JPH05126754A

JPH05126754A - パターン欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH05126754A
Application number: JP3286600A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inoue; 広井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1993-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、パターン欠陥検出の分解能を向上す
るとともにその処理時間に影響を与えず長くすることが
ないものとすることである。【構成】所定パターンが複数多層で形成された被検査体
の上方の撮像装置(3,4)により検査画像データを得ると
ともに、この撮像装置からの画像信号を遅延して又は他
の撮像装置により参照画像データを得、この検査画像デ
ータと参照画像データとを位置ずれ検出回路(15)の検出
位置ずれに基づいて位置合わせ回路(11)により位置合わ
せし、この後に検査回路(16)により検査画像データにお
ける検査対象の画素データに対応する参照画像データ内
の画素データの微分値により定まる方向の微分値と、参
照画像データの画素データの周囲に存在する画素データ
の同一方向の微分値の最大値との差微分値を算出し、こ
の差微分値によりパターン欠陥の有無を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハに
おける各チップのパターン同士を比較して欠陥を検出す
るパターン欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハに対するパターン欠陥検査
は、半導体ウエハに形成された各チップのパターン形状
同士を比較する方法と、半導体ウエハに形成されたチッ
プのパターンと設計データより生成された参照パターン
とを比較する方法とに大きく分類される。このうち、各
チップのパターン同士を比較する方法は、ラインセンサ
又はエリアセンサにより半導体ウエハのパターンを撮像
してその検査画像データを得、これとともに別途ライン
センサ等により上記チップに隣接するチップを撮像して
これを参照画像データとする。なお、参照画像データは
ラインセンサからの検査画像データを遅延して作成して
もよい。次に検査画像データと参照画像データとの位置
合わせを行い、この後に検査画像データと参照画像デー
タとの相関によりチップに対するパターン欠陥が検査さ
れる。

【０００３】ところで、このパターン欠陥検査は次のよ
うな各方法により行われている。例えば、第１の欠陥検
査は検査画像データと参照画像データとの各濃淡レベル
差からパターン欠陥を検査する方法。第２の欠陥検査は
検査画像データと参照画像データとの間で±１画素の極
小領域をもって濃淡レベル差を比較してパターン欠陥を
検査する局所摂動法。次に第３の欠陥検査は検査画像デ
ータと参照画像データとの濃淡レベル差を２値化処理
し、この後に拡大・縮小（モフォロジ）処理により疑似
欠陥を除外する方法である。

【０００４】ところで、上記第２の欠陥検査ではプロセ
スによるパターン形状の劣化の影響及び多層パターン間
の積層アライメントを相殺でき、又上記第３の欠陥検査
では疑似欠陥の発生を抑えることができる。

【０００５】しかしながら、上記のように疑似欠陥を除
外できる反面、拡大・縮小によりパターン欠陥検出の感
度はラインセンサ等の画素分解能に比べ２倍以上悪くな
る。このため、パターン欠陥検出感度を上げるためにラ
インセンサ等の分解能をさらに小さくする必要がある。
ところが、ラインセンサ等の分解能を小さくすると、そ
のデータ処理時間が長くなり、又画像処理のスピード化
にも影響を与え、さらにはラインセンサ等の感度向上に
関連して照明装置の増設という問題もでてくる。

【０００６】一方、チップと設計データより生成された
参照パターンとを比較する方法では上記同様の問題があ
るとともに、データベースに記憶されているパターンデ
ータから参照パターンデータを発生させる必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにラインセ
ンサ等の分解能を小さくすると、そのデータ処理時間が
長くなり、又画像処理のスピード化にも影響を与え、さ
らにはラインセンサ等の感度向上に関連して照明装置の
増設という問題がでてくる。

【０００８】そこで本発明は、パターン欠陥検出の分解
能を向上するとともにその処理時間に影響を与えず長く
することがないパターン欠陥検査装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定パターン
が複数多層で形成された被検査体の上方に配置された少
なくとも１つの撮像装置と、この撮像装置からの画像信
号から検査画像データを得るとともに、この撮像装置か
らの画像信号を遅延して又は他の撮像装置からの画像信
号から参照画像データを得る画像作成手段と、この画像
作成手段により得られた検査画像データと参照画像デー
タとの位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、この位
置ずれ検出手段により検出された位置ずれに基づいて検
査画像データと参照画像データとを位置合わせする位置
合わせ手段と、この位置合わせ手段による位置合わせ後
の検査画像データにおける検査対象の画素データに対応
する参照画像データ内の画素データの微分値により定ま
る方向の微分値と、参照画像データの画素データの周囲
に存在する画素データの同一方向の微分値の最大値との
差微分値を算出し、この差微分値によりパターン欠陥の
有無を判定する検査判定手段とを備えて上記目的を達成
しようとするパターン欠陥検査装置である。

【００１０】

【作用】このような手段を備えたことにより、所定パタ
ーンが複数多層で形成された被検査体の上方に配置され
た撮像装置からの画像信号から検査画像データを得ると
ともに、この撮像装置からの画像信号を遅延して又は他
の撮像装置からの画像信号から参照画像データを得る。
この検査画像データと参照画像データとを位置ずれに基
づいて検査画像データと参照画像データとを位置合わせ
し、この後に検査画像データにおける検査対象の画素デ
ータに対応する参照画像データ内の画素データの微分値
により定まる方向の微分値と、参照画像データの画素デ
ータの周囲に存在する画素データの同一方向の微分値の
最大値との差微分値を算出し、この差微分値によりパタ
ーン欠陥の有無が判定される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１２】図１はパターン欠陥検査装置の構成図であ
る。ＸＹテーブル１上には半導体ウエハ２が載置されて
いる。この半導体ウエハ２には複数のチップが規則的に
配列されている。このＸＹテーブル１の上方には２つの
撮像センサ３、４が配置されている。これら撮像センサ
３、４はセンサ本体５、６及び対物レンズ７、８から構
成されている。このうち、センサ本体５、６はそれぞれ
Ａ／Ｄ変換器９、１０を介して位置合わせ回路１１及び
２値化回路１２に接続されている。ここで、Ａ／Ｄ変換
器９はディレイ回路１３及び切替スイッチ１４を介して
位置合わせ回路１１及び２値化回路１２に接続され、又
Ａ／Ｄ変換器１０は切替スイッチ１４を介して位置合わ
せ回路１１及び２値化回路１２に接続されている。そし
て、２値化回路１２は位置ずれ検出回路１５に接続され
ている。しかるに、一方の撮像センサ３の撮像により得
られる画像データが検査画像データとして位置合わせ回
路１１及び２値化回路１２に送られ、他方の撮像センサ
４の撮像により得られる画像データが参照画像データと
して位置合わせ回路１１及び２値化回路１２に送らるよ
うになっている。又、一方の撮像センサ３の撮像により
得られる画像データがディレイ回路１３及び切替スイッ
チ１４を通して参照画像データとして位置合わせ回路１
１及び２値化回路１２に送らるようになっている。

【００１３】位置ずれ検出回路１５は検査画像データと
参照画像データとを位置ずれを検出する機能を有するも
のである。具体的には図２に示す既知の構成となってい
る。すなわち、バッファ２０と、一時遅れ回路２１，２
２と、切出し手段である７×９画素の局小域バッファ２
３と、バッファ２４と、一時遅れ回路２５と、４×３画
素の局小域バッファ２６と、局小域バッファ２６の画素
数（７×９）に相当する数（６３個）の排他的論理和
（ＥＸＯＲ）回路群２７と、７×７の周辺画素に対応す
る数（４９個）のカウンタ・加算回路群２８と、４９個
×６段のシフトレジスタ群２９と、加算回路３０と、最
小値検出回路３１とから構成している。

【００１４】前記バッファ２０は入力同期クロック毎に
参照画像データを３並列で入力するものである。又、局
小域バッファ２３は例えばシリアルインパラレルアウト
のシフトレジスタで構成され、バッファ２０、一時遅れ
回路２１，２２からの出力データを入力して２組の画像
データ間に生じ得る位置ずれの領域よりも大きい領域
（例えば７×９画素）の局部エリアを逐次切出すもので
ある。

【００１５】一方、バッファ２４は入力同期クロック毎
に検査画像データを３並列で入力するものである。又、
局小域バッファ２６は例えばシリアルインパラレルアウ
トのシフトレジスタで構成され、一時遅れ回路２５から
の出力データを入力し、上記領域（７×９画素）よりも
小さい領域（例えば４×３画素）の局部エリアを逐次切
り出すものである。

【００１６】排他的論理和回路群２７は局小域バッファ
２６からの出力と、局小域バッファ２３の７×９＝６３
本の出力データとの不一致を、各画素毎に位置相関値と
して求めるものである。カウンタ・加算回路群２８は排
他的論理和回路２７からの出力（不一致の個数）を画像
データの走査方向の複数（Ｎ）ライン（１２ライン）毎
にカウントし、複数ライン毎の位置相関値の総和を求め
るものである。シフトレジスタ２９は各カウンタ・加算
回路２８からの出力データを入力し、過去所定（Ｍ）組
（６組）の１２ライン毎の位置相関値を保存するもので
ある。加算回路３０は各シフトレジスタ２９に保存され
ている位置相関値の総和を７×７の周辺画素毎に（Ｍ−
２）×Ｎ毎に算出するものである。さらに最小値検出回
路３１は加算回路３０により算出された６組の位置相関
値の総和の中の最小値のものを、位置ずれ量として出力
するものである。

【００１７】位置合わせ回路１１は検査画像データと参
照画像データとを位置補正して位置合わせを行う機能を
有している。具体的には図３に示すように３並列の各バ
ッファ４０、４１を有し、このうちバッファ４０にＹ方
向位置補正回路４２及びＸ方向位置補正回路４３が直列
接続され、バッファ４１にＹ方向遅延回路４４が接続さ
れている。これらＹ方向及びＸ方向位置補正回路２１、
２２はそれぞれ上記最小値検出回路３１からの各方向の
位置ずれ量に基づいて上記バッファ２０の読み出し位置
を求め、位置ずれを補正して検査と参照との各画像デー
タの位置合わせを行な機能を有している。

【００１８】検査判定回路１６、５９は位置合わせ後の
検査画像データの検査対象とする画素データに対応する
参照画像データ内の画素データの微分値により定まる方
向の微分値と、参照画像データの画素データの周囲に存
在する画素データの同一方向の微分値の最大値との差微
分値を算出し、この差微分値によりパターン欠陥の有無
を判定する機能を有している。具体的には図４に示す既
知の構成となっている。すなわち、検査画像データは第
１の微分回路５０でもってｘ方向，ｙ方向，＋４５°方
向，−４５°方向の各方向で空間微分されて、その各方
向の微分値は第１のセレクタ５１へ送られるようになっ
ている。

【００１９】一方、参照画像データは第２の微分回路５
２でもって上記同様の各方向で空間微分されて、その微
分値は最小値方向検出回路５３へ送られるようになって
いる。

【００２０】この最小値方向検出回路５３は前記４つの
微分方向のうち、入力された各方向の微分値の絶対値の
最も小さい微分値に対応する微分方向を検出して第１の
セレクタ５１及び第２のセレクタ５４へ送出する。

【００２１】又、参照画像データは第３の微分回路５５
へ入力されるようになっている。この第３の微分回路５
５は第２の微分回路５２へ一つの画素データが入力され
るタイミングに同期して、この画素データを中心とする
局小域を形成する３×３の合計９個の画素データを取込
んで、中心以外の周囲の８個の画素データの４方向の各
微分値を算出する機能を有している。この第３の微分回
路５５から出力された８個の画素データの各方向の微分
値は最大値検出回路５６へ送られる。

【００２２】この最大値検出回路５６は第３の微分回路
５５から出力された８個の画素データの各方向の微分値
のうち、各方向毎に各微分値の絶対値の最も大きい最大
微分値を検出して、検出した４個の最大微分値を次の第
２のセレクタ５４へ送出する機能を有している。

【００２３】この第１のセレクタ５１は第１の微分回路
５０から出力された４方向の各微分値のうち、最小値方
向検出回路５３により指定された微分方向の微分値を選
択して減算回路５７へ送出する機能を有する。又、第２
のセレクタ５４は最大値検出回路５３から入力された４
個の最大微分値のうち、最小値方向検出回路５３により
指定された微分方向の最大微分値を選択して減算回路５
７へ送出する機能を有する。

【００２４】この減算回路５７は第１のセレクタ５１に
より選択された微分値から第２のセレクタ５４により選
択された最大微分値を減算して、差微分値として負値キ
ャンセル回路５８へ送出する機能を有する。この負値キ
ャンセル回路５８は差微分値が負値の差微分値のみを
「０」に置換えて判定回路５９へ送出する。

【００２５】この判定回路５９は入力された差微分値が
予め設定されたしきい値を越えると、この差微分値に対
応する画素データはパターン欠陥であると判定する機能
を有する。次に上記の如く構成された装置の作用につい
て説明する。

【００２６】撮像センサ３は半導体ウエハ２の１チップ
を撮像してその画像信号を出力する。この画像信号はＡ
／Ｄ変換器９によりディジタル化されて検査画像データ
として位置合わせ回路１１に送られるとともに２値化回
路１２により２値化されて位置ずれ検出回路１５に送ら
れる。又、撮像センサ４は上記チップに隣接するチップ
を撮像してその画像信号を出力する。この画像信号はＡ
／Ｄ変換器１０によりディジタル化されて参照画像デー
タとして位置合わせ回路１１に送られるとともに２値化
回路１２により２値化されて位置ずれ検出回路１５に送
られる。そして、位置ずれ検出回路１５は検査画像デー
タと参照画像データとのＸ方向及びＹ方向の各位置ずれ
量を検出して位置合わせ回路１１に送る。この位置合わ
せ回路１１はＸ方向及びＹ方向位置補正回路４３、４２
により検査画像データの参照画像データに対する位置ず
れを補正して検査回路１６に送る。

【００２７】なお、検査画像データ６０は図５に示すよ
うに複数の画素データ６１で形成され、これら画素デー
タ６１のレベル値でもってパターン６２が形成される。
また、３×３の合計９個の画素データ６１でもって局小
域６３が形成される。例えば位置Ａの局小域６３はパタ
ーン６２のエッジ部に位置し、位置Ｂの局小域６３はパ
ターン６２のコーナ部に位置し、さらに位置Ｃの局小域
６３はパターン６２以外の均一部に位置する。

【００２８】次に検査判定回路１６、５９の動作につい
て説明する。第１の微分回路５０は例えば図６に示すｘ
方向、ｙ方向，＋４５°方向，−４５°方向の各微分パ
ラメータ６４ａ〜６４ｄを用いて空間微分を行う。図７
はこれら空間微分結果を示し、原画がｙ方向のエッジを
有するは場合はｘ方向の微分値が最大となり、ｙ方向の
微分値が最小「０」となる。そして、＋４５°方向およ
び−４５°方向の微分値もｘ方向の微分値に比較して値
は小さいが発生する。又、図８(a) に示すように原画に
エッジ近傍でｘ方向に突出する欠陥Ｇが存在すると、ｘ
方向の微分値は欠陥Ｇ位置でｘ方向に不連続部分が発生
する。また、ｙ方向の微分値に欠陥Ｇに対応する「０」
以外の値が発生する。また、＋４５°方向および−４５
°方向の微分値にも欠陥Ｇに起因する微分値が生じる。
そして、図９に示すように位置Ａの局小域６３の中心の
「５」の画素データに対する４方向の微分値６５ａ〜６
５ｄはそれぞれ「０」「４」「４」「−４」となる。

【００２９】同様に第２の微分回路５２は参照画像デー
タを構成する各画素データを４方向で空間微分を行って
各微分値を求める。そして、参照画像データ内の位置Ａ
の各微分値の絶対値は「０」「４」「４」「４」とな
る。ここで、最小値は「０」なので、最小値方向検出回
路５３は「０」の微分値６５ａを求めたｘ方向を第１，
第２のセレクタ５１、５４へ送出する。

【００３０】次に第３の微分回路５５は第２の微分回路
５２により空間微分される画素データの周囲の８個の画
素データに対してそれぞれの４方向の微分値を求める。
すなわち、位置Ａの中心の画素データでは図９に示すよ
うに周囲８個の画素データのｘ方向の微分値は全て
「０」である。又、ｙ方向では「５」が６個で「４」が
２個、＋４５°方向では「５」が６個で「４」が２個、
−４５°方向では「−５」が６個で「−４」が２個とな
る。従って、各方向の絶対値の最大値は「０」「５」
「５」「５」となる。

【００３１】そこで、位置Ａのエッジ部においては図１
０に示すように最小値方向検出回路５３はｘ方向を選択
している。これにより、第１のセレクタ５１は第１の微
分回路５０の各微分値「０」「４」「４」「−４」のう
ちｘ方向の微分値「０」を選択する。又、第２のセレク
タ５４は第３の微分回路５５の各方向の絶対値の最大値
「０」「５」「５」「５」のうちｘ方向の値「０」を選
択する。その結果、減算回路５７は差微分値「０」を出
力する。この場合、当然、判定回路５９はパターン欠陥
を検出しない。

【００３２】次に位置Ｂのコーナ部にあっては図１０に
示す上記同様の作用により減算回路５７の差微分値は
「−４」となり、この値は負キャンセル回路５８で
「０」となる。よって、判定回路５９はパターン欠陥を
検出しない。位置Ｃの均一部も同様にパターン欠陥は出
力されない。次に欠陥が存在してかつ検査画像データと
参照画像データとの間に１画素程度のずれが存在する場
合を説明する。

【００３３】まず、図１１に示すように位置Ａのエッジ
部の局小域６３で、検査画像データ側の第１の微分回路
５０から出力されるｘ方向の微分値は欠陥に対応した値
を有する。これに対して参照画像データ側の該当画素デ
ータの周囲の画素データのｘ方向の微分値は前述したよ
うに「０」であるので、減算回路５７は欠陥規模に対応
した差微分値を出力する。これにより、判定回路５９は
パターン欠陥ありを判定する。

【００３４】次に位置Ｂのコーナ部の局小域６３では、
前述したように最小値方向検出回路５３の指定する微分
方向は一義的に定まらないが、検査画像データ側の第１
の微分回路５０から出力される−４５°方向を含む各方
向の微分値は欠陥に対応したそれぞれの値を有する。よ
って、第１のセレクタ５１から出力される微分値は欠陥
に対応する値となる。一方、参照画像データ側の該当画
素データの周囲の画素データの各方向の微分値は当然欠
陥の存在に起因する微分値に対して全く対応していない
ので、減算回路５７の差微分値は値を有する。しかし
て、図１２に示すように欠陥Ｇが検出される。

【００３５】又、図１３に示すように半導体ウエハ２が
多層パターンの場合、上記同様に検査画像データ７０の
第１の微分回路５０の微分値と、参照画像データ７１の
第３の微分回路５５の微分値の最大値との間の差微分値
を減算回路５７で算出するので、その差微分値からパタ
ーン欠陥の有無が判定される。

【００３６】このように上記一実施例においては、パタ
ーンの劣化やパターン間のアライメントエラー等により
検査画像データと参照画像データとの座標が多少ずれて
いても、出力される欠陥２０にずれに起因する擬似欠陥
が含まれるのを未然に除去することができる。従って、
欠陥Ｇのみを精度よく確実に検出できる。しかも、半導
体ウエハ２の各チップの欠陥検査をＳＮ比高く行え、又
半導体ウエハ２が多層パターンであっても精度高く検査
できる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、パ
ターン欠陥検出の分解能を向上するとともにその処理時
間に影響を与えず長くすることがないパターン欠陥検査
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパターン欠陥検査装置の一実施例
を示す構成図。

【図２】同装置における位置ずれ検出回路の具体的な構
成図。

【図３】同装置における位置合わせ回路の構成図。

【図４】同装置における検査回路の具体的な構成図。

【図５】同装置における検査画像データを示す模式図。

【図６】同装置における微分回路の各微分パラメータを
示す模式図。

【図７】同装置での欠陥の存在しない場合の各方向の微
分値を示す図。

【図８】同装置での欠陥の存在する場合の各方向の微分
値を示す図。

【図９】同装置における微分回路の微分結果を示す図。

【図１０】同装置における最小値方向検出回路の作用を
示す模式図。

【図１１】同装置における欠陥検出結果を示す図。

【図１２】同装置における欠陥検出結果を示す図。

【図１３】同装置における欠陥検出結果を示す図。

【符号の説明】

１…ＸＹテーブル、２…半導体ウエハ、３，４…撮像セ
ンサ、９，１０…Ａ／Ｄ変換器、１１…位置合わせ回
路、１２…２値化回路、１３…ディレイ回路、１４…切
替スイッチ、１５…位置ずれ検出回路、１６…検査回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ 8406−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定パターンが複数多層で形成された被
検査体の上方に配置された少なくとも１つの撮像装置
と、この撮像装置からの画像信号から検査画像データを
得るとともに、この撮像装置からの画像信号を遅延して
又は他の前記撮像装置からの画像信号から参照画像デー
タを得る画像作成手段と、この画像作成手段により得ら
れた検査画像データと前記参照画像データとの位置ずれ
を検出する位置ずれ検出手段と、この位置ずれ検出手段
により検出された位置ずれに基づいて前記検査画像デー
タと前記参照画像データとを位置合わせする位置合わせ
手段と、この位置合わせ手段による位置合わせ後の前記
検査画像データにおける検査対象の画素データに対応す
る前記参照画像データ内の画素データの微分値により定
まる方向の微分値と、前記参照画像データの前記画素デ
ータの周囲に存在する画素データの同一方向の微分値の
最大値との差微分値を算出し、この差微分値によりパタ
ーン欠陥の有無を判定する検査判定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。
【請求項２】前記検査判定手段は、位置合わせ手段に
よる位置合わせ後の前記検査画像データの各画素データ
を複数方向に亘って微分する第１の微分回路と、前記位
置合わせ手段による位置合わせ後の前記参照画像データ
の各画素データを複数方向に亘って微分する第２の微分
回路と、この第２の微分回路で得られた微分値が最小値
を示す微分方向を検出する最小値方向検出回路と、前記
参照画像データの前記微分した画素データの周囲の各画
素データを複数方向に亘って微分する第３の微分回路
と、この第３の微分回路にて得られた各微分値のうち各
方向における最大微分値を検出する最大値検出回路と、
前記第１の微分回路から出力された各方向の微分値のう
ちの前記最小値方向検出回路にて検出された方向の微分
値を選択する第１のセレクタと、前記最大値検出回路か
ら出力された各方向の最大微分値のうちの前記最小値方
向検出回路にて検出された方向の最大微分値を選択する
第２のセレクタと、前記第１のセレクタから出力された
微分値と前記第２のセレクタから出力された最大微分値
との差微分値を出力する減算回路と、この出力された差
微分値が所定のしきい値を越えると該当画素データをパ
ターン欠陥と判定する判定回路とを備えたことを特徴と
する請求項(1) 記載のパターン欠陥検査装置。