JPH02134510A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外観検査技術に関し、特に、半導体基板の外
観検査に適用して効果のある技術に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、半導体集積回路装置の製造工程などにおいて
実施される、表面に凹凸をなす集積回路パターンが形成
された半導体基板の外観検査技術については、特開昭５
１−９８８号公報に開示される技術が知られている。

すなわち、被検査物体の表面からの反射光などの強弱を
光電気変換装置によって電気中の変化に変換し、変換さ
れた電気信号を低しきい値の検出回路と高しきい値の検
出回路とに印加し、各検出回路の出力を比較して被検査
物体の状態を判定することにより、配線パターンにおけ
る欠陥および不要配線材料の有無を同時に検査しようと
するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の従来技術の場合には、個々の被検査物
体の表面における光の反射率が大きく変化する場合につ
いてはなんら配慮されていない。

すなわち、一般に、光電気変換装置においては、入射光
量に比例した電気信号の出力を生じる動作範囲には自ず
と限界があり、入射光の光量が所定の限界値を越えた場
合には、電気信号の出力が飽和して動作不能となる。

一方、被検査物体における反射率が低い場合には、光電
気変換装置に対して充分な入射光量を確保してＳ／Ｎ比
を大きくし、検査感度を向上させるべく、照明光の光ｌ
を可能な限り大きくする必要がある。

このため、通常のように、反射率の比較的小さな被検査
物体を基準にして照明光の光量を一律に大きく設定した
のでは、光の反射率の比較的大きな被検査物体における
検査に際して、入射光の光量が過剰となって光電気変換
装置が飽和し、検査不能に陥るという問題を生じる。

このことは、たとえば半導体装置の製造プロセスにおけ
る半導体基板のように、各工程において表面の反射率が
大きく変動する場合の外観検査などにおいて重要な問題
となる。

そこで、本発明の目的は、光の反射率の異なる多様な被
検査物の外観検査を行うことが可能な外観検査技術を提
供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明になる外観検査装置は、被検査物に対
して照明光を照射する照明光学系と、照明光の照射によ
って被検査物から発生する反射光。

散乱光を捕捉し、撮像手段に導く結像光学系と、撮像手
段から得られる被検査物の画像信号を処理する画像処理
部とからなる外観検査装置であって、照明光学系および
結像光学系の少なくとも一方における照明光または反射
光、散乱光の光路に、被検査物に照射される照明光また
は撮像手段に入射する反射光、散乱光の光量を可変に制
御する光景調節機構を介設するようにしたものである。

〔作用〕

上記した本発明の外観検査装置によれば、たとえば、光
の反射率の比較的低い被検査物に合わせて照明光の光量
を比較的大きく設定しておくことで、撮像手段に入射す
る反射光、散乱光の充分な光量を確保してＳ／Ｎ比を大
きくするとともに、反射率の大きな被検査物の検査に際
しては、光量調節機構を作動させ、被検査物に照射され
る照明光または被検査物から撮像手段に入射する反射光
。

散乱光の光量を適切な値に減じることにより、過剰な反
射光、散乱光の入射に起因する撮像手段からの出力信号
の飽和を回避するようにして、光の反射率の異なる多様
な被検査物の外観検査を行うことができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例である外観検査装置の要部
の構成の一例を示す斜視図であり、第２図は、その一部
の動作の詳細の一例を示す説明図、さらに第３図（ａ）
〜（ｄ）は、その作用を説明する線図である。

まず、第１図などを参照しながら、本実施例の外観検査
装置の構成の一例を説明する。

水平面内において互いに直交する２方向に変位自在なＸ
−Ｙテーブル１の上には、たとえば、所定の集積回路パ
ターンなどが形成された半導体基板などからなる被検査
物２が真空吸着などの方法によって着説自在に固定され
ている。

Ｘ−Ｙテーブルｌの側方には、照明光源３と、この照明
光源３から放射される照明光４を平行光線にするための
複数のレンズ５．レンズ６および絞り７と、平行光線の
照明光４を収束する集光レンズ８などからなり、光軸が
水平にされた照明光学系Ａが設けられている。

一方、Ｘ−”Ｙテーブル１の直上部には、上方に向かっ
て、上下動自在な対物レンズ９と、前記照明光学系Δの
光軸に交差する高さに位置する半透鏡１０と、半透プリ
ズム１１とからなる撮像光学系Ｂが垂直な光軸を一致さ
せた状態で順に配置されており、さらに、最上部の半透
プリズム１１の上方における当該撮像光学系Ｂの光軸の
延長線上には、たとえば、−次元的に配列されたフォト
ダイオードアレイなどからなるイメージセンサ１２が設
けられている。

そして、照明光学系への集光レンズ８から出射される照
明光４は、半透鏡１０に反射されることによって、対物
レンズ９を介してＸ−Ｙテーブル１の上に載置された被
検査物２の所定の部位に照射されるとともに、この照明
光４の照射によって発生する反射光、散乱光４ａのうち
で対物レンズ９に捕捉されたものが、半透鏡１０および
半透プリズム１１を介して前記イメージセンサ１２に導
かれるように構成されている。

この、イメージセンサ１２は、被検査物２の表面から発
生して入射する反射光、散乱光４ａの光景に応じて、当
該被検査物２の所定の部位の電気的な画像信号を一次元
的に検出して、後段の増幅器１３およびＡ／Ｄコンバー
タ１４．遅延バッファ１５などを介して比較器１６に送
出するとともに、当該イメージセンサ１２の配置方向に
直交する方向にＸ−Ｙテーブル１を駆動して被検査物２
を撮像光学系已に対して相対的に移動させることにより
、被検査物２の画像が二次元的に把握され、後述のよう
なアルゴリズムなどによって、被検査物２の表面に形成
されている図示しないパターンなどにおける欠陥の有無
が検出されるものである。

また、対物レンズ９によって捕捉され、イメージセンサ
１２の側に導かれる反射光、散乱光４ａのうちの一部は
、半透プリズム１１によって分岐され、たとえば、目視
観察用の図示しない光学系に取り出される構造となって
いる。

この場合、照明光学系Ａにおける集光レンズ８の手前側
には、駆動機構１７によって照明光４の光路に交差する
方向に移動される光ｌ減少フィルタ１８が設けられてお
り、必要に応じて駆動機構１７を作動させ、この光ｌｉ
ｄ少フィルタ１８を照明光４の光路上に位置させること
により、集光レンズ８．半透鏡１０．対物レンズ９など
を介して被検査物２に照射される照明光４の先遣を所望
の値に減じることが可能にされている。

すなわち、前記光量減少フィルタ１８は、たとえば、透
過する光の波長によらず一定の割合で光強度を弱めるこ
とが可能なニュートラルデンシティフィルタで構成され
ている。

また、この光量減少フィルタ１８を駆動する駆動機構１
７は、マイクロプロセッサなどからなる制御部１９に接
続されており、当該制御部１９は外部から人力されるＸ
−Ｙテーブル１に載置されて検査される被検査物２の品
種や工程などに関する情報２０に基づいて、あるいは検
査に先立って、イメージセンサ１２の出力が実際に飽和
しているか否か判断して光債減少フィルタ１８を照明光
４の光路に介在させるか否かなどの制御動作を行うもの
である。

以下、本実施例の作用について説明する。

まず、Ｘ−Ｙテーブル１を適宜駆動させることにより、
半導体基板などからなる被検査物２の所定の部位を撮像
光学系Ｂの垂直な光軸の直下に位置決めする。

この被検査物２には、たとえば、第２図に示されるよう
に、各々の内部領域に図示しない同一の集積回路パター
ンなどが形成された複数の単位領域２ａが所定のピッチ
Ｐで反復して配置されている。

そして、検査に先立って、駆動機構１７を制御する制御
部１９には、この被検査物２の表面に形成されている図
示しない集積回路パターンの形成工程や品種などに関す
る情報２０が人力される。

この時、制御部１９は、前述の情報２０に基づいて、た
とえば、被検査物２の表面に形成されているパターンが
絶縁膜などのように比較的光の反対重が小さい場合には
、駆動機構１７により、光量減少フィルタ１８を照明光
４の光路から逸れた図中の二点鎖線の位置に退避させ、
照明光源３から放射される照明光４がそのままの光量で
被検査物２に照射されるようにする。

そして、この照明光＃！３から放射されたままの比較的
大きな光量を有する照明光４が、集光レンズ８．半透鏡
１０．対物レンズ９などを介して被検査物２に照射しな
がら、Ｘ−Ｙテーブルｌを駆動して被検査物２をイメー
ジセンサ１２の長さ方向に直交する方向に所定の速度で
移動させる。

この時、被検査物２における当該照明光４の照射部位か
らは、当該照射部位に形成されている集積回路パターン
の凹凸などに応じて反射光、散乱光４ａが発生し、その
一部は、対物レンズ９．半透鏡１０．半透プリズム１１
を介してイメージセンサ１２に導かれ、アナログの画像
信号４ｂに変換され、さらに、増幅器１３によって増幅
された後、Ａ／Ｄコンバータ１４によって所定の階調の
ディジタル信号に変換され、一部は、比較器１６に直接
的に人力されるとともに、他の一部は、遅延バッファ１
５を介して比較器１６に入力される。

すなわち、この遅延バッファ１５における遅延時間は、
被検査物２における単位領域２ａの配列ピッチＰをイメ
ージセンサ１２が相対的に移動して通過する時間に等し
くされている。

これにより、相互に同一のパターンが形成され、被検査
物２の移動方向に隣合う二つの単位領Ｆｔｃ２ａの各々
における対応する検査部位Ｐ、　、　　Ｐ２　のある時
点での画像信号４ｂが比較３１６に同時に人力されるこ
ととなり、双方の単位領域２ａにおける対応する同一検
査部位Ｐ１　およびＰ２　のパターンに欠陥がない場合
には、比較器１６にＡ／Ｄコンバータ１４から直接に人
力される検査部位Ｐの画像信号４ｂと、遅延バッファ１
５を介して人力される検査部位Ｐ、の画像信号４ｂとが
等しくなり、両者の差分演算の結果が零となって当該比
較器１６は欠陥検出信号りをＯＦＦとする。

一方、隣接する単位領域２ａのいずれかの検査部位のパ
ターンに欠けや余剰部位などの欠陥が存在する場合には
、Ａ／Ｄコンバータ１４から直接に人力される検査部位
Ｐ、の画像信号４ｂと、遅延バッファ１５から人力され
る検査部位Ｐ１　の画像信号との比較器１６における差
分演算の結果が零にならず、この時、比較器１６は、欠
陥検出信号りをＯＮにする。

そして、欠陥が存在する単位領域２ａと前後の単位領域
２ａとの比較においては、この欠陥検出信号りが連続し
てＯＮになるので、中間の単位領域２ａの検査部位に欠
陥が存在することが把握され、その位置を図示しない記
憶部などに記録する。

すなわち、同一のパターンが形成されている複数の単位
領域２ａの同一部位に欠陥が発生する確率は極めて小さ
いので、上述のようにして欠陥の検出が可能になる。

ここで、当該被検査物２のように、たとえば絶縁膜など
のパターンが形成され半導体基板の如く、表面における
光の反射率が比較的小さい場合には、照明光４の光量が
小さいと、イメージセンサ１２に入射する反射光、散乱
光４ａの光量が不十分となり、第３図（ｄ）に示される
ように、イメージセンサ１２から得られる画像信号４ｂ
のレベルがノイズレベルに近くなり、欠陥の検出感度が
劣化する。

このため、照明光４の光量を大きくして、イメージセン
サ１２に入射する反射光、散乱光４ａの光量を充分に確
保し、第３図（Ｃ）に示されるように、イメージセンサ
１２から出力される画像信号４ｂの信号レベルとノイズ
レベルとの間の差、すなわちＳ／Ｎ比を可能な限り太き
（して、ノイズなどに影響されることなく、上述のよう
安定な検査を行うことが必要である。

一方、アルミニウムなどからなる配線パターンの形成工
程を終えた直後の半導体基板などの被検査物２において
は、光の反射率が前述の絶縁膜などの場合に比較して極
めて大きいため、前述のような反射率の低い場合のよう
な大きな照明光４の光量のままで検査を行うとすると、
第３図（ａ）に示されるように、イメージセンサ１２に
入射する反射光、散乱光４ａの光■が過大となって、イ
メージセンサ１２が飽和し、画像信号４ｂの一部が飽和
レベルを超えた状態となって、正確な検査が困難となる
。

そこで、本実施例の場合には、アルミニウムなどからな
る配線パターンが形成された状態にあるような半導体基
板のように、表面における光の反射率が大きな被検査物
２の検査に際しては、制御部１９が前述の当該被検査物
２に関する品種や工程などの情報に基づいて、被検査物
２における反射率の大きさを判断し、あるいはイメージ
センサ１２の出力が実際に飽和しているか否かを判断し
て駆動機構１７を作動させることによって、第１図に示
されるように光量４−４少フィルタ１８を照明光４の光
路に介在さ仕、被検査物２に照射される照明光４の光量
を適正な値に減じた状態で前述のような一連の検査を行
う。

これにより、被検査物２の表面の反射率が比較的大きい
場合でも、過剰な反射光、散乱光４ａの発生を回避でき
、第３図Ｃｂ）に示されるように、イメージセンサ１２
から出力される画像信号４ｂは、ノイズレベルと飽和レ
ベルとの間の適正な範囲に収まり、前述のような被検査
物２における欠陥検出などの検査を、安定かつ精度良（
行うことができる。

このように、本実施例によれば、被検査物２における光
の反射率の変動に応じて、光量減少フィルタ１８を照明
光４の光路に介在させるか否かを適宜制御することによ
り、照明光４の光量を当該被検査物２の反射率に応じた
適切な値にすることが可能となり、常に、イメージセン
サ１２に入射する反射光０敗乱光４ａの光量を過不足な
く確保でき、光の反射率の異なる多様な被検査物２にお
ける外観検査を安定かつ精度良く行うことができる。

これにより、半導体集積回路装置の製造プロセスにおけ
る半導体基板のように、個々の工程毎に表面における光
の反射率が多様に変動する場合での外観検査工程に、本
実施例の外観検査技術を適用することにより、半導体集
積回路装置の製造プロセスでの生産性を向上させること
ができる。

なお、上記の説明では、照明光４の光路に適宜光量減少
フィルタ１８を介在させる場合について説明したが、被
検査物２からイメージセンサ１２に至る反射光、散乱光
４ａの光路に適宜介在させるようにしてもよい。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、光ｌ調節機構としては、前記実施例中に示さ
れたニュートラルデンシティフィルタに限らず、他の手
段であっても良いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりで
ある。

すなわち、本発明になる外観検査装置によれば、被検査
物に対して照明光を照射する照明光学系と、前記照明光
の照射によって前記被検査物から発生する反射光、散乱
光を捕捉し、撮像手段に導く結像光学系と、前記撮像手
段から得られる前記被検査物の画像信号を処理する画像
処理部とからなる外観検査装置であって、前記照明光学
系および前記結像光学系の少なくとも一方における前記
照明光または反射光量敗乱光の光路に、前記被検査物に
照射される前記照明光または前記撮像手段に入射する前
記反射光、散乱光の光量を可変に制御する光量調節機構
を介設してなる構造であるため、たとえば、光の反射率
の比較的低い被検査物に合わせて照明光の光量を比較的
大きく設定しておくことで、撮像手段に入射する反射光
、散乱光の充分な光量を確保してＳ／Ｎ比を大きくする
とともに、反射率の大きな被検査物の検査に際しては、
光量調節機構を作動させ、被検査物に照射される照明光
または被検査物から撮像手段に入射する反射光、散乱光
の光量を適切な値に減じることにより、過剰な反射光、
散乱光の入射に起因する撮像手段からの出力信号が飽和
することを回避するようにして、光の反射率の異なる多
様な被検査物の外観検査を行うこきができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である外観検査装置の要部の
構成の一例を示す斜視図、 第２図はその一部の動作の詳細の一例を示す説明図、 第３図（ａ）〜（ｄ）はその作用を説明する線図である
。 ｌ・・・ｘ−Ｙテーブル、２・・・被検査物、２ａ・・
・単位領域、３・・・照明光源、４・・・照明光、４ａ
・・・反射光、散乱光、４ｂ・・・画像信号、５．６・
・・レンズ、７・・・絞り、８・・・集光レンズ、９・
・・対物レンズ、１０・・・半透鏡、１１・・・半透プ
リズム、１２・・・イメージセンサ、１３・・・増幅器
、１４・・・Ａ／Ｄコンバータ、１５・・・遅延バッフ
ァ、１６・・・比較器、１７・・・駆動機構（光量調節
機構）、１８・・・光量減少フィルタ　（光量調節機構
）、１９・・・制御部、２０・・・被検査物に関する情
報、Ａ・・・照明光学系、Ｂ・・・撮像光学系、Ｄ・・
・欠陥検出信号、Ｐ、　、　　Ｐ２・・・検査部位、Ｐ
・・・被検査物における単位領域の配列ピッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査物に対して照明光を照射する照明光学系と、
   前記照明光の照射によって前記被検査物から発生する反
   射光、散乱光を捕捉し、撮像手段に導く結像光学系と、
   前記撮像手段から得られる前記被検査物の画像信号を処
   理する画像処理部とからなる外観検査装置であって、前
   記照明光学系および前記結像光学系の少なくとも一方に
   おける前記照明光または反射光、散乱光の光路に、前記
   被検査物に照射される前記照明光または前記撮像手段に
   入射する前記反射光、散乱光の光量を可変に制御する光
   量調節機構を介設してなることを特徴とする外観検査装
   置。 ２、前記光量調節機構が、前記照明光または前記反射光
   、散乱光の光路を横切る方向に変位自在に設けられたニ
   ュートラルデンシティフィルタであり、前記被検査物の
   表面の反射率が所定の値以上の場合に、当該ニュートラ
   ルデンシティフィルタを前記光路に介在させることによ
   り、前記撮像手段に入射する前記反射光、散乱光の光量
   を、当該撮像手段における飽和レベル以下になるように
   制御することを特徴とする請求項１記載の外観検査装置
   。