(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査パターンを有する検査対象の画像データから、前記検査パターンの検査輪郭線を求めたのち、前記検査輪郭線上の２点を結ぶ直線に、前記２点間に存在する前記検査輪郭線から下した垂線の長さが、予め定めた値以上の部分を求めた前記検査輪郭線の検査凹凸部を抽出し、予め求めてあるマスタパターンのマスタ輪郭線のマスタ凹凸部の対応部と比較して前記垂線の長さの差が予め定めた値以上であるときに前記検査パターンの欠陥を検出することを特徴とするパターン欠陥検出方法。
【請求項２】
検査対象を撮像して映像信号を出力する撮像手段と、
この撮像手段の出力する映像信号に基づいて、前記検査対象に形成した検査パターンの検査輪郭線を求める輪郭線抽出手段と、
前記検査輪郭線上の２点を結ぶ直線に、前記２点間に存在する前記検査輪郭線から下した垂線の長さが、予め定めた値以上の部分を求めた前記検査輪郭線の検査凹凸部を抽出する凹凸抽出手段と、
この凹凸抽出部が抽出した検査凹凸部を位置データとともに記憶するサンプルデータ記憶手段と、
前記検査パターンと比較するマスタパターンのマスタ輪郭線の予め求めたマスタ凹凸部を格納したマスタデータ記憶手段と、
前記サンプルデータ記憶手段に格納した前記検査凹凸部と、前記マスタデータ記憶手段に格納した前記マスタ凹凸部の、前記検査凹凸部と対応した部分とを読み出して比較し、前記垂線の長さの差が予め定めた値以上であるときに前記検査凹凸部が欠陥であるか否かを判断する比較判定手段と、
を有することを特徴とするパターン欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハに形成したパターンや半導体チップを搭載する基板などに形成したパターンの欠陥を検出する方法に係り、特に検査対象に形成した検査パターンとマスタパターンとをパターンを比較し、検査パターンの欠陥を検出するパターン欠陥検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を製造するウエハや、半導体チップを搭載する基板などにおいては、銅薄膜などによる複雑で微細なパターンが形成される。これらの微細なパターンを形成した場合、本来離れているべきパターン同士が接続されてしまったり、本来繋がっているべきパターンが途中で切れていたり、パータンに突起や欠けなどの欠陥が形成されることがある。このため、パターンを形成した場合、上記のようなパターンの欠陥を検出して不良品を除去する必要がある。
【０００３】
従来、パターンの欠陥を検出する方法として、パターンマッチングがしばしば用いられている。このパターンマッチングは、例えばＣＣＤからなるラインセンサによって検査対象を撮像し、ラインセンサの出力する映像信号から２値画像を得、検査対象の検査パターン（サンプルパターン）と標準パターン（マスタパターン）とを比較するもので、両パターンを重ね合わせ、両者の不一致となった部分の収縮処理、膨張処理などを施し、残っている部分を欠陥と判断する。
【０００４】
また、別の欠陥検出方法として、検査対象をラスタ方向に走査して撮像し、画像データから１ラインずつのランレグスを求め、このランレグスを用いてサンプルパターンのエッジ（縁）からエッジまでの水平距離、垂直距離を使ってパターンの幅や間隔などを求め、求めたパターン幅やパターン間隔をパスタパターンと比較して欠陥を有するか否か判定する方法もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記したパターンマッチングにおいては、微妙なエッジの変形（欠陥）を検出することが困難である。しかも、サンプルパターンとマスタパターンとの位置ずれがあると、欠陥の検出を行なうことができず、位置合わせが容易でない。そして、パターンマッチングをする場合、画素ごとにサンプルパターンとマスタパターンとを比較をするため、多くの時間を要す得る。
【０００６】
また、ランレグスを用いる欠陥検出方法においても、微妙なエッジ変形を検出することが困難であるとともに、図５のようにパターン１が水平の走査方向（Ｘ方向）、垂直の走査方向（Ｙ方向）に対して傾斜している場合、パターン１の欠け２、３ような欠陥があっても検出することができない。すなわち、欠け２、３の間隔ｄが良品としての許容範囲から外れている場合であっても、欠け２に対する水平方向のエッジ間距離ＸA および垂直方向のエッジ間距離ＹA 、並びに欠け３対する水平方向のエッジ間距離ＸB および垂直方向のエッジ間距離ＹB は、許容範囲内となり、欠け２、３欠陥として検出することができない。また、ランレグスによるパターン欠陥の検出は、画素の水平方向または垂直方向の１ラインずつ比較していくため、欠陥の検出に多くの時間を要するとともに、サンプルパターンとマスタパターンの位置ずれがないようにしなければならない。さらに、ランレグスによる方法は、ランレグスデータを平行移動させたり、回転させたりして位置補正を行なうためにデータ自身の劣化を招き、欠陥の検出精度が低下する。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、検査パターンの向きによらずに欠陥を確実に検出できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、検査パターンとサンプルパターンとの厳密な位置合わせをせずに欠陥を容易に検出できるようにすることを目的としている。
そして、本発明は、データ自身の劣化などが生じないようにすることなどを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係るパターン欠陥検出方法は、検査パターンを有する検査対象の画像データから、前記検査パターンの検査輪郭線を求めたのち、前記検査輪郭線上の２点を結ぶ直線に、前記２点間に存在する前記検査輪郭線から下した垂線の長さが、予め定めた値以上の部分を求めた前記検査輪郭線の検査凹凸部を抽出し、予め求めてあるマスタパターンのマスタ輪郭線のマスタ凹凸部の対応部と比較して前記垂線の長さの差が予め定めた値以上であるときに前記検査パターンの欠陥を検出することを特徴としている。
【００１０】
そして、上記のパターン欠陥検出方法を実施するためにパターン欠陥検出装置は、検査対象を撮像して映像信号を出力する撮像手段と、この撮像手段の出力する映像信号に基づいて、前記検査対象に形成した検査パターンの検査輪郭線を求める輪郭線抽出手段と、この輪郭線抽出手段の求めた前記検査輪郭線上の２点を結ぶ直線に、前記２点間に存在する前記検査輪郭線から下した垂線の長さが、予め定めた値以上の部分を求めた前記検査輪郭線の検査凹凸部を抽出する凹凸抽出手段と、この凹凸抽出部が抽出した検査凹凸部を位置データとともに記憶するサンプルデータ記憶手段と、前記検査パターンと比較するマスタパターンのマスタ輪郭線の予め求めたマスタ凹凸部を格納したマスタデータ記憶手段と、前記サンプルデータ記憶手段に格納した前記検査凹凸部と、前記マスタデータ記憶手段に格納した前記マスタ凹凸部の、前記検査凹凸部と対応した部分とを読み出して比較し、前記垂線の長さの差が予め定めた値以上であるときに前記検査凹凸部が欠陥であるか否かを判断する比較判定手段と、を有することを特徴としている。
【００１２】
【作用】
上記のごとく構成した本発明は、検査パターンの検査輪郭線から凹凸部（検査凹凸部）を抽出し、この検査凹凸部をマスタパターンの輪郭線（マスタ輪郭線）の対応する部分と比較するようにしているため、検査パターンの向きによる影響を受けることなく欠陥を検出可能であって、検査パターンのエッジに微妙な変形を与える小さな欠陥であっても容易に検出することができる。そして、本発明は、検査凹凸部を抽出して比較するようにしているため、比較すべきパターンデータの量を大幅に少なくすることが可能で、欠陥の検出に要する時間を削減することができる。また、抽出した凹凸部をマスタ輪郭線の対応部と比較するようにしているため、検査パターンとマスタパターンとの位置合わせの精度によらず、パターン欠陥の検出を安定して容易に行なうことができる。さらに、本発明においては、パターンデータの平行移動や回転などを行なう必要がないため、パターンデータの劣化を防止でき、欠陥の検出精度を高めることができる。
【００１３】
検査凹凸部の抽出を、検査輪郭線上の２点を結ぶ直線に、２点間に存在する検査輪郭線から下した垂線の長さが、予め定めた値以上の部分を求めて行なうようすると、検査凹凸部の抽出を容易、確実に短時間で行なうことができる。また、マスタパターンの予め求めたマスタ凹凸部を、検査対象の検査輪郭線の対応部と比較すると、検査パターンの角部（コーナー部）の欠けなどを確実に検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係るパターン欠陥検出方法および装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るパターン欠陥検出装置のブロック図である。欠陥検査装置１０は、撮像手段であるラインセンサ１２を有している。ラインセンサ１２は、例えばＣＣＤから構成してあって、半導体ウエハやＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）用テープやリードフレームなどのパタンを有する検査対象（サンプル）１２を撮像し、アナログの映像信号をアナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１６に出力する。Ａ／Ｄ変換器１６の出力側には、２値化回路１８が設けてあって、Ａ／Ｄ変換器１６の出力したディジタル画像データを設定された閾値によって２値化し、２値画像メモリ２０に格納する。
【００１５】
２値画像メモリ２０には、輪郭線抽出部（輪郭線抽出手段）２２が接続してあって、２値画像メモリに格納してある２値画像データから検査対象１４に形成してある検査パターン（サンプルパターン）の輪郭線を検査輪郭線として求め、サンプルデータ記憶手段２６のサンプル輪郭線記憶部２８に書き込む。また、サンプル輪郭線記憶部２８には、凹凸抽出部（凹凸抽出手段）２４が接続してある。凹凸抽出部２４は、詳細を後述するように、サンプルパターンの検査輪郭線の凹凸部（検査凹凸部）を抽出する。凹凸抽出部２４の求めた検査凹凸部は、サンプルデータ記憶手段２６のサンプル凹凸記憶部３０に検査凹凸部の位置データとともに記憶される。
【００１６】
さらに、欠陥検出装置１０は、マスタデータ記憶手段３２を有する。このマスタデータ記憶手段３２には、マスタ輪郭線記憶部３４とマスタ凹凸記憶部３６とが設けてあり、サンプルパターンと比較するマスタパターンの、予め求めた輪郭線（マスタ輪郭線）とこのマスタ輪郭線の凹凸部であるマスタ凹凸部とが記憶させてある。そして、マスタデータ記憶手段３２とサンプルデータ記憶手段２６とには、比較判定手段４０が接続してあって、これらの記憶手段２６、３２に記憶させてあるマスタパターンのデータとサンプルパターンのデータとを読み出して比較し、サンプルパターンに欠陥が存在するか否かを判定する。すなわち、比較判定手段４０には、マスタデータとサンプルデータとを比較する比較部４２と、比較部４２の出力側に接続した判定部４４とが設けてあって、判定部４４が比較部４２の比較結果に基づいて、サンプルパターンの欠陥の有無を判定する。
【００１７】
上記のごとくなっている実施形態の作用は、次の通りである。マスタデータ記憶手段３２のマスタ輪郭線記憶部３４とマスタ凹凸記憶部３６とには、予め求めたマスタパターンについてのマスタ輪郭線と、このマスタ輪郭線の凹凸部（マスタ凹凸部）とが位置データとともに記憶させておく。そして、ラインセンサ１２と検査対象１４とを相対移動させてラインセンサ１２をラスタ方向に走査し、ラインセンサ１２によって検査対象１４を撮像する。
【００１８】
ラインセンサ１２は、検査対象１４を撮像してアナログの映像信号をＡ／Ｄ変換器１６に出力する。Ａ／Ｄ変換器１６は、入力するアナログ映像信号をディジタル画像データに変換して２値化回路１８に与える。２値化回路１８は、Ａ／Ｄ変換器１６の出力する多値画像データを設定された閾値によって２値化し、２値画像データを作成して２値画像メモリ２０に書き込む。輪郭抽出部２は、２値画像メモリ２０に書き込まれた検査対象の２値画像を読み出し、例えば境界追跡法などによって検査対象１４に形成した検査パターン（サンプルパターン）の境界線を検査輪郭線として抽出し、サンプルデータ記憶手段２６サンプル輪郭線記憶部２８に書き込む。また、凹凸抽出部２４は、サンプル輪郭線記憶部２８に書き込まれたサンプルパターンの検査輪郭線を読み出し、この輪郭線の検査凹凸部を抽出する。凹凸抽出部２４による輪郭線の凹凸部の抽出は、実施形態の場合、次の「３点フィルタ」処理によって行なう。
【００１９】
図２は、サンプルパターンの凹凸を３点フィルタによって抽出方法を説明する図であって、（１）は凸部の抽出方法を説明する図であり、（２）は凹部を抽出する図である。なお、図２においては、説明の便宜上、サンプルパターンの輪郭線を破線で示してある。
【００２０】
この３点フィルタ処理は、まず、サンプルパターンの輪郭線（検査輪郭線）５０上の、任意の点Ａから検査輪郭線５０に沿って点Ｂまで距離Ｌを求める。次に、点Ａと点Ｂとを結ぶ直線Ｃを求める。その後、点Ａ、点Ｂ間の検査輪郭線５０ａの各点から直線Ｃに垂線Ｐａを下し、垂線Ｐａの長さｈを求める。そして、垂線Ｐａの長さｈを基準値（閾値）と比較し、長さｈが基準値以上である場合、検査輪郭線５０ａに凸部が存在していつものとし、その凸部を検査輪郭線の位置情報とともにサンプル凹凸記憶部３０に格納する。
【００２１】
凹部の検出も同様にして行なうことができる。すなわち、図２（２）に示したように、検査輪郭線５０上の点Ｄから検査輪郭線５０に沿って距離Ｌだけ離れた検査輪郭線５０上の点Ｅを求める。そして、点Ｄ、Ｅを結ぶ直線Ｆを求めたのち、点Ｄ、Ｅ間の検査輪郭線５０ｂから直線Ｆに垂線Ｐｂを下し、垂線Ｐｂの長さｈを基準値と比較することにより、凹部を検出することができる。このようにして検査輪郭線５０の出発点を順次移動させながら検査輪郭線５０の全体にわたって凹凸部を抽出することにより、欠陥の検出のために必要とするパターンのエッジデータの量を大幅に少なくすることが可能で、あとの欠陥検出処理の時間を削減することができ、欠陥検出に要する時間を短縮することができる。
【００２２】
なお、前記実施形態においては、例えば点Ａ、Ｂ間の直線Ｃを求めたのち、直ちに検査輪郭線５０ａから直線Ｃに垂線Ｐａを下す場合について説明したが、直線Ｃの長さと、点Ａ、Ｂ間の検査輪郭線５０ａの長さとを比較し、検査輪郭線５０ａの長さが直線Ｃに対して所定の値以上長いときに、検査輪郭線５０ａから直線Ｃに垂線Ｐａを下すようにしてもよい。そして、マスタ輪郭線記憶部３４とマスタ凹凸記憶部３６とに記憶させてあるマスタ輪郭線やマスタ凹凸部も、上記と同様にして求められる。
【００２３】
上記のようにして凹凸抽出部２４が検査対象１４に形成されたすべての検査パターンについて、検査輪郭線と検査凹凸部とを求めたならば、比較判定手段４０の比較部４２は、サンプルデータ記憶手段２６のサンプル凹凸記憶部３０に格納した検査凹凸部のデータを順次読み出すとともに、マスタデータ記憶手段３２のマスタ輪郭線記憶部３４に記憶させてあるマスタパターンのマスタ輪郭線の、サンプル凹凸記憶部３０から読み出した検査凹凸部に対応した部分を読み出す。そして、比較部４２は、検査輪郭線５０の検査凹凸部の凹凸程度、すなわち垂線Ｐの長さｈからマスタ輪郭線の凹凸の程度を引き去り、残った値に対応した信号を比較結果として判定部４４に送出する。判定部４４は、比較部４２が求めた値が予め定めた値以上であるとその検査凹凸部をパターン欠陥と判定し、判定結果を図示しない表示装置や判定記憶部などに出力する。
【００２４】
すなわち、比較判定手段４０は、図３（１）に示したように、検査輪郭線５０上の点Ｇ、Ｈを結ぶ直線５４に、これらの点Ｇ、Ｈ間の検査輪郭線５０上の点Ｉから下した垂線Ｐの長さｈが長く、凹凸の程度が大きい場合であっても、同図（２）に示したように、これと比較するマスタ輪郭線６０の対応する部分の垂線Ｐの長さｈが長く、マスタ輪郭線６０の凹凸の程度が検査輪郭線５０と同程度である場合、欠陥とはみなされない。
【００２５】
比較判定手段４０は、上記のようにして検査輪郭線５０から抽出したすべての検査凹凸部について、マスタ輪郭線６０との比較を終了すると、比較部４２がマスタ凹凸記憶部３６に格納してあるマスタ輪郭線６０のマスタ凹凸部を順次読み出す。この際、比較部４２は、マスタ凹凸部のうち、既に検査輪郭線５０の検査凹凸部と比較したものは除外し、まだ検査凹凸部と比較していないマスタ凹凸部のみを読み出す。また、比較部４２は、読み出したマスタ凹凸部と対応した部分の、検査輪郭線５０をサンプル輪郭線記憶部２８から読み出し、前記と同様に両者の凹凸の程度（垂線Ｐの長さｈ）を比較して両者の差を求め、比較結果を判定部４４に出力する。判定部４４は、前記と同ようにして両者の差が予め定めた設定値以上である場合、パターン欠陥と判定して判定結果を図示しない表示装置や判定結果記憶部に出力する。
【００２６】
すなわち、比較部４２がマスタ凹凸記憶部４４から読み出したマスタ輪郭線６０のマスタ凹凸部は、図４（２）に示したように、マスタ輪郭線６０上の２点Ｑ、Ｒを結ぶ直線６４に、点Ｑ、Ｒ間のマスタ輪郭線６０上の点Ｓから下した垂線Ｐの長さｈが、これと比較する検査輪郭線５０の垂線Ｐの長さｈに対して閾値以上に長い場合、サンプルパターンに欠けが生じていると判断し、パターン欠陥と判定する。従って、サンプルパターンの角部などにおける欠けなどの欠陥を容易、確実に検出することができる。
【００２７】
このように実施の形態においては、検査輪郭線５０の検査凹凸部を抽出し、この凹凸部をマスタ輪郭線６０の対応する部分と比較するようにしたことにより、検査パターンの向きによらずに微細なパターン欠陥を容易、確実に検出することができ、欠陥検出精度の向上が図れる。しかも、検査凹凸部を抽出して比較のデータとするため、比較するパターンのエッジデータの量を大幅に削減することができ、パターン欠陥検出処理の時間を短縮することができる。また、実施の形態においては、検査凹凸部を抽出して位置データとともに記憶させてあるため、検査パターンとマスタパターンとの位置合わせの性能によらず、パターン欠陥の検出を安定して容易、迅速に行なうことができる。そして、実施の形態においては、パターンデータを平行移動させたり、回転させたりするような位置補正を行なう必要がなく、パターンデータの劣化が防止できて欠陥の検出精度を高めることができる。また、従来は、例えば検査機器と検査対象との位置関係などによって、照明などによる影響のために、パターン幅が若干異なって見え、パターン欠陥と判定されるような場合であっても、実施形態においては輪郭線の凹凸部を抽出して比較しているため、パターン幅の見え方の違いによる影響を確実になくすことができる。
【００２８】
なお、前記実施形態においては、輪郭線から凹凸部の抽出を、輪郭線上の点を輪郭線に沿って順次移動させて行なう場合について説明したが、凹凸部の抽出は、ルックアップテーブルなどを用いて行なってもよい。そして、本発明は、上記に説明した内容に限定されるものでないことはもちろんである。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、検査パターンの検査輪郭線から検査凹凸部を抽出し、この検査凹凸部をマスタパターンのマスタ輪郭線の対応する部分と比較するようにしているため、検査パターンの向きによる影響を受けることなく欠陥を検出可能であって、検査パターンのエッジに微妙な変形を与える小さな欠陥であっても容易に検出することができる。そして、本発明は、検査凹凸部を抽出して比較するようにしているため、比較すべきパターンデータの量を大幅に少なくすることが可能で、欠陥の検出に要する時間を削減することができる。また、抽出した凹凸部をマスタ輪郭線の対応部と比較するようにしているため、検査パターンとマスタパターンとの位置合わせの精度によらず、パターン欠陥の検出を安定して容易に行なうことができる。さらに、本発明においては、パターンデータの平行移動や回転などを行なう必要がないため、パターンデータの劣化を防止でき、欠陥の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るパターン欠陥検出装置のブロック図である。
【図２】実施の形態に係るパターン輪郭線の凹凸部の抽出方法を説明する図である。
【図３】実施の形態に係るパターン欠陥検出装置によるパターン欠陥検出方法の説明図である。
【図４】実施の形態に係るパターン欠陥検出装置による検査パターンの角部の欠けを検出する方法の説明図である。
【図５】従来のランレグスを用いたパターン欠陥検出方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０……パターン欠陥検出装置（欠陥検出装置）、
１２……撮像手段（ラインセンサ）、１４……検査対象、
２２……輪郭線抽出手段（輪郭線抽出部）、
２４……凹凸抽出手段（凹凸抽出部）、２６……サンプルデータ記憶手段、
２８……サンプル輪郭線記憶部、３０……サンプル凹凸記憶部、
３２……マスタデータ記憶手段、３４……マスタ輪郭線記憶部、
３６……マスタ凹凸部記憶部、４０……比較判定手段、
４２……比較部、４４……判定部、５０……検査輪郭線、
６０……マスタ輪郭線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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