JPH0617778B2 - Pattern defect detection method and apparatus - Google Patents

Pattern defect detection method and apparatus

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JPH0617778B2
JPH0617778B2 JP59273052A JP27305284A JPH0617778B2 JP H0617778 B2 JPH0617778 B2 JP H0617778B2 JP 59273052 A JP59273052 A JP 59273052A JP 27305284 A JP27305284 A JP 27305284A JP H0617778 B2 JPH0617778 B2 JP H0617778B2
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patterns
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仁志 窪田
坦 牧平
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、比較する2つの本来同一形状を有する検査対
象となるパターン間にアライメント誤差、伸縮による誤
差、微小な凹凸等が生じるLSIウエハ上の多層パター
ン等における微細欠陥を高精度に検出するパターン欠陥
検出方法及びその装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to an LSI wafer on which alignment errors, errors due to expansion and contraction, minute irregularities, etc. occur between two patterns to be inspected that have the same shape and are to be compared. The present invention relates to a pattern defect detection method and apparatus for detecting fine defects in a multilayer pattern or the like with high accuracy.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

LSIなどの集積回路は高集積化と小形化の傾向にあ
る。このような微細なパターンの生産は、その生産工程
の中で細心の注意を払つてもパターンに欠陥が発生する
ことが多く、綿密な検査が必要である。初期の検査は、
多数の検査員によって顕微鏡を用いた目視により行われ
ていたが、目の疲労により欠陥の見逃しが生じ品質管理
の点で限界があった。また、人手による検査は生産の流
れを阻害する結果となり、生産性の低下をもたらす原因
にもなっていた。そこで、品質保証と生産性向上の点か
ら、検査を自動化することが極めて重要な課題となって
いる。
Integrated circuits such as LSI tend to be highly integrated and miniaturized. In the production of such a fine pattern, a defect is often generated in the pattern even if careful attention is paid in the production process, and a thorough inspection is required. The initial inspection is
It was performed by a large number of inspectors by visual inspection using a microscope, but there was a limit in terms of quality control due to the omission of defects due to eye fatigue. In addition, manual inspection results in obstructing the flow of production, which is a cause of lowering productivity. Therefore, automating the inspection is a very important issue from the viewpoint of quality assurance and productivity improvement.

本発明で対象とする半導体素子上のパターンは、例えば
第13図に示すように、複雑な3次元構造を呈するた
め、従来の検査装置では十分に機能を果たさない場合が
生じる。従来装置(第14図)ではリニアイメージセン
サ5a,5bは、自己走査してており、1次元にパター
ンを検出する。またXYテーブル7により、LSIウエ
ハ1をリニアイメージセンサ走査と直角方向に移動させ
ることにより、2次元にパターンを検出する構成となっ
ている。
Since the pattern on the semiconductor element targeted by the present invention has a complicated three-dimensional structure as shown in FIG. 13, for example, there are cases where the conventional inspection apparatus does not sufficiently function. In the conventional device (FIG. 14), the linear image sensors 5a and 5b are self-scanning and detect a pattern one-dimensionally. Further, the XY table 7 is configured to detect the pattern two-dimensionally by moving the LSI wafer 1 in the direction perpendicular to the scanning of the linear image sensor.

従来のウエハ外観検査装置(第14図)では、判定回路
13が2値信号を取り扱う構成であるため、光電変換器
5a,5bで検出される2箇所の回路パターンが同一で
あることが大前提であった。
In the conventional wafer visual inspection apparatus (FIG. 14), since the determination circuit 13 is configured to handle binary signals, it is a general premise that the circuit patterns at two locations detected by the photoelectric converters 5a and 5b are the same. Met.

即ち、検出された2つの映像信号間に位置ずれがないこ
とが要求され、この条件が満たされれば従来の2値比較
は有効である。
That is, it is required that there is no positional deviation between the two detected video signals, and if this condition is satisfied, the conventional binary comparison is effective.

実際には、XYテーブルの精度、チップ配列精度、光学
系、機械系の熱変形等により、入力パターン相互間に位
置ずれが生ずることは免れ得ないので、位置ずれを判定
して入力パターン間で補正することが必要である。
Actually, it is unavoidable that a positional deviation occurs between the input patterns due to the accuracy of the XY table, the chip arrangement accuracy, the thermal deformation of the optical system, the mechanical system, and the like. It is necessary to correct it.

従来例にも、位置ずれ補正用のシフトレジスタを設けら
れていたが、2値画像による2値化誤差の補償が目的で
あり、検査対象の微細化に伴う検査の高精度化には対処
し得ない。
In the conventional example, a shift register for positional deviation correction was also provided, but the purpose is to compensate for the binarization error due to the binary image, and it is necessary to deal with the higher precision of inspection due to the miniaturization of the inspection object. I don't get it.

即ち、第15図(a),(b)に示すように、検査対象の、例
えば半導体素子第1層と第2層の間に、位置ずれ(アラ
イメント誤差)があるときには層間のアライメント誤差
の寸法と同程度、或いはそれ以下の欠陥は、検出するこ
とができない。層間アライメント誤差はパターンを形成
する際には避けることができない位置ずれであり、従来
技術による位置合せを行った後、不一致検出を行うと第
15図(c)に示すようになり、同じ閾値で欠陥のみを検
出することは不可能である。
That is, as shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b), when there is a positional deviation (alignment error) between the inspection target, for example, the first layer and the second layer of the semiconductor element, the dimension of the alignment error between the layers. Defects of the same order as or smaller than that cannot be detected. The inter-layer alignment error is a positional deviation that cannot be avoided when forming a pattern, and when the mismatch detection is performed after the alignment is performed by the conventional technique, it becomes as shown in FIG. 15 (c). It is impossible to detect only defects.

また、パターンには微小な凹凸や幅の偏差がある場合も
あり、従来の位置ずれ補正手段のみでは検出されない欠
陥も検出しなければならないとの課題が生じた。
In addition, the pattern may have minute irregularities or deviations in width, which causes a problem that it is necessary to detect a defect that cannot be detected only by the conventional positional deviation correcting means.

位置合せに関する発明の公知例としては、特開昭57−
34402号、特開昭57−196377号がある。
As a known example of the invention relating to the alignment, Japanese Patent Laid-Open No. 57-
34402 and JP-A-57-196377.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、比較する2つの本来同一形状を有する
検査対象となるパターン間にアライメント誤差、伸縮に
よる誤差、微小な凹凸等があって位置合わせできない部
分が生じても、2つの検査対象となるパターンから検出
される濃淡画像信号に基いて正常部を誤検出することな
く、真の微細欠陥を高精度に検出することができるよう
にしたパターン欠陥検出方法及びその装置を提供するこ
とにある。
The object of the present invention is to provide two patterns to be inspected even if there is an alignment error between the two patterns to be inspected having the same original shape to be inspected, an error due to expansion and contraction, and minute irregularities. To provide a pattern defect detection method and an apparatus thereof capable of detecting a true fine defect with high accuracy without erroneously detecting a normal part based on a grayscale image signal detected from a pattern. .

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明は、上記目的を達成するために、2つの本来同一
形状を有する検査対象となるパターンの各々について濃
淡画像信号を検出し、該検出された2つの濃淡画像信号
を相対的に移動させて2つのパターンについて位置ずれ
補正をし、該2つのパターンについて位置ずれ補正され
た2つの濃淡画像信号の各々について少なくともパター
ンの位置ずれが残されている領域において前記濃淡画像
信号の濃淡の勾配を検出し、該検出された各々の濃淡の
勾配を比較して該相互の濃淡の勾配が所望の相違に基づ
いて欠陥として判定することを特徴とするパターン欠陥
検出方法である。また、本発明は、2つの本来同一形状
を有する検査対象となるパターンの各々について濃淡画
像信号を検出し、該検出された2つの濃淡画像信号を相
対的に移動させて2つのパターンについて位置ずれ補正
をし、該2つのパターンについて位置ずれ補正された2
つの濃淡画像信号の各々についてパターンの位置ずれが
残されている領域を検出し、該検出された領域において
前記各濃淡画像信号の濃淡の勾配を検出し、該検出され
た各々の濃淡の勾配を比較して該相互の濃淡の勾配が所
望の相違に基づいて欠陥として判定することを特徴とす
るパターン欠陥検出方法である。また本発明は、前記パ
ターン欠陥検出方法において前記位置ずれが残されてい
る領域を、2つの濃淡画像信号の濃淡差が所定の値以上
示す領域とすることを特徴とする。また本発明は、前記
パターン欠陥検出方法において前記パターンが多層パタ
ーンであることを特徴とする。また本発明は、2つの本
来同一形状を有する検査対象となるパターンの各々につ
いて濃淡画像信号を検出する濃淡画像信号検出手段と、
該濃淡画像信号検出手段により検出された2つの濃淡画
像信号を相対的に移動させて2つのパターンについて位
置ずれ補正をする位置ずれ補正手段と、該位置ずれ補正
手段により2つのパターンについて位置ずれ補正された
2つの濃淡画像信号の各々について少なくともパターン
の位置ずれが残されている領域において前記濃淡画像信
号の濃淡の勾配を検出する濃淡勾配検出手段と、該濃淡
勾配検出手段により検出された各々の濃淡の勾配を比較
して該相互の濃淡の勾配が所望の相違に基づいて欠陥と
して判定する欠陥判定手段(比較手段)とを備えたこと
を特徴とするパターン欠陥検出装置である。また本発明
は、2つの本来同一形状を有する検査対象となるパター
ンの各々について濃淡画像信号を検出する濃淡画像信号
検出手段と、該濃淡画像信号検出手段により検出された
2つの濃淡画像信号を相対的に移動させて2つのパター
ンについて位置ずれ補正をする位置ずれ補正手段と、該
位置ずれ補正手段により2つのパターンについて位置ず
れ補正された2つの濃淡画像信号の各々についてパター
ンの位置ずれが残されている領域を検出する位置ずれ領
域検出手段と、該位置ずれ領域検出手段により検出され
た領域において前記各濃淡画像信号の濃淡の勾配を検出
する濃淡勾配検出手段と、該濃淡勾配検出手段により検
出された各々の濃淡の勾配を比較して該相互の濃淡の勾
配が所望の相違に基づいて欠陥として判定する欠陥判定
手段とを備えたことを特徴とするパターン欠陥検出装置
である。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention detects a grayscale image signal for each of two patterns to be inspected having originally the same shape, and relatively moves the detected two grayscale image signals. The misregistration correction is performed on the two patterns, and the gradient of the shading of the grayscale image signal is detected in at least the area where the pattern misregistration remains for each of the two grayscale image signals that have been misaligned for the two patterns. Then, the detected gradation gradients are compared with each other and the mutual gradation gradients are judged as defects based on a desired difference. Further, according to the present invention, a grayscale image signal is detected for each of two patterns to be inspected having the same original shape, and the detected two grayscale image signals are relatively moved to shift the positions of the two patterns. After the correction, the positional deviation of the two patterns is corrected to 2
An area in which the positional deviation of the pattern is left is detected for each of the two grayscale image signals, the gradient of the grayscale of each of the grayscale image signals is detected in the detected area, and the gradient of each of the detected grayscales is detected. The pattern defect detection method is characterized in that the comparison is performed to determine a defect based on a desired difference between the gradients of the mutual shading. Further, the present invention is characterized in that, in the pattern defect detection method, the area where the positional deviation is left is an area in which a gray level difference between two gray level image signals is a predetermined value or more. Further, the present invention is characterized in that, in the pattern defect detecting method, the pattern is a multilayer pattern. Further, the present invention comprises a grayscale image signal detecting means for detecting a grayscale image signal for each of two patterns to be inspected having the same original shape,
A positional shift correction unit that relatively shifts the two grayscale image signals detected by the grayscale image signal detection unit to correct the positional shift between the two patterns; and a positional shift correction between the two patterns by the positional shift correction unit. For each of the two generated grayscale image signals, at least a grayscale gradient detecting means for detecting a grayscale gradient of the grayscale image signal in a region where a positional deviation of the pattern is left, and each of the grayscale gradient detecting means A pattern defect detecting apparatus comprising: a defect determining unit (comparing unit) which compares the gradation gradients and judges the mutual gradation gradients as a defect based on a desired difference. Further, according to the present invention, the grayscale image signal detecting means for detecting the grayscale image signal for each of the two patterns to be inspected having the originally same shape, and the two grayscale image signals detected by the grayscale image signal detecting means are relatively arranged. Position shift correction means for moving the two patterns to correct the position shift, and the position shift of the pattern is left for each of the two grayscale image signals corrected by the position shift correction means for the two patterns. Displacement area detecting means for detecting an area, an intensity gradient detecting means for detecting an intensity gradient of each of the intensity image signals in the area detected by the displacement area detecting means, and an intensity gradient detecting means. Defect determining means for comparing the respective gradations of the light and shade, and judging as a defect based on a desired difference between the gradations of the light and shade of each other. A pattern defect detecting apparatus characterized by comprising.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の原理を概説した後、実施例を説明する。 Hereinafter, examples will be described after the principle of the present invention is outlined.

〈原理〉 層間のアライメント誤差、あるいは微小なパターンの凹
凸は、それがある基準値より大きければ欠陥と見做し検
出しなければならないが、ある基準値より小さければ正
常と見做し許容しなければならない。近接した2チップ
を比較する場合、第7図に示すように2つのチップ上の
対応するパターンf,gを位置合せした後、これらf,
gの明るさの差をとると、層間のアライメント誤差が小
さい場合(第8図)には、明るさの差1f−g1がある
2値化閾値thより大きい所で、もとのパターンf,g
の明るさ勾配は同じ値をもつか、同じ値をもたない場合
でも似た傾向がある。しかし、層間のアライメント誤差
が大きい場合(第9図)には、パターンf,gの明るさ
勾配はまったく異なる値になる。
<Principle> Alignment error between layers or minute pattern irregularities must be detected as defects if they are larger than a certain reference value, but must be regarded as normal if they are smaller than a certain reference value and must be allowed. I have to. When comparing two adjacent chips, after aligning the corresponding patterns f and g on the two chips as shown in FIG.
If the difference in brightness of g is taken and the alignment error between layers is small (FIG. 8), the difference in brightness 1f−g1 is larger than a certain binarization threshold th, and the original pattern f, g
The brightness gradients of have the same value or tend to be similar even if they do not have the same value. However, when the alignment error between layers is large (FIG. 9), the brightness gradients of the patterns f and g have completely different values.

一方、欠陥例えば弧立欠陥がパターンfに存在する場合
も、明るさの差1f−g1≧thなる。領域では、明る
さ勾配が2つのパターンf,g間で異なる値となる。
On the other hand, when a defect such as an arc defect is present in the pattern f, the brightness difference 1f−g1 ≧ th. In the region, the brightness gradient has different values between the two patterns f and g.

従って、明るさの差1f−g1の波形の相違(第8図及
び第9図)から、層間のアライメント誤差やパターンの
微小な凹凸により生ずる位置ずれは、2チップのパター
ンを位置合せした後、不一致量の大きな領域を欠陥候補
として検出し、これらの領域についてその明るさ波形の
形状を比較して大小を判定すれば、位置ずれによって起
こる大きな不一致よりも小さな欠陥による不一値を検出
することが可能となる。
Therefore, from the difference in the waveform of the brightness difference 1f-g1 (FIGS. 8 and 9), the positional deviation caused by the alignment error between layers and the minute unevenness of the pattern is By detecting areas with a large amount of mismatch as defect candidates and comparing the shapes of the brightness waveforms of these areas to determine the size, it is possible to detect an unbalanced value due to a defect that is smaller than a large mismatch caused by misalignment. Is possible.

例えば第10図に示すようにパターンf,gを位置合せ
した場合、層間(下地のパターンは図示せず)のアライ
メント誤差により、位置合せが完全になされず(a)1絵
素の位置合せ誤差、(b)2絵素の位置合せ誤差、(c)3絵
素の位置合せ誤差がそれぞれあるとき、不一致量の大き
な領域に3×3のウインドを当てはめることを考える。
このウインドにより3×3の大きさの不一致の欠陥を検
出するのである。(a)の場合には、パターンの不一致量
が小さいため問題はない。(b)の場合は、図示の絵素の
不一致量が大きくなり欠陥候補となる。この欠陥候補に
3×3のウインドを再度当てはめ、ウインド内の2つの
パターンの明るさ勾配を求めると、それらはほぼ一致し
従って、局所的な小さな位置ずれであることがわかる。
(c)の場合は、図示の絵素の不一致量が大きくなり欠陥
候補となる。そして3×3のウインド内の勾配は互いに
値が若干異なり、位置ずれが(b)の場合よりも大きいこ
とがわかる。この勾配の値によっては、欠陥と見做すこ
とも正常部と見做すことも可能である。
For example, when the patterns f and g are aligned as shown in FIG. 10, the alignment is not completed due to the alignment error between the layers (the underlying pattern is not shown). (A) The alignment error of one picture element , (B) when there is an alignment error between 2 picture elements and (c) when there is an alignment error between 3 picture elements, consider applying a 3 × 3 window to an area with a large amount of mismatch.
This window detects a mismatched defect having a size of 3 × 3. In the case of (a), there is no problem because the amount of pattern mismatch is small. In the case of (b), the mismatch amount of the picture elements shown in the figure becomes large and the pixel becomes a defect candidate. When the 3 × 3 window is re-applied to this defect candidate and the brightness gradients of the two patterns in the window are obtained, they are almost the same, and thus it can be seen that there is a small local displacement.
In the case of (c), the mismatch amount of the picture elements shown in the figure becomes large, and the pixel becomes a defect candidate. It can be seen that the gradients in the 3 × 3 window have slightly different values, and the positional deviation is larger than in the case of (b). Depending on the value of this gradient, it can be considered as a defect or a normal part.

エッジの太り細りがある場合には、第11図に示すよう
に図示の絵素の不一致量が大きくなるが、3×3ウイン
ド内の勾配が等しく、同図では許容すべき位置ずれであ
ると解釈できる。
When the edges are thin and thin, the mismatch amount of the picture elements shown in the figure becomes large as shown in FIG. 11, but the gradients within the 3 × 3 window are the same, and it is considered that the positional deviation is allowable in the figure. Can be interpreted.

断線のような欠陥の場合には、第12図に示すように不
一致量の大きな絵素の3×3ウインド内の勾配が大きく
異なり、正常なパターンでないことがわかる。
In the case of a defect such as a disconnection, as shown in FIG. 12, it can be seen that the gradients in the 3 × 3 window of the picture elements having a large amount of mismatch differ greatly and the pattern is not normal.

このように上記3×3のウインドの例では、2絵素ある
いは3絵素の位置ずれまで許容しつつ、3絵素のサイズ
の欠陥を検出できる。即ち、2絵素の位置ずれは従来技
術によれば3絵素以上の大きさの不一致の欠陥として一
律に検出されるにもかかわらず、上記方法によれば3絵
素の大きさの不一致の欠陥が検出できることになる。
As described above, in the example of the 3 × 3 window described above, a defect having a size of 3 picture elements can be detected while allowing the positional deviation of 2 picture elements or 3 picture elements. That is, although the displacement of the two picture elements is uniformly detected as a defect of the size mismatch of three picture elements or more according to the conventional technique, the size deviation of the three picture elements is detected by the above method. Defects can be detected.

〈実施例〉 次に、本発明の一実施例を説明する。<Example> Next, an example of the present invention will be described.

光電変換器としては、リニアイメージセンサ、TVカメ
ラ等いかなるものでも使用可能であるが、本実施例で
は、リニアイメージセンサを用いて説明する。
As the photoelectric converter, any device such as a linear image sensor or a TV camera can be used, but in this embodiment, a linear image sensor will be used for description.

第1図に欠陥検出回路の一実施例を示す。FIG. 1 shows an embodiment of the defect detection circuit.

リニアイメージセンサ5a,5bの出力は、位置ずれ補
正回路22により位置合せが行われる。位置ずれのない
信号19,20は、次に差画像検出回路23に送られ、
信号19,20の差の絶対値が検出される。次に2値化
回路24で差画像を2値化し欠陥候補を検出する。検出
した欠陥候補から3×3ウインド処理回路25により、
3絵素未満のものは除去する。ウインド処理回路25の
出力は、信号19,20の不一致量が大きく、かつ3絵
素以上のサイズのものとなる。次に、これらの欠陥候補
について信号19,20のウインド内勾配を勾配検出回
路26,27により求める。こうして求めた勾配を比較
回路28により互いに比較することにより、勾配が大き
く異なる場合には欠陥として検出する。
The outputs of the linear image sensors 5a and 5b are aligned by the misregistration correction circuit 22. The signals 19 and 20 having no positional deviation are then sent to the difference image detection circuit 23,
The absolute value of the difference between the signals 19, 20 is detected. Next, the binarization circuit 24 binarizes the difference image to detect defect candidates. From the detected defect candidates, the 3 × 3 window processing circuit 25
Those with less than 3 picture elements are removed. The output of the window processing circuit 25 has a large amount of mismatch between the signals 19 and 20, and has a size of 3 picture elements or more. Next, the gradient detection circuits 26 and 27 obtain the in-window gradients of the signals 19 and 20 for these defect candidates. By comparing the gradients thus obtained with each other by the comparison circuit 28, when the gradients are significantly different, they are detected as defects.

次に更に詳しく各部の構成を説明する。第2図および第
3図において、局所的には位置ずれが存在するが、平均
的には位置合せがされた信号19,20(ここでは8ビ
ット)は、引算器29に入力され(第2図)、EXR
回路30により、19と20の差の絶対値が検出され
る。差の絶対値は、コンパレータ31により、閾値th
で2値化される。コンパレータ31の出力は、リニアイ
メージセンサの1走査遅延させるシフトレジスタ32,
33と、シリアルインパラレルアウトのシフトレジスタ
34により構成した3×3絵素の切出し回路、およびA
ND回路36(第3図)により3×3のウインド内の絵
素の明るさがいずれもth以上ならば、41をenab
leに、そうでなければdisableにする。一方、
シフトレジスタ37,38、シリアルインパラレルアウ
トのシフトレジスタ39により構成した3×3絵素の切
出し回路により、信号19,20からAND回路出力4
1と同期して3×3絵素を切出す。AND回路出力41
は、信号19と20の差の絶対値が3×3絵素にわたり
th以上ならばenableとなり、3×3絵素の切出
し回路を有効にする。3×3絵素の切出し回路から、明
るさを取り出し、引算器40に入力し、(明るさの傾
き)を検出する。検出した勾配は、比較回路28により
信号19,20に対応する勾配を比較し、勾配が大きく
異なる場合は欠陥として検出する。比較回路28の内部
は、引算器とコンパレータで構成されている。
Next, the configuration of each unit will be described in more detail. In FIG. 2 and FIG. 3, on the average, the aligned signals 19 and 20 (here, 8 bits) are input to the subtracter 29 (see FIG. (Fig. 2), EXR
The circuit 30 detects the absolute value of the difference between 19 and 20. The absolute value of the difference is calculated by the comparator 31 as the threshold value th.
Is binarized with. The output of the comparator 31 is a shift register 32 for delaying one scan of the linear image sensor,
33, and a 3 × 3 pixel segmentation circuit composed of a serial-in / parallel-out shift register 34, and A
If the brightness of all the picture elements in the 3 × 3 window is th or more by the ND circuit 36 (FIG. 3), 41 is enab.
Set to le, otherwise set to disable. on the other hand,
An AND circuit output 4 from the signals 19 and 20 is output by a 3 × 3 pixel cutout circuit composed of the shift registers 37 and 38 and the serial-in / parallel-out shift register 39.
Cut out 3 × 3 picture elements in synchronization with 1. AND circuit output 41
Becomes enable if the absolute value of the difference between the signals 19 and 20 is th or more over the 3 × 3 picture element, and the clipping circuit for the 3 × 3 picture element is enabled. The brightness is extracted from the 3 × 3 picture element clipping circuit and input to the subtractor 40 to detect (brightness gradient). The detected gradient is compared by the comparator circuit 28 with the gradients corresponding to the signals 19 and 20, and if the gradients are significantly different, the gradient is detected as a defect. The inside of the comparison circuit 28 is composed of a subtractor and a comparator.

勾配の1例を第4図に示す。3×3絵素の切出し回路の
それぞれの絵素をA,B,C…とすると、第4図に示す
ような勾配テーブルを作ることができる。勾配テーブル
の値を比較し、その値が信号19と20の間で1つでも
大きく異なれば、それには信号19と20に差を生ぜし
めた欠陥が存在する。
An example of the gradient is shown in FIG. If the respective picture elements of the 3 × 3 picture element cutting circuit are A, B, C, ..., A gradient table as shown in FIG. 4 can be created. If the values in the gradient tables are compared and even one value is significantly different between the signals 19 and 20, then there is a defect that has caused the signals 19 and 20 to differ.

以上説明した例では、2つの信号19,20の差の絶対
値を2値化回路24,31で2値化したが、第5図に示
すように、19と20の差の絶対値からシフトレジスタ
42、シリアルインパラレルアウトのシフトレジスタ4
3により構成した3×3絵素の切出し回路、および加算
回路44により、3×3絵素の明るさの和を求め、これ
をコンパレータ31で2値化する方法もある。
In the example described above, the absolute value of the difference between the two signals 19 and 20 is binarized by the binarization circuits 24 and 31, but as shown in FIG. 5, the absolute value of the difference between 19 and 20 is shifted. Register 42, serial-in parallel-out shift register 4
There is also a method in which the sum of the brightness of the 3 × 3 picture elements is obtained by the 3 × 3 picture element cutout circuit configured by 3 and the addition circuit 44, and this is binarized by the comparator 31.

また、別の実施例を第6図に示す。第6図は明るさ勾配
の比較を表わしたものであるが、3×3絵素の明るさ勾
配を対応するパターン上対応点の周囲2絵素拡大した範
囲内で比較するものである。同図では例えば斜線の部分
の明るさ勾配を比較した様子を表わしているが、7×7
絵素の範囲内で最も明るさ勾配の近い箇所を探し、その
とき局所的位置合せがなされるので、その勾配の値を比
較することによって欠陥かどうか判定するものである。
Another embodiment is shown in FIG. FIG. 6 shows the comparison of the brightness gradients, but the brightness gradients of the 3 × 3 picture elements are compared within the range in which the two picture elements around the corresponding point on the corresponding pattern are enlarged. In the same figure, for example, it is shown that the brightness gradients in the shaded areas are compared.
A portion having the closest brightness gradient is searched for within the range of the picture element, and local alignment is performed at that time. Therefore, it is judged whether or not there is a defect by comparing the values of the gradient.

第6図の特別な場合として、ウインド46,48をそれ
ぞれ1×1絵素、3×3絵素とし、ウインド46内の絵
素の明るさがウインド48内の3×3絵素の範囲内の明
るさに近い箇所を探し、そのとき局所的位置合せがなさ
れるので、その明るさを比較することによって欠陥かど
うか判定する方法もある。これは、3×3絵素のウイン
ド内で定義した明るさ勾配を1×1絵素のウインドに拡
張した例に当る。言い換えれば欠陥が小さい場合には1
×1絵素のウインドでも明るさ勾配の比較ができること
が望ましく、その場合にも本発明が適用できるようにし
た例である。
In the special case of FIG. 6, the windows 46 and 48 are 1 × 1 picture elements and 3 × 3 picture elements, respectively, and the brightness of the picture elements in the window 46 is within the range of 3 × 3 picture elements in the window 48. There is also a method of determining whether or not there is a defect by comparing the brightnesses, since a local alignment is performed at that time by searching for a location close to the brightness. This corresponds to an example in which the brightness gradient defined in the 3 × 3 picture element window is expanded to the 1 × 1 picture element window. In other words, 1 if the defect is small
It is desirable that the brightness gradients can be compared even in the case of a × 1 picture element window, and in this case, the present invention can be applied.

第5図、第6図の例によれば、種々のパターンエッジ形
状をもつウエハに対応でき、欠陥検出の精度を向上させ
ることができる。
According to the examples of FIGS. 5 and 6, wafers having various pattern edge shapes can be dealt with, and the accuracy of defect detection can be improved.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、LSIウエハの多層パターン等のよう
に、比較する2つの本来同一形状を有する検査対象とな
るパターン間にアライメント誤差、伸縮による誤差、微
小な凹凸等があって位置合わせできない部分が生じて
も、2つの検査対象となるパターンから検出される濃淡
画像信号に基いて正常部を誤検出することなく、真の微
細欠陥を高精度に検出することができる効果を奏する。
According to the present invention, such as a multi-layer pattern of an LSI wafer, a portion that cannot be aligned due to alignment error, error due to expansion and contraction, minute unevenness, etc. between two patterns to be inspected that have the same original shape to be compared. Even if occurs, there is an effect that a true fine defect can be detected with high accuracy without erroneously detecting a normal part based on a grayscale image signal detected from two patterns to be inspected.

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

第1図は本発明に係る欠陥検出回路の一実施例を示す
図、第2図及び第3図は第1図の詳細を説明するための
図、第4図は明るさ勾配の一実施例を示す図、第5図は
欠陥候補を求めるための2値化回路の一実施例を示す
図、第6図は、明るさ勾配の他の一実施例を示す図、第
7図は2つのパターンの位置合せを示す図、第8図及び
第9図は位置合せ後の不一致波形と明るさ勾配を示す
図、第10図、第11図及び第12図は不一致波形の3
種の例を示す図、第13図はパターンを有するチップの
詳細を示す拡大斜視図、第14図はLSIウエハ外観検
査装置の従来例を示す図、第15図はパターンの不一致
の一例を示す図である。 1……LSIウエハ、2……チップ 5……光電変換器、7……XYテーブル 14〜17……シフトレジスタ 22……位置ずれ補正回路、23……差画像検出回路 24……2値化回路、25……ウインド処理回路 26,27……勾配検出回路、28……比較回路
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a defect detection circuit according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining the details of FIG. 1, and FIG. 4 is an embodiment of a brightness gradient. FIG. 5, FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a binarization circuit for obtaining defect candidates, FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the brightness gradient, and FIG. FIGS. 8 and 9 are diagrams showing alignment of patterns, FIGS. 8 and 9 are diagrams showing mismatched waveforms and brightness gradients after alignment, and FIGS. 10, 11 and 12 are 3 of mismatched waveforms.
FIG. 13 is an enlarged perspective view showing details of a chip having a pattern, FIG. 14 is a view showing a conventional example of an LSI wafer appearance inspection apparatus, and FIG. 15 is an example of pattern mismatch. It is a figure. 1 ... LSI wafer, 2 ... Chip 5 ... Photoelectric converter, 7 ... XY table 14-17 ... Shift register 22 ... Positional deviation correction circuit, 23 ... Difference image detection circuit 24 ... Binarization Circuit, 25 ... Window processing circuit 26, 27 ... Gradient detection circuit, 28 ... Comparison circuit

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2つの本来同一形状を有する検査対象とな
るパターンの各々について濃淡画像信号を検出し、該検
出された2つの濃淡画像信号を相対的に移動させて2つ
のパターンについて位置ずれ補正をし、該2つのパター
ンについて位置ずれ補正された2つの濃淡画像信号の各
々について少なくともパターンの位置ずれが残されてい
る領域において前記濃淡画像信号の濃淡の勾配を検出
し、該検出された各々の濃淡の勾配を比較して該相互の
濃淡の勾配が所望の相違に基づいて欠陥として判定する
ことを特徴とするパターン欠陥検出方法。
1. A misalignment correction is performed on two patterns by detecting a grayscale image signal for each of two patterns to be inspected having the same original shape and relatively moving the two detected grayscale image signals. Then, the gradient of the grayscale of the grayscale image signal is detected in at least the area where the positional shift of the pattern is left for each of the two grayscale image signals whose positional shift has been corrected for the two patterns, and each of the detected grayscales is detected. The pattern defect detection method, characterized in that the gradation gradients of are compared and the mutual gradation gradients are judged as defects based on a desired difference.
【請求項2】前記位置ずれが残されている領域を、2つ
の濃淡画像信号の濃淡差が所定の値以上示す領域とする
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のパターン
欠陥検出方法。
2. The pattern defect detection according to claim 1, wherein the area in which the positional deviation is left is an area in which the gray level difference between two gray level image signals is equal to or more than a predetermined value. Method.
【請求項3】前記パターンが多層パターンであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のパターン欠陥検
出方法。
3. The pattern defect detection method according to claim 1, wherein the pattern is a multilayer pattern.
【請求項4】2つの本来同一形状を有する検査対象とな
るパターンの各々について濃淡画像信号を検出し、該検
出された2つの濃淡画像信号を相対的に移動させて2つ
のパターンについて位置ずれ補正をし、該2つのパター
ンについて位置ずれ補正された2つの濃淡画像信号の各
々についてパターンの位置ずれが残されている領域を検
出し、該検出された領域において前記各濃淡画像信号の
濃淡の勾配を検出し、該検出された各々の濃淡の勾配を
比較して該相互の濃淡の勾配が所望の相違に基づいて欠
陥として判定することを特徴とするパターン欠陥検出方
法。
4. A grayscale image signal is detected for each of two patterns to be inspected having the same original shape, and the detected two grayscale image signals are relatively moved to correct the positional deviation between the two patterns. Then, an area in which the positional deviation of the pattern is left is detected for each of the two grayscale image signals whose positional deviation has been corrected for the two patterns, and the gradient of the grayscale of each of the grayscale image signals is detected in the detected area. Is detected, and the detected gradation gradients are compared with each other, and the mutual gradation gradients are judged as defects based on a desired difference.
【請求項5】前記領域の検出を、2つの濃淡画像信号の
濃淡差が所定の値以上示す領域として検出することを特
徴とする特許請求の範囲第4項記載のパターン欠陥検出
方法。
5. The pattern defect detecting method according to claim 4, wherein the detection of the area is performed as an area in which a difference in gray level between two gray level image signals is a predetermined value or more.
【請求項6】前記パターンが多層パターンであることを
特徴とする特許請求の範囲第4項記載のパターン欠陥検
出方法。
6. The pattern defect detecting method according to claim 4, wherein the pattern is a multilayer pattern.
【請求項7】2つの本来同一形状を有する検査対象とな
るパターンの各々について濃淡画像信号を検出する濃淡
画像信号検出手段と、該濃淡画像信号検出手段により検
出された2つの濃淡画像信号を相対的に移動させて2つ
のパターンについて位置ずれ補正をする位置ずれ補正手
段と、該位置ずれ補正手段により2つのパターンについ
て位置ずれ補正された2つの濃淡画像信号の各々につい
て少なくともパターンの位置ずれが残されている領域に
おいて前記濃淡画像信号の濃淡の勾配を検出する濃淡勾
配検出手段と、該濃淡勾配検出手段により検出された各
々の濃淡の勾配を比較して該相互の濃淡の勾配が所望の
相違に基づいて欠陥として判定する欠陥判定手段とを備
えたことを特徴とするパターン欠陥検出装置。
7. A grayscale image signal detecting means for detecting a grayscale image signal for each of two patterns to be inspected having the same original shape, and two grayscale image signals detected by the grayscale image signal detecting means are relative to each other. Position deviation of at least the pattern for each of the two grayscale image signals for which the positional deviation is corrected for the two patterns by the positional deviation correcting means for correcting the positional deviation for the two patterns. In the region where the grayscale image signal is shaded, the grayscale gradient detection means for detecting the grayscale gradient of the grayscale image signal is compared with the respective grayscale gradients detected by the grayscale gradient detection means to obtain a desired difference in the grayscale gradient between them. A pattern defect detection apparatus comprising: a defect determination unit that determines a defect based on
【請求項8】前記濃淡勾配検出手段において、前記位置
ずれが残されている領域を、2つの画像信号の濃淡差が
所定の値以上示す領域とするように構成したことを特徴
とする特許請求の範囲第7項記載のパターン欠陥検出装
置。
8. The gradation gradient detecting means is configured such that the area where the positional deviation is left is an area in which the gradation difference between two image signals is a predetermined value or more. 5. A pattern defect detection device according to claim 7.
【請求項9】2つの本来同一形状を有する検査対象とな
るパターンの各々について濃淡画像信号を検出する濃淡
画像信号検出手段と、該濃淡画像信号検出手段により検
出された2つの濃淡画像信号を相対的に移動させて2つ
のパターンについて位置ずれ補正をする位置ずれ補正手
段と、該位置ずれ補正手段により2つのパターンについ
て位置ずれ補正された2つの濃淡画像信号の各々につい
てパターンの位置ずれが残されている領域を検出する位
置ずれ領域検出手段と、該位置ずれ領域検出手段により
検出された領域において前記各濃淡画像信号の濃淡の勾
配を検出する濃淡勾配検出手段と、該濃淡勾配検出手段
により検出された各々の濃淡の勾配を比較して該相互の
濃淡の勾配が所望の相違に基づいて欠陥として判定する
欠陥判定手段とを備えたことを特徴とするパターン欠陥
検出装置。
9. A grayscale image signal detecting means for detecting a grayscale image signal for each of the two patterns to be inspected having the same original shape, and two grayscale image signals detected by the grayscale image signal detecting means are relative to each other. Position shift correction means for moving the two patterns to correct the position shift, and the position shift of the pattern is left for each of the two grayscale image signals corrected by the position shift correction means for the two patterns. Displacement area detecting means for detecting an area, an intensity gradient detecting means for detecting an intensity gradient of each of the intensity image signals in the area detected by the displacement area detecting means, and an intensity gradient detecting means. Defect determination means for comparing the respective gradations of the light and shade that have been determined and judging as a defect based on the desired difference in the gradient of the light and shade of each other. Pattern defect detecting apparatus characterized by was e.
【請求項10】前記位置ずれ領域検出手段において、前
記領域の検出を、2つの画像信号の濃淡差が所定の値以
上示す領域として検出するように構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第9項記載のパターン欠陥検出装
置。
10. The position shift area detecting means is configured to detect the area as an area in which a difference in gray level between two image signals is a predetermined value or more. Item 9. The pattern defect detection device according to item 9.
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