(57)【要約】【課題】半導体回路の外観検査装置に使用される画像欠陥検査方法で行う、パターンエッジ部分におけるグレイレベル差の補正において、補正量の決定方法を改善して、パターンエッジ部分における欠陥検出感度を向上する。【解決手段】画像欠陥検査装置１０は、検査対象たる２つの画像のサブピクセルずれ量を検出する画像アライメント部２２と、検出したサブピクセルずれ量に基づいて、差分検出部２６により検出されるグレイレベル差の、前記の２つの画像のパターンエッジ部における補正量を決定する補正量決定部２５とを備えることとする。【選択図】      図２
2005024329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの画像の対応する部分のグレイレベル差を検出し、
検出した前記グレイレベル差と所定の閾値とを比較して、前記グレイレベル差が前記閾値より大きいとき、欠陥であると判定する画像欠陥検査方法であって、
前記２つの画像のサブピクセルずれ量を検出し、
検出した前記サブピクセルずれ量に基づき、前記画像内のパターンエッジ部における前記グレイレベル差の補正量を決定することを特徴とする画像欠陥検査方法。
【請求項２】
前記補正量の決定は、前記サブピクセルずれ量が大きくなるに従い、前記画像内のパターンエッジ部における前記グレイレベル差を小さくするように、前記補正量を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項３】
前記補正量の決定は、
前記２つの画像のうち少なくとも一方について、その各画素に関して微分フィルタ処理を施して微分フィルタ値を算出し、
前記各画素における前記グレイレベル差の補正量を、前記各画素に対応する前記微分フィルタ値と、前記サブピクセルずれ量との関数に基づき決定することを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４】
前記補正量は、前記各画素に対応する前記微分フィルタ値と、前記サブピクセルずれ量の関数との積に基づき決定されることを特徴とする請求項３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５】
２つの画像の対応する部分のグレイレベル差を検出する差分検出部と、
検出した前記グレイレベル差と所定の閾値とを比較して、前記グレイレベル差が前記閾値より大きいとき、欠陥であると判定する欠陥判定部とを備える画像欠陥検査装置であって、
前記２つの画像のサブピクセルずれ量を検出する画像アライメント部と、
検出した前記サブピクセルずれ量に基づいて、前記差分検出部により検出されるグレイレベル差の、前記画像内のパターンエッジ部における補正量を決定する補正量決定部とを備えること特徴とする画像欠陥検査装置。
【請求項６】
前記補正量決定部は、前記サブピクセルずれ量が大きくなるに従い、前記画像内のパターンエッジ部における前記グレイレベル差を小さくするように、前記補正量を決定することを特徴とする請求項５に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項７】
前記画像の各画素に関する微分値を算出する微分フィルタを備え、
前記補正量決定部は、前記２つの画像のうち少なくとも一方について前記微分フィルタにより算出される、前記各画素に関する微分フィルタ値と、前記サブピクセルずれ量との関数に基づき、前記各画素における前記グレイレベル差の補正量を決定することを特徴とする請求項５に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項前記補正量決定部は、前記各画素に対応する前記微分フィルタ値と、前記サブピクセルずれ量の関数との積に基づき、前記補正量を決定することを特徴とする請求項７に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載の画像欠陥検査装置を備える、半導体ウエハ上に形成された半導体回路パターンの欠陥を検出する外観検査装置であって、
前記半導体ウエハ上の前記半導体回路パターンの画像を生成する撮像手段を備え、
前記画像欠陥検査装置が、前記半導体ウエハ上に形成された実質的に同一パターンを比較して、前記半導体回路パターンの欠陥を検出することを特徴とする外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対応する信号の差を検出し、検出した差を閾値と比較して、その差が閾値より大きいときに、欠陥であると判定する欠陥検査方法及び装置に関し、特に２つの画像の対応する部分のグレイレベル差を検出し、検出したグレイレベル差を閾値と比較して、グレイレベル差が閾値より大きい場合に、欠陥であるとする画像欠陥検査方法及び装置、並びにそのような方法により半導体ウエハ上に形成された半導体回路パターンの欠陥を検出する外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、その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うが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００３】
また、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、その反射光の像を捉える明視野検査装置であるが、照明光を直接捉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。したがって、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、その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しうるものである。
【０００４】
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構成されており、製造を開始してから電気的な検査が行われるまでには非常に長時間を要する。したがって、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、既に多数のウエハが処理の途中であり、検査の結果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を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検査を行えば、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することができる。
【０００５】
現在使用されている外観検査装置は、半導体ウエハを照明し、半導体回路パターンの画像を光学的に捉えて画像電子信号を発生し、この画像電気信号を更に多値のディジタル信号（ディジタルグレイレベル信号）に変換する。そして、基準となるパターンのグレイレベル信号との差信号（グレイレベル差信号）を生成し、その差が所定の閾値より大きい部分を欠陥と判定している（例えば特許文献１）。基準となるパターンは、隣接するダイである場合又は隣接する同形状パターンである場合が一般的である。
【０００６】
図６は、従来の半導体装置の外観検査装置の構成を示す概略構成図である。図において、外観検査装置１０は、ｘ方向およびｙ方向に自在に移動可能な高精度ｘ−ｙステージ１１と、その上に取りつけられたウエハチャック１２と、対物レンズ１４と、チューブレンズ１５と、ビームスプリッタ１６と、光源１７と、ＴＤＩカメラ等の光学的撮像手段１８と、Ａ／Ｄ変換器１９と、画像メモリ２０と、画像アライメント部２２と、差分検出部２６と、欠陥判定部２７と、出力部２８とを備える。
【０００７】
撮像手段１８は、ｘ−ｙステージ１１がウエハ１３を移動させることにより、ウエハ１３上をｘ−ｙ方向に走査されて、ウエハ１３全面を撮像する。図７はウエハ１３の模式図である。図示するようにウエハ１３上には、実質的に同一のパターンを持つ多数のダイ３１、３３等が規則正しく形成されている。撮像手段１８は、図の矢印に示すようにウエハ１３上を走査して撮像する。撮像手段１８によって得られた撮像信号は、Ａ／Ｄ変換が施された後に画像メモリ２０に記憶される。
【０００８】
図８（ａ）に、ウエハ１３上の撮影画像の一部分のＡ／Ｄ変換後の画像を模式的に示す。図の点線の内部が撮影画像の範囲である。図示するように撮影画像は、一定の画素サイズの画像領域（４１ａ〜４１ｈ）に分割され、この画像領域毎に被検査パターンの撮像画像と、基準パターンの撮像画像との位置合わせ（アライメント）を行う。アライメントについては後述する。
撮像手段１８がラインセンサの場合、撮像領域４１のＹ方向の画素数は、撮像手段１８の撮像画素数とするのが一般的である。撮像領域４１の画素数は、例えば２０４８×２０４８ピクセルである。
【０００９】
図８（ｂ）は、１つの画像領域４２の画像の模式図である。図示するように画像領域は、一定の画素サイズのフレーム（４３ａ〜４１ｈ）に分割され、上述の欠陥検査はこのフレームを単位にして行われる。すなわち欠陥検査は、被検査ダイの撮像画像内のフレーム（被検査フレーム）と、これと対応する基準ダイの撮像画像内のフレーム（基準フレーム）とのグレイレベル差信号を生成して行う。１フレームの画素数は、例えば２０４８×６４ピクセルである。
【００１０】
各画像領域４１の寸法とダイ３１の寸法とは異なるのが一般的であるので、被検査フレームと、これに対応する基準フレームとのグレイレベル差信号を生成するためには、これらフレームがどの画像領域４１にあるのか、および画像領域４１内のどこにあるのかを検知し、位置合わせ（アライメント）を行う必要がある。以下にアライメントの方法を説明する。
【００１１】
まず画像アライメント部２２は、被検査フレーム及び基準フレームとをピクセル単位で位置合わせを行う。これをピクセルアライメントと呼ぶ。ピクセルアライメントは、まず被検査フレームと基準フレームとがどの画像領域４１にあるのかを、半導体回路設計ＣＡＤデータ等のデータベースから決定する。例えばここでは、ダイ３１を基準ダイとしダイ３３を被検査ダイとする。そして、基準ダイ３１の左上領域を含む領域４１ａと、被検査ダイ３３の左上領域を含む領域４１ｃとを決定する（図８（ａ）参照）。
【００１２】
そして、領域４１ａからは基準ダイ３１上の所定位置のアライメント用基準画像４５を抽出し、領域４１ｃからは、被検査ダイ３３上の前記所定位置にあるアライメント用基準画像４５と同サイズの画像４５ａと、画像４５ａからピクセル単位に位置ずらして得られる画像を数個抽出する。例えばここでは、ｘ方向に−１ピクセルずらした画像４５ｂと、ｘ方向に１ピクセルずらした画像４５ｃとを抽出する。図９（ａ）は、基準ダイ３１の撮像画像上のアライメント用基準画像４５の模式図であり、図９（ｂ）は、被検査ダイ３３の撮像画像上の各画像４５ａ〜４５ｃの模式図である。
【００１３】
このように抽出された被検査ダイ３３の各画像（４５ａ〜４５ｃ）と、アライメント用基準画像４５とをそれぞれ比較し、その相関値が最も高い画像を選択する。そして、選択された画像の領域４１ｃ上の位置と、アライメント用基準画像４５の領域４１ａ上の位置とを比較することにより、画像領域４１ａ上の基準ダイ３１と、画像領域４１ｃ上の被検査ダイ３３とのピクセルアライメント量を算出する。
【００１４】
次に、画像アライメント部２２は、１ピクセル以下の単位のアライメントを行う。これをサブピクセルアライメントと呼ぶ。サブピクセルアライメントは以下のようにして行われる。以下、前述のピクセルアライメントでアライメント用基準画像４５と最も相関が高かった画像を４５ａとして説明する。
【００１５】
画像アライメント部２２は、−０．５〜０．５ピクセルの範囲内で、画像４５ａを所定のステップ幅分（例えば０．１ピクセルずつ）だけずらした画像４５ａ’を作成する。この様子を図１０に示す。
例として図１０（ａ）に示す画像４５ａを、ｘ方向に０．２ピクセルだけずらした画像を作成する方法を以下に示す。ここに、図１０（ａ）に示す正方形のマス目は、画像４５ａを構成する各画素を示し、画素内の各数字はその画素のグレイレベル値を示すこととする。
【００１６】
画像４５ａをｘ方向にずらす場合には、ｘ方向に隣接する２つの画素値から、ずらした結果その２つの画素の間に移動する画素の値を補間して求めるのが一般的である。例えば図１０（ｂ）に示す例ではこの値を線形補間により求める。すなわち、隣接する画素４６ａと画素４６ｂの各画素中心の空間的位置とその各画素値とから、画素中心位置と画素値との線形関数を導出し、この線形関数に基づき、画素４６ａを０．２ピクセルずらした結果至った中心位置における画素値を求め、これを０．２ピクセルずらした画像内の対応する画素４６ａ’の画素値とする。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）の画像４５ａをｘ方向に０．２ピクセルずらした画像４５ａ’を示す図である。
【００１７】
このようにして、画像４５ａを所定のスキップ幅分だけずらした各画像４５ａ’と、アライメント用基準画像４５との相関値を求めて、サブピクセルアライメント量と相関値との関係を表す近似式を導出する（図１０（ｄ）参照）。そして、最も相関値の高い位置をサブピクセルアライメント量とする。以上のようにして、画像領域４１ａ中の基準ダイ３１と、画像領域４１ｃ中の被検査ダイ３３とのサブピクセルアライメント量を算出する。
【００１８】
画像アライメント部２２は、上述のピクセルアライメント及びサブピクセルアライメントをそれぞれｘ方向及びｙ方向について行い、取得したアライメント量を差分検出部２６に出力する。差分検出部２６は、この情報によって画像メモリ２０内に記憶された撮像画像のうち、被検査パターンの被検査フレームと、これに対応する基準パターン内のフレームとを抽出して、フレーム内の各画素についてグレイレベル差信号を生成することができる。
【００１９】
欠陥判定部２７は、差分検出部２６が生成したグレイレベル差信号に基づいて、各グレイレベル差信号が所定の閾値を超えてないかどうかを判定して、閾値を超えている場合は、欠陥として出力部２８に出力する。
【００２０】
ところで、上述のような従来の外観検査装置では、グレイレベル差信号を生成する際に、隣接する画素の画素情報を用いてグレイレベル差の補正を行っている。これをエッジファクタ処理と呼ぶ。エッジファクタ処理は、グレイレベルの変動が大きいパターンエッジ部では他の部分と比較してノイズが大きくグレイレベル差が大きくなるために、パターンエッジ部ではグレイレベル差を小さくなるように検出して、欠陥の誤検出の可能性を低減するために行うものである。
【００２１】
エッジファクタ処理は、被検査フレーム又は基準フレームのどちらかの各画素に微分フィルタを施すことにより、パターンエッジ部分であるグレイレベル変化量の大きい部分を検出し、検出されたパターンエッジ部分におけるグレイレベル差を低減することにより行う。具体的には以下のように行う。
【００２２】
例として微分フィルタは３×３フィルタを使用する。一般的な３×３フィルタＡを次式（１）に示す。ここに各係数ａｉ，ｊは、所定の定数である。
【数１】
2005024329.tif 000003
【００２３】
図１１（ａ）は、座標（ｘ，ｙ）の画素４７とその周辺の画素と各画素値の様子を示した図である。図示するように座標（ｘ，ｙ）における画素値をＧＬ（ｘ，ｙ）とする。
フィルタＡを画素４７に対して施したときのフィルタ処理後の画素値Ａ＊ＧＬ（ｘ，ｙ）は、自己の画素値であるＧＬ（ｘ，ｙ）とその周辺の画素の画素値に基づいて、次式（２）によって定める。
【数２】
2005024329.tif 000004
【００２４】
ｘ方向に対する微分フィルタｄＸ及びｙ方向に対する微分フィルタｄＹの例を、それぞれ次式（３）、（４）に示す。例えば式（３）で定めるｘ方向微分フィルタを図１２（ｂ）に示すような画像の各画素に対して施すこととする。図１２（ｂ）に示す画像は、エッジ部分である画素４８と画素４９の列との間でｘ方向に画素値が変化する画像である。
【数３】
2005024329.tif 000005
【００２５】
フィルタ処理後の画像を図１２（ｃ）に示す。図示するとおり、エッジ部分である画素４８と画素４９の列においてのみ画素値が大きくなり、これによりパターンエッジ部分が検出される。そして次式（５）に示すように、各画素に対応するグレイレベル差ΔＧＬを処理することにより、エッジ部分におけるグレイレベル差を低減する。この場合、補正量は次式（６）に示すとおりである。
【数４】
2005024329.tif 000006
ここに、ＧＬ（ｘ，ｙ）は座標（ｘ，ｙ）における画素値であり、Ａは所定の比例定数とする。
エッジファクタ処理部２３は、微分フィルタ２４（ｄＸ、ｄＹ）を検査画像の各画素に施す。これにより、ｘ、ｙ方向に変化する各画素のグレイレベルの変化量、すなわち各画素についての微分値（微分フィルタ値）を求めて、この微分値（変化量）の大きい部分すなわちパターンエッジ部を検出する。
また、補正量決定部２５は、エッジファクタ処理部２３から出力されるフィルタ処理済み画像に基づき、式（６）によって差分検出部２６により検出されるグレイレベルの補正量を決定する。
【００２６】
【特許文献１】
特開２０００−３２３５４１号公報（全体）
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
前記パターンエッジ部のノイズは、ダイのパターン形成時における露光条件やエッチング条件等の際の微妙な相違によって、エッジ部分の仕上がりが微妙に異なるために、この部分のパターン自体の相違のために検出されるのが、その主な要因として考えられる。従来のエッジファクタ処理によりパターンエッジ部のグレイレベル差を低減するのも、このような知見に基づくものである。
【００２８】
ところがパターンエッジ部では、上記のような形成パターンの誤差に基づくノイズ以外にも、前記のサブピクセルアライメントを行ったことにより発生するノイズも生じる。なぜならば、サブピクセルアライメントでどのような補間方法を用いたとしても、実際の撮像で得た画素でない以上、実際に撮像した他方の画像のパターンエッジ部分のグレイレベルとは異なるからである。
【００２９】
このようなサブピクセルアライメントの補正誤差は、サブピクセルアライメント量に依存する。しかるに、従来のグレイレベル差の補正（エッジファクタ処理）では、式（５）によって一律にグレイレベル差の補正を行っている。
このため従来では、サブピクセルアライメントの補正誤差も含めて、予想されうる最大のノイズがあっても欠陥を検出しないように、エッジファクタ処理部２３を設定しており、このことが必要以上にパターンエッジ部分の欠陥検出感度を低くしていた。
【００３０】
上記事情に鑑みて、上述のようなパターンエッジ部分におけるグレイレベル差の補正（エッジファクタ処理）において、グレイレベル差の補正量の決定方法を改善して、パターンエッジ部分における欠陥検出感度を向上することを、本発明の目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１形態に係る画像欠陥検査方法は、検出したサブピクセルアライメント量（すなわち、各画素のグレイレベル差を求める２つの画像間のサブピクセルずれ量）に基づいて、画像内のパターンエッジ部におけるグレイレベル差の補正量を決定する。
【００３２】
このように、サブピクセルアライメント量に基づいて、パターンエッジ部分におけるグレイレベル差の補正量を決定することにより、前記パターンエッジ部に生じるノイズに現れるサブピクセルアライメントの補正誤差に応じて、この部分で検出するグレイレベル差の低減量を加減することができる。これによりパターンエッジ部分の欠陥検出の感度向上を可能にする。
【００３３】
図１は、本発明の第１形態に係る画像欠陥検査方法のフローチャートである。
ステップＳ１０１において、検査対象となる２画像を取得する。
ステップＳ１０３において、検査対象となる２画像にピクセル単位のずれがある場合には、前述のピクセルアライメントを行う。すなわち、グレイレベル差検出のために比較する２画像内の画素の組合せを、ピクセル単位でシフトさせる。
【００３４】
ステップＳ１０５において、検査対象となる２画像間のピクセル以下のずれ量（サブピクセルずれ量又はサブピクセルアライメント量）を検出する。
ステップＳ１０７において、検査対象となる２画像にピクセル以下のずれがある場合には、前述のサブピクセルアライメントを行う。すなわち、検査対象となる画像の一方又は両方の画像データから、サブピクセルずれ量（サブピクセルアライメント量）だけずらした画像データに変換する。
【００３５】
ステップＳ１０９において、検査対象となる画像の一方又は両方の画像データから、画像中のパターンエッジ部分を検出する。
【００３６】
ステップＳ１１１において、ステップＳ１０５で検出したサブピクセルずれ量と、ステップＳ１０９で検出したパターンエッジ部分情報に基づいて、各画素についてグレイレベル差の補正量を決定する。
【００３７】
ステップＳ１１３において、検査対象となる２画像の各画素についてグレイレベル差を検出する。その際にステップＳ１１１で決定した補正量に基づいて、グレイレベル差の補正を行う。
【００３８】
ステップＳ１１５において、ステップＳ１１３で検出したグレイレベル差と所定の閾値とを比較して、検査対象となる画像の欠陥を判定する。
【００３９】
また、本発明の第２形態に係る画像欠陥検査装置は、グレイレベル差を求める２つの画像のサブピクセルずれ量（サブピクセルアライメント量）を検出する画像アライメント部と、検出したサブピクセルずれ量に基づいて、差分検出部により検出されるグレイレベル差の、画像内のパターンエッジ部における補正量を決定する補正量決定部とを備えることとする。
【００４０】
さらに、本発明の第３形態に係る外観検査装置は、前記半導体ウエハ上に形成された実質的に同一パターンを比較して、前記半導体回路パターンの欠陥を検出する画像欠陥検査装置を備える。
【００４１】
【発明の実施の形態】
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の実施例に係る画像欠陥検査装置の概略構成図である。画像欠陥検査装置２１は、実質的に同一なパターンを含む２つの画像の各画素のグレイレベル差を検出し、検出したグレイレベル差が所定の閾値を超えるときに欠陥と判定し、前記パターンの欠陥を検査するものである。
【００４２】
画像欠陥検査装置２１は被検査画像と基準画像を入力する。被検査画像と基準画像には、パターンの同一を検査すべき実質的に同一なパターン画像を含まれている。画像欠陥検査装置２１は、２つの入力画像のピクセルアライメント量とサブピクセルアライメント量を検出し、アライメントを行う画像アライメント部２２と、２画像の各画素におけるグレイレベル差を検出する差分検出部２６と、検出したグレイレベル差と所定の閾値とを比較して、閾値を超えるとき欠陥と判定する欠陥判定部２７とを備える。
【００４３】
また、画像欠陥検査装置２１は、２つの画像のうち少なくとも１画像の画素値の変化量（すなわち微分値または微分フィルタ値）を検出して、パターンエッジ部を検出するエッジファクタ処理部２３と、差分検出部２６におけるグレイレベル差検出の際に、パターンエッジ部のグレイレベル差を補正するために、検出された画素値の変化量と、サブピクセルアライメント量とに基づいてグレイレベル差の補正量を決定するグレイレベル補正量決定部２５とを備える。
【００４４】
以下、図３に示す本発明に係る画像欠陥検査方法のフローチャートを参照して、画像欠陥検査装置２１の動作を説明する。
まず、ステップＳ１３１において、欠陥検査の対象となるパターンを含む２つの画像データを、画像アライメント部２２及びエッジファクタ処理部２３に入力する。例えば画像メモリ、外部記憶装置などに記憶された画像データのうち、検査対象となるパターンを含む２つの画像データ部分を抽出する。
ステップＳ１３３において、画像アライメント部２２は、２つの画像データ上で検査対象パターンの位置にピクセル単位のずれがある場合には、前述のピクセルアライメントを行う。
【００４５】
ステップＳ１３５において、画像アライメント部２２は、２つの画像データ上における検査対象パターンのサブピクセルアライメント量を検出する。ｘ方向について検出されたサブピクセルアライメント量をＳｈｉｆｔｘ、ｙ方向について検出されたサブピクセルアライメント量をＳｈｉｆｔｙとする。
ステップＳ１３７において、画像アライメント部２２は、検査対象パターンにピクセル以下のずれがある場合には、前述のサブピクセルアライメントを行う。
【００４６】
ステップＳ１３７において、ピクセルアライメント、サブピクセルアライメントによって、位置調整が済んだ２つの画像データから、欠陥検査をおこなう画素のブロック（フレーム）をそれぞれ抽出する。
なお、実際には、サブピクセルアライメントに関してはサブピクセルアライメント量の検出のみを行うこととして（Ｓ１３５）、ピクセルアライメントについてのみ画像データ間の位置調整を行い（Ｓ１３３）、ステップＳ１３７におけるサブピクセルアライメントによる位置調整を省略することとしてもよい。
なぜなら、従来の画像欠陥検査方法ではサブピクセルアライメントによる画像データの位置調整を省略すると、パターンエッジ部でのグレイレベル差が大きくなることによる疑似欠陥が検出されやすくなるが、本発明に係る画像欠陥検査方法では、以下説明するように（Ｓ１４３、Ｓ１４５）、アライメント量の大きいときに、パターンエッジ部におけるグレイレベル差検出感度を下げるために、サブピクセルずれによる疑似欠陥の検出を抑えることができるからである。
【００４７】
ステップＳ１４１において、各フレームの一方又は両方から、画像データ中のパターンエッジ部分を検出する。例えば、前記式（２）、（３）に例示したｘ方向微分フィルタｄＸとｙ方向微分フィルタｄｙとによるフィルタ処理を画像データ中の各画素に施すことよって、各画素についての微分値（微分フィルタ値）、すなわち、各画素について周囲の画素に対するグレイレベルのｘ方向変化量とｙ方向変化量を検出し、この変化量の大きい部分をパターンエッジ部として検出する。
【００４８】
ステップＳ１４３において、補正量決定部２５は、ステップＳ１３５で検出したサブピクセルアライメント量に基づいて、各画素についてグレイレベル差の補正量を決定する。図４の例示を参照して説明する。図１１（ａ）は、座標（ｘ，ｙ）の画素４７とその周辺の画素と各画素値の様子を示した図である。図示するように座標（ｘ，ｙ）における画素値をＧＬ（ｘ，ｙ）とする。
【００４９】
ｘ方向微分フィルタｄＸを座標（ｘ，ｙ）の画素に対して施したときフィルタ処理後の画素値をｄＸ＊ＧＬ（ｘ，ｙ）とし、ｙ方向微分フィルタｄＹを座標（ｘ，ｙ）の画素に対して施したときフィルタ処理後の画素値をｄＹ＊ＧＬ（ｘ，ｙ）と表記するとき、各画素（ｘ、ｙ）についてグレイレベル差の補正量Ｍは、次式（７）によって定める。
【数５】
2005024329.tif 000007
【００５０】
ここに、関数ｇは、使用する画像データの種類等によって好適に定めることができる。例えば次式（８）のように定めることとしてもよい。
【数６】
2005024329.tif 000008
ここにａ、ｂは定数とする。関数ｇは、サブピクセルアライメント量｜Ｓｈｉｆｔｘ｜、｜Ｓｈｉｆｔｙ｜について減少関数となっていることが望ましい。
【００５１】
ステップＳ１４５において、差分検出部２６は、検査対象となる２つのフレームの各画素についてグレイレベル差を検出する。その際にステップＳ１４３で決定した補正量に基づいて、グレイレベル差の補正を行う。すなわち各画素についてのグレイレベル差ΔＧＬ’は、式（９）により定める。
【数７】
2005024329.tif 000009
【００５２】
または、サブピクセルアライメント量Ｓｈｉｆｔｘ、Ｓｈｉｆｔｙと、フィルタ処理後の画素データｄＸ＊ＧＬ（ｘ，ｙ）、ｄＹ＊ＧＬ（ｘ，ｙ）を差分検出部２６に直接入力して、式（１０）によりグレイレベル差を検出することとしてもよい。
【数８】
2005024329.tif 000010
このとき関数ｆは、サブピクセルアライメント量｜Ｓｈｉｆｔｘ｜、｜Ｓｈｉｆｔｙ｜について減少関数となっていることが望ましい。
【００５３】
ステップＳ１４７において、欠陥判定部２７がステップＳ１４５で検出したグレイレベル差と所定の閾値とを比較して、検査対象となるフレーム内に含まれるパターン欠陥を判定する。
【００５４】
このように、本発明に係る画像欠陥検査装置２１は、検査画像のサブピクセルアライメント量に応じて、パターンエッジ部分におけるグレイレベル差補正量を増減することができる。すなわちサブピクセルアライメントの補正誤差に応じてパターンエッジ部分の欠陥検出感度を変更することができる。例えば、サブピクセルアライメントの補正誤差の大きい所では、グレイレベル差補正量を大きくしてパターンエッジ部分の欠陥検出感度を低く変更し、逆にサブピクセルアライメントの補正誤差の小さい所では、グレイレベル差補正量を小さくしてパターンエッジ部分の欠陥検出感度を高く変更する等が可能となる。これにより従来の画像欠陥検査装置では、必要以上に低く設定されていたパターンエッジ部分の欠陥検出感度を向上することができる。
【００５５】
図５は、本発明の第２の実施例に係る半導体装置の外観検査装置の概略構成図である。本実施例に係る外観検査装置の構成は、図７に示した構成に類似した構成を有するので、同一の機能部分に同一の参照番号を付して表し説明を省略する。
【００５６】
本実施例に係る外観検査装置１０は、本発明の第１実施例に係る画像欠陥検査装置２１を備える。
まず撮像手段１８は、ｘ−ｙステージ１１がウエハ１３を移動させることによってウエハ１３上をｘ−ｙ方向に走査され、ウエハ１３全面を撮像する。撮像手段１８によって得られた撮像信号は、Ａ／Ｄ変換が施された後に画像メモリ２０に記憶する。
【００５７】
画像欠陥検査装置２１内の画像アライメント部２２は、被検査ダイ３３の検査フレームを含む画像領域４１ｃ、これに対応する位置の基準ダイ３１の基準フレームを含む画像領域４１ａを（図８参照）、画像メモリ２０から抽出して、２つの画像領域４１ａ、４１ｃの画像のピクセルアライメント量とサブピクセルアライメント量を検出する。アライメントが施された画像領域４１ａ、４１ｃから被検査ダイ３３の検査フレームと、基準ダイ３１の基準フレームを抽出する。
【００５８】
画像欠陥検査装置２１内のエッジファクタ処理部２３は、前記２つのフレームのうち少なくとも一方の各画素について周囲の画素に対する画素値の変化量を検出して、パターンエッジ部を検出する。これは、例えば前記２つのフレームのうち少なくとも一方の各画素について微分フィルタ２４を施すことにより行う。
【００５９】
グレイレベル補正量決定部２５は、差分検出部２６におけるグレイレベル差検出の際に、パターンエッジ部のグレイレベル差を補正するために、検出された画素値の変化量と、サブピクセルアライメント量とに基づいてグレイレベル差の補正量を決定する。
【００６０】
そして、差分検出部２６は、前記決定された補正量に基づき、２つのフレーム間の各画素におけるグレイレベル差を検出し、欠陥判定部２７は、検出したグレイレベル差と所定の閾値とを比較して閾値を超えるとき、被検査ダイに欠陥が存在すると判定する。
【００６１】
本実施例のように外観検査装置を構成することにより、半導体ウエハ上に形成した半導体回路パターンのパターンエッジ部における欠陥検出感度を向上することが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の画像欠陥検査方法によって、前記パターンエッジ部に生じるノイズに現れるサブピクセルアライメントの補正誤差に応じて、この部分で検出するグレイレベル差の低減量を加減することが可能となり、パターンエッジ部分の欠陥検出の感度向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像欠陥検査方法のフローチャート（その１）である。
【図２】本発明に第１実施例に係る画像欠陥検査装置の概略構成図である。
【図３】本発明に係る画像欠陥検査方法のフローチャート（その２）である。
【図４】グレイレベル差補正量の決定方法の説明図である。
【図５】本発明に係る第２実施例に係る画像欠陥検査装置の概略構成図である。
【図６】従来の半導体装置の外観検査装置の構成を示す概略構成図である。
【図７】ウエハの模式図である。
【図８】ウエハ１３上の撮影画像の一部分の画像を模式図である。
【図９】ピクセルアライメントの説明図である。
【図１０】サブピクセルアライメントの説明図である。
【図１１】一般的な３×３フィルタ処理の説明図である。
【図１２】ｘ方向のエッジファクタ処理の説明図である。
【符号の説明】
１０…外観検査装置
１１…ｘ−ｙステージ
１２…ウエハチャック
１３…ウエハ
１４…対物レンズ
１５…チューブレンズ
１６…ビームスプリッタ
１７…光源
１８…光学的撮像手段
２１…画像欠陥検査装置
３１…基準ダイ
３３…被検査ダイ
４１、４１ａ〜４１ｄ…画像領域
４３ａ〜４３ｃ…フレーム
４５、４５ａ〜４５ｃ…アライメント用基準画像
【図１】
2005024329.tif 000011
【図２】
2005024329.tif 000012
【図３】
2005024329.tif 000013
【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】
2005024329.tif 000020
【図１１】
2005024329.tif 000021
【図１２】
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