JPS58180933A - パタ−ン欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、映像入力装置から入力される被検査パターン
を基準パターンと比較して欠陥部を自動的に峻別するパ
ターン欠陥検査装置方式に関するものである。

従来の半導体パターンやプリント基板のパターン検査は
熟練した作業者が目視で行なっていたが、パターンの高
集積化に伴なう微細化と生産者の増大により人間によっ
て処理することはきわめて困難になってきており、その
ため自動パターン欠陥検査装置の開発が試みられるよう
になってきた。

第１図は、従来の自動パターン欠陥検査装置の例である
。被検査パターン１の映ｇＩＩは映像入力装置２によっ
て入力され、２値化回路３によって２僅信号に変換され
る。一方辞書発生回路４からは設計データに基づく基準
パターンが映像入力装置２と同期して発生さｎ１比較回
路５によって各画素毎に比較きれる。比較回路５におい
て、もし入力吠儂に基準パターンと不一致の画素があ扛
は、そｎは欠陥領域ということになる。次に、判定回路
６によってその欠陥領域のサイズを判定し、ある程度以
上太きければ致命的欠陥であると判断して出力すること
ができる。このようにすれば、被検査パターンの欠陥検
査′ｆｒｒｉ１１速に実現することができる。

しかしながら、このような欠陥検査装置は、入力が良質
の白または黒に近い映倫ならば良い結果が得られるが、
完成ＩＣ，ＬＳＩウエーノ１のアルミパターンのように
パターン上に種々のランダムな模様のあるパターンの検
査に適用しようとすると、たとえば２値化さｔ′した映
像データが安定せず、このような装置方式では対処が難
かしいという問題点があった。

第２図は上述の問題点の説明図である。まず、（イ）は
複雑な模様を持つパターンの検査における閾値処理の問
題点を示す。

■は基準パターンであり、１本の走査線上におけるパタ
ーンの境界部分を表わしている。すなわち″１″の値は
特定のパターンの内部領域大を表わし１０”はそのパタ
ーンの外側領域Ｂ？示す。

■は辞書に対応する被検査パターンの映像信号であり、
縦軸は明るさを意味している。ここで、領域Ａ、Ｈのパ
ターンとも凹凸等による陰影を持っており、欠陥が無い
にもかかわらずその明るさのレベルは正規分布状に分布
しており、その分布の一部が部分的に重なっているもの
とする。このような場合には閾値処理のみでは、もはや
ＡとＢの領域が明確に分離できず■のようになり、基準
パターンとの排他的論理和による比較を行なえば■のよ
うに欠陥部として抽出されることになる。この結果は誤
りであるが、単一の閾値を用いた分離処理ではやむを得
ないことである。

第２図の（ロ）は従来手法の別の問題点の説明図であみ
。領域Ａは、例えば完成ＩＣウエーノ為のアルミパター
ンの領域のように表面の凹凸によって黒い筆点りのよう
なものが見える領域である。領域Ｂは酸化シリコンの領
域であり、比較的一様な明暗値を持っている。このとき
、もし領域Ｂに黒い筆点Ｃが観測されｎば、それは欠陥
部であるが、領域Ａでは同じ大きさの筆点であっても上
記のようにもともと存在する筆点と同様な本のであれば
欠陥ではない。もともと存在する筆点以上の大きさの筆
点Ｅがあれば欠陥である。しかし、従来の装置では入力
映欅と基準パターンとの比較のみで行なっているので欠
陥として判定されるものは領域によらず一定しており、
酸化シリコン領埴上の微小欠陥をも判定しようとすｎば
アルミ領域のパターンは欠陥だらけになり、アルミ領域
の欠陥を正しく判定しようとすれば酸化シリコン領域内
での欠陥を見落すという問題があった。

本発明の目的は、このような従来装置の問題点を克服し
、より複雑で画像的に質の悪いパターンの欠陥検査をも
可能にするパターン欠陥検査装置を提供することである
。

上記目的を達成するために、本発明においては同一目的
の処理機能を複数組もたせ、映倫入力装置と同期して発
生する辞書パターンによって領域単位で処理の内容を切
替える手段を持たせた所に一特徴がある。すなわち、被
検査物を製作したときの設計データから基準となる理想
パターンデータを作製し、被検査物の映像信号と全く同
期して発生させる。通常はこの理想パターンを入力映像
データと一致をとるための基準パターンとして使用する
が、本発明では入力映像データがたとえばアルミ領域内
なのか酸化シリコン領域なのかを各画素単位に装置に知
らせる辞書データとして使用し、それによってアルミパ
ターン向きの処理と酸化シリコン向きの処理とを使い分
けようとするのである。

このようにすれば、前記の問題点が解決できることは明
らがである。例えば、第２図（イ）で述べた問題は第３
図のように領域ＡとＢに対してそれぞれ閾値０ム、θ箇
を定め、辞書パターンの値によって閾値を使い分ければ
、明るさレベルに共通部分があったとしても欠陥領域と
して判定されることはなくなる。ただし、この場合、た
とえば領域大が領域Ｂに置きがわる欠陥があったとして
も、その欠陥部分の明るさが共通レベルにあｎは欠陥と
して検出することができない。しかしながら、領域Ａ、
Ｂとも明るさのレベルは正規分布的に変化しており、あ
る程度欠陥サイズが大きければその全てが共通レベルの
明るさを持つことは稀なので、現実的には大きな問題に
はならない。むしろ、現実の欠陥検査装置の場合には正
常部分がほとんどのため、正常を異常と判定する虚報の
発生を防止することが、小さい欠陥を発見することより
も大きな問題であり、その意味において本発明は実際上
きわめて大きな効果を持つことができる。

また、第２図（ロ）の問題においても、たとえば欠陥サ
イズについての判定パラメータを領域毎に変えることに
よって解決できることは明らかである。

以下、本発明を実施例によって説明する。第４図は本発
明を用いたパターン欠陥検査装置の全体構成図である。

１８は全体を制御するコンピュータ、１は被検査物、１
１は被検査物１′ｆｒ：乗せたステージであり、コンピ
ュータによって平面上の任意の位置に被検査物を移動さ
せることができる。

２はテレビカメラのようなラスク走査式の映像入力装置
であり、同期信号発生器１７から発せられる水平同期信
号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤに同期して被検査物上の一定
領域の映像を走査し、その明暗信号を電気信号２０に変
換して出力することができる。電気信号２０は、同期信
号発生器１７から発せられるクロック信号２５に同期し
て、ＡＤ変換器１２によって離散的ディジタル信号２１
に変換される。すなわち、ＡＤ変換器１２によって被検
査物の映倫信号は格子状のデータ配列に分割され、その
各点の明暗値が、たとえば８ｂｉｔの濃淡データとして
クロック信号２５に同期して発生することになる。

一方、被検査物１の理想的なパターンデータは被検査物
１の設計データからあらがじめ配列データとして計算さ
ｎ１コンピユータ１８から信号線２８を介して記憶回路
１６に転送記憶させられている。１５は記憶回路１６の
読出し制御回路であり、同期信号発生器１７から出力さ
れるＸ、Ｙ座標２７ｆ：記憶囲路１６の読出しアドレス
として理想パターンデータを読出す回路である。このと
き、同期信号発生回路１７において、水平同期信号ＨＤ
で１０＃にクリアされ、クロック信号２５を計数するカ
ウンタの出力と、垂直同期信号ＶＤで１０”にクリアさ
れ水平同期信号ＨＤの個数をカウントするカウンタの出
力とから各々Ｘ、Ｙ座標２７１ｒ作るようにすれば、Ａ
Ｄ変換器１２から順次出力される被検査パターンの映像
データ２１と、読出し制御回路１５によって読出され友
理想パターンの出力データ２３とは位置関係を完全に合
わせることができる。

完全に合わせることができれば、理想パターンデータの
値から各時点毎に電気信号２１が被検査物のどの領域を
走査しているかがわかるので、領域処理の最適処理をＡ
Ｄ変換器１２の出力信号２１に対して行うことができる
。１３は欠陥領域抽出回路であって、理想パターンデー
タによって領域毎に最適な処理を選択し、入力信号２１
をクロック２５に同期しながら処理する。処理の結果欠
陥部と判定される所があｎば、その部分が″ｌ”で正常
な所か″０＃なる欠陥領域信号２２が入力信号２１と同
期してクロック単位毎に逐次出方さｎる。欠陥領域抽出
回路１３のひとつの具体的な実施例は第５図で説明する
。

１４は欠陥領域抽出回路１３から出方される欠陥領域信
号２２ｆ：入力し、理想パターンデータ２３によって領
域毎の最適処理を選択しながらその欠陥の致命性を判定
する致命性判定回路である。

この致命性判定回路１４のひとつの具体的な実施例は第
６図において説明する。

致命性判定回路１４によって欠陥が致命的と判定場れた
場合には、その時点で同期信号発生回路１７から出力さ
扛るＸ、Ｙ座標を致命性判定回路１４に内蔵している記
憶回路に記憶し、映倫走査が全て完了した後に欠陥判定
データとしてコンピュータ１８に入力する。その結果は
必要があれば整理してオペレータに判別しゃすいように
ディスプレイ装置１９に宍示させることができる。コン
ピュータ１８０人出方信号線は、３４がステージ駆動信
号、３３がステージ位置信号、３２が検査回路系の起動
信号、３１が検査終了信号、３ｏが欠陥致命判定回路１
４に記憶さｒｔａ欠陥位置データの読出しデータ線であ
る。

第５図は欠陥領域抽出回路１３のより詳細な実施例であ
る。第５図において、４１は比較回路、４２は入力信号
４６．４７の一方を選択して出力する選択回路、４４．
４５は読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、４３はレジスタで
ある。本実施例においては、理想パターンデータ２３は
、ＡＤ変換された入力映倫データ２１がどの領域内の映
像データかを示す辞書パターンデータ信号として使用さ
れ、その辞書パターンデータ値によって読出し専用メモ
リ４４からあらかじめ記録してあった領域毎の最適閾値
４９が読出される。入力映像データ２１は最適閾値４９
と比較回路４１において比較される。比較回路４１は信
号２１の値が信号４９の値より小ならば出力信号４Ｘｅ
ｔ＠１’。

４７’ｔ−”０”とし、信号２１の値が信号４９の値よ
り大ならば逆に出力信号４６ｔ　＠０”、４７ｔ−１１
”とする。４２は選択回路であり、辞書ノくターンデー
タ２３ｔｌ−アドレスとして読出し専用メモリ４５から
読出した選択信号５０によって信号４６又は４７を選択
し、信号４８として出力する。

すなわち領域によって入力映倫データが閾値よりも大の
ときに欠陥となる場合と、小のときに欠陥である場合と
があるので、大小判定結果４７と小判定結果４６のどち
らの信号を欠陥信号とすべきかをあらかじめ読出し専用
メモリ４５に記憶させておき、領域を示す辞書パターン
データにて選択させている。このような辞書パターンデ
ータによって閾値や欠陥判定方法を切替えることが本発
明の拳旨である複数個の処理を切換えることに相当する
。４３はタイミング調整用のレジスタであり、クロック
信号２５によって信号４８がセットさｎｌその内容が欠
陥抽出回路１３の出力２２として外部に出力される。出
力信号２２は、入力映像データ２１に１クロック分選れ
て出力される欠陥映倫信号である。

また、本実施例においては被検査パターンの領域がＡと
Ｂの２稚しかな（、欠陥濃度が閾値より大または小で表
わされる場合のみを扱がったが、領域が３種以上になっ
た場合には辞書パターンデータのビット数を増やし、読
出し専用メモリに領域の数と同じだけの最適閾値を記憶
させておけば実現できるし、欠陥濃度レベルに濃度の範
囲がある場合には同様な回路を組合わせることによって
、容易に実現できることは明らかである。

第６図は致命性判定回路１５のより詳細な実施例である
。本実施例においては、欠陥の縦、横。

斜め方向の幅の最大値が領域毎に決めらｎた閾値よりも
大きければ致命的な欠陥であると判定することを利足基
準としている。また、パターンの領域はＡとＢの２種類
しかなく、第６図の辞書パターンデータ信号２３は１ビ
ツトであり、＠０”のときは領域Ａを示し、′１”のと
きは領域Ｂを示す。２２は欠陥映像信号、５２ｇ’、ｊ
６２ｂはアンドゲートであり、６５はインバータである
。この結果、６３ａはＡ領域中の欠陥画素のみが１１”
なる欠陥映像であり、６３ｂはＢ領域中の欠陥画素のみ
が１１″となる欠陥映倫である。

一点鎖線に囲ｔｒｔた回路６１ａと６１ｂｔｆｆ全く同
じ回路であり、各々が９Ｘ９ｉ１１１素の２次元局所画
像切出し回路である。６１ｍの回路中、ｔｌ。

ｌ２．・・・・・・、１．は各々映像人力装置の１水平
走査線分の画素数に等しい段数をもったシフトレジスタ
であり、ｄｌｌ　　ｅ　　’１！　　ｅ　・・・・・・
・・・＊　　（Ｉｔａ　　ｔｄ□＊　’１１　ｍ・・・
・・・・・・、ｄｌ、は１画素分のシフトレジスタであ
る。これらのシフトレジスタは全て図には書かれていな
い信号線によってクロック信号２５が供給され、画素デ
ータに同期してシフトするように構成されている。この
結果、常時過去８ライン分の欠陥映像データがシフトレ
ジスタに格納され、シフトレジスタの出力からは欠陥映
像上の９×９局所領域の画素データが並列に読出される
ことになる。この局所画像は欠陥映像データが１画素分
入力されるたびに１画素分シフトするので、出力される
９×９局所領域画儂は映倫全面を走査する。

いま、任童の時点で読出された９×９局所領域画儂をｐ
ｔｔ　ｅ　ｐｔｔ　ｔ・・・・・・・・・、Ｐｏ、とす
ると、２次元映像データ上では第７図のように１列する
ので、局所鎖酸の中心画素Ｐ０を中心に放射方向に欠陥
境界までの距離、すなわちｐｓｓから放射方向に初めて
′″０”となる画素までの距離を計測すｎば、各々逆方
向のか離を加算することによって、その方向の欠陥サイ
ズ（幅）を計測することができる。第６図の回路６７か
ら７０までの信号の流ｒＬｎ、ｍ域毎の欠陥映像に対し
てこのようにして欠陥サイズを計測するための回路であ
る。第６図において、６７は選択回路、６８８〜６８ｈ
は寸法計測回路、６９８〜６９ｄは加算回路、７０は最
大値検出回路、７６は読出し専用回路、７４は記憶回路
である。

選択回路６７は領域Ａ上の欠陥映像の局所画像６４ａと
領埴Ｂ上の欠陥映像の局所画像６４ｂを局所曜像の中心
画素であるＰｓｓが領域Ａに含まれるかＢに含ま１．る
かを示す信号７５によって切替えられる。信号７５は、
辞書パターンデータ２３をシフトレジスタ６６によって
ｐＨ１信号の回路６１８による遅ｎ分だけ、すなわち４
ラインと４画素分遅らせることによって得らｎる。

寸法計測回路６８ａ、６８ｂ　〜６８ｈは、第７図で示
す局所領域の中で画素Ｐ□を中心として各放射方向への
欠陥の寸法を計測する回路である。

たとえば、６８ａを例にとると、６８ａにはｐＨ。

を中心に局所領域の右側方向にならぶ画素データＰ　８
４　ｓ　Ｐ　１１１１　＊　Ｐ　１１　ｓ　Ｐ　ＩＩが
接続さｎｌその順番に初めて″０”が現われるまでの画
素数を計測する。すなわち、ＰＩｍ”０ならば″０”ｔ
ｐＨ１＝１＝　Ｐｓ４＝１−　ＰＨ＝０ならば１２”で
ある。

局所領域の画ｇＩＩは欠陥部の画素のみが１１１なので
、６８ａの出力値ｎ　Ｐ　ｓ　ｍから右側境界までの寸
法を計測したことになる。６８ｂは、同様にｐＨｌｌよ
り左側に並ぶ画素データが接続され、Ｐ、６から左側境
界までの寸法を計測する。したがって、加算器６９ａに
よって２つの寸法を加算すると欠陥の横幅が計算できる
。６８ｃ、６８ｄは各々右上り斜め方向の画素が接続さ
ｎ１加算回路６９ｂによって右上り斜め方向の欠陥幅が
計算される。このようにして、同様に上下方向、左下り
斜め方向の欠陥幅も求めらｎ、４方向の欠陥幅が最大値
検出回路７０に入力さ扛る。最大値検出回路７０は４個
の幅の最大値を選択する回路であり、その結果、信号７
１は欠陥の最大幅を近似的に表わす。

本実施例では局所画像領域として９×９画素領域をとっ
たため、最大欠陥幅は９画素までであるが、ある程度以
上大きければ全て致命欠陥となるので、大きさの閾値が
９画素以下なら実用上問題にはならない。また局所画像
領域の画素数を変えることによって、検出可能な欠陥幅
の範囲を任意に変えも詐ることはもちろんである。

一方、７６は読出し専用メモリであり、局所領域の中心
画素ＰＩＩＢが領域Ａに含まれているか領域Ｂに含まれ
ているかを示す辞書パターンデータ信号７５によってｐ
Ｈ＋の存在する領域に最適な欠陥寸法の閾値７７が読出
さｎ１欠陥最大幅７１と比較回路７２によって比較され
る。その結果、欠陥最大幅が閾値より大であｎば致命欠
陥であり信号７３が＠″１”となる。記憶回路７４は信
号７３が１１”から′ａＯ”に戻った時点で、その時の
Ｘ。

Ｙ座標信号２７を記憶する。このようにすれば、記憶回
路には被検査物上の致命欠陥の座標値が映像走査に応じ
て次々と記憶されることになる。この記憶さｎた欠陥座
標は、検査終了後に信号３０としてコンピュータから読
出さ扛る。

第６図の実施例においては、辞書パターンデータ７５に
よって信号６４ａ、６４ｂ１に切替えたり、領域毎の最
適閾値７７が読出し専用回路７６から読出さｎて比較回
路７２に入力さｎることか、本発明の主旨に相当する。

このようにすることによって、従来技術では判定の難か
しかった領域によって模様が異なる場合でも、正確に致
命性を判断することが可能になる。

以上説明したように、本発明によｎは被検査パターンの
性質の異なる領域毎に最適な欠陥抽出判定処理を選択実
行することができるので、従来の画一的な処理では困難
であったランダムな模様のついたパターンの検査、たと
えばＩＣ，ＬＳＩの完成ウェーハの自動検査が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパターン欠陥検査装置の構成図、第２図
は従来装置の問題点の説明図、第３図は本発明による問
題点解決方法の説明図、第４図は本発明を具体化するパ
ターン欠陥検査装置の全体構成図、第５図は本発明の実
施例を示す図、第６図は別の実施例を示す図、第７図は
第６図の説明を補助する図である。 １・・・被検査パターン又は被検査物、２・・・映像入
力装置、３・・・２値化回路、４・・・辞書発生回路、
訃・・比較回路、６・・・判定回路、１２・・・ＡＤ変
換器、１３・・・欠陥領域抽出回路、１４・・・致命判
定回路、１５・・・読出し制御回路、１６・・・記憶回
路、１７・・・同期信号発生器、１８・・・コンピュー
タ、１９・・・ディスプレイ装置、２１・・・ディジタ
ル化された入力映像信号、２２・・・欠陥領域を示す映
倫信号、２３・・・理想パターン映像信号（辞書パター
ン信号）、２５・・・同期クロック信号、４１・・・比
較回路、４２−・・・選択回路、４３・・・レジスタ、
４４．４５・・・読出し春用メモリ（ＲＯＭ）、４９・
・・最適閾値、５１ａ、ｂ・・・２次元局所画像切出し
回路、ｔ、〜ｌ、・・・１走査線の画素数をもつシフト
レジスタ、ｄｌｌ〜ｄｌｌ・・・１画素シフトレジスタ
、６７・・・選択回路６８ａ〜６８ｈ・・・寸法計測回
路、６９ａ〜６９ｄ・・・加算回路、７０・・・最大値
検出回路、７１・・・欠陥最大幅信号、７２・・・比較
回路、７４・・・欠陥位ｔｔ＝記憶する記憶回路、７５
・・・遅れた辞書パタ第　　１　　図 第７図 （イフ （０）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象とするパターン管走査して、パターンを構成す
   る画素データを時系列的に入力する第１の手段と、各画
   素データがパターンを構成する複数の領域のどれに台筐
   ｎているかを示すパターンを画素データと同期して発生
   する第２の手段と、処理の手段あるいは処理の内容を変
   化させる手段を複数個準備し、第２の手段の発生データ
   によって選択処理する第３の手段、とから構成されるパ
   ターン欠陥検査装置。 ２、対象とするパターンを構成する画像領域毎に異なる
   閾値を設定し、入力１儂の各画素データをその画素の含
   １れる領域の閾値と比較することによって欠陥を構成す
   る画素であることを判定する第１項記載の欠陥検査装置
   。 ３、対象とするパターンを構成する画像領域毎に寸法に
   関する閾値を指定し、各欠陥領域の寸法が閾値よりも大
   きいことによって致命欠陥と判定することを特徴とする
   第１項記載のパターン欠陥検査装置。