JP3604956B2 - 微細欠陥検査装置およびその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハや位相シフタ付レチクルやＴＦＴ基板等のように、繰り返しパターンを有する被検査対象基板を対象とし、その対象基板上の極微小な異物やパターン欠陥等の極微細な欠陥を検査する微細欠陥検査装置およびその方法並びに位置ずれ算出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
繰り返しパターンの欠陥検査方法に関する従来技術としては、特開平５−２６４４６７号公報（従来技術１）、特開平５−６９２８号公報（従来技術２）、および特開平１０−７４８１２号公報（従来技術３）において知られている。これら従来技術１、２、３には、取り込み画像と、繰り返しパターンピッチ分遅延させた画像の位置ずれを検出し、位置ずれを補正して、繰り返しパターンの欠陥を検査することが記載されている。特に、従来技術２には、同一パターンとなるように形成された２つの画像を検出し、位置合わせをして比較し、これら画像の不一致となる箇所を欠陥と判定するパターンの検査において、定められた時間毎にこれら画像の位置ずれ量を検出し、これら画像の位置ずれ補正を前回までの画像の位置ずれ量に従属させることが記載されている。また、従来技術３には、繰り返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰り返される被検査パターンの統計画像信号を生成し、この生成された統計画像信号を基準画像信号として上記検出された画像信号と位置合わせして比較することによって被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出する被検査パターンの検査方法、および繰り返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰り返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、上記検出された繰り返される被検査パターンの画像信号同士を位置合わせして比較して得られる差画像に対して上記生成された統計情報に基いて得られる判定基準に基いて判定処理をして被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出する被検査パターンの検査方法が記載されている。更に従来技術３には電子線画像を用いて被検査パターンを検査することも記載されている。
【０００３】
また、紫外光を用いた画像検出システムに関する従来技術としては、特開平１０−１７７１３９号公報（従来技術４）において知られている。この従来技術４には、有効波長が広帯域に及ぶ紫外から遠紫外にわたるスペクトルの長軸並びに横軸方向と色収差等の各収差に関して第一次及び高次の補正機構を具備し、更に同スペクトル帯での画像歪と、或いは色収差による色彩の変調をもたらす収差に対して、高次補正を提供する複数のレンズ群からなるフォーカスレンズ群と、少なくとも２つの互いに異なる屈折特性を有するフィールドレンズ群と、更にカタディオプトリック群とを有する反射屈折両特性原理を用いた広帯域紫外線画像システムが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
配線パターンの断線やショート等の欠陥を検出するためには、検査対象となるパターンの画像を検出しなければならない。しかし、半導体デバイス等の配線パターンは、微細化の傾向にあり、可視光を用いた光学顕微鏡では、解像度が不足し、微細なパターンを解像することは困難となり、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いる必要が生じる。
しかしながら、上記従来技術４においては、パターンが存在する被検査対象基板上に発生する極微細なパターンの欠陥や異物を高解像度で、かつ高分解能で検出できるようにする点について考慮されていない。
また、上記従来技術１、２、３のいずれにも、遠紫外光を用いた光学顕微鏡において高解像度を有する画像信号を検出することができるようにした点について考慮されていない。
【０００５】
更に、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いる場合には、画素寸法のサイズを小さくして画像信号を検出する必要が生じ、その際位置ずれ検出および位置ずれ補正する探索範囲の画素数が増大することになって、位置ずれ検出および位置ずれ補正等の画像処理を行う回路規模が増大することになると共に位置ずれ検出等に要する画像処理時間が長くなることになる。
しかしながら、上記従来技術１、２、３のいずれにも、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いる場合において、位置ずれ検出および位置ずれ補正等の画像処理を行う回路規模を小さくし、しかも位置ずれ検出等に要する画像処理時間を短縮しようとする点について考慮されていない。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて検出される画像信号に対して画素数において増大する探索範囲において位置ずれ検出や位置ずれ補正等の画像処理を行えるようにして極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査できるようにした微細欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて検出される画像信号に対して位置ずれ検出や位置ずれ補正等の画像処理を回路規模を増大させることなく高速に行えるようにして高スループットで、極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査できるようにした微細欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明のさらに他の目的は、遠紫外光を用いた光学顕微鏡から高解像度で高分解能を有する画像信号を高速に検出できるようにして、極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で、しかも高速に検査できるようにした微細欠陥検査装置およびその方法を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、画素数において増大する探索範囲において位置ずれ検出を位置ずれ検出用の回路を用いて実現できるようにした位置ずれ算出回路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出する画像信号検出部と、該画像信号検出部から検出される画像信号をＡ／Ｄ変換して検出画像データを出力するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部から出力される検出画像データの比較対象となる参照画像データを出力する参照画像出力部（遅延回路部）と、前記Ａ／Ｄ変換部から入力される検出画像データと前記参照画像出力部から入力される参照画像データとの間において位置ずれ検出を±４画素以上の探索範囲で行って両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データとを位置ずれ補正する位置ずれ補正回路とを備えて構成した位置ずれ検出・補正回路部と、該位置ずれ検出・補正回路部で位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較してその差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を備え、欠陥候補点に関する情報を出力する比較回路部とを備えたことを特徴とする微細欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、更に、前記比較回路部から入力された欠陥候補点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点から真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出する画像信号検出部と、該画像信号検出部から検出される画像信号をＡ／Ｄ変換して検出画像データを出力するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部から出力される検出画像データの比較対象となる参照画像データを出力する参照画像出力部（遅延回路部）と、前記Ａ／Ｄ変換部から入力される検出画像データと前記参照画像出力部から入力される参照画像データとの間において位置ずれ検出を±４画素以上の探索範囲で行って両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データとを位置ずれ補正する位置ずれ補正回路とを備えて構成した位置ずれ検出・補正回路部と、該位置ずれ検出・補正回路部で位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較してその差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を備え、欠陥候補点に関する情報および少なくとも位置ずれ補正された検出画像データを出力する比較回路部とを備えたことを特徴とする微細欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、更に前記比較回路部から入力された欠陥候補点に関する情報を基いて前記位置ずれ補正された検出画像データについて詳細解析して欠陥候補点から真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における位置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ検出回路を、複数個カスケード接続して構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における位置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ検出回路において、両画像データの間の位置ずれ量をテンプレートマッチングによって算出するように構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における位置ずれ検出・位置補正回路部の位置ずれ検出回路において、前記入力される検出画像データおよび前記入力される参照画像データについて前記画像信号検出部で検出される画像信号において生じる画像の歪みを無視できる程度以下の小さな領域単位で切り出し、これら切り出された検出画像データと参照画像データの間において位置ずれ量を算出するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における位置ずれ検出・補正回路部の位置ずれ補正回路において、前記位置ずれ検出回路から算出された小さな領域単位での位置ずれ量に基いて前記切り出された検出画像データと参照画像データの間においてほぼ前記小さな領域単位あるいはそれ以下の寸法を有する領域単位で位置ずれ補正するように構成したことを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における画像信号検出部は、被被検査対象基板に対して４００ｎｍ以下のＤＵＶ光を照射する照射光学系と、前記被被検査対象基板からの反射光を受光して画像信号に変換する検出光学系とを備えて構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における画像信号検出部の検出光学系において、受光するイメージセンサとしてＴＤＩイメージセンサで形成することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出し、この検出する画像信号を多チャンネルで並列出力する画像信号検出部と、該画像信号検出部から並列入力される多チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャンネルの参照画像データを並列出力する遅延回路部と、前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出画像データと前記遅延回路部から並列入力される多チャンネルの参照画像データとに基いて両画像データの間の位置ずれ検出および位置ずれ補正の画像処理を複数チャンネル単位で多チャンネルに亘って並列処理するように構成した第１の画像処理回路部と、該第１の画像処理回路部から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較して欠陥候補点に関する情報を抽出する比較画像処理を多チャンネルに亘って並列処理するように構成した第２の画像処理回路部とを備えたことを特徴とする微細欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における第１および第２の画像処理回路部を、複数枚からなる複数チャンネル単位の基板の各々に、位置ずれ検出および位置ずれ補正の画像処理を行う第１のＬＳＩと、比較画像処理を行う第２のＬＳＩとを実装して構成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出し、この検出する画像信号を多チャンネルで並列出力する画像信号検出部と、該画像信号検出部から並列入力される多チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部から並列出力される多チャンネルの検出画像データの比較対象となる多チャンネルの参照画像データを並列出力する参照画像出力部と、前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出画像データと前記参照画像出力部から並列入力される多チャンネルの参照画像データとに基いて複数チャンネル単位での両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された複数チャンネル単位での位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データとを複数チャンネル単位で位置ずれ補正を行う位置ずれ補正回路との組を複数並設し、これら並設された複数の組の回路で複数チャンネル単位での位置ずれ検出および位置ずれ補正を多チャンネルに亘って並列処理するように構成した位置ずれ検出・補正回路部と、該位置ずれ検出・補正回路部における各位置ずれ補正回路から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較してその差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を複数並設し、これら並設された複数の比較回路から複数チャンネル単位での欠陥候補点に関する情報を多チャンネルに亘って出力するように構成した比較回路部とを備えたことを特徴とする微細欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、更に、前記比較回路部から入力される多チャンネルに亘った欠陥候補点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点から真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出し、この検出する画像信号を多チャンネルで並列出力する画像信号検出部と、該画像信号検出部から並列入力される多チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャンネルの参照画像データを並列出力する遅延回路部と、前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出画像データと前記遅延回路部から並列入力される多チャンネルの参照画像データとに基いて複数チャンネル単位での両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された複数チャンネル単位での位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データとを複数チャンネル単位で位置ずれ補正を行う位置ずれ補正回路との組を複数設け、これら設けられた複数の組の回路で複数チャンネル単位での位置ずれ検出および位置ずれ補正を多チャンネルに亘って並列処理するように構成した位置ずれ検出・補正回路部と、該位置ずれ検出・補正回路部における各位置ずれ補正回路から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較してその差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を複数設け、これら設けられた複数の比較回路から複数チャンネル単位での欠陥候補点に関する情報を多チャンネルに亘って出力するように構成した比較回路部とを備えたことを特徴とする微細欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、前記比較回路部から入力される多チャンネルに亘った欠陥候補点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点から真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出し、この検出する画像信号を多チャンネルで並列出力する画像信号検出部と、該画像信号検出部から並列入力される多チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データを並列出力するＡ／Ｄ変換部と、該Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャンネルの参照画像データを並列出力する遅延回路部と、前記Ａ／Ｄ変換部から並列入力される多チャンネルの検出画像データと前記遅延回路部から並列入力される多チャンネルの参照画像データとに基いて複数チャンネル単位での両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された複数チャンネル単位での位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データとを複数チャンネル単位で位置ずれ補正を行う位置ずれ補正回路との組を複数設け、これら設けられた複数の組の回路で複数チャンネル単位での位置ずれ検出および位置ずれ補正を多チャンネルに亘って並列処理するように構成した位置ずれ検出・補正回路部と、該位置ずれ検出・補正回路部における各位置ずれ補正回路から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較してその差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を複数設け、これら設けられた複数の比較回路から複数チャンネル単位での欠陥候補点に関する情報および複数チャンネル単位での少なくとも位置ずれ補正された検出画像データを多チャンネルに亘って出力するように構成した比較回路部とを備えたことを特徴とする微細欠陥検査装置である。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、前記比較回路部から入力される多チャンネルに亘った欠陥候補点に関する情報に基いて前記多チャンネルに亘った位置ずれ補正された検出画像データについて詳細解析して欠陥候補点から真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定部とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、位置ずれ検出・補正回路部における複数チャンネル対応に設けられた位置ずれ検出回路と位置ずれ補正回路との組の各々をＬＳＩで構成し、前記比較回路部における複数チャンネル対応に設けられた比較回路の各々をＬＳＩで構成することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置において、位置ずれ検出・補正回路部における複数チャンネル対応に設けられた位置ずれ検出回路と位置ずれ補正回路との組の各々を第１の画像処理回路で構成し、前記比較回路部における複数チャンネル対応に設けられた比較回路の各々を第２の画像処理回路で構成し、前記第１および第２の画像処理回路を、複数チャンネルの画像データを並べ替えて１チャンネルの画像データに合成する合成部と該合成部で合成された１チャンネルの画像データに対して複数倍の処理速度で画像処理する画像処理回路部と該画像処理回路部で画像処理された１チャンネルの画像データを並び替えて複数チャンネルの画像データに戻す分離部とを有するように構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における位置ずれ検出・補正回路部および比較回路部を、複数枚からなる複数チャンネル単位の基板の各々に、位置ずれ検出回路と位置ずれ補正回路との組を構成する第１のＬＳＩと、比較回路を構成する第２のＬＳＩとを実装して構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における第１および第２のＬＳＩを、複数チャンネルの画像データを並べ替えて１チャンネルの画像データに合成する合成部と、該合成部で合成された１チャンネルの画像データに対して複数倍の処理速度で画像処理する画像処理回路部と、該画像処理回路部で画像処理された１チャンネルの画像データを並び替えて複数チャンネルの画像データに戻す分離部とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における第１および第２のＬＳＩまたは第１および第２の画像処理回路における画像処理速度が２０ＭＨｚ以上であることを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における画像信号検出部は、被被検査対象基板に対して４００ｎｍ以下のＤＵＶ光を照射する照射光学系と、前記被被検査対象基板からの反射光を受光して画像信号に変換する検出光学系とを備えて構成することを特徴とする。
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における検出光学系において、受光するイメージセンサとしてＴＤＩイメージセンサで形成することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記微細欠陥検査装置における画像信号検出部は、被被検査対象基板に対して電子線を走査して照射する電子線照射光学系と、前記被被検査対象基板からの電子を受光して画像信号に変換する電子検出系とを備えて構成することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、画像信号検出部により被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出する画像信号検出過程と、該画像信号検出過程で検出される画像信号をＡ／Ｄ変換して検出画像データを得、この得られた検出画像データを繰り返されるパターン分遅延させて参照画像データを得る画像データ取得過程と、該画像データ取得過程から得られる検出画像データと参照画像データとの間において位置ずれ検出を±４画素以上の探索範囲で行って両画像データの間の位置ずれ量を算出し、この算出された位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データとを位置ずれ補正する位置ずれ検出・補正過程と、該位置ずれ検出・補正過程で位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較してその差を求め、該差が所望の閾値以上のものを欠陥候補点としてその欠陥候補点に関する情報を抽出する比較過程とを有することを特徴とする微細欠陥検査方法である。
また、本発明は、前記微細欠陥検査方法において、更に、前記比較過程で抽出された欠陥候補点に関する情報を基に詳細解析して欠陥候補点から真の欠陥であるか否かを判定する欠陥判定過程を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、画像信号検出部により被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出して多チャンネルで得る画像信号検出過程と、該画像信号検出過程で得られる多チャンネルの画像信号をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データを得、この得られた多チャンネルの検出画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャンネルの参照画像データを得る画像データ取得過程と、該画像データ取得過程で得られる多チャンネルの検出画像データと多チャンネルの参照画像データとに基いて両画像データの間の位置ずれ検出および位置ずれ補正の画像処理を複数チャンネル単位で多チャンネルに亘って並列処理する第１の画像処理過程と、該第１の画像処理過程で得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較して欠陥候補点に関する情報を抽出する比較画像処理を多チャンネルに亘って並列処理する第２の画像処理過程とを有することを特徴とする微細欠陥検査方法である。
また、本発明は、入力される２枚の画像データの互いの所望の領域単位における位置ずれ量をテンプレートマッチングによって算出する回路を複数個カスケード接続し、位置ずれの探索範囲を画素数において広げて構成したことを特徴とする位置ずれ算出回路である。
【００２１】
以上説明したように、前記構成によれば、画像信号検出部により被検査対象基板上から画素寸法が０．２μｍ以下からなる画像信号を検出するようにしたので、微細なパターン（０．３μｍ〜０．２μｍ以下）上の極微細な異物やパターン欠陥等の極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査することができる。
【００２２】
また、前記構成によれば、画像信号検出部を、被被検査対象基板に対して４００ｎｍ以下のＤＵＶ光を照射する照射光学系と、前記被被検査対象基板からの反射光を受光して画像信号に変換する検出光学系とを備えて構成し、受光するイメージセンサをＤＵＶ光を受光できるＴＤＩイメージセンサで形成するようにしたので、０．１μｍ以下の極微細な欠陥からの散乱光もしくは回折光に基づく高解像度を有する画像信号を検出することができ、その結果極微細な異物やパターン欠陥等の極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査することができる。
【００２３】
また、前記構成によれば、画像処理部において、画像信号検出部から得られる多チャンネルの画像信号に基いて位置ずれ検出や位置ずれ補正等の画像処理を並列処理し、しかも画像処理する回路（ＬＳＩ）内における画像処理速度を２０ＭＨｚ以上に高速化をはかることによって、画素寸法を０．２μｍ以下にした場合画素数で増大した探索範囲で位置ずれ検出および位置ずれ補正等を回路規模を増大することなく高速で実行でき、その結果簡素化された装置構成により極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で、しかも高スループットで検査を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る微細欠陥検査装置およびその方法の実施の形態について図面を用いて説明する。即ち、微細欠陥を検査する被検査対象基板１としては、例えば、半導体デバイスである半導体基板（ウエハ）上の配線パターンや回路パターンがある。このような半導体デバイス等におけるパターンは微細化の傾向にあるため、このより微細なパターン（０．３μｍ〜０．２μｍ以下）における異物等を含む欠陥を検査するためには高解像度の画像検出が必要となる。
光学式検査装置において、微細なパターンにおける異物等を含む欠陥の光学像を解像させて高解像度の画像検出をするためには、照明光の波長を可視光よりも短くして短波長化する必要がある。その理由は、光学的な解像度は、照明光の波長が短くなる程高くなるためである。
【００２５】
まず、本発明に係る微細欠陥検査装置の第１の実施例である光学式欠陥検査装置について図１を用いて説明する。この第１の実施例において、照明光学系は、ＤＵＶ（遠紫外線）照明するための水銀キセノンラップ等で構成された照明光源５と、該照明光源５から発光した光をステージ２上に載置された被検査対象基板物１の方向へ反射するためのハーフミラー５とを備え、該ハーフミラー５で反射されたＤＵＶ光について対物レンズ３を透過して被検査対象基板１に対して落射照明するように構成される。検出光学系は、被検査対象基板１で反射、回折、散乱した光を取り込む対物レンズ３と、該対物レンズ３で取り込まれ、ハーフミラー５を透過して得られる光について２５０ｎｍ付近のＤＵＶ光を透過するＤＵＶ光用干渉フィルタ６と、該ＤＵＶ光用干渉フィルタ６を透過して得られるＤＵＶ光を拡大してイメージセンサ７上に結像させる拡大結像光学系と、ＤＵＶ量子効率が１０％程度以上のイメージセンサ７とを備え、該イメージセンサ７から被検査対象基板１上のＤＵＶ光による検出画像が得られるように構成される。このようにＤＵＶ光は、波長が４００ｎｍ以下と波長が短いため、高分解能を有し、０．１μｍ程度以下の極微細な欠陥（異物を含む）からの散乱光もしくは回折光に基づく高解像度の画像が得られることになる。
【００２６】
照明光源５としては、ＤＵＶレーザ（例えば、ＹＡＧレーザの第３以上の高調波、エキシマレーザＫｒＦ＝２４８ｎｍ程度、エキシマレーザＡｒＦ＝１９３ｎｍ程度）光源を用いることもできる。この場合、上記検出光学系における上記ＤＵＶ光用干渉フィルタ６をなくすことも可能である。
また、ＤＵＶレーザ光などのＤＵＶ照明光を対物レンズ３の瞳上において２次元に走査させる必要がある場合には、上記照明光学系内の照明光源５とハーフミラー５との間に、ＤＵＶ照明光を走査する瞳走査照明光学系を設ければ良い。
また、偏光照明、偏光検出する場合には、上記照明光学系内の照明光源５とハーフミラー５との間に、ＤＵＶ照明光の偏光を設定するための偏光制御光学系を設け、検出光学系内の拡大結像光学系とイメージセンサ７との間に、偏光検出光学系を設ければよい。また、検出光学系としては、特開平６−２５８２３９号公報や特開平６−３２４００３号公報に記載されているように、フーリエ変換レンズ、被検査対象基板上に形成されたピッチの小さい繰り返しパターンからの回折光を遮光する空間フィルタユニット、およびフーリエ変換レンズで構成してもよい。
【００２７】
更に、検出光学系の光路の途中に、ハーフミラーを設置し、このハーフミラーを介して被検査対象基板１の表面を対物レンズ３の焦点に合せるための自動焦点系を設ける。更に、検出光学系の光路の途中に、ハーフミラーを設置し、このハーフミラーを介して対物レンズ３の瞳位置を瞳観察光学系で観察可能に構成する。
【００２８】
ところで、照明光源５としてＤＵＶ光源を使用するため、上記検出光学系による光学像を検出するためのイメージセンサ７として、ＤＵＶに対して感度のあるものを用いる必要がある。しかし、イメージセンサ７として、図２（ａ）に示す表面照射型ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）イメージセンサを用いると、入射光がカバーガラス８０５を透過し、金属膜８０２の間のゲート８０１にある酸化膜（ＳｉＯ_２）８０３を透過してＳｉ基板８０４に形成されたＣＣＤに入るため、短波長の入射光が減衰し４００ｎｍ以下の波長に対して感度がほとんどなく、そのままではＤＵＶ光の検出はできない。そこで、表面照射型イメージセンサでＤＵＶの感度を得るためには、ゲート８０１における酸化膜８０３を薄くして短波長の減衰を少なくする方法がある。他の方法としては、カバーガラス８０５に有機薄膜コーティング（ＵＶコーティング）を施し、ＤＵＶ光が入射されるとそれに応じて可視光を発光するようにすることで、可視光にしか感度のないイメージセンサでＤＵＶ光を検出する方法がある。
【００２９】
これに対し、イメージセンサ７として、図２（ｂ）に示す如く、Ｓｉ基板８０４の厚さを薄くし、この薄くした裏面側から光を入射するように構成した裏面照射型ＴＤＩイメージセンサを用いて、ゲート構造のない裏面側から光を入射させることによって、ＤＵＶ量子効率を１０％程度以上にして量子効率が高くダイナミックレンジが大きくとれ、４００ｎｍ以下の波長にも感度を有するようにすることができる。即ち、裏面照射型ＴＤＩイメージセンサは、ゲート構造のない裏側に光が入射するので、量子効率が高くダイナミックレンジが大きくとれ、４００ｎｍ以下の波長にも感度があるのでＤＵＶ光を検出することも可能である。
【００３０】
以上説明したように、これらのイメージセンサを用いることにより、ＤＵＶ光の検出を可能にする。
また、上記ＣＣＤイメージセンサ７を、ＤＵＶ量子効率を１０％程度以上のＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサにすることで、高ダイナミックレンジの画像を得ることができ、その結果、高解像度の画像を得ることができる。また、このイメージセンサ７の出力は多チャンネル並列出力にすることで、スループットの向上を図る。この装置構成により、０．２μｍ以下（被検査対象基板１上での換算で）の画素寸法での画像検出が可能となる。
【００３１】
次に、画像検出部１４ａの具体的実施例について説明する。イメージセンサ７は高速検出を実現するために、ラインレート３００ｋＨｚ程度以上、蓄積時間５μ秒程度以下のものを使用した場合、欠陥検出可能な明るさを得るためには、大きな光量を得る必要がある。イメージセンサ７をＴＤＩイメージセンサ（例えば画素寸法２７μｍ×２７μｍ）にして、ＴＤＩの段数を多くすることで、光量不足を補うこともできる。しかし、ＴＤＩの段数を多くした場合、ステージ２の走行に伴うステージの歪み（動的歪み）の影響を大きく受けることになる。ＴＤＩの段数は、ステージの精度により、９６段〜５１２段に可変できるようにする。照明の光量も大きくすることも必要になる。そこで、照明光源５としては、３５０ｍＷの水銀ランプを用いた、波長２５５ｎｍまたは２４８ｎｍのＹＡＧレーザによるＤＵＶ照明を用いる。
以上説明したように、照明光源５としてＤＵＶ照明光源を用い、イメージセンサ７としてＤＵＶ照明に感度を有するＴＤＩイメージセンサを用いることにより、画像検出部１４ａのイメージセンサ７から被検査対象基板１上での画素寸法０．２〜０．１μｍ程度以下で画像検出を実現することができる。なお、ＴＤＩイメージセンサの画素寸法が例えば２７μｍ×２７μｍを用いる場合、拡大結像光学系の倍率は、１３５〜２７０倍程度以上となる。
【００３２】
次に、画像検出部１４ａで検出した画像信号から欠陥を検出する画像処理部１３の構成について説明する。ＴＤＩイメージセンサから形成されるイメージセンサ７からの画素寸法０．２〜０．１μｍ程度以下の画像出力は、多チャンネル並列に出力されるため、画像処理部１３はチャンネル数Ｎ分必要になる。並列数を増やすことで、高速化が可能となるが、その分画像処理ハードウェアの規模が大きくなり、装置が大型化する。
そこで、本発明の目的の一つとして、高速で、かつ回路規模の小さい画像処理部１３を実現することにある。即ち、画像処理部１３を、画像処理を並列に実行できるように複数枚の画像処理基板１５で構成する。そして、各画像処理基板１５上には、内部において複数チャンネル分の画像データを高速処理可能なＬＳＩを実装して構成する。特に、各画像処理基板１５上に実装されるＬＳＩで複数チャンネル分の画像データを同時並列処理し、しかも該ＬＳＩ内での処理速度を基板に対する処理速度の複数倍にすることによって、高速で、かつ回路規模の小さい画像処理部１３を実現することができる。
ところで、ＬＳＩを搭載する画像処理基板１５上で２０ＭＨｚの数倍の高速なクロック信号を転送すると、ノイズの影響を受けやすくなり、実現困難となる。また、ＬＳＩの周辺回路として基板上に搭載されるメモリ等の部品についても選択肢が少なくなり、安価な回路構成が困難となる。
【００３３】
そこで、画像処理部１３は、同時並列画像処理ができるようにＴＤＩイメージセンサ７のチャンネル数Ｎの１／ｋの枚数の画像処理基板１５で構成する。そして、各画像処理基板１５において、基板上に実装されるＬＳＩ内部のクロック速度を、基板上の信号のクロック速度に対しｋ倍にし、基板上に実装されたＬＳＩに対してｋチャンネル分の画像信号（画像データ）を入力するように構成する。さらに、各画像処理基板１５のＬＳＩに対する入力部では、ｋチャンネル分の画像信号を１チャンネルに合成し、この合成された１チャンネルの画像信号に対してＬＳＩでｋ倍の速度で画像処理し、ＬＳＩに対する出力部では１チャンネル分の画像信号をｋチャンネルに分離するように構成する。即ち、各画像処理基板１５において、チャンネル合成部８では、ＴＤＩイメージセンサ７から並列に出力される隣合ったｋ個のチャンネル分の信号（クロック周波数ｆのｎ画素／ライン）をＡ／Ｄ変換してデジタル画像信号（階調値）に変換した後、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部（位置ずれ検出・位置合わせ回路部）１０の入力部で例えば１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）に合成しやすい信号に変換してクロック周波数ｆで出力する。
そして、各画像処理基板１５に実装されたシフトメモリ等で構成される遅延回路部９では、チャンネル合成部８で変換されたｋチャンネル分の検出画像信号（階調値データ）ｆ（ｘ，ｙ）を繰り返しパターン分遅延させてｋチャンネル分の参照画像信号（階調値データ）ｇ（ｘ，ｙ）を生成してクロック周波数ｆで出力する。例えば、チップ比較の場合には、繰り返しパターン分としてはチップ単位になり、セル比較の場合には、繰り返しパターン分としてはセル単位となる。即ち、被検査対象基板１上にメモリセルが形成されている場合には、セル比較が可能であるが、通常のパターンの場合には、チップが形成されているので、チップ比較となる。
【００３４】
次に、各画像処理基板１５に実装されたＬＳＩで構成される位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０の入力部において、チャンネル合成部８で変換されたｋチャンネル分の検出画像信号ｆ（ｘ，ｙ）を１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）の検出画像信号に合成すると共に遅延回路部９で生成されたｋチャンネル分の参照画像信号ｇ（ｘ，ｙ）を１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）の参照画像信号に合成する。続いて、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０の画像処理回路において、これら１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）に合成された２つの検出画像信号ｆ（ｘ，ｙ）と参照画像信号ｇ（ｘ，ｙ）との間の位置ずれ量Δδ（ｘ，ｙ）をクロック周波数ｆのｋ倍の速度で算出し、そのずれ量Δδ（ｘ，ｙ）に応じて両画像信号の位置ずれをクロック周波数ｆのｋ倍の速度で補正することで位置ずれ補正（位置合わせ）をする。続いて、位置ずれ検出・位置合わせ回路部１０の出力部において、位置ずれ補正（位置合わせ）された１チャンネルの検出画像信号をｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分のｆ’（ｘ，ｙ）に分離すると共に位置ずれ補正された１チャンネルの参照画像信号をｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分のｇ’（ｘ，ｙ）に分離して出力する。
【００３５】
次に、各画像処理基板１５に実装されたＬＳＩで構成された比較回路部１１の入力部において、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０から出力される位置ずれ補正されたｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分の検出画像信号ｆ’（ｘ，ｙ）を１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）の検出画像信号に合成すると共に位置ずれ補正されたｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分の参照画像信号ｇ’（ｘ，ｙ）を１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）の参照画像信号に合成する。続いて、比較回路部１１の画像処理回路において、位置ずれ補正された１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）の検出画像信号ｆ’（ｘ，ｙ）と１チャンネル（ｋｎ画素／ライン）の参照画像信号ｇ’（ｘ，ｙ）の差をクロック周波数ｆのｋ倍の速度でとり不一致部を欠陥候補点として検出し、その欠陥候補点に関する情報を得る。即ち、差画像｜ｆ’（ｘ，ｙ）−ｇ’（ｘ，ｙ）｜をクロック周波数ｆのｋ倍の速度で生成し、この差画像｜ｆ’（ｘ，ｙ）−ｇ’（ｘ，ｙ）｜に対して、しきい値Ｔｈを越える点をクロック周波数ｆのｋ倍の速度で欠陥候補点として抽出し、その欠陥候補点に関する情報を得る。このときのしきい値Ｔｈは、あらかじめ手動で値を設定しても良いが、検査前や検査中に、画像毎や画像上の各点毎にしきい値を算出しても良い。このしきい値を制御することで、欠陥検出感度を調整することができる。また、欠陥候補としたのは、欠陥のない正常部でも位置ずれ補正された両画像信号との間に相違が生じて誤検出される場合があるからである。続いて、比較回路部１１の出力部において、欠陥候補点に関する情報をｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分に分離し、更に位置ずれ補正された１チャンネルの検出画像信号をｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分のｆ’（ｘ，ｙ）に分離すると共に位置ずれ補正された１チャンネルの参照画像信号をｋチャンネル（ｎ画素／ライン）分のｇ’（ｘ，ｙ）に分離して出力する。
【００３６】
なお、画像処理部１３を構成する各画像処理基板１５上に搭載される位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０および比較回路部１１の各々は、少なくとも一つのＬＳＩ（画像処理回路）で構成される。そして、画像処理回路（ＬＳＩ）である位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０および比較回路部１１において処理するクロック周波数は、ＴＤＩイメージセンサ１から並列に出力されるクロック周波数ｆ（画像処理基板１５へのクロック周波数）のｋ倍で２０ＭＨｚ以上とする。従って、各画像処理基板１５上に搭載される各画像処理回路（ＬＳＩ）の内部においては、ｋチャンネル分の画像データが、２０ＭＨｚ以上であるクロック周波数ｋｆの高速で処理されることになり、各画像処理基板１５の回路規模を小さくでき、その結果Ｎ／ｋ枚の画像処理基板１５から構成される画像処理部１３全体も簡素化することができる。
ところで、ｋとしては、２〜８程度が適当である。しかし、図１においては、ｋ＝２の場合を示している。
【００３７】
そして、各画像処理基板１５の比較回路部１１で検出した欠陥候補点には虚報が含まれているために、ＬＳＩから構成された欠陥判定部１２にて、欠陥候補点が虚報か否かを判定する。欠陥候補点を含む少なくともｋチャンネル分の検出画像ｆ’（ｘ，ｙ）を欠陥判定部１２に転送し、その画像から、詳細に虚報判定処理を行い、虚報は除いて、真の欠陥のみを抽出する。なお、ＬＳＩから構成された欠陥判定部１２は、必ずしも、Ｎ／ｋ枚数の各画像処理基板１５に実装する必要はなく、複数の画像処理基板１５毎またはＮ／ｋ枚数の画像処理基板１５からなる画像処理部１３に対して設けてもよい。
更に、欠陥判定部１２について説明する。各画像処理基板１５に実装された比較回路部（ＬＳＩ）１１では欠陥の見逃しが生じないように比較した結果に対する閾値を低めに設定するため、抽出された欠陥候補点には、パターンの微妙な形状の違いや、膜圧の違いによる明るさむらの影響により虚報が含まれることになる。そこで、欠陥判定部１２で虚報対策を行うことになる。即ち、欠陥判定部１２では、欠陥候補点が抽出されたとき、その欠陥候補点を含む検出画像データｆ’（ｘ，ｙ）を保存し、その保存した検出画像データｆ’（ｘ，ｙ）を用いて虚報か欠陥かを判定する。虚報判定は、検査終了後または検査中に行う。検査終了後に判定する場合は、人手による目視判定でも良いが、欠陥候補点が多い場合は、自動欠陥分類装置（図示せず）により選別して、効率よく欠陥判定を行う方法もある。また、自動欠陥分類装置は検査中にリアルタイムで行っても良い。検査中に判定を行う場合は、保存した欠陥候補点の画像データを用いて、再度詳細に検査を行い、虚報判定を行う。検査終了後に目視で判定する場合は、欠陥候補点が含まれた検出画像データのみがあれば良いが、自動的に分類や判定を行う場合、欠陥の画像データのみでは判定が困難となる。そこで、欠陥候補点の画像データを保存する場合、比較する相手の参照画像データｇ’（ｘ，ｙ）とセットで保存することで、判定を容易にすることができる。
【００３８】
次に、本発明に係る各画像処理基板１５において、例えば２チャンネルの画像信号を１チャンネルの画像信号に合成し、ＬＳＩで構成される画像処理回路で画像処理し、その後１チャンネルの画像信号を分離する具体的な第１および第２の実施例について図３、図４および図５を用いて説明する。
即ち、第１および第２の実施例において、チャンネルａとチャンネルｂとは隣り合っており、並列動作しているので、Ａ／Ｄ変換されたチャンネルａの画像データ（検出画像データおよび参照画像データの各々）６１とＡ／Ｄ変換されたチャンネルｂの画像データ（検出画像データおよび参照画像データの各々）６２は、同時に周波数ｆで入力される。
第１の実施例の場合には、図３に示すように、入力された画像データ６１、６２の各々を、一旦メモリ６３ａに書き込み、この書き込まれた画像データ６１、６２の各々をメモリ６３ａから周波数２ｆで読み出し、セレクタ６４ａで隣接する２チャンネルａ、ｂの画像データを１チャンネルになるように選択する。そのため、ｎ画素／ラインの入力画像に対し、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０および比較回路部１１等の各々を構成する画像処理回路（ＬＳＩ）６５ａ内部では、２ｎ画素／ラインの画像６６ａとして取り扱う。画像処理回路６５ａの出力では、画像処理された画像データをセレクタ６４ｂで選択して各チャンネルに対応した画像データに分離してメモリ６３ｂに書き込む。そして、各メモリ６３ｂに書き込まれた処理画像データがクロック周波数ｆで出力されることになる。
【００３９】
第２の実施例の場合には、図４に示すように、周波数ｆで入力されたチャンネルａの画像データ６１について、セレクタ６４ｃで最初に、奇数（ＯＤＤ）画素と偶数（ＥＶＥＮ）画素に分離をして各々をラインメモリ（シフトメモリ）６９ａに書き込む。同時に、周波数ｆで入力されたチャンネルｂの画像データ６２について、セレクタ６４ｄで最初に、奇数（ＯＤＤ）画素と偶数（ＥＶＥＮ）画素に分離をして各々を例えばラインメモリ（シフトメモリ）６９ｂに書き込む。そして、これらラインメモリ６９ａ、６９ｂに書き込まれた奇数画素の画像データをセレクタ６４ｅにより奇数画素の２チャンネル分の奇数画像データ（ｎ画素／ライン）７０に合成し、ラインメモリ６９ａ、６９ｂに書き込まれた偶数画素の画像データをセレクタ６４ｆにより偶数画素の２チャンネル分の偶数画像データ（ｎ画素／ライン）７１に合成する。ここまでの、画像データはクロック周波数ｆである。次に、図５に示すように、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０等を構成する画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｂの入力部であるセレクタ６４ｇにおいて、２倍のクロック周波数２ｆで奇数画像データと偶数画像データとを交互にサンプリングして２チャンネル合成後の画像データ（２ｎ画素／ライン）６６ｂを作成する。画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｂの内部では２倍のクロック周波数２ｆで、２チャンネルａ、ｂ分の画像データ（検出画像データおよび参照画像データの各々からなる。）を基いて位置ずれ検出や位置ずれ補正等の処理を行い、その後、セレクタ６４ｈにおいて元のクロック周波数ｆでサンプリングして、タイミングを調整して、位置ずれ補正等の処理後の２チャンネル分の奇数画像データ（奇数検出画像データおよび奇数参照画像データの各々からなる。）７２と２チャンネル分の偶数画像データ（偶数検出画像データおよび偶数参照画像データの各々からなる。）７３とに分離する。これら分離された処理後の２チャンネル分の奇数画像データ７２と２チャンネル分の偶数画像データ７３との各々は、例えばラインメモリ（図示せず）等に記憶される。
【００４０】
次に、比較回路部１１等を構成する画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｃにおいて、画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｂと同様に、２倍のクロック周波数２ｆで、位置ずれ補正された２チャンネルａ、ｂ分の画像データ（検出画像データおよび参照画像データの各々からなる。）を基に、２チャンネルａ、ｂ分の検出画像データと参照画像データとの差画像を抽出し、該差画像に対して所定の閾値で欠陥候補を抽出するなどの処理を行い、その後、欠陥候補の位置座標データ等を付加して欠陥候補を抽出した２チャンネル分の奇数画像データ（奇数検出画像データおよび奇数参照画像データの各々からなる。）と２チャンネル分の偶数画像データ（偶数検出画像データおよび偶数参照画像データの各々からなる。）７３とに分離して出力する。
最後に、欠陥判定部１２等を構成する画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｄにおいて、画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｂ、６５ｃと同様に、欠陥候補の位置座標データ等を付加して欠陥候補を抽出した２チャンネル分の奇数画像データ（奇数検出画像データおよび奇数参照画像データの各々からなる。）と２チャンネル分の偶数画像データ（偶数検出画像データおよび偶数参照画像データの各々からなる。）７３とに基いて、欠陥候補について特徴量を抽出して真の欠陥か否かの判定をして真の欠陥の情報（位置情報や欠陥の種類等）を出力できるようにメモリ（図示せず。）に記憶される。
【００４１】
以上説明したように、第２の実施例の方式は、一旦奇数／偶数画素に分離すれば、その後の各画像処理回路（ＬＳＩ）６５ｂ、６５ｃ等での入出力部の合成、分離が簡単であり、基板上でのクロック速度を２倍にする必要がないので、複数の画像処理ＬＳＩを用いて画像処理部全体を構成する場合に有効となる。
【００４２】
この第２の実施例を用いた画像処理部１３ａを構成する複数枚の画像処理基板１５ａについて図６を用いて具体的に説明する。各画像処理基板１５ａは、ＴＤＩイメージセンサ７から並列に出力される隣合った２つのチャンネル分の信号（クロック周波数ｆのｎ画素／ライン）をＡ／Ｄ変換した後、２チャンネル分の奇数（ＯＤＤ）検出画像データ（ｎ画素／ライン）ｆｏ（ｘ，ｙ）（７０）と２チャンネル分の偶数（ＥＶＥＮ）検出画像データ（ｎ画素／ライン）ｆｅ（ｘ，ｙ）（７１）とに変換（合成）するチャンネル合成部８ａと、上記奇数検出画像データｆｏ（ｘ，ｙ）（７０）および上記偶数検出画像データｆｅ（ｘ，ｙ）（７１）を繰り返しパターン分遅延させて２チャンネル分の奇数（ＯＤＤ）参照画像データ（ｎ画素／ライン）ｇｏ（ｘ，ｙ）（７０）と２チャンネル分の偶数（ＥＶＥＮ）参照画像データ（ｎ画素／ライン）ｇｅ（ｘ，ｙ）（７１）とを出力する遅延回路９ａと、一つのＬＳＩで構成された位置ずれ検出・位置ずれ補正画像処理回路１６と、一つのＬＳＩで構成された比較画像処理回路１７と、欠陥判定部１２とで構成される。
上記チャンネル合成部８ａは、具体的に前述したように図４に示すように構成される。
【００４３】
位置ずれ検出・位置ずれ補正画像処理回路１６は、チャンネル合成部８ａから得られる検出画像信号ｆｏ、ｆｅの各々について奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数（ＥＶＥＮ）画素信号とについて合成して１チャンネルの合成検出画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｆ（ｘ，ｙ）に変換するＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成回路部８ｂ（６４ｇ）と、遅延回路９ａから得られる参照画像信号ｇｏ、ｇｅの各々について奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数（ＥＶＥＮ）画素信号とについて合成して１チャンネルの合成参照画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｇ（ｘ，ｙ）に変換するＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成回路部８ｃ（６４ｇ）と、１チャンネルの合成検出画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｆ（ｘ，ｙ）と１チャンネルの合成参照画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｇ（ｘ，ｙ）とを基に位置ずれ検出・位置ずれ補正処理を行う位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０ａと、該位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０ａで位置ずれ補正された１チャンネルの合成検出画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｆ’（ｘ，ｙ）から奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数（ＥＶＥＮ）画素信号とに分離して２チャンネル分の位置ずれ補正された奇数検出画像信号ｆ’ｏ、偶数検出画像信号ｆ’ｅを得るＯＤＤ／ＥＶＥＮ分離回路部８ｄ（６４ｈ）と、上記位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０ａで位置ずれ補正された１チャンネルの合成参照画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｇ’（ｘ，ｙ）から奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数（ＥＶＥＮ）画素信号とに分離して２チャンネル分の位置ずれ補正された奇数参照画像信号ｇ’ｏ、偶数検出画像信号ｇ’ｅを得るＯＤＤ／ＥＶＥＮ分離回路部８ｅ（６４ｈ）とから構成される。
【００４４】
比較画像処理回路１６は、画像処理回路１５から得られる位置ずれ補正された検出画像信号ｆ’ｏ、ｆ’ｅの各々について奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数（ＥＶＥＮ）画素信号とについて合成して１チャンネルの合成検出画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｆ’（ｘ，ｙ）に変換するＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成回路部８ｆと、画像処理回路１５から得られる位置ずれ補正された参照画像信号ｇ’ｏ、ｇ’ｅの各々について奇数（ＯＤＤ）画素信号と偶数（ＥＶＥＮ）画素信号とについて合成して１チャンネルの合成参照画像信号（２ｎ画素／ライン：クロック数２ｆ）ｇ’（ｘ，ｙ）に変換するＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成回路部８ｇと、位置ずれ補正された検出画像ｆ’（ｘ，ｙ）と参照画像ｇ’（ｘ，ｙ）を比較し、２チャンネル分の画像の差画像｜ｆ’（ｘ，ｙ）−ｇ’（ｘ，ｙ）｜を生成し、この差画像｜ｆ’（ｘ，ｙ）−ｇ’（ｘ，ｙ）｜に対して、しきい値Ｔｈを越える点を欠陥候補点として抽出するクロック数が２ｆの比較回路部１１ａと、該比較回路部１１ａから出力される欠陥候補点に関するデータ（位置座標データ）を付加した２チャンネルの検出画像ｆ’（ｘ，ｙ）、参照画像ｇ’（ｘ，ｙ）に分離して出力する分離回路部８ｈとで構成される。
【００４５】
欠陥判定部１２は、クロック数２ｆで処理する必要がある場合には、比較画像処理回路１６の分離回路部８ｈから得られる欠陥候補点に関するデータを付加した（添付された）少なくとも１チャンネル毎の検出画像信号ｆ’（ｘ，ｙ）に基いて欠陥候補の特徴量（例えば、重心座標、ＸＹ投影長（長さ）、面積、階調値を含めた体積等）を求める等詳細解析して真の欠陥を検出するものである。
【００４６】
次に、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０について具体的に説明する。上記画像検出部１４ａを用いれば、ＴＤＩイメージセンサ７からは微細な画素寸法の画像が検出できるが、画素寸法を小さくした場合には、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０において、高分解能（画素数で広範囲）の位置ずれ検出・位置ずれ補正が必要となる。また、ステージ２の僅かな走行ずれに基いて検出される画像に動的歪み（予想ができない歪み）が生じる場合には、その影響により検出感度が悪くなる。また、被検査対象基板１内の全検査領域を検査するための視野数が多くなると、長い検査時間が必要となる。
【００４７】
そこで、これらの点を解決すべく、まず位置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０における位置ずれ検出・位置ずれ補正範囲について説明する。画像検出部１４ａのＴＤＩイメージセンサ７は被検査対象基板１を乗せたステージ２と同期して画像入力を行うが、ステージ２の走行には誤差があるため、検出画像ｆ（ｘ，ｙ）と参照画像ｇ（ｘ，ｙ）との間に位置ずれが生じる。上記で説明したように、画像間の位置ずれがあった場合、比較回路部１１で不一致として現れ、虚報の原因となる。そのため、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０において位置ずれ量を検出して位置の補正を行う。もし、位置ずれの探索範囲が小さければ、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０における位置ずれ算出は高速に処理可能であり、ハードウェア化した場合も規模を小さくすることができる。
【００４８】
しかしながら、この位置ずれの探索範囲は、ステージ２を走行する際の振動等によって生じる動的な最大誤差や温度変動に伴う機構部品および光学部品のドリフト等による誤差や被検査対象基板１上に形成される繰り返しパターンのピッチ誤差等の範囲に含まなければならないので、ステージ２の動的精度や温度変動に伴う機構部品および光学部品のドリフト等によって決まってくることになる。そこで、ＤＵＶ光をＴＤＩイメージセンサ７で検出して高解像度を得ようとしても、ステージ２の動的精度や温度変動に伴う機構部品および光学部品のドリフト等が同じであれば、位置ずれの探索範囲は同じとなる。例えば、図７に示すように、同じ探索範囲２１でも、探索範囲内の２３で示す画素寸法に対して２４で示す画素寸法が１／２になると２３で示す画素数に対して２４で示す画素数が４倍となる。これは、２２で示す４倍の探索範囲のときと、２５で示すように探索する画素数が等しくなるので、画素寸法を小さくすることは、広い範囲を探索するのと等価となる。よって、ＤＵＶ光をＴＤＩイメージセンサ７で検出して高解像度の画像データを得るために、画素寸法を０．２μｍ〜０．１μｍ程度以下を実現すべく小さくすると、広い範囲と等価の高い分解能で、高速に位置ずれ検出および位置ずれ補正が必要となる。
【００４９】
次に、高速に位置ずれを検出するための位置ずれ検出回路について、図８および図９を用いて説明する。即ち、位置ずれ検出回路４１における位置ずれ検出には一般的な画像処理手法であるテンプレートマッチングを使用する。テンプレートマッチングとは、画像入力部４１１に入力されて画素切り出し部４１３で切り出された検出対象の画像（検出画像データ）３１（ｆ（ｘ．ｙ））に対し、画像入力部４１２に入力されて画素切り出し部４１４で切り出されたテンプレート画像と呼ばれる基準画像（参照画像データ）３２（ｇ（ｘ，ｙ））を、積和累算器４１５において探索範囲内で動かし最も良く合った場所を演算データ読み出し部（ＣＰＵ−ＩＦ）４１７において探す方式である。具体的には、積和累算器４１５において、図９に示すようにＮ１×Ｎ１画素のテンプレート画像３２を、それより大きいＭ１×Ｍ１画素の検出画像３１内の探索範囲（Ｍ１−Ｎ１＋１）×（Ｍ１−Ｎ１＋１）上で動かし、各位置において一致度を演算データ読み出し部（ＣＰＵ−ＩＦ）４１７において算出するものである。本実施例では、参照画像（基準画像）をテンプレート画像３２として、検出対象の画像３１の範囲内を探索し、最も位置の合っている位置（ａ，ｂ）を算出する。逆に、検出画像をテンプレート画像３２として、参照画像３１の範囲内を探索し、最も位置の合っている位置（ａ，ｂ）を算出してもよい。なお、４１９は、入力される同期信号４１８に基いて、画像入力部４１１、４１２、画素切り出し部４１３、４１４、積和累算器４１５、および演算データ読み出し部４１７に対してタイミングを取るタイミング制御回路である。４２１は、入力される画素クロック信号に基いてクロックを発生して、画像入力部４１１、４１２、画素切り出し部４１３、４１４、積和累算器４１５、および演算データ読み出し部４１７内の処理を行うためのクロック発生器である。
【００５０】
本発明に適用できそうなテンプレートマッチングの手法としては、残差逐次検定法、正規化相関、ピラミッド相関が挙げられる。検査装置の対象に応じて、位置合せ手法を選択すれば良い。
残差逐次検定法は、探索範囲の各点において次に示す（数１）式の残差Ｒ（ａ、ｂ）が最小になる位置ずれ量（Δδｘ，Δδｙ）を示すテンプレート画像３２の位置（ａ，ｂ）を算出する。
【００５１】
【数１】

【００５２】
ここで、（ａ，ｂ）は検出画像３１内において動かして探索されるテンプレート画像３２の左上の位置を示し、Ｉ_{（ａ，ｂ）}（ｍ１，ｎ１）は動かして探索される（ａ，ｂ）における検出画像３１の部分画像の階調値、Ｔ（ｍ１，ｎ１）はテンプレート画像３２の階調値である。この方式では、重ね合わせが外れていると、積和累算器４１５において各画素で順次加算していくときに、残差が急激に大きくなる。そこで、加算途中で残差があるしきい値を越えたら重ね合わせが良くないものと判断して、計算を打ち切り、次の画素の計算に映る。この方式では、計算の打ち切りにより演算時間の短縮化が図れるため、高速検査に向いている。
正規化相関は、次に示す（数２）式において、Ｃ（ａ，ｂ）が最大になる位置ずれ量（Δδｘ，Δδｙ）を示すテンプレート画像３２の左上の位置（ａ，ｂ）を算出する。
【００５３】
【数２】

【００５４】
ただし、上記（数２）式におけるＩｍｅａｎ、Ｔｍｅａｎ等は、次に示す（数３）式の関係を有する。
【００５５】
【数３】

【００５６】
この方法では、正規化を行っているので、比較する２枚の検出画像と参照画像との間に明るさ（階調値）の違いがあっても、Ｃ（ａ，ｂ）の値に対して影響は少ない。例えば、光学式で画像検出系１４を構成した場合、検査対象パターンの微妙な膜厚の違いにより、パターン毎に明るさが違うことがあるが、正規化相関を用いることで、明るさの違いのある画像に対しても、高精度に位置合せを行うことが可能となる。
ピラミッド相関は、はじめから解像度の高い画像で重ね合わせを行わないで、前処理として、例えば２×２画素の値の平均値を一つ上の層の値にしていく操作を繰り返して、順次解像度を落とした画像を作る。次に解像度を落とした上層で粗い重ね合わせを行ってから、次第に解像度の高い下層で精密化を行うものである。この方式では、各層の探索範囲内での探索は、残差逐次検定法、正規化相関法のどちらを用いても良い。検査装置の仕様に応じて、最適なものを設定すればよい。
【００５７】
次に、０．２μｍ〜０．１μｍ程度以下の画素寸法を有する高解像度の検出画像データと参照画像データとを、高分解能（画素数で広い範囲）で高速に、位置ずれ検出を行う実施例について説明する。この実施例は、図１０に示すように、位置ずれ検出回路４１をカスケード接続することによって探索範囲を拡大し、しかも高速で位置ずれ検出を行うことができるようにしたものである。即ち、複数個の位置ずれ検出回路４１を縦横に、拡張画像出力４２２から出力されるカスケード接続用画像出力４２３で配線して接続する。接続方法は図１０に示すように接続する方法が考えられる。なお、画素クロック信号４２０および同期信号４１８は、各位置ずれ検出回路４１に入力されることになる。
図１１（ａ）は、１個の位置ずれ検出回路４１において、テンプレート画像（参照画像）３２の基準位置４３ａを中心にして検出画像３１に対して±４画素の範囲４２で位置ずれを検出する場合を示す。図１１（ｂ）は、２×２個の合計４個の位置ずれ検出回路４１をカスケード接続して構成した場合で、各回路の隣り合う画素は重複領域４４として、テンプレート画像（参照画像）３２の基準位置４３ｂを中心にして検出画像３１に対して±８画素の範囲で位置ずれ検出が可能となる。図１１（ｃ）は３×３個の９個の位置ずれ検出回路４１をカスケード接続して構成した場合で、テンプレート画像３２の基準位置４３ｃを中心にして検出画像３１に対して±１２画素の範囲で位置ずれ検出が可能となる。さらに、探索範囲を広くする場合は、接続する位置ずれ検出回路４１の個数を増やすことで、実現可能となる。位置ずれ探索範囲を正方形にする必要がなければ、縦横の接続数を変えることで、任意の位置ずれ探索範囲を設定することも可能である。
【００５８】
以上説明したように、位置ずれ検出回路４１をカスケード接続することによって探索範囲を拡大することができるので、ＤＵＶ光をＴＤＩイメージセンサ７で検出して高解像度を得ようとする場合にも、検出画像データと参照画像データとの位置ずれ検出および位置ずれ補正（位置合わせ）を最適に実現することが可能となる。
なお、図１１（ａ）では１個の位置ずれ検出回路４１の位置ずれ探索範囲を±４画素のときの例を示しているが、１個の回路４１での位置ずれ探索範囲が広ければ、カスケード接続する回路４１の個数が少なくても広い範囲で位置ずれ検出および位置ずれ補正を行うことができることは明らかである。
また、上記位置ずれ検出回路４１についてカスケード接続を行うためには、位置ずれ検出回路４１に、カスケード接続用の検出画像および参照画像についての出力４２３を設ける必要がある。図１０に示すように各回路４１からＸ方向・Ｙ方向それぞれの検出画像および参照画像についての出力４２３が必要となる。探索範囲によって、１方向のみの接続でよい場合は、Ｘ方向またはＹ方向のみの出力でも良い。カスケード接続した場合には、ＣＰＵ４２５が各回路４１の演算データ読み出し部４１７から統計量を抽出し、ＣＰＵ４２５において各回路４１からの位置ずれ結果を集計し、全体の位置ずれ量を算出することになる。なお、１個の位置ずれ検出回路４１の場合には、演算データ読み出し部４１７において位置ずれ量を算出することができる。
【００５９】
特に、各画像処理基板１３における位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部（ＬＳＩ）１０内の位置ずれ検出回路においてカスケード接続する場合には、各画像処理基板１３に入力するチャンネル数ｋを非常に多くする必要がある。その理由は、各画像処理基板１３間の位置ずれ検出回路同士でカスケード接続することが難しいからである。また、ステージ走行に伴ってＴＤＩイメージセンサ７から画像を検出する関係で、ステージ走行と直角方向に検出される画像に多く歪みが生じることからステージ走行と直角方向に探索範囲を広げるべくカスケード接続する必要があるからである。
さらに、位置ずれ補正回路は、位置ずれ検出回路４１において位置ずれ量が算出される時間まで、位置ずれ検出回路４１に入力される検出画像データ（階調値）ｆ（ｘ，ｙ）と参照画像データ（階調値）ｇ（ｘ，ｙ）との各々を遅延させる遅延回路（図示せず）と、該遅延回路で遅延された検出画像データｆ（ｘ，ｙ）と参照画像データｇ（ｘ，ｙ）とを記憶するメモリ（図示せず）と、該メモリから検出画像データｆ（ｘ，ｙ）を読み出すアドレスを、上記メモリから参照画像データｇ（ｘ，ｙ）を読み出すアドレスを基準にして上記位置ずれ検出回路４１で位置ずれ探索範囲において算出された位置ずれ量（Δδｘ，Δδｙ）分ずらすことによって、位置ずれ探索範囲において位置ずれ補正（位置合わせ）された検出画像データｆ’（ｘ，ｙ）と参照画像データｇ’（ｘ，ｙ）とを得るアドレス選択回路（図示せず）とで構成される。
【００６０】
次に、位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０において位置ずれ補正行う単位である画像領域のサイズについて説明する。図１２には、ＴＤＩイメージセンサ７で検出される画像の動的な歪みと位置ずれ補正を行う単位である画像領域のサイズとの関係を示す。ステージ走行に同期して画像検出を行う場合には、ステージ２の振動等による走行むら（動的な要因）により、画像に周期的な画像歪み５５が生じることになる。このように周期的な画像歪みが生じる場合には、位置ずれ補正を行う単位である画像領域のサイズが大きいと、検出画像５１と参照画像５２との間において位置ずれ補正したにもかかわらず画像の歪みに基づくパターンの形状の違いが生じて正常なパターンでありながら欠陥または欠陥候補として誤検出されることになる。
そこで、この画像の歪みによる影響を小さくするために、位置ずれ補正を行う単位である画像領域のサイズを、画像の歪みの周期よりも小さくすればよい。このように歪みの周期より十分に小さくすれば、位置ずれ補正した際検出画像５３と参照画像５４の差を小さくすることができ、その結果画像の歪みの影響を抑えることができる。具体的には、画像の歪みの周期の１／４以下の画像領域のサイズで、位置ずれ補正を行えば、周期的な画像歪みの影響を除くことができる。
【００６１】
なお、位置ずれ検出の場合には、位置ずれ補正を行う単位の画像領域における検出画像データと参照画像データとの間の位置ずれ量が検出されればよいので、位置ずれ検出する単位である画像領域のサイズは、位置ずれ補正をする画像領域のサイズよりも小さくすることも可能である。
以上説明したように、検出画像データと参照画像データとの間の位置ずれの主たる要因は、ステージ等の機構の精度によるものであるため、ＴＤＩイメージセンサ７で検出される画素寸法が小さくなると位置ずれ検出・位置ずれ補正する単位における画素数が多くなり、高速の位置ずれ検出・位置ずれ補正回路１０が必要とされる。
【００６２】
また、比較回路部１１においても、位置ずれ補正された画素寸法が小さい検出画像データｆ’（ｘ，ｙ）と参照画像データｇ’（ｘ，ｙ）とを比較して欠陥候補点を抽出する関係で、同様に高速処理が要求される。
しかし、前述したように、並列処理が可能なように複数の画像処理基板１３を設け、各画像処理基板１３に実装されるＬＳＩ（画像処理回路）１０、１１内のクロックの高速化（クロック周波数を２０ＭＨｚ以上）することによってＤＵＶ光をＴＤＩイメージセンサ７で画素寸法を０．２μｍ〜０．１μｍ程度以下にして検出される高解像度を有する画像信号から高分解能で、且つ高速で検査することができる。
【００６３】
このように高感度な検査を行うためには、画像処理部１３は画像検出部１４ａからの高ダイナミックレンジの画像入力が必要となる。画像検出部１４ａは、画像処理部１３への高ダイナミックレンジ入力を行い、ダイナミックレンジを有効に活用するには、高解像度なもの（１０ビット１０２４階調以上のもの）が要求される。そのため、画像処理部１３を構成する複数の画像処理基板１５に実装される画像処理回路（ＬＳＩ）１０、１１には、１０ビット１０２４階調以上の分解能を有するものが入力されることになる。しかし、各画像処理回路（ＬＳＩ）においては、必要な性能に応じて８ビットまたはそれ以下の分解能にして画像処理を行う。例えば位置ずれ検出用の画像としては、高分解能である必要はないので、８ビット以下の低分解能のものを用いてずれ量を算出する。算出したずれ量に応じて、画像の位置を補正するときは、１０ビット以上の高分解能の画像を用いて位置を補正する。これにより、位置ずれ検出回路の規模を縮小でき、装置の小型化も図れる。また、各画像処理基板１５に実装される他の画像処理回路（ＬＳＩ）についても、必要最小限のビット数で画像処理を行うようにする。
なお、上記位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部１０および比較回路部１１を、画像検出部から大きい画素寸法として検出される場合においても検出画像信号と参照画像信号との間に適用することができることは明らかである。
【００６４】
次に、本発明に係る微細欠陥検査装置の第２の実施例である電子線式欠陥検査装置について図１３を用いて説明する。この第２の実施例は、電子線により被検査対象基板１を走査して、電子線の照射によって被検査対象基板１から発生する電子を検知し、その強度変化に基づいて走査部位の電子線像を得る画像検出部１４ｂと、該画像検出部１４ｂから得られる電子線像を用いてパターン検査を行う画像処理部１３とで構成される。
まず、第２の実施例における画像検出部１４ｂについて説明する。電子銃１０１を出た電子ビーム１０７は、コンデンサレンズ１０２、対物レンズ１０４を経て、試料面では画素サイズ程度のビーム径に絞られる。電子線１０７が照射されると、被検査対象基板１からは電子が発生する。走査偏向器１０３による電子線の繰り返し走査と、ステージ２による被検査対象基板１（試料）の連続的な移動に同期して被検査対象基板１から発生する電子を電子検出器１０５で検出することで、２次元の電子線像が得られる。被検査対象基板１から発生した電子は電子検出器１０５で捕らえられ、アンプ１０６で増幅された後、複数枚の画像処理基板１５で構成される画像処理部１３に入力される。画像処理部１３は、上記光学式欠陥検査装置と同様の構成で実現できる。即ち、第２の実施例では、アンプ１０６から電子線の繰り返し走査に応じた電子線画像が得られるので、この電子線画像をＤ／Ａ変換した後一旦画像メモリに記憶し、この画像メモリから各チャンネルに相応した画像信号を取り出すようにすれば、上記光学式欠陥検査装置と同様にして画像処理部１３を構成する複数枚の画像処理基板１５の各々に入力することができるようになる。本第２の実施例では、ビーム径を絞ることで、高解像度の画像を得ることができ、０．２ｍｍ以下の画像も得ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて極微細なパターンピッチの画像や極微細な異物等の画像を高解像度で、しかも高分解能で検出される画像信号を基に極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて極微細なパターンピッチの画像や極微細な異物等の画像を高解像度で、しかも高分解能で検出される画像信号を基に、画素寸法が小さい検出画像データと参照画像データとの間における位置ずれ検出および位置ずれ補正（位置合わせ）等の画像処理を画素数を増大させた探索範囲で、回路規模を増大させることなく高速に行うことができ、その結果高スループットで極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【００６６】
また、本発明によれば、遠紫外光を用いた光学顕微鏡や電子線顕微鏡を用いて極微細なパターンピッチの画像や極微細な異物等の画像を高解像度で、しかも高分解能で検出される画像信号を基に、位置ずれ検出および位置ずれ補正（位置合わせ）等の画像処理を行う高速な画像処理回路を小型化することが可能になり、その結果、高スループットでかつ小型化な検査装置を実現することができる効果を奏する。
また、本発明によれば、画像信号検出部を、被被検査対象基板に対して４００ｎｍ以下のＤＵＶ光を照射する照射光学系と、前記被被検査対象基板からの反射光を受光して画像信号に変換する検出光学系とを備えて構成し、受光するイメージセンサをＤＵＶ光を受光できるＴＤＩイメージセンサで形成するようにしたので、０．１μｍ以下の極微細な欠陥からの散乱光もしくは回折光に基づく高解像度を有する画像信号を検出することができ、その結果極微細な異物やパターン欠陥等の極微細な真の欠陥を誤検出することなく高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微細欠陥検査装置の第１の実施例であるＤＵＶ光学式欠陥検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係るＴＤＩイメージセンサの実施例を示す図である。
【図３】本発明に係る画像処理部に設けられたＬＳＩで構成される画像処理回路の第１の実施例を説明するための図である。
【図４】本発明に係る画像処理部に設けられた複数チャネルの画像信号から複数チャンネル分の奇数画像信号と偶数画像信号とに変換する回路を説明するための図である。
【図５】本発明に係る画像処理部に設けられたＬＳＩで構成される画像処理回路の第２の実施例を説明するための図である。
【図６】図４および図５に示す回路を複数チャンネル毎の基板に実装して本発明に係る画像処理部を構成する実施例を示す図である。
【図７】位置ずれ探索範囲と画素サイズとの関係を説明するための図である。
【図８】本発明に係る位置ずれ検出回路の一実施例を示す図である。
【図９】テンプレートマッチングを説明するための図である。
【図１０】本発明に係る位置ずれ検出回路のカスケード接続方法を説明するための図である。
【図１１】位置ずれ検出回路が１個の場合、４個の場合、９個の場合における位置ずれ探索範囲を画素群によって示す図である。
【図１２】ステージの走行等によって生じる画像歪みの影響を説明するための図である。
【図１３】本発明に係る微細欠陥検査装置の第２の実施例である電子線式欠陥検査装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１…被検査対象基板、２…ステージ、３…対物レンズ、４…ハーフミラー、５…照明光源、６…干渉フィルタ、７…イメージセンサ、８、８ａ…チャンネル合成部、８ｂ、８ｃ、８ｆ、８ｇ…ＯＤＤ／ＥＶＥＮ合成回路部、８ｄ、８ｅ…ＯＤＤ／ＥＶＥＮ分離回路部、８ｈ…分離回路部、９、９ａ…遅延回路部、１０、１０ａ…位置ずれ検出・位置ずれ補正回路部（位置ずれ検出・位置合わせ回路部）（ＬＳＩ）、１１、１１ａ…比較回路部（ＬＳＩ）、１２…欠陥判定部、１３…画像処理部、１４ａ、１４ｂ…画像検出部、１５、１５ａ…画像処理基板、１６…位置ずれ検出・位置ずれ補正画像処理回路（ＬＳＩ）、１７…比較画像処理回路（ＬＳＩ）、２１、２２…探索範囲、３１…検出画像データ（ｆ（ｘ，ｙ））、３２…テンプレート画像データ（参照画像データ）（ｇ（ｘ，ｙ））、４１…位置ずれ検出回路、６１…チャンネルａの合成前画像（ｎ画素／ライン）、６２…チャンネルｂの合成前画像（ｎ画素／ライン）、６３ａ、６３ｂ…メモリ、６４ａ〜６４ｈ…セレクタ、６５ａ、６５ｂ…画像処理回路、６６ａ、６６ｂ…２チャンネル合成後の画像（２ｎ画素／ライン）、６７…チャンネルａの分離後画像（ｎ画素／ライン）、６８…チャンネルｂの分離後画像（ｎ画素／ライン）、６９ａ、６９ｂ…ＦＩＦＯ、７０…合成後の奇数画像（ｎ画素／ライン）、７１…合成後の偶数画像（ｎ画素／ライン）、１０１…電子銃、１０２…コンデンサレンズ、１０３…走査偏向器、１０４…対物レンズ、１０５…電子検出器、１０６…アンプ、４１１、４１２…画像入力部、４１３、４１４…画素切り出し部、４１５…積和累算器、４１７…演算データ読み出し部（ＣＰＵ−ＩＦ）、４１９…タイミング制御回路、４２１…クロック発生器、４２２…拡張画像出力部、４２３…カスケード接続用画像出力、４２５…ＣＰＵ、８０１…ゲート、８０２…金属膜、８０３…酸化膜、８０４…Ｓｉ基板、８０５…カバーガラス。

Claims (12)

1. 試料を撮像して検出される画像信号を多チャンネルで並列に出力する撮像手段と、
   該撮像手段から並列に入力される多チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データを並列に出力するＡ／Ｄ変換部と、
   該Ａ／Ｄ変換部から並列に出力される多チャンネルの検出画像データを繰り返されるパターン分遅延させて前記多チャンネルの検出画像データの比較対象となる多チャンネルの参照画像データを並列に出力する遅延回路部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部から並列に出力された多チャンネルの検出画像データと前記遅延回路部から並列に出力された多チャンネルの参照画像データとに基づいて複数チャンネル単位での両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された複数チャンネル単位での位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データとを複数チャンネル単位で位置ずれ補正を行う位置ずれ補正回路との組を前記多チャンネル分複数並設し、これら並設された複数の組の回路により複数チャンネル単位での位置ずれ検出及び位置ずれ補正を前記多チャンネルに亘って並列処理するように構成した位置ずれ検出及び補正回路部と、
   該位置ずれ検出及び補正回路部における各位置ずれ補正回路から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較して欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を前記多チャンネル分複数並設し、これら並設された複数の比較回路から複数チャンネル単位での欠陥候補点に関する情報を前記多チャンネルに亘って出力するように構成した比較回路部とを備え、
   前記位置ずれ検出及び補正回路部における複数チャンネル単位に対応させて設けられた前記位置ずれ検出回路と前記位置ずれ補正回路との組の各々を第１の画像処理回路で構成し、前記比較回路部における複数チャンネル単位に対応させて設けられた前記比較回路の各々を第２の画像処理回路で構成し、前記第１および第２の画像処理回路を、複数チャンネルの画像データを並び替えて１チャンネルの画像データに合成する合成部と該合成部で合成された１チャンネルの画像データに対して複数倍の処理速度で画像処理する画像処理回路部と該画像処理回路部で画像処理された１チャンネルの画像データを並び替えて複数チャンネルの画像データに戻す分離部とを有することを特徴とする微細欠陥検査装置。
2. 前記第１の画像処理回路を第１の集積回路素子（ＬＳＩ）で構成し、前記第２の画像処理回路を第２の集積回路素子（ＬＳＩ）で構成することを特徴とする請求項１記載の微細欠陥検査装置。
3. 前記撮像手段は、前記試料にＤＵＶ光を照射するＤＵＶ光照射手段を有し、該ＤＵＶ光照射手段によりＤＵＶ光が照射された前記試料を撮像して検出される画像信号を多チャンネルで並列に出力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の微細欠陥検査装置。
4. 前記撮像手段は、前記試料を撮像して検出される画像信号を、ＴＤＩセンサを用いて多チャンネルで並列に出力することを特徴とする請求項３記載の微細欠陥検査装置。
5. 前記ＴＤＩセンサは、前記ＤＵＶ光を照射された試料からの反射光を裏面から入射させて検出する裏面照射型のＴＤＩセンサであることを特徴とする請求項４記載の微細欠陥検査装置。
6. 前記撮像手段は、前記試料に集束させた電子線を照射する電子線照射手段を有し、該電子線照射手段により集束させた電子線が照射された前記試料を撮像して検出される画像信号を多チャンネルで並列に出力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の微細欠陥検査装置。
7. 試料を撮像手段により撮像して検出される画像信号を多チャンネルで並列に出力する撮像ステップと、
   該撮像ステップで並列に出力する多チャンネルの画像信号の各々をＡ／Ｄ変換部によりＡ／Ｄ変換して多チャンネルの検出画像データを並列に出力するＡ／Ｄ変換ステップと、
   該Ａ／Ｄ変換ステップで並列に出力される多チャンネルの検出画像データを繰り返されるパターン分遅延させて多チャンネルの検出画像データの比較対象となる多チャンネルの参照画像データを並列に出力する参照画像出力ステップと、
   前記Ａ／Ｄ変換ステップで並列に出力された多チャンネルの検出画像データと前記参照画像出力ステップで並列に出力された多チャンネルの参照画像データとに基づいて複数チャンネル単位での両画像データの間の位置ずれ量を算出する位置ずれ検出回路と該位置ずれ検出回路で算出された複数チャンネル単位での位置ずれ量に基いて前記検出画像データと参照画像データとを複数チャンネル単位で位置ずれ補正を行う位置ずれ補正回路との組を前記多チャンネル分複数並設して構成された位置ずれ検出及び補正回路部により複数チャンネル単位での位置ずれ検出及び位置ずれ補正を前記多チャンネルに亘って並列処理する位置ずれ検出及び補正ステップと、
   該位置ずれ検出及び補正ステップでの前記各位置ずれ補正回路から得られる複数チャンネル単位での位置ずれ補正された検出画像データと参照画像データとを比較して欠陥候補点に関する情報を抽出する比較回路を前記多チャンネル分複数並設して構成された比較回路部により複数チャンネル単位での欠陥候補点に関する情報を前記多チャンネルに亘って出力する比較処理ステップとを有し、
   前記位置ずれ検出及び補正ステップでの位置ずれ検出及び補正回路部における複数チャンネル単位に対応させて設けられた前記位置ずれ検出回路と前記位置ずれ補正回路との組の各々を第１の画像処理回路で構成し、前記比較処理ステップでの前記比較回路部における複数チャンネル単位に対応させて設けられた前記比較回路の各々を第２の画像処理回路で構成し、前記第１および第２の画像処理回路として、複数チャンネルの画像データを並び替えて１チャンネルの画像データに合成する合成部と該合成部で合成された１チャンネルの画像データに対して複数倍の処理速度で画像処理する画像処理回路部と該画像処理回路部で画像処理された１チャンネルの画像データを並び替えて複数チャンネルの画像データに戻す分離部とを有するものを用いることを特徴とする微細欠陥検査方法。
8. 前記位置ずれ検出及び補正ステップでの位置ずれを検出して補正することを第１の集積回路素子（ＬＳＩ）で行い、前記比較処理ステップでの比較処理を第２の集積回路素子（ＬＳＩ）で行うことを特徴とする請求項７記載の微細欠陥検査方法。
9. 前記撮像ステップは、前記試料にＤＵＶ光を照射するＤＵＶ光照射ステップを有し、該ＤＵＶ光照射ステップによりＤＵＶ光が照射された前記試料を撮像して検出される画像信号を多チャンネルで並列に出力することを特徴とする請求項７記載の微細欠陥検査方法。
10. 前記撮像ステップは、前記試料を撮像して検出される画像信号を、ＴＤＩセンサを用いて多チャンネルで並列に出力することを特徴とする請求項９記載の微細欠陥検査方法。
11. 前記ＤＵＶ光を照射された試料からの反射光を、裏面照射型のＴＤＩセンサで検出することを特徴とする請求項１０記載の微細欠陥検査方法。
12. 前記撮像ステップは、前記試料に集束させた電子線を照射する電子線照射ステップを有し、該電子線照射ステップにより集束させた電子線が照射された前記試料を撮像して検出される画像信号を多チャンネルで並列に出力することを特徴とする請求項７記載の微細欠陥検査方法。

Images