JP2008014646A

JP2008014646A - 基板検査方法

Info

Publication number: JP2008014646A
Application number: JP2006183110A
Authority: JP
Inventors: 修 ▲高▼木; Osamu Takagi; Yoji Kato; 陽治加藤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】エッジを明瞭に写し出した画像取得を可能にし、高精度の検査を可能にした基板検査方法を提供する。
【解決手段】顕微鏡と顕微鏡に搭載したカメラとによって撮像した基板の画像を用いて、基板の検査を行う方法であって、表面に凸状体を形成した基板の撮像領域内に凸状体のエッジを含む指定領域を設定し（Ｓ４０９）、顕微鏡を基板に対して相対的に移動しつつ予め設定した撮像間隔毎に、基板の表面の画像を撮像して（Ｓ４０３）、撮像した複数の画像毎に指定領域のコントラスト値を求め（Ｓ４１０）、エッジのコントラスト値が最も高い画像を抽出し（Ｓ４１７）、このコントラスト値が最も高い画像を用いて検査を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば液晶ガラス基板やウェハ等の基板を検査する方法に関する。

従来、例えば液晶ガラス基板等の基板の検査には、基板の表面に凸状で線状に形成したパターン（凸状体）の線幅を測定する検査（線幅測定検査）がある。この線幅測定検査では、断面が例えば台形形状を呈するパターンの一対のエッジの間隔を測定することによって、パターンが適切な幅形状で形成されているか否かを確認している。また、この線幅測定検査では、例えばパターンが積層して形成されている場合（複数の凸状体が積層状態で形成されている場合）に、各パターンの中心位置が適切な位置に配置されているか否かをも確認している。そして、この検査では、顕微鏡とこれに搭載した例えばＣＣＤカメラなどのカメラを用いて基板表面の拡大デジタル画像を取得し、画素毎に輝度の微分値（コントラスト値）を求め、取得したデジタル画像をコントラスト画像に変換することによって一対のエッジを明瞭化し、一対のエッジを正確に認識できる状態にした上でその間隔を測定している。また、このとき、基板表面のデジタル画像は、例えばレーザーＡＦ（Auto Focus）機能またはコントラストＡＦ機能を具備したカメラを用いて撮像される。

レーザーＡＦ機能を備えたカメラでは、基板表面にレーザーを直接照射し最も大きな輝度を示す位置に焦点が合わされる。このため、このカメラで撮像した画像は、最も大きな輝度を示す位置が鮮明に写し出され、合焦位置外の部分が不鮮明となる。例えばパターンが積層した基板のように、エッジの高さ位置が異なる複数のパターンを形成した基板では、合焦した部分のエッジは鮮明に写し出され、コントラスト画像に変換した際にエッジが明瞭に写し出される。この一方で、合焦したエッジよりも上方もしくは下方に位置するエッジはコントラスト画像に変換した際にも滲んだように不明瞭に写し出されてしまう。

これに対し、基板表面の一部に合焦した状態から、顕微鏡およびカメラを基板に対して相対的に所定の速度で移動しつつ、所定の間隔毎に撮像を行ってゆき、複数の断層画像を取得して検査を行う方法が提案されている。この方法では、複数の断層画像のそれぞれをコントラスト画像に変換し、それぞれのコントラスト画像から高さ位置の異なるそれぞれのエッジのコントラスト値が高い画素を抽出してこれらを合成することによって、高さ位置の異なるエッジをそれぞれ明瞭に写し出した一枚のコントラスト画像を取得するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

一方、コントラストＡＦ機能を備えたカメラにおいては、複数のエッジの高さの範囲内で焦点位置を変えながら撮像領域全体が平均的にある程度鮮明に写し出されるように焦点位置を合わせて画像の取得が行われる。これにより、積層したパターンを備える場合においてもそれぞれのエッジが平均的に写し出され、極端に不明瞭なエッジをなくすことができる。
特開２００１−３３６９１６号公報

しかしながら、レーザーＡＦ機能を備えたカメラにより取得した複数の断層画像からエッジのコントラスト値が高い画素を抽出して合成することで明瞭な一枚のコントラスト画像を取得する方法では、コントラスト画像の抽出や合成といった画像処理に多大な時間を要するという問題があった。

また、コントラストＡＦ機能を用いて撮像する方法においても、平均的に合焦させて画像取得を行うため、パターンの積層数が多いほどにエッジの鮮明度が低下してしまい、高精度で検査を行なうことができなくなるという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑み、エッジを明瞭に写し出した画像取得を可能にし、高精度の検査を可能にした基板検査方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明は、顕微鏡と該顕微鏡に搭載したカメラによって撮像した基板の画像を用いて、前記基板の検査を行う方法であって、表面に凸状体を形成した前記基板の撮像領域内に前記凸状体のエッジを含む指定領域を設定し、前記顕微鏡を前記基板に対して相対的に移動しつつ予め設定した撮像間隔毎に前記基板の表面の画像を撮像して、撮像した複数の前記画像毎に前記指定領域のコントラスト値を求め、前記エッジのコントラスト値が最も高い画像を抽出し、該コントラスト値が最も高い画像を検査に用いることを特徴とする。

また、本発明において、前記エッジの高さ位置が異なる複数の凸状体が前記基板に形成された場合には、各凸状体の前記エッジをそれぞれ含む複数の前記指定領域を設定することが望ましい。

さらに、本発明においては、前記凸状体の高さ位置が等しい一対のエッジを含むように前記指定領域を設定することがより望ましい。

本発明の基板検査方法によれば、顕微鏡を基板に対して相対的に移動しつつ、予め設定された撮像間隔毎に画像を撮像してゆくことにより、基板の表面に形成したパターンなどの凸状体の断層画像を取得することができる。また、凸状体のエッジを含むように指定領域を設定し、複数の断層画像の中から指定領域のエッジのコントラスト値が最も高い断層画像を抽出して、このエッジを明瞭に写し出した画像を用いて検査を行うことができるため、確実に高精度の検査を行うことが可能になる。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る基板検査方法について説明する。

本発明の一実施形態は、例えば液晶ガラス基板などの基板の表面に多層形成された複数のパターン（凸状体）の検査を行う方法に関するものである。本実施形態では、基板検査装置によって基板の撮像領域のデジタル画像を取得し、このデジタル画像（画像）を用いてそれぞれのパターンの一対のエッジ間隔（パターンの線幅）を測定することによって、パターンが所定の線幅を備えて適正に形成されているか否かを検査する方法に関するものである。

図１から図２は、基板１の一部を示したものであり、後述する基板検査装置２によって検査する撮像領域Ａを示したものである。この基板１の表面１ａには、側断面が台形形状を呈し基板１の表面１ａに対し上方に突出し表面１ａに沿って延びる凸状で線状の複数のパターン３が形成されている。

図３は、基板表面１ａの画像を取得するための本実施形態の基板検査装置２を示している。この基板検査装置２は、基板１を移動可能に支持する基台４と、基板表面１ａを観察するための対物レンズ５ａを備える顕微鏡５と、顕微鏡５に搭載した例えばレーザーＡＦ機能を有するＣＣＤカメラなどのカメラ６と、顕微鏡５を垂直方向Ｚに昇降可能に支持する支持部材７と、支持部材７を昇降させるための例えばモータなどの駆動手段８と、支持部材７の昇降量を検出することにより顕微鏡５の位置を特定する例えばリニアスケールなどの計測手段９とを主な構成要素としている。

カメラ６には、カメラ６で撮像した画像を保存するための取込み画像用バッファーメモリ１０が接続され、この取込み画像用バッファーメモリ１０には、画像を表示するための例えばモニタなどの表示手段１１が接続されている。また、取込み画像用バッファーメモリ１０と駆動手段８と計測手段９とには、演算制御装置１２が接続されている。また、この演算制御装置１２には、取込み画像用バッファーメモリ１０から送られたデジタル画像データを保存するための処理画像用バッファーメモリ１３と、デジタル画像データをコントラスト画像に変換し、コントラスト値を基に線幅Ｗの測定を行う画像処理手段１４とが具備されている。さらに、演算制御装置１２には、計測手段９によって計測した顕微鏡５の位置を記憶するためのワークメモリ１５が接続されている。

ついで、図３から図５を参照し、上記のように構成した基板検査装置Ａを用いて、図１から図２に示したパターン３のエッジ３ａ、３ｂを明瞭に写し出したデジタル画像を取得して、パターン３の線幅Ｗを測定する方法について説明する。本実施形態では、図５に示すように、基板１の表面１ａに形成したパターン（凸状体）３に対して垂直方向Ｚの異なる６つの撮像位置Ｚｊ（ｊ＝１〜６）でそれぞれ撮像を行い６つの断層画像を取得するものとして説明を行なう。なお、それぞれの撮像位置Ｚ１〜Ｚ６の間隔は、垂直方向Ｚに等しい間隔（撮像間隔）Ｔとする。

図３から図５に示すように、はじめに、初期設定を行い、外部からの動作指令が演算制御装置１２に入力された段階（Ｓ４０１）で、演算制御装置１２が駆動手段８を正逆いずれかの方向に回転させる信号を出力して、駆動手段８の駆動とともに顕微鏡５を予め設定した初期位置に移動させる（Ｓ４０２）。ここで、予め設定した位置とは、基板１の表面１ａに合焦した状態で、基板表面１ａの撮像領域Ａを撮像可能な位置とし、初期設定時に定められる。ついで、顕微鏡５が予め設定された位置に移動した段階で、レーザーＡＦ機能によって基台４に載置した基板表面１ａに焦点を合わせる（Ｓ４０２）。ついで、予め設定した上昇量で、顕微鏡５の対物レンズ５ａを基板表面１ａに対して相対的に上昇させてゆき、撮像開始位置Ｚ１に対物レンズ５ａの焦点位置を配置する（Ｓ４０３）。ここで、予め設定する対物レンズ５ａの上昇量は、例えば５μｍ程度とし初期設定時に設定する。通常、基板表面１ａにレーザーＡＦにより自動で合焦した際には、高さ位置Ｚが最も高いパターン３の表面３ｃやパターン３が固着する基板表面１ａなどの輝度が他の部分よりも大きい位置に合焦する。このため、対物レンズ５ａの上昇操作は、凸状体（パターン）３の高さ範囲の断層画像を確実に取得できるように、対物レンズ５ａの合焦位置を高さ位置Ｚが最も高いパターン３の表面３ｃ位置よりも確実に上方に位置させるために行う。

ついで、顕微鏡５を予め設定した移動速度にて基板１の設置面４ａに対して垂直方向Ｚに下降移動させる（Ｓ４０４）。これにより、焦点位置が撮像開始位置Ｚ１から撮像終了位置Ｚ６に向けて移動し、この間に、予め設定した撮像間隔Ｔ毎に、高さ方向Ｚが異なる断層画像を撮像してゆく（Ｓ４０４）。

そして、カメラ６によって撮像した複数の断層画像は、それぞれ取込み画像用バッファーメモリ１０に保存されるとともに（Ｓ４０５）、処理画像用バッファーメモリ１３に保存される（Ｓ４０６）。また、取込み画像用バッファーメモリ１０に保存した断層画像は、表示手段１１に表示される（Ｓ４０７）。そして、処理画像用バッファーメモリ１３に保存した断層画像は、設計パターンに対するパターンマッチング処理が施され（Ｓ４０８）、基台４上の基板１のおおよその位置が特定されるとともに、検査を行う目標パターン３が断層画像内に撮像されているか、及びパターン３のエッジ３ａ、３ｂが線幅Ｗ測定できる程度に撮像されているかが確認される（Ｓ４０９）。設計パターンに対応するパターン３が撮像され、且つエッジ３ａ、３ｂが線幅Ｗ測定できる程度に撮像されている場合には、図１に示すように、垂直方向Ｚのエッジ３ａ、３ｂの高さ位置が異なる複数のパターン３に、それぞれ一対のエッジ３ａ、３ｂを含むようにエッジ検出領域（指定領域）Ｅｉ（図１ではｉ＝１〜４）を設定する（Ｓ４１０）。なお、この指定領域Ｅｉの設定は、設計パターンに対するパターンマッチング処理によって設計パターンとほぼ等しい位置にパターン３が形成されていることが確認された場合、この設計パターンをもとに撮像領域Ａの中心Ｃからの相対位置で設定することが可能である。

ついで、各指定領域Ｅｉ（ｉ＝１〜４）内の画像を画像処理手段１４で微分処理することによりコントラスト画像に変換し、エッジ３ａ、３ｂの明瞭化を行う（Ｓ４１１）。さらに、各指定領域Ｅｉのうち、1つの指定領域Ｅ１におけるエッジ３ａ、３ｂのコントラスト値を取得し、この断層画像のインデックス番号ｊ（ｊ＝１）と指定領域番号ｉ（ｉ＝１）とを取得する（Ｓ４１２）。ここで、インデックス番号ｊとは、顕微鏡５が撮像開始位置Ｚ１から撮像終了位置Ｚ６に向けて下降移動している間に、予め設定した撮像間隔Ｔ毎に、順次撮像される断層画像の画像番号を意味する。また、断層画像の撮像時に基板１に対する顕微鏡５の距離Ｚが計測手段９により計測されているため、このインデックス番号ｊによって、断層画像の基板１に対する撮像高さ位置を特定することができる。

ついで、この１つの指定領域Ｅ１におけるエッジ３ａ、３ｂが一対のエッジ３ａ、３ｂとして検出されているか否かが確認される（Ｓ４１３）。このとき、指定領域Ｅｉの一対のエッジ３ａ、３ｂにおいて、各エッジ３ａ、３ｂの高さ位置がずれているなど、どちらか一方のエッジ３ａのコントラスト値が取得され、他方のエッジ３ｂのコントラスト値が取得不能であった場合には、パターン３のエッジ間隔Ｗを測定することができなくなる。このため、指定領域Ｅｉに含まれる一対のエッジ３ａ、３ｂのコントラスト値がともに検出されているかが確認される。

一対のエッジ３ａ、３ｂが検出された段階で、画像処理手段１４によって一対のエッジ３ａ、３ｂの間隔が測定され、パターン３の線幅Ｗが測定される（Ｓ４１４）。ついで、１つの指定領域Ｅ１の線幅Ｗを測定した段階で、指定領域番号ｉが指定領域数ｉと一致しているか否かが確認され、全ての指定領域Ｅｉに対して線幅Ｗの測定を完了しているかが確認される（Ｓ４１５）。指定領域番号ｉが指定領域数ｉと一致していない場合には、まだ線幅測定を終えていない指定領域Ｅｉが存在するため、残りの指定領域Ｅｉのエッジ３ａ、３ｂのコントラスト値を順次取得し、上記と同様に、一対のエッジ３ａ、３ｂを検出した段階で線幅Ｗの測定が実施される。

そして、1つの断層画像の全ての指定領域Ｅｉに対して処理を終えた段階で、次に撮像した断層画像の処理作業に入る（Ｓ４１６）。この際、直前に処理した断層画像が撮像終了位置Ｚ６で撮像されたものであるか否かが確認される（Ｓ４１７）。撮像終了位置Ｚ６における断層画像ではない場合には、次の撮像間隔Ｔにおける断層画像を取得するとともに、前記と同様の操作が行われ、撮像終了位置Ｚ６の断層画像の線幅Ｗ測定が完了するまで繰り返し行われる。

ここで、パターンマッチング段階（Ｓ４０８〜Ｓ４０９）において、設計パターンに対応するパターン３が断層画像に撮像されていない場合やエッジ３ａ、３ｂが線幅Ｗ測定できる程度に撮像されていない場合には、この断層画像による検査を終了し、次のインデックス番号ｊの断層画像の処理に移行する。さらに、指定領域Ｅｉにおける一対のエッジ３ａ、３ｂを検出する段階（Ｓ４１３）で一対のエッジ３ａ、３ｂが検出不能である場合においても、その時点で次のインデックス番号ｊの断層画像の処理に移行する。

顕微鏡５の焦点位置を撮像開始位置Ｚ１から撮像終了位置Ｚ６まで移動して断層画像の撮像操作が完了し、且つ全ての断層画像の処理を終えた段階で、それぞれの断層画像における各指定領域Ｅｉ内の一対のエッジ３ａ、３ｂのコントラスト値と、それぞれのコントラスト状態で測定された線幅Ｗ測定データの取得が完了している。そして、これらのデータは、演算制御装置１３にて処理されて、各指定領域Ｅｉにおける一対のエッジ３ａ、３ｂのコントラスト値が最大となる各断層画像の抽出を行なう（Ｓ４１８）。最後に、抽出した断層画像で測定した線幅Ｗが示され、検査結果が得られる（Ｓ４１９）。

したがって、上記の基板検査方法によれば、顕微鏡５を移動することにより撮像位置Ｚｉを撮像開始位置Ｚ１から撮像終了位置Ｚ６まで所定の移動速度で移動し、予め設定した撮像間隔Ｔ毎に、基板表面１ａの断層画像を撮像することによって、焦点位置が異なる複数の断層画像を取得することができる。また、取得した各断層画像に対して、それぞれの凸状体（パターン）３に対応した複数の指定領域Ｅｉを設定し、各指定領域Ｅｉ内のエッジ３ａ、３ｂのコントラスト値を求めることにより、指定領域Ｅｉのエッジ３ａ、３ｂが明瞭に写し出されている画像を抽出することができる。これにより、それぞれの凸状体３のエッジ３ａ、３ｂが明瞭に写し出された状態で測定した線幅Ｗを検査結果として採用することができるため、従来のエッジが滲んだように写し出されたコントラスト画像から、おおよそのエッジ位置を特定し線幅測定を行うものに対して、検査精度を格段に向上させることが可能になる。また、取得した複数の断層画像の合成処理などを必要としないため、検査時間の増加を招くことなく検査を行うことができる。

また、上記の基板検査方法においては、基板１の表面１ａに形成したエッジ３ａ、３ｂ位置が異なる高さの凸状体３に対して、それぞれ個別に指定領域Ｅｉを設定することができ、各指定領域Ｅｉ内のエッジ３ａ、３ｂが明瞭に写し出された断層画像を抽出することができる。これにより、高さの異なる各凸状体３を同時に高精度で検査することができる。

さらに、上記の基板検査方法においては、一対のエッジ３ａ、３ｂを含むように指定領域Ｅｉを設定し、双方のエッジ３ａ、３ｂのコントラスト値が高い画像を抽出できるため、確実にエッジ３ａ、３ｂを捉えて測定した線幅Ｗを検査結果として採用することができる。

なお、本発明は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の一実施形態では、基板表面１ａに形成したパターン３の線幅Ｗ測定検査について説明したが、本発明は、基板表面１ａに形成される凸状体を明瞭に写し出す必要があるあらゆる場合に適用可能であり、パターン３の線幅Ｗ測定への適用に限定する必要はない。また、凸状体３の一対のエッジ３ａ、３ｂを含むように指定領域Ｅｉを設定し、この一対のエッジ３ａ、３ｂのコントラスト値が最も高くなる画像を用いるものとしているが、1つのエッジ３ａのコントラスト値が高い画像を取得することによって検査を行える場合には、指定領域Ｅｉ内に必ずしも一対のエッジ３ａ、３ｂが含まれていなくてもよい。

パターンが多層形成された基板の一例として示した図である。図１に示した基板の側断面図である。本発明の基板検査方法に用いられる基板検査装置の一例として示した図である。本発明の一実施形態に示した基板検査方法の手順を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に示した基板検査方法における断層画像の撮像位置の一例として示した図である。

符号の説明

１基板
１ａ基板表面
２基板検査装置
３パターン
３ａエッジ
３ｂエッジ
５顕微鏡
５ａ対物レンズ
６カメラ
１０取込み画像用バッファーメモリ
１１表示手段
１２演算制御装置
１３処理画像用バッファーメモリ
１４画像処理手段
１５ワークメモリ
Ａ撮像領域
Ｅｉ指定領域
Ｚｊ撮像位置
ｉ指定領域番号
ｊインデックス番号
Ｔ撮像間隔
Ｗ線幅
Ｚ垂直方向（高さ方向）

Claims

顕微鏡と該顕微鏡に搭載したカメラによって撮像した基板の画像を用いて、前記基板の検査を行う方法であって、
表面に凸状体を形成した前記基板の撮像領域内に前記凸状体のエッジを含む指定領域を設定し、前記顕微鏡を前記基板に対して相対的に移動しつつ予め設定した撮像間隔毎に前記基板の表面の画像を撮像して、撮像した複数の前記画像毎に前記指定領域のコントラスト値を求め、前記エッジのコントラスト値が最も高い画像を抽出し、該コントラスト値が最も高い画像を検査に用いることを特徴とする基板検査方法。
請求項１記載の基板検査方法において、
前記エッジの高さ位置が異なる複数の凸状体が前記基板に形成され、各凸状体の前記エッジをそれぞれ含む複数の前記指定領域を設定することを特徴とする基板検査方法。
請求項１または請求項２記載の基板検査方法において、
前記凸状体の高さ位置が等しい一対のエッジを含むように前記指定領域を設定することを特徴とする基板検査方法。