JP2009204410A - 画像欠陥検査装置及び画像欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同一の基本パターンが２次元方向に反復するように形成された試料上を、撮像ユニットで２次元走査して主走査方向に並んでいない複数の基本パターンを撮像し、これら基本パターンの１つを撮像した撮像画像である検査画像と、他の基本パターンを撮像した撮像画像から得られる参照画像との間を比較する際に、これら基本パターンを同じ方向に向かって走査するために生じる検査効率の低下を緩和する。
【解決手段】連続して行われる２回の主走査が互いに反対方向に行われるように試料と撮像ユニットとを相対移動させ、互いに反対方向に行われる主走査で得られる参照画像が異なる記憶領域に記憶されるように参照画像を所定の記憶回路（２１ａ、２１ｂ）に記憶し、ある主走査で得られる検査画像をその前に同じ方向に向かって行われた他の主走査によって得られた参照画像と比較する。
【選択図】図６

Description

本発明は、試料上に複数の同一パターンが反復するように配列された領域を撮像ユニットによって２次元走査し、相互に同一のパターンが形成された領域を撮像した画像同士を比較することにより、欠陥を検出する画像欠陥検査装置及び画像欠陥検査方法に関する。

半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネルなどの半導体装置等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、半導体ウエハ、フォトマスク用基板、液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板などの試料の表面に形成されたパターンを撮像し、これにより得られた画像を検査することにより試料表面に存在する欠陥を検出するパターン欠陥検査が広く行われている。
以下の説明では、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用欠陥検査装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスク用基板や、液晶デバイス用基板、液晶表示パネル用基板などの半導体装置を検査する欠陥検査装置にも広く適用可能である。

図１に、本願の出願人が下記特許文献１にて提案するものと同様の欠陥検査装置のブロック図を示す。欠陥検査装置１には、水平なＸＹ平面内とこれに垂直なＺ軸方向からなる３次元方向に移動可能なステージ１１が設けられており、ステージ１１の上面には試料台（チャックステージ）１２が設けられている。この試料台１２の上に検査対象となる試料であるウエハ２を載置して固定する。

試料台１２の上方には、ウエハ２の表面の光学像を撮像するための撮像ユニット１３が設けられる。撮像ユニット１３としては、１次元ＴＤＩカメラなどのイメージセンサが使用され、その受光面に結像されたウエハ２の表面の光学像を電気信号に変換する。本構成例では撮像ユニット１３として１次元のＴＤＩカメラを使用する。なお、撮像ユニット１３によるウエハ２の表面の画像の撮像には、明視野照明光学系及び暗視野照明光学系のどちらを使用する場合もありうる。

図２の（Ａ）に示すように、ウエハ２上には、互いに直交するＤ１方向とＤ２方向に沿って、複数のダイ（チップ）３ａ〜３ｄ…がそれぞれ繰返しマトリクス状に配列されている。ステージ１１の移動により撮像ユニット１３とウエハ２とを相対的に移動させることによって、ウエハ２に対して撮像ユニット１３をＤ１方向及びＤ２方向に走査させてウエハ２の表面の２次元画像を得る。欠陥検査装置１の動作を制御するコンピュータ等である制御部９０は、撮像ユニット１３によるウエハ２の走査が所定の走査経路に沿って行われるようにステージ１１の動作を制御する。

例えば、図２の（Ａ）に示す走査経路の例では、Ｄ１方向に沿って主走査を行い、Ｄ２方向に沿って副走査を行う。まず、Ｄ１方向を示す矢印と同じ方向に向かって経路Ｐ１に沿って主走査が行った後に、１回の主走査にて撮像ができる帯状の領域の幅Ｗ分だけＤ２方向に移動させ、経路Ｐ１に沿った主走査と逆方向に向かって経路Ｐ２に沿って次の主走査を行う。
経路Ｐ２に沿った主走査の後に幅Ｗ分だけＤ２方向に移動させて、経路Ｐ１に沿った主走査と同じ方向に経路Ｐ３に沿った次の主走査を行い、経路Ｐ３に沿った主走査の後に幅Ｗ分だけＤ２方向に移動させて、主走査Ｐ１と逆方向に経路Ｐ４に沿った主走査を行う。

各ダイ３ａ〜３ｄには同じパターンが形成されるので、これらのダイを撮像した画像同士は本来同一となるはずであり、各ダイの撮像画像の対応する部分同士の画素値は本来同様の値となる。したがって２つのダイの撮像画像内の本来同一となるべき対応箇所同士の画素値の差分（グレイレベル差信号）を検出すると、両方のダイに欠陥がない場合に比べて一方のダイに欠陥がある場合にグレイレベル差信号が大きくなり、このような大きなグレイレベル差を検出することによりダイ上に存在する欠陥を検出できる（ダイトゥダイ比較）。例えば、図２の（Ｂ）に示す例では、ダイ３ａと３ｂを走査経路Ｐに沿って走査した幅Ｗの領域４ａ及び４ｂを各々撮像した画像同士を比較して、対応する画素同士のグレイレベル差が検出され、大きなグレイレベル差が検出された画素が示す位置に欠陥があると判定する。

また、１つのダイ内にメモリセルのような繰り返しパターンが形成されている場合には、この繰り返しパターン内の本来同一となるべき対応箇所を撮像した画像同士のグレイレベル差を検出しても欠陥を検出できる（セルトゥセル比較）。

なお、ダイトゥダイ比較では、隣り合う２つのダイ同士を撮像した画像を比較するのが一般的である（シングルティテクション）。これではどちらのダイに欠陥があるか分からない。したがって、更に異なる側に隣接するダイとの比較を行い、再び同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなった場合にそのダイに欠陥があると判定する（ダブルディテクション）。セルトゥセル比較でも同様である。

例えば、図２の（Ｂ）に示す例では、ダイ３ｂと３ｃを走査経路Ｐに沿って走査した幅Ｗの領域４ｂ及び４ｃを各々撮像した画像同士をさらに比較して、対応する画素同士のグレイレベル差を検出する。そして領域４ａ及び４ｂ間の比較により検出された欠陥の位置に、領域４ｂ及び４ｃ間の比較で欠陥が検出されたされたとき、この欠陥が領域４ｂに存在すると決定する。

図１に戻り、撮像ユニット１３から出力される画像信号は、多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換された後に画像処理回路２０に入力される。画像処理回路２０は、記憶部２１、差分検出部２２、検出閾値決定部２３及び欠陥検出部２４を備える。
撮像ユニット１３から出力される画像信号は、記憶部２１に記憶される。差分検出部２２には、記憶部２１に記憶された撮像画像において本来互いに同一となる箇所のグレイレベル信号が入力され、差分検出部２２はこれらのグレイレベル信号同士の差信号（グレイレベル差）を算出する。

ダイトゥダイ比較を行う場合には、２つのダイの互いに対応する部分の各々の画像の各画素が記憶部２１から取り出されて差分検出部２２に入力される。以下、これら２つの画像の一方を「検査画像」と呼び他方を「参照画像」と呼ぶ。差分検出部２２は、検査画像と参照画像との間の対応箇所の画素同士のグレイレベル差信号を各々算出する。グレイレベル差信号は検出閾値決定部２３と欠陥検出部２４に入力される。
セルトゥセル比較を行う場合には、検査画像及び参照画像として、２つのセルの互いに対応する部分の各々の画像が使用される。差分検出部２２は、これら検査画像と参照画像との間の対応箇所の画素同士のグレイレベル差信号を各々算出する。

検出閾値決定部２３は、差分検出部２２が検出したグレイレベル差の統計に基づいて、所定の演算処理により検出閾値を決定して欠陥検出部２４に出力する。
欠陥検出部２４は、差分検出部２２から入力したグレイレベル差と検出閾値決定部２３が決定した検出閾値とを比較して、検査画像に含まれる欠陥を検出する。すなわち欠陥検出部２４は、グレイレベル差信号が検出閾値を超える場合には、検査画像及び参照画像のうちどちらかが、このようなグレイレベル差信号を算出した画素の位置に欠陥を含んでいると判断する。
そして欠陥検出部２４は、検出した欠陥の位置、大きさ、検査画像と参照画像との間のグレイレベル差、これらの画像のグレイレベル値等の情報を含む欠陥情報を検出した欠陥毎に作成する。

図３はウエハ２の周辺部分におけるダイトゥダイ処理を説明する図である。ウエハ２の周辺にあるダイ３ｃは、ダイ３ａ、３ｂ、３ｃ…を含むＤ１方向に並ぶダイの列に含まれるダイのうち最もウエハ２の縁に近いダイであり、Ｄ１方向に隣接するダイを１つしか有しない。すなわちダイ３ｃにとってダイ３ｂのみがＤ１方向に隣接する唯一のダイであり、ダイ３ｂが存在側と反対側には隣接ダイを持たない。したがって、ダイ３ｃに関しては、ダイ３ｃ内を撮像した画像とその両側のダイ内を撮像した各画像とを各々比較する上記のダブルディテクションを行うことができない。

したがってこの場合は、ダイ３ｃ内を撮像した画像とその隣のダイ３ｂ内を撮像した画像とを比較するとともに、ダイ３ｃと反対側にあるダイ３ｂの隣のダイ３ａを撮像した画像とダイ３ｃ内を撮像した画像とを比較することによりダブルディテクションを行う。このような処理は「エッジダイ処理」と呼ばれる。

さらにウエハ２上には、１列に１〜２個しかダイが形成されない領域があることもある。このような領域は例えばウエハ２の周辺領域である。
例えば、図２の（Ａ）に示すダイの配置例では、かつダイ３ｄを含んだＤ１方向に沿うダイの列には１個のダイ（３ｄ）しか含まれない。このため、Ｄ１方向に沿って主走査が行われる場合には、ダイ３ｄに対してダイトゥダイ比較を行うには、ダイ３ｄを含むダイの列とは異なる列（例えばダイ３ａ〜３ｃを含むダイの列）に含まれるいずれかのダイとダイ３ｄとの間で比較が行われる必要がある。

下記特許文献２は、このように異なるダイの列に含まれるダイ同士の間でダイトゥダイを行う走査順序を開示する。図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、下記特許文献２にて開示される走査順序の説明図である。
図４の（Ａ）に示す第１の走査順序によれば、Ｄ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって経路Ｐ１に沿ってある列のダイ３ａ〜３ｃのそれぞれの領域４ａ〜４ｃを走査し、その後に経路Ｐ１１に沿ってウエハに対して撮像ユニット１３を相対移動させて撮像ユニット１３のＤ１方向位置を元に戻し、経路Ｐ１の方向と同じ方向に向かって経路Ｐ２に沿って次の列のダイ３ｄ〜３ｆのそれぞれの領域４ｄ〜４ｆを走査する。そして経路Ｐ１に沿う走査で撮像した領域４ｃの画像と経路Ｐ２に沿う走査で撮像した領域４ｄの画像との間で比較を行う。

図４の（Ｂ）に示す第２の走査順序によれば、Ｄ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって経路Ｐ１に沿ってある列のダイ３ａ〜３ｃのそれぞれの領域４ａ〜４ｃを走査し、その後に経路Ｐ１１に沿って撮像ユニット１３をＤ２方向に相対移動させて撮像ユニット１３のＤ２方向位置を次の列のダイの位置に移動させ、経路Ｐ１の方向と反対の方向に向かって経路Ｐ２に沿って次の列のダイ３ｆ〜３ｄのそれぞれの領域４ｆ〜４ｄを走査する。そして経路Ｐ１に沿う走査で撮像した領域４ｃの画像と経路Ｐ２に沿う走査で撮像した領域４ｆの画像との間で比較を行う。

特開２００４−１７７３９７号公報 特開平２−２１０２４９号公報

しかしながら、図４の（Ａ）の走査順序に従って走査を行おうとすると、経路Ｐ１及びＰ２に沿う連続する２回の主走査を同じ方向に向かって行うために、これら２回の主走査の間に、主走査の方向と反対方向に撮像ユニット１３の相対位置を移動させて撮像ユニット１３を走査開始位置に戻さなければならない。このため、２回の主走査間の間に行う撮像ユニット１３とウエハ２との移動時間が長くなり検査効率が悪くなるという問題がある。

また図４の（Ｂ）の走査順序に従って走査を行おうとすると、比較される２つの画像（図４の（Ｂ）に示す例では領域４ｃ及び４ｆの画像）は、互いに反対方向の走査により取得された画像となる。
このように比較される２画像を反対方向の走査によって取得すると、撮像条件の相違に起因してダイトゥダイ比較に影響を及ぼす恐れがある。例えば、走査方向によって特性が変化する撮像素子が撮像ユニット１３に使用されると、走査方向による特性の差がグレイレベル差となって現れ欠陥検出感度が低下するおそれがある。このような撮像素子にＴＤＩカメラがある。

上記問題点に鑑み、本発明は、同一の基本パターンが２次元方向に反復するように形成された試料上を、撮像ユニットで２次元走査して主走査方向に並んでいない複数の基本パターンを撮像し、これら基本パターンの１つを撮像した撮像画像である検査画像と、他の基本パターンを撮像した撮像画像から得られる参照画像との間を比較する際に、これら基本パターンを同じ方向に向かって走査することができ、かつこのような走査のために生じる検査効率の低下を緩和することができる画像欠陥検査装置及び画像欠陥検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本方法では、連続して行われる２回の主走査が互いに反対方向に行われるように試料と撮像ユニットとを相対移動させ、互いに反対方向に行われる主走査で得られる参照画像が異なる記憶領域に記憶されるように参照画像を所定の記憶回路に記憶する。そして、ある主走査で得られる検査画像の少なくとも一部をその前に同じ方向に向かって行われた他の主走査によって得られた参照画像と比較する。

異なる方向に向かって行われた主走査にて得られた参照画像をそれぞれ方向別に異なる記憶領域に記憶するために、これら参照画像に、同一の記憶素子内の異なるアドレスの記憶領域を方向別に各々割り当ててよい。または、これら異なる方向に行われた参照画像を記憶するために、異なる記憶素子を方向別に各々割り当ててもよい。さらに、これら異なる方向に行われた参照画像を方向別に記憶する異なる記憶素子は、異なる画像処理回路に各々内蔵された画像保持用のメモリであってもよい。

図５は、本発明による走査順序の概略説明図である。試料２の上には、複数の同一パターン３ａ〜３ｄがＤ１及びＤ２方向に沿って２次元方向に配列されている。本明細書において各パターン３ａ〜３ｄの各々を「基本パターン」と示すことがある。
また以下の説明において、以下に使用する表現「同じ列に属する基本パターン」、「異なる列に属する基本パターン」、「同じ行に属する基本パターン」及び「異なる行に属する基本パターン」の意味を明確にするために、Ｄ１方向に並ぶ基本パターンを同じ列に属する基本パターンであると定義する。同様に、Ｄ２方向に並ぶ基本パターンを同じ行に属する基本パターンであると定義する。
また、説明の簡単のため、２次元に配列された基本パターンの配列中のうち１つの基本パターンしか含まない列があったとしてもこれを列と呼ぶこととし、同様に配列中のうち１つの基本パターンしか含まない行があったとしてもこれを行と呼ぶ。
例えば図５の例において、基本パターン３ａ〜３ｃは同じ列に属しており、基本パターン３ａ〜３ｃと３ｄとは異なる列に属している。

図示のＰ１、Ｐ２及びＰ３は、試料２上を撮像ユニットで走査する際の走査経路を示している。まず、Ｄ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって経路Ｐ１に沿って基本パターン３ａ〜３ｃを主走査し、走査中に撮像ユニットで撮像した画像を用いて上述の欠陥検査を行う。

次に、１回の主走査により撮像ユニットで撮像できる幅Ｗの分だけＤ２方向に沿って副走査を行い、今度は、経路Ｐ１に沿う主走査とは逆の方向に向かって経路Ｐ２に沿って基本パターン３ａ〜３ｃを主走査し、走査中に撮像ユニットで撮像した画像を用いて上述の欠陥検査を行う。
このように本方法では往復の主走査の両方で撮像を行う。このため、従来の第１の走査順序に比べて撮像ユニットと試料との間の相対移動長が短くて済み、検査効率の低下が緩和される。

次に、経路Ｐ２に沿った走査の後にＤ２方向に沿って副走査を行い、経路Ｐ１に沿った主走査と同じ方向に向かって経路Ｐ３に沿って、基本パターン３ａ〜３ｃとは異なる列に属する基本パターン３ｄを走査する。経路Ｐ３のＤ２方向位置は、経路Ｐ１に沿う走査で撮像される基本パターン３ｃ内の領域４ｃに対応する基本パターン３ｄ内の領域４ｄを撮像するように定められる。そして、経路Ｐ３に沿う主走査を行って得た領域４ｄの画像を検査画像とし、経路Ｐ１に沿って得た領域３ａ〜３ｃを撮像して得た画像から生成した参照画像とを比較し、上述の欠陥検査を行う。

本方法によれば、経路Ｐ１に沿う主走査により得られる参照画像と、これと反対方向に行った経路Ｐ２に沿う主走査により得られる参照画像とを、方向別に記憶領域を異ならせて記憶回路に記憶する。したがって経路Ｐ１に沿う主走査により得られる参照画像を経路Ｐ１に沿う主走査の方向用に用意された記憶領域内に保存したまま、経路Ｐ２に沿う主走査を行うことができる。そして経路Ｐ２に沿う主走査が終了した後に、経路Ｐ１に沿う主走査より得られる参照画像を、経路Ｐ１に沿う主走査と同じ方向に向かって行う経路Ｐ３の主走査で得た検査画像と比較することができる。

例えば図５の例において、経路Ｐ１に沿う主走査の最後に得た領域４ｃの撮像画像を参照画像として使用する場合には、経路Ｐ１に沿う主走査の方向用に用意された記憶領域に領域４ｃの撮像画像をずっと保持したまま経路Ｐ２に沿う主走査を行い、経路Ｐ３に沿う主走査を行う際に、領域４ｄを撮像した検査画像と領域４ｃを撮像した参照画像とを比較する。

同一の基本パターンが２次元方向に反復するように形成された試料上を、撮像ユニットで２次元走査して主走査方向に並んでいない複数の基本パターンを撮像し、これら基本パターンの１つを撮像した撮像画像である検査画像と、他の基本パターンを撮像した撮像画像から得られる参照画像との間を比較する際に、これら基本パターンを同じ方向に向かって走査することができ、かつこのような走査のために生じる検査効率の低下を緩和することができる。

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６は、本発明の第１実施例による欠陥検査装置のブロック図である。図６に示す欠陥検査装置は、図１を参照して説明した欠陥検査装置１に類似する構成を有しており、同一の構成要素に対して同一の参照符号を付する。また、図６に示す各構成要素は、図１において同じ参照符号を付して示された各構成要素と同一機能を少なくとも有しており、既に説明した機能については記載の重複を避けるために説明を省略する。

図６に示す欠陥検査装置１は、図１に示す画像処理回路２０と同様の画像処理回路を２つ備えており、それぞれを第１及び第２画像処理回路２０ａ及び２０ｂと記す。第１画像処理回路２０ａは、図１に示す記憶部２１、差分検出部２２、検出閾値検出部２３及び欠陥検出部２４と同様の記憶部２１ａ、差分検出部２２ａ、検出閾値検出部２３ａ及び欠陥検出部２４ａを備える。同様に、第２画像処理回路２０ｂは、図１に示す記憶部２１、差分検出部２２、検出閾値検出部２３及び欠陥検出部２４と同様の記憶部２１ｂ、差分検出部２２ｂ、検出閾値検出部２３ｂ及び欠陥検出部２４ｂを備える。

ウエハ２上には、図２の（Ａ）の例と同様に、互いに直交するＤ１方向とＤ２方向に沿って、複数のダイ（チップ）３ａ〜３ｄ…がそれぞれ繰返しマトリクス状に配列されている。したがって、試料であるウエハ２上には、個々のダイのパターンを基本パターンとして同一の基本パターンが２次元方向に反復するように形成されているものと考えることができる。
また以下の説明において、以下に使用する表現「同じ列に属するダイ」、「異なる列に属するダイ」、「同じ行に属するダイ」及び「異なる行に属するダイ」の意味を明確にするために、Ｄ１方向に並ぶダイを同じ列に属するダイであると定義する。同様に、Ｄ２方向に並ぶダイを同じ行に属するダイであると定義する。また２次元に配列されたダイの配列中のうち１つのダイしか含まない列があったとしてもこれを列と呼ぶこととし、同様に配列中のうち１つのダイしか含まない行があったとしてもこれを行と呼ぶ。例えば図２の（Ａ）の例において、ダイ３ａ〜３ｃは同じ列に属しており、ダイ３ａ〜３ｃと３ｄとは異なる列に属している。

図１に示す欠陥検査装置１の場合と同様に 、図６に示す欠陥検査装置１においても、図２の（Ａ）に示すＤ１方向に沿う方向を主走査として定め、Ｄ２方向に沿う方向を副走査方向として定める。欠陥検査装置１は、現在の主走査方向が、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向であるか、それとも逆方向であるかに従って、第１及び第２画像処理回路２０ａ及び２０ｂのうちいずれの画像処理回路に撮像ユニット１３から出力される画像を入力するかを切り替える第１切替部３０を備える。
主走査方向の向きを第１切替部３０に指示するために、例えば、欠陥検査装置１の動作を制御するコンピュータ等である制御部９０が、主走査方向の向きを示す信号を第１切替部３０に与えることとしてよい。

このために撮像ユニット１３から出力される画像を第１画像処理回路２０ａ内の記憶部２１ａに記憶するか、それとも第２画像処理回路２０ｂ内の記憶部２１ｂに記憶するかが、主走査方向の向きに応じて定められる。本例では、主走査方向が、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって行われているとき、撮像ユニット１３から出力される画像を第１画像処理回路２０ａに入力され、この矢印の向きと逆方向に向かって主走査が行われているとき、撮像ユニット１３から出力される画像を第２画像処理回路２０ｂに入力されることとする。

図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例による画像比較方法の第１例の説明図である。本例では、ウエハ２の周辺部に１つのダイ３ｄのみを含む列が形成された場合における画像比較方法を説明する。
まず、Ｄ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって経路Ｐ１に沿ってダイ３ａ〜３ｃの領域４ａ〜４ｃを主走査し、走査中に撮像ユニットで撮像した画像を用いて、第１画像処理回路２０ａにおいて上述の欠陥検査を行う。

次に、１回の主走査により撮像ユニットで撮像できる幅Ｗの分だけＤ２方向に沿って副走査を行い、今度は、経路Ｐ１に沿う主走査とは逆の方向に向かって経路Ｐ２に沿ってダイ３ａ〜３ｃの領域５ａ〜５ｃを主走査し、走査中に撮像ユニットで撮像した画像を用いて、第２画像処理回路２０ｂにおいて上述の欠陥検査を行う。この間、経路Ｐ１に沿った主走査にて撮像した最後の２つのダイ３ｂ及び３ｃの領域４ｂ及び４ｃを撮像した画像を、参照画像として第１画像処理回路２０ａ内の記憶部２１ａに記憶しておく。

経路Ｐ２に沿った走査の後にＤ２方向に沿って副走査を行い、経路Ｐ１に沿った主走査と同じ方向に向かって経路Ｐ３に沿って、ダイ３ａ〜３ｃとは異なる列に属するダイ３ｄを走査する。経路Ｐ３のＤ２方向位置は、経路Ｐ１に沿う走査で撮像されるダイ３ｂ内の領域４ｂや３ｃ内の領域４ｃに対応する、ダイ３ｄ内の領域４ｄを撮像するように定められる。
そして、経路Ｐ３に沿う主走査を行って得た最初のダイ３ｄの領域４ｄの画像を検査画像とし、経路Ｐ１に沿って得た領域４ｂ、４ｃを撮像して得た画像をそれぞれ参照画像とし、領域４ｄの画像と領域４ｂの画像、領域４ｄの画像と領域４ｃの画像を比較することにより、上述のダブルディテクションを行う。この間、経路Ｐ２に沿った主走査にて撮像した最後の２つのダイ３ａ及び３ｂの領域５ａ及び５ｂを撮像した画像を、参照画像として第２画像処理回路２０ｂ内の記憶部２１ｂに記憶しておく。

その後、さらに幅Ｗの分だけＤ２方向に沿って副走査を行い、経路Ｐ２に沿う主走査とは同じ方向に向かって経路Ｐ４に沿ってダイ３ｄの領域５ｄを主走査する。そして、経路Ｐ３に沿う主走査を行って得た最初のダイ３ｄの領域５ｄの画像を検査画像とし、経路Ｐ２に沿う走査で得た領域５ａ、５ｂを撮像して得た画像をそれぞれ参照画像とて上述のダブルディテクションを行う。

次に、図のＤ２方向を示す矢印の向きと反対方向に副走査を行った後、経路Ｐ２に沿う主走査によって走査される領域５ａ〜５ｃの隣の領域６ａ〜６ｃを走査するように、経路Ｐ５に沿って主走査を行う。経路Ｐ５に沿う主走査の方向は経路Ｐ１に沿う主走査の方向と同じである。
次に、幅Ｗの分だけＤ２方向に沿って副走査を行い、今度は、経路Ｐ５に沿う主走査とは逆の方向に向かって経路Ｐ６に沿ってダイ３ａ〜３ｃの領域７ａ〜７ｃを主走査する。この間、領域６ｂ及び６ｃを撮像した画像は、参照画像として第１画像処理回路２０ａ内の記憶部２１ａに記憶しておく。

経路Ｐ６に沿った走査の後にＤ２方向に沿って副走査を行い、経路Ｐ５に沿った主走査と同じ方向に向かって経路Ｐ７に沿ってダイ３ｄを走査する。経路Ｐ７のＤ２方向位置は、経路Ｐ３に沿う走査で撮像されるダイ３ｂ内の領域６ｂや３ｃ内の領域６ｃに対応する、ダイ３ｄ内の領域６ｄを撮像するように定められる。
そして、領域６ｄの画像を検査画像とし、領域６ｂ、６ｃを撮像して得た画像をそれぞれ参照画像とてダブルディテクションを行う。
その後、さらに幅Ｗの分だけＤ２方向に沿って副走査を行い、経路Ｐ６に沿う主走査とは同じ方向に向かって経路Ｐ８に沿ってダイ３ｄの領域７ｄを主走査する。そして領域７ｄの画像を検査画像とし、経路Ｐ６に沿う走査で得た領域７ａ、７ｂを撮像して得た画像をそれぞれ参照画像とて上述のダブルディテクションを行う。

主走査が順方向又は逆方向のいずれに向かって行われるかに応じて、それぞれの方向の主走査で得られた画像を記憶する記憶部を記憶部２１ａ及び２１ｂの間で切り替えることにより、順方向及び逆方向の主走査を交互に行っても、異なる列に属するダイ３ｃ及び３ｄを連続しない２回の同一方向の主走査で走査する際に、先の主走査で得られたダイ３ｃの画像を、先の主走査と同一方向に行う後の主走査でダイ３ｄの走査を行うまで参照画像として記憶し、後の主走査で使用することができる。
このため、画像処理回路２０ａ及び２０ｂは、ダイ３ｄの検査画像とダイ３ｂ及びダイ３ｃを撮像した参照画像とを比較する際に、ダイ３ｂ及びダイ３ｃがあたかもダイ３ｄと同じ列に属しているのと同様に、ダイ３ｂ及びダイ３ｃを撮像した参照画像を記憶部２１ａから読み出す処理を行うことが可能となる。このため異なる列に属するダイ３ｄとダイ３ｂ及び３ｃとの間で撮像画像の比較処理を、同じ列に属するダイ間における比較処理と同様に行うことができ、画像処理回路２０ａ及び２０ｂが行う処理が簡略化される。

図８の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例による画像比較方法の第２例の説明図である。本例では、ウエハ２の周辺部に２つのダイ３ｅ、３ｆのみを含む列が形成された場合における画像比較方法を説明する。各経路Ｐ１〜Ｐ８に沿って行われる走査の順序や副走査方向の位置の決定方法は、図７の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明したものと同様である。
この例では、領域４ｅ内の検査において、領域４ｅと４ｄ、領域４ｅと４ｆの画像同士を比較してダブルディテクションが行われる。また、領域４ｆ内の検査ではエッジダイ処理のために、領域４ｆと４ｅ、領域４ｆと４ｄの画像同士を比較してダブルディテクションが行われる。
また、領域５ｅ内の検査において、領域５ｅと５ａ、領域５ｅと５ｆの画像同士を比較してダブルディテクションが行われる。また領域５ｆ内の検査において、領域５ｆと５ｅ、領域５ｆと５ａの画像同士を比較してダブルディテクションが行われる。

さらに、領域６ｅ内の検査において、領域６ｅと６ｄ、領域６ｅと６ｆの画像同士を比較してダブルディテクションが行われる。また、領域６ｆ内の検査において、領域６ｆと６ｅ、領域６ｆと６ｄの画像同士を比較してダブルディテクションが行われる。
また、領域７ｅ内の検査において、領域７ｅと７ａ、領域７ｅと７ｆの画像同士を比較してダブルディテクションが行われる。また領域７ｆ内の検査において、領域７ｆと７ｅ、領域７ｆと７ａの画像同士を比較してダブルディテクションが行われる。

図９は、第１画像処理回路２０ａの代替実施例を示す図である。本実施例では、検査画像が取得される主走査の前に行われた主走査で撮像された画像から得られる参照画像として、１回の主走査の経路上に並ぶ複数のダイをそれぞれ走査して得られた複数画像から作成された画像としてよい。
第１画像処理回路２０ａは、１回の主走査の経路上に並ぶ複数のダイをそれぞれ走査して得られた複数画像から参照画像を作成する参照画像作成部２５ａと、参照画像作成部２５ａにより作成された参照画像を記憶する参照画像記憶部２６ａと、撮像ユニット１３から入力される検査画像を検査画像として一時記憶する検査画像記憶部２７ａを備える。第２画像処理回路２０ｂも同様に構成される。

図１０は、図９に示す画像処理回路による画像比較方法の説明図である。走査の順序は、まずＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって経路Ｐ１に沿ってダイ３ａ〜３ｄの領域４ａ〜４ｄを主走査し、１回の主走査により撮像ユニットで撮像できる幅Ｗの分だけＤ２方向に沿って副走査を行い、経路Ｐ１に沿う主走査とは逆の方向に向かって経路Ｐ２に沿ってダイ３ａ〜３ｄ内の領域５ａ〜５ｄの主走査を行う。

経路Ｐ２に沿った走査の後にＤ２方向に沿って副走査を行い、経路Ｐ１に沿った主走査と同じ方向に向かって経路Ｐ３に沿って、ダイ３ａ〜３ｄとは異なる列に属するダイ３ｅ〜３ｈを走査する。経路Ｐ３のＤ２方向位置は、経路Ｐ１に沿う走査で撮像されるダイ３ａ〜３ｄ内の領域４ａ〜４ｄと、経路Ｐ３に沿う走査で撮像するダイ３ｅ〜３ｈ内の領域４ｅ〜４ｈが、同じダイ内位置の領域となるように定められる。
その後、さらに幅Ｗの分だけＤ２方向に沿って副走査を行い、経路Ｐ２に沿う主走査とは同じ方向に向かって経路Ｐ４に沿ってダイ３ｅ〜３ｈ内の領域５ｅ〜５ｈの主走査を行う。

第１画像処理回路２０ａの参照画像生成部２５ａは、経路Ｐ１に沿う走査において得られた領域４ａ〜４ｄの画像を用いて参照画像を作成する。この参照画像は例えば、領域４ａ〜４ｄで撮像された各画像間の平均画像、すなわちこれらの領域４ａ〜４ｄで撮像された各画像間において、画素毎に算出した対応する画素同士の平均値を画素値に有する画像としてよい。参照画像生成部２５ａにより算出された参照画像は、経路Ｐ２に沿う走査の間、参照画像記憶部２６ａに記憶される。
そして経路Ｐ３に沿う走査を行う際に、差分検出部２２は、参照画像記憶部２６ａに記憶された参照画像と、領域４ｅ〜４ｈを撮像して得た撮像画像の各々とを比較することによりグレイレベル差を算出する。

同様に、第２画像処理回路２０ｂにおいても、経路Ｐ２に沿う走査において得られた領域５ａ〜５ｄの画像を用いて参照画像を作成し、経路Ｐ４に沿う走査を行う際に、領域５ｅ〜５ｈを撮像して得た撮像画像の各々をこの参照画像と比較する。

図１１は、本発明の第２実施例による欠陥検査装置のブロック図である。図１１に示す欠陥検査装置もまた、図１を参照して説明した欠陥検査装置１に類似する構成を有しており、同一の構成要素に対して同一の参照符号を付する。また、図１１に示す各構成要素は、図１において同じ参照符号を付して示された各構成要素と同一機能を少なくとも有しており、既に説明した機能については記載の重複を避けるために説明を省略する。
図１１に示す欠陥検査装置１は、図１に示す記憶部２１と同様の機能を果たす記憶部を２つ備えており、それぞれを第１及び第２記憶部２１ａ及び２１ｂと記す。
また欠陥検査装置１は、現在の主走査方向が、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって行われているか、それとも逆方向に向かって行われているかに従って、第１及び第２記憶部２１ａ及び２１ｂのうちいずれの記憶部に撮像ユニット１３から出力される画像を記憶するかを切り替える第２切替部３１を備える。
さらに欠陥検査装置１は、現在の主走査方向が、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって行われているか、それとも逆方向に向かって行われているかに従って、第１及び第２記憶部２１ａ及び２１ｂのうちいずれから参照画像と検査画像を差分検出部２２へ取り出すかを切り替える第３切替部３２を備える。
主走査方向の向きを第２及び第３切替部３１及び３２に指示するために、例えば、欠陥検査装置１の動作を制御するコンピュータ等である制御部９０が、主走査方向の向きを示す信号を第２及び第３切替部３１及び３２に与えることとしてよい。

したがって、撮像ユニット１３から出力される画像を第１記憶部２１ａに記憶するか、それとも第２記憶部２１ｂに記憶するかが、主走査方向の向きに応じて定められる。本例では、主走査方向が、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって行われているとき、撮像ユニット１３から出力される画像を第１記憶部２１ａに記憶され、かつ第１記憶部２１ａから参照画像と検査画像が差分検出部２２へ取り出され、この矢印の向きと逆方向に向かって主走査が行われているとき、撮像ユニット１３から出力される画像を第２記憶部２１ｂに記憶され、かつ第２記憶部２１ｂから参照画像と検査画像が差分検出部２２へ取り出される。

このため第２実施例によっても、上記第１実施例と同様に、ある方向（以下の説明で「順方向」と呼ぶ）に向かって主走査した際に得た参照画像を、この順方向と逆方向に向かって主走査を行っている間保持し、その後に行われる順方向に向かって行う主走査において、検査画像と比較することができる。したがって、図１１に示す欠陥検査装置１も、図７の（Ａ）及び（Ｂ）、図８の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した上記の画像比較方法を実行することができる。

図１２は、本発明の第３実施例による欠陥検査装置のブロック図である。図１２に示す欠陥検査装置もまた、図１を参照して説明した欠陥検査装置１に類似する構成を有しており、同一の構成要素に対して同一の参照符号を付する。また、図１２に示す各構成要素は、図１において同じ参照符号を付して示された各構成要素と同一機能を少なくとも有しており、既に説明した機能については記載の重複を避けるために説明を省略する。
また本実施例における画像処理回路２０は、図９を参照して説明した第１画像処理回路２０ａに設けられた参照画像生成部２５ａと同様の参照画像生成部２５と、第１画像処理回路２０ａに設けられた検査画像記憶部２７ａと同様の検査画像記憶部２７と、第１画像処理回路２０ａに設けられた参照画像記憶部２６ａとそれぞれ同様の機能を果たす２つの第１及び第２参照画像記憶部２６ａ及び２６ｂを備える。

また欠陥検査装置１は、参照画像生成部２５にて作成された参照画像の元となった画像が、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって行われた走査で取得されたか、それとも逆方向に向かって行われた走査で取得されたかに従って、第１及び第２参照画像記憶部２６ａ及び２６ｂのうちいずれの記憶部に、参照画像を記憶するかを切り替える第４切替部３３を備える。
さらに欠陥検査装置１は、現在の主走査方向が、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって行われているか、それとも逆方向に向かって行われているかに従って、第１及び第２参照画像記憶部２６ａ及び２６ｂのうちいずれから参照画像を差分検出部２２へ取り出すかを切り替える第５切替部３４を備える。
主走査方向の向きを第４及び第５切替部３３及び３４に指示するために、例えば、欠陥検査装置１の動作を制御するコンピュータ等である制御部９０が、主走査方向の向きを示す信号をこれら切替部に与えることとしてよい。

したがって、各主走査で得られた画像から生成した参照画像を第１参照画像記憶部２６ａに記憶するか、それとも第２参照画像記憶部２６ｂに記憶するかが、その画像を得た主走査方向の向きに応じて定められる。本例では、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと同じ方向に向かって行われた主走査で得られた画像から作成された参照画像を第１参照画像記憶部２６ａに記憶し、またこの方向と同じ方向で主走査が行われているときは、第１参照画像記憶部２６ａから参照画像が差分検出部２２へ取り出される。
また、図２の（Ａ）のＤ１方向を示す矢印の向きと反対方向に向かって行われた主走査で得られた画像から作成された参照画像を第２参照画像記憶部２６ｂに記憶し、この矢印の向きと反対方向で主走査が行われているときは、第２参照画像記憶部２６ｂから参照画像が差分検出部２２へ取り出される。

このため第３実施例によっても、上記図９に示して説明された画像処理回路２１ａを備える第１実施例と同様に、ある方向（以下の説明で「順方向」と呼ぶ）に向かって主走査した際に得た画像から生成した参照画像を、この順方向と逆方向に向かって主走査を行っている間保持し、その後に行われる順方向に向かって行う主走査において、検査画像と比較することができる。したがって、図１２に示す欠陥検査装置１も図１０を参照して説明した上記の画像比較方法を実行することができる。

本発明は、複数の同一パターンに反復するように試料上に配列された領域を、撮像ユニットによって２次元走査し、相互に同一のパターンが形成された領域を撮像した画像同士を比較することにより、欠陥を検出する画像欠陥検査装置及び画像欠陥検査方法に利用可能である。

従来の欠陥検査装置のブロック図である。 （Ａ）は半導体ウエハ上のダイの配列と走査順序を示す図であり、（Ｂ）はダイトゥダイ比較処理を説明する図である。 エッジダイ処理の説明図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、従来の走査順序の説明図である。 本発明による走査順序の概略説明図である。 本発明の第１実施例による欠陥検査装置のブロック図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例による画像比較方法の第１例の説明図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例による画像比較方法の第２例の説明図である。 画像処理回路の代替実施例を示す図である。 図９に示す画像処理回路による画像比較方法の説明図である。 本発明の第２実施例による欠陥検査装置のブロック図である。 本発明の第３実施例による欠陥検査装置のブロック図である。

符号の説明

１ 欠陥検査装置
２ ウエハ
１３ 撮像ユニット
２０、２０ａ、２０ｂ 画像処理回路
２１、２１ａ、２１ｂ 記憶部
２２、２２ａ、２２ｂ 差分検出部
２３、２３ａ、２３ｂ 検出閾値決定部
２４、２４ａ、２４ｂ 欠陥検出部
３０ 第１切替部
３１ 第２切替部
３２ 第３切替部
３３ 第４切替部
３４ 第５切替部

Claims (10)

1. 複数の同一パターンが第１方向及びこれに直交する第２方向に反復するように試料上に配列された領域を、前記第１方向に沿う方向を主走査方向とし前記第２方向に沿う方向を副走査方向として、撮像ユニットにより２次元走査し、先に走査した領域の撮像画像から得られる参照画像と後に走査される領域の撮像画像である検査画像とを比較し、相違する部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置において、
   前記試料と前記撮像ユニットとを相対移動させる移動機構と、
   連続して行われる２回の主走査が互いに反対方向に行われるように前記移動機構を制御する制御回路と、
   互いに反対方向に行われる主走査で得られる前記参照画像を、方向別に異なる記憶領域に記憶する記憶回路と、
   前記記憶回路から前記参照画像を読み出して前記検査画像と比較する画像処理回路と、を備え、
   前記画像処理回路は、ある主走査で得られる前記検査画像の少なくとも一部を、該主走査の前にこれと同じ方向に向かって行われた他の主走査によって得られた前記参照画像と比較する、ことを特徴とする画像欠陥検査装置。
2. 複数個の前記画像処理回路を備え、
   反対方向に行われる主走査で得られる画像を、方向別に異なる画像処理回路で処理することを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査装置。
3. 前記参照画像が、前記複数の同一パターンのうちの１回の主走査の経路上のいずれかのパターンをこの主走査で撮像した画像であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像欠陥検査装置。
4. 前記参照画像が、前記複数の同一パターンのうち１回の主走査の経路上に並ぶ複数のパターン内を１回の主走査でそれぞれ撮像した画像から生成された画像であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像欠陥検査装置。
5. 前記参照画像の各画素値が、前記複数のパターン内を１回の主走査でそれぞれ撮像した前記画像間の各画素値の平均値となるように、前記参照画像が作成されることを特徴とする請求項４に記載の画像欠陥検査装置。
6. 複数の同一パターンが第１方向及びこれに直交する第２方向に反復するように試料上に配列された領域を、前記第１方向に沿う方向を主走査方向とし前記第２方向に沿う方向を副走査方向として、所定の撮像ユニットにより２次元走査し、先に走査した領域の撮像画像から得られる参照画像と後に走査される領域の撮像画像である検査画像とを比較し、相違する部分を欠陥として検出する画像欠陥検査方法において、
   連続して行われる２回の主走査が互いに反対方向に行われるように前記試料と前記撮像ユニットとを相対移動させ、
   互いに反対方向に行われる主走査で得られる前記参照画像が異なる記憶領域に記憶されるように、前記参照画像を所定の記憶回路に記憶し、
   ある主走査で得られる前記検査画像の少なくとも一部を、該主走査の前にこれと同じ方向に向かって行われた他の主走査によって得られて前記記憶回路に記憶された前記参照画像と比較する、ことを特徴とする画像欠陥検査方法。
7. 反対方向に行われる主走査で得られる画像を、方向別に異なる画像処理回路で処理することを特徴とする請求項６に記載の画像欠陥検査方法。
8. 前記参照画像が、前記複数の同一パターンのうちの１回の主走査の経路上のいずれかのパターンをこの主走査で撮像した画像であることを特徴とする請求項６又は７に記載の画像欠陥検査方法。
9. 前記参照画像が、前記複数の同一パターンのうち１回の主走査の経路上に並ぶ複数のパターン内を１回の主走査でそれぞれ撮像した画像から生成された画像であることを特徴とする請求項６又は７に記載の画像欠陥検査方法。
10. 前記参照画像の各画素値が、前記複数のパターン内を１回の主走査でそれぞれ撮像した前記画像間の各画素値の平均値となるように、前記参照画像を作成することを特徴とする請求項９に記載の画像欠陥検査方法。

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