JP2013053986A - Pattern inspection method and device thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体パターンの検査方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor pattern inspection method and apparatus.
半導体回路パターンの微細化に伴い、光露光装置の解像度は限界に達し、設計通りのパターンを半導体ウェハ上に形成することが困難になりつつある。半導体ウェハ上に形成されたパターンは、線幅が設計値からずれたり、あるいは、パターン先端に縮退が生じたり、あるいは、パターンの付け根の形状変化といった不良が発生しやすくなる。こうした欠陥は、システマティック欠陥と呼ばれ、全ダイで共通に発生するため、ダイ・ツー・ダイ(die to die)比較と呼ばれる隣接するダイ間での比較を行う方式では検出することが難しい。 With the miniaturization of semiconductor circuit patterns, the resolution of an optical exposure apparatus has reached its limit, and it is becoming difficult to form a designed pattern on a semiconductor wafer. The pattern formed on the semiconductor wafer is liable to have a defect such as a line width deviating from a design value, degeneration at the pattern tip, or a change in the shape of the base of the pattern. Such a defect is called a systematic defect and occurs in common to all the dies. Therefore, it is difficult to detect by a method of comparing adjacent dies called a die-to-die comparison.
一方、特開2011−17705号公報(特許文献1)には、隣接ダイと比較する代わりに、検査対象パターンを、設計データと比較する方法が開示されている。具体的には、検査対象パターンから輪郭線を抽出し、これと、線分もしくは曲線で表現された設計データとを比較して、両者の乖離の程度に応じ、乖離が大きければ欠陥と判定する。設計データとの比較なので、全ダイで共通に発生するシステマティック欠陥であっても、原理的には検出可能である。 On the other hand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-17705 (Patent Document 1) discloses a method of comparing an inspection target pattern with design data instead of comparing with an adjacent die. Specifically, an outline is extracted from the pattern to be inspected, and this is compared with design data represented by a line segment or a curve. If the deviation is large, it is determined as a defect. . Since it is a comparison with the design data, even systematic defects that occur in common on all dies can be detected in principle.
ウェハ上に転写されたパターンには、欠陥とはいえない設計データとの形状の乖離(コーナの丸みの違いなど)が多く存在する。前記特許文献1に記載されている発明では、検査対象パターンから抽出した輪郭線と、線分もしくは曲線で表現された設計データとの乖離が大きければ欠陥と判定する方式であるため、上記のような欠陥とはいえない形状の乖離と、システマティック欠陥との判別が難しい。この結果、システマティック欠陥を検出しようとすると、欠陥とはいえない形状の乖離部分も検出され、虚報が多発するという問題があった。
In the pattern transferred on the wafer, there are many shape divergences (such as differences in roundness of corners) from design data that cannot be said to be defects. The invention described in
本発明は上記した従来技術の課題を解決して、虚報を多発させることなく、システマティック欠陥を検出することを可能にするパターン検査方法及びその装置を提供するものである。 The present invention solves the above-described problems of the prior art and provides a pattern inspection method and apparatus capable of detecting a systematic defect without causing frequent false alarms.
上記した目的を達成するために、本発明では、検査対象パターンを撮像して得た画像と設計データから生成した設計データ画像とを比較することにより検査対象パターンの欠陥をを検出するパターン検査装置を、検査対象パターンを撮像してこの検査対象パターンの画像を取得する撮像手段と、この撮像手段で検査対象パターンを撮像して得た画像から検査対象パターンの画像の特徴量を算出する検査対象パターン画像特徴量算出手段と、設計データから設計データ画像を作成する設計データ画像作成手段と、この設計データ画像作成手段で検査対象パターンの設計データから作成した設計データ画像の特徴量を算出する設計データ画像特徴量算出手段と、撮像手段で検査対象パターンを撮像して取得した検査対象パターンの画像と設計データ画像作成手段で生成した検査対象パターンの設計データ画像とを表示する表示画面を備えた表示手段と、検査対象パターンの画像と検査対象パターンの設計データ画像とが表示された表示手段の画面で指示された検査対象パターンの欠陥の教示画像データを作成して記憶する教示画像データ作成手段と、検査対象パターン画像特徴量算出手段で算出した検査対象パターンの画像の特徴量と設計データ画像特徴量算出手段で算出した設計データ画像の特徴量と教示画像データ作成手段で作成した教示画像データとを用いて検査対象パターンの画像において虚報と欠陥とを識別する識別境界を算出して記憶する識別境界算出手段と、検査対象パターンの検査領域を撮像手段で撮像して得た画像から検査対象パターン画像特徴量算出手段で算出した検査対象パターンの画像の特徴量と、検査対象パターンの検査領域に対応する設計データから設計データ画像作成手段で作成した画像から設計データ画像特徴量算出手段で算出した設計データ画像の特徴量とから識別境界算出手段に記憶した識別境界を用いて検査対象パターンの欠陥を判定する欠陥判定手段とを備えて構成した。 In order to achieve the above object, in the present invention, a pattern inspection apparatus for detecting a defect in an inspection target pattern by comparing an image obtained by imaging the inspection target pattern with a design data image generated from the design data. An imaging unit that captures an inspection target pattern and obtains an image of the inspection target pattern, and an inspection target that calculates a feature amount of the image of the inspection target pattern from an image obtained by imaging the inspection target pattern by the imaging unit Pattern image feature quantity calculating means, design data image creating means for creating a design data image from design data, and design for calculating the feature quantity of the design data image created from the design data of the pattern to be inspected by this design data image creating means Data image feature quantity calculating means, and image and design data of the inspection target pattern obtained by imaging the inspection target pattern with the imaging means Instructions are given on the display means having a display screen for displaying the design data image of the inspection target pattern generated by the image creation means, and on the screen of the display means on which the image of the inspection target pattern and the design data image of the inspection target pattern are displayed The teaching image data creating means for creating and storing the teaching image data of the defect of the inspection target pattern, and the image feature amount and design data image feature amount calculation of the inspection target pattern image calculated by the inspection target pattern image feature amount calculating means Using the feature amount of the design data image calculated by the means and the teaching image data created by the teaching image data creating means to calculate and store the identification boundary for identifying the false alarm and the defect in the image of the inspection target pattern And the inspection target pattern image feature amount calculating means from the image obtained by imaging the inspection area of the inspection target pattern with the imaging means. From the feature amount of the image of the inspection target pattern and the feature amount of the design data image calculated by the design data image feature amount calculation means from the image created by the design data image creation means from the design data corresponding to the inspection area of the inspection target pattern And a defect determination unit that determines the defect of the inspection target pattern using the identification boundary stored in the identification boundary calculation unit.
また上記した目的を達成するために、本発明では、検査対象パターンを撮像して得た画像と設計データから生成した設計データ画像とを比較することにより検査対象パターンの欠陥を検出する方法において、検査対象パターンうちのサンプルパターンを撮像してこのサンプルパターンの画像を取得し、この撮像して取得したサンプルパターンの画像からこのサンプルパターンの画像の特徴量を算出し、サンプルパターンの設計データからサンプルパターンの画像に対応する設計データ画像を作成し、この作成した設計データ画像について算出したサンプルパターンの画像の特徴量に対応する特徴量を算出し、撮像して取得したサンプルパターンの画像と作成した設計データ画像とを用いて欠陥を教示するための教示画像データを作成し、算出したサンプルパターンの画像の特徴量と算出したサンプルパターンの画像の特徴量に対応する設計データ画像の特徴量と作成した教示画像データとを用いてサンプルパターンの画像から欠陥の画像を識別するための識別境界を算出し、検査対象パターンの検査領域を撮像して得た画像から検査対象パターンの検査領域の画像特徴量を算出し、検査対象パターンの検査領域に対応する設計データから設計データ画像を作成してこの作成した設計データ画像の特徴量を算出し、算出した検査対象パターンの検査領域の画像特徴量と設計データ画像の特徴量と算出した識別境界とに基づいて検査対象パターンの検査領域内の欠陥を検出するようにした。 In order to achieve the above object, in the present invention, in a method for detecting defects in an inspection target pattern by comparing an image obtained by imaging the inspection target pattern with a design data image generated from the design data, The sample pattern of the pattern to be inspected is imaged to acquire an image of this sample pattern, the feature amount of the image of this sample pattern is calculated from the image of the sample pattern acquired by acquiring this image, and the sample from the design data of the sample pattern A design data image corresponding to the pattern image is created, a feature amount corresponding to the feature amount of the sample pattern image calculated for the created design data image is calculated, and an image of the sample pattern obtained by imaging is created. Create and calculate teaching image data for teaching defects using design data images For identifying a defect image from a sample pattern image using the feature amount of the design data image corresponding to the calculated feature amount of the sample pattern image and the calculated feature value of the sample pattern image and the created teaching image data The identification boundary is calculated, the image feature amount of the inspection area of the inspection target pattern is calculated from the image obtained by imaging the inspection area of the inspection target pattern, and the design data image is obtained from the design data corresponding to the inspection area of the inspection target pattern. The feature amount of the created design data image is calculated and the inspection region of the inspection target pattern is calculated based on the calculated image feature amount of the inspection region of the inspection target pattern, the feature amount of the design data image, and the calculated identification boundary. Detecting defects inside.
更に上記した目的を達成するために、本発明では、検査対象パターンを撮像して得た画像と設計データから生成した設計データ画像とを比較することにより検査対象パターンの欠陥を検出する方法において、検査対象パターンを撮像して得た画像から抽出した特徴量と設計データから生成した設計データ画像から抽出した検査対象パターンを撮像して得た画像に対応する箇所の特徴量と検査対象パターンを撮像して得た画像と設計データ画像とを用いて作成した教示データの情報を用いて虚報と欠陥とを識別するための識別境界を算出し、この算出した識別境界を記憶し、検査対象パターンの検査領域を撮像して得た画像から検査対象パターンの検査領域の画像特徴量を算出し、検査対象パターンの検査領域に対応する設計データから設計データ画像を作成してこの作成した設計データ画像の特徴量を算出し、算出した検査対象パターンの検査領域の画像特徴量と設計データ画像の特徴量と記憶しておいた識別境界とに基づいて検査対象パターンの検査領域内の欠陥を検出するようにした。 Furthermore, in order to achieve the above-described object, in the present invention, in a method for detecting defects in an inspection target pattern by comparing an image obtained by imaging the inspection target pattern with a design data image generated from the design data, Capturing feature quantities and inspection target patterns corresponding to images obtained by capturing inspection target patterns extracted from design data images generated from design data and feature quantities extracted from inspection target patterns Using the information of the teaching data created using the image obtained in this way and the design data image, the identification boundary for identifying the false alarm and the defect is calculated, the calculated identification boundary is stored, and the inspection target pattern The image feature quantity of the inspection area of the inspection target pattern is calculated from the image obtained by imaging the inspection area, and the design data is calculated from the design data corresponding to the inspection area of the inspection target pattern. And the feature amount of the created design data image is calculated. Based on the image feature amount of the inspection area of the calculated pattern to be inspected, the feature amount of the design data image, and the stored identification boundary A defect in the inspection area of the inspection target pattern is detected.
本発明によれば、予め、欠陥部と正常部を教示し、それに基づき、欠陥と正常を判別する識別境界面を求めるので、虚報を多発させることなく、システマティック欠陥を検出することができる。 According to the present invention, since a defect part and a normal part are taught in advance and an identification boundary surface for discriminating between the defect and the normal is obtained based on the teaching, a systematic defect can be detected without causing many false reports.
以下に本発明を実施するための形態を、図を用いて説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using figures.
(1)全体構成
図2Aに本発明に係るパターン検査装置の全体構成を示す。本実施の形態では、検査対象ウェハ212の画像を走査電子顕微鏡(SEM)200によって取得する。走査電子顕微鏡200の電子光学系201は、電子線221を発生させる電子線源203と電子線221を収束させるコンデンサレンズ204と、電子線221をXY方向に偏向する偏向器206と、電子線221を対象基板上に収束させる対物レンズ207を備えている。検査対象ウェハ212を真空で保持する試料室202には、リターディング電圧211が加えられたXYステージ210と、検査対象ウェハ212を外部から試料室に送り込むカセット213を備える。
(1) Overall configuration
FIG. 2A shows the overall configuration of the pattern inspection apparatus according to the present invention. In the present embodiment, an image of the
試料上から発生した2次電子214は、リターディング電圧211に加速され検出器215まで引き上げられる。検出器215によって検出信号がA/D変換機216に送られ、デジタル画像に変換され、記憶装置220に蓄えられる。画像処理部219は、記憶装置220から順次画像を読み出し、設計データとの比較により欠陥検出を行う。検査条件の設定や、検査結果の確認は表示手段218上のGUIにて行う。
The
図2Bに、画像処理部219の詳細な構成を示す。画像処理部219は、設計データから画像を作成する設計データ画像作成部2191、設計データ画像作成部2191で作成した設計データ画像とSEM200で撮像して得た検査対象基板のパターン画像の位置合わせを行う位置合わせ処理部2192と、SEM200で撮像して得た検査対象基板のパターン画像の特徴量を算出する検査対象パターン画像特徴量算出部2193、設計データ画像作成部2191で作成した設計データ画像の特徴量を算出する設計データ画像特徴量算出部2194、検査対象基板のパターン画像から作成された教示画像データを記憶する教示画像データ記憶部2195、欠陥画像と良品画像とを識別するための識別境界を算出する識別境界算出部2196と、識別境界算出部2196で算出した識別境界を用いて検査対象パターン画像特徴量算出部2193で算出した検査対象パターン画像特徴量と設計データ画像特徴量算出部2194で算出した設計データ画像特徴量とから欠陥を判定する欠陥判定部2197とを備えている。
FIG. 2B shows a detailed configuration of the
(2)欠陥検出の全体フロー
図1は、図2Aの画像処理装置219で行われる欠陥検出の全体フローである。本実施例では、検査に先立ち、検査前準備の処理S100として、検査対象ウェハ212のいくつかのサンプリング領域を図2で説明した走査電子顕微鏡200で撮像して取得した少数の実画像11と、この実画像11に対応する設計データ画像12(設計データに基づいて作成した画像)を画像11とピクセル単位で位置合わせを行い(S101)、それぞれのサンプリング領域に含まれるパターンの特徴を表す特徴量を算出し(S102、S103)、これと、欠陥座標が指定された教示データ13とから、正常パターンと欠陥パターンとを識別するルールである識別境界を算出する(S104)。
(2) Overall flow of defect detection
FIG. 1 is an overall flow of defect detection performed by the
検査時の処理S110では、検査対象ウェハ212の検査対象領域の実画像14と、この実画像14に対応する設計データ15を位置合わせを行い(S111)、実画像14と位置合わせ済みの設計データ15を、検査前準備の処理S100のS102、S103における特徴量算出ステップと同様に画像処理をして特徴量を算出し(S112、S113)、これらに対し、検査前準備の処理S100のS104にて算出した識別境界を適用することにより、欠陥判定(S114)を行い、判定の結果を画面上に表示する(S115)。
In the processing S110 at the time of inspection, the actual image 14 of the inspection target area of the
以下、各処理内容(特徴量算出S102、S103、S112、S113、識別境界の算出S104、欠陥判定S114、判定結果表示S115)について詳述する。 Hereinafter, each processing content (feature amount calculation S102, S103, S112, S113, identification boundary calculation S104, defect determination S114, determination result display S115) will be described in detail.
(3)位置合わせ
本実施例では、上述のように、実画像および、設計データからそれぞれのパターンの特徴を表す特徴量を算出し、これらに対して、正常と欠陥を識別するルールを適用することで欠陥判定を行う。
(3) Positioning
In the present embodiment, as described above, feature amounts representing the features of each pattern are calculated from the actual image and design data, and the defect determination is performed by applying a rule for identifying normality and defect to these. Do.
まず始めに、実画像と設計データの位置合わせについて図15A乃至図15Dを用いて説明する。撮像後の実画像と設計データは、普通位置がずれた状態であるため、設計データの位置情報を補正することで実画像との位置を合わせる必要がある。図15Aの設計データ画像1501とそれに対応する図15Bの実画像1502は、座標1503と座標1504が画像データ上において位置が対応しているが、実際に正しいのは座標1503に対して座標は1505である。そこで図15Cに示すように実画像1506に対して、設計データ画像の原点(画像の左上端の座標など)をパス1507に沿ってずらし、実画像と設計データ画像の差の二乗和をそれぞれずらした位置で算出する。図15Dは、軸1510をパス1507の位置、軸1509を差の絶対値の和を取ったときの波形1508のグラフある。この波形において最小値1511のとる時の設計データの位置を元に正しく位置合わせされた座標として補正を行う。
First, alignment between the actual image and the design data will be described with reference to FIGS. 15A to 15D. Since the actual image after the image pickup and the design data are in a state in which the normal position is shifted, it is necessary to align the position with the actual image by correcting the position information of the design data. In the
(4)特徴量の算出
次に、特徴量の算出方法について述べる。検査対象ウェハ212を走査電子顕微鏡200で撮像して取得した実画像(以下、実パターン画像という)から算出する特徴量(図1のS102とS112に相当)について述べる。
(4) Calculation of feature quantity
Next, a feature amount calculation method will be described. A feature amount (corresponding to S102 and S112 in FIG. 1) calculated from an actual image (hereinafter referred to as an actual pattern image) acquired by imaging the
実パターン画像の特徴量の算出は、実パターン画像の画素ごとに行う。図3Bの実パターン画像302において注目画素304の特徴量を算出することを考える。注目画素304の特徴量は、注目画素304の周辺画素における輝度値を組み合わせることで算出を行う。最終的によい識別境界を得るには、なるべく注目画素周辺のパターン形状の情報をよく表現するような特徴量であり、かつ特徴量の次元数が小さくなることが望ましい。
The feature amount of the actual pattern image is calculated for each pixel of the actual pattern image. Consider calculating the feature amount of the pixel of
もっとも単純な特徴量は、図3Cに示したオペレータ305のように注目画素306の周辺画素におけるそれぞれの輝度値をそのまま特徴量にすることである。これは、オペレータサイズ分(図3Cの例では、5画素×5画素)だけ実パターン形状の完全な情報をもっていることになるが、オペレータのサイズを大きくしていくと爆発的に特徴量の次元が増え、形状的な情報としては冗長すぎる。そこで図3Dに示したオペレータ307のような注目画素309よりも十分に大きいオペレータ307と同じサイズの領域をオペレータサイズ308として様々な統計量を算出し、特徴量にするほうがよい。
The simplest feature amount is to make each luminance value in the peripheral pixels of the pixel of
図3Bの実パターン画像302から求められる統計的な特徴量としては、
(a)オペレータ内の輝度の平均値
(b)モーメント特徴量
(c)HOG(Histograms of Oriented )Gradients)特徴量(非特許文献1参照)
(d)高次局所自己相関特徴量(非特許文献2参照)
などが有効である。
As a statistical feature amount obtained from the
(A) Average brightness value within the operator
(B) Moment feature
(C) HOG (Histograms of Oriented) Gradients) feature quantity (see Non-Patent Document 1)
(D) Higher order local autocorrelation features (see Non-Patent Document 2)
Etc. are effective.
さらに、図3Eに示したオペレータ310のように、注目画素311の近傍において局所的な領域であるセル312の領域をとり、このセル毎に統計的な特徴量をとることで、注目画素回りの広い範囲の形状情報を特徴量として算出することができる。図3Fに、オペレータ315として図3Eに示したオペレータ310を図3Bの実パターン画像302示した注目画素304の周辺に適用した例を示す。この例では、セルのHOG特徴量を算出することでセル316とセル317において垂直方向のエッジ成分が、セル318とセル319において斜め方向のエッジ成分が抽出され、注目画素319(図3Bの注目画素304、図3Eの注目画素311に相当)はラインの角であることが表現される。
Further, like the
また図5はSEM画像における帯電の影響を示した図である。一般的にSEM像500を得る時は、電子ビームを501方向にスキャンすることで得られる。そのため、エッジ502が存在する領域のスキャン方向側に帯電の影響による影503が生じる。このような特徴も、オペレータ310で輝度の平均値を算出するなどで表現することができる。
FIG. 5 shows the influence of charging on the SEM image. Generally, when the
次に、設計データ画像301から算出する特徴量(図1のS103、S113で算出する特徴量に相当)について述べる。 Next, feature amounts calculated from the design data image 301 (corresponding to the feature amounts calculated in S103 and S113 in FIG. 1) will be described.
図3Aに示した設計データ画像301からも、実パターン画像302の注目画素304に対応する注目画素303の特徴量を算出する。設計データ画像301からの特徴量は、設計データから図3Aのような輪郭線画像(設計データ画像)を作成し、図3Bの実パターン画像302と同じ特徴量を求めてもよい。
Also from the
また、以下のような設計データ専用の特徴量として
(i) 配線構造のベクトル成分
(ii) 配線上であるか否か
(iii) ラインの端点、連結点の関係
などを算出することも効果的である。
In addition, the following design data-specific features
(I) Vector component of wiring structure
(Ii) Whether it is on wiring
(Iii) Relationship between line end points and connection points
It is also effective to calculate the above.
(i)は、設計データの注目画素周辺の配線方向がどちらに伸びているかの度合いである。(ii)は注目画素がパターン配線の上であるかどうかの特徴量を表す。(iii)は配線構造をグラフ構造にした時、エッジの端点と連結点の場所を求め、注目画素周辺にそれがどのように分布しているかの特徴量を表す。 (I) is the degree to which the wiring direction around the target pixel of the design data extends. (Ii) represents a feature amount whether or not the target pixel is on the pattern wiring. (Iii) represents the feature amount of the distribution of the end point of the edge and the location of the connection point when the wiring structure is a graph structure and how it is distributed around the pixel of interest.
(5)識別境界の算出
正常と欠陥を識別するルールである識別境界(図1のS104で算出)の算出方法について述べる。識別境界とはS102とS103で求めた各特徴量を軸とする特徴空間401(図4参照)において正常の空間402と欠陥の空間403に分けるような超曲面(2次元上における曲線)404のことである。正常部の特徴ベクトル405と欠陥部の特徴ベクトル406を識別するルールはそれぞれの特徴量に対して条件式を決めた図14Aの1401の例のようなif−thenルールがもっともシンプルである(xとyは特徴量を表す)。このルールを決定する時は解析的に求めても、しきい値であるA1とB1をユーザに入力してもらってもよい。
(5) Calculation of identification boundary
A method for calculating an identification boundary (calculated in S104 in FIG. 1), which is a rule for identifying normality and defects, will be described. The identification boundary is a hypersurface (a two-dimensional curve) 404 that is divided into a
図14Bに特徴量空間上の欠陥判定領域を斜線部として1420に示す。黒丸点1421は正常部の画素から得られた特徴ベクトル、黒罰点1422は欠陥部の画素から得られた特徴ベクトルである。判定領域は特徴量の軸に垂直な辺を持つ矩形状の領域で定義される。図14Cの1403のようにif−thenルールを増やすことで図14Dに示したように、識別境界1404の精度を高めることが可能である。しかし、この場合、複雑な境界を矩形の組み合わせで表わすためルールが膨大に増え、ユーザによる調整が困難になる。真の識別境界がxとyで相関を持つ時などは、図14Eに示したように、ax+byの線形和で表現される識別境界の1405や、図14Fに示したように、非線形な関数で表わされる識別境界1406のほうがよりよい境界を求めることができる。
FIG. 14B shows a defect determination area in the
これらの境界もユーザによるパラメータ調整で求めることは非常に困難であるが、既に正常か欠陥か既知である特徴ベクトルとする教示データから学習を行うことで、正常部の特徴ベクトル405と欠陥部の特徴ベクトル406をもっともよく分けるような境界を求めることが可能である。また、教示データにユーザの意図が反映することができれば、識別境界も意図に沿って引くことが可能となる。
It is very difficult to obtain these boundaries by adjusting the parameters by the user. However, by learning from the teaching data as feature vectors that are already normal or defective, the
始めに教示データ(図1の13)の作成方法について述べる。
図6は教示データを作成するためのGUI600の例を示す。画像表示部601には、既に位置合わせ済みの実パターンから抽出した輪郭線602(実線)と設計データの輪郭線603(点線)とを表示する。2つの輪郭線602と603とにおいて形状に相違する領域がある時、604、605、606、607、608のような2つの輪郭線で囲まれた領域が生じる。ユーザは領域選択ツール610を選び、画像表示部601に表示される画像から欠陥にしたい領域中の一点をポインティングデバイス616で指定することで、輪郭線602と603とに囲まれた領域を選択することができる。実パターンの輪郭線602が消失している部分は、鉛筆ツール611を選択して輪郭線602と603とに囲まれた領域が閉じるように修正することができる。また誤って抽出された輪郭線や鉛筆ツールで修正をまちがえた部分は消しゴムツール612で消去することができる。
First, a method of creating teaching data (13 in FIG. 1) will be described.
FIG. 6 shows an example of a GUI 600 for creating teaching data. The
613、614、615はカラー選択ボタンで白613を選択すると欠陥部を指定するモードに、黒614を選択すると正常部を指定するモードに、灰色615を選択するとユーザが欠陥か正常かわからない部分を選択するモードになる。教示画像作成において基本的にクリックされなかった点に関してはすべて正常部と見なす。この画像の場合、604、606、608を欠陥領域と判断し、白い領域を欠陥部、黒い領域を正常部とした教示画像609が作成され、確認することができる。確認後、「LOAD」ボタン621をポインタ616でクリックすると教示画像609が画像処理部219にロードされる。一方、「SAVE」ボタン622をポインタ616でクリックすると、教示画像609は記憶装置220に一時記憶される。
613, 614, and 615 are modes for designating a defective portion when white 613 is selected by a color selection button, a mode for designating a normal portion when black 614 is selected, and a portion where the user does not know whether a defect is normal or not when gray 615 is selected. It becomes the mode to choose. All points that are not clicked in creating the teaching image are regarded as normal parts. In the case of this image, it is determined that 604, 606, and 608 are defective areas, and a
図9Aは設計データに基づいて作成されたパターン901の図、図9Bは、設計データに対する正常な実パターン902の画像の例である。ここで実際には図9Cに示すような実パターン画像903が得られたとすると、図9Cに示すような画像の領域905、906が欠陥領域となる欠陥画像907が得られ、識別境界を求める時に使う教示データのセットとして、図9Cのような設計データに基づいて作成されたパターン901と設計データに対する正常な実パターン902の画像と欠陥画像907とを含む画像のセット904を作成することができる。ここで欠陥画像907に含まれる欠陥領域の画像905と906とを、設計データに基づいて作成されたパターン901に対して実パターンのラインが膨張している凸欠陥領域の画像905と設計データに基づいて作成されたパターン901に対して実パターンのラインが縮退している凹欠陥領域の画像906に種類を分けることができる。
FIG. 9A is a diagram of a
そこで、図9Dに示すように、この凸欠陥領域の画像905だけの教示画像909を設計データに基づいて作成されたパターン901と設計データに対する正常な実パターン902の画像と組合せて教示データセットにした凸欠陥教示データセット908と、図9Eに示すように、凹欠陥領域の画像906だけの教示画像911を設計データに基づいて作成されたパターン901と設計データに対する正常な実パターン902の画像と組合せて教示データセットにした凹欠陥教示データセット910を作成する。その結果、図9Fに示すように、凸欠陥教示データセット908と凹欠陥教示データセット910それぞれで識別境界914を求めることで、欠陥検出と欠陥分類を同時に行うことができる。
Accordingly, as shown in FIG. 9D, a
図9Fは、図9B、C、Dで説明した画像のセット904、908及び910を一つの画面912上に並べて同時に表示した例を示す図である。この図9Fに示した画面912の例においては、凸欠陥教示データセット908が画面上のチェックボックス916で選択されていて、凸欠陥教示データセット908の識別境界914が特徴空間のグラフ913上に表示された状態を示している。後述するが、これにより判定精度を高める効果や、欠陥種毎にユーザが感度の調整を行うことができるというメリットがある。今回目的とするようなシステマティック欠陥検出では、欠陥種類を凸欠陥、凹欠陥、ブリッジング、ネッキング、ライン幅の膨張、ライン幅の縮退などでわけるとよい。
FIG. 9F is a diagram illustrating an example in which the image sets 904, 908, and 910 described with reference to FIGS. 9B, 9 C, and D are arranged on one
図9Fの画面912は、これら欠陥種毎に識別平面を求めるときに使うことができるGUIである。
図9Fの画面912に示した915の部分で画像のセット904、908、910などの欠陥種別毎に分けたデータセットを選択することができ、また特徴空間のグラフ913の部分において選択したデータセット(図9Fの例では画像のセット908)の特徴空間上の分布や各特徴量に対するヒストグラム(図示せず)が表示されユーザは確認することができる。画面912上に表示されている「学習」のボタン916をマウスでクリックすることで、選択したデータセットに対する識別境界を求めて特徴空間のグラフ913上に識別境界914を表示することができる。
A
A data set divided for each defect type, such as image sets 904, 908, and 910, can be selected in the
識別境界314の算出方法としては、一般的なパターン認識手法である、線形判別手法(以下LDA)、サポートベクターマシン(以下SVM)が適用可能である(非特許文献3、および非特許文献4参照)
図8A及び図8Bを用いてLDAの原理を説明する。判り易くするために、設計データの特徴量805を1次元(縦軸)、実パターンデータの特徴量806を1次元(横軸)として扱う。図8A及び図8B中の803のような罰点は欠陥、804のような黒丸点は正常の特徴ベクトルである。直線801は線形判別分析(以下LDA)によって求められた識別境界である。
As a method for calculating the
The principle of LDA will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. For easy understanding, the
図8A中801は直線で表現されるが、実際の特徴ベクトルは3次元以上を取るので識別境界は超平面になる。直線801を境界にデータを分けることは全特徴ベクトルを特徴量の線形和を求めることで軸807に射影し、しきい値808(直線801に平行な1対の点線で挟まれた範囲)で判別している事と同じである。
In FIG. 8A, 801 is represented by a straight line, but since the actual feature vector takes three or more dimensions, the identification boundary becomes a hyperplane. Dividing the data with the
LDAでは、
射影された正常部の特徴ベクトル集合の分散:σT 2
欠陥部の特徴ベクトル:
全特徴ベクトルの分散:
とした時に表される
分離度:J=(σT 2+σN 2)/σA 2 ・・・(数1)
を最大にするような射影軸を求める。
In LDA,
Variance of projected normal vector feature vector set: σ T 2
Defect feature vector:
Variance of all feature vectors:
Represented when
Degree of separation: J = (σ T 2 + σ N 2 ) / σ A 2 (Equation 1)
Find the projection axis that maximizes.
LDAの特徴として特徴ベクトル集合の統計量から特徴量の線形和によって表現される識別面および識別境界を求めている。そのため特徴ベクトルの数が多くても学習時間が短く、1個の特徴ベクトルに対する正常・欠陥判定の計算時間も短い。またユーザにとってもよく利いている特徴量がどれなのかわかりやすいというメリットがある。 As features of the LDA, an identification surface and an identification boundary expressed by a linear sum of the feature values are obtained from the statistics of the feature vector set. Therefore, even if the number of feature vectors is large, the learning time is short, and the calculation time for normality / defect determination for one feature vector is also short. In addition, there is an advantage that it is easy to understand which feature quantity is often used for the user.
図8Bの曲線802は非線形サポートベクターマシン(以下非線形SVM)によって求められた識別境界である。非線形SVMでは特徴ベクトルを超空間上の点に一度変換し、超空間上の超平面を求めることでデータを分割する。この超平面を図8Bの2次元上で表現すると、802のような曲線になる。識別超平面は超空間上の正常部と欠陥部の特徴ベクトルの間に存在する最も大きなマージン(隙間)を通るような超平面が求められる。2次元上でこのマージンは曲線809と810の間813で表され、サポートベクターと呼ばれる図中の白丸点811と白罰点812の特徴ベクトルによって決定される。非線形SVMもLDAと同じように、本質的には1軸上にベクトルを射影ししきい値により正常欠陥を判定している。
A
SVMの特徴としては、元の特徴量の次元において超曲面上の識別境界を求めるため、理想的な識別境界である図4に示した識別超曲面404に近い識別境界を得ることができ、高い判定精度を持つ。
As a feature of SVM, an identification boundary on the hypersurface is obtained in the dimension of the original feature amount, so that an identification boundary close to the
前述したような図9Cの教示データセット904から特徴ベクトルを計算すると、図10Aのグラフ1001に示すように欠陥部の特徴ベクトル1011が正常部の特徴ベクトル1012を挟んで対角線上に分布することがある。図10Aのグラフにおいて、縦軸は設計データ特徴量を表し、横軸は実パターン画像特徴量を表す。非線形SVMでは図8Bで説明したように曲線状の識別境界をとることができるので、このような特徴ベクトルの分布に対して対応可能であるが。LDAで求める識別境界は直線でしか表せないため、求められる識別境界は図10Aの直線1002のようになり、有効な判別境界を求めるには限界がある。しかし、欠陥種によって学習データを分けることで、図10Bに示すように、直線1003と直線1004の二つの識別境界を引くことができ、正しく判定することが可能となる。図10Bのグラフにおいて、縦軸は設計データ特徴量を表し、横軸は実パターン画像特徴量を表す。
When the feature vector is calculated from the
(6)検査時の処理内容
図1で説明した識別境界算出工程S104で算出された識別境界を用い、検査対象ウェハ212の欠陥検出を行う。
(6) Processing contents during inspection Using the identification boundary calculated in the identification boundary calculation step S104 described in FIG. 1, the defect detection of the
検査対象ウェハ212を図2で説明したSEM200で撮像して得た実パターン画像14とその設計データ画像15に対して、S104の識別境界算出工程に用いられた特徴量と同じ特徴量を算出し(S112、S113)、算出して得られた特徴ベクトルに対して識別境界算出工程S104で求められた識別境界で、正常・欠陥の判定を行う(S114)。S112における実パターン画像14の特徴量の算出は、SEMによって実パターン画像14が撮像された後に計算しなくてはならないが、設計データ画像15の特徴量は検査前に算出しておき、記憶装置に事前に保持しておけば検査時の計算時間の削減になる。
For the actual pattern image 14 obtained by imaging the
図11A乃至図11Cは、学習した識別境界から実際に検査対象ウェハの欠陥検出を行う例を示したものである。図11Aは検査対象である設計データ画像1101を示し、図11Bは実パターン画像1102を示す。図11Aの設計データ画像1101と図11Bの実パターン画像1102上の対応する画素1103から求めた特徴ベクトルを図11Cに示したグラフ上の点1108に、画素1104から求められた特徴量ベクトルをグラフ上の点1109に表す。検査前準備段階S100においては正常部の特徴量ベクトル1106や欠陥部の特徴量ベクトル1105などから、SVMによる識別境界1107が求められている。この識別境界1107により、特徴ベクトル1108は正常部として、特徴ベクトル1109は欠陥部として判定される。
FIG. 11A to FIG. 11C show an example of actually detecting the defect of the inspection target wafer from the learned identification boundary. FIG. 11A shows a
図13は画素単位の欠陥判定を行ったあとの後処理について説明する図である。画素単位の欠陥判定後に(a)に示すような、欠陥判定で正常と判定された画素を黒、欠陥と判定された画素を白とした画像1301が得られる。この時、欠陥部は領域1306のように欠陥画素が連結して検出されるが、誤判定によって1画素もしくは数画素で連結された1305が同時に得られる。このような極小な領域はノイズとして除去する。具体的には(b)に示すように、欠陥画素に対してモルフォロジー演算などで縮退を行い(画像1302)、(c)に示すように、膨張させることで画像1303のような画像が得られる。
このほかに(d)に示すように、画像1301に対して連結した欠陥画素の領域の長径1307を求め、あるしきい値以上であれば欠陥領域とする方法などがある。
FIG. 13 is a diagram for explaining post-processing after the pixel-by-pixel defect determination. An
In addition, as shown in (d), there is a method in which the
最終的に判定された欠陥領域は、図1のS114における判定結果表示においてユーザに確認される。 The finally determined defect area is confirmed by the user in the determination result display in S114 of FIG.
図7はGUI700による判定結果表示の例を示す。表示領域701にはウェハマップが表示され、注目しているダイの位置や、おおまかな欠陥分布の位置を表示する。表示領域702にはダイのマップでが表示され、注目している配線パターンの位置703の表示や大きな欠陥や欠陥頻度の多い領域などを点704にて表示する。表示領域705は欠陥種ごとに発生頻度のヒストグラムを表示する部分である。表示領域706は注目している配線パターンの座標情報や、表示倍率などを表示する部分である。表示領域707は注目している配線パターン領域の設計データ画像7071と実パターン画像7072を表示する部分である。実パターン画像7072上には欠陥判定領域7073〜7076などが線で囲まれ表示される。708は操作パネルで、見たい配線パターンの位置や倍率、欠陥表示の切り替えなどが行える。
FIG. 7 shows an example of determination result display by the
(7)欠陥検出感度の調整
図12A及び図12Bでは、欠陥判定の感度調整について説明する。LDAやSVMによって求められた識別境界で欠陥判定を行うことは、特徴ベクトルを図12Aに示したような1201のような1軸上に射影してヒストグラムを求め、しきい値1202によってヒストグラムを2つに分けるという操作をしている。ヒストグラムは欠陥部の山1203と正常部の山1204の2つの山からなる。しきい値1202を矢印1205の方向に移動することで欠陥に対する感度を低減させ、矢印1206の方向に移動することで虚報に対する感度を低減させて虚報の検出率を低減することができる。
(7) Adjustment of defect detection sensitivity
12A and 12B, the sensitivity determination for defect determination will be described. Determining a defect at an identification boundary obtained by LDA or SVM is to project a feature vector onto one axis such as 1201 as shown in FIG. The operation is divided. The histogram consists of two peaks, a
これを利用した欠陥種ごと感度調整の例を、図12BのGUI1207によって示す。欠陥種ごとの学習によって得られた複数の識別境界をもとに特徴ベクトルのヒストグラム1208−1〜3のように欠陥種ごとに表示する。ユーザは、ポインティングデバイス等を利用しスライダ1211を変化させることで欠陥種ごとのしきい値を調整する。調整後の判定結果は実パターン画像1212上に実時間で反映され、欠陥領域1213や1214が表示されたり表示されなくなったりする。ユーザは設計データ画像1211と見比べながら、適切なしきい値に調整を行うことができる。
An example of sensitivity adjustment for each defect type using this is shown by a
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof. Yes.
200…走査電子顕微鏡 212…検査対象ウェハ 215…検出器 216…A/D変換器 218…表示手段 219…画像処理部 220…記憶装置。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
検査対象パターンを撮像して該検査対象パターンの画像を取得する撮像手段と、
該撮像手段で前記検査対象パターンを撮像して得た画像から該検査対象パターンの画像の特徴量を算出する検査対象パターン画像特徴量算出手段と、
設計データから設計データ画像を作成する設計データ画像作成手段と、
該設計データ画像作成手段で前記検査対象パターンの設計データから作成した該設計データ画像の特徴量を算出する設計データ画像特徴量算出手段と、
前記撮像手段で検査対象パターンを撮像して取得した前記検査対象パターンの画像と前記設計データ画像作成手段で生成した前記検査対象パターンの設計データ画像とを表示する表示画面を備えた表示手段と、
前記検査対象パターンの画像と前記検査対象パターンの設計データ画像とが表示された前記表示手段の画面で指示された前記検査対象パターンの欠陥の教示画像データを作成して記憶する教示画像データ作成手段と、
前記検査対象パターン画像特徴量算出手段で算出した前記検査対象パターンの画像の特徴量と前記設計データ画像特徴量算出手段で算出した前記設計データ画像の特徴量と前記教示画像データ作成手段で作成した教示画像データとを用いて前記検査対象パターンの画像において虚報と欠陥とを識別する識別境界を算出して記憶する識別境界算出手段と、
前記検査対象パターンの検査領域を前記撮像手段で撮像して得た画像から前記検査対象パターン画像特徴量算出手段で算出した前記検査対象パターンの画像の特徴量と、前記検査対象パターンの検査領域に対応する設計データから設計データ画像作成手段で作成した画像から前記設計データ画像特徴量算出手段で算出した前記設計データ画像の特徴量とから前記識別境界算出手段に記憶した前記識別境界を用いて前記検査対象パターンの欠陥を判定する欠陥判定手段と
を備えることを特徴とするパターン検査装置。 An apparatus for detecting defects in an inspection target pattern by comparing an image obtained by imaging an inspection target pattern with a design data image generated from design data,
Imaging means for capturing an inspection target pattern and obtaining an image of the inspection target pattern;
Inspection target pattern image feature quantity calculating means for calculating a feature quantity of the image of the inspection target pattern from an image obtained by imaging the inspection target pattern by the imaging means;
Design data image creation means for creating a design data image from design data;
Design data image feature quantity calculating means for calculating the feature quantity of the design data image created from the design data of the inspection target pattern by the design data image creating means;
Display means comprising a display screen for displaying the image of the inspection target pattern acquired by imaging the inspection target pattern by the imaging means and the design data image of the inspection target pattern generated by the design data image creating means;
Teach image data creation means for creating and storing teaching image data of the defect of the inspection target pattern indicated on the screen of the display means on which the image of the inspection target pattern and the design data image of the inspection target pattern are displayed When,
The inspection target pattern image feature amount calculated by the inspection target pattern image feature amount calculation unit, the design data image feature amount calculation unit calculated by the design data image feature amount calculation unit, and the teaching image data generation unit An identification boundary calculating means for calculating and storing an identification boundary for identifying a false report and a defect in the image of the inspection target pattern using the teaching image data;
The feature amount of the image of the inspection target pattern calculated by the inspection target pattern image feature amount calculating means from the image obtained by imaging the inspection area of the inspection target pattern by the imaging means, and the inspection area of the inspection target pattern Using the identification boundary stored in the identification boundary calculation means from the feature quantity of the design data image calculated by the design data image feature quantity calculation means from the image created by the design data image creation means from the corresponding design data A pattern inspection apparatus comprising: defect determination means for determining a defect of an inspection target pattern.
検査対象パターンうちのサンプルパターンを撮像して該サンプルパターンの画像を取得し、
該撮像して取得した前記サンプルパターンの画像から該サンプルパターンの画像の特徴量を算出し、
前記サンプルパターンの設計データから前記サンプルパターンの画像に対応する設計データ画像を作成し、
該作成した設計データ画像について前記算出したサンプルパターンの画像の特徴量に対応する特徴量を算出し、
前記撮像して取得した前記サンプルパターンの画像と前記作成した設計データ画像とを用いて欠陥を教示するための教示画像データを作成し、
前記算出したサンプルパターンの画像の特徴量と前記算出したサンプルパターンの画像の特徴量に対応する設計データ画像の特徴量と前記作成した教示画像データとを用いてサンプルパターンの画像から欠陥の画像を識別するための識別境界を算出し、
前記検査対象パターンの検査領域を撮像して得た画像から前記検査対象パターンの検査領域の画像特徴量を算出し、
前記検査対象パターンの検査領域に対応する設計データから設計データ画像を作成して該作成した設計データ画像の特徴量を算出し、
前記算出した前記検査対象パターンの検査領域の画像特徴量と前記設計データ画像の特徴量と前記算出した識別境界とに基づいて前記検査対象パターンの検査領域内の欠陥を検出する
ことを特徴とするパターン検査方法。 A method for detecting defects in an inspection target pattern by comparing an image obtained by imaging an inspection target pattern with a design data image generated from design data,
Capture the sample pattern of the pattern to be inspected to obtain an image of the sample pattern,
Calculating the feature amount of the image of the sample pattern from the image of the sample pattern obtained by capturing the image;
Create a design data image corresponding to the sample pattern image from the sample pattern design data,
Calculating a feature amount corresponding to the feature amount of the image of the calculated sample pattern for the created design data image;
Create teaching image data for teaching defects using the image of the sample pattern acquired by imaging and the created design data image,
Using the calculated feature amount of the sample pattern image, the feature amount of the design data image corresponding to the calculated feature amount of the sample pattern image, and the created teaching image data, a defect image is obtained from the sample pattern image. Calculate the identification boundary for identification,
Calculating an image feature amount of the inspection area of the inspection target pattern from an image obtained by imaging the inspection area of the inspection target pattern;
Create a design data image from design data corresponding to the inspection area of the inspection target pattern and calculate the feature amount of the created design data image,
A defect in the inspection region of the inspection target pattern is detected based on the calculated image feature amount of the inspection region of the inspection target pattern, the feature amount of the design data image, and the calculated identification boundary. Pattern inspection method.
検査対象パターンを撮像して得た画像から抽出した特徴量と設計データから生成した設計データ画像から抽出した前記検査対象パターンを撮像して得た画像に対応する箇所の特徴量と前記検査対象パターンを撮像して得た画像と設計データ画像とを用いて作成した教示データの情報を用いて虚報と欠陥とを識別するための識別境界を算出し、
該算出した識別境界を記憶し、
前記検査対象パターンの検査領域を撮像して得た画像から前記検査対象パターンの検査領域の画像特徴量を算出し、
前記検査対象パターンの検査領域に対応する設計データから設計データ画像を作成して該作成した設計データ画像の特徴量を算出し、
前記算出した前記検査対象パターンの検査領域の画像特徴量と前記設計データ画像の特徴量と前記記憶しておいた識別境界とに基づいて前記検査対象パターンの検査領域内の欠陥を検出する
ことを特徴とするパターン検査方法。 A method for detecting defects in an inspection target pattern by comparing an image obtained by imaging an inspection target pattern with a design data image generated from design data,
The feature quantity extracted from the image obtained by imaging the inspection target pattern and the feature quantity at the location corresponding to the image obtained by imaging the inspection target pattern extracted from the design data image generated from the design data, and the inspection target pattern Using the information of the teaching data created using the image obtained by imaging the image and the design data image, the identification boundary for identifying the false alarm and the defect is calculated,
Storing the calculated identification boundary;
Calculating an image feature amount of the inspection area of the inspection target pattern from an image obtained by imaging the inspection area of the inspection target pattern;
Create a design data image from design data corresponding to the inspection area of the inspection target pattern and calculate the feature amount of the created design data image,
Detecting a defect in the inspection region of the inspection target pattern based on the calculated image feature amount of the inspection region of the inspection target pattern, the feature amount of the design data image, and the stored identification boundary. Characteristic pattern inspection method.
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