JP2006170809A - 欠陥検出装置および欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に繰り返し設けられる単位領域のパターンの欠陥を精度よく検出する。
【解決手段】欠陥検出装置１では、基準画像検査回路４２において基板９上の基準とされるダイのパターンを示す基準画像と、それぞれが選択されたダイのパターンを示す複数の選択画像とが比較され、基準画像が有する欠陥が検出される。続いて、被検査画像検査回路４４では、他のダイのパターンを示す被検査画像と基準画像とが比較され、被検査画像が有する欠陥候補が検出される。そして、欠陥検出部４５にて基準画像が有する欠陥の少なくとも位置情報に基づいて欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが除外される。これにより、欠陥検出装置１では基準とされるダイのパターンの欠陥の影響を除きつつ、他のダイのパターンの欠陥を精度よく検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物上のパターンの欠陥を検出する技術に関する。

半導体基板、プリント配線基板、フォトマスク、あるいは、リードフレーム等の外観を検査する分野において、従来より様々な検査手法が用いられている。例えば、特許文献１では、同一の単位パターンが多面付けされたプリント配線基板において、１つあるいは複数の単位パターンを読み取って基準パターンとして記憶し、基準パターン以外の被検査パターンとの比較を行って欠陥を検出する技術が開示されている。

また、特許文献２では、微細なパターンが形成された半導体メモリ等のパターン検査において、複数の単位パターンの画像データを多値のデジタル信号として順次取得し、信号の遅延により準備される隣接する単位パターンの同様の画像データと順次比較することにより欠陥を検出する欠陥検査装置が提案されている。特許文献３では、半導体基板においてチップとなる部分である複数のダイ（ペレット）について、基準となる１つのダイ全体を撮像して基準パターンとして記憶しておき、半導体基板上の任意の位置の他のダイに形成されたパターンの撮像結果と比較して欠陥を検出する欠陥検査装置が提案されている。
特開平８−１８９８９８号公報 特開平５−２６４４６４号公報 特開平１１−４０６３８号公報

ところで、特許文献２の欠陥検査装置では、配列されたパターンに対して僅かずつ連続的な形状変化が生じている場合には、隣接する単位パターン同士の比較では誤差が微小となってしまい欠陥を検出できないという問題点がある。特許文献３の欠陥検査装置では、このような問題は解決することができるが、基準となるダイに形成されたパターンに欠陥が存在する場合には、検査対象の他のダイにおいてもこの欠陥と同じ位置が欠陥として検出されてしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基準とされる単位領域のパターンの欠陥を考慮して他の単位領域のパターンの欠陥を精度よく検出することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、対象物上のパターンの欠陥を検出する欠陥検出装置であって、複数の単位領域のそれぞれに所定のパターンが形成された対象物を撮像する撮像部と、対象物上の基準とされる単位領域のパターンを示す基準画像と、それぞれが選択された単位領域のパターンを示す複数の選択画像とを比較して前記基準画像が有する欠陥を検出する基準画像検査部と、他の単位領域のパターンを示す被検査画像と前記基準画像とを比較して前記被検査画像が有する欠陥候補を検出する被検査画像検査部と、前記基準画像が有する欠陥の少なくとも位置情報に基づいて前記欠陥候補から前記基準画像が有する欠陥と重複するものを除外する欠陥検出部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検出装置であって、前記欠陥検出部が、前記基準画像が有する欠陥の特徴量と前記欠陥候補の特徴量とにも基づいて前記欠陥候補から前記基準画像が有する欠陥と重複するものを除外する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の欠陥検出装置であって、前記欠陥検出部において除外された欠陥候補を他の欠陥候補と区別可能に表示する表示部をさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、前記基準画像検査部および前記被検査画像検査部が、前記基準画像および前記複数の選択画像と、前記被検査画像および前記基準画像とが順次入力される１つの検査部である。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、前記撮像部により複数の被検査画像が取得され、前記複数の選択画像の少なくとも１つが前記複数の被検査画像に含まれる。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、対象物上の前記複数の単位領域のパターンが、パターン形成時のプロセスパラメータを単位領域の位置に合わせて２次元的に漸次変更しつつ形成されたものであり、前記基準とされる単位領域と、前記複数の選択画像のうちの少なくとも１つに対応する単位領域とが隣接する。

請求項７に記載の発明は、複数の単位領域のそれぞれに所定のパターンが形成された対象物を撮像して前記対象物上のパターンの欠陥を検出する欠陥検出方法であって、対象物上の基準とされる単位領域のパターンを示す基準画像と、それぞれが選択された単位領域のパターンを示す複数の選択画像とを比較して前記基準画像が有する欠陥を検出する工程と、他の単位領域のパターンを示す被検査画像と前記基準画像とを比較して前記被検査画像が有する欠陥候補を検出する工程と、前記基準画像が有する欠陥の少なくとも位置情報に基づいて前記欠陥候補から前記基準画像が有する欠陥と重複するもの除外する工程とを備える。

請求項１ないし７の発明では、基準とされる単位領域のパターンの欠陥を検出することにより他の単位領域のパターンの欠陥を精度よく検出することができる。

また、請求項２の発明では、他の単位領域の欠陥をより精度よく検出することができ、請求項３の発明では、表示部に表示された欠陥候補を確認することにより、欠陥であるにもかかわらず除外された欠陥候補を再確認することができる。

また、請求項４の発明では、欠陥検出装置においてハードウェアリソースの削減を図ることができ、請求項５の発明では、対象物上のパターンの欠陥検出に要する時間を短縮することができる。

また、請求項６の発明では、基準とされる単位領域のパターンの欠陥を精度よく検出することにより、他の単位領域のパターンの欠陥をより精度よく検出することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る欠陥検出装置１の構成を示す図である。欠陥検出装置１は、微細なパターンが形成された半導体基板（以下、「基板」という。）９上のパターンの欠陥を検出する装置である。

欠陥検出装置１は、基板９を保持するステージ２、基板９を撮像して基板９の多階調の画像データを取得する撮像部３、ステージ２上の基板９に対して撮像部３を相対的に移動するステージ駆動部２１、各種電気的回路により構成される処理部４、および、各種演算処理を行うＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ等により構成されたコンピュータ５を備え、コンピュータ５により欠陥検出装置１の各構成が制御される。

ステージ駆動部２１は、ステージ２を図１中のＸ方向に移動するＸ方向移動機構２２、および、Ｙ方向に移動するＹ方向移動機構２３を備える。Ｘ方向移動機構２２はモータ２２１にボールねじ（図示省略）が接続され、モータ２２１が回転することにより、Ｙ方向移動機構２３がガイドレール２２２に沿って図１中のＸ方向に移動する。Ｙ方向移動機構２３もＸ方向移動機構２２と同様の構成となっており、モータ２３１が回転するとボールねじ（図示省略）によりステージ２がガイドレール２３２に沿ってＹ方向に移動する。

撮像部３は、照明光を出射する照明部３１、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３２、および、光学系３２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３３を有し、撮像デバイス３３から基板９の画像データが出力される。なお、本実施の形態では可視光である照明光を利用して撮像部３にて画像が取得されるが、例えば、電子線、紫外線、Ｘ線等を利用して画像が取得されてもよい。

図２は、基板９を示す平面図である。基板９は後工程においてダイシングされて半導体チップとなる複数の単位領域（以下、「ダイ」という。）９１を上下左右に繰り返し備え、複数のダイ９１のそれぞれに所定の配線パターンが形成されている。本実施の形態では、撮像部３によりダイ９１毎に画像データが取得され、図１の処理部４へと出力される。

処理部４は、入力される所定のダイ９１の画像を記憶する基準画像検査用の第１メモリ４１、後述の基準画像の検査を行う基準画像検査回路４２、被検査画像検査時に利用される基準画像を記憶する被検査画像検査用の第２メモリ４３、検査対象の被検査画像と基準画像とを比較する被検査画像検査回路４４、並びに、基準画像検査回路４２および被検査画像検査回路４４に接続された欠陥検出部４５を有する。コンピュータ５は、画像等の各種情報の表示を行うディスプレイ５１、各種情報を記憶する記憶部５２および演算部を有する。

ここで、本実施の形態において検査対象とされる図２の基板９についてさらに説明を行う。図２の基板９上の複数のダイ９１のパターンは、パターン形成時の露光工程において、所定のプロセスパラメータＡおよびＢ（例えば、フォーカス位置および露光時間）をダイ９１の位置に合わせて２次元的に漸次変更しつつ形成されたものであり、露光工程のパラメータの許容範囲である、いわゆるプロセスマージンを取得するためのものである。なお、基板９上の複数のダイ９１のパターンは、パターン形成時の他の工程におけるプロセスパラメータを変更したものであってよい。

一般的にこのような基板９では、基板９の中央のダイ９１のプロセスパラメータは最適値（または、最適値と考えられる値）とされ、この最適値を中心として図２の中央のダイ９１から上下および左右にプロセスパラメータを増減させて、プロセスマージン確認用の基板９が準備される。例えば、図２中の符号７１を付す破線の矩形にて囲む複数のダイ９１では、プロセスパラメータＡは一定条件としつつ、プロセスパラメータＢは上側のダイ９１から順にｐ１，ｐ２，ｐ３，ｃ，ｐ４，ｐ５，ｐ６に変更されて各ダイ９１が形成されており、プロセスパラメータＢについては中央のダイ９１に対する値ｃが最適値とされる。以下、単に基板９という場合は、プロセスマージン確認用の基板９を意味するものとする。

図３は欠陥検出装置１が基板９上のパターンの欠陥を検出する処理の流れを示す図である。欠陥検出装置１では、まず、図２の基板９において矩形７１にて囲む複数のダイ９１が並ぶ列が検査対象の列として選択される（ステップＳ１１）。以下の説明において、検査対象の列に含まれるダイ９１を他のダイと区別するため、被検査ダイ９１と呼ぶ。

欠陥検出装置１では、検査対象の列に対して基板９の中央近傍の１つのダイ（すなわち、最適値近傍のプロセスパラメータにて形成されるダイであり、図２において符号９１ａを付すダイ）が検査時の基準とされるダイ（以下、「基準ダイ」という。）として予め関連付けられており、検査対象の列が選択されると、基準ダイ９１ａのパターンを示す画像（以下、「基準画像」という。）の検査が行われる（ステップＳ１２，Ｓ１３）。なお、検査対象の列に含まれる１つのダイが基準ダイとされて、他の被検査ダイ９１と区別されて取り扱われてもよい。

図４は、基準画像を検査する処理の流れを示す図であり、図３のステップＳ１３にて行われる処理を示している。基準画像検査処理では、基準ダイ９１ａに隣接する一のダイ（以下、「選択ダイ」という。）９１ｂが操作者により選択され（または、基準ダイ９１ａに対して予め選択されており）、撮像部３により選択ダイ９１ｂのパターンを示す画像（以下、「第１選択画像」という。）が取得されて処理部４の基準画像検査用の第１メモリ４１に記憶される（ステップＳ２１）。

続いて、撮像部３により基準画像が取得され、基準画像の各画素値が基準画像検査回路４２および第１メモリ４１に順次出力されるとともに、第１メモリ４１から第１選択画像の対応する画素値が基準画像検査回路４２に出力される。基準画像検査回路４２では、基準画像の各画素値と選択画像の対応する画素値との差の絶対値が算出され、この値が所定のしきい値以上である場合には欠陥を示す画素値が生成され、しきい値未満である場合には非欠陥（正常）を示す画素値が生成される。これにより、基準画像を取得しつつ２値の差分画像（以下、「第１差分画像」という。）が取得され、基準画像検査回路４２が有するメモリに一時的に記憶される（ステップＳ２２）。このとき、基準画像の各画素値は被検査画像検査用の第２メモリ４３にも入力される。

第１差分画像が生成されると、基準ダイ９１ａに隣接する他の選択ダイ９１ｃが選択され、この選択ダイ９１ｃのパターンを示す選択画像（以下、「第２選択画像」という。）の各画素値が基準画像検査回路４２および第１メモリ４１に順次入力される。そして、第２選択画像の各画素値と第１メモリ４１からの基準画像の対応する画素値との差分絶対値が算出されて所定のしきい値と比較され、欠陥を示す画素値または非欠陥を示す画素値が生成される（ステップＳ２３）。なお、ステップＳ２３は、実質的には第２選択画像を取得しつつ、もう１つの差分画像（以下、「第２差分画像」という。）を生成する処理に相当する。

基準画像検査回路４２では、さらに、生成された画素値と基準画像検査回路４２のメモリに記憶された第１差分画像の対応する画素値とが比較され、両画素値が欠陥を示す値である場合には基準画像の対応する画素が欠陥画素であるとされ、その他の場合（すなわち、少なくとも一方の画素値が非欠陥を示す値である場合）には非欠陥画素であるとされる。そして、ラベリング処理により互いに連結する欠陥画素の集合が１つの欠陥とされ、基準画像検査回路４２にて基準画像が有する欠陥が検出される（ステップＳ２４）。なお、基準画像が有する欠陥は、基準画像が３以上の選択画像と比較され、３以上の差分画像の論理積を求めることにより取得されてもよい。すなわち、基準画像が有する欠陥の検出に際しては、複数の選択画像が取得される。

基準画像が有する欠陥の位置を示す情報（以下、「基準画像欠陥情報」という。）は欠陥検出部４５へと出力されて欠陥検出部４５が有するメモリにて記憶される（ステップＳ２５）。また、基準画像欠陥情報は基準画像中の欠陥を示す画像（すなわち、欠陥を含む局所的な領域の画像）と共にコンピュータ５にも出力されて記憶部５２にて記憶される。そして、基準画像中の欠陥を示す画像が、必要に応じてコンピュータ５のディスプレイ５１に表示され、操作者により基準ダイ９１ａの欠陥が確認される。このとき、ディスプレイ５１に表示された基準ダイ９１ａの欠陥の画像から、この欠陥が偽欠陥であると操作者により判定された場合には、操作者がコンピュータ５の図示省略の入力部を介して入力を行うことにより、欠陥検出部４５にて記憶された基準画像欠陥情報が修正されてもよい。なお、検査対象の列に対して関連付けられた基準ダイ９１ａのパターンの検査が、同じダイを基準ダイとする別の検査対象の列の検査において既に行われており、この検査結果が流用可能である場合には、上記基準画像検査処理は行われず、以下に説明を行う被検査画像の検査が直接行われる（図３：ステップＳ１２）。

基準画像の検査が終了すると（または、基準画像の検査が不要と判断されると）、複数の被検査ダイ９１のうち１つの被検査ダイ９１のパターンを示す被検査画像が取得され、被検査画像検査回路４４に被検査画像の各画素値が順次出力されるとともに、被検査画像検査用の第２メモリ４３から被検査画像検査回路４４に基準画像の対応する画素値が出力される（ステップＳ１４）。このとき、図４のステップＳ２２の処理に並行して、基準画像が第２メモリ４３に予め記憶されるため、被検査画像の検査において基準画像を再度取得する必要がなく、欠陥検査に要する時間の短縮が図られる。

被検査画像検査回路４４では、被検査画像の各画素値と基準画像の対応する画素値との差分絶対値が算出され、この値が所定のしきい値以上である場合には被検査画像のこの画素が欠陥候補画素であるとされ、しきい値未満である場合には非欠陥画素であるとされる。そして、ラベリング処理により互いに連結する欠陥候補画素の集合が１つの欠陥候補とされ、被検査画像検査回路４４にて被検査画像が有する欠陥候補が検出される（ステップＳ１５）。被検査画像が有する欠陥候補の位置を示す情報（以下、「欠陥候補情報」という。）、および、被検査画像中の欠陥候補を示す画像は欠陥検出部４５へと出力される。

欠陥検出部４５では、欠陥候補情報が示す被検査画像の各欠陥候補の位置と基準画像欠陥情報が示す基準画像の欠陥の位置とが比較され、被検査画像のある欠陥候補の位置と、基準画像のいずれかの欠陥の位置とが一致する場合（または、双方の間の距離が所定の範囲内にある場合（以下、同様。））には、この欠陥候補が基準画像の欠陥に起因するものとして欠陥候補情報から除外され、除外された欠陥候補を示す画像（すなわち、除外された欠陥候補（偽欠陥）を含む局所的な領域の画像）、および、この位置を示す情報がコンピュータ５に出力されて記憶部５２にて記憶される。すなわち、欠陥検出部４５では基準画像が有する欠陥の位置情報に基づいて欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが除外される（ステップＳ１６）。欠陥候補情報が示す位置が基準画像のいずれの欠陥の位置とも一致しない欠陥候補は、その情報が欠陥候補情報にそのまま残され、欠陥候補情報および欠陥候補を示す画像（すなわち、除外されなかった欠陥候補を含む局所的な領域の画像）がコンピュータ５に出力されて記憶部５２にて記憶される。

欠陥検出装置１では残りの被検査ダイ９１のそれぞれに対して上記ステップＳ１４〜Ｓ１６が繰り返され（ステップＳ１７）、被検査画像が有する欠陥候補が取得されるとともに、欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが除外される。これにより、複数の被検査ダイ９１のそれぞれにおいて（この検査における）真の欠陥が検出される。

全ての被検査ダイ９１に対する検査が終了すると（ステップＳ１７）、必要に応じて他の検査対象の列が選択され、他の基準ダイ（同じ基準ダイ９１ａであってもよい。）の基準画像検査および被検査画像の検査が行われる（ただし、図３では他の検査対象の列に対する処理の図示を省略している。）。そして、コンピュータ５のディスプレイ５１には、図５に示すように、欠陥検出部４５において除外された欠陥候補６２（偽欠陥）が他の欠陥候補６１（すなわち、この検査における真の欠陥であり、以下、単に「欠陥候補」とも呼ぶ。）と区別可能に表示される（ステップＳ１８）。図５では、除外された欠陥候補６２を太線で示すことにより他の欠陥候補６１と区別可能に図示しているが、実際には、欠陥候補６１および除外された欠陥候補６２のそれぞれの領域を示す矩形の色を変えたり、別のウィンドウに表示する等して除外された欠陥候補６２が他の欠陥候補６１と区別可能とされる。

コンピュータ５では、操作者が図示省略の入力部を介していずれかの欠陥候補６１、または、いずれかの除外された欠陥候補６２の選択を行うことにより、選択されたものの画像がディスプレイ５１に拡大されて表示される。そして、操作者がディスプレイ５１に表示された欠陥候補６１を確認することにより、例えば、欠陥候補６１の種類を特定することができ、また、除外された欠陥候補６２を表示により確認することにより、万一、欠陥であるにもかかわらず除外された欠陥候補６２が存在する場合であっても、再確認することが可能となる。

また、基板９に対して、欠陥検出装置１における検査結果や、他の装置における各ダイ９１の配線パターンの電気的特性等の検査結果に基づいて、各ダイ９１の配線パターンの形状や特性が許容範囲内であるか否かが判定されることにより、プロセスマージンをさらに精度よく測定することが実現される。図６では、検査対象の列に含まれる各ダイ９１に対して「ＯＫ」または「ＮＧ」を付すことにより、各ダイ９１の配線パターンの特性が許容範囲内であるか否かについての判定結果を示している。

以上のように、図１の欠陥検出装置１では、基準画像と複数の選択画像とを比較することにより基準画像が有する欠陥が検出されるとともに、被検査画像と基準画像とを比較することにより被検査画像が有する欠陥候補が検出され、欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが除外される。これにより、基準ダイ９１ａのパターンの欠陥の影響を排除しつつ他のダイ９１のパターンの欠陥を精度よく検出することができる。

また、欠陥検出装置１では、選択ダイ９１ｂ，９１ｃとして基準ダイ９１ａに隣接するダイが選択されるため、選択ダイ９１ｂ，９１ｃは最適値に近いプロセスパラメータにて形成されたものとされる。したがって、選択ダイ９１ｂ，９１ｃには、プロセスパラメータの最適値からの変更に起因して生じる欠陥が発生している可能性は低いといえる。これに対して、基準ダイ９１ａから離れた位置の複数のダイが選択ダイとして選択された場合であって、これらの選択ダイが互いに隣接しているときには、これらの選択ダイにはプロセスパラメータの最適値からの変更に起因する同様の欠陥が生じている可能性がある。この場合には、複数の選択画像と基準画像との間の複数の差分画像の同じ位置に欠陥画素が検出されて基準画像において偽欠陥が検出されてしまい、この基準画像を用いた被検査画像の検査において、偽欠陥が次々と検出されてしまう。このような観点から、基準ダイ９１ａのパターンの欠陥を精度よく検出するには、複数の選択画像のうちの少なくとも１つの選択画像に対応するダイが基準ダイ９１ａと隣接していることが好ましく、これにより、被検査ダイのパターンの欠陥もより精度よく検出されることとなる。

なお、基準ダイ９１ａから離れた位置の複数のダイが選択ダイとして選択された場合であっても、これらの選択ダイが互いに離れているときには、プロセスパラメータに起因して生じる欠陥の特徴も異なるものとなり、基準ダイ９１ａのパターンの欠陥を精度よく検出することが可能であると考えられる。このような観点からいえば、基準ダイ９１ａから離れた位置の複数のダイが選択ダイとして選択される場合には、基準ダイ９１ａの中心と少なくとも２つの選択ダイの中心とが、互いに２つのダイに相当する距離（すなわち、２単位領域）以上離れていることが好ましい。

また、図１の処理部４の欠陥検出部４５において、基準画像の欠陥と重複する被検査画像の欠陥候補を特定する際に、欠陥の特徴量がさらに利用されてもよい（後述する図７ないし図９の処理部４ａ〜４ｃにおいても同様。）。

具体的には、基準画像検査回路４２において基準画像欠陥情報に加えて基準画像の欠陥の特徴量（例えば、欠陥の面積や欠陥の外接矩形等の幾何学的なものや、明るさ等）がさらに求められて基準画像欠陥情報と共に欠陥検出部４５のメモリにて記憶される。また、被検査画像を検査する際に、被検査画像検査回路４４により欠陥候補情報と共に被検査画像の欠陥候補の同じ特徴量が求められる。そして、欠陥検出部４５において、被検査画像のある欠陥候補の位置が基準画像のいずれかの欠陥の位置と一致する場合であって、この欠陥候補の特徴量も、位置が一致する基準画像の欠陥の特徴量と近似する（例えば、特徴量の差が所定の範囲内とされる）ときに欠陥候補情報からこの欠陥候補が除外され、特徴量が近似しないときには欠陥候補は除外されない。すなわち、欠陥検出部４５では、基準画像欠陥情報に加えて基準画像が有する欠陥の特徴量と、基準画像の欠陥の位置に対応する被検査画像の欠陥候補の特徴量とにも基づいて被検査画像の欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが除外される。これにより、被検査ダイ９１のパターンの欠陥をより精度よく検出することが実現される。なお、欠陥検出部４５では少なくとも基準画像欠陥情報に基づいて基準画像の欠陥と重複する被検査画像の欠陥候補を特定することにより、被検査ダイ９１のパターンの欠陥を一定の精度にて検出することが実現される。

図７は、欠陥検出装置１の処理部の他の例を示す図である。他の例に係る処理部４ａでは、図１の処理部４の被検査画像検査用の第２メモリ４３が省略され、基準画像検査用の第１メモリ４１が３つのダイ９１の画像が記憶可能な記憶領域を有する１つのメモリ４１ａとされる。図７の処理部４ａを有する欠陥検出装置１では、図３のステップＳ１３の基準画像検査処理にて取得される第１選択画像、基準画像および第２選択画像がメモリ４１ａに記憶される。そして、上記と同様にして基準画像の検査が行われた後、被検査画像の検査においてメモリ４１ａから基準画像の各画素値が読み出され、被検査画像検査回路４４に入力されて被検査画像の対応する画素値と比較される。このように、図７の処理部４ａでは基準画像検査および被検査画像検査に利用されるメモリを共有することができる。なお、後述する図８および図９の処理部４ｂ，４ｃにおいても、処理部４ａと同様に第２メモリ４３が省略されて比較的容量の大きい１つのメモリ４１ａが準備されてもよい。

図８は、本発明の第２の実施の形態に係る欠陥検出装置の処理部４ｂの構成を示す図である。図８の処理部４ｂでは図１の処理部４と比較して、欠陥検出部４５がコンピュータ５に３通りの出力を行う選択回路４５ａに置き換えられるとともに、基準画像検査回路４２および被検査画像検査回路４４のそれぞれにおける処理が相違する。他の構成は図１と同様であり、同符号を付しており、図３および図４に準じて図８の処理部４ｂを有する欠陥検出装置が基板９上のパターンの欠陥を検出する処理の流れについて説明する。

欠陥検出装置では、第１の実施の形態と同様に、検査対象の列が選択されると（ステップＳ１１）、撮像部３により基準ダイ９１ａに隣接する選択ダイが撮像されて第１選択画像が取得され、基準画像検査用の第１メモリ４１に記憶される（ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ２１）。続いて、基準画像を取得しつつ、基準画像検査回路４２において基準画像と第１選択画像との互いに対応する画素値の差分絶対値が求められ、この値が所定のしきい値以上である場合には欠陥を示す値「１」が生成され、しきい値未満である場合には非欠陥を示す値「０」が生成されて第１差分画像が生成される（ステップＳ２２）。第１差分画像は基準画像検査回路４２が有するメモリに記憶される。また、基準画像の各画素値は被検査画像検査用の第２メモリ４３にも出力されて記憶される。

続いて、１つの被検査ダイ９１の被検査画像が取得され（ステップＳ１４）、被検査画像検査回路４４において被検査画像と基準画像との互いに対応する画素値の差分絶対値が求められる。そして、この値が所定のしきい値以上である場合には欠陥候補を示す値「１」が生成され、しきい値未満である場合には非欠陥を示す値「０」が生成されて選択回路４５ａに出力される（ステップＳ１５）。このとき、選択回路４５ａには基準画像検査回路４２から第１差分画像の対応する画素値が同時に入力される。なお、後述するように、被検査画像と基準画像との差分画像は基準画像の検査にも利用されるため、本実施の形態における欠陥候補を検出する処理は、第２差分画像を生成する処理にも相当する（ステップＳ２３）。

選択回路４５ａでは、基準画像検査回路４２からの値（画素値）が１であり、被検査画像検査回路４４からの値（画素値）も１である場合には、基準画像の対応する画素が欠陥画素であることを示す値がコンピュータ５に出力され、基準画像検査回路４２からの値が０であり、被検査画像検査回路４４からの値が１である場合には、被検査画像の対応する画素が欠陥候補画素であることを示す値がコンピュータ５に出力される。このようにして、選択回路４５ａでは基準画像が有する欠陥を検出しつつ、欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが実質的に除外される（ステップＳ１６，Ｓ２４）。なお、被検査画像検査回路４４からの値が０である場合には、基準画像検査回路４２からの値を問わず、被検査画像の対応する画素は非欠陥画素であることを示す値が出力される。

欠陥検出装置では残りの被検査ダイ９１のそれぞれに対して上記処理（ステップＳ１４〜Ｓ１６，Ｓ２３，Ｓ２４）が繰り返される（ステップＳ１７）。そして、複数の被検査ダイ９１のそれぞれにおいて除外された欠陥候補（すなわち、被検査ダイ９１において基準ダイ９１ａの欠陥と同じ位置）が他の欠陥候補と区別可能にディスプレイ５１（図１参照）に表示される（ステップＳ１８）。なお、万一、一の被検査ダイ９１において除外された欠陥候補と同じ位置に、他の被検査ダイ９１において除外されなかった欠陥候補が検出された場合には、複数の被検査ダイ９１に対して予め優先順位を決めておくことにより、両方の被検査ダイ９１における結果が同じとなるようにされる。

以上のように、図８の処理部４ｂを有する欠陥検出装置では、撮像部３により複数の被検査画像が取得され、各被検査画像が選択画像の１つとしても取り扱われる。これにより、１つの選択画像を取得する時間を省略して基板９上のパターンの欠陥検出に要する時間を短縮しつつ、基準ダイ９１ａのパターンの欠陥を考慮した高精度な欠陥検出が実現される。

処理部４ｂでは、最初の被検査画像の検査において取得された基準画像の欠陥の位置情報（基準画像欠陥情報）を選択回路４５ａにて記憶しておくことにより、残りの被検査画像の検査において、第１の実施の形態と同様に、既存の基準画像欠陥情報に基づいて欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが除外されてもよい。この場合、２つの選択画像のうちの１つの選択画像が、複数の被検査画像に含まれることとなる。また、基準画像の検査時に、例えば３つの選択画像が取得される場合には、２つの選択画像が複数の被検査画像に含まれて基準画像の欠陥が検出されてもよい。このように、複数の選択画像の少なくとも１つが、撮像部３にて取得される複数の被検査画像に含まれることにより欠陥検出に要する時間を短縮することができる。

図９は、本発明の第３の実施の形態に係る欠陥検出装置の処理部４ｃの構成を示す図である。図９の処理部４ｃは、撮像部３および基準画像検査用の第１メモリ４１に接続された第１セレクタ４６１、並びに、撮像部３および被検査画像検査用の第２メモリ４３に接続された第２セレクタ４６２を有し、第１および第２セレクタ４６１，４６２は１つの検査回路４７に接続される。検査回路４７は下流側において切替回路４８に接続され、検査回路４７からの出力が基準画像欠陥情報メモリ４９または欠陥検出部４５に切り替えられる。また、処理部４ｃでは、欠陥検出部４５のメモリが基準画像欠陥情報メモリ４９として独立して設けられる。

図９の処理部４ｃを有する欠陥検出装置がパターンの欠陥を検出する際には、まず、検査対象の列が選択され（図３：ステップＳ１１）、基準ダイ９１ａに隣接する選択ダイが撮像されて第１選択画像が第１メモリ４１に記憶される（ステップＳ１２，Ｓ１３、図４：ステップＳ２１）。続いて、基準画像が取得されて基準画像の各画素値が第１メモリ４１、第１セレクタ４６１、第２メモリ４３および第２セレクタ４６２に順次入力されるとともに、第１メモリ４１から第１選択画像の対応する画素値が第１セレクタ４６１に入力される。このとき、第１セレクタ４６１では、コンピュータ５からの信号に基づいて第１メモリ４１からの出力が選択されて検査回路４７に第１選択画像が入力され、第２セレクタ４６２では撮像部３からの基準画像が選択されて検査回路４７に入力される。そして、検査回路４７では第１選択画像の各画素値と基準画像の対応する画素値とが比較されて第１差分画像が生成される（ステップＳ２２）。第１差分画像は検査回路４７が有するメモリにて記憶される。

第１差分画像が生成されると、第２選択画像が取得されて第２選択画像の各画素値が第１メモリ４１、第１セレクタ４６１および第２セレクタ４６２に順次入力されるとともに（このとき、第２メモリ４３への書き込みは行われない。）、第１メモリ４１から基準画像の対応する画素値が第１セレクタ４６１に入力される。そして、第１セレクタ４６１では第１メモリ４１からの出力が選択され、第２セレクタ４６２では撮像部３からの第２選択画像が選択されて検査回路４７において第２差分画像が生成される（ステップＳ２３）。

検査回路４７では、第１差分画像と第２差分画像との互いに対応する画素値を比較することにより基準画像が有する欠陥が検出され（ステップＳ２４）、コンピュータ５からの信号に基づいて切替回路４８により検査回路４７が基準画像欠陥情報メモリ４９に接続されて、基準画像欠陥情報および基準画像中の欠陥を示す画像が記憶される（ステップＳ２５）。

基準画像欠陥情報が記憶されると、１つの被検査ダイ９１の被検査画像が取得され（図３：ステップＳ１４）、被検査画像の各画素値が第１セレクタ４６１および第２セレクタ４６２に順次入力される（このとき、第２メモリ４３および第１メモリ４１への書き込みは行われない。）。第１セレクタ４６１では撮像部３からの出力が選択されて検査回路４７に被検査画像の各画素値が出力され、第２セレクタ４６２では第２メモリ４３からの出力が選択されて基準画像の対応する画素値が検査回路４７に出力される。検査回路４７では被検査画像と基準画像との互いに対応する画素値が比較されて被検査画像の欠陥候補が検出され、欠陥候補情報および被検査画像中の欠陥候補を示す画像が切替回路４８を介して欠陥検出部４５へと出力される（ステップＳ１５）。

欠陥検出部４５では、基準画像欠陥情報メモリ４９からの基準画像欠陥情報に基づいて欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが除外される（ステップＳ１６）。そして、選択された検査対象の列に含まれる全ての被検査ダイ９１の欠陥候補が検出されるとともに、基準画像が有する欠陥と重複するものが除外されると（ステップＳ１７）、除外された欠陥候補が他の欠陥候補と区別可能にディスプレイ５１（図１参照）に表示される（ステップＳ１８）。

以上のように、図９の処理部４ｃを有する欠陥検出装置では、図１の処理部４の基準画像検査回路４２および被検査画像検査回路４４が１つの検査回路４７とされ、検査回路４７に基準画像および複数の選択画像と、被検査画像および基準画像とが順次入力されることにより、基準画像が有する欠陥、および、被検査画像が有する欠陥候補が検出される。これにより、処理部４ｃを有する欠陥検出装置では、図１の欠陥検出装置１に比べてハードウェアリソースの削減を図りつつ、基準ダイ９１ａのパターンの欠陥を検出して被検査ダイ９１のパターンの欠陥を精度よく検出することができる。

また、図９の処理部４ｃにおいて、複数の選択画像の少なくとも１つが、撮像部３にて取得される複数の被検査画像に含まれてもよい。例えば、基準画像の検査時に第１選択画像および基準画像のみが取得されて第１差分画像が生成される。そして、被検査画像の検査時に被検査画像と基準画像との差分画像が求められて被検査画像の欠陥候補が検出されるとともに、この差分画像と第１差分画像とが比較されて基準画像の欠陥を検出しつつ、欠陥候補から基準画像の欠陥と重複するものが除外される。その結果、処理部４ｃにおいても欠陥検出に要する時間が短縮される。

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。

上記実施の形態では、撮像部３によりダイ９１毎に画像データが取得されるものとしたが、例えば、撮像部３の撮像デバイス３３がラインセンサとされ、基板９がラインセンサの受光素子の配列方向に垂直な方向に移動しつつ、ラインセンサにより撮像が行われて、１つのダイ９１を分割して得られる複数の部分的なパターン（以下、「分割パターン」という。）のうち、１つの分割パターンに対応する帯状の領域（いわゆる、スワス）の画像データが取得されてもよい。この場合、スワス毎に画像を取得しつつ基準画像の検査および被検査画像の検査が行われ、処理部にて利用されるメモリの容量を低減しつつ、基板９上のパターンの高精度な欠陥検出が実現される。

また、上記実施の形態では、基準画像の検査の後に被検査画像の検査を行うことにより、簡単にかつ効率よくパターンの欠陥検出が行われるが、被検査画像の欠陥候補の検出後に基準画像の欠陥の検出が行われ、その後、欠陥候補から基準画像が有する欠陥と重複するものが除外されてもよい。

上記実施の形態において基準画像検査回路４２および基準画像検査時における検査回路４７では、基準画像と複数の選択画像のそれぞれとの互いに対応する画素値の差分絶対値を求めることにより基準画像が有する欠陥が検出されるが、例えば、画素値の差分絶対値を正規化した後に所定のしきい値と比較する等、他の手法により基準画像が有する欠陥が検出されてもよい。すなわち、基準画像検査回路４２および基準画像検査時における検査回路４７では、基準画像と複数の選択画像とを比較することにより基準画像が有する欠陥が検出されるのであれば、いかなる手法が用いられてもよい。また、被検査画像検査回路４４および被検査画像検査時における検査回路４７においても同様に、被検査画像と基準画像とを比較することにより被検査画像が有する欠陥候補が検出されるのであれば、他の手法が用いられてもよい。

欠陥検出装置において欠陥の検出を高速に行う必要がない場合には、コンピュータ５により図１並びに図７ないし図９に示す処理部４，４ａ〜４ｃの全部または一部と同様の機能がソフトウェア的に実現されてもよい。

基板９はプロセスマージン確認用の基板に限定されず、一定のプロセスパラメータにて製造された半導体基板であってもよい。一般的には、半導体基板では各種プロセスにおける位置依存性により、上記プロセスマージン確認用の基板と同様に、位置に依存してパターンの形状等が変化している。このような基板に対しても、欠陥検出装置では、基準画像の検査を行うことにより、基準とされる単位領域のパターンの欠陥を考慮して他の単位領域のパターンの欠陥を精度よく検出することができる。

基板９は必ずしも半導体基板である必要はなく、繰り返しパターンを有するプリント配線基板、ガラス基板等であってもよい。また、欠陥検出装置による欠陥検出の対象物は基板以外であってもよい。

第１の実施の形態に係る欠陥検出装置の構成を示す図である。 基板を示す平面図である。 基板上のパターンの欠陥を検出する処理の流れを示す図である。 基準画像を検査する処理の流れを示す図である。 ディスプレイに表示される画像を示す図である。 プロセスマージンの測定結果を説明するための図である。 欠陥検出装置の処理部の他の例を示す図である。 第２の実施の形態に係る欠陥検出装置の処理部の構成を示す図である。 第３の実施の形態に係る欠陥検出装置の処理部の構成を示す図である。

符号の説明

１ 欠陥検出装置
３ 撮像部
９ 基板
４２ 基準画像検査回路
４４ 被検査画像検査回路
４５ 欠陥検出部
４５ａ 選択回路
４７ 検査回路
５１ ディスプレイ
６１，６２ 欠陥候補
９１，９１ａ〜９１ｃ ダイ
Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６ ステップ

Claims (7)

1. 対象物上のパターンの欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
   複数の単位領域のそれぞれに所定のパターンが形成された対象物を撮像する撮像部と、
   対象物上の基準とされる単位領域のパターンを示す基準画像と、それぞれが選択された単位領域のパターンを示す複数の選択画像とを比較して前記基準画像が有する欠陥を検出する基準画像検査部と、
   他の単位領域のパターンを示す被検査画像と前記基準画像とを比較して前記被検査画像が有する欠陥候補を検出する被検査画像検査部と、
   前記基準画像が有する欠陥の少なくとも位置情報に基づいて前記欠陥候補から前記基準画像が有する欠陥と重複するものを除外する欠陥検出部と、
   を備えることを特徴とする欠陥検出装置。
2. 請求項１に記載の欠陥検出装置であって、
   前記欠陥検出部が、前記基準画像が有する欠陥の特徴量と前記欠陥候補の特徴量とにも基づいて前記欠陥候補から前記基準画像が有する欠陥と重複するものを除外することを特徴とする欠陥検出装置。
3. 請求項１または２に記載の欠陥検出装置であって、
   前記欠陥検出部において除外された欠陥候補を他の欠陥候補と区別可能に表示する表示部をさらに備えることを特徴とする欠陥検出装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
   前記基準画像検査部および前記被検査画像検査部が、前記基準画像および前記複数の選択画像と、前記被検査画像および前記基準画像とが順次入力される１つの検査部であることを特徴とする欠陥検出装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
   前記撮像部により複数の被検査画像が取得され、前記複数の選択画像の少なくとも１つが前記複数の被検査画像に含まれることを特徴とする欠陥検出装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
   対象物上の前記複数の単位領域のパターンが、パターン形成時のプロセスパラメータを単位領域の位置に合わせて２次元的に漸次変更しつつ形成されたものであり、前記基準とされる単位領域と、前記複数の選択画像のうちの少なくとも１つに対応する単位領域とが隣接することを特徴とする欠陥検出装置。
7. 複数の単位領域のそれぞれに所定のパターンが形成された対象物を撮像して前記対象物上のパターンの欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
   対象物上の基準とされる単位領域のパターンを示す基準画像と、それぞれが選択された単位領域のパターンを示す複数の選択画像とを比較して前記基準画像が有する欠陥を検出する工程と、
   他の単位領域のパターンを示す被検査画像と前記基準画像とを比較して前記被検査画像が有する欠陥候補を検出する工程と、
   前記基準画像が有する欠陥の少なくとも位置情報に基づいて前記欠陥候補から前記基準画像が有する欠陥と重複するもの除外する工程と、
   を備えることを特徴とする欠陥検出方法。

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