(57)【要約】      （修正有）【課題】試料表面の撮像画像を区分した各領域に現れる試料表面の欠陥を、複数のプロセッサエレメントを用いて並列に検出し、これら並列に検出した欠陥の欠陥情報を所定の処理ユニットで一連の欠陥情報にまとめる画像欠陥検査装置において、各プロセッサエレメントから所定の処理ユニットへ送信される情報量を低減することによって、所定の処理ユニットで生じるボトルネックを解消する方法の提供。【解決手段】試料の表面の撮像画像に現れる欠陥を検出する欠陥検出処理Ｓ３と、この欠陥検出処理欠陥により検出された欠陥に関して撮像画像中の検出箇所を再検査する又は真偽を判定する再検査処理Ｓ６とが、同一のプロセッサエレメントによって実行されるように画像欠陥検査装置を構成する。【選択図】図８
2008041749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面を撮像して得た撮像画像のうち本来同一となるべき対応部分同士を対比することにより前記試料表面の欠陥を検出する欠陥検出処理と、前記撮像画像において前記欠陥を検出した箇所を再検査する再検査処理と、を実行する画像欠陥検査装置であって、
前記撮像画像を区分した各領域に対する前記欠陥検出処理をそれぞれ平行して実行する複数のプロセッサエレメントと、
前記複数のプロセッサエレメントから、各プロセッサユニットが検出した欠陥の欠陥情報を平行して受信し一連の欠陥情報として出力する処理ユニットと、を備え、
各前記プロセッサエレメントは、自ら実行した前記欠陥検出処理で検出した前記欠陥を前記処理ユニットに送信する前に、当該欠陥についての前記再検査処理を行うことを特徴とする画像欠陥検査装置。
【請求項２】
各前記プロセッサエレメントは、前記再検査処理を行った前記欠陥の所定の特徴量の抽出を行う特徴量抽出処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項３】
試料表面を撮像して得た撮像画像のうち本来同一となるべき対応部分同士を対比することにより前記試料表面の欠陥を検出する欠陥検出処理と、前記欠陥の真偽を判定する再検査処理と、を実行する画像欠陥検査装置であって、
前記撮像画像を区分した各領域に対する前記欠陥検出処理をそれぞれ平行して行う複数のプロセッサエレメントと、
前記複数のプロセッサエレメントから、各プロセッサユニットが検出した欠陥の欠陥情報を平行して受信し一連の欠陥情報として出力する処理ユニットと、を備え、
各前記プロセッサエレメントは、自ら実行した前記欠陥検出処理で検出した前記欠陥の真偽を前記再検査処理によって判定し、真欠陥のみを前記処理ユニットに送信することを特徴とする画像欠陥検査装置。
【請求項４】
各前記プロセッサエレメントは、前記再検査処理を行った前記欠陥の所定の特徴量の抽出を行う特徴量抽出処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項５】
各前記プロセッサエレメントは、前記再検査処理の結果、真欠陥と判定された前記欠陥のみに対して前記特徴量抽出処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の画像欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面を撮像して得た撮像画像に基づいて試料表面に現れる欠陥を検出する画像欠陥検査装置に関し、特に半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板等の、本来同一であるべき複数のパターンが規則的に配列された被検査物を走査して複数のパターンを取得し、パターンの対応する部分同士を比較する画像欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハには多数の同一チップ（ダイ）が規則的に配列するように形成される。半導体デバイスの製造工程では、工程の途中や工程の終了時に、形成されたダイに欠陥が発生していないか検査し、欠陥の発生情報を直ちに製造工程にフィードバックすることにより歩留まりを向上することが行われる。このため、ダイの光学パターンを取り込んでパターンに欠陥が発生しているかを検査する画像欠陥検査が行われる。
高解像度の画像を得るため、半導体ウエハの画像を１次元イメージセンサに投影し、半導体ウエハと１次元イメージセンサを相対的に移動して走査することにより半導体ウエハの画像を形成する。図１は、複数のダイ１０１を規則的に配列するように形成した半導体ウエハ１００の画像を得るための走査経路の例を示す図である。
【０００３】
図１に示すように、半導体ウエハ１００上には多数の半導体チップ（ダイ）１０１が規則的に配列するように形成されており、走査経路１０２のように走査を行い、半導体ウエハ１００の全面の画像を取得する。なお、この走査経路では、ある列のダイの下側部分を右側に走査した後同じ列のダイの上側部分を左側に走査しているが、ある列のダイの下側部分を右側に走査した後次の列の下側部分を左側に走査するなどの変形例もあり得る。
【０００４】
図２は、より詳細に走査の状況を説明する図である。この例では、１列のダイ１０１の画像を４回の走査１０２−１〜１０２−４で取得している。１回の走査によって得られる画像は、画像生成に用いる１次元イメージセンサの受光面の長さに対応する幅Ｗを有する、いわゆる「スワス画像」と呼ばれる細長い帯状画像である。図示の例では走査１０２−１によってスワス画像ＳＷ１が得られ、走査１０２−２ではスワス画像ＳＷ２が得られる。
また、被検査物がメモリである場合には、各ダイ１０１は、図示のように、周辺回路部１１１とセル部１１２を有する。周辺回路部１１１はランダムなパターンであり、セル部１１２においては同一のセルパターンが所定のピッチで繰り返されている。
【０００５】
図３は、上記のような同一のパターンが規則的に配列されている場合の欠陥検査の方法を説明する図である。２個のダイのパターン同士の１回の比較をシングルディテクションと呼ぶ。シングルディテクションでは不一致の場合にはどちらかのダイに欠陥があるか判定できない。
そこで、図３の（Ａ）に示すように、隣接するダイの間で順次比較を行い、両側のダイと２回比較を行う。これをダブルディテクションと呼ぶ。ダブルディテクションで、同じ部分が両側のダイと不一致であると判定された時には、そのダイに欠陥があることが分かる。
【０００６】
例えば、図３の（Ａ）に示すように、ダイ１０１−１とダイ１０１−２の比較を行い、ある部分で２つの画像データの差が閾値より大きくなり不一致が発生し、次のダイ１０１−２とダイ１０１−３の比較を行い、同じ部分で不一致が発生するとダイ１０１−２のその部分に欠陥があると判定される。以下同様に、ダイ１０１−３とダイ１０１−４の比較という具合に順次隣接するダイの間で比較を行う。
【０００７】
図２に示したように、周辺回路部１１１はランダムなパターンであるが、セル部１１２においては同一のセルパターンが所定のピッチで繰り返されている。そこで、周辺回路部１１１の検査は上記の隣接するダイ間での比較を行うダイ比較を行うが、セル部１１２においてはセルパターンの繰返し周期Ｐで画像を分割して、隣接するセルパターン間で順次比較を行うダブルディテクションにより検査を行う。これをセル比較という。
【０００８】
図３の（Ｂ）はセル比較を説明する図であり、セルパターンはピッチＰで繰り返されており、セルパターン１２１−１とセルパターン１２１−２の比較、セルパターン１２１−２とセルパターン１２１−３の比較という具合に隣接するセルパターン間で順次比較を行う。セル比較は、ダイ比較に比べて距離の近いパターン同士を比較するため、ウエハの色むらや画像の位置ずれによるノイズの影響を受けにくく、高い検出感度が得られる利点がある。そのため、セルパターンが繰り返されるセル部ではセル比較で検査を行い、それ以外の周辺回路部ではダイ比較で検査を行うのが望ましい。
【０００９】
図４は、半導体ウエハ検査用の従来の画像欠陥検査装置（外観検査装置：インスペクションマシン）におけるダイ比較検査を行うための内部構成を示す図である。後述するように、このような構成はコンピュータによる画像処理ユニットとして実現されるのが一般的である。以下簡単にこのダイ比較検査を行うための構成と動作を説明する。
【００１０】
画像欠陥検査装置１は、半導体ウエハ１００を保持して少なくともＸＹ平面内において移動可能なステージ１１と、ステージ１１の上方に設けられてウエハ１００の表面を撮像した画像信号を出力する撮像部１２と、撮像部１２からのアナログ画像信号をディジタル形式の画像データに変換するアナログディジタル変換器１３と、この画像データに基づいて所定の画像処理を行いウエハ１００の表面に存在する欠陥を検出する画像処理部２０と、アナログディジタル変換器１３から出力される画像データを画像処理部２０に取り込む画像取り込み部１４と、から構成される。撮像部１２はＴＤＩカメラのような１次元ラインセンサで構成される。
ステージ１１を移動させ撮像部１２をウエハ１００に対して相対移動させて図２に示すように主走査方向１０２−１〜１０２−４に撮像部１２を走査させると、１回の主走査ごとに帯状のスワス画像が得られる。
【００１１】
画像欠陥検査装置１は、アナログディジタル変換器１３及び画像取り込み部１４を経由してスワス画像を入力すると、１つのスワス画像を所定の大きさの「フレーム」と呼ばれる小領域に区分する。上述のダイ比較及び／又はセル比較等の欠陥検出処理はこのフレーム単位に行われる。図５は、スワス画像を複数のフレームに区分する分割例を示す図である。
スワスＳＷは、まず主走査方向と直交する方向、すなわち１次元ラインセンサで構成された撮像部１２の長手方向に関してｎ分割される。例えば、撮像部１２から１次元画像データを読み出す際に、所定の画素数毎にｎ分割することによって、スワスＳＷがチャネル１〜チャネルｎの複数のチャネルの画像データに分割される。
【００１２】
各チャネルごとに区分された画像データは、さらに主走査方向について所定の画素数（図示の例ではｉ個の画素）毎に分割される。すなわち、主走査方向における各画素の座標を「ライン」と称するとすると、図示の例の各チャネルの画像データは、ライン１〜ラインｉの範囲の画像データ、ライン（ｉ＋１）〜ライン（２×ｉ）の範囲の画像データ、…に分割される。
したがってダイ比較及び／又はセル比較等の欠陥検出処理の単位である１フレームは、１つのスワスＳＷを撮像部１２の長手方向にＮ個のチャネルに分割し、さらに主走査方向にｉライン毎に分割した小領域となる。
【００１３】
図４に戻り、画像処理部２０はｎ個に区分けされた各チャネルの画像データをそれぞれ検査するｎ個のマルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰｎ（ＭＰ４〜ＭＰｎについては不図示）と、各マルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰｎにおいてそれぞれ並列に検査された各チャネルの画像データから検出された欠陥情報を、各マルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰｎから受信してこれらを統合する画像処理管理部（ＩＰＭ）２１を備える。
以下の説明において、ｎ個のマルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰｎを総称する際の代表として、これらのうちのｘ番目のマルチプロセッシングユニットを、「ＭＰｘ」と示すことがある。
【００１４】
ｎ個のマルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰｎは、互いに同様の構成を有している。１つのマルチプロセッシングユニットには、各々ｍ個の複数のプロセッシングユニットが設けられる。図示の例ではマルチプロセッシングユニットＭＰ１にはプロセッシングユニットＰＵ１１〜ＰＵ１ｍが設けられる（ＰＵ１４〜ＰＵ１ｍについては不図示）。
以下の説明において、ｘ番目のマルチプロセッシングユニットＭＰｘに設けられたｍ個のマルチプロセッシングユニットをそれぞれ「ＰＵｘ１」〜「ＰＵｘｍ」と示し、これらｍ個のマルチプロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘｍの代表として、これらのうちのｙ番目のマルチプロセッシングユニットを、「ＰＵｘｙ」と示すことがある。
【００１５】
各マルチプロセッシングユニットＭＰｘでは、入力された１チャネルの画像データがさらにフレーム単位に区分され、各フレーム単位に欠陥検出処理が実行される。各マルチプロセッシングユニットＭＰｘは、同時に並列動作可能なｍ個のプロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘｍを備える。これらｍ個のプロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘｍが、それぞれ１フレームに対する欠陥検出処理を並列に実行することによって、各マルチプロセッシングユニットＭＰｘでは、ｍ個のフレームを同時に並列に処理する。
各プロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘｍは、欠陥を検出するとこの欠陥に関する欠陥情報を欠陥毎に作成して出力する。
【００１６】
各プロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘｍから並列に出力された欠陥情報は、各マルチプロセッシングユニットＭＰｘ毎に設けられた処理ユニットＰＵｘで、一連の欠陥情報にまとめられてＩＰＭ２１に送信される。
ここで処理ユニットＰＵｘの添え字「ｘ」は、処理ユニットＰＵｘがｘ番目のマルチプロセッシングユニットＭＰｘに設けられていることを表し、例えば図４には１番目のマルチプロセッシングユニットＭＰ１に設けられた処理ユニットＰＵ１が図示されている。このような処理ユニットＰＵｘは、例えば単一の基板上に構成された計算手段であるシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）で構成してよい。
【００１７】
各プロセッシングユニットＰＵ１１〜ＰＵｎｍもまた互いに同様の構成を有している。ここで図４に示されるプロセッシングユニットＰＵ１１の構成を代表して説明すると、プロセッシングユニット１１は、プロセッサエレメントＰＥ１１と、メモリＭ１１と、後述するラインカウンタＬＣ１１と、を備えて構成される。
メモリＭ１１にはプロセッシングユニットＰＵ１１が欠陥検出処理を行うフレーム画像を格納する領域と、欠陥検出処理によって検出した欠陥の欠陥情報を記憶する領域とが割り当てられている。便宜上以下の説明において、メモリＭ１１に割り当てられたフレーム画像を格納する領域及び欠陥情報を記憶する領域を、それぞれ画像メモリＩＭ１１及び欠陥情報メモリＤＭ１１と記すこととする。
以下、ｘ番目のマルチプロセッシングユニットＭＰｘ内のｙ番目のプロセッシングユニットＰＵｘｙに設けられた、上記プロセッサエレメント、ラインカウンタ、メモリ、画像メモリ及び欠陥情報メモリを、それぞれプロセッサエレメントＰＥｘｙと、ラインカウンタＬＣｘｙ、メモリＭｘｙ、画像メモリＩＭｘｙ及び欠陥情報メモリＤＭｘｙと記すこととする。
【００１８】
各プロセッシングユニットＰＵｘｙは、マルチプロセッシングユニットＭＰｘに入力された各チャネルの画像データ中から欠陥検出処理を行うフレーム（検査フレーム）を選んで、画像メモリＩＭｘｙに記憶する。
このため、まず各プロセッシングユニットＰＵｘｙには、予め処理ユニットＰＵｘから自ら検査を行う検査フレームが存在するラインの範囲を指定される。
【００１９】
ステージ１１を移動させて撮像部１２を走査するとき、ステージ１１の位置がステージ位置測定部５０によって測定される。このように測定されたステージ１１の位置情報に基づいて、現在撮像部１２がウエハ１００上の検査領域（例えばチップ領域）を撮像しているのか、それとも非検査領域（例えばチップ間領域）を撮像しているのかを示すダイスイッチ信号を、ダイスイッチ信号生成部５１にて生成する。
【００２０】
各プロセッシングユニットＰＵｘｙのそれぞれに設けられたラインカウンタＬＣｘｙは、ダイスイッチ信号が「検査領域を撮像している」ことを指示する状態になってから、現在まで受信した画像データのライン数をカウントする。プロセッサエレメントＰＥｘｙは、カウントされたライン数（すなわち現在受信中の画像データのライン）が、処理ユニットＰＵｘから指定されたライン範囲内であるか否かを判断し、範囲内である場合には、現在受信中の画像データが検査フレームであると判断して、当該データを画像メモリＩＭｘｙに記憶する。
撮像部１２がウエハ１００上を走査していくのに伴って生成されるｍ個のフレームが、プロセッシングユニットＰＵｘ１から順にＰＵｘ２、ＰＵｘ３、…、ＰＵｘｙへと順次入力され終わると、その後生成するフレームが、再びプロセッシングユニットＰＵｘ１から順に入力され、以下同様の入力動作を繰り返す。
【００２１】
検査フレームが画像メモリＩＭｘｙに記憶されると、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、以下の欠陥検出処理において検査フレームと対比される参照フレームと、検査フレームとの間の位置合わせを行う。
ここで１フレームのライン数ｉを、ウエハ１００表面のダイやセルなどの繰り返しピッチに応じて決定しておき、１つのプロセッシングユニットＰＵｘｙに、本来同一となるべきパターンからなるフレームが繰り返し入力されるように設定する。
そして、プロセッシングユニットＰＵｘｙへ今回入力されたフレームに先だって入力された前回のフレームを参照フレームとして使用する。または今回入力されたフレームを参照フレームとして使用し、これに先だって前回入力されたフレームを検査フレームとして使用する。
【００２２】
プロセッサエレメントＰＥｘｙは検査フレームに対する欠陥検出処理を実行する。すなわちプロセッサエレメントＰＥｘｙはフレーム同士の対応する画素同士のグレイレベル値を比較して、そのグレイレベル差が所定の検出閾値よりも大きくなる部分を欠陥箇所として検出する。
【００２３】
そして検出した欠陥毎に、当該欠陥の検出箇所、欠陥サイズ等の所定のフォーマットの欠陥情報を作成して、処理ユニットＰＵｘに送信する。処理ユニットＰＵｘは、マルチプロセッシングユニットＭＰｘ内の各プロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘｍにそれぞれ設けられたプロセッサエレメントＰＥｘ１〜ＰＥｘｍからそれぞれ並列に欠陥情報を受信して、これを一連の欠陥情報にまとめてから画像処理管理部２１に送信する。
プロセッサエレメントＰＥｘ１〜ＰＥｘｍによって検出された欠陥情報には、真の欠陥でない疑似欠陥に関する情報も含まれる。このため処理ユニットＰＵｘでは、プロセッサエレメントＰＥｘ１〜ＰＥｘｍからそれぞれ受信した欠陥情報の欠陥が、真欠陥であるか疑似欠陥であるかを再検査している。
【００２４】
図６に、１つのマルチプロセッシングユニットＭＰｘ内の各部の従来の動作を示すタイムチャートを示す。図６のタイムチャートでは、ウエハ１００の表面を撮像部１２が走査する際に、時刻ｔ１〜ｔ２の間、ｔ２〜ｔ３の間、ｔ３〜ｔ４の間、…、ｔ５〜ｔ６の間の期間において、ウエハ１００の表面の領域のうちプロセッサエレメントＰＥｘ１、ＰＥｘ２、ＰＥｘ３、…、ＰＥｘｍによって検査されるべきそれぞれの領域を、撮像部１２が走査していることを示している。
時刻ｔ１〜ｔ２の間に、ウエハ１００の表面の領域のうちプロセッサエレメントＰＥｘ１によって検査されるべき領域を撮像部１２が走査する間、プロセッサエレメントＰＥｘ１は、かかる領域を撮像したフレームを撮像部１２から取得して画像メモリＩＭ１１に記憶する。そして上記の検査フレームと参照フレームの位置合わせ等の「前処理」を行った後に、欠陥検出処理を実行して欠陥情報を生成する。その後プロセッサエレメントＰＥｘ１は時刻ｔ１１において、生成した欠陥情報とこの欠陥を再検査するために必要な解析用データを処理ユニットＰＵｘに転送する。
以下、ｔ２〜ｔ３の間、ｔ３〜ｔ４の間、…、ｔ５〜ｔ６の間のそれぞれの期間において、ウエハ１００の表面の領域のうちプロセッサエレメントＰＥｘ２、ＰＥｘ３、…、ＰＥｘｍによって検査されるべき領域を撮像部１２が走査する間、各プロセッサエレメントＰＥｘ２〜ＰＥｘｍは、プロセッサエレメントＰＥｘ１と同様に、それぞれの領域を撮像したフレームを取得し、上記前処理を行い、欠陥検出処理を実行し、欠陥情報と解析用データを処理ユニットＰＵｘに転送する。
【００２５】
処理ユニットＰＵｘによる再検査には、各プロセッサエレメントＰＥｘｙが欠陥を検出した結果を示す欠陥情報だけでなく、かかる欠陥を検出した元の撮像画像が必要である。したがって、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、欠陥情報に併せて、解析用データとして検査フレームと参照フレームの各々から当該欠陥の付近を切り出した部分画像も処理ユニットＰＵｘに転送する。図７は、解析用データとして検査フレームと参照フレームの各々から切り出される部分画像の例を示す図である。
【００２６】
処理ユニットＰＵｘによる再検査に用いる解析用データは、スワス画像ＳＷのうちのプロセッサエレメントＰＥｘｙが欠陥検出処理を行う検査フレームＦｉから、欠陥部分Ｄの欠陥箇所Ｐｄ（ｘ、ｙ）を中心とする幅Ｗｄ及び長さＬｄの領域を切り出した部分画像データＰＩｄを含む。
また解析用データは、欠陥検出処理で検査フレームＦｉと比較される参照フレームＦｒから、検査フレームＦｉ内の部分画像データＰＩｄの位置に対応する領域を切り出した部分画像データＰＩｒを含む。
【００２７】
処理ユニットＰＵｘは、時刻ｔ１１においてプロセッサエレメントＰＥｘ１から欠陥情報と解析用データを受信すると、欠陥情報の欠陥の真偽を解析用データを用いて再検査する。
その後に真欠陥と判定された欠陥のみについて、その欠陥部分のサイズや平均グレイレベル、検査画像と参照画像との平均グレイレベル差などの所定の特徴量を抽出する「特徴量抽出処理」を行い、これら抽出された特徴量に従って欠陥情報を分類する。
その後に処理ユニットＰＵｘは、時刻ｔ１２、ｔ１３においてプロセッサエレメントＰＥｘ２、ＰＥｘ３から欠陥情報と解析用データを受信すると、プロセッサエレメントＰＥｘ１からこれらを受信した場合と同様に、欠陥情報の再検査、欠陥の特徴量抽出及び分類を行う。
【００２８】
以下時刻ｔ６以降、撮像部１２がそれぞれプロセッサエレメントＰＥｘ１、ＰＥｘ２、ＰＥｘ３、…、ＰＥｘｍによって欠陥検出検査される領域を同様に走査し、同じ動作を繰り返す。
【００２９】
【特許文献１】特開２００４−１７７３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７３８５０号公報
【特許文献３】特開２００５−１３４９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
上記の通り、従来の画像欠陥検査装置では、複数のプロセッサエレメントＰＥｘｙを用いて欠陥検出処理を並列に行うように構成し、これらプロセッサエレメントＰＥｘｙにてそれぞれ検出される欠陥の欠陥情報を受信して一連の欠陥情報にまとめる処理ユニットＰＵｘを設けた場合、欠陥情報の再検査を処理ユニットＰＵｘ側で行っていた。このため下記理由により、プロセッサエレメントＰＥｘｙから処理ユニットＰＵｘへ転送されるデータ量が過大となっていた。
【００３１】
第１に複数のプロセッサエレメントＰＥｘｙが検出する欠陥には疑似欠陥が含まれるため、プロセッサエレメントＰＥｘｙから処理ユニットＰＵｘへ転送されるには、本来無駄な情報である疑似欠陥に関する欠陥情報が含まれていた。
第２に欠陥の再検査を処理ユニットＰＵｘ側で行うために、プロセッサエレメントＰＥｘｙから解析用の画像データを転送する必要があり、欠陥１個につき転送されるデータ量自体も大きくなっていた。
【００３２】
このように従来の画像欠陥検査装置では、処理ユニットＰＵｘへ転送されるデータ量が大きいために処理ユニットＰＵｘの処理容量がボトルネックになっているため、各プロセッサエレメントＰＥｘｙにて検出できる欠陥数が制限され、欠陥検出感度を上げる妨げとなっていた。このため各プロセッサエレメントＰＥｘｙにて行われる欠陥検出処理において真欠陥が欠陥候補から漏れるおそれがあった。
このような問題に鑑み、本発明は、各プロセッサエレメントＰＥｘｙから処理ユニットＰＵｘへ送信される情報量を低減することによって、処理ユニットで生じるボトルネックを解消することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記目的を達成するために本発明では、試料表面を撮像して得た撮像画像を区分した小領域に対して、複数のプロセッサエレメントを用いて並列に欠陥検出処理を行い、これら並列に検出した欠陥の欠陥情報を所定の処理ユニットで一連の欠陥情報にまとめる画像欠陥検査装置において、欠陥検出処理とこれにより検出された欠陥の再検査処理とを同一のプロセッサエレメントにおいて実行するように構成する。
【００３４】
このように構成することによって、各プロセッサエレメントから処理ユニットに転送される疑似欠陥の欠陥情報の数を低減できるため、各プロセッサエレメントから処理ユニットへ転送されるデータ量のボトルネックが生じにくくなる。さらに従来、各プロセッサエレメントから処理ユニットに転送されていた再検査用の画像データを転送する必要がなくなるため、各プロセッサエレメントから処理ユニットへ転送されるデータ量のボトルネックが大幅に解消される。
【００３５】
すなわち本発明によれば、試料表面を撮像して得た撮像画像のうち本来同一となるべき対応部分同士を対比することにより試料表面の欠陥を検出する欠陥検出処理と、撮像画像において欠陥を検出した箇所を再検査する再検査処理と、を実行する画像欠陥検査装置であって、撮像画像を区分した各領域に対する欠陥検出処理をそれぞれ平行して実行する複数のプロセッサエレメントと、複数のプロセッサエレメントから各プロセッサユニットが検出した欠陥の欠陥情報を平行して受信し一連の欠陥情報として出力する処理ユニットと、を備え、各プロセッサエレメントは、自ら実行した欠陥検出処理で検出した欠陥を処理ユニットに送信する前に、当該欠陥についての再検査処理を行うことを特徴とする画像欠陥検査装置が提供される。
【００３６】
また本発明によれば、試料表面を撮像して得た撮像画像のうち本来同一となるべき対応部分同士を対比することにより試料表面の欠陥を検出する欠陥検出処理と、欠陥の真偽を判定する再検査処理と、を実行する画像欠陥検査装置であって、撮像画像を区分した各領域に対する欠陥検出処理をそれぞれ平行して行う複数のプロセッサエレメントと、複数のプロセッサエレメントから各プロセッサユニットが検出した欠陥の欠陥情報を平行して受信し一連の欠陥情報として出力する処理ユニットと、を備え、各プロセッサエレメントは、自ら実行した欠陥検出処理で検出した欠陥の真偽を再検査処理によって判定し、真欠陥のみを処理ユニットに送信することを特徴とする画像欠陥検査装置が提供される。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、処理ユニットＰＵｘへ転送されるデータ量が低減され処理ユニットＰＵｘの処理容量のボトルネックが解消される。このため各プロセッサエレメントＰＥｘｙにおいて検出感度を上げて欠陥候補の検出を行うことが可能となり、真欠陥の見逃しが起こる可能性を効果的に低減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】
【００３８】
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。本発明の実施例による画像欠陥検査装置は図４に示すが画像欠陥検査装置１と同様の構成を有しており、記載の重複を防ぐために同じ構成要素については同じ参照番号を付して説明を省略し、以下、特に説明がない限りは同様の機能を有することとする。
本発明の実施例による画像欠陥検査装置１では、従来処理ユニットＰＵｘで行っていた、欠陥の再検査処理と特徴量抽出処理をその欠陥を検出したプロセッサエレメントＰＥｘｙで実行することとした。図８は、本発明の実施例による各プロセスエレメントＰＥｘｙの動作を示すフローチャートである。
【００３９】
ステップＳ１において、撮像部１２が、ウエハ１００の表面の領域のうちプロセッサエレメントＰＥｘｙによって検査されるべき領域を走査すると、プロセッサエレメントＰＥｘｙはかかる領域を撮像したフレームを撮像部１２から取得して画像メモリＩＭｘｙに記憶する。
ステップＳ２においてプロセッサエレメントＰＥｘｙは、画像メモリＩＭｘｙに記憶されたフレームに対する欠陥検出処理に必要な前処理を行う。この前処理には例えば、画像メモリＩＭｘｙに記憶された検査フレームと、これに対比される参照フレームとの間の位置合わせ処理を含む。位置合わせ処理は例えばこれら検査フレーム内のある部分と、これに対応する参照フレーム内のある部分との差が最も小さくなるように、一方のフレームを移動させて行う。
【００４０】
ステップＳ３において、プロセッサエレメントＰＥｘｙは検査フレームと参照フレームとを比較して、相違部分を欠陥箇所として検出する。図９は、図８に示す欠陥検出サブルーチンのフローチャートであり、図１０の（Ａ）〜図１０の（Ｃ）は、図９に示す欠陥検出サブルーチンの説明図である。
ステップＳ１１において、プロセッサエレメントＰＥｘｙは検査フレームと参照フレームの各画素のグレイレベル差をそれぞれ算出し、これらのフレームの差画像を生成する。ステップＳ１２においてこれらのグレイレベル差のヒストグラムを、図１０の（Ａ）に示すように作成する。なお、対象となる画素数が多い場合には、ヒストグラムはすべての画素のグレイレベル差を使用して作成する必要はなく、サンプリングした一部の画素のグレイレベル差を使用して作成される。そしてステップＳ１３において、このヒストグラムからグレイレベル差の累積頻度を算出する。
【００４１】
ステップＳ１４において、グレイレベル差がある所定の分布に従うと仮定した上でグレイレベル差に対して累積頻度が直線関係となるように、ステップＳ１３で算出した累積頻度を変換する。このとき、グレイレベル差が正規分布、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１０の（Ｂ）に示す。
【００４２】
ステップＳ１５では、ステップＳ１４が変換した変換累積頻度に応じて、グレイレベル差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１０の（Ｃ）参照）。
ステップＳ１６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）から検出閾値を決定する。ここでは、グレイレベル差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差を閾値とする。従って、検出閾値Ｔは、所定の計算式、
Ｔ＝（Ｐ１−ｂ＋ＶＯＰ）／ａ＋ＨＯ      …（１）
により算出される。このようにして、被検査画像のグレイレベル差のヒストグラムに応じて検出閾値を適切に設定することができる。
【００４３】
ステップＳ１７では、このように算出した検出閾値Ｔと、検査フレームと参照フレームの各画素のグレイレベル差と、をそれぞれ画素毎に比較し、グレイレベル差が検出閾値Ｔを超える画素部分を欠陥として検出し、検出した欠陥についてその検出箇所等の情報を含む所定のフォーマットの欠陥情報を作成する。
【００４４】
図８に戻り、ステップＳ４においてプロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ３で検出した欠陥を再検査に必要な画像データを検査フレーム及び参照フレームから切り出す。切り出される画像データは、例えば図７を参照して上述した検査フレームＦｉ中の部分画像ＰＩｄ及び参照フレームＦｒの部分画像ＰＩｒとしてよい。
【００４５】
ステップＳ５においてプロセッサエレメントＰＥｘｙは、続く再検査処理（Ｓ６）に必要な前処理を行う。この前処理には例えば、ステップＳ４で切り出した各部分画像ＰＩｄ及びＰＩｒ間の位置合わせ処理を含む。位置合わせ処理は例えば一方の部分画像ＰＩｄ内内のある部分と、他方の部分画像ＰＩｒ内のある部分との差が最も小さくなるように、一方のパターンを移動させて行う。
ステップＳ３の欠陥検出処理に先立って行うステップＳ２の前処理では、フレーム単位で位置合わせを行っていたのに対し、本ステップＳ５では、欠陥検出箇所の微小な部分画像ごとに位置合わせを行うので、この欠陥検出箇所についてより正確に位置合わせを行うことができ、比較画像間の位置ずれにより疑似欠陥の発生を低減する。
【００４６】
ステップＳ６においてプロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ５で位置合わせされた部分画像ＰＩｄと部分画像ＰＩｒとを比較することによって、ステップＳ３で検出された欠陥が真欠陥であるか否かを再検査する。
このときプロセッサエレメントＰＥｘｙは、例えば部分画像ＰＩｄと部分画像ＰＩｒとの間のグレイレベル差を各画素毎に算出し、グレイレベル差が所定の検出閾値を超える画素数が所定下限を超えるか否かによって欠陥の真偽を判定する。
ここで再検査に用いる検出閾値は、部分画像ＰＩｄと部分画像ＰＩｒとの間の各画素毎のグレイレベル差の分布に応じて、図９のステップＳ１２〜Ｓ１６で示した方法と同様に定める。従ってステップＳ３における欠陥検出処理においてフレーム毎に決定した検出閾値と比べ、この欠陥検出箇所のグレイレベル差分布により適合した検出閾値を使用することができ、この箇所で検出された欠陥が真欠陥であるか否かをより正確に判断することができる。
【００４７】
ステップＳ７ではプロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ６で真欠陥と判定された欠陥のみについて、その欠陥部分のサイズや平均グレイレベル、検査画像と参照画像との平均グレイレベル差などの所定の特徴量を抽出する。
ステップＳ８ではプロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ６で真欠陥と判定された欠陥のみについて、ステップＳ３で検出した欠陥情報にステップＳ７で検出した特徴量の情報を加えて、処理ユニットＰＵｘに出力する。
【００４８】
図１１は、本発明の実施例による画像欠陥検査装置の１つのマルチプロセッシングユニットＭＰｘ内の各部の従来の動作を示すタイムチャートである。図６に示す従来のタイムチャートと同様に、ウエハ１００の表面を撮像部１２が走査する際に、時刻ｔ１〜ｔ２の間、ｔ２〜ｔ３の間、ｔ３〜ｔ４の間、…、ｔ５〜ｔ６の間の期間において、ウエハ１００の表面の領域のうちプロセッサエレメントＰＥｘ１、ＰＥｘ２、ＰＥｘ３、…、ＰＥｘｍによって検査されるべきそれぞれの領域を、撮像部１２が走査していることを示している。
【００４９】
時刻ｔ１〜ｔ２の間に撮像部１２が、ウエハ１００の表面の領域のうちプロセッサエレメントＰＥｘ１によって検査されるべき領域を走査すると、プロセッサエレメントＰＥｘ１は、図８のフローチャートに示すように、かかる領域を撮像したフレームを撮像部１２から取得し（ステップＳ１）、前処理を行い（ステップＳ２）、欠陥検出処理を実行して欠陥情報を生成する（ステップＳ３）。
その後プロセッサエレメントＰＥｘ１は、自ら検出した欠陥について再検査（ステップＳ６）と、そのための画像切り出し（ステップＳ４）及び前処理（ステップＳ５）を行い、特徴量抽出処理（ステップＳ７）を行って、この特徴量の情報を含む欠陥情報を処理ユニットＰＵｘに送信する。
【００５０】
以下、ｔ２〜ｔ３の間、ｔ３〜ｔ４の間、…、ｔ５〜ｔ６の間のそれぞれの期間において、撮像部１２が、ウエハ１００の表面の領域のうちプロセッサエレメントＰＥｘ２、ＰＥｘ３、…、ＰＥｘｍによって検査されるべき領域を走査する間、各プロセッサエレメントＰＥｘ２〜ＰＥｘｍは、プロセッサエレメントＰＥｘ１と同様に、それぞれの領域を撮像したフレームを取得し、上記前処理、欠陥検出処理、画像切り出し処理、前処理、再検査処理及び特徴量抽出処理を実行し、欠陥情報を処理ユニットＰＵｘに転送する。
【００５１】
処理ユニットＰＵｘは、時刻ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３、〜ｔ１４において、それぞれ各プロセッサエレメントＰＥｘ１、ＰＥｘ２、ＰＥｘ３、〜ＰＥｘｍから、欠陥情報を受信する。この欠陥情報は、従来と比べて疑似欠陥に関する欠陥情報が少なく、かつ再検査用の画像データを含まないため、大幅に低減されている。
それぞれ各プロセッサエレメントＰＥｘ１〜ＰＥｘｍからそれぞれ欠陥情報を受信した処理ユニットＰＵｘは、それぞれの欠陥情報についてリアルタイム欠陥分類（ＲＤＣ：Real-time Defect Classification）と呼ばれる比較的簡易な欠陥分類を行った後、分類結果を示す情報を欠陥情報に追加した後、これら欠陥を一連の欠陥情報として画像処理管理部に出力する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
試料表面を撮像して得た撮像画像に基づいて試料表面に現れる欠陥を検出する画像欠陥検査装置に利用可能である。特に半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板等の、本来同一であるべき複数のパターンが規則的に配列された被検査物を走査して複数のパターンを取得し、パターンの対応する部分同士を比較する画像欠陥検査装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】半導体ウエハ上のチップ（ダイ）のパターンを取り込んで検査するための走査経路の例を示す図である。
【図２】ウエハ上のダイを走査する様子をより詳しく示す図である。
【図３】（Ａ）はダイ比較の説明図であり、（Ｂ）はセル比較の説明図である。
【図４】従来の半導体ウエハ検査用の画像欠陥検査装置の内部構成を示す図である。
【図５】スワス画像を複数のフレームに区分する分割例を示す図である。
【図６】図４に示す１つのマルチプロセッシングユニット内の各部の従来の動作を示すタイムチャートである。
【図７】解析用データとして検査フレームと被検査フレームの各々から切り出される部分画像の例を示す図である。
【図８】本発明の実施例による各プロセスエレメントの動作を示すフローチャートである。
【図９】図８に示す欠陥検出サブルーチンのフローチャートである。
【図１０】図９の欠陥検出サブルーチンの説明図である。
【図１１】本発明の実施例による画像欠陥検査装置の１つのマルチプロセッシングユニット内の各部の従来の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１    画像欠陥検査装置
１１    ステージ
１２    撮像部
２０    画像処理装置
２１    画像処理管理部
Ｍ１１    メモリ
ＭＰ１〜ＭＰ３    マルチプロセッシングユニット
ＰＥ１１    プロセッサエレメント
ＰＵ１    処理ユニット
ＰＵ１１〜ＰＵ１３    プロセッシングユニット
１００    半導体ウエハ
【図１】
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【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１１】
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