JPH04282442A - パターン検査装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターン検査装置に関
し、特にＬＳＩウェハなどのパターンを検査するパター
ン検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のパターン検査装置は、図１０に示
すように、表面に微細なパターンが形成されている、例
えば、ＬＳＩウェハやマスク等の試料１を正確に位置決
めするＸＹステージ２と、試料１に形成されたパターン
を撮像する撮像素子５と、撮像素子５からの映像信号を
デジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器６と、Ａ／Ｄ
変換器６からのデジタル画像信号を記憶し、パターン画
像信号を出力するす画像メモリ７ａ、７ｂと、画像メモ
リ内の画像データを比較する比較回路８と、比較回路８
の結果から欠陥を検出する判定回路１３とにより構成さ
れている。

【０００３】次に、従来のパターン検査装置について図
面を用いて説明する。図１３に示すパターン検査装置は
、表面に微細なパターンが繰り返し形成されている、例
えば、ＬＳＩウェハやマスク等の試料１をＸＹステージ
２によって２つの撮像素子５の真下に位置決めしながら
、光源３によって照明されたパターンを繰り返し形成さ
れるパターンの周期分だけずらして対物レンズ４の結像
を撮像素子５によって隣接する同形状のパターンを撮像
していく。撮像された画像データはＡ／Ｄ変換器６によ
りデジタル画像信号に変換される。この撮像されデジタ
ル画像信号に変換された隣接する同形状のパターンはそ
れぞれ画像メモリ７ａ、７ｂに記憶される。この画像メ
モリ７ａ、７ｂに記憶されたデジタル画像信号の差を比
較回路８によって検出する。検出されたデジタル画像信
号の差に対し、あらかじめ設定された閾値を越えるもの
であった場合に判定回路１３により不一致としパターン
形成不良と判定する。以上のような内容がテレビジョン
画像工学ハンドブック、昭和５５年１２月３０日、第１
版第１刷、１２６０頁〜１２６２頁、編者財団法人テレ
ビジョン学会、発行所オーム社に掲載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のパター
ン検査装置は、２つの画像の不一致箇所をパターン形成
不良としているため、パターン形成時の許容範囲内のバ
ラツキをパターン形成不良と誤認識してしまう場合があ
る。またパターン形成不良の不一致箇所は検出できるが
どうゆう種類の不良かは判別できない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明のパターン検
査装置は、被検査パターンの画像を撮像し、映像信号を
出力する光電変換回路と、この映像信号をデジタル画像
信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、このデジタル画像信
号を記憶し、パターン画像信号を出力する２つの画像メ
モリと、この２つの画像メモリ内の信号の変化率が指定
値以上のメモリ部分をエッジ部とするエッジ検出回路と
、この２つの画像メモリの差を求める比較回路と、この
比較回路の比較結果から前述のエッジ検出回路で求めた
エッジ部を除去するエッジ除去回路と、このエッジ除去
回路の結果から欠陥を検出する判定回路とにより構成さ
れている。

【０００６】また、第２の発明のパターン検査装置は、
被検査パターンの画像を撮像し、映像信号を出力する光
電変換回路と、この映像信号をデジタル画像信号に変換
するＡ／Ｄ変換回路と、このデジタル画像信号を記憶し
、パターン画像信号を出力する２つの画像メモリと、こ
の２つの画像メモリ内の各デジタル画像信号について、
あらかじめ設定されたマスクを用いて、このマスク領域
のうち、一定以上の信号レベルを有する割合があらかじ
め設定された値以下の場合にのみ、このマスクで囲まれ
た内部について平均化処理を行い、平均画像データを出
力する平均化回路と、前述の２つの画像メモリ内のデジ
タル画像信号間の比較を行い、比較結果信号を出力する
比較回路と、前述の平均画像データ間を比較し、比較画
像信号を出力する比較回路と、前述の比較結果信号と比
較画像信号の排他的論理和信号を出力する排他的論理和
回路と、この排他的論理和信号から欠陥を検出する判定
回路と、前述の比較画像信号から欠陥を検出する判定回
路とにより構成されている。

【０００７】また、第３の発明のパターン検査装置は、
被検査パターンの画像を撮像し、映像信号を出力する光
電変換回路と、この映像信号をデジタル画像信号に変換
するＡ／Ｄ変換回路と、このデジタル画像信号を記憶し
、パターン画像信号を出力する３つの画像メモリと、こ
の画像メモリ内の３つの画像間の差画像をそれぞれ検出
する３つの比較回路と、この差画像から欠陥を検出する
判定回路と、差画像データ中の正負の符号からこの欠陥
の種類を分類する分類回路とにより構成されている。

【０００８】また、第４の発明のパターン検査装置は、
被検査パターンの画像を撮像し、映像信号を出力する光
電変換回路と、この映像信号をデジタル画像信号に変換
するＡ／Ｄ変換回路と、このデジタル画像信号を記憶し
、パターン画像信号を出力する３つの画像メモリと、こ
の画像メモリ内の３つの画像データの平均値をとる平均
化回路と、前述の平均画像と原画像との差の大きさから
欠陥を検出する判定回路と、前述の平均画像と原画像と
の差の正負の符号から前記欠陥の種類を分類する分類回
路とにより構成されている。

【０００９】

【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を参照
して詳細に説明する。

【００１０】図１、図３、図５、図７は各々第１、第２
、第３、第４の発明のパターン検査装置の実施例を示す
構成図である。

【００１１】各々の実施例のパターン検査装置は、図１
、図３、図５、図７に示すように、表面に微細パターン
が繰り返し形成されている、例えばＬＳＩウェハやマス
ク等の試料１を位置決めするＸＹステージ２と、試料１
を照明する光源３と、試料１の像を拡大する対物レンズ
４と、対物レンズ４による結像を撮像する撮像素子５と
、撮像素子５からの映像信号をデジタル画像信号に変換
するＡ／Ｄ変換器６を共通的に持っている。

【００１２】まず、図１を参照すると、第１の発明の実
施例は、Ａ／Ｄ変換器６からのデジタル画像信号を記憶
し、パターン画像信号を出力する画像メモリ７ａ、７ｂ
と、画像メモリ７ａ、７ｂ内のデジタル画像信号に変換
された隣接する同形状のパターンの画像Ｍ１、Ｍ２の濃
淡値の変化率の大きさと正負からエッジ部を検出するエ
ッジ検出回路１１と、デジタル画像信号Ｍ１、Ｍ２の差
画像を検出する比較回路８と、比較回路８によって得ら
れる差画像Ｍ３（Ｍ１−Ｍ２）に対し、あらかじめ設定
されたマスクを重ね、マスク内に、エッジ検出回路１１
で検出されたエッジ部が、デジタル画像信号Ｍ１、Ｍ２
について同符号で見つけられたとき、差画像Ｍ３からマ
スク内のデータを除去するエッジ除去回路１２と、エッ
ジ除去回路１２によって得られる画像Ｍ４に対し、あら
かじめ設定された閾値を超えるものについては欠陥と判
定する判定回路１３とにより構成される。

【００１３】図２は第１の発明の実施例によって判定さ
れる欠陥を示す映像信号の模式図である。ここで、図２
（ａ）の画像Ｍ１について着目すると、欠陥ｄ１１があ
る所のＡ１ーＢ１線上の輝度プロファイルを図２（ｂ）
に示し、欠陥ｄ１１と斜線（ハッチング）で示されたパ
ターンのエッジ部分において濃淡値の変化の度合が大き
くなっており、さらに、濃淡の変化率に正負の別が生じ
ている。図２（ｃ）の画像Ｍ２の画像Ｍ１のＡ１ーＢ１
線上に対応したＡ２ーＢ２線上の輝度プロファイルを図
２（ｄ）に示し、図２（ｂ）に示したと同様に斜線（ハ
ッチング）で示されたパターンのエッジ部分において濃
淡値の変化の度合が大きくなっており、さらに、濃淡の
変化率に正負の別が生じている。さて、比較回路８によ
って得られる差画像Ｍ３（Ｍ１−Ｍ２）が図２（ｅ）に
示されており、図２（ｅ）の差画像Ｍ３（Ｍ１−Ｍ２）
に対し、例えば３×３画素のマスクｋ１１を用意し、差
の生じている部分に重ねる。このとき、差ｓ１１にマス
クｋ１１を重ねたとき、画像Ｍ１中では変化率の大きな
部分であったのに対し、画像Ｍ２ではほとんど濃淡の変
化のない部分となる。このようなときは差画像Ｍ３に処
理を加えない。

【００１４】それに対し、差ｓ１２にマスクｋ１１を重
ねたとき、画像Ｍ１、Ｍ２のどちらにおいても濃淡の変
化率が負となっている。このようなときは差画像Ｍ３か
ら差ｓ１２のデータを除去する処理をおこなう。

【００１５】差ｓ１３についても同様のことが言え、差
画像Ｍ３から差ｓ１３のデータを除去する。エッジ除去
回路１２によって以上の処理が行われた後、得られる画
像Ｍ４について、あらかじめ設定された閾値を超えるも
のに対して欠陥と判定する。

【００１６】次に、図３を参照すると、第２の発明の実
施例は、Ａ／Ｄ変換器６からのデジタル画像信号を記憶
し、パターン画像信号を出力する画像メモリ７ａ、７ｂ
と、画像メモリ７ａ、７ｂ内のデジタル画像信号に変換
された隣接する同形状のパターンの画像Ｍ１、Ｍ２に対
し、あらかじめ設定されたマスクを用いてこのマスク領
域のうち、一定以上の信号レベルを有する割合があらか
じめ設定した値以下の場合のみこのマスクで囲まれた内
部について平均化処理をし、平均画像データを出力する
平均化回路９ａ、９ｂと、平均画像データ間の比較を行
い、比較画像信号を出力する比較回路８ｂと、画像メモ
リ７ａ、７ｂ内のデジタル画像信号間を比較し、比較結
果信号を出力する比較回路８ａと、比較回路８ｂから出
力される比較画像信号と比較回路８ａから出力される比
較結果信号との排他的論理和をもとめ、排他的論理和信
号を出力する排他的論理和回路１０と、比較回路８ｂか
ら出力される比較画像信号から欠陥を検出する判定回路
１３ｂと、排他的論理和回路１０から出力される排他的
論理和信号から欠陥を検出する判定回路１３ａとにより
構成される。

【００１７】図４は第２の発明の実施例によって判定さ
れる欠陥を示す映像信号の模式図である。

【００１８】ここで図４（ａ）に示す欠陥ｄ２１、ｄ２
２、ｄ２３、ｄ２４において、欠陥ｄ２１、ｄ２３は濃
淡値の低いパターン中に生じた濃淡値の高い欠陥であり
、欠陥ｄ２２、ｄ２４は濃淡値の高い部分に生じる濃淡
値の低い欠陥である。

【００１９】図４（ｂ）は平均化処理を示す模式図、図
４（ｃ）はその結果得られる画像信号を示す模式図であ
る。まず、被検査パターンの画像信号に対し、パターン
幅に対応してあらかじめ設定されたマスクｋ２１を使用
し、マスク領域内で一定以上の信号レベルを有する割合
があらかじめ設定した値以下の場合のみ、マスク領域内
平均化処理を行う平均化回路により平均画像信号を得る
。次に平均画像信号間の比較を比較回路８ｂにより行い
、比較画像信号を得る。一方、被検査パターンの画像信
号に対し、平均化処理をほどこさず直接比較し、比較回
路８ａにより比較結果信号を得る。ここで、比較回路８
ａ、８ｂより出力される信号間の排他的論理和をもとめ
、排他的論理和信号を排他的論理和回路１０により出力
する。排他的論理和信号にもとづき、判定回路１３ａで
欠陥ｄ２１、ｄ２３を検出する。また、比較回路８ｂよ
り出力される比較画像信号にもとづき、判定回路１３ｂ
により、欠陥ｄ２２、ｄ２４を検出する。

【００２０】濃淡値の低いパターン中に生じた濃淡値の
高い欠陥と、濃淡値の高い部分に生じる濃淡値の低い欠
陥とが判別される。

【００２１】さらに、図５を参照すると、第３の発明の
実施例は、Ａ／Ｄ変換器６からのデジタル画像信号を記
憶し、パターン画像信号を出力する画像メモリ７ａ、７
ｂ、７ｃと、画像メモリ７ａ、７ｂ、７ｃ内のデジタル
画像信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の差（Ｍ１−Ｍ２、Ｍ１−Ｍ
３、Ｍ２−Ｍ３）を検出する比較回路８ａ、８ｂ、８ｃ
と、比較回路８ａ、８ｂ、８ｃから得られる各信号の差
から欠陥を検出する判定回路１３と、検出した欠陥につ
いて比較回路８ａ、８ｂ、８ｃから得られる各信号の正
負の符号から欠陥の種類を分類する分類回路１４とによ
り構成される。

【００２２】図６は第３の発明の実施例によって判定さ
れる欠陥を示す映像信号の模式図である。

【００２３】図６（ａ）は欠陥のあるパターンの部分の
画像であり、図６（ｂ）はそれに隣接する同形状のパタ
ーンの欠陥のない正常なパターンの部分の画像である。 ここで欠陥ｄ３１、ｄ３２、ｄ３３、ｄ３４において、
欠陥ｄ３１、ｄ３３は濃淡値の低いパターン中に生じた
濃淡値の高い欠陥であり、欠陥ｄ３２、ｄ３４は濃淡値
の高い部分に生じる濃淡値の低い欠陥である。

【００２４】さて、まず判定回路１３によって検出され
た欠陥ｄ３１、ｄ３２、ｄ３３、ｄ３４が、画像メモリ
７ａに記憶されていた場合について説明する。図６（ｃ
）と（ｄ）は、この時の比較回路８ａの結果を示す模式
図である。欠陥ｄ３１、ｄ３３は正の差信号として図６
（ｃ）に示すように、また、欠陥ｄ３２、ｄ３４は負の
差信号として図６（ｄ）に示すように正負が異なって出
力される。同様にこの時の比較回路８ｂ、８ｃの結果は
表１に示すとうりである。

【００２５】

【００２６】次に検出された欠陥が画像メモリ７ｂに記
憶されていた画像信号のものであった場合の、比較回路
８ａの結果は欠陥ｄ３１、ｄ３３については負の値をと
り、欠陥ｄ３２、ｄ３４については正の値をとる。また
比較回路８ｃの結果は欠陥ｄ３１、ｄ３３については正
の値をとり、欠陥ｄ３２、ｄ３４については負の値をと
る。この結果を表２に示す。

【００２７】

【００２８】さらに検出された欠陥が画像メモリ７ｃに
記憶されていた画像信号のものであった場合、比較回路
８ｂ、８ｃの結果は欠陥ｄ３１、ｄ３３については負の
値をとり、欠陥ｄ３２、ｄ３４については正の値をとる
。この結果を表３に示す。

【００２９】

【００３０】以上の性質を利用して、欠陥ｄ３１、ｄ３
３の濃淡値の低いパターン中に生じた濃淡値の高い欠陥
と欠陥ｄ３２、ｄ３４の濃淡値の高い部分に生じる濃淡
値の低い欠陥とに分類することが可能となる。すなわち
、判定回路１３によって欠陥検出後、再び比較回路８ａ
、８ｂ、８ｃの正負の別を見ることにより欠陥ｄ３１、
ｄ３３のような欠陥であるか、欠陥ｄ３２、ｄ３４のよ
うな欠陥であるかの類別ができる。

【００３１】最後に、図７を参照すると、第４の発明の
実施例は、Ａ／Ｄ変換器６からのデジタル画像信号を記
憶し、パターン画像信号を出力する画像メモリ７ａ、７
ｂ、７ｃと、画像メモリ７ａ、７ｂ、７ｃ内のデジタル
画像信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の平均を検出する平均化回路
９と、平均化回路９から得られる平均画像と原画像との
差画像から欠陥を検出する判定回路１３と、検出した欠
陥について差画像の正負の符号から欠陥の種類を分類す
る分類回路１４とにより構成される。

【００３２】図８、図９は第４の発明の実施例によって
判定される欠陥を示す映像信号の模式図である。

【００３３】平均化回路９によって、取り込んだ３つの
図８（ａ）の画像Ｍ１、図８（ｂ）の画像Ｍ２、図８（
ｃ）の画像Ｍ３の図８（ｄ）の平均画像を求める。ここ
で、欠陥ｄ４１、ｄ４２に対応した図８（ｄ）の平均画
像の部分について着目すると、平均化回路９によって正
常パターンとの画像の濃淡の度合が１／３となっている
。

【００３４】図８に示されるように、平均化回路によっ
て得られた平均画像と、３つの原画像Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３
との差画像を図９に示す。このとき、図９（ａ）の、平
均画像と原画像Ｍ１との差画像について着目したとき欠
陥ｄ４１に対応した部分の正常パターンとの濃淡比が図
９（ｄ）に示すように本来の正常パターンの度合の２／
３のレベルで求められる。これに対して、それぞれ図９
（ｂ）と図９（ｃ）とに示す平均画像と原画像Ｍ２、Ｍ
３との差画像においては、欠陥ｄ４１に対応した部分で
の正常パターンとの相違が図９（ｅ）と図９（ｆ）とに
示すように本来の値の１／３のレベルで求められる。

【００３５】以上の記述より、平均画像との差があらか
じめ設定された一定レベル以上（例えば図９（ｄ）、（
ｅ）、（ｆ）の点線で示すレベルより大きい）のものを
欠陥とすることによりどの画像に欠陥が発生していたか
が求められる。

【００３６】また、分類回路１４では平均画像との差の
正負を検出することによって、濃淡値の低いパターン中
に生じた濃淡値の高い欠陥と濃淡値の高い部分に生じる
濃淡値の低い欠陥との欠陥分類を行う。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパターン
検査装置は、第１の発明においては、パターン形成時に
バラツキが発生しやすい、パターンのエッジ部分を検出
して、エッジ部分をのぞいてから欠陥を判定しているた
め、パターン形成時のバラツキによる誤認識を減らせる
。

【００３８】また、第２の発明においては、画像データ
の所定の領域に対してのみ平均化した画像と原画像の２
種類の画像を用いて検査を行っているため、欠陥の種類
を判別できる。

【００３９】また、第３の発明においては、パターン間
の比較の際、欠陥の種類によって比較データの正負が定
まることを利用して検出した欠陥を再度見直しているた
め、欠陥の種類を判別することができる。

【００４０】また、第４の発明においては、各画像デー
タの平均値との差の大きさをもってパターン中の欠陥の
検出を行っているため、検査時間の短縮化ができ、欠陥
の種類の判別もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明のパターン検査装置の一実施例を示
す構成図である。

【図２】第１の発明の実施例によって判定される欠陥を
示す映像信号の模式図である。

【図３】第２の発明のパターン検査装置の一実施例を示
す構成図である。

【図４】第２の発明の実施例によって判定される欠陥を
示す映像信号の模式図である。

【図５】第３の発明のパターン検査装置の一実施例を示
す構成図である。

【図６】第３の発明の実施例によって判定される欠陥を
示す映像信号の模式図である。

【図７】第４の発明のパターン検査装置の一実施例を示
す構成図である。

【図８】第４の発明の実施例によって判定される欠陥を
示す映像信号の模式図である。

【図９】第４の発明の実施例によって判定される欠陥を
示す映像信号の模式図である。

【図１０】従来のパターン検査装置の構成図である。

【符号の説明】

１　　　　試料 ２　　　　ＸＹステージ ３　　　　光源 ４　　　　対物レンズ ５　　　　撮像素子 ６　　　　Ａ／Ｄ変換器 ７ａ、７ｂ、７ｃ　　　　画像メモリ ８、８ａ、８ｂ、８ｃ　　　　比較回路９、９ａ、９ｂ
　　　　平均化回路 １０　　　　排他的論理和回路 １１　　　　エッジ検出回路 １２　　　　エッジ除去回路 １３、１３ａ、１３ｂ　　　　判定回路１４　　　　分
類回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被検査パターンの画像を撮像し、映像
   信号を出力する光電変換回路と、前記映像信号をデジタ
   ル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記デジタル
   画像信号を記憶し、パターン画像信号を出力する２つの
   画像メモリと、前記２つの画像メモリ内の信号の変化率
   が指定値以上のメモリ部分をエッジ部とするエッジ検出
   回路と、前記２つの画像メモリの差を求める比較回路と
   、前記比較回路の比較結果から前記エッジ検出回路で求
   めたエッジ部を除去するエッジ除去回路と、前記エッジ
   除去回路の結果から欠陥を検出する判定回路とを備える
   ことを特徴とするパターン検査装置。
2. 【請求項２】　　被検査パターンの画像を撮像し、映像
   信号を出力する光電変換回路と、前記映像信号をデジタ
   ル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記デジタル
   画像信号を記憶し、パターン画像信号を出力する２つの
   画像メモリと、前記２つの画像メモリ内の各デジタル画
   像信号について、あらかじめ設定されたマスクを用いて
   、該マスク領域のうち、一定以上の信号レベルを有する
   割合があらかじめ設定された値以下の場合にのみ、該マ
   スクで囲まれた内部について平均化処理を行い、平均画
   像データを出力する平均化回路と、前記２つの画像メモ
   リ内のデジタル画像信号間の比較を行い、比較結果信号
   を出力する比較回路と、前記平均画像データ間を比較し
   、比較画像信号を出力する比較回路と、前記比較結果信
   号と比較画像信号の排他的論理和信号を出力する排他的
   論理和回路と、前記排他的論理和信号から欠陥を検出す
   る判定回路と、前記比較画像信号から欠陥を検出する判
   定回路とを備えることを特徴とするパターン検査装置。
3. 【請求項３】　　被検査パターンの画像を撮像し、映像
   信号を出力する光電変換回路と、前記映像信号をデジタ
   ル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記デジタル
   画像信号を記憶し、パターン画像信号を出力する３つの
   画像メモリと、前記画像メモリ内の３つの画像間の差画
   像をそれぞれ検出する３つの比較回路と、前記差画像か
   ら欠陥を検出する判定回路と、差画像データ中の正負の
   符号から前記欠陥の種類を分類する分類回路とを備える
   ことを特徴とするパターン検査装置。
4. 【請求項４】　　被検査パターンの画像を撮像し、映像
   信号を出力する光電変換回路と、前記映像信号をデジタ
   ル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、前記デジタル
   画像信号を記憶し、パターン画像信号を出力する３つの
   画像メモリと、前記画像メモリ内の３つの画像データの
   平均値をとる平均化回路と、前記平均画像と原画像との
   差の大きさから欠陥を検出する判定回路と、前記平均画
   像と原画像との差の正負の符号から前記欠陥の種類を分
   類する分類回路とを備えることを特徴とするパターン検
   査装置。