JP4230880B2

JP4230880B2 - 欠陥検査方法

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Publication number: JP4230880B2
Application number: JP2003358306A
Authority: JP
Inventors: 哲志伊美
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: TWI260558B; US7477773B2; CN1619790A; KR20050037358A; TW200527321A; KR100586293B1; JP2005121546A; CN1331206C; US20050100206A1

Description

本発明は、例えば、パターンが形成された半導体チップ等のチップ部品の被検査体を撮像して取得した被検査画像データと参照画像データとを比較して欠陥検査を行う欠陥検査方法に関する。

情報機器の小型化に伴い半導体チップ等のチップ部品を基板に直接実装するタイプのパッケージが普及してきている。これらのパッケージでは、パターンに付着したダスト等が致命的な接続不良や特性不良を起こす原因となる。そのため、チップ部品を実装する場合、パターンにダスト付着等の欠陥が存在していないか検査する必要がある。

ところで、半導体チップ等のチップ部品には、微細な回路パターンが形成されている。このパターンの密度は、チップ上の各領域において異なっている。

このようなパターンの欠陥を検査する検査方法として、予め良品のパターンを撮像して取得した画像（以下、参照画像データと称する）を記憶するとともに、検査するパターンを撮像してその画像（以下、被検査画像データと称する）を取得し、この被検査画像データと参照画像データとの差分を求める方法が知られている。

差分の画像データから差分値の大きい部分を抽出し、この抽出した部分が連続する領域のサイズを求める。次に、抽出した部分のサイズと予め設定された欠陥サイズ判定用の閾値とを比較し、抽出した部分の欠陥判定を行う。

このパターン検査方法において欠陥サイズ判定用の閾値は、パターンの各領域毎に指定される。そして、欠陥判定は、各領域毎に指定された各閾値により行うのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−８４３７９号公報

チップ部品に形成されるパターンは、各領域において密度が異なっているために、各領域毎にその形状が複雑であったり、領域の形成数が多かったりする。このため、これら領域毎にそれぞれ欠陥サイズ判定用の閾値を指定する作業を行わなければならず、その作業に膨大な時間が掛かり、閾値の指定の作業効率が低下する。

本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、パターンの密度に応じて自動的に欠陥部分のサイズに応じた欠陥検出感度を有するサイズ判定領域を設定して欠陥検査できる欠陥検査方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の欠陥検査方法は次のように構成されている。

（１）パターンが描かれた被検査体を撮像して取得した被検査画像データと参照画像データとに基づいて前記被検査体の欠陥検査を行う欠陥検査方法において、前記参照画像データに基づいて前記パターンの幅を複数の方向に対して計測し、前記参照画像データを前記パターンの前記各方向に対する幅に応じた明度に変換して、前記各方向に対応する複数のスキャン画像データを作成する第１の工程と、前記複数のスキャン画像データを比較し、これらスキャン画像データから最も小さな明度である最小明度を選び出して幅画像データを作成する第２の工程と、前記被検査画像データと前記参照画像データに基づいて欠陥部分を抽出し、前記欠陥部分を前記パターンの幅が最小明度となる方向に対して測定した欠陥のサイズを明度に変換して欠陥サイズ画像データを作成する第３の工程と、前記欠陥サイズ画像データと前記幅画像データとに基づいて前記欠陥部分に対する欠陥判定を行う第４の工程とを具備することを特徴とする。

（２）（１）に記載された欠陥検査方法であって、前記第１の工程では、前記パターンの幅を少なくとも縦方向、横方向、及び斜め方向に対して計測して縦スキャン画像データ、横スキャン画像データ、及び斜めスキャン画像データを作成することを特徴とする。

（３）（２）に記載された欠陥検査方法であって、前記第１の工程では、前記斜めスキャン画像データのうち、連続的に明度が変化している部分の明度を０とすることを特徴とする。

（４）（２）に記載された欠陥検査装置であって、前記第１の工程では、複数のパターンが交差する交差部分の明度を０として、前記第２の工程では、前記交差部分に対して前記縦スキャン画像データと前記横スキャン画像データのみに基づいて前記幅画像データを作成することを特徴とする。

（６）パターンが描かれた被検査体を撮像して取得した被検査画像データと参照画像データとに基づいて前記被検査体の欠陥検査を行う欠陥検査方法において、前記参照画像データを、複数の方向に対して測定された前記パターンの幅のうち、最小幅となる方向に応じた明度に変換して方向画像データを作成する第１の工程と、前記方向画像データに基づき前記参照画像データを前記パターンの前記最小幅に応じた明度に変換し、この明度に応じた各欠陥検出感度を示す感度画像データを作成する第２の工程と、前記被検査画像データと前記参照画像データとに基づいて欠陥部分を抽出し、前記欠陥部分の欠陥サイズを明度に変換して欠陥サイズ画像データを作成する第３の工程と、前記欠陥サイズ画像データと前記感度画像データとを比較して前記欠陥部分に対する欠陥判定を行う第４の工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、パターンの密度に応じて自動的に欠陥部分のサイズに応じた欠陥検出感度を有するサイズ判定領域を設定して欠陥検査を行うことができる。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る欠陥検査方法を適用した欠陥検査装置の構成図である。

テーブル３上には、チップ部品１が載置される。このチップ部品１には、回路パターン２が形成されている。チップ部品１としては、参照画像データを取得するための良品と、パターン欠陥検査を行う未検査の未検査品とを準備しておく。

チップ部品１の上方には、ＣＣＤカメラ４が設けられる。このＣＣＤカメラ４は、チップ部品１の回路パターン２を撮像して、その画像信号を出力する。なお、ＣＣＤカメラ４から出力される画像信号を複数の画素により構成される行列と考えた場合、行に沿う方向を横方向、列に沿う方向を縦方向、行及び列に対して傾斜する方向を斜め方向と定義する。

画像処理部５は、ＣＣＤカメラ４から出力される画像信号を入力し、良品のチップ部品１の画像データを参照画像データとして参照画像メモリ６に記憶し、かつ未検査のチップ部品１の画像データを順次入力し、これら画像データを被検査画像データとして被検査画像メモリ７に記憶する。なお、検査しようとするチップ部品１の参照画像データが予め参照画像メモリ６に記憶されていれば、良品のチップ部品１の参照画像データを取得する必要はない。

差分演算部８は、参照画像メモリ６に記憶されている参照画像データと被検査画像メモリ７に記憶されている被検査画像データとを読み出し、これら参照画像データと被検査画像データと差分、すなわち濃淡レベルの差を求め、この差分画像データを取得する。

感度作成部９は、参照画像メモリ６に記憶されている参照画像データを読み出し、この参照画像データをパターンの幅に応じた明度に変換し、この明度に応じた各欠陥検出感度の各サイズ判定領域を有する感度画像データを作成する。

具体的に感度作成部９は、最初に、参照画像データを所定の閾値で２値化し、この２値化された参照データに対して、複数の方向に直線状にスキャンし、白レベル或いは黒レベルのうち、回路パターン２を示す方の連続する画素数を計測して、連続する画素数が最も小さくなる方向をコード（明度）に変換して方向画像データを作成する。

例えば、図２は同実施の形態に係る２値化された参照画像データの模式図であって、金属製の回路パターン２は黒レベルとなっている。

感度作成部９は、参照画像データ上を、例えば０度方向にスキャンして、黒レベルが連続する画素数を計測してその方向に対するパターン幅を求め、このパターン幅に応じた明度に変換して図３に示すような０度スキャン画像データを作成する。

また、この感度作成部９は、０度方向と同様に、参照画像データ上を、４５度方向、９０度方向、及び１３５度方向にスキャンして、図４〜図６に示すような４５度スキャン画像データ、９０度スキャン画像データ、及び１３５度スキャン画像データを作成する。

なお、図２中に矢印０、矢印４５、矢印９０、及び矢印１３０で示す方向は、それぞれ０度方向、４５度方向、９０度方向、及び１３５度方向を示している。また、０度方向は［請求項２］の「縦方向」と一致し、９０度方向は［請求項２］の「横方向」と一致している。しかし、４５度方向と１３５度方向は［請求項２］の斜め方向の一例にすぎない。この斜め方向は、前記縦方向と横方向に対して傾斜した方向を全て含んでいる。すなわち、スキャンする方向は４５度方向や１３５度方向に限定されず、０度方向と９０度方向に対して傾斜していればどんな方向でもよい。

次に、この感度作成部９は、０度スキャン画像データ、４５度スキャン画像データ、９０度スキャン画像データ、及び１３５度スキャン画像データに基づいて、０度方向、４５度方向、９０度方向、及び１３５度方向から、黒レベルが連続する画素数が最も小さくなる方向を求め、その方向が０度方向のときコード１、４５度方向のときコード２、９０度方向のときコード３、１３５度方向のときコード４として、このコードを対象画素に設定する。なお、白レベルの画素にはコード０を設定する。これにより、図７に示すような、方向画像データが生成される。

図７中の画素Ａを見ると、０度方向に連続する黒レベルが４個、４５℃方向に連続する黒レベルが１２個、９０度方向に連続する黒レベルが４個、１３５度方向に連続する黒レベルが２個であることから、画素Ａには１３５度方向を示すコード４が設定されていることが確認できる。同様に、画素Ｂは０度方向を示すコード１が設定されていることが確認できる。

次に、感度作成部９は、方向画像データに基づいて、各画素に設定されたコードが示す方向（以下、パターン幅方向と称する。）に連続する黒レベルの画素数を回路パターン２の最小のパターン幅（以下、最小パターン幅と称する）とみなし、この最小パターン幅を明度に変換して幅画像データを生成する。

すなわち、感度作成部９は、前記パターン幅方向に連続する黒レベルの画素数を明度に変換して対応画素に設定する。なお、方向画像データ上でコード０と設定された画素には、明度０を設定する。これにより、図８に示すような、幅画像データが生成される。

図８を見ると、画素Ａには、コード４で示される１３５度方向に連続する黒レベルの画素数である３が設定されていることが確認できる。同様に、画素Ｂには、コード１で示される０度方向に連続する黒レベルの画素数である４が設定されていることが確認できる。

次に、感度作成部９は、図８に示す幅画像データの各明度を、欠陥部分を検出するのに必要なサイズに応じた明度に調整して感度画像データを作成する。

例えば、最小パターン幅の１／２以上のサイズで欠陥部分を検出したいときは、欠陥検出感度を各明度の１／２に設定する。なお、明度が奇数の場合、少数点以下を切り捨てる。これにより、図９に示すような、感度画像データが生成される。

図９を見ると、幅画像データにおいて明度３であった画素Ａには、その１／２から小数点を切り捨てた１が設定されていることが確認できる。同様に、幅画像データにおいて明度４であった画素Ｂには、その１／２である２が設定されていることが確認できる。

なお、欠陥検出感度は、最小パターン幅の１／２以上のサイズで欠陥部分を検出したい場合について説明したが、これに限らず、欠陥部分の検出に必要とするサイズに応じて明度を調節してもよい。

欠陥サイズ作成部１０は、差分演算部８により取得された差分画像データを受け取って、この差分画像データに基づいて欠陥部分を抽出し、欠陥部分のパターン幅方向のサイズを明度に変換して欠陥サイズ画像データを作成する。

この場合、欠陥サイズ作成部１０は、被検査画像データを予め設定された閾値で２値化したときの黒レベル上に存在する欠陥部分のみを抽出し、感度作成部９により取得された方向画像データに基づいて、パターン幅方向に測定した欠陥部分のサイズを明度として対応画素に設定する。

判定部１１は、欠陥サイズ作成部１０により作成された欠陥サイズ画像データと感度作成部９により作成された感度画像データとをそれぞれ受け取り、これら欠陥サイズ画像データと感度画像データを比較し、欠陥サイズ画像データが感度画像データよりも明るい部分を抽出することで、欠陥部分に対する欠陥判定を行う。

このように、前記第１の実施の形態では、参照画像データ上を、０度方向、４５度方向、９０度方向、及び１３５度方向にスキャンして、各スキャン方向に連続する黒レベルの画素数を計測することで、この画素数が最も少ない方向に対するパターンの幅、すなわち最小パターン幅を求めている。そして、参照画像データを前記最小パターン幅に応じた明度に変換し、この明度に応じた各欠陥検出感度の各サイズ判定領域を有する感度画像データを作成している。

また一方で、被検査画像データと参照画像データとの差分に基づいて欠陥部分を抽出し、この欠陥部分のパターン幅方向に対するサイズを明度に変換して欠陥サイズ画像データを作成している。

そして、これら欠陥サイズ画像データと感度画像データとを比較して欠陥部分に対する欠陥判定を行っている。

そのため、未検査品のチップ部品１上に形成された各パターンに対して、それぞれの最小パターン幅に応じた感度画像データが自動的に作成されるから、回路パターン２が領域毎に密度が異なっていたり、各領域毎にその領域の形状が複雑であったり、斜め方向に形成されたパターンを有していても、領域の形成するが多くても、回路パターン２上の欠陥部分を確実に判定できる。したがって、回路パターン２の欠陥検査に要する時間を飛躍的に短縮できるから、その作業効率を飛躍的に向上することができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

さらに、前記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

例えば、前記実施の形態では、参照画像データ及び被検査画像データをそれぞれ２値化しているが、これに限らず、３値、４値などの多値の画像データに変換してもよい。

又、参照画像データと被検査画像データと差分に基づいて欠陥部分を抽出しているが、これに限らず、差分の絶対値、又は最小min−最大max法を用いてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施の形態において、感度作成部９は、前記実施の形態に係る機能に加えて、４５度スキャン画像データと１３５度スキャン画像データに発生する不要なグラディエーションを補正する機能を有している。

このグラディエーションは、参照画像データを４５度方向や１３５度方向、すなわち斜め方向にスキャンしたときに、回路パターン２のコーナ部において明度が段階的に変化することをいう。グラディエーションが発生した領域では、方向画像データ上にパターン幅方向が正確に表示されず、欠陥検出の信頼性を低下させる原因となる。

例えば、図１０は本発明の第２の実施の形態に係る２値化された参照画像データの模式図であって、金属製の回路パターン２は黒レベルとなっている。

感度作成部９が、この参照画像データ上を、例えば４５度方向にスキャンして、黒レベルが連続する画素数を計測し、その方向に対するパターン幅を求め、このパターン幅に応じた明度に変換すると、図１１に示すような４５度スキャン画像データが作成される。この４５度スキャン画像データを見ると、回路パターン２のコーナ部Ｃの明度が段階的に変化していることが確認できる。

このグラディエーションを補正する方法として、本実施の形態では、グラディエーション部分を各スキャン画像データから除去する方法を用いる。この方法では、注目画素とその周囲８つの画素について、隣同士の画素の明度の平均変化Ｄave を評価する。この評価には、下記［数１］で示す評価関数を用いる。

なお、ａ≠０かつｂ≠０のときのみ計算する。

平均変化Ｄave の値は、隣同士の画素の明度の変化が全て＋１のとき、すなわち図１１に示すコーナ部Ｃのようなグラディエーションを持つときに０となることが確認できる。したがって、平均変化Ｄave がある閾値以下となる画素について、その明度を０に修正するとグラディエーションは図１２に示すように除去される。

こうすれば、例えば４５度スキャン画像データや１３５度スキャン画像データから、回路パターン２のコーナ部に発生するグラディエーション部分が除去されるから、正確な方向画像データが得られ、欠陥検出の信頼性を向上することができる。

なお、グラディエーションを補正する方法としては、評価関数［数１］を用いる方法の代わりに、回路パターン２の縦方向の幅と横方向の幅から求まる理想的な斜め方向の幅と実際の斜め方向の幅が近い場合に、このパターンを斜め方向のパターンと判断する方法を用いることもできる。

例えば、図１３に示すように、斜め方向のパターン内の点Ｐ（ｘ、ｙ）を通るパターンを０度方向にスキャンしたときのパターン幅をＷ、９０度方向にスキャンしたときのパターン幅をＨとすると、これらの幅から求められる理想的な斜め方向に対する幅Ｉｗ、Ｉｈは、それぞれ下記［数１］のように示される。

ここで、実際の斜め幅ＲがＩｗまたはＩｈに許容値δ以上差がある場合には、斜め線ではないと判断して斜め線幅画像のＰ（ｘ、ｙ）を０にする。

これを全ての線パターン内の点について行うことで、コーナ部に現れるグラディエーション部分が低減するから、正確な方向画像が得られ、欠陥検出の信頼性を向上することができる。

また、前記４つのスキャン画像データを比較して前記方向画像データを作成する際、コーナ部を比較対照から外す方法を用いてもよい。この方法であっても、グラディエーションを低減できることはいうまでもない。

以上の方法は、パターンのタイプによって有効である場合と、そうでない場合とがある。そのため、実際の運用上では、パターンのタイプによって前記方法を組み合わせて使用するのが好ましい。

本発明の第１の実施の形態に係る欠陥検査方法を適用した欠陥検査装置の構成図。同実施の形態に係る２値化された参照画像データの模式図。同実施の形態に係る０度スキャン画像データを示す図。同実施の形態に係る４５度スキャン画像データを示す図。同実施の形態に係る９０度スキャン画像データを示す図。同実施の形態に係る１３５度スキャン画像データを示す図。同実施の形態に係る方向画像データを示す図。同実施の形態に係る幅画像データを示す図。同実施の形態に係る感度画像データを示す図。本発明の第２の実施の形態に係る２値化された参照画像データの模式図。同実施の形態に係るグラディエーション補正を行う前の４５度スキャン画像データを示す図。同実施の形態に係るグラディエーション補正を行った後の４５度スキャン画像データを示す図。同実施の形態に係る斜め方向のパターンを示す概略図。

符号の説明

１…チップ部品（被検査体）、２…回路パターン（パターン）、矢印０…０度方向（縦方向）、矢印９０…９０度方向（横方向）、矢印４５…４５度方向（斜め方向）、矢印１３５…１３５度方向（斜め方向）、δ…許容値（所定値）。

Claims

パターンが描かれた被検査体を撮像して取得した被検査画像データと参照画像データとに基づいて前記被検査体の欠陥検査を行う欠陥検査方法において、
前記参照画像データに基づいて前記パターンの幅を複数の方向に対して計測し、前記参照画像データを前記パターンの前記各方向に対する幅に応じた明度に変換して、前記各方向に対応する複数のスキャン画像データを作成する第１の工程と、
前記複数のスキャン画像データを比較し、これらスキャン画像データから最も小さな明度である最小明度を選び出して幅画像データを作成する第２の工程と、
前記被検査画像データと前記参照画像データに基づいて欠陥部分を抽出し、前記欠陥部分を前記パターンの幅が最小明度となる方向に対して測定した欠陥のサイズを明度に変換して欠陥サイズ画像データを作成する第３の工程と、
前記欠陥サイズ画像データと前記幅画像データとに基づいて前記欠陥部分に対する欠陥判定を行う第４の工程と、
を具備することを特徴とする欠陥検査方法。
前記第１の工程では、前記パターンの幅を少なくとも縦方向、横方向、及び斜め方向に対して計測して縦スキャン画像データ、横スキャン画像データ、及び斜めスキャン画像データを作成することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
前記第１の工程では、前記斜めスキャン画像データのうち、連続的に明度が変化している部分の明度を０とすることを特徴とする請求項２記載の欠陥検査方法。
前記第１の工程では、複数のパターンが交差する交差部分の明度を０として、前記第２の工程では、前記交差部分に対して前記縦スキャン画像データと前記横スキャン画像データのみに基づいて前記幅画像データを作成することを特徴とする請求項２記載の欠陥検査方法。
パターンが描かれた被検査体を撮像して取得した被検査画像データと参照画像データとに基づいて前記被検査体の欠陥検査を行う欠陥検査方法において、
前記参照画像データを、複数の方向に対して測定された前記パターンの幅のうち、最小幅となる方向に応じた明度に変換して方向画像データを作成する第１の工程と、
前記方向画像データに基づき前記参照画像データを前記パターンの前記最小幅に応じた明度に変換し、この明度に応じた各欠陥検出感度を示す感度画像データを作成する第２の工程と、
前記被検査画像データと前記参照画像データとに基づいて欠陥部分を抽出し、前記欠陥部分の欠陥サイズを明度に変換して欠陥サイズ画像データを作成する第３の工程と、
前記欠陥サイズ画像データと前記感度画像データとを比較して前記欠陥部分に対する欠陥判定を行う第４の工程と、
を具備することを特徴とする欠陥検査方法。