外観検査方法及び外観検査装置
【課題】半導体装置の外観検査の効率を向上する技術を提供する。
【解決手段】表面に配線が形成され且つ前記配線を覆う膜が形成された半導体装置において、膜に発生するクラックを検査する。膜を透過する光を表面に照射する。その表面の画像の所定方向に沿った輝度の変化率を計算する。その変化率の変化率を２次変化率として計算して２次変化率の分布図を作成する。２次変化率を計算する工程の後に連続性を強調する。連続性の強調は次のように行われる。各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算する。自画素の輝度を、複数の方向のうち和が最大である方向の和とする。
【解決手段】表面に配線が形成され且つ前記配線を覆う膜が形成された半導体装置において、膜に発生するクラックを検査する。膜を透過する光を表面に照射する。その表面の画像の所定方向に沿った輝度の変化率を計算する。その変化率の変化率を２次変化率として計算して２次変化率の分布図を作成する。２次変化率を計算する工程の後に連続性を強調する。連続性の強調は次のように行われる。各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算する。自画素の輝度を、複数の方向のうち和が最大である方向の和とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の品質を外観によって検査するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の回路を保護するためにソルダーレジスト（ＳＲ）が用いられている。ＳＲは、例えばＢＧＡ（ＢＡＬＬ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージにおけるプリント配線基板表面の所定の領域に形成される。
【０００３】
基板製造工程や半導体装置製造工程において、外部応力などにより、ＳＲにクラックが発生することがある。このクラックは、不特定な方向に線状に複雑に発生する。半導体装置の品質を保証するために、このようなＳＲのクラックの外観検査が行われている。
【０００４】
特許文献１は、クラック検査方法に関する技術の一例である。透明または半透明の被検査物に光を照射し、クラックにおける光学的な不連続性を用いてクラック検査が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１０４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＲのクラックの外観検査は、基板及び半導体装置の製造工程や検査工程において、被写体に垂直に同軸落射照明を当て、顕微鏡で目視することによって行われる。図１は、顕微鏡で得られる半導体装置の画像の一例を示す。この例の半導体装置では、基板の表面に配線パターンが形成される。基板の表面及び配線パターン１０２（暗く写っている部分）を保護するために、それらを覆う半透明のＳＲが形成される。図中で明るい円形に撮影されているＢＧＡ１０３は、配線パターン１０２とＳＲ外部とを電気的に接続するために用いられる。
【０００７】
画像１００に、半導体装置の表面が撮像される。画像１００には、ＳＲを透過して配線パターン１０２が撮像される。更にＢＧＡ１０３のはんだバンプ等の構造が撮像される。検査の担当者は、ＳＲクラック１０１（明るく写っている細長い部分）が特有の形状を有することに基づいて、配線パターン１０２やはんだバンプ１０３等から区別してＳＲクラック１０１を識別する。
【０００８】
目視による検査は、時間と手間が掛かる。特に、ＳＲのクラックは細いため、その検出には高倍率の顕微鏡を用いることが必要である。高倍率の顕微鏡は視野が狭いために、検査に掛かる時間が増大する。
【０００９】
検査の効率を上げるために、撮影した画像１００をデジタルデータに変換して画像処理を施すことが考えられる。図２は、画像処理を施した半導体装置の画像１００ａの一例を示す。エッジを強調する処理により、ＳＲクラック１０１ａが強調されている。検査の担当者はその形状の特性に基づいてＳＲクラック１０１ａを識別することができる。しかし、このような画像１００ａでは配線パターン１０２ａやはんだバンプ１０３ａのエッジも強調されるため、自動的なＳＲクラック１０１ａの識別には不向きである。
【００１０】
半導体装置の外観検査の効率を向上する技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面による外観検査方法は、表面に配線が形成され且つ配線を覆う膜が形成された半導体装置において、膜に発生するクラックを検査するための外観検査方法であって、表面の画像を取得する工程と、画像を形成する各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を合計して２次変化率画像を生成する工程と、２次変化率画像の連続性を強調する工程を備える。連続性を強調する工程は、各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算する工程と、自画素の輝度を、複数の方向のうち和が最大である方向の和とする工程とを備える。
【００１２】
本発明の一側面による外観検査装置は、表面に配線が形成され且つ配線を覆う膜が形成された半導体装置において、膜に発生するクラックを検査するための外観検査装置であって、表面の画像を取得する撮影部と、画像を形成する各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を合計して２次変化率画像を生成する微小変化強調部と、２次変化率画像の連続性を強調する連続性強調部を備える。連続性強調部は、各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算し、自画素の輝度を、複数の方向のうち和が最大である方向の和とする。
【００１３】
このような外観検査方法及び外観検査装置により、半導体装置の表面の膜の細長いクラックが強調され、外観検査の効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、半導体装置の外観検査の効率を向上することを可能とする外観検査方法及び外観検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、顕微鏡による半導体装置の画像を示す。
【図２】図２は、画像処理の結果を示す。
【図３】図３は、被検査物と、それを検査する外観検査装置の構成を示す。
【図４】図４は、照明の説明図である。
【図５】図５は、照明の下面図である。
【図６】図６は、外観検査方法のフローチャートである。
【図７】図７は、斜光照明とＳＲのクラックの関係を示す側面図である。
【図８】図８は、同軸落射照明とＳＲのクラックの関係を示す側面図である。
【図９】図９は、画像処理フィルタ（微小変化強調処理）の説明図である。
【図１０】図１０は、画像処理フィルタ（連続性強調処理）の説明図である。
【図１１】図１１は、画像処理フィルタ（ノイズ除去処理）の説明図である。
【図１２】図１２は、微小変化強調処理の説明図である。
【図１３】図１３は、微小変化強調処理の説明図である。
【図１４】図１４は、画像処理の計算例を示す。
【図１５】図１５は、画像処理前の輝度分布の例を示す。
【図１６】図１６は、画像処理後の輝度分布の例を示す。
【図１７】図１７は、顕微鏡による目視検査で使用される同軸落射照明の画像である。
【図１８】図１８は、斜光照明を用い光電変換スキャナ４で取得した画像である。
【図１９】図１９は、画像処理の結果を示す。
【図２０Ａ】図２０Ａは、外観検査方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、外観検査方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２１Ａ】図２１Ａは、外観検査方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、外観検査方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図２２Ａ】図２２Ａは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２３Ａ】図２３Ａは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、正規化処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図３は、被検査物１と、それを検査する外観検査装置の構成を示す。外観検査装置は、被検査物１に光を照射する照明２と、被検査物１を撮影してアナログ電気信号として出力する光電変換スキャナ４と、そのアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５と、それらを制御する制御回路３とを備える。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換回路５が出力する被検査物１の画像データは、第１記憶回路６と第２記憶回路１２がそれぞれ記憶する。正規化回路７は、第１記憶回路６が記憶する画像データのサイズや輝度などを必要に応じて正規化する。正規化された画像データは、ＳＲＣ（Ｓｏｌｄｅｒ Ｒｅｓｉｓｔ Ｃｒａｃｋ）強調回路８によって処理される。ＳＲＣ強調回路８は、微小変化強調回路９、連続画素強調回路１０及びノイズ除去回路１１を備える。これらの回路の動作については後述する。マスク回路１３は、ＳＲＣ強調回路８によって処理された画像と、第２記憶回路１２が記憶する元画像とによって、ＳＲＣの識別に不要な部分がマスクされたマスク画像を作成する。特徴量算出回路１４は、ＳＲＣが記録されている可能性のあるマスク画像から、ＳＲＣの特徴量を算出する。判定回路１５はその特徴量に基づいて被検査物が良品であるか不良品であるかを決定する。出力回路１６はその決定の結果を出力する。
【００１８】
正規化回路７、ＳＲＣ強調回路８、マスク回路１３、特徴量算出回路１４、及び判定回路１５は、記憶装置に格納されたプログラムを演算制御装置が読み取って実行することによってソフトウェア的に実現することが可能である。
【００１９】
図４は、照明２について説明するための側面図である。図５は、照明２を被検査物１の側から見た下面図である。本実施形態における照明２は、ＬＥＤリング照明である。ＬＥＤリング照明は、中心の中空部２１を取り囲む枠の形状をした支持部材２０を備える。図５の例では支持部材２０は正方形の枠の形状をしているが、円形であってもよい。照明２は、その支持部材の下面側に、概ね同一平面状に且つ枠の延長方向に沿って並ぶ複数のＬＥＤ２２（発光ダイオード）を備える。
【００２０】
光電変換スキャナ４は、照明２の中空部２１を通して被検査物１を撮影する。照明２は、ＬＥＤ２２が並ぶ平面が被検査物１の検査対象となる基板の主面と平行となるように配置される。照明２は、直上からではなく斜めから被検査物１に照明光２３を照射する複数の点光源からなる斜光照明である。照明２と被検査物１との距離を調節することにより、ＬＥＤ２２が発生する照明光２３が被検査物１に当たる角度が調節される。本願の発明者らが実際の半導体装置について検討したところ、ソルダーレジストのクラックを検査対象とする場合、被検査物１の基板の主面と、照明光２３の方向（ＬＥＤ２２の光源の中心と、被検査物１の撮影される対象となる部位とを結ぶ線の方向）とが成す角度は、１５度以上２５度以下であることが好ましい。
【００２１】
図６は、以上の構成を備えた外観検査装置を用いた外観検査方法を示すフローチャートである。
【００２２】
［ステップＳ１］
制御回路３は照明を点灯して被検査物１に光を照射する。光電変換スキャナ４は、その反射光を撮像して、被検査物１の画像の情報を含むアナログ電気信号を生成する。Ａ／Ｄ変換回路５はその信号を変換してデジタルの画像データを生成する。第１記憶回路６と第２記憶回路１２とはそれぞれその画像データを記憶する。正規化回路７はその画像データに必要な正規化を施す。
【００２３】
図７は、照明光２３とＳＲのクラック３１の関係を示す側面図である。図８は比較のために同軸落射照明を用いた目視検査の場合について照明光３５とＳＲのクラック３１の関係を示す。クラック３１は、ＳＲの表面に開口している部分である開口部３２と、ＳＲの内部も含めたクラック３１の幅によって規定される剥離部３３とを有する。
【００２４】
図８に示す同軸落射照明の場合、開口部３２において照明光３５が不規則な反射をして、他の箇所のＳＲの表面の反射光３６と輝度が異なる領域として撮像される。クラック３１の開口部３２以外の剥離部３３においては、照明光３５はクラック３１が無い部分と同じようにＳＲの表面で反射される（反射光３６）。そのため、クラック画像３４の幅は開口部３２の幅と概ね同じとなる。
【００２５】
図７に示す本実施形態の斜光照明の場合、照明２が被検査物１を取り囲むように周囲から斜光を照射する。そのため、照明光２３の一部はクラック３１の内部まで入り込んで反射する。その反射光３８とＳＲの他の領域の表面における反射光とは輝度が違う。そのため斜方照明においては、クラック３１の開口部３２の幅だけでなく、剥離部３３の幅を有するクラック画像３４ａが得られる。すなわち斜方照明によれば、同軸落射照明よりも幅の広いクラック画像３４ａを得ることができる。このような斜光照明の効果により、比較的低倍率であってもクラック３１を撮像することができる。その結果、視野の広い画像に基づいてクラック３１を認識することができ、検査の効率が向上する。
【００２６】
［ステップＳ２］
ＳＲＣ強調回路８は、ステップＳ１で取得した画像に対して画像処理を施すことにより、ＳＲのクラック３１を強調した強調画像を生成する。本実施形態において、この処理は以下のステップＳ３〜Ｓ５の処理を含む。
【００２７】
［ステップＳ３］
ＳＲのクラック３１は、一次元的な形状を有するヒビであり、半導体装置の配線などの構造に比べて幅が細いことが多い。この経験的事実に基づいて、より幅の細い被写体を強調する画像処理を行うことにより、クラック３１を強調した画像を得ることができる。微小変化強調回路９は、そうした画像処理によりクラック３１を強調した画像を生成する。
【００２８】
ステップＳ３の微小変化強調処理においては、各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を計算する。各画素について、その複数の方向の２次変化率を合計する。この計算の結果、その合計値を各画素の値とする２次変化率画像（微小変化強調画像）が生成される。
【００２９】
例えば２次元の画像データの各画素について、縦方向と横方向の２次変化率を計算し合計することにより、微小変化強調画像を生成することができる。このような画像では、横方向に伸び縦方向に狭い幅を有するクラック（縦方向の２次変化率が大きい）や、縦方向に伸び横方向に狭い幅を有するクラック（横方向の２次変化率が大きい）を強調することができる。このような計算は、ラプラシアンフィルタなどの画像処理フィルタを適用することにより実行することができる。
【００３０】
図９の左側の３行３列のアレイは、ＳＲＣ強調回路８に入力した画像データ（原画像）のある画素とその周囲の画素とを示す。中央の３行３列のアレイは、原画像に適用されるフィルタを示す。フィルタは、原画像の各画素の輝度に対して掛けられる重み付け係数によって構成される。図９の右側の３行３列のアレイは、原画像にフィルタを適用した結果として得られた微小変化強調画像を示す。
【００３１】
クラックは様々な方向に伸びている可能性があるため、縦・横・斜めの各方向についての２次変化率の和が用いられることが望ましい。その一例として、図９のフィルタにおいてＴ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ４＝Ｔ６＝Ｔ７＝Ｔ８＝Ｔ９＝１、Ｔ５＝−８とすることにより、縦横斜めの各方向について同程度に微小変化を強調することができる。
【００３２】
次に図１２を参照して、微小変化強調処理について説明する。図１２の最上段は、原画像の内の或る線分に沿って抽出した一次元的な輝度分布の例を示す。左欄に示すパターンは、被検査物１である半導体装置の半導体パッケージ上に形成された配線の横断面を示す。右欄に示すパターンは、ＳＲのクラック３１の横断面を示す。図１２に示されるように、配線の画像は、立上り端と立下り端との間に平坦な上面を有する場合が多い。図１２の例では、例えば図の左側から右側に画像処理を施すと考えると、中央の平坦なトップを有するピークの左端が立上り端であり、右端が立下り端である。一方クラック３１は配線よりも細く、頂上部が尖り、平坦なトップ面を持たない場合が多い。
【００３３】
図１２の２段目は、微小変化強調処理回路９が実行する１次微分処理の結果の一例を示す。左欄は配線パターンの処理結果を示す。配線の立上り端では正値のピークが得られる。配線の立下り端では負値のピークが得られる。それら正負のピークの間には、配線の幅に相当して、１次微分が概ね０の領域が得られる。
【００３４】
一方、図１２の２段目右欄は、ＳＲのクラック３１に対して１次微分処理を施した結果を示す。クラック３１の立上り端と立下り端とでは、配線パターンと同様に正のピークと負のピークが得られる。しかしながら通常クラック３１は幅が細くピークが鋭い。そのため配線の場合のような正負のピークの間の平坦な領域が見られない。１次微分の正のピークの立下り端は、負のピークの立下り端に概ね連続する。
【００３５】
図１２の３段目は、微小変化強調処理回路９が実行する２次微分処理の結果の一例を示す。左欄の配線パターンの場合は、原画像の立上り端と立下り端に相当する位置の各々に、正のピークと負のピークの対が得られる。一方、右欄のクラック３１の場合は、原画像のピークの位置において、１次微分の正負のピークが互いに接近しているために、２次微分に大きい絶対値を有する負のピークが得られる。
【００３６】
図１３の最上段は、微小変化強調処理回路９が図１２の３段目に示した処理結果に−１を掛けて得た結果の例を示す。クラック３１の原画像のピークに相当する位置に、大きい正値を有するピークが得られる。
【００３７】
図１４に計算例を示す。図１４の最上段は原画像の特定の画素に注目した場合の、その周辺の３行３列の画素からなる領域の輝度を示す。左欄は、値１の平坦なピークを有する配線パターンの立上り端における輝度分布を示す。左右方向の複数の画素に連続して１が並んでいることが、配線の幅方向に平坦なピークに相当する。右欄は、値１のピークを有するクラック３１の箇所における輝度分布を示す。幅が１画素分で図の上下方向に延長するクラック３１が例示されている。
【００３８】
図１４の２段目は、原画像に対して微小変化強調処理を行った結果を示す。左欄の配線パターンでは正に３、負に３の値のピークが得られる。それに対して右欄のクラック３１では中心に正に６の値のピークが得られる。以上の微小変化強調処理によって、配線パターンに対して、より微細なパターンであるＳＲのクラック３１のピーク値を強調することができる。図９を参照して説明した画像処理フィルタの例のように、中心画素に対して縦横斜めの各方向の隣接画素に同じ重み付けの画像処理フィルタを用いることにより、いずれの方向に延長するＳＲのクラック３１であっても、図１４に示したように強調処理を行うことができる。
【００３９】
［ステップＳ４］
連続画素強調回路１０は、微小変化強調処理によって得られた画像に対して、輝度の稜線（ピークが連続する領域）を強調する処理を行う。この処理は、微小変化強調画像の各画素について以下の計算を行うことで実行できる。自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算する。例えば、自画素と縦方向の両側の画素との輝度の和を第１和として計算し、自画素と横方向の両側の画素との輝度の和を第２和として計算する。それらの和の内で最大値を自画素の輝度とすることにより、稜線強調画像を生成することができる。
【００４０】
図１０では、注目する自画素がＥで示されている。この画素について稜線強調処理を施す場合、３行３列の画素の範囲内で、縦・横・斜めの合計４方向の各々について、輝度の和を計算する。その４方向の各々の和のうち最大値を抽出して、注目する画素の値とする処理を行う。すなわち注目する画素の値を次の値とする。
Ｍａｘ（（Ａ＋Ｅ＋Ｉ）、（Ｂ＋Ｅ＋Ｈ）、（Ｃ＋Ｅ＋Ｇ）、（Ｄ＋Ｅ＋Ｆ））
【００４１】
この処理を微小変化強調処理画像の各画素について実行することにより、孤立しているピークに対して、画素のピーク値が稜線上に連続している領域が強調される。図１３の２段目は、その処理結果を示す。クラック３１の微小変化強調処理画像はピークの値が大きく、且つピークがクラックの延長線上に沿って連続するため、稜線強調処理によってピークが更に強調される。
【００４２】
図１４の３段目は稜線強調処理の計算例を示す。配線パターンのエッジのピーク値が３から９に強調される。一方、クラック３１のピーク値は６から１８に強調される。
【００４３】
［ステップＳ５］
稜線強調処理画像に対して、予め指定した縦横のサイズよりも小さい図形を除去する。図１１は、そのような処理の一例を示す。左側の３行３列のアレイでは、中心画素のみ値１を有する。このような孤立した領域は、たとえ大きい値を持っていても、検査対象となるクラック３１ではないため、右側の３行３列のアレイのように画像処理によって除去する。この処理により細かいノイズが除去され、所定以上のサイズを有する稜線等のピークのみが残されたＳＲＣ強調処理画像が得られる。
【００４４】
以上のステップＳ１〜Ｓ５をＳＲのクラック３１の画像に適用した例が図１５、図１６に示されている。図１５は、ＳＲＣ強調回路８に入力する原画像において、ＳＲのクラック３１を横断する線上の画素の輝度分布を示している。この図では、クラック３１のコントラストの幅は輝度レベルで４０程度である。図１６は、この原画像に対してステップＳ３〜Ｓ５の処理を施した結果として得られる濃淡レベルの分布を示す。クラック３１のコントラスト幅が１５０に拡大されている。
【００４５】
［ステップＳ６］
このようにステップＳ２〜Ｓ５の処理によって、配線などの他のパターンに比べてＳＲのクラック３１を強調することが可能である。このように得られた強調処理後の画像に対して、例えば所定の閾値の濃淡レベルで２値画像化することにより、概ねクラック３１のみを抽出し、配線パターンなどの紛らわしい画像を削除したＳＲＣ抽出画像を生成することができる。
【００４６】
特徴量算出回路１４は、ノイズが除去された半導体装置の画像から特徴量を抽出する。特徴量としては、例えば輝度が所定の基準よりも大きい（又はＳＲＣが暗く写る画像の場合は、所定の基準よりも小さい）画素が線状に連続する領域（ＳＲＣ候補と考えられる領域）に含まれる画素数の合計や最大長さを用いることができる。
【００４７】
判定回路１５は、所定の基準、例えば或る特徴量に関する予め登録した閾値を用いて、抽出された特徴量に基づいて半導体装置の良否判定を行い、その結果を出力回路１６によって出力する。
【００４８】
以上の処理により、人間が目視検査する場合には判別が容易だが自動判別においてはクラック３１と紛らわしい配線パターンなどの影響を取り除いくことが可能であり、ＳＲのクラック３１の自動検査が高い精度で可能となる。また斜光照明を用いることにより低倍率でクラック画像の幅を確保することができるため、検査の効率を向上させることができる。
【００４９】
外観検査装置は、特徴量算出回路１４と判定回路１５を省略した場合でも効果を有する。その場合は、ＳＲＣ強調回路８によってＳＲＣが強調された画像を検査員が目視することにより、ＳＲＣ及び製品の良否判定を行う。ＳＲＣが強調されているため、検査の効率が向上する。
【００５０】
図１７〜図１９は、半導体装置の画像に対して本実施形態の画像処理を適用した例を示す。図１７は、顕微鏡による目視検査で使用される同軸落射照明の画像である。図１８は、斜光照明を用い、光電変換スキャナ４で取得した画像である。図１９は、図１８の画像に対して本実施形態の画像処理を適用した画像である。原画像において比較的薄いクラックＣを自動的に強調することができた。
【００５１】
以上の説明では、半導体基板と基板表面の配線を覆うソルダーレジストのクラックの検査を例として挙げた。しかしながら、以上の外観検査方法及び外観検査装置は、他の検査にも適用することができる。表面に配線が形成された半導体装置において、その配線が半透明又は透明の膜で覆われており、その膜に配線よりも細い幅のクラックが発生した場合、上記の方法と同様にしてクラックを自動的に強調することができる。
【００５２】
図６を参照して説明した外観検査方法について、以下により具体的に説明する。図２０Ａと図２０Ｂは、外観検査方法の一実施形態を示す。
ステップＳ１１〜Ｓ１５は、図６のステップＳ１に相当する。制御回路３は、図４と図５を参照して説明した斜光照明によって構成された照明２を点灯する。照明光としては、半導体基板上の膜（例えばソルダーレジスト）を透過する波長を含む光が用いられる（ステップＳ１１）。
【００５３】
制御回路３は、照明が点灯している間に、光電変換スキャナ４によって被検査物１（半導体装置の表面）を撮像し（ステップＳ１２）、その画像をＡ／Ｄ変換回路５によりデジタルの画像データに変換する（ステップＳ１３）。第１記憶回路６は、この画像データを原画像として記憶する。制御回路３は、撮像が終了すると照明２を消灯する（ステップＳ１５）。
【００５４】
ステップＳ１６とＳ２０は、図６のステップＳ２に相当する。ステップＳ１７〜Ｓ１９は、それぞれ図６のステップＳ２〜Ｓ５に相当し、これらの画像処理が施され、２値化されたＳＲＣ強調処理画像が記憶装置に記憶される（ステップＳ２０）。
【００５５】
ステップＳ２１以降は、図６のステップＳ６に相当する。第１記憶回路６が記憶した原画像が、その各画素の輝度を所定の閾値に基づいて２値化することにより、２値画像に変換される（ステップＳ２１）。
【００５６】
特徴量算出回路１４は、ＳＲＣ強調処理画像からステップＳ２１で生成された２値画像を引く、すなわち各画素の輝度の差を算出し、その差を各画素の輝度値とする画像（ＳＲＣの検出画像）を生成する。この検出画像においては、輝度の変化の少ない領域や、幅の太い構造などが概ね除去され、ＳＲＣが強調されている（ステップＳ２２）。
【００５７】
特徴量算出回路１４は、検出画像の中に含まれるピークの稜線を構成する画素数の合計を、各稜線について計算する。これにより、各稜線の規模を示す特徴量が得られる（ステップＳ２３）。
【００５８】
判定回路１５は、特徴量に基づいて被検査物１の良否判定を行う。例えば、画素数の合計値が所定の閾値を上回っている稜線が存在した場合に被検査物１を不良品と判定する。全ての稜線の各々について、画素数の合計値がその所定の閾値以下である場合に被検査物１を良品と判定する（ステップＳ２４）。出力回路１６は、その良否判定の結果を出力する（ステップＳ２５）。
【００５９】
図２１Ａ、図２１Ｂは、本発明の他の実施形態における外観検査方法を示す。本実施形態においては、異なる複数の条件で撮影した被検査物１の画像を用いて外観検査を行う。ステップＳ１１〜Ｓ１５においては図２０Ａ、図２０Ｂと同様の処理が行われ、第１の条件下で撮影された第１の原画像データ（グレイスケール）が得られる。
【００６０】
照明が切り替えられて点灯される（ステップＳ３１、Ｓ３２）。ステップＳ１１で使用される照明と、ステップＳ３２で使用される照明は、例えば波長が異なる。ステップＳ３２〜Ｓ３６においては、それぞれステップＳ１１〜Ｓ１５と同様の処理が行われ、第２の条件下で撮影された第２の原画像データ（グレイスケール）が得られる。
【００６１】
ＳＲＣ強調回路８は、第１の原画像と第２の原画像の差を取ることにより、処理画像を生成する（ステップＳ３７）。ステップＳ１７〜Ｓ２０において、ステップＳ３７で得られた処理画像に対して、図２０Ａ、図２０Ｂと同じ画像処理が施され、ＳＲＣ強調処理画像が生成される。
【００６２】
マスク回路１３は、所定の輝度の閾値に基づいて第１の原画像と第２の原画像をそれぞれ２値化することにより、第１の２値化画像と第２の２値化画像とを生成する（ステップＳ２１、Ｓ３８）。マスク回路１３は、第１の２値化画像と第２の２値化画像を足す、すなわち各画素の輝度の和を取ることにより、マスク画像を生成する（ステップＳ３９）。
【００６３】
特徴量算出回路１４は、ＳＲＣ強調処理画像からステップＳ３９で生成されたマスク画像を引くことによって、ＳＲＣの検出画像を生成する。この検出画像においては、輝度の変化の少ない領域や、幅の太い構造などが概ね除去され、ＳＲＣが強調されている（ステップＳ４０）。ステップＳ２３〜Ｓ２５においては、ステップＳ４０で生成された検出画像に対して、図２０Ａ、図２０Ｂと同じ処理が行われ、被検査物１の良否判定が行われる。
【００６４】
本実施形態においては、互いに異なる条件の照明を用いて撮影された第１の原画像と第２の原画像との差分画像に対してＳＲＣ強調処理が行われる。半導体装置において、ＳＲＣや配線などの領域は互いに異なる色で写ることがある。そのため第１の原画像と第２の原画像との差分を取ることにより、ＳＲＣを配線などの他の構造に比べて強調した画像を得ることができる。
【００６５】
図２２Ａ、図２２Ｂは、本発明の更に他の実施形態における外観検査方法を示す。ステップＳ１１〜Ｓ３６までは、図２２Ａ、図２２Ｂと同じ処理が行われる。本実施形態においては、ステップＳ１７〜Ｓ２０において、ステップＳ１４で記憶した第１の原画像データに対して画像処理が施され、ＳＲＣ強調処理画像が得られる。
【００６６】
ステップＳ３８において、ステップＳ３５で記憶した第２の原画像データが２値化される。ステップＳ５１において、特徴量算出回路１４は、ＳＲＣ強調処理画像から２値化された第２の原画像を引くことにより、検出画像を生成する。ステップＳ２３〜Ｓ２５においては、その検出画像に対して図２０Ａ、図２０Ｂと同じ処理が行われる。このような実施形態によっても、図２１Ａ、図２１Ｂの処理と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
図２３Ａ〜図２３Ｃは、本発明の更に他の実施形態における外観検査方法を示す。ステップＳ１１〜Ｓ３６までは図２１Ａ、図２１Ｂと同じ処理が行われる。ステップＳ６１でヒストグラムが算出され、Ｓ６２で輝度レベルの正規化が行われる。図２４は、その処理の詳細を示す。
【００６８】
正規化回路７は、第１の原画像に関して、輝度レベルを横軸とし、各輝度レベルを示す画素数を縦軸とするヒストグラムを算出する（ステップＳ６１）。
【００６９】
図２４のステップＳ８２、Ｓ８３は、図２３ＢのステップＳ６２に対応する。正規化回路７は、ヒストグラムの左右の端を検出する。すなわち度数が１以上の輝度レベルを検出し、その中で最小輝度レベル（Ｋｍｉｎ）と最大輝度レベル（Ｋｍａｘ）とを算出する（ステップＳ８２）。
【００７０】
輝度分布の幅、すなわち原画像のダイナミックレンジは、Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎによって示される。正規化回路７は、原画像の各画素について、Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎで正規化する。具体的には、各画素の輝度Ｖについて次の計算を行って、正規化された輝度Ｖｎを算出する。
Ｖｎ＝２５５＊（Ｖ−Ｋｍｉｎ）／（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）
この計算により、原画像が０〜２５５までの輝度を有するグレイスケール画像に変換される。
【００７１】
ステップＳ１７〜Ｓ２０までは、正規化された第１の原画像に対して、図２０Ａ、図２０Ｂと同じ処理が行われる。ステップＳ２１〜Ｓ４０までは、図２１Ａ、図２１Ｂと同じ処理が行われる。ステップＳ６３において、特徴量算出回路１４は、ＳＲＣ強調処理画像に含まれる線（ＳＲＣの候補であると考えられる）の各々を特定するラベリングを行う（ステップＳ１０２）。特徴量算出回路１４は、そのラベリングに基づいて、ＳＲＣ候補の各線の画素数の総和と、長さとを算出する（ステップＳ１０３）。
【００７２】
ステップＳ２４において、各ＳＲＣ候補について、画素数の総和と長さとが所定の基準値と比較される。その比較結果により、ＳＲＣ候補の規模が許容範囲内であると判定された場合、被検査物１は良品であると判定される（ステップＳ２４〜Ｓ２５）。
【符号の説明】
【００７３】
１ 被検査物
２ 照明
３ 制御回路
４ 光電変換スキャナ
５ Ａ／Ｄ変換回路
６ 第１記憶回路
７ 正規化回路
８ ＳＲＣ強調回路
９ 微小変化強調回路
１０ 連続画素強調回路
１１ ノイズ除去回路
１２ 第２記憶回路
１３ マスク回路
１４ 特徴量算出回路
１５ 判定回路
１６ 出力回路
２０ 支持部材
２１ 中空部
２２ ＬＥＤ
２３ 照明光
３１ クラック
３２ 開口部
３３ 剥離部
３４、３４ａ クラック画像
３５ 照明光
３６ 反射光
３８ 反射光
１００、１００ａ 画像
１０１、１０１ａ ＳＲクラック
１０２、１０２ａ 配線パターン
１０３、１０３ａ はんだバンプ
Ｃ クラック
ＳＲ ソルダーレジスト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の品質を外観によって検査するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の回路を保護するためにソルダーレジスト（ＳＲ）が用いられている。ＳＲは、例えばＢＧＡ（ＢＡＬＬ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージにおけるプリント配線基板表面の所定の領域に形成される。
【０００３】
基板製造工程や半導体装置製造工程において、外部応力などにより、ＳＲにクラックが発生することがある。このクラックは、不特定な方向に線状に複雑に発生する。半導体装置の品質を保証するために、このようなＳＲのクラックの外観検査が行われている。
【０００４】
特許文献１は、クラック検査方法に関する技術の一例である。透明または半透明の被検査物に光を照射し、クラックにおける光学的な不連続性を用いてクラック検査が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２１０４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳＲのクラックの外観検査は、基板及び半導体装置の製造工程や検査工程において、被写体に垂直に同軸落射照明を当て、顕微鏡で目視することによって行われる。図１は、顕微鏡で得られる半導体装置の画像の一例を示す。この例の半導体装置では、基板の表面に配線パターンが形成される。基板の表面及び配線パターン１０２（暗く写っている部分）を保護するために、それらを覆う半透明のＳＲが形成される。図中で明るい円形に撮影されているＢＧＡ１０３は、配線パターン１０２とＳＲ外部とを電気的に接続するために用いられる。
【０００７】
画像１００に、半導体装置の表面が撮像される。画像１００には、ＳＲを透過して配線パターン１０２が撮像される。更にＢＧＡ１０３のはんだバンプ等の構造が撮像される。検査の担当者は、ＳＲクラック１０１（明るく写っている細長い部分）が特有の形状を有することに基づいて、配線パターン１０２やはんだバンプ１０３等から区別してＳＲクラック１０１を識別する。
【０００８】
目視による検査は、時間と手間が掛かる。特に、ＳＲのクラックは細いため、その検出には高倍率の顕微鏡を用いることが必要である。高倍率の顕微鏡は視野が狭いために、検査に掛かる時間が増大する。
【０００９】
検査の効率を上げるために、撮影した画像１００をデジタルデータに変換して画像処理を施すことが考えられる。図２は、画像処理を施した半導体装置の画像１００ａの一例を示す。エッジを強調する処理により、ＳＲクラック１０１ａが強調されている。検査の担当者はその形状の特性に基づいてＳＲクラック１０１ａを識別することができる。しかし、このような画像１００ａでは配線パターン１０２ａやはんだバンプ１０３ａのエッジも強調されるため、自動的なＳＲクラック１０１ａの識別には不向きである。
【００１０】
半導体装置の外観検査の効率を向上する技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面による外観検査方法は、表面に配線が形成され且つ配線を覆う膜が形成された半導体装置において、膜に発生するクラックを検査するための外観検査方法であって、表面の画像を取得する工程と、画像を形成する各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を合計して２次変化率画像を生成する工程と、２次変化率画像の連続性を強調する工程を備える。連続性を強調する工程は、各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算する工程と、自画素の輝度を、複数の方向のうち和が最大である方向の和とする工程とを備える。
【００１２】
本発明の一側面による外観検査装置は、表面に配線が形成され且つ配線を覆う膜が形成された半導体装置において、膜に発生するクラックを検査するための外観検査装置であって、表面の画像を取得する撮影部と、画像を形成する各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を合計して２次変化率画像を生成する微小変化強調部と、２次変化率画像の連続性を強調する連続性強調部を備える。連続性強調部は、各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算し、自画素の輝度を、複数の方向のうち和が最大である方向の和とする。
【００１３】
このような外観検査方法及び外観検査装置により、半導体装置の表面の膜の細長いクラックが強調され、外観検査の効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、半導体装置の外観検査の効率を向上することを可能とする外観検査方法及び外観検査装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、顕微鏡による半導体装置の画像を示す。
【図２】図２は、画像処理の結果を示す。
【図３】図３は、被検査物と、それを検査する外観検査装置の構成を示す。
【図４】図４は、照明の説明図である。
【図５】図５は、照明の下面図である。
【図６】図６は、外観検査方法のフローチャートである。
【図７】図７は、斜光照明とＳＲのクラックの関係を示す側面図である。
【図８】図８は、同軸落射照明とＳＲのクラックの関係を示す側面図である。
【図９】図９は、画像処理フィルタ（微小変化強調処理）の説明図である。
【図１０】図１０は、画像処理フィルタ（連続性強調処理）の説明図である。
【図１１】図１１は、画像処理フィルタ（ノイズ除去処理）の説明図である。
【図１２】図１２は、微小変化強調処理の説明図である。
【図１３】図１３は、微小変化強調処理の説明図である。
【図１４】図１４は、画像処理の計算例を示す。
【図１５】図１５は、画像処理前の輝度分布の例を示す。
【図１６】図１６は、画像処理後の輝度分布の例を示す。
【図１７】図１７は、顕微鏡による目視検査で使用される同軸落射照明の画像である。
【図１８】図１８は、斜光照明を用い光電変換スキャナ４で取得した画像である。
【図１９】図１９は、画像処理の結果を示す。
【図２０Ａ】図２０Ａは、外観検査方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、外観検査方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２１Ａ】図２１Ａは、外観検査方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、外観検査方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図２２Ａ】図２２Ａは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２３Ａ】図２３Ａは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２３Ｃ】図２３Ｃは、外観検査方法の更に他の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、正規化処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図３は、被検査物１と、それを検査する外観検査装置の構成を示す。外観検査装置は、被検査物１に光を照射する照明２と、被検査物１を撮影してアナログ電気信号として出力する光電変換スキャナ４と、そのアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するＡ／Ｄ変換回路５と、それらを制御する制御回路３とを備える。
【００１７】
Ａ／Ｄ変換回路５が出力する被検査物１の画像データは、第１記憶回路６と第２記憶回路１２がそれぞれ記憶する。正規化回路７は、第１記憶回路６が記憶する画像データのサイズや輝度などを必要に応じて正規化する。正規化された画像データは、ＳＲＣ（Ｓｏｌｄｅｒ Ｒｅｓｉｓｔ Ｃｒａｃｋ）強調回路８によって処理される。ＳＲＣ強調回路８は、微小変化強調回路９、連続画素強調回路１０及びノイズ除去回路１１を備える。これらの回路の動作については後述する。マスク回路１３は、ＳＲＣ強調回路８によって処理された画像と、第２記憶回路１２が記憶する元画像とによって、ＳＲＣの識別に不要な部分がマスクされたマスク画像を作成する。特徴量算出回路１４は、ＳＲＣが記録されている可能性のあるマスク画像から、ＳＲＣの特徴量を算出する。判定回路１５はその特徴量に基づいて被検査物が良品であるか不良品であるかを決定する。出力回路１６はその決定の結果を出力する。
【００１８】
正規化回路７、ＳＲＣ強調回路８、マスク回路１３、特徴量算出回路１４、及び判定回路１５は、記憶装置に格納されたプログラムを演算制御装置が読み取って実行することによってソフトウェア的に実現することが可能である。
【００１９】
図４は、照明２について説明するための側面図である。図５は、照明２を被検査物１の側から見た下面図である。本実施形態における照明２は、ＬＥＤリング照明である。ＬＥＤリング照明は、中心の中空部２１を取り囲む枠の形状をした支持部材２０を備える。図５の例では支持部材２０は正方形の枠の形状をしているが、円形であってもよい。照明２は、その支持部材の下面側に、概ね同一平面状に且つ枠の延長方向に沿って並ぶ複数のＬＥＤ２２（発光ダイオード）を備える。
【００２０】
光電変換スキャナ４は、照明２の中空部２１を通して被検査物１を撮影する。照明２は、ＬＥＤ２２が並ぶ平面が被検査物１の検査対象となる基板の主面と平行となるように配置される。照明２は、直上からではなく斜めから被検査物１に照明光２３を照射する複数の点光源からなる斜光照明である。照明２と被検査物１との距離を調節することにより、ＬＥＤ２２が発生する照明光２３が被検査物１に当たる角度が調節される。本願の発明者らが実際の半導体装置について検討したところ、ソルダーレジストのクラックを検査対象とする場合、被検査物１の基板の主面と、照明光２３の方向（ＬＥＤ２２の光源の中心と、被検査物１の撮影される対象となる部位とを結ぶ線の方向）とが成す角度は、１５度以上２５度以下であることが好ましい。
【００２１】
図６は、以上の構成を備えた外観検査装置を用いた外観検査方法を示すフローチャートである。
【００２２】
［ステップＳ１］
制御回路３は照明を点灯して被検査物１に光を照射する。光電変換スキャナ４は、その反射光を撮像して、被検査物１の画像の情報を含むアナログ電気信号を生成する。Ａ／Ｄ変換回路５はその信号を変換してデジタルの画像データを生成する。第１記憶回路６と第２記憶回路１２とはそれぞれその画像データを記憶する。正規化回路７はその画像データに必要な正規化を施す。
【００２３】
図７は、照明光２３とＳＲのクラック３１の関係を示す側面図である。図８は比較のために同軸落射照明を用いた目視検査の場合について照明光３５とＳＲのクラック３１の関係を示す。クラック３１は、ＳＲの表面に開口している部分である開口部３２と、ＳＲの内部も含めたクラック３１の幅によって規定される剥離部３３とを有する。
【００２４】
図８に示す同軸落射照明の場合、開口部３２において照明光３５が不規則な反射をして、他の箇所のＳＲの表面の反射光３６と輝度が異なる領域として撮像される。クラック３１の開口部３２以外の剥離部３３においては、照明光３５はクラック３１が無い部分と同じようにＳＲの表面で反射される（反射光３６）。そのため、クラック画像３４の幅は開口部３２の幅と概ね同じとなる。
【００２５】
図７に示す本実施形態の斜光照明の場合、照明２が被検査物１を取り囲むように周囲から斜光を照射する。そのため、照明光２３の一部はクラック３１の内部まで入り込んで反射する。その反射光３８とＳＲの他の領域の表面における反射光とは輝度が違う。そのため斜方照明においては、クラック３１の開口部３２の幅だけでなく、剥離部３３の幅を有するクラック画像３４ａが得られる。すなわち斜方照明によれば、同軸落射照明よりも幅の広いクラック画像３４ａを得ることができる。このような斜光照明の効果により、比較的低倍率であってもクラック３１を撮像することができる。その結果、視野の広い画像に基づいてクラック３１を認識することができ、検査の効率が向上する。
【００２６】
［ステップＳ２］
ＳＲＣ強調回路８は、ステップＳ１で取得した画像に対して画像処理を施すことにより、ＳＲのクラック３１を強調した強調画像を生成する。本実施形態において、この処理は以下のステップＳ３〜Ｓ５の処理を含む。
【００２７】
［ステップＳ３］
ＳＲのクラック３１は、一次元的な形状を有するヒビであり、半導体装置の配線などの構造に比べて幅が細いことが多い。この経験的事実に基づいて、より幅の細い被写体を強調する画像処理を行うことにより、クラック３１を強調した画像を得ることができる。微小変化強調回路９は、そうした画像処理によりクラック３１を強調した画像を生成する。
【００２８】
ステップＳ３の微小変化強調処理においては、各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を計算する。各画素について、その複数の方向の２次変化率を合計する。この計算の結果、その合計値を各画素の値とする２次変化率画像（微小変化強調画像）が生成される。
【００２９】
例えば２次元の画像データの各画素について、縦方向と横方向の２次変化率を計算し合計することにより、微小変化強調画像を生成することができる。このような画像では、横方向に伸び縦方向に狭い幅を有するクラック（縦方向の２次変化率が大きい）や、縦方向に伸び横方向に狭い幅を有するクラック（横方向の２次変化率が大きい）を強調することができる。このような計算は、ラプラシアンフィルタなどの画像処理フィルタを適用することにより実行することができる。
【００３０】
図９の左側の３行３列のアレイは、ＳＲＣ強調回路８に入力した画像データ（原画像）のある画素とその周囲の画素とを示す。中央の３行３列のアレイは、原画像に適用されるフィルタを示す。フィルタは、原画像の各画素の輝度に対して掛けられる重み付け係数によって構成される。図９の右側の３行３列のアレイは、原画像にフィルタを適用した結果として得られた微小変化強調画像を示す。
【００３１】
クラックは様々な方向に伸びている可能性があるため、縦・横・斜めの各方向についての２次変化率の和が用いられることが望ましい。その一例として、図９のフィルタにおいてＴ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ４＝Ｔ６＝Ｔ７＝Ｔ８＝Ｔ９＝１、Ｔ５＝−８とすることにより、縦横斜めの各方向について同程度に微小変化を強調することができる。
【００３２】
次に図１２を参照して、微小変化強調処理について説明する。図１２の最上段は、原画像の内の或る線分に沿って抽出した一次元的な輝度分布の例を示す。左欄に示すパターンは、被検査物１である半導体装置の半導体パッケージ上に形成された配線の横断面を示す。右欄に示すパターンは、ＳＲのクラック３１の横断面を示す。図１２に示されるように、配線の画像は、立上り端と立下り端との間に平坦な上面を有する場合が多い。図１２の例では、例えば図の左側から右側に画像処理を施すと考えると、中央の平坦なトップを有するピークの左端が立上り端であり、右端が立下り端である。一方クラック３１は配線よりも細く、頂上部が尖り、平坦なトップ面を持たない場合が多い。
【００３３】
図１２の２段目は、微小変化強調処理回路９が実行する１次微分処理の結果の一例を示す。左欄は配線パターンの処理結果を示す。配線の立上り端では正値のピークが得られる。配線の立下り端では負値のピークが得られる。それら正負のピークの間には、配線の幅に相当して、１次微分が概ね０の領域が得られる。
【００３４】
一方、図１２の２段目右欄は、ＳＲのクラック３１に対して１次微分処理を施した結果を示す。クラック３１の立上り端と立下り端とでは、配線パターンと同様に正のピークと負のピークが得られる。しかしながら通常クラック３１は幅が細くピークが鋭い。そのため配線の場合のような正負のピークの間の平坦な領域が見られない。１次微分の正のピークの立下り端は、負のピークの立下り端に概ね連続する。
【００３５】
図１２の３段目は、微小変化強調処理回路９が実行する２次微分処理の結果の一例を示す。左欄の配線パターンの場合は、原画像の立上り端と立下り端に相当する位置の各々に、正のピークと負のピークの対が得られる。一方、右欄のクラック３１の場合は、原画像のピークの位置において、１次微分の正負のピークが互いに接近しているために、２次微分に大きい絶対値を有する負のピークが得られる。
【００３６】
図１３の最上段は、微小変化強調処理回路９が図１２の３段目に示した処理結果に−１を掛けて得た結果の例を示す。クラック３１の原画像のピークに相当する位置に、大きい正値を有するピークが得られる。
【００３７】
図１４に計算例を示す。図１４の最上段は原画像の特定の画素に注目した場合の、その周辺の３行３列の画素からなる領域の輝度を示す。左欄は、値１の平坦なピークを有する配線パターンの立上り端における輝度分布を示す。左右方向の複数の画素に連続して１が並んでいることが、配線の幅方向に平坦なピークに相当する。右欄は、値１のピークを有するクラック３１の箇所における輝度分布を示す。幅が１画素分で図の上下方向に延長するクラック３１が例示されている。
【００３８】
図１４の２段目は、原画像に対して微小変化強調処理を行った結果を示す。左欄の配線パターンでは正に３、負に３の値のピークが得られる。それに対して右欄のクラック３１では中心に正に６の値のピークが得られる。以上の微小変化強調処理によって、配線パターンに対して、より微細なパターンであるＳＲのクラック３１のピーク値を強調することができる。図９を参照して説明した画像処理フィルタの例のように、中心画素に対して縦横斜めの各方向の隣接画素に同じ重み付けの画像処理フィルタを用いることにより、いずれの方向に延長するＳＲのクラック３１であっても、図１４に示したように強調処理を行うことができる。
【００３９】
［ステップＳ４］
連続画素強調回路１０は、微小変化強調処理によって得られた画像に対して、輝度の稜線（ピークが連続する領域）を強調する処理を行う。この処理は、微小変化強調画像の各画素について以下の計算を行うことで実行できる。自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算する。例えば、自画素と縦方向の両側の画素との輝度の和を第１和として計算し、自画素と横方向の両側の画素との輝度の和を第２和として計算する。それらの和の内で最大値を自画素の輝度とすることにより、稜線強調画像を生成することができる。
【００４０】
図１０では、注目する自画素がＥで示されている。この画素について稜線強調処理を施す場合、３行３列の画素の範囲内で、縦・横・斜めの合計４方向の各々について、輝度の和を計算する。その４方向の各々の和のうち最大値を抽出して、注目する画素の値とする処理を行う。すなわち注目する画素の値を次の値とする。
Ｍａｘ（（Ａ＋Ｅ＋Ｉ）、（Ｂ＋Ｅ＋Ｈ）、（Ｃ＋Ｅ＋Ｇ）、（Ｄ＋Ｅ＋Ｆ））
【００４１】
この処理を微小変化強調処理画像の各画素について実行することにより、孤立しているピークに対して、画素のピーク値が稜線上に連続している領域が強調される。図１３の２段目は、その処理結果を示す。クラック３１の微小変化強調処理画像はピークの値が大きく、且つピークがクラックの延長線上に沿って連続するため、稜線強調処理によってピークが更に強調される。
【００４２】
図１４の３段目は稜線強調処理の計算例を示す。配線パターンのエッジのピーク値が３から９に強調される。一方、クラック３１のピーク値は６から１８に強調される。
【００４３】
［ステップＳ５］
稜線強調処理画像に対して、予め指定した縦横のサイズよりも小さい図形を除去する。図１１は、そのような処理の一例を示す。左側の３行３列のアレイでは、中心画素のみ値１を有する。このような孤立した領域は、たとえ大きい値を持っていても、検査対象となるクラック３１ではないため、右側の３行３列のアレイのように画像処理によって除去する。この処理により細かいノイズが除去され、所定以上のサイズを有する稜線等のピークのみが残されたＳＲＣ強調処理画像が得られる。
【００４４】
以上のステップＳ１〜Ｓ５をＳＲのクラック３１の画像に適用した例が図１５、図１６に示されている。図１５は、ＳＲＣ強調回路８に入力する原画像において、ＳＲのクラック３１を横断する線上の画素の輝度分布を示している。この図では、クラック３１のコントラストの幅は輝度レベルで４０程度である。図１６は、この原画像に対してステップＳ３〜Ｓ５の処理を施した結果として得られる濃淡レベルの分布を示す。クラック３１のコントラスト幅が１５０に拡大されている。
【００４５】
［ステップＳ６］
このようにステップＳ２〜Ｓ５の処理によって、配線などの他のパターンに比べてＳＲのクラック３１を強調することが可能である。このように得られた強調処理後の画像に対して、例えば所定の閾値の濃淡レベルで２値画像化することにより、概ねクラック３１のみを抽出し、配線パターンなどの紛らわしい画像を削除したＳＲＣ抽出画像を生成することができる。
【００４６】
特徴量算出回路１４は、ノイズが除去された半導体装置の画像から特徴量を抽出する。特徴量としては、例えば輝度が所定の基準よりも大きい（又はＳＲＣが暗く写る画像の場合は、所定の基準よりも小さい）画素が線状に連続する領域（ＳＲＣ候補と考えられる領域）に含まれる画素数の合計や最大長さを用いることができる。
【００４７】
判定回路１５は、所定の基準、例えば或る特徴量に関する予め登録した閾値を用いて、抽出された特徴量に基づいて半導体装置の良否判定を行い、その結果を出力回路１６によって出力する。
【００４８】
以上の処理により、人間が目視検査する場合には判別が容易だが自動判別においてはクラック３１と紛らわしい配線パターンなどの影響を取り除いくことが可能であり、ＳＲのクラック３１の自動検査が高い精度で可能となる。また斜光照明を用いることにより低倍率でクラック画像の幅を確保することができるため、検査の効率を向上させることができる。
【００４９】
外観検査装置は、特徴量算出回路１４と判定回路１５を省略した場合でも効果を有する。その場合は、ＳＲＣ強調回路８によってＳＲＣが強調された画像を検査員が目視することにより、ＳＲＣ及び製品の良否判定を行う。ＳＲＣが強調されているため、検査の効率が向上する。
【００５０】
図１７〜図１９は、半導体装置の画像に対して本実施形態の画像処理を適用した例を示す。図１７は、顕微鏡による目視検査で使用される同軸落射照明の画像である。図１８は、斜光照明を用い、光電変換スキャナ４で取得した画像である。図１９は、図１８の画像に対して本実施形態の画像処理を適用した画像である。原画像において比較的薄いクラックＣを自動的に強調することができた。
【００５１】
以上の説明では、半導体基板と基板表面の配線を覆うソルダーレジストのクラックの検査を例として挙げた。しかしながら、以上の外観検査方法及び外観検査装置は、他の検査にも適用することができる。表面に配線が形成された半導体装置において、その配線が半透明又は透明の膜で覆われており、その膜に配線よりも細い幅のクラックが発生した場合、上記の方法と同様にしてクラックを自動的に強調することができる。
【００５２】
図６を参照して説明した外観検査方法について、以下により具体的に説明する。図２０Ａと図２０Ｂは、外観検査方法の一実施形態を示す。
ステップＳ１１〜Ｓ１５は、図６のステップＳ１に相当する。制御回路３は、図４と図５を参照して説明した斜光照明によって構成された照明２を点灯する。照明光としては、半導体基板上の膜（例えばソルダーレジスト）を透過する波長を含む光が用いられる（ステップＳ１１）。
【００５３】
制御回路３は、照明が点灯している間に、光電変換スキャナ４によって被検査物１（半導体装置の表面）を撮像し（ステップＳ１２）、その画像をＡ／Ｄ変換回路５によりデジタルの画像データに変換する（ステップＳ１３）。第１記憶回路６は、この画像データを原画像として記憶する。制御回路３は、撮像が終了すると照明２を消灯する（ステップＳ１５）。
【００５４】
ステップＳ１６とＳ２０は、図６のステップＳ２に相当する。ステップＳ１７〜Ｓ１９は、それぞれ図６のステップＳ２〜Ｓ５に相当し、これらの画像処理が施され、２値化されたＳＲＣ強調処理画像が記憶装置に記憶される（ステップＳ２０）。
【００５５】
ステップＳ２１以降は、図６のステップＳ６に相当する。第１記憶回路６が記憶した原画像が、その各画素の輝度を所定の閾値に基づいて２値化することにより、２値画像に変換される（ステップＳ２１）。
【００５６】
特徴量算出回路１４は、ＳＲＣ強調処理画像からステップＳ２１で生成された２値画像を引く、すなわち各画素の輝度の差を算出し、その差を各画素の輝度値とする画像（ＳＲＣの検出画像）を生成する。この検出画像においては、輝度の変化の少ない領域や、幅の太い構造などが概ね除去され、ＳＲＣが強調されている（ステップＳ２２）。
【００５７】
特徴量算出回路１４は、検出画像の中に含まれるピークの稜線を構成する画素数の合計を、各稜線について計算する。これにより、各稜線の規模を示す特徴量が得られる（ステップＳ２３）。
【００５８】
判定回路１５は、特徴量に基づいて被検査物１の良否判定を行う。例えば、画素数の合計値が所定の閾値を上回っている稜線が存在した場合に被検査物１を不良品と判定する。全ての稜線の各々について、画素数の合計値がその所定の閾値以下である場合に被検査物１を良品と判定する（ステップＳ２４）。出力回路１６は、その良否判定の結果を出力する（ステップＳ２５）。
【００５９】
図２１Ａ、図２１Ｂは、本発明の他の実施形態における外観検査方法を示す。本実施形態においては、異なる複数の条件で撮影した被検査物１の画像を用いて外観検査を行う。ステップＳ１１〜Ｓ１５においては図２０Ａ、図２０Ｂと同様の処理が行われ、第１の条件下で撮影された第１の原画像データ（グレイスケール）が得られる。
【００６０】
照明が切り替えられて点灯される（ステップＳ３１、Ｓ３２）。ステップＳ１１で使用される照明と、ステップＳ３２で使用される照明は、例えば波長が異なる。ステップＳ３２〜Ｓ３６においては、それぞれステップＳ１１〜Ｓ１５と同様の処理が行われ、第２の条件下で撮影された第２の原画像データ（グレイスケール）が得られる。
【００６１】
ＳＲＣ強調回路８は、第１の原画像と第２の原画像の差を取ることにより、処理画像を生成する（ステップＳ３７）。ステップＳ１７〜Ｓ２０において、ステップＳ３７で得られた処理画像に対して、図２０Ａ、図２０Ｂと同じ画像処理が施され、ＳＲＣ強調処理画像が生成される。
【００６２】
マスク回路１３は、所定の輝度の閾値に基づいて第１の原画像と第２の原画像をそれぞれ２値化することにより、第１の２値化画像と第２の２値化画像とを生成する（ステップＳ２１、Ｓ３８）。マスク回路１３は、第１の２値化画像と第２の２値化画像を足す、すなわち各画素の輝度の和を取ることにより、マスク画像を生成する（ステップＳ３９）。
【００６３】
特徴量算出回路１４は、ＳＲＣ強調処理画像からステップＳ３９で生成されたマスク画像を引くことによって、ＳＲＣの検出画像を生成する。この検出画像においては、輝度の変化の少ない領域や、幅の太い構造などが概ね除去され、ＳＲＣが強調されている（ステップＳ４０）。ステップＳ２３〜Ｓ２５においては、ステップＳ４０で生成された検出画像に対して、図２０Ａ、図２０Ｂと同じ処理が行われ、被検査物１の良否判定が行われる。
【００６４】
本実施形態においては、互いに異なる条件の照明を用いて撮影された第１の原画像と第２の原画像との差分画像に対してＳＲＣ強調処理が行われる。半導体装置において、ＳＲＣや配線などの領域は互いに異なる色で写ることがある。そのため第１の原画像と第２の原画像との差分を取ることにより、ＳＲＣを配線などの他の構造に比べて強調した画像を得ることができる。
【００６５】
図２２Ａ、図２２Ｂは、本発明の更に他の実施形態における外観検査方法を示す。ステップＳ１１〜Ｓ３６までは、図２２Ａ、図２２Ｂと同じ処理が行われる。本実施形態においては、ステップＳ１７〜Ｓ２０において、ステップＳ１４で記憶した第１の原画像データに対して画像処理が施され、ＳＲＣ強調処理画像が得られる。
【００６６】
ステップＳ３８において、ステップＳ３５で記憶した第２の原画像データが２値化される。ステップＳ５１において、特徴量算出回路１４は、ＳＲＣ強調処理画像から２値化された第２の原画像を引くことにより、検出画像を生成する。ステップＳ２３〜Ｓ２５においては、その検出画像に対して図２０Ａ、図２０Ｂと同じ処理が行われる。このような実施形態によっても、図２１Ａ、図２１Ｂの処理と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
図２３Ａ〜図２３Ｃは、本発明の更に他の実施形態における外観検査方法を示す。ステップＳ１１〜Ｓ３６までは図２１Ａ、図２１Ｂと同じ処理が行われる。ステップＳ６１でヒストグラムが算出され、Ｓ６２で輝度レベルの正規化が行われる。図２４は、その処理の詳細を示す。
【００６８】
正規化回路７は、第１の原画像に関して、輝度レベルを横軸とし、各輝度レベルを示す画素数を縦軸とするヒストグラムを算出する（ステップＳ６１）。
【００６９】
図２４のステップＳ８２、Ｓ８３は、図２３ＢのステップＳ６２に対応する。正規化回路７は、ヒストグラムの左右の端を検出する。すなわち度数が１以上の輝度レベルを検出し、その中で最小輝度レベル（Ｋｍｉｎ）と最大輝度レベル（Ｋｍａｘ）とを算出する（ステップＳ８２）。
【００７０】
輝度分布の幅、すなわち原画像のダイナミックレンジは、Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎによって示される。正規化回路７は、原画像の各画素について、Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎで正規化する。具体的には、各画素の輝度Ｖについて次の計算を行って、正規化された輝度Ｖｎを算出する。
Ｖｎ＝２５５＊（Ｖ−Ｋｍｉｎ）／（Ｋｍａｘ−Ｋｍｉｎ）
この計算により、原画像が０〜２５５までの輝度を有するグレイスケール画像に変換される。
【００７１】
ステップＳ１７〜Ｓ２０までは、正規化された第１の原画像に対して、図２０Ａ、図２０Ｂと同じ処理が行われる。ステップＳ２１〜Ｓ４０までは、図２１Ａ、図２１Ｂと同じ処理が行われる。ステップＳ６３において、特徴量算出回路１４は、ＳＲＣ強調処理画像に含まれる線（ＳＲＣの候補であると考えられる）の各々を特定するラベリングを行う（ステップＳ１０２）。特徴量算出回路１４は、そのラベリングに基づいて、ＳＲＣ候補の各線の画素数の総和と、長さとを算出する（ステップＳ１０３）。
【００７２】
ステップＳ２４において、各ＳＲＣ候補について、画素数の総和と長さとが所定の基準値と比較される。その比較結果により、ＳＲＣ候補の規模が許容範囲内であると判定された場合、被検査物１は良品であると判定される（ステップＳ２４〜Ｓ２５）。
【符号の説明】
【００７３】
１ 被検査物
２ 照明
３ 制御回路
４ 光電変換スキャナ
５ Ａ／Ｄ変換回路
６ 第１記憶回路
７ 正規化回路
８ ＳＲＣ強調回路
９ 微小変化強調回路
１０ 連続画素強調回路
１１ ノイズ除去回路
１２ 第２記憶回路
１３ マスク回路
１４ 特徴量算出回路
１５ 判定回路
１６ 出力回路
２０ 支持部材
２１ 中空部
２２ ＬＥＤ
２３ 照明光
３１ クラック
３２ 開口部
３３ 剥離部
３４、３４ａ クラック画像
３５ 照明光
３６ 反射光
３８ 反射光
１００、１００ａ 画像
１０１、１０１ａ ＳＲクラック
１０２、１０２ａ 配線パターン
１０３、１０３ａ はんだバンプ
Ｃ クラック
ＳＲ ソルダーレジスト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に配線が形成され且つ前記配線を覆う膜が形成された半導体装置において、前記膜に発生するクラックを検査するための外観検査方法であって、
前記表面の画像を取得する工程と、
前記画像を形成する各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を合計して２次変化率画像を生成する工程と、
前記２次変化率画像の連続性を強調する工程を具備し、
前記連続性を強調する工程は、
各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算する工程と、
前記自画素の輝度を、前記複数の方向のうち前記和が最大である方向の前記和とする工程
とを具備する外観検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載された外観検査方法であって、
更に、前記連続性を強調する工程の後に、輝度が所定の基準よりも大きい画素が線状に連続する領域の最大長さ又は画素数を計算する工程と、
前記最大長さ又は画素数が所定値以上の場合に前記半導体装置を不良品と判定する工程
とを具備する外観検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された外観検査方法であって、
前記画像を取得する工程は、前記膜を透過する光を、前記画像を取得するための光学系の光軸方向から見て被写体を囲むように配置された光源から前記表面に照射する工程を備える
外観検査方法。
【請求項４】
請求項３に記載された外観検査方法であって、
前記膜はソルダーレジストであり、
前記光源の中心と前記被写体の中心とを結ぶ線と、前記基板の表面とが成す角度は、１５度以上２５度以下である
外観検査方法。
【請求項５】
表面に配線が形成され且つ前記配線を覆う膜が形成された半導体装置において、前記膜に発生するクラックを検査するための外観検査装置であって、
前記表面の画像を取得する撮影部と、
前記画像を形成する各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を合計して２次変化率画像を生成する微小変化強調部と、
前記２次変化率画像の連続性を強調する連続性強調部を具備し、
前記連続性強調部は、
各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算し、
前記自画素の輝度を、前記複数の方向のうち前記和が最大である方向の前記和とする
外観検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載された外観検査装置であって、
更に、前記連続性を強調する工程の後に、輝度が所定の基準よりも大きい画素が線状に連続する領域の最大長さを計算する最大長さ計算部と、
前記最大長さが所定値以上の場合に前記半導体装置を不良品と判定する判定部
とを具備する外観検査装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載された外観検査装置であって、
更に、前記膜を透過する光を、前記画像を取得するための光学系の光軸方向から見て被写体を囲むように配置された光源から前記表面に照射する照明部
を具備する外観検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載された外観検査装置であって、
前記膜はソルダーレジストであり、
前記光源の中心と前記被写体の中心とを結ぶ線と、前記基板の表面とが成す角度は、１５度以上２５度以下である
外観検査装置。
【請求項１】
表面に配線が形成され且つ前記配線を覆う膜が形成された半導体装置において、前記膜に発生するクラックを検査するための外観検査方法であって、
前記表面の画像を取得する工程と、
前記画像を形成する各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を合計して２次変化率画像を生成する工程と、
前記２次変化率画像の連続性を強調する工程を具備し、
前記連続性を強調する工程は、
各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算する工程と、
前記自画素の輝度を、前記複数の方向のうち前記和が最大である方向の前記和とする工程
とを具備する外観検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載された外観検査方法であって、
更に、前記連続性を強調する工程の後に、輝度が所定の基準よりも大きい画素が線状に連続する領域の最大長さ又は画素数を計算する工程と、
前記最大長さ又は画素数が所定値以上の場合に前記半導体装置を不良品と判定する工程
とを具備する外観検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された外観検査方法であって、
前記画像を取得する工程は、前記膜を透過する光を、前記画像を取得するための光学系の光軸方向から見て被写体を囲むように配置された光源から前記表面に照射する工程を備える
外観検査方法。
【請求項４】
請求項３に記載された外観検査方法であって、
前記膜はソルダーレジストであり、
前記光源の中心と前記被写体の中心とを結ぶ線と、前記基板の表面とが成す角度は、１５度以上２５度以下である
外観検査方法。
【請求項５】
表面に配線が形成され且つ前記配線を覆う膜が形成された半導体装置において、前記膜に発生するクラックを検査するための外観検査装置であって、
前記表面の画像を取得する撮影部と、
前記画像を形成する各画素の輝度について、複数の方向にそれぞれ沿った複数の２次変化率を合計して２次変化率画像を生成する微小変化強調部と、
前記２次変化率画像の連続性を強調する連続性強調部を具備し、
前記連続性強調部は、
各画素に対して、自画素の輝度と、複数の方向の各々について両側に隣接する画素の輝度との和を計算し、
前記自画素の輝度を、前記複数の方向のうち前記和が最大である方向の前記和とする
外観検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載された外観検査装置であって、
更に、前記連続性を強調する工程の後に、輝度が所定の基準よりも大きい画素が線状に連続する領域の最大長さを計算する最大長さ計算部と、
前記最大長さが所定値以上の場合に前記半導体装置を不良品と判定する判定部
とを具備する外観検査装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載された外観検査装置であって、
更に、前記膜を透過する光を、前記画像を取得するための光学系の光軸方向から見て被写体を囲むように配置された光源から前記表面に照射する照明部
を具備する外観検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載された外観検査装置であって、
前記膜はソルダーレジストであり、
前記光源の中心と前記被写体の中心とを結ぶ線と、前記基板の表面とが成す角度は、１５度以上２５度以下である
外観検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２３Ｃ】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２Ａ】
【図２２Ｂ】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２３Ｃ】
【図２４】
【公開番号】特開２０１２−４２３６９（Ｐ２０１２−４２３６９Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８４６８５（Ｐ２０１０−１８４６８５）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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