JPH04348260A - パターン検査方法及び装置 - Google Patents

パターン検査方法及び装置

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JPH04348260A
JPH04348260A JP3120913A JP12091391A JPH04348260A JP H04348260 A JPH04348260 A JP H04348260A JP 3120913 A JP3120913 A JP 3120913A JP 12091391 A JP12091391 A JP 12091391A JP H04348260 A JPH04348260 A JP H04348260A
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俊二 前田
Hitoshi Kubota
仁志 窪田
Hiroshi Makihira
牧平 坦
Takashi Hiroi
高志 広井
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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】本発明は被検査パターンの欠陥を
検出する外観検査装置に係り、特に半導体ウェハや液晶
ディスプレイなどのパターンの外観検査に好適なパター
ン検出方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の検査装置は特開昭59−
192943号に記載のように、被検査パターンを等速
度で移動させつつ、ラインセンサ等の撮像素子により被
検査パターンの画像を検出し、検出した画像信号と一定
の時間遅らせた画像信号との位置ずれを定めた時間ごと
に補正してこれらを比較することにより、不一致を欠陥
として認識するものであった。ラインセンサとしては、
1次元のCCDラインセンサや最近では時間遅延積分型
(Time DelayIntegration)CC
Dイメージセンサが使われており、比較的高い倍率の対
物レンズを介して対象パターンの像を検出している。な
お、TDIイメージセンサは、複数の1次元イメージセ
ンサを2次元に配列した構造を有し、各1次元イメージ
センサの出力を定めた時間遅延しては対象の同一位置を
撮像した隣接する1次元イメージセンサの出力と加算し
ていくことにより、検出光量の増加を図ったものである
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成では、対象とする多層パターンの各層が重なりあい、
高段差や凹凸を有する結果、高倍の対物レンズでは焦点
深度が不足し、イメージセンサに結像する狭い範囲のパ
ターンしか像として検出されず、ほかの大部分はぼけて
しまうという課題があった。従って、従来法では焦点が
合った1部のパターンしか正確に検査されず、焦点が合
わないほかの大部分のパターンは欠陥の検出感度が低く
、信頼性の高い検査を実現することはできないという課
題を有していた。
【0004】本発明の目的は、1層或いは多層パターン
を対象に信頼性の高い検査を行うため、高段差のパター
ンでも正確に焦点の合った高精度な画像検出、及び高感
度な比較を実現する外観検査方法及び装置を提供するこ
とにある。
【0005】また、本発明の他の目的は、極めて高速の
外観検査方法及び装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では次
のような考えを実現することで上記目的を達成した。
【0007】■複数の1次元イメージセンサを2次元に
配列した構造を有し、各1次元イメージセンサの出力を
定めた時間遅延しては対象の同一位置を撮像した隣接す
る1次元イメージセンサの出力と加算していく機能を有
するTDIイメージセンサと称されるイメージセンサを
使用し、これを斜めに傾けて配置する。
【0008】■傾ける向きは、TDIイメージセンサの
中心を支点にして内部の複数1次元イメージセンサの長
手方向と直交する方向とする。
【0009】■傾ける量は対象の凹凸に対応する量とす
る。
【0010】■対象或いはTDIイメージセンサを移動
し、その位置に同期してTDIイメージセンサを駆動す
る。
【0011】■上記■〜■により対象の画像を検出し、
これをすでに検出したパターン或いは基準パターンと並
列に位置ずれ補正を行って比較する。
【0012】
【作用】上記した手段■〜■によれば、TDIイメージ
センサ内部の各1次元イメージセンサは光軸に垂直な方
向で少しづつ異なる位置(Z位置)に結像する。さらに
手段■により、各1次元イメージセンサは光軸に平行な
方向で同一位置(X位置)をずれることなく検出するこ
とができる。このため、対象に高段差や凹凸があっても
いずれかの1次元イメージセンサ面に対象が結像し、そ
の結果鮮明な、大きな振幅の信号出力が得られる。欠陥
の有無は、いずれかの1次元イメージセンサ出力の値に
反映される。TDIイメージセンサのもつ信号の加算機
能によって、この鮮明な大振幅の信号と他のぼけた小振
幅の信号が加算される。上記した手段■によりこれらの
加算信号が比較されるが、欠陥を捕らえたいずれかの1
次元イメージセンサ出力信号はぼけることなく振幅が大
きく、正常部との違いが大きいため、加算された信号を
比較すれば欠陥の存在を検出することが可能である。実
際には、各1次元イメージセンサは移動方向と直行する
方向で、像の結像に起因して若干の倍率誤差(Y位置)
が生じるが、これも手段■により相殺されるので問題に
ならない。また、並列に位置ずれ補正を行い比較するこ
とにより高速に検査できる。これらの結果として、各層
が重なって凹凸のできた多層パターンでも、各層に焦点
の合った高精度なパターン検出と高い感度の比較が短時
間でできる。従って、従来にくらべ飛躍的に欠陥検出性
能を向上させることができる。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例を図1から図4を用いて
説明する。図1は本発明の1実施例を示すパターン検査
装置である。同図において、5は時間遅延積分型(Ti
meDelay Integration)CCDイメ
ージセンサであり、このTDIイメージセンサは複数の
1次元イメージセンサを2次元に配列した構造を有し、
各1次元イメージセンサの出力を定めた時間遅延しては
対象の同一位置を撮像した隣接する1次元イメージセン
サの出力と加算していくことにより、検出光量の増加を
図ったものである。この種のイメージセンサの概念は本
発明等が実用新案(知本受付218400581、出願
番号調査中)において記載したものと同一である。この
種のTDIイメージセンサとしてカナダ国のダルサ社製
のものや米国レチコン社のものがある。このTDIイメ
ージセンサ5を、同図に示すように光軸に垂直な面に対
しθだけ傾けて配置する。傾ける向きは、TDIイメー
ジセンサの中心を支点にして内部の複数1次元イメージ
センサの長手方向(Y方向)と直交する方向とする。傾
ける量は対象の凹凸に対応する量とする。例えばLSI
ウェハの多層パターンでは1〜3μm程度の凹凸がある
ので使用する対物レンズ4の倍率Mの2乗をかけた量、
即ち40倍の対物レンズでは1600倍をかけた量であ
る1.6〜4.8mmだけTDIイメージセンサを傾け
る。勿論この量は使用する自動焦点機構(図示せず)の
性能にも依存し、これをカバーする範囲だけ勾配を設け
るのがよい。即ち、対象によって焦点合わせ精度が良く
ない場合、傾き量θも若干大きくする。このように傾け
て配置したTDIイメージセンサのたとえば内部の1次
元イメージセンサの走査をY方向の走査に一致させ、こ
れにより、被検査パターンであるLSIウェハ1を対物
レンズ4を介して1次元に検出可能にするとともに、X
Yテーブル6によりLSIウェハ1を上記TDIイメー
ジセンサ5の主走査と直交する方向、即ちX方向に移動
させることによって被検査パターンを2次元の画像とし
て検出可能にしている。 なお、LSIウェハ1は照明用ランプ3により照明され
ている。XYテーブル6にはリニアスケール8が搭載さ
れており、ウェハの実際の位置を正確に検出できる。タ
イミング発生回路9によりリニアスケール8の出力信号
から画素を示すスタートタイミング信号を発生し、TD
Iイメージセンサ5はこのスタートタイミング信号によ
り一定距離移動するたびに駆動される。例えば、画素寸
法が0.15μmである場合、ウェハがX方向に0.1
5μmだけ移動するたびにスタートタイミング信号を発
生させ、イメージセンサを駆動する。
【0014】上記した構成にすれば、図2に位置関係を
示すようにTDIイメージセンサ内部の各1次元イメー
ジセンサ5−1〜5−mは光軸に垂直な方向で少しづつ
異なる位置(Z位置)に結像する。1次元イメージセン
サ5−kは時刻TiでA層上面に結像している。LSI
ウェハ1がX方向に移動すると、時刻Tjで隣接する1
次元イメージセンサに上記A層上面の同一位置が結像す
る。このように各1次元イメージセンサに対象の同一位
置(X位置)がずれることなく検出される。このため、
対象に高段差や凹凸があってもいずれかの1次元イメー
ジセンサ面に対象が結像する。その結果、鮮明な大きな
振幅の信号出力が得られ、欠陥の有無はいずれかの1次
元イメージセンサ出力の値に反映される。TDIイメー
ジセンサのもつ信号の加算機能によって、これらすべて
の結像面の信号が加算される。図3(a)に示すように
対象が3層のパターンの場合、最も下層にパターン欠陥
があった場合、従来は例えば中間層のみに焦点が合って
おり、図3(b)のように中間層のパターンのみが検出
信号波形のコントラストがおおきかったが、本発明では
3層すべてが同等のコントラストを示す。従って、下層
に欠陥がある場合、従来は図3(b)のようにコントラ
ストが小さく正常部との違いが明確でなかったが、本発
明では図3(c)のように正常部との違いを明確にする
ことができる。
【0015】図1において、上記TDIイメージセンサ
5は例えば8個の複数画像信号を並列に出力する。これ
らの複数の出力信号は遅延メモリ7によりウェハ1を1
チップ分移動する時間だけ遅らせる。これにより、TD
Iイメージセンサ5の出力信号と遅延メモリ7の出力信
号は、隣接するチップ2aと2bの画像信号に相当する
。これらの複数の出力信号を、並列に各Channel
ごとに比較し、欠陥を高速に検出する。次に、1cha
nnel分の処理内容を説明する。画像信号をエッジ検
出回路11a、11bに入力し被検査パターンのパター
ンエッジを検出する。エッジ検出回路11a、11bは
、例えば暗いパターンエッジを検出する微分オペレータ
が搭載される。そして、2値化回路12a、12bで上
記検出されたパターンエッジが2値化される。次に、2
2は不一致検出回路であり、図4に示す如き構成をして
いる。即ち、不一致検出回路22は、一方の2値化回路
12aの出力から画像信号をTDIイメージセンサの1
走査分遅延させるシフトレジスタ26a〜26f及びシ
リアルイン・パラレルアウトのシフトレジスタ27a〜
27gにより7×7画素(範囲は任意)の2次元局部画
像を切り出す。また他方の2値化回路12bの出力は、
上記と同様のシフトレジスタ28a〜28c、及び29
により遅延させ、その出力を上記2次元局部画像の中心
位置と同期させている。ついで、上記シフトレジスタ2
9の出力と、上記局部画像の各ビット出力をEXOR回
路30a〜30nで排他的論理和をとって不一致画素を
検出し、カウンタ31a〜30nでこの不一致画素の個
数を計算する。またこのカウンタ31a〜31nは上記
TDIイメージセンサ5のN走査毎にゼロクリアして、
その直前に値を読み出して上記TDIイメージセンサ5
の画素数Mと走査数Nとの相乗積のエリアM×N内での
不一致画素がわかるようにしている。上記局部画像の各
ビット出力は上記シフトレジスタ29の出力に対してX
、Y方向に±3画素の範囲で、1画素毎にシフトされた
ものであるから、上記カウンタ31a〜31nではX、
Y方向に±3画素入力パターンをシフトしたときの、各
シフト量における不一致画素数がカウントされる。従っ
て、最小値や極小値など不一致画素数が特徴的な値をも
つカウンタがどれかを調べれば、画像の不一致が小さい
最適な位置合せが可能になる。勿論、不一致画素数が定
めた値より小さいカウンタを求め、満たすものを最適な
位置としてもよい。
【0016】上記のようにしてカウンタ31a〜31n
がX、Y方向に±3画素入力パターンをシフトしたとき
の各シフト量における不一致画素数をカウントしたとき
、最小値検出回路32がカウントした値を読み出し、最
小値や極小値をもつカウンタを選択して、上記TDIイ
メージセンサ5がY方向に走査するシフト量34a、3
4bと、これと直角なX方向に走査するシフト量33a
、33bとを出力する。
【0017】23a、23bは遅延回路であり、上記T
DIイメージセンサ5の内部1次元イメージセンサの画
素数Mと位置合せに要する上記TDIイメージセンサ5
の走査回数Nとの相乗積に相当するエリアM×N内の上
記レジスタにより構成され、上記2値化回路12a、1
2bよりの出力を遅延させるようにしている。
【0018】24は位置合せ回路であり、図5に示すよ
うに、上記最小値検出回路32から上記TDIイメージ
センサ5のX方向に走査するときのシフト量33a、3
3bが選択回路35に入力されたとき、該選択回路35
が上記一方の遅延回路23a及び上記TDIイメージセ
ンサ5の一走査分だけ遅延させるシフトレジスタ36a
〜36fの出力から、最適なシフト位置を選択してレジ
スタ37a、37bに入力される。選択回路38a、3
8b、が上記最小検出回路32からの上記TDIイメー
ジセンサ5のY方向に走査するときのシフト量34a、
34bにより、上記TDIイメージセンサ5のY方向の
最適なシフト位置を選択する。従って、上記選択回路3
8a、38bの出力には、不一致量が最小或いは極小に
なるシフト位置に対する局部画像が抽出される。上記他
方の遅延回路23bの出力からも、上記シフトレジスタ
39a〜39c及び40の出力を用いて、上記シフトレ
ジスタ29(図4参照)の出力と同一量だけ遅延させた
位置に画像を同期抽出する。この状態では上記選択回路
38a、38bから出力される局部画像は、上記シフト
レジスタ40から出力される局部画像に対し、位置ズレ
のない最適なシフト位置になっている。
【0019】このようにして最適なシフト位置が決定さ
れると、欠陥判定回路25が共通に表れる不一致を欠陥
とする。図6は上記欠陥判定回路25を示す。同図は2
点のシフト位置の場合を示すが、上記選択回路38aの
出力と上記シフトレジスタ40の出力との不一致をEX
OR回路が検出し、同時に、上記選択回路38bの出力
シフトレジスタ40の出力との不一致をEXOR回路4
3が検出し、上記EXOR回路42の出力の論理積をA
ND回路44によりとる。そして判定器45が上記AN
D回路44の出力信号をサイズにより欠陥かどうかを判
定して出力する。
【0020】このように、エッジ検出回路11、2値化
回路12、不一致検出回路22、遅延回路23、位置合
せ回路24、欠陥判定回路25等により、各チャンネル
(Channel)毎に欠陥を検出することが可能であ
る。この実施例では各チャンネル毎に完全に独立に処理
したが、共通化ができる。位置合せを共通化した検査装
置の例を図7に示す。図7に示したパターン検査装置に
おいて、チャンネル2から8は各チャンネルごとに不一
致画素数検出回路48において図9に示すようにカウン
タ31により各チャンネル毎の不一致画素数を算出し、
チャンネル1の不一致検出回路47において、図8に示
すようにこれらを加算器46により合計し、この加算器
46の出力を最小値検出回路で処理する。このようにす
れば、より広い範囲の画像を取り扱えるため位置ずれ補
正の精度が向上する。これはパターン密度の小さい場所
を検査するためには特に有効である。また、チャンネル
1、2、7、8は上記のような構成にし、それ以外は遅
延回路23、位置合せ回路24、欠陥判定回路25のみ
として不一致検出を省略してもよい。
【0021】上記実施例では、2値化回路12を用いて
2値化した画像を使用した欠陥検出について説明したが
、図1、図7においては2値化回路12をthruにし
濃淡画像そのものを用いて欠陥検出してもよい。(図1
、7では点線のように結線される。この場合、2値化回
路12の出力は不一致検出回路22にのみ結線される。 )この場合、濃淡の違いが大きい領域を欠陥とすること
になる。 このような構成にすれば、正常部と異なる欠陥の信号を
より精度良く検出できる。また、実際には、各1次元イ
メージセンサは移動方向と直行する方向で、像の結像に
起因して若干の倍率誤差(Y位置)が生じるが、これも
比較により相殺されるので問題にならない。このように
、TDIイメージセンサは検出光量を増加することを目
的とするものであるが、焦点深度を増加させることに極
めて有効であり、その結果として、各層が重なって凹凸
のできた多層パターンでも、各層に焦点の合った高精度
なパターン検出と高い感度の比較ができる。特に、微細
な欠陥がどの層にあってもこれを検出できる。従って、
従来にくらべ飛躍的に欠陥検出性能を向上させることが
できる。
【0022】以上実施例を用いて詳細を述べたが、個々
の構成要素は既存の技術で実現可能である。また、一つ
のTDIイメージセンサを用いて検査する方式について
述べたが、2つのTDIイメージセンサを用いて同時に
検出した画像を比較検査する方式にも適用できる。
【0023】また、本発明等がすでに提案した方式、す
なわち特開昭61−65444に記載したように、検出
した画像から手本パターンを作成し、そのパターンを被
検査チップの回路パターンと比較して欠陥を検出しても
よい。また、設計データを用いて比較する方式の場合は
、各層のZ方向の位置関係により生じるぼけの違いを特
別に考慮する必要がなく、各層の上下関係だけを考慮し
、これらが同じ平面上にあるとして一様なかつ簡単な処
理で正確な比較ができる。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、各層が重なって凹凸
のできた多層パターンでも、焦点が合った高精度なパタ
ーン検出と高感度の比較ができ、従来にくらべ飛躍的に
欠陥検出性能を向上した外観検査方法及び装置を提供す
ることが可能になる。特に、微細な欠陥がどの層にあっ
てもこれを検出できる。また、高速の外観検査が実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すパターン検査装置を示す
図である。
【図2】TDIイメージセンサによる結像関係を示す図
である。
【図3】検出信号波形の例を示す図である。
【図4】不一致検出回路を示す図である。
【図5】位置合せ回路を示す図である。
【図6】欠陥判定回路を示す図である。
【図7】他の実施例を示すパターン検査装置を示す図で
ある。
【図8】不一致検出回路を示す図である。
【図9】不一致画素数検出回路を示す図である。
【符号の説明】
1…ウェハ 2…チップ 3…照明光 4…対物レンズ 5…TDIイメージセンサ 6…ステージ 7…遅延メモリ 8…リニアスケール 9…タイミング発生回路 11…エッジ検出回路 12…2値化回路 22…不一致検出回路 23…遅延回路 24…位置合せ回路 25…欠陥判定回路 26〜29…シフトレジスタ 30…EXOR回路 31…カウンタ 32…最小値検出回路 36、37、39、40…シフトレジスタ45…判定器 46…加算器 47…不一致検出回路 48…不一致検出画素数検出回路

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検査パターンの画像を検出し、この画像
    を比較して不一致を欠陥と判定するパターン検査方法に
    おいて、パターン検出器として複数の1次元イメージセ
    ンサを2次元に配列した構造を有し、各1次元イメージ
    センサの出力を定めた時間遅延しては、対象の同一位置
    を撮像した隣接する1次元イメージセンサの出力と加算
    する機能を有するイメージセンサを斜めに傾けて配置し
    、このイメージセンサの出力信号を比較することを特徴
    とするパターン検査方法。
  2. 【請求項2】傾ける向きは、イメージセンサの内部の複
    数1次元イメージセンサの長手方向と直交する方向とす
    ることを特徴とする請求項1記載のパターン検査方法。
  3. 【請求項3】傾ける量は対象の凹凸に対応する量とする
    ことを特徴とする請求項2記載のパターン検査方法。
  4. 【請求項4】対象のパターン或いはイメージセンサを移
    動し、その移動位置に同期してイメージセンサを駆動す
    ることを特徴とする請求項2記載のパターン検査方法。
  5. 【請求項5】同一となるように形成されたパターンの画
    像を検出し、この画像を比較して不一致を欠陥と判定す
    るパターン検査において、並列に複数の出力が可能なイ
    メージセンサよりの出力信号を定めた時間遅らせた信号
    と比較し、不一致画素数をそれぞれ独立に算出し、これ
    らの結果より位置ずれ量を求め、定めた時間ごとに位置
    ずれを補正することを特徴とするパターン検査方法。
  6. 【請求項6】イメージセンサとして複数の1次元イメー
    ジセンサを2次元に配列した構造を有し、各1次元イメ
    ージセンサの出力を定めた時間遅延しては対象の同一位
    置を撮像した隣接する1次元イメージセンサの出力と加
    算する機能を有するイメージセンサであることを特徴と
    する請求項5記載のパターン検査方法。
  7. 【請求項7】イメージセンサを斜めに傾けて配置するこ
    とを特徴とする請求項6記載のパターン検査方法。
  8. 【請求項8】傾ける向きは、イメージセンサの内部の複
    数1次元イメージセンサの長手方向と直交する方向とす
    ることを特徴とする請求項7記載のパターン検査方法。
  9. 【請求項9】傾ける量は対象の凹凸に対応する量とする
    ことを特徴とする請求項8記載のパターン検査方法。
  10. 【請求項10】対象のパターン或いはイメージセンサを
    移動し、その移動位置に同期してイメージセンサを駆動
    することを特徴とする請求項7記載のパターン検査方法
  11. 【請求項11】被検査パターンの画像を検出し、この画
    像を比較して不一致を欠陥と判定するパターン検査装置
    において、パターン検出器として複数の1次元イメージ
    センサを2次元に配列した構造を有し、各1次元イメー
    ジセンサの出力を定めた時間遅延しては対象の同一位置
    を撮像した隣接する1次元イメージセンサの出力と加算
    する機能を有するイメージセンサを斜めに傾けて配置し
    、このイメージセンサの出力信号を比較する手段を設け
    たことを特徴とするパターン検査装置。
  12. 【請求項12】傾ける向きは、イメージセンサの内部の
    複数1次元イメージセンサの長手方向と直交する方向と
    することを特徴とする請求項11記載のパターン検査装
    置。
  13. 【請求項13】傾ける量は対象の凹凸に対応する量とす
    ることを特徴とする請求項12記載のパターン検査装置
  14. 【請求項14】対象のパターン或いはイメージセンサを
    移動し、その移動位置に同期してイメージセンサを駆動
    することを特徴とする請求項12記載のパターン検査装
    置。
  15. 【請求項15】同一となるように形成されたパターンの
    画像を検出し、この画像を比較して不一致を欠陥と判定
    するパターン検査装置において、画像信号の不一致画素
    数算出手段と位置ずれ量算出手段と位置ずれ補正手段を
    有し、並列に複数の出力が可能なイメージセンサよりの
    出力信号を定めた時間遅らせた信号と比較し、不一致画
    素数をそれぞれ独立に算出し、これらの結果より位置ず
    れ量を求め、定めた時間ごとに位置ずれを補正すること
    を特徴とするパターン検査装置。
  16. 【請求項16】イメージセンサとして複数の1次元イメ
    ージセンサを2次元に配列した構造を有し、各1次元イ
    メージセンサの出力を定めた時間遅延しては対象の同一
    位置を撮像した隣接する1次元イメージセンサの出力と
    加算する機能を有するイメージセンサであることを特徴
    とする請求項15記載のパターン検査装置。
  17. 【請求項17】イメージセンサを斜めに傾けて配置する
    ことを特徴とする請求項16記載のパターン検査装置。
  18. 【請求項18】傾ける向きは、イメージセンサの内部の
    複数1次元イメージセンサの長手方向と直交する方向と
    することを特徴とする請求項17記載のパターン検査装
    置。
  19. 【請求項19】傾ける量は対象の凹凸に対応する量とす
    ることを特徴とする請求項18記載のパターン検査装置
  20. 【請求項20】対象のパターン或いはイメージセンサを
    移動し、その位置に同期してイメージセンサを駆動する
    ことを特徴とする請求項17記載のパターン検査装置。
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