JP2018080959A - 外観検査装置および外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学倍率が10倍以上の高倍率レンズを使用して撮像、外観検査をする場合、被写界深度が浅く、ピント調整が煩雑に発生するため、ピントが合った画像を撮像するには、多大は時間を要する問題があった。【解決手段】バー形状の被検査物を搭載、移動させる手段と、被検査物の高さを測定する手段と、被検査物の表面を撮像する手段と、表面の撮像手段を光軸方向に移動させる手段と、表面を撮像した画像から、被検査物の端面の位置を検出する手段と、被検査物の端面を撮像する普段と、端面の撮像手段を光軸方向に移動させる手段を備えたものである。【選択図】図１

Description

この発明は、外観検査装置および外観検査方法に関するものである。

光素子分野における半導体デバイスは、その製造工程において、ウエハをブロック単位でダイシング（切断）し、その後、へき開とよばれる工程により、ブロック単位のものを複数チップが1列に並んだバー単位に分離している。その後、バーの形状にてバー端面に
コーティングを施した後、チップ単位に分離している。従来、このような製造工程では、コーティングの前後にてバーの表面もしくは端面にミクロンオーダの異物やキズ、欠けなどの欠陥部の有無を目視により外観検査をしてきた。しかし、バー自体が長さ１５ｍｍ程度、幅３００μｍ、厚さ１５０μｍと非常に小さいため、取扱い難く、また目視検査には熟練度を有することから、外観検査の自動化が望まれてきた。
従来、このような検査を行う検査装置として、半導体ウエハなどの平板状の基板の端部周辺を、例えば、事前にウエハの反り、ひずみを撮像前に検出し、その量に応じて、ウエハ上下面を撮像する各々カメラの位置を光軸方向に調整し、また端面については、反り、ひずみなどにより、撮像対象が視野から外れないように、端面撮像カメラを上下していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１０７１９５号公報

しかしながら、ミクロンオーダの欠陥部を検出するには、光学倍率が１０倍以上の高倍率のレンズを使用する必要がある。高倍率のレンズの場合、例えば光学倍率１０倍のレンズでは、被写界深度が約１５μｍと極めて浅いため、撮像するにはピント調整が頻繁に発生し、複数チップが一列に並んだバーを検査するには、多大な時間を要する問題があり、自動化の妨げの主要因の１つとなっていた。
バー形状の被検査物では長手方向に長いため、被検査物の回転方向の位置決め精度が粗いと、高倍率の端面カメラにおいては被写界深度内に収まらない問題がある。このため、高精度に位置決めする必要があるが、そのための動作時間が新たに発生してしまい、コストもかかるといった問題がある。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、バー形状の被検査物の表面および端面を高速に撮像、検査できるようにするものである。

この発明の外観検査装置は、複数のチップが並んでバー形状に形成されている被検査物の長手方向に被検査物を移動させる移動手段と、チップの表面の高さを測定する測定手段と、少なくとも１つのチップの表面の画像を撮像する第１の撮像手段と、測定手段の測定結果に基づいて、第１の撮像手段のチップ表面までの距離を制御する第１の制御手段と、撮像手段の画像から、チップの中心位置における外形エッジ位置を検出するエッジ位置検出手段と、チップの端面の画像を撮像する第２の撮像手段と、エッジ位置検出手段の検出結果に基づいて第２の撮像手段のチップ端面までの距離を制御する第２の制御手段と、を備え、被検査物の長手方向に、測定手段、第１の撮像手段、第２の撮像手段の順で配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、効率良く、ピントが合った画像を高速に撮像できる。

本発明の実施の形態１による外観検査装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態１による被検査物を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による外観検査装置の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による制御部のハードウエア構成図である。 本発明の実施の形態１によるチップの中心位置とエッジの交点を求める説明図である。 本発明の実施の形態１について説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２による外観検査装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態３による被検査物の平面図である。 本発明の実施の形態３による表面カメラの視野の移動を説明する説明図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の外観検査装置を示す側面図である。外観検査装置は、検査ステージ２、変位計３、表面カメラ４、端面カメラ（前）５、端面カメラ（後）６、表面カメラ駆動部１０４、端面カメラ（前）駆動部１０５、端面カメラ（後）駆動部１０６、を含んで構成されている。
図２は本発明の実施の形態１の被検査物１の斜視図であり、形状および検査する対象面である表面１１、端面（前）１２、および端面（後）１３を示している。被検査物１はバー形状となっており、長手方向にチップ１ａが複数個並んで構成されている。

検査ステージ２は、後述するコントローラの制御に基づいて、図１に示すように、搭載位置から変位計３、表面カメラ４、端面カメラ（前）５、端面カメラ（後）６を経て、排出位置まで移動することができ、ステージの位置情報（例えば、エンコーダ）を検査ステージ駆動部１０２に出力することができる。

変位計３は、検査ステージ２の上部に装備され、検査ステージ２の位置に基づいて被検査物１のチップ１ａの高さを測定することができる。測定する間隔は、チップ１ａの表面の凹凸や反りに応じて、その間隔内で、表面カメラ４の被写界深度範囲よりも小さくなるように設定する。
表面カメラ駆動部１０４は、検査ステージ２の上部に装備され、検査ステージ２の位置に基づいて被検査物１のチップ１ａの画像を撮像する。その際、変位計３によって測定された高さ情報に基づき、被写界深度内に収まるよう、検査ステージ２の位置情報に応じて、表面カメラ４の光軸方向の位置を調整することができる。表面カメラ４で撮像された画像から、後述の画像処理１部３０１により、チップ１ａの中心位置およびエッジ位置を示すエッジ線（外周の縁）を検出し、後述するコントローラ２００に供給される。

端面カメラ（前）駆動部１０５は、被検査物１のチップ１ａのＹ軸方向（図１の紙面に垂直な方向）の一方の端面が撮像できるよう検査ステージ２の両側に装備され、前述の表面カメラ４の画像より検出されたチップ中心位置およびエッジ線情報に応じて、端面カメラ（前）５の光軸方向の位置を調整することができる。端面カメラ（後）駆動部１０６は、被検査物のＹ軸方向の他方の端面が撮像できるよう検査ステージ２の両側に装備され、前述の表面カメラ４の画像より検出されたチップ中心位置およびエッジ線情報に応じて、端面カメラ（後）６の光軸方向の位置を調整することができる。
図１においては、外観検査装置は、端面カメラ（前）５、端面カメラ（前）駆動部１０５、端面カメラ（後）６、および端面カメラ（後）駆動部１０６により、被検査物１の前後端面の画像を撮像・検査するよう説明しているが、端面カメラ（前）５と端面カメラ（前）駆動部１０５、または端面カメラ（後）６と端面カメラ（後）駆動部１０６のいずれか一方を有するものであってもよい。

表面カメラ４、端面カメラ（前）５および、端面カメラ（後）６においては、画像を撮像するための照明機器（図示せず）を有している。その照明は、同軸落斜照明であってもよいし、リング照明など、それ以外であっても良く、検査の目的に応じて、必要な照明を適宜選択すればよく、必要に応じて選択可能としても良い。端面カメラの照明についてはストロボタイプを使用するのが好ましい。ストロボタイプを使用し、各々カメラのステージ移動方向の位置をずらすことで、各々のカメラが撮像する際、反対側の照明の影響がなくなり、検査に影響を及ぼすことがなくなる。

このような構成により、変位計３にて測定したチップ１ａの高さ情報に基づいて、表面カメラ４にて撮像し、得られた画像からチップ中心位置および、エッジ線を検出し、その情報に応じて端面カメラ（前）５および、端面カメラ（後）を駆動させることで、効率良く、高速にピントが合った画像を撮像することが可能となる。
なお、被検査物１の厚みが変位計３の測定範囲よりも厚い場合は、変位計３に高さ方向に駆動できる変位計駆動部を設け、被検査物１の厚みに応じて、変位計３の高さを調整すればよい。

図３は本発明の実施の形態１の制御部４００の構成を示すブロック図である。図３を参照して、制御部４００による外観検査装置の制御について説明する。
なお、制御部４００は、図４に示すように、プロセッサ（ＭＰＵ）とメモリに格納されたコンピュータプログラムの組合せによって実現してもよいし、ＡＳＩＣ等の専用のハードウエアによって実現してもよいし、ＦＰＧＡのような再構成可能なゲートアレイによって実現してもよいし、これらの組合せによって実現してもよい。
検査ステージ駆動部１０２は、検査ステージ２を駆動させるためのモータと、モータを駆動させるためのドライバ、ステージ位置を検出するエンコーダで構成される（いずれも図示せず）。コントローラ２００は、検査ステージ駆動部１０２を制御して、検査ステージ２を水平移動させる。エンコーダからの検出信号はコントローラ２００に供給される。
コントローラ２００は、検査ステージ駆動部１０２を制御して、検査ステージ２を水平移動させながら、予め登録していた位置にて変位計３にトリガ信号を出力し、被検査物１の高さ情報を取得する。この時、検査ステージ２と変位計３の高さ情報は、コントローラ２００内部に記憶される。

コントローラ２００は、変位計３により測定されたチップ１ａの高さ情報および、変位計３と表面カメラ４の位置情報（＝変位計３の測定位置と表面カメラ４の視野中心位置との距離）に基づいて、表面カメラ４が被写界深度中心部付近でチップ１ａの表面が撮像できるように、同期のための移動指示情報を、検査ステージ駆動部１０２と表面カメラ駆動部１０４に供給することにより、表面カメラ４を光軸方向に移動させ、検査ステージ２がチップ１ａの撮像位置を通過する際に、表面カメラ４に撮像のためのトリガ信号（撮像トリガ信号）を出力する。

画像処理１部３０１は、コントローラ２００からの撮像トリガ信号を受けた表面カメラ４の撮像画像から、チップ中心位置およびエッジ線（外周の縁）を検出し、チップ中心位置とエッジ線の交点座標を算出し、その結果をコントローラ２００へ供給する。この時、コントローラ２００では、検査ステージ２の位置と交点座標を内部に記憶する。
画像処理１部３０１は、上記交点座標を算出した後、外観検査を実施し、その結果をコ
ントローラ２００へ供給する。

コントローラ２００は、画像処理１部３０１によって算出された交点座標と、表面カメラ４と端面カメラ（前）５、および端面カメラ（後）６との位置情報（表面カメラ４と端面カメラ（前）５、端面検査カメラ（後）６との視野中心間の距離）に基づいて、端面カメラ（前）５および、端面カメラ（後）６が、それぞれ被写界深度中心部付近で被検査物１の端面が撮像できるように、同期のための移動指示情報を、検査ステージ駆動部１０２と端面カメラ（前）駆動部１０５および、端面カメラ（後）駆動部１０６に供給して、端面カメラ（前）５または端面カメラ（後）６を光軸方向に移動させ、検査ステージ２がチップ１ａの撮像位置を通過する際に、端面カメラ（前）５および、端面カメラ（後）６の視野中心にチップの中心が来るように、各々撮像トリガ信号を出力する。

画像処理２部３０２は、コントローラ２００からの撮像トリガ信号を受けた、端面カメラ（前）５の撮像画像を元に、外観検査を実施し、その結果をコントローラ２００へ供給する。また、画像処理３部３０３は、コントローラ２００からの撮像トリガ信号を受けた、端面カメラ（後）６の撮像画像を元に、外観検査を実施し、その結果をコントローラ２００へ供給する。

照明制御部１０３は、コントローラ２００からの明るさ情報を元に照明を制御するが、発光のタイミングは、コントローラ２００からの表面カメラ４、端面カメラ（前）５および、端面カメラ（後）６の撮像タイミングと同期している。
コントローラ２００は、画像処理１部３０１、画像処理２部３０２および、画像処理３部３０３の検査結果をまとめ、チップ単位、およびバー単位での検査結果を出力する。

図５（ａ）は、チップ１ａの形状を示し、図５（ｂ）は、表面カメラ４におけるチップ１aの中心位置１ｂ、エッジ線（外周の縁）１ｃ、１ｄの検出および交点１ｅ、１ｆの算
出について説明したものである。表面カメラ４で撮像された画像４ａにおいては、チップ１ａが必ずしも画像の中心になく、傾きを有している。また被検査物１の外形は製造上、同じ長さ・幅になるとはいえない。このため端面検査においては、幅（図５中、Ｙ軸方向の長さ）の変動分を考慮し、画像処理１部３０１により、パターンマッチング処理などによりチップ１ａの中心位置１ｂを検出し、その後、エッジ検出処理などにより、被検査物１のエッジ線１ｃ、１ｄを検出し、チップ中心位置１ｂを通る直線との交点１ｅ、１ｆを求めることで、外形のばらつきに影響を受けずに、撮像することができる。

また被検査物１の長手方向の長さによっては、視野内に複数のチップ１ａが存在する場合があるが、その場合は、視野４ｂをパターンマッチングのサーチエリアまで狭めることで、サーチ範囲内に１チップしかない状況をつくることができる。また、サーチ範囲内に、該当するチップ１ａが存在しない場合は、長手方向にチップ幅の１／４ないし１／２ほど検査ステージ２を移動させ、上記パターンマッチング処理にてチップ中心位置１ｂが求まるまで動作を繰り返すことで、確実にチップ中心位置１ｂを視野内に収めることができる。

次に、図６のフローチャートを参照して、外観検査装置が実行する検査処理について詳細に説明する。
上述したように、外観検査装置においては、検査ステージ２を所定の速度で水平移動させ、変位測定、表面の撮像及び検査、交点検出、端面（前）の撮像と検査、および端面（後）の撮像と検査、結果の出力などが、実行されているが、ここでは、一連の処理を、フローチャートを用いて順を追って説明する。
ステップＳ０１において、コントローラ２００は検査ステージ２に被検査物１が搭載されたかどうかの信号を受け取る。

ステップＳ０２において、コントローラ２００は、変位を測定するための複数の検査ステージ２の位置情報（トリガ位置）を検査ステージ駆動部１０２にセットするとともに、測定個数を記憶し、変位計３を外部トリガモードに設定する。
ステップＳ０３において、コントローラ２００は検査ステージ駆動部１０２を制御して、検査ステージ２の移動を開始する。この時、あらかじめセットしておいたトリガ位置にて変位測定を実施する。

ステップＳ０４において、コントローラ２００は測定データ数が上記記憶した測定個数と一致するかどうかを確認する。
ステップＳ０５において、コントローラ２００は、測定データと検査ステージ２の位置情報、および表面カメラ４の画像中心と変位計３の測定位置との距離から、検査ステージ移動方向（Ｘ方向）および、表面カメラ４の移動方向（Ｚ方向）のＸＺ補間データを算出する。このＸＺ補間データが、検査ステージ駆動部１０２と表面カメラ駆動部１０４に供給される同期のための移動指示情報となる。

ステップＳ０６において、コントローラ２００は、サーチ機能を予め設定した場合には、サーチ動作を実施する。サーチ動作は、変位測定後、被検査物１の先頭チップが表面カメラ４の視野の中心に入るよう、移動後に、表面カメラ４にて撮像し、予め登録しておいたチップパターンがあるかどうかをチェックする。チップパターンが存在すれば、チップ中心位置１ｂと表面カメラの視野中心からの距離を記憶する。チップパターンが存在しない場合は、被検査物１の長手方向にチップ幅の１／２〜１／４程度検査ステージを移動し、チップ１ａが存在するまで繰り返す。

ステップＳ０７において、コントローラ２００はステップＳ０５および、ステップＳ０６によって求めたＸＺ補間データを元に、検査ステージ駆動部１０２および、表面カメラ駆動部１０４を同期制御する。
ステップＳ０８において、コントローラ２００は画像処理１部３０１において、表面カメラ４が所望の撮像枚数を取得したかどうかをチェックする。

ステップＳ０９において、画像処理１部３０１にてチップ１ａのチップ中心位置１ｂにおけるエッジ線１ｃ、１ｄを求め、チップ中心位置１ｂを通りチップと平行な直線との交点１ｅ、１ｆを算出する。コントローラ２００は、表面カメラ４の撮像位置と交点１ｅ、１ｆおよび、表面カメラ４と端面カメラ（前）５の視野中心位置との距離から、検査ステージ移動方向（Ｘ方向）および、端面カメラ（前）５の移動方向（Ｙ方向）のＸＹ補間データを算出する。画像処理１部３０１は、交点１ｅ、１ｆを算出後、表面の外観検査を実施する。

ステップＳ１０において、コントローラ２００はステップＳ０９によって求めたＸＹ補間データを元に、検査ステージ駆動部１０２および、端面カメラ（前）駆動部１０５を同期制御する。
ステップＳ１１において、コントローラ２００はステップＳ０９によって求めたＸＹ補間データを元に、検査ステージ駆動部１０２および、端面カメラ（後）駆動部１０６を同期制御する。

ステップＳ１２において、コントローラ２００は画像処理２部３０２および、画像処理３部３０３において、所望の撮像枚数を取得したかどうかをチェックする。画像処理２部３０２および画像処理３部３０３は、画像が撮像されるごとに端面の外観検査を実施する。 ステップＳ１３において、コントローラ２００は検査ステージ駆動部１０２に停止命令を発令する。

ステップＳ１４において、コントローラ２００は画像処理１部３０１、画像処理２部３０２および、画像処理３部３０３に対して、外観検査結果を取得する。
ステップＳ１５において、コントローラ２００は上述の検査結果から、被検査物１の良否を判定する。

ステップＳ１６において、コントローラ２００は検査完了の旨を上位側に発令する。ステップＳ１７において、コントローラ２００は検査ステージ駆動部１０２に被検査物１の搭載位置へ戻る命令を発令する。

このような処理により、検査ステージ２の移動により被検査物１のチップ１ａの高さが測定され、まず表面カメラ４において、被写界深度内に収まるように撮像される。次に表面カメラ４において撮像された画像により、チップ１ａの中心位置１ｂおよび、エッジ線１ｃ、１ｄを検出し、チップ中心位置１ｂとエッジ線１ｃ、１ｄとの交点を算出する。そして、算出された交点位置により、端面カメラ（前）５および端面カメラ（後）６において、被写界深度内に収まるように撮像することができ、高倍率レンズを装備したカメラに対して、効率良く、ピントが合った画像を高速に撮像できるといった、従来にない顕著な効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態１では、検査ステージ２に被検査物１が１つ搭載された場合を説明したが、図７に示すように検査ステージ２ａへの搭載本数は２つ以上でもよい（図は３つの場合を示している）。その場合、変位計３と表面カメラ４および、端面カメラ（前）５、端面カメラ（後）６の搭載位置を被検査物１よりも長めにすることで、１つめの被検査物１Ａの端面検査を実施中に、２つめの被検査物１Ｂの表面検査が、３つめの被検査物１Ｃの変位計測が可能となり、検査時間を短縮することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、被検査物１の短手方向の長さ（幅）が、表面カメラ４の視野内よりも短い場合について説明したが、図８に示すように、被検査物１の短手方向の長さが、表面カメラ４の視野４ｂよりも長い場合、実施の形態１の検査ステージ駆動部１０２（図１中、Ｘ軸方向）にＹ軸方向（図１の紙面と垂直方向）の駆動部を追加すればよい（図示せず）。この場合、図９（ａ）および図９（ｂ）は、被検査物１を表面カメラ４の方向から見た、表面カメラの視野の移動を説明する説明図である。図に示すように被検査物１に対しては1回目の表面カメラ４による撮像の後、Ｙ軸方向に検査ステージ２を移動させるこ
とにより、表面カメラの視野４ｂ内の被検査物１を動かし、２回目を撮像する。Ｙ軸方向のチップの撮像が完了するまで、複数回（ｎ回）これを繰り返す。この実施の形態では、３回（ｎ＝３）でＹ軸方向の被検査物１のチップの撮像を完了する。表面カメラ４および画像処理１部３０１におけるチップ中心位置、エッジ線の検出については、該当画像を合成して実施すればよい。このような構成により、被検査物１が表面カメラ４よりも大きい場合にも、高倍率のレンズを有したカメラにおいて、効率よくピントが合う画像が撮像できる。
なお、画像の合成の仕方としては、撮像した全ての画像を合成しても良いが、Ｙ軸方向の撮像回数（ｎ）が３回以上である場合、中央の撮像画像とエッジが画像内に存在する撮像画像のみを合成することで時間短縮が図れる。これは1回目からｎ回目までのＸ軸方向
のトリガ位置が同じであることを利用するものである。例えばｎ＝５の場合、５枚の画像を合成する代わりに、中央の画像、および１回目と５回目の画像からチップ中心位置とエッジ線の検出を行い、チップ中心位置とエッジ線との交点を算出することが可能である。これにより、全ての画像を合成する場合に比べ、１チップあたり、２枚の画像が不要となり、被検査物１に６０チップが並んでいるとすると、１２０枚の画像が不要となる。上述
した実施の形態２のように検査ステージ２ａ上に被検査物１Ａ、１Ｂ、１Ｃ搭載されている場合、１走査あたり、３６０枚分の画像が不要となる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
図中、同一符号は、同一または相当の構成を示す。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 被検査物、２、２ａ 検査ステージ、３ 変位計、４ 表面カメラ、５ 端面カメラ（前）、６ 端面カメラ（後）、１０２ 検査ステージ駆動部、１０３ 照明制御部、１０４ 表面カメラ駆動部、１０５ 端面カメラ（前）駆動部、１０６ 端面カメラ（後）駆動部、２００ コントローラ、３０１ 画像処理１部、３０２ 画像処理２部、３０３ 画像処理３部、４００ 制御部

Claims (4)

1. 複数のチップが並んでバー形状に形成されている被検査物の長手方向に前記被検査物を移動させる移動手段と、
   前記チップの表面の高さを測定する測定手段と、
   少なくとも１つのチップの表面の画像を撮像する第１の撮像手段と、
   前記測定手段の測定結果に基づいて、前記第１の撮像手段のチップ表面までの距離を制御する第１の制御手段と、
   前記撮像手段の画像から、前記チップの中心位置におけるエッジ位置を検出するエッジ位置検出手段と、
   前記チップの端面の画像を撮像する第２の撮像手段と、
   前記エッジ位置検出手段の検出結果に基づいて前記第２の撮像手段のチップ端面までの距離を制御する第２の制御手段と、を備え、
   前記被検査物の長手方向に、前記測定手段、前記第１の撮像手段、前記第２の撮像手段の順で配置されていることを特徴とする外観検査装置。
2. 前記移動手段は、前記被検査物を長手方向に複数搭載することができるとともに、第１の被検査物が測定手段を通過する際、第２の被検査物は第１の撮像手段を通過し、第３の被検査物は第２の撮像手段を通過するように前記測定手段、前記第１の撮像手段、および前記第２の撮像手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記移動手段は、前記被検査物を前記長手方向と直角方向に移動可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載の外観検査装置。
4. 複数のチップが並んでバー形状に形成されている被検査物を移動させながら、前記チップの表面の高さを測定し、この測定結果に基づいて少なくとも１つのチップの表面までの距離を制御して前記チップの表面の画像を撮像し、撮像した表面画像から、前記チップの中心位置におけるエッジ位置を検出し、この検出結果に基づいて前記チップの端面までの距離を制御して前記チップの端面の画像を撮像する外観検査方法。
   

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