(57)【要約】【課題】検査対象について所定の画像生成手段により生成された検査画像を検査することにより検査対象の表面に存在する欠陥を検出する画像検査において、撮像画像に現れる明度ムラに起因するノイズの影響を低減する。【解決手段】画像検査装置１は、検査対象２に関する所定の画像５１中の欠陥有無の判定の対象となる検査画素６０と、その周囲にある複数の画素６１〜６８のうち検査画素６０と最もグレイレベル値が近い画素との間のグレイレベル差である最小グレイレベル差を検出する最小グレイレベル差検出部（２１、２２、２５、２６）と、最小グレイレベル差が所定の検出閾値を超えるとき画素６０の位置に欠陥が存在すると判定する欠陥検出部２４と、を備える。【選択図】図２
2010043941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象について所定の画像生成手段により生成された検査画像を検査することによりこの検査対象の表面に存在する欠陥を検出する画像検査装置であって、
前記検査画像中の欠陥判定の対象となる画素である検査画素と、該検査画素の周囲にある複数の画素のうち該検査画素に最もグレイレベル値が近い画素と、の間のグレイレベル差である最小グレイレベル差を検出する最小グレイレベル差検出部と、
前記最小グレイレベル差が所定の検出閾値を超えるとき、前記検査画素が示す位置に欠陥が存在すると判定する欠陥検出部と、
を備えることを特徴とする画像検査装置。
【請求項２】
前記最小グレイレベル差検出部は、
前記検査画素と該検査画素の周囲の前記複数の画素とのグレイレベル差をそれぞれ検出するグレイレベル差検出部と、
前記グレイレベル差検出部に検出されたグレイレベル差のうち最小のものを前記最小グレイレベル差として選択するグレイレベル差選択部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像検査装置。
【請求項３】
前記最小グレイレベル差検出部は、
前記検査画素の周囲の前記複数の画素のうち前記検査画素と最もグレイレベル値が近いものを基準画素として選択する基準画素選択部と、
前記検査画素と前記基準画素との間のグレイレベル差を前記最小グレイレベル差として検出するグレイレベル差検出部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像検査装置。
【請求項４】
前記検査画像は、前記検査対象の撮像画像であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像検査装置。
【請求項５】
前記検査対象はその表面に既知の繰り返しパターンを有し、
前記検査画像は、前記検査対象の撮像画像中の各画素と、該撮像画像中に現れる繰り返しパターンにおいて前記各画素にそれぞれ対応する画素と、の間のグレイレベル差を、前記各画素の位置の画素値として有するグレイレベル差画像であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像検査装置。
【請求項６】
前記検査画素、前記検出閾値及び前記欠陥検出部を、それぞれ第１の検査画素、第１の検出閾値及び第１の欠陥検出部とし、
前記検査画像内の所定の範囲に分布する複数画素の平均グレイレベル値を計算する平均グレイレベル計算部と、
前記検査画像中の欠陥判定の対象となる画素である第２の検査画素のグレイレベル値と前記平均グレイレベル値との差分を検出する差分検出部と、
前記差分が所定の第２の検出閾値を超えるとき、前記第２の検査画素が示す位置に欠陥が存在すると判定する第２の欠陥検出部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像検査装置。
【請求項７】
所定の画像生成手段は、前記検査対象を撮像するための１次元ラインセンサを備えており、前記検査対象を該１次元ラインセンサでそのライン方向と直交する方向に走査することにより前記検査対象を撮像し、
前記検査画像において列方向に並ぶ同一行の画素を前記ライン方向に並ぶ前記１次元ラインセンサのそれぞれの撮像画素で撮像された画素とし、前記検査画像において行方向に並ぶ同一列の画素を前記１次元ラインセンサの同一撮像画素を前記ライン方向と直交する方向に走査することによりそれぞれ撮像された画素とするとき、前記平均グレイレベル計算部は、前記検査画像の各画素のうち、前記第２の検査画素と同じ列に属する複数の画素のグレイレベル値の平均を前記平均グレイレベル値として計算する、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像検査装置。
【請求項８】
所定の画像生成手段は、前記検査対象を撮像するための１次元ラインセンサを備えており、前記検査対象を該１次元ラインセンサでそのライン方向と直交する方向に走査することにより前記検査対象の撮像画像を生成し、
前記検査対象の表面に既知の繰り返しパターンが形成され、
前記検査画像は、前記撮像画像中の各画素と、該撮像画像中に現れる繰り返しパターンにおいて前記各画素にそれぞれ対応する画素と、の間のグレイレベル差を、前記各画素の位置の画素値として有するグレイレベル差画像であり、
前記撮像画像において列方向に並ぶ同一行の画素を前記ライン方向に並ぶ前記１次元ラインセンサのそれぞれの撮像画素で撮像された画素とし、前記撮像画像において行方向に並ぶ同一列の画素を前記１次元ラインセンサの同一撮像画素を前記ライン方向と直交する方向に走査することによりそれぞれ撮像された画素とするとき、前記平均グレイレベル計算部は、前記検査画像の各画素のうち、前記第２の検査画素と同じ列に属する複数の画素のグレイレベル値の平均を前記平均グレイレベル値として計算する、
ことを特徴とする請求項６に記載の画像検査装置。
【請求項９】
検査対象について所定の画像生成手段により生成された検査画像を検査することによりこの検査対象の表面に存在する欠陥を検出する画像検査方法であって、
前記検査画像中の欠陥判定の対象となる画素である検査画素と、該検査画素の周囲にある複数の画素のうち該検査画素に最もグレイレベル値が近い画素と、の間のグレイレベル差である最小グレイレベル差を検出し、
前記最小グレイレベル差が所定の検出閾値を超えるとき、前記検査画素が示す位置に欠陥が存在すると判定する、
ことを特徴とする画像検査方法。
【請求項１０】
前記検査画素と該検査画素の周囲の前記複数の画素とのグレイレベル差をそれぞれ検出し、
検出されたこれら前記グレイレベル差のうち最小のものを前記最小グレイレベル差として選択する、
ことを特徴とする請求項９に記載の画像検査方法。
【請求項１１】
前記検査画素の周囲の前記複数の画素のうち前記検査画素と最もグレイレベル値が近いものを基準画素として選択し、
前記検査画素と前記基準画素との間のグレイレベル差を前記最小グレイレベル差として検出する、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の画像検査方法。
【請求項１２】
前記検査画像は、前記検査対象の撮像画像であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の画像検査方法。
【請求項１３】
前記検査対象はその表面に既知の繰り返しパターンを有し、
前記検査画像は、前記検査対象の撮像画像中の各画素と、該撮像画像中に現れる繰り返しパターンにおいて前記各画素にそれぞれ対応する画素と、の間のグレイレベル差を、前記各画素の位置の画素値として有するグレイレベル差画像であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の画像検査方法。
【請求項１４】
前記検査画素及び前記検出閾値を、それぞれ第１の検査画素及び第１の検出閾値とし、
前記検査画像内の所定の範囲に分布する複数画素の平均グレイレベル値を計算し、
前記検査画像中の欠陥判定の対象となる画素である第２の検査画素のグレイレベル値と前記平均グレイレベル値との差分を検出し、
前記差分が所定の第２の検出閾値を超えるとき、前記第２の検査画素が示す位置にも欠陥が存在すると判定する、
ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の画像検査方法。
【請求項１５】
所定の画像生成手段は前記検査対象を撮像するための１次元ラインセンサを備え、
前記検査対象を該１次元ラインセンサでそのライン方向と直交する方向に走査することにより前記検査対象を撮像し、
前記検査画像において列方向に並ぶ同一行の画素を前記ライン方向に並ぶ前記１次元ラインセンサのそれぞれの撮像画素で撮像された画素とし、前記検査画像において行方向に並ぶ同一列の画素を前記１次元ラインセンサの同一撮像画素を前記ライン方向と直交する方向に走査することによりそれぞれ撮像された画素とするとき、前記検査画像の各画素のうち、前記第２の検査画素と同じ列に属する複数の画素のグレイレベル値の平均を前記平均グレイレベル値として計算する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の画像検査方法。
【請求項１６】
所定の画像生成手段は、前記検査対象を撮像するための１次元ラインセンサを備え、
前記検査対象を該１次元ラインセンサでそのライン方向と直交する方向に走査することにより前記検査対象の撮像画像を生成し、
前記検査対象の表面に既知の繰り返しパターンが形成され、
前記検査画像は、前記撮像画像中の各画素と、該撮像画像中に現れる繰り返しパターンにおいて前記各画素にそれぞれ対応する画素と、の間のグレイレベル差を、前記各画素の位置の画素値として有するグレイレベル差画像であり、
前記撮像画像において列方向に並ぶ同一行の画素を前記ライン方向に並ぶ前記１次元ラインセンサのそれぞれの撮像画素で撮像された画素とし、前記撮像画像において行方向に並ぶ同一列の画素を前記１次元ラインセンサの同一撮像画素を前記ライン方向と直交する方向に走査することによりそれぞれ撮像された画素とするとき、前記検査画像の各画素のうち、前記第２の検査画素と同じ列に属する複数の画素のグレイレベル値の平均を前記平均グレイレベル値として計算する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の画像検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象について所定の画像生成手段により生成された検査画像を検査することによりこの検査対象の表面に存在する欠陥を検出する画像検査装置及び画像検査方法に関する。より詳しくはこのような画像検査において検査画像に存在するノイズによる影響を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネルなどの半導体装置等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、半導体ウエハ、フォトマスク用基板、液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板などの試料の表面に形成されたパターンを撮像し、これにより得られた画像を検査することにより試料表面に存在する欠陥を検出するパターン欠陥検査が広く行われている（例えば、下記特許文献１）。
以下の説明では、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用欠陥検査装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスク用基板や、液晶デバイス用基板、液晶表示パネル用基板などの半導体装置を検査する欠陥検査装置にも広く適用可能である。
【０００３】
図１は、検査対象（試料）となる半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と記す）上のダイ（チップ）の配列を示す図である。ウエハ２上には、複数のダイ３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、これらのダイを撮像した画像同士は本来同一となるはずであり、各ダイの撮像画像の対応する部分同士の画素値は本来同様の値となる。
【０００４】
したがって、２つのダイを撮像して各画素の画素値（グレイレベル値）を取得し、２つのダイの撮像画像内の本来同一となるべき対応箇所同士の画素値の差分（グレイレベル差信号）を検出すると、両方のダイに欠陥がない場合に比べて一方のダイに欠陥がある場合にグレイレベル差信号が大きくなる。
したがって２つのダイを撮像した一方の画像を検査画像とし他方の画像を基準画像として、これら画像間の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、このグレイレベル差を所定の検出閾値と比較して、この検出閾値を超えるグレイレベル差を検出することによりダイ上に存在する欠陥を検出できる（ダイトゥダイ比較）。
また、１つのダイ内にメモリセルのような繰り返しパターンが形成されている場合には、この繰り返しパターン内の本来同一となるべき対応箇所を撮像した画像同士のグレイレベル差を検出しても欠陥を検出できる（セルトゥセル比較）。
【０００５】
なお、ダイトゥダイ比較では、隣り合う２つのダイ同士を撮像した画像を比較するのが一般的である（シングルティテクション）。これではどちらのダイに欠陥があるか分からない。したがって、更に異なる側に隣接するダイとの比較を行い、再び同じ部分のグレイレベル差が所定の検出閾値より大きくなった場合にそのダイに欠陥があると判定する（ダブルディテクション）。セルトゥセル比較でも同様である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７７３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
検査対象となる試料を光学的な撮像画像にグレイレベル値のムラが生じると、撮像画像中の本来同一となるべき対応画素同士の間のグレイレベル差が大きくなりやすく、このため本来欠陥でない箇所について検出される欠陥（疑似欠陥）が多くなる。
また、半導体回路パターンの微細化のため、検査の対象となる試料の表面を光学的に撮像してもパターンを解像できないことが多い。解像できないパターンを撮像した画像ではランダムなグレイレベル値のムラが現れるため疑似欠陥の検出数が多くなる。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明では、検査対象について所定の画像生成手段により生成された検査画像を検査することによりこの検査対象の表面に存在する欠陥を検出する画像検査において、撮像画像に現れるグレイレベル値のムラに起因するノイズの影響を低減する。
また、本発明では、撮像画像において検査対象の表面のパターンが解像していなくても、撮像画像に現れた微小な欠陥を検出する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、検査対象について所定の画像生成手段により生成された検査画像において、この検査画像中の欠陥判定の対象となる画素である検査画素と、検査画素の周囲にある複数の画素のうち検査画素に最もグレイレベル値が近い画素と、の間のグレイレベル差である最小グレイレベル差を検出し、最小グレイレベル差が所定の検出閾値を超えるとき、検査画素が示す位置に欠陥が存在すると判定する。
【００１０】
検査画像として、検査対象の撮像画像を使用することができる。通常、欠陥が存在しない画像においては、ある画素の近くには、その画素のグレイレベル値と同程度のグレイレベル値を有する画素が存在する。例えば、試料の表面のパターンが解像していない画像においては、表面のパターンに起因するグレイレベル値の変化は緩やかであるので、この傾向はさらに大きくなる。
したがって画像中のある画素（検査画素）の周囲の、例えばこの検査画素から適切に設定した距離だけ離れた複数個の画素を、適切な数だけ選択して、これら選択した各画素のグレイレベル値がいずれも検査画素のグレイレベル値と大きく異なる場合には、この検査画素の位置に微小な欠陥があると考えることができる。
【００１１】
また、検査対象の表面に既知の繰り返しパターンが形成されているとき、検査画像として、検査対象の撮像画像中の各画素と、撮像画像中に現れる繰り返しパターンにおいて各画素にそれぞれ対応する画素と、の間のグレイレベル差を、各画素の位置の画素値として有するグレイレベル差画像を使用してよい。このようなグレイレベル差画像は、例えばダイトゥダイ比較において隣接するダイ間の差画像としてよく、例えばセルトゥセル比較において隣接するセル間の差画像としてよい。
ムラのある撮像画像に基づいて上記のグレイレベル差画像を生成すると、グレイレベル値のムラがある画像になる。このようなグレイレベル差画像上で、従来の画像検査と同様に所定の閾値を超える画素を欠陥として検出すると、グレイレベル値のムラに起因して疑似欠陥が多くなる。
【００１２】
撮像画像のグレイレベル値のムラはグレイレベル値の連続的な変化であるので、これらの差であるグレイレベル差もまた連続的な変化として現れる。したがって、グレイレベル差画像を検査画像に用いた場合、検査画像中の欠陥でない検査画素の周囲に同程度のグレイレベル値を有する画素が存在する。このため、ある検査画素のグレイレベル値が周囲の画素のグレイレベル値から大きく異なる場合には、この検査画素の位置に微小な欠陥があると考えることができる。
【００１３】
上記の欠陥検出では、ある程度大きい欠陥を検出することができないおそれがある。なぜなら、欠陥が大きい場合には、検査される画素がこの欠陥の位置にあってもこの画素から所定の距離だけ離れた画素の位置もまたこの欠陥の中にあり、これらの画素同士のグレイレベル差が大きくならず、検出閾値を超えないからである。
このため本発明では、上記の第１の欠陥検出とともに、検査画像内の所定の範囲に分布する複数画素の平均グレイレベル値を計算し、検査画素と平均グレイレベル値との差分を検出し、この差分が所定の検出閾値を超えるときこの検査画素が示す位置に欠陥が存在すると判定する第２の欠陥検出を行う。
この第２の欠陥検出では、平均グレイレベル値の計算に用いる画素が選択される所定の範囲に比べて十分に小さな欠陥であれば、ある程度の大きさの欠陥を検出することができるので、微細な欠陥のみを検出する第１の欠陥検出を補完することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、本発明により、撮像画像に現れるグレイレベル値のムラに起因するノイズの影響を低減する。
また、撮像画像において検査対象の表面のパターンが解像していなくても、撮像画像に現れた微小な欠陥を検出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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２は、本発明の第１実施例による欠陥検査装置のブロック図である。欠陥検査装置１には、３次元方向に移動可能なステージ１１が設けられており、ステージ１１の上面には試料台（チャックステージ）１２が設けられている。この試料台１２の上に検査対象となる試料であるウエハ２を載置して固定する。
【００１６】
試料台１２の上方には、ウエハ２の表面の光学像を撮像するための撮像部１４が設けられる。撮像部１４としては、１次元又は２次元のＣＣＤカメラ（好適にはＴＤＩカメラ）といったイメージセンサが使用され、その受光面に結像されたウエハ２の表面の光学像を電気信号に変換する。本構成例では撮像部１４として１次元のＴＤＩカメラを使用する。ステージ１１の移動により撮像部１４とウエハ２とを相対的に移動させることによって、ウエハ２に対して撮像部１４をＸ方向又はＹ方向に走査させてウエハ２の表面の２次元画像を得る。なお、撮像部１４によるウエハ２の表面の画像の撮像には、明視野照明光学系及び暗視野照明光学系のどちらを使用してもよい。撮像部１４から出力される画像信号は、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、検査画像として画像メモリ１５に記憶される。
【００１７】
また欠陥検査装置１は、それぞれ異なるアルゴリズムを用いて、画像メモリ１５に記憶された検査画像に対して画像処理を行い、検査画像に現れるウエハ２の表面の欠陥の検出をそれぞれ行う第１欠陥検査部２０及び第２欠陥検査部３０と、第１欠陥検査部２０が検出した欠陥の欠陥情報と第２欠陥検査部３０が検出した欠陥の欠陥情報とを結合して出力する欠陥情報結合部４０と、を備える。
【００１８】
第１欠陥検査部２０及び第２欠陥検査部３０は、画像メモリ１５に記憶された検査画像を構成する各画素に対して、それぞれの画素の位置に欠陥が存在するか否かを判定し、欠陥が存在すると判定した場合にはその欠陥の位置等を示す欠陥情報を生成する。以下の説明において、第１欠陥検査部２０及び第２欠陥検査部３０が、各画素に欠陥が存在するか否かを判定する際に判定の対象とする１つの画素を、「検査画素」と記す。
第１欠陥検査部２０は、グレイレベル差検出部２１と、グレイレベル差選択部２２と、第１検出閾値決定部２３と、第１欠陥検出部２４とを備える。
【００１９】
グレイレベル差検出部２１は、検査画素と検査画素から所定の画素数Ｒピクセルだけ離れたＭ個の画素とのグレイレベル差をそれぞれ検出する。
グレイレベル差選択部２２は、グレイレベル差検出部２１に検出されたグレイレベル差のうち最小のものを最小グレイレベル差として選択する。そして検査画像中のそれぞれの検査画素について検出された最小グレイレベル差をグレイレベル値としてそれぞれ有する各画素を、それぞれの検査画素の検査画像中の位置に対応する位置に配置することにより、第１の差画像を生成する。
【００２０】
第１検出閾値決定部２３は、第１の差画像に含まれる各画素に対して所定の統計処理を施すことにより第１の検出閾値を決定する。
第１欠陥検出部２４は、第１の差画像に含まれる各画素と第１の検出閾値とをそれぞれ比較する。そして第１の差画像内のある画素が第１の検出閾値を超えるとき、第１の差画像内のこの画素の位置に対応する検査画像中の検査画素が示す位置に、欠陥が存在すると検出する。欠陥を検出した第１欠陥検出部２４は検出した欠陥の位置等を示す欠陥情報を生成する。
【００２１】
第２欠陥検査部３０は、平均グレイレベル計算部３１と、差分検出部３２と、第２検出閾値決定部３３と、第２欠陥検出部３４とを備える。
平均グレイレベル計算部３１は、検査画像内の所定の範囲に分布する複数の画素の平均グレイレベル値を計算する。
差分検出部３２は、検査画素のグレイレベル値と平均グレイレベル値との差分を検出する。差分検出部３２は、検査画像中のそれぞれの検査画素について検出したこれらの差分をグレイレベル値としてそれぞれ有する各画素を、それぞれの検査画素の検査画像中の位置に対応する位置に配置することにより第２の差画像を生成する。なお、平均グレイレベル計算部３１は、各検査画素との間で差分を検出する平均グレイレベル値を各検査画素毎に計算する。
【００２２】
第２検出閾値決定部３３は、第２の差画像に含まれる各画素に対して所定の統計処理を施すことにより第２の検出閾値を決定する。
第２欠陥検出部３４は、第２の差画像に含まれる各画素と第２の検出閾値とをそれぞれ比較する。そして第２の差画像内のある画素が第２の検出閾値を超えるとき、第２の差画像内のこの画素の位置に対応する検査画像中の検査画素が示す位置に、欠陥が存在すると検出する。第２欠陥検出部３４は検出した欠陥の位置等を示す欠陥情報を生成する。
【００２３】
図３に示すフローチャートを参照して、本発明の第１実施例による欠陥検査装置１の動作をさらに詳しく説明する。図３は、本発明の第１実施例及び後述の第２実施例による欠陥検査装置１により実行される処理の全体フローチャートである。
ステップＳ１では、１次元ＴＤＩカメラである撮像部１４を走査してウエハ２の表面の２次元画像を得る。図４はウエハ２の表面を撮像するＴＤＩセンサ１４と、ＴＤＩセンサ１４により撮像された撮像画像５１を示す図である。
【００２４】
１次元ＴＤＩカメラ１４は、２次元ＣＣＤを撮像素子に有するカメラによって、その撮像画素の２次元配列の一方の配列方向と同じ方向に、撮影対象を走査することによって実現する。そして各撮像素子で光電変換して得た電荷を、走査速度に同期してその走査方向と同じ方向に転送することにより、走査方向と同じ方向に配列した複数の撮像画素で得られた電気信号を積算して、走査方向と直交するライン方向に画素が並ぶ１次元画像情報を生成する。以下の説明及び特許請求の範囲における用語の使用法において、１次元ＴＤＩカメラ１４について使用する「走査方向」とは、１次元ＴＤＩカメラ１４で撮影対象を走査する際の走査方向を意味し、「ライン方向」とは走査方向と直交する方向を意味する。
【００２５】
図４は、ダイ３ａ〜３ｃ、…が形成されたウエハ２の表面を、１次元ＴＤＩカメラ１４で図示の走査方向に走査する様子を示しており、１次元ＴＤＩカメラ１４を走査することによって走査されたウエハ２上の領域５０の部分の撮像画像を参照符号５１に示す。なお図４に示す撮像画像５１は模式図であって、実際の撮像画像の場合は、必ずしも図３に示すようにウエハ２上に形成されたパターンが解像するとは限らない。
以下の説明及び特許請求の範囲における用語の使用法において、１次元ＴＤＩカメラ１４によって撮像された２次元撮像画像５１について使用する「列方向」とは、１次元ＴＤＩカメラ１４のライン方向に並ぶ撮像画素によってそれぞれ撮像された画素が並ぶ方向を意味し、２次元撮像画像５１について使用する「行方向」とは「列方向」と直交する方向を意味する。
【００２６】
図３に戻り、ステップＳ２において第１欠陥検査部２０は、画像メモリ１５に記憶された撮像画像５１（検査画像）を構成する各検査画素に対して、それぞれの検査画素の位置に欠陥が存在するか否かを判定し、欠陥が存在すると判定した場合にはその欠陥の位置等を示す欠陥情報を生成する。
図５は、図３に示す第１欠陥検出処理ステップＳ２にて行われる処理の第１例を示すフローチャートであり、図６は図５に示す処理の説明図である。
ステップＳ１１〜ステップＳ１４からなる繰り返しループでは、検査画像の全画素のそれぞれについて、各画素を検査画素としてステップＳ１２及びＳ１３を繰り返すことによって第１の差画像を生成する。
【００２７】
ステップＳ１２においてグレイレベル差検出部２１は、検査画像中のある検査画素と、この検査画素から所定距離Ｒピクセルだけ離れたＭ個の画素とのそれぞれのグレイレベル差を検出する。例えば図６に示す検査画像５１の例では、検査画素６０から縦、横及び４５度、１３５度、２２５度及び３１５度の角度の斜め方向にＲピクセルだけ離れた８個の画素６１〜６８との間のグレイレベル差をそれぞれ検出する。整数Ｒの値は例えば３〜５ピクセルに設定してよい。
【００２８】
ステップＳ１３においてグレイレベル差選択部２２は、グレイレベル差検出部２１がステップＳ１２で検出したＭ個のグレイレベル差のうちから、最小のものを最小グレイレベル差として選択する。そしてグレイレベル差選択部２２は、検査画像５１内の検査画素６０の位置に対応する、第１の差画像内の位置の画素の画素値を、最小グレイレベル差の値に設定する。
図５に示すステップＳ１１〜ステップＳ１４からなる繰り返しループによって、検査画像の全画素のそれぞれについて上記処理を繰り返すことによって、第１の差画像が生成される。
【００２９】
ステップＳ１５において第１検出閾値決定部２３は、第１の差画像に所定の統計処理を施すことによって第１の検出閾値を決定する。図７は、図５の検出閾値決定ステップＳ１５の処理内容を説明するフローチャートであり、図８は、図７に示す検出閾値決定処理の説明図である。なお、図７及び図８を参照して以下に説明する検出閾値決定処理はあくまでも例示であり、本発明に使用する検出閾値決定処理がこれに限定されるものではない。
【００３０】
ステップＳ２１において第１の検出閾値決定部２３は第１の差画像を入力し、ステップＳ２２においてその画像に含まれる画素のグレイレベル値のヒストグラムを、図８の（Ａ）に示すように作成する。ステップＳ２３において第１の検出閾値決定部２３は、このヒストグラムからグレイレベル値の累積頻度を算出する。
ステップＳ２４において第１の検出閾値決定部２３は、グレイレベル値がある所定の分布に従うと仮定した上でグレイレベル値に対して累積頻度が直線関係となるように、ステップＳ２３で算出した累積頻度を変換する。このとき、グレイレベル値が正規分布、ポアソン分布、又はχ二乗分布などのある分布に従うと仮定して累積頻度を変換する。この変換累積頻度を図８の（Ｂ）に示す。
【００３１】
ステップＳ２５では、ステップＳ２４で変換した変換累積頻度に応じて、グレイレベル値と変換累積頻度との関係を示す近似直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を導出する（図８の（Ｃ）参照）。
ステップＳ２６では、近似直線のパラメータａ、ｂ及び感度設定パラメータ（固定値）から検出閾値Ｔｈを決定する。
【００３２】
ここでは、グレイレベル値と変換累積頻度の近似直線において、固定の感度設定パラメータとしてＶＯＰとＨＯを設定しておき、累積確率（ｐ）に相当する累積頻度Ｐ１（ｐにサンプル数を乗じて求める。）になる直線上の点を求め、その点から縦軸方向にＶＯＰ、横軸方向にＨＯ移動したグレイレベル値を検出閾値Ｔｈとする。従って、検出閾値Ｔｈは、所定の計算式
Ｔｈ＝（Ｐ１−ｂ＋ＶＯＰ）／ａ＋ＨＯ      …（１）
により算出される。
【００３３】
図５に戻りステップＳ１６では、第１欠陥検出部２４は、第１の差画像に含まれる各画素と第１の検出閾値とをそれぞれ比較する。そして第１の差画像内のある画素が第１の検出閾値を超えるとき、第１の差画像内のこの画素の位置に対応する検査画像５１中の位置にある画素が示す位置に、欠陥が存在すると検出する。第１欠陥検出部２４は検出した欠陥の位置等を示す欠陥情報を生成する。
【００３４】
第１の差画像に含まれる各画素は、ある検査画素とこの検査画像の周囲のＲピクセル（Ｒは３〜５程度）だけ離れた画素との間のグレイレベル差の最小値であるから、ステップＳ１６により第１の差画像内のグレイレベル値が大きな画素を検出すると、Ｒピクセル離れた周囲の画素のいずれともグレイレベル値が異なる画素を検出することができる。したがって、本方法によって２Ｒピクセルよりも小さい程度の画素サイズを有する微小欠陥を検出することができる。
【００３５】
図３に示すステップＳ３において第２欠陥検査部３０は、画像メモリ１５に記憶された検査画像を構成する各検査画素に対して、それぞれの検査画素の位置に欠陥が存在するか否かを判定し、欠陥が存在すると判定した場合にはその欠陥の位置等を示す欠陥情報を生成する。
図９は、図３に示す第２欠陥検出処理ステップＳ３にて行われる処理を示すフローチャートであり、図１０は、図９に示す処理の説明図である。
ステップＳ３１〜ステップＳ３４からなる繰り返しループでは、検査画像の全画素のそれぞれについて、各画素を検査画素としてステップＳ３２及びＳ３３を繰り返すことによって第２の差画像を生成する。
【００３６】
ステップＳ３２では平均グレイレベル計算部３１は、検査画素６０と同じ列に並ぶＮ個の画素６９のグレイレベル値の平均グレイレベル値を計算する。
ステップＳ３３において差分検出部３２は、平均グレイレベル計算部３１がステップＳ３２で計算した平均グレイレベル値と検査画素との差分を計算する。そして差分検出部３２は、検査画像５１内の検査画素６０の位置に対応する、第２の差画像内の位置の画素の画素値を、計算した差分の値に設定する。
図９に示すステップＳ３１〜ステップＳ３４からなる繰り返しループによって、検査画像の全画素のそれぞれについて上記処理を繰り返すことによって、第２の差画像が生成される。
【００３７】
ステップＳ３５において第２検出閾値決定部３３は、第２の差画像に所定の統計処理を施すことによって第２の検出閾値を決定する。第２検出閾値決定部３３による検出閾値の決定は、第１の差画像に代えて第２の差画像を使用する以外、図７及び図８を参照して例示した検出閾値決定処理と同様に行うことができるので、重複を避けるために説明を省略する。
図９に戻りステップＳ３６では、第２欠陥検出部３４は、第２の差画像に含まれる各画素と第２の検出閾値とをそれぞれ比較する。そして第２の差画像内のある画素が第２の検出閾値を超えるとき、第２の差画像内のこの画素の位置に対応する検査画像５１中の位置にある画素が示す位置に、欠陥が存在すると検出する。第２欠陥検出部３４は検出した欠陥の位置等を示す欠陥情報を生成する。
【００３８】
第２の差画像に含まれる各画素は、ある程度長いＮピクセルの画素列のグレイレベル値の平均値と検査画素との間のグレイレベル差である。したがって、整数Ｎの大きさが十分大きい値に設定されていれば（例えばＮ＝１０００以上と設定する）、第２の差画像内のグレイレベル値が大きい画素を検出することによって、第１欠陥検査部２０で検出可能できない２Ｒピクセルよりも大きな欠陥を検出することができる。
【００３９】
なお、ステップＳ３２において平均グレイレベル計算部３１は、検査画素６０と同じ列に並ぶ画素６９のグレイレベル値の平均グレイレベル値を計算する。その理由は以下のとおりである。
検査画素６０と同じ列に並ぶ他の画素６９のグレイレベル信号は、検査画素６０のグレイレベル信号を生成する１次元ＴＤＩカメラ１４の撮像画素と、同じ撮像画素によって生成される。したがってこれら画素６９のグレイレベル信号のＳ／Ｎ比などの信号の特性が検査画素６０のそれと同じとなる。
このため、ステップＳ３３において差分検出部３２が、画素６９の平均グレイレベル値と検査画素６０との差分信号を検出する際に、これらの画素信号を生成した撮像画素の違いによって差分信号に影響が生じることが回避される。
【００４０】
図３に示すステップＳ４において、欠陥情報結合部４０は、第１欠陥検査部２０が検出した欠陥の欠陥情報と第２欠陥検査部３０が検出した欠陥の欠陥情報とを結合し、これら欠陥情報を両方とも出力する。
【００４１】
図１１の（Ａ）〜図１１の（Ｄ）を参照して、本発明にて生成される第１差画像、第２差画像と、従来のセルトゥセル比較による差画像の相違を説明する。
図１１の（Ａ）は差画像の生成に用いた元の撮像画像であり、図１１の（Ｂ）は図１１の（Ａ）の撮像画像を用いて従来のセルトゥセル比較を行って得た差画像であり、図１１の（Ｃ）は本発明による第１差画像であり、図１１の（Ｄ）は本発明による第２差画像である。
図１１の（Ｂ）〜図１１の（Ｄ）の画像のＳ／Ｎ比を比較すると、信号値の大きさをグレイレベルの最大値とし、ノイズの大きさを６σと規定すると、図１１の（Ｂ）に示す従来のセルトゥセル比較による差画像のＳ／Ｎ比は０．８３となり、図１１の（Ｃ）の第１差画像のＳ／Ｎ比は１．１４となり、図１１の（Ｄ）の第２差画像のＳ／Ｎ比は２．０７となった。
本実験結果により、本発明によって欠陥検出に使用する差画像に生じるノイズが効果的に抑制され、従来よりも高精度の欠陥検出が可能となることが分かる。
【００４２】
図１２は、本発明の第２実施例による欠陥検査装置のブロック図である。本実施例と第１実施例との違いは第１欠陥検査部２０の構成の違いであり、第１の差画像の生成方法に相違がある。
本実施例による第１欠陥検査部２０は、第１実施例のグレイレベル差検出部２１及びグレイレベル差選択部２２に代えて、基準画素選択部２５とグレイレベル差検出部２６を備える。
【００４３】
基準画素選択部２５は、図６に示す検査画像５１中の検査画素６０から所定の距離Ｒにある複数の画素６１〜６８のうち検査画素６０と最もグレイレベル値が近いものを基準画素として選択する。
グレイレベル差検出部２６は、検査画素６０と基準画素との間のグレイレベル差を最小グレイレベル差として検出し、検査画像５１内の検査画素６０の位置に対応する、第１の差画像内の位置の画素の画素値を、最小グレイレベル差の値に設定する。
図１３は、図３に示す第１欠陥検出処理ステップにて行われる処理の第２例を示すフローチャートである。図５に示す第１例との差は、ステップＳ４１〜ステップＳ４４による第１の差画像の生成処理である。
【００４４】
ステップＳ４１〜ステップＳ４４からなる繰り返しループでは、検査画像の全画素のそれぞれについて、各画素を検査画素としてステップＳ４２及びＳ４３を繰り返すことによって第１の差画像を生成する。
ステップＳ４２において基準画素選択部２５は、図６に示す検査画像５１中の検査画素６０から所定の距離Ｒにある複数の画素６１〜６８のうち検査画素６０と最もグレイレベル値が近いものを基準画素として選択する。
【００４５】
ステップＳ４３においてグレイレベル差検出部２６は、検査画素６０と基準画素との間のグレイレベル差を最小グレイレベル差として検出し、検査画像５１内の検査画素６０の位置に対応する、第１の差画像内の位置の画素の画素値を、最小グレイレベル差の値に設定する。
図１３に示すステップＳ４１〜ステップＳ４４からなる繰り返しループによって、検査画像の全画素のそれぞれについて上記処理を繰り返すことによって、第１実施例にて生成した第１の差画像と同様の差画像が生成される。
【００４６】
図１４は、本発明の第３実施例による欠陥検査装置のブロック図である。本実施例は上述の第１実施例の変形例であり、第１実施例の構成に加えてグレイレベル差画像生成部５０及びグレイレベル差画像保持部５１を有する。
グレイレベル差画像生成部５０は、画像メモリ１５に記憶されたウエハ２の表面の撮像画像において、隣接するダイ同士の画像を比較して、隣接するダイの画像の対応する画素間のグレイレベル差を、画素値として有するグレイレベル差画像を生成する。または、グレイレベル差画像生成部５０は、画像メモリ１５に記憶されたウエハ２の表面の撮像画像において、隣接するセル同士の画像を比較して、隣接するセルの画像の対応する画素間のグレイレベル差を、画素値として有するグレイレベル差画像を生成する。
グレイレベル差画像保持部５１は、グレイレベル差画像生成部５０により生成されたグレイレベル差画像を保持する。
【００４７】
図１５は、グレイレベル差画像生成部５０によりグレイレベル差画像を生成する処理の説明図である。本例ではダイトゥダイ比較によりグレイレベル差画像を生成する場合を説明するがセルトゥセル比較によりグレイレベル差画像を生成する場合においても比較の対象がセルになる点が異なるだけで他の点は同様である。
グレイレベル差画像生成部５０は、画像メモリ１５に記憶されたウエハ２の表面の撮像画像５１中の隣接するダイ３ａ及び３ｂの範囲にある部分画像Ｉｔ及びＩｒの画素のうち、互いに対応する画素、すなわちダイ内座標が互いに等しい画素Ｐ１及びＰ２のそれぞれのグレイレベル値（Ｐ０１及びＰ０２）の差分ＧＬ０（Ｐ０１−Ｐ０２）を算出する。
グレイレベル差画像生成部５０は、部分画像Ｉｔ内の各画素についてそれぞれグレイレベル差ＧＬ０を算出し、元の画像の各画素Ｐ１の位置（Ｘｔ，Ｙｔ）と同じ位置の画素のグレイレベル値が各画素Ｐ１について算出したグレイレベル差ＧＬ０である画像をグレイレベル差画像として生成する。
【００４８】
第１欠陥検査部２０及び第２欠陥検査部３０は、グレイレベル差画像保持部５１に保持されているグレイレベル差画像を検査画像として、検査画像に画像処理を行い、検査画像に現れるウエハ２の表面の欠陥の検出をそれぞれ行う。第１欠陥検査部２０及び第２欠陥検査部３０が行う処理は第１実施例におけるそれぞれの処理と同様である。
【００４９】
図１６は、本発明の第３実施例及び後述の第４実施例による欠陥検査装置により実行される処理の全体フローチャートである。
ステップＳ１では、図３に示すフローチャートのステップＳ１と同様にウエハ２の表面の２次元画像を得る。
ステップＳ５０では、グレイレベル差画像生成部５０は、画像メモリ１５に記憶されたウエハ２の表面の撮像画像において、隣接するダイ又はセル同士の画像を比較してグレイレベル差画像を生成する。グレイレベル差画像はグレイレベル差画像保持部５１に保持される。
その後のステップＳ２〜Ｓ４の処理は、第１欠陥検査部２０及び第２欠陥検査部３０が処理する検査画像がグレイレベル差画像保持部５１に保持されているグレイレベル差画像である点を除いて、図３に示すステップＳ２〜Ｓ４の処理と同様である。
【００５０】
図１７は、本発明の第４実施例による欠陥検査装置のブロック図である。本実施例は上述の第２実施例の変形例であり、第２実施例の構成に加えて上述のグレイレベル差画像生成部５０及びグレイレベル差画像保持部５１を有する。第１欠陥検査部２０及び第２欠陥検査部３０が処理する検査画像がグレイレベル差画像保持部５１に保持されているグレイレベル差画像である点を除いて、本実施例は上記第２実施例と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、検査対象について所定の画像生成手段により生成された検査画像を検査することによりこの検査対象の表面に存在する欠陥を検出する画像検査装置及び画像検査方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】半導体ウエハ上のダイの配列を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例による欠陥検査装置のブロック図である。
【図３】本発明の第１及び第２実施例による欠陥検査装置により実行される処理の全体フローチャートである。
【図４】ウエハ表面を撮像するＴＤＩセンサのライン方向及び走査方向と、撮像画像の方向との関係を説明する図である。
【図５】図３に示す第１欠陥検出処理ステップにて行われる処理の第１例を示すフローチャートである。
【図６】図５に示す処理の説明図である。
【図７】検出閾値決定処理を説明するフローチャートである。
【図８】図７に示す検出閾値決定処理の説明図である。
【図９】図３に示す第２欠陥検出処理ステップにて行われる処理を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示す処理の説明図である。
【図１１】（Ａ）は撮像画像であり、（Ｂ）は（Ａ）の撮像画像を用いてセルトゥセル比較を行って得た差画像であり、（Ｃ）は本発明による第１差画像であり、（Ｄ）は本発明による第２差画像である。
【図１２】本発明の第２実施例による欠陥検査装置のブロック図である。
【図１３】図３に示す第１欠陥検出処理ステップにて行われる処理の第２例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第３実施例による欠陥検査装置のブロック図である。
【図１５】グレイレベル差画像を生成する処理の説明図である。
【図１６】本発明の第３及び第４実施例による欠陥検査装置により実行される処理の全体フローチャートである。
【図１７】本発明の第４実施例による欠陥検査装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    欠陥検査装置
２    ウエハ
２０    第１欠陥検査部
２１    グレイレベル差検出部
２２    グレイレベル差選択部
２３    第１検出閾値決定部
２４    第１欠陥検出部
３０    第２欠陥検査部
３１    平均グレイレベル計算部
３２    差分検出部
３３    第２検出閾値決定部
３４    第２欠陥検出部
【図１】
2010043941.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１１】
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