JP2016057068A - パターン欠陥検査装置及びパターン欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】疑似欠陥の検出を抑制したパターンの欠陥検査を自動で行い得るようにする。
【解決手段】パターンを撮影する撮像装置１と、撮像装置１で撮影された検査画像の欠陥を検出するために、該検査画像と比較される比較画像のパターンエッジからの距離に応じて該比較画像を複数の領域に区分けし、検査画像の輝度値と比較画像の輝度値との差分出力から欠陥を検出するための欠陥検出閾値を上記領域毎に変化させ得るようにした画像処理装置２と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、パターンの欠陥を検査するためのパターン欠陥検査装置に関し、特に疑似欠陥の検出を抑制したパターンの欠陥検査を自動で行い得るようにするパターン欠陥検査装置及びパターン欠陥検査方法に係るものである。

各種パターンの輝度比較検査による欠陥検出画像処理においては、パターンエッジ部のような画像の輝度変化が大きい領域では、検査画像と比較画像との微小な位置ずれや寸法誤差等に起因する疑似欠陥が多発していた。

従来のパターン欠陥検査装置は、上記疑似欠陥の検出量を低減するために、基板の表面画像を取得する一方、該取得画像に対応するレイアウトデータを取得して両画像を重ね合せ、該重ね合せ画像に基づいて欠陥検査領域を設定し、該設定された欠陥検査領域に基づいて検査画像を取得し、該検査画像と基準画像（比較画像）とを比較し、両画像の差異に基づいて欠陥を検出するものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１４７１７号公報

しかし、このような従来のパターン欠陥検査装置においては、欠陥検査領域の設定及び領域毎の欠陥検出感度の設定は、表示部に表示された上記重ね合せ画像に対してユーザが手動で行うものであったため、欠陥検査が煩雑なものとなっていた。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、疑似欠陥の検出を抑制したパターンの欠陥検査を自動で行い得るようにするパターン欠陥検査装置及びパターン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、本発明によるパターン欠陥検査装置は、パターンを撮影する撮像装置と、前記撮像装置で撮影された検査画像の欠陥を検出するために、該検査画像と比較される比較画像のパターンエッジからの距離に応じて該比較画像を複数の領域に区分けし、前記検査画像の輝度値と前記比較画像の輝度値との差分出力から欠陥を検出するための欠陥検出閾値を前記領域毎に変化させ得るようにした画像処理装置と、を備えたものである。

また、本発明によるパターン欠陥検査方法は、撮像装置で撮影された検査画像の欠陥を検出するために、該検査画像と比較される比較画像のパターンエッジからの距離に応じて、該比較画像を複数の領域に区分けする第１ステップと、前記検査画像の輝度値と前記比較画像の輝度値とを比較して、その差分出力を得る第２ステップと、前記差分出力から欠陥を検出するための欠陥検出閾値を前記領域毎に変化させて、前記検査画像に欠陥を検出する第３ステップと、を行うものである。

本発明によれば、パターンエッジからの距離に応じて複数の領域に区分けし、欠陥検出閾値を上記領域毎に自動的に切替えて変化させることができる。したがって、例えば、パターンエッジ近傍領域の欠陥検出閾値の絶対値を他よりも大きくなるように自動設定することができる。これにより、パターンエッジで多発する製品の製造歩留りや品質に影響しない疑似欠陥の検出を抑制することができ、真の欠陥のみを検出することができる。それ故、欠陥検出精度を向上することができる。

本発明によるパターン欠陥検査装置の一実施形態を示すブロック図である。 検査画像と比較画像の一例を示す図である。 ２値画像に対する距離変換方法を説明する図であり、（ａ）は２値画像を示し、（ｂ）は（ａ）に対するラスタ走査による距離変換結果を示し、（ｃ）は（ｂ）に対する逆ラスタ走査による距離変換結果を示す。 本発明によるパターン欠陥検査方法を説明するフォローチャートである。 本発明によるパターン欠陥検査方法における検査過程で生成される画像を例示する説明図である。 ２値変換により生成される２値画像の一例を示す説明図であり、（ａ）は２値画像、（ｂ）は反転２値画像を示す。 距離変換により生成される距離変換画像の一例を示す説明図であり、（ａ）は図６（ａ）の２値画像の距離変換画像であり、（ｂ）は図６（ｂ）の反転２値画像の距離変換画像を示す。 図７（ａ），（ｂ）の距離変換画像の合成画像である。 検査画像と比較画像との差分出力を示す説明図であり、（ａ）は比較画像の輝度変化を示し、（ｂ）は検査画像の輝度変化を示し、（ｃ）は両者の差分出力を示す。 欠陥検出について示す説明図であり、（ａ）は一般的な欠陥検出を示し、（ｂ）は本発明による欠陥検出を示す。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるパターン欠陥検査装置の一実施形態を示すブロック図である。このパターン欠陥検査装置は、パターンの欠陥を検出するためのもので、撮像装置１と、画像処理装置２と、を備えて構成されている。

上記撮像装置１は、基板上を撮影して基板に形成されたパターンの像を取得するもので、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元撮像カメラである。なお、撮像装置１は、ラインＣＣＤ等の１次元撮像カメラでもよいが、本実施形態においては、撮像装置１が２次元撮像カメラの場合について説明する。

上記撮像装置１に電気的に接続して画像処理装置２が設けられている。この画像処理装置２は、撮像装置１で撮影された図２（ａ）に示すような検査画像３に存在する欠陥を検出するために、該検査画像３と比較される図２（ｂ）に示すような比較画像４のパターンエッジからの距離に応じて該比較画像４を複数の領域に区分けし、検査画像３の輝度値（電圧値に相当）と比較画像４の輝度値（電圧値に相当）との差分出力から白欠陥を検出するための白欠陥検出閾値、及び黒欠陥を検出するための黒欠陥検出閾値を上記領域毎に自動的に切替えて変化させ得るようにしたもので、メモリ５と、２値変換部６と、距離変換部７と、領域分け部８と、比較検査部９と、を備えて構成されている。

ここで、上記メモリ５は、上記検査画像３と同じパターン形状を有し、ＣＡＤデータを基に作成されたグレー画像又は撮像装置１で撮影される上記検査画像３とは別の画像であり、予め選択されたゴールデンパターン（欠陥の無いパターン）のグレー画像を比較画像４として保存するもので、例えば半導体メモリである。

上記メモリ５に電気的に接続して２値変換部６が設けられている。この２値変換部６は、グレー画像の比較画像４からモノクロ画像を得るもので、メモリ５から読み出した比較画像４の画素値が予め定められた閾値以上の時、その画素値を「１」とし、それ以外の画素値を「０」にする変換を行うものである。「０」と「１」とを逆に割り当ててもよい。

上記２値変換部６に電気的に接続して距離変換部７が設けられている。この距離変換部７は、上記２値変換部６で得られた２値画像の「１」の画素の画素値を、その画素から最も近い「０」の画素までの距離に置換える変換をするものである。詳細には、左から右へ画素を一個ずつ、そして上から下へ、一行ずつずらすラスタ走査をし、次のように画素値を更新する。

現在の画素の画素値をＩ（ｘ，ｙ）とすると、Ｉ（ｘ，ｙ）＝０であればＩ（ｘ，ｙ）＝０のままとする。
また、Ｉ（ｘ，ｙ）≠０であれば現在の画素の画素値に対して
左の画素値＋１：Ｉ（ｘ−１，ｙ）＋１
上の画素値＋１：Ｉ（ｘ，ｙ−１）＋１
左斜め上の画素値＋２：Ｉ（ｘ−１，ｙ−１）＋２
の内の最小の値を現在の画素値とする。
Ｉ（ｘ，ｙ）＝
ｍｉｎ｛Ｉ（ｘ−１，ｙ）＋１，Ｉ（ｘ，ｙ−１）＋１，Ｉ（ｘ−１，ｙ−１）＋２｝

次に、上記と同じ処理であるが、順番は上記と逆で、右から左へ画素を一個ずつ、そして下から上へ、一行ずつずらす逆ラスタ走査をし、次のように画素値を更新する。

現在の画素値がＩ（ｘ，ｙ）＝０であればＩ（ｘ，ｙ）＝０のままとする。
また、Ｉ（ｘ，ｙ）≠０であれば現在の画素の画素値に対して
現在の画素値：Ｉ（ｘ，ｙ）
右の画素値＋１：Ｉ（ｘ＋１，ｙ）＋１
下の画素値＋１：Ｉ（ｘ，ｙ＋１）＋１
右斜め下の画素値＋２：Ｉ（ｘ＋１，ｙ＋１）＋２
の内の最小の値を現在の画素値とする。
Ｉ（ｘ，ｙ）＝
ｍｉｎ｛Ｉ（ｘ，ｙ），Ｉ（ｘ＋１，ｙ）＋１，Ｉ（ｘ，ｙ＋１）＋１，Ｉ（ｘ＋１，ｙ＋１）＋２｝

図３は、２値画像に対する距離変換方法を説明する図であり、（ａ）は２値画像１０を示し、（ｂ）は（ａ）に対するラスタ走査による距離変換結果を示し、（ｃ）は（ｂ）に対する逆ラスタ走査による距離変換結果を示す。図３（ｂ）に示すように、ラスタ走査による距離変換では、パターンの右下側に誤った画素値が多く見られる。しかしながら、図３（ｂ）の距離変換結果に対して、さらに逆ラスタ走査をして距離変換を行うと、図３（ｃ）に示すように、パターンエッジからの距離が遠くなるにしたがって画素値が大きくなり、パターンエッジからの距離に応じた正しい画素値が得られることが分かる。

上記距離変換部７に電気的に接続して領域分け部８が設けられている。この領域分け部８は、比較画像４のパターンエッジからの距離に応じて該比較画像４を複数の領域に区分けするものであり、図３（ｃ）に示すように、上記距離変換部７で得られた距離変換画像１１の画素値に基づいて比較画像４を領域分けする。即ち、距離変換の結果得られた画素値「１」の領域を第１の領域１２とし、画素値「２」の領域を第２の領域１３とし、画素値「３」の領域を第３の領域１４として領域分けする。

さらに、上記領域分け部８は、領域分けされた各領域に対応する画素に対して白欠陥を検出するための白欠陥検出閾値、及び黒欠陥を検出するための黒欠陥検出閾値を自動設定する。詳細には、上記白欠陥検出閾値及び黒欠陥検出閾値の絶対値Ｔを、第１の領域１２がＴ_１、第２の領域１３がＴ_２、第３の領域１４がＴ_３（Ｔ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３）となるように予め決定しておけば、比較画像４のパターンエッジに近い第１の領域１２程、欠陥検出閾値の絶対値Ｔが大きくなるように自動的に設定することができる。この場合、比較画像４のパターンエッジに近い第１の領域１２程、欠陥検出閾値の絶対値Ｔが大きくなるため、パターンエッジで多発する疑似欠陥の検出を抑制することができる。

又は、閾値は一定として、比較画像４のパターンエッジに近い第１の領域１２程、欠陥検出感度を下げてもよい。例えば、第１の領域１２の検出感度係数を“０”に、第２の領域１３の検出感度係数を“０．５”に、第３の領域１４の検出感度係数を“１”に設定し、領域毎に、検出感度に上記各係数を乗算させるようにすると、各領域の欠陥検出感度を自動設定することができる。この場合も、比較画像４のパターンエッジに近い第１の領域１２の欠陥検出感度がゼロとなるため、パターンエッジで多発する疑似欠陥の検出を抑えることができる。

なお、上記のように、比較画像４のパターンエッジに近い第１の領域１２の白欠陥検出閾値及び黒欠陥検出閾値の絶対値を他の領域に比べて大きくすることと、同領域の白欠陥及び黒欠陥の検出感度を他の領域に比べて低下させることとは等価であるため、「欠陥検出閾値を領域毎に変化させる」ということには、「欠陥検出感度を領域毎に変化させる」ことも含まれる。

上記撮像装置１、メモリ５及び領域分け部８に接続して比較検査部９が設けられている。この比較検査部９は、撮像装置１で撮影された検査画像３とメモリ５に保存された比較画像４とを重ね合せて、両画像の互いに対応する各画素の輝度値（電圧値）を比較し、画素毎にその差分を出力すると共に、その出力をさらに上記領域分け部８から入力する各領域に対応する画素毎の白欠陥検出閾値及び黒欠陥検出閾値と比較するものである。これにより、画素毎に白欠陥検出閾値を上回って得られた出力、又は黒欠陥検出閾値を下回って得られた出力からパターン欠陥を検出することができる。

次に、このように構成されたパターン欠陥検査装置を使用するパターン欠陥検査方法について、図４のフォローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップＳ１においては、ＣＡＤデータを基に作成され、又は撮像装置１により撮影して取得され、メモリ５に保存された図５（ａ）に示すようなグレー画像の比較画像４をメモリ５から２値変換部６に読み出す。なお、図５の下段に示す図は、上段に示す画像のＢ−Ｂ線に沿った輝度変化（電圧変化に相当）を示すものである。

次に、ステップＳ２においては、２値変換部６で上記グレー画像の比較画像４を２値変換して図５（ｂ）に示すようなモノクロ画像（２値画像１０）を得る。詳細には、比較画像４の画素値が予め定められた閾値以上の時、その画素値を「１」とし、それ以外の画素値を「０」にする変換を行う。この場合、白に対応する画素の画素値を「１」に、また黒に対応する画素の画素値を「０」に割り当てると、図５（ｂ）の領域Ａの２値画像１０は、図６（ａ）のようになる。

同様にして、領域Ａの２値画像１０の反転画像を得る。この場合は、上述と反対に、白に対応する画素の画素値を「０」に、また黒に対応する画素の画素値を「１」に割り当てる。これにより、図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）に示す２値画像１０の「０」と「１」とが入れ替わった反転２値画像１０′が得られる。

続いて、ステップＳ３においては、２値変換部６から入力する２値画像１０及び反転２位画像１０′に対して、距離変換部７で距離変換処理が行われ、図５（ｃ）に示すような距離変換画像１１が得られる。詳細には、図３で説明したように、２値画像１０及び反転２位画像１０′に対してラスタ走査及び逆ラスタ走査による距離変換処理が実施される。

例えば、領域Ａに注目すると、図６（ａ）に示す２値画像１０に対する距離変換の結果は、図７（ａ）に示すものとなる。また、図６（ｂ）に示す反転２値画像１０′に対する距離変換結果は、図７（ｂ）に示すものとなる。このようにして得られた図７（ａ），（ｂ）の距離変換画像１１を合成することにより図８に示す距離変換画像１１が得られる。図８から分かるように、白で示すパターンのエッジ（白と黒の境界）から離れるに従って画素値が大きくなっている。

次いで、ステップＳ４においては、距離変換部７から入力する距離変換画像１１に基づいて領域分け部８でパターンエッジからの距離に応じて領域分けが実施される。即ち、図８に示す距離変換画像１１において、画素値が「１」の領域を第１の領域１２として設定し、画素値が「２」の領域を第２の領域１３として設定し、画素値が「３」の領域を第３の領域１４として設定する。この場合、例えば比較画像４における最大輝度値に対して、第３の領域１４の輝度を１００％に、第２の領域１３の輝度を５０％に、第１の領域１２の輝度を０％に設定すると、図５（ｄ）に示すような領域分け画像１５が得られる。

さらに、ステップＳ５においては、上記領域分け部８で領域毎に値の異なる欠陥検出閾値±Ｔ_ｘが自動設定される。詳細には、領域分けされた各領域に対応する画素に対して白欠陥を検出するための白欠陥検出閾値、及び黒欠陥を検出するための黒欠陥検出閾値が自動設定される。より詳細には、上記白欠陥検出閾値及び黒欠陥検出閾値の絶対値Ｔが、第１の領域１２内の画素に対してＴ_１、第２の領域１３内の画素に対してＴ_２、第３の領域１４内の画素に対してＴ_３（Ｔ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３）となるように設定される。

また、ステップＳ６においては、撮像装置１で撮影された検査画像３の輝度値（電圧値）とメモリ５から読み出した比較画像４の輝度値（電圧値）とが比較検査部９で比較され、その差分出力Ｅが得られる。詳細には、検査画像３と比較画像４とが重ね合わされた状態で、比較画像４の各画素の輝度値（電圧値）と、該比較画像４の各画素に対応して位置する検査画像３の画素の輝度値（電圧値）とが減算処理される。

より詳細には、例えば比較画像４の任意の位置の横一列に並んだ画素の輝度変化が図９（ａ）に示すものであり、比較画像４の上記位置に対応して検査画像３の横一列に並んだ画素の輝度変化が図９（ｂ）に示すものである場合に、両輝度値の減算処理結果は、図９（ｃ）に示すものとなる。図９（ｂ）は、検査画像３のパターン内部に黒欠陥が存在し、背景の中央部に白欠陥が存在し、パターンエッジの一部に位置ずれや寸法誤差が存在する場合を例示している。したがって、比較画像４と検査画像３の差分出力Ｅ（差異）には、図９（ｃ）に示すように、パターン内部に相当する第３の領域１４に黒欠陥が検出され、背景の中央部に相当する第３の領域１４に白欠陥が検出される。また、パターンエッジ近傍の第１の領域１２には、パターンの位置ずれや寸法誤差に起因する疑似欠陥が検出される。

ステップＳ７においては、比較検査部９で各領域の差分出力Ｅが領域毎に設定された値の異なる欠陥検出閾値＋Ｔ_ｘ以上であるか（＋Ｔ_ｘ≦Ｅ）、又はそれ以下であるか（−Ｔ_ｘ≧Ｅ）否かが判定される。詳細には、比較画像４及び検査画像３の第１の領域１２に位置する画素の輝度値の差分出力Ｅが白欠陥検出閾値＋Ｔ_１以上であるか（＋Ｔ_１≦Ｅ）、又は黒欠陥検出閾値−Ｔ_１以下であるか（−Ｔ_１≧Ｅ）否かが判定される。また、同様に、第２の領域１３に位置する画素の輝度値の差分出力Ｅが白欠陥検出閾値＋Ｔ_２以上であるか（＋Ｔ_２≦Ｅ）、又は黒欠陥検出閾値−Ｔ_２以下であるか（−Ｔ_２≧Ｅ）否かが判定される。さらに、第３の領域１４に位置する画素の輝度値の差分出力Ｅについても、それが白欠陥検出閾値＋Ｔ_３以上であるか（＋Ｔ_３≦Ｅ）、又は黒欠陥検出閾値−Ｔ_３以下であるか（−Ｔ_３≧Ｅ）否かが判定される。

ステップＳ７において、＋Ｔ_ｘ≦Ｅ又は−Ｔ_ｘ≧Ｅであると判定（“ＹＥＳ”判定）されると、ステップＳ８に進んで、パターン欠陥が有りと判定される。一方、上記欠陥検出判定基準に該当しない場合には、ステップＳ７は、“ＮＯ”判定となってステップＳ９に進み、パターン欠陥は存在しないと判定される。

通常、各画素に設定される欠陥検出閾値は、同じ値である。例えば、図１０（ａ）に示すように、欠陥検出閾値が±Ｔ_３である場合には、パターン内部の黒欠陥及び背景中央部の白欠陥のみならず、製品の製造歩留りや品質に影響しないパターンの僅かな位置ずれや寸法誤差等に起因する疑似欠陥に相当する差分出力Ｅが欠陥検出閾値＋Ｔ_３以上（＋Ｔ_３≦Ｅ）、又は−Ｔ_３以下（−Ｔ_３≧Ｅ）となって、上記疑似欠陥までもが欠陥として検出されてしまうおそれがある。この場合、疑似欠陥の検出を抑えるために、欠陥検出閾値の絶対値を大きく設定すると、真の微小欠陥の検出ができなくなるおそれがある。

しかしながら、本発明においては、前述したように各画素に設定される欠陥検出閾値の絶対値Ｔは、パターンエッジに近い領域（第１の領域１２）程大きくなるように設定されている（Ｔ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３）。したがって、図１０（ｂ）に示すように、パターン内部（第３の領域１４）の黒欠陥に相当する差分出力Ｅは、黒欠陥検出閾値−Ｔ_３以下（−Ｔ_３≧Ｅ）となって黒欠陥として検出され、背景中央部（第３の領域１４）の白欠陥に相当する差分出力Ｅは、白欠陥検出閾値＋Ｔ_３以上（＋Ｔ_３≦Ｅ）となって白欠陥として検出される。しかし、パターンエッジに近い領域（第１の領域１２）の疑似欠陥に相当する差分出力Ｅは、当該領域に設定された白欠陥検出閾値＋Ｔ_１を下回り（＋Ｔ_１＞Ｅ）、又は黒欠陥検出閾値−Ｔ_１を上回ることになり（−Ｔ_１＜Ｅ）、上記疑似欠陥は検出されない。

このように、本発明によれば、パターンエッジで多発する疑似欠陥の検出を抑制して、真の欠陥のみを検出することができ、欠陥検出精度を向上することができる。

なお、上記実施形態においては、パターンエッジからの距離に応じて３領域に領域分けする場合について述べたが、本発明はこれに限られず、より多くの領域に領域分けしてもよい。

また、上記実施形態においては、白欠陥及び黒欠陥の両方を検出する場合ついて述べたが、白欠陥又は黒欠陥のいずれか一方を検出するものであってもよい。

１…撮像装置
２…画像処理装置
３…検査画像
４…比較画像
１０…２値画像
１２…第１の領域
１３…第２の領域
１４…第３の領域

Claims (8)

1. パターンを撮影する撮像装置と、
   前記撮像装置で撮影された検査画像の欠陥を検出するために、該検査画像と比較される比較画像のパターンエッジからの距離に応じて該比較画像を複数の領域に区分けし、前記検査画像の輝度値と前記比較画像の輝度値との差分出力から欠陥を検出するための欠陥検出閾値を前記領域毎に変化させ得るようにした画像処理装置と、
   を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
2. 前記複数領域の区分けは、前記比較画像を２値化処理して得られた２値画像を距離変換して行われることを特徴とする請求項１記載のパターン欠陥検査装置。
3. 前記欠陥検出閾値の絶対値は、前記複数の領域のうち、前記比較画像のパターンエッジに近い領域程大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン欠陥検査装置。
4. 前記比較画像は、ＣＡＤデータを基に作成された画像又は前記撮像装置で撮影される前記検査画像とは別の画像であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン欠陥検査装置。
5. 撮像装置で撮影された検査画像の欠陥を検出するために、該検査画像と比較される比較画像のパターンエッジからの距離に応じて、該比較画像を複数の領域に区分けする第１ステップと、
   前記検査画像の輝度値と前記比較画像の輝度値とを比較して、その差分出力を得る第２ステップと、
   前記差分出力から欠陥を検出するための欠陥検出閾値を前記領域毎に変化させて、前記検査画像に欠陥を検出する第３ステップと、
   を行うことを特徴とするパターン欠陥検査方法。
6. 前記第１ステップにおいて、前記複数領域の区分けは、前記比較画像を２値化処理して得られた２値画像を距離変換して行われることを特徴とする請求項５記載のパターン欠陥検査方法。
7. 前記第３ステップは、前記欠陥検出閾値の絶対値を前記複数の領域のうち、前記比較画像のパターンエッジに近い領域程大きくなるように設定して行われることを特徴とする請求項５又は６記載のパターン欠陥検査方法。
8. 前記比較画像は、ＣＡＤデータを基に作成された画像又は前記撮像装置で撮影される前記検査画像とは別の画像であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のパターン欠陥検査方法。