JP2002098644A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】位置合わせ精度が多少悪くても、誤検査しない
高精度な二次元パターン欠陥検出装置を提供する。 【解決手段】参照画像と検出画像を二次元パターンの電
気的情報として入力する入力器１，２と、前記参照画像
及び前記検出画像のデータに対し勾配ベクトルを演算す
る微分器３，３'，４，４'と、前記参照画像の勾配ベク
トル及び前記検出画像の勾配ベクトルの何れか一方を９
０度回転し、他方と内積の絶対値を演算する内積演算器
５，６，８とを具備し、前記内積演算器の演算結果を欠
陥信号として出力することを特徴とする欠陥検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトマスク、レ
ティクル、液晶パネル等の二次元パターンを有する基板
の欠陥を検出するための欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の回路パターンは、複数の原
画パターンを有するフォトマスクを用いて、露光装置に
よって半導体基板上に転写することによって形成され
る。近年半導体素子における回路パターンはますます微
細化され、フォトマスクにおいてもさらなる微細化が求
められている。

【０００３】このようなフォトマスクにピンドットやピ
ンホールのような欠陥が存在してしまえば、露光する回
路パターンの寸法等に多大な影響を与えデバイス性能を
著しく劣化させたり製品歩留まりを低下させたりする問
題が生じる。

【０００４】そこでフォトマスク作成段階において、欠
陥を１００％検出し修正する必要がある。そのためには
フォトマスク作成後に、原画パターン上の欠陥を検出す
るための欠陥検査装置が必要になる。

【０００５】前述したように近年のフォトマスクのパタ
ーンもますます微細化しており、１ＧＤＲＡＭ用のフォ
トマスクでは、検出すべき欠陥サイズが１００ｎｍとい
う微小なものになっている。

【０００６】従来の欠陥検査装置は、フォトマスク上の
二次元パターンをＸＹステージで走査しながら、撮像さ
れたフォトマスクの光学像と基準となるべき参照画像デ
ータとを逐一比較して、その不一致箇所を欠陥として検
出していた。参照画像データとの比較方法しては、同一
のパターンを形成した参照用フォトマスクと比較するダ
イツーダイ比較法と、回路パターンの設計データから展
開した二次元データと比較するダイツーデータベース比
較法とがある。

【０００７】これらの方法ではいずれにしても比較すべ
き領域をサブ領域（対応する画素を中心とする一定の大
きさの局所的な領域）に細分化して、それぞれ対応する
サブ領域における値を比較する方法を採用していた。

【０００８】しかしながらフォトマスク上のパターンが
微細化されるにつれ、細分化すべきサブ領域も微細にな
り、ＸＹステージの位置合わせ精度能力を越えてしまう
と対応するサブ領域がずれるという問題が生じる。対応
するサブ領域がずれてしまうと、実際には欠陥がない場
合でも欠陥として検出してしまったり、欠陥がある場合
でも欠陥なしとして検出したりという誤検出の問題が生
じる。

【０００９】この位置ずれによる誤検出の問題は、パタ
ーンエッジ部分における光の濃淡が急激に変化する部分
において生じやすい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の欠陥検査装置では、検出すべき二次元パターンが微細
化すると、位置合わせが困難となり、誤検出するという
問題がある。

【００１１】本発明は、上記問題に鑑みて成されたたも
ので、位置合わせ精度がそれほど高くない場合において
も、誤検出することがない欠陥検出装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、検査基板上の二次元パターンを参照画像
データの二次元パターンと比較し、前記検査基板上の二
次元パターンが前記参照画像データの二次元パターンと
異なる箇所を欠陥として検出する欠陥検査装置におい
て、前記検査基板上の二次元パターンを光学的に読み取
り、電気的な画像情報である検出画像データに変換する
読み取り器と、前記検出画像データを微分演算し、第１
の勾配ベクトルを計算する第１の微分器と、前記参照画
像データを微分演算し、第２の勾配ベクトルを計算する
第２の微分器と、前記第１の勾配ベクトル及び前記第２
の勾配ベクトルの何れか一方を９０度回転し他方と内積
の絶対値を計算する内積演算器とを具備することを特徴
とする欠陥検査装置を提供する。

【００１３】また、本発明は，参照画像と検出画像とを
電気的なデータとして入力する入力器と、前記参照画像
及び前記検出画像に対し勾配ベクトルを演算する微分器
と、前記参照画像の勾配ベクトル及び前記検出画像の勾
配ベクトルの何れか一方を９０度回転し、他方と内積の
絶対値を演算する内積演算器とを具備し、前記内積演算
器の演算結果を欠陥信号として出力することを特徴とす
る欠陥検出装置を提供する。

【００１４】このとき、前記勾配ベクトルは最大勾配ベ
クトルであることが好ましい。

【００１５】また、前記第１の勾配ベクトル及び第２の
勾配ベクトルの何れか一方が０で他方が０ではない場
合、前記他方のベクトルを欠陥信号として出力する手段
を具備していることが好ましい。

【００１６】本発明では、比較すべき二次元パターンの
光の濃淡を微分して勾配ベクトルとして求め、これらの
ベクトルの違いを比較する点に骨子を有する。

【００１７】特に光の濃淡が急激に変化するパターンエ
ッジにピンホール等の欠陥がある場合、仮にサブ領域の
位置が多少ずれていてもピンホールの影響により隣にあ
るサブ領域の勾配ベクトルの大きさや方向を異ならせて
しまうので欠陥として検出することが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の好ま
しい実施形態について説明する。

【００１９】図１に、本発明による欠陥検査装置の概念
図を示す。

【００２０】フォトマスクやレティクル、液晶表示パネ
ル等の二次元パターンを有する検査基板３０が、欠陥検
査装置のＸＹステージ３１上に設置されている。光源３
２から照射された光は折り曲げミラー３４にて折り曲げ
られ検査基板３０上に照射されている。コンデンサレン
ズ３３は光源３２から照射された光を検査基板３０上に
ピント合わせするためのものである。また、対物レンズ
３５は検査基板３０上の二次元パターンを通った光をＣ
ＣＤセンサ３６の撮像面上に結像するためのものであ
る。

【００２１】検査基板３０の光学的画像がＣＣＤセンサ
３６の撮像面上に結合され，ＣＣＤセンサ３６によって
電気的な画像情報として読み取られた情報がデータＡＤ
変換器３７によってデジタル化し検出画像データとし
て、次に説明する参照画像データとの比較装置に入力す
る。

【００２２】図２は、本発明の欠陥検出器における比較
装置のブロック図である。

【００２３】図１のＡＤ変換器から出力された検出画像
データは図２の検出画像メモリ１に入力され一時的に保
持される。このとき同時に対応する領域の参照画像デー
タも参照画像メモリ２に一時的に保持される。

【００２４】参照画像データとしては、予め参照用とし
て形成した参照用基板上の二次元パターンを電気的情報
としたデータでもいいし、設計データから展開した二次
元パターンのデータでも良い。

【００２５】参照用基板の二次元パターンは、実際の検
査工程の前に、予めＸＹステージ３１上に設置して走査
しＣＣＤセンサ３６で読み取ることで検査装置内のメモ
リに参照画像データとして入力しておく。また、ＸＹス
テージ及び光学系を２系統用意しておき検査基板を走査
するのに合わせて参照用基板を走査しながらそれぞれの
画像をＣＣＤセンサで読み取り、電気情報のデータとし
て比較しても良い。これらの方法は検査システムが簡単
で高感度かつ高スループットであるという特徴がある。

【００２６】また、設計データから展開する二次元パタ
ーンのデータは、実際の検査工程の前に、予め設計デー
タを計算機等により二次元パターンのデータに展開し、
参照画像データとして検査装置内のメモリに入力してお
く。また、検査基板を走査するのに合わせてリアルタイ
ムで設計データを展開して参照画像データを得ても良
い。これらの方法は参照用基板を用いないので、確実性
が良いという特徴がある。

【００２７】次に、検出画像メモリ１からから読み出さ
れた検出画像データは、それぞれＸ方向微分器３、Ｙ方
向微分器４（それぞれ第１の微分器）に入力され、Ｘ方
向微分、Ｙ方向微分される。同時に、このとき参照画像
メモリ２からから読み出された参照画像データは、それ
ぞれＸ方向微分器３'、Ｙ方向微分器４'（それぞれ第２
の微分器）に入力され、Ｘ方向微分、Ｙ方向微分され
る。

【００２８】こうすることによって検出画像データ及び
参照画像データは、それぞれ光の濃淡の勾配ベクトルに
おける電気的データとなる。このときそれぞれ比較する
ベクトルを一致させるために、サブ領域内の最大勾配ベ
クトルを用いることが好ましい。

【００２９】次に、勾配ベクトルにデータ化された検出
画像データ及び参照画像データはそれぞれＸ成分Ｙ成分
同士を乗算器５に入力して乗算し、減算器６によって減
算する。ここで減算することによって、一方のベクトル
が９０度回転したことになる。

【００３０】次に、減算器６によって減算された減算デ
ータは、絶対値演算器８に入力され絶対値を算出する。
そしてこのデータは欠陥判定器１１に入力される。

【００３１】図３は、パターンエッジ部分に欠陥がない
場合（ａ）と欠陥がある場合（ｂ）における勾配ベクト
ルの変化の様子を比較する図である。図中斜線で示す部
分がパターン部分である。矢印Ａは勾配ベクトルを示
す。

【００３２】図３（ａ）に示すように、検出画像のパタ
ーンエッジに欠陥がない場合、参照画像及び検出画像い
ずれもパターンエッジ部分における濃淡の勾配ベクトル
の大きさ方向に差は生じていない。ここで例えば参照画
像の勾配ベクトルを９０度回転させて、検出画像の勾配
ベクトルと内積を計算することによって、計算結果は０
となり欠陥がないということになる。このとき比較する
勾配ベクトルは参照画像及び検出画像のそれぞれ対応す
るサブ領域内の勾配ベクトルである。

【００３３】一方図３（ｂ）に示すようにパターンエッ
ジに欠陥がある場合、検出画像のほうは欠陥によって光
が散乱されて、濃淡の勾配ベクトルも散乱している様子
がわかる。そこで同様に参照画像の勾配ベクトルを９０
度回転させて、検出画像の勾配ベクトルと内積を計算す
ることによって、計算結果は０と異なる、ある値となり
欠陥があると認識される。

【００３４】また、図３（ｂ）に示すように欠陥によっ
て散乱された光は、隣接する領域に濃淡となって影響を
及ぼすことになり、検査位置が多少ずれても欠陥を検出
することが可能となる。

【００３５】また、欠陥の大きさや位置によって光の散
乱のされ方は異なり、検出画像の勾配ベクトルもそれに
応じて方向、大きさが異なることになる。したがって参
照画像の勾配ベクトルと内積を計算した場合、欠陥に応
じた値を示すこととなるので、欠陥の種類が同時に判断
できることも可能となる。

【００３６】図４に、Ｌ字パターンとそれぞれの欠陥の
種類を示す。

【００３７】図４中、（ａ）はＬ字パターンエッジから
離れたＬ字パターン内に生じたピンホール、（ｂ）はＬ
字パターンエッジから離れたＬ字パターン外に生じたピ
ンドット、（ｃ）（ｄ）はＬ字パターンエッジに生じた
ピンドット、（ｅ）（ｆ）はＬ字パターンエッジに生じ
たピンドットである。（ａ）（ｂ）のようなパターンエ
ッジから離れた欠陥を孤立欠陥と呼び、（ｃ）（ｄ）
（ｅ）（ｆ）のようにパターンエッジ近傍に生じた欠陥
をエッジ近傍欠陥と呼ぶ。

【００３８】孤立欠陥は、従来の２値化してサブ領域を
比較する方法でも、多少位置ずれしても欠陥を検出でき
た。しかしエッジ近傍欠陥は検出画像と参照画像が位置
ずれすると、ピンドットはエッジ内にピンホールはエッ
ジ外になると欠陥なしという検査結果となり誤検査とな
る。

【００３９】本発明では、光の濃淡の勾配ベクトルを比
較する。特にエッジ部分の欠陥において、多少検査位置
がずれても光の濃淡は隣接する領域まで影響を与えるの
で、勾配ベクトルを比較することで多少位置ずれしてい
ても欠陥として検出できる。

【００４０】また、これらの欠陥はそれぞれ光の散乱が
異なるので、光の濃淡も異なる。したがって本発明の欠
陥検査装置を用いるとそれぞれの欠陥の場所と同時に、
欠陥の種類も同時に判別することができる。

【００４１】図５は、検出される孤立欠陥の種類を示す
図である。

【００４２】図５中、（ａ）はパターン内に生じたピン
ホール、（ｂ）はパターン外に生じたピンドット、
（ｃ）は本来Ｌ字に白抜けしたパターンがあるべきにも
かかわらずパターンが欠落してしまったもの、（ｄ）は
本来Ｌ字パターンがあるべきにもかかわらずパターンが
欠落してしまったものである。

【００４３】このような欠陥が生じている場合、（ａ）
（ｂ）では参照画像の光の濃淡における勾配ベクトル、
（ｃ）（ｄ）では検出画像の光の濃淡における勾配ベク
トルが０となる。したがってこれらの内積をそのまま計
算すると０となって、欠陥がないという結果になってし
まう。しかしながらこの場合においては、一方の勾配ベ
クトルが０、他方の勾配ベクトルは０ではない。したが
ってそれぞれの勾配ベクトルを検出し０であるかないか
を判断する手段を設けておき、一方が０、他方が０でな
いときに孤立欠陥として出力する手段を設けることで解
決できる。

【００４４】また、この場合、光の散乱による濃淡を検
出するのであるから、０であるかそうでないかを判断し
ていては誤差を生じる恐れがある。

【００４５】したがって高い閾値と低い閾値を用意して
おき、検出画像の勾配ベクトル及び参照画像の勾配ベク
トルのいずれか一方が低い閾値よりも低い値、かつ他方
が高い閾値よりも高い値の場合、孤立欠陥として出力す
るとしても良い。

【００４６】また、０ではないほうの値を検出結果とし
て出力するかあるいは両方の和をとって検出結果として
出力する方法がある.このような孤立欠陥を判断する手
段を設けた比較装置を、図２を用いて説明する。

【００４７】勾配ベクトルとしてデータ化された検出画
像データ及び参照画像データはそれぞれエッジ抽出部７
及び７'に入力される。エッジ抽出部７、７'では検出画
像データと参照画像データのいずれか一方が０、他方が
０ではない場合エッジ部分ではないと判断し、そうでな
い場合はエッジ欠陥と判断し、その結果を制御部１０に
送信する。

【００４８】また、検出画像データと参照画像データは
信号合成器９に入力され、和を計算する。そして孤立欠
陥信号として欠陥判定器１１に入力される。

【００４９】そして制御部１０によって、エッジ欠陥信
号であるか孤立欠陥信号であるかを判断して、欠陥判定
器１１において、絶対値演算器８から入力されたエッジ
欠陥か或いは信号合成器９から入力された孤立欠陥信号
かを欠陥検出信号として出力する。

【００５０】また、このとき欠陥がない場合は、エッジ
欠陥信号が選択され、この場合欠陥信号は０が出力され
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では光の勾
配ベクトルの内積を用いて欠陥検査をしているので、光
の濃淡が急激な部分、特にエッジ部近傍の欠陥を、合わ
せずれが生じても誤検査することはない高精度な欠陥検
査装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の欠陥検査装置の概略図。

【図２】 本発明の欠陥検査装置における検出画像デー
タと参照画像データを比較する比較装置のブロック図。

【図３】 本発明の欠陥検査装置を用いて検査したパタ
ーンエッジ部の拡大図であり、パターンエッジ部分に欠
陥がない場合（ａ）と欠陥がある場合（ｂ）における勾
配ベクトルの変化の様子を比較する図である。

【図４】 Ｌ字パターンとそれぞれの欠陥の種類を示す
図。

【図５】 検出される孤立欠陥の種類を示す図であり、
（ａ）はパターン内に生じたピンホール、（ｂ）はパタ
ーン外に生じたピンドット、（ｃ）は本来Ｌ字に白抜け
したパターンがあるべきにもかかわらずパターンが欠落
してしまったもの、（ｄ）は本来Ｌ字パターンがあるべ
きにもかかわらずパターンが欠落してしまったものであ
る。

【符号の説明】

１・・・検出画像メモリ ２・・・参照画像メモリ ３、３'・・・Ｘ方向微分器 ４、４'・・・Ｙ方向微分器 ５・・・乗算器 ６・・・減算器 ７・・・エッジ抽出部 ８・・・絶対値演算器 ９・・・信号合成器 １０・・・制御部 １１・・・欠陥判定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA56 AB07 CA03 CD04 CD07 DA07 EA08 EA12 EA16 EC01 ED11 2H095 BD04 BD07 5B057 BA19 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB17 CC01 CH08 DA03 DB02 DB09 DC22 5L096 AA03 AA06 BA03 CA14 EA23 FA06 HA07 JA09

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検査基板上の二次元パターンを参照画像デ
   ータの二次元パターンと比較し、前記検査基板上の二次
   元パターンが前記参照画像データの二次元パターンと異
   なる箇所を欠陥として検出する欠陥検査装置において、 前記検査基板上の二次元パターンを光学的に読み取り、
   電気的な画像情報である検出画像データに変換する読み
   取り器と、 前記検出画像データを微分演算し、第１の勾配ベクトル
   を計算する第１の微分器と、 前記参照画像データを微分演算し、第２の勾配ベクトル
   を計算する第２の微分器と、 前記第１の勾配ベクトル及び前記第２の勾配ベクトルの
   何れか一方を９０度回転し他方と内積の絶対値を計算す
   る内積演算器とを具備することを特徴とする欠陥検査装
   置。
2. 【請求項２】参照画像と検出画像とを電気的なデータと
   して入力する入力器と、 前記参照画像及び前記検出画像に対し勾配ベクトルを演
   算する微分器と、 前記参照画像の勾配ベクトル及び前記検出画像の勾配ベ
   クトルの何れか一方を９０度回転し、他方と内積の絶対
   値を演算する内積演算器とを具備し、 前記内積演算器の演算結果を欠陥信号として出力するこ
   とを特徴とする欠陥検査装置。
3. 【請求項３】前記勾配ベクトルは最大勾配ベクトルであ
   ることを特徴とする請求項１或いは請求項２記載の欠陥
   検査装置。
4. 【請求項４】前記第１の勾配ベクトル及び第２の勾配ベ
   クトルの何れか一方が０で他方が０ではない場合、前記
   他方のベクトルを欠陥信号として出力することを特徴と
   する請求項１記載の欠陥検査装置。