JP4703327B2 - 画像欠陥検査装置及び画像欠陥検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、２つの検査画像の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、そのグレイレベル差が欠陥検出条件を満たすとき、２つの検査画像のうちいずれかの画素が欠陥であると判定する画像欠陥検査装置及び画像欠陥検査方法に関する。

本発明は、同一であるべき２つの画像の対応する部分を比較して、差が大きな部分を欠陥と判定する画像処理方法及び装置を対象とする。ここでは半導体製造工程で半導体ウエハ上に形成した半導体回路パターンの欠陥を検出する外観検査装置（インスペクションマシン）を例として説明を行なうが、本発明はこれに限定されるものではない。

一般の外観検査装置は、対象表面を垂直方向から照明してその反射光の像を捕らえる明視野検査装置であるが、照明光を直接捕らえない暗視野検査装置も使用されている。暗視野検査装置の場合、対象表面を斜め方向又は垂直方向から照明して正反射は検出しないようにセンサを配置し、照明光の照射位置を順次走査することにより対象表面の暗視野像を得る。従って、暗視野装置ではイメージセンサを使用しない場合もあるが、これも当然発明の対象である。このように、本発明は、同一であるべき２つの画像（信号）の対応する部分を比較して、差が大きな部分を欠陥と判定する画像処理方法及び装置であれば、どのような方法及び装置にも適用可能である。

半導体製造工程では、半導体ウエハ上に多数のチップ（ダイ）を形成する。各ダイには何層にも渡ってパターンが形成される。完成したダイは、プローバとテスタにより電気的な検査が行われ、不良ダイは組み立て工程から除かれる。半導体製造工程では、歩留まりが非常に重要であり、上記の電気的な検査の結果は製造工程にフィードバックされて各工程の管理に使用される。しかし、半導体製造工程は多数の工程で形成されており、製造を開始してから電気的な検査が行われるまで非常に長時間を要するため、電気的な検査により工程に不具合があることが判明した時には既に多数のウエハは処理の途中であり、検査の結果を歩留まりの向上に十分に生かすことができない。そこで、途中の工程で形成したパターンを検査して欠陥も検出するパターン欠陥検査が行われる。全工程のうちの複数の工程でパターン欠陥検査を行なえば、前の検査の後で発生した欠陥を検出することができ、検査結果を迅速に工程管理に反映することができる。

図１に、本特許出願の出願人が、特願２００３−１８８２０９（下記特許文献１）にて提案する外観検査装置のブロック図を示す。図示するように、２次元又は３次元方向に自在に移動可能なステージ１の上面に試料台（チャックステージ）２が設けられている。この試料台の上に、検査対象となる半導体ウエハ３を載置して固定する。ステージの上部には１次元又は２次元のＣＣＤカメラなどを用いて構成される撮像装置４が設けられており、撮像装置４は半導体ウエハ３上に形成されたパターンの画像信号を発生させる。

図２に示すように、半導体ウエハ３上には、複数のダイ３Ａが、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ繰返しマトリクス状に配列されている。各ダイには同じパターンが形成されるので、隣接するダイの対応する部分の画像を比較するのが一般的である（ダイトゥダイ比較）。両方のダイに欠陥がなければグレイレベル差は閾値より小さいが、一方に欠陥があればグレイレベル差は閾値より大きくなる（シングルディテクション）。これではどちらのダイに欠陥があるか分からないので、更に異なる側に隣接するダイとの比較を行ない、同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなればそのダイに欠陥があることが分かる（ダブルディテクション）。

さらにダイ３Ａの内部にも、例えばメモリセル領域などにおいて、図３に示すような繰り返しパターン領域が形成される。これらダイ３Ａ内に形成された繰り返しパターンは非常に高い密度で形成された微細なパターンであり、上記ダイトゥダイ比較による欠陥検出では、ダイのパターン寸法や重ね合わせ精度等の影響によって高い精度で欠陥検出を行うことが難しい。そこでこのような繰り返しパターン領域では、１つのダイ３Ａの内部で、繰り返しパターンの対応する部分同士で比較を行うセルトゥセル比較が行われる。

いま、１次元のＣＣＤカメラ（ＴＤＩセンサ等）を備えた撮像装置４を、撮像素子の画素の配列方向に垂直方向に沿って、半導体ウエハ３に対して相対的にスキャンすると、図３に示すようなダイ３Ａの２次元画像が得られる。撮像装置４を半導体ウエハ３に対して相対的にスキャンさせるために、ステージ１を駆動して、固定された撮像装置４に対してウエハ３側を移動させるのが通常である。画像信号は多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換された後に画像記憶部５に記憶される。

撮像装置４を撮像素子の画素の配列方向に垂直方向に沿ってスキャンすると、撮像装置４の撮像幅Ｗｓと同じ幅を有する帯状の画像が得られて、画像記憶部５に記憶される。差分検出部６は、画像記憶部５に記憶された帯状画像を所定の画素数のブロックに分割した検査画像ブロック５０ｄと、この検査画像ブロック５０ｄから繰り返しパターンの繰り返し周期の整数倍の画素数だけ移動した位置にある基準画像ブロック５０ｒとの間で、各ブロック内の対応する画素同士のグレイレベル信号の差（グレイレベル差）を演算する。
図３に示す例では、基準画像ブロック５０ｒは、検査画像ブロック５０ｄから、繰り返しパターンのＸ方向繰り返し周期ｐｘ０の整数倍分の画素数ｐｉ（＝ｎ×ｐｘ０：ｎは整数）分だけＸ方向に移動した位置に選択される。そして基準画像ブロック５０ｒと検査画像ブロック５０ｄとの間において、同じブロック内位置の画素同士のグレイレベル差信号を演算する。

このようにして、差分検出部６には繰り返しパターンを含む２つの検査画像（検査画像ブロック５０ｄと基準画像ブロック５０ｒ）間の対応する画素のグレイレベル信号が入力され、２つのグレイレベル信号の差（グレイレベル差）が演算されて検出閾値計算部７と欠陥検出部８に出力される。検出閾値計算部７は、グレイレベル差の分布に応じて自動的に検出閾値を決定し欠陥検出部８に出力する。欠陥検出部８は、各画素について検出されたグレイレベル差が欠陥検出条件を満たすか否かを判定して、当該画素に欠陥があるかどうかを判定する。例えば欠陥検出部８は、グレイレベル差が検出閾値計算部７が決定した閾値を超えるか否かを判定して、グレイレベル差が閾値を超える場合に当該画素に欠陥があると判定し、グレイレベル差が閾値以下の場合に当該画素に欠陥がないと判定する。

特開２００４−１７７３９７号公報 特開平４−１０７９４６号公報 特許第２９９６２６３号公報 特開２００２−２２４２１号公報

図３に示すように、ダイ３Ａを撮像した検査画像には、グレイレベル値が小さく暗い画素部分６１と、グレイレベル値が大きく明るい画素部分６２と、が存在する。このような暗い画素部分６１と明るい画素部分６２とではノイズレベルが異なるので、暗い画素部分６１で検出したグレイレベル差と、明るい画素部分６２で検出したグレイレベル差と、で比較する検出閾値を変えた方が望ましい。このために、検査画像を暗い画素部分と明るい画素部分の２つのグループに分け、各々に対して異なる閾値（欠陥検出条件）を設定する。

このとき、検査画像の全ての画素に対してこれら画素を１つずつグループ分けを行うと多大な記憶メモリや処理時間を要する。そこで、検査画像ブロック５０ｄ内のパターンが、ラインアンドスペース領域のような１次元方向にのみ周期性を有するパターンであるか否かを、ダイ３Ａの設計データに基づいて調べて、このようなパターンである場合に、以下の方法によって検査画像ブロック５０ｄ内を暗い画素部分と明るい画素部分の２つのグループに分ける。

検査画像ブロック５０ｄ内のパターンが、図４の（Ａ）に示すようにＸ方向に周期性を有するパターンであった場合には、繰り返し方向に直交するＹ方向に沿った画素列のグレイレベル差の平均値をＸ座標を変えながら算出する。
そして平均値が所定値以下となるＸ座標の領域（例えばｘ１〜ｘ２）を暗い画素部分６１に、所定値を超えるＸ座標の領域（例えばｘ３〜ｘ４）を明るい画素部分６２にグループ分けし、画素のＸ座標に応じてその画素がいずれのグループに属するかを決定する。

また、検査画像ブロック５０ｄ内のパターンが、図４の（Ｂ）に示すようにＹ方向に周期性を有するパターンであった場合には、繰り返し方向に直交するＸ方向に沿った画素列のグレイレベル差の平均値をＹ座標を変えながら算出する。
そして平均値が所定値以下となるＹ座標の領域（例えばｙ１〜ｙ２）を暗い画素部分６１に、所定値を超えるＹ座標の領域（例えばｙ３〜ｙ４）を明るい画素部分６２にグループ分けし、画素のＹ座標に応じてその画素がいずれのグループに属するかを決定する。

この方法では、グループ分けの結果を１次元方向に沿って記憶するか、またはグループの境界となる１次元座標を記憶するだけで済むため、検査画像の全ての画素について１つずつグループ分けを行う場合と比べて、記憶メモリ容量や処理時間を節約することができる。しかし、検査画像ブロック５０ｄ内に図４の（Ｃ）に示すような２次元的に周期性を有するパターンが存在すると、このようなパターンには上記方法を適用することができず、グループ分けを行うことができない。

上記問題点に鑑み、本発明は、繰り返しパターンを含む２つの検査画像の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、グレイレベル差が欠陥検出条件を満たすとき２つの検査画像のうちいずれかの画素が欠陥であると判定する画像欠陥検査において、どのような種類の繰り返しパターンが検査画像に含まれていても、検査画像の各部に応じて欠陥検出条件の変更を容易に行うことを可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、まず、検査画像をその繰り返し周期の整数倍の画素数毎に分割して定まる各画素ブロックのいずれかについて、画素ブロック内の各画素を、例えば各画素のグレイレベル値に応じて、複数のグループに分類する。
そして、その各分類結果を各画素のそれぞれの画素ブロック内位置に対応して記憶する。
その後、他の画素ブロック内の各画素について、当該位置と同じブロック内位置に対応して記憶された分類結果を読み出して、この画素についての分類結果として決定する。
最後に、各位置についてそれぞれ決定された分類結果に応じてこの画素における欠陥検出条件を変更する。

検査画像の各画素毎にグループ分けを行うことによって、様々な種類の繰り返しパターンに対応してグループ分けを行うことが可能となる。
検査画像をそれよりも小さい画素ブロックに分割して、グループ分けの分類結果をある画素ブロックの分のみ記憶し、この記憶された分類結果を読み出して他の画素ブロック内の各画素の分類結果を決定することにより、分類結果を記憶するためのメモリを節約することが可能となる。
このような画素ブロックを、検査画像をその繰り返し周期の整数倍の画素数毎に分割して定めることにより、各画素ブロック内において、同じブロック内位置の画素が繰り返しパターンの同じ部分を表すことになる。このように画素ブロックを定めることにより、ある画素ブロックの分のみ記憶された分類結果を読み出して他の画素ブロックの分の分類結果を決定する際の座標計算を不要とする。

そこで、本発明の第１形態による画像欠陥検査装置は、繰り返しパターンを含む２つの検査画像の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、そのグレイレベル差が欠陥検出条件を満たすとき、２つの検査画像のうちいずれかの画素が欠陥であると判定する画像欠陥検査装置であって、検査画像の繰り返し周期の整数倍の画素数毎に検査画像を分割して定まる各画素ブロックのいずれかについて当該画素ブロック内の各画素を複数のグループに分類する分類部と、分類部による各分類結果を上記いずれかの画素ブロック内における各画素のそれぞれのブロック内位置に対応して記憶する記憶部と、他の画素ブロック内の各画素についてのそれぞれの分類結果を当該他の画素ブロック内における当該画素のブロック内位置に対応して記憶部から読み出して決定するグループ決定部と、を備えて構成され、各画素についてそれぞれ決定された分類結果に応じてこの画素に対する欠陥検出条件を変更する。

上記分類部は、検査画像の各画素のそれぞれグレイレベル値に応じて各画素をグループ分けしてよい。または、検査画像の各画素についてそれぞれ検出されたグレイレベル差に応じて各画素をグループ分けしてもよい。
または、検査画像の微分画像又は２つの検査画像の差画像の微分画像を作成する微分画像作成部を画像欠陥検査装置に設け、分類部は、検査画像の各画素に対応する微分画像の画素のそれぞれのグレイレベル値に応じて、各画素をグループ分けすることとしてよい。

さらに、本発明の第２形態による画像欠陥検査方法は、繰り返しパターンを含む２つの検査画像の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、そのグレイレベル差が欠陥検出条件を満たすとき、２つの検査画像のうちいずれかの画素が欠陥であると判定する画像欠陥検査方法であって、検査画像の繰り返し周期の整数倍の画素数毎に検査画像を分割して定まる各画素ブロックのいずれかについて当該画素ブロック内の各画素を複数のグループに分類し、上記の分類による各分類結果を上記いずれかの画素ブロック内における各画素のそれぞれのブロック内位置に対応して記憶し、他の画素ブロック内の各画素について当該画素と同じブロック内位置に対応して記憶された分類結果を読み出して当該他の画素ブロック内の当該画素についての分類結果として決定し、各画素についてそれぞれ決定された分類結果に応じてこの画素に対する欠陥検出条件を変更する。

上記方法において、検査画像の各画素のそれぞれグレイレベル値に応じて各画素をグループ分けしてよい。または、検査画像の各画素についてそれぞれ検出されたグレイレベル差に応じて各画素をグループ分けしてもよい。
または、検査画像の微分画像又は２つの検査画像の差画像の微分画像を作成して、検査画像の各画素に対応する微分画像の画素のそれぞれのグレイレベル値に応じて、各画素をグループ分けすることとしてよい。

本発明によって、繰り返しパターンを含む２つの検査画像の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、グレイレベル差が欠陥検出条件を満たすとき２つの検査画像のうちいずれかの画素が欠陥であると判定する画像欠陥検査において、どのような種類の繰り返しパターンが検査画像に含まれていても、検査画像の各部に応じて欠陥検出条件の変更を容易に行うことが可能となる。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図５は、本発明の実施例による半導体回路用の外観検査装置のブロック図である。図５に示す外観検査装置は、図１を参照して説明した従来の外観検査装置に類似する構成を有しており、したがって同一の構成要素には同じ参照符号を付して示し、説明を省略する。
図示するとおり、外観検査装置１０は、グループ分類部２１と、グループ記憶部２２と、グループ決定部２３とを備える。

グループ分類部２１は、画像記憶部５に記憶された検査画像の検査画像ブロック５０ｄ又は基準画像ブロック５０ｒ（図３参照）を、繰り返しパターンの繰り返し周期画素数（ｐｘ０、ｐｙ０）の整数倍の画素数毎に分割して定まるグループ分け作業用画素ブロック（以下「作業用ブロック」と記す）のいずれかについて、この作業用ブロック内の各画素を複数のグループに分類する。
グループ記憶部２２は、グループ分類部２１がグループ分けした分類結果を、グループ分けを行った各画素それぞれの作業用ブロック内位置（以下「ブロック内位置」と記す）に対応して記憶する。
グループ決定部２３は、各作業用ブロック内の各画素についてのそれぞれの分類結果を、各画素が属する作業用ブロック内におけるブロック内位置に対応してグループ記憶部２２から読み出して決定し、この分類結果を欠陥検出部８に出力する。

外観検査装置１０は、さらにステージ１を駆動してウエハ３の表面上の各部分を撮像装置４の撮像位置に位置付けるための位置決め制御を行うステージ制御部３１と、ステージ制御部３１が常時出力するステージ１の現在位置情報（位置トリガ情報）と、ウエハ３の設計データ（ＣＡＤデータ等）に基づいて、撮像装置４が現在撮像しているウエハ上位置をグループ記憶部２２及びグループ決定部２３に供給するウエハ上位置算出部３２と、を備えている。

以下、図３及び図６〜図９を参照して図５に示す外観検査装置１０の動作を説明する。図６は、図５に示す外観検査装置１０の動作フローチャートである。
ステップＳ１において、１次元のＣＣＤカメラ（ＴＤＩセンサ等）を備えた撮像装置４を撮像素子の画素の配列方向に垂直方向に沿って半導体ウエハ３に対して相対的にスキャンさせ、得られた画像信号を多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換し、検査画像として画像記憶部５に記憶する。画像記憶部５には、図７に示すような、撮像装置４の撮像素子の幅Ｗｓと同じ幅の帯状の検査画像が記憶される。

ステップＳ２において、画像記憶部５に基準画像ブロック５０ｒ１つ分のｘ方向画素長（ｘ１〜ｘ２）の検査画像が記憶されたとき、グループ分類部２１は、図７に示すように画像記憶部５に記憶された基準画像ブロック５０ｒを、繰り返しパターンの繰り返し周期画素数（ｐｘ０、ｐｙ０）の整数倍の画素数毎（Ｄｘ＝ｎ×ｐｘ０、Ｄｙ＝ｍ×ｐｙ０：ｎ、ｍは整数）に分割して作業用ブロック７０ｒ１、７０ｒ２、７０ｒ３…を定める。
ここで作業用ブロック７０ｒ１、７０ｒ２、７０ｒ３…のＸ方向及びＹ方向の画素数を、繰り返しパターンの繰り返し周期画素数の整数倍の画素数と定めるので、図７に示すように、分割された作業用ブロック７０ｒ１、７０ｒ２、７０ｒ３…はいずれも同じパターンを同じ位置に有する画像となる。そしてグループ分類部２１は、分割された作業用ブロック７０ｒ１、７０ｒ２、７０ｒ３…のうちのいずれかの作業用ブロック（例えば作業用ブロック７０ｒ１）を選択する。

ステップＳ３において、グループ分類部２１は、選択された作業用ブロック７０ｒ１内の各画素を、それぞれの画素の画素値（グレイレベル値）に応じて分類し複数のグループにグループ分けする。例えば図８の（Ａ）に示す作業用ブロック７０ｒ１内の画素の拡大図のように、選択された作業用ブロック内の各画素に暗い画素６１と、明るい画素６２とがある場合には、図８の（Ｂ）に示すように暗い画素６１をグループ０とし、明るい画素６２をグループ１と分類する。

ステップＳ４において、グループ分類部２１は、このように作業用ブロック７０ｒ１内の各画素について分類した分類結果を作業用ブロック７０ｒ１内における各画素のそれぞれのブロック内位置に対応してグループ記憶部２２に記憶する。
このとき、作業用ブロック７０ｒ１内の各画素について分類した分類結果は、グループ記憶部２２内において、各画素のそれぞれのブロック内位置をアドレスに使用して記憶してよい。このために、ウエハ上位置算出部３２から各画素のウエハ上絶対座標を入力して、作業用ブロック７０ｒ１内のブロック内座標を求めてアドレス信号として使用してよい。

ステップＳ５において、撮像装置４のスキャンが更に進み、基準画像ブロック５０ｒ及び検査画像ブロック５０ｄまでのｘ方向画素長（ｘ１〜ｘ４）の検査画像が画像記憶部５に記憶されたとき、検出閾値計算部７は、差分検出部６が出力する基準画像ブロック５０ｒ及び検査画像ブロック５０ｄのグレイレベル差信号の分布に基づいて、欠陥検出条件である欠陥検出閾値（以下「検出閾値」と記す）を算出する。このとき、検出閾値計算部７は、暗い画像部分６１用の検出閾値と、明るい画像部分６２用の検出閾値の２種類の検出閾値を、例えば次のような方法によって算出して欠陥検出部８に出力する。
検査画像ブロック５０ｄの各画素と、これに対応する基準画像ブロック５０ｒ内の画素とのグレイレベル差が、検出閾値計算部７に順次入力されると、まず、グループ決定部２３は、グループ分類部２１がステップＳ２において基準画像ブロック５０ｒを作業用ブロック７０ｒ１、７０ｒ２、７０ｒ３…に分割したのと同様に、画像記憶部５に記憶された検査画像の検査画像ブロック５０ｄを、繰り返しパターンの繰り返し周期画素数（ｐｘ０、ｐｙ０）の整数倍の画素数毎に分割して作業用ブロック７０ｄ１、７０ｄ２、７０ｄ３…に分割する。以下、作業用ブロック７０ｄ１、７０ｄ２、７０ｄ３…を総称して作業用ブロック７０ｄと記す。

ここで、上述の通り、基準画像ブロック５０ｒは、検査画像ブロック５０ｄから繰り返しパターンのＸ方向繰り返し周期ｐｘ０の整数倍分の画素数ｐｉ（＝ｎ×ｐｘ０：ｎは整数）分だけＸ方向に移動した位置に選択されており、このため検査画像ブロック５０ｄは基準画像ブロック５０ｒと同じパターンを同じ位置に含む画像ブロックとなる。
また、作業用ブロック７０ｄのＸ方向及びＹ方向の画素数を、繰り返しパターンの繰り返し周期画素数の整数倍の画素数と定めるので、検査画像ブロック５０ｄについて分割された作業用ブロック７０ｄもまたいずれも同じパターンを同じ位置に有する画像となる。

したがって、検査画像ブロック５０ｄについて分割された作業用ブロック７０ｄはいずれも、上記グループ分類部２１によって各画素についてグループ分けし、分類した分類結果をグループ記憶部２２に記憶した基準画像ブロック５０ｒの作業用ブロック７０ｒ１と、同じパターンを同じ位置に有する画像となる。すなわち、基準画像ブロック５０ｒの作業用ブロック７０ｒ１内のある画素と、この画素と同じブロック内位置を有する検査画像ブロック５０ｄの作業用ブロック７０ｄ内の画素とは、同様の画素値を有し同様のグループに属する画素となる。

そこで、グループ決定部２３は、差分検出部６から検出閾値計算部７に順次入力される各グレイレベル差信号毎に、各グレイレベル差信号が算出された検査画像ブロック５０ｄの各画素の、それぞれの画素が属する作業用ブロック７０ｄ内におけるブロック内位置を、ウエハ上位置算出部３２から入力した各画素のウエハ上絶対座標に基づいて算出する。そして、グループ決定部２３は、これらの画素が属するそれぞれのグループ値を、算出したブロック内位置をアドレスとしてグループ記憶部２２から読み出す。

検出閾値計算部７は、差分検出部６から入力するグレイレベル差信号を、それぞれのグレイレベル差信号が計算された検査画像ブロック５０ｄの各画素が属するグループ（上記の例では暗い画像部分のグループである「グループ０」と明るい画像部分のグループである「グループ１」）に、分類分けする。そして各グループ毎に、それぞれのグループに分類されたグレイレベル差の分布に基づいて検出閾値を算出する。このようにグループ毎に算出された検出閾値は、基準画像ブロック５０ｒ及び検査画像ブロック５０ｄに含まれる画素のうち、それぞれのグループに属する画素同士のグレイレベル差の分布に基づいて算出されることになる。

次に、ステップＳ６において、グループ決定部２３は、画像記憶部５に記憶された検査画像の検査画像ブロック５０ｄを、繰り返しパターンの繰り返し周期画素数（ｐｘ０、ｐｙ０）の整数倍の画素数毎に分割して作業用ブロック７０ｄ１、７０ｄ２、７０ｄ３…に分割する。そして、検査画像ブロック５０ｄ内のそれぞれの作業用ブロック７０ｄに含まれるそれぞれの画素について、各画素のウエハ上絶対座標に基づいて作業用ブロック７０ｄ内のブロック内位置を算出する。

そしてステップＳ７において、グループ決定部２３は、これら作業用ブロック７０ｄに含まれる各画素について、作業用ブロック７０ｄ内におけるブロック内位置をアドレスとしてグループ記憶部２２からグループの値を読み出す。そして各画素についてそれぞれ読み出した値を、それらの画素の属するグループとして決定して、欠陥検出部８に出力する。

ステップＳ８において欠陥検出部８は、差分検出部６が出力する基準画像ブロック５０ｒ及び検査画像ブロック５０ｄの対応する各画素同士のグレイレベル差信号を、ステップＳ５で検出閾値計算部７が出力した検出閾値と比較して欠陥検出を行う。このとき欠陥検出部８は、検出閾値と対比されるグレイレベル差が算出された画素についてグループ決定部２３が出力したグループの値の値に対応して、検出閾値７が出力した暗い画像部分６１用と明るい画像部分６２用との２種類の検出閾値のうちいずれか一方を選択して、グレイレベル差と比較する。

例えば、グレイレベル差が算出された画素が暗い画素である場合には、この画素についてグループ決定部２３が出力するグループの値は「グループ０」であり、欠陥検出部８は、この値に対応する暗い画像部分用の閾値を使用する。反対にグレイレベル差が算出された画素が明るい画素である場合には、この画素についてグループ決定部２３が出力するグループの値は「グループ１」であり、欠陥検出部８は、この値に対応する明るい画像部分用の閾値を使用する。

以上のステップＳ５〜Ｓ８を、同じ繰り返しパターンを有する検査画像領域に対して行う（ステップＳ９）。このとき次回のループ（ステップＳ５〜Ｓ８）に検査を行う検査画像ブロック５０ｄの位置を、今回検査を行った検査画像ブロック５０ｄから繰り返しパターンのＸ方向繰り返し周期ｐｘ０の整数倍分の画素数及び／又はＸ方向繰り返し周期ｐｙ０の整数倍分の画素数分だけ移動した位置に選択することにより、検査画像ブロック５０ｄの画像は毎回同じパターンを同じ位置に含む画像ブロックとなる。これによって、ステップＳ２〜ステップＳ４のグループ分類処理及び記憶処理を１つの作業用ブロック７０ｒ１だけに対して実行して、この分布委結果を使用して同じ繰り返しパターンの検査画像領域内の全ての画素のグループ分けを行うことができる。なお、図６に示すフローチャートにおいて、検出閾値を算出するステップ（Ｓ５）を、新しい検査画像ブロック５０ｄが画像記憶部５０に記憶される度に実行することとしたが、検出閾値の算出タイミングはこれに限られず、必ずしも検査画像ブロック５０ｄ毎に行う必要はない。例えば、１つの検査画像ブロック５０ｄで算出した検出閾値と同じ検出閾値を繰り返し使用したり、あるいは数個の検査画像ブロック５０ｄに対して１回の割合で検出閾値を算出するステップ（Ｓ５）を実行することとしてよい。以下の図１０、１２及び１４に示すフローチャートにおいても同様である。

図９は本発明の第２実施例による外観検査装置の概略構成図であり、図１０はその動作フローチャートである。
図５に示す第１実施例ではグループ分類部２１は、作業用ブロック７０ｒ内の各画素をそれぞれの画素のグレイレベル値に応じて分類したが、本実施例においては、画像記憶部５に記憶された検査画像の微分画像を作成し（ステップＳ１１）、グループ分類部２１は、作業用ブロック７０ｒ内の各画素を、この画素に対応する微分画像の画素のそれぞれのグレイレベル値に応じて分類する（ステップＳ１２）。このため外観検査装置１０は、画像記憶部５に記憶された検査画像の微分画像を作成する画像フィルタ２４を備える。図９に含まれる他の要素は図５に示した第１実施例の要素と同じであるため、説明を省略する。

図１１は本発明の第３実施例による外観検査装置の概略構成図であり、図１２はその動作フローチャートである。
本実施例においては、ステップＳ２１において、基準画像ブロック５０ｒ及び検査画像ブロック５０ｄを含むｘ方向画素長（ｘ１〜ｘ４）の検査画像が、画像記憶部５に記憶されたとき、グループ分類部２１は、作業用ブロック７０ｒ１内の各画素と、これら画素に対応する検査画像ブロック５０ｄ内の各画素との間のグレイレベル差に応じて、作業用ブロック７０ｒ１内の各画素を分類する。図１１に含まれる他の要素は図５に示した第１実施例の要素と同じであるため、説明を省略する。

図１３は本発明の第４実施例による外観検査装置の概略構成図であり、図１４はその動作フローチャートである。
本実施例においては、ステップＳ３１において、基準画像ブロック５０ｒ及び検査画像ブロック５０ｄを含むｘ方向画素長（ｘ１〜ｘ４）の検査画像が、画像記憶部５に記憶されたとき、グループ分類部２１は、作業用ブロック７０ｒ１内の各画素とこれら画素に対応する検査画像ブロック５０ｄ内の各画素との間のグレイレベル差を各画素の画素値とする差画像を、差画像記憶部２５に保存する。そして、この差画像の微分画像を作成する。
そしてステップＳ３２において、グループ分類部２１は、作業用ブロック７０ｒ内の各画素を、この画素に対応する微分画像の画素のそれぞれのグレイレベル値に応じて分類する。

このため外観検査装置１０は、上記差画像を記憶するための差画像記憶部２５と、差画像記憶部２５に記憶された差画像の微分画像を作成する画像フィルタ２４を備える。図１３に含まれる他の要素は図５に示した第１実施例の要素と同じであるため、説明を省略する。

本発明は、２つの検査画像の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、そのグレイレベル差が欠陥検出条件を満たすとき、２つの検査画像のうちいずれかの画素が欠陥であると判定する画像欠陥検査装置及び画像欠陥検査方法に利用可能である。

従来の外観検査装置の概略構成図である。 半導体ウエハ上のダイの配列を示す図である。 ダイ内のセルトゥセル比較の説明図である。 ダイ内に形成される様々なパターンの例を示す図である。 本発明の第１実施例による外観検査装置の概略構成図である。 図５に示す外観検査装置の動作フローチャートである。 グループ分け作業用画素ブロックの設定例の説明図である。 分類結果の記憶方法の例を説明する図である。 本発明の第２実施例による外観検査装置の概略構成図である。 図９に示す外観検査装置の動作フローチャートである。 本発明の第３実施例による外観検査装置の概略構成図である。 図１１に示す外観検査装置の動作フローチャートである。 本発明の第４実施例による外観検査装置の概略構成図である。 図１３に示す外観検査装置の動作フローチャートである。

符号の説明

１ ステージ
２ 試料台
３ ウエハ
４ 撮像装置
５ 画像記憶部
６ 差分検出部
７ 検出閾値計算部
８ 欠陥検出部
２１ グループ分類部
２２ グループ記憶部
２３ グループ決定部

Claims (10)

1. 繰り返しパターンを含む２つの検査画像である第１検査画像と第２検査画像との間の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、そのグレイレベル差が欠陥検出条件を満たすとき、前記２つの検査画像のうちいずれかの前記画素が欠陥であると判定する画像欠陥検査装置において、
   前記第１検査画像の繰り返し周期の整数倍の画素数毎に前記第１検査画像を分割して定まる複数の画素ブロックのいずれかである第１画素ブロック内の各画素を複数のグループに分類する分類部と、
   前記分類部による各分類結果を、前記第１画素ブロック内における各画素のそれぞれのブロック内位置に対応して記憶する記憶部と、
   前記画素数毎に前記第２検査画像を分割して定まる複数の画素ブロックのいずれかである第２画素ブロック内の各画素についてのそれぞれの分類結果を、前記第２画素ブロック内における各画素のブロック内位置に対応して前記記憶部から読み出して決定するグループ決定部と、を備え、
   各前記画素についてそれぞれ決定された分類結果に応じて、この画素に対する前記欠陥検出条件を変えることを特徴とする画像欠陥検査装置。
2. 前記分類部は、前記検査画像の前記各画素のそれぞれグレイレベル値に応じて、これら各画素をグループ分けすることを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査装置。
3. 前記検査画像の微分画像を作成する微分画像作成部を、さらに備え、
   前記分類部は、前記検査画像の前記各画素に対応する前記微分画像の画素のそれぞれのグレイレベル値に応じて、前記各画素をグループ分けすることを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査装置。
4. 前記分類部は、前記検査画像の前記各画素についてそれぞれ検出された前記グレイレベル差に応じて、前記各画素をグループ分けすることを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査装置。
5. 前記グレイレベル差を画素とする前記２つの検査画像の差画像の微分画像を作成する微分画像作成部を、さらに備え、
   前記分類部は、前記検査画像の前記各画素に対応する前記微分画像の画素のそれぞれのグレイレベル値に応じて、前記各画素をグループ分けすることを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査装置。
6. 繰り返しパターンを含む２つの検査画像である第１検査画像と第２検査画像と間の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、そのグレイレベル差が欠陥検出条件を満たすとき、前記２つの検査画像のうちいずれかの前記画素が欠陥であると判定する画像欠陥検査方法において、
   前記第１検査画像の繰り返し周期の整数倍の画素数毎に前記第１検査画像を分割して定まる複数の画素ブロックのいずれかである第１画素ブロック内の各画素を複数のグループに分類し、
   前記の分類による各分類結果を、前記第１画素ブロック内における各画素のそれぞれのブロック内位置に対応して記憶し、
   前記画素数毎に前記第２検査画像を分割して定まる複数の画素ブロックのいずれかである第２画素ブロック内の各画素について、該各画素と同じブロック内位置に対応して記憶された前記分類結果を読み出して、前記第２画素ブロック内の各画素についての分類結果として決定し、
   各前記画素についてそれぞれ決定された分類結果に応じて、この画素に対する前記欠陥検出条件を変えることを特徴とする画像欠陥検査方法。
7. 前記検査画像の前記各画素のそれぞれグレイレベル値に応じて、これら各画素をグループ分けすることを特徴とする請求項６に記載の画像欠陥検査方法。
8. 前記検査画像の微分画像を作成し、
   前記検査画像の前記各画素に対応する前記微分画像の画素のそれぞれのグレイレベル値に応じて、前記各画素をグループ分けすることを特徴とする請求項６に記載の画像欠陥検査方法。
9. 前記検査画像の前記各画素についてそれぞれ検出された前記グレイレベル差に応じて、前記各画素をグループ分けすることを特徴とする請求項６に記載の画像欠陥検査方法。
10. 前記グレイレベル差を画素とする前記２つの検査画像の差画像の微分画像を作成し、
    前記検査画像の前記各画素に対応する前記微分画像の画素のそれぞれのグレイレベル値に応じて、前記各画素をグループ分けすることを特徴とする請求項６に記載の画像欠陥検査方法。

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