JPS6332666A

JPS6332666A - パタ−ン欠陥検出方法

Info

Publication number: JPS6332666A
Application number: JP61175502A
Authority: JP
Inventors: Yukio Matsuyama; 松山　幸雄; Toshiaki Ichinose; 敏彰一ノ瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-07-28
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1988-02-12
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: KR880002242A; JPH0623999B2; US4860371A; KR900005350B1

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】〔産業上の利用分野〕本発明はパターン欠陥検出方法にかかわり、特に、ＬＳ
Ｉウェハなどの半導体素子回路パターンの欠陥検査を高
信頼性で行うのに好適なパターン欠陥検出方法に関する
。

〔従来の技術〕

第５図（ａ）および（ｂ）は、半導体ウェハの回路パタ
ーンの部分拡大図であり、同図（ａ）は欠陥のない完全
パターン１を示し、同図（ｂ）はパターンの突起２ａ、
断線２ｂ、孤立欠陥２Ｃを含む欠陥パターン３を示す、
従来、このような回路パターンの欠陥を検査する方法と
して、被検査つ　。

エバ上の２つのチップパターンを撮像し、一方のパター
ンを手本パターン、他方のパターンを被検査パターンと
して両者を比較し、両者の間に差異がある部分を欠陥と
して判定する方法が実施されている。

しかし、この方法では、ウェハ上に同一パターンを有す
る２つのチップパターンを撮像し、それぞれを手本パタ
ーンおよび被検査パターンとして、両者の位置ずれを完
全に除去して重ね合わせても、同図（ｃ）に示すごとく
、手本パターン１（破線にて表示）と被検査パターン３
（実線にて表示）とは、欠陥部分２８〜２ｃ以外でも完
全には一致しない、その原因としては、次に述べるよう
な理由が考えられる。すなわち、（イ）露光、現像、エツチング等のウェハ製作過程にお
いて、２つのパターンが欠陥とはならない程度の微妙な
差異をもって形成される。

（ロ）比較すべき２つのパターンを撮像する光学系の収
差およびウェハを載せたステーゾの走行誤差等により１
図形歪みが生じる。

このため同図（ｄ）に示すごとく、欠陥部分２ａ’〜２
ｃ’以外に１手本パターン１と被検査パターン３との不
一致部分には、パターン輪郭部の不一致によって生じる
擬似欠陥４が含まれれることになる。

この擬似欠陥４を排除する方法として、従来、例えば特
公昭５４−３７４７５号公報で述べられている方法があ
る。この方法では、擬似欠陥を排除するために１手本パ
ターンと被検査パターンの不一致部分を欠陥候補として
検出すると同時に、手本パターンおよび被検査パターン
の双方からそれぞれパターンの輪郭部分のみを抽出する
。そして、手本パターンおよび被検査パターンそれぞれ
の輪郭部分から共通輪郭部分を抽出し、前記欠陥候補の
うち、該共通輪郭部分に属するものを擬似欠陥として排
除し、真の欠陥のみを検出するものである。

一方、比較するパターン間の微妙な寸法差や図形歪みに
影響されない欠陥検出方式として、特公昭５９−４２９
０４号公報に述べられている方法がある。

この方法では、まず比較すべき２つのパターンから変曲
点のような特徴点を抽出する１次に、あらかじめ定めら
九た位置ずれ許容範囲内で両方のパターンに特徴点が存
在するときを正常、一方のパターンに特徴点が存在し、
他方のパターンに特徴点が存在しないとき欠陥ありと判
定する方法である。この方法によれば、パターンの微妙
な寸法差や図形歪みは位置すれとして許容することがで
きるため、前記した擬似欠陥が発生することはないこと
になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来技術のうち、特公昭５４−３７４７５号公
報で述べらｔでいる方法では、第５図（ｂ）に示したパ
ターン断線２ｂおよび孤立欠陥２ｃは検出可能であるが
、パターン輪郭部に生じる微小な突起２ａは前記共通輪
郭部分に覆われてしまい、検出することが困難になる。

また、このような微小な欠陥を検出するために、パター
ン検出画素サイズを小さくすると、検査速度が遅くなっ
て、装置のスルーブツトが低下してしまうという問題が
あつた・また、特公昭５９−４２９０４号公報で述べられている
方法では、多種多様の形状をした欠陥を、ある種の特徴
点としてすべて検出することは困難で。

微小な欠陥を見逃がしてしまう危険性があった。

さらに、欠陥として検出すべき程度の寸法差が比較しよ
うとするパターン間に存在しても、パターン全体が太っ
たり細ったりしている場合には位置すれとして許容して
しまうという問題があった。

一方、近年の半導体集積回路における高集積化、高密度
化は著しく、微小なパターン欠陥が回路動作に障害を与
える可能性が高くなってきている。

しかし、微小な欠陥を検出しようとすると、擬似欠陥を
検出する確率も高くなるため、擬似欠陥を検出すること
なく真の欠陥のみを検出することが重要となっている。

本拗明め目的は、上記従来技術の問題点を解決し、微小
な欠陥を、擬似欠陥を発生することなく高い信頼性で検
出できるパターン欠陥検出方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、比較すべき２つの画像を位置合わせした後
、次に述べる処理を行うことにより、達成される＝すな
わち、（１）被検査画像（画像信号ｆ（ｘ、ｙ））に対して参
照画像（画像信号ｇ（ｘ、ｙ））をｘ、Ｘ方向にそれぞ
れ±１画素ずつシフトし、被検査画像と、シフトした画
像を含む参照画像（画像信号ｇ　（ｘ−１＋　’／　　
ｊ　）＋、　ｊ＊−ｚｒ。１、）との明るさの差を演算
する。この演算により、９個の差画像（画像信号ｏｎ（
ｘｔ　ｙ）ｎｅｔ−ｓ）が得られる。

（２）参照画像の画像信号ｇ（ｘｔｙ）にあらかじめ定
められた値αを加算および減算した画像信号値ｇ（ｘｔ
ｙ）±αを有する画像をつくり、この画像の被検査画像
（画像信号ｆ（ｘ、ｙ））に対する明るさの差を演算す
る。この演算により、２個の差画像（画像信号Ｄ　ｎ　
（Ｘ　ｙ　ｙ）　ｌｌ＊１６　。

、１）が得られる６（３）上記（１）、（２）で得られた計１１個の差画像
の画像信号０ｎ（ｘ　ｌ　Ｆ）ｎｅｔ−ｚｌに対し、次
の処理を行い、出力をｈ（ｘ、ｙ）とする。

（イ）　ＩＩＩａｘ（Ｄ　（ｘ　＋　　ｙ　））ｎｓｔ
−ｔｌＸｍｉｎ（Ｄ　（ｘ　＋　　ｙ　））。１、〜１
１＜０のとき。

ｈ（ｘｔ：／）＝０（ロ）上記以外のとき、ｈ　（ｘ　ｒ　ｙ　）＝ＩＩ＋１ｎ（ｌ　Ｄ　（ｘ　ｔ
　ｙ　）ｌ）ｎ、ｘ−ｔｌ（４）上記（ロ）の場合、ｈ
（ｘ、ｙ）をあらかじめ定めておいたしきい値ＴＨで２
値化し、ｈ（ｘ、ｙ）　〉ＴＨなる部分を欠陥として出
力する。

〔作用〕

前記した処理手順がどのような働きをしてし）るかにつ
いて説明する。ここでは便宜上、被検査ノ（ターンｆお
よび参照パターンｇについて、その−次元信号波形を用
いて説明する。

まず、処理手順（１）の作用について述べる。

第３図（ａ）は、突起欠陥１０を有する被検査ノ（ター
ンｆと、参照パターンｇとを位置合わせしたところを示
す、なお、両パターンｆとｇには微小な寸法差があり、
パターン右側のエツジ部は一致シていない、第３図（ａ
）のＡ−Ａ’部の信号波形を同図（ｂ）に、このときの
差信号を同図（ｃ）に示す、ここで、参照画像ｇをＸ方
向に±１画素シフトする。第３図（ｄ）は参照画像ｇを
Ｘ方向に＋１画素シフトした波形図、同図（ｅ）はその
ときの差信号の波形図である。同様に、同図（ｆ）は参
照画像ｇをＸ方向に一１画素シフトした波形図、同図（
ｇ）はそのときの差信号の波形図である。第３図（ｃＬ
　（ａＬ　（ｇ）に示した差信号の波形図かられかるよ
うに、突起欠陥１０に対応する不一致部分は、参照画像
を±１画素シフトしても、その差画像の波形の同じ部分
の極性は変わらないのに対し、パターンｆとｇの、欠陥
とはならない微小な寸法差に起因した不一致部分は、参
照画像を±１画素シフトすることにより、その波形の同
じ部分の極性が反転している。従って、処理手順（１）
のごとく、被検査パターンｆに対し参照パターンｇ　ｔ
ｔ　Ｘ　ｅ　Ｙ方向に±１画素ずつシフトし、被検査パ
ターンｆとの差を演算した後、得られた差画像信号のそ
れぞれ対応する画素の値が正負反転していれば正常パタ
ーン、すべて同じ極性ならば欠陥候補とすることができ
る。この欠陥候補画像が、前記した処理手順（３）で得
られるｈ（ｘ。

ｙ）であり、これを処理手順（４）のどとく２値化する
ことにより、真の欠陥のみを検出することができる。

次に、処理手順（２）の作用について述べる。

本発明では、微小な欠陥をも検出するために、得られた
パターン画像を２値化せず濃淡のままで比較処理を行っ
ている。このため、パターンを構成している物質のわず
かな厚さむら等に起因して。

第４図（ａ）に示すように、比較する画像間に濃淡差が
生じた場合、平面的な位置合わせだけでは、この濃淡差
を許容することができず、正常なパターンを欠陥パター
ンと誤認識してしまうことになる。

そこで、参照画像ｇの各画素にあらかじめ定めておいた
値αを加算した画像および減算した画像を求め、これと
被検査画像ｆとの差画像を演算して求める。第４図（ｂ
）は、参照画像ｇに値αを加算した画像の信号（点線）
と、被検査画像の信号（実線）との波形図、同図（ｃ）
はその差信号の波形図である。同様に、同図（ｄ）、（
ｅ）は。

参照画像ｇから値αを減算した場合の信号（点線）の波
形図と差信号の波形図を示す。同図（Ｃ）。

（ｅ）からね−かるように、参照画像ｇにある値αを加
算および減算することにより、被検査画像ｆと参照−画
コ像゛″・、′ｇ゛との間に濃淡差のある部分でも、そ
の差信号の極性を反転することができるため、前記した
処理により、正常なパターンを欠陥パターンと誤認識す
ることはなく、真の欠陥のみを検出することが可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図により説
明つする。

第１図は本発明によるパターン欠陥検出方法を実施する
のに用いる欠陥検出回路用の構成を示すブロック図であ
る１図において、ｌｌａおよびｌｌｂは位置合わせの済
んだ参照画像および被検査画像である。参照画像１１ａ
は、画像の１走査線分を遅延させるシフトレジスタ１２
ａおよび１２ｂと、シリアルインパラレルアウトのシフ
トレジスタ１３ａ、　１３ｂおよび１３ｃとによって、
３×３画素の局部画像として切り出される。一方、被検
査画像１１ｂは、同様のシフトレジスタ１２ｃとシリア
ルインパラレルアウトのシフトレジスタ１３ｄとを用い
て遅延とシリアルインパラレルアウトのシフトがなされ
、その出力を上記局部画像の中心位置と同期させる０次
に、シフトレジスタ１３ａ＝１３ｃの各出力とシフトレ
ジスタ１３ｄの出力とを減算回路１６ａ”１６ｉで減算
することによって、被検査画像１１ｂに対して参照画像
１１ａｔｔＸ、　Ｙ方向にそれぞれ±１画素ずつシフト
した画像との差画像が得られる。ここまでが前記した処
理手順（１）に対応する。一方、シフトレジスタ１３ｄ
の出力には、あらかじめ設定した値αが、゛加算回路１
４および減算回路１５により、それぞれ加算および減算
される。この加算回路１４および減算回路１５の各出力
と、前記３×３画素局部画像の中心画素との差が、減算
回路１６ｊｔ；よび１６ｋにより演算される。これが、
前記処理手順（２）に対応する。

上記減算回路１６ａ〜１６にの各出力は、最大値検出回
路１７および最小値検出回路１８にそれぞれ入力され、
得られる最大値および最小値の絶対値が、絶対値回路１
９Δおよび１９ｂによりそれぞれ演算される。絶対値回
路１９ａ、　１９ｂでは、入力信号の絶対値２１ａ、　
２Ｉｂとともに、入力信号の符号２０ａ、　２０ｂをも
出力する。マルチプレクサ２２は、上記最大値の絶対値
２１ａと最小値の絶対値２１ｂおよび定数Ｏを入力し、
同じく入力した最大値および最小値の符号２０ａ、　２
０ｂに応じて、３つの入力値のうちの１つを選択して出
力する。すなわち、符号２０ａ、　２０ｂの一方が正で
一方が負の場合はＯを出力し、両方が正または両方が負
の場合は最小値の絶対値２１ｂを出力する０以上が、前
記処理手順（３）に対応する。

マルチプレクサ２２の出力は２値化回路２３により２値
化され欠陥信号が出力される（前記処理手順（４））、
以上のような動作により、参照画像１１ａと被検査画像
１１ｂとの間の欠陥とはならない微小な寸法差を許容し
、真の欠陥のみを検出することができる。

第２図は、第１図に示した欠陥検出回路用を含む画像処
理回路の全体構成を示すブロック図である。図において
、光電変換素子により撮像された参照画像３１ａと被検
査画像３１ｂは１位置合わせを行うために、まずエツジ
検出回路３２ａ、　３２ｂにそれぞれ入力される。エツ
ジ検出回路３２ａ、　３２ｂでは、それぞれ入力した画
像を２次微分してパターンのエツジを強調した後、２値
化する０位置ずれ検出回路３３は、この２値化したエツ
ジ画像を用いて、比較すべき２つのパターンのＸ方向お
よびＹ方向の位置ずれ量３６．３７を演算する。遅延回
路３４ａおよび３４ｂは、２つのバタ・−ンの位置ずれ
量が演算さ、れるまでの間、参照画像３１ａおよび被検
査画像３１ｂをそれぞれ保持しておくバッファメモリで
、この遅延−路３４ａ、　３４ｂの出力を前記位置ずれ
検出回路３３の出力３６．３７に応じた量だけ位置合わ
せ回路３５によりシフトすることによって、２つのパタ
ーンの位置合わせが行える。こうして位置合わせの′済
んだ参照画像１１ａと被検査画像１１ｂは、第１図にそ
ノ構成を示した欠陥検出回路用に入力され、欠陥の検出
が行われる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、微ツノ１′Ｊ。

欠陥、例えば１画素に近いきわめて微小な欠陥を、擬似
欠陥を発生することなく高い信頼度で検出できるため、
半導体集積回路の歩留りを向上し、製品の信頼性向上、
原価低減等に顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるパターン欠陥検出方法の一実施例
に用いる欠陥検出回路を示すブロック図、第２図は第１
図の欠陥検出回路を含む画像処理回路のブロック図、第
３図および第４図は本発明によるパターン欠陥検出方法
の原理を示す説明図、第５図は従来のパターン欠陥検出
方法の説明図である。符号の説明１２ａ＝ｃ・・・シフトレジスタ、１３ａ−ｃ・・・シリアルインパラレルアウト　シフト
レジスタ、１４・・・加算回路、１５．１６ａ−ｋ・・・減算回路。１７・・・最大値検出回路。Ｉ８・・・最小値検出回路、１９ａ、ｂ・・・絶対値回路。２２・・・マルチプレクサ。２３・・・２値化回路、３０＝−・欠陥検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１、同一回路パターンを複数個有する試料上の２個の回
路パターン上の対応する部分の画像を検出して、２つの
検出信号を位置合わせし、相互に比較することにより不
一致部分を欠陥と判定するパターン欠陥検出方法におい
て、位置合わせの済んだ２個の画像のうち、第１の画像
に対して第２の画像をＸ・Ｙ方向に所定数の画素シフト
し、第１の画像と、第２の画像およびシフトされた画像
とについてそれぞれ明るさの差分を演算して、第１の差
画像を求め、前記第２の画像にあらかじめ設定した値α
をそれぞれ加算および減算した画像について、前記第１
の画像に対する明るさの差分を演算して、第２の差画像
を求め、前記第１の差画像と前記第２の差画像とを合わ
せた差画像についてそれぞれの対応する画素の値を比較
し、該これら複数の値が正負両方に亘っているとき正常
と判定するとともに、正負いずれか一方の値しか含まな
いとき、前記複数の値の絶対値の最小値をあらかじめ定
めたしきい値を用いて２値化し、これを回路パターンの
前記第１の画像に対応する部分の欠陥信号として出力す
ることを特徴とするパターン欠陥検出方法。