JP4523310B2 - 異物識別方法及び異物識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査対象物上または内部に形成された異物を検査する装置に関し、特に、検出された異物が検査対象物が表面に付着したものか否かを識別する識別方法及び装置に関するものであるするものである。

従来の光学顕微鏡とＣＣＤ等の撮像装置を用いた異物検査装置では、検査対象物（試料）表面を透過光または反射光によって撮像する。このとき、検査対象物の表面または内部に存在する異物は表面部に比較して暗い輝度レベルの画像として撮像される。この暗い輝度レベルの画像領域を異物として検出する。
しかし、検出された異物が、検査対象物表面より上に存在するのか下に存在するのかが識別できにくかった。
以降、顕微鏡を介して取得する画像の合焦点位置を検査対象物（試料）表面と云う。また、この表面よりＺ軸方向について、上に存在する異物を表面異物、下に存在する異物を内部異物と称する。
例えば、異物とは、欠陥、ボイド、溝、穴、凹凸、等、検査対象物面に形成された穴、凹み、溝、及び内部に形成された異物、空洞、等を総称するものである。また、表面異物には、その他に表面に付着した異物や搭載部品等がある。
また例えば、異物とは、元の試料（検査対象物）について、加工等、外部的時間的等の要因によって生起された外観的な変化がある部分のことで、内部の空洞、欠陥、きず、付着物、パターン配線、生成膜、搭載部品、はんだ、等を含む。

検出された異物を識別する方法としては、例えば、検出が予想される（または、事前に分かっている）検査対象物面に形成された穴、凹み、溝、及び内部に形成された空洞、更に検査対象物が透明に近い材料ならば屈折率の異なる異物、等や搭載部品等を、画像情報として記憶しておき、実際に検出された異物と比較し、同じ位置にある異物を検査対象から除外するテンプレート比較という方法がある。
このテンプレートによる比較方法は、検出された異物のサイズ、形状、輝度レベル差について、テンプレート画像と比較することによって、形成物と異物とを識別していた。しかし、この識別方法では異物の形状、サイズ、輝度レベル差により見逃しや誤認識が発生する可能性があった。また、テンプレートによる比較方法では、事前に検査対象物に形成されている異物（例えば、穴、や搭載部品、等）の位置情報が必要な上、テンプレートの作成に多くの時間が必要であった（例えば、先行特許文献１参照）。

特開平３−７２２４９号公報

上述の従来技術では、検出された異物が、検査対象物表面より上に存在するのか下に存在するのかが識別できにくかった。
また、テンプレートによる比較方法を使って識別すると、異物の形状、サイズ、輝度レベル差により見逃しや誤認識が発生する場合があり、更に、事前に検査対象物に形成されている異物の位置情報が必要な上、テンプレートの作成に多くの時間が必要だった
本発明の目的は、検査対象物表面または内部に形成される内部異物を検査対象物表面に付着した異物（表面異物）と確実に識別する方法とその装置を提供するものである。

上記の目的を達成するため、本発明の異物識別方法は、顕微鏡装置と撮像装置を用い、検査対象物の基準となる焦点位置で基準画像取得し、焦点位置と異なる少なくとも１つの焦点位置で異なる焦点位置の画像を取得し、取得したそれらの画像を比較して、比較結果から、基準となる焦点位置より上にある異物と下にある異物とを識別することを特徴とする。
また、本発明の異物識別装置は、検査対象物を載せるステージを有する顕微鏡装置と、顕微鏡装置で拡大された検査対象物の拡大画像を撮影する撮像装置と、上記ステージを制御する制御装置とを備える異物識別装置において、顕微鏡装置は、基準となる焦点位置と異なる焦点位置の少なくとも１つの画像を得るために、検査対象物の表面に焦点面を合わせる撮像装置と、これを基準に異なる位置に焦点の合うように第２の撮像装置を備え、撮像装置は上記検査対象物の表面に焦点の合った画像情報を取得し、第２の撮像装置は表面と異なる位置に焦点を変えた画像情報を取得し、焦点がずれた画像情報の微分成分を求め、微分値の大きくなる部分を認識し、前者の画像情報にある部分と認識した微分値の大きくなる部分とを識別することを特徴とする。

即ち、上記の目的を達成するため、本発明の異物識別方法及び装置は、検査対象物を載せるステージを有する顕微鏡装置と、その顕微鏡装置で拡大された検査対象物の拡大画像を撮影する撮像装置と、検査対象物を載せたステージを制御する制御装置と、検査対象物に応じた検査条件を記録する記録装置とを有し、記録装置に記録された検査条件に基づいて、撮像装置から出力した画像情報を解析し、検査対象物上の異物を検査する検査装置において、検査対象物の表面または内部に本来存在する穴または凹みまたは溝等の内部異物と表面に付着した異物（表面異物）とを識別するために、撮像装置から検査対象物の表面に焦点の合った画像情報（合焦点画像情報）と、表面から下面でかつ内部異物が認識できる位置に焦点をずらした画像情報（非焦点画像情報）とを取得し、合焦点画像情報と非焦点画像情報とに基づいて表面異物と内部異物とを識別するものである。
また、本発明の異物識別方法及び装置は、合焦点画像情報と非焦点画像情報との情報とは、好ましくは、非焦点画像情報の微分成分を算出し、算出された微分値が所定値以上の画素領域の部分と、合焦点画像情報の輝度レベルが所定値未満の画素領域の部分がほぼ一致する画素領域の部分を内部異常物として識別するものである。
また、好ましくは、本発明の異物識別方法及び装置は、合焦点画像情報と非焦点画像情報との情報とは、非焦点画像情報の輝度レベルが所定値未満の画素領域の部分と、合焦点画像情報の輝度レベルが所定値未満の画素領域の部分がほぼ一致する画素領域の部分を内部異常物として識別するものである。

また本発明の異物識別装置は、焦点面の異なる２つの画像情報を得る手段として、顕微鏡装置に、検査対象物の表面に焦点面を合わせる撮像装置と、これを基準に異なる位置に合焦点する撮像装置を配置し、後者の撮像装置の焦点位置を調整するものである。

即ち、本発明は、光学顕微鏡と撮像装置を利用して検査対象物の画像を取得し、取得された画像を解析して、検査対象物上または内部に形成された微細な穴や凹凸、パターンなどを形成した際の溝、または傷や、その表面に付着した異物を検査する装置に関し、特に、検出された異物が検査対象物が表面に付着したものか否かを識別するものである。

本発明の異物識別方法及び異物識別装置によれば、試料のテンプレート等の事前情報なしに、かつ、試料面下に形成された異物と、表面に付着した異物とを識別し、検査不要のものは検査対象から除外できるため、検査準備時間及び検査時間を短くできる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、検査対象物の表面または内部に本来存在する穴または凹みまたは溝等の内部異物と表面に付着した異物（表面異物）とを識別するために、撮像装置から検査対象物の表面に焦点の合った画像情報（合焦点画像情報）と、表面から下面でかつ内部異物が認識できる位置に焦点をずらした画像情報（非焦点画像情報）とを取得し、合焦点画像情報と非焦点画像情報とに基づいて表面異物と内部異物とを識別する。このとき、合焦点画像情報と非焦点画像情報との情報とは、好ましくは、非焦点画像情報の微分成分を算出し、算出された微分値が所定値以上の画素領域の部分と、合焦点画像情報の輝度レベルが所定値未満の画素領域の部分がほぼ一致する画素領域の部分を内部異常物として識別する。
また、好ましくは、合焦点画像情報と非焦点画像情報との情報とは、非焦点画像情報の輝度レベルが所定値未満の画素領域の部分と、合焦点画像情報の輝度レベルが所定値未満の画素領域の部分がほぼ一致する画素領域の部分を内部異常物として識別する。

また本発明の異物識別装置は、焦点面の異なる２つの画像情報を得る手段として、顕微鏡装置に、検査対象物の表面に焦点面を合わせる撮像装置と、これを基準に異なる位置に合焦点する撮像装置を配置し、後者の撮像装置の焦点位置を調整する。

即ち、本発明は、光学顕微鏡と撮像装置を利用して検査対象物の画像を取得し、取得された画像を解析して、検査対象物上または内部に形成された微細な穴や凹凸、パターンなどを形成した際の溝、または傷や、その表面に付着した異物を検査する装置に関し、特に、検出された異物について、検査対象物の表面に付着したものか否かを識別する。

本発明の識別方法の具体的な実施例を図７、図２〜図４、及び図５によって説明する。図７と図２〜図４は、本発明の一実施例の原理を説明するための図で、図５は、本発明の一実施例の処理動作例のフローチャートである。１０６は試料、７０１と７０２は内部異物、７０３は表面異物、７０４はカメラフォーカス面、７０５は対物レンズ、７０６は接眼レンズ、７０７はカメラ撮像面、７０８は光軸である。内部異物７０１、７０２は、図７の例では、試料に開けられた穴である。
図示しない光源からの光（落射光）が試料１０６に垂直に照射され、照射された光が試料１０６の表面から反射し、反射した光が、対物レンズ７０５、接眼レンズ７０６を通って、カメラ撮像面７０７で結像する。

図７(a) は、検査対象物である試料１０６の上表面にカメラフォーカス面（焦点）が合っている場合の光学系を説明する図である。また、図７(b) は、試料１０６の上表面より下方向にカメラフォーカス面（焦点）が合っている場合の光学系を説明する図である。

試料１０６の上表面に焦点が合っている場合には、カメラ撮像面７０７で結像した光学像によって取得された画像は、図２(a) に示すようになる。図２は、第１のカメラ１０４が撮像した画像（図２(a) ）とその画像の輝度プロファイル（図２(b) ）の一例を示す図である。２０１と２０２は検出対象となる試料に形成された穴７０１と７０２の画像、２０３は試料１０６の表面上にある異物７０３の画像、２０４は破線部の輝度プロファイルである。図２(a) の画像は、顕微鏡の反射照明による画像であり、穴７０１（画像２０１）、穴７０２（画像２０２）と異物７０３（画像２０３）は、他の表面部分の画像と比較して反射光が少なく暗いため、輝度レベルが低い。図２(b) は、図２(a) の破線部分の輝度プロファイル２０４を示し、画像２０１，２０２と画像２０３の輝度が、共に、低いことを表す。

図７(b) のように、試料１０６の上表面より下側に焦点が合っている場合には、カメラ撮像面７０７で結像した光学像によって取得された画像は、図３(a) に示すようになる。図３は、カメラＢ１０５が撮像した画像（図３(a) ）とその画像の輝度プロファイル（図３(b) ）の一例を示す図である。３０１と３０２は検出対象となる試料１０６に形成された穴７０１と７０２の画像、３０３は試料１０６の表面上にある異物７０３の画像、３０４は破線部の輝度プロファイルである。図２と図３とで、穴の画像２０１と３０１は同じ穴７０１を撮像し、穴の画像２０２と３０２は同じ穴７０２を撮像し、異物の画像２０３と３０３は同じ異物７０３を撮像している。図３(a) の画像は、図２と同一場所を撮像しているが、顕微鏡の焦点位置が図２に比べて試料の内部（表面から下方向に）少しずれている。このため、画像全体としてはぼけた像となっており、輝度レベルの変化が少ない。この焦点位置は、試料１０６の下面より上にあることが望ましいが、試料１０６の下面より合っても良い。

図３(a) において、穴７０１，７０２（画像３０１，３０２）と異物７０３（画像３０３）は、他の表面部分の画像と比較して反射光が少なく暗いため、表面部分より輝度レベルが低い。図３(b) は、図３(a) の破線部分の輝度プロファイル３０４を示し、穴７０１，７０２の画像３０１，３０２と異物７０３の画像３０３の輝度が、共に、低いことを表す。
しかし、表面異物７０３は、穴７０１，７０２より焦点がずれていく方向に存在するため、輝度レベルが高く見える。また、穴７０１，７０２は、試料１０６の上表面より深い（下方向）場所に空洞があるものであり、図７(b) の場合でも焦点が合うところが存在することから、輝度レベルが低い。例えば、穴が光軸７０８方向に平行に空いていれば、図７(a) と図７(b) のどちらの焦点で撮影しても穴７０１，７０２の画像の輝度レベルは同じになる。
即ち、穴７０１，７０２の画像３０１，３０２は、焦点位置が試料１０６の上表面より下方向にあるため、その輝度レベルは、穴７０１，７０２の画像２０１，２０２より輝度レベルが等しいかまたは多少小さいが、他の部分の画像と比較して反射光が少なく暗いため、輝度レベルが低い。したがって、他の部分との輝度レベル差が大きいため、輝度レベルの微分値が高くなる。
これに対し、異物７０３の画像３０３は、図７(b) の焦点で取得した画像では、焦点が合わなくなるため、画像２０３よりぼけた画像となっており輝度レベルが表面の輝度レベルに近くなる。

次に図２〜図４を用いて、異物を識別する方法の一実施例を説明する。
まず、図２の画像について、所定の輝度レベル未満の部分を異物として検出し、その異物の位置座標を算出する。位置座標の算出方法としては、例えば、所定の輝度レベル未満の画素領域を画素毎に２値化して検出し、検出したそれぞれのかたまりの重心位置をその異物の位置座標とする。
また、図３の画像について、輝度レベルの微分値を算出する。そして、微分値が所定値以上の部分を輝点として検出し、その輝点の位置座標を求める。もし、異物の大きさが１画素〜数画素分に近いサイズであれば、検出したそれぞれのかたまりの形状は異物の形状に似ているし、異物の大きさが数画素分以上のサイズであれば、検出したそれぞれのかたまりの形状は異物の輪郭形状に近くなる。位置座標の算出方法としては、例えば、所定の輝度レベル以上の画素領域を画素毎に２値化して検出し、検出したそれぞれのかたまりの重心位置をその異物の位置座標とする。
図４は、カメラＢ１０５が取得した画像（図３(a) ）から算出した微分値から算出した２値化画像の一実施例である。４０１と４０２は穴の２値化画像、４０３は表面異常物の２値化画像である。表面異常物４０３は２値化すると、実際には、図４に示すものより輝度が周囲の黒い部分と同じになるが、図４では、周囲の黒い部分と区別するために明るめに描いている。
そして、カメラＡ１０４の画像（図２(a) ）から求めた異物の位置座標と、カメラＢ１０５の画像（図３(a) ）から求めた輝点とが一致する位置と一致しない位置とを検出し、一致する位置にある異物を内部異常物と判定し、一致しない位置にある異物を表面異常物と判定する。

このように、図２の異物検出結果と図３，図４の輝度レベルの微分値から算出した２値化画像の結果とが一致するか否かで穴と異物を区別することが可能となり、穴の位置と分布を異物と混在することなく求めることができる。

より簡単な方法としては、図２の画像による輝度レベルが低い部分と図３の画像による輝度レベルが低い部分（画素のかたまり）とを比較し、どちらも輝度レベルが低い部分は、内部異物（図７(a) の焦点位置より下方向に分布する異物）であると判定することもできる。また、図２の画像による輝度レベルが低い部分であるが、図の画像では輝度レベルがそれほど低くない部分は表面異物（図７(a) の焦点位置より上方向に分布する異物）であると識別できる。

図４は、図３(a) の画像について画素毎に輝度レベルを微分して、微分した値が所定値未満の輝度レベルの画素を“ 0 ”、それ以外の画素を“ 255 ”とした場合の２値化画像の一例である。４０１と４０２は穴７０１と７０２の２値化画像、４０３は表面異常物７０３の２値化画像である。表面異常物７０３は実際には、周囲の黒い部分と同じであるが、図４では、周囲の黒い部分と区別するために斜線を入れて描いている。
そして、図２(a) の画像から求めた異物の位置座標と、図３(a) の画像から求めた輝点とが一致する位置と一致しない位置とを検出し、一致する位置にある異物を内部異物と判定し、一致しない位置にある異物を表面異物と判定し、内部異物と表面異物とを識別する。

図５において、ステップ５０１では、図７(a) の焦点位置で画像 ImA を取得する。
ステップ５０２では、図７(a) の焦点位置での２値化閾値 ThA を入力機器またはメモリから読出す。メモリは、例えば、本処理動作を実行する制御用パーソナルコンピュータ（後述）に内蔵されているか、または外付けの記憶装置である。また、入力機器は、制御用パーソナルコンピュータと操作者とのマンマシンインタフェースであって、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、操作パネル等である。
ステップ５０３では、画像 ImA について読込んだ２値化閾値 ThA を使って２値化処理し、２値化画像 BimA を算出する。即ち、例えば、画素毎に、輝度レベルが２値化閾値 ThA 未満の画素を、“ 0 ”とし、輝度レベルが２値化閾値 ThA 以上の画素を、“ 255 ”に設定する（輝度レベルの最小値が“ 0 ”で最大値が“ 255 ”の場合）。
ステップ５０４では、２値化画像 BimA から、輝度レベルが２値化閾値 ThA 未満の画素のかたまりについてラベリング処理を行う。
ステップ５０５では、ステップ５０４のラベリング処理で作成された各ラベルの画像上の位置座標 Pn をメモリに記憶する。ここで、n は整数で、n ≧ 0 である。

ステップ５０６では、図７(b) の焦点位置に試料を移動する。
ステップ５０７では、図７(b) の焦点位置で画像 ImB を取得する。
ステップ５０８では、画像 ImB の輝度レベルを画素毎に微分し、微分値を画像 ImBd として取得する。
ステップ５０９では、２値化閾値 ThB を入力機器またはメモリから読出す。
ステップ５１０では、画像 ImBd について読込んだ２値化閾値 ThB を使って２値化処理し、２値化画像 BimB を算出する。即ち、例えば、画素毎に、輝度レベルが２値化閾値 ThB 未満の画素を、“ 0 ”とし、輝度レベルが２値化閾値 ThB 以上の画素を、“ 255 ”に設定する（輝度レベルの最小値が“ 0 ”で最大値が“ 255 ”の場合）。
ステップ５１１では、２値化画像 BimB から、輝度レベルが２値化閾値 ThB 未満の画素のかたまりについてラベリング処理を行う。
ステップ５１２では、ステップ５１１のラベリング処理で作成された各ラベルの画像上の位置座標 pk をメモリに記憶する。ここで、k は整数で、k ≧ 0 である。

ステップ５１３では、すべての位置座標 Pn と全ての位置座標 pk の値をそれぞれ比較して、位置座標 Pn が位置座標 pk に所定の範囲以内であればステップ５１４に進み、所定の範囲以上であればステップ５１５に進む。例えば、位置座標 Pn と位置座標 pk の間の２点間距離の最小値を算出し、２点間距離の最小値が所定の値以内であれば所定の範囲以内とする。
例えば、位置座標 P1 と位置座標 p1 〜 pk とを次々と比較し、位置座標 p1 〜 pk のいずれかが位置座標 P1 とほぼ一致するか否かを調べる。
ステップ５１４では、所定の範囲以内にある位置座標の値の組合わせ Pn と pk とを対象の異物として抽出し、内部異物として記憶する。
ステップ５１５では、全ての位置座標 Pn について、位置座標 pk の組合わせについて比較が終了したか否かを判定し、終了していれば、位置座標 pk と関連付けられなかった位置座標 Pn を表面異物として記憶し、この識別処理動作を終了する。全ての比較が終了していなければ、ステップ５１３に戻り識別処理を続ける。
この結果、例えば、試料に加工した穴の検査をする場合に、試料表面に付着した異物を誤検出することがないため、検出した部分だけを検査できるため、迅速な検査を行うことができる。

本発明の識別方法を実施するための装置の一実施例を図６によって説明する。図６は、本発明の一実施例の識別装置の構成を示すブロック図である。図６の識別装置は、検査対象物（試料）の表面に付着した異物と試料の表面から内部に向かって開いた穴を判別し、穴の開いた位置とその分布を検査する機能を兼ねている。

１０１は顕微鏡、１０２は対物レンズを切替えるためのレボルバー、１０３はオートフォーカス光学ユニット、１２０は光学像、６０４はカメラ、１１１は制御用パーソナルコンピュータである。カメラ６０４は、例えば、ＣＣＤ等の撮像素子を備え、顕微鏡１０１から入射する光（光学像１２０）を電気信号に変換して制御用パーソナルコンピュータ１１１に出力する。
また、１０７はＸ軸ステージ、１０８はＹ軸ステージ、１０９はＺ軸ステージ、１０６はＹ軸ステージ１０８上に載置した検査対象物（試料）である。Ｘ軸ステージ１０７とＹ軸ステージ１０８は、Ｚ軸ステージ１０９上に配置されＸＹ軸方向、Ｚ軸方向の移動が可能で観察位置を制御できる。試料１０６は、Ｙ軸ステージ１０８上に載置されているため、Ｘ，Ｙ，Ｚステージの移動に伴って、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向に移動する。

１１６は反射照明、１１７と１１８はハーフミラー、１２２はレーザ光である。
反射照明光１１６は、図６に示すように、顕微鏡１０１の横方向から入射して、ハーフミラー１１７で反射してレボルバー１０２に取付けられた対物レンズ（図示しない）を通って試料１０６の表面を照射する。照射された光によって試料１０６は反射光（光学像１２０）を出し、対物レンズを通って顕微鏡に入射する。即ち、対物レンズを通った光は、ハーフミラー１１７、１１８を通過して、光学像１２０として図示しない結像レンズによってカメラ６０４の結像面位置（光電変換面）で結像する。カメラ６０４は光学像１２０を画像データに変換して制御用パーソナルコンピュータ１１１に出力する。

１１０はステージ制御ユニット、１１２は制御用パーソナルコンピュータ１１１内に実装された位置制御ボードである。ステージ制御ユニット１１０は、位置制御ボード１１２からの指令でステージ機構（Ｘ軸ステージ１０７、Ｙ軸ステージ１０８、及びＺ軸ステージ１０９）の制御を行う。

１１３は画像入力ボードで、制御用パーソナルコンピュータ１１１内に実装されており、第１のカメラ１０４と第２のカメラ１０５が取得した画像の取込みを行う。１１４はディスプレイで、この検査装置の制御画面、取込んだ画像、処理画像の少なくとも１つを表示する。
１１５はオートフォーカス制御ユニットで、オートフォーカス光学ユニット１０３とステージ制御ユニット１１０、Ｚ軸ステージ１０９の組合せで第１のカメラ１０４のフォーカスを検査対象物１０６の表面に合わせる。即ち、オートフォーカス制御ユニット１１５は、オートフォーカス光学ユニット１０３からレーザ光を出力させ、ハーフミラー１１８で試料１０６の表面に直角に照射させ、反射したレーザ光を検知させ、焦点が合っていなければ、ステージ制御ユニット１１０に誤差信号を出力する。ステージ制御ユニット１１０は、入力された誤差信号に対応して、Ｚステージ１０９に制御信号を送る。Ｚステージ１０９は、入力された制御信号に応じてステージを上下動する。

制御用パーソナルコンピュータ１１１は、カメラ６０４から画像入力ボード１１３を介して入力された画像を処理し、ディスプレイ１１４に表示画像を出力する。また、制御用パーソナルコンピュータ１１１は、オートフォーカス制御ユニット１１５からフォーカス情報をもらい、ディスプレイ１１４に表示したり、画像解析のデータとして使用する。また、制御用パーソナルコンピュータ１１１は、設定されたプログラムに応じて焦点距離の変更情報をオートフォーカス制御ユニット１１５に出力して焦点位置を変更する。また、制御用パーソナルコンピュータ１１１は、レボルバー１０２に信号を送り、レボルバー１０２に取付けられた対物レンズを入力機器またはメモリから読出した指定された倍率の対物レンズに変更する。

上記図５の実施例では、焦点位置を試料上表面より下方向にずらして撮像した画像について、微分画像を求めてから閾値を用いて２値化した画像についてラベリングしていた。しかし、試料の表面に合焦点して撮像した画像と試料の表面より下に合焦点して撮像した画像のどちらを微分しても良いし、両方とも微分した画像について２値化しても良いし、また両方とも微分しないで２値化しても良い。図１０によって、図３で示した焦点位置を試料上表面より下方向にずらして撮像した画像について、所定の閾値で２値化した場合の輝度プロファイルと閾値ＴｈＢ′との関係の一例を示す。

また、焦点位置を変更して取得する画像の数は、２つに限るわけではなく、例えば、更に、焦点位置を下方または上方（表面より上の場合もある）にして取得した画像を用いて複数の画像の論理計算によって異物の識別を行っても良いことは自明である。多数回の焦点位置変更は、例えば、半導体や絶縁体基板上に複数のパターン膜を生成して重ねた場合のそれぞれの膜についての異物の解析に有効である。また、搭載部品の高さが異なる部品についてそれぞれの高さごとに異物があるか否かの検査のために本発明の識別方法が適用可能である。

図８によって、両方とも微分しないで２値化する方法の一実施例の処理を説明する。図８は、本発明の一実施例の処理動作例を示すフローチャートである。
図８において、図５と同一の処理には同一のステップ番号を付与した。図８のフローチャートは、図５のフローチャートのステップ５０８を削除し、ステップ５１０をステップ８１０に変更したものである。
図５で説明した処理については、説明を省略する。
図５と同様な処理によってステップ５０１からステップ５０７の処理が終り、ステップ５０９に進むと、図５と同様に、ステップ５０９では、２値化閾値 ThB′を入力機器またはメモリから読出す。
そして次のステップ８１０では、ステップ５０７で取得した画像 ImB について、読込んだ２値化閾値 ThB′を使って２値化処理し、２値化画像 BimB を算出する。ステップ５１１では、２値化画像 BimB から、輝度レベルが２値化閾値 ThB′未満の画素のかたまりについてラベリング処理を行う。
以降、ステップ５１２からの処理は図５と同様である。

図９を用いて、本発明の異物識別方法の他の実施例について説明する。図９は、本発明の一実施例の原理を説明するための図である。図９の実施例は、図７で説明した識別方法が、焦点位置を変えて少なくとも２回撮像するため、識別に時間がかかることを改善する方法である。即ち、図９に示すように、複数の撮像装置を備え、同時に焦点位置の異なる画像を取得するものである。
図９において、図７と同一の機能のものには、同一の参照番号を付した。その他、７０７′はカメラＡの撮像面、８０７はカメラＢの撮像面、８０８は光軸、８０６は接眼レンズ、８０１は結像面位置、１１９はハーフミラーである。

図９において、カメラＡの動作は、図７(a) におけるカメラと同一である。即ち、カメラＡが、カメラＡ撮像面７０７′で取得する画像は、検査対象物である試料１０６の上表面に焦点が合っている。これに対して、カメラＢの場合は、ハーフミラー１１９が試料から反射する光を２つに分岐し、一方は従来どおり接眼レンズ７０６によってカメラＡ撮像面７０７′で結像するように設置するのに対し、他方が接眼レンズ８０６によって結像面位置８０１で結像するようにし、かつ、カメラＢ撮像面８０７を結像面位置８０１より前ピン位置に設けている。
これによって、試料１０６上表面に合焦点している画像とそれ以外の焦点位置にある画像とを同時に別のカメラで取得できる。
図９の実施例では、カメラＢ撮像面８０７を結像面位置８０１より前ピン位置に設けているが、結像面位置８０１より後ピン位置に設けても良いし、カメラＡ撮像面７０７′とカメラＢ撮像面８０７の焦点位置は相対的に異なればよいので、どちらが基準ということはないことは自明である。
また、図７の実施例のように、更に、Ｚステージの位置を変更することにより、更に焦点位置の組合わせのバリエーションを多くすることができ、解析に多様な処理方法を適用できる。

図９の具体的な実施例を図１によって説明する。図１は、本発明の一実施例の識別装置の構成を示すブロック図である。図１の識別装置は、検査対象物（試料）の表面に付着した異物と試料の表面から内部に向かって開いた穴を判別し、穴の開いた位置とその分布を検査するための装置に含まれている。図６と同一の機能のものには同一の参照番号を付した。その他、１０４はカメラＡ、１０５はカメラＢ、１１９はハーフミラー、１２１はハーフミラー１１９で分光されたカメラＢ１０５に入射する光学像である。

図１において、カメラＡ１０４は、図６で説明したカメラ６０４と同一の機能と役割を有し、試料１０６の上表面に合焦点された画像（光学像１２０）を取得し、制御用パーソナルコンピュータ１１１に出力する。この場合、図９で説明したように、光学像１２０が接眼レンズ７０６によってカメラＡ撮像面７０７′で結像するように設置する。同様に、カメラＢ１０５は、試料１０６の上表面より下方向の位置に合焦点された画像（光学像１２１）を取得し、制御用パーソナルコンピュータ１１１に出力する。この場合、図９で説明したように、光学像１２１が接眼レンズ８０６によってカメラＢ撮像面８０７より後方で結像するように設置する。

図２のような画像と、これと焦点位置の異なる図３のような画像を用いることで、試料のテンプレート等の事前情報なしに、かつ、試料面下に形成された異物と、表面に付着した異物とを識別し、検査不要のものは検査対象から除外できるため、検査準備時間及び検査時間を短くできる。

本発明の一実施例として、試料に貫通した穴を検出する手順の一例を以下に述べる。
手順１． 試料表面に焦点を合わせた画像を取得し、この画像を２値化処理して、黒点を検出し、その画像上の座標を求める。検出に際しては、２値化閾値を黒点判別する面積閾値は可変で設定可能なものとする。
手順２． 試料裏面に近い位置に焦点を合わせた画像を取得し、手順１で求めた黒点の座標を中心に検査ウインドを設定し、ウインド内の微分画像を求める。手順１で黒点が複数存在する場合は、検査ウインドは複数となる。また、ウインドのサイズは可変とし設定可能とする。一般に、検査ウインドのサイズは検出する貫通穴の予想される傾きによって定める。傾きが小さい場合は、ウインドサイズも小さく、傾きが大きくなると大きく設定する必要がある。
手順３． 手順２で求めた各微分画像のうち、微分値が大きくなる位置を検出し画像上の座標を求める。検出に際して閾値となる微分値は可変で設定可能なものとする。貫通穴であれば、手順１及び手順３で共通に（論理積）検出されることが条件となる。このため、処理順序を試料表面に焦点を合わせた画像、試料裏面付近に焦点を合わせた画像の順で行う。ここで、共通に検出される条件は画像上の座標情報で、穴が傾きを持つことと装置の構成上考えられる画像のずれを考慮した範囲を持った一致検出とする。
手順４． 共通に検出させるものがある場合は、試料表面と試料裏面の間、例えば中間付近に焦点を合わせた画像で、共通に検出された点に対し検査ウインドを設定し、検査ウインド内の微分画像を求める。
手順５． 手順４で求めた各微分画像のうち、微分値が大きくなる位置を検出する。ここで、検出される点を貫通穴とする。
手順４以降の処理は、試料表面、試料裏面共に付着した異物、傷等が想定されるため検出信頼性を向上するために行う。
また、手順４以降の処理を繰返し実行することで検出信頼性の向上が見込める。

図１１と図１２によって、本発明の他の実施例の識別装置を説明する説明する。図１１は、本発明の一実施例の識別装置の構成を示すブロック図である。また図１２は、シリコン等の結晶で作られた半導体ウエハの断面の一部を示す図で、ウエハの表面、裏面及びバルク内に存在する欠陥、傷、穴等を模式的に表している。
図１１の識別装置は、検査対象物（試料、例えば、図１２）の表面に付着した異物と試料の表面から内部に向かって開いた穴を判別し、穴の開いた位置とその分布を検査するための装置に含まれている。図１１の装置には、カメラが３台（カメラ１、カメラ２、カメラ３）が備えられ、図１２にその一部を断面図で示すような半導体ウエハ内または表面または裏面等に存在する貫通孔、へこみ等の傷、異物、等を検出するものである。図１１において、図１または図６に記載したようなオートフォーカスユニット、ステージ制御ユニット、制御用ＰＣ、ディスプレイ、及びそれらとの間を結ぶケーブル等の配線は省略している。

図１１において、カメラ１〜カメラ３は、例えば 2000 × 2000 画素の高解像度カメラであり、光学顕微鏡から得られる試料の像をミラー５、６及びハーフミラー７、８で分岐して、それぞれ撮像する。このとき、それぞれのカメラの結像面は、例えば図１２に示すように、カメラ１が試料の表面、カメラ２が試料の表面から１／３ほど中に入った位置、カメラ３が試料の表面から２／３ほど中に入った位置である。これらの位置は、事前に設定できるか、または、測定対象の試料の種類や厚さに応じて変更できる。

図１３〜図１５によって、図１２に示す貫通孔（貫通穴）の検出結果を目視の結果と比較して説明する。図１３は、試料としての半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ、直径約 50 mm ）と評価範囲の関係を示す図である。また、図１４は、図１３に示した試料の評価範囲について、本発明の一実施例の画像処理方法及び装置を使用して得られた貫通穴の検出結果の一例を示す図である。また、図１５は同じ試料の同じ評価範囲を目視で貫通穴を検出した結果を示す図である。

図１３〜図１５においては、視野を約 1 mm × 1 mm（対物レンズ 10 倍を使用）とし、照明方式は透過照明、撮像に使用したカメラ解像度は 2000 × 2000 画素、評価範囲の観察視野数を約 1900 視野（目視にて確認、全視野の画像を記録）、評価範囲は約 15 × 15 視野（図１４に示すように画像処理シミュレーションを実施）である。また、図１４の画像処理は、表面及び異なる内部層（例えば、図１２の表面、A 面、B 面）に焦点を合わせた画像で共通に検出された対象を貫通穴としてカウントした。
以上の結果、貫通穴の検出率を 95 ％以上にすることができた。
また、画像処理の過程で、貫通穴と区別して、ウエハ表面の異物、傷やウエハ中の気泡、欠陥、等を検出することができた。

試料のどの高さに異物等の検査すべき対象が有るかが予め分かっている場合には、本発明の識別方法を用いて、対象の識別や特定を行いその対象の位置座標を記憶し、その後、識別装置を兼ねた検査装置または測定装置を用いて、識別や特定をした対象の検査または測定を行うことができる。また、本発明の識別装置によって対象を識別した位置座表等のデータをもとに、別の検査装置または想定装置で、検査または測定を行うことが容易に可能である。

本発明の一実施例の識別装置の構成を示すブロック図。 本発明の原理の一例を説明するための図。 本発明の原理の一例を説明するための図。 本発明の原理の一例を説明するための図。 本発明の一実施例の処理動作例を示すフローチャート。 本発明の一実施例の識別装置の構成を示すブロック図。 本発明の原理の一例を説明するための図。 本発明の一実施例の処理動作例を示すフローチャート。 本発明の一実施例の原理を説明するための図。 本発明の原理の一例を説明するための図。 本発明の一実施例の識別装置の構成を示すブロック図。 半導体ウエハの断面の一部を示す図。 試料と評価範囲の関係を示す図。 本発明の一実施例の画像処理方法及び装置を使用して得られた貫通穴の検出結果の一例を示す図。 目視で貫通穴を検出した結果を示す図。

符号の説明

１０１：顕微鏡、 １０２：レボルバー、 １０３：オートフォーカス光学ユニット、 １０４：カメラＡ、 １０５：カメラＢ、 １０６：試料、 １０７：Ｘ軸ステージ、 １０８：Ｙ軸ステージ、 １０９：Ｚ軸ステージ、 １１０：ステージ制御ユニット、 １１１：制御用パーソナルコンピュータ、 １１２：位置制御ボード、 １１３：画像入力ボード、 １１６：反射照明光、１１７，１１８，１１９：ハーフミラー、 １２０，１２１：光学像、 １２２：レーザ光、 ２０１，２０２：穴の画像、 ２０３：異物の画像、 ２０４：輝度プロファイル、 ３０１，３０２：穴の画像、 ３０３：異物の画像、 ３０４：輝度プロファイル、 ７０１，７０２：内部異物、 ７０３：表面異物、 ７０４：カメラフォーカス面、 ７０５：対物レンズ、 ７０６：接眼レンズ、 ７０７：カメラ撮像面、 ７０８：光軸。

Claims (5)

1. 検査対象物を載せるステージを有する顕微鏡装置と、該顕微鏡装置で拡大された上記検査対象物の拡大画像を撮影する撮像装置と、上記ステージを制御する制御装置とを備える異物識別装置の異物識別方法において、
   上記顕微鏡装置は、基準となる焦点位置と異なる焦点位置の少なくとも１つの画像を得るために、上記検査対象物の表面に焦点面を合わせる第１の撮像装置と、上記表面と異なる位置に焦点を合わせる第２の撮像装置を備え、
   上記第１の撮像装置は上記検査対象物の上記表面に焦点の合った第１の画像情報を取得し、該第１の画像情報について所定の輝度レベル未満の部分を異物として検出し、該異物の位置座標を算出し、
   上記第２の撮像装置は上記表面と異なる位置に焦点を変えた第２の画像情報を上記第１の画像の取得と同時に取得し、該第２の画像情報について輝度レベルの微分値を算出し、該微分値が所定の値以上の部分を輝点として検出し、該輝点の位置座標を算出し、
   上記第１の異物の位置座標と上記輝点の位置座標とが一致する位置と一致しない位置とを検出し、一致する位置にある異物を内部異常物と判定することを特徴とする異物識別方法。
2. 検査対象物を載せるステージを有する顕微鏡装置と、該顕微鏡装置で拡大された上記検査対象物の拡大画像を撮影する撮像装置と、上記ステージを制御する制御装置とを備える異物識別装置において、
   上記顕微鏡装置は、基準となる焦点位置と異なる焦点位置の少なくとも１つの画像を得るために、上記検査対象物の表面に焦点面を合わせる第１の撮像装置と、上記表面と異なる位置に焦点を合わせる第２の撮像装置を備え、
   上記第１の撮像装置は上記検査対象物の上記表面に焦点の合った第１の画像情報を取得し、該第１の画像情報について所定の輝度レベル未満の部分を異物として検出し、該異物の位置座標を算出する手段と、
   上記第２の撮像装置は上記表面と異なる位置に焦点を変えた第２の画像情報を上記第１の画像の取得と同時に取得し、該第２の画像情報について輝度レベルの微分値を算出し、該微分値が所定の値以上の部分を輝点として検出し、該輝点の位置座標を算出する手段と、
   上記第１の異物の位置座標と上記輝点の位置座標とが一致する位置と一致しない位置とを検出し、一致する位置にある異物を内部異常物と判定する異物識別手段とを備えたことを特徴とする異物識別装置。
3. 請求項２記載の異物識別装置において、上記異物判定手段は、上記第１の異物の位置座標と上記輝点とが一致する位置と一致しない位置とを検出し、一致しない位置にある異物を表面異物と判定する異物識別手段とを備えたことを特徴とする異物識別装置。
4. 請求項２または請求項３のいずれかに記載の異物識別装置において、上記第２の撮像装置は、上記検出された異物を中心に検査ウインドを設定し、該設定されたウインド内の微分値を算出することを特徴とする異物識別装置。
5. 請求項４記載の異物識別装置において、上記検査ウインドのサイズが可変であることを特徴とする異物識別装置。