JP2001005961A - 微細欠陥検査装置およびその方法並びに位置ずれ算出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微細なパターンを有する被検査対象基板上の微
細な欠陥を検出するために、微細な画素寸法で画像を検
出する必要がある。このとき、位置合せ範囲が等価的に
広くなるので、広範囲を高速に位置合せ処理する必要が
ある。また、画像処理回路は高速かつ小型化をする必要
がある。 【解決手段】ＤＵＶ光による光学系または電子線による
画像検出系を用い、０．２ｍｍ以下の画素寸法の画像を
得る。このとき、位置ずれ検出の探索範囲を±４画素以
上とする。また、１枚の基板１５にｋチャンネルの処理
が可能なＬＳＩから構成された画像処理回路１０、１１
を実装することにより高速かつ小型の画像処理部１３を
実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや位
相シフタ付レチクルやＴＦＴ基板等のように、繰り返し
パターンを有する被検査対象基板を対象とし、その対象
基板上の極微小な異物やパターン欠陥等の極微細な欠陥
を検査する微細欠陥検査装置およびその方法並びに位置
ずれ算出回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】繰り返しパターンの欠陥検査方法に関す
る従来技術としては、特開平５−２６４４６７号公報
（従来技術１）、特開平５−６９２８号公報（従来技術
２）、および特開平１０−７４８１２号公報（従来技術
３）において知られている。これら従来技術１、２、３
には、取り込み画像と、繰り返しパターンピッチ分遅延
させた画像の位置ずれを検出し、位置ずれを補正して、
繰り返しパターンの欠陥を検査することが記載されてい
る。特に、従来技術２には、同一パターンとなるように
形成された２つの画像を検出し、位置合わせをして比較
し、これら画像の不一致となる箇所を欠陥と判定するパ
ターンの検査において、定められた時間毎にこれら画像
の位置ずれ量を検出し、これら画像の位置ずれ補正を前
回までの画像の位置ずれ量に従属させることが記載され
ている。また、従来技術３には、繰り返される被検査パ
ターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号
から繰り返される被検査パターンの統計画像信号を生成
し、この生成された統計画像信号を基準画像信号として
上記検出された画像信号と位置合わせして比較すること
によって被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補
を抽出する被検査パターンの検査方法、および繰り返さ
れる被検査パターンから画像信号を検出し、この検出さ
れた画像信号から繰り返される被検査パターンの統計量
で示される統計情報を生成し、上記検出された繰り返さ
れる被検査パターンの画像信号同士を位置合わせして比
較して得られる差画像に対して上記生成された統計情報
に基いて得られる判定基準に基いて判定処理をして被検
査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出する被
検査パターンの検査方法が記載されている。更に従来技
術３には電子線画像を用いて被検査パターンを検査する
ことも記載されている。

【０００３】また、紫外光を用いた画像検出システムに
関する従来技術としては、特開平１０−１７７１３９号
公報（従来技術４）において知られている。この従来技
術４には、有効波長が広帯域に及ぶ紫外から遠紫外にわ
たるスペクトルの長軸並びに横軸方向と色収差等の各収
差に関して第一次及び高次の補正機構を具備し、更に同
スペクトル帯での画像歪と、或いは色収差による色彩の
変調をもたらす収差に対して、高次補正を提供する複数
のレンズ群からなるフォーカスレンズ群と、少なくとも
２つの互いに異なる屈折特性を有するフィールドレンズ
群と、更にカタディオプトリック群とを有する反射屈折
両特性原理を用いた広帯域紫外線画像システムが記載さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】配線パターンの断線や
ショート等の欠陥を検出するためには、検査対象となる
パターンの画像を検出しなければならない。しかし、半
導体デバイス等の配線パターンは、微細化の傾向にあ
り、可視光を用いた光学顕微鏡では、解像度が不足し、
微細なパターンを解像することは困難となり、遠紫外光
を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いる必要が生じ
る。しかしながら、上記従来技術４においては、パター
ンが存在する被検査対象基板上に発生する極微細なパタ
ーンの欠陥や異物を高解像度で、かつ高分解能で検出で
きるようにする点について考慮されていない。また、上
記従来技術１、２、３のいずれにも、遠紫外光を用いた
光学顕微鏡において高解像度を有する画像信号を検出す
ることができるようにした点について考慮されていな
い。

【０００５】更に、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子
線顕微鏡を用いる場合には、画素寸法のサイズを小さく
して画像信号を検出する必要が生じ、その際位置ずれ検
出および位置ずれ補正する探索範囲の画素数が増大する
ことになって、位置ずれ検出および位置ずれ補正等の画
像処理を行う回路規模が増大することになると共に位置
ずれ検出等に要する画像処理時間が長くなることにな
る。しかしながら、上記従来技術１、２、３のいずれに
も、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用い
る場合において、位置ずれ検出および位置ずれ補正等の
画像処理を行う回路規模を小さくし、しかも位置ずれ検
出等に要する画像処理時間を短縮しようとする点につい
て考慮されていない。

【０００６】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて検
出される画像信号に対して画素数において増大する探索
範囲において位置ずれ検出や位置ずれ補正等の画像処理
を行えるようにして極微細な真の欠陥を誤検出すること
なく高信頼度で検査できるようにした微細欠陥検査装置
およびその方法を提供することにある。また、本発明の
他の目的は、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微
鏡を用いて検出される画像信号に対して位置ずれ検出や
位置ずれ補正等の画像処理を回路規模を増大させること
なく高速に行えるようにして高スループットで、極微細
な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査できる
ようにした微細欠陥検査装置およびその方法を提供する
ことにある。

【０００７】また、本発明のさらに他の目的は、遠紫外
光を用いた光学顕微鏡から高解像度で高分解能を有する
画像信号を高速に検出できるようにして、極微細な真の
欠陥を誤検出することなく高信頼度で、しかも高速に検
査できるようにした微細欠陥検査装置およびその方法を
提供することにある。また、本発明のさらに他の目的
は、画素数において増大する探索範囲において位置ずれ
検出を位置ずれ検出用の回路を用いて実現できるように
した位置ずれ算出回路を提供することにある。

【０００８】

【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、被検査対象基板上から画素寸法が０．２
μｍ以下からなる画像信号を検出する画像信号検出部
と、該画像信号検出部から検出される画像信号をＡ／Ｄ
変換して検出画像データを出力するＡ／Ｄ変換部と、該
Ａ／Ｄ変換部から出力される検出画像データの比較対象
となる参照画像データを出力する参照画像出力部（遅延
回路部）と、前記Ａ／Ｄ変換部から入力される検出画像
データと前記参照画像出力部から入力される参照画像デ
ータとの間において位置ずれ検出を±４画素以上の探索
範囲で行って両画像データの間の位置ずれ量を算出する
位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された位
置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データ
とを位置ずれ補正する位置ずれ補正回路とを備えて構成
した位置ずれ検出・補正回路部と、該位置ずれ検出・補
正回路部で位置ずれ補正された検出画像データと参照画
像データとを比較してその差を求め、該差が所望の閾値
以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候補点に関する
情報を抽出する比較回路を備え、欠陥候補点に関する情
報を出力する比較回路部とを備えたことを特徴とする微
細欠陥検査装置である。また、本発明は、前記微細欠陥
検査装置において、更に、前記比較回路部から入力され
た欠陥候補点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補
点から真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部を備
えたことを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、被検査対象基板上から画
素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出する画
像信号検出部と、該画像信号検出部から検出される画像
信号をＡ／Ｄ変換して検出画像データを出力するＡ／Ｄ
変換部と、該Ａ／Ｄ変換部から出力される検出画像デー
タの比較対象となる参照画像データを出力する参照画像
出力部（遅延回路部）と、前記Ａ／Ｄ変換部から入力さ
れる検出画像データと前記参照画像出力部から入力され
る参照画像データとの間において位置ずれ検出を±４画
素以上の探索範囲で行って両画像データの間の位置ずれ
量を算出する位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で
算出された位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参
照画像データとを位置ずれ補正する位置ずれ補正回路と
を備えて構成した位置ずれ検出・補正回路部と、該位置
ずれ検出・補正回路部で位置ずれ補正された検出画像デ
ータと参照画像データとを比較してその差を求め、該差
が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候
補点に関する情報を抽出する比較回路を備え、欠陥候補
点に関する情報および少なくとも位置ずれ補正された検
出画像データを出力する比較回路部とを備えたことを特
徴とする微細欠陥検査装置である。また、本発明は、前
記微細欠陥検査装置において、更に前記比較回路部から
入力された欠陥候補点に関する情報を基いて前記位置ず
れ補正された検出画像データについて詳細解析して欠陥
候補点から真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部
を備えたことを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、前記微細欠陥検査装置に
おける位置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ検出回路
を、複数個カスケード接続して構成したことを特徴とす
る。また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における位
置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ検出回路において、
両画像データの間の位置ずれ量をテンプレートマッチン
グによって算出するように構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における位置ず
れ検出・位置補正回路部の位置ずれ検出回路において、
前記入力される検出画像データおよび前記入力される参
照画像データについて前記画像信号検出部で検出される
画像信号において生じる画像の歪みを無視できる程度以
下の小さな領域単位で切り出し、これら切り出された検
出画像データと参照画像データの間において位置ずれ量
を算出するように構成したことを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、前記微細欠陥検査装置に
おける位置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ補正回路に
おいて、前記位置ずれ検出回路から算出された小さな領
域単位での位置ずれ量に基いて前記切り出された検出画
像データと参照画像データの間においてほぼ前記小さな
領域単位あるいはそれ以下の寸法を有する領域単位で位
置ずれ補正するように構成したことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記微細欠陥検査装置における画像信号
検出部は、被被検査対象基板に対して４００ｎｍ以下の
ＤＵＶ光を照射する照射光学系と、前記被被検査対象基
板からの反射光を受光して画像信号に変換する検出光学
系とを備えて構成することを特徴とする。また、本発明
は、前記微細欠陥検査装置における画像信号検出部の検
出光学系において、受光するイメージセンサとしてＴＤ
Ｉイメージセンサで形成することを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、被検査対象基板上から画
素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出し、こ
の検出する画像信号を多チャンネルで並列出力する画像
信号検出部と、該画像信号検出部から並列入力される多
チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャン
ネルの検出画像データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、
該Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出
画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャ
ンネルの参照画像データを並列出力する遅延回路部と、
前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検
出画像データと前記遅延回路部から並列入力される多チ
ャンネルの参照画像データとに基いて両画像データの間
の位置ずれ検出および位置ずれ補正の画像処理を複数チ
ャンネル単位で多チャンネルに亘って並列処理するよう
に構成した第１の画像処理回路部と、該第１の画像処理
回路部から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補
正された検出画像データと参照画像データとを比較して
欠陥候補点に関する情報を抽出する比較画像処理を多チ
ャンネルに亘って並列処理するように構成した第２の画
像処理回路部とを備えたことを特徴とする微細欠陥検査
装置である。また、本発明は、前記微細欠陥検査装置に
おける第１および第２の画像処理回路部を、複数枚から
なる複数チャンネル単位の基板の各々に、位置ずれ検出
および位置ずれ補正の画像処理を行う第１のＬＳＩと、
比較画像処理を行う第２のＬＳＩとを実装して構成する
ことを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、被検査対象基板上から画
素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出し、こ
の検出する画像信号を多チャンネルで並列出力する画像
信号検出部と、該画像信号検出部から並列入力される多
チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャン
ネルの検出画像データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、
該Ａ／Ｄ変換部から並列出力される多チャンネルの検出
画像データの比較対象となる多チャンネルの参照画像デ
ータを並列出力する参照画像出力部と、前記Ａ／Ｄ変換
部から並列入力される多チャンネルの検出画像データと
前記参照画像出力部から並列入力される多チャンネルの
参照画像データとに基いて複数チャンネル単位での両画
像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出回路
と該位置ずれ検出回路で算出された複数チャンネル単位
での位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像
データとを複数チャンネル単位で位置ずれ補正を行う位
置ずれ補正回路との組を複数並設し、これら並設された
複数の組の回路で複数チャンネル単位での位置ずれ検出
および位置ずれ補正を多チャンネルに亘って並列処理す
るように構成した位置ずれ検出・補正回路部と、該位置
ずれ検出・補正回路部における各位置ずれ補正回路から
得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正された検
出画像データと参照画像データとを比較してその差を求
め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてそ
の欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を複数並
設し、これら並設された複数の比較回路から複数チャン
ネル単位での欠陥候補点に関する情報を多チャンネルに
亘って出力するように構成した比較回路部とを備えたこ
とを特徴とする微細欠陥検査装置である。また、本発明
は、前記微細欠陥検査装置において、更に、前記比較回
路部から入力される多チャンネルに亘った欠陥候補点に
関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点から真の欠陥
であるか否かを判定する欠陥判定部を備えたことを特徴
とする。

【００１４】また、本発明は、被検査対象基板上から画
素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出し、こ
の検出する画像信号を多チャンネルで並列出力する画像
信号検出部と、該画像信号検出部から並列入力される多
チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャン
ネルの検出画像データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、
該Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出
画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャ
ンネルの参照画像データを並列出力する遅延回路部と、
前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検
出画像データと前記遅延回路部から並列入力される多チ
ャンネルの参照画像データとに基いて複数チャンネル単
位での両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ず
れ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された複数チャ
ンネル単位での位置ずれ量に基いて前記検出画像データ
と参照画像データとを複数チャンネル単位で位置ずれ補
正を行う位置ずれ補正回路との組を複数設け、これら設
けられた複数の組の回路で複数チャンネル単位での位置
ずれ検出および位置ずれ補正を多チャンネルに亘って並
列処理するように構成した位置ずれ検出・補正回路部
と、該位置ずれ検出・補正回路部における各位置ずれ補
正回路から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補
正された検出画像データと参照画像データとを比較して
その差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補
点としてその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回
路を複数設け、これら設けられた複数の比較回路から複
数チャンネル単位での欠陥候補点に関する情報を多チャ
ンネルに亘って出力するように構成した比較回路部とを
備えたことを特徴とする微細欠陥検査装置である。ま
た、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、前記比
較回路部から入力される多チャンネルに亘った欠陥候補
点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点から真の
欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部を備えたことを
特徴とする。

【００１５】また、本発明は、被検査対象基板上から画
素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出し、こ
の検出する画像信号を多チャンネルで並列出力する画像
信号検出部と、該画像信号検出部から並列入力される多
チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャン
ネルの検出画像データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、
該Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出
画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャ
ンネルの参照画像データを並列出力する遅延回路部と、
前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検
出画像データと前記遅延回路部から並列入力される多チ
ャンネルの参照画像データとに基いて複数チャンネル単
位での両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ず
れ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された複数チャ
ンネル単位での位置ずれ量に基いて前記検出画像データ
と参照画像データとを複数チャンネル単位で位置ずれ補
正を行う位置ずれ補正回路との組を複数設け、これら設
けられた複数の組の回路で複数チャンネル単位での位置
ずれ検出および位置ずれ補正を多チャンネルに亘って並
列処理するように構成した位置ずれ検出・補正回路部
と、該位置ずれ検出・補正回路部における各位置ずれ補
正回路から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補
正された検出画像データと参照画像データとを比較して
その差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補
点としてその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回
路を複数設け、これら設けられた複数の比較回路から複
数チャンネル単位での欠陥候補点に関する情報および複
数チャンネル単位での少なくとも位置ずれ補正された検
出画像データを多チャンネルに亘って出力するように構
成した比較回路部とを備えたことを特徴とする微細欠陥
検査装置である。また、本発明は、前記微細欠陥検査装
置において、前記比較回路部から入力される多チャンネ
ルに亘った欠陥候補点に関する情報に基いて前記多チャ
ンネルに亘った位置ずれ補正された検出画像データにつ
いて詳細解析して欠陥候補点から真の欠陥であるか否か
を判定する欠陥判定部とを備えたことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、位置ず
れ検出・補正回路部における複数チャンネル対応に設け
られた位置ずれ検出回路と位置ずれ補正回路との組の各
々をＬＳＩで構成し、前記比較回路部における複数チャ
ンネル対応に設けられた比較回路の各々をＬＳＩで構成
することを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、前記微細欠陥検査装置に
おいて、位置ずれ検出・補正回路部における複数チャン
ネル対応に設けられた位置ずれ検出回路と位置ずれ補正
回路との組の各々を第１の画像処理回路で構成し、前記
比較回路部における複数チャンネル対応に設けられた比
較回路の各々を第２の画像処理回路で構成し、前記第１
および第２の画像処理回路を、複数チャンネルの画像デ
ータを並べ替えて１チャンネルの画像データに合成する
合成部と該合成部で合成された１チャンネルの画像デー
タに対して複数倍の処理速度で画像処理する画像処理回
路部と該画像処理回路部で画像処理された１チャンネル
の画像データを並び替えて複数チャンネルの画像データ
に戻す分離部とを有するように構成することを特徴とす
る。また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における位
置ずれ検出・補正回路部および比較回路部を、複数枚か
らなる複数チャンネル単位の基板の各々に、位置ずれ検
出回路と位置ずれ補正回路との組を構成する第１のＬＳ
Ｉと、比較回路を構成する第２のＬＳＩとを実装して構
成することを特徴とする。また、本発明は、前記微細欠
陥検査装置における第１および第２のＬＳＩを、複数チ
ャンネルの画像データを並べ替えて１チャンネルの画像
データに合成する合成部と、該合成部で合成された１チ
ャンネルの画像データに対して複数倍の処理速度で画像
処理する画像処理回路部と、該画像処理回路部で画像処
理された１チャンネルの画像データを並び替えて複数チ
ャンネルの画像データに戻す分離部とを有することを特
徴とする。

【００１７】また、本発明は、前記微細欠陥検査装置に
おける第１および第２のＬＳＩまたは第１および第２の
画像処理回路における画像処理速度が２０ＭＨｚ以上で
あることを特徴とする。また、本発明は、前記微細欠陥
検査装置における画像信号検出部は、被被検査対象基板
に対して４００ｎｍ以下のＤＵＶ光を照射する照射光学
系と、前記被被検査対象基板からの反射光を受光して画
像信号に変換する検出光学系とを備えて構成することを
特徴とする。また、本発明は、前記微細欠陥検査装置に
おける検出光学系において、受光するイメージセンサと
してＴＤＩイメージセンサで形成することを特徴とす
る。

【００１８】また、本発明は、前記微細欠陥検査装置に
おける画像信号検出部は、被被検査対象基板に対して電
子線を走査して照射する電子線照射光学系と、前記被被
検査対象基板からの電子を受光して画像信号に変換する
電子検出系とを備えて構成することを特徴とする。

【００１９】また、本発明は、画像信号検出部により被
検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる
画像信号を検出する画像信号検出過程と、該画像信号検
出過程で検出される画像信号をＡ／Ｄ変換して検出画像
データを得、この得られた検出画像データを繰り返され
るパターン分遅延させて参照画像データを得る画像デー
タ取得過程と、該画像データ取得過程から得られる検出
画像データと参照画像データとの間において位置ずれ検
出を±４画素以上の探索範囲で行って両画像データの間
の位置ずれ量を算出し、この算出された位置ずれ量に基
いて前記検出画像データと参照画像データとを位置ずれ
補正する位置ずれ検出・補正過程と、該位置ずれ検出・
補正過程で位置ずれ補正された検出画像データと参照画
像データとを比較してその差を求め、該差が所望の閾値
以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候補点に関する
情報を抽出する比較過程とを有することを特徴とする微
細欠陥検査方法である。また、本発明は、前記微細欠陥
検査方法において、更に、前記比較過程で抽出された欠
陥候補点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点か
ら真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定過程を有す
ることを特徴とする。

【００２０】また、本発明は、画像信号検出部により被
検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる
画像信号を検出して多チャンネルで得る画像信号検出過
程と、該画像信号検出過程で得られる多チャンネルの画
像信号をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データ
を得、この得られた多チャンネルの検出画像データを繰
り返されるパターン分遅延させて多チャンネルの参照画
像データを得る画像データ取得過程と、該画像データ取
得過程で得られる多チャンネルの検出画像データと多チ
ャンネルの参照画像データとに基いて両画像データの間
の位置ずれ検出および位置ずれ補正の画像処理を複数チ
ャンネル単位で多チャンネルに亘って並列処理する第１
の画像処理過程と、該第１の画像処理過程で得られる複
数チャンネル単位での位置ずれ補正された検出画像デー
タと参照画像データとを比較して欠陥候補点に関する情
報を抽出する比較画像処理を多チャンネルに亘って並列
処理する第２の画像処理過程とを有することを特徴とす
る微細欠陥検査方法である。また、本発明は、入力され
る２枚の画像データの互いの所望の領域単位における位
置ずれ量をテンプレートマッチングによって算出する回
路を複数個カスケード接続し、位置ずれの探索範囲を画
素数において広げて構成したことを特徴とする位置ずれ
算出回路である。

【００２１】以上説明したように、前記構成によれば、
画像信号検出部により被検査対象基板上から画素寸法が
０．２μｍ以下からなる画像信号を検出するようにした
ので、微細なパターン（０．３μｍ〜０．２μｍ以下）
上の極微細な異物やパターン欠陥等の極微細な真の欠陥
を誤検出することなく高信頼度で検査することができ
る。

【００２２】また、前記構成によれば、画像信号検出部
を、被被検査対象基板に対して４００ｎｍ以下のＤＵＶ
光を照射する照射光学系と、前記被被検査対象基板から
の反射光を受光して画像信号に変換する検出光学系とを
備えて構成し、受光するイメージセンサをＤＵＶ光を受
光できるＴＤＩイメージセンサで形成するようにしたの
で、０．１μｍ以下の極微細な欠陥からの散乱光もしく
は回折光に基づく高解像度を有する画像信号を検出する
ことができ、その結果極微細な異物やパターン欠陥等の
極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査
することができる。

【００２３】また、前記構成によれば、画像処理部にお
いて、画像信号検出部から得られる多チャンネルの画像
信号に基いて位置ずれ検出や位置ずれ補正等の画像処理
を並列処理し、しかも画像処理する回路（ＬＳＩ）内に
おける画像処理速度を２０ＭＨｚ以上に高速化をはかる
ことによって、画素寸法を０．２μｍ以下にした場合画
素数で増大した探索範囲で位置ずれ検出および位置ずれ
補正等を回路規模を増大することなく高速で実行でき、
その結果簡素化された装置構成により極微細な真の欠陥
を誤検出することなく高信頼度で、しかも高スループッ
トで検査を実現することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明に係る微細欠陥検査装置お
よびその方法の実施の形態について図面を用いて説明す
る。即ち、微細欠陥を検査する被検査対象基板１として
は、例えば、半導体デバイスである半導体基板（ウエ
ハ）上の配線パターンや回路パターンがある。このよう
な半導体デバイス等におけるパターンは微細化の傾向に
あるため、このより微細なパターン（０．３μｍ〜０．
２μｍ以下）における異物等を含む欠陥を検査するため
には高解像度の画像検出が必要となる。光学式検査装置
において、微細なパターンにおける異物等を含む欠陥の
光学像を解像させて高解像度の画像検出をするために
は、照明光の波長を可視光よりも短くして短波長化する
必要がある。その理由は、光学的な解像度は、照明光の
波長が短くなる程高くなるためである。

【００２５】まず、本発明に係る微細欠陥検査装置の第
１の実施例である光学式欠陥検査装置について図１を用
いて説明する。この第１の実施例において、照明光学系
は、ＤＵＶ（遠紫外線）照明するための水銀キセノンラ
ップ等で構成された照明光源５と、該照明光源５から発
光した光をステージ２上に載置された被検査対象基板物
１の方向へ反射するためのハーフミラー５とを備え、該
ハーフミラー５で反射されたＤＵＶ光について対物レン
ズ３を透過して被検査対象基板１に対して落射照明する
ように構成される。検出光学系は、被検査対象基板１で
反射、回折、散乱した光を取り込む対物レンズ３と、該
対物レンズ３で取り込まれ、ハーフミラー５を透過して
得られる光について２５０ｎｍ付近のＤＵＶ光を透過す
るＤＵＶ光用干渉フィルタ６と、該ＤＵＶ光用干渉フィ
ルタ６を透過して得られるＤＵＶ光を拡大してイメージ
センサ７上に結像させる拡大結像光学系と、ＤＵＶ量子
効率が１０％程度以上のイメージセンサ７とを備え、該
イメージセンサ７から被検査対象基板１上のＤＵＶ光に
よる検出画像が得られるように構成される。このように
ＤＵＶ光は、波長が４００ｎｍ以下と波長が短いため、
高分解能を有し、０．１μｍ程度以下の極微細な欠陥
（異物を含む）からの散乱光もしくは回折光に基づく高
解像度の画像が得られることになる。

【００２６】照明光源５としては、ＤＵＶレーザ（例え
ば、ＹＡＧレーザの第３以上の高調波、エキシマレーザ
ＫｒＦ＝２４８ｎｍ程度、エキシマレーザＡｒＦ＝１９
３ｎｍ程度）光源を用いることもできる。この場合、上
記検出光学系における上記ＤＵＶ光用干渉フィルタ６を
なくすことも可能である。また、ＤＵＶレーザ光などの
ＤＵＶ照明光を対物レンズ３の瞳上において２次元に走
査させる必要がある場合には、上記照明光学系内の照明
光源５とハーフミラー５との間に、ＤＵＶ照明光を走査
する瞳走査照明光学系を設ければ良い。また、偏光照
明、偏光検出する場合には、上記照明光学系内の照明光
源５とハーフミラー５との間に、ＤＵＶ照明光の偏光を
設定するための偏光制御光学系を設け、検出光学系内の
拡大結像光学系とイメージセンサ７との間に、偏光検出
光学系を設ければよい。また、検出光学系としては、特
開平６−２５８２３９号公報や特開平６−３２４００３
号公報に記載されているように、フーリエ変換レンズ、
被検査対象基板上に形成されたピッチの小さい繰り返し
パターンからの回折光を遮光する空間フィルタユニッ
ト、およびフーリエ変換レンズで構成してもよい。

【００２７】更に、検出光学系の光路の途中に、ハーフ
ミラーを設置し、このハーフミラーを介して被検査対象
基板１の表面を対物レンズ３の焦点に合せるための自動
焦点系を設ける。更に、検出光学系の光路の途中に、ハ
ーフミラーを設置し、このハーフミラーを介して対物レ
ンズ３の瞳位置を瞳観察光学系で観察可能に構成する。

【００２８】ところで、照明光源５としてＤＵＶ光源を
使用するため、上記検出光学系による光学像を検出する
ためのイメージセンサ７として、ＤＵＶに対して感度の
あるものを用いる必要がある。しかし、イメージセンサ
７として、図２（ａ）に示す表面照射型ＴＤＩ（Ｔｉｍ
ｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）イメージセ
ンサを用いると、入射光がカバーガラス８０５を透過
し、金属膜８０２の間のゲート８０１にある酸化膜（Ｓ
ｉＯ₂）８０３を透過してＳｉ基板８０４に形成された
ＣＣＤに入るため、短波長の入射光が減衰し４００ｎｍ
以下の波長に対して感度がほとんどなく、そのままでは
ＤＵＶ光の検出はできない。そこで、表面照射型イメー
ジセンサでＤＵＶの感度を得るためには、ゲート８０１
における酸化膜８０３を薄くして短波長の減衰を少なく
する方法がある。他の方法としては、カバーガラス８０
５に有機薄膜コーティング（ＵＶコーティング）を施
し、ＤＵＶ光が入射されるとそれに応じて可視光を発光
するようにすることで、可視光にしか感度のないイメー
ジセンサでＤＵＶ光を検出する方法がある。

【００２９】これに対し、イメージセンサ７として、図
２（ｂ）に示す如く、Ｓｉ基板８０４の厚さを薄くし、
この薄くした裏面側から光を入射するように構成した裏
面照射型ＴＤＩイメージセンサを用いて、ゲート構造の
ない裏面側から光を入射させることによって、ＤＵＶ量
子効率を１０％程度以上にして量子効率が高くダイナミ
ックレンジが大きくとれ、４００ｎｍ以下の波長にも感
度を有するようにすることができる。即ち、裏面照射型
ＴＤＩイメージセンサは、ゲート構造のない裏側に光が
入射するので、量子効率が高くダイナミックレンジが大
きくとれ、４００ｎｍ以下の波長にも感度があるのでＤ
ＵＶ光を検出することも可能である。

【００３０】以上説明したように、これらのイメージセ
ンサを用いることにより、ＤＵＶ光の検出を可能にす
る。また、上記ＣＣＤイメージセンサ７を、ＤＵＶ量子
効率を１０％程度以上のＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサにすることで、高ダ
イナミックレンジの画像を得ることができ、その結果、
高解像度の画像を得ることができる。また、このイメー
ジセンサ７の出力は多チャンネル並列出力にすること
で、スループットの向上を図る。この装置構成により、
０．２μｍ以下（被検査対象基板１上での換算で）の画
素寸法での画像検出が可能となる。

【００３１】次に、画像検出部１４ａの具体的実施例に
ついて説明する。イメージセンサ７は高速検出を実現す
るために、ラインレート３００ｋＨｚ程度以上、蓄積時
間５μ秒程度以下のものを使用した場合、欠陥検出可能
な明るさを得るためには、大きな光量を得る必要があ
る。イメージセンサ７をＴＤＩイメージセンサ（例えば
画素寸法２７μｍ×２７μｍ）にして、ＴＤＩの段数を
多くすることで、光量不足を補うこともできる。しか
し、ＴＤＩの段数を多くした場合、ステージ２の走行に
伴うステージの歪み（動的歪み）の影響を大きく受ける
ことになる。ＴＤＩの段数は、ステージの精度により、
９６段〜５１２段に可変できるようにする。照明の光量
も大きくすることも必要になる。そこで、照明光源５と
しては、３５０ｍＷの水銀ランプを用いた、波長２５５
ｎｍまたは２４８ｎｍのＹＡＧレーザによるＤＵＶ照明
を用いる。以上説明したように、照明光源５としてＤＵ
Ｖ照明光源を用い、イメージセンサ７としてＤＵＶ照明
に感度を有するＴＤＩイメージセンサを用いることによ
り、画像検出部１４ａのイメージセンサ７から被検査対
象基板１上での画素寸法０．２〜０．１μｍ程度以下で
画像検出を実現することができる。なお、ＴＤＩイメー
ジセンサの画素寸法が例えば２７μｍ×２７μｍを用い
る場合、拡大結像光学系の倍率は、１３５〜２７０倍程
度以上となる。

【００３２】次に、画像検出部１４ａで検出した画像信
号から欠陥を検出する画像処理部１３の構成について説
明する。ＴＤＩイメージセンサから形成されるイメージ
センサ７からの画素寸法０．２〜０．１μｍ程度以下の
画像出力は、多チャンネル並列に出力されるため、画像
処理部１３はチャンネル数Ｎ分必要になる。並列数を増
やすことで、高速化が可能となるが、その分画像処理ハ
ードウェアの規模が大きくなり、装置が大型化する。そ
こで、本発明の目的の一つとして、高速で、かつ回路規
模の小さい画像処理部１３を実現することにある。即
ち、画像処理部１３を、画像処理を並列に実行できるよ
うに複数枚の画像処理基板１５で構成する。そして、各
画像処理基板１５上には、内部において複数チャンネル
分の画像データを高速処理可能なＬＳＩを実装して構成
する。特に、各画像処理基板１５上に実装されるＬＳＩ
で複数チャンネル分の画像データを同時並列処理し、し
かも該ＬＳＩ内での処理速度を基板に対する処理速度の
複数倍にすることによって、高速で、かつ回路規模の小
さい画像処理部１３を実現することができる。ところ
で、ＬＳＩを搭載する画像処理基板１５上で２０ＭＨｚ
の数倍の高速なクロック信号を転送すると、ノイズの影
響を受けやすくなり、実現困難となる。また、ＬＳＩの
周辺回路として基板上に搭載されるメモリ等の部品につ
いても選択肢が少なくなり、安価な回路構成が困難とな
る。

【００３３】そこで、画像処理部１３は、同時並列画像
処理ができるようにＴＤＩイメージセンサ７のチャンネ
ル数Ｎの１／ｋの枚数の画像処理基板１５で構成する。
そして、各画像処理基板１５において、基板上に実装さ
れるＬＳＩ内部のクロック速度を、基板上の信号のクロ
ック速度に対しｋ倍にし、基板上に実装されたＬＳＩに
対してｋチャンネル分の画像信号（画像データ）を入力
するように構成する。さらに、各画像処理基板１５のＬ
ＳＩに対する入力部では、ｋチャンネル分の画像信号を
１チャンネルに合成し、この合成された１チャンネルの
画像信号に対してＬＳＩでｋ倍の速度で画像処理し、Ｌ
ＳＩに対する出力部では１チャンネル分の画像信号をｋ
チャンネルに分離するように構成する。即ち、各画像処
理基板１５において、チャンネル合成部８では、ＴＤＩ
イメージセンサ７から並列に出力される隣合ったｋ個の
チャンネル分の信号（クロック周波数ｆのｎ画素／ライ
ン）をＡ／Ｄ変換してデジタル画像信号（階調値）に変
換した後、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部（位置ず
れ検出・位置合わせ回路部）１０の入力部で例えば１チ
ャンネル（ｋｎ画素／ライン）に合成しやすい信号に変
換してクロック周波数ｆで出力する。そして、各画像処
理基板１５に実装されたシフトメモリ等で構成される遅
延回路部９では、チャンネル合成部８で変換されたｋチ
ャンネル分の検出画像信号（階調値データ）ｆ（ｘ，
ｙ）を繰り返しパターン分遅延させてｋチャンネル分の
参照画像信号（階調値データ）ｇ（ｘ，ｙ）を生成して
クロック周波数ｆで出力する。例えば、チップ比較の場
合には、繰り返しパターン分としてはチップ単位にな
り、セル比較の場合には、繰り返しパターン分としては
セル単位となる。即ち、被検査対象基板１上にメモリセ
ルが形成されている場合には、セル比較が可能である
が、通常のパターンの場合には、チップが形成されてい
るので、チップ比較となる。

【００３４】次に、各画像処理基板１５に実装されたＬ
ＳＩで構成される位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１
０の入力部において、チャンネル合成部８で変換された
ｋチャンネル分の検出画像信号ｆ（ｘ，ｙ）を１チャン
ネル（ｋｎ画素／ライン）の検出画像信号に合成すると
共に遅延回路部９で生成されたｋチャンネル分の参照画
像信号ｇ（ｘ，ｙ）を１チャンネル（ｋｎ画素／ライ
ン）の参照画像信号に合成する。続いて、位置ずれ検出
・位置ずれ補正回路部１０の画像処理回路において、こ
れら１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）に合成された２
つの検出画像信号ｆ（ｘ，ｙ）と参照画像信号ｇ（ｘ，
ｙ）との間の位置ずれ量Δδ（ｘ，ｙ）をクロック周波
数ｆのｋ倍の速度で算出し、そのずれ量Δδ（ｘ，ｙ）
に応じて両画像信号の位置ずれをクロック周波数ｆのｋ
倍の速度で補正することで位置ずれ補正（位置合わせ）
をする。続いて、位置ずれ検出・位置合わせ回路部１０
の出力部において、位置ずれ補正（位置合わせ）された
１チャンネルの検出画像信号をｋチャンネル（ｎ画素／
ライン）分のｆ’（ｘ，ｙ）に分離すると共に位置ずれ
補正された１チャンネルの参照画像信号をｋチャンネル
（ｎ画素／ライン）分のｇ’（ｘ，ｙ）に分離して出力
する。

【００３５】次に、各画像処理基板１５に実装されたＬ
ＳＩで構成された比較回路部１１の入力部において、位
置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０から出力される位
置ずれ補正されたｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分の
検出画像信号ｆ’（ｘ，ｙ）を１チャンネル（ｋｎ画素
／ライン）の検出画像信号に合成すると共に位置ずれ補
正されたｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分の参照画像
信号ｇ’（ｘ，ｙ）を１チャンネル（ｋｎ画素／ライ
ン）の参照画像信号に合成する。続いて、比較回路部１
１の画像処理回路において、位置ずれ補正された１チャ
ンネル（ｋｎ画素／ライン）の検出画像信号ｆ’（ｘ，
ｙ）と１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）の参照画像信
号ｇ’（ｘ，ｙ）の差をクロック周波数ｆのｋ倍の速度
でとり不一致部を欠陥候補点として検出し、その欠陥候
補点に関する情報を得る。即ち、差画像｜ｆ’（ｘ，
ｙ）−ｇ’（ｘ，ｙ）｜をクロック周波数ｆのｋ倍の速
度で生成し、この差画像｜ｆ’（ｘ，ｙ）−ｇ’（ｘ，
ｙ）｜に対して、しきい値Ｔｈを越える点をクロック周
波数ｆのｋ倍の速度で欠陥候補点として抽出し、その欠
陥候補点に関する情報を得る。このときのしきい値Ｔｈ
は、あらかじめ手動で値を設定しても良いが、検査前や
検査中に、画像毎や画像上の各点毎にしきい値を算出し
ても良い。このしきい値を制御することで、欠陥検出感
度を調整することができる。また、欠陥候補としたの
は、欠陥のない正常部でも位置ずれ補正された両画像信
号との間に相違が生じて誤検出される場合があるからで
ある。続いて、比較回路部１１の出力部において、欠陥
候補点に関する情報をｋチャンネル（ｎ画素／ライン）
分に分離し、更に位置ずれ補正された１チャンネルの検
出画像信号をｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分のｆ’
（ｘ，ｙ）に分離すると共に位置ずれ補正された１チャ
ンネルの参照画像信号をｋチャンネル（ｎ画素／ライ
ン）分のｇ’（ｘ，ｙ）に分離して出力する。

【００３６】なお、画像処理部１３を構成する各画像処
理基板１５上に搭載される位置ずれ検出・位置ずれ補正
回路部１０および比較回路部１１の各々は、少なくとも
一つのＬＳＩ（画像処理回路）で構成される。そして、
画像処理回路（ＬＳＩ）である位置ずれ検出・位置ずれ
補正回路部１０および比較回路部１１において処理する
クロック周波数は、ＴＤＩイメージセンサ１から並列に
出力されるクロック周波数ｆ（画像処理基板１５へのク
ロック周波数）のｋ倍で２０ＭＨｚ以上とする。従っ
て、各画像処理基板１５上に搭載される各画像処理回路
（ＬＳＩ）の内部においては、ｋチャンネル分の画像デ
ータが、２０ＭＨｚ以上であるクロック周波数ｋｆの高
速で処理されることになり、各画像処理基板１５の回路
規模を小さくでき、その結果Ｎ／ｋ枚の画像処理基板１
５から構成される画像処理部１３全体も簡素化すること
ができる。ところで、ｋとしては、２〜８程度が適当で
ある。しかし、図１においては、ｋ＝２の場合を示して
いる。

【００３７】そして、各画像処理基板１５の比較回路部
１１で検出した欠陥候補点には虚報が含まれているため
に、ＬＳＩから構成された欠陥判定部１２にて、欠陥候
補点が虚報か否かを判定する。欠陥候補点を含む少なく
ともｋチャンネル分の検出画像ｆ’（ｘ，ｙ）を欠陥判
定部１２に転送し、その画像から、詳細に虚報判定処理
を行い、虚報は除いて、真の欠陥のみを抽出する。な
お、ＬＳＩから構成された欠陥判定部１２は、必ずし
も、Ｎ／ｋ枚数の各画像処理基板１５に実装する必要は
なく、複数の画像処理基板１５毎またはＮ／ｋ枚数の画
像処理基板１５からなる画像処理部１３に対して設けて
もよい。更に、欠陥判定部１２について説明する。各画
像処理基板１５に実装された比較回路部（ＬＳＩ）１１
では欠陥の見逃しが生じないように比較した結果に対す
る閾値を低めに設定するため、抽出された欠陥候補点に
は、パターンの微妙な形状の違いや、膜圧の違いによる
明るさむらの影響により虚報が含まれることになる。そ
こで、欠陥判定部１２で虚報対策を行うことになる。即
ち、欠陥判定部１２では、欠陥候補点が抽出されたと
き、その欠陥候補点を含む検出画像データｆ’（ｘ，
ｙ）を保存し、その保存した検出画像データｆ’（ｘ，
ｙ）を用いて虚報か欠陥かを判定する。虚報判定は、検
査終了後または検査中に行う。検査終了後に判定する場
合は、人手による目視判定でも良いが、欠陥候補点が多
い場合は、自動欠陥分類装置（図示せず）により選別し
て、効率よく欠陥判定を行う方法もある。また、自動欠
陥分類装置は検査中にリアルタイムで行っても良い。検
査中に判定を行う場合は、保存した欠陥候補点の画像デ
ータを用いて、再度詳細に検査を行い、虚報判定を行
う。検査終了後に目視で判定する場合は、欠陥候補点が
含まれた検出画像データのみがあれば良いが、自動的に
分類や判定を行う場合、欠陥の画像データのみでは判定
が困難となる。そこで、欠陥候補点の画像データを保存
する場合、比較する相手の参照画像データｇ’（ｘ，
ｙ）とセットで保存することで、判定を容易にすること
ができる。

【００３８】次に、本発明に係る各画像処理基板１５に
おいて、例えば２チャンネルの画像信号を１チャンネル
の画像信号に合成し、ＬＳＩで構成される画像処理回路
で画像処理し、その後１チャンネルの画像信号を分離す
る具体的な第１および第２の実施例について図３、図４
および図５を用いて説明する。即ち、第１および第２の
実施例において、チャンネルａとチャンネルｂとは隣り
合っており、並列動作しているので、Ａ／Ｄ変換された
チャンネルａの画像データ（検出画像データおよび参照
画像データの各々）６１とＡ／Ｄ変換されたチャンネル
ｂの画像データ（検出画像データおよび参照画像データ
の各々）６２は、同時に周波数ｆで入力される。第１の
実施例の場合には、図３に示すように、入力された画像
データ６１、６２の各々を、一旦メモリ６３ａに書き込
み、この書き込まれた画像データ６１、６２の各々をメ
モリ６３ａから周波数２ｆで読み出し、セレクタ６４ａ
で隣接する２チャンネルａ、ｂの画像データを１チャン
ネルになるように選択する。そのため、ｎ画素／ライン
の入力画像に対し、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部
１０および比較回路部１１等の各々を構成する画像処理
回路（ＬＳＩ）６５ａ内部では、２ｎ画素／ラインの画
像６６ａとして取り扱う。画像処理回路６５ａの出力で
は、画像処理された画像データをセレクタ６４ｂで選択
して各チャンネルに対応した画像データに分離してメモ
リ６３ｂに書き込む。そして、各メモリ６３ｂに書き込
まれた処理画像データがクロック周波数ｆで出力される
ことになる。

【００３９】第２の実施例の場合には、図４に示すよう
に、周波数ｆで入力されたチャンネルａの画像データ６
１について、セレクタ６４ｃで最初に、奇数（ＯＤＤ）
画素と偶数（ＥＶＥＮ）画素に分離をして各々をライン
メモリ（シフトメモリ）６９ａに書き込む。同時に、周
波数ｆで入力されたチャンネルｂの画像データ６２につ
いて、セレクタ６４ｄで最初に、奇数（ＯＤＤ）画素と
偶数（ＥＶＥＮ）画素に分離をして各々を例えばライン
メモリ（シフトメモリ）６９ｂに書き込む。そして、こ
れらラインメモリ６９ａ、６９ｂに書き込まれた奇数画
素の画像データをセレクタ６４ｅにより奇数画素の２チ
ャンネル分の奇数画像データ（ｎ画素／ライン）７０に
合成し、ラインメモリ６９ａ、６９ｂに書き込まれた偶
数画素の画像データをセレクタ６４ｆにより偶数画素の
２チャンネル分の偶数画像データ（ｎ画素／ライン）７
１に合成する。ここまでの、画像データはクロック周波
数ｆである。次に、図５に示すように、位置ずれ検出・
位置ずれ補正回路部１０等を構成する画像処理回路（Ｌ
ＳＩ）６５ｂの入力部であるセレクタ６４ｇにおいて、
２倍のクロック周波数２ｆで奇数画像データと偶数画像
データとを交互にサンプリングして２チャンネル合成後
の画像データ（２ｎ画素／ライン）６６ｂを作成する。
画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｂの内部では２倍のクロッ
ク周波数２ｆで、２チャンネルａ、ｂ分の画像データ
（検出画像データおよび参照画像データの各々からな
る。）を基いて位置ずれ検出や位置ずれ補正等の処理を
行い、その後、セレクタ６４ｈにおいて元のクロック周
波数ｆでサンプリングして、タイミングを調整して、位
置ずれ補正等の処理後の２チャンネル分の奇数画像デー
タ（奇数検出画像データおよび奇数参照画像データの各
々からなる。）７２と２チャンネル分の偶数画像データ
（偶数検出画像データおよび偶数参照画像データの各々
からなる。）７３とに分離する。これら分離された処理
後の２チャンネル分の奇数画像データ７２と２チャンネ
ル分の偶数画像データ７３との各々は、例えばラインメ
モリ（図示せず）等に記憶される。

【００４０】次に、比較回路部１１等を構成する画像処
理回路（ＬＳＩ）６５ｃにおいて、画像処理回路（ＬＳ
Ｉ）６５ｂと同様に、２倍のクロック周波数２ｆで、位
置ずれ補正された２チャンネルａ、ｂ分の画像データ
（検出画像データおよび参照画像データの各々からな
る。）を基に、２チャンネルａ、ｂ分の検出画像データ
と参照画像データとの差画像を抽出し、該差画像に対し
て所定の閾値で欠陥候補を抽出するなどの処理を行い、
その後、欠陥候補の位置座標データ等を付加して欠陥候
補を抽出した２チャンネル分の奇数画像データ（奇数検
出画像データおよび奇数参照画像データの各々からな
る。）と２チャンネル分の偶数画像データ（偶数検出画
像データおよび偶数参照画像データの各々からなる。）
７３とに分離して出力する。最後に、欠陥判定部１２等
を構成する画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｄにおいて、画
像処理回路（ＬＳＩ）６５ｂ、６５ｃと同様に、欠陥候
補の位置座標データ等を付加して欠陥候補を抽出した２
チャンネル分の奇数画像データ（奇数検出画像データお
よび奇数参照画像データの各々からなる。）と２チャン
ネル分の偶数画像データ（偶数検出画像データおよび偶
数参照画像データの各々からなる。）７３とに基いて、
欠陥候補について特徴量を抽出して真の欠陥か否かの判
定をして真の欠陥の情報（位置情報や欠陥の種類等）を
出力できるようにメモリ（図示せず。）に記憶される。

【００４１】以上説明したように、第２の実施例の方式
は、一旦奇数／偶数画素に分離すれば、その後の各画像
処理回路（ＬＳＩ）６５ｂ、６５ｃ等での入出力部の合
成、分離が簡単であり、基板上でのクロック速度を２倍
にする必要がないので、複数の画像処理ＬＳＩを用いて
画像処理部全体を構成する場合に有効となる。

【００４２】この第２の実施例を用いた画像処理部１３
ａを構成する複数枚の画像処理基板１５ａについて図６
を用いて具体的に説明する。各画像処理基板１５ａは、
ＴＤＩイメージセンサ７から並列に出力される隣合った
２つのチャンネル分の信号（クロック周波数ｆのｎ画素
／ライン）をＡ／Ｄ変換した後、２チャンネル分の奇数
（ＯＤＤ）検出画像データ（ｎ画素／ライン）ｆｏ
（ｘ，ｙ）（７０）と２チャンネル分の偶数（ＥＶＥ
Ｎ）検出画像データ（ｎ画素／ライン）ｆｅ（ｘ，ｙ）
（７１）とに変換（合成）するチャンネル合成部８ａ
と、上記奇数検出画像データｆｏ（ｘ，ｙ）（７０）お
よび上記偶数検出画像データｆｅ（ｘ，ｙ）（７１）を
繰り返しパターン分遅延させて２チャンネル分の奇数
（ＯＤＤ）参照画像データ（ｎ画素／ライン）ｇｏ
（ｘ，ｙ）（７０）と２チャンネル分の偶数（ＥＶＥ
Ｎ）参照画像データ（ｎ画素／ライン）ｇｅ（ｘ，ｙ）
（７１）とを出力する遅延回路９ａと、一つのＬＳＩで
構成された位置ずれ検出・位置ずれ補正画像処理回路１
６と、一つのＬＳＩで構成された比較画像処理回路１７
と、欠陥判定部１２とで構成される。上記チャンネル合
成部８ａは、具体的に前述したように図４に示すように
構成される。

【００４３】位置ずれ検出・位置ずれ補正画像処理回路
１６は、チャンネル合成部８ａから得られる検出画像信
号ｆｏ、ｆｅの各々について奇数（ＯＤＤ）画素信号と
偶数（ＥＶＥＮ）画素信号とについて合成して１チャン
ネルの合成検出画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック
数２ｆ）ｆ（ｘ，ｙ）に変換するＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成
回路部８ｂ（６４ｇ）と、遅延回路９ａから得られる参
照画像信号ｇｏ、ｇｅの各々について奇数（ＯＤＤ）画
素信号と偶数（ＥＶＥＮ）画素信号とについて合成して
１チャンネルの合成参照画像信号（２ｎ画素／ライン：
クロック数２ｆ）ｇ（ｘ，ｙ）に変換するＯＤＤ／ＥＶ
ＥＮ合成回路部８ｃ（６４ｇ）と、１チャンネルの合成
検出画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｆ
（ｘ，ｙ）と１チャンネルの合成参照画像信号（２ｎ画
素／ライン：クロック数２ｆ）ｇ（ｘ，ｙ）とを基に位
置ずれ検出・位置ずれ補正処理を行う位置ずれ検出・位
置ずれ補正回路部１０ａと、該位置ずれ検出・位置ずれ
補正回路部１０ａで位置ずれ補正された１チャンネルの
合成検出画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２
ｆ）ｆ’（ｘ，ｙ）から奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数
（ＥＶＥＮ）画素信号とに分離して２チャンネル分の位
置ずれ補正された奇数検出画像信号ｆ’ｏ、偶数検出画
像信号ｆ’ｅを得るＯＤＤ／ＥＶＥＮ分離回路部８ｄ
（６４ｈ）と、上記位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部
１０ａで位置ずれ補正された１チャンネルの合成参照画
像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｇ’
（ｘ，ｙ）から奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数（ＥＶＥ
Ｎ）画素信号とに分離して２チャンネル分の位置ずれ補
正された奇数参照画像信号ｇ’ｏ、偶数検出画像信号
ｇ’ｅを得るＯＤＤ／ＥＶＥＮ分離回路部８ｅ（６４
ｈ）とから構成される。

【００４４】比較画像処理回路１６は、画像処理回路１
５から得られる位置ずれ補正された検出画像信号ｆ’
ｏ、ｆ’ｅの各々について奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶
数（ＥＶＥＮ）画素信号とについて合成して１チャンネ
ルの合成検出画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数
２ｆ）ｆ’（ｘ，ｙ）に変換するＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成
回路部８ｆと、画像処理回路１５から得られる位置ずれ
補正された参照画像信号ｇ’ｏ、ｇ’ｅの各々について
奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数（ＥＶＥＮ）画素信号と
について合成して１チャンネルの合成参照画像信号（２
ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｇ’（ｘ，ｙ）に変
換するＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成回路部８ｇと、位置ずれ補
正された検出画像ｆ’（ｘ，ｙ）と参照画像ｇ’（ｘ，
ｙ）を比較し、２チャンネル分の画像の差画像｜ｆ’
（ｘ，ｙ）−ｇ’（ｘ，ｙ）｜を生成し、この差画像｜
ｆ’（ｘ，ｙ）−ｇ’（ｘ，ｙ）｜に対して、しきい値
Ｔｈを越える点を欠陥候補点として抽出するクロック数
が２ｆの比較回路部１１ａと、該比較回路部１１ａから
出力される欠陥候補点に関するデータ（位置座標デー
タ）を付加した２チャンネルの検出画像ｆ’（ｘ，
ｙ）、参照画像ｇ’（ｘ，ｙ）に分離して出力する分離
回路部８ｈとで構成される。

【００４５】欠陥判定部１２は、クロック数２ｆで処理
する必要がある場合には、比較画像処理回路１６の分離
回路部８ｈから得られる欠陥候補点に関するデータを付
加した（添付された）少なくとも１チャンネル毎の検出
画像信号ｆ’（ｘ，ｙ）に基いて欠陥候補の特徴量（例
えば、重心座標、ＸＹ投影長（長さ）、面積、階調値を
含めた体積等）を求める等詳細解析して真の欠陥を検出
するものである。

【００４６】次に、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部
１０について具体的に説明する。上記画像検出部１４ａ
を用いれば、ＴＤＩイメージセンサ７からは微細な画素
寸法の画像が検出できるが、画素寸法を小さくした場合
には、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０において、
高分解能（画素数で広範囲）の位置ずれ検出・位置ずれ
補正が必要となる。また、ステージ２の僅かな走行ずれ
に基いて検出される画像に動的歪み（予想ができない歪
み）が生じる場合には、その影響により検出感度が悪く
なる。また、被検査対象基板１内の全検査領域を検査す
るための視野数が多くなると、長い検査時間が必要とな
る。

【００４７】そこで、これらの点を解決すべく、まず位
置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０における位置ずれ検
出・位置ずれ補正範囲について説明する。画像検出部１
４ａのＴＤＩイメージセンサ７は被検査対象基板１を乗
せたステージ２と同期して画像入力を行うが、ステージ
２の走行には誤差があるため、検出画像ｆ（ｘ，ｙ）と
参照画像ｇ（ｘ，ｙ）との間に位置ずれが生じる。上記
で説明したように、画像間の位置ずれがあった場合、比
較回路部１１で不一致として現れ、虚報の原因となる。
そのため、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０におい
て位置ずれ量を検出して位置の補正を行う。もし、位置
ずれの探索範囲が小さければ、位置ずれ検出・位置ずれ
補正回路１０における位置ずれ算出は高速に処理可能で
あり、ハードウェア化した場合も規模を小さくすること
ができる。

【００４８】しかしながら、この位置ずれの探索範囲
は、ステージ２を走行する際の振動等によって生じる動
的な最大誤差や温度変動に伴う機構部品および光学部品
のドリフト等による誤差や被検査対象基板１上に形成さ
れる繰り返しパターンのピッチ誤差等の範囲に含まなけ
ればならないので、ステージ２の動的精度や温度変動に
伴う機構部品および光学部品のドリフト等によって決ま
ってくることになる。そこで、ＤＵＶ光をＴＤＩイメー
ジセンサ７で検出して高解像度を得ようとしても、ステ
ージ２の動的精度や温度変動に伴う機構部品および光学
部品のドリフト等が同じであれば、位置ずれの探索範囲
は同じとなる。例えば、図７に示すように、同じ探索範
囲２１でも、探索範囲内の２３で示す画素寸法に対して
２４で示す画素寸法が１／２になると２３で示す画素数
に対して２４で示す画素数が４倍となる。これは、２２
で示す４倍の探索範囲のときと、２５で示すように探索
する画素数が等しくなるので、画素寸法を小さくするこ
とは、広い範囲を探索するのと等価となる。よって、Ｄ
ＵＶ光をＴＤＩイメージセンサ７で検出して高解像度の
画像データを得るために、画素寸法を０．２μｍ〜０．
１μｍ程度以下を実現すべく小さくすると、広い範囲と
等価の高い分解能で、高速に位置ずれ検出および位置ず
れ補正が必要となる。

【００４９】次に、高速に位置ずれを検出するための位
置ずれ検出回路について、図８および図９を用いて説明
する。即ち、位置ずれ検出回路４１における位置ずれ検
出には一般的な画像処理手法であるテンプレートマッチ
ングを使用する。テンプレートマッチングとは、画像入
力部４１１に入力されて画素切り出し部４１３で切り出
された検出対象の画像（検出画像データ）３１（ｆ
（ｘ．ｙ））に対し、画像入力部４１２に入力されて画
素切り出し部４１４で切り出されたテンプレート画像と
呼ばれる基準画像（参照画像データ）３２（ｇ（ｘ，
ｙ））を、積和累算器４１５において探索範囲内で動か
し最も良く合った場所を演算データ読み出し部（ＣＰＵ
−ＩＦ）４１７において探す方式である。具体的には、
積和累算器４１５において、図９に示すようにＮ１×Ｎ
１画素のテンプレート画像３２を、それより大きいＭ１
×Ｍ１画素の検出画像３１内の探索範囲（Ｍ１−Ｎ１＋
１）×（Ｍ１−Ｎ１＋１）上で動かし、各位置において
一致度を演算データ読み出し部（ＣＰＵ−ＩＦ）４１７
において算出するものである。本実施例では、参照画像
（基準画像）をテンプレート画像３２として、検出対象
の画像３１の範囲内を探索し、最も位置の合っている位
置（ａ，ｂ）を算出する。逆に、検出画像をテンプレー
ト画像３２として、参照画像３１の範囲内を探索し、最
も位置の合っている位置（ａ，ｂ）を算出してもよい。
なお、４１９は、入力される同期信号４１８に基いて、
画像入力部４１１、４１２、画素切り出し部４１３、４
１４、積和累算器４１５、および演算データ読み出し部
４１７に対してタイミングを取るタイミング制御回路で
ある。４２１は、入力される画素クロック信号に基いて
クロックを発生して、画像入力部４１１、４１２、画素
切り出し部４１３、４１４、積和累算器４１５、および
演算データ読み出し部４１７内の処理を行うためのクロ
ック発生器である。

【００５０】本発明に適用できそうなテンプレートマッ
チングの手法としては、残差逐次検定法、正規化相関、
ピラミッド相関が挙げられる。検査装置の対象に応じ
て、位置合せ手法を選択すれば良い。残差逐次検定法
は、探索範囲の各点において次に示す（数１）式の残差
Ｒ（ａ、ｂ）が最小になる位置ずれ量（Δδｘ，Δδ
ｙ）を示すテンプレート画像３２の位置（ａ，ｂ）を算
出する。

【００５１】

【数１】

【００５２】ここで、（ａ，ｂ）は検出画像３１内にお
いて動かして探索されるテンプレート画像３２の左上の
位置を示し、Ｉ_(a,b)（ｍ１，ｎ１）は動かして探索さ
れる（ａ，ｂ）における検出画像３１の部分画像の階調
値、Ｔ（ｍ１，ｎ１）はテンプレート画像３２の階調値
である。この方式では、重ね合わせが外れていると、積
和累算器４１５において各画素で順次加算していくとき
に、残差が急激に大きくなる。そこで、加算途中で残差
があるしきい値を越えたら重ね合わせが良くないものと
判断して、計算を打ち切り、次の画素の計算に映る。こ
の方式では、計算の打ち切りにより演算時間の短縮化が
図れるため、高速検査に向いている。正規化相関は、次
に示す（数２）式において、Ｃ（ａ，ｂ）が最大になる
位置ずれ量（Δδｘ，Δδｙ）を示すテンプレート画像
３２の左上の位置（ａ，ｂ）を算出する。

【００５３】

【数２】

【００５４】ただし、上記（数２）式におけるＩmean、
Ｔmean等は、次に示す（数３）式の関係を有する。

【００５５】

【数３】

【００５６】この方法では、正規化を行っているので、
比較する２枚の検出画像と参照画像との間に明るさ（階
調値）の違いがあっても、Ｃ（ａ，ｂ）の値に対して影
響は少ない。例えば、光学式で画像検出系１４を構成し
た場合、検査対象パターンの微妙な膜厚の違いにより、
パターン毎に明るさが違うことがあるが、正規化相関を
用いることで、明るさの違いのある画像に対しても、高
精度に位置合せを行うことが可能となる。ピラミッド相
関は、はじめから解像度の高い画像で重ね合わせを行わ
ないで、前処理として、例えば２×２画素の値の平均値
を一つ上の層の値にしていく操作を繰り返して、順次解
像度を落とした画像を作る。次に解像度を落とした上層
で粗い重ね合わせを行ってから、次第に解像度の高い下
層で精密化を行うものである。この方式では、各層の探
索範囲内での探索は、残差逐次検定法、正規化相関法の
どちらを用いても良い。検査装置の仕様に応じて、最適
なものを設定すればよい。

【００５７】次に、０．２μｍ〜０．１μｍ程度以下の
画素寸法を有する高解像度の検出画像データと参照画像
データとを、高分解能（画素数で広い範囲）で高速に、
位置ずれ検出を行う実施例について説明する。この実施
例は、図１０に示すように、位置ずれ検出回路４１をカ
スケード接続することによって探索範囲を拡大し、しか
も高速で位置ずれ検出を行うことができるようにしたも
のである。即ち、複数個の位置ずれ検出回路４１を縦横
に、拡張画像出力４２２から出力されるカスケード接続
用画像出力４２３で配線して接続する。接続方法は図１
０に示すように接続する方法が考えられる。なお、画素
クロック信号４２０および同期信号４１８は、各位置ず
れ検出回路４１に入力されることになる。図１１（ａ）
は、１個の位置ずれ検出回路４１において、テンプレー
ト画像（参照画像）３２の基準位置４３ａを中心にして
検出画像３１に対して±４画素の範囲４２で位置ずれを
検出する場合を示す。図１１（ｂ）は、２×２個の合計
４個の位置ずれ検出回路４１をカスケード接続して構成
した場合で、各回路の隣り合う画素は重複領域４４とし
て、テンプレート画像（参照画像）３２の基準位置４３
ｂを中心にして検出画像３１に対して±８画素の範囲で
位置ずれ検出が可能となる。図１１（ｃ）は３×３個の
９個の位置ずれ検出回路４１をカスケード接続して構成
した場合で、テンプレート画像３２の基準位置４３ｃを
中心にして検出画像３１に対して±１２画素の範囲で位
置ずれ検出が可能となる。さらに、探索範囲を広くする
場合は、接続する位置ずれ検出回路４１の個数を増やす
ことで、実現可能となる。位置ずれ探索範囲を正方形に
する必要がなければ、縦横の接続数を変えることで、任
意の位置ずれ探索範囲を設定することも可能である。

【００５８】以上説明したように、位置ずれ検出回路４
１をカスケード接続することによって探索範囲を拡大す
ることができるので、ＤＵＶ光をＴＤＩイメージセンサ
７で検出して高解像度を得ようとする場合にも、検出画
像データと参照画像データとの位置ずれ検出および位置
ずれ補正（位置合わせ）を最適に実現することが可能と
なる。なお、図１１（ａ）では１個の位置ずれ検出回路
４１の位置ずれ探索範囲を±４画素のときの例を示して
いるが、１個の回路４１での位置ずれ探索範囲が広けれ
ば、カスケード接続する回路４１の個数が少なくても広
い範囲で位置ずれ検出および位置ずれ補正を行うことが
できることは明らかである。また、上記位置ずれ検出回
路４１についてカスケード接続を行うためには、位置ず
れ検出回路４１に、カスケード接続用の検出画像および
参照画像についての出力４２３を設ける必要がある。図
１０に示すように各回路４１からＸ方向・Ｙ方向それぞ
れの検出画像および参照画像についての出力４２３が必
要となる。探索範囲によって、１方向のみの接続でよい
場合は、Ｘ方向またはＹ方向のみの出力でも良い。カス
ケード接続した場合には、ＣＰＵ４２５が各回路４１の
演算データ読み出し部４１７から統計量を抽出し、ＣＰ
Ｕ４２５において各回路４１からの位置ずれ結果を集計
し、全体の位置ずれ量を算出することになる。なお、１
個の位置ずれ検出回路４１の場合には、演算データ読み
出し部４１７において位置ずれ量を算出することができ
る。

【００５９】特に、各画像処理基板１３における位置ず
れ検出・位置ずれ補正回路部（ＬＳＩ）１０内の位置ず
れ検出回路においてカスケード接続する場合には、各画
像処理基板１３に入力するチャンネル数ｋを非常に多く
する必要がある。その理由は、各画像処理基板１３間の
位置ずれ検出回路同士でカスケード接続することが難し
いからである。また、ステージ走行に伴ってＴＤＩイメ
ージセンサ７から画像を検出する関係で、ステージ走行
と直角方向に検出される画像に多く歪みが生じることか
らステージ走行と直角方向に探索範囲を広げるべくカス
ケード接続する必要があるからである。さらに、位置ず
れ補正回路は、位置ずれ検出回路４１において位置ずれ
量が算出される時間まで、位置ずれ検出回路４１に入力
される検出画像データ（階調値）ｆ（ｘ，ｙ）と参照画
像データ（階調値）ｇ（ｘ，ｙ）との各々を遅延させる
遅延回路（図示せず）と、該遅延回路で遅延された検出
画像データｆ（ｘ，ｙ）と参照画像データｇ（ｘ，ｙ）
とを記憶するメモリ（図示せず）と、該メモリから検出
画像データｆ（ｘ，ｙ）を読み出すアドレスを、上記メ
モリから参照画像データｇ（ｘ，ｙ）を読み出すアドレ
スを基準にして上記位置ずれ検出回路４１で位置ずれ探
索範囲において算出された位置ずれ量（Δδｘ，Δδ
ｙ）分ずらすことによって、位置ずれ探索範囲において
位置ずれ補正（位置合わせ）された検出画像データｆ’
（ｘ，ｙ）と参照画像データｇ’（ｘ，ｙ）とを得るア
ドレス選択回路（図示せず）とで構成される。

【００６０】次に、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部
１０において位置ずれ補正行う単位である画像領域のサ
イズについて説明する。図１２には、ＴＤＩイメージセ
ンサ７で検出される画像の動的な歪みと位置ずれ補正を
行う単位である画像領域のサイズとの関係を示す。ステ
ージ走行に同期して画像検出を行う場合には、ステージ
２の振動等による走行むら（動的な要因）により、画像
に周期的な画像歪み５５が生じることになる。このよう
に周期的な画像歪みが生じる場合には、位置ずれ補正を
行う単位である画像領域のサイズが大きいと、検出画像
５１と参照画像５２との間において位置ずれ補正したに
もかかわらず画像の歪みに基づくパターンの形状の違い
が生じて正常なパターンでありながら欠陥または欠陥候
補として誤検出されることになる。そこで、この画像の
歪みによる影響を小さくするために、位置ずれ補正を行
う単位である画像領域のサイズを、画像の歪みの周期よ
りも小さくすればよい。このように歪みの周期より十分
に小さくすれば、位置ずれ補正した際検出画像５３と参
照画像５４の差を小さくすることができ、その結果画像
の歪みの影響を抑えることができる。具体的には、画像
の歪みの周期の１／４以下の画像領域のサイズで、位置
ずれ補正を行えば、周期的な画像歪みの影響を除くこと
ができる。

【００６１】なお、位置ずれ検出の場合には、位置ずれ
補正を行う単位の画像領域における検出画像データと参
照画像データとの間の位置ずれ量が検出されればよいの
で、位置ずれ検出する単位である画像領域のサイズは、
位置ずれ補正をする画像領域のサイズよりも小さくする
ことも可能である。以上説明したように、検出画像デー
タと参照画像データとの間の位置ずれの主たる要因は、
ステージ等の機構の精度によるものであるため、ＴＤＩ
イメージセンサ７で検出される画素寸法が小さくなると
位置ずれ検出・位置ずれ補正する単位における画素数が
多くなり、高速の位置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０
が必要とされる。

【００６２】また、比較回路部１１においても、位置ず
れ補正された画素寸法が小さい検出画像データｆ’
（ｘ，ｙ）と参照画像データｇ’（ｘ，ｙ）とを比較し
て欠陥候補点を抽出する関係で、同様に高速処理が要求
される。しかし、前述したように、並列処理が可能なよ
うに複数の画像処理基板１３を設け、各画像処理基板１
３に実装されるＬＳＩ（画像処理回路）１０、１１内の
クロックの高速化（クロック周波数を２０ＭＨｚ以上）
することによってＤＵＶ光をＴＤＩイメージセンサ７で
画素寸法を０．２μｍ〜０．１μｍ程度以下にして検出
される高解像度を有する画像信号から高分解能で、且つ
高速で検査することができる。

【００６３】このように高感度な検査を行うためには、
画像処理部１３は画像検出部１４ａからの高ダイナミッ
クレンジの画像入力が必要となる。画像検出部１４ａ
は、画像処理部１３への高ダイナミックレンジ入力を行
い、ダイナミックレンジを有効に活用するには、高解像
度なもの（１０ビット１０２４階調以上のもの）が要求
される。そのため、画像処理部１３を構成する複数の画
像処理基板１５に実装される画像処理回路（ＬＳＩ）１
０、１１には、１０ビット１０２４階調以上の分解能を
有するものが入力されることになる。しかし、各画像処
理回路（ＬＳＩ）においては、必要な性能に応じて８ビ
ットまたはそれ以下の分解能にして画像処理を行う。例
えば位置ずれ検出用の画像としては、高分解能である必
要はないので、８ビット以下の低分解能のものを用いて
ずれ量を算出する。算出したずれ量に応じて、画像の位
置を補正するときは、１０ビット以上の高分解能の画像
を用いて位置を補正する。これにより、位置ずれ検出回
路の規模を縮小でき、装置の小型化も図れる。また、各
画像処理基板１５に実装される他の画像処理回路（ＬＳ
Ｉ）についても、必要最小限のビット数で画像処理を行
うようにする。なお、上記位置ずれ検出・位置ずれ補正
回路部１０および比較回路部１１を、画像検出部から大
きい画素寸法として検出される場合においても検出画像
信号と参照画像信号との間に適用することができること
は明らかである。

【００６４】次に、本発明に係る微細欠陥検査装置の第
２の実施例である電子線式欠陥検査装置について図１３
を用いて説明する。この第２の実施例は、電子線により
被検査対象基板１を走査して、電子線の照射によって被
検査対象基板１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る画像検出部１４
ｂと、該画像検出部１４ｂから得られる電子線像を用い
てパターン検査を行う画像処理部１３とで構成される。
まず、第２の実施例における画像検出部１４ｂについて
説明する。電子銃１０１を出た電子ビーム１０７は、コ
ンデンサレンズ１０２、対物レンズ１０４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。電子線１
０７が照射されると、被検査対象基板１からは電子が発
生する。走査偏向器１０３による電子線の繰り返し走査
と、ステージ２による被検査対象基板１（試料）の連続
的な移動に同期して被検査対象基板１から発生する電子
を電子検出器１０５で検出することで、２次元の電子線
像が得られる。被検査対象基板１から発生した電子は電
子検出器１０５で捕らえられ、アンプ１０６で増幅され
た後、複数枚の画像処理基板１５で構成される画像処理
部１３に入力される。画像処理部１３は、上記光学式欠
陥検査装置と同様の構成で実現できる。即ち、第２の実
施例では、アンプ１０６から電子線の繰り返し走査に応
じた電子線画像が得られるので、この電子線画像をＤ／
Ａ変換した後一旦画像メモリに記憶し、この画像メモリ
から各チャンネルに相応した画像信号を取り出すように
すれば、上記光学式欠陥検査装置と同様にして画像処理
部１３を構成する複数枚の画像処理基板１５の各々に入
力することができるようになる。本第２の実施例では、
ビーム径を絞ることで、高解像度の画像を得ることがで
き、０．２ｍｍ以下の画像も得ることができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、遠紫外光を用いた光学
顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて極微細なパターンピッチ
の画像や極微細な異物等の画像を高解像度で、しかも高
分解能で検出される画像信号を基に極微細な真の欠陥を
誤検出することなく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、遠紫外光を用いた
光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて極微細なパターンピ
ッチの画像や極微細な異物等の画像を高解像度で、しか
も高分解能で検出される画像信号を基に、画素寸法が小
さい検出画像データと参照画像データとの間における位
置ずれ検出および位置ずれ補正（位置合わせ）等の画像
処理を画素数を増大させた探索範囲で、回路規模を増大
させることなく高速に行うことができ、その結果高スル
ープットで極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信
頼度で検査することができる効果を奏する。

【００６６】また、本発明によれば、遠紫外光を用いた
光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて極微細なパターンピ
ッチの画像や極微細な異物等の画像を高解像度で、しか
も高分解能で検出される画像信号を基に、位置ずれ検出
および位置ずれ補正（位置合わせ）等の画像処理を行う
高速な画像処理回路を小型化することが可能になり、そ
の結果、高スループットでかつ小型化な検査装置を実現
することができる効果を奏する。また、本発明によれ
ば、画像信号検出部を、被被検査対象基板に対して４０
０ｎｍ以下のＤＵＶ光を照射する照射光学系と、前記被
被検査対象基板からの反射光を受光して画像信号に変換
する検出光学系とを備えて構成し、受光するイメージセ
ンサをＤＵＶ光を受光できるＴＤＩイメージセンサで形
成するようにしたので、０．１μｍ以下の極微細な欠陥
からの散乱光もしくは回折光に基づく高解像度を有する
画像信号を検出することができ、その結果極微細な異物
やパターン欠陥等の極微細な真の欠陥を誤検出すること
なく高信頼度で検査することができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微細欠陥検査装置の第１の実施例
であるＤＵＶ光学式欠陥検査装置の概略構成を示す図で
ある。

【図２】本発明に係るＴＤＩイメージセンサの実施例を
示す図である。

【図３】本発明に係る画像処理部に設けられたＬＳＩで
構成される画像処理回路の第１の実施例を説明するため
の図である。

【図４】本発明に係る画像処理部に設けられた複数チャ
ネルの画像信号から複数チャンネル分の奇数画像信号と
偶数画像信号とに変換する回路を説明するための図であ
る。

【図５】本発明に係る画像処理部に設けられたＬＳＩで
構成される画像処理回路の第２の実施例を説明するため
の図である。

【図６】図４および図５に示す回路を複数チャンネル毎
の基板に実装して本発明に係る画像処理部を構成する実
施例を示す図である。

【図７】位置ずれ探索範囲と画素サイズとの関係を説明
するための図である。

【図８】本発明に係る位置ずれ検出回路の一実施例を示
す図である。

【図９】テンプレートマッチングを説明するための図で
ある。

【図１０】本発明に係る位置ずれ検出回路のカスケード
接続方法を説明するための図である。

【図１１】位置ずれ検出回路が１個の場合、４個の場
合、９個の場合における位置ずれ探索範囲を画素群によ
って示す図である。

【図１２】ステージの走行等によって生じる画像歪みの
影響を説明するための図である。

【図１３】本発明に係る微細欠陥検査装置の第２の実施
例である電子線式欠陥検査装置の概略構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…被検査対象基板、２…ステージ、３…対物レンズ、
４…ハーフミラー、５…照明光源、６…干渉フィルタ、
７…イメージセンサ、８、８ａ…チャンネル合成部、８
ｂ、８ｃ、８ｆ、８ｇ…ＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成回路部、
８ｄ、８ｅ…ＯＤＤ／ＥＶＥＮ分離回路部、８ｈ…分離
回路部、９、９ａ…遅延回路部、１０、１０ａ…位置ず
れ検出・位置ずれ補正回路部（位置ずれ検出・位置合わ
せ回路部）（ＬＳＩ）、１１、１１ａ…比較回路部（Ｌ
ＳＩ）、１２…欠陥判定部、１３…画像処理部、１４
ａ、１４ｂ…画像検出部、１５、１５ａ…画像処理基
板、１６…位置ずれ検出・位置ずれ補正画像処理回路
（ＬＳＩ）、１７…比較画像処理回路（ＬＳＩ）、２
１、２２…探索範囲、３１…検出画像データ（ｆ（ｘ，
ｙ））、３２…テンプレート画像データ（参照画像デー
タ）（ｇ（ｘ，ｙ））、４１…位置ずれ検出回路、６１
…チャンネルａの合成前画像（ｎ画素／ライン）、６２
…チャンネルｂの合成前画像（ｎ画素／ライン）、６３
ａ、６３ｂ…メモリ、６４ａ〜６４ｈ…セレクタ、６５
ａ、６５ｂ…画像処理回路、６６ａ、６６ｂ…２チャン
ネル合成後の画像（２ｎ画素／ライン）、６７…チャン
ネルａの分離後画像（ｎ画素／ライン）、６８…チャン
ネルｂの分離後画像（ｎ画素／ライン）、６９ａ、６９
ｂ…ＦＩＦＯ、７０…合成後の奇数画像（ｎ画素／ライ
ン）、７１…合成後の偶数画像（ｎ画素／ライン）、１
０１…電子銃、１０２…コンデンサレンズ、１０３…走
査偏向器、１０４…対物レンズ、１０５…電子検出器、
１０６…アンプ、４１１、４１２…画像入力部、４１
３、４１４…画素切り出し部、４１５…積和累算器、４
１７…演算データ読み出し部（ＣＰＵ−ＩＦ）、４１９
…タイミング制御回路、４２１…クロック発生器、４２
２…拡張画像出力部、４２３…カスケード接続用画像出
力、４２５…ＣＰＵ、８０１…ゲート、８０２…金属
膜、８０３…酸化膜、８０４…Ｓｉ基板、８０５…カバ
ーガラス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡部 隆史 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 水本 久志 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 磯部 光庸 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 Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AA56 AA73 AB01 AB02 AB20 AC02 BA05 BA10 BA11 BA20 BB11 CA03 CA04 CB01 CB05 CB06 DA07 EA02 EA04 EA08 EA12 EA14 EA19 EB01 EB02 ED04 ED07 ED23 4M106 AA09 BA05 BA07 CA39 CA41 CA50 DB04 DB07 DB08 DB18 DB20 DB21 DB30 DJ11 DJ14 DJ18 DJ21 5B057 AA03 BA02 BA11 CA12 CA16 CB12 CB16 CC02 CE08 CE09 CH04 DA03 DA07 DC32

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査対象基板上から画素寸法が０．２μ
   ｍ以下からなる画像信号を検出する画像信号検出部と、 該画像信号検出部から検出される画像信号をＡ／Ｄ変換
   して検出画像データを出力するＡ／Ｄ変換部と、 該Ａ／Ｄ変換部から出力される検出画像データの比較対
   象となる参照画像データを出力する参照画像出力部と、 前記Ａ／Ｄ変換部から入力される検出画像データと前記
   参照画像出力部から入力される参照画像データとの間に
   おいて位置ずれ検出を±４画素以上の探索範囲で行って
   両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出
   回路と該位置ずれ検出回路で算出された位置ずれ量に基
   いて前記検出画像データと参照画像データとを位置ずれ
   補正する位置ずれ補正回路とを備えて構成した位置ずれ
   検出・補正回路部と、 該位置ずれ検出・補正回路部で位置ずれ補正された検出
   画像データと参照画像データとを比較してその差を求
   め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてそ
   の欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を備え、
   欠陥候補点に関する情報を出力する比較回路部とを備え
   たことを特徴とする微細欠陥検査装置。
2. 【請求項２】更に、前記比較回路部から入力された欠陥
   候補点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点から
   真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部を備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載の微細欠陥検査装置。
3. 【請求項３】被検査対象基板上から画素寸法が０．２μ
   ｍ以下からなる画像信号を検出する画像信号検出部と、 該画像信号検出部から検出される画像信号をＡ／Ｄ変換
   して検出画像データを出力するＡ／Ｄ変換部と、 該Ａ／Ｄ変換部から出力される検出画像データの比較対
   象となる参照画像データを出力する参照画像出力部と、 前記Ａ／Ｄ変換部から入力される検出画像データと前記
   参照画像出力部から入力される参照画像データとの間に
   おいて位置ずれ検出を±４画素以上の探索範囲で行って
   両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出
   回路と該位置ずれ検出回路で算出された位置ずれ量に基
   いて前記検出画像データと参照画像データとを位置ずれ
   補正する位置ずれ補正回路とを備えて構成した位置ずれ
   検出・補正回路部と、 該位置ずれ検出・補正回路部で位置ずれ補正された検出
   画像データと参照画像データとを比較してその差を求
   め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてそ
   の欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を備え、
   欠陥候補点に関する情報および少なくとも位置ずれ補正
   された検出画像データを出力する比較回路部とを備えた
   ことを特徴とする微細欠陥検査装置。
4. 【請求項４】更に、前記比較回路部から入力された欠陥
   候補点に関する情報を基いて前記位置ずれ補正された検
   出画像データについて詳細解析して欠陥候補点から真の
   欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部を備えたことを
   特徴とする請求項３記載の微細欠陥検査装置。
5. 【請求項５】前記位置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ
   検出回路を、複数個カスケード接続して構成したことを
   特徴とする請求項１または３記載の微細欠陥検査装置。
6. 【請求項６】前記位置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ
   検出回路において、両画像データの間の位置ずれ量をテ
   ンプレートマッチングによって算出するように構成した
   ことを特徴とする請求項５記載の微細欠陥検査装置。
7. 【請求項７】前記位置ずれ検出・位置補正回路部の位置
   ずれ検出回路において、前記入力される検出画像データ
   および前記入力される参照画像データについて前記画像
   信号検出部で検出される画像信号において生じる画像の
   歪みを無視できる程度以下の小さな領域単位で切り出
   し、これら切り出された検出画像データと参照画像デー
   タの間において位置ずれ量を算出するように構成したこ
   とを特徴とする請求項１または３記載の微細欠陥検査装
   置。
8. 【請求項８】前記位置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ
   補正回路において、前記位置ずれ検出回路から算出され
   た小さな領域単位での位置ずれ量に基いて前記切り出さ
   れた検出画像データと参照画像データの間においてほぼ
   前記小さな領域単位あるいはそれ以下の寸法を有する領
   域単位で位置ずれ補正するように構成したことを特徴と
   する請求項１または３記載の微細欠陥検査装置。
9. 【請求項９】被検査対象基板上から画素寸法が０．２μ
   ｍ以下からなる画像信号を検出し、この検出する画像信
   号を多チャンネルで並列出力する画像信号検出部と、 該画像信号検出部から並列入力される多チャンネルの画
   像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像
   データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、 該Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出
   画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャ
   ンネルの参照画像データを並列出力する遅延回路部と、 前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検
   出画像データと前記遅延回路部から並列入力される多チ
   ャンネルの参照画像データとに基いて両画像データの間
   の位置ずれ検出および位置ずれ補正の画像処理を複数チ
   ャンネル単位で多チャンネルに亘って並列処理するよう
   に構成した第１の画像処理回路部と、 該第１の画像処理回路部から得られる複数チャンネル単
   位での位置ずれ補正された検出画像データと参照画像デ
   ータとを比較して欠陥候補点に関する情報を抽出する比
   較画像処理を多チャンネルに亘って並列処理するように
   構成した第２の画像処理回路部とを備えたことを特徴と
   する微細欠陥検査装置。
10. 【請求項１０】前記第１および第２の画像処理回路部
    を、複数枚からなる複数チャンネル単位の基板の各々
    に、位置ずれ検出および位置ずれ補正の画像処理を行う
    第１のＬＳＩと、比較画像処理を行う第２のＬＳＩとを
    実装して構成することを特徴とする請求項９記載の微細
    欠陥検査装置。
11. 【請求項１１】被検査対象基板上から画素寸法が０．２
    μｍ以下からなる画像信号を検出し、この検出する画像
    信号を多チャンネルで並列出力する画像信号検出部と、 該画像信号検出部から並列入力される多チャンネルの画
    像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像
    データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、 該Ａ／Ｄ変換部から並列出力される多チャンネルの検出
    画像データの比較対象となる多チャンネルの参照画像デ
    ータを並列出力する参照画像出力部と、 前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検
    出画像データと前記参照画像出力部から並列入力される
    多チャンネルの参照画像データとに基いて複数チャンネ
    ル単位での両画像データの間の位置ずれ量を算出する位
    置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された複数
    チャンネル単位での位置ずれ量に基いて前記検出画像デ
    ータと参照画像データとを複数チャンネル単位で位置ず
    れ補正を行う位置ずれ補正回路との組を複数並設し、こ
    れら並設された複数の組の回路で複数チャンネル単位で
    の位置ずれ検出および位置ずれ補正を多チャンネルに亘
    って並列処理するように構成した位置ずれ検出・補正回
    路部と、 該位置ずれ検出・補正回路部における各位置ずれ補正回
    路から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正さ
    れた検出画像データと参照画像データとを比較してその
    差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点と
    してその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を
    複数並設し、これら並設された複数の比較回路から複数
    チャンネル単位での欠陥候補点に関する情報を多チャン
    ネルに亘って出力するように構成した比較回路部とを備
    えたことを特徴とする微細欠陥検査装置。
12. 【請求項１２】更に、前記比較回路部から入力される多
    チャンネルに亘った欠陥候補点に関する情報を基に詳細
    解析して欠陥候補点から真の欠陥であるか否かを判定す
    る欠陥判定部を備えたことを特徴とする請求項１１記載
    の微細欠陥検査装置。
13. 【請求項１３】前記位置ずれ検出・補正回路部における
    複数チャンネル対応に設けられた位置ずれ検出回路と位
    置ずれ補正回路との組の各々をＬＳＩで構成し、前記比
    較回路部における複数チャンネル対応に設けられた比較
    回路の各々をＬＳＩで構成することを特徴とする請求項
    １１記載の微細欠陥検査装置。
14. 【請求項１４】前記位置ずれ検出・補正回路部における
    複数チャンネル対応に設けられた位置ずれ検出回路と位
    置ずれ補正回路との組の各々を第１の画像処理回路で構
    成し、前記比較回路部における複数チャンネル対応に設
    けられた比較回路の各々を第２の画像処理回路で構成
    し、前記第１および第２の画像処理回路を、複数チャン
    ネルの画像データを並べ替えて１チャンネルの画像デー
    タに合成する合成部と該合成部で合成された１チャンネ
    ルの画像データに対して複数倍の処理速度で画像処理す
    る画像処理回路部と該画像処理回路部で画像処理された
    １チャンネルの画像データを並び替えて複数チャンネル
    の画像データに戻す分離部とを有するように構成するこ
    とを特徴とする請求項１１記載の微細欠陥検査装置。
15. 【請求項１５】前記位置ずれ検出・補正回路部および比
    較回路部を、複数枚からなる複数チャンネル単位の基板
    の各々に、位置ずれ検出回路と位置ずれ補正回路との組
    を構成する第１のＬＳＩと、比較回路を構成する第２の
    ＬＳＩとを実装して構成することを特徴とする請求項１
    １記載の微細欠陥検査装置。
16. 【請求項１６】前記第１および第２のＬＳＩを、複数チ
    ャンネルの画像データを並べ替えて１チャンネルの画像
    データに合成する合成部と、該合成部で合成された１チ
    ャンネルの画像データに対して複数倍の処理速度で画像
    処理する画像処理回路部と、該画像処理回路部で画像処
    理された１チャンネルの画像データを並び替えて複数チ
    ャンネルの画像データに戻す分離部とを有することを特
    徴とする請求項１５記載の微細欠陥検査装置。
17. 【請求項１７】前記画像信号検出部は、被被検査対象基
    板に対して４００ｎｍ以下のＤＵＶ光を照射する照射光
    学系と、前記被被検査対象基板からの反射光を受光して
    画像信号に変換する検出光学系とを備えて構成すること
    を特徴とする請求項１または３または９または１１記載
    の微細欠陥検査装置。
18. 【請求項１８】前記検出光学系において、受光するイメ
    ージセンサとしてＴＤＩイメージセンサで形成すること
    を特徴とする請求項１７記載の微細欠陥検査装置。
19. 【請求項１９】画像信号検出部により被検査対象基板上
    から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出
    する画像信号検出過程と、 該画像信号検出過程で検出される画像信号をＡ／Ｄ変換
    して検出画像データを得、この得られた検出画像データ
    を繰り返されるパターン分遅延させて参照画像データを
    得る画像データ取得過程と、 該画像データ取得過程から得られる検出画像データと参
    照画像データとの間において位置ずれ検出を±４画素以
    上の探索範囲で行って両画像データの間の位置ずれ量を
    算出し、この算出された位置ずれ量に基いて前記検出画
    像データと参照画像データとを位置ずれ補正する位置ず
    れ検出・補正過程と、 該位置ずれ検出・補正過程で位置ずれ補正された検出画
    像データと参照画像データとを比較してその差を求め、
    該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてその欠
    陥候補点に関する情報を抽出する比較過程とを有するこ
    とを特徴とする微細欠陥検査方法。
20. 【請求項２０】更に、前記比較過程で抽出された欠陥候
    補点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点から真
    の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定過程を有するこ
    とを特徴とする請求項１９記載の微細欠陥検査方法。
21. 【請求項２１】画像信号検出部により被検査対象基板上
    から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出
    して多チャンネルで得る画像信号検出過程と、 該画像信号検出過程で得られる多チャンネルの画像信号
    をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データを得、
    この得られた多チャンネルの検出画像データを繰り返さ
    れるパターン分遅延させて多チャンネルの参照画像デー
    タを得る画像データ取得過程と、 該画像データ取得過程で得られる多チャンネルの検出画
    像データと多チャンネルの参照画像データとに基いて両
    画像データの間の位置ずれ検出および位置ずれ補正の画
    像処理を複数チャンネル単位で多チャンネルに亘って並
    列処理する第１の画像処理過程と、 該第１の画像処理過程で得られる複数チャンネル単位で
    の位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データ
    とを比較して欠陥候補点に関する情報を抽出する比較画
    像処理を多チャンネルに亘って並列処理する第２の画像
    処理過程とを有することを特徴とする微細欠陥検査方
    法。
22. 【請求項２２】入力される２枚の画像データの互いの所
    望の領域単位における位置ずれ量をテンプレートマッチ
    ングによって算出する回路を複数個カスケード接続し、
    位置ずれの探索範囲を画素数において広げて構成したこ
    とを特徴とする位置ずれ算出回路。