JP2006145370A - 周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出装置および欠陥箇所検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 周期的なパターンを有する被検査体において、パターンの端部を欠陥として検出することなく、明欠点は明欠点として、暗欠点は暗欠点として欠点箇所を正確に検出することができ、正常な被検査体の周期的なパターンの参照画像を予め記憶させる必要のない欠陥箇所検出方法と装置を提供する。
【解決手段】 本発明の周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出方法は、被検査体とそれを撮像するラインセンサカメラの相対位置を一定速度で直線移動させ、ラインセンサカメラにより被検査体を連続的に撮像する。撮像した画像信号の強度の周期的変化に対して、各時点の画像信号の強度と１周期後の画像信号の強度との差を第１差分信号、１周期前の画像信号の強度との差を第２差分信号として算出し、各時点における第１差分信号と第２差分信号の絶対値を比較し、その絶対値の小さい方を被検査体からの欠陥画像信号として採用する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子デバイスの製造工程における半導体ウェハや、液晶パネルやプラズマディスプレイパネル等の電子機器の構成要素等におけるパターンの不良や異物の付着等を画像処理を用いて検査する装置および方法に関するものである。

半導体デバイスの製造工程においては半導体ウェハ上に同一デバイスを多数作製するため、通常半導体ウェハ上に周期的パターンが形成される。また液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなどの画像表示装置は多数の画素が周期的に配列されている。このような周期的要素はそのパターンの周期性を利用して検査することができる。

このような検査の方法としては、周期的なパターンを有する被検査体に対して、検査対象画像と参照画像の差異を比較する方法が知られている。例えば特許文献１には、周期的なパターンを有する被検査体をラインセンサカメラで順次撮像し、周期的なパターンの時間遅れをおいた画像と比較し欠陥箇所を検出する方法が開示されている。
特開平５−２６４４６７号公報

上記の欠陥検出方法では、パターンの端部が欠陥として検出されたり、パターンの存在しない位置に欠陥が検出されたり、パターンの周期の端部が欠陥として検出されるなど、多くの虚報（誤検出）が生じるという問題点があった。また、正常な被検査体の周期的なパターンを有する参照画像を予め準備し、検査装置に記憶させておく必要があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、周期的なパターンを有する被検査体において、パターンの端部を欠陥として検出することなく、明欠点は明欠点として、暗欠点は暗欠点として欠点箇所を正確に検出することができ、正常な被検査体の周期的なパターンの参照画像を予め記憶させる必要のない欠陥箇所検出方法と装置を提供することを目的とする。

本発明の周期的なパターンを有する被検査体欠陥箇所検出装置は、被検査体を照明する照明装置と、被検査体を撮像するラインセンサカメラと、被検査体とラインセンサカメラの相対位置を一定速度で直線移動させる搬送装置と、ラインセンサカメラが撮像した画像信号を処理する画像処理部を備える。

そして被検査体の移動方向をその周期的なパターンの周期が存在する方向とし、ラインセンサカメラを構成するセンサ素子の配列方向を被検査体の移動の方向と直角な方向に配置して、被検査体の周期的なパターンをラインセンサカメラにより連続的に撮像する。

この画像信号の強度の周期的変化に対して、画像処理部は各時点の画像信号の強度と１周期後の画像信号の強度の差を第１差分信号、１周期前の画像信号の強度の差を第２差分信号として算出し、各時点における第１差分信号と第２差分信号の絶対値を比較し、この絶対値の小さい方を被検査体からの欠陥画像信号として採用する手段を格納する。

本発明の欠陥箇所検出装置は、上記の手段を採用することで、パターンの端部を欠陥として検出することなく、また不要な欠陥が検出されず、明欠点は明欠点として、暗欠点は暗欠点として欠陥箇所を正確に検出することができるとともに、正常な被検査体の周期的なパターン配列を有する参照画像を予め画像処理部に記憶させるのを不要とすることができる。

また、本発明の周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出方法は、つぎの手順を含む。すなわち、
（１）被検査体とそれを撮像するラインセンサカメラの相対位置を一定速度で直線移動させる。ただしその移動方向はラインセンサカメラを構成するセンサ素子を配列方向に対して直角方向とし、また被検査体の周期的なパターンの周期が存在する方向とする。
（２）被検査体を照明装置により照明する。
（３）ラインセンサカメラにより被検査体を連続的に撮像する。
（４）撮像した画像信号の強度の周期的変化に対して、各時点の画像信号の強度と１周期後の画像信号の強度との差を第１差分信号、１周期前の画像信号の強度との差を第２差分信号として算出し、各時点における第１差分信号と第２差分信号の絶対値を比較し、その絶対値の小さい方を被検査体からの欠陥画像信号として採用する。

上記の検出方法を採用することで、パターンの端部を欠陥として検出することなく、また不要な欠陥が検出されず、明欠点は明欠点として、暗欠点は暗欠点として欠陥箇所を正確に検出することができるとともに、正常な被検査体の周期的なパターン配列を有する参照画像を予め入力するのを不要とすることができる。

被検査体としては、表面に周期的なパターンを有する液晶パネルやプラズマディスプレイパネル、半導体ウェハをはじめとする電子機器デバイス等が対象となる。それらの画像中から異物や欠陥等のような特異な点を検出することができる。

本発明によれば、被検査体の端部を欠陥として検出することなく、また不要な欠陥が検出されず、明欠点は明欠点として、暗欠点は暗欠点として欠陥箇所を正確に検出することができる。また正常な被検査体の周期的なパターン配列を有する参照画像を予め入力することなく、周期的なパターン配列を有する被検査体の欠陥を検出する精度を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は、本実施形態の一例である半導体ウェハの欠陥箇所検出装置の全体構成図である。図１で示すように本発明の欠陥箇所検出装置は、周期的なパターンを有する半導体ウェハ１０を被検査体とする。半導体ウェハ１０は搬送装置２０により一定速度で直線的に矢印で示される方向に搬送される。半導体ウェハ１０は照明装置３０により照明され、半導体ウェハ１０の表面で散乱された光はラインセンサカメラ４０により連続的に撮像される。半導体ウェハ１０のパターンの欠陥箇所は画像処理部５０により検出され、その結果は表示装置６０により表示される。

ラインセンサカメラ４０は、そのセンサ素子の配列方向が上記半導体ウェハ１０の搬送方法と直角方向になるようにする。また半導体ウェハ１０は検査対象パターンの周期が存在する方向が移動方向に一致するように搬送装置２０上に設置する必要がある。

欠陥、異物を含む周期パターンの像はラインセンサカメラ４０から取り込まれる。ラインセンサカメラ４０のセンサ素子によって光信号から電気信号に変換された画像データは半導体ウェハ１０と１対１に対応づけられており、画像処理部５０内の画像メモリに転送される。画像処理部５０にはこの画像メモリと画像データを処理するプロセッサが備えられている。またこの画像処理部内には以下に説明する所定の処理を行う手段としてのプログラムが格納されている。

なお、図１の例では被検査体である半導体ウェハ１０を搬送装置２０によって移動させるような構成が示されているが、被検査体とラインセンサカメラは相対的に移動すればよく、搬送装置によってラインセンサカメラを移動させるような構成でもよい。
以下、図２〜７を用いて本発明の実施の形態である画像処理を用いた欠陥箇所検出方法について説明する。

図２は半導体ウェハ上の周期的なパターンの一例を示している。また図３は半導体ウェハの欠陥検出までの流れ図である。図２のような周期的なパターンを有する半導体ウェハは、その周期方向に沿って搬送装置により一定の速度で搬送され、ラインセンサカメラにより連続的に撮像される。その撮像された画像信号は画像処理部へ転送され、画像処理部で画像信号の強度が算出される。

図２の周期的なパターンを有する半導体ウェハを同図矢印の方向に一定速度で移動させ、ラインセンサカメラで連続的に撮像した画像信号を図４、図５に示す。図の縦軸は画像信号の強度、横軸は時間を示している。半導体ウェハはラインセンサカメラに対して一定速度で移動しているので、図の横軸の時間は半導体ウェハ上の位置（距離）に対応し、周期的に現れる信号強度の強い部分Ｈは図２の白い四角形のパターン部分に相当し、信号強度の弱い部分Ｌは白い四角形のパターンの間の黒い部分に相当している。また両端の信号強度が強い箇所Ｅは半導体ウェハの端部に対応している。

図４はパターンに欠陥のない場合の信号を示しており、ＨとＬの信号強度は交互に規則的に繰り返して観測されている。これに対し、図５はパターンに欠陥が存在する場合の信号の例である。ところどころに周囲より強度の高い点Ｂや強度の低い点Ｄが観測されている。

この欠陥に対応する点を自動検出するためには欠陥がない場合の正常な信号と比較する必要がある。別途正常信号を予め記憶させることなく欠陥を検出するためには、画像信号の強度が基本的には周期的に変化していることを利用し、一連の測定信号を用い、各時点における画像信号の強度と１周期前後の画像信号の強度との差を求めればよい。

図６は図５に示したラインセンサカメラより連続的に撮像した画像信号の強度に対し、各時点において１周期後の画像信号の強度を差し引いた差分として算出した信号（第１差分信号という）を示している。この差分信号にはＮで示す一見、欠陥に見える信号が混入する。これは欠陥が観測された時点より、１周期後の信号に欠陥がないとは限らないことによる。

図７は逆に１周期前の画像信号の強度を差し引いた差分として算出した信号（第２差分信号）の時間変化を示している。この場合にも見かけ上、欠陥に見える信号Ｎが多く含まれている。すなわち、１周期前後との差分信号から真の欠陥情報を得ることは困難であることがわかる。

そこで、この第１差分信号と第２差分信号の各時点における絶対値を比較し、絶対値の小さい方を採用する処理を行った後の信号の強度を図８に示す。この信号を欠陥画像信号という。このような処理により、単純な前後比較では欠陥とみなされていた点が除去され、真の欠陥Ｂ、Ｄと端部の信号Ｅのみが検出できることがわかる。

しかも周囲より信号強度が高い明欠点は明欠点として、周囲より信号強度が低い暗欠点は暗欠点として検出することできる。またエッジに相当する箇所の信号は明確に他の欠陥と区別することができる。

以上は半導体ウェハを被検査体とした場合を例に説明したが、周期的パターンを有するものであれば検査の対象とすることができる。液晶パネルやＰＤＰディスプレイパネルなどは一般に画素に対応した周期的パターンを有するので、本発明の欠陥箇所検出方法を適用するのに好適である。

図１は本発明の欠陥箇所検出装置の全体構成図である。 図２は半導体ウェハ表面に形成された周期的なパターンの例である。 図３は本発明の欠陥箇所検出方法の流れ図である。 図４は本発明の方法で撮像された周期的なパターンに対応する画像信号の一例である。 図５は本発明の方法で撮像された周期的なパターンに対応する画像信号の他の一例である。 図６は画像処理部が算出した第１差分信号を示す図である。 図７は画像処理部が算出した第２差分信号を示す図である。 図８は画像処理部が抽出した欠陥画像信号を示す図である。

符号の説明

１０ 被検査体
２０ 搬送装置
３０ 照明
４０ ラインセンサカメラ
５０ 画像処理部
６０ 表示装置

Claims (5)

1. 周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出装置において、前記被検査体を照明する照明装置と、前記被検査体を撮像するラインセンサカメラと、前記被検査体と前記ラインセンサカメラの相対位置を一定速度で直線移動させる搬送装置と、前記ラインセンサカメラが撮像した画像信号を処理する画像処理部を備え、前記被検査体の移動方向をその周期的なパターンの周期が存在する方向とし、前記ラインセンサカメラを、それを構成するセンサ素子の配列方向を前記被検査体の移動の方向と直角な方向に配置して、前記被検査体の周期的なパターンを連続的に撮像した画像信号の強度の周期的変化に対して、前記画像処理部には、各時点の画像信号の強度と１周期後の前記画像信号の強度との差を第１差分信号、１周期前の前記画像信号の強度との差を第２差分信号として算出し、当該各時点における前記第１差分信号と前記第２差分信号の絶対値を比較し、前記絶対値の小さい方を被検査体からの欠陥画像信号として採用する手段が格納されていることを特徴とする周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出装置。
2. 周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出方法において、該被検査体とそれを撮像するラインセンサカメラの相対位置を一定速度で前記ラインセンサカメラを構成するセンサ素子の配列方向に対して直角方向に、かつ前記被検査体の周期的なパターンの周期が存在する方向に直線移動させながら、照明装置により照明された被検査体の周期的なパターンを前記ラインセンサカメラより連続的に撮像し、撮像した画像信号の強度の周期的変化に対して、各時点の画像信号の強度と１周期後の前記画像信号の強度の差を第１差分信号、１周期前の前記画像信号の強度の差を第２差分信号として算出し、当該各時点における前記第１差分信号と前記第２差分信号の絶対値を比較し、前記絶対値の小さい方を被検査体からの欠陥画像信号として採用することを特徴とする周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出方法。
3. 前記被検査体は表面に周期的なパターンを有する半導体ウェハであることを特徴とする請求項２記載の周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出方法。
4. 前記被検査体は表面に周期的なパターンを有する液晶パネルであることを特徴とする請求項２記載の周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出方法。
5. 前記被検査体は表面に周期的なパターンを有するプラズマディスプレイパネルであることを特徴とする請求項２記載の周期的なパターンを有する被検査体の欠陥箇所検出方法。
   
   

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