JP2005106725A - 被検査物の外観検査方法及び外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、外観的に異常のある部分の画像の異常信号レベルと異常のない部分の画像のノイズレベルとの差を拡大して検出感度を向上し得る被検査物の外観検査方法及び外観検査装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明は、被検査物１の外観検査装置２において、被検査物１の画像データＡ〜Ｃを複数取得する画像データ取得手段３と、この画像データ取得手段３により取得された画像データＡ〜Ｃを比較して複数の符号付差画像データＤ，Ｅを作成する画像比較手段１４，２２と、この差画像比較手段１４，２２により作成された符号付差画像データＤ，Ｅの差を求める差画像比較手段１５，２４と、この差画像比較手段１５，２４で得られた差画像の差のデータＦを閾値処理する判別手段１６を設けたのである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、被検査物である半導体ウェハ、フォトマスク、プリント基板等の製造工程における変形、パターンの欠陥、異物混入や付着等の異常を外観から検査する被検査物の外観検査方法及び外観検査装置に関する。

従来において被検査物の外観検査は、例えば複数のチップに同じパターンが繰り返し形成された半導体ウェハ上を走査しながら画像データを取得し、２つの互いに隣接するチップの画像を比較して外観から欠陥を検査する方法が知られている。

そして、画像の比較の方法は、例えば特許文献１に開示されているように、２つの画像データを位置合わせした後に差をとり、得られた差画像データを閾値処理して欠陥を検出する方法等が既に知られている。

特開昭６１−２１２７０８号公報

上記画像の比較方法においては、外観の異常を検出するためには、異常のある部分の画像の差、即ち、欠陥の信号レベルが、異常のない部分の画像の差、即ち、ノイズレベルに比べて十分に大きいことが必要となる。特に、小さな異常ほど結像系の分解能の制限によって画像に生じる差が小さくなるので、検出感度が低下する。そのために、検出感度を高めるには、結像系の分解能を向上させるか、画像のノイズレベルを低減しなければならない。

しかし、結像系の分解能は、例えば光学系の場合、使用する光の波長やレンズの性能によって決まるので、改善を見込むことには限度がある。また、画像のノイズレベルも、画像を取り込む素子や画像取り込み時に被検査物を安置するステージの振動、さらには、画像データ比較時の位置合わせ、被検査物の種類によって決まるので、低減させることに限度がある。

本発明の目的は、外観的に異常のある部分の画像の差の信号レベルと異常のない部分の画像のノイズレベルとの差を画像処理によって拡大して検出感度を向上し得る被検査物の外観検査方法及び外観検査装置を提供することにある。

本発明は上記目的を解決するために、被検査物の外観検査装置において、被検査物の画像データを複数取得する画像データ取得手段と、この画像データ取得手段により取得された画像データを比較して複数の符号付差画像データを作成する画像比較手段と、この画像比較手段により作成された符号付差画像データを比較する差画像比較手段と、この差画像比較手段で得られたデータを閾値処理する判別手段を設けたのである。

本発明は差画像データをさらに比較する上記構成とすることにより、異常のある部分の画像の最終異常信号レベルを異常のない部分の画像の最終ノイズレベルに比べて約１．４倍大きくすることができ、その分、検出感度を向上することができる。

以上説明したように本発明によれば、外観的に異常のある部分の画像の異常信号レベルと異常のない部分の画像のノイズレベルとの差を拡大して検出感度を向上し得る被検査物の外観検査方法及び外観検査装置を得ることができる。

以下、本発明による被検査物の外観検査装置の第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

被検査物１は、図３に示す例えば同じ配線パターンを形成した複数のチップ１７を有する半導体ウェハであり、この被検査物１を外観から検査するための外観検査装置２は、大きく分けて被検査物１の画像データを取得する画像データ取得手段３と画像処理部４とから構成されている。

前記画像データ取得手段２は、被検査物１を安置してＸ，Ｙ，Ｚ方向及びθ方向に移動させるためのステージ５と、このステージ５上の被検査物１の光学像を撮像する光学系６と、この光学系により撮像された光学像を画像データに変換し前記画像処理部４へ出力する画像入力部７とを有している。

前記光学系６は、照明光学系と結像光学系とを有し、照明光学系は、光源８と、光源８からの光を集光する照明用レンズ９と、照明用レンズ９から出た光を被検査物１側ヘ導くビームスプリッタ１０と、対物レンズ１１とを備えており、結像光学系は、被検査物１からの反射光を通過させる対物レンズ１１，ビームスプリッタ１０及び結像用レンズ１２と、結像用レンズ１２を通過した光で形成される像を撮像する撮像素子１３とを備えている。

上記光源８は、キセノンランプや超高圧水銀ランプのようなインコヒーレント光源や、高調波レーザ等が用いられる。従来は主に可視光の波長領域の光が用いられていたが、最近では紫外或いは深紫外領域の光も用いられる。

また、撮像素子１３としては、ＴＤＩイメージセンサ等のラインセンサや、エリヤセンサ等が用いられる。

撮像素子１３により撮像された画像データは、画像入力部７に入力されてＡＤ変換され、画像処理部４に入力される。

画像処理部４は、ＡＤ変換された画像データを入力する第１画像比較手段１４Ａ及び第２画像比較手段１４Ｂを有する画像比較手段１４と、画像比較手段１４（１４Ａ，１４Ｂ）から出力された差画像データを入力する差画像比較手段１５と、差画像比較手段１５から出力された比較データを入力して良否を判定する判別手段１６とを備えている。

次に、上記構成の外観検査装置２を用いての被検査物１の検査方法を説明する。

図３に示すように、被検査物１である半導体ウェハをステージ５上に安置する。この被検査物１には、同じ配線パターン等を有するチップ１７が複数形成されており、ステージ５を矢印方向に移動させながら撮像することにより、各チップ１７Ａ〜１７Ｃから３つの画像データＡ〜Ｃを取得する。ここで、３つの画像データＡ〜Ｃは、被検査物１の上の異なったチップ１７Ａ〜１７Ｃを夫々撮影したものを用いたが、１つの画像データと、その画像データを画像中の繰り返しパターンの周期の整数倍だけずらした画像データと、それをさらに繰り返しパターンの周期の整数倍だけずらして画像データＡ〜Ｃとしてもよく、さらに、３つの別々の被検査物１を一つ一つ撮影して画像データＡ〜Ｃとしてもよい。

取得された画像データＡ〜Ｃのうち１つの画像データＢは２系統に出力され、第１画像比較手段１４Ａには、画像データＡ，Ｂが、第２画像比較手段１４Ｂには画像データＢ，Ｃが入力される。第１画像比較手段１４Ａ及び第２画像比較手段１４Ｂに入力された画像データＡ，Ｂ及び画像データＢ，Ｃは、画像の位置ずれが補正された後に夫々比較され、それらの差が差の符号を保ったまま差画像データＤ，Ｅとして出力される。

符号付差画像データＤ，Ｅは、差画像比較手段１５に入力され、そこで、さらに比較され符号付差画像の差のデータＦが出力される。符号付差画像の差のデータＦは、判別手段１６に入力され、そこで閾値処理され、良否が判定される。

具体的に、外観的に異常のある部分の画像の異常信号レベルと異常のない部分の画像のノイズレベルとの差が拡大できる理由を図２を用いて説明する。

この例では、画像入力部７（図１）から送られてきた３つの画像データＡ〜Ｃに、共通のパターン１８が存在し、画像データＢには欠陥部１９も存在する。これら画像データＡ〜Ｃの欠陥部１９を通るＸ−Ｘ線断面の信号形状は、（２０Ａ）〜（２０Ｃ）となる。

第１画像比較手段１４Ａ（図１）で、画像データＡから画像データＢを引いて差画像データＤを生成すると、この差画像データＤでは、欠陥部１９Ａは正の画素値ａを持つ。欠陥部１９Ａのない部分は、撮像素子１３（図１）のノイズや撮像時の振動の影響等によってランダムなノイズ成分ｂをもつ。そこで、この差画像データＤのＳＮ比をａ／ｂで表すことができる。

また、第２画像比較手段１４Ｂ（図１）で、画像データＢから画像データＣを引いて差画像データＥを生成すると、この差画像データＥでは、欠陥部１９Ｂは負の画素値−ａを持つ。欠陥部１９Ｂのない部分のノイズ成分は、画像データＤと同じノイズ成分ｂと近似する。そこで、この差画像データＥのＳＮ比も画像データＤと同じａ／ｂで表すことができる。

このように、符号を持った差画像データＤ，Ｅは、差画像比較手段１５（図１）に入力されて比較されるが、欠陥部１９Ａ，１９Ｂでは、逆符号の画素値ａ，−ａを有するので、生成される差のデータＦにおける欠陥部１９Ｃの画素値ａ´は２ａで近似できる。一方、欠陥部のない部分のランダムなノイズ成分ｂ´は、差画像データＤ，Ｅとで無相関にあるので、これらの差をとっても１．４ｂにしかならない。

したがって、差画像データＤ，Ｅの差のデータＦのＳＮ比は、ａ´／ｂ´＝１．４ａ／ｂとなる。

このように、符号付差画像データＤ，Ｅの差のデータＦでは、ランダムなノイズ成分に対して画素値を１．４倍高くすることができ、したがって、その分異常信号レベルとノイズレベルとの差を拡大して検出感度を向上することができるのである。これは、云い代えれば、より小さな欠陥を検出することが可能になることである。

次に、本発明による被検査物の外観検査装置の第２の実施の形態を図４に基づいて説明する。

本実施の形態においても、外観検査装置２が、大きく分けて被検査物１の画像データを取得する画像データ取得手段３と画像処理部２０とから構成されている点で、第１の実施の形態と同じである。ただ、本実施の形態においては、画像処理部２０において画像データが時系列的に処理される点で、第１の実施の形態と大きく異なる。尚、画像データ取得手段３は第１の実施の形態と同じであるので、再度の説明は省略する。

即ち、画像データ取得手段３の画像入力部７から次々に画像データが入力される画像処理部２０は、画像入力部７から出力された画像データを入力する画像メモリ等の第１遅延回路２１と、画像入力部７から出力された画像データ及び第１遅延回路２１を経由した画像データとを入力して比較する画像比較手段２２とを備えている。第１遅延回路２１では、一つの画像データが取得される時間に相当する時間だけ、画像データを出力するタイミングが遅延される。

画像比較手段２２では、第１遅延回路２１に先行して入力され遅延されて出力される画像データと新規に画像入力部７から入力される画像データとの画像の位置合わせが行われ、その後に、両画像データの差が求められ、差画像データを出力する。差画像データは、差の符号を持ったものである。尚、両画像の位置合わせ情報が差画像データに付与されて出力される。

また、画像処理部２０は、画像比較手段２２から出力された符号付差画像データを入力する第２遅延回路２３と、画像比較手段２２から出力された符号付差画像データと第２遅延回路２３を経由した符号付差画像データとを入力してその差を計算する差画像比較手段２４と、差画像比較手段２４から出力された符号付差画像の差を閾値処理して異常の有無を判別する判断手段１６とを備えている。

次に上記構成の外観検査装置２の検査方法について説明する。

被検査物１である複数のチップ１７（図３）が形成された半導体ウェハを安置したステージ５を、スキャンラインに沿って移動させ、画像を取得すると、隣り合うチップ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃの画像データＡ，Ｂ，Ｃが時系列で取得される。

画像処理部２０では、最初に取得されたチップ１７Ａの画像データＡが、第１遅延回路２１に入力されると共に、画像比較手段２２に入力される。続いて、取得されたチップ１７Ｂの画像データＢが同様に第１遅延回路２１に入力されると共に、画像比較手段２２に入力される。このとき、画像比較手段２２では、チップ１７Ｂの画像データＢと先行して第１遅延回路２１に入力されたチップ１７Ａの画像データＡが比較される。

具体的に、画像比較手段２２では、チップ１７Ａの画像データＡとチップ１７Ｂの画像データＢとの位置ずれが補正された後、両画像データの差が差画像データＤとして求められる。このように求められた差画像データＤには、差のデータと共に位置合わせ情報が付与されており、この差画像データＤは次の手段である第２遅延回路と２３差画像比較手段２４とに入力される。

さらに、取得されたチップ１７Ｃの画像データＣが、第１遅延回路２１に入力されると共に、画像比較手段２２に入力される。画像比較手段２２に入力されたチップ１７Ｃの画像データＣは、先行して第１遅延回路２１に入力されているチップ１７Ｂの画像データＢと比較され、チップ１７Ｂの画像データＢとチップ１７Ｃの画像データＣとの位置ずれが補正された後、両画像データの差が差画像データＥとして求められる。このように求められた差画像データＥには、差のデータと共に位置合わせ情報が付与されており、この差画像データＥは次の手段である第２遅延回路２３と差画像比較手段２４とに入力される。

差画像比較手段２４では、符号付の差画像データＥと先行して第２遅延回路２３を経由して入力された符号付差画像データＤと比較される。そして、差画像データの位置ずれが補正された後、両差画像データの差のデータＦが求められる。

このように求められた差画像の差のデータＦは、判別手段１６に入力され、閾値処理されて異常部の有無が判別される。

尚、被検査物１の種類によっては、欠陥部の存在が画像比較手段２２での比較で十分判断できるものは、画像比較手段２２からの出力を、２点鎖線で示すように、直接判断手段１６に入力するようにしてもよく、直接入力したことにより判断ができない場合には、差画像比較手段２４での比較を行ってから判断手段１６に入力するようにしてもよい。

以上説明したように本発明は、少なくとも３つの画像データの異なる画像データを比較して少なくとも２つの符号付差画像データを作成し、さらに異なる符号付差画像データの差を閾値処理するようにしたことで、異常信号レベルとノイズレベルとの差を拡大して検出感度を向上することができるのである。

ところで、上記被検査物の外観検査装置においては、光学像を取得して適用した例を示したが、電子線を用いて取得した画像を利用して検査することを妨げない。

さらに本発明による各実施の形態では、ハードウェアにより画像データを処理しているが、画像データ処理の一部または全てをソフトウェアで処理することを妨げない。

この外、本実施の形態においては、画像比較手段１４，２２で画像データＡ−Ｂ間及び画像データＢ−Ｃ間の画像のずれを補正して位置合わせした情報を符号化して差画像データＤ，Ｅに付して差画像比較手段１５，２４に入力させている。しかし、位置合わせ情報を差画像比較手段１５，２４に入力させることは必須ではなく、例えば、図１に示す実施の形態において、位置合わせする際、画像データＢを基準に画像データＡ，Ｃの画像位置を調整すれば、差画像データＤ，Ｅには画像のずれはない。したがって、差画像比較手段１５，２４に位置合わせ情報を入力させることも、差画像比較手段１５，２４で位置合わせする必要はない。

さらにまた、上記各実施の形態においては、チップ１７同士の画像データＡ〜Ｃを比較する例を示したが、同一チップ１７内で同一形状が繰り返し形成される領域（セル部）で、その繰り返し周期の定数倍、画像データをずらして画像を比較する場合（セル比較）にも適用することができる。

本発明による被検査物の外観検査装置の第１の実施の形態を示すブロック図。 図１による画像データの変化を示す説明図。 図１に用いられる被検査物の例を示す平面図。 本発明による被検査物の外観検査装置の第２の実施の形態を示すブロック図。

符号の説明

１…被検査物、２…外観検査装置、３…画像データ取得手段、４…画像処理部、１４，２２…画像比較手段、１５，２４…差画像比較手段、１６…判別手段、２１…第１遅延回路、２３…第２遅延回路、Ａ〜Ｃ…画像データ、Ｄ，Ｅ…差画像データ、Ｆ…差画像の差のデータ。

Claims (10)

1. 撮像した被検査物の画像を比較し、その画像の差から被検査物の外観を検査する被検査物の外観検査方法において、被検査物の画像データを複数取得する第１の工程と、異なる画像データを比較して符号付差画像データを取得する第２の工程と、異なる符号付差画像データを比較する第３の工程と、第３の工程で得られたデータを閾値処理する第４の工程とを有する被検査物の外観検査方法。
2. 撮像した被検査物の画像を比較し、その画像の差から被検査物の外観を検査する被検査物の外観検査方法において、被検査物の画像データを少なくとも３つ取得する第１の工程と、異なる画像データを比較して少なくとも２つの符号付差画像データを作成する第２の工程と、異なる符号付差画像データを比較する第３の工程と、第３の工程で得られたデータを閾値処理する第４の工程とを有する被検査物の外観検査方法。
3. 撮像した被検査物の画像を比較し、その画像の差から被検査物の外観を検査する被検査物の外観検査方法において、被検査物の画像データを少なくとも３つ取得する第１の工程と、第１の画像データと第２の画像データ及び第２の画像データと第３の画像データを比較して第１の符号付差画像データ及び第２の符号付差画像データを作成する第２の工程と、第１の符号付差画像データと第２の符号付差画像データを比較する第３の工程と、第３の工程で得られたデータを閾値処理する第４の工程を有する被検査物の外観検査方法。
4. 前記第１の工程で取得される画像データは、それぞれ別の被検査物より得られたデータである請求項３記載の被検査物の外観検査方法。
5. 前記第１の工程で取得される画像データは、一つの被検査物より得られたデータである請求項３記載の被検査物の外観検査方法。
6. 撮像した被検査物の画像を比較し、その画像の差から被検査物の外観を検査する被検査物の外観検査装置において、被検査物の画像データを複数取得する画像データ取得手段と、この画像データ取得手段により取得された画像データを比較して複数の符号付差画像データを作成する画像比較手段と、この差画像比較手段により作成された符号付差画像データを比較する差画像比較手段と、この差画像比較手段で得られたデータを閾値処理する判別手段を備えてなる被検査物の外観検査装置。
7. 撮像した被検査物の画像を比較し、その画像の差から被検査物の外観を検査する被検査物の外観検査装置において、被検査物の画像データを第１〜第３の少なくとも３つ取得する画像データ取得手段と、画像データ取得手段により取得された第１の画像データと第２の画像データ及び第２の画像データと第３の画像データを比較して第１の符号付差画像データ及び第２の符号付差画像データを作成する画像比較手段と、画像比較手段により作成された第１の符号付差画像データと第２の符号付差画像データを比較する差画像比較手段と、差画像比較手段により作成された比較データを閾値処理する判別手段を備えたことを特徴とする被検査物の外観検査装置。
8. 撮像した被検査物の画像を比較し、その画像の差から被検査物の外観を検査する被検査物の外観検査装置において、少なくとも３つの被検査物から取得した第１の画像データ〜第３の画像データ或いは１つの被検査物から取得した３つの画像データを取得する第１の工程と、第１の画像データと第２の画像データを比較して第１の差画像データを符号付で保持すると共に、第２の画像データと第３の画像データを比較して第２の差画像データを符号付きで作成する第２の工程と、第１及び第２の符号付差画像データを比較する第３の工程と、第３の工程で得られたデータを閾値処理する第４の工程とを有する被検査物の外観検査方法。
9. 第１の符号付差画像データ及び第２の符号付差画像データを取得するに際し、第１の画像データと第２の画像データのパターン及び第２の画像データと第３の画像データのパターンの位置ずれを補正してから差を算出し、また、第１の符号付差画像データと第２の符号付差画像データの差を算出するに際し、第１の差画像データ算出に用いた位置ずれ情報と第２の差画像データ算出に用いた位置ずれ情報とを用い、第１の符号付差画像データと第２の符号付差画像データの位置ずれを補正してから差を計算するようにしたことを特徴とする被検査物の外観検査方法。
10. 撮像素子によって時系列で取得された画像データを２系統に分配し、分配した一方を第１の遅延回路を経て画像比較部に入力すると共に、分配した他方を直接画像比較部に入力させ、かつ画像比較部で得た符号付差画像データを２系統に分配し、分配した一方を第２の遅延回路を経て差画像比較部に入力すると共に、分配した他方を直接差画像比較部に入力させ、差画像比較部で得られたデータを閾値処理するようにしたことを特徴とする被検査物の外観検査方法。
    

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