JP3660763B2 - Inspection pattern inspection method, manufacturing process diagnosis method, and semiconductor substrate manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査パターンの欠陥を検出する外観検査に係り、特に半導体ウェーハや液晶ディスプレイなどにおける被検査パターンの検査方法に関するものである。特に、これらを利用することにより、製造プロセスを評価するのに最適な製造プロセス診断方法並びに半導体ウェーハ等の半導体基板の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の検査装置は、特開昭55−74409号公報記載の技術の如く、被検査パターンを移動させつつ、ラインセンサ等の撮像素子により被検査パターンの画像を検出し、前記検出した画像信号と所定時間だけ遅延させた画像信号の濃淡を比較することにより、その不一致を欠陥として認識するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウェーハなどの被検査パターンでは、パターンが種々の材料で形成されており、しかも多層に積層されている。このような多層パターンでは、例えばある層の表面が正常でありながら、その面が荒れている場合がある。上記従来の検査方法では、このような正常であるが面荒れの生じたパターンにより検査性能が律束されてしまい、面荒れのないパターンは感度を高く検査可能であるはずが、面荒れの生じたパターンに合わせて感度を低くして検査せざるを得ないということがあり、上記誤検出が起こりやすいという課題があった。
また、前記の如く面荒れにより感度の低下が生じるが、パターンにグレインが生じた場合も感度を低下させる要因となる。しかも、面荒れのある層およびグレインのある層が常時表面に現れるものでなく、表面層になったり、下層になったりして一定しないので、複雑な見え方をすることとなる。このようなことについて上記従来の技術では考慮されていないという課題であった。
【0004】
また、通常の光を用いた場合のみならず電子線等を用いた場合には、特に画像の歪みも大きく、その位置合わせ誤差もおおきくなるため、微細な欠陥が検出できないという課題があった。また、2次電子等は不安定なため、検出された画像も明るさが不安定になる傾向があった。このように、正常なパターンでも画像間に違いがあるため、誤検出が発生しやすいという課題があった。
さらに、従来の検査方法は、単に欠陥の有無のみの判定であり、ここに大きな課題があった。即ち、ステッパなどの解像度やエッチングの良否などに関し欠陥とまではいえないが、正常部としてはやや問題であるようなパターンのでき具合を直接的に定量評価するには不向きであるという課題があった。即ち、欠陥として致命的なものやわかりやすいもの、或いは表面に顔を出した表皮的な欠陥のみを検出する方式が従来的手法であり、これだけでは潜在的な欠陥の摘出やプロセスの状態を客観的に、かつ定量的に判断することができないという課題があった。
さらに、従来の検査方法は、上記の如く直接的に定量的評価ができないので、例えば半導体ウェーハ等を製造するための製造プロセスの評価には不適当であるという課題があった。
【0005】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、面荒れ、グレイン等が生じる多層の被検査パターンの表面の状態に影響されることなく被検査パターンを高感度で、且つ高信頼度で検査できるようにした被検査パターンの検査方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、半導体メモリを構成するマット部における繰返し被検査パターンを高感度で、且つ高信頼度で検査できるようにした被検査パターンの検査方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、繰返される被検査パターンに生じる欠陥等について詳細解析ができるようにして真の欠陥について高信頼度で検査できるようにした被検査パターンの検査方法を提供することにある。
【0006】
また本発明の他の目的は、繰返される被検査パターンについて出来具合を定量的に把握することができるようにした被検査パターンの検査方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、繰返される被検査パターンについて出来具合を定量的に把握して被検査パターンを製造する製造プロセスを診断できるようにした製造プロセス診断方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、半導体基板において、面荒れ、グレイン等が生じる多層の被検査パターンの表面の状態に影響されることなく被検査パターンを高感度で、且つ高信頼度で検査して高信頼性を有する半導体基板を製造できるようにした半導体基板の製造方法を提供することにある。
【0007】
また本発明の他の目的は、1または複数の画像に対して高精度に位置合わせができるようにした画像の位置合わせ方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、電子線ビームを用いて繰返される被検査パターンについて歪みや明るさの違いなどの各種の誤差に影響されることなく、高感度で、且つ高信頼度で検査できるようにした被検査パターンの検査方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成された統計情報を用いて被検査パターンのでき具合を定量化することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成された統計情報を用いて被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成された統計情報と前記検出された画像信号とを比較して被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
【0009】
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成された統計情報と前記検出された画像信号とを比較して被検査パターンの特徴量を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。また本発明は、前記抽出された特徴量に基づいて詳細解析して真の欠陥や被検査パターンの出来具合を把握することを特徴とする。
また本発明は、前記被検査パターンの検査方法において、前記統計情報は、統計画像信号であることを特徴とする。また本発明は、前記被検査パターンの検査方法において、前記検出された画像信号として被検査パターンの濃淡画像信号であり、前記統計情報として繰返される被検査パターンの統計濃淡画像信号であることを特徴とする。また本発明は、前記被検査パターンの検査方法において、前記検出された画像信号として被検査パターンのエッジ位置を示す画像信号であり、前記統計情報として繰返される被検査パターンの統計されたエッジ位置を示す統計画像信号であることを特徴とする。
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの平均値若しくはメディアン値で示される統計画像信号を生成し、この生成された統計画像信号を基準画像信号として前記検出された画像信号と比較することによって被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補(特徴量で示される場合も含む。)を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
【0010】
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの平均値若しくはメディアン値で示される統計画像信号を生成し、この生成された統計画像信号を基準画像信号として前記検出された画像信号と比較することによって被検査パターンの特徴量を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。また本発明は、前記抽出された特徴量に基づいて詳細解析して真の欠陥や被検査パターンの出来具合を把握することを特徴とする。
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、前記検出された繰返される被検査パターンの画像信号同士を比較して得られる差画像に対して前記生成された統計情報に基づいて得られる判定基準に基づいて判定処理をして被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、マット部と周辺回路部とを有するチップを複数配置した被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号からマット部における繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成されたマット部における統計情報を用いてマット部における被検査パターンのでき具合を定量化し、製造プロセスの条件や状態等を把握もしくは診断できるようにしたことを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
【0011】
また本発明は、マット部と周辺回路部とを有するチップを複数配置した被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号からマット部における繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報と周辺回路部における繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報とを生成し、この生成されたマット部における統計情報を用いてマット部における被検査パターンのでき具合を定量化し、前記生成された周辺回路部における統計情報を用いて周辺回路部における被検査パターンのでき具合を定量化し、製造プロセスの条件や状態等を把握もしくは診断できるようにしたことを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、マット部と周辺回路部とを有するチップを複数配置した被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号からマット部における繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成されたマット部における統計情報を用いてマット部における被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補(特徴量で示される場合も含む。)を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
【0012】
また本発明は、マット部と周辺回路部とを有するチップを複数配置した被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号からマット部における繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報と周辺回路部における繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報とを生成し、この生成されたマット部における統計情報を用いてマット部における被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出し、前記生成された周辺回路部における統計情報を用いて周辺回路部における被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補(特徴量で示される場合も含む。)を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、前記被検査パターンの検査方法を、同一となるように形成されたチップを複数個配置した被検査パターンに対して適用することを特徴とする。また本発明は、前記被検査パターンの検査方法において、マット部と周辺回路部との各々について統計画像を生成することを特徴とする。また本発明は、前記被検査パターンの検査方法において、前記統計画像と前記検出画像との比較は、その不一致(差)に基づく特徴量(不一致量もしくは不一致項目)を抽出することを特徴とする。また本発明は、前記被検査パターンの検査方法において、前記統計画像と前記検出画像との比較は、パターンのエッジ位置の相違(不一致)に基づく特徴量(不一致量もしくは不一致項目)を検出することを特徴とする。
【0013】
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成された統計情報を用いて被検査パターンのでき具合を定量化し、この定量化された被検査パターンのでき具合に基づいて被検査パターンを製造するための製造プロセスの適否について診断することを特徴とする製造プロセス診断方法である。
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成された統計情報を用いて被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補の情報を抽出し、この抽出された欠陥または欠陥候補の情報に基づいて被検査パターンを製造するための製造プロセスの適否について診断することを特徴とする製造プロセス診断方法である。
また本発明は、前記製造プロセス診断方法において、製造プロセスの診断項目は、パターンの解像度とその膜厚とそのエッジの明確度のうち、少なくとも一つであることを特徴とする。
【0014】
また本発明は、繰返される被検査パターンを形成した半導体基板から画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成された統計情報を用いて被検査パターンのでき具合を定量化し、この定量化された被検査パターンのでき具合に基づいて被検査パターンの製造プロセス条件の適否について診断して半導体基板を製造することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
また本発明は、繰返される被検査パターンを形成した半導体基板から画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、この生成された統計情報を用いて被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補の情報を抽出し、この抽出された欠陥または欠陥候補の情報に基づいて被検査パターンの製造プロセス条件の適否について診断して半導体基板を製造することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
また本発明は、位置合わせする各画像を線形補間若しくは前記各画像の微分画像を線形補間し、これらの補間画像間のそれぞれの不一致量若しくは該不一致量の線形結合が最小になるように該補間画像のずれ量を画素未満単位の分解能で求め、この求められた位置ずれ量に基づき前記各画像を線形補間若しくは2次補間若しくは高次の畳み込み補間をすることにより前記画像の位置合わせを行うことを特徴とする画像の位置合わせ方法である。
【0015】
また本発明は、位置合わせする各画像を線形補間若しくは前記各画像の微分画像を線形補間し、これらの補間画像間のそれぞれの不一致量若しくは該不一致量の線形結合が最小になるように該画像を用いたずれ量算出用データを布線論理で求め、この求められたずれ量算出用データから算出すべきずれ量を画素未満単位の分解能でプログラム論理により求め、この求められた位置ずれ量に基づき前記各画像について線形補間若しくは2次補間若しくは高次の畳み込み補間をすることを布線論理により行って前記画像の位置合わせを行うことを特徴とする画像の位置合わせ方法である。
また本発明は、位置合わせする各画像を線形補間若しくは前記各画像の微分画像を線形補間し、これらの補間画像間のそれぞれの不一致量若しくは該不一致量の線形結合が最小になるように該画像を用いたずれ量算出用データを布線論理で求め、この求められたずれ量算出用データから算出すべきずれ量を画素未満単位の分解能でプログラム論理により求め、この求められた位置ずれ量に基づき前記各画像について畳み込み演算による布線論理により行って前記画像の位置合わせを行うことを特徴とする画像の位置合わせ方法である。
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計画像信号を生成し、この生成された統計画像信号を基準画像信号として前記検出された画像信号と位置合わせして比較することによって被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補(特徴量で示される場合も含む。)を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
【0016】
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計画像信号を生成し、この生成された統計画像信号を基準画像信号として前記検出された画像信号と位置合わせして比較することによって被検査パターンの特徴量を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。また本発明は、前記抽出された特徴量に基づいて詳細解析して真の欠陥や被検査パターンの出来具合を把握することを特徴とする。
また本発明は、繰返される被検査パターンから画像信号を検出し、この検出された画像信号から繰返される被検査パターンの統計量で示される統計情報を生成し、前記検出された繰返される被検査パターンの画像信号同士を位置合わせして比較して得られる差画像に対して前記生成された統計情報に基づいて得られる判定基準に基づいて判定処理をして被検査パターンに存在する欠陥または欠陥候補を抽出することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、被検査パターンを有する試料に電子ビームを走査照射して得られる電子線画像を用いて被検査パターンを検査する検査方法であって、前記電子ビームの走査により前記試料から発生する反射電子と2次電子とを分離して反射電子を選択的に検出し、該検出した反射電子に基づいて電子線画像を作成し、この作成した反射電子による電子線画像を用いて被検査パターンを検査することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
【0017】
また本発明は、被検査パターンを有する試料に電子ビームを走査照射して得られる電子線画像を用いて被検査パターンを検査する検査方法であって、反射電子と2次電子を分離検出し、反射電子により検出した画像を用いて複数画像の位置合わせを行うことを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、繰返し被検査パターンを形成した試料に電子ビームを走査照射して得られる電子線画像を用いて被検査パターンを検査する検査方法であって、前記電子ビームのスキャンの方向に形成された繰返しパターンから得られる電子線画像を用いて被検査パターンを検査することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、試料上に形成した被検査パターンを検査する方法であって、前記被検査パターンから検出される光学像に基づいて被検査パターンの検査を行う第1の検査工程と、前記被検査パターンに電子ビームを走査照射して前記検査された部分を含む周辺の電子線画像を得、この電子線画像に基づいて前記検査された部分における詳細情報を得る第2の検査工程とを有することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
【0018】
また本発明は、繰返し被検査パターンについて画像信号を連続的に検出し、この連続的に検出された画像信号に基づいて被検査パターンを検査する方法であって、複数画像の位置合わせを着目画像のみならず過去の画像の位置ずれ情報を用いて、画像の連続性を判断し、これに基づき不連続画像の境界部の検査感度を制御することを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
また本発明は、繰返し被検査パターンについて画像信号を連続的に検出し、この連続的に検出された画像信号に基づいて被検査パターンを検査する方法であって、複数画像の位置合わせを着目画像のみならず過去の画像の位置ずれ情報を用いて、画像の連続性を判断し、これに基づき不連続画像の境界部を非検査領域とすることを特徴とする被検査パターンの検査方法である。
【0019】
以上説明したように、前記構成によれば、面荒れ、グレイン等が生じる多層の被検査パターンの表面の状態に影響されることなく被検査パターンを高感度で、且つ高信頼度で検査することができる。
また前記構成によれば、半導体メモリを構成するマット部における繰返し被検査パターンを高感度で、且つ高信頼度で検査することができる。
また前記構成によれば、繰返される被検査パターンに生じる欠陥等について詳細解析ができるようにして真の欠陥について高信頼度で検査することができる。
【0020】
また前記構成によれば、繰返される被検査パターンについて出来具合を定量的に把握することができる。
また前記構成によれば、繰返される被検査パターンについて出来具合を定量的に把握して被検査パターンを製造する製造プロセスを診断することができる。
【0021】
また前記構成によれば、半導体ウェーハ等の半導体基板において、面荒れ、グレイン等が生じる多層の被検査パターンの表面の状態に影響されることなく被検査パターンを高感度で、且つ高信頼度で検査して高信頼性を有する半導体基板を製造することができる。
また前記構成によれば、1または複数の画像に対して高精度に位置合わせができる。その結果繰返される被検査パターンにおける欠陥等の特徴量を忠実に抽出することができる。
また前記構成によれば、電子線ビームを用いて繰返される被検査パターンについて歪みや明るさの違いなどの各種の誤差に影響されることなく、高感度で、且つ高信頼度で検査することができる。
【0022】
また本発明によって得られる効果について機能面から詳しく説明する。
例えばメモリマット部と周辺回路部とを有するチップを複数配列した被検査パターンにおいて、各パターンの仕上り具合を定量的に表現し、かつこれを用いて欠陥または欠陥候補の特徴量を抽出するため、これら多層のパターンの仕上り具合の悪い層、すなわちパターンの面荒れやグレインなどのある層によって、チップ全体の検査感度が律束されることなく、発生した欠陥または欠陥候補を高感度に検査することができる。
また、パターンの仕上り具合を定量的に表現された統計情報を用いれば、ステッパなどの解像度やエッチングの良否などに関し、欠陥にはならないが正常部としては限界にあるような各パターンのでき具合を、正確かつ直接的に定量評価することができる。またいうまでもなく、この統計情報を用い、多層パターンにおいてもでき具合を詳細、かつ直接的に定量的に把握することができる。
また、統計画像の採用やこれを用いた検査方法により製造プロセスそのものを定量的に把握することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明に係る各実施の形態を図面を用いて説明する。
まず、本発明に係る被検査パターンの一実施の形態について説明する。
図12は、被検査パターンの一実施の形態として、半導体ウェーハに形成された半導体メモリチップにおけるメモリマット部と周辺回路部とを略示説明するための図である、図13は、図12に示す半導体メモリチップにおけるメモリマット部と周辺回路部における明るさ(濃淡)のヒストグラムを示す図である。図14は、図12のメモリマット部にグレインがあるの被検査パターンの略示図である。
図12に示す如く、半導体ウェーハ4上にはメモリチップ20が多数配設されて形成されている。前記メモリのチップ20は、メモリマット部21と周辺回路部22に大別することができる。前記メモリマット部21は小さな繰返しパターンの集合であり、前記周辺回路部22は図3に示すように一軸方向に繰返されるパターン等の集合である。そして、前記メモリマット部21および周辺回路部22共にパターンが種々の材料で形成され、しかも多層に積層されている。
【0024】
図13には、図12のメモリマット部21および周辺回路部22における明るさの分布、すなわち、10ビット構成で最大1024ビットのメモリチップの濃淡に対する頻度をヒストグラムで示したものであるが、前記メモリマット部21はパターン密度が高く一般的に暗い。一方、前記周辺回路部22はパターン密度が低く一般的に明るい。
したがって、このメモリマット部21では微小欠陥が検出しづらく、この周辺回路部22では正常部を微小欠陥として誤検出するという傾向がある。
さらに、図15に示す如く、メモリマット部21内のパターンの特定層は、当該パターンの表面にグレインと呼ばれる微小な突起が多数生じており、これが明るさの違いを生じさせている。前記グレインを生じるパターンは、表層になったり、下層になったりして位置が一定せず、そのパターンから撮像して得られる画像信号の濃淡(明るさ)は不均一である。またパターンの表面の面荒れについても、同様にパターンから撮像して得られる画像信号の濃淡(明るさ)は不均一となる。
【0025】
次に、本発明に係わる被検査パターンの検査方法及び製造プロセス診断方法並びに半導体基板の製造方法についての実施の形態について説明する。
【0026】
[実施の形態 1]
本発明に係わる被検査パターンの検査方法及び製造プロセス診断方法並びに半導体基板の製造方法についての実施の形態1について説明する。図1は、本発明に係わる被検査パターンの検査装置の第1の実施の形態を示す構成図である。図2は被検査パターンのメモリマット部において第1の実施の形態で生成される濃淡(明るさ)統計情報の内の濃淡統計画像の略示説明図、図3は被検査パターンの周辺回路部において第1の実施の形態で生成される濃淡(明るさ)統計情報の内の濃淡統計画像の略示説明図である。図4は第2の実施の形態で生成されるパターンエッジに関する統計情報の内のパターンエッジの統計画像について説明するための被検査パターンのパータンエッジの略示説明図である。図5はパターンエッジの統計画像を用いてパターンの線幅やだれの度合いを定量的に把握する(検査する)ための局所領域マッチングの略示説明図である。図6は、本発明に係わる被検査パターンの検査装置の第2の実施の形態を示す構成図である。
【0027】
本第1の実施の形態においては、半導体ウェーハを被検査パターン例として説明する。図1において、1はイメージセンサであり、被検査パターンである半導体ウェーハ4からの反射光の明るさ、すなわち濃淡に応じた濃淡画像信号を出力するものである。2はイメージセンサ1から得られる濃淡画像信号をディジタル画像信号9に変換するA/D変換器、3aはデジタル画像信号(デジタル濃淡画像信号)9を遅延させる第1の遅延メモリ、3bはデジタル画像信号(デジタル濃淡画像信号)9を遅延させる第2の遅延メモリである。即ち、第1の遅延メモリ3aは、第1の統計情報生成回路17aにおいて5〜20個程度の2次元の繰返しパターンにより統計情報を生成できるまでデジタル画像信号(デジタル濃淡画像信号)9を遅延させるものである。また第2の遅延メモリ3bは、第2の統計情報生成回路17bにおいて5〜20個程度の1次元の繰返しパターンまたは数個のチップ単位に亘って統計情報を生成できるまでデジタル画像信号(デジタル濃淡画像信号)9を遅延させるものである。4は被検査パターンのある半導体ウェーハ、5は被検査パターンの半導体ウェーハ4を載置するX方向とY方向とZ方向とθ方向(回転)の移動するステージ、6は半導体ウェーハ4に対する対物レンズ、7は被検査パターンの半導体ウェーハ4を照明する照明光源、8は照明光の反射して対物レンズ6を通して半導体ウェーハ4に照射すると共に、半導体ウェーハ4からの反射光を透過するハーフミラーである。9は濃淡画像信号がA/D変換器で変換されたディジタル画像信号である。このようにして、照明光源7からの照明光を反射させて対物レンズ6を通して半導体ウェーハ4に対して、例えば明視野照明を施すように構成している。28はA/D変換器2から得られる濃淡に応じたディジタル画像信号(図5(b)に示す。)に対して例えば微分処理し、この微分処理した微分信号(図5(c)に一次微分した微分信号波形42aを示す。)42aをそのまま出力するかまたはこの微分信号に対して所定の閾値で2値化処理し(図5(d)または図5(e)に示す。図5(d)は微分信号波形42aに対して所定の正の閾値で2値化した2値化信号波形を示す。図5(e)は微分信号波形42aに対して所定の正および負の閾値で2値化した極性を有する2値化信号波形を示す。)、この2値化信号42bを出力することによってパターンのエッジ位置を示す信号42(42aまたは42b)を抽出するエッジ抽出回路である。即ち、図5(a)に示すパターンからは例えば明視野照明することによってA/D変換器2から図5(b)に示すディジタル画像信号9が出力される。エッジ抽出回路28は、このディジタル画像信号9に対して微分処理することによってディジタル画像信号9において最も急峻に変化するパターンのエッジ位置情報を顕著に示す微分信号42a(図5(c)に示す。)が得られる。またエッジ抽出回路28は、この微分信号42aを更に所定の閾値で2値化処理することによって、パターンのエッジ位置情報を示す2値化信号42b(図5(d)または図5(e)に示す。)が得られる。41は電子スイッチ回路であり、A/D変換器2から得られる濃淡に応じたディジタル画像信号9とエッジ抽出回路28から得られるパターンのエッジ位置を示す信号42とを切り替えて第1および第2の統計情報生成回路17a、17b並びに遅延メモリ3a、3bに印加するするものである。即ち、欠陥検査において、取り扱う信号が濃淡に応じたディジタル画像信号9のみの場合には、エッジ抽出回路28および電子スイッチ回路41が不要となる。また欠陥検査において、取り扱う信号がパターンのエッジ位置を示す信号42のみの場合には、電子スイッチ回路41が不要となる。逆に電子スイッチ回路41に選択信号を入力することによって、欠陥検査において、取り扱う信号として濃淡に応じたディジタル画像信号9とパターンのエッジ位置を示す信号42との何方かを選択することができる。
【0028】
第1の統計情報生成回路17aは、A/D変換器2から出力される濃淡に応じたディジタル画像信号9に対して2次元にパターン(メモリセル)が繰返されるメモリマット部21における繰返されるパターンの濃淡(明るさ)統計画像若しくは濃淡(明るさ)統計データからなる濃淡統計情報またはエッジ抽出回路28から出力されるパターンのエッジ位置を示す信号42に対して2次元にパターン(メモリセル)が繰返されるメモリマット部21における繰返されるパターンのエッジ位置を示す統計画像若しくはパターンのエッジ位置を示す統計データからなるエッジ位置統計情報を生成するものである。この第1の統計情報生成回路17aは、5〜20個程度の2次元の繰返しパターンから検出される検出画像信号(検出濃淡画像信号または検出エッジ位置画像信号)を順次記憶するラインメモリ43aと、該ラインメモリ43aから対応する位置(i+kPx,j+lPy)の検出画像信号f(i+kPx,j+lPy)を読み出して平均値もしくはメディアン値g(i,j)(次に示す(数1)式で示される。)、標準偏差σ(i,j)(次に示す(数2)式で示される。)、最大値max(i,j)、最小値min(i,j)、もしくは最大値と最小値との差R(i,j)=max(i,j)−min(i,j)を算出するCPU44aと、該CPU44aで算出された平均値もしくはメディアン値g(i,j)、標準偏差σ(i,j)、最大値max(i,j)、最小値min(i,j)、もしくは最大値と最小値との差R(i,j)等からなる統計情報を記憶するメモリ45aとから構成される。これら平均値もしくはメディアン値g(i,j)、標準偏差σ(i,j)、最大値max(i,j)、最小値min(i,j)、もしくは最大値と最小値との差R(i,j)等を、濃淡の統計画像の各項目(パラメータ)と称する。すなわち、前記第1の統計情報生成回路17aは、2次元にパターン(メモリセル)が繰返されるメモリマット部21において5〜20個程度の2次元の繰返しパターンから、対応する位置(i+kPx,j+lPy)の明るさ(濃淡)またはエッジ位置f(i+kPx,j+lPy)の平均値もしくはメディアン値g(i,j)、明るさ(濃淡)またはエッジ位置の標準偏差σ(i,j)、明るさ(濃淡)またはエッジ位置の最大値max(i,j)、明るさ(濃淡)またはエッジ位置の最小値min(i,j)、または明るさ(濃淡)またはエッジ位置の最大値と最小値との差R(i,j)=max(i,j)−min(i,j)を検出するものである。(i,j)は繰返しパターン上の座標を示す。Pxはメモリマット部21における繰返しパターンのX方向のピッチ、Pyはメモリマット部21における繰返しパターンのY方向のピッチを示す。これらのピッチPx,Pyは、ウェーハの品種によって変化するので、CPU44aに対してウェーハの品種に応じたピッチPx,Pyを登録しておき、ウェーハの品種の情報を入力手段12で入力することによって登録されたピッチPx,Pyの情報から入力されたウェーハの品種に適合するものを選択することができる。即ち、第1の統計情報生成回路17aはメモリマット部21における繰返しパターンの統計情報である濃淡またはエッジ位置の統計画像を生成するものであるため、CPU44aは、キーボード、ディスク、CADシステムにつながった通信ネットワーク等から構成された入力手段12で入力された設計情報に基づいて得られるウェーハ4上におけるチップ内の配列データ等の座標に基づいて、メモリマット部21の領域であると判定すると共に、この判定されたメモリマット部21に対して上記入力手段12で入力された設計情報に基づいて得られるメモリマット部21における繰返しパターンのX方向およびY方向のピッチPx,Pyに基づいて、繰返しパターンの統計情報である濃淡またはエッジ位置の統計画像を生成することができる。またCPU44aは、ラインメモリ43aから対応する位置(i+kPx,j+lPy)の検出画像信号f(i+kPx,j+lPy)を読み出して統計処理を施すので、この際ラインメモリ43aから対応する位置(i+kPx,j+lPy)の検出画像信号f(i+kPx,j+lPy)を読み出し、これら対応する位置(i+kPx,j+lPy)の検出画像信号f(i+kPx,j+lPy)を不一致量を算出し、この算出された不一致量が大きく外れない限り、一致と見做す処理をする(非常に粗い一致性の判定処理をする)ことによって2次元への繰返し性を見てメモリマット部21の領域である否かを判定することができる。従って、CPU44aにおいて、一致性の判定処理を追加することによってメモリマット部21の領域であると判定することができる。そしてメモリマット部21に対して上記入力手段12で入力された繰返しパターンのX方向およびY方向のピッチPx,Pyを設定することができる。
【0029】
以上説明したように、第1の統計情報生成回路17aによってメモリマット部21における繰返しパターンの統計情報である濃淡またはエッジ位置の統計画像(平均値もしくはメディアン値g(i,j)、明るさ(濃淡)またはエッジ位置の標準偏差σ(i,j)、または明るさ(濃淡)またはエッジ位置の最大値と最小値との差R(i,j)等)を生成し、この生成された濃淡またはエッジ位置の統計画像をメモリ45aに記憶させることによって得ることができる。そして第1の統計画像生成回路17aからは、上記各統計量に対応して、例えば複数の8ビットディジタル信号で出力するように構成する。
なお、前記第1の統計情報生成回路17aは、X軸およびY軸方向についての繰返しパターンの統計情報である濃淡またはエッジ位置の統計画像をCPUにおいて算出することについて説明したが、X軸またはY軸方向のみの繰返しパターンの統計情報である濃淡またはエッジ位置の統計画像をCPUにおいて算出してもよいことは明らかである。それはパターンが繰返される方向の違いによって濃淡またはエッジ位置の統計画像に変化が見られないからである。
【0030】
図2には、多層に積層されたメモリマット部21における2次元に繰返される一つのパターン(メモリセル)の濃淡統計画像を示す。
図2(a)には、濃淡の標準偏差σ(i,j)×kの統計画像を示す。61は表面層のパターンであるため、ランダムに発生する面荒れやグレインの影響を大きく受けて、濃淡の標準偏差(明るさのばらつき)が大きくなって明かるい画像信号となる。62は下層のパターンであり、表面層のパターン61と重なる部分については表面層のパターンで消され、それ以外の領域については下層であるため、ランダムに発生する面荒れやグレインの影響が減衰されて濃淡の標準偏差(明るさのばらつき)が小さくなって暗い画像信号となる。従って、この濃淡の標準偏差σ(i,j)×kの濃淡統計画像信号に応じて比較回路18aにおけるセル比較差画像に対して欠陥を判定する際または欠陥候補を抽出する際の感度を変えることができる。即ち、表面層のパターン21は明かるさ(濃淡)のばらつきが大きいことからして感度を低下させ、下層のパターン22は明かるさ(濃淡)のばらつきが小さいことからして感度を高めて欠陥判定または欠陥候補を抽出すればよい。
図2(b)には、濃淡の平均値g(i,j)の統計画像を示す。61は表面層のパターンであって、平均的には比較的暗い画像信号として検出される。62は下層のパターンであり、表面層のパターン61に比べて平均的に明るい画像信号として検出される。濃淡の平均値g(i,j)の画像は、5〜20個程度の2次元の繰返しパターンに亘って検出される検出画像信号の平均値を示すもので、欠陥を検査するために検出画像信号f(i,j)と比較するのに適した基準の画像信号を被検査対象のウェーハから得ることができる。従って、メモリマット部21において隣接したセル(繰返しパターン)から検出される検出画像信号同士を比較するのに比べて、ランダムに発生する面荒れやグレインの影響を軽減して欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。
【0031】
図2(c)には、濃淡の最小値min(i,j)の統計画像を示す。61は表面層のパターンであって、図2(b)に示すように平均的には比較的暗い画像信号に対して図2(a)に示すように標準偏差(明るさのばらつき)が大きいことからして、最小値の画像は非常に暗く検出される。62は下層のパターンであり、図2(b)に示すように表面層のパターン61に比べて平均的に明るい画像信号に対して図2(a)に示すように標準偏差(明るさのばらつき)が小さいことからして、最小値min(i,j)の画像は図2(b)に示す画像信号に比べて僅か暗く検出される。濃淡の最大値max(i,j)の統計画像は、図2(b)に示すように平均的には比較的暗い画像信号に対して図2(c)に示す画像と対称なる関係となる。従って、濃淡(明るさ)の最大値と最小値との差R(i,j)=max(i,j)−min(i,j)の統計画像は、5〜20個程度の2次元の繰返しパターンから検出される検出画像信号のばらつく(変動する)範囲を示すことになる。また濃淡の最大値と最小値とのメディアン値の統計画像は、ほぼ濃淡の平均値g(i,j)の統計画像と同じことになる。また濃淡の標準偏差の統計画像の代わりに、濃淡(明るさ)の最大値と最小値との差R(i,j)の統計画像を用いることができる。
また第1の統計情報生成回路17aによって生成される多層に積層されたメモリマット部21における2次元に繰返されるパターン(メモリセル)のエッジ位置の統計画像には、エッジ位置(微分画像信号若しくは2値化画像信号の何方でも良い。)の平均値またはメディアン値g(i,j)に関する画像とエッジ位置のばらつきを示すエッジ位置の標準偏差σ(i,j)に関する画像とエッジ位置のとりうる範囲を示すエッジ位置の最大値と最小値との差R(i,j)=max(i,j)−min(i,j)の画像とがある。これら平均値もしくはメディアン値g(i,j)、標準偏差σ(i,j)、最大値max(i,j)、最小値min(i,j)、もしくは最大値と最小値との差R(i,j)等を、エッジ位置の統計画像の各項目(パラメータ)と称する。エッジ位置の最大値と最小値とのメディアン値の統計画像は、ほぼエッジ位置の平均値g(i,j)の統計画像と同じことになる。またエッジ位置の標準偏差の統計画像の代わりに、エッジ位置の最大値と最小値との差R(i,j)の統計画像を用いることができる。
【0032】
レジストの塗布むら、ステッパによる露光の解像度、スパッタやCVDによる成膜の膜厚のばらつき、エッチング条件のばらつき等のプロセス条件の変動(例えばウェーハ上の中央部と周辺部との間における変動やロット単位による変動やウェーハの品種に基づく変動等様々の変動要因がある。)に基づいて、図4に示すようにパターンのエッジの出来具合が変化することになる。即ち、図4(a)、(b)に示す如く、パターンのエッジがエッチング等のプロセス条件によって明確度(だれ具合)や図4(c)に示すように子細にみると微小な凹凸も含め線幅がウェーハ内で部分的にばらつき現象が生じる。繰返しパターン毎に、図4(a)に示すエッジのだれ具合が、図4(b)に示すエッジのだれ具合より小であるように、繰返しパターン毎にだれ具合が大きく異なり、だれ具合を示す微分画像の標準偏差であるパラメータは大きくなる。また繰返しパターン毎に、図4(c)に示すように子細にみると微小な凹凸も含め線幅がばらつき、その結果パターンのエッジ位置を示す微分画像または2値化画像の標準偏差であるパラメータが大きくなる。この他ロット単位や品種に応じてもパターンのエッジのばらつき現象が生じる。
【0033】
エッジ位置の平均値g(i,j)の画像は、5〜20個程度の2次元の繰返しパターンに亘って検出される検出画像信号の平均値を示すもので、欠陥を検査するために検出画像信号f(i,j)と比較するのに適した基準の画像信号を被検査対象のウェーハから得ることができる。従って、メモリマット部21において隣接したセル(繰返しパターン)から検出される検出画像信号同士を比較するのに比べて、プロセス条件の変動によってランダムに発生するパターンのエッジの出来具合の影響を軽減して欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。
またエッジ位置の標準偏差σ(i,j)の統計画像信号に応じて比較回路18aにおけるセル比較差画像に対して欠陥を判定する際または欠陥候補を抽出する際の感度を変えることによって、プロセス条件の変動によってパターンのエッジの出来具合が変化したとしても欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。
【0034】
第2の統計画像生成回路17bは、A/D変換器2から出力される濃淡に応じたディジタル画像信号9に対して図3(a)に示すように1次元に(例えばY軸方向に)パターンが繰返される周辺回路部22における繰返されるパターンの濃淡(明るさ)統計画像若しくは濃淡(明るさ)統計データからなる濃淡統計情報またはエッジ抽出回路28から出力されるパターンのエッジ位置を示す信号42に対して1次元にパターンが繰返される周辺回路部22における繰返されるパターンのエッジ位置を示す統計画像若しくはパターンのエッジ位置を示す統計データからなるエッジ位置統計情報を生成するものである。この第1の統計情報生成回路17bは、5〜20個程度の1次元の繰返しパターンに亘って検出される検出画像信号(検出濃淡画像信号または検出エッジ位置画像信号)を順次記憶するラインメモリ43bと、該ラインメモリ43bから対応する位置(i,j+lPy')の検出画像信号f'(i,j+lPy')を読み出して平均値もしくはメディアン値g'(i,j)(次に示す(数3)式で示される。)、標準偏差σ'(i,j)(次に示す(数4)式で示される。)、最大値max'(i,j)、最小値min'(i,j)、もしくは最大値と最小値との差R'(i,j)=max'(i,j)−min'(i,j)を算出するCPU44bと、該CPU44bで算出された平均値もしくはメディアン値g'(i,j)、標準偏差σ'(i,j)、最大値max'(i,j)、最小値min'(i,j)、もしくは最大値と最小値との差R'(i,j)等からなる統計情報を記憶するメモリ45bとから構成される。すなわち、前記第2の統計情報生成回路17bは、1次元にパターンが繰返される周辺回路22において5〜20個程度の1次元の繰返しパターンから、対応する位置(i,j+lPy')の明るさf’(i,j+lPy')の平均値もしくはメディアン値g'(i,j)、標準偏差σ'(i,j)、最大値max'(i,j)、最小値min'(i,j)、もしくは最大値と最小値との差R'(i,j)=max'(i,j)−min'(i,j)を検出するものである。(i,j)は繰返しパターン上の座標を示す。Py'は、図3(a)に示すように1次元の繰返しパターンの一軸方向である例えばY方向のピッチを示す。このピッチPy'は、ウェーハの品種によって変化するので、CPU44bに対してウェーハの品種に応じたピッチPy'を登録しておき、ウェーハの品種の情報を入力することによって登録されたピッチPy'の情報から入力されたウェーハの品種に適合するものを選択することができる。即ち、第2の統計情報生成回路17bは周辺回路部22におけるパターンの統計情報である濃淡またはエッジ位置の統計画像を生成するものであるため、CPU44bは、CADシステムにつながった通信ネットワーク、キーボード、ディスク等から構成された入力手段12で入力された設計情報に基づいて得られるウェーハ4上におけるチップ内の配列データ等の座標に基づいて、周辺回路部22の領域であると判定すると共に、この判定された周辺回路部22に対して上記入力手段12で入力された設計情報に基づいて得られる周辺回路部22における繰返しパターンのY方向のピッチPy'またはチップ単位のピッチに基づいて、繰返しパターンの統計情報である濃淡またはエッジ位置の統計画像を生成することができる。またCPU44aは、メモリマット部21の領域である否かを判定することができるので、周辺回路部22の領域であることも判定することができる。従って、CPU44bは、上記CPU44aから周辺回路部22の領域である信号56を受けることによって周辺回路部22の領域であることを判定すると共に、周辺回路部22に対して上記入力手段12で入力された繰返しパターンのY方向のピッチPy'またはチップ単位のピッチを設定することができる。
【0035】
また、周辺回路部22についてはチップ単位で繰返されることになるので、第2の統計画像生成回路17bは、A/D変換器2から出力される濃淡に応じたディジタル画像信号9に対してチップ単位で繰返される周辺回路部22におけるパターンのチップ単位の濃淡(明るさ)統計画像若しくは濃淡(明るさ)統計データからなる濃淡統計情報またはエッジ抽出回路28から出力されるパターンのエッジ位置を示す信号42に対してチップ単位で繰返される周辺回路部22におけるパターンのチップ単位のエッジ位置を示す統計画像若しくはパターンのエッジ位置を示す統計データからなるエッジ位置統計情報を生成するものであっても良い。この場合、ラインメモリ43bには、チップ単位の画像を数個程度に亘って記憶する必要がある。それはCPU44bがチップ単位で対応する位置(i,j+lPy')の検出画像信号f'(i,j+lPy')を読み出して平均値もしくはメディアン値g'(i,j)、標準偏差σ'(i,j)、最大値max'(i,j)、最小値min'(i,j)、もしくは最大値と最小値との差R'(i,j)=max'(i,j)−min'(i,j)を算出する必要があるからである。
【0036】
以上説明したように、第2の統計情報生成回路17bによって周辺回路部22におけるパターンの統計情報である濃淡またはエッジ位置の統計画像(平均値もしくはメディアン値g'(i,j)、明るさ(濃淡)またはエッジ位置の標準偏差σ'(i,j)、または明るさ(濃淡)またはエッジ位置の最大値と最小値との差R'(i,j)等)を生成し、この生成された濃淡またはエッジ位置の統計画像をメモリ45bに記憶させることによって得ることができる。そして第2の統計画像生成回路17bからは、上記各統計量に対応して、例えば複数の8ビットディジタル信号で出力するように構成する。
【0037】
図3(b)(c)には、多層に積層された周辺回路部22におけるパターンの一部の濃淡統計画像を示す。
図3(b)には、濃淡の標準偏差σ'(i,j)×kの統計画像を示す。63は表面層のパターンであるため、ランダムに発生する面荒れやグレインの影響を大きく受けて、濃淡の標準偏差(明るさのばらつき)が大きくなって明かるい画像信号となる。65、66、67のパターンは濃淡の標準偏差(明るさのばらつき)が中程度で中程度の明るさを有する画像信号となる。64および68は下層のパターンであり、表面層のパターン63と重なる部分については表面層のパターンで消され、それ以外の領域については下層であるため、ランダムに発生する面荒れやグレインの影響が減衰されて濃淡の標準偏差(明るさのばらつき)が小さくなって暗い画像信号となる。従って、この濃淡の標準偏差σ(i,j)×kの濃淡統計画像信号に応じて比較回路18bにおける繰返しパターン比較またはチップ比較差画像に対して欠陥を判定する際または欠陥候補を抽出する際の感度を変えることができる。即ち、表面層のパターン23は明かるさ(濃淡)のばらつきが大きいことからして感度を低下させ、下層のパターン64および68は明かるさ(濃淡)のばらつきが小さいことからして感度を高めて欠陥判定または欠陥候補を抽出すればよい。
【0038】
図3(c)には、濃淡の平均値g'(i,j)の統計画像を示す。63、64および68のパターンは、平均的に明るい画像信号として検出される。66および67のパターンは、平均的に中程度の明るい画像信号として検出される。65のパターンは、平均的に暗い画像信号として検出される。濃淡の平均値g'(i,j)の画像は、5〜20個程度の1次元の繰返しパターンまたは数チップ単位に亘って検出される検出画像信号の平均値を示すもので、欠陥を検査するために検出画像信号f'(i,j)と比較するのに適した基準の画像信号を被検査対象のウェーハから得ることができる。従って、周辺回路部22においても隣接した繰返しパターンから検出される検出画像信号同士を比較するのに比べて、ランダムに発生する面荒れやグレインの影響を軽減して欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。
周辺回路部22においても、メモリマット部21と同様に、濃淡(明るさ)の最大値と最小値との差R'(i,j)=max'(i,j)−min'(i,j)の統計画像は、5〜20個程度の1次元の繰返しパターンまたは数チップ単位に亘って検出される検出画像信号のばらつく(変動する)範囲を示すことになる。従って濃淡の最大値と最小値とのメディアン値の統計画像は、ほぼ濃淡の平均値g'(i,j)の統計画像と同じことになる。また濃淡の標準偏差の統計画像の代わりに、濃淡(明るさ)の最大値と最小値との差R'(i,j)の統計画像を用いることができる。
【0039】
また第2の統計情報生成回路17bによって生成される多層に積層された周辺回路部22における1次元に繰返されるパターン(メモリセル)のエッジ位置の統計画像には、エッジ位置(微分画像信号若しくは2値化画像信号の何方でも良い。)の平均値またはメディアン値g'(i,j)に関する画像とエッジ位置のばらつきを示すエッジ位置の標準偏差σ'(i,j)に関する画像とエッジ位置のとりうる範囲を示すエッジ位置の最大値と最小値との差R'(i,j)=max'(i,j)−min'(i,j)の画像とがある。エッジ位置の最大値と最小値とのメディアン値の統計画像は、ほぼエッジ位置の平均値g'(i,j)の統計画像と同じことになる。またエッジ位置の標準偏差の統計画像の代わりに、エッジ位置の最大値と最小値との差R'(i,j)の統計画像を用いることができる。
【0040】
レジストの塗布むら、ステッパによる露光の解像度、スパッタやCVDによる成膜の膜厚のばらつき、エッチング条件のばらつき等のプロセス条件の変動(例えばウェーハ上の中央部と周辺部との間における変動やロット単位による変動やウェーハの品種に基づく変動等様々の変動要因がある。)に基づいて、図4に示すようにパターンのエッジの出来具合が変化することになる。即ち、図4(a)、(b)に示す如く、パターンのエッジがエッチング等のプロセス条件によって明確度(だれ具合)や図4(c)に示すように子細にみると微小な凹凸も含め線幅がウェーハ内で部分的にばらつき現象が生じる。繰返しパターン毎に、図4(a)に示すエッジのだれ具合が、図4(b)に示すエッジのだれ具合より小であるように、繰返しパターン毎にだれ具合が大きく異なり、だれ具合を示す微分画像の標準偏差であるパラメータは大きくなる。また繰返しパターン毎に、図4(c)に示すように子細にみると微小な凹凸も含め線幅がばらつき、その結果パターンのエッジ位置を示す微分画像または2値化画像の標準偏差であるパラメータが大きくなる。この他ロット単位や品種に応じてもパターンのエッジのばらつき現象が生じる。
エッジ位置の平均値g'(i,j)の画像は、5〜20個程度の1次元の繰返しパターンに亘って検出される検出画像信号の平均値を示すもので、欠陥を検査するために検出画像信号f'(i,j)と比較するのに適した基準の画像信号を被検査対象のウェーハから得ることができる。従って、周辺回路部22において隣接したセル(繰返しパターン)またはチップ単位から検出される検出画像信号同士を比較するのに比べて、プロセス条件の変動によってランダムに発生するパターンのエッジの出来具合の影響を軽減して欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。
またエッジ位置の標準偏差σ'(i,j)の統計画像信号に応じて比較回路18bにおけるセル比較またはチップ比較の差画像に対して欠陥を判定する際または欠陥候補を抽出する際の感度を変えることによって、プロセス条件の変動によってパターンのエッジの出来具合が変化したとしても欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。
【0041】
次にパターンの欠陥検査およびパターンの出来具合について定量化することについて説明する。
第1の比較回路18aは、例えば図8に示す第1の統計情報である第1の統計画像信号(gi,j)10aと第1の遅延メモリ3aから得られる第1の検出画像信号(fi,j)11aとの間の位置ずれを検出して位置合わせを行う位置合わせ回路46aと、欠陥を判定するための比較パラメータが設定された比較パラメータ設定手段47aと、上記位置合わせ回路46aで位置合わせされた第1の統計画像信号(g'i+Δx,j+Δy)49aと第1の遅延メモリ3aから得られる第1の検出画像信号(f'i,j)50aとを比較パラメータ設定手段47aで設定された比較パラメータに基づいて比較して特徴量を抽出して欠陥候補または欠陥を抽出処理するCPU48aとから構成される。比較パラメータ設定手段47aは、第1の統計情報生成回路17aにより生成されたメモリマット部21における濃淡若しくはエッジ位置の標準偏差σ(i,j)または濃淡若しくはエッジ位置の最大値と最小値との差R(i,j)に基づいて、CPU48aにおいて特徴量を抽出して欠陥候補または欠陥を抽出処理するための比較パラメータを設定することができる。また比較パラメータ設定手段47aは、プロセス装置(例えばステッパ等の露光装置、エッチング装置、CVDまたはスパッタ等の成膜装置、レジスト塗布装置等)につながった通信ネットワーク、キーボード、ディスク、ウェーハの品種やロットを読み取る読取装置等から構成された入力手段12で入力されたプロセス条件(露光条件、エッチング条件、成膜条件、レジスト塗布条件等)やウェーハの品種やロットに応じて設定することもできる。要するに、欠陥候補や欠陥の判定基準をウェーハの品種やロットに応じて変えてやる必要があるからである。またプロセス条件に応じて欠陥候補や欠陥の判定基準を変えることもできるようにした。
【0042】
以上説明したように、第1の比較回路18aにおいて、まず位置合わせ回路46aは、例えば図8に示す第1の統計情報である第1の統計画像信号(gi,j)10aと第1の遅延メモリ3aから得られる第1の検出画像信号(fi,j)11aとの間の位置ずれを検出して位置合わせを行う。次にCPU48aは、上記位置合わせ回路46aで位置合わせされた第1の統計画像信号(g'i+Δx,j+Δy)49aと第1の遅延メモリ3aから得られる第1の検出画像信号(f'i,j)50aとを比較パラメータ設定手段47aで設定された比較パラメータに基づいて比較して特徴量(濃淡(明るさ)の不一致量、および2値化画像の不一致の面積や最大長さや不一致の重心座標(位置座標)等)を抽出して発生位置を示す重心座標(位置座標)を含めて欠陥候補または欠陥の信号51aを抽出処理する。即ち、第1の統計画像信号(gi,j)10aは、メモリマット部21についてのセル比較における平均化された基準画像信号となり、CPU48aにおいて、ランダムに発生する面荒れやグレインの影響を軽減し、またはプロセス条件の変動によってランダムに発生するパターンのエッジの出来具合の影響を軽減し、欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。また、メモリマット部21において、標準偏差σ(i,j)の統計画像信号に応じて比較パラメータを設定することによって、比較回路18aにおけるセル比較の差画像に対して欠陥を判定する際または欠陥候補を抽出する際感度を変えることが可能となり、パターンから得られる明かるさ(濃淡)のばらつきに合わせて感度を設定して欠陥判定または欠陥候補を抽出することができ、またパターンのエッジの出来具合に合わせて感度を設定し、欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。
【0043】
また第2の比較回路18bにおいて、まず位置合わせ回路46bは、例えば図8に示す第2の統計情報である第2の統計画像信号(gi,j)10bと第2の遅延メモリ3bから得られる第1の検出画像信号(fi,j)11bとの間の位置ずれを検出して位置合わせを行う。次にCPU48bは、上記位置合わせ回路46bで位置合わせされた第2の統計画像信号(g'i+Δx,j+Δy)49bと第2の遅延メモリ3bから得られる第2の検出画像信号(f'i,j)50bとを比較パラメータ設定手段47bで設定された比較パラメータに基づいて比較して特徴量(濃淡(明るさ)の不一致量、および2値化画像の不一致の面積や最大長さや不一致の重心座標(位置座標)等)を抽出して発生位置を示す重心座標(位置座標)を含めて欠陥候補または欠陥の信号51bを抽出処理する。即ち、第2の統計画像信号(gi,j)10bは、周辺回路部22についてのセル比較またはチップ比較における平均化された基準画像信号となり、CPU48bにおいて、ランダムに発生する面荒れやグレインの影響を軽減し、またはプロセス条件の変動によってランダムに発生するパターンのエッジの出来具合の影響を軽減し、欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。また、周辺回路部22において、標準偏差σ'(i,j)の統計画像信号に応じて比較パラメータを設定することによって、比較回路18bにおけるセル比較またはチップ比較の差画像に対して欠陥を判定する際または欠陥候補を抽出する際感度を変えることが可能となり、パターンから得られる明かるさ(濃淡)のばらつきに合わせて感度を設定して欠陥判定または欠陥候補(特徴量で示される場合も含む)を抽出することができ、またパターンのエッジの出来具合に合わせて感度を設定し、欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。
【0044】
なお、第1の比較回路18aおよび第2の比較回路18bは、本発明者らが開発した方式、特開昭61−212708号公報記載の技術に示したもの等で差し支えなく、例えば画像の位置合わせ回路46aおよび46bや、図18に示すように、位置合わせされた画像の差画像検出部136と該差画像検出部136で検出される差画像を閾値Vthにより2値化して2次元の不一致を検出する不一致検出部137と該不一致検出部137で検出された2値化不一致画像からノイズ成分を、図15に示す位置合わせ、境界部感度制御回路35より得られるフィルタ選択信号140によって選択されたフィルタによって除去するフィルタ部138と該フィルタ回路138によってノイズ成分が除去された2値化不一致画像から不一致部分(欠陥部または欠陥候補部)の面積や長さ(投影長)、座標などの特徴量を算出する特徴量抽出部139とを備えたCPU48aおよび48bで構成してもよい。またCPU48aおよび48bは、差画像検出部136、不一致検出部137、フィルタ部138および特徴量抽出部139の各々を回路構成で実現しても良い。そして、第1の比較回路18aおよび第2の比較回路18bにおいて、統計画像と検出画像とを比較する場合、検出画像の着目画素の明るさ(濃淡値)が、統計画像の対応画素における平均値の明るさに対して標準偏差のk倍(例えばk=3)のレンジ内にあれば正常と判定し、そのレンジ外にあれば欠陥または欠陥候補として判定して出力することができる。
【0045】
上記の場合は、第1の比較回路18aおよび第2の比較回路18bにおいて、欠陥または欠陥候補の有無について判定したが、図6(b)に誇張して示すように、プロセス条件に応じたパターンの出来具合の情報になるレンジからのずれ量ΔGや平均値からのずれ量ΔG’を不一致量(斜線で示す。)として出力してもよい。この場合、検出画像に欠陥が含まれれば欠陥候補の情報となり、検出画像に欠陥が含まれていない場合にはパターンの出来具合を示す情報となる。いずれにしても、欠陥候補の情報であったとしても、CPU19における処理の仕方でパターンの出来具合を示す情報として取り扱うことができる。
また、第1の比較回路18aおよび第2の比較回路18bにおいて、上記比較パラメータを種々変えて複数回検査し、これら複数回の検査結果の論理和をとって、最終結果としてもよいことは、後述する照明条件の場合と同様である。
また、第1の比較回路18aおよび第2の比較回路18bにおいて、パターンの仕上り具合に応じて、欠陥または欠陥候補を抽出できることは明らかである。
【0046】
CPU19は、第1の比較器18aから比較パラメータの設定で感度が最適化されて得られるメモリマット部21における発生位置を示す重心座標(位置座標)を含めて欠陥候補(特徴量を示すデータで提供される場合も含む)または欠陥の信号51aと、第2の比較器18bから比較パラメータの設定で感度が最適化されて得られる周辺回路部22における発生位置を示す重心座標(位置座標)を含めて欠陥候補(特徴量を示すデータで提供される場合も含む)または欠陥の信号51bと、第1の統計情報生成回路17aから得られるメモリマット部21における統計情報10aと、第2の統計情報生成回路17bから得られる周辺回路部22における統計情報10bと、プロセス装置(例えばステッパ等の露光装置、エッチング装置、CVDまたはスパッタ等の成膜装置、レジスト塗布装置等)および上位のCADシステムにつながった通信ネットワーク、キーボード、ディスク、ウェーハの品種やロットを読み取る読取装置等から構成された入力手段12で入力されたプロセス条件やウェーハの品種やロットの情報および設計情報に基づいて得られるウェーハ4上におけるチップ内も含む配列データ等の座標情報等とに基づいて欠陥候補については詳細解析すると共にパターンの出来具合を解析するものである。
【0047】
即ち、CPU19は、第1の比較器18aから得られる比較パラメータの設定で感度が最適化されて得られるメモリマット部21における発生位置を示す重心座標(位置座標)を含めて欠陥候補(特徴量を示すデータで提供される場合も含む)51aに対して詳細解析をすることによって、真の欠陥として判定することができる。例えば、第1の比較器18aから繰返されるパターンに合わせて規則的に欠陥候補の信号51aが発生した場合には、この欠陥候補の信号51aをウェーハ4上におけるチップ内も含む配列データ等の座標情報等を用いて消去して真の欠陥を検出することもできる。また第1の比較器18aから得られる特徴量(濃淡(明るさ)の不一致量、および2値化画像(エッジ位置を示す画像も含む)の不一致の面積や最大長さや不一致の重心座標(位置座標)等)で示される欠陥候補の信号51aに対して、真の欠陥であると判定する判定基準を、プロセス条件やウェーハの品種やロットの情報およびウェーハ4上における配列データ等に応じて変えて最適条件で真の欠陥を検出することができる。欠陥の種類も、図4(c)に示すように欠け欠陥71と突出欠陥72と孤立欠陥73等が存在し、これら欠陥の種類に応じて判定基準を変える必要がある。例えば、不一致の面積によって真の欠陥として判定する場合には、判定基準として面積を欠陥の種類に応じて変える必要がある。
【0048】
またCPU19は、メモリマット部21と同様に、周辺回路部22に対しても第2の比較器18bから得られる比較パラメータの設定で感度が最適化されて得られる周辺回路部22における発生位置を示す重心座標(位置座標)を含めて欠陥候補(特徴量を示すデータで提供される場合も含む)または欠陥の信号51bに対して詳細解析することによって最適条件で真の欠陥を検出することができる。そしてCPU19は検査された欠陥情報57aを、発生位置を示す重心座標(位置座標)を含めて出力できるように例えば記憶装置13に記憶することができる。
またCPU19は、第1の比較器18aおよび第2の比較器18bから得られる特徴量で示される欠陥候補の信号51aおよび51bをディスプレイ等の表示手段52に表示してモニターすることができる。この際、入力手段12で入力されたプロセス条件やウェーハの品種やロットの情報およびウェーハ4上における配列データ等も併記して表示手段52に表示することができ、欠陥検査の面でパターンの製造プロセス状態を監視することができる。
なお、第1の比較回路18aからはメモリマット部21の比較結果が得られ、第2の比較回路18bからは周辺回路部22の比較結果が得られるが、CPU19は、例えば入力手段12で入力されたウェーハ上の座標情報に基づいてメモリマット部21であるか、周辺回路部22であるかを識別して第1の比較回路18aからの比較結果と第2の比較回路18bからの比較結果とを選択して最終判定をしても良い。また、CPU19は、上記第1の比較器18aによるメモリマット部21におけるセル比較と上記第2の比較器18bによる周辺回路部21におけるセル比較またはチップ比較との選択を次のように行ってもよい。すなわち、CPU19は、上記第1の比較器18aから得られるセル比較による不一致情報、例えば不一致画素数を定めた範囲の画像ごとに算出し、これがしきい値より大きい場合にはメモリマット部21の領域ではないと判定できることにより、上記第2の比較器18bから得られる周辺回路部22についての結果を選択し、不一致画素数がしきい値より小さい場合にはメモリマット部21の領域であると判定できることにより、上記第1の比較器18aから得られる結果を選択することができる。この方法によれば、CPU19において、チップ内の配列情報がなくてもチップ比較とセル比較の選択が可能となる。
【0049】
またCPU19は、遅延メモリ23aおよび23cに記憶された第1および第2の統計画像10aおよび10b並びに遅延メモリ23aおよび23cに記憶された検出画像信号11aおよび11bを、例えば欠陥信号または欠陥候補の信号51aおよび51bに基づいて得られる切出し信号24により切出し回路25を介して切出して詳細解析を行っても良いことは明らかである。
またCPU19において、メモリマット部21および周辺回路部22に対してパターンの出来具合を定量化して解析する場合には、第1の統計情報生成回路17aから得られるメモリマット部21における統計情報10aと、第2の統計情報生成回路17bから得られる周辺回路部22における統計情報10bとを用いて行う。そしてCPU19はパターンの出来具合を定量化したデータ57bとして出力できるように例えば記憶装置13に記憶することができる。
即ち、多層パターンにおいて表面にグレインや面荒れを有するパターンが表面層に存在するか下層に存在するかに応じて、このパターンから得られる濃淡画像9において大きくばらつき、その結果例えば図2(a)に示すように第1の統計情報生成回路17aから得られるメモリマット部21における濃淡の統計情報10aである濃淡の標準偏差σ(i,j)および最小値と最大値との差R(i,j)のパラメータは大きくなり、また図3(b)に示すように第2の統計情報生成回路17bから得られる周辺回路部22における濃淡の統計情報10bである濃淡の標準偏差σ'(i,j)および最小値と最大値との差R'(i,j)のパラメータは大きくなる。
【0050】
またCPU19は、エッジ抽出回路28から得られるパターンのエッジ位置を示す画像信号42に基づいて第1の統計情報生成回路17aから得られるメモリマット部21におけるエッジ位置の統計情報10aである平均値g(i,j)およびエッジ位置の標準偏差σ(i,j)および最小値と最大値との差R(i,j)のパラメータにもとづいてメモリマット部のパターンの出来具合を定量化することができ、第2の統計情報生成回路17bから得られる周辺回路部22におけるエッジ位置の統計情報10bである平均値g'(i,j)(図3(a)に示す。)およびエッジ位置の標準偏差σ'(i,j)および最小値と最大値との差R'(i,j)のパラメータにもとづいて周辺回路部のパターンの出来具合を定量化することができる。即ち、CPU19は、一枚のウェーハ4において、第1および第2の統計情報生成回路17a,17bから得られる中央部におけるエッジ位置の統計情報と周辺部におけるエッジ位置の統計情報とを比較することによって、一枚のウェーハ4内の中央部と周辺部との違いを把握することができる。統計情報が平均値の場合、ウェーハ4内の中央部と周辺部とのパターン幅およびパターンのエッジの傾き(エッチングによるパターンの切れ具合)等の平均的な違いを定量的に把握することができる。
【0051】
またCPU19は、第1および第2の統計情報生成回路17a,17bからウェーハ4のロット単位に得られるエッジ位置の統計情報を比較することによって、ロット単位における違いを把握することができる。統計情報が平均値の場合、ロット単位におけるパターン幅およびパターンのエッジの傾き(エッチングによるパターンの切れ具合)等の平均的な違いを定量的に把握することができる。
またCPU19は、第1および第2の統計情報生成回路17a,17bからウェーハ4の品種に応じて得られるエッジ位置の統計情報を比較することによって、ウェーハの品種に応じた違いを把握することができる。統計情報が平均値の場合、ウェーハの品種に応じたパターン幅およびパターンのエッジの傾き(エッチングによるパターンの切れ具合)等の平均的な違いを定量的に把握することができる。
またCPU19は、図6(a)に示すように、第1および第2の統計情報生成回路17a,17bから得られるエッジ位置の統計情報の内のエッジ位置を示す平均値統計画像(図6(a)の右側に示す。)と、入力手段12を用いて入力されたCAD情報に基づく理想的な基準画像(設計仕様に基づく基準画像)(図6(a)の左側に示す。)とを矢印で示すように局所領域ごとのマッチングをとることによって局所領域ごとのずれ量を求め、このずれ量の総和をパターンが存在する領域に亘ってとることによって、設計値に対するパターンの違い(線幅を変動やエッジのだれ具合の変化等)を定量的に把握することができる。即ち、大きな面積領域でパターンのエッジがだれている場合でも、パターンの変形度合いを定量化して出力することができる。
【0052】
ところで、実際に製造されるパターンの形状は、設計値と微妙に異なる場合が多い。そこで、CPU19は、CAD情報に基づく理想的な基準画像と比較するのではなく、実際に撮像してA/D変換器2から検出され、遅延メモリ23bおよび23dに記憶された検出画像信号から標準の検出画像信号53を、切出し指定信号24により切出回路25において切り出して選びだすことができる。
【0053】
そして、CPU19は、図6(b)に誇張して示すように、選び出された標準の検出画像信号53に対して、第1および第2の統計情報生成回路17a,17bから得られるエッジ位置を示す平均値統計画像g(i,j)に対して標準偏差σ(i,j)等を用いて設定された許容値±ΔEより外れた不一致量(斜線で示す。)を算出することによって、パターンの出来具合(線幅、エッチングによる切れ具合等による変形の度合い)を定量化して把握することができる。なお、上記許容値±ΔEについては、入力手段12を用いて任意に設定してもよい。また上記平均値統計画像g(i,j)と標準の検出画像信号53とは、微分画像信号同士であってもよい。その場合、不一致量として微分画像信号の差信号の積分値となる。
【0054】
なお、上記の実施の形態では、標準の検出画像信号53を遅延メモリ23bおよび23dから切出して選び、この選び出された標準の検出画像信号53に対して、第1および第2の統計情報生成回路17a,17bから得られるエッジ位置を示す平均値統計画像g(i,j)に対して標準偏差σ(i,j)等を用いて設定された許容値±ΔEより外れた不一致量(斜線で示す。)を算出することによって、パターンの出来具合を定量化して把握するようにしたが、第1および第2の比較器18aおよび18bから得られるエッジ位置の不一致量(エッジ位置の統計画像である平均値g(i,j)に対する標準偏差σ(i,j)に基づくレンジからの検出画像f(i,j)におけるエッジ位置のずれ量やエッジ位置の統計画像である平均値g(i,j)からの検出画像f(i,j)におけるエッジ位置のずれ量)を、CPU19において所定のパターンの領域(例えばセル単位)について総計、またはチップ単位で総計、またはウェーハ単位で総計することによって、所定のパターンの領域(例えばセル単位)またはチップ単位またはウェーハ単位でパターンの出来具合を定量化して把握することができ、その結果この定量化されたパターンの出来具合の情報を、露光やエッチングや成膜やレジスト塗布等のプロセス条件の尺度として用いることができる。
【0055】
また上記した如く、第1および第2の統計情報生成回路17a,17bから得られるエッジ位置の統計情報(平均値および標準偏差)は、直接露光やエッチングや成膜やレジスト塗布等のプロセス条件の尺度として用いることができる。
【0056】
当然CPU19において得られるパターンの出来具合を定量化したデータ57bに対して、入力手段12で入力されたプロセス条件やウェーハの品種やロットの情報および設計情報に基づいて得られるウェーハ4上におけるチップ内も含む配列データ等の座標情報等を付与して出力できるように例えば記憶装置13に記憶することもできることは明らかである。
【0057】
次に、図1に示す実施の形態と異なる実施の形態を図7を用いて説明する。この実施の形態においては、第1の比較器18aにおいて第1の遅延メモリ3aから得られる検出画像信号11aと遅延メモリ54aで繰返しパターンのピッチPx,Pyの整数倍遅延させた検出画像信号11bとをセル比較し、位置合わせ回路46aで位置合わせされた検出画像信号50aと検出画像信号50cとに対して比較パラメータ設定手段47aで設定された比較パラメータに基づいて特徴量を抽出して欠陥候補または欠陥を抽出処理し、第2の比較器18bにおいて第2の遅延メモリ3bから得られる検出画像信号11bと遅延メモリ54bで繰返しパターンのピッチPy'の整数倍またはチップのピッチ遅延させた検出画像信号11dとをセル比較またはチップ比較し、位置合わせ回路46bで位置合わせされた検出画像信号50bと検出画像信号50dとに対して比較パラメータ設定手段47bで設定された比較パラメータに基づいて特徴量を抽出して欠陥候補または欠陥を抽出処理することにある。そして、第1の統計情報生成回路17aから得られる第1の統計情報10aを第1の比較器18aの比較パラメータ設定手段47aに入力し、第2の統計情報生成回路17bから得られる第2の統計情報10bを第2の比較器18bの比較パラメータ設定手段47bに入力したことにある。この実施の形態の場合、第1および第2の比較器18aおよび18bにおいて検出画像信号同士を比較して差画像を抽出し、この抽出された差画像に対して欠陥候補または欠陥を抽出処理する際の判定基準(比較パラメータ)に各々第1の統計情報生成回路17aから得られる第1の統計情報10aおよび第2の統計情報生成回路17bから得られる第2の統計情報10bを用いることにある。
【0058】
ところで、第1の比較器18aにおいて判定基準(比較パラメータ)として、第1の統計情報生成回路17aから得られる第1の統計情報10aである例えばばらつきを示す標準偏差σ(i,j)や最大値と最小値の差R(i,j)が用いられ、第2の比較器18bにおいて判定基準(比較パラメータ)として、第2の統計情報生成回路17bから得られる第2の統計情報10bである例えばばらつきを示す標準偏差σ'(i,j)や最大値と最小値の差R'(i,j)が用いられ、多層パターンにおいて表面にグレインや面荒れを有するパターンが表面層に存在するか下層に存在するかに応じて、このパターンから得られる濃淡検出画像9において大きくばらついたとしても、またプロセス条件の変動によってパターンの出来具合に変化が生じたとしても、第1および第2の比較器18aおよび18bにおいて欠陥判定または欠陥候補の抽出を高信頼度で実現することができる。なお、CPU19における演算処理は、図1に示す実施の形態と同様とする。
【0059】
また上記比較パラメータを種々変えて複数回検査し、これら複数回の検査結果の論理和をとって、最終結果としてもよいことは、次に説明する照明条件の場合と同様である。
【0060】
以上説明したように、統計情報生成回路17a、17bで生成された統計情報は様々な形態で使用することができる。
統計情報または統計画像は、例えば基準または標準の検出画像、比較パラメータの設定、詳細解析するためのパラメータ、パターンの出来具合を定量化するためのパラメータ、ウェーハ内、ロット単位およびウェーハの品種に応じた変化の指標として用いることができる。
なお、上記説明した実施の形態では、照明として、明視野照明を採用したが、これに限るものでなく、暗視野照明、輪帯照明などの顕微鏡照明として使用できるものならば、差し支えない。また、電子線による照明でも適用できることは言うまでもない。
ただし、例えば、パターンエッジは明視野照明では暗く観察されるが、暗視野照明では明るく観察されるなど、見え方の違いは存在するため、統計画像において、その認識が異なってくる。従って、主に何を比較するかがその照明によって異なるものとなる。
これらの照明条件を種々変えて、複数回検査し、これら複数回の検査結果の論理和を取って最終結果としても差し支えない。或いは、論理積をとって確実に欠陥として識別し、例えばこの欠陥分布や個数によってプロセス診断してもよい。この場合、不一致部の目視確認を行うレビューは不要として作業の簡素化、簡易化を図ることもできる。
【0061】
次に上記構成の検査装置の動作について説明をする。即ち、図1において、対物レンズ6で収束させた照明光で、ステージ5を走査して被検査パターンの半導体ウエハ4の対象領域について等速度で移動させつつ、イメージセンサ1により前記半導体ウエハ4上に形成された被検査パターン、すなわちチップ20内のメモリマット部21および周辺回路部22の明るさ情報(濃淡画像信号)を検出する。そして、前記対象領域と前記対象領域の間は高速に移動させる。
すなわち、等速移動と高速移動の繰り返しに検査を行うものである。もちろん、ステップ&リピート型の検査でも差し支えない。そして、A/D変換器2は、イメージセンサ1の出力(濃淡画像信号)をディジタル画像信号9に変換する。このディジタル画像信号9は10ビット構成である。
次いで、ディジタル画像信号9またはパターンのエッジを示す信号41に対して、第1の統計画像生成回路17aによりメモリマット部21における統計画像等の統計情報を生成する。第1の比較器18aはメモリマット部21における特徴量で示される欠陥または欠陥候補の信号(データ)を抽出する。またディジタル画像信号9またはパターンのエッジを示す信号41に対して、第2の統計画像生成回路17bにより周辺回路部22における統計画像等の統計情報を生成する。第2の比較器18bは周辺回路部22における特徴量で示される欠陥または欠陥候補の信号(データ)を抽出する。CPU19は、第1および第2の比較器18a、18bで抽出された欠陥または欠陥候補の信号(データ)に基づいて詳細解析して真の欠陥の情報を算出し、また第1および第2の統計画像生成回路17a、17bから得られる統計画像等の統計情報に基づいてパターンの出来具合を定量化して把握する。その結果、CPU19からは、真の欠陥の情報とパターンの出来具合を定量化した情報とを得ることが出来る。
【0062】
またCPU19から、統計画像そのものを出力し、これをプロセスと対応づけること、またはこれと素子の電気特性データの相関をとり、プロセスの改善に役立たせることもできる。
ここで、電気特性データとは、メモリ素子のアクセス時間等をさすものであり、統計画像と電気特性の結果の良否データと相関をとって、プロセス改善に役立たせることもできる。ここで、例えばパターンのエッジの位置の標準偏差は、パターンのエッジのばらつきを表すので、露光装置やエッチング装置の状態モニターとして活用できる。設計データを利用して、どの層がパターンエッジばらつきが大きいかを調べれば、その特定層と関係するプロセス装置まで特定することができる。
【0063】
また、本発明に係るパターンの検査装置は、図1、図7および図17に示すように、遅延メモリ(画像格納メモリ)23a〜23dを有し、CPU19において切り出し回路25を切り出し信号24により駆動することにより、特徴量で示される欠陥または欠陥候補の抽出に用いられた2枚の画像のいずれかまたは両方を欠陥または欠陥候補の抽出と同時に1部を切り出して入力して記憶し、この記憶した画像を用いて欠陥または欠陥候補の有無以外の特徴量で示される欠陥寸法や欠陥の明るさなどの詳細情報を得ることも可能である。具体的には、検査中または検査後に、格納された画像データをCPU19により読み出し、CPU19上で画像解析を行う。CPU19における画像解析は、第1および第2の比較回路18a、18bから得られる正常部を示す統計画像と欠陥部を有する検出画像の差画像(不一致)に基づく特徴量(濃淡差画像に基づく明るさの不一致量、差画像に対して2値化処理された不一致の2次元の面積、その形状(例えば円形度、長さ)、正常部に対する欠陥部の明るさの大小、不一致内部の明るさのばらつき等)の抽出に対して多岐にわたって詳細解析をすることができる。さらに、CPU19は、不一致(特徴量で示される欠陥または欠陥候補)に対応する正常部のパターンの状態評価、即ちパターンの形状、見え方を評価し、欠陥部のパターンの見え方と対応をとることにより、欠陥がパターンに与えた影響を把握することができる。例えば、切出し回路25によって切り出された欠陥部を有する検出画像において、切出し回路25によって切り出された正常部である統計画像と同様にパターンのエッジが見えれば、膜厚が変化したような欠陥(ウオータマークなど)と判断できる。例えば切出し回路25によって切り出された欠陥部を有する検出画像において、パターンエッジが無くなっていれば、パターン自体の損傷など、形状的な欠陥(エッチング不良など)と判断できる。従って、CPU19は、欠陥の分類が可能になる。勿論、ニューラルネットワーク等の技術を用いて、パターンの特徴や欠陥の特徴により分類しても良い。更には、欠陥が生じた位置なども、パターンの形状から判断できる。例えば、セルの位置座標情報がなくても、パターンの繰返し性を評価すれば、欠陥がマット内に生じたのかそれ以外かの区別ができる。ここでは、特に欠陥画像とこれに対応する正常画像の両方を検査中同時にメモリに格納できるので、解析がより有効に行える。
【0064】
さらに、第1および第2の比較回路18a、18bにおける比較パラメータの設定並びにCPU19において解析する際の解析パラメータの決定などの条件出しにも活用できる。即ち第1および第2の比較回路18a、18bにおいて統計画像における濃淡平均値画像10a、10bと濃淡検出画像11a、11bとの比較によって差画像(絶対値)を得、この得られた差画像に対して統計画像の濃淡標準偏差または濃淡最大値と濃淡最小値との差に応じて設定された欠陥または欠陥候補の抽出マージン(比較パラメータ)に基づいて欠陥または欠陥候補を抽出し、CPU19はこの抽出された結果に基づいて上記欠陥または欠陥候補の抽出マージン(比較パラメータ)が適正であるか否かを判定し、適正でない場合には入力手段12等を用いて上記欠陥または欠陥候補の抽出マージン(比較パラメータ)を修正することによってウェーハに対する適正な欠陥または欠陥候補の抽出マージン(比較パラメータ)を得る。
この手法は、特に光学系の条件設定にもこれは有効である。光学系の照明条件であるσ値や拡散の度合い、照明波長、倍率などを変更し、これらの変更に応じて得られる第1及び第2の統計情報生成回路17a、17bから得られる統計画像の変化または第1及び第2の比較回路18a、18bから統計画像と検出画像との比較により得られる差画像に対して設定されたマージン(比較パラメータ)に基づいて得られる欠陥または欠陥候補の抽出結果を、CPU19において評価解析することにより、最適な光学系条件を設定することができる。
【0065】
ウェーハ4上のパターンの光学画像を検出する光学系の具体的な一実施の形態を図21(平面図)、図22(正面図)、図23に示す。これらの図において、対物レンズ209(6)として無限遠補正系のものを用い、長焦点距離(例えばf=200mm)の第2対物レンズ(チューブレンズともいう)303を合わせて用いる。イメージセンサ1に対応する輪帯状の照明(明視野照明)用ニリアイメージセンサ212a及び暗視野照明用リニアイメージセンサ308は、TDI(Time Delay Integration)時間遅延積分型イメージセンサで構成する。本構成において、対物レンズ209と第2対物レンズ303との間に、偏光ビームスプリッタPBS(Polarization Beam Spritter)208aとλ/4板(1/4波長板)251とを設置してある。対物レンズ209と第2対物レンズ303の間は平行光であるため、これらの素子の挿入は収差の劣化を招かない。偏光ビームスプリッタPBS208aとλ/4板(1/4波長板)251の効用は、図23に示す通りであり、円偏光または楕円偏光334が、対物レンズ209を介してウエーハ4に照射される。ウエーハ4からの反射光は、λ/4板に達し、P偏光333になり、PBS208aをそのまま透過し、イメージセンサ212aに達する。図21において、輪帯状照明用フィルタ205は、照明の輪帯の度合いを設定するものである。またNDフィルタ214により照明光の強度を設定し、色フィルタ、或いは拡散板316により照明波長や拡散性を設定している。またこの構成例では照明波長の切り替えのために、ランプ自体を2種類変更できる。ズームレンズ213は、光学倍率を設定する。このような構成において、光学系の照明条件であるσ値や拡散の度合い、照明波長、倍率などを上記した画像記憶と解析により、最適な条件を設定できる。
後述する電子線を用いた装置の場合は、電子線のビーム径や加速電圧などを最適化できる。
【0066】
またこれらと別に、図19に示すように画像ファイリングシステムとしても活用できる。特に、CPU19は、検査中に第1およ第2の比較回路17a、17bの特徴量抽出部139から欠陥メモリ141に所望の欠陥画像が得られるので、記憶装置147(13)への欠陥画像のファイリングも実時間で実施できる。即ち、CPU19は、例えば切出し回路25で切り出された欠陥部の検出画像(f(i,j)、f'(i,j))11a、11bや統計画像(g(i,j)、g'(i,j))10a、10bなど種々の画像を一次格納するメモリ123を介して記憶装置147(13)のデータベース上にファイリングできるため、LSIの電気的不良が発生したときに、当該画像データを検索、確認し、不良事象との対応をとることにより、不良要因の解析、分析などの不良解析や歩留まり向上支援システムとして有用である。電気的不良との対応がとれた画像データの分類を行い、これと新たに発生した外観不良との照合により、外観不良が電気的な不良の要因となるかどうかが即座にわかる。従って、欠陥発生と同時に不良対策を実施でき、歩留まり向上に効果がある。画像データには、欠陥の寸法や座標などの情報も付加しておくと、検索に便利である。また欠陥検出後に個々の欠陥をレビューし、欠陥の形態や発生原因をオペレータが入力し、この入力されたカテゴリーデータを画像データに付加しても良い。
【0067】
またCPU19において、切り出し回路25を切出し信号(欠陥または欠陥候補の信号)24により駆動することによって、図20に示すように切出し信号(欠陥または欠陥候補の信号)24として指定した寸法範囲内の欠陥や指定した位置範囲内の欠陥としてユーザが指示することにより、所望の欠陥の画像を格納することができる。具体的には欠陥または欠陥候補の抽出に用いた2枚の画像のいずれかまたは両方を欠陥または欠陥候補の抽出と同時に一部をメモリ123に記憶する際、第1およ第2の比較回路18a、18bの特徴量抽出部139から得られる欠陥または欠陥候補の有無信号143、或いは欠陥または欠陥候補の特徴量の一つである座標信号144、或いは欠陥または欠陥候補の特徴量の一つである寸法信号145、或いは欠陥または欠陥候補の特徴量の一つである面積146など、或いはいずれかの組合せを欠陥信号の判定ロジック142において論理的な組み合わせを行い、必要な信号に基づき画像を記憶することを制御する。これらの信号は、検出画像信号と同期していることは言うまでもない。
【0068】
以上説明した画像ファイリングシステムは、外部へデータを送信する機能をもっており、外部データベースへのデータ転送も可能とすれば、より大きなライン全体の全体解析システムのデータベースへのデータ格納も可能となる。
次に、第1およ第2の比較回路18a、18bの位置合わせ回路46a、46bにおいて行う高精度な位置ずれ量の算出と位置合わせについて図8および図9を参照して説明する。図8は本発明の一実施形態に係る被検査パターンの画像位置合わせ方法の略示説明図、図9は図8の画像位置合わせ方法の二つの画像のサンプリング位置関係略示説明図である。前記位置ずれ量の検出は下記のものが考えられる。
(a)線形補間方式(濃淡の差を最小にする方式)
(b)二次関数補間方式(微分値の差を最小にする方式)
(c)正則化補間方式(微分値の差を小さくなる拘束条件付きの濃淡の差最小方式)
方式(a)は、対象である二枚の画像の濃淡の二乗誤差を最小にして一致させるものである。方式(b)は、微分画像に対して線形補間の適用を狙ったものである。また、方式(c)は、方式(b)を拘束条件として方式(a)を満たすもので、微分値の差の二乗和に対し、正則化パラメータγを重みとして与えている。前記パラメータγ=0のときは、方式(a)と同じ結果を与える。いずれの方式も、繰返し演算などが不要であり、一回で実現可能なものである。
【0069】
上記(a)線形補間方式を説明する。
画像のアライアメントは、図8に示すようにピクセルアライアメント及びサブピクセルアライメントにより、統計画像と基準画像とを用いて行なわれる。
前記ピクセルアライアメントは、比較する二枚の画像(例えば検出画像fi,jと統計画像gi,j)の一方を画素の単位でずらしながら濃淡差(基準画像の各画素の値と統計画像の対応画素の値の差)を演算し、濃淡差が最小となる位置ずれ量を求めるものである。画像の位置ずれ検出の範囲は、例えば最大±3画素とし、またパターンの設計ルールに応じて可変とする。得られた位置ずれ量だけ片方の画像位置をずらせることにより、二枚の画像の位置合わせを行なうものである。
【0070】
まず、ピクセルアライアメントを説明する。
図8の(A)枠内に記載されている下記(数5)式を用いて説明する。
【0071】
【数5】
【0072】
ピクセルアライメント用位置ずれ検出81は、上記(数5)式のS(Δx、Δy)をminとするΔx、Δyを検出するものである。
ただし、最小となる位置は画素単位でしか求められないため、真の位置が求めたΔx、Δyのどちらの近くにあるかにより、オフセットとして加える。
【0073】
下記の式に基づき、Δx、Δyに1を加えたりもしくは、そのままにする。
すなわち、
S(1、0)+S(1、−1)+S(0、−1)が最小ならば、Δx++、
S(−1、0)+S(−1、−1)+S(0、−1)が最小ならばそのまま、
S(−1、0)+S(−1、1)+S(0、1)が最小ならば、Δy++、
S(1、0)+S(1、1)+S(0、1)が最小ならば、Δx++、Δy++、
なお、Δx++は、Δx=Δx+1の意である。
このように遅延メモリ82および83の各々で遅延された二つの画像に対して位置合わせ、ピクセルアライメント84により、検出画像fをつねに得られた位置ずれ量だけ片方の画像の位置をずらせることにより、二枚の画像の位置合わせが行なわれる。すなわち、検出画像fを常に右上移動して、新たな画像f′を求めることになり、移動方向を4種類(右下移動、左上移動、左下移動、右上移動)から1種類に特定することができる。これはハードウエアの簡単化につながるものである。
【0074】
前記サブピクセルアライメントは、画素より小さい単位の位置ずれ量を求め、二枚の画像を高精度に位置合わせするものである。前記画素単位アライアメント84及び当該サブピクセルアライメント88は、いずれも例えば256ライン毎に一括して行なわれている。
サブピクセルアライメントは、位置ずれ検出部85と遅延メモリ86および87と位置合わせ部88とから構成される。
【0075】
まず、前記位置ずれ検出部85を図8の(B)枠を用いて説明する。
前記位置ずれ検出部85は、線形補間に基づき画像f′、g′を求める。ただし、位置ずれ量α、βはf′、g′との差の二乗誤差が最も小さくなるものを位置ずれ量として検出している。すなわち、位置ずれ検出の規範は、二つの補間画像の濃淡を一致させることである。
つぎに、位置合わせ部88では、図8の(C)枠を用いて説明する。この位置ずれ量α、βに基づくSと、統計画像f、基準画像gとのとのコンボリューション(畳み込み和)により、画像を補間して新たな画像f′、g′を得ている。図示〇内に×が有る記号はコンボリューションを表すものである。
このようにして元の画像fと新たな画像f′とのサンプリング位置との関係が図9に示されている。サンプリング位置の違いが位置ずれ量α、βに相当している。
【0076】
上記方式の特徴は、位置合わせすべき二枚の画像の濃淡が、二乗の誤差最小の意味でよく一致するように位置ずれ量α、βを求めるのであって、必ずしも画像の位置ずれ量の真値を求めているのではない。しかし、位置合わせ後の比較において、正常部の濃淡の違いを小さくでき、比較検査においては都合のよい方式であると考えられる。
また、位置ずれ量α、βの算出は、繰返し演算することなく解析的に行うことができ、ハードウエア化するのに適しているという特長がある。
【0077】
次に、方式(b)の二次関数補間方式について説明する。
本方式は、微分画像に対して線形補間の適用を目的とするものである。
まず、下記(数6)式、(数7)式の微分型の補間式を仮定する。
【0078】
【数6】
【0079】
【数7】
【0080】
上記(数6)式、(数7)式で示される微分型の補間式のとる値が、(数8)式で示されるSが最小となるように、位置ずれ量α、βを求める。
【0081】
【数8】
【0082】
上式において、下記(数9)式、(数10)式、(数11)式に示すC1、C2、C3を定める。
【0083】
【数9】
【0084】
【数10】
【0085】
【数11】
【0086】
上記(数9)式、(数10)式、(数11)式のC1、C2、C3を用いると、(数12)式、(数13)式で示される位置ずれ量α、βがえられる。
【0087】
【数12】
【0088】
【数13】
【0089】
次に、方式(C)の正則化補間方式について説明する。
下記(数14)式で示されるS、すなわち微分値の差が最小となるという拘束条件付きで、濃淡の差を最小にする位置ずれ量α、βを求める。
【0090】
【数14】
【0091】
下記(数15)式、(数16)式、(数17)式、(数18)式、(数19)式、(数20)式で示されるC1、C2、C3、C4、C5、C6を定める。
【0092】
【数15】
【0093】
【数16】
【0094】
【数17】
【0095】
【数18】
【0096】
【数19】
【0097】
【数20】
【0098】
このC1、C2、C3、C4、C5、C6を用い、正則化パラメータをγとすると、上記(数14)式は下記(数21)式で表される。
【0099】
【数21】
【0100】
この(数21)式より下記(数22)式、(数23)式で示されるα、βが得られる。
【0101】
【数22】
【0102】
【数23】
【0103】
なお、上式において、正則化パラメータγを0とすると、従来の線形補間と一致する。
【0104】
また、サブピクセルアライメントの位置合わせの方式には、下記の方式が考えられる。
(a)′線形補間方式(濃淡の差を最小にする方式)
(b)′共一次内挿方式
(c)′二次関数補間方式
(d)′三次たたみ込み方式(スプライン補間)方式
(a)′線形補間方式による(数24A)式で表される新たな画像f′ijは、位置ずれ量α、βに基ずく下記の(数24B)式で表されるSijと元の画像fijとのコンボリューションにより得ることができる。
【0105】
【数24】
【0106】
同様にして、(数25A)式で表される新たな画像g′i+△x、j+△yは、位置ずれ量α、βに基ずく下記の(数25B)式で表されるS′ijと元の画像gi+△x、j+△yとのコンボリューションにより得ることができる。
【0107】
【数25】
【0108】
また、(b)′共一次内挿方式による(数26A)式で表される新たな画像f′ijは、位置ずれ量α、βに基ずく下記の(数26B)式で表されるSijと元の画像fijとのコンボリューションにより得ることができる。
【0109】
【数26】
【0110】
同様にして、(数27A)式で表される新たな画像g′i+△x、j+△yは、位置ずれ量α、βに基ずく下記の(数27B)式で表されるS′ijと元の画像gi+△x、j+△yとのコンボリューションにより得ることができる。
【0111】
【数27】
【0112】
(c)′二次関数補間方式は下記の(数28)式、(数29)式の補間式を微分して得られる。
【0113】
【数28】
【0114】
【数29】
【0115】
上式を4×4のコンボルーションで表現すると、下記の(数30)式、(数31)式で表される。
【0116】
【数30】
【0117】
【数31】
【0118】
(d)′三次たたみ込み方式(スプライン補間)方式は、新たな画像f′ijは下記の(数32A)式で表され、位置ずれ量α、βに(数32B)式で表されるSijと元の画像fijとのコンボリューションにより得られる。
【0119】
【数32】
【0120】
(数32B)式において、h(t)=sin(πt)/πtとおき、近似式で展開すると、h(t)は下記の(数33)式で表される。
【0121】
【数33】
【0122】
また、(数32B)式において、x1=1+α、x2=α、x3=1−α、x4=2−α、y1=1+β、y2=β、y3=1−β、y4=2−βである。
同様にして、(数34A)式で表される新たな画像g′i+△x、j+△yは、位置ずれ量α、βに基ずく下記の(数34B)式で表されるS′ijと元の画像gi+△x、j+△yとのコンボリューションにより得ることができる。
【0123】
【数34】
【0124】
上式において、x1=1+(1−α)、x2=(1−α)、x3=1−(1−α)、x4=2−(1−α)、y1=1+(1−β)、y2=1−β、y3=1−(1−β)、y4=2−(1−β)である。
これらの方式の中で、(d)′三次たたみ込み方式(スプライン補間)方式は、平滑効果か最も小さく、方向性がないと考えられるものである。ここでは、いずれの方式も併用できるように、4×4画素の畳み込み(コンボルーション)により実現する。(数35)式、(数36)式においてコンボルーションのウエイトの例を示すものである。
【0125】
【数35】
【0126】
【数36】
【0127】
ただし、これらの位置合わせは、チップ比較において特に必要となるもので、セル比較においては固定量のずれ補正でも構わない。
【0128】
いずれにせよ、画像の位置合わせにおいて、位置ずれ検出は、画像を線形補間、あるいは微分画像を線形補間し、この補間画像間のそれぞれの不一致量、あるいは不一致量の線形結合が最小になるように、画像のずれ量を画素未満の分解能で求め、位置合わせはこの検出した位置ずれ量に基づき、画像を線形補間、あるいは畳み込み補間することにより、得ることができる。これにより、きわめて高精度に画像を位置合わせすることができ、本発明で意図した目的がより高感度に実現できることになる。
また、上記実施の形態は、画像の位置ずれ検出と位置合わせとからなる1或いは複数の画像の位置合わせ方法において、位置ずれ検出を、各画像を線形補間もしくは各画像の微分画像を線形補間し、これらの補間画像間のそれぞれの不一致量もしくは当該不一致量の線形結合が最小になるように当該画像を用いたずれ量算出用データを布線論理で求め、ずれ量算出用データから算出すべきずれ量を画素未満単位の分解能でプログラム論理により求め、前記位置合わせを、当該位置ずれ量に基づき前記各画像を線形補間もしくは2次補間もしくは畳み込み補間することを布線論理により行なうこともできる。これは、例えば(数8)式において、ΣC2C3なる統計量をハードウェア、即ち布線論理で求める。こののち、α等をプログラム論理により求める。このとき、α等を求める際、エラー処理などを柔軟に行うことができる。
【0129】
また、位置ずれ検出を、各画像を線形補間もしくは各画像の微分画像を線形補間し、これらの補間画像間のそれぞれの不一致量もしくは当該不一致量の線形結合が最小になるように当該画像を用いたずれ量算出用データを布線論理で求め、ずれ量算出用データから算出すべきずれ量を画素未満単位の分解能でプログラム論理により求め、前記位置合わせを、当該位置ずれ量に基づき、実施例のように畳み込み演算により布線論理により行なうこともできる。上記した実施例では、画像の位置合わせは(数24A)式、(数26A)式、(数32A)式に例を示すように、すべて畳み込み演算により実現できている。
また、これらを応用して、画像ごとの歪みを表示することにより、ステージの走行状態や電子線を走査する場合には、その走査状態などの装置状態をモニターすることもできる。
上記実施の形態においては、第1の統計画像生成回路17a及び第2の統計画像生成回路17bから8ビット構成で出力する場合について説明したが、10ビット構成で出力しても差し支えない。
【0130】
また、画像を連続的に検出し、比較する方式において、一方の画像は連続したものが得られるが、もう一方の画像は細分化した領域毎(例えば256×256画素)に行うピクセルアライメント時に不連続になることがある。図16にその原因の一例を示す。パターンの密度が小さく、パターン情報不足のため、位置ずれ量の検出が不正確になる場合や、光学系の振動、或いはステージ系の振動、電子線の場合は帯電など、種々の原因で画像歪みが生じて、画像が不連続になる。不連続になると、これに続くサブピクセルアライメント、画素補間及び微分等の画像処理により、細分化した領域の画像の境界が不定値になる。このため、比較において不一致が生じ、誤検出が発生する。画像が連続ならば、微分等を施しても不一致は生じない。また、ピクセルアライメント後に従来の画素単位の比較のみを行うのならば、不一致は生じない。
また、細分化した領域より大きな範囲で、画素補間や微分などを実施し、細分化した領域内では正常な値同士を比較する手法も考えられるが、これは回路規模の増大を招く。
【0131】
これを解決するため、
1)画像が不連続かどうか検出する
2)不連続ならば、境界の前後(境界部)で感度を落とす
3)或いは不連続ならば、境界の前後は非検査領域とする
4)或いは常時、境界の前後で感度を落とす
5)或いは常時、境界の前後は非検査領域とする
6)感度低下は2枚の画像の差を2値化した2値画像の縮小(シュリンク)処理を行う
7)或いは感度低下は濃淡差の2値化しきい値を大きくすることにより行う
などを採用する。
【0132】
上記1)は、ピクセルアライメント用位置ずれ検出量のΔx,Δy((数5)式のS(Δx,Δy)をminとするΔx,Δy)が各画素間で同一値になるかどうかをチェックするものである。更に、下記オフセットが同一値かどうかチェックするものである。
下記の式に基づき、Δx、Δyに1を加えたりもしくは、そのままにする。
すなわち、
S(1、0)+S(1、−1)+S(0、−1)が最小ならば、Δx++、
S(−1、0)+S(−1、−1)+S(0、−1)が最小ならばそのまま、
S(−1、0)+S(−1、1)+S(0、1)が最小ならば、Δy++、
S(1、0)+S(1、1)+S(0、1)が最小ならば、Δx++、Δy++、
なお、Δx++は、Δx=Δx+1の意である。
実際には、Δx,Δyそれぞれにx,yのオフセットを加えた後の値が、画像間で同一かどうかチェックする。
【0133】
次に、位置合わせされた画像に対し、画素より小さい単位の位置ずれ量を求め、二枚の画像を高精度に位置合わせする前述したサブピクセルアライメントが実施される。画像が不連続の場合、画像の境界の画素の値が不確定になり、その後の処理に悪い影響を与える。例えば、サブピクセルアライメント後に微分を行い、微分値を比較する場合、微分値は境界の画素で異常な値を有することになる。サブピクセルアライメント後に境界1画素が不確定だったものが、1次微分後は境界2画素で不確定になるほど、欠陥検出に悪影響がある。Sobelなど各種フィルタでは、いずれも境界が不確定になる。そのため、後に続く処理に応じて異常な境界部を決め、この境界部で発生する誤検出を防止する。これには、上記2)〜7)を実施する。
勿論、微分処理などは位置合わせの前に実施し、欠陥判定も対応画素の比較のみならば、画像が不連続であっても、境界での誤検出はない。しかし、通常は位置合わせ後に各種の処理を実行することが回路規模の点で多く、境界の処理が必要である。
上記より、画像の境界は必要最小限にすることが必要である。これは、1枚の画像のもつ歪みを許容できる範囲で画像を大きくとることにより、また位置合わせ時にデータ量が膨大にならないように決められる。
【0134】
また、電子ビームを用いて検出した画像について、複数画像の位置合わせを着目画像のみならず過去の複数画像も直接、或いはこれらの位置ずれ情報を用いて行うことが可能である。これを図15に示す。図15において、27は遅延メモリ、28は微分回路によって構成されるエッジ位置抽出回路、29は2値化回路、30は不一致検出回路、31は遅延回路、32は位置合わせ回路、33は欠陥判定回路、34は状態記憶回路、35は位置合わせ、感度制御回路をそれぞれ示す。状態検出回路は着目画像より時間的に前の画像の位置合わせの状態、即ち画像間の不一致画素数や位置ずれ量などの状態を記憶するもので、着目画像の位置あわせの時に、これらの情報を加味して位置合わせするものである。これにより、着目画像にパターン情報がなく、位置合わせ精度が不足すると考えられるときに位置合わせ精度を確保することができる。この実施の形態では、エッジ位置抽出回路28と2値化回路29とを用いてパターンのエッジ位置を2値化画像信号で示す場合であるが、鎖線で示すようにA/D変換器2から直接得られるデジタル濃淡画像信号をそのまま使用してもよいことは言うまでもない。
【0135】
図17に、境界処理の一実施の形態を示す。同図において、(a)は画像(ここでは連続した2枚の差画像)、(b)は境界信号(境界の前後3画素)、(c)および(d)は縮小フィルタの種類(2種類)と適用のタイミングを示している。縮小フィルタAは、境界部以外の領域を対象に差画像の2値化画像に対して、このサイズ以上の不一致を出力するものである。具体的には、2値化画像に対しこれら2×2画素のANDを求めるものである。同様に縮小フィルタBは、境界部の領域を対象に差画像の2値化画像に対して、このサイズ以上の不一致を出力するものである。ここでは、縮小フィルタBを縮小フィルタAよりサイズを大きくすることで、境界部の感度を低下させている。勿論、画像が不連続でない場合は、縮小フィルタBは、縮小フィルタAと同じものでよいし、何れもなくすことも可能である。図17に示した処理は、欠陥判定回路33(CPU48)の内部で行われる。
【0136】
図18に欠陥判定回路33の一実施の形態を示す。同図において、位置合わせされた画像の差を検出し、2値化後、フィルタを通し、最後に不一致の特徴(座標、寸法、面積など)を算出する。136は差検出回路、137は2値化回路、138はフィルタA及びフィルタBの何れかが実行可能であるフィルタ回路、139は特徴量抽出(不一致座標、寸法、面積など)回路である。更に特徴量抽出回路139で抽出された特徴量に対して判定基準である比較パラメータに基づいて判定する欠陥または欠陥候補の判定回路を有することになる。
ここで、2値化の閾値Vthは、設定した値でもよいが、位置合わせ、境界部感度制御回路35により制御しても良い。即ち上記したように、感度低下を濃淡差の2値化閾値を境界信号に同期して境界部で大きくすることにより行っても良い。138に入力されている位置合わせ、境界部感度制御回路35からの信号は、フィルタの選択信号である。
【0137】
さらには、本構成によれば、境界信号に同期して、境界部において閾値を例えば255とし(8ビット階調の場合の最大値)、不一致が完全に出力されるようにして、境界部を非検査領域とすることもできる。
なお、ここでは、イメージセンサの両端にあたる画像の両端でも、画像の値が不確定になるが、これは従来通り画像の両端をマスク、或いは使用しないことにより、誤検出を防止することができる。
【0138】
[実施の形態 2]
また、上記図1に示す[発明の実施の形態 1]においては、被検査パターンの欠陥検査画像処理装置を、すなわち、A/D変換器2からCPU19までの各機器を、ステージ5、対物レンズ6、照明光源7、ハーフミラー8、イメージセンサ1からなる光学顕微鏡系から構成される装置に適用した場合について説明したが、走査型電子顕微鏡系に適用することもできることはいうまでもない。
ただし、本発明に係る被検査パターンの欠陥検査画像処理装置、すなわち、図1に示すA/D変換器2からCPU19までを、走査型電子顕微鏡系に適用した場合、イメージセンサ1の代わりに、シンチレータ等のディテクタで構成されることになる。
【0139】
図10を参照して走査型電子顕微鏡に適用した場合を説明する。図10は、本発明の他の一実施形態に係る被検査パターンの欠陥検査装置の略示説明図である。図10は、被検査パターンの欠陥検査画像処理装置に走査型電子顕微鏡を用いた場合の電子光学系の略示説明図である。
図10において、101は電子線を発射する電子源、102は電子源から放出された電子線、103、104は電子線を集束する対物レンズを構成する電極、105は電子線を偏向させる偏向器、106は被検査パターンを有するウェーハ、108はウェーハからでる二次電子、109は二次電子検出器、110は装置構成各機器を制御する表示・制御機器である。
図10に示す如く、電子源101から放出された電子線102は、2つの電極103、104からなる対物レンズによって試料であるウェーハ106上に集束される。この対物レンズを構成する2つの電極103、104のうち、電子源101側に位置する第1の電極103の電圧をウェーハ106側に位置するアース電位にある第2の電極104に対して正側の電圧とし、この電圧を調整して、第1の電極103と第2の電極104との間の電界を調節することで、対物レンズのレンズ作用が調節される。これにより、対物レンズのレンズ主面が第2の電極104の下側に形成される。
【0140】
さらに、前記電子線102は、第1の電極103に囲繞されることによって、第1の電極103と同電位に保たれている空間内において、静電型または磁界型の偏向器105により偏向され、ウェーハ106上で2次元的に走査される。
【0141】
前記電子線102の照射によってウェーハ106から発生した2次電子または反射電子は、電子線102の対称の位置で、チルト軸に垂直な面内に配置された2組の2次電子検出器または反射電子検出器108によって検出され、この検出信号を映像信号として表示制御装置110内の表示部においてウェーハ106の画像が得られる。
上記構成は、本発明者らによる特開平4−51441号公報記載の荷電粒子線観察装置と同一の構成である。
ここで、静電型の対物レンズとした場合には、磁界型レンズの場合のように励磁コイルを巻く必要がないため、レンズ自体を小型化できる。たとえば、従来の磁界型レンズの大きさが直径100〜150mmであるのに対し、静電型対物レンズでは直径10mm以下にすることもできる。
しかし、このように走査型電子顕微鏡に本発明へ適用した場合は、画像検出過程において画像歪みなどが生じやすいという問題に対応する必要がある。
従って、メモリマット部21のような小さな繰返しパターンの集合を対象にした場合でも、画像の位置合わせを確実に行うことが重要である。
【0142】
そこで、図10に示すように、新たに反射電子検出器111、ここではアニュラー型のものを備え、反射電子と2次電子を分離検出し、反射電子により検出した画像を用いて複数画像の位置合わせを行うことができる。ここで反射電子による画像では、1次電子によるパターンのチャージアップなどの影響を受けがたく、あたかも光と同じように扱って得た画像といえる。反射電子検出器は、アニュラー型のものが対称性がよく、各種パターンの検査には適している訳であるが、勿論どのような形状のものでも差し支えない。
また、電子ビームを用いて画像を連続的に検出する際、マット部の複数の繰返しパターンについては電子ビームのスキャン方向の繰返しパターンの画像を用いることにすれば、より画像歪みは低減できるものである。
また、図1に示す実施の形態と図10に示す電子線検出器を組み合わせて、光を用いて検出した画像により欠陥検出、ここでは欠陥座標の算出を行い、電子ビームを用いて検出した画像より欠陥部を含む周辺の画像を用いて、欠陥の有無以外の欠陥の特徴量(例えば欠陥の寸法や欠陥の背景に対する明るさなど)に基づく欠陥の詳細情報を得ることも可能であり、これは高精度検査に有益である。
【0143】
なお、上記発明の実施の形態では、統計画像を求める際に、画像ヒストグラムの変換等による階調変換を行っていないが、ヒストグラムイコライゼイション等を前処理として実施しても差し支えない。これは、電子ビームによるチャージアップ等の対策に有効である。
【0144】
上記発明の実施の形態によれば、場所によるパターンの明るさの違いに影響されることなく、欠陥を高感度に検出することができる。したがって、メモリマット部21など暗い領域も高感度に検査をすることができ、さらにその内部の明るさがばらつきの大きいパターンにおいても高感度に検査できる。
また、周辺回路部22なども最適な検査をすることができる。しかも、画像の濃淡差を検出するだけでなく、画像のもつ各種情報をきわめて的確な形で比較でき、有効である。従って、従来に比べ、信頼性の高い検査を実現することができる。
また、画像に歪みがあっても高精度に画像の位置合わせができるし、パターン密度が低いときにも同様の効果が期待できる。
以上、本発明に係る実施の形態について、主に光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いた画像検出に基づく画像の統計画像の生成、比較検査方法について述べたが、他の赤外線やX線により得られた画像検出に用いた場合にも、同様に有効であることはいうまでもない。
【0145】
[実施の形態 3]
次に、図11を参照して、本発明の半導体の製造プロセスにおける欠陥発生原因を解析への応用を説明する。図11は、本発明に係る画像処理装置の半導体製造プロセスへ適用図である。
本実施の形態は、第1の比較回路18aと第2の比較回路18bからの比較結果およびCPU19から出力される特徴量情報51や欠陥(異物も含まれる)の情報57aや統計情報に基づくパターンの出来具合の情報57bを入力して、半導体の製造プロセスにおける欠陥発生原因を解析し、この解析された欠陥発生原因を取り除くことによって、良品の半導体チップを高歩留まりで生産することについて説明する。
図11において、380は半導体の製造ライン、381は半導体ウェーハ4aの搬送経路、382は半導体製造工程の内、絶縁膜を形成するCVD成膜工程を実行するCVD装置、383は半導体製造工程の内、配線膜を形成するスパッタリング工程を実行するスパッタリング装置、384は半導体製造工程の内、レジスト塗布、露光、現像等を行う露光工程を実行する露光装置、385は半導体製造工程の内、パターニングをするエッチング工程を実行するエッチング装置であり、このように半導体ウェーハは様々な製造工程を経て製造される。
【0146】
また、391は比較回路18およびCPU19から得られる特徴量情報51や欠陥の情報57aや統計情報に基づくパターンの出来具合の情報57bを入力するインターフェース、392は解析等の処理を実行するCPU、393は解析等のプログラムを格納したメモリ、394、395、396、397は制御回路、398は欠陥発生原因等の解析結果を出力する印刷装置等の出力装置、399は各種データを表示する表示装置、400はデータを各装置間に移送するバスライン、401はキーボード、ディスク等からなる入力装置、402は、図示しないが検査画像処理装置からは得られない欠陥を発生させた欠陥発生原因又は欠陥発生要因との因果関係の履歴データまたはデータベースを記憶させる外部記憶装置、403は、情報410を製造ラインへ提供するインターフェース、410は解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因に関する情報および製造プロセス条件を制御するための情報である。
また、390は、比較器18a、18bおよびCPU19(図1を参照)に示される装置から出力される特徴量情報51や欠陥(異物も含まれる)の情報57aや統計情報に基づくパターンの出来具合の情報57bを入力して、製造ライン380における欠陥発生原因または欠陥発生要因および製造プロセス条件を制御するための制御情報を解析する解析用コンピュータである。
前記製造ライン380は、半導体を製造する各プロセス装置382、383、384、385とからなっている。
【0147】
解析用コンピュータ390は、図示しない比較器18a、18bおよびCPU19から出力される特徴量情報51や欠陥の情報57aや統計情報に基づくパターンの出来具合の情報57bを入力するインターフェース391と、解析等の処理を実行するCPU392と、解析プログラム等を格納したメモリ393と、制御回路394、395、396、397と、欠陥発生原因等の解析結果および製造プロセス条件を制御するために解析された制御情報を出力する印刷装置等の出力装置398と、各種データを表示する表示装置399と、製造ライン380に関するデータおよび前記製造ライン380に流される半導体ウェーハ4aに関するデータ等を入力する入力装置401と、前記半導体ウェーハ4a上に発生した欠陥と欠陥発生原因または欠陥発生要因との因果関係の履歴データまたはデータベースおよびパターンの出来具合と製造プロセス条件との対応関係の履歴データまたはデータベースを記憶した外部記憶装置402と、前記CPU392によって解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因に関する情報および製造プロセス条件を制御するための情報410を前記製造ライン380へ提供するインターフェース403とおよびこれらを接続するバスライン400で構成されている。
【0148】
したがって、解析用コンピュータ390におけるCPU392は、入力された特徴量情報51や欠陥の情報57aや統計情報に基づくパターンの出来具合の情報57bと、外部記憶装置402に記憶された半導体ウェーハ4a上に発生した欠陥と、各プロセス装置382、383、384、385からなる製造ライン380において欠陥を発生させた欠陥発生原因または欠陥発生要因との因果関係の履歴データまたはデータベースおよびパターンの出来具合と各プロセス装置382、383、384、385の製造プロセス条件との対応関係の履歴データまたはデータベースに基づいて、各プロセス装置382、383、384、385からなる製造ライン380における欠陥を発生させた欠陥発生原因または欠陥発生要因および製造プロセス条件を制御するための制御情報を解析し、この解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因に関する情報および製造プロセス条件を制御するための情報410を各プロセス装置382、383、384、385へ提供する。
【0149】
この欠陥発生原因または欠陥発生要因に関する情報および製造プロセス条件を制御するための情報410が提供された各プロセス装置382、383、384、385は、洗浄も含めて各種プロセス条件を制御して欠陥発生原因または欠陥発生要因を取り除くことによって良品の半導体ウェーハ4aを、次の工場へ送り出すことができる。その結果、半導体を高歩留まりで製造することができる。なお、欠陥検査が行われる半導体ウェーハ4aは、上記製造ライン380において、欠陥を発生しやすい個所の前後工程から、半導体ウェーハ4a単位、またはロット単位でサンプリングされる。
また、解析用コンピュータ390におけるCPU392は、図示しない例えば専用の異物検査装置(図1及び図7で示す被検査パターン検査装置でも異物についても欠陥として検出することも可能である。)で検出された異物信号に基づいてCPU19から得られて入力された異物情報と、外部記憶装置402に記憶された半導体ウェーハ1a上に発生した異物と各プロセス装置382、383、384、385からなる製造ライン380において異物を発生させた異物発生原因または異物発生要因との因果関係の履歴データまたはデータベースとに基づいて、前記各プロセス装置382、383、384、385からなる製造ライン380における異物を発生させた異物発生原因または異物発生要因を解析する。
【0150】
前記解析された異物発生原因または異物発生要因に関する情報410を前記製造ライン380の各プロセス装置382、383、384、385へ提供する。この異物発生原因または異物発生要因に関する情報410が提供された各プロセス装置382、383、384、385は、洗浄も含めて各種プロセス条件を制御して異物発生原因または異物発生要因を取り除くことによって欠陥のない良品の半導体ウェーハ4aを次工程へ送り出すことができ、その結果半導体を高歩留まりで製造することができる。
【0151】
【発明の効果】
本発明によれば、面荒れ、グレイン等が生じる多層の被検査パターンの表面の状態に影響されることなく被検査パターンを高感度で、且つ高信頼度で検査することができる効果を奏する。
また本発明によれば、半導体メモリを構成するマット部における繰返し被検査パターンを、チップ全体の感度に律束されることなく、高感度で、且つ高信頼度で検査することができる効果を奏する。
また本発明によれば、繰返される被検査パターンに生じる欠陥等について詳細解析ができるようにして真の欠陥について高信頼度で検査することができる。
【0152】
また本発明によれば、繰返される被検査パターンについて出来具合を定量的に把握することができる効果を奏する。
【0153】
また本発明によれば、繰返される被検査パターンについて出来具合を定量的に把握して被検査パターンを製造する製造プロセス(ステッパの解像度やエッチングの良否など)を診断し、その結果を製造プロセスにフィードバックすることができる効果を奏する。
また本発明によれば、半導体ウェーハ等の半導体基板において、面荒れ、グレイン等が生じる多層の被検査パターンの表面の状態に影響されることなく被検査パターンを高感度で、且つ高信頼度で検査して高信頼性を有する半導体基板を製造することができる効果を奏する。
また本発明によれば、1または複数の画像に対して高精度に位置合わせができ、その結果繰返される被検査パターンにおける欠陥等の特徴量を忠実に抽出することができる効果を奏する。
また本発明によれば、電子線ビームを用いて繰返される被検査パターンについて歪みや明るさの違いなどの各種の誤差に影響されることなく、高感度で、且つ高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る被検査パターンの検査装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図2】図1に示す第1の統計情報生成回路で得られるメモリマット部における濃淡統計画像の略示説明図である。
【図3】図1に示す第2の統計情報生成回路で得られる周辺回路部における濃淡統計画像の略示説明図である。
【図4】図1に示す第1および第2の統計情報生成回路で得られるパターンのエッジ位置の統計画像がパターンの出来具合を示すことを説明するための図である。
【図5】図1に示すエッジ位置抽出回路でパターンのエッジ位置を抽出するための信号波形の関係を説明するための図である。
【図6】統計画像と基準画像または検出画像との比較に基づくマッチングについての略示説明図である。
【図7】本発明に係る被検査パターンの検査装置の他の一実施の形態を示す構成図である。
【図8】本発明に係る画像の位置合わせ方法の略示説明図である。
【図9】図8に示す画像の位置合わせ方法における二つの画像のサンプリング位置関係略示説明図である。
【図10】本発明に係る被検査パターンの検査装置の更に他の一実施の形態を示す構成図である。
【図11】本発明に係る製造プロセス解析システムの一実施の形態を示す構成図である。
【図12】本発明に係る被検査パターンのメモリチップにおけるメモリマット部と周辺回路部の略示説明図である。
【図13】図12に示すメモリチップにおけるメモリマット部と周辺回路部における明るさのヒストグラムである。
【図14】図12に示すメモリマット部にグレインがある場合の被検査パターンの略示説明図である。
【図15】画像の位置合わせ回路の別の一実施の形態を示す図である。
【図16】画像が不連続になる要因の説明図である。
【図17】画像の境界処理の一実施の形態を説明するための図である。
【図18】図1および図7に示す比較回路におけるCPUおよび図15に示す欠陥判定回路の具体的構成の一実施の形態を示す図である。
【図19】図1および図7に示す詳細解析を行うCPUと異なる他の一実施の形態の概略構成を示す図である。
【図20】欠陥または欠陥候補の信号として指定した寸法範囲内の欠陥または欠陥候補や指定した位置範囲内の欠陥または欠陥候補としてユーザが指示することにより、所望の欠陥または欠陥候補の画像を格納するための一実施の形態を示す構成図である。
【図21】被検査パターンの光学画像を検出する光学系の一実施の形態の平面図である。
【図22】図22の正面図である。
【図23】図21および図22に示す光学系における偏光の関係を説明するための図である。
【符号の説明】
1…イメージセンサ、 2…A/D変換器、 3a…第1の遅延メモリ、 3b…第1の遅延メモリ、 4、4a…半導体ウェーハ、 5…X、Y、Z、θステージ、 6…対物レンズ、 7…照明光源、 8…ハーフミラ、 9…デジタル画像信号、 10a、10b…統計情報(統計画像信号)、 11a、11b…検出画像信号、 12…入力手段、 13…記憶装置、 17a…第1の統計情報生成回路、 17b…第2の統計情報生成回路、 18a…第1の比較回路、 18b…第2の比較回路、 19…CPU、 20…チップ、 21…メモリマット部、 22…周辺回路部、 23a〜23d…遅延メモリ、 25…切出し回路、 28…エッジ位置抽出回路、 29…2値化回路、 30…不一致検出回路、 31…遅延回路、 32…位置合わせ回路、 33…欠陥判定回路、 34…状態記憶回路、 35…位置合わせ、感度制御回路、 43a、43b…画像メモリ、 44a、44b…CPU、 45a、45b…メモリ、 46a、46b…位置合わせ回路、 47a、47b…比較パラメータ設定手段、48a、48b…CPU、 51a、51b…欠陥または欠陥候補の信号、 52…表示手段、 57a…欠陥の情報、 57b…パターンのでき具合の情報、
101…電子源、 102…電子線、 103…第1の電極、 104…第2の電極、 105…偏向器、 106…半導体ウェーハ、108…二次電子、 109…二次電子検出器、 110…表示・制御装置、 111…反射電子検出器、
123…メモリ、 136…差検出回路、 137…2値化回路、 138…フィルタ回路、 139…特徴量抽出回路、 141…欠陥メモリ、 147…記憶装置、
380…半導体の製造ライン、 381…半導体ウェーハ1aの搬送経路、 382…絶縁膜を形成する実行するCVD装置、 383…配線膜を形成するスパッタリング装置、 384…露光工程を実行する露光装置、 385…エッチング工程を実行するエッチング装置、 391…インターフェース、 392…解析等の処理を実行するCPU、 393…解析等のプログラムを格納したメモリ、 394、395、396、397…制御回路、 398…印刷装置等の出力装置、 399…各種データを表示する表示装置、 400…データを各装置間に移送するバスライン、 401…キーボード、ディスク等からなる入力装置、 402…データベースを記憶させる外部記憶装置、 403…インターフェース、 410…欠陥発生に関する情報、[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an appearance inspection for detecting a defect in a pattern to be inspected, and more particularly to a method for inspecting a pattern to be inspected in a semiconductor wafer, a liquid crystal display, or the like. In particular, the present invention relates to a manufacturing process diagnosis method and a manufacturing method of a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer that are optimal for evaluating a manufacturing process by using these.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of inspection apparatus detects an image of a pattern to be inspected by an image sensor such as a line sensor while moving the pattern to be inspected as in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-74409. The inconsistency is recognized as a defect by comparing the density of the image signal and the image signal delayed by a predetermined time.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a pattern to be inspected such as a semiconductor wafer, the pattern is formed of various materials and is laminated in multiple layers. In such a multilayer pattern, for example, the surface of a certain layer may be normal, but the surface may be rough. In the conventional inspection method described above, the inspection performance is regulated by such a normal but rough pattern, and a pattern without rough surface should be able to be inspected with high sensitivity. In some cases, the inspection has to be performed with the sensitivity lowered according to the pattern, and the above-described erroneous detection is likely to occur.
Further, as described above, the sensitivity is lowered due to the rough surface, but when the pattern is grained, the sensitivity is also lowered. In addition, the rough layer and the grained layer do not always appear on the surface, and the surface layer or the lower layer is not constant, so that it looks complicated. This is a problem that is not considered in the conventional technology.
[0004]
In addition, when an electron beam or the like is used as well as when using ordinary light, there is a problem that a fine defect cannot be detected because the distortion of the image is particularly large and the alignment error is large. Further, since secondary electrons and the like are unstable, the brightness of detected images also tends to be unstable. As described above, there is a problem that erroneous detection is likely to occur because there is a difference between images even in a normal pattern.
Furthermore, the conventional inspection method simply determines whether or not there is a defect, and there is a big problem here. In other words, although it cannot be said that the resolution of the stepper etc. and the quality of the etching are defective, the normal part is not suitable for direct quantitative evaluation of the state of the pattern that is somewhat problematic. It was. In other words, the traditional method is to detect only fatal defects, easy-to-understand defects, or epidermal defects that are exposed on the surface, and this alone enables the detection of potential defects and the state of the process objectively. However, there is a problem that it cannot be quantitatively determined.
Further, since the conventional inspection method cannot be directly quantitatively evaluated as described above, there is a problem that it is not suitable for evaluation of a manufacturing process for manufacturing, for example, a semiconductor wafer.
[0005]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and can inspect a pattern to be inspected with high sensitivity and high reliability without being affected by the surface state of a multilayer inspected pattern in which surface roughness, grain, or the like occurs. An object of the present invention is to provide an inspection method for a pattern to be inspected.
Another object of the present invention is to provide a method for inspecting a pattern to be inspected so that a repetitive pattern to be inspected in a mat portion constituting a semiconductor memory can be inspected with high sensitivity and high reliability.
Another object of the present invention is to provide a method for inspecting a pattern to be inspected so that a detailed analysis can be performed with respect to a defect or the like occurring in a repeated pattern to be inspected so that a true defect can be inspected with high reliability. is there.
[0006]
Another object of the present invention is to provide a method for inspecting a pattern to be inspected so that the condition of the pattern to be inspected repeatedly can be quantitatively grasped.
Another object of the present invention is to provide a manufacturing process diagnosing method capable of diagnosing a manufacturing process for manufacturing a pattern to be inspected by quantitatively grasping the result of the pattern to be inspected repeatedly.
Another object of the present invention is to inspect a pattern to be inspected with high sensitivity and high reliability without being affected by the state of the surface of the multilayer inspected pattern in which surface roughness, grain, etc. occur in a semiconductor substrate. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor substrate that can manufacture a highly reliable semiconductor substrate.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a method for aligning images that can be accurately aligned with respect to one or a plurality of images.
Another object of the present invention is that a pattern to be inspected that is repeated using an electron beam can be inspected with high sensitivity and high reliability without being affected by various errors such as distortion and brightness differences. An object of the present invention is to provide an inspection method for a pattern to be inspected.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates statistical information indicated by a statistic of the repeated pattern to be inspected from the detected image signal, and generates this information. A method for inspecting a pattern to be inspected, characterized in that the degree of completion of the pattern to be inspected is quantified using the statistical information.
Further, the present invention detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates statistical information indicated by a statistic of the repeated pattern to be inspected from the detected image signal, and uses the generated statistical information A method for inspecting a pattern to be inspected, wherein a defect or a defect candidate existing in the pattern to be inspected is extracted.
Further, the present invention detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates statistical information indicated by a statistic of the pattern to be tested repeated from the detected image signal, and generates the statistical information and the detection A defect inspection method for extracting a defect or a defect candidate existing in a pattern to be inspected by comparing with the image signal thus obtained.
[0009]
Further, the present invention detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates statistical information indicated by a statistic of the pattern to be tested repeated from the detected image signal, and generates the statistical information and the detection The method for inspecting a pattern to be inspected is characterized in that a feature amount of the pattern to be inspected is extracted by comparing with the image signal thus obtained. Further, the present invention is characterized in that a detailed analysis is performed on the basis of the extracted feature amount to grasp a true defect or a pattern to be inspected.
In the inspection method for a pattern to be inspected, the statistical information is a statistical image signal. Further, the present invention is characterized in that, in the inspection pattern inspection method, the detected image signal is a grayscale image signal of the inspection pattern, and is a statistical grayscale image signal of the inspection pattern repeated as the statistical information. And Further, the present invention is an image signal indicating an edge position of the pattern to be inspected as the detected image signal in the inspection method of the pattern to be inspected, and the statistical edge position of the pattern to be inspected repeated as the statistical information. The statistical image signal shown in FIG.
The present invention also detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates a statistical image signal indicated by the average value or median value of the pattern to be tested repeated from the detected image signal, and generates the generated statistics A pattern to be inspected, wherein a defect or a defect candidate (including a case indicated by a feature amount) existing in the pattern to be inspected is extracted by comparing the image signal with the detected image signal as a reference image signal. This is an inspection method.
[0010]
The present invention also detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates a statistical image signal indicated by the average value or median value of the pattern to be tested repeated from the detected image signal, and generates the generated statistics A method for inspecting a pattern to be inspected, wherein a feature amount of a pattern to be inspected is extracted by comparing an image signal as a reference image signal with the detected image signal. Further, the present invention is characterized in that a detailed analysis is performed on the basis of the extracted feature amount to grasp a true defect or a pattern to be inspected.
Further, the present invention detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates statistical information indicated by a statistic of the pattern to be tested repeated from the detected image signal, and detects the repeated pattern to be inspected. A defect or a defect candidate existing in a pattern to be inspected by performing a determination process on a difference image obtained by comparing the image signals of the image based on a determination criterion obtained based on the generated statistical information This is a method for inspecting a pattern to be inspected.
In the present invention, an image signal is detected from a pattern to be inspected in which a plurality of chips each having a mat portion and a peripheral circuit portion are arranged, and this is indicated by a statistic of the pattern to be inspected repeated in the mat portion from the detected image signal. It is characterized by generating statistical information and quantifying the condition of the pattern to be inspected in the mat portion using the generated statistical information in the mat portion so that the conditions and states of the manufacturing process can be grasped or diagnosed. A method for inspecting a pattern to be inspected.
[0011]
In the present invention, an image signal is detected from a pattern to be inspected in which a plurality of chips each having a mat portion and a peripheral circuit portion are arranged, and this is indicated by a statistic of the pattern to be inspected repeated in the mat portion from the detected image signal. Generate statistical information and statistical information indicated by the statistic of the repeated pattern to be inspected in the peripheral circuit unit, and use the statistical information in the generated mat unit to quantify the degree of the pattern to be inspected in the mat unit, The pattern to be inspected is characterized by quantifying the condition of the pattern to be inspected in the peripheral circuit part using the generated statistical information in the peripheral circuit part and grasping or diagnosing the conditions and state of the manufacturing process. This is an inspection method.
In the present invention, an image signal is detected from a pattern to be inspected in which a plurality of chips each having a mat portion and a peripheral circuit portion are arranged, and this is indicated by a statistic of the pattern to be inspected repeated in the mat portion from the detected image signal. Statistical information is generated, and a defect or a defect candidate (including a case indicated by a feature amount) existing in a pattern to be inspected in the mat portion is extracted using the generated statistical information in the mat portion. This is an inspection method for a pattern to be inspected.
[0012]
In the present invention, an image signal is detected from a pattern to be inspected in which a plurality of chips each having a mat portion and a peripheral circuit portion are arranged, and this is indicated by a statistic of the pattern to be inspected repeated in the mat portion from the detected image signal. The statistical information and the statistical information indicated by the statistic of the inspected pattern repeated in the peripheral circuit unit are generated, and the defect or the defect candidate existing in the inspected pattern in the mat unit is generated using the generated statistical information in the mat unit. And the defect or the defect candidate (including the case indicated by the feature amount) existing in the pattern to be inspected in the peripheral circuit unit is extracted using the generated statistical information in the peripheral circuit unit. This is an inspection method for a pattern to be inspected.
Further, the invention is characterized in that the inspection pattern inspection method is applied to an inspection pattern in which a plurality of chips formed to be the same are arranged. The present invention is also characterized in that, in the inspection pattern inspection method, a statistical image is generated for each of the mat portion and the peripheral circuit portion. Further, the present invention is characterized in that, in the inspection method of the pattern to be inspected, the comparison between the statistical image and the detected image extracts a feature amount (a mismatch amount or a mismatch item) based on the mismatch (difference). . In the inspection method of the pattern to be inspected, the comparison between the statistical image and the detected image is to detect a feature amount (a mismatch amount or a mismatch item) based on a difference (mismatch) in a pattern edge position. It is characterized by.
[0013]
Further, the present invention detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates statistical information indicated by a statistic of the repeated pattern to be inspected from the detected image signal, and uses the generated statistical information A manufacturing process diagnosis method characterized by quantifying the degree of the pattern to be inspected and diagnosing the suitability of the manufacturing process for manufacturing the pattern to be inspected based on the quantified condition of the pattern to be inspected. .
Further, the present invention detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates statistical information indicated by a statistic of the repeated pattern to be inspected from the detected image signal, and uses the generated statistical information Manufacturing characterized by extracting information on a defect or defect candidate existing in a pattern to be inspected and diagnosing the suitability of a manufacturing process for manufacturing the pattern to be inspected based on the extracted information on the defect or defect candidate This is a process diagnostic method.
According to the present invention, in the manufacturing process diagnosis method, the manufacturing process diagnosis item is at least one of pattern resolution, film thickness, and edge definition.
[0014]
Further, the present invention detects an image signal from a semiconductor substrate on which a repeated pattern to be inspected is formed, and generates statistical information indicated by a statistic of the pattern to be inspected repeated from the detected image signal. Quantifying the condition of the pattern to be inspected using statistical information, and manufacturing a semiconductor substrate by diagnosing the suitability of the manufacturing process condition of the pattern to be inspected based on the qualification of the pattern to be inspected A method for manufacturing a semiconductor substrate.
Further, the present invention detects an image signal from a semiconductor substrate on which a repeated pattern to be inspected is formed, and generates statistical information indicated by a statistic of the pattern to be inspected repeated from the detected image signal. The statistical information is used to extract information on defects or defect candidates existing in the pattern to be inspected, and based on the extracted information on the defects or defect candidates, diagnosis is performed on the suitability of the manufacturing process conditions of the pattern to be inspected, and the semiconductor substrate is obtained. A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising: manufacturing a semiconductor substrate.
Also, the present invention linearly interpolates each image to be aligned or linearly interpolates a differential image of each image, and performs the interpolation so that the amount of inconsistency between these interpolated images or the linear combination of the amount of inconsistency is minimized. An image shift amount is obtained with a resolution of a unit of less than a pixel, and the images are aligned by performing linear interpolation, quadratic interpolation, or higher-order convolution interpolation on each image based on the obtained positional shift amount. An image alignment method characterized by the above.
[0015]
In addition, the present invention linearly interpolates each image to be aligned or linearly interpolates a differential image of each image, and the images are arranged so that the amount of inconsistency between these interpolated images or the linear combination of the amounts of inconsistency is minimized. The amount of deviation calculation data using is calculated by the wiring logic, and the amount of deviation to be calculated from the obtained amount of deviation calculation data is obtained by the program logic with a resolution of less than a pixel unit, and the obtained position deviation amount is calculated. The image registration method is characterized in that linear interpolation, quadratic interpolation, or high-order convolution interpolation is performed on each image based on the wiring logic to perform alignment of the image.
In addition, the present invention linearly interpolates each image to be aligned or linearly interpolates a differential image of each image, and the images are arranged so that the amount of inconsistency between these interpolated images or the linear combination of the amounts of inconsistency is minimized. The amount of deviation calculation data using is calculated by the wiring logic, and the amount of deviation to be calculated from the obtained amount of deviation calculation data is obtained by the program logic with a resolution of less than a pixel unit, and the obtained position deviation amount is calculated. The image alignment method is characterized in that the image alignment is performed by using a wiring logic based on a convolution operation for each image.
The present invention also detects an image signal from a repeated inspection pattern, generates a statistical image signal of the inspection pattern repeated from the detected image signal, and uses the generated statistical image signal as a reference image signal. A method for inspecting a pattern to be inspected, wherein a defect or a defect candidate (including a case indicated by a feature amount) existing in a pattern to be inspected is extracted by aligning and comparing with a detected image signal. is there.
[0016]
The present invention also detects an image signal from a repeated inspection pattern, generates a statistical image signal of the inspection pattern repeated from the detected image signal, and uses the generated statistical image signal as a reference image signal. A method for inspecting a pattern to be inspected, wherein a feature amount of the pattern to be inspected is extracted by aligning and comparing with a detected image signal. Further, the present invention is characterized in that a detailed analysis is performed on the basis of the extracted feature amount to grasp a true defect or a pattern to be inspected.
Further, the present invention detects an image signal from a repeated pattern to be inspected, generates statistical information indicated by a statistic of the pattern to be tested repeated from the detected image signal, and detects the repeated pattern to be inspected. A defect or a defect candidate present in a pattern to be inspected by performing determination processing based on a determination criterion obtained based on the generated statistical information on a difference image obtained by aligning and comparing two image signals This is a method for inspecting a pattern to be inspected characterized by extracting.
Further, the present invention is an inspection method for inspecting a pattern to be inspected using an electron beam image obtained by scanning and irradiating an electron beam onto a sample having the pattern to be inspected, which is generated from the sample by scanning the electron beam. The reflected electrons and the secondary electrons are separated to selectively detect the reflected electrons, an electron beam image is created based on the detected reflected electrons, and a pattern to be inspected using the created electron beam image of the reflected electrons This is a method for inspecting a pattern to be inspected.
[0017]
Further, the present invention is an inspection method for inspecting a pattern to be inspected using an electron beam image obtained by scanning and irradiating a sample having a pattern to be inspected, which separately detects reflected electrons and secondary electrons, An inspection method for a pattern to be inspected, wherein a plurality of images are aligned using an image detected by reflected electrons.
The present invention is also an inspection method for inspecting a pattern to be inspected using an electron beam image obtained by scanning and irradiating an electron beam onto a sample on which the pattern to be inspected is repeatedly formed, which is formed in the scanning direction of the electron beam. An inspection pattern inspection method comprising inspecting an inspection pattern using an electron beam image obtained from the repeated pattern.
The present invention is also a method for inspecting a pattern to be inspected formed on a sample, comprising: a first inspection step for inspecting a pattern to be inspected based on an optical image detected from the pattern to be inspected; A second inspection step of obtaining a peripheral electron beam image including the inspected portion by scanning and irradiating the inspection pattern with an electron beam, and obtaining detailed information on the inspected portion based on the electron beam image This is a method for inspecting a pattern to be inspected.
[0018]
Further, the present invention is a method for continuously detecting an image signal for a repeated pattern to be inspected, and inspecting the pattern to be inspected based on the continuously detected image signal. A method for inspecting a pattern to be inspected, characterized by determining the continuity of an image using not only the positional deviation information of the past image but also controlling the inspection sensitivity at the boundary portion of the discontinuous image based on this. .
Further, the present invention is a method for continuously detecting an image signal for a repeated pattern to be inspected, and inspecting the pattern to be inspected based on the continuously detected image signal. A method for inspecting a pattern to be inspected characterized in that the continuity of an image is determined using not only the positional deviation information of the past image but also the boundary portion of the discontinuous image as a non-inspection area based on this. .
[0019]
As described above, according to the above configuration, the pattern to be inspected can be inspected with high sensitivity and high reliability without being affected by the surface state of the multilayer inspected pattern in which surface roughness, grain, or the like occurs. Can do.
Moreover, according to the said structure, the repeated test pattern in the mat | matte part which comprises a semiconductor memory can be test | inspected with high sensitivity and high reliability.
Moreover, according to the said structure, a detailed defect can be analyzed about the defect etc. which arise in the to-be-inspected pattern repeated, and a true defect can be test | inspected with high reliability.
[0020]
Moreover, according to the said structure, a completion condition can be grasped | ascertained quantitatively about the to-be-inspected pattern to be repeated.
Moreover, according to the said structure, the manufacturing process which manufactures a to-be-inspected pattern can be diagnosed by grasping | ascertaining a quantitative condition about the to-be-inspected pattern to be repeated.
[0021]
Further, according to the above configuration, the pattern to be inspected can be highly sensitive and reliable without being affected by the surface state of the multi-layer inspected pattern in which surface roughness, grain, or the like occurs in a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer. A semiconductor substrate having high reliability can be manufactured by inspection.
Moreover, according to the said structure, it can align with high precision with respect to one or several image. As a result, it is possible to faithfully extract feature quantities such as defects in the pattern to be inspected repeatedly.
Further, according to the above configuration, the pattern to be inspected repeated using the electron beam can be inspected with high sensitivity and high reliability without being affected by various errors such as distortion and brightness difference. it can.
[0022]
The effects obtained by the present invention will be described in detail from the functional aspect.
For example, in a pattern to be inspected in which a plurality of chips having a memory mat portion and a peripheral circuit portion are arranged, in order to quantitatively represent the finish of each pattern and extract the feature amount of a defect or defect candidate using this, Inspecting the defects or defect candidates that occur with high sensitivity without the inspection sensitivity of the entire chip being limited by the poorly finished layers of these multi-layer patterns, that is, layers with rough patterns or grains. Can do.
Also, using statistical information that quantitatively expresses the finish of the pattern, regarding the resolution of the stepper etc. and the quality of the etching, it is possible to determine the degree of each pattern that does not become a defect but is at the limit as a normal part. Quantitative evaluation can be performed accurately and directly. Needless to say, this statistical information can be used to grasp the details in a multilayer pattern in detail and directly quantitatively.
In addition, the manufacturing process itself can be quantitatively grasped by using a statistical image and an inspection method using the statistical image.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an embodiment of a pattern to be inspected according to the present invention will be described.
FIG. 12 is a diagram for schematically illustrating a memory mat portion and a peripheral circuit portion in a semiconductor memory chip formed on a semiconductor wafer as one embodiment of a pattern to be inspected. FIG. 2 is a diagram showing a histogram of brightness (shading) in a memory mat portion and a peripheral circuit portion in the semiconductor memory chip shown. FIG. FIG. 14 is a schematic diagram of a pattern to be inspected in which there is a grain in the memory mat portion of FIG.
As shown in FIG. 12, a large number of
[0024]
FIG. 13 shows the brightness distribution in the memory mat portion 21 and the peripheral circuit portion 22 of FIG. 12, that is, the frequency with respect to the density of the memory chip having a maximum of 1024 bits in the 10-bit configuration, as a histogram. The memory mat portion 21 has a high pattern density and is generally dark. On the other hand, the peripheral circuit portion 22 has a low pattern density and is generally bright.
Therefore, it is difficult for the memory mat portion 21 to detect a minute defect, and the peripheral circuit portion 22 tends to erroneously detect a normal portion as a minute defect.
Further, as shown in FIG. 15, in the specific layer of the pattern in the memory mat portion 21, a large number of minute protrusions called grains are formed on the surface of the pattern, and this causes a difference in brightness. The pattern in which the grain is generated becomes a surface layer or a lower layer and the position thereof is not constant, and the density (brightness) of an image signal obtained by imaging from the pattern is not uniform. Similarly, regarding the roughness of the surface of the pattern, the shading (brightness) of the image signal obtained by imaging from the pattern is not uniform.
[0025]
Next, an embodiment of a method for inspecting a pattern to be inspected, a method for diagnosing a manufacturing process and a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention will be described.
[0026]
[Embodiment 1]
A first embodiment of a method for inspecting a pattern to be inspected, a method for diagnosing a manufacturing process, and a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an inspection pattern inspection apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of a grayscale statistical image in the grayscale (brightness) statistical information generated in the first embodiment in the memory mat portion of the pattern to be inspected, and FIG. 3 is a peripheral circuit portion of the pattern to be inspected. FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a grayscale statistical image in the grayscale (brightness) statistical information generated in the first embodiment. FIG. 4 is a schematic explanatory view of the pattern edge of the pattern to be inspected for explaining the statistical image of the pattern edge in the statistical information related to the pattern edge generated in the second embodiment. FIG. 5 is a schematic explanatory view of local area matching for quantitatively grasping (inspecting) the line width and the degree of droop of a pattern using a statistical image of pattern edges. FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the inspection apparatus for a pattern to be inspected according to the present invention.
[0027]
In the first embodiment, a semiconductor wafer will be described as an example of a pattern to be inspected. In FIG. 1,
[0028]
The first statistical
[0029]
As described above, the first statistical
The first statistical
[0030]
FIG. 2 shows a grayscale statistical image of one pattern (memory cell) repeated two-dimensionally in the memory mat portions 21 stacked in multiple layers.
FIG. 2A shows a statistical image having a standard deviation σ (i, j) × k of shading. Since 61 is a pattern of the surface layer, it is greatly affected by randomly generated surface roughness and grains, and the standard deviation of the light and shade (brightness variation) becomes large, resulting in a bright image signal. 62 is a lower layer pattern. The portion overlapping the
FIG. 2 (b) shows a statistical image of the average value g (i, j) of light and shade.
[0031]
FIG. 2 (c) shows a statistical image of the minimum value min (i, j).
Further, the statistical image of the edge position of the two-dimensionally repeated pattern (memory cell) in the memory mat unit 21 stacked in multiple layers generated by the first statistical
[0032]
Variations in process conditions such as resist application unevenness, stepper exposure resolution, spatter and CVD film thickness variations, and etching conditions variations (for example, variations or lots between the central and peripheral portions of the wafer) There are various fluctuation factors such as fluctuations depending on the unit and fluctuations based on the type of wafer.) As shown in FIG. 4, the pattern edge quality changes. That is, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the edge of the pattern includes the degree of clarity (how much) depending on the process conditions such as etching, and minute irregularities as shown in FIG. 4 (c). The line width partially varies within the wafer. For each repetitive pattern, the degree of drooping of the edge shown in FIG. 4 (a) is smaller than that of the edge shown in FIG. 4 (b). The parameter that is the standard deviation of the differential image is increased. In addition, as shown in FIG. 4 (c), the line width varies for each repetitive pattern including fine irregularities, and as a result, a parameter that is a standard deviation of the differential image or binarized image indicating the edge position of the pattern. Becomes larger. Variations in the pattern edge also occur depending on the lot unit or product type.
[0033]
The image of the average value g (i, j) of the edge position indicates the average value of the detected image signal detected over about 5 to 20 two-dimensional repetitive patterns, and is detected to inspect the defect. A reference image signal suitable for comparison with the image signal f (i, j) can be obtained from the wafer to be inspected. Therefore, compared with comparison between detected image signals detected from adjacent cells (repeated patterns) in the memory mat unit 21, the influence of the edge condition of the pattern that is randomly generated due to variation in process conditions is reduced. Thus, defect determination or defect candidate extraction can be realized with high reliability.
Further, the process is performed by changing the sensitivity at the time of determining a defect with respect to the cell comparison difference image or extracting the defect candidate in the
[0034]
As shown in FIG. 3A, the second statistical
[0035]
Further, since the peripheral circuit unit 22 is repeated in units of chips, the second statistical
[0036]
As described above, the second statistical
[0037]
FIGS. 3B and 3C show grayscale statistical images of a part of the pattern in the peripheral circuit section 22 stacked in multiple layers.
FIG. 3B shows a statistical image having a standard deviation σ ′ (i, j) × k of shading. Since 63 is a pattern of the surface layer, it is greatly affected by randomly generated surface roughness and grain, and the standard deviation of the light and shade (brightness variation) becomes large, resulting in a bright image signal. The
[0038]
FIG. 3C shows a statistical image of the average density g ′ (i, j). The
Also in the peripheral circuit unit 22, as in the memory mat unit 21, the difference R ′ (i, j) = max ′ (i, j) −min ′ (i, j) The statistical image of j) shows a range (fluctuation) of detected image signals detected over about 5 to 20 one-dimensional repetitive patterns or several chips. Therefore, the statistical image of the median value between the maximum value and the minimum value of light and shade is almost the same as the statistical image of the average value g ′ (i, j) of light and shade. Further, a statistical image of the difference R ′ (i, j) between the maximum value and the minimum value of the light and shade (brightness) can be used instead of the statistical image of the light and shade standard deviation.
[0039]
The statistical image of the edge position of the one-dimensionally repeated pattern (memory cell) in the peripheral circuit unit 22 stacked in multiple layers generated by the second statistical
[0040]
Variations in process conditions such as resist application unevenness, stepper exposure resolution, spatter and CVD film thickness variations, and etching conditions variations (for example, variations or lots between the central and peripheral portions of the wafer) There are various fluctuation factors such as fluctuations depending on the unit and fluctuations based on the type of wafer.) As shown in FIG. 4, the pattern edge quality changes. That is, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the edge of the pattern includes the degree of clarity (how much) depending on the process conditions such as etching, and minute irregularities as shown in FIG. 4 (c). The line width partially varies within the wafer. For each repetitive pattern, the degree of drooping of the edge shown in FIG. 4 (a) is smaller than that of the edge shown in FIG. 4 (b). The parameter that is the standard deviation of the differential image is increased. In addition, as shown in FIG. 4 (c), the line width varies for each repetitive pattern including fine irregularities, and as a result, a parameter that is a standard deviation of the differential image or binarized image indicating the edge position of the pattern. Becomes larger. Variations in the pattern edge also occur depending on the lot unit or product type.
The image of the average value g ′ (i, j) of the edge position indicates the average value of the detected image signal detected over about 5 to 20 one-dimensional repetitive patterns. A reference image signal suitable for comparison with the detected image signal f ′ (i, j) can be obtained from the wafer to be inspected. Accordingly, compared with comparison between detected image signals detected from adjacent cells (repeated patterns) or chip units in the peripheral circuit unit 22, the influence of the edge condition of the pattern that is randomly generated due to variations in process conditions. Thus, defect determination or defect candidate extraction can be realized with high reliability.
Further, the sensitivity at the time of determining a defect or extracting a defect candidate from the difference image of the cell comparison or chip comparison in the
[0041]
Next, quantification of pattern defect inspection and pattern completion will be described.
The
[0042]
As described above, in the
[0043]
In the
[0044]
The
[0045]
In the above case, the
Further, in the
In addition, it is obvious that the
[0046]
The
[0047]
That is, the
[0048]
Similarly to the memory mat unit 21, the
Further, the
The comparison result of the memory mat unit 21 is obtained from the
[0049]
Further, the
Further, when the
That is, in the multi-layer pattern, the
[0050]
The
[0051]
Further, the
Further, the
Further, as shown in FIG. 6A, the
[0052]
By the way, the shape of a pattern actually manufactured often differs slightly from a design value. Therefore, the
[0053]
Then, as exaggeratedly shown in FIG. 6B, the
[0054]
In the above embodiment, the standard
[0055]
Further, as described above, the edge position statistical information (average value and standard deviation) obtained from the first and second statistical
[0056]
Naturally, in the
[0057]
Next, an embodiment different from the embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In this embodiment, the detected
[0058]
By the way, as the determination criterion (comparison parameter) in the
[0059]
In addition, as in the case of the illumination condition described below, it is also possible to inspect a plurality of times with various comparison parameters and take a logical sum of the results of the plurality of inspections to obtain a final result.
[0060]
As described above, the statistical information generated by the statistical
Statistical information or statistical images are based on, for example, reference or standard detection images, setting of comparison parameters, parameters for detailed analysis, parameters for quantifying the pattern quality, within wafer, lot unit and wafer type It can be used as an indicator of changes.
In the embodiment described above, bright field illumination is adopted as illumination. However, the present invention is not limited to this, and any illumination that can be used as microscope illumination such as dark field illumination or annular illumination may be used. Needless to say, it can also be applied to illumination with an electron beam.
However, for example, the pattern edge is observed dark in bright field illumination but brightly observed in dark field illumination, and thus there are differences in appearance, so that recognition is different in the statistical image. Therefore, what is mainly compared depends on the illumination.
Various changes may be made to these illumination conditions, and inspection may be performed a plurality of times, and a logical sum of these inspection results may be obtained as a final result. Alternatively, a logical product may be taken and identified as a defect, and the process diagnosis may be made based on the defect distribution and the number of defects, for example. In this case, the review for visually confirming the inconsistent portion is unnecessary, and the work can be simplified and simplified.
[0061]
Next, the operation of the inspection apparatus having the above configuration will be described. That is, in FIG. 1, the
That is, the inspection is performed repeatedly between constant speed movement and high speed movement. Of course, step-and-repeat inspection is also acceptable. The A /
Next, statistical information such as a statistical image in the memory mat unit 21 is generated by the first statistical
[0062]
Further, the
Here, the electrical characteristic data refers to the access time or the like of the memory element, and can be used for improving the process by correlating the statistical image with the quality data of the electrical characteristic result. Here, for example, the standard deviation of the position of the edge of the pattern represents the variation of the edge of the pattern, and can be used as a state monitor of the exposure apparatus or the etching apparatus. By examining which layer has a large pattern edge variation using the design data, it is possible to identify the process apparatus related to the specific layer.
[0063]
The pattern inspection apparatus according to the present invention has delay memories (image storage memories) 23a to 23d as shown in FIGS. 1, 7, and 17, and the cut-
[0064]
Further, it can be used for setting the comparison parameters in the first and
This method is particularly effective for setting the conditions of the optical system. The σ value that is the illumination condition of the optical system, the degree of diffusion, the illumination wavelength, the magnification, etc. are changed, and the statistical image obtained from the first and second statistical
[0065]
A specific embodiment of an optical system for detecting an optical image of a pattern on the
In the case of an apparatus using an electron beam, which will be described later, the beam diameter, acceleration voltage, etc. of the electron beam can be optimized.
[0066]
Apart from these, it can also be used as an image filing system as shown in FIG. In particular, since the
[0067]
Further, the
[0068]
The image filing system described above has a function of transmitting data to the outside. If data transfer to an external database is possible, data can be stored in the database of the entire analysis system for a larger entire line.
Next, the calculation and alignment of the highly accurate displacement amount performed in the
(A) Linear interpolation method (method to minimize the difference in shading)
(B) Quadratic function interpolation method (method for minimizing differential value difference)
(C) Regularized interpolation method (minimum shade difference method with constraint conditions to reduce differential value difference)
In the method (a), the square errors of the light and shade of the two images to be processed are minimized and matched. The method (b) aims at applying linear interpolation to the differential image. The method (c) satisfies the method (a) using the method (b) as a constraint condition, and gives a regularization parameter γ as a weight to the sum of squares of the difference between the differential values. When the parameter γ = 0, the same result as the method (a) is given. Both methods do not require repetitive calculations and can be realized at one time.
[0069]
The (a) linear interpolation method will be described.
Image alignment is performed using the statistical image and the reference image by pixel alignment and sub-pixel alignment as shown in FIG.
The pixel alignment is performed by shifting one of two images to be compared (for example, the detected image fi, j and the statistical image gi, j) in units of pixels (correspondence between the value of each pixel of the reference image and the statistical image). The difference between the pixel values) is calculated, and the amount of positional deviation that minimizes the contrast is obtained. The range of image misregistration detection is, for example, a maximum of ± 3 pixels, and is variable according to the pattern design rules. The two images are aligned by shifting the position of one of the images by the amount of displacement obtained.
[0070]
First, pixel alignment will be described.
Description will be made using the following (Equation 5) described in the frame (A) of FIG.
[0071]
[Equation 5]
[0072]
The pixel alignment
However, since the minimum position can be obtained only in units of pixels, it is added as an offset depending on whether the true position is closer to the obtained Δx or Δy.
[0073]
Based on the following formula, 1 is added to Δx, Δy or left as it is.
That is,
If S (1, 0) + S (1, −1) + S (0, −1) is minimum, Δx ++,
If S (-1, 0) + S (-1, -1) + S (0, -1) is minimum,
If S (−1,0) + S (−1,1) + S (0,1) is minimum, Δy ++,
If S (1, 0) + S (1, 1) + S (0, 1) is minimum, Δx ++, Δy ++,
Δx ++ means Δx =
By aligning the two images delayed in each of the
[0074]
In the sub-pixel alignment, a positional deviation amount smaller than a pixel is obtained, and two images are aligned with high accuracy. Both the pixel unit alignment 84 and the
The sub-pixel alignment includes a
[0075]
First, the
The
Next, the
The relationship between the sampling positions of the original image f and the new image f ′ is shown in FIG. The difference in sampling position corresponds to the positional deviation amounts α and β.
[0076]
The feature of the above method is that the positional shift amounts α and β are obtained so that the shades of the two images to be aligned are well matched in the sense that the square error is minimum. I'm not looking for a value. However, in the comparison after alignment, the difference in light and shade of the normal part can be reduced, which is considered to be a convenient method in the comparison inspection.
In addition, the calculation of the positional deviation amounts α and β can be performed analytically without repeated calculation, and is suitable for hardware implementation.
[0077]
Next, the quadratic function interpolation method of method (b) will be described.
The purpose of this method is to apply linear interpolation to the differential image.
First, a differential interpolation formula of the following formulas (6) and (7) is assumed.
[0078]
[Formula 6]
[0079]
[Expression 7]
[0080]
The positional deviation amounts α and β are obtained so that the values of the differential interpolation equations expressed by the above equations (6) and (7) are minimized.
[0081]
[Equation 8]
[0082]
In the above formula, C shown in the following formula (9), formula (10), and formula (11) 1 , C 2 , C Three Determine.
[0083]
[Equation 9]
[0084]
[Expression 10]
[0085]
[Expression 11]
[0086]
C in the above equation (9), equation (10), and equation (11) 1 , C 2 , C Three Is used, the positional deviation amounts α and β expressed by the equations (12) and (13) are obtained.
[0087]
[Expression 12]
[0088]
[Formula 13]
[0089]
Next, the regularization interpolation method of method (C) will be described.
The positional deviation amounts α and β that minimize the difference in light and shade are obtained under the constraint condition that S expressed by the following equation (14), that is, the difference between the differential values is minimized.
[0090]
[Expression 14]
[0091]
C shown by the following (Expression 15), (Expression 16), (Expression 17), (Expression 18), (Expression 19), and (Expression 20). 1 , C 2 , C Three , C Four , C Five , C 6 Determine.
[0092]
[Expression 15]
[0093]
[Expression 16]
[0094]
[Expression 17]
[0095]
[Expression 18]
[0096]
[Equation 19]
[0097]
[Expression 20]
[0098]
This C 1 , C 2 , C Three , C Four , C Five , C 6 And the regularization parameter is γ, the above equation (14) is expressed by the following equation (21).
[0099]
[Expression 21]
[0100]
Α and β shown by the following (Equation 22) and (Equation 23) are obtained from this (Equation 21).
[0101]
[Expression 22]
[0102]
[Expression 23]
[0103]
In the above equation, when the regularization parameter γ is set to 0, it matches the conventional linear interpolation.
[0104]
In addition, the following method can be considered as a method of alignment of subpixel alignment.
(A) 'Linear interpolation method (method for minimizing shading)
(B) 'Bilinear interpolation method
(C) 'Secondary function interpolation method
(D) 'Third-order convolution method (spline interpolation) method
(A) ′ A new image f′ij expressed by the equation (Equation 24A) based on the linear interpolation method is based on the positional deviation amounts α and β and Sij expressed by the following equation (Equation 24B) and the original image. It can be obtained by convolution with fij.
[0105]
[Expression 24]
[0106]
Similarly, new images g′i + Δx and j + Δy expressed by the formula (25A) are based on the positional shift amounts α and β, and S′ij expressed by the following formula (25B). And the original image gi + Δx, j + Δy can be obtained by convolution.
[0107]
[Expression 25]
[0108]
Also, a new image f′ij represented by (Equation 26A) using the (b) ′ bilinear interpolation method is based on Sij represented by the following equation (Equation 26B) based on the positional shift amounts α and β. And the original image fij.
[0109]
[Equation 26]
[0110]
Similarly, new images g′i + Δx and j + Δy expressed by the equation (27A) are based on the positional shift amounts α and β, and S′ij expressed by the following equation (27B). And the original image gi + Δx, j + Δy can be obtained by convolution.
[0111]
[Expression 27]
[0112]
(C) 'A quadratic function interpolation method is obtained by differentiating the following equations (Equation 28) and (Equation 29).
[0113]
[Expression 28]
[0114]
[Expression 29]
[0115]
When the above equation is expressed by 4 × 4 convolution, it is expressed by the following Equation (30) and Equation (31).
[0116]
[30]
[0117]
[31]
[0118]
(D) 'In the cubic convolution method (spline interpolation) method, a new image f'ij is expressed by the following equation (32A), and the displacements α and β are expressed by equation (32). And the original image fij.
[0119]
[Expression 32]
[0120]
In the equation (32B), h (t) = sin (πt) / πt is set, and when developed by an approximate equation, h (t) is expressed by the following equation (33).
[0121]
[Expression 33]
[0122]
Further, in the formula (32B), x 1 = 1 + α, x 2 = Α, x Three = 1−α, x Four = 2−α, y 1 = 1 + β, y 2 = Β, y Three = 1-β, y Four = 2-β.
Similarly, new images g′i + Δx and j + Δy expressed by the equation (34A) are based on the positional shift amounts α and β, and S′ij expressed by the following equation (34B). And the original image gi + Δx, j + Δy can be obtained by convolution.
[0123]
[Expression 34]
[0124]
Where x 1 = 1 + (1-α), x 2 = (1−α), x Three = 1− (1−α), x Four = 2- (1-α), y 1 = 1 + (1-β), y 2 = 1-β, y Three = 1- (1-β), y Four = 2- (1-β).
Among these methods, the (d) ′ cubic convolution method (spline interpolation) method has the least smoothing effect and is considered to have no directionality. Here, it is realized by convolution of 4 × 4 pixels so that both methods can be used together. Examples of convolution weights are shown in Equations (35) and (36).
[0125]
[Expression 35]
[0126]
[Expression 36]
[0127]
However, these alignments are particularly necessary for chip comparison, and a fixed amount of deviation correction may be used for cell comparison.
[0128]
In any case, in the image alignment, the position shift detection is performed by linearly interpolating the images or linearly interpolating the differential images so that the amount of inconsistency between the interpolated images or the linear combination of the inconsistencies is minimized. The image shift amount is obtained with a resolution less than a pixel, and alignment can be obtained by linear interpolation or convolution interpolation of the image based on the detected position shift amount. As a result, the images can be aligned with extremely high accuracy, and the purpose intended by the present invention can be realized with higher sensitivity.
In the above-described embodiment, in one or a plurality of image registration methods including image misregistration detection and registration, misregistration detection is performed by linear interpolation for each image or linear interpolation for a differential image of each image. The deviation amount calculation data using the images should be obtained by the wiring logic so that the respective inconsistency amounts between the interpolation images or the linear combination of the mismatch amounts are minimized, and should be calculated from the deviation amount calculation data. It is also possible to determine the amount of deviation by program logic with a resolution of less than a unit of pixels, and to perform the alignment by linear logic, quadratic interpolation, or convolution interpolation based on the amount of positional deviation. For example, in the equation (8), a statistic ΣC2C3 is obtained by hardware, that is, a wiring logic. Thereafter, α and the like are obtained by program logic. At this time, error processing and the like can be performed flexibly when α is determined.
[0129]
In addition, the position shift detection is performed by linearly interpolating each image or linearly interpolating the differential image of each image, and using the image so that the amount of inconsistency between these interpolated images or the linear combination of the amount of inconsistency is minimized. The deviation amount calculation data is obtained by wiring logic, the deviation amount to be calculated from the deviation amount calculation data is obtained by program logic with a resolution of less than a pixel unit, and the alignment is performed based on the positional deviation amount. It is also possible to carry out the wiring logic by a convolution operation as shown in FIG. In the embodiment described above, the image alignment can be realized by a convolution operation as shown in the equations (Equation 24A), (Equation 26A), and (Equation 32A).
In addition, by applying these and displaying the distortion for each image, when the stage traveling state and the electron beam are scanned, the apparatus state such as the scanning state can be monitored.
In the above embodiment, the case of outputting from the first statistical
[0130]
In addition, in the method of detecting and comparing images continuously, one image can be obtained continuously, but the other image is not used during pixel alignment performed for each segmented area (for example, 256 × 256 pixels). May be continuous. FIG. 16 shows an example of the cause. Image distortion due to various causes such as inaccurate detection of misalignment due to low pattern density and lack of pattern information, optical system vibration, stage system vibration, and charging in the case of electron beams Occurs and the image becomes discontinuous. When discontinuous, the image boundary of the subdivided region becomes an indefinite value by subsequent image processing such as sub-pixel alignment, pixel interpolation, and differentiation. For this reason, mismatch occurs in the comparison, and erroneous detection occurs. If the images are continuous, there will be no discrepancy even if differentiation is performed. Also, if only conventional pixel unit comparison is performed after pixel alignment, no mismatch will occur.
Also, a method of performing pixel interpolation or differentiation in a larger range than the subdivided area and comparing normal values in the subdivided area is conceivable, but this leads to an increase in circuit scale.
[0131]
To solve this,
1) Detect whether the image is discontinuous
2) If it is discontinuous, decrease the sensitivity before and after the boundary (boundary part)
3) Or, if it is discontinuous, the area before and after the boundary is a non-inspection area
4) Or always reduce sensitivity before and after the boundary
5) Or always, before and after the boundary, non-inspection area
6) For sensitivity reduction, a binary image reduction (shrink) process is performed by binarizing the difference between two images.
7) Or the sensitivity is lowered by increasing the binarization threshold value of the difference in density.
Etc.
[0132]
The above 1) checks whether or not Δx, Δy (Δx, Δy) where S (Δx, Δy) in the equation (5) is the same value between pixels. To do. Further, it is checked whether or not the following offset is the same value.
Based on the following formula, 1 is added to Δx, Δy or left as it is.
That is,
If S (1, 0) + S (1, −1) + S (0, −1) is minimum, Δx ++,
If S (-1, 0) + S (-1, -1) + S (0, -1) is minimum,
If S (−1,0) + S (−1,1) + S (0,1) is minimum, Δy ++,
If S (1, 0) + S (1, 1) + S (0, 1) is minimum, Δx ++, Δy ++,
Δx ++ means Δx =
Actually, it is checked whether the values after adding the offsets x and y to Δx and Δy are the same between the images.
[0133]
Next, the above-described sub-pixel alignment is performed in which the positional deviation amount smaller than the pixel is obtained for the aligned images, and the two images are aligned with high accuracy. When the image is discontinuous, the value of the pixel at the boundary of the image becomes indeterminate and adversely affects subsequent processing. For example, when differentiation is performed after sub-pixel alignment and the differential values are compared, the differential value has an abnormal value at a boundary pixel. What is uncertain for one boundary after sub-pixel alignment becomes so uncertain at two boundaries after primary differentiation that it has an adverse effect on defect detection. In various filters such as Sobel, the boundary is indefinite. For this reason, an abnormal boundary is determined according to the subsequent processing, and erroneous detection occurring at this boundary is prevented. For this, the above 2) to 7) are carried out.
Of course, if the differentiation process is performed before the alignment and the defect determination is only the comparison of the corresponding pixels, there is no erroneous detection at the boundary even if the image is discontinuous. However, usually, various processes are performed after alignment in terms of circuit scale, and boundary processing is necessary.
From the above, it is necessary to minimize the image boundary. This is determined so that the amount of data does not become enormous at the time of alignment by taking a large image within a range in which the distortion of one image can be tolerated.
[0134]
In addition, with respect to an image detected using an electron beam, it is possible to perform alignment of a plurality of images directly or using a plurality of past images, as well as a plurality of past images. This is shown in FIG. In FIG. 15, 27 is a delay memory, 28 is an edge position extraction circuit composed of a differentiation circuit, 29 is a binarization circuit, 30 is a mismatch detection circuit, 31 is a delay circuit, 32 is an alignment circuit, and 33 is a defect determination.
[0135]
FIG. 17 shows an embodiment of boundary processing. In the figure, (a) is an image (here, two consecutive difference images), (b) is a boundary signal (three pixels before and after the boundary), and (c) and (d) are types of reduction filters (two types). ) And the timing of application. The reduction filter A outputs a discrepancy greater than or equal to this size with respect to the binarized image of the difference image targeting an area other than the boundary. Specifically, an AND of these 2 × 2 pixels is obtained for the binarized image. Similarly, the reduction filter B outputs a discrepancy greater than or equal to this size with respect to the binarized image of the difference image for the boundary area. Here, the size of the reduction filter B is made larger than that of the reduction filter A, thereby reducing the sensitivity of the boundary portion. Of course, if the image is not discontinuous, the reduction filter B may be the same as the reduction filter A, or any of them can be eliminated. The processing shown in FIG. 17 is performed inside the defect determination circuit 33 (CPU 48).
[0136]
FIG. 18 shows an embodiment of the
Here, the binarization threshold Vth may be a set value, or may be controlled by the alignment and boundary
[0137]
Furthermore, according to this configuration, in synchronization with the boundary signal, the threshold value is set to 255, for example (maximum value in the case of 8-bit gradation) in the boundary portion, and the boundary portion is It can also be a non-inspection area.
Note that here, the values of the image are uncertain even at both ends of the image corresponding to both ends of the image sensor. However, this can prevent erroneous detection by masking or not using both ends of the image as usual.
[0138]
[Embodiment 2]
Further, in [
However, when the defect inspection image processing apparatus for a pattern to be inspected according to the present invention, that is, the A /
[0139]
A case where the present invention is applied to a scanning electron microscope will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic explanatory view of a defect inspection apparatus for a pattern to be inspected according to another embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic explanatory view of an electron optical system when a scanning electron microscope is used in a defect inspection image processing apparatus for a pattern to be inspected.
In FIG. 10, 101 is an electron source that emits an electron beam, 102 is an electron beam emitted from the electron source, 103 and 104 are electrodes that form an objective lens that focuses the electron beam, and 105 is a deflector that deflects the electron beam. , 106 is a wafer having a pattern to be inspected, 108 is a secondary electron emitted from the wafer, 109 is a secondary electron detector, and 110 is a display / control device for controlling each device constituting the apparatus.
As shown in FIG. 10, an
[0140]
Further, the
[0141]
Secondary electrons or reflected electrons generated from the
The above configuration is the same as the charged particle beam observation apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-51441 by the present inventors.
Here, in the case of an electrostatic objective lens, it is not necessary to wind an exciting coil as in the case of a magnetic lens, so that the lens itself can be reduced in size. For example, the size of a conventional magnetic lens has a diameter of 100 to 150 mm, whereas the electrostatic objective lens can have a diameter of 10 mm or less.
However, when the present invention is applied to the scanning electron microscope in this way, it is necessary to cope with the problem that image distortion or the like is likely to occur in the image detection process.
Therefore, even when a small set of repetitive patterns such as the memory mat portion 21 is targeted, it is important to reliably perform image alignment.
[0142]
Therefore, as shown in FIG. 10, a new
Further, when images are continuously detected using an electron beam, image distortion can be further reduced by using an image of a repetitive pattern in the scanning direction of the electron beam for a plurality of repetitive patterns of the mat portion. is there.
In addition, the embodiment shown in FIG. 1 and the electron beam detector shown in FIG. 10 are combined to detect a defect using an image detected using light, in this case, the defect coordinates are calculated, and the image is detected using an electron beam. It is also possible to obtain detailed information on defects based on the feature amount of defects other than the presence or absence of defects (for example, the dimension of the defect or the brightness of the background of the defect) by using the peripheral image including the defect portion. Is useful for high-precision inspection.
[0143]
In the embodiment of the present invention, when obtaining a statistical image, gradation conversion by image histogram conversion or the like is not performed, but histogram equalization or the like may be performed as preprocessing. This is effective for measures such as charge-up by an electron beam.
[0144]
According to the embodiment of the present invention, it is possible to detect a defect with high sensitivity without being affected by the difference in brightness of the pattern depending on the location. Therefore, a dark region such as the memory mat portion 21 can be inspected with high sensitivity, and even in a pattern in which the brightness of the inside thereof varies greatly, it can be inspected with high sensitivity.
Also, the peripheral circuit unit 22 and the like can be optimally inspected. Moreover, it is effective not only to detect the difference in light and dark of the images, but also to compare various pieces of information in the images in an extremely accurate form. Therefore, a highly reliable inspection can be realized as compared with the conventional case.
Further, even if the image is distorted, the image can be aligned with high accuracy, and the same effect can be expected when the pattern density is low.
As described above, the embodiment of the present invention has been described with respect to image statistical image generation based on image detection mainly using an optical microscope or a scanning electron microscope, and a comparative inspection method. Needless to say, it is also effective when used for image detection.
[0145]
[Embodiment 3]
Next, with reference to FIG. 11, an application of analyzing the cause of defect occurrence in the semiconductor manufacturing process of the present invention will be described. FIG. 11 is an application diagram of the image processing apparatus according to the present invention to a semiconductor manufacturing process.
In the present embodiment, a pattern based on comparison results from the
In FIG. 11, 380 is a semiconductor manufacturing line, 381 is a transfer path for the
[0146]
The
[0147]
The
[0148]
Therefore, the
[0149]
Each
Further, the
[0150]
Information 410 relating to the analyzed cause of foreign matter generation or the cause of foreign matter generation is provided to each
[0151]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is an effect that a pattern to be inspected can be inspected with high sensitivity and high reliability without being affected by the state of the surface of the multilayer inspected pattern in which surface roughness, grain, or the like occurs.
Further, according to the present invention, it is possible to inspect a repeated pattern to be inspected in the mat portion constituting the semiconductor memory with high sensitivity and high reliability without being restricted by the sensitivity of the entire chip. .
Further, according to the present invention, it is possible to inspect a true defect with high reliability by enabling detailed analysis of a defect or the like occurring in a repeated inspection pattern.
[0152]
Moreover, according to this invention, there exists an effect which can grasp | ascertain a quantitative condition about the pattern to be inspected repeatedly.
[0153]
In addition, according to the present invention, a manufacturing process (stepper resolution, etching quality, etc.) for manufacturing a pattern to be inspected by quantitatively grasping the condition of the pattern to be inspected repeatedly is diagnosed, and the result is applied to the manufacturing process. The effect which can be fed back is produced.
Further, according to the present invention, in a semiconductor substrate such as a semiconductor wafer, the pattern to be inspected is highly sensitive and reliable without being affected by the state of the surface of the multilayer inspected pattern in which surface roughness, grain, or the like occurs. There is an effect that a semiconductor substrate having high reliability can be manufactured by inspection.
Further, according to the present invention, it is possible to accurately align one or a plurality of images, and as a result, it is possible to faithfully extract a feature amount such as a defect in a pattern to be inspected that is repeated.
Further, according to the present invention, a pattern to be inspected that is repeated using an electron beam can be inspected with high sensitivity and high reliability without being affected by various errors such as distortion and brightness differences. There is an effect that can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an inspection pattern inspection apparatus according to the present invention.
2 is a schematic explanatory diagram of a grayscale statistical image in a memory mat portion obtained by the first statistical information generation circuit shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a grayscale statistical image in a peripheral circuit unit obtained by the second statistical information generation circuit shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram for explaining that a statistical image of a pattern edge position obtained by the first and second statistical information generation circuits shown in FIG.
5 is a diagram for explaining the relationship of signal waveforms for extracting the edge position of a pattern by the edge position extraction circuit shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of matching based on a comparison between a statistical image and a reference image or a detected image.
FIG. 7 is a configuration diagram showing another embodiment of an inspection pattern inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic explanatory diagram of an image alignment method according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing a relationship between sampling positions of two images in the image alignment method shown in FIG. 8;
FIG. 10 is a configuration diagram showing still another embodiment of an inspection pattern inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a configuration diagram showing an embodiment of a manufacturing process analysis system according to the present invention.
12 is a schematic explanatory view of a memory mat portion and a peripheral circuit portion in a memory chip having a pattern to be inspected according to the present invention. FIG.
13 is a histogram of brightness in a memory mat portion and a peripheral circuit portion in the memory chip shown in FIG.
14 is a schematic explanatory view of a pattern to be inspected when there is a grain in the memory mat portion shown in FIG.
FIG. 15 is a diagram showing another embodiment of an image alignment circuit.
FIG. 16 is an explanatory diagram of factors that cause discontinuity in an image.
FIG. 17 is a diagram for explaining an embodiment of image boundary processing;
18 is a diagram showing an embodiment of a specific configuration of the CPU in the comparison circuit shown in FIGS. 1 and 7 and the defect determination circuit shown in FIG. 15;
19 is a diagram showing a schematic configuration of another embodiment different from the CPU that performs the detailed analysis shown in FIGS. 1 and 7. FIG.
FIG. 20 stores an image of a desired defect or defect candidate when a user designates a defect or defect candidate within a specified dimension range as a defect or defect candidate signal, or a defect or defect candidate within a specified position range. It is a block diagram which shows one embodiment for doing.
FIG. 21 is a plan view of an embodiment of an optical system for detecting an optical image of a pattern to be inspected.
22 is a front view of FIG. 22. FIG.
23 is a diagram for explaining the relationship of polarization in the optical system shown in FIGS. 21 and 22. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
123 ... Memory, 136 ... Difference detection circuit, 137 ... Binarization circuit, 138 ... Filter circuit, 139 ... Feature quantity extraction circuit, 141 ... Defect memory, 147 ... Storage device,
380... Semiconductor manufacturing line, 381... Transport path of the
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