JP2002310928A - パターン欠陥検査方法およびパターン欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な欠陥を、その位置を特定した上で正確
に検出することができるパターン欠陥検査方法およびパ
ターン欠陥検査装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 パターン欠陥検査装置における画像処理
部２０は、基板Ｗの画像を撮影するカメラ１５と、参照
画像を記憶するための画像メモリ２１と、画像メモリ２
１に記憶した参照画像の揺すらせ回路２２と、各揺すら
せ位置における差の絶対値画像を得るための差の絶対値
測定回路２３と、差の絶対値画像に対し最大値フィルタ
ー処理を行うことにより各揺すらせ位置における最大値
画像を得る最大値フィルター処理回路２４と、最大値画
像に対し同一位置の画素値の最小値を検出することによ
り欠陥画像を得る最小値検出回路２５と、欠陥画像を一
定の閾値で二値化することにより欠陥を特定する二値化
処理回路２６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、参照画像と被検
査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出す
るパターン欠陥検査方法およびパターン欠陥検査装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体ウエハや液晶表示パネル
用ガラス基板あるいは半導体製造装置用マスク基板、さ
らには、プリント配線基板等の基板等におけるパターン
の欠陥を検査するためには、参照画像と被検査画像とを
比較することによりパターンの欠陥を検出するパターン
欠陥検査装置が使用される。このようなパターン欠陥検
査装置においては、参照画像と被検査画像とのパターン
マッチングにより位置合わせを行った上でこれらの画像
の差の絶対値を測定し、この差の絶対値がある閾値を越
えた場合に、これを欠陥として検出するようにしてい
る。

【０００３】しかしながら、参照画像と被検査画像とを
その全ての位置で位置合わせすることは困難である。特
に、参照画像または被検査画像に局所的な歪みが存在す
る場合等においては、参照画像と被検査画像とをその全
ての位置で位置合わせすることが不可能となる。

【０００４】このため、本出願人は、参照画像と被検査
画像とをいくつかの検査ブロックに分割し、分割後の参
照画像を被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量
だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上
で、各揺すらせ位置において参照画像と被検査画像との
差の絶対値を測定し、各揺すらせ位置毎のこの差の絶対
値の差違が一定の閾値以上となったときにのみ、その検
査ブロック内に欠陥が存在すると判断することにより、
上述した問題を解消しうるパターン欠陥検査装置を提案
している（特開昭６２−１４０００９号、特開２０００
−０２８３３３号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６２−１４００
０９号や特開２０００−０２８３３３号に記載されたパ
ターン欠陥検査装置は、参照画像と被検査画像とをその
全ての位置で位置合わせすることなく欠陥を検出できる
点で優れたものではあるが、検査ブロック単位でしか欠
陥を検出できないことから、欠陥画素の特定が困難にな
るという問題がある。

【０００６】また、特開昭６２−１４０００９号や特開
２０００−０２８３３３号に記載されたパターン欠陥検
査装置においては、参照画像側に微細な欠陥が存在した
場合や、検査すべきパターンが微細な場合においては、
検査ブロックの境界部分において、参照画像側の微細な
欠陥や被検査画像の微細な欠陥を見逃しやすいという問
題がある。

【０００７】この発明は上記課題を解決するためになさ
れたものであり、微細な欠陥をも、その位置を特定した
上で正確に検出することができるパターン欠陥検査方法
およびパターン欠陥検査装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、参照画像と被検査画像とを比較することによりパタ
ーンの欠陥を検査するパターン欠陥検査方法であって、
参照画像を記憶する参照画像記憶工程と、被検査画像を
読み取る被検査画像読取工程と、前記参照画像記憶工程
で記憶した参照画像を前記被検査画像読取工程で読み取
った被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ
各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上で、各
揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査画像と
の差の絶対値を測定することにより各揺すらせ位置にお
ける差の絶対値画像を得る差の絶対値測定工程と、前記
差の絶対値測定工程で測定した各揺すらせ位置における
差の絶対値画像に対し、最大値フィルター処理を行うこ
とにより、各揺すらせ位置における最大値画像を得る最
大値フィルター処理工程と、前記最大値フィルター処理
工程で得た各揺すらせ位置における最大値画像に対し、
同一位置の画素値の最小値を検出することにより欠陥画
像を得る最小値検出工程と、を備えたことを特徴とす
る。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記参照画像と前記被検査画像とは多
値画像であり、前記最小値検出工程の後に、前記欠陥画
像を二値化する二値化工程を有する。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記参照画像と前記被検査画像とは多
値画像であり、前記差の絶対値測定工程の後に、前記差
の絶対値画像を二値化する二値化工程を有する。

【００１１】請求項４に記載の発明は、参照画像と被検
査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出す
るパターン欠陥検査装置であって、参照画像を記憶する
画像メモリと、被検査画像を読み取るカメラと、前記画
像メモリに記憶した参照画像を前記カメラで読み取った
被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周
辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置する揺すらせ回路
と、前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被
検査画像との差の絶対値を測定することにより、各揺す
らせ位置における差の絶対値画像を得る差の絶対値測定
回路と、各揺すらせ位置における差の絶対値画像に対
し、最大値フィルター処理を行うことにより、各揺すら
せ位置における最大値画像を得る最大値フィルター処理
回路と、各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同
一位置の画素値の最小値を検出することにより欠陥画像
を得る最小値検出回路と、を備えたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１はこの発明に係るパターン
欠陥検査装置の概要図である。

【００１３】このパターン欠陥検査装置は、半導体ウエ
ハからなる基板Ｗを支持する基板支持テーブル１１と、
この基板支持テーブル１１をＸ方向に移動させるための
アクチュエータ１２と、基板支持テーブル１１をＹ方向
に移動させるためのアクチュエータ１３と、これらのア
クチュエータ１２、１３を介して基板支持テーブル１１
を駆動するためのテーブル駆動部１４と、基板支持テー
ブル１１に支持された基板Ｗの画像を撮影するカメラ１
５と、カメラ１５における画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換器１６と、後述する画像処理部２０と、パター
ン検査装置全体を制御する制御部１７とを備える。ま
た、制御部１７には、キーボード１８とＣＲＴ１９とが
接続されている。

【００１４】また、画像処理部２０は、参照画像を記憶
するための画像メモリ２１と、画像メモリ２１に記憶し
た参照画像をカメラ１５で読み取った被検査画像に対し
て二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた
揺すらせ位置に配置するための揺すらせ回路２２と、各
揺すらせ位置において参照画像と被検査画像との差の絶
対値を測定することにより各揺すらせ位置における差の
絶対値画像を得るための差の絶対値測定回路２３と、各
揺すらせ位置における差の絶対値画像に対し最大値フィ
ルター処理を行うことにより各揺すらせ位置における最
大値画像を得る最大値フィルター処理回路２４と、各揺
すらせ位置における最大値画像に対し同一位置の画素値
の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最小値検
出回路２５と、欠陥画像を一定の閾値で二値化すること
により欠陥を特定する二値化処理回路２６とを備える。

【００１５】次に、このパターン欠陥検査装置による欠
陥検査動作について説明する。図２はパターン欠陥検査
工程を示すフローチャートである。

【００１６】パターン欠陥検査を実行する際には、予
め、参照画像を画像メモリ２１に記憶しておく（ステッ
プＳ１）。この参照画像記憶工程においては、欠陥検査
のマスターパターンとなるべき参照画像をカメラ１５に
より多値画像として読み取り、この画像データを画像メ
モリ２１に記憶する。

【００１７】次に、パターン欠陥検査を行うべき被検査
画像をカメラ１５により多値画像として読み取る（ステ
ップＳ２）。この被検査画像読取工程において読み取ら
れた画像は、差の絶対値測定回路２３に送信される。な
お、被検査画像を画像メモリ２１に一旦記憶するように
してもよい。

【００１８】図３は、画像メモリ２１に記憶された参照
画像３１と、カメラ１５により読み取られた被検査画像
３２とを示す模式図である。

【００１９】この図に示すように、この実施形態におい
ては、参照画像３１は１８×１８の画素から構成され、
被検査画像３２は１６×１６の画素から構成されてい
る。そして、参照画像３１中には、４画素に相当する欠
陥またはパターン３３が存在しているものとする。

【００２０】次に、参照画像記憶工程で記憶した参照画
像３１を被検査画像読取工程で読み取った被検査画像３
２に対して二次元的に１画素に相当するずらせ量だけ各
周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上で、各揺
すらせ位置において参照画像３１と被検査画像３２との
差の絶対値を測定する（ステップＳ３）。

【００２１】すなわち、この差の絶対値測定工程におい
ては、揺すらせ回路２２により、図４に示すように、参
照画像３１の上辺と左辺とが被検査画像３２の上辺と左
辺とに一致する位置、参照画像３１の上辺のみが被検査
画像３２の上辺と一致する位置、参照画像３１の上辺と
右辺とが被検査画像３２の上辺と右辺とに一致する位
置、参照画像３１の左辺のみが被検査画像３２の左辺と
一致する位置、参照画像３１のいずれの辺も被検査画像
３２のいずれかの辺と一致しない位置、参照画像３１の
右辺のみが被検査画像３２の右辺と一致する位置、参照
画像３１の左辺と下辺とが被検査画像３２の左辺と下辺
とに一致する位置、参照画像３１の下辺のみが被検査画
像３２の下辺と一致する位置、参照画像３１の右辺と下
辺とが被検査画像３２の右辺と下辺とに一致する位置の
９個の揺すらせ位置に配置する。

【００２２】そして、差の絶対値測定回路２３により、
これらの９個の揺すらせ位置において、参照画像記憶工
程で記憶した参照画像３１と被検査画像読取工程で読み
取った被検査画像３２とを比較することにより、各揺す
らせ位置における差の絶対値画像を得る。図４は、この
ようにして得られた９個の差の絶対値画像３４ａ〜３４
ｉを示している。

【００２３】なお、この実施形態においては、参照画像
３１を被検査画像３２に対して二次元的に１画素に相当
するずらせ量だけずらせて９個の揺すらせ位置に配置し
ているが、この揺すらせ量は１画素に相当するものでな
くともよい。なお、例えば、この揺すらせ量を２画素と
した場合には、２５個の揺すらせ位置が存在することに
なり、この揺すらせ量をｎ画素とした場合には、（２ｎ
＋１）×（２ｎ＋１）個の揺すらせ位置が存在すること
になる。

【００２４】また、この揺すらせ量は、必ずしも画素の
整数倍である必要はなく、例えば、特開２０００−０２
８３３３号に記載されているように、１画素以下の単位
であってもよい。

【００２５】また、この実施形態においては、参照画像
３１と被検査画像３２とを多値画像としているが、これ
らが二値画像の場合においては、この差の絶対値測定工
程にでは、各揺すらせ位置における参照画像３１と被検
査画像３２との排他的論理和をとることになる。

【００２６】再度、図２を参照して、次に、差の絶対値
測定工程で測定した各揺すらせ位置における差の絶対値
画像３４ａ〜３４ｉに対し、最大値フィルター処理（膨
張処理）を実行する（ステップＳ４）。この最大値フィ
ルター処理工程においては、例えば、絶対値画像３４ａ
〜３４ｉにおける各画素を、例えば３行３列の最大値フ
ィルター領域の各位置に配置した場合に、その最大値フ
ィルター領域内の画像の最大値を、その中央部の値とし
て設定することにより、各揺すらせ位置における最大値
画像を得る。図５は、このようにして得られた９個の差
の最大対値画像３５ａ〜３５ｉを示している。

【００２７】なお、上述した説明では、最大値フィルタ
ー処理として、３×３のウインドウによる最大値フィル
ター処理を採用しているが、３×３以上のＮ×Ｎのもの
を採用するようにしてもよい。このとき、上述した揺す
らせ量をｎとしたとき、Ｎの値は［２ｎ＋１］以上であ
る必要がある。

【００２８】また、上下左右対称な形状であれば、例え
ば円形等の、矩形状以外の形状のウインドウを使用して
もよい。このようなウインドウとして円形のウインドウ
を使用した場合においては、円形状のウインドウを円状
に揺すらせることになる。このような場合においては、
円形のウインドウの揺すらせ量をｎとしたとき、円形の
ウインドウの直径が上述したＮに相当することになる。

【００２９】次に、最大値フィルター処理工程で得た各
揺すらせ位置における最大値画像３５ａ〜３５ｉに対
し、同一位置の画素値の最小値を検出する（ステップＳ
５）。すなわち、この最小値検出工程においては、各揺
すらせ位置に対応する９個の差の最大対値画像３５ａ〜
３５ｉにおける、同一位置にある画素値の内の最小値を
選択することにより、欠陥画像を得る。図６は、このよ
うにして得られた欠陥画像３６を示している。

【００３０】図３（ａ）および図６に示すように、検出
された欠陥画像３６は、参照画像３１中の欠陥またはパ
ターン３３と同一サイズとなっている。すなわち、上述
した条件の下、このパターン欠陥検査装置を使用した場
合においては、揺すらせ量をｎとし、最大値フィルター
のサイズを［２ｎ＋１］×［２ｎ＋１］とした場合に、
欠陥サイズと同一サイズの欠陥画像３６を得ることがで
きることになる。

【００３１】再度、図２を参照して、この欠陥画像３６
を所定の閾値で二値化することにより、最終的な欠陥情
報を得る（ステップＳ６）。

【００３２】なお、上述した説明においては、最小値検
出工程（ステップＳ５）の後に、二値化処理を実行して
いるが、差の絶対値測定工程（ステップＳ３）に続いて
二値化処理を実行するようにしてもよい。このような場
合においては、最大値フィルター処理工程（ステップＳ
４）においては、最大値フィルター領域内のいずれかに
「１」が存在すれば、その中央部に「１」を設定するこ
とになる。また、最小値検出工程（ステップＳ５）にお
いては、各揺すらせ位置における最大値画像に対して
「ＡＮＤ」をとることになる。

【００３３】上述した図３〜図６に示す実施形態は、参
照画像３１中には４画素に相当する欠陥３３が存在して
いる場合、もしくは、参照画像３１中に４画素に相当す
るパターン３３が存在し、かつ、被検査画像３２にはこ
のようなパターン３３が存在しない場合のものである。
しかしながら、この発明に係るパターン欠陥検査装置に
よれば、被検査画像に欠陥がある場合にも、同様の工程
によりこの欠陥を検出することができる。

【００３４】図７は、上述した参照画像記憶工程（ステ
ップ１）により画像メモリ２１に記憶された参照画像４
１と、上述した被検査画像読取工程（ステップＳ２）に
おいてカメラ１５により読み取られた被検査画像４２と
を示す模式図である。

【００３５】この図に示すように、この実施形態におい
ては、被検査画像４２中には、４画素に相当する欠陥ま
たはパターン４３が存在している。

【００３６】このような条件の下、参照画像４１を被検
査画像４２に対して二次元的に１画素に相当するずらせ
量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上
で、各揺すらせ位置において参照画像４１と被検査画像
４２との差の絶対値を測定する差の絶対値測定工程（ス
テップＳ３）を実行した場合には、図８に示す９個の差
の絶対値画像４４ａ〜４４ｉが得られる。なお、この絶
対値画像４４ａ〜４４ｉは、図４に示す絶対値画像３４
ａ〜３４ｉに比べ、各絶対値画像４４ａ〜４４ｉの位置
が互いに一致している点が異なっている。

【００３７】そして、これらの差の絶対値画像４４ａ〜
４４ｉに対し、３×３の最大値フィルター処理を実行す
ることにより（ステップＳ４）。図９に示す９個の差の
最大対値画像４５ａ〜４５ｉを得る。

【００３８】しかる後、これらの最大値画像４５ａ〜４
５ｉに対し、同一位置の画素値の最小値を検出すること
により（ステップＳ５）、図１０に示す欠陥画像４６を
得る

【００３９】図７（ａ）および図１０に示すように、検
出された欠陥画像４６は、被検査画像４１中の欠陥４３
を最大値フィルターのサイズだけ膨張したサイズとなっ
ている。すなわち、上述した条件の下、このパターン欠
陥検査装置を使用した場合においては、揺すらせ量をｎ
とし、最大値フィルターのサイズを［２ｎ＋１］×［２
ｎ＋１］とした場合に、欠陥サイズを最大値フィルター
のサイズ分だけ膨張させたサイズの欠陥画像４６を得る
ことができることになる。

【００４０】最後に、図２を参照して、この欠陥画像４
６を所定の閾値で二値化することにより、最終的な欠陥
情報を得る（ステップＳ６）。

【００４１】なお、上述した実施形態においては、参照
画像３１、４１と被検査画像３２、４２とをそのまま比
較しているが、エッジ部分のサンプリングによる誤差が
問題となる場合においては、例えば、特開２０００−０
６５５４５号に記載されたように、参照画像３１、４１
側に許容値を設けた上で差分を計算するようにしてもよ
い。

【００４２】

【発明の効果】請求項１乃至請求項４に記載の発明によ
れば、欠陥が微細であった場合にも、その欠陥を、欠陥
の位置をある程度特定した上で検出することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るパターン欠陥検査装置の概要図
である。

【図２】パターン欠陥検査工程を示すフローチャートで
ある。

【図３】参照画像３１と被検査画像３２とを示す模式図
である。

【図４】絶対値画像３４ａ〜３４ｉを示す模式図であ
る。

【図５】差の最大対値画像３５ａ〜３５ｉを示す模式図
である。

【図６】欠陥画像３６を示す模式図である。

【図７】参照画像４１と被検査画像４２とを示す模式図
である。

【図８】絶対値画像４４ａ〜４４ｉを示す模式図であ
る。

【図９】差の最大対値画像４５ａ〜４５ｉを示す模式図
である。

【図１０】欠陥画像４６を示す模式図である。

【符号の説明】

１１ 基板支持テーブル １２ アクチュエータ １３ アクチュエータ １４ テーブル駆動部 １５ カメラ １６ Ａ／Ｄ変換器 １７ 制御部 ２０ 画像処理部 ２１ 画像メモリ ２２ 揺すらせ回路 ２３ 差の絶対値測定回路 ２４ 最大値フィルター処理回路 ２５ 最小値検出回路 ２６ 二値化処理回路 Ｗ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AA56 AA65 AB02 AC04 CA04 EA11 GD02 GD06 5B057 AA03 BA11 CA08 CA12 CA16 CB06 CB12 CB16 CE06 CE12 CH09 CH11 DA03 DB02 DB08 DC09 DC33 5L096 AA06 BA03 BA18 CA02 EA43 GA08 GA12 GA55 HA07 LA05

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 参照画像と被検査画像とを比較すること
   によりパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査方法
   であって、 参照画像を記憶する参照画像記憶工程と、 被検査画像を読み取る被検査画像読取工程と、 前記参照画像記憶工程で記憶した参照画像を前記被検査
   画像読取工程で読み取った被検査画像に対して二次元的
   に一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位
   置に配置した上で、各揺すらせ位置において前記参照画
   像と前記被検査画像との差の絶対値を測定することによ
   り各揺すらせ位置における差の絶対値画像を得る差の絶
   対値測定工程と、 前記差の絶対値測定工程で測定した各揺すらせ位置にお
   ける差の絶対値画像に対し、最大値フィルター処理を行
   うことにより、各揺すらせ位置における最大値画像を得
   る最大値フィルター処理工程と、 前記最大値フィルター処理工程で得た各揺すらせ位置に
   おける最大値画像に対し、同一位置の画素値の最小値を
   検出することにより欠陥画像を得る最小値検出工程と、 を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のパターン欠陥検査方法
   において、 前記参照画像と前記被検査画像とは多値画像であり、 前記最小値検出工程の後に、前記欠陥画像を二値化する
   二値化工程を有するパターン欠陥検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のパターン欠陥検査方法
   において、 前記参照画像と前記被検査画像とは多値画像であり、 前記差の絶対値測定工程の後に、前記差の絶対値画像を
   二値化する二値化工程を有するパターン欠陥検査方法。
4. 【請求項４】 参照画像と被検査画像とを比較すること
   によりパターンの欠陥を検出するパターン欠陥検査装置
   であって、 参照画像を記憶する画像メモリと、 被検査画像を読み取るカメラと、 前記画像メモリに記憶した参照画像を前記カメラで読み
   取った被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だ
   け各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置する揺すら
   せ回路と、 前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査
   画像との差の絶対値を測定することにより、各揺すらせ
   位置における差の絶対値画像を得る差の絶対値測定回路
   と、 各揺すらせ位置における差の絶対値画像に対し、最大値
   フィルター処理を行うことにより、各揺すらせ位置にお
   ける最大値画像を得る最大値フィルター処理回路と、 各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の
   画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最
   小値検出回路と、 を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。