JPH06229936A - パターン欠陥検出方法とその装置 - Google Patents
パターン欠陥検出方法とその装置Info
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- JPH06229936A JPH06229936A JP5017567A JP1756793A JPH06229936A JP H06229936 A JPH06229936 A JP H06229936A JP 5017567 A JP5017567 A JP 5017567A JP 1756793 A JP1756793 A JP 1756793A JP H06229936 A JPH06229936 A JP H06229936A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 検出欠陥寸法を小さく抑えつつ、しかも検出
可能焦点深度を大きく保った状態で、被検査パターン中
に存在している欠陥を検出すること。 【構成】 光源3からの光をピンホール5を介し試料1
を照明した状態で、試料1の高さを更新する度に、ピン
ホール5を試料1に対し相対的に走査しつつ試料1から
の反射光をピンホール5を介し画像として検出し、これ
ら複数枚の検出画像より合成画像、または距離画像を得
た上、これら画像を予め得られている画像と比較するこ
とによって、差異を高段差パターン中に存在している微
細欠陥として検出するようにしたものである。
可能焦点深度を大きく保った状態で、被検査パターン中
に存在している欠陥を検出すること。 【構成】 光源3からの光をピンホール5を介し試料1
を照明した状態で、試料1の高さを更新する度に、ピン
ホール5を試料1に対し相対的に走査しつつ試料1から
の反射光をピンホール5を介し画像として検出し、これ
ら複数枚の検出画像より合成画像、または距離画像を得
た上、これら画像を予め得られている画像と比較するこ
とによって、差異を高段差パターン中に存在している微
細欠陥として検出するようにしたものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばLSIウェハや
TFT基板などに形成されているパターンを被検査パタ
ーンとして、これら被検査パターン内に存在しているパ
ターン欠陥を検出するためのパターン欠陥検出方法とそ
の装置に関するものである。
TFT基板などに形成されているパターンを被検査パタ
ーンとして、これら被検査パターン内に存在しているパ
ターン欠陥を検出するためのパターン欠陥検出方法とそ
の装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種のパターン欠陥検出に関する技術
としては、これまでに、例えば特公昭62−39811
号公報に記載のように、検出されたパターンは、これと
同一であるべきはずのパターンと比較されることによっ
て、パターン欠陥の有無が検出されるようになってい
る。即ち、従来技術に係るパターン欠陥検出について説
明すれば、パターン欠陥検出対象は図9(B)に示すよ
うに、メモリ用LSIなどの半導体ウェハ上のパターン
や、TFT(Thin Film Transister)基板上のパター
ン、プリント配線板上のパターン、セラミック基板上の
パターン、あるいはそれらを製造する過程で用いられる
マスクやレチクルなどのパターンとされる。ここで、説
明の便宜上、半導体ウェハ上のメモリチップパターンに
例を採って説明すれば、図10(A)に示すように、最
終的に個々に切り離された状態では、個別製品となるチ
ップが数十個1枚の半導体ウェハ上に同一パターンとし
て周期性を以て形成されたものとなっている。それらチ
ップ各々は同一パターンとしてチップピッチP1 を以て
形成されているわけである。また、チップ各々の内部に
は、メモリセルパターンが一定周期で繰返し形成されて
いるメモリセル部44と、周辺回路などのように、パタ
ーン形成上、周期性が乏しい周辺部43とが混在された
状態でパターンが形成されたものとなっている。図10
(B)にはまた、図10(A)における部分(メモリセ
ル部44の一部)Aでの拡大状態が示されているが、メ
モリセル部44上には、メモリセルパターンがセルピッ
チP2 を以て2次元的に多数規則的に繰返し形成されて
いることが判る。
としては、これまでに、例えば特公昭62−39811
号公報に記載のように、検出されたパターンは、これと
同一であるべきはずのパターンと比較されることによっ
て、パターン欠陥の有無が検出されるようになってい
る。即ち、従来技術に係るパターン欠陥検出について説
明すれば、パターン欠陥検出対象は図9(B)に示すよ
うに、メモリ用LSIなどの半導体ウェハ上のパターン
や、TFT(Thin Film Transister)基板上のパター
ン、プリント配線板上のパターン、セラミック基板上の
パターン、あるいはそれらを製造する過程で用いられる
マスクやレチクルなどのパターンとされる。ここで、説
明の便宜上、半導体ウェハ上のメモリチップパターンに
例を採って説明すれば、図10(A)に示すように、最
終的に個々に切り離された状態では、個別製品となるチ
ップが数十個1枚の半導体ウェハ上に同一パターンとし
て周期性を以て形成されたものとなっている。それらチ
ップ各々は同一パターンとしてチップピッチP1 を以て
形成されているわけである。また、チップ各々の内部に
は、メモリセルパターンが一定周期で繰返し形成されて
いるメモリセル部44と、周辺回路などのように、パタ
ーン形成上、周期性が乏しい周辺部43とが混在された
状態でパターンが形成されたものとなっている。図10
(B)にはまた、図10(A)における部分(メモリセ
ル部44の一部)Aでの拡大状態が示されているが、メ
モリセル部44上には、メモリセルパターンがセルピッ
チP2 を以て2次元的に多数規則的に繰返し形成されて
いることが判る。
【0003】したがって、チップ各々が同一パターンと
して形成されていることや、メモリセルパターンが周期
的に形成されていることに着目した上、被検査パターン
が検出される度に、検出された被検査パターン(検出パ
ターン)を、予め記憶されているパターン(実際に更新
可として事前に検出されているパターン、あるいは実際
に検出された正常パターン、またはパターン設計情報よ
り予め作成されている正常パターン)と位置合せした状
態で2チップ比較方式、または2セル比較方式により比
較すれば、パターン形成上での不一致を以てパターン欠
陥を検出し得るものである。即ち、図9(A)に示す記
憶パターンと図(B)に示す被検査パターンとの間でパ
ターン比較すれば、これらパターン間に不一致パターン
(差パターン)が存在する場合は、図9(C)に示すよ
うに、不一致パターンの存否と不一致パターンが存在す
る場合でのその位置とが容易に検出され得、この不一致
パターンの存在を以てパターン欠陥を検出し得るもので
ある。因みに、図9(A)に示す記憶パターンが実際に
更新可として事前に検出されているパターンである場合
に、パターン比較結果として不一致パターンが存在する
場合には、その記憶パターンの正常性は一般に何等保証
されていないことから、記憶パターン、被検査パターン
の何れにパターン欠陥が存在しているかは即に判別し得
ないことになる。この判別は本発明には直接関しなくそ
の詳細な説明は省略するが、これまでに知られている各
種の判別法により特定し得るものとなっている。また、
上記にいう2チップ比較方式とは、2つのチップ各々か
ら検出されたパターン間でパターンを比較する方式を、
2セル比較方式とは、同一チップ内で検出された2つの
パターン間でパターンを比較する方式をいう。
して形成されていることや、メモリセルパターンが周期
的に形成されていることに着目した上、被検査パターン
が検出される度に、検出された被検査パターン(検出パ
ターン)を、予め記憶されているパターン(実際に更新
可として事前に検出されているパターン、あるいは実際
に検出された正常パターン、またはパターン設計情報よ
り予め作成されている正常パターン)と位置合せした状
態で2チップ比較方式、または2セル比較方式により比
較すれば、パターン形成上での不一致を以てパターン欠
陥を検出し得るものである。即ち、図9(A)に示す記
憶パターンと図(B)に示す被検査パターンとの間でパ
ターン比較すれば、これらパターン間に不一致パターン
(差パターン)が存在する場合は、図9(C)に示すよ
うに、不一致パターンの存否と不一致パターンが存在す
る場合でのその位置とが容易に検出され得、この不一致
パターンの存在を以てパターン欠陥を検出し得るもので
ある。因みに、図9(A)に示す記憶パターンが実際に
更新可として事前に検出されているパターンである場合
に、パターン比較結果として不一致パターンが存在する
場合には、その記憶パターンの正常性は一般に何等保証
されていないことから、記憶パターン、被検査パターン
の何れにパターン欠陥が存在しているかは即に判別し得
ないことになる。この判別は本発明には直接関しなくそ
の詳細な説明は省略するが、これまでに知られている各
種の判別法により特定し得るものとなっている。また、
上記にいう2チップ比較方式とは、2つのチップ各々か
ら検出されたパターン間でパターンを比較する方式を、
2セル比較方式とは、同一チップ内で検出された2つの
パターン間でパターンを比較する方式をいう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、パ
ターンを検出する際に用いられる光学系には、以下の数
式1で示される検出欠陥寸法と検出可能焦点深度が存在
することが知られている。
ターンを検出する際に用いられる光学系には、以下の数
式1で示される検出欠陥寸法と検出可能焦点深度が存在
することが知られている。
【0005】
【数1】
【0006】但し、Δは検出欠陥寸法(mm)を、nは
解像寸法に対する画像処理の性能を表す係数を、λは波
長(mm)を、NA(Numerical Apperture)は光学系
の対物レンズの解像性能を、lは検出可能焦点深度(m
m)を、mは係数をそれぞれ示す。
解像寸法に対する画像処理の性能を表す係数を、λは波
長(mm)を、NA(Numerical Apperture)は光学系
の対物レンズの解像性能を、lは検出可能焦点深度(m
m)を、mは係数をそれぞれ示す。
【0007】その数式1より、より微細な欠陥を検出す
るには、nを一定とする場合は波長λを小さくするか、
またはNAを大きくする必要がある。しかしながら、何
れの方法が採用されたとしても、検出可能焦点深度lは
小さく抑えられる、という不具合を伴うのが実情であ
る。即ち、これまでのパターン比較検査では、主に検出
欠陥寸法Δにのみ専ら配慮が払われており、検出可能焦
点深度lについては何等配慮されていないものとなって
いる。換言すれば、顕微鏡の焦点深度を越える段差が形
成されているパターンを被検査パターンとして、そのパ
ターン中に存在している欠陥を検出し得ないというわけ
である。
るには、nを一定とする場合は波長λを小さくするか、
またはNAを大きくする必要がある。しかしながら、何
れの方法が採用されたとしても、検出可能焦点深度lは
小さく抑えられる、という不具合を伴うのが実情であ
る。即ち、これまでのパターン比較検査では、主に検出
欠陥寸法Δにのみ専ら配慮が払われており、検出可能焦
点深度lについては何等配慮されていないものとなって
いる。換言すれば、顕微鏡の焦点深度を越える段差が形
成されているパターンを被検査パターンとして、そのパ
ターン中に存在している欠陥を検出し得ないというわけ
である。
【0008】本発明の第1の目的は、検出欠陥寸法Δを
小さく抑えつつ、しかも検出可能焦点深度lを大きく保
った状態で、顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成され
ているパターンを被検査パターンとして、そのパターン
中に存在している欠陥を検出し得るパターン比較検査方
法を供するにある。本発明の第2の目的は、検出欠陥寸
法Δを小さく抑えつつ、しかも検出可能焦点深度lを大
きく保った状態で、顕微鏡の焦点深度を越える段差が形
成されているパターンを被検査パターンとして、そのパ
ターン中に存在している欠陥を検出し得るパターン比較
検査装置を供するにある。
小さく抑えつつ、しかも検出可能焦点深度lを大きく保
った状態で、顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成され
ているパターンを被検査パターンとして、そのパターン
中に存在している欠陥を検出し得るパターン比較検査方
法を供するにある。本発明の第2の目的は、検出欠陥寸
法Δを小さく抑えつつ、しかも検出可能焦点深度lを大
きく保った状態で、顕微鏡の焦点深度を越える段差が形
成されているパターンを被検査パターンとして、そのパ
ターン中に存在している欠陥を検出し得るパターン比較
検査装置を供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的は、基本
的には、対象物の高さが順次更新される度に、その対象
物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像、ある
いは焦点深度の極めて浅い顕微鏡画像より、計算される
ことによって得られる長焦点深度画像および距離画像を
用い比較検査することによって、差異パターン形状が欠
陥として検出されることで達成される。上記第2の目的
は、顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成されている対
象物を位置決め載置するXYZステージと、その対象物
を照明する照明光源と、上記対象物の画像をピンホール
を介し共焦点顕微鏡画像として検出するセンサと、その
センサより、上記XYZステージのZ方向での高さが更
新される度に、その高さ対応の共焦点顕微鏡画像を得た
上、その対象物についての複数枚の共焦点顕微鏡画像よ
り計算によって少なくとも合成画像、距離画像の何れか
を作成する合成画像/距離画像作成部と、その合成画像
/距離画像作成部からの合成画像、距離画像の少なくと
も何れかを、予め得られている比較されるべき画像と比
較することによって、差異パターン形状を欠陥として検
出するパターン欠陥検出部と、を少なくとも含むべく構
成することで達成される。
的には、対象物の高さが順次更新される度に、その対象
物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像、ある
いは焦点深度の極めて浅い顕微鏡画像より、計算される
ことによって得られる長焦点深度画像および距離画像を
用い比較検査することによって、差異パターン形状が欠
陥として検出されることで達成される。上記第2の目的
は、顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成されている対
象物を位置決め載置するXYZステージと、その対象物
を照明する照明光源と、上記対象物の画像をピンホール
を介し共焦点顕微鏡画像として検出するセンサと、その
センサより、上記XYZステージのZ方向での高さが更
新される度に、その高さ対応の共焦点顕微鏡画像を得た
上、その対象物についての複数枚の共焦点顕微鏡画像よ
り計算によって少なくとも合成画像、距離画像の何れか
を作成する合成画像/距離画像作成部と、その合成画像
/距離画像作成部からの合成画像、距離画像の少なくと
も何れかを、予め得られている比較されるべき画像と比
較することによって、差異パターン形状を欠陥として検
出するパターン欠陥検出部と、を少なくとも含むべく構
成することで達成される。
【0010】
【作用】例えば被検査パターンのZ方向位置が更新され
る度に、ピンホールをその被検査パターンに対してX方
向に走査するようにすれば、Z方向位置対応に2次元ス
ライス画像が得られるものとなっている。Z方向位置が
n回更新されたとすれば、n枚のスライス画像が検出さ
れるわけであるが、これら複数枚のスライス画像からは
合成画像(長焦点深度画像の1種)、または距離画像が
検出され得るというわけである。即ち、スライス画像の
1点に着目した場合、Z方向位置が異なる点の中で最も
検出光量の大きいZ方向位置が合焦点位置とされ、その
Z方向位置をその点での距離画像の値として求め得るも
のである。したがって、残りの点各々についても同様に
して合焦点位置が求められることで、合焦点位置の集合
として距離画像が求められるものである。また、その際
に、合焦点位置での検出光量は合成画像の値として求め
られることから、点各々について合焦点位置での検出光
量を求めるようにすれば、その結果として合成画像が求
められるものである。したがって、被検査パターンにつ
いての合成画像、または距離画像をこれと同一であるべ
き合成画像、または距離画像と比較するようにすれば、
顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成されている被検査
パターンであっても、そのパターン中に存在している欠
陥を差異パターン形状として検出し得るものである。数
式1でのNAを大きくして検出欠陥寸法Δを小さくして
も、検出可能な段差はスライス画像の検出ピッチと検出
枚数のみの関数とされ、NAとは無関係に一定とされる
ことから、検出欠陥寸法Δを小さくしても検出可能焦点
深度lを大きく維持し得るものである。
る度に、ピンホールをその被検査パターンに対してX方
向に走査するようにすれば、Z方向位置対応に2次元ス
ライス画像が得られるものとなっている。Z方向位置が
n回更新されたとすれば、n枚のスライス画像が検出さ
れるわけであるが、これら複数枚のスライス画像からは
合成画像(長焦点深度画像の1種)、または距離画像が
検出され得るというわけである。即ち、スライス画像の
1点に着目した場合、Z方向位置が異なる点の中で最も
検出光量の大きいZ方向位置が合焦点位置とされ、その
Z方向位置をその点での距離画像の値として求め得るも
のである。したがって、残りの点各々についても同様に
して合焦点位置が求められることで、合焦点位置の集合
として距離画像が求められるものである。また、その際
に、合焦点位置での検出光量は合成画像の値として求め
られることから、点各々について合焦点位置での検出光
量を求めるようにすれば、その結果として合成画像が求
められるものである。したがって、被検査パターンにつ
いての合成画像、または距離画像をこれと同一であるべ
き合成画像、または距離画像と比較するようにすれば、
顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成されている被検査
パターンであっても、そのパターン中に存在している欠
陥を差異パターン形状として検出し得るものである。数
式1でのNAを大きくして検出欠陥寸法Δを小さくして
も、検出可能な段差はスライス画像の検出ピッチと検出
枚数のみの関数とされ、NAとは無関係に一定とされる
ことから、検出欠陥寸法Δを小さくしても検出可能焦点
深度lを大きく維持し得るものである。
【0011】
【実施例】以下、本発明を図1から図8により説明す
る。先ず本発明によるパターン欠陥検出装置について説
明すれば、図1はその原理的な構成を示したものであ
る。これによる場合、顕微鏡の焦点深度を越える段差が
形成されている試料1はX,Y,Z方向に移動可とされ
たXYZステージ2上に位置決め載置された上、検査対
象としての被検査パターンが対物レンズ4下に位置すべ
くXYZステージ2は移動せしめられるものとなってい
る。この状態では、被検査パターンはハーフミラー、ピ
ンホール5、対物レンズ4を介し光源3によって照明さ
れている一方では、その被検査パターンからの反射光は
対物レンズ4、ピンホール5、ハーフミラーを介しセン
サ6によって検出されるものとなっている。その際、ピ
ンホール5は移動部8により試料1に対しX方向に相対
的に移動されるが、光源3による照明領域と反射光検出
領域は共焦点のピンホール5によって制限されるものと
なっている。即ち、被検査パターンはピンホール5を介
し共焦点顕微鏡画像としてセンサ6により検出されてい
るものである。したがって、XYZステージ2のZ方向
位置が更新される度に、そのZ方向位置対応の共焦点顕
微鏡画像をセンサ6より得た上、信号解析部7でその被
検査パターンについての複数枚の共焦点顕微鏡画像より
少なくとも合成画像、距離画像の何れかを作成した上、
予め得られている比較されるべき画像と比較することに
よっては、差異パターン形状を欠陥として検出し得るも
のである。なお、図1中、符号9は全体制御部を示す。
る。先ず本発明によるパターン欠陥検出装置について説
明すれば、図1はその原理的な構成を示したものであ
る。これによる場合、顕微鏡の焦点深度を越える段差が
形成されている試料1はX,Y,Z方向に移動可とされ
たXYZステージ2上に位置決め載置された上、検査対
象としての被検査パターンが対物レンズ4下に位置すべ
くXYZステージ2は移動せしめられるものとなってい
る。この状態では、被検査パターンはハーフミラー、ピ
ンホール5、対物レンズ4を介し光源3によって照明さ
れている一方では、その被検査パターンからの反射光は
対物レンズ4、ピンホール5、ハーフミラーを介しセン
サ6によって検出されるものとなっている。その際、ピ
ンホール5は移動部8により試料1に対しX方向に相対
的に移動されるが、光源3による照明領域と反射光検出
領域は共焦点のピンホール5によって制限されるものと
なっている。即ち、被検査パターンはピンホール5を介
し共焦点顕微鏡画像としてセンサ6により検出されてい
るものである。したがって、XYZステージ2のZ方向
位置が更新される度に、そのZ方向位置対応の共焦点顕
微鏡画像をセンサ6より得た上、信号解析部7でその被
検査パターンについての複数枚の共焦点顕微鏡画像より
少なくとも合成画像、距離画像の何れかを作成した上、
予め得られている比較されるべき画像と比較することに
よっては、差異パターン形状を欠陥として検出し得るも
のである。なお、図1中、符号9は全体制御部を示す。
【0012】ここで、光源3とピンホール5を用いた場
合での信号の性質について説明すれば以下のようであ
る。即ち、対物レンズ4の解像度を示すエアリディスク
の径と同程度の寸法のピンホール5により光源3による
照明領域は制限されるが、照明領域の制限により形成さ
れた点光源で試料1を照明した状態で、そのピンホール
5を介し試料1からの反射光を検出した場合、試料高さ
と検出光量との間には図2に示す関係が成立するものと
なっている。図示のように、試料高さが焦点位置にある
場合には大きな検出光量が得られるも、試料高さが焦点
位置からずれるに伴って急速に検出光量は低下するもの
となっている。この現象は定性的には以下のように説明
される。即ち、試料1が焦点位置にある場合には反射光
がピンホール5位置に結像し、全ての反射光がピンホー
ル5に入射するのに対し、焦点位置からずれるに伴いピ
ンホール5以外の位置に反射光は結像し、ピンホール5
には殆ど反射光が入射されなくなるからである。因み
に、この場合でのピンホール5は共焦点のピンホールと
称される。
合での信号の性質について説明すれば以下のようであ
る。即ち、対物レンズ4の解像度を示すエアリディスク
の径と同程度の寸法のピンホール5により光源3による
照明領域は制限されるが、照明領域の制限により形成さ
れた点光源で試料1を照明した状態で、そのピンホール
5を介し試料1からの反射光を検出した場合、試料高さ
と検出光量との間には図2に示す関係が成立するものと
なっている。図示のように、試料高さが焦点位置にある
場合には大きな検出光量が得られるも、試料高さが焦点
位置からずれるに伴って急速に検出光量は低下するもの
となっている。この現象は定性的には以下のように説明
される。即ち、試料1が焦点位置にある場合には反射光
がピンホール5位置に結像し、全ての反射光がピンホー
ル5に入射するのに対し、焦点位置からずれるに伴いピ
ンホール5以外の位置に反射光は結像し、ピンホール5
には殆ど反射光が入射されなくなるからである。因み
に、この場合でのピンホール5は共焦点のピンホールと
称される。
【0013】さて、本発明をより具体的に説明すれば、
図3は第1の実施例に係るパターン欠陥検出装置の一例
での具体的構成を、LSIウェハパターン検査装置に例
を採って示したものである。これによる場合、ウェハ1
4を位置決め載置した上、X,Y,Z方向に移動するX
YZステージ15と、ウェハ14を照明する光源16
と、照明光学系17と、ピンホール5が複数形成されて
いる回転円盤18と、ピンホール5を介しウェハ14を
照明しウェハ14からの反射光を検出する対物レンズ1
9と、ウェハ14からの反射光をピンホール5を介しピ
ンホール5と共役な位置関係で検出するTVカメラ20
と、TVカメラ20からの画像信号をディジタル化する
ためのA/D変換器21と、関数近似に使用する画像の
点を選択する選択部22と、選択された画像の点から最
小2乗法の計算で使用する係数を計算する係数計算部2
3と、計算された係数を記憶する係数記憶部24と、記
憶しておいた係数より最小2乗法で合成画像12および
距離画像13を計算する画像計算部25と、計算された
合成画像12を一時記憶する合成画像記憶部26と、計
算された距離画像13を一時記憶する距離画像記憶部2
7と、記憶しておいた直前位置のチップの合成画像12
および距離画像13を現に検出した合成画像12および
距離画像13と位置合せ状態で比較して差画像を計算す
る差画像演算部28と、差画像演算部28よりの差画像
をフィルタにかけて欠陥部の差を強調するフィルタ部2
9と、強調された差画像を2値化する2値化部30と、
2値画像をラベリングして特徴量を算出する特徴抽出部
31と、特徴抽出部31よりの特徴量をもとに欠陥を抽
出したり、全体を制御するマイクロコンピュータを含む
全体制御部32とから構成されたものとなっている。因
みに、回転円盤(公知)18について若干の説明を加え
れば、これは、数千個のピンホール5がスパイラル状に
形成された円盤を高速回転することによって、ウェハ1
4全体を同時照明可としたものであり、共焦点ピンホー
ル効果に加え、ピンホール5をTVカメラ20の視野全
面を均一に走査することで、TVカメラ20でリアルタ
イムに像が検出され得るものとなっている。
図3は第1の実施例に係るパターン欠陥検出装置の一例
での具体的構成を、LSIウェハパターン検査装置に例
を採って示したものである。これによる場合、ウェハ1
4を位置決め載置した上、X,Y,Z方向に移動するX
YZステージ15と、ウェハ14を照明する光源16
と、照明光学系17と、ピンホール5が複数形成されて
いる回転円盤18と、ピンホール5を介しウェハ14を
照明しウェハ14からの反射光を検出する対物レンズ1
9と、ウェハ14からの反射光をピンホール5を介しピ
ンホール5と共役な位置関係で検出するTVカメラ20
と、TVカメラ20からの画像信号をディジタル化する
ためのA/D変換器21と、関数近似に使用する画像の
点を選択する選択部22と、選択された画像の点から最
小2乗法の計算で使用する係数を計算する係数計算部2
3と、計算された係数を記憶する係数記憶部24と、記
憶しておいた係数より最小2乗法で合成画像12および
距離画像13を計算する画像計算部25と、計算された
合成画像12を一時記憶する合成画像記憶部26と、計
算された距離画像13を一時記憶する距離画像記憶部2
7と、記憶しておいた直前位置のチップの合成画像12
および距離画像13を現に検出した合成画像12および
距離画像13と位置合せ状態で比較して差画像を計算す
る差画像演算部28と、差画像演算部28よりの差画像
をフィルタにかけて欠陥部の差を強調するフィルタ部2
9と、強調された差画像を2値化する2値化部30と、
2値画像をラベリングして特徴量を算出する特徴抽出部
31と、特徴抽出部31よりの特徴量をもとに欠陥を抽
出したり、全体を制御するマイクロコンピュータを含む
全体制御部32とから構成されたものとなっている。因
みに、回転円盤(公知)18について若干の説明を加え
れば、これは、数千個のピンホール5がスパイラル状に
形成された円盤を高速回転することによって、ウェハ1
4全体を同時照明可としたものであり、共焦点ピンホー
ル効果に加え、ピンホール5をTVカメラ20の視野全
面を均一に走査することで、TVカメラ20でリアルタ
イムに像が検出され得るものとなっている。
【0014】ここで、合成画像12および距離画像13
を得るための係数計算部23、係数記憶部24および画
像計算部25についてその機能を説明すれば以下のよう
である。即ち、最小2乗法によって2次関数近似する場
合を例に説明するが、近似は2次関数以外に正規分布や
多項式等、どのような関数でもよい。さて、選択部22
では関数近似に使用する画像の点が選択されるが、選択
されたステージ高さzのスライス画像11上の着目点
(x、y)での値をf(z)、近似関数を数式2とす
る。
を得るための係数計算部23、係数記憶部24および画
像計算部25についてその機能を説明すれば以下のよう
である。即ち、最小2乗法によって2次関数近似する場
合を例に説明するが、近似は2次関数以外に正規分布や
多項式等、どのような関数でもよい。さて、選択部22
では関数近似に使用する画像の点が選択されるが、選択
されたステージ高さzのスライス画像11上の着目点
(x、y)での値をf(z)、近似関数を数式2とす
る。
【0015】
【数2】
【0016】さて、誤差εをf(z)−f0(z)の2
乗とおき、誤差εを係数a,b,cで偏微分して正準方
程式を求めれば、係数a,b,c数式3で表されるもの
となっている。
乗とおき、誤差εを係数a,b,cで偏微分して正準方
程式を求めれば、係数a,b,c数式3で表されるもの
となっている。
【0017】
【数3】
【0018】したがって、これら係数a,b,cより着
目点(x、y)での合成画像12の値h(x、y)と距
離画像13の値g(x、y)は数式4として求められる
ものである。
目点(x、y)での合成画像12の値h(x、y)と距
離画像13の値g(x、y)は数式4として求められる
ものである。
【0019】
【数4】
【0020】係数計算部23ではf(z)、f(z)×
z、f(z)×z2、z4、z3、z2、z、1が計算さ
れ、係数記憶部24ではまた、予め記憶している値と係
数計算部23で計算されたf(z)、f(z)×z、f
(z)×z2等とを加算することによって、Σf
(z)、Σf(z)×z、Σf(z)×z2等が計算さ
れた上、記憶されているものである。係数記憶部24に
は画像の全ての点(x、y)での係数が予め保持されて
いるわけであり、画像計算部25では数式3,4により
合成画像12および距離画像13が計算により得られて
いるものである。
z、f(z)×z2、z4、z3、z2、z、1が計算さ
れ、係数記憶部24ではまた、予め記憶している値と係
数計算部23で計算されたf(z)、f(z)×z、f
(z)×z2等とを加算することによって、Σf
(z)、Σf(z)×z、Σf(z)×z2等が計算さ
れた上、記憶されているものである。係数記憶部24に
は画像の全ての点(x、y)での係数が予め保持されて
いるわけであり、画像計算部25では数式3,4により
合成画像12および距離画像13が計算により得られて
いるものである。
【0021】さて、以上のようにしてなるLSIウェハ
パターン検査装置での動作について説明すれば、図4は
その検査装置での検査アルゴリズムの一例でのフローを
示したものである。これによる場合、全体制御部32よ
りの指令で各部がイニシャライズされた後は、XYZス
テージ15が特定のチップ位置に移動され、また、係数
記憶部24がクリアされるものとなっている。その後
は、XYZステージ15がZ軸方向に移動されつつスラ
イス画像11が順次検出されるが、画像選択部22から
は以下の数式5に示す基準で選択された値が係数計算部
23に送られ、係数計算部23で計算された係数は係数
記憶部24に記憶されるものとなっている。
パターン検査装置での動作について説明すれば、図4は
その検査装置での検査アルゴリズムの一例でのフローを
示したものである。これによる場合、全体制御部32よ
りの指令で各部がイニシャライズされた後は、XYZス
テージ15が特定のチップ位置に移動され、また、係数
記憶部24がクリアされるものとなっている。その後
は、XYZステージ15がZ軸方向に移動されつつスラ
イス画像11が順次検出されるが、画像選択部22から
は以下の数式5に示す基準で選択された値が係数計算部
23に送られ、係数計算部23で計算された係数は係数
記憶部24に記憶されるものとなっている。
【0022】
【数5】
【0023】XYZステージ15のZ軸方向への移動終
了後、係数記憶部24での値をもとに画像計算部25で
は合成画像12および距離画像13が計算され、画像計
算部25からの合成画像12および距離画像13は、合
成画像記憶部26、距離画像記憶部27各々に直前に記
憶されている合成画像12、距離画像13各々と差画像
演算部28で数式6を用い比較されることで、差画像s
(x、y)が計算されるものとなっている。因みに、数
式6におけるx0,y0は数式7を最小とする組合せとさ
れる。
了後、係数記憶部24での値をもとに画像計算部25で
は合成画像12および距離画像13が計算され、画像計
算部25からの合成画像12および距離画像13は、合
成画像記憶部26、距離画像記憶部27各々に直前に記
憶されている合成画像12、距離画像13各々と差画像
演算部28で数式6を用い比較されることで、差画像s
(x、y)が計算されるものとなっている。因みに、数
式6におけるx0,y0は数式7を最小とする組合せとさ
れる。
【0024】
【数6】
【0025】
【数7】
【0026】数式7中、Σは画像全面での和を表し、x
0,y0は検出された画像と記憶されている画像との位置
誤差の範囲内でその和を最小とする組合せとして求めら
れているものである。さて、差画像の計算後は、画像計
算部25から現に得られている合成画像12、距離画像
13各々は合成画像記憶部26、距離画像記憶部27各
々に記憶されることで、合成画像記憶部26、距離画像
記憶部27各々での記憶内容は更新された上、次回での
比較に待機されるものである。したがって、最初の検査
領域では、合成画像記憶部26、距離画像記憶部27各
々にはまだ何等比較用画像が記憶されていなく、パター
ン検査を行い得ないものとなっている。以上のようにし
て計算された差画像s(x、y)はその後、フィルタ部
29で数式8に示すフィルタにかけられ、欠陥部の差が
強調されるものとなっている。
0,y0は検出された画像と記憶されている画像との位置
誤差の範囲内でその和を最小とする組合せとして求めら
れているものである。さて、差画像の計算後は、画像計
算部25から現に得られている合成画像12、距離画像
13各々は合成画像記憶部26、距離画像記憶部27各
々に記憶されることで、合成画像記憶部26、距離画像
記憶部27各々での記憶内容は更新された上、次回での
比較に待機されるものである。したがって、最初の検査
領域では、合成画像記憶部26、距離画像記憶部27各
々にはまだ何等比較用画像が記憶されていなく、パター
ン検査を行い得ないものとなっている。以上のようにし
て計算された差画像s(x、y)はその後、フィルタ部
29で数式8に示すフィルタにかけられ、欠陥部の差が
強調されるものとなっている。
【0027】
【数8】
【0028】但し、数式8中、m(Δx、Δy)は以下の
数式9として示す行列である。
数式9として示す行列である。
【0029】
【数9】
【0030】欠陥部の差が強調された差画像s(x、
y)はその後、数式10により2値化部30で2値化処
理されることで、2値画像st(x、y)として得られ
るものである。
y)はその後、数式10により2値化部30で2値化処
理されることで、2値画像st(x、y)として得られ
るものである。
【0031】
【数10】
【0032】2値画像st(x、y)はその後、特徴抽
出部31でラベリングされた上、特徴量としてその面積
と重心位置が算出されるが、全体制御部32ではその面
積が一定しきい値fthを越える領域が欠陥として判定、
検出されているものである。検出された欠陥は個別にプ
リンタやプロッタで印字記録されたり、FD(フロッピ
ーディスク)に記憶されたり、あるいはLAN等を介し
収集記憶されているものである。
出部31でラベリングされた上、特徴量としてその面積
と重心位置が算出されるが、全体制御部32ではその面
積が一定しきい値fthを越える領域が欠陥として判定、
検出されているものである。検出された欠陥は個別にプ
リンタやプロッタで印字記録されたり、FD(フロッピ
ーディスク)に記憶されたり、あるいはLAN等を介し
収集記憶されているものである。
【0033】したがって、図3,図4に係る実施例によ
れば以下の特徴が得られるものとなっている。 (1)関数近似を用いZ軸方向への移動ピッチ以下の精度
で正確に合成画像12および距離画像13が計算されて
いることから、Z軸方向への移動ピッチが粗くても検出
精度は上がり検出誤差が小さいため、正確にパターン検
査を行い得るものとなっている。 (2)関数近似にはZ軸方向への移動ピッチが等間隔であ
るなどの条件を用いていないため、Zステージにアクチ
ュエータとしてピエゾ素子などの非線形性の素子を用い
得るものとなっている。 (3)光源16にはレーザ発振器以外に、例えばキセノン
ランプなどのブロードな波長特性をもつ光源を用い得、
薄膜干渉の影響を受けにくい。 (4)基本的に距離画像の差で欠陥を検出していることか
ら、膜厚による誤差などを正確に判定し得る。
れば以下の特徴が得られるものとなっている。 (1)関数近似を用いZ軸方向への移動ピッチ以下の精度
で正確に合成画像12および距離画像13が計算されて
いることから、Z軸方向への移動ピッチが粗くても検出
精度は上がり検出誤差が小さいため、正確にパターン検
査を行い得るものとなっている。 (2)関数近似にはZ軸方向への移動ピッチが等間隔であ
るなどの条件を用いていないため、Zステージにアクチ
ュエータとしてピエゾ素子などの非線形性の素子を用い
得るものとなっている。 (3)光源16にはレーザ発振器以外に、例えばキセノン
ランプなどのブロードな波長特性をもつ光源を用い得、
薄膜干渉の影響を受けにくい。 (4)基本的に距離画像の差で欠陥を検出していることか
ら、膜厚による誤差などを正確に判定し得る。
【0034】次に上記第1の実施例に対する第1の変形
について説明すれば、回転円盤18、あるいはXYZス
テージ15、または検出光学系の一部、またはその全部
の光軸を傾け、検出位置により検出高さを変えてXYZ
ステージ15をX方向に走査することによって、等価的
にZ軸方向に試料1を走査し得るものとなっている。勿
論、Z軸方向以外にX方向にも移動するが、移動量は一
定であるので差し引いて考えることができる。本変形に
よれば、Z軸方向への微小移動をX方向への大きな移動
に変えて移動し得、正確にZ軸方向高さを制御し得るも
のとなっている。また、回転円盤18、または検出光学
系の一部、またはその全部の光軸を傾ける場合には、X
方向への移動は次の検出位置への移動でもあることか
ら、高速にパターン検査を行い得るものとなっている。
について説明すれば、回転円盤18、あるいはXYZス
テージ15、または検出光学系の一部、またはその全部
の光軸を傾け、検出位置により検出高さを変えてXYZ
ステージ15をX方向に走査することによって、等価的
にZ軸方向に試料1を走査し得るものとなっている。勿
論、Z軸方向以外にX方向にも移動するが、移動量は一
定であるので差し引いて考えることができる。本変形に
よれば、Z軸方向への微小移動をX方向への大きな移動
に変えて移動し得、正確にZ軸方向高さを制御し得るも
のとなっている。また、回転円盤18、または検出光学
系の一部、またはその全部の光軸を傾ける場合には、X
方向への移動は次の検出位置への移動でもあることか
ら、高速にパターン検査を行い得るものとなっている。
【0035】更に、第2の変形について説明すれば、既
述の数式5の代りに以下の数式11を用いるようにした
ものである。
述の数式5の代りに以下の数式11を用いるようにした
ものである。
【0036】
【数11】
【0037】画像全面で予め定めたZ座標zl,zh間に
ある場合での値zを用いるようにしたものである。な
お、その際でのzは、画面全面の検出光量が最大になる
点、または別の合焦点検出センサの出力をもとに正規化
してあるものとする。本変形によれば、Σ1、Σz、Σ
z2などのf(z)を含まない項は予め計算しておくこ
とが可能であり、その分計算処理量は飛躍的に小さくて
済まされるものとなっている。更にまた、第3の変形に
ついて説明すれば、画像選択部22から全体制御部32
までの一部、または全部はソフトウェア処理に置換され
得るものとなっている。ソフトウェア処理に置換される
場合には、装置構成コンパクトにしてパターン検査を行
い得るものである。
ある場合での値zを用いるようにしたものである。な
お、その際でのzは、画面全面の検出光量が最大になる
点、または別の合焦点検出センサの出力をもとに正規化
してあるものとする。本変形によれば、Σ1、Σz、Σ
z2などのf(z)を含まない項は予め計算しておくこ
とが可能であり、その分計算処理量は飛躍的に小さくて
済まされるものとなっている。更にまた、第3の変形に
ついて説明すれば、画像選択部22から全体制御部32
までの一部、または全部はソフトウェア処理に置換され
得るものとなっている。ソフトウェア処理に置換される
場合には、装置構成コンパクトにしてパターン検査を行
い得るものである。
【0038】さて、本発明の第2の実施例について説明
すれば、図5は本発明によるパターン欠陥検出装置の他
の例での具体的構成を示したものである。図示のよう
に、構成上、図3に示すものと大きく異なっているとこ
ろは、回転円盤18の代りに合焦点高さが変えられた複
数のスリット33が設けられ、また、反射光をスリット
33を介しスリット33と共役な位置関係で検出すべく
TVカメラ20の代りに複数のセンサ(一次元イメージ
センサ、または一体型のイメージセンサ)34が設けら
れていることである。センサ34各々からの画像信号は
A/D変換器21でディジタル化された上、画像遅延部
35でそれぞれ異なる量だけ所定に遅延せしめられるこ
とによって、同一タイミングで同一点に対する画像信号
が得られており、同一点に対する画像信号はその後、関
数近似に使用する画像の点を選択する画像選択部22で
選択処理されるものとなっていること以外は、ほぼ図3
に示すものと同様となっている。
すれば、図5は本発明によるパターン欠陥検出装置の他
の例での具体的構成を示したものである。図示のよう
に、構成上、図3に示すものと大きく異なっているとこ
ろは、回転円盤18の代りに合焦点高さが変えられた複
数のスリット33が設けられ、また、反射光をスリット
33を介しスリット33と共役な位置関係で検出すべく
TVカメラ20の代りに複数のセンサ(一次元イメージ
センサ、または一体型のイメージセンサ)34が設けら
れていることである。センサ34各々からの画像信号は
A/D変換器21でディジタル化された上、画像遅延部
35でそれぞれ異なる量だけ所定に遅延せしめられるこ
とによって、同一タイミングで同一点に対する画像信号
が得られており、同一点に対する画像信号はその後、関
数近似に使用する画像の点を選択する画像選択部22で
選択処理されるものとなっていること以外は、ほぼ図3
に示すものと同様となっている。
【0039】ここで、その装置の動作を説明すれば、全
体制御部32よりの指令で各部がイニシャライズされた
後、以下の動作が繰返し行われることでパターン検査が
行われるものとなっている。即ち、XYZステージ15
を特定のチップ位置に移動せしめた状態で、XYZステ
ージ15をX方向にスキャンしつつ複数のスリット33
を介しセンサ34各々で画像が検出されるが、その際、
画像遅延部35ではスリット位置の差に応じて検出画像
信号が遅延されることによって、画像遅延部35からは
同一点についての複数(本例では3通り)の画像信号が
同時に出力されるものとなっている。合焦点位置の異な
る3通りの画像信号が得られるわけであるが、画像選択
部22では以下の数式12に示す基準で画像信号が選択
された上、既述の数式3および数式4を用い係数計算部
23および画像計算部25で合成画像12および距離画
像13が計算されているものである。
体制御部32よりの指令で各部がイニシャライズされた
後、以下の動作が繰返し行われることでパターン検査が
行われるものとなっている。即ち、XYZステージ15
を特定のチップ位置に移動せしめた状態で、XYZステ
ージ15をX方向にスキャンしつつ複数のスリット33
を介しセンサ34各々で画像が検出されるが、その際、
画像遅延部35ではスリット位置の差に応じて検出画像
信号が遅延されることによって、画像遅延部35からは
同一点についての複数(本例では3通り)の画像信号が
同時に出力されるものとなっている。合焦点位置の異な
る3通りの画像信号が得られるわけであるが、画像選択
部22では以下の数式12に示す基準で画像信号が選択
された上、既述の数式3および数式4を用い係数計算部
23および画像計算部25で合成画像12および距離画
像13が計算されているものである。
【0040】
【数12】
【0041】計算された合成画像12、距離画像13各
々は合成画像記憶部26、距離画像記憶部27各々に記
憶されている1チップ前の画像と差画像演算部28で比
較されるが、その際、差画像演算部28では数式13を
用い画像比較が行われることで、差画像s(x、y)が
計算されるものとなっている。
々は合成画像記憶部26、距離画像記憶部27各々に記
憶されている1チップ前の画像と差画像演算部28で比
較されるが、その際、差画像演算部28では数式13を
用い画像比較が行われることで、差画像s(x、y)が
計算されるものとなっている。
【0042】
【数13】
【0043】但し、x0、y0は既述の数式7を最小とす
る組み合せとされる。
る組み合せとされる。
【0044】差画像が計算された後は、画像計算部25
より現に得られている合成画像12、距離画像13各々
は合成画像記憶部26、距離画像記憶部27に記憶され
ることで、合成画像記憶部26、距離画像記憶部27各
々での記憶内容は更新された上、次回での比較に待機さ
れるものである。フィルタ部29では差画像s(x、
y)が微分型のフィルタにかけられることで欠陥部での
差が強調されるが、欠陥部での差が強調された差画像s
(x、y)はその後、既述の数式10により2値化部3
0で2値化処理されることで、2値画像st(x、y)
として得られるものである。2値画像st(x、y)は
その後、特徴抽出部31でラベリングされた上、特徴量
としてその面積と重心位置が算出されるが、全体制御部
32ではその面積が一定しきい値fthを越える領域が欠
陥として判定、検出されているものである。
より現に得られている合成画像12、距離画像13各々
は合成画像記憶部26、距離画像記憶部27に記憶され
ることで、合成画像記憶部26、距離画像記憶部27各
々での記憶内容は更新された上、次回での比較に待機さ
れるものである。フィルタ部29では差画像s(x、
y)が微分型のフィルタにかけられることで欠陥部での
差が強調されるが、欠陥部での差が強調された差画像s
(x、y)はその後、既述の数式10により2値化部3
0で2値化処理されることで、2値画像st(x、y)
として得られるものである。2値画像st(x、y)は
その後、特徴抽出部31でラベリングされた上、特徴量
としてその面積と重心位置が算出されるが、全体制御部
32ではその面積が一定しきい値fthを越える領域が欠
陥として判定、検出されているものである。
【0045】したがって、図5に係る実施例によれば以
下の特徴が得られるものとなっている。 (1)関数近似を用いZ軸方向への移動ピッチ以下の精度
で正確に合成画像12および距離画像13が計算されて
いることから、Z軸方向への移動ピッチが粗くても検出
精度は上がり検出誤差が小さいため、正確にパターン検
査を行い得るものとなっている。 (2)第1の実施例1に比し検出時にZ軸方向への移動が
不要なため、高速なパターン検査が可能である。 (3)光源16にはレーザ発振器以外に、例えばキセノン
ランプなどのブロードな波長特性をもつ光源を用い得、
薄膜干渉の影響を受けにくい。 (4)合成画像、あるいは距離画像の差で欠陥を検出して
いるため、zの検出誤差を受けにくい。
下の特徴が得られるものとなっている。 (1)関数近似を用いZ軸方向への移動ピッチ以下の精度
で正確に合成画像12および距離画像13が計算されて
いることから、Z軸方向への移動ピッチが粗くても検出
精度は上がり検出誤差が小さいため、正確にパターン検
査を行い得るものとなっている。 (2)第1の実施例1に比し検出時にZ軸方向への移動が
不要なため、高速なパターン検査が可能である。 (3)光源16にはレーザ発振器以外に、例えばキセノン
ランプなどのブロードな波長特性をもつ光源を用い得、
薄膜干渉の影響を受けにくい。 (4)合成画像、あるいは距離画像の差で欠陥を検出して
いるため、zの検出誤差を受けにくい。
【0046】次に、第2の実施例に対する第1の変形に
ついて説明すれば、複数のスリット33を省略した上、
焦点深度の極めて浅い検出光学系として構成することが
考えられる。スリット33が省略されることで、簡便な
検出光学系を以てパターン検査を行い得るものである。
更に第2の変形について説明すれば、画像選択部22を
省略した上、係数演算部23に最大値を用いることが考
えられる。この結果、回路構成は極めて簡単化され、簡
便な回路を用い得るものである。
ついて説明すれば、複数のスリット33を省略した上、
焦点深度の極めて浅い検出光学系として構成することが
考えられる。スリット33が省略されることで、簡便な
検出光学系を以てパターン検査を行い得るものである。
更に第2の変形について説明すれば、画像選択部22を
省略した上、係数演算部23に最大値を用いることが考
えられる。この結果、回路構成は極めて簡単化され、簡
便な回路を用い得るものである。
【0047】次に、本発明の第3の実施例について説明
すれば、図6は本発明によるパターン欠陥検出装置の他
の例での具体的構成を示したものである。これによる場
合、パターン欠陥検出装置は、ウェハ14を位置決め載
置した上、X,Y,Z方向に移動するXYZステージ1
5と、ウェハ14を照明する光源16および照明光学系
17と、反射光を検出する焦点深度の浅い対物レンズ1
9と、反射光を検出し、距離画像および合成画像を生成
する機能素子型イメージセンサ36と、機能素子型イメ
ージセンサ36からの画像信号をディジタル化するため
のA/D変換器21と、A/D変換器21からの距離画
像12および合成画像12を一時記憶する信号憶部38
と、信号憶部38に記憶しておいた直前位置のチップの
合成画像および距離画像を現に検出した合成画像および
距離画像と位置合せ状態で比較して差画像を計算する差
画像演算部28と、差画像演算部28よりの差画像をフ
ィルタにかけて欠陥部の差を強調するフィルタ部29
と、強調された差画像を2値化する2値化部30と、2
値画像をラベリングして特徴量を算出する特徴抽出部3
1と、特徴抽出部31よりの特徴量をもとに欠陥を抽出
したり、全体を制御するマイクロコンピュータを含む全
体制御部32とから構成されたものとなっている。
すれば、図6は本発明によるパターン欠陥検出装置の他
の例での具体的構成を示したものである。これによる場
合、パターン欠陥検出装置は、ウェハ14を位置決め載
置した上、X,Y,Z方向に移動するXYZステージ1
5と、ウェハ14を照明する光源16および照明光学系
17と、反射光を検出する焦点深度の浅い対物レンズ1
9と、反射光を検出し、距離画像および合成画像を生成
する機能素子型イメージセンサ36と、機能素子型イメ
ージセンサ36からの画像信号をディジタル化するため
のA/D変換器21と、A/D変換器21からの距離画
像12および合成画像12を一時記憶する信号憶部38
と、信号憶部38に記憶しておいた直前位置のチップの
合成画像および距離画像を現に検出した合成画像および
距離画像と位置合せ状態で比較して差画像を計算する差
画像演算部28と、差画像演算部28よりの差画像をフ
ィルタにかけて欠陥部の差を強調するフィルタ部29
と、強調された差画像を2値化する2値化部30と、2
値画像をラベリングして特徴量を算出する特徴抽出部3
1と、特徴抽出部31よりの特徴量をもとに欠陥を抽出
したり、全体を制御するマイクロコンピュータを含む全
体制御部32とから構成されたものとなっている。
【0048】この第3の実施例では、画像検出センサと
して、距離画像および合成画像を生成する機能素子型イ
メージセンサ36が使用されていることが特徴的となっ
ているが、ここで、機能素子型イメージセンサ36につ
いて簡単ながら図7により説明すれば以下のようであ
る。即ち、機能素子型イメージセンサ36は複数本の1
次元イメージセンサ部39と、それらセンサ部39各々
に対応した演算部40および記憶部41より構成された
ものとなっている。1番目(最左端位置)の記憶部41
からは常に値0を出力されるものとして、1次元イメー
ジセンサ39各々からの検出画像信号は、対応する演算
部40で同じく対応する記憶部41からの値と比較さ
れ、その比較結果として、大きい方の値が隣接右位置の
記憶部41に記憶されるべく機能するようになってい
る。このような動作を繰返し行うことで、最終番目(最
右端位置)の記憶部41には最大画像信号値を取り出さ
れ得るものである。
して、距離画像および合成画像を生成する機能素子型イ
メージセンサ36が使用されていることが特徴的となっ
ているが、ここで、機能素子型イメージセンサ36につ
いて簡単ながら図7により説明すれば以下のようであ
る。即ち、機能素子型イメージセンサ36は複数本の1
次元イメージセンサ部39と、それらセンサ部39各々
に対応した演算部40および記憶部41より構成された
ものとなっている。1番目(最左端位置)の記憶部41
からは常に値0を出力されるものとして、1次元イメー
ジセンサ39各々からの検出画像信号は、対応する演算
部40で同じく対応する記憶部41からの値と比較さ
れ、その比較結果として、大きい方の値が隣接右位置の
記憶部41に記憶されるべく機能するようになってい
る。このような動作を繰返し行うことで、最終番目(最
右端位置)の記憶部41には最大画像信号値を取り出さ
れ得るものである。
【0049】図8はまた、その機能素子型イメージセン
サ36の使用方法を示したものである。1次元イメージ
センサ部39ーa,39ーb,39ーc,… …各々で
はあるタイミングではそれぞれ異なる位置でのパターン
を検出しているが、ステージの移動速度を演算部40ー
a,40ーb,40ーc,… …各々での演算速度と等
しく設定すれば、記憶部41ーa,41ーb,41ー
c,… …各々への演算結果は常に同一位置のパターン
を検出していることになる。この結果として、機能素子
型イメージセンサ36における最右端位置の記憶部から
の出力としては、合成画像が得られるものである。ま
た、新たに2本目の記憶部を設け、検出された値の方が
大きい場合にそのセンサの番号を出力するようにすれ
ば、この新たに設けた記憶部からの出力は、距離画像と
して得られるものとなっている。
サ36の使用方法を示したものである。1次元イメージ
センサ部39ーa,39ーb,39ーc,… …各々で
はあるタイミングではそれぞれ異なる位置でのパターン
を検出しているが、ステージの移動速度を演算部40ー
a,40ーb,40ーc,… …各々での演算速度と等
しく設定すれば、記憶部41ーa,41ーb,41ー
c,… …各々への演算結果は常に同一位置のパターン
を検出していることになる。この結果として、機能素子
型イメージセンサ36における最右端位置の記憶部から
の出力としては、合成画像が得られるものである。ま
た、新たに2本目の記憶部を設け、検出された値の方が
大きい場合にそのセンサの番号を出力するようにすれ
ば、この新たに設けた記憶部からの出力は、距離画像と
して得られるものとなっている。
【0050】さて、第3の実施例に係る装置の動作を説
明すれば、全体制御部32よりの指令で各部がイニシャ
ライズされた後は、以下の動作が繰返し行われること
で、パターン検査が行われるものとなっている。即ち、
即ち、XYZステージ15を特定のチップ位置に移動せ
しめた状態で、XYZステージ15をX方向にスキャン
しつつ機能素子型イメージセンサ36からは、A/D変
換器21を介し検出画像信号として、距離画像信号およ
び合成画像信号が得られるものとなっている。この検出
画像信号は信号記憶部38に記憶されている1チップ前
の検出画像信号と差画像演算部28で画像比較される
が、差画像演算部28では数式6、または数式13を用
い画像比較されることで、差画像s(x、y)が計算さ
れるものとなっている。差画像s(x、y)が計算され
た後に、A/D変換器21からの検出画像信号は信号記
憶部38に更新記憶されることで、次回の比較ために待
機されているものである。フィルタ部29では差画像s
(x、y)が欠陥強調フィルタにかけられ欠陥部での差
が強調された上、数式10を用い2値化部30からは2
値画像st(x、y)として得られるものとなってい
る。この2値画像st(x、y)を特徴抽出部31でラ
ベリングした上、特徴量としてその面積と重心位置を算
出すれば、全体制御部32ではその面積が一定しきい値
fthを越える領域が欠陥として判定、検出されているも
のである。
明すれば、全体制御部32よりの指令で各部がイニシャ
ライズされた後は、以下の動作が繰返し行われること
で、パターン検査が行われるものとなっている。即ち、
即ち、XYZステージ15を特定のチップ位置に移動せ
しめた状態で、XYZステージ15をX方向にスキャン
しつつ機能素子型イメージセンサ36からは、A/D変
換器21を介し検出画像信号として、距離画像信号およ
び合成画像信号が得られるものとなっている。この検出
画像信号は信号記憶部38に記憶されている1チップ前
の検出画像信号と差画像演算部28で画像比較される
が、差画像演算部28では数式6、または数式13を用
い画像比較されることで、差画像s(x、y)が計算さ
れるものとなっている。差画像s(x、y)が計算され
た後に、A/D変換器21からの検出画像信号は信号記
憶部38に更新記憶されることで、次回の比較ために待
機されているものである。フィルタ部29では差画像s
(x、y)が欠陥強調フィルタにかけられ欠陥部での差
が強調された上、数式10を用い2値化部30からは2
値画像st(x、y)として得られるものとなってい
る。この2値画像st(x、y)を特徴抽出部31でラ
ベリングした上、特徴量としてその面積と重心位置を算
出すれば、全体制御部32ではその面積が一定しきい値
fthを越える領域が欠陥として判定、検出されているも
のである。
【0051】したがって、図6に係る実施例によれば以
下の特徴が得られるものとなっている。 (1)機能素子型イメージセンサが用いられていることか
ら、画像処理回路が極めてコンパクトに構成し得、ま
た、zの分解能は機能素子型イメージセンサの集積度で
決定されることから、分解能を上げることは容易であ
る。 (2)第1の実施例1と比し画像検出時にZ軸方向への移
動が不要とされることから、高速なパターン検査が可能
である。 (3)光源16にはレーザ発振器以外に、例えばキセノン
ランプなどのブロードな波長特性をもつ光源を用い得、
薄膜干渉の影響を受けにくい。
下の特徴が得られるものとなっている。 (1)機能素子型イメージセンサが用いられていることか
ら、画像処理回路が極めてコンパクトに構成し得、ま
た、zの分解能は機能素子型イメージセンサの集積度で
決定されることから、分解能を上げることは容易であ
る。 (2)第1の実施例1と比し画像検出時にZ軸方向への移
動が不要とされることから、高速なパターン検査が可能
である。 (3)光源16にはレーザ発振器以外に、例えばキセノン
ランプなどのブロードな波長特性をもつ光源を用い得、
薄膜干渉の影響を受けにくい。
【0052】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項1〜13
によれば、検出欠陥寸法Δを小さく抑えつつ、しかも検
出可能焦点深度lを大きく保った状態で、顕微鏡の焦点
深度を越える段差が形成されているパターンを被検査パ
ターンとして、そのパターン中に存在している欠陥を検
出し得るパターン比較検査方法が、また、請求項14,
15による場合には、検出欠陥寸法Δを小さく抑えつ
つ、しかも検出可能焦点深度lを大きく保った状態で、
顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成されているパター
ンを被検査パターンとして、そのパターン中に存在して
いる欠陥を検出し得るパターン比較検査装置が得られる
ものとなっている。
によれば、検出欠陥寸法Δを小さく抑えつつ、しかも検
出可能焦点深度lを大きく保った状態で、顕微鏡の焦点
深度を越える段差が形成されているパターンを被検査パ
ターンとして、そのパターン中に存在している欠陥を検
出し得るパターン比較検査方法が、また、請求項14,
15による場合には、検出欠陥寸法Δを小さく抑えつ
つ、しかも検出可能焦点深度lを大きく保った状態で、
顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成されているパター
ンを被検査パターンとして、そのパターン中に存在して
いる欠陥を検出し得るパターン比較検査装置が得られる
ものとなっている。
【図1】図1は、本発明によるパターン欠陥検出装置の
原理的な構成を示す図
原理的な構成を示す図
【図2】図2は、ピンホールを用いた場合での試料高さ
と検出光量との関係を示す図
と検出光量との関係を示す図
【図3】図3は、本発明によるパターン欠陥検出装置の
一例での具体的構成を示す図
一例での具体的構成を示す図
【図4】図4は、そのパターン検査装置での検査アルゴ
リズムの一例でのフローを示す図
リズムの一例でのフローを示す図
【図5】図5は、本発明によるパターン欠陥検出装置の
他の例での具体的構成を示す図
他の例での具体的構成を示す図
【図6】図6は、本発明によるパターン欠陥検出装置の
更に異なる他の例での具体的構成を示す図
更に異なる他の例での具体的構成を示す図
【図7】図7は、機能素子型イメージセンサの機能構成
を示す図
を示す図
【図8】図8は、その機能素子型イメージセンサの使用
方法を説明するための図
方法を説明するための図
【図9】図9(A)〜(C)は、一般的なパターン比較
検査方法を説明するための図
検査方法を説明するための図
【図10】図10(A),(B)は、それぞれ半導体ウ
ェハ上に形成されているメモリチップパターンのパター
ン形成状態と、その1部分でのパターン拡大状態とを示
す図
ェハ上に形成されているメモリチップパターンのパター
ン形成状態と、その1部分でのパターン拡大状態とを示
す図
1…試料、2,15…XYZステージ、3,16…光
源、4,19…対物レンズ、5…ピンホール、6…セン
サ、7…信号解析部、8…移動部、9…全体制御部、1
2…合成画像、13…距離画像、14…ウェハ、17…
照明光学系、18…回転円盤、20…TVカメラ、21
…A/D変換器、22…選択部、23…係数計算部、2
4…係数記憶部、25…画像計算部、26…合成画像記
憶部、27…距離画像記憶部、28…差画像演算部、2
9…フィルタ部、30…2値化部、31…特徴抽出部、
32…全体制御部、33…複数のスリット、34…セン
サ(1次元イメージセンサ、または一体型のイメージセ
ンサ)、35…画像遅延部、36…機能素子型イメージ
センサ、38…信号記憶部
源、4,19…対物レンズ、5…ピンホール、6…セン
サ、7…信号解析部、8…移動部、9…全体制御部、1
2…合成画像、13…距離画像、14…ウェハ、17…
照明光学系、18…回転円盤、20…TVカメラ、21
…A/D変換器、22…選択部、23…係数計算部、2
4…係数記憶部、25…画像計算部、26…合成画像記
憶部、27…距離画像記憶部、28…差画像演算部、2
9…フィルタ部、30…2値化部、31…特徴抽出部、
32…全体制御部、33…複数のスリット、34…セン
サ(1次元イメージセンサ、または一体型のイメージセ
ンサ)、35…画像遅延部、36…機能素子型イメージ
センサ、38…信号記憶部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧平 坦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 岡 健次 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内
Claims (15)
- 【請求項1】 顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成さ
れている対象物の高さが順次更新される度に、該高さ対
応の共焦点顕微鏡画像を検出するようにして、該対象物
について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像を用い比
較検査することによって、差異パターン形状が欠陥とし
て検出されるようにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項2】 対象物の高さが順次更新される度に、該
対象物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像、
あるいは焦点深度の極めて浅い顕微鏡画像より、計算さ
れることによって得られる長焦点深度画像を用い比較検
査することによって、差異パターン形状が欠陥として検
出されるようにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項3】 対象物の高さが順次更新される度に、該
対象物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像、
あるいは焦点深度の極めて浅い顕微鏡画像より、計算さ
れることによって得られる距離画像を用い比較検査する
ことによって、差異パターン形状が欠陥として検出され
るようにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項4】 対象物の高さが順次更新される度に、該
対象物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像、
あるいは焦点深度の極めて浅い顕微鏡画像より、計算さ
れることによって得られる長焦点深度画像および距離画
像を用い比較検査することによって、差異パターン形状
が欠陥として検出されるようにしたパターン欠陥検出方
法。 - 【請求項5】 対象物の高さが順次更新される度に、該
対象物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像、
あるいは焦点深度の極めて浅い顕微鏡画像より、計算さ
れることによって得られる距離画像を用い比較検査する
ことによって、差異パターン形状が欠陥として検出され
るに際し、距離画像の中で高さ精度の高い画像部分のみ
について比較検査するか、あるいは高さ精度の低い画像
部分のみ感度が低下された状態で比較検査が行われるよ
うにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項6】 対象物の高さが順次更新される度に、該
対象物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像、
あるいは焦点深度の極めて浅い顕微鏡画像より、計算さ
れることによって得られる距離画像を設計情報と比較検
査することによって、差異パターン形状が欠陥として検
出されるに際し、パターン段差部としてのエッジ部以外
の画像部分のみについて比較検査するか、あるいは該エ
ッジ部対応の画像部分のみ感度が低下された状態で比較
検査が行われるようにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項7】 顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成さ
れている対象物、または像面を傾けた状態で該対象物を
横移動することによって、等価的に該対象物の高さを更
新しつつ該高さ対応の共焦点顕微鏡画像を検出するよう
にして、該対象物について検出された複数枚の共焦点顕
微鏡画像を用い比較検査することによって、差異パター
ン形状が欠陥として検出されるようにしたパターン欠陥
検出方法。 - 【請求項8】 顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成さ
れている対象物が位置決め載置されているステージを傾
けた状態で該対象物を横移動することによって、等価的
に該対象物の高さを更新しつつ該高さ対応の共焦点顕微
鏡画像を検出するようにして、該対象物について検出さ
れた複数枚の共焦点顕微鏡画像を用い比較検査すること
によって、差異パターン形状が欠陥として検出されるよ
うにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項9】 顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成さ
れている対象物の画像を検出する画像検出系の光軸を傾
けた状態で該対象物を横移動することによって、等価的
に該対象物の高さを更新しつつ該高さ対応の共焦点顕微
鏡画像を検出するようにして、該対象物について検出さ
れた複数枚の共焦点顕微鏡画像を用い比較検査すること
によって、差異パターン形状が欠陥として検出されるよ
うにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項10】 画像検出センサ位置、またはそれと同
等の機能をする面を傾けた状態で、顕微鏡の焦点深度を
越える段差が形成されている対象物を横移動することに
よって、等価的に該対象物の高さを更新しつつ該高さ対
応の共焦点顕微鏡画像を検出するようにして、該対象物
について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像を用い比
較検査することによって、差異パターン形状が欠陥とし
て検出されるようにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項11】 画像検出センサとしての、合成画像、
または距離画像を計算する機能が内臓された機能素子型
リニアイメージセンサの位置、またはそれと同等の機能
をする面を傾けた状態で、顕微鏡の焦点深度を越える段
差が形成されている対象物を横移動することによって、
等価的に該対象物の高さを更新しつつ該高さ対応の共焦
点顕微鏡画像を検出するようにして、該対象物について
検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像を用い比較検査す
ることによって、差異パターン形状が欠陥として検出さ
れるようにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項12】 複数のリニアイメージセンサより構成
され、着目リニアイメージセンサの出力と直前位置のリ
ニアイメージセンサまでのアナログ演算結果、またはデ
ィジタル演算結果が合成画像、または距離画像として得
られる機能素子型リニアイメージセンサの位置、または
それと同等の機能をする面を傾けた状態で、顕微鏡の焦
点深度を越える段差が形成されている対象物を横移動す
ることによって、等価的に該対象物の高さを更新しつつ
該高さ対応の共焦点顕微鏡画像を検出するようにして、
該対象物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像
を用い比較検査することによって、差異パターン形状が
欠陥として検出されるようにしたパターン欠陥検出方
法。 - 【請求項13】 複数のリニアイメージセンサより構成
され、着目リニアイメージセンサの出力と直前位置のリ
ニアイメージセンサまでの、ピークホールド、またはピ
ーク位置検出に係るアナログ演算結果、またはディジタ
ル演算結果が合成画像、または距離画像として得られる
機能素子型リニアイメージセンサの位置、またはそれと
同等の機能をする面を傾けた状態で、顕微鏡の焦点深度
を越える段差が形成されている対象物を横移動すること
によって、等価的に該対象物の高さを更新しつつ該高さ
対応の共焦点顕微鏡画像を検出するようにして、該対象
物について検出された複数枚の共焦点顕微鏡画像を用い
比較検査することによって、差異パターン形状が欠陥と
して検出されるようにしたパターン欠陥検出方法。 - 【請求項14】 顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成
されている対象物を位置決め載置するXYZステージ
と、該対象物を照明する照明光源と、上記対象物の画像
をピンホールを介し共焦点顕微鏡画像として検出するセ
ンサと、該センサより、上記XYZステージのZ方向で
の高さが更新される度に、該高さ対応の共焦点顕微鏡画
像を得た上、該対象物についての複数枚の共焦点顕微鏡
画像より計算によって少なくとも合成画像、距離画像の
何れかを作成する合成画像/距離画像作成部と、該合成
画像/距離画像作成部からの合成画像、距離画像の少な
くとも何れかを、予め得られている比較されるべき画像
と比較することによって、差異パターン形状を欠陥とし
て検出するパターン欠陥検出部と、を少なくとも含むパ
ターン欠陥検出装置。 - 【請求項15】 顕微鏡の焦点深度を越える段差が形成
されている対象物を位置決め載置するXYZステージ
と、該対象物を照明する照明光源と、上記対象物の画像
をピンホールを介し共焦点顕微鏡画像として検出し、か
つ複数のリニアイメージセンサより構成され、着目リニ
アイメージセンサの出力と直前位置のリニアイメージセ
ンサまでの、ピークホールド、またはピーク位置検出に
係るアナログ演算結果、またはディジタル演算結果を合
成画像、または距離画像として出力する機能素子型リニ
アイメージセンサと、該機能素子型リニアイメージセン
サからの合成画像、距離画像の少なくとも何れかを、予
め得られている比較されるべき画像と比較することによ
って、差異パターン形状を欠陥として検出するパターン
欠陥検出部と、を少なくとも含むパターン欠陥検出装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01756793A JP3300791B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | パターン欠陥検出方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01756793A JP3300791B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | パターン欠陥検出方法とその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06229936A true JPH06229936A (ja) | 1994-08-19 |
JP3300791B2 JP3300791B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=11947498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01756793A Expired - Fee Related JP3300791B2 (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | パターン欠陥検出方法とその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3300791B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09113236A (ja) * | 1995-10-16 | 1997-05-02 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 三次元計測方法および表示方法、ならびに三次元計測装置 |
JPH10153556A (ja) * | 1996-11-21 | 1998-06-09 | Saki Corp:Kk | 外観検査装置の集中管理システム |
JP2004150895A (ja) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Natl Inst Of Radiological Sciences | 標本画像データ処理方法及び標本検査システム |
JP2009300100A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Nikon Instech Co Ltd | 形状測定装置およびその形状測定方法 |
JP5024842B1 (ja) * | 2011-07-22 | 2012-09-12 | レーザーテック株式会社 | 検査装置、及び検査方法 |
CN111323423A (zh) * | 2018-12-14 | 2020-06-23 | 精工爱普生株式会社 | 缺陷检测装置及缺陷检测方法 |
CN113109354A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-07-13 | 上海御微半导体技术有限公司 | 一种标定块、缺陷检测装置及缺陷检测方法 |
-
1993
- 1993-02-04 JP JP01756793A patent/JP3300791B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09113236A (ja) * | 1995-10-16 | 1997-05-02 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 三次元計測方法および表示方法、ならびに三次元計測装置 |
JPH10153556A (ja) * | 1996-11-21 | 1998-06-09 | Saki Corp:Kk | 外観検査装置の集中管理システム |
JP2004150895A (ja) * | 2002-10-29 | 2004-05-27 | Natl Inst Of Radiological Sciences | 標本画像データ処理方法及び標本検査システム |
JP2009300100A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Nikon Instech Co Ltd | 形状測定装置およびその形状測定方法 |
JP5024842B1 (ja) * | 2011-07-22 | 2012-09-12 | レーザーテック株式会社 | 検査装置、及び検査方法 |
CN111323423A (zh) * | 2018-12-14 | 2020-06-23 | 精工爱普生株式会社 | 缺陷检测装置及缺陷检测方法 |
CN111323423B (zh) * | 2018-12-14 | 2024-01-30 | 精工爱普生株式会社 | 缺陷检测装置及缺陷检测方法 |
CN113109354A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-07-13 | 上海御微半导体技术有限公司 | 一种标定块、缺陷检测装置及缺陷检测方法 |
CN113109354B (zh) * | 2021-04-07 | 2024-06-11 | 上海御微半导体技术有限公司 | 一种标定块、缺陷检测装置及缺陷检测方法 |
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JP3300791B2 (ja) | 2002-07-08 |
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