JP2006132947A - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
比較検査の性能向上のためには位置合せの精度向上。
【解決手段】
代表画素領域における代表注目画素の位置ずれ量を算出するときに、統計処理領域（投票対象領域）である代表画素領域の周辺に切り出される周辺画素領域群における各周辺注目画素の位置ずれ量を統計処理する（投票処理して集計する）ことによって得られる頻度の高い位置ずれ量を利用することで、位置合せの正解率を向上させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置や液晶または磁気ヘッド等の製造ラインにおいて、使用される検査装置およびその検査方法並びに高感度な検査装置を用いて欠陥を検査し、信頼性の高い半導体製品などを製造する方法に関するものである。

半導体ウエハの検査を一例として説明する。

従来の半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が、微細化して半導体基板中に微細な異物が存在した場合に、この異物が、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入される。同様に液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入し、何らかの欠陥が生じると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因に成る。

従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（特許文献１）に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものが知られている。

また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が知られている。また、ウエハ上に形成された回路パターンに対して該回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を対物レンズの開口内に入力させないようにした異物検査装置が、特開平１−１１７０２４号公報（特許文献２）において知られている。また、異物等の欠陥検査装置およびその方法に関する従来技術としては、特開平１−２５０８４７号公報（特許文献３）、特開平６−２５８２３９号公報（特許文献４）、特開平６−３２４００３号公報（特許文献５）、特開平８−２１０９８９号公報（特許文献６）、特開平８−２７１４３７号公報（特許文献７）、特開平１０−３１８９５０号公報（特許文献８）および特開２０００−１０５２０３号公報（特許文献９）が知られている。

特に、特許文献９には、チップ内の画素ごとに対応するチップ間でばらつき（標準偏差）を算出し、その値をしきい値の設定に用いることにより、ばらつきの小さな領域は小さなしきい値で、大きな領域は大きなしきい値で異物等の欠陥の判定をして検査することについて記載されている。

特開昭６２−８９３３６号公報 特開平１−１１７０２４号公報 特開平１−２５０８４７号公報 特開平６−２５８２３９号公報 特開平６−３２４００３号公報 特開平８−２１０９８９号公報 特開平８−２７１４３７号公報 特開平１０−３１８９５０号公報 特開２０００−１０５２０３号公報

上記従来技術に記載したように半導体装置をはじめとする各種微細なパターンを検査する装置においては、参照パターンと検査パターンの比較により欠陥を検出している。比較するときに参照パターンと検査パターンに位置ずれがあると正常部を誤検出してしまう。そのため、参照パターンと検査パターンとの位置合せの高精度化が高感度検査の課題となる。

本発明の目的は、上記課題を解決し、高感度な検査が実現できる検査方法および検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、比較検査の際、参照ダイと検査ダイの位置ずれ量の算出において、代表注目画素の周辺における複数の周辺注目画素の位置ずれ量を算出し、それらの算出結果を統計処理することにより代表注目画素の位置ずれ量を求める機能を備えた。

また、本発明は、前記統計処理として、位置ずれ量の最頻値を用いる機能を備えた。

また、本発明は、位置ずれ量算出時の統計処理領域をステージの精度に基づいて設定する機能を備えた。

また、本発明は、位置ずれ量算出領域の明るさ及びコントラストによって統計量の算出方法を変える機能を備えた。

また、本発明は、複数の周辺注目画素における位置ずれ量の最頻値が一定割合より多い場合と少ない場合とで、代表注目画素における位置ずれ量の算出方式を変える機能を備えた。

また、本発明は、複数のダイが配列された被検査対象から検出される検査画像信号を画像処理して欠陥データを出力する検査装置および検査方法において、検査ダイからの検査画像信号を取得し、参照ダイからの参照画像信号を取得する取得手段と、該取得手段から取得される前記検査画像信号と前記参照画像信号との間の代表注目画素の周辺に切り出された位置ずれ算出領域毎の周辺注目画素における位置ずれ量を順次算出する位置ずれ量算出部と、該位置ずれ量算出部において順次算出された位置ずれ量を統計処理領域に亘って統計処理することによって前記検査画像信号と前記参照画像信号との間の代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理部と、該統計処理部で求められた代表注目画素における位置ずれ量に基づいて検査画像信号と参照画像信号とを位置合せする位置合せ部と、該位置合せ部で位置合せされた検査画像信号と参照画像信号とに基づいて欠陥判定して欠陥データを出力する比較判定部とを備えた画像処理装置を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、複数のダイが配列された被検査対象から検出される検査画像信号を画像処理して欠陥データを出力する検査装置および検査方法において、検査ダイからの検査画像信号を取得し、参照ダイからの参照画像信号を取得する取得手段と、該取得手段から取得される前記検査画像信号及び前記参照画像信号の各々について代表注目画素の周辺における位置ずれ算出領域からの周辺検査画像信号群及び周辺参照画像信号群を順次統計処理領域に亘って切り出し、該順次切り出された周辺検査画像信号群と周辺参照画像信号群との間の周辺注目画素における位置ずれ量を順次算出する位置ずれ量算出部と、該位置ずれ量算出部において順次算出された位置ずれ量を統計処理領域に亘って統計処理することによって検査画像信号と参照画像信号との間の前記代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理部と、該統計処理部で求められた代表注目画素における位置ずれ量に基づいて検査画像信号と参照画像信号とを位置合せする位置合せ部と、該位置合せ部で位置合せされた検査画像信号と参照画像信号とに基づいて欠陥判定して欠陥データを出力する比較判定部とを備えた画像処理装置を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、前記画像処理装置の統計処理部において、前記代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理は、前記統計処理領域に亘る複数の周辺注目画素における位置ずれ量の最頻値を算出する処理で構成することを特徴とする。

また、本発明は、前記画像処理装置の統計処理部において、前記統計処理領域は、被検査対象を載置して移動するステージ系の精度に応じて設定するように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、前記画像処理装置の統計処理部において、前記位置ずれ量算出部で位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出領域における明るさおよびコントラストが予め設定した条件を満たさない場合には前記位置ずれ量の統計処理を変更するように構成することを特徴とする。

また、本発明は、前記画像処理装置の統計処理部において、前記複数の周辺注目画素における位置ずれ量の最頻値が一定割合より多い場合と少ない場合とで前記代表注目画素における位置ずれ量の求め方を変えるように構成することを特徴とする。

本発明によれば、欠陥の高感度な検査を実現することができる。

本発明に係る検査方法および検査装置の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明に係る検査装置の一実施例を示す概略構成図である。

本発明に係る検査装置は、表示装置３、入力装置４、記憶装置５及びネットワーク６を接続した全体を制御するＣＰＵ部（主制御部）２と、ウエハ（被検査基板）１を載置して移動するステージ系２００と、照明光学系１００と、検出光学系３００と、画像処理部４００と、ウエハ観察光学系６００とを備えて構成される。

ステージ系２００は、θ（回転）ステージ２０１と、Ｚステージ２０２と、Ｘステージ２０３と、Ｙステージ２０４と、これらステージを駆動制御するステージ制御部２０５とから構成される。照明光学系１００は、被検査基板１に対して斜方照明できるように、レーザ光源等の光源１０１と、照射光学系１０２と、光源１０１から出射され、照射光学系１０２から被検査基板１に照射される照射光の強度等を制御する照射制御部１０３とから構成される。検出光学系３００は、被検査基板１上に存在する異物等の欠陥からの反射散乱光（反射回折光）を入射して集光する対物レンズ３０１と、メモリセルなどの繰り返しパターンから生じる回折光を遮光する空間フィルタ３０２と、該空間ふぃるたを通過した反射散乱光を結像する結像レンズ３０３と、該結像レンズ３０３で結像した反射散乱光像を受光して検査画像信号（検出画像信号）を取得して出力するリニアイメージセンサ（ＴＤＩイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ）等からなるセンサ（検出器）３０４とで構成される。なお、フーリエ変換面に設けられた空間フィルタ３０２の遮光パターンを観察して調整するために、検出光学系３００には、フーリエ変換面観察光学系５００が出し入れできるように設けられている。フーリエ変換面観察光学系５００は、出し入れできるように構成された光路切り替え部５０１と、空間フィルタ３０２の遮光パターンを結像するレンズ５０２と、該レンズ５０２で結像された空間フィルタ３０２の遮光パターンを観察するカメラ５０３とで構成される。ウエハ観察光学系６００は、ステージ上に載置された被検査基板１上に形成されたアライメントマークを観察してプリアライメントしたり、上記被検査基板１上の異物等の欠陥を観察したりするために設けられたもので、ウエハ観察用対物レンズ６０１と、ウエハ観察用結象レンズ６０２と、カメラ６０３とで構成される。

しかしながら、本発明の特徴とするところは、画像処理部４００にあるため、照明光学系１００、検出光学系３００は上記構成に限定されるものではない。

上記構成により、照明光学系１００によりステージ系２００に設置されたウエハ１を照射し、ウエハ１上に存在する異物等の欠陥から生じる反射散乱光を検出光学系３００のセンサ３０４により受光して検査画像信号（検出画像信号）を取得する。取得された検査画像信号は、信号処理部４００によって処理し、異物等の欠陥を検出する。なお、画像処理部４００においては、検査画像信号（検出画像信号）をデジタル信号である階調信号（濃淡信号）に変換するＡ／Ｄ変換器を有することになる。

本発明に係る検査装置は、表示装置３、入力装置４および記憶装置５を接続したＣＰＵ部（主制御部）２を備え、任意の条件を設定して検査することと、検査結果や検査条件を保存することが可能である。また、本発明に係る検査装置は、ネットワーク６に接続することもでき、検出結果や、ウエハのレイアウト情報、ロット番号、検査条件などをネットワーク上で共有することが可能である。また、検出光学系３００には、フーリエ変換面観察光学系５００を備え、メモリセルなどの繰り返しパターンから生じる回折光を遮光する空間フィルタ３０２の設定を容易にしている。また、ウエハ観察光学系６００により、検出した欠陥やアライメントマークなどを観察することが可能である。

次に、本発明の特徴とする画像処理部の第１の実施例４００ａについて図２〜図５を用いて説明する。

画像処理部の第１の実施例４００ａは、センサ３０４で検出されてＡ／Ｄ変換された検査画像信号をダイのピッチ分遅延して隣接するダイの参照画像信号を出力する遅延メモリ４１１と、隣接するダイ間において順次切り出される３×３画素領域の検査画像信号（検出画像信号）と７×７画素領域の参照画像信号との画素単位およびサブピクセルの位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部４１２と、該位置ずれ量算出部４１２で順次画素領域毎周辺注目画素に対して算出させる位置ずれ量について上記代表注目画素の周辺（投票対象領域）に亘って投票処理（統計処理）して正解率を高めて投票対象領域毎に位置ずれ量を算出する投票処理部４１３と、該投票処理部４１３から得られる隣接するダイ間における投票対象領域毎の位置ずれ量を基に、一番初めのダイからの絶対的な投票対象領域毎の位置ずれ量を算出する加算部４１４と、該加算部４１４から算出される投票対象領域毎の絶対的な位置ずれ量を、ダイのピッチ分遅延する遅延メモリ４１５と、上記加算部４１４で位置ずれ量が算出されるまで、上記検査画像信号を遅延する遅延メモリ４１６と、該遅延メモリ４１６から得られる検査画像信号Ａ(i,j)を加算部４１４から得られる投票対象領域（統計処理領域）毎の位置ずれ量で補正して位置合せする位置合せ部４１８と、遅延メモリ４１１から得られる参照画像信号Ｂ(i,j)を上記位置合せ部４１８で位置合せされるまで遅延する遅延メモリ４１７と、上記位置合せ部４１８で位置合せされた検査画像信号Ａ'(i,j)と上記遅延メモリ４１７で遅延された参照画像信号Ｂ(i,j)との差画像信号ΔＳ(i,j)をとる差分抽出回路４０６と、該差分抽出回路４０６から得られる差画像信号ΔＳ(i,j)をしきい値設定部４２０で設定されたしきい値４２１と比較して欠陥データを得る比較判定部４０７とを備えて構成される。なお、位置合せ部４１８において隣接するダイ間の位置合せをする場合には、加算部４１４および遅延メモリ４１５は、必ずしも必要でない。なお、投票処理部４１３に対する投票対象領域（統計処理領域）の設定４１９は、ＣＰＵ部（主制御部）２からステージ系２００の位置決め精度に応じて行われる。

次に、位置ずれ量算出部４１２における投票対象領域（統計処理領域）に亘って隣接する２つのダイ間での画素領域毎の画素単位での位置ずれ算出について図３を用いて説明する。本実施例では３×３画素領域の場合を示しているが、位置ずれ量を算出する画素領域はこれより大きくても小さくても構わない。また正方形の領域でなくても構わない。

位置ずれ量算出部４１２は、入力された隣接する一方のダイの検査画像信号から、図３（ａ）に示す例えば３×３画素領域（((i-1)〜(i+1))×((j-1)〜(j+1))）を切り出し、該切り出された３×３画素領域において図３（ｂ）に示す如く中心画素（注目画素）（ｉ，ｊ）の信号強度をＡ(i,j)とし、その周辺の８つの画素の信号強度をＡ(i-1,j-1)〜Ａ(i+1,j+1)とする。

位置ずれ量算出部４１２は、遅延メモリ４１１から得られる隣接する他方のダイの参照画像信号（検査画像信号）から、図３（ｃ）に示す例えば７×７画素領域（((i-3)〜(i+3))×((j-3)〜(j+3))）を切り出し、該切り出された７×７画素領域において中心画素（ｉ，ｊ）の信号強度をＢ(i,j)とし、その周辺の４８の画素の信号強度をＢ(i-3,j-3)〜Ｂ(i+3,j+3)とする。

そして、位置ずれ量算出部４１２は、位置合せの探索範囲を例えば±２画素とした場合に、図３（ｃ）に示すように参照画像信号Ｂから切り出された７×７画素領域上を、３×３画素領域で中心画素（ｉ，ｊ）の位置を２画素上下左右にシフトさせて図３（ｄ）に示す中心画素Ｂ'(i,j)としての３×３画素領域の画像信号Ｂ’を取得し、次の（１）式で示すように、３×３画素領域において隣接するダイ間（図３（ｂ）に示すＡと図３（ｄ）に示すＢ’との間）で対応する各画素の差分の２乗の和を、位置ずれ量の評価関数Ｆとして算出する。

Ｆ＝（Ａ(i-1,j-1)−Ｂ'(i-1,j-1)）^２＋（Ａ(i-1,j)−Ｂ'(i-1,j)）^２＋（Ａ(i-1,j+1)−Ｂ'(i-1,j+1)）^２＋（Ａ(i,j-1)−Ｂ’(i,j-1)）^２＋（Ａ(i,j)−Ｂ'(i,j)）^２＋（Ａ(i,j+1)−Ｂ'(i,j+1)）^２＋（Ａ(i+1,j-1)−Ｂ'(i+1,j-1)）^２＋（Ａ(i+1,j)−Ｂ'(i+1,j)）^２＋（Ａ(i+1,j+1)−Ｂ'(i+1,j+1)）^２ （１）
このように算出された評価関数Ｆが最小となる位置が位置ずれ最小と判断し、このときのＢ’(i,j)がＡ(i,j)と対応する（位置ずれが最小となる）注目画素となり、該注目画素における画素単位での位置ずれ量（Ｘ方向に−２、−１、０、＋１、＋２、Ｙ方向に−２、−１、０、＋１、＋２）が算出されることになる。今回は３×３画素領域に対し、上下左右に±２の探索範囲を仮定したが、画素領域の大きさおよび、探索範囲は任意に設定してかまわない。

ところで、位置ずれ量算出部４１２における上記位置ずれ量の探索範囲は、ステージを含めたステージ系２００の精度、ウエハ上での検出画素寸法と密接な関係がある。ステージ系２００の精度をＳ［μｍ］（レンジ）、検出画素寸法をｄ［μｍ］とすると最低限必要な探索範囲は±（（Ｓ÷ｄ）＋１）画素となる（ただしＳ＞ｄの時）。探索範囲は任意に設定できるようにしておき、ステージ系２００の精度に合せて必要十分な探索範囲を設定するとよい。

次に、位置ずれ量算出部４１２におけるサブピクセルの位置ずれ量算出方法について図４を用いて説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、図３（ａ）及び図３（ｂ）と同様である。

画素単位の位置ずれ量算出と同様に例えば３×３画素領域を例にとって考える。今度は図４（ｃ）に示すように、隣接ダイの中心画像Ｂ(i,j)を画素寸法以下のδｘ、δｙだけシフトさせる。そのときの図４（ｄ）に示すＢ’(i,j)の信号強度は、次の（２）式で示すように隣接する画素の信号強度との差（（Ｂ(i+1,j)−Ｂ(i,j)），（Ｂ(i,j+1)−Ｂ(i,j)））をもとめ、（δｘ、δｙ）で線形に補間する。そして、上記（１）式に基づいて評価関数Ｆを算出し、該算出された評価関数Ｆが最小となる画素寸法以下（サブピクセル）の位置ずれ量（δｘ、δｙ）が算出されることになる。画素単位の位置あわせと同様に、画素領域の大きさ、探索範囲は任意に設定して構わない。

Ｂ'(i,j)＝（Ｂ(i+1,j)−Ｂ(i,j)）・δｘ＋（Ｂ(i,j+1)−Ｂ(i,j)）・δｙ （２）
なお、画素単位での位置ずれ量算出およびサブピクセルでの位置ずれ量算出については、特開平１０−３１８９５０号公報に具体的に記載されている。

次に、信号処理回路の第１の実施例の特徴とする投票処理部４１３における画素単位位置合せ、サブピクセル位置合せの高精度化のための投票処理（統計処理）について図５を用いて説明する。位置合せでは位置合せをする画素領域が大きいとその分パターンの情報が多くなり、位置合せの正解率が高くなる。ところが位置合せをする画素領域を大きくするとその分演算コストが大きくなり処理速度が遅くなる。そこで位置合せをする画素領域が小さいまま、位置合せ正解率を高くするために、例えば代表３×３画素領域（中心を代表注目画素とする）の周辺に切り出される周辺３×３画素領域群（予め設定された画素領域よりも広くした投票対象領域）における周辺注目画素群の位置ずれ量算出結果を利用する。

図５（ａ）は投票処理部４１３での位置ずれ量算出部４１２から得られる位置ずれ量算出結果を投票対象領域（統計処理領域）に亘って集計した位置ずれ量算出結果集計票を示したものである。まず、位置ずれ量算出部４１２は、代表３×３画素領域における代表注目画素の位置ずれ量および代表３×３画素領域の周辺に順次切り出される周辺３×３画素領域群（予め設定された画素領域よりも広くした投票対象領域）における周辺注目画素群の各位置ずれ量を計算する。投票処理部４１３は、それら代表注目画素および周辺注目画素群の算出結果を投票対象領域に亘って集計票に記入し、各位置ずれ量（Δｘ，Δｙ）（例えばΔｘ（Ｘ方向）：−２（Ｃ１）、−１（Ｃ２）、０（Ｃ３）、＋１（Ｃ４）、＋２（Ｃ５）；Δｙ（Ｙ方向）：−２（Ｃ６）、−１（Ｃ７）、０（Ｃ８）、＋１（Ｃ９）、＋２（Ｃ１０））への投票数を集計する（統計処理する）。そして、投票処理部４１３は、投票対象領域（統計処理領域）における集計の結果、Ｃ１からＣ１０まででもっとも投票数が多かった位置ずれ量（最頻値の位置ずれ量）を上記代表注目画素の位置ずれ量として仮決めする。

以上説明したように、位置合せ部４１８において検査画像信号と参照画像信号とを位置合せするための位置ずれ量として、投票処理部４１３から得られる各画素領域での位置ずれ算出結果の投票対象領域での統計値（例えば最頻値）を使用することによって、個々の画素領域での位置合せの失敗を補償することが可能となる。

なお、位置ずれ算出領域（切り出す画素領域）内でコントラストが低い場合、全体が明るすぎる場合、全体が暗すぎる場合には、回路パターンがない状態に近く、そもそも位置ずれ量を算出することができない。そこで、投票処理部４１３は、位置ずれ量算出部４１２から得られる切り出された例えば３×３画素領域（位置ずれ算出領域）の例えば検査画像信号の明るさ（平均的な諧調値）およびコントラスト（例えば最大諧調値と最小諧調値との差）を調べ、これら明るさおよびコントラストが予め設定した条件を満たさない場合には、位置ずれ量を算出できない（（１）式において算出される評価関数Ｆの変動が少なく最小値が求まらないのに相当する。）ということで、投票権無で示すように集計票への投票権をあたえないようにする（位置ずれ量の統計処理（集計）を変更する（例えばしないようにする））ことで、位置ずれ算出の精度を一層向上させて出力することが可能となる。

即ち、投票処理部４１３は、有効な投票数が少ない場合には、集計値の信頼性が落ちることから、有効投票数（投票対象領域（統計処理領域）に亘る投票権有の画素領域（位置ずれ算出領域）の個数の合計値）が一定値α以上のときに投票が成立したものとし、さらに得票率（得票数／有効投票数）が一定値β以下である場合は、統計的に位置ずれ算出結果に有意性がないと考え、そこで得票率がβ以上の場合のみ投票が成立したものとし、代表注目画素の位置ずれ量として投票の集計結果（得票数の最も大きい位置ずれ量）を位置合せ部４１８に出力して位置合せに採用する。即ち、統計処理部（投票処理部）４１３において、複数の周辺注目画素における位置ずれ量の最頻値が一定割合（β）より多い場合と少ない場合とで代表注目画素の位置ずれ量としての与え方（算出方式）を変える。

投票が不成立の場合において、投票権が有る（位置ずれ量が算出できる）画素領域の場合には代表注目画素自身の位置ずれ量を位置合せ部４１８に出力して位置合せに従わせ、投票権が無い（位置ずれ量が算出できない）画素領域の場合には代表注目画素における位置ずれ量を（０，０）として位置合せ部４１８に出力し、位置合せを行わずに前の状態を維持する（動かさない）。図５（ｂ）は上記判定基準を纏めたものである。

以上説明したように、位置合せ部４１８からは、投票処理部４１３から得られる投票対象領域（統計処理領域）毎の投票結果（統計処理結果）に基づく代表注目画素における位置ずれ量に基づいて位置合せされた検査画像信号Ａ'(i,j)が出力されることになる。従って、差分抽出回路４０６は、位置合せ部４１８から出力される検査画像信号Ａ'(i,j)と上記遅延メモリ４１７で遅延された参照画像信号Ｂ(i,j)との差分を取ることによって差画像信号ΔＳ(i,j)が得られる。そして、比較判定部４０７は、上記差分抽出回路４０６から得られる差画像信号ΔＳ(i,j)をしきい値設定部４２０で設定されたしきい値４２１と比較することによって欠陥データ（欠陥または欠陥候補位置データや欠陥または欠陥候補画像データ等も含む）４０８ａを得ることが可能となる。

次に、本発明の特徴とする画像処理部の第２の実施例４００ｂについて図６を用いて簡単に説明する。該画像処理部の第２の実施例４００ｂにおいて、第１の実施例４００ａと相違する点は、しきい値設定部４２０にある。該しきい値設定部４２０は、しきい値が算出できるまでの間遅延させるために、差分抽出回路４０６から得られる差画像信号ΔＳ(i,j)を記憶する差分データ記憶部４２２と、差分抽出回路４０６から得られる複数のダイ間で得られる差画像信号ΔＳ(i,j)に対して最大値最小値除去処理（異常値除去処理）を行う最大最小除去部４２３と、ダイ内に形成された各種の回路パターンが形成された各種の領域毎の差画像信号の標準偏差（ばらつき）を算出するための、最大値最小値が除去された差画像信号の二乗値を算出する二乗値算出部４２４、更に二乗値の和をとる二乗和算出部４２５、および各種の領域毎に得られる二乗値の和を基に標準偏差（ばらつき）を算出する標準偏差算出部４２６と、ダイ内に形成された各種の回路パターンが形成された各種の領域毎の差画像信号の平均値を算出するための、最大値最小値が除去された差画像信号の和を算出する和算出部４２７、更に各種の領域毎に和の平均値をとる平均値算出部４２８と、各種の回路パターン領域毎に平均値算出部４２８から算出される平均値、標準偏差算出部４２６から算出される標準偏差および各種の領域に対して設定されるしきい値係数４２９を基にしきい値（しきい値＝平均値±（しきい値係数×標準偏差））を算出するしきい値算出部４３０とで構成される。なお、ステージ系２００の位置決め精度が悪い場合には、ステージ系２００の位置決め精度のばらつきが上記差画像信号の標準偏差に重畳されて同じ回路パターン領域でも標準偏差が変化することになるので、しきい値算出部４３０で各種の回路パターン領域毎に算出されるしきい値の最大値を出力する最大値処理部４３１が必要となる。

以上説明したように、差分データ記憶部４２２に記憶された差画像信号ΔＳ(i,j)は、比較判定部４０７においてダイ内の各種の回路パターン領域毎に算出された適切なしきい値と比較されて欠陥データ（欠陥または欠陥候補位置データや欠陥または欠陥候補画像データ等も含む）４０８ｂが得られることになる。

次に、本発明の特徴とする画像処理部の第３の実施例４００ｃについて図７を用いて説明する。該画像処理部の第３の実施例４００ｃは、位置合せされた少なくとも３つ以上のダイ（勿論図９（ａ）に示すようにウエハ上に形成された全てのダイに対して行っても良いし、また図９（ｂ）に示すようにウエハ上に形成された１ラインのダイに対して行っても良いし、また図９（ｃ）に示すようにウエハ上に形成されたセンサ幅分の１ラインのダイに対して行っても良い。）に対応するソート画像領域の検出画像信号に対して、明るさ（諧調値）の順に並べ替え、該並べ替えたソート画像領域においてほぼ同じ明るさを有するダイから得られ、上記位置合せされた検査画像信号同士の差画像信号を差分抽出回路４０６で取り、比較判定部４０７において該取られた差画像信号をしきい値設定部４２０で設定されたしきい値４２１と比較することによって欠陥データ４０８ｃを得るようにしたことにある。即ち、ウエハ上に存在するダイの位置（場所）によることなく、常にほぼ同じ明るさを有するダイ間において検査画像信号の差画像信号が取られることになり、判定するしきい値を低くすることができ、極微小な異物等の欠陥を誤検出することなく検出することが可能となる。

なお、データ記憶部４０１は、図９（ａ）に示すようにウエハ上に形成された全てのダイに対してソート処理を行う場合には全てのダイから検出される検査画像信号を記憶し、また図９（ｂ）に示すようにウエハ上に形成された１ラインのダイに対してソート処理を行う場合には１ラインのダイから検出される検査画像信号を記憶し、また図９（ｃ）に示すようにウエハ上に形成されたセンサ幅分の１ラインのダイに対してソート処理を行う場合にはセンサ幅分の１ラインのダイから検出される検査画像信号を記憶する必要がある。

即ち、センサ３０４で検出されたウエハ１上の少なくとも３つ以上のダイに対応する検査画像信号が画像処理部４００ｃにおいてＡ／Ｄ変換器（図示せず）でＡ／Ｄ変換されて階調信号（濃淡信号）としてデータ記憶部４０１に記憶される。その後、少なくとも３つ以上のダイに対応する検査画像信号は、画像切り出し部４０２により、１画素より大きい任意の画素領域に切り出され、その後、特開平１０−３１８９５０号公報に記載されているように、画素単位位置合せ部４０３で画素単位の位置合せ処理が行われ、サブピクセル位置合せ部４０４でサブピクセル位置合せ処理が行われる。その後、少なくとも位置合せされた３つ以上のダイに対応するソート画像領域の検出画像信号に対して、ソート処理部４０５において明るさの順に並べ替える。さらに差分抽出回路４０６において、並べ替えたソート画像領域においてほぼ同じ明るさを有するダイから得られ、上記位置合せされた検査画像信号同士の間で差分をとり、比較判定部４０７において該取られた差画像信号をしきい値４０２と比較処理することにより欠陥データ４０８ｃの検出を実現する。ステージ系２００の精度が十分であれば、画素単位位置合せ処理４０３、サブピクセル位置合せ処理４０４はなくてもよい。また、位置合せ時に切り出す画像（画素領域）の大きさとソート処理をするときに切り出す画像（ソート画像領域）の大きさは必ずしも等しい必要はない。

なお、ソート処理部４０５においてダイ毎に算出して順に並び替える明るさ（諧調値）は、ダイ間において対応するソート画像領域における例えば平均の明るさ（諧調値）でよい。ただし、ソート処理部４０５は、所定のダイから検出されて切り出された例えば３×３画素領域（位置ずれ算出領域）の検査画像信号の明るさ（平均的な諧調値）およびコントラスト（例えば最大諧調値と最小諧調値との差）を調べ、これら明るさおよびコントラストが予め設定した条件を満たさない場合には、ダイ毎に明るさを算出するソート画像領域から除くことが望ましい。

また、本図は画像処理の一実施例であり、必ずしもこのフローの順でなくてもよく、また、途中で他の処理を加えてもよい。また、画像処理は専用のＬＳＩや、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array：書き込み可能なゲートアレイ）などを用いた処理基板、汎用プロセッサを用いて実現する。

次に、本発明の特徴とする画像処理部の第４の実施例４００ｄについて図８を用いて説明する。図８は図７のしきい値設定部４２０を工夫した第２の実施例と同様な第４の実施例４００ｄを示した図である。即ち、明るさ順に並べ替えたダイの数が少なくとも４つ以上の場合において、差分抽出回路４０６から得られた、並べ替えたソート画像領域においてほぼ同じ明るさを有するダイから得られ、位置合せされた検査画像信号同士の間の差画像のデータ（差画像信号）を、しきい値が算出できるまでの間遅延させるために、差分データ記憶部４２２に記憶する。そして、しきい値算出部４３０は、各種の回路パターン領域毎に平均値算出部４２８から算出される平均値、標準偏差算出部４２６から算出される標準偏差および各種の回路パターン領域に対して設定されるしきい値係数４２９を基にしきい値（しきい値＝平均値±（しきい値係数×標準偏差））を算出する。従って、差分データ記憶部４２２に記憶された差画像信号は、比較判定部４０７においてダイ内の各種の回路パターン領域毎に算出された適切なしきい値と比較されて欠陥データ（欠陥または欠陥候補位置データや欠陥または欠陥候補画像データ等も含む）４０８ｂが得られることになる。また、本図は画像処理の一実施例であり、必ずしもこのフローの順でなくてもよく、また、途中で他の処理を加えてもよい。

次に、本発明に係る検査装置を半導体の製造工程に適用した場合の半導体の製造方法について図１０を用いて説明する。半導体の製造ライン８００は、ホト工程８０１、エッチング工程８０２、成膜工程８０３、ＣＭＰ工程８０４等から構成される。そして、特定の工程通過後のウエハを本発明に係る検査装置１０００で検査する。検査後はレビュー装置１００１などで欠陥の詳細を付き止める事で、欠陥管理システム１２００は工程管理システム１１００を介して元の工程にフィードバックをかけることが可能となる。この繰返しにより半導体デバイスの歩留りを向上し、信頼性の高い半導体デバイスの製造が可能となる。

本発明に係る検査装置の一実施例を示す概略構成図である。 本発明に係る検査装置に設けられた画像処理部の第１の実施例を示す構成図である。 本発明に係る画素単位位置合せ処理の実施例を説明するための図である。 本発明に係るサブピクセル位置合せ処理の実施例を説明するための図である。 本発明に係る投票方式により位置合せ正解率向上の実施例を説明するための図である。 本発明に係る検査装置に設けられた画像処理部の第２の実施例を示す構成図である。 本発明に係る検査装置に設けられた画像処理部の第３の実施例を示す構成図である。 本発明に係るソート処理により明るさの順に並び替えて、位置合せをして差分をとる対象画像の実施例を示す図である。 本発明に係る検査装置に設けられた画像処理部の第３の実施例を示す構成図である。 本発明に係る検査装置を利用した半導体製品の製造方法の一実施例を説明するための図である。

符号の説明

１…ウエハ（被検査基板）、２…ＣＰＵ部（主制御部）、３…表示装置、４…入力装置、５…記憶装置、６…ネットワーク、
１００…照明光学系、１０１…光源、１０２…照射光学系、１０３…照射制御部、２００…ステージ系、２０１…θステージ、２０２…Ｚステージ、２０３…Ｘステージ、２０４…Ｙステージ、２０５…ステージ制御部、３００…検出系、３０１…対物レンズ、３０２…空間フィルタ、３０３…結像レンズ、３０４…センサ、４００、４００ａ〜４００ｄ…画像処理部、４０１…データ記憶部、４０２…画像切り出し部、４０３…画素単位位置合せ部、４０４…サブピクセル位置合せ部、４０５…ソート処理部、４０６…差分抽出回路、４０７…比較判定部、４１１…遅延メモリ、４１２…位置ずれ算出部、４１３…投票処理部（統計処理部）、４１４…加算回路、４１５、４１６、４１７…遅延メモリ、４１８…位置合せ部、４２０…しきい値設定部、４２１…しきい値、４２２…差分データ記憶部、４２３…最大最小除去部、４２４…二乗値算出部、４２５…二乗和算出部、４２６…標準偏差算出部、４２７…和算出部、４２８…平均値算出部、４２９…しきい値係数、４３０…しきい値算出部、４３１…最大値処理部、５００…フーリエ変換面観察系、５０１…光路切り替え部、５０２…レンズ、５０３…カメラ、６００…ウエハ観察系、６０１…ウエハ観察用対物レンズ、６０２…ウエハ観察用結象レンズ、６０３…カメラ、８００…製造装置群、８０１…ホト工程、８０２…エッチング工程、８０３…成膜工程、８０４…ＣＭＰ工程、１０００…本発明を搭載した検査装置、１００１…欠陥観察装置、１１００…工程管理システム、１２００…欠陥情報管理システム。

Claims (12)

1. 複数のダイが配列された被検査対象から検出される検査画像信号を画像処理して欠陥データを出力する検査装置において、
   検査ダイからの検査画像信号を取得し、参照ダイからの参照画像信号を取得する取得手段と、
   該取得手段から取得される前記検査画像信号と前記参照画像信号との間の代表注目画素の周辺に切り出された位置ずれ算出領域毎の周辺注目画素における位置ずれ量を順次算出する位置ずれ量算出部と、
   該位置ずれ量算出部において順次算出された位置ずれ量を統計処理領域に亘って統計処理することによって前記検査画像信号と前記参照画像信号との間の代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理部と、
   該統計処理部で求められた代表注目画素における位置ずれ量に基づいて検査画像信号と参照画像信号とを位置合せする位置合せ部と、
   該位置合せ部で位置合せされた検査画像信号と参照画像信号とに基づいて欠陥判定して欠陥データを出力する比較判定部とを
   備えた画像処理装置を設けたことを特徴とする検査装置。
2. 複数のダイが配列された被検査対象から検出される検査画像信号を画像処理して欠陥データを出力する検査装置において、
   検査ダイからの検査画像信号を取得し、参照ダイからの参照画像信号を取得する取得手段と、
   該取得手段から取得される前記検査画像信号及び前記参照画像信号の各々について代表注目画素の周辺における位置ずれ算出領域からの周辺検査画像信号群及び周辺参照画像信号群を順次統計処理領域に亘って切り出し、該順次切り出された周辺検査画像信号群と周辺参照画像信号群との間の周辺注目画素における位置ずれ量を順次算出する位置ずれ量算出部と、
   該位置ずれ量算出部において順次算出された位置ずれ量を統計処理領域に亘って統計処理することによって検査画像信号と参照画像信号との間の前記代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理部と、
   該統計処理部で求められた代表注目画素における位置ずれ量に基づいて検査画像信号と参照画像信号とを位置合せする位置合せ部と、
   該位置合せ部で位置合せされた検査画像信号と参照画像信号とに基づいて欠陥判定して欠陥データを出力する比較判定部とを
   備えた画像処理装置を設けたことを特徴とする検査装置。
3. 前記画像処理装置の統計処理部において、前記代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理は、前記統計処理領域に亘る複数の周辺注目画素における位置ずれ量の最頻値を算出する処理で構成することを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
4. 前記画像処理装置の統計処理部において、前記統計処理領域は、被検査対象を載置して移動するステージ系の精度に応じて設定するように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
5. 前記画像処理装置の統計処理部において、前記位置ずれ量算出部で位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出領域における明るさおよびコントラストが予め設定した条件を満たさない場合には前記位置ずれ量の統計処理を変更するように構成することを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
6. 前記画像処理装置の統計処理部において、前記複数の周辺注目画素における位置ずれ量の最頻値が一定割合より多い場合と少ない場合とで前記代表注目画素における位置ずれ量の求め方を変えるように構成することを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
7. 複数のダイが配列された被検査対象から検出される検査画像信号を画像処理して欠陥データを出力する検査方法において、
   検査ダイからの検査画像信号を取得し、参照ダイからの参照画像信号を取得する取得ステップと、
   該取得ステップから取得される前記検査画像信号と前記参照画像信号との間の代表注目画素の周辺に切り出された位置ずれ算出領域毎の周辺注目画素における位置ずれ量を順次算出する位置ずれ量算出ステップと、
   該位置ずれ量算出ステップにおいて順次算出された位置ずれ量を統計処理領域に亘って統計処理することによって前記検査画像信号と前記参照画像信号との間の代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理ステップと、
   該統計処理ステップで求められた代表注目画素における位置ずれ量に基づいて検査画像信号と参照画像信号とを位置合せする位置合せステップと、
   該位置合せステップで位置合せされた検査画像信号と参照画像信号とに基づいて欠陥判定して欠陥データを出力する比較判定ステップとを有することを特徴とする検査方法。
8. 複数のダイが配列された被検査対象から検出される検査画像信号を画像処理して欠陥データを出力する検査方法において、
   検査ダイからの検査画像信号を取得し、参照ダイからの参照画像信号を取得する取得ステップと、
   該取得ステップから取得される前記検査画像信号及び前記参照画像信号の各々について代表注目画素の周辺における位置ずれ算出領域からの周辺検査画像信号群及び周辺参照画像信号群を順次統計処理領域に亘って切り出し、該順次切り出された周辺検査画像信号群と周辺参照画像信号群との間の周辺注目画素における位置ずれ量を順次算出する位置ずれ量算出ステップと、
   該位置ずれ量算出ステップにおいて順次算出された位置ずれ量を統計処理領域に亘って統計処理することによって検査画像信号と参照画像信号との間の前記代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理ステップと、
   該統計処理ステップで求められた代表注目画素における位置ずれ量に基づいて検査画像信号と参照画像信号とを位置合せする位置合せステップと、
   該位置合せステップで位置合せされた検査画像信号と参照画像信号とに基づいて欠陥判定して欠陥データを出力する比較判定ステップとを有することを特徴とする検査方法。
9. 前記統計処理ステップにおいて、前記代表注目画素における位置ずれ量を求める統計処理は、前記統計処理領域に亘る複数の周辺注目画素における位置ずれ量の最頻値を算出する処理であることを特徴とする請求項７又は８記載の検査方法。
10. 前記統計処理ステップにおいて、前記統計処理領域は、被検査対象を載置して移動するステージ系の精度に応じて設定することを特徴とする請求項７又は８記載の検査方法。
11. 前記統計処理ステップにおいて、前記位置ずれ量算出ステップで位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出領域における明るさおよびコントラストが予め設定した条件を満たさない場合には前記位置ずれ量の統計処理を変更することを特徴とする請求項７又は８記載の検査方法。
12. 前記統計処理ステップにおいて、前記複数の周辺注目画素における位置ずれ量の最頻値が一定割合より多い場合と少ない場合とで前記代表注目画素における位置ずれ量の求め方を変えることを特徴とする請求項７又は８記載の検査方法。

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