JPS6147365B2

JPS6147365B2 -

Info

Publication number: JPS6147365B2
Application number: JP8575278A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Goto; Yasuo Furukawa
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1978-07-14
Filing date: 1978-07-14
Publication date: 1986-10-18
Also published as: JPS5513831A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は被検査パターンの輪郭情報を検出して
欠陥を判定する場合さらに欠陥に微細構造の大き
さの検出範囲を広げたパターン検査法に関するも
のである。

半導体集積回路（IC）を製造する場合、ICマ
スクのパターンに欠陥があるかどうかを予め検査
することは重要である。この場合、欠陥を見出す
ためのパターン検査方法として、比較マスクまた
は比較作画情報を用意して被検査パターンとの位
置合せを行ない、その被検査情報と比較して欠陥
を検出する方法が用いられているが、高精度の位
置合せの問題と比較する情報の記憶処理のため装
置の大形化の問題がある。

これに対し、最近本出願人は特願昭52−63653
号により上記のような比較法によらないで簡単に
欠陥を判定しうるパターン検査法を提案した。本
提案のパターン検査法によれば、検査すべきパタ
ーンが存在する領域を走査して該パターンに対応
するデジタル信号を得、任意の点と該点の周囲の
点の状態を検査することにより高レベルビツトを
中心とし周囲に少くとも１個の低レベルビツトを
有する第１の輪郭情報と低レベルビツトを中心と
し周囲に少くとも１個の高レベルビツトを有する
第２の輪郭情報を検出し、該第１および第２の輪
郭情報を合成することによ前記パターンに存在す
る欠陥を判定しうることを特徴とするものであ
る。

第１図は本提案例のパターン検査法を実現する
ための装置の１例である。本提案例のパターン検
査法によるパターン情報の取得系としては、同図
の破線内１０で示す走査形電子顕微鏡（SEM）
により行なわれる。すなわち、電子ガンフイラメ
ント１で発生した電子ビーム９を集束レンズ２で
集束し、偏向信号発生回路３で駆動されるXY偏
向コイル４により、集束された電子ビームが照射
される被検査マスク１１上の位置と走査方向が制
御される。その反射電子（または２次電子）をシ
ンチレータとホトセルより成る反射電子検知器５
により検知して、パターンに対応するアナログ信
号を検知器５より出力し、前処理回路１２に入れ
て信号に含まれる雑音を除去整形して２値化回路
１３により２値化信号を得る。この２値化信号は
走査信号におけるパターンの有無を“１”，“０”
で示す信号であるが、このままでは輪郭判定に適
当でないからパターンの最小線幅の数分の１以下
のタイミングクロツクでサンプリングを行なう。
このようにサンプリングされた２値化信号を輪郭
線抽出回路１４に送出して輪郭線情報を検出す
る。そして後述するように、高レベルビツトを中
心とする第１の輪郭線情報と低レベルビツトを中
心とする第２の輪郭線情報を合成し、該合成輪郭
線情報を欠陥検出回路１５に入力し、パターンが
欠陥か非欠陥かを判定し表示器１６に表示する。

第２図は輪郭線抽出回路１４および欠陥検出回
路１５の具体的な回路説明図である。第２図はパ
ターンの水平走査分解点数の３倍のビツト数
（ｎ）を有する３個のシフトレジスタ２１，２
２，２３を縦続接続して設け、最初のシフトレジ
スタ２１に前述のサンプリング２値化信号を入力
する。これらのｎビツトの３個のシフトレジスタ
２１，２２，２３の対応する３個のビツトにより
構成される３×３マスク２４は読出し可能であ
り、シフトパルスにより逐次シフトすることによ
り、全走査面におけるパターンの輪郭線が検出で
きることは本出願人による既提案により詳述され
ている。たとえばパターン領域を“１”、パター
ン外領域を“０”として表わすと、輪郭線近傍に
おいて３×３マスク２４の中心ビツトパターン
（＊）が“１”で周囲のビツトパターンa₁〜a₈の
うち少くとも１つが“０”であれば中心のビツト
パターン（＊）や輪郭線に位置するものであると
判定する。

本提案例では上記のことを利用し輪郭線をパタ
ーンの正転像であるポジテイブパターンとパター
ンの反転像であるネガテイブパターンの両者から
同一マスクで抽出して、これを合成することによ
つて輪郭線で形成されるパターンが欠陥か非欠陥
かを判定しようとするものである。すなわち第３
図ａの如く欠陥のないパターンの場合は、第３図
ａの正転パターン（ポジテイブパターン）の輪郭
線ビツトは第３図ｂの如く〇印で示され、第３図
ａの反転パターン（ネガテイブパターン）の輪郭
線ビツトは×印で示される。第４図ａの如く欠陥
にあるパターンの場合でも第４図ｂの如く同様に
示される。ここで第３図ｂ、第４図ｂの如くポジ
テイブパターンとネガテイブパターンの輪郭線ビ
ツトを合成すると、欠陥でない場合は輪郭線の合
成パターンが２ビツトの列で表わされているが、
欠陥の場合は欠陥部分が２ビツト以上の領域で表
わされてくる。従つて、これを区別すれば欠陥の
検出が可能となる。

論理回路１・２５は本発明の実施例として第１
１図ａで詳述する回路と同じものであり、上述の
ポジテイブパターンとネガテイブパターンの輪郭
線ビツト情報を同一マスクで抽出し合成する回路
である。この合成輪郭線情報を欠陥検出回路１５
に入力する。

欠陥検出回路１５のシフトレジスタ３１，３
２，３３はシフトレジスタ２１，２２，２３と同
様の構成であり、中心ビツト（＊′）と周囲のビ
ツトパターンb₁〜b₈より成る３×３マスク３４も
マスク２４と同様の構成であり、また論理回路
２・３５は第１１図ｂで後述する回路と同じもの
である。このような構成により、正常なパターン
の場合には最小線幅でも数個のサンプリングパル
ス幅を示すから第３図ｂの如く２ビツトの列で示
す輪郭線を表わす。しかしながら欠陥部分は第４
図ｂの如く広いパターンの輪郭線を表わす。すな
わち、論理“１”の中心のビツトパターン（＊）
の周囲b₁〜b₈が論理“１”となるから、この読出
し信号b₁〜b₈，（＊）を全部AND回路を通すこと
にり欠陥が検出される。第４図ｃはこの状態を示
す。

従つて欠陥の場合には、その欠陥幅がサンプリ
ングパルスの２個以下であれば、パターンの両側
の輪郭線情報が重複するから両検出パターンがつ
ながり１個の広いパターンとして検出される。

以上の従来提案例による欠陥検査では被検査パ
ターンを２値化パターンとしたため、第５図ａに
示すような正常な微細パターンの先端に１ビツト
パターンが存在したり、同図ｂのように２ビツト
パターンが存在したりする。これらのビツトパタ
ーンは前述の欠陥検査によれば何れも欠陥として
検出され、同図ａのビツトパターンは同図ｃの１
ビツトパターンのピンホール、残渣等の欠陥と区
別されず、同様に同図ｂのビツトパターンは同図
ｄの１ビツト幅で連続した欠陥ビツトと区別がつ
かない。いわゆる過剰欠陥検出が行われる。これ
に対し本出願人は特願52−158414号により、２値
化パターン等に基因する過剰欠陥を弁別し真の欠
陥のみを検出しうるパターン検出法を提案した。

このパターン検出法の概略を述べると、次のよ
うに３検出法から成立つている。第１の検出法は
第５図ｃの孤立した１ビツトの欠陥ビツトパター
ンに対して、判定欠陥ビツトの周囲が全て同一レ
ベルであるという論理を適用して同図ａの疑似欠
陥ビツトパターンと区別する。第２の検出法は同
図ｄの１ビツト幅の連続した欠陥ビツトに対し
て、中心ビツトの両側が中心ビツトを異なる同一
レベルであるか否かで判定し、同図ｂの疑似欠陥
ビツトパターンと区別する。第３の検出法は２ビ
ツト幅以上の欠陥ビツトを検出するため、判定欠
陥ビツトの周囲のビツト中に隣接して欠陥ビツト
が存在する時、その判定欠陥ビツトを真の欠陥と
し、第４図ｃの状態を検出する。以上の３検出法
により抽出された欠陥を合成して真の欠陥とする
ものである。

以上述べた特願昭52−63653号によるパターン
検査法においては、通常サンプリング間隔Δを最
小欠陥幅に選定するから、欠陥の大きさとしては
Δ〜２Δの間が検出される。従つて第６図ａの示
すような斜線で示すｄ≦２Δの円サイズに対しイ
のような小さな曲率の欠陥は検出されるが、同図
ｂに示すロのような大きな曲率の欠陥は検出され
ないという問題点が存在し、さらに、特願昭52−
158414号による過剰欠陥防止を行なつたパターン
検出法を用いた場合、第５図ａ，ｂ等の疑似欠陥
は除外できるが、第６図ｃのような孤立していな
い１ビツトの欠陥ビツトパターンに対しては効果
がないことが明らかとなり、また過剰欠陥防止の
回路構成が複雑となつていることも難点と考えら
れる。

本発明の目的は被検査パターンの輪郭情報を検
出して欠陥を判定する場合、欠陥の微細構造の検
出範囲を拡大するとともに、欠陥の過剰抽出防止
械能の改善と簡略化を図つたパターン検査法を提
供することである。

前記目的を達成するため、本発明のパターン検
査法は検出すべき２値化パターンの最小欠陥サイ
ズの1/2を分解するサンプリングレートを基本に
してそのクロツクを２ⁱ（ｉ＝１，２，…，ｎ）
で分周し、各々のサンプリングロツクで動作する
検査回路を複数個設け、該各検査回路は合成輪郭
線検出回路と第１の欠陥検出回路と第２の欠陥検
出回路より構成し、前記合成輪郭線検出回路は２
値化パターンを走査する３×３ビツトのマスクの
高レベルビツトを中心とする輪郭情報と低レベル
ビツトを中心とする輪郭情報とを合成することに
より輪郭線パターンを検出し、前記第１の欠陥検
出回路は前記合成輪郭線画像を走査する３×３ビ
ツトのマスクの中心ビツトと周囲の全ビツトとの
間で論理積をとることにより擬似欠陥パターンを
検出し、前記第２の欠陥検出回路は前記擬似欠陥
パターンを走査する３×３ビツトのマスクの中心
ビツトを周囲の隣接する２ビツトとそれぞれ論理
積をとることにより真の欠陥パターンのみ判定
し、前記パターンクロツク毎に前記検査回路によ
る検査を行ない合成することを特徴とするもので
ある。

以下本発明を実施例につき詳述する。

第７図ａ〜ｃは本発明の原理説明図である。ま
ず、同図ａに示すように、被検査パターンを最小
欠陥サイズｄの1/2のサンプリング間隔Δ＝ｄ／
２でサンプリングし、これに提案例で述べた合成
輪郭線法を適用する。次に同図ｂに示すように、
サンプリング間隔２Δ＝ｄ，すなわち最小欠陥サ
イズｄでサンプリングし合成輪郭線法を適用す
る。以下同様にして同図ｃに示すように、サンプ
リング間隔２^n-1×Δでサンプリングして合成輪
郭線法を適用する。そして各サンプリング間隔で
検出された欠陥微細構造を合成する。

ここで、ｎは被検査パターンの最小線幅Ｌ，サ
ンプリング間隔Δを最小欠陥サイズｄの1/2とす
ればｎ＝１＋log₂（Ｌ／３Δ） (1) で与えられる。

上式中、ｎは整数で右辺の小数点以下を切捨て
たものであり、最小線幅Ｌを欠陥としないために
は、ｎ番目のチヤンネルのサンプリング間隔△′
は△′＝Ｌ／３が必要であり、そのため３点以上で最小線幅が表現されなくてはならない。一方、ｎ番
目のサンプリング間隔は第７図ｃから２^n-1×△
と設定される。従つて、Ｌ／３＝２^n-1×△とおかれ、これより式(1)が導かれる。

以上のようにサンプリング間隔Δ＝ｄ／２の２
^n-1倍に変化することにより、第６図ａのイの欠
陥は勿論のこと同図ｂのロの欠陥も検出すること
が可能となる。

また、欠陥の過剰抽出防止機能において、第５
図ａ，ｂ，ｃ，ｄ等の最小欠陥幅に対応する１ビ
ツト幅のパターンは本発明の場合には２ビツト幅
２Δとして処理されるから前述の特願昭53−
158414号における検出法のうち第１および第２の
検出法の必要はなくなり、全部第３の検出法で処
理できることになる。従つて第６図ｃで問題点と
して指摘された孤立しない最小欠陥も２ビツト幅
となるから第３の検出法で検出可能となる。

このように本発明における合成輪郭線法の過剰
抽出防止機能は前述の第３の検出法のみとなり、
次の論理式で与えられる。すなわち、欠陥の微細
構造の出力をｅとすれば、ここでｉ＝８の時C₉が生じるがこれはC₁とみ
なす。

をなる。式(2)で×印は論理積、Σは論理和を示
す。

第８図は本明の要部である式(2)を実現する過剰
抽出防止回路１７を示す。すなわち、複数のサン
プリング間隔Δ，２×Δ，…，２^n-1×Δ毎の欠
陥検出回路１５の論理回路２・３５の出力４０を
過剰抽出防止回路１７のシフトレジスタ４１，４
２，４３の最初のシフトレジスタ４１に入力に、
前述と同様の３×３マスク４４の中心（＊″）の
周囲のビツトパターンC₁〜C₈を読み出し、中心
（＊″）の判定欠陥ビツトに対し周囲のビツトパタ
ーン中に隣接して欠陥ビツトが存在するか否かを
論理回路３・４５により検出する。論理回路３・
４５の１例は後述する実施例の第１１図ｃに示さ
れる。

以上の第７図の本発明の原理および第８図の要
部に基づき第９図〜第１１図に本発明を実現する
ための具体回路例を示す。

第９図は本発明の実施例の全体構成図である。
同図において、被検査パターンを走査したアナロ
グ信号から２値化信号２０を得、複数に分岐し欠
陥検出チヤンネル１・５２_１〜Ｎ・５２ｎに入力
させるとともに、それぞれにタイミングクロツク
１９を欠陥検出チヤｂネル１・５２_１には直接
に、以下1/2分周回路５１_２〜１／２^n-1分周回路
５１ｎで逐次分周して添字に対応する欠陥検出チ
ヤンネル２・５２_２〜Ｎ・５２ｎに供給し、第７
図で説明したサンプリング間隔Δ〜２^n-1×Δで
サンプリングを行なわせ、各チヤンネルで欠陥検
出の上OR回路５３を介し出力する。

第１０図は第９図における欠陥検出チヤンネル
５２_１〜５２_oの構成を示す説明図である。

同図は特願昭53−63653号の第２図に輪郭線抽
出回路１４と欠陥検出回路１５に本発明の要部で
ある第８図の過剰抽出防止回路１７を付加したも
のである。

輪郭線抽出回路１４の３×３マスク２４より読
み出した中心ビツトパターン（＊）と周囲のビツ
トパターンa₁〜a₈を論理回路１・２５により輪郭
線情報を検出する。論理回路１・２５は第１１図
ａの回路に示すように、ポジテイブパターンとネ
ガテイブパターンの輪郭線ビツト情報を同一マス
クで抽出するための回路である。すなわち、３×
３マスク２４より読み出したビツトパターンa₁〜
a₈をNAND回路６１を通し中心のビツトパターン
（＊）とともにAND回路６２に入力し、一方周囲
のビツトパターンa₁〜a₈の反転信号をNAND回路
６３を通し中心のビツトパターン（＊）の反転信
号とともにAND回路６４に入力する。この場
合、NAND回路６１とAND回路６２はポジテイ
ブパターン輪郭線情報を検出し、NAND回路６３
とAND回路６４はネガテイブパターン輪郭線情
報を検出する。AND回路６２，６４の出力はOR
回路６５を介し、第３図ｂ，第４図ｂに示す合成
輪郭線情報とし送出される。

第１０図に戻り、論理回路１・２５の出力の合
成輪郭線情報３０を欠陥検出回路１５に入力し、
３×３マスク３４より読み出した中心のビツトパ
ターン（＊′）を周囲のビツトパターンb₁〜b₈を
論理回路２・３５に入れ欠陥情報４０が検出され
る。

論理回路２・３５は第１１図ｂの回路例を示す
ように、中心のビツトパターン（＊′）を周囲の
ビツトパターンb₁〜b₈を全部AND回路６５を通
すことにより欠陥が検出される。すなわち正常な
パターンの場合には最小線幅でも数個のサンプリ
ングパルス幅を示すから第３図ｂの如く２ビツト
の列で示す輪郭線を表わす。しかしながら欠陥分
は第４図ｂの如く広いパターンの輪郭線を表わ
し、論理“１”の中心ビツトパターン（＊′）の
周囲のビツトパターンb₁〜b₍が論理“１”となる
ことにより判別される。第４図ｃはこの状態を示
す。

次に第１０図に戻り、論理回路２・３５の欠陥
情報４０を本発明の要部である過剰抽出防止回路
１７に入力させる。過剰抽出防止回路１７の３×
３マスクより読み出した中心ビツト（＊″）と周
囲のビツトパターンC₁〜C₈を論理回路３・４５
に入れ、前述の原理に基き真の欠陥のみを検出す
る。

論理回路３・４５は第１１図ｃの回路例に示す
ように、周囲のビツトパターンC₁，C₂をAND回
路６６_１に入力し、その出力をOR回路６７に入
力する。同様にC₂，C₃、C₃，C₄、……、C₈，C₁
の組をAND回路６６_２，６６_３，……６６_７に
入れその出力をそれぞれOR回路６７に入力す
る。次にOR回路６７の出力を３×３マスクの中
心ビツトパターン（＊″）とともにAND回老路６
８に入力し欠陥情報５０が得られる。

このようにして、各サンプリング間隔Δ〜２^n-
^１×Δに対応する各欠陥検出チヤンネル１・５２
_１〜Ｎ・５２ｎからの真の欠陥情報をOR回路５
３により合成して抽出することができる。

上述の実施例で各欠陥検出チヤンネルの検出可
能な欠陥サイズを検討してみる。

第１２図ａ，ｂはあるチヤンネルのサンプリン
グ間隔をΔｉとした場合の検出可能な最大欠陥幅
Lmaxと最小欠陥幅Lminを示すもので、２Δｉ＜Lmax＜３Δｉ (3) Δｉ＜Lmin＜２Δｉ (4) となり、従つて検出可能な欠陥サイズLiの範囲は Δｉ＜Li＜３Δｉ (5) である。

次にチヤンネルｉとチヤンネルｉ＋１の検出可
能な欠陥サイズLi，Ｌ_i+1の関係は、チヤンネル
ｉのサンプリング間隔Δｉに対しチヤンネルｉ＋
１にサンプリング間隔は２Δｉとなるから、式(5)
から Δｉ＜Li＜３Δｉ (6) ２Δｉ＜Ｌ_i+1＜６Δｉ (7) 従つて式(6)，(7)より分るように、隣接する２チヤ
ンネルの欠陥検出サイズの範囲は適度に重複して
おり問題はない。

以上説明したように、本発明によれば、被検査
パターンの輪郭情報を検出して欠陥を判定する場
合、被検査パターンの走査を複数のサンプリング
間隔でそれぞれサンプリングし合成輪郭線法を適
用することにより、欠陥の微細構造の大きさの検
出範囲を拡大することができるばかりでなく、過
剰抽出防止回路を簡略化することができしかも従
来の問題点も解消することができたものである。

【図面の簡単な説明】

第１〜第５図ａ〜ｄは従来提案例の構成および
動作の説明図、第６図ａ〜ｃ、第７図ａ〜ｃは本
発明の原理説明図、第８図は本発明の要部の説明
図、第９図は本発明の実施例の構成を示す概略説
明図、第１０図、第１１図ａ〜ｃは第９図の実施
例の要部の詳細説明図、第１２図は本発明の効果
の説明図であり、図中、２０は２進化信号、１４
は輪郭線抽出回路、１５は欠陥検出回路、１７は
過剰抽出防止回路、２１〜２３，３１〜３３，４
１〜４３はシフトレジスタ、２４，３４，４４は
３×３マスク、２５，３５，４５は論理回理、５
１_２〜５１ｎは分周回路、５２_１〜５２ｎは欠陥
検出チヤンネル、５３はOR回路、６６_１〜６６
_７，６８はAND回路、６７はOR回路を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１検出すべき２値化パターンの最小欠陥サイズ
の1/2を分解するサンプリングレートを基本にし
てそのクロツクを２ⁱ（ｉ＝１，２，…，ｎ）で
分周し、各々のサンプリングクロツクで動作する
検査回路を複数個設け、該各検査回路は合成輪郭線検出回路と第１の欠
陥検出回路と第２の欠陥検出回路より構成し、前記合成輪郭線検出回路は２値化パターンを走
査する３×３ビツトのマスクの高レベルビツトを
中心とする輪郭情報と低レベルビツトを中心とす
る輪郭情報とを合成することにより輪郭線パター
ンを検出し、前記第１の欠陥検出回路は前記合成輪郭線画像
を走査する３×３ビツトのマスクの中心ビツトと
周囲の全ビツトとの間で論理積をとることにより
擬似欠陥パターンを検出し、前記第２の欠陥検出回路は前記擬似欠陥パター
ンを走査する３×３ビツトのマスクの中心ビツト
を周囲の隣接する２ビツトとそれぞれ論理積をと
ることにより真の欠陥パターンのみ判定し、前記パターンクロツク毎に前記検査回路による
検査を行ない合成することを特徴とするパターン
検査法。