JP2004012360A

JP2004012360A - パターン検査装置、パターン検査方法およびプログラム

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Publication number: JP2004012360A
Application number: JP2002168054A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Asai; 浅井　浩; Yuichiro Hikita; 疋田　雄一郎; Hiroyuki Onishi; 大西　浩之
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-10
Also published as: US7266232B2; US20030228045A1; JP4008291B2

Abstract

【課題】欠陥を適切に検出する検査装置を提供する
【解決手段】検査装置１は、基板９を撮像する撮像部２、撮像部２から画像の信号が入力される演算部４、および、コンピュータ５を有し、演算部４は撮像部２が取得した対象物画像から被検査画像および参照画像を特定する。演算部４において、特定された被検査画像の各画素が属する領域の種別が、対応する参照画像の画素の画素値に基づいて特定される。また、演算部４の比較検査回路において、被検査画像の各画素と対応する参照画像の画素との差分絶対値が算出され、特定された領域種別に応じた欠陥判定しきい値と差分絶対値とを比較することにより、欠陥の判定が行われる。これにより、検査装置１では画素が属する領域の種別に応じて欠陥を適切に検出することができる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物のパターンの検査を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板、カラーフィルタ、シャドウマスク、プリント配線基板等に形成されたパターンを検査する分野において、従来より主として多値画像による比較検査方式が用いられている。例えば、被検査画像と参照画像との画素値の差の絶対値を示す差分画像を求め、差分画像において所定のしきい値よりも大きな画素値を有する領域が欠陥として検出される。また、周期性を有するパターンを検査する場合には、複数の被検査画像を順次取得し、各被検査画像の検査を行う際に他の被検査画像を参照画像として比較検査が行われる。
【０００３】
ところで、このような比較検査では鮮鋭度の変化による画像の粒状性の変化により、設定されるべきしきい値が変動するという問題があった。図１（ａ）および（ｂ）は被検査画像の画素と参照画像の対応する画素との差の絶対値（以下、「差分絶対値」という。）のヒストグラム（すなわち、差分画像のヒストグラム）を示す図であり、図１（ａ）は画像の粒状性が大きい場合のヒストグラム９１ａを例示し、図１（ｂ）は粒状性が小さい場合のヒストグラム９１ｂを例示している。図１（ａ）および（ｂ）は同一のパターンに関して求められた差分画像のヒストグラムであるが、撮像された画像の粒状性の違いによりヒストグラムの差分絶対値の分布範囲が異なる。
【０００４】
したがって、例えば、図１（ｂ）に示すヒストグラム９１ｂに合わせてしきい値Ｔ１ｂが設定された場合に、被検査画像の粒状性が一時的に大きくなって差分絶対値の分布が図１（ａ）に示す状態になると、差分絶対値がしきい値Ｔ１ｂよりも大きく、値Ｔ１ａよりも小さい正常な画素が疑似欠陥として検出されこととなる。一方、図１（ａ）に示すヒストグラム９１ａに合わせてしきい値Ｔ１ａが設定された場合に、粒状性が一時的に小さくなって差分絶対値の分布が図１（ｂ）に示す状態になると、差分絶対値がしきい値Ｔ１ａよりも小さく、値Ｔ１ｂよりも大きい欠陥画素が検出されなくなる。
【０００５】
そこで、特開２００２−２２４２１号公報では、差分画像の画素値の標準偏差を算出し、標準偏差に基づいて差分画像のヒストグラムを正規化して画像の鮮鋭度の変動（すなわち、粒状性の変動）の影響を取り除く手法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体基板上において比較的平坦な領域（以下、「背景領域」という。）に表面のグレインが強い（すなわち、表面が粗い）アルミニウム配線が形成されたパターンを検査する場合、例えば、図２（ａ）に示すような差分絶対値に関する差分画像のヒストグラム９２が得られたすると、ヒストグラム９２に基づいてしきい値Ｔ２ａが設定されたとしても適切な欠陥検出が行われない場合がある。
【０００７】
なぜならば、図２（ａ）のヒストグラム９２は、図２（ｂ）に示す配線領域に関する差分画像のヒストグラム９２１と背景領域に関する差分画像のヒストグラム９２２とが合成されたものであり、配線領域に関するヒストグラム９２１の影響により、背景領域に関するヒストグラム９２２において欠陥を示す部分９２２ａの差分絶対値がしきい値Ｔ２ａよりも小さくなるからである。その結果、特開２００２−２２４２１号公報に記載された手法を用いたとしても図２（ａ）に示すヒストグラム９２の場合は、適切なしきい値を設定することができない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、欠陥を適切に検出する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、対象物上のパターンの検査を行うパターン検査装置であって、対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する撮像部と、参照画像のデータを記憶する記憶部と、被検査画像の各画素が属する領域種別を参照画像の画素の値に基づいて特定する領域種別特定手段と、対応する領域種別に応じたパラメータ値を用いて被検査画像の各画素に対して判定を行う判定手段とを備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン検査装置であって、対象物上のパターンが周期性を有し、被検査画像が前記撮像部により取得される対象物画像の一部であり、前記記憶部が、対象物画像中のパターンの周期の整数倍だけ被検査画像から離れた領域を参照画像として記憶する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のパターン検査装置であって、対象物を前記撮像部に対して相対的に移動する機構をさらに備え、対象物上のパターンが周期性を有し、被検査画像および参照画像が対象物上のパターンの周期の整数倍だけ離れた領域の画像である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、対象物上のパターンの検査を行うパターン検査方法であって、対象物から取得された多階調の被検査画像の各画素が属する領域種別を参照画像の画素の値に基づいて特定する領域種別特定工程と、対応する領域種別に応じたパラメータ値を用いて前記被検査画像の各画素に対して判定を行う判定工程とを有する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、対象物から取得された多階調の被検査画像のデータに基づいてコンピュータに前記対象物上のパターンの検査を実行させるプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、前記被検査画像の各画素が属する領域種別を参照画像の画素の値に基づいて特定する領域種別特定工程と、対応する領域種別に応じたパラメータ値を用いて前記被検査画像の各画素に対して判定を行う判定工程とを実行させる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のプログラムであって、前記対象物上のパターンが周期性を有し、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、前記対象物から取得された対象物画像の一部を前記被検査画像として特定する工程と、前記対象物画像中のパターンの周期の整数倍だけ前記被検査画像から離れた領域を前記参照画像として特定する工程とをさらに実行させる。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のプログラムであって、前記対象物上のパターンが周期性を有し、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、前記被検査画像に対応する前記対象物上の領域からパターンの周期の整数倍だけ離れた領域の画像を前記参照画像として準備する工程をさらに実行させる。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、ゴールデン・テンプレート画像を前記参照画像として準備する工程をさらに実行させる。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項５ないし８のいずれかに記載のプログラムであって、前記領域種別特定工程において前記領域種別が前記参照画像の画素の値に関するヒストグラムに基づいて特定される。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項５ないし９のいずれかに記載のプログラムであって、前記パラメータ値が、前記被検査画像と前記参照画像との差分画像、前記差分画像の画素値を差分統計特徴量により正規化した正規化画像、および、前記正規化画像を平滑化した画像のうち少なくともいずれか１つに対応した値である。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項５ないし１０のいずれかに記載のプログラムであって、前記領域種別特定工程の前に複数の参照画像が準備され、前記複数の参照画像から新たな参照画像が生成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の第１の実施の形態に係る検査装置１の構成を示す図である。検査装置１は、半導体基板（以下、「基板」という。）９上の所定の領域を撮像して多階調の対象物画像のデータを取得する撮像部２、基板９を保持するステージ３、および、撮像部２に対してステージ３を相対的に移動するステージ駆動部３１を有する。
【００２１】
撮像部２は、照明光を出射する照明部２１、基板９に照明光を導くとともに基板９からの光が入射する光学系２２、および、光学系２２により結像された基板９の像を電気信号に変換する撮像デバイス２３を有する。ステージ駆動部３１はステージ３を図３中のＸ方向に移動するＸ方向移動機構３２、および、Ｙ方向に移動するＹ方向移動機構３３を有する。Ｘ方向移動機構３２はモータ３２１にボールねじ（図示省略）が接続され、モータ３２１が回転することにより、Ｙ方向移動機構３３がガイドレール３２２に沿って図３中のＸ方向に移動する。Ｙ方向移動機構３３もＸ方向移動機構３２と同様の構成となっており、モータ３３１が回転するとボールねじ（図示省略）によりステージ３がガイドレール３３２に沿ってＹ方向に移動する。
【００２２】
検査装置１は、撮像部２から対象物画像を示す電気信号を受信する演算部４、並びに、撮像部２、ステージ駆動部３１および演算部４に接続されたコンピュータ５をさらに有し、コンピュータ５が検査装置１の各構成を制御する制御部としての役割を担う。検査装置１では、コンピュータ５がステージ駆動部３１を制御して撮像部２の撮像位置を基板９上の所定の位置へと相対的に移動する。
【００２３】
図４は演算部４の構成を示す図である。以下、演算部４の各構成の機能について説明しつつ、検査装置１が被検査画像に対する欠陥の判定を行う動作について説明を行う。
【００２４】
演算部４では、撮像部２からの信号を受けて対象物画像のデータが被検査画像メモリ４１に記憶される。ただし、被検査画像メモリ４１では対象物画像中の複数の領域のそれぞれが被検査画像として取扱可能に特定されている。被検査画像メモリ４１からは第１比較検査回路４５ａ、第２比較検査回路４５ｂおよび遅延処理回路４２に被検査画像の画素値が順次出力される。遅延処理回路４２は入力された画素値を適宜遅延して参照画像メモリ４３へと出力し、参照画像メモリ４３には１つの被検査画像分のデータが記憶される。参照画像メモリ４３は記憶している被検査画像の画素値を順次第１比較検査回路４５ａおよび第２比較検査回路４５ｂへと出力する。これにより、第１比較検査回路４５ａおよび第２比較検査回路４５ｂには、被検査画像メモリ４１から出力された画素値と、１つの被検査画像分だけ遅延された画素値とが同時に入力される。
【００２５】
図５（ａ）は、複数の被検査画像６１１〜６１４（以下、被検査画像６１０と総称する。）が被検査画像メモリ４１において対象物画像（の一部）として記憶されている様子を示す図である。対象物画像は、例えば、メモリ領域およびロジック領域を有する基板９上のダイ（すなわち、１つのチップに対応する領域）におけるメモリ領域の画像であり、パターンが周期的に配列されている。そして、パターンの周期毎に対象物画像の一部が被検査画像として取り扱われる。換言すれば、１つの被検査画像６１０からパターンの周期の整数倍だけ離れた領域が他の被検査画像６１０として特定されている。
【００２６】
ここで、被検査画像メモリ４１が右側の被検査画像６１４から順に画素値を出力するものとすると、１つの被検査画像６１０の画素値が出力される際には、参照画像メモリ４３からは右側に隣接する被検査画像６１０の対応する画素値が出力されることとなる。すなわち、被検査画像６１３の１つの画素値が被検査画像メモリ４１から出力される際には、被検査画像６１４の対応する画素値が参照画像メモリ４３から出力される。同様に、被検査画像６１２，６１１の１つの画素値が被検査画像メモリ４１から出力される際には、被検査画像６１３，６１２の対応する画素値がそれぞれ参照画像メモリ４３から出力される。なお、最初の被検査画像６１４の画素値が被検査画像メモリ４１から出力される際には、予め隣接する被検査画像６１３のデータが参照画像メモリ４３に記憶され（例えば、ダミーのデータとして被検査画像６１３のデータが被検査画像メモリ４１から出力される。）、これらの被検査画像６１４，６１３の対応する画素値が被検査画像メモリ４１および参照画像メモリ４３から同時に出力される。
【００２７】
以上のように、各被検査画像６１０の画素値が被検査画像メモリ４１から出力される際には、隣接する被検査画像６１０のデータが検査における参照画像のデータとして参照画像メモリ４３に記憶されており（正確には、参照画像メモリ４３から１つの画素値が出力されると、遅延処理回路４２から隣接する被検査画像６１０の対応する画素値が入力されて置き換えられる。）、参照画像の画素値が参照画像メモリ４３から出力される。
【００２８】
図５（ｂ）は参照画像を図５（ａ）に対応付けて例示する図である。符号６２２，６２３，６２４を付す参照画像はそれぞれ被検査画像６１２，６１３，６１４であり、図５（ａ）にて右側から順に配列された被検査画像６１４，６１３，６１２，６１１に対して、参照画像６２３，６２４，６２３，６２２が使用される様子を示している。以下の説明ではこれらの参照画像を参照画像６２０と総称する。
【００２９】
図４に示すように、参照画像メモリ４３は領域判定回路４４に接続されており、１つの参照画像６２０のデータが参照画像メモリ４３に蓄積された時点で（すなわち、被検査画像メモリ４１から１つの被検査画像６１０における最初の画素値が出力される直前に）、領域判定回路４４が参照画像メモリ４３に記憶されている参照画像６２０の画素値の平均を算出する。したがって、被検査画像メモリ４１および参照画像メモリ４３から被検査画像６１０および参照画像６２０の互いに対応する画素値が出力される時点では、領域判定回路４４にて既に平均値が準備された状態となっている。
【００３０】
平均値は各画素が属すべき領域種別（すなわち、領域の種類）を特定するためのしきい値（以下、「領域判定しきい値」という。）として準備される。なお、図５（ｃ）に領域判定しきい値により各画素が属する領域種別を特定した場合の参照画像６２０を例示する。図５（ｃ）において、平行斜線を付す領域６３が暗い領域であり、平行斜線を付していない領域６４が明るい領域である。これらの領域６３，６４は画素単位の領域となり、実際の明るい領域および暗い領域とは完全に一致するとは限らない（図５（ｂ）および（ｃ）の左側の参照画像６２２に互いに対応する画素６２０ａを例示する。）。
【００３１】
なお、領域判定しきい値を高度に求めることができる場合には（特に、後述するように領域判定しきい値がコンピュータにより求められる場合には）、領域判定しきい値は参照画像の画素値のヒストグラムの極小値の位置等に基づいて求められることが好ましい。
【００３２】
第１比較検査回路４５ａおよび第２比較検査回路４５ｂの双方では、被検査画像メモリ４１および参照画像メモリ４３から入力された被検査画像６１０の画素値と参照画像６２０の画素値との間の差分絶対値が算出される。図６は、図５（ａ）に示す各被検査画像６１０の１つの画素に関して差分絶対値が算出される様子を説明するための図である。なお、図６において符号６１１ａ，６１２ａ，６１３ａ，６１４ａにて示す画素値は、図５（ａ）において符号６１１ａ，６１２ａ，６１３ａ，６１４ａを付す画素の画素値を示している。
【００３３】
画素６１４ａの画素値が被検査画像メモリ４１から出力される際には、画素６１３ａの画素値が参照画像メモリ４３から出力されるため、画素６１４ａの画素値Ｙ４と画素６１３ａの画素値Ｙ３とにより差分絶対値Ｚ４が算出される。画素６１３ａ，６１２ａ，６１１ａの画素値が被検査画像メモリ４１から出力される際には、それぞれ画素６１４ａ，６１３ａ，６１２ａの画素値が参照画像メモリ４３から出力され、画素値Ｙ４と画素値Ｙ３との差分絶対値Ｚ３（＝Ｚ４）、画素値Ｙ３と画素値Ｙ２との差分絶対値Ｚ２、画素値Ｙ２と画素値Ｙ１との差分絶対値Ｚ１がそれぞれ求められる。
【００３４】
各比較検査回路４５ａ，４５ｂにおいて被検査画像６１０中の１つの画素について差分絶対値が算出されると、続いて欠陥判定が行われる。第１比較検査回路４５ａおよび第２比較検査回路４５ｂはそれぞれ、暗い領域６３および明るい領域６４に対応して設けられており、各領域種別に応じて欠陥であるかどうかを判定するための差分絶対値に対するしきい値（以下、「欠陥判定しきい値」という。）が予め設定されている。すなわち、第１比較検査回路４５ａと第２比較検査回路４５ｂとには互いに異なる欠陥判定しきい値が設定されており、各比較検査回路４５ａ，４５ｂは、算出された差分絶対値が欠陥判定しきい値より大きい場合には欠陥画素であると判定し、小さい場合には非欠陥画素（すなわち、正常な画素）であると判定する。
【００３５】
例えば、図６に例示した画素６１１ａが判定される際に、第１比較検査回路４５ａの欠陥判定しきい値がＴ１（ただし、Ｔ１＜Ｚ１）であり、第２比較検査回路４５ｂの欠陥判定しきい値がＴ２（ただし、Ｔ２＞Ｚ１）であるものとすると、画素６１１ａは第１比較検査回路４５ａでは「欠陥」と判定され、第２比較検査回路４５ｂでは「非欠陥」と判定される。そして、欠陥判定結果が各比較検査回路４５ａ，４５ｂからセレクタ４６へと出力される。
【００３６】
一方、領域判定回路４４には参照画像メモリ４３から出力される画素値が入力され、領域判定しきい値に基づいて判定対象の画素が参照画像６２０中の暗い領域６３と明るい領域６４とのいずれに属するかが特定される（図５（ｃ）参照）。すなわち、参照画像６２０の画素の画素値が領域判定しきい値より小さい場合は暗い領域６３と判定され、領域判定しきい値以上である場合は明るい領域６４と判定される。領域種別を示すデータはセレクタ４６に入力される。
【００３７】
領域判定回路４４から領域種別を示すデータ（領域判定結果）、並びに、各比較検査回路４５ａ，４５ｂから欠陥判定結果が入力されたセレクタ４６は、領域判定結果に基づいて第１比較検査回路４５ａまたは第２比較検査回路４５ｂのいずれかの欠陥判定結果を選択し、選択した欠陥判定結果をコンピュータ５に送信する。図５（ａ）の画素６１１ａの場合には、暗い領域６４の画素（図５（ｃ）参照）であるため、セレクタ４６では第１比較検査回路４５ａの欠陥判定結果（すなわち、「欠陥」）が選択され、コンピュータ５に出力される。
【００３８】
以上のようにして、検査装置１では被検査画像６１０の各画素に関して領域種別毎の欠陥判定しきい値を用いて欠陥の判定が行われる。
【００３９】
表１は、図５（ａ）の被検査画像６１０に対して、上記欠陥判定の処理により得られる結果の一部を例示する表である。表１において「被検査画像画素番号」および「参照画像画素番号」に図５（ａ）の画素に付す符号を記入している。また、画素６１１ａ〜６１４ａは各被検査画像６１０において互いに対応する画素であり、画素６１１ｂ〜６１４ｂも各被検査画像６１０において互いに対応する画素であり、画素６１１ａ，６１１ｂが欠陥画素である。「比較検査回路」の欄には、第１比較検査回路４５ａの欠陥判定結果が選択された場合には「１」を、第２比較検査回路４５ｂの欠陥判定結果が選択された場合には「２」を記入している。
【００４０】
【表１】

【００４１】
表１の結果では、画素６１１ａ，６１１ｂに対応する差分絶対値がそれぞれの属する暗い領域６３および明るい領域６４の欠陥判定しきい値よりも大きくなり、欠陥画素と判定されている。このように、従来の手法では被検査画像内に暗い領域６３および明るい領域６４がある場合には、暗い領域６３の欠陥を検出することが困難であったが（なお、暗い領域６３に合わせてしきい値が設定された場合には、疑似欠陥が多数検出されることとなる。）、検査装置１では、暗い領域６３に属する欠陥画素および明るい領域６４に属する欠陥画素の双方を適切に検出することができる。
【００４２】
以上のように、検査装置１では、対象物画像から検査対象領域である複数の被検査画像および参照画像を取得し、被検査画像の各画素が属する領域種別を参照画像の画素の値に基づいて特定する。そして、被検査画像の各画素に関して、参照画像を参照して画素特徴量（上記説明では差分絶対値を例示したが、他の特徴量が採用されてもよい。）を算出し、領域種別に応じた欠陥判定しきい値を用いて被検査画像の各画素に対する欠陥の判定が行われる。その結果、被検査画像６１０に複数の領域種別が存在する場合であっても、領域種別毎に適切な欠陥検査を行うことが可能となり、疑似欠陥の過剰検出および真欠陥の検出漏れを適切に防ぐことが実現される。
【００４３】
なお、被検査画像に含まれる領域が３種類存在する場合には、図７に示すように比較検査回路４５を３つ設けて各比較検査回路４５に領域種別に応じたしきい値を設定し、３つの比較検査回路４５からの出力が領域判定回路４４による領域判定結果に基づいてセレクタ４６により選択されることで、適切な欠陥検査を行うことが実現される。すなわち、領域種別の数だけ比較検査回路４５を設けることにより、３以上の領域種別が存在する場合であっても欠陥検査が可能となる。
【００４４】
図８は本発明の第２の実施の形態に係る検査装置１の演算部４ａを示す図である。演算部４ａでは、撮像部２からの対象物画像の信号は切替スイッチ４０を介して被検査画像メモリ４１または参照画像メモリ４３へと送信される。他の構成は第１の実施の形態と同様であり、同符号を付している。
【００４５】
演算部４ａを有する検査装置１における被検査画像は、例えば、基板９上に配列されているダイのロジック領域上に形成されたパターンの画像とされる。検査装置１において被検査画像が取得される際には、切替スイッチ４０が被検査画像メモリ４１側に接続されるとともに、ステージ駆動部３１がステージ３を移動することにより撮像部２の撮像位置が基板９上のダイのロジック領域上へと移動する（図３参照）。そして、被検査画像メモリ４１に対象物画像のデータが記憶され、さらに、対象物画像中の被検査画像の領域が特定される。
【００４６】
参照画像が取得される際には、切替スイッチ４０は参照画像メモリ４３側に接続され、撮像部２の撮像位置がステージ駆動部３１により他のダイの同じ位置（すなわち、ダイのパターンの周期の整数倍だけ離れた撮像領域）へと移動し、他のダイのロジック領域上の画像が取得される。そして、撮像部２により取得された対象物画像のデータが参照画像の領域が特定可能な状態で参照画像メモリ４３に記憶される。ロジック領域内のパターンは周期性を有しないため、１つの対象物画像に被検査画像と参照画像とを含めることができないが、被検査画像に対応する基板９上の領域からダイのパターンの周期の整数倍だけ離れた領域を撮像することにより、参照画像を準備することが可能となる。
【００４７】
被検査画像および参照画像が取得されると、第１の実施の形態と同様に、参照画像に基づいて領域判定しきい値が決定され、領域判定回路４４において被検査画像の各画素に対する領域種別が順次特定されるとともに、各比較検査回路４５ａ，４５ｂにおいて比較検査が行われ、セレクタ４６により特定された領域種別に応じて欠陥判定結果の選択が行われる。
【００４８】
以上のように、第２の実施の形態に係る検査装置１では、基板９上において互いに離れた領域の被検査画像および参照画像をステージ駆動部３１を制御して取得することにより、被検査画像の各画素の欠陥を領域種別毎に適切に検出することが可能となる。
【００４９】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る検査装置１の演算部４ｂを示す図である。演算部４ｂは切替スイッチ４０を有し、ステージ駆動部３１および切替スイッチ４０が制御されることにより撮像部２により取得された対象物画像が被検査画像メモリ４１、第１参照画像メモリ４３ａ、第２参照画像メモリ４３ｂ、または、第３参照画像メモリ４３ｃへと入力される。第２の実施の形態と同様に、被検査画像メモリ４１には被検査画像の領域が特定可能な状態で対象物画像が取得され、各参照画像メモリ４３ａ〜４３ｂには、基板９上のダイのパターンの周期の整数倍だけ離れた領域を示す複数の対象物画像が、それぞれ参照画像の領域が特定可能な状態で記憶される。そして、領域判定回路４４には、複数の参照画像の画素値の平均が領域判定しきい値として設定される。
【００５０】
被検査画像メモリ４１から画素値が各比較検査回路４５ａ，４５ｂへと順次入力される際には、対応する参照画像の画素値が各参照画像メモリ４３ａ〜４３ｃから参照画像セレクタ４７へと入力される。参照画像セレクタ４７は、入力される複数の画素値のうち、中間値を選択して出力する。例えば、図１０に示すように、入力される３つの画素値がＹ５，Ｙ６，Ｙ７（ただし、Ｙ５＞Ｙ６＞Ｙ７）であるとすると、画素値Ｙ５〜Ｙ７の中間値である画素値Ｙ６が参照画像セレクタ４７により選択され、領域判定回路４４および各比較検査回路４５ａ，４５ｂへと出力される。
【００５１】
各比較検査回路４５ａ，４５ｂでは、被検査画像の画素値と選択された参照画像の画素値の差分絶対値が算出される。図１０に示すように被検査画像の画素値をＹ８とすると、各比較検査回路４５ａ，４５ｂでは、画素値Ｙ８と画素値Ｙ６との差分絶対値Ｚ８が算出され、予め設定された欠陥判定しきい値に基づいて欠陥の判定が行われる。一方、選択された参照画像の画素値は領域判定回路４４にも入力され、第１の実施の形態と同様に、領域判定回路４４により特定された領域種別に基づいて、セレクタ４６が欠陥判定結果を選択し、選択された欠陥判定結果がコンピュータ５へと出力される。
【００５２】
以上のように、第３の実施の形態に係る検査装置１では、１つの被検査画像に対して複数の参照画像が取得され、画素毎に参照画像の選択が行われる。換言すれば、複数の参照画像から実質的に新たな参照画像が生成され、生成された参照画像に基づいて、領域判定（領域種別の特定）および欠陥判定が行われる。これにより、１つの参照画像から取り出される画素値が欠陥画素の画素値であったとしても、他の２つの参照画像からの非欠陥の画素の画素値が取り出される限り、適切に欠陥検査を行うことができ、欠陥検査の精度の向上が実現される。
【００５３】
なお、複数の参照画像から決定される画素値は、必ずしも中間値である必要はなく、例えば、複数の参照画像の画素値の平均を算出し、平均値が領域判定および欠陥判定に利用されてもよい。
【００５４】
また、第１の実施の形態と同様に、切替スイッチ４０が設けられずに撮像部２が被検査画像メモリ４１に接続され、対象物画像の一部が被検査画像とされ、被検査画像からパターンの周期の整数倍離された複数箇所の領域が参照画像とされて、これらの画像のデータが第１ないし参照画像メモリ４３ａ〜４３ｃに記憶されてもよい。
【００５５】
図１１は本発明の第４の実施の形態に係る検査装置１の演算部４ｃを示す図である。演算部４ｃの参照画像メモリ４３にはＣＡＤデータを元に生成されたゴールデン・テンプレート画像（すなわち、欠陥が存在しない、または、欠陥が存在しないと推定される画像）のデータが予め記憶される。他の構成は第１の実施の形態と同様であり、同符号を付している。
【００５６】
演算部４ｃを有する検査装置１により検査が行われる場合、仮に、基板９上の検査対象領域のほとんどが欠陥である場合であっても被検査画像の各画素に対応する参照画像の画素が欠陥画素となることが防止され、被検査画像の欠陥の検出を適切に行うことが実現される。なお、ゴールデン・テンプレート画像としては基板９上の欠陥が存在しない検査対象領域を撮像することにより取得される画像や、この画像に対してスムージングやコントラスト調整によるノイズ付加等の画像処理を施すことにより得られる画像等が採用されてもよい。
【００５７】
図１２は本発明の第５の実施の形態に係る検査装置１の演算部４ｄを示す図である。演算部４ｄは第３の実施の形態に係る演算部４ｂと比べて、第１ないし第３参照画像メモリ４３ａ〜４３ｃから画素値が直接入力される第１ないし第３領域判定回路４４ａ〜４４ｃが設けられ、領域判定回路４４ａ〜４４ｃからの出力が多数決回路４８を介してセレクタ４６に入力されるという点で相違している。
【００５８】
第１ないし第３領域判定回路４４ａ〜４４ｃには、予め第１ないし第３参照画像メモリ４３ａ〜４３ｃの参照画像の画素値の平均が領域判定しきい値として個別に設定され、第１ないし第３参照画像メモリ４３ａ〜４３ｃからの画素値に対して個別に領域種別の特定が行われる。特定された領域種別（領域判定結果）は、多数決回路４８による多数決により１つの領域判定結果とされ、セレクタ４６の制御に利用される。
【００５９】
これにより、参照画像からの画素値に不具合がある場合であっても、領域種別を正確に特定することができ、欠陥検査の精度が向上される。
【００６０】
図１３は本発明の第６の実施の形態に係る検査装置１の演算部４ｅを示す図である。演算部４ｅには、第５の実施の形態と同様に、第１ないし第３参照画像メモリ４３ａ〜４３ｃ、第１ないし第３領域判定回路４４ａ〜４４ｃ、並びに、多数決回路４８が設けられ、複数の参照画像に基づいて領域種別の判定結果が多数決にて決定される。
【００６１】
一方、演算部４ｅには被検査画像メモリ４１と第１および第２比較検査回路４５ａ，４５ｂの間に特徴量算出回路４９１がさらに設けられ、被検査画像メモリ４１並びに第１ないし第３参照画像メモリ４３ａ〜４３ｃから被検査画像の画素値並びに複数の参照画像の画素値が特徴量算出回路４９１に入力される。
【００６２】
特徴量算出回路４９１では、予め、被検査画像と各参照画像との差分絶対値を示す差分画像における複数の画素値（または、全ての画素値）の標準偏差（合計３つの標準偏差）が準備されている。そして、被検査画像および３つの参照画像の画素値が入力されると、被検査画像の画素値に対する３つの差分絶対値が算出され、それぞれが対応する標準偏差により正規化される。すなわち、各差分絶対値が対応する標準偏差で除され、所定の係数が乗じられる。正規化された差分絶対値は欠陥である確率の指標値として利用することができるため、以下、正規化された差分絶対値を「エラー確率値」と呼ぶ。
【００６３】
３つのエラー確率値が求められると、特徴量算出回路４９１ではさらに、３つのエラー確率値が掛け合わされ（あるいは、相乗平均が求められ）、第１および第２比較検査回路４５ａ，４５ｂに画素特徴量として入力される。なお、特徴量算出回路４９１による演算は、実質的には、被検査画像と各参照画像との差分画像を求め、差分画像の画素値が正規化され、さらに、正規化された複数の差分画像の対応する画素の値の相乗平均を画素値として有する新たな差分画像を生成する処理に等しい。特徴量算出回路４９１には、生成される新たな差分画像を記憶するための画像メモリが別途設けられてもよい。また、新たな差分画像は、正規化された複数の差分画像の平均値画像として生成されてもよい。
【００６４】
第１および第２比較検査回路４５ａ，４５ｂには、予め、画素特徴量に対する領域種別に応じた欠陥判定しきい値が設定されており、入力された画素特徴量に基づいて欠陥の判定が行われる。各比較検査回路４５ａ，４５ｂにおける欠陥判定の結果は、第５の実施の形態と同様に、セレクタ４６に入力され、多数決回路４８にて決定された領域種別に応じて欠陥判定結果の選択が行われてコンピュータ５へと送信される。
【００６５】
以上のように、第６の実施の形態に係る検査装置１では、標準偏差により正規化された差分画像に基づいて欠陥の判定を行うことにより、撮像部２からの画像の質にばらつきがある場合であっても、適切な欠陥検査を行うことが実現される。
【００６６】
次に、演算部４ｅを有する検査装置１が欠陥の判定を行うもう１つの処理の例について説明を行う。演算部４ｅには追加的な欠陥判定を行うために平均化回路４９２がさらに設けられ、特徴量算出回路４９１において生成された画素特徴量と周辺画素の画素特徴量（処理の直前に別途記憶されているものとする。）との平均値を求め、求められた値を第１および第２比較検査回路４５ａ，４５ｂへと出力する。各比較検査回路４５ａ，４５ｂでは、平均化回路４９２の出力に応じた欠陥判定しきい値が予め設定されており、各比較検査回路４５ａ，４５ｂが欠陥の判定を行い、セレクタ４６は上記の処理と同様に欠陥判定結果を選択出力する。
【００６７】
以上のように、演算部４ｅでは標準偏差により正規化された差分画像を実質的に平滑化して欠陥が判定されるため、複数の画素に亘る、いわゆるシミのような欠陥（すなわち、画素値が「非欠陥」に比べてわずかに高い程度であるが比較的面積の大きい欠陥）であっても検出することが可能となる。
【００６８】
なお、特徴量算出回路４９１では、必ずしも標準偏差により差分画像が正規化される必要はなく、例えば、差分絶対値のヒストグラムにおいて任意の範囲での頻度の累積値を用いて差分画像が正規化されてもよい。すなわち、差分画像の画素値に関する統計から得られる様々な差分統計特徴量に基づいて差分画像が正規化されてよい。
【００６９】
以上、第１ないし第６の実施の形態に係る検査装置１について説明を行ってきたが、検査装置１の演算部４，４ａ〜４ｅの機能はコンピュータ５により実現されてもよい。以下、コンピュータ５が演算部４，４ａ〜４ｅとしての動作を行う場合について説明を行う。
【００７０】
コンピュータ５は、図１４に示すように、各種演算処理を行うＣＰＵ５１、基本プログラムを記憶するＲＯＭ５２および各種情報を記憶するＲＡＭ５３をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。バスラインにはさらに、情報記憶を行う固定ディスク５４、画像等の各種情報の表示を行うディスプレイ５５、操作者からの入力を受け付けるキーボード５６ａおよびマウス５６ｂ、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体８から情報の読み取りを行う読取装置５７、並びに、検査装置１の他の構成との間で信号を送受信する通信部５８が、適宜、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介する等して接続される。
【００７１】
コンピュータ５には、事前に読取装置５７を介して記録媒体８からプログラム８０が読み出され、固定ディスク５４に記憶される。そして、プログラム８０がＲＡＭ５３にコピーされるとともにＣＰＵ５１がＲＡＭ５３内のプログラムに従って演算処理を実行することにより（すなわち、コンピュータがプログラムを実行することにより）、コンピュータ５が演算部４，４ａ〜４ｅとしての動作を行う。
【００７２】
図１５は、コンピュータ５が欠陥判定の処理を行う動作の流れを示す図である。コンピュータ５では、まず、撮像部２からの信号を受けて対象物画像のデータが固定ディスク５４に記憶され（予め記憶されていてもよい。）、対象物画像中の被検査画像がＣＰＵ５１により特定されてアクセスが可能な状態で準備される（ステップＳ１１，Ｓ１２）。また、必要な数の参照画像のデータも固定ディスク５４に準備される（ステップＳ１３）。
【００７３】
例えば、第１の実施の形態の動作を行う場合には、対象物画像の一部が被検査画像として特定され、パターンの周期の整数倍だけ被検査画像から離れた領域が参照画像として特定される。一方、他の実施の形態のように参照画像が撮像部２から直接取得される場合は、コンピュータ５がステージ３を適宜、ダイのパターンの周期の整数倍だけ移動して被検査画像および必要な数の参照画像の撮像が行われたり、あるいは、ゴールデン・テンプレート画像が参照画像として準備される。
【００７４】
次に、参照画像に基づいて領域判定しきい値が決定される（ステップＳ１４）。例えば、第１、第２および第４の実施の形態と同等の動作が行われる場合には参照画像の画素値の平均が領域判定しきい値として求められ、第３の実施の形態と同等の動作が行われる場合には、複数の参照画像から新たな参照画像が生成された上で領域判定しきい値が決定され、第５および第６の実施の形態と同等の動作が行われる場合には、参照画像毎に領域判定しきい値が決定される。
【００７５】
なお、既述のように、コンピュータ５により領域判定しきい値が求められる場合には、参照画像の画素値のヒストグラムに基づいて領域判定しきい値を求めることも容易に実現される。また、領域判定しきい値はヒストグラムの極小値の位置や中間値のみならず、極大値の位置や全体的な分布も考慮して高度に求められてもよい。
【００７６】
一方、操作者の入力により、領域種別（および、欠陥判定に利用される画素特徴量の種類）に応じた欠陥判定しきい値が設定される（ステップＳ１５）。もちろん、欠陥判定しきい値は撮像部２の光学設定や予め準備されたデータ等に基づいて自動的に設定されてもよい。
【００７７】
各種しきい値が準備されると、ＣＰＵ５１により被検査画像および参照画像に基づいて被検査画像の各画素の対応する画素特徴量を画素値として有する特徴量画像が求められる（ステップＳ１６）。例えば、第１ないし第５の実施の形態と同等の動作を行う場合には、被検査画像と参照画像（または、複数の参照画像から生成された新たな参照画像）との差分画像が特徴量画像として求められ、第６の実施の形態と同等の動作を行う場合には、互いに対応する画素のエラー確率値の相乗平均を画素値として有する特徴量画像や特徴量画像に平滑化処理を施した画像が求められる。
【００７８】
そして、特徴量画像の１つの画素が特定され（ステップＳ１７）、この画素の属する領域種別が参照画像（または、新たに生成された参照画像）の対応する画素の値と領域判定しきい値とを比較することにより特定される（第５および第６の実施の形態では特定された複数の領域種別に対してさらに多数決が行われる）（ステップＳ１８）。特徴量画像における画素値は特定された領域判定しきい値に対応する欠陥判定しきい値と比較され、被検査画像中の対応する画素が欠陥画素であるか否かが判定される（ステップＳ１９）。
【００７９】
ステップＳ１７ないしＳ１９が特徴量画像の各画素について繰り返されることより、被検査画像の全画素に対する欠陥判定が完了する（ステップＳ２０）。以上の処理により、第１ないし第６の実施の形態と同様に、疑似欠陥の過剰検出および真欠陥の検出漏れを適切に防ぐことが実現される。欠陥判定結果は、例えば、欠陥の位置を示す２値画像のデータとして固定ディスク５４に保存される。
【００８０】
なお、コンピュータ５では特徴量画像が生成されるものとして説明したが、第１ないし第６の実施の形態にて説明したように、１つの画素について判定が行われる毎に１つの画素特徴量が求められてもよい。コンピュータ５にて欠陥検出を行う場合には、柔軟に処理工程を変更することができる。
【００８１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００８２】
上記第５および第６の実施の形態では複数の参照画像の画素に関する領域種別の結果が多数決回路４８において多数決されることにより領域種別が特定されるが、例えば、図１６に示すように参照画像メモリ４３および領域判定回路４４を１組だけ設け、領域判定回路４４に領域判定画像メモリ４４１および膨張収縮回路４４２を設けることにより同等の機能を実現することができる。図１６に示す領域判定回路４４では、領域判定しきい値が決定されると各画素の領域種別を示す２値画像が領域判定画像として領域判定画像メモリ４４１に記憶される。さらに、領域判定画像に対して膨張収縮回路４４２が膨張収縮処理を施すことによりノイズが除去され、ノイズ除去後の領域判定画像に基づいてセレクタ４６が制御されることにより、領域種別の誤判定の抑制が実現される。
【００８３】
また、上記第１ないし第６の実施の形態では、比較検査回路が複数設けられ、各比較検査回路による欠陥判定結果が領域判定結果に応じてセレクタ４６により選択されるが、例えば、図１７に示すように、領域判定回路４４の領域判定結果がしきい値セレクタ４９４に入力され、しきい値セレクタ４９４によりしきい値メモリ４９５から領域種別に応じたしきい値が選択されて欠陥判定しきい値として比較検査回路４５に入力されてもよい。これにより、１つの比較検査回路４５を設けるのみで、領域種別に応じた適切な欠陥の判定を行うことができる。
【００８４】
上記第１ないし第６の実施の形態では、各比較検査回路において１つの欠陥判定しきい値を用いて欠陥の判定が行われるが、カラー画像に対する検査の場合や複雑な欠陥判定を行う場合には、判定に用いられるパラメータ値として複数の欠陥判定しきい値が複合的に使用されてもよい。
【００８５】
また、上記実施の形態では、被検査画像と参照画像との差分画像、差分画像の画素値を差分統計特徴量により正規化した正規化画像、または、正規化画像を平滑化した画像の画素値に対応した欠陥判定しきい値が設定されるが、これらの画像のうち複数種類の画像に対する欠陥判定しきい値が設定されて高度な欠陥判定が行われてもよい。
【００８６】
比較検査回路において、被検査画像の複数の画素に関する欠陥の判定が同時に行われてもよく、また、複数の画素を１つの画素とみなして画像の解像度を低下させた欠陥の判定が行われてもよい。
【００８７】
撮像部２とステージ３とは相対的に移動すればよく、例えば、ステージ３が固定され、撮像部２に移動機構が設けられてもよい。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、参照画像に基づいて領域種別を特定することにより、領域種別に応じた適切な欠陥判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は差分画像のヒストグラムを例示する図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は差分画像のヒストグラムを例示する図である。
【図３】検査装置の概略構成を示す図である。
【図４】演算部の構成を示す図である。
【図５】（ａ）ないし（ｃ）は、それぞれ被検査画像、参照画像および参照画像の領域種別を示す図である。
【図６】差分絶対値が算出される様子を説明するための図である。
【図７】３つの領域種別が存在する場合の演算部の構成を示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る演算部を示す図である。
【図９】第３の実施の形態に係る演算部を示す図である。
【図１０】参照画像セレクタにより画素値が選択される様子を説明するための図である。
【図１１】第４の実施の形態に係る演算部を示す図である。
【図１２】第５の実施の形態に係る演算部を示す図である。
【図１３】第６の実施の形態に係る演算部を示す図である。
【図１４】コンピュータの構成を示す図である。
【図１５】欠陥判定の処理の流れを示す図である。
【図１６】演算部の他の例を示す図である。
【図１７】演算部のさらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
１　検査装置
２　撮像部
５　コンピュータ
９　基板
３１　ステージ駆動部
４３，４３ａ〜４３ｃ　参照画像メモリ
４４，４４ａ〜４４ｃ　領域判定回路
６１１〜６１４　被検査画像
６２２〜６２３　参照画像
８０　プログラム
４５，４５ａ，４５ｂ　比較検査回路
６１１ａ〜６１４ａ，６１１ｂ〜６１４ｂ，６２１ａ　画素
Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１６，Ｓ１７　ステップ

Claims

対象物上のパターンの検査を行うパターン検査装置であって、
対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する撮像部と、
参照画像のデータを記憶する記憶部と、
被検査画像の各画素が属する領域種別を参照画像の画素の値に基づいて特定する領域種別特定手段と、
対応する領域種別に応じたパラメータ値を用いて被検査画像の各画素に対して判定を行う判定手段と、
を備えることを特徴とするパターン検査装置。
請求項１に記載のパターン検査装置であって、
対象物上のパターンが周期性を有し、被検査画像が前記撮像部により取得される対象物画像の一部であり、
前記記憶部が、対象物画像中のパターンの周期の整数倍だけ被検査画像から離れた領域を参照画像として記憶することを特徴とするパターン検査装置。
請求項１に記載のパターン検査装置であって、
対象物を前記撮像部に対して相対的に移動する機構をさらに備え、
対象物上のパターンが周期性を有し、被検査画像および参照画像が対象物上のパターンの周期の整数倍だけ離れた領域の画像であることを特徴とするパターン検査装置。
対象物上のパターンの検査を行うパターン検査方法であって、
対象物から取得された多階調の被検査画像の各画素が属する領域種別を参照画像の画素の値に基づいて特定する領域種別特定工程と、
対応する領域種別に応じたパラメータ値を用いて前記被検査画像の各画素に対して判定を行う判定工程と、
を有することを特徴とするパターン検査方法。
対象物から取得された多階調の被検査画像のデータに基づいてコンピュータに前記対象物上のパターンの検査を実行させるプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、
前記被検査画像の各画素が属する領域種別を参照画像の画素の値に基づいて特定する領域種別特定工程と、
対応する領域種別に応じたパラメータ値を用いて前記被検査画像の各画素に対して判定を行う判定工程と、
を実行させることを特徴とするプログラム。
請求項５に記載のプログラムであって、前記対象物上のパターンが周期性を有し、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、
前記対象物から取得された対象物画像の一部を前記被検査画像として特定する工程と、
前記対象物画像中のパターンの周期の整数倍だけ前記被検査画像から離れた領域を前記参照画像として特定する工程と、
をさらに実行させることを特徴とするプログラム。
請求項５に記載のプログラムであって、前記対象物上のパターンが周期性を有し、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、
前記被検査画像に対応する前記対象物上の領域からパターンの周期の整数倍だけ離れた領域の画像を前記参照画像として準備する工程をさらに実行させることを特徴とするプログラム。
請求項５に記載のプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、
ゴールデン・テンプレート画像を前記参照画像として準備する工程をさらに実行させることを特徴とするプログラム。
請求項５ないし８のいずれかに記載のプログラムであって、前記領域種別特定工程において前記領域種別が前記参照画像の画素の値に関するヒストグラムに基づいて特定されることを特徴とするプログラム。
請求項５ないし９のいずれかに記載のプログラムであって、
前記パラメータ値が、前記被検査画像と前記参照画像との差分画像、前記差分画像の画素値を差分統計特徴量により正規化した正規化画像、および、前記正規化画像を平滑化した画像のうち少なくともいずれか１つに対応した値であることを特徴とするプログラム。
請求項５ないし１０のいずれかに記載のプログラムであって、
前記領域種別特定工程の前に複数の参照画像が準備され、前記複数の参照画像から新たな参照画像が生成されることを特徴とするプログラム。