JPH1114550A

JPH1114550A - 撮像方法及び装置

Info

Publication number: JPH1114550A
Application number: JP9171454A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Makihira; 坦牧平; Shunji Maeda; 俊二前田; Kenji Oka; 健次岡; Minoru Yoshida; 実吉田; Yasuhiko Nakayama; 保彦中山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-22
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: US7221486B2; US6507417B1; US20030030853A1; JP3371764B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リニアイメージセンサの内部走査をＨ走査と
し、その方向と交差する方向に被写体移動させてＶ走査
として２次元画像を検出する場合、Ｖ方向の画素寸法が
座標検出装置のスケール分解能単位でしか設定できない
ため、被写体面上の任意距離区間を所望の画素数に分割
しようとしても、設定不可能な場合がある。【解決手段】イメージセンサ内部走査開始信号として、
被写体座標検出装置のスケール検出パルスを、被写体上
の目標画素寸法に対して、分周比ｎでは小さく、ｎ+1で
は大きいようにｎを選定し、イメージセンサ内部走査開
始信号間隔すなわち各画素の寸法誤差および位置誤差が
スケール分解能を超えないように両分周比を組み合わせ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は外観検査装置、特に
その画像検出技術に関するもので、主走査（Ｈ走査）と
副走査（V走査）により２次元画像を検出する撮像装置
に関わる。

【０００２】

【従来の技術】リニアイメージセンサを用いた２次元画
像の検出は、リニアイメージセンサと直交する方向に結
像面の被写体像を移動させながら、リニアイメージセン
サから画像データを読み出す方法が一般的であり、被写
体像が１画素分の距離を移動（V走査）する毎にリニア
イメージセンサの内部走査（H走査）を開始させる。こ
のＨ走査間隔がＶ方向の画素寸法になる。

【０００３】この場合の被写体像移動量（V走査）の検
出は、例えば、試料テーブルの座標検出用スケールを用
いる。

【０００４】被写体の移動量あるいは座標（位置）を検
出するための、スケールおよびその検出方式には透過光
検出方式、回折光干渉方式など各種原理のものが存在す
るが、目盛り検出信号は９０°位相差のＡ，Ｂ２相のサ
イン波形であり、このサイン波形信号をパルス信号に整
形して座標信号として用いる。

【０００５】またスケールの目盛りより高分解能を得る
ため、目盛り検出信号の周期を、分割回路で数十或いは
それ以上に分割する方式が広く用いられている。

【０００６】以下の説明でスケール分解能と称するの
は、スケール自体の目盛りの分解能ではなく、周期分割
した場合は、分割後の分解能を意味する。

【０００７】また、スケール検出パルスと称するのも、
分割した場合は分割後のパルス信号である。

【０００８】従来、被写体像の移動方向（Ｖ方向）の画
素寸法の設定は、画素寸法相当の等間隔でリニアイメー
ジセンサを内部走査するため、上記スケール検出パルス
を一定の分周比で分周してリニアイメージセンサの内部
走査スタート信号を形成していた。

【０００９】なおリニアイメージセンサセンサの検出感
度を制御するために、蓄積時間を可変制御ことが、特開
昭６２−２２５０８１に開示されている。

【００１０】また、特開平６−１３３２０９には、TDI
イメージセンサで撮像視野内の像の移動速度が上端と下
端で異なる場合、上端と下端のCCDシフトクロックを別
系統にして、それぞれの像の移動速度に合わせることが
記載されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウエハなどの外
観検査装置で、繰り返しパターンに対して比較検査する
場合、比較する２画像はパターンと画素の位置関係が常
に一定となるように、パターン周期が画素寸法の整数倍
となるように撮像されることが望ましい。

【００１２】即ち、図５に示すようにパターン５１ａと
５１ｂを比較する場合、パターンと画素位置の関係が同
じ状態の画素６１と６２で検出した画像情報を比較する
のが望ましく、そのためには比較パターンの間隔が画素
寸法の整数倍であればよい。比較パターンの間隔が画素
寸法の整数倍でないときは例えばパターン５１ｂに対す
る画素６３のような位置で検出することになり、パター
ン自体には差異がなくても画像情報には差が生じ、正し
い比較結果は得られない。

【００１３】従来、リニアイメージセンサを用いて、被
写体を移動（V走査）させながら２次元画像を検出する
撮像装置では、V方向の画素寸法は被写体が一定寸法す
なわち画素寸法分移動する毎にリニアイメージセンサの
内部走査をスタートさせることにより設定していた。

【００１４】リニアイメージセンサの内部走査スタート
信号として、被写体V座標検出スケールの検出パルスを
利用する場合、イメージセンサ走査スタート信号の最小
可変量はスケールから得られる分解能（目盛りの分解能
あるいはそれを信号処理で分割した分解能）単位であり
デジタル値である。

【００１５】したがって、与えられた距離区間Lを画素
数Mで分割する場合、M画素分の距離に対する最小可変量
は「スケール分解能のM倍」となって微細な調整が困難
となる。つまり、距離L＝K・lu（ただし、スケール分解
能：lu, 任意の整数：K）としたとき、 Lを等分割でき
る画素数はKの約数に限られる。

【００１６】例えば、任意距離Ｌ=５２５luを５０画素
に分割したい場合、画素寸法＝１０luでは（５２画素＋
余り５ lu）となる。そこで画素寸法を最小可変量１lu
だけ拡大して１１luとすると画素数は（４７画素＋余り
８lu）となり、目標の５０画素に大きく不足し、結局希
望画素数に設定できない。

【００１７】TDIイメージセンサを用いた撮像装置の場
合、TDIイメージセンサの受光面の結像画像の移動に同
期してTDIステージの蓄積電荷を順次隣接TDIステージへ
転送するため、全TDIステージ数に相当する被写体面上
の距離を、画素寸法の整数倍とすることがTDIイメージ
センサを正常に動作させる基本条件である。

【００１８】しかしながら、前記同様、 TDIステージ数
に相当する被写体面上の距離を、 TDIステージ数に分割
することが座標検出分解能の限界から困難な場合が多
い。しかも、TDIステージ数が多くなるにつれて、高精
度な画素寸法設定精度が必要となる。例えば、TDIステ
ージ数が９６ステージの場合、画素寸法を最小可変量で
あるスケール分解能１luだけ加減すると、９６画素分の
距離における最小加減量は９６luとなり、微細な調整は
不可能である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明では、リニアイメージセンサの内部走査
（Ｈ走査）方向に対して直交する方向（Ｖ走査）にリニ
アイメージセンサ上に投影される被写体の投影像をリニ
アイメージセンサに対して相対的に移動させて２次元画
像を撮像する撮像方法において、撮像中にＶ走査の方向
の画素寸法を切り替えながら画像を検出することを特徴
とする撮像方法とした。

【００２０】また、本発明では、リニアイメージセンサ
の内部走査（Ｈ走査）方向に対して直交する方向（Ｖ走
査）にリニアイメージセンサ上に投影される被写体の投
影像をリニアイメージセンサに対して相対的に移動させ
て２次元画像を撮像する撮像方法において、Ｈ走査のス
タートパルスの間隔を周期的に変化させながら被写体の
２次元画像を検出することを特徴とする撮像方法とし
た。

【００２１】さらに、本発明では、ＴＤＩイメージセン
サ上に投影される被写体の投影像をＴＤＩイメージセン
サに対して相対的に移動させながら被写体の２次元画像
を撮像する撮像方法において、ＴＤＩイメージセンサの
蓄積時間内の相対的な移動の量を時間的に変化させなが
ら被写体の２次元画像を撮像することを特徴とする撮像
方法とした。

【００２２】また、本発明では、リニアイメージセンサ
の内部走査（Ｈ走査）方向に対して直交する方向（Ｖ走
査）にリニアイメージセンサ上に投影される被写体の投
影像をリニアイメージセンサに対して相対的に移動させ
て２次元画像を撮像する撮像装置において、被写体の位
置を検出する位置検出手段と、リニアイメージセンサで
撮像中に位置検出手段で検出した被写体の位置検出信号
に基づいてリニアイメージセンサのＶ走査の方向の画素
寸法の設定を変更する画素寸法変更手段を備えたことを
特徴とする撮像装置とした。

【００２３】また、本発明では、被写体の像をリニアイ
メージセンサ上に投影し、この投影された被写体の像を
リニアイメージセンサの内部走査（Ｈ走査）方向に対し
て直交する方向（Ｖ走査）に前記リニアイメージセンサ
に対して相対的に移動させて前記被写体の２次元画像を
撮像する撮像装置において、被写体の位置を検出する位
置検出手段と、リニアイメージセンサで撮像中に位置検
出手段で検出した被写体の位置検出信号に基づいてリニ
アイメージセンサのＨ走査のスタートパルスの間隔を周
期的に変化させるスタートパルス制御手段とを備えたこ
とを特徴とする撮像装置とした。

【００２４】さらに、本発明では、被写体の像をＴＤＩ
イメージセンサ上に投影し、この投影された被写体の像
をＴＤＩイメージセンサに対して相対的に移動させて被
写体の２次元画像を撮像する撮像装置において、被写体
の位置を検出する位置検出手段と、ＴＤＩイメージセン
サで撮像中に位置検出手段で検出した被写体の位置検出
信号に基づいてＴＤＩイメージセンサの蓄積時間内の相
対的な移動の量を時間的に変化させる制御手段とを備え
たことを特徴とする撮像装置とした。

【００２５】本発明では、画素寸法目標値がスケール分
解能の整数倍でないときは、画素寸法を一定値に固定せ
ず、目標値より大（＋誤差）のH走査間隔と、小（−誤
差）のH走査間隔を組み合わせ、分割区間Lの平均画素寸
法を目標画素寸法に一致させることにより所望画素数に
分割することを可能にした。この場合、分割区間Lがス
ケール分解能の整数倍の場合を除き、各画素の寸法およ
び位置については、スケール分解能分の誤差を認めると
いう条件である。なお画素寸法目標値とは（分割区間L
÷分割画素数）である。

【００２６】２種類のH走査間隔すなわち画素寸法の組
み合わせ方は、被写体面の上記任意距離区間の画素寸法
平均値が目標画素寸法と一致し、且つ計算上の理想画素
位置に対する各画素の位置誤差が許容値以上に累積しな
いように並べる。つまり、目標画素寸法に対して＋と−
の誤差を持つ両H走査間隔を、互いに相手による位置誤
差の累積値が許容値を越えないように並べることによ
り、全画素の寸法と位置を所定の許容誤差内に収める。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は実施例の撮像装置の構成を
示すブロック図である。被写体ウエハ２１はXYステージ
２２に積載され、そのパターンを結像光学系を介してリ
ニアイメージセンサ２７で撮像する。リニアイメージセ
ンサ２７から出力する画像信号はデジタル信号に変換し
て感度補正回路２９へ入力する。なお図１では画像信号
AD変換前のアナログビデオ回路は省略している。

【００２８】XYステージはX方向即ちリニアイメージセ
ンサ２７の内部走査（H走査）と直交する方向に移動
し、その移動量はX座標検出用のスケール１５によりス
テージ座標検出器２３を介して所定の分解能のスケール
検出パルスとして検出される。

【００２９】スケール検出パルスは画素寸法設定回路２
８へ接続する。画素寸法設定回路２８は移動量が所定の
画素寸法となる毎にイメージセンサ駆動回路２６へ内部
走査スタート信号２４を出力し、これにより２次元画像
が得られる。

【００３０】一方、内部走査スタート信号２４の周期を
蓄積時間カウンタ２８で計測し、その結果を感度補正回
路２９へ入力し、画像信号を補正する。即ちイメージセ
ンサ２７の感度が蓄積時間に比例するので蓄積時間で正
規化する。

【００３１】本発明の撮像装置の特徴である画素寸法設
定方法は図１の画素寸法設定回路２５の機能に関する。
画素寸法設定回路２５の内部回路については図６に示
す。

【００３２】以下、図２〜図５にL区間（L＝１８lu）を
４画素に分割する場合を例として実施例について説明す
る。

【００３３】図２は被写体面上の画素毎の検出範囲およ
びその範囲内の蓄積時間分布の関係を示すグラフであ
り、横軸は被写体移動方向の座標をスケール分解能luで
示し、縦軸は蓄積時間（露光時間）である。蓄積時間は
感度に対応する。

【００３４】イメージセンサの内部走査（H走査）間隔
はスケール分解能luの位置でH走査スタート信号を形成
するので、H走査間隔はスケール分解能luの整数倍とな
る。したがって従来のように均一のH走査間隔を用いた
のでは、１８luを４画素（H走査間隔）で割り切れな
い。

【００３５】H走査間隔＝４luに設定すると、２luの余
りが生ずるし、H走査間隔＝５lu にすると４画素では１
８luを超過してしまう。

【００３６】本発明では２種類のH走査間隔を組み合わ
せることにより、１８lu区間を４画素に分割可能とする
もので、組み合わせるH走査間隔は、目標値すなわち１
８lu÷４＝４．５luに対して、＋誤差、−誤差が最も小
さい整数の４luと５luを選ぶ。この２種類の組み合わせ
の平均値が目標値に一致するように、組み合わせパター
ンを決める。

【００３７】説明を簡単にするため、本実施例では単純
な組み合わせで目標値を得られる場合を例としている。
この場合、目標値４．５luを得るには、４luと５luを
１：１で組み合わせればよい。即ち４luと５luの走査間
隔を交互に組み合わせパターンとする。言い換えると、
２種類の画素寸法の組み合わせパターン周期は２画素で
ある。

【００３８】図２は４luと５luのＨ走査間隔を組み合わ
せたときの、画素あたりの検出範囲と検出感度であり、
S1,S2で示す形の面積が画素信号検出感度となる。なお
ホトエレメントは開口率１００％の理想寸法と仮定した
図である。

【００３９】このような特性となる理由を図３に示す。
図中左半分は横軸が被写体像の移動する時間であり、一
定速度のXYステージがスケール分解能luを移動する時間
単位に目盛ってある。縦軸はイメージセンサ結像面に投
影された被写体像のV座標であり、イメージセンサのホ
トエレメントが被写体像の上を移動する位置関係を示
す。縦軸の目盛りはスケール分解能luであり、目標画素
寸法の４．５luがホトエレメント寸法となるように結像
倍率は設定してある。図中の２つの平行四辺形はV走査
により検出範囲が移動する様子を示しており、平行四辺
形の横方向が蓄積時間、縦方向が検出範囲となる。

【００４０】図中右半分は検出範囲と蓄積時間の関係を
書き直したもので、左のホトエレメントの位置と対応さ
せて、走査間隔が５の場合S2,４の場合S1となることを
示す。

【００４１】図２は上記関係を４分割区間に当てはめた
もので、走査間隔を４luと５luで繰り返し、検出範囲の
中心点の間隔は４．５lu均一となって、L区間を４分割
した状態を表している。

【００４２】なお、Ｈ走査間隔が４luと５luでは検出範
囲と感度がS1、S2となり、図４のように異なる。しかし
蓄積時間は、Ｖ走査速度一定であればＨ走査間隔に比
例するので、Ｈ走査間隔（距離）に対するＶ方向移動時
間を計測して、この時間で画素信号を正規化することに
より感度差を補正できる。この原理に基ずき、Ｈ走査
間隔４luと５luの比率から、［S1×５／４］として補正
した結果がS1′となり、感度は等しくなる。

【００４３】但し、S2の検出範囲はS1′よりわずかに広
い。しかし、検出範囲の両端部は感度が低いため画素信
号成分に与える影響は小さい。

【００４４】上記例はＨ走査間隔および組み合わせパタ
ーンが単純であるが、一般的には同じＨ走査間隔が連続
する場合も多く、組み合わせパターンは複雑となる。し
かし、検出範囲と位置の誤差が１lu以下に抑えられる点
は同じである。

【００４５】次に、距離Ｌを画素数Mに分割する場合
の、２種類の画素寸法の組み合わせ方の一例について説
明する。

【００４６】２種類の画素寸法の組み合わせ方を決める
基本的な考え方は、全ての画素の位置誤差をスケール分
解能の範囲に納めることである。

【００４７】目標となる理想位置とは、（距離Ｌ／画素
数Ｍ）で求めた平均寸法の仮想画素の位置であり、スケ
ール分解能に制約されない計算上の理想位置である。

【００４８】実際に組み合わせる２種類の画素寸法（H
走査間隔）は、理想寸法に対して＋誤差と−誤差を持つ
ので、同符号誤差の画素が連続すると理想位置からのず
れは増大してゆく。

【００４９】そこで逆符号誤差の画素を組み合わせて、
位置誤差が許容値以上に増大しないようにを補正する。
すなわち、組み合わせた画素の平均値が理想値に等しく
なるように組み合わせる。

【００５０】ただし平均値が理想値と一致しても、平均
化区間の誤差のｐ−ｐが大きくなっては好ましくない。
最も望ましいのは誤差のｐ−ｐをスケール分解能以下に
することである。つまり、できるだけ短い周期で互いに
誤差を補正しあうパターンであることが望ましい。

【００５１】つまり、２種類の寸法の画素のうち、少な
くとも一方が１画素となる組み合わせ（１：ａ）を組み
合わせパターンの基本形とする。

【００５２】なお以下の説明でａ，ｂ，ｃ，ｄは整数で
ある。

【００５３】最も単純な形が（１：ａ）だけの組み合わ
せである。

【００５４】次に基本形が複数の組み合わせである。基
本形が二組の場合、（１：ａ）(ｃ、（１：ｂ）(ｄの組
み合わせとなる。ｃ、ｄの両方が複数のときは、（１：
ａ），（１：ｂ）共、その平均値が目標画素寸法に対し
て誤差を持つ場合である。この場合も、ｃ、ｄのうち、
少ない方を一組とする組み合わせにする。

【００５５】以下、具体的に組み合わせ方を示す。

【００５６】先ず、距離Ｌ、画素数Ｍ、スケール分解
能luなどの関係を示す。

【００５７】距離ＬＬ＝Ｋ・lu （１）ただしＫ：整数 lu：スケール分解能画素寸法平均値Ｐa Ｐa＝Ｌ／Ｍ＝Ｋ・lu／Ｍ（２）基準分周比ｎＫ÷Ｍ＝整数ｎ・・・・・・余りＢ（３）として求め、整数ｎを基準分周比と呼ぶ。分割画素数ＭＭ=Ａ＋Ｂ（４）ただしＡ：画素寸法がｎ・luの画素数Ｂ：画素寸法が（ｎ＋１）luの画素数＝（３）式の余りＢなお、画素数Ｍに対する、分周比ｎと（ｎ＋１）の組み
合わせは、全画素の分周比が一定の場合を含めてＭ通り
である。言い換えると、Ｍ画素分の距離を設定する場合
の最小可変量はluである。この最小可変量を画素数Ｍで
平均化したlu／Ｍを微調整量と呼ぶこととする。

【００５８】組み合わせパターンは次の方法で決める。

【００５９】先ず（１）〜（４）式により、２種類の画
素寸法の画素数を算出する。

【００６０】・分周比ｎの画素数：Ａ・分周比ｎ＋１の画素数：Ｂつぎに組み合わせパターンを求める。

【００６１】ケース１：Ａ，Ｂの両方あるいは片方が１
のとき・組み合わせパターン：Ａ，ＢあるいはＢ，Ａと並べた
形・組み合わせパターンの周期：分割画素数Ｍケース２：Ａ／Ｂを約分した結果、分母、分子のいずれ
かが１のとき・組み合わせパターン：約分結果の分母、分子を上記
（１）と同様に並べた形・組み合わせパターン周期：分割画素数Ｍ／（Ａ，Ｂの
最大公約数）ケース３：その他の場合この場合は組み合わせパターンが複数となる。以下の手
順で複数の組み合わせパターンを求めて組み合わせる。

【００６２】先ず、Ａ，Ｂの大きい方を小さい方で割
り、答えとして“整数Ｑ”と“余りＲ”を求め、下記組
み合わせパターン１（Ｃ１）のＡ１，Ｂ１および組み合
わせパターン２（Ｃ２）のＡ２，Ｂ２の値、および各組
み合わせパターンの繰り返し回数を求める。

【００６３】ケース３.１［Ａ＞Ｂの場合］Ｃ１；Ａ１＝Ｑ、Ｂ１＝１、Ｃ１の繰り返し
回数ｃ＝Ｂ−ＲＣ２；Ａ２＝Ｑ＋１、Ｂ２＝１、Ｃ２の繰り返し
回数ｄ＝Ｒケース３.２［Ｂ＞Ａの場合］Ｃ１；Ａ１＝１、Ｂ１＝Ｑ、Ｃ１の繰り返し
回数ｃ＝Ａ−ＲＣ２；Ａ２＝１、Ｂ２＝Ｑ＋１、Ｃ２の繰り返し
回数ｄ＝ＲＣ１，Ｃ２のそれぞれの繰り返し回数ｃ，ｄがともに複
数の場合、少ない方を１とする組み合わせをつくる。組
み合わせのパターンは１種類とは限らない。また組み合
わせパターンの並べ方は、Ｃ１，Ｃ２共に連続数が最小
となるように並べる。

【００６４】上記は距離Ｌを所望の画素数で丁度割り切
れるように画素寸法を設定し、かつ設定した個々の画素
の、理想位置に対してする位置誤差がスケール分解能を
超過しない方法である。

【００６５】しかし、位置誤差の許容値を広げて支障な
いときは、２種類の画素寸法の組み合わせパターンの周
期を所定距離Ｌより少々増減することで組み合わせパタ
ーンを単純化できる可能性がある。

【００６６】また画素の位置誤差の許容値を広げて支障
ない場合、２種類の画素寸法の組み合わせパターン周期
と距離Ｌを一致させる場合でも、組み合わせパターンを
単純化できる可能性がある。

【００６７】上記機能を実現する画素寸法設定回路２５
のブロック図を図６に示す。本回路は基準分周比ｎと微
調整量をＣＰＵから設定する構成であり、以下その動作
を説明する。

【００６８】先ず、分周動作に先行してパラメータを設
定する。１のＣＰＵからレジスタ２へ基準分周比ｎ、レ
ジスタ３へ微調整量をセットする。４のＲＯＭは、アド
レス信号として入力する微調整量データに対応した分周
比組み合わせパターン周期（平均化区間の画素数Ｍ）を
記憶しておき、微調整量が指定されると、それに応じて
画素数データを出力し、これが５のカウンタにロードさ
れる。

【００６９】５のカウンタは、４のＲＯＭから与えられ
た画素数Ｍの周期でサイクリックにカウント動作を繰り
返し、常に平均化周期内の現時点の画素番号を出力する
もので、Ｈ走査スタートパルス１０をカウントし、次に
分周する後続画素が、分周比組み合わせパターン内の何
番目であるかを出力して６のＲＯＭにアドレス信号とし
て送る。

【００７０】６のＲＯＭは、微調整量と分周比組み合わ
せパターン内の画素番号を指定されると、その画素の分
周比がｎのときは０を、ｎ＋１のときは１を出力する機
能を持ち、データは１ビットである。したがって、３の
レジスタと５のカウンタからのデータをアドレス信号と
することで、指定されている微調整量の分周比組み合わ
せパターンにしたがって、後続画素の分周比がｎのとき
は０を、また（ｎ＋１）のときは１を出力して７のアダ
ーへ送る。

【００７１】７のアダーの出力は、９のスケールパルス
を分周する８のカウンタへロードデータとして入力す
る。８のカウンタはロードされた分周比で分周した分周
出力を１０のＨ走査スタートパルスとして出力すると同
時に、新しい分周比データをロードする。そして後続画
素の分周動作に入る。

【００７２】なお図１では独立した回路ブロックでも、
スケールパルスの速度及びＣＰＵの処理速度によって
は、ＣＰＵで処理可能となる部分も当然あり得る。

【００７３】すなわちＣＰＵが十分高速であれば、７の
アダー、５のカウンタ、８のカウンタなどはソフトウエ
アによりＣＰＵ動作に置き換えることも可能である。

【００７４】次にＴＤＩイメージセンサによる撮像装置
への実施例を示す。ＴＤＩイメージセンサは図７のよう
にライン状のホトエレメントアレイが複数列に配列さ
れ、TDIステージを構成している。ホトエレメントアレ
イの列数つまりTDIステージ数はたとえば９６ステージ
のものが実用化されている。

【００７５】結像面上の被写体像はＶ方向即ち、図７で
V方向に移動し、ＴＤＩステージで検出された電荷は被
写体像に追従して、次々に隣のＴＤＩステージへ転送す
る。したがって、被写体の画素情報は第１ＴＤＩステー
ジから最終ＴＤＩステージまでの検出電荷が積算されて
出力する。

【００７６】即ち、各ＴＤＩステージの検出光量および
検出範囲を平均化した情報が得られる。したがって、２
種類の画素寸法（Ｈ走査間隔）の組み合わせパターンの
周期をＴＤＩステージ数に一致させると、第一ＴＤＩス
テージから最終ＤＩステージまでの合計蓄積時間は常に
一定となる。なおＨ走査間隔組み合わせパターン周期の
整数倍をＴＤＩステージ数に一致させたときも合計蓄積
時間が一定となることはもちろんである。

【００７７】その結果、Ｈ走査間隔を変化させながら画
像検出しても、出力画素信号は全画素が同一蓄積時間即
ち検出感度で検出したことになる。また検出範囲も、２
種類のＨ走査間隔の組み合わせ数が常時同数となるの
で、全画素が同じ検出範囲で検出されることになる。こ
れはＴＤＩの特長である。

【００７８】図８はＨ走査間隔、即ちＴＤＩステージシ
フトパルス間隔を４luと５luで繰り返したときの例で、
各ＴＤＩステージの検出範囲と感度（検出範囲内各部の
蓄積時間）を示す。横軸は被写体が移動する時間であ
り、スケール分解能luの距離を移動する時間で目盛って
いる。縦軸はＴＤＩステージ方向の座標であり、ＴＤＩ
ステージ寸法で目盛っている。

【００７９】なお光学系の倍率は、被写体の４．５luを
ＴＤＩ画素寸法（ＴＤＩステージ間隔）に一致させてあ
る。したがって、被写体が４．５lu移動する時間で、被
写体像はＴＤＩ結像面上（縦軸）をＴＤＩステージ幅だ
け図示のように移動する。

【００８０】ＴＤＩステージのシフト間隔は４luと５lu
であり、移動する被写体上の特定画素の検出範囲をハッ
チングで示す。

【００８１】各ＴＤＩステージの検出範囲は、ＴＤＩ画
素寸法４．５lu＋移動距離（４luあるいは５lu）とな
る。図８右上の検出感度特性は開口率１００％と仮定し
て理想的に示したホトエレメントの検出する試料面範囲
と、その範囲内の蓄積時間つまり相対感度を示す。シフ
ト間隔４luのときSa，５luのときSbである。

【００８２】それぞれの検出範囲は８．５luと９．５lu
となるが、投影像が全ＴＤＩステージ上を移動する間の
検出結果がすべて加算されるので結果として９．５luと
なる。これは理想検出幅より、０．５lu広いだけであ
る。

【００８３】TDIイメージセンサを用いたウエハ外観検
査装置の実施例を図９から図１５を用いて説明する。

【００８４】ウエハパターンの濃淡画像の２チップ比較
を実現するには、濃淡画像を高精度に検出し、位置合わ
せして比較しなければならない。しかもLSIウエハパタ
ーンの微細化に伴い、検出すべき欠陥も微細化してお
り、高倍率で検査する必要があるため、検出速度の高速
化も考慮されねばならない。このためTDIイメージセン
サを用いてXYステージを高速に連続移動させてパターン
検出する。

【００８５】図９においてXYステージ２２上に載置され
たウエハ２１のパターンはTDIイメージセンサ２７に結
像する。XYステージ２２はモータドライバ１２により駆
動されるモータ１１によりX方向（副走査方向）に移動
させられる。

【００８６】モータの回転速度はモータドライバへフィ
ードバックされ回転速度を一定に制御する。しかし完全
に一定速度にすることは困難でありある程度の速度変動
は残る。XYステージ２２には座標検出スケール１５を取
り付け、X方向に移動するとスケールの目盛り信号を検
出した座標検出装置２３が所定の分解能でパルス信号を
発生する。即ち、座標検出装置２３はスケール１５の分
解能を、例えば２０倍、４０倍などに分割して分解能を
改善する機能を持ち、設定された分解能のスケール検出
パルスを出力する。スケール検出パルスは画素寸法設定
回路２５によって所定の移動距離ごとにTDIイメージセ
ンサ２７の内部走査（主走査、この場合Y方向）をスタ
ートさせるパルス信号を発生させる。この内部走査スタ
ート信号２４によりTDIイメージセンサはXステージに同
期して動作する。

【００８７】また、 TDIイメージセンサ２７はクロック
発生回路３８で発生したクロックで内部走査（Y走査）
し、２次元画像の検出が可能となる。内部走査スタート
信号２４はX方向の画素寸法を決める信号である。またT
DIイメージセンサから出力する画像信号について、その
蓄積時間を内部走査スタート信号２４により蓄積時間カ
ウンタ２８で検出して感度補正回路２９で補正する。

【００８８】補正された画像データは画像メモリ４２に
書き込むと同時に既に書き込まれていたデータ共々比較
判定回路４６に送出される。比較判定回路４６では、こ
れらの画像データを比較し、不一致を欠陥と判定する。

【００８９】X座標カウンタ４３はTDIイメージセンサ走
査スタート信号２４を計数し、 Y座標カウンタ４４はク
ロックを計数し、両座標カウンタが画像メモリのアドレ
スを制御する。

【００９０】Y座標カウンタ４４はイメージセンサ走査
スタート信号がくると、後で説明する一定値にプリセッ
トする。位置ずれ検出回路４６はチップの配列誤差を検
出し、位置ずれ量によりX座標カウンタおよびY座標カウ
ンタを制御して、画像メモリには繰り越しパターンの対
応する部分を同一座標に記憶する。

【００９１】つぎに各部の動作を説明する。

【００９２】XYステージ２２のX方向への移動速度は、
理想的には一定速度であるが、実際には速度変動があ
り、一定周期でイメージセンサを内部走査するとXYステ
ージの実際の座標と正確に対応させることが困難であ
る。そこで、XYステージ２２に取り付けた位置（座標）
検出器１５の目盛りを検出した信号をもとにして、画素
寸法設定回路２５で１画素寸法分の移動を検出する度
に、内部走査スタートパルス２４を発生させる。

【００９３】内部走査スタートパルス２４はイメージセ
ンサ２７の内部走査を開始させると共に、蓄積時間カウ
ンタ２８へ送られる。蓄積時間カウンタ２８は内部走査
スタートパルス２４の周期により、TDIイメージセンサ
の入射光量蓄積時間（露光時間）を計算する。TDIイメ
ージセンサの蓄積時間は、画像信号が出力する直前の、
TDIステージ数分の内部走査スタートパルス間隔の合計
時間として計算する。

【００９４】TDIイメージセンサ２７の出力画像信号は
蓄積時間に比例した感度で検出される。したがって、X
ステージの速度変動は、蓄積時間（露光時間）の変動と
なって現れ、イメージセンサ出力画像信号の明るさを変
動させるので、蓄積時間カウンタ２８の出力により感度
補正回路２９で補正する。

【００９５】位置ずれ検出回路４５は図１０に示すよう
なチップ５２の配列誤差を検出する。X方向の配列誤差
については、図１１のように所定のエリア内でチップの
左端パターンを検出し、これにより画像メモリ４２への
書き込みを開始する事によって補正する。すなわち、X
座標カウンタ４３はチップの左端のパターンを検出する
度にゼロクリアされる。但し、XYステージ２２が図示の
方向と逆方向に移動する場合は、チップの右端のパター
ンを検出する度にX座標カウンタ４３がゼロクリアされ
る。

【００９６】Y方向のチップ配列誤差については、図示
の位置ずれ量ΔYを図１２に示す第１副走査において、
図１１の所定エリア内でチップ上端のパターンを検出す
る事により前もって測定しておく。そして、第２副走査
以降において、Y座標カウンタ４４はチップ５２ａつい
てはある一定値α画素だけオフセットを設け、検出した
パターンを画像メモリ４２に書き込む。

【００９７】チップ５２ｂついては（α−ΔY）画素だ
けオフセットを設けて書き込む。オフセットαはY方向
の配列誤差のとりうる範囲を考え、α≧ΔYmaxとする。
ここで、ΔYmaxはX方向の配列誤差の最大値である。

【００９８】これにより、画像メモリ４２上でチップ５
２ａよび５２ｂパターンのX方向及びY方向に関する位置
合わせが成され、チップ５２ａび５２ｂ内部の対応する
パターンが同一の番地に入る。

【００９９】なお画像メモリ４２はチップ５２ａ或いは
５２ｂのうちイメージセンサ２７が走査する領域を記憶
するだけの容量があれば十分である。

【０１００】画像メモリへの取り込みの様子を図１３に
示す。同図中、斜線部が画像メモリに書き込まれる部分
である。WEはメモリへの書き込み命令信号を、REはメモ
リからの読み出し命令信号を示す。即ち、画像メモリ４
２には（ｘ，ｙ）＝（０、α）番地以降にチップ５２ａ
のパターンがチップの左端より書き込まれる。チップ５
２ｂのパターン左端が検出されると、画像メモリ４２に
は（０,α−ΔY)番地以降にチップ５２ｂのパターンが
書き込まれると同時に、画像メモリから５２ａのパター
ンデータを読み出す。画像データの読み出しは同一番地
への画像データの書き込み前に行う。

【０１０１】検出したチップ５２ｂのパターンと画像メ
モリ４２から読み出したチップ５２ａのパターンデータ
を比較判定回路４６に送出し、不一致を欠陥と判定す
る。

【０１０２】位置ずれ検出回路４５によるエッジ検出動
作を図１４に示す。図１４（ａ）において、例えばチッ
プ上のX方向の所定範囲XW1 ，Y方向の所定範囲YW1であ
る所定のエリア（図１１の斜線部に対応）内のパターン
に図１５に示すエッジオペレータを作用させ、図１４
（ｂ）に示すようなエッジを検出する。これにより図１
４（ｃ）に示すような所定範囲XW1 内のY方向のエッジ
のヒストグラムを作成して、最も度数の多いX座標の位
置をエッジ位置として検出する。

【０１０３】X方向のパターンのエッジ位置についても
図１４と同様にして検出することができる。検出したエ
ッジ位置からチップの配列誤差を知ることができる。

【０１０４】X方向及びY方向の配列誤差を補正するため
のチップの左端及び上端のパターンの検出は、チップの
内部の特定パターンをXYステージの空送りによって検出
し、設計データとの比較によりチップの左端及び上端の
パターンの座標を算出することに置き換えることも可能
である。

【０１０５】他の実施例としてイメージディセクタ、走
査型電子顕微鏡、レーザ走査顕微鏡への適用がある。電
子あるいは光ビームを主走査（Ｈ走査あるいはＸ走査）
させ、これと交差する方向に電子あるいは光ビームの偏
向あるいは試料の移動で副走査（Ｖ走査あるいはＹ走
査）させることにより、２次元画像を検出する画像検出
装置において、副走査最小可変量以下の精度で設定した
主走査線間隔目標値に対して、副走査最小可変量のｎ倍
ではー誤差、ｎ+1倍では＋誤差となるようにｎを選定
し、すべての主走査線位置の誤差が副走査最小可変量以
下となるように、両者を組み合わせる。

【０１０６】図１６は走査型電子顕微鏡で画像を検出す
る検査装置に適用する実施例である。

【０１０７】試料テーブル上の試料はＶ方向に移動し、
その試料面を偏向器３１で偏向された電子ビームがＨ走
査する。Ｖ方向の移動量は座標検出装置２３で検出し、
画素寸法設定装置２５により、画素寸法分移動したこと
判断する。１画素寸法分の移動を検出すると画素寸法設
定回路２５から偏向回路３２にＨ走査スタート信号を送
る。同時に画像入力回路３３へ新しいＨ走査が始まるこ
とを知らせる。

【０１０８】画像入力回路３３の出力画像データは欠陥
検出装置へ送る。

【０１０９】この実施例での本発明の効果は前記イメー
ジセンサの場合と同様である。

【０１１０】また走査型電子顕微鏡、イメージディセク
タあるいはレーザ走査顕微鏡で、Ｖ走査を電子ビームあ
るいは光りビームの偏向により画像を検出する装置にお
いては、その偏向量の最小可変量が前記のＶ座標検出装
置の分解能に相当し、画素寸法との関係は共通である。

【０１１１】また図１７の実施例は、試料ステージの移
動に同期してイメージセンサのＨ走査スタートパルスを
発生する画素寸法設定回路２５の出力と、ステージ座標
とは関係なく所定周期で連続発生する非同期走査スター
トパルス回路３０の出力を切り替えて、イメージセンサ
２７を動作させるように構成したことを特長とする外観
検査装置である。

【０１１２】非同期動作を選択するのはステージ走行速
度が、イメージセンサ２７の動作に不適当な場合、ある
いは停止中、その他必要ある場合である。、これによ
り、イメージセンサ２７が動作不能となることの防止、
あるいは正常な画像を検出する直前に不要な蓄積電荷を
排出するなどの効果が得られる。

【０１１３】

【発明の効果】Ｈ走査とＶ走査で２次元画像を検出して
被写体の外観を検査する検査装置において、Ｖ方向の所
望距離区間を任意の画素数に分割することが可能とな
る。

【０１１４】また、画素寸法をスケール分解能以下の精
度で設定できるため、被写体上の画素寸法を光学系結像
倍率で決まる寸法に、ソフトウエアによる操作で容易に
合わせ込むことができる。

【０１１５】また検出画像パターンと画素の位置関係を
高精度に設定でき、パターン比較検査検査での比較性能
を向上できる。

【０１１６】また従来技術に比較して、スケール分解能
を高めなくても、設定する画素寸法の精度を大幅に改善
でき、座標検出装置に対する性能上の要求が緩和でき、
コスト的な効果もある。

【０１１７】また検査装置への適用上の効果として、画
素寸法設定に対する座標検出装置の分解能による制約が
緩和でき、自由度が拡大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の概略構成を示す略断面図で
ある。

【図２】被写体面の検出範囲と検出感度の関係を示すグ
ラフである。

【図３】被写体面の検出範囲と検出感度の関係を示すグ
ラフである。

【図４】被写体面の検出範囲と検出感度の関係を示す平
面図である。

【図５】検出パターンと画素位置の関係を示す平面図で
ある。

【図６】本発明の画素寸法設定回路を示すブロック図で
ある。

【図７】ＴＤＩイメージセンサの概略構成を示す平面図
である。

【図８】ＴＤＩイメージセンサによる被写体面の検出範
囲の関係を示す図である。

【図９】本発明による撮像装置の概略構成を示す略断面
図である。

【図１０】ウエハのチップ位置と検出範囲の関係を示す
平面図である。

【図１１】ウエハのチップ位置と検出範囲の関係を示す
平面図である。

【図１２】ウエハのチップ位置とイメージセンサ走査経
路関係を示す平面図である。

【図１３】ウエハのチップの画像データのメモリへの書
き込み読み出しの例を示す図である。

【図１４】位置ずれ検出のエッジ検出の例を示す図であ
る。

【図１５】エッジオペレータの例を示す図である。

【図１６】本発明を用いた検査装置の概略構成を示す斜
視図である。

【図１７】本発明を用いた検査装置の概略構成を示す略
断面図である。

【符号の説明】

１５‥‥スケール２１‥‥ウェハ２２‥‥
XYステージ２３‥‥座標検出装置２４‥‥内部走査スタート信
号２５‥‥画素寸法設定回路２６‥‥イメージ
センサ駆動回路２７‥‥イメージセンサ２８‥‥蓄積時間カウンタ２９‥‥感度補正回路
３０‥‥非同期走査スタートパルス回路３８‥‥
クロック発生器４２‥‥画像メモリ４３‥‥X座標カウンタ４４‥‥Y座標カウンタ
４５‥‥位置ずれ検出回路４６‥‥比較判定回路
５２‥‥チップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田実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 (72)発明者中山保彦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

【特許請求の範囲】

【請求項１】リニアイメージセンサの内部走査（Ｈ走
査）方向に対して直交する方向（Ｖ走査）に前記リニア
イメージセンサ上に投影される被写体の投影像を該リニ
アイメージセンサに対して相対的に移動させて２次元画
像を撮像する撮像方法において、撮像中に前記Ｖ走査の
方向の画素寸法を切り替えながら画像を検出することを
特徴とする撮像方法。
【請求項２】前記Ｖ走査の方向の画素寸法を切り替える
タイミングとして、前記被写体の位置を検出した信号を
用ることを特徴とする請求項１記載の撮像方法。
【請求項３】リニアイメージセンサの内部走査（Ｈ走
査）方向に対して直交する方向（Ｖ走査）に前記リニア
イメージセンサ上に投影される被写体の投影像を該リニ
アイメージセンサに対して相対的に移動させて２次元画
像を撮像する撮像方法において、前記Ｈ走査のスタート
パルスの間隔を周期的に変化させながら前記被写体の２
次元画像を検出することを特徴とする撮像方法。
【請求項４】前記Ｈ走査のスタートパルスの間隔とし
て、前記被写体の位置を検出した信号を用ることを特徴
とする請求項３記載の撮像方法。
【請求項５】ＴＤＩイメージセンサ上に投影される被写
体の投影像を該ＴＤＩイメージセンサに対して相対的に
移動させながら前記被写体の２次元画像を撮像する撮像
方法であって、前記ＴＤＩイメージセンサの蓄積時間内
の前記相対的な移動の量を時間的に変化させながら前記
被写体の２次元画像を撮像することを特徴とする撮像方
法。
【請求項６】リニアイメージセンサの内部走査（Ｈ走
査）方向に対して直交する方向（Ｖ走査）に前記リニア
イメージセンサ上に投影される被写体の投影像を該リニ
アイメージセンサに対して相対的に移動させて２次元画
像を撮像する撮像装置であって、前記被写体の位置を検
出する位置検出手段と、前記リニアイメージセンサで撮
像中に前記位置検出手段で検出した前記被写体の位置検
出信号に基づいて前記リニアイメージセンサの前記Ｖ走
査の方向の画素寸法の設定を変更する画素寸法変更手段
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】被写体の像をリニアイメージセンサ上に投
影し、該投影された前記被写体の像を前記リニアイメー
ジセンサの内部走査（Ｈ走査）方向に対して直交する方
向（Ｖ走査）に前記リニアイメージセンサに対して相対
的に移動させて前記被写体の２次元画像を撮像する撮像
装置であって、前記被写体の位置を検出する位置検出手
段と、前記リニアイメージセンサで撮像中に前記位置検
出手段で検出した前記被写体の位置検出信号に基づいて
前記リニアイメージセンサのＨ走査のスタートパルスの
間隔を周期的に変化させるスタートパルス制御手段とを
備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】被写体の像をＴＤＩイメージセンサ上に投
影し、該投影された前記被写体の像を前記ＴＤＩイメー
ジセンサに対して相対的に移動させて前記被写体の２次
元画像を撮像する撮像装置であって、前記被写体の位置
を検出する位置検出手段と、前記ＴＤＩイメージセンサ
で撮像中に前記位置検出手段で検出した前記被写体の位
置検出信号に基づいて前記ＴＤＩイメージセンサの蓄積
時間内の前記相対的な移動の量を時間的に変化させる制
御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。