JPH10318950A - パターン検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】対象物および画像検出系に起因した、パターン
形状の微小な差異、階調値の差異、パターンの歪み、位
置ずれといった不一致が引き起こす虚報を低減し、より
微細な欠陥の検出が可能な欠陥検出方法および装置並び
に電子顕微鏡を提供する。 【解決手段】比較する二つの画像の画素以下の位置ずれ
量、画像の局所的な階調値の変化率、および、局所的な
階調値の代表値から、差画像の階調値に対する許容範囲
を画素ごとに求め、差画像の階調値と画素ごとに算出し
た許容範囲とを比較し、差画像の階調値が許容範囲内に
ある画素は非欠陥候補、許容範囲外にある画素は欠陥候
補と判定することを特徴とする。

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
象物の物理的性質を現した画像を得、その画像と別途得
られた画像とを比較することにより欠陥または欠陥候補
を検査するパターン検査方法およびその装置に係り、特
に微細な欠陥または欠陥候補を検査するパターン検査方
法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術１としては、特開昭５７ー１９
６３７７号公報に記載されているように、繰り返しのあ
るパターンを含む半導体ウエハなどの被検査対象のパタ
ーンを検出し、検出したパターンを記憶するようにし、
検出したパターンと一つ前に記憶しておいたパターンと
を画素単位に位置合わせし、位置合わせした２つのパタ
ーンの不一致を抽出することにより欠陥を認識する検査
について知られている。また、従来技術２としては、特
開平３ー１７７０４０公報に記載されているように、正
常部における両画像間の不一致の問題のうち、二つの画
像の検出位置の狂いに起因する部分を改善する技術が知
られている。即ち、従来技術２には、対象パターンを画
像信号として検出し、検出したパターンの画像信号と予
め記憶しておいたパターンの画像信号または別途検出し
たパターンの画像信号とを画素単位に位置合わせをし、
該画素単位に位置合わせした画像信号同士を更に画素以
下の精度で位置合わせをし、該画素以下の精度で位置合
わせされた２つのパターンの画像信号の誤差を抽出・比
較してパターンの欠陥を認識する技術が記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】比較する二つの画像間
には、正常部といえども、被検査対象物および画像検出
系に起因するパターン形状の微小な差異、階調値の差
異、パターンの歪み、位置ずれ等が存在する。即ち、正
常部での不一致には、対象物に起因する不一致と、画像
検出系に起因する不一致とがある。被検査対象物に起因
する不一致とは、露光、現像、エッチング等のウエハ製
作過程を通して生じる繰り返しパターン同士の微妙な差
異による。これは、検出画像上では、パターン形状の微
小な差異、階調値の差異となって現れる。画像検出系に
起因する不一致とは、照明光量の変動、ステージの振
動、種々の電気的なノイズ、二つの画像の検出位置の狂
いなどによる。これらは、検出画像上では、部分画像の
階調値の差異、パターンの歪み、画像の位置ずれとなっ
て現れる。

【０００４】上記従来の技術１においては、上に挙げた
要因により正常部においても不一致が発生するため、不
一致部を逐一欠陥と判定とすれば虚報が多発することに
なり、それを防ぐために欠陥判定の基準をゆるめれば微
細な欠陥の検出ができなくなるという課題を有してい
た。また上記従来技術２においては、被検査対象物およ
び画像検出系に起因するパターン形状の微小な差異、階
調値の差異、パターンの歪み、位置ずれのうち、画像間
の位置ずれによる影響を軽減する効果はあるが、その他
については考慮されていなかった。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、被検査対象物および画像検出系に起因した不
一致が引き起こす虚報をさらに低減し、より微細な欠陥
または欠陥候補の検出を可能にした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、電子顕微鏡による被検査対象物上に形成された
パターンの検査において、被検査対象物および画像検出
系に起因した不一致が引き起こす虚報をさらに低減し、
より微細な欠陥または欠陥候補の検出を可能にしたパタ
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、電子顕微鏡による被検査対象物
上に形成されたパターンから安定した階調値（濃淡値）
を有する画像信号を得て、安定してより微細な欠陥また
は欠陥候補の検出を可能にした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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被検査対象物上の検査すべきある領域に
おける各点での物理量のサンプリング値が各画素につい
て階調値である第１の２次元画像と、前記同一の物理量
を持つはずである他の領域における各点でのサンプリン
グ値が各画素について階調値である第２の２次元画像と
を比較して被検査対象物の欠陥または欠陥候補を検出す
る際、次に示す構成を特徴とする。即ち、本発明は、第
１の２次元画像と第２の２次元画像を画素単位に位置合
わせする過程と、画素単位に位置合わせされた第１の２
次元画像ｆ1(ｘ，ｙ)と、第２の２次元画像ｇ1(ｘ，ｙ)
の対応する部分の１画素以下の位置ずれ量を算出する過
程と、１画素以下の位置ずれ量を有した第１の２次元画
像における部分画像（小領域の画像）と第２の２次元画
像における部分画像（小領域の画像）との距離（差）su
b(ｘ，ｙ)を画素ごとに求める過程と、算出した１画素
以下の位置ずれ量および第１の２次元画像と第２の２次
元画像の階調値から画素ごとに距離（差）の許容範囲
（上限および下限のしちい値thH(ｘ，ｙ)，thL(ｘ，
ｙ)）を求める過程と、前記部分画像の距離（差）が、
前記許容範囲内にあるかどうかを画素ごとに調べ、部分
画像の距離が許容範囲内にある画素は非欠陥候補、部分
画像の距離が許容範囲外にある画素は欠陥候補と判定す
る過程とを備えることを特徴とする。

【０００７】また、本発明は、第１の２次元画像と第２
の２次元画像を画素単位に位置合わせする過程と、前記
画素単位に位置合わせされた第１の２次元画像と、第２
の２次元画像との対応する部分における１画素以下の位
置ずれ量を算出する過程と、第１の２次元画像と第２の
２次元画像との位置関係が、前記１画素以下の位置ずれ
量を補正した状態から種々の方向にα、βによって決ま
る所定量だけずれた複数の状態のそれぞれにおける第１
の２次元画像と第２の２次元画像との距離（差）を求め
る過程と、前記各位置関係ごとに求められた両画像間の
部分画像の距離（差）を比較して、画素ごとに部分画像
の距離の最大値と最小値を求める過程と、前記画素単位
に位置合わせされた第１の２次元画像の階調値と第２の
２次元画像の階調値から、部分画像の距離の許容値（上
限および下限のしきい値）を画素ごとに求める過程と、
前記最大値に前記許容値を加えた値と、前記最小値から
許容値を減じた値とを比較して、これらの符号が逆であ
る（極性が異なる）画素は非欠陥候補、符号が同じ（極
性が同じ）画素は欠陥候補と判定する過程とを備えるこ
とを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、被検査対象物上における
各点での物理量のサンプリング値が各画素について階調
値で検出される第１の２次元画像と、該第１の２次元画
像の比較対象として各画素について階調値で表される第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物上の欠陥ま
たは欠陥候補を検査する方法および装置であって、前記
第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第２の
２次元画像における所定領域の画像とにおける位置ずれ
量に応じて許容範囲を算出し、前記第１の２次元画像と
前記第２の２次元画像との間における階調値による距離
または差を求め、この求められた階調値による距離また
は差が前記算出された許容範囲に入っているか否かに応
じて欠陥または欠陥候補を判定することを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、被検査対象物上における
各点での物理量のサンプリング値が各画素について階調
値で検出される第１の２次元画像と、該第１の２次元画
像の比較対象として各画素について階調値で表される第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物上の欠陥ま
たは欠陥候補を検査する方法および装置であって、前記
第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第２の
２次元画像における所定領域の画像とにおける位置ずれ
量と、許容値として設定されるパターンの微小な位置ず
れ量とに応じて許容範囲を算出し、前記第１の２次元画
像と第２の２次元画像との間における階調値による距離
または差を求め、この求められた階調値による距離また
は差が前記算出された許容範囲に入っているか否かに応
じて欠陥または欠陥候補を判定することを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、被検査対象物上における
各点での物理量のサンプリング値が各画素について階調
値で検出される第１の２次元画像と、該第１の２次元画
像の比較対象として各画素について階調値で表される第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物上の欠陥ま
たは欠陥候補を検査する方法および装置であって、前記
第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第２の
２次元画像における所定領域の画像とにおける位置ずれ
量と、許容値として設定される第１の２次元画像におけ
るパターンの微小な位置ずれ量と、許容値として設定さ
れる各位置座標における階調値の変動とに応じて許容範
囲を算出し、前記第１の２次元画像と第２の２次元画像
との間における階調値による距離または差を求め、この
求められた階調値による距離または差が前記算出された
許容範囲に入っているか否かに応じて欠陥または欠陥候
補を判定することを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、被検査対象物上における
各点での物理量のサンプリング値が各画素について階調
値で検出される第１の２次元画像と、該第１の２次元画
像の比較対象として各画素について階調値で表される第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物上の欠陥ま
たは欠陥候補を検査する方法および装置であって、前記
第１の２次元画像と第２の２次元画像との間において抽
出された階調値による距離または差に対して欠陥または
欠陥候補が存在するか否かについて判定する許容範囲
に、前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前
記第２の２次元画像における所定領域の画像とにおける
位置ずれ量に応じた階調値の変動成分を組み入れたこと
を特徴とする。

【００１２】また、本発明は、被検査対象物上における
各点での物理量のサンプリング値が各画素について階調
値で検出される第１の２次元画像と、該第１の２次元画
像の比較対象として各画素について階調値で表される第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物上の欠陥ま
たは欠陥候補を検査する方法および装置であって、前記
第１の２次元画像と第２の２次元画像との間において抽
出された階調値による距離または差に対して欠陥または
欠陥候補が存在するか否かについて判定する許容範囲
に、前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前
記第２の２次元画像における所定領域の画像とにおける
位置ずれ量に応じた階調値の変動成分と、許容値として
設定されるパターンの微小な位置ずれ量に応じた階調値
の変動成分とを組み入れたことを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、被検査対象物上における
各点での物理量のサンプリング値が各画素について階調
値で検出される第１の２次元画像と、該第１の２次元画
像の比較対象として各画素について階調値で表される第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物上の欠陥ま
たは欠陥候補を検査する方法および装置であって、前記
第１の２次元画像と第２の２次元画像との間において抽
出された階調値による距離または差に対して欠陥または
欠陥候補が存在するか否かについて判定する許容範囲
に、前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前
記第２の２次元画像における所定領域の画像とにおける
位置ずれ量に応じた階調値の変動成分と、許容値として
設定されるパターンの微小な位置ずれ量に応じた階調値
の変動成分と、許容値として設定される各位置座標にお
ける階調値の変動成分とを組み入れたことを特徴とす
る。

【００１４】また、本発明は、被検査対象物上における
各点での物理量のサンプリング値が各画素について階調
値で検出される第１の２次元画像と、該第１の２次元画
像の比較対象として各画素について階調値で表される第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物上の欠陥ま
たは欠陥候補を検査する方法および装置であって、前記
第１の２次元画像と前記第２の２次元画像とを画素精度
で位置合わせする第１の過程と、前記第１の過程で位置
合わせされた第１の２次元画像と第２の２次元画像とに
おける位置ずれ量を算出する第２の過程と、前記第１の
過程で位置合わせされた第１の２次元画像と第２の２次
元画像との間における階調値の距離または差を求める第
３の過程と、前記第２の過程で算出した位置ずれ量に応
じて画素ごとまたは複数画素ごとに距離または差の許容
範囲を求める第４の過程と、前記第３の過程で求めた距
離または差が、前記第４の過程で求めた許容範囲内であ
るか否かを画素ごとまたは複数画素ごとに判定する第５
の過程と、を有することを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、被検査対象物上における
各点での物理量のサンプリング値が各画素について階調
値で検出される第１の２次元画像と、該第１の２次元画
像の比較対象として各画素について階調値で表される第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物上の欠陥ま
たは欠陥候補を検査する方法および装置であって、前記
第１の２次元画像と第２の２次元画像とを画素単位の精
度で位置合わせする第１の過程と、前記第１の過程で位
置合わせされた第１の２次元画像と第２の２次元画像と
の間の１画素以下の位置ずれ量を算出する第２の過程
と、前記第１の過程で位置合わせされた第１の２次元画
像と第２の２次元画像とを、第２の過程で算出された位
置ずれ量を補正した状態から相対的に複数方向に所定量
ずらして各々の位置関係における第１の２次元画像と第
２の２次元画像との間における階調値の距離または差を
画素ごとまたは複数画素ごとに求める第３の過程と、前
記第１の過程で位置合わせされた第１の２次元画像の階
調値と第２の２次元画像の階調値から、距離の許容範囲
を画素ごとまたは複数画素ごとに求める第４の過程と、
前記第３の過程で画素ごとまたは複数画素ごとに求めら
れた各々の位置関係における距離と前記第４の過程で画
素ごとまたは複数画素ごとに求められた距離の許容範囲
とに基いて欠陥または欠陥候補について判定する第５の
過程と、を有することを特徴とする。

【００１６】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
一定領域と同一の物理量を持つはずである他の領域の各
点でのサンプリング値が各画素について階調値である第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検
出する方法および装置であって、(ａ０)第１の２次元画
像と第２の２次元画像を画素単位に位置合わせする過程
と、(ａ１)前記画素単位に位置合わせされた第１の２次
元画像と、第２の２次元画像の対応する部分の１画素以
下の位置ずれ量を算出する過程と、(ａ２)１画素以下の
位置ずれ量を有した前記第１の２次元画像における部分
画像と第２の２次元画像における部分画像との間の距離
を画素ごとに求める過程と、(ａ３)前記(ａ１)で算出し
た位置ずれ量と１画素以下の位置ずれ量を有した前記第
１の２次元画像と第２の２次元画像の階調値から画素ご
とに部分画像における距離の許容範囲（上限および下限
のしきい値）を求める過程と、(ａ４)前記(ａ２)で求め
た部分画像の距離が、前記(ａ３)で求めた許容範囲内で
あるかどうかを画素ごとに調べ、部分画像の距離が許容
範囲内にある画素は非欠陥候補、部分画像の距離が許容
範囲外にある画素は欠陥候補と判定する過程と、を備え
ることを特徴とする。

【００１７】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
同一の物理量を持つはずである他の領域の各点でのサン
プリング値が各画素について階調値である第２の２次元
画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検出する方法
および装置であって、(ｂ１)第１の２次元画像と第２の
２次元画像の１画素以下の位置ずれ量を算出する過程
と、(ｂ２)１画素以下の位置ずれを有した第１の２次元
画像における部分画像と第２の２次元画像における部分
画像との間の距離を画素ごとに求める過程と、(ｂ３)第
１の２次元画像の階調値と第２の２次元画像の階調値、
および前記(b1)で算出した位置ずれ量から、画素ごとに
部分画像の距離の許容範囲を求める過程と、(ｂ４)前記
(ｂ２)で求めた部分画像における距離が、前記(ｂ３)で
求めた許容範囲内であるかどうかを画素ごとに調べ、部
分画像における距離が許容範囲内にある画素は非欠陥候
補、部分画像における距離が許容範囲外にある画素は欠
陥候補と判定する過程と、を備えることを特徴とする。

【００１８】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
同一の物理量を持つはずである他の領域の各点でのサン
プリング値が各画素について階調値である第２の２次元
画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検出する方法
および装置であって、(ｃ２)第１の２次元画像における
部分画像と第２の２次元画像における部分画像との間の
距離を画素ごとに求める過程と、(ｃ３)第１の２次元画
像の階調値と第２の２次元画像の階調値、および既知の
位置ずれ量から、画素ごとに部分画像における距離の許
容範囲を求める過程と、(ｃ４)前記(ｃ２)で求めた部分
画像における距離が、前記(ｃ３)で求めた許容範囲内で
あるかどうかを画素ごとに調べ、部分画像における距離
が許容範囲内にある画素は非欠陥候補、部分画像におけ
る距離が許容範囲外にある画素は欠陥候補と判定する過
程と、を備えることを特徴とする。

【００１９】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
一定領域と同一の物理量を持つはずである他の領域の各
点でのサンプリング値が各画素について階調値である第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検
出する方法および装置であって、(ｄ０)第１の２次元画
像と第２の２次元画像を画素単位に位置合わせする過程
と、(ｄ１)前記画素単位に位置合わせされた第１の２次
元画像と、第２の２次元画像の対応する部分の、１画素
以下の位置ずれ量を算出する過程と、(ｄ２)第１の２次
元画像と第２の２次元画像が種々の方向に１画素以下の
所定量ずれている状態、すなわち、両画像の位置関係
が、前記１画素以下の位置ずれ量を補正した状態から種
々の方向に所定量だけずれている状態、における第１の
２次元画像における部分画像と第２の２次元画像におけ
る部分画像との間の距離を位置関係ごとに求める過程
と、(ｄ３)前記各位置関係ごとに求められた両画像間の
部分画像における距離を比較して、画素ごとに部分画像
における距離の最大値と最小値を求める過程と(ｄ４)前
記画素単位に位置合わせされた第１の２次元画像の階調
値と第２の２次元画像の階調値から、部分画像における
距離の許容値を画素ごとに求める過程と、(ｄ５)前記
(ｄ３)で求めた最大値に前記(ｄ４)で求めた許容値を加
えた値と、前記(ｄ３)で求めた最小値から前記(ｄ４)で
求めた許容値を減じた値とを比較して、これらの符号が
逆である（極性が異なる）画素は非欠陥候補、符号が同
じ（極性が同じ）画素は欠陥候補と判定する過程と、を
備えることを特徴とする。

【００２０】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
同一の物理量を持つはずである他の領域の各点でのサン
プリング値が各画素について階調値である第２の２次元
画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検出する方法
および装置であって、(ｅ１)第１の２次元画像と、第２
の２次元画像の対応する部分の、１画素以下の位置ずれ
量を算出する過程と、(ｅ２)第１の２次元画像と第２の
２次元画像が種々の方向に１画素以下の所定量ずれてい
る状態、すなわち、両画像の位置関係が、前記１画素以
下の位置ずれ量を補正した状態から種々の方向に所定量
だけずれている状態、における第１の２次元画像におけ
る部分画像と第２の２次元画像における部分画像との間
の距離を位置関係ごとに求める過程と、(ｅ３)前記各位
置関係ごとに求められた両画像間の部分画像における距
離を比較して、画素ごとに部分画像における距離の最大
値と最小値を求める過程と、(ｅ４)前記画素単位に位置
合わせされた第１の２次元画像の階調値と第２の２次元
画像の階調値から、部分画像における距離の許容値を画
素ごとに求める過程と、(ｅ５)前記(ｅ３)で求めた最大
値に前記(ｅ４)で求めた許容値を加えた値と、前記(ｅ
３)で求めた最小値から前記(ｅ４)で求めた許容値を減
じた値とを比較して、これらの符号が逆である画素は非
欠陥候補、符号が同じ画素は欠陥候補と判定する過程
と、を備えることを特徴とする。

【００２１】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
同一の物理量を持つはずである他の領域の各点でのサン
プリング値が各画素について階調値である第２の２次元
画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検出する方法
および装置であって、(ｆ２)第１の２次元画像と第２の
２次元画像が種々の方向に１画素以下の所定量ずれてい
る状態、すなわち、両画像の位置関係が、前記１画素以
下の位置ずれ量を補正した状態から種々の方向に所定量
だけずれている状態、における第１の２次元画像におけ
る部分画像と第２の２次元画像における部分画像との間
の距離を位置関係ごとに求める過程と、(ｆ３)前記各位
置関係ごとに求められた両画像間の部分画像における距
離を比較して、画素ごとに部分画像における距離の最大
値と最小値を求める過程と、(ｆ４)前記画素単位に位置
合わせされた第１の２次元画像の階調値と第２の２次元
画像の階調値から、部分画像における距離の許容値を画
素ごとに求める過程と、(ｆ５)前記(ｆ３)で求めた最大
値に前記(ｆ４)で求めた許容値を加えた値と、前記(ｆ
３)で求めた最小値から前記(ｆ４)で求めた許容値を減
じた値とを比較して、これらの符号が逆である画素は非
欠陥候補、符号が同じ画素は欠陥候補と判定する過程
と、を備えることを特徴とする。

【００２２】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
同一の物理量を持つはずである他の領域の各点でのサン
プリング値が各画素について階調値である第２の２次元
画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検出する方法
および装置であって、(ｇ０)第１の２次元画像と第２の
２次元画像を画素単位に位置合わせする過程と、(ｇ１)
前記画素単位に位置合わせされた第１の２次元画像と、
第２の２次元画像の対応する部分の、１画素以下の位置
ずれ量を算出する過程と、(ｇ２)第１の２次元画像と第
２の２次元画像が種々の方向に１画素以下の所定量ずれ
ている状態、すなわち、両画像の位置関係が、前記１画
素以下の位置ずれ量を補正した状態から種々の方向に所
定量だけずれている状態、における第１の２次元画像に
おける部分画像と第２の２次元画像における部分画像と
の間の距離を位置関係ごとに求める過程と、(ｇ３)前記
各位置関係ごとに求められた両画像間の部分画像におけ
る距離を比較して、画素ごとに部分画像における距離の
最大値と最小値を求める過程と(ｇ４)前記(ｇ３)で求め
た最大値と、前記(ｇ３)で求めた最小値とを比較して、
これらの符号が逆である画素は非欠陥候補、符号が同じ
画素は欠陥候補と判定する過程と、を備えることを特徴
とする。

【００２３】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
同一の物理量を持つはずである他の領域の各点でのサン
プリング値が各画素について階調値である第２の２次元
画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検出する方法
および装置であって、(ｈ１)第１の２次元画像と、第２
の２次元画像の対応する部分の、１画素以下の位置ずれ
量を算出する過程と、(ｈ２)第１の２次元画像と第２の
２次元画像が種々の方向に１画素以下の所定量ずれてい
る状態、すなわち、両画像の位置関係が、前記１画素以
下の位置ずれ量を補正した状態から種々の方向に所定量
だけずれている状態、における第１の２次元画像におけ
る部分画像と第２の２次元画像における部分画像との間
の距離を位置関係ごとに求める過程と、(ｈ３)前記各位
置関係ごとに求められた両画像間の部分画像における距
離を比較して、画素ごとに部分画像における距離の最大
値と最小値を求める過程と、(ｈ４)前記(ｈ３)で求めた
最大値と、前記(ｈ３)で求めた最小値とを比較して、こ
れらの符号が逆である画素は非欠陥候補、符号が同じ画
素は欠陥候補と判定する過程と、を備えることを特徴と
する。

【００２４】また本発明は、被検査対象物上の検査すべ
きある領域における各点での物理量のサンプリング値が
各画素について階調値である第１の２次元画像と、前記
一定領域と同一の物理量を持つはずである他の領域の各
点でのサンプリング値が各画素について階調値である第
２の２次元画像とを比較して、被検査対象物の欠陥を検
出する方法および装置であって、(ｉ２)第１の２次元画
像と第２の２次元画像が種々の方向に１画素以下の所定
量ずれている状態、すなわち、両画像の位置関係が、既
知の１画素以下の位置ずれ量を補正した状態から種々の
方向に所定量だけずれている状態、における第１の２次
元画像における部分画像と第２の２次元画像における部
分画像との間の距離を位置関係ごとに求める過程と、
(ｉ３)前記各位置関係ごとに求められた両画像間の部分
画像における距離を比較して、画素ごとに部分画像にお
ける距離の最大値と最小値を求める過程と、(ｉ４)前記
(ｉ３)で求めた最大値と、前記(ｉ３)で求めた最小値と
を比較して、これらの符号が逆である画素は非欠陥候
補、符号が同じ画素は欠陥候補と判定する過程と、を備
えることを特徴とする。

【００２５】また本発明は、前記パターン検査方法およ
び装置において、前記第１の２次元画像と第２の２次元
画像の画素以下の位置ずれ量を算出する過程、すなわ
ち、(ａ１)過程、(ｂ１)過程、(ｄ１)過程、(ｅ１)過
程、(ｇ１)過程、(ｈ１)過程は、第１の２次元画像と第
２の２次元画像を小領域に分割し、小領域ごとに位置ず
れ量を計算することを特徴とすることを特徴とする。ま
た本発明は、前記パターン検査方法および装置におい
て、前記第１の２次元画像と第２の２次元画像の画素以
下の位置ずれ量を算出する過程、すなわち、(ａ１)過
程、(ｂ１)過程、(ｄ１)過程、(ｅ１)過程、(ｇ１)過
程、(ｈ１)過程は、画素と画素の間の任意の位置におけ
る階調値を複数の画素の階調値の補間により定義し、第
１の２次元画像と第２の２次元画像の整合度を前記任意
の位置をパラメータとする計算式で表し、計算式から整
合度が最も高くなる位置を算出して、その位置を第１の
２次元画像と第２の２次元画像の画素以下のずれ量とす
ることを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査
方法および装置において、前記第１の２次元画像と第２
の２次元画像の画素以下の位置ずれ量を算出する過程、
すなわち、(ａ１)過程、(ｂ１)過程、(ｄ１)過程、(ｅ
１)過程、(ｇ１)過程、(ｈ１)過程は、第１の２次元画
像と第２の２次元画像が画素単位に位置が合った状態で
の部分画像の差の２乗和あるいは差の絶対値の和、およ
び、一方の２次元画像を他方に対して種々の方向に画素
の整数倍ずらした時の差の２乗和あるいは差の絶対値の
和を求め、これらの値の補間により、一方の２次元画像
を他方に対して１画素以下の任意の量だけずらした時の
差の２乗和あるいは差の絶対値の和を定義し、これが最
小値をとるずらし量を、算出すべき位置ずれ量とするこ
とを特徴とする。

【００２６】また本発明は、前記パターン検査方法およ
び装置において、前記画素ごとに部分画像の距離の許容
範囲を求める過程、すなわち、(ａ３)過程、(ｂ３)過
程、(ｃ３)過程は、(１)着目画素近傍の複数画素の階調
値から算出した局所的な階調値の変化率と、前記(a1)あ
るいは(b1)で算出した、あるいは既知の１画素以下の位
置ずれ量との積、(２)着目画素近傍の複数画素の階調値
から算出した局所的な階調値の変化率の関数として求め
る階調値の変動許容範囲、(３)着目画素近傍の複数画素
の階調値から算出した代表階調値の関数として求める階
調値の変動許容範囲、を画素ごとに求め、これらのうち
の複数個を合成したものを、着目画素における部分画像
の距離の許容範囲とすることを特徴とする。

【００２７】また本発明は、前記パターン検査方法およ
び装置において、局所的な階調値の変化率を、以下の14
-1、14-2、14-3のうちのいずれか、あるいは、14-1、14
-2、14-3を着目画素の近傍ｎ＊ｎ画素に拡張して算出す
ることを特徴とする。

【００２８】着目画素の階調値をｆ(ｘ，ｙ)、ｘ方向、
ｙ方向の階調値の局所的な変化率をそれぞれ、ｄx(ｘ，
ｙ)、ｄy(ｘ，ｙ)とすると、 14-1 ｄx(ｘ，ｙ)＝ｆ(ｘ＋１，ｙ)−ｆ(ｘ，ｙ) ｄy(ｘ，ｙ)＝ｆ(ｘ，ｙ＋１)−ｆ(ｘ，ｙ) 14-2 ｄx(ｘ，ｙ)＝［{f(ｘ＋１，ｙ)＋ｆ(ｘ＋１，ｙ
＋１)}−{ｆ(ｘ，ｙ)＋ｆ(ｘ，ｙ＋１)}］／２ ｄy(ｘ，ｙ)＝［{f(ｘ，ｙ＋１)＋ｆ(ｘ＋１，ｙ＋１)}
−{ｆ(ｘ，ｙ)＋ｆ(ｘ＋１，ｙ)}］／２ 14-3 ｄx(ｘ，ｙ)＝ｄy(ｘ，ｙ)＝max{ｆ(ｘ，ｙ)，ｆ
(ｘ＋１，ｙ)，ｆ(ｘ，ｙ＋１)，ｆ(ｘ＋１，ｙ＋１)}
−min{ｆ(ｘ，ｙ)，ｆ(ｘ＋１，ｙ)，ｆ(ｘ，ｙ＋１)，
ｆ(ｘ＋１，ｙ＋１)} また本発明は、前記パターン検査方法および装置におい
て、局所的な階調値の変化率の関数として求める階調値
の変動許容範囲を、以下の15-1、15-2のいずれかにより
算出することを特徴とする方法。

【００２９】着目画素近傍の複数画素の階調値から算出
した、ｘ方向、ｙ方向の階調値の局所的な変化率をそれ
ぞれ、ｄx(ｘ，ｙ)、ｄy(ｘ，ｙ)とする。α、βを０以
上の実数として、 15-1 座標(ｘ，ｙ)での階調値の変動許容範囲の上限＝
｜ｄx(ｘ，ｙ)＊α｜＋｜ｄy(ｘ，ｙ)＊β｜ 座標(ｘ，ｙ)での階調値の変動許容範囲の下限＝−｜ｄ
x(ｘ，ｙ)＊α｜−｜ｄy(ｘ，ｙ)＊β｜ 15-2 座標(ｘ，ｙ)での階調値の変動許容範囲の上限＝
√{(ｄx(ｘ，ｙ)＊α)²＋(ｄy(ｘ，ｙ)＊β)²} 座標(ｘ，ｙ)での階調値の変動許容範囲の下限＝−√
{(ｄx(ｘ，ｙ)＊α)²＋(ｄy(ｘ，ｙ)＊β)²} また本発明は、前記パターン検査方法および装置におい
て、代表階調値の関数として求める階調値の変動許容範
囲を、以下の16-1、16-2、16-3のいずれかのようにする
ことを特徴とする方法。

【００３０】16-1 着目画素(ｘ，ｙ)の近傍のｐ＊ｐ画
素の範囲での階調値の最大値を代表階調値として、その
関数として求める。

【００３１】16-2 着目画素(ｘ，ｙ)の近傍のｐ＊ｐ画
素の範囲での階調値の平均値を代表階調値として、その
関数として求める。

【００３２】16-3 代表階調値に対するルックアップテ
ーブルをあらかじめ作成しておき、それに従う。

【００３３】また本発明は、前記パターン検査方法およ
び装置において、前記(１)、(２)、(３)のうちの複数個
の合成方法は、(１)、(２)、(３)のうちの複数個の値の
和、あるいは、(１)、(２)、(３)のうちの複数個の値を
２乗したものの和の平方根、あるいは、(１)、(２)、
(３)のうちの複数個の値の和を２乗したものと他の複数
個の値の和を２乗したもの和の平方根とすることを特徴
とする。

【００３４】また本発明は、前記パターン検査方法およ
び装置において、一部の過程あるいは全部の過程を複数
画素を一画素として実施することを特徴とする。

【００３５】また本発明は、前記パターン検査方法およ
び装置において、複数画素を一画素として記載の内容を
実施することを特徴とする。

【００３６】また本発明は、被検査対象物の一定領域の
各点での物理量のサンプリング値を各画素の階調値とし
て持つ第１の２次元画像を生成する手段と、前記一定領
域と同一の物理量を持つはずである他の領域の各点での
サンプリング値が各画素の階調値である第２の２次元画
像を生成する手段と、第１の２次元画像と第２の２次元
画像を画素単位に位置合わせする手段と、前記画素単位
に位置合わせされた第１の２次元画像と、第２の２次元
画像の対応する部分の１画素以下の位置ずれ量を算出す
る手段と、１画素以下の位置ずれ量を有した前記第１の
２次元画像と第２の２次元画像の部分画像の距離を画素
ごとに求める手段と、前記算出した位置ずれ量と１画素
以下の位置ずれ量を有した前記第１の２次元画像と第２
の２次元画像の階調値から画素ごとに部分画像の距離の
許容範囲を求める手段と、前記部分画像の距離が、前記
許容範囲内であるかどうかを画素ごとに調べ、部分画像
の距離が許容範囲内にある画素は非欠陥候補、部分画像
の距離が許容範囲外にある画素は欠陥候補と判定する手
段を備えることを特徴とするパターン検査装置である。

【００３７】また本発明は、被検査対象物の一定領域の
各点での物理量のサンプリング値を各画素の階調値とし
て持つ第１の２次元画像を生成する手段と、前記一定領
域と同一の物理量を持つはずである他の領域の各点での
サンプリング値が各画素の階調値である第２の２次元画
像を生成する手段と、第１の２次元画像と第２の２次元
画像を画素単位に位置合わせする手段と、前記画素単位
に位置合わせされた第１の２次元画像と、第２の２次元
画像の対応する部分の、１画素以下の位置ずれ量を算出
する手段と、第１の２次元画像と第２の２次元画像が種
々の方向に１画素以下の所定量ずれている状態、すなわ
ち、両画像の位置関係が、前記１画素以下の位置ずれ量
を補正した状態から種々の方向に所定量だけずれている
状態、における第１の２次元画像と第２の２次元画像の
部分画像の距離を位置関係ごとに求める手段と、前記各
位置関係ごとに求められた両画像間の部分画像の距離を
比較して、画素ごとに部分画像の距離の最大値と最小値
を求める手段と、前記画素単位に位置合わせされた第１
の２次元画像の階調値と第２の２次元画像の階調値か
ら、部分画像の距離の許容値を画素ごとに求める手段
と、前記最大値に前記許容値を加えた値と、前記最小値
から前記許容値を減じた値とを比較して、これらの符号
が逆である画素は非欠陥候補、符号が同じ画素は欠陥候
補と判定する手段を備えることを特徴とするパターン検
査装置である。

【００３８】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、第１の２次元画像と第２の２次元画像を画素単位
に位置合わせする手段を持たないことを特徴とする。

【００３９】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、第１の２次元画像と第２の２次元画像を画素単位
に位置合わせする手段、および、第１の２次元画像と、
第２の２次元画像の対応する部分の１画素以下の位置ず
れ量を算出する手段を持たないことを特徴とする。

【００４０】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、画素単位に位置合わせされた第１の２次元画像の
階調値と第２の２次元画像の階調値から、部分画像の距
離の許容値を画素ごとに求める手段を持たないことを特
徴とする。

【００４１】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、第１の２次元画像と第２の２次元画像を画素単位
に位置合わせする手段、および、画素単位に位置合わせ
された第１の２次元画像の階調値と第２の２次元画像の
階調値から、部分画像の距離の許容値を画素ごとに求め
る手段を持たないことを特徴とする。

【００４２】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、第１の２次元画像と第２の２次元画像を画素単位
に位置合わせする手段、および、第１の２次元画像と、
第２の２次元画像の対応する部分の１画素以下の位置ず
れ量を算出する手段、および、画素単位に位置合わせさ
れた第１の２次元画像の階調値と第２の２次元画像の階
調値から、部分画像の距離の許容値を画素ごとに求める
手段を持たないことを特徴とする。

【００４３】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記第１の２次元画像と第２の２次元画像の画素
以下の位置ずれ量を算出する手段は、第１の２次元画像
と第２の２次元画像を小領域に分割し、小領域ごとに位
置ずれ量を計算する手段を含むことを特徴とすることを
特徴とする。

【００４４】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記第１の２次元画像と第２の２次元画像の画素
以下の位置ずれ量を算出する手段は、画素と画素の間の
任意の位置における階調値を複数の画素の階調値の補間
により定義し、第１の２次元画像と第２の２次元画像の
整合度を前記任意の位置をパラメータとする計算式で表
し、整合度が最も高くなる位置を計算式から算出する手
段を含むことを特徴とする。

【００４５】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記第１の２次元画像と第２の２次元画像の画素
以下の位置ずれ量を算出する手段は、第１の２次元画像
と第２の２次元画像が画素単位に位置が合った状態での
部分画像の差の２乗和あるいは差の絶対値の和、およ
び、一方の２次元画像を他方に対して種々の方向に画素
の整数倍ずらした時の差の２乗和あるいは差の絶対値の
和を求め、これらの値の補間により、一方の２次元画像
を他方に対して１画素以下の任意の量だけずらした時の
差の２乗和あるいは差の絶対値の和を定義し、これが最
小値をとるずらし量を算出する手段を含むことを特徴と
する。

【００４６】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記画素ごとに部分画像の距離の許容範囲を求め
る手段は、(１’)着目画素近傍の複数画素の階調値から
算出した局所的な階調値の変化率と、前記ａ１)あるい
はｂ１)で算出した、あるいは既知の１画素以下の位置
ずれ量との積、(２’)着目画素近傍の複数画素の階調値
から算出した局所的な階調値の変化率の関数として求め
る階調値の変動許容範囲、(３’)着目画素近傍の複数画
素の階調値から求めた代表階調値の関数として求める階
調値の変動許容範囲、を画素ごとに求め、これらのうち
の複数個を合成したものを着目画素における部分画像の
距離の許容範囲とする手段を含むことを特徴とする。

【００４７】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記階調値の変化率を、前記14-1、14-2、14-3の
いずれかのようにして算出することを特徴とする。

【００４８】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記局所的な階調値の変化率の関数として求める
階調値の変動許容範囲を、前記15-1、15-2のいずれかの
ようにして算出することを特徴とする。

【００４９】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記代表階調値の関数として求める階調値の変動
許容範囲を、前記16-1、16-2、16-3のいずれかのように
して算出することを特徴とする。

【００５０】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記(１’)、(２’)、(３’)のうちの複数個の合
成方法は、(１’)、(２’)、(３’)のうちの複数個の値
の和、あるいは、(１’)、(２’)、(３’)のうちの複数
個の値を２乗したものの和の平方根、あるいは、
(１’)、(２’)、(３’)のうちの複数個の値の和を２乗
したものと他の複数個の値の和を２乗したもの和の平方
根とすることを特徴とする。

【００５１】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、一部あるいは全部の処理を複数画素を一画素とし
て実施する手段を有することを特徴とする。

【００５２】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、複数画素を一画素として記載内容の処理を実施す
る手段を有することを特徴とすることを特徴とする。

【００５３】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記被検査対象物上の検査すべきある領域におけ
る各点での物理量のサンプリング値を各画素について階
調値として持つ２次元画像を生成する手段は、被検査対
象物を固定し移動させるステージと、電子線を前記ステ
ージの移動方向と直交する方向に走査する手段と、前記
ステージに固定された被検査対象物に対して前記電子線
を走査した時に被検査対象物から発生する電子を検知す
る手段を含むことを特徴とする。

【００５４】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、前記被検査対象物上の検査すべきある領域におけ
る各点での物理量のサンプリング値を各画素について階
調値として持つ２次元画像を生成する手段は、被検査対
象物を固定し移動させるステージと、被検査対象物を照
明する手段と、前記ステージに固定された被検査対象物
に対して前記照明光を照射した時に被検査対象物から発
生する反射光を検知する手段を含むことを特徴とする。

【００５５】また本発明は、前記パターン検査装置にお
いて、被検査対象物上の検査すべきある領域における各
点での物理量のサンプリング値が各画素について階調値
である第１の２次元画像を他の領域の各点でのサンプリ
ング値が各画素の階調値である第２の２次元画像と比較
する代わりに、被検査対象物上のある領域における各点
での物理量のサンプリング値が各画素について階調値で
ある２次元画像を、別の被検査対象物で検出してあらか
じめ格納しておいた２次元画像、あるいは設計データか
ら生成した２次元画像と比較することを特徴とする。

【００５６】また本発明は、被検査対象物に電子ビーム
を照射し、被検査対象物から得られる２次電子または反
射電子を検出器で検出して画像信号に変換する手段を有
し、画像信号により被検査対象物を検査するパターン検
査装置において、該画像信号を階調値で示されるデジタ
ル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器
から得られる階調値で示されるデジタル画像信号を前記
電子顕微鏡から得られる電子ビーム電流に基いて正規化
して電子ビームの振らぎ補正をする前処理回路とを備え
たことを特徴とするパターン検査装置である。

【００５７】また本発明は、被検査対象物に電子ビーム
を照射し、被検査対象物から得られる２次電子または反
射電子を検出器で検出して画像信号に変換する手段を有
し、画像信号により被検査対象物を検査するパターン検
査装置において、該画像信号を階調値で示されるデジタ
ル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器
から得られる階調値で示されるデジタル画像信号に対し
てシェーディング補正と前記電子顕微鏡から得られる電
子ビーム電流に基いて正規化して電子ビームの振らぎ補
正と暗レベル補正とを行う前処理回路とを備えたことを
特徴とするパターン検査装置である。

【００５８】また本発明は、被検査対象物に電子ビーム
を照射し、被検査対象物から得られる２次電子または反
射電子を検出器で検出して画像信号に変換する手段を有
し、画像信号により被検査対象物を検査するパターン検
査装置において、該画像信号を階調値で示されるデジタ
ル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器
から得られるデジタル画像信号を光信号に変換する発光
素子と、該発光素子から得られる光信号を伝送する伝送
手段と、該伝送手段で伝送された光信号を電気信号に変
換する受光素子とを備えたことを特徴とするパターン検
査装置である。

【００５９】

【発明の実施の形態】本発明に係るパターン検査方法お
よび装置の実施の形態について、図を用いて説明する。

【００６０】＜第１の実施の形態＞本発明に係るパター
ン検査方法および装置の第一の実施の形態を図１に示
す。ここでは、電子線３０によりウエハ等の被検査対象
物１００を走査して、電子線の照射によって被検査対象
物１００から発生する電子を検知し、その強度変化に基
づいて走査部位の電子線像を得、電子線像を用いてパタ
ーン検査を行う。

【００６１】被検査対象物１００としては、例えば図２
に示す如く半導体ウエハ１がある。この半導体ウエハ１
には最終的に同一の製品となるチップ１ａが多数配列さ
れている。チップ１ａの内部のパターンレイアウトは、
同図の拡大図に示すように、メモリセルが２次元的に同
一ピッチで規則的に配列しているメモリマット部１ｃ
と、周辺回路部１ｂとからなる。この半導体ウエハ１の
パターンの検査に適用する場合には、あるチップ（例え
ばチップ１ｄ）での検出画像を記憶しておき、別のチッ
プ（例えばチップ１ｅ）での検出画像とを比較する（以
下「チップ比較」と呼ぶ）、あるいは、あるメモリセル
（例えばメモリセル１ｆ）での検出画像を記憶してお
き、別のセル（例えばセル１ｇ）での検出画像とを比較
する（以下「セル比較」と呼ぶ）ことにより、欠陥を認
識する。仮に、被検査対象物１００の繰り返しパターン
同士（半導体ウエハを例に取れば、チップ同士あるいは
セル同士）が厳密に等しく、また、等しい検出画像が得
られるのであれば、画像同士を比較した時に不一致とな
るのは欠陥のみなので、欠陥の認識は可能である。しか
し、実際には、正常部においても両画像間の不一致は存
在する。正常部での不一致には、被検査対象物に起因す
る不一致と、画像検出系に起因する不一致とがある。被
検査対象物に起因する不一致とは、露光、現像、エッチ
ング等のウエハ製作過程を通して生ずる、繰り返しパタ
ーン同士の微妙な差異による。これは、検出画像上で
は、パターン形状の微小な差異、階調値の差異となって
現れる。画像検出系に起因する不一致とは、照明光量の
変動、ステージの振動、種々の電気的なノイズ、二つの
画像の検出位置の狂いなどによる。これらは、検出画像
上では、部分画像の階調値の差異、パターンの歪み、画
像の位置ずれとなって現れる。

【００６２】本発明に係る第一の実施の形態では、画素
単位に位置合わせされた座標（ｘ，ｙ）の階調値がｆ1
(ｘ，ｙ)である検出画像（第１の２次元画像）と座標
（ｘ，ｙ）の階調値がｇ1(ｘ，ｙ)である比較画像（第
２の２次元画像）とを比較して欠陥判定する際のしきい
値（許容値）を、パターンの位置ずれ、階調値の差異な
どを考慮して画素ごとに設定し、この画素ごとに設定さ
れたしきい値（許容値）に基いて欠陥を判定する。本パ
ターン検査システムは、図１および図１１に示す如く、
検出部１０１、画像取り出し部１０２、画像処理部１０
３、システム全体を制御する全体制御部１０４からな
る。なお、本パターン検査システムは、室内が真空排気
される検査室１０５と、該検査室１０５内に被検査対象
物１００を搬入、搬出するための予備室（図示せず）を
備えており、この予備室は検査室１０５とは独立して真
空排気できるように構成されている。

【００６３】まず、検出部１０１について図１および図
１１を用いて説明する。即ち、検出部１０１における検
査室１０５内は、大別して、電子光学系１０６、電子検
出部１０７、試料室１０９、および光学顕微鏡部１０８
から構成される。電子光学系１０６は、電子銃３１、電
子線引き出し電極１１１、コンデンサレンズ３２、ブラ
ンキング用偏向器１１３、走査偏向器３４、絞り１１
４、対物レンズ３３、反射板１１７、ＥｘＢ偏向器１１
５、およびビーム電流を検出するファラデーカップ（図
示せず）から構成される。反射板１１７は、円錐形状に
して二次電子増倍効果を持たせた。電子検出部１０７の
うち、例えば二次電子、反射電子等の電子を検出する電
子検出器３５が検査室１０５内の例えば対物レンズ３３
の上方に設置されている。電子検出器３５の出力信号
は、検査室１０５の外に設置されたアンプ３６で増幅さ
れる。試料室１０９は、試料台１３０、Ｘステージ１３
１、Ｙステージ１３２、位置モニタ用測長器１３４、被
検査基板高さ測定器１３５から構成されている。なお、
ステージには、回転ステージを設けても良い。

【００６４】位置モニタ用測長器１３４は、ステージ１
３１、１３２等の位置をモニタし、その結果を全体制御
部１０４に転送するものである。またステージ１３１、
１３２の駆動系も全体制御部１０４によって制御され
る。この結果、全体制御部１０４は、これらのデータに
基いて電子線３０が照射されている領域や位置が正確に
把握できるようになっている。被検査基板高さ測定器１
３５は、光学式測定器が使用されてステージ１３１、１
３２上に載置された被検査対象物１００の高さを測定す
るものである。そして、被検査基板高さ測定器１３５で
測定された測定データに基いて、電子線３０を細く絞る
ための対物レンズ３３の焦点距離がダイナミックに補正
され、常に被検査領域に焦点があった状態で電子線を照
射できるように構成されている。なお、図１１では、高
さ測定器１３５は、検査室１０５の内部に設置されてい
るが、検査室１０５の外部に設置し、ガラス窓等を通し
て検査室１０５の内部に光を投影するなどする方式でも
よい。

【００６５】光学顕微鏡部１０８は、検査室１０５の室
内における電子光学系１０６の近傍であって、互いに影
響を及ぼさない程度離れた位置に設置されており、電子
光学系１０６と光電顕微鏡部１０８との間の距離は当然
既知の値となって構成されている。そして、Ｘステージ
１３１またはＹステージ１３２が電子光学系１０６と光
学顕微鏡部１０８との間の既知の距離を往復移動するよ
うに構成されている。光学顕微鏡部１０８は、光源１４
２、光学レンズ１４１、ＣＣＤカメラ１４０により構成
されている。光学顕微鏡部１０８は、被検査対象物１０
０である例えば半導体ウエハ１に形成された回路パター
ンの光学画像を検出し、この検出された光学画像に基い
て回路パターンの回転ずれ量を算出し、この算出された
回転ずれ量を全体制御部１０４に送信する。すると全体
制御部１０４は、この回転ずれ量分を例えば回転ステー
ジを回転させることによって補正をすることが可能とな
る。また全体制御部１０４は、この回転ずれ量を補正制
御回路１４３に送り、補正制御回路１４３によりこの回
転ずれ量に基いて例えば走査偏向器３４による電子線の
走査偏向位置を補正することによって回転ずれの補正が
可能となる。また光学顕微鏡部１０８は、被検査対象物
１００である例えば半導体ウエハ１に形成された回路パ
ターンの光学画像を検出し、例えばこの光学画像をモニ
タ１５０に表示して観察し、この観察された光学画像に
基いて検査領域の座標を入力手段を用いて全体制御部１
０４に入力することによって、検査領域を全体制御部１
０４に対して設定することもできる。また例えば半導体
ウエハ１に形成された回路パターンにおけるチップ間の
ピッチ、或いはメモリセルのような繰り返しパターンの
繰り返しピッチを予め測定して、全体制御部１０４に入
力させることも可能となる。なお、光学顕微鏡部１０８
は、図１１では検査室１０５の内部にあるが、検査室１
０５の外部に配置して、ガラス窓等を通して半導体ウエ
ハ１の光学画像を検出するのでも良い。

【００６６】図１および図１１に示す如く、電子銃３１
を出た電子ビームは、コンデンサレンズ３２、対物レン
ズ３３を経て、試料面では画素サイズ程度のビーム径に
絞られる。この際、グランド電極３８、リターディング
電極３７によって、試料に負電位を引加し、対物レンズ
３３と被検査対象物（試料）１００間で電子ビームを減
速することで低加速電圧領域での高分解能化を図る。電
子線が照射されると、被検査対象物（ウエハ１）１００
からは電子が発生する。走査偏向器３４による電子線の
Ｘ方向の繰り返し走査と、ステージ２による被検査対象
物（試料）１００のＹ方向の連続的な移動に同期して被
検査対象物１００から発生する電子を検出することで、
被検査対象物の２次元の電子線像が得られる。被検査対
象物から発生した電子は検出器３５で捕らえられ、アン
プ３６で増幅される。ここで、高速検査を可能にするた
めに、電子ビームをＸ方向に繰り返し走査させる偏向器
３４としては、偏向速度の速い静電偏向器を用いること
が、また、電子銃３１としては、電子ビーム電流を大き
くできるので照射時間が短くできる熱電界放射型電子銃
を用いることが、また、検出器３５には高速駆動が可能
な半導体検出器を用いることが望ましい。

【００６７】次に、画像取り出し部１０２について図
１、図１１および図１２を用いて説明する。即ち、電子
検出部１０７における電子検出器３５で検出された電子
検出信号は、アンプ３６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３９
によりデジタル画像データ（階調画像データ）に変換さ
れる。そして、Ａ／Ｄ変換器３９の出力を、光変換手段
（発光素子）１２３、伝送手段（光ファイバケーブル）
１２４、および電気変換手段（受光素子）１２５により
伝送するように構成した。この構成によれば、伝送手段
１２４はＡ／Ｄ変換器３９のクロック周波数と同じ伝送
速度であれば良い。Ａ／Ｄ変換器３９の出力は、光変換
手段（発光素子）１２３において光デジタル信号に変換
され、伝送手段（光ファイバケーブル）１２４によって
光伝送されて電気変換手段（受光素子）１２５によりデ
ジタル画像データ（階調画像データ）に変換される。こ
のように光信号に変換して伝送するのは、反射板１１７
からの電子５２を半導体検出器３５に導くために、半導
体検出器３５から光変換手段１２３までの構成要素（半
導体検出器３５、アンプ３６、Ａ／Ｄ変換器３９、およ
び光変換手段（発光素子）１２３）を高電圧電源（図示
せず）により正の高電位にフローティングする必要があ
るからである。正確には、半導体検出器３５のみを正の
高電圧にすればよい。しかしアンプ３６とＡ／Ｄ変換器
３９は、ノイズの混入と信号の劣化を防ぐため、半導体
検出器の直近にある方が望ましく、半導体検出器３５の
みを正の高電圧に保つことは困難で、上記構成要素全体
を高電圧にする。すなわち、伝送手段（光ファイバケー
ブル）１２４は高絶縁材料で形成されているため、光変
換手段（発光素子）１２３においては正の高電位レベル
にあった画像信号が、伝送手段（光ファイバケーブル）
１２４を通過後、電気変換手段（受光素子）１２５から
はアースレベルの画像信号の出力が得られる。

【００６８】前処理回路（画像補正回路）４０は、暗レ
ベル補正回路７２、電子源の揺らぎ補正回路７３、シェ
ーディング補正回路７４等によって構成される。電気変
換手段（受光素子）１２５から得られるデジタル画像デ
ータ（階調画像データ）７１は、前処理回路（画像補正
回路）４０において、暗レベル補正、電子源の揺らぎ補
正、シェーディング補正等の画像補正が行われる。暗レ
ベル補正回路７２における暗レベル補正は、図１３に示
すように、全体制御部１０４から得られる走査ライン同
期信号７５に基いて抽出されるビーム・ブランキング期
間中における検出信号７１を基準に暗レベルを補正す
る。即ち暗レベルを補正する基準信号は、ビーム・ブラ
ンキング期間中の例えば特定位置における特定数画素の
階調値の平均を暗レベルとし、走査ライン毎に更新す
る。このように暗レベル補正回路７２において、ビーム
・ブランキング期間中に検出される検出信号が、ライン
毎に更新される基準信号に暗レベル補正が行われる。電
子源の揺らぎ補正回路７３における電子源の揺らぎ補正
は、図１３に示すように、暗レベル補正がなされた検出
信号７６を、補正周期（例えば１００ｋＨｚのライン単
位）で上記ビーム電流を検出するファラデーカップ（図
示せず）でモニタされたビーム電流７７で正規化して行
う。電子源の揺らぎには、急激な変動がないので、１〜
数ライン前に検出されたビーム電流を用いてもよい。シ
ェーディング補正回路７４におけるシェーディング補正
は、図１３に示すように、電子源の揺らぎ補正された検
出信号７８に対して、全体制御部１０４から得られるビ
ーム走査位置７９による光量変動を補正するものであ
る。即ち、シェーディング補正は、予め検出した基準明
るさデータ８３をもとに画素毎に補正（正規化）を行う
ものである。シェーディング補正用基準データ８３は、
予め検出して、検出された画像データを一旦画像メモリ
（例えば１４７）に格納し、この格納された画像データ
を、全体制御部１０４内に設けられた計算機または全体
制御部１０４にネットワークで接続された上位の計算機
に送信し、全体制御部１０４内に設けられた計算機また
は全体制御部１０４にネットワークで接続された上位の
計算機においてソフトウエアで処理して作成する。また
シェーディング補正用基準データ８３は、全体制御部１
０４にネットワークで接続された上位の計算機において
予め算出して保持しておき、検査開始時にダウンロード
し、このダウンロードしたデータをシェーディング補正
回路７４におけるＣＰＵが取り込めるようにしても良
い。全視野幅対応については、シェーディング補正回路
７４内に、通常の電子ビームの振り幅の画素数（例えば
１０２４画素）の補正メモリを２面持ち、検査領域外の
時間（１視野検査終了から次の１視野検査開始までの時
間）にメモリを切り換えることにより対応する。補正デ
ータとしては、電子ビームの最大の振り幅の画素数（例
えば５０００画素）分持ち、各補正メモリに次の１視野
検査終了までにＣＰＵが書き替えればよい。

【００６９】以上、電気変換手段（受光素子）１２５か
ら得られるデジタル画像データ（階調画像データ）７１
に対して、暗レベル補正（ビーム・ブランキング期間中
における検出信号７１を基準に暗レベルを補正す
る。）、電子ビーム電流の揺らぎ補正（ビーム電流強度
をモニターし、信号をビーム電流で正規化する）、シェ
ーディング補正（ビーム走査位置による光量変動を補
正）を行った後、補正されたデジタル画像データ（階調
画像データ）８０に対して、フィルタリング処理回路８
１において、ガウシアンフィルタ、平均値フィルタ、あ
るいはエッジ強調フィルタなどによるフィルタリング処
理を行って、画質を改善する。また、必要に応じて、画
像の歪みの補正も行なう。これらの前処理は、後の欠陥
判定処理において有利なように検出画像を変換するため
のものである。

【００７０】シフトレジスタ等で構成される遅延回路４
１は、前処理回路４０から画質が改善されたデジタル画
像信号（階調画像信号）８２を一定時間だけ遅延させる
が、遅延時間を、全体制御部１０４から得て、例えばス
テージ２がチップピッチ分（図２でのｄ１）移動する時
間にすれば、遅延された信号ｇ0と遅延されていない信
号ｆ０とは隣り合うチップの同じ箇所での画像信号とな
り、前述したチップ比較検査となる。あるいは遅延時間
を、全体制御部１０４から得て、ステージ２がメモリセ
ルのピッチ分（図２でのｄ２）移動する時間にすれば、
遅延された信号ｇ0と遅延されていない信号ｆ0とは隣り
合うメモリセルの同じ箇所での画像信号となり、前述し
たセル比較検査となるわけである。このように遅延回路
４１は、全体制御部１０４から得られる情報に基いて、
読み出す画素位置を制御することによって任意の遅延時
間を選択できるように構成されている。以上のようにし
て、画像取り出し部１０２から、比較すべきデジタル画
像信号（階調画像信号）ｆ0とｇ0とが取り出される。以
下、ｆ0を検出画像、ｇ0を比較画像と呼ぶことにする。
なお、図１１に示すように、比較画像信号ｇ0をシフト
レジスタや画像メモリ等で構成された第１画像記憶部１
４６に記憶し、検出画像信号ｆ0をシフトレジスタや画
像メモリ等で構成された第２画像記憶部１４７に記憶し
ても良い。上述したごとく、第１画像記憶部１４６は遅
延回路４１を構成してもよく、また第２画像記憶部１４
７は必ずしも必要としない。また、前処理回路４０内、
および第２画像記憶部１４７等に取り込まれた電子線画
像あるいは光学顕微鏡部１０８で検出した光学画像はモ
ニタ１５０に表示され、観察することが可能である。

【００７１】次に、画像処理部１０３ａについて図１を
用いて説明する。前処理部４０からは被検査対象物１０
０上のある検査領域についての階調値（濃淡値）で表わ
される検出画像ｆ0(ｘ，ｙ)が得られ、遅延回路４１か
らは比較される基準となる被検査対象物１００上のある
検査領域についての階調値（濃淡値）で現わされる比較
画像（基準画像：参照画像）ｇ0(ｘ，ｙ)が得られる。

【００７２】画素単位の位置合わせ部４２では、上記検
出画像ｆ0(ｘ，ｙ)に対する比較画像ｇ0(ｘ，ｙ)の位置
ずれ量が０〜１画素の間になるように、いいかえれば、
ｆ0(ｘ，ｙ)とｇ0(ｘ，ｙ)との「整合度」が最大となる
位置が０〜１画素の間になるように、例えば比較画像の
位置をずらす。その結果、例えば図３に示すように検出
画像ｆ0(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ0(ｘ，ｙ)とが１画素単位
以下で位置合わせされることになる。図３に鎖線で示す
四角な目が画素を示す。この画素は、電子検出器３５で
検出されてＡ／Ｄ変換器３９でサンプリングされてデジ
タル値（階調値：濃淡値）に変換される単位である。即
ち、画素単位は、電子検出器３５で検出される最小単位
を示す。なお、上記「整合度」としては、次に示す（数
１）式などが考えられる。 max|ｆ0−ｇ0|， ΣΣ|ｆ0−ｇ0|, ΣΣ(ｆ0−ｇ0)² (数１) max|ｆ0−ｇ0|は、検出画像ｆ0(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ0
(ｘ，ｙ)との差の絶対値の最大値を示す。ΣΣ|ｆ0−ｇ
0|は、検出画像ｆ0(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ0(ｘ，ｙ)との
差の絶対値の画像内の合計である。ΣΣ(ｆ0−ｇ0)
²は、検出画像ｆ0(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ0(ｘ，ｙ)との
差を２乗してｘ方向およびｙ方向に積分した値を示す。

【００７３】上記（数１）式のいずれを採用するかによ
って処理内容が変わってくるが、ここではΣΣ|ｆ0−ｇ
0|を採用した場合について示す。比較画像ｇ0(ｘ，ｙ)
のｘ方向のずらし量をｍx，ｙ方向のずらし量をｍy（た
だしｍx，ｍyは整数）とし、ｅ1(ｍx，ｍy)、ｓ1(ｍx，
ｍy)の各々を次に示す（数２）式および（数３）式のよ
うに定義する。 ｅ1(ｍx，ｍy)＝ΣΣ|ｆ0(ｘ，ｙ)−ｇ0(ｘ＋ｍx,ｙ+ｍy)| (数２) ｓ1(ｍx，ｍy)＝ｅ1(ｍx，ｍy)＋ｅ1(ｍx＋１，ｍy)＋ｅ1(ｍx，ｍy＋１)＋ｅ 1(ｍx＋１，ｍy＋１) (数３) （数２）式においてΣΣは画像内の合計を表す。ここで
求めたいのはｓ1(ｍx，ｍy)が最小となるｘ方向のずら
し量をｍx，ｙ方向のずらし量をｍyの値なので、ｍx，
およびｍyの各々を±０，１，２，３，４・・・・・ｎと変化
させて、いいかえれば、比較画像ｇ0(ｘ，ｙ)を画素ピ
ッチでずらして、その時々のｓ1(ｍx，ｍy)を算出す
る。そして、それが最小となるｍxの値ｍx0と、ｍyの値
ｍy0とを求める。なお、比較画像の最大ずらし量である
ｎは、検出部１０１の位置精度に応じて、位置精度が悪
いほど大きな値にする必要がある。画素単位の位置合わ
せ部４２からは、検出画像ｆ0(ｘ，ｙ)はもとのまま、
比較画像ｇ0(ｘ，ｙ)は（ｍx0，ｍy0）だけずらして出
力する。すなわち、ｆ1(ｘ，ｙ)＝ｆ0(ｘ，ｙ)、ｇ1
(ｘ，ｙ)＝ｇ0(ｘ＋ｍx0，ｙ＋ｍy0)である。

【００７４】画素以下の位置ずれ検出部４３では、画素
単位に位置合わせされた画像ｆ1(ｘ，ｙ)、ｇ1(ｘ，ｙ)
を小領域（例えば１２８＊２５６画素からなる部分画
像）に分割して、分割した領域（部分画像）ごとに画素
以下の位置ずれ量（位置ずれ量は０〜１の実数とな
る。）を算出する。小領域に分割するのは、画像の歪み
に対応するためであり、歪みが無視できる程度の領域に
設定する必要がある。整合度の測度としては、やはり
（数１）式で示すような選択肢があるが、ここでは、三
番目の「差の２乗和」（ΣΣ(ｆ0−ｇ0)²）を採用した
例を示す。ｆ1(ｘ，ｙ)とｇ1(ｘ，ｙ)との中間位置を位
置ずれ量０とし、図３に示すように、ｆ1はｘ方向に−
δx、ｙ方向に−δy、ｇ1はｘ方向に＋δx、ｙ方向に＋
δyだけずれていると仮定する。つまり、ｆ1とｇ1との
ずれ量は、ｘ方向が２＊δx、ｙ方向が２＊δyと考え
る。δx、δyは整数ではないため、δx、δyだけずらす
には、画素と画素の間の値を定義する必要がある。ｆ1
をｘ方向に＋δx、ｙ方向に＋δyだけずらした画像ｆ
2、ｇ1をｘ方向に−δx、ｙ方向に−δyだけずらした画
像ｇ2を、次に示す（数４）式および（数５）式のよう
に定義する。

【００７５】 ｆ2(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx，ｙ+δy)＝ｆ1(ｘ，ｙ)＋δx(ｆ1(ｘ＋１，ｙ)− ｆ1(ｘ，ｙ))＋δy(ｆ1(ｘ，ｙ＋１)−ｆ1(ｘ，ｙ)) (数４) ｇ2(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx，ｙ−δy)＝ｇ1(ｘ，ｙ)＋δx(ｇ1(ｘ−１，ｙ)− ｇ1(ｘ，ｙ))＋δy(ｇ1(ｘ，ｙ−１)−ｇ1(ｘ，ｙ)) (数５) （数４）（数５）式はいわゆる線形補間である。ｆ2と
ｇ2との整合度ｅ2(δx，δy)は「差の２乗和」を採用す
ると次に示す（数６）式のようになる。 ｅ2(δx，δy)＝ΣΣ(ｆ2(ｘ，ｙ)−ｇ2(ｘ，ｙ))² (数６) ΣΣは小領域（部分画像）内の合計である。画素以下の
位置ずれ検出部４３の目的は、ｅ2(δx，δy)が最小値
をとるδxの値δx0、δyの値δy0を求めることである。
それには、上記（数６）式をδx，δyで偏微分した式を
０とおいて、それをδx，δyについて解けばよい。結果
は次に示す（数７）式および（数８）式のようになる。 δx={(ΣΣＣ0＊Ｃy)＊(ΣΣＣx＊Ｃy)−(ΣΣＣ0＊Ｃx)＊(ΣΣＣy＊Ｃy)}／ {(ΣΣＣx＊Ｃx)＊(ΣΣＣy＊Ｃy)−(ΣΣＣx＊Ｃy)＊(ΣΣＣx＊Ｃy)} (数７) δx={(ΣΣＣ0＊Ｃx)＊(ΣΣＣx＊Ｃy)−(ΣΣＣ0＊Ｃy)＊(ΣΣＣx＊Ｃx)}／ {(ΣΣＣx＊Ｃx)＊(ΣΣＣy＊Ｃy)−(ΣΣＣx＊Ｃy)＊(ΣΣＣx＊Ｃy)} (数８) ただし、Ｃ0、Ｃx、Ｃyの各々は、次に示す(数９)式、
(数１０)式、(数１１)式の関係になる。

【００７６】 Ｃ0＝ｆ1(ｘ，ｙ)−ｇ1(ｘ，ｙ) (数９) Ｃx＝{ｆ1(ｘ＋１，ｙ)−ｆ1(ｘ，ｙ)}−{ｇ1(ｘ−１，ｙ)−ｇ1(ｘ，ｙ)} (数１０) Ｃy＝{ｆ1(ｘ，ｙ＋１)−ｆ1(ｘ，ｙ)}−{ｇ1(ｘ，ｙ−１)−ｇ1(ｘ，ｙ)} (数１１) δx0，δy0の各々を求めるには、(数７)式、および(数
８)式に示すように、上記種々の統計量ΣΣＣｋ＊Ｃｋ
（但しＣｋ＝Ｃ0、Ｃx、Ｃy）を求める必要がある。統
計量算出部４４は、画素単位の位置合わせ部４２から得
られる画素単位で位置合わせされた階調値（濃淡値）か
らなる検出画像ｆ1(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ1(ｘ，ｙ)に基
いて、上記種々の統計量ΣΣＣｋ＊Ｃｋの算出を行う。

【００７７】サブＣＰＵ４５は、統計量算出部４４にお
いて計算されたΣΣＣｋ＊Ｃｋを用いて、上記(数７)
式、(数８)式の演算を行ってδx0、δy0を求める。シフ
トレジスタ等で構成された遅延回路４６、４７は、画素
以下の位置ずれ検出部４３でδx0、δy0を求めるのに要
する時間分だけ画像信号ｆ1とｇ1を遅延させるためのも
のである。差画像抽出回路（差分抽出回路：距離抽出
部）４９では、計算上２＊δx0、２＊δy0の位置ずれを
有するｆ1とｇ1との差画像（距離画像）sub(ｘ，ｙ)を
求める。この差画像（距離画像）sub(ｘ，ｙ)は、（数
１２）式で表すと、次のようになる。 sub(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ，ｙ)−ｆ1(ｘ，ｙ) (数１２) しきい値演算回路（許容範囲演算部）４８は、遅延回路
４６、４７を経た画像信号ｆ1、ｇ1および、画素以下の
位置ずれ検出部４３から得られる画素以下の位置ずれ量
δx0、δy0を用いて、欠陥判定回路（欠陥判定部）５０
において差画像抽出回路（差分抽出回路：距離抽出部）
４９から得られる差画像（距離画像）sub(ｘ，ｙ)の値
に応じて欠陥候補か否かを判定するための二つのしきい
値（許容範囲を示す許容値）thH(ｘ，ｙ)とthL(ｘ，ｙ)
とを算出するものである。thH(ｘ，ｙ)は、差画像（距
離画像）sub(ｘ，ｙ)の上限を規定するしきい値（許容
範囲を示す許容値）であり、thL(ｘ，ｙ)は、差画像
（距離画像）sub(ｘ，ｙ)の下限を規定するしきい値
（許容範囲を示す許容値）である。しきい値演算回路４
８の構成を図５に示す。しきい値演算回路４８における
演算の内容を（数１３）式および（数１４）式で表すと
次のようになる。 thH(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)＋Ｂ(ｘ，ｙ)＋Ｃ(ｘ，ｙ) (数１３) thL(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)−Ｂ(ｘ，ｙ)−Ｃ(ｘ，ｙ) (数１４) ただし、Ａ(ｘ，ｙ)は、(数１５)式の関係で示され、画
素以下の位置ずれ量δx0、δy0を用いて、実質的に差画
像（距離画像）sub(ｘ，ｙ)の値に応じてしきい値を補
正するための項である。

【００７８】またＢ(ｘ，ｙ)は、(数１６)式の関係で示
され、検出画像ｆ1と比較画像ｇ1との間において、パタ
ーンエッジの微小な位置ずれ（パターン形状の微小な差
異、パターン歪みも局所的に見ればパターンエッジの微
小な位置ずれに帰着する）を許容するための項である。
またＣ(ｘ，ｙ)は、(数１７)式の関係で示され、検出画
像ｆ1と比較画像ｇ1との間において、階調値（濃淡値）
の微小な差異を許容するための項である。 Ａ(ｘ，ｙ)＝{ｄx1(ｘ，ｙ)＊δx0−ｄx2(ｘ，ｙ)＊(−δx0)}＋{ｄy1(ｘ，ｙ )＊δy0−ｄy2(ｘ，ｙ)＊(−δy0)}＝{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}＊δx0＋{ ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}＊δy0 (数１ ５) B(ｘ，ｙ)＝｜{ｄx1(ｘ，ｙ)＊α−ｄx2(ｘ，ｙ)＊(−α)}｜＋｜{ｄy1(ｘ， ｙ)＊β−ｄy2(ｘ，ｙ)＊(−β)}｜＝｜{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}＊α｜＋ ｜{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}＊β｜ (数１６) Ｃ(ｘ，ｙ)＝（(max1＋max2)／２）＊γ＋ε (数１７) ここで、α、βは０〜０．５の実数、γは０以上の実
数、εは０以上の整数である。

【００７９】ｄx1(ｘ，ｙ)は、(数１８)式の関係で示さ
れ、検出画像ｆ1(ｘ，ｙ)におけるｘ方向＋１隣りの画
像との階調値（濃淡値）の変化分を示す。またｄx2
(ｘ，ｙ)は、(数１９)式の関係で示され、比較画像ｇ1
(ｘ，ｙ)におけるｘ方向−１隣りの画像との階調値（濃
淡値）の変化分を示す。またｄy1(ｘ，ｙ)は、(数２０)
式の関係で示され、検出画像ｆ1(ｘ，ｙ)におけるｙ方
向＋１隣りの画像との階調値（濃淡値）の変化分を示
す。またｄy2(ｘ，ｙ)は、(数２１)式の関係で示され、
比較画像ｇ1(ｘ，ｙ)におけるｙ方向−１隣りの画像と
の階調値（濃淡値）の変化分を示す。 ｄx1(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋１，ｙ)−ｆ1(ｘ，ｙ) (数１８) ｄx2(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ，ｙ)−ｇ1(ｘ−１，ｙ) (数１９) ｄy1(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ，ｙ＋１)−ｆ1(ｘ，ｙ) (数２０) ｄy2(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ，ｙ)−ｇ1(ｘ，ｙ−１) (数２１) max1は、(数２２)式の関係で示され、検出画像ｆ1(ｘ，
ｙ)における自身も含め、ｘ方向＋１隣りの画像、ｙ方
向＋１隣りの画像の最大階調値（濃淡値）を示す。また
max2は、(数２３)式の関係で示され、比較画像ｇ1(ｘ，
ｙ)における自身も含め、ｘ方向−１隣りの画像、ｙ方
向−１隣りの画像の最大階調値（濃淡値）を示す。

【００８０】 max1＝max{ｆ1(ｘ，ｙ)，ｆ1(ｘ＋１，ｙ)，ｆ1(ｘ，ｙ＋１)，ｆ(ｘ＋１，ｙ ＋１)} (数２２) max2＝max{ｇ1(ｘ，ｙ)，ｇ1(ｘ−１，ｙ)，ｇ1(ｘ，ｙ−１)，ｇ(ｘ−１，ｙ −１)} (数２３) まず、しきい値thH(ｘ，ｙ)、thL(ｘ，ｙ)を算出する
(数１３)式および(数１４)式における第１項Ａ(ｘ，ｙ)
について説明する。即ち、しきい値thH(ｘ，ｙ)、thL
(ｘ，ｙ)を算出する(数１３)式および(数１４)式におけ
る第１項Ａ(ｘ，ｙ)は、位置ずれ検出部４３で求めた画
素以下の位置ずれ量δx0、δy0に対応してしきい値を補
正するための項である。例えば(数１８)式で表されるｄ
x1は、ｆ1の階調値のｘ方向の局所的な変化率だから、
(数１５)式に示されるｄx1(ｘ，ｙ)＊δx0は、位置がδ
x0ずれた時のｆ1の階調値（濃淡値）の変化の予測値と
いうことができる。よって、(数１５)式に示される第１
項{ｄx1(ｘ，ｙ)＊δx0−ｄx2(ｘ，ｙ)＊(−δx0)}は、
ｘ方向にｆ1の位置をδx0、ｇ1の位置を−δx0ずらした
時に、ｆ1とｇ1の差画像（距離画像）の階調値（濃淡
値）がどのぐらい変化するかを画素ごとに予測した値と
いうことができる。同様に第２項はｙ方向について予測
した値ということができる。即ち、{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx
2(ｘ，ｙ)}＊δx0は、検出画像ｆ1と比較画像ｇ1との差
画像（距離画像）におけるｘ方向の局所的変化率{ｄx1
(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}に対して位置ずれδx0を掛け
算してｆ1とｇ1の差画像（距離画像）の階調値（濃淡
値）がｘ方向にどのぐらい変化するかを画素ごとに予測
した値であり、{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}＊δy0
は、検出画像ｆ1と比較画像ｇ1との差画像（距離画像）
におけるｙ方向の局所的変化率{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2
(ｘ，ｙ)}に対して位置ずれδy0を掛け算してｆ1とｇ1
の差画像（距離画像）の階調値（濃淡値）がｙ方向にど
のぐらい変化するかを画素ごとに予測した値である。

【００８１】以上説明したように、しきい値thH(ｘ，
ｙ)、thL(ｘ，ｙ)における第１項Ａ(ｘ，ｙ)は、既知の
位置ずれδx0、δy0をキャンセルするための項である。

【００８２】次に、しきい値thH(ｘ，ｙ)、thL(ｘ，ｙ)
を算出する(数１３)式および(数１４)式における第２項
Ｂ(ｘ，ｙ)について説明する。即ち、しきい値thH(ｘ，
ｙ)、thL(ｘ，ｙ)を算出する(数１３)式および(数１４)
式における第２項Ｂ(ｘ，ｙ)は、パターンエッジの微小
な位置ずれ（パターン形状の微小な差異、パターン歪み
も局所的に見ればパターンエッジの微小な位置ずれに帰
着する）を許容するための項である。Ａ(ｘ，ｙ)を求め
る(数１５)式とＢ(ｘ，ｙ)を求める(数１６)式を対比さ
せれば明らかなように、Ｂ(ｘ，ｙ)は位置ずれα、βに
よる差画像（距離画像）の階調値（濃淡値）の変化予測
の絶対値である。Ａ(ｘ，ｙ)によって位置ずれがキャン
セルされるとするならば、Ａ(ｘ，ｙ)にＢ(ｘ，ｙ)を加
算するのは、位置の合った状態から、さらにパターン形
状やパターンの歪みに基づく微小な差異によるパターン
エッジの微小な位置ずれを考慮してｘ方向にα、ｙ方向
にβだけ位置をずらすことを意味している。つまり、パ
ターン形状やパターンの歪みに基づく微小な差異による
パターンエッジの微小な位置ずれとして、ｘ方向に＋
α、ｙ方向に＋βを許容するのが、上記（数１３）式で
示す＋Ｂ(ｘ，ｙ)である。また、上記（数１４）式で示
す如くＡ(ｘ，ｙ)からＢ(ｘ，ｙ)を減ずるのは、位置の
合った状態からさらにｘ方向に−α、ｙ方向に−βだけ
位置をずらすことを意味している。ｘ方向に−α、ｙ方
向に−βの位置ずれを許容するのが、上記（数１４）式
で示す−Ｂ(ｘ，ｙ)である。上記（数１３）式および
（数１４）式で示すごとく、しきい値に上限thH(ｘ，
ｙ)、下限thL(ｘ，ｙ)を設けることによって、±α、±
βの位置ずれを許容することになるわけである。そし
て、しきい値演算回路４８において、入力されるパラメ
ータα、βの値を適切な値に設定することによって、パ
ターン形状やパターンの歪みに基づく微小な差異による
許容する位置ずれ量（パターンエッジの微小な位置ずれ
量）を自由にコントロールすることが可能となる。

【００８３】次に、しきい値thH(ｘ，ｙ)、thL(ｘ，ｙ)
を算出する(数１３)式および(数１４)式における第３項
Ｃ(ｘ，ｙ)について説明する。しきい値thH(ｘ，ｙ)、t
hL(ｘ，ｙ)を算出する(数１３)式および(数１４)式にお
ける第３項Ｃ(ｘ，ｙ)は、検出画像ｆ1と比較画像ｇ1と
の間において、階調値（濃淡値）の微小な差異を許容す
るための項である。（数１３）式で示すようにＣ(ｘ，
ｙ)の加算は、比較画像ｇ1の階調値（濃淡値）が検出画
像ｆ1の階調値（濃淡値）よりもＣ(ｘ，ｙ)だけ大きい
のを許容することを意味し、（数１４）式で示すように
Ｃ(ｘ，ｙ)の減算は、比較画像ｇ1の階調値（濃淡値）
が検出画像ｆ1の階調値（濃淡値）よりもＣ(ｘ，ｙ)だ
け小さいのを許容することを意味する。ここでは、Ｃ
(ｘ，ｙ)を、（数１７）式で示すように、局所領域での
階調値の代表値（ここではmax値）に比例定数γを掛け
た値と、定数εとの和としたが、この関数にこだわる必
要はなく、階調値の変動の仕方が既知であれば、それに
合った関数するのがよい。例えば、階調値の平方根に変
動幅が比例すると分かっていれば、(数１７)式の代わり
に、Ｃ(ｘ，ｙ)＝（(max1＋max2)の平方根）＊γ＋εと
すべきである。しきい値演算回路４８において、Ｂ
(ｘ，ｙ)と同様、入力されるパラメータγ、εによっ
て、許容する階調値（濃淡値）の差異を自由にコントロ
ールすることが可能となる。

【００８４】即ち、しきい値演算回路（許容範囲演算
部）４８は、図５に示すように、遅延回路４６から入力
される階調値（濃淡値）からなる検出画像ｆ1(ｘ，ｙ)
と遅延回路４７から入力される階調値（濃淡値）からな
る比較画像ｇ1(ｘ，ｙ)とに基いて、(数１８)式および
(数１９)式により{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}なる演
算を施す演算回路９１と、(数２０)式および(数２１)式
により{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}なる演算を施す演
算回路９２と、(数２２)式および(数２３)式により（ma
x1＋max2）なる演算を施す演算回路９３とを有する。更
に、しきい値演算回路４８は、演算回路９１から得られ
る{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}と画素以下のずれ検出
部４３から得られるδx0と入力されるαパラメータとに
基いて、(数１５)式の一部と(数１６)式の一部である
（{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}＊δx0±｜{ｄx1(ｘ，
ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}｜＊α）なる演算を施す演算回路９
４と、演算回路９２から得られる{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2
(ｘ，ｙ)}と画素以下のずれ検出部４３から得られるδy
0と入力されるβパラメータとに基いて、(数１５)式の
一部と(数１６)式の一部である（{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2
(ｘ，ｙ)}＊δy0±｜{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}｜
＊β）なる演算を施す演算回路９５と、演算回路９３か
ら得られる（max1＋max2）と入力されるγ、εパラメー
タとに基いて、例えば(数１７)式に従って（(（max1＋m
ax2）／２)＊γ＋ε）なる演算を施す演算回路９６とを
有する。更に、しきい値演算回路４８は、演算回路９４
から得られる（{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}＊δx0＋
｜{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}｜＊α）と演算回路９
５から得られる（{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}＊δy0
＋｜{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}｜＊β）と演算回路
９６から得られる（(（max1＋max2）／２)＊γ＋ε）と
を＋演算して上限のしきい値thH(ｘ，ｙ)を出力する加
算回路９８と、演算回路９６から得られる（(（max1＋m
ax2）／２)＊γ＋ε）を−演算する減算回路９７と、演
算回路９４から得られる（{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，
ｙ)}＊δx0−｜{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}｜＊α）
と演算回路９５から得られる（{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2
(ｘ，ｙ)}＊δy0−｜{ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}｜
＊β）と減算回路９７から得られる−（(（max1＋max
2）／２)＊γ＋ε）とを＋演算して下限のしきい値ちth
L(ｘ，ｙ)を出力する加算回路９９とを有している。な
お、しきい値演算回路４８は、ＣＰＵがソフト処理によ
っても実現することができる。またしきい値演算回路４
８に入力されるパラメータα、β、γ、εは、全体制御
部１０４に備えられた入力手段（例えば、キーボード、
記録媒体、ネットワーク等からなる。）を用いて入力さ
せても良い。

【００８５】欠陥判定回路（欠陥判定部）５０では、差
画像抽出回路（差分抽出回路）４９から得られる差画像
（距離画像）sub(ｘ，ｙ)、並びにしきい値演算回路４
８から得られる下限のしきい値（下限の許容範囲を示す
許容値）thL(ｘ，ｙ)、および上限のしきい値（上限の
許容範囲を示す許容値）thH(ｘ，ｙ)を用いて、次に示
す(数２４)式の関係を満たせば、位置(ｘ，ｙ)の画素は
非欠陥候補、満たさなければ位置(ｘ，ｙ)の画素は欠陥
候補と判定する。欠陥判定回路５０は、非欠陥候補画素
は例えば０、欠陥候補画素は不一致量を示す例えば１以
上の値を持つdef(ｘ，ｙ)を出力する。 thL(ｘ，ｙ)≦sub(ｘ，ｙ)≦thH(ｘ，ｙ) (数２４) 特徴抽出回路５０ａでは、ノイズ除去処理（例えば、de
f(ｘ，ｙ)に対して縮小・膨張の処理を行う。例えば３
×３画素の全てに亘って同時に欠陥候補画素ではないと
きには、その中心の画素として例えば０（非欠陥候補画
素）にして縮小処理を行って消去し、それを膨張処理し
て元に戻すことを行う。）によってノイズ的（例えば３
×３画素の全てに亘って同時に欠陥候補画素ではな
い。）な出力を削除したあと、近隣の欠陥候補部を一つ
にまとめる欠陥候補部のマージ処理を行う。その後、一
まとまりごとに、重心座標、ＸＹ投影長（ｘ方向および
ｙ方向における最大長さを示す。なお、（Ｘ投影長の２
乗＋Ｙ投影長の２乗）の平方根は最大長さとなる。）、
面積などの特徴量８８を算出して出力する。以上説明し
たように、全体制御部１０４によって制御される画像処
理部１０３ａからは、電子ビームが照射されて電子検出
器３５で検出させる被検査対象物（試料）１００上の座
標に応じて欠陥候補部の特徴量（例えば、重心座標、Ｘ
Ｙ投影長、面積など）８８が得られることになる。

【００８６】全体制御部１０４では、検出画像上での欠
陥候補部の位置座標を被検査対象物（試料）１００上の
座標系に変換し、疑似欠陥の削除を行い、最終的に、被
検査対象物（試料）１００上での位置と画像処理部１０
３ａの特徴抽出回路５０ａ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。本実施の形態によれば、小
領域（部分画像）全体としての位置ずれや、個々のパタ
ーンエッジの微小な位置ずれや、階調値（濃淡値）の微
小な差異が許容されるため、正常部を欠陥と誤認識する
ことがなくなる。また、パラメータα、β、γ、εを適
切な値に設定することによって、位置ずれ、階調値の変
動の許容量のコントロールを容易に行うことが可能とな
る。また、本実施の形態では、前述の従来技術（特開平
３ー１７７０４０号公報）と異なり、補間によって擬似
的に位置の合った画像を生成することを行っていないた
め、補間では避けがたい画像の平滑化効果を受けないの
で、微細な欠陥部の検出に有利という利点もある。実
際、発明者等の実験によれば、画素以下の位置ずれ検出
の結果を用いて、補間によって擬似的に位置の合った画
像を生成した後、本実施の形態と同様に位置ずれ、階調
値の変動を許容するしきい値を算出して欠陥判定を行っ
た結果と、本実施の形態によって欠陥判定を行った結果
とを比較すると、本実施の形態では５％以上の欠陥検出
性能の向上が見られた。

【００８７】＜第１の実施の形態の変形＞本実施の形態
の第１の変形は、図６に示すように、画素単位の位置合
わせを行わない。検出部１０１で画像を検出する位置精
度が高く、検出された画像の検出位置誤差が１画素未満
である場合は、画素単位の位置合わせは不要であり、直
に画素以下の位置ずれ検出を行うようにする。即ち、図
６に示す第１の変形が、図１に示す実施の形態と相違す
る構成は、検出部１０１で画像を検出する位置精度が高
く、検出された画像の検出位置誤差が１画素未満である
ために、画素単位の位置合わせ部４２をなくした画像処
理部１０３ｂを備えたことにある。この第１の変形にお
いても、しきい値演算回路４８からは、(数１３)式に基
づく上限のしきい値（上限の許容範囲を示す許容値）th
H(ｘ，ｙ)と(数１４)式に基づく下限のしきい値（下限
の許容範囲を示す許容値）thL(ｘ，ｙ)とが出力され
る。欠陥判定回路５０では、差画像抽出回路（差分抽出
回路）４９から得られる差画像（距離画像）sub(ｘ，
ｙ)、並びにしきい値演算回路４８から得られる下限の
しきい値（下限の許容範囲を示す許容値）thL(ｘ，
ｙ)、および上限のしきい値（上限の許容範囲を示す許
容値）thH(ｘ，ｙ)を用いて、上記(数２４)式の関係を
満たせば、位置(ｘ，ｙ)の画素は非欠陥候補、満たさな
ければ位置(ｘ，ｙ)の画素は欠陥候補と判定する。欠陥
判定回路５０は、非欠陥候補画素は例えば０、欠陥候補
画素は不一致量を示す例えば１以上の値を持つdef(ｘ，
ｙ)を出力する。そして、特徴抽出回路５０ａでは、ノ
イズ除去処理（例えば、def(ｘ，ｙ)に対して縮小・膨
張の処理を行う。）によってノイズ的な出力を削除した
あと、近隣の欠陥候補部を一つにまとめる欠陥候補部の
マージ処理を行う。その後、一まとまりごとに、重心座
標、ＸＹ投影長、面積などの特徴量８８を算出して出力
することになる。

【００８８】本実施の形態の第２の変形は、図７に示す
ように、画素単位の位置合わせ及び、画素以下の位置ず
れ検出を行わない。検出部１０１で画像を検出する位置
精度がさらに高く、検出された画像の検出位置の誤差が
無視できる程度である場合には、画素以下の位置ずれ検
出も不要となる。即ち、図７に示す第２の変形が、図１
に示す実施の形態と相違する構成は、検出部１０１で画
像を検出する位置精度が高く、検出された画像の検出位
置の誤差が無視できる程度であるために、画素単位の位
置合わせ部４２および画素以下のずれ検出部４３をなく
し、全体制御部１４０から入力される比較間隔Ｐを画素
サイズｅで割った値の小数点以下の値ωを出力するサブ
ＣＰＵ４５を備えた画像処理部１０３ｃを備えたことに
ある。画像の比較間隔をＰ（チップ比較の場合には、比
較するチップ間の間隔、セル比較の場合には比較するメ
モリセル間の間隔）、画素サイズをｅ、比較間隔Ｐを画
素サイズｅで割った値の小数点以下の値ωx，ωyとす
る。この時は画素以下の位置ずれ検出の結果として得ら
れるδｘ、δｙのかわりに、ωx／２，ωy／２を用い
る。すなわち、次に示す(数１５’)式によりＡ(ｘ，ｙ)
を求めることが必要となる。

【００８９】 Ａ(ｘ，ｙ)＝{ｄx1(ｘ，ｙ)＊ωx/2−ｄx2(ｘ，ｙ)＊(−ωx/2)}＋{ｄy1(ｘ， ｙ)＊ωy/2−ｄy2(ｘ，ｙ)＊(−ωy/2)}＝{ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ)}＊ω＋ {ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄy2(ｘ，ｙ)}＊ω (数１５’) この第２の変形においても、しきい値演算回路４８から
は、(数１３)式に基づく上限のしきい値（上限の許容範
囲を示す許容値）thH(ｘ，ｙ)と(数１４)式に基づく下
限のしきい値（下限の許容範囲を示す許容値）thL(ｘ，
ｙ)とが出力される。欠陥判定回路５０では、差画像抽
出回路（差分抽出回路）４９から得られる差画像（距離
画像）sub(ｘ，ｙ)、並びにしきい値演算回路４８から
得られる下限のしきい値（下限の許容範囲を示す許容
値）thL(ｘ，ｙ)、および上限のしきい値（上限の許容
範囲を示す許容値）thH(ｘ，ｙ)を用いて、上記(数２
４)式の関係を満たせば、位置(ｘ，ｙ)の画素は非欠陥
候補、満たさなければ位置(ｘ，ｙ)の画素は欠陥候補と
判定する。欠陥判定回路５０は、非欠陥候補画素は例え
ば０、欠陥候補画素は不一致量を示す例えば１以上の値
を持つdef(ｘ，ｙ)を出力する。そして、特徴抽出回路
５０ａでは、ノイズ除去処理（例えば、def(ｘ，ｙ)に
対して縮小・膨張の処理を行う。）によってノイズ的な
出力を削除したあと、近隣の欠陥候補部を一つにまとめ
る欠陥候補部のマージ処理を行う。その後、一まとまり
ごとに、重心座標、ＸＹ投影長、面積などの特徴量８８
を算出して出力することになる。

【００９０】本実施の形態の第３の変形は、画素以下の
位置ずれ量を、式(数４)〜(数１１）式のようにして求
める代わりに、画像ｆ１とｇ1が画素単位に位置が合っ
た状態でのｆ1とｇ1の階調値（濃淡値）の差の２乗和
（和をとる範囲は小領域ごと）、および、ｇ1をｆ1に対
して種々の方向に画素の整数倍ずらした時の差の２乗和
（和をとる範囲は小領域ごと）を求め、これらの値の補
間により、ｇ1をｆ1に対して１画素以下の任意の量だけ
ずらした時の差の２乗和を定義し、これが最小値をとる
ずらし量を、算出すべき位置ずれ量として用いるように
する。または、差の２乗和の代わりに、差の絶対値の和
を用いるようにする。または、差の２乗和の代わりに正
規化相関を用いるようにする。本実施の形態の第４の変
形は、(数１３)〜(数２３)式の計算方法に関わる変形で
ある。

【００９１】(数１８)〜(数２１)の代わりに、次に示す
(数２５)〜(数２８)式を用いる。

【００９２】 ｄx1(ｘ，ｙ)＝［{ｆ1(ｘ＋１，ｙ)＋ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋１)}−{ｆ1(ｘ，ｙ)＋ ｆ1(ｘ，ｙ＋１)}］／２ (数２５) ｄx2(ｘ，ｙ)＝［{ｇ1(ｘ，ｙ)＋ｇ1(ｘ，ｙ−１)}−{ｇ1(ｘ−１，ｙ)＋ｇ1( ｘ−１，ｙ−１)}］／２ (数２６) ｄy1(ｘ，ｙ)＝［{ｆ1(ｘ，ｙ＋１)＋ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋１)}−{ｆ1(ｘ，ｙ)＋ ｆ1(ｘ＋１，ｙ)}］／２ (数２７) ｄy2(ｘ，ｙ)＝［{ｇ1(ｘ，ｙ)＋ｇ1(ｘ−１，ｙ)}−{ｇ1(ｘ，ｙ−１)＋ｆ1( ｘ−１，ｙ−１)}］／２ (数２８) あるいは、(数１８)〜(数２１)式の代わりに、次に示す
(数２９)〜(数３０)式を用いる。

【００９３】 ｄx1(ｘ，ｙ)＝ｄy1(ｘ，ｙ)＝max{ｆ1(ｘ，ｙ)，ｆ1(ｘ＋１，ｙ)，ｆ1(ｘ， ｙ＋１)，ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋１)}−min{ｆ1(ｘ，ｙ)，ｆ1(ｘ＋１，ｙ)，ｆ1(ｘ ，ｙ＋１)，ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋１)} (数２ ９) ｄx2(ｘ，ｙ)＝ｄy2(ｘ，ｙ)＝max{ｇ1(ｘ，ｙ)，ｇ1(ｘ−１，ｙ)，ｇ1(ｘ， ｙ−１)，ｇ1(ｘ−１，ｙ−１)}−min{ｇ1(ｘ，ｙ)，ｇ1(ｘ−１，ｙ)，ｇ1(ｘ ，ｙ−１)，ｇ1(ｘ−１，ｙ−１)} (数３ ０) あるいは、(数１６)式のかわりに、(数３１)式を用い
る。 Ｂ(ｘ，ｙ)＝［{(ｄx1(ｘ，ｙ)＋ｄx2(ｘ，ｙ))＊α)}²＋{(ｄy1(ｘ，ｙ)＋ｄ y2(ｘ，ｙ)}＊β)}²］の平方根 (数３１) ｘ方向のパターンエッジの位置ずれとｙ方向のパターン
エッジの位置ずれが独立事象とすれば、(数１６)式より
も(数３１)式の方が高い性能が得られるはずである。し
かし、(数３１)式は(数１６)式に比べてハードウエアの
規模が大きくなるという問題があるため、ハードウエア
の規模が大きくなっても、より高性能を得たい時にだけ
(数３１)式を採用するのがよいであろう。あるいは、
(数１７)式のかわりに、次に示す(数３２)〜(数３４)式
を用いる。 Ｃ(ｘ，ｙ)＝（(ave1＋ave2)／２）＊γ＋ε (数３２) ここで ave1＝{ｆ1(ｘ，ｙ)＋ｆ1(ｘ＋１，ｙ)＋ｆ1(ｘ，ｙ＋１)＋ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋ １)}／４ (数３３) ave2＝{ｇ1(ｘ，ｙ)＋ｇ1(ｘ−１，ｙ)＋ｇ1(ｘ，ｙ−１)＋ｇ1(ｘ−１，ｙ− １)}／４ (数３４) あるいは、(数１７)式のかわりに、max1（(数２２)式参
照）、max2（(数２３)式参照）、ave1（(数３３)式参
照）、ave2（(数３４)式参照）等の代表階調値に対する
ルックアップテーブルをサブＣＰＵ４５によってあらか
じめ作成しておき、それに従って、しきい値演算回路４
８はＣ(ｘ，ｙ)を求めるようにする。画像検出の系によ
っては、階調値の変動の仕方が関数で表しづらい場合も
あり得る。そういう場合はこのようにルックアップテー
ブルを用いる法が好都合である。

【００９４】あるいは、(数１３)式、(数１４)式の代わ
りに、次に示す(数３５)式、(数３６)式を用いる。 thH(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)＋｛Ｂ(ｘ，ｙ)²＋Ｃ(ｘ，ｙ)²｝の平方根 (数３５) thL(ｘ，ｙ)＝Ａ(ｘ，ｙ)−｛Ｂ(ｘ，ｙ)²＋Ｃ(ｘ，ｙ)²｝の平方根 (数３６) 個々のパターンエッジの微小な位置ずれと階調値の変動
が独立事象とすれば、(数１３)式、(数１４)式よりも
(数３５)式、(数３６)式の方が高い性能が得られるはず
である。しかし、後者は全社に比べてハードウエアの規
模が大きくなるという問題があるため、ハードウエアの
規模が大きくなっても、より高性能を得たい時にだけ後
者を採用するのがよいであろう。

【００９５】＜第２の実施の形態＞本発明に係るパター
ン検査方法および装置の第二の実施の形態を図８を用い
て説明する。本実施の形態も図１に示した第一の実施の
形態と同様、検出部１０１、画像取り出し部１０２、画
像処理部１０３ｄ、システム全体を制御する全体制御部
１０４からなる。検出部１０１、画像取り出し部１０
２、全体制御部１０４は第一の実施の形態と同様であ
る。画像処理部１０３ｄについても、画素以下の位置ず
れ検出部４３において画素以下のずれ量δx0、δy0を算
出するまでは第一の実施の形態と同様である。位置ずれ
画像生成部Ａ５１、位置ずれ画像生成部Ｂ５２、位置ず
れ画像生成部Ｃ５３、位置ずれ画像生成部Ｄ５４では、
比較する検出画像ｆ1と比較画像ｇ1が計算上最もよく一
致する関係、すなわち、検出画像ｆ1を＋δx0、＋δy0
ずらし、比較画像ｇ1を−δx0、−δy0ずらした位置関
係を中心に、更に種々の方向に互いをずらした画像を生
成する。ｘ方向のずらし量をα、ｙ方向のずらし量をβ
とする（α、βは０〜０．５の実数）。即ち、ｆ2A（ｆ
1をｘ方向に＋αずらした画像）、ｇ2A（ｇ1をｘ方向に
−αずらした画像）、ｆ2B（ｆ1をｘ方向に−αずらし
た画像）、ｇ2B（ｇ1をｘ方向に＋αずらした画像）、
ｆ2C（ｆ1をｙ方向に＋βずらした画像）、ｇ2C（ｇ1を
ｙ方向に−βずらした画像）、ｆ2D（ｆ1をｙ方向に−
βずらした画像）、ｇ2D（ｇ1をｙ方向に＋βずらした
画像）を生成する。この際、δx0、δy0、α、βはいず
れも非整数であるため、ずらした画像を何らかの方法で
作り出す必要がある。画像の生成には様々な方法が知ら
れているが、ここでは線形補間により画像を生成する場
合について示す。

【００９６】 ｆ2A(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0＋α，ｙ＋δy0)＝ｆ1(ｘ，ｙ)＋(δx0＋α){ｆ1 (ｘ＋１，ｙ)−ｆ1(ｘ，ｙ)}＋δy0{ｆ1(ｘ，ｙ＋１)−ｆ1(ｘ，ｙ)} (数３７) ｇ2A(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0−α，ｙ−δy0)＝ｇ1(ｘ，ｙ)＋(δx0＋α){ｇ1 (ｘ−１，ｙ)−ｇ1(ｘ，ｙ)}＋δy0{ｇ1(ｘ，ｙ−１)−ｇ1(ｘ，ｙ)} (数３８) ｆ2B(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0−α，ｙ＋δy0)＝ｆ1(ｘ，ｙ)＋(δx0−α){ｆ1 (ｘ＋１，ｙ)−ｆ1(ｘ，ｙ)}＋δy0{ｆ1(ｘ，ｙ＋１)−ｆ1(ｘ，ｙ)} (数３９) ｇ2B(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0＋α，ｙ−δy0)＝ｇ1(ｘ，ｙ)＋(δx0−α){ｇ1 (ｘ−１，ｙ)−ｇ1(ｘ，ｙ)}＋δy0{ｇ1(ｘ，ｙ−１)−ｇ1(ｘ，ｙ)} (数４０) ｆ2C(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0，ｙ＋δy0＋β)＝ｆ1(ｘ，ｙ)＋δx0{ｆ1(ｘ＋ １，ｙ)−ｆ1(ｘ，ｙ)}＋(δy0＋β){ｆ1(ｘ，ｙ＋１)−ｆ1(ｘ，ｙ)} (数４１) ｇ2C(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0，ｙ−δy0−β)＝ｇ1(ｘ，ｙ)＋δx0{ｇ1(ｘ− １，ｙ)−ｇ1(ｘ，ｙ)}＋(δy0＋β){ｇ1(ｘ，ｙ−１)−ｇ1(ｘ，ｙ)} (数４２) ｆ2D(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0，ｙ＋δy0−β)＝ｆ1(ｘ，ｙ)＋δx0{ｆ1(ｘ＋ １，ｙ)−ｆ1(ｘ，ｙ)}＋(δy0−β){ｆ1(ｘ，ｙ＋１)−ｆ1(ｘ，ｙ)} (数 ４３) ｇ2D(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0，ｙ−δy0＋β)＝ｇ1(ｘ，ｙ)＋δx0{ｇ1(ｘ− １，ｙ)−ｇ1(ｘ，ｙ)}＋(δy0−β){ｇ1(ｘ，ｙ−１)−ｇ1(ｘ，ｙ)} (数４４) 差分抽出部Ａ５５では、次に示す(数４５)式に基いて画
素ずれ画像生成部Ａ５１から出力されるｇ2A(ｘ，ｙ)と
ｆ2A(ｘ，ｙ)との差画像subＡを求め、差分抽出部Ｂ５
６では、次に示す(数４６)式に基いて画素ずれ画像生成
部Ｂ５２から出力されるｇ2B(ｘ，ｙ)とｆ2B(ｘ，ｙ)と
の差画像subＢを求め、差分抽出部Ｃ５７では、次に示
す(数４７)式に基いて画素ずれ画像生成部Ｃ５３から出
力されるｇ2C(ｘ，ｙ)とｆ2C(ｘ，ｙ)との差画像subＣ
を求め、差分抽出部Ｄ５８では、次に示す(数４８)式に
基いて画素ずれ画像生成部Ｄ５４から出力されるｇ2D
(ｘ，ｙ)とｆ2D(ｘ，ｙ)との差画像subＤを求める。す
なわち、 subＡ(ｘ，ｙ)＝ｇ2A(ｘ，ｙ)−ｆ2A(ｘ，ｙ) (数４５) subＢ(ｘ，ｙ)＝ｇ2B(ｘ，ｙ)−ｆ2B(ｘ，ｙ) (数４６) subＣ(ｘ，ｙ)＝ｇ2C(ｘ，ｙ)−ｆ2C(ｘ，ｙ) (数４７) subＤ(ｘ，ｙ)＝ｇ2D(ｘ，ｙ)−ｆ2D(ｘ，ｙ) (数４８) 最大値最小値抽出部５９では、差分抽出部Ａ５５からの
出力subＡ、差分抽出部Ｂ５６からの出力subＢ、差分抽
出部Ｃ５７からの出力subＣ、差分抽出部Ｄ５８からの
出力subＤを比較して、画素ごとに次の(数４９)式で示
す最大値submax(ｘ，ｙ)と次の(数５０)式で示す最小値
submin(ｘ，ｙ)を求める。すなわち、 submax(ｘ，ｙ)＝max{subＡ(ｘ，ｙ)，subＢ(ｘ，ｙ)，subＣ(ｘ，ｙ)，subＤ (ｘ，ｙ)} (数４９) submin(ｘ，ｙ)＝min{subＡ(ｘ，ｙ)，subＢ(ｘ，ｙ)，subＣ(ｘ，ｙ)，subＤ (ｘ，ｙ)} (数５０) 一方、階調値変動の許容値演算部６０では、検出画像ｆ
1、および比較画像ｇ1のそれぞれにおいて、局所領域で
の階調値（濃淡値）の代表値（ここではmax値）を求
め、次に(数１７)式と同様に(数５１)式で示す如くその
代表値の関数として、次の階調値の変動の許容値ｄ
(ｘ，ｙ)を画素ごとに求める。

【００９７】 ｄ(ｘ，ｙ)＝（(max1＋max2)／２）＊γ＋ε (数５１) （γは０以上の実数、εは０以上の整数） max1＝max{ｆ1(ｘ，ｙ)，ｆ1(ｘ＋１，ｙ)，ｆ1(ｘ，ｙ＋１)，ｆ1(ｘ＋１， ｙ＋１)｝ (数５２) max2＝max{ｇ1(ｘ，ｙ)，ｇ1(ｘ−１，ｙ)，ｇ1(ｘ，ｙ−１)，ｇ1(ｘ−１， ｙ−１)｝ (数５３) 欠陥判定回路６１では、最大値最小値抽出部５９で求め
たsubmax(ｘ，ｙ)、submin(ｘ，ｙ)に、先に求めた階調
値の変動の許容値ｄ(ｘ，ｙ)を、それぞれ加算、減算し
て、その結果両者の符号が逆であれば、非欠陥候補、両
者の符号が等しければ欠陥候補と判定する。すなわち、
次に示す(数５４)式の関係を満たせば、位置(ｘ，ｙ)の
画素は非欠陥候補、満たさなければ位置(ｘ，ｙ)の画素
は欠陥候補と判定する。そして、非欠陥候補画素は例え
ば０、欠陥候補画素は例えば１以上の値を持つdef(ｘ，
ｙ)を出力する。(数５４)式は、{submax(ｘ，ｙ)＋ｄ
(ｘ，ｙ)}と{submin(ｘ，ｙ)−ｄ(ｘ，ｙ)}との間にお
いて、互いに極性が異なる関係であることを意味する。

【００９８】 {submax(ｘ，ｙ)＋ｄ(ｘ，ｙ)}＊{submin(ｘ，ｙ)−ｄ(ｘ，ｙ)}≦０(数５４) 本第二の実施の形態でのパラメータα、βは、第一の実
施の形態におけるα、βと同様の意味を持つ。第一の実
施の形態では、個々のパターンエッジの微小な位置ずれ
を許容するために、α、βにより前記(数１３)式および
(数１４)式で示すしきい値thH(ｘ，ｙ)、thL(ｘ，ｙ)の
第２項Ｂ(ｘ，ｙ)を調整したのに対し、本第二の実施の
形態では、検出画像ｆ1(ｘ，ｙ)と比較画像ｇ1(ｘ，ｙ)
との間において実際に±α、±βだけ位置をずらしてい
る。このことが、パターンエッジの微小な位置ずれ（パ
ターン形状やパターン歪等による微小な差異に基づく微
小な位置ずれ）を許容することになる意味を図９及び図
１０を用いて説明する。

【００９９】図９、および図１０は比較する二つの画像
のある特定のパターンエッジに着目したものであり、画
像ｆのエッジを実線で、画像ｇのエッジを点線で示して
いる。ここでは、簡単のため画像ｆと画像ｇの階調値は
等しいとし、また、ｘ方向にだけ位置をずらすことにす
る。図９は、（ａ）に示すように画像ｆと画像ｇとの間
においてパターンエッジの微小な位置ずれがない場合を
示す。この時に図９（ｂ）に示すように画像ｇを右にシ
フトさせると、差画像（ｇ−ｆ）はエッジ部で最小値
（(数５０)式で示されるsubmin(ｘ，ｙ)に相当する。）
として負の値をとる。逆に、図９（ｃ）に示すように画
像ｇを左にシフトさせると、差画像（ｇ−ｆ）はエッジ
部で最大値（(数４９)式で示されるsubmax(ｘ，ｙ)に相
当する。）として正の値をとる。もともと画像ｆと画像
ｇとの間において位置ずれがない場合には、画像ｆに対
して画像ｇをシフトさせる量がいかに小さくても差画像
（ｇ−ｆ）のエッジ部における最小値と最大値の極性
（符号）は、（ｂ）に示す最小値では負の極性、（ｃ）
に示す最大値では正の極性である。

【０１００】一方、図１０は、（ａ）に示すようにパタ
ーンエッジに微小な位置ずれがある場合を示す。この時
は、画像ｆに対して上記微小な位置ずれに比べて画像ｇ
をシフトさせる量が少ないと、（ｂ）および（ｃ）に示
すように、画像ｇを右にシフトしても、左にシフトして
も、差画像（ｇ−ｆ）のエッジ部における最小値（(数
５０)式で示されるsubmin(ｘ，ｙ)に相当する。）およ
び最大値（(数４９)式で示されるsubmax(ｘ，ｙ)に相当
する。）の極性（符号）は負の極性である。従って、両
方向にシフトさせて最小値と最大値との極性（符号）が
変わったら、即ち{submax(ｘ，ｙ)}＊{submin(ｘ，ｙ)}
≦０を満足したならば非欠陥候補、最小値と最大値との
極性（符号）が同じならば、即ち{submax(ｘ，ｙ)}＊{s
ubmin(ｘ，ｙ)}≦０を満足しないならば欠陥候補とする
場合において、図１０（ａ）に示すようなパターンエッ
ジの微小な位置ずれがあっても欠陥候補と判定されない
ためには、シフト量をある程度以上にしなければならな
い。言い換えれば、シフト量によって、どの程度のパタ
ーンエッジを許容するか調整することができるのであ
る。第二の実施の形態におけるパラメータα、βは、こ
のシフト量にあたる。すなわち、α、βは、パターンエ
ッジの位置ずれの許容量をコントロールするパラメータ
である。

【０１０１】また、本第二の実施の形態での、(数５１)
式で表されるｄ(ｘ，ｙ)は、第一の実施の形態における
Ｃ(ｘ，ｙ)（(数１７)式参照）と同様、階調値（濃淡
値）の微小な差異を許容するためのものである。図９、
および図１０の説明では画像ｆと画像ｇの階調値が等し
いとしたが、両画像の階調値に差があると、シフト後の
差画像の符号に誤差が生じてくる。そこで、（数５４）
式に基いて極性（符号）を比較する前に階調値の変動許
容値ｄ(ｘ，ｙ)を加算{submax(ｘ，ｙ)＋ｄ(ｘ，ｙ)}あ
るいは減算{submin(ｘ，ｙ)−ｄ(ｘ，ｙ)}をしておくこ
とによって、階調値の差が差画像の極性（符号）に影響
を及ばさないようにするわけである。ｄ(ｘ，ｙ)は局所
領域での階調値の代表値（ここではmax値）に比例定数
γを掛けた値と、定数εとの和としたが、第１の実施の
形態の説明においても述べたように、階調値の変動の仕
方が既知であれば、それに合った関数にすべきである。
本実施の形態では、画素以下の位置ずれ検出の結果得ら
れた小領域全体としての位置ずれ量が、位置ずれ画像を
生成する際の原点座標として生かされ、種々の方向に位
置をずらした画像を生成することによって個々のパター
ンエッジの微小な位置ずれが許容され、また、局所領域
ごとに階調値の変動許容値を算出することによって階調
値の微小な差異が許容されるようになっている。また、
第１の実施の形態と同様、パラメータα、β、γ、εに
よって、位置ずれ、階調値の変動の許容量のコントロー
ルを自由に行うことが可能である。

【０１０２】＜第２の実施の形態の変形＞本第２の実施
の形態においても、第１の実施の形態と同様、検出部１
０１で画像を検出する位置精度が高く、検出された画像
の検出位置誤差が１画素未満である場合は、画素単位の
位置合わせを省略することが可能である。また、検出部
１０１で画像を検出する位置精度がさらに高く、検出さ
れた画像の検出位置の誤差が無視できる程度である場合
には、画素単位の位置合わせ及び、画素以下の位置ずれ
検出の両方を省略することが可能である。また、(数３
７)〜(数４４)式の線形補間を用いたが、より精密な双
線形補間を用いるという変形がありえる。この場合は
(数３７)〜(数４４)式の代わりに、次に示す(数５５)〜
(数６２)式のようにする。

【０１０３】 ｆ2A(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0＋α，ｙ＋δy0)＝(１−δx0−α)(１−δy0)ｆ1 (ｘ，ｙ)＋(δx0＋α)(１−δy0)ｆ1(ｘ＋１，ｙ)＋(１−δx0−α)δy0ｆ1(ｘ ，ｙ＋１)＋(δx0＋α)δy0ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋１) (数５ ５) ｇ2A(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0−α，ｙ−δy0)＝(１−δx0−α)(１−δy0)ｇ1 (ｘ，ｙ)＋(δx0＋α)(１−δy0)ｇ1(ｘ−１，ｙ)＋(１−δx0−α)δy0ｇ1(ｘ ，ｙ−１)＋(δx0＋α)δy0ｇ1(ｘ−１，ｙ−１) (数５ ６) ｆ2B(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0−α，ｙ＋δy0)＝(１−δx0＋α)(１−δy0)ｆ1 (ｘ，ｙ)＋(δx0−α)(１−δy0)ｆ1(ｘ＋１，ｙ)＋(１−δx0＋α)δy0ｆ1(ｘ ，ｙ＋１)＋(δx0−α)δy0ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋１) (数５ ７) ｇ2B(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0＋α，ｙ−δy0)＝(１−δx0＋α)(１−δy0)ｇ1 (ｘ，ｙ)＋(δx0−α)(１−δy0)ｇ1(ｘ−１，ｙ)＋(１−δx0＋α)δy0ｇ1(ｘ ，ｙ−１)＋(δx0−α)δy0ｇ1(ｘ−１，ｙ−１) (数５ ８) ｆ2C(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0，ｙ＋δy0＋β)＝(１−δx0)(１−δy0−β)ｆ1 (ｘ，ｙ)＋δx0(１−δy0−β)ｆ1(ｘ＋１，ｙ)＋(１−δx0)(δy0＋β)ｆ1(ｘ ，ｙ＋１)＋δx0(δy0＋β)ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋１) (数５ ９) ｇ2C(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0，ｙ−δy0−β)＝(１−δx0)(１−δy0−β)ｇ1 (ｘ，ｙ)＋δx0(１−δy0−β)ｇ1(ｘ−１，ｙ)＋(１−δx0)(δy0＋β)ｇ1(ｘ ，ｙ−１)＋δx0(δy0＋β)ｇ1(ｘ−１，ｙ−１) (数６ ０) ｆ2D(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0，ｙ＋δy0−β)＝(１−δx0)(１−δy0＋β)ｆ1 (ｘ，ｙ)＋δx0(１−δy0＋β)ｆ1(ｘ＋１，ｙ)＋(１−δx0)(δy0−β)ｆ1(ｘ ，ｙ＋１)＋δx0(δy0−β)ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋１) (数６ １) ｇ2D(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0，ｙ−δy0＋β)＝(１−δx0)(１−δy0＋β)ｇ1 (ｘ，ｙ)＋δx0(１−δy0＋β)ｇ1(ｘ−１，ｙ)＋(１−δx0)(δy0−β)ｇ1(ｘ ，ｙ−１)＋δx0(δy0−β)ｇ1(ｘ−１，ｙ−１) (数６ ２) また、ずらす方向についても、上記のように上下左右の
４方向でなく、斜め方向も加えた８方向にするという変
形がありえる。４方向よりも８方向の方が、許容される
位置ずれ量が等方的になるという利点がある。この場合
は、図８では４個だった位置ずれ画像生成部５１〜５
４、および差分抽出部５５〜５８が８個必要である。斜
め方向のずらし量は、上下左右と等しいずらし量にすべ
きであるため、(数６３)〜(数７０)式のようにする。 ｆ2E(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0＋α／√２，ｙ＋δy0＋β／√２) (数６３) ｇ2E(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0−α／√２，ｙ−δy0−β／√２) (数６４) ｆ2F(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0＋α／√２，ｙ＋δy0−β／√２) (数６５) ｇ2F(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0−α／√２，ｙ−δy0＋β／√２) (数６６) ｆ2G(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0−α／√２，ｙ＋δy0＋β／√２) (数６７) g2G(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0＋α／√２，ｙ−δy0−β／√２) (数６８) ｆ2H(ｘ，ｙ)＝ｆ1(ｘ＋δx0−α／√２，ｙ＋δy0−β／√２) (数６９) ｇ2H(ｘ，ｙ)＝ｇ1(ｘ−δx0＋α／√２，ｙ−δy0＋β／√２) (数７０) 斜め方向の補間の方法についても、線形補間、双線形補
間その他が可能である。

【０１０４】また、第１の実施の形態の第４の変形と同
様、(数５１)式のかわりに、(数７１)〜(数７３)式を用
いるという変形もありえる。

【０１０５】 ｄ(ｘ，ｙ)＝（(ave1＋ave2)／２）＊γ＋ε (数７１) ここで、 ave1＝{ｆ1(ｘ，ｙ)＋ｆ1(ｘ＋１，ｙ)＋ｆ1(ｘ，ｙ＋１)＋ｆ1(ｘ＋１，ｙ＋ １)}／４ (数７２) ave2＝{ｇ1(ｘ，ｙ)＋ｇ1(ｘ−１，ｙ)＋ｇ1(ｘ，ｙ−１)＋ｇ1(ｘ−１，ｙ− １)}／４ (数７３) あるいは、(数５１)式のかわりに、max1（(数５２)式参
照）、max2（(数５３)式参照）、ave1（(数７２)式参
照）、ave2（(数７３)式参照）等の代表階調値に対する
ルックアップテーブルをサブＣＰＵ４５等においてあら
かじめ作成しておき、許容値演算部６０において、それ
に従って、ｄ(ｘ，ｙ)を求めるようにするという変形も
ありえる。

【０１０６】＜第１の実施の形態と第２の実施の形態共
通の変形＞以上説明した第一、第二の実施の形態では、
同一の対象物から得た二つの画像を比較する方法を示し
たが、別の対象物で検出してあらかじめ格納しておいた
画像、あるいは設計データから生成した画像と比較する
場合でも画像処理部における内容は同様に実施できるこ
とは明らかである。また、以上説明した第一、第二の実
施の形態では、電子光学的検出手段を用いる装置の場合
について説明したが、図４に示すような光学的検出手段
等、いかなる検出手段を用いる方式でも同様に実施でき
ることは言うまでもない。即ち、図４には、光学的検出
手段（検出部）１０１’を用いるパターン検査装置の概
略構成を示す。検出部１０１’は、半導体ウエハ等の被
検査対象物１００を載置してｘ，ｙ方向に移動するステ
ージ２と、光源３と、該光源３から出射した光を集光す
る照明光学系４と、該照明光学系４で集光された照明光
を被検査対象物１００に照明し、被検査対象物１００か
ら反射して得られる光学像を結像させる対物レンズ５
と、該対物レンズ５を含めた検出光学系で結像された光
学像を受光して明るさに応じた画像信号に変換する光電
変換素子の一実施例である１次元イメージセンサ６とか
ら構成される。そして、検出部１０１’の１次元イメー
ジセンサ６で検出された画像信号は、画像入力部１０
２’に入力される。画像入力部１０２’は、Ａ／Ｄ変換
器３９と、Ａ／Ｄ変換器３９から得られる階調値（濃淡
値）を有するデジタル画像信号から比較画像ｇ0を作成
するために該デジタル画像信号を記憶する画像メモリ部
４１’とを有している。当然、画像入力部１０２’に
は、シェーディング補正、暗レベル補正、フィルタリン
グ処理等の前処理回路４０を備えても良い。画像処理部
１０３ａは、図１に示す構成と同様であり、同じ画像処
理に基づく欠陥候補と非欠陥候補との判定と、欠陥候補
についての特徴量の算出を行うことができる。ただし、
画像処理部１０３ａには、画像メモリ部４１から比較画
像を取り出す比較画像取出部７８を備えている。このよ
うに、図１に示す遅延回路４１の代わりに、画像メモリ
部４１’と比較画像取出部７８とで構成してもよい。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、被検査対象物および画
像検出系に起因した、パターン形状の微小な差異、階調
値の差異、パターンの歪み、位置ずれといった不一致が
引き起こす虚報を低減し、より微細な欠陥または欠陥候
補の検出が可能となる効果を奏する。また本発明によれ
ば、電子顕微鏡による被検査対象物上に形成されたパタ
ーンの検査において、被検査対象物および画像検出系に
起因した、パターン形状の微小な差異、階調値の差異、
パターンの歪み、位置ずれといった不一致が引き起こす
虚報を低減し、より微細な欠陥または欠陥候補の検出が
可能となる効果を奏する。また本発明によれば、電子顕
微鏡による被検査対象物上に形成されたパターンから安
定した階調値（濃淡値）を有する画像信号を得ることが
でき、その結果安定してより微細な欠陥または欠陥候補
の検査を実現することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子顕微鏡を用いたパターン検査
方法及び装置の第一の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図２】本発明に係る被検査対象物の一例として示した
半導体ウエハのレイアウト図である。

【図３】本発明に係るサンプリング誤差を説明するため
の図である。

【図４】本発明に係る光学顕微鏡を用いたパターン検査
方法及び装置の第一の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図５】本発明の第一の実施の形態に係るしきい値演算
回路の具体的構成を示す図である。

【図６】図１に示す第一の実施の形態における第一の変
形を説明するための図である。

【図７】図１に示す第一の実施の形態における第二の変
形を説明するための図である。

【図８】本発明による電子顕微鏡を用いたパターン検査
方法及び装置の第二の実施の形態を示す概略構成図であ
る。

【図９】本発明の第二の実施の形態に係る、位置ずれ画
像生成の意味を説明するための図である。

【図１０】図９と同じく、位置ずれ画像生成の意味を説
明するための図である。

【図１１】本発明に係る電子顕微鏡の一実施例を示す概
略構成図である。

【図１２】本発明に係る前処理回路の具体的構成を示す
図である。

【図１３】図１２に示す前処理回路で補正する内容を説
明するための図である。

【符号の説明】

１…ウエハ、３…光源、４…照明光学系、５…対物レン
ズ、６…１次元イメージセンサ、３１…電子銃、３２…
コンデンサレンズ、３３…対物レンズ、３４…走査偏向
器、３５…電子検出器、３６…アンプ、３７…グランド
電極、３８…リターディング電極、３９…Ａ／Ｄ変換
器、４０…前処理回路、４１…遅延回路、４２…画素単
位の位置合わせ部、４３…画素以下の位置ずれ検出部、
４４…統計量算出部、４５…サブＣＰＵ、４６…遅延回
路、４７…遅延回路、４８…しきい値演算回路（許容範
囲演算部）、４９…差分抽出回路（距離抽出部）、５０
…欠陥判定回路（欠陥判定部）、５０ａ…特徴抽出回
路、１０１、１０１’…検出部、１０２…画像取り出し
部、１０３、１０３ａ〜１０３ｄ…画像処理部、１０４
…全体制御部、５１…位置ずれ画像生成部Ａ、５２…位
置ずれ画像生成部Ｂ、５３…位置ずれ画像生成部Ｃ、５
４…位置ずれ画像生成部Ｄ、５５…差分抽出部（距離抽
出部）Ａ、５６…差分抽出部（距離抽出部）Ｂ、５７…
差分抽出部（距離抽出部）Ｃ、５８…差分抽出部（距離
抽出部）Ｄ、５９…最大値最小値抽出部、６０…階調値
変動の許容値演算部（階調値変動の許容範囲演算部）、
６１…欠陥判定回路（欠陥判定部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ Ｇ０６Ｆ 15/62 ４０５Ａ (72)発明者 渡辺 正浩 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 久邇 朝宏 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 田中 麻紀 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 二宮 隆典 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 土井 秀明 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 前田 俊二 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 野副 真理 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 品田 博之 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 高藤 敦子 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 杉本 有俊 東京都青梅市今井2326番地株式会社日立製 作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 宇佐見 康継 茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社 日立製作所計測器事業部内

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第
   ２の２次元画像における所定領域の画像とにおける位置
   ずれ量に応じて許容範囲を算出し、前記第１の２次元画
   像と前記第２の２次元画像との間における階調値による
   距離または差を求め、この求められた階調値による距離
   または差が前記算出された許容範囲に入っているか否か
   に応じて欠陥または欠陥候補を判定することを特徴とす
   るパターン検査方法。
2. 【請求項２】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第
   ２の２次元画像における所定領域の画像とにおける位置
   ずれ量と、許容値として設定されるパターンの微小な位
   置ずれ量とに応じて許容範囲を算出し、前記第１の２次
   元画像と第２の２次元画像との間における階調値による
   距離または差を求め、この求められた階調値による距離
   または差が前記算出された許容範囲に入っているか否か
   に応じて欠陥または欠陥候補を判定することを特徴とす
   るパターン検査方法。
3. 【請求項３】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第
   ２の２次元画像における所定領域の画像とにおける位置
   ずれ量と、許容値として設定される第１の２次元画像に
   おけるパターンの微小な位置ずれ量と、許容値として設
   定される各位置座標における階調値の変動とに応じて許
   容範囲を算出し、前記第１の２次元画像と第２の２次元
   画像との間における階調値による距離または差を求め、
   この求められた階調値による距離または差が前記算出さ
   れた許容範囲に入っているか否かに応じて欠陥または欠
   陥候補を判定することを特徴とするパターン検査方法。
4. 【請求項４】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間におい
   て抽出された階調値による距離または差に対して欠陥ま
   たは欠陥候補が存在するか否かについて判定する許容範
   囲に、前記第１の２次元画像における所定領域の画像と
   前記第２の２次元画像における所定領域の画像とにおけ
   る位置ずれ量に応じた階調値の変動成分を組み入れたこ
   とを特徴とするパターン検査方法。
5. 【請求項５】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間におい
   て抽出された階調値による距離または差に対して欠陥ま
   たは欠陥候補が存在するか否かについて判定する許容範
   囲に、前記第１の２次元画像における所定領域の画像と
   前記第２の２次元画像における所定領域の画像とにおけ
   る位置ずれ量に応じた階調値の変動成分と、許容値とし
   て設定されるパターンの微小な位置ずれ量に応じた階調
   値の変動成分とを組み入れたことを特徴とするパターン
   検査方法。
6. 【請求項６】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間におい
   て抽出された階調値による距離または差に対して欠陥ま
   たは欠陥候補が存在するか否かについて判定する許容範
   囲に、前記第１の２次元画像における所定領域の画像と
   前記第２の２次元画像における所定領域の画像とにおけ
   る位置ずれ量に応じた階調値の変動成分と、許容値とし
   て設定されるパターンの微小な位置ずれ量に応じた階調
   値の変動成分と、許容値として設定される各位置座標に
   おける階調値の変動成分とを組み入れたことを特徴とす
   るパターン検査方法。
7. 【請求項７】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間におけ
   る階調値の距離または差を求める第１の過程と、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間の位置
   ずれ量から、画素ごとまたは複数画素ごとに距離または
   差の許容範囲を求める第２の過程と、 前記第１の過程で求めた距離または差が、前記第２の過
   程で求めた許容範囲内であるか否かを画素ごとまたは複
   数画素毎に判定する第３の過程と、を有することを特徴
   とするパターン検査方法。
8. 【請求項８】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とにおける位
   置ずれ量を算出する第１の過程と、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間におけ
   る階調値の距離または差を求める第２の過程と、 前記第１の過程で算出した位置ずれ量に応じて画素ごと
   または複数画素ごとに距離または差の許容範囲を求める
   第３の過程と、 前記第２の過程で求めた距離または差が、前記第３の過
   程で求めた許容範囲内であるか否かを画素ごとまたは複
   数画素ごとに判定する第４の過程と、を有することを特
   徴とするパターン検査方法。
9. 【請求項９】被検査対象物上における各点での物理量の
   サンプリング値が各画素について階調値で検出される第
   １の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象とし
   て各画素について階調値で表される第２の２次元画像と
   を比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を検
   査する方法であって、 前記第１の２次元画像と前記第２の２次元画像とを画素
   精度で位置合わせする第１の過程と、 前記第１の過程で位置合わせされた第１の２次元画像と
   第２の２次元画像とにおける位置ずれ量を算出する第２
   の過程と、 前記第１の過程で位置合わせされた第１の２次元画像と
   第２の２次元画像との間における階調値の距離または差
   を求める第３の過程と、 前記第２の過程で算出した位置ずれ量に応じて画素ごと
   または複数画素ごとに距離または差の許容範囲を求める
   第４の過程と、 前記第３の過程で求めた距離または差が、前記第４の過
   程で求めた許容範囲内であるか否かを画素ごとまたは複
   数画素ごとに判定する第５の過程と、を有することを特
   徴とするパターン検査方法。
10. 【請求項１０】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とを、位置ず
    れ量補正した状態から相対的に複数方向に所定量ずらし
    て各々の位置関係における第１の２次元画像と第２の２
    次元画像との間の階調値の距離または差を求める第１の
    過程と、 該第１の過程で求められた各々の位置関係における階調
    値の距離または差に基いて欠陥または欠陥候補について
    判定する第２の過程と、を有することを特徴とするパタ
    ーン検査方法。
11. 【請求項１１】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とを、位置ず
    れ量補正した状態から相対的に複数方向に所定量ずらし
    て各々の位置関係における第１の２次元画像と第２の２
    次元画像との間の階調値の距離または差を求める第１の
    過程と、 前記第１の２次元画像の階調値と第２の２次元画像の階
    調値から、距離または差の許容範囲を画素ごとまたは複
    数画素ごとに求める第２の過程と、 前記第１の過程で求められた各々の位置関係における階
    調値の距離または差と前記第２の過程で画素ごとまたは
    複数画素ごとに求められた距離または差の許容範囲とに
    基いて欠陥または欠陥候補について判定する第３の過程
    と、を有することを特徴とするパターン検査方法。
12. 【請求項１２】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間の位置
    ずれ量を算出する第１の過程と、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とを、第１の
    過程で算出された位置ずれ量を補正した状態から相対的
    に複数方向に所定量ずらして各々の位置関係における第
    １の２次元画像と第２の２次元画像との間の階調値の距
    離または差を画素ごとまたは複数画素ごとに求める第２
    の過程と、 前記第１の２次元画像の階調値と第２の２次元画像の階
    調値とから、距離または差の許容範囲を画素ごとまたは
    複数画素ごとに求める第３の過程と、 前記第２の過程で画素ごとまたは複数画素ごとに求めら
    れた各々の位置関係における距離と前記第３の過程で画
    素ごとまたは複数画素ごとに求められた距離の許容範囲
    とに基いて欠陥または欠陥候補について判定する第４の
    過程と、を有することを特徴とするパターン検査方法。
13. 【請求項１３】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する方法であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とを画素単位
    の精度で位置合わせする第１の過程と、 前記第１の過程で位置合わせされた第１の２次元画像と
    第２の２次元画像との間の１画素以下の位置ずれ量を算
    出する第２の過程と、 前記第１の過程で位置合わせされた第１の２次元画像と
    第２の２次元画像とを、第２の過程で算出された位置ず
    れ量を補正した状態から相対的に複数方向に所定量ずら
    して各々の位置関係における第１の２次元画像と第２の
    ２次元画像との間における階調値の距離または差を画素
    ごとまたは複数画素ごとに求める第３の過程と、 前記第１の過程で位置合わせされた第１の２次元画像の
    階調値と第２の２次元画像の階調値から、距離の許容範
    囲を画素ごとまたは複数画素ごとに求める第４の過程
    と、 前記第３の過程で画素ごとまたは複数画素ごとに求めら
    れた各々の位置関係における距離と前記第４の過程で画
    素ごとまたは複数画素ごとに求められた距離の許容範囲
    とに基いて欠陥または欠陥候補について判定する第５の
    過程と、を有することを特徴とするパターン検査方法。
14. 【請求項１４】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第
    ２の２次元画像における所定領域の画像との間における
    位置ずれ量に応じて許容範囲を算出し、前記第１の２次
    元画像と第２の２次元画像との間で画素単位（複数の画
    素からなる場合も含む）で階調値による距離または差を
    求め、この求められた画素単位での階調値による距離ま
    たは差が前記算出された許容範囲に入っているか否かに
    応じて欠陥または欠陥候補を判定する画像処理部を備え
    たことを特徴とするパターン検査装置。
15. 【請求項１５】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第
    ２の２次元画像における所定領域の画像とにおける位置
    ずれ量と、許容値として設定されるパターンの微小な位
    置ずれ量とに応じて許容範囲を算出し、前記第１の２次
    元画像と第２の２次元画像との間における階調値による
    距離または差を求め、この求められた階調値による距離
    または差が前記算出された許容範囲に入っているか否か
    に応じて欠陥または欠陥候補を判定する画像処理部を備
    えたことを特徴とするパターン検査装置。
16. 【請求項１６】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第
    ２の２次元画像における所定領域の画像とにおける位置
    ずれ量と、許容値として設定されるパターンの微小な位
    置ずれ量と、許容値として設定される各位置座標におけ
    る階調値の変動とに応じて許容範囲を算出し、前記第１
    の２次元画像と第２の２次元画像との間における階調値
    による距離または差を求め、この求められた階調値によ
    る距離または差が前記算出された許容範囲に入っている
    か否かに応じて欠陥または欠陥候補を判定する画像処理
    部を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
17. 【請求項１７】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間で抽出
    された階調値による距離または差に対して欠陥または欠
    陥候補が存在するか否かについて判定する許容範囲に、
    前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第
    ２の２次元画像における所定領域の画像とにおける位置
    ずれ量に応じた階調値の変動成分を組み入れた画像処理
    部を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
18. 【請求項１８】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間で抽出
    された階調値による距離または差に対して欠陥または欠
    陥候補が存在するか否かについて判定する許容範囲に、
    前記第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第
    ２の２次元画像における所定領域の画像との間における
    位置ずれ量に応じた階調値の変動成分と、許容値として
    設定されるパターンの微小な位置ずれ量に応じた階調値
    の変動成分とを組み入れた画像処理部を備えたことを特
    徴とするパターン検査装置。
19. 【請求項１９】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間で抽出
    された階調値の距離または差に対して欠陥または欠陥候
    補が存在するか否かについて判定する許容範囲に、前記
    第１の２次元画像における所定領域の画像と前記第２の
    ２次元画像における所定領域の画像との間における位置
    ずれ量に応じた階調値の変動成分と、許容値として設定
    されるパターンの微小な位置ずれ量に応じた階調値の変
    動成分と、許容値として設定される各位置座標における
    階調値の変動成分とを組み入れた画像処理部を備えたこ
    とを特徴とするパターン検査装置。
20. 【請求項２０】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間におけ
    る階調値の距離または差を求める距離抽出部と、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とにおける位
    置ずれ量から、画素ごとまたは複数画素ごとに距離また
    は差の許容範囲を求める許容範囲演算部と、 前記距離抽出部で求めた距離または差が、前記許容範囲
    演算部で求めた許容範囲内であるか否かを画素ごとまた
    は複数画素ごとに判定する欠陥判定部と、を有する演算
    処理部を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
21. 【請求項２１】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とにおける位
    置ずれ量を算出するずれ検出部と、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像との間におけ
    る階調値の距離または差を求める距離抽出部と、 前記ずれ検出部で算出した位置ずれ量に応じて画素ごと
    または複数画素ごとに距離または差の許容範囲を求める
    許容範囲演算部と、 前記距離抽出部で求めた階調値の距離または差が、前記
    許容範囲演算部で求めた許容範囲内であるか否かを画素
    ごとまたは複数画素ごとに判定する欠陥判定部と、を有
    す画像処理部を備えたことを特徴とするパターン検査装
    置。
22. 【請求項２２】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と前記第２の２次元画像とを画素
    精度で位置合わせする画素単位の位置合わせ部と、 前記画素単位の位置合わせ部で位置合わせされた第１の
    ２次元画像と第２の２次元画像とにおける位置ずれ量を
    算出するずれ検出部と、 前記画素単位の位置合わせ部で位置合わせされた第１の
    ２次元画像と第２の２次元画像との間における階調値の
    距離または差を求める距離抽出部と、 前記ずれ検出部で算出した位置ずれ量に応じて画素ごと
    または複数画素ごとに距離または差の許容範囲を求める
    許容範囲演算部と、 前記距離抽出回路で求めた階調値の距離または差が、前
    記許容範囲演算部で求めた許容範囲内であるか否かを画
    素ごとまたは複数画素ごとに判定する欠陥判定部と、を
    有する演算処理部を備えたことを特徴とするパターン検
    査装置。
23. 【請求項２３】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とを、位置ず
    れ量を補正した状態から相対的に複数方向に所定量ずら
    して各々の位置関係における第１の２次元画像と第２の
    ２次元画像との間の階調値で示される距離または差を画
    素ごとまたは複数画素ごとに求める位置ずれ画像生成・
    距離抽出部と、 該位置ずれ画像生成・距離抽出部で求められた各々の位
    置関係における距離または差に基いて欠陥または欠陥候
    補について判定する欠陥判定部と、を有する画像処理部
    を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
24. 【請求項２４】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とを、位置ず
    れ量を補正した状態から相対的に複数方向に所定量ずら
    して各々の位置関係における第１の２次元画像と第２の
    ２次元画像との間の階調値で示される距離または差を画
    素ごとまたは複数画素ごとに求める位置ずれ画像生成・
    距離抽出部と、 前記第１の２次元画像の階調値と第２の２次元画像の階
    調値から、距離の許容範囲を画素ごとまたは複数画素ご
    とに求める許容範囲演算部と、 前記位置ずれ画像生成・距離抽出部で求められた各々の
    位置関係における距離または差と前記許容範囲演算部で
    画素ごとまたは複数画素ごとに求められた距離または差
    の許容範囲とに基いて欠陥または欠陥候補について判定
    する欠陥判定部と、を有する演算処理部を備えたことを
    特徴とするパターン検査装置。
25. 【請求項２５】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とにおける位
    置ずれ量を算出する位置ずれ検出部と、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とを、位置ず
    れ検出部で算出された位置ずれ量を補正した状態から相
    対的に複数方向に所定量ずらして各々の位置関係におけ
    る第１の２次元画像と第２の２次元画像との間における
    階調値で示される距離または差を画素ごとまたは複数画
    素ごとに求める位置ずれ画像生成・距離抽出部と、 前記第１の２次元画像の階調値と第２の２次元画像の階
    調値から、距離の許容範囲を画素ごとまたは複数画素ご
    とに求める許容範囲演算部と、 前記位置ずれ画像生成・距離抽出部で画素ごとまたは複
    数画素ごとに求められた各々の位置関係における距離ま
    たは差と前記許容範囲演算部で画素ごとまたは複数画素
    ごとに求められた距離の許容範囲とに基いて欠陥または
    欠陥候補について判定する欠陥判定部と、を有する演算
    処理部を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
26. 【請求項２６】被検査対象物上における各点での物理量
    のサンプリング値が各画素について階調値で検出される
    第１の２次元画像と、該第１の２次元画像の比較対象と
    して各画素について階調値で表される第２の２次元画像
    とを比較して、被検査対象物上の欠陥または欠陥候補を
    検査する装置であって、 前記第１の２次元画像と第２の２次元画像とを画素精度
    で位置合わせする画素単位の位置合わせ部と、 前記画素単位の位置合わせ部で位置合わせされた第１の
    ２次元画像と第２の２次元画像との間の位置ずれ量を算
    出する位置ずれ検出部と、 前記画素単位の位置合わせ部で位置合わせされた第１の
    ２次元画像と第２の２次元画像とを、位置ずれ検出部で
    算出された位置ずれ量を補正した状態から相対的に複数
    方向に所定量ずらして各々の位置関係における第１の２
    次元画像と第２の２次元画像との間における階調値の距
    離または差を画素ごとまたは複数画素ごとに求める位置
    ずれ画像生成・距離抽出部と、 前記画素単位の位置合わせ部で位置合わせされた第１の
    ２次元画像の階調値と第２の２次元画像の階調値から、
    距離または差の許容範囲を画素ごとまたは複数画素ごと
    に求める許容範囲演算部と、 前記画像生成・距離抽出部で画素ごとまたは複数画素ご
    とに求められた各々の位置関係における階調値の距離ま
    たは差と前記許容範囲演算部で画素ごとまたは複数画素
    ごとに求められた距離または差の許容範囲とに基いて欠
    陥または欠陥候補について判定する欠陥判定部と、を有
    する画像処理部を備えたことを特徴とするパターン検査
    装置。
27. 【請求項２７】被検査対象物に電子ビームを照射し、被
    検査対象物から得られる２次電子または反射電子を検出
    器で検出して画像信号に変換する手段を有し、画像信号
    により被検査対象物を検査するパターン検査装置におい
    て、該画像信号を階調値で示されるデジタル画像信号に
    変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から得られる
    階調値で示されるデジタル画像信号を前記電子顕微鏡か
    ら得られる電子ビーム電流に基いて正規化して電子ビー
    ムの振らぎ補正をする前処理回路とを備えたことを特徴
    とするパターン検査装置。
28. 【請求項２８】被検査対象物に電子ビームを照射し、被
    検査対象物から得られる２次電子または反射電子を検出
    器で検出して画像信号に変換する手段を有し、画像信号
    により被検査対象物を検査するパターン検査装置におい
    て、該画像信号を階調値で示されるデジタル画像信号に
    変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から得られる
    階調値で示されるデジタル画像信号に対してシェーディ
    ング補正と前記電子顕微鏡から得られる電子ビーム電流
    に基いて正規化して電子ビームの振らぎ補正と暗レベル
    補正とを行う前処理回路とを備えたことを特徴とするパ
    ターン検査装置。
29. 【請求項２９】被検査対象物に電子ビームを照射し、被
    検査対象物から得られる２次電子または反射電子を検出
    器で検出して画像信号に変換する手段を有し、画像信号
    により被検査対象物を検査するパターン検査装置におい
    て、該画像信号を階調値で示されるデジタル画像信号に
    変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から得られる
    デジタル画像信号を光信号に変換する発光素子と、該発
    光素子から得られる光信号を伝送する伝送手段と、該伝
    送手段で伝送された光信号を電気信号に変換する受光素
    子とを備えたことを特徴とするパターン検査装置。