JPH04107945A - 自動外観検査装置 - 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〕 本発明は物体の表面の外観を検査する技術、特に、半導
体装置の製造工程における外観検査を自動的に行うため
に用いて効果のある技術に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に画像の処理においては、検査対象をテレビカメラ
などで撮像し、その画像情報に対する濃度変換（入力濃
度に対して出力濃度を変換する）を行い、これに対しコ
ントラスト強調、出力濃度分布の平坦化を行う手法が用
いられている。この種の技術には、例えば、「画像認識
論」長尾真著、昭和５８年２月１５日、コロナ社発行、
３０頁〜３５頁に記載がある。

ところで、本発明者は、半導体ウェハ、基板、マスク、
レチクル、液晶などの外観検査を画像処理を用いて行う
場合の濃度変換の問題について検討した。

以下は、本発明者によっそ検討された技術であり、その
概要は次の通りである。

すなわち、半導体ウェハでは、その製造工程が十数回に
わたるパターンの焼付け、多層の絶縁膜の被着を繰り返
しているため、パターンの形状、光の反射率が各工程段
階及び製品により不同である。このため、検出感度が最
適になるように調節する必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記の如く半導体ウェハの外観検査を濃度変
換を用いて行う場合、各工程段階、製品のウェハに対し
、常に最適な濃度変換式を与える手段について配慮がな
されていないため、最適な検出感度にすることができず
、検出感度は相対的に低くならざるを得ないという問題
のあることが本発明者によって見出された。

そこで、本発明の目的は、常に最適な濃度変換式を決定
し、欠陥検出感度を向上させることのできる技術を提供
することにある。

本発明の前３己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ｔの手段〕

本願にふ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、以下の通りである。

すなわち、被検査物の表面からの反射光を光電変換し、
そのデジタル化した画像信号に対する出力信号を任意の
関数として設定する濃度変換部を備えた自動外観検査装
置であって、前言己被検査物のパターンの画像の濃淡分
布を求めるヒストグラム処理手段と、該ヒストグラム処
理手段の結果に基づいて最適濃度変換式を演算し、該変
換式により求められた関数を前記濃度変換部に設定する
演算手段とを設けるようにしたものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、濃度分布の集中は濃度分布集中
部の濃度付近にパターンの濃度が集中していることを意
味し、パターンの濃度分布が平均的に暗い方に分布して
いる場合には、暗い部分を強調するような濃度変換が行
われ、逆に、濃度分布が平均的に明るい場合には、明る
い部分を強調するように濃度変換が行われる。これによ
り、常に、最適な濃度変換式を適用することができ、欠
陥を高感度に検出することが可能になる。

〔実施例〕

第１図は本発明による自動外観検査装置の一実施例を示
すブロック図である。

Ｘ方向及びＹ方向へ自在に移動可能なＸ−Ｙテーブルｌ
の上面にはウェハ載置台２が取り付けられ、このウェハ
載置台２上に半導体ウェハ３がセットされる。一方、被
検査物である半導体ウェハ３の表面を照明するために光
源４が設けられ、その光路上に集光レンズ５が配設され
ている。

半導体ウェハ３の上部には対物レンズ６が配設され、こ
の上部でかつ集光レンズ５の出射光路上にハーフミラ−
７が配設されている。さらに、対物レンズ６の合焦位置
には受光素子８が配設されている。受光素子８には、そ
の画像信号を増幅するための信号処理回路９が接続され
、この信号処理回路９にはアナログ信号をデジタル信号
に変換するためのＡ／Ｄ変換部１０が接続されている。

Ａ／Ｄ変換部１０には、濃度変換部１１及び画像メモリ
１２が接続され、画像メモリ１２にはヒストグラム処理
部１３　（ヒストグラム処理手段）が接続されている。

また、濃度変換部１１及びヒストグラム処理部１３には
、演算手段としての計算機１４が接続されている。さら
に、濃度変換部１１には欠陥検出部１５が接続され、そ
の出力が欠陥信号になる。

以上の構成において、外観検査を行うには、まず、ウェ
ハ載置台２上に半導体ウェハ３を載蓋し、光源４を点灯
する。その出力光は、集光レンズ５を経てハーフミラ−
７に到達し、さらに対物レンズ６によって半導体ウェハ
３上に到達する。半導体ウェハ３の照明部分の反射光は
、ハーフミラ−７を通過して受光素子８にパターンを結
像する。

受光素子８によって光電変換された画像信号は、信号処
理回路９によって増幅され、Ａ／Ｄ変換部１０によって
多階調の画像信号にされる。

Ａ／Ｄ変換部１０の出力信号は濃度変換部１１及び画像
メモリ１２に人力され、この画像メモリ１２から読み出
された画像情報の濃淡値の頻度分布を計数するヒストグ
ラム処理部１３に入力される。その処理結果は計算機１
４によって読み込まれる。計算機１４は、濃淡ヒストグ
ラムのデータをもとに最適濃度変換式を算出し、その関
数値を濃度変換部１１に設定する。

濃度変換された信号は、欠陥検出部１５に印加され、こ
れによって欠陥の検出が行われる。この欠陥検出部１５
は、濃度変換部１１の出力信号を遅延した信号と遅延し
ない信号との差分をとり、その結果と予め設定されたス
レッショルド信号との比較により欠陥信号を生成する。

第２図は濃度変換部１１の入・出力構成を示す回路図で
ある。

濃度変換部１１はメモリを用いて構成され、入力データ
がアドレス入力（Ａ）、出力データがデータバス（Ｄ）
になる。その入力側にはスイッチ１６が接続され、出力
側にはスイッチ１７が接続されている。

計算機１４から濃度変換式の値を書き込む場合、スイッ
チ１６を計算機１４のアドレスバスに接続し、スイッチ
１７をデータバスに接続し、計算機１４で指定したアド
レスに濃度変換式のデータを書き込む。一方、実検査時
はスイッチ１６をＡ／Ｄ変換Ｍｌ　００）出力（Ｖ＋ｆ
ｉ）（ＩＪＩ：し、スイッチ１７を出力（ｖｏ）側にす
る。

このとき、Ｖ　ｌ　ｎの値に相当する濃度変換式の値が
出力として読み出される。したがって、前記メモリにど
のような値を書き込むかにより、任意の濃度変換を行う
ことができる。

第３図は本発明における濃度変換特性を示し、図中の関
数１は明るい濃度部分を強調するための特性、関数２は
入・出力が１対１の直線関係にするための特性、関数３
は暗い濃度部分を強調する特性を示している。因みに、
従来は１つの関数を用いて処理していた。

第４図及び第５図は欠陥の一例を示す平面図である。第
４図は比較的暗いパターン上に暗い欠陥がある場合（例
えば、ポンディングパッド）ヲ示し、コントラストが低
く欠陥の検出は行いに（い。

また、第５図は比較的明るいパターン上に暗い欠陥があ
る場合（パターンが多い部分）であり、下地と欠陥の濃
度のコントラストが大きいので欠陥検出は容易である。

なお、第５図では、パターンの周辺が段差を有している
ため、その段差部分が黒い筋に見える。このように、欠
陥の濃度と欠陥の存在の有無によって、欠陥の検出のし
易さが異なる。

第６図は濃淡ヒストグラムを説明する人力と頻度の関係
を示す特性図である。

一般に、チップ内のパターンの濃度分布は、パターンの
密な部分が第６！！１（ａ）のように幅広い濃度分布を
示し、パターンが疎な部分は第６図（ｂ）のように下地
部の濃度値付近でピークを持つような特性になる。

したがって、チップ内の複数点の濃度分布を累計すると
、パターンの密な部分の占する割合が多い場合には、第
６図（Ｃ）に示すように、パターンの密な部分の特性に
良く儲だ分布を示すようになる。

ここで、第６図の（ａ）、ら）ｉｃ）の各々の濃度分布
の平均値Ｖ　Ａ　ｖ　ａをとると、その位置は第６図の
各図に示すように、各濃度分布によって異なる。本実施
例では、第６図（Ｃ）の平均値Ｖ　Ａ　Ｖ　＠　がチッ
プ内の濃度分布を代表する濃度平均値になる。したがっ
て、平均値Ｖ　Ａ　ｖ　ｅ　が入力の中央値より小さい
場合、すなわち平均的にパターンが暗いときには第３図
に示した関数３のように暗い部分を強調し、平均値Ｖ　
Ａ　Ｖ　＠　が人力の中央値より大きい場合には第３図
中の関数１のように明るい部分を強調することにより、
相対的に入・出力の関係を平均化することができる。

本発明が対象とする半導体ウェハのように、濃淡分布が
偏ったものについて分布を一様にする方法としてよく用
いられる手法がヒストグラム等化法（入力画像の累積ヒ
ストグラムをもとに出力信号の濃淡分布を一様にする方
法）であるが、ウェハの濃淡分布は鋭いピークを有する
。ヒストグラム等化法の弱点は急峻なピークをもったも
のの場合、累積ヒストグラムの傾きが急になりすぎる結
果、出力信号の誤差が大きくなり、半導体ウェハなどの
検査には適しない。

なお、非線形補正法の代表的なものとして対数変換法が
あるが、補正の度合いを任意に決めることは難しい。そ
こで、本発明では、後８己するように非線形補正の程度
をパラメータで変更できるようにしている。

次に、最適濃度変換式の求め方について鋭胡する。

ここで、Ｖ、）　＝　ｆ　　（Ｖｌｆｉ（Ｋ）　）とい
う関数を考える。この関数では、係数にの値によって第
３図の関数１、関数２、関数３のような変換式が与えら
れる。このように、非線形補正程度をパラメータ変更で
きるようにすることにより、補正の度合いを任意に決め
ることが可能になる。

最適な濃度変換式は、■４．．＝ＶＡｖ１、すなわち人
力値が濃度平均値のとき、出力Ｖ、が出力範囲の最大値
Ｖ　ＩＩ　ａ　Ｍ　の１／２の値になるような点（第７
図のＡ点）を通るような濃度変換式を与えるような係数
Ｋを逆算して求めることにより達成される。

いま、−例として、 Ｖｏ　　　＝ＫＶｉ−”　　　＋　　　（Ｉ　　　　　
ＫＶ、−−）　　　Ｖｔ　、。

という２式曲線を用いた場合、濃度変換式は次のように
なり、特性は第１２図のように表される。

Ｋ＝Ｏのとき、Ｖｏ　−ｖｌ、。

・・・特性は下に凸。

Ｋ＝　１／Ｖ、、、（７）とき、Ｖ、＝Ｖ１．”　／Ｖ
、、Ｘ・・・特性は直線。

Ｋ＝−１／Ｖ、、、のとき、 Ｖ、　＝　−−」−（Ｖｉｎ−Ｖ、、、　）　’　−Ｖ
ｌ、’　）Ｖ　ａ　ａ　ｗ ・・・特性は上に凸。

このように、係数Ｋによって濃度変換式を変えることが
できる。係数には次のようになる。

そこで、ｖ、　＝ｖ、、、　／２、Ｖ　ｌ？ｌ　＝　Ｖ
Ａｖｅ　を代入することにより、係数Ｋを逆算すること
ができる。

なお、極端な非線形変換が行われるのを防止するため、
係数Ｋに上限及び下限を設定することも可能である。

第８図は計算機１４による処理例を示すフローチャート
である。

まず、受光素子８による画像信号が取り込まれ、画像メ
モリ１２に格納される（ステップ８１）。

ついでヒストグラム処理部１３によってヒストグラム処
理が行われる（ステップ８２）。計算機１４ではヒスト
グラムデータを加算（ステップ８３）して累積を行い、
それがＮ回実行されたか否かが判定され（ステップ８４
）、Ｎ回の実行終了が判定されると、濃淡平均値Ｘバー
の算出が行われる（ステップ８５）。

こののち、次式に示す最適濃度補正係数にの算出が行わ
れる（ステップ８６）。ここで、入力をｘ１出力をＦ　
（Ｘ）とすると、非線形補正の制限条件は、 両端の条件：　　Ｆ　（０）＝０、 Ｆ　（２５５）＝２５５、 ｌ開場、Ｖ関数：　ｄＦ　（Ｘ）／ｄＸ＞０゜Ｘ＝０．
　２５５、 を満足しなければならない。

このような条件を満たす補正式は、次のように直線と二
次曲線の組合せが考えられる。

Ｆ　（Ｘ）＝　（２ＫＸ−Ｘ２　（Ｋ−１）／２５５）
　／　（１＋Ｋ）　　・・・　（１）式（１）では、２
ＫＸが直線を表し、Ｘ２（Ｋ−１）が二次曲線を表して
いる。この場合、Ｋの値によってＦ　（Ｘ）は次のよう
になり、係数にの値によってコントラストの強調度合い
を変えることができる。

Ｋ＝Ｏｆ７）ｌ、Ｆ　（Ｘ）　＝Ｘ”　／２５５に＝１
のとき、Ｆ　（Ｘ）　＝Ｘ Ｋ−４■のとき、Ｆ　（Ｘ）、　＝　２　Ｘ−Ｘ”　／
２５５このようにして得られたＦ　（Ｘ）はくステップ
８７）、濃度変換部１１にＦ　（Ｘ）データとして設定
される（ステップ８８）。

そこで、濃淡ヒストグラムの平均値が暗ければ、その程
度に応じて非線形補正の程度を変える。すなわち、濃淡
ヒストグラムの平均的な値（例えば、平均値）が出力の
平均的な値になるように非線形補正係数を決定する。

Ｋ＝　（Ｘ”　／２５５−Ｆ　（Ｘ）　）／　（Ｆ　（
Ｘ）−！−Ｘ２／２５５−２Ｘ）・・・　（１） ここで、入力Ｘに上限及び下限を決めた場合について説
明する。

例えば、濃淡ヒストグラムの累積ヒストグラムが第９図
のようになる場合、この時の濃淡平均値はＸ　＝　８２
．６であり、式（２）に代入するとに−１０になる。こ
の係数をもとに第９図を補正すると、第１０図及び第１
１図のようになる。第１０図は入力に上限及び下限を設
けない場合であり、第１１図は設けた場合である。

なお、入力値に上下限を設けることにより飽和特性が得
られ、ノイズの影響の低減、誤検出の低減、コントラス
ト向上による検出感度の向上、及びパターンのエツジ部
がハレーションによって極度に光る状態、正常なパター
ンであっても反射率が高くギラギラ光る状態、パターン
エツジの暗い段差部分の胡るさがばらつく状態などの改
善を図ることが可能になる。

以上、本発明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＾己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
能であることは言うまでもない。

例えば、濃度変換式の係数が逆算できないような場合、
人力平均値Ｖ　Ａ　Ｖ　＠　に対応して複数の式を予め
用意しておき、入力平均値Ｖ　Ａ　ｖ　ｅ　に応じて選
択するようにしてもよい。

また、上記実施例では入力平均値Ｖ　Ａ　Ｖ　＠　を基
準にして濃度変換式を求ｔているが、このほか濃度ヒス
トグラムのメデイアンを用いて求めることも可能である
。

また、以上の説明では、主として本発明者によってなさ
れた発明をその利用分野である半導体ウェハの外観検査
に適用する場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、例えば、ホトマスク、液晶、ディスク、
プリント基板などの外観検査に適用することができる。

〔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下２この通りであ
る。

すなわち、被検査物の表面からの反射光を光電変換し、
そのデジタル化した画像信号に対する出力信号を任意の
関数として設定する濃度変換部を備えた自動外観検査装
置であって、前記被検査物のパターンの画像の濃淡分布
を求めるヒストグラム処理手段と、該ヒストグラム処理
手段の結果に基づいて最適濃度変換式を演算し、該変換
式により求められた関数を前記濃度変換部に設定する演
算手段とを設けるようにしたので、検出部に疎、密の分
布が異なる場合でも、常に、最適な濃度変換式を適用す
ることができ、欠陥を高感度に検出することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動外観検査装置の一実施例を示
すブロック図、 第２図は濃度変換部の入・出力構成を示す回路図、 第３図は本発明における濃度変換特性を示す特性図、 第４図は密なパターンのウェハに右ける欠陥の一例を示
す平面図、 第５図は胡るいパターンのウェハにおける欠陥の一例を
示す平面図、 第６図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は濃淡ヒストグラム
を説明する入力と麺皮の関係を示す特性図、 第７図は最適濃度変換式を求めるための説明図、第８図
は計算機による処理例を示すフローチャート、 第９図は濃淡ヒストグラムの累積ヒストグラムの一例を
示す測定図、 第１０図は非線形補正後の上下限無しの累積濃淡ヒスト
グラム図、 第１１図は非線形補正後の上下限有りの累積濃淡ヒスト
グラム図、 第１２図は係数Ｋに応じた非線形補正特性Ｘである。 １・・・Ｘ−Ｙテーブル、２・・・ウェハ載置台、３・
・・半導体ウェハ、４・・・光源、５・・・１光レンズ
、６・・・対物レンズ、７・・・ハーフミラ−１８・・
・受光素子、９・・・信号処理回路、１０・・・Ａ／Ｄ
変換部、１１・・・濃度変換部、１２・・・画像メモリ
、１３・・・ヒストグラム処理部、１４・・・計算機、
１５・・・欠陥検出部、１６．１７・・・スイッチ。 代理人　　弁理士　　筒　井　大　和 第２図 と１１ −〉人力（Ｖｉｎ　） 第４図 第５図 第６図 第７図 第９図 ０　　　　　　　　１００　　　　　　　　２００　　
　　、淡第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査物の表面からの反射光を光電変換し、そのデ
   ジタル化した画像信号に対する出力信号を任意の関数と
   して設定する濃度変換部を備えた自動外観検査装置であ
   って、前記被検査物のパターンの画像の濃淡分布を求め
   るヒストグラム処理手段と、該ヒストグラム処理手段の
   結果に基づいて最適濃度変換式を演算し、該変換式によ
   り求められた関数を前記濃度変換部に設定する演算手段
   とを設けたことを特徴とする自動外観検査装置。 ２、前記演算手段は、前記画像信号の平均値または中央
   値を前記濃度変換部の入力信号とし、その出力信号が出
   力範囲の中央値になるように濃度変換式を算出すること
   を特徴とする請求項１記載の自動外観検査装置。 ３、前記濃度変換式を決定する係数に上限及び下限を設
   けることを特徴とする請求項２記載の自動外観検査装置
   。