(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象となる試料を撮像して欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
表面にパターンが形成された検査対象となる試料を撮像して得た検査対象画像と記憶しておいた参照画像との位置ずれを補正し、
該位置ずれを補正した前記検査対象画像と前記参照画像との差画像を求め、
該求めた差画像を用いて前記検査対象画像と前記参照画像のコントラストに応じて高コントラスト部分では低感度で、低コントラスト部分では高感度で欠陥を検出する
ことを特徴とする欠陥検査方法
【請求項２】
前記高コントラスト部分に相当する前記表面に形成されたパターンのエッジに相当する部分では他の部分よりも低感度で検査することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
検査対象となる試料を撮像して欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
検査対象となる試料を撮像して得た検査対象画像と記憶しておいた参照画像との位置ずれを補正し、
該位置ずれを補正した前記検査対象画像と前記参照画像との差異が小さくなるように前記検査対象画像と前記参照画像とのコントラストに応じて明るさの合わせ込みを行い、該コントラストに応じて明るさの合わせ込みを行った前記検査対象画像と前記参照画像との差画像を求め、
該求めた差画像を処理して欠陥を検出する
ことを特徴とする欠陥検査方法
【請求項４】
検査対象となる試料を撮像して欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
検査対象となる試料を撮像して得た検査対象画像と記憶しておいた参照画像との位置ずれを補正し、
該位置ずれを補正した前記検査対象画像と前記参照画像間で明るさむらが生じる領域で明るさを合わせ込み、
該明るさの合わせ込みを行った前記検査対象画像と前記参照画像との差画像を求め、
該求めた差画像を入力手段から入力された唯一のしきい値を用いて処理して欠陥を検出する
ことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
検査対象となる表面にパターンが形成された試料の検査対象領域を撮像して該試料の検査対象画像を取得し、
該取得した検査対象画像と記憶しておいた参照画像との位置ずれを補正し、
前記検査対象画像と前記参照画像とのコントラストを前記検査対象領域内の各位置で求めて該求めたコントラストを数段階に分けて前記位置ずれを補正した前記検査対象画像と前記参照画像との前記対応する領域の明るさの差異が小さくなるように前記対応する領域が該当する前記分けたコントラストの段階に応じて明るさを合わせ込み、
該明るさを合わせ込んだ前記検査対象画像と前記参照画像との差異を求め、
該求めた差異に対して前記検査対象画像の全領域に渡って同じしきい値を用いて欠陥候補を検出する
ことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項６】
前記検査対象画像と参照画像との対応する部分の明るさの差異が小さくなるように明るさを合わせ込むことを、前記検査対象画像と前記参照画像との輝度値の散布図を作成し、該作成した散布図から明るさを補正するための近似直線の補正係数を求め、該求めた近似直線を用いて前記検査対象画像と参照画像との明るさの差異が小さくなるように補正することを特徴とする請求項５記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記検査対象画像と前記参照画像とのコントラストを数段階に分けることを、前記コントラストの高い方の側を前記コントラストの低い方の側よりも細かく分けることにより行うことを特徴とする請求項５記載の欠陥検査方法。
【請求項８】
検査対象画像と参照画像間の位置ずれ量を算出する際に、位置ずれ量の算出精度をモニタし、算出誤差が大きい場合には位置ずれ部分での検査対象画像と参照画像の差異が小さくなるように明るさの合わせ込みを行うことを特徴とする請求項５記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
検査対象となる表面にパターンが形成された試料の検査対象領域を撮像して該試料の検査対象画像を取得する画像取得手段と、
該画像取得手段で取得した検査対象画像と記憶しておいた参照画像との位置ずれを求めて該位置ずれを補正する位置ずれ補正手段と、
該位置ずれ補正手段で位置ずれを補正した前記検査対象画像と前記参照画像との前記対応する領域の明るさの差異が小さくなるように前記対応する領域の明るさに応じて明るさの合わせ込みを行う明るさ補正手段と、
該明るさ補正手段で明るさの合せ込みをした前記検査対象画像と前記参照画像とを比較して差異を求めて該求めた差異に対して前記検査対象画像と前記参照画像との高コントラスト部分では低感度で、低コントラスト部分では高感度で欠陥候補を検出する画像比較手段と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
検査対象となる表面にパターンが形成された試料の検査対象領域を撮像して該試料の検査対象画像を取得する画像取得手段と、
該画像取得手段で取得した検査対象画像と記憶しておいた参照画像との位置ずれを求めて該位置ずれを補正する位置ずれ補正手段と、
該位置ずれ補正手段で位置ずれを補正した前記検査対象画像と前記参照画像との前記対応する領域の明るさの差異が小さくなるように前記検査対象画像と前記参照画像とのコントラストに応じて明るさの合わせ込みを行う明るさ補正手段と、
該明るさ補正手段で明るさの合せ込みをした前記検査対象画像と前記参照画像とを比較して差異を求めて欠陥候補を検出する画像比較手段と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１１】
検査対象となる表面にパターンが形成された試料の検査対象領域を撮像して該試料の検査対象画像を取得する画像取得手段と、
該画像取得手段で取得した検査対象画像と記憶しておいた参照画像との位置ずれを求めて該位置ずれを補正する位置ずれ補正手段と、
前記画像取得手段で取得した前記検査対象画像と前記参照画像とのコントラストを前記検査対象領域内の各位置で求めて該求めたコントラストを数段階に分けて前記位置ずれ補正手段で位置ずれを補正した前記検査対象画像と前記参照画像との前記対応する領域の明るさの差異が小さくなるように前記対応する領域が該当する前記分けたコントラストの段階に応じて明るさを合わせ込みを行う明るさ補正手段と、
該明るさ補正手段で明るさの違いを補正した前記検査対象画像と前記参照画像とを比較して差異を求めて該求めた差異に対して前記検査対象画像の全領域に渡って同じしきい値を用いて欠陥候補を検出する画像比較手段と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記明るさ補正手段は、前記検査対象画像と参照画像との明るさの違いを補正することを、前記検査対象画像と参照画像との輝度値の散布図を作成し、該作成した散布図から明るさを補正するための近似直線の補正係数を求め、該求めた近似直線を用いて前記検査対象画像と参照画像との明るさの違いを補正することを特徴とする１１記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記明るさ補正手段は、前記画像取得手段で取得した前記検査対象画像と前記参照画像とのコントラストを数段階に分けることを、前記コントラストの高い方の側を前記コントラストの低い方の側よりも細かく分けることにより行うことを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光もしくはレーザなどを用いて得られた半導体ウェハ、ＴＦＴ、ホトマスクなどの対象物の画像と、あらかじめ記憶されている参照画像を比較し、その差異から微細パターン欠陥や異物等の検査を行う欠陥検査方法及びその装置に関する。特に半導体ウェハの外観検査を行うのに好適な欠陥検査方法及びその装置に関する。
【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従来の技術としては、特開平０５−２６４４６７号公報に記載の方法が知られている。
【０００３】
これは、繰り返しパターンが規則的に並んでいる検査対象試料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、画像間の差をとり、差が規定のしきい値よりも大きいときに欠陥と，小さいときは非欠陥と判定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来の技術では、検査対象画像と参照画像の位置ずれ検出→位置合せ→画像比較、すなわち、２枚の画像の差異算出→欠陥抽出の手順で欠陥検査を行うが、位置ずれ検出時に正しい位置ずれ量が求まらなかった場合、間違った位置での位置合せを行うことになる。この場合、被位置合せ画像において、明るさの変化量が少ない領域では被位置合せ画像の差異は大きくならないが、明るさの変化量が大きい領域ではその差異が大きくなる。例えば、図１（ａ）の１１は検査対象画像，１２は参照画像の一例であり、１ａは一様に明るい下地領域、１ｂは明るい下地に暗いパターンがある領域である。また、検査対象画像１１には欠陥１ｃがある。本例の画像において、位置１Ｄ−１Ｄ’での輝度値の波形は図１（ｂ）のようになっている。
【０００５】
ここで、１１と１２の位置ずれ量が正しく求まった場合、１１と１２の位置合せ後の差画像は図２のようになる。差画像とは検査対象画像と参照画像の対応する各位置での差分値に応じて濃淡差表示した画像のことである。差分値が特定のしきい値ＴＨ以上となる部分を欠陥とするならば、図２において１１の欠陥１ｃのみが検出される。しかし、１１と１２の位置ずれ量が間違って算出された場合、位置合せ後の差画像は図３（ａ）のようになり、領域１ｂにあるパターンのエッジのように輝度値の変化の大きい領域では、微小な位置ずれでも差分値は大きくなり、欠陥として検出されることになる。これは本来、欠陥として検出されるべきものではない。つまり虚報である。
【０００６】
従来、図３（ａ）のような虚報発生を避けるための１つの方法として、図3（ｂ）に示すように、しきい値ＴＨを大きくしてＴＨ２のようにしていた。これは感度を下げることになり、エッジ部分と同程度以下の差分値の欠陥は検出できない。また、別の方法として、図３（ｃ）に示すように、虚報の生じやすい高コントラスト部分ではしきい値をＴＨ２のように高く設定し、虚報の生じにくい低コントラスト部分ではしきい値ＴＨをＴＨ２よりも低く設定していたが、複数個のしきい値を扱うことになり、感度調整が煩雑になる。
【０００７】
更に、検査対称物が半導体ウェハであった場合、位置ずれ量が正しく求まったとしても、ウェハ内での膜厚の違いがあると、図４（ａ）の４ａ、及び図4（ｂ）の４ｂに示すように検査対象画像と参照画像の同一のパターンで明るさの違いが生じ、その差分値は図4（ｃ）に示す４ｃのように大きくなる。これも虚報であり、検出しないようにするためには、図4（ｄ）に示すように、しきい値ＴＨをＴＨ２のように大きくせざるを得ない。もしくは明るさむらのある領域とない領域でしきい値を別に設定せざるを得ない。
【０００８】
本発明の目的は、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、対象画像内の高コントラストなパターンのエッジ部分ではその差異が小さくなるように明るさを合わせ込んで検査を行うことにより、しきい値ＴＨを大きくすることなく、位置合せ誤差による虚報を低減するとともに、高感度な欠陥検査方法及び装置を提供することにある。また、半導体ウェハを対象とした検査では膜厚の違いなどから生じるパターンの明るさむらについて、画像間の明るさを合わせ込んで検査を行うことにより、しきい値ＴＨを大きくすることなく、明るさむらによる虚報を低減し、高感度な欠陥検査を実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、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において、画像のコントラストに応じて、検査感度を変えて欠陥を検出する手段を備えている。その効果的な例の一つとして、微小な位置ずれがあっても、その差異が大きくなる高コントラスト部分では低感度で、差異が小さい低コントラスト部分では高感度で欠陥を検出する手段を備えている。
【００１０】
また、２枚の画像間の明るさの差が特定しきい値以上の部分を欠陥として検出する検査において、画像のコントラストに応じてしきい値を変える手段を備えている。その効果的な例の一つとして、高コントラスト部分ではしきい値を高く、低コントラスト部分ではしきい値を低く設定する手段を備えている。
【００１１】
また、検査対象画像と参照画像の差異が小さくなるような補正を画像のコントラストに応じて行う手段を備えている。その効果的な一例としては、微小な位置ずれであっても、その差異が大きくなり、誤検出（虚報）が生じやすい高コントラスト部分では、あらかじめ差異が小さくなるように画像間の明るさを合わせ込むことにより、最終的な欠陥検出処理において、全コントラストを対象として１つの低しきい値で、すなわち高感度で欠陥検査を行う手段を備えている。更に、位置ずれ精度をモニタリングし、位置合せミスが起こっている時のみ、位置ずれによる誤検出が生じやすい高コントラスト部分でその差異が小さくなるように画像間の明るさを合わせ込む手段を備えている。
【００１２】
また、検査対象が半導体ウェハであった場合、ウェハ内の膜厚の違いにより画像間の同一パターンで明るさの違いが生じている場合、あらかじめ明るさを合わせ込むことにより、明るさむらの有無にかかわらず、１つの低しきい値で欠陥検査を行う手段を備えている。
【００１３】
これらの手段を備えることにより、全検査対象領域に対し、唯一のしきい値で感度調整可能な欠陥検査方法、及び欠陥検査装置を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を、図を用いて詳細に説明する。
【００１５】
実施例として、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欠陥検査方法を例にとると、図５は装置の構成の一例を示したものである。５１は試料（半導体ウェハなどの被検査物）、５２は試料５１を搭載し、少なくともＸＹ平面内で移動可能なステージ、５３は検出部で、試料５１を照射する光源５０１、光源５０１から出射した光を集光する照明光学系５０２、照明光学系５０２で集光された照明光で試料５１を照明し、反射して得られる光学像を結像させる対物レンズ５０３、結像された光学像を受光し、明るさに応じた画像信号に変換するイメージセンサ５０４で構成される。５５は画像処理部であり、検出部５３で検出された画像を処理して、試料であるウェハ内の欠陥候補を算出する。
【００１６】
画像処理部５５は、検出部５３からの入力信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部５４，デジタル信号よりシェーディング補正、暗レベル補正等の画像補正を行う前処理部５０５、比較対象のデジタル信号を参照画像信号として格納しておく遅延メモリ５０６、検出部５３で検出されたデジタル信号（検出画像信号）と遅延メモリ５０６の参照画像信号との位置ずれ量を検出する位置ずれ検出部５０７、算出された位置ずれ量を用いて、検出画像と参照画像の画像信号の比較を行い、差分値が特定のしきい値より大きい部分を欠陥候補として出力する画像比較部５０８、欠陥候補の座標や特徴量などを算出する特徴抽出部５０９から構成される。
【００１７】
５６は全体制御部で、ユーザからの検査パラメータ（画像比較で用いられるしきい値など）の変更を受け付けたり、検出された欠陥情報を表示したりする表示手段と入力手段を持つユーザインターフェース部５１０、検出された欠陥候補の特徴量や画像などを記憶する記憶装置５１１、各種制御を行うＣＰＵで構成される。５１２は全体制御部からの制御指令に基づいてステージ５２を駆動するメカニカルコントローラである。尚、画像処理部５５，検出部５３等も全体制御部５６からの指令により駆動する。
【００１８】
検査対象となる半導体ウェハ５１は、図６に示すように同一パターンのチップが多数、規則的に並んでいる。図５の検査装置では、隣接する２つのチップの同じ位置、例えば図６の領域６１と領域６２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５６では試料である半導体ウェハ５１をステージ５２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５３より取り込まれる。検出部５３のイメージセンサ５０４は入力された信号を画像処理部５５に出力する。画像処理部５５では、まず入力されたアナログ信号をAD変換部５４でデジタル信号に変換し、前処理部５０５にてシェーディング補正、暗レベル補正などを行う。位置ずれ検出部５０７には、前処理部５０５から出力される検査対象チップの画像信号（検出画像信号）と、遅延メモリ５０６から出力される、ステージ１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、検査対象チップの１つ前のチップの画像信号（参照画像信号）がセットで入力される。
【００１９】
ステージ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、ステージ移動速度のむらや、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、位置ずれ検出部５０７では連続的に入力される２つの画像間の位置ずれ量を算出する。この時、検出画像信号、参照画像信号は連続して入力されるが、位置ずれ量の算出は特定の長さを一処理単位とし、処理単位毎に順次行う。以下の処理についても各々の処理単位毎に行う。画像比較部５０８では算出された位置ずれ量を用いて画像の位置合わせを行い、検出画像と参照画像を比較して、その差分値が特定のしきい値より大きい領域を欠陥候補として出力する。特徴抽出部５０９では、複数の欠陥候補各々について、小さいものをノイズとして削除したり、近隣の欠陥候補同士を一つの欠陥としてマージするなどの編集を行い、ウェハ内での位置や面積、サイズなどの特徴量を算出し、最終的な欠陥として出力する。これらの情報は、記憶装置５１１に保存する。また、ユーザインターフェース部５１０を介して、例えば表示手段の画面上に表示してユーザに提示する。
【００２０】
ここで、画像比較部５０８で単なる差分値から欠陥候補を求めた場合、それらが全て真の欠陥であるとは限らない。その例を以下に説明する。図１（ａ）の１１、１２は検出画像、参照画像で、両画像には一様に明るい下地の中に十字の暗いパターンがある。また、検出画像１１にのみ欠陥１ｃがある。図１（ｂ）のグラフは検出画像１１の位置１Ｄ−１Ｄ’での輝度値の波形である。このグラフが示すように画像は高輝度で輝度の変化の少ない、すなわち低コントラストな領域１ａと、パターンのエッジ部分で輝度の変化が大きい、すなわち高コントラストな領域１ｂとがある。図２（ａ）は、これらの画像に対し、位置ずれ検出部５０７で正しい位置ずれ量が算出され、位置合わせが行われた時の各対応する位置での差分値の画像、つまり、差分が小さいところを暗く、大きいところを明るく表示した画像である。図２（ｂ）は位置１Ｄ−１Ｄ’での差分値の波形である。差分値がしきい値ＴＨ以上の領域を欠陥とするならば、この場合、欠陥１ｃの領域のみが検出される。
【００２１】
一方、図３（ａ）（ｂ）は位置ずれ量が間違って算出され、間違った位置合わせが行われた時の差分値の画像と差分値の波形である。図３（ａ）は、図1（ａ）に示した領域１ａのように明るさの変化量が小さい低コントラスト領域では検出画像１１と参照画像１２の位置が多少ずれていても差分値は大きくならないが、領域１ｂのように明るさの変化量が大きい高コントラスト領域では微小な位置ずれでも差分値が大きくなることを示している。この場合、図3（ｂ）に示すように、しきい値ＴＨ以上の領域を欠陥候補とすると、このような位置ずれにより差分値が大きくなったところも欠陥として検出されてしまう。これらは本来、検出すべきものではない。以下、このような真の欠陥ではないものを虚報と記述する。従来、位置ずれによる虚報の検出を避けるため、１つの方法として図３（ｂ）に示すようにしきい値をＴＨからＴＨ２へと高くしていたが、これでは差分値の小さい欠陥は検出できなくなってしまう。すなわち、虚報発生を避けるためにＴＨ２をしきい値として用いることにより、感度を落として検査をすることになる。また、従来のもう１つの方法として図３（ｃ）に示すように高コントラスト領域ではしきい値をＴＨ２に、低コントラスト領域ではしきい値をＴＨに設定していたが、複数個のしきい値を持つことになり、ユーザにとって感度調整が煩雑になっていた。
【００２２】
また、半導体ウェハ５１の膜厚が一様でない場合、検査対象画像と参照画像には明るさの違いが生じる。例えば、図４（ａ）の４ａ、及び図４（ｂ）の４ｂの３つ並んだ十字は検査対象画像１１と参照画像１２内の対応するパターンであるが、膜厚の違いにより、明るさが大きく異なっている（以下、明るさむらと記述する）。また、検出画像１１にのみ欠陥１ｃがある。図４（ａ）〜（ｃ）は、これらの画像に対し、位置ずれ検出部５０７で正しい位置ずれ量が算出され、位置合わせが行われた時の各対応する位置での差分値の画像であるが、同一パターンであっても明るさむらのある部分では差分値が大きくなる。図４（ｄ）は、位置１Ｄ−１Ｄ’での差分値画像である図４（ｃ）の１Ｄ−１Ｄ’ライン上での波形である。差分値がしきい値ＴＨ以上の領域を欠陥とするならば、図4（ａ）の欠陥１ｃの他に、明るさむらにより差分値が大きくなる十字のパターン４ａと４ｂとの差も検出される。しかし、これらは虚報である。このような明るさむらによる虚報の検出を避けるため、位置ずれによる虚報発生時と同様に、しきい値をＴＨからＴＨ２へと高くし、全体に低感度で検査を行う、もしくは、明るさむらがある部分ではしきい値をＴＨ２に、明るさむらがない部分ではしきい値をＴＨに設定するなど複数個のしきい値で感度調整をして検査を行う等の方法がとられていた。
【００２３】
これに対し、本発明では画像比較部５０８で、検出画像、参照画像の差分を演算する前にあらかじめ、画像間の明るさの合わせ込みを行う。図７は、本発明による処理フローの一例である。まず、検査画像と参照画像から対象領域を図１の領域１ａのように明るさが一様な部分（低コントラスト領域）と領域１ｂのパターンエッジ部のように明るさが急峻に変化する部分（高コントラスト領域）とに分解する（７１のステップ）。コントラスト分解方法の一例としては、対象領域内の位置（ｉ，ｊ）でのコントラストは、図８に示すように９近傍の画素の輝度値A〜Iを使い、X方向の微分値Dx、Y方向の微分値Dyを以下の式で演算し、その値の大きい方をコントラストＣ（ｉ，ｊ）とする。
【００２４】
Dx=B+H−２×E
Dy=D+F−２×E
Ｃ（ｉ，ｊ）＝max（Dx,Dy）
また、別の例として、図９に示すように各着目画素について４近傍の画素の輝度値Ａ〜Ｄを使い、その最大値−最小値をその画素でのコントラストＣ（ｉ，ｊ）とする。
【００２５】
Ｃ（ｉ，ｊ）＝max（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）−min（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）
着目画素でのコントラストの演算方法は上記２方式の他にも、近傍内での輝度変化量を求めるために様々な演算方法を取り得る。このようにして検出画像、参照画像で各画素のコントラストを演算し、検出画像と参照画像の対応する画素での平均をとるなどしてコントラストを決定すればよい。このようにして検査対象領域内の各位置でのコントラストを演算し、コントラスト値に応じて数段階に分解する。以下、数段階に分解したものをコントラストカテゴリと記述する。
【００２６】
このようにして、検査対象領域を数個のコントラストカテゴリに分解した後、カテゴリ毎に明るさを合わせ込むための補正係数を演算する（図７の７２のステップ）。その一例を図１０を用いて説明すると、まず、コントラスト分解し、同じコントラストカテゴリに属する画素について、横軸を検出画像での輝度値、縦軸をそれに対応する参照画像での輝度値とした散布図を作る。そして、散布図から近似直線を求める。図１０の１０１はあるカテゴリに属する画素の散布図から求めた近似直線である。近似直線の算出方法は各種あるが、その一例として最小２乗近似（各点からの距離の総和が最小となるような直線を求める方法）がある。そして、算出された近似直線の傾きａとＹ切片ｂがそのコントラストカテゴリの補正係数となる。こうして算出した補正係数を用いて明るさの合わせ込みによる補正を行う（図７の７３）。実際には、検出画像の各画素について、輝度値がＦ（ｉ，ｊ）であったとすると、補正後の輝度値Ｄ（ｉ，ｊ）を、以下の式を用いて補正する。
【００２７】
Ｄ（ｉ，ｊ）＝Ｆ（ｉ，ｊ）×ａ＋ｂ
そして、検出画像の補正後の輝度値Ｄ（ｉ，ｊ）と参照画像の輝度値Ｇ（ｉ，ｊ）の差分を求め（図７の７４のステップ）、差分値が設定したしきい値ＴＨより大きい部分を欠陥候補とする（図７の７５のステップ）。
【００２８】
ここで、補正後の輝度値Ｄ（ｉ，ｊ）は、その画素が散布図内で近似直線に近いほど参照画像の輝度値Ｇ（ｉ，ｊ）に近くなる。すなわち、強い補正が行われることになる。そこで、コントラストに応じて散布図の作り方を変えてもよい。例えば、先にも述べたようにコントラストの高い領域では少しの位置ずれがあってもその差分値が大きくなる。そこで、コントラストの高い領域は強い補正を行って明るさを合わせ込み、差分値が小さくなるようにする。例えば、図１１（ａ）に示すようにコントラストの低い領域では広い散布図の分布領域から直線近似を行い、図１１（ｂ）又は（ｃ）に示すように、コントラストの高い領域ではカテゴリ分けを細かく行い、より狭い散布図領域で直線近似を行えばよい。また、低コントラスト領域では明るさむらが生じやすいことから、逆にコントラストの低い領域ほどカテゴリ分けを細かく行い、明るさの合わせ込みを強く行うこともこの発明の範囲になる。更に、当然のことながら、全コントラストに対して同じ補正を行っても構わない。また、位置ずれ検出の精度を常にモニタリングし、正しい位置ずれ量が算出されていないときに限って、コントラストの高い領域では通常よりも明るさの合わせ込みを強くすることもできる。
【００２９】
カテゴリの細分化はコントラスト値に応じて行ってもよいし、別の特徴量を用いて行ってもよい。例えば、欠陥と明るさむらの違いをある特徴から評価し、明るさむらとしての特徴をもつ領域では、散布図内でその近傍の画素から近似直線を求めることにより明るさの合わせ込みを強く行い、欠陥らしき特徴量をもつ領域では、散布図内の離れた画素から近似直線を求めることにより明るさの合わせ込みを弱くする。
【００３０】
以上に述べたように、本発明では2枚の画像を比較し、その差分値から欠陥を検出する検査において、位置ずれによる虚報の生じやすい高コントラスト領域で必要に応じて明るさの合わせ込みを強く行ったり、明るさむらのある領域では明るさの合わせ込みを強く行う。また、欠陥としての特徴をもつ領域では明るさの合わせ込みを弱くする。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）（図３（ａ）に相当）に示すような正しい位置ずれ量が検出されなかったときの本発明による明るさ合わせ込み後の差分値の波形である。図１２（ｂ）（図３（ｂ）に相当）に示すように、明るさ合わせ込みを行わない場合に比べて虚報のレベルが低減されて一つのしきい値ＴＨ３で欠陥を検出することができる。
図１３（ｄ）は、図１３（ａ）、（ｂ）（図４（ａ）、（ｂ）に相当）で明るさむらがあったときの図１３（ｃ）（図４（ｃ）に相当）の差画像に対して本発明による明るさ合わせ込み後の差分値の波形である。
【００３１】
図１２（ｃ）と図１３（ｄ）とのどちらの場合も、本来欠陥として検出したくない領域に対して明るさの合わせ込みを行うことにより、差分値を小さくすることができる。これに対し、欠陥部分では明るさの合わせ込みを弱くしているため、差分値はさほど小さくならない。このため、従来、しきい値を全領域に対しＴＨ２に設定する、もしくはＴＨとＴＨ２の２つのしきい値を設定して虚報の発生を避けていたが、本発明により、感度を落とさずに位置ずれや明るさむらによる虚報の発生を避け、かつ、唯一の低しきい値ＴＨ３での高感度検査と容易な感度調整を可能とする。
【００３２】
以上、本発明の一実施例を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比較検査画像を例にとって説明したが、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、例えばＴＦＴ基板、ホトマスク、プリント板などでも適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したごとく本発明によれば、コントラストに応じて明るさの合わせ込みを行う。特に位置ずれによる虚報の発生しやすい高コントラスト部分で必要に応じて強い合わせ込みを行うことにより虚報の発生を低減する。また、明るさむらに対しても明るさの合わせ込みを行うことにより虚報の発生を低減する。これにより結果として低しきい値の設定が可能となり、高感度な検査を実現することができる。また、唯一のしきい値設定で虚報の発生低減と欠陥の検出が両立し、感度の調整が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (ａ)検査対象画像、(Ｂ)検査対象画像11と12との差画像の1Ｄ−1Ｄ'ライン上での輝度波形を示す図である。
【図２】（ａ）図１（ａ）の検査対称画像１１と１２との差画像、（ｂ）差画像の１Ｄ−１Ｄ’ライン上での輝度波形を示す図である。
【図３】（ａ）図１（ａ）の検査対称画像１１と１２との差画像、（ｂ）差画像の１Ｄ−１Ｄ’ライン上での輝度波形としきい値ＴＨ、ＴＨ２の関係を示す図、（ｃ）差画像の１Ｄ−１Ｄ’ライン上での輝度波形としきい値ＴＨ、ＴＨ２の関係を示すである。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、比較チップ間に明るさむらがあった時の検査対象画像、（ｃ）は、（ａ）と（ｂ）との差画像、（ｄ）は、（ｃ）の１Ｄ−１Ｄ’ライン上の輝度波形としきい値ＴＨ、ＴＨ２を示す図である。
【図５】本発明による検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】検査対象となる半導体ウェハの平面図である。
【図７】本発明の画像比較部の処理フローを示すフロー図である。
【図８】着目画素でのコントラスト演算方法の一例を示す画素のイメージ図である。
【図９】着目画素でのコントラスト演算方法の一例を示す画素のイメージ図である。
【図１０】検査画像と比較画像とのそれぞれの輝度値の関係を示す散布図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、検査画像と比較画像とのそれぞれの輝度値の関係を示す散布図である。
【図１２】（ａ）は図３（ａ）に相当する差画像、（ｂ）は図３（ｂ）に相当する１Ｄ−１Ｄ’ライン上の輝度波形、（ｃ）は本発明による明るさ合わせ込みを行った後の１Ｄ−１Ｄ’ライン上の輝度波形図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、図４（ａ）及び（ｂ）に相当する比較チップ間に明るさむらがあった時の検査対象画像、（ｃ）は、図４（ｃ）に相当する（ａ）と（ｂ）との差画像、（ｄ）は、本発明による明るさ合わせ込みを行った後の１Ｄ−１Ｄ’ライン上の輝度波形図である。
【符号の説明】
１１…検出画像    １２…参照画像    ５１…試料    ５２…ステージ    ５３…検出部    ５０１…光源    ５０２…照明光学系    ５０３…対物レンズ
５０４…イメージセンサ    ５５…画像処理部    ５４…ＡＤ変換部    ５０５…前処理部    ５０６…遅延メモリ      ５０７…位置ずれ検出部    ５０８…画像比較部    ５０９…特徴抽出部    ５６…全体制御部    ５１０…ユーザインターフェース部    ５１１…記憶装置    ５１２…メカニカルコントローラ
１０１…近似直線
【図１】
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【図２】
0004013510.tif 000003
【図３】
0004013510.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004013510.tif 000006
【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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【図１２】
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【図１３】
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