JP3993044B2 - 外観検査方法、外観検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体チップのような微細なパターンが形成された被検査対象物の外観検査装置及び方法に関し、特にトレー詰めされている半導体チップのように被検査対象物の配置様式や面内傾斜角度に統一性がない場合でも高速処理が行える外観検査装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体製造の分野ではウェーハや半導体チップの外観検査が行われている。ウェーハや半導体チップの外観検査では、以下のような形態が存在している。
▲１▼ウェーハ検査：ウェーハに回路パターンやパッドを形成し、表面に保護膜を付けたウェーハの最終工程に行われる外観検査で、各半導体チップに位置ズレが存在していないため外観検査は容易に行える。
▲２▼ダイシング・ウェーハ検査：完成したウェーハを粘着性のあるフィルムシートに貼り、厚さ１００μｍ程度の円盤状の刃で各チップ単位に切断した状態の半導体チップに行われる外観検査。なお、半導体チップが１ｍｍ程度以下の小さい場合には、ウェーハに切れ目を入れて、カッターの刃を当てて切断した状態の半導体チップの場合は、外観検査として切断が適切に行われているかの検査も含まれる。
【０００３】
▲３▼エキスパンド・ウェーハ検査：ダイシングしたウェーハのフィルムシートを引き伸ばして、半導体チップを取り易くした状態のウェーハに行われる外観検査。なお、半導体チップが１ｍｍ程度以下の小さい場合には、半導体チップの形状と間隔の問題から取出しができないので、エキスパンド（引き伸ばし）して、ウェーハの外観検査をする。
▲４▼トレー詰め検査：ダイシング後に良品チップをトレー（仕切りがある箱のような物）に入れた状態の半導体チップに行われる外観検査。半導体チップはトレーに入れた状態で出荷するので、半導体チップ製造者にとって最も大切な最終段階での検査となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エキスパンド・ウェーハ検査では、半導体チップの設計値に対して位置ズレや回転ズレが大きく、半導体チップの目的部位のサーチや回転補正に時間が掛かる。また、トレー詰め検査では、トレー内の半導体チップの位置ズレや回転ズレが大きく、半導体チップの目的部位のサーチや回転補正に時間が掛かるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上述する課題を解決したもので、エキスパンド・ウェーハ検査やトレー詰め検査のように半導体チップの位置ズレや回転ズレが大きい場合でも、被検査対象物の外観検査が高速処理できる外観検査装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の外観検査方法は、上記目的を達成するもので、図４に示すように、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程（Ｓ１２）と、前記第１テンプレートを、所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて第１テンプレート群を設定する工程（Ｓ１６）と、少なくとも１以上の被検査対象物が撮影された画像信号を取込む工程（Ｓ２０）と、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、前記第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程（Ｓ２２、Ｓ２４）と、前記算出された概略面内傾斜角に対応して前記第１テンプレート及び前記第２テンプレートを当該概略面内傾斜角だけ回転させる工程（Ｓ２６）と、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程と（Ｓ２８、Ｓ３０）と、前記算出された精密面内傾斜角に対応して、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の回転補正を行なう工程（Ｓ３２）と、前記回転補正がなされた画像信号を用いて、当該画像信号に含まれる前記被検査対象物の外観検査処理を施す工程（Ｓ３４、Ｓ３６）とを備えている。
【０００７】
このような工程を備える外観検査方法によれば、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定することで、単一のテンプレートでは検出できない高精度の面内傾斜角を算出可能とする。被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程では、画像信号に含まれる被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算する際に、サンプル数の限られた第１テンプレート群を用いることで、少ない演算量で必要とする精度の概略面内傾斜角を算出している。被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程では、画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び第２テンプレートとのマッチングを演算して、比較的少ない演算量で必要とする精度の精密面内傾斜角を算出している。そして、算出された精密面内傾斜角に対応して、画像信号に含まれる被検査対象物の回転補正を行ない、回転補正がなされた画像信号を用いて、画像信号に含まれる被検査対象物の外観検査処理を施すことで、良品である被検査対象物としての基準画像で面内傾斜角の影響を考慮することのない、単純な演算アルゴリズムで適格な被検査対象物の外観検査処理が行える。
【０００８】
好ましくは、第１テンプレート群は、第１面内傾斜角範囲内で粗い面内傾斜角間隔で与えられる第１グループと、この第１面内傾斜角範囲よりも狭い第２面内傾斜角範囲内で細かい面内傾斜角間隔で与えられる第２グループとに区分して設けられる構成とすると、細かい面内傾斜角間隔で第１面内傾斜角範囲内の面内傾斜角間隔でマッチング演算をする場合に比較して、少ない演算量で目的とする精度の面内傾斜角を算出できる。ここで、前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程は、図８に示すように、前記第１グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第１概略面内傾斜角を算出する工程（Ｓ７０、Ｓ７２）と、次に当該第１概略面内傾斜角を含む第２面内傾斜角範囲内の前記第２グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第２概略面内傾斜角を算出する工程（Ｓ７４、Ｓ７６）と、当該算出された第２概略面内傾斜角を前記概略面内傾斜角とする工程（Ｓ７８）を有するとよい。
【０００９】
好ましくは、前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程は、図７に示すように、前記マッチングを演算する際に、前記良品である被検査対象物における前記第１テンプレートと前記第２テンプレートとの位置関係を利用してマッチングを演算する構成とする（Ｓ４６、Ｓ５８）と、良品である被検査対象物と比較して被検査対象物の画像が歪んでいる場合でも、正確に被検査画像信号に含まれる被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域を抽出できる。
【００１０】
好ましくは、図４に示すように、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、前記第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチング演算（Ｓ２２）、又は前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチング演算（Ｓ２８）の少なくとも一方のマッチング演算には、相関処理が用いられる構成とすると、被検査対象物のキズが著しかったり、画像の歪やノイズが多い場合でも信号処理理論を用いて最も確からしいマッチング演算の処理結果が得られる。
【００１１】
好ましくは、図１０に示すように、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程（Ｓ１００）において、前記良品である被検査対象物において前記第１及び第２テンプレートに相応しいパターンを捜索する工程（Ｓ１０６）と、前記捜索工程において相応しいパターンが見当たらない場合に、前記良品である被検査対象物の画像に抽出画像処理を施して、テンプレートに相応しい少なくとも複数のパターンを形成させる工程（Ｓ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４）と、当該形成された複数のパターン対して、第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程（Ｓ１１６）とを含む外観検査方法とするとよい。
【００１２】
好ましくは、前記抽出画像処理は、図１０に示すように、前記良品である被検査対象物の画像に含まれる空間高周波成分を除去する工程（Ｓ１１０）と、前記良品である被検査対象物の画像に含まれる空間低周波成分から再生された画像から少なくとも複数のパターンを形成させる工程（Ｓ１１２）と、当該形成された複数のパターン対して、第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程（Ｓ１１４）とを含む外観検査方法とするとよい。
【００１３】
本発明の外観検査装置は、上記目的を達成するもので、図１に示すように、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定し、前記第１テンプレートを所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて第１テンプレート群１２を設定するテンプレート設定部１０と、少なくとも１以上の被検査対象物が撮影された画像信号を取込む画像信号取込み部２０と、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、第１テンプレート群１２に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する概略面内傾斜角算出部２２と、前記算出された概略面内傾斜角に対応して前記第１テンプレート及び前記第２テンプレートを当該概略面内傾斜角だけ回転させるテンプレート回転部２４と、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する精密面内傾斜角算出部２６と、前記算出された精密面内傾斜角に対応して、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の回転補正を行なう画像回転補正部２８と、前記回転補正がなされた画像信号を用いて、当該画像信号に含まれる前記被検査対象物の外観検査処理を施す外観検査処理部３０とを備えている。
【００１４】
好ましくは、図６に示すように、第１テンプレート群１２は、第１面内傾斜角範囲内で粗い面内傾斜角間隔で与えられる第１グループと、この第１面内傾斜角範囲よりも狭い第２面内傾斜角範囲内で細かい面内傾斜角間隔で与えられる第２グループとに区分して設けられる構成としている。また、概略面内傾斜角算出部２２は、前記第１グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第１概略面内傾斜角を算出する第１概略面内傾斜角算出部２２２と、当該第１概略面内傾斜角を含む第２面内傾斜角範囲内の前記第２グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第２概略面内傾斜角を算出する第２概略面内傾斜角算出部２２４とを有し、前記算出された第２概略面内傾斜角を前記概略面内傾斜角とする構成とすると良い。
【００１５】
好ましくは、概略面内傾斜角算出部２２は、前回検査対象の被検査対象物の傾斜データ、又は前回測定の被検査対象物の端部データの少なくとも一方をパラメータに含めて、今回検査対象の被検査対象物の概略面内傾斜角を求めるように構成されているとよい。被検査対象物は、同一の製造条件で製造される場合が多いから、直近の被検査対象物の傾斜データや前回測定の被検査対象物の端部データを用いると、概略面内傾斜角が円滑に算出できる。ここで、傾斜データには例えば精密面内傾斜角が用いられ、端部データには例えば被検査対象物の端子部パターンが用いられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。図において、半導体チップ１を平面的に多数収容したトレー２はパレット３上に載置されており、パレット３はＸＹステージ５の上に置かれている。撮像装置６は所定倍率の顕微鏡７を用いて視野内の半導体チップ１を撮影するもので、例えばＣＣＤ(Charge-Coupled device)やＴＶカメラが用いられる。顕微鏡７の倍率は、例えば撮像装置６の視野に被検査対象となる半導体チップ１全体が撮影されるような比較的低倍率であって、且つ半導体チップ１の瑕疵態様が判別できる程度に高倍率であることが望ましい。半導体チップ１の瑕疵態様には、異物、針跡異常、パッドの針跡ズレ、欠け、浮遊ゴミ、保護膜のムラ、キズ等がある。
【００１７】
図２は半導体チップがトレーに収容される状態の説明図で、（Ａ）は整列状態の平面図、（Ｂ）は通常検査状態の平面図、（Ｃ）は側面断面図である。半導体チップ１は、図２に示すように、トレー２の凹部にマトリクス平面状に多数収容されている。しかし、トレー２の凹部は半導体チップ１に比較して余裕のある寸法なので、各半導体チップ１は、トレー２の凹部内で区々の方向を向いている。そこで、撮像装置６により撮像される画像の水平方向及び垂直方向を、ＸＹステージ５の座標軸方向に一致させても、ＸＹステージ５とパレット３、トレー２の方向が揃うように整置できるが、各半導体チップ１はランダムな面内傾斜角を有することになる。ここで、面内傾斜角とは撮像装置６の光軸と垂直な画像基準平面に対して、同一面内で各半導体チップ１が基準方向に対して傾斜（回転）している角度をいう。もし、トレー２の凹部内の底面に傾斜があると、半導体チップ１も底面傾斜に沿って傾斜するが、この傾斜角は画像基準平面に対して面外に傾斜している。そこで、半導体チップ１の面外傾斜の影響を考慮する場合には、面内傾斜角に加えて面外傾斜角も考慮する。
【００１８】
図１に戻り、撮像装置６で撮影された、被検査対象となる半導体チップ１の画像を処理する外観検査装置について説明する。外観検査装置は、テンプレート設定部１０、第１テンプレート群１２、画像信号取込み部２０、概略面内傾斜角算出部２２、テンプレート回転部２４、精密面内傾斜角算出部２６、画像回転補正部２８、外観検査処理部３０を備えるもので、例えばパソコンやワークステーションのような高度の演算処理機能を有するコンピュータに外観検査装置用のプログラムをアップロードして使用される。
【００１９】
テンプレート設定部１０は、良品である半導体チップ１の２つの領域に対応して第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２を画像認識技術やオペレータの指示に従い設定し、第１テンプレートＴｐ１を所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて第１テンプレート群１２を設定する。図３は、被検査対象物に設定される第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートの一例を説明する平面図で、（Ａ）は空間高周波成分を含む木目細やかな画像、（Ｂ）は空間高周波成分を除去した概括的な画像である。第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２は、良品である被検査対象物において単一の領域が定まるように設定し、例えば第１テンプレートＴｐ１は丸型パターンと矩形パターンの一部を含み、第２テンプレートは長方形パターンと矩形パターンの一部を含んでいる。
【００２０】
所定面内傾斜角範囲内とは、例えば各半導体チップ１がトレー２の凹部内で区々の方向を向いている場合に、取り得る最大値と最小値を基準として定め、例えば±１５〜±３５度とする。所定面内傾斜角間隔とは、トレー２の凹部内に位置する各半導体チップ１の面内傾斜角の求めるべき精度に応じて定めるもので、例えば０．５度〜５度のように選定する。面内傾斜角間隔を一定にしたまま、所定面内傾斜角範囲内の全てについて第１テンプレート群１２を設定すると演算処理時間が膨大になる可能性がある。そこで、例えば第１段階では粗い面内傾斜角間隔で全ての面内傾斜角範囲内について第１テンプレート群１２の第１グループを設定し、次に第２段階では細かい面内傾斜角間隔で第１段階の粗い面内傾斜角間隔に相当する面内傾斜角範囲内について第１テンプレート群１２の第２グループを設定して、面内傾斜角間隔の測定精度と演算速度とを両立させてもよい。
【００２１】
図１に戻り、画像信号取込み部２０は、撮像装置６で撮影された、被検査対象となる半導体チップ１の画像信号を取込むもので、例えば撮像装置６で撮影された画像情報を記憶するフレキシブル・ディスクやＣＤ−ＲＯＭの読取装置でもよく、また通信回線を用いて撮像装置６で撮影された画像信号を受信するものでも良い。概略面内傾斜角算出部２２は、画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域と、第１テンプレート群１２に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１とのマッチングを演算して、半導体チップ１の概略面内傾斜角を算出するもので、演算処理の具体的な内容は後で説明する。
【００２２】
テンプレート回転部２４は、概略面内傾斜角算出部２２で算出された概略面内傾斜角に対応して、第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を概略面内傾斜角だけ回転させる機能を有する。精密面内傾斜角算出部２６は、画像信号取込み部２０で取込んだ画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域及び第２テンプレート対応領域と、テンプレート回転部２４で概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２とのマッチングを演算して、半導体チップ１の精密面内傾斜角を算出するもので、演算処理の具体的な内容は後で説明する。
【００２３】
画像回転補正部２８は、精密面内傾斜角算出部２６で算出された精密面内傾斜角に対応して、画像信号取込み部２０で取込んだ画像信号に含まれる半導体チップ１の回転補正を行なう。外観検査処理部３０は、画像回転補正部２８で回転補正がなされた画像信号を用いて、画像信号取込み部２０で取込んだ画像信号に含まれる半導体チップ１の外観検査処理を施す。外観検査処理とは、半導体チップ１に異物、針跡異常、パッドの針跡ズレ、欠け、浮遊ゴミ、保護膜のムラ、キズ等の瑕疵があるか否か検査することをいう。
【００２４】
このように構成された外観検査装置を用いて、撮像装置６で撮影された被検査対象となる半導体チップの外観検査方法について説明する。図４は半導体チップの外観検査方法を説明するフローチャートである。図示するように、被検査対象となる半導体チップの画像には、良品である半導体チップの外観を記録した基準画像と、製造された多数の被検査対象となる半導体チップの被検査画像とがある。まず、良品である半導体チップの外観を記録した基準画像を、画像信号取込み部２０等を用いて適宜外観検査装置に取込む（Ｓ１０）。次に、テンプレート設定部１０によって基準画像から第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定する（Ｓ１２）。第１テンプレートＴｐ１は、概略面内傾斜角算出部２２で概略面内傾斜角の算出に使用されるので、面内傾斜角測定に適する形状、例えば面内傾斜角の基準方向と一致する線分を有する領域を設定すると良い（Ｓ１４）。第２テンプレートＴｐ２は、第１テンプレートＴｐ１と共に精密面内傾斜角算出部２６で精密面内傾斜角の算出に使用されるので、面内傾斜角の精密測定に適する形状、例えば面内傾斜角の基準方向と直交する線分を含む領域を設定すると良い（Ｓ１５）。次に、テンプレート設定部１０により、第１テンプレートＴｐ１を所定面内傾斜角範囲内（例えば−２５度〜＋２５度）の所定面内傾斜角間隔（例えば５度）で回転させて、第１テンプレート群１２を設定する（Ｓ１６）。
【００２５】
次に、今回検査対象となる撮像装置６で撮影された被検査対象となる半導体チップの画像信号を取込む（Ｓ２０）。そして、各面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１と、半導体チップの画像信号との間でテンプレートマッチングを行う（Ｓ２２）。なお、テンプレートマッチングの詳細は後で説明する。そして、概略面内傾斜角算出部２２により概略面内傾斜角を算出する（Ｓ２４）。ここで、例えば相関値を用いて算出すると、第１テンプレートＴｐ１の所定面内傾斜角間隔に比較して、高い精度で概略面内傾斜角を算出できる。
【００２６】
次に、テンプレート回転部２４により、Ｓ２４で算出された概略面内傾斜角に対応して、第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を回転させる（Ｓ２６）。そして、概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２と、半導体チップの画像信号との間でテンプレートマッチングを行う（Ｓ２８）。そして、精密面内傾斜角算出部２６により、両者の角度のズレと位置ズレ量を演算して、半導体チップ１の精密面内傾斜角を算出する（Ｓ３０）。そして、Ｓ３０にて算出された精密面内傾斜角に対応して、半導体チップの画像信号の回転変換を行なう（Ｓ３２）。そして、外観検査処理部３０によって、基準画像と被検査対象となる半導体チップの被検査画像との差分をとり（Ｓ３４）、被検査対象となる半導体チップの欠陥を検出する（Ｓ３６）。
【００２７】
（実施例２）本実施例は、例えばＤＲＡＭのように類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップの欠陥検出に関する。図５は類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップの一例を示す図で、（Ａ）は基準画像、（Ｂ）〜（Ｄ）は被検査対象となる半導体チップの画像信号を示している。図５（Ａ）の基準画像では、入力端子パターンに相当するＬ１、Ｌ２、…、Ｌ５の５個の丸型パターンが基準画像の左側に設けられている。また、出力端子パターンに相当するＲ１、Ｒ２、…、Ｒ５の５個の正方形パターンが基準画像の右側に設けられている。入力端子パターンＬ１、Ｌ２、…、Ｌ５と出力端子パターンＲ１、Ｒ２、…、Ｒ５の間には横長矩形パターンＤＳＰ１、ＤＳＰ２、…、ＤＳＰ５が設けられており、横長矩形パターンＤＳＰ１では例えばディジタル信号の信号処理がなされる。
【００２８】
図６は本発明の第２の実施の形態を説明する全体構成ブロック図で、図５（Ａ）に示すような類似パターンが繰返して並んでいる半導体チップに対する外観検査装置を示している。なお、図６において前記図１と同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。相対位置関係記憶部１４は、基準画像に対してテンプレート設定部１０により求められた、第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係、例えば直線距離ｄを記憶している。
【００２９】
概略面内傾斜角算出部２２は、ここでは第１面内傾斜角算出部２２２と第２面内傾斜角算出部２２４の２段階の精度で、半導体チップ１の概略面内傾斜角を算出するものである。第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１の各面内傾斜角のうち、第１面内傾斜角算出部２２２は、例えば１０度間隔で画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域とマッチング演算を行ない、第２面内傾斜角算出部２２４は、例えば２．５度間隔で画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域とマッチング演算を行なう。所定回転角テンプレート抽出部２２６は、第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１から、第１面内傾斜角算出部２２２と第２面内傾斜角算出部２２４で使用する面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１を抽出して、第１面内傾斜角算出部２２２と第２面内傾斜角算出部２２４に送る。
【００３０】
第２テンプレート位置推算部２７は、相対位置関係記憶部１４に記憶された第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係を用いて、画像信号に含まれる半導体チップ１の第２テンプレート対応領域の範囲を推算する。図５（Ｂ）〜（Ｄ）に示す被検査対象となる半導体チップの画像信号を用いて説明すると、半導体チップ１の第１テンプレート対応領域に関しては概略面内傾斜角算出部２２で求めた位置を用いる。例えば、図５（Ｂ）に示すように、第１テンプレートＴｐ１は、入力端子パターンＬ１を含む領域に設定される。次に、図５（Ｃ）に示すように、第２テンプレート位置推算部２７を用いて、第１テンプレートＴｐ１が入力端子パターンＬ１に位置している場合に、第２テンプレートＴｐ２が概ね出力端子パターンＲ３を含む領域に位置することを推算する。そして、図５（Ｄ）に示すように、画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域及び第２テンプレート対応領域を確定する。精密面内傾斜角算出部２６は、第２テンプレート位置推算部２７で推算された半導体チップ１の第２テンプレート対応領域の範囲内から第２テンプレートＴｐ２を定める。
【００３１】
図７は図６の外観検査装置を用いた半導体チップの外観検査方法を説明するフローチャートである。まず、良品である類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップの外観を記録した基準画像を、画像信号取込み部２０等を用いて適宜外観検査装置に取込む（Ｓ４０）。次に、テンプレート設定部１０によって基準画像に対して、第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定する（Ｓ４２）。第１テンプレートＴｐ１は、例えば入力端子パターンＬ１を含む領域に設定する（Ｓ４４）。第２テンプレートＴｐ２は、例えば出力端子パターンＲ３を含む領域に設定する（Ｓ４５）。次に、テンプレート設定部１０により、第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係、例えば直線距離ｄを求める（Ｓ４６）。
【００３２】
他方、テンプレート設定部１０により、第１テンプレートＴｐ１を所定面内傾斜角範囲内（例えば−２５度〜＋２５度）の所定面内傾斜角間隔（例えば３度）で回転させて、第１テンプレート群１２を設定する（Ｓ４８）。ここで、類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップに対しては、類似パターンの繰返しのない通常パターンの半導体チップに比較して、所定面内傾斜角間隔を例えば半分程度に設定することで、テンプレートマッチング結果を用いて、相関係数が真に大きくなる概略面内傾斜角を算出できる。所定面内傾斜角間隔を粗くしすぎると、真の概略面内傾斜角を算出できず、ニセの概略面内傾斜角を算出してしまうため、被検査対象となる半導体チップの欠陥検出ができなくなる。
【００３３】
次に、今回検査対象となる撮像装置６で撮影された被検査対象となる半導体チップの画像信号を取込む（Ｓ５０）。そして、各面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１と、半導体チップの画像信号との間でテンプレートマッチングを行う（Ｓ５２）。そして、概略面内傾斜角算出部２２により概略面内傾斜角を算出して（Ｓ５４）、テンプレート回転部２４により、Ｓ２４で算出された概略面内傾斜角に対応して、第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を回転させる（Ｓ５６）。
【００３４】
他方、Ｓ５２のテンプレートマッチング結果を用いて、被検査対象となる半導体チップの画像信号における第１テンプレートＴｐ１のマッチング位置を取得し（Ｓ５５）、第２テンプレート位置推算部２７（Ｓ４６）で求めた第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係を用いて、被検査対象となる半導体チップの画像信号における第２テンプレートＴｐ２の位置を推定する（Ｓ５８）。そして、概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２と、半導体チップの画像信号との間でテンプレートマッチングを行う（Ｓ６０）。そして、精密面内傾斜角算出部２６により、両者の角度のズレと位置ズレ量を演算して、半導体チップ１の精密面内傾斜角を算出する（Ｓ６２）。そして、Ｓ６２にて算出された精密面内傾斜角に対応して、半導体チップの被検査画像信号の回転変換を行なう（Ｓ６４）。そして、外観検査処理部３０によって、基準画像と被検査対象となる半導体チップの被検査画像との差分をとり（Ｓ６６）、被検査対象となる半導体チップの欠陥を検出する（Ｓ６８）。
【００３５】
図８は、概略面内傾斜角算出部の要部フローチャートで、図７に示すＳ４８、Ｓ５２の機能を発揮する概略面内傾斜角算出部として、図６に示す第１面内傾斜角算出部と第２面内傾斜角算出部を用いる場合を説明している。まず、所定回転角テンプレート抽出部２２６によって、第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１から、第１面内傾斜角算出部２２２で使用する面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１を抽出する（Ｓ７０）。抽出される面内傾斜角は、例えば−２５度〜＋２５度までを範囲とする１０度間隔の第１テンプレートＴｐ１である。そして、第１面内傾斜角算出部２２２により、被検査画像とテンプレートマッチング演算される。そして、最も確からしい面内傾斜角ａを、二次補間のような適宜の補間式を用いて算出する（Ｓ７２）。
【００３６】
次に、所定回転角テンプレート抽出部２２６によって、第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１から、第２面内傾斜角算出部２２４で使用する面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１を抽出する（Ｓ７４）。抽出される面内傾斜角は、例えばＳ７２で求めた面内傾斜角ａを中心とする、Ｓ７０よりも細かな２．５度間隔の第１テンプレートＴｐ１である。そして、第２面内傾斜角算出部２２４により、被検査画像とテンプレートマッチング演算される。そして、最も確からしい面内傾斜角ｂを、二次補間のような適宜の補間式を用いて算出する（Ｓ７６）。
【００３７】
そして、テンプレート回転部２４により、Ｓ７６で算出された面内傾斜角ｂに対応して、第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を回転させる（Ｓ７８）。そして、相対位置関係記憶部１４に記憶された第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係を用いて、基準画像における第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２のなす角度θを求める（Ｓ８０）。また、被検査画像に対してはサブピクセル精度で画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域と第２テンプレート対応領域の位置合わせをして、求まった座標から被検査画像における第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２のなす角度θ'を求める（Ｓ８２）。そして、Ｓ７６で算出された面内傾斜角ｂと、Ｓ８０で求めた角度θ並びにＳ８２で求めた角度θ'との偏差（θ−θ'）として、精密面内傾斜角算出部２６により、最も確からしい面内傾斜角を算出する（Ｓ８４）。
【００３８】
（実施例３）本実施例は、テンプレート設定部１０により、良品である被検査対象物の画像である基準画像に対して第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２が旨く設定できない場合の対処に関する。今日の高密度化・微細化した半導体パターンにおいては、良品である被検査対象物の画像である基準画像に対して第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定するのに画像情報が多すぎて過大な時間の掛かる場合がある。このような場合には、図３に示すように、空間フィルタ処理を行い、微細な画像情報を取り除いて大局的なパターン配置から第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定するのがよい。
【００３９】
図９は本発明の第３の実施の形態を説明する全体構成ブロック図で、図３（Ａ）に示すような微細な画像情報を含む基準画像からテンプレートを抽出する外観検査装置を示している。なお、図９において前記図１、図６と同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。図において、空間フィルタ部１０２は、入力された基準画像から所定の空間周波数以上の高周波成分を除去して、低周波数成分の画像情報として再合成するもので、画像処理に適合したものであればHAAR変換のような公知の適宜の画像情報圧縮技術を用いてよい。テンプレート設定規範部１０４は、基準画像から第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定する場合の規範が定められている。例えば、基準画像から単一の領域が定まるように大局的なパターン配置からテンプレートを定めると共に、面内傾斜角を迅速に演算処理するため単純な図形になるように定める。
【００４０】
図１０は空間フィルタを用いたテンプレート抽出を説明する要部フローチャートである。まず、テンプレート設定部１０により基準画像に対して第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２の設定シーケンスが開始される（Ｓ１００）。まず、良品である被検査対象物の画像を記録してある基準画像を読込む（Ｓ１０２）。また、テンプレート設定規範部１０４からテンプレートの設定規範を読込む（Ｓ１０４）。そして、基準画像中にテンプレートとして適切な領域が存在するか判断し（Ｓ１０６）、存在していれば当該領域を第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２として設定する（Ｓ１０８）。
【００４１】
Ｓ１０６にて基準画像中にテンプレートとして適切な領域が存在しないと判断された場合には、空間フィルタ部１０２にて基準画像中の空間高周波成分を除去し（Ｓ１１０）、残余の空間低周波成分から再生された基準画像を合成する（Ｓ１１２）。合成された基準画像では、微細なパターン情報は除去されて、大局的なパターン情報のみが含まれている。そこで、合成された基準画像から複数のパターンを形成して（Ｓ１１４）、当該複数のパターンに対して第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定し（Ｓ１１６）、リターンとする。
【００４２】
空間フィルタ部１０２によれば、図３（Ａ）の微細な画像情報を含む基準画像から高周波成分が除去されて、図３（Ｂ）に示すような概括的・大局的な配置のパターン情報が得られる。
【００４３】
（テンプレートマッチングの原理）続いて、各実施例の概略面内傾斜角算出部２２、精密面内傾斜角算出部２６で用いたテンプレートマッチングの原理について説明する。図１１はテンプレートマッチングの概念図で、（Ａ）は被探索対象画像、（Ｂ）はテンプレートを表している。テンプレートマッチングは、探索したい画像情報として登録し、探索対象画像の探索範囲内で動かし、テンプレートとの類似度を計算することにより、テンプレートと一致した画像を探し出すマッチング手法である。次式は、正規化相関によるテンプレートマッチングの概念図と相関値を求める式である。
【数１】
【００４４】
正規化相関によるテンプレートマッチングは、テンプレートを基準画像中の探索対象画像の指定された探索範囲を１画素単位で動かすので、テンプレートサイズや探索する対象が大きくなった場合、計算コストが大きくなり、探索時間が掛かる。他方、半導体チップの検査のような用途では、スループットを向上させることが必要であり、検査時間も短縮することが要請されている。そこで、疎密探索法を採用して、テンプレートマッチングに掛かる探索時間を短くするのがよい。
【００４５】
図１２は疎密探索法の説明図である。疎密探索法は、最初から解像度の高い画像での探索は行わず、解像度を落とした層を作成し、解像度の低い画像で粗い探索を行ってから、順次解像度を上げて次第に解像度の高い層で精度の高い探索を行うことで、マッチング処理時間の短縮を行なう式である。例えば、解像度の低い層としては、直近高解像度層の２ｘ２画素の平均をとって１画素を形成すると良い。
【００４６】
なお、上記の実施の形態においては、テンプレートマッチングとして正規化相関法や疎密探索法の場合を例に説明したが、被検査対象物のテンプレート対応領域とテンプレートとの適合度を演算できるものであれば、適宜のマッチング演算を用いても良い。また、上記の実施の形態においては、テンプレート所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて、第１テンプレート群を設定して、被検査対象物のテンプレート対応領域とテンプレートとの適合度を演算している。そこで、面内傾斜角間隔の中間に最も確からしい角度が存在するから、適宜の補間法を用いて最も確からしい角度を求めると良い。さらに、上記実施の形態においては、被検査対象物の位置ズレや回転ズレが大きい場合として、半導体チップのトレー詰め検査を例に説明したが、本発明はエキスパンド・ウェーハ検査にも適用できるし、個別包装された医薬品や食品のような各種の目視検査に適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の外観検査方法によれば、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定することで、単一のテンプレートでは検出できない高精度の面内傾斜角を算出可能とする。被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程では、画像信号に含まれる被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算する際に、サンプル数の限られた第１テンプレート群を用いることで、少ない演算量で必要とする精度の概略面内傾斜角を算出している。被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程では、画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び第２テンプレートとのマッチングを演算して、比較的少ない演算量で必要とする精度の精密面内傾斜角を算出している。そして、算出された精密面内傾斜角に対応して、画像信号に含まれる被検査対象物の回転補正を行ない、回転補正がなされた画像信号を用いて、画像信号に含まれる被検査対象物の外観検査処理を施すことで、良品である被検査対象物としての基準画像で面内傾斜角の影響を考慮することのない、単純な演算アルゴリズムで適格な被検査対象物の外観検査処理が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図２】 半導体チップがトレーに収容される状態の説明図である。
【図３】 被検査対象物に設定される第１テンプレートと第２テンプレートの一例を説明する平面図である。
【図４】 半導体チップの外観検査方法を説明するフローチャートである。
【図５】 類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップの一例を示す図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図７】 図６の外観検査装置を用いた半導体チップの外観検査方法を説明するフローチャートである。
【図８】 概略面内傾斜角算出部の要部フローチャートである。
【図９】 本発明の第３の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図１０】 空間フィルタを用いたテンプレート抽出を説明する要部フローチャートである。
【図１１】 テンプレートマッチングの概念図である。
【図１２】 疎密探索法の説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ
２ トレー
３ パレット
６ 撮像装置
１０ テンプレート設定部
１２ 第１テンプレート群
２０ 画像信号取込み部
２２ 概略面内傾斜角算出部
２４ テンプレート回転部
２６ 精密面内傾斜角算出部
２８ 画像回転補正部
３０ 外観検査処理部
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体チップのような微細なパターンが形成された被検査対象物の外観検査装置及び方法に関し、特にトレー詰めされている半導体チップのように被検査対象物の配置様式や面内傾斜角度に統一性がない場合でも高速処理が行える外観検査装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体製造の分野ではウェーハや半導体チップの外観検査が行われている。ウェーハや半導体チップの外観検査では、以下のような形態が存在している。
▲１▼ウェーハ検査：ウェーハに回路パターンやパッドを形成し、表面に保護膜を付けたウェーハの最終工程に行われる外観検査で、各半導体チップに位置ズレが存在していないため外観検査は容易に行える。
▲２▼ダイシング・ウェーハ検査：完成したウェーハを粘着性のあるフィルムシートに貼り、厚さ１００μｍ程度の円盤状の刃で各チップ単位に切断した状態の半導体チップに行われる外観検査。なお、半導体チップが１ｍｍ程度以下の小さい場合には、ウェーハに切れ目を入れて、カッターの刃を当てて切断した状態の半導体チップの場合は、外観検査として切断が適切に行われているかの検査も含まれる。
【０００３】
▲３▼エキスパンド・ウェーハ検査：ダイシングしたウェーハのフィルムシートを引き伸ばして、半導体チップを取り易くした状態のウェーハに行われる外観検査。なお、半導体チップが１ｍｍ程度以下の小さい場合には、半導体チップの形状と間隔の問題から取出しができないので、エキスパンド（引き伸ばし）して、ウェーハの外観検査をする。
▲４▼トレー詰め検査：ダイシング後に良品チップをトレー（仕切りがある箱のような物）に入れた状態の半導体チップに行われる外観検査。半導体チップはトレーに入れた状態で出荷するので、半導体チップ製造者にとって最も大切な最終段階での検査となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エキスパンド・ウェーハ検査では、半導体チップの設計値に対して位置ズレや回転ズレが大きく、半導体チップの目的部位のサーチや回転補正に時間が掛かる。また、トレー詰め検査では、トレー内の半導体チップの位置ズレや回転ズレが大きく、半導体チップの目的部位のサーチや回転補正に時間が掛かるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上述する課題を解決したもので、エキスパンド・ウェーハ検査やトレー詰め検査のように半導体チップの位置ズレや回転ズレが大きい場合でも、被検査対象物の外観検査が高速処理できる外観検査装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の外観検査方法は、上記目的を達成するもので、図４に示すように、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程（Ｓ１２）と、前記第１テンプレートを、所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて第１テンプレート群を設定する工程（Ｓ１６）と、少なくとも１以上の被検査対象物が撮影された画像信号を取込む工程（Ｓ２０）と、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、前記第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程（Ｓ２２、Ｓ２４）と、前記算出された概略面内傾斜角に対応して前記第１テンプレート及び前記第２テンプレートを当該概略面内傾斜角だけ回転させる工程（Ｓ２６）と、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程と（Ｓ２８、Ｓ３０）と、前記算出された精密面内傾斜角に対応して、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の回転補正を行なう工程（Ｓ３２）と、前記回転補正がなされた画像信号を用いて、当該画像信号に含まれる前記被検査対象物の外観検査処理を施す工程（Ｓ３４、Ｓ３６）とを備えている。
【０００７】
このような工程を備える外観検査方法によれば、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定することで、単一のテンプレートでは検出できない高精度の面内傾斜角を算出可能とする。被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程では、画像信号に含まれる被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算する際に、サンプル数の限られた第１テンプレート群を用いることで、少ない演算量で必要とする精度の概略面内傾斜角を算出している。被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程では、画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び第２テンプレートとのマッチングを演算して、比較的少ない演算量で必要とする精度の精密面内傾斜角を算出している。そして、算出された精密面内傾斜角に対応して、画像信号に含まれる被検査対象物の回転補正を行ない、回転補正がなされた画像信号を用いて、画像信号に含まれる被検査対象物の外観検査処理を施すことで、良品である被検査対象物としての基準画像で面内傾斜角の影響を考慮することのない、単純な演算アルゴリズムで適格な被検査対象物の外観検査処理が行える。
【０００８】
好ましくは、第１テンプレート群は、第１面内傾斜角範囲内で粗い面内傾斜角間隔で与えられる第１グループと、この第１面内傾斜角範囲よりも狭い第２面内傾斜角範囲内で細かい面内傾斜角間隔で与えられる第２グループとに区分して設けられる構成とすると、細かい面内傾斜角間隔で第１面内傾斜角範囲内の面内傾斜角間隔でマッチング演算をする場合に比較して、少ない演算量で目的とする精度の面内傾斜角を算出できる。ここで、前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程は、図８に示すように、前記第１グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第１概略面内傾斜角を算出する工程（Ｓ７０、Ｓ７２）と、次に当該第１概略面内傾斜角を含む第２面内傾斜角範囲内の前記第２グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第２概略面内傾斜角を算出する工程（Ｓ７４、Ｓ７６）と、当該算出された第２概略面内傾斜角を前記概略面内傾斜角とする工程（Ｓ７８）を有するとよい。
【０００９】
好ましくは、前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程は、図７に示すように、前記マッチングを演算する際に、前記良品である被検査対象物における前記第１テンプレートと前記第２テンプレートとの位置関係を利用してマッチングを演算する構成とする（Ｓ４６、Ｓ５８）と、良品である被検査対象物と比較して被検査対象物の画像が歪んでいる場合でも、正確に被検査画像信号に含まれる被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域を抽出できる。
【００１０】
好ましくは、図４に示すように、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、前記第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチング演算（Ｓ２２）、又は前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチング演算（Ｓ２８）の少なくとも一方のマッチング演算には、相関処理が用いられる構成とすると、被検査対象物のキズが著しかったり、画像の歪やノイズが多い場合でも信号処理理論を用いて最も確からしいマッチング演算の処理結果が得られる。
【００１１】
好ましくは、図１０に示すように、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程（Ｓ１００）において、前記良品である被検査対象物において前記第１及び第２テンプレートに相応しいパターンを捜索する工程（Ｓ１０６）と、前記捜索工程において相応しいパターンが見当たらない場合に、前記良品である被検査対象物の画像に抽出画像処理を施して、テンプレートに相応しい少なくとも複数のパターンを形成させる工程（Ｓ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４）と、当該形成された複数のパターン対して、第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程（Ｓ１１６）とを含む外観検査方法とするとよい。
【００１２】
好ましくは、前記抽出画像処理は、図１０に示すように、前記良品である被検査対象物の画像に含まれる空間高周波成分を除去する工程（Ｓ１１０）と、前記良品である被検査対象物の画像に含まれる空間低周波成分から再生された画像から少なくとも複数のパターンを形成させる工程（Ｓ１１２）と、当該形成された複数のパターン対して、第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程（Ｓ１１４）とを含む外観検査方法とするとよい。
【００１３】
本発明の外観検査装置は、上記目的を達成するもので、図１に示すように、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定し、前記第１テンプレートを所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて第１テンプレート群１２を設定するテンプレート設定部１０と、少なくとも１以上の被検査対象物が撮影された画像信号を取込む画像信号取込み部２０と、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、第１テンプレート群１２に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する概略面内傾斜角算出部２２と、前記算出された概略面内傾斜角に対応して前記第１テンプレート及び前記第２テンプレートを当該概略面内傾斜角だけ回転させるテンプレート回転部２４と、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する精密面内傾斜角算出部２６と、前記算出された精密面内傾斜角に対応して、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の回転補正を行なう画像回転補正部２８と、前記回転補正がなされた画像信号を用いて、当該画像信号に含まれる前記被検査対象物の外観検査処理を施す外観検査処理部３０とを備えている。
【００１４】
好ましくは、図６に示すように、第１テンプレート群１２は、第１面内傾斜角範囲内で粗い面内傾斜角間隔で与えられる第１グループと、この第１面内傾斜角範囲よりも狭い第２面内傾斜角範囲内で細かい面内傾斜角間隔で与えられる第２グループとに区分して設けられる構成としている。また、概略面内傾斜角算出部２２は、前記第１グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第１概略面内傾斜角を算出する第１概略面内傾斜角算出部２２２と、当該第１概略面内傾斜角を含む第２面内傾斜角範囲内の前記第２グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第２概略面内傾斜角を算出する第２概略面内傾斜角算出部２２４とを有し、前記算出された第２概略面内傾斜角を前記概略面内傾斜角とする構成とすると良い。
【００１５】
好ましくは、概略面内傾斜角算出部２２は、前回検査対象の被検査対象物の傾斜データ、又は前回測定の被検査対象物の端部データの少なくとも一方をパラメータに含めて、今回検査対象の被検査対象物の概略面内傾斜角を求めるように構成されているとよい。被検査対象物は、同一の製造条件で製造される場合が多いから、直近の被検査対象物の傾斜データや前回測定の被検査対象物の端部データを用いると、概略面内傾斜角が円滑に算出できる。ここで、傾斜データには例えば精密面内傾斜角が用いられ、端部データには例えば被検査対象物の端子部パターンが用いられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。図において、半導体チップ１を平面的に多数収容したトレー２はパレット３上に載置されており、パレット３はＸＹステージ５の上に置かれている。撮像装置６は所定倍率の顕微鏡７を用いて視野内の半導体チップ１を撮影するもので、例えばＣＣＤ(Charge-Coupled device)やＴＶカメラが用いられる。顕微鏡７の倍率は、例えば撮像装置６の視野に被検査対象となる半導体チップ１全体が撮影されるような比較的低倍率であって、且つ半導体チップ１の瑕疵態様が判別できる程度に高倍率であることが望ましい。半導体チップ１の瑕疵態様には、異物、針跡異常、パッドの針跡ズレ、欠け、浮遊ゴミ、保護膜のムラ、キズ等がある。
【００１７】
図２は半導体チップがトレーに収容される状態の説明図で、（Ａ）は整列状態の平面図、（Ｂ）は通常検査状態の平面図、（Ｃ）は側面断面図である。半導体チップ１は、図２に示すように、トレー２の凹部にマトリクス平面状に多数収容されている。しかし、トレー２の凹部は半導体チップ１に比較して余裕のある寸法なので、各半導体チップ１は、トレー２の凹部内で区々の方向を向いている。そこで、撮像装置６により撮像される画像の水平方向及び垂直方向を、ＸＹステージ５の座標軸方向に一致させても、ＸＹステージ５とパレット３、トレー２の方向が揃うように整置できるが、各半導体チップ１はランダムな面内傾斜角を有することになる。ここで、面内傾斜角とは撮像装置６の光軸と垂直な画像基準平面に対して、同一面内で各半導体チップ１が基準方向に対して傾斜（回転）している角度をいう。もし、トレー２の凹部内の底面に傾斜があると、半導体チップ１も底面傾斜に沿って傾斜するが、この傾斜角は画像基準平面に対して面外に傾斜している。そこで、半導体チップ１の面外傾斜の影響を考慮する場合には、面内傾斜角に加えて面外傾斜角も考慮する。
【００１８】
図１に戻り、撮像装置６で撮影された、被検査対象となる半導体チップ１の画像を処理する外観検査装置について説明する。外観検査装置は、テンプレート設定部１０、第１テンプレート群１２、画像信号取込み部２０、概略面内傾斜角算出部２２、テンプレート回転部２４、精密面内傾斜角算出部２６、画像回転補正部２８、外観検査処理部３０を備えるもので、例えばパソコンやワークステーションのような高度の演算処理機能を有するコンピュータに外観検査装置用のプログラムをアップロードして使用される。
【００１９】
テンプレート設定部１０は、良品である半導体チップ１の２つの領域に対応して第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２を画像認識技術やオペレータの指示に従い設定し、第１テンプレートＴｐ１を所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて第１テンプレート群１２を設定する。図３は、被検査対象物に設定される第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートの一例を説明する平面図で、（Ａ）は空間高周波成分を含む木目細やかな画像、（Ｂ）は空間高周波成分を除去した概括的な画像である。第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２は、良品である被検査対象物において単一の領域が定まるように設定し、例えば第１テンプレートＴｐ１は丸型パターンと矩形パターンの一部を含み、第２テンプレートは長方形パターンと矩形パターンの一部を含んでいる。
【００２０】
所定面内傾斜角範囲内とは、例えば各半導体チップ１がトレー２の凹部内で区々の方向を向いている場合に、取り得る最大値と最小値を基準として定め、例えば±１５〜±３５度とする。所定面内傾斜角間隔とは、トレー２の凹部内に位置する各半導体チップ１の面内傾斜角の求めるべき精度に応じて定めるもので、例えば０．５度〜５度のように選定する。面内傾斜角間隔を一定にしたまま、所定面内傾斜角範囲内の全てについて第１テンプレート群１２を設定すると演算処理時間が膨大になる可能性がある。そこで、例えば第１段階では粗い面内傾斜角間隔で全ての面内傾斜角範囲内について第１テンプレート群１２の第１グループを設定し、次に第２段階では細かい面内傾斜角間隔で第１段階の粗い面内傾斜角間隔に相当する面内傾斜角範囲内について第１テンプレート群１２の第２グループを設定して、面内傾斜角間隔の測定精度と演算速度とを両立させてもよい。
【００２１】
図１に戻り、画像信号取込み部２０は、撮像装置６で撮影された、被検査対象となる半導体チップ１の画像信号を取込むもので、例えば撮像装置６で撮影された画像情報を記憶するフレキシブル・ディスクやＣＤ−ＲＯＭの読取装置でもよく、また通信回線を用いて撮像装置６で撮影された画像信号を受信するものでも良い。概略面内傾斜角算出部２２は、画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域と、第１テンプレート群１２に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１とのマッチングを演算して、半導体チップ１の概略面内傾斜角を算出するもので、演算処理の具体的な内容は後で説明する。
【００２２】
テンプレート回転部２４は、概略面内傾斜角算出部２２で算出された概略面内傾斜角に対応して、第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を概略面内傾斜角だけ回転させる機能を有する。精密面内傾斜角算出部２６は、画像信号取込み部２０で取込んだ画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域及び第２テンプレート対応領域と、テンプレート回転部２４で概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２とのマッチングを演算して、半導体チップ１の精密面内傾斜角を算出するもので、演算処理の具体的な内容は後で説明する。
【００２３】
画像回転補正部２８は、精密面内傾斜角算出部２６で算出された精密面内傾斜角に対応して、画像信号取込み部２０で取込んだ画像信号に含まれる半導体チップ１の回転補正を行なう。外観検査処理部３０は、画像回転補正部２８で回転補正がなされた画像信号を用いて、画像信号取込み部２０で取込んだ画像信号に含まれる半導体チップ１の外観検査処理を施す。外観検査処理とは、半導体チップ１に異物、針跡異常、パッドの針跡ズレ、欠け、浮遊ゴミ、保護膜のムラ、キズ等の瑕疵があるか否か検査することをいう。
【００２４】
このように構成された外観検査装置を用いて、撮像装置６で撮影された被検査対象となる半導体チップの外観検査方法について説明する。図４は半導体チップの外観検査方法を説明するフローチャートである。図示するように、被検査対象となる半導体チップの画像には、良品である半導体チップの外観を記録した基準画像と、製造された多数の被検査対象となる半導体チップの被検査画像とがある。まず、良品である半導体チップの外観を記録した基準画像を、画像信号取込み部２０等を用いて適宜外観検査装置に取込む（Ｓ１０）。次に、テンプレート設定部１０によって基準画像から第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定する（Ｓ１２）。第１テンプレートＴｐ１は、概略面内傾斜角算出部２２で概略面内傾斜角の算出に使用されるので、面内傾斜角測定に適する形状、例えば面内傾斜角の基準方向と一致する線分を有する領域を設定すると良い（Ｓ１４）。第２テンプレートＴｐ２は、第１テンプレートＴｐ１と共に精密面内傾斜角算出部２６で精密面内傾斜角の算出に使用されるので、面内傾斜角の精密測定に適する形状、例えば面内傾斜角の基準方向と直交する線分を含む領域を設定すると良い（Ｓ１５）。次に、テンプレート設定部１０により、第１テンプレートＴｐ１を所定面内傾斜角範囲内（例えば−２５度〜＋２５度）の所定面内傾斜角間隔（例えば５度）で回転させて、第１テンプレート群１２を設定する（Ｓ１６）。
【００２５】
次に、今回検査対象となる撮像装置６で撮影された被検査対象となる半導体チップの画像信号を取込む（Ｓ２０）。そして、各面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１と、半導体チップの画像信号との間でテンプレートマッチングを行う（Ｓ２２）。なお、テンプレートマッチングの詳細は後で説明する。そして、概略面内傾斜角算出部２２により概略面内傾斜角を算出する（Ｓ２４）。ここで、例えば相関値を用いて算出すると、第１テンプレートＴｐ１の所定面内傾斜角間隔に比較して、高い精度で概略面内傾斜角を算出できる。
【００２６】
次に、テンプレート回転部２４により、Ｓ２４で算出された概略面内傾斜角に対応して、第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を回転させる（Ｓ２６）。そして、概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２と、半導体チップの画像信号との間でテンプレートマッチングを行う（Ｓ２８）。そして、精密面内傾斜角算出部２６により、両者の角度のズレと位置ズレ量を演算して、半導体チップ１の精密面内傾斜角を算出する（Ｓ３０）。そして、Ｓ３０にて算出された精密面内傾斜角に対応して、半導体チップの画像信号の回転変換を行なう（Ｓ３２）。そして、外観検査処理部３０によって、基準画像と被検査対象となる半導体チップの被検査画像との差分をとり（Ｓ３４）、被検査対象となる半導体チップの欠陥を検出する（Ｓ３６）。
【００２７】
（実施例２）本実施例は、例えばＤＲＡＭのように類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップの欠陥検出に関する。図５は類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップの一例を示す図で、（Ａ）は基準画像、（Ｂ）〜（Ｄ）は被検査対象となる半導体チップの画像信号を示している。図５（Ａ）の基準画像では、入力端子パターンに相当するＬ１、Ｌ２、…、Ｌ５の５個の丸型パターンが基準画像の左側に設けられている。また、出力端子パターンに相当するＲ１、Ｒ２、…、Ｒ５の５個の正方形パターンが基準画像の右側に設けられている。入力端子パターンＬ１、Ｌ２、…、Ｌ５と出力端子パターンＲ１、Ｒ２、…、Ｒ５の間には横長矩形パターンＤＳＰ１、ＤＳＰ２、…、ＤＳＰ５が設けられており、横長矩形パターンＤＳＰ１では例えばディジタル信号の信号処理がなされる。
【００２８】
図６は本発明の第２の実施の形態を説明する全体構成ブロック図で、図５（Ａ）に示すような類似パターンが繰返して並んでいる半導体チップに対する外観検査装置を示している。なお、図６において前記図１と同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。相対位置関係記憶部１４は、基準画像に対してテンプレート設定部１０により求められた、第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係、例えば直線距離ｄを記憶している。
【００２９】
概略面内傾斜角算出部２２は、ここでは第１面内傾斜角算出部２２２と第２面内傾斜角算出部２２４の２段階の精度で、半導体チップ１の概略面内傾斜角を算出するものである。第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１の各面内傾斜角のうち、第１面内傾斜角算出部２２２は、例えば１０度間隔で画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域とマッチング演算を行ない、第２面内傾斜角算出部２２４は、例えば２．５度間隔で画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域とマッチング演算を行なう。所定回転角テンプレート抽出部２２６は、第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１から、第１面内傾斜角算出部２２２と第２面内傾斜角算出部２２４で使用する面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１を抽出して、第１面内傾斜角算出部２２２と第２面内傾斜角算出部２２４に送る。
【００３０】
第２テンプレート位置推算部２７は、相対位置関係記憶部１４に記憶された第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係を用いて、画像信号に含まれる半導体チップ１の第２テンプレート対応領域の範囲を推算する。図５（Ｂ）〜（Ｄ）に示す被検査対象となる半導体チップの画像信号を用いて説明すると、半導体チップ１の第１テンプレート対応領域に関しては概略面内傾斜角算出部２２で求めた位置を用いる。例えば、図５（Ｂ）に示すように、第１テンプレートＴｐ１は、入力端子パターンＬ１を含む領域に設定される。次に、図５（Ｃ）に示すように、第２テンプレート位置推算部２７を用いて、第１テンプレートＴｐ１が入力端子パターンＬ１に位置している場合に、第２テンプレートＴｐ２が概ね出力端子パターンＲ３を含む領域に位置することを推算する。そして、図５（Ｄ）に示すように、画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域及び第２テンプレート対応領域を確定する。精密面内傾斜角算出部２６は、第２テンプレート位置推算部２７で推算された半導体チップ１の第２テンプレート対応領域の範囲内から第２テンプレートＴｐ２を定める。
【００３１】
図７は図６の外観検査装置を用いた半導体チップの外観検査方法を説明するフローチャートである。まず、良品である類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップの外観を記録した基準画像を、画像信号取込み部２０等を用いて適宜外観検査装置に取込む（Ｓ４０）。次に、テンプレート設定部１０によって基準画像に対して、第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定する（Ｓ４２）。第１テンプレートＴｐ１は、例えば入力端子パターンＬ１を含む領域に設定する（Ｓ４４）。第２テンプレートＴｐ２は、例えば出力端子パターンＲ３を含む領域に設定する（Ｓ４５）。次に、テンプレート設定部１０により、第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係、例えば直線距離ｄを求める（Ｓ４６）。
【００３２】
他方、テンプレート設定部１０により、第１テンプレートＴｐ１を所定面内傾斜角範囲内（例えば−２５度〜＋２５度）の所定面内傾斜角間隔（例えば３度）で回転させて、第１テンプレート群１２を設定する（Ｓ４８）。ここで、類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップに対しては、類似パターンの繰返しのない通常パターンの半導体チップに比較して、所定面内傾斜角間隔を例えば半分程度に設定することで、テンプレートマッチング結果を用いて、相関係数が真に大きくなる概略面内傾斜角を算出できる。所定面内傾斜角間隔を粗くしすぎると、真の概略面内傾斜角を算出できず、ニセの概略面内傾斜角を算出してしまうため、被検査対象となる半導体チップの欠陥検出ができなくなる。
【００３３】
次に、今回検査対象となる撮像装置６で撮影された被検査対象となる半導体チップの画像信号を取込む（Ｓ５０）。そして、各面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１と、半導体チップの画像信号との間でテンプレートマッチングを行う（Ｓ５２）。そして、概略面内傾斜角算出部２２により概略面内傾斜角を算出して（Ｓ５４）、テンプレート回転部２４により、Ｓ２４で算出された概略面内傾斜角に対応して、第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を回転させる（Ｓ５６）。
【００３４】
他方、Ｓ５２のテンプレートマッチング結果を用いて、被検査対象となる半導体チップの画像信号における第１テンプレートＴｐ１のマッチング位置を取得し（Ｓ５５）、第２テンプレート位置推算部２７（Ｓ４６）で求めた第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係を用いて、被検査対象となる半導体チップの画像信号における第２テンプレートＴｐ２の位置を推定する（Ｓ５８）。そして、概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２と、半導体チップの画像信号との間でテンプレートマッチングを行う（Ｓ６０）。そして、精密面内傾斜角算出部２６により、両者の角度のズレと位置ズレ量を演算して、半導体チップ１の精密面内傾斜角を算出する（Ｓ６２）。そして、Ｓ６２にて算出された精密面内傾斜角に対応して、半導体チップの被検査画像信号の回転変換を行なう（Ｓ６４）。そして、外観検査処理部３０によって、基準画像と被検査対象となる半導体チップの被検査画像との差分をとり（Ｓ６６）、被検査対象となる半導体チップの欠陥を検出する（Ｓ６８）。
【００３５】
図８は、概略面内傾斜角算出部の要部フローチャートで、図７に示すＳ４８、Ｓ５２の機能を発揮する概略面内傾斜角算出部として、図６に示す第１面内傾斜角算出部と第２面内傾斜角算出部を用いる場合を説明している。まず、所定回転角テンプレート抽出部２２６によって、第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１から、第１面内傾斜角算出部２２２で使用する面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１を抽出する（Ｓ７０）。抽出される面内傾斜角は、例えば−２５度〜＋２５度までを範囲とする１０度間隔の第１テンプレートＴｐ１である。そして、第１面内傾斜角算出部２２２により、被検査画像とテンプレートマッチング演算される。そして、最も確からしい面内傾斜角ａを、二次補間のような適宜の補間式を用いて算出する（Ｓ７２）。
【００３６】
次に、所定回転角テンプレート抽出部２２６によって、第１テンプレート群１２に含まれる第１テンプレートＴｐ１から、第２面内傾斜角算出部２２４で使用する面内傾斜角の第１テンプレートＴｐ１を抽出する（Ｓ７４）。抽出される面内傾斜角は、例えばＳ７２で求めた面内傾斜角ａを中心とする、Ｓ７０よりも細かな２．５度間隔の第１テンプレートＴｐ１である。そして、第２面内傾斜角算出部２２４により、被検査画像とテンプレートマッチング演算される。そして、最も確からしい面内傾斜角ｂを、二次補間のような適宜の補間式を用いて算出する（Ｓ７６）。
【００３７】
そして、テンプレート回転部２４により、Ｓ７６で算出された面内傾斜角ｂに対応して、第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を回転させる（Ｓ７８）。そして、相対位置関係記憶部１４に記憶された第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２の相対位置関係を用いて、基準画像における第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２のなす角度θを求める（Ｓ８０）。また、被検査画像に対してはサブピクセル精度で画像信号に含まれる半導体チップ１の第１テンプレート対応領域と第２テンプレート対応領域の位置合わせをして、求まった座標から被検査画像における第１テンプレートＴｐ１と第２テンプレートＴｐ２のなす角度θ'を求める（Ｓ８２）。そして、Ｓ７６で算出された面内傾斜角ｂと、Ｓ８０で求めた角度θ並びにＳ８２で求めた角度θ'との偏差（θ−θ'）として、精密面内傾斜角算出部２６により、最も確からしい面内傾斜角を算出する（Ｓ８４）。
【００３８】
（実施例３）本実施例は、テンプレート設定部１０により、良品である被検査対象物の画像である基準画像に対して第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２が旨く設定できない場合の対処に関する。今日の高密度化・微細化した半導体パターンにおいては、良品である被検査対象物の画像である基準画像に対して第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定するのに画像情報が多すぎて過大な時間の掛かる場合がある。このような場合には、図３に示すように、空間フィルタ処理を行い、微細な画像情報を取り除いて大局的なパターン配置から第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定するのがよい。
【００３９】
図９は本発明の第３の実施の形態を説明する全体構成ブロック図で、図３（Ａ）に示すような微細な画像情報を含む基準画像からテンプレートを抽出する外観検査装置を示している。なお、図９において前記図１、図６と同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。図において、空間フィルタ部１０２は、入力された基準画像から所定の空間周波数以上の高周波成分を除去して、低周波数成分の画像情報として再合成するもので、画像処理に適合したものであればHAAR変換のような公知の適宜の画像情報圧縮技術を用いてよい。テンプレート設定規範部１０４は、基準画像から第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定する場合の規範が定められている。例えば、基準画像から単一の領域が定まるように大局的なパターン配置からテンプレートを定めると共に、面内傾斜角を迅速に演算処理するため単純な図形になるように定める。
【００４０】
図１０は空間フィルタを用いたテンプレート抽出を説明する要部フローチャートである。まず、テンプレート設定部１０により基準画像に対して第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２の設定シーケンスが開始される（Ｓ１００）。まず、良品である被検査対象物の画像を記録してある基準画像を読込む（Ｓ１０２）。また、テンプレート設定規範部１０４からテンプレートの設定規範を読込む（Ｓ１０４）。そして、基準画像中にテンプレートとして適切な領域が存在するか判断し（Ｓ１０６）、存在していれば当該領域を第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２として設定する（Ｓ１０８）。
【００４１】
Ｓ１０６にて基準画像中にテンプレートとして適切な領域が存在しないと判断された場合には、空間フィルタ部１０２にて基準画像中の空間高周波成分を除去し（Ｓ１１０）、残余の空間低周波成分から再生された基準画像を合成する（Ｓ１１２）。合成された基準画像では、微細なパターン情報は除去されて、大局的なパターン情報のみが含まれている。そこで、合成された基準画像から複数のパターンを形成して（Ｓ１１４）、当該複数のパターンに対して第１テンプレートＴｐ１及び第２テンプレートＴｐ２を設定し（Ｓ１１６）、リターンとする。
【００４２】
空間フィルタ部１０２によれば、図３（Ａ）の微細な画像情報を含む基準画像から高周波成分が除去されて、図３（Ｂ）に示すような概括的・大局的な配置のパターン情報が得られる。
【００４３】
（テンプレートマッチングの原理）続いて、各実施例の概略面内傾斜角算出部２２、精密面内傾斜角算出部２６で用いたテンプレートマッチングの原理について説明する。図１１はテンプレートマッチングの概念図で、（Ａ）は被探索対象画像、（Ｂ）はテンプレートを表している。テンプレートマッチングは、探索したい画像情報として登録し、探索対象画像の探索範囲内で動かし、テンプレートとの類似度を計算することにより、テンプレートと一致した画像を探し出すマッチング手法である。次式は、正規化相関によるテンプレートマッチングの概念図と相関値を求める式である。
【数１】
正規化相関によるテンプレートマッチングは、テンプレートを基準画像中の探索対象画像の指定された探索範囲を１画素単位で動かすので、テンプレートサイズや探索する対象が大きくなった場合、計算コストが大きくなり、探索時間が掛かる。他方、半導体チップの検査のような用途では、スループットを向上させることが必要であり、検査時間も短縮することが要請されている。そこで、疎密探索法を採用して、テンプレートマッチングに掛かる探索時間を短くするのがよい。
【００４５】
図１２は疎密探索法の説明図である。疎密探索法は、最初から解像度の高い画像での探索は行わず、解像度を落とした層を作成し、解像度の低い画像で粗い探索を行ってから、順次解像度を上げて次第に解像度の高い層で精度の高い探索を行うことで、マッチング処理時間の短縮を行なう式である。例えば、解像度の低い層としては、直近高解像度層の２ｘ２画素の平均をとって１画素を形成すると良い。
【００４６】
なお、上記の実施の形態においては、テンプレートマッチングとして正規化相関法や疎密探索法の場合を例に説明したが、被検査対象物のテンプレート対応領域とテンプレートとの適合度を演算できるものであれば、適宜のマッチング演算を用いても良い。また、上記の実施の形態においては、テンプレート所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて、第１テンプレート群を設定して、被検査対象物のテンプレート対応領域とテンプレートとの適合度を演算している。そこで、面内傾斜角間隔の中間に最も確からしい角度が存在するから、適宜の補間法を用いて最も確からしい角度を求めると良い。さらに、上記実施の形態においては、被検査対象物の位置ズレや回転ズレが大きい場合として、半導体チップのトレー詰め検査を例に説明したが、本発明はエキスパンド・ウェーハ検査にも適用できるし、個別包装された医薬品や食品のような各種の目視検査に適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の外観検査方法によれば、良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定することで、単一のテンプレートでは検出できない高精度の面内傾斜角を算出可能とする。被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程では、画像信号に含まれる被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算する際に、サンプル数の限られた第１テンプレート群を用いることで、少ない演算量で必要とする精度の概略面内傾斜角を算出している。被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程では、画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び第２テンプレートとのマッチングを演算して、比較的少ない演算量で必要とする精度の精密面内傾斜角を算出している。そして、算出された精密面内傾斜角に対応して、画像信号に含まれる被検査対象物の回転補正を行ない、回転補正がなされた画像信号を用いて、画像信号に含まれる被検査対象物の外観検査処理を施すことで、良品である被検査対象物としての基準画像で面内傾斜角の影響を考慮することのない、単純な演算アルゴリズムで適格な被検査対象物の外観検査処理が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図２】 半導体チップがトレーに収容される状態の説明図である。
【図３】 被検査対象物に設定される第１テンプレートと第２テンプレートの一例を説明する平面図である。
【図４】 半導体チップの外観検査方法を説明するフローチャートである。
【図５】 類似のパターンが繰返して並んでいる半導体チップの一例を示す図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図７】 図６の外観検査装置を用いた半導体チップの外観検査方法を説明するフローチャートである。
【図８】 概略面内傾斜角算出部の要部フローチャートである。
【図９】 本発明の第３の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図１０】 空間フィルタを用いたテンプレート抽出を説明する要部フローチャートである。
【図１１】 テンプレートマッチングの概念図である。
【図１２】 疎密探索法の説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体チップ
２ トレー
３ パレット
６ 撮像装置
１０ テンプレート設定部
１２ 第１テンプレート群
２０ 画像信号取込み部
２２ 概略面内傾斜角算出部
２４ テンプレート回転部
２６ 精密面内傾斜角算出部
２８ 画像回転補正部
３０ 外観検査処理部
Claims (13)
- 良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程と；
前記第１テンプレートを、所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて第１テンプレート群を設定する工程と；
少なくとも１以上の被検査対象物が撮影された画像信号を取込む工程と；
前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、前記第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程と；
前記算出された概略面内傾斜角に対応して前記第１テンプレート及び前記第２テンプレートを当該概略面内傾斜角だけ回転させる工程と；
前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程と；
前記算出された精密面内傾斜角に対応して、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の回転補正を行なう工程と；
前記回転補正がなされた画像信号を用いて、当該画像信号に含まれる前記被検査対象物の外観検査処理を施す工程と；
を有する外観検査方法。 - 前記第１テンプレート群は、第１面内傾斜角範囲内で粗い面内傾斜角間隔で与えられる第１グループと、この第１面内傾斜角範囲よりも狭い第２面内傾斜角範囲内で細かい面内傾斜角間隔で与えられる第２グループとに区分して設けられ；
前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する工程は；
前記第１グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第１概略面内傾斜角を算出する工程と；
次に当該第１概略面内傾斜角を含む第２面内傾斜角範囲内の前記第２グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第２概略面内傾斜角を算出する工程と；
当該算出された第２概略面内傾斜角を前記概略面内傾斜角とする工程を有する；
請求項１記載の外観検査方法。 - 前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する工程は、前記マッチングを演算する際に、前記良品である被検査対象物における前記第１テンプレートと前記第２テンプレートとの位置関係を利用してマッチングを演算する；
請求項１又は請求項２に記載の外観検査方法。 - 前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、前記第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチング演算、又は前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチング演算の少なくとも一方のマッチング演算には、相関処理が用いられる；
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の外観検査方法。 - 良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程において；
前記良品である被検査対象物において前記第１及び第２テンプレートに相応しいパターンを捜索する工程と；
前記捜索ステップにおいて相応しいパターンが見当たらない場合に、前記良品である被検査対象物の画像に抽出画像処理を施して、テンプレートに相応しい少なくとも複数のパターンを形成させる工程と；
当該形成された複数のパターン対して、第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程とを含む；
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の外観検査方法。 - 前記抽出画像処理は；
前記良品である被検査対象物の画像に含まれる空間高周波成分を除去する工程と；
前記良品である被検査対象物の画像に含まれる空間低周波成分から再生された画像から少なくとも複数のパターンを形成させる工程と；
当該形成された複数のパターン対して、第１テンプレートと第２テンプレートを設定する工程とを含む；
請求項５に記載の外観検査方法。 - 良品である被検査対象物の少なくとも２つの領域に対応して第１テンプレートと第２テンプレートを設定し、前記第１テンプレートを所定面内傾斜角範囲内の所定面内傾斜角間隔で回転させて第１テンプレート群を設定するテンプレート設定部と；
少なくとも１以上の被検査対象物が撮影された画像信号を取込む画像信号取込み部と、
前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域と、前記第１テンプレート群に含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の概略面内傾斜角を算出する概略面内傾斜角算出部と；
前記算出された概略面内傾斜角に対応して前記第１テンプレート及び前記第２テンプレートを当該概略面内傾斜角だけ回転させるテンプレート回転部と；
前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の第１テンプレート対応領域及び前記第２テンプレート対応領域と、前記概略面内傾斜角だけ回転させた第１テンプレート及び前記第２テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の精密面内傾斜角を算出する精密面内傾斜角算出部と；
前記算出された精密面内傾斜角に対応して、前記画像信号に含まれる前記被検査対象物の回転補正を行なう画像回転補正部と；
前記回転補正がなされた画像信号を用いて、当該画像信号に含まれる前記被検査対象物の外観検査処理を施す外観検査処理部と；
を備える外観検査装置。 - 前記第１テンプレート群は、第１面内傾斜角範囲内で粗い面内傾斜角間隔で与えられる第１グループと、この第１面内傾斜角範囲よりも狭い第２面内傾斜角範囲内で細かい面内傾斜角間隔で与えられる第２グループとに区分して設けられ；
前記概略面内傾斜角算出部は；
前記第１グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第１概略面内傾斜角を算出する第１概略面内傾斜角算出部と；
当該第１概略面内傾斜角を含む第２面内傾斜角範囲内の前記第２グループに含まれる各面内傾斜角の第１テンプレートとのマッチングを演算して、前記被検査対象物の第２概略面内傾斜角を算出する第２概略面内傾斜角算出部と；
を有し、前記算出された第２概略面内傾斜角を前記概略面内傾斜角とする請求項７記載の外観検査装置。 - 前記精密面内傾斜角算出部は、前記マッチングを演算する際に、前記良品である被検査対象物における前記第１テンプレートと前記第２テンプレートとの位置関係を利用してマッチングを演算する請求項７又は請求項８に記載の外観検査装置。
- 前記概略面内傾斜角算出部と前記精密面内傾斜角算出部のマッチング演算の少なくとも一方には、相関処理演算が用いられる請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載の外観検査装置。
- 前記テンプレート設定部において；
前記良品である被検査対象物において前記第１及び第２テンプレートに相応しいパターンを捜索し、前記捜索において相応しいパターンが見当たらない場合に、前記良品である被検査対象物の画像に抽出画像処理を施して、テンプレートに相応しい少なくとも複数のパターンを形成させ、当該形成された複数のパターン対して、第１テンプレートと第２テンプレートを設定するように構成されていることを特徴とする請求項７乃至請求項１０の何れか１項に記載の外観検査装置。 - 前記抽出画像処理は、前記良品である被検査対象物の画像に含まれる空間高周波成分を除去し、前記良品である被検査対象物の画像に含まれる空間低周波成分から再生された画像から少なくとも複数のパターンを形成させ、当該形成された複数のパターン対して、第１テンプレートと第２テンプレートを設定するように構成されている請求項１１に記載の外観検査装置。
- 前記概略面内傾斜角算出部は、前回検査対象の被検査対象物の傾斜データ、又は前回測定の被検査対象物の端部データの少なくとも一方をパラメータに含めて、今回検査対象の被検査対象物の概略面内傾斜角を求めるように構成されている請求項７乃至請求項１２の何れか１項に記載の外観検査装置。
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