JP4017148B2

JP4017148B2 - パターン検査装置、歩留管理システム、パターン検査方法、基板製造方法およびプログラム

Info

Publication number: JP4017148B2
Application number: JP2002259626A
Authority: JP
Inventors: 浩浅井
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: JP2004101214A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物上のパターンを検査する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板、カラーフィルタ、フォトマスク、プリント配線基板、リードフレーム等に形成されたパターンを外観検査する分野において、従来より主として多値画像による比較検査方式が用いられている。例えば、被検査画像と参照画像との画素値の差の絶対値を示す差分絶対値画像を求め、差分絶対値画像において所定のしきい値よりも大きな画素値を有する領域が欠陥として検出される。
【０００３】
ところで、このような比較検査では鮮鋭度の変化による画像の粒状性の変化により、設定されるべきしきい値が変動するという問題があった。具体的には、粒状性が高い場合、粒状性が低い場合よりもしきい値を相対的に高く設定する必要が生じる。
【０００４】
すなわち、差分絶対値画像に対して固定されたしきい値を用いて欠陥検出を行う手法は、被検査画像の粒状性が変動しないということが前提となる。固定しきい値が採用されているにも関わらず被検査画像の粒状性が一時的に高くなると、実際には欠陥でない疑似欠陥の検出が頻出することとなり、逆に、粒状性が一時的に低くなった場合には、欠陥の検出漏れが多く生じてしまう。
【０００５】
そこで、特許文献１では、被検査画像と参照画像との画素値の符号付差分の標準偏差を算出し、標準偏差に基づいて差分絶対値画像のヒストグラムを正規化して画像の鮮鋭度の変動（すなわち、粒状性の変動）の影響を取り除く手法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２４２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載された手法は、被検査画像の画質が変動しても符号付差分のヒストグラムの形状がほぼ相似である（すなわち、あるヒストグラムを差分値の軸に対して伸縮すると他のヒストグラムの形状とほぼ一致する）場合に特に有効であるが、画質の変動により被検査画像から得られる符号付差分のヒストグラムの形状が様々に変化する場合には、必ずしも正確な検査結果が得られない。
【０００８】
なぜならば、ヒストグラムから求められる標準偏差は、画素値のばらつきを反映しているもののヒストグラムの形状の特徴までは反映しておらず、標準偏差を利用するのみでは、形状が大きく相違する複数のヒストグラムを適切に正規化することができないからである。その結果、特定の画質の場合には真の欠陥の検出ができるが、画質が変化してしまうと疑似欠陥が検出されやすくなったり、真の欠陥が見落とされるという問題が生じてしまう。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、パターンの検査をさらに精度よく行う技術を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、対象物上のパターンを検査するパターン検査装置であって、対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する撮像部と、参照画像のデータを記憶する記憶部と、前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する手段と、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値が画素値０を含む所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める手段と、前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する手段とを備え、前記エラー確率を求める手段が、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である各差分絶対画素値に前記画素数を実質的に乗算する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、対象物上のパターンを検査するパターン検査装置であって、対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する撮像部と、参照画像のデータを記憶する記憶部と、前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する手段と、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である差分絶対画素値が所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める手段と、前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する手段とを備え、前記エラー確率を求める手段が、各差分絶対画素値に前記画素数を実質的に乗算する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のパターン検査装置であって、前記エラー確率を求める手段が、乗算が行われた後の前記各差分絶対画素値を、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値の標準偏差で除算する。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン検査装置であって、前記所定の画素値範囲が、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値の標準偏差に基づいて決定される。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン検査装置であって、前記エラー確率を求める手段により複数の仮のエラー確率が求められ、前記複数の仮のエラー確率から前記エラー確率が求められる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、パターンが形成された対象物の製造歩留まりを管理する歩留管理システムであって、請求項１ないし５のいずれかに記載のパターン検査装置と、前記比較する手段による比較結果を管理項目ごとに記憶する記憶部とを備える。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、対象物上のパターンを検査するパターン検査方法であって、参照画像のデータを準備する工程と、対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する工程と、前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する工程と、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値が画素値０を含む所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める工程と、前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する工程とを有し、前記エラー確率を求める工程において、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である各差分絶対画素値に前記画素数が実質的に乗算される。
請求項８に記載の発明は、対象物上のパターンを検査するパターン検査方法であって、参照画像のデータを準備する工程と、対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する工程と、前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する工程と、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である差分絶対画素値が所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める工程と、前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する工程とを有し、前記エラー確率を求める工程において、各差分絶対画素値に前記画素数が実質的に乗算される。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、パターンが形成された基板を製造する基板製造方法であって、基板を搬入位置から取り出す工程と、前記基板にパターンを形成する工程と、前記基板に対して請求項７または８に記載のパターン検査方法を実行する工程と、前記基板を搬出位置へと搬送する工程とを有する。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、パターンの検査をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、参照画像のデータを準備する工程と、多階調の被検査画像のデータを準備する工程と、前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する工程と、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値が画素値０を含む所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める工程と、前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する工程とを実行させ、前記エラー確率を求める工程において、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である各差分絶対画素値に前記画素数が実質的に乗算される。
請求項１１に記載の発明は、パターンの検査をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、参照画像のデータを準備する工程と、多階調の被検査画像のデータを準備する工程と、前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する工程と、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である差分絶対画素値が所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める工程と、前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する工程とを実行させ、前記エラー確率を求める工程において、各差分絶対画素値に前記画素数が実質的に乗算される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は半導体基板（以下、「基板」という。）を製造するプロセスの一部を担う基板製造システム７を示す図である。基板製造システム７は、基板に処理を施すことにより基板上にパターンを形成する処理装置７１（複数の処理装置であってもよい。）、形成された基板上のパターンを撮像し、パターンの欠陥を検出する検査装置１、および、検査装置１に接続された管理装置７２を備え、所定の搬入位置に載置された基板を処理装置７１へと渡すローダ７０ａ、および、検査装置１により欠陥の検出が行われた基板を受け取って所定の搬出位置に載置するアンローダ７０ｂをさらに備える。
【００２６】
管理装置７２は、各種演算処理を行うＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ等により構成された管理部７３、検査装置１から送信される情報を記憶する記憶部７４、および、各種情報の表示を行うディスプレイ７５を有する。管理部７３は基板の歩留まりを管理する監視部７３１を有し、監視部７３１が、検査装置１から送信される欠陥を必要に応じて分類するとともに、検査項目、基板の種別、検査箇所、あるいは、製造プロセスの条件や製造を開始してからの期間（システムの立ち上げ期か否かを示す情報として利用される。）等の管理項目に検査や分類の結果を関連づけながら記憶部７４に保存し、欠陥分類データベース７４１の更新を行う。
【００２７】
監視部７３１はさらに、欠陥分類データベース７４１から導かれる統計的情報を監視し、例えば、立ち上げ期が終了した後に歩留まりが低下した場合に作業者にその旨を通知する。作業者はディスプレイ７５を介して欠陥分類データベース７４１を参照し、歩留まり低下の原因となっている欠陥の種類を把握した上で対応を行う。以上のように、検査装置１は管理装置７２とともに歩留管理システムを構成する。
【００２８】
図２は基板製造システム７による基板製造プロセスの流れを示す図である。まず、基板が搬入位置に載置されると（ステップＳ１１）、ローダ７０ａにより基板が搬入位置から取り出されて処理装置７１へと搬送される（ステップＳ１２）。処理装置７１では基板に対する所定の処理が施され、基板上に配線パターンが形成される（ステップＳ１３）。その後、基板は検査装置１へと搬送され、検査装置１により基板上の配線パターンが検査される（ステップＳ１４）。なお、検査装置１の処理の詳細については後述する。検査結果は管理装置７２へと送信され、必要に応じて欠陥の分類が行われて欠陥分類データベース７４１に追加される。基板はアンローダ７０ｂへと搬送され、所定の搬出位置に載置される（ステップＳ１５）。
【００２９】
以上のように、基板製造システム７では、各種項目毎の欠陥の種類や各種欠陥の発生頻度等の製造歩留まりに係るデータを容易かつ迅速に作業者やシステム外の装置が取得可能とされ、例えば、後工程における生産計画の立案等に利用することができる。また、製造プロセスの迅速かつ正確な診断および是正が可能となり、基板製造歩留まりを向上することができる。
【００３０】
図３は検査装置１の構成を示す図である。検査装置１は、基板９上の所定の領域を撮像して多階調の対象物画像のデータを取得する撮像部２、基板９を保持するステージ３、および、撮像部２に対してステージ３を相対的に移動するステージ駆動部３１を有する。
【００３１】
撮像部２は、照明光を出射する照明部２１、基板９に照明光を導くとともに基板９からの光が入射する光学系２２、および、光学系２２により結像された基板９の像を電気信号に変換する撮像デバイス２３を有する。ステージ駆動部３１はステージ３を図２中のＸ方向に移動するＸ方向移動機構３２、および、Ｙ方向に移動するＹ方向移動機構３３を有する。Ｘ方向移動機構３２はモータ３２１にボールねじ（図示省略）が接続され、モータ３２１が回転することにより、Ｙ方向移動機構３３がガイドレール３２２に沿って図２中のＸ方向に移動する。Ｙ方向移動機構３３もＸ方向移動機構３２と同様の構成となっており、モータ３３１が回転するとボールねじ（図示省略）によりステージ３がガイドレール３３２に沿ってＹ方向に移動する。
【００３２】
検査装置１は、電気的回路やメモリにより構成される検査出力部４、および、各種演算処理を行うＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ等により構成されたコンピュータ５をさらに有する。検査出力部４は撮像部２から対象物画像を示すデータを取得して画素毎に欠陥の判定を行い、コンピュータ５は検査装置１の他の構成を制御する制御部としての役割を担う。
【００３３】
図４は検査出力部４の構成を示す図である。検査出力部４は、撮像部２からの画像信号を受けて画像のデータを記憶する参照画像メモリ４０１および被検査画像メモリ４０２を有し、撮像部２の接続先はスイッチ４１により切り替えられる。差分回路４２は参照画像メモリ４０１および被検査画像メモリ４０２に記憶されている画像データの符号付差分および差分絶対値を求め、符号付差分がヒストグラム生成回路４３へと送られ、差分絶対値が差分画像メモリ４０３に記憶される。
【００３４】
ヒストグラム生成回路４３は、符号付差分画像の画素値に関するヒストグラムを生成し、内部のヒストグラムメモリ４０４にヒストグラムデータとして一時的に保存する。特徴量算出回路４４は、ヒストグラムから符号付差分画像の特徴を示す特徴量を算出する。特徴量の具体例については後述する。エラー確率変換回路４５は差分絶対値画像の画素値から欠陥の度合いを示すエラー確率を求める。比較回路４６は、しきい値メモリ４０５に記憶されている所定のしきい値とエラー確率とを比較する。これにより、被検査画像の各画素が欠陥を示すか否かが判定される。
【００３５】
図５は検査装置１の動作の流れを示す図である。以下、図５の流れに沿って検査装置１の動作の詳細について説明する。
【００３６】
検査装置１では、まず、コンピュータ５がステージ駆動部３１を制御して撮像部２の撮像位置を基板９上の所定の位置へと相対的に移動し、撮像部２によって撮像された対象物画像のデータが検査出力部４の参照画像メモリ４０１に参照画像データとして記憶されて準備される（ステップＳ２１）。なお、参照画像データが取得される際には、基板９上の予め欠陥が存在しないと想定される領域の撮像が行われる。
【００３７】
次に、コンピュータ５がステージ駆動部３１を制御して検査対象となる領域を撮像部２による撮像領域に合わせ、再度撮像を行う。このとき、スイッチ４１は被検査画像メモリ４０２と撮像部２とを接続し、取得された対象物画像のデータが被検査画像メモリ４０２に被検査画像データとして記憶される（ステップＳ２２）。
【００３８】
被検査画像メモリ４０２および参照画像メモリ４０１からは互いに対応する画素の値が差分回路４２に入力され、両画素値の符号付差分（以下、「符号付差分画素値」という。）がヒストグラム生成回路４３へと順次出力され、両画素値の差分絶対値（以下、「差分絶対画素値」という。）が差分画像メモリ４０３へと順次出力される。換言すれば、差分回路４２により被検査画像と参照画像との符号付差分画像と差分絶対値画像とが実質的に生成される（ステップＳ２３）。差分画像メモリ４０３では差分絶対画素値が順次記憶される。
【００３９】
一方、ヒストグラム生成回路４３では、各符号付差分画素値を有する画素の数がカウントされ、図６に例示するように符号付差分画素値に対する画素数（度数）を示す符号付差分ヒストグラム６１のデータがヒストグラムメモリ４０４に記憶される（ステップＳ２４）。
【００４０】
符号付差分ヒストグラム６１のデータは特徴量算出回路４４に入力され、特徴量算出回路４４は、まず、符号付差分ヒストグラム６１に基づいて符号付差分画素値のばらつきを示す標準偏差σを求める（ステップＳ２５）。そして、符号付差分画像において（−σ）から（＋σ）までの間の画素値を有する画素の数をカウントする。すなわち、図６において符号６１２，６１３，６１４，６１７，６１６にて示す点で囲まれる平行斜線を付す領域の面積を求める（ステップＳ２６）。以下、求められた面積（画素数）を特徴量Ａ１と呼ぶ。特徴量Ａ１は、エラー確率変換回路４５へと送られる。
【００４１】
エラー確率変換回路４５では、まず、特徴量Ａ１に対して数１に示す演算を行い、調整用の重み係数Ｗ１を求める。数１において、値Ａ０は符号付差分画像の全画素の数、すなわち、図６における点６１１から点６１３を経由して点６１５に至る符号付差分ヒストグラム６１の面積である。
【００４２】
【数１】

【００４３】
次に、エラー確率変換回路４５は、差分画像メモリ４０３から差分絶対画素値を取得し、差分絶対画素値Ｓに対して数２に示す演算を行い、エラー確率Ｅを求める（ステップＳ２７）。数２において値ｎは定数であり、例えば、被検査画像が２５６階調の場合に２５５とされる。
【００４４】
【数２】

【００４５】
ただし、（Ｅ＜０．０）の場合は（Ｅ＝０．０）とされ、（Ｅ＞１．０）の場合には（Ｅ＝１．０）とされる。
【００４６】
求められたエラー確率Ｅは比較回路４６にて所定のしきい値と比較され、全ての画素に対する比較結果が検査結果としてコンピュータ５へと送られる（ステップＳ２８）。検査結果は、コンピュータ５から図１に示す管理装置７２へと送られ、歩留まりの管理に利用される。
【００４７】
ここで、符号付差分ヒストグラムの形状が図６中に破線６１ａにて示す正規分布曲線と同様になるものと仮定した場合、（Ａ１／Ａ０）は、「０．６８２６」となることから、重み係数Ｗ１は「１」となる。したがって、欠陥である度合いを示すエラー確率Ｅは、差分絶対画素値を定数ｎで除算した値となり、実質的に差分絶対画素値がそのまま欠陥を示す度合いを反映することとなる。
【００４８】
符号付差分ヒストグラム６１が図６に示すように、画素値「０」の近傍において標準偏差σが同じ値となる正規分布曲線６１ａよりも度数が小さい場合、（Ａ１／Ａ０）は「０．６８２６」よりも小さくなり、重み係数Ｗ１は「１」よりも大きくなる。その結果、エラー確率Ｅは、符号付差分ヒストグラムが正規分布曲線であると仮定した場合よりも相対的に小さくなる。
【００４９】
重み係数Ｗ１が「１」よりも大きい場合、一般的には符号付差分ヒストグラム６１が、標準偏差σが同じ正規分布曲線に比べて広がっている（差分値が大きくてもある程度の度数が存在する）と予測される。したがって、符号付差分ヒストグラムが正規分布曲線に近い形状である場合よりも大きな差分絶対画素値（実質的にエラー確率Ｅに相当する。）が欠陥として取り扱われる（あるいは、大きなしきい値と比較することにより欠陥検出が行われる）ことが好ましい。そこで、検査装置１では、重み係数Ｗ１が「１」よりも大きければ大きいほどエラー確率Ｅが小さくなる数２を用いている。なお、重み係数Ｗ１を大きくすることは、しきい値を大きくすることと同等である。
【００５０】
逆に、重み係数Ｗ１が「１」よりも小さい場合は数２により、符号付差分ヒストグラムが正規分布曲線の場合よりもエラー確率Ｅが大きくなり、しきい値を小さくすることと同等の作用が生じる。
【００５１】
以上の処理により、符号付差分ヒストグラム６１の標準偏差σが一定であったとしても、数１および数２により差分絶対画素値に実質的に特徴量Ａ１を乗算することにより、符号付差分ヒストグラム６１の形状（または、歪み）に応じてエラー確率Ｅが調整され、符号付差分ヒストグラム６１の形状の影響を抑えつつ一定のしきい値にて精度よく検査を行うことが実現される。
【００５２】
検査装置１の上記動作例では、符号付差分画像において特徴量Ａ１が（−σ）〜（＋σ）の範囲の画素値を有する画素数として求められるが、特徴量Ａ１を求めるための画素値の範囲として他の範囲が利用されてもよい。なお、画素値「０」近傍における符号付差分ヒストグラムの形状に注目することにより符号付差分ヒストグラムの全体形状を適切に把握できる可能性が高い場合は、特徴量Ａ１を求めるための画素値範囲は画素値「０」を含むことが好ましい。また、画素値範囲が標準偏差σに基づいて決定されることにより、符号付差分画素値のばらつきが特徴量Ａ１に与える影響を抑えることができる。
【００５３】
ヒストグラム生成回路４３では符号付差分画素値のヒストグラムが生成されるが、上記動作において符号付差分ヒストグラムの全体を生成することは必須ではなく、所定の画素値範囲に含まれる画素値を有する画素の数のみをカウントすることにより、実質的に符号付差分画像の統計的な特徴量が得られてもよい。
【００５４】
さらに、上記動作において利用する数２に代えて数３が用いられてもよい。数３はエラー確率Ｅを求める際に差分絶対画素値Ｓに特徴量Ａ１を実質的に乗算した後に標準偏差σでさらに除算する式である。すなわち、数３では符号付差分画像の画素値から統計的な演算により得られる複数種類の統計特徴量（特徴量Ａ１および標準偏差σ）が利用される。
【００５５】
【数３】

【００５６】
なお、数３における定数ｎとしては、例えば、４０９６が用いられる。また、（Ｅ＜０．０）の場合は（Ｅ＝０．０）とされ、（Ｅ＞１．０）の場合には（Ｅ＝１．０）とされる。
【００５７】
数３を用いることにより、標準偏差σを用いて被検査画像毎のコントラストの相違の影響を抑えることができ、特徴量Ａ１により正規分布曲線に対する符号付差分ヒストグラムの歪みを考慮したエラー確率Ｅの微調整を行うことが実現される。その結果、さらに精度よく検査を行うことができる。
【００５８】
図７は、図５中のステップＳ２５，Ｓ２６の他の例を示す流れ図である。図７に示す動作では、ヒストグラム生成回路４３において図８に例示するように差分絶対画素値に対する累積画素数を示す差分絶対値累積ヒストグラム６２（図８において点６２１，６２２，６２３を経由する曲線）のデータも生成され、符号付差分ヒストグラムと共にヒストグラムメモリ４０４に記憶される（ステップＳ３１）。
【００５９】
特徴量算出回路４４では、まず、符号付差分ヒストグラムに基づいて符号付差分画素値の標準偏差σが求められる（ステップＳ２５）。そして、差分絶対値累積ヒストグラム６２においてσから３σまでの間における累積度数ｙの変化量（ｙ（３σ）−ｙ（σ））、すなわち、図８において点６２５から点６２４までの画素値範囲における累積度数の変化量を特徴量Ｂ１として求める（ステップＳ３２）。なお、特徴量Ｂ１を符号付差分ヒストグラムを基準に捉えた場合、画素値範囲（−３σ）〜（−σ）、および、（＋σ）〜（＋３σ）における面積の和と同等である。
【００６０】
特徴量Ｂ１は、エラー確率変換回路４５へと送られ、エラー確率変換回路４５では、まず、特徴量Ｂ１に対して数４に示す演算を行い、調整用の重み係数Ｗ２が求められる。数４において、値Ａ０は符号付差分画像の全画素の数、すなわち、差分絶対画素値の累積度数の最大値である。
【００６１】
【数４】

【００６２】
次に、エラー確率変換回路４５は、差分画像メモリ４０３から差分絶対画素値を取得し、差分絶対画素値Ｓに対して数５に示す演算を行い、エラー確率Ｅを求める（図５：ステップＳ２７）。数５において値ｎは定数であり、例えば、被検査画像が２５６階調の場合に２５５とされる。
【００６３】
【数５】

【００６４】
ただし、（Ｅ＜０．０）の場合は（Ｅ＝０．０）とされ、（Ｅ＞１．０）の場合には（Ｅ＝１．０）とされる。
【００６５】
求められたエラー確率Ｅは比較回路４６にて所定のしきい値と比較され、全ての画素に対する比較結果が検査結果としてコンピュータ５を経由して管理装置７２へと送られる（ステップＳ２８）。
【００６６】
ここで、差分絶対値累積ヒストグラムの形状が図８中に破線６２ａにて示す正規分布に対応する絶対値の累積曲線（すなわち、符号付差分ヒストグラムが正規分布である場合の累積差分絶対値ヒストグラム）と同様になるものと仮定した場合、（Ｂ１／Ａ０）は、「０．３１２４」（＝０．９９５０−０．６８２６）となることから、重み係数Ｗ２は「１」となる。したがって、欠陥である度合いに相当するエラー確率Ｅは、差分絶対画素値を定数ｎで除算した値となり、実質的に差分絶対画素値がそのまま欠陥を示す度合いを反映することとなる。
【００６７】
差分絶対値累積ヒストグラム６２の画素値σから３σの間における変化量が、図８に示すように、標準偏差σが同じ値となる正規分布に対応する絶対値の累積曲線６２ａの変化量よりも小さい場合、（Ｂ１／Ａ０）は「０．３１２４」よりも小さくなり、重み係数Ｗ２は「１」よりも大きくなる。その結果、エラー確率Ｅは、差分絶対値累積ヒストグラム６２が曲線６２ａと一致する（すなわち、符号付差分ヒストグラムが正規分布曲線である）と仮定した場合よりも相対的に小さくなる。
【００６８】
重み係数Ｗ２が「１」よりも大きい場合、一般的には符号付差分ヒストグラムが、標準偏差σが同じ正規分布曲線に比べて広がっている（差分値が大きくてもある程度の度数が存在する）と予想される。したがって、符号付差分ヒストグラムが正規分布曲線に近い形状である場合よりも大きな差分絶対画素値（実質的にエラー確率Ｅに相当する。）が欠陥として取り扱われる（あるいは、大きなしきい値と比較することにより欠陥検出が行われる）ことが好ましい。そこで、検査装置１では、重み係数Ｗ２が「１」よりも大きければ大きいほどエラー確率Ｅが小さくなる数５を用いている。なお、重み係数Ｗ２を大きくすることは、しきい値を大きくすることと同等である。
【００６９】
逆に、重み係数Ｗ２が「１」よりも小さい場合は、数５によりエラー確率Ｅが正規分布曲線の場合に比べて大きくなり、しきい値を小さくすることと同等の作用が生じる。
【００７０】
以上の処理により、符号付差分ヒストグラムの標準偏差σが一定であったとしても、数４および数５により差分絶対画素値に実質的に特徴量Ｂ１を乗算することにより、差分絶対値累積ヒストグラム６２に基づいて符号付差分ヒストグラムの形状（または、歪み）に応じてエラー確率Ｅが調整され、符号付差分ヒストグラムの形状の影響を抑えつつ一定のしきい値にて精度よく検査を行うことが実現される。
【００７１】
検査装置１の上記動作例では、特徴量Ｂ１が差分絶対値累積ヒストグラム６２のσから３σの画素値範囲の累積度数の変化量として求められるが、特徴量Ｂ１を求めるための画素値の範囲として他の範囲が利用されてもよい。なお、画素値範囲が標準偏差σに基づいて決定されることにより、符号付差分画素値のばらつきが特徴量Ｂ１に与える影響を抑えることができる。
【００７２】
また、ヒストグラム生成回路４３では差分絶対値累積ヒストグラムが生成されるが、上記動作において差分絶対値累積ヒストグラムの全体を生成することは必須ではなく、所定の画素値範囲に含まれる画素値を有する画素の数をカウントすることにより、実質的に差分絶対値画像の統計的な特徴量が得られてもよい。
【００７３】
さらに、上記動作において利用する数５に代えて数６が用いられてもよい。数６はエラー確率Ｅを求める際に差分絶対画素値Ｓに特徴量Ｂ１を実質的に乗算した後に標準偏差σでさらに除算する式である。すなわち、数６では複数種類の統計特徴量（特徴量Ｂ１および標準偏差σ）が利用される。
【００７４】
【数６】

【００７５】
なお、数６における定数ｎとしては、例えば、４０９６が用いられる。また、（Ｅ＜０．０）の場合は（Ｅ＝０．０）とされ、（Ｅ＞１．０）の場合には（Ｅ＝１．０）とされる。
【００７６】
数６を用いることにより、標準偏差σを用いて被検査画像毎のコントラストの相違の影響を抑えることができ、特徴量Ｂ１により正規分布曲線に対する符号付差分ヒストグラムの歪みを考慮したエラー確率Ｅの微調整を行うことが実現される。その結果、さらに精度よく検査を行うことができる。
【００７７】
さらに、統計特徴量として、標準偏差σ、符号付差分画像の画素値に関する特徴量Ａ１、差分絶対値画像の画素値に関する特徴量Ｂ１の全てが用いられてもよく、他の統計特徴量（例えば、対象となる画素値範囲を変更して求められた特徴量Ａ１、Ｂ１）がさらに利用されてもよい。統計特徴量としては符号付差分画像や差分絶対値画像の画素値に対する統計的演算により求められるものであればどのようなものが利用されてもよく、例えば、平均値、分散等が利用されてもよい。
【００７８】
符号付差分画像または差分絶対値画像の画素値に基づく複数種類の統計特徴量が利用されることにより精度の高い欠陥検出が可能となる。また、特徴量Ａ１または特徴量Ｂ１が利用されることにより、符号付差分ヒストグラムの歪みを考慮した精度の高い欠陥検出が実現される。
【００７９】
図９は検査出力部４の他の例を示すブロック図である。図９に示す検査出力部４では、参照画像メモリ４０１、差分回路４２、差分画像メモリ４０３、ヒストグラム生成回路４３および特徴量算出回路４４が２つずつ設けられる。また、エラー確率変換回路４５に代えて、２つの仮エラー確率変換回路４５ａおよびエラー確率生成回路４５ｂが設けられる。なお、各仮エラー確率変換回路４５ａは図４のエラー確率変換回路４５と同様である。
【００８０】
図１０は図９に示す検査出力部４を有する検査装置１の動作の流れを示す図である。検査装置１では、図５に示すステップＳ２１，Ｓ２３〜Ｓ２７が２組の構成により個別に行われ、２つの仮のエラー確率が求められる。図１０では図示の便宜上、２つのエラー確率を求める動作を繰り返し動作（ステップＳ４４）として図示している。
【００８１】
検査装置１では、まず、基板９上の所定の２つの領域が撮像部２により撮像されて２つの参照画像のデータが２つの参照画像メモリ４０１にそれぞれ記憶される（ステップＳ４１）。その後、検査対象となる領域が撮像されて被検査画像のデータが被検査画像メモリ４０２に記憶される（ステップＳ４２）。そして、２組の差分回路４２、差分画像メモリ４０３、ヒストグラム生成回路４３、特徴量算出回路４４および仮エラー確率変換回路４５ａにより被検査画像に対する２つの仮のエラー確率が図５中のステップＳ２３〜Ｓ２７と同様の手法により求められる（ステップＳ４３，Ｓ４４）。
【００８２】
２つの仮のエラー確率はエラー確率生成回路４５ｂに入力され、２つの仮のエラー確率の積の平方根が最終的なエラー確率Ｅとして求められる（ステップＳ４５）。最終的なエラー確率は比較回路４６によりしきい値メモリに記憶されているしきい値と比較され（ステップＳ４６）、比較結果がコンピュータ５を経由して管理装置７２へと送られる。
【００８３】
以上のように、複数の仮のエラー確率から最終的なエラー確率を求めることにより、検査装置１では参照画像に含まれるノイズの影響を軽減することができる。なお、仮のエラー確率は３以上求められてもよく、最終的なエラー確率は仮のエラー確率の平均、最大値、最小値、多数決等として求められてもよい。
【００８４】
また、差分絶対画素値から仮のエラー確率へと変換する条件（パラメータ、特徴量、演算式等）を変更して複数の仮のエラー確率が求められてもよい。例えば、数２、数３、数５、数６等に示した複数種類の手法により複数の仮のエラー確率を求め、これらの仮のエラー確率から最終的なエラー確率が求められてもよい。この場合、図９において仮エラー確率変換回路４５ａのみが複数設けられる、または、仮エラー確率変換回路４５ａにおいて複数通りの演算が順次行われることとなる。
【００８５】
仮のエラー確率へと変換する条件を変更して複数のエラー確率を求めることにより、最適な変換条件が被検査画像の特性によって微妙に異なる場合であっても、精度よく検査を行うことが実現される。
【００８６】
以上、検査装置１の構成および動作について説明を行ってきたが、検査装置１の検査出力部４の機能はコンピュータ５によりソフトウェア的に実現されてもよい。
【００８７】
コンピュータ５は、図１１に示すように、各種演算処理を行うＣＰＵ５１、基本プログラムを記憶するＲＯＭ５２および各種情報を記憶するＲＡＭ５３をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。バスラインにはさらに、情報記憶を行う固定ディスク５４、画像等の各種情報の表示を行うディスプレイ５５、作業者からの入力を受け付けるキーボード５６ａおよびマウス５６ｂ、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体８から情報の読み取りを行う読取装置５７、並びに、検査装置１の他の構成との間で信号を送受信する通信部５８が、適宜、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介する等して接続される。
【００８８】
コンピュータ５には、事前に読取装置５７を介して記録媒体８からプログラム８０が読み出され、固定ディスク５４に記憶される。そして、プログラム８０がＲＡＭ５３にコピーされるとともにＣＰＵ５１がＲＡＭ５３内のプログラムに従って演算処理を実行することにより（すなわち、コンピュータがプログラムを実行することにより）、コンピュータ５が欠陥の検査を行う。
【００８９】
図４および図９における各種画像メモリはコンピュータ５のＲＡＭ５３の一部、または、コンピュータ５に追加された画像メモリに相当し、各種回路はＣＰＵ５１等により実現される機能に相当する。ただし、これらの機能は部分的に専用の電気的回路が利用されてもよい。
【００９０】
コンピュータ５が検査を行う場合の動作は、図５や図１０と同様である。コンピュータ５における演算は容易に変更することが可能であるため、可能な範囲内で図５や図１０に示す演算の順序が変更されてよい。コンピュータ５を利用することにより、エラー確率を求める演算手法を様々に変更することが可能となり、図１０に示す仮のエラー確率の反復算出にも柔軟に対応することが可能となる。
【００９１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００９２】
検査装置１は必ずしも図１に示すように基板製造システム７にいわゆるインライン状態にて組み込まれる必要はなく、製造システムにおいて画像の取得のみが行われ、撮像部２を有しない検査装置として別途設けられてもよい。
【００９３】
上記実施の形態では符号付差分画像や差分絶対値画像が用いられるが、差分絶対値画像は符号付差分画像から生成可能であることから、差分絶対値画像に基づく演算は符号付差分画像に基づく演算であるといえる。すなわち、上記実施の形態における統計特徴量は（符号付きであるか否かを問わない）差分画像の画素値から求められる。
【００９４】
上記実施の形態では画素を単位として欠陥検出が行われるが、画像中の物理的な画素と上記実施の形態における画素とが厳密に一致している必要はない。例えば、画像中の一塊りの画素群が上記実施の形態における１つの画素として取り扱われてもよい。
【００９５】
上記実施の形態では、半導体の基板９に対して欠陥の検出が行われるが、検査装置１は、カラーフィルタ、シャドウマスク、プリント配線基板、液晶表示装置やプラズマ表示装置等の平面表示装置用基板、リードフレーム等に形成されたパターンの欠陥検査にも利用することができ、特に基板上に形成された微細パターンの検査に適している。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、精度よく対象物上のパターンを検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板製造システムを示す図である。
【図２】基板製造プロセスの流れを示す図である。
【図３】検査装置の構成を示す図である。
【図４】検査出力部の構成を示す図である。
【図５】検査装置の動作の流れを示す図である。
【図６】符号付差分ヒストグラムを例示する図である。
【図７】特徴量を求める他の流れを示す図である。
【図８】差分絶対値累積ヒストグラムを例示する図である。
【図９】検査出力部の他の例を示す図である。
【図１０】検査装置の動作の流れを示す図である。
【図１１】コンピュータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１検査装置
２撮像部
５コンピュータ
９基板
４２差分回路
４４特徴量算出回路
４５エラー確率変換回路
４５ａ仮エラー確率変換回路
４５ｂエラー確率生成回路
４６比較回路
７３管理部
７４記憶部
８０プログラム
４０１参照画像メモリ
４０２被検査画像メモリ
Ｓ１１〜Ｓ１５，Ｓ２１〜Ｓ２８，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ４１〜Ｓ４６ステップ

Claims

対象物上のパターンを検査するパターン検査装置であって、
対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する撮像部と、
参照画像のデータを記憶する記憶部と、
前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する手段と、
前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値が画素値０を含む所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める手段と、
前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する手段と、
を備え、
前記エラー確率を求める手段が、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である各差分絶対画素値に前記画素数を実質的に乗算することを特徴とするパターン検査装置。
対象物上のパターンを検査するパターン検査装置であって、
対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する撮像部と、
参照画像のデータを記憶する記憶部と、
前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する手段と、
前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である差分絶対画素値が所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める手段と、
前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する手段と、
を備え、
前記エラー確率を求める手段が、各差分絶対画素値に前記画素数を実質的に乗算することを特徴とするパターン検査装置。
請求項２に記載のパターン検査装置であって、
前記エラー確率を求める手段が、乗算が行われた後の前記各差分絶対画素値を、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値の標準偏差で除算することを特徴とするパターン検査装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン検査装置であって、
前記所定の画素値範囲が、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値の標準偏差に基づいて決定されることを特徴とするパターン検査装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン検査装置であって、
前記エラー確率を求める手段により複数の仮のエラー確率が求められ、前記複数の仮のエラー確率から前記エラー確率が求められることを特徴とするパターン検査装置。
パターンが形成された対象物の製造歩留まりを管理する歩留管理システムであって、
請求項１ないし５のいずれかに記載のパターン検査装置と、
前記比較する手段による比較結果を管理項目ごとに記憶する記憶部と、
を備えることを特徴とする歩留管理システム。
対象物上のパターンを検査するパターン検査方法であって、
参照画像のデータを準備する工程と、
対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する工程と、
前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する工程と、
前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値が画素値０を含む所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める工程と、
前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する工程と、
を有し、
前記エラー確率を求める工程において、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である各差分絶対画素値に前記画素数が実質的に乗算されることを特徴とするパターン検査方法。
対象物上のパターンを検査するパターン検査方法であって、
参照画像のデータを準備する工程と、
対象物を撮像して多階調の被検査画像のデータを取得する工程と、
前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する工程と、
前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である差分絶対画素値が所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める工程と、
前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する工程と、
を有し、
前記エラー確率を求める工程において、各差分絶対画素値に前記画素数が実質的に乗算されることを特徴とするパターン検査方法。
パターンが形成された基板を製造する基板製造方法であって、
基板を搬入位置から取り出す工程と、
前記基板にパターンを形成する工程と、
前記基板に対して請求項７または８に記載のパターン検査方法を実行する工程と、
前記基板を搬出位置へと搬送する工程と、
を有することを特徴とする基板製造方法。
パターンの検査をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、
参照画像のデータを準備する工程と、
多階調の被検査画像のデータを準備する工程と、
前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する工程と、
前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の符号付差分である符号付差分画素値が画素値０を含む所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める工程と、
前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する工程と、
を実行させ、
前記エラー確率を求める工程において、前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である各差分絶対画素値に前記画素数が実質的に乗算されることを特徴とするプログラム。
パターンの検査をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、
参照画像のデータを準備する工程と、
多階調の被検査画像のデータを準備する工程と、
前記被検査画像と前記参照画像との差分画像を生成する工程と、
前記被検査画像と前記参照画像との互いに対応する画素の値の差分絶対値である差分絶対画素値が所定の画素値範囲に属する画素数に基づいて、前記差分画像の各画素の画素値から欠陥の度合いに相当するエラー確率を求める工程と、
前記エラー確率と所定のしきい値とを比較する工程と、
を実行させ、
前記エラー確率を求める工程において、各差分絶対画素値に前記画素数が実質的に乗算されることを特徴とするプログラム。