JPH11340292A - 回路パタ―ン欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検査対象パターン（回路パターン）の膜厚や
エッジのだれ具合等の３次元的な形状の相違や、層間の
ずれ、或いは検出時のサンプリング誤差を欠陥として誤
検出すること無く、真の欠陥のみを信頼性高く、高精度
に検出する。 【解決手段】本来同一となるように形成された複数の被
検査対象回路パターンを順次撮像して得た２つの画像の
うち少なくとも一方の画像にフィルタリング処理を施し
て前記２つの画像の位置ずれの状態を変更し、該位置ず
れの状態を変更した２つの画像を用いて前記被検査対象
パターンの欠陥を検出するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩウエハ等の被検
査対象パターン（回路パターン）について、形状欠陥、
異物、変色欠陥等の欠陥を自動的に検出する回路パター
ン欠陥検出方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の集積回路は高集積化と微細化
の傾向にある。かかる微細な配線パターンの形成にあっ
ては、欠陥の検出が当該形成の良否を判定する上で重要
である。

【０００３】欠陥の検出は、最早、目視では困難なこと
から多数の人員を配置して目視で行う段階ではなく、欠
陥検出の自動化が急務となっている。

【０００４】そこで、光学顕微鏡または電子顕微鏡から
得られた半導体素子表面の画像情報を、撮像管や撮像素
子等により電気信号に変換した後、所定の信号処理を施
して欠陥の検出を行う方法並びに装置が知られている。
例えば、セミコンダクタ・ワールド（１９８４年６月）
第１１２頁から第１１９頁（Semiconductor World(198
4)pp112-119）、或いは特開昭５９−１９２９４３号公
報がある。

【０００５】これらの技術に共通する構成要素を、図１
４を用いて簡単に説明する。図１４において、ランプ２
で照明したウエハ１上の回路パターンを対物レンズ３を
介してイメージセンサ４で拡大検出し、回路パターンの
濃淡画像を画像メモリ５に記憶してある一つ前のチップ
７ａ（隣接チップ）の画像と比較し、欠陥判定を行う。
検出した画像は、同時に画像メモリ５に格納し（記憶画
像）、次のチップ７ｂの比較検査に用いる。

【０００６】図１５に欠陥判定の一例を示す。位置合せ
回路６ａにおいて、検出画像と記憶画像を位置合せし、
差画像検出回路６ｂにより位置合せされた検出画像と記
憶画像の差画像を検出する。これを２値化回路６ｃによ
り２値化することにより、欠陥を検出する。上記構成に
より検出画像に存在する欠け８ａが検出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＬＳＩの微細
化が進み、サブミクロンＬＳＩの時代に突入している現
在、これら従来技術では、微小な欠陥を検出することが
困難になりつつある。

【０００８】今後、更に微細化、多層化が進み、複雑で
微細な多層パターン中の０.１〜０.３μｍの欠陥を信頼
性高く検出するには、従来の技術だけでは対応できない
と予想される。

【０００９】本発明の目的は、被検査対象パターン（回
路パターン）の膜厚やエッジのだれ具合等の３次元的な
形状の相違や、層間のずれ、或いは検出時のサンプリン
グ誤差を欠陥として誤検出すること無く、真の欠陥のみ
を信頼性高く、高精度に検出できるようにし、ＬＳＩの
微細化、多層化に十分対応できるようにし、特に０.１
〜０.３μｍの微小な欠陥も検出可能にした回路パター
ン欠陥検出方法及びその装置を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、被検査対象パターン
の形状の出来具合に応じて、欠陥検出の感度を自動で設
定できるようにした回路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。

【００１１】本発明の他の目的は、欠陥寸法を正確に検
出できるようにした回路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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は検出した画像上で、回路パターンの位置の
ずれとして形状欠陥を検出するようにした。

【００１３】また、本発明は、０．５μｍ程度の比較的
大きい形状欠陥や、変色欠陥及び異物を、濃淡差によっ
て検出するようにした。

【００１４】更に、本発明は、位置ずれとして検出され
た不一致の画素数より、位置合せを行うことにした。

【００１５】

【作用】上記構成により、検出した画像の濃淡波形の形
状が正常部においてかなり異なっていても、微細な欠陥
を検出することができ、これにより、回路パターンの濃
淡変動、エッジのだれ具合の違い、層間のずれ、或いは
検出時のサンプリング誤差を誤検出することがない。ま
た、位置合せ精度を向上させることができるため、より
微小な欠陥まで検出することが可能となる。更に、回路
パターンの形状欠陥だくでなく、変色等も見逃すことな
く、検出できる。更に、欠陥の有無だけでなく、その寸
法も正確に検出できる。

【００１６】

【実施例】以下本発明を図に示す実施例に基いて具体的
に説明する。まず、本発明の原理について図１を用いて
説明する。即ち、ウエハ上のチップ７内部の位置７ｄの
回路パターンを光電変換器４にて検出した検出濃淡画像
信号ｆと、例えばウエハ上の隣りのチップに対応する位
置７ｃの回路パターンを光電変換器４にて検出した画像
メモリ５に記憶された記憶濃淡画像信号ｇとを次のよう
に比較して欠陥を検出する。

【００１７】（１）濃淡画像信号ｆ，ｇを各々１次微分
回路１０ａ，１０ｂで１次微分し、引算器22a〜22hから
得られる１次微分の極性、即ち正であるか負であるかを
切り出し回路１２ａ，１２ｂ及び極性比較回路１４ａ〜
１４ｙで画像毎に比較し、不一致を欠陥として検出す
る。

【００１８】（２）１次微分回路１０ａ，１０ｂ（図６
に具体的に示す。）で１次微分の際、２値化回路２３ａ
〜２３ｈから得られる１次微分の絶対値が２つの画像信
号ともに、或いはいずれかが設定値Ｅthよりも大きい画
素のみ、引算器２２ａ〜２２ｈから得られる１次微分の
極性を比較して不一致を欠陥として検出する。

【００１９】（３）濃淡画像信号ｆ，ｇを２次微分回路
１１ａ，１１ｂで２次微分して閾値Ｄthで２値化し、極
性比較回路１４ａ〜１４ｙにおいて、切り出し回路１２
ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの出力信号に基いて一方の
領域でのみ、上記（２）を行って極性不一致を欠陥とし
検出する。

【００２０】（４）図１２に示すように、濃淡画像信号
ｆ，ｇを２次微分回路１１ａ，１１ｂで２次微分して閾
値Ｄthで２値化し、一方の領域（エッジ領域）で上記
（２）を行ってＡＮＤ回路１９から極性不一致を欠陥と
して検出し、他方の領域（エッジでない領域）或いは全
ての領域で濃淡信号ｆ，ｇの値を比較して差画像信号の
２値化により最小値検出回路44から不一致を欠陥として
検出する。

【００２１】（５）上記（２）、（３）のいずれかによ
り得られる不一致領域では、低い閾値、それ以外の領域
では高い閾値を設定して、濃淡画像信号ｆ，ｇの差画像
信号を２値化して欠陥を検出する。

【００２２】（６）上記（２）、（３）のいずれかによ
って得られる不一致の画素数が最小となるように、２つ
の濃淡画像ｆ，ｇを位置合せする。

【００２３】（７）上記（２）、（３）のいずれかによ
って得られる不一致の画素数が設定値以下となる複数の
位置で濃淡画像信号を位置合せする。

【００２４】（８）上記（７）により得られる複数の位
置で画像を位置合せし、上記（２）〜（５）のいずれか
の比較によって得られる共通の不一致を欠陥として検出
する。

【００２５】（９）上記（２）、（３）のいずれかによ
って得られる不一致の画素数が、最小の極性不一致画素
数を中心として、位置ずれに対して対称になるように、
或いは複数の不一致画素数がほぼ等しくなるように、濃
淡画像をフィルタリングする。

【００２６】次に上記技術的手段（１）〜（９）がどの
ように動作するかを信号波形を用いて説明する。即ち、
図１６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような濃
淡差をもつ２つ回路パターンについて図１８（ａ）に示
した信号波形ｆ_１，ｇ_１を上記手段（１）、即ち１次微
分回路１０ａ，１０ｂにより１次微分してｆ_１'，
ｇ_１'，を得、その極性をプロットすると同図（ｂ）の
波形が得られる。１次微分回路１０ａ，１０ｂの引算器
２２ａ〜２２ｈから１次微分の極性が正であるか負であ
るかに応じて１，−１なる１ｂｉｔ（１，０）を割り当
て、２つの極性波形を比較して1と−１を不一致として
検出すると、同図（ｃ）が得られる。欠陥８ｂは不一致
として検出でき、しかも検出された寸法は、欠陥の実際
の寸法に正確に一致している。しかし、正常部におい
て、回路パターンエッジのだれ具合等の違いにより、誤
検出が生じるため、手段（２）により、即ち１次微分回
路１０ａ，１０ｂの２値化回路２３ａ〜２３ｈから１次
微分ｆ_１'，ｇ_１'の絶対値｜ｆ_１'｜，｜ｇ_１'｜につい
て、閾値Ｅthに対し、 ｜ｆ_１'｜＜Ｅth ｏｒ ｜ｇ_１'｜＜Ｅth が成立するとき、１次微分ｆ_１'，ｇ_１'の極性を強制的
の０にすると、図１９（ｂ）に示す極性波形が得られ
る。これらを比較すると同図（ｃ）が得られ、欠陥８ｂ
のみが正しく検出できる。上記は、min｛｜ｆ_１'｜，｜
ｇ_１'｜｝≧Ｅthが成り立つ領域について欠陥判定を行
うことに相当するが、max｛｜ｆ_１'｜，｜ｇ_１'｜｝≧
Ｅｔｈでも類似した結果が得られる。このように手段
（２）により欠陥検出が可能であるが、検査対象によっ
ては正常部においても、図２０（ａ）に示したような信
号波形ｆ_３，ｇ_３になり、同図（ｂ），（ｃ）に示すよ
うに明るい部分の波形形状が異なるため、正常部の誤検
出が生じる。図１４に示したような通常の明視野照明で
は、回路パターンエッジは暗く観察されるため、暗いエ
ッジについて、上記した手段（２）を施せば、上記誤検
出を防ぐことができる。即ち、図２１（ａ）〜（ｄ）に
示すように手段（３）、即ち２次微分回路１１ａ，１１
ｂにより信号波形ｆ_３，ｇ_３の２次微分を閾値Ｄthで２
値化し（加算器２６、かけ算器２７及び加算器２８によ
り１，−２，１なるエッジオペレータを実現し、これを
２値化回路２９により設定した閾値Ｄthで２値化し）、
ｆ_３ｂ，ｇ_３ｂを得、この論理和ｆ_３ｂ，Ｕｇ_３ｂをと
る。この領域Ｒは、回路パターンエッジに相当し、この
領域で１次微分の極性を比較すると、同図（ｃ）に示す
ように、誤検出は生じなくなる。

【００２７】上記（３）により信号波形の形状がかなり
異なっていても、回路パターンエッジに生じた形状欠陥
がその有無だけでなく、寸法も含めて正確に検出可能に
なったが、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、回路パ
ターンＦ_４と回路パターンＧ_４の膜厚が許容限界以上に
異なるときに、これは欠陥として検出可能とするため、
手段（４）によりエッジ領域Ｒ以外の領域では、同図
（ｃ）により得られる同図（ｄ）の差信号波形｜ｆ_４−
ｇ_４｜（図１２及び図１３に示す差画像検出回路４３ａ
〜４３ｙで得られる）を閾値Ｖthで２値化すれば、同図
（e）に示すように欠陥として検出可能になる。

【００２８】また、手段（５）によれば、上記手段
（３）で得られる不一致領域では、低い閾値を設定し、
それ以外の領域で高い閾値を設定して２値化することに
より、回路パターンエッジの欠陥は形状欠陥として厳密
に小さいものまで検出し、それ以外は誤検出を抑えてあ
る程度ラフに検査することもできる。

【００２９】上記した手段（２）、（３）によって得ら
れる不一致の画素数は、２つの画像の位置ずれ量△Ｘ
（△Ｙ）に対し、図２３に示すような形状になる。従っ
て、手段（６）によれば、不一致画素数が最小となるよ
うに切り出し回路１２ａ，１２ｂで２つの画像ｆ，ｇを
位置合せすれば、画像中の回路パターンエッジ位置が正
しく合った状態を実現できる。２つの画像が正しく位置
合せされた状態できる。２つの画像が正しく位置合せさ
れた状態で手段（２）〜（５）により比較を行えば、高
精度な欠陥検出が可能である。

【００３０】ここで、図２４（ａ），（ｂ）に示すよう
に、層間ずれが存在する場合には、上記不一致画素数は
１点でのみ小さくなるのではなく、多層パターンの各パ
ターンエッジがそれぞれ正しく位置合せされる複数の点
で不一致画素数が小さくなる。そこで、例えば、図２３
において、不一致画素数が最小となる△Ｘ＝０で２つの
画像ｆ_２，ｇ_２を切り出し回路１２ａ，１２ｂで位置合
せする。図２４（ａ），（ｂ）のＡＡ’部、ＢＢ’部の
信号波形ｆ_２，ｇ_２は同図（ｃ）に示すようになり、上
記手段（３）を適用すると、同図（ｃ）に示すようにな
り、層間ずれ部で誤検出が生じる。次に、不一致画素数
が２番目に小さければ、△Ｘ＝−１で２つの画像ｆ_２，
ｇ_２を位置合せする。信号波形ｆ_２と左へ１画素シフト
した信号波形ｇ_２に手段（３）を適用すると、同図
（ｇ），（ｈ）となる。そして、同図（ｉ）に示すよう
に、△Ｘ＝０の判定結果と△Ｘ＝−１のときの判定結果
のＡＮＤをＡＮＤ回路１９によりとり、共通に出力され
る不一致を検出すると、層間ずれに影響されることな
く、欠陥のみを正しく検出できる。

【００３１】上記不一致画素数は、層間ずれの有無だけ
でなく、回路パターンのもつ微小な凹凸などに影響され
てその値が被検査対象に応じて変わるので、不一致画素
数に応じて位置合せすべき複数の点の数を決めれば、回
路パターンの出来具合に応じて、欠陥検出の感度を自動
で設定することができる。

【００３２】手段（９）によれば、検出した濃淡画像に
フィルタリングを施すことにより、位置ずれの状態を任
意に変えることができる。即ち、不一致画素数が図２５
（ａ）に示す形状になれば、画素の単位以下の精度で２
つの画像が位置合せ可能であることを示し、同図（ｂ）
に示す形状になれば、一方の画像が他方に対し、丁度１
／２画素ずれていることを示す。従って、（ａ）の場合
は、不一致画素数が最小となる位置で、ここでは△Ｘ＝
０で、画像を位置合せすれば、極めて精度の高い欠陥判
定ができ、非常に微小な欠陥まで検出できる。（ｂ）の
場合は、不一致画素数が小さい２点△Ｘ＝０、△Ｘ＝−
１で画像を位置合せすれば、１／２画素のパターンの形
状相違を許容した欠陥判定が実現できる。ここで、上記
した画像のフィルタリングは

【００３３】

【数１】

【００３４】等の係数をもつフィルタを画像にたたみ込
むことで実現でき、係数ａij(ｉ,j=1〜3)は不一致画素
数の値より決められる。

【００３５】次に本発明の一実施例を図１により説明す
る。被検査対象パターン（回路パターン）の光学像を電
気信号に変換する光電変換器４としてリニアイメージセ
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おり、
当該リニアイメージセンサの自己走査及びそれと直角方
向に移動するＸＹテーブル１Ａにより被検査対象パター
ンを形成したウエハ１の２次元回路パターンを検出す
る。リニアイメージセンサ４により検出されたアナログ
信号（映像信号）は、Ａ／Ｄ変換器９により、例えば８
ｂｉｔのディジタル信号８に変換され、検出画像信号ｆ
と画像メモリ５に記憶されている一つ前のチップの信号
（記憶画像信号）ｇと比較され、欠陥判定が行われる。
即ち、図２に示すように、ウエハ上のチップ７内部の位
置７ｄの回路パターンを検出し（検出画像信号ｆ）、こ
れを画像メモリ５に記憶した隣のチップに対応する位置
７ｃの回路パターン（記憶画像信号ｇ）と比較すること
により、欠陥を検出する。

【００３６】まず、図１において、例えば８ｂｉｔの検
出画像信号ｆ及び記憶画像信号ｇをそれぞれ１次微分回
路１０ａ，１０ｂ、２次微分回路１１ａ，１１ｂによ
り、画素ごとに順次１次微分及び２次微分する。１次微
分回路１０ａ，１０ｂは、図３に示すように画像より３
×３画素を順次切り出して８方向の１次微分ｏ，ｐ，・
・・・・ｖ及びｏ’，ｐ’，・・・・・ｖ’を求め、そ
れぞれの極性（１，０）と、１次微分の絶対値を２値化
して得られる値（１，０）とからなる、例えば１６ｂｉ
ｔの信号１００ａ，１００ｂを出力する。ここで、極性
の“１”は正を、“０”は負を表わす。２次微分回路１
１ａ，１１ｂは、図４に示すように、１，−２，１なる
オペレータを画像の各絵素に適用し、閾値Ｄthで２値化
して、パターンのエッジの暗い領域を“１”に、それ以
外を“０”にして、例えば１ｂｉｔの信号１０１ａ，１
０１ｂとして出力する。次に、切り出し回路１２ａ，１
２ｂ，１３ａ，１３ｂにより、１次微分回路１０ａ，１
０ｂの出力、及び２次微分回路１１ａ，１１ｂの出力を
切り出す。切り出し回路１２ａ，１３ａは、例えば５×
５画素の領域を切り出し、±２画素シフトした状態を作
る。切り出し回路１２ｂ，１３ｂは、上記５×５画素の
中央位置と同期させる。次に、極性比較回路１４ａ〜１
４ｙにより、切り出し回路１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１
３ｂの出力を用いて、±２画素シフトした検出画像信号
及び記憶画像信号の１次微分、２次微分結果をそれぞれ
比較する。即ち、２次微分により抽出されたパターンエ
ッジの暗い領域において、検出画像信号と記憶画像信号
のそれぞれの８方向（個）の１次微分の極性とその絶対
値の大小を各方向ごとに比較し、いずれかの絶対値が大
なる領域で極性が一致しない画素を不一致として値
“１”を出力する。切り出し回路１２ａ，１２ｂは、例
えば５×５画素の２５個の出力を有するので、その場合
上記極性比較回路１４ａ〜１４ｙも２５個存在する。

【００３７】次に、カウンタ回路１５ａ〜１５ｙによ
り、極性比較回路１４ａ〜１４ｙにより得られる不一致
画素数を例えば１０２４画素×２５６画素毎に計数す
る。位置ずれ量検出回路１６は、カウンタ回路１５ａ〜
１５ｙにより得られる不一致画素数を解析し、不一致画
素数が、例えば設定値より小さくなる位置ずれ量（△Ｘ
_１，△Ｙ_１），・・・・・（△Ｘｍ，△Ｙｍ）を出力す
る。この位置ずれ量は、例えば図５に示すようなもので
ある。

【００３８】次に、極性比較回路１４ａ〜１４ｙの出力
を遅延回路１７ａ〜１７ｙにより、上記位置ずれ量が求
められるまで遅延させる。そして、領域選択回路１８ａ
〜１８ｙにより、上記位置ずれ量（△Ｘ_１，△Ｙ_１），
・・・・・（△Ｘｍ，△Ｙｍ）に相当する位置の極性比
較回路16の出力だけを生かし（activeにし）、その他は
マスキングする。そして、ＡＮＤ回路19により、領域選
択回路１８ａ〜１８ｙの出力の論理積をとり、値“１”
を欠陥として出力する。

【００３９】なお、後述するように、必ずしも１９は、
ＡＮＤ回路にする必要はない。領域選択回路１８ａ〜１
８ｙも同様に必ずしもＡＮＤ回路にする必要はない。

【００４０】次に、各部の構成要素について、更に詳し
く説明する。図６は、１次微分回路１０ａ，１０ｂの構
成例を示す図である。８ｂｉｔのディジタル信号８よ
り、シフトレジスタ２０ａ，２０ｂ、及びラッチ２１ａ
〜２１ｉを用いてラッチ２１ａ〜２１ｉに３×３画素の
領域を切り出す。この３×３画素より図３に示した８方
向の１次微分を、引算器２２ａ〜２２ｈを用いて算出す
る。ここで、引算器２２ａは図３の１次微分ｏを、引算
器２２ｈは１次微分ｕに相当するが、（引算器２２ａ〜
２２ｈは図３に示す１次微分ｏ〜ｖを行い）引算器２２
ａ〜２２ｈの出力は、１ｂｉｔの符号ｂｉｔ、即ち正，
負の極性（１，０）と、残りの１次微分の絶対値（｜
ｆ’｜ｏｒ｜ｇ’｜）を表わす８ｂｉｔとする。２値化
回路２３ａ〜２３ｈは、図１９（ｂ）に示すように上記
１次微分の絶対値を、予め設定された閾値Ｅthにより２
値化して２値化信号を得る回路で、１次微分の絶対値
（｜ｆ’｜ｏｒ｜ｇ’｜）が閾値Ｅth以上であれば
“１”を、閾値Ｅthより小さければ“０”を、即ち１次
微分の絶対値を２値化して得られる１ｂｉｔの値（１，
０）を出力する。なおこの閾値Ｅthは、（｜ｆ’｜と｜
ｇ’｜）とにおいて変えてもよいことは明らかである。
即ち、引算器２２ａ〜２２ｈ及び２値化回路２３ａ〜２
３ｈから隣接した８個（方向）の極性を示す信号と隣接
した８個（方向）の絶対値の大小を示す信号とが合成さ
れて１６ｂｉｔ構成で信号１００ａ，１００ｂとして出
力される。

【００４１】図７は、２次微分回路１１ａ，１１ｂの構
成例を示す図である。８ｂｉｔ構成のディジタル信号８
より、シフトレジスタ２４ａ，２４ｂ、及びラッチ２５
ａ〜２５ｉを用いてラッチ２５ａ〜２５ｉに３×３画素
の領域を切り出す。この３×３画素より、図４に示した
エッジオペレータを用いて２値のエッジパターンを抽出
する。即ち、加算器２６、かけ算器２７及び加算器２８
により１−２，１なるエッジオペレータを実現し、これ
を２値化回路２９により設定した閾値Ｄthで２値化し、
図２１（ｂ），（ｃ）に示すように、パターンのエッジ
の暗い領域を“１”とし、それ以外の領域を“０”にし
て１ｂｉｔ構成の信号１０１ａ，１０１ｂとして出力す
る。図４に示す他の３種類のエッジオペレータも同様の
方法で加算器２６、かけ算器２７及び加算器２８により
実現できる。（図７において他の３種類のエッジオペレ
ータを行う加算器２６、かけ算器２７及び加算器２８は
省略されている。） 図８は、切り出し回路１２ａ，１２ｂの構成例を示す図
である。１次微分回路１０ａから出力される１６ｂｉｔ
のディジタル信号（８個の極性（１，０）と８個の１次
微分の絶対値の大小（１，０）との合成信号）１００ａ
より、シフトレジスタ３０ａ〜３０ｄ、及びラッチ３１
ａ〜３１ｙを用いてラッチ３１ａ〜３１ｙに５×５画素
の領域を切り出す。また、１次微分回路１０ｂから出力
される１６ｂｉｔのディジタル信号１００ｂ（８個の極
性（１，０）と８個の１次微分の絶対値の大小（１，
０）との合成信号）よりシフトレジスタ３０ｅ，３０
ｆ、及びラッチ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを用いてラッチ
３２ｃに上記５×５画素の中央画素に相当する画素を出
力する。図１に示す切り出し回路１３ａ，１３ｂも同様
な構成で実現することができる。図９に、その１例を示
す。即ち、２次微分回路１１ａから出力される１ｂｉｔ
の２値信号（エッジ領域、それ以外の領域を示す信号
（１，０））１０１ａより、シフトレジスタ３３ａ〜３
３ｄ、及びラッチ３４ａ〜３４ｙを用いてラッチ３４ａ
〜３４ｙに５×５画素の領域を切り出す。また、２次微
分回路１１ｂから出力される１ｂｉｔの２値信号１０１
ｂ（エッジ領域、それ以外の領域を示す信号（１，
０））よりシフトレジスタ３３ｅ，３３ｆ、及びラッチ
３５ａ，３５ｂ，３５ｃを用いてラッチ３５ｃに上記５
×５画素の中央画素に相当する画素を出力する。

【００４２】図１０は、極性比較回路１４ａ〜１４ｙの
構成例を示す図である。同図において１次微分信号の絶
対値が大の領域でのみ極性比較による不一致を有効とす
る比較回路３７ａは、１６ｂｉｔの信号１０２、１０４
に含まれる極性（正：１，負：０）について極性（正：
１，負：０）の不一致を検出して不一致の場合“１”、
一致の場合“０”なる信号を出力するＥＸＯＲ回路３６
ａ、１６ｂｉｔの信号１０２、１０４に含まれる１次微
分信号の絶対値の大小を表わす信号が二つとも（共に）
小“０”のときには“０”信号を、それ以外は“１”信
号を出力するＮＡＮＤ回路３６ｂ、及びＮＡＮＤ回路３
６ｂの出力が“０”のときはＥＸＯＲ回路３６ａから
“１”なる信号として出力される極性の不一致を出力さ
せないＡＮＤ回路３６ｃからなる。ＯＲ回路３８は、８
個（方向）の比較回路３７ａ〜３７ｈの出力の論理和を
とって、８個の比較回路３７ａ〜３７ｈの内、少なくと
も１個の比較回路３７ａ〜３７ｈから１次微分信号の絶
対値が大の領域でのみ極性比較による不一致が検出され
たときこの極性不一致信号を出力するものである。ＯＲ
回路３９は、切出し回路１３ａ，１３ｂから出力される
２値化エッジパターン信号１０３，１０５の論理和をと
り、検出画像信号ｆと記憶画像信号ｇの何れかに、即ち
切出し回路１３ａと切出し回路１３ｂの何れかにエッジ
パターン“１”信号が検出されたことを示す信号“１”
を出力するものである。ＡＮＤ回路４０は、ＯＲ回路３
８の出力とＯＲ回路３９の出力との論理積をとり、１次
微分信号の絶対値が大の領域において得られる極性不一
致信号をエッジパターンにおいて“１”なる信号を出力
するものである。

【００４３】上記構成により、図１９に示すように、同
図（ａ）に示す検出画像信号ｆ_１と記憶画像信号ｇ_１と
について、１次微分信号の絶対値が大の領域（１次微分
値｜ｆ_１’｜ｏｒ｜ｇ_１’｜＜Ｅth、なお閾値Ｅthは、
｜ｆ_１’｜と｜ｇ_１’｜とにおいて変えてもよいことは
明らかである。）においては、“０”にし、他の領域
（１次微分信号の絶対値が小の領域）について１次微分
（ｆ_１’ｏｒｇ_１’）の極性（正（１）、負（−１））
信号に変換した１次微分の極性波形を図１９（ｂ）に示
す。そして１次微分信号の絶対値が大の領域（１次微分
値｜ｆ_１’｜ｏｒ｜ｇ_１’｜＜Ｅth）においてを比較
し、１次微分（ｆ_１’）の極性（正（１）、負（−
１））信号と１次微分（ｇ_１’）の極性（正（１）、負
（−１））信号とを比較して不一致（１／−１）なる信
号を、図１０に示す極性比較回路１４ａ〜１４ｙのＯＲ
回路３８から、判定結果として図１９（ｃ）に示す如く
得られる。即ち１次微分信号の絶対値が大の領域におい
て、検出画像信号ｆ_１と記憶画像信号ｇ_１とについて極
性の不一致として、図１０に示す極性比較回路１４ａ〜
１４ｙのＯＲ回路３８から欠陥８ｂが検出される。しか
し、図１８に示すように、検出画像信号ｆ_１と記憶画像
信号ｇ_１とについて、極性の不一致のみで欠陥８ｂを検
出しただけでは、図１８に示すように、正常部におい
て、検出画像信号ｆ_１と記憶画像信号ｇ_１との関係にお
いて出力画像信号の著しい相違によって極性の不一致が
検出され、欠陥として誤検出してしまう。そこで、１次
微分信号の絶対値が大の領域において検出画像信号ｆ_１
と記憶画像信号ｇ_１との極性の不一致を検出すれば、図
１９に示すように、正常部について誤検出することがな
くなる。更に、図２０に示すように、回路パターンが微
細化されるに伴って、回路パターンの中央部において、
検出画像信号ｆ_３と記憶画像信号ｇ_３との関係において
極性の不一致が検出され、正常部が欠陥として誤検出さ
れることになる。そこで、図２１（ａ）に示す検出画像
信号ｆ_３と記憶画像信号ｇ_３とを、各々２次微分回路１
１ａ，１１ｂによって２次微分信号ｆ_３”，ｇ_３”（図
２１（ｂ）に２次微分として示す。）を得、この２次微
分信号ｆ_３”，ｇ_３”を閾値Ｄthで２値化（ｆ_３ｂ＝ｆ
_３”＞Ｄth，ｇ_３ｂ＝ｇ_３”＞Ｄth）したエッジ信号１
０１ａ，１０１ｂ（図２１（ｃ）に２次微分の２値化と
して示す。）を得、図１０に示す極性比較回路１４ａ〜
１４ｙのＯＲ回路３９で何方かにエッジ信号があるかど
うかＯＲ検出（ｆ_３ｂＵｇ_３ｂ）し（図２１（ｄ）にＯ
Ｒ検出として示す。）、“１”なる回路パターンのエッ
ジ信号を得る。そして図１０に示す極性比較回路１４ａ
〜１４ｙのＯＲ回路３９でＯＲ検出された“１”なる信
号で、極性比較回路１４ａ〜１４ｙのＯＲ回路３８から
検出される極性不一致による欠陥信号をＡＮＤ回路４０
において論理積をとってフィルタすることによって図２
１（ｅ）に示すように微細な回路パターンの中央部付近
（非エッジ領域）で発生する極性不一致による正常部に
おける誤検出を無くすことができる。

【００４４】図１１は、領域選択回路１８ａ〜１８ｙ，
ＡＮＤ回路１９の構成例を示す図である。遅延回路１７
ａ〜１７ｙより出力される極性比較結果は、切り出し回
路１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂによって±２画素シ
フトした位置において検出画像信号ｆと記憶画像信号ｇ
との極性を比較した結果得られる不一致２値化信号であ
り、これと位置ずれ量検出回路16で得られる位置ずれ量
（△Ｘ_１，△Ｙ_１），・・・・・（△Ｘｍ，△Ｙｍ）に
基いて領域選択回路（ＡＮＤ回路）１８ａ〜１８ｙに入
力される２値化信号が“１”なる信号として選択され、
領域選択回路（ＡＮＤ回路）１８ａ〜１８ｙにおいては
極性比較回路１４ａ〜１４ｙから出力される不一致２値
化信号と位置ずれ量検出回路１６から選択された２値化
信号との論理積がとられ、即ち図２３に示すように位置
ずれ量がある閾値Ｆth（Ｓth）以外をマスキングし、Ａ
ＮＤ回路１９により±２画素の範囲でそれらの論理積を
とり、図２４に示した判定を実現することができる。

【００４５】特に図２４に示すように、多層回路パター
ンの場合、位置ずれ量検出回路１６、領域選択回路（Ａ
ＮＤ回路）１８ａ〜１８ｙ、及びＯＲ回路１９を欠陥検
出において必要となる。即ち、検出多層パターンＦ_２を
図２４（ａ）に、基準多層パターンＧ_２を図２４（ｂ）
に示す。そして検出多層パターンＦ_２の検出画像信号ｆ
_２と基準多層パターンＧ_２の記憶画像信号ｇ_２とについ
てその信号波形を図２４（ｃ）に示す。これらの信号波
形からわかるように、両者の間に位置ずれのない部分と
位置ずれのある部分とが発生する。多層パターンの場
合、上層同志は位置ずれがないが、下層においては位置
ずれが生じてしまうものである。そのため、一次微分回
路１１ａ，１１ｂからは、図２４（ｄ）に示す微分の極
性波形信号１００ａ，１００ｂが得られる。この極性波
形信号１００ａ，１００ｂを極性比較回路１４ａ〜１４
ｙにおいて比較しただけでは、判定結果Ｉ（エッジ領域
において極性不一致として図２４（ｅ）に示すように誤
検出と欠陥による不一致とが検出されてしまう。）が生
じる。そこで図２４（ｅ）に、検出多層パターンＦ_２の
検出画像信号ｆ_２に対して基準多層パターンＧ_２の記憶
画像信号ｇ_２を左へ切り出し回路１２ｂでシフトさせた
関係を示した。これらの微分の極性波形信号１００ａ，
１００ｂを図２４に示した。そしてこの極性波形信号１
００ａ，１００ｂを極性比較回路１４ａ〜１４ｙにおい
て比較して得られる判定結果II（エッジ領域において極
性不一致として図２４（ｈ）に示すように二つの誤検出
と欠陥による不一致とが検出される。）が得られる。こ
れらの判定結果Ｉと判定結果IIとをＡＮＤ回路１９によ
って論理積をとることによって図２４（ｉ）に示すよう
な最終判定結果（真に欠陥による極性不一致のみ検出で
きる。）が得られる。

【００４６】以上、１次微分の極性を用いた位置合わせ
と欠陥判定法についての構成例を説明した。上記構成に
より、被検査対象であるＬＳＩウエハ等の回路パターン
に、膜厚やエッジのだれ具合等の３次元的な形状相違
や、層間のずれ、或いは検出時のサンプリング誤差によ
る形状の相違、濃淡の相違があっても、真の欠陥のみを
高精度に検出できる。

【００４７】また、パターンエッジの最暗点の位置ずれ
が欠陥として検出でき、極めて寸法精度が高い。

【００４８】上記構成例では、１次微分、２次微分とも
に、３×３画素を切出して行ったが、５×５画素等に拡
大しても実現できる。また、２次微分は、明視野照明の
もとで得られる画像を対象としたため、暗いパターンエ
ッジを検出する構成としたが、暗視野照明では、明るい
パターンエッジを検出すべく、−１，２，−１等のエッ
ジオペレータにしてもよい。

【００４９】また、図１の位置ずれ検出回路１６では、
不一致画素数Ｓ(△X,△Y)，△X,△Y＝−２，−１，０，
１，２に対し、 Ｓ(△X,△Y)≦Ｓth（Ｆth） なる位置ずれ量△X,△Yを求めたが、閾値Ｓth（Ｆth）
として、定数を設定する以外に、

【００５０】

【数２】

【００５１】等により、自動設定してもよい。ここで、
Ｃ_１，Ｃ_２は、定数である。これにより、回路パターン
（配線パターン）の出来具合に応じて、位置合せすべき
点の数を増減することができ、欠陥検出感度を自動で設
定可能になる。

【００５２】また、層間のずれをより積極的に許容する
ために、以下に述べる方法で複数の位置合せ点を求めて
もよい。不一致画素数Ｓ(△Xmin,△Ymin)（ここで△Xmi
n,△Ymin：Ｓ（△X,△Y）が最小となる△X,△Y）は、検
出画像信号ｆと記憶画像信号ｇが位置合せされた時の不
一致画素数であり、正常部の不一致と欠陥からなる。正
常部の不一致は、層間ずれが主な原因であり、この他
に、回路パターンの微小な凹凸がある。

【００５３】層間ずれパターンでは、一方の画像（例え
ば記録画像）をｘｙ面内でシフトすると、図２６に示す
ように位置合せ可能な位置（△Xr,△Yr）が存在する。
従って、層間ずれのある領域では、Ｓ（△X,△Y）の値
は小さくなる。一方、欠陥は、上記位置（△Xr,△Yr）
で必ずしも合せ込まれるとは限らず、欠陥部のＳ（△X
r,△Yr）の値は変わらない。しかし、層間ずれのないパ
ターンに対しては、一方の画像をシフトすると、（△Xm
in,△Ymin）で一致していた正常部が不一致として検出
されてしまい、結果的には、Ｓ（△Xr,△Yr）の値が小
さくならない。従って、Ｓ（△X,△Y）の大小からは、
層間ずれを許容する位置△Xr,△Yrを直接見出すことは
できない。

【００５４】そこで、式（１）で与えられるＳ（△X,△
Y,△Xof,△Yof）なる量を導入する。

【００５５】 △Ｓ（△X,△Y,△Xof,△Yof） ＝△Ｓ（△Xmin+△Xof-△X,△Ymin+△Yof-△Y） −２Ｓ（△Xmin+△Xof,△Ymin+△Yof） −Ｓ（△Xmin+△Xof+△X,△Ymin+△Yof+△Y）（１） この△Ｓは、（△Xmin+△Xof,△Ymin+△Yof）の位置に
おいて、△X,△Yだけ一方の画像をシフトしたとき、シ
フトしても消去できない不一致を表わす。これを、図２
７を用いて説明する。図２７は画像シフトによる層間ア
ライメント誤差の補償実験例（３層パターン）を示した
図、即ち３層の模擬パターンの例を示し、検出画像と記
録画像の間には微妙な層間ずれが存在する。図２７で
は、記録画像を±△X,△Y（いずれも１）画素だけｘｙ
面内でシフトし、極性比較を行って得られた不一致画像
を表わしている。同図において、（△Xmin,△Ymin）＝
（０，０）であり、また（△Xr,△Yr）＝（１，１），
（０，−１）なる位置で、層間ずれが許容される。

【００５６】ここで、（△Xof,△Yof）＝（０，０）と
して、△Ｓ（△X,△Y,０,０）が最小と成る（△Xs,△Y
s）なる位置は、Ｂ層が位置合せされる位置（１，１）
を表わしており、△Ｓ（△Xs,△Ys,０,０）／４；
（０，０）でのＣ層に関する不一致。

【００５７】Ｓ（０，０）−△Ｓ（△Xs,△Ys,０,０）
／４；（０，０）でのＢ層に関する不一致。

【００５８】となっている。しかも、Ｓ（０，０）−△
Ｓ（△Xs,△Ys,０,０）なる量は、（１，１）で零にな
る。これは、パターンを複数の位置で位置合せして得ら
れる不一致画素数において、ある不一致画素数が２箇所
の不一致画素の符号は線形和に近い値をもつ位置を選択
すれば最適な位置合せができることを表わしている。

【００５９】従って、min△Ｓ(△X,△Y,０,０)／４：
(△Xmin,△Ymin)、及びこれより（△X,△Y）だけシフト
した位置では、位置合せできない層に関する不一致。

【００６０】Ｓ(△Xmin,△Ymin)−min△Ｓ△Ｓ(△X,△
Y,０,０)／４：(△Xmin,△Ymin）では位置合せできない
が、（△X,△Y）だけシフトすると位置合せ可能な層に
関する不一致。

【００６１】と表現できる。また、より一般的に、min
△Ｓ(△X,△Y,△Xof,△Yof)／４：(△Xmin+△Xof,△Ymi
n+△Yof)、及び（△X,△Y）シフトしても位置合せでき
ない層に関する不一致。

【００６２】Ｓ(△Xmin+△Xof,△Ymin+△Yof)−min△Ｓ
(△X,△Y,△Xof,△Yof)／４：(△Xmin+△Xof,△Ymin+△
Yof）では位置合せできないが、（△X,△Y）だけシフト
すると位置合せできる層に関する不一致。

【００６３】となる。従って、min△Ｓ(△X,△Y,△Xof,
△Yof)／４が小さく、Ｓ(△Xmin+△Xof,△Ymin+△Yof)
−min△Ｓ(△X,△Y,△Xof,△Yof)／４が大きい位置(△X
min+△Xof,△Ymin+△Yof）、及び（△X,△Y）なる画像
シフト位置では(△Xmin+△Xof,△Ymin+△Yof）で合わな
かった多くの正常部が、（△X,△Y）のシフトにより正
しく位置合せされ、そのため消去でき、しかも、画像シ
フトしても合わない不一致は小さいことになる。

【００６４】図２７の例では、 min△Ｓ(△X,△Y,０,０)／４＜Ｓth （２） （Ｓth：閾値）が成り立つ位置は（０，０），（１，
１）であり、また min△Ｓ(△X,△Y,△Xof,△Yof)≦min△Ｓ(△X,△Y,０,０) （３） が成り立つ位置は（０，−１），（０，０），（１，
０），（０，１），（１，１）の５点となる。これらの
位置は、Ａ層，Ｂ層，Ｃ層すべてを正しく位置合せでき
るものであり、この考え方が妥当であることが分かる。

【００６５】２層パターンの場合には、上記考え方が最
適解を導く。図２８は画像シフトによる層間アライメン
ト誤差の補償実験例（２層パターン）を示した図、即ち
２層の模擬パターンの例を示し、検出画像と記憶画像の
間には、微妙な層間ずれが存在する。同図において、 min△Ｓ(△X,△Y,△Xof,△Yof)≦min△Ｓ(△X,△Y,０,０)＜Ｓth （４） が成り立つ(△Xmin+△Xof,△Ymin+△Yof）及び（△X,△
Y）だけシフトした位置は、（０，０）及び（１，１）
となり、Ａ層とＢ層がそれぞれ正しく位置合せされる位
置となっている。

【００６６】次に、(△Xs,△Ys）の具体的検出手段を示
す。

【００６７】

【数３】

【００６８】

【数４】

【００６９】(△Xmin,△Ymin）の位置において、不一致
画素数Ｓ(△Xmin,△Ymin）のうち、この位置では位置合
せができないが、（△X,△Y）だけ画像シフトすると位
置合せできるパターンに関する不一致画素数。この値が
大きい（層間ずれと考えられる。）（消去最大…層間ず
れ）

【００７０】

【数５】

【００７１】(△Xmin,△Ymin）の位置において、不一致
画素数Ｓ(△Xmin,△Ymin）のうち、この位置から（△X,
△Y）だけ画像シフトしたとき、シフトしても位置合せ
できない不一致の画素数。この値が小さい（不一致自体
が小さい）。（不一致小…消去可）

【００７２】

【数６】

【００７３】画像をマッチングする位置の選択。

【００７４】

【数７】

【００７５】(△Xmin,△Ymin）の位置において、不一致
画素数Ｓ(△Xmin,△Ymin）のうち、この位置では位置合
せができないが、（△X,△Y）だけ画像シフトすると位
置合せできるパターンに関する不一致画素数。この値が
大きい（層間ずれと考えられる。）（消去最大…層間ず
れ）

【００７６】

【数８】

【００７７】(△Xmin,△Ymin）にオフセット(△Xof,△Y
of）を付加した位置(△Xmin+△Xof,△Ymin+△Yof）で、
（△X,△Y）だけシフトした位置でも不一致の画素数が
小さい。（消去最大）

【００７８】

【数９】

【００７９】画像をマッチングする位置の選択。

【００８０】 任意の２点で位置合せし、これらの位置で消去可能な不
一致を求め、残される不一致が小さい位置を層間ずれが
許容される位置として検出する。

【００８１】図１２は、他の実施例を示した図である。
イメージセンサ４からＡＮＤ回路１９までは、図１と同
一の構成である。遅延回路４１ａ，４１ｂにより、検出
画像信号ｆと記憶画像信号ｇを遅延させ、切り出し回路
１２ａ，１３ａと同様な構成の切り出し回路４２ａによ
り、遅延した検出画像信号ｆの５×５画素領域を切り出
し、±２画素シフトした状態を作る。また、切り出し回
路１２ｂ，１３ｂと同様な構成の切り出し回路４２ｂに
より、遅延した記憶画像信号ｇに対し、上記５×５画素
の中央位置と同期させる。次に、差画像検出回路４３ａ
〜４３ｙにより切り出し回路４２ａ，４２ｂの出力を用
いて、±２画素シフトした検出画像信号ｆと、記憶画像
信号ｇの差画像を検出する。最小値検出回路４４は、対
応する切り出し回路１３ａ，１３ｂの出力である２値化
エッジパターンがどちらも“０”の位置（図１０に示す
切り出し回路１３ａ，１３ｂの出力の論理和をとるＯＲ
回路３９で検出されるところの図２１（ｄ）に“０”と
して検出されるエッジ以外の領域）において、差画像検
出回路４３ａ〜４３ｙの差画像出力のうち、位置ずれ量
検出回路１６により出力された位置における最小値を検
出する。ＯＲ回路３９で検出されるところの２値化エッ
ジパターンのいずれかが“１”であれば、最小値を例え
ば０として差画像出力を０とする。２値化回路４５は、
最小値検出回路４４の最小値差画像出力を所定の閾値Ｖ
th（例えば図２２に示す。）で２値化して変色等の欠陥
を検出し、これとＡＮＤ回路１９の出力の論理積をとる
回路である。

【００８２】上記構成により、図２２に示すように、差
画像検出回路４３ａ〜４３ｙは、図２２（ｃ）に示すパ
ターンＦ_４の検出画像信号（信号波形）ｆ_４とパターン
Ｇ_４の検出画像信号（信号波形）ｇ_４との差画像（図２
２（ｄ）に差信号波形として示す。）を検出し、最小値
検出回路４４は、切り出し回路１３ａ，１３ｂの出力の
論理和をとるＯＲ回路３９で“０”として検出されると
ころの非エッジ領域において、差画像検出回路４３ａ〜
４３ｙから出力される差画像信号のうち、位置ずれ量検
出回路１６により出力された位置の範囲（位置ずれのな
い状態）における最小値を求め、該差画像信号の最小値
が所定の閾値Ｖth以上のとき２値化回路４５は“１”な
る信号を出力し、これとＡＮＤ回路１９の出力と論理和
をとるので図２２（ｅ）に示すように変色等の欠陥につ
いても検出することが可能となる。

【００８３】他の実施例として、図１２において、上記
２値化回路４５をなくし、ＯＲ回路３９で検出されると
ころの２値化エッジパターンの信号を用いることなく、
差画像検出回路４３ａ〜４３ｙから出力される差画像信
号のうち、位置ずれ量検出回路１６により出力された位
置の範囲（位置ずれのない状態）における最小値を求
め、ＡＮＤ回路１９より出力される極性が不一致となっ
た領域の信号に基いて閾値を変え、即ちＡＮＤ回路１９
より出力される極性が不一致となった領域については、
低い閾値、それ以外は（極性が不一致にならない領域に
ついては）高い閾値で差画像信号の最小値を最小値検出
回路４４で２値化することによって得られる２値化信号
によって各種の欠陥（形状欠陥や変色欠陥等）を検出す
ることができる。

【００８４】また、他の実施例として、図１２におい
て、２値化回路４５で用いる閾値Ｖthとして、検出画像
信号ｆと記憶画像信号ｇをそれぞれｆ(x,y),g(x,y)とす
ると、 Ｖth(x,y)＝Ｃ_１min{ｆ(x,y),g(x,y)}＋Ｃ_２ としても良い。ここで、Ｃ_１，Ｃ_２は定数である。上記
閾値Ｖth(x,y)で最小値検出回路４４の出力を２値化す
れば、回路パターンの明るさに応じて最適な２値化がで
き、各種の欠陥を検出することができる。なお、この場
合は、最小値検出回路４４に入力される検出画像信号か
ら、位置ずれ量検出回路１６により求められる最小不一
致画素数の位置ずれに対応する画素の濃淡値と、対応す
る記憶画像信号の画素の濃淡値から、その画素の閾値Ｖ
thを決める。

【００８５】図１３は、画像のフィルタリング操作を行
うための他の実施例を示した図である。イメージセンサ
４から位置ずれ量検出回路１６までは、図１と同一の構
成である。係数検出回路４６は、位置ずれ量検出回路１
６より、不一致画素数の値を入力し、これにより後述す
るフィルタ回路４７ａ，４７ｂの係数ａｉｊ，ｂｉｊを
求める回路である。遅延回路４１ａ，４１ｂに遅延させ
た画像信号に対し、フィルタ回路４７ａ，４７ｂは、係
数ａｉｊ，ｂｉｊをもつフィルタをたたみ込む回路であ
る。切り出し回路４２ａは、フィルタリングされた検出
画像信号の５×５画素の領域を切り出し、±２画素シフ
トした状態を作る。また、切り出し回路４２ｂは、フィ
ルタリングされた記憶画像信号ｇを、上記５×５画素の
中央位置に同期させる。次に、差画像検出回路４３ａ〜
４３ｙにより、切り出し回路４２ａ，４２ｂの出力を用
いて、±２画素シフトした検出画像信号ｆと、記憶画像
信号ｇの差画像信号を検出する。最小値検出回路４４
は、差画像検出回路４３ａ〜４３ｙのうち、位置ずれ量
検出回路１６により出力された位置の差画像の最小値を
検出する。２値化回路４５は、最小値検出回路４４の出
力を２値化する回路である。

【００８６】ここで、係数検出においては、図２３に２
次関数等を当てはめ、最小二乗法等により不一致画素数
が最小となる仮想の位置を画素単位以下の精度で求め、
この位置と不一致画素数が最小となる画素単位の位置の
差を検出する。そして、この差の１／２の量だけ、検出
画像信号及び記憶画像信号をそれぞれ逆方向にシフトさ
せるフィルタ係数ａｉｊ，ｂｉｊを求める。

【００８７】例えば、検出画像をｘ方向に０．２画素，
ｙ方向に０．３画素，記憶画像はその逆方向に同量だけ
シフトさせれば、２つの画像が一致する場合には、係数
は、

【００８８】

【数１０】

【００８９】となる。

【００９０】上記は、２つの画像を正確に一致させる例
を示したが、例えば１／２画素だけずれたように２つの
画像をシフトさせ、図２５（ｂ）に示すように、△X＝
０，△X＝−１のように複数位置での最小値検出を行え
ば、１／２画素の形状差を積極的に許容することもでき
る。

【００９１】上記構成によれば、不一致画素数と一致ず
れ量の関係から、画像を任意の精度で位置合せすること
ができ、例えば、図２６に示すように画像検出時のサン
プリング誤差を補償することが可能になる。ここで、
（ａ）は検出パターン，（ｂ）は記憶パターンを示し，
（ｃ）はフィルタリング後の検出パターンと記憶パター
ンを表わす。

【００９２】図１３では、濃淡画像の差画像検出により
欠陥判定を行う例を示したが、これは、図１に示したよ
うに、極性比較による判定でもよいし、図１２に示した
ように極性比較と差画像検出の組合せでも可能である。

【００９３】上記構成によれば、位置合せ精度が従来の
画素単位から画素未満の単位に飛躍的に向上させること
ができる結果、より微小な欠陥まで検出することが可能
になる。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、検出した画像の濃淡波
形の形状が正常部においてかなり異なっていても、微細
な欠陥を検出することができ、これにより、パターンの
膜厚変動、エッジのだれ具合の違い、層間のずれ、或い
は検出時のサンプリング誤差を誤検出することがない。
また、位置合せ精度を向上させることができるため、よ
り微小な欠陥まで検出することが可能になる。さらに、
パターンの形状欠陥だけでなく、変色等も見逃すことな
く、検出できる。さらに、欠陥の有無だけでなく、その
寸法も正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回路パターン欠陥検出方法及びその装
置の一実施例を示す概略構成図。

【図２】２チップ比較の説明図。

【図３】図１に示す１次微分回路において１次微分を行
なう１次微分の一例を示す図。

【図４】図１に示す２次微分回路において２次微分を行
なう２次微分の一例を示す図。

【図５】位置ずれ量（△Ｘ，△Ｙ）を示した図。

【図６】１次微分回路の具体的構成の一例を示した構成
図。

【図７】２次微分回路の具体的構成の一例を示した構成
図。

【図８】１次微分回路から出力される１次微分信号を切
り出す切り出し回路の具体的構成の一例を示した構成
図。

【図９】２次微分回路から出力される２次微分信号を切
り出す切り出し回路の具体的構成の一例を示した構成
図。

【図１０】極性比較回路の構成例を示す図。

【図１１】領域選択回路及びＡＮＤ回路等を示す構成
図。

【図１２】図１とは異なる本発明の回路パターン欠陥検
出方法及びその装置の他の実施例を示す図。

【図１３】図１２とは異なる本発明の回路パターン欠陥
検出方法及びその装置の更に他の実施例を示す図。

【図１４】各々従来技術を説明するための図。

【図１５】各々従来技術を説明するための図。

【図１６】各々濃淡波形の一例を示す図。

【図１７】各々濃淡波形の一例を示す図。

【図１８】本発明に係る極性比較の原理を説明するため
の図。

【図１９】本発明に係る極性比較のにおいて改良した内
容を説明するための図。

【図２０】本発明に係る極性比較のにおいて誤検出が生
じる場合を説明するための図。

【図２１】２次微分併用による極性比較を説明するため
の図。

【図２２】変色欠陥検出を説明するための図。

【図２３】位置ずれと不一致画素数との関係を示した
図。

【図２４】層間ずれ対応の極性比較を説明するための
図。

【図２５】各々位置ずれと不一致画素数との関係を示し
た図。

【図２６】検出画像信号（パターン）と記憶画像信号
（パターン）とを位置ずれのない状態にしたことを示す
図。

【図２７】画像シフトによる層間アライメント誤差の補
償実験例（３層パターン）を示す図。

【図２８】画像シフトによる層間アライメント誤差の補
償実験例（２層パターン）を示す図。

【符号の説明】

１０…１次微分回路、 １１…２次微分回路、 １２，
１３…切り出し回路、１４…極性比較回路、 １５…カ
ウンタ回路、 １６…位置ずれ量検出回路、１８…領域
選択回路、 ４４…最小値検出回路、 ４３…差画像検
出回路、４５…２値化回路、 ４７…フィルタ回路。

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、本来同一となるように形成された複数
の被検査対象回路パターンを順次撮像して得た被検査対
象回路パターンの画像を用いて被検査対象パターンの欠
陥を検査する方法において、被検査対象回路パターンを
順次撮像して得た２つの画像のうち少なくとも一方の画
像にフィルタリング処理を施して２つの画像の位置ずれ
の状態を変更し、この位置ずれの状態を変更した２つの
画像を用いて被検査対象パターンの欠陥を検出すること
を特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】また、本発明は、本来同一となるように形
成された複数の被検査対象回路パターンを順次撮像し、
この順次撮像して得た２つの画像の位置ずれの状態を変
更し、位置ずれの状態を変更した２つの画像を比較して
被検査対象回路パターンの欠陥を検査する方法におい
て、位置ずれの状態を変更した２つの画像を比較して欠
陥を検出するときに、被検査対象回路パターンのエッジ
部分とそれ以外の部分とで検出感度を変えて欠陥を検出
する、または、被検査対象回路パターンの状態に応じて
欠陥の検出感度を変えることを特徴とする。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】更に、上記目的を達成するために、本発明
では、本来同一となるように形成された複数の被検査対
象回路パターンを順次撮像して得た被検査対象回路パタ
ーンの画像を用いて被検査対象パターンの欠陥を検査す
る装置において、被検査対象回路パターンを撮像して被
検査対象回路パターンの画像を得る撮像手段と、この撮
像手段で順次撮像して得た画像を記憶する記憶手段と、
撮像手段で得た画像と記憶手段に記憶した画像との少な
くとも一方の画像に対してフィルタリング処理を施して
撮像手段で得た画像と記憶手段に記憶した画像との位置
ずれの状態を変更するフィルタリング手段と、このフィ
ルタリング手段で位置ずれの状態を変更した２つの画像
を用いて被検査対象パターンの欠陥を検出する欠陥検出
手段とを備えたことを特徴とする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧平 坦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本来同一となるように形成された複数の被
   検査対象回路パターンを順次撮像して得た前記被検査対
   象回路パターンの画像を用いて前記被検査対象パターン
   の欠陥を検査する方法であって、前記被検査対象回路パ
   ターンを順次撮像して得た２つの画像のうち少なくとも
   一方の画像にフィルタリング処理を施して前記２つの画
   像の位置ずれの状態を変更し、該位置ずれの状態を変更
   した２つの画像を用いて前記被検査対象パターンの欠陥
   を検出することを特徴とする回路パターン欠陥検査方
   法。
2. 【請求項２】本来同一となるように形成された複数の被
   検査対象回路パターンを順次撮像して得た前記被検査対
   象回路パターンの画像を用いて前記被検査対象パターン
   の欠陥を検査する装置であって、前記被検査対象回路パ
   ターンを撮像して前記被検査対象回路パターンの画像を
   得る撮像手段と、該撮像手段で順次撮像して得た画像を
   記憶する記憶手段と、前記撮像手段で得た画像と前記記
   憶手段に記憶した画像との少なくとも一方の画像に対し
   てフィルタリング処理を施して前記撮像手段で得た画像
   と前記記憶手段に記憶した画像との位置ずれの状態を変
   更するフィルタリング手段と、該フィルタリング手段で
   位置ずれの状態を変更した前記２つの画像を用いて前記
   被検査対象パターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを
   備えたことを特徴とする回路パターン欠陥検査装置。