JP2006308372A - 外観検査装置及び外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料を撮像した撮像画像と基準画像とを比較してそれらの画素値の差が検出閾値を超えるとき、欠陥を検出する外観検査装置及び外観検査方法において、検出閾値や基準画像を試料上の検査箇所に応じて適切に生成することを可能とし、また、この検出閾値や基準画像を生成する基となるサンプル画像に異常値が含まれていても、これらを不適切に生成することを防止することが可能とする外観検査装置及び外観検査方法を提供する。
【解決手段】 外観検査装置１を、複数の試料２３を撮像した撮像画像の画素値の統計処理によって、前記試料２３上の各箇所毎に、前記検出閾値を生成する閾値生成手段３３を備えて構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、検査試料の表面を撮像して得た撮像画像からこの検査試料上に生じた欠陥に分類分けを行う外観検査装置及び外観検査方法に関し、特に、半導体製造工程で半導体ウエハ上に形成した半導体回路パターンや、液晶表示パネルの欠陥分類を行う外観検査装置及び外観検査方法に関する。

形成したパターンを撮像して画像データを生成し、画像データを解析してパターンの欠陥の有無などを検査することが広く行われている。特に、半導体製造の分野では、フォトマスクを検査するフォトマスク検査装置や半導体ウエハや、液晶表示パネルの上に形成したパターンを検査する外観検査装置が広く使用されている。以下本明細書では、半導体製造工程で半導体ウエハ上に形成した半導体回路パターンの欠陥を検出する外観検査装置（インスペクションマシン）を例として説明を行なうが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、一般の外観検査装置は、対象表面を垂直方向から照明してその反射光の像を捕らえる明視野検査装置であるが、照明光を直接捕らえない暗視野検査装置も使用されている。暗視野検査装置の場合、対象表面を斜め方向又は垂直方向から照明して正反射は検出しないようにセンサを配置し、照明光の照射位置を順次走査することにより対象表面の暗視野像を得る。従って、暗視野装置ではイメージセンサを使用しない場合もあるが、これも当然発明の対象である。このように、半導体ウエハや液晶表示パネル等といった表面に電気的パターンが形成される基板の表面を撮像して得た撮像画像から基板の外観を検査する外観検査装置及び外観検査方法であれば、どのような装置及び方法にも適用可能である。

図１に、本特許出願の出願人が、特開２００４−１７７３９７号公報（下記特許文献１）にて提案する外観検査装置と同様の、従来の外観検査装置についてそのブロック図を示す。図示するように、２次元又は３次元方向に自在に移動可能なステージ２１の上面に試料台（チャックステージ）２２が設けられている。この試料台２２の上に、検査対象となる基板である半導体ウエハ２３を載置して固定する。ステージの上部には１次元又は２次元のＣＣＤカメラなどを用いて構成される撮像装置２４が設けられており、撮像装置２４は半導体ウエハ２３上に形成されたパターンの画像信号を発生させる。

図２に示すように、半導体ウエハ２３上には、複数のダイ２３Ａが、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ繰返し、マトリクス状に配列されている。各ダイには同じパターンが形成されるので、隣接するダイを撮像した画像の一方を被検査画像とし他方を基準画像として、これらの対応する部分の画像を比較するのが一般的である。両方のダイに欠陥がなければグレイレベル差は閾値より小さいが、一方に欠陥があればグレイレベル差は閾値より大きくなる（シングルディテクション）。これではどちらのダイに欠陥があるか分からないので、更に異なる側に隣接するダイとの比較を行ない、同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなればそのダイに欠陥があることが分かる（ダブルディテクション）。

撮像装置２４は１次元のＣＣＤカメラを備え、カメラが半導体ウエハ２３に対してＸ方向又はＹ方向に一定速度で相対的に移動（スキャン）するようにステージ２１を移動する。画像信号は多値のディジタル信号である画素値（グレイレベル信号）に変換された後、差分検出部２６に入力されると共に、信号記憶部２５に記憶される。スキャンにより隣のダイのグレイレベル信号が生成されると、それに同期して信号記憶部２５に記憶された前のダイのグレイレベル信号を読み出し、差分検出部２６に入力する。実際には微小な位置合わせ処理などが行われるがここでは詳しい説明は省略する。

差分検出部２６には隣接する２個のダイのグレイレベル信号が入力され、２つのグレイレベル信号の差（グレイレベル差）が演算されて検出閾値計算部２７と欠陥検出部２８に出力される。ここでは、差分検出部２６は、グレイレベル差の絶対値を算出し、それをグレイレベル差として出力する。検出閾値計算部２７は、グレイレベル差から検出閾値を決定し、欠陥検出部２８に出力する。欠陥検出部２８は、グレイレベル差を決定された閾値と比較し、欠陥かどうかを判定する。

半導体パターンは、メモリセル部、論理回路部、配線部、アナログ回路部などのパターンの種類に応じてノイズレベルが異なるのが一般的である。半導体パターンの部分と種類の対応関係は設計データにより分かる。そこで、例えば、検出閾値計算部２７は部分毎に、その部分のグレイレベル差の分布に応じて検出閾値を自動的に決定し、欠陥検出部２８は部分毎に決定された閾値で判定を行なう。

このように、従来の外観検査装置は、上述のように隣接するダイ（セル）を撮像した画像をの一方を被検査画像他方を基準画像として、これら隣接するダイ（セル）同士の対応する部分同士を比較して相違する部分を欠陥として検出するか、あるいは設計データや、過去に撮像したサンプル画像から作成した模範的な基準画像を生成して、この基準画像と相違する部分を欠陥として算出していた。

特開２００４−１７７３９７号公報 特開２００５−２４３２９号公報

しかしながら、従来の外観検査装置では、グレイレベル差の検出閾値を固定値とするか、または上記の通り検査対象の試料毎に撮像画像のグレイレベル差の分布に応じて可変的に決定していた。このため、検出閾値を固定値とすると試料上の検査箇所に応じて撮像画像のノイズレベルが異なり（例えばメモリセルが形成された高密度集積領域とその周辺回路が形成された低密度集積領域とでは撮像画像のノイズレベルが異なる）、どちらの領域にも適切な検出閾値を設定することは困難であった。一方で検出閾値を検査対象の試料毎に可変的に決定すると、当該試料の撮像画像のグレイレベル差の分布が、（例えば巨大な欠陥が存在することにより）通常想定される分布と異なると検出閾値が適切に設定されなくなるという不都合があった。

さらにまた、近年、ダイが形成されないウエハの周辺部分についても外観検査を行う手段が要望されている。この周辺部分は製品となるダイが形成されない領域であるが、半導体製造工程で形成された各膜が剥離しやすく、欠陥発生の原因の１つであるパーティクルの発生源ともなる。したがって、かかる基板の周辺部分においても欠陥を検出してパーティクルの発生源を特定することは、半導体製造工程の管理の上で非常に有益である。

しかしながら、上述の繰り返しパターンの対応部分を検出する方法では、繰り返しパターンが形成されないウエハの周辺部分を検査することができない。一方、上述の模範的な基準画像を作成する方法によればこの周辺部分の検査も可能であるが、従来の外観検査装置では、この基準画像を、過去に外観検査を行うために撮像した試料の撮像画像の履歴によって、各画素値毎にこれら各画像についての平均を算出する等により作成していた。すなわち新しい撮像画像が入力される毎に、それまでの基準画像と重み付けされた撮像画像との平均を算出して順次更新させることにより作成していた。
このため、ノイズが非常に大きい画像や巨大欠陥を有する試料の画像が入力されると、基準画像に乱れが生じるなどの不都合があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、試料を撮像した撮像画像と基準画像とを比較してそれらの画素値の差分（グレイレベル差）が検出閾値を超えるとき、欠陥を検出する外観検査装置及び外観検査方法において、検出閾値を試料上の検査箇所に応じて適切に生成することが可能な外観検査装置及び外観検査方法を提供することを目的とする。
また、この検出閾値や基準画像を生成する基となるサンプル画像に異常値が含まれていても、検出閾値や基準画像を不適切に生成することを防止することが可能な外観検査装置及び外観検査方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明では、試料の表面を撮像した撮像画像と基準画像との対応する部分の画素値の差分を検出して、この差分が検出閾値を超えるとき欠陥である外観検査において、試料上の各箇所毎に検出閾値を生成することとし、かつこの試料上の各箇所毎に生成される検出閾値を、複数の試料を撮像した撮像画像の画素値の統計処理によって生成する。

そして検出閾値の生成にあたっては、生成の基となるサンプル画像の異常値による影響を防ぐために、複数の試料について同じ撮像箇所を撮像した画素のうち、この撮像箇所について異常値を有する画素に係る試料以外の、他の各試料に係る画素を統計処理して検出閾値を生成する。

なお基準画像としては、上記のような複数の撮像画像を統計処理することにより生成された画像データの他に、反復パターンが形成された同じ試料上の隣接パターンを撮像した撮像画像を使用することとしてもよい。

また、試料の表面を撮像した撮像画像と基準画像との対応する部分の画素値の差分を検出して、この差分が検出閾値を超えるとき欠陥である外観検査において、この基準画像を構成する各画素を、複数の前記試料について同じ撮像箇所を撮像した画素のうち、該撮像箇所について異常値を有する画素に係る前記試料以外の、他の各試料に係る画素を統計処理することにより生成する。

試料上の各箇所毎に検出閾値を生成することにより、固定の検出閾値を使用してノイズレベルの異なる各領域の欠陥検査を行う際に生じる疑似欠陥の発生や検出感度の低下を防止することが可能となる。
また、この検出閾値を複数の試料の撮像画像の統計処理により生成するため、１つの試料の撮像画像中の対応する画素間のグレイレベル差の分布異常に起因する検出閾値の不適切な設定を防止することが可能となる。さらに異常値の画素を除いて統計処理を行うことにより、この検出閾値の不適切な設定をさらに効果的に防止することが可能となる。

また、基準画像の生成を、複数の試料の撮像画像のうち異常値の画素を除いた他の画素の統計処理により行うことによって、異常サンプルに起因する基準画像の不適切な生成を防止する。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図３は、本発明の実施例の半導体パターン用外観検査装置の全体斜視図である。外観検査装置１は、試料である半導体ウエハの外観検査を行う検査部２と、複数のウエハ２３を収容して外観検査装置１にセットされるウエハカセット５と、ウエハカセット５に収容される複数のウエハのいずれかを選択して、検査部２へ搬送するための搬送部４と、ウエハカセット５を設置して外観検査装置１にセットするためのカセットラック６と、外観検査装置１に対してオペレータが操作命令を入力するための操作部７と、を備える。
なお、本実施例の検査対象の例として、半導体ウエハ２３を例として説明するが、本発明に係る外観検査装置及び外観検査方法はこれに限定されるものではなく、その他にも液晶表示パネルに使用される液晶基板など、様々な試料の外観検査に使用することが可能である。

図４は、図３に示す検査部２の概略構成の第１例を示すブロック図である。図示するとおり検査部２には、２次元又は３次元方向に自在に移動可能なステージ２１の上面に試料台（チャックステージ）２２が設けられている。この試料台２２の上に、検査対象となる基板である半導体ウエハ２３が載置され固定される。ステージの上部には１次元又は２次元のＣＣＤカメラなどを用いて構成される撮像装置２４が設けられており、撮像装置２４は半導体ウエハ２３上に形成されたパターンの画像信号を発生させる。
撮像装置２４は１次元のＣＣＤカメラを備え、カメラが半導体ウエハ２３に対してＸ方向又はＹ方向に一定速度で相対的に移動（スキャン）するようにステージ２１を移動する。画像信号は多値のディジタル信号である画素値（グレイレベル信号）に変換される。

さらに検査部２は、撮像装置２４によって所定数の複数のウエハ２３を撮像した各撮像画像を記憶する画像記憶部３０と、記憶された複数のウエハ２３の各撮像画像の画素値に基づく統計処理を行って基準画像を作成する基準画像作成部３１を備える。
基準画像作成部３１は、検査対象のウエハ２３の撮像画像に現れる欠陥を検出するために撮像画像と対比される基準画像を作成する。このために基準画像作成部３１は、所定数の複数のウエハ２３の同じ位置を撮像した画素値のうちの異常値を除いた後、残りの画素値の平均値を、撮像画像を構成する各位置の画素毎に算出する。そして、これら各位置の画素に係る平均値をそれぞれの位置の画素値とする画像を構成して、基準画像を生成する。また生成された基準画像は基準画像記憶部３２内に記憶される。

基準画像記憶部３２に記憶された基準画像は、差分検出部２６において、検査対象のウエハ２３の撮像画像と、同じ位置を撮像した対応する画素毎に比較され、その画素値の差分であるグレイレベル差信号が各画素毎に生成される。

さらに検査部２は、欠陥検出部２８において上記グレイレベル差信号と比較される検出閾値を、撮像画像上の各位置毎に生成する閾値画像作成部３３を備える。
このため閾値画像作成部３３は、所定複数のウエハ２３を撮像した各撮像画像を画像記憶部３０から読み出し、所定数の複数の複数のウエハ２３の同じ位置を撮像した画素値のうちの異常値を除いた後、残りの画素値の統計量（例えば分散値）を、撮像画像を構成する撮像画像上の各位置の画素毎に算出する。そしてこれら各位置の画素に係る分散値などの統計量の定数倍を、それぞれの位置に関して算出されたグレイレベル差信号と比較される検出閾値とする。

なお、これらの撮像画像上の各位置毎に生成された各検出閾値は、撮像画像上のそれぞれの位置に関して算出されたグレイレベル差信号とそれぞれ比較される検出閾値のマップの意義を有するため、以下「閾値画像」と記載することがある。閾値画像作成部３３は、これら各位置の画素毎に算出された検出閾値をそれぞれの位置の画素値とする画像を構成することにより基準画像を生成する。生成された閾値画像は閾値画像記憶部３４内に記憶される。
ここで、閾値画像は、比較されるグレイレベル差を算出した撮像画像と同じ解像度で構成してもよい。すなわち撮像画像の画素毎に閾値画像の１つの画素（検出閾値）を対応させて構成してよい。
または、このような撮像画像のある画素ブロック（例えば１０×１０ピクセル）毎に閾値画像の１つの画素を対応させて、撮像画像よりも低い解像度で構成してもよい。このように閾値画像を低解像度で構成することにより使用メモリを節約することが可能になる。またさらに、１つの画素値（検出閾値）を決定する際に、画素ブロック内の全ての画素を使用して決定すれば、閾値画像を作成する際に使用するサンプルとなるウエハが少なくても、分散値のバラツキが少なくなり値が安定する。

その後、閾値画像記憶部３４に記憶された閾値画像は、欠陥検出部２８において、差分検出部２６が生成したグレイレベル差信号と比較される。このとき欠陥検出部２８は、閾値画像記憶部３４に記憶された閾値画像を構成する各画素（すなわち各検出閾値）の中から、当該グレイレベル差信号を生成した撮像画像及び基準画像の画素の、これら画像上の位置に対応する検出閾値を読み出してこれらを比較し、グレイレベル差信号が検出閾値を超えるとき欠陥であると判定する。

図５の（Ａ）は、図３に示す外観検査装置の内部構成の平面図であり、図５の（Ｂ）は図３に示す外観検査装置の側断面図である。また図６は、図３に示すウエハカセットの斜視図である。
図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、搬送部４の内部には、カセットラック６にセットされたウエハカセット５内に収容される、複数のウエハ２３のいずれかを選択して、検査部２に搬送するためのアーム機構４３が備えられている。

一方で、図５の（Ｂ）及び図６に示すようにウエハカセット５は、複数のウエハ２３を収容するためにその内部に複数の棚部５１が設けられており、それぞれの棚部５１の上にウエハ２３を載置することにより、その内部にウエハ２３を重ねて収容し、１ロット分の枚数（例えば２５枚）のウエハ２３をそれぞれのカセット内に収容できるように構成される。

図４に示すアーム機構４３の試料保持部４４は、図５の（Ｂ）に示すように図のＺ方向に昇降するアーム機構４３の働きにより、ウエハカセット５内に重ねて載置されたウエハ２３のいずれをも選択して取り出し、またはその反対にウエハ２３をウエハカセット５内のいずれの棚に載置することが可能である。

図７は、本発明に係る外観検査方法の第１例を示す全体フローチャートである。ウエハカセット５に収容されたウエハ２３の外観検査に先立ち、ステップＳ１において、搬送部４は、ウエハカセット５内の所定数の複数のウエハ２３（例えば全てのウエハ）を順次取り出して、撮像装置２４によってこれら複数のウエハ２３を撮像し、これら複数のウエハ２３の撮像画像を画像記憶部３０に記憶する。そして基準画像作成部３１及び閾値画像作成部３３は、これら複数のウエハ２３の撮像画像の画素値を統計処理することによって、基準画像及び閾値画像を作成し、それぞれ基準画像記憶部３２及び閾値画像記憶部３４に記憶する。この処理については後に詳しく説明する。

ステップＳ２において、撮像装置２４によって、ウエハカセット５内のウエハ２３のうち外観検査を行うウエハ２３を撮像する。図８に、ステップＳ２において撮像された検査対象のウエハ２３の撮像画像Ｉｉと、ステップＳ１において生成された基準画像Ｉｒと、同じく閾値画像Ｉｔを示す。
ステップＳ３において、差分検出部２６は、検査対象のウエハ２３の撮像画像Ｉｉの画素Ｐｉと、撮像画像Ｉｉ上の画素Ｐｉの位置に対応する基準画像Ｉｒ上の位置に存在する画素Ｐｒを、基準画像記憶部２２から読み出し、これらの差分であるグレイレベル差信号を算出する。

ステップＳ４において、欠陥検出部２８は、撮像画像Ｉｉ上の画素Ｐｉの位置に対応する閾値画像Ｉｔ上の位置（すなわち、基準画像Ｉｒ上の画素Ｐｒの位置に対応する閾値画像Ｉｔ上の位置）に存在する画素Ｐｔと、ステップＳ３で算出したグレイレベル差信号とを比較する。そしてステップＳ５において、グレイレベル差信号が検出閾値である画素Ｐｔの画素値を超えるか否かを算出する。
その結果、グレイレベル差信号が検出閾値である画素Ｐｔの画素値を超える場合には、ステップＳ６において欠陥であると判定し、グレイレベル差信号が検出閾値である画素Ｐｔの画素値を超えない場合には、ステップＳ７において欠陥でないと判定する。

以上、ウエハ２３上の全ての検査位置において検査が終了するまでステップＳ２〜ステップＳ７を繰り返し、ウエハ２３上の全ての領域について外観検査を行う。

図９は、図７に示す基準画像及び閾値画像の作成ルーチンのフローチャートである。
ステップＳ１１において、搬送部４は、ウエハカセット５内のウエハ２３の１つを取り出して試料台２２上に載置する。次にステップＳ１２において、撮像装置２４は、このウエハ２３を撮像してその撮像画像であるグレイレベル信号を生成する。この撮像画像の各画素値はステップＳ１３において画像記憶部３０に記憶される。

これらステップＳ１２〜Ｓ１３を、試料台２２上に載置されたウエハ２３の全検査領域を撮像してその撮像画像を画像記憶部３０に記憶し終えるまで、撮像位置を変えながら繰り返す（ステップＳ１４〜Ｓ１５）。なお、２次元ＣＣＤセンサ、２次元ＣＭＯＳセンサなどの２次元撮像手段によって、ウエハ２３の全検査領域を一度に撮像する場合は、Ｓ１２〜Ｓ１５を反復する必要はない。
以上のステップＳ１２〜Ｓ１５を、搬送部４によってウエハ２３を交換しながら（Ｓ１７）、カセット５内の所定数のウエハ２３の全てについて（ここでは、例としてカセット５内の全ウエハ２３とする）、撮像してその撮像画像を画像記憶部３０に記憶し終えるまで繰り返す（Ｓ１６）。
以上のステップＳ１１〜Ｓ１７によって、カセット５内に収容される全てのウエハ２３について撮像画像を画像記憶部３０に記憶する。

以下のステップＳ１８〜Ｓ２３では、基準画像作成部３１及び閾値画像作成部３３が、画像記憶部３０に記憶された複数のウエハ２３の各撮像画像を、最初に撮像されたウエハの撮像画像から最後に撮像されたウエハまで順次選択し、かつ選択された当該撮像画像を構成する各画素を、その走査開始位置から操作終了位置まで順次選択しながら、ステップＳ１８及びＳ１９を繰り返す。
以下説明の便宜のため、反復ループＳ１８〜Ｓ２３内の１回の処理において、複数のウエハ２３の撮像画像の中から選択された当該撮像画像を、第ｉ番目に撮像されたウエハ２３の撮像画像であるとし、かつ当該撮像画像を構成する画素の中から選択された当該画素を第ｊ番目の走査位置の画素であるとして、以下説明を行う。

ステップＳ１８において、基準画像作成部３１及び閾値画像作成部３３は、ｉ番目に撮像されたウエハの撮像画像を選択し、当該撮像画像を構成する各画素のうち第ｊ番目の画素を選択する。そして当該画素値が異常値であるか否かを判定する。

ここで、当該画素値が異常値であるか否かを判定する方法として、例えば複数のウエハ２３の撮像画像のそれぞれにおいて、上記選択された当該画素と同じ位置にある（すなわちｊ番目の位置にある）各画素のそれぞれの画素値を数値の大きい順に順序づけ、当該画素が上位下位の所定のパーセンテージ内にある場合には異常値であると判定する。
または、上記選択された当該画素と同じ位置にある各画素のそれぞれの画素値の最大値と最小値を求め、当該画素の画素値が最大値の所定のパーセンテージ以下でありかつ最小値の所定パーセンテージ以上の場合には異常値でないと判定してもよい。
または、上記選択された当該画素と同じ位置にある各画素のそれぞれの画素値を、数値の大きい順に順序づけた後、中間の順位から順に上位方向に隣り合う順位の画素値同士を比較し、画素値同士の差分が所定の閾値よりも大きくなった場合に、それより上位の画素値を異常値と判断する。同様に中間の順位から順に下位方向に隣り合う順位の画素値同士を比較し、画素値同士の差分が所定の閾値よりも大きくなった場合に、それより下位の画素値を異常値と判断する。
そして、当該画素値が異常値でない場合にはステップＳ１９に処理を移行し、当該画素値が異常値の場合にはステップＳ１９をとばしてステップＳ２０に処理を移行する。

ステップＳ１９において、基準画像作成部３１は、上記選択された当該画素の画素値によって、基準画像記憶部３２に記憶される基準画像のｊ番目の画素の画素値を更新する。
例えば、基準画像作成部３１は、基準画像のｊ番目の画素を、複数のウエハ２３の撮像画像のそれぞれのｊ番目の画素の画素値の平均値として計算する。
この場合には、基準画像作成部３１は、ステップＳ１９を最初に通過する際に、選択された当該画素の画素値自身を、この画素値の平均値として基準画像記憶部３２に記憶しておく。そして、次回以降のループにおいてステップＳ１９を通過する度に、その時点で基準画像記憶部３２に記憶されている、それまで実行されたループにおいて選択された複数の撮像画像のそれぞれのｊ番目の画素の画素値の平均値と、そのループで選択された撮像画像のｊ番目の画素の画素値とに基づいて、新たに平均値を算出して基準画像記憶部３２に記憶し平均値を更新する。

また同様に、閾値画像作成部３３は、上記選択された当該画素の画素値によって、閾値画像記憶部３４に記憶される閾値画像のｊ番目の画素の画素値を更新する。
例えば、基準画像のｊ番目の画素を、複数のウエハ２３の撮像画像のそれぞれのｊ番目の画素の画素値の分散値の定数倍の値として計算する。
この場合には、閾値画像作成部３３は、ステップＳ１９を最初に通過する際に、画素値の分散値の定数倍の値として０を、画素値の合計として選択された当該画素の画素値自身を、画素値の２乗値の合計として選択された当該画素の画素値の２乗値を、平均値として当該画素の画素値自身を、それぞれ閾値画像記憶部３４に記憶しておく。

そして次回以降のループにおいてステップＳ１９を通過する度に、その時点で閾値画像記憶部３４に記憶されている、それまで実行されたループにおいて選択された複数の撮像画像のそれぞれのｊ番目の画素の画素値の合計と、その２乗値の合計と、その平均値と、そのループで選択された撮像画像のｊ番目の画素の画素値とに基づいて、新たに分散値を算出して、その分散値の定数倍を閾値画像記憶部３４に記憶し閾値画像の画素値（検出閾値）として更新する。
また、画素値の合計と、その２乗値の合計と、その平均値とについても、それまで実行されたループにおいて算出された値と、そのループで選択された当該画素の画素値に基づいて更新する。

そして、画像記憶部３０に記憶される全ての撮像画像に亘って、選択される撮像画像を順次変更しながら（Ｓ２１）、これらの画像のｊ番目の画素についてＳ１８及びＳ１９を反復することにより（Ｓ２０）、基準画像記憶部３２に記憶される基準画像及び閾値画像記憶部３４に記憶される閾値画像の各々のｉ番目の画素値を生成する。
そして、ウエハ２３の撮像画像上の全ての画素に亘って、選択される画素を順次変更しながら（Ｓ２３）、上記ステップＳ１８〜Ｓ２１を反復することにより（Ｓ２２）、基準画像記憶部３２に記憶される基準画像及び閾値画像記憶部３４に記憶される閾値画像の全ての画素について画素値の生成を完了する。

なお上記の実施例において、閾値画像の各画素値を、複数の撮像画像におけるこの画素と同じ位置にある画素の画素値の分散値の定数倍の値として算出した。しかし、これに代えて、複数の撮像画像におけるこの画素と同じ位置にある各画素の画素値がとる値の範囲またはその定数倍を閾値画像の各画素値としてもよい。
また、上記の実施例において、閾値画像の各画素値（すなわち各検出閾値）を、撮像装置２４によるウエハの撮像画像の各画素毎に１つずつ算出したが、複数個の画素からなるブロックに毎に１つ算出することとし、欠陥検出部２８において１つの検出閾値を１つのブロックに属する画素で共用するように構成してもよい。

図１０は、図３に示す検査部の概略構成の第２例を示すブロック図である。
本実施例に係る検査部２は、図１を参照して説明した外観検査装置と同様に、ウエハ２３上に繰り返し形成された繰り返しパターンの、対応する部分同士の画像を比較して両者の差分（グレイレベル差信号）を検出して、グレイレベル差信号が検出閾値を超える場合、欠陥であると判定する。

例えば図２に示すような、ウエハ上に繰り返し形成された隣接するダイ２３Ａ同士を比較する場合には、撮像装置２４のカメラが半導体ウエハ２３に対してＸ方向又はＹ方向に一定速度で相対的に移動（スキャン）するようにステージ２１を移動する。画像信号は多値のディジタル信号であるグレイレベル信号に変換された後、差分検出部２６に入力されると共に、信号記憶部２５に記憶される。スキャンにより隣のダイのグレイレベル信号が生成されると、それに同期して信号記憶部２５に記憶された前のダイのグレイレベル信号を読み出し、差分検出部２６に入力する。したがって差分検出部２６には隣接する２個のダイのグレイレベル信号が入力され、２つのグレイレベル信号の差（グレイレベル差）が演算される。

また、図示するとおり本実施例に係る検査部２には、図４に示す検査部２と同様の画像記憶部３０と閾値画像作成部３３と閾値画像記憶部３４とを備える。
欠陥検出部２８は、閾値画像記憶部３４に記憶された閾値画像を構成する各画素（すなわち各検出閾値）の中から、当該グレイレベル差信号を生成した撮像画像の画素の、撮像画像上の位置に対応する検出閾値を読み出してこれらを比較し、グレイレベル差信号が検出閾値を超えるとき欠陥であると判定する。

本発明は、検査試料の表面を撮像して得た撮像画像からこの検査試料上に生じた欠陥に分類分けを行う外観検査装置及び外観検査方法に利用可能であり、特に、半導体製造工程で半導体ウエハ上に形成した半導体回路パターンや、液晶表示パネルの欠陥分類を行う外観検査装置及び外観検査方法に好適に利用することが可能である。

従来の外観検査装置の概略構成を示すブロック図である。 半導体ウエハ上のダイの配列を示す図である。 本発明の実施例の半導体パターン用外観検査装置の全体斜視図である。 図３に示す検査部の概略構成の第１例を示すブロック図である。 （Ａ）は図３に示す外観検査装置の内部構成の平面図であり、（Ｂ）は図３に示す外観検査装置の側断面図である。 図３に示すウエハカセットの斜視図である。 本発明に係る外観検査方法の第１例を示す全体フローチャートである。 本発明に係る外観検査方法の第１例の説明図である。 図７に示す基準画像及び閾値画像の作成ルーチンのフローチャートである。 図３に示す検査部の概略構成の第２例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 外観検査装置
２ 検査部
４ 搬送部
５ ウエハカセット
６ カセットラック
７ 操作部
２３ ウエハ
２３Ａ ダイ
４３ アーム機構
４４ 試料保持部
５１ 棚部

Claims (12)

1. 試料の表面を撮像した撮像画像と基準画像との対応する部分の画素値の差分を検出する差分検出部と、前記差分が検出閾値を超えるとき欠陥であると判定する欠陥検出手段と、を有する外観検査装置において、
   複数の前記試料を撮像した撮像画像の画素値の統計処理によって、前記試料上の各箇所毎に、前記検出閾値を生成する閾値生成手段を備えることを特徴とする外観検査装置。
2. 前記閾値生成手段は、複数の前記試料について同じ撮像箇所を撮像した画素のうち、該撮像箇所について異常値を有する画素に係る前記試料以外の、他の各試料に係る画素を統計処理することにより、前記検出閾値を生成することを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 複数の前記試料を撮像した撮像画像の画素値の統計処理によって、前記基準画像を生成する基準画像生成手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査装置。
4. 前記基準画像生成手段は、複数の前記試料について同じ撮像箇所を撮像した画素のうち、該撮像箇所について異常値を有する画素に係る前記試料以外の、他の各試料に係る画素を統計処理することにより、前記基準画像を構成する各画素を生成することを特徴とする請求項３に記載の外観検査装置。
5. 前記差分検出部は、前記基準画像として、反復パターンが形成された同じ試料上の隣接パターンを撮像した撮像画像を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査装置。
6. 試料の表面を撮像した撮像画像と基準画像との対応する部分の画素値の差分を検出する差分検出部と、前記差分が検出閾値を超えるとき欠陥であると判定する欠陥検出手段と、を有する外観検査装置において、
   前記基準画像を複数の前記試料を撮像した撮像画像から生成する基準画像生成手段を、さらに備え
   前記基準画像生成手段は、複数の前記試料について同じ撮像箇所を撮像した画素のうち、該撮像箇所について異常値を有する画素に係る前記試料以外の、他の各試料に係る画素を統計処理することにより、前記基準画像を構成する各画素を生成することを特徴とする外観検査装置。
7. 試料の表面を撮像した撮像画像と基準画像との対応する部分の画素値の差分を検出し、前記差分と検出閾値とを比較して、前記差分が検出閾値を超えるとき欠陥であると判定する外観検査方法において、
   複数の前記試料を撮像した撮像画像の画素値の統計処理によって、前記試料上の各箇所毎に、前記検出閾値を生成することを特徴とする外観検査方法。
8. 複数の前記試料について同じ撮像箇所を撮像した画素のうち、該撮像箇所について異常値を有する画素に係る前記試料以外の、他の各試料に係る画素を統計処理することにより、前記検出閾値を生成することを特徴とする請求項７に記載の外観検査方法。
9. 複数の前記試料を撮像した撮像画像の画素値の統計処理によって、前記基準画像を生成することを特徴とする請求項７又は８に記載の外観検査方法。
10. 複数の前記試料について同じ撮像箇所を撮像した画素のうち、該撮像箇所について異常値を有する画素に係る前記試料以外の、他の各試料に係る画素を統計処理することにより、前記基準画像を構成する各画素を生成することを特徴とする請求項９に記載の外観検査方法。
11. 前記基準画像として、反復パターンが形成された同じ試料上の隣接パターンを撮像した撮像画像を使用することを特徴とする請求項７又は８に記載の外観検査方法。
12. 試料の表面を撮像した撮像画像と基準画像との対応する部分の画素値の差分を検出し、前記差分と検出閾値とを比較して、前記差分が検出閾値を超えるとき欠陥であると判定する外観検査方法において、
    複数の前記試料について同じ撮像箇所を撮像した画素のうち、該撮像箇所について異常値を有する画素に係る前記試料以外の、他の各試料に係る画素を統計処理することにより、前記基準画像を構成する各画素を生成することを特徴とする外観検査方法。

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