(57)【要約】【課題】  検査対象を撮像した検査画像と、この検査画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査において、検査画像に生じる色ムラにより生じる疑似欠陥を低減する。【解決手段】  画像欠陥検査装置を、検査対象上の所定の大きさの領域毎にこれら各領域を撮像した画像に含まれる画素の画素値に応じて参照値をそれぞれ決定する参照値決定部２１と、この所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、マクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された参照値の分布情報を決定する分布情報決定部２２と、を備えて構成し、マクロ領域において算出された分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行う。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象を撮像した検査画像を複数に分割した検査部分画像と、該検査部分画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置において、
前記検査対象上の所定の大きさの領域毎に、これら各領域を撮像した画像に含まれる画素の画素値に応じて、所定の決定方法に従って定まる参照値をそれぞれ決定する参照値決定部と、
前記所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、該マクロ領域に含まれる前記所定の大きさの領域毎に決定された前記参照値の分布情報を決定する分布情報決定部と、を備え、
前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行うことを特徴とする画像欠陥検査装置。
【請求項２】
前記参照値決定部は、前記検査画像を所定の大きさ毎に分割した画像ブロック毎に前記参照値をそれぞれ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装置。
【請求項３】
前記参照値決定部は、前記画像ブロック毎に、当該画素ブロック内の所定の位置に存在する画素の画素値に応じて前記参照値を決定することを特徴とする請求項２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項４】
前記参照値決定部は、前記画像ブロック毎に、当該画像ブロックに含まれる画素の画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差、又は当該画像ブロック及びこの画像ブロックと比較されるべき参照画像の間の差画像に含まれる画素の画素値の平均値、分散値、最大値、最小値若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項５】
前記分布情報に含まれる前記各参照値のうち、本来同じ値となると予定される前記参照値同士のバラツキに応じて欠陥検出感度を変えることにより、前記欠陥検出条件を変えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項６】
前記分布情報決定部によって前記参照値の分散値として決定された前記分布情報に応じて欠陥検出感度を変えることにより、前記欠陥検出条件を変えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項７】
前記欠陥検出条件を決定する欠陥検出条件決定部と、
当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記欠陥検出条件を満たすとき当該画素部分を欠陥として検出する欠陥検出部と、
各前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて各前記マクロ領域における前記欠陥検出条件をそれぞれ再設定し、当該マクロ領域において前記欠陥検出部により検出された欠陥を再設定された欠陥検出条件の下で出力するか否かを判定する欠陥出力可否判定部と、
を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項８】
前記欠陥出力可否判定部は、前記分布情報に含まれる前記各参照値のうち、本来同じ値となると予定される前記参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように、前記欠陥検出条件を再設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】
前記分布情報決定部は、前記分布情報を前記参照値の分散値として決定し、
前記欠陥出力可否判定部は、前記分布情報が増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように、前記欠陥検出条件を再設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１０】
前記欠陥検出条件としての検出閾値を決定する欠陥検出条件決定部と、
当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記検出閾値を超えるとき当該画素部分を欠陥として検出する欠陥検出部と、を備え、
前記欠陥検出条件決定部は、前記検査部分画像毎に、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分の分布に基づいて所定の決定方法に従って前記検出閾値を決定し、
前記参照値決定部は、前記検出閾値を前記参照値として決定することを特徴とする請求項２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記欠陥検出条件としての検出閾値を決定する欠陥検出条件決定部と、
当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記検出閾値を超えるとき当該画素部分を欠陥として検出する欠陥検出部と、を備え、
前記欠陥検出条件決定部は、前記検査部分画像毎に、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分の分布に基づいて所定の算出方法に従って欠陥検出パラメータを算出して、該欠陥検出パラメータに応じて前記検出閾値を定め、
前記参照値決定部は、前記欠陥検出パラメータを前記参照値として決定することを特徴とする請求項２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記参照値決定部は、画像比較の単位である前記検査部分画像１つ分を、前記画像ブロックの単位とすることを特徴とする請求項２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記参照値決定部は、前記検査対象である半導体ウエハ表面を撮像した前記検査画像の、該半導体ウエハ表面に形成された複数のチップの１つ分の画像を、前記画像ブロックの単位とすることを特徴とする請求項２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１４】
前記参照値決定部は、前記検査対象であるリソグラフィ工程でパターンが形成された半導体ウエハ表面を撮像した前記検査画像の、１回のレチクルショットで露光される範囲の画像を、前記画像ブロックの単位とすることを特徴とする請求項２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１５】
前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて欠陥検出条件を決定する欠陥検出条件決定部と、
前記検査部分画像及び前記参照画像の比較結果が前記欠陥検出条件を満たすとき、お互いに異なる部分を欠陥として検出する欠陥検出部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１６】
前記参照値決定部は、前記検査対象の撮像画像であって前記検査画像と異なる撮像画像に含まれる画素の画素値に応じて前記参照値を決定することを特徴とする請求項１５に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１７】
前記撮像画像は、前記検査画像の画素を間引いた画像であることを特徴とする請求項１６に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１８】
前記撮像画像は、該検査画像を撮像するよりも低倍率で撮像した画像であることを特徴とする請求項１６に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項１９】
前記分布情報決定部は、前記欠陥検出部が前記検査対象上の１つの前記マクロ領域について欠陥を検出するのと平行して、他の前記マクロ領域について前記分布情報を決定することを特徴とする請求項１５に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２０】
前記検査対象を撮像して前記検査画像を得る第１の撮像部とは別に、前記検査対象を撮像する第２の撮像部をさらに備え、
前記参照値決定部は、前記第２の撮像部によって撮像した撮像画像に含まれる画素の画素値に応じて前記参照値を決定することを特徴とする請求項１９に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２１】
検査画像を複数に分割した検査部分画像と、これら検査部分画像とそれぞれ本来同一であるべき対応する参照画像とを比較して、互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置において、
前記検査部分画像と前記参照画像との比較結果が欠陥検出条件を満たすとき、互いに異なる部分を欠陥として検出する欠陥検出部と、
前記検査画像上の複数箇所のそれぞれについて、各前記箇所に対応して定まる画素の画素値に応じて所定の参照値を決定する参照値決定部と、
前記検査画像内に定められる所定の大きさの画像領域について、該画像領域内において決定された前記参照値の分布情報を決定する分布情報決定部と、
前記画像領域について決定された前記分布情報に応じて前記欠陥検出条件を再設定し、該画像領域に含まれる前記検査部分画像において検出された前記欠陥の出力可否を、再設定した前記欠陥検出条件の下で判定する欠陥出力可否判定部と、
を備えることを特徴とする画像欠陥検査装置。
【請求項２２】
前記参照値決定部は、前記欠陥検出部によって前記欠陥が検出された箇所のそれぞれについて前記参照値を決定することを特徴とする請求項２１に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２３】
前記画像領域は、前記検査部分画像よりも大きな領域として定められることを特徴とする請求項２２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２４】
前記検査画像は、検査対象である半導体ウエハ表面を撮像した画像であって、
前記所定の大きさの画像領域は、前記半導体ウエハの全面又は一部を撮像した領域であることを特徴とする請求項２２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２５】
前記参照値決定部は、当該欠陥を含む前記検査部分画像内及び／又はこれに対応する前記参照画像内の所定の位置の画素値、又はこれら画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項２２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２６】
前記参照値決定部は、当該欠陥を含む前記検査部分画像とこれに対応する前記参照画像との間の差画像内の所定の位置の画素値、又は該差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項２２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２７】
前記参照値決定部は、当該欠陥を含む前記検査部分画像及び／又はこれに対応する前記参照画像のうち当該欠陥の位置の画素を含む部分画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項２２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２８】
前記参照値決定部は、当該欠陥を含む前記検査部分画像のうちの当該欠陥の位置の画素を含む部分画像と該検査部分画像に対応する前記参照画像のうちの当該欠陥の位置の画素を含む部分画像との間の差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項２２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項２９】
前記欠陥検出条件としての検出閾値を決定する欠陥検出条件決定部を備え、
該欠陥検出条件決定部は、前記検査部分画像毎に、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分の分布に基づいて前記検出閾値を決定し、
前記欠陥検出部は、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記検出閾値を超えるとき当該画素部分を前記欠陥とし、
前記参照値決定部は、前記検出閾値を前記参照値として決定することを特徴とする請求項２２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項３０】
前記欠陥検出条件としての検出閾値を決定する欠陥検出条件決定部を備え、
該欠陥検出条件決定部は、前記検査部分画像毎に、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分の分布に基づいて欠陥検出パラメータを算出して、該欠陥検出パラメータに応じて前記検出閾値を定め、
前記欠陥検出部は、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記検出閾値を超えるとき当該画素部分を前記欠陥とし、
前記参照値決定部は、前記欠陥検出パラメータを前記参照値として決定することを特徴とする請求項２２に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項３１】
前記画像領域において定められた前記各参照値のうち本来同じ値となると予定される前記参照値同士のバラツキに応じて欠陥検出感度を変えるように前記欠陥検出条件を再設定することを特徴とする請求項２１に記載の画像欠陥検査装置。
【請求項３２】
検査対象を撮像した検査画像を複数に分割した検査部分画像と、該検査部分画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置と、該画像欠陥検査装置がその欠陥検出条件を定める際に使用する前記検査対象に関する所定の測定値を測定する測定装置と、を備える画像欠陥検査システムであって、
前記画像欠陥検査装置は、
前記検査対象上の所定の大きさの領域毎に、これら各領域において前記測定装置により測定された前記所定の測定値に応じて、所定の決定方法に従って定まる参照値をそれぞれ決定する参照値決定部と、
前記所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、該マクロ領域に含まれる前記所定の大きさの領域毎に決定された前記参照値の分布情報を決定する分布情報決定部と、を備え、
前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行うことを特徴とする画像欠陥検査システム。
【請求項３３】
検査対象を撮像した検査画像を複数に分割した検査部分画像と、該検査部分画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置と、該画像欠陥検査装置がその欠陥検出条件を定める際に使用する前記検査対象に関する所定の測定値を測定する測定装置と、を備える画像欠陥検査システムであって、
前記測定装置は、前記検査対象上の所定の大きさの領域毎に、これら各領域において測定した前記所定の測定値に応じて、所定の決定方法に従って定まる参照値をそれぞれ決定して、前記画像欠陥検査装置に出力し、
前記画像欠陥検査装置は、前記所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、該マクロ領域に含まれる前記所定の大きさの領域毎に前記測定装置により決定された前記参照値の分布情報を決定する分布情報決定部を備え、前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行うことを特徴とする画像欠陥検査システム。
【請求項３４】
検査対象を撮像した検査画像を複数に分割した検査部分画像と、該検査部分画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置と、該画像欠陥検査装置がその欠陥検出条件を定める際に使用する前記検査対象に関する所定の測定値を測定する測定装置と、を備える画像欠陥検査システムであって、
前記測定装置は、
前記検査対象上の所定の大きさの領域毎に、これら各領域において測定した前記所定の測定値に応じて、所定の決定方法に従って定まる参照値をそれぞれ決定する参照値決定部と、
前記所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、該マクロ領域に含まれる前記所定の大きさの領域毎に決定された前記参照値の分布情報を決定する分布情報決定部と、を備えて、前記分布情報を前記画像欠陥検査装置に出力し、
前記画像欠陥検査装置は、前記測定装置により入力される、前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行うことを特徴とする画像欠陥検査システム。
【請求項３５】
前記測定装置は、前記検査対象を撮像した撮像画像を得る撮像部を備え、前記撮像画像の画素値を前記測定値とすることを特徴とする請求項３２〜３４のいずれか一項に記載の画像欠陥検査システム。
【請求項３６】
前記測定装置は、前記検査対象である半導体ウエハ表面に形成された膜の膜厚を測定する膜厚測定部を備え、前記半導体ウエハの前記所定の大きさの領域毎に、これら各領域において測定した膜厚を、前記測定値とすることを特徴とする請求項３２〜３４のいずれか一項に記載の画像欠陥検査システム。
【請求項３７】
前記測定装置は、前記検査対象である半導体ウエハ表面に形成されたパターンのクリティカルディメンジョンを測定する寸法測定部を備え、前記半導体ウエハの前記所定の大きさの領域毎に、これら各領域において測定したクリティカルディメンジョンを、前記測定値とすることを特徴とする請求項３２〜３４のいずれか一項に記載の画像欠陥検査システム。
【請求項３８】
検査対象を撮像した検査画像を複数に分割した検査部分画像と、該検査部分画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査方法において、
前記検査対象上の所定の大きさの領域毎に、これら各領域を撮像した画像に含まれる画素の画素値に応じて、所定の決定方法に従って定まる参照値をそれぞれ決定し、
前記所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、該マクロ領域に含まれる前記所定の大きさの領域毎に決定された前記参照値の分布情報を決定し、
前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行うことを特徴とする画像欠陥検査方法。
【請求項３９】
前記参照値を、前記検査画像を所定の大きさ毎に分割した画像ブロック毎に決定することを特徴とする請求項３８に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４０】
前記参照値を、前記画像ブロック毎に、当該画素ブロック内の所定の位置に存在する画素の画素値に応じて決定することを特徴とする請求項３９に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４１】
前記画像ブロック毎に、当該画像ブロックに含まれる画素の画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差、又は当該画像ブロック及びこの画像ブロックと比較されるべき参照画像の間の差画像に含まれる画素の画素値の平均値、分散値、最大値、最小値若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項３９に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４２】
前記分布情報に含まれる前記各参照値のうち、本来同じ値となると予定される前記参照値同士のバラツキに応じて欠陥検出感度を変えることにより、前記欠陥検出条件を変えることを特徴とする請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４３】
前記参照値の分散値として決定された前記分布情報に応じて欠陥検出感度を変えることにより、前記欠陥検出条件を変えることを特徴とする請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４４】
前記欠陥検出条件を決定し、
当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記欠陥検出条件を満たすとき当該画素部分を欠陥として検出し、
各前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて各前記マクロ領域における前記欠陥検出条件をそれぞれ再設定し、当該マクロ領域において検出された前記欠陥を再設定された欠陥検出条件の下で出力するか否かを判定することを特徴とする請求項３９〜４１のいずれか一項に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４５】
前記欠陥検出条件を、前記分布情報に含まれる前記各参照値のうち、本来同じ値となると予定される前記参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように再設定することを特徴とする請求項４４に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４６】
前記分布情報を前記参照値の分散値として決定し、
前記欠陥検出条件を、前記分布情報が増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように再設定することを特徴とする請求項４４に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４７】
前記欠陥検出条件としての検出閾値を、前記検査部分画像毎に、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分の分布に基づいて所定の決定方法に従って決定し、
当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記検出閾値を超えるとき当該画素部分を欠陥として検出し、
前記検出閾値を前記参照値として決定することを特徴とする請求項３９に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４８】
前記検査部分画像毎に、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分の分布に基づいて所定の算出方法に従って欠陥検出パラメータを算出して、該欠陥検出パラメータに応じて、前記欠陥検出条件としての検出閾値を決定し、
当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記検出閾値を超えるとき当該画素部分を欠陥として検出し、
前記欠陥検出パラメータを前記参照値として決定することを特徴とする請求項３９に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項４９】
画像比較の単位である前記検査部分画像１つ分を、前記画像ブロックの単位とすることを特徴とする請求項３９に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５０】
前記検査対象である半導体ウエハ表面を撮像した前記検査画像の、該半導体ウエハ表面に形成された複数のチップの１つ分の画像を、前記画像ブロックの単位とすることを特徴とする請求項３９に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５１】
前記検査対象であるリソグラフィ工程でパターンが形成された半導体ウエハ表面を撮像した前記検査画像の、１回のレチクルショットで露光される範囲の画像を、前記画像ブロックの単位とすることを特徴とする請求項３９に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５２】
前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて欠陥検出条件を決定し、
前記検査部分画像及び前記参照画像の比較結果が前記欠陥検出条件を満たすとき、お互いに異なる部分を欠陥として検出することを特徴とする請求項３８に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５３】
前記参照値を、前記検査対象の撮像画像であって前記検査画像と異なる撮像画像に含まれる画素の画素値に応じて決定することを特徴とする請求項５２に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５４】
前記撮像画像は、前記検査画像の画素を間引いた画像であることを特徴とする請求項５３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５５】
前記撮像画像は、該検査画像を撮像するよりも低倍率で撮像した画像であることを特徴とする請求項５３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５６】
前記検査対象上の１つの前記マクロ領域について欠陥を検出するのと平行して、他の前記マクロ領域について前記分布情報を決定することを特徴とする請求項５２に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５７】
前記撮像装置を、前記検査画像を撮像した撮像装置とは異なる撮像装置で撮像することを特徴とする請求項５６に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項５８】
検査対象を撮像した検査画像を複数に分割した検査部分画像と、該検査部分画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査方法であって、
前記検査対象上の所定の大きさの領域毎に、これら各領域において前記検査対象に関する所定の測定値を測定し、
測定された前記所定の測定値に応じて、所定の決定方法に従って定まる参照値を決定し、
前記所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、該マクロ領域に含まれる前記所定の大きさの領域毎に決定された前記参照値の分布情報を決定し、
前記マクロ領域において決定された前記分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行うことを特徴とする画像欠陥検査方法。
【請求項５９】
前記検査対象を撮像して、その撮像画像の画素値を前記測定値とすることを特徴とする請求項５８に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６０】
前記検査対象である半導体ウエハの前記所定の大きさの領域毎に、該半導体ウエハ表面に形成された膜の膜厚を測定して、該膜厚値を前記測定値とすることを特徴とする請求項５８に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６１】
前記検査対象である半導体ウエハの前記所定の大きさの領域毎に、該半導体ウエハ表面に形成されたパターンのクリティカルディメンジョンを測定して、該クリティカルディメンジョンを、前記測定値とすることを特徴とする請求項５８に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６２】
検査画像を複数に分割した検査部分画像と、これら検査部分画像とそれぞれ本来同一であるべき対応する参照画像とを比較して、互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検出方法において、
前記検査部分画像と前記参照画像との比較結果が欠陥検出条件を満たすとき、互いに異なる部分を欠陥として検出し、
前記検査画像上の複数箇所のそれぞれについて、各前記箇所に対応して定まる画素の画素値に応じて所定の参照値を決定し、
前記検査画像内に定められる所定の大きさの画像領域について、該画像領域内において決定された前記参照値の分布情報を決定し、
前記画像領域について決定された前記分布情報に応じて前記欠陥検出条件を再設定し、該画像領域に含まれる前記検査部分画像において検出された前記欠陥の出力可否を、再設定した前記欠陥検出条件の下で判定する、
をことを特徴とする画像欠陥検査方法。
【請求項６３】
前記欠陥が検出された箇所のそれぞれについて前記参照値を決定することを特徴とする請求項６２に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６４】
前記画像領域は、前記検査部分画像よりも大きな領域として定められることを特徴とする請求項６３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６５】
前記検査画像は、検査対象である半導体ウエハ表面を撮像した画像であって、
前記所定の大きさの画像領域は、前記半導体ウエハの全面又は一部を撮像した領域であることを特徴とする請求項６３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６６】
当該欠陥を含む前記検査部分画像内及び／又はこれに対応する前記参照画像内の所定の位置の画素値、又はこれら画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項６３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６７】
当該欠陥を含む前記検査部分画像とこれに対応する前記参照画像との間の差画像内の所定の位置の画素値、又は該差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項６３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６８】
当該欠陥を含む前記検査部分画像及び／又はこれに対応する前記参照画像のうち当該欠陥の位置の画素を含む部分画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項６３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項６９】
当該欠陥を含む前記検査部分画像のうちの当該欠陥の位置の画素を含む部分画像と該検査部分画像に対応する前記参照画像のうちの当該欠陥の位置の画素を含む部分画像との間の差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、前記参照値として決定することを特徴とする請求項６３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項７０】
前記検査部分画像毎に、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分の分布に基づいて前記検出閾値を決定し、
当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記検出閾値を超えるとき当該画素部分を前記欠陥として検出し、
前記検出閾値を前記参照値として決定することを特徴とする請求項６３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項７１】
前記検査部分画像毎に、当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分の分布に基づいて欠陥検出パラメータを算出して、該欠陥検出パラメータに応じて前記検出閾値を定め、
当該検査部分画像及び前記参照画像の対応する画素同士の画素値の差分を検出して、前記差分が前記検出閾値を超えるとき当該画素部分を前記欠陥として検出し、
前記欠陥検出パラメータを前記参照値として決定することを特徴とする請求項６３に記載の画像欠陥検査方法。
【請求項７２】
前記画像領域において定められた前記各参照値のうち本来同じ値となると予定される前記参照値同士のバラツキに応じて欠陥検出感度を変えるように前記欠陥検出条件を再設定することを特徴とする請求項６２に記載の画像欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象を撮像した検査画像と、この検査画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置、画像欠陥検査システム及び画像欠陥検査方法に関する。特に、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ために、半導体回路ウエハ表面を撮像してその撮像画像と参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置、画像欠陥検査システム及び画像欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、検査対象を撮像した検査画像と、この検査画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置、画像欠陥検査システム及び画像欠陥検査方法を対象とする。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なうが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００３】
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捕らえる明視野検査装置であるが、照明光を直接捕ら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。従って、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、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可能である。
【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形成されており、製造を開始してから電気的な検査が行われるまで非常に長時間を要するため、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は処理の途中であり、検査の結果を歩留まり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欠陥検査を行なえば、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に反映することができる。
【０００５】
図１に、本特許出願の出願人が、特願２００３−１８８２０９（下記特許文献１）にて提案する外観検査装置のブロック図を示す。図示するように、２次元又は３次元方向に自在に移動可能なステージ１の上面に試料台（チャックステージ）２が設けられている。この試料台の上に、検査対象となる半導体ウエハ３を載置して固定する。ステージの上部には１次元又は２次元のＣＣＤカメラなどを用いて構成される撮像装置４が設けられており、撮像装置４は半導体ウエハ３上に形成されたパターンの画像信号を発生させる。
【０００６】
図２に示すように、半導体ウエハ３上には、複数のダイ３ａ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、隣接するダイの対応する部分の画像を比較するのが一般的である。両方のダイに欠陥がなければグレイレベル差は小さく、一方に欠陥があればグレイレベル差は閾値より大きくなるため、このグレイレベル差を所定の検出閾値と比べることで欠陥を検出する（シングルディテクション）。これではどちらのダイに欠陥があるか分からないので、更に異なる側に隣接するダイとの比較を行ない、同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなればそのダイに欠陥があることが分かる（ダブルディテクション）。
【０００７】
撮像装置４は、ＴＤＩ撮像素子などで実現される１次元のＣＣＤカメラを備え、カメラが半導体ウエハ３に対してＸ方向又はＹ方向に一定速度で相対的に移動（スキャン）するようにステージ１を移動する。１回の主走査方向での走査によって、図３の（Ａ）に点線で区切って示される、撮像装置４の撮像幅Ｗｓと同じ幅の帯状の領域（スォッス：swathと呼ばれる）を撮像した画像信号８０が撮像装置４から出力され、この画像信号は多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換されて画像記憶部５に記憶される。
【０００８】
その後走査を続けて、ダイ３ａから隣のダイ３ｂの分までグレイレベル信号（検査画像信号）が生成されると、差分検出部６は、図３の（Ｂ）に示すような隣り合った２つのダイ３ａ及び３ｂのそれぞれの同じ部分の小さな部分画像８１及び８２（ロジカルフレームと呼ばれる）のグレイレベル信号（基準画像信号）を画像記憶部５から読み出して、差分検出部６に入力する。実際には微小な位置合わせ処理などが行われるがここでは詳しい説明は省略する。
【０００９】
差分検出部６には隣接する２個のダイ３ａ及び３ｂの同じ部分の部分画像８１及び８２のグレイレベル信号が入力され、その一方を検査部分画像とし他方を参照画像として、各々の対応する画素同士のグレイレベル信号の差（グレイレベル差）が演算されて検出閾値計算部７と欠陥検出部８に出力される。検出閾値計算部７は、グレイレベル差の分布に応じて自動的に検出閾値を決定し、欠陥検出部８に出力する。欠陥検出部８は、グレイレベル差を決定された閾値と比較し、欠陥かどうかを判定する。そして欠陥検出部８は、欠陥と判定された部分について、各欠陥毎に、その欠陥の位置やグレイレベル差、検出時の検出閾値やこの検出閾値を決定する際に使用される欠陥検出パラメータなどを含む欠陥情報を出力する。
【００１０】
その後、欠陥と判定された部分を更に詳細に調べるため、欠陥情報は自動欠陥分類（ＡＤＣ）装置に供される（図示せず）。自動欠陥分類装置では、欠陥と判定された部分が歩留に影響する真の欠陥であるか、それとも撮像画像のノイズなどの影響によって誤検出した疑似欠陥であるか、またはどのような種類の欠陥（配線ショート、パターン欠損もしくはパーティクル等）であるかを判定する欠陥分類処理を行っている。
この欠陥分類処理では、欠陥の部分を詳細に調べる必要があるため長い処理時間を必要とする。そのため、欠陥を判定する場合には、真の欠陥は漏らさず、且つ真の欠陥以外はできるだけ欠陥と判定しないことが要求される。
【００１１】
そこで、閾値の設定が大きな問題になる。閾値を小さくすると欠陥と判定される画素（ピクセル）が増加し、真の欠陥でない部分まで欠陥と判定されることになり、その結果として欠陥分類処理に要する時間が長くなるという問題を生じる。逆に、閾値を大きくしすぎると真の欠陥まで欠陥でないと判定されることになり、検査が不充分になるという問題を生じる。
【００１２】
本特許出願の出願人が、特願２００３−１８８２０９（下記特許文献１）にて提案する外観検査装置では、検出閾値計算部７は、検査部分画像と参照画像の対応する画素同士のグレイレベル差の分布に応じて検出閾値を決定する。
検出閾値計算部７は、差分検出部６から、対比される２個の部分画像８１及び８２に含まれる各画素のグレイレベル差信号を入力すると、図４の（Ａ）に示すようなヒストグラムを作成する。そして図４の（Ｂ）に示すような累積頻度を算出し、このグレイレベル差の分布が所定の分布に従っているとの仮定の下で、累積頻度がグレイレベル差に対してリニアな関係になるように変換した変換累積頻度を算出する（図４の（Ｃ）参照）。
【００１３】
その後、この変換累積頻度の近似直線を算出して、この算出した近似直線に基づいて所定の累積頻度の値から所定の算出方法に従って閾値を決定する。例えば図４の（Ｃ）の例では、算出された近似曲線の傾きをａとし、縦軸に対する近似曲線の切片（すなわちグレイレベル差が０となる累積頻度）をｂとすると（これら傾きａ及び切片ｂを欠陥検出パラメータとよぶことがある）、閾値Ｔは、次式（１）により算出される。
Ｔ＝（Ｐ１−ｂ＋ＶＯＰ）／ａ＋ＨＯ      （１）
ここで、Ｐ１は所定の累積確率（ｐ）に対応する累積頻度であり、ＶＯＰ、ＨＯは所定の感度設定パラメータである。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１７７３９７号公報
【特許文献２】特開平４−１０７９４６号公報
【特許文献３】特許第２９９６２６３号公報
【特許文献４】特開２００２−２２４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
半導体ウエハ表面を撮像した実際の検査画像では、同じプロセスによって形成されたウエハを同じ状態で撮像した検査画像であっても、異なる明度（グレイレベル値）の画像となったり、また１つのウエハ内においても、本来同じ明度で撮像されるべき領域が異なる明度で撮像されるといった、いわゆる「色ムラ」が発生することがある。
このように色ムラがある検査画像を用いて欠陥検査を行うと、本来欠陥でない部分までグレイレベル差が大きくなって欠陥として検出され疑似欠陥の増大を招く。
【００１６】
ところが、半導体ウエハ表面の撮像画像に生じる色ムラの場合には、ウエハ表面上の位置の違いに対する明度の変動が、欠陥検査を行う画像の単位であるロジカルフレームの大きさに比較して緩やかであるため、１つのロジカルフレーム内におけるグレイレベル値の変動を観察しても色ムラの有無を検出することができなかった。
【００１７】
上記問題点に鑑み、本発明は、検査対象を撮像した検査画像と、この検査画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査において、検査画像に生じる色ムラにより生じる疑似欠陥を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明では、検査対象上の所定の大きさの領域毎に、これら各領域を撮像した画像に含まれる画素の画素値に応じて定まる参照値を決定し、この所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、マクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された参照値の分布情報を決定し、マクロ領域において決定された分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行う。
【００１９】
また、本発明では、検査対象上の所定の大きさの領域毎に、これら各領域において検査対象に関する所定の測定値を測定し、測定された前記所定の測定値に応じて定まる参照値をそれぞれ決定し、この所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、マクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された前記参照値の分布情報を決定し、マクロ領域において決定された分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行う。
【発明の効果】
【００２０】
検査対象上の所定の大きさの領域毎に取得された画素値や検査対象の測定値に基づいて決定される参照値について、この所定の大きさの領域よりも広いマクロ領域における分布情報を算出することによって、検査対象を撮像した撮像画像の広い範囲に生じる色ムラを検出することが可能となる。
そして算出された分布情報に応じて欠陥検出条件を変えて欠陥検出を行うことによって、検査画像に生じる色ムラにより生じる疑似欠陥を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】
【００２１】
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５は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第１実施例のブロック図である。図５に示す画像欠陥検査装置１０は、図１を参照して説明した従来の外観検査装置１０に類似する構成を有しており、したがって同一の構成要素には同じ参照符号を付して示し、説明を省略する。
【００２２】
検査対象である半導体ウエハ３を乗せたステージ１を移動させることによって、ＴＤＩ撮像素子などで実現される１次元のＣＣＤカメラを備えた撮像装置４を、半導体ウエハ３に対してＸ方向又はＹ方向に一定速度で相対的に走査させると、１回の主走査方向での走査によって、図３の（Ａ）に点線で区切って示されるような撮像装置４の撮像幅Ｗｓと同じ幅の帯状の領域を撮像した検査画像が得られ、この検査画像は多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換されてから画像記憶部５に記憶される。
図５に戻り、そのまま走査を続行すると、ダイ３ａから隣のダイ３ｂの分までグレイレベル信号（検査画像信号）が生成される。差分検出部６は、図３の（Ｂ）に示すような隣り合った２つのダイ３ａ及び３ｂのそれぞれの同じ部分の小さな部分画像（ロジカルフレーム）８１及び８２のグレイレベル信号（基準画像信号）を画像記憶部５から読み出して、差分検出部６に入力する。
【００２３】
差分検出部６には隣接する２個のダイ３ａ及び３ｂの同じ部分の部分画像８１及び８２のグレイレベル信号が入力され、その一方を検査部分画像とし他方を参照画像として、各々の対応する画素同士のグレイレベル信号の差（グレイレベル差）を演算して、検出閾値計算部７と欠陥検出部８に出力する。
【００２４】
ここに、部分画像８１は、図６において点線で挟まれた領域の間に示される幅Ｗｓの帯状の検査画像８０（スォッス）を、一点鎖線で示すように複数に分割して切り出される。このため、これら部分画像８１は、本発明の特許請求の範囲に係る検査部分画像を成す。また部分画像８１と比較される部分画像８２は、検査部分画像と比較される参照画像を成す。
また、部分画像８１は、検査対象である半導体ウエハ３を所定の大きさの領域毎に撮像した画像であるから、本発明の特許請求の範囲に係る、検査対象上の所定の大きさの領域毎にこれら各領域を撮像した画像を成す。
また、部分画像８１は、検査画像を所定の大きさ毎に分割して切り出されるため、これらは本発明の特許請求の範囲に係る画像ブロックを成す。
【００２５】
なお、本実施例の画像欠陥検査装置１０では、隣り合った２つのダイのロジカルフレームの一方を参照画像として使用する。しかし、これに代えて過去に撮像した理想的なウエハ３の撮像画像のサンプルを参照画像として使用してもよく、また複数のウエハ３の撮像画像のサンプルを、例えば各画素毎に平均する等して作成されるサンプル（いわゆる「ゴールデンイメージ」）を参照画像として使用してもよく、または半導体ウエハ３の表面に形成されるパターンの設計データ（例えばＣＡＤデータ）などから、シミュレーションによって理想的に作成された画像を参照画像として使用してもよい。
【００２６】
検出閾値計算部７は、欠陥検出条件である検出閾値を、グレイレベル差の分布に応じて自動的に決定し、欠陥検出部８に出力する。
検出閾値計算部７による検出閾値の決定は、図４の（Ａ）〜図４の（Ｃ）を参照して説明したように、差分検出部６から対比される２個の部分画像８１及び８２に含まれる各画素のグレイレベル差信号を入力してそのヒストグラム（図４の（Ａ）参照）を作成し、続いてその累積頻度を算出し（図４の（Ｂ）参照）、入力されたグレイレベル差の分布が所定の分布に従っているとの仮定の下で累積頻度がグレイレベル差に対してリニアな関係になるように変換した変換累積頻度を算出し（図４の（Ｃ）参照）、その後、この変換累積頻度の近似直線を算出して（すなわち欠陥検出パラメータである近似曲線の傾きａ及び切片ｂを算出して）、この算出した近似直線に基づいて所定の累積頻度の値から上記のような所定の算出方法に従って閾値を決定する。
【００２７】
欠陥検出部８は、グレイレベル差を決定された閾値と比較し、欠陥かどうかを判定する。そして欠陥検出部８は、欠陥と判定された部分について、各欠陥毎に、その欠陥の位置やグレイレベル差、検出時の検出閾値や欠陥検出パラメータなどを含む欠陥情報を出力する。
【００２８】
画像欠陥検査装置１０は、図６に示すように、検査画像８０を所定の大きさ毎に分割した画像ブロックでもある部分画像（ロジカルフレーム）８１毎に、これら部分画像に含まれる画素の画素値に応じて、所定の決定方法に従って定まる参照値をそれぞれ決定する参照値決定部２１を備える。
参照値決定部２１は、例えば、画像ブロックである各部分画像８１に含まれる複数の画素の平均値、分散値、最大値、又は最小値を参照値として決定してよい。または、参照値決定部２１は、例えば、各部分画像８１に含まれる全ての画素の平均値、分散値、最大値、最小値、又はこれら最大値と最小値との中間値若しくは差を参照値として定めてよい。
また参照値決定部２１は、画像ブロックである各部分画像８１に含まれる全ての画素のうち部分画像８１内の所定の範囲に存在する画素の画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、又はこれら最大値と最小値との中間値若しくは差を参照値として定めてよく、部分画像８１内の所定の位置に存在する画素の画素値を参照値として定めてもよい。
さらに参照値決定部２１は、各部分画像８１及びこれらと差分検出部６において比較されるべき参照画像との差画像に含まれる全ての画素の平均値、分散値、最大値、最小値、又はこれら最大値と最小値との中間値若しくは差を参照値として定めてよく、このような差画像のうち所定の範囲に存在する画素の画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、又はこれら最大値と最小値との中間値若しくは差を参照値として定めてもよい。
【００２９】
図５に戻り、さらに画像欠陥検査装置１０は、参照値を算出する単位である画像ブロック（上記の例では部分画像８１）を複数含んで構成される所定のマクロ領域について、マクロ領域に含まれる画像ブロック毎に決定された参照値の分布情報を算出する分布情報決定部２２を備える。
ここで、上記マクロ領域は、例えば図７において二点鎖線で示すような、複数の部分画像８１を含んで構成される領域としてよい。分布情報決定部２２は、あるマクロ領域に関する分布情報を、このマクロ領域に含まれる複数の画像ブロック（すなわち部分画像８１）毎に決定された参照値の集合として決定する。またこれら複数の参照値のうち、本来同じ値となると予定される参照値同士の分散値として決定してもよい。
【００３０】
またさらに、画像欠陥検査装置１０は、各マクロ領域において決定された分布情報に応じて各マクロ領域における欠陥検出条件をそれぞれ再設定し、マクロ領域において欠陥検出部８により検出された欠陥を再設定された欠陥検出条件の下で出力するか否かを判定する欠陥出力可否判定部２３を備える。
欠陥出力可否判定部２３は、例えば、欠陥検出部８において検出された各欠陥に係る欠陥情報を入力して、それぞれの欠陥の欠陥情報に含まれる検出閾値を、当該欠陥が属するマクロ領域について決定された分布情報に応じて補正することによって再設定し、当該欠陥の欠陥情報に含まれているこの欠陥のグレイレベル差と再設定された検出閾値を比較して、グレイレベル差が検出閾値を超える場合に当該欠陥情報を真の欠陥であるとして出力を許可する。反対にグレイレベル差が検出閾値を超えない場合には当該欠陥情報を疑似欠陥であったとして出力を禁止する。
【００３１】
また、欠陥出力可否判定部２３は、例えば、それぞれの欠陥の欠陥情報に含まれる欠陥検出パラメータ（例えば上記近似直線の傾きａや切片ｂ）を、当該欠陥が属するマクロ領域について決定された分布情報に応じて補正し、補正された近似曲線によって検出閾値を再設定し、当該欠陥の欠陥情報に含まれているこの欠陥のグレイレベル差と再設定された検出閾値を比較して、当該欠陥情報の出力可否を判定してもよい。
このように、欠陥検出部８において検出された各欠陥を、欠陥出力可否判定部２３が再設定した欠陥検出条件の下で再度検出することにより、各マクロ領域について決定された分布情報に応じて欠陥検出条件が変更される。
【００３２】
あるマクロ領域に関する分布情報が、分布情報決定部２２によってこのマクロ領域に含まれる画像ブロック毎に決定された参照値の集合として決定される場合には、欠陥出力可否判断部２３は、分布情報に含まれる各参照値のうち、本来同じ値となると予定される参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように欠陥検出条件を再設定する。例えば、本来同じ値となると予定される参照値同士のバラツキが増大するのに応じて増大するように検出閾値を再設定する。
欠陥出力可否判断部２３は、例えば、複数のチップ（ダイ）３ａに関してチップ内の同一部分を撮像したそれぞれの部分画像８１についてそれぞれ決定した参照値を、上記の本来同じ値となると予定される参照値としてよい。そして、これらの参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように欠陥検出条件を再設定してよい。
あるマクロ領域に関する分布情報が、分布情報決定部２２によってこのマクロ領域に含まれる画像ブロック毎に決定された参照値のうち、本来同じ値となると予定される参照値同士の分散値として決定される場合には、欠陥出力可否判定部２３は、分布情報が増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように、欠陥検出条件を再設定する。
【００３３】
なお、上記又は下記の説明において、参照値を算出する単位である検査画像を分割した画像ブロックの単位を、差分検出部６が１回の画像比較を行う単位である部分画像（ロジカルフレーム）としたが、これ以外にも画像ブロックの大きさ（単位）は自由に定めてよい。
例えば、上記画像ブロックは、半導体ウエハ表面に形成されたチップ（ダイ）３ａの１つ分を撮像した画像を一単位として（すなわち、１つのチップ３ａを撮像した画像を１つの画像ブロックとするように）画像ブロックの単位を定めてもよい。緩やかに明度差が変化するような色ムラが発生している場合には、検査画像中の広い範囲で分布情報を取得する必要があるが、このように比較的大きな画像ブロックを設定することによって、参照値の計算量を節約することができる。
このようにチップ１つ分を撮像した画像毎に各画像ブロックを定めるとすると、各チップを撮像した画像は本来同一であると予定されるので、各画像ブロックが本来同じ画像となるように画像ブロックを定めたり、各画像ブロックについて決定する参照値が本来同一となるように参照値の決定方法を定めることが可能であるため、参照値が同じ値となると予定することが可能である。
【００３４】
また、検査対象である半導体ウエハ表面に形成されるパターンが光学又は電子ビームによる露光工程（リソグラフィ工程）で形成される場合には、パターンを半導体ウエハ表面上に露光する際にウエハ表面上で露光パターンが結像しない状態（デフォーカス状態）で露光されて不良品を生ずることがある。このようなデフォーカス状態で露光されパターンが形成された半導体ウエハの場合、その表面の撮像画像にも色ムラが観測される。この色ムラは、１回のレチクルショットで露光される範囲毎に（すなわち１枚の露光マスクで同時に露光される範囲毎に）明度差が変わる態様で発生するため、１回のレチクルショットで複数のチップ（ダイ）が露光される場合には、さらに広い範囲で分布情報を取得する必要がある。
したがって、参照値決定部２１は、検査対象であるリソグラフィ工程でパターンが形成された半導体ウエハ表面を撮像した前記検査画像の、１回のレチクルショットで露光される範囲の画像を、画像ブロックの単位として定めるようにしてもよい。
このように１回のレチクルショットで露光される範囲の画像毎に各画像ブロックを定めると、１回のレチクルショットで露光される範囲の画像は本来同一となると予定されるので、各画像ブロックが本来同じ画像となるように画像ブロックを定めたり、各画像ブロックについて決定する参照値が本来同一となるように参照値の決定方法を定めることが可能であるため、参照値が同じ値となると予定することが可能である。
【００３５】
図８は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第２実施例のブロック図である。本実施例に係る画像欠陥検査装置１０では、参照値決定部２１は、各画像ブロック毎に、それぞれの画像ブロック内における欠陥検出で使用された欠陥検出条件である検出閾値を参照値として決定する。
上述の通り検出閾値計算部７は、各検査部分画像８１に含まれる各画素の画素値、基準画像の各画素の画素値とのグレイレベル差の分布に応じて検出閾値を定めるので、かかる検出閾値の分布状態を参照しても、検査画像に生じる色ムラを検出することができる。
そのため、図８に示す例では、参照値決定部２１は、画像ブロックである各検査部分画像８１で検出される欠陥情報を欠陥検出部８から入力して、各々の欠陥情報に含まれる当該欠陥の検出時に使用された検出閾値を参照値として決定する。
【００３６】
または、参照値決定部２１は、各画像ブロック毎に、それぞれの画像ブロック内における欠陥検出で使用された欠陥検出条件である検出閾値を決定する際に使用された欠陥検出パラメータ（図４を参照して説明した検出閾値決定方法の例では、近似直線の傾きａや切片ｂ）を参照値として決定してもよい。
この場合、図８に示す例では、参照値決定部２１は、画像ブロックである各検査部分画像８１で検出される欠陥検出パラメータを欠陥検出部８から入力して、各々の欠陥情報に含まれる当該欠陥の検出時に使用された欠陥検出パラメータを参照値として決定する。
【００３７】
図９は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第３実施例のブロック図である。図５及び図８に示した実施例では、検出閾値計算部７が自動的に検出閾値を算出して、欠陥検出部８は決定した検出閾値の下で欠陥検出を行っておき、その後に欠陥出力可否判断部２３において検出閾値を再設定して、検査結果として出力する欠陥か否かを再度判定した。
本実施例に係る画像欠陥検査装置１０では、欠陥検出部８による欠陥検出に先だって、分布情報決定部２２が上述した分布情報を決定しておき、かかる分布情報に基づいて検出閾値計算部７が欠陥検出条件である検出閾値を決定してから欠陥検出部８による欠陥検出を行う。
【００３８】
ここで、検出閾値計算部７は上記分布情報のみに基づいて検出閾値や上記欠陥検出パラメータを決定してもよく、または図４を参照して上述した検出閾値の算出方法に従って検出閾値の初期値を定めておき分布情報に応じてこれを補正してもよい。
このとき、あるマクロ領域に関する分布情報が、分布情報決定部２２によってこのマクロ領域に含まれる画像ブロック毎に決定された参照値の集合として決定される場合には、検出閾値計算部７は、分布情報に含まれる各参照値のうち、本来同じ値となると予定される参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように欠陥検出条件を設定する。例えば、このバラツキが増大するのに応じて増大するように検出閾値を再設定する。また、あるマクロ領域に関する分布情報が、分布情報決定部２２によってこのマクロ領域に含まれる画像ブロック毎に決定された各参照値のうち、本来同じ値となると予定される参照値同士の分散値として決定される場合には、検出閾値計算部７は、分布情報が増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように、欠陥検出条件を設定する。
ここで、参照値を決定する一単位である画像ブロックが、検査部分画像（ロジカルフレーム）のようにチップ１つを撮像した画素数よりも小さな画素数の画像ブロックとして定められる場合には、複数のチップ（ダイ）３ａに関してチップ内の同一部分を撮像したそれぞれの画像ブロックについてそれぞれ決定した参照値を、上記の本来同じ値となると予定される参照値としてよい。
また、画像ブロックが、チップ１つを撮像した画像毎、あるいは１回のレチクルショットで露光される範囲の画像の１つを撮像した画像毎に定められる場合には、各画像ブロックが本来同一の画像となるようにブロックを定めたり、各ブロックについて決定する参照値が本来同じ値となるようにその決定方法を定めることができるので、各画像ブロックについてぞれぞれ決定される参照値は同じ値となると予定することができる。
【００３９】
分布情報決定部２２により取得すべき分布情報は、検査対象の比較的広い範囲における明度差の分布を示すものであるから、参照値決定部２１が参照値を決定するために必要とする画像解像度は、欠陥検出部８が欠陥検出を行うために必要とする画像解像度よりも低いもので足りる。したがって、参照値決定部２１が参照値を決定する際に使用する撮像画像は、欠陥検出部８が欠陥検出を行う際に使用する検査画像と異なる画像であってよい。
すなわち、参照値決定部２１は、欠陥検出部８が欠陥検出を行う際に使用する検査画像と異なる、半導体ウエハ３の撮像画像の画素の画素値に応じて参照値を決定することとしてよい。
【００４０】
例えば、図９に示す例では、欠陥検出部８が欠陥検出を行う際に使用する検査画像を第１の画像記憶部５に記憶するとともに、参照値決定部２１が参照値を決定する際に使用する撮像画像を第２の画像記憶部２５に記憶する。そして第２の画像記憶部２５には、撮像装置４から出力される画像信号のうち、所定のピッチで画素を間引いた撮像画像を記憶する。または、第２の画像記憶部２５を第１の画像記憶部５と別個に設けることなく、参照値決定部２１は第１の画像記憶部５に記憶された画像信号を、所定のピッチで画素を間引いて入力してもよい。
また例えば、第２の画像記憶部２５には、撮像装置４を使用して、欠陥検出部８が欠陥検出を行う際に使用する検査画像を撮像するときよりも、高速かつ低倍率で撮像した撮像画像を記憶してもよい。
【００４１】
図１０は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第４実施例のブロック図である。本実施例による画像欠陥検査装置１０は、欠陥検出部８が欠陥検出を行う際に使用する検査画像を撮像する第１の撮像装置４とは別個に、参照値決定部２１が参照値を決定する際に使用する撮像画像を撮像する第２の画像記憶部２４を備える。
すなわち、参照値決定部２１は、検査画像を得る第１の撮像装置４とは別個に、半導体ウエハ３を撮像するために設けられた、第２の撮像装置２４によって撮像された撮像画像に含まれる画素の画素値に応じて参照値を決定する。
【００４２】
検査画像を撮像する第１の撮像装置４とは別個に第２の撮像装置２４を設けることにより、参照値決定部２１及び分布情報決定部２２が、欠陥検出部８による欠陥検出と平行して、それぞれ参照値及び分布情報を決定するように、画像欠陥検査装置１０を構成することが容易となる。また上述した理由により、第２の撮像装置２４は第１の撮像装置４よりも低い解像度や低い倍率で撮像する撮像装置であってよい。
【００４３】
図１１は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第１実施例のブロック図である。参照値決定部２１及び分布情報決定部２２がそれぞれ参照値及び分布情報を決定するために使用する撮像画像は、画像欠陥検査装置１０に設けられた撮像装置によって撮像されたものに限定される必要はない。
すなわち、参照値決定部２１及び分布情報決定部２２は、画像欠陥検査装置１０で半導体ウエハ３の外観検査を行う前に、画像欠陥検査装置１０に設けられた撮像装置とは別に用意された撮像装置によって半導体ウエハ３を撮像した撮像画像を使用して、上記参照値及び上記分布情報をそれぞれ決定してもよい。
【００４４】
このため、図１１に示す画像欠陥検査システムでは、画像欠陥検査装置１０と、この画像欠陥検査装置１０とは別個に、画像欠陥検査装置１０の検出閾値計算部７がその欠陥検出条件を定める際に使用する、上記参照値及上記分布情報を決定するために用いる、半導体ウエハ３の撮像画像を取得する撮像装置５０と、を備える。
撮像装置５０は、検査対象である半導体ウエハ３を撮像する撮像装置５１と、撮像装置５１によって撮像された撮像画像などのデータを、画像欠陥検査装置１０に出力するためのデータ出力部５２を備える。
【００４５】
一方で、画像欠陥検査装置１０には、撮像装置５０から出力された撮像画像データを入力するためのデータ入力部２６が設けられる。撮像装置５０側のデータ出力部５２と画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６との間のデータのやりとりは、有線又は無線の信号伝達経路を経由したオンライン方式で行われてよく、または、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、リムーバブルメディアなどの情報記憶媒体を介したオフライン方式で行うこととしてよい。
【００４６】
そして、画像欠陥検査装置１０に設けられた参照値決定部２１は、検査対象である半導体ウエハ３上の所定の大きさの領域毎に、撮像装置５０がこれら各領域を撮像した撮像画像に含まれる画素値に応じて、上述と同様に参照値をそれぞれ決定する。
また、分布情報決定部２２は、上記の所定の大きさの領域を複数含むように半導体ウエハ３上に定められるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された参照値の分布情報を決定する。
そして、検出閾値計算部７は、マクロ領域において決定された分布情報に応じて欠陥検出条件である検出閾値を変える。このとき検出閾値計算部７は、分布情報に含まれる各参照値のうち、本来同じ値となると予定される参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように検出閾値を変える。例えば、このバラツキが増大するのに応じて増大するように検出閾値を変える。
ここで、参照値を決定する一単位である上記所定の大きさの領域が、チップ１つよりも小さな領域として定められる場合には、複数のチップ（ダイ）３ａに関してチップ内の同一部分を撮像した画像についてそれぞれ決定した参照値を、上記の本来同じ値となると予定される参照値としてよい。また、上記所定の大きさの領域が、１つのチップの範囲毎あるいは１回のレチクルショットで露光される範囲毎に定められる場合には、上記所定の大きさの領域を撮像した画像が本来同一の画像となるように上記所定の大きさの領域を定めたり、各領域について決定する参照値が本来同じ値となるようにその決定方法を定めることができるので、これら参照値は、同じ値となると予定することが可能である。
【００４７】
図１２は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第２実施例のブロック図である。本実施例では、検査対象である半導体ウエハ３上の所定の大きさの領域毎に、撮像装置５１がこれら各領域を撮像した撮像画像に含まれる画素値に応じて、参照値をそれぞれ決定する参照値決定部５３を、撮像装置５０側に設ける。
そしてデータ出力部５２は、撮像画像データに代えて参照値データを画像欠陥検査装置１０に出力し、画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６はこれを入力する。
画像欠陥検査装置１０側の分布情報決定部２２は、上記の所定の大きさの領域を複数含むように半導体ウエハ３上に定められるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に撮像装置５０側の参照値決定部５３が決定した参照値の分布情報を決定する。そして、検出閾値計算部７は、図１１を参照して上記説明した方法と同様に、決定された分布情報に応じて欠陥検出条件である検出閾値を変える。
【００４８】
図１３は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第３実施例のブロック図である。本実施例では、さらに、上記の所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された参照値の分布情報を決定する分布情報決定部５４を、撮像装置５０側に設ける。
そしてデータ出力部５２は、この分布情報を画像欠陥検査装置１０に出力し、画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６はこれを入力する。
画像欠陥検査装置１０側の検出閾値計算部７は、図１１を参照して上記説明した方法と同様に、撮像装置５０から入力した分布情報に応じて欠陥検出条件である検出閾値を変える。
【００４９】
図１４は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第４実施例のブロック図である。
半導体ウエハ３を撮像した検査画像に生じる色ムラは、半導体ウエハ３表面に形成された絶縁層などの透明又は半透明な膜の膜厚の変動によって生じるので、半導体ウエハ３表面に形成された膜の膜厚をウエハ３の各箇所で測定し、この測定値を参照値としてその分布情報を作成することによっても、色ムラを検出することが可能である。
すなわち、参照値決定部２１及び分布情報決定部２２は、画像欠陥検査装置１０で半導体ウエハ３の外観検査を行う前に、画像欠陥検査装置１０とは別に用意された膜厚測定装置によって測定された半導体ウエハ３各箇所の膜厚データを使用して、上記参照値及び上記分布情報をそれぞれ決定してもよい。
【００５０】
このため、図１４に示す画像欠陥検査システムでは、画像欠陥検査装置１０と、画像欠陥検査装置１０の検出閾値計算部７がその欠陥検出条件を定める際に使用する、上記参照値及上記分布情報を決定するために用いる、半導体ウエハ３表面に形成された膜厚の膜厚値を測定する膜厚測定装置６０と、を備える。
膜厚測定装置６０は、検査対象である半導体ウエハ３の表面に形成された絶縁層などの透明又は半透明な膜の膜厚を測定する膜厚測定部６１と、この膜厚測定データを、画像欠陥検査装置１０に出力するためのデータ出力部６２を備える。
【００５１】
一方で、画像欠陥検査装置１０には、膜厚測定装置６０から出力された膜厚測定データを入力するためのデータ入力部２６が設けられる。膜厚測定装置６０側のデータ出力部６２と画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６との間のデータのやりとりは、上記例示したオンライン方式またはオフライン方式で行うこととしてよい。
【００５２】
そして、画像欠陥検査装置１０に設けられた参照値決定部２１は、検査対象である半導体ウエハ３上の所定の大きさの領域毎に、膜厚測定装置６０がこれら各領域において測定した膜厚測定値に応じて、上述のように参照値をそれぞれ決定する。
また、分布情報決定部２２は、上記の所定の大きさの領域を複数含むように半導体ウエハ３上に定められるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された参照値の分布情報を決定する。
そして、検出閾値計算部７は、マクロ領域において決定された分布情報に応じて欠陥検出条件である検出閾値を変える。このとき検出閾値計算部７は、分布情報に含まれる各参照値のうち、本来同じ値となると予定される参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように検出閾値を変える。例えば、このバラツキが増大するのに応じて増大するように検出閾値を変える。
ここで、参照値を決定する一単位である上記所定の大きさの領域が、チップ１つよりも小さな領域として定められる場合には、複数のチップ（ダイ）３ａに関してチップ内の同一箇所で測定した測定値についてそれぞれ決定した参照値を、上記の本来同じ値となると予定される参照値としてよい。また、上記所定の大きさの領域が、１つのチップの範囲毎あるいは１回のレチクルショットで露光される範囲毎に定められる場合には、上記所定の大きさの領域内で測定した測定値が本来同一の測定値となるように各領域における測定箇所を定めたり（例えば、各チップや各レチクルショット内の同じ位置同士で測定する等）、各領域について決定する参照値が本来同じ値となるようにその決定方法を定めることができるので、これら参照値は、同じ値となると予定することが可能である。
【００５３】
図１５は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第５実施例のブロック図である。本実施例では、検査対象である半導体ウエハ３上の所定の大きさの領域毎に、膜厚測定部６１がこれら各領域において測定した膜厚測定値に応じて、参照値をそれぞれ決定する参照値決定部６３を、膜厚測定装置６０側に設ける。
そしてデータ出力部６２は、膜厚測定値データに代えて参照値データを画像欠陥検査装置１０に出力し、画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６はこれを入力する。
画像欠陥検査装置１０側の分布情報決定部２２は、上記の所定の大きさの領域を複数含むように半導体ウエハ３上に定められるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に撮像装置６０側の参照値決定部６３が決定した参照値の分布情報を決定する。
画像欠陥検査装置１０側の検出閾値計算部７は、決定した分布情報に応じて図１４を参照して上記説明したように欠陥検出条件である検出閾値を変える。
【００５４】
図１６は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第６実施例のブロック図である。本実施例では、さらに、上記の所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された参照値の分布情報を決定する分布情報決定部６４を、膜厚測定装置６０側に設ける。
そしてデータ出力部６２は、この分布情報を画像欠陥検査装置１０に出力し、画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６はこれを入力する。
画像欠陥検査装置１０側の検出閾値計算部７は、膜厚測定装置６０から入力した分布情報に応じて図１４を参照して上記説明したように欠陥検出条件である検出閾値を変える。
【００５５】
図１７は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第７実施例のブロック図である。半導体ウエハ３表面を撮像した撮像画像に明度差（色ムラ）が生じる場合には、半導体ウエハ３上に形成されたパターンの最小寸法のクリティカルディメンジョン（critical dimensions）にもバラツキが発生するため、半導体ウエハ３表面の各箇所に形成されたクリティカルディメンジョンの寸法を走査型電子顕微鏡などで測定し、この測定値を参照値としてその分布情報を作成することによっても、色ムラを検出することが可能である。
すなわち、参照値決定部２１及び分布情報決定部２２は、画像欠陥検査装置１０で半導体ウエハ３の外観検査を行う前に、画像欠陥検査装置１０とは別に用意された走査型電子顕微鏡装置によって測定された半導体ウエハ３各箇所のクリティカルディメンジョン測定値を使用して、上記参照値及び上記分布情報をそれぞれ決定してもよい。
【００５６】
このため、図１７に示す画像欠陥検査システムでは、画像欠陥検査装置１０と、画像欠陥検査装置１０の検出閾値計算部７がその欠陥検出条件を定める際に使用する、上記参照値及上記分布情報を決定するために用いる、半導体ウエハ３表面に形成されたパターンのクリティカルディメンジョン寸法を測定する走査型電子顕微鏡装置７０と、を備える。
【００５７】
走査型電子顕微鏡装置７０は、検査対象である半導体ウエハ３に照射する電子ビームＥＢを発生させる電子銃７１と、電子ビームＥＢを半導体ウエハ３上で走査するための偏向器７２と、半導体ウエハ３上で反射した電子ビームＥＢを検出する電子検出器７３と、電子ビームＥＢを検出した電子検出器７３の電流強度信号をディジタル形式の強度信号に変換する信号処理回路７４と、この強度信号と電子ビームＥＢの走査位置に基づいて、半導体ウエハ３表面の高倍率画像を生成する画像生成部７５と、画像生成部７５が生成した画像に現れるパターンのクリティカルディメンジョンを測定するＣＤ測定部７６と、このクリティカルディメンジョン測定値データを、画像欠陥検査装置１０に出力するためのデータ出力部７７を備える。
【００５８】
一方で、画像欠陥検査装置１０には、膜厚測定装置６０から出力されたクリティカルディメンジョン測定値データを入力するためのデータ入力部２６が設けられる。走査型電子顕微鏡装置７０側のデータ出力部７７と画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６との間のデータのやりとりは、上記例示したオンライン方式またはオフライン方式で行うこととしてよい。
【００５９】
そして、画像欠陥検査装置１０に設けられた参照値決定部２１は、検査対象である半導体ウエハ３上の所定の大きさの領域毎に、走査型電子顕微鏡装置７０がこれら各領域において測定したクリティカルディメンジョン測定値に応じて、上述のように参照値をそれぞれ決定する。
また、分布情報決定部２２は、上記の所定の大きさの領域を複数含むように半導体ウエハ３上に定められるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された参照値の分布情報を決定する。
そして、検出閾値計算部７は、マクロ領域において決定された分布情報に応じて欠陥検出条件である検出閾値を変える。このとき検出閾値計算部７は、分布情報に含まれる各参照値のうち、本来同じ値となると予定される参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように検出閾値を変える。例えば、このバラツキが増大するのに応じて増大するように検出閾値を変える。
ここで、参照値を決定する一単位である上記所定の大きさの領域が、チップ１つよりも小さな領域として定められる場合には、複数のチップ（ダイ）３ａに関してチップ内の同一箇所で測定した測定値についてそれぞれ決定した参照値を、上記の本来同じ値となると予定される参照値としてよい。また、上記所定の大きさの領域が、１つのチップの範囲毎あるいは１回のレチクルショットで露光される範囲毎に定められる場合には、上記所定の大きさの領域内で測定した測定値が本来同一の測定値となるように各領域における測定箇所を定めたり（例えば、各チップや各レチクルショット内の同じ位置同士で測定する等）、各領域について決定する参照値が本来同じ値となるようにその決定方法を定めることができるので、これら参照値は、同じ値となると予定することが可能である。
【００６０】
図１８は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第８実施例のブロック図である。本実施例では、検査対象である半導体ウエハ３上の所定の大きさの領域毎に、走査型電子顕微鏡装置７０がこれら各領域において測定したクリティカルディメンジョン測定値に応じて、参照値をそれぞれ決定する参照値決定部７８を、走査型電子顕微鏡装置７０に設ける。
そしてデータ出力部７７は、クリティカルディメンジョン測定値に代えて参照値データを画像欠陥検査装置１０に出力し、画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６はこれを入力する。
画像欠陥検査装置１０側の分布情報決定部２２は、上記の所定の大きさの領域を複数含むように半導体ウエハ３上に定められるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に走査型電子顕微鏡装置７０側の参照値決定部７８が決定した参照値の分布情報を決定する。
【００６１】
図１９は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第９実施例のブロック図である。本実施例では、さらに、上記の所定の大きさの領域を複数含んで構成されるマクロ領域について、このマクロ領域に含まれる上記所定の大きさの領域毎に決定された参照値の分布情報を決定する分布情報決定部７９を、走査型電子顕微鏡装置７０側に設ける。
そしてデータ出力部７７は、この分布情報を画像欠陥検査装置１０に出力し、画像欠陥検査装置１０側のデータ入力部２６はこれを入力する。
画像欠陥検査装置１０側の検出閾値計算部７は、膜厚測定装置６０から入力した分布情報に応じて欠陥検出条件である検出閾値を変える。
【００６２】
図２０は、本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第５実施例のブロック図である。
本実施例による画像欠陥検査装置１０では、まず、欠陥検出部８により検出された欠陥のそれぞれについて、欠陥情報作成部９が欠陥情報を予め定められた形式で作成する。
ここで、この欠陥情報の形式を、検出位置（欠陥位置）や欠陥位置における検査部分画像と基準画像とのグレイレベル差や、検査部分画像のうち欠陥の位置の画素を含む部分画像や、欠陥を検出する際に使用された検出閾値や欠陥検出パラメータといった、検出された欠陥に関する情報を含むように定めておく。このような部分画像や、検出閾値や欠陥検出パラメータは、検査画像８０上の各箇所（この例では欠陥が検出された箇所）に対応して定まる画素や画像の画素値に応じて決定することができ、また検査画像８０上の各箇所に対応して定めた画素や画像の画素値に応じて変動する情報であるため、以下本明細書において「画素値関連情報」と示す。
そして、この画素値関連情報に基づいて欠陥情報のそれぞれについて所定の参照値を決定し、さらに、各マクロ領域における参照値の分布情報を決定して、分布情報に応じて各マクロ領域における欠陥検出条件をそれぞれ再設定し、各マクロ領域において検出された各欠陥情報の出力可否を判定する。
【００６３】
参照値は、それぞれ検査画像上の複数箇所の画素値を反映するので、もし検査画像のほぼ全域に亘って欠陥情報が作成されれば、ある程度の広さを有するマクロ領域における参照値の分布情報を決定することにより、ある程度の広さの範囲内における画素値（グレイレベル値）の変動を観察して、色ムラの有無を検出することが可能となる。
そして、この分布情報に応じて変化するように欠陥検出条件を再設定して（分布のバラツキが大きい色ムラの大きなマクロ領域では欠陥検出感度が比較的低い欠陥検出条件を設定し、色ムラの小さなマクロ領域では欠陥検出感度が比較的高い欠陥検出条件を設定するなど）、再設定された欠陥検出条件の下で欠陥情報の出力可否を判定することによって、色ムラにより生じた疑似欠陥の出力を防止することが可能となる。
【００６４】
以下、本実施例による画像欠陥検査装置１０の各部の動作を詳述する。なお、本実施例による画像欠陥検査装置１０は、図５を参照して上述した画像欠陥検査装置に類似する構成を有しているため、同様の構成要素には同じ参照番号を付することとし同じ参照番号を付せられた構成要素に関する同様の動作についての説明を省略する。
【００６５】
欠陥検出部８は、差分検出部６から出力されるグレイレベル差と検出閾値計算部７から出力される検出閾値とを比較することにより欠陥を検出して、検出位置（欠陥位置）や欠陥位置における検査部分画像と基準画像とのグレイレベル差などの、検出された欠陥に関する情報を欠陥情報作成部９に出力する。欠陥情報作成部９は、検出された欠陥に関する情報を利用する自動欠陥分類装置や、表示装置、サーバーなどの他の装置へ、入力された欠陥に関する情報を出力するために、この情報を含む欠陥情報を、予め定められたフォーマットにしたがって欠陥毎に作成する。
【００６６】
この欠陥情報のフォーマットは、自動欠陥分類装置による欠陥分類に使用するための様々な情報を欠陥情報に含めるように定義することが可能である。例えば、欠陥情報に検査部分画像８１のうち欠陥の位置の画素を含む部分画像や、欠陥を検出する際に使用された検出閾値や欠陥検出パラメータといった上述の画素値関連情報も含められる。
欠陥情報に含めることができる画素値関連情報は、例えば、欠陥情報に示された欠陥が検出された検査部分画像８１や、検査部分画像８１に対応する参照画像８２のうちこの欠陥の位置の画素を含む部分画像としてよい。また、欠陥情報に示された欠陥を検出した検査部分画像８１や、この検査部分画像８１に対応する参照画像８２を画素値関連情報としてよい。
【００６７】
また、欠陥情報に示された欠陥が検出された検査部分画像８１とこの検査部分画像８１に対応する参照画像８２との間の差画像を画素値関連情報としてもよく、欠陥が検出された検査部分画像８１のうちの欠陥の位置の画素を含む部分画像とこの検査部分画像８１に対応する参照画像８２のうちの欠陥の位置の画素を含む部分画像との間の差画像を画素値関連情報としてもよい。さらに、欠陥情報に示された欠陥が検出される際に使用された検出閾値や欠陥検出パラメータを含めてもよい。欠陥情報作成部９は、このような画素値関連情報を含めた欠陥情報を参照値決定部２１に出力する。
【００６８】
参照値決定部２１は、欠陥情報に含められた画素値関連情報に応じて、欠陥情報毎に、すなわち画素値関連情報毎に、所定の参照値を決定する。
例えば参照値決定部２１は、画素値関連情報として、欠陥情報に示された欠陥が検出された検査部分画像８１や、検査部分画像８１に対応する参照画像８２のうちこの欠陥の位置の画素を含む部分画像が与えられた場合には、これらの部分画像のどちらか一方または両方に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、参照値として決定してよい。または、参照値決定部２１は、検査部分画像８１のうちの欠陥の位置の画素を含む部分画像とこの検査部分画像８１に対応する参照画像８２のうちの欠陥の位置の画素を含む部分画像との間の差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を参照値として決定してよい。
【００６９】
画素値関連情報として、検査部分画像８１のうちの欠陥の位置の画素を含む部分画像とこの検査部分画像８１に対応する参照画像８２のうちの欠陥の位置の画素を含む部分画像との間の差画像が与えられた場合には、参照値決定部２１は、この差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を参照値として決定してよい。
画素値関連情報として、欠陥情報に示された欠陥を検出した検査部分画像８１や、この検査部分画像８１に対応する参照画像８２が与えられた場合には、これらの画像のどちらか一方または両方の画像内の所定の位置の画素値や、これらの画像のどちらか一方または両方の画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、参照値として決定してよい。または、検査部分画像８１とこの検査部分画像８１に対応する参照画像８２との間の差画像内の所定の位置の画素値や、差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を参照値として決定してよい。
【００７０】
画素値関連情報として、欠陥情報に示された欠陥を検出した検査部分画像８１とこれに対応する参照画像８２との間の差画像が与えられた場合には、差画像内の所定の位置の画素値や、差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を参照値として決定してよい。
画素値関連情報として、欠陥情報に示された欠陥が検出される際に使用された検出閾値や欠陥検出パラメータが与えられた場合には、これら検出閾値や欠陥検出パラメータを参照値として決定してよい。
【００７１】
参照値の決定に際して、参照値決定部２１は、各検査部分画像８１毎、あるいは検査画像を所定の画素数毎に区分けした部分画像毎に、１つの参照値を決定してもよい。このようが参照値を決定する単位となる部分画像を、本明細書において「参照値決定単位画像」と示すことがある。例えば、参照値決定部２１は、ある参照値決定単位画像において複数の欠陥が検出された場合には、これらの欠陥のうちのいずれかに関して決定された参照値を代表値として、参照値決定単位画像毎の参照値を決定してよい。または参照値決定単位画像内の欠陥のそれぞれに関して決定された参照値同士の所定の演算値を求めて参照値決定単位画像毎の参照値としてよい。
【００７２】
図２０に戻り、分布情報決定部２２は、半導体ウエハ３を撮像した検査画像内に定められる所定の大きさの画像領域（マクロ領域）について、このマクロ領域に含まれる検査部分画像８１において検出された各欠陥に関して決定された参照値の分布情報を決定する。マクロ領域についての説明は上記に例示したとおりである。
分布情報決定部２２は、マクロ領域に関する参照値の分布情報として、あるマクロ領域に含まれる複数の検査部分画像８１毎に、この検査部分画像８１において検出された各欠陥のいずれかに関して決定された参照値の分散値を決定してもよい。または、このマクロ領域に含まれる検査部分画像８１のそれぞれにおいて検出された欠陥に関して決定された参照値の集合を分布情報として決定してよい。
【００７３】
また、上述のように参照値決定単位画像毎に参照値を決定した場合には、マクロ領域を１つの参照値決定単位画像よりも大きな領域として定め、このマクロ領域における、参照値決定単位画像毎に決定された参照値の分布情報を決定する。
さらに、欠陥出力可否判定部２３は、マクロ領域について決定された分布情報に応じて欠陥検出条件としての検出閾値を再設定し、このマクロ領域に含まれる検査部分画像８１において検出された欠陥情報の出力可否を、再設定した欠陥検出条件の下で判定する。
欠陥出力可否判定部２３は、例えば、欠陥検出部８において検出された各欠陥に係る欠陥情報を入力して、それぞれの欠陥の欠陥情報に含まれる検出閾値を、この欠陥が属するマクロ領域について決定された分布情報に応じて補正することによって再設定し、また欠陥情報に含まれているこの欠陥のグレイレベル差と再設定された検出閾値を比較して、グレイレベル差が検出閾値を超える場合に当該欠陥情報を真の欠陥であるとして出力を許可する。反対にグレイレベル差が検出閾値を超えない場合には当該欠陥情報を疑似欠陥であったとして出力を禁止する。
【００７４】
また、欠陥出力可否判定部２３は、例えば、それぞれの欠陥の欠陥情報に含まれる欠陥検出パラメータ（例えば上記近似直線の傾きａや切片ｂ）を、当該欠陥が属するマクロ領域について決定された分布情報に応じて補正し、補正された近似曲線によって検出閾値を再設定し、当該欠陥の欠陥情報に含まれているこの欠陥のグレイレベル差と再設定された検出閾値を比較して、当該欠陥情報の出力可否を判定してもよい。
このように、欠陥検出部８において検出された各欠陥を、欠陥出力可否判定部２３が再設定した欠陥検出条件の下で再度検出することにより、マクロ領域について決定された分布情報に応じて欠陥検出条件が変更される。
【００７５】
あるマクロ領域に関する分布情報が、このマクロ領域に含まれる検査部分画像８１毎に決定された参照値の集合として決定される場合には、欠陥出力可否判断部２３は、分布情報に含まれる各参照値のうち本来同じ値となると予定される参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように欠陥検出条件を再設定する。例えば、本来同じ値となると予定される参照値同士のバラツキが増大するのに応じて増大するように検出閾値を再設定する。
欠陥出力可否判断部２３は、例えば、複数のチップ（ダイ）３ａに関してチップ内の同一部分を撮像したそれぞれの部分画像８１（上述の参照値決定単位画像でもよい）についてそれぞれ決定した参照値を、上記の本来同じ値となると予定される参照値としてよい。そして、これらの参照値同士のバラツキが増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように欠陥検出条件を再設定してよい。
また、あるマクロ領域に関する分布情報が、このマクロ領域に含まれる検査部分画像８１毎に決定された参照値の分散値として決定される場合には、欠陥出力可否判定部２３は、本来同じ値となると予定される参照値同士の分散値として決定された分布情報が増大するのに応じて欠陥検出感度が低くなるように、欠陥検出条件を再設定する。
【００７６】
このように、本画像欠陥検査装置１０によれば、欠陥検出のための画像比較を行う画像の単位である検査部分画像８１（ロジカルフレーム）よりも大きな（広い）マクロ領域毎に、検査部分画像８１や参照画像に含まれる画素値の平均値等の分布情報を得ることができるため、広いマクロ領域におけるグレイレベル値の変動を観察して、色ムラの有無を検出することを可能とする。
そして、このような分布情報に従って欠陥検出条件を再設定して、再設定した欠陥検出条件の下で欠陥情報の出力可否を判定することにより、検査画像に生じる色ムラにより生じる疑似欠陥の出力を防止することが可能となる。
【００７７】
なお、図４の（Ａ）〜図４の（Ｃ）を参照して上述した通り、検出閾値計算部７は、検出閾値や欠陥検出パラメータを、検査部分画像８１及び参照画像の画素値に基づいて計算する。したがって、これら検出閾値や欠陥検出パラメータの分布情報もまた、検査画像の色ムラの検出に利用することが可能である。このとき、欠陥出力可否判定部２３は、複数のチップ（ダイ）３ａに関してチップ内の同一部分を撮像したそれぞれの部分画像８１について算出した検出閾値又は欠陥検出パラメータを、上記の本来同じ値となると予定される参照値としてよい。
【００７８】
ところで、欠陥情報作成部９は、検査画像８０上の予め定められた複数の箇所毎に、各箇所における欠陥の有無に関わらずに上記の画素値関連情報を定めて、この画素値関連情報を含むダミーの欠陥情報を作成することとしてよい。これにより参照値決定部２１は、欠陥の有無に関わらずに検査画像８０上の予め定められた複数の箇所毎の参照値を決定することが可能となる。例えば検査画像全体に均一に分散する定点を画素値関連情報を定める箇所として定めておけば、検査画像８０全体に均一に分散する定点における参照値の分布情報を取得することが可能となる。
【００７９】
このとき欠陥情報作成部９は、画素値関連情報として、例えば、検査画像８０上の予め定められた箇所にある検査部分画像８１やこのこれに対応する参照画像８２を欠陥情報に含めてもよく、検査画像８０上の予め定められた箇所にある検査部分画像８１とこれに対応する参照画像８２との間の差画像を含めてもよい。または欠陥情報作成部９は、画素値関連情報として、検査画像８０上の予め定められた箇所にある検査部分画像８１について決定した検出閾値や欠陥検出パラメータを欠陥情報に含めてもよい。
【００８０】
そして参照値決定部２１は、画素値関連情報として、検査画像８０上の予め定められた箇所にある検査部分画像８１やこのこれに対応する参照画像８２が与えられた場合には、これらの画像のどちらか一方または両方の画像内の所定の位置の画素値や、これらの画像のどちらか一方または両方の画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を、参照値として決定してよい。または、検査部分画像８１とこの検査部分画像８１に対応する参照画像８２との間の差画像内の所定の位置の画素値や、差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を参照値として決定してよい。
【００８１】
画素値関連情報として、検査画像８０上の予め定められた箇所にある検査部分画像８１とこれに対応する参照画像８２との間の差画像が与えられた場合には、差画像内の所定の位置の画素値や、差画像に含まれる画素値の平均値、分散値、最大値、最小値、若しくはこれら最大値と最小値との中間値や差を参照値として決定してよい。
画素値関連情報として、検査画像８０上の予め定められた箇所にある検査部分画像８１について決定した検出閾値や欠陥検出パラメータが与えられた場合には、これら検出閾値や欠陥検出パラメータを参照値として決定してよい。
【００８２】
このとき、例えばダミーの欠陥情報、すなわち１つの画素値関連情報や参照値を作る位置は、半導体ウエハ３上に複数形成されたチップ（ダイ）３ａ内の所定の位置を撮像した位置としてよい。緩やかに明度差が変化するような色ムラが発生している場合には、検査画像中の広い範囲で分布情報を取得する必要があるが、このように比較的大きな範囲毎に参照値を決定することによって、参照値の計算量を節約することができる。
このように参照値を作成する画素値等の所得位置を各チップの同じ位置と定めると、各チップを撮像した画像は本来同一であると予定されるので、参照値を作成する基となる画素値関連情報も本来同じ値を有すると予定することができ、参照値が同じ値となると予定することが可能である。
【００８３】
また、検査対象である半導体ウエハ３表面に形成されるパターンが光学又は電子ビームによる露光工程（リソグラフィ工程）で形成される場合には、欠陥情報作成部９がダミーの欠陥情報、すなわち１つの画素値関連情報や参照値を作る位置は、検査対象であるリソグラフィ工程でパターンが形成された半導体ウエハ表面を撮像した前記検査画像の、１回のレチクルショットで露光される範囲内の所定の位置を撮像した位置としてもよい。
このように参照値を作成する画素値等の所得位置を各レチクルショットで露光される範囲の同じ位置と定めると、各レチクルショットで露光される範囲を撮像した画像は本来同一であると予定されるので、参照値を作成する基となる画素値関連情報も本来同じ値を有すると予定することができ、参照値が同じ値となると予定することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、検査対象を撮像した検査画像と、この検査画像と本来同一であるべき参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置、画像欠陥検査システム及び画像欠陥検査方法に利用可能である。特に、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ために、半導体回路ウエハ表面を撮像してその撮像画像と参照画像とを比較して、お互いに異なる部分を欠陥として検出する画像欠陥検査装置、画像欠陥検査システム及び画像欠陥検査方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来の半導体回路用の外観検査装置のブロック図である。
【図２】半導体ウエハ上のダイの配列を示す図である。
【図３】（Ａ）は図１の撮像装置をウエハに対して相対的に走査したときに得られる撮像画像の説明図であり、（Ｂ）は画像欠陥検査において比較される検査部分画像と参照画像を説明する図である。
【図４】従来の画像欠陥検査方法を説明する図である。
【図５】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第１実施例のブロック図である。
【図６】ロジカルフレームの説明図である。
【図７】マクロ領域を説明する図である。
【図８】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第２実施例のブロック図である。
【図９】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第３実施例のブロック図である。
【図１０】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第４実施例のブロック図である。
【図１１】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第１実施例のブロック図である。
【図１２】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第２実施例のブロック図である。
【図１３】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第３実施例のブロック図である。
【図１４】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第４実施例のブロック図である。
【図１５】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第５実施例のブロック図である。
【図１６】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第６実施例のブロック図である。
【図１７】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第７実施例のブロック図である。
【図１８】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第８実施例のブロック図である。
【図１９】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査システムの第９実施例のブロック図である。
【図２０】本発明による半導体回路用の画像欠陥検査装置の第５実施例のブロック図である。
【符号の説明】
【００８６】
１    ステージ
２    試料台
３    半導体ウエハ
４    撮像装置
５    画像記憶部
６    差分検出部
７    検出閾値計算部
８    欠陥検出部
１０    画像欠陥検査装置
２１    参照値決定部
２２    分布情報決定部
【図１】
2007149837.tif 000003
【図２】
2007149837.tif 000004
【図３】
2007149837.tif 000005
【図４】
2007149837.tif 000006
【図５】
2007149837.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007149837.tif 000009
【図８】
2007149837.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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１８】
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【図１９】
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【図２０】
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