JP2001194323A - Method and device for inspecting pattern defect - Google Patents

Method and device for inspecting pattern defect

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JP2001194323A
JP2001194323A JP2000206866A JP2000206866A JP2001194323A JP 2001194323 A JP2001194323 A JP 2001194323A JP 2000206866 A JP2000206866 A JP 2000206866A JP 2000206866 A JP2000206866 A JP 2000206866A JP 2001194323 A JP2001194323 A JP 2001194323A
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俊彦 中田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for detecting a minute circuit pattern with high resolution to detect a defect. SOLUTION: This device is made up of an objective lens for detecting an image of a sample, a laser lighting means for lighting the pupil thereof, a means for reducing the coherence of laser lighting, a storage-type detector, and a means for processing a detection signal thereof.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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(ショートや断線など)や異物を検出するパターン
検査、異物検査に係り、特に半導体ウエハや液晶ディス
プレイ、ホトマスクなどの被検査パターンにおける欠陥
・異物を検査す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。以下、欠陥は異物を含むものとする。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pattern inspection for detecting a defect (short circuit, disconnection, etc.) and a foreign substance of a pattern to be inspected, and a foreign substance inspection. The present invention relates to a method and an apparatus for inspecting a defect of an inspected pattern for inspecting foreign matter. Hereinafter, the defect includes foreign matter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の検査装置は、特開平7−
318326号公報(従来技術1)に記載のように、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、検出した画像
信号と定めた時間遅らせた面俊信号の濃淡を比較するこ
とにより.不一致を欠陥として認識するものであった。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of inspection apparatus is disclosed in
As described in Japanese Patent Publication No. 318326 (Prior Art 1), an image of a pattern to be inspected is detected by an image sensor such as a line sensor while moving the pattern to be inspected, and the detected image signal is delayed by a predetermined time. By comparing the shading of the signals, the mismatch was recognized as a defect.

【0003】また、被検査パターンの欠陥検査に関する
従来技術としては、特開平8−320294号公報(従
来技術2)が知られている。この従来技術2には、メモ
リマット部などのパターン密度が高い領域と周辺回路な
どのパターン密度が低い領域とがチップ内に混在する半
導体ウエハなどの被検査パターンにおいて、検出した画
像上での明るさの頻度分布より被検査パターンの高密度
領域と低密度領域との間での明るさ或いはコントラスト
が定めた関係となるべく、前記検出された画像信号をA
/D変換して得られるディジタル画像信号に対して階調
変換し、この階調変換された画像信号と比較する階調変
化された画像信号とを位置合わせした状態で比較を行っ
て、微細欠陥を高精度に検査する技術が記載されてい
る。
Further, as a prior art relating to a defect inspection of a pattern to be inspected, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-320294 (prior art 2) is known. According to the prior art 2, in a pattern to be inspected such as a semiconductor wafer where a region having a high pattern density such as a memory mat portion and a region having a low pattern density such as a peripheral circuit are mixed in a chip, the brightness on a detected image is high. The detected image signal is converted into A so that the brightness or contrast between the high-density region and the low-density region of the pattern to be inspected is determined from the frequency distribution of
The digital image signal obtained by the / D conversion is subjected to gradation conversion, and the gradation-converted image signal is compared with the gradation-changed image signal for comparison. There is described a technique for inspecting a high precision.

【0004】また、フォトマスクのパターンを検査する
従来技術としては、特開平10−78668号公報(従
来技術3)において知られている。この従来技術3に
は、光源にエキシマレーザのようなUVレーザ光を用い、
光路上に挿入した拡散板を回転させて可干渉性を低減さ
せたUV光をマスクに均一に照明し、得られるマスクの
画像データから特徴量を計算して、フォトマスクの良否
を判定することが記載されている。また、エキシマレー
ザを用いた投影露光装置は、特開昭59-226317
号公報や特開昭62−231924号公報などにおいて
知られている。
A conventional technique for inspecting a photomask pattern is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-78668 (prior art 3). In the prior art 3, a UV laser light such as an excimer laser is used as a light source,
Rotating the diffuser inserted on the optical path to uniformly illuminate the mask with UV light whose coherence has been reduced, calculating the feature quantity from the obtained mask image data, and determining the quality of the photomask Is described. A projection exposure apparatus using an excimer laser is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-226317.
And Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-231924.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】近年のLSI製造にお
いては、ウエハ上に形成された回路パターンは、高集積
化のニーズに対応して微細化してそのパターン幅が0.
25μmからそれ以下になってきており、結像光学系の
解像限界に達している。このため結像光学系の高NA化
や光超解像技術の適用が進められている。しかしなが
ら、高NA化は、物理的に限界に達している。従って、
検出に用いる波長をUV光やDUV光の領域へ短波長化
していくのが本質的なアプローチである。また、高速に
検査を行う必要があるため、細く絞ったレーザビームを
試料上で走査する方法は用いることはできない。逆にレ
ーザビームを視野一杯に広げて照明を行うと、スペック
ルが発生し、また回路パターンのエッジ部分にリンギン
グと呼ばれるオーバーシュート、アンダーシュートが発
生するため、良質の画像を得ることができない。
In the recent LSI manufacturing, circuit patterns formed on wafers have been miniaturized to meet the needs for high integration, and the pattern width has been reduced to 0.1.
The diameter has become smaller than 25 μm, and has reached the resolution limit of the imaging optical system. For this reason, an increase in NA of the imaging optical system and application of the optical super-resolution technology are being promoted. However, high NA has reached the physical limit. Therefore,
The essential approach is to shorten the wavelength used for detection to the range of UV light or DUV light. In addition, since it is necessary to perform inspection at a high speed, a method of scanning a laser beam with a narrow beam on a sample cannot be used. Conversely, if the laser beam is illuminated so as to cover the entire field of view, speckles occur, and overshoots and undershoots called ringing occur at the edges of the circuit pattern, so that a high-quality image cannot be obtained.

【0006】本発明の目的は、上記課題を解決し、微細
な回路パターンを高い分解能で高速に検出し、欠陥を検
出するパターン欠陥検査方法及びその装置を提供するこ
とにある。また、本発明の他の目的は、上記パターン欠
陥検査方法及びその装置を用いて超微細な半導体デバイ
スを製造することができるようにした半導体デバイスの
製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a pattern defect inspection method and apparatus for detecting a fine circuit pattern at high speed with high resolution and detecting defects. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of manufacturing an ultra-fine semiconductor device using the above-described pattern defect inspection method and apparatus.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を蓬成するため
に、本発明では、光源にUV光源またはUVレーザ光源
を用い、光路中にUV光またはUVレーザ光のスペック
ルの発生を抑制する手段を設け、可干渉性を低減させた
UV光を対象物表面に照射して、対象物の像を検出する
ようにした。ここで、UV光は、DUV光も含むものと
する。このUV光のスペックルの発生を抑制する手段と
して、本発明では1)UV光源からのUV光を対物レン
ズの瞳上の1点、或いは複数の点に集光し、その集光点
を検出器の蓄積時間にタイミングを合わせて瞳上を走査
する、2)UV光源から射出されたUV光を光軸ずらし
を行った光ファイバの束に入射させ、射出した光を対物
レンズの瞳上に集光する、3)光路長をUV光源の可干
渉距離以上に変化させた光ファイバ群に入射させ、射出
した光を対物レンズの瞳上に集光する、4)拡散板を配
置し、光軸とほぼ垂直な向きに、光束と相対的な運動を
させる、5)それらの組み合わせにより瞳上を照明す
る、等の手段を設けるようにした。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a UV light source or a UV laser light source is used as a light source, and the generation of speckles of UV light or UV laser light in an optical path is suppressed. Means are provided so that the surface of the object is irradiated with UV light having reduced coherence to detect an image of the object. Here, the UV light includes DUV light. As means for suppressing the generation of speckles of the UV light, in the present invention, 1) the UV light from the UV light source is focused on one or more points on the pupil of the objective lens, and the focused point is detected. 2) The UV light emitted from the UV light source is incident on the bundle of optical fibers whose optical axis has been shifted, and the emitted light is projected on the pupil of the objective lens. 3) Focusing on the optical fiber group whose optical path length is changed more than the coherent distance of the UV light source, and focusing the emitted light on the pupil of the objective lens. 4) Arranging the diffusion plate, Means for causing relative movement with the light flux in a direction substantially perpendicular to the axis, and 5) illuminating the pupil with a combination thereof are provided.

【0008】また、パターンコントラストを向上させる
ため、レーザの偏光状態が自在に制御できることに着目
し、照明光の偏光の向き、楕円率を制御し、検出光の一
部偏光成分を検出することを可能とした。即ち、本発明
では、上記目的を達成するために、パターン欠陥検査装
置を、UV光、レーザ光若しくはUVレーザ光等を出射
する光源と、この光源から出射したUV光、レーザ光若
しくはUVレーザ光を可干渉性を低減して試料上に照射
する照射手段と、この照射手段によりレーザを照射され
た試料を撮像して画像信号を検出する画像検出手段と、
この画像検出手段で検出した試料の画像信号に関する情
報に基いて試料に形成されたパターンの欠陥を検出する
欠陥検出手段とを備えて構成した。
In order to improve the pattern contrast, attention is paid to the fact that the polarization state of the laser can be freely controlled, and the polarization direction and the ellipticity of the illumination light are controlled to detect a partial polarization component of the detection light. Made it possible. That is, in the present invention, in order to achieve the above object, a pattern defect inspection apparatus includes a light source that emits UV light, laser light, UV laser light, or the like, and a UV light, laser light, or UV laser light that is emitted from the light source. Irradiating means for irradiating the sample with reduced coherence, and image detecting means for detecting an image signal by imaging the sample irradiated with laser by the irradiating means,
A defect detection unit configured to detect a defect of a pattern formed on the sample based on information on an image signal of the sample detected by the image detection unit.

【0009】また、本発明は、UV光を出射する光源
と、該光源から出射したUV光の可干渉性を低減して対
物レンズを介して試料上に照射する照射手段と、該照射
手段により可干渉性が低減されて照射された試料を前記
対物レンズを介して撮像して画像信号を検出する画像検
出手段と、該画像検出手段で検出された検出画像信号に
関する情報に基いて試料に形成されたパターンの欠陥を
検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とするパタ
ーン欠陥検査装置である。また、本発明では、上記パタ
ーン欠陥検査装置において、レーザ光若しくはUVレー
ザ光の偏光の状態を制御させる偏光手段を備えたことを
特徴とする。また、本発明では、上記パターン欠陥検査
装置において、画像検出手段で検出した試料の画像信号
を処理する画像処理手段を有し、直径200mm相当の
ウエハを1時間あたり3枚以上のスループットに相当す
る速度で処理して、試料に形成されたパターンに対し1
00nmの欠陥を含んで検出する構成とした。また、本
発明は、複数のアルゴリズムを搭載し、自動的に或いは
指定によりこれらのアルゴリズムや判定しきい値を選択
可能とした画像処理部(PE部)を複数備え、試料に形
成されたパターンの欠陥を検出することを特徴とするパ
ターン欠陥検査装置である。
Further, the present invention provides a light source for emitting UV light, irradiation means for reducing the coherence of the UV light emitted from the light source and irradiating the sample via an objective lens, and the irradiation means. Image detecting means for capturing an image of the irradiated sample with reduced coherence through the objective lens to detect an image signal, and forming the image on the sample based on information on the detected image signal detected by the image detecting means And a defect detecting means for detecting a defect of the selected pattern. Further, according to the present invention, in the above-described pattern defect inspection apparatus, a polarization unit for controlling a polarization state of the laser light or the UV laser light is provided. Further, according to the present invention, in the above-described pattern defect inspection apparatus, there is provided an image processing means for processing an image signal of the sample detected by the image detecting means, which corresponds to a throughput of three or more wafers equivalent to 200 mm in diameter per hour. Processed at a speed, the pattern formed on the sample
It was configured to detect including a defect of 00 nm. In addition, the present invention includes a plurality of image processing units (PE units) equipped with a plurality of algorithms and capable of selecting these algorithms and determination thresholds automatically or by designating, and providing a pattern formed on a sample. A pattern defect inspection device characterized by detecting a defect.

【0010】また、本発明では、上記目的を達成するた
めに、パターン欠陥検査方法を、UV光若しくはUVレ
ーザ光をパターンが形成された試料上に照射し、このU
V光若しくはUVレーザ光が照射された試料を撮像し、
この撮像して得た試料の画像信号を予め記憶した参照画
像と比較してパターンの欠陥を検出するようにした。ま
た、本発明では、上記パターン欠陥検査方法において、
UV光若しくはUVレーザ光を対物レンズの瞳上に集光
して走査することによって、可干渉性を低減してスペッ
クルの発生を抑制するようにした。また、本発明では、
パターン欠陥検査方法を、UVレーザをパターンが形成
された試料上に照射し、このUVレーザが照射された試
料を撮像し、この撮像して得た試料の検出画像信号の正
常部の明るさと予め記憶した参照画像信号の正常部の明
るさとがほぼ同じになるように画像信号の明るさ補正を
行い、この明るさ補正を行った検出画像信号と参照画像
信号とを比較してパターンの欠陥を検出するようにし
た。
In the present invention, in order to achieve the above object, a pattern defect inspection method includes irradiating a pattern-formed sample with UV light or UV laser light.
Imaging a sample irradiated with V light or UV laser light,
The image signal of the sample obtained by the imaging is compared with a reference image stored in advance to detect a pattern defect. Further, according to the present invention, in the pattern defect inspection method,
By condensing and scanning the UV light or the UV laser light on the pupil of the objective lens, the coherence is reduced and the occurrence of speckle is suppressed. In the present invention,
In the pattern defect inspection method, a UV laser is irradiated on a sample on which a pattern is formed, an image of the sample irradiated with the UV laser is taken, and the brightness of a normal portion of a detected image signal of the sample obtained by the imaging is determined in advance. The brightness correction of the image signal is performed so that the brightness of the normal part of the stored reference image signal is substantially the same, and the detected image signal subjected to the brightness correction is compared with the reference image signal to determine a pattern defect. Detected.

【0011】また、本発明では、パターン欠陥検査方法
を、レーザ光源から出射されたレーザ光の可干渉性を低
減させ、この可干渉性を低減させたレーザ光をパターン
が形成された試料の表面に対物レンズを介して照射方向
を時間的に変化させながら照射し、このレーザ光が照射
された試料を撮像し、この撮像して得た試料の検出画像
信号と予め記憶した参照画像信号とを比較してパターン
の欠陥を検出するようにした。また、本発明では、試料
上に形成されたパターンの欠陥を検査する方法におい
て、試料の表面に可干渉性を低減させたUVレーザ光を
照射し、このUVレーザ光が照射された試料の表面を撮
像して画像信号を得、この画像信号を処理することによ
り試料上の100nm以下の欠陥を検出し、この検出し
た100nm以下の欠陥の試料上の位置に関する情報を
出力するようにした。
Further, according to the present invention, a pattern defect inspection method includes the steps of: reducing the coherence of laser light emitted from a laser light source; Is irradiated through the objective lens while changing the irradiation direction with time, an image of the sample irradiated with the laser light is taken, and a detection image signal of the sample obtained by this imaging and a reference image signal stored in advance are taken. A pattern defect is detected by comparison. Further, according to the present invention, in a method for inspecting a defect of a pattern formed on a sample, the surface of the sample is irradiated with UV laser light with reduced coherence, and the surface of the sample irradiated with the UV laser light is irradiated. An image signal is obtained by imaging the sample, a defect of 100 nm or less on the sample is detected by processing the image signal, and information on the position of the detected defect of 100 nm or less on the sample is output.

【0012】また、本発明では、パターン欠陥検査方法
において、可干渉性を低減したUVレーザ光を直径20
0mm相当のウエハ上に照射し、このUVレーザ光を照
射されたウエハを撮像してウエハの画像を検出し、この
検出したUVレーザ光を照射されたウエハの画像を処理
してウエハに形成されたパターンの100nm以下の欠
陥を1時間あたり3枚以上ウエハのスループットで検出
するようにした。また、本発明では、上記パターン欠陥
検査方法において、試料には、繰り返し性を有するパタ
ーンが形成されていることを特徴とする。
Further, according to the present invention, in the pattern defect inspection method, the UV laser light having reduced coherence is irradiated with a laser beam having a diameter of 20 mm.
Irradiation is performed on a wafer equivalent to 0 mm, an image of the wafer irradiated with the UV laser light is captured to detect an image of the wafer, and the detected image of the wafer irradiated with the UV laser light is processed to be formed on the wafer. 100 nm or less of the resulting pattern was detected at a throughput of three or more wafers per hour. Further, according to the present invention, in the above-described pattern defect inspection method, a pattern having repeatability is formed on the sample.

【0013】また、本発明では、UV光を可干渉性を低
減してパターンが形成された試料上に照射し、該照射さ
れた試料を撮像して検出画像信号を得、該得られた検出
画像信号の正常部における特徴量と参照画像信号の正常
部における特徴量との対応関係を示す散布図を作成し、
該作成された散布図に基いて画像信号の階調値を補正
し、該補正された検出画像信号と参照画像信号とを前記
散布図から得られる判定しきい値で比較してパターンの
欠陥を検出することを特徴とする。特に、散布図は、例
えばコントラストに応じて複数に分解することによっ
て、正常部における拡がり(分散)を小さくすることが
でき、判定しきい値を低くすることができる。
Further, in the present invention, a sample on which a pattern is formed by irradiating UV light with reduced coherence, an image of the irradiated sample is obtained to obtain a detection image signal, and the obtained detection signal is obtained. Create a scatter diagram showing the correspondence between the feature amount in the normal part of the image signal and the feature amount in the normal part of the reference image signal,
The gradation value of the image signal is corrected based on the created scatter diagram, and the corrected detected image signal and the reference image signal are compared with a determination threshold obtained from the scatter diagram to determine a pattern defect. It is characterized by detecting. In particular, the scatter diagram is divided into a plurality of pieces in accordance with, for example, the contrast, so that the spread (variance) in the normal part can be reduced, and the determination threshold can be reduced.

【0014】また、本発明では、上記パターン欠陥検査
方法において、試料には、0.07μm以下のデザイン
ルールのパターンが形成されていて、その欠陥を検査で
きるようにしたことを特徴とする。即ち、0.07μm
以下のデザインルールのパターンを検査して半導体デバ
イスを製造することを特徴とする。また、本発明では、
検出画像信号と参照画像信号とを比較する際、試料のパ
ターンが形成されていない部分においても虚報が著しく
低減されることを特徴とする
According to the present invention, in the above-described pattern defect inspection method, a pattern having a design rule of 0.07 μm or less is formed on the sample, and the defect can be inspected. That is, 0.07 μm
The semiconductor device is manufactured by inspecting a pattern of the following design rule. In the present invention,
When comparing the detected image signal with the reference image signal, the false alarm is significantly reduced even in a portion where the pattern of the sample is not formed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明に係わる被検査パターンの
欠陥検査方法及びその装置の実施例を、図面を用いて説
明する。図1は、本発明に係わる装置の一実施例を示す
図である。ステージ2は、X,Y,Z,θ(回転)ステ
ージから構成され、被検査パターンの一例である半導体
ウエハ(試料)1を載置するものである。照明光源3
は、例えば波長266nmや波長355nmのUVレー
ザ光源から構成され、半導体ウエハ1を照明する光源で
ある。UVレーザ光源としては、固体のYAGレーザを
非線形光学結晶等で波長変換して基本波の第3高調波
(355nm)や、第4高調波(266nm)を発生す
る装置で構成される。UVレーザ光源として存在するな
らば100nm以下でも良く、解像度が益々向上するこ
とになる。また、レーザの発振形態は、連続発振でも、
パルス発振でも構わないが、ステージを連続走行させて
被対象物1からの画像を検出する関係で、連続発振が好
ましい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method and an apparatus for inspecting a defect of an inspected pattern according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the apparatus according to the present invention. The stage 2 is composed of an X, Y, Z, θ (rotation) stage, on which a semiconductor wafer (sample) 1 as an example of a pattern to be inspected is placed. Illumination light source 3
Is a light source configured of, for example, a UV laser light source having a wavelength of 266 nm or 355 nm to illuminate the semiconductor wafer 1. The UV laser light source is configured by a device that generates a third harmonic (355 nm) or a fourth harmonic (266 nm) of a fundamental wave by converting the wavelength of a solid YAG laser using a nonlinear optical crystal or the like. If it exists as a UV laser light source, it may be 100 nm or less, and the resolution will be further improved. Also, the oscillation mode of the laser may be continuous oscillation,
Although pulse oscillation may be used, continuous oscillation is preferable because the stage is continuously driven and an image from the object 1 is detected.

【0016】ビームエキスパンダ21は、例えばUVレ
ーザ光をある大きさに拡大するものである。可干渉性低
減光学系4は、照明光源3から出射されるレーザ光の可
干渉性を低減するものである。この可干渉性低減光学系
4は、時間的あるいは空間的コヒーレンスを低減するも
のであれば良い。可干渉性低減光学系4としては、例え
ば、照明光源3からのレーザビームを対物レンズ7の瞳
上を走査するための走査機構で構成することができる。
ビームスプリッタ5は、場合により偏光ビームスプリッ
タで構成され、UV照明光源3からのUV照明光を反射
させて対物レンズ7を通して試料(半導体ウエハ)1に
対して例えば明視野照明を施すように構成している。ビ
ームスプリッタ5を偏光ビームスプリッタで構成する
と、UVレーザ光の偏光方向が反射面と平行な場合は反
射し、垂直な場合は透過する作用をもつ。従って、UV
レーザ光は、元々偏光レーザ光であるため、偏光ビーム
スプリッタ5によってこのUVレーザ光を全反射させる
ことが可能となる。
The beam expander 21 expands, for example, a UV laser beam to a certain size. The coherence reduction optical system 4 reduces the coherence of the laser light emitted from the illumination light source 3. The coherence reduction optical system 4 only needs to reduce temporal or spatial coherence. The coherence reduction optical system 4 can be constituted by, for example, a scanning mechanism for scanning a laser beam from the illumination light source 3 on a pupil of the objective lens 7.
The beam splitter 5 is constituted by a polarization beam splitter in some cases, and is configured to reflect UV illumination light from the UV illumination light source 3 and to perform, for example, bright field illumination on the sample (semiconductor wafer) 1 through the objective lens 7. ing. When the beam splitter 5 is constituted by a polarizing beam splitter, the beam splitter 5 has a function of reflecting when the polarization direction of the UV laser light is parallel to the reflection surface and transmitting the light when the polarization direction is perpendicular. Therefore, UV
Since the laser light is originally a polarized laser light, it is possible for the polarized light beam splitter 5 to totally reflect the UV laser light.

【0017】偏光素子群6は、UVレーザ照明光及び反
射光の偏光方向を制御して、パターンの形状、密度差に
より、反射光がイメージセンサ8へ明るさむらとなって
到達しないように、照明光の偏光比率を任意に調整する
機能を有するもので、例えば、1/2、1/4波長板で
構成される。そして、ビームスプリッタ5とイメージセ
ンサ8との間の光路中に設けたミラー28、レンズ2
9、および検出器30によって、対物レンズ7の瞳面7
aの空間像を検出されるように構成する。このように、
CPU290は、検出器30から検出される瞳面の空間
像を基に、1/2波長板、および1/4波長板の各々を
光軸回りに回転制御して回転角を設定することによっ
て、半導体ウエハ1上に形成された回路パターンから発
する反射光の偏光状態、即ち、反射光の回折光が制御さ
れることになり、例えば、0次回折光を減衰させ、高次
回折光を殆ど減衰させることなくイメージセンサ8によ
って検出でき、その結果パターンのコントラストが飛躍
的に向上し、安定した検出感度を得ることができる。対
物レンズ7としては、UV光若しくはDUV光が用いら
れるので、反射対物レンズを用いれば、色収差の影響を
小さくすることができる。イメージセンサ8は、試料上
換算で、0.05μm〜0.3μm程度の画素寸法を有
し、被検査パターンの一例である半導体ウエハ1からの
反射光の明るさ(濃淡)に応じた濃淡画像信号を出力す
るものである。
The polarizing element group 6 controls the polarization directions of the UV laser illumination light and the reflected light so that the reflected light does not reach the image sensor 8 with uneven brightness due to the pattern shape and density difference. It has a function of arbitrarily adjusting the polarization ratio of the illumination light, and is composed of, for example, a 、 or 波長 wavelength plate. Then, a mirror 28 and a lens 2 provided in an optical path between the beam splitter 5 and the image sensor 8 are provided.
9 and the detector 30, the pupil plane 7 of the objective lens 7
It is configured to detect the aerial image of a. in this way,
The CPU 290 sets the rotation angle by controlling the rotation of each of the half-wave plate and the quarter-wave plate around the optical axis based on the aerial image of the pupil plane detected by the detector 30. The polarization state of the reflected light emitted from the circuit pattern formed on the semiconductor wafer 1, that is, the diffracted light of the reflected light is controlled. For example, the 0th-order diffracted light is attenuated and the high-order diffracted light is almost attenuated. And the contrast of the pattern can be significantly improved, and a stable detection sensitivity can be obtained. Since UV light or DUV light is used as the objective lens 7, the influence of chromatic aberration can be reduced by using a reflective objective lens. The image sensor 8 has a pixel size of about 0.05 μm to 0.3 μm on a sample basis, and has a grayscale image corresponding to the brightness (shade) of light reflected from the semiconductor wafer 1 as an example of the pattern to be inspected. It outputs a signal.

【0018】以上の構成により、照明光源3より出射さ
れたUV光(例えばUVレーザ光)L1は、ミラー20
で反射され、ビームエキスパンダ21で拡大され、可干
渉性低減光学系4、レンズ22、ビームスプリッタ5、
および偏向素子群6を介して対物レンズ7に入射し、試
料(半導体ウエハ)1上に照射される。即ち、UV光L
1は、レンズ22によって対物レンズ7の瞳付近7aに
集光された後、試料1の上にケーラー照明される。試料
1からの反射光は、試料1の垂直上方より対物レンズ
7、偏光素子群6、ビームスプリッタ5、および結像レ
ンズ23を介してイメージセンサ8で検出される。即
ち、ステージ2を走査して被検査パターンの一例である
半導体ウエハ1を等速度で移動させつつ、図示していな
い焦点検出系で、半導体ウエハ1の被検査面のZ方向の
位置を常に検出し、対物レンズ7との間隔が一定になる
ようにステージ2をZ方向に制御して、イメージセンサ
8は、半導体ウエハ1上に形成された被検査パターンの
明るさ情報(濃淡画像信号)を高精度で検出する。信号
処理回路19は、A/D変換器9、階調変換部10、遅
延メモリ11、位置合わせ部286、局所階調変換部2
87、比較部288、CPU290、画像入力部29
2、散布図作成部293、記憶装置291、表示手段2
94、入力手段289、および出力手段295等で構成
される。
With the above structure, the UV light (for example, UV laser light) L1 emitted from the illumination light source 3 is
, Is expanded by the beam expander 21, and the coherence reduction optical system 4, the lens 22, the beam splitter 5,
Then, the light enters the objective lens 7 via the deflecting element group 6 and is irradiated onto the sample (semiconductor wafer) 1. That is, UV light L
1 is condensed by the lens 22 near the pupil 7 a of the objective lens 7, and is then Koehler-illuminated onto the sample 1. The reflected light from the sample 1 is detected by the image sensor 8 from above the sample 1 via the objective lens 7, the polarizing element group 6, the beam splitter 5, and the imaging lens 23. That is, while the stage 2 is scanned and the semiconductor wafer 1 as an example of the pattern to be inspected is moved at a constant speed, the position of the surface to be inspected of the semiconductor wafer 1 in the Z direction is always detected by a focus detection system (not shown). Then, the stage 2 is controlled in the Z direction so that the distance from the objective lens 7 becomes constant, and the image sensor 8 outputs the brightness information (shade image signal) of the pattern to be inspected formed on the semiconductor wafer 1. Detect with high accuracy. The signal processing circuit 19 includes an A / D converter 9, a gradation conversion unit 10, a delay memory 11, a positioning unit 286, and a local gradation conversion unit 2.
87, comparison section 288, CPU 290, image input section 29
2, scatter diagram creation unit 293, storage device 291, display means 2
94, an input unit 289, an output unit 295, and the like.

【0019】A/D変換器9は、イメージセンサ8から
得られる濃淡画像信号8aをディジタル画像信号に変換
して試料の画像信号を出力するものである。例えば10
ビットのものが使われる。階調変換器10は、A/D変
換器9から出力される10ビットディジタル画像信号に
対して特開平8−320294号公報に記載されたよう
な階調変換を施すものである。即ち、階調変換器10
は、対数変換や指数変換、多項式変換等を施し、画像を
補正するものであり、例えば8ビットディジタル信号で
出力するように構成される。遅延メモリ11は、参照画
像信号を記憶する記憶部であり、階調変換器10からの
出力画像信号を繰り返される半導体ウエハを構成する1
セル又は複数セルピッチまたは1チップまたは複数チッ
プ分記憶して遅延させるものである。ここで、セルはチ
ップ内のパターンの繰返し単位である。位置合わせ部2
86は、階調変換器10から出力される階調変換が施さ
れた画像信号(試料から得られる検出画像信号)285
と遅延メモリ11から得られる遅延画像信号(基準とな
る参照画像信号)284との位置ずれ量を正規化相関に
よって検出して画素単位に位置合わせを行なう部分であ
る。
The A / D converter 9 converts the gray image signal 8a obtained from the image sensor 8 into a digital image signal and outputs an image signal of the sample. For example, 10
Bits are used. The gradation converter 10 performs gradation conversion on a 10-bit digital image signal output from the A / D converter 9 as described in JP-A-8-320294. That is, the gradation converter 10
Is used to correct an image by performing logarithmic conversion, exponential conversion, polynomial conversion, and the like, and is configured to output an 8-bit digital signal, for example. The delay memory 11 is a storage unit that stores a reference image signal, and constitutes a semiconductor wafer in which an output image signal from the gradation converter 10 is repeated.
This is to store and delay a cell or a plurality of cell pitches or one chip or a plurality of chips. Here, a cell is a repeating unit of a pattern in a chip. Positioning unit 2
Reference numeral 86 denotes a gradation-converted image signal (detected image signal obtained from the sample) 285 output from the gradation converter 10
And a delay image signal (reference image signal) 284 obtained from the delay memory 11 to detect the amount of positional deviation by a normalized correlation and perform alignment in pixel units.

【0020】局所階調変換部287は、特徴量(明る
さ、微分値、標準偏差、テクスチャ等)の異なる信号
を、該特徴量が一致するように双方若しくは一方の画像
信号について階調変換する部分である。比較部288
は、局所階調変換部287で階調変換された検出画像信
号同士を比較して特徴量の相違に基いて欠陥を検出する
部分である。即ち、比較部288は、遅延メモリ11か
ら出力されるセルピッチ等に相当する量だけ遅延した参
照画像信号と検出した検出画像信号を比較する。半導体
ウエハ1上における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289で入力し
ておくことにより、CPU290は、半導体ウエハ1上
における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291に格納する。この欠陥検査
データは、必要に応じてディスプレイ等の表示手段29
4に表示することもでき、また出力手段295に出力す
ることもできる。
The local tone conversion unit 287 performs tone conversion of signals having different feature amounts (brightness, differential value, standard deviation, texture, etc.) for both or one of the image signals so that the feature amounts match. Part. Comparison section 288
Is a part for detecting a defect based on a difference in feature amount by comparing the detected image signals subjected to gradation conversion by the local gradation conversion unit 287. That is, the comparing unit 288 compares the reference image signal delayed by an amount corresponding to the cell pitch or the like output from the delay memory 11 with the detected image signal. By inputting the coordinates of the array data and the like on the semiconductor wafer 1 by the input means 289 including a keyboard, a disk, and the like, the CPU 290 can perform the defect inspection based on the coordinates of the array data and the like on the semiconductor wafer 1. Data is created and stored in the storage device 291. This defect inspection data is provided to a display means 29 such as a display as required.
4 and output to the output means 295.

【0021】なお、比較処理部288の詳細は、特開昭
61−212708号公報に示したもの等でよく、例え
ば画像の位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差
画像検出回路、差画像を2値化する不一致検出回路、2
値化された出力より面積や長さ(投影長)、座標などを
算出する特徴抽出回路からなる。画像入力部292は、
位置合わせ部286で画素単位で位置合わせされた両画
像を散布図を作成するために、同期或いは非同期で入力
する部分である。散布図作成部293は、画像入力部2
92で入力された両画像について、カテゴリ別の検出画
像の特徴量と参照画像の特徴量との間の散布図を作成
し、例えば表示手段294に表示するものである。
The details of the comparison processing unit 288 may be those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-212708, for example, an image registration circuit, a difference image detection circuit of a registered image, a difference image A mismatch detection circuit for binarizing
It comprises a feature extraction circuit that calculates the area, length (projection length), coordinates, etc. from the quantified output. The image input unit 292
This is a part for synchronously or asynchronously inputting both images that have been aligned in pixel units by the alignment unit 286 in order to create a scatter diagram. The scatter diagram creation unit 293 includes the image input unit 2
For both images input at 92, a scatter diagram is created between the feature amount of the detected image and the feature amount of the reference image for each category, and is displayed on, for example, the display unit 294.

【0022】これらの詳しい実施例について後で説明す
る。
These detailed embodiments will be described later.

【0023】次に、照明光源3について説明する。高解
像化のためには短波長化を行うことが必要であるが、そ
の効果が最も得られるUVの波長領域において高照度の
照明を得ることは難しい。UV光源としては放電ランプ
が優れており、特に水銀キセノンランプはUV領域での
輝線が他の放電ランプと比べて強い。図2には水銀キセ
ノンランプの波長に対する放射強度の一例を示したが、
従来の可視光の広い波長範囲に比べて、DUV領域での
輝線は全出力光の1〜2%にすぎない(可視域では30
%程度ある)。また、光の放射に方向性がなく、放電ラ
ンプから出た光を試料上まで導ける効率は、慎重に設計
した光学系の場合でも大きくはできず、UV領域での放
電ランプによる照明では、高速画像検出の用途において
十分な光量を確保することはできない。また、試料上で
の照度(輝度)向上をねらって大出力の放電ランプを用
いても、それらは小出力のものと比べて発光輝点のサイ
ズが大きくなっているだけなので、輝度(単位面積あた
りの光パワー)を向上させることにはならない。従っ
て、UV領域で有効な、高輝度の照明を行うにはレーザ
を光源とするするのが適していると考えられる。
Next, the illumination light source 3 will be described. For higher resolution, it is necessary to shorten the wavelength, but it is difficult to obtain illumination with high illuminance in the UV wavelength region where the effect can be obtained most. Discharge lamps are excellent as a UV light source. In particular, mercury-xenon lamps have a stronger emission line in the UV region than other discharge lamps. FIG. 2 shows an example of the radiation intensity with respect to the wavelength of the mercury xenon lamp.
Compared to the conventional wide wavelength range of visible light, the emission line in the DUV region is only 1-2% of the total output light (30% in the visible region).
%). In addition, there is no directivity in light emission, and the efficiency of guiding the light emitted from the discharge lamp to the sample cannot be increased even with a carefully designed optical system. It is not possible to secure a sufficient amount of light for use in image detection. In addition, even if a high-output discharge lamp is used to improve the illuminance (luminance) on the sample, the size of the luminescent spot is only larger than that of a low-output discharge lamp. Per optical power). Therefore, it is considered that using a laser as a light source is suitable for performing high-luminance illumination effective in the UV region.

【0024】以上のように、UVレーザ光を光源とする
ことには大きなメリットが存在する。本発明では、UV
レーザ光による照明を行う方法を示す。図3には、通常
の白色光で照明した場合の対物レンズ瞳と視野の照明状
況を示した。図中(a)に示すASは瞳を、(b)に示
すFSは視野を示す。瞳ASの位置では光源の像31が
結像し、視野FSの位置では視野全体32がほぼ均一に
照明される。
As described above, there is a great merit in using a UV laser beam as a light source. In the present invention, UV
A method for performing illumination by laser light will be described. FIG. 3 shows the illumination state of the objective lens pupil and the visual field when illuminated with normal white light. In the figure, AS shown in (a) indicates a pupil, and FS shown in (b) indicates a visual field. At the position of the pupil AS, an image 31 of the light source is formed, and at the position of the visual field FS, the entire visual field 32 is almost uniformly illuminated.

【0025】次に、図4には、UVレーザ光源で照明し
た場合を示す。この場合、(a)に示す瞳ASの位置で
の光源像41は点になる。(b)に示す視野FS上で4
2で示す如く照明された回路パターンは、たとえば同図
(c)のような断面のパターンの場合、(d)のような
検出波形を持った像となる。このように回路パターンを
レーザ光で照明して回路パターンの画像を取得する場
合、エッジ部分にオーバーシュート、アンダーシュート
が発生したり、スペックルが発生する。その原因は照明
のσが小さいためである。このことは、対物レンズ7下
の視野FSに対して照明を様々な角度から行っていない
ともいうことができる。通常の白色光の照明では、瞳A
S上にある大きさを持った照明を行い、視野FSに対し
て対物レンズ7のNA(開口数)に匹敵する角度範囲を
持った方向から照明を行っている。
Next, FIG. 4 shows a case where illumination is performed with a UV laser light source. In this case, the light source image 41 at the position of the pupil AS shown in FIG. In the field of view FS shown in FIG.
The circuit pattern illuminated as shown by 2, for example, in the case of a pattern having a cross section as shown in FIG. When the circuit pattern is illuminated with laser light to obtain an image of the circuit pattern in this manner, overshoot, undershoot, and speckle occur at an edge portion. This is because the σ of the illumination is small. This means that illumination is not performed on the visual field FS below the objective lens 7 from various angles. In normal white light illumination, the pupil A
Illumination with a certain size is performed on S, and illumination is performed on the field of view FS from a direction having an angle range equivalent to the NA (numerical aperture) of the objective lens 7.

【0026】レーザ光のごとき可干渉(コヒーレンスを
有する)な光では、σ(瞳上での光源の大きさに比例す
る)は0となる。これは、可干渉な光は、その光源像が
点であるため、瞳上での像が点になってしまうためであ
る。もちろん、図5(a)のごとく、別なレンズ系によ
り広げた光束51を対物レンズ7の瞳7a(AS)上に
投影することはできるが、UVレーザ光にコヒーレンス
があるため、σ=0の位置からすべての光がでているの
と同じ結果(図5(b)に示す52)を得てしまい、問
題の解決とはならない。従って、UVレーザ光のコヒー
レンスを低減する手段が必要となる。コヒーレンスを低
減するには、時間コヒーレンスか空間コヒーレンスかの
いずれかを低減させればよい。
For coherent (having coherence) light such as laser light, σ (proportional to the size of the light source on the pupil) is zero. This is because the image on the pupil becomes a point because the light source image of the coherent light is a point. Of course, as shown in FIG. 5A, the light beam 51 expanded by another lens system can be projected onto the pupil 7a (AS) of the objective lens 7, but σ = 0 since the UV laser light has coherence. The same result (52 shown in FIG. 5B) as when all light is emitted from the position is obtained, and this does not solve the problem. Therefore, means for reducing the coherence of the UV laser light is required. To reduce coherence, either temporal coherence or spatial coherence may be reduced.

【0027】そこで、本発明では、検査装置の対物レン
ズ7の瞳7a上に光源の像を結像し、可干渉性低減光学
系4である光変調器を構成する瞳上光走査機構(瞳上光
走査光学系)として、たとえば最初に図6(a)中の6
1の位置を照明し、次に62の位置を、次に63の位置
を……というように走査し、図6(b)に示す視野上を
照明65することを提案する。また、図6(c)に示す
ように、瞳7a上で渦巻き状に走査してもよい。また、
図6(d)に示すように、瞳7a上で2次元に走査して
もよい。この間、各位置でスペックルとオーバーシュー
ト、アンダーシュートの像が得られるが、得られた時刻
がそれぞれ異なるために互いに干渉性はない。従って、
それらを検出器8上で加算すると、インコヒーレントな
光源によるものと同じ像を得ることになる。検出器8上
で加算するためには、検出器8は、試料上(視野上)換
算で、0.05μm〜0.3μm程度の画素寸法を有
し、CCDのように蓄積型の検出器(具体的にはTDI
センサ)が適している。
Therefore, in the present invention, an image of the light source is formed on the pupil 7a of the objective lens 7 of the inspection apparatus, and the pupil-light scanning mechanism (pupil) constituting the light modulator as the coherence reducing optical system 4 is formed. As an upper light scanning optical system), for example, first, 6 in FIG.
It is proposed to illuminate the position 1 and then scan the position 62 and then the position 63... To illuminate the field of view shown in FIG. Further, as shown in FIG. 6C, a spiral scan may be performed on the pupil 7a. Also,
As shown in FIG. 6D, scanning may be performed two-dimensionally on the pupil 7a. During this time, images of speckle, overshoot, and undershoot are obtained at each position, but since the obtained times are different, there is no interference with each other. Therefore,
Addition of them on the detector 8 results in the same image as with an incoherent light source. In order to perform the addition on the detector 8, the detector 8 has a pixel size of about 0.05 μm to 0.3 μm in terms of on the sample (on the visual field) and is a storage type detector (such as a CCD). Specifically, TDI
Sensors) are suitable.

【0028】即ち、蓄積型の検出器8として、1次元セ
ンサを使うことを考える。図7に示すように1次元セン
サ71に対し、視野全面を照明しても、検出に寄与する
照明は領域72だけで、それ以外の光パワーの大部分を
占める領域73では検出に寄与しないことになる。そこ
で、照度を向上させるためには、図8に示すように1次
元センサ71に対して領域82のように線状の照明を行
うと良いことになる。(視野上でCCDがY方向に走査
することにより2次元画像が得られる)。この場合、瞳
上で図9の91に示すように図中Y方向を長手とする照
明を行うことで、視野上にCCD71の形に合わせた照
明92をすることができる。また、瞳上での走査はX方
向に対して行う。また、その走査の周期Tsは、CCD
の蓄積時間Tiより短く行う。これにより画像の加算が
できる。
That is, consider the use of a one-dimensional sensor as the storage type detector 8. As shown in FIG. 7, even if the one-dimensional sensor 71 illuminates the entire visual field, only the region 72 contributes to the detection even when the entire field of view is illuminated, and does not contribute to the detection in the region 73 occupying most of the optical power. become. Thus, in order to improve the illuminance, it is preferable to perform linear illumination on the one-dimensional sensor 71 as shown in an area 82 as shown in FIG. (A two-dimensional image is obtained by scanning the CCD in the Y direction on the visual field). In this case, by illuminating the pupil with the length in the Y direction in the figure as shown at 91 in FIG. Scanning on the pupil is performed in the X direction. The scanning period Ts is the CCD
Is shorter than the accumulation time Ti. As a result, the images can be added.

【0029】しかし、この走査では瞳上Y方向に最初か
ら広がっているためにY方向の走査ができないという点
にある。このため、視野上でCCDのY方向に生じる光
干渉によるオーバーシュート・アンダーシュートを低減
することができない。逆に瞳上でのY方向の走査を行お
うとしてY方向の長さを短くすると視野上でのY方向の
幅が広がってしまい、照度が低下してしまうことにな
る。この問題に対し、本発明では、イメージセンサ8と
して、図10に示すようにCCDセンサの中でも時間遅
延積分形、即ちTDI(Time Delay &In
tegration)式のセンサを用いることで解決す
ることができる。TDIセンサの場合、視野上でN段
(数十〜256段程度)のステージと呼ばれるの受光部
が並ぶため、視野上で照明されるエリアの幅がN倍に広
がっても短いUVスリット照明光102は検出に有効に
利用することが可能となる。
However, in this scanning, the scanning in the Y direction cannot be performed because the pupil extends from the beginning in the Y direction. For this reason, it is not possible to reduce overshoot and undershoot due to light interference generated in the Y direction of the CCD in the visual field. Conversely, if the length in the Y direction is reduced to perform scanning in the Y direction on the pupil, the width in the Y direction on the visual field is increased, and the illuminance is reduced. In order to solve this problem, in the present invention, as the image sensor 8, a time delay integration type, that is, TDI (Time Delay & In) among CCD sensors as shown in FIG.
The problem can be solved by using a sensor of the (tegration) type. In the case of the TDI sensor, N stages (several tens to 256 stages) of light receiving portions are arranged in the field of view, so that even if the area illuminated in the field of view is N times wider, the UV slit illumination light is short. 102 can be used effectively for detection.

【0030】このため、瞳7a上での短いUVスリット
光102のY方向長さは、図10(a)CCDの場合の
約1/Nにすることができ、瞳上光走査機構により瞳7
a上でXとYの両方向に走査できるようになる。これに
より視野上でTDIのX・Yの両方向に生じるオーバー
シュート・アンダーシュートを低減でき、良好な検出画
像を得ることができる。また、瞳上の走査周期Tsは、
TDI1段の蓄積時間のN倍よりも短くあればよい。た
だし、視野上に生じる照度分布を考慮すると、より均一
な検出のためには、TsはTiのN倍の1/2より短い
方が良い。なお、短いUVスリットスポット光102を
形成するためには、図1に示すように、ビームエキスパ
ンダ21と瞳上光走査機構4との間に、シリンドリカル
レンズ、若しくは図12に示すシリンドリカルレンズ群
(マルチUVスリット光)25a等からなるUVスリッ
ト光形成光学系25を配置すればよい。ところで、短い
UVスリット光102は、多少一方向に広がるため、多
少は光干渉することになるので、瞳上光走査光学系4の
後に、光変調器である拡散板26をおくことによって、
完全に光干渉をなくすことができる。
For this reason, the length of the short UV slit light 102 on the pupil 7a in the Y direction can be reduced to about 1 / N of that of the CCD shown in FIG.
a can be scanned in both X and Y directions. As a result, overshoots and undershoots occurring in the X and Y directions of the TDI in the visual field can be reduced, and a good detected image can be obtained. The scanning period Ts on the pupil is
It suffices if the storage time is shorter than N times the storage time of one TDI stage. However, in consideration of the illuminance distribution generated in the visual field, it is preferable that Ts be shorter than 1/2 of N times Ti in order to perform more uniform detection. In order to form the short UV slit spot light 102, as shown in FIG. 1, a cylindrical lens or a cylindrical lens group (FIG. 12) is provided between the beam expander 21 and the pupil optical scanning mechanism 4. What is necessary is just to arrange | position the UV slit light formation optical system 25 which consists of multi UV slit light) 25a etc. By the way, since the short UV slit light 102 spreads in one direction to some extent, it causes some light interference. Therefore, by placing the diffusion plate 26 as an optical modulator after the pupil light scanning optical system 4,
Light interference can be completely eliminated.

【0031】また、更に、均一な照明を行なうために
は、UVレーザ光源3からのUV光を短いUVスリット
スポット光102として、直接瞳上に集光するのではな
く、図11に示す如くシリンドリカルレンズ群を有する
フライアイやインテグレータ25bを通してから集光す
ると良い。このように、UVマルチスリットスポットビ
ームにする場合でも、瞳上光走査機構4の後に、光変調
器である拡散板26をおくことによって、完全に光干渉
をなくすことができる。即ち、例えば、図11に示すよ
うな長さのそろったガラスロッドレンズ群(フライアイ
レンズ)により一個のUVレーザ光源から複数のUV光
源を作り出してもよい。また、図12に示す、ガラスロ
ッドレンズ群よりも構成が簡単なマルチシリンドリカル
レンズアレイを用いてもよい。マルチシリンドリカルレ
ンズアレイの場合には、一方向のみに複数のUV光源を
発生するので、これを2個直交させて配置することによ
り2次元的に複数のUV光源を発生させることができ
る。またその場合、それぞれのピッチを変えることによ
り、縦横で光源間ピッチの異なるUV光源群を生成する
こともできる。
Further, in order to perform uniform illumination, the UV light from the UV laser light source 3 is not directly condensed on the pupil as the short UV slit spot light 102, but as shown in FIG. It is preferable to condense light after passing through a fly-eye having a lens group or an integrator 25b. As described above, even when a UV multi-slit spot beam is used, the optical interference can be completely eliminated by disposing the diffusion plate 26 as an optical modulator after the pupil optical scanning mechanism 4. That is, for example, a plurality of UV light sources may be created from one UV laser light source by a glass rod lens group (fly-eye lens) having a uniform length as shown in FIG. Further, a multi-cylindrical lens array having a simpler configuration than the glass rod lens group shown in FIG. 12 may be used. In the case of a multi-cylindrical lens array, since a plurality of UV light sources are generated only in one direction, a plurality of UV light sources can be generated two-dimensionally by arranging two orthogonal UV light sources. Further, in that case, by changing the respective pitches, it is possible to generate UV light source groups having different vertical and horizontal pitches between the light sources.

【0032】更に、図13(a)に示すごとく、光源群
252を対物レンズ7の瞳面7a上に倍率を変えて形成
し、そして例えば同図矢印254のように光源群252
を環状に回転走査させると、結果として図13(b)に
斜線で示すような照明の瞳面上分布243が得られ、こ
れが輪帯状照明になり検出像の解像度改善を行うことが
できる効果を有することになる。また、上記光源群の倍
率を変化させることだけで輪帯照明条件を変えられる。
σ=1とすべく、瞳面全面を照明することも可能であ
る。スキャンレート1kHZのN段からなるTDIイメ
ージセンサを使用する場合、さらに利点があり、ガルバ
ノミラーの基本周期は、1kHz/Nであればよく、こ
の周期で瞳面全面の走査も可能となる。ガルバノミラー
は、数キロHzのものが市販されており、これとTDI
イメージセンサを組み合わせれば、瞳走査を実用的な速
度で実現でき、高速画像検出が可能となる。ここで、T
DIイメージセンサの段数(ステージ数)は、ガルバノ
ミラーの速度に合せて、準備すればよい。また、段数
(ステージ数)可変のTDIイメージセンサを用いれ
ば、瞳走査の方法により、蓄積時間を変更することもで
きる。
Further, as shown in FIG. 13 (a), a light source group 252 is formed on the pupil plane 7a of the objective lens 7 with a different magnification, and, for example, as shown by an arrow 254 in FIG.
Is circularly rotated, as a result, a distribution 243 of illumination on the pupil plane as shown by oblique lines in FIG. 13B is obtained, which becomes annular illumination and improves the resolution of the detected image. Will have. Further, the annular illumination condition can be changed only by changing the magnification of the light source group.
It is also possible to illuminate the entire pupil plane so that σ = 1. When a TDI image sensor having N stages with a scan rate of 1 kHz is used, there is an additional advantage. The basic period of the galvanomirror may be 1 kHz / N, and the entire pupil plane can be scanned at this period. Galvanometer mirrors with a frequency of several kilohertz are commercially available.
If an image sensor is combined, pupil scanning can be realized at a practical speed, and high-speed image detection becomes possible. Where T
The number of stages (the number of stages) of the DI image sensor may be prepared according to the speed of the galvanomirror. If a TDI image sensor with a variable number of stages (number of stages) is used, the accumulation time can be changed by a pupil scanning method.

【0033】図19には、上記レンズアレイを用いたU
V照明系の模式図を示す。正しくは、3次元的に図17
のごとく表記すべきだが、それでは、ここで重要となる
光の集光関係を示すことができなくなるので、模式的に
示した。UVレーザ光源3からのUV平行光束235を
レンズアレイ25に入射し、対物レンズ7の瞳面7aと
共役な第2瞳共役面233上に複数の輝点(新たな光
源)を生成する。ここからは複数のUV光束が出て行く
が、説明のため一個のUV光束について着目し、図19
中には示してある。このあらたなUV光源群から出た光
は、第2投影レンズ232により概略平行光束に変換さ
れ、第2走査ミラー面198上に投影される。
FIG. 19 shows a U-type lens using the above lens array.
1 shows a schematic diagram of a V illumination system. Correctly, three-dimensionally
However, it is not possible to show the important light condensing relationship here, so it is schematically shown. The UV parallel light flux 235 from the UV laser light source 3 is incident on the lens array 25, and generates a plurality of bright spots (new light sources) on the second pupil conjugate plane 233 conjugate with the pupil plane 7a of the objective lens 7. From here, a plurality of UV luminous fluxes are emitted.
It is shown inside. The light emitted from the new UV light source group is converted into a substantially parallel light beam by the second projection lens 232 and projected on the second scanning mirror surface 198.

【0034】ここで反射した光は、第2集光レンズ19
9により第1瞳共役面231を通り、第1投影レンズ1
910により概略平行光に変換されてもう一つの第1走
査ミラー面195上に投影される。そして、第1集光レ
ンズ22により瞳面7a上に集光され、対物レンズ7に
より概略平行光に変換され、試料面1上に照明される。
この方式の良い点は、生成された複数の輝点が、入射し
たガウシアンビーム235の強度分布の対応する各々の
出力を持っているため、それらが試料上1で重なり合
い、照度分布の少ない照明が得られるという点にある。
The light reflected here is transmitted to the second condenser lens 19.
9, through the first pupil conjugate plane 231, the first projection lens 1
The light is converted into substantially parallel light by 910 and projected on another first scanning mirror surface 195. Then, the light is condensed on the pupil plane 7 a by the first condenser lens 22, converted into substantially parallel light by the objective lens 7, and illuminated on the sample surface 1.
The good point of this method is that the generated plural bright spots have corresponding outputs of the intensity distribution of the incident Gaussian beam 235, and therefore, they overlap on the sample 1 so that the illumination with a small illuminance distribution can be obtained. The point is that it can be obtained.

【0035】次に、さらに、UV光による高解像度化に
加え、前述したように偏向素子群6の制御により、パタ
ーンのコントラストを向上する方法について説明する。
パターンコントラストを向上させるため、偏向素子群6
の制御に基いて、UVレーザ光の偏光状態を自在に制御
できることに着目し、照明光の偏光の向き、楕円率を制
御し、イメージセンサ8で検出光の一部偏光成分を検出
することを可能とした。UVレーザ光による照明の特徴
に単一波長であるということと、直線偏光であるという
ことがある。このため、光路内に設けた1/2波長板と
1/4波長板等の偏光素子群6により、高効率にその偏
光状態を制御することができる。制御は、例えば光軸中
心に1/2波長板と1/4波長板等を回転すればよい。
照明の偏光状態によりパターンコントラストが大きく変
化するため、偏光状態を制御可能(波長板を回転させて
位置決め)とすることにより光学系の性能を向上するこ
とができる。より具体的には、1/2波長板で直線偏光
の向きを制御し、1/4波長板で楕円率を変えることが
できる。
Next, a description will be given of a method of improving the pattern contrast by controlling the deflecting element group 6 as described above, in addition to increasing the resolution by UV light.
To improve the pattern contrast, the deflection element group 6
Focusing on the fact that the polarization state of the UV laser light can be freely controlled based on the control of (i), the polarization direction and the ellipticity of the illumination light are controlled, and the image sensor 8 detects a partial polarization component of the detection light. Made it possible. The characteristics of illumination by UV laser light include a single wavelength and linearly polarized light. Therefore, the half-wave plate provided in the optical path
The polarization state can be controlled with high efficiency by the polarizing element group 6 such as a quarter-wave plate. The control may be performed by, for example, rotating a half-wave plate and a quarter-wave plate around the optical axis.
Since the pattern contrast greatly changes depending on the polarization state of illumination, the performance of the optical system can be improved by controlling the polarization state (positioning by rotating the wave plate). More specifically, the direction of linearly polarized light can be controlled by a 波長 wavelength plate, and the ellipticity can be changed by a 波長 wavelength plate.

【0036】また、図18に示すように、検出側に設け
た検光子242により所望の偏光成分を抽出することが
でき、欠陥検出に寄与しない成分、例えば0次光をより
低減させ、回折光などパターンエッジを含み、欠陥検出
に寄与する光成分をより多く取り込むことができる。こ
れにより、検出感度の向上が図れる。検光子242も偏
光状態に合わせて回転可能とすると良い。これらの組み
合せにより、平行ニコルと直交ニコルも実現できる。勿
論、円偏光状態も実現できる。なお、これらは、照明波
長自体には依存しない。また、上記概念が成立すれば、
実現するための構成は任意のものでよい。対物レンズ7
の瞳面でパターンからの回折光を検出器30で観察し
て、偏光状態を選ぶことにより、高次の回折光に比べ0
次光が減衰することを確認することができる。これによ
り、低周波成分を減衰させ、パターンコントラストを向
上できる。勿論、対物レンズ7の瞳と共役な位置に、空
間フィルタを配置し、0次光を減衰させてもよい(空間
フィルタにより、パターンからの回折光をブロックし、
異物からの散乱光をイメージセンサに導くこともでき
る)。
As shown in FIG. 18, a desired polarization component can be extracted by an analyzer 242 provided on the detection side, and a component that does not contribute to defect detection, for example, a zero-order light is further reduced, and a diffracted light is reduced. For example, more light components including pattern edges and contributing to defect detection can be captured. Thereby, the detection sensitivity can be improved. The analyzer 242 may also be rotatable according to the polarization state. With these combinations, parallel Nicols and orthogonal Nicols can be realized. Of course, a circularly polarized state can also be realized. These do not depend on the illumination wavelength itself. If the above concept holds,
Arbitrary configuration may be used for realization. Objective lens 7
By observing the diffracted light from the pattern on the pupil plane by the detector 30 and selecting the polarization state, the diffracted light is 0% higher than the higher-order diffracted light.
It can be confirmed that the next light is attenuated. Thereby, the low frequency component can be attenuated, and the pattern contrast can be improved. Of course, a spatial filter may be arranged at a position conjugate with the pupil of the objective lens 7 to attenuate the zero-order light (the diffracted light from the pattern is blocked by the spatial filter,
The scattered light from the foreign matter can be guided to the image sensor.)

【0037】しかしながら、偏光を制御すると、高次の
回折光をより効率的に抽出できる。発明者らの実験によ
ると、約20〜300%コントラストが向上することが
判明している。また、偏光素子241の設置位置も、所
望の性能を得られる位置(例えばビームスプリッタ5と
1/4波長板等の偏光素子群6との間など)に設置する
ことができる。
However, by controlling the polarization, higher-order diffracted light can be extracted more efficiently. Experiments by the inventors have shown that the contrast is improved by about 20-300%. The polarizing element 241 can be installed at a position where desired performance can be obtained (for example, between the beam splitter 5 and a polarizing element group 6 such as a quarter-wave plate).

【0038】また、瞳上のUVスリットスポットの走査
は、図6(b)や(c)のごとく、螺旋状走査66で
も、テレビ状(ラスタ)走査67でもよいし、さらにほ
かの走査でも良い。ただし、走査の1単位はイメージセ
ンサ8の蓄積時間以内に行うことが望ましい。従って、
走査をイメージセンサ8の動作と同期をとって行うと良
い。例えば、図13に示すように、対物レンズ7の瞳7
a上を環状に走査する場合、イメージセンサ8は蓄積時
間を1msと仮定すると、2次元に走査させるガルバノ
ミラー195、198は、1kHzの基本周期で駆動す
ればよい。さらには、ステージ2とイメージセンサ8と
瞳上走査の同期をとることが良い。この場合、ステージ
2が最も慣性が大きく、従って同期に合わせることが最
も困難である。瞳上光走査光学系は、その機構の種類に
よっては広い周波数で同期が容易か、或いは限定された
周波数で同期が容易である。また、センサは電気回路で
あるため、同期が容易である。そのため、ステージの位
置から基本となる同期信号を作り、それに対して他の二
つを同期させることが容易であり、望ましい。
The scanning of the UV slit spot on the pupil may be a spiral scan 66, a television (raster) scan 67, or another scan as shown in FIGS. 6B and 6C. . However, it is desirable that one unit of scanning be performed within the accumulation time of the image sensor 8. Therefore,
Scanning is preferably performed in synchronization with the operation of the image sensor 8. For example, as shown in FIG.
In the case of circular scanning on a, assuming that the accumulation time of the image sensor 8 is 1 ms, the galvanometer mirrors 195 and 198 for two-dimensional scanning may be driven at a basic period of 1 kHz. Further, it is preferable to synchronize the stage 2, the image sensor 8, and the on-pupil scanning. In this case, stage 2 has the greatest inertia and is therefore most difficult to synchronize. The above-pupil optical scanning optical system is easy to synchronize at a wide frequency or easily at a limited frequency depending on the type of the mechanism. Further, since the sensor is an electric circuit, synchronization is easy. Therefore, it is easy and desirable to generate a basic synchronization signal from the position of the stage and synchronize the other two with it.

【0039】即ち、図1に示すように、同期信号発生器
163は、XYステージ2に取り付けられたリニアエン
コーダ等の位置検出機構(図示せず)から検出されるス
テージの位置を基に、センサの転送パルス等の同期信号
164と瞳上光走査機構の同期信号165を発生する。
なお、瞳上光走査機構としては、A/O偏向器やE/O
偏向器等の電気信号が直接光の偏向角に変換されるもの
がもっとも同期が容易である。さらに、瞳上光走査機構
としては、ガルバノミラーやポリゴンミラーといった鏡
をベースにした偏向器も使用することができる。以上説
明したように、図6(b)および図10(b)に示すF
Sのような視野全体に対するUV光若しくはDUV光の
照明65やTDIセンサの受光面に対するUV光若しく
はDUV光の照明101の像を、光干渉を生じることな
く得ることができる。
That is, as shown in FIG. 1, the synchronization signal generator 163 is a sensor based on the position of the stage detected by a position detecting mechanism (not shown) such as a linear encoder attached to the XY stage 2. And a synchronizing signal 165 for the above-pupil optical scanning mechanism.
The optical scanning mechanism on the pupil includes an A / O deflector and an E / O
Synchronization is easiest when an electric signal from a deflector or the like is directly converted into a deflection angle of light. Furthermore, a mirror-based deflector such as a galvanometer mirror or a polygon mirror can also be used as the above-pupil light scanning mechanism. As described above, the F shown in FIG. 6B and FIG.
An image of the illumination 65 of the UV light or DUV light on the entire field of view, such as S, or the illumination 101 of the UV light or DUV light on the light receiving surface of the TDI sensor can be obtained without causing optical interference.

【0040】次に、このようにUV光、とくにDUV光
を検出できるTDIセンサの実施例について説明する。
照明光源3として、DUVレーザ光源を使用する場合
は、DUVに対して感度のあるイメージセンサを使用す
る必要がある。表面照射型イメージセンサは、入射光が
ゲートを通過してCCDに入るため、短波長の入射光が
減衰し400nm以下の波長に対して感度がほとんどな
く、DUV光の有効検出はできない。表面照射型イメー
ジセンサでDUVの感度を得るためには、ゲートを薄く
して短波長の減衰を少なくする方法がある。他の方法と
しては、カバーガラスに有機薄膜コーティングを施し、
DUV光が入射されるとそれに応じて可視光を発光する
ようにすることで、可視光にしか感度のないイメージセ
ンサでDUV光を検出する方法がある。また、裏面照射
型イメージセンサはゲート構造のない裏側に光が入射す
るので、量子効率が高く(例えば、30%以上)ダイナ
ミックレンジが大きくとれ(例えば、3000以上)、
400nm以下の波長にも感度があり、200nmを切
るような短波長照明に特に有利である。このようなイメ
ージセンサの場合、いくつかの照明波長を用いるとき
も、ひとつのイメージセンサで対応可能である。
Next, an embodiment of a TDI sensor capable of detecting UV light, especially DUV light, will be described.
When a DUV laser light source is used as the illumination light source 3, it is necessary to use an image sensor that is sensitive to DUV. In the front-illuminated image sensor, since incident light passes through the gate and enters the CCD, the incident light having a short wavelength is attenuated and has little sensitivity to wavelengths of 400 nm or less, and DUV light cannot be effectively detected. In order to obtain DUV sensitivity with a front-illuminated image sensor, there is a method of reducing the attenuation of short wavelengths by making the gate thinner. Another method is to apply an organic thin film coating to the cover glass,
There is a method of detecting DUV light with an image sensor having sensitivity only to visible light by emitting visible light when DUV light is incident. In addition, since light is incident on the back side without the gate structure, the back-illuminated image sensor has a high quantum efficiency (for example, 30% or more) and a large dynamic range (for example, 3000 or more).
It is sensitive to wavelengths below 400 nm and is particularly advantageous for short wavelength illumination below 200 nm. In the case of such an image sensor, even when several illumination wavelengths are used, one image sensor can be used.

【0041】また、イメージセンサ8をTDI(Time D
elay Integration:時間遅延積分型)にすることで、感
度を大きくすることができる。さらに、アンチブルーミ
ングの特性をもたせることで、必要以上の検出光量が得
られたときに、周囲の画素に電荷があふれるという課題
を解決できる。以上説明したように、266nmや24
8nmの波長のDUV光を用いることによって、0.0
7μmルール以下のデバイスに対する欠陥検査を実現す
ることができる。また、被検査対象物としてCuダマシ
ンの検査に適用することが可能となる。また、被検査対
象物として、パターンがないとろこでも、スペックが生
じないので、検出画像と参照画像とを比較しても、虚報
が生じることなく、検査をすることが可能となる。
The image sensor 8 is set to TDI (Time D
elay Integration (time delay integration type) can increase the sensitivity. Further, by providing the anti-blooming characteristic, it is possible to solve a problem that when an amount of detected light more than necessary is obtained, electric charges overflow to surrounding pixels. As explained above, 266 nm and 24
By using DUV light with a wavelength of 8 nm, 0.0
Defect inspection for devices with a rule of 7 μm or less can be realized. Further, the present invention can be applied to inspection of a Cu damascene as an object to be inspected. In addition, even if there is no pattern as an object to be inspected, no spec is generated. Therefore, even if the detected image is compared with the reference image, the inspection can be performed without generating a false report.

【0042】次に、瞳上光走査機構(瞳上光走査光学
系)4の実施例について説明する。図16には、本発明
による対物(検出/照明)レンズ7の瞳7a上をUVレ
ーザスポットで走査するための構成を示した。同図で
は、照明側の構成を示すもので、検出側の構成は省略し
ている。また、原理を示すために瞳上光走査機構は一次
元分だけ示してある。レーザ光源3から出たUVビーム
(UVレーザビームなので平行光である)は、ビーム成
形機構21により必要なビーム形状に整えられ、この整
えられたビームは、可干渉性低減光学系4である光変調
器を構成する瞳上光走査機構195で偏向される。ここ
では瞳上光走査機構195の実施例としてポリゴンミラ
ーを示した。走査された平行ビームは集光レンズと呼ば
れるf−θレンズ22で偏向角度が位置の変化に直され
る。従って、レンズ22は、走査ミラー面からレンズ2
2の焦点距離だけ離間した位置に配置される。そして、
レンズ22により、対物レンズ7の瞳面7a上に集光さ
れる。従って、レンズ22と瞳面7aの距離もレンズ2
2の焦点距離となる。このようにして、試料1上では、
対物レンズ7から出たUVレーザビームが平行ビームと
して、角度を変えながら試料1に照明される。
Next, an embodiment of the above-pupil light scanning mechanism (up-pupil light scanning optical system) 4 will be described. FIG. 16 shows a configuration for scanning the pupil 7a of the objective (detection / illumination) lens 7 with a UV laser spot according to the present invention. In FIG. 1, the configuration on the illumination side is shown, and the configuration on the detection side is omitted. In order to show the principle, the optical scanning mechanism on the pupil is shown only for one dimension. The UV beam emitted from the laser light source 3 (parallel light because it is a UV laser beam) is shaped into a required beam shape by a beam shaping mechanism 21, and the shaped beam is a light that is a coherence reducing optical system 4. The light is deflected by an on-pupil light scanning mechanism 195 that constitutes a modulator. Here, a polygon mirror is shown as an embodiment of the above-pupil optical scanning mechanism 195. The scanned parallel beam is converted into a change in the deflection angle by an f-θ lens 22 called a condenser lens. Therefore, the lens 22 is moved from the scanning mirror surface to the lens 2.
It is arranged at a position separated by a focal length of 2. And
The light is focused on the pupil plane 7a of the objective lens 7 by the lens 22. Therefore, the distance between the lens 22 and the pupil plane 7a is
2 focal length. Thus, on sample 1,
The UV laser beam emitted from the objective lens 7 illuminates the sample 1 as a parallel beam while changing the angle.

【0043】図17および図18には、瞳7a上を2次
元にUVレーザビームを走査する場合を示す。同図で
は、光変調器である瞳上光走査機構一実施例としてガル
バノ等のプレート状のミラーで図示した。また、同図中
のミラー1911は光路を曲げるために用いるもので必
須のものではない。従って、図16に対して異なるのは
f−θレンズ199、もう1軸の瞳上光走査機構である
走査ミラー198、走査ミラー195への入射レンズ1
910が加わった点である。なお、図18には、ビーム
スプリッタ5と結像レンズ23との間に検光子242を
配置して構成した。この実施例の場合、UVレーザ光源
3からは、UV直線偏光レーザ光が出射されるものとす
る。従って、例えば、上記検光子242によって、試料
から反射してくる0次光のUV照明光の直線偏光成分を
遮光することが可能となる。
FIGS. 17 and 18 show a case where the UV laser beam is two-dimensionally scanned on the pupil 7a. In FIG. 1, a plate-like mirror such as a galvanometer is shown as an embodiment of an optical scanning mechanism on the pupil which is an optical modulator. The mirror 1911 in the figure is used to bend the optical path and is not essential. Therefore, what is different from FIG. 16 is the f-θ lens 199, the scanning mirror 198, which is the optical scanning mechanism on the pupil of the other axis, and the lens 1 that enters the scanning mirror 195.
910 has been added. In FIG. 18, an analyzer 242 is arranged between the beam splitter 5 and the imaging lens 23. In this embodiment, the UV laser light source 3 emits UV linearly polarized laser light. Therefore, for example, the analyzer 242 can shield the linearly polarized light component of the zero-order light UV illumination light reflected from the sample.

【0044】以上説明した光変調器を構成する瞳上光走
査機構により、UV照明光を、図6(a)、(c)、
(d)に示すように対物レンズ7の瞳7a上を2次元に
走査させることによって、干渉することなく広い視野で
試料1上を照明することができる。なお、実施例におけ
る対物レンズ7のNAは、0.75である。このNAは
大きいほど、瞳走査の効果が大きくなり、試料パターン
の薄膜干渉の影響(膜厚が異なるパターンの明るさが異
なり、後述のパターン比較で正常部の差が大きくなり、
微細な欠陥が検出困難になる。グレインやヒロックと呼
ばれる微小範囲の膜厚変動でも明るさの違いは大きい)
を低減するものである。
The above-described optical modulator on the pupil constituting the optical modulator converts the UV illumination light to the light shown in FIGS.
By scanning the pupil 7a of the objective lens 7 two-dimensionally as shown in (d), the sample 1 can be illuminated with a wide field of view without interference. Note that the NA of the objective lens 7 in the example is 0.75. As this NA is larger, the effect of the pupil scanning becomes larger, and the influence of the thin film interference of the sample pattern (the brightness of the patterns having different thicknesses is different, the difference between the normal portions becomes larger in the pattern comparison described later,
Minute defects become difficult to detect. (Even if the film thickness changes in a minute range called grain or hillock, the difference in brightness is large.)
Is to be reduced.

【0045】また、図18には、図1と同様に、光路中
に光変調器である拡散板26を配置した例を示す。拡散
板26の配置位置は、対物レンズ7の瞳7aと共役な位
置である。この実施例では、UVレーザビームが拡散板
26上で走査されるため、コヒーレンシの低減効果がよ
り大きくなる。勿論、空間的コヒーレンスを低減する拡
散板26を高速にUVレーザビームの光軸と交差する方
向に往復または回転運動させてもよい。特に、図10に
示すUVスリットスポット光102や図13に示すマル
チUVスリットスポット光252に対して拡散板26を
光路中に設置することは、光干渉を低減する上で、有効
となる。前記瞳7a上への光源像の結像は、照明光源3
からのUV光を集光レンズ22により対物レンズ7(落
射照明による検出では、照明或いは照射レンズと検出レ
ンズが兼用される)の瞳上面7aの集光することで行わ
れる。ここで、光源が点光源であるUVレーザ光では、
回折限界まで絞られた点、スポットとなる。即ち、UV
レーザの全出力がこのスポットへ集中するわけであり、
その地点におけるパワーは相当な大きさになる。
FIG. 18 shows an example in which a diffusion plate 26 as an optical modulator is arranged in the optical path, similarly to FIG. The arrangement position of the diffusion plate 26 is a position conjugate with the pupil 7a of the objective lens 7. In this embodiment, since the UV laser beam is scanned on the diffusion plate 26, the effect of reducing coherency is further increased. Of course, the diffusion plate 26 for reducing the spatial coherence may be reciprocated or rotated at high speed in a direction intersecting the optical axis of the UV laser beam. In particular, placing the diffusion plate 26 in the optical path for the UV slit spot light 102 shown in FIG. 10 and the multi UV slit spot light 252 shown in FIG. 13 is effective in reducing optical interference. The image of the light source image on the pupil 7a is formed by the illumination light source 3
This is performed by condensing the UV light from the pupil upper surface 7a of the objective lens 7 (in the case of detection by epi-illumination, both the illumination or irradiation lens and the detection lens are used) by the condenser lens 22. Here, in the case of the UV laser light whose light source is a point light source,
The points and spots are narrowed down to the diffraction limit. That is, UV
All the power of the laser is concentrated on this spot,
The power at that point will be considerable.

【0046】実際の対物レンズ7は、収差を補正するた
めに、非常に多くの枚数(多い場合には10枚以上)の
レンズ群からなり、瞳面7aの位置も対物レンズの設計
によりレンズから離間した位置ばかりでなく、レンズ内
部(硝材部分)やレンズ表面近傍になる場合がある。こ
の場合、レンズに施される(反射防止等の)コーティン
グが高いパワーのレーザ光にさらされることによるダメ
ージが問題となる。この理由は、本発明においては、瞳
面上においてUV光スポットを形成することによる。そ
のため、本発明においては、試料上おいてダメージを与
えることはない。
The actual objective lens 7 is composed of a very large number of lens groups (10 or more in many cases) in order to correct aberration, and the position of the pupil plane 7a is also determined by the design of the objective lens. In addition to the separated position, the position may be inside the lens (glass material portion) or near the lens surface. In this case, damage due to exposure of the coating (such as antireflection) applied to the lens to high-power laser light becomes a problem. This is because, in the present invention, a UV light spot is formed on the pupil plane. Therefore, in the present invention, no damage is caused on the sample.

【0047】このスポットのパワーは、トータルで同じ
パワーでも小さいスポットの場合にはより深刻になる。
そこで、スポットの直径から求められるスポット面積と
スポットの総パワ−を用いて定義される 平均パワー密度=総パワー/スポット面積 により説明する。図15にUVレーザビームの強度分布
181を断面で示す。これは典型的なレーザのビーム形
状であり、中心が高く、周辺に行くに従って低くなるガ
ウシアン分布と呼ばれる分布をしている。徐々に低くな
る分布に対してスポットの直径を定義するのは難しい
が、ここでは、中心の強度に対して13.5%の強度に
なる地点182を直径とした。この定義に従うと、ガウ
シアン分布の場合、中心部分のパワー密度は、全体の平
均パワー密度の2倍となる。この平均パワー密度による
コーティングにダメージを与える値は、発明者による実
験では200W/平方mmである(従って中心パワー密
度は400W/平方mm)。この値を超えないようにす
れば、コーティングに損傷が発生することはない。この
問題に対し、対物レンズ7における瞳7aの役割が大き
い本発明では、瞳面の位置をあらかじめ、レンズ硝材表
面から離間した位置に設計することで問題の発生を回避
することができる。離間すると、スポットは集光の状態
からぼけた状態になり、直径が若干大きくなり、平均パ
ワー密度が低下する。その離間距離は、発明者らによる
実験・検討の結果から5mm程度以上必要なことがわか
っている。
The power of this spot becomes more serious in the case of a small spot with the same total power.
Therefore, an explanation will be given by using an average power density = total power / spot area defined by using the spot area obtained from the spot diameter and the total power of the spot. FIG. 15 shows a cross section of the intensity distribution 181 of the UV laser beam. This is a typical laser beam shape, and has a distribution called a Gaussian distribution in which the center is high and becomes lower toward the periphery. It is difficult to define the diameter of the spot for a gradually decreasing distribution, but here, the point 182 where the intensity is 13.5% of the intensity at the center is defined as the diameter. According to this definition, in the case of a Gaussian distribution, the power density at the center is twice the average power density of the whole. The value that damages the coating due to this average power density is 200 W / sq mm in experiments by the inventors (thus the center power density is 400 W / sq mm). If this value is not exceeded, no damage is caused to the coating. With respect to this problem, in the present invention in which the role of the pupil 7a in the objective lens 7 is large, the problem can be avoided by designing the position of the pupil plane at a position away from the surface of the lens glass material in advance. When separated, the spot becomes blurred from the focused state, the diameter increases slightly, and the average power density decreases. It is known from the results of experiments and studies by the inventors that the separation distance is required to be about 5 mm or more.

【0048】また、対物レンズ7の構成上十分な離間距
離が取れない場合は、そのレンズのみを無コートとして
もいい。一部のレンズを無コートとするだけならば、対
物レンズ全体の透過率への影響も小さく、コーティング
の耐力の問題へも対処可能だと発明者は考える。また、
UVレーザ光源3としては、前述したようにステージ2
を走行させてイメージセンサ8で画像を取り込む関係
で、連続発振形のレーザが適している。このように、レ
ーザ光源3として、連続発振形を用いることによって、
ピークパワーを低めに抑えることができ、対物レンズ7
にダメージが発生することも防止することが可能とな
る。その理由は、パルス発振形のレーザでは、平均出力
は抑えられても、パルスの出力のピーク値(尖頭値)で
は、非常に大きなパワーがかかることになり、この時に
対物レンズ7等にダメージが発生してしまうからであ
る。勿論、ダメージの心配がない小出力レーザでは、パ
ルス発振形のレーザでもよい。
If a sufficient separation distance cannot be obtained due to the configuration of the objective lens 7, only that lens may be left uncoated. The inventor believes that if only some of the lenses are uncoated, the influence on the transmittance of the entire objective lens is small, and the problem of the proof stress of the coating can be addressed. Also,
As described above, the stage 2 is used as the UV laser light source 3.
Is driven, and the image sensor 8 captures an image. Therefore, a continuous wave laser is suitable. As described above, by using the continuous oscillation type as the laser light source 3,
The peak power can be kept low and the objective lens 7
Can be prevented from being damaged. The reason is that in a pulse oscillation type laser, even if the average output is suppressed, a very large power is applied at the peak value (peak value) of the pulse output, and at this time, the objective lens 7 and the like are damaged. Is generated. Of course, a pulse oscillation type laser may be used for a small output laser which does not have to worry about damage.

【0049】次に、可干渉性低減光学系4において、空
間的なコヒーレンスを低減させる他の実施例について説
明する。空間的なコヒーレンスを低減させるためには、
UVレーザの可干渉距離よりも長い光路差を持った光を
得れば良く、より具体的には、図20に示すようにUV
レーザの出力光を個々の長さを変えて束ねた光ファイバ
111またはガラスロッドに対して入射させれば、その
出力光はそれぞれインコヒーレント(干渉性がない)光
になる。そして、これらを対物レンズ7の瞳7aと共役
な位置上に配置すればオーバーシュート・アンダーシュ
ート・スペックルがない画像が得られる。また、この方
式では、UVレーザ光源の可干渉距離は短い方が良く、
そのためには、図20(a)に示すような発振波長の帯
域Δλ1が狭く、単一の縦モード(発振スペクトル)で
発振するものよりは、同図(b)に示すような縦モード
が複数あるΔλ2が広いものが適している。
Next, another embodiment for reducing spatial coherence in the coherence reducing optical system 4 will be described. To reduce spatial coherence,
It is sufficient to obtain light having an optical path difference longer than the coherent distance of the UV laser. More specifically, as shown in FIG.
When the output light of the laser is made incident on the optical fiber 111 or the glass rod bundled with its length changed, the output light becomes incoherent (no coherence) light. If these are arranged on a position conjugate with the pupil 7a of the objective lens 7, an image without overshoot, undershoot, and speckle can be obtained. In this method, the shorter the coherence length of the UV laser light source, the better.
To this end, the oscillation wavelength band Δλ1 as shown in FIG. 20A is narrow, and a plurality of longitudinal modes as shown in FIG. Those having a wide Δλ2 are suitable.

【0050】また、他の空間的コヒーレンスを低減する
方法としては、光ファイバに光軸をずらして入射させた
ときに、射出光の横モード(空間分布、空間に対する光
強度I)が変化するという現象を使うものがある。通
常、このようなモード変化は産業上の利用に対して不利
な現象とされ、横モードの変化の低減に努力するのが一
般であるが、本実施例ではこれを逆手に取り、図21に
示すように故意に様々な光軸ずらしをおこないファイバ
121に入射させ、様々に横モードを変化させた射出光
(a)、(b)、(c)、(d)、(e)……を作り出
す。その結果、得られた射出光は互いにインコヒーレン
トとなるので、これらを対物レンズ7の瞳7aと共役な
位置上に配置する。この方式の場合、複数のファイバ素
線を束ねることにより非常に多くの複数光源(瞳上の輝
点)を得ることができる。
Another method for reducing spatial coherence is to change the transverse mode (spatial distribution, light intensity I with respect to space) of emitted light when the optical fiber is incident on the optical fiber with its optical axis shifted. Some use phenomena. Usually, such a mode change is considered to be a disadvantageous phenomenon for industrial use, and it is general to make an effort to reduce the change in the transverse mode. As shown in the figure, the emitted light (a), (b), (c), (d), (e),. produce. As a result, the obtained emission lights become incoherent with each other, and they are arranged on a position conjugate with the pupil 7a of the objective lens 7. In the case of this method, a very large number of light sources (bright spots on the pupil) can be obtained by bundling a plurality of fiber strands.

【0051】次に、 UVレーザ光源3から2つのUV
光を得る実施例を図22を用いて説明する。即ち、本実
施例は、UVレーザ光源3から出射されるUV射出光
を、偏光ビームスプリッタ131により互いに直行する
偏波面を持つ2つのUV光133/134に分離して2
つのUV光133、134の仮想光源を対物レンズ7の
瞳7aと共役な位置に得る方法である。132は方向を
変えるためのミラーである。互いに直行する偏波面を持
ったUV光には可干渉性がないので、非常に簡単な構成
で可干渉性のない仮想UV光源を得ることができる。こ
の方式では2つの仮想UV光源しか得ることができない
が、これもでに述べた方式と合わせることにより、可干
渉性のない仮想UV光源を1/2の手間で得ることがで
きる。
Next, the two UV light sources 3
An embodiment for obtaining light will be described with reference to FIG. That is, in the present embodiment, the UV emission light emitted from the UV laser light source 3 is separated into two UV lights 133/134 having polarization planes orthogonal to each other by the polarization beam splitter 131, and
This is a method of obtaining virtual light sources of two UV lights 133 and 134 at a position conjugate with the pupil 7a of the objective lens 7. 132 is a mirror for changing the direction. Since UV light having polarization planes orthogonal to each other has no coherence, a virtual UV light source having no coherence can be obtained with a very simple configuration. Although only two virtual UV light sources can be obtained by this method, a virtual UV light source having no coherence can be obtained in half the labor by combining with the method described in the above.

【0052】また、互いに独立したUV光源には可干渉
性がないので、図23に示すように独立したUV光源1
41、142、143、144……を用いて、対物レン
ズ7の瞳の各点を照明するのでもよい。また、これに前
述のように、偏光ビームスプリッター151〜154を
組み合わせて図24に示したような構成にすれば、仮想
UVレーザ光源の数を1/2にでき、価格を抑えること
ができる。以上、UVレーザ光のコヒーレンスを低減さ
せ、それにより対物レンズ7の瞳7a上の複数の点を照
明し、対物レンズ7で集光して像を得る実施例を複数示
したが、これらは互いに組み合わせることもでき、ま
た、これらと同等の低減方法を用いるものであっても良
い。さらに、上記実施例のごとく、光路の一部に振動
(或いは揺動)するミラー等により照明光路を一部変化
させてUVレーザ照明を行い、さらにそれらの光路の照
明による画像を時間的に蓄積して画像の検出を行う場合
には、時間的コヒーレンス低減作用がその過程に含まれ
るので、空間的コヒーレンス性に関しては上記ほど厳密
に低減させる必要がない。次に、信号処理回路19の実
施例について説明する。検査対象1は繰り返しパターン
を有しているので、検査は隣のパターンとの比較を行う
ことで欠陥候補点を抽出する。イメージセンサ8からの
出力信号をA/D変換器9でデジタル信号に変換する。
比較対象の参照用画像を作成するために、遅延メモリ
(記憶部)11では、繰り返される1チップ若しくは複
数チップのピッチ分、またはセル領域については繰り返
される1セルまたは複数セルのピッチ分に相当するずれ
量だけ遅延させるようにする。これにより、遅延メモリ
11の出力は検査画像を繰り返されるピッチ分ずらした
画像となる。
Further, since the independent UV light sources do not have coherence, as shown in FIG.
Each point of the pupil of the objective lens 7 may be illuminated using 41, 142, 143, 144,... Further, as described above, by combining the polarization beam splitters 151 to 154 to form the configuration shown in FIG. 24, the number of virtual UV laser light sources can be reduced to half, and the cost can be reduced. As described above, there have been described a plurality of embodiments in which the coherence of the UV laser light is reduced, thereby illuminating a plurality of points on the pupil 7a of the objective lens 7 and condensing the image with the objective lens 7 to obtain an image. Combinations may be used, or a reduction method equivalent to these methods may be used. Further, as in the above embodiment, UV laser illumination is performed by partially changing the illumination optical path by a mirror or the like that vibrates (or oscillates) in a part of the optical path, and further, the image by the illumination of those optical paths is temporally accumulated. In the case of detecting an image by performing such a process, a temporal coherence reducing action is included in the process, so that it is not necessary to reduce spatial coherence as strictly as described above. Next, an embodiment of the signal processing circuit 19 will be described. Since the inspection target 1 has a repetitive pattern, the inspection extracts defect candidate points by comparing the pattern with an adjacent pattern. An output signal from the image sensor 8 is converted into a digital signal by the A / D converter 9.
In order to create a reference image to be compared, the delay memory (storage unit) 11 corresponds to the pitch of one or more repeated chips, or the cell region corresponds to the pitch of one or more repeated cells. Delay by the shift amount. Thus, the output of the delay memory 11 is an image obtained by shifting the inspection image by the repeated pitch.

【0053】比較処理部288における比較部288a
では、局所階調変換部287で局所的に階調変換された
検出画像と参照画像との2枚の画像を比較して対応する
画素値の差(差画像)を求める。そして、比較部288
aは、この求めた差画像を欠陥検出用の判定しきい値で
判定して、欠陥候補点を抽出する。欠陥候補の判定は、
あらかじめ設定されたしきい値、または被検査画像の明
るさ等から求めた判定しきい値を用いて上記差画像の全
体に対して行なう。別の判定方法としては、画像の各座
標毎、または明るさ毎に判定しきい値を算出し、画像の
各点において別の判定しきい値を持って判定するものが
考えられる。
Comparison section 288a in comparison processing section 288
Then, two images, that is, a detected image and a reference image, which have been locally gradation-converted by the local gradation conversion unit 287, are compared to obtain a difference (difference image) between corresponding pixel values. Then, the comparison unit 288
In step a, the obtained difference image is determined using a determination threshold for detecting defects, and defect candidate points are extracted. Judgment of defect candidate
The determination is performed on the entire difference image using a preset threshold value or a determination threshold value obtained from the brightness of the image to be inspected. As another determination method, a method may be considered in which a determination threshold is calculated for each coordinate or brightness of an image, and determination is performed with a different determination threshold at each point of the image.

【0054】欠陥候補を示す2値化画像は、虚報も含ま
れているので、できるだけ欠陥のみを抽出するために、
特徴量抽出部288bにおいて、検出された欠陥候補点
の検出画像から特徴量を抽出し、欠陥をみつける。特徴
量抽出部288bは、欠陥候補点の、面積、座標、投影
長等の特徴量を算出し、この算出された特徴量から欠陥
候補点が欠陥か虚報かを判断して、欠陥288cを検出
する。次に、比較する2枚の画像の処理について説明す
る。特に、ここでは、明るさが異なる2枚の画像を比較
するため、局所階調変換部287において、積極的に特
徴量の一つである明るさの補正を一方の検出画像に対し
て実施する。UV若しくはDUVに対して感度を有する
イメージセンサ8は、被検査パターンである半導体ウエ
ハ1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るため、A/D変換器9か
らはこの濃淡画像信号をディジタル画像信号にされたも
のが出力されることになる。
Since the binarized image indicating the defect candidate also includes a false report, in order to extract only the defect as much as possible,
The feature amount extraction unit 288b extracts a feature amount from the detected image of the detected defect candidate point, and finds a defect. The feature amount extraction unit 288b calculates feature amounts such as the area, coordinates, and projection length of the defect candidate point, determines whether the defect candidate point is a defect or a false report based on the calculated feature amount, and detects the defect 288c. I do. Next, processing of two images to be compared will be described. In particular, here, in order to compare two images having different brightnesses, the local tone converter 287 positively corrects the brightness, which is one of the feature amounts, for one of the detected images. . The image sensor 8, which has sensitivity to UV or DUV, outputs a brightness image signal corresponding to the brightness of the reflected light from the semiconductor wafer 1, which is the pattern to be inspected, that is, a shading image signal. The digital image signal from the grayscale image signal is output from the unit 9.

【0055】位置合わせ部286は、階調変換部10か
ら得られる検出画像と遅延メモリ11から得られる参照
画像とを正規化相関に基づく画素単位で位置合わせする
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。即
ち、位置合わせ部286は、検出画像f(x,y)に対
して記憶画像(参照画像)g(x,y)を移動し、相関
値R(Δx,Δy)が最大となる位置(Δx,Δy)を次
に示す(数1)〜(数5)式により求める(Δx,Δ
y:整数)。
The alignment unit 286 aligns the detected image obtained from the gradation conversion unit 10 and the reference image obtained from the delay memory 11 in pixel units based on the normalized correlation. The normalization is performed to reduce the influence of the difference in brightness between images to be aligned. That is, the positioning unit 286 moves the stored image (reference image) g (x, y) with respect to the detected image f (x, y), and the position (Δx) at which the correlation value R (Δx, Δy) becomes maximum. , Δy) is calculated by the following equations (1) to (5) (Δx, Δ
y: integer).

【0056】[0056]

【数1】 (Equation 1)

【0057】[0057]

【数2】 (Equation 2)

【0058】[0058]

【数3】 (Equation 3)

【0059】[0059]

【数4】 (Equation 4)

【0060】[0060]

【数5】 (Equation 5)

【0061】ここで、画像は、イメージセンサ8により
連続的に検出されるが、画像を小領域ごとに分割し、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。小領域への分割は、画像がもって
いる歪みに対応するためである。即ち、小領域内では画
像歪みはほとんど無視できるレベルになるよう、その大
きさを決める。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8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
基いている。さらには、分割した各小領域で独立に、正
規化相関を求め、最大となる領域について求められた位
置ずれ量を採用してもよい。なお、ここで用いるイメー
ジセンサ8は、上記した、UV若しくはDUVに対して
感度のある並列出力型の時間遅延積分型TDI CCD
イメージセンサであってもよい。
Here, the image is continuously detected by the image sensor 8, but the image is divided into small areas, and positioning is performed in this unit. In the above equation, the detected image is X ×
This is the size of the Y pixel. The division into small areas is for dealing with the distortion of the image. That is, the size of the image distortion is determined so that the image distortion is at a level that can be almost ignored within the small area. Although not shown, the above-described normalized correlation for obtaining the image position shift does not need to be performed for all the images. For example, the image is divided into K in the longitudinal direction of the image sensor, and each divided small image is divided. This may be performed on a small image having information among images (the size of X / K × Y pixels). To determine whether or not there is information, for example, each small image is differentiated, the presence or absence of an edge is detected, and a small image having many edges is selected. For example, when the image sensor 8 is a linear image sensor capable of parallel output in a multi-tap configuration, each tap output image corresponds to a small image. This idea is
Images output in parallel are based on the fact that the displacements are equal. Further, the normalized correlation may be obtained independently for each of the divided small areas, and the positional deviation amount obtained for the maximum area may be used. The image sensor 8 used here is a parallel output type time delay integration type TDI CCD which is sensitive to UV or DUV.
It may be an image sensor.

【0062】局所階調変換部287は、明るさの異なる
検出画像信号f(x,y)と参照画像信号g(x,y)
とを、正常部の明るさに一致させるべく、双方若しくは
一方の画像信号の階調を変換する部分である。ここで
は、次に示す(数6)〜(数9)式に基いて、個々の画
素(x,y)毎にゲインa(x,y)とオフセットb
(x,y)により線形変換を実施して、正常部の明るさ
に一致させる。
The local tone converter 287 detects the detected image signal f (x, y) and the reference image signal g (x, y) having different brightnesses.
Is a part for converting the gradation of both or one of the image signals so as to match the brightness of the normal part. Here, the gain a (x, y) and the offset b are set for each pixel (x, y) based on the following equations (6) to (9).
A linear conversion is performed by (x, y) to match the brightness of the normal part.

【0063】[0063]

【数6】 (Equation 6)

【0064】[0064]

【数7】 (Equation 7)

【0065】[0065]

【数8】 (Equation 8)

【0066】[0066]

【数9】 (Equation 9)

【0067】そして、比較処理部288は、局所階調変
換して得られた検出画像信号と参照画像信号とを比較
し、不一致を欠陥若しくは欠陥候補として検出するもの
である。
The comparison processing section 288 compares the detected image signal obtained by the local gradation conversion with the reference image signal, and detects a mismatch as a defect or a defect candidate.

【0068】ここで、画像信号の階調変換は、後述の図
27および図28に示す散布図に基いて行なってもよ
い。散布図上で、頻度が大となるデータを直線近似し、
その傾きと切片が、上記式a(x,y)、b(x,y)
に相当する。図28の例では、散布図上で、各着目点を
中心とするエリアの近似直線を求め、ゲインa(x,
y)とオフセットb(x,y)を算出している。また、散
布図全体で直線近似するのであるが、局所的な領域にお
ける検出画像のコントラストの値や分散値などに応じ
て、複数枚の散布図を作成し、それぞれの散布図上のデ
ータを直線近似してもよい。即ち、例えば、散布図作成
部293の内部に備えられたレンジフィルタ(rang
e filter)は、検出画像から順次切出される注
目画素における近傍領域での明るさの最大値と最小値の
差(コントラストというカテゴリの値)を算出して出力
すると共に、上記注目画素におけるコントラストの値を
順次CPU290に提供して内部メモリに記憶する。な
お、上記コントラスト検出としては、レンジフィルタ以
外にS/Nに応じてパーセンタイルフィルタを用いるこ
とができる。
Here, the gradation conversion of the image signal may be performed based on scatter diagrams shown in FIGS. 27 and 28 described later. On a scatter plot, linearly approximate the data with the highest frequency,
The slope and intercept are given by the above equations a (x, y) and b (x, y)
Is equivalent to In the example of FIG. 28, an approximate straight line of an area centered on each point of interest is obtained on a scatter diagram, and a gain a (x,
y) and offset b (x, y) are calculated. In addition, linear approximation is performed for the entire scatter diagram, but multiple scatter diagrams are created according to the contrast value and variance value of the detected image in a local region, and the data on each scatter diagram is linearly It may be approximated. That is, for example, a range filter (rang) provided inside the scatter diagram creation unit 293.
e filter) calculates and outputs a difference between a maximum value and a minimum value of brightness in a neighboring region of the target pixel sequentially cut out from the detected image (a value of a category called contrast) and outputs the difference. The values are sequentially provided to the CPU 290 and stored in the internal memory. As the contrast detection, a percentile filter other than the range filter can be used according to the S / N.

【0069】従って、散布図作成部293は、パイプラ
イン画像処理により、画像入力部292から入力される
所定の領域の2つの画像を基に、図29に示すような、
コントラストの値毎の散布図を作成し、CPU290に
提供することができることになる。このように、コント
ラストの値に応じて散布図を分解することによって、各
散布図上のデータの拡がりを抑えることができ、その結
果判定しきい値を小さくすることができる。後述する図
32の場合に見られるように、多くの場合、その理由
は、コントラストが大きいほど、分散が小さくなってい
ることを見出したことにある。そして、CPU290
は、図30に示すように、各散布図において、傾き45
度の直線に平行なセグメント(濃淡差のカテゴリ)にデ
ータを分割し、この分割された各データの近傍の正常カ
テゴリ(発生頻度が最も多い塊)を用いて直線近似を行
なう。即ち、CPU290は、図31に示す如く、各散
布図の着目画素において、濃淡差カテゴリを対象に、
「最近傍決定則」に従い、近傍の多数派(正常)カテゴ
リ群のデータを用いて近似直線を決定する。
Accordingly, the scatter diagram creator 293 performs the pipeline image processing based on the two images of the predetermined area input from the image input unit 292 as shown in FIG.
A scatter diagram for each contrast value can be created and provided to the CPU 290. As described above, by decomposing the scatter diagram according to the contrast value, the spread of data on each scatter diagram can be suppressed, and as a result, the determination threshold can be reduced. In many cases, as seen in the case of FIG. 32 described later, the reason is that the higher the contrast, the smaller the variance. Then, the CPU 290
Is the slope 45 in each scatter diagram as shown in FIG.
The data is divided into segments (categories of light and shade differences) parallel to the straight line of the degree, and linear approximation is performed using normal categories (lumps with the highest frequency of occurrence) in the vicinity of each of the divided data. That is, as shown in FIG. 31, the CPU 290 sets the target pixel of each scatter diagram to
In accordance with the “nearest neighbor decision rule”, an approximate straight line is determined using data of the neighboring majority (normal) category group.

【0070】なお、コントラストの値や分散の値、また
濃淡差の値の分割方法は、実験により予め決める。とこ
ろで、散布図作成部293において、図32に示す如
く、決められたコントラストの値と濃淡差の値との間の
分類カテゴリにおける発生する頻度を算出し、それをC
PU290が表示手段294に表示することによって、
感度の早見を可能とする。特に、図32から、コントラ
ストが大きいほど分散が小さくなっていて、判定しきい
値を小さくできることが判明できる。このように、カテ
ゴリ情報は、図32に示す如く、表示手段294の画面
上にマッピングして表示することができる。さらに、上
記散布図は、図32に示すコントラストの値に応じて分
解されたものである。そして、局部階調変換部287
は、位置合わせ部286から得られる例えば検出画像に
対して、各画素f(x,y)をCPU290から得られ
るコントラストの値に応じた最小自乗近似直線(ゲイン
gain(x,y)およびオフセットoffset(x,y))に
基いて、次の(数10)式により局所階調変換を施して
補正された検出画像f'(x,y)を得る。このように
各散布図に基いて例えば検出画像を局所階調変換(図3
1に示すように、分布の回転を行なう。)をして明るさ
補正(色むら補正)をすることによって、正常部におけ
るデータの分散をより一層抑えることが可能となり、判
定しきい値をより一層低くすることが可能となり、欠陥
を正常部から分離して検出できることになる。即ち、散
布図分解と階調変換とにより、正常部と欠陥との間の距
離を離すことができることになる。
The method of dividing the value of the contrast, the value of the variance, and the value of the density difference is determined in advance by experiments. By the way, as shown in FIG. 32, the scatter diagram creator 293 calculates the frequency of occurrence in the classification category between the determined contrast value and the contrast value, and calculates it as C
By the PU 290 displaying on the display means 294,
Enables quick view of sensitivity. In particular, from FIG. 32, it can be seen that the variance decreases as the contrast increases, and the determination threshold can be reduced. As described above, the category information can be mapped and displayed on the screen of the display unit 294 as shown in FIG. Further, the scatter diagram is decomposed according to the contrast values shown in FIG. Then, the local gradation conversion unit 287
Is, for example, for a detected image obtained from the positioning unit 286, the pixel f (x, y) is converted into a least square approximation straight line (gain
Based on gain (x, y) and offset offset (x, y)), a corrected detection image f '(x, y) is obtained by performing local gradation conversion by the following equation (Equation 10). As described above, for example, the detected image is subjected to local gradation conversion based on each scatter diagram (FIG. 3).
As shown in FIG. 1, the distribution is rotated. ) To perform the brightness correction (color unevenness correction), it is possible to further suppress the dispersion of data in the normal part, it is possible to further lower the determination threshold, and to reduce the defect in the normal part. And can be detected separately. That is, the distance between the normal part and the defect can be increased by the scatter diagram decomposition and the gradation conversion.

【0071】f'(x,y)=f(x,y)×gain
(x,y)+offset(x,y)(数10)なお、gain
(x,y)は近似直線の傾きを示し、offset(x,y)
は近似直線の切片を示す。その後、比較処理部288に
おいて、例えば、階調変換された検出画像と参照画像と
の差画像を抽出し、該差画像に対して最も低い判定しき
い値で判定して欠陥若しくは欠陥候補を検出し、最後に
欠陥とその特徴量が出力されるものである。
F ′ (x, y) = f (x, y) × gain
(X, y) + offset (x, y) (Equation 10)
(X, y) indicates the slope of the approximate straight line, and offset (x, y)
Indicates the intercept of the approximate straight line. Thereafter, in the comparison processing unit 288, for example, a difference image between the gradation-converted detected image and the reference image is extracted, and the difference image is determined with the lowest determination threshold to detect a defect or a defect candidate. Finally, the defect and its characteristic amount are output.

【0072】以上説明したように、レンジフィルタの出
力によって散布図を分解し、各散布図に基いて検出画像
に対して階調変換を施して明るさ補正(色むら補正)を
することによって、正常部のデータの拡がりを抑え、判
定しきい値として最も低い下限値を設定可能にして、散
布図に埋もれた50nm程度の超微細な欠陥を誤検出す
ることなく検出することができる。
As described above, the scatter diagram is decomposed according to the output of the range filter, and the detected image is subjected to gradation conversion based on each scatter diagram to perform brightness correction (color unevenness correction). It is possible to suppress the spread of the data in the normal part and set the lowest lower limit as the determination threshold value, and detect an ultra-fine defect of about 50 nm buried in the scatter diagram without erroneous detection.

【0073】次に、位置合わせ部286における位置合
わせと局所階調変換部287における明るさとの同時補
正について説明する。即ち、図33(a)に示すレンジ
フィルタの出力(コントラスト)が大きい散布図データ
は、比較すべきパターンエッジの対応を表すことにな
る。その理由は、被検査対象物上に形成されたパターン
のエッジからはコントラストが大きく検出されるからで
ある。従って、位置合わせ部286における位置合わせ
が悪いと、上記散布図データが図33(a)に示すよう
に、拡がることになる。そこで、CPU290が、上記
散布図データの拡がりをチェックし、この拡がりが、図
33(b)に示すように、最小となる位置ずれ量を算出
し、この算出された位置ずれ量を位置合わせ部286に
フィードバックしてサブピクセルマッチングを行なうこ
とによって、位置合わせ部286における位置合わせ補
正と前述した局所階調変換部287における明るさ補正
とを同時に行なうことが可能となる。その結果、明るさ
補正だけよりも、分散を最小にすることができ、判定し
きい値を最小化することができ、より一層感度を向上さ
せることができることになる。
Next, the simultaneous correction of the position adjustment in the position adjustment unit 286 and the brightness in the local gradation conversion unit 287 will be described. That is, the scatter diagram data having a large output (contrast) of the range filter shown in FIG. 33A indicates the correspondence of the pattern edges to be compared. The reason is that a large contrast is detected from the edge of the pattern formed on the inspection object. Therefore, if the positioning in the positioning unit 286 is poor, the scatter diagram data spreads as shown in FIG. Accordingly, the CPU 290 checks the spread of the scatter diagram data, calculates the minimum amount of positional shift as shown in FIG. 33B, and uses the calculated positional shift amount as a positioning unit. By performing the sub-pixel matching by feeding back to 286, it is possible to simultaneously perform the alignment correction in the alignment unit 286 and the brightness correction in the local tone conversion unit 287 described above. As a result, the variance can be minimized, the determination threshold value can be minimized, and the sensitivity can be further improved, as compared with the brightness correction alone.

【0074】なお、上記位置ずれ量の算出は、分解散布
図毎に行なって、統合させても良い。
The calculation of the displacement amount may be performed for each disassembled scatter diagram and integrated.

【0075】次に、上記構成の検査装置の動作について
説明する。図1において、スペックルが生じないように
UV光を照明し、ステージ2をX方向に走行して被検査
パターンの半導体ウエハ1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8により前記半導体ウエ
ハ1上に形成された被検査パターン、すなわちチップ内
のメモリマット部及び周辺回路部の明るさ情報(濃淡画
像信号)を検出する。当然、被検査対象物1において、
パターンが形成されていなくても、比較される検出画像
および参照画像にスペックルノイズが生じないので、有
効である。1列分の移動が終わると、隣の列にY方向に
高速移動し、位置決めする。すなわち、等速移動と高速
移動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。そして、
A/D変換器9は、イメージセンサ8の出力(濃淡画像
信号)をディジタル画像信号285に変換する。このデ
ィジタル画像信号285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。
Next, the operation of the inspection apparatus having the above configuration will be described. In FIG. 1, the image sensor 8 illuminates the semiconductor with an image sensor 8 while illuminating with UV light so as not to cause speckle, moving the stage 2 in the X direction and moving the target area of the semiconductor wafer 1 of the pattern to be inspected at a constant speed. A pattern to be inspected formed on the wafer 1, that is, brightness information (shade image signal) of a memory mat portion and a peripheral circuit portion in a chip is detected. Naturally, in the inspection object 1,
Even if the pattern is not formed, the detection image and the reference image to be compared are effective because speckle noise does not occur. When the movement for one row is completed, the head is moved to the next row in the Y direction at a high speed and positioned. That is, the inspection is performed by repeating the constant speed movement and the high speed movement. Of course, a step-and-repeat inspection can be used. And
The A / D converter 9 converts the output (shade image signal) of the image sensor 8 into a digital image signal 285. This digital image signal 285 has a 10-bit configuration. Of course, if there are about 6 bits, there is no particular problem in image processing, but a certain number of bits is required to detect a minute defect.

【0076】設計情報に基いて得られる半導体ウエハ1
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289で入力し
ておくことにより、CPU290は、入力された半導体
ウエハ1上におけるチップ内の配列データ等の座標に基
いて、欠陥検査データを作成して記憶装置291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
表す欠陥信頼度も比較処理部288から得られる欠陥検
査データに付与して記憶装置291に格納する。
Semiconductor wafer 1 obtained based on design information
By inputting the coordinates of the array data and the like in the chip on the input unit 289 composed of a keyboard, a disk, and the like, the CPU 290 can input the coordinates of the array data and the like in the chip on the semiconductor wafer 1. , The defect inspection data is created and stored in the storage device 291. Defect reliability, which indicates the likelihood of a defect described later, is also added to the defect inspection data obtained from the comparison processing unit 288 and stored in the storage device 291.

【0077】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294に表
示することもできるし、またプリンタ等の出力手段29
5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、欠陥検査デー
タ及び欠陥信頼度を送ることもできる。勿論、欠陥信頼
度のみを表示、出力しても構わない。画像入力部292
は、位置合わせ部286から得られる比較する検出画像
と参照画像とを入力し、散布図作成部293において散
布図を求める。散布図の求め方を図27に示す。散布図
は、縦軸と横軸が、比較する2枚の検出画像f(x,
y)、参照画像(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検出画像と参照画像
との特徴量である明るさ以外に、図39に示す如く、明
るさの局所的な傾き(微分値)、明るさのばらつき(標
準偏差)、テクスチャなどをそれぞれ縦軸、横軸として
もよい。
The defect inspection data can be displayed on the display means 294 such as a display as necessary, together with the defect reliability, or can be output on the output means 29 such as a printer.
5 can also be output. In addition, various inspection devices, optical review devices, SEM-type review devices, and defect classifiers (devices that classify defects into defect categories by focusing on their feature amounts. Devices that use neural networks, etc. And the like, defect inspection data and defect reliability can also be sent. Of course, only the defect reliability may be displayed and output. Image input unit 292
Inputs a detected image and a reference image to be compared obtained from the positioning unit 286, and obtains a scatter diagram in the scatter diagram creating unit 293. FIG. 27 shows how to obtain a scatter diagram. In the scatter diagram, the vertical axis and the horizontal axis represent two detected images f (x,
y), and the brightness of the reference image (x, y). The scatter diagram includes, as shown in FIG. 39, a local brightness gradient (differential value) and a brightness variation (brightness) as shown in FIG. (Standard deviation), texture, and the like may be respectively set as the vertical axis and the horizontal axis.

【0078】このように散布図は、図27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、散布図はデータの有無のみを表示しても差し支えな
い。図26に示す如く、CPU290における算出部2
90aは、散布図作成部293において作成された散布
図を基に、散布図上の欠陥の頻度、或いは散布図上の欠
陥の位置、或いは散布図上の欠陥についての相対的な距
離情報、或いはルックアップテーブル290bを参照し
た情報を算出する。このように算出した情報を、欠陥信
頼度として、比較処理部288から得られる欠陥の情報
(欠陥の座標、並びに欠陥の特徴量である欠陥面積、欠
陥の長さ、及び欠陥の明るさの差等)に添付し、記憶装
置291に格納する。
As described above, in the scatter diagram, the frequency is converted into a gray scale value and displayed as shown in FIG. Here, the frequency is 0
Is displayed in gray, low frequency in white, and high frequency in black. Of course, the scatter diagram may display only the presence or absence of data. As shown in FIG. 26, the calculation unit 2 in the CPU 290
90a is based on the scatter diagram created by the scatter diagram creating unit 293, based on the frequency of the defect on the scatter diagram, the position of the defect on the scatter diagram, or relative distance information on the defect on the scatter diagram, or The information referring to the look-up table 290b is calculated. The information calculated in this way is used as the defect reliability as information on the defect obtained from the comparison processing unit 288 (the coordinates of the defect and the difference between the defect area, the defect length, and the defect brightness, which are the characteristic amounts of the defect). Etc.) and stored in the storage device 291.

【0079】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27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
る頻度が高い。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枚の検出画像と参
照画像と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27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わかる。即ち、CPU290は、
散布図作成部293で作成された各点の特徴量(例えば
明るさ、微分値、標準偏差等)に応じて求めた散布図上
において、2乗誤差が最小になる直線を求めることによ
って、この直線からの距離によって欠陥信頼度の情報
(欠陥の相対的な距離)を得ることができる。即ち、図
28に示す如く、各点の特徴量に応じて散布図を求め、
各平面のデータに対して近似直線を求める。特に、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に柔軟性が
あり、望ましい。
Here, a high frequency in the scatter diagram indicates that the point is not likely to be defective. For example, in FIG. 27, pixels corresponding to black data on a scatter diagram have a high frequency, and these pixels have a high probability of being normal portions. On the other hand, a pixel corresponding to white data has a low frequency, indicating that the brightness is only a small number, and the frequency of a defect is high. Thus, it can be said that the frequency information is an important parameter indicating the probability of the defect. Similarly, regarding the position on the scatter diagram, if the two detected images to be compared and the reference image have the same brightness, each point is distributed on a straight line having a slope of 45 degrees. It is a parameter of the probability of an important defect. In FIG. 27, it can be seen that the pixels corresponding to the data that are separated from the straight line (not shown) having a slope of 45 degrees have a low frequency and are highly likely to be defective. That is, the CPU 290
By obtaining a straight line that minimizes the square error on the scatter diagram obtained according to the feature amount (for example, brightness, differential value, standard deviation, etc.) of each point created by the scatter diagram creating unit 293, Defect reliability information (relative distance of defect) can be obtained from the distance from the straight line. That is, as shown in FIG. 28, a scatter diagram is obtained according to the feature amount of each point,
An approximate straight line is obtained for the data of each plane. In particular, by using the fact that frequency is a parameter indicating the likelihood of a defect, in two compared images, each point having a frequency equal to or higher than a certain value is weighted by using a plurality of surrounding pixels that are determined. A straight line that minimizes the squared error is obtained. The size of the area is locally variable according to the frequency of the scatter plot. The variable method is desirable because the method of inputting the frequency and outputting the area size with reference to the look-up table is flexible.

【0080】CPU290は、このようにして得られた
近似直線からゲイン(近似直線の傾き)、およびオフセ
ット(近似直線の切片)を求めて局所階調変換部287
にフィードバックする。局所階調変換部287は、検出
画像f(x,y)に対して、上記ゲインおよびオフセッ
トに基いて明るさ補正をする。次に、比較処理部288
は、このように、明るさ補正された検出画像と参照画像
との差画像を抽出し、この抽出された差画像に対して判
定しきい値で判定して欠陥を出力するとともに、CPU
290は散布図における欠陥についての近似直線からの
距離を求め、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。即ち、散布図に
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。また、近似直線からの画
像全体のばらつきVr、Veを、例えば次の(数11)
式および(数12)式で求められる。ここで、近似直線
をY=m・f(x,y)+nとする。mは傾き、nは切
片である。
The CPU 290 obtains a gain (slope of the approximate line) and an offset (intercept of the approximate line) from the approximate line thus obtained, and obtains a local tone conversion unit 287.
Feedback to The local tone conversion unit 287 performs brightness correction on the detected image f (x, y) based on the gain and the offset. Next, the comparison processing unit 288
Extracts a difference image between the brightness-corrected detected image and the reference image in this way, determines the extracted difference image with a determination threshold value, and outputs a defect.
Numeral 290 is for obtaining a distance from an approximate straight line for a defect in the scatter diagram, and outputting or displaying the distance as a probability of the defect. The smaller this distance is,
It is closer to the normal part, and the larger is the closer to the defect. That is, in the scatter diagram, the frequency decreases as the distance from the approximated straight line increases, and the accuracy of the defect increases. Each point having a frequency equal to or higher than a certain value means, for example, a point having a frequency equal to or lower than 1 is regarded as having a high degree of accuracy of a defect and is excluded from linear approximation. Further, the variations Vr and Ve of the entire image from the approximate straight line are calculated by, for example, the following (Equation 11).
It is obtained by the equation and the equation (12). Here, it is assumed that the approximate straight line is Y = m · f (x, y) + n. m is the slope and n is the intercept.

【0081】[0081]

【数11】 [Equation 11]

【0082】[0082]

【数12】 (Equation 12)

【0083】これらばらつきの情報は、画像全体の一致
度の尺度として使用可能なものである。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することができる。更
に、入力手段289を用いて、例えば、差画像の絶対値
に対して欠陥かどうかを判定する判定しきい値を入力
し、この入力された判定しきい値の線分を、表示部29
4に表示された散布図上にプロットすることによって、
入力した判定しきい値の妥当性を、散布図上において判
断することが可能となる。また、表示された散布図の情
報を参照して、画像に適した判定しきい値を決めること
もできる。即ち、判定しきい値を、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を
検出することが可能となる。例えば、各画素において適
応的に判定しきい値を決定するものとし、散布図の頻度
に応じて判定しきい値を決める。頻度と判定しきい値の
換算は、図26に示すように、ルックアップテーブル
(LUT)290bを用いて実行する。ルックアップテ
ーブル290bの中身、即ち変換の仕方は検査に先立ち
決めておくものとする。
The information on these variations can be used as a measure of the degree of coincidence of the entire image. As described above, it is possible to determine the likelihood of the mismatch information output by the inspection device using the information obtained from the scatter diagram. Further, using the input means 289, for example, a determination threshold value for determining whether or not the absolute value of the difference image is a defect is input, and a line segment of the input determination threshold value is displayed on the display unit 29.
By plotting on the scatter plot shown in 4,
The validity of the inputted determination threshold can be determined on the scatter diagram. In addition, a determination threshold suitable for an image can be determined with reference to the information of the displayed scatter diagram. That is, by determining the determination threshold based on the probability of the above-described defect, it becomes possible to detect the defect with higher reliability. For example, the determination threshold is determined adaptively for each pixel, and the determination threshold is determined according to the frequency of the scatter diagram. The conversion between the frequency and the determination threshold is performed using a look-up table (LUT) 290b as shown in FIG. It is assumed that the contents of the lookup table 290b, that is, the way of conversion are determined before the inspection.

【0084】なお、散布図に使用する画像は、比較する
2枚の検出画像と参照画像であり、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292に入力可能である。図34は、
図1に示した方式に基づき、2枚の検出画像と参照画像
(記憶画像)とを処理した例を示したものである。対象
は、CMP(ケミカル メカニカルポリッシング)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、位置合わせ部286に
おいて、これら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、局所階調変換部287におい
て、CPU290から提供される各散布図から得られる
ゲインおよびオフセットに基いて、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。
The images used in the scatter diagram are two detected images to be compared and a reference image, for example, an image after pixel-by-pixel alignment, but at each stage of image processing, two images are used. Can be input to the image input unit 292. FIG.
2 illustrates an example in which two detected images and a reference image (stored image) are processed based on the method illustrated in FIG. 1. The target is a pattern to be inspected subjected to a flattening process such as CMP (Chemical Mechanical Polishing), and a line and space pattern is detected at the lower right of the image. The upper left is an area without a pattern. The histogram of the image during each process is also shown. As can be seen from the histogram, in the first stage, the brightness of the two images does not match. First, in the positioning unit 286, correlation values of these images are obtained by normalized correlation,
By determining a position where the correlation value is high, positioning is performed in units of pixels. Next, in the local tone conversion unit 287, based on the gain and offset obtained from each scatter diagram provided from the CPU 290, local brightness correction as local tone conversion is performed on the two aligned images. carry out.

【0085】図35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((数6)式およ
び(数7)式または(数10)式に基づく方式)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。2枚の画像の
一致度に関する尺度である傾きは、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、8.5
98となり、明るさの一致度が向上していることがわか
る。
FIG. 35 shows a scatter diagram of an image. At the stage of alignment in units of pixels, since the brightness of the two images does not match, the scatter diagram does not follow a straight line at an oblique angle of 45 degrees, but shows variations from the straight line. However, after the processing of the local tone conversion (the formula (6) and the formula (7) or the formula (10)) according to the present invention, the scatter diagram is distributed near a straight line, It can be seen that there is an effect in terms of equalizing the brightness of the two images. The slope and intercept are the slope and intercept of the line segment fitted to the scatter diagram data. The slope, which is a measure of the degree of coincidence between the two images, was initially 0.705, but becomes 0.986 after local brightness correction, which is local gradation conversion, and the degree of coincidence of brightness is improved. You can see that it is. Further, the value of Ve, which indicates the degree of coincidence between two images, was initially 40.02, but after the local brightness correction as a local gradation conversion, 8.5.
98, indicating that the degree of coincidence of brightness is improved.

【0086】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27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。このような明るさ補正の処理は、比較
する2枚の画像に明るさの違いがあるときに、特に有効
である。明るさの違いは、比較する対応パターンの膜厚
の違いによって起きる。膜厚が異なる場合、照明波長の
帯域が狭いと、薄膜干渉により明るさの違いが大きくな
る。本発明では、偏光状態の制御により、このような影
響を低減しているが、それでも残留する明るさの違い
を、上記補正で解決している。これにより、極めて微小
な100nm以下の欠陥をも検出できる。図33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。判定しきい値は、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、位置合わせ部286において、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、この場合、明る
さ補正がされていないので正常部のデータの分散が大き
くなり、その結果、判定しきい値を、分散が大きく分布
したデータを挟み込むことができるように大きく設定せ
ざるを得ず、高感度に設定することができない。従っ
て、判定しきい値の決定は、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。
In these methods, the numerical values of the entire image are calculated for each image to be compared. However, in the method shown in FIG. 27, the above-mentioned Ve or the like may be obtained for each local size to be converted. Such brightness correction processing is particularly effective when two images to be compared have a difference in brightness. The difference in brightness occurs due to the difference in the film thickness of the corresponding patterns to be compared. When the film thickness is different, if the band of the illumination wavelength is narrow, the difference in brightness increases due to thin-film interference. In the present invention, such an influence is reduced by controlling the polarization state, but the difference in the brightness that still remains is solved by the above correction. As a result, extremely small defects of 100 nm or less can be detected. In the example of FIG. 33, using the scatter diagram after the local brightness correction, information on the likelihood of the defect is given to the mismatch according to the above-described procedure. In the scatter plot, the pixels distributed and distributed around are
High accuracy of defects. The determination threshold can be set using a straight line having a slope of 45 degrees so as to sandwich the distributed data. Of course, even at the stage where the alignment is performed in units of pixels in the alignment unit 286, information on the likelihood of a defect can be similarly extracted from the scatter diagram. However, in this case, since the brightness correction has not been performed, the variance of the data in the normal part increases, and as a result, the determination threshold value must be set large so as to sandwich data with a large variance distribution. And cannot be set to high sensitivity. Therefore, it may be more desirable to use the scatter diagram after the local brightness correction to determine the determination threshold.

【0087】これらの散布図作成、表示、或いは散布図
のデータを用いた判定しきい値の算出等は、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、高感度な検査を実現することができる。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。欠陥の出力リストの例を、図36(a)〜(c)
に示す。階調変換された画像同士を比較演算部288に
おいて比較し、差画像が判定しきい値を越えて欠陥若し
くは欠陥候補として出力したものである。この出力とし
て、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。
The scatter diagram creation and display, or the calculation of the judgment threshold value using the data of the scatter diagram is performed in synchronization with the image detection, for each image or for each pixel of the image. Inspection can be realized. Note that, as described above, the image processing is realized by pipeline-type processing, but any other configuration can be applied. FIGS. 36A to 36C show examples of defect output lists.
Shown in The gradation-converted images are compared with each other by the comparison operation unit 288, and the difference image exceeds the determination threshold and is output as a defect or a defect candidate. This output is an example in which defect reliability is added in addition to numerical values representing the characteristics of a defect, such as a defect number, coordinates, length, and area. Here, the defect numbers are numbers assigned in the order in which the chips to be inspected are scanned. The defect coordinates are positions at which a defect is detected in a coordinate system provided with reference to, for example, a mark or an origin of the chip to be inspected or the like. The length of the defect is the X axis
The length of the defect along the axis. Of course, the length along the long axis and the short axis may be calculated.

【0088】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
についての散布図上の頻度、近似直線からの距離などを
示している。図36(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36(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36(c)は、
散布図における欠陥部の位置座標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、欠陥信頼度としては、欠陥部の画素について
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、欠陥情報に信
頼度情報を付加することにより、欠陥の致命性等の算出
に利用することができる。
These units are, for example, microns, depending on the precision required. The defect reliability is information obtained from the scatter diagram described above. For example, the frequency of the defective pixel on the scatter diagram, the distance from the approximate straight line, and the like are shown. FIG. 36A is based on the frequency of defective portions in the scatter diagram. The lower the frequency, the higher the reliability value of the defect. FIG. 36B is based on the distance of the defective portion from the approximate straight line in the scatter diagram. The longer the distance, the higher the reliability value of the defect. FIG. 36 (c)
This is based on the position coordinates of the defective part in the scatter diagram.
The further away from the straight line having the inclination of 45 degrees, the higher the reliability value of the defect. Of course, the defect reliability may include a plurality of frequencies of the defective portion on the scatter diagram, a distance from the approximate straight line, and the like. When the defect has a plurality of pixels, a statistical value such as an average value or a maximum value of the frequency of each pixel or a median is calculated. In this way, by adding the reliability information to the defect information, the reliability information can be used for calculating the fatality of the defect.

【0089】比較する2枚の画像の明るさの違いを許容
して欠陥を検出する方法を説明する。図37に示すよう
に、比較する2枚の画像f、gの明るさを補正し、画像
F(f)、gを得る。ここで、F(・)は、明るさを変
換する関数である。そして、これらを比較して不一致を
欠陥として検出する。次に、明るさを変換する関数を求
める方法を説明する。図37に示すように、画像の各点
を「カテゴリ空間」にマッピングする。カテゴリ空間と
は、特徴量を軸とした空間である。特徴量としては、例
えば、2枚の画像の局所的な濃淡差(例えば、着目画素
と対応画素の明るさの差)と局所的な画像コントラスト
(例えば、画像fの着目画素を含む2×2画素内の最大
値−最小値)などがある。カテゴリ空間上で、点の集合
をセグメントと定義する。図37では、セグメントA、
セグメントBが存在している。このようにセグメントに
分けることを一般にセグメンテーションと呼ぶ。セグメ
ンテーションには各種手法が開発されている。ここで
は、図28に示した方法に基づき、カテゴリ空間の頻度
データに基づき、分割する。勿論、図29に示した方法
により、コントラストと濃淡差のカテゴリに基づき、分
割してもよい。カテゴリ空間において、各データを囲む
ウインドウ(例えば3×3)を設定し、ウインドウ内の
最大頻度が設定したしきい値となるようにウインドウサ
イズ(例えば5×3)を決める。ウインドウサイズには
上限(例えば9×5)を設ける。そして、同一ウインド
ウ内データを同一セグメントと判断する。頻度が多い点
は、別のカテゴリに属すが、頻度が多いということが正
常パターン部であることを示しているため、別セグメン
トと判断しても問題ない。頻度が少ない点は、広い範囲
を有するセグメントになり(ただし、ウインドウに上限
が設定されているのでそれが最大の範囲に相当)、それ
だけ欠陥の可能性が高くなる。
A method of detecting a defect while allowing a difference in brightness between two images to be compared will be described. As shown in FIG. 37, the brightness of the two images f and g to be compared is corrected to obtain images F (f) and g. Here, F (•) is a function for converting brightness. Then, these are compared to detect a mismatch as a defect. Next, a method of obtaining a function for converting brightness will be described. As shown in FIG. 37, each point of the image is mapped to “category space”. The category space is a space centered on the feature amount. As the feature amount, for example, a local density difference between two images (for example, a difference in brightness between a target pixel and a corresponding pixel) and a local image contrast (for example, 2 × 2 including a target pixel of an image f including the target pixel). (Maximum value-minimum value in a pixel). A set of points is defined as a segment in the category space. In FIG. 37, segment A,
Segment B exists. Such division into segments is generally called segmentation. Various techniques have been developed for segmentation. Here, based on the method shown in FIG. 28, division is performed based on frequency data in the category space. Needless to say, the division may be made based on the categories of the contrast and the light and shade difference by the method shown in FIG. In the category space, a window (for example, 3 × 3) surrounding each data is set, and the window size (for example, 5 × 3) is determined so that the maximum frequency in the window becomes the set threshold value. An upper limit (for example, 9 × 5) is provided for the window size. Then, the data in the same window is determined to be the same segment. A point with a high frequency belongs to another category, but since a high frequency indicates a normal pattern portion, there is no problem in determining that the segment is another segment. The less frequent points are segments with a wider range (however, the upper limit is set on the window, which corresponds to the largest range), and the possibility of defects increases accordingly.

【0090】次に、図37に示すように、セグメントご
とに2枚の画像の散布図(ここでは明るさを軸としてい
る)を作成する。そして、点の集合を直線で近似する。
近似は、線形である必要はなく、多項式等高次の近似で
もよい。この近似直線(曲線)が、明るさ(階調)を変
換する変換式F(・)にあたる。従って、各セグメント
毎に近似直線(曲線)が求められる。比較する2枚の画
像f、gのうち、fの明るさを、図37に示すように、
各画素が属すセグメントの近似直線(曲線)をもとに変
換し、F(f)を得る。ここで、上記狭いウインドウ内
データは同一セグメントに属するので、同一近似直線が
使われ、隣の別ウインドウ内データは別近似直線が使わ
れる。これらは頻度が多いので、近似直線からの各デー
タの距離も短いであろう。
Next, as shown in FIG. 37, a scatter diagram (here, brightness is set as an axis) of two images is created for each segment. Then, the set of points is approximated by a straight line.
The approximation need not be linear, but may be a polynomial higher-order approximation. This approximate straight line (curve) corresponds to a conversion formula F (•) for converting brightness (gradation). Therefore, an approximate straight line (curve) is obtained for each segment. The brightness of f among the two images f and g to be compared is shown in FIG.
Conversion is performed based on the approximate straight line (curve) of the segment to which each pixel belongs to obtain F (f). Here, since the data in the narrow window belongs to the same segment, the same approximate line is used, and the data in another adjacent window uses another approximate line. Since these are frequent, the distance of each data from the approximation line will also be short.

【0091】一方、頻度が少ない点のウインドウが属す
セグメントでは、散布図データもばらつき、近似直線か
らの各データの距離も長くなり、それだけ欠陥の可能性
が増すことになる。セグメントの分け方は、上記の方法
のみによるものではなく、発明の意図を逸脱しない範囲
で別の方法でもよい。また、直線近似の際、頻度の少な
いデータは無視して取り扱わないようにすれば、少数デ
ータにより近似精度が悪くなることを防止できる。得ら
れた画像F(f)とgが明るさ補正された比較すべき画
像となり、これらを比較して欠陥若しくは欠陥候補を検
出する。ここで、明るさ補正していることにより、2枚
の画像の差の判定しきい値も小さい値を設定でき、それ
だけ欠陥検出感度を向上することができる。なお、比較
する2枚の画像f、gは、位置合わせ部286において
前もって位置合せされている。また、ここでは片方の画
像の明るさを補正したが、両方を補正してもよい。
On the other hand, in the segment to which the window of the less frequent point belongs, the scatter diagram data also varies, the distance of each data from the approximate straight line becomes longer, and the possibility of defects increases accordingly. The segmentation method is not limited to the above-described method, and may be another method without departing from the spirit of the invention. In addition, in the case of linear approximation, if the infrequent data is ignored and not handled, it is possible to prevent the approximation accuracy from being deteriorated by the small number of data. The obtained images F (f) and g are brightness-corrected images to be compared, and these are compared to detect a defect or a defect candidate. Here, since the brightness is corrected, the threshold value for determining the difference between the two images can be set to a small value, and the defect detection sensitivity can be improved accordingly. Note that the two images f and g to be compared have been registered in advance by the positioning unit 286. Although the brightness of one image is corrected here, both may be corrected.

【0092】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。
Here, the criticality of a defect indicates the criticality of the defect to the pattern to be inspected, and is determined by, for example, the size of the defect and the coordinates (area) where the defect exists.
The smaller the size of the pattern, the higher the criticality for the same defect size. By using such a fatality determination together with the reliability, it is possible to perform the criticality determination with higher accuracy. Thereby, the process diagnosis of the pattern to be inspected can be performed more accurately.

【0093】次に、比較演算処理部288の他の構成の
実施例について、図38を用いて説明する。即ち、欠陥
抽出回路2881は、比較部288aから得られる2値
化画像(差画像に対して判定しきい値で判定して2値化
した画像)に基いて欠陥または欠陥候補を抽出する回路
である。ゲート回路2882は、欠陥抽出回路2881
で抽出された欠陥または欠陥候補の信号によって、局所
階調変換部287から出力される検出画像と参照画像と
をゲートして取り込む回路である。従って、欠陥または
欠陥候補の検出画像と参照画像とが欠陥画像メモリ28
83に取り込まれることになる。欠陥画像メモリ288
3および表示メモリ2884は、バスを介してPCIア
ダプター2885に接続される。プロセッサエレメント
(PE)は、複数の群(PB0〜PB3)によって構成
される。これらプロセッサエレメント群(PE群)は、
前述した288bおよび288cを構成し、それぞれ、
PCIバスを介してPCIアダプタ2885に接続さ
れ、他方リンクを介して欠陥画像メモリ2883および
表示メモリ2884に接続される。更に管理CPU28
86は、PCIバスに接続して構成される。
Next, another embodiment of the comparison operation processing section 288 will be described with reference to FIG. That is, the defect extraction circuit 2881 is a circuit that extracts a defect or a defect candidate based on the binarized image obtained from the comparing unit 288a (the image binarized by the judgment threshold value for the difference image). is there. The gate circuit 2882 includes a defect extraction circuit 2881
This is a circuit that gates the detected image and the reference image output from the local gradation conversion unit 287 based on the signal of the defect or the defect candidate extracted in step (a). Therefore, the detected image of the defect or defect candidate and the reference image are stored in the defect image memory 28.
83. Defect image memory 288
3 and the display memory 2884 are connected to a PCI adapter 2885 via a bus. The processor element (PE) is composed of a plurality of groups (PB0 to PB3). These processor element groups (PE groups)
The above-mentioned 288b and 288c are constituted,
It is connected to a PCI adapter 2885 via a PCI bus, and is connected to a defective image memory 2883 and a display memory 2883 via a link. Further, the management CPU 28
86 is connected to the PCI bus.

【0094】以上説明した構成により、各プロセッサエ
レメント(PE)により欠陥候補を含む局所画像につい
て詳細解析が行なわれ、致命性を有する欠陥のサブピク
セルでの特徴量(寸法および面積等)が算出され、カテ
ゴリ(異物欠陥、断線欠陥、短絡欠陥、傷等)が付与さ
れて抽出される。即ち、図38に示す構成により、プロ
グラマブルで虚報除去等複雑な処理をリアルタイムで実
行できるようにした。更に、図39に示すように、散布
図に基づく欠陥判定に関して、横軸、縦軸として明るさ
以外の前記した特徴量を採用し、比較処理部288にお
いて高度な欠陥判定を実現し、これにより例えば判定し
きい値を小さくして多めに欠陥候補(2値画像)を得
て、欠陥抽出回路2881において抽出する。図38に
示す画像処理部(PE群を複数並列させて構成される)
は、これら抽出された多数の欠陥候補についての検出画
像信号および参照画像信号を基にふるいにかけて、微細
な欠陥を検出する一方で誤検出を防止するといった、高
感度欠陥判定を実現する。さらに、画像処理部(PE
群)は、欠陥検出と並行して、ショートや断線、あるい
はその致命性などの欠陥の分類なども実施可能である。
With the above-described configuration, each processor element (PE) performs a detailed analysis on a local image including a defect candidate, and calculates a characteristic amount (dimension and area, etc.) of a subpixel of a fatal defect. And categories (foreign matter defect, disconnection defect, short circuit defect, scratch, etc.) are given and extracted. That is, with the configuration shown in FIG. 38, it is possible to execute complicated processing such as false alarm removal in real time. Further, as shown in FIG. 39, regarding the defect determination based on the scatter diagram, the horizontal axis and the vertical axis adopt the above-described feature amounts other than the brightness, and the comparison processing unit 288 realizes an advanced defect determination. For example, a large number of defect candidates (binary images) are obtained by reducing the determination threshold, and are extracted by the defect extraction circuit 2881. Image processing unit shown in FIG. 38 (configured by arranging a plurality of PE groups in parallel)
Realizes high-sensitivity defect determination, such as sieving based on the detected image signals and reference image signals of a large number of these extracted defect candidates, while detecting small defects while preventing erroneous detection. Further, the image processing unit (PE
Group), it is possible to classify defects such as short-circuits, disconnections, or fatalities thereof in parallel with defect detection.

【0095】即ち、図38に示す如く、複数のアルゴリ
ズムを搭載し、自動的に或いは指定によりこれらのアル
ゴリズムや判定しきい値を選択可能にして構成した画像
処理部(PE部)を複数PCIバスおよびリンクに接続
して構成する。即ち、複数設けられた画像処理部(PE
部)は、欠陥抽出回路2881で抽出された欠陥候補に
ついてゲート2882を介して得られる検出画像信号お
よび参照画像信号に対して上記選択されたアルゴリズム
や判定しきい値を基に、試料1に形成されたパターンの
検出すべき欠陥を検出する。PE部(プロセッサエレメ
ント)に搭載するソフトウエア(アルゴリズム)は、ユ
ーザが指定した検出すべき欠陥や検出を希望しない虚報
を判別する機能を有する。即ち、PE部は、ユーザの希
望に合わせた複数のアルゴリズムを搭載可能とする。例
えば、試料の品種や製造工程毎に搭載ソフトウエアを選
択し、入れ替えて実現する。この選択は、自動で実行し
てもよいし、マニュアルで指定してもよい。そして、各
画像処理部(各PE部)は、選択したアルゴリズムに応
じて、判定しきい値も設定変更可能とする。また、アル
ゴリズムは後でも搭載可能な構成をとる。
That is, as shown in FIG. 38, an image processing section (PE section) having a plurality of algorithms mounted thereon and capable of selecting these algorithms and judgment thresholds automatically or by designating a plurality of PCI buses. And connected to the link. That is, a plurality of image processing units (PE
Section) forms a defect candidate extracted by the defect extraction circuit 2881 on the sample 1 based on the selected algorithm and the judgment threshold for the detected image signal and the reference image signal obtained through the gate 2882. A defect to be detected of the pattern thus detected is detected. Software (algorithm) installed in the PE unit (processor element) has a function of determining a defect to be detected specified by the user or a false report not desired to be detected. That is, the PE unit can mount a plurality of algorithms according to the user's request. For example, it is realized by selecting and replacing mounted software for each kind of sample and each manufacturing process. This selection may be performed automatically or manually. Each image processing unit (each PE unit) can also change the setting of the determination threshold value according to the selected algorithm. The algorithm has a configuration that can be mounted later.

【0096】ここで、上記した画像検出、処理を各画素
10MHz以上で処理するものである。そうすれば、直
径200mm相当のウエハを1時間あたり3枚以上のス
ループットに相当する速度で、100nm以下(特に5
0nm以下)の欠陥を含んで検出でき、半導体製造ライ
ンにおいて、有効な検査情報を適度な時間で出力するこ
とができる。
Here, the above-described image detection and processing are performed at 10 MHz or more for each pixel. Then, at a speed corresponding to a throughput of three or more wafers equivalent to 200 mm in diameter per hour, 100 nm or less (particularly, 5 mm or less).
(0 nm or less), and effective inspection information can be output in an appropriate time in a semiconductor manufacturing line.

【0097】また、検査装置の機差の評価に、前述した
散布図を用いることができる。即ち、被検査対象1の同
一位置を、検査装置Aで検出した検出画像と検査装置B
で検出した検出画像との明るさを縦軸、横軸にとり、画
像の明るさをプロットする。機差がなければ、45度の
直線にデータがのり、機差があると直線からずれる。こ
のずれの具合いを見て、機差の程度を評価できる。傾き
45度の直線からのばらつきの大小により判断できる。
また、前述のばらつき尺度Vr,Veを用いて、その大
小により判断してもよい。
Further, the above-mentioned scatter diagram can be used for evaluating the machine difference of the inspection apparatus. That is, the same position of the inspection object 1 is detected by the inspection device A and the inspection image of the inspection device B.
The brightness with respect to the detected image is plotted on the vertical and horizontal axes, and the brightness of the image is plotted. If there is no machine difference, the data will be on a 45 ° straight line, and if there is a machine difference, it will deviate from the straight line. The degree of the machine difference can be evaluated by looking at the degree of the deviation. Judgment can be made based on the magnitude of the variation from the straight line having an inclination of 45 degrees.
Alternatively, the determination may be made based on the magnitude using the above-described variation scales Vr and Ve.

【0098】以上に説明した本発明により、高輝度のU
V若しくはDUV照明が得られ、高解像度の画像を短時
間で撮像することでき、結果として高速かつ高感度な検
査装置を得ることができる。検出したパターンの欠陥
は、その位置、寸法を出力するものである。特に、上記
被検査対象物(試料)1としては、SiO2などの絶縁
膜に形成されたビア(コンタクト)ホールや配線の溝に
Cuなどの導電性金属を成膜によって埋め込みを行な
い、CMPなどの研磨によって余分な堆積部分を除去し
てホールの埋め込み配線を行なったCuなどのダマシン
がある。従って、本発明に係る検査方法およびその装置
をCuなどのダマシンに適用することが可能である。ま
た、本発明に係るDUV光(266nmや248nmの
光)を用いた検査方法およびその装置を、0.07μm
デザインルール以下のデバイスに適用した場合、0.0
7μmよりも小さな超微細な欠陥を検出することができ
る点で非常に有効である。
According to the present invention described above, high brightness U
V or DUV illumination can be obtained, a high-resolution image can be captured in a short time, and as a result, a high-speed and high-sensitivity inspection device can be obtained. The detected pattern defect outputs its position and size. In particular, as the inspection object (sample) 1, a conductive metal such as Cu is buried in a via (contact) hole or a groove of a wiring formed in an insulating film such as SiO 2 by film formation, and CMP or the like is performed. There is a damascene such as Cu in which an excess deposited portion is removed by polishing to form a hole buried wiring. Therefore, the inspection method and apparatus according to the present invention can be applied to damascene such as Cu. In addition, the inspection method and apparatus using the DUV light (light of 266 nm or 248 nm) according to the present invention is 0.07 μm
0.0 when applied to devices below design rules
This is very effective in that an ultrafine defect smaller than 7 μm can be detected.

【0099】[0099]

【発明の効果】本発明によれば、高解像化に必須な短波
長照明で、しかもその実用化に有利なレーザ光源により
通常の放電管照明と同等以上の品質の像を、より高感度
・高速に得ることができ、微細な欠陥を高感度に検出す
ることができるという効果が得られる。
According to the present invention, an image having a quality equal to or higher than that of ordinary discharge tube illumination can be obtained with a short wavelength illumination which is essential for high resolution and a laser light source which is advantageous for its practical use. The effect of being able to obtain at high speed and to be able to detect minute defects with high sensitivity is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る被検査パターンの欠陥検査装置の
概略構成を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a defect inspection apparatus for a pattern to be inspected according to the present invention.

【図2】放電管照明の発光スペクトルを説明する図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating an emission spectrum of discharge tube illumination.

【図3】放電管照明による検出対物レンズの瞳上と視野
上の照明状況を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an illumination state on a pupil and a visual field of a detection objective lens by discharge tube illumination.

【図4】レーザ照明による検出対物レンズの瞳上と視野
上の照明状況及び、視野上のパターン、及びそれからの
検出信号を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an illumination state on a pupil and a field of view of a detection objective lens by laser illumination, a pattern on the field of view, and a detection signal therefrom.

【図5】瞳上で広げたレーザ照明による検出対物レンズ
の瞳上と視野上の照明状況を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an illumination state on a pupil and a field of view of a detection objective lens by laser illumination expanded on a pupil.

【図6】本発明に係るレーザ照明による検出対物レンズ
の瞳上と視野上の照明状況を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an illumination state on a pupil and a field of view of a detection objective lens by laser illumination according to the present invention.

【図7】本発明に係る視野上でのCCD検出器と照明領
域の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a CCD detector and an illumination area in a visual field according to the present invention.

【図8】本発明に係る視野上でのCCD検出器と照明領
域の関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a CCD detector and an illumination area in a visual field according to the present invention.

【図9】本発明に係るレーザ照明による検出対物レンズ
の瞳上と視野上のCCD検出器と照明状況を示す図であ
る。
FIG. 9 is a view showing a CCD detector on a pupil and a field of view of a detection objective lens by laser illumination according to the present invention and an illumination state.

【図10】本発明に係るレーザ照明による検出対物レン
ズの瞳上と視野上のTDI検出器と照明状況を示す図で
ある。
FIG. 10 is a diagram showing a TDI detector on a pupil and a field of view of a detection objective lens by laser illumination according to the present invention and an illumination state.

【図11】本発明に係るガラスロッドレンズ群の概略の
構成を示す斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of a glass rod lens group according to the present invention.

【図12】本発明に係るマルチシリンドリカルレンズア
レイの概略の構成を示す斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of a multi-cylindrical lens array according to the present invention.

【図13】本発明に係るレーザ照明による輪帯照明を行
う状況を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a situation in which annular illumination is performed by laser illumination according to the present invention.

【図14】本発明に係るTDIイメージセンサの側面図
である。
FIG. 14 is a side view of the TDI image sensor according to the present invention.

【図15】レーザ光源からのビームが持つ強度分布を説
明した図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating an intensity distribution of a beam from a laser light source.

【図16】本発明に係るレーザ照明光学系の略断面図で
ある。
FIG. 16 is a schematic sectional view of a laser illumination optical system according to the present invention.

【図17】本発明に係るレーザ照明光学系の概略の構成
を示す斜視図である。
FIG. 17 is a perspective view showing a schematic configuration of a laser illumination optical system according to the present invention.

【図18】本発明に係るレーザ照明光学系の概略の構成
を示す斜視図である。
FIG. 18 is a perspective view showing a schematic configuration of a laser illumination optical system according to the present invention.

【図19】本発明に係るレーザ照明を瞳上で走査する機
構の概略の構成を示す正面の略断面図である。
FIG. 19 is a schematic front cross-sectional view showing a schematic configuration of a mechanism for scanning a pupil with laser illumination according to the present invention.

【図20】本発明に係るレーザ照明の空間的コヒーレン
スを低減する概略構成を説明する正面図である。
FIG. 20 is a front view illustrating a schematic configuration for reducing spatial coherence of laser illumination according to the present invention.

【図21】本発明に係るレーザ照明の空間的コヒーレン
スを低減する概略構成を説明する正面図である。
FIG. 21 is a front view illustrating a schematic configuration for reducing spatial coherence of laser illumination according to the present invention.

【図22】本発明に係るレーザ照明の空間的コヒーレン
スを低減する概略構成を説明する正面図である。
FIG. 22 is a front view illustrating a schematic configuration for reducing spatial coherence of laser illumination according to the present invention.

【図23】本発明に係るレーザ照明の空間的コヒーレン
スを低減する概略構成を説明する正面図である。
FIG. 23 is a front view illustrating a schematic configuration for reducing the spatial coherence of laser illumination according to the present invention.

【図24】本発明に係るレーザ照明の空間的コヒーレン
スを低減する概略構成を説明する正面図である。
FIG. 24 is a front view illustrating a schematic configuration for reducing spatial coherence of laser illumination according to the present invention.

【図25】本発明に係る欠陥を検出するための概略の信
号の流れを示すブロック図である。
FIG. 25 is a block diagram showing a schematic signal flow for detecting a defect according to the present invention.

【図26】本発明に係る判定しきい値を決定する概略の
信号の流れを示すブロック図である。
FIG. 26 is a block diagram showing a schematic signal flow for determining a determination threshold value according to the present invention.

【図27】本発明に係る散布図を説明する図である。FIG. 27 is a diagram illustrating a scatter diagram according to the present invention.

【図28】本発明に係る明るさ補正を説明する図であ
る。
FIG. 28 is a diagram illustrating brightness correction according to the present invention.

【図29】本発明に係るカテゴリ別(コントラストの
値)に応じて散布図を分解することによって正常部のデ
ータの拡がりを抑える実施例を説明する図である。
FIG. 29 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention in which the spread of data in a normal part is suppressed by decomposing a scatter diagram according to categories (contrast values).

【図30】図29に示す各散布図毎に最近傍決定則に基
づくカテゴリ分類による正常カテゴリを用いて直線近似
について説明するための図である。
30 is a diagram for explaining linear approximation using a normal category based on a category classification based on the nearest neighbor decision rule for each scatter diagram shown in FIG. 29;

【図31】本発明に係る各散布図から得られる最小自乗
近似直線に基づく検出画像信号の階調変換補正(明るさ
補正)について説明するための図である。
FIG. 31 is a diagram for explaining gradation conversion correction (brightness correction) of a detected image signal based on a least square approximation straight line obtained from each scatter diagram according to the present invention.

【図32】本発明に係る分類カテゴリおよびその頻度の
一例を示す図である。
FIG. 32 is a diagram showing an example of classification categories and their frequencies according to the present invention.

【図33】本発明に係るサブピクセル単位での位置ずれ
と明るさ(階調値)の同時補正について説明するための
図である。
FIG. 33 is a diagram for describing simultaneous correction of displacement and brightness (gradation value) in sub-pixel units according to the present invention.

【図34】本発明に係る位置ずれ補正および局所的明る
さ補正を含む欠陥判定のフローを説明する図である。
FIG. 34 is a diagram illustrating a flow of defect determination including displacement correction and local brightness correction according to the present invention.

【図35】本発明に係る散布図の例を説明する図であ
る。
FIG. 35 is a diagram illustrating an example of a scatter diagram according to the present invention.

【図36】本発明に係る欠陥出力を説明する図である。FIG. 36 is a diagram illustrating a defect output according to the present invention.

【図37】本発明に係る明るさを変換する関数を求める
方法を説明する図である。
FIG. 37 is a diagram illustrating a method for obtaining a function for converting brightness according to the present invention.

【図38】本発明に係る比較処理部の具体的構成を示す
図である。
FIG. 38 is a diagram showing a specific configuration of a comparison processing unit according to the present invention.

【図39】本発明に係るカテゴリ別(例えば、コントラ
ストの値)に応じて各種特徴量を軸とする散布図を分解
する実施例を説明する図である。
FIG. 39 is a diagram illustrating an embodiment of disassembling a scatter diagram with various feature amounts as axes according to categories (for example, contrast values) according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…披検査試料(半導体ウエハ)、2…ステージ、3…
レーザ光源(UV光源)、4…可干渉性低減光学系(コ
ヒーレンス低減光学系)、5…ビームスプリッタ(偏光
ビームスプリッタ)、6…偏光素子群、7…対物レン
ズ、7a…瞳(瞳面)、8…検出器(イメージセンサ:
TDIセンサ)、9…A/D変換器、10…階調変換
器、11…遅延メモリ、19…信号処理回路、21…ビ
ーム成形機構(ビームエキスパンダ)、22…第1集光
レンズ(f−θレンズ)、25…レンズアレイ(シリン
ドリカルレンズ若しくはそのアレイ)、26…拡散板、
195、198…走査機構(走査ミラー)、199…第
2集光レンズ、231…第1瞳共役面、232…第2投
影レンズ、233…第2瞳共役面、235…UV平行光
束、241…偏光素子、242…検光子、252…光源
群、253…輪帯状照明、285…位置合わせ部、28
7…局所階調変換部、288…比較処理部、289…入
力手段、290…CPU、291…記憶装置、292…
画像入力部、293…散布図作成部、294…表示手段
(ディスプレイ)、295…出力手段、2881…欠陥
抽出回路、2882…ゲート回路、2883…欠陥画像
メモリ、2884…表示メモリ、2885…PCIアダ
プタ、PE…プロセンサエレメント(画像処理部)。
1. Inspection sample (semiconductor wafer), 2. Stage, 3.
Laser light source (UV light source), 4 ... Coherence reducing optical system (Coherence reducing optical system), 5 ... Beam splitter (Polarizing beam splitter), 6 ... Polarizing element group, 7 ... Objective lens, 7a ... Pupil (pupil plane) , 8 ... detector (image sensor:
TDI sensor), 9 A / D converter, 10 gradation converter, 11 delay memory, 19 signal processing circuit, 21 beam forming mechanism (beam expander), 22 first condenser lens (f) -Θ lens), 25 ... Lens array (cylindrical lens or its array), 26 ... Diffusion plate,
195, 198 scanning mechanism (scanning mirror), 199 second condenser lens, 231 first pupil conjugate plane, 232 second projection lens, 233 second pupil conjugate plane, 235 UV parallel light flux, 241 Polarizing element, 242: analyzer, 252: light source group, 253: annular illumination, 285: positioning unit, 28
7 Local gradation conversion unit, 288 Comparison processing unit, 289 Input means, 290 CPU, 291 Storage device, 292
Image input unit, 293 scatter diagram creation unit, 294 display unit (display), 295 output unit, 2881 defect extraction circuit, 2882 gate circuit, 2883 defect image memory, 2884 display memory, 2885 PCI adapter , PE: Pro sensor element (image processing unit).

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01B 11/24 F (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 ▲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 宇都 幸雄 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 中田 俊彦 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 宍戸 弘明 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 AA56 BB02 BB18 CC18 CC19 CC25 DD04 DD06 DD09 DD16 EE00 EE08 EE09 FF42 FF48 FF49 FF67 GG04 GG22 HH05 HH08 HH17 JJ02 JJ09 JJ25 LL04 LL05 LL08 LL09 LL10 LL12 LL13 LL15 LL21 LL30 LL34 LL35 LL36 LL37 LL46 LL49 LL53 LL57 LL62 LL65 MM02 MM16 MM24 MM28 NN06 PP12 PP13 QQ00 QQ03 QQ04 QQ08 QQ11 QQ13 QQ17 QQ18 QQ21 QQ23 QQ24 QQ25 QQ26 QQ27 QQ29 QQ36 QQ38 QQ41 QQ42 QQ47 RR01 RR02 RR05 RR06 UU07 2G051 AA51 AA56 AA73 AB01 AB02 AB20 BA05 BA10 BA11 BA20 CA03 CA04 CB01 CC13 DA07 DA08 EA04 EA08 EA09 EA11 EA12 EA14 EB01 EB02 EC03 EC06 ED07 FA10 4M106 AA01 BA05 BA07 CA39 CA50 DB04 DB07 DB08 DB13 DB14 DB19 DB20 DB21 DB30 DJ04 DJ06 DJ18 DJ20 DJ21 5B057 AA03 BA01 BA21 CA08 CA12 CB08 CB12 CC01 CH11 DA03 DA06 DA07 DB02 DB09 DC31Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) G01B 11/24 F (72) Inventor Yukihiro Shibata 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref. Hitachi, Ltd. Production Technology In the laboratory (72) Inventor ▲ Yoshi ▼ Minoru 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Hitachi, Ltd. (72) Inventor Toshihiko Nakata 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Incorporated Hitachi Manufacturing Co., Ltd. (72) Hiroaki Shishido 292, Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa F-term in Hitachi, Ltd. Production Technology Research Laboratory (Reference) 2F065 AA49 AA56 BB02 BB18 CC18 CC19 CC25 DD04 DD06 DD09 DD16 EE00 EE08 EE09 FF42 FF48 FF49 FF67 GG04 GG22 LL05 LL12 LL30 LL34 LL35 LL36 LL37 LL47 CA04 CB01 CC13 DA07 DA08 EA04 EA08 EA09 EA11 EA12 EA14 EB01 EB02 EC03 EC06 ED07 FA10 4M106 AA01 BA05 BA07 CA39 CA50 DB04 DB07 DB08 DB13 DB14 DB19 DB20 DB21 DB30 DJ04 DJ06 DJ18 DJ20 DJ21 5B007 AA03 BA01 BA21 DA02 DB02 DB09 DC31

Claims (37)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ光を出射するレーザ光源と、該レー
ザ光源から出射したレーザ光の可干渉性を低減して試料
上に照射する照射手段と、該照射手段により可干渉性が
低減されて照射された試料を撮像して画像信号を検出す
る画像検出手段と、該画像検出手段で検出された検出画
像信号に関する情報に基いて試料に形成されたパターン
の欠陥を検出する欠陥検出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。
1. A laser light source for emitting laser light, irradiation means for reducing the coherence of the laser light emitted from the laser light source and irradiating the sample on a sample, and the coherence reduced by the irradiation means. Image detecting means for picking up an image of the irradiated sample and detecting an image signal; and defect detecting means for detecting a defect in a pattern formed on the sample based on information on the detected image signal detected by the image detecting means. A pattern defect inspection device, comprising:
【請求項2】UV光を出射する光源と、該光源から出射
したUV光の可干渉性を低減して試料上に照射する照射
手段と、該照射手段により可干渉性が低減されて照射さ
れた試料を撮像して画像信号を検出する画像検出手段
と、該画像検出手段で検出された検出画像信号に関する
情報に基いて試料に形成されたパターンの欠陥を検出す
る欠陥検出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. A light source for emitting UV light, irradiation means for reducing the coherence of the UV light emitted from the light source and irradiating the sample on a sample, and irradiation with reduced coherence by the irradiation means. Image detecting means for capturing an image of the sample and detecting an image signal, and defect detecting means for detecting a defect of a pattern formed on the sample based on information on the detected image signal detected by the image detecting means. A pattern defect inspection device characterized by the above-mentioned.
【請求項3】UVレーザ光を出射するUVレーザ光源
と、該UVレーザ光源から出射したUVレーザ光の可干
渉性を低減して試料上に照射する照射手段と、偏光の状
態を制御する偏光制御手段と、前記照射手段により可干
渉性が低減されて照射され、前記偏光制御手段により偏
光の状態が制御された試料を撮像して画像信号を検出す
る画像検出手段と、該画像検出手段で検出された検出画
像信号に関する情報に基いて試料に形成されたパターン
の欠陥を検出する欠陥検出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。
3. A UV laser light source for emitting a UV laser light, irradiation means for reducing the coherence of the UV laser light emitted from the UV laser light and irradiating the sample onto a sample, and polarized light for controlling the state of polarization. A control unit, an image detecting unit that irradiates the sample with the coherence reduced by the irradiating unit and detects an image signal by capturing an image of a sample whose polarization state is controlled by the polarization controlling unit, and an image detecting unit. A defect detecting means for detecting a defect of a pattern formed on the sample based on information on the detected image signal detected.
【請求項4】UV光を出射する光源と、該光源から出射
したUV光の可干渉性を低減して対物レンズを介して試
料上に照射する照射手段と、該照射手段により可干渉性
が低減されて照射された試料を前記対物レンズを介して
撮像して画像信号を検出する画像検出手段と、該画像検
出手段で検出された検出画像信号に関する情報に基いて
試料に形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出手
段とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検査装置。
4. A light source for emitting UV light, irradiation means for reducing the coherence of the UV light emitted from the light source and irradiating the sample via an objective lens, and the coherence is reduced by the irradiation means. Image detecting means for imaging the reduced and irradiated sample through the objective lens and detecting an image signal; and a pattern formed on the sample based on information on the detected image signal detected by the image detecting means. A pattern defect inspection apparatus comprising: a defect detection unit configured to detect a defect.
【請求項5】前記照射手段は、試料上に照射する対物レ
ンズと、前記光を前記対物レンズの瞳上に集光させる集
光光学系と、該集光光学系で集光した光点又は光束を前
記瞳上で走査させる光走査部とを備えて構成することを
特徴とする請求項1又は2又は3記載のパターン欠陥検
査装置。
5. An irradiating means comprising: an objective lens for irradiating a sample, a condensing optical system for condensing the light on a pupil of the objective lens, and a light spot or light spot condensed by the condensing optical system. The pattern defect inspection apparatus according to claim 1, further comprising: an optical scanning unit configured to scan a light beam on the pupil.
【請求項6】前記光走査部は、回転運動するミラーで構
成することを特徴とする請求項5記載のパターン欠陥検
査装置。
6. The pattern defect inspection apparatus according to claim 5, wherein said optical scanning section is constituted by a mirror which rotates.
【請求項7】前記画像検出手段は、蓄積型のイメージセ
ンサ手段を有して構成することを特徴とする請求項1又
は2又は3又は4記載のパターン欠陥検査装置。
7. The pattern defect inspection apparatus according to claim 1, wherein said image detecting means comprises an accumulation type image sensor means.
【請求項8】前記欠陥検出手段は、参照画像信号を記憶
する記憶部と、前記画像検出手段から検出される検出画
像信号と前記記憶部に記憶された参照画像信号とを比較
することにより試料に形成されたパターンの欠陥を検出
する欠陥検出部とを有することを特徴とする請求項1又
は2又は3又は4記載のパターン欠陥検査装置。
8. The sample detecting device according to claim 1, wherein the defect detecting unit compares the detected image signal detected by the image detecting unit with the reference image signal stored in the storing unit. 5. The pattern defect inspection apparatus according to claim 1, further comprising: a defect detection unit configured to detect a defect of a pattern formed in the pattern inspection apparatus.
【請求項9】前記欠陥検出手段は、参照画像信号を記憶
する記憶部と、前記画像検出手段から検出される検出画
像信号の正常部における明るさと前記記憶部に記憶され
た参照画像信号の正常部における明るさとをほぼ同じよ
うになるように画像信号の明るさを補正する明るさ補正
部と、該明るさ補正部で補正された検出画像信号と参照
画像信号とを比較することにより試料に形成されたパタ
ーンの欠陥を検出する欠陥検出部とを有することを特徴
とする請求項1又は2又は3又は4記載のパターン欠陥
検査装置。
9. A defect detecting means, comprising: a storage unit for storing a reference image signal; a brightness of a normal part of the detected image signal detected by the image detecting means; and a normality of the reference image signal stored in the storage unit. A brightness correction unit that corrects the brightness of the image signal so that the brightness in the unit becomes almost the same, and compares the detected image signal corrected by the brightness correction unit with the reference image signal to the sample. The pattern defect inspection apparatus according to claim 1, further comprising: a defect detection unit configured to detect a defect of the formed pattern.
【請求項10】前記欠陥検出手段は、参照画像信号を記
憶する記憶部と、前記画像検出手段から検出される検出
画像信号の正常部における特徴量と前記記憶部に記憶さ
れた参照画像信号の正常部における特徴量との対応関係
を示す散布図を作成する散布図作成部と、該散布図作成
部で作成された散布図に基いて画像信号の階調値を補正
する階調変換部と、該階調変換部で補正された検出画像
信号と参照画像信号とを比較することにより試料に形成
されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出部とを有する
ことを特徴とする請求項1又は2又は3又は4記載のパ
ターン欠陥検査装置。
10. A defect detecting means, comprising: a storage unit for storing a reference image signal; a feature amount of a detected image signal detected by the image detecting unit in a normal part; and a reference image signal stored in the storage unit. A scatter diagram creator that creates a scatter diagram showing a correspondence relationship with the feature amount in the normal portion, and a tone converter that corrects the tone value of the image signal based on the scatter diagram created by the scatter diagram creator. A defect detection unit for detecting a defect of a pattern formed on the sample by comparing the detected image signal corrected by the gradation conversion unit with a reference image signal. Or the pattern defect inspection device according to 3 or 4.
【請求項11】前記偏光手段は、前記UVレーザ光源と
前記試料上とを結ぶ光路内に配置した1/4波長板若し
くは1/2波長板と1/4波長板、並びに、前記試料と
前記画像検出手段の検出器と結ぶ光路中に配置した検光
子、の何れか一方又はその両方を有することを特徴とす
る請求項3記載のパターン欠陥検査装置。
11. A polarizing plate comprising: a quarter-wave plate or a half-wave plate and a quarter-wave plate disposed in an optical path connecting the UV laser light source and the surface of the sample; 4. The pattern defect inspection apparatus according to claim 3, further comprising one or both of an analyzer arranged in an optical path connected to a detector of the image detecting means.
【請求項12】前記1/2波長板若しくは1/4波長
板、並びに前記検光子のうち、少なくとも一つを回転可
能な構成としたことを特徴とする請求項11記載のパタ
ーン欠陥検査装置。
12. A pattern defect inspection apparatus according to claim 11, wherein at least one of said half-wave plate or quarter-wave plate and said analyzer is rotatable.
【請求項13】前記画像検出手段は、UV光に対して感
度を有する時間遅延積分型(TDI)のイメージセンサ
を有することを特徴とする請求項2又は3記載のパター
ン欠陥検査装置。
13. The pattern defect inspection apparatus according to claim 2, wherein said image detecting means has a time delay integration type (TDI) image sensor having sensitivity to UV light.
【請求項14】前記時間遅延積分型(TDI)のイメー
ジセンサは、アンチブルーミングTDIセンサであるこ
とを特徴とする請求項13記載のパターン欠陥検査装
置。
14. The pattern defect inspection apparatus according to claim 13, wherein said time delay integration type (TDI) image sensor is an anti-blooming TDI sensor.
【請求項15】前記時間遅延積分型(TDI)のイメー
ジセンサは、裏面照射型TDIセンサであることを特徴
とする請求項13記載のパターン欠陥検査装置。
15. The pattern defect inspection apparatus according to claim 13, wherein said time delay integration type (TDI) image sensor is a backside illumination type TDI sensor.
【請求項16】前記欠陥検出手段は、検出するパターン
の欠陥についての位置及び寸法に関する情報を出力する
ことを特徴とする請求項1又は2又は3又は4記載のパ
ターン欠陥検査装置。
16. The pattern defect inspection apparatus according to claim 1, wherein said defect detection means outputs information on a position and a size of a defect of a pattern to be detected.
【請求項17】レーザ光を出射するレーザ光源と、該レ
ーザ光源から出射したレーザ光の可干渉性を低減して試
料上に照射する照射手段と、該照射手段により照射され
た試料の画像を検出する画像検出手段と、該画像検出手
段で検出された試料の画像を処理する画像処理手段を有
し、直径200mm相当のウエハを1時間あたり3枚以
上のスループットに相当する速度で処理して、前記試料
に形成されたパターンに対し100nmの欠陥を含んで
検出することを特徴とするパターン欠陥検査装置。
17. A laser light source for emitting laser light, irradiation means for reducing the coherence of the laser light emitted from the laser light source, and irradiating the sample on the sample, and an image of the sample irradiated by the irradiation means. And an image processing unit for processing an image of the sample detected by the image detecting unit. The processing unit processes a wafer having a diameter of 200 mm at a speed corresponding to a throughput of three or more wafers per hour. A pattern defect inspection apparatus for detecting a pattern formed on the sample including a defect of 100 nm.
【請求項18】複数のアルゴリズムを搭載し、自動的に
或いは指定によりこれらのアルゴリズムや判定しきい値
を選択可能とした画像処理部を複数備え、試料に形成さ
れたパターンの欠陥を検出することを特徴とするパター
ン欠陥検査装置。
18. A method for detecting a defect in a pattern formed on a sample, comprising a plurality of image processing units equipped with a plurality of algorithms and capable of selecting these algorithms and judgment threshold values automatically or by designation. A pattern defect inspection apparatus characterized by the following.
【請求項19】UV光を可干渉性を低減してパターンが
形成された試料上に照射し、該照射された試料を撮像し
て検出画像信号を得、該得られた検出画像信号を参照画
像信号と比較してパターンの欠陥を検出することを特徴
とするパターン欠陥検査方法。
19. A sample on which a pattern is formed by irradiating UV light with reduced coherence, an image of the sample irradiated is obtained to obtain a detection image signal, and the obtained detection image signal is referred to. A pattern defect inspection method, wherein a pattern defect is detected by comparing the pattern defect with an image signal.
【請求項20】UV光を対物レンズの瞳上に集光して走
査することによりUV光を可干渉性を低減してパターン
が形成された試料上に照射し、該照射された試料を撮像
して検出画像信号を得、該得られた検出画像信号を参照
画像信号と比較してパターンの欠陥を検出することを特
徴とするパターン欠陥検査方法。
20. A method in which the UV light is focused on a pupil of an objective lens and scanned to irradiate the UV light onto a sample on which a pattern is formed with reduced coherence, and the irradiated sample is imaged. A detected image signal, and comparing the obtained detected image signal with a reference image signal to detect a pattern defect.
【請求項21】UV光を可干渉性を低減してパターンが
形成された試料上に照射し、該照射された試料を撮像し
て検出画像信号を得、該得られた検出画像信号の正常部
における明るさと参照画像信号の正常部における明るさ
とがほぼ同じになるように画像信号の明るさ補正を行
い、該明るさ補正を行った検出画像信号と参照画像信号
とを比較してパターンの欠陥を検出することを特徴とす
るパターン欠陥検査方法。
21. Irradiating a sample on which a pattern is formed with UV light with reduced coherence, imaging the illuminated sample to obtain a detection image signal, and normalizing the obtained detection image signal. The brightness of the image signal is corrected so that the brightness in the portion and the brightness in the normal portion of the reference image signal are substantially the same, and the detected image signal subjected to the brightness correction is compared with the reference image signal to determine the pattern. A pattern defect inspection method characterized by detecting a defect.
【請求項22】UV光を可干渉性を低減してパターンが
形成された試料上に照射し、該照射された試料を撮像し
て検出画像信号を得、該得られた検出画像信号と参照画
像信号とを少なくとも画素単位で位置合わせを行ない、
この位置合わせされた検出画像信号の正常部における階
調値と参照画像信号の正常部における階調値とがほぼ同
じになるように画像信号の階調値補正を行い、該階調値
補正を行った検出画像信号と参照画像信号とを比較して
パターンの欠陥を検出することを特徴とするパターン欠
陥検査方法。
22. Irradiating a sample on which a pattern is formed with UV light with reduced coherence, imaging the irradiated sample to obtain a detection image signal, and referencing the obtained detection image signal and a reference signal. Align the image signal with at least the pixel unit,
The tone value of the image signal is corrected so that the tone value in the normal portion of the aligned detected image signal and the tone value in the normal portion of the reference image signal are substantially the same, and the tone value correction is performed. A pattern defect inspection method comprising comparing a detected image signal and a reference image signal to detect a defect in a pattern.
【請求項23】UV光を可干渉性を低減してパターンが
形成された試料上に照射し、該照射された試料を撮像し
て検出画像信号を得、該得られた検出画像信号の正常部
における特徴量と参照画像信号の正常部における特徴量
との対応関係を示す散布図を作成し、該作成された散布
図に基いて画像信号の階調値を補正し、該補正された検
出画像信号と参照画像信号とを前記散布図から得られる
判定しきい値で比較してパターンの欠陥を検出すること
を特徴とするパターン欠陥検査方法。
23. Irradiating a sample on which a pattern has been formed with UV light with reduced coherence, imaging the irradiated sample to obtain a detection image signal, and normalizing the obtained detection image signal. A scatter diagram showing the correspondence between the feature value in the portion and the feature value in the normal portion of the reference image signal, and correcting the tone value of the image signal based on the created scatter diagram; A pattern defect inspection method comprising comparing an image signal and a reference image signal with a judgment threshold value obtained from the scatter diagram to detect a pattern defect.
【請求項24】レーザ光源から出射されたレーザ光の可
干渉性を低減させ、該可干渉性を低減させたレーザ光を
パターンが形成された試料上に対物レンズを介して照射
方向を時間的に変化させながら照射し、該照射された試
料を撮像して検出画像信号を得、該得られた検出画像信
号と参照画像信号とを比較してパターンの欠陥を検出す
ることを特徴とするパターン欠陥検査方法。
24. The coherence of a laser beam emitted from a laser light source is reduced, and the laser beam having the reduced coherence is temporally changed on an object on which a pattern is formed via an objective lens. Irradiating while changing the pattern to obtain a detected image signal by imaging the irradiated sample, and comparing the obtained detected image signal with a reference image signal to detect a pattern defect. Defect inspection method.
【請求項25】前記試料を撮像して検出画像信号を得る
際、偏光の状態を制御して試料を撮像することを特徴と
する請求項19乃至24の何れかに記載のパターン欠陥
検査方法。
25. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein when the sample is imaged to obtain a detection image signal, the state of polarization is controlled to image the sample.
【請求項26】前記UV光を試料に照射する際、偏光の
状態を制御して照射することを特徴とする請求項19乃
至23の何れかに記載のパターン欠陥検査方法。
26. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein when irradiating the sample with the UV light, the UV light is irradiated while controlling the state of polarization.
【請求項27】前記試料を撮像する際、時間遅延積分型
(TDI)イメージセンサで撮像することを特徴とする
請求項19乃至24の何れかに記載のパターン欠陥検査
方法。
27. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein when the sample is imaged, the image is imaged by a time delay integration type (TDI) image sensor.
【請求項28】前記試料を撮像する際、アンチブルーミ
ング時間遅延積分型(TDI)イメージセンサで撮像す
ることを特徴とする請求項19乃至24の何れかに記載
のパターン欠陥検査方法。
28. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein said sample is imaged by an anti-blooming time delay integration type (TDI) image sensor.
【請求項29】前記試料を撮像する際、裏面照射型の時
間遅延積分型(TDI)イメージセンサで撮像すること
を特徴とする請求項19乃至24の何れかに記載のパタ
ーン欠陥検査方法。
29. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein when imaging the sample, the image is imaged with a back-illuminated time-delay integration (TDI) image sensor.
【請求項30】前記パターンの欠陥を検出する際、検出
された欠陥についての位置及び寸法に関する情報を出力
することを特徴とする請求項19乃至24の何れかに記
載のパターン欠陥検査方法。
30. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein when detecting a defect of the pattern, information on a position and a size of the detected defect is output.
【請求項31】前記UV光を試料上に照射する際、NA
が0.75以上の対物レンズを介して照射することを特
徴とする請求項19乃至23の何れかに記載のパターン
欠陥検査方法。
31. When irradiating the sample with the UV light, NA
24. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein the irradiation is performed through an objective lens of 0.75 or more.
【請求項32】前記試料には、繰り返し性を有するパタ
ーンが形成されていることを特徴とする請求項19乃至
31の何れかに記載のパターン欠陥検査方法。
32. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein a pattern having repeatability is formed on said sample.
【請求項33】前記試料には、0.07μm以下のデザ
インルールのパターンが形成されていることを特徴とす
る請求項19乃至31の何れかに記載のパターン欠陥検
査方法。
33. The pattern defect inspection method according to claim 19, wherein a pattern having a design rule of 0.07 μm or less is formed on said sample.
【請求項34】前記検出画像信号と参照画像信号とを比
較する際、試料のパターンが形成されていない部分にお
いても虚報が著しく低減されることを特徴とする請求項
19乃至31の何れかに記載のパターン欠陥検査方法。
34. The apparatus according to claim 19, wherein when comparing the detected image signal with the reference image signal, false information is significantly reduced even in a portion where the pattern of the sample is not formed. The described pattern defect inspection method.
【請求項35】試料上に形成されたパターンの欠陥を検
査する方法であって、試料の表面に可干渉性を低減させ
たUVレーザ光を照射し、該UVレーザ光が照射された
前記試料の表面を撮像して画像信号を得、該画像信号を
処理することにより試料上の100nm以下の欠陥を検
出し、該検出した100nm以下の欠陥の試料上の位置
に関する情報を出力することを特徴とするパターン欠陥
検査方法。
35. A method for inspecting a defect of a pattern formed on a sample, the method comprising irradiating a surface of the sample with UV laser light having reduced coherence, and irradiating the sample with the UV laser light. An image signal is obtained by imaging the surface of the sample, a defect of 100 nm or less on the sample is detected by processing the image signal, and information on a position of the detected defect of 100 nm or less on the sample is output. Pattern defect inspection method.
【請求項36】前記試料の表面を撮像して画像信号を得
る際、偏光の状態を制御して撮像することを特徴とする
請求項35記載のパターン欠陥検査方法。
36. The pattern defect inspection method according to claim 35, wherein, when obtaining an image signal by imaging the surface of the sample, imaging is performed by controlling the state of polarization.
【請求項37】可干渉性を低減したUVレーザ光を直径
200mm相当のウエハ上に照射し、該照射されたウエ
ハを撮像してウエハの画像を検出し、該検出したウエハ
の画像を処理してウエハに形成されたパターンの100
nm以下の欠陥を1時間あたり3枚以上ウエハのスルー
プットで検出することを特徴とするパターン欠陥検査方
法。
37. Irradiation of a UV laser beam having reduced coherence onto a wafer having a diameter of 200 mm, imaging of the irradiated wafer, detecting an image of the wafer, and processing the detected image of the wafer. 100 of the pattern formed on the wafer
2. A pattern defect inspection method comprising: detecting defects of 3 nm or less at a throughput of three or more wafers per hour.
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