JPS59192943A - 繰返しパタ−ンの欠陥検査装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本亮明は、微細な同一パターンの繰返しで構成される被
検査パターン中の欠陥ｆ：ａ出する装置に係り、特に半
導体メモリ素子の外観検査に好適な欠陥検査装置に関す
る。

〔発明の背景〕

従来、この種の検査装置は第１図に示すように２台の撮
像装置１ａ、ｌｂを持ち、一方は被検査物５ａを、他方
は同一パターンを持つ別の参照物５ｂを撮像し、その映
像信号２ａ、２ｂを比較回路３で比較して不一致部分か
ら欠陥部を推定するように構成していた。

しかし、このような装置で微細なノくターンの検査を行
なうと、撮峡系が精密高倍率になるにつれ、２つの撮像
系間のわずかな位置ずれやピントのずれ、またわずかな
照明状態の違い、レンズ系の歪状況の違いなどが映像信
号の大きな違いとして現われ、そのため誤り検出（虚報
）が避けられず、検査装置として使えない、という問題
点がのった。

〔発明の目的〕

本発明は上記実情にかんがみてなさｎたもので必ｐ、そ
の目的とするところは、比較すべき２つの映像信号の撮
像柔性をできるたけ完全に一致させることにより、比較
的安価で微細パターンの検査が可能な・くターン欠陥検
査装置を提供すること１　　　　　　　　でおる。

〔発明の概要〕

そのため、本発明では、対象をＩＣメモリのように微小
な基本パターンが周期的に配列しているものに限定し、
次のような構成をとることで上記目的を達成した。

■　撮像系は１詞とし、撮像装置は１次元映像信号を得
るラインセンサとする。

■　仮１爽査物を移動台にのせ、ラインセンサの視野内
をラインセンサの走査と垂直な方向に等速に移動させる
。たたし、このとき被検食物はその繰返しパターンが、
移動苗の移動方向に正確に一致するように移動台に固定
する。

このようにすれば、ラインセンサはりる一定時間毎に繰
返しパターンの対応する場所を走査し、吠ｌ遼信−号と
して出力することができる。しかも、一定距離離れた２
つのパターンは、同じ撮像系の同じ位−で謙１家さ汎る
之め、照明むらやレンズの歪−よで全く同じとな９、別
々の撮砿系で撮隊された映像よりもはるかに一致度の良
い映像信号を得ることができる。そこ−Ｃ１さらに ■　ラインセンサの出力信号を電気的に一定時間通らせ
、滓れた信号と、その時点での入力信号と勿比較する。

■　２つの信号の空間的なずれを検出し、一定時間毎に
上記遅れ時間を調整する手段を設ける。

ことにより、上記目的を達成した。

実施例 以Ｆ、本発明の一実施列を第２図〜第８図によって説明
する。

第２図は、本実施列の全体（４成図である。４〜１０は
被検前パターンを撮像して電気信号に変えるための撮像
系であり、４は被検食物、５ａ。

５ｂは被検前物上の被検査パターン、６は被検食物を固
定し移動させる移動台、７は位置、演出器、８は移動台
制御回路、９は照明器、１０は板検丘パターンの像を１
次元的に走査して′電気信号に変換するラインセンサを
示す。すなわち、被検食物４は移動台６上に固定され、
）ｅ動台は移動台１σ１］御回路８によってＸ方向に等
速に移動される。被検前パターン５ａけ照明６９によっ
て照明され、その像はラインセンサ１０上に結像する。

したがって、ラインセンサを繰返し駆動することにより
、被検査パターン５ａの像が映１家信号８１０として出
力されることになる。この時、５ａと同一・くターン５
ｂがＸ方向に配置されているとすれば、全く同じ映ｊ象
信号が５ａと５ｂの位置の差分だけ遅れて映像信号ＳＩ
Ｏとして出力されることになる。

一般に、ＩＣメモリのような半導体パターンは、同一パ
ターンを有する基本メモリ素子が規則的に並んでいるの
で、基本メモリ素子配列ピッチ分の時間遅れを置いた映
１家・１ぎ号を比較すれば、不一致部分としてパターン
欠陥が検出できることになる。

第２図に示される回路ブロックはこのような機能を実現
する７ζめのものである。

ラインセンサ１０の出力信号８１０はＡＤ変換器１１に
よってディジタル１百号８１１に変換される。これは、
アナログ信号よりもディジタル信号の方が以下の処理が
容易になるためである。ディジタル峡像信号１１は遅れ
回路１２によって前記のメモリ素子配列ピッチ分だけｔ
％的に遅らされ、もとの信号８１１と比較回路１３によ
って比較される。比較回路１３は信号Ｓ１１と８１２の
差をとシその差がある閾値よりも大きい時に１′″、小
さい時に０″となる２値映像信号８１３を出力する回路
であり。すなわち、映像信号８１３は欠陥候補領域だけ
が１”となる欠陥映像信号である。

欠陥映像信号８１３には、実際には被検査パターンの微
小な形状バラツキや、位置合わせ誤差などによシ、ノイ
ズの含まれることが多い。欠陥判定回路１４はこのよう
なノイズを含む欠陥映像８１３の中から信頼すべき欠陥
部のみを抽出する回路である。この機能は例えば後に詳
述するように欠陥の面積がある閾値以上あることを判定
することによって実現できる。

１５は欠陥データ記憶回路であり、欠陥判定回路からの
欠陥検知信号８１４を受け、その時点の移動台位置及び
ラインセンサ内での走査座標ｙを各々位置検出器７、タ
イミング回路１６から入力して記憶回路に記憶する回路
である。この記憶データは、被検前パターンの映像入力
が終了した後に、計算機１９に読み込まれて、欠陥位置
データとしてオペレータに表示するなどの利用がなされ
る。

１６はタイミング発生回路であって、ラインセンサ１０
の同期Ｉ信号など、装置各回路に必要な種種のタイミン
グパルス、及びラインセンサ上の信号走査座標ｙを作り
出し、各回路に供給する回路である。

１７は起動制御回路であり、あらかじめ計算機１９から
セットされた検査開始座標と検査終了座標を記憶し、位
置検出器７からの移動苗位＋ｔＸが開始座標に一致した
とき１″、終了座標に一致した時”０”になる検量起動
信号をタイミング発生回路に与え、検肴時刻を却らせる
機能をもっている。

以上の、＃或Ｖこよれば、被検査物上のくシ返しパター
ン５ａ、５ｂは次のように倹奔を火打することが可能で
・Ｄ）６゜まず、計算機１９は被検前パターンの立置か
ら移功台の移動位置と検査の開始、終了座標を計算し、
移動台制御回路８によって移動台を動作させるとともに
、起動制御１Ｉ４１回路１７に検査開始座標、終了座標
ケ七ツリする。タイミング発生回路１６は常時各回路に
必要なタイミング信号を送り回路を１駆動させているが
、起動制御回路１７から検査起動信号８１７を受けると
欠陥データ記憶回路に対して欠陥データの記憶を開始さ
せる。起動制御回路１７は検査終了を検知すると、計算
機９に対して割シ込みをかけ、検査が終了したことを通
知する。計算機１９は、検査終了を検知すると、欠陥デ
ータ記憶回路１５から欠陥座標を読出し、記録またはオ
ペレータに対する表示を行ない、１単位の検査動作を終
了する。この一連の動作を必要回数くり返せば、被検査
物全面の検査を行なうことが可能である。

以下の説明においては、ディジタル映１象信号８１１と
、遅れ回路１２を通過した信号８１２とが、立１疲的に
元金に一致していると理想的に仮定したが、現実には移
動台の速度変動や、移動方向の傾きなどによって一致し
ない場合が多い。位置ずれ検出回路１８は、そのような
場合に有効な付加回路である。すなわち、位置にわずか
の差があるときは、遅れ回路の遅れ時間を調節すること
で補正が可能なので、後にさらに詳述する位置ずれ食出
回路によって２つの映融の位置ずれ量を検出し、遅れ回
路１２の遅れ重を浦正すればよい。

以下、遅れ回路１２、位置ずれ・１＊出回路１８、起動
制御回路１７、欠陥判定回路１４、欠陥データ記憶回路
１５の詳しい実施例を説明し、本発明が実施ｏＪ能であ
ることを明らかにする。

まず、第３図と第４図を用いて遅れ回路１２の詳しい実
施例を説明する。

ディジタル映隊信号Ｓ１１はシフトレジスタ２１ａ〜２
１ｄに図示していないクロック信号ＣＬＫによって１デ
ータずつ入力される。この各シフトレジスタの出力信号
はタイミングノくル５１２４によって、４クロツク毎に
レジスタ２２ａ〜２２ｄにセットされ、さらにそれに引
きつづくタイミング信号５１２２によって、記憶回路２
３に書込まれる。この時の書込み番地は信号５１２３で
与えられるが、５１２３はタイミング信号５１２０と選
択回路２７の動作によシカウンタ２９の内容と一致する
。カウンタ２９はタイミング信号５１２１によって、４
クロツクに１回の割で＋１される。すなわち、これらの
動作により、入力信号Ｓｌｌのデータは連続する４１１
ｉ１ずつに址とのられ、並列的に記憶回路２３に順次書
込まれることになる。

データの読出しは、記１意回路からの読出しデータがタ
イミング信号５１２４の立上り時にシフトレジスタ２４
８〜２４ｄに並列にセットされ、図示していないクロッ
ク信号ＣＬＫによってシフトされながら、信号５１２５
として出力され、別のシフトレジスタ２５８〜２５ｄへ
と人力される。

記１．蝋回路２３からシフトレジスタへの読出しはタイ
ミングパルス５１２４により４クロツクに１回なので、
ちょうどシフトレジスタが密になると同時に４データが
入力されることになる。シフトレジスタ２５８〜２５ｄ
からの並列出力は、選択回路２６により選択され遅れ回
路出力信号８１２として出力される。読出し時の記憶回
路のアドレス５１２３は、外部からの遅れ量指定データ
８１８の下位２　ｂｉｔを除く上位ピットのデータをカ
ウンタ２９の内容から減算して得られる。下位２１）ｉ
ｔを除く上位ビットのデータとは、遅れ量を４で割って
、その余りを切シ捨てた数であり、カウンタ内容から減
算することによりちょうど記′ｌ意回路内で遅れ時間分
だけ先行して書かれたデータのアドレスを示すことにな
る。下位２ｂｉｔは選択回路２６の選択信号として入力
することによシ、３クロツク以下のデータ浮れ量の補正
に用いる。このようにすれば、入力百号８１１は遅れ最
指定データＳ１８に８クロツク分力［１えた量だけ正確
に遅れて出力’Ｉｇ号Ｓ１２として出力される。８クロ
ツク分の余分な遅れは、使用時に８クロツク少ない量を
指だすることにすれば全く問題にならない。この実・池
ヅｊにおいては、データを４クロツク分ずつまとめて並
列に恍出し書込みするようにしたが、このようにすると
記憶回路の速度がデータのクロックよシも遅くて済む利
点があり１より実際的である。もちろん、データクロッ
クがより速い場合には、並列データ数を増力目すれば対
処できることは２月らかでおる。

次に、第５図と第６図に゛よって、位置ずれ検出回路１
８のよシ詳細な実施例を説明する。第５図において左側
に２系統の空間微分回路がち９１右側に位、ｄずれ検出
回路がある。まず空間微分回路から説明する。ブロック
３１’ａ〜３１Ｃはラインセンサの１走査分の画素数を
持つ１ラインシフトレジスタを、３２８〜３２Ｃ，３３
ａ　〜３３Ｃは各々１１ＩｆＩＩ素分のシフトレジスタ
を示す。１画素分のシフトレジスタは、入力信号が多値
のディジタル信号であるので入力信号のビット部分の７
リツプフロノプから構成される。この回路に入力映像信
号Ｓｌｌを入力し、谷シフトレジスタを図示していない
ラインセンサのサンプリングクロックで、駆動すると、
各シフトレジスタの出力である９個の信号は映像面内の
３×３画素からなる２次元局所映鐵の各画素の１言号に
相当する。しかも、この３×３画素の局所領域は入力映
像信号と同期して全映謙面を走査する。したがって、こ
の３×３画素の周辺８ｉＩ！Ｉｉ素のデータを刃口算回
路３４で全加算し、中心画素のデータを８倍回路３５全
通して得た信号８３５と減算回路３６で差をとることに
より、所間微分すなわち明暗〆化点の一吐調を行うこと
ができる。この空間微分・１ぎ号８３６を開直θと比奴
回路３７で化膜し、信号８３６が閾値θよりも人のとき
１”となるように２１直化すれば、信号８３７は１吠１
象中の明暗境界部分だけが“１″となる微分２．直化信
号になる。一方、もうひとつの入力映：駅１８号８１２
も全く同様な？」路によって微分２値化映Ｉ！消号８５
７に変侠される。立Ａずれ検出はこの一方の微分２直化
信号の画面上の位置を少しずらせたものと一致度を調べ
、最も良く一致している決隊のずらし量を検出すること
で行なわれる。

次に右側の位置ずれ・１炙出回路について説明する。

図において３８ａ　〜３８Ｃ，５８ａ、５８ｂは１ライ
ンシフトレジスタ、３９ａ〜３９Ｃ２４０ａ。

５９　ａ　（’ｊ：　１画素シフトレジスタである。ま
た４１ａ　〜４１ｆはＥＯＲ（排他的論理和）ゲート、
４２ａ　〜４２ｆはＡ　Ｎ　Ｄゲート、４３ａ　〜４３
ｆはカウンタである。このようにすると、空間微分回路
の説明で述べたと同じ理由により信号８３９ａ、５３９
Ｃ，５３８ｂ、５４０ａは５３９ｂを中心として映鐵上
で４方向に隣接する画素信号を我わす。ここで、５３９
ｂと５５９ａとは、７７トレジスタによって時間的に全
く同じたけ遅らされているので、入力信号８１１と８１
２が全く同じものでわれば全く同じ・１ｇ号となり、ま
た５３９ａ、５３９Ｃ，５３８ａ、８４υａｉｌ−１：
それぞれ５３９ｂを所間的に１画素すらした映１象の出
力信号になる。したがって、ＥＯＲゲート４１ａ〜４１
ｆによって谷々５５９ａと一致をとシネ一致の画業すな
わち１”の数τある一定時間カウンタ４３ａ〜４３ｆで
計数すれｖｉ計数値の最も小さいパターンが最もよく一
致した・くターンであるので、計数値最小のカウンタの
位置を調べることにより、信号８１１と８１２の最もも
つともらしいずれ量を却ることかできる。制御信号８１
Ｆ３１．８１８２はカウンタを一定周期で動かすための
制御信号であシ、たとえば第６図にあるような信号であ
る。すなわち、８１８２によって′カウンタをリセット
し、次に８１８１によっである一定時間ゲート４２ａ〜
４．２ｆをあけてＦＯＲゲー）４１８〜４１ｆの出力の
１”の数を計数する。５１８３は次にのべるレジスタ４
８への結果のセントｆｇ号であり、位置ずｆ・演出の最
終結果をセットする。

ブロック４４ａ、４４ｂは最小位ｌ音検出回路でりシカ
ウンタの中で最小の値を示すカウンタの位＋ｆｆｉを検
出して出力する回路である。たとえば最小立置、・突出
回路４４ａはカウンタ４３ａの値が服も小さげれば”−
１″を、４３ｂならば１１０１１を、４３Ｃならば＋１
″をそれぞれ信号５４４ａとして田刀するもので、ぞの
結果はたて方向への位置すｆ′Ｌ量を示している。四う
求に４４ｂはよこ方向の位置ずれ量を信号５４４ｂとし
て−１″′。

”Ｏ”、”＋１”で出力する。ブロック４５と４６は、
たてよこ２次元位置ずれ重金１次元位置ず扛童に換算す
る回路であり、たて方向位置ずれ量に１ラスタ分の画業
数を定数倍回路４５によって乗算し、さらによと方向位
置ずれ葉をカランタ回路４６によって加算する。ブロッ
ク４７と４８は各々加算回路とレジスタであり、レジス
タ４８に記憶されている現時点での位置ずれ量に新たに
演出された位置ずれ量を加算して新しい立直ずれ量をレ
ジスタ４８にセットする回路である。レジスタ４８は利
１却信号５１８３によってセットされ、その内容は８１
Ｂとして前述のごとく遅れ回路１２へ入力さｎる。以上
の回路により、一定時間毎に２つの映諌Ｓ　１１と８１
２の間の位置ずれ量が、咲出され、Ｓ１１と８１２が一
致するよりに遅れ量を調ｆＴることか可能になる。

第７図は起動制御回路１７のより詳細な実施例でおる。

ブロック６３．６４はレジスタでりシ、検査に先立って
計算機１９から信号５１９１として、検音スタート座標
Ｘ　Ｓ　％検音ストップ座標ＸＩが書込まれる。Ｓ７は
位置〆重器の出力信号であり、移動台の現在位置Ｘが常
時Ｓ７として一致回路６１．６２に入力されている。ブ
ロック６５は一致回路の出力信号８６１，８６２によっ
てセント、リセットされるフリップフロップである。検
圧開始とともに、多姑台がＸ方向に移動を開始し、Ｓ７
の位置Ｘがレジスタ６３の・検査スタート座標Ｘｓに一
致すると、フリップフロップ６５がセットされ出力直号
８１７が１″となりタイミング発生回路１６に慣食中で
あることを知らせる。多助台がさらに移動しレジスタｂ
４の・【食ストップ座標Ｘ　Ｅ　Ｖこ一枚するとフリッ
プフロップ６５がリセットされ８１７が０′”とな９タ
イミング発生回路に検査停止中でりること金通九する。

この工つにして全＋検査回路の起動が制御される。

第８図は欠陥判定回路１４と欠陥データ配慮回路１５Ｄ
より詳細な央側グＵでめる。凶に２いて、７１８〜７．
１　ｅば１ラインゾフトノジスタを、７２ａ〜７２ｅ、
７３ａ〜７３ｅ、７４ａ〜７４ｅ。

７５ａ〜７５ｅは１画素シフトレジスタである。

この回路をラインでンササンプリングクロソクで起動す
れば、“欠陥″映１象信号８１３を入力して５×５局所
頒ノ夙映騰信号を並列に出力することができる。ブロッ
ク７Ｉ）ａ〜７６ｅ及び７７は加算器で必シ、並夕１」
出力され尺５×５画素の局所映像の中から１″の数を総
オロする。入力信号８１３は欠陥部分が１”となる゛欠
陥″映像でめるので１”の数は５×５局所映家内の欠陥
面積を示す。そこで、欠陥面積・１ぎ号８７７を閾値５
７８１と比戟器７８で比較丁れば、恢仰信号８７８はろ
る程１度以上欠陥が犬さい場合のみ”１″、他は”０′
″ＶＣなり０ずかなノイズによって生じる゛欠陥信号”
を欠陥と誤まることもなく、安定した欠陥判定かでさる
ことになる。欠陥判定回路によってＮ　Ｉ　Ｉ＋が出力
されるとその時点での移動台座標信号Ｓ７　（ｘ、Ｙ）
とラインセンサの走査位置信号ｙがレジスタ７９にセン
トされ、きりにワンショット回路８０によってタイミン
グがとられて記憶回路８１に記憶される。ワンショット
回路８０によって８７８の立上がシ時のみ記・１意回硲
８１に記憶される７ヒめ、大きな欠陥の各画素座標が連
続して記憶回路８１に曹込寸れることは防止される。

（記憶回路の自答は信号５１９１として計算機１９によ
って読みとられる。

以上の説明により、本発明が具体的に実施可能であるこ
とは明示された。

な２、本発明には前記−ｚＪ夕１ｊの他に種々変形例が
考えられる。たとえば、第２図における遅れ回路を単な
る記憶回路とし、事前に被検査パターンを記憶して検査
時にそれをくり返し読出す方式でも果状できる。また、
１繰返しパターンの（ロ）に別の　　。

パターンが（はさｌれている揚せには、設計データから
計算されり移４Ｊ苗）坐標によってシフトレジスタのタ
ロツク全一時博止ｆゐ穢馳倉付卯し、別パソーンの入力
を無視して英資でさる＝うに−ｒることもて゛さる。ｔ
た、撮稼装置としてライ／センサを用いる代つりに、細
く絞った光ま之ｌよ一子線を被検丘パターン上に１次元
的に走査し、その反射光証あるいぼ反射電子量を演知す
るよりにしても同じ幼果が侍られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、■全く同一の撮１象条件下での２つの
映１ぽを比較することが回目Ｓｖこなること、■２つの
映ニオの位ｉずれも正確に補正できること、に、ｌニジ
、・疋来技術よシもＶユるかに精密に２つの被検査パタ
ーンを比較することかり能になり、超ＬＳＩなどの微細
パターンの欠陥を抽出することがｉ丁ｄ巨になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の説明図、第２図は本発明の実用例を
示す全体構成図、第３図から４８図は全体８購成図中の
各ブロックの詳細説明図である。第３図は遅れ回４１２
の説明図、第４図はその制御信号のタイミングを示す図
、第５図は位置ずれ検出回路１８の詳細説明図、第６図
はその制御信号のタイミング勿示す図、渠７図は起動制
御回路１７の詳細説明図、第８図は欠陥判定回路１４と
欠陥データ記１慧回路１５の詳細説明図である。 ｉａ、ｉｂ・・・撮像装置直、３・・・比較１ｏ回路、
４・・・被検査物、５ａｌ　５ｂ・・・被倹責パターン
、６・・・移動台、７・・・位ｌｄｔ、険重器、９・・
・照明器、１ｏ・・・ライ／センサ、Ｓ１０・・・映１
家信号、１１・・・ＡＤ変換器、１２・・・遅れ回路、
１３・・・比較回路、１４・・・欠陥判定回路、１５・
・・欠陥データ記憶回路、１６・・・タイミング発生回
路、１７・・・起動制御回路、１８・・・位置すれ検出
回路、１９・・・計算機− 第　６　区 βノ＆３ｊ ７７　　　　　　第　７　図 遁　３　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検−ｆｆｆｉハターンを撮像して映隊信号に変換
   する手段と、２つの同種パターンの映隊信号を比較する
   手段を持ち、映鍼信号の差から被検前パターンの欠陥全
   摘出する欠陥・次歪装置において、被検査物を１次元的
   に走査して映像信号に変換する第１の手段と、その′走
   査に垂直な方向へ被検査＄ＩＪを移動する第２の手段と
   、映１蕨信号を時間的に遅らせる第３の手段とを持ち、
   その遅れ時間をパターンの繰返しピッチ分被検食物が移
   動する時間に設定し、第１の手段の出力でおる映原信号
   と、第１の手段の出力を入力とする第３の手段の出力と
   を比較するように構成した繰返しパターンの欠陥検査装
   置。 ２、比較すべき映１譲信号を時間的に遅らせることによ
   り２つの映隊信号の空間的な対応位置を微小にずらす第
   ４の手段と、２つの映１象信号の一致度を計測する第５
   の手段を持ち、被数のずらし量に対する各々の一致度か
   ら最も一致度のよいずらし量を検出し、前記遅れ時間を
   最適に変更するように構成したことを％黴とする第１項
   記載の繰、区しパターンの欠陥検査装置。 ３、検査を開始すべき移動台の座標Ｘｓと検査を停止す
   べき座標ＸＥを保持し、等速移動する移動台のＸ座標が
   Ｘ８に一致したこと、またＸＥに一致したことを検知し
   、検査の起動停止を行なう手段をもつ、第１項記載の繰
   返しパターンの欠陥検査装置。