JP2009097928A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料表面の撮像画像を検査して試料表面のパターンの欠陥を検出する欠陥検出において疑似欠陥の発生を効果的に抑制する。
【解決手段】試料２の表面に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検査装置１は、撮像部１３により撮像された撮像画像上にて検出された欠陥候補のサイズが撮像部１３の結像光学系の解像限界よりも小さく、かつ欠陥候補を示す欠陥候補画素の周囲の画素からこの欠陥候補画素までのグレイレベル値の空間的変化が結像光学系の解像力を超えているとき、この欠陥候補を疑似欠陥として判定する疑似欠陥判定部３１を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、試料の表面に形成されたパターンを所定の撮像装置によって撮像して取得された撮像画像を所定の検査方法に従って検査することにより、試料の表面のパターンの欠陥を検出する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。
より詳しくは、このような欠陥検査装置及び欠陥検査方法において、検査が行われている撮像画像に含まれるノイズ等により生じる疑似欠陥の検出を防止するための技術に関する。

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などの半導体装置等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、半導体ウエハ、フォトマスク用基板、液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板などの試料の表面に形成されたパターンを撮像し、これにより得られた画像を検査することにより試料表面に存在する欠陥を検出するパターン欠陥検査が広く行われている。
以下の説明では、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用欠陥検査装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスク用基板や、液晶デバイス用基板、液晶表示パネル用基板などの半導体装置を検査する欠陥検査装置にも広く適用可能である。

図１に、本願の出願人が特願２００３−１８８２０９（下記特許文献１）にて提案するものと同様の欠陥検査装置のブロック図を示す。欠陥検査装置１には、３次元方向に移動可能なステージ１１が設けられており、ステージ１１の上面には試料台（チャックステージ）１２が設けられている。この試料台１２の上に検査対象となる試料である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と示すことがある）２を載置して固定する。
また試料台１２の上方には、ウエハ２の表面の光学像を撮像するための撮像部１３が設けられる。撮像部１３には、１次元又は２次元のＣＣＤセンサ（好適には１次元ＴＤＩセンサ）といったイメージセンサ（撮像素子）が使用され、その受光面に結像されたウエハ２の表面の光学像を電気信号に変換する。ここででは撮像部１３は１次元のＴＤＩセンサを撮像素子として使用するものとして、図１の構成例について説明する。

ステージ１１の移動により撮像部１３とウエハ２とを相対的に移動させることによって、ウエハ２に対して撮像部１３をＸ方向又はＹ方向に走査させてウエハ２の表面の２次元画像を得る。ウエハ２を照明する照明光学系として、明視野照明光学系又は暗視野照明光学系が使用される。

撮像部１３から出力される画像信号は、多値のディジタル信号（グレイレベル値）に変換された後に画像記憶部１４に記憶される。
ウエハ２上には、図２に示すように複数のダイ（チップ）３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。いま図３に示すように、１次元ＴＤＩセンサを備えた撮像部１３で、ウエハ２の表面を矢印９０にて示した「走査方向」に沿って走査することにより、ウエハ３ａ〜３ｃを含む点線にて囲まれた領域の画像１００を取得する場合を想定する。

ウエハ２上の各ダイ３ａ、３ｂ、３ｃ…には同じパターンが形成される。そのためウエハ２を撮像すると、各ダイを撮像した領域にそれぞれ生じるパターンを単位パターンとし、これら単位パターンが繰り返し現れる反復パターンが、ウエハ２の撮像画像に現れる。したがって、各ダイの撮像画像の対応する部分同士、すなわち各ダイの同じ箇所を撮像した部分同士の画像のグレイレベル値は本来同様の値となる。図３の例では、ダイ３ａとダイ３ｂを撮像した撮像画像内において互いに対応する画素、すなわちダイ３ａとダイ３ｂの同じ箇所の像が結像する画素１０１ａ及び１０１ｂのグレイレベル値は本来同様の値となる。

したがって２つのダイの撮像画像内の本来同一となるべき対応する箇所（画素１０１ａ及び１０１ｂ）同士のグレイレベル値の差分（グレイレベル差）を検出すると、両方のダイに欠陥がない場合に比べて一方のダイに欠陥がある場合にグレイレベル差が大きくなる。このような大きなグレイレベル差を検出することによりダイ上に存在する欠陥を検出できる（ダイトゥダイ比較）。
また、１つのダイ内にメモリセルのような繰り返しパターンが形成されている場合には、この繰り返しパターン内の本来同一となるべき対応箇所を撮像した画像同士のグレイレベル差を検出しても欠陥を検出できる（セルトゥセル比較）。

なお、ダイトゥダイ比較では、隣り合う２つのダイ同士を撮像した画像を比較するのが一般的である（シングルティテクション）。これではどちらのダイに欠陥があるか分からない。したがって、更に異なる側に隣接するダイとの比較を行い、再び同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなった場合にそのダイに欠陥があると判定する（ダブルディテクション）。

すなわち、画像１００内のダイ３ａを撮像した画像の部分に欠陥が存在するか否かを検出する場合を考えると、まずダイ３ａとこれに隣接する一方のダイ３ｂの画像とを撮像した撮像画像内において互いに対応する画素（画素１０１ａ及び１０１ｂ）同士の間のグレイレベル差を検出する。次にダイ３ａとこれに隣接する他方のダイ３ｃの画像とを撮像した撮像画像内において互いに対応する画素（画素１０１ａ及び１０１ｃ）同士の間のグレイレベル差を検出する。そしてこれら画素１０１ａ及び１０１ｂの間のグレイレベル差と、画素１０１ａ及び１０１ｃの間のグレイレベル差が両方とも検出閾値よりも大きくなった場合には、ダイ３ａの画像内の画素１０１ａの部分に欠陥があると判定する（ダブルディテクション）。セルトゥセル比較でも同様である。

なお以下の説明では、上記例示のダイ３ａを撮像した部分の画像のような、ダブルディテクションで欠陥を検出しようとする検出の対象となる画像を「被検査画像」と記し、このような被検査画像を構成する画素を「被検査画素」と記すことがある。また上記例示のダイ３ｂ、３ｃを撮像した部分の画像のような、被検査画像と対比される画像を「参照画像」と記し、前記被検査画素と対比される画素を「参照画素」と記すことがある。
またシングルディテクションにおいて互いに対比される画像の一方を「被検査画像」と記し他方を「参照画素」と記すことがある。そして被検査画像を構成する画素を「被検査画素」と記し、前記被検査画素と対比される画素を「参照画素」と記すことがある。

図１に戻り、欠陥検査装置１は欠陥検出部２０を備える。欠陥検出部２０は、以下に説明する差分検出部２１、検出閾値決定部２２、閾値比較部２３及び欠陥情報生成部２４を備える。以下、欠陥検査装置１にてダイトゥダイ比較による欠陥検出を行う場合について説明するが、ダイトゥダイ比較とセルトゥセル比較との処理の主な違いは、比較される被検査画素と参照画素との間の間隔がダイのピッチの整数倍になるかセルのピッチの整数倍になるかの違いで、検出方法の考え方自体には大きな差違はない。

撮像部１３をウエハ２に対して相対的に走査される間に、１次元ＴＤＩカメラである撮像部１３の出力信号を取り込むと、画像記憶部１４にウエハ２の２次元画像が蓄積される。このとき差分検出部２１には、画像記憶部１４に蓄積された、隣接する２つのダイの同じ箇所を撮像した画素のグレイレベル値が入力され、差分検出部２１はこれらのグレイレベル値同士の差信号（グレイレベル差）を算出する。これら２つの画素の一方は被検査画素であり他方は参照画素である。差分検出部２１は、被検査画素と参照画素との間のグレイレベル差を算出する。算出されたグレイレベル差は検出閾値決定部２２と閾値比較部２３に入力される。

検出閾値決定部２２は、差分検出部２１が複数の被検査画素について検出したグレイレベル差の分布に基づいて、所定の統計処理により検出閾値を決定して閾値比較部２３に出力する。閾値比較部２３は、差分検出部２１から入力したグレイレベル差と検出閾値決定部２２が決定した検出閾値とを比較して、シングルディテクションによって検査画像に含まれる欠陥を検出する。すなわち閾値比較部２３は、グレイレベル差が検出閾値を超える場合には、このようなグレイレベル差が検出された検査画素及び参照画素のうちどちらかが、このような欠陥を示す欠陥候補画素であると判断する。

欠陥情報作成部２４は、現在注目しているダイとその両隣のダイのうちの一方のダイとを比較したことによって欠陥候補画素が検出された位置に、この注目ダイとその両隣のダイのうちの他方のダイとの間でも欠陥候補画素が検出された場合に、この注目ダイの欠陥候補画素の位置に欠陥候補画素があると判定する。すなわち、閾値比較部２３による比較において、ある注目ダイを撮像した画像内の被検査画素と、注目ダイの両隣にある２つのダイをそれぞれ撮像した画像内の参照画素のそれぞれとの間の２つのグレイレベル差が、両者とも検出閾値を超えるとき、欠陥情報作成部２４はこの注目ダイの被検査画素が欠陥候補画素であると決定するダブルディテクションを行う。
そして、欠陥候補画素であると判定された画素同士が隣接している場合にはこれらを１つの欠陥にまとめる等の画像処理を行い、検出した欠陥候補についての位置情報やサイズなどを含む欠陥情報を生成する。
欠陥情報作成部２４は、欠陥情報を作成するとき、欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像や、欠陥候補画素と比較された参照画素と欠陥候補画素との間のグレイレベル差や、欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像とこれらの画素と比較された参照画素との差画像を欠陥情報に含めることもある。

特開２００４−１７７３９７号公報

欠陥検出に使用される撮像画像に含まれるノイズなどの影響により、欠陥検査装置は、本来欠陥でない箇所を欠陥箇所であると検出することがある。真の欠陥でない欠陥を「疑似欠陥」と呼ぶ。疑似欠陥の発生量が多いと、欠陥検査装置による欠陥検出の後に行う自動欠陥分類（ＡＤＣ：Auto Defect Classification）等において無駄な処理量が増加する。したがって疑似欠陥は極力低減されるのが好ましい。
欠陥検査装置の欠陥検出感度を下げれば疑似欠陥の発生量は低減される。しかし、欠陥検出感度を下げると微小な真欠陥を見逃す可能性が高まる。このように疑似欠陥の発生を抑制することと真欠陥を漏らさず検出することとはトレードオフの関係にあるため、両者を両立するように欠陥検出感度を設定することは困難である。

上記問題点に鑑み、本発明は、試料の表面に形成されたパターンを所定の撮像装置によって撮像して取得された撮像画像を検査することにより、試料の表面のパターンの欠陥を検出する欠陥検出において、効果的に疑似欠陥の発生を抑制する手段及び方法を提供することを目的とする。

本発明では、撮像画像上において所定の欠陥検査方法に従って欠陥候補を検出し、この欠陥候補のサイズが撮像装置の結像光学系の解像限界よりも小さく、かつ欠陥候補を示す欠陥候補画素の周囲の画素からこの欠陥候補画素までのグレイレベル値の空間的変化が結像光学系の解像力を超えているとき、この欠陥候補を疑似欠陥として判定する。
撮像装置の像面に設けられた撮像素子に結像する像には、結像光学系の解像限界の空間周波数よりも高い高周波数成分が含まれない。したがって欠陥検出処理を行う特定の画像処理によって解像限界よりも小さいサイズの欠陥候補が検出された場合には、撮像画像の欠陥候補画素付近のグレイレベル値変化が結像光学系の解像力を超えているか否かを判定することによって、欠陥候補画素付近のグレイレベル値が変化は本当に被写体のコントラストに起因しているのか、それとも欠陥候補画素のグレイレベル値が、ノイズなどの他の原因によって生じたものであるか否かを知ることができる。

したがって、撮像画像上にて検出された欠陥候補のサイズが所定の撮像装置の結像光学系の解像限界よりも小さく、欠陥候補画素の周囲の画素から欠陥候補画素までの間のグレイレベル値の空間的変化が結像光学系の解像力を超えるときには、これを疑似欠陥として判定することができる。そして、例えば欠陥検査装置から出力する欠陥情報から、疑似欠陥と判定された情報を除去することによって、疑似欠陥に係る欠陥情報の出力を抑制することができる。

撮像装置には、結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置を用いてよい。
このとき、欠陥候補画素の周囲の画素からこの欠陥候補画素までの間のグレイレベル値の空間的変化の量を示す変化値として、欠陥候補画素とこれに隣接する画素との間のグレイレベル差を検出して用いてもよい。このとき欠陥候補画素とこれに隣接する複数の画素との間のグレイレベル差をそれぞれ求めて、その最大値を、上記の空間的変化の量を示す変化値として検出して用いてもよい。
また、上記の空間的変化の量を示す変化値として、結像光学系の解像限界の周期よりも小さく定められた所定間隔だけ欠陥候補画素から離れた画素と欠陥候補画素との間のグレイレベル差を検出して用いてもよい。このとき所定間隔だけ欠陥候補画素から離れた複数の画素と欠陥候補画素との間のグレイレベル差をそれぞれ求めて、その最大値を、上記の空間的変化の量を示す変化値として検出して用いてもよい。

欠陥候補画素を検出する際に、撮像画像内において、被検査画素と同一となることが予定される複数の参照画素を、被検査画素と各々比較して、複数の参照画素と被検査画素と間の各々のグレイレベル差のいずれもが所定の検出閾値を超えるとき、被検査画素を欠陥候補画素として検出してもよい。被検査画素と比較する参照画素の数は、上記のダブルティテクションと同様に２個としてもよいが、それ以上の数の参照画素と被検査画素とを比較してもよい。

疑似欠陥を検出する際に、欠陥候補画素と比較された複数の参照画素のうちのいずれかと欠陥候補画素との間のグレイレベル差によって変化値を除したグレイレベル差比が、所定の上限値を超えるとき、欠陥候補画素の周囲の画素からこの欠陥候補画素までのグレイレベル値の空間的変化が結像光学系の解像力を超えていると判定してもよい。

本発明によれば、撮像画像を検査して試料の表面のパターンの欠陥を検出する欠陥検出において、本来、撮像装置の結像光学系では解像することができない高周波のグレイレベル変化によって生じた疑似欠陥の発生を効果的に抑制する。

以下、図４、図５の（Ａ）〜図５の（Ｃ）及び図６の（Ａ）〜図６の（Ｃ）を参照して本発明による欠陥検査方法の概略を説明する。図４は、図２に示すようなウエハ２を撮像した撮像画像１００を示す模式図であり、図示のｘ方向及びｙ方向に配列されたマス目の各々が１つの画素を各々示す。いま座標（ｘ０，ｙ０）の位置において、図１を参照して説明したようなダイトゥダイ比較やセルトゥセル比較によって欠陥候補画素１０１が検出された場合を考える。

図５の（Ａ）は、欠陥候補画素として検出された第１の例の画素１０１の周囲の画素の各々のグレイレベル値を示す図であり、ここでは画素１０１を中心としてｘ軸に平行な（ｙ＝ｙ０）の直線に沿って並んだ各画素のそれぞれのグレイレベル値を示している。図５の（Ｂ）は、ダイトゥダイ比較やセルトゥセル比較によって図５の（Ａ）に示す各画素とそれぞれ比較される参照画素の各々のグレイレベル値を示す図であり、図５の（Ｃ）は図５の（Ａ）に示す各画素と図５の（Ｂ）に示す各画素と各々の差であるグレイレベル差を示す図である。図５の（Ｃ）に示すように、座標（ｘ０，ｙ０）にある欠陥候補画素１０１において被検査画素と参照画素とのグレイレベル差が検出閾値ＴＨを超えることによって、画素１０１が欠陥候補画素として検出されている。

図６の（Ａ）は、欠陥候補画素として検出された第２の例の画素１０１の周囲の画素の各々のグレイレベル値を示す図であり、図５の（Ａ）と同様に画素１０１を中心としてｘ軸に平行な（ｙ＝ｙ０）の直線に沿って並んだ各画素のそれぞれのグレイレベル値を示している。図６の（Ｂ）は、図６の（Ａ）に示す各画素とそれぞれ比較される参照画素の各々のグレイレベル値を示す図であり、図６の（Ｃ）は図６の（Ａ）に示す各画素と図６の（Ｂ）に示す各画素と各々の差であるグレイレベル差を示す図である。図６の（Ｃ）に示すように、欠陥候補画素１０１においてグレイレベル差が検出閾値ＴＨを超えることによって、画素１０１が欠陥候補画素として検出されている。
図６の（Ａ）の欠陥候補画素１０１の周囲の画素から欠陥候補画素１０１までに生じるグレイレベル値の空間的変化は、図５の（Ａ）の欠陥候補画素１０１のそれより急峻である。例えば、画素ピッチＤｘだけ離れた隣接画素とのグレイレベル差をＤＧＬとすると、図６の（Ａ）のＤＧＬ＞図５の（Ａ）のＤＧＬである。

図５の（Ａ）及び図６の（Ａ）にて検出された欠陥候補画素１０１が示す欠陥のサイズが、撮像画像１００を撮像する撮像装置の結像光学系の解像限界より小さい場合には、本来、このような欠陥の像は撮像装置の撮像素子上に結像しない。したがって、結像光学系の解像限界より小さいサイズの欠陥として検出された欠陥であってもそれが真欠陥である場合には、図５の（Ａ）に示すように比較的緩やかに変化するグレイレベル値の頂点部分にある画素１０１だけが欠陥候補画素として検出された場合であると考えられる。この場合には欠陥候補画素１０１から周囲画素までのグレイレベル変化は比較的緩やかである。

すなわち欠陥候補画素１０１が示す欠陥のサイズが撮像装置の結像光学系の解像限界よりも小さい場合、図６の（Ａ）に示すように欠陥候補画素１０１のグレイレベル値だけがその周辺の画素のグレイレベル値が大きく異なることは起こりえない。したがってこのような欠陥候補画素１０１のグレイレベル値は信頼できないことが分かる。
したがって、欠陥候補画素１０１から周囲画素までのグレイレベル変化が急峻である場合には、欠陥候補画素１０１が画像ノイズなどにより生じた疑似欠陥であると判定することができる。

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７は、本発明の実施例による欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。欠陥検査装置１は、図１を参照して説明した構成と類似の構成を有しており、同様の構成要素には同じ参照番号を付すこととし同様の機能については説明を省略する。
図７に示す欠陥検査装置１は、欠陥情報作成部２４が生成する欠陥情報を入力して、入力した欠陥情報のうち疑似欠陥に関する欠陥情報を除去する疑似欠陥除去部３０を備える。

欠陥情報作成部２４は、検出された欠陥候補に関する、位置やサイズ等の一定の情報を含んだ欠陥情報を作成するとき、少なくとも、欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像、及び欠陥候補画素と比較された参照画素と欠陥候補画素との間のグレイレベル差を欠陥情報に含める。グレイレベル差に代えて、欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像とこれらの画素と比較された参照画素との差画像を欠陥情報に含めてもよい。
なお、図１に示す欠陥検査装置１の説明では、差分検出部２１、閾値比較部２３及び欠陥情報作成部２４によって、被検査画素が２つの参照画素と比較されてそれぞれグレイレベル差が検出されるダブルティテクションが行われる、と説明した。しかし被検査画素を欠陥候補画素であると判定するためには、被検査画素は複数の参照画素と比較されればよく、参照画素の数は２個とは限らない。したがって、本発明の範囲は、被検査画素を２個の参照画素と比較する欠陥検査装置や欠陥検査方法に限定されず、参照画素の数が２個以上であればよい。

また撮像部１３に使用される撮像素子は、撮像部１３の結像光学系の像面における解像限界の周期よりも細かいピッチで撮像画素が配列されているものを使用する。すなわち、撮像部１３の結像光学系の解像限界の空間周波数がｆであり、周期（１／ｆ）がＴであり、この結像光学系により投影される物体と像との倍率がｍであるとき、撮像部１３の撮像素子には、その撮像画素の画素ピッチｐがＴ／ｍより小さいものを使用する。

図８は、図６に示す疑似欠陥除去部３０の構成例を示すブロック図である。疑似欠陥除去部３０は、欠陥情報作成部２４から入力したそれぞれの欠陥情報が、疑似欠陥であるか否かを判定する疑似欠陥検出部３１と、入力したそれぞれの欠陥情報から、疑似欠陥検出部３１により疑似欠陥であると判定された欠陥情報を取り除いて出力するデータ選択部３２を備える。

疑似欠陥検出部３１は、図示のとおり、欠陥サイズ判定部３３と、グレイレベル変化値検出部３４と、グレイレベル差抽出部３５と、グレイレベル変化値検出部３４から出力される値をグレイレベル差抽出部３５から出力される値で割った値を出力する除算器３６と、除算器３６の出力値を所定の定数Δｘと比較する比較器３７とを備える。

欠陥サイズ判定部３３は、入力された欠陥情報から欠陥候補のサイズに関する情報を抽出して、欠陥候補のサイズが、所定の下限値ＴＨｓ以下であるか否かを判定することによって、欠陥候補のサイズが、撮像部１３の結像光学系の解像限界よりも小さいか否かを判定する。
グレイレベル変化値検出部３４は、欠陥候補のサイズが所定の下限値ＴＨｓ以下であるとき、入力された欠陥情報から、欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像を抽出する。そして欠陥候補画素に隣接する画素から欠陥候補画素までのグレイレベル値の変化値を検出する。
グレイレベル差抽出部３５は、欠陥候補のサイズが所定の下限値ＴＨｓ以下であるとき、入力された欠陥情報から、欠陥候補画素と比較された参照画素と欠陥候補画素との間のグレイレベル差を抽出する。欠陥情報が欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像とこれらの画素と比較された参照画素との差画像を含む場合には、グレイレベル差抽出部３５は、この差画像から参照画素と欠陥候補画素との間のグレイレベル差を抽出してもよい。

除算器３６は、グレイレベル変化値検出部３４が検出したグレイレベル値の変化値を、グレイレベル差抽出部３５が抽出したグレイレベル差で除算したグレイレベル差比Ｒを算出する。比較器３７は、算出されたグレイレベル差比Ｒと所定の定数Δｘとを比較する。
データ選択部３２は、欠陥サイズ判定部３３による判定の結果、欠陥候補の欠陥サイズが所定の下限値ＴＨｓを超えていれば、入力された欠陥情報を真欠陥であると判定して後段に出力する。
欠陥候補の欠陥サイズが所定の下限値ＴＨｓ以下である場合には、データ選択部３２は、比較器３７によるグレイレベル差比Ｒと所定の定数Δｘとの比較結果を参照し、グレイレベル差比Ｒが所定の定数Δｘを超えていれば入力された欠陥情報を疑似欠陥であると判定して後段への出力を禁止する。グレイレベル差比Ｒが所定の定数Δｘ以下であれば、入力された欠陥情報を真欠陥であると判定して後段に出力する。

以下、図９を参照して疑似欠陥除去部３０の動作を詳細に説明する。図９は、本発明の実施例による欠陥検査方法の示すフローチャートである。ステップＳ１では、撮像部１３によってウエハ２の表面のパターンの画像を撮像する。撮像された画像は画像記憶部１４に記憶される。
ステップＳ２では、差分検出部２１は画像記憶部１４に蓄積された撮像画像から被検査画素と参照画素を取り出し、両者の間のグレイレベル差を検出する。
ステップＳ３では、検出閾値決定部２２は、差分検出部２１が複数の被検査画素について検出したグレイレベル差の分布に基づいて、所定の統計処理により検出閾値を決定する。

ステップＳ４では、閾値比較部２３は、差分検出部２１から入力したグレイレベル差と検出閾値決定部２２が決定した検出閾値とを比較して、シングルディテクションによって検査画像に含まれる欠陥を検出する。欠陥情報作成部２４は、ダブルディテクションを行うことにより欠陥候補画素を決定する。欠陥情報作成部２４は、検出された欠陥候補に関する、位置やサイズ等の一定の情報を含んだ欠陥情報を作成する。このとき欠陥情報作成部２４は、欠陥情報に、欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像、及び欠陥候補画素と比較された参照画素と欠陥候補画素との間のグレイレベル差、欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像とこれらの画素と比較された参照画素との差画像を含める。

ステップＳ５では、図８に示す欠陥サイズ判定部３３は、欠陥候補のサイズが撮像部１３の解像限界よりも小さいか否かに応じて、欠陥候補が疑似欠陥である可能性があるか否かを判定する。このため欠陥サイズ判定部３３は、欠陥情報作成部２４が作成した欠陥情報から欠陥候補のｘ方向長やｙ方向長などの寸法に関する情報を抽出する。そして、欠陥候補の寸法が所定の下限値ＴＨｓよりも大きければ、欠陥サイズ判定部３３は、この欠陥情報に関する欠陥は真欠陥であると判定する（ステップＳ６）。データ選択部３２は、真欠陥であると判定された欠陥情報を後段へ出力する。

下限値ＴＨｓは、撮像部１３の既知の解像限界の周期Ｔに応じて適宜設定することができる。本実施例では、撮像部１３の撮像素子の撮像画素が、撮像部１３の結像光学系の像面における解像限界の周期よりも細かいピッチで撮像画素が配列されているので、撮像部１３が生成する画像の画素１つ分の欠陥は、撮像部１３の解像限界よりも小さい。本実施例では、欠陥サイズ判定部３３は、欠陥候補の大きさが１ピクセルのとき疑似欠陥である可能性があると判定して処理をステップＳ７へ進め、２ピクセル以上の場合には真欠陥と見なす（Ｓ６）。

ステップＳ７では、グレイレベル変化値検出部３４は、入力された欠陥情報から、欠陥候補画素とその周囲の画素を含む部分画像を抽出する。そして欠陥候補画素に隣接する画素から欠陥候補画素までのグレイレベル値の変化値ＧＶを検出する。図１０の（Ａ）を参照して変化値ＧＶの算出方法の一例を説明する。図１０の（Ａ）は、入力された欠陥情報から、グレイレベル変化値検出部３４が抽出した欠陥候補画素１０１を含む部分画像１００を示す。図示のｘ方向及びｙ方向に配列されたマス目の各々が１つの画素を各々示す。

欠陥候補画素１０１のグレイレベル値をＧｉｊ、これに隣接する画素１０２ａ〜１０２ｄの画素値をそれぞれＧ（ｉ−１）ｊ、Ｇｉ（ｊ−１）、Ｇ（ｉ＋１）ｊ、Ｇｉ（ｊ＋１）とすると、欠陥候補画素１０１と隣接画素１０２ａ〜１０２ｄとの間のそれぞれのグレイレベル差ΔＧＬ１〜ΔＧＬ４は、
ΔＧＬ１＝｜Ｇｉｊ−Ｇ（ｉ−１）ｊ｜
ΔＧＬ２＝｜Ｇｉｊ−Ｇｉ（ｊ−１）｜
ΔＧＬ３＝｜Ｇｉｊ−Ｇ（ｉ＋１）ｊ｜
ΔＧＬ４＝｜Ｇｉｊ−Ｇｉ（ｊ＋１）｜
により算出される。グレイレベル変化値検出部３４は、これらグレイレベル差ΔＧＬ１〜ΔＧＬ４のうち最大値Ｍａｘ（ΔＧＬ１，ΔＧＬ２，ΔＧＬ３，ΔＧＬ４）を変化値ＧＶとして決定する。

グレイレベル差抽出部３５は、入力された欠陥情報から、欠陥候補画素１０１と比較された参照画素と欠陥候補画素１０１との間のグレイレベル差ＧＬＤｉｆｆを抽出する。グレイレベル差抽出部３５は、欠陥情報に含まれる欠陥候補画素１０１とその周囲の画素を含む部分画像とこれらの画素と比較された参照画素との差画像から、参照画素と欠陥候補画素１０１との間のグレイレベル差ＧＬＤｉｆｆを抽出してもよい。
そして除算器３６によって、グレイレベル変化値検出部３４が検出したグレイレベル値の変化値ＧＶを、グレイレベル差抽出部３５が抽出したグレイレベル差ＧＬＤｉｆｆで除算したグレイレベル差比Ｒを算出する。

ステップＳ８では、比較器３７は、算出されたグレイレベル差比Ｒと所定の定数Δｘとを比較し、グレイレベル差比Ｒが所定の定数Δｘを超えているか否かによって、隣接画素１０２ａ〜１０２ｄからこの欠陥候補画素１０１までのグレイレベル値の空間的変化が前記結像光学系の解像力を超えているか否かを判定する。グレイレベル差比Ｒが所定の定数Δｘを超えている場合には、入力された欠陥情報に係る欠陥候補は疑似欠陥であると判定され（ステップＳ９）、グレイレベル差比Ｒが所定の定数Δｘ以下である場合には、欠陥候補は真欠陥であると判定される（ステップＳ６）。

所定の定数Δｘは、例えば、予め欠陥があると分かっている試料を撮像部１３で撮像し、複数の欠陥部分を撮像した欠陥画素とその隣接画素とのグレイレベル変化ΔＧＬ１と、この欠陥画素と参照画素との間のグレイレベル差ΔＧＬ２とを決定し、これらの比ΔＧＬ１／ΔＧＬ２のうち下限値を選択することによって決定することができる。

また所定の定数Δｘは、撮像画像のコントラストが撮像部１３の結像光学系の解像力を超えるか否かを判定する閾値であるので、撮像部１３の結像光学系の解像限界周波数ｆに依存する。したがって定数Δｘを、解像限界周波数ｆに応じて下記式に従って求めてもよい。
Δｘ＝α×ｆ＋β （１）
上式（１）においてα及びβは、撮像部１３の結像光学系の構成に応じて定められる補正係数である。例えば撮像部１３が共焦点顕微鏡である場合には同じ解像限界周波数ｆでも画像の解像性が高いのでαを大きくする必要がある。また照明光として、波長が単一でないブロードバンド照明を用いる場合には、解像限界周波数ｆが一意に定まらないので補正係数としてα及びβにより調整する。

データ選択部３２は、欠陥情報を疑似欠陥であると判定された場合（Ｓ９）には、この欠陥情報を後段へ出力することを禁止する。入力された欠陥情報が真欠陥であると判定された場合（Ｓ６）には、欠陥情報を後段に出力する。

なお、ステップＳ７において、グレイレベル変化値検出部３４は、変化値ＧＶとして、欠陥候補画素の隣接画素から欠陥候補画素までのグレイレベル値の変化値を検出するのに代えて、欠陥候補画素から所定距離だけ離れた画素と欠陥候補画素との間のグレイレベル値の変化を検出してもよい。図１０の（Ｂ）を参照してこのような変化値ＧＶの算出方法の例を説明する。図１０の（Ｂ）は、入力された欠陥情報から、グレイレベル変化値検出部３４が抽出した欠陥候補画素１０１を含む部分画像１００を示す。図示のｘ方向及びｙ方向に配列されたマス目の各々が１つの画素を各々示す。

欠陥候補画素１０１のグレイレベル値をＧｉｊ、欠陥候補画素１０１から所定距離Ｒだけ離れた画素１０２ａ〜１０２ｈの画素値をそれぞれＧａ〜Ｇｈとする。このとき所定距離Ｒを、撮像部１３の結像光学系の像面における解像限界の周期よりも小さい値に設定する。すなわちＲ＜Ｔ／ｍとする。
そして欠陥候補画素１０１と隣接画素１０２ａ〜１０２ｈとの間のそれぞれのグレイレベル差ΔＧＬａ〜ΔＧＬｈを、ΔＧＬａ＝｜Ｇｉｊ−Ｇａ｜、ΔＧＬｂ＝｜Ｇｉｊ−Ｇｂ｜、ΔＧＬｃ＝｜Ｇｉｊ−Ｇｃ｜、ΔＧＬｄ＝｜Ｇｉｊ−Ｇｄ｜、ΔＧＬｅ＝｜Ｇｉｊ−Ｇｅ｜、ΔＧＬｆ＝｜Ｇｉｊ−Ｇｆ｜、ΔＧＬｇ＝｜Ｇｉｊ−Ｇｇ｜、ΔＧＬｈ＝｜Ｇｉｊ−Ｇｈ｜により算出する。グレイレベル変化値検出部３４は、これらグレイレベル差ΔＧＬａ〜ΔＧＬｈのうち最大値Ｍａｘ（ΔＧＬａ，ΔＧＬｂ，ΔＧＬｃ，ΔＧＬｄ，ΔＧＬｅ，ΔＧＬｆ，ΔＧＬｇ，ΔＧＬｈ）を変化値ＧＶとして決定する。

本発明は、試料の表面に形成されたパターンを所定の撮像装置によって撮像して取得された撮像画像を所定の検査方法に従って検査することにより、試料の表面のパターンの欠陥を検出する欠陥検査装置及び欠陥検査方法に利用可能である。

従来の欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。 半導体ウエハのダイの配列を示す図である。 図２に示すウエハに対して行うダイトゥダイ比較の説明図である。 本発明による欠陥検査方法の説明図（その１）である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明による欠陥検査方法の説明図（その２）である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明による欠陥検査方法の説明図（その３）である。 本発明の実施例による欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。 図６に示す疑似欠陥除去部の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施例による欠陥検査方法の示すフローチャートである。 （Ａ）及び（Ｂ）は欠陥候補画素を含む撮像画像を示す図である。

符号の説明

１ 欠陥検査装置
２ ウエハ
３、３ａ〜３ｃ ダイ
１１ ステージ
１２ 試料台
１３ 撮像部
１４ 画像記憶部
２０ 欠陥検出部
２１ 差分検出部
２２ 検出閾値決定部
２３ 閾値比較部
２４ 欠陥情報作成部
３０ 疑似欠陥除去部
３１ 疑似欠陥検出部

Claims (14)

1. 試料の表面に形成されたパターンを所定の撮像装置によって撮像して取得された撮像画像を所定の検査方法に従って検査することにより、前記試料の表面のパターンの欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
   前記撮像画像上にて検出された欠陥候補のサイズが前記所定の撮像装置の結像光学系の解像限界よりも小さく、前記欠陥候補を示す欠陥候補画素の周囲の画素からこの欠陥候補画素までのグレイレベル値の空間的変化が前記結像光学系の解像力を超えているとき、この欠陥候補を疑似欠陥として判定する疑似欠陥判定部を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記撮像装置は、前記結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、前記像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置であって、
   前記疑似欠陥検出部は、前記空間的変化の量を示す変化値として、前記欠陥候補画素とこれに隣接する画素との間のグレイレベル差を検出するグレイレベル変化値検出部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記撮像装置は、前記結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、前記像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置であって、
   前記疑似欠陥検出部は、前記空間的変化の量を示す変化値として、前記欠陥候補画素とこれに隣接する複数の画素との間のそれぞれのグレイレベル差のうちの最大値を検出するグレイレベル変化値検出部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
4. 前記撮像装置は、前記結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、前記像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置であって、
   前記疑似欠陥検出部は、前記空間的変化の量を示す変化値として、前記周期よりも小さく定められた所定間隔だけ前記欠陥候補画素から離れた画素と前記欠陥候補画素との間のグレイレベル差を検出するグレイレベル変化値検出部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
5. 前記撮像装置は、前記結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、前記像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置であって、
   前記疑似欠陥検出部は、前記空間的変化の量を示す変化値として、前記周期よりも小さく定められた所定間隔だけ前記欠陥候補画素から離れた複数の画素と前記欠陥候補画素との間のそれぞれのグレイレベル差のうちの最大値を検出するグレイレベル変化値検出部を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
6. 前記撮像画像内において、被検査画素と同一となることが予定される複数の参照画素を、前記被検査画素と各々比較して、前記複数の参照画素と前記被検査画素と間の各々のグレイレベル差のいずれもが所定の検出閾値を超えるとき、前記被検査画素を前記欠陥候補画素として検出する欠陥検出部を備えることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の欠陥検査装置。
7. 前記疑似欠陥検出部は、前記欠陥候補画素と比較された前記複数の参照画素のうちのいずれかと前記欠陥候補画素との間のグレイレベル差によって前記変化値を除したグレイレベル差比が、所定の上限値を超えるとき、前記欠陥候補画素の周囲の画素からこの欠陥候補画素までのグレイレベル値の空間的変化が前記結像光学系の解像力を超えていると判定する、ことを特徴とする請求項６に記載の欠陥検査装置。
8. 試料の表面に形成されたパターンを所定の撮像装置によって撮像して取得された撮像画像を所定の検査方法に従って検査することにより、前記試料の表面のパターンの欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
   前記撮像画像上にて検出された欠陥候補のサイズが前記所定の撮像装置の結像光学系の解像限界よりも小さく、前記欠陥候補を示す欠陥候補画素の周囲の画素からこの欠陥候補画素までのグレイレベル値の空間的変化が前記結像光学系の解像力を超えているとき、この欠陥候補を疑似欠陥として判定することを特徴とする欠陥検査方法。
9. 前記撮像装置は、前記結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、前記像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置であって、
   前記疑似欠陥を検出する際に、前記空間的変化の量を示す変化値として、前記欠陥候補画素とこれに隣接する画素との間のグレイレベル差を検出する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の欠陥検査方法。
10. 前記撮像装置は、前記結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、前記像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置であって、
    前記疑似欠陥を検出する際に、前記空間的変化の量を示す変化値として、前記欠陥候補画素とこれに隣接する複数の画素との間のそれぞれのグレイレベル差のうちの最大値を検出する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の欠陥検査方法。
11. 前記撮像装置は、前記結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、前記像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置であって、
    前記疑似欠陥を検出する際に、前記空間的変化の量を示す変化値として、前記周期よりも小さく定められた所定間隔だけ前記欠陥候補画素から離れた画素と前記欠陥候補画素との間のグレイレベル差を検出する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の欠陥検査方法。
12. 前記撮像装置は、前記結像光学系の像面におけるこの結像光学系の解像限界の周期よりも細かいピッチで画素が配列された撮像素子により、前記像面に結像した像を電気信号に変換する撮像装置であって、
    前記疑似欠陥を検出する際に、前記空間的変化の量を示す変化値として、前記周期よりも小さく定められた所定間隔だけ前記欠陥候補画素から離れた複数の画素と前記欠陥候補画素との間のそれぞれのグレイレベル差のうちの最大値を検出する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の欠陥検査方法。
13. 前記欠陥候補画素を検出する際に、前記撮像画像内において、被検査画素と同一となることが予定される複数の参照画素を、前記被検査画素と各々比較して、前記複数の参照画素と前記被検査画素と間の各々のグレイレベル差のいずれもが所定の検出閾値を超えるとき、前記被検査画素を前記欠陥候補画素として検出することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の欠陥検査方法。
14. 前記疑似欠陥を検出する際に、前記欠陥候補画素と比較された前記複数の参照画素のうちのいずれかと前記欠陥候補画素との間のグレイレベル差によって前記変化値を除したグレイレベル差比が、所定の上限値を超えるとき、前記欠陥候補画素の周囲の画素からこの欠陥候補画素までのグレイレベル値の空間的変化が前記結像光学系の解像力を超えていると判定する、ことを特徴とする請求項１３に記載の欠陥検査方法。

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