JPH03278057A

JPH03278057A - パターン検査装置

Info

Publication number: JPH03278057A
Application number: JP2340333A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Yamashita; 恭司山下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1991-12-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、マスク上に設けられたパターン、特に半導体
集積回路パターンの欠陥検査等に用いられるパターン検
査装置に関する。

（従来の技術）従来、この種のパターン検査装置では、被検査パターン
を撮像して得られる画像データと設計パターンデータか
ら作られた基準パターンデータとを比較し、その不一致
点を欠陥として検出する方法が主として採用されている
。この方法は、隣接した２つの被検査パターン同士の比
較（ダイツーダイ方式）と比べて確実な方法であるが、
回路パターンの線幅誤差及びコーナーの丸み等のレジス
トプロセスによる影響や、被検査パターンを機械的に走
査するテーブルと被検査パターンの位置合わせ等による
被検査パターンと基準パターンとのずれまでも欠陥とし
て検出する欠点がある。

また、この種の検査では一般に、回路パターンの最小線
幅の１１５〜１７３の大きさの欠陥を検出することが求
められる。半導体集積回路の集積度が増大するにつれ、
回路パターンの最小線幅は益々小さくなっており、その
１１５〜１／３の大きさは光学的分解能の限界に近付い
ている。

このため、高コントラストの像（画像データ）を得るこ
とは難しくなっている。

以上の問題を解決する一方法として、例えば特開昭８２
−２Ｈ２Ｏ２号公報に開示されているように、被検査パ
ターンと基準パターンとの勾配ベクトルを求め、その差
の絶対値の３×３の面形状比較を行う方法がある。しか
しながら、この方法でも欠陥検出のための信号を、位置
ずれによるものと欠陥によるものとに明確には分離し得
ず、位置ずれによる欠陥の誤検出を生じる虞れがあった
。

（発明が解決しようとする課＠）このように従来、半導体集積回路パターンの欠陥を光学
的に検出する装置においては、回路パターンのレジスト
プロセスによる影響や位置合わせ等による被検査パター
ンと基準パターンとのずれまでも欠陥として検出する問
題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、レジストプロセスや位置合わせのず
れ等に起因する誤った欠陥検出をなくすことができ、欠
陥だけを効率良く検出することのできるパターン検査装
置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明に係わるパターン検
査装置においては、２次元の被検査パターンを多値の濃
度分布を持つ画像データとして入力する手段と、前記被
検査パターンに対応した基準パターンデータを入力する
手段と、前記各データを比較し被検査パターンと基準パ
ターンの濃度差を求める手段と、前記被検査パターンと
基準パターンとの濃度差の分布に対して複数の異なる方
向に空間微分フィルタをかけ、その絶対値をとったもの
の最小値を求める手段と、該手段により求められた最小
値に基づいて欠陥を検出する手段とを具備してなること
を特徴としている。

また本発明は、２次元の被検査パターンを多値の濃度分
布を持つ画像データとして入力する手段と、前記被検査
パターンに対応した基準パターンデータを入力する手段
と、前記各データを比較し被検査パターンと基準パター
ンの濃度差を求める手段と、前記被検査パターンと基準
パターンとの濃度差の分布に対して複数の異なる方向に
空間微分フィルタをかけ、その絶対値をとったものの最
小値及び最大値を求める手段と、前記求められた濃度差
、最小値及び最大値に基づいて欠陥を検出する手段とを
具備してなる−ことを特徴としている。

（作用）本発明（請求項１）においては、被検査パターンと基準
パターンとの濃度差の分布に対して異なる方向に空間微
分フィルタをかけ、その絶対値の最小値を検出するだけ
で、この最小値が欠陥に依存して変化するため、簡単な
構成で欠陥検出を行うことが可能となる。

また、本発明（請求項２）においては、被検査パターン
と基準パターンとの濃度差のデータだけでなく、異なる
方向に空間微分フィルタをかけて得られる最小値及び最
大値を求めている。

ここで、濃度差、最小値及び最大値は共に欠陥や位置ず
れ等により変化するものであるが、欠陥の場合と位置ず
れの場合とで変化量がそれぞれ異なっている。具体的に
は、濃度差は大きな欠陥、最小値は微小欠陥、最大値は
位置ずれ（許容範囲を越えた位置ずれ）に依存して大き
く変化する。従って、濃度差、最小値及び最大値に基づ
き欠陥検査を行うことにより、位置ずれ等による誤検出
を招くことなく、欠陥のみを検出することが可能となる
。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わるパターン検査装置を
示す概略構成図である。図中１１は光源、１２は回路パ
ターンが形成されたマスク（被検査物）、１３は１次元
のイメージセンサであり、光源１１によりマスク１２を
照明し、その透過光をセンサ１３で検出することにより
画像データが得られる。そして、この画像データはＡ／
Ｄ変換器１４により多値化される。なお、マスク１２は
センサ１３の受光素子配列方向と直交する方向に、受光
素子１個分ずつ移動され、これによりマスク１２のパタ
ーン全体が画像データとして得られる。また、説明を簡
単にするために図では示していないが、センサ１３上に
は、被検査パターンが顕微鏡光学系によって拡大投影さ
れるものとなっている。

一方、磁気ディスク１５に蓄えられた設計パターンデー
タ（例えばＣＡＤデータ）から展開された′１°、　“
０”の２値のドツトパターンデータは、データ変換回路
１６に供給される。

このデータ変換回路１６では、上記データに光学系と等
価の点広がり関数を畳込み積分することによって、被検
査パターンと同様に多値化されて比較すべき基準パター
ンデータが作られる。

なお、マスク上に同一パターンが複数個配置され、ダイ
ツーダイ比較により隣り合った被検査パターン同士を比
較する場合は、基準パターンデータを得る別の手段とし
て、隣り合った被検査パターンを撮像するようにしても
よい。

画像データ（被検査パターン）と基準パターンデータ（
設計パターン）は、演算器１７により減算されたのち、
比較回路１８に供給される。

この比較回路１８は、後述する如く空間微分フィルタを
備え、上記入力された被検査パターンと設計パターンの
差（濃度差の絶対値）と共に、フィルタを通した信号の
最小値及び最大値が得られるものとなっている。比較回
路１８の出力は欠陥判別回路１９に供給される。この欠
陥判別回路１９は、後述する如く濃度差の絶対値。

最小値及び最大値の少なくとも１つがそれぞれ設定され
た閾値を越えると欠陥と判定するものである。また、検
出すべき欠陥の大きさはこの閾値を調整することにより
変えることができる。

第２図は比較回路１８の具体的構成を示すブロック図で
ある。この回路１８に入力されたデータ（濃度差）は、
シフトレジスタ２１に供給される。シフトレジスタ２１
は、前記センサ１３の画素数の２倍＋３個のセルを有す
るもので、３Ｘ３の画素に相当する部分（図中破線に示
す）が空間微分フィルタ２２に供給される。空間微分フ
ィルタ２２は、３Ｘ３の画素に相当する部分に対し、互
いに４５度の倍数となる角度をなす４つの方向において
フィルタ処理を行うもので、４つの減算器２３　（２３
ａ、Ｈｂ、２３ｃ、２３ｄ）及び絶対値検出回路２４　
（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ）等から構
成されている。ここで、上記４つの方向は回路パターン
の縦、横及び斜め４５度のエツジの方向と一致している
。

空間微分フィルタ２２に供給された３Ｘ３のセルデータ
は次のように処理される。即ち、シフトレジスタのセル
５を中心とするセル１〜９のうち、セル１と９、セル３
と７、セル２と８、セル４と６の各データ同士がそれぞ
れ減算され、さらにそれぞれの絶対値が求められる。そ
して、これら４つの絶対値のうちの最大値が最大値検出
回路２５により検出され、最小値が最小値検出回路２６
により検出され、前記欠陥判別回路１９に供給される。

また、セル５のデータ（濃度差）の絶対値も欠陥判別回
路１９に供給される。

第３図は欠陥判別回路１９の具体的構成を示す図である
。この回路１９は、それぞれ独立した閾Ｍ（θ。、θ１
．θ２）を持つ３つの比較器３１，３２．３３と、これ
らの比較器の出力を人力とした３人力のＯＲゲート３４
から構成されている。そして、濃度差の絶対値、最小値
及び最大値のいずれか一つでもその閾値を越えるものが
あると、ＯＲゲート３４で′１″を出力し、これにより
欠陥ありと判別されるものとなっている。

次に、上記装置の作用について説明する。

′１ａ４図及び第５図は本装置における欠陥検出の様子
を模式的に示す図である。第４図に示す如く被検査パタ
ーンに欠陥が存在すると、減算器１７を通して得られる
データ（Ｓ反差）に欠陥に相当する情報が含まれる。さ
らに、濃度差データを空間微分フィルタを通して得られ
る最小値及び最大値のデータにも欠陥に相当する情報が
含まれる。

また、第５図に示す如く被検査パターンに位置ずれが存
在すると、減算器１７を通して得られるデータ（濃度差
）に位置ずれに相当する情報が含まれる。さらに、濃度
差データを空間微分フィルタを通して得られる最大値の
データにも位置ずれに相当する情報が含まれる。しかし
、最小値のデータには位置ずれに相当する情報は含まれ
ない。

以下、実際に幾つかの例を挙げ、本装置の作用をより具
体的に説明する。前記マスクデータは検査すべきパター
ンを表わし、具体的には光学的な量（例えば光の等価率
等）で表わされる。

第６図（ａ）は設計パターンデータと等価なドツトパタ
ーン、（ｂ）は孤立した欠陥（大きさ６×６）に対する
マスクデータと等価なドツトパターンである。なお、上
記各データは２Ｖｉであるが、画像データ（被検査パタ
ーン）及び基準パターンデータは濃度分布を持つ多値デ
ータとなる。第６図（ｅ）は画像データと基準パターン
データとの差（濃度差）　、（ｄ）は本実施例により得
られた最小値、（ｅ）は最大値を表わす図である。この
ような欠陥の場合、第６図（ｅ）　＜ｄ）（ｅ）に示す
如くいずれのデータも欠陥情報を含んでいる。同様に、
第７図は位置ずれ（大きさ３）のみによるものであり、
第８図は欠陥と位置ずれによるものである。

画像データと基準パターンデータの差は、被検査パター
ン及び設計パターンと等価なドツトパターンの両者の差
に、上で述べた光学系と等価な点広がり関数を畳込み積
分することにより求められる。従って、この差は位置ず
れと欠陥が両方とも存在しなければ、０となる。

欠陥判別の閾値は、濃度差５．最小値０．５、最大値２
゜３と設定すれば、欠陥があるときのみ欠陥あり（図で
は丸の囲みで示される）と判別されることになる。特に
、第７図（ｄ）と第８図（ｄ）を比較すれば、前者の位
置ずれのみの場合は最小値が全ての画素で０となるのに
対し、後者の欠陥がある場合は最小値が０でなくなるこ
とから、最小値により欠陥を判別することの有利さが判
る。

かくして本実施例によれば、被検査パターンと基準パタ
ーンとの濃度差のデータだけでなく、異なる方向に空間
微分フィルタをかけて得られる最小値及び最大値を求め
、濃度差、最小値及び最大値に基づき欠陥検査を行って
いる。そして、濃度差、最小値及び最大値のそれぞれに
閾値を定め、濃度差、最小値及び最大値のいずれかがそ
の閾値を越えるとき欠陥ありと判定している。従って、
微小な位置ずれによる誤検出を防止することができ、欠
陥のみを効率良く検出することが可能となる。具体的に
は、濃度差の絶対値から大きな欠陥を検出することがで
き、最小値から微小な欠陥を検出することができ、許容
範囲を越えた大きな位置ずれは最大値により検出するこ
とができる。即ち、欠陥及び位置ずれを独立に検出する
ことが可能となり、レジストプロセスや位置ずれ等によ
る誤検出を招くことなく、欠陥のみを検出することが可
能となる。

Ｔｓ９図は本発明の他の実施例に係わるパターン検査装
置を示す概略構成図である。なお、第１図と同一部分に
は同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、第１に
、互いに直交する２方向に空間微分フィルタをかけて最
小値のみから欠陥を判断する点と、第２に、特徴抽出回
路を設は欠陥判別回路における閾値を可変したことにあ
る。即ち、第２の特徴点としては、データ変換回路】６
で変換されたデータに基づき特徴抽出回路２０では、パ
ターンのエツジやコーナー等が抽出され、この回路２０
から特徴コードが欠陥判別回路１９に送出される。そし
て、欠陥判別回路１９では特徴コードに応じて後述する
ように比較器におけるしきい値を可変するものとなって
いる。

第１０図は第９図の装置における比較回路１８及び欠陥
判別回路１９の具体的構成を示すブロック図である。

比較回路１８は、３Ｘ３のセルを有するシフトレジスタ
２１．遅延回路２７　（２７１、２７２）及び空間微分
フィルタ２２から構成されている。

空間微分フィルタ２２は、第１の特徴点たる互いに直交
する方向においてフィルタ処理を行うもので、４つの減
算器２３　（２（ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ）。

絶対値検出回路２４　（２４ａ、２４ｂ、２４ｅ、２４
ｄ、２４ｅ　）及び最小値検出回路２６　（２［ｉ＋　
、　２Ｂ２　）等から構成されている。また、欠陥判別
回路１９は、３つの比較器３２　（３Ｌ　、　３２□、
３２ｉ）、ＯＲゲート３４及びマルチプレクサ３５から
構成されている。

このような構成においては、シフトレジスタ２１の各セ
ルＡ１〜Ａ３．Ｂｌ〜Ｂ３．Ｃ１〜Ｃ３のうち、セルＢ
１とＢ３．セルＣ２とＡ２゜セルＣ１とＡ３．セルＣ３
とＡ１の各データ同士がそれぞれ減算され、さらにそれ
ぞれの絶対値が求められる。即ち、０°、９０°、　４
５”１３５”の４方向にそれぞれ空間微分され、その絶
対値が求められる。例えば、０°方向の微分フィルタで
あれば、Ｂ１と８３の差を取ればよい。さらに、互いに
直交した２方向の微分値の絶対値を取ったもの（０８方
向と９０°方向。

４５°方向と　１３５”方向）の最小値が取られ、前記
濃度差の絶対値及び前記最小値の少なくとも１つがそれ
ぞれの設定された閾値（θ０．θ１．。

θ、２）を越えると欠陥と判定される。

ここで、上記閾値（θ１３．θ、２）は、前記特徴抽出
回路２０により抽出された特徴コードにより、マルチプ
レクサ３５で切り替えられて供給される。具体的には、
検査している領域がエツジの場合はθ３．を小さく、θ
、２を太き（設定し、検査している領域がコーナーの場
合はθＩ２を小さく、θ１．を大きく設定する。

第１１図及び第１２図は本装置における欠陥検出の様子
を模式的に示す図である。第１１図に示す如く被検査パ
ターンに欠陥が存在すると、減算器を通して得られるデ
ータ（濃度差）に欠陥に相当する情報が含まれる。さら
に、濃度差データを空間微分フィルタを通して得られる
最小値のデータにも欠陥に相当する情報が含まれる。こ
のため、欠陥ありと判定される。

また、第１２図に示す如く、被検査パターンに位置ずれ
が存在すると、減算器を通して得られるデータ（濃度差
）に位置ずれに相当する情報が含まれる。しかし、濃度
差データを空間微分フィルタを通して得られる最小値の
データには欠陥に相当する情報は含まれない。このため
、欠陥なしと判定される。これにより、位置ずれに起因
する誤った欠陥検出を行うことなく、真の欠陥のみを効
率良く検出することが可能となる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。マスク上に実際に形成されたパターン（被検査パタ
ーン）はエツジやコーナーで丸みを帯び、設計パターン
に対して僅かに異なることもあるが、これらは一般に許
容できる範囲である。このような欠陥を無視するには、
回路パターンの特徴を予め求めておき、これに応じて前
記欠陥判別回路の閾値を可変設定するようにすればよい
。パターン特徴を抽出する手段としては、例えば第１３
図に示す如く設計データから例えば矩形状のウィンドウ
領域（矩形には限定されない）を切り出し、このウィン
ドウ領域を複数に分割し、該分割した各領域■。

■、■における灰色塵の和のそれぞれの差分を求めるこ
とにより、パターン特徴を分類することが可能となる。

また、前記空間微分フィルタは第２図に同等限定される
ものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。フィ
ルタをかける方向も４方向に限るものではなく、回路パ
ターンの縦及び横の方向に一致する２方向としてもよい
。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形
して実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、被検査パターンと
基準パターンとの位置ずれ等による誤検出を招くことな
く、欠陥のみを検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるパターン検査装置を
示す概略構成図、第２図は上記装置に用いた比較回路の
具体的構成を示す図、第３図は上記装置に用いた欠陥判
別回路の具体的構成を示す図、第４図及び第５図は上記
装置の作用を説明するための模式図、第６図乃至第８図
は欠陥や位置ずれがある場合の各データを示す図、第９
図は本発明の他の実施例に係わるパターン検査装置を示
す概略構成図、第１０図は第９図の装置の比較回路及び
欠陥判別回路の具体的構成を示す図、第１１図及び第１
２図は第９図の装置の作用を説明するための模式図、１
３図は本発明の変形例を示す図である。１２・・・マスク、１３・・・センサ、１４・・・Ａ／Ｄ変換器、１５・・・磁気ディスク、１６・・・データ変換回路、１７・・・減算器、１８・・・比較回路、１９・・・欠陥判別回路、２０・・・特徴抽出回路、２１・・・シフトレジスタ、２２・・・空間微分フィルタ。第

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２次元の被検査パターンを多値の濃度分布を持つ
画像データとして入力する手段と、前記被検査パターン
に対応した基準パターンデータを入力する手段と、前記
各データを比較し被検査パターンと基準パターンとの濃
度差を求める手段と、前記被検査パターンと基準パター
ンとの濃度差の分布に対して複数の異なる方向に空間微
分フィルタをかけ、その絶対値をとったものの最小値を
求める手段と、該手段により求められた最小値に基づい
て欠陥を検出する手段とを具備してなることを特徴とす
るパターン検査装置。
（２）２次元の被検査パターンを多値の濃度分布を持つ
画像データとして入力する手段と、前記被検査パターン
に対応した基準パターンデータを入力する手段と、前記
各データを比較し被検査パターンと基準パターンの濃度
差を求める手段と、前記被検査パターンと基準パターン
との濃度差の分布に対して複数の異なる方向に空間微分
フィルタをかけ、その絶対値をとったものの最小値及び
最大値を求める手段と、前記求められた濃度差、最小値
及び最大値に基づいて欠陥を検出する手段とを具備して
なることを特徴とするパターン検査装置。
（３）前記基準パターンデータは、前記被検査パターン
を作成する際に用いた設計パターンデータ、又は前記被
検査パターンに隣接する該パターンと同じパターンの画
像データであることを特徴とする請求項１又は２に記載
のパターン検査装置。
（４）前記空間微分フィルタの方向は、互いに４５度の
倍数となる角度をなす４方向であり、該４方向が回路パ
ターンの縦、横及び斜め４５度のエッジの方向と一致し
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパター
ン検査装置。
（５）前記空間微分フィルタの方向は、互いに直交する
２方向であり、該２方向が回路パターンの縦、横又は斜
め４５度のエッジの方向と一致していることを特徴とす
る請求項１又は２に記載のパターン検査装置。
（６）前記欠陥検出手段は、前記濃度差、最小値及び最
大値に対してそれぞれ独立して閾値を定め、濃度差、最
小値及び最大値の少なくとも１つがその閾値を越えると
欠陥ありと判定するものであることを特徴とする請求項
２記載のパターン検査装置。
（７）前記基準パターンデータの特徴点を検出し、該検
出された特徴に基づいて前記濃度差、最小値及び最大値
に対する閾値を可変設定することを特徴とする請求項６
記載のパターン検査装置。
（８）前記基準パターンデータの特徴点を検出し、該検
出された特徴に基づいて前記最小値に対する閾値を可変
設定すると共に、前記欠陥検出手段は前記最小値が該閾
値を越えると欠陥有りと判定するものであることを特徴
とする請求項１記載のパターン検査装置。