JPH0644281B2 - パターン欠陥検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、映像入力装置から入力される単位パターンの
繰返しにより構成される被検査パターンの濃淡の情報か
ら欠陥部を自動的に識別するパターン欠陥検査装置に関
するものである。

〔従来技術〕

従来の繰り返しパターンを有したマスクや完成ウエハ等
の半導体パターンの検査は、熟練した作業者が１つづつ
目視で行なつていたが、パターンの高密度化に伴なう微
細化と生産数の増大により人間により処理するのは極め
て困難になつてきている。そのため、近年、自動パター
ン欠陥検査装置の開発が試みられている。

第１図(イ)は、従来の自動パターン欠陥検査装置の例で
ある。第１図(ロ)は被検査物が具体的なウエハの例で、
斜線で表わしたパターン例えば３，４を一つづつ検査し
ていくわけである。図内の単位パターン３，４を検査し
ている状態が第１図(イ)に示されている。テーブル１上
の被検査物２の単位パターン３の映像は、映像入力装置
５によつて入力され、固定値で２値化する閾処理回路か
らなるパターン抽出回路６によつて２値のパターン信号
に変換される。一方、辞書発生回路７からは設計データ
に基づく標準パターンが映像入力装置５と同期して発生
され、比較回路８によつて各画素毎に比較される。比較
回路８において、もし入力映像に標準パターンと不一致
の画素があれば、それが欠陥領域ということになる。次
に、判定回路９によつてその欠陥領域のサイズを計測
し、ある程度以上大きければ致命的な欠陥であると判定
し、次の単位パターン４の検査に移ることになる。この
ようにすれば、被検査物上のパターンの欠陥の検査を実
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では、パターン
抽出のための閾値が固定してあり、被検査物上の繰り返
しパターンの各単位パターンの濃淡値がどれも同一であ
ることが前提となつているため、照明の時間的変動や個
々の単位パターンの反射特性の違い等が存在する場合に
は、適応が困難であるという問題があつた。第２図は、
上述の問題点の説明図である。は辞書発生回路７より
発生した標準パターンであり、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。すわなち“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。は照明の強度が
違う場合の欠陥がない被検査パターンから抽出した単位
パターンの映像信号であり、縦方向は明るさを意味して
いる。ここでは、領域Ａ，Ｂとも若干の凹凸等による陰
影を持つているものとする。このような場合には、始め
に、の照明強度の状態で適正閾値ＴＨ_０を固定したと
しても、照明の強弱による映像信号の閾値ＴＨ_０で
の２値パターンは標準パターンと異なるため、
Ｃ，Ｄの部分が欠陥部として抽出されることになる。こ
の結果は、勿論、誤まりであるが、固定した閾値を用い
た閾処理ではやむを得ないことである。そこで、この問
題点を解決するために、浮動閾値方式という方式が考案
されている。この方式の一例としては、第１図のパター
ン抽出回路６を、閾値を求めるための閾値決定回路とパ
ターンを抽出するための２値化回路に分け、それらを直
列に配置したものである。すなわち、閾値決定回路にお
いて現在検査している単位パターンの走査分の映像信号
を参照して、その一走査分のパターンに対して適正な閾
値を求め、次に２値化回路において、この閾値を用いて
そのパターンの２値信号を求める方式である。この方式
によると、各走査のパターンに対する適正な閾値を求め
るものであるから、一見上記の問題点を解決できそうで
あるが、高々、一走査分の信号データから閾値を決定せ
ねばならないこと、一走査分のパターンは常に同一であ
るとは限らないこと、等の理由で、単位パターン全体に
対して、適正な二値パターンが得られる保証はない。そ
こで閾値決定回路において、全単位パターンを一時的に
記憶できるシフトレジスタ等からなる記憶回路を設け、
その記憶データから閾値を求める方法も考えられるが、
回路が大規模となること、計算時間を考慮した２値化回
路の待ち時間を必要とし、多数のパターンの検査では大
きな時間的ロスとなること等の理由により、現実的では
ない。

なお、以上の説明では、映像信号を閾値処理し、それと
標準パターンとを比較して欠陥を抽出する欠陥検査装置
を例に挙げてその問題点を論じたが、もつと単純な装置
例えば、映像信号の暗ら過ぎる部分、又は明る過ぎる部
分を欠陥と見なし、映像信号を単純に閾値処理してそれ
らを検出するようなものに対しても同様な問題点がある
のは明らかである。すなわち、検査するパターンの映像
信号を閾値処理する手段を含んだ欠陥検査装置、すべて
に存在する本質的な問題点であるといえる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の問題点を克服し、よ
り安定な欠陥検査を可能とするパターン欠陥検査装置を
提供することにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために、本発明のパターン検査欠
陥装置は、所定の単位パターンの映像信号を所定の閾値
を用いて二値化した二値化単位パターン映像信号と、予
め記憶している基準単位パターン映像信号とを比較し
て、上記所定の単位パターンの欠陥を検査する第１の手
段と、上記所定の単位パターンの検査と並行して、上記
所定の単位パターンの映像信号をサンプリングしてディ
ジタル信号に変換し、離散的な標準値の配列に分解し
て、上記所定の単位パターン内部の部分パターンの各濃
淡値の出現頻度を計数し、その結果から、上記所定の単
位パターンに隣接する次の単位パターンを上記第１の手
段で検査するために用いる上記閾値を求める第２の手段
とを備えたものである。第３図は、照明強度がゆるやか
に変化した場合の各単位パターンの映像信号を表現した
ものである。照明の強度が増加するにつれて各パターン
の映像信号ものように変化するので、従来の方式
のように閾値が固定値ＴＨ_０の場合には明らかにの２
値パターンにおいて誤まりが生じてしまう。一方今回
提案する方式ではでの閾値TH₁をの映像信号から、
での閾値TH₂をの映像信号から、順次求めていくの
で、各パターの映像信号が急激に変化しない限り、これ
らの２値パターンをうまく抽出できる。また、欠
陥の検出を行なう手段と適正な閾値を求める手段とを並
列化し、現在の単位パターンから求めた閾値を次の単位
パターンの欠陥の検出の際に使用する方式なので、次の
単位パターンの検査を行なう以前に、閾値の決定の為の
計算を完了する事により、待ち時間なく検査を実行で
き、しかも、常に同種のパターンの映像データから閾値
を決定しているので照明撮像系の変動による映像データ
の変化のみを、閾値の変更に反映させることができるの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を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。
１は全体を制御するコンピユータ、２は検査する繰り返
しパターンをもつ対象物、３は対象物２を乗せたステー
ジであり、コンピユータ１によつて平面上の任意の位置
に対象物を移動させることができる。４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５から発せられる信号６（水平同期信号ＨＤ，垂
直同期信号ＶＤ）に同期して単位パターンの映像を走査
し、その明暗信号を電気信号７に変換して出力する。電
気信号７は、同期信号発生器５から発せられるクロツク
信号８に同期して、ＡＤ変換器９によつてデイジイタル
信号１０に変換される。すなわち、ＡＤ変換器９によつ
て単位パターンの映像信号７は格子状のデータ配列に分
割され、その各点の明暗の度合が例えば８ビツトの濃淡
データ１０としてクロツク信号８に同期して発生するこ
とになる。一方、被検査物２の単位パターンの理想的な
パターンデータは、パターンの設計データから予め配列
データとして計算され、コンピユータ１から信号線１１
を介して記憶回路１２に転送記憶させられている。１３
は記憶回路１２の読出し制御回路であり、同期信号発生
器５から出力されるＸＹ座標１４を記憶回路１２の読出
しアドレスとして理想パターンデータを読み出す回路で
ある。このとき、同期信号発生回路５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８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の個数を計数するカウンタの
出力とから各々Ｘ，Ｙ座標１４を作るようにすれば、Ａ
Ｄ変換器９から順次出力される映像データ１０と読出し
制御回路１３によつて読出された理想パターンの出力デ
ータ１５とは位置関係を完全に合わせることができる。
１６は欠陥領域抽出回路である。ここでは入力信号１０
を、予めコンピユータ１から信号線１７を介してセツト
されている閾値で、閾処理し、２値パターンとした後、
それと理想パターンの出力データ１５と比較し、差異が
あれば“１”、同じであれば“０”なる欠陥領域信号１
８を入力信号１０と同期してクロツク単位毎に逐次出力
する。欠陥領域抽出回路１６のひとつの具体的な実施例
は第５図で説明する。１９は、欠陥領域抽出回路１６か
ら出力される欠陥領域信号１８を入力し、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１９の１つの具体的なものとしては、欠陥領域の寸
法の大きさによつて致命欠陥と判定する特願昭５７−７
５２６８号（特公平４−２２０１８号公報）記載のもの
を用いればよい。この致命性判定回路１９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５から出力されるＸＹ座標を致命性判定回路１９
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２８としてコンピユータ１に入
力する。その結果は必要が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２０に表示させる
ことができる。このようにして、被検査物上の１つの単
位パターンの検査が終了する訳であるが、これらの回路
とは別に、次の単位パターンの検査に必要な欠陥領域抽
出回路の閾値を決定するための濃淡頻度検出回路２１が
存在することが本発明の主要な部分である。この濃淡頻
度検出回路２１では、順次入力されるデイジイタル化さ
れた映像データ１０の各濃淡値の出現頻度を同期信号発
生回路５からの信号２３に同期して計数する。すなわ
ち、入力の映像データが８ビツトのデイジタル信号の場
合には、その信号の値が０から２５５の内のどれである
かを調べて、それぞれの値が予め定められた検出範囲
内、すなわち単位パターンの部分パターン内に幾つ入力
されたかを検出，記憶するわけである。このようにして
作成された濃淡頻度分布は検出範囲の走査終了後、デー
タ線２２ａを介してコンピユータ１に取り込まれ、次の
単位パターンの欠陥領域を抽出するための閾値を求める
のに使用される。濃淡の頻度分布からの閾値の求め方
は、長尾真監訳「デイジタル画像処理」（近代科学社）
第８章画像の分割8.1節閾値処理等に述べられている公
知の方法をコンピユータ１のプログラム上で実現すれば
よい。そして、閾値が決定されると、そのデータは、次
の単位パターンの検査を行なう前に、信号線１７を介し
て、欠陥領域抽出回路１６の内部のレジスタにセツトさ
れる。このようにすることにより、前述した原理を具体
化でき照明強度が変化しても、それに追従して閾値も変
更できることとなり、確実に欠陥領域抽出回路が動作す
ることとなる。なお、第６図で濃淡頻度検出回路２１の
１つの具体的な実施例を説明する。コンピユータ１の入
出力信号線のうちの２４，２５，２６，２７はそれぞ
れ、ステージ駆動信号、ステージ位置信号、検査回路系
の起動信号、検査終了信号である。

第５図は欠陥領域抽出回路１６のより詳細な実施例であ
る。図中の３０，３３はレジスタ、３１は比較回路、３
２は排他的論理和回路である。先に説明したように、２
値パターンを抽出するための閾値は、前の検査の単位パ
ターンの濃淡頻度分布からコンピユータ１で計算したも
のが信号線１７を介して予めレジスタ３０にセツトされ
ている。比較回路３１では、ＡＤ変換器９からのパター
ン信号１０と、レジスタ３０に保持されている閾値３４
の値が比較され、パターン信号１０が閾値３４より大き
い場合には“１”、小さい場合には“０”という２値信
号３５が出力される。この２値信号３５は、読出し制御
回路１３からの理想パターンデータと回路３２で排他的
論理和され、異なる部分が“１”、同じ部分が“０”の
欠陥部の信号３６をとなる。レジスタ３３はタイミング
調整用のレジスタでありクロツク信号８によつて信号３
６をセツトし、その内容が欠陥抽出回路１６の出力１８
として外部に出力される。このような回路構成により欠
陥の領域の抽出を具体化できる。

第６図は、濃淡頻度検出回路２１のより詳細な実施例で
ある。４０〜４３は選択回路、４４は読み出し、書き込
み可能な記憶回路、４５は加算器である。この回路の基
本的機能は、ＡＤ変換器からのパターン信号１０の濃淡
値別の出現頻度の計数と、それのコンピユータ１による
読み出しである。コンピユータ１からの信号２２ｄは、
この機能を選択するためのものであり、各選択回路４
０，４１，４２，４３の必要な入力信号、出力信号の通
るゲートの開閉をコントロールする。

まず、濃淡値の頻度分布の計数の場合のデータの流れに
ついて説明する。この時は、コンピユータ１からの信号
２２ｄによつて、各選択回路の４９，１０，２３，４８
の信号が選ばれているものとする。また、初期状態では
記憶回路４４の各アドレスの内容はゼロクリアされてい
るものとする。ＡＤ変換器からのデイジタル化されたパ
ターン信号１０は選択回路４１で選択され、記憶回路４
４のアドレス信号となる。一方、同期信号発生回路５か
らの信号２３は、選択回路４２で選択され、記憶回路４
４の読み出し、書き込みのタイミング信号５１となる。
従つて、パターン信号１０の値に対応したアドレスの内
容が、タイミング信号５１の読み出しタイミングで４７
に出力される。この信号４７は、選択回路４３で信号線
４８にのせられ、加算器で値を１だけ加算され、信号線
４９，４６の経路で、ふたたび記憶回路４４に入力され
る。この信号４６の値は、先にセツトしたアドレスに、
信号５１の書き込みのタイミングで格納される。このよ
うにすることにより、順次入力されるパターン信号１０
の値に対応する記憶回路４４のアドレスに、それまでに
入力されたその値の発生頻度が記憶されることになる。
なお、頻度を検出するための範囲は、信号２３を用い
て、記憶回路４４を書込み禁止状態にすることにより実
現する。

次に、コンピユータ１による濃淡の頻度値の記憶回路４
４からの読み出しの場合のデータの流れについて説明す
る。この時はコンピユータ１からの信号２２ｄによつて
各選択回路の２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，５２の信号が選
ばれるようにする。信号２２ｂは、読み出しのアドレス
信号、信号２２ｃはコンピユータ１により記憶回路４４
の内容を読みだすタイミングを与える信号である。従つ
て、信号２２ｂにコンピユータ１により濃淡値に対応す
るアドレスを２２ｃの読み出しタイミングでセツトする
ことにより、その時のアドレス（濃淡値）の内容（頻
度）が４７に出力され、選択回路４３により、コンピユ
ータ１へのデータ線２２ａに乗せられる。このようにす
ることにより、記憶回路４４に格納されている濃淡の頻
度をコンピユータ１に読み出すことができる。このよう
にして読み出された濃淡の頻度分布に対して、先に述べ
た著作に紹介されている、ｐ−タイル法、モード法等を
適用すれば、適切な閾値を求めることができる。

本実施例では、回路によつて濃淡の頻度分布を求め、コ
ンピユータ上でその頻度から閾値を求めるものを説明し
たが、回路のみで閾値を決定できる場合とは、その値を
次のパターンの検査前に、コンピユータを介して、欠陥
領域抽出回路１６のレジスタ３０にセツトすればよい。
本発明の主旨は、現在検査している単位パターンの濃淡
情報から閾値を決定し、次の検査の単位パターンにそれ
を適用する所にある。また、このような主旨からして、
本実施例のように標準パターンと検査パターンの比較に
よる検査装置ばかりではなく、検査物上の２つのパター
ンの映像信号の比較によつて欠陥を抽出する検査装置に
もたとえば２つの映像信号のレベルの差をマクロな特徴
量として検出し、映像信号比較による安定な欠陥抽出を
する目的で本発明を適用できるのは明らかである。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、検査と同時に
対象物上の現在検査している単位パターンの濃淡の状態
を検出し、それから適正な閾値を決定し、それを次の単
位パターンの検査に使用する方式なので、(1)常に同種
のパターンの映像信号から閾値を決定するため、照明撮
像系の変動による映像信号の変化のみが閾値の変更に反
映されることとなり、閾値計算が安定化する。(2)パタ
ーンの検査を行なう手段と閾値を求める手段を並列して
動作することにより、無駄時間がない検査を実行でき
る、等の利点があり、より実用的なパターン欠陥検査装
置とすることができる。

【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
題点解決の原理の説明図、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図は第４図の
欠陥領域抽出回路の説明図、第６図は第４図の濃淡頻度
検出回路の説明図である。 第１図の１……被検査物を移動させるためのテーブル、
２……被検査物、３……被検査物上の現在検査している
パターン、４……被検査物上の次の検査を行なうパター
ン、５……映像入力装置、６……パターン抽出回路、７
……辞書発生回路、８……比較回路、９……判定回路、
第４図の１……全体を制御するコンピユータ、２……検
査の対象物、３……ステージ、４……映像入力装置、５
……同期信号発生器、６……水平及び垂直同期信号、７
……電子信号、８クロツク信号、９……ＡＤ変換器、１
０……デイジイタル信号、１１……信号線、１２……記
憶回路、１３……読み出し制御回路、１４……ＸＹ座
標、１５……理想パターンの出力データ、１６……欠陥
領域抽出回路、１７……信号線、１８……欠陥領域信
号、１９……致命性判定回路、２０……デイスプレイ装
置、２１……濃淡頻度検出回路、２２……データ線、２
３……同期信号、２４……ステージ駆動信号、２５……
ステージ位置信号、２６……検査回路系の起動信号、２
７……検査終了信号、第５図の３０……レジスタ、３１
……比較回路、３２……排他的論理和回路、３３……レ
ジスタ、第６図の４０〜４３……選択回路、４４……読
み出し，書き込み可能な記憶回路、４５……加算器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−123512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−130935（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−151513（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−21219（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−87435（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−10064（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭51−39062（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭54−3638（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単位パターンの繰返しにより構成される被
   検査パターンを走査して各単位パターンの欠陥を順次検
   査するパターン欠陥検査装置において、 所定の単位パターンの映像信号を所定の閾値を用いて二
   値化した二値化単位パターン映像信号と、予め記憶して
   いる基準単位パターン映像信号とを比較して、上記所定
   の単位パターンの欠陥を検査する第１の手段と、 上記所定の単位パターンの検査と並行して、上記所定の
   単位パターンの映像信号をサンプリングしてディジタル
   信号に変換し、離散的な標準値の配列に分解して、上記
   所定の単位パターン内部の部分パターンの各濃淡値の出
   現頻度を計数し、その結果から、上記所定の単位パター
   ンに隣接する次の単位パターンを上記第１の手段で検査
   するために用いる上記閾値を求める第２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。