(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を載置し、該対象物を移動させるステージと、該対象物を検出し、画像信号を出力する検出部と、該検出部から得られた画像を複数の小領域の検査対象画像と複数の小領域の参照画像に分割し、対応する画像を比較してそれぞれの位置ずれ量を検出し、検出された各小領域の画像の位置ずれ量のうち、信頼性の高い位置ずれ量を特定する画像処理部とを備え、該分割した複数の小領域のうちパターンが密な小領域の位置ずれ量を用いて検査対象画像全体と参照画像全体の位置合せを行うことを特徴とする比較検査装置。
【請求項２】
対象物を載置し、該対象物を移動させるステージと、該対象物を検出し、画像信号を出力する検出部と、該検出部から得られた画像を複数の小領域の検査対象画像と複数の小領域の参照画像に分割し、対応する画像を比較してそれぞれの位置ずれ量を検出し、検出された各小領域の画像の位置ずれ量のうち、信頼性の高い位置ずれ量を特定する画像処理部とを備え、過去の位置ずれ量の変動から推定された位置ずれ量との比較において判定される信頼性の高い小領域の位置ずれ量を用いて検査対象画像全体と参照画像全体の位置合せを行うことを特徴とする比較検査装置。
【請求項３】
対象物を載置し、該対象物を移動させるステージと、該対象物を検出し、画像信号を出力する検出部と、該検出部から得られた画像を複数の小領域の検査対象画像と複数の小領域の参照画像に分割し、対応する画像を比較してそれぞれの位置ずれ量を検出し、検出された各小領域の画像の位置ずれ量のうちパターンが密な小領域の位置ずれ量を信頼性の高い位置ずれ量として特定する画像処理部とを備え、検査対象画像全体と参照画像全体の位置合せの信頼性が低い場合、欠陥検出感度を下げて前記検査対象画像全体と前記参照画像全体を比較して欠陥を検出することを特徴とする比較検査装置。
【請求項４】
対象物を検出し、画像信号を出力する画像検出ステップと、該画像検出ステップから得られた画像を複数の小領域の検査対象画像と複数の小領域の参照画像に分割し、それぞれの位置ずれ量を検出する検出ステップと、該検出ステップで検出された各小領域の画像の位置ずれ量のうちパターンが密な小領域の位置ずれ量を信頼性の高い位置ずれ量として特定する位置ずれ量特定ステップと、該信頼性の高い位置ずれ量用いて検査対象画像全体と参照画像全体の位置合せを行うステップとを備えることを特徴とする比較検査における画像の位置合せ方法。
【請求項５】
検査対象画像を参照画像と比較して２枚の画像の位置合せを行う方法であって、
前記検査対象画像と前記参照画像を比較して位置合せを行う場合に、入力された２枚の画像をそれぞれ複数の領域に分割し、対応する各分割画像間で位置ずれ量を算出し、算出された複数の位置ずれ量のうちパターンが密な領域の位置ずれ量から画像全体の位置ずれ量を決定することを特徴とする比較検査における画像の位置合せ方法。
【請求項６】
検査対象画像を参照画像と比較して２枚の画像の位置合せを行う方法であって、
前記検査対象画像を前記参照画像と比較して位置合せを行う場合に、入力された２枚の画像をそれぞれ複数の領域に分割し、対応する各分割画像間で位置ずれ量を算出し、算出された複数の位置ずれ量のうちパターンが密な領域の位置ずれ量から画像全体の位置ずれ量を決定し、画像が連続的に入力される場合、該決定した画像全体の位置ずれ量の信頼性を評価し、該信頼性が低い時には、過去の信頼性の高い位置ずれ量を用いて画像全体の位置合せを行うことを特徴とする比較検査における画像の位置合せ方法。
【請求項７】
請求項６記載の比較検査における画像の位置合せ方法において、前記画像が連続的に入力される場合、前記決定した画像全体の位置ずれ量の信頼性評価で、信頼性が高い時、次回以降の位置合せ時の参照データとして現在の画像の位置ずれ量を保持しておくことを特徴とする比較検査における画像の位置合せ方法。
【請求項８】
請求項６記載の比較検査における画像の位置合せ方法において、前記画像が連続的に入力される場合、前記決定した画像全体の位置ずれ量の信頼性評価をする場合、過去の信頼性の高い位置ずれ量を収集し、それらとの比較により現在の処理対象である画像の位置ずれ量の信頼性を評価することを特徴とする比較検査における画像の位置合せ方法。
【請求項９】
検査対象画像を複数の領域に分割するステップと、参照画像を複数の領域に分割するステップと、分割された各領域の画像の内、各対応する検査対象画像と参照画像間で位置ずれ量を算出するステップと、各分割画像から算出された位置ずれ量のうちパターンが密な領域の位置ずれ量を用いて画像全体の位置ずれ量を決定するステップと、最終的に決定した位置ずれ量の信頼性を評価するステップと、画像比較により欠陥を検出する際に、該最終的に決定した評価結果に応じて欠陥検出感度を調整するステップとを備えることを特徴とする比較検査方法。
【請求項１０】
請求項９記載の比較検査方法において、前記決定した画像全体の位置ずれ量の信頼性が低い時には、過去の信頼性の高い位置ずれ量を用いて画像全体の位置合せを行うステップを備えることを特徴とする比較検査方法。
【請求項１１】
請求項９記載の比較検査方法において、前記最終的に決定した位置ずれ量が適用される画像にとって位置合せミスが致命的なものか否かの判定を行うステップと、該信頼性評価結果と該致命性判定結果に応じて、欠陥検出感度を調整するステップとを備えることを特徴とする比較検査方法。
【請求項１２】
対象となる２枚の画像を分割して入力する画像入力手段と、分割入力された画像各々の位置ずれ量を同時に算出する手段と、各分割画像から算出された位置ずれ量の各々の信頼性を評価し、それら複数の位置ずれ量の内パターンが密な領域の位置ずれ量に基づき画像全体の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、該算出された画像全体の位置ずれ量の信頼性を評価し、それに応じて最終的な位置ずれ量を決定する手段と、最終的な位置ずれ量を用いて各分割画像に対して位置合せを行う手段と、それらの位置合せの精度をモニタする手段と、モニタ結果に応じて欠陥検出感度を調整する手段と、検査結果とともに欠陥検出感度を出力する手段とを備えることを特徴とする比較検査装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の比較検査装置において、前記画像入力手段は、対象物を移動させるステージと、該対象物を照射する照明と、対象物を撮像し、複数領域に分割して出力するセンサと、センサの出力信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、これを記憶するメモリとを有し、前記位置ずれ量算出手段は、該メモリに複数に分割して記憶された画像データから同時に位置ずれ量を算出する演算部を有することを特徴とする比較検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚の画像の比較によりその差異から欠陥を検出する検査方法、比較検査のために２枚の画像の位置合せを行う位置合わせ方法及び比較検査装置に係り、特に、半導体ウェハの外観検査を行う場合の位置合せ方法に応用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
検査対象画像と参照画像とを比較して欠陥検出を行うパターン検査方法としては、特開平０５−２６４４６７号公報に記載の方法が知られている。
これは、繰り返しパターンが規則的に並んでいる被検査物をラインセンサで順次撮像し、繰り返しパターンピッチ分の時間遅れをおいた画像と比較し、その不一致部をパターン欠陥として検出するものである。しかし、実際にはステージの振動や対象物の傾きなどがあり、２枚の画像の位置が合っているとは限らないため、センサで撮像した画像と、繰り返しパターンピッチ分の遅延された画像の位置ずれ量を求める必要がある。そして、求められた位置ずれ量に基づき２枚の画像の位置合わせを行った後、画像間の差、例えば輝度差をとり、差が規定の閾値よりも大きいときに欠陥とし、小さいときは非欠陥と判定する。
２枚の画像の一般的な位置合わせ方法としては、対象となる画像全体の情報を用いて位置合わせ量を一括で算出し、位置合わせを行う方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以下本発明が解決しようとする課題について、図２、図３を用いて説明する。
【０００４】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は位置合わせに失敗しやすい画像例を示す正面図であり、図３（ａ）〜図３（ｃ）は位置合わせに失敗した画像の検出結果例を示す正面図である。
比較検査における２枚の画像の位置合わせでは、画像内のエッジ部を、位置ずれ量検出の１つの情報とし、画像間のエッジ部のずれが最小になるような位置合わせ量を算出するのが一般的である。実際には正規化相互相関を用いる方法、残差の総和を用いる方法などが提案されている。しかし、図２（ａ）に示すように、画面の右端に楕円形状のパターン２１があるだけのエッジ情報が極端に少ない場合、すなわち、位置合わせ領域全体に対するエッジ部の割合（以下パターン密度と云う）が小さい場合、また、図（ｂ）に示すように、縦方向には多くのエッジ２２が存在するが、横方向には小さい長方形状のパターン２２があるだけの画面のように、特定方向のエッジが極端に多い場合、図２（ｃ）に示すように、微小の丸いパターン２４が数多く存在し、黒丸２５があるだけの画面のように小ピッチのパターンが極端に多い場合には、位置ずれ量算出誤差が生じる可能性が大きく、上記従来技術のように、画像全体の情報から位置合わせ量を算出する方法では、位置ずれによる誤検出（虚報）が発生する確率が高くなる。すなわち、位置合せに失敗した画像の検出結果は図３に示すようになり、誤検出が発生する。図３（ａ）〜図３（ｃ）において、３１、３２、３３、３４、３５は誤検出位置を表す。さらに画像内に輝度シェーディングがある場合や、画像間で明るさにむらがある場合、その確率は一層高くなる。
【０００５】
これに対し、従来、図２（ａ）のようなパターンに対して、エッジの分量が特定量以下の場合は一律で検出感度を下げることによって対応していたが、この場合には、実際に欠陥があった場合の検出率を下げることになる。
【０００６】
本発明の目的はパターンの疎密や形状に依存しない高精度な位置合わせ技術を提供することにある。
本発明の他の目的は比較検査において、検出感度の低下を減少させることができる位置合わせ技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明では、比較検査装置は、対象物を載置し、該対象物を移動させるステージと、該対象物を検出し、画像信号を出力する検出部と、該検出部から得られた画像を複数の小領域の検査対象画像と複数の小領域の参照画像に分割し、対応する画像を比較してそれぞれの位置ずれ量を検出し、検出された各小領域の画像の位置ずれ量のうち、信頼性の高い位置ずれ量を特定する画像処理部とを備え、該信頼性の高い位置ずれ量用いて検査対象画像全体と参照画像全体の位置合せを行う。
第１の発明において、該信頼性は該検出領域のパターンが密の場合には信頼性が高いと判断し、該パターンが粗の場合には信頼性が低いと判断する。また、該信頼性は、過去の位置ずれ量の変動から推定された位置ずれ量との比較において判定する。また、該検査対象画像全体と該参照画像全体の位置合せの信頼性が低い場合、検出感度を下げて該検査対象画像全体と該参照画像全体を比較して欠陥を検出する。
【０００８】
第２の発明では、比較検査における画像の位置合せ方法は、対象物を検出し、画像信号を出力する画像検出ステップと、該画像検出ステップから得られた画像を複数の小領域の検査対象画像と複数の小領域の参照画像に分割して、それぞれの位置ずれ量を検出する検出ステップと、該検出ステップで検出された各小領域の画像の位置ずれ量のうち、信頼性の高い位置ずれ量を特定する位置ずれ量特定ステップと、該信頼性の高い位置ずれ量用いて検査対象画像全体と参照画像全体の位置合せを行うステップとを備える。
【０００９】
第３の発明では、比較検査における画像の位置合せ方法は、検査対象画像を参照画像と比較して２枚の画像の位置合わせを行う方法であって、対象画像のパターンの疎密によらず、位置合わせ失敗の割合を指定割合以下とする。
【００１０】
第４の発明では、比較検査における画像の位置合せ方法は、検査対象画像を参照画像と比較して２枚の画像の位置合わせを行う方法であって、２枚の画像間の輝度差の大小によらず、位置合わせ失敗の割合を指定割合以下とする。
【００１１】
第５の発明では、比較検査における画像の位置合せ方法は、検査対象画像を参照画像と比較して２枚の画像の位置合わせを行う方法であって、画像内の輝度変化分の大小によらず、位置合わせ失敗の割合を指定割合以下とする。
【００１２】
第３〜５の発明において、上記検査対象画像と参照画像を比較して位置合わせを行う場合に、入力された２枚の画像をそれぞれ複数の領域に分割し、対応する各分割画像間で位置ずれ量を算出し、算出された複数の位置ずれ量から画像全体の位置ずれ量を決定する。また、該算出された複数の位置ずれ量から画像全体の位置ずれ量を決定する際に、各分割画像から算出した位置ずれ量のうち、信頼性の高い位置ずれ量のみを用いて画像全体の位置ずれ量を決定する。また、画像が連続的に入力される場合、該決定した画像全体の位置ずれ量の信頼性を評価し、該信頼性が低い時には、過去の信頼性の高い位置ずれ量を用いて画像全体の位置合わせを行う。また、画像が連続的に入力される場合、該決定した位置ずれ量の信頼性評価で、信頼性が高い時、次回以降の位置合わせ時の参照データとして現在の画像の位置ずれ量を保持しておく。また、画像が連続的に入力される場合、該位置ずれ量の信頼性評価をする場合、過去の信頼性の高い位置ずれ量を収集し、それらとの比較により現在の処理対象である画像の位置ずれ量の信頼性を評価する。
【００１３】
第６の発明では、比較検査方法は、検査対象画像を複数の領域に分割するステップと、参照画像を複数の領域に分割するステップと、分割された各領域の画像の内、各対応する検査対象画像と参照画像間で位置ずれ量を算出するステップと、各分割画像から算出された位置ずれ量のうち、信頼性の高い位置ずれ量のみを用いて画像全体の位置ずれ量を決定するステップと、最終的に決定した位置ずれ量の信頼性を評価するステップと、画像比較により欠陥を検出する際に、該最終的に決定した評価結果に応じて検出感度を調整するステップとを備える。
第６の発明において、該決定した画像全体の位置ずれ量の信頼性が低い時には、過去の信頼性の高い位置ずれ量を用いて画像全体の位置合わせを行うステップを備える。また、該最終的に決定した位置ずれ量が適用される画像にとって位置合わせミスが致命的なものか否かの判定を行うステップと、該信頼性評価結果と該致命性判定結果に応じて、検出感度を調整するステップとを備える。
【００１４】
第７の発明では、検査装置は、対象となる２枚の画像を分割して入力する手段と、分割入力された画像各々の位置ずれ量を同時に算出する手段と、各分割画像から算出された位置ずれ量の各々の信頼性を評価し、それら複数の位置ずれ量の内、信頼性の高い位置ずれ量に基づき画像全体の位置ずれ量を算出する手段と、該算出された画像全体の位置ずれ量の信頼性を評価し、それに応じて最終的な位置ずれ量を決定する手段と、最終的な位置ずれ量を用いて各分割画像に対して位置合わせを行う手段と、それらの位置合わせの精度をモニタする手段と、モニタ結果に応じて検出感度を調整する手段と、検査結果とともに検出感度を出力する手段とを備える。また、該画像を入力する手段は、対象物を移動させるステージと、該対象物を照射する照明と、対象物を撮像し、複数領域に分割して出力するセンサと、センサの出力信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換回路と、これを記憶するメモリとを有し、該位置ずれ量を算出する手段は該メモリに複数に分割して記憶された画像データから同時に位置ずれ量を算出する演算部を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。
【００１６】
まず、図１を用いて比較検査装置及び位置合せ方法について説明する。
図１は本発明による比較検査装置の一実施例を示す概略の構成図であり、半導体ウェハを対象とした光学式外観検査装置を示す。図において、１１は検査対象となる半導体ウェハ、１２は半導体ウェハ１１を固定し、半導体ウェハ１１を移動させるステージ、１３は半導体ウェハの画像を取り込む検出部、１４は検出部１３からの出力信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換回路、１５は得られた２枚の画像の比較により欠陥を検出する画像処理部、１６は全体制御部である。
【００１７】
検査対象となる半導体ウェハ１１は、図４の半導体ウェハの正面図に示すように同一パターンのチップ４１、４２が多数、規則的に並んでいる。図１の検査装置では、２つのチップの同じ位置、例えば図４のチップ４１、４２の各領域４１ａと領域４２ａ等での画像を比較し、その差異を欠陥として検出する。その作用を説明すると、全体制御部１６では半導体ウェハ１１をステージ１２により連続的に移動させる。これに同期して、順次、チップの像が検出部１３より取り込まれる。検出部１３のセンサはステージの進行方向と垂直の方向に、複数のチャネルに分かれており、入力された信号を複数個の分割信号として回路１４に出力する。回路１４では複数個に分割されて入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、画像処理部１５に入力する。画像処理部１５には、遅延メモリにより（図示せず）、ステージ１２がチップ間隔分移動する時間だけ遅延された画像信号、すなわち、現在検査対象として入力されるチップの１つ前のチップの画像信号と、現チップの画像信号がセットで入力される。
【００１８】
図５は本発明による比較検査装置の画像処理部に入力される画像の一例を示す正面図であり、画像処理部１５に入力される画像はチップ５１の特定領域５２を幾つかに分割した領域部分５２ａ、５２ｂ、…５２ｎを検出したたものである。ステージ１２の移動に同期して順次入力されるこれら２チップの画像信号は、ステージの振動があったり、ステージ上にセットされたウェハが傾いていると、全く同じ箇所での信号とはならない。このため、順次入力される２つの画像間の位置ずれ量を算出し、位置合わせを行った後に比較検査行う必要がある。
【００１９】
次に、図６を用いて、画像処理部１５で行われる位置ずれ量検出方法の一例について説明する。
図６は本発明による比較検査装置の画像処理部での処理を説明するための模式図であり、光学式外観検査装置を例にとって説明する。図６に示すように、検出部１３から入力された現チップの画像信号と遅延メモリを介して入力されたその直前に検出されたチップの画像信号は１個または複数個（ここではＮ個とする）に分割されており、これらは個々に並列処理される。例えば、図５に示すように、一つのチップの検出すべき領域（特定領域）は分割され、領域部分５２ａ、５２ｂ、…５２ｎの画像に分割されて検出部１３で検出されて画像処理部１５に入力される。このように、本実施例においては、入力される画像はステージ１２の進行方向に平行な線で分割された一定サイズの画像を処理単位としている。以下、分割された領域部分５２ａ、５２ｂ、…５２ｎの画像各々の個別の処理系をチャネルと呼ぶことにする。図６において、例えば、領域部分５２ａの画像は遅延回路６２で遅延されたその直前のチップの対応する画像と共に第１チャネル６１ａで処理され、領域部分５２ｂの画像は遅延回路６２で遅延されたその直前のチップの対応する画像と共に第２チャネル６１ｂで処理され、領域部分５２ｎの画像は遅延回路６２で遅延されたその直前のチップの対応する画像と共に第ｎチャネル６１ｎで処理される。
【００２０】
位置ずれ量の算出には各種手法があるが、ここでは、図７を用い、正規化相互相関により位置ずれ量を算出する方法を例にとって説明する。
図７は本発明による位置ずれ量算出方法を説明するための模式図である。図において、領域部分５２ａ、５２ｂ…５２ｎの画像を検査対象画像７１ａ、７２ｂ、…７２ｎとし、その直前の対応する画像を参照画像７２ａ、７２ｂ、…７２ｎとする。検査対象画像７１ａと遅延回路６２で遅延された参照画像７２ａは画像処理部１５の第１チャネル６１ａに入力され、検査対象画像７１ｂと遅延回路６２で遅延された参照画像７２ｂは画像処理部１５の第２チャネル６１ｂに入力され、検査対象画像７１ｎと遅延回路６２で遅延された参照画像７２ｎは画像処理部１５の第ｎチャネル６１ｎに入力される。そして、各チャネル６１ａ〜６１ｎでは２枚の画像間を相対的にｘ方向に−ｍ〜＋ｍ画素、ｙ方向に−ｍ〜＋ｍ画素ずらした時の合計Ｍ個、
Ｍ＝（（２×ｍ＋１）×（２×ｍ＋１））
の相関値を算出し、相関値最大位置をチャネル内での位置ずれ量として検出する。全体制御部１６では、各チャネルで算出されたＭ個の相関値を調べ、信頼性の高いチャネル、この場合はＭ個の相関値の最大値が特定したしきい値以上のチャネルのみの情報を選択して、総合的に位置ずれ量を決定し、それを各チャネルに対し適用する。相関値の取り得る値は−１．０〜１．０であり、画像が完全に一致した場合、１．０となるので、より信頼性の高いチャネルのみを選択するのであれば、しきい値は０．９以上にするのが望ましい。ここでは正規化相互相関値により位置ずれ量を検出し、信頼性も相関値で評価する例を述べたが、画像間の濃淡差の総和といった別の手法により位置ずれ量をチャネル単位で算出し、それに応じた信頼性の指標を設けてもよい。
【００２１】
本実施例においては、従来のように処理単位の画像全体から位置ずれ量を算出するのではなく、上述のように、領域５１を領域部分５２ａ〜５２ｎに分割して検出して、検査対象画像７１ａ〜７１ｎ、参照画像７２ａ〜７２ｎを得、これら各画像を各チャネル６１ａ〜６１ｎ単位で位置ずれを求めている。すなわち、小領域で位置ずれ量を求め、信頼性の高いチャネルの位置ずれ量のみを用いて画像全体の位置ずれ量を求めることにより、パターンの疎密や形状によらず、位置合わせミスによる誤検出の割合を指定割合以下とすることが可能となる。誤検出の割合は当然、０％になるのが理想であるが、画像の撮像条件などにより、比較画像が劣化している場合などもあり得る。本実施例では、良好な画像が得られた場合、パターンの疎密や形状によらず、位置合わせミスによる誤検出は全く起こらないが、フォーカスが合っていないなど画像が劣化していた場合でも、１％以下とすることが可能である。
【００２２】
図８は処理画像の一例を示す模式図であり、この画像を用いて、以下本実施例の具体的な効果について説明する。この検査対象となる２枚の画像７１、７２は、パターンのほとんど無く、検査対象画像７１ｃ、７１ｎ、参照画像７２ｃ、７２ｎの画像にのみ特定方向のパターンが含まれている。これら２つのパターンの方向性はそれぞれ異なっている。これらの画像はそれぞれ対応するチャネルで処理される。
【００２３】
位置ずれ量検出には、基本的にエッジ情報を用いるが、このような画像では、従来のように画像全体から位置ずれ量を算出しようとすると、パターン密度が極端に小さくなるため、画像内に若干の輝度シェーディングや画像間に明るさむらがあるだけでも誤った位置ずれ量を算出する確率が高くなる。また、各チャネル６１ａ〜６１ｎで検出した位置ずれ量の中から最も信頼性の高い位置ずれ量を１つ選択し、それを全チャネルに適用しようとすると、図８の画像ではパターンを含むチャネル６１ｃまたはチャネル６１ｎの位置ずれ量が選択されることになる。しかし、どちらのチャネル６１ｃまたは６１ｎも特定方向のエッジのみが極端に多いため、正しい位置ずれ量に対して、図９（ａ）、図９（ｂ）の矢印の方向に算出誤差を生じる可能性が大きい。その結果、一方のチャネル６１ｃ、またはチャネル６１ｎの位置ずれ量を全チャネルに適用すると、もう一方のパターンを含むチャネルで位置合わせミスを起こし、誤検出が発生することになる。
【００２４】
これに対し、本実施例による位置合わせ方法では、以下図９（ｃ）、図９（ｄ）を用いて説明するように、正しい位置ずれ量を算出することができる。なお、図９は分割画像の位置ずれ方向を説明するための模式図である。本実施例においては、図８の画像で、無地画像７１ａ、７１ｂ７２ａ、７２ｂ等を処理するチャネル６１ａ、６１ｂのように信頼性の低いチャネルの位置ずれ量は使わずに、パターンのあるチャネル６１ｃとチャネル６１ｎの位置ずれ量のみから総合的に画像全体の位置ずれ量を算出する。実際、チャネル６１ａ、チャネル６１ｎの位置ずれ量は、図９（ｃ）、図９（ｄ）の矢印の方向には信頼性が高いため、２つのチャネル６１ａ、６１ｎのそれぞれから信頼性の高い方向の位置ずれ量のみを採用することにより、ｘ方向、ｙ方向ともに正しい位置ずれ量を算出することができる。これにより、パターンの疎密や形状に依存した位置合わせミスによる誤検出の発生をほぼ無くすことが可能となる。また、小領域５２ａ〜５２ｎ内で正規化相互相関や濃淡差の総和など、位置ずれ検出に必要な統計量を算出することになるので、画像内での輝度シェーディングや画像間の明るさむらの影響も小さくなり、位置合わせミスによる誤検出の発生を低減することができる。
【００２５】
更に本実施例では、信頼性の高いチャネル情報、例えば画像処理部１５に入力される画像７１ａ〜７１ｎ、７２ａ〜７２ｎの内パターン密度の高い画像のチャネルから得られた情報のみを用いて、算出された画像全体の位置ずれ量についての信頼性を評価し、算出された位置ずれ量の信頼性が低かった場合や、全チャネルから算出された位置ずれ量の中に、信頼性の高いものが１つも無かった場合、現画像から位置ずれ量を決定せずに、１回以上過去の位置ずれ量を用いて位置合わせを行う。例えば、図８の画像のように極端にパターン密度が低い場合、または信頼できる位置ずれ量が全チャネルから見つからない場合には、過去の、十分にパターン密度がある画像の位置ずれ量を参照し、それを適用する。逆に、現在の位置合わせ画像にパターンが十分にあり、算出された位置ずれ量の信頼性が高いものであれば、次回以降の信頼性の低い位置ずれ量しか得られなかった画像での参照データとしてメモリに保持しておく。
【００２６】
これまで述べてきた全体画像の位置ずれ量の信頼性評価方法の一例について、図１０を用いて説明する。
図１０（ａ）、（ｂ）は比較検査装置の位置ずれ量の変動を示す特性曲線図である。図において、横軸は検査回数を示し、縦軸は位置ずれ量を示す。この特性曲線で示される過去の位置ずれ量の軌跡と、算出された位置ずれ量の関係を調べることによって算出された位置ずれ量の信頼性を評価することができる。例えば、図１０（ａ）は過去の位置ずれ量を時系列にプロットした例であるが、装置の振動周期等により位置ずれ量が周期的に変動している。このように位置ずれ量が周期的に変動する装置であれば、これまでの位置ずれ量の軌跡をたどり、今回の位置ずれ量を予測することができる。図において、１０１は現在の予測された位置ずれ量である。そして、実際に算出された位置ずれ量が、予測された位置ずれ量１０１に近いものであれば、その位置ずれ量は信頼性の高いものと推定することができる。例えば、予測された位置ずれ量１０１に対する、実際に算出された位置ずれ量の誤差が５％以内であった場合を、信頼できるものとする。このように、位置ずれ量の信頼性を、過去の蓄積された位置ずれ量との比較において調べることにより、算出された位置ずれ量の評価をより正確に行える。
【００２７】
上述においては、位置ずれ量が周期的に変動しているとして、外挿により予測値を算出すると述べたが、予測値の算出方法は他の方法をとこともできる。
例えば、図１０（ｂ）に示すように、ごく最近の位置ずれ量のみを収集し、その平均値を予測値とすることもできる。図において、１０２は平均の位置ずれ量であり、今回測定した位置ずれ量が位置ずれ量１０２近傍にあれば、測定した位置ずれ量が正しいと評価することができる。ただし、いずれの方法で予測値を算出するにしても、収集される過去の位置ずれ量は、信頼性の高いものでなければならない。そのため、現位置合わせ画像から算出された位置ずれ量の信頼性が高いものであれば、次回以降の予測値算出のための過去データとして、保持しておく。
【００２８】
信頼性評価方法の他の例としては、位置合わせをした画像のパターン密度の大小が挙げられる。例えば、ｘ方向、ｙ方向それぞれのパターンがともに十分に多ければ位置合わせに失敗する割合は少ないため、信頼性が高いとする。パターン密度の計測方法の一例としては、まず、画像全体の各画素で、ｘ方向、ｙ方向に微分値を求める。微分値の算出には一般的に各種オペレータがあるが、その一例を図１１を用いて説明する。
【００２９】
図１１はチップのパターン密度の算出方法を説明するためのチップの模式図である。図において、１０１はチップの画像であり、このチップ画像１０１のある画素Ｅに着目し、これについて、その近傍の値を用いて、
Ｅでのｘ方向の微分値＝（Ｂ＋Ｈ−２×Ｅ）
Ｅでのｙ方向の微分値＝（Ｄ＋Ｆ−２×Ｅ）
をして算出し、その値が特定しきい値より大きい画素数が全画素数に対して何割あるか（例えば、１０％以上）で判定する。
また、上記、過去の位置ずれ量の軌跡との比較と、現画像のパターン密度の大小の両方から評価を行うなど、複数の条件の組み合わせで信頼性を評価することもできる。
【００３０】
このように信頼性を調べることにより、算出した位置ずれ量による位置合わせ精度をコンピュータでモニタし、異常値が出ないかどうかをみる。もし、その位置合わせ精度が悪いと判定された場合には、位置合わせミスによる誤検出の可能性が高いとして、検出感度をあらかじめ下げておく。
【００３１】
ここで、例えばパターン密度から位置合わせ精度をモニタすると、密度の低い画像は当然、位置合わせの信頼性が低くなる。しかし、例えば、画像内にまったくパターンが無い場合、正しい位置ずれ量は求まらない可能性が高いが、誤った位置ずれ量で位置合わせをしても誤検出は起きない。同様に、画像全領域内に図２（ｂ）、（ｃ）のような特定方向のパターンしか含まない場合も、誤検出は起きない。そこで、本実施例では、位置合わせ精度が悪いと判断された場合、さらに、その画像にとって、位置合わせ失敗が致命的、すなわち、誤検出発生につながるかどうかを調べ、致命的でない（致命性が低い）場合、すなわち失敗しても問題ない場合は検出感度を下げないようにする。こうして、画像にとっての致命性を調べることにより、検出感度を不要に低下させないようにする。このように位置合わせ精度を正確にモニタするとともに、現画像の位置合わせミスによる致命性を調べることにより、必要な時にのみ確実に検出感度を下げ、誤検出（虚報）を低減し、また、検出感度の低下を必要最低限にとどめ、より広い範囲での高感度な検査を実現することが可能となる。
【００３２】
以上、本発明による画像の位置合せ方法及び比較検査装置、並びに位置合せ精度のモニタ方法の一実施例について、半導体ウェハを対象とした光学式外観検査装置における方法を例にとって説明したが、本発明は電子線式パターン検査やＤＵＶ方式の検査における比較画像の位置合わせにも適用可能である。
また、検査対象は半導体ウェハに限られるわけではなく、画像の比較により欠陥検出が行われているものであれば何でも適用できる。例えば、ＴＦＴ基板、ホトマスク、プリント板などにも適用可能である。
【００３３】
以上述べたように、本発明においては、このような従来検査技術の問題を解決するために、検査対象画像を参照画像と比較してその差異から欠陥を検出する比較検査において、２枚の比較の対象とする画像をそれぞれ複数の領域に分割し、分割された各小領域で位置ずれ量を算出し、算出された位置ずれ量のうち、信頼性の高いものだけを用いて画像全体の位置ずれ量を算出している。このため、パターンの疎密や形状に依存しない高精度な位置合わせ技術を提供することができる。
また、これにより位置合わせミスによる誤検出を低減した高感度な比較検査方法及び装置を提供することができると共に、位置合わせの精度をモニタし、位置合わせ失敗の時にのみ検査感度を落とすことにより、検出感度の低下を必要最小限にとどめた、高感度な比較検査方法及び装置を提供することができる。
より具体的に述べると、本発明においては、位置合わせ精度は０．１画素以下、位置合わせミスによる誤検出の割合は、比較画像が劣化している場合でも、パターンの疎密や形状によらず、１％以下とすることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、パターンの疎密や形状に依存しない高精度な位置合わせ方法及び装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による比較検査装置の一実施例を示す概略の構成図である。
【図２】位置合わせに失敗しやすい画像例を示す正面図である。
【図３】位置合わせに失敗した画像の検出結果例を示す正面図である。
【図４】チップの被位置合わせ対象領域の一例を示す正面図である。
【図５】本発明による比較検査装置の画像処理部に入力される画像の一例を示す正面図である。
【図６】本発明による比較検査装置の画像処理部での処理を説明するための模式図である。
【図７】本発明による位置ずれ量算出方法を説明するための模式図である。
【図８】処理画像の一例を示す模式図である。
【図９】分割画像の位置ずれ方向を説明するための模式図である。
【図１０】比較検査装置の位置ずれ量の変動を示す特性曲線図である。
【図１１】チップのパターン密度の算出方法を説明するためのチップの模式図である。
【符号の説明】
１１…半導体ウェハ、１２…ステージ、１３…検出部、１４…Ａ／Ｄ変換回路、１５…画像処理部、１６…全体制御部。
【図１】
0003927353.tif 000002
【図２】
0003927353.tif 000003
【図３】
0003927353.tif 000004
【図４】
0003927353.tif 000005
【図５】
0003927353.tif 000006
【図６】
0003927353.tif 000007
【図７】
0003927353.tif 000008
【図８】
0003927353.tif 000009
【図９】
0003927353.tif 000010
【図１０】
0003927353.tif 000011
【図１１】
0003927353.tif 000012