外観検査装置及び検査方法
【課題】半導体ウェハや液晶パネル等に発生する色むらや傷等の欠陥を、高速かつ高精度で検査することができ、しかも被検査ワークの大型化への対応を、検査精度及び検査スループットを維持したままで容易に達成できる外観検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】被検査ワークＷの撮像及び検査画像の処理を行う撮像処理ユニット１を複数配置し、これら複数の撮像処理ユニット１を用いて被検査ワークＷの全面または一部を分割撮像するとともに、その各撮像処理ユニット１独立に撮像画像の検査処理を行い、それら検査処理結果に基づいて統合判定部３にて被検査ワークＷの良否を判定する。
【解決手段】被検査ワークＷの撮像及び検査画像の処理を行う撮像処理ユニット１を複数配置し、これら複数の撮像処理ユニット１を用いて被検査ワークＷの全面または一部を分割撮像するとともに、その各撮像処理ユニット１独立に撮像画像の検査処理を行い、それら検査処理結果に基づいて統合判定部３にて被検査ワークＷの良否を判定する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハや液晶パネル等に発生する色むらや傷等の欠陥を、光学的手法を用いて自動的に検出する外観検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハの外観検査において、欠陥種は検査対象とする欠陥の大きさや現れ方により、ミクロ欠陥とマクロ欠陥に分類される。
【０００３】マクロ欠陥は、図８に示すように、ウェハの全面もしくは複数のチップにまたがって広範に現れるような塗布不良３１１、主にショット単位で現れる露光・現像不良３１２、あるいは広域にわたる傷３１３もしくは異物等を原因とするものである。ミクロ欠陥は、図９R>９に示すように、メモリセル部や周辺回路部に現れる数ミクロン〜サブミクロンの微小な異物３２１または傷やパターン欠陥３２２等を原因とするものである。
【０００４】これら半導体ウェハの欠陥のうち、ミクロ欠陥の検査については、高解像度の撮像手段により得られた画像を用いて、ダイツーダイ比較やセル比較方式のような参照画像との比較による自動検査方法が広く実用化されている。
【０００５】一方、マクロ欠陥検査については、マクロ欠陥によって現れるウェハ面の色むら等のマクロ異常に対して作業者が経験に基づいて良否判定を行う、という官能的な検査方法が用いられていた。具体的には、ウェハを回転させながら保持するステージの傾斜角や照射角度の変更が可能な照射装置を備えたマクロ検査装置を用いて、作業者がステージの傾斜角や照明の照射方向を調節しながら観察しやすい状態にした上で、例えばウェハ面の色ムラ等のマクロ異常を反射光を用いて目視によって観察し、その観察結果から作業者の経験に基づいて良否判定がなされている。
【０００６】しかし、作業者の目視による良否判定では、■良否判定基準にばらつきが生じるために品質が不安定である。■作業者によりスループットが異なる。■絶対的な検査速度を上げるためには、作業者の増員が必要である。■長時間作業による作業者の疲労などの問題がある。
【０００７】これらの問題を解決するため、半導体ウェハ等の表面の傷や色むら等の欠陥を光学的手段を用いて自動的に検出する装置の開発が行われている。
【０００８】例えば、特開平５−２４９０４４号公報には、半導体ウェハ上に繰り返し形成される各チップの同一部分を、ＣＣＤカメラが接続された複数の光学顕微鏡で撮像し、その各撮像画像を画像処理部において比較することによって良否判定を行う外観検査装置が提案されている。
【０００９】また、特開平８−２５４４９９号公報には、複数のカメラを用いた外観検査装置において、反射率が一様な標準画像を撮像し、隣接するカメラ間の濃度むらをシェーディング補正して一様な明るさにした後、オフセット調整部により隣接カメラとの重複部分の濃度値を等しい状態とし、さらに重複部分での隣接画像の濃度値に重み付け処理を施すことによって、被検査ワークを連続した画像として取り出して検査処理を行う検査装置が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平５−２４９０４４号公報に記載の外観検査装置では、隣接するＣＣＤカメラ間の光学的な差異をなくすことが困難である。すなわち、一般的に同等なレンズであっても収差・倍率には差異が発生するため、各ＣＣＤカメラ間で撮像される画像において被検査部位の形状や大きさなどは幾何的に異なるものとなる。さらに、ＣＣＤカメラのセンサ間に差異が発生するため、被検査部位の濃淡輝度値を同一レベルにすることは困難である。従って、各カメラ間の画像の比較による検査では擬似不良の発生が避けられない。
【００１１】一方、特開平８−２５４４９９号公報に記載の外観検査装置では、照明やカメラ間の差異に起因する濃淡輝度値の差異についての補正は可能であるが、光学的原因による幾何的な形状の差異の補正は行うことはできない。
【００１２】ここで、生産工程においては半導体ウェハの大口径化や液晶パネルの大型化が進んできており、これに伴って外観検査装置もその対応が必要となる。その際、生産工程の変更が最小限で済むように、外観検査装置には検査精度及び検査スループットを維持したままでの被検査ワークの大型化への対応が強く求められており、特開平５−２４９０４４号公報及び特開平８−２５４４９９号公報に記載の外観検査装置の場合、検査精度を保つためには撮像カメラの追加が必要になる。しかしながら、撮像カメラから画像処理部に入力される画像の量が増加すると検査画像処理に要する時間が増加して、これまでと同等の検査スループットを維持できなくなる。逆に検査スループットを維持するためには検査精度を下げる必要がある。つまり、検査精度及び検査スループットの双方を維持するためには、撮像カメラの追加とともに画像処理部の入れ替えが必要になり、これらの対応には多くの時間やコストが必要になる。
【００１３】本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、半導体ウェハや液晶パネル等に発生する色むらや傷等の欠陥を光学的手法を用いて検出するにあたり、光学的な差異に影響されることなく、高速かつ高精度な自動検査を行うことができ、しかも、被検査ワークの大型化への対応を、検査精度及び検査スループットを維持したままで容易に達成することが可能な外観検査装置及び検査方法の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の外観検査装置は、被検査ワーク（被検査ウェハ）に照明光を照射する照明系と、その被検査ワークの撮像及び検査画像の処理を行う撮像処理ユニットと、この撮像処理ユニットからの検査処理結果に基づいて被検査ワークの良否を判定する統合判定部と、その判定結果を表示する表示部からなる外観検査装置において、複数の撮像処理ユニットが設けられており、それら複数の撮像処理ユニットを用いて被検査ワークの全面または一部を分割撮像するように構成されているとともに、その各撮像処理ユニットで独立に撮像画像の検査処理を行って、それら検査処理結果に基づいて統合判定部が被検査ワークの良否を判定するように構成されていることによって特徴づけられる。
【００１５】本発明の外観検査装置によれば、各撮像処理ユニットにて独立に検査処理を行うので、各々の光学的原因による幾何的な形状の差異の補正処理が不要になる。また、撮像処理ユニットを追加した場合においても各撮像処理ユニット内での検査処理時間は全く同等であり、精度及び検査スループットを維持したままで、被検査ワークの大型化への対応が可能になる。
【００１６】本発明の外観検査装置において、被検査ワークの被検査部位に照明光を一括して照射して検査を行うように構成してもよい。
【００１７】本発明の外観検査装置において、２次元面照明装置とハーフミラーとを備えた照明系を用い、その２次元面照明装置からの照明光をハーフミラーで反射して、被検査ワークの被検査部位に、撮像処理ユニットの光軸と同じ方向の同軸落射にて照射するようにすれば、被検査ワーク面での正反射光で観察される欠陥、例えば半導体ウェハの露光現像不良や塗布むら等の色むら欠陥を検査することができる。
【００１８】また、１次元ライン照明装置を用いて、被検査ワークの被検査部位に対し照明光を斜め方向から照射するようにすれば、被検査ワーク面での乱反射光によって観察される欠陥、例えば半導体ウェハの傷や異物等の表面欠陥を検査することができる。
【００１９】本発明の外観検査方法は、複数の撮像処理ユニットにより被検査ワークの全面または一部を分割撮像し、その各撮像処理ユニットで独立に撮像画像の検査処理を行い、それらの検査処理結果を用いて統合判定部にて被検査ワークの良否判定処理を行うことによって特徴づけられる。
【００２０】本発明の外観検査方法において、各撮像処理ユニットでの検査処理として、被検査部位の輝度の分散または偏差に基づいて行うという処理を挙げることができる。なお、この場合、統合判定部での良否判定処理を、各撮像処理ユニットから得られる全ての被検査部位の分散または偏差に基づいて行うようにしてもよい。
【００２１】また、各撮像処理ユニットでの検査処理として、各撮像処理ユニットにて撮像された画像内の同一形状部分の比較に基づいて行うという処理も挙げることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】図１は本発明の外観検査装置の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【００２４】図１に示す外観検査装置は、被検査ウェハＷが設置されるステージ２、その上方に配置された複数の撮像処理ユニット１、ステージ２上の被検査ウェハＷに照明光を斜め上方から照射する照明装置５、統合判定部３及び表示部４などを主体として構成されている。各撮像処理ユニット１はそれぞれ撮像部１１及び処理部１２を備えている。
【００２５】そして、図１の外観検査装置では、ステージ２上に置かれた被検査ウェハＷの被検査部位に照明装置５からの照明光が一括して照射され、その被検査ウェハＷで反射された反射光が複数の撮像処理ユニット１内の各撮像部１１によって撮像される。その濃淡画像信号は、各撮像処理ユニット１に内蔵の処理部１２においてそれぞれ個別に検査画像処理が行われ、その検査処理結果が各撮像処理ユニット１から統合判定部３に送られる。統合判定部３では各検査処理結果に基づいて被検査ウェハＷの良否判定を行い、その判定結果が表示部４の画面上に表示される。
【００２６】次に、各撮像処理ユニット１内の処理部１２において実行される処理フローの詳細を、図２及び図３R>３を参照しつつ説明する。図２はその処理フローの内容を示す図、図３は同処理フローに対応する画像処理の一例を示す図である。
【００２７】この例では、半導体ウェハの色むらを欠陥として欠陥検出を行うものとする。その主な処理の流れは次のようになる。
【００２８】まず、図２に示す処理フローのステップＳ1 では、複数の撮像処理ユニット１の各撮像部１１にて撮像された画像を各処理部１２に入力する。この処理により入力される濃淡画像は、複数の撮像処理ユニット１によって被検査ウェハＷが分割撮像されるため、図３（ａ）に示すように被検査ウェハＷの一部分となる。この図３（ａ）に示す入力画像の例では、一様な画像上に色むら欠陥１１１が存在している。
【００２９】次に、ステップＳ2 において被検査部位の抽出を行う。その抽出処理は、図３（ａ）に示す入力画像の全面を被検査対象とし、この被検査対象領域を、矩形領域に１２分割するという手法で実行される。分割処理後の画像を図３（ｂ）に示す。この図３（ｂ）に示す画像では、被検査部位１２１及び１２２に、図３（ａ）での色むら欠陥１１１が含まれている。
【００３０】次に、ステップＳ3 において、図３（ｂ）に示す各被検査部位の輝度分散値（濃淡分散値）を算出する。実際に各被検査部位の輝度分散値を算出した結果は図３（ｃ）に示すような値となり、図３（ａ）の色むら欠陥１１１を含む被検査部位１２１及び１２２は輝度分散値がそれぞれ５．０及び３．０となっており、他の被検査部位の輝度分散値の１．０よりも大きい値となっていることがわかる。
【００３１】そして、ステップＳ4 では、これまでに求められた各被検査部位の輝度分散値を、あらかじめ設定されたしきい値と比較することで、しきい値以上の輝度分散値を持つ被検査領域を不良部と判定する。図３（ｄ）に示す例は、輝度分散値のしきい値を２．０に設定した場合のしきい値処理結果であり、設定されたしきい値よりも大きな値の輝度分散値を持つ被検査部位１２１及び１２２が不良部として判定されている。
【００３２】ここで、各撮像処理ユニット１の処理結果において、複数の被検査部位のうち不良部となる被検査部位が１つでも含まれる場合は、その撮像処理ユニット１での判定結果を不良として統合判定部３に判定結果を出力する（Ｓ5 ）。そして、統合判定部３は、複数の撮像処理ユニット１からの判定結果に１つでも不良と判定されたものがある場合には、被検査ウェハＷを不良品と判定する。
【００３３】次に、半導体ウェハ面での正反射光によって観察される欠陥、例えば半導体ウェハの露光現像不良や塗布むら等の色むら欠陥を検出するのに有効な検査装置を図４を参照しつつ説明する。
【００３４】図４に示す外観検査装置は、被検査ウェハＷが設置されるステージ２、その上方に配置された複数の撮像処理ユニット１、統合判定部３及び表示部４等を備えており、ステージ２上に置かれた被検査ウェハＷの照明系として、ステージ２の側方に位置する２次元面照明装置２５と、ステージ２の上方に位置するハーフミラー６が配置されている。各撮像処理ユニット１はそれぞれ撮像部１１及び処理部１２を備えている。
【００３５】そして、図４に示す外観検査装置では、２次元面照明装置２５からの照明光が、ハーフミラー６によって撮像処理ユニット１の光軸と同じ方向の同軸落射にて被検査ウェハＷの被検査部位に照射され、その被検査ウェハＷで反射された正反射光が、複数の撮像処理ユニット１内の各撮像部１１によって撮像される。その濃淡画像信号は、各撮像処理ユニット１に内蔵の処理部１２においてそれぞれ個別に検査画像処理が行われ、各検査処理結果が各撮像処理ユニット１から統合判定部３に送られる。統合判定部３では各検査処理結果に基づいて被検査ウェハＷの良否判定を行い、その判定結果が表示部４の画面上に表示される。
【００３６】次に、図４の外観検査装置において、撮像処理ユニット１内の処理部１２にて実行される画像処理の例を説明する。
【００３７】この例では、露光現像不良や塗布不良に対応する欠陥として、半導体ウェハに形成されるチップのメモリセル部分に発生する色むらを欠陥として検出するものとする。その主な処理の流れは次のようになる。
【００３８】まず、入力される画像は図５（ａ）に示すような被検査ウェハＷの一部分となり、ウェハ上に形成されるチップ２２１〜２２４の内部つまり図の破線矩形領域で示された部分内にメモリセル部が存在する。図５（ａ）ではメモリセル部が図中に斜線で示されており、チップ２２１のメモリセル部に欠陥として色むら欠陥２５１が発生している。
【００３９】この例において、被検査部位は、図５（ａ）に示すチップ２２１〜２２４のメモリセル部であるので、それらメモリセル部を抽出する。その抽出結果を図５（ｂ）に示す。被検査部位２３１〜２３４の抽出は、あらかじめ登録しておいた、被検査ウェハＷの被検査部位に対応する位置情報を持ったマスク画像を用いることにより可能である。また、画像信号から各画素の輝度をＸ方向に射影したヒストグラム及びＹ方向に射影したヒストグラムを作成し、それら作成されたヒストグラムに基づいて、繰り返し形状であるメモリセル部を抽出することも可能である（特願平１１−０１２０８４号参照）。
【００４０】次に、図５（ｂ）に示す各被検査部位について輝度分散値を算出する。実際に各被検査部位２３１〜２３４の輝度分散値を算出した結果は、図５（ｃ）に示すような値となり、色むらの発生している被検査部位２３１で輝度分散値が大きくなっていることがわかる。そして、このように算出された輝度分散値を用いて、しきい値処理を行うことによって各被検査部位の良否判定を行うことができる。図５（ｄ）に示す例は、輝度分散値のしきい値を３．０に設定した場合のしきい値処理結果であり、設定されたしきい値よりも大きな値の輝度分散値を持つ被検査部位２３１が不良部として判定されており、このように判定された結果が図４の統合判定部３に出力される。
【００４１】次に、この実施形態の統合判定部３にて実行される良否判定手法の例を説明する。
【００４２】まず、先の実施形態における良否判定手法では、各撮像処理ユニット１から送信される被検査部位の不良部の有無による判定結果に基づいて、統合判定部３が被検査ウェハの良否判定を行っていたが、この例では、そのような良否判定手法に代えて、図５（ｃ）において算出された輝度分散値を用いて良否判定処理を行う。具体的には、各撮像処理ユニット１から各被検査部位の輝度分散値を統合判定部３に送信し、統合判定部３において、多数の被検査部位の輝度分散値を用いて統計的手法により、標準的な輝度分散値よりも大きく異なるものが存在する場合は、被検査ウェハＷを不良品と判定するというような処理を行う。
【００４３】なお、図４に示す実施形態では、２次元面照明装置２５とハーフミラー６からなる照明系により、被検査ウェハＷに照明光を、撮像処理ユニット１の光軸と同じ方向の同軸落射にて照射するように構成しているが、このほか、例えば各撮像処理ユニット１にそれぞれ個別に照明系を設けて、被検査ウェハＷに照明光を同軸落射にて照射するようにしてもよい。
【００４４】ここで、以上の２つの実施形態では、各撮像処理ユニット１あるいは統合判定部３での判定に各被検査部位の輝度分散値を用いているが、これに代えて、各被検査部位の輝度の偏差を用いてもよい。
【００４５】次に、半導体ウェハ面での乱反射光によって観察される欠陥、例えば半導体ウェハの傷や異物等の表面欠陥を検出するのに有効な装置を、図６を参照しつつ説明する。
【００４６】図６に示す外観検査装置は、被検査ウェハＷが設置されるステージ２、その上方に配置された複数の撮像処理ユニット１、ステージ２上の被検査ウェハＷに照明光を斜め上方から照射する１次元ライン照明装置３５、統合判定部３及び表示部４などを主体として構成されている。各撮像処理ユニット１はそれぞれ撮像部１１及び処理部１２を備えている。
【００４７】そして、図６に示す外観検査装置では、ステージ２上に置かれた被検査ウェハＷの被検査部位に、１次元ライン照明装置３５からの照明光が斜め方向から照射され、その被検査ウェハＷで反射された乱反射光が複数の撮像処理ユニット１内の各撮像部１１によって撮像される。その濃淡画像信号は、各撮像処理ユニット１に内蔵の処理部１２においてそれぞれ個別に検査画像処理が行われ、その各検査処理結果が各撮像処理ユニット１から統合判定部３に送られる。統合判定部３では各検査処理結果に基づいて被検査ウェハＷの良否判定を行い、その良否判定が表示部４の画面上に表示される。
【００４８】次に、図６に示す外観検査装置において、撮像処理ユニット１内の処理部１２にて実行される画像処理の例を説明する。
【００４９】この例では、露光現像不良や塗布不良に対応する欠陥として、半導体ウェハに形成されるチップのメモリセル部分に発生する色むらを欠陥として検出するものとする。その主な処理の流れは次のようになる。
【００５０】まず、入力される画像は図７（ａ）のような被検査ウェハＷの一部分となり、ウェハ上に形成されるチップ２２１〜２２４の内部つまり図の破線矩形領域で示された部内にメモリセル部が存在しており、チップ２２１からチップ２２２にかけて傷による表面欠陥２６１が発生している。この例において、被検査部位は、図７R>７（ａ）に示すチップ２２１〜２２４であるので、それらチップ２２１〜２２４を抽出する。その抽出結果を図７R>７（ｂ）に示す。なお、被検査部位２４１〜２４４の抽出方法は先の実施形態と同様とする。
【００５１】次に、被検査部位２４１（欠陥有）を、隣接する同一形状の被検査部位２４３（欠陥無）と比較することにより、被検査部位２４３に含まれる欠陥部のみを検出し、また同様に、被検査部位２４２（欠陥有）についても、被検査部位２４４（欠陥無）と比較することによって、被検査部位２４２に含まれる欠陥部のみを検出する。なお、ここでは、説明を簡便にするために４つの被検査部位を用いて説明を行っているが、被検査部位２４３及び２４４についても、隣接している欠陥を含まない被検査部位と比較する（検出結果：欠陥無）。このようにして検出された欠陥を含む被検査部位２４１及び２４２に関しては、図７（ｄ）に示すようにこれを不良として判定することができる。
【００５２】そして、図６に示す統合判定部３において、各撮像処理ユニット１からの検査処理結果に基づいて、図１に示した実施形態と同等の良否判定処理を行うことによって、被検査ウェハＷの良否判定を行うことができる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の外観検査装置によれば、各撮像処理ユニットにて独立に検査処理を行うので、各々の光学的原因による幾何的な形状の差異の補正処理が不要になる。また、撮像処理ユニットを追加した場合においても各撮像処理ユニット内での検査処理時間は全く同等であり、被検査ワークの大型化への対応を、精度及び検査スループットを維持したまま容易に達成できる。しかも、従来は目視で行っていた作業者の負担を軽減できるとともに、生産性の向上及び品質の安定に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の外観検査装置の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の実施形態の処理フローを示す図である。
【図３】図１の実施形態で実行する画像処理の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の外観検査装置の他の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図５】図４の実施形態で実行する画像処理の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の外観検査装置の別の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図７】図６の実施形態で実行する画像処理の一例を示す説明図である。
【図８】半導体ウェハ上に発生するマクロ欠陥を模式的に示す図である。
【図９】半導体ウェハ上に発生するミクロ欠陥を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 撮像処理ユニット
１１ 撮像部
１２ 処理部
２ ステージ
３ 統合判定部
４ 表示部
５ 照明装置
６ ハーフミラー
Ｗ 被検査ウェハ
２５ ２次元面照明装置
３５ １次元ライン照明装置
１１１ 色むら欠陥
１２１，１２２ 被検査部位
２２１〜２２４ 被検査ウェハ上のチップ
２３１〜２３４ 被検査部位
２４１〜２４４ 被検査部位
２５１ 色むら欠陥
２６１ 表面欠陥
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハや液晶パネル等に発生する色むらや傷等の欠陥を、光学的手法を用いて自動的に検出する外観検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハの外観検査において、欠陥種は検査対象とする欠陥の大きさや現れ方により、ミクロ欠陥とマクロ欠陥に分類される。
【０００３】マクロ欠陥は、図８に示すように、ウェハの全面もしくは複数のチップにまたがって広範に現れるような塗布不良３１１、主にショット単位で現れる露光・現像不良３１２、あるいは広域にわたる傷３１３もしくは異物等を原因とするものである。ミクロ欠陥は、図９R>９に示すように、メモリセル部や周辺回路部に現れる数ミクロン〜サブミクロンの微小な異物３２１または傷やパターン欠陥３２２等を原因とするものである。
【０００４】これら半導体ウェハの欠陥のうち、ミクロ欠陥の検査については、高解像度の撮像手段により得られた画像を用いて、ダイツーダイ比較やセル比較方式のような参照画像との比較による自動検査方法が広く実用化されている。
【０００５】一方、マクロ欠陥検査については、マクロ欠陥によって現れるウェハ面の色むら等のマクロ異常に対して作業者が経験に基づいて良否判定を行う、という官能的な検査方法が用いられていた。具体的には、ウェハを回転させながら保持するステージの傾斜角や照射角度の変更が可能な照射装置を備えたマクロ検査装置を用いて、作業者がステージの傾斜角や照明の照射方向を調節しながら観察しやすい状態にした上で、例えばウェハ面の色ムラ等のマクロ異常を反射光を用いて目視によって観察し、その観察結果から作業者の経験に基づいて良否判定がなされている。
【０００６】しかし、作業者の目視による良否判定では、
【０００７】これらの問題を解決するため、半導体ウェハ等の表面の傷や色むら等の欠陥を光学的手段を用いて自動的に検出する装置の開発が行われている。
【０００８】例えば、特開平５−２４９０４４号公報には、半導体ウェハ上に繰り返し形成される各チップの同一部分を、ＣＣＤカメラが接続された複数の光学顕微鏡で撮像し、その各撮像画像を画像処理部において比較することによって良否判定を行う外観検査装置が提案されている。
【０００９】また、特開平８−２５４４９９号公報には、複数のカメラを用いた外観検査装置において、反射率が一様な標準画像を撮像し、隣接するカメラ間の濃度むらをシェーディング補正して一様な明るさにした後、オフセット調整部により隣接カメラとの重複部分の濃度値を等しい状態とし、さらに重複部分での隣接画像の濃度値に重み付け処理を施すことによって、被検査ワークを連続した画像として取り出して検査処理を行う検査装置が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開平５−２４９０４４号公報に記載の外観検査装置では、隣接するＣＣＤカメラ間の光学的な差異をなくすことが困難である。すなわち、一般的に同等なレンズであっても収差・倍率には差異が発生するため、各ＣＣＤカメラ間で撮像される画像において被検査部位の形状や大きさなどは幾何的に異なるものとなる。さらに、ＣＣＤカメラのセンサ間に差異が発生するため、被検査部位の濃淡輝度値を同一レベルにすることは困難である。従って、各カメラ間の画像の比較による検査では擬似不良の発生が避けられない。
【００１１】一方、特開平８−２５４４９９号公報に記載の外観検査装置では、照明やカメラ間の差異に起因する濃淡輝度値の差異についての補正は可能であるが、光学的原因による幾何的な形状の差異の補正は行うことはできない。
【００１２】ここで、生産工程においては半導体ウェハの大口径化や液晶パネルの大型化が進んできており、これに伴って外観検査装置もその対応が必要となる。その際、生産工程の変更が最小限で済むように、外観検査装置には検査精度及び検査スループットを維持したままでの被検査ワークの大型化への対応が強く求められており、特開平５−２４９０４４号公報及び特開平８−２５４４９９号公報に記載の外観検査装置の場合、検査精度を保つためには撮像カメラの追加が必要になる。しかしながら、撮像カメラから画像処理部に入力される画像の量が増加すると検査画像処理に要する時間が増加して、これまでと同等の検査スループットを維持できなくなる。逆に検査スループットを維持するためには検査精度を下げる必要がある。つまり、検査精度及び検査スループットの双方を維持するためには、撮像カメラの追加とともに画像処理部の入れ替えが必要になり、これらの対応には多くの時間やコストが必要になる。
【００１３】本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、半導体ウェハや液晶パネル等に発生する色むらや傷等の欠陥を光学的手法を用いて検出するにあたり、光学的な差異に影響されることなく、高速かつ高精度な自動検査を行うことができ、しかも、被検査ワークの大型化への対応を、検査精度及び検査スループットを維持したままで容易に達成することが可能な外観検査装置及び検査方法の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の外観検査装置は、被検査ワーク（被検査ウェハ）に照明光を照射する照明系と、その被検査ワークの撮像及び検査画像の処理を行う撮像処理ユニットと、この撮像処理ユニットからの検査処理結果に基づいて被検査ワークの良否を判定する統合判定部と、その判定結果を表示する表示部からなる外観検査装置において、複数の撮像処理ユニットが設けられており、それら複数の撮像処理ユニットを用いて被検査ワークの全面または一部を分割撮像するように構成されているとともに、その各撮像処理ユニットで独立に撮像画像の検査処理を行って、それら検査処理結果に基づいて統合判定部が被検査ワークの良否を判定するように構成されていることによって特徴づけられる。
【００１５】本発明の外観検査装置によれば、各撮像処理ユニットにて独立に検査処理を行うので、各々の光学的原因による幾何的な形状の差異の補正処理が不要になる。また、撮像処理ユニットを追加した場合においても各撮像処理ユニット内での検査処理時間は全く同等であり、精度及び検査スループットを維持したままで、被検査ワークの大型化への対応が可能になる。
【００１６】本発明の外観検査装置において、被検査ワークの被検査部位に照明光を一括して照射して検査を行うように構成してもよい。
【００１７】本発明の外観検査装置において、２次元面照明装置とハーフミラーとを備えた照明系を用い、その２次元面照明装置からの照明光をハーフミラーで反射して、被検査ワークの被検査部位に、撮像処理ユニットの光軸と同じ方向の同軸落射にて照射するようにすれば、被検査ワーク面での正反射光で観察される欠陥、例えば半導体ウェハの露光現像不良や塗布むら等の色むら欠陥を検査することができる。
【００１８】また、１次元ライン照明装置を用いて、被検査ワークの被検査部位に対し照明光を斜め方向から照射するようにすれば、被検査ワーク面での乱反射光によって観察される欠陥、例えば半導体ウェハの傷や異物等の表面欠陥を検査することができる。
【００１９】本発明の外観検査方法は、複数の撮像処理ユニットにより被検査ワークの全面または一部を分割撮像し、その各撮像処理ユニットで独立に撮像画像の検査処理を行い、それらの検査処理結果を用いて統合判定部にて被検査ワークの良否判定処理を行うことによって特徴づけられる。
【００２０】本発明の外観検査方法において、各撮像処理ユニットでの検査処理として、被検査部位の輝度の分散または偏差に基づいて行うという処理を挙げることができる。なお、この場合、統合判定部での良否判定処理を、各撮像処理ユニットから得られる全ての被検査部位の分散または偏差に基づいて行うようにしてもよい。
【００２１】また、各撮像処理ユニットでの検査処理として、各撮像処理ユニットにて撮像された画像内の同一形状部分の比較に基づいて行うという処理も挙げることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】図１は本発明の外観検査装置の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【００２４】図１に示す外観検査装置は、被検査ウェハＷが設置されるステージ２、その上方に配置された複数の撮像処理ユニット１、ステージ２上の被検査ウェハＷに照明光を斜め上方から照射する照明装置５、統合判定部３及び表示部４などを主体として構成されている。各撮像処理ユニット１はそれぞれ撮像部１１及び処理部１２を備えている。
【００２５】そして、図１の外観検査装置では、ステージ２上に置かれた被検査ウェハＷの被検査部位に照明装置５からの照明光が一括して照射され、その被検査ウェハＷで反射された反射光が複数の撮像処理ユニット１内の各撮像部１１によって撮像される。その濃淡画像信号は、各撮像処理ユニット１に内蔵の処理部１２においてそれぞれ個別に検査画像処理が行われ、その検査処理結果が各撮像処理ユニット１から統合判定部３に送られる。統合判定部３では各検査処理結果に基づいて被検査ウェハＷの良否判定を行い、その判定結果が表示部４の画面上に表示される。
【００２６】次に、各撮像処理ユニット１内の処理部１２において実行される処理フローの詳細を、図２及び図３R>３を参照しつつ説明する。図２はその処理フローの内容を示す図、図３は同処理フローに対応する画像処理の一例を示す図である。
【００２７】この例では、半導体ウェハの色むらを欠陥として欠陥検出を行うものとする。その主な処理の流れは次のようになる。
【００２８】まず、図２に示す処理フローのステップＳ1 では、複数の撮像処理ユニット１の各撮像部１１にて撮像された画像を各処理部１２に入力する。この処理により入力される濃淡画像は、複数の撮像処理ユニット１によって被検査ウェハＷが分割撮像されるため、図３（ａ）に示すように被検査ウェハＷの一部分となる。この図３（ａ）に示す入力画像の例では、一様な画像上に色むら欠陥１１１が存在している。
【００２９】次に、ステップＳ2 において被検査部位の抽出を行う。その抽出処理は、図３（ａ）に示す入力画像の全面を被検査対象とし、この被検査対象領域を、矩形領域に１２分割するという手法で実行される。分割処理後の画像を図３（ｂ）に示す。この図３（ｂ）に示す画像では、被検査部位１２１及び１２２に、図３（ａ）での色むら欠陥１１１が含まれている。
【００３０】次に、ステップＳ3 において、図３（ｂ）に示す各被検査部位の輝度分散値（濃淡分散値）を算出する。実際に各被検査部位の輝度分散値を算出した結果は図３（ｃ）に示すような値となり、図３（ａ）の色むら欠陥１１１を含む被検査部位１２１及び１２２は輝度分散値がそれぞれ５．０及び３．０となっており、他の被検査部位の輝度分散値の１．０よりも大きい値となっていることがわかる。
【００３１】そして、ステップＳ4 では、これまでに求められた各被検査部位の輝度分散値を、あらかじめ設定されたしきい値と比較することで、しきい値以上の輝度分散値を持つ被検査領域を不良部と判定する。図３（ｄ）に示す例は、輝度分散値のしきい値を２．０に設定した場合のしきい値処理結果であり、設定されたしきい値よりも大きな値の輝度分散値を持つ被検査部位１２１及び１２２が不良部として判定されている。
【００３２】ここで、各撮像処理ユニット１の処理結果において、複数の被検査部位のうち不良部となる被検査部位が１つでも含まれる場合は、その撮像処理ユニット１での判定結果を不良として統合判定部３に判定結果を出力する（Ｓ5 ）。そして、統合判定部３は、複数の撮像処理ユニット１からの判定結果に１つでも不良と判定されたものがある場合には、被検査ウェハＷを不良品と判定する。
【００３３】次に、半導体ウェハ面での正反射光によって観察される欠陥、例えば半導体ウェハの露光現像不良や塗布むら等の色むら欠陥を検出するのに有効な検査装置を図４を参照しつつ説明する。
【００３４】図４に示す外観検査装置は、被検査ウェハＷが設置されるステージ２、その上方に配置された複数の撮像処理ユニット１、統合判定部３及び表示部４等を備えており、ステージ２上に置かれた被検査ウェハＷの照明系として、ステージ２の側方に位置する２次元面照明装置２５と、ステージ２の上方に位置するハーフミラー６が配置されている。各撮像処理ユニット１はそれぞれ撮像部１１及び処理部１２を備えている。
【００３５】そして、図４に示す外観検査装置では、２次元面照明装置２５からの照明光が、ハーフミラー６によって撮像処理ユニット１の光軸と同じ方向の同軸落射にて被検査ウェハＷの被検査部位に照射され、その被検査ウェハＷで反射された正反射光が、複数の撮像処理ユニット１内の各撮像部１１によって撮像される。その濃淡画像信号は、各撮像処理ユニット１に内蔵の処理部１２においてそれぞれ個別に検査画像処理が行われ、各検査処理結果が各撮像処理ユニット１から統合判定部３に送られる。統合判定部３では各検査処理結果に基づいて被検査ウェハＷの良否判定を行い、その判定結果が表示部４の画面上に表示される。
【００３６】次に、図４の外観検査装置において、撮像処理ユニット１内の処理部１２にて実行される画像処理の例を説明する。
【００３７】この例では、露光現像不良や塗布不良に対応する欠陥として、半導体ウェハに形成されるチップのメモリセル部分に発生する色むらを欠陥として検出するものとする。その主な処理の流れは次のようになる。
【００３８】まず、入力される画像は図５（ａ）に示すような被検査ウェハＷの一部分となり、ウェハ上に形成されるチップ２２１〜２２４の内部つまり図の破線矩形領域で示された部分内にメモリセル部が存在する。図５（ａ）ではメモリセル部が図中に斜線で示されており、チップ２２１のメモリセル部に欠陥として色むら欠陥２５１が発生している。
【００３９】この例において、被検査部位は、図５（ａ）に示すチップ２２１〜２２４のメモリセル部であるので、それらメモリセル部を抽出する。その抽出結果を図５（ｂ）に示す。被検査部位２３１〜２３４の抽出は、あらかじめ登録しておいた、被検査ウェハＷの被検査部位に対応する位置情報を持ったマスク画像を用いることにより可能である。また、画像信号から各画素の輝度をＸ方向に射影したヒストグラム及びＹ方向に射影したヒストグラムを作成し、それら作成されたヒストグラムに基づいて、繰り返し形状であるメモリセル部を抽出することも可能である（特願平１１−０１２０８４号参照）。
【００４０】次に、図５（ｂ）に示す各被検査部位について輝度分散値を算出する。実際に各被検査部位２３１〜２３４の輝度分散値を算出した結果は、図５（ｃ）に示すような値となり、色むらの発生している被検査部位２３１で輝度分散値が大きくなっていることがわかる。そして、このように算出された輝度分散値を用いて、しきい値処理を行うことによって各被検査部位の良否判定を行うことができる。図５（ｄ）に示す例は、輝度分散値のしきい値を３．０に設定した場合のしきい値処理結果であり、設定されたしきい値よりも大きな値の輝度分散値を持つ被検査部位２３１が不良部として判定されており、このように判定された結果が図４の統合判定部３に出力される。
【００４１】次に、この実施形態の統合判定部３にて実行される良否判定手法の例を説明する。
【００４２】まず、先の実施形態における良否判定手法では、各撮像処理ユニット１から送信される被検査部位の不良部の有無による判定結果に基づいて、統合判定部３が被検査ウェハの良否判定を行っていたが、この例では、そのような良否判定手法に代えて、図５（ｃ）において算出された輝度分散値を用いて良否判定処理を行う。具体的には、各撮像処理ユニット１から各被検査部位の輝度分散値を統合判定部３に送信し、統合判定部３において、多数の被検査部位の輝度分散値を用いて統計的手法により、標準的な輝度分散値よりも大きく異なるものが存在する場合は、被検査ウェハＷを不良品と判定するというような処理を行う。
【００４３】なお、図４に示す実施形態では、２次元面照明装置２５とハーフミラー６からなる照明系により、被検査ウェハＷに照明光を、撮像処理ユニット１の光軸と同じ方向の同軸落射にて照射するように構成しているが、このほか、例えば各撮像処理ユニット１にそれぞれ個別に照明系を設けて、被検査ウェハＷに照明光を同軸落射にて照射するようにしてもよい。
【００４４】ここで、以上の２つの実施形態では、各撮像処理ユニット１あるいは統合判定部３での判定に各被検査部位の輝度分散値を用いているが、これに代えて、各被検査部位の輝度の偏差を用いてもよい。
【００４５】次に、半導体ウェハ面での乱反射光によって観察される欠陥、例えば半導体ウェハの傷や異物等の表面欠陥を検出するのに有効な装置を、図６を参照しつつ説明する。
【００４６】図６に示す外観検査装置は、被検査ウェハＷが設置されるステージ２、その上方に配置された複数の撮像処理ユニット１、ステージ２上の被検査ウェハＷに照明光を斜め上方から照射する１次元ライン照明装置３５、統合判定部３及び表示部４などを主体として構成されている。各撮像処理ユニット１はそれぞれ撮像部１１及び処理部１２を備えている。
【００４７】そして、図６に示す外観検査装置では、ステージ２上に置かれた被検査ウェハＷの被検査部位に、１次元ライン照明装置３５からの照明光が斜め方向から照射され、その被検査ウェハＷで反射された乱反射光が複数の撮像処理ユニット１内の各撮像部１１によって撮像される。その濃淡画像信号は、各撮像処理ユニット１に内蔵の処理部１２においてそれぞれ個別に検査画像処理が行われ、その各検査処理結果が各撮像処理ユニット１から統合判定部３に送られる。統合判定部３では各検査処理結果に基づいて被検査ウェハＷの良否判定を行い、その良否判定が表示部４の画面上に表示される。
【００４８】次に、図６に示す外観検査装置において、撮像処理ユニット１内の処理部１２にて実行される画像処理の例を説明する。
【００４９】この例では、露光現像不良や塗布不良に対応する欠陥として、半導体ウェハに形成されるチップのメモリセル部分に発生する色むらを欠陥として検出するものとする。その主な処理の流れは次のようになる。
【００５０】まず、入力される画像は図７（ａ）のような被検査ウェハＷの一部分となり、ウェハ上に形成されるチップ２２１〜２２４の内部つまり図の破線矩形領域で示された部内にメモリセル部が存在しており、チップ２２１からチップ２２２にかけて傷による表面欠陥２６１が発生している。この例において、被検査部位は、図７R>７（ａ）に示すチップ２２１〜２２４であるので、それらチップ２２１〜２２４を抽出する。その抽出結果を図７R>７（ｂ）に示す。なお、被検査部位２４１〜２４４の抽出方法は先の実施形態と同様とする。
【００５１】次に、被検査部位２４１（欠陥有）を、隣接する同一形状の被検査部位２４３（欠陥無）と比較することにより、被検査部位２４３に含まれる欠陥部のみを検出し、また同様に、被検査部位２４２（欠陥有）についても、被検査部位２４４（欠陥無）と比較することによって、被検査部位２４２に含まれる欠陥部のみを検出する。なお、ここでは、説明を簡便にするために４つの被検査部位を用いて説明を行っているが、被検査部位２４３及び２４４についても、隣接している欠陥を含まない被検査部位と比較する（検出結果：欠陥無）。このようにして検出された欠陥を含む被検査部位２４１及び２４２に関しては、図７（ｄ）に示すようにこれを不良として判定することができる。
【００５２】そして、図６に示す統合判定部３において、各撮像処理ユニット１からの検査処理結果に基づいて、図１に示した実施形態と同等の良否判定処理を行うことによって、被検査ウェハＷの良否判定を行うことができる。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の外観検査装置によれば、各撮像処理ユニットにて独立に検査処理を行うので、各々の光学的原因による幾何的な形状の差異の補正処理が不要になる。また、撮像処理ユニットを追加した場合においても各撮像処理ユニット内での検査処理時間は全く同等であり、被検査ワークの大型化への対応を、精度及び検査スループットを維持したまま容易に達成できる。しかも、従来は目視で行っていた作業者の負担を軽減できるとともに、生産性の向上及び品質の安定に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の外観検査装置の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の実施形態の処理フローを示す図である。
【図３】図１の実施形態で実行する画像処理の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の外観検査装置の他の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図５】図４の実施形態で実行する画像処理の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の外観検査装置の別の実施形態の構成を模式的に示す図である。
【図７】図６の実施形態で実行する画像処理の一例を示す説明図である。
【図８】半導体ウェハ上に発生するマクロ欠陥を模式的に示す図である。
【図９】半導体ウェハ上に発生するミクロ欠陥を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 撮像処理ユニット
１１ 撮像部
１２ 処理部
２ ステージ
３ 統合判定部
４ 表示部
５ 照明装置
６ ハーフミラー
Ｗ 被検査ウェハ
２５ ２次元面照明装置
３５ １次元ライン照明装置
１１１ 色むら欠陥
１２１，１２２ 被検査部位
２２１〜２２４ 被検査ウェハ上のチップ
２３１〜２３４ 被検査部位
２４１〜２４４ 被検査部位
２５１ 色むら欠陥
２６１ 表面欠陥
【特許請求の範囲】
【請求項１】 被検査ワークに照明光を照射する照明系と、その被検査ワークの撮像及び検査画像の処理を行う撮像処理ユニットと、この撮像処理ユニットからの検査処理結果に基づいて被検査ワークの良否を判定する統合判定部と、その判定結果を表示する表示部からなる外観検査装置において、複数の撮像処理ユニットが設けられており、それら複数の撮像処理ユニットを用いて被検査ワークの全面または一部を分割撮像するように構成されているとともに、その各撮像処理ユニットで独立に撮像画像の検査処理を行って、それら検査処理結果に基づいて統合判定部が被検査ワークの良否を判定するように構成されていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】 被検査ワークの被検査部位に照明光を一括して照射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
【請求項３】 照明系として２次元面照明装置とハーフミラーを備え、その２次元面照明装置からの照明光をハーフミラーで反射して、被検査ワークの被検査部位に、撮像処理ユニットの光軸と同じ方向の同軸落射にて照射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
【請求項４】 １次元ライン照明装置からの照明光を被検査ワークの被検査部位に対して斜め方向から照射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
【請求項５】 複数の撮像処理ユニットにより被検査ワークの全面または一部を分割撮像し、その各撮像処理ユニットで独立に撮像画像の検査処理を行い、それらの検査処理結果を用いて統合判定部にて被検査ワークの良否判定処理を行うことを特徴とする外観検査方法。
【請求項６】 各撮像処理ユニットでの検査処理を、被検査部位の輝度の分散または偏差に基づいて行うことを特徴とする請求項５記載の外観検査方法。
【請求項７】 統合判定部での良否判定処理を、各撮像処理ユニットから得られる全ての被検査部位の分散または偏差に基づいて行うことを特徴とする請求項６記載の外観検査方法。
【請求項８】 各撮像処理ユニットでの検査処理を、その各撮像処理ユニットにて撮像された画像内の同一形状部分の比較に基づいて行うこと特徴とする請求項５記載の外観検査方法。
【請求項１】 被検査ワークに照明光を照射する照明系と、その被検査ワークの撮像及び検査画像の処理を行う撮像処理ユニットと、この撮像処理ユニットからの検査処理結果に基づいて被検査ワークの良否を判定する統合判定部と、その判定結果を表示する表示部からなる外観検査装置において、複数の撮像処理ユニットが設けられており、それら複数の撮像処理ユニットを用いて被検査ワークの全面または一部を分割撮像するように構成されているとともに、その各撮像処理ユニットで独立に撮像画像の検査処理を行って、それら検査処理結果に基づいて統合判定部が被検査ワークの良否を判定するように構成されていることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】 被検査ワークの被検査部位に照明光を一括して照射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
【請求項３】 照明系として２次元面照明装置とハーフミラーを備え、その２次元面照明装置からの照明光をハーフミラーで反射して、被検査ワークの被検査部位に、撮像処理ユニットの光軸と同じ方向の同軸落射にて照射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
【請求項４】 １次元ライン照明装置からの照明光を被検査ワークの被検査部位に対して斜め方向から照射するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の外観検査装置。
【請求項５】 複数の撮像処理ユニットにより被検査ワークの全面または一部を分割撮像し、その各撮像処理ユニットで独立に撮像画像の検査処理を行い、それらの検査処理結果を用いて統合判定部にて被検査ワークの良否判定処理を行うことを特徴とする外観検査方法。
【請求項６】 各撮像処理ユニットでの検査処理を、被検査部位の輝度の分散または偏差に基づいて行うことを特徴とする請求項５記載の外観検査方法。
【請求項７】 統合判定部での良否判定処理を、各撮像処理ユニットから得られる全ての被検査部位の分散または偏差に基づいて行うことを特徴とする請求項６記載の外観検査方法。
【請求項８】 各撮像処理ユニットでの検査処理を、その各撮像処理ユニットにて撮像された画像内の同一形状部分の比較に基づいて行うこと特徴とする請求項５記載の外観検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図７】
【公開番号】特開２００１−１９４３２２（Ｐ２００１−１９４３２２Ａ）
【公開日】平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−６７８２（Ｐ２０００−６７８２）
【出願日】平成１２年１月１４日（２０００．１．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年１月１４日（２０００．１．１４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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