JPS605220B2

JPS605220B2 - パタ−ン欠陥検出方法

Info

Publication number: JPS605220B2
Application number: JP6364380A
Authority: JP
Inventors: 康和田; 憲夫久慈; 利夫近藤; 孝利中島; 常太須藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1980-05-14
Filing date: 1980-05-14
Publication date: 1985-02-08
Also published as: JPS56160036A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、半導体集積回路装置の製造工程において、半
導体ゥェフア上に得られる種々のパターンの欠陥を検査
する方法に関するものである。

従来のパターン欠陥検査方法の一方法として、被検査パ
ターンが欠陥を有する場合の規則性と、欠陥を有しない
場合の規則性とが異なることを利用して、被検査パター
ンの欠陥を判知する方法が提案されている。このような
、パターンの規則性を解析して欠陥を検出する方法は、
他の種々の欠陥検出法、例えば２つの被検査パターンを
比較して、欠陥を検出する方法に比べ、微少な欠陥を判
知し得るという特長がある。しかしながら、従来のこの
ような被検査パターンの規則性を解析して欠陥を判知す
る欠陥検出方法においては、欠陥の判知に多くの時間を
必要とし、又、大きな欠陥を判知するのが困難である等
の種々の欠点を有していた。本発明は、これらの欠点を
解決するために、欠陥の検出工程を単純化し、かつ、多
数の演算処理回路をマトリクス状に配列させた高速演算
処理系に適用できるようにした点に特徴がある。

以下に本発明の特徴があるパターン欠陥検出の各工程と
、それを実現するための回路構成に付き、代表的な実施
例を示して説明する。

‘１）欠陥検出方法の具体的工程欠陥検出のァルゴリズムを第１図のパターンを用いて説
明する。

図１において実線が被検出パターンである。これは最小
寸法がｉのパターンであり、従って、Ｄ部の１×１の矩
形領域は正常パターンである。しかしながら、Ａ部は正
常パターンから凸状に突出し、かつ、そのＸ方向の寸法
は１であり、Ｙ方向の寸法が１／２の欠陥である。Ｂ部
は逆に凹部欠陥であり、Ｘ及びＹ方向の寸法がそれぞれ
１／２の欠陥である。又、Ｃ部は正常パターンの一辺全
域が、×方向に１／４だけ変化した大きな領域の欠陥が
ある。なお、以後に述べる本願発明の主旨から明らかに
されるが、本方法の特徴は各欠陥を×方向についての寸
法、位置的な誤差が生じているかという判知と、Ｙ方向
についての寸法、位置的な誤差が生じているかという判
知とを独立の演算で行うものである。従って、Ａ部欠陥
はＸ方向の判知では正常とし、Ｙ方向のみ欠陥パターン
と判知するものである。同様にＣ部欠陥は、Ｙ方向には
正常で×方向のみの欠陥として扱う。このような欠陥は
以下に示すアルゴリズムで検出可能である。まず、第１
図の点線で示すように、一辺が１の矩形領域からなる検
出領域を、少なくとも被検出パターンを含む領域内を走
査して、信号強度分布図を得る。

一例として、１×１の信号検出領域を１／２のピッチで
ディジタル的に移動させ、データをサンプリングする方
法の場合を説明する。（なお、走査はこのようなディジ
タルステップ方法に何ら限定されることなく、例えばア
ナログ的に走査し、所定のタイミングで信号を取り出し
たり、複数の信号検出領域を走査する等種々の変形が可
能である。）この場合、サンプリングされた被検査パタ
ーンの各部分領域から得られる信号の大きさは、その部
分領域と上記信号検出領域の重複面積に比例するものと
する。

これは、例えば被検査パターンを角形ビーム（光、荷電
ビーム等種類は問わない）で走査し、被検査パターンの
各部分領域の反射率が均一である場合には容易に実現で
きるものである。この場合の信号の大きさについて、実
例をあげて示すとト｛ィ｝の部分領域では１×１の１／
３、（ロ｝は０、し一では】×１の１′４９では１×１
の８′４的では１×１の１／８、Ｎでは１×１の１／４
の重複面積であるから、１×１の全領域に対応、する信
号の大きさを１６とするとき、それぞれ上記部分領域は
、川２、‘。

）０、し一４、〇１２、的２、日４となる。この方法に
より、第２図に示す信号強度分布図ＦＯを得る。なお第
２図に示すように被検査パターン以外の周囲の画素値は
すべて（０）である。次に第２図をもとに、第３図乃び
第４図を得る。

これは第２図において、×方向で隣接する画素どおしの
差を計算し、その値を対応する画素位置に対応させて記
憶する。第３図は第２図において、注目した画素の右隣
りの画素値から、その注目した画素値を差し引いた値を
、その画素位置に対応させて記憶したもので、第１の×
方向画素値偏差分布図ＦＸＩと呼ぶこととする。第４図
は同様に第２図において、上隣りの画素値との差を記憶
したもので、第１のＹ方向画素値偏差分布図ＦＹＩと呼
ぶこととする。

なお、第３図、第４図において太い実線で示した画素領
域が第２図に示す、もとの被検査パタ−ンの信号強度分
布図の範囲であり、上記の演算によりェレメント数が第
３図で１列、第４図で１列それぞれ増加している。

次に第３図から第５図を、第４図から第６図をそれぞれ
得る。

これは次のような演算により得られる。第３図及び第４
図において、Ｘ方向の画素ファクターをｉとし、Ｙ方向
の画素ファクターをｉとする。第３図において、ａ２，
ａ４，ａ６・・．・・．・・．．・．．・・ａ・２のよ
うに２列ごとに隣接する２画素ごとに複数の画素の粗（
Ｅ．，，，Ｂ２，．）、（Ｅ３，．，Ｅ４，．）…（Ｅ
，．，，，Ｅ，２，．）（Ｅ，，２，Ｅ２，２）、（Ｂ
３，２，Ｅ蛾）・・・（Ｅ，．，２，Ｅ，２，２）…く
ＥＩ’ｌｌ，Ｅ２，１１）、くＥ３，１１，Ｅ４，１１
）‐‐‐（ＥＩ・，ＥＩ・，Ｅ１２，１１）を想定する
。

そして、例えば伯，，，，Ｅ２，〕己（０、０）、（Ｅ
３，２，Ｅ４，２戸（一８、一８）…のごとく、組を構
成する両画素値が等しい場合には、２値情報の、、０″
をそれぞれの画素に対応させ、一方「例え‘よ旧３，６
，Ｅ４，母己（一４、一８）、（Ｅ９，．，Ｅ，〇，モ
（２、４）・・・のごとく組を構成する画素値が異なる
場合は２値情報のい１″をそれぞれの画素に対応する画
素位置に記憶させることにより、第５図に示す第２の×
方向画素値偏差分布図を得る。

同様の操作を第４図に対してＹ方向について行い、第６
図に示すような第２のＹ方向画素値偏差分布図を得る。
以上の操作が終了した段階では、第５図の列数は偶数で
なければならないので、第５図は第３図に比べ、更に画
素は一列増加している。一方第６図の行数は、第４図が
偶数であるので、増加することなく第４図と同じである
。なお、第３図及び第４図において隣接する２画素の「
槌」の決め方は一通りではない。例えば、×方向の「絹
」の決め方として、先に説明したａ２〜ａ，２の組み合
わせ方と、ｑ〜ｂ，の組み合わせ方の両方が可能であり
、それぞれに対して得られる第２の×方向画素値偏差分
布図は全く異なってしまう。すなわち、ｂの組み合わせ
の方が画素値がい１″すなわち欠陥と判知する画素数が
多くなる。従って、正規の欠陥検出（ａの組み合わせ）
を行うには、２通りの組み合わせを行って、ｕｌ″を示
す全画素の総計が少ない方を採用すればよい。あるいは
又、第３図において検出パターンの輪郭を求めることが
容易であることを利用してもよい。すなわち、列の要素
の中にい０″でない画素がはじめて表われる列（第３図
太線内の最も右の列）を組み合わせの初めとすれば良い
。以上の説明は、Ｙ方向の第４図にも列と行を置換して
説明すれば、同様の効果を奏することは言うまでもない
。

次に、第５図及び第６図から、欠陥を判知する工程につ
いて説明する。第７図及び第８図はそれぞれ第５図及び
第６図の”１″を示す画素を斜線をほどこして示し、こ
れに第１図に示す被検査パターンを重畳させたものであ
る。第７図より、×方向の寸法、位置誤差を含む欠陥Ｂ
及びＣ（第１図参照）のみが、Ｘ方向に矢印で示す範囲
：（２＝４画素）の不確定さで、かつＹ方向には量子化
の不確定さ（１／２）のみを伴って、位置的にも判知で
きることがわかる。同様に、第８図より、Ｙ方向の寸法
、位置誤差を含む欠陥Ａ及びＢ（第１図参照）のみが、
Ｙ方向に２１の不確定さで、かつＸ方向には量子化の不
確定さ（１／２）のみを伴って、位置的にも判知できる
ことがわかる。なお、第８図において、画素Ｅｉｉ＝Ｂ
３，５及びＥｉｊ＝Ｅ３，６の値が、欠陥を含む不確定
領域であるにもかかわらず、画素値がい０″であるのは
、欠陥Ａの効果と欠陥Ｂの効果が重畳した結果である。

以上のアルゴリズムにより、パターンの欠陥が判知でき
ることを示した。

次に、これらを実現するための最適なハードウェア構成
を示す。

（２）欠陥検出装置ウェア構成の一実施例第７図は、
本発明によるパターン欠陥検査方法の一例を示し、後述
するホストコンピュータ６によって制御されることによ
って、被検査パターンーを走査撮像して、被検査パター
ンアナログ画像信号ＳＡを出力する撮像管、フオトマル
、半導体反射電子検出器、ＭＯＳ半導体素子アレイ受光
装置などの、それ自体は公知の撮像手段２を有する。

また、後述するホストコンピュータ６によって制御され
ることによって、撮像手段２からの被検査パターンアナ
ログ画像信号ＳＡを、量子化して、被検査パターンデジ
タル画像信号ＳＤに変換する、それ自体は公知のＡ／Ｄ
変換手段３を有する。

さらに、Ａ／Ｄ変換手段３からの被検査パターンデジタ
ル画像信号ＳＤを構成している多数の画素信号、すなわ
ちｍｘｎ個（但し、ｍ及びｎはそれぞれ２以上の整数）
の画素信号Ｅｉｊ（１≦ｉ≦ｍ、１≦ｉ≦ｎ）に対応し
て、第８図に示すようにｍ×ｎ個の演算処理回路：Ｍｉ
ｊ（１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ）をマトリクス状に接続す
る。

このｍｘｎ個の演算処理回路群を被検査パターン解析装
置５と呼ぶことにする。なお、更に本装置には、上記被
検査パターン解析装置５を動作させ、解析結果から欠陥
を判知するための、それ自身は公知のホストコンピュー
タ６をしかして、Ａ／Ｄ変換手段３からの被検査パター
ンデジタル画像信号ＳＤを、ホストコンピュータ６によ
って制御された書込回路４を介して、被検査パターン解
析装置５に供給する。この場合、書込回路４‘ま、Ａ／
Ｄ変換手段３からの被検査パターンデジタル画像信号Ｓ
Ｄが、並列情報である場合、それを並列のまま受ける並
列入力レジスタを有し、そして、被検査パターン解析装
置５に、被検査パターンデジタル画像信号ＳＤを並列情
報として出力し、また、核検査パターンデジタル画像信
号ＳＤが、直列情報である場合、それを直列に受ける直
列入力レジスタを有し、そして、被検査パターン解析装
置５に、被検査パターンデジタル画像信号ＳＤを並列情
報として出力するそれ自体は公知の構成を有する。

一方、被検査パターン解析装置５は、ホストコンピュー
タ６によって制御される。

よって、被検査パターン解析装置５において、その演算
処理回路Ｍｉｊ（ｉ＝１、２・・…・・・・……ｍ；ｊ
＝１、２……………ｎ）に、それに対応している被検査
パターンデジタル画像信号ＳＤを構成している画像信号
Ｅｉｊの値を表わしている画素値データＤｉｊを記憶さ
せる。

ところで、演算処理回路Ｍｉｊは、第９図に示すように
、レジスタ７及び８、論理演算回路９、データセレクタ
１０、フリツプフロツプ１１，１２及び１３などを用い
て次に述べる動作が得られるように構成されている。

すなわち、演算処理回路Ｍｉｊに隣接している演算処理
回路Ｍ（Ｈ）ｊ，Ｍ（ｉ川ｊ，Ｍｉ（ｊ‐，）、及びＭ
ｉ（ｉ川におけるフリツプフロツプ１１の出力を、デ
ータセレクタ１０を介して、自己のフリツプフロツプ１
１に取込み、それを処理することないこ、上述した演算
処理回路Ｍｉｊに隣接している演算処理回路に転送した
り、論理演算回路９を用いて論理演算を施して後、一旦
レジスタ７及び８に送出したり、または、フリツプフロ
ップ１１及び１３を介して上述した演算処理回路Ｍｉｊ
に隣接している演算処理回路に送出したりする。

この場合、どのような論理演算を行うか、どのフリツプ
フロツプまたはレジスタを用いるかなどは、フリツプフ
ロツプ１２または第９図では簡単のために省略している
が、レジスタや、フリップフロップの前段に置かれてい
るセレクタ群によって制御される。なお、このような並
列演算処理回路の詳しい動作説明は、青木、中島、須藤
：偽ｓｏｃｉａｔｉｖｅ〜ｒａｙＰｒＭｅｓｓｏｒ、信
学会半トラ研資料ＳＳＤ８０一５３１９８０に述べてあ
る。

従って、被検パターン解析装置５に含まれる演算処理回
路群に図１に示す画素値データを記憶させ、上述のアル
ゴリズムにより隣接する演算処理回路との間で演算を行
えば、高度の並列性を活かして、多数の複雑なパターン
の検査をわずか数１０ステップの並列演算により高速処
理することができる。

なお、上記文献で述べた並列演算処理回路は単一命令で
動作するアレイプロセッサであるが、図９においてＡＬ
Ｕの機能を凍結（ＮＯＯＰＥＲＡＴＩＯＮ；ＮＯＰ）す
ることにより、特定の行や列だけに特定動作を行わせる
ことが可能であり、これは上述のアルゴリズムにおいて
、２画素ごとに「細」を作り、この「粗」の中でのみ引
き算を行って２つの画素値が等しいかの判知を行う工程
等で有効に利用できる。

以上の実施例では、正常パターンに寸法誤差や、微小な
凸凹欠陥がある場合について述べた。

更に、正常パターンの相対位置が移動したような欠陥に
対しても、本方法を適用することは可能である。パター
ンの移動については次の２種類に分けて考えることがで
きる。■ パターンが多数存在するとき、そのパターン
間の隔たりが設計値からずれている。

■ パターンが多数存在するとき、そのパターン間の隔
たりは設計値通りであるが、全体のパターンが基準点か
らずれている。

■のようにパターン間隔がずれていると、パターンを加
工する上で、問題が生じ、デバイス形成不良に陥りやす
い。

しかし、この場合は、上述の欠陥Ｃの検出と同様のアル
ゴリズムによって容易に検出できる。■のように全体が
移動する場合はパターンの規則性を解析する上述のアル
ゴリズムによる検出は容易ではないが、被検査パターン
解析装置に期待パターンを蓄積しておき、観測値と比較
することにより本願発明に用いたハードウェアによって
高途に検出することができる。

但し、■のような欠陥はパターンがマスク上に形成され
た場合はマスク合せ工程で補正され、ウェハに直接描画
する場合は位置補正を行いながら描画するため、重大な
問題となることは稀である。

以上、述べたように、本願発明のパターン欠陥検査方式
により、極めて短時間で多数の複雑なパターンを高速に
検査できるという大なる特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、被検査パターンの一例を示す略線図である。Ａ，Ｂ，Ｃが欠陥。第２図は、本発明の説明に供する画
素値データマップを示す図である。第３図及び第４図は
、それぞれ本発明の説明に供するＸ方向及びＹ方向の第
１の画素偏差分布図を示す図である。第５図及び第６図
は、それぞれ本発明の説明に供する×方向及びＹ方向の
第２の画素値偏差分布図を示す図である。第７図、第８
図は、第５図及び第６図に示す第２の画素値偏差分布図
と被検査パターンの相関を示し、欠陥を判知する方法を
説明する図である。第９図は、本発明によるパターン欠
陥検査方法を応用した装置の一例を示す系統図である。
第１０図は、演算処理回路の一例を示す接続図である。
第１１図は、被検査パターン解析装置の一例を示す系統
的接続図である。１・・・・・・被検パターン、２・・
・・・・撮像手段、３・・・・・・Ａ／Ｄ変換手段、５
・・・・・・被検査パターン解析装置、６……ホストコ
ンピュータ、７，８……レジスタ、９・・・・・・１ビ
ット論理演算回路、ｉｏ・・・・・・７ータセレクタ、
Ｍｉｊ（ｉ＝１、２……………；ｊ＝１、２・・・・・
・・・・・・・・・・）・・・・・・演算処理回路。汁／図矛２図才３図次４図汐Ｊ図次る図汐７図汐乞図オタ図グ／ｏ図ゲ／′図

Claims

【特許請求の範囲】

１最小パターン寸法が１である正常パターンの一部に
、１以下の寸法の欠陥が重畳した被検査パターンの欠陥
を検出する方法において、一辺が１の矩形からなる信号
検出領域を上記被検査パターンを少なくとも含む領域に
おいて走査せしめ、所定の位置ごとに上記被検査パター
ンと上記信号検出領域の重複する面積に比例した大きさ
の信号を検知し、直交２軸、例えばＸ軸方向にｉ個、Ｙ
軸方向にｊ個の画素Ａが配置された信号強度分布図を得
る工程と、上記信号強度分布図の各画素Ａ＿ｉ＿ｊに対
し、Ｘ軸方向で隣接する他画素Ａ＿（＿ｉ＿−＿１＿）
＿ｊとの差を演算し、演算結果を上記各画素Ａ＿ｉ＿ｊ
に対応する配列上の位置に記憶せしめる動作を順次繰り
返して第１のＸ方向画素値偏差分布図を得るとともに、
同じく、上記信号強度分布図の各画素Ａ＿ｉ＿ｊに対し
、Ｙ軸方向で隣接する他画素Ａ＿ｉ＿（＿ｊ＿−＿１＿
）との差を演算し、演算結果を上記各画素Ａ＿ｉ＿ｊに
対応する配列上の位置に記憶せしめる動作を順次繰り返
して第１のＹ方向画素値偏差分布図をそれぞれ得る工程
と、上記第１のＸ方向画素値偏差分布図の配列要素たる
画素Ｂ＿ｘ＿ｉ＿ｊと、Ｘ軸方向で隣接する他画素Ｂ＿
ｘ＿（＿ｉ＿＋＿１＿）＿ｊの２画素を単位とする組Ｂ
＿ｘ＿ｉ＿ｊ，Ｂ＿ｘ＿（＿ｉ＿＋＿１＿）＿ｊを想定
し、上記画素Ｂ＿ｘ＿ｉ＿ｊの画素値と、上記画素Ｂ＿
ｘ＿（＿ｉ＿＋＿１＿）＿ｊの画素値が等しければ２値
情報の“０”を、等しくなければ２値情報の“１”を上
記画素Ｂ＿ｘ＿ｉ＿ｊ及び上記画素Ｂ＿ｘ＿（＿ｉ＿＋
＿１＿）＿ｊに対応する配列上の位置に記憶せしめる動
作を順次繰り返して“０”と“１”の２値情報のみで構
成される第２のＸ方向画素値偏差分布図を得るとともに
、同じく上記第１のＹ方向画素値偏差分布図の配列要素
たる画素Ｂ＿ｙ＿ｉ＿ｊとＹ軸方向で隣接する他画素Ｂ
＿ｙ＿ｉ＿（＿ｊ＿＋＿１＿）の２画素を単位とする組
Ｂ＿ｙ＿ｉ＿ｊ，Ｂ＿ｙ＿ｉ＿（＿ｊ＿＋＿１＿）を想
定し、上記画素Ｂ＿ｙ＿ｉ＿ｊの画素値と上記画素Ｂ＿
ｙ＿ｉ＿（＿ｊ＿＋＿１＿）との画素値が等しければ２
値情報の“０”を、等しくなければ２値情報の“１”を
上記画素Ｂ＿ｙ＿ｉ＿ｊ及び上記画素Ｂ＿ｙ＿ｉ＿（＿
ｊ＿＋＿１＿）に対応する配列上の位置に記憶せしめる
動作を順次繰り返して、“０”と“１”の２値情報のみ
で構成される第２のＹ方向画素値偏差分布図を得る工程
と、上記第２のＸ方向画素値偏差分布図中における“１
”がＸ方向に連続して存在する行を、少なくともＸ方向
の最小寸法が１以下の欠陥に関与する行と識別し、同じ
く上記第２のＹ方向画素値偏差分布図における“１”が
Ｙ方向に連続して存在する列を、少なくともＹ方向の最
小寸法が１以下の欠陥に関与する列として識別する工程
、とを含むことを特徴とするパターン欠陥検出方法。