JP2006269624A - 光学式外観検査装置のアライメント高速化法、これを用いたパターン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度かつ高速度に位置合わせすることのできるアライメント方法を提供する。
【解決手段】 複数の被検査基板のうち、第１番目を除く第Ｎ番目の被検査基板のパターン検査において、ステップＳ３０では第Ｎ−１番目のアライメント位置Ｏ３、Ｏ４を検出する。ステップＳ３１では、被検査基板のアライメント撮像を行う。ステップＳ３２では、アライメント撮像にされたアライメント画像からアライメント位置Ｏ１、Ｏ２を取得する。ステップＳ３３では、アライメント位置Ｏ１、Ｏ２に基づきプリアライメントを行う。ステップＳ３４では、アライメント位置Ｏ１、Ｏ２と検査済み基板のアライメント位置Ｏ３、Ｏ４とを用いて、検査基板に対するマスタ画像の伸縮率を再決定する。そして、位置合わせされた後に、オブジェクト画像を取得するとともに、当該オブジェクト画像と伸縮後のマスタ画像とを用いて比較検査を行う。
【選択図】 図５

Description

本発明は、パターン検査方法およびパターン検査装置に関し、特定的には、プリント基板および半導体ウエハ等に形成されたパターンやそれらの製造工程で用いられるマスク等に形成されたパターンを検査するパターン検査方法およびパターン検査装置におけるアライメント方法に関する。

電子部品等が実装されるプリント基板や半導体ウエハ等の表面には、所定の回路を構成するのに必要な導体配線がパターン形成される。そして、パターン検査装置を用いて、形成された配線パターンにおける欠陥の有無が外観検査される。一般的に、被検査物（プリント基板や半導体ウエハ）を照明して形成されたパターンを撮像カメラに取り込んで画像処理によって合否を判定する方式（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；ＡＯＩ）が用いられる。例えば、パターンが形成された面を上面として、被検査物がパターン検査装置のステージ面に載置される。パターン検査装置は、ステージ面に載置された被検査物上の空間に、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等の撮像カメラを有している。パターン検査装置は、ステージ面を主走査方向に水平に移動させ、撮像カメラの下を通過した被検査物を撮像していく。そして、パターン検査装置は、主走査方向の走査が１回完了する毎に撮像カメラを副走査方向へ順次シフトし、最終的に被検査物の検査領域全体を撮像して画像データを得る。その後、パターン検査装置は、得られた画像データに対して、パターンマッチング処理等を行って、パターンの欠陥を検出する。

パターンマッチング処理を用いたパターン欠陥の検出では、パターンが形成された被検査物を撮像カメラで撮像することによって得られる画像（以下、オブジェクト画像と記載する）と、判定基準となる画像（以下、マスタ画像と記載する）とを比較して、所定の閾値以上の差が認められるときにパターン欠陥とされる。例えば、マスタ画像は、上記被検査物を製造する際に用いられるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データや、良品の上記被検査物を撮像したデータに基づいて作成される。例えば、図６に示すようなマスタ画像とオブジェクト画像とを比較する場合、パターン検査装置にてそれぞれの画像がデジタル画像に変換される。そして、それらデジタル画像の画素毎に比較を行い、マスタ画像に対して所定の閾値以上の差があるオブジェクト画像の画素をパターンの欠陥と判断する。

しかしながら、パターンマッチング処理を用いたパターン欠陥の検出では、マスタ画像とオブジェクト画像との正確な位置合わせが必要となる。すなわち、マスタ画像とオブジェクト画像とが位置ずれした状態で、これらのデジタル画像の画素毎に比較を行った場合、実際の欠陥以外の画素が欠陥部分として検出される。

これに対して、マスタ画像とオブジェクト画像との位置ずれがある場合でも、これらの位置合わせ誤差を吸収して、高精度のパターン欠陥検出を行う技術が提案されている（特許文献１）。図７は、特許文献１のパターン欠陥検出方法を概念的に示した図である。まず、図７中、オブジェクト画像Ｐは、概念的に複数の区画に分割される。このとき、分割された１区画をＰ０とする。一方、図７中、マスタ画像Ｍには、オブジェクト画像Ｐの分割区画Ｐ０の位置と対応する基準区画Ｍ０が設定される。さらに、マスタ画像Ｍには、基準区画Ｍ０から２次元的に所定画素だけ位置ずれさせたマスタ区画画像Ｍ１が設定される。なお、図８において、マスタ区画画像Ｍ１は２つの場合を示したが、実際にはオブジェクト画像Ｐの分割区画Ｐ０の周囲に、所定量の画素数だけ２次元的に拡張した拡張区域Ｅ内に多数のマスタ区画画像Ｍ１が設定される。

このように設定されたオブジェクト画像Ｐの分割画像Ｐ０は、拡張区域Ｅ内のすべてのマスタ区画画像Ｍ１とそれぞれ比較される。比較された結果、パターン欠陥の検出は、すべてのマスタ画像区域Ｍ１に対して不一致と判定されたときに欠陥有りと判定される。一方、少なくとも１つのマスタ区画画像Ｍ１に対して一致の判定がなされたときに欠陥無しと判定される。そして、上記の基準区画Ｍ０、マスタ区画画像Ｍ１の設定および比較処理は、オブジェクト画像Ｐ内の全ての分割画像に対して行われる。したがって、このようなパターン欠陥検出方法は、オブジェクト画像の分割画像を、基準区画を中心として相対的にゆすらせてマスタ画像と比較することに等しい。以下、上記のパターン欠陥検出方法を「ゆすらせ比較法」という。また、基準区画とマスタ区画画像との画素数のずれを「ゆすらせ量」という。このように、特許文献１は、各分割画像を複数のマスタ区画画像と比較することにより、位置合わせ誤差を吸収し、高精度のパターン欠陥検出を行うことができるとしている。
特公平６−２１７６９号公報

特許文献１に記載されたパターン欠陥検出方法は、基準区画とマスタ区画画像との画素数のずれ、すなわち「ゆすらせ量」の増加に伴い、処理すべき演算量および演算時間が増大する。そのため、パターン検査に先立ち、マスタ画像に対する検査基板の粗位置合わせを実行することにより、ゆすらせ量を減少させることができる。すなわち、検査前のアライメント処理により、検査基板を撮像して得られるオブジェクト画像と、マスタ画像との大幅な位置ずれを防止することができる。また、微小な位置ずれは、ゆすらせ比較により吸収させ、パターン欠陥の検出を行うことができる。

一方、プリント基板や半導体ウエハ等に形成される回路パターンは、高集積化の要求により微細化され、それに伴い、微細な欠陥を高精度に検出する必要がある。また、パターン欠陥検出においては、欠陥の有無のみでなく、欠陥の形状等も認識する必要があるため、高い検査分解能が要求される。

しかしながら、特許文献１に記載されたパターン欠陥検出方法において、検査の分解能が高くなることにより、各画素のサイズは小さくなることから、ゆすらせ量をさらに増大させる必要がある。そのため、処理すべき演算量および演算時間が大幅に増大する問題があった。

さらに、プリント基板等の製造において、環境温度の変化や製造条件の差異によりプリント基板等には伸縮が発生し、ゆすらせ量を増大させる。そのため、特許文献１に記載されたパターン欠陥検出方法および上記のアライメント処理では、処理すべき演算量および演算時間が大幅に増大する問題があった。

本発明の目的は、高分解能の検査において、アライメント処理時間を短縮するとともに、高精度のパターン欠陥検出方法およびパターン欠陥検出装置を提供することにある。

上記目的は、以下のアライメント方法によって達成される。
被検査基板に形成されたパターンを撮像したオブジェクト画像と判定基準となるマスタ画像とを比較して被検査基板のパターン形状の検査を複数の被検査基板に対して順次行うパターン検査におけるアライメント方法であって、
（Ａ）第１番目の被検査基板に対して、
第１番目の被検査基板を撮像カメラで撮像することによって第１番目の被検査基板上の少なくとも３点の特徴点の位置をアライメント位置として検出する第１のアライメント位置検出ステップと、
第１のアライメント位置検出ステップで検出されたアライメント位置のうちの少なくとも２点のアライメント位置を用いて第１番目の被検査基板の位置合わせを行う第１のプリアライメントステップと、
第１のアライメント位置検出ステップで検出されたアライメント位置のうちの少なくとも３点のアライメント位置に基づいて、被検査基板の少なくとも異なる２方向の伸縮率を検出する第１の伸縮率検出ステップと、
第１番目の被検査基板を撮像カメラで走査しながら、撮像カメラから出力されるオブジェクト画像をメモリに順次保存し、かつ第１の伸縮率検出ステップで検出された伸縮率を用いてマスタ画像またはオブジェクト画像のどちらか一方を伸縮させて、マスタ画像とオブジェクト画像とを用いた比較検査を順次行う第１の比較検査ステップとを備え、さらに
（Ｂ）第Ｎ番目（Ｎは２以上の整数）の被検査基板に対して、
第Ｎ番目の被検査基板を撮像カメラで撮像することによって第Ｎ番目の被検査基板上の２点のアライメント位置を検出する第２のアライメント位置検出ステップと、
第２のアライメント位置検出ステップで検出された２点のアライメント位置を用いて第Ｎ番目の被検査基板の位置合わせを行う第２のプリアライメントステップと、
メモリに保存されている第Ｎ−１番目の被検査基板のオブジェクト画像から第Ｎ−１番目の被検査基板上の少なくとも１点のアライメント位置を検出する第３のアライメント位置検出ステップと、
少なくとも第３のアライメント位置検出ステップで検出された第Ｎ−１番目の被検査基板上のアライメント位置に基づいて、被検査基板の少なくとも異なる２方向の伸縮率を検出する第２の伸縮率検出ステップと、
第Ｎ番目の被検査基板を撮像カメラで走査しながら、撮像カメラから出力されるオブジェクト画像をメモリに順次保存し、かつ第２の伸縮率検出ステップで検出された伸縮率を用いてマスタ画像またはオブジェクト画像のどちら一方を伸縮させて、マスタ画像とオブジェクト画像とを用いた比較検査を順次行う第２の比較検査ステップとを備える。

この構成により、複数の被検査基板のうち２枚目以降の被検査基板については、アライメント撮像に要する処理時間を、１枚目の被検査基板のアライメント撮像に要する時間よりも短縮することができる。よって、高速度に位置合わせが可能であるとともに、高精度に位置合わせすることができる。したがって、検査の分解能が高くなった場合においても、処理時間および処理量を増大させることなく、良好なパターン欠陥検出が可能である。

好ましくは、第１および第２の伸縮率検出ステップは、検査基板上の互いに離間して略対向配置される４点のアライメント位置に基づいて、伸縮率を検出する。

これにより、マスタ画像とオブジェクト画像との位置合わせを精度良く行うことができるので、検査の分解能が高くなった場合においても、処理時間および処理量を増大させることなく、良好なパターン欠陥検出が可能である。

好ましくは、複数の被検査基板は、同一ロット単位としてパターン検査が行われる。

これにより、同一ロット内の被検査基板に対しては、マスタ画像と被検査基板の位置合わせおよびパターン検査を高速に行うことができる。

好ましくは、複数の被検査基板は、あらかじめ指定された予定時間内または所定枚数毎に、パターン検査が行われる。

これにより、環境温度の変化による被検査基板の伸縮に柔軟に対応することができ、精細な位置合わせを行うことができる。

好ましくは、パターン検査が所定時間以上中断してから再開されるときに、再開後に最初に検査される被検査基板を第１番目の被検査基板として検査する。

これにより、検査工程が中断されることにより、中断時の被検査基板と再開後の被検査基板との間で伸縮率に無視できない差が生じた場合においても、精度よくパターン検査を行うことができる。

好ましくは、さらに第１および第２の比較検査ステップは、
マスタ画像を中心として所定の画素数を拡張した拡張領域内に、マスタ画像に対して少なくとも１画素ずつ位置ずれさせた複数の第２のマスタ画像を仮想的に設定し、かつ複数の第２のマスタ画像とオブジェクト画像とを用いた比較検査を行う。

これにより、マスタ画像とオブジェクト画像との位置合わせをさらに精細に行うことができるので、良好なパターン欠陥の検出を行うことができる。

好ましくは、第２の伸縮量検出ステップは、
第２のアライメント位置検出ステップで検出された第Ｎ番目の被検査基板上のアライメント位置と、第３のアライメント位置検出ステップで検出された第Ｎ−１番目の被検査基板上のアライメント位置とに基づいて、被検査基板の少なくとも異なる２方向の伸縮率を検出する。

これにより、２枚目以降の被検査基板の伸縮率は、当該被検査基板のアライメント撮像によるアライメント位置と、直前に検査された被検査基板のアライメント位置とから検出されるので、高速度かつ高精度に位置合わせが可能である。

本発明の目的は、以下のパターン検査装置によって達成される。
被検査基板に形成されたパターンを撮像したオブジェクト画像と判定基準となるマスタ画像とを比較して被検査基板のパターン形状の検査を複数の被検査基板に対して順次行うパターン検査におけるアライメント方法を含むパターン検査装置であって、
被検査基板が載置されるステージと、
ステージに載置された被検査基板を撮像する撮像手段と、
撮像手段により撮像された被検査基板の特徴点の位置をアライメント位置として検出するアライメント位置検出手段と、
検出されたアライメント位置のうち少なくとも２点のアライメント位置を用いて、被検査基板の位置合わせを行うためにステージを水平移動または回転させるステージ移動手段と、
被検査基板の少なくとも異なる２方向の伸縮率を検出する伸縮率検出手段と、
撮像手段とステージとを相対的に移動させて走査する走査手段と、
走査手段により出力されるオブジェクト画像またはマスタ画像のどちらか一方を伸縮率に基づいて伸縮する画像処理手段と、
オブジェクト画像とマスタ画像とを用いた比較検査を行う検査手段と、
検出手段により検出されたアライメント位置を含むオブジェクト画像とマスタ画像とを格納するメモリとを備え、
伸縮率検出手段は、
第１番目の被検査基板に対して、
アライメント位置検出手段により検出された少なくとも３点のアライメント位置に基づいて伸縮率を検出し、
さらに第Ｎ番目（Ｎは２以上の整数）の被検査基板に対して、
少なくともメモリに格納された第Ｎ−１番目のオブジェクト画像のアライメント位置に基づいて伸縮率を検出する。

以上の構成を備えているので、複数の被検査基板のうち２枚目以降の被検査基板については、アライメント撮像に要する処理時間を、１枚目の被検査基板のアライメント撮像に要する時間よりも短縮することができるので、高速度に位置合わせが可能であるとともに、高精度に位置合わせすることができる。したがって、検査の分解能が高くなった場合においても、処理時間および処理量を増大させることなく、良好なパターン欠陥検出が可能である。

以上のように、本発明は、高分解能の検査において、アライメント処理時間を短縮するとともに、高精度のパターン欠陥検出方法およびパターン欠陥検出装置を提供することができる。

図面を参照して、本発明の一実施形態に係るパターン検査装置について説明する。なお、図１は、当該パターン検査装置の全体構成を模式的に示す上面図および正面図である。ここでは、説明を具体的にするために、配線パターンが形成されたプリント基板を被検査物として検査する場合を一例として説明する。なお、本発明は、プリント基板に限らず、配線パターンが形成された半導体ウエハ、フィルムマスク、ガラスマスク、フレキシブルな薄板基板、カラーフィルタ等、ステージ面に載置する板状の部材を被検査物としたパターン検査に対して有効である。

図１において、パターン検査装置１は、大略的にステージ搬送機構部２、撮像機構部３、および制御部４（図２参照）を備えている。ステージ搬送機構部２は、ステージ移動手段に相当し、ステージ部２１、旋回部２２、Ｙ軸方向駆動機構２３、およびベース部２４を備えている。撮像機構部３は、撮像カメラ３１、支持部材３２、Ｘ軸方向駆動部材３３、カメラ支持部材３４、Ｘ軸方向駆動機構３５、およびＺ軸方向駆動機構３６を備えている。また、図１においては、制御部４に含まれる表示部４４のみ図示されている。なお、表示部４４は、後述するメイン制御部４１の表示制御によってユーザに情報を表示する表示画面を有している。

ステージ部２１は、最上面に水平のステージ面を構成している。そして、被検査基板であるプリント基板は、ステージ部２１のステージ面上に載置される。ステージ部２１の下部は、旋回部２２によって支持されており、旋回部２２の回動動作によって図示θ方向にステージ部２１が回動可能に構成されている。撮像機構部３の下方を通るように、ベース部２４が上記ステージ面と平行の図示Ｙ軸方向に延設されて固定される。Ｙ軸方向駆動機構２３は、ベース部２４の上面のＹ軸方向に設けられたガイドに沿って滑動し、その上面に旋回部２２が固設されている。なお、Ｙ軸方向駆動機構２３は、後述するＹ軸駆動モータ２３１およびＹ軸ＮＣドライバ２３２を含んでいる（図２参照）。これによって、Ｙ軸方向駆動機構２３がＹ軸駆動モータ２３１からの駆動力によってベース部２４のガイドに沿った図示Ｙ軸方向（主走査方向）に移動可能になり、旋回部２２に支持されたステージ部２１の主走査方向への水平移動も可能になる。

支持部材３２は、ベース部２４上を水平移動するステージ部２１の上部空間に架設されている。支持部材３２上にはＸ軸方向駆動機構３５が設けられており、Ｘ軸方向駆動部材３３を上記ステージ面と平行で、かつ上記Ｙ軸方向と垂直の図示Ｘ軸方向（副走査方向）に移動させる。なお、Ｘ軸方向駆動機構３５は、後述するＸ軸駆動モータ３５１およびＸ軸ＮＣドライバ３５２を含んでいる（図２参照）。Ｘ軸方向駆動部材３３にはＺ軸方向駆動機構３６が設けられており、カメラ支持部材３４を上記Ｘ軸およびＹ軸方向と垂直の図示Ｚ軸方向に移動させる。なお、Ｚ軸方向駆動機構３６は、後述するＺ軸駆動モータ３６１およびＺ軸ＮＣドライバ３６２を含んでいる（図２参照）。

撮像カメラ３１は、撮像手段に相当し、例えばＣＣＤカメラにより構成される。撮像カメラ３１は、その撮像方向が図示Ｚ軸下方向となるようにカメラ支持部材３４に支持され、入射された光をその色や強度を示す電気信号に変換する。図１に示すパターン検査装置１の例では、２つの撮像カメラ３１ａおよび３１ｂが設けられており、それらの撮像方向が図示Ｚ軸下方向となるようにカメラ支持部材３４に支持されている。例えば、パターン検査装置１におけるパターンマッチング処理用の画像データを得るための撮像カメラ３１ａと、パターン検査装置１のユーザによる目視検査用の画像データを得るための撮像カメラ３１ｂとによって構成され、それぞれ光源（図示せず）から被検査基板に照射された光を受光する。なお、本発明は、複数の撮像カメラ３１をカメラ支持部材３４に固設してもいいし、１つの撮像カメラ３１のみをカメラ支持部材３４に固設してもかまわない。

このような構成によって、撮像カメラ３１は、図示Ｘ軸方向（副走査方向）およびＺ軸方向（撮像方向）に移動可能になっている。そして、撮像カメラ３１のＸ軸方向の位置を固定した状態でステージ部２１が主走査方向（Ｙ軸方向）に移動することにより主走査が行われる。次に、プリント基板の検査領域の一端から他端までの主走査が完了する毎に、撮像カメラ３１は副走査方向（Ｘ軸方向）に沿って所定距離だけ移動する。この結果、プリント基板の検査領域全体についての画像データが撮像カメラ３１から得られることとなる。さらに、撮像カメラ３１は、Ｚ軸方向駆動機構３６によってＺ軸方向（撮像方向）に移動可能となっている。Ｚ軸方向駆動機構３６は、ステージ面に載置された被検査基板の上面に撮像カメラ３１の焦点が合うようにカメラ支持部材３４をＺ軸方向に適宜移動させる。

次に、図２を参照して、パターン検査装置１における制御機能の概略構成について説明する。なお、図２は、パターン検査装置１の制御機能を示すブロック図である。

図２において、パターン検査装置１の制御部４は、メイン制御部４１、フォーカス制御部４２、記憶部４３、表示部４４、操作部４５、メモリ５０を含んでいる。メイン制御部４１およびフォーカス制御部４２は、例えばＣＰＵボードによって構成され、互いに接続されている。また、メイン制御部４１およびフォーカス制御部４２には、記憶部４３が接続されている。記憶部４３は、メイン制御部４１およびフォーカス制御部４２の処理の際に記憶領域として用いられ、処理に必要なデータ群を格納している。記憶部４３は、ＣＡＤデータ４３２およびマスタ画像データ４３３を格納している。ＣＡＤデータ４３２は、パターン検査装置１において検査対象とする被検査基板に応じて、それぞれ予め格納されている。また、マスタ画像データ４３３は、後述するマスタ画像データの作成動作によって記憶される。表示部４４は、メイン制御部４１の表示制御に応じてユーザに情報を提示する。操作部４５は、ユーザの操作に応じた操作信号をメイン制御部４１に出力し、例えば、キーボードやマウス等の一般的な入力デバイスで構成される。

メイン制御部４１は、主にマスタ画像データ４３３の作成、マスタ画像データ４３３を用いたパターン検査、Ｘ軸ＮＣドライバ３５２の動作制御、およびフォーカス制御部４２の動作制御等を行う。また、メイン制御部４１は、撮像カメラ３１で撮像された画像データＩｍを受け取る。Ｘ軸ＮＣドライバ３５２は、メイン制御部４１の制御に応じてＸ軸駆動モータ３５１を駆動する。そして、Ｘ軸駆動モータ３５１は、Ｘ軸方向駆動部材３３をＸ軸方向（副走査方向；図１参照）に移動させ、撮像カメラ３１をＸ軸方向に移動させる。これらの構成によって、メイン制御部４１は、副走査方向に対する撮像カメラ３１の動作を制御することができる。

フォーカス制御部４２は、主にＹ軸ＮＣドライバ２３２およびＺ軸ＮＣドライバ３６２の動作を制御する。Ｙ軸ＮＣドライバ２３２は、フォーカス制御部４２の制御に応じてＹ軸駆動モータ２３１を駆動する。そして、Ｙ軸駆動モータ２３１は、Ｙ軸方向（主走査方向；図１参照）にステージ部２１を水平移動させる。これらの構成によって、フォーカス制御部４２は、主走査方向に対するステージ部２１の動作を制御することができる。また、Ｚ軸ＮＣドライバ３６２は、フォーカス制御部４２の制御に応じてＺ軸駆動モータ３６１を駆動する。そして、Ｚ軸駆動モータ３６１は、Ｚ軸方向（撮像方向；図１参照）にカメラ支持部材３４を移動させ、撮像カメラ３１をＺ軸方向にさせる。これらの構成によって、フォーカス制御部４２は、撮像方向（焦点方向）に対する撮像カメラ３１の動作を被検査基板の上面が焦点となるように制御することができる。そして、メイン制御部４１は、例えばパターンマッチング処理を用いてパターン欠陥を検出し、パターンが形成された被検査基板を撮像カメラ３１で撮像することによって得られる画像（オブジェクト画像）と、判定基準となる画像（マスタ画像）とを比較して、所定の閾値以上の差が認められるときにパターン欠陥と判定する。

次に、アライメント処理の詳細を図３に示す。図３は、マスタ画像と、検査の対象となるプリント基板との位置合わせから比較検査の流れを示すフローチャートである。図３において、変数Ｎは、検査対象のプリント基板が、同一ロット内で何番目に検査されるプリント基板であるかを示している。なお、本実施の形態では、製造ロット内における各検査基板の伸縮量は、同一時点においてはほぼ等しいことを前提としている。

まず、ステップＳ１０において、メイン制御部４１は、同一ロット内において、検査の対象となる基板が処理開始から１枚目であるか否かを判断する。メイン制御部４１は、処理開始からの検査枚数Ｎが１であるときは、次のステップＳ１１へ移行させる。一方、検査枚数Ｎが２以上の場合には、図５に示す処理Ａへ移行させる。したがって、以下に述べるステップＳ１１ないしステップＳ１７までの処理は、１枚目の検査基板に対してのみ行われる。

ステップＳ１１において、メイン制御部４１は、記憶部４３に格納されたマスタ画像データを読み出す。そして、図４（ａ）に示すように、メイン制御部４１は、マスタ画像データから、４つの特徴点（Ｍ１〜Ｍ４）を抽出する。なお、本実施の形態において、４つの特徴点は、マスタ画像上のそれぞれ離間した対角位置にある点としている。抽出された特徴点は、位置合わせの基準となるアライメント位置データとしてメモリ５０に格納される。

次に、ステップＳ１２において、撮像カメラ３１は、位置合わせの基準となるアライメント位置を取得するために、ステージ面に載置された検査基板を撮像する。この際、撮像カメラ３１は、４つの特徴点をそれぞれ含むアライメント画像を順次撮像する（アライメント撮像）。なお、１つの特徴点の撮像には、撮像カメラ３１やステージ部２１の移動速度にも依存するが、２秒程度の時間を要するため、ステップＳ１２の処理には全体で１０秒弱の時間を要する。続いてステップＳ１３において、図４（ｂ）に示すように、メイン制御部４１は、撮像されたアライメント画像に基づいて、アライメント位置Ｏ１ないしＯ４を抽出し、次のステップへ移行させる。なお、抽出される特徴点は、マスタ画像の特徴点（Ｍ１〜Ｍ４）と対応する４点としている。抽出された特徴点は、アライメント位置データとしてメモリ５０に格納される。なお、マスタ画像の特徴点および検査基板の特徴点としては、例えば、マスタ画像および検査基板の所定位置に予め十字マークを付しておき、この十字マークを特徴点として利用してもよい。

ステップＳ１４において、メイン制御部４１は、メモリ５０に格納されたマスタ画像および検査基板のアライメント位置データから伸縮率を演算する。伸縮率とは、マスタ画像と検査基板との大きさの比であり、後述するマスタ画像を伸縮させるために用いるものである。図４中、Ｘ軸方向の伸縮率Ｄｘは、マスタ画像のアライメント位置Ｍ１およびＭ２の距離Ｍ１２と、検査基板のアライメント位置Ｏ１およびＯ２の距離Ｏ１２との比である。また、Ｙ軸方向の伸縮率Ｄｙは、マスタ画像のアライメント位置Ｍ２およびＭ３の距離Ｍ２３と、検査基板のアライメント位置Ｏ２およびＯ３の距離Ｏ２３との比である。伸縮率が決定されると、次のステップＳ１５の処理が行われる。

ステップＳ１５において、メイン制御部４１は、検査基板のプリアライメント処理を行う。メイン制御部４１およびフォーカス制御部４２は、ステージ面に載置された検査基板のアライメント位置Ｍ１と、マスタ画像のアライメント位置Ｏ１とが一致するように、ステージ部２１を移動させる。また、旋回部２２は、検査基板のアライメント位置Ｍ１とＭ２とを結ぶ線と、マスタ画像のアライメント位置Ｏ１とＯ２とを結ぶ線とが、平行となるように回転する。また同様に、検査基板のＭ２とＭ３とを結ぶ線と、マスタ画像のＯ２とＯ３と結ぶ線とが平行となるように回転する。これにより、精細なプリアライメントが可能となる。このように、ステージ面の移動および回転により、検査基板の位置合わせが行われる。メイン制御部４１は、検査基板のプリアライメントが終了すると、処理をステップＳ１６へ移行させる。

ステップＳ１６において、メイン制御部４１は、ステップＳ１４で得られた伸縮率Ｄｘ、Ｄｙに基づいて、メモリ５０に格納されたマスタ画像の伸縮処理を行う。伸縮処理後のマスタ画像は、再びメモリ５０に格納される。このように、マスタ画像の伸縮処理によってマスタ画像およびオブジェクト画像の４点を合わせることにより、環境温度の変化等による基板の伸縮を補正することができるので、高精度に位置合わせが可能である。

次に、ステップＳ１７において、メイン制御部４１は、検査基板を撮像カメラ３１で走査しながら、撮像されたオブジェクト画像とマスタ画像との比較検査の処理を行う。メイン制御部４１は、撮像カメラ３１のＸ軸方向の位置を固定した状態でステージ部２１をＹ軸方向に移動させて主走査を行う。そして、検査基板の検査領域の一端から他端までの主走査が完了する毎に、撮像カメラ３１は副走査方向（Ｘ軸方向）に沿って所定距離だけ移動させる。この際、メイン制御部４１は、撮像カメラ３１により得られるオブジェクト画像を、順次メモリ５０に格納させる。そして、伸縮後のマスタ画像と、メモリ５０に格納されたオブジェクト画像とをパターンマッチング処理により比較し、パターン欠陥の検出を行う（比較検査）。この際、周知の「ゆすらせ比較法」を用いることにより、精度良くパターン欠陥の検出が可能である。メイン制御部４１は、比較検査が終了すると、ステップＳ１８において、検査すべき全てのプリント基板の検査が終了したか否かの判断を行う。全てのプリント基板の検査が終了した場合、メイン制御部４１は、一連の比較検査処理を終了する。一方、さらに次のプリント基板について比較検査を行う場合には、次のプリント基板がステージ部２１に載置された後、メイン制御部４１の処理は再びステップＳ１０へ戻る。

次に、２枚目以降のプリント基板の比較検査について説明する。上述のように、図３におけるステップＳ１０において、Ｎが２以上の場合（すなわち検査の対象となる基板が処理開始から２枚目以降の基板である場合）には、メイン制御部４１の処理は、図５のステップＳ３０に進む。ステップＳ３０において、メイン制御部４１は、記憶部４３に格納された検査済みのオブジェクト画像から、２点のアライメント画像Ｏ３、Ｏ４を抽出する。ここで、抽出されるアライメント画像は、Ｎ−１枚目の検査基板に関するアライメント画像である。メイン制御部４１は、抽出されたアライメント画像から、アライメント位置Ｏ１に対するアライメント位置Ｏ３、Ｏ４の相対位置を検出する。その後、メイン制御部４１は、次のステップＳ３１の処理を行う。

ステップＳ３１において、撮像カメラ３１は、アライメント位置を取得するために、ステージ面に載置された検査基板（Ｎ枚目の検査基板）を撮像する（アライメント撮像）。このとき、撮像カメラ３１は、１枚目の検査基板の処理とは異なり、２点のアライメント画像Ｏ１、Ｏ２のみを撮像する。続いてステップＳ３２において、撮像されたアライメント画像に基づいて、アライメント位置Ｏ１およびＯ２を取得し、次のステップへ移行させる。取得された２点のアライメント位置は、一時的にメモリ５０に格納される。

次に、ステップＳ３３において、メイン制御部４１は、ステップＳ３２で得られたアライメント位置Ｏ１およびＯ２に基づき、検査基板のプリアライメント処理を行う。メイン制御部４１およびフォーカス制御部４２の指令により、ステージ部２１は、ステージ面に載置された検査基板のアライメント位置Ｏ１と、マスタ画像のアライメント位置Ｏ１とが一致するように、移動する。また、旋回部２２は、検査基板のアライメント位置Ｏ１とＯ２とを結ぶ線と、マスタ画像のアライメント位置Ｍ１とＭ２とを結ぶ線とが、平行となるように、回転し、検査基板の位置合わせを行う。メイン制御部４１は、検査基板のプリアライメントが終了すると、ステップＳ３４へ移行させる。

続いて、ステップＳ３４において、メイン制御部４１は、伸縮率の再演算を行う。すなわち、２枚目以降の検査基板のアライメント位置は、ステップＳ３０で得られた検査済み基板のアライメント位置Ｏ３、Ｏ４（アライメント位置Ｏ１に対する相対位置）と、ステップＳ３３のアライメント撮像で得られたアライメント位置Ｏ１、Ｏ２とが用いられる。マスタ画像のアライメント位置Ｍ１およびＭ２の距離と、検査基板のアライメント位置Ｏ１およびＯ２の距離との比をＤｘ２として、また、マスタ画像のアライメント位置Ｍ２およびＭ３の距離と、検査基板のアライメント位置Ｏ２およびＯ３の距離との比をＤｙ２として再演算が行われる。このように、メイン制御部４１は、マスタ画像の伸縮率を再決定した後、図３におけるステップＳ１６の処理へ移行させる。ステップＳ１６以降のマスタ画像の伸縮、オブジェクト画像の取得及び比較検査は、マスタ画像の伸縮率が異なる点を除き、１枚目の検査基板の処理と同様である。

このように、本実施の形態に係るパターン欠陥検査装置および検査方法は、４点のアライメント位置を用いて位置合わせを行うので、プリント基板の伸縮による誤差を補正することができ、マスタ画像とオブジェクト画像とを高精度に位置合わせすることができる。したがって、検査の分解能が高くなった場合においても、ゆすらせ量を増大させることなく、良好なパターン欠陥検出を行うことができる。

また、本実施の形態に係るパターン欠陥検査装置および検査方法において、２枚目以降の検査基板は、４点のアライメント位置（Ｏ１〜Ｏ４）のうち、プリアライメントのために最低必要となるアライメント位置（Ｏ１、Ｏ２）を除いた残りのアライメント位置（Ｏ３、Ｏ４）については、検査済みのオブジェクト画像のアライメント位置を代用するので、検査対象基板のアライメント位置Ｏ３，Ｏ４を撮像カメラにより撮像する必要がない。よって、２枚目以降の検査基板については、アライメント撮像に要する処理時間を、１枚目の検査基板のアライメント撮像に要する時間の半分に短縮することができる。したがって、高精度に位置合わせが可能であるとともに、高速度にパターン欠陥を検出することができる。

また、本実施の形態に係るパターン欠陥検査装置および検査方法において、２枚目以降の検査基板は、当該検査基板の直前に比較検査が行われたプリント基板のアライメント位置を用いるので、例えば環境温度の変化等によって１枚目の検査基板と最後の検査基板との間で伸縮率に無視できない差が生じた場合においても、Ｎ−１枚目の検査基板とＮ枚目の検査基板との間では伸縮率がほぼ等しいため、精度良くパターン欠陥を検出することができる。

なお、本実施の形態に係るパターン欠陥検査装置および検査方法は、アライメント位置として４点を用いたが、これに限られない。主走査方向および副走査方向の伸縮率の決定が可能な３点を用いて位置合わせを行ってもよい。なお、部分伸縮等が発生する場合には、４点以上のアライメント位置により検査基板の各部分の収縮率を検出し、その検出結果に応じてマスタ画像を部分的に収縮させるようにして位置合わせを行うことが望ましい。

また、２枚目以降の検査基板の位置合わせにおいて、直前に比較検査を行ったプリント基板のアライメント位置のうち、２点（Ｏ３，Ｏ４）を用いたが、１点（Ｏ３またはＯ４のいずれか）のみ用いてもよい。なお、上記と同様に、部分伸縮等が発生する場合には、直前に比較検査を行ったプリント基板のオブジェクト画像から２点以上のアライメント位置を取得し、これらのアライメント位置を用いて位置合わせを行うことが望ましい。

なお、本実施の形態に係るパターン欠陥検査装置および検査方法は、マスタ画像の伸縮率を決定するために、３点のアライメント位置の距離を比較することにより行ったが、これに限られない。例えば、図４において、マスタ画像のＭ１２と検査基板のＯ１２の比と、マスタ画像のＭ３４（Ｍ３とＭ４の間の距離）と検査基板のＯ３４（Ｏ３とＯ４の間の距離）の比の平均値を求め、この平均値をＸ軸方向の伸縮率Ｄｘとして利用してもよい。同様に、マスタ画像のＭ２３と検査基板のＯ２３の比と、マスタ画像のＭ１４（Ｍ１とＭ４の間の距離）と検査基板のＯ１４（Ｏ１とＯ４の間の距離）の比の平均値を求め、この平均値をＹ軸方向の伸縮率Ｄｙとして利用してもよい。

なお、本実施の形態に係るパターン検査装置およびアライメント方法は、同一ロット内のプリント基板を検査対象としたが、これに限られない。あらかじめ指定された時間毎に、４点のアライメント位置を撮像し、伸縮率を検出してもよい。例えば、同一ロットのプリント基板であっても、検査工程がロット内の途中で所定時間中断される場合が考えられる。具体的には、同一ロットのプリント基板に対する検査工程を、午前に行い、中断したあと午後に再開させることがある。この場合、検査工程の休止期間内に、検査装置または環境温度が変化するため、同一ロット内であっても中断直前のプリント基板と再稼動後のプリント基板との間で伸縮率に無視できない差が生じる場合がある。よって、検査の再稼動時に、あらためて４点のアライメント撮像を行い、伸縮率を検出することにより、精度良くパターン検査を行うことができる。

また、あらかじめ指定されたプリント基板枚数毎に、４点のアライメント撮像を行い、伸縮率を検出してもよい。例えば、ローディング装置に積載可能なプリント基板の枚数が２００枚である場合には、２００枚毎に、４点のアライメント撮像を行い、再び伸縮率を検出してもよい。これにより、ローディング装置にセッティングする前のプリント基板と、セッティング後のプリント基板との間で伸縮率に無視できない差が生じた場合においても、精度良くパターン検査を行うことができる。

なお、本実施の形態に係るパターン欠陥検査装置および検査方法は、求められた伸縮率に基づいてマスタ画像を伸縮させたが、オブジェクト画像を伸縮させてもよい。

本発明に係るパターン検査方法および装置は、高精度かつ高速度にマスタ画像とオブジェクト画像との位置合わせが可能であり、基板やマスク等の被検査基板に形成されたパターンを外観検査する等の用途に適用できる。

本発明の一実施形態に係るパターン検査装置の全体構成を模式的に示す上面図および正面図 パターン検査装置の制御機能を示すブロック図 プリント基板との位置合わせから比較検査の流れを示すフローチャート 抽出される特徴点を定義する図であり、（ａ）はマスタ画像上の特徴点、（ｂ）は、オブジェクト画像上の特徴点を示す図 ２枚目以降のプリント基板における位置合わせから比較検査の流れを示すフローチャート マスタ画像とオブジェクト画像とを比較して検出されるオブジェクト画像のパターン欠陥の一例を示す図 ゆすらせ比較法を示す概念図

符号の説明

１ パターン検査装置
２ ステージ搬送機構部
２１ ステージ部
２２ 旋回部
２３ Ｙ軸方向駆動機構
２３１ Ｙ軸駆動モータ
２３２ Ｙ軸ＮＣドライバ
２４ ベース部
３ 撮像機構部
３１ 撮像カメラ
３２ 支持部材
３３ Ｘ軸方向駆動部材
３４ カメラ支持部材
３５ Ｘ軸方向駆動機構
３５１ Ｘ軸駆動モータ
３５２ Ｘ軸ＮＣドライバ
３６ Ｚ軸方向駆動機構
３６１ Ｚ軸駆動モータ
３６２ Ｚ軸ＮＣドライバ
４ 制御部
４１ メイン制御部
４２ フォーカス制御部
４３ 記憶部
４３２ ＣＡＤデータ
４３３ マスタ画像データ
４４ 表示部
４５ 操作部
５０ メモリ

Claims (8)

1. 被検査基板に形成されたパターンを撮像したオブジェクト画像と判定基準となるマスタ画像とを比較して被検査基板のパターン形状の検査を複数の被検査基板に対して順次行うパターン検査におけるアライメント方法であって、
   （Ａ）第１番目の被検査基板に対して、
   当該第１番目の被検査基板を撮像カメラで撮像することによって当該第１番目の被検査基板上の少なくとも３点の特徴点の位置をアライメント位置として検出する第１のアライメント位置検出ステップと、
   前記第１のアライメント位置検出ステップで検出されたアライメント位置のうちの少なくとも２点のアライメント位置を用いて当該第１番目の被検査基板の位置合わせを行う第１のプリアライメントステップと、
   前記第１のアライメント位置検出ステップで検出されたアライメント位置のうちの少なくとも３点のアライメント位置に基づいて、被検査基板の少なくとも異なる２方向の伸縮率を検出する第１の伸縮率検出ステップと、
   当該第１番目の被検査基板を撮像カメラで走査しながら、当該撮像カメラから出力されるオブジェクト画像をメモリに順次保存し、かつ前記第１の伸縮率検出ステップで検出された伸縮率を用いて前記マスタ画像または当該オブジェクト画像のどちらか一方を伸縮させて、当該マスタ画像と当該オブジェクト画像とを用いた比較検査を順次行う第１の比較検査ステップとを備え、さらに
   （Ｂ）第Ｎ番目（Ｎは２以上の整数）の被検査基板に対して、
   当該第Ｎ番目の被検査基板を撮像カメラで撮像することによって当該第Ｎ番目の被検査基板上の２点のアライメント位置を検出する第２のアライメント位置検出ステップと、
   前記第２のアライメント位置検出ステップで検出された２点のアライメント位置を用いて当該第Ｎ番目の被検査基板の位置合わせを行う第２のプリアライメントステップと、
   前記メモリに保存されている第Ｎ−１番目の被検査基板のオブジェクト画像から当該第Ｎ−１番目の被検査基板上の少なくとも１点のアライメント位置を検出する第３のアライメント位置検出ステップと、
   少なくとも前記第３のアライメント位置検出ステップで検出された前記第Ｎ−１番目の被検査基板上のアライメント位置に基づいて、被検査基板の少なくとも異なる２方向の伸縮率を検出する第２の伸縮率検出ステップと、
   当該第Ｎ番目の被検査基板を撮像カメラで走査しながら、当該撮像カメラから出力されるオブジェクト画像をメモリに順次保存し、かつ前記第２の伸縮率検出ステップで検出された伸縮率を用いて前記マスタ画像または当該オブジェクト画像のどちら一方を伸縮させて、当該マスタ画像と当該オブジェクト画像とを用いた比較検査を順次行う第２の比較検査ステップとを備えた、アライメント方法。
2. 前記第１および第２の伸縮率検出ステップは、前記検査基板上の互いに離間して略対向配置される４点の前記アライメント位置に基づいて、前記伸縮率を検出することを特徴とする、請求項１に記載のアライメント方法。
3. 前記複数の被検査基板は、同一ロット単位として前記パターン検査が行われることを特徴とする、請求項１に記載のアライメント方法。
4. 前記複数の被検査基板は、あらかじめ指定された予定時間内または所定枚数毎に、前記パターン検査が行われることを特徴とする、請求項１に記載のアライメント方法。
5. 前記パターン検査が所定時間以上中断してから再開されるときに、再開後に最初に検査される被検査基板を前記第１番目の被検査基板として検査することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のアライメント方法。
6. さらに前記第１および第２の比較検査ステップは、
   前記マスタ画像を中心として所定の画素数を拡張した拡張領域内に、当該マスタ画像に対して少なくとも１画素ずつ位置ずれさせた複数の第２のマスタ画像を仮想的に設定し、かつ前記複数の第２のマスタ画像と前記オブジェクト画像とを用いた比較検査を行うことを特徴とする、請求項１に記載のアライメント方法。
7. 前記第２の伸縮量検出ステップは、
   前記第２のアライメント位置検出ステップで検出された第Ｎ番目の被検査基板上のアライメント位置と、前記第３のアライメント位置検出ステップで検出された第Ｎ−１番目の被検査基板上のアライメント位置とに基づいて、被検査基板の少なくとも異なる２方向の伸縮率を検出することを特徴とする、請求項１に記載のアライメント方法。
8. 被検査基板に形成されたパターンを撮像したオブジェクト画像と判定基準となるマスタ画像とを比較して被検査基板のパターン形状の検査を複数の被検査基板に対して順次行うパターン検査におけるアライメント方法を含むパターン検査装置であって、
   前記被検査基板が載置されるステージと、
   前記ステージに載置された前記被検査基板を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された被検査基板の特徴点の位置をアライメント位置として検出するアライメント位置検出手段と、
   検出された前記アライメント位置のうち少なくとも２点のアライメント位置を用いて、前記被検査基板の位置合わせを行うために前記ステージを水平移動または回転させるステージ移動手段と、
   被検査基板の少なくとも異なる２方向の伸縮率を検出する伸縮率検出手段と、
   前記撮像手段と前記ステージとを相対的に移動させて走査する走査手段と、
   前記走査手段により出力されるオブジェクト画像または前記マスタ画像のどちらか一方を前記伸縮率に基づいて伸縮する画像処理手段と、
   当該オブジェクト画像と当該マスタ画像とを用いた比較検査を行う検査手段と、
   前記検出手段により検出された前記アライメント位置を含む前記オブジェクト画像と前記マスタ画像とを格納するメモリとを備え、
   前記伸縮率検出手段は、
   第１番目の被検査基板に対して、
   前記アライメント位置検出手段により検出された少なくとも３点の前記アライメント位置に基づいて伸縮率を検出し、
   さらに第Ｎ番目（Ｎは２以上の整数）の被検査基板に対して、
   少なくとも前記メモリに格納された第Ｎ−１番目の前記オブジェクト画像のアライメント位置に基づいて伸縮率を検出することを特徴とする、パターン検査装置。

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