JP3683827B2 - パターン欠陥検査方法およびパターン欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、参照画像と被検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパターン欠陥検査方法およびパターン欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体ウエハや液晶表示パネル用ガラス基板あるいは半導体製造装置用マスク基板、さらには、プリント配線基板等の基板等におけるパターンの欠陥を検査するためには、参照画像と被検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパターン欠陥検査装置が使用される。このようなパターン欠陥検査装置においては、参照画像と被検査画像とのパターンマッチングにより位置合わせを行った上でこれらの画像の差の絶対値を測定し、この差の絶対値がある閾値を越えた場合に、これを欠陥として検出するようにしている。
【０００３】
しかしながら、参照画像と被検査画像とをその全ての位置で位置合わせすることは困難である。特に、参照画像または被検査画像に局所的な歪みが存在する場合等においては、参照画像と被検査画像とをその全ての位置で位置合わせすることが不可能となる。
【０００４】
このため、本出願人は、参照画像と被検査画像とをいくつかの検査ブロックに分割し、分割後の参照画像を被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上で、各揺すらせ位置において参照画像と被検査画像との差の絶対値を測定し、各揺すらせ位置毎のこの差の絶対値の差違が一定の閾値以上となったときにのみ、その検査ブロック内に欠陥が存在すると判断することにより、上述した問題を解消しうるパターン欠陥検査装置を提案している（特開昭６２−１４０００９号、特開２０００−０２８３３３号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６２−１４０００９号や特開２０００−０２８３３３号に記載されたパターン欠陥検査装置は、参照画像と被検査画像とをその全ての位置で位置合わせすることなく欠陥を検出できる点で優れたものではあるが、検査ブロック単位でしか欠陥を検出できないことから、欠陥画素の特定が困難になるという問題がある。
【０００６】
また、特開昭６２−１４０００９号や特開２０００−０２８３３３号に記載されたパターン欠陥検査装置においては、参照画像側に微細な欠陥が存在した場合や、検査すべきパターンが微細な場合においては、検査ブロックの境界部分において、参照画像側の微細な欠陥や被検査画像の微細な欠陥を見逃しやすいという問題がある。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、微細な欠陥をも、その位置を特定した上で正確に検出することができるパターン欠陥検査方法およびパターン欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、参照画像と被検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査方法であって、参照画像を記憶する参照画像記憶工程と、被検査画像を読み取る被検査画像読取工程と、前記参照画像記憶工程で記憶した参照画像を前記被検査画像読取工程で読み取った被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上で、各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査画像との差の絶対値を測定することにより各揺すらせ位置における差の絶対値画像を得る差の絶対値測定工程と、前記差の絶対値測定工程で測定した各揺すらせ位置における差の絶対値画像に対し、最大値フィルター処理を行うことにより、各揺すらせ位置における最大値画像を得る最大値フィルター処理工程と、前記最大値フィルター処理工程で得た各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最小値検出工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記参照画像と前記被検査画像とは多値画像であり、前記最小値検出工程の後に、前記欠陥画像を二値化する二値化工程を有する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記参照画像と前記被検査画像とは多値画像であり、前記差の絶対値測定工程の後に、前記差の絶対値画像を二値化する二値化工程を有する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、参照画像と被検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパターン欠陥検査装置であって、参照画像を記憶する画像メモリと、被検査画像を読み取るカメラと、前記画像メモリに記憶した参照画像を前記カメラで読み取った被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置する揺すらせ回路と、前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査画像との差の絶対値を測定することにより、各揺すらせ位置における差の絶対値画像を得る差の絶対値測定回路と、各揺すらせ位置における差の絶対値画像に対し、最大値フィルター処理を行うことにより、各揺すらせ位置における最大値画像を得る最大値フィルター処理回路と、各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最小値検出回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明に係るパターン欠陥検査装置の概要図である。
【００１３】
このパターン欠陥検査装置は、半導体ウエハからなる基板Ｗを支持する基板支持テーブル１１と、この基板支持テーブル１１をＸ方向に移動させるためのアクチュエータ１２と、基板支持テーブル１１をＹ方向に移動させるためのアクチュエータ１３と、これらのアクチュエータ１２、１３を介して基板支持テーブル１１を駆動するためのテーブル駆動部１４と、基板支持テーブル１１に支持された基板Ｗの画像を撮影するカメラ１５と、カメラ１５における画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１６と、後述する画像処理部２０と、パターン検査装置全体を制御する制御部１７とを備える。また、制御部１７には、キーボード１８とＣＲＴ１９とが接続されている。
【００１４】
また、画像処理部２０は、参照画像を記憶するための画像メモリ２１と、画像メモリ２１に記憶した参照画像をカメラ１５で読み取った被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置するための揺すらせ回路２２と、各揺すらせ位置において参照画像と被検査画像との差の絶対値を測定することにより各揺すらせ位置における差の絶対値画像を得るための差の絶対値測定回路２３と、各揺すらせ位置における差の絶対値画像に対し最大値フィルター処理を行うことにより各揺すらせ位置における最大値画像を得る最大値フィルター処理回路２４と、各揺すらせ位置における最大値画像に対し同一位置の画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最小値検出回路２５と、欠陥画像を一定の閾値で二値化することにより欠陥を特定する二値化処理回路２６とを備える。
【００１５】
次に、このパターン欠陥検査装置による欠陥検査動作について説明する。図２はパターン欠陥検査工程を示すフローチャートである。
【００１６】
パターン欠陥検査を実行する際には、予め、参照画像を画像メモリ２１に記憶しておく（ステップＳ１）。この参照画像記憶工程においては、欠陥検査のマスターパターンとなるべき参照画像をカメラ１５により多値画像として読み取り、この画像データを画像メモリ２１に記憶する。
【００１７】
次に、パターン欠陥検査を行うべき被検査画像をカメラ１５により多値画像として読み取る（ステップＳ２）。この被検査画像読取工程において読み取られた画像は、差の絶対値測定回路２３に送信される。なお、被検査画像を画像メモリ２１に一旦記憶するようにしてもよい。
【００１８】
図３は、画像メモリ２１に記憶された参照画像３１と、カメラ１５により読み取られた被検査画像３２とを示す模式図である。
【００１９】
この図に示すように、この実施形態においては、参照画像３１は１８×１８の画素から構成され、被検査画像３２は１６×１６の画素から構成されている。そして、参照画像３１中には、４画素に相当する欠陥またはパターン３３が存在しているものとする。
【００２０】
次に、参照画像記憶工程で記憶した参照画像３１を被検査画像読取工程で読み取った被検査画像３２に対して二次元的に１画素に相当するずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上で、各揺すらせ位置において参照画像３１と被検査画像３２との差の絶対値を測定する（ステップＳ３）。
【００２１】
すなわち、この差の絶対値測定工程においては、揺すらせ回路２２により、図４に示すように、参照画像３１の上辺と左辺とが被検査画像３２の上辺と左辺とに一致する位置、参照画像３１の上辺のみが被検査画像３２の上辺と一致する位置、参照画像３１の上辺と右辺とが被検査画像３２の上辺と右辺とに一致する位置、参照画像３１の左辺のみが被検査画像３２の左辺と一致する位置、参照画像３１のいずれの辺も被検査画像３２のいずれかの辺と一致しない位置、参照画像３１の右辺のみが被検査画像３２の右辺と一致する位置、参照画像３１の左辺と下辺とが被検査画像３２の左辺と下辺とに一致する位置、参照画像３１の下辺のみが被検査画像３２の下辺と一致する位置、参照画像３１の右辺と下辺とが被検査画像３２の右辺と下辺とに一致する位置の９個の揺すらせ位置に配置する。
【００２２】
そして、差の絶対値測定回路２３により、これらの９個の揺すらせ位置において、参照画像記憶工程で記憶した参照画像３１と被検査画像読取工程で読み取った被検査画像３２とを比較することにより、各揺すらせ位置における差の絶対値画像を得る。図４は、このようにして得られた９個の差の絶対値画像３４ａ〜３４ｉを示している。
【００２３】
なお、この実施形態においては、参照画像３１を被検査画像３２に対して二次元的に１画素に相当するずらせ量だけずらせて９個の揺すらせ位置に配置しているが、この揺すらせ量は１画素に相当するものでなくともよい。なお、例えば、この揺すらせ量を２画素とした場合には、２５個の揺すらせ位置が存在することになり、この揺すらせ量をｎ画素とした場合には、（２ｎ＋１）×（２ｎ＋１）個の揺すらせ位置が存在することになる。
【００２４】
また、この揺すらせ量は、必ずしも画素の整数倍である必要はなく、例えば、特開２０００−０２８３３３号に記載されているように、１画素以下の単位であってもよい。
【００２５】
また、この実施形態においては、参照画像３１と被検査画像３２とを多値画像としているが、これらが二値画像の場合においては、この差の絶対値測定工程にでは、各揺すらせ位置における参照画像３１と被検査画像３２との排他的論理和をとることになる。
【００２６】
再度、図２を参照して、次に、差の絶対値測定工程で測定した各揺すらせ位置における差の絶対値画像３４ａ〜３４ｉに対し、最大値フィルター処理（膨張処理）を実行する（ステップＳ４）。この最大値フィルター処理工程においては、例えば、絶対値画像３４ａ〜３４ｉにおける各画素を、例えば３行３列の最大値フィルター領域の各位置に配置した場合に、その最大値フィルター領域内の画像の最大値を、その中央部の値として設定することにより、各揺すらせ位置における最大値画像を得る。図５は、このようにして得られた９個の差の最大対値画像３５ａ〜３５ｉを示している。
【００２７】
なお、上述した説明では、最大値フィルター処理として、３×３のウインドウによる最大値フィルター処理を採用しているが、３×３以上のＮ×Ｎのものを採用するようにしてもよい。このとき、上述した揺すらせ量をｎとしたとき、Ｎの値は［２ｎ＋１］以上である必要がある。
【００２８】
また、上下左右対称な形状であれば、例えば円形等の、矩形状以外の形状のウインドウを使用してもよい。このようなウインドウとして円形のウインドウを使用した場合においては、円形状のウインドウを円状に揺すらせることになる。このような場合においては、円形のウインドウの揺すらせ量をｎとしたとき、円形のウインドウの直径が上述したＮに相当することになる。
【００２９】
次に、最大値フィルター処理工程で得た各揺すらせ位置における最大値画像３５ａ〜３５ｉに対し、同一位置の画素値の最小値を検出する（ステップＳ５）。すなわち、この最小値検出工程においては、各揺すらせ位置に対応する９個の差の最大対値画像３５ａ〜３５ｉにおける、同一位置にある画素値の内の最小値を選択することにより、欠陥画像を得る。図６は、このようにして得られた欠陥画像３６を示している。
【００３０】
図３（ａ）および図６に示すように、検出された欠陥画像３６は、参照画像３１中の欠陥またはパターン３３と同一サイズとなっている。すなわち、上述した条件の下、このパターン欠陥検査装置を使用した場合においては、揺すらせ量をｎとし、最大値フィルターのサイズを［２ｎ＋１］×［２ｎ＋１］とした場合に、欠陥サイズと同一サイズの欠陥画像３６を得ることができることになる。
【００３１】
再度、図２を参照して、この欠陥画像３６を所定の閾値で二値化することにより、最終的な欠陥情報を得る（ステップＳ６）。
【００３２】
なお、上述した説明においては、最小値検出工程（ステップＳ５）の後に、二値化処理を実行しているが、差の絶対値測定工程（ステップＳ３）に続いて二値化処理を実行するようにしてもよい。このような場合においては、最大値フィルター処理工程（ステップＳ４）においては、最大値フィルター領域内のいずれかに「１」が存在すれば、その中央部に「１」を設定することになる。また、最小値検出工程（ステップＳ５）においては、各揺すらせ位置における最大値画像に対して「ＡＮＤ」をとることになる。
【００３３】
上述した図３〜図６に示す実施形態は、参照画像３１中には４画素に相当する欠陥３３が存在している場合、もしくは、参照画像３１中に４画素に相当するパターン３３が存在し、かつ、被検査画像３２にはこのようなパターン３３が存在しない場合のものである。しかしながら、この発明に係るパターン欠陥検査装置によれば、被検査画像に欠陥がある場合にも、同様の工程によりこの欠陥を検出することができる。
【００３４】
図７は、上述した参照画像記憶工程（ステップ１）により画像メモリ２１に記憶された参照画像４１と、上述した被検査画像読取工程（ステップＳ２）においてカメラ１５により読み取られた被検査画像４２とを示す模式図である。
【００３５】
この図に示すように、この実施形態においては、被検査画像４２中には、４画素に相当する欠陥またはパターン４３が存在している。
【００３６】
このような条件の下、参照画像４１を被検査画像４２に対して二次元的に１画素に相当するずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上で、各揺すらせ位置において参照画像４１と被検査画像４２との差の絶対値を測定する差の絶対値測定工程（ステップＳ３）を実行した場合には、図８に示す９個の差の絶対値画像４４ａ〜４４ｉが得られる。なお、この絶対値画像４４ａ〜４４ｉは、図４に示す絶対値画像３４ａ〜３４ｉに比べ、各絶対値画像４４ａ〜４４ｉの位置が互いに一致している点が異なっている。
【００３７】
そして、これらの差の絶対値画像４４ａ〜４４ｉに対し、３×３の最大値フィルター処理を実行することにより（ステップＳ４）。図９に示す９個の差の最大対値画像４５ａ〜４５ｉを得る。
【００３８】
しかる後、これらの最大値画像４５ａ〜４５ｉに対し、同一位置の画素値の最小値を検出することにより（ステップＳ５）、図１０に示す欠陥画像４６を得る
【００３９】
図７（ａ）および図１０に示すように、検出された欠陥画像４６は、被検査画像４１中の欠陥４３を最大値フィルターのサイズだけ膨張したサイズとなっている。すなわち、上述した条件の下、このパターン欠陥検査装置を使用した場合においては、揺すらせ量をｎとし、最大値フィルターのサイズを［２ｎ＋１］×［２ｎ＋１］とした場合に、欠陥サイズを最大値フィルターのサイズ分だけ膨張させたサイズの欠陥画像４６を得ることができることになる。
【００４０】
最後に、図２を参照して、この欠陥画像４６を所定の閾値で二値化することにより、最終的な欠陥情報を得る（ステップＳ６）。
【００４１】
なお、上述した実施形態においては、参照画像３１、４１と被検査画像３２、４２とをそのまま比較しているが、エッジ部分のサンプリングによる誤差が問題となる場合においては、例えば、特開２０００−０６５５４５号に記載されたように、参照画像３１、４１側に許容値を設けた上で差分を計算するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１乃至請求項４に記載の発明によれば、欠陥が微細であった場合にも、その欠陥を、欠陥の位置をある程度特定した上で検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るパターン欠陥検査装置の概要図である。
【図２】パターン欠陥検査工程を示すフローチャートである。
【図３】参照画像３１と被検査画像３２とを示す模式図である。
【図４】絶対値画像３４ａ〜３４ｉを示す模式図である。
【図５】差の最大対値画像３５ａ〜３５ｉを示す模式図である。
【図６】欠陥画像３６を示す模式図である。
【図７】参照画像４１と被検査画像４２とを示す模式図である。
【図８】絶対値画像４４ａ〜４４ｉを示す模式図である。
【図９】差の最大対値画像４５ａ〜４５ｉを示す模式図である。
【図１０】欠陥画像４６を示す模式図である。
【符号の説明】
１１ 基板支持テーブル
１２ アクチュエータ
１３ アクチュエータ
１４ テーブル駆動部
１５ カメラ
１６ Ａ／Ｄ変換器
１７ 制御部
２０ 画像処理部
２１ 画像メモリ
２２ 揺すらせ回路
２３ 差の絶対値測定回路
２４ 最大値フィルター処理回路
２５ 最小値検出回路
２６ 二値化処理回路
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 参照画像と被検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査方法であって、
   参照画像を記憶する参照画像記憶工程と、
   被検査画像を読み取る被検査画像読取工程と、
   前記参照画像記憶工程で記憶した参照画像を前記被検査画像読取工程で読み取った被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置した上で、各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査画像との差の絶対値を測定することにより各揺すらせ位置における差の絶対値画像を得る差の絶対値測定工程と、
   前記差の絶対値測定工程で測定した各揺すらせ位置における差の絶対値画像に対し、最大値フィルター処理を行うことにより、各揺すらせ位置における最大値画像を得る最大値フィルター処理工程と、
   前記最大値フィルター処理工程で得た各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最小値検出工程と、
   を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査方法。
2. 請求項１に記載のパターン欠陥検査方法において、
   前記参照画像と前記被検査画像とは多値画像であり、
   前記最小値検出工程の後に、前記欠陥画像を二値化する二値化工程を有するパターン欠陥検査方法。
3. 請求項１に記載のパターン欠陥検査方法において、
   前記参照画像と前記被検査画像とは多値画像であり、
   前記差の絶対値測定工程の後に、前記差の絶対値画像を二値化する二値化工程を有するパターン欠陥検査方法。
4. 参照画像と被検査画像とを比較することによりパターンの欠陥を検出するパターン欠陥検査装置であって、
   参照画像を記憶する画像メモリと、
   被検査画像を読み取るカメラと、
   前記画像メモリに記憶した参照画像を前記カメラで読み取った被検査画像に対して二次元的に一定のずらせ量だけ各周辺方向にずらせた揺すらせ位置に配置する揺すらせ回路と、
   前記各揺すらせ位置において前記参照画像と前記被検査画像との差の絶対値を測定することにより、各揺すらせ位置における差の絶対値画像を得る差の絶対値測定回路と、
   各揺すらせ位置における差の絶対値画像に対し、最大値フィルター処理を行うことにより、各揺すらせ位置における最大値画像を得る最大値フィルター処理回路と、
   各揺すらせ位置における最大値画像に対し、同一位置の画素値の最小値を検出することにより欠陥画像を得る最小値検出回路と、
   を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。

Images