JP3948728B2

JP3948728B2 - Pattern inspection device

Info

Publication number: JP3948728B2
Application number: JP2003071791A
Authority: JP
Inventors: サフィアオファー; 山本　　茂
Original assignee: オルボテックリミテッド
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: WO2004083901A2; JP2004279244A; CN1839306B; TW200504328A; KR101146081B1; CN1839306A; WO2004083901A3; KR20050110005A; TWI318680B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ガラス基板上に形成される電気信号やトランジスタ電極などの繰り返しパターンの良否を検査する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＦＴ液晶の基板製造工程においては、フォトエッチングプロセスにてトランジスタ電極などの薄膜の繰り返しパターンが形成されるが、露光装置の異常動作によって形成されたパターンに局所的な位置ずれを起こす場合がある。例えば、図５に示すように、露光装置のステージ２の上面にパーティクル３が付着していると、ステージ上に置かれた液晶ガラス基板１は、同図のように張力によって変形し、図６に示すように、液晶ガラス基板１に形成された垂直線状の繰り返しパターン４に局所的なずれが発生する。この局所的な位置ずれを早期に発見し、露光装置の異常に対処することが生産性を向上させる上で重要な技術となっている。上記の位置ずれはマイクロメータ単位の微小なものなので肉眼で発見することができず、また２０〜３０ミリ程度の広い領域に渡って一様に発生するために、隣接パターンを比較する手段では検出することができない。
【０００３】
かかる不良を発見するために、従来の技術では、単色光源とフレネルレンズなどを用いて観察対象基板に照明光を斜め方向から当て、また、観測者が微弱な回折光の強弱を斜め方向から肉眼で観察する「マクロ検査」と呼ばれる手段が取られている（例えば特許文献１参照）。この方法によれば、繰り返しパターンにおける回折光の干渉が観測光の濃淡になって可視化されるので、光の波長に近い量のパターン間隔の変化を観測することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４１６５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の回折光の性質を使用する検査方法については、微弱な回折光の変化に対する肉眼による検査であるので、検査結果が定性的であり、観測される輝度の変化分と実際のパターン移動量の間に絶対的な尺度を適用することができない。また、カメラによる撮像を適用しようとした場合、光学的にはパターンのエッジ部分における回折光を観察する方法であるために、観測される光量が微弱で、また観察できる角度範囲が非常に狭く、自動的な画像取得が困難である。また、微弱な輝度の変化を見分けなければならないため、周囲から回りこむ外光の影響を防止する目的で装置全体を暗幕で囲う必要があり、検査装置の設置条件に制限がある。そのうえ、製品の種別によって製造するパターン間隔が変化するたびに光源やカメラの角度などの観察条件を変えなければならず、検査の自動化を妨げる要因になっている。その一方、現在のガラス基板サイズは一辺１メートルを越えるものが主流となっており、肉眼による観察においても条件設定に制限が出てきて、基板全面を同一条件で観察することが困難になりつつある。
【０００６】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、一定の条件下によるカメラでの取得画像を元に、従来の回折光観測と同様な感度を有する局所的なパターンの位置ずれを測定することができるパターン検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板に形成された繰り返しパターンを検査するパターン検査装置に関するものであり、本発明の上記目的は、直線状又は二次元的な繰り返しパターンがフォトエッチングプロセスにて形成された基板を検査対象基板として光学的に検査するパターン検査装置であって、前記フォトエッチングプロセスにおいて、露光装置の異常動作等に起因して発生する１マイクロメータ程度の微小な前記パターンの位置ずれを含む局所的な異常をマクロ検査する手段として、カメラと画像処理装置とを有し、前記画像処理装置は、前記基板に形成される金属パターン上で観測される輝度の尖頭位置を含む画像中の前記パターンの各特徴点を予め前記検査対象基板の種別に応じて記憶する記憶手段と、前記パターンの各特徴点について、前記カメラで撮像した画像中の前記特徴点の位置を計測位置として、周囲の複数画素の輝度値の分布に基づいて前記カメラの撮像素子の画像分解能より小さい精度で計測する画像特徴位置計測手段と、前記基板のパターン周期によって前記カメラで撮像した画像中に出現すると予測される理想的な特徴点の位置を予測位置として前記パターンの各特徴点について生成する予測位置発生手段と、前記各特徴点に対する前記計測位置と前記予測位置との差を位置誤差情報として検出する誤差検出手段とを備え、前記誤差検出手段により検出した前記位置誤差情報と予め設定された限界値とを比較して前記基板の局所的な異常を検出することによって達成される。
【０００８】
さらに、前記二次元的な繰り返しパターンに対しては、前記誤差検出手段により検出される水平方向のみの前記位置誤差情報、垂直方向のみの前記位置誤差情報、又は、水平方向と垂直方向の両方向の前記位置誤差情報を用いて前記基板の局所的な異常を検査することによって、一層効果的に達成される。
【０００９】
さらに、前記位置誤差情報を画素の濃淡情報に変換して濃淡画像を生成する画像生成手段を有し、前記異常によるパターンの位置ずれの分布を把握可能に、前記位置誤差情報を画像として可視化すること；前記検査の対象基板が液晶表示用のアクティブマトリックスであって、この基板上に形成されたトランジスタの電極位置の異常を検査すること；前記基板を明視野照明により照明する照明手段を備え、前記カメラが前記照明手段の前記基板からの直接反射光を捉えるように配置されていること；によって、それぞれ一層効果的に達成される。
あるいは、本発明の上記目的は、液晶表示用のアクティブマトリックスがフォトエッチングプロセスにて形成された基板において、形成された金属パターンを検査対象として光学的に検査するパターン検査装置であって、前記フォトエッチングプロセスにおいて、露光装置の異常動作等に起因して発生する１マイクロメータ程度の微小な前記パターンの位置ずれを含む局所的な異常をマクロ検査する手段として、前記金属パターン上で観測される輝度の尖頭位置を前記パターンの特徴点として、画像中の前記パターンの各特徴点を予め前記基板の種別に応じて記憶する記憶手段と、前記基板の表面に対して明視野照明による照明光を照射する照明手段と、前記基板からの直接反射光を受光して前記基板の画像を撮像する撮像手段と、前記パターンの各特徴点について、ある一点における前記基板の画像中の特徴点出現位置を画素寸法より小さい分解能で計測する際に、前記特徴点出現位置の周囲の複数画素の中から最も輝度値の高い画素を抽出して少なくともその画素の両隣の画素の輝度分布を基に所定の位置抽出アルゴリズムにより前記特徴点出現位置を計測し、前記各特徴点に対する計測位置の信号を発生する画像特徴位置計測手段と、前記基板のパターン周期によって前記撮像手段で撮像した画像中に出現すると予測される理想的な特徴点の位置を予測位置として前記パターンの各特徴点について生成し、前記計測位置の信号出力に同期して前記予測位置の信号を発生する予測位置発生手段と、前記計測位置の信号と前記予測位置の信号とをリアルタイムに比較して前記各特徴点に対する前記計測位置と前記予測位置との差を位置誤差情報として検出する誤差検出手段と、を備え、前記誤差検出手段で検出した前記位置誤差情報に基づいて前記基板の局所的な異常を検査することによって達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明に係るパターン検査装置の検査対象の基板は、液晶表示用のアクティブマトリックス等の基板（一辺が１メートルを越える大型の基板を含む板状の基板）であり、本発明では、この基板上に形成された二次元的な繰り返しパターンの良否やトランジスタの電極位置等の良否を検査対象としている。
【００１１】
図１は本発明に係るパターン検査装置の構成の一例をブロック図で示しており、本発明のパターン検査装置（以下、検査装置と言う）は、対象基板１を照明するための照明装置１０と、対象基板１からの直接反射光を捉えて２次元エリアを撮像し、画像をデジタル情報として取得するための撮像手段であるカメラ装置２０（本例ではデジタルカメラ）と、デジタル情報を処理するための画像処理装置３０とから構成されている。本実施の形態では、照明装置１０は、対象基板１を所定の角度で明視野照明により照明する装置であり、対象基板１からの直接反射光をカメラ２０により捉えることで、常に一定の角度の正反射光により２次元エリアを撮像できるように構成されている。
【００１２】
画像処理装置３０の内部は、カメラ装置２０で撮像した画像を一時的に若しくは蓄積して記憶する画像記憶装置３１と、パターンの特徴量とその抽出方法を記憶するための参照画像用記憶装置３２と、カメラ装置２０で撮像した実画像の中からパターン繰り返し周期に応じて画像の特徴量が出現する位置を画素寸法より小さい分解能で抽出する画像特徴位置計測装置３３と、パターン周期によって画像の特徴量が出現すると予想される位置（理想的な特徴点の位置）を予め生成する予測位置発生装置３４と、画像特徴位置計測装置３３にて得られた実画像上の位置と予測位置発生装置３４にて発生された位置との差を検出する誤差検出装置３５と、出力信号における不要な高周波成分や光学系の歪による誤差など、既知のノイズを除去するフィルタリング装置とから構成されている。
【００１３】
上記の画像処理装置３０は、高速なコンピュータを使用して、コンピュータを各内部装置（手段）３１〜３６として機能させるプログラム等から成る「ソフトウェア」で代替するように構成しても良い。
【００１４】
このように装置を構成することによって、取得される画像は明視野照明による強い反射光を用いることができ、従来の回折光を用いる照明方法に比較して格段に明るい照明強度を得ることができる。また、明視野照明であるので、照明装置とカメラの設置位置関係が常に一定となり、パターン間隔の変更に伴う段取り替えの必要がなくなるので、特にＣＣＤカメラなどのデジタルカメラによる自動的なデジタル画像取得に有効である。
【００１５】
画像処理装置１０の構成要素のなかで、参照画像記憶装置３２は、画像中において、対象基板に形成されたパターンの周期で繰り返し出現する特徴量（以下、特徴点とも言う）と、その抽出方法を記憶する装置である。この装置が記憶する画像の特徴量とは、微細な金属パターンの中央部分に観測される輝度の尖頭位置や、金属パターンと下地の反射率の違いによる輝度変化などである。あるいは、二次元的に配列された複雑な画像情報における特徴点でも良い。これらの各特徴量とその位置抽出方法（当該種別の特徴点の位置抽出アルゴリズム）は、検査対象基板の種別に応じて予め設定されて記憶されている。画像特徴位置計測装置３３は、上記の参照画像記憶装置３２に蓄えられている当該基板の特徴量の位置抽出方法に応じて、カメラから得られた取得画像中に出現する特徴量の位置を精密に計算する。
【００１６】
このように、特徴量を抽出する手段を記憶しておいて、必要に応じて切り替えることによって、検査対象基板の種別変更に伴う検査方法の自動的な切り替えが可能になる。
【００１７】
画像特徴位置計測装置３３は、ある一点における実画像中の特徴量出現位置を計算するために画像情報を複数ビットのグレイレベルにて取り扱い、また、周囲の複数画素を２次元的に用いるように構成する。それによって、特徴量出現位置を取得画像中の画素分解能以上に細かく補間して計算することが可能となる。この特徴量出現位置の抽出アルゴリズムは、当該種別の検査対象基板のパターンに応じて設定されており、参照画像記憶装置３２に記憶された当該種別の抽出アルゴリズムが使用される。
【００１８】
例えば、図２に示すようなガラス基板５上に形成された垂直線状の金属パターン６の位置を精密に計測する例を以下に示す。この金属パターン６の画像信号は、Ｎ番目の画素を中心として、撮像センサの画素８の上に７のような輝度パターンで結像しているとする。ここで、特徴点の位置計測のために画像記憶装置３１から画像特徴位置計測装置に送られる画像が、左右に１画素分の位置ずれの余裕度を見込んで、Ｎ番目の画素を中心としてＮ−２、Ｎ−１、Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２の５画素であるとする。また、これらの画素の輝度値がＧ（ｎ−２）、Ｇ（ｎ−１）、Ｇ（ｎ）、Ｇ（ｎ＋１）、Ｇ（ｎ＋２）であるとする。
【００１９】
最初に、画像特徴位置計測装置３３は、上記５画素のうち最も輝度の高い画素を選択する。上の例の場合、Ｎ番目の画素である。次に、画像特徴位置計測装置３３はその画素の両隣の画素を選択し、図２中の演算部（位置情報演算装置）３３ａによって、下記の数１により、実画像中の特徴量出現位置Ｎの位置情報Ｐ（Ｎ）を求めて出力する。
【００２０】
【数１】
Ｐ（Ｎ）＝Ｎ＋（Ｇ（ｎ＋１）−Ｇ（ｎ−１））／｛Ｇ（ｎ）−ＭＩＮ（Ｇ（ｎ＋１），Ｇ（ｎ−１））｝×０．５
ここで、Ｇ（ｎ）は、デジタル数値に変換された画素番号Ｎの輝度値を表す。
【００２１】
予測位置発生装置３４は、取得された画像中に表れる特徴量の理想的な位置を生成する。例えば、パターンの繰り返し周期が１００ミクロンであり、画像を取得するカメラの画素寸法が６ミクロンである場合には、取得された画像上において、パターン画像の特徴量が１６と３分の２画素置きに出現するはずである。この装置は、上記の画像特徴位置計測装置３３の計算する位置分解能以上に正確な位置情報を予測値として出力する。この予測位置は検査対象基板の種別に応じて予め生成されており、予測位置発生装置３４では、画像特徴位置計測装置３３の出力と同期して当該特徴点の予測位置の信号を発生して誤差検出装置３５に対して出力される。
【００２２】
画像特徴位置計測装置３３から出力された実測位置は、誤差検出装置３５にて予測位置発生装置３４から得られた理想的な出現位置とリアルタイムに比較される。ここで出力される値が本発明による装置の得ようとする検査結果となる。
【００２３】
ここで、上記の予測位置発生装置３４と誤差検出装置３５の構成例について説明する。
【００２４】
図３は、予測位置発生装置３４と誤差検出装置３５の内部構成を示している。図３の構成例において、予測位置発生装置３４は、これから計測しようとするパターンの番号情報３７を外部から指示されている。なお、パターンの番号情報３７は、検査対象基板１の位置に応じてデジタルカメラ２０の制御装置から与えられても良いし、また、この装置の動作全体を制御するコンピュータなどから与えても良い。この番号情報３７は、画像記憶装置３１にも与えられ、計測対象となる画像の特徴量を含んでいると推定される近辺の画像を切り取り、画像特徴位置計測装置３３に送るためにも用いられる。予測位置発生装置３４は、受け取ったパターン番号情報を、装置内に準備されているパターン間隔記憶装置３４ｂに記憶されているパターン間隔情報と乗算器３４ａによって掛け合わせ、精密な予測位置を得る。誤差検出装置３５は、画像特徴位置計測装置３３による位置計測情報を３４による予測位置から減算器３５ａによって減算する。この情報は、装置内に組み込まれた画素サイズ記憶装置３５ｃに記憶されている精密な撮像画素サイズと乗算器３５ｂによって掛け合わされ、結果としてパターンの位置誤差情報を得る。
【００２５】
誤差検出装置３５によって得られた値（上記の位置誤差情報）は、画像取得時の電気ノイズや光学系の歪、カメラ内部のＡ／Ｄ変換器の非直線性などによって影響を受け、検査に不要なノイズ成分として残留している。図１に示されるフィルタリング装置３６は、これらの不要なノイズを除去するものである。
【００２６】
また、図１に示される画像生成装置３７は、上記のように２次元的に計測された位置ずれ信号に基づいて、各パターン位置の微小な位置ずれ量から画素の輝度値（濃淡情報）へ変換して濃淡画像を生成する装置である。このように位置ずれ量を２次元的に可視化することによって、パターンの位置ずれが基板の全面にわたってどのように分布しているかを把握することが可能であり、露光装置の状態をより詳しく知ることができる。また、位置ずれ判定装置３８を設置することによって、例えば、実際に基板上に形成されたパターンの位置ずれ量が、予め検査対象基板の種別に応じて設定された限界値を超えたときに警報を発し、露光装置の異常に対する対処を促したり、かかる基板を不良品として取り除いて後工程に流さないようにし、生産性を向上させたりすることができる。
【００２７】
上述のような検査装置の構成において、その動作例を説明する。デジタルカメラ等の撮像手段（カメラ装置）２０で撮像された画像は、画像記憶装置３１に一時的に蓄えられ、画像特徴位置計測装置３３により、参照画像用記憶装置３２の参照画像（検査対象基板の種別に応じた当該パターンの基準画像）と比較され、画像内の特徴点の位置が精密に計測される。画像特徴位置計測装置３３によって計測された位置情報は、予測位置発生装置３４により生成された理想的な位置情報と誤差検出装置３５によって比較され、差分の信号がフィルタリング装置３６にてノイズ成分が除去されて、位置誤差出力となる。この出力情報は、画像生成装置１４により可視化されると共に、位置ずれ判定装置３８によりパターンの位置ずれ量に基づいて異常の有無が判断されて異常の通知等が行われる。
【００２８】
なお、画像の特徴点の位置を垂直及び水平方向の２座標値について同時に計測と予測を行い、出力値を独立に扱うことによって検査対象パターンの垂直及び水平方向のずれを同時に計測する装置を構成してもよい。
【００２９】
図４に、このように構成された装置の実施例を示す。
【００３０】
図４の構成例において、画像特徴位置計測装置３３からは、垂直位置と水平位置が同時に出力されている。この水平計測位置信号は、水平予測位置発生装置４１から得られる予測位置と水平誤差検出装置４２にて比較され、水平誤差信号フィルタリング装置４３を通って、水平出力データとして画像生成装置３７と位置ずれ判定装置３８に与えられる。同様に、画像特徴位置計測装置３３から得られた垂直計測位置信号は、垂直予測位置発生装置４４から得られる予測位置と垂直誤差検出装置４５にて比較され、垂直誤差信号フィルタリング装置４６を通って、垂直出力データとして画像生成装置３７と判定装置３８に与えられる。画像生成装置３７と判定装置３８は、水平誤差と垂直誤差の両方について独立に同様な処理を行うことによって、水平方向と垂直方向の位置ずれを同時に処理することができる。
【００３１】
なお、上述した実施の形態においては、検査装置の構成において、画像生成装置３７（及び位置ずれ判定装置３８）は外部の装置とする形態を例として説明したが、内部装置として備えるようにしても良く、また、画像処理装置３０内の各手段と同様に、画像生成手段３７（及び位置ずれ判定手段３８）として機能させるプログラム等から成るソフトウェアで代替する形態としても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）従来技術にて使われていた回折光による輝度変化に対して、明視野照明による直接反射光を利用するために照明効率が良く、小さな出力のランプを使用することができる。同様に、単色光である必要がないので、ハロゲンランプなどの安価で効率の高い照明手段を用いることができる。
（２）照明光とカメラの位置関係が、パターン形状やパターン間隔の変更によらず一定となるので、物理的な段取り替えの必要がなくなる。
（３）前記の（１）と（２）により、デジタルカメラなどの自動撮像手段に適し、製品種別切り替えによるパターンの変更に対する段取り替えが必要ないので、工程にインライン組み込みできる全自動検査装置への適用が可能となる。
（４）実際に取得された画像による計測方法であり、計算される値が直接パターンの移動量を測定したものであるため、最終的にパターンずれ量の絶対的な評価値が得られる。
（５）２次元的なパターンのずれ量を、水平方向と垂直方向について同時に、かつ個別に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明に係るパターン検査装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】画像特徴位置計測装置の実施例における計算式を示す図である。
【図３】図１中の予測位置発生装置と誤差検出装置の内部構成を示す図である。
【図４】垂直及び水平方向の２座標値について同時に計測と予測を行う実施例を示すブロック図である。
【図５】繰り返しパターンの局所的なずれが起きる様子の模式図である。
【図６】繰り返しパターンの局所的なずれの様子を示す図である。
【符号の説明】
１，５検査対象基板（ガラス基板）
２露光装置のステージ
３パーティクル
４垂直線状の繰り返しパターン
６金属パターン
７ＣＣＤセンサ上の画像輝度
８ＣＣＤセンサの画素
１０照明装置
２０カメラ装置（デジタルカメラ）
３０画像処理装置
３１画像記憶装置
３２参照画像用記憶装置
３３画像特徴位置計測装置
３３ａ位置情報演算装置
３４予測位置発生装置
３４ａ予測位置発生装置内の乗算器
３４ｂ予測位置発生装置内のパターン間隔記憶装置
３５誤差検出装置
３５ａ誤差検出装置内の減算器
３５ｂ誤差検出装置内の乗算器
３５ｃ誤差検出装置内の画素サイズ記憶装置
３６フィルタリング装置
３７画像生成装置
３８位置ずれ判定装置
４１水平予測位置発生装置
４２水平誤差検出装置
４３水平誤差信号フィルタリング装置
４４垂直予測位置発生装置
４５垂直誤差検出装置
４６垂直誤差信号フィルタリング装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for inspecting the quality of repetitive patterns such as electric signals and transistor electrodes formed on a liquid crystal glass substrate.
[0002]
[Prior art]
In the TFT liquid crystal substrate manufacturing process, a repetitive pattern of a thin film such as a transistor electrode is formed by a photoetching process. However, a local misalignment may occur in the pattern formed by an abnormal operation of the exposure apparatus. For example, as shown in FIG. 5, when the particles 3 are attached to the upper surface of the stage 2 of the exposure apparatus, the liquid crystal glass substrate 1 placed on the stage is deformed by tension as shown in FIG. As shown in FIG. 2, a local deviation occurs in the vertical linear pattern 4 formed on the liquid crystal glass substrate 1. Finding this local misalignment at an early stage and dealing with an abnormality in the exposure apparatus is an important technique for improving productivity. Since the above-mentioned positional deviation is minute in micrometer units, it cannot be detected with the naked eye, and since it occurs uniformly over a wide area of about 20 to 30 mm, it is detected by means of comparing adjacent patterns. Can not do it.
[0003]
In order to detect such defects, in the conventional technology, illumination light is applied to the observation target substrate from an oblique direction using a monochromatic light source and a Fresnel lens, etc., and the observer observes the intensity of weak diffracted light from the oblique direction. A measure called “macro inspection” is used for observation (see, for example, Patent Document 1). According to this method, since the interference of the diffracted light in the repetitive pattern is visualized as the density of the observation light, it is possible to observe a change in the pattern interval in an amount close to the wavelength of the light.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-141657
[Problems to be solved by the invention]
The inspection method using the above-mentioned properties of diffracted light is an inspection with the naked eye against a weak change in diffracted light, so the inspection result is qualitative, and the observed change in luminance and the actual pattern movement amount are No absolute measure can be applied between. In addition, when trying to apply imaging with a camera, optically, this is a method of observing the diffracted light at the edge of the pattern, so the amount of light observed is weak and the observable angle range is very narrow, Automatic image acquisition is difficult. In addition, since it is necessary to distinguish a slight change in luminance, it is necessary to surround the entire apparatus with a black curtain for the purpose of preventing the influence of external light that circulates from the surroundings, and the installation conditions of the inspection apparatus are limited. In addition, every time the pattern interval to be manufactured changes depending on the type of product, the observation conditions such as the light source and the camera angle must be changed, which hinders the automation of inspection. On the other hand, the current glass substrate size is more than 1 meter on a side, and the setting of conditions is limited even in observation with the naked eye, making it difficult to observe the entire surface of the substrate under the same conditions. is there.
[0006]
The present invention has been made for the above-described circumstances. The object of the present invention is to provide a local image having the same sensitivity as that of conventional diffracted light observation based on an image acquired by a camera under a certain condition. An object of the present invention is to provide a pattern inspection apparatus capable of measuring a positional deviation of a pattern.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a pattern inspection apparatus for inspecting a repetitive pattern formed on a substrate. The object of the present invention is to inspect a substrate on which a linear or two-dimensional repetitive pattern is formed by a photoetching process. A pattern inspection apparatus for optically inspecting a target substrate , including a local misalignment of the pattern of about 1 micrometer caused by an abnormal operation of an exposure apparatus in the photoetching process. As means for macro-inspecting an abnormality, a camera and an image processing apparatus are provided, and the image processing apparatus is configured to detect the pattern in the image including a peak position of luminance observed on a metal pattern formed on the substrate . storage means for storing in response to advance the type of the inspection target board to each feature point for each feature point of the pattern, the camera The position of the feature point in the image captured as the measurement position, an image feature position measuring means for total measured at less precision than the image resolution of the image pickup device of the camera based on the distribution of luminance values of a plurality of pixels surrounding said a predicted position generating means for generating for each of the feature points of the pattern position of the ideal characteristic points predicted to appear in an image captured by the camera by the pattern period of the substrate as the predicted position, the relative said each of the feature points Error detection means for detecting a difference between the measurement position and the predicted position as position error information, and comparing the position error information detected by the error detection means with a preset limit value, This is accomplished by detecting anomalous abnormalities .
[0008]
Further, for the two-dimensional repetitive pattern , the position error information only in the horizontal direction detected by the error detection means, the position error information only in the vertical direction, or both the horizontal and vertical directions. by inspection localized abnormality of the substrate by using the position error information, it is more effectively achieved.
[0009]
Further comprising an image generating means for generating a grayscale image by converting the position error information to the shading information of the pixel, to be grasped distribution of the displacement of the pattern due to the abnormality, to visualize the position error information as an image it; even before Symbol active matrix for the target substrate is a liquid crystal display of the inspection, it is inspected anomalies electrode position of the transistor formed on the substrate; an illumination means for illuminating said substrate by the bright field illumination , the camera that are arranged so as obtain 捉direct reflected light from said substrate of said illuminating means; by, be more effectively achieved respectively.
Alternatively, the above object of the present invention is a pattern inspection apparatus for optically inspecting a formed metal pattern as an inspection object on a substrate on which an active matrix for liquid crystal display is formed by a photoetching process. Luminance observed on the metal pattern as means for macro-inspecting a local abnormality including a positional deviation of the pattern as small as about 1 micrometer generated due to an abnormal operation of the exposure apparatus in the etching process. Storage means for storing in advance each feature point of the pattern in the image according to the type of the substrate, and illumination light by bright field illumination on the surface of the substrate Illuminating means for irradiating; imaging means for receiving directly reflected light from the substrate and capturing an image of the substrate; When the feature point appearance position in the image of the substrate at a certain point is measured with a resolution smaller than the pixel size, the highest luminance value is selected from a plurality of pixels around the feature point appearance position. Image feature position measurement means for extracting a pixel, measuring the appearance position of the feature point by a predetermined position extraction algorithm based on at least the luminance distribution of pixels adjacent to the pixel, and generating a signal of the measurement position for each feature point And generating an ideal feature point position predicted to appear in the image captured by the imaging unit according to the pattern period of the substrate as a predicted position for each feature point of the pattern, and outputting the signal at the measurement position Predicted position generating means for generating a signal of the predicted position in synchronization with each other, comparing the signal of the measured position and the signal of the predicted position in real time. Error detection means for detecting, as position error information, a difference between the measured position and the predicted position with respect to a point, and checks for local abnormality of the substrate based on the position error information detected by the error detection means Is achieved by doing
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. The substrate to be inspected by the pattern inspection apparatus according to the present invention is a substrate such as an active matrix for liquid crystal display (a plate-like substrate including a large substrate whose one side exceeds 1 meter). The quality of the two-dimensional repetitive pattern formed on the substrate and the quality of the electrode position of the transistor are examined.
[0011]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a pattern inspection apparatus according to the present invention. A pattern inspection apparatus (hereinafter referred to as an inspection apparatus) of the present invention includes an illumination device 10 for illuminating a target substrate 1. In order to process digital information, a camera device 20 (digital camera in this example) that is an imaging means for capturing a two-dimensional area by capturing directly reflected light from the target substrate 1 and acquiring the image as digital information Image processing apparatus 30. In the present embodiment, the illumination device 10 is a device that illuminates the target substrate 1 with a bright field illumination at a predetermined angle. By capturing the direct reflected light from the target substrate 1 with the camera 20, the illumination device 10 always has a constant angle. A two-dimensional area can be imaged with specularly reflected light.
[0012]
The image processing device 30 includes an image storage device 31 for temporarily or accumulating and storing an image captured by the camera device 20, and a reference image storage device 32 for storing a pattern feature amount and an extraction method thereof. An image feature position measurement device 33 that extracts a position where an image feature amount appears from a real image captured by the camera device 20 in accordance with the pattern repetition period with a resolution smaller than the pixel size; A predicted position generating device 34 that generates in advance a position where an amount is expected to appear (ideal feature point position), and a position on the actual image obtained by the image feature position measuring device 33 and the predicted position generating device 34. And an error detection device 35 that detects a difference from the position generated by the signal generator, and a filter that removes known noise such as unnecessary high-frequency components in the output signal and errors due to distortion of the optical system. It is composed of a Rutaringu device.
[0013]
The image processing apparatus 30 may be configured to use a high-speed computer and replace it with “software” including a program that causes the computer to function as each of the internal devices (means) 31 to 36.
[0014]
By configuring the apparatus in this way, the acquired image can use strong reflected light by bright-field illumination, and can obtain much brighter illumination intensity than the conventional illumination method using diffracted light. . In addition, because of the bright field illumination, the installation position relationship between the illumination device and the camera is always constant, and there is no need to change the setup when changing the pattern interval. Therefore, automatic digital image acquisition by a digital camera such as a CCD camera in particular. It is effective for.
[0015]
Among the components of the image processing apparatus 10, the reference image storage device 32 includes a feature quantity (hereinafter also referred to as a feature point) that repeatedly appears in a cycle of a pattern formed on the target substrate in the image, and a method for extracting the feature quantity. Is a device for storing. The feature amount of the image stored in this apparatus is the peak position of the luminance observed at the center portion of the fine metal pattern, the luminance change due to the difference in reflectance between the metal pattern and the ground. Alternatively, it may be a feature point in complex image information arranged two-dimensionally. Each of these feature amounts and the position extraction method (position extraction algorithm of the feature point of the type) are set and stored in advance according to the type of the board to be inspected. The image feature position measuring device 33 precisely determines the position of the feature amount appearing in the acquired image obtained from the camera in accordance with the position extraction method of the feature amount of the board stored in the reference image storage device 32. To calculate.
[0016]
As described above, by storing the means for extracting the feature amount and switching as necessary, it is possible to automatically switch the inspection method according to the type change of the inspection target substrate.
[0017]
The image feature position measuring device 33 handles image information at a gray level of a plurality of bits in order to calculate a feature amount appearance position in a real image at a certain point, and uses a plurality of surrounding pixels two-dimensionally. Constitute. As a result, the feature amount appearance position can be calculated by interpolating more finely than the pixel resolution in the acquired image. The extraction algorithm of the feature amount appearance position is set according to the pattern of the inspection target board of the type, and the extraction algorithm of the type stored in the reference image storage device 32 is used.
[0018]
For example, an example in which the position of the vertical linear metal pattern 6 formed on the glass substrate 5 as shown in FIG. It is assumed that the image signal of the metal pattern 6 forms an image with a luminance pattern such as 7 on the pixel 8 of the image sensor centering on the Nth pixel. Here, an image sent from the image storage device 31 to the image feature position measurement device for measuring the position of the feature point expects a margin of positional deviation of one pixel on the left and right, and the Nth pixel is the center. It is assumed that there are five pixels of -2, N-1, N, N + 1, and N + 2. Also, assume that the luminance values of these pixels are G (n−2), G (n−1), G (n), G (n + 1), and G (n + 2).
[0019]
First, the image feature position measurement device 33 selects a pixel having the highest luminance among the five pixels. In the case of the above example, it is the Nth pixel. Next, the image feature position measuring device 33 selects pixels adjacent to the pixel, and the feature amount appearance position N in the actual image is calculated by the following equation 1 by the calculation unit (position information calculation device) 33a in FIG. Position information P (N) is obtained and output.
[0020]
[Expression 1]
P (N) = N + (G (n + 1) −G (n−1)) / {G (n) −MIN (G (n + 1), G (n−1))} × 0.5
Here, G (n) represents the luminance value of pixel number N converted to a digital numerical value.
[0021]
The predicted position generation device 34 generates an ideal position of the feature amount that appears in the acquired image. For example, when the repetition period of the pattern is 100 microns and the pixel size of the camera that acquires the image is 6 microns, the feature amount of the pattern image is every 16/3 and 2/3 pixels on the acquired image. Should appear. This apparatus outputs position information more accurate than the position resolution calculated by the image feature position measuring apparatus 33 as a predicted value. The predicted position is generated in advance according to the type of the board to be inspected, and the predicted position generation device 34 generates a signal of the predicted position of the feature point in synchronization with the output of the image feature position measuring device 33 to generate an error. It is output to the detection device 35.
[0022]
The actual measurement position output from the image feature position measurement device 33 is compared with the ideal appearance position obtained from the predicted position generation device 34 by the error detection device 35 in real time. The value output here is the test result to be obtained by the apparatus according to the present invention.
[0023]
Here, a configuration example of the predicted position generator 34 and the error detector 35 will be described.
[0024]
FIG. 3 shows the internal configuration of the predicted position generator 34 and the error detector 35. In the configuration example of FIG. 3, the predicted position generation device 34 is instructed from the outside by the pattern number information 37 to be measured. The pattern number information 37 may be given from the control device of the digital camera 20 in accordance with the position of the inspection target substrate 1, or may be given from a computer or the like that controls the overall operation of this device. This number information 37 is also given to the image storage device 31, and is also used to cut out an image in the vicinity estimated to contain the feature quantity of the image to be measured and send it to the image feature position measurement device 33. . The predicted position generation device 34 multiplies the received pattern number information by the pattern interval information stored in the pattern interval storage device 34b prepared in the apparatus by the multiplier 34a to obtain a precise predicted position. The error detection device 35 subtracts the position measurement information obtained by the image feature position measurement device 33 from the predicted position obtained by 34 by the subtractor 35a. This information is multiplied by the precise imaging pixel size stored in the pixel size storage device 35c incorporated in the apparatus by the multiplier 35b, and as a result, pattern position error information is obtained.
[0025]
The value (position error information) obtained by the error detection device 35 is affected by electrical noise at the time of image acquisition, distortion of the optical system, non-linearity of the A / D converter in the camera, and the like. It remains as an unwanted noise component. The filtering device 36 shown in FIG. 1 removes these unnecessary noises.
[0026]
Further, the image generation device 37 shown in FIG. 1 converts the minute positional deviation amount of each pattern position from the minute positional deviation amount to the pixel luminance value (light / dark information) based on the positional deviation signal measured two-dimensionally as described above. It is an apparatus that generates a grayscale image by conversion. By visualizing the amount of positional deviation in two dimensions in this way, it is possible to grasp how the positional deviation of the pattern is distributed over the entire surface of the substrate, and to know the state of the exposure apparatus in more detail. Can do. Also, by installing the misalignment determination device 38, for example, an alarm is given when the misalignment amount of the pattern actually formed on the substrate exceeds a limit value set in advance according to the type of the substrate to be inspected. Can be used to promote countermeasures against abnormalities in the exposure apparatus, or to remove such a substrate as a defective product so that it does not flow to a subsequent process, thereby improving productivity.
[0027]
An operation example of the configuration of the inspection apparatus as described above will be described. An image picked up by an image pickup means (camera device) 20 such as a digital camera is temporarily stored in an image storage device 31, and a reference image (inspection target substrate) in a reference image storage device 32 by an image feature position measurement device 33. And the position of the feature point in the image is accurately measured. The position information measured by the image feature position measuring device 33 is compared with the ideal position information generated by the predicted position generating device 34 by the error detecting device 35, and the difference signal is removed by the filtering device 36. Thus, a position error is output. The output information is visualized by the image generation device 14, and the presence / absence of abnormality is determined based on the amount of positional deviation of the pattern by the positional deviation determination device 38, and notification of abnormality is performed.
[0028]
In addition, the apparatus is configured to simultaneously measure and predict the position of the feature point of the image with respect to the two coordinate values in the vertical and horizontal directions, and simultaneously measure the vertical and horizontal deviations of the inspection target pattern by handling the output values independently. May be.
[0029]
FIG. 4 shows an embodiment of the apparatus configured as described above.
[0030]
In the configuration example of FIG. 4, the vertical position and the horizontal position are simultaneously output from the image feature position measurement device 33. The horizontal measurement position signal is compared with the predicted position obtained from the horizontal predicted position generation device 41 by the horizontal error detection device 42, passes through the horizontal error signal filtering device 43, and is displaced from the image generation device 37 as horizontal output data. The determination device 38 is given. Similarly, the vertical measurement position signal obtained from the image feature position measurement device 33 is compared with the predicted position obtained from the vertical prediction position generation device 44 by the vertical error detection device 45, and passes through the vertical error signal filtering device 46. The output data is supplied to the image generation device 37 and the determination device 38 as vertical output data. The image generation device 37 and the determination device 38 can simultaneously process the positional deviation in the horizontal direction and the vertical direction by performing the same processing independently for both the horizontal error and the vertical error.
[0031]
In the embodiment described above, in the configuration of the inspection apparatus, the image generation apparatus 37 (and the misregistration determination apparatus 38) has been described as an example of an external apparatus, but may be provided as an internal apparatus. In addition, as with each unit in the image processing apparatus 30, it may be replaced with software including a program that functions as the image generation unit 37 (and the misregistration determination unit 38).
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) With respect to the luminance change caused by diffracted light used in the prior art, since the direct reflected light by the bright field illumination is used, the illumination efficiency is good and a small output lamp can be used. Similarly, since it is not necessary to use monochromatic light, inexpensive and highly efficient illumination means such as a halogen lamp can be used.
(2) Since the positional relationship between the illumination light and the camera is constant regardless of changes in the pattern shape and the pattern interval, there is no need for physical setup change.
(3) According to the above (1) and (2), it is suitable for automatic imaging means such as a digital camera, and there is no need for setup change for pattern change by switching product type. Applicable.
(4) This is a measurement method using an actually acquired image, and since the calculated value directly measures the amount of movement of the pattern, an absolute evaluation value of the amount of pattern deviation is finally obtained.
(5) A two-dimensional pattern shift amount can be measured simultaneously and individually in the horizontal and vertical directions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a pattern inspection apparatus according to the invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a calculation formula in the embodiment of the image feature position measuring apparatus.
FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of a predicted position generation device and an error detection device in FIG. 1;
FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment in which measurement and prediction are simultaneously performed for two coordinate values in the vertical and horizontal directions.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a local deviation of a repetitive pattern occurs.
FIG. 6 is a diagram illustrating a local shift state of a repetitive pattern.
[Explanation of symbols]
1,5 Inspection target substrate (glass substrate)
2 Stage 3 of exposure apparatus Particle 4 Vertical linear pattern 6 Metal pattern 7 Image brightness on CCD sensor 8 CCD sensor pixel 10 Illumination device 20 Camera device (digital camera)
30 Image processing device 31 Image storage device 32 Reference image storage device 33 Image feature position measurement device 33a Position information calculation device 34 Predicted position generation device 34a Multiplier 34b in predicted position generation device Pattern interval storage device in predicted position generation device 35 Error detection device 35a Subtractor 35b in error detection device Multiplier 35c in error detection device Pixel size storage device 36 in error detection device 36 Filtering device 37 Image generation device 38 Misalignment determination device 41 Horizontal predicted position generation device 42 Horizontal Error detection device 43 Horizontal error signal filtering device 44 Vertical predicted position generation device 45 Vertical error detection device 46 Vertical error signal filtering device

Claims

A pattern inspection apparatus that optically inspects a substrate on which a linear or two-dimensional repetitive pattern is formed by a photoetching process as a substrate to be inspected ,
In the photoetching process, as means for macro-inspecting a local abnormality including a positional deviation of the minute pattern of about 1 micrometer generated due to an abnormal operation or the like of an exposure apparatus,
A camera and an image processing device;
The image processing apparatus includes:
Storage means for storing in advance each feature point of the pattern in the image including the peak position of the luminance observed on the metal pattern formed on the substrate according to the type of the substrate to be inspected;
For each feature point of the pattern, with the position of the feature point in the image captured by the camera as a measurement position, the accuracy is smaller than the image resolution of the image sensor of the camera based on the luminance value distribution of a plurality of surrounding pixels. an image feature position measuring means for measuring gauge,
Predicted position generation means for generating for each feature point of the pattern as a predicted position the position of an ideal feature point predicted to appear in the image captured by the camera according to the pattern period of the substrate;
Error detection means for detecting a difference between the measurement position and the predicted position for each feature point as position error information;
A pattern inspection apparatus for detecting a local abnormality of the substrate by comparing the position error information detected by the error detection means with a preset limit value .

For the two-dimensional repetitive pattern , the position error information only in the horizontal direction detected by the error detection means, the position error information only in the vertical direction, or the position in both the horizontal and vertical directions. the apparatus according to claim 1, characterized in that to inspect the local abnormality of the substrate using the error information.

And an image generating means for generating a grayscale image by converting the position error information to the shading information of the pixel, to be grasped distribution of the displacement of the pattern due to the abnormality, to visualize the position error information as an image The pattern inspection apparatus according to claim 1, wherein the pattern inspection apparatus is a pattern inspection apparatus.

5. The pattern inspection according to claim 1, wherein the substrate to be inspected is an active matrix for liquid crystal display, and an abnormality in an electrode position of a transistor formed on the substrate is inspected. apparatus.

An illumination means for illuminating said substrate by the bright field illumination, any one of claims 1 to 5 wherein the camera is characterized in that it is arranged so as to obtain 捉direct reflected light from said substrate of said illuminating means The pattern inspection apparatus described in 1.

A pattern inspection apparatus for optically inspecting a formed metal pattern as an inspection object on a substrate on which an active matrix for liquid crystal display is formed by a photoetching process,
In the photoetching process, as means for macro-inspecting a local abnormality including a positional deviation of the minute pattern of about 1 micrometer generated due to an abnormal operation or the like of an exposure apparatus,
  Storage means for storing in advance each feature point of the pattern in the image according to the type of the substrate, with the peak position of the luminance observed on the metal pattern as the feature point of the pattern,
  Illuminating means for irradiating the surface of the substrate with illumination light by bright field illumination;
Imaging means for receiving direct reflected light from the substrate and capturing an image of the substrate;
  For each feature point of the pattern, when the feature point appearance position in the image of the substrate at a certain point is measured with a resolution smaller than the pixel size, the brightness value of the plurality of pixels around the feature point appearance position is the highest. Image feature position measurement that extracts a high pixel, measures the appearance position of the feature point by a predetermined position extraction algorithm based on the luminance distribution of pixels adjacent to the pixel at least, and generates a signal of the measurement position for each feature point Means,
  An ideal feature point position predicted to appear in the image captured by the imaging unit according to the pattern period of the substrate is generated as a predicted position for each feature point of the pattern, and is synchronized with the signal output of the measurement position. Predicted position generating means for generating a signal of the predicted position
  Error detection means for comparing the signal of the measurement position and the signal of the prediction position in real time and detecting a difference between the measurement position and the prediction position for each feature point as position error information;
With
  A pattern inspection apparatus for inspecting local abnormality of the substrate based on the position error information detected by the error detection means.