JPH09203621A - 被検査パターンの欠陥検査方法およびその方法を用いた半導体製造プロセス評価方法並びに複数画像の位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体ウエハのメモリマット部、周辺回路の欠
陥を検出する高感度な被検査パターンの欠陥検査方法を
提供する。 【課題を解決する手段】 同一となるように形成された
メモリマット部２１と周辺回路部２２とを有するチップ
２０を複数個配置した被検査パターンの欠陥検査方法
で、被検査パターンの定めたチップ２０から画像信号９
を検出し、この検出画像信号９に対して統計量からなる
統計画像を生成し、この統計画像を基準画像とすること
によって欠陥１３を検出する。このようにして、チップ
２０を複数配列されている被検査パターンで、欠陥を高
感度に検出するすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査パターンの
欠陥を検出する外観検査に係り、特に半導体ウェハや液
晶ディスプレイなどにおける被検査パターンの欠陥検査
方法に関するものである。特に、これらを利用すること
により、製造プロセスを評価するのに最適な方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の検査装置は、特開昭５５
−７４４０９号公報記載の技術の如く、被検査パターン
を移動させつつ、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、前記検出した画像信号と所
定時間だけ遅延させた画像信号の濃淡を比較することに
より、単にその不一致を欠陥として認識するものであっ
た。

【０００３】上記従来の欠陥の認識方法を詳しく、図１
０、１１、１２を参照して説明する。図１０は、従来技
術の被検査パターンのメモリチップにおけるメモリマッ
ト部と周辺回路部の略示説明図、図１１は、図１０のメ
モリチップにおけるメモリマット部と周辺回路部におけ
る明るさのヒストグラム、図１２は、図１０のメモリマ
ット部にグレインがあるの被検査パターンの略示図であ
る。図１０に示す如く、半導体ウエハ４上にはメモリチ
ップ２０が多数配設されて形成されている。前記メモリ
のチップ２０は、メモリマット部２１と周辺回路部２２
とに大別することができる。前記メモリマット部２１は
小さな繰返しパターンの集合であり、前記周辺回路部２
２はランダムパターンの集合である。

【０００４】図１１には、図１０のメモリマット部２１
および周辺回路部２２における明るさの分布、すなわ
ち、１０ビット構成で最大１０２４ビットのメモリチッ
プの濃淡に対する頻度をヒストグラムで示したものであ
るが、前記メモリマット部２１はパターン密度が高く一
般的に暗い。一方、前記周辺回路部２２はパターン密度
が低く一般的に明るい。したがって、このメモリマット
部２１では欠陥が検出しづらく、この周辺回路部２２で
は正常部を欠陥として誤検出するという傾向があった。

【０００５】さらに、図１２に示す如く、メモリマット
部２１内の回路パターンの特定層は、当該パターンの表
面にグレインと呼ばれる微少な突起が多数生じており、
これが明るさの違いを生じさせている。前記グレインを
生じるパターンは、表層になったり、下層になったりし
て位置が一定せず、その見え方は不均一である。したが
って、グレインが存在すると、検査感度が低下していた
のが現実であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウエ
ハなどの被検査パターンでは、パターンが種々の材料で
形成されており、しかも多層に積重されている。このよ
うな多層パターンでは、例えばある層の表面が正常であ
りながら、その面が荒れている場合がある。上記従来の
検査方法では、このような正常であるが面荒れの生じた
パターンにより検査性能が律束されてしまい、面荒れの
ないパターンは感度を高く検査可能であるはずが、面荒
れの生じたパターンに合わせて感度を低くして検査せざ
るを得ないということがあり、上記誤検出が起こりやす
いという課題があった。

【０００７】また、前記の如く、面荒れにより感度の低
下が生じるが、上記の如く、パターンにグレインが生じ
た場合も感度を低下させる要因でもある。しかも、面荒
れのある層およびグレインのある層が常時表面に現れる
ものでなく、表面層になったり、下層になったりして一
定しないので、複雑な見え方をすることとなる。このよ
うなことは従来の技術では考慮されていないという課題
であった。さらに、従来の検査方法は、単に欠陥の有無
のみの判定であり、ステッパなどの解像度やエッチング
の良否などに関し欠陥とまではいえないが、正常部とし
ては問題であるようなパターンのでき具合を直接的に定
量評価するには不向きであるという課題があった。さら
に、従来の検査方法は、上記の如く直接的に定量的評価
ができないので、半導体製造プロセス評価には不適当で
あるという課題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記従来の技術課題を解
決すべくなされたもので、面荒れ、グレイン等の各パタ
ーンの出来具合の違いに影響されることなく、つねに高
感度で、欠陥を信頼性高く検査することができる被検査
パターンの欠陥検査方法を提供することにある。また、
本発明の他の目的は、上記従来の技術課題を解決すべ
く、各パターンのでき具合を定量的に表現し、かつこの
定量値を用いて、欠陥を高信頼度で検査できるようにし
た被検査パターンの欠陥検査方法を提供することにあ
る。また、本発明のさらに他の目的は、上記被検査パタ
ーンの欠陥検査方法を用いた半導体製造プロセス評価方
法を提供することにある。また、本発明のさらに他の目
的は、複数の画像の位置ずれと位置合わせによる高精度
の画像位置合わせ法および前記位置合わせ法を用いた被
検査パターンの欠陥検査方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る被検査パターンの欠陥検査方法の構成
は、同一となるように形成されたチップを複数個配置し
た被検査パターンの欠陥検査方法において、前記被検査
パターンの定めたチップから画像信号を検出し、当該検
出画像信号から統計画像を生成し、前記統計画像と基準
画像と比較することによって欠陥を検出することを特徴
とするものである。前記被検査パターンの欠陥検査方法
において、前記チップは、セルである繰返しパターン領
域からなるメモリマット部と非繰返しパターン領域から
なる周辺回路部とを有することを特徴とするものであ
る。前記被検査パターンの欠陥検査方法において、前記
メモリマット部の複数の繰返しパターンから統計画像を
生成し、前記周辺回路部では複数のチップの対応する非
繰返しパターンから統計画像を生成することを特徴とす
るものである。前記被検査パターンの欠陥検査方法にお
いて、前記統計画像は、検出した一もしくは複数の画像
からパターン各位置の明るさの平均値もしくはメディア
ンまたは標準偏差を検出し、これらの値をその画素に有
する画像であることを特徴とするものである。前記被検
査パターンの欠陥検査方法において、前記統計画像は、
検出した一もしくは複数の画像から一もしくは複数の微
分画像を求め、パターンの各位置において前記微分画像
の明るさの平均値もしくはメディアンまたは標準偏差を
検出し、これらの値をその画素に有する画像であること
を特徴とするものである。前記被検査パターンの欠陥検
査方法において、前記統計画像は、検出した一もしくは
複数の画像またはこれらの微分画像からパターンの各位
置にて前記パターンの明るさの範囲を検出し、この明る
さをその画素に有する画像であることを特徴とするもの
である。前記被検査パターンの欠陥検査方法において、
前記統計画像は、検出した複数の画像からパターンの各
位置にて、対応するパターンエッジ位置の範囲もしくは
平均値もしくはメディアンまたは標準偏差を検出し、こ
れらの値をその画素に有する画像であることを特徴とす
るものである。前記被検査パターンの欠陥検査方法にお
いて、前記基準画像は、前項記載の統計画像であること
を特徴とするものである。前記被検査パターンの欠陥検
査方法において、前記統計画像と前記基準画像との比較
は、その不一致量もしくはその項目を検出することを特
徴とするものである。前記被検査パターンの欠陥検査方
法において、前記統計画像と前記基準画像との比較は、
パターンエッジで囲まれた各領域でその不一致量もしく
は不一致項目を検出することを特徴とするものである。

【００１０】上記目的を達成するため、本発明に係る半
導体製造プロセス評価方法の構成は、前記記載のいずれ
かの被検査パターンの欠陥検査方法を用いて、製造プロ
セスの評価を行うことを特徴とするものである。前記半
導体製造プロセス評価方法において、製造プロセスの評
価項目は、パターンの解像度とその膜厚とそのエッジの
明確度のうち、少なくとも一つであることを特徴とする
ものである。

【００１１】上記目的を達成するため、本発明に係る他
の被検査パターンの欠陥検査方法の構成は、同一となる
ように形成されたチップを複数個配置した被検査パター
ンにおける欠陥検査方法において、前記被検査パターン
の定めたチップから画像信号を検出し、この検出された
画像信号に対して統計量からなる統計画像を生成し、前
記統計画像と検出画像とを比較することによって欠陥を
検出することを特徴とするものである。前記被検査パタ
ーンの欠陥検査方法において、前記チップは、セルであ
る繰返しパターン領域からなるメモリマット部と非繰返
しパターン領域からなる周辺回路部とを有することを特
徴とするものである。前記被検査パターンの欠陥検査方
法において、前記メモリマット部の複数の繰返しパター
ンから統計画像を生成し、前記周辺回路部の複数のチッ
プの対応する非繰返しパターンから統計画像を生成する
ことを特徴とすることを特徴とするものである。前記被
検査パターンの欠陥検査方法において、前記統計画像
は、検出された一もしくは複数の画像からパターン各位
置の明るさの平均値もしくはメディアンまたは標準偏差
を検出し、これらの値をその画素に有する画像であるこ
とを特徴とするものである。前記被検査パターンの欠陥
検査方法において、前記統計画像は、検出された一もし
くは複数の画像から一もしくは複数の微分画像を求め、
パターンの各位置において前記微分画像の明るさの平均
値もしくはメディアンまたは標準偏差を検出し、これら
の値をその画素に有する画像であることを特徴とするも
のである。前記被検査パターンの欠陥検査方法におい
て、前記統計画像は、検出された一もしくは複数の画像
またはこれらの微分画像からパターンの各位置において
前記パターンの明るさの範囲を検出し、この明るさをそ
の画素に有する画像であることを特徴とするものであ
る。前記被検査パターンの欠陥検査方法において、前記
統計画像は、検出された複数の画像からパターンの各位
置にて、対応するパターンエッジ位置の範囲もしくは平
均値もしくはメディアンまたは標準偏差などを検出し、
これらの値をその画素に有する画像であることを特徴と
するものである。前記被検査パターンの欠陥検査方法に
おいて、前記統計画像と前記検出画像との比較は、その
不一致量もしくは不一致の項目を検出することを特徴と
するものである。前記被検査パターンの欠陥検査方法に
おいて、前記統計画像と前記検出画像との比較は、パタ
ーンエッジで囲まれた各領域に、前記統計画像と前記検
出画像の不一致量もしくは不一致項目を検出することを
特徴とするものである。

【００１２】上記目的を達成するため、本発明に係る半
導体製造プロセス評価方法の他の構成は、前項記載のい
ずれかの被検査パターンの欠陥検査方法を用いて、製造
プロセスの評価を行うことを特徴とするものである。前
記半導体製造プロセス評価方法において、製造プロセス
の評価項目として、パターンの解像度とその膜厚とその
エッジの明確度のうち、少なくとも一つであることを特
徴とするものである。

【００１３】上記目的を達成するため、本発明に係る複
数画像の位置合わせ方法の構成は、画像の位置ずれ検出
と位置合わせとからなる複数画像の位置合わせ方法にお
いて、前記位置ずれ検出を、前記各画像を線形補間もし
くは前記各画像の微分画像を線形補間し、これらの補間
画像間のそれぞれの不一致量もしくは当該不一致量の線
形結合が最小になるように当該補間画像のずれ量を画素
未満単位の分解能で求め、前記位置合わせを、当該位置
ずれ量に基づき前記各画像を線形補間もしくは畳み込み
補間することにより行なうことを特徴とするものであ
る。上記目的を達成するため、本発明に係る被検査パタ
ーンの欠陥検査方法のさらに他の構成は、統計画像と基
準画像との比較に、前記の複数画像の位置合わせ方法を
用いることを特徴とするものである。前記被検査パター
ンの欠陥検査方法において、被検査パターンの隣接複数
チップ間の共通の欠陥を、前記の複数画像の位置合わせ
方法を用いて検出することを特徴とするものである。

【００１４】上記構成を機能面から詳しく説明する。セ
ルである繰返しパターン領域からなるメモリマット部と
非繰返しパターン領域からなる周辺回路部とを有するチ
ップを複数配列した被検査パターンにおいて、各パター
ンの仕上り具合を定量的に表現し、かつこれを用いて欠
陥を検出するため、これら多層のパターンの仕上り具合
の悪い層、すなわちパターンの面荒れやグレインなどの
ある層によって、チップ全体の検査感度が律束されるこ
となく、発生した欠陥を高感度に検出することができる
ようにしたものである。

【００１５】また、パターンの仕上り具合を定量的に表
現する統計画像を用いれば、ステッパなどの解像度やエ
ッチングの良否などに関し、欠陥にはならないが正常部
としては限界にあるような各パターンのでき具合を、正
確かつ直接的に定量評価することができるようにしたも
のである。また、いうまでもなく、この統計画像を用
い、多層パターンにおいてもでき具合を詳細、かつ直接
的に定量評価することができるようにしたものである。
また、統計画像の採用やこれを用いた欠陥検査方法によ
り製造プロセスそのものを定量的に評価することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１ないし図９を参照して本発明
の各実施の形態を説明する。 〔実施の形態 １〕本発明に係わる被検査パターンの欠
陥検査方法及び製造プロセス評価方法の実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係わる被検査パターン
の欠陥検査装置の構成図、図２は、図１の被検査パター
ンのメモリマット部における統計画像の略示説明図、図
３は図１の被検査パターンの周辺回路部における統計画
像の略示説明図、図４は、図１の被検査パターンのパー
タンエッジの略示説明図、図５は図１の被検査パターン
の局所領域マッチングの略示説明図である。

【００１７】本実施の形態においては、半導体ウエハを
被検査パターン例として説明する。図１において、１は
イメージセンサであり、被検査パターンである半導体ウ
エハ４からの反射光の明るさ、すなわち濃淡に応じた濃
淡画像信号を出力するものであり、２はイメージセンサ
１から得られる濃淡画像信号をディジタル画像信号９に
変換するＡ／Ｄ変換器、３ａは濃淡画像信号を遅延させ
る第１の遅延メモリ、３ｂは濃淡画像信号を遅延させる
第２の遅延メモリ、４は被検査パターンのある半導体ウ
エハ、５は被検査パターンの半導体ウエハ４を載置する
Ｘ方向とＹ方向とＺ方向とθ方向（回転）の移動するス
テージ、６は半導体ウエハ４に対する対物レンズ、７は
被検査パターンの半導体ウエハ４を照明する照明光源、
８は照明光の反射して対物レンズ６を通して半導体ウエ
ハ４に照射すると共に、半導体ウエハ４からの反射光を
透過するハーフミラー、９は濃淡画像信号がＡ／Ｄ変換
器で変換されたディジタル画像信号である。このように
して、照明光源７からの照明光を反射させて対物レンズ
６を通して半導体ウエハ４に対して、例えば明視野照明
を施すように構成している。

【００１８】前記１７ａは、Ａ／Ｄ変換器２から出力さ
れるディジタル画像信号９に対してメモリマット部２１
に対応する統計画像生成を施す第１の統計画像生成回路
であり、すなわち、前記第１の統計画像生成回路１７ａ
は、メモリマット部２１において複数の繰り返しパター
ンから、対応する位置の明るさの平均値もしくはメディ
アン、標準偏差、最大値、最小値、もしくは最大値と最
小値との差を検出するものである。また、第１の統計画
像生成回路１７ａは、メモリマット部２１において複数
の繰り返しパターンから、対応する位置において、パタ
ーンエッジの平均的な位置もしくは位置のメディアン、
とりうる位置の範囲、位置の標準偏差などを検出するも
のである。また、第１の統計画像生成回路１７ａは、デ
ィジタル画像信号９を微分して、微分した画像に対して
対応する位置の明るさの平均値もしくはメディアン、標
準偏差、最大値、最小値、もしくは最大値と最小値の差
を検出するものである。このような第１の統計画像生成
回路１７ａからは、上記各統計量に対応して、例えば複
数の８ビットディジタル信号で出力するように構成す
る。

【００１９】１７ｂは、Ａ／Ｄ変換器２から出力される
ディジタル画像信号９に対して周辺回路部２２に対応す
るＡ／Ｄ変換器２から出力されるディジタル画像信号９
に対して周辺回路部２２に対応する統計画像生成を施す
第２の統計画像生成回路である。すなわち、第２の統計
画像生成回路１７ｂは、周辺回路部において複数チップ
のパターンから、対応する位置の明るさの平均値もしく
はメディアン、標準偏差、最大値、最小値、もしくは最
大値と最小値との差を検出するものである。また、第２
の統計画像生成回路１７ｂは、周辺回路部において複数
チップのパターンから、対応する位置において、パター
ンエッジの平均的な位置あるいは位置のメディアン、と
りうる位置の範囲などを検出するものである。また、第
２の統計画像生成回路１７ｂは、ディジタル画像信号９
を微分して、微分した画像に対して対応する位置の明る
さの平均値あるいはメディアン、標準偏差、最大値、最
小値、または最大値と最小値との差を検出するものであ
る。また、第２の統計画像生成回路１７ｂからも、例え
ば８ビットディジタル信号で出力するように構成する。

【００２０】また、３ａは、第１の統計画像生成回路１
７ａから出力される画像信号１０ａを繰り返される１セ
ルまたは複数セルピッチ分を記憶して遅延させる第１の
遅延メモリである。３ｂは、第２の統計画像生成回路１
７ｂから出力される画像信号１０ｂを繰り返される１チ
ップまたは複数チップピッチ分記憶して遅延させ第２の
遅延メモリである。ここで、これらの第１、第２の遅延
メモリ３ａ、３ｂは、統計画像生成回路１７ａ、１７ｂ
から出力される画像信号１０ａ、１０ｂにかかわりな
く、基準となる画像を対象に応じて常時記憶しておき、
これを出力するものでもよい。

【００２１】また、前記第１の統計画像生成回路１７ａ
および前記第２の統計画像生成回路１７ｂに、Ａ／Ｄ変
換器２から入力するディジタル画像信号９をそのまま出
力する信号部を設ける。これらにより、統計画像同士の
比較、統計画像と基準画像の比較、統計画像と検出画像
の比較など、用途に応じて選択可能になる。ここで、統
計画像と基準画像の比較は、統計画像を手本となる基準
画像と比較して、不一致の量を出力するものである。ま
た、不一致量に対し、しきい値処理を施して欠陥抽出し
てもよい。また、統計画像と検出画像の比較は、検出画
像と手本となる統計画像とを比較して、不一致の量を出
力するものである。また、不一致量に対し、しきい値処
理を施して欠陥抽出してもよい。統計画像同士の比較
は、例えばウェーハ内の局所的な領域の統計画像同士を
比較するもので、ウェーハ内のパターンのでき具合のば
らつきを評価するものである。

【００２２】１８ａはメモリマット部２１に対応した第
１の比較器であり、第１の統計画像生成回路１７ａから
出力される画像信号１０ａと、第１の遅延メモリ３ａか
ら得られる１セルまたは複数セルピッチ分を遅延した画
像信号１１ａとを比較するセル比較を行ってメモリマッ
ト部２１における欠陥を検出するものである。１８ｂは
周辺回路部２２に対応した第２の比較器であり、第２の
統計画像生成回路１７ｂから出力される画像信号１０ｂ
と、第２の遅延メモリ３ｂから得られる１チップまたは
複数チップピッチ分遅延した画像信号１１ｂとを比較す
るチップ比較を行って周辺回路部２２における欠陥を検
出するものである。

【００２３】例えば、統計画像と検出画像の場合、検出
画像の着目画素の明るさが、統計画像の対応画素におい
て、その明るさ平均値に対して標準偏差のｋ倍（例えば
ｋ＝３）のレンジ内にあれば正常と判断し、そのレンジ
外にあれば欠陥と判断するものである。また、レンジか
らのずれ量を不一致として、出力してもよい。あるい
は、統計画像そのものを出力することもできる。

【００２４】１９は、ＣＰＵであり、例えば半導体ウエ
ハの座標情報に基づいてメモリマット部２１であるか、
周辺回路部２２であるかを識別して第１の比較器１８ａ
からの比較結果と第２の比較器１８ｂからの比較結果と
を選択して最終判断を行うものである。なお、上記例で
は照明として、明視野照明を採用したが、これに限るも
のでなく、暗視野照明、輪帯照明などの顕微鏡照明とし
て使用できるものならば、差し支えない。ただし、例え
ば、パターンエッジは明視野照明では暗く観察される
が、暗視野照明では明るく観察されるなど、見え方の違
いは存在するため、統計画像において、その認識が異な
ってくる。従って、主に何を比較するかがその照明によ
って異なるものとなる。これらの照明条件を種々変え
て、複数回検査し、これら複数回の検査結果の論理和を
取って最終結果としても差し支えない。

【００２５】次に上記構成の検査装置の動作について図
１、２、３を参照して説明をする。図１において、対物
レンズ６で収束させた照明光で、ステージ５を走査して
被検査パターンの半導体ウエハ４の対象領域について等
速度で移動させつつ、イメージセンサ１により前記半導
体ウエハ４上に形成された被検査パターン、すなわちチ
ップ２０内のメモリマット部２１および周辺回路部２２
の明るさ情報（濃淡画像信号）を検出する。そして、前
記対象領域と前記対象領域の間は高速に移動させる。す
なわち、等速移動と高速移動の繰り返しに検査を行うも
のである。もちろん、ステップ＆リピート型の検査でも
差し支えない。そして、Ａ／Ｄ変換器２は、イメージセ
ンサ１の出力（濃淡画像信号）をディジタル画像信号９
に変換する。このディジタル画像信号９は１０ビット構
成である。

【００２６】次いで、前記ディジタル画像信号９を、第
１の統計画像生成回路１７ａにより統計画像を生成す
る。この第１の統計画像生成回路１７ａにおいて出力画
像信号１０ａの例を図２に示す。この出力は、８ビット
で構成されている。また上記ディジタル画像信号９を、
第２の統計画像生成回路１７ｂにより統計画像を生成さ
せる。この第２の統計画像生成回路１７ｂにおいて出力
画像信号１０ｂの例を図３に示されている。この出力も
８ビット構成である。

【００２７】前記の如く、図２に示すように、第１の統
計画像生成回路１７ａは、メモリマット部２１において
複数の繰り返しパターンから、対応する位置の明るさの
平均値あるいはメディアン、標準偏差、最大値、最小
値、あるいは最大値と最小値との差を検出するものであ
る。あるいは、対応する位置において、パターンエッジ
の平均的な位置あるいは位置のメディアン、とりうる位
置の範囲、位置の標準偏差などを検出するものである。
また、微分した画像に対して対応する位置の明るさの平
均値あるいはメディアン、標準偏差、最大値、最小値、
あるいは最大値と最小値との差を検出するものである。

【００２８】ここで、図２は、繰り返しパターンのう
ち、１つのみを示しており、（ａ）は標準偏差、（ｂ）
は平均値、（ｃ）は最小値である。以下、これら統計画
像の各項目をパラメータと呼ぶことにする。ここで、対
応する位置の画像の明るさは、第１の統計画像生成回路
１７ａの場合ではメモリマット部２１において繰り返し
パターンのピッチだけ離れた画素の明るさをさすもので
ある。第２の統計画像生成回路１７ｂの場合は、図３に
示すような周辺回路を対象とするので、対応する位置の
画像の明るさは、チップピッチだけ離れた画素の明るさ
を示すことになる。（ａ）はパターンエッヂの平均位
置、（ｂ）は標準偏差、（ｃ）は平均値である。

【００２９】統計画像を得るために対象とするパターン
の範囲は、繰り返しパターンの場合例えば２０個の繰り
返しパターン、周辺回路パターンの場合、例えば５個の
チップの周辺回路などである。例えば、パターンの或る
層にグレインが有る場合、このパターンの明るさは繰り
返しパターンごとに大きくばらつくため、統計画像にお
いて明るさの標準偏差なるパラメータは大きくなる。あ
るいは、統計画像において明るさがとりうる最大値は大
きくなり、最小値は小さくなる。また、明るさがとりう
る範囲である最大値と最小値の差は大きくなる。

【００３０】また、図４（ａ）、（ｂ）に示す如く、パ
ターンのエッジがエッチング等によって明確度（以下、
だれ具合という）がウェーハ内で部分的にばらつく場合
がある。繰り返しパターンごとに、図４（ａ）に示すエ
ッジのだれ具合が、図４（ｂ）に示すエッジのだれ具合
より小であるように、繰り返しパターンごとにだれ具合
が大きく異なり、微分画像の明るさの標準偏差であるパ
ラメータは大きくなる。また、微分画像の明るさの最大
値は大きくなり、最小値は小さくなる。さらに、パター
ンエッジのとりうる位置の範囲は大きくなる。また、パ
ターンエッジの位置の標準偏差は大きくなる。また、パ
ターンエッジの位置の標準偏差は大きくなる。例えば、
図５の右に示すようなパターンエッジ位置の平均値の統
計画像と図５左に示すような理想的な基準画像との局所
領域毎のマッチングを矢印のように取り、局所領域毎に
ずれ量を求める。このずれ量の総和をとれば、パターン
の線幅変動やパターンエッジのだれ具合の変化等を定量
的に把握できる。このように、統計画像のパラメータか
ら、パターンの仕上り具合がわかる。あるいは大きな面
積領域でパターンエッジがだれている場合でも、基準と
なる理想的な統計画像と比較することによって、パター
ンの変形度合いが定量化できる。

【００３１】従って、統計画像を基準となる画像と比較
して、各パラメータについて不一致となる量を出力し、
これをモニターすれば、パターンの製造プロセスが監視
できることになる。これらのパラメータを種々変えて複
数回検査し、これら複数回の検査結果の論理和をとっ
て、最終結果としてもよいことは、照明条件の場合と同
様である。また、統計画像と検出した画像を比較し、検
出した画像の各パラメータが統計画像がとりうる値より
はみ出す量を定めたしきい値で２値化し、抽出すれば、
各パターンの仕上り具合に応じて、これより悪いものを
欠陥として出力できる。

【００３２】さらには、統計画像そのものを出力し、こ
れをプロセスと対応づけること、またはこれと素子の電
気特性データの相関をとり、プロセスの改善に役立たせ
ることもできる。ここで、電気特性データとは、メモリ
素子のアクセス時間等をさすものであり、統計画像と電
気特性の結果の良否データと相関をとって、プロセス改
善に役立たせることもできる。ここで、例えばパターン
エッジの位置の標準偏差は、パターンエッジのばらつき
を表すので、露光装置やエッチング装置の状態モニター
として活用できる。設計データを利用して、どの層がパ
ターンエッジばらつきが大きいかを調べれば、その特定
層と関係するプロセス装置まで特定することができる。

【００３３】次に、統計画像と、検出画像あるいは統計
画像の比較の場合を説明する。第１の統計画像生成回路
１７ａにより出力される画像信号１０ａを第１の遅延メ
モリ３ａに格納するとともに、すでに格納してあった画
像信号１１ａを読みだして第１の比較器１８ａにおいて
セル比較することにより、メモリマット部２１における
欠陥を検出することができる。また、第２の統計画像生
成回路１７ｂにより出力される画像信号１０ｂを第２の
遅延メモリ３ｂに格納するとともに、すでに格納してあ
った画像信号１１ｂを読みだして第２の比較器１８ｂに
おいてチップ比較することにより、周辺回路部２２にお
ける欠陥を検出することができる。

【００３４】第１の比較器１８ａは、第１の遅延メモリ
３ａから出力されるセルピッチに相当する量だけ遅延し
た画像と検出した画像を比較するセル比較であり、第２
の比較器１８ｂは、第２の遅延メモリ３ｂから出力され
るチップピッチに相当する量だけ遅延した画像と検出し
た画像を比較するチップ比較である。設計情報に基づい
て得られる半導体ウエハ４上におけるチップ内の配列デ
ータ等の座標を、キーボード、ディスク等から構成され
た入力手段１２で入力しておくことにより、ＣＰＵ１９
は、第１の比較器１８ａによるセル比較の結果と第２の
比較器１８ｂにおけるチップ比較の結果とを、入力され
た半導体ウエハ４上におけるチップ内の配列データ等の
座標に基づいて選択し、欠陥検査データを作成して記憶
装置１３に格納する。この欠陥検査データは、必要に応
じてディスプレイ等の表示手段に表示することもできる
し、また出力手段により出力することもできる。

【００３５】上記実施の形態においては、第１の比較器
１８ａによるセル比較の結果と第２の比較器１８ｂにお
けるチップ比較の結果との選択をＣＰＵ１９に行わせた
が、第１の比較器１８ａおよび第２の比較器１８ｂにお
いて行わさせてもよいことはいうまでもない。また、上
記第１の比較器１８ａによるセル比較と上記第２の比較
器１８ｂによるしたチップ比較との選択は、下記のよう
に行ってもよい。すなわち、ＣＰＵ１９が、上記第１の
比較器１８ａから得られるセル比較による不一致情報、
例えば不一致画素数を定めた範囲の画像ごとに算出し、
これがしきい値より大きい場合には、上記第２の比較器
１８ｂから得られる対応する画像を用いたチップ比較に
よる結果を選択し、不一致画素数がしきい値より小さい
場合には上記第１の比較器１８ａから得られるセル比較
結果を選択することができる。この方法によれば、チッ
プ内の配列情報がなくてもチップ比較とセル比較の選択
が可能となる。

【００３６】上記実施の形態において説明した如く、メ
モリマット部に対応する統計画像と周辺回路部に対応し
た統計画像とを、それぞれ比較、すなわちセル比較とチ
ップ比較することを特徴とするものである。なお、第１
の比較器１８ａおよび第２の比較器１８ｂは、本発明者
らが開発した方式、特開昭６１−２１２７０８号公報記
載の技術に示したもの等で差し支えなく、例えば画像の
位置合わせ回路や、位置合わせされた画像の差画像検出
回路、差画像を２値化する不一致検出回路、２値化され
た出力より面積や長さ（投影長）、座標などを算出する
特徴抽出回路から構成される。

【００３７】さらに、ここで画像の高精度な位置ずれ量
と位置合わせについて図６、図７を参照して説明する。
図６は本発明の一実施形態に係る被検査パターンの画像
位置合わせ方法の略示説明図、図７は図６の画像位置合
わせ方法の二つの画像のサンプリング位置関係略示説明
図である。前記位置ずれ量の検出は下記のものが考えら
れる。 （ａ）線形補間方式（濃淡の差を最小にする方式） （ｂ）二次関数補間方式（微分値の差を最小にする方
式） （ｃ）正則化補間方式（微分値の差を小さくなる拘束条
件付きの濃淡の差最小方式）

【００３８】方式（ａ）は、対象である二枚の画像の濃
淡の二乗誤差を最小にして一致させるものである。方式
（ｂ）は、微分画像に対して線形補間の適用を狙ったも
のである。また、方式（ｃ）は、方式（ｂ）を拘束条件
として方式（ａ）を満たすもので、微分値の差の二乗和
に対し、正則化パラメータγを重みとして与えている。
前記パラメータγ＝０のときは、方式（ａ）と同じ結果
を与える。いずれの方式も、繰返し演算などが不要であ
り、一回で実現可能なものである。

【００３９】上記（ａ）線形補間方式を説明する。画像
のアライアメントは、図６に示すようにピクセルアライ
アメント及びサブピクセルアライメントにより、統計画
像と基準画像とを用いて行なわれる。前記ピクセルアラ
イアメントは、比較する二枚の画像の一方を画素の単位
でずらしながら濃淡差（基準画像の各画素の値と統計画
像の対応画素の値の差）を演算し、濃淡差が最小となる
位置ずれ量を求めるものである。画像の位置ずれ検出の
範囲は、例えば最大±３画素とし、またパターンの設計
ルールに応じて可変とする。得られた位置ずれ量だけ片
方の画像位置をずらせることにより、二枚の画像の位置
合わせを行なうものである。

【００４０】まず、ピクセルアライアメントを説明す
る。図６の（Ａ）枠内に記載されている下記〔数１〕を
用いて説明する。

【数１】 ピクセルアライメント用位置ずれ検出は、上記〔数１〕
のＳ（Δｘ、Δｙ）をｍｉｎとするΔｘ、Δｙを検出す
るものである。ただし、最小となる位置は画素単位でし
か求められないため、真の位置が求めたΔｘ、Δｙのど
ちらの近くにあるかにより、オフセットとして加える。

【００４１】下記の式に基づき、Δｘ、Δｙに１を加え
たりもしくは、そのままにする。すなわち、 Ｓ（１、０）＋Ｓ（１、−１）＋Ｓ（０、−１）が最小
ならばΔｘ＋＋ Ｓ（−１、０）＋Ｓ（−１、−１）＋Ｓ（０、−１）が
最小ならば、そのまま Ｓ（−１、０）＋Ｓ（−１、−１）＋Ｓ（０、１）が最
小ならば、Δｙ＋＋ Ｓ（−１、０）＋Ｓ（１、１）＋Ｓ（０、１）が最小な
らば、Δｘ＋＋，Δｙ＋＋ なお、Δｘ＋＋は、Δｘ＝Δｘ＋１の意である。

【００４２】このように位置合わせ、ピクセルアライメ
ントにより、統計画像ｆをつねに得られた位置ずれ量だ
け片方の画像の位置をずらせることにより、二枚の画像
の位置合わせが行なわれる。すなわち、統計画像ｆを常
に右上移動して、新たな画像ｆ′を求めることになり、
移動方向を４種類(右下移動、左上移動、左下移動、右
上移動）から１種類に特定することができる。これはハ
ードウエアの簡単化につながるものである。

【００４３】前記サブピクセルアライメントは、画素よ
り小さい単位の位置ずれ量を求め、二枚の画像を高精度
に位置合わせするものである。前記画素単位アライアメ
ント及び当該サブピクセルアライメントは、いずれも例
えば２５６ライン毎に一括して行なわれている。サブピ
クセルアライメントは、位置ずれ検出部と位置合わせ部
とから構成される。

【００４４】まず、前記位置ずれ検出部を図６の（Ｂ）
枠を用いて説明する。前記位置ずれ検出部は、線形補間
に基づき画像ｆ′、ｇ′を求める。ただし、位置ずれ量
α、βはｆ′、ｇ′との差の二乗誤差が最も小さくなる
ものを位置ずれ量として検出している。すなわち、位置
ずれ検出の規範は、二つの補間画像の濃淡を一致させる
ことである。つぎに、位置合わせ部では、図６の（Ｃ）
枠を用いて説明する。この位置ずれ量α、βに基づくＳ
と、統計画像ｆ、基準画像ｇとのとのコンボリューショ
ン（畳み込み和）により、画像を補間して新たな画像
ｆ′、ｇ′を得ている。図示〇内に×が有る記号はコン
ボリューションを表すものである。このようにして元の
画像ｆと新たな画像ｆ′とのサンプリング位置との関係
が図７に示されている。サンプリング位置の違いが位置
ずれ量α、βに相当している。

【００４５】上記方式の特徴は、位置合わせすべき二枚
の画像の濃淡が、二乗の誤差最小の意味でよく一致する
ように位置ずれ量α、βを求めるのであって、必ずしも
画像の位置ずれ量の真値を求めているのではない。しか
し、位置合わせ後の比較において、正常部の濃淡の違い
を小さくでき、比較検査においては都合のよい方式であ
ると考えられる。また、位置ずれ量α、βの算出は、繰
返し演算することなく解析的に行うことができ、ハード
ウエア化するのに適しているという特長がある。

【００４６】次に、方式（ｂ）の二次関数補間方式につ
いて説明する。本方式は、微分画像に対して線形補間の
適用を目的とするものである。まず、下記〔数２〕、
〔数３〕の微分型の補間式を仮定する。

【数２】

【数３】 上記〔数２〕、〔数３〕で示される微分型の補間式のと
る値が、〔数４〕で示されるＳが最小となるように、位
置ずれ量α、βを求める。

【数４】

【００４７】上式において、下記〔数５〕、〔数６〕、
〔数７〕に示すＣ₁、Ｃ₂、Ｃ₃を定める。

【数５】

【数６】

【数７】

【００４８】上記〔数５〕、〔数６〕、〔数７〕の
Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃を用いると、〔数８〕、〔数９〕で示さ
れる位置ずれ量α、βがえられる。

【数８】

【数９】

【００４９】次に、方式（Ｃ）の正則化補間方式につい
て説明する。下記〔数１０〕で示されるＳ、すなわち微
分値の差が最小となるという拘束条件付きで、濃淡の差
を最小にする位置ずれ量α、βを求める。

【数１０】

【００５０】下記〔数１１〕、〔数１２〕、〔数１
３〕、〔数１４〕、〔数１５〕、〔数１６〕で示される
Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄、Ｃ₅、Ｃ₆を定める。

【数１１】

【数１２】

【数１３】

【数１４】

【数１５】

【数１６】

【００５１】このＣ₁、Ｃ₂、Ｃ₃、Ｃ₄、Ｃ₅、Ｃ₆を用
い、正則化パラメータをγとすると、上記〔数１０〕は
下記〔数１７〕で表される。

【数１７】

【００５２】この〔数１７〕より下記〔数１８〕、〔数
１９〕で示されるα、βが得られる。

【数１８】

【数１９】 なお、上式において、正則化パラメータγを０とする
と、従来の線形補間と一致する。

【００５３】また、サブピクセルアライメントの位置合
わせの方式には、下記の方式が考えられる。 （ａ）′線形補間方式（濃淡の差を最小にする方式） （ｂ）′共一次内挿方式 （ｃ）′二次関数補間方式 （ｄ）′三次たたみ込み方式（スプライン補間）方式

【００５４】（ａ）′線形補間方式による〔数２０Ａ〕
で表される新たな画像ｆ′_ijは、位置ずれ量α、βに基
ずく下記の〔数２０Ｂ〕で表されるＳ_ijと元の画像ｆ_ij
とのコンボリューションにより得ることができる。

【数２０】

【数２１】

【００５５】同様にして、〔数２１Ａ〕で表される新た
な画像ｇ′_{i+△x、j+△y}は、位置ずれ量α、βに基ずく
下記の〔数２１Ｂ〕で表されるＳ′_ijと元の画像ｇ
_{i+△x、j+△y}とのコンボリューションにより得ることが
できる。

【数２２】

【数２３】

【００５６】また、（ｂ）′共一次内挿方式による〔数
２２Ａ〕で表される新たな画像ｆ′_ijは、位置ずれ量
α、βに基ずく下記の〔数２２Ｂ〕で表されるＳ_ijと元
の画像ｆ_ijとのコンボリューションにより得ることがで
きる。

【数２４】

【数２５】

【００５７】同様にして、〔数２３Ａ〕で表される新た
な画像ｇ′_{i+△x、j+△y}は、位置ずれ量α、βに基ずく
下記の〔数２３Ｂ〕で表されるＳ′_ijと元の画像ｇ
_{i+△x、j+△y}とのコンボリューションにより得ることが
できる。

【数２６】

【数２７】

【００５８】（ｃ）′二次関数補間方式は下記の〔数２
４〕、〔数２５〕の補間式を微分して得られる。

【数２８】

【数２９】

【００５９】上式を４×４のコンボルーションで表現す
ると、下記の〔数２６〕、〔数２７〕で表される。

【数３０】

【数３１】

【００６０】（ｄ）′三次たたみ込み方式（スプライン
補間）方式は、新たな画像ｆ′_ijは下記の〔数２８Ａ〕
で表され、位置ずれ量α、βに〔数２８Ｂ〕で表される
Ｓ_ijと元の画像ｆ_ijとのコンボリューションにより得ら
れる。

【数３２】

【数３３】 上記〔数２８Ｂ〕において、ｈ（ｔ）＝ｓｉｎ（πｔ）
／πｔとおき、近似式で展開すると、ｈ（ｔ）は下記の
〔数２９〕で表される。

【数３４】 また、〔数２８Ｂ〕において、ｘ₁＝１＋α、ｘ₂＝α、
ｘ₃＝１−α、ｘ₄＝２−α、ｙ₁＝１＋β、ｙ₂＝β、ｙ
₃＝１−β、ｙ₄＝２−βである。

【００６１】同様にして、〔数３０Ａ〕で表される新た
な画像ｇ′_{i+△x、j+△y}は、位置ずれ量α、βに基ずく
下記の〔数３０Ｂ〕で表されるＳ′_ijと元の画像ｇ
_{i+△x、j+△y}とのコンボリューションにより得ることが
できる。

【数３５】

【数３６】 上式において、ｘ₁＝１＋（１−α）、ｘ₂＝（1−
α）、ｘ₃＝１−（1−α）、ｘ₄＝２−（1−α）、ｙ₁
＝１＋（１−β）、ｙ₂＝１−β、ｙ₃＝１−（１−
β）、ｙ₄＝２−（１−β）である。

【００６２】これらの方式の中で、（ｄ）′三次たたみ
込み方式（スプライン補間）方式は、平滑効果か最も小
さく、方向性がないと考えられるものである。ここで
は、いずれの方式も併用できるように、４×４画素の畳
み込み（コンボルーション）により実現する。〔数３
１〕、〔数３２〕においてコンボルーションのウエイト
の例を示すものである。

【数３７】

【数３８】 ただし、これらの位置合わせは、チップ比較において特
に必要となるもので、セル比較においては固定量のずれ
補正でも構わない。

【００６３】いずれにせよ、画像の位置合わせにおい
て、位置ずれ検出は、画像を線形補間、あるいは微分画
像を線形補間し、この補間画像間のそれぞれの不一致
量、あるいは不一致量の線形結合が最小になるように、
画像のずれ量を画素未満の分解能で求め、位置合わせは
この検出した位置ずれ量に基づき、画像を線形補間、あ
るいは畳み込み補間することにより、得ることができ
る。これにより、きわめて高精度に画像を位置合わせす
ることができ、本発明で意図した目的がより高感度に実
現できることになる。上記実施例においては、第１の統
計画像生成回路１７ａ及び第２の統計画像生成回路１７
ｂから８ビット構成で出力する場合について説明した
が、１０ビット構成で出力しても差し支えない。

【００６４】〔実施の形態 ２〕また、上記図１の〔発
明の実施の形態 １〕においては、被検査パターンの欠
陥検査画像処理装置を、すなわち、Ａ／Ｄ変換器２から
ＣＰＵ１９までの各機器を、ステージ５、対物レンズ
６、照明光源７、ハーフミラー８、イメージセンサ１か
らなる光学顕微鏡系から構成される装置に適用した場合
について説明したが、走査型電子顕微鏡系に適用するこ
ともできることはいうまでもない。ただし、本発明に係
る被検査パターンの欠陥検査画像処理装置、すなわち、
図１のＡ／Ｄ変換器２からＣＰＵ１９までを、走査型電
子顕微鏡系に適用した場合、イメージセンサ１の代わり
に、シンチレータ等のディテクタで構成されることにな
る。

【００６５】図８を参照して走査型電子顕微鏡に適用し
た場合を説明する。図８は、本発明の他の一実施形態に
係る被検査パターンの欠陥検査装置の略示説明図であ
る。図８は、被検査パターンの欠陥検査画像処理装置に
走査型電子顕微鏡を用いた場合の電子光学系の略示説明
図である。図８において、１０１は電子線を発射する電
子源、１０２は電子源から放出された電子線、１０３、
１０４は電子線を集束する対物レンズを構成する電極、
１０５は電子線を偏向させる偏向器、１０６は被検査パ
ターンを有するウェーハ、１０８はウェーハからでる二
次電子、１０９は二次電子検出器、１１０は装置構成各
機器を制御する表示・制御機器である。

【００６６】図８に示す如く、電子源１０１から放出さ
れた電子線１０２は、２つの電極１０３、１０４からな
る対物レンズによって試料であるウェーハ１０６上に集
束される。この対物レンズを構成する２つの電極１０
３、１０４のうち、電子源１０１側に位置する第１の電
極１０３の電圧をウェーハ１０６側に位置するアース電
位にある第２の電極１０４に対して正側の電圧とし、こ
の電圧を調整して、第１の電極１０３と第２の電極１０
４との間の電界を調節することで、対物レンズのレンズ
作用が調節される。これにより、対物レンズのレンズ主
面が第２の電極１０４の下側に形成される。

【００６７】さらに、前記電子線１０２は、第１の電極
１０３に囲繞されることによって、第１の電極１０３と
同電位に保たれている空間内において、静電型または磁
界型の偏向器１０５により偏向され、ウェーハ１０６上
で２次元的に走査される。前記電子線１０２の照射によ
ってウェーハ１０６から発生した２次電子または反射電
子は、電子線１０２の対称の位置で、チルト軸に垂直な
面内に配置された２組の２次電子検出器または反射電子
検出器１０８によって検出され、この検出信号を映像信
号として表示制御装置１１０内の表示部においてウェー
ハ１０６の画像が得られる。

【００６８】上記構成は、本発明者らによる特開平４−
５１４４１号公報記載の荷電粒子線観察装置と同一の構
成である。ここで、静電型の対物レンズとした場合に
は、磁界型レンズの場合のように励磁コイルを巻く必要
がないため、レンズ自体を小型化できる。たとえば、従
来の磁界型レンズの大きさが直径１００〜１５０ｍｍで
あるのに対し、静電型対物レンズでは直径１０ｍｍ以下
にすることもできる。

【００６９】しかし、このように走査型電子顕微鏡に本
発明へ適用した場合は、画像検出過程において画像歪み
などが生じやすいという問題に対応する必要がある。従
って、メモリマット部２１のような小さな繰返しパター
ンの集合を対象にした場合でも、画像の位置合わせを確
実に行うことが重要である。なお、上記発明の実施の形
態では、統計画像を求める際に、画像ヒストグラムの変
換等による階調変換を行っていないが、ヒストグラムイ
コライゼイション等を前処理として実施しても差し支え
ない。これは、電子ビームによるチャージアップ等の対
策に有効である。

【００７０】上記発明の実施の形態によれば、場所によ
るパターンの明るさの違いに影響されることなく、欠陥
を高感度に検出することができる。したがって、メモリ
マット部２１など暗い領域も高感度に検査をすることが
でき、さらにその内部の明るさがばらつきの大きいパタ
ーンにおいても高感度に検査できる。また、周辺回路部
２２なども最適な検査をすることができる。しかも、画
像の濃淡差を検出するだけでなく、画像のもつ各種情報
をきわめて的確な形で比較でき、有効である。従って、
従来に比べ、信頼性の高い検査を実現することができ
る。以上、本発明に係る実施の形態について、主に光学
顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いた画像検出に基づく画
像の統計画像の生成、比較検査方法について述べたが、
他の赤外線やＸ線により得られた画像検出に用いた場合
にも、同様に有効であることはいうまでもない。

【００７１】〔実施の形態 ３〕次に、図９を参照し
て、本発明の半導体の製造プロセスにおける欠陥発生原
因を解析への応用を説明する。図９は、本発明に係る画
像処理装置の半導体製造プロセスへ適用図である。本実
施の形態は、第１の比較器と第２の比較器からの比較結
果およびＣＰＵから出力される欠陥情報を入力して、半
導体の製造プロセスにおける欠陥発生原因を解析し、こ
の解析された欠陥発生原因を取り除くことによって、良
品の半導体チップを高歩留まりで生産することについて
説明する。

【００７２】図９において、３８０は半導体の製造ライ
ン、３８１は半導体ウエハ１ａの搬送経路、３８２は半
導体製造工程の内、絶縁膜を形成するＣＶＤ成膜工程を
実行するＣＶＤ装置、３８３は半導体製造工程の内、配
線膜を形成するスパッタリング工程を実行するスパッタ
リング装置、３８４は半導体製造工程の内、レジスト塗
布、露光、現像等を行う露光工程を実行する露光装置、
３８５は半導体製造工程の内、パターニングをするエッ
チング工程を実行するエッチング装置であり、このよう
に半導体ウエハは様々な製造工程を経て製造される。

【００７３】また、３９１は比較器１８およびＣＰＵ１
９から出力される欠陥情報１３を入力するインターフェ
ース、３９２は解析等の処理を実行するＣＰＵ、３９３
は解析等のプログラムを格納したメモリ、３９４、３９
５、３９６、３９７は制御回路、３９８は欠陥発生原因
等の解析結果を出力する印刷装置等の出力装置、３９９
は各種データを表示する表示装置、４００はデータを各
装置間に移送するバスライン、４０１はキーボード、デ
ィスク等からなる入力装置、４０２は、図示しないが欠
陥検査画像処理装置からは得られない欠陥を発生させた
欠陥発生原因又は欠陥発生要因との因果関係の履歴デー
タまたはデータベースを記憶させる外部記憶装置、４０
３は、情報４１０を製造ラインへ提供するインターフェ
ース、４１０は解析された欠陥発生原因または欠陥発生
要因に関する情報である。

【００７４】また、３９０は、比較器１８ａ、１８ｂお
よびＣＰＵ１９（図１を参照）に示される装置から出力
される欠陥情報１３を入力して、製造ライン３８０にお
ける欠陥発生原因または欠陥発生要因を解析する解析用
コンピュータである。前記製造ライン３８０は、半導体
を製造する各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３
８５とからなっている。

【００７５】解析用コンピュータ３９０は、図示しない
比較器１８ａ、１８ｂおよびＣＰＵ１９から出力される
欠陥情報１３を入力するインターフェース３９１と、解
析等の処理を実行するＣＰＵ３９２と、解析プログラム
等を格納したメモリ３９３と、制御回路３９４、３９
５、３９６、３９７と、欠陥発生原因等の解析結果を出
力する印刷装置等の出力装置３９８と、各種データを表
示する表示装置３９９と、製造ライン３８０に関するデ
ータおよび前記製造ライン３８０に流される半導体ウエ
ハ１ａに関するデータ等を入力する入力装置４０１と、
前記半導体ウエハ１ａ上に発生した欠陥と欠陥発生原因
または欠陥発生要因との因果関係の履歴データまたはデ
ータベースを記憶した外部記憶装置４０２と、前記ＣＰ
Ｕ３９２によって解析された欠陥発生原因または欠陥発
生要因に関する情報４１０を前記製造ライン３８０へ提
供するインターフェース４０３とおよびこれらを接続す
るバスライン４００で構成されている。

【００７６】したがって、解析用コンピュータ３９０に
おけるＣＰＵ３９２は、入力された欠陥情報１３と、外
部記憶装置４０２に記憶された半導体ウエハ１ａ上に発
生した欠陥と、各プロセス装置３８２、３８３、３８
４、３８５からなる製造ライン３８０において欠陥を発
生させた欠陥発生原因または欠陥発生要因との因果関係
の履歴データまたはデータベースとに基づいて、各プロ
セス装置３８２、３８３、３８４、３８５からなる製造
ライン３８０における欠陥を発生させた欠陥発生原因ま
たは欠陥発生要因を解析し、この解析された欠陥発生原
因または欠陥発生要因に関する情報４１０を各プロセス
装置３８２、３８３、３８４、３８５へ提供する。

【００７７】この欠陥発生原因または欠陥発生要因に関
する情報４１０が提供された各プロセス装置３８２、３
８３、３８４、３８５は、洗浄も含めて各種プロセス条
件を制御して欠陥発生原因または欠陥発生要因を取り除
くことによって良品の半導体ウエハ１ａを、次の工場へ
送り出すことができる。その結果、半導体を高歩留まり
で製造することができる。なお、欠陥検査が行われる半
導体ウエハ１ａは、上記製造ライン３８０において、欠
陥を発生しやすい個所の前後工程から、半導体ウエハ１
ａ単位、またはロット単位でサンプリングされる。

【００７８】また、解析用コンピュータ３９０における
ＣＰＵ３９２は、図示しないイメージセンサ１から検出
された異物信号に基づいてＣＰＵ１９から得られて入力
された異物情報と、外部記憶装置４０２に記憶された半
導体ウエハ１ａ上に発生した異物と各プロセス装置３８
２、３８３、３８４、３８５からなる製造ライン３８０
において異物を発生させた異物発生原因または異物発生
要因との因果関係の履歴データまたはデータベースとに
基づいて、前記各プロセス装置３８２、３８３、３８
４、３８５からなる製造ライン３８０における異物を発
生させた異物発生原因または異物発生要因を解析する。

【００７９】前記解析された異物発生原因または異物発
生要因に関する情報４１０を前記製造ライン３８０の各
プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５へ提供す
る。この異物発生原因または異物発生要因に関する情報
４１０が提供された各プロセス装置３８２、３８３、３
８４、３８５は、洗浄も含めて各種プロセス条件を制御
して異物発生原因または異物発生要因を取り除くことに
よって欠陥のない良品の半導体ウエハ１ａを次工程へ送
り出すことができ、その結果半導体を高歩留まりで製造
することができる。

【００８０】

【発明の効果】本発明の構成によれば、各パターンの出
来具合を定量的に表現し、かつこれを用いて欠陥を検出
するため、セルである繰返しパターン領域からなるメモ
リマット部と非繰返しパターン領域からなる周辺回路部
とを有するチップを複数配列されている被検査パターン
において、これら多層のパターンの出来具合の悪い層に
よって全体の検査感度が律束されることなく、欠陥を高
感度に検出することができる効果を奏する。したがっ
て、パターンの面荒れやグレインなどの影響を受けな
い。即ち、場所による被検査パターンの明るさの違いや
ばらつきに影響されることなく、欠陥を高感度に検出す
ることができる効果を奏する。また、ステッパなどの解
像度やエッチングの良否などに関し、欠陥にはならない
が正常部としては限界にあるようなパターンのでき具合
を直接的に定量評価することが可能になり、この欠陥検
査方法により製造プロセスを定量的に評価する効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る被検査パターンの欠
陥検査装置の構成図である。

【図２】図１の被検査パターンのメモリマット部におけ
る統計画像の略示説明図である。

【図３】図１の被検査パターンの周辺回路部における統
計画像の略示説明図である。

【図４】図１の被検査パターンのパターンエッジの略示
説明図である。

【図５】図１の被検査パターンの局所領域マッチングの
略示説明図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る被検査パターンの画
像位置合わせ方法の略示説明図である。

【図７】図６の画像位置合わせ方法における二つの画像
のサンプリング位置関係略示説明図である。

【図８】本発明の他の一実施形態に係る被検査パターン
の欠陥検査装置の略示説明図である。

【図９】本発明の一実施形態に係る画像処理装置の半導
体製造プロセスへの適用説明図である。

【図１０】被検査パターンのメモリチップにおけるメモ
リマット部と周辺回路部の略示説明図である。

【図１１】図１０のメモリチップにおけるメモリマット
部と周辺回路部における明るさのヒストグラムである。

【図１２】図１０のメモリマット部にグレインがある場
合の被検査パターンの略示説明図である。

【符号の説明】

１…イメージセンサ ２…Ａ／Ｄ変換器 ３ａ…第１の遅延メモリ ３ｂ…第１の遅延メモリ ４…半導体ウエハ ５…Ｘ，Ｙ，Ｚ，θステージ ６…対物レンズ ７…照明光源 ８…ハーフミラ ９…画像信号 １２…入力手段 １３…欠陥もしくは不一致量記憶装置 １７ａ…第１の階調変換器 １７ｂ…第２の階調変換器 １８ａ…第１の比較器 １８ｂ…第２の比較器 １９…ＣＰＵ ２０…チップメモリ ２１…メモリマット部 ２２…周辺回路部 １０１…電子源 １０２…電子線 １０３…第１の電極 １０４…第２の電極 １０５…偏向器 １０６…半導体ウェーハ １０８…二次電子 １０９…二次電子検出器 １１０…表示・制御装置 ３８０…半導体の製造ライン ３８１…半導体ウエハ１ａの搬送経路 ３８２…絶縁膜を形成する実行するＣＶＤ装置 ３８３…配線膜を形成するスパッタリング装置 ３８４…露光工程を実行する露光装置 ３８５…エッチング工程を実行するエッチング装置 ３９１…インターフェース ３９２…解析等の処理を実行するＣＰＵ ３９３…解析等のプログラムを格納したメモリ ３９４、３９５、３９６、３９７…制御回路 ３９８…印刷装置等の出力装置 ３９９…各種データを表示する表示装置 ４００…データを各装置間に移送するバスライン ４０１…キーボード、ディスク等からなる入力装置 ４０２…データベースを記憶させる外部記憶装置 ４０３…インターフェース ４１０…欠陥発生に関する情報

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｖ

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一となるように形成されたチップを複
   数個配置した被検査パターンの欠陥検査方法において、 前記被検査パターンの定めたチップから画像信号を検出
   し、当該検出画像信号から統計画像を生成し、前記統計
   画像と基準画像と比較することによって欠陥を検出する
   ことを特徴とする被検査パターンの欠陥検査方法。
2. 【請求項２】 前記チップは、セルである繰返しパター
   ン領域からなるメモリマット部と非繰返しパターン領域
   からなる周辺回路部とを有することを特徴とする請求項
   １記載の被検査パターンの欠陥検査方法。
3. 【請求項３】 メモリマット部の複数の繰返しパターン
   から統計画像を生成し、周辺回路部では複数のチップの
   対応する非繰返しパターンから統計画像を生成すること
   を特徴とする請求項２記載の被検査パターンの欠陥検査
   方法。
4. 【請求項４】 統計画像は、検出された一もしくは複数
   の画像からパターン各位置の明るさの平均値もしくはメ
   ディアンまたは標準偏差を検出し、これらの値をその画
   素に有する画像であることを特徴とする請求項１ないし
   ３記載のいずれかの被検査パターンの欠陥検査方法。
5. 【請求項５】 統計画像は、検出された一もしくは複数
   の画像から一もしくは複数の微分画像を求め、パターン
   の各位置において前記微分画像の明るさの平均値もしく
   はメディアンまたは標準偏差を検出し、これらの値をそ
   の画素に有する画像であることを特徴とする請求項１な
   いし３記載のいずれかの被検査パターンの欠陥検査方
   法。
6. 【請求項６】 統計画像は、検出された一もしくは複数
   の画像またはこれらの微分画像からパターンの各位置に
   て前記パターンの明るさの範囲を検出し、この明るさを
   その画素に有する画像であることを特徴とする請求項１
   ないし３記載のいずれかの被検査パターンの欠陥検査方
   法。
7. 【請求項７】 統計画像は、検出された複数の画像から
   パターンの各位置にて、対応するパターンエッジ位置の
   範囲もしくは平均値もしくはメディアンまたは標準偏差
   を検出し、これらの値をその画素に有する画像であるこ
   とを特徴とする請求項１ないし３記載のいずれかの被検
   査パターンの欠陥検査方法。
8. 【請求項８】 基準画像は、請求項１ないし７記載のい
   ずれかの統計画像であることを特徴とする請求項１ない
   し７記載のいずれかの被検査パターンの欠陥検査方法。
9. 【請求項９】 統計画像と基準画像との比較は、その不
   一致量もしくはその項目を検出することを特徴とする請
   求項１ないし８記載のいずれかの被検査パターンの欠陥
   検査方法。
10. 【請求項１０】 統計画像と基準画像との比較は、パタ
    ーンエッジで囲まれた各領域でその不一致量もしくは不
    一致項目を検出することを特徴とする請求項１ないし８
    記載のいずれかの被検査パターンの欠陥検査方法。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし１０記載のいずれかの
    被検査パターンの欠陥検査方法を用いて、製造プロセス
    の評価を行うことを特徴とする半導体製造プロセス評価
    方法。
12. 【請求項１２】 製造プロセスの評価は、パターンの解
    像度とその膜厚とそのエッジの明確度とのうち、少なく
    とも一つを項目とすることを特徴とする請求項１１記載
    の半導体製造プロセス評価方法。
13. 【請求項１３】 同一となるように形成されたチップを
    複数個配置した被検査パターンの欠陥検査方法におい
    て、 前記被検査パターンの定めたチップから画像信号を検出
    し、この検出された画像信号に対して統計量からなる統
    計画像を生成し、前記統計画像と検出画像とを比較する
    ことによって欠陥を検出することを特徴とする被検査パ
    ターンの欠陥検査方法。
14. 【請求項１４】 前記チップは、セルである繰返しパタ
    ーン領域からなるメモリマット部と非繰返しパターン領
    域からなる周辺回路部とを有することを特徴とする請求
    項１３記載の被検査パターンの欠陥検査方法。
15. 【請求項１５】 メモリマット部の複数の繰返しパター
    ンから統計画像を生成し、周辺回路部の複数のチップの
    対応する非繰返しパターンから統計画像を生成すること
    を特徴とする請求項１４記載の被検査パターンの欠陥検
    査方法。
16. 【請求項１６】 統計画像は、検出された一もしくは複
    数の画像からパターン各位置の明るさの平均値もしくは
    メディアンまたは標準偏差を検出し、これらの値をその
    画素に有する画像であることを特徴とする請求項１３な
    いし１５記載のいずれかの被検査パターンの欠陥検査方
    法。
17. 【請求項１７】 統計画像は、検出された一もしくは複
    数の画像から一もしくは複数の微分画像を求め、パター
    ンの各位置において前記微分画像の明るさの平均値もし
    くはメディアンまたは標準偏差を検出し、これらの値を
    その画素に有する画像であることを特徴とする請求項１
    ３ないし１５記載のいずれかの被検査パターンの欠陥検
    査方法。
18. 【請求項１８】 統計画像は、検出された一もしくは複
    数の画像またはこれらの微分画像からパターンの各位置
    において前記パターンの明るさの範囲を検出し、この明
    るさをその画素に有する画像であることを特徴とする請
    求項１３ないし１５記載のいずれかの被検査パターンの
    欠陥検査方法。
19. 【請求項１９】 統計画像は、検出された複数の画像か
    らパターンの各位置にて、対応するパターンエッジ位置
    の範囲もしくは平均値もしくはメディアンまたは標準偏
    差などを検出し、これらの値をその画素に有する画像で
    あることを特徴とする請求項１３ないし１５記載のいず
    れかの被検査パターンの欠陥検査方法。
20. 【請求項２０】 統計画像と検出画像との比較は、その
    不一致量もしくは不一致の項目を検出することを特徴と
    する請求項１３ないし１９記載のいすれかの被検査パタ
    ーンの欠陥検査方法。
21. 【請求項２１】 統計画像と検出画像との比較は、パタ
    ーンエッジで囲まれた各領域に、前記統計画像と前記検
    出画像の不一致量もしくは不一致項目を検出することを
    特徴とする請求項１３ないし１９記載のいずれかの被検
    査パターンの欠陥検査方法。
22. 【請求項２２】 請求項１３ないし２０記載のいずれか
    の被検査パターンの欠陥検査方法を用いて、製造プロセ
    スの評価を行うことを特徴とする半導体製造プロセス評
    価方法。
23. 【請求項２３】 製造プロセスの評価は、パターンの解
    像度とその膜厚とそのエッジの明確度のうち、少なくと
    も一つを項目とすることを特徴とする請求項２２記載の
    半導体製造プロセス評価方法。
24. 【請求項２４】 画像の位置ずれ検出と位置合わせとか
    らなる複数画像の位置合わせ方法において、前記位置ず
    れ検出を、前記各画像を線形補間もしくは前記各画像の
    微分画像を線形補間し、これらの補間画像間のそれぞれ
    の不一致量もしくは当該不一致量の線形結合が最小にな
    るように当該補間画像のずれ量を画素未満単位の分解能
    で求め、前記位置合わせを、当該位置ずれ量に基づき前
    記各画像を線形補間もしくは畳み込み補間することによ
    り行なうことを特徴とする複数画像の位置合わせ方法。
25. 【請求項２５】統計画像と基準画像との比較に、請求項
    ２４記載の複数画像の位置合わせ方法を用いることを特
    徴とする請求項１記載の被検査パターンの欠陥検査方
    法。
26. 【請求項２６】 被検査パターンの隣接複数チップ間の
    共通の欠陥を、請求項２４記載の複数画像の位置合わせ
    方法を用いて検出することを特徴とする請求項１記載の
    被検査パターンの欠陥検査方法。 【０００１】