JPS61140804A

JPS61140804A - パタ−ン検査装置

Info

Publication number: JPS61140804A
Application number: JP59262711A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Fushimi; 智伏見; Yasuhiko Hara; 靖彦原; Yoshimasa Oshima; 良正大島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1986-06-27

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〕本発明は半導体回路、ＬＳＩウエノ・、ホトマスク、プ
リント基板などのパターンの欠陥を自動検査するパター
ン検査装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の半導体回路パターンなどの検査装置では、たとえ
ば公開特許公報昭５２−１１９８４４などにあるように
、検査対象パターンな光電変換器により検出し、その検
出画像信号を２値化したのち、基準となるパターンと比
較し、不一致部分を欠陥と判定している。とのさい基準
となるパターンは設計データもしくはもう１つの同一パ
ターンの検査対象パターンであシ、不一致部分の面積も
しくは長さにより欠陥判定を行なっている。この検査方
式では、２つの比較対象パ）−ンが欠陥以外′の部分で
は十分に一致していなければならない。しかし実際の半
導体回路パターンは、パターン露光光学系の解像度不足
およびプロセス条件の微妙な違いなどによシ、欠陥以外
の部分でも不一致部分が発生する。

たとえば第１図はＬＳＩ設計パターンを例示する部分拡
大平面図、第２図はＬＳＩ実パターンを例示する部分拡
大平面図である。いま第１図に示すＬＳＩ設計パターン
をもとに製造しても、実際には第２図に示すようなＬＳ
Ｉ実パターンができ上がる。第２図中の１はパターン露
光光学系の解像度不足などにより生じた角部の丸みであ
って欠陥ではなく、２はパターン欠は欠陥である。しか
し角部の丸み１とパターン欠は欠陥２がほぼ同じ大きさ
であるため、設計パターンもしくはもう１ツノ同一パタ
ーンの検査対象パターン（たトエハ図の右）との比較の
さい、角部の丸み１を欠陥でないように欠陥判定規準を
決めるとパターン欠は欠陥２も見のがしてしまうし、反
対にパターン欠は欠陥芝な欠陥とするように判定基準を
決めると角部の丸み１も欠陥と誤判定しまうなど、検査
の信頼性を低下されるなどの欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなくし、半導
体回路などのパターンの角部の丸みなどを誤検出するこ
となくパターン欠は欠陥を正確に検出できる信頼性の高
いパターン検査装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、従来の半導体回路などのパターン検査方式で
は設計データもしくはもう１つの実パターンとの不一致
部分の面積もしくは長さによシ欠陥判定を行なっている
が、しかし本来の欠陥判定基準はパター欠けがなくパタ
ーン幅が設計値どうりにできているかどうかで決まるこ
とに着目し、パターン画像からパターン輪郭線を抽出し
てパターン幅を測定し、これを設計データもしくは他の
実パターンと比較することによ）、従来方式による欠陥
の見落しや誤検出をなくするようにしたパターン検査装
置である。

さらに上記パターン輪郭線からパターン幅を測定するさ
い、輪郭線画像から′同心円状の局所画像を切り出し、
それぞれの円の円周と両側輪郭線との交点数が計２以上
の円の直径の最小値をパターン幅とする一手段を提供す
る。

さらに好ましくは上記パターン幅を“測定するさい、輪
郭線画像から片側輪郭線上に中心をもつ同心円状の局所
画像を切り出し、それぞれの円の円周と両側輪郭線との
交点数が計３以上の円の半径の最小値をパターン幅とす
る一手段を提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施例を第３図ないし第８図によυ説明
する。

第３図は本発明によるパターン検査装置の一実施例を示
すブロック図である。第３図において、３は検査対象（
パターン）、４はｘｙ（ｚ）ステー°　４ジ、５は対物（結像）レンズ、６はリニアイメージセン
サなとの撮像素子もしくはＴＶカメラなどからなるパタ
ーン検出器、７は２値化回路、８は輪郭線抽出回路、９
はパターン幅測定回路、１０はコンパレータ、′１１は
設計データ、１２はＸＹステージ４の動きと同期して設
計データから検査対象パターン３に対応した設計パター
ン幅を出力する設計パターン幅発年回路である。なお以
下各図面を通じて同−符毎またけ記号は同一または相当
部分を示すものとする。

この構成で、検査対象（パター”ン）３はＸＹステージ
４で走査されながら対物（結像）レンズ５によ？）　ハ
ターン検出器６上に結像し、パターン検出器６によシ光
電変換される。このパターン検出器６から出力するパタ
ーン画像信号は２値化回路７で２値化されたのち、この
２値画像信号から輪郭線抽出回路８によシバターンの輪
郭線が抽出される。

第４図は第３図の輪郭線抽出回路−８の輪郭線抽出方法
を例示する説明図で、図中のＰ。−Ｐ８は各画素である
。第４図において、たとえば第３図の２値化回路７の出
力の２値画像信号から図に示す画素Ｐ。−Ｐ８からなる
３×３画素の小領域をと多出し、中央の画素Ｐ。が１の
ときその周囲の画素Ｐ、〜Ｐ８のうち１つでも０になっ
ている画素があれば画素Ｐ。

はパターンの境界点であシ、画素Ｐ１〜Ｐ８がすべて１
のときには画素Ｐ。はパターンの内部点であると判定で
きるから、したがって画素Ｐ。が境界点のとき１で内部
点のとき０を出力することによシバターンの輪郭線を抽
出することができる。

第５図は本発明による第３図のパターン幅測定回路９の
一実施例のパターン幅測定方法の原理説明図で、図中の
１３はパターンの片側輪郭線、１４ａ〜１４ｃはパター
ン幅がそれぞれａ〜０の場合のもう１つの片側輪郭線、
１５は半径ｒの同一円状の検査ウィンドウである。なお
図においては検査ウィンドウ１５の中心は片側輪郭線１
３上にあシ、ａ（ｒ　、ｂ＝ｒ　、ｃ）ｒの場合を図示
している。

第５図において、第４図の輪郭線抽出回路８の出力の輪
郭線画像信号を入力し、半径ｒの検査ウィンドウ１５の
中心が片側輪郭線１３上にあるときに、もう１つの片側
輪郭線がパターン幅ａ　）　ｒの場合のもう１つの片側
輪郭線９ｃであれば半径ｒの検査ウィンドウ１５は両側
輪郭線と計２回交わり、パターン幅ｂ　＝　ｒの場合の
もう１つの片側輪郭＋１！９ｂであれば半径ｒの検査ウ
ィンドウ１５は両側輪郭線と計３回交わり、パターン幅
ｏ　（ｒの場合のもう１つの片側輪郭線９ａであれば半
径ｒの検査ウィンドウ１５は両側輪郭線と計４回交わる
。したがって同心円状の検査ウィンドウ１５で、その中
心が片側輪郭線１３上にあるときに、両側輪郭線と計３
回以上交わるもののうち最も小さい検査ウィンドウの半
径がパターン幅となるから、その最も小さい検査ウィン
ドウの半径を取り出すことによシバターン幅を測定する
ことができる。

かくてパターン幅測定回路９の出力のパターン幅信号は
、設計パターン幅発生回路１２からＸＹステージ４の走
査と同期して設計データ１１にもとづき発生する設計パ
ターン幅信号とコンパレータ１０で比較され、その差が
基準値ε以上である場合には欠陥と判定して欠陥信号を
出力する。

第６図（ａ）　、　（ｂ）は第３図のパターン幅測定回
路９の一実施例を示すそれぞれ検査ウィンドウ部、パタ
ーン幅測定部の回路図である。第６図（ａ）において１
６．１〜１６．９はパターン検出器１３の一走査分の段
数を有するシフトレジスタ、１１１〜１６．９はシフト
レジスター６．１〜１６．９の出力をラッチするラッチ
、１Ｂは同心円状の検査ウィンドウ１５を形成する中心
画素、１９１〜１９．８，２０．１〜２ｏ、１２，２１
．１〜２１．１５゜２２．１〜２２．３２は同じく同心
円画素、第６図（ｂ）において２３はＡＮＤゲート、２
４．１〜２４．４はカウンタ、２５．１〜２５．４はコ
ンパレータ、２６はプライオリティエンコーダ、２７は
ＡＮＤゲートである。

この構成で、第６図（ａ）において第３図と同じく輪郭
線抽出回路８の出力の輪郭線画像信号はパターン幅測定
回路９のシフトレジスター６．１〜１６．９を介しラッ
チ１７．１〜１７．９に入力されて、９×９画素の小領
域が切り出されかつ該９Ｘ９画素領域から同心円状の検
査ウィンドウ１５を形成する中心画素１Ｂ、同心円画素
１９．１〜１９．８，２０．１〜２［Ｌ１２゜２１．１
〜２１．１６　、２２．１〜２ｚ３２　を切シ出す。つ
いで第６図（ｂ）においてそれぞれ同心円上にある同心
円画素１９．１〜１９．８，２０．１〜２０．１２，２
１．１〜２１．１６゜２２．１〜２２．３２について、
自分自身が１で隣シの画素が０となる画素をＡＮＤゲー
ト２３によシ調べ、カウンタ２４．１〜２４．４により
その画素数を数える。

もし画素数が３以上となるとコンパレータ２５．１〜２
５．４の出力が１となり、２本のパターン輪郭線が当該
円周と交わることを示す。したがって各同心円における
パターン輪郭線との交差状態を上記アンドゲート２６と
カウンタ２４．１〜２４．４とコンパレータ２５．１〜
２５．４により調べ、コンパレータ２５，１〜２５．４
の出力をプライオリティエンコーダ２６に入力し、パタ
ーン輪郭線と３回以上交わる同心円のうち最も半径の小
さいものを選ぶ。かくして同心円の中心画素１８が１の
ときすなわち同心円の中心がパターンの片側輪郭線１３
上にあるとき、プライオリティエンコーダ２６の出力は
パターン幅を示す。したがって上記プライオリティエン
コーダ２６の出力を中心画素１８が１のときＡＮＤゲ−
ト２７を開いてコンパレータ１０に入カシ、この測定パ
ターン幅を設計データ１１にもとづき設計パターン幅発
生回路１２から発生する設計パターン幅とコンパレータ
１０で比較して、その差が基準値Ｃ以上であれば欠陥と
判定し欠陥信号を出力する。

なお上記実施例では、検査ウィンドウ部での測定すべき
パターン幅を４画素以内として、９×９画素の小領域を
切り出して最大半径が４画素の同心円状の検査ウィンド
ウを形成したが、検査ウィンドウ部での測定すべきパタ
ーン幅がｎ（ｎは正整数）画素以内とすれば、（２ｎ＋
１　’）ｘ（２ｎ＋１　）画素の領域を切り出して最大
半径がｎ画素の同心円状の検査ウィンドウを形成すれば
よい。そのためにはシフトレジスタ１６．１〜１６．９
は１６，１〜１６．（２ｎ＋１）の（２ｎ＋１）個、ラ
ッチ１７．１〜１７．９は１１１〜ＩＺ（ｎ＋１）で（
２ｎ−Ｈ）Ｘ（２ｎ＋１’）画素（ピット）ぶん必要と
なる。またパターン輪郭線と同心円との交点数を求める
パターン幅測定部の交点計数部をなすＡＮＤゲート２３
とカウンタ２４．１〜２４，４と交点数比較部をなすコ
ンパレータ２５．１〜２５４゛はそれぞれＡＮＤゲート
２３とカウンタ２４，１〜２４．ｎとコンパレータ２５
，１〜２５，１０１組が必要であり、プライオリティエ
ンコーダ２６も４人力のかわりにｎ入力のものが必要で
ある。

また上記実施例では、検査パターンを設計データと比較
したが、同一パターンを有する２つの検査パターンどう
しを比較してもよい。この場合はどちらの検査パターン
に欠陥があるかは判定できない。

サラに上記実施例でのコンパレータ１０でパターン幅を
比較して欠陥判定に用いる基準値εは一定値である必要
はなく、設計データ１１とともに変化させてもよい。

第７図は第３図のパターン幅測定回路９の他の実施例を
示す交点計数部の部分回路図で、図中の２８．１はシフ
トレジスタ、２９，１は微分回路、３１．１はカウンタ
である。第７図では、第６図（ｂ）のパターン輪郭線と
同心円との交点数を求める交点計数部をＡＮＤゲート２
３とカウンタ２４．１などで構成しているのに対して、
本交点計数部をシフトレジスタ２８１などと微分回路２
９１などとカウンタ３０．１などとで構成している。な
お、同心円画素１９１〜１９８に対する部分のみを図示
し、同心円画素２０．１〜２０．１２，２１．１〜２１
．１６　、２２．１〜２２．３２に対する部分は図示し
ていないが同様の構成である。

この構成で、シフトレジスタ２ａ１は同心円画素１９．
１〜１９８をロードし、パターン検出器６の１画素を読
み出す間に円周上を１回走養して、円周にそった波形信
号を出力する。ついでその波形信号を微分回路２９．１
で微分し、波形信号の立上りまたは立下り回数なカウン
タ３０．１で計数することにより、同心円画素１９１〜
１９８からなる同心円とノくターン輪郭線との交点数が
求められる。カウンタ３０．１の出力はコンパレータ２
５．１に入力され、もし交点数が３以上になるとコンパ
レータ２５．１の出力が１となり、２本のパターン輪郭
線が当該円周と交わることを示す。さらにコンパレータ
２５．１の出力は他の同心円画素２０．１〜２０．１２
，２１．１〜２１．１６゜２２．１〜２２．３２に対す
る図示していない出力ととも・　１２にプライオリティエンコーダ２６に導かれて、パターン
輪郭線と３回以上交わる同心円のうち最も半径の小さい
ものが選ばれ、以下は第６図（ｂ）と同様である。

なお上記各実施例では、同心円状の検査ウィンドウ１５
の各円周と片側輪郭線１３ともう１つの片側輪郭線１４
ａ〜１４ｃなどの交点数が３以上で、かう片側輪郭線１
３が検査ウィンドウ１５の中心を通り該中心画素１８が
１のときの同心円の最小半径を検出パターン幅としだが
、片側輪郭線１３が検査ウィンドウ１５の中心を通シ該
中心画素１８が１である条件を設けない場合には、検査
ウィンドウ１５の各円周と両側輪郭線との交点数が２以
上である同心円のうちの最小直径を検出パターン幅とす
ればよい。

以上のように上記実施例によれば、半導体回路などのパ
ターンの２値画像信号からパターン輪郭線を抽出してパ
ターン幅を測定するパターン幅測定回路において、輪郭
線画像から同心円状の局所画像を切り出して検出ウィン
ドウを形成し、同心円状のそれぞれの円の円周と短側輪
郭線との交点数が計２以上の円の直径の最小値をパター
ン幅とすることができる。１だ上記検査ウィンドウの中
心が片側輪郭線上にある条件を設けることにより、検査
ウィンドウと両側輪郭線との交点数が３以上の円の半径
の最小値をパターン幅として求めることができる。

〔発明の効果〕

以上の説明のように本発明のパターン検査装置によれば
、半導体回路などの検査対象パターンの本来の欠陥判定
基準となるパターン幅を設計パターンもしくは他の実パ
ターンと比較しているので、従来装置で誤検出しやすい
パターン製造時の露光光学系の解像度不足やプロセス条
件の微妙々違いなどにより生じるパターン角部の丸みや
エツチングだれなどの欠陥ではないが設計データなどと
大きな面積上の不一致部分も正常と判定できるため誤検
出することがなく真のパターン欠は欠陥のみを正確に検
出できるから検査の信頼性が向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＬＳＩ設計パターンを例示する部分拡大平面図
、第２図はＬＳＩ実パターンを例示する部分拡大平面図
、第３図は本発明によるノくターン検査装置の一実施例
を示すブロック図、第４図は第３図の輪郭線抽出回路８
の輪郭線抽出方法説明側図、第５図は本発明による第３
図のノ（ターン幅測定回路９の一実施例を示す検査ウィ
ンドウによるパターン幅測定方法原理説明図、第６図（
ａ）、（ｂ）は第３図のパターン幅測定回路９の一実施
例を示す各検査ウィンドウ部、パターン幅測定部回路図
、第７図は第３図のパターン幅測定回路９の他の実施例
を示す交点計数部の部分回路図である。３・・・・・・検査対象パターン４・・・・・・ＸＹステージ５・・・・・・対物レンズ６・・・・・・パターン検出器７・・・・・・２値化回路８・・・・・・輪郭線抽出回路９・・・・・・パターン幅測定回路１０・・・・・・コンパレータ１１・・・・・・設計データ１２・・・・・・設計パターン幅発生回路１５・・・・
・・検査ウィンドウ１６．１〜１６．９・・・・・・シフトレジスタ１７．
１〜１７．９・・・・・・検査ウィンドウ１５を形成す
るラッチ１日・・・・・・検査ウィンドウを形成する中心画素１
９１〜１９．８，２０．１〜２０．１２，２１．１〜２
１．１６　、２２．１〜２２、３２・・・・・・同じ〈
円画素２３・・・・・・ＡＮＤゲート２４．１〜２４．４・・・・・・カウンタ２５．１〜２
５．４・・・・・・コンパレータ２６・・・・・・プラ
イオリティエンコーダ２７・・・・・・ＡＮＤゲート２ａ１・・・・・・シフトレジスタ２９６１・・・・・・微分回路３０．１・・・・・・カウンタ。第１　図才？図第３図；１′４ピ第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、検査対象パターンを検出するパターン検出手段と、
該パターン画像信号を２値化する２値化手段と、該２値
パターン画像信号からパターン輪郭線を抽出するパター
ン輪郭線抽出手段と、該パターン輪郭線画像信号からパ
ターン幅を測定するパターン幅測定手段と、該パターン
幅信号を設計データまたは別検査対象パターンのパター
ン幅信号と比較してその差が基準値よりも大きい場合に
欠陥と判定するパターン比較判定手段とからなるパター
ン検査装置。２、上記パターン幅測定手段はパターン輪郭線画像信号
からえられる同心円状の局所画像の各円周とパターン輪
郭線とが交わる回数を求め、かつ該回数が２回以上の円
周の円の直径の最小値を求めて該最小値をパターン幅と
する手段からなる特許請求の範囲第１項記載のパターン
検査装置。３、上記パターン幅測定手段はパターン輪郭線画像信号
からえられる中心がパターン輪郭線上にある同心円状の
局所画像の各円周とパターン輪郭線とが交わる回数を求
め、かつ該回数が３回以上の円周の円の半径の最小値を
求めて該最小値をパターン幅とする手段からなる特許請
求の範囲第１項記載のパターン検出装置。