JPH045940B2

JPH045940B2 -

Info

Publication number: JPH045940B2
Application number: JP57062435A
Authority: JP
Inventors: Haruo Yoda; Yutaka Sako
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-04-16
Filing date: 1982-04-16
Publication date: 1992-02-04
Also published as: JPS58180933A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、映像入力装置から入力される被検査
パターンを基準パターンと比較して欠陥部を自動
的に識別するパターン欠陥検査装置方式に関する
ものである。

従来の半導体パターンやプリント基板のパター
ン検査は熟練した作業者が目視で行なつていた
が、パターンの高集積化に伴なう微細化と生産者
の増大により人間によつて処理することはきわめ
て困難になつてきており、そのため自動パターン
欠陥検査装置の開発が試みられるようになつてき
た。

第１図は、従来の自動パターン欠陥検査装置の
例である。被検査パターン１の映像は映像入力装
置２によつて入力され、２値化回路３によつて２
値信号に変換される。一方辞書発生回路４からは
設計データに基づく基準パターンが映像入力装置
２と同期して発生され、比較回路５によつて各画
素毎に比較される。比較回路５において、もし入
力映像に基準パターンと不一致の画素があれば、
それは欠陥領域ということになる。次に、判定回
路６によつてその欠陥領域のサイズを判定し、あ
る程度以上大きければ致命的欠陥であると判断し
て出力することができる。このようにすれば、被
検査パターンの欠陥検査の高速に実現することが
できる。

しかしながら、このような欠陥検査装置は、入
力が良質の白または黒に近い映像ならば良い結果
が得られるが、完全IC、LSIウエーハのアルミパ
ターンのようにパターン上に種々のランダムな模
様のあるパターンの検査に適用しようとすると、
たとえば２値化された映像データが安定せず、こ
のような装置方式では対処が難かしいという問題
点があつた。

第２図は上述の問題点の説明図である。まず、
イは複雑な模様を持つパターンの検査における閾
値処理の問題点を示す。

は基準パターンであり、１本の走査線上にお
けるパターンの境界部分を表わしている。すなわ
ち“１”の値は特定のパターンの内部領域Ａを表
わし“０”はそのパターンの外側領域Ｂを示す。
は辞書に対応する被検査パターンの映像信号で
あり、縦軸は明るさを意味している。ここで、領
域Ａ，Ｂのパターンとも凹凸等による陰影を持つ
ており、欠陥が無いにもかかわらずその明るさの
レベルは正規分布状に分布しており、その分布の
一部が部分的に重なつているものとする。このよ
うな場合には閾値処理のみでは、もはやＡとＢの
領域が明確に分離できずのようになり、基準パ
ターンと排他的論理和による比較を行なえばの
ように欠陥部として抽出されることになる。この
結果は誤りであるが、単一の閾値を用いた分離処
理ではやむを得ないことである。

第２図のロは従来手法の別の問題点の説明図で
ある。領域Ａは、例えば完全ICウエーハのアル
ミパターンの領域のように表面の凹凸によつて黒
い斑点Ｄのようなものが見える領域である。領域
Ｂは酸化シリコンの領域であり、比較的一様な明
暗値を持つている。このとき、もし領域Ｂに黒い
斑点Ｃが観測されれば、それは欠陥部であるが、
領域Ａでは同じ大きさの斑点であつても上記のよ
うにもともと存在する斑点と同様なものであれば
欠陥ではない。もともと存在する斑点以上の大き
さの斑点Ｅがあれば欠陥である。しかし、従来の
装置では入力映像と基準パターンとの比較のみで
行なつているので欠陥として判定されるものは領
域によらず一定しており、酸化シリコン領域上の
微小欠陥をも判定しようとすればアルミ領域のパ
ターンは欠陥だらけになり、アルミ領域の欠陥を
正しく判定しようとすれば酸化シリコン領域内で
の欠陥を見落すという問題点があつた。

本発明の目的は、このような従来装置の問題点
を克服し、より複雑で画像的に質の悪いパターン
の欠陥検査をも可能にするパターン欠陥検査装置
を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明において
は、対象とする被検査パターンを走査して、被検
査パターンを構成する画素データを時系列的に入
力する第１の手段と、各上記画素データが、複数
の領域からなる被検査パターンのどの領域に含ま
れるかを示すパターンデータを、被検査物の設計
データから得て、上記画素データと同期して発生
する第２の手段と、閾値、抽出範囲、及び判定手
段のうち少なくとも１つを領域毎に複数組有し、
上記第２の手段に応じて、領域毎に上記複数組の
１つを選択し、上記被検査パターンと基準となる
パターンとを比較判定する処理の内容を変化させ
る第３の手段とを備えたところに特徴がある。す
なわち、被検査物を製作したときの設計データか
ら基準となる理想パターンデータを作製し、被検
査物の映像信号と全く同期して発生させる。通常
はこの理想パターンを入力映像データと一致をと
るための基準パターンとして使用するが、本発明
では入力映像データがたとえばアルミ領域内なの
か酸化シリコン領域なのかを各画素単位に装置に
知らせる辞書データとして使用し、それによつて
アルミパターン向きの処理と酸化シリコン向きの
処理とを使い分けようとするのである。

このようにすれば、前記の問題点が解決できる
ことは明らかである。例えば、第２図イで述べた
問題は第３図のように領域ＡとＢに対してそれぞ
れ閾値θ_A，θ_Bを定め、辞書パターンの値によつて
閾値を使い分ければ、明るさレベルに共通部分が
あつたとしても欠陥領域として判定されることは
なくなる。ただし、この場合、たとえば領域Ａが
領域Ｂに置きかわる欠陥があつたとしても、その
欠陥部分の明るさが共通レベルにあれば欠陥とし
て検出することができない。しかしながら、領域
Ａ，Ｂとも明るさのレベルは正規分布的に変化し
ており、ある程度欠陥サイズが大きければその全
てが共通レベルの明るさを持つことは稀なので、
現実的には大きな問題にはならない。むしろ、現
実の欠陥検査装置の場合には正常部分がほとんど
のため、正常を異常と判定する虚報の発生を防止
することが、小さい欠陥を発見することよりも大
きな問題であり、その意味において本発明は実際
上きわめて大きな効果を持つことができる。

また、第２図ロの問題においても、たとえば欠
陥サイズについての判定パラメータを領域毎に変
えることによつて解決できることは明らかであ
る。

以下、本発明の実施例によつて説明する。第４
図は本発明を用いたパターン欠陥検査装置の全体
構成図である。１８は全体を制御するコンピユー
タ、１は被検査物、１１は被検査物１を乗せたス
テージであり、コンピユータによつて平面上の任
意の位置に被検査物を移動させることができる。
２はテレビカメラのようなラスタ走査式の映像入
力装置であり、同期信号発生器１７から発せられ
る水平同期信号HD、垂直同期信号VDに同期し
て被検査物上の一定領域の映像を走査し、その明
暗信号を電気信号２０に変換して出力することが
できる。電気信号２０は、同期信号発生器１７か
ら発せられるクロツク信号２５に同期して、AD
変換器１２によつて離散的デイジタル信号２１に
変換される。すなわち、AD変換器１２によつて
被検査物の映像信号は格子状のデータ配列に分割
され、その各点の明暗値が、たとえば8ditの濃淡
データとしてクロツク信号２５に同期して発生す
ることになる。

一方、被検査物１の理想的なパターンデータは
被検査物１の設計データからあらかじめ配列デー
タとして計算され、コンピユータ１８から信号線
２８を介して記憶回路１６に転送記憶させられて
いる。１５は記憶回路１６の読出し制御回路であ
り、同期信号発生器１７から出力されるＸ，Ｙ座
標２７を記憶回路１６の読出しアドレスとして理
想パターンデータを読出す回路である。このと
き、同期信号発生回路１７において、水平同期信
号HDで“０”にクリアされ、クロツク信号２５
を計数するカウンタの出力と、垂直同期信号VD
で“０”にクリアされ水平同期信号HDの個数を
カウントするカウンタの出力とから各々Ｘ，Ｙ座
標２７を作るようにすれば、AD変換器１２から
順次出力される被検査パターンの映像データ２１
と、読出し制御回路１５によつて読出された理想
パターンの出力データ２３とは位置関係を完全に
合わせることができる。

完全に合わせることができれば、理想パターン
データの値から各時点毎に電気信号２１が被検査
物のどの領域を走査しているかがわかるので、領
域処理の最適処理をAD変換器１２の出力信号２
１に対して行うことができる。１３は欠陥領域抽
出回路であつて、理想パターンデータによつて領
域毎に最適な処理を選択し、入力信号２１をクロ
ツク２５に同期しながら処理する。処理の結果欠
陥部と判定させる所があれば、その部分が“１”
で正常な所か“０”なる欠陥領域信号２２が入力
信号２１と同期してクロツク単位毎に逐次出力さ
れる。欠陥領域抽出回路１３のひとつの具体的な
実施例は第５図で説明する。

１４は欠陥領域抽出回路１３から出力される欠
陥領域信号２２を入力し、理想パターンデータ２
３によつて領域毎の最適処理を選択しながらその
欠陥の致命性を判定する致命性判定回路である。
この致命性判定回路１４のひとつの具体的な実施
例は第６図において説明する。

致命性判定回路１４によつて欠陥が致命的と判
定された場合には、その時点で同期信号発生回路
１７から出力されるＸ，Ｙ座標を致命性判定回路
１４に内蔵している記憶回路に記憶し、映像走査
が全て完了した後に欠陥判定データとしてコンピ
ユータ１８に入力する。その結果は必要であれば
整理してオペレータに判別しやすいようにデイス
プレイ装置１９に表示させることができる。コン
ピユータ１８の入出力信号線は、３４がステージ
駆動信号、３３がステージ位置信号、３２が検査
回路系の起動信号、３１が検査終了信号、３０が
欠陥致命判定回路１４に記憶された欠陥位置デー
タの読出しデータ線である。

第５図は欠陥領域抽出回路１３のより詳細な実
施例である。第５図において、４１は比較回路、
４２は入力信号４６，４７の一方を選択して出力
する選択回路、４４，４５は読出し専用メモリ
（ROM）、４３はレジスタである。本実施例にお
いては、理想パターンデータ２３は、AD変換さ
れた入力映像データ２１がどの領域内の映像デー
タかを示す辞書パターンデータ信号として使用さ
れ、その辞書パターンデータ値によつて読出し専
用メモリ４４からあらかじめ記録してあつた領域
毎の最適閾値４９が読出される。入力映像データ
２１は最適閾値４９と比較回路４１において比較
される。比較回路４１は信号２１の値が信号４９
の値より小ならば出力信号４６を“１”、４７を
“０”とし、信号２１の値が信号４９の値より大
ならば逆に出力信号４６を“０”、４７を“１”
とする。４２は選択回路であり、辞書パターンデ
ータ２３をアドレスとして読出し専用メモリ４５
から読出した選択信号５０によつて信号４６又は
４７を選択し、信号４８として出力する。すなわ
ち領域によつて入力映像データが閾値よりも大の
ときに欠陥となる場合と、小のときに欠陥である
場合とがあるので、大小判定結果４７と小判定結
果４６のどちらかの信号を欠陥信号とすべきかを
あらかじめ読出し専用メモリ４５に記憶させてお
き、領域を示す辞書パターンデータにて選択させ
ている。このような辞書パターンデータによつて
閾値や欠陥判定方法を切替えることが本発明の趣
旨である複数個の処理を切換えることに相当す
る。４３はタイミング調整用のレジスタであり、
クロツク信号２５によつて信号４８がセツトさ
れ、その内容が欠陥抽出回路１３の出力２２とし
て外部に出力される。出力信号２２は入力映像デ
ータ２１に１クロツク分遅れて出力される欠陥映
像信号である。

また、本実施例においては被検査パターンの領
域がＡとＢの２種しかなく、欠陥濃度が閾値より
大または小で表わされる場合のみを扱つたが、領
域が３種以上になつた場合には辞書パターンデー
タのビツト数を増やし、読出し専用メモリに領域
の数と同じだけの最適閾値を記憶させておけば実
現できるし、欠陥濃度レベルに濃度の範囲がある
場合には同様な回路を組合わせることによつて、
容易に実現できることは明らかである。

第６図は致命性判定回路１５のより詳細な実施
例である。本実施例においては、欠陥の縦、横、
斜めの方法の幅の最大値が領域毎に決められた閾
値よりも大きければ致命的な欠陥であると判定す
ることを判定基準としている。また、パターンの
領域はＡとＢの２種類しかなく、第６図の辞書パ
ターンデータ信号２３は１ビツトであり、“０”
のときは領域Ａを示し、“１”のときは領域Ｂを
示す。２２は欠陥映像信号、６２ａ，６２ｂはア
ンドゲートであり、６５はインバータである。こ
の結果、６３ａはＡ領域中の欠陥画素のみが
“１”なる欠陥映像であり、６３ｂはＢ領域中の
欠陥画素のみが“１”となる欠陥映像である。

一点鎖線に囲まれた回路６１ａと６１ｂは全く
同じ回路であり、各々が９×９画素の２次元局所
画像切出し回路である。６１ａの回路中、l₁，l₂，
…，l₈は各々映像入力装置の１水平走査線分の画
素数に等しい段階をもつたシフトレジスタであ
り、d₁₁，d₁₂，…，d₁₈，d₂₁，d₂₂，…，d₉₉は１画
素分のシフトレジスタである。これらのシフトレ
ジスタは全て図には書かれていない信号線によつ
てクロツク信号２５が供給され、画素データに同
期してシフトするように構成されている。この結
果、常時過去８ライン分の欠陥映像データがシフ
トレジスタに格納され、シフトレジスタの出力か
らは欠陥映像上の９×９局所領域の画素データが
並列に読出されることになる。この局所画像は欠
陥映像データが１画素分入力されるたびに１画素
分シフトするので、出力される９×９局所領域画
像は映像全面を走査する。

いま、任意の時点で読出された９×９局所領域
画像をP₁₁，P₁₂，…，P₉₉とすると、２次元映像
データ上では第７図のように配列するので、局所
領域の中心画素P₅₅を中心に放射方向に欠陥境界
までの距離、すなわちP₅₅から放射方向に初めて
“０”となる画素までの距離を計測すれば、各々
逆方向の距離を加算することによつて、その方向
の欠陥サイズ（幅）を計測することができる。第
６図の回路６７から７０までの信号の流れは、領
域毎の欠陥映像に対してこのようにして欠陥サイ
ズを計測するための回路である。第６図におい
て、６７は選択回路、６８ａ〜６８ｈは寸法計測
回路、６９ａ〜６９ｄは加算回路、７０は最大値
検出回路、７６は読出し専用回路、７４は記憶回
路である。

選択回路６７は領域Ａ上の欠陥映像の局所画像
６４ａと領域Ｂ上の欠陥映像の局所画像６４ｂを
局所画像の中心画素であるP₅₅が領域Ａに含まれ
るかＢに含まれるかを示す信号７５によつて切替
えられる。信号７５は、辞書パターンデータ２３
をシフトレジスタ６６によつてP₅₅信号の回路６
１ａによる遅れ分だけ、すなわち４ラインと４画
素分遅らせることによつて得られる。

寸法計測回路６８ａ，６８ｂ〜６８ｈは、第７
図で示す局所領域の中で画素P₅₅を中心として各
放射方向への欠陥の寸法を計測する回路である。
たとえば、６８ａを例にとると、６８ａにはP₅₅
を中心に局所領域の右側方向にならぶ画素データ
P₅₄，P₅₃，P₅₂，P₅₁が接続され、その順番に初め
て“０”が現われるまでの画素数を計測する。す
なわち、P₅₅＝０ならば“０”、P₅₅＝１、P₅₄＝
１、P₅₃＝０ならば“２”である。局所領域の画
像は欠陥部の画素のみが“１”なので、６８ａの
出力値はP₅₅から右側境界までの寸法を計測した
ことになる。６８ｂは、同様にP₅₅より左側に並
ぶ画素データが接続され、P₅₅から左側境界まで
の寸法を計測する。したがつて、加算器６９ａに
よつて２つの寸法を加算すると欠陥の横幅が計算
できる。６８ｃ，６８ｄは各々右上り斜め方向の
画素が接続され、加算回路６９ｂによつて右上り
斜め方向の欠陥幅が計算される。このようにし
て、同様に上下方向、左下り斜め方向の欠陥幅も
求められ、４方向の欠陥幅が最大値検出回路７０
に入力される。最大値検出回路７０は４個の幅の
最大値を選択する回路であり、その結果、信号７
１は欠陥の最大幅を近似的に表わす。本実施例で
は局所画像領域として９×９局所領域画像をとつ
たため、最大欠陥幅は９画素までであるが、ある
程度以上大きければ全て致命的欠陥となるので、
大きさの閾値が９画素以下なら実用上問題にはな
らない。また局所画像領域の画素数を変えること
によつて、検出可能な欠陥幅の範囲を任意に変え
られることはもちろんである。

一方、７６は読出し専用メモリであり、局所領
域の中心画素P₅₅が領域Ａに含まれているか領域
Ｂに含まれているかを示す辞書パターンデータ信
号７５によつてP₅₅の存在する領域に最適な欠陥
寸法の閾値７７が読出され、欠陥最大幅７１と比
較回路７２によつて比較される。その結果、欠陥
最大幅が閾値より大であれば致命欠陥であり信号
７３が“１”となる。記憶回路７４は信号７３が
“１”から“０”に戻つた時点で、その時のＸ、
Ｙ座標信号２７を記憶する。このようにすれば、
記憶回路には被検査物上の致命欠陥の座標値が映
像走査に応じて次々と記憶されることになる。こ
の記憶された欠陥座標は、検査終了後に信号３０
としてコンピユータから読出される。

第６図の実施例においては、辞書パターンデー
タ７５によつて信号６４ａ，６４ｂを切替えた
り、領域毎の最適閾値７７が読出し専用回路７６
から読出されて比較回路７２に入力されること
が、本発明の主旨に相当する。このようにするこ
とによつて、従来技術では判定の難かしかつた領
域によつて模様が異なる場合でも、正確に致命性
を判断することが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば被検査パ
ターンの性質の異なる領域毎に最適な欠陥抽出判
定処理を選択実行することができるので、従来の
画一的な処理では困難であつたランダムな模様の
ついたパターンの検査、たとえばIC、LSIの完成
ウエーハの自動検査が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパターン欠陥検査装置の構成
図、第２図は従来装置の問題点の説明図、第３図
は本発明による問題点解決方法の説明図、第４図
は本発明を具体化するパターン欠陥検査装置の全
体構成図、第５図は本発明の実施例を示す図、第
６図は別の実施例を示す図、第７図は第６図の説
明を補助する図である。１……被検査パターン又は被検査物、２……映
像入力装置、３……２値化回路、４……辞書発生
回路、５……比較回路、６……判定回路、１２…
…AD変換器、１３……欠陥領域抽出回路、１４
……致命判定回路、１５……読出し制御回路、１
６……記憶回路、１７……同期信号発生器、１８
……コンピユータ、１９……デイスプレイ装置、
２１……デイジタル化された入力映像信号、２２
……欠陥領域を示す映像信号、２３……理想パタ
ーン映像信号（辞書パターン信号）、２５……同
期クロツク信号、４１……比較回路、４２……選
択回路、４３……レジスタ、４４，４５……読出
し専用メモリ（ROM）、４９……最適閾値、６
１ａ，ｂ……２次元局所画像切出し回路、l₁〜l₈
……１走査線の画素数をもつシフトレジスタ、
d₁₁〜d₉₉……１画素シフトレジスタ、６７……選
択回路、６８ａ〜６８ｈ……寸法計測回路、６９
ａ〜６９ｄ……加算回路、７０……最大値検出回
路、７１……欠陥最大幅信号、７２……比較回
路、７４……欠陥位置を記憶する記憶回路、７５
……遅れた辞書パターンデータ、７６……読出し
専用メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】１対象とする被検査パターンを走査して、被検
査パターンを構成する画素データを時系列的に入
力する第１の手段と、各上記画素データが、複数の領域からなる被検
査パターンのどの領域に含まれるかを示すパター
ンデータを、被検査物の設計データから得て、上
記画素データと同期して発生する第２の手段と、閾値、抽出範囲、及び判定手段のうち少なくと
も１つを領域毎に複数組有し、上記第２の手段に
応じて、領域毎に上記複数組の１つを選択し、上
記被検査パターンと基準となるパターンとを比較
判定する処理の内容を変化させる第３の手段と、を備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装
置。２上記第３の手段は、領域毎に異なる閾値を設
定し、各上記画素データとの画素の含まれる領域
の閾値とを比較することによつて欠陥を構成する
画素であることを判定する特許請求の範囲第１項
記載のパターン欠陥検査装置。３上記第３の手段は、領域毎に寸法に関する閾
値を設定し、各欠陥領域の寸法が上記閾値よりも
大きいとき致命欠陥と判定することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のパターン欠陥検査装
置。