JPH05242253A - 画像処理方法 - Google Patents

画像処理方法

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JPH05242253A
JPH05242253A JP4039204A JP3920492A JPH05242253A JP H05242253 A JPH05242253 A JP H05242253A JP 4039204 A JP4039204 A JP 4039204A JP 3920492 A JP3920492 A JP 3920492A JP H05242253 A JPH05242253 A JP H05242253A
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image signal
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JP4039204A
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English (en)
Inventor
Shunji Maeda
俊二 前田
Hitoshi Kubota
仁志 窪田
Hiroshi Makihira
坦 牧平
Takashi Hiroi
高志 広井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、微細欠陥を信頼性高く検出す
る外観検査を実現するため、高感度な画像の比較を行う
画像処理方法を提供することにある。 【構成】複数の共焦点画像より微分値によって合成した
1枚の画像と、基準となる画像において、それぞれに微
分処理を施し、定めた値を加算した後、これらの極性を
画像間で比較する。そして、極性の不一致としてパター
ンエッジの位置ずれを検出する。 【効果】パターンエッジの位置ずれを2つの画像から、
直接に検出できる。従って、従来にくらべ飛躍的に欠陥
検出性能を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は被検査パターンの欠陥を
検出する外観検査方法に係り、特に半導体ウェハや液晶
ディスプレイなどのパターンの外観検査に好適な画像処
理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、パターンの外観検査装置は、アイ
・イー・イー・イー、ロボティクス アンド オートメーシ
ョン コンファレンス(IEEE Int. Conf. on Robotics &
Automation 1985)、474〜480頁、『A Preliminary Stud
y of Automated Inspection ofVLSI Resist Patterns』
に記載のように、被検査パターンの画像よりエッジを検
出し、検出したエッジを参照画像のエッジと比較して、
エッジの位置ずれが大きい領域を不一致として検出する
ものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成では、パターンエッジを検出する際、エッジの検出精
度が低く、エッジの真の位置を正しく比較できないとい
う課題があった。特に、エッジとはどこかという定義が
曖昧であり、また、画像の濃淡変化の程度によってはエ
ッジの位置もばらついてしまう。例えば、上記従来技術
では、ラプラシアンガウシアンオペレータを用いて画像
中のエッジを検出しているが、このオペレータは真のエ
ッジに対応しない偽りのエッジも検出されてしまうこと
がある。さらに、ガウシアンにより画像がぼけるが高周
波エッジの位置は原理上ずれてしまう。このため、検出
されたエッジを比較する方式では微細な欠陥が検出でき
ず、真に有効な検査を実現することはできなかった。
【0004】本発明の目的は、今後の0.1〜0.2μm
欠陥を信頼性高く検出すべく、高感度な比較検査を実現
するための画像処理方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では次
のような考えを実現することで上記目的を達成した。
【0006】画像中のパターンエッジをエッジ検出オペ
レータ等を用いて単独で検出することはせず、被検査パ
ターンの画像信号と基準の画像信号の比較において、 2つの画像それぞれに1次微分、或いは2次微分、或
いはより高次の微分を行う。
【0007】微分処理した後、微分値の極性等に応じ
て定めた値を加算し、これらの極性の不一致画像、或い
は積の画像を検出する。
【0008】積の画像中の極性の違いを検出する。
【0009】検出された極性が異なる領域を画像の位
置ずれ、或いはパターンエッジの位置ずれとして検出す
る。
【0010】複数枚の画像から1枚の画像を合成する
際、各画素において1次微分、或いは2次微分、或いは
より高次の微分を行い、その微分値が大きい画像の明る
さ、或いはその微分値をその画素の明るさとして採用す
る。
【0011】得られた画像について、上記〜を行
う。
【0012】
【作用】上記した手段〜によれば、画像中のパター
ンエッジを単独で検出することなしに、2つの画像のパ
ターンエッジの位置のずれが自動的に、かつ直接検出で
きる。従って、エッジ検出に伴う誤差がなく、位置ずれ
検出精度が高い。この技術をパターンの外観検査などに
適用すれば、欠陥の検出感度及び信頼性を飛躍的に向上
できる。また、画像の位置ずれ検出を高精度に行いたい
ときにも、好適である。特に、SEMを用いたLSIウ
エハ等の微細パターンのエッジ位置検出には大きな効果
が期待できる。さらに、上記した手段、によれば、
Z方向に位置がずれた複数枚の共焦点画像から、高段差
パターンにおいても焦点があった1枚の画像を得られ、
これを同様の処理を施した基準の画像と比較することに
より、極めて高感度な位置ずれ検出、欠陥検出ができ
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明を実施例を用いて説明する。ま
ず、図20〜図24を用いて本発明の本質を説明する。
【0014】図20は、画像信号波形の説明図である。
同図(a)はLSIウエハ等の微細1層パターンの断面図
を示し、同図(b)はこの1層パターンを光学顕微鏡或い
はSEM等の画像検出手段によって検出したときの検出
信号波形f(x)を示し、同図(c)は検出信号波形f(x)を
1次微分した1次微分信号波形df(x)/dxを示し、
同図(d)は2次微分信号波形d2f(x)/dx2を示し、
同図(e)は3次微分信号波形d3f(x)/dx3を示す。
これら信号波形df(x)/dx、d2f(x)/dx2、d3
f(x)/dx3において、パターンエッジの暗い極値は1
次微分信号の値が0となるゼロクロシング位置、また、
信号の変極点は2次微分信号の値が0となるゼロクロシ
ング(zero crossing)の位置に相当している。
【0015】図21(a)は1層パターンの断面図、同図
(b)はこの1層パターンを検出したときの検出信号波形
f(x)を示し、同図(c)は検出信号波形f(x)を1次微分
した1次微分信号波形df(x)/dxを示し、同図(d)
は2次微分信号波形d2f(x)/dx2を示す。同図(b)
には代表的なエッジの位置、、、、を示し、
同図(c)、(d)には微分値の極性が正である領域を示
す。
【0016】図22は位置ずれのあるパターンの場合を
示し、同図(a)は位置ずれδxがある1層パターンの断
面図であり、同図(b)はこの1層パターンを検出したと
きの検出信号波形f(x)、g(x)を示し、同図(c)はそれ
ぞれの検出信号波形を1次微分した1次微分信号df
(x)/dx、dg(x)/dxの積((df(x)/dx)・(d
g(x)/dx))が負となる領域を示し、同図(d)は2次
微分信号波形の積((d2f(x)/dx2)・(d2g/d
2))が負となる領域をそれぞれ表している。検出され
たそれぞれの領域は、幅δxを有している。ここでは、
図22(c),(d)において図21(b)に示すエッジ、
非エッジ、およびエッジ、におけるそれぞれの位
置ずれが検出されている。これら図22(c),(d)によ
り、微分値の積の極性は、パターンの位置ずれを正しく
検出するオペレータとなっていることがわかる。
【0017】さらに、図23(a)は位置ずれδxがある
1層パターンの検出信号波形f(x)、g(x)を示し、同図
(b)はそれぞれの検出信号波形を1次微分した1次微分
信号df(x)/dx、dg(x)/dxの積((df(x)/d
x)・(dg(x)/dx))が負となり、かつそれぞれの2
次微分d2f(x)/dx2、d2g(x)/dx2が正となる領
域が、パターンエッジの暗い極値(1次微分信号の値が
0となるゼロクロシング位置)の位置ずれ、即ち図21
(b)中のエッジの位置ずれに相当していることを表し
ている。ここでは、図21(b)中に示した非エッジが
正しく除かれている。同様に、図24(a)は位置ずれδ
xがある1層パターンの検出信号波形f(x)、g(x)を示
し、同図(b)はそれぞれの検出信号波形を2次微分した
2次微分信号d2f(x)/dx2、d2g(x)/dx2の積
((d2f(x)/dx2)・(d2g/dx2))が負となり、
かつそれぞれの3次微分d3f(x)/dx3、d3g(x)/
dx3が負となる領域が、パターンエッジの変極点(2次
微分信号の値が0となるゼロクロシング位置)の位置ず
れ、即ち図21(b)中のエッジの位置ずれに相当して
いることを表している。このように、各種のパターンエ
ッジに関し、対応するエッジ位置のずれを正しく検出す
ることができる。
【0018】さらに、求めたいエッジ、等の位置を
変えることも可能である。これは、例えば、1次微分値
に定めた値αを加算し、この結果に対し、上記処理を行
う。図20(c)の点線で示したようにαの加算は、ゼロ
クロシングの移動を意味する。1次微分信号(df(x)/
dx+α)、(dg(x)/dx+α)の積((df(x)/dx
+α)・(dg(x)/dx+α))が負となり、かつそれぞ
れの2次微分d2f(x)/dx2、d2g(x)/dx2が正と
なる領域を求めれば、α<0の場合は、暗い極値、
に対してそれぞれ右の位置をエッジとみなすことができ
る。
【0019】また、これを、df(x)/dx(dg(x)/
dx)が正の領域ではα<0、負の領域ではα>0とす
ると、α=0の場合のゼロクロシングの両側にゼロクロ
シング対が多数生ずる。ゼロクロシング対のうち、エッ
ジの内側よりのゼロクロシングをとれば、エッジ、
の内側、即ちパターンの幅を実際より小さめに見積もる
こともできる。このように、任意のエッジ位置に着目し
て、その位置ずれを検出することもできる。
【0020】上記例では、1次元信号により説明した
が、画像中の種々の方向についてこれを行えば、すべて
の方向のパターンエッジの位置ずれを求めることができ
る。
【0021】本発明を応用した外観検査装置の例を図
1、図2を用いて説明する。ここでは、光学顕微鏡を用
いた例について説明するが、SEMの場合も同様に成り
立つ。図1はLSIウェハパターン外観検査装置の例で
ある。同図において、1次元イメージセンサ4の走査を
Y方向の走査に一致させ、これにより、被検査パターン
であるLSIウェハ1を対物レンズ3を介して1次元に
検出可能にするとともに、XYテーブル1AによりLS
Iウェハ1を上記イメージセンサ4の主走査と直交する
方向、即ちX方向に移動させることによって被検査パタ
ーンを2次元の画像として検出可能にしている。9は、
A/D変換器である。なお、LSIウェハ1は照明用ラ
ンプ2により照明されている。上記イメージセンサ4の
出力信号は遅延メモリ5によりウェハ1を1チップ分移
動する時間だけ遅らせる。これにより、イメージセンサ
4の出力信号と遅延メモリ5の出力信号は、隣接するチ
ップ2aと2bの画像信号に相当する。これらの画像信
号を画像処理装置60により比較し、不一致を欠陥とし
て検出する。欠陥検出例としては、特開平03−209
843号公報に具体的に記載されているので、これを参
照すれば一層明確になる。
【0022】次に、図2を用いて画像処理装置60の基
本的構成を説明する。画像処理装置60は、複数のブロ
ックにより構成され、各ブロックは画像内演算部11、
画像間演算部12、しきい値処理部13からなる。画像
内演算部11は、画像の局所的領域で近傍演算であるフ
ィルタリングなどを行うもので、例えば画像の積分、微
分などの処理を実現する。また、画像から局所領域を切
り出す操作も行う。出力は濃淡画像や2値画像である。
画像間演算部12は、2つの画像間で四則演算や論理演
算を行うもので、例えば画像間の差演算により濃淡差画
像を検出したり、EXOR演算により不一致を検出す
る。しきい値処理部13は、画像を各画素ごとに定めた
しきい値と比較し、2値化するものである。なお、画像
内演算部11は、下記に説明するように、しきい値処理
部13を含むこともありうる。
【0023】次に、画像内演算部11としきい値処理部
13の構成を説明する。まず、図3に画像処理装置60
の具体的構成例を示す。図3において、例えば8bit
の検出画像信号f及び記憶画像信号gをそれぞれ1次微
分回路10a、10b、2次微分回路11a、11bに
より、画素ごとに順次1次微分及び2次微分する。1次
微分回路10a、10bは、図4に示すように画像より
3×3画素を順次切り出して8方向の1次微分o、p、
・・・・・v及びo’、p’、・・・・・vを求め、そ
れぞれの極性(1,0)と、1次微分の絶対値を2値化
して得られる値(1,0)とからなる、例えば16bi
tの信号100a、100bを出力する。ここで、極性
の“1”は正を、“0”は負を表す。2次微分回路11
a、11bは、図5に示すように、1、−2、1なるオ
ペレータを画素に適用し、しきい値Thで2値化して、
パターンのエッジの暗い領域を“1”に、それ以外を
“0”にして、例えば1bitの信号101a、101
bとして出力する。次に切り出し回路12a、12b、
13a、13bにより、1次微分回路10a、10bの
出力、及び2次微分回路11a,11bの出力を切り出
す。切り出し回路12a、13aは、例えば5×5画素
の領域を切り出し、±2画素シフトした状態を作る。切
り出し回路12b、13bは、上記5×5画素の中央位
置と同期させる。
【0024】次に画像間演算部12について説明する。
画像間演算部12は、極性比較回路14a〜14y、カ
ウンタ回路15a〜15y、AND回路19からなる。
極性比較回路14a〜14yにより、切り出し回路12
a、12b、13a、13bの出力を用いて、±2画素
シフトした検出画像信号及び記憶画像信号の1次微分、
2次微分結果をそれぞれ比較する。即ち、2次微分によ
り抽出されたパターンエッジの暗い領域において、検出
画像信号と記憶画像信号のそれぞれの8方向(個)の1
次微分の極性とその絶対値の大小を各方向ごとに比較
し、いずれかの絶対値が大なる領域で極性が一致しない
画素を不一致として値“1”を出力する。即ち、前述の
図23(b)に示した不一致を出力する。切り出し回路1
2a、12bは、例えば5×5画素の25個の出力を有
するので、その場合上記極性比較回路14a〜14yも
25個存在する。
【0025】次に、カウンタ回路15a〜15yによ
り、極性比較回路14a〜14yにより得られる不一致
画素数を例えば1024画素×256画素毎に計数す
る。位置ずれ量検出回路16は、カウンタ回路15a〜
15yにより得られる不一致画素数を解析し、不一致画
素数が、例えば設定値より小さくなる位置ずれ量(ΔX
1、ΔY1)、・・・・・・(ΔXm、ΔYm)を出力す
る。この位置ずれ量は、例えば図6に示すようなもので
ある。
【0026】次に、極性比較回路14a〜14yの出力
を遅延回路17a〜17yにより、上記位置ずれ量が求
められるまで遅延させる。そして、領域選択回路18a
〜18yにより、上記位置ずれ量(ΔX1、ΔY1)・・
・・・(ΔXm、ΔYm)に相当する位置の極性比較回路
16の出力だけ生かし(activeにし)、その他はマスキ
ングする。そして、AND回路19により、領域選択回
路18a〜18yの出力の論理和をとり、値“1”を欠
陥として出力する。
【0027】次に、各部の構成要素について、更に詳し
く説明する。図7は、画像内演算部11である1次微分
回路10a,10bの構成例を示す図である。8bitの
ディジタル信号8より、シフトレジスタ20a,20b
及びラッチ21a〜21iを用いてラッチ21a〜22
1iに3×3画素の領域を切り出す。この3×3画素よ
り図4に示した8方向の1次微分を引算器22a〜22
hを用いて算出する。ここで、引算器22aは図4の1
次微分oを、引算器22hは1次微分uに相当し、引算
器22a〜22hの出力は、1bitの符号bit,即
ち正、負の極性(1、0)と、残りの1次微分の絶対値
(|f'|or|g'|)を表す8bitとする。
【0028】しきい値処理部13である2値化回路23
a〜23hは、図14(b)に示すように上記1次微分
の絶対値(|f'|or|g'|)がしきい値Eth以上
であれば“1”を、しきい値Ethより小さければ
“0”を、即ち1次微分の絶対値を2値化して得られる
1bitの値(1、0)を出力する。即ち、引算器22
a〜22h及び2値化回路23a〜23hから隣接した
8個(方向)の極性を示す信号と隣接した8個(方向)
の絶対値の大小を示す信号とが合成されて16bit構
成で信号100a,100bとして出力される。この図
7の場合、しきい値処理部13は、画像内演算部11に
含まれている。
【0029】図8は、画像内演算部11である2次微分
回路11a,11bの構成例を示す図である。8bit
構成のデイジタル信号8より、シフトレジスタ24a,
24b,及びラッチ25a〜25iを用いてラッチ25
a〜25iに3×3画素の領域を切り出す。この3×3
画素より、図5に示したエッジオペレータを用いて2値
のエッジパターンを抽出する。即ち、加算器26、掛算
機27及び加算器28により1、−2、1なるエッジオ
ペレータを実現する。図5に示す他の3種類のエッジオ
ペレータも同様の方法で加算器26、掛算器27及び加
算器28により実現できる。(図8において他の3種類
のエッジオペレータを行う加算器26、掛算器27及び
加算器28は省略されている。)これをしきい値処理部
13である2値化回路29により設定したしきい値Dt
hで2値化し、図16(b),(c)に示すように、パ
ターンのエッジの暗い領域を“1”とし、それ以外の領
域を“0”にして1bit構成の信号101a,101
bとして出力する。
【0030】図9は、画像内演算部11である切り出し
回路12a,12bの構成例を示す図である。1次微分
回路10aから出力される16bitのディジタル信号
(8個の極性(1,0)と8個の1次微分の絶対値の大
小(1,0)との合成信号)100aより、シフトレジ
スタ30a〜30d,及びラッチ31a〜31yを用い
てラッチ31a〜31yに5×5画素の領域を切り出
す。また、1次微分回路10bから出力される16bi
tのディジタル信号100b(8個の極性(1,0)と
8個の1次微分の絶対値の大小(1,0)との合成信
号)よりシフトレジスタ30e,30f,及びラッチ3
2a,32b,32cを用いてラッチ32cに上記5×
5画素の中央画素に相当する画素を出力する。図3に示
す切り出し回路13a,13bも同様な構成で実現する
ことができる。図10に、その1例を示す。2次微分回
路11aから出力される1bitの2値信号(エッジ領
域、それ以外の領域を示す信号(1、0))101aよ
り、シフトレジスタ33a〜33d,及びラッチ34a
〜34yを用いてラッチ34a〜34yに5×5画素の
領域を切り出す。また、2次微分回路11bから出力さ
れる1bitの2値信号101b(エッジ領域、それ以
外の領域を示す信号(1、0))よりシフトレジスタ3
3e,33f,及びラッチ35a,35b,35cを用
いてラッチ35cに上記5×5画素の中央画素に相当す
る画素を出力する。
【0031】図11は、画像間演算部12である極性比
較回路14a〜14yの構成例を示す図である。同図に
おいて、1次微分信号の絶対値が大の領域でのみ極性比
較による不一致を有効とする比較回路37aは、16b
itの信号102、104に含まれる極性(正:1、
負:0)について極性(正:1、負:0)の不一致を検
出して不一致の場合“1”、一致の場合“0”なる信号
を出力するEXOR回路36a,16bitの信号10
2、104に含まれる1次微分信号の絶対値の大小を表
す信号が二つとも(共に)小のときは“0”信号を、そ
れ以外は“1”信号を出力するNAND回路36b,及
びNAND回路36bの出力が“0”のときはEXOR
回路36aから“1”なる信号として出力される極性の
不一致を出力させないAND回路36cからなる。OR
回路38は、8個(方向)の比較回路37a〜37hの
出力の論理和をとって、8個の比較回路37a〜37h
の内、少なくとも1個の比較回路37a〜37hから1
次微分信号の絶対値が大の領域でのみ極性比較による不
一致が検出されたとき、この極性不一致信号を出力する
ものである。OR回路39は、切り出し回路13a,1
3bから出力される2値化エッジパターン信号103、
105の論理和をとり、検出画像信号fと記憶画像信号
gのいずれかに即ち切り出し回路13aと13bのいず
れかにエッジパターン“1”信号が検出されたことを示
す信号“1”を出力するものである。AND回路40
は、OR回路38の出力と39の出力との論理積をと
り、1次微分信号の絶対値が大の領域において得られる
極性不一致信号をエッジパターンにおいて“1”なる信
号を出力するものである。
【0032】上記構成により、図14に示すように、検
出画像信号f1と記憶画像信号g1とについて、1次微分
信号の絶対値が小の領域(1次微分値|f'|and|
g'|≦Eth、Ethはしきい値)においては“0”に
し、他の領域については1次微分の極性(正(1)、負
(−1))信号に変換した1次微分の極性波形を図14
(b)に示す。そして、1次微分信号の絶対値が大の領
域(1次微分値|f'|or|g'|>Eth、Ethはしき
い値)において、1次微分(f')の極性(正(1)、
負(−1))信号と1次微分(g')の極性(正
(1)、負(−1))信号とを比較して不一致(1/−
1)なる信号を、図11に示す極性比較回路14a〜1
4yのOR回路38から図14(c)に示すように判定
結果として得られる。即ち、1次微分信号の絶対値が大
の領域において検出画像信号f1と記憶画像信号g1とに
ついて極性の不一致として、図11に示す極性比較回路
14a〜14yのOR回路38から欠陥8bが検出され
る。しかし、図13に示すように、検出画像信号f1
記憶画像信号g1とについて極性の不一致のみで欠陥8
bを検出しただけでは、図13に示すように検出画像信
号f1と記憶画像信号g1の相違によって正常部において
極性の不一致が検出され、欠陥として誤検出してしま
う。そこで、1次微分信号の絶対値が大の領域において
検出画像信号f1と記憶画像信号g1との極性の不一致を
検出すれば、図14に示すように、正常部について誤検
出することがなくなる。更に、図15に示すように回路
パターンが微細化されるに伴って、検出画像信号f3
記憶画像信号g3間で極性の不一致(図21(b)の非エッ
ジに相当)が検出され、正常部が欠陥として誤検出さ
れてしまう。そこで、図16(a)に示す検出画像信号
3と記憶画像信号g3とを、各々2次微分回路11a,
11bによって2次微分信号f3”、g3”(図16
(b)に2次微分として示す)を得、この2次微分信号
3”、g3”をしきい値Dthで2値化したエッジ信号1
01a,101b(図16(c)に2次微分の2値化と
して示す)を得、図11に示す極性比較回路14a〜1
4yのOR回路39で何れかにエッジ信号があるかどう
かOR検出し(図16(d)に2次微分の2値化として
示す)、“1”なる回路パターンのエッジ信号を得る。
そして、図11に示す極性比較回路14a〜14yのO
R回路39でOR検出された“1”なる信号で、極性比
較回路14a〜14yのOR回路38から検出される極
性不一致による欠陥信号をAND回路40において論理
積をとってフィルタすることによって図16(e)に示
すように非エッジ領域で発生する正常部の誤検出を無く
すことができる。
【0033】図12は、画像内演算部11である領域選
択回路18a〜18y、AND回路19の構成例を示す
図である。遅延回路17a〜17yより出力される極性
比較結果は、切り出し回路12a,12b,13a,1
3bによって±2画素シフトした位置において検出画像
信号fと記憶画像信号gとの極性を比較した結果得られ
る不一致2値化信号であり、これと位置ずれ量検出回路
16で得られる位置ずれ量(ΔX1,ΔY1),・・・・
・・(ΔXm,ΔYm)に基づいて領域選択回路(AND
回路)18a〜18yに入力される2値化信号が“1”
なる信号として選択され、領域選択回路(AND回路)
18a〜18yにおいては極性比較回路14a〜14y
から出力される不一致2値化信号と位置ずれ量検出回路
16から選択された2値化信号との論理積がとられ、図
17に示すように位置ずれ量が定めたしきい値Fth(S
th)以上をマスキングし、AND回路19により±2画
素の範囲でそれらの論理積をとり、図18に示した判定
を実現することができる。
【0034】とくに、図18及び図19に示すように、
多層回路パターンの場合、位置ずれ量検出回路16、領
域選択回路(AND回路)18a〜18y、及びOR回
路19が欠陥検出において必要となる。即ち、検出多層
パターンF2を図18(a)に、基準多層パターンG2
図18(b)に示す。そして、検出多層パターンF2
検出画像信号f2と基準多層パターンG2の記憶画像信号
2とについてその信号波形を図18(c)に示す。こ
れらの信号波形からわかるように、両者の間に位置ずれ
のない部分と位置ずれのある部分とが発生する。1次微
分回路11a,11bからは、図18(d)に示す微分
の極性波形信号100a,100bが得られる。この極
性波形信号100a,100bを極性比較回路14a〜
14yにおいて比較しただけでは、判定結果I(エッジ
領域において極性不一致として図19(a)に示すよう
に欠陥と正常部が誤検出される)が生じる。そこで、図
19(b)にA−A’及び左へシフトしたB−B’検出
信号波形を示す。この図19(b)に対応させて図19
(c)に、検出画像信号f2に対して記憶画像信号g2
左に切り出し回路12bでシフトさせた関係の微分極性
波形信号100a,100bを示した。そして、この極
性波形信号100a,100bを極性比較回路14a〜
14yにおいて比較して得られる判定結果II(エッジ
領域において極性不一致として図19(d)に示すよう
に欠陥と正常部が誤検出される)が得られる。これらの
判定結果IとIIとをAND回路19によって論理積を
とることによって図19(e)に示すような最終判定結
果(真に欠陥による極性不一致のみ検出できる)が得ら
れる。
【0035】このように、画像処理装置60は、画像内
演算部11、画像間演算部12、しきい値処理部13と
いう基本要素からなっている。画像内の演算、画像間の
演算は、四則演算、或いは論理演算、或いは定めた関数
演算である。個々の構成要素は既存の技術で実現可能で
ある。また、図2において、いづれかの構成要素は省略
可能である。また、しきい値処理部13と画像内演算部
11は順番を入れ替えることが可能であることは言うま
でもない。さらに、上記したように、画像の位置合せな
どを行う処理も上記構成により実現可能である。
【0036】また、上記実施例において、CCDイメー
ジセンサ4として、時間遅延積分型(Time Delay Int
egration)も採用できる。TDIイメージセンサは複数
の1次元イメージセンサを2次元に配列した構造を有
し、各1次元イメージセンサの出力を定めた時間遅延し
ては対象の同一位置を撮像した隣接する1次元イメージ
センサの出力と加算していくことにより、検出光量の増
加を図ったものである。このTDIイメージセンサ4
を、図25に示すように光軸に垂直な面に対しθだけ傾
けて配置する。傾ける向きは、TDIイメージセンサの
中心を支点にして内部の複数1次元イメージセンサの長
手方向(Y方向)と直交する方向とする。傾ける量は対象
の凹凸に対応する量とする。このように傾けて配置した
TDIイメージセンサのたとえば内部の1次元イメージ
センサの走査をY方向の走査に一致させ、これにより、
被検査パターンであるLSIウェハ1を対物レンズ3を
介して1次元に検出可能にするとともに、XYテーブル
1AによりLSIウェハ1を上記TDIイメージセンサ
4の主走査と直交する方向、即ちX方向に移動させるこ
とによって被検査パターンを2次元の画像として検出可
能にしている。XYテーブル1Aにはリニアスケールを
搭載し、ウェハ1の実際の位置を正確に検出する。タイ
ミング発生回路によりリニアスケールの出力信号から画
素を示すスタートタイミング信号を発生し、TDIイメ
ージセンサ4はこのスタートタイミング信号により一定
距離移動するたびに駆動される。例えば、画素寸法が
0.15μmである場合、ウェハがX方向に0.15μm
だけ移動するたびにスタートタイミング信号を発生さ
せ、イメージセンサを駆動する。
【0037】上記した構成において、図25に位置関係
を示すようにTDIイメージセンサ内部の各1次元イメ
ージセンサ5-1〜5-mは光軸に垂直な方向で少しづつ
異なる位置(Z位置)に結像させるべくTDIイメージセ
ンサを傾けて配置する。このとき、TDIイメージセン
サの前方に図26に示すピンホールを有する回転ディス
ク35及び光路長変換素子36を配置する。回転ディス
ク35にはピンホールが多数、例えば20万個あけられ
ており、回転ディスク35を高速に回転させる。ピンホ
ールの径は例えば20ミクロンである。このピンホール
は、共焦点の作用をする。即ち、ピンホールを通った照
明光はパターン上に結像し、パターンからの反射光はピ
ンホールに焦点を結ぶ。ピンホールを有する回転ディス
ク35が高速に回転することにより、TDIイメージセ
ンサ上のすべての位置にパターンが結像する。光路長変
換素子36は、TDIイメージセンサ内部の各1次元イ
メージセンサに対して異なる光路長を与えて合焦位置5
−1,・・・・5−k,・・・・5−mの像を各イメー
ジセンサ素子5-1〜5-m上に結像させるものである。
回転ディスク35及び光路長変換素子36によって、1
次元イメージセンサ5-kは時刻TiでA層上面に結像
する。LSIウェハ1がX方向に移動すると、時刻Tj
では隣接する1次元イメージセンサに上記A層上面から
Z方向にずれた位置、即ち焦点がはずれて結像する。こ
の場合、共焦点の作用により検出される光量はピンホー
ルに焦点を結ばず、ピンホールにさえぎられて僅かにな
る。このように各1次元イメージセンサに対象の同一位
置(X位置)が少しずつZ方向にずれた位置で検出され、
焦点のあっていないパターンは検出信号に寄与しない。
対象に高段差や凹凸がある場合、いずれかの1次元イメ
ージセンサ面に対象が結像するので、その結果、鮮明な
大きな振幅の信号出力が得られ、欠陥の有無はいずれか
の1次元イメージセンサ出力の値に反映される。TDI
イメージセンサのもつ信号の加算機能によって、これら
すべての信号が加算される。図27(a)に示すように対
象が3層のパターンの場合、最も下層にパターン欠陥が
あった場合、従来は例えば中間層のみに焦点が合ってお
り、図27(b)のように中間層のパターンのみが検出信
号波形のコントラストがおおきかったが、本実施例では
3層すべてが同等のコントラストを示す。従って、下層
に欠陥がある場合、従来は図27(b)のようにコントラ
ストが小さく正常部との違いが明確でなかったが、本実
施例では図27(c)のように正常部との違いを明確にす
ることができる。このような画像に対し、本発明を適用
すれば、より高精度なパターンエッジの位置ずれ検出が
できる。
【0038】また、上記と同様に共焦点画像を用いた例
として、図28にその1例を示すように、Z方向にわず
かづつずれた位置で検出した複数の画像から1枚の画像
を合成する場合、各画像に微分処理を施し、各画素にお
いて微分値が最大となるZ位置の画像の明るさをその画
素の明るさとして用いることができる。微分処理は例え
ば上記した1次微分、即ち図4に示した8方向の1次微
分o、p、・・・・・vである。図29に示すように、
これらのうち、他の画像の微分値にくらべ、一つでも値
が大きなものが存在すれば、この画像の明るさをその画
素の明るさとして用いる。得られた画像は深い焦点深度
を有する鮮明な画像となる。このようにして得られた画
像を上記した方法に則り、同様な処理を施した基準の画
像と比較して、パターンエッジの位置ずれ検出、或いは
欠陥判定を行なう。勿論、微分は4方向でもよい。
【0039】また、各画像に微分処理を施し、各画素に
おいて微分値が最大となるZ位置の画像の微分値o、
p、・・・・・vを、その画素の明るさとして用いるこ
ともできる。勿論微分は、2次微分、さらに3次微分な
ど、より高次のものでもよい。得られる画像は、各画素
に8方向の微分値をもつものとなる。
【0040】以上、図23(b)に示した本発明を応用し
た手法、及び検査装置について述べた。本手法は、画像
中のパターンエッジを単独で検出することなしに、2つ
の画像のパターンエッジの位置のずれが自動的に、かつ
直接検出できる。従って、エッジ検出に伴う誤差がな
く、位置ずれ検出精度が高い。これにより、高感度な比
較検査を実現できる。
【0041】また、いままで説明した実施例において
は、イメージセンサ4と画像処理装置60を同期して動
作させたが、別のクロックで動作させることも可能であ
る。イメージセンサ4は、ウェハの位置に同期して動作
させるが、テーブルの速度変動を考慮する必要があり、
無だ時間が生じる。そこで、無だ時間を考慮して、その
分だけ、高速にテーブルを駆動する。そして、イメージ
センサの出力信号をFIFOを介して画像処理装置60
に入力する。FIFOは、データのバッファとして動
く。これにより、従来にくらべ高速な検査が可能にな
る。
【0042】
【発明の効果】以上述べたように、パターンエッジの位
置ずれを2つの画像から、直接に検出できる。従って、
従来にくらべ飛躍的に欠陥検出性能を向上させることが
でき、信頼性の高い検査が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るパターン検査装置の概略構成を示
す図である。
【図2】図1に示す画像処理装置の基本構成を示す図で
ある。
【図3】図2に示す画像処理装置の具体的構成を示す図
である。
【図4】本発明に係る画像処理における1次微分処理方
法を説明するための図である。
【図5】本発明に係る画像処理における2次微分処理方
法を説明するための図である。
【図6】本発明に係る参照画像と検出画像との位置合せ
方法を説明するための図である。
【図7】本発明に係る画像内1次微分処理を行なう1次
微分回路の構成例を示す図である。
【図8】本発明に係る画像内2次微分処理を行なう2次
微分回路の構成例を示す図である。
【図9】本発明に係る画像内処理における第1の切り出
し回路の構成例を示す図である。
【図10】本発明に係る画像内処理における第2の切り
出し回路の構成例を示す図である。
【図11】本発明に係る画像内処理における極性比較回
路の構成例を示す図である。
【図12】本発明に係る画像内処理における領域選択回
路の構成例を示す図である。
【図13】本発明に係る第1の検出信号波形に対する第
1の極性比較について説明するための図である。
【図14】本発明に係る第1の検出信号波形に対する第
2の極性比較について説明するための図である。
【図15】本発明に係る第2の検出信号波形に対する第
2の極性比較について説明するための図である。
【図16】本発明に係る第2の検出信号波形に対する2
次微分処理について説明するための図である。
【図17】本発明に係る位置ずれと不一致画素数との関
係を示した図である。
【図18】本発明に係る多層パターンから検出信号に基
づいて欠陥判定を示す図である。
【図19】本発明に係る多層パターンから検出信号に基
づいて欠陥判定を示す図である。
【図20】本発明に係る検出信号波形と微分信号波形と
の関係を示す図である。
【図21】本発明に係るエッジの位置を示す検出信号波
形と微分値の極性領域との関係を示す図である。
【図22】本発明に係る位置ずれを生じたときの検出信
号波形と微分値の積の極性領域との関係を示す図であ
る。
【図23】本発明に係る位置ずれを生じたときの検出信
号波形と第1のパターンエッジの位置ずれ検出との関係
を示す図である。
【図24】本発明に係る位置ずれを生じたときの検出信
号波形と第2のパターンエッジの位置ずれ検出との関係
を示す図である。
【図25】本発明に係る共焦点画像検出装置の一実施例
を示す概略構成図である。
【図26】図25に示す共焦点画像検出装置に設けられ
たピンホールを有する回転ディスクを示す図である。
【図27】図25に示す共焦点画像検出装置を用いた場
合と、通常の画像検出装置を用いた場合とで検出される
信号波形を示した図である。
【図28】本発明に係る共焦点画像検出装置から検出さ
れる検出画像に基づいて画像合成する構成を示した図で
ある。
【図29】本発明に係る共焦点画像検出装置から検出さ
れる検出画像に基づいて8方向について画像合成する仕
方を説明するための図である。
【符号の説明】
1…ウェハ、2…照明光、3…対物レンズ、4…イメー
ジセンサ、11…画像内演算部、12…画像間演算部、
13…しきい値処理部、10a,10b…1次微分回
路、11a,11b…2次微分回路、12a,12b,
13a,13b…切り出し回路、14a〜14y…極性
比較回路、15〜15y…カウンタ回路、16…位置ず
れ量検出回路、17a〜17y…遅延回路、18a〜1
8y…領域選択回路、19…AND回路、60…画像処
理装置、20…エッジ検出回路、21…2値化回路、2
2…不一致検出回路、23…遅延回路、24…位置合せ
回路、25…欠陥判定回路、26〜29…シフトレジス
タ、30…EXOR回路、31…カウンタ、32…最小
値検出回路、36、37、39、40…シフトレジス
タ、45…判定器、46…加算器、47…不一致検出回
路、48…不一致検出画素数検出回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広井 高志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】検出される画像信号と基準の画像信号との
    それぞれに、1次、或いは2次、或いはより高次の微分
    を施して微分画像信号を得、これら微分画像信号の積を
    算出し、少なくとも該算出された積の微分画像の信号の
    極性に応じて前記検出される画像信号と基準の画像信号
    とのずれを検出することを特徴とする画像処理方法。
  2. 【請求項2】検出される画像信号と基準の画像信号との
    それぞれに、1次、或いは2次、或いはより高次の微分
    を施して微分画像信号を得、これら微分画像信号の積を
    算出し、該算出された積の微分画像の信号の極性を前記
    微分画像信号と異なる次数の微分画像信号の極性でマス
    キングし、該マスキングされなかった積の微分画像の信
    号の極性に応じて前記検出される画像信号と基準の画像
    信号とのずれを検出することを特徴とする画像処理方
    法。
  3. 【請求項3】検出される画像信号と基準の画像信号との
    それぞれに、1次、或いは2次、或いはより高次の微分
    を施して微分画像信号を得、これら微分画像信号の各々
    に該微分画像信号の極性に応じて定めた値を加算または
    減算し、これら加算または減算された微分画像信号の積
    を算出し、少なくとも該算出された積の微分画像の信号
    の極性に応じて検出される画像信号と基準の画像信号と
    のずれを検出することを特徴とする画像処理方法。
  4. 【請求項4】検出される画像信号と基準の画像信号との
    それぞれに、1次、或いは2次、或いはより高次の微分
    を施して微分画像信号を得、これら微分画像信号の各々
    に該微分画像信号の極性に応じて定めた値を加算または
    減算し、これら加算または減算された微分画像信号の積
    を算出し、該算出された積の微分画像の信号の極性を前
    記微分画像信号と異なる次数の微分画像信号の極性でマ
    スキングし、該マスキングされなかった積の微分画像の
    信号の極性に応じて前記検出される画像信号と基準の画
    像信号とのずれを検出することを特徴とする画像処理方
    法。
  5. 【請求項5】画像検出手段から検出される複数の検出画
    像信号から所望の画像信号を合成する方法において、各
    画素においてそれぞれの画像信号の微分値が最大となる
    画像の明るさをその画素の明るさとすることを特徴とす
    る画像処理方法。
  6. 【請求項6】上記画像検出手段として少なくとも一次元
    アレイセンサを備えた共焦点顕微鏡であることを特徴と
    する請求項5記載の画像処理方法。
  7. 【請求項7】画像検出手段から検出される複数の検出画
    像から所望の画像を合成する方法において、各画素にお
    いてそれぞれの画像の微分値が最大となる画像の微分値
    をその画素の明るさとして採用することを特徴とする画
    像処理方法。
  8. 【請求項8】上記画像検出手段として少なくとも一次元
    アレイセンサを備えた共焦点顕微鏡であることを特徴と
    する請求項7記載の画像処理方法。
JP4039204A 1992-02-26 1992-02-26 画像処理方法 Pending JPH05242253A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005537545A (ja) * 2002-08-28 2005-12-08 ビーエーイー システムズ エアクラフト コントロールズ,インコーポレイティド 画像融合システムおよび方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005537545A (ja) * 2002-08-28 2005-12-08 ビーエーイー システムズ エアクラフト コントロールズ,インコーポレイティド 画像融合システムおよび方法

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