JP2000097869A - パターンの欠陥検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】部分的に反射光量の異なる半導体ウエハのパタ
ーンの欠陥を、高感度・高信頼度で検出する。 【解決手段】基板上に形成された本来同一となるように
形成された複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査方
法において、同一となるように形成された複数のパター
ンのうちの第１のパターンを撮像して第１の画像信号を
得、この得た第１の画像信号を記憶し、同一となるよう
に形成された複数のパターンのうちの第２のパターンを
撮像して第２の画像信号を得、この第２の画像信号と記
憶手段に記憶した第１の画像信号とを比較して第１の画
像信号と第２の画像信号の不一致の度合いを検出し、こ
の検出した不一致の度合いに関する情報を不一致の度合
いの信頼度に関する情報と共に出力するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査パターンの
欠陥を検出する外観検査に係り、特に半導体ウェハや液
晶ディスプレイなどにおける被検査パターンの欠陥検査
方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の検査装置は、特開昭５５
−７４４０９号公報記載の技術の如く、被検査パターン
を移動させつつ、ラインセンサ等の撮像素子により被検
査パターンの画像を検出し、前記検出した画像信号と所
定時間だけ遅延させた画像信号の濃淡を比較することに
より、その不一致を欠陥として認識するものであった。

【０００３】上記従来の欠陥の認識方法を、図９〜１２
を参照して説明する。図９は、従来技術の被検査パター
ンのメモリチップにおけるメモリマット部と周辺回路部
の略示説明図、図１０は、図９のメモリチップにおける
メモリマット部と周辺回路部における明るさのヒストグ
ラム、図１２は、ＣＭＰ（ケミカルメカニカル）などの
平坦化処理された被検査パターンの略示図である。

【０００４】図９に示す如く、半導体ウエハ上にはメモ
リチップ２０が多数配設されて形成されている。前記メ
モリのチップ２０は、メモリマット部２１と周辺回路部
２２に大別することができる。前記メモリマット部２１
は小さな繰返しパターン（セル）の集合であり、前記周
辺回路部２２は基本的にはランダムパターンの集合であ
る。ただし、多くの場合、子細に見ると複数の異なるセ
ルピッチを有する繰り返しパターンの集合体とみなすこ
とができる。

【０００５】図１０には、図９のメモリマット部２１お
よび周辺回路部２２における明るさの分布、すなわち、
１０ビット構成で最大１０２４階調として、メモリチッ
プ内の明るさに対する頻度（ヒストグラム）を示したも
のであるが、前記メモリマット部２１はパターン密度が
高く、一般の明視野照明光学系では暗い。一方、前記周
辺回路部２２はパターン密度が低く、明るい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１２に示した、ＣＭ
Ｐなどの平坦化プロセスでは、図１１に示すヒストグラ
ムでわかるように、メモリマット部２１内の回路パター
ンは、パターンの膜厚の違いによって明るさの違いを生
じさせている。同図では、配線層をデポジションした
後、ＣＭＰ処理により平坦化したものである。このよう
なパターンでは、膜厚が局所的に変動し、明るさむらが
生じやすい。このようなパターンの場合、図１０と図１
１に示すパターンの明るさを比較することになり、明る
さの違いを誤検出しないようにしきい値を設定すると、
きわめて欠陥検出感度を低下させてしまう。このような
明るさの違いは、照明光として波長帯域の広いものを使
用すれば、ある程度は相殺できるが、ＣＭＰ処理された
パターンについては、明るさの変動が大きいこともあ
り、限界がある。このため、明るさの異なるパターンか
ら微小な欠陥を検出することが望まれていた。

【０００７】本発明の目的は、上記従来の技術課題を解
決すべくなされたもので、明るさの異なるパターンも比
較検査可能にし、つねに高感度で、欠陥を信頼性高く検
査することができる被検査パターンの欠陥検査方法を提
供することにある。

【０００８】また、ＣＭＰなどの平坦化処理されたウエ
ハパターンを対象にした場合にも、高感度な欠陥検出方
法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る被検査パターンの欠陥検査方法の構成
は、同一となるように形成されたチップを複数個配置し
た被検査パターンの欠陥検査方法において、被検査パタ
ーンの画像信号を検出し、これを基板上の隣接或いは離
れた被検査パターンの検出画像信号と比較する際、画像
信号の散布図より得られる情報を信頼度として不一致情
報に付与することを特徴とするものである。画像信号の
散布図は、比較すべき被検査パターンの画像信号の明る
さ、或いは局所的なコントラスト、或いは局所的な平均
値をそれぞれ縦軸、横軸とし、これらは出力または表示
可能なものである。

【００１０】ここで、画像信号の散布図より得られる情
報は、散布図上の頻度、或いは散布図上の位置、或いは
散布図上の相対的な距離の関数、或いはルックアップテ
ーブルを参照した情報であることを特徴とするものであ
る。また、信頼度は、不一致が欠陥であること示す尺度
である。

【００１１】散布図上の相対的な距離は、２つの比較す
る画像において、各点の定めた周囲の複数画素を用い
て、重みづけされた２乗誤差が最小になる直線を求め、
これからの距離に対応するものである。または、２つの
比較する画像において、頻度が一定値以上の各点に対
し、定めた周囲の複数画素を用いて、重みづけされた２
乗誤差が最小になる直線を求め、これからの距離に対応
するものである。

【００１２】即ち、本発明では、上記目的を達成するた
めに、基板上に形成された本来同一となるように形成さ
れた複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査方法にお
いて、同一となるように形成された複数のパターンのう
ちの第１のパターンを撮像して第１の画像信号を得、こ
の得た第１の画像信号を記憶し、同一となるように形成
された複数のパターンのうちの第２のパターンを撮像し
て第２の画像信号を得、この第２の画像信号と記憶手段
に記憶した第１の画像信号とを比較して第１の画像信号
と第２の画像信号の不一致の度合いを検出し、この検出
した不一致の度合いに関する情報を不一致の度合いの信
頼度に関する情報と共に出力するようにした。

【００１３】また、本発明では、上記目的を達成するた
めに、基板上に形成された本来同一となるように形成さ
れた複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査方法にお
いて、同一となるように形成された複数のパターンのう
ちの第１のパターンを撮像して得た第１の画像信号と、
同一となるように形成された複数のパターンのうちの第
２のパターンを撮像して得た第２の画像信号とを比較し
て欠陥候補を検出し、この検出した欠陥候補に関する情
報を欠陥候補に対する欠陥の確からしさに関する情報と
共に出力するようにした。

【００１４】また、本発明では、上記目的を達成するた
めに、基板上に形成された本来同一となるように形成さ
れた複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査方法にお
いて、同一となるように形成された複数のパターンのう
ちの第１のパターンを撮像して第１の画像信号を得、こ
の得た第１の画像信号を記憶し、同一となるように形成
された複数のパターンのうちの第２のパターンを撮像し
て第２の画像信号を得、この第２の画像信号と記憶手段
に記憶した第１の画像信号との位置合わせをし、この位
置合わせをした第１の画像と第２の画像との明るさを補
正し、この明るさを補正した第１の画像と第２の画像と
を比較して欠陥候補を含む欠陥を検出し、検出した欠陥
に関する情報を出力するようにした。

【００１５】また、本発明では、上記目的を達成するた
めに、基板上に形成された本来同一となるように形成さ
れた複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査装置にお
いて、パターンを撮像する撮像手段と、この撮像手段で
撮像して得たパターンの画像信号を記憶する記憶手段
と、この記憶手段に記憶したパターンの画像信号と撮像
手段で撮像して得たパターンの画像信号との位置を合わ
せる位置合わせ手段と、この位置合わせ手段で位置を合
わせた記憶手段に記憶したパターンの画像信号と撮像手
段で撮像して得たパターンの画像信号との階調を補正す
る階調補正手段と、この階調補正手段で階調が補正され
た記憶手段に記憶したパターンの画像信号と撮像手段で
撮像して得たパターンの画像信号とを比較して欠陥を検
出する欠陥検出手段と、この欠陥検出手段で検出した欠
陥に関する情報を出力する出力手段とを備えて構成し
た。

【００１６】また、本発明では、上記目的を達成するた
めに、基板上に形成された本来同一となるように形成さ
れた複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査装置にお
いて、基板を載置してＸＹ平面内で移動可能なテーブル
手段と、このテーブル手段に載置された基板のパターン
を撮像する撮像手段と、テーブル手段で載置した基板を
連続的に移動させているときに撮像手段で撮像して得た
パターンの画像信号を処理してパターンの欠陥の候補を
抽出するとともにこの欠陥の候補の確からしさに関する
情報を求める欠陥候補抽出手段と、抽出したパターンの
欠陥候補のデータと欠陥候補の確からしさに関する情報
とを共に出力する出力手段とを備えて構成した。

【００１７】また、本発明では、上記目的を達成するた
めに、基板上に形成された本来同一となるように形成さ
れた複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査装置にお
いて、基板を載置してＸＹ平面内で移動可能なテーブル
手段と、このテーブル手段に載置された基板のパターン
を撮像する撮像手段と、テーブル手段で載置した基板を
連続的に移動させているときに撮像手段で撮像して得た
パターンの画像信号の階調を変換する階調変換手段と、
この階調変換手段で階調を変換した画像信号を処理して
パターンの欠陥の候補に関する情報を求める欠陥候補抽
出手段と、この欠陥候補抽出手段で抽出したパターンの
欠陥の候補に関する情報を画面上に表示する表示手段と
を備えて構成した。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の各実施の形態を説明す
る。

【００１９】本発明に係わる被検査パターンの欠陥検査
方法、装置を説明する。図１は、本発明の一実施例に係
わる被検査パターンの欠陥検査装置の構成図である。

【００２０】本実施の形態においては、半導体ウエハの
被検査パターンを例として説明する。

【００２１】図１において、 １はイメージセンサであ
り、被検査パターンである半導体ウエハ４からの反射光
の明るさ、すなわち濃淡に応じた濃淡画像信号を出力す
るものであり、２はイメージセンサ１から得られる濃淡
画像信号をディジタル画像信号９に変換するＡ／Ｄ変換
器、３は濃淡画像信号を遅延させる遅延メモリ、４は被
検査パターンのある半導体ウエハ、５は被検査パターン
の半導体ウエハ４を載置するＸ方向とＹ方向とＺ方向と
θ方向（回転）の移動するステージ、６は半導体ウエハ
４に対する対物レンズ、７は被検査パターンの半導体ウ
エハ４を照明する照明光源、８は照明光を反射して対物
レンズ６を通して半導体ウエハ４に照射すると共に、半
導体ウエハ４からの反射光を透過するハーフミラー、９
は濃淡画像信号がＡ／Ｄ変換器で変換されたディジタル
画像信号である。このようにして、照明光源７からの照
明光を反射させて対物レンズ６を通して半導体ウエハ４
に対して、例えば明視野照明を施すように構成してい
る。

【００２２】また、３は、画像信号９を繰り返される１
セルまたは複数セルピッチ分を記憶して遅延させる遅延
メモリであってもよいし、 画像信号９を繰り返される
１チップまたは複数チップピッチ分記憶して遅延させる
遅延メモリでもよい。

【００２３】１１はディジタル画像信号９及び遅延され
たディジタル画像信号１０を位置合わせするものであ
り、ここでは、画素単位で濃淡差が最小となる位置ずれ
量を正規化相関により検出し、この位置ずれ量に基づき
一方の画像をシフトして、２枚の画像を位置合わせする
ものである。なお、正規化したのは、位置合せすべき画
像間の明るさの違いの影響を軽減するためである。

【００２４】即ち、検出画像f(x,y)に対して記憶画像g
(x,y)を移動し、相関値^R(Δx,Δy)が最大となる位置
^(Δx,Δy)を下式により求める^{(Δx,Δy:整数）}。

【００２５】

【数１】

【００２６】

【数２】

【００２７】

【数３】

【００２８】

【数４】

【００２９】

【数５】

【００３０】ここで、画像はイメージセンサにより連続
的に検出されるが、画像を後述するライン単位ごとに分
割し、この単位で位置合わせを行う。上式では、検出画
像はＸ×Ｙ画素の寸法である。なお、図示していない
が、画像の位置ずれを求める上記した正規化相関は、す
べての画像を相手にして行う必要はなく、例えば画像を
イメージセンサの長手方向にK分割し、分割した各小画
像（X／K×Y画素の大きさ）のうち、情報がある小画像
について、行ってもよい。情報があるかどうかの判断
は、例えば各小画像を微分し、エッジの有無を検出し、
エッジが多い小画像を選ぶ。たとえば、イメージセンサ
がマルチタップ構成の並列出力可能なリニアイメージセ
ンサの場合、各タップ出力画像が、小画像に相当する。
この考え方は、並列出力される画像は、位置ずれが等し
いということに基づいている。また、ここで用いるイメ
ージセンサは、時間遅延積分型のＴＤＩ ＣＣＤイメー
ジセンサであってもよい。

【００３１】１２は、明るさの異なる画像信号を、明る
さを一致させるべく、双方の画像信号の階調を変換する
階調変換部である。ここでは、個々の画素毎にゲインと
オフセットにより線形変換を実施して、明るさを一致さ
せている。

【００３２】

【数６】

【００３３】

【数７】

【００３４】

【数８】

【００３５】

【数９】

【００３６】そして、得られた画像信号を比較部１４に
おいて比較し、不一致を欠陥として検出するものであ
る。 検出された画像信号は、パイプライン型の画像処
理により、順次一定の処理が施され、最後に欠陥とその
特徴が出力されるものである。

【００３７】次に上記構成の検査装置の動作について説
明する。

【００３８】図１において、対物レンズ６で収束させた
照明光で、ステージ５をＸ方向（例えば、１次元イメー
ジセンサ１のセンサ面の各センサチップの配列方向に直
角な方向）に走査して被検査パターンの半導体ウエハ４
の対象領域について等速度で移動させつつ、イメージセ
ンサ１により前記半導体ウエハ４上に形成された被検査
パターン、すなわちチップ２０内のメモリマット部２１
および周辺回路部２２の明るさ情報（濃淡画像信号）を
検出する。

【００３９】１列分の移動が終わると、Ｙ方向（Ｘ方向
に直角な方向)に高速移動して隣の列に移り、位置決め
をする。すなわち、イメージセンサ１により前記半導体
ウエハ４上に形成された被検査パターンの画像を得なが
ら行う等速移動と隣の列へ移動する高速移動とを繰り返
して検査を行うものである。もちろん、ステップ＆リピ
ート型の検査でも差し支えない。

【００４０】そして、Ａ／Ｄ変換器２は、イメージセン
サ１の出力（濃淡画像信号）をディジタル画像信号９に
変換する。このディジタル画像信号９は１０ビット構成
である。勿論、６ビット程度あれば、画像処理する上で
は特に問題ないが、微小欠陥を検出するにはある程度の
ビット数が必要であるので、多少の余裕を見て、１０ビ
ット構成とした。

【００４１】図１において、設計情報に基づいて得られ
る半導体ウエハ４上におけるチップ内の配列データ等の
座標を、キーボード、ディスク等から構成された入力手
段１５で入力しておくことにより、ＣＰＵ１６は、入力
された半導体ウエハ４上におけるチップ内の配列データ
等の座標に基づいて、欠陥検査データを作成して記憶装
置１７に格納する。欠陥検査データには後述する欠陥の
確からしさを表す欠陥信頼度もデータに付与して格納す
る。

【００４２】この欠陥検査データは、欠陥信頼度と併せ
て、必要に応じてディスプレイ等の表示手段に表示する
こともできるし、またプリンタ等に出力する手段により
出力することもできる。また、通信により、他の検査装
置、光学レビュー装置、ＳＥＭ式レビュー装置、欠陥分
類装置（欠陥の特徴量に着目して欠陥カテゴリに分類す
る装置。ニューラルネットワークなどを利用したものな
ど様々な装置がある）などに、またはサーバなどの外部
記憶手段に、欠陥検査データ及び欠陥信頼度を送ること
ができる。勿論、欠陥信頼度のみをディスプレイ等の表
示手段に表示、またはプリンタや上記した外部の手段に
出力しても構わない。

【００４３】２３は、比較する２枚の画像を入力する画
像入力部であり、この画像より、散布図作成部２４にお
いて散布図を求める。散布図の求め方を図３に示す。散
布図は、縦軸と横軸が、比較する２枚の画像f(x,y)、g
(x,y)の明るさを示している。散布図は、比較すべき被
検査パターンの画像信号の明るさ以外に、明るさの局所
的なコントラスト、或いは局所的な平均値をそれぞれ縦
軸、横軸としてもよく、また、それらを組み合わせて用
いてもよい。得られた散布図は、図３に示すように頻度
を濃淡値に換算して表示する。ここでは、頻度が０をグ
レーで、頻度小を白、頻度大を黒で表示した。勿論、散
布図はテ゛ータの有無のみを表示しても差し支えない。

【００４４】上記画像信号の散布図より、２６において
散布図上の頻度、或いは散布図上の位置、或いは散布
図上の相対的な距離の関数、或いはルックアップテーブ
ルを参照した情報を算出する。算出した情報を、欠陥信
頼度として、即ち不一致が欠陥であること示す尺度とし
て、不一致情報に添付し、１７に格納する。

【００４５】ここで、散布図において頻度が大きいこと
は、その点が欠陥らしくないことを表している。例え
ば、図３において、散布図上の黒いデータに対応する画
素は、頻度が高く、これらは正常部である確率が高い。
一方、白いデータに対応する画素は、頻度が小さくその
明るさが小数しかないことを表しており、欠陥である確
立が高い。このように、頻度情報は欠陥の確からしさを
表す重要なパラメータであると言える。同様に、散布図
上の位置については、比較する２枚の画像が同じ明るさ
ならば、傾き４５度の直線上に各点が分布するため、散
布図上の絶対位置も重要な欠陥の確からしさのパラメー
タになる。図３において、傾き４５度の直線（図示して
いない)から離れているデータに対応する画素は、頻度
が小さいこともあり、欠陥である可能性が高いことが分
かる。

【００４６】散布図上の相対的な距離は、２つの比較す
る画像において、各点の定めた周囲の複数画素を用い
て、重みづけされた２乗誤差が最小になる直線を求め、
これからの距離に対応するものである。これを図４
（ａ）、（ｂ）に示す。

【００４７】図４（ａ）に示すように、散布図におい
て、各画素を中心とするエリアを定め、このエリア内の
データに対して近似直線を求める。または、頻度が欠陥
の確からしさを表すパラメータであるという事実を用い
て、２つの比較する画像において、頻度が一定値以上の
各点に対し、定めた周囲の複数画素を用いて、重みづけ
された２乗誤差が最小になる直線を求める。エリアのサ
イズは散布図の頻度に応じてローカルに可変にする。可
変する方法は、頻度を入力してルックアップテーブルを
参照してエリアサイズを出力する方式が柔軟性があり、
望ましい。

【００４８】このようにして得られた近似直線からの距
離を図４（ｂ）に示すようにして求め、この距離を欠陥
の確からしさと見なして出力或いは表示するものであ
る。この距離が小さいほど、正常部に近く、大きいほど
欠陥に近い。

【００４９】図４（ｂ）において、近似した直線から離
れるに従い、頻度が小さくなっており、欠陥の確度が高
くなっていることがわかる。なお、頻度が一定値以上の
各点とは、例えば、頻度が１以下の点は、欠陥の確度が
高いとして、直線近似の対象から除外するものである。
図１における局所階調変換部１２では、図４に示した方
法により、各画素毎に近似直線を求め、近似直線に基づ
いて階調変換を実施してもよい。

【００５０】また、直線からの画像全体のばらつきを、
例えば下式で求められる。ここで、直線をＹ＝ｍ・f(x,
y)＋ｎとする。

【００５１】

【数１０】

【００５２】

【数１１】

【００５３】この情報は、画像全体の一致度の尺度とし
て使用可能なものである。

【００５４】このように、散布図により得られる情報を
用いて、検査装置が出力する不一致情報の確からしさを
判断できる。

【００５５】２５は、得られた散布図を、単独で、また
は他の情報とともに表示する表示部である。１５は、し
きい値等の入力手段であるが、例えば、差画像の絶対値
を２値化するしきい値を入力し、入力したしきい値の線
分を散布図上にプロットする。この散布図を見れば、入
力したしきい値の妥当性が判断しやすい。

【００５６】また、表示された散布図の情報を参照し
て、画像に適したしきい値を決めることもできる。即
ち、しきい値を、上記した欠陥の確からしさにより決め
ることにより、より高信頼度に欠陥検出ができる。例え
ば、各画素において適応的にしきい値を決定するものと
し、散布図の頻度に応じてしきい値を決める。頻度とし
きい値の換算は、図２に示すように、ルックアップテー
ブル(ＬＵＴ)を用いて実行する。ルックアップテーブル
の中身、即ち変換にの仕方は検査に先立ち決めておくも
のである。

【００５７】なお、図１において、散布図に使用する画
像は、比較する２枚の画像であり、例えば画素単位の位
置合せ後の画像であるが、画像処理の各段階で、２枚の
画像を画像入力部２３に入力可能である。

【００５８】図５は、図１に示した方式に基づき、２枚
の画像を処理した例を示したものである。対象は、ＣＭ
Ｐ（ケミカルメカニカル）などの平坦化処理された被検
査パターンであり、ライン＆スペースのパターン（多数
のライン状のパターンが、一定の間隔で並んでいるパタ
ーン）が、画像の右下部に検出されたものである。左上
は、パターンがない領域である。各処理途中での画像の
ヒストグラムも併せて示している。ヒストグラムからわ
かるように、最初の段階では、２枚の画像の明るさは一
致していない。まず、これを画像を正規化相関により相
関値を求め、この相関値が高い位置を求めることによ
り、画素の単位で位置合せする。次に、位置合せされた
２枚の画像について、局所階調変換である局所的明るさ
補正を実施する。

【００５９】図６は、画像の散布図を示している。画素
の単位で位置合せされた段階では、２枚の画像の明るさ
が一致していないため、散布図において斜め４５度の直
線にのらず、直線からのばらつきがみられる。しかし、
本発明による局所階調変換の処理（式６、７に基づく方
式）の後では、散布図が直線に近いところに分布してお
り、２枚の画像の明るさをそろえる意味で効果があるこ
とがわかる。なお、傾きと切片とあるのは、散布図デー
タにフィッティングした線分の傾きと切片である。本発
明によれば、2枚の画像の一致度の尺度である傾きは、
最初0.705であったものが、局所階調変換である局所的
明るさ補正後に、0.986となり、 明るさの一致度が向上
していることがわかる。さらに、２枚の画像の一致度を
表わす、前述のVeの値も、最初は40.02あったものが、
局所階調変換である局所的明るさ補正後に、8.598とな
り、 明るさの一致度が向上していることがわかる。

【００６０】これらは、比較する画像単位で画像全体の
数値を算出したものであるが、図４に示した方式では、
階調変換するローカルサイズ毎に、上記したＶｅ等を求
めてもよい。

【００６１】図６の例では、局所的明るさ補正後の散布
図を用いて、上記した手順に従い、不一致に、欠陥の確
からしさの情報を付与する。散布図において、周囲に分
散して分布する画素は、欠陥の確度が高い。しきい値
は、分布したデータを挟むように、傾き４５度の直線を
用いて設定できる。勿論、画素の単位で位置合せされた
段階でも、その散布図より、欠陥の確からしさの情報
を、同様に抽出可能である。ただし、しきい値はこの場
合、分布したデータを挟むように決めるため、高感度な
設定はできない。

【００６２】従って、しきい値の決定は、局所的明るさ
補正後の散布図を用いることが、より望ましいと言えよ
う。

【００６３】これらの散布図作成、表示、或いは散布図
のデータを用いたしきい値算出等は、画像検出に同期し
て、画像毎に、或いは画像の各画素について行えば、高
感度な検査が実現できる。なお、上記したように、画像
処理はパイプライン型の処理で実現しているが、そうで
ない構成のものでも適用できるものである。

【００６４】欠陥の出力リストの例を、図１３（ａ）〜
（ｃ）に示す。階調変換された画像同士を比較部１４に
おいて比較し、不一致として出力したものである。欠陥
番号、座標、長さ、面積といった欠陥の特徴を表す数値
以外に、欠陥信頼度を付加した例である。ここで、欠陥
番号は、被検査チップを走査した順に付けた番号であ
る。欠陥座標は、被検査チップの例えばアライメント等
マークや原点を基準にして設けた座標系における欠陥の
検出された位置である。欠陥の長さは、Ｘ軸とＹ軸に沿
う欠陥部の長さである。勿論、長軸、短軸に沿った長さ
を算出してもよい。これらの単位は、必要とする精度に
依存するが、例えばミクロンである。欠陥信頼度は、上
述した散布図から得られる情報である。例えば、欠陥部
の画素の散布図上の頻度、近似直線からの距離などを示
している。

【００６５】図１３（ａ）は、散布図における欠陥部の
頻度に基づくものである。頻度が低いものほど、欠陥の
信頼度値が高い。図１３（ｂ）は、散布図における欠陥
部の近似直線からの距離に基づくものである。距離が長
いものほど、欠陥の信頼度値が高い。図１３（ｃ）は、
散布図における欠陥部の位置に基づくものである。傾き
４５度の直線から離れるほど、欠陥の信頼度値が高い。
勿論、欠陥信頼度として、欠陥部の画素の散布図上の頻
度、近似直線からの距離などを複数有してもかまわな
い。なお、欠陥が複数画素を有する場合は、各画素の頻
度の平均値や最大値、或いはメジアンなどの統計量を算
出する。このようにして、不一致情報に信頼度が付加す
ることにより、欠陥の致命性等の算出に利用できる。

【００６６】ここで、欠陥の致命性とは、欠陥が被検査
パターンに与える致命性を示しており、例えば欠陥の大
きさと存在する座標（領域）により決まるものである。
パターンの寸法が小さい領域ほど、同じ欠陥の大きさな
らば致命性は高いものとなる。このような致命性判断に
信頼度を併せて使用することにより、致命性の判断がよ
り精度高くできるようになる。これにより、被検査パタ
ーンのプロセス診断がより的確にできるようになる。

【００６７】次に、画像の大きさに関して補足説明す
る。画像の大きさ、即ち画像の位置合せ（マッチング）
の単位は、次の方法で決定できる。まず、比較する２枚
の画像の位置ずれ量を細かく分割した単位で求める。こ
れを図７に示す。Ｘ方向とＹ方向に分離して検出してい
る。この位置ずれデータをスペクトル分析すると、図８
のような波形が得られる。スペクトル分析図では、縦軸
はスペクトル密度、横軸は周波数を示す。

【００６８】この図において、最も高い周波数であり、
かつ密度の高い周波数に着目する。この図の場合、０．
０１１となる。この周波数は、例えばステージの走行特
性等の装置特性、振動特性により決まるものである。ス
ペクトル分析結果は、２枚の画像の位置ずれがこの周波
数で繰り返していることを表わしており、この逆数であ
る８８ラインを画像の単位、即ちマッチングの単位とす
ると、画像内に位置ずれのピークｔｏピークが現れ、位
置ずれ量が大きい場合精度の高い位置合せが困難とな
る。しかし、画像の単位をこの周波数の逆数の１／４に
すると、ピークの位置ずれの１／２以下に位置ずれ量を
低減することができる。さらに、周波数の逆数の１／８
にすると、ピークの位置ずれの１／４以下に位置ずれ量
を低減することができる。

【００６９】このように、画像の単位を細かくすればす
るほど、画像の位置合せの精度を向上できるはずである
が、画像内に含まれるべきパターンの情報が少なくなる
ので、結果としては画像の位置合せ精度が上がらない。
従って、スペクトル分析結果からは、必要とする位置合
せ精度をもとに、画像の大きさに制限がなされ、パター
ン情報の確保の観点からは、比較するパターンに応じて
であるがパターンのスペース情報（パターンが形成され
ていない領域に関する情報）をもとに画像の大きさの下
限が決定できる。なお、上記した説明では、最も高い周
波数に着目したが、位置ずれの量に着目し、その大きな
ものに相当する周波数に着目しても効果的である。

【００７０】なお、上記は、ｘ、ｙ成分に分離して上記
を行うこともできるし、蓄積型のリニアイメージセンサ
の場合のように、ステージの進行方向のみに着目して実
施してもよい。

【００７１】なお、階調変換する際の画像のサイズは、
式（６）（７）に基づく方式では上記した画像のサイズ
と一致させてもよいし、図４を用いて説明した方式と同
様、ローカルにサイズを決定してもよいものである。

【００７２】上記発明の実施の形態によれば、場所によ
るパターンの明るさの違いに影響されることなく、欠陥
を高感度に検出することができる。また、メモリマット
部２１など暗い領域において、明るさが大きくばらつく
パターンにおいても高感度に検査できる。これは、メモ
リ素子に限らず、マイコンやＡＳＩＣなどのロジック素
子にも同様な効果が期待できる。従って、従来に比べ、
信頼性の高い検査を実現することができる。

【００７３】なお、上記例では照明として、明視野照明
を採用したが、これに限るものでなく、暗視野照明、輪
帯照明などの顕微鏡照明として使用できるものならば、
差し支えない。照明波長に依存するものでもない。ま
た、電子線を試料に照射して、試料から発生する二次電
子を検出することにより得られる試料表面の二次電子画
像を用いて検査を行う場合にも、適用できることは言う
までもない。また、これらの照明または照射の条件を種
々変えて、複数回検査し、これら複数回の検査結果の論
理和を取って最終結果としても差し支えない。或いは、
論理積をとって確実に欠陥として識別し、例えばこの欠
陥分布や個数によってプロセス診断してもよい。さら
に、検出器としてはリニアイメージセンサに限るもので
なく、ＴＶカメラにより検出した画像にも適用可能なも
のである。さらに、欠陥の種類もショートやオープンな
どの形状不良や、それ以外の異物も対象となる。

【００７４】また、上記した実施例によると、さらに有
効な解析処理が可能になる。

【００７５】信頼度が付加された検査データを用いるこ
とにより、欠陥のレビューがより効率的に実施可能にな
る。例えば、図１３に示した欠陥リストにおいて、欠陥
の信頼度に応じて欠陥番号を並び替える(ソーティン
グ)。例えば、欠陥の確からしさが大きい順に欠陥を並
べ替える。このようにすると、信頼度が高い順に、欠陥
のレビュー、確認作業ができる。検査装置が出力する誤
検出は皆無にできるのは勿論、欠陥か正常部かの境界上
にある不一致も、取捨選択できる。さらに、これに欠陥
の座標や大きさによる情報も加えて欠陥の並べ替えをす
れば、より効率的な欠陥のレビュー、確認ができる。

【００７６】即ち、信頼度を付加することにより、致命
性判断が的確にでき、この致命性を用いて、より高精
度、効率的な欠陥のレビュー、確認ができる。或いは、
しきい値を設けて信頼度、或いは致命性がしきい値より
高い欠陥のみをレビューしたりできる。さらに、欠陥分
類においても、同様な効果が期待できる。また、歩留り
診断、予測等においても、このような扱う上で問題とな
らない、真の欠陥のみを用いて行うことが可能になる。
このようにして、不一致部の目視確認を行うレビュー作
業の負荷軽減、歩留り予測等の信頼性向上を図ることが
できる。

【００７７】以上、本発明に係る実施の形態について、
主に光学顕微鏡を用いた比較検査方法について述べた
が、他の走査型電子顕微鏡や赤外線、Ｘ線により得られ
た画像検出に用いた場合にも、同様に有効であることは
いうまでもない。また、上記実施例は、画像の比較に基
づく方式を用いて説明したが、欠陥の信頼度を欠陥情報
に付与することは、異物検査装置のように散乱光が大き
な箇所を検出するような比較に基づかない方式の装置に
も、適用可能なものである。

【００７８】

【発明の効果】本発明の構成によれば、比較すべき２つ
の検出画像の散布図を使うことにより、不一致情報の確
からしさを判断できる。また、散布図より得られる情報
を用いて欠陥検出することにより、信頼度の高い検査が
可能になる。さらに、散布図を使うことにより、妥当な
しきい値の決定ができる。さらには、不一致情報の確か
らしさを用いて、欠陥レビューなどを効率的に実施でき
る。従って、信頼度を付与することにより、信頼性のあ
る検査データの活用が可能になる。これにより、半導体
デバイスの製造工程において、ＣＭＰ加工後のウェハの
パターンの欠陥の検査を、検出の精度を下げることな
く、高い信頼度で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る被検査パターンの欠
陥検査装置の概略構成を示す略断面図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る散布図作成、表示を
説明するブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態に係る散布図作成、表示を
説明する図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る局所階調変換を説明
する図である。

【図５】比較する２枚の画像に関して、各画像処理の段
階での結果を表わす図である。

【図６】比較する２枚の画像に関して、散布図を表わす
図である。

【図７】画像の位置ずれ量を説明する図である。

【図８】スペクトル分析を説明する図である。

【図９】被検査パターンのメモリチップにおけるメモリ
マット部と周辺回路部の略平面図である。

【図１０】図９のメモリチップにおけるメモリマット部
と周辺回路部における明るさのヒストグラムである。

【図１１】 ＣＭＰ処理された、異なるメモリチップにお
けるメモリマット部と周辺回路部における明るさのヒス
トグラムである。

【図１２】ＣＭＰプロセス処理のフローを説明する図で
ある。

【図１３】 欠陥の出力リストの例である。

【符号の説明】

１…イメージセンサ ２…Ａ／Ｄ変換器 ３…遅
延メモリ ４…半導体ウエハ ５…Ｘ、Ｙ、Ｚ、
θステージ ６…対物レンズ ７…照明光源
８…ハーフミラ ９…画像信号 １０…
画像信号 １１…画素単位位置合わせ部 １２…画像明るさ一
致フィルタ操作部 １３…階調変換部 １４…比較部 １５…入
力手段 １６…ＣＰＵ １７…記憶装置
２０…チップメモリ ２１…メモリマット部
２２…周辺回路部（非繰り返しパターンであるが、複
数の繰り返しピッチをもつ繰り返しパターンを含む）
２３…画像入力部 ２４…散布図作成部
２５…表示部 ２６…散布図上の頻度、位置、距離
算出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 健次 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 吉田 実 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 芝田 行広 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 山口 和夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA49 BB02 CC19 CC25 DD11 EE00 FF01 FF04 HH17 JJ02 JJ03 JJ19 JJ25 JJ26 MM03 MM22 PP12 QQ03 QQ08 QQ11 QQ18 QQ23 QQ24 QQ25 QQ29 QQ31 QQ42 QQ43 RR03 SS03 SS06 SS11 2G051 AA51 AA90 AB02 CA03 EA16 EC06 ED11 ED21

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された本来同一となるよう
   に形成された複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査
   方法であって、前記同一となるように形成された複数の
   パターンのうちの第１のパターンを撮像して第１の画像
   信号を得、該得た第１の画像信号を記憶し、前記同一と
   なるように形成された複数のパターンのうちの第２のパ
   ターンを撮像して第２の画像信号を得、該第２の画像信
   号と前記記憶手段に記憶した第１の画像信号とを比較し
   て該第１の画像信号と前記第２の画像信号の不一致の度
   合いを検出し、該検出した不一致の度合いに関する情報
   を該不一致の度合いの信頼度に関する情報と共に出力す
   ることを特徴とするパターンの欠陥検査方法。
2. 【請求項２】 前記信頼度に関する情報は、前記第１の
   画像と前記第２の画像のそれぞれの明るさ、或いは局所
   的なコントラスト、或いは局所的な平均値の少なくとも
   何れか一つについてそれぞれの画像の値を縦軸または横
   軸とする２次元空間からなる散布図より得られる情報で
   あることを特徴とする請求項１記載のパターンの欠陥検
   査方法。
3. 【請求項３】 基板上に形成された本来同一となるよう
   に形成された複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査
   方法であって、前記同一となるように形成された複数の
   パターンのうちの第１のパターンを撮像して得た第１の
   画像信号と、前記同一となるように形成された複数のパ
   ターンのうちの第２のパターンを撮像して得た第２の画
   像信号とを比較して欠陥候補を検出し、該検出した欠陥
   候補に関する情報を該欠陥候補に対する欠陥の確からし
   さに関する情報と共に出力することを特徴とするパター
   ンの欠陥検査方法。
4. 【請求項４】 前記欠陥の確からしさに関する情報は、
   前記第１の画像と前記第２の画像のそれぞれの明るさ、
   或いは局所的なコントラスト、或いは局所的な平均値の
   少なくとも何れか一つに基いて求めた情報であることを
   特徴とする請求項３に記載のパターンの欠陥検査方法。
5. 【請求項５】 基板上に形成された本来同一となるよう
   に形成された複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検査
   方法であって、前記同一となるように形成された複数の
   パターンのうちの第１のパターンを撮像して第１の画像
   信号を得、該得た第１の画像信号を記憶し、前記同一と
   なるように形成された複数のパターンのうちの第２のパ
   ターンを撮像して第２の画像信号を得、該第２の画像信
   号と前記記憶手段に記憶した第１の画像信号との位置合
   わせをし、該位置合わせをした前記第１の画像と前記第
   ２の画像との明るさを補正し、該明るさを補正した前記
   第１の画像と前記第２の画像とを比較して欠陥候補を含
   む欠陥を検出し、該検出した欠陥に関する情報を出力す
   ることを特徴とする被検査パターンの欠陥検査方法。
6. 【請求項６】 前記第２の画像信号と前記第１の画像信
   号との位置合わせを、画素の単位で行うことを特徴とす
   る請求項５に記載のパターンの欠陥検査方法。
7. 【請求項７】 前記基板は半導体ウェハであり、前記パ
   ターンは前記半導体ウェハ上に形成された回路パターン
   であって、該パターンを覆う光学的に透明な絶縁膜の表
   面が平坦化処理を施されていることを特徴とする請求項
   １ないし６の何れかに記載のパターンの欠陥検査方法。
   
8. 【請求項８】 前記パターンを覆う光学的に透明な絶縁
   膜の表面の平坦化処理が、ＣＭＰ（ケミカルメカニカル
   ポリッシング）により加工されたものであることを特徴
   とする請求項７記載の被検査パターンの欠陥検査方法。
9. 【請求項９】 前記第１の画像と前記第２の画像との
   明るさの補正を、局所毎に行うことを特徴とする請求項
   ５記載のパターンの欠陥検査方法。
10. 【請求項１０】 基板上に形成された本来同一となるよ
    うに形成された複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検
    査装置であって、前記パターンを撮像する撮像手段と、
    該撮像手段で撮像して得た前記パターンの画像信号を記
    憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶した前記パターン
    の画像信号と前記撮像手段で撮像して得た前記パターン
    の画像信号との位置を合わせる位置合わせ手段と、該位
    置合わせ手段で位置を合わせた前記記憶手段に記憶した
    前記パターンの画像信号と前記撮像手段で撮像して得た
    前記パターンの画像信号との階調を補正する階調補正手
    段と、該階調補正手段で階調が補正された前記記憶手段
    に記憶した前記パターンの画像信号と前記撮像手段で撮
    像して得た前記パターンの画像信号とを比較して欠陥を
    検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検出した前
    記欠陥に関する情報を出力する出力手段とを備えたこと
    を特徴とするパターンの欠陥検査装置。
11. 【請求項１１】 前記位置合わせ手段は、前記記憶手段
    に記憶した前記パターンの画像信号と前記撮像手段で撮
    像して得た前記パターンの画像信号とを、細分化した各
    小画像ごとに位置合わせをすることを特徴とする請求項
    １０に記載のパターンの欠陥検査装置。
12. 【請求項１２】 前記階調補正手段は、前記記憶手段に
    記憶した前記パターンの画像信号と前記撮像手段で撮像
    して得た前記パターンの画像信号との階調を、局所ごと
    に補正することを特徴とする請求項１０に記載のパター
    ンの欠陥検査装置。
13. 【請求項１３】 前記欠陥検出手段は、前記位置補正手
    段で位置が補正され、前記階調補正手段で階調が補正さ
    れた前記記憶手段に記憶した前記パターンの画像信号と
    前記撮像手段で撮像して得た前記パターンの画像信号と
    の不一致を、欠陥候補として検出することを特徴とする
    請求項１０に記載のパターンの欠陥検査装置。
14. 【請求項１４】 基板上に形成された本来同一となるよ
    うに形成された複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検
    査装置であって、前記基板を載置してＸＹ平面内で移動
    可能なテーブル手段と、該テーブル手段に載置された前
    記基板の前記パターンを撮像する撮像手段と、前記テー
    ブル手段で前記載置した基板を連続的に移動させている
    ときに前記撮像手段で撮像して得た前記パターンの画像
    信号を処理して前記パターンの欠陥の候補を抽出すると
    ともに該欠陥の候補の確からしさに関する情報を求める
    欠陥候補抽出手段と、前記抽出したパターンの欠陥候補
    のデータと該欠陥候補の確からしさに関する情報とを共
    に出力する出力手段とを備えたことを特徴とするパター
    ンの欠陥検査装置。
15. 【請求項１５】 前記欠陥候補抽出手段で求める欠陥の
    確からしさに関する情報は、前記画像信号の明るさ、或
    いは局所的なコントラスト、或いは局所的な平均値の少
    なくとも何れか一つに基いて求めた情報であることを特
    徴とする請求項１４に記載のパターンの欠陥検査装置。
16. 【請求項１６】 基板上に形成された本来同一となるよ
    うに形成された複数のパターンの欠陥を検査する欠陥検
    査装置であって、前記基板を載置してＸＹ平面内で移動
    可能なテーブル手段と、該テーブル手段に載置された前
    記基板の前記パターンを撮像する撮像手段と、前記テー
    ブル手段で前記載置した基板を連続的に移動させている
    ときに前記撮像手段で撮像して得た前記パターンの画像
    信号の階調を変換する階調変換手段と、該階調変換手段
    で階調を変換した画像信号を処理して前記パターンの欠
    陥の候補に関する情報を求める欠陥候補抽出手段と、該
    欠陥候補抽出手段で抽出した前記パターンの欠陥の候補
    に関する情報を画面上に表示する表示手段とを備えたこ
    とを特徴とするパターンの欠陥検査装置。
17. 【請求項１７】 前記欠陥候補検出手段は、前記パタ
    ーンの欠陥の候補に関する情報として、前記欠陥の候補
    の位置情報と、前記欠陥の候補が真の欠陥である確から
    しさに関する情報とを求めることを特徴とする請求項１
    ６記載のパターンの欠陥検査装置。