JP2926118B2 - Defect detection method - Google Patents

Defect detection method

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JP2926118B2
JP2926118B2 JP811490A JP811490A JP2926118B2 JP 2926118 B2 JP2926118 B2 JP 2926118B2 JP 811490 A JP811490 A JP 811490A JP 811490 A JP811490 A JP 811490A JP 2926118 B2 JP2926118 B2 JP 2926118B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばLSIウエハやTFTなどのパターンを比
較してパターンの欠陥等を認識する欠陥検出方法に関す
る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a defect detection method for comparing patterns of, for example, LSI wafers and TFTs and recognizing pattern defects and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

パターンの認識をパターンの欠陥検査に応用した例を
説明する。
An example in which pattern recognition is applied to pattern defect inspection will be described.

従来の方法は、特開昭57−196377号公報に記載のよう
に、パターンを検出する手段と、検出したパターンを記
憶しておく手段と、一つ前に検出・記憶しておいたパタ
ーンと検出したパターンとを画素単位に位置合わせする
手段と、位置合わせした2つのパターンの誤差を検出・
比較する手段とを設け、これによって比較してパターン
の欠陥を認識するようになっていた。ここで、認識対象
は、第2図に示すようなメモリー用LSIなどのパターン
や、TFT(Thin Film Transistor)のパターンや、プリ
ント配線板のパターンや、セラミック基板のパターン
や、それらの製造する工程で用いるマスクやレチクルな
どのパターンである。ここでは、一例として半導体ウエ
ハのパターンについて説明するが、他のパターンについ
ても同じことが成り立つ。半導体ウエハのパターンは、
最終的に切り離されて個別製品となるチップが数十個一
枚のウエハに載っており、これらは互いに同じパターン
を持っている。
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-196377, a conventional method includes a means for detecting a pattern, a means for storing a detected pattern, and a pattern detected and stored immediately before. Means for aligning the detected pattern with each pixel, and detecting and detecting an error between the two aligned patterns.
Means for comparison are provided so that the pattern defect can be recognized by comparison. Here, the recognition target is a pattern such as a memory LSI as shown in FIG. 2, a TFT (Thin Film Transistor) pattern, a printed wiring board pattern, a ceramic substrate pattern, and a process of manufacturing them. , Such as a mask and a reticle. Here, a pattern on a semiconductor wafer will be described as an example, but the same holds for other patterns. The pattern of the semiconductor wafer is
Dozens of chips that are finally separated and become individual products are mounted on a single wafer, and these chips have the same pattern.

上記のようなパターンの欠陥を認識する原理を第2図
を用いて説明する。すなわち、各チップが全く同一のパ
ターンを持っていることに着目し、あるパターンを検出
して記憶しておき、それと同一であるはずの別のパター
ンを次に検出して、画素単位に位置合わせ(検出パター
ンと記憶しておいたパターンとの各画素ごとの差の画像
全面での総和をとる。検出パターンに対して記憶してお
いたパターンを画素単位でシフトさせながらこれを行
い、最も差の総和の小さい位置、すなわち最も2つの画
像が一致している位置に合わせること。)を行い、位置
合わせした2つのパターンの誤差を抽出して比較する。
そして、いずれのパターンにも欠陥が存在しない場合に
は、パターンの差はほとんどないが、いずれかのパター
ンに欠陥が存在する場合には、欠陥部分でパターンに差
があるため、パターンの比較により誤差を生じる場所を
検出することによってパターン欠陥を認識することがで
きる。
The principle of recognizing such a pattern defect will be described with reference to FIG. In other words, paying attention to the fact that each chip has exactly the same pattern, detect and store a certain pattern, then detect another pattern that should be the same, and align it in pixel units. (Calculate the sum of the difference of each pixel between the detected pattern and the stored pattern over the entire image. This is performed while shifting the stored pattern with respect to the detected pattern on a pixel-by-pixel basis. Is adjusted to a position where the sum of the two patterns is small, that is, a position where the two images are the same.), And an error between the two aligned patterns is extracted and compared.
When there is no defect in any of the patterns, there is almost no difference between the patterns, but when there is a defect in any of the patterns, there is a difference in the pattern at the defective portion. A pattern defect can be recognized by detecting a place where an error occurs.

このとき、比較して差があれば、いずれかのパターン
に欠陥があると言えるが、いずれのパターンに欠陥があ
るかを判別することはできない。これを判別する手段と
しては種々のものがあるが、本発明に係わる技術とは直
接関係がないので、ここでは特に説明しない。
At this time, if there is a difference in comparison, it can be said that any of the patterns has a defect, but it cannot be determined which of the patterns has a defect. There are various means for judging this, but they are not specifically described here because they have no direct relation to the technology according to the present invention.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

検査対象のウエハの正常部パターンは、各種誤差要因
によって場所により異なったパターンとなっている。こ
のため、パターンに差があっても必ずしも欠陥とは限ら
ず、小さい欠陥と正常部の誤差との識別が困難になる。
このことを以下に説明する。
The normal part pattern of the wafer to be inspected differs depending on the location due to various error factors. For this reason, even if there is a difference in the pattern, it is not necessarily a defect, and it becomes difficult to distinguish a small defect from an error in a normal part.
This will be described below.

まず、欠陥と正常部の誤差との違いを定義する。正常
部の誤差は、着目場所の近傍でも同一のパターンでは同
じように誤差を持っているものとする。これに対し、欠
陥は局所的な違いで、近傍の同一のパターンでは誤差を
持っていないとする。また、正常部の許容寸法誤差は、
認識すべき最小欠陥寸法より大きいものとする。もちろ
ん例外はあるが、それらは対象外とする。
First, the difference between the defect and the error of the normal part is defined. It is assumed that the error of the normal part has the same error in the same pattern even in the vicinity of the point of interest. On the other hand, it is assumed that the defect is a local difference, and the same pattern in the vicinity has no error. The allowable dimensional error of the normal part is
It should be larger than the minimum defect size to be recognized. Of course, there are exceptions, but they are out of scope.

上記のような定義の場合、パターンに差があれば欠陥
とする方式では、第3図に示すような問題がある。すな
わち、第3図は説明を簡単にするため2値画像として、
第3図(a)は記憶パターンと検出パターンで許容寸法
誤差を持った正常部を比較した場合、同図(b)は正常
なパターンと欠陥を持った検出パターンで認識すべき最
小寸法の欠陥を持ったパターンを比較した場合、同図
(c)、(d)はそれぞれ同図(a)、(b)のパター
ンの差を示したものである。第3図(c)と(d)とを
比較すると、正常部のパターンの違う面積が欠陥部のパ
ターンの違う面積より大きくなっており、欠陥の識別は
困難となる。
In the case of the above definition, if there is a difference between the patterns, the method of determining a defect has a problem as shown in FIG. That is, FIG. 3 shows a binary image for simplicity of description.
FIG. 3 (a) shows a comparison between a normal part having an allowable dimensional error between a storage pattern and a detection pattern, and FIG. 3 (b) shows a defect having a minimum size to be recognized between a normal pattern and a detection pattern having a defect. (C) and (d) show the differences between the patterns of FIGS. (A) and (b), respectively, when comparing the patterns with. Comparing FIGS. 3 (c) and 3 (d), the different areas of the normal part patterns are larger than the different areas of the defective part patterns, making it difficult to identify defects.

上記の例では、誤差を持った正常部パターンと欠陥と
の識別を容易にする方式が必要である。また、パターン
のずれや変形量などのパターンの性質を認識する場合に
も、実施例の欄で説明するように、同様の方法で問題を
解決することができる。
In the above example, there is a need for a method that facilitates the discrimination between a normal part pattern having an error and a defect. Also, when recognizing pattern characteristics such as pattern shift and deformation amount, the problem can be solved by the same method as described in the section of the embodiment.

本発明の目的は、これらの課題を解決しうる欠陥検出
方法を提供することにある。なお、後記する課題を解決
するための手段、作用の欄では欠陥検査についてのみ説
明するが、他の例についても同様であることは言うまで
もない。
An object of the present invention is to provide a defect detection method that can solve these problems. Note that only the defect inspection will be described in the section of the means for solving the problems described below and the section of operation, but it goes without saying that the same applies to other examples.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するため、本来同一になるように形成
された複数のパターンのうちの第1のパターンを撮像し
て第1の画像を得、前記複数のパターンのうちの第2の
パターンを撮像して第2の画像を得、該第1の画像と第
2の画像とを相対的にずらしてずらし量の異なる該第1
の画像と第2の画像との差画像を複数求め、該求めたず
らし量の異なる複数の差画像に基づいて欠陥を検出す
る。
In order to achieve the above object, a first pattern of a plurality of patterns originally formed to be the same is captured to obtain a first image, and a second pattern of the plurality of patterns is captured. To obtain a second image, and the first image and the second image are relatively displaced from each other, and
A plurality of difference images between the first image and the second image are obtained, and a defect is detected based on the plurality of difference images having different obtained shift amounts.

また、前記第1の画像と第2の画像との相対的なずら
し量を、該第1の画像と第2の画像との差の絶対値が最
も小さくなるずらし量をそのときの前記第1の画像と第
2の画像との差とに基づいて決定する。
Further, the relative shift amount between the first image and the second image is determined by the shift amount at which the absolute value of the difference between the first image and the second image is minimized. And the difference between the second image and the second image.

また、前記ずらし量の異なるそれぞれの差画像が何れ
も所定値以上の場合に、該差画像から欠陥候補を求め、
該求めた欠陥候補の特徴量を抽出して欠陥判定を行う。
Further, when each of the difference images having different shift amounts is equal to or more than a predetermined value, a defect candidate is obtained from the difference image,
The feature amount of the obtained defect candidate is extracted to make a defect determination.

第1図に、本発明の欠陥検出方法の原理図を示す。す
なわち、検査対象であるウエハ1のパターンを検出する
検出手段2と、検出したパターンを記憶しておく記憶手
段3と、一つ前に検出・記憶しておいたパターン(第1
の画像)と検出したパターン(第2の画像)とを位置合
わせする位置合わせ手段4と、位置合わせした第1の画
像と第2の画像の画像との差の絶対値が最も小さくなる
ずらし量を求め、上記ずらし量の異なるそれぞれの差画
像が何れも所定値(しきい値)以上のものを欠陥候補
(位置合わせ候補)に選択する位置合わせ候補選択手段
5と、選択したすべての候補より各画素ごとに候補の値
とその画素近傍の値とを用いて計算して誤差画像を作成
する誤差画像抽出手段6と、誤差画像からパターンの欠
陥を認識する欠陥認識手段7からなっている。
FIG. 1 shows a principle diagram of the defect detection method of the present invention. That is, the detecting means 2 for detecting the pattern of the wafer 1 to be inspected, the storing means 3 for storing the detected pattern, and the pattern previously detected and stored (first
) And a detected pattern (second image), and a shift amount that minimizes the absolute value of the difference between the aligned first image and second image. And alignment candidate selection means 5 for selecting, as the defect candidates (alignment candidates), all of the difference images having different shift amounts, which are equal to or more than a predetermined value (threshold), from all the selected candidates. An error image extracting unit 6 for calculating an error image by using a candidate value and a value near the pixel for each pixel, and a defect recognizing unit 7 for recognizing a pattern defect from the error image.

また、誤差画像抽出手段6は、例えば候補の値の最小
値をとる方式がある。
Further, the error image extracting means 6 has a method of taking the minimum value of candidate values, for example.

〔作用〕[Action]

第1図の構成の作用を、前述の第3図(a)、(b)
に適用した場合を例として説明する。
The operation of the configuration of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
An example in which the present invention is applied to will be described.

まず、第3図(a)の場合、最良位置合わせ位置の近
傍±2画素の画像シフトの範囲で複数個の位置合わせシ
フトの候補を探す。各シフト位置における画像全体での
差の総和の例を第1表に示す。
First, in the case of FIG. 3 (a), a plurality of alignment shift candidates are searched for within an image shift range of ± 2 pixels near the best alignment position. Table 1 shows an example of the sum of the differences in the entire image at each shift position.

ここで、(0,0)、(1,0)の差は総和は小さく、位置
合わせシフトの候補となり、2つの候補での差画像はそ
れぞれ第4図(a)、(b)のようになり、2つの候補
の最小誤差はすべての画素で0となる。これに対して、
第3図(b)の場合、差の総和の例を第2表に示してあ
るが、(0,0)以外の差の総和は大きく、(0,0)しか位
置合わせ候補とならず、誤差画像は第3図(d)と同一
となる。これらのことから、差の面積が大きい場所とし
て欠陥を認識できる。
Here, the difference between (0,0) and (1,0) has a small sum and becomes a candidate for the alignment shift, and the difference images of the two candidates are as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), respectively. And the minimum error of the two candidates is 0 for all pixels. On the contrary,
In the case of FIG. 3 (b), an example of the sum of the differences is shown in Table 2, but the sum of the differences other than (0,0) is large, and only (0,0) is a candidate for alignment. The error image is the same as FIG. 3 (d). From these, the defect can be recognized as a place where the area of the difference is large.

以上の例で示したように、着目点の近傍で同じように
誤差を持っている正常部の場合、その誤差をなくす位置
は位置合わせシフトの候補となり、また、着目点の近傍
で誤差のない場合は位置合わせシフトの候補とならず、
誤差画像には欠陥のみが現われる。
As shown in the above example, in the case of a normal part having the same error near the point of interest, the position where the error is eliminated is a candidate for the alignment shift, and there is no error near the point of interest. Is not a candidate for the alignment shift,
Only a defect appears in the error image.

なお、位置合わせシフト候補の決定方法としては、例
えば最良位置合わせ位置での差の総和の2倍より小さい
差の総和の持つ位置とするなどの方式で一致度の高い画
像を選択する。また、位置合わせ手段4を省略して、複
数個所の位置合わせシフト候補を選択する位置合わせ候
補選択手段5において同時に最良位置合わせ位置を探す
こともできる。
As a method of determining the alignment shift candidate, an image having a high degree of coincidence is selected, for example, by using a position having a sum of differences smaller than twice the sum of differences at the best alignment position. Further, the positioning means 4 can be omitted, and the positioning candidate selection means 5 for selecting a plurality of positioning shift candidates can simultaneously search for the best positioning position.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の第1の実施例を第5図により説明す
る。本実施例は、本発明の欠陥検出方法をLSIウエハの
パターンの欠陥検査に適用した例であるが、TFTなどの
パターンにも適用できることは言うまでもない。第5図
は、その実施に用いるLSIウエハの欠陥検出装置(以下
の説明では装置と略す)の構成図である。装置は、ウエ
ハ1を走査するX−Yステージ8、ウエハを照明する照
明光源9と照明光学系10、照明されたウエハの光学像を
検出する対物レンズ11と一次元イメージセンサ12からな
る検出部2A、および一次元イメージセンサ12の信号をデ
ジタル化して記憶するためのA/D変換器13と画像メモリ
部14とからなる画像入力部15、および画像入力部15に入
力された検出画像16と画像メモリ部14からの比較画像17
より、後記する式(1)で表わされるマッチング値を計
算するマッチング部18、マッチング部18からのマッチン
グ値より最良位置合わせ位置および複数の位置合わせ候
補シフトを求める演算部19、演算部19からの位置合わせ
候補シフト量を用いて検出画像16と比較画像17とより誤
差画像20を抽出する誤差画像抽出部21、誤差画像20を二
値化して差の存在する場所の各種特徴量を抽出し、欠陥
判定を行う欠陥判定部22からなる画像処理部23、および
X−Yステージ8の制御と画像処理部23から出力される
欠陥情報の記憶や表示と全体シーケンスの管理に行う計
算機で構成された全体制御部24からなる。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an example in which the defect detection method of the present invention is applied to a defect inspection of an LSI wafer pattern, but it is needless to say that the present invention can be applied to a pattern such as a TFT. FIG. 5 is a configuration diagram of an LSI wafer defect detection apparatus (hereinafter, abbreviated as an apparatus) used in the embodiment. The apparatus comprises an XY stage 8 for scanning the wafer 1, an illumination light source 9 and an illumination optical system 10 for illuminating the wafer, an objective lens 11 for detecting an optical image of the illuminated wafer, and a detection unit comprising a one-dimensional image sensor 12. 2A , and an image input unit 15 including an A / D converter 13 and an image memory unit 14 for digitizing and storing a signal of the one-dimensional image sensor 12, and a detected image 16 input to the image input unit 15. Comparative image 17 from image memory unit 14
Thus, a matching unit 18 that calculates a matching value represented by Expression (1) described later, an operation unit 19 that obtains a best alignment position and a plurality of alignment candidate shifts from the matching value from the matching unit 18, An error image extraction unit 21 that extracts an error image 20 from the detected image 16 and the comparison image 17 using the alignment candidate shift amount, binarizes the error image 20, and extracts various feature amounts of a place where a difference exists, the image processing unit 23 composed of defect determination unit 22 for determining the defect, and was composed of X-Y stage 8 computer to perform the management of the storage and display and the entire sequence of the defect information output from the control image processing part 23 of the It comprises an overall control unit 24.

装置の各部は、以下のように動作してパターン欠陥を
検出する。すなわち、全体制御部24からの指令により各
部のイニシャライズを行った後、X−Yステージ8の走
査に同期して、照明光源9で照明されたウエハ1のパタ
ーンを対物レンズ11を介して一次元イメージセンサ12で
光電変換することにより二次元のパターンを検出し、A/
D変換器13でデジタル化した二次元の検出画像16とし、
得られた検出画像を画像メモリ部14に記憶する。検出画
像16と画像メモリ部14に記憶しておいた比較画像17とか
ら、マッチング部18でマッチング値を求める。この動作
を第6図を用いて以下に説明する。
Each part of the apparatus operates as follows to detect a pattern defect. That is, after initializing each unit according to a command from the overall control unit 24, the pattern of the wafer 1 illuminated by the illumination light source 9 is one-dimensionally passed through the objective lens 11 in synchronization with the scanning of the XY stage 8. A two-dimensional pattern is detected by photoelectric conversion by the image sensor 12, and A / D
As a two-dimensional detection image 16 digitized by the D converter 13,
The obtained detected image is stored in the image memory unit 14. From the detected image 16 and the comparison image 17 stored in the image memory unit 14, the matching unit 18 obtains a matching value. This operation will be described below with reference to FIG.

第6図はマッチング部18の動作原理を示した図であ
る。検出画像16と比較画像17より、比較画像17をΔX、
ΔY方向に位置ずれ許容量の±δ画素(本実施例ではδ
=1として説明するが、これは検出対象の寸法精度と欠
陥検出装置の位置決め精度で決まる値であり、必要な値
を適宜設定するものとする。)だけシフトしたときの検
出画像16と比較画像17との画像の差を式(1)で計算
し、各シフト量に対応した画像の差をマッチング値S1と
して出力する。
FIG. 6 is a diagram showing the operation principle of the matching unit 18. From the detected image 16 and the comparative image 17, the comparative image 17 is represented by ΔX,
± δ pixels of the permissible displacement in the ΔY direction (in this embodiment, δ pixels
= 1, but this is a value determined by the dimensional accuracy of the detection target and the positioning accuracy of the defect detection device, and a necessary value is appropriately set. ), The image difference between the detected image 16 and the comparison image 17 is calculated by equation (1), and the image difference corresponding to each shift amount is output as the matching value S1.

S1(Δi,Δj)=ΣΣ|f(i,j)−g(i+Δi,j+Δj)| ……(1) ここで、f(i,j)は検出画像16の画素(i,j)におけ
る値、g(i,j)は比較画像17の画素(i,j)における
値、S1(Δi,Δj)は画素シフト量(Δi,Δj)におけ
る画像の差である。ΣΣは位置ずれを計算する画像全面
における加算、Δi,Δjは第6図の場合は−1から1で
ある。
S1 (Δi, Δj) = ΣΣ | f (i, j) −g (i + Δi, j + Δj) | (1) where f (i, j) is a value at the pixel (i, j) of the detected image 16 , G (i, j) are values at the pixel (i, j) of the comparative image 17, and S1 (Δi, Δj) is the difference between the images at the pixel shift amount (Δi, Δj). ΣΣ is the addition over the entire image for calculating the displacement, and Δi, Δj are −1 to 1 in the case of FIG.

演算部19では、S1(Δi,Δj)の最小値Sminと、その
最小値をとる(Δi,Δj)の組である最良位置合わせ位
置(Δim,Δjm)を求める。次に、式(2)を満足する
(Δi,Δj)の組として複数の位置合わせ候補シフト
(Δis,Δjs),s=1,2,…を求める。
The arithmetic unit 19, S1 (Δi, Δj) obtaining the minimum value S min of taking the minimum value (.DELTA.i, .DELTA.j) best registration position is a set of (Δi m, Δj m). Next, a plurality of alignment candidate shifts (Δi s , Δj s ), s = 1, 2,... Are obtained as a set of (Δi, Δj) satisfying the expression (2).

S1(Δi,Δj)<Smin×Th ……(2) ここで、Thはあらかじめ設定しておくしきい値で、2
程度の値をとる。
S1 (Δi, Δj) <in S min × Th ...... (2) where, Th is a threshold value set in advance, 2
Take the value of the degree.

誤差画像抽出部21では、演算部19よりの複数の位置合
わせ候補シフト(Δis,Δjs)から、式(3)で誤差画
像20を求める。
The error image extracting unit 21 obtains the error image 20 from Expression (3) from the plurality of alignment candidate shifts (Δi s , Δj s ) from the arithmetic unit 19.

h(i,j)=Min(s=1,2,…) {|fi,j)−g(i+Δis,j+Δjs)|}=0 ……(3) 欠陥判定部22では、誤差画像20を欠陥判定のしきい値
Vthで二値化して、差の存在する場所の面積、幅、投影
長などの各種特徴量を抽出して欠陥判定を行う。
h (i, j) = M in (s = 1, 2,...) {| fi, j) −g (i + Δi s , j + Δj s ) |} = 0 (3) 20 is the threshold value for defect judgment
Binarization is performed using Vth , and various feature amounts such as the area, width, and projection length of the location where the difference exists are extracted to perform defect determination.

本実施例によれば、誤差を持った正常部パターンと欠
陥との識別を容易にできるため、正常部許容誤差寸法よ
り小さい欠陥を認識することができるという効果があ
る。
According to the present embodiment, it is possible to easily distinguish between a normal pattern having an error and a defect, so that there is an effect that a defect smaller than the normal part allowable error dimension can be recognized.

また、本実施例の変形として次のものがある。すなわ
ち、第1に、式(2)のSmin×Thの代りにSmin×Smin×
ThなどSminの関数とするものがある。本変形例によれ
ば、自由度を大きくでき、本例の場合Sminが小さく一致
度の高い場合には基準を低くし、逆の場合は高くすると
いう画質に合わせたしきい値をとることができる。
The following are modifications of the present embodiment. That is, first, instead of S min × Th in equation (2), S min × S min ×
Some functions are S min functions such as Th. According to this modification, the degree of freedom can be increased, and in this example, the threshold is set to be low when the S min is small and the degree of coincidence is high, and to be high when the converse is high, and a threshold is set according to the image quality. Can be.

第2に、まず記憶パターンと検出パターンとを位置合
わせした後、位置合わせ範囲より狭い範囲で複数の位置
合わせ候補を求めるようにするものがある。この場合
は、位置合わせ候補シフトを求める範囲が狭いので、こ
の部分の回路の規模は小さくなる。また、位置合わせは
一般的に行われており、そのような装置へ最小限の追加
で本発明の方法を導入できる効果がある。
Secondly, there is a method in which a storage pattern and a detection pattern are first aligned, and then a plurality of alignment candidates are obtained in a range narrower than the alignment range. In this case, since the range for obtaining the alignment candidate shift is narrow, the size of the circuit in this part is small. In addition, alignment is generally performed, and there is an effect that the method of the present invention can be introduced with a minimum addition to such an apparatus.

第3に、式(3)において、最小値を求める代りに式
(4)を用いるものがある。すなわち、もし、{f(i,
j)−g(i+Δis,j+Δjs)}に符号の違うものが存
在すれば h(i,j)=Min(s=1,2,…) {|(f(i,j)−g(i+Δis,j+Δjs)|} ……(4) この場合、符号が違うものがあるということは、画素
以下の単位でみたときにどこかに0という値があるとい
うことで、これを正確に評価できる効果がある。
Third, in Expression (3), Expression (4) is used instead of obtaining the minimum value. That is, if {f (i,
j) −g (i + Δi s , j + Δj s )} if there is a different sign h (i, j) = M in (s = 1,2,...) {| (f (i, j) −g (I + Δi s , j + Δj s ) |} (4) In this case, the fact that there is a different sign means that there is a value of 0 somewhere in the unit of a pixel or less, which means that this is correct. There is an effect that can be evaluated.

第4に、X−Yステージ8の走査に同期して一次元イ
メージセンサ12で光電変換することにより二次元のパタ
ーンを検出する代りに、X−Yステージ8をステップ移
動させてTVカメラで光電変換することにより、二次元の
パターンを検出するものがある。または、一次元イメー
ジセンサ12の代りに、フォトマルなどのポイント型セン
サと走査機構を用いるなど、他の型のセンサを用いるこ
とができる。
Fourth, instead of detecting the two-dimensional pattern by photoelectrically converting the one-dimensional image sensor 12 in synchronization with the scanning of the XY stage 8, the XY stage 8 is step-moved and the TV camera performs photoelectric conversion. In some cases, two-dimensional patterns are detected by conversion. Alternatively, instead of the one-dimensional image sensor 12, another type of sensor such as a point type sensor such as a photomultiplier and a scanning mechanism may be used.

第5に、検出画像16と比較画像17のマッチング値を式
(1)で計算する代りに、検出画像16と比較画像17にそ
れぞれフィルタをかけてエッジを抽出し、そのエッジ画
像に対してマッチング値を式(1)で計算するものがあ
る。または、検出画像16と比較画像17にそれぞれフィル
タをかけてエッジを二値化し、そのエッジ二値画像に対
してマッチング値を式(1)で計算する。この変形例に
よれば、エッジを用いているため検出画像と比較画像の
パターンの明るさの違いなどによる影響を受けにくい利
点がある。
Fifth, instead of calculating the matching value between the detected image 16 and the comparison image 17 by the equation (1), the detection image 16 and the comparison image 17 are respectively filtered to extract edges, and the matching is performed on the edge images. In some cases, the value is calculated by equation (1). Alternatively, the detection image 16 and the comparison image 17 are respectively filtered to convert the edge into a binary value, and a matching value is calculated for the edge binary image by Expression (1). According to this modified example, since the edge is used, there is an advantage that it is hardly affected by a difference in brightness between the pattern of the detected image and the pattern of the comparative image.

次に、本発明の第2の実施例を第7図により説明す
る。本実施例は、本発明の欠陥検出方法をLSIウエハの
パターンのずれ量測定に適用した例であるが、TFTなど
のパターンにも適用できることは言うまでもない。第7
図は、その実施に用いるLSIウエハの欠陥検出装置(以
下の説明では装置と略す)の構成図である。装置は、ウ
エハ1を走査するX−Yステージ8、ウエハを照明する
照明光源9と照明光学系10、照明されたウエハの光学像
を検出する対物レンズ11とTVカメラ25からなる検出部2
B、およびTVカメラ25の信号をデジタル化して記憶する
ためのA/D変換器13と画像メモリ部14とからなる画像入
力部15、および画像入力部15に入力された検出画像16と
画像メモリ部14からの比較画像17より、式(1)で表わ
されるマッチング値を計算するマッチング部18、マッチ
ング部18からのマッチング値より最良位置合わせ位置お
よび複数の位置合わせ候補シフトを求める演算部19、ず
れ量を求めるずれ量抽出部26からなる画像処理部23A
およびX−Yステージ8の制御と画像処理部23Aから出
力されるずれ量情報の記憶や表示と全体シーケンスの管
理を行う計算機で構成された全体制御部24からなる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is an example in which the defect detection method of the present invention is applied to the measurement of the amount of deviation of the pattern of an LSI wafer, but it is needless to say that the method can be applied to a pattern such as a TFT. Seventh
FIG. 1 is a configuration diagram of an LSI wafer defect detection apparatus (hereinafter, abbreviated as an apparatus) used in the embodiment. The apparatus comprises an XY stage 8 for scanning the wafer 1, an illumination light source 9 and an illumination optical system 10 for illuminating the wafer, a detection unit 2 comprising an objective lens 11 for detecting an optical image of the illuminated wafer, and a TV camera 25.
B , and an image input unit 15 including an A / D converter 13 and an image memory unit 14 for digitizing and storing signals of the TV camera 25, and a detected image 16 and an image memory input to the image input unit 15. A matching unit 18 for calculating a matching value represented by the formula (1) from the comparison image 17 from the unit 14, an operation unit 19 for obtaining a best alignment position and a plurality of alignment candidate shifts from the matching value from the matching unit 18, An image processing unit 23A comprising a shift amount extracting unit 26 for obtaining a shift amount,
And an overall control unit 24 composed of a computer for controlling the XY stage 8, storing and displaying the shift amount information output from the image processing unit 23A, and managing the overall sequence.

装置の各部は、以下のように動作してパターンの位置
ずれ量を測定する。すなわち、全体制御部24からの指令
により各部のイニシャライズを行った後、X−Yステー
ジ8を位置決めして、照明光源9で照明されたウエハ1
のパターンを対物レンズ11を介してTVカメラ25で光電変
換することにより二次元のパターンを検出し、A/D変換
器13でデジタル化した二次元の検出画像16とし、得られ
た検出画像は画像メモリ部14に記憶する。検出画像16と
画像メモリ部14に記憶しておいた比較画像17とから、マ
ッチング部18でマッチング値を求める。マッチング値を
求める動作は、第1の実施例で説明したものと同じであ
り、前出の式(1)を用いて行う。
Each unit of the apparatus operates as follows to measure the amount of pattern displacement. That is, after performing initialization of each unit according to a command from the overall control unit 24, the XY stage 8 is positioned, and the wafer 1 illuminated by the illumination light source 9 is positioned.
The two-dimensional pattern is detected by photoelectrically converting the pattern with the TV camera 25 via the objective lens 11, and the two-dimensional detection image 16 digitized by the A / D converter 13 is obtained. It is stored in the image memory unit 14. From the detected image 16 and the comparison image 17 stored in the image memory unit 14, the matching unit 18 obtains a matching value. The operation for obtaining the matching value is the same as that described in the first embodiment, and is performed using the above-described equation (1).

演算部19では、第1の実施例と同様に、式(1)での
S1(Δi,Δj)の最小値Sminと、その最小値をとる(Δ
i,Δj)の組である最良位置合わせ位置(Δim,Δjm
を求める。次に、前出の式(2)を満足する(Δi,Δ
j)の組として複数の位置合わせ候補シフト(Δis,Δj
s),s=1,2,…を求める。
In the arithmetic unit 19, as in the first embodiment, the expression (1)
Take the minimum value S min of S1 (Δi, Δj) and its minimum value (Δ
i, Δj), the best alignment position (Δi m , Δj m )
Ask for. Next, the above expression (2) is satisfied (Δi, Δ
j), a plurality of alignment candidate shifts (Δi s , Δj
s ), s = 1, 2,.

ずれ量抽出部26では、S1(Δi,Δj)の小さい方から
順番をつけて出力する。
The shift amount extraction unit 26 outputs the S1 (Δi, Δj) in ascending order.

本実施例によると、テグなどの情報を用いないで、重
なった位置ずれ量の違う複数のパターンのずれや変形量
などのパターンの性質を認識できるという効果がある。
According to this embodiment, there is an effect that the properties of the patterns such as the displacement and the deformation amount of a plurality of patterns having different overlapping displacement amounts can be recognized without using information such as the segments.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によると、誤差を持った正常部パターンと欠陥
との識別を容易に行うことができ、またパターンのずれ
や変形量などのパターンの性質を認識することができる
という効果がある。
According to the present invention, it is possible to easily discriminate a normal part pattern having an error from a defect, and to recognize a pattern property such as a pattern shift and a deformation amount.

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

第1図は本発明の欠陥検出方法の原理図、第2図は一般
的なパターン比較方式によるパターン欠陥検出方法の原
理図で、(a)は記憶パターン、(b)は欠陥を有する
検出パターン、(c)は(a)と(b)との差をとった
パターンを示す。第3図はパターン例で、(a)は許容
寸法の誤差を持った正常部、(b)は欠陥部であり、
(c)は(a)の差画像、(d)は(b)の差画像を示
す。第4図は位置合わせ候補のシフト位置での差画像、
第5図は本発明の第1の実施例に用いる装置の構成図、
第6図はマッチング部を説明するためのシフト位置での
差画像、第7図は本発明の第2の実施例に用いる装置の
構成図である。 符号の説明 1……ウエハ、2……検出手段2A2B……検出部、3……記憶手段 4……位置合わせ手段 5……位置合わせ候補選択手段 6……誤差画像抽出手段、7……欠陥認識手段 8……X−Yステージ、9……照明光源 10……照明光学系、11……対物レンズ 12……一次元イメージセンサ 13……A/D変換器、14……画像メモリ部15 ……画像入力部、16……検出画像 17……比較画像、18……マッチング部 19……演算部、20……誤差画像 21……誤差画像抽出部、22……欠陥判定部2323A……画像処理部、24……全体制御部 25……TVカメラ、26……ずれ量抽出部
FIG. 1 is a principle diagram of a defect detection method of the present invention, FIG. 2 is a principle diagram of a pattern defect detection method by a general pattern comparison method, (a) is a storage pattern, and (b) is a detection pattern having a defect. , (C) show patterns obtained by taking the difference between (a) and (b). FIG. 3 shows an example of a pattern, in which (a) shows a normal part having an error in allowable dimensions, (b) shows a defective part,
(C) shows the difference image of (a), and (d) shows the difference image of (b). FIG. 4 shows the difference image at the shift position of the alignment candidate,
FIG. 5 is a configuration diagram of an apparatus used in the first embodiment of the present invention,
FIG. 6 is a diagram illustrating a difference image at a shift position for explaining a matching unit, and FIG. 7 is a configuration diagram of an apparatus used in a second embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Wafer 2... Detecting means 2 A and 2 B ... Detecting section 3... Storage means 4... Positioning means 5. ... Defect recognition means 8 ... XY stage, 9 ... Illumination light source 10 ... Illumination optical system, 11 ... Objective lens 12 ... One-dimensional image sensor 13 ... A / D converter, 14 ... Image memory Unit 15 Image input unit 16, Detection image 17 Comparison image 18, Matching unit 19 Computing unit 20, Error image 21 Error image extraction unit 22, Defect determination unit 23 , 23A … Image processing unit, 24… Overall control unit 25… TV camera, 26… Deviation amount extraction unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 仁志 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 (56)参考文献 特開 昭63−32666(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/66 G01N 21/88 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Hitoshi Kubota 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Production Engineering Laboratory (56) References ) Surveyed field (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/66 G01N 21/88

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】本来同一になるように形成された複数のパ
ターンのうちの第1のパターンを撮像して第1の画像を
得、前記複数のパターンのうちの第2のパターンを撮像
して第2の画像を得、該第1の画像と第2の画像とを相
対的にずらしてずらし量の異なる該第1の画像と第2の
画像との差画像を複数求め、該求めたずらし量の異なる
複数の差画像に基いて欠陥を検出することを特徴とする
欠陥検出方法。
An image of a first pattern of a plurality of patterns originally formed to be the same is obtained to obtain a first image, and an image of a second pattern of the plurality of patterns is obtained. A second image is obtained, the first image and the second image are relatively shifted, and a plurality of difference images between the first image and the second image having different shift amounts are obtained. A defect detection method, wherein a defect is detected based on a plurality of difference images having different amounts.
【請求項2】前記第1の画像と第2の画像との相対的な
ずらし量を、該第1の画像と第2の画像との差の絶対値
が最も小さくなるずらし量をそのときの前記第1の画像
と第2の画像との差とに基いて決定することを特徴とす
る請求項1記載の欠陥検出方法。
2. The relative shift amount between the first image and the second image is determined by the shift amount at which the absolute value of the difference between the first image and the second image is minimized. The defect detection method according to claim 1, wherein the defect is determined based on a difference between the first image and the second image.
【請求項3】前記ずらし量の異なるそれぞれの差画像が
何れも所定値以上の場合に、該差画像から欠陥候補を求
め、該求めた欠陥候補の特徴量を抽出して欠陥判定を行
うことを特徴とする請求項1記載の欠陥検出方法。
3. When each of the difference images having different shift amounts is equal to or larger than a predetermined value, a defect candidate is obtained from the difference image, and a feature amount of the obtained defect candidate is extracted to perform defect judgment. The defect detection method according to claim 1, wherein:
【請求項4】本来同一になるように形成された複数のパ
ターンのうちの第1のパターンを撮像して第1の画像を
得、前記複数のパターンのうちの第2のパターンを撮像
して第2の画像を得、前記第1の画像から前記第1のパ
ターンのエッジの画像を得、前記第2の画像から前記第
2のパターンのエッジの画像を得、該第1のパターンの
エッジの画像と第2のパターンのエッジの画像を相対的
にずらしてずらし量の異なる該第1のパターンのエッジ
の画像と第2のパターンのエッジの画像との差画像を複
数求め、該求めたずらし量の異なる複数の差画像に基い
て欠陥を検出することを特徴とする欠陥検出方法。
4. A method of imaging a first pattern of a plurality of patterns originally formed to be identical to obtain a first image, and imaging of a second pattern of the plurality of patterns. Obtaining a second image, obtaining an image of the edge of the first pattern from the first image, obtaining an image of an edge of the second pattern from the second image, obtaining an edge of the first pattern; The image of the edge of the second pattern and the image of the edge of the second pattern are relatively shifted, and a plurality of difference images between the image of the edge of the first pattern and the image of the edge of the second pattern having different shift amounts are obtained. A defect detection method characterized by detecting a defect based on a plurality of difference images having different shift amounts.
【請求項5】前記第1のパターンのエッジの画像と第2
のパターンのエッジの画像との相対的なずらし量を、該
第1のパターンのエッジの画像と第2のパターンのエッ
ジの画像との差の絶対値が最も小さくなるずらし量とそ
のときの前記第1のパターンのエッジの画像と第2のパ
ターンのエッジの画像との差とに基いて決定することを
特徴とする請求項4記載の欠陥検出方法。
5. An image of an edge of the first pattern and a second image of an edge of the first pattern.
The relative shift amount between the image of the edge of the pattern and the image of the edge of the first pattern and the image of the edge of the second pattern are the shift amount at which the absolute value of the difference between the image of the edge of the first pattern and the image of the edge of the second pattern is the smallest. 5. The defect detection method according to claim 4, wherein the determination is performed based on a difference between an image of an edge of the first pattern and an image of an edge of the second pattern.
【請求項6】前記ずらし量の異なるそれぞれの差画像が
何れも所定値以上の場合に、該差画像から欠陥候補を求
め、該求めた欠陥候補の特徴量を抽出して欠陥判定を行
うことを特徴とする請求項4記載の欠陥検出方法。
6. When each of the difference images having different shift amounts is equal to or more than a predetermined value, a defect candidate is obtained from the difference image, and a feature amount of the obtained defect candidate is extracted to perform defect determination. The defect detection method according to claim 4, wherein:
【請求項7】前記検出する欠陥が、前記複数のパターン
の許容誤差寸法より小さい欠陥を含むことを特徴とする
請求項1または4に記載の欠陥検出方法。
7. The defect detection method according to claim 1, wherein the defect to be detected includes a defect smaller than an allowable error dimension of the plurality of patterns.
【請求項8】前記第1のパターンと第2のパターンと
を、一次元イメージセンサで撮像することを特徴とする
請求項1または4に記載の欠陥検出方法。
8. The defect detection method according to claim 1, wherein the first pattern and the second pattern are imaged by a one-dimensional image sensor.
【請求項9】前記第1のパターンと第2のパターンと
を、TVカメラで撮像することを特徴とする請求項1また
は4に記載の欠陥検出方法。
9. The defect detection method according to claim 1, wherein the first pattern and the second pattern are imaged by a TV camera.
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