なマッチング位置に基づく、少なくとも各ブロック単位
領域毎に前記検出デジタル画像信号と参照デジタル画像
信号との間の位置合わせによる画像比較に基いて欠陥判
定を行う画像比較処理部とを備えたことを特徴とするパ
ターン検査装置である。また、本発明は、前記パターン
検査装置の画像信号生成部を、被検査物を載置して移動
する走行ステージと、電子ビームを前記走行ステージの
移動方向と直交する方向に走査して前記被検査物に対し
て照射する走査手段と、該走査手段で電子ビームを走査
して照射された被検査物から発生する電子を検出する電
子検出器とを有して構成することを特徴とする電子線画
像に基づくパターン検査装置である。

【００１６】以上説明したように、前記構成によれば、
図２および図３に示すような様々な形態のブロック単位
領域毎の高精細な検出デジタル画像信号が被検査物上の
検査領域から任意に検出されたとしても、入力される高
精細な検出デジタル画像信号には帯状検査領域に亘って
連続性を有する性質を利用して常にブロック単位領域毎
に確かな位置ずれ量を推察して求めることができるの
で、位置合わせミスが生じて虚報が生じるブロック単位
領域を無くし、しかもブロック単位領域毎に高精細な画
素サイズ以下に位置合わせされた高精細な画像信号に基
いて欠陥判定をすることによって様々な形状の微細なパ
ターンを有する検査領域から微細な欠陥を見落としする
ことなく、検査することができる。特に、高精細な検出
画像信号のＳ／Ｎが低くても、微細なパターンのコント
ラストが低くても、明るさにむらが生じても、またステ
ージの走行時の振動等によって画像が歪んだとしても、
常にブロック単位領域毎に確かな位置ずれ量を推察して
求めることができるので、位置合わせミスが生じて虚報
が生じるブロック単位領域を無くし、しかも様々な形状
の微細なパターンを有する検査領域から微細な欠陥を見
落としすることなく、検査することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係るパターン検査方法お
よびその装置の実施の形態について図面を用いて説明す
る。（実施の形態１）図１は、本発明に係るパターン検査装
置の第１の実施の形態を示すブロック構成図である。即
ち、パターン検査は、電子ビーム３０を半導体ウエハ等
の被検査物（被検査基板）１０上を走査照射し、被検査
物１０から発生する電子を電子検出器３５で検出し、そ
の強度変化に基づいて走査部位の電子線画像を得、この
得られた電子線画像を用いて行われる。半導体ウエハ等
の被検査物１０には、図４に示すごとく、最終的に同一
の製品となるチップが多数配列されている。図１に示す
パターン検査装置では、あるチップ（例えば図４のチッ
プ１）の電子線検出画像Ａと、隣接するの別のチップ
（例えば図４のチップ２）の電子線検出画像Ｂとを画像
比較することにより欠陥を認識する。パターン検査装置
の第１の実施の形態は、検出部１０１、画像処理部１０
２、およびシステム全体を制御する全体制御部（図示せ
ず）から構成される。全体制御部は、１台あるいは複数
台のコンピュータから構成され、検出部１０１、画像処
理部１０２の各種動作のタイミングの制御、座標管理を
行うとともに、あらかじめプログラミングされたシーケ
ンスに従い、半導体ウエハ等の被検査物１０のセッティ
ングから、検査結果出力に至る一連の検査動作を制御す
る。

【００１８】次に、検出部１０１について説明する。即
ち、検出部１０１は、電子ビームを出射する電子銃３１
と、電子銃３１から出射された電子ビームを収束するコ
ンデンサレンズ３２と、電子ビームの照射をＯＮ，ＯＦ
Ｆするブランキング電極部（図示せず）と、上記コンデ
ンサレンズ３２で収束された電子ビームを更に試料面上
に画素サイズ（０．３〜０．０５μｍ）程度以下のビー
ム径に絞って合焦状態で照射する対物レンズ３３と、電
子ビームを偏向走査させる走査偏向器３４と、半導体ウ
エハ等の被検査物１０を載置してＸＹ方向に移動制御さ
れるステージ２と、被検査物１０から放出される２次電
子や反射電子等の電子を検出する電子検出器３５とで構
成される。なお、偏向制御部２１は、全体制御部２０か
らの制御指令に基いて走査偏向器３４を制御するもので
ある。合焦点制御部２２は、例えば光学的高さ検出器
（図示せず）で検出される被検査物１０の高さ情報に基
いて合焦点状態に対物レンズ３３を制御するものであ
る。ステージ制御部２３は、ステージの変位を測長する
測長器からのステージの変位情報のフィードバックを受
けて、全体制御部２０からのステージ制御情報を基にス
テージ２を駆動制御するものである。

【００１９】そして、全体制御部２０には、欠陥編集部
６１から得られる欠陥情報や位置ずれ検出部４０でブロ
ック単位領域で決定されたマッチング位置（位置ずれ
量）のデータや画像比較部６０内のしきい値演算部１１
５において算出される欠陥判定の基準（検査感度）を示
す閾値ｔｈ（ｘ，ｙ）や被検査基板上のチップ配列等に
関するＣＡＤ情報等を表示する表示手段２４と、該表示
手段２４に表示された被検査基板上のチップ配列等に関
するＣＡＤ情報をみながら、検査領域や位置ずれ検出の
対象領域などを設定するための入力手段２５と、各種制
御データや制御プログラムや欠陥編集部６１から得られ
る欠陥情報などを記憶する記憶装置２６とが接続されて
いる。また、表示手段２４には、実際に前処理回路３８
から得られる被検査基板全体の電子線デジタル画像を表
示できるようにしてもよい。従って、電子銃３１から出
射された電子ビームは、コンデンサレンズ３２、対物レ
ンズ３３を経て、試料面上において画素サイズ（０．３
〜０．０５μｍ）程度以下のビーム径に合焦点状態で絞
られる。このように収束電子ビームが照射されると、半
導体ウエハ等の被検査基板１０からは２次電子または反
射電子が発生することになる。そして、偏向制御部２１
からの制御に基づく走査偏向器３４による収束電子ビー
ムのＸ方向の繰り返し走査と、ステージ制御部２３から
の制御に基づくステージ２による被検査基板１０のＹ方
向の連続的な移動走査とを組合せて、収束電子ビームを
被検査基板１０に対して２次元に走査して照射し、被検
査基板１０から同期して発生する電子を電子検出器３５
で検出することにより、被検査基板１０の２次元の電子
線画像が得られることになる。このように電子検出器３
５で捕らえられた２次元の電子線画像は、アンプ３６で
増幅され、画像処理部１０２に入力される。

【００２０】画像処理部１０２は、入力された２次元の
アナログ検出画像信号を２次元のデジタル検出画像信号
に変換するＡ／Ｄ変換器３７と、Ａ／Ｄ変換器３７から
得られる２次元のデジタル検出画像信号に対して暗レベ
ル補正、電子源の揺らぎ補正、シェーディング補正等の
画像補正を行う前処理回路３８と、該前処理回路３８で
画像補正された検出画像信号（検出画像データ）ｆ０
（ｘ，ｙ）を繰り返されるチップ分遅延させて参照画像
信号（参照画像データ）ｇ０（ｘ，ｙ）を作る遅延メモ
リ３９と、上記検出画像信号ｆ０（ｘ，ｙ）と参照画像
信号ｇ０（ｘ，ｙ）との間の位置ずれ量を検出する位置
ずれ検出部４０と、検出画像信号ｆ０（ｘ，ｙ）、およ
び参照画像信号ｇ０（ｘ，ｙ）の各々を遅延させる遅延
メモリ４７、４８と、上記位置ずれ検出部４０で決定さ
れた位置ずれ量を用いて、１チップ分遅延された画像信
号ｆ１（ｘ，ｙ）、ｇ１（ｘ，ｙ）を位置合わせし、両
画像信号を比較して一定基準を越える不一致を欠陥候補
として判定する画像比較部６０と、該画像比較部６０か
ら得られる欠陥候補についての画像信号に基いて近隣の
不一致部同士を一つにまとめるマージ処理を行い、一ま
とまりごとに重心座標、ＸＹ投影長、面積などの欠陥候
補の特徴量を算出し、この算出された欠陥候補の特徴量
から虚報を消去する欠陥編集部６１とから構成される。

【００２１】従って、電子検出器３５で検出された２次
元のアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器３７により２次
元のデジタル画像信号（各画素における濃淡値に応じた
階調値を示すデジタル画像データ）に変換されて前処理
回路３８に入力される。そして前処理回路３８では、２
次元のデジタル画像信号に対して暗レベル補正、電子源
の揺らぎ補正、シェーディング補正等の画像補正が行わ
れる。次に、シフトレジスタ等で構成される遅延メモリ
３９において、前処理回路３８から得られる検出画像信
号を、ステージ２がチップ間隔分（図４でのｄ１）移動
する時間だけ遅延させて、検出画像信号の比較対象とす
る参照画像信号を作成する。ところで、理想的には、遅
延された参照画像信号ｇ０（ｘ，ｙ）と遅延されていな
い検出画像信号ｆ０（ｘ，ｙ）とは、隣り合うチップ
の、同じ箇所での画像信号となるはずであるが、実際に
はステージの振動や、電子光学系のドリフトや帯電、あ
るいは半導体ウエハの帯電により電子ビームの偏向位置
に狂いが生じるためそうはならない。そこで、位置ずれ
検出部４０において二つの画像信号（検出画像信号ｆ０
（ｘ，ｙ）と参照画像信号ｇ０（ｘ，ｙ））間の位置ず
れ量を求め、それに基づいて画像比較部６０において画
像比較を行うことが必要となるわけである。

【００２２】本発明に係る位置ずれ検出部４０は、バッ
ファメモリ４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、相関値
（正規化相互相関値）配列または残差の２乗和や残差の
絶対値の総和を演算する演算部４５、および、ＣＰＵ４
６から構成される。検出画像信号ｆ０（ｘ，ｙ）および
参照画像信号ｇ０（ｘ，ｙ）は、位置ずれ検出部４０に
連続的に入力され、メモリ４２ａ、４３ａに蓄積されて
一定サイズの画像データが作成されることなる。なお、
メモリ４２ｂ、４３ｂは、演算部４５が４２ａ、４３ａ
のデータを読み出している間、検出部１０１から連続し
て入力される画像データを書き込むためのものである。
メモリ４２ａ、４３ａとメモリ４２ｂ、４３ｂは書き込
み用、読み出し用と交互に切り替えて使用される。演算
部４５は、各メモリ４２ａ、４２ｂから交互に検出画像
データについて分割された一定サイズの画像データ（Ｍ
_x×Ｍ_yの画素配列からなる）を分割処理単位として読み
出し、各メモリ４３ａ、４３ｂから交互に参照画像デー
タについて分割された一定サイズの画像データ（Ｎ_x×
Ｎ_yの画素配列からなる）を分割処理単位として読み出
す。そして、正規化相互相関演算部４５は、読み出され
た一定サイズの画像データを分割処理単位として、検出
画像データ（Ｍ_x×Ｍ_yの画素配列からなる）と参照画像
データ（Ｎ_x×Ｎ_yの画素配列からなる）との間を相対的
にｘ方向に０〜±ｐ_x画素、ｙ方向に０〜±ｐ_y画素ずら
した時の例えば相関値（正規化相互相関値）、すなわち
合計（ｐ_x＋１）×（ｐ_y＋１）＝Ｐ個の相関値を並行し
て計算する。なお、Ｍ＝Ｎ＋２ｐとする。

【００２３】以下、この分割された一定サイズの画像デ
ータをブロック単位領域（分割単位領域）と呼ぶことに
する。そして、帯状検査領域を多数に分割したプロック
単位領域（分割単位領域）が画素数で大きい場合の一実
施例を図６において、模式的にブロック１、２、３、
４、５として示す。このブロック単位領域は、チップ内
の帯状検査領域においてステージ移動方向に分割した画
像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）を大きくしたものである。また、
ブロック単位領域でマッチング位置（位置ずれ量）を決
めるためなので、隣接したブロック単位領域と多少離れ
てもよいし、また部分的に重畳させてもよい。また、チ
ップ内の帯状検査領域においてブロック単位領域を電子
線の走査方向に分割してもよい。この場合、ブロック単
位領域の画像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）は当然小さくなる。ブ
ロック単位領域の画像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）が大きい場合
には、Ｍ＝５００〜１０００程度の画素数となり、ブロ
ック単位領域の画像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）が小さい場合に
は、Ｍ＝１０〜１００程度の画素数となる。なお、ブロ
ック単位領域の画像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）をステージ走行
によって動的に生じる画像歪みよりも小さくすることに
よって、画像歪みによって生じる位置合わせ不良をなく
すことができる。ＣＰＵ４６では、演算部４５において
ブロック単位領域Ｂ（ｎ，ｍ）で算出されるＭ個の要素
からなる相関値配列をもとに、両画像間のマッチング位
置の候補（ｓ_B（Δｘ，Δｙ））を、後述する方法によ
り算出して内蔵するメモリ（図示せず）に記憶する。こ
のマッチング位置の候補数は、一定ではなく、対象とす
るブロック単位領域にどんなパターンが含まれているか
によって、０個の場合もあれば複数個の場合もある。Ｃ
ＰＵ４６では、１ブロック単位領域ごとにマッチング位
置の候補（ｄｎ（Δｘ，Δｙ））を求め、１チップ分の
候補が集まった段階で、１チップ分全ブロック単位領域
のマッチング位置を決定する。

【００２４】ＣＰＵ４６が演算して決定するマッチング
位置決定方法の概念を図５に示す。図５では、１チップ
内に、図２（ａ）および図３（ａ）に示すような殆どパ
ターンなしの領域と、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示
すような大体一軸方向を向いたパターンの領域と、図２
（ｃ）および図３（ｃ）に示すような大体２軸方向に繰
り返されるパターンの領域が混在する場合について示し
たものである。図５において、横軸はブロック単位領域
番号（ｎ）、縦軸はマッチング位置（ｄｎ（Δｘ，Δ
ｙ））の一軸方向（例えばＹ軸方向）の候補座標（単位
は画素）である。ただし、Δｘ＝ａ画素、Δｙ＝ｂ画素
で表わすことができる。例えば、ブロック単位領域番号
ｎ＝０〜４では大体Ｙ方向に繰り返されるパターンが形
成されていることからマッチング位置の候補数が２〜３
個程度検出され、ブロック単位領域番号ｎ＝５ではマッ
チング位置の候補数が１個検出され、ブロック単位領域
番号ｎ＝６〜７では殆どパターンが存在しないことから
マッチング位置の候補数が検出されず（０個）、ブロッ
ク単位領域番号ｎ＝８〜１１ではＹ軸方向に繰り返さな
いパターンが形成されていることからマッチング位置が
連続してある幅でもって検出され、ブロック単位領域ｎ
＝１２ではほとんどパターンなしの関係でマッチング位
置が検出されず、ブロック単位領域ｎ＝１３〜２０では
比較的Ｙ方向に繰り返されるパターンが形成されている
関係でマッチング位置が大体２〜３個程度検出されるこ
とになる。なお、検出されるマッチング位置としては、
サブピクセル単位で検出されるものとする。

【００２５】しかし、１チップ内に様々な微細なパター
ンが混在する場合でも、検出画像データおよび参照画像
データは、連続的に入力されているので、確かな（正し
い）マッチング位置もまた連続的に変化することが期待
される。即ち、被検査物（被検査基板）１０上の検査領
域に形成される様々な形状を有するパターンは露光や描
画によって連続して形成され、しかもこの被検査物１０
を搭載するステージの走行も連続して行われるため、検
出画像データと参照画像データとの間の位置ずれ誤差も
連続的に変化することになる。従って、図５において、
同図の楕円に囲まれた候補（複数のブロック単位領域か
らなる帯状検査領域に亘って滑らかな曲線でつながって
いる。）が確かなマッチング位置（ｄｒｎ（Δｘｒ，Δ
ｙｒ））のＹ軸方向の値（Δｙｒ）と推測される。ま
た、候補を持たないブロック単位領域の確かなマッチン
グ位置は、前後の確かなマッチング位置の内挿によって
求めることが可能である。また、図５に示すように、帯
状検査領域の亘たる多数のブロック単位領域からランダ
ムにマッチング位置の候補が検出されなかったり、検出
されたりするので、帯状検査領域の亘たるより多くの前
後の確かなマッチング位置またはその近傍を通過するよ
うな滑らかな曲線を算出することによって候補を持たな
いブロック単位領域の確かなマッチング位置を決定する
必要がある。なお、マッチング位置は実際には２次元に
なるので、上記滑らかな曲線は滑らかな曲面となる。

【００２６】ＣＰＵ４６が演算して確かなマッチング位
置（確かな位置ずれ量）を決定するための具体的なアル
ゴリズムとしては、演算部４５においてブロック単位領
域Ｎで算出されるＭ個の要素からなる相関値配列をもと
に算出して内蔵するメモリ（図示せず）に記憶された両
画像間のマッチング位置の候補（ｄｎ（Δｘ，Δｙ））
から、例えば、候補が１個しかないブロック（図５でい
えばブロック番号１５）の確かなマッチング位置を基準
位置（起点位置）とし、その前後のブロックでは基準位
置（起点位置）に最も近いマッチング候補を選ぶという
処理を順々に伝搬していく方法などが考えられる。この
他にも無数のアルゴリズムがあり得るが、どんなアルゴ
リズムを選択すべきかは、演算時間に対する制限やＣＰ
Ｕの計算能力によるため、これ以上の詳細な説明は行わ
ないことにする。本発明の主眼は、被検査基板１０の検
査領域（チップ領域）には様々な形状を有する微差なパ
ターンが形成されているため、分割された各ブロック単
位領域ごとに独立して両画像間の確かなマッチング位置
を決定することができない場合が生じることに着目し、
ＣＰＵ４６において、帯状検査領域に亘って算出される
マッチング位置候補の集合を利用して、少なくともブロ
ック単位領域内の確かなマッチング位置（ｄｒｎ（Δｘ
ｒ，Δｙｒ））を決定することにあり、この概念に基づ
くいかなるアルゴリズムも本発明の範囲に含まれるもの
とする。即ち、マッチング位置の候補は、図５に示すよ
うに各ブロック単位領域から様々な形態で見つかった
り、見つからなかったりするため、帯状検査領域に亘っ
て算出されるマッチング位置候補の集合を総合的に判断
しないと各ブロック単位領域毎に確かなマッチング位置
（ｄｒｎ（Δｘｒ，Δｙｒ））を決定することができな
い。

【００２７】なお、ＣＰＵ４６において算出する各ブロ
ック単位領域毎の確かなマッチング位置（ｄｒｎ（Δｘ
ｒ，Δｙｒ））の決定を１チップ分の候補が集まった段
階で決定するようにしているのは、図６に示すように、
通常、チップとチップの間にはパターン検査をする必要
のない非検査領域があるため、この領域をステージ２が
横切っている間に、位置ずれ検出部４０において確かな
マッチング位置決定処理を行うようにすれば、演算時間
がより長くとれて好都合だからである。確かなマッチン
グ位置は、帯状検査領域についての１チップ分のマッチ
ング位置候補が集まった段階でまとめて決定されるた
め、画像比較部６０において位置合わせ・画像比較が可
能となるのは１チップ遅れとなる。そのため、遅延メモ
リ４７、４８において、検出画像データｆ０（ｘ，ｙ）
および参照画像データｇ０（ｘ，ｙ）を遅延させる必要
がある。そして、画像比較部６０では、位置ずれ検出部
４０で決定された確かなマッチング位置（確かな位置ず
れ量）を用いて、１チップ分遅延された検出画像データ
ｆ１（ｘ，ｙ）と参照画像データｇ１（ｘ，ｙ）とを位
置合わせし、両画像データを比較して一定基準を越える
不一致を欠陥候補と判定し、欠陥候補に関する位置情報
と不一致に関する画像データ等を出力する（具体的方法
は後述する）。このように欠陥候補とするのは、両画像
データとの間に画像歪み等が生じて虚報が生じるからで
ある。そして、欠陥編集部６１では、画像比較部６０か
ら得られる欠陥候補に関する位置情報等と不一致を示す
画像データとに基いて欠陥候補と判定された箇所の近隣
の不一致部同士を一つにまとめるマージ処理を行い、一
まとまりごとに重心座標、ＸＹ投影長、面積などの特徴
量を算出し、該算出された特徴量から虚報を消去し、検
出画像データｆ１（ｘ，ｙ）上での欠陥の位置座標とそ
の特徴量を出力する。そして、全体制御部２０では、欠
陥編集部６１で算出された検出画像データｆ１（ｘ，
ｙ）上での位置座標を半導体ウエハなどの被検査基板１
０上の座標系に変換し、最終的に、被検査基板１０上で
の位置座標と、欠陥編集部６１から算出された特徴量と
からなる欠陥データをまとめる。

【００２８】ところで、欠陥検査の対象となる半導体ウ
エハなどの被検査基板１０上の繰り返されるチップに形
成されているパターンには、最近様々な形状のものが混
在するようになってきている。それは、システムＬＳＩ
のようにメモリとロジックとが混在するようになってき
ていると共に形成されるパターンが超微細化されてきて
いるためである。そのため、帯状検査領域から分割され
たブロック単位領域の検出画像信号および参照画像信号
において、図３（ａ）に示す如くわずかにパターン１１
が存在するものが切り出されたり、図３（ｂ）に示す如
く一方向のパターンの中にわずかに別方向のパターン１
２が存在するものが切り出されたり、図３（ｃ）に示す
如く繰り返しパターン中にわずかなイレギュラーなパタ
ーン１３が存在するものが切り出されたりする機会が生
じることになる。これらは、分割されたプロック単位の
画像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）が大きい場合でも、小さい場合
でも生じる可能性はある。しかし、前記実施の形態によ
れば、このようなブロック単位領域の検出画像信号およ
び参照画像信号が切り出されて例えば演算部４５におい
て演算される相関値配列に基いて図５に示す如く、各ブ
ロック単位領域でマッチング位置が検出されなかった
り、マッチング位置が複数検出されたとしても、ＣＰＵ
４６において帯状検査領域に亘った複数のブロック単位
領域のマッチング位置候補から矛盾を生じないようにマ
ッチング位置を決定するため、確かなマッチング位置が
より確実に選ばれるようになり、位置合わせミスが生じ
て虚報が生じるブロック単位領域の数を格段に減少させ
ることが可能となる。特に、ブロック単位領域の検出画
像信号および参照画像信号において、Ｓ／Ｎが低くて
も、パターンのコントラストが低くても、明るさのむら
が生じたとしても、確かなマッチング位置をより確実に
選ぶことができ、位置合わせミスが生じて虚報が生じる
ブロック単位領域の数を格段に減少させることが可能と
なる。それと共に、正確な欠陥位置が求まるようになる
という効果も生じることになる。

【００２９】以上説明したように、前記実施の形態によ
れば、半導体ロジック製品のようにブロックに含まれる
パターンが多岐に及ぶような場合に特に効果を発揮する
ことになる。なお、分割されたブロック単位領域毎の検
出画像信号および参照画像信号において、図２（ａ）、
図２（ｂ）、および図２（ｃ）に示す如く、パターンが
切り出された場合には、例えば演算部４５およびＣＰＵ
４６でのマッチング位置の算出においてずれが生じて
も、両画像信号の間に差（不一致）が生ぜず虚報が生じ
ることはない。また、チップとチップの間にある検査不
要の領域をステージが横切っている間に位置ずれ検出部
４０でマッチング位置決定処理を行う旨述べたが、この
ためには、検査に先立ち被検査基板（被検査物）１０の
どの領域を検査領域とするか、また、どの領域を位置ず
れ検出の対象領域とするかを、例えば、被検査基板のＣ
ＡＤ情報や実際に検出される代表の被検査基板の電子線
画像を表示手段２４に表示しながらユーザーが入力手段
２５を用いて設定する必要がある。本実施の形態の場
合、より確実な位置ずれ検出を実現するには、画像内に
なるべく特徴的なパターンが含まれていることが望まし
いため、通常、検査対象とはしないテストパターン領域
なども、位置ずれ検出をする領域に含めるようにしても
よい。

【００３０】（実施の形態１の補足：マッチング位置候
補の算出方法）上述のように、第１の実施の形態では、
ＣＰＵ４６は、演算部４５において演算される相関値配
列をもとに、両画像間のマッチング位置の候補を算出す
る。図７（ａ）に、例えば図２（ｃ）および図３（ｃ）
に示すようなブロック単位領域内のＸ方向に４画素程
度、Ｙ方向に２画素程度で繰り返されるパターンに対し
てマッチング位置候補探索の範囲がＸ方向、Ｙ方向とも
±４画素、すなわち９行９列の要素からなる相関値配列
の一例を示す。図７（ｂ）は極大値の存在が分かりやす
いようにこれを３次元で表したものである。正規化され
た相関値は±１の範囲に存在し、両画像が完全に一致す
れば１、完全に不一致（二つの画像のパターンの位相が
逆転している場合）ならば−１の値をとる。画像上にパ
ターンが存在しなければ、相関値の山谷が存在しなくな
ると共に、値も０付近となるため、しきい値を設け（例
えば０．５など）、しきい値を上回る要素がなければマ
ッチング候補なしとし、しきい値以上で極大値が存在す
れば、極大値の個数分、極大値の位置（ｘ座標およびｙ
座標）を候補として記憶する。図７（ｂ）では、極大値
をとる７箇所が候補である。

【００３１】また、ブロック単位領域内に含まれるパタ
ーン（図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すパターンに近
いｙ方向には一様で、Ｘ方向には濃淡値として滑らかに
変化するパターン）によっては、図８に示すように、極
大値が尾根状となる場合もある。この場合は例えば尾根
の向きと、切片位置をメモリに記憶するようにする。さ
て、極大値の位置であるが、これは画素きざみでしか存
在しないので、画素以下の精度で候補位置を求める必要
がある場合には、ＣＰＵ４６において何らかの内挿が必
要となる。例えば、図９のように、極大値（Ｃ）も含め
該極大値（Ｃ）の近傍４画素の位置での相関値（Ｎ、
Ｓ、Ｅ、Ｗ）に対して放物曲面を当てはめ、曲面の頂点
となる位置（δｘ，δｙ）を求め、極大値の位置Ｘ、Ｙ
にこれを加えれば画素以下の精度でのマッチング位置候
補とすることができる。また、山あるいは尾根の位置だ
けでなく、その値（相関値）あるいはその他の特徴量を
求めて記憶しておき、ブロックの候補からマッチング位
置を決定する処理の際の選択基準に加えることも可能で
ある。

【００３２】また、本実施の形態では、マッチング位置
候補を求めるのに演算部４５において相関値（正規化相
互相関）配列を演算するようにしたが、代わりに残差の
２乗和ΣΣ（ｆ１（ｘ，ｙ）−ｇ１（ｘ，ｙ））²や残
差の絶対値の総和ΣΣ｜ｆ１（ｘ，ｙ）−ｇ１（ｘ，
ｙ）｜を演算して極小値を示すマッチング位置候補を求
めることも可能である。また、マッチング位置候補を求
めるのに演算部４５において前処理として微分画像を生
成し、微分画像間の相互相関を用いても良い。微分画像
はエッジ部が強調されるため、パターンの明るさむらに
よるマッチング候補位置の誤差を低減できる可能性があ
る。また、残差の２乗和ΣΣ（ｆ１（ｘ，ｙ）−ｇ１
（ｘ，ｙ））²や残差の絶対値の総和ΣΣ｜ｆ１（ｘ，
ｙ）−ｇ１（ｘ，ｙ）｜を演算してマッチング位置候補
を求める場合にも、図９に示すように、極小値（Ｃ）も
含め該極小値（Ｃ）の近傍４画素の位置での残差の２乗
和または残差の絶対値の総和（Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗ）に対し
て放物曲面を当てはめ、曲面の頂点となる位置（δｘ，
δｙ）を求め、極小値の位置Ｘ、Ｙにこれを加えれば画
素以下の精度でのマッチング位置候補とすることができ
る。

【００３３】（実施の形態１の補足：画像の比較方法そ
の１）上述のように、第１の実施の形態では、画像比較
部６０において画像信号ｆ１（ｘ，ｙ）とｇ１（ｘ，
ｙ）の比較を行う。この画像比較部の第１の実施例６０
ａについて図１０を用いて具体的に説明する。まず、位
置補正部１１１において、位置ずれ検出部４０でブロッ
ク単位領域毎に算出された位置ずれ量（正しいマッチン
グ位置）のうち、画素の整数倍のずれについては、参照
画像信号ｇ１（ｘ，ｙ）をその分シフトさせることによ
って検出画像信号ｆ１（ｘ，ｙ）に対して位置を合わせ
る。すなわち、位置補正部１１１において、ｇ１（ｘ，
ｙ）をずれの画素単位分シフトさせてｇ２（ｘ，ｙ）と
する。残りの画素単位以下のずれについては、画素と画
素の間の階調値を内挿により求めることによって、計算
上、画素以下ずらした画像を生成する。すなわち、ｘ方
向のずれ量の画素未満の部分をδｘ、ｙ方向のずれ量画
素未満の部分をδｙとすると、位置補正部１１２にて画
像信号ｆ１（ｘ，ｙ）をｘ方向に−δｘ／２、ｙ方向に
−δｙ／２ずらしてｆ２（ｘ，ｙ）とし、位置補正部１
１３にて画像信号ｇ２（ｘ，ｙ）をｘ方向にδｘ／２、
ｙ方向にδｙ／２ずらしてｇ３（ｘ，ｙ）とする。これ
ら画像信号ｆ１（ｘ，ｙ）、ｆ２（ｘ，ｙ）に対する幾
何学的な位置ずれ補正を幾何学的な変換と称する。内挿
方法としては、線形補間、双線形補間、キュービック・
コンボリューションなどを用いる。ここで、一方の画像
をずらさずに、両方の画像を逆向きに半分ずつずらして
いるのは、内挿に伴って画像にぼけが生じるため、比較
する画像間のぼけを同程度にそろえるためである。

【００３４】差画像生成部１１４では、画素以下の精度
で互いに位置のあった検出画像ｆ２（ｘ，ｙ）と参照画
像ｇ３（ｘ，ｙ）との差画像ｓｕｂ（ｘ，ｙ）を生成す
る。その一方、しきい値演算部１１５ａでは、画素以下
の精度で互いに位置のあった検出画像ｆ２（ｘ，ｙ）と
参照画像ｇ３（ｘ，ｙ）とを基に、各座標（ｘ，ｙ）ご
とにその近傍の階調値や、その近傍での階調値の変化率
などに応じた閾値ｔｈ（ｘ，ｙ）を算出する。欠陥判定
部１１６では、差画像ｓｕｂ（ｘ，ｙ）と閾値ｔｈ
（ｘ，ｙ）を比較して、差画像ｓｕｂ（ｘ，ｙ）が閾値
ｔｈ（ｘ，ｙ）を越えれば欠陥、差画像ｓｕｂ（ｘ，
ｙ）が閾値ｔｈ（ｘ，ｙ）以下ならば非欠陥と判定し、
検出画像信号における欠陥の位置座標（ｘ，ｙ）と例え
ば差画像ｓｕｂ（ｘ，ｙ）または検出画像信号ｆ２
（ｘ，ｙ）を出力する。

【００３５】（実施の形態１の補足：画像の比較方法そ
の２）画像比較部の第２の実施例６０ｂについて図１１
を用いて具体的に説明する。第２の実施例６０ｂにおい
て、上記第１の実施例（図１０）との違いは、位置ずれ
検出部４０でブロック単位領域毎に算出された位置ずれ
量のうちの、画素以下のずれ（δｘ，δｙ）についての
扱いである。第１の実施例では、内挿により位置をずら
した画像を位置補正部１１２、１１３で一旦生成した後
に差画像を生成したが、ここでは、しきい値演算部１１
５ｂにおいて位置をずらすことによって生じる差画像の
変化量を推測して、閾値に組み込むようにしている。推
測は例えば次のようにして行う。座標（ｘ，ｙ）におけ
る画像ｆ１（ｘ，ｙ）の階調値のｘ方向の変化率をｄｆ
ｘ（ｘ，ｙ）、ｙ方向の変化率をｄｆｙ（ｘ，ｙ）、画
像ｇ２（ｘ，ｙ）の階調値のｘ方向の変化率をｄｇｘ
（ｘ，ｙ）、ｙ方向の変化率をｄｇｙ（ｘ，ｙ）とする
と、差画像の変化量をｄｓｕｂ（ｘ，ｙ）を次に示す
（数１）式の計算により求める。

【００３６】ｄｓｕｂ（ｘ，ｙ）＝δｘ×（ｄｆｘ（ｘ，ｙ）−ｄｇｘ（ｘ，ｙ））＋δｙ×（ｄｆｙ（ｘ，ｙ）−ｄｇｙ（ｘ，ｙ））（数１）そして、第１の実施例と同様、各座標（ｘ，ｙ）ごとに
その近傍の階調値や、その近傍での階調値の変化率など
に応じた暫定閾値ｔｈ０（ｘ，ｙ）を算出し、これにｄ
ｓｕｂ（ｘ，ｙ）を加えたｔｈ１（ｘ，ｙ）を、ｆ１
（ｘ，ｙ）とｇ２（ｘ，ｙ）の差画像ｓｕｂ１（ｘ，
ｙ）に対する閾値とする。そして、欠陥判定部１１６に
おいて、ｓｕｂ１（ｘ，ｙ）がｔｈ１（ｘ，ｙ）を越え
れば欠陥、ｓｕｂ１（ｘ，ｙ）がｔｈ１（ｘ，ｙ）以下
ならば非欠陥と判定し、検出画像信号における欠陥の位
置座標（ｘ，ｙ）と例えば差画像ｓｕｂ（ｘ，ｙ）また
は検出画像信号ｆ１（ｘ，ｙ）を出力する。

【００３７】（実施の形態１の補足：画像の比較方法そ
の３）画像比較部の第３の実施例６０ｃについて図１２
を用いて具体的に説明する。上記第１および第２の実施
例６０ａ、６０ｂでは、画像比較の際、位置ずれ検出部
４０の結果であるブロック単位領域毎の位置ずれ量を位
置合わせにのみ用いているが、第３の実施例６０ｃは、
図１２に示すように、位置ずれ検出部４０から、位置ず
れ量以外に、例えば各ブロック単位領域のマッチング位
置の候補数、あるいは、決定したマッチング位置の正し
さの指標といった付加情報を出力してしきい値演算部１
１５ｃおよび欠陥判定部１１６に入力し、画像比較の際
にこれらを利用するものである。マッチング位置の候補
数とブロック内に含まれるパターンの周期との間には、
パターン周期が小さいほど候補数が多くなるという関係
があるので、パターン周期に応じて検査感度を調整する
には（パターンが微細ならば微細欠陥が問題となるため
検査感度を高めたいが、粗いパターンの場合にはより大
きな欠陥だけを問題とすればよいことが多い）、しきい
値演算部１１５ｃにおいて候補数に応じて差画像に対す
る閾値を調整するようにすればよい。また、マッチング
位置の正しさの指標は、欠陥判定部１１６において、例
えば、指標値が高ければ検査を実施するが、指標値が低
ければ検査を実施しないとの切り分けに用いることが可
能である。

【００３８】なお、いずれの場合も、検査対象物のどの
領域をどんな感度で検査したか、あるいはどの領域を検
査対象外としたかをユーザーは知る必要があるので、全
体制御部２０は、制御情報としてもっている検査対象／
非対象や画像比較部６０のしきい値演算部１１４から得
られる領域（ブロック単位領域）毎の検査感度を、モニ
ター２４上に表示し、欠陥編集部６１から得られる特徴
量を含む欠陥情報に対してもその情報を付加して記憶装
置２６に記憶しておく必要がある。このようにすること
によって、欠陥分類装置において、欠陥の発生原因に対
応した欠陥の種類の分類に利用することができ、その結
果欠陥の発生原因を究明することができることになる。
次に、画像比較部の第４の実施例６０ｄについて図１３
を用いて具体的に説明する。第４の実施例６０ｄは、図
１３に示すように、相関値算出の過程で得られる両画像
の平均値ｆ_avg、ｇ_avg、標準偏差ｆ_sigma、ｇ_sigmaを位
置ずれ検出部４０から出力するようにして、差画像生成
の前に、明るさ補正部１４０において、次に示す（数
２）式により明るさ補正を行うようにしたものである。ｆｒ＝｛ｆ（ｘ，ｙ）−ｆ_avg｝／ｆ_sigma ｇｒ＝｛ｇ（ｘ，ｙ）−ｇ_avg｝／ｇ_sigma （数２）ここで、ｆo（ｘ，ｙ）、ｇo（ｘ，ｙ）は明るさ補正前
の角が像の階調値、ｆｒ（ｘ，ｙ）、ｇｒ（ｘ，ｙ）は
明るさ補正後の各画像の階調値である。

【００３９】（実施の形態２）図１４は、本発明に係る
パターン検査装置の第２の実施の形態を示すブロック構
成図である。本第２の実施の形態は、機能的には第１の
実施の形態と全く等しいが、第１の実施の形態では１チ
ップピッチ分の遅延メモリ３９、４７、４８を３個持つ
代わりに、１チップ分の画像データが蓄積可能なメモリ
を４個（１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ）持
ち、これらをセレクタ１５１、１５２、１５３によって
サイクリックに切り替えて使用するように構成してい
る。例えば、検出部１０１からの画像信号をメモリ１５
０ｄに記憶している時、メモリ１５０ｃには１チップ前
の画像が、メモリ１５０ｂには２チップ前の画像が、メ
モリ１５０ａには３チップ前の画像が記憶されている。
メモリ１５０ｄへ画像信号を記憶する間、メモリ１５０
ｃの画像とメモリ１５０ｂの画像の位置ずれ検出と、メ
モリｂの画像とメモリ１５０aの画像の画像比較を同時
に実施するようにする。本第２の実施の形態によれば、
第１の実施の形態よりもタイミングの管理が容易になる
という利点がある。

【００４０】（実施の形態３）図１５は、本発明に係る
パターン検査装置の第３の実施の形態を示すブロック構
成図である。第１および第２の実施の形態の目的が、マ
ッチング位置が存在しない場合、および、マッチング位
置が複数存在して決定できない場合の両方に対して適用
することであったのに対し、本第３の実施の形態は、前
者に適用することを主な目的としている。すなわち、
ａ）図２（ａ）および図３（ａ）に示すようにパターン
が存在しないか、わずかしか存在しない、ｂ）図２
（ｂ）および図３（ｂ）に示すように横方向パターンし
かないか、横方向以外のパターンがわずかしかないため
ｘ方向のマッチング位置が確定できない、または、その
逆にｙ方向のマッチング位置が確定できない、といった
状況にあるブロック単位領域に対して適切なマッチング
位置を設定することが主な目的である。また、個々のブ
ロック単位領域で求められたマッチング位置候補に含ま
れる誤差の低減も目的の一つである。

【００４１】第１および第２の実施の形態では、１チッ
プ分のマッチング位置候補を求めた後にマッチング位置
を決定したが、本第３の実施の形態では、すでに決定し
ている過去の正しいマッチング位置を用いて、現ブロッ
クの正しいマッチング位置を推測する。ここでは、簡単
のため１方向のずれについて説明する。現ブロックのブ
ロック番号をｎとし、１ブロック前の正しいマッチング
位置がｄr(ｎ−１)、２ブロック前の正しいマッチング
位置がｄr(ｎ−２)・・・に決定しているとする。

【００４２】演算部１６１が、一定サイズ（ブロック単
位領域）の画像を処理単位として相関値配列を求めるま
では、第１の実施の形態と同じである。そして、ＣＰＵ
１６２において、相関値のピーク位置を正しいマッチン
グ位置とするが、相関値が基準値未満の場合は、正しい
マッチング位置は求まらないと判断して、後述のように
して過去の正しいマッチング位置から現ブロックの正し
いマッチング位置を決定する。これら一連の処理（マッ
チング位置の探索、マッチング位置がの使用可不可の判
断、過去の正しいマッチング位置を用いた現ブロックの
正しいマッチング位置の算出）は１ブロック分の画像が
入力される時間以内に行われる。従って、遅延回路１６
３、１６４の遅延量は１ブロック単位領域であり、画像
比較は１ブロック遅れで実施されるわけである。

【００４３】ＣＰＵ１６２は、現ブロックで正しいマッ
チング位置が求まらない場合、例えば次のような計算に
より正しいマッチング位置を決定する。・現ブロックｎ
の正しいマッチング位置ｄr(ｎ)を次の（数３）式で示
すように前ブロックｎ−１の正しいマッチング位置ｄr
(ｎ−１)とする。ｄr(ｎ)＝ｄr(ｎ−１) （数３）・現ブロックｎの正しいマッチング位置ｄr(ｎ)を次の
（数４）式で示すように過去数ブロックの正しいマッチ
ング位置の平均を用いる。ｄr(ｎ)＝｛ｄr(ｎ−１)＋ｄr(ｎ−２)＋・・・＋ｄr(ｎ−ｍ）｝／ｍ（数４）・現ブロックｎの正しいマッチング位置ｄr(ｎ)を次の
（数５）式で示すように過去数ブロックの各正しいマッ
チング位置を重み付けして平均する。

【００４４】ｄr(ｎ)＝｛ｃ1×ｄr(ｎ−１)＋ｃ2×ｄr(ｎ−２)＋・・・・＋ｃm×ｄr(ｎ−ｍ)｝／｛ｃ1＋ｃ2＋・・・・＋ｃm｝（数５）・現ブロックｎの正しいマッチング位置ｄr(ｎ)を過去
数ブロックの正しいマッチング位置の変化の仕方から推
測する。例えば、次の（数６）式の関係で示される。ｄr(ｎ)＝ｄr(ｎ−１)＋｛ｄr(ｎ−１)−ｄr(ｎ−２)｝（数６）また、現ブロックで正しいマッチング位置が求まる場合
でも、誤差低減のために、次のような計算で正しいマッ
チング位置を求め直しても良い。・現ブロックの正しい
と推察されるマッチング位置と、過去数ブロックの正し
いマッチング位置の平均を用いる。すなわち、次に示す
（数７）式の関係で示される。ｄr(ｎ)＝｛ｄr(ｎ)＋ｄr(ｎ−１)＋ｄr(ｎ−２)＋・・・・＋ｄr(ｎ−ｍ)｝／（ｍ＋１）（数７）・現ブロックの正しいと推察されるマッチング位置と、
過去数ブロックの各正しいマッチング位置を重み付けし
て平均する。すなわち、次に示す（数８）式の関係で示
される。ｄr(ｎ)＝｛ｃ0×ｄr(ｎ)＋ｃ1×ｄr(ｎ−１)＋ｃ2×ｄr(ｎ−２)＋・・・・＋ｃm×ｄr(ｎ−ｍ)｝／｛ｃ0＋ｃ1＋ｃ2＋・・・・＋ｃm｝（数８）本第３の実施の形態は、マッチング位置の探索範囲がパ
ターンピッチを越え、前述の「ピッチずれ」が起こるよ
うな状況には不向きであるが（各々の「ピッチずれ」の
ずれ方が異なっている場合もありうるので）、マッチン
グ位置の探索範囲をパターンピッチ以下とすることが可
能な系、すなわち画像の位置ずれ変化が小さい系であれ
ば、本発明の目的に関して、ある程度の効果が期待でき
る。

【００４５】本第３の実施の形態は、大きな位置ずれが
あるような系に対しては適用できないが、第１の実施の
形態に比べて画像処理部の規模を小さくして済むという
利点がある。

【００４６】（実施の形態４）図１６は、本発明に係る
パターン検査装置の第４の実施の形態を示すブロック構
成図である。本第４の実施の形態では、粗精サーチの考
え方に基づき段階的にマッチングの精度を高めていく方
式をとる。検出部１０１で生成された信号がＡ／Ｄ変換
部３７、前処理部３８を経て、遅延メモリ３９により、
隣り合うチップの同じ箇所に相当する画像信号ｆ０
（ｘ、ｙ）、ｇ０（ｘ、ｙ）となるまでは、第１の実施
の形態と同じである。検出画像信号ｆ０（ｘ、ｙ）は、
ローパスフィルタ１６５を経た後、間引き処理回路１６
７により間引きされ、間引き後の検出画像信号ｆ３
（ｘ、ｙ）がブロック単位領域毎に順次メモリ１６９
ａ、１６９ｂに記憶される。同時に参照画像信号ｇ０
（ｘ、ｙ）についても、折り返し誤差を防ぐためのロー
パスフィルタ１６６を経た後、間引き処理回路１６８に
より間引き処理（縮小処理）され、間引き後の参照画像
信号ｇ３（ｘ、ｙ）がブロック単位領域毎に順次メモリ
１７０ａ、１７０ｂに記憶される。そして、正規化相関
等の演算部１７１は、各々のメモリ１６９、１７０から
分割されたブロック単位領域毎の間引きされた検出画像
信号ｆ３（ｘ，ｙ）と参照画像信号ｇ（ｘ，ｙ）とを読
み出して（切り出して）入力する。

【００４７】間引き処理回路１６７、１６８における間
引き処理（縮小処理）とは、もとの画像からとびとびに
データを拾う処理であり図１７に示すように２画素ごと
の間引きでは画像のサイズは１／４に、４画素ごとの間
引き処理（縮小処理）では画像のサイズは１／１６とな
る。ローパスフィルタ１６５、１６６は、間引き処理に
よる折り返し誤差を防ぐために必須であり、例えば、２
画素ごとの間引きならば、パターン周期４画素未満をカ
ットする必要が、４画素ごとの間引きならば、パターン
周期８画素未満をカットする必要がある。間引きにより
画像のサイズが小さくなると、正規化相関等の演算部１
７１においてマッチング位置を探索する範囲も小さくな
る。例えばもとの画像上では±１６画素の探索範囲が必
要であったならば、２画素ごとの間引きならば探索範囲
±８画素に、４画素ごとの間引きならば±４画素とな
る。間引き画像を用いて、正規化相関等の演算部１７１
にて探索範囲に相当する個数の相関値を求め、ＣＰＵ１
７２にて、相関値の配列からマッチング位置の候補を求
める。第１の実施の形態と同様、ブロック毎のマッチン
グ位置候補が１チップ分得られた後に、マッチング位置
を決定する。決定されたマッチング位置は、間引き画像
間ものであるため、例えば２画素ごとの間引きならば最
悪±２画素の誤差を、４画素ごとの間引きならば最悪±
４画素の誤差を有す。

【００４８】そこで、演算部４５およびＣＰＵ４６は、
遅延回路１７３、１７４により１チップ分遅延させた間
引き無しの画像信号ｆ４（ｘ、ｙ）、ｇ４（ｘ，ｙ）を
用いて、メモリ４２ａ、４２ｂおよびメモリ４３ａ、４
３ｂの各々からブロック単位領域毎の画像信号ｆ４
（ｘ、ｙ）、ｇ４（ｘ，ｙ）を読み出すことによってブ
ロック単位領域毎に再度マッチング位置候補の算出、マ
ッチング位置の決定を行う。ただし、正規化相関等の演
算部４５では、先に間引き画像によって求められたマッ
チング位置を探索範囲の中心とすることにより、より狭
い探索範囲でのマッチング位置候補の探索を行うことが
できる。例えば、もとの画像上で±１６画素の探索範囲
が必要であり、仮に２画素毎の間引きを行ったならば、
演算部４５での探索範囲は±（２＋α）画素、仮に４画
素毎の間引きを行ったならば、演算部４５での探索範囲
は±（４＋α）画素となる。αはローパスフィルターに
よる折り返し誤差の削除が完全でないことを見込んでの
安全策である。演算部４５にてブロック単位領域毎の探
索範囲に相当する個数の相関値を求め、ＣＰＵ４６に
て、ブロック単位領域毎の相関値の配列からマッチング
位置の候補を求める。第１の実施の形態と同様に、ＣＰ
Ｕ４６は、ブロック単位領域毎のマッチング位置候補が
１チップ分得られた後に、少なくともブロック単位領域
毎のマッチング位置を決定する。これが画像比較部６０
において画像比較する際に用いられる少なくともブロッ
ク単位領域毎の最終的な位置ずれ量となる。以降の画像
比較部６０での処理は、第１の実施の形態と同様であ
る。

【００４９】ところで、メモリ１６９ａ、１６９ｂおよ
びメモリ１７０ａ、１７０ｂで切り出されるブロックサ
イズ（但し間引きされている。）を大きくすると、演算
部１７１およびＣＰＵ１７２からは大きな画像サイズを
有するブロック全体としての大まかな位置ずれ量が決定
されることになるので、メモリ４２ａ、４２ｂおよびメ
モリ４３ａ、４３ｂで切り出されるブロックサイズ（ブ
ロック単位領域の画像サイズ）を小さくしても、演算部
４５およびＣＰＵ４６によって小さいブロック単位領域
での位置ずれ量を算出して決定することができることに
なり、画像比較部６０において当然小さいブロック単位
領域（大きなブロック単位領域内の局所的な領域）毎に
検出画像と参照画像とを実質的に位置合わせさせた状態
で比較することが可能となる。要するに、演算部１７１
およびＣＰＵ１７２からは大まかな位置ずれ量が決定さ
れることになるので、演算部１７１で相互相関を取る画
像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）よりも演算部４５で相互相関を取
る画像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）を小さくすることができ、そ
の結果、画像比較部６０において大きなブロック単位領
域内の局所的な領域（小さなブロック単位領域）での検
出画像と参照画像とを実質的に位置合わせさせた状態で
比較することが可能となり、欠陥検査精度を向上させる
こともできる。この場合、ブロック単位領域の画像サイ
ズを小さくすることから、メモリ４２およびメモリ４３
の枚数を４枚、６枚、８枚と多くしてもよい。

【００５０】本第４の実施の形態は、マッチング位置を
２段階で決定するため二組の処理ブロックが必要ではあ
るが、特に分割されたブロック単位領域の画像サイズ
（Ｍ_x×Ｍ_y）を画素数で大きくして探索範囲が広い場
合、すなわち比較する画像間の位置ずれが大きい場合に
は、１段階よりも画像処理部の規模を小さくして済ませ
るという利点がある。例えば、±１６画素の探索範囲を
必要とすると、１段階で実施するためには、合計１０８
９個（（１６×２＋１）²）の相関値を実時間で算出す
必要があり、画像処理部の規模は途方もないものになる
が、これを２段階にすれば、例えば、各段階の探索範囲
は±４画素、すなわち算出すべき相関値を８１個にでき
るわけである。以上のように、本第４の実施の形態は、
粗精サーチの考え方に基いており、画像処理部の規模を
縮小できるという利点がある。また、分割されたブロッ
ク単位領域の画像サイズ（Ｍ_x×Ｍ_y）が画素数で大きい
場合に有効となる。

【００５１】図１８は、本第４の実施の形態の変形例を
示す図である。ここでは、第１段階目のマッチング位置
決定の後、遅延メモリ１７３から得られる検出画像信号
について第１のセレクタ１８１により第１段階目で分割
するブロック単位領域の画像サイズ（図６には模式的に
実線で囲まれたブロック単位領域（例えば５００画素×
５００画素）１、２、３、４、５で示される。）のもの
よりもさらに細かい画像サイズ（図６には模式的に実線
で囲まれたブロック単位領域１、２、３、４、５を破線
で２分割（例えば５００画素×２５０画素）して示され
る。）に２分割し、この分割された一方の検出画像信号
が第１の画像処理部１８０ａに入力され、この分割され
た他方の検出画像信号が第２の画像処理部１８０ｂに入
力され、遅延メモリ１７４から得られる参照画像信号に
ついて第２のセレクタ１８２により第１段階目で分割す
るブロック単位領域の画像サイズのものよりもさらに細
かい画像サイズに２分割し、この分割された一方の参照
画像信号が第１の画像処理部１８０ａに入力され、この
分割された他方の参照画像信号を第２の画像処理部１８
０ｂに入力する。そして、第１の画像処理部１８０ａお
よび第２の画像処理部１８０ｂの各々において細かく分
割されたブロック単位領域毎に第２段階目のマッチング
位置決定、および画像比較が並行して行われる。上記変
形例では、画像処理部１８０を２つ並設した場合につい
て説明したが、４つ、６つ、８つと多くしてもよい。こ
のように多くすることによって、第２段階目のマッチン
グ位置決定は、第１段階目のマッチング位置決定が行わ
れるブロック単位領域内を細かく分割された領域単位毎
に行われることになる。なお、第１の画像処理部１８０
ａおよび第２の画像処理部１８０ｂ内の位置ずれ検出部
を第１のセレクタ１８１および第２のセレクタ１８２に
対して複数並設し、遅延メモリ１７３、１７４の各々の
出力を遅延メモリ４７、４８の各々に接続することによ
って遅延メモリ４７、４８、画像比較部６０、および欠
陥編集部６１を共通化してもよい。

【００５２】以上説明したようにこの変形例によれば、
第２段階目のマッチング位置の決定が、第１段階目のマ
ッチング位置決定におけるブロック内を細かく分割され
たブロック単位領域（局所的な領域）毎に行われるの
で、画像内の歪みが大きく、第１段階目のマッチング位
置決定におけるブロックサイズでは該ブロック内の場所
によってマッチング位置が異なるような場合に有効とな
る。即ち、第１および第２の画像処理部１８０ａ、１８
０ｂの各々における画像比較部６０において画像比較を
行い不一致部を欠陥として検出するのが目的であるか
ら、その時（第２段階目）のブロックサイズをそのブロ
ック内ではマッチング位置がほぼ等しい、すなわち、ス
テージ走行などによって生じる画像歪みが無視できる程
度のサイズにすることが可能となる。また、第４の実施
の形態によれば、比較する画像間の位置ずれが大きく
（広い探索範囲が必要）、かつ、画像が歪みを持ってい
るような場合に有効となる。

【００５３】（実施の形態５）図１９は、本発明に係る
パターン検査装置の第５の実施の形態を示すブロック構
成図である。この第５の実施の形態は、第１の実施の形
態において、検出部を光学的検出手段２０１によって構
成したものである。従って、第５の実施の形態では、半
導体ウエハ等の被検査基板１００から検出される光学像
を用いてパターン検査が行われる。検出部２０１は、半
導体ウエハ等の被検査物１００を載置してｘ、ｙ方向に
移動するステージ２と、光源２０３と、光源から出射し
た光を集光する照明光学系２０４と、照明光学系で集光
された照明光を被検査対象物に照明し、被検査対象物か
ら反射して得られる光学像を結像させる対物レンズ２０
５と、該対物レンズを含めた検出光学系で結像された光
学像を受光して明るさに応じた画像信号に変換する光電
変換素子の一実施例である１次元イメージセンサ２０６
とから構成される。そして、検出部２０１の１次元イメ
ージセンサ２０６で検出された画像信号は、画像処理部
１０２に入力される。画像処理部１０２では、入力され
たアナログ信号をＡ／Ｄ変換器３７によりデジタル信号
に変換する。前処理回路３８では、シェーディング補
正、暗レベル補正、フィルタリング処理等の画像補正を
行う。以降の画処理は、これまでに示した実施の形態と
同様であるため省略する。

【００５４】なお、被検査物１００に形成された超微細
なパターン上に存在する異物を含めた超微細な欠陥を１
次元イメージセンサ２０６で検出される光学像を基に検
査できるようにするためには、１次元イメージセンサ２
０６でもって電子線画像に近い高解像度を有する光学像
を検出できるようにする必要がある。そのためには、光
源２０３として遠紫外光であるエキシマ光を発するエキ
シマランプ等で構成し、照明光学系２０４としては輪帯
もしくは疑似輪帯照明をできる光学系で構成し、１次元
イメージセンサ２０６としては遠紫外光を受光できる蓄
積型が望まれる。

【００５５】（実施の形態６：半導体製造工程への適
用）本発明に係るパターン検査方法を半導体製造方法に
適用した実施の形態について図２０を用いて説明する。
半導体製造方法は、ウエハ着工・表面酸化工程Ｓ２１
と、その後Ｓｉ等の基材上に能動素子を作り込んでいく
工程２（Ｓ２２）と、その上に絶縁膜を形成してスルー
ホール等を形成する工程３（Ｓ２３）と、多層の配線層
を形成すべく配線パターンを形成する工程ｎ（Ｓ２４）
およびその上に絶縁膜を形成してスルーホール等を形成
する工程ｎ＋１（Ｓ２５）と、表面に電極を形成して保
護膜を形成する工程Ｓ２６と、各チップについて動作試
験をおこなうテスタ工程Ｓ２７と、その後ダイシングし
て各半導体チップを形成する工程Ｓ２８と等から構成さ
れる。配線パターン形成工程ｎ（Ｓ２４）は、成膜工程
Ｓ２４１と、レジスト塗布工程Ｓ２４２と、感光工程Ｓ
２４３と、現像工程Ｓ２４４と、エッチングを行って配
線パターンを形成するエッチング工程Ｓ２４５と、レジ
スト除去工程Ｓ２４６と、洗浄工程Ｓ２４７とから構成
される。

【００５６】そして、現像後のレジストパターンの検査
Ｓ２４８やレジスト除去後の配線パターンの検査Ｓ２４
９が、前記実施の形態で説明したパターン検査装置を用
いて行われる。このように露光・エッチング製造工程中
の半導体ウエハについてその所定枚数のうちの１枚、例
えば２０枚毎に１枚のウエハを抜き取り検査する。検査
する領域は、その不良発生率や工程の重要度に合わせて
変化させる。従って、上記半導体ウエハに対して本発明
によるパターン検査を施した結果、検出された各種欠陥
の内容を確認することにより、その半導体製造工程の製
造プロセス異常を検知することが可能となる。例えば図
２０に示すホトリソグラフィー工程（レジスト塗布〜現
像）で検査を適用した結果、レジストパターンのショー
トや断線が検出された場合には、感光における焦点や露
光時間等の条件が最適でないということが分かる。ま
た、これらの欠陥が各チップ（ショット）で共通に発生
しているかどうかを欠陥分布から調べることにより、パ
ターン形成に用いられているマスク・レチクルに欠陥が
あるかどうかが分かる。従って、検査結果から露光条件
に異常があると判定された場合には焦点位置あるいは露
光量を調整して、再度上記の検査を行い異常対策の結果
を確認する。マスク・レチクルに異常があると判定され
た場合も同様に、マスク・レチクルを修正あるいは交換
し、再度検査を行い異常がなくなったか否かを確認す
る。本第６の実施の形態によれば、一定抜き取り頻度で
検査することによりプロセスの異常発生を検知できるた
め多量の不良発生を未然に防ぐことができる。また、プ
ロセス異常に対する対策の効果についての確認も可能と
なる。

【００５７】以上６個の実施の形態を説明したが、第１
の実施の形態の補足として述べた内容を、第２〜第６の
実施の形態に対して適用することも可能である。また、
本発明の、パターン検査方法およびその装置の適用先は
半導体に限られるわけではなく、従来より画像比較によ
って欠陥検出が行われている様々な対象物、例えばＴＦ
Ｔ、ホトマスク、プリント板、セラミック基板などに対
しても適用可能なことはいうまでもない。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、被検査物上の検査領域
に様々な形状の微細なパターンが形成されていても、帯
状検査領域に対して分割されたプロック単位領域毎に検
出される高精細な検出デジタル画像信号と参照デジタル
画像信号との間において微細なパターン形状によらず正
しい位置ずれ量を決定して両デジタル画像を位置合わせ
することができるので、位置合わせミスが生じて虚報が
発生する機会を低減し、しかも正確に高精細な画素サイ
ズ以下で位置合わせされた両デジタル画像信号の差画像
に基いて微細な欠陥を見逃しすることなく微細な欠陥の
位置情報を高信頼度で検査することができる効果を奏す
る。また、本発明によれば、電子線画像に基づく欠陥検
査にも適用することができる。また、本発明によれば、
微細なパターン形状に対しての制約がなくなるため、よ
り広範な被検査対象物への適用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパターン検査装置の電子線を用い
た第１の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図２】本発明に係るブロック単位領域で検出されるマ
ッチング位置が定まらない画像信号を示す図である。

【図３】本発明に係るブロック単位領域で検出されるマ
ッチング位置が正しく定まらないと虚報となる画像信号
を示す図である。

【図４】図１に示す画像比較部において実行するチップ
比較を説明するための図である。

【図５】本発明に係る被検査物上の帯状検査領域からの
ブロック単位領域毎にブロック番号０〜２０について得
られるマッチング位置候補を示す図である。

【図６】本発明に係る帯状検査領域を５つのブロック単
位領域に分割することを模式的に説明するための図であ
る。

【図７】本発明に係るあるブロック単位領域で比較的に
２次元的に繰返し性を有するパターンを有する検出画像
信号が検出された場合における相関値配列の例とその３
次元表示を示す図である。

【図８】本発明に係るあるブロック単位領域でｙ軸方向
を向いてｘ軸方向にも殆ど変化のないパターンを有する
検出画像信号が検出された場合における相関値配列の例
とその３次元表示を示す図である。

【図９】本発明に係る画素単位以下の位置ずれ量を補間
して算出する方法の一実施例を説明するための図であ
る。

【図１０】本発明に係る画像比較部における第１の実施
例を示すブロック構成図である。

【図１１】本発明に係る画像比較部における第２の実施
例を示すブロック構成図である。

【図１２】本発明に係る画像比較部における第３の実施
例を示すブロック構成図である。

【図１３】本発明に係る画像比較部における第４の実施
例を示すブロック構成図である。

【図１４】本発明に係るパターン検査装置の電子線を用
いた第２の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図１５】本発明に係るパターン検査装置の電子線を用
いた第３の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図１６】本発明に係るパターン検査装置の電子線を用
いた第４の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図１７】本発明に係る間引き処理（縮小処理）を説明
するための図である。

【図１８】本発明に係るパターン検査装置の電子線を用
いた第５の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図１９】本発明に係るパターン検査装置の紫外線等を
用いた第６の実施の形態の概略構成を示す図である。

【図２０】本発明に係るパターン検査方法を半導体製造
工程へ適用した実施の形態を説明するための図である。

【符号の説明】

２…ステージ、１０…被検査物（半導体ウエハ）、２０
…全体制御部、２１…偏向制御部、２２…合焦点制御
部、２３…ステージ制御部、２４…表示手段、２５…入
力手段、２６…記憶装置、３１…電子銃、３２…コンデ
ンサレンズ、３３…対物レンズ、３４…走査偏向器、３
５…電子検出器、３７…Ａ／Ｄ変換器、３８…前処理回
路、３９…１チップピッチ分の遅延メモリ、４０…位置
ずれ検出部、４２、４３…バッファメモリ、４５、１６
１…演算部、４６、１６２…ＣＰＵ、４７、１７３、４
８、１７４…１チップピッチ分の遅延メモリ、６０…画
像比較部、６１…欠陥編集部、１０１…検出部、１０２
…画像処理部、１１１…位置補正部（画素単位）、１１
２、１１３…位置補正部（サブピクセル単位）、１１４
…差画像生成部、１１５…しきい値演算部、１１６…欠
陥判定部、１４０…明るさ補正部、１５０…１チップメ
モリ、１５１〜１５３…セレクタ、１６３、１６４…１
ブロック分遅延メモリ、１６５、１６６…ローパスフィ
ルタ、１６７、１６８…間引き回路（縮小回路）、１６
９、１７０…バッファメモリ、１７１…演算部、１７２
…ＣＰＵ、１８１、１８２…セレクタ、１８０ａ、１８
０ｂ…画像処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮井裕史茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (56)参考文献特開平10−253544（ＪＰ，Ａ) 特開平６−160047（ＪＰ，Ａ) 特開平10−74812（ＪＰ，Ａ) 特開平４−310852（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 1/00 305 G01N 21/88 H01L 21/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査物上における所望の帯状検査領域か
ら連続的に検出されて入力される検出画像信号をＡ／Ｄ
変換して階調値を有する検出デジタル画像信号に変換
し、この変換された検出デジタル画像信号の比較対象と
なる参照デジタル画像信号を生成する生成過程と、該生成過程で生成された検出デジタル画像信号および参
照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を
複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画像
信号および参照デジタル画像信号の各々を順次切り出す
切り出し過程と、該切り出し過程で順次切り出されたブロック単位領域毎
の両画像信号の間のマッチング位置候補を０個以上求め
て前記帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候補の集
合を算出するマッチング位置候補算出過程と、該マッチング位置候補算出過程で算出された帯状検査領
域に亘ってのマッチング位置候補の集合からブロック単
位領域間の連続性に基いて各ブロック単位領域毎の両画
像信号の間の確かなマッチング位置を決定するマッチン
グ位置決定過程と、該マッチング位置決定過程で決定した各ブロック単位領
域毎の確かなマッチング位置に基づく、少なくとも各ブ
ロック単位領域毎に前記検出デジタル画像信号と参照デ
ジタル画像信号との間の位置合わせによる画像比較に基
いて欠陥判定を行う画像比較過程とを有することを特徴
とするパターン検査方法。
【請求項２】被検査物上に繰り返して形成されたチップ
上の所望の帯状検査領域から連続的に検出されて入力さ
れる検出画像信号をＡ／Ｄ変換して階調値を有する検出
デジタル画像信号に変換し、この変換された検出デジタ
ル画像信号から前記繰り返されるピッチ分遅延させて比
較対象となる参照デジタル画像信号を生成する生成過程
と、該生成過程で生成された検出デジタル画像信号および参
照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を
複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画像
信号および参照デジタル画像信号の各々を順次切り出す
切り出し過程と、該切り出し過程で順次切り出されたブロック単位領域毎
の両画像信号の間のマッチング位置候補を０個以上求め
て前記帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候補の集
合を算出するマッチング位置候補算出過程と、該マッチング位候補算出過程で算出された帯状検査領域
に亘ってのマッチング位置候補の集合からブロック単位
領域間の連続性に基いて各ブロック単位領域毎の両画像
信号の間の確かなマッチング位置を決定するマッチング
位置決定過程と、該マッチング位置決定過程で決定した各ブロック単位領
域毎の確かなマッチング位置に基づく、少なくとも各ブ
ロック単位領域毎に前記検出デジタル画像信号と参照デ
ジタル画像信号との間の位置合わせによる画像比較に基
いて欠陥判定を行う画像比較過程とを有することを特徴
とするパターン検査方法。
【請求項３】被検査物上に交互に繰り返して形成された
検査領域および非検査領域上の所望の帯状検査領域およ
び帯状非検査領域から連続的に検出されて入力される検
出画像信号をＡ／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタ
ル画像信号に変換し、この変換された検出デジタル画像
信号の比較対象となる参照デジタル画像信号を生成する
生成過程と、該生成過程で生成された検出デジタル画像信号および参
照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を
複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画像
信号および参照デジタル画像信号の各々を順次切り出す
切り出し過程と、該切り出し過程で順次切り出されたブロック単位領域毎
の両画像信号の間のマッチング位置候補を０個以上求め
て前記帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候補の集
合を記憶するマッチング位置候補算出過程と、前記生成過程において帯状非検査領域の検出画像信号が
入力されている期間において前記マッチング位置候補算
出過程で記憶された帯状検査領域に亘ってのマッチング
位置候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基い
て各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の確かなマッ
チング位置を決定するマッチング位置決定過程と、該マッチング位置決定過程で決定した各ブロック単位領
域毎の確かなマッチング位置に基づく、少なくとも各ブ
ロック単位領域毎に前記検出デジタル画像信号と参照デ
ジタル画像信号との間の位置合わせによる画像比較に基
いて欠陥判定を行う画像比較過程とを有することを特徴
とするパターン検査方法。
【請求項４】被検査物上に交互に繰り返して形成された
検査領域および非検査領域上の所望の帯状検査領域およ
び帯状非検査領域から連続的に検出されて入力される検
出画像信号をＡ／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタ
ル画像信号に変換し、この変換された検出デジタル画像
信号の比較対象となる参照デジタル画像信号を生成する
生成過程と、該生成過程で生成された検出デジタル画像信号および参
照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を
複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画像
信号および参照デジタル画像信号の各々を順次切り出す
切り出し過程と、該切り出し過程で順次切り出されたブロック単位領域毎
の両画像信号の間のマッチング位置候補を０個以上求め
て前記帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候補の集
合を記憶するマッチング位置候補算出過程と、前記生成過程において帯状非検査領域の検出画像信号が
入力されている期間において前記マッチング位置候補算
出過程で記憶された帯状検査領域に亘ってのマッチング
位置候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基い
て各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の確かなマッ
チング位置を決定するマッチング位置決定過程と、前記生成過程で生成された検出デジタル画像信号および
参照デジタル画像信号を前記マッチング位置決定過程ま
で遅延させる遅延過程と、前記マッチング位置決定過程で決定した各ブロック単位
領域毎の確かなマッチング位置に基づく、少なくとも各
ブロック単位領域毎に前記遅延過程で遅延された検出デ
ジタル画像信号と参照デジタル画像信号との間の位置合
わせによる画像比較に基いて欠陥判定を行う画像比較過
程とを有することを特徴とするパターン検査方法。
【請求項５】被検査物上における所望の帯状検査領域か
ら連続的に検出されて入力される検出画像信号をＡ／Ｄ
変換して階調値を有する検出デジタル画像信号に変換
し、この変換された検出デジタル画像信号の比較対象と
なる参照デジタル画像信号を生成する生成過程と、該生成過程で生成された検出デジタル画像信号および参
照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を
複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画像
信号および参照デジタル画像信号の各々を順次縮小して
切り出すまたは順次切り出して縮小し、この順次切り出
されたブロック単位領域毎の両縮小画像信号の間の粗い
マッチング位置候補を０個以上求めて前記帯状検査領域
に亘っての粗いマッチング位置候補の集合を算出し、こ
の算出された帯状検査領域に亘っての粗いマッチング位
置候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基いて
各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の粗い確かなマ
ッチング位置を決定する粗いマッチング位置決定過程
と、前記生成過程で生成された検出デジタル画像信号および
参照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域
を複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画
像信号および参照デジタル画像信号の各々を順次切り出
し、この順次切り出されたブロック単位領域毎の検出デ
ジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々に対
して前記粗いマッチング位置決定過程で決定された粗い
確かなマッチング位置に基づき狭いサーチエリアにてマ
ッチング位置候補を０個以上求めて精密なマッチング位
置候補の集合を算出し、この算出された精密なマッチン
グ位置候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基
いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の精密な確
かなマッチング位置を決定する精密なマッチング位置決
定過程と、該精密なマッチング位置決定過程で決定した各ブロック
単位領域毎の精密な確かなマッチング位置に基づく、少
なくとも各ブロック単位領域毎に前記検出デジタル画像
信号と参照デジタル画像信号との間の位置合わせによる
画像比較に基いて欠陥判定を行う画像比較過程とを有す
ることを特徴とするパターン検査方法。
【請求項６】被検査物上における所望の帯状検査領域か
ら連続的に検出されて入力される検出画像信号をＡ／Ｄ
変換して階調値を有する検出デジタル画像信号に変換
し、この変換された検出デジタル画像信号の比較対象と
なる参照デジタル画像信号を生成する生成過程と、該生成過程で生成された検出デジタル画像信号および参
照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を
複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画像
信号および参照デジタル画像信号の各々を順次縮小して
切り出すまたは順次切り出して縮小する第１の切り出し
過程と、該第１の切り出し過程で順次切り出されたブロック単位
領域毎の両縮小画像信号の間の粗いマッチング位置候補
を０個以上求めて前記帯状検査領域に亘っての粗いマッ
チング位置候補の集合を算出する粗いマッチング位置候
補算出過程と、該粗いマッチング位置候補算出過程で算
出された帯状検査領域に亘っての粗いマッチング位置候
補の集合からブロック単位領域間の連続性に基いて各ブ
ロック単位領域毎の両画像信号の間の粗い確かなマッチ
ング位置を決定する粗いマッチング位置決定過程と、前記生成過程で生成された検出デジタル画像信号および
参照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域
を複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画
像信号および参照デジタル画像信号の各々を順次切り出
す第２の切り出し過程と、該第２の切り出し過程で順次切り出されたブロック単位
領域毎の検出デジタル画像信号および参照デジタル画像
信号の各々に対して前記粗いマッチング位置決定過程で
決定された粗い確かなマッチング位置に基づき狭いサー
チエリアにてマッチング位置候補を０個以上求めて精密
なマッチング位置候補の集合を算出する精密なマッチン
グ位置候補算出過程と、該精密なマッチング位置候補算出過程で算出された精密
なマッチング位置候補の集合からブロック単位領域間の
連続性に基いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の間
の精密な確かなマッチング位置を決定する精密なマッチ
ング位置決定過程と、該精密なマッチング位置決定過程で決定した各ブロック
単位領域毎の精密な確かなマッチング位置に基づく、少
なくとも各ブロック単位領域毎に前記検出デジタル画像
信号と参照デジタル画像信号との間の位置合わせによる
画像比較に基いて欠陥判定を行う画像比較過程とを有す
ることを特徴とするパターン検査方法。
【請求項７】前記マッチング位置候補算出過程におい
て、マッチング位置候補の求めを、両画像信号同士の相
互相関の極大値を示す位置、または残差の平方和の極小
値を示す位置、または残差の絶対値の総和の極小値を示
す位置を算出することによって行うことを特徴とする請
求項１または２または３または４または６記載のパター
ン検査方法。
【請求項８】前記マッチング位置候補算出過程におい
て、マッチング位置候補の求めを、両画像信号同士の相
互相関の極大値または残差の平方和の極小値または残差
の絶対値の総和の極小値をとる画素位置での相互相関ま
たは残差の平方和または残差の絶対値の総和の値および
その近傍の画素位置での相互相関または残差の平方和ま
たは残差の絶対値の総和の値に対して多項式曲面をあて
はめ、曲面の頂点となる位置を画素以下の精度で算出す
ることによって行うことを特徴とする請求項１または２
または３または４または６記載のパターン検査方法。
【請求項９】前記画像比較過程において、位置合わせに
よる画像比較に基いての欠陥判定を、検出デジタル画像
信号と参照デジタル画像信号のうち少なくとも一方のデ
ジタル画像信号について幾何学的に変換し、この変換さ
れた一方のデジタル画像信号と他方のデジタル画像信号
との差画像信号の階調値が許容値以内であるか否かによ
り行うことを特徴とする請求項１または２または３また
は４または５または６記載のパターン検査方法。
【請求項１０】前記画像比較過程において、位置合わせ
による画像比較に基いての欠陥判定を、マッチング位置
からのずれのうち、画素の整数倍のずれについては、検
出デジタル画像信号と参照デジタル画像信号のうちの少
なくとも一方をシフトさせることによって位置合わせを
し、さらに前記画素の整数倍のずれの残差である画素以
下のずれについては、ずれ量に応じて検出デジタル画像
信号と参照デジタル画像信号との差画像信号に対する許
容値を算出し、該差画像信号の階調値が前記許容値以内
であるか否かにより行うことを特徴とする請求項１また
は２または３または４または５または６記載のパターン
検査方法。
【請求項１１】前記画像比較過程において、位置合わせ
による画像比較に基いての欠陥判定を、マッチング位置
からのずれのうち、画素の整数倍のずれについては、検
出デジタル画像信号と参照デジタル画像信号のうちの少
なくとも一方をシフトさせることによって位置合わせを
し、さらに前記画素の整数倍のずれの残差である画素以
下のずれについては、検出デジタル画像信号と参照デジ
タル画像信号のうちの少なくとも一方のデジタル画像信
号において、画素と画素の間の階調値を内挿により求め
ることによって位置合わせをし、この位置合わせがなさ
れた両デジタル画像信号の差画像信号の階調値が許容値
以内であるか否かにより行うことを特徴とする請求項１
または２または３または４または５または６記載のパタ
ーン検査方法。することを特徴とする方法。
【請求項１２】前記マッチング位置決定過程において、
マッチング位置候補算出過程においてあるブロック単位
領域においてタンイマッチング位置候補をただ１個持つ
点が算出されたときをこの点を基準点として帯状検査領
域に亘って伝搬して各ブロック単位領域毎の両画像信号
の間の確かなマッチング位置の決定を行うことを特徴と
する請求項１または２または３または４または６記載の
パターン検査方法。
【請求項１３】前記マッチング位置決定過程において、
各ブロック単位領域毎のマッチング位置の確からしさを
評価し、前記画像比較過程において、前記マッチング位
置決定過程から得られる各ブロック単位領域毎のマッチ
ング位置の確からしさに応じて欠陥判定の感度を調整す
ることを特徴とする請求項１または２または３または４
記載のパターン検査方法。
【請求項１４】被検査物上における所望の帯状検査領域
から連続的に検出される検出画像信号をＡ／Ｄ変換して
階調値を有する検出デジタル画像信号に変換し、この変
換された検出デジタル画像信号の比較対象となる参照デ
ジタル画像信号を生成する画像信号生成部と、該画像信
号生成部で生成された検出デジタル画像信号および参照
デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を複
数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画像信
号および参照デジタル画像信号の各々を順次切り出し、
この順次切り出されたブロック単位領域毎の両画像信号
の間のマッチング位置候補を０個以上求めて前記帯状検
査領域に亘ってのマッチング位置候補の集合を算出し、
この算出された帯状検査領域に亘ってのマッチング位置
候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基いて各
ブロック単位領域毎の両画像信号の間の確かなマッチン
グ位置を決定する位置ずれ検出部と、該位置ずれ検出部
で決定した各ブロック単位領域毎の確かなマッチング位
置に基づく、少なくとも各ブロック単位領域毎に前記検
出デジタル画像信号と参照デジタル画像信号との間の位
置合わせによる画像比較に基いて欠陥判定を行う画像比
較処理部とを備えたことを特徴とするパターン検査装
置。
【請求項１５】被検査物上に繰り返して形成されたチッ
プ上の所望の帯状検査領域から連続的に検出される検出
画像信号をＡ／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタル
画像信号に変換し、この変換された検出デジタル画像信
号から前記繰り返されるピッチ分遅延させて比較対象と
なる参照デジタル画像信号を生成する画像信号生成部
と、該画像信号生成部で生成された検出デジタル画像信
号および参照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状
検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎の検出デ
ジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々を順
次切り出し、この順次切り出されたブロック単位領域毎
の両画像信号の間のマッチング位置候補を０個以上求め
て前記帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候補の集
合を算出し、この算出された帯状検査領域に亘ってのマ
ッチング位置候補の集合からブロック単位領域間の連続
性に基いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の確
かなマッチング位置を決定する位置ずれ検出部と、該位
置ずれ検出部で決定した各ブロック単位領域毎の確かな
マッチング位置に基づく、少なくとも各ブロック単位領
域毎に前記検出デジタル画像信号と参照デジタル画像信
号との間の位置合わせによる画像比較に基いて欠陥判定
を行う画像比較処理部とを備えたことを特徴とするパタ
ーン検査装置。
【請求項１６】被検査物上に交互に繰り返して形成され
た検査領域および非検査領域上の所望の帯状検査領域お
よび帯状非検査領域から連続的に検出される検出画像信
号をＡ／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタル画像信
号に変換し、この変換された検出デジタル画像信号の比
較対象となる参照デジタル画像信号を生成する画像信号
生成部と、該画像信号生成部で生成された検出デジタル
画像信号および参照デジタル画像信号の各々を基に、前
記帯状検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎の
検出デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各
々を順次切り出し、この順次切り出されたブロック単位
領域毎の両画像信号の間のマッチング位置候補を０個以
上求めて前記帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候
補の集合を記憶し、前記画像信号生成部において帯状非
検査領域の検出画像信号が入力されている期間において
前記記憶された帯状検査領域に亘ってのマッチング位置
候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基いて各
ブロック単位領域毎の両画像信号の間の確かなマッチン
グ位置を決定する位置ずれ検出部と、該位置ずれ検出部
で決定した各ブロック単位領域毎の確かなマッチング位
置に基づく、少なくとも各ブロック単位領域毎に前記検
出デジタル画像信号と参照デジタル画像信号との間の位
置合わせによる画像比較に基いて欠陥判定を行う画像比
較処理部とを備えたことを特徴とするパターン検査装
置。
【請求項１７】被検査物上に交互に繰り返して形成され
た検査領域および非検査領域上の所望の帯状検査領域お
よび帯状非検査領域から連続的に検出される検出画像信
号をＡ／Ｄ変換して階調値を有する検出デジタル画像信
号に変換し、この変換された検出デジタル画像信号の比
較対象となる参照デジタル画像信号を生成する画像信号
生成部と、該画像信号生成部で生成された検出デジタル
画像信号および参照デジタル画像信号の各々を基に、前
記帯状検査領域を複数に分割したブロック単位領域毎の
検出デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各
々を順次切り出し、この順次切り出されたブロック単位
領域毎の両画像信号の間のマッチング位置候補を０個以
上求めて前記帯状検査領域に亘ってのマッチング位置候
補の集合を記憶し、前記画像信号生成部において帯状非
検査領域の検出画像信号が入力されている期間において
前記記憶された帯状検査領域に亘ってのマッチング位置
候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基いて各
ブロック単位領域毎の両画像信号の間の確かなマッチン
グ位置を決定する位置ずれ検出部と、前記画像信号生成
部で生成された検出デジタル画像信号および参照デジタ
ル画像信号を前記位置ずれ検出部においてマッチング位
置が決定されるまで遅延させる遅延手段と、前記位置ず
れ検出部で決定した各ブロック単位領域毎の確かなマッ
チング位置に基づく、少なくとも各ブロック単位領域毎
に前記遅延手段で遅延された検出デジタル画像信号と参
照デジタル画像信号との間の位置合わせによる画像比較
に基いて欠陥判定を行う画像比較処理部とを備えたこと
を特徴とするパターン検査装置。
【請求項１８】被検査物上における所望の帯状検査領域
から連続的に検出される検出画像信号をＡ／Ｄ変換して
階調値を有する検出デジタル画像信号に変換し、この変
換された検出デジタル画像信号の比較対象となる参照デ
ジタル画像信号を生成する画像信号生成部と、該画像信
号生成部で生成された検出デジタル画像信号および参照
デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領域を複
数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル画像信
号および参照デジタル画像信号の各々を順次縮小して切
り出すまたは順次切り出して縮小し、この順次切り出さ
れたブロック単位領域毎の両縮小画像信号の間の粗いマ
ッチング位置候補を０個以上求めて前記帯状検査領域に
亘っての粗いマッチング位置候補の集合を算出し、この
算出された帯状検査領域に亘っての粗いマッチング位置
候補の集合からブロック単位領域間の連続性に基いて各
ブロック単位領域毎の両画像信号の間の粗い確かなマッ
チング位置を決定する粗い粗い位置ずれ検出部と、前記
画像信号生成部で生成された検出デジタル画像信号およ
び参照デジタル画像信号の各々を基に、前記帯状検査領
域を複数に分割したブロック単位領域毎の検出デジタル
画像信号および参照デジタル画像信号の各々を順次切り
出し、この順次切り出されたブロック単位領域毎の検出
デジタル画像信号および参照デジタル画像信号の各々に
対して前記粗いマッチング位置決定過程で決定された粗
い確かなマッチング位置に基づき狭いサーチエリアにて
マッチング位置候補を０個以上求めて精密なマッチング
位置候補の集合を算出し、この算出された精密なマッチ
ング位置候補の集合からブロック単位領域間の連続性に
基いて各ブロック単位領域毎の両画像信号の間の精密な
確かなマッチング位置を決定する精密な位置ずれ検出部
と、該精密な位置ずれ検出部で決定した各ブロック単位
領域毎の精密な確かなマッチング位置に基づく、少なく
とも各ブロック単位領域毎に前記検出デジタル画像信号
と参照デジタル画像信号との間の位置合わせによる画像
比較に基いて欠陥判定を行う画像比較処理部とを備えた
ことを特徴とするパターン検査装置。
【請求項１９】前記画像信号生成部は、被検査物を載置
して移動する走行ステージと、電子ビームを前記走行ス
テージの移動方向と直交する方向に走査して前記被検査
物に対して照射する走査手段と、該走査手段で電子ビー
ムを走査して照射された被検査物から発生する電子を検
出する電子検出器とを有して構成することを特徴とする
請求項１４または１５または１６または１７または１８
記載のパターン検査装置。