JPH04109647A

JPH04109647A - 自動外観検査装置

Info

Publication number: JPH04109647A
Application number: JP22717290A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Taniguchi; 雄三谷口; Giichi Hori; 義一堀
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1990-08-29
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1992-04-10
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP3198105B2

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〕本発明は半導体ウェハなどの物体の表面の外観を検査す
る技術、特に、検査対象のパターンの位置合わせを確実
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〕

例えば、ＬＳＩ（大規模集積回路）の量産をするに際し
て最も問題となるのは、半導体素子を形成するウェハ処
理工程の歩留り向上である。この歩留り低下の殆どの原
因が外観不良であり、この低減は重要な課題になってい
る。このため、ウェハ外観検査の自動化が必要になる。

ところで、本発明者は、半導体ウェハ、基板、マスク、
レチクル、液晶などの被検査物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、本発明者によって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、外観検査のための画像処理においては、検査
対象をテレビカメラなどで撮像し、その画像情報を多階
調化し、これを異なる２箇所の同一パターンにおいて比
較し、−窓以上の差（明るさ、大きさなど）が生じたこ
とをもって欠陥を比較している。そして、パターン比較
に際しては、各々の画像信号を微分して線やエツジの検
出を行い、特徴抽出を行っている。

なお、パターンの微分方法に関しては、例えば、長尾真
著「画像認識論」　（昭和５８年２月コロナ社発行）４
５頁〜５３頁に記載がある。

また、プリント配線板などのパターンの欠陥検査を行う
例として実開平１−１９５３５０号があり、パターン部
からの反射光を電気信号に変換し、これを基準電圧と比
較して映膏の２値化を行い、判定する構成が示されてい
る。

５発明が解決しようとする課題〕ところが、前記「画像認識論」では微分式あるいは微分
しきい値を対象に応じて最適かつ自動的に設定するため
の具体的手段が開示されてふらず、検査対象とする画像
信号をもとに経験的、実験的に条件出しを行わざるを得
ないという問題のあることが本発明者によって見い出さ
れた。

そこで、本発明の目的は、製品や工程の変更に応じて最
適な微分式及び微分しきい値を自動的に求めることので
きる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、以下の通りである。

すなわち、被検査物の異なる２箇所の同一のパターン部
分を位置合わせし、前記２箇所のパターンに一定以上の
差異があることをもって欠陥を判定する自動外観検査装
置であって、前記パターンの画像信号の濃淡に応じて最
適な微分式を設定し、この微分式に基づいて画像信号を
微分し、その微分値により前記位置合わせを行う処理手
段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、設定した最適微分式によりパタ
ーンの画像信号を微分した微分信号は、直置の濃度変化
が激しい位置、すなわちエツジの存在する位置を示し、
同一パターンの２点の微分信号を比較することによりパ
ターン間の相対位置ずれ量を知ることができる。これに
より、欠ＷＩＩｆＮ）のみを欠陥判定に供することが可
能になり、検出精度を向上させることができる。また、
微分信号を２値化するに際して設定される微分しきい値
は、個々の被検査物に応じて最適な値が設定される。

したがって、被検査物（試料）が異なっても常に最適な
条件を設定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。

第１図に示すように、Ｘ方向及びＹ方向へ自在に移動可
能なＸ−Ｙステージｌの上面には試料台２が取り付けら
れ、この試料台上に試料（本実施例では半導体ウェハ）
３がセットされる。一方、被検査物である試料３の表面
を照明するたとに光ｆｉ４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。

試料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の合焦位置には撮像
手段８が配設されている。

この撮像手段８は、試料３からの反射光を光電変換する
もので、−次元ラインセンサあるいは二次元的なＩＴＶ
（工業用テレビ）カメラを用いて構成される。撮像手段
８には、その画像信号を増幅、歪み補正、Ａ／Ｄ変換な
どを行う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
めのアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０が接続さ
れ、このＡ／Ｄ変換器１０には遅延メモリ１１、微分回
路１２ａ１及び欠陥検出部１３が接続されている。

遅延メモリ１１と欠陥検出部１３の間には、ずれ補正部
１４が挿入され、遅延メモリ１１には更に微分回路１２
ｂが接続されている。微分回路１２ａ、１２ｂには、ず
れ量検出回路１５が接続され、その出力はずれ補正部１
４に印加される。

遅延メモリ１１及び微分回路１２ａには、その一方の出
力画像を記憶する画像メモリ１６が接続され、微分回路
１２ａ、１２ｂ及び画像メモリ１６にはマイクロコンピ
ュータを用いた主制御８１７が接続されている。

以上の構成において、外観検査を行うには、まず、試料
台２上に試料３を載置し、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によって試料３上の１つのチップの特定
パターン部分に到達する。試料３の照明部分の反射光は
、ハーフミラ−７を通過して撮像手段８にパターンを結
像する。

撮像手段８によって光電変換された画像信号は、信号処
理回路９によって信号処理ののち、Ａ／Ｄ変換器１０に
よって多階調（１バイトであれば２５６階調）に変換さ
れ、その信号は、遅延メモリ１１に一時的に記憶される
。

ついで、同一ウェハの他のチップの同一パターンに光源
４を照射し、これを撮像手段８で受光ののち信号処理回
路９及びＡ／Ｄ変換器１０で処理し、これを微分回路１
２ａに入力して微分を行うと共に一定しきい値以上のと
きに出力信号を発生する。また、遅延メモリ１１から画
像データを読み出し、これを微分回路１２ａに入力して
微分を行うと共に一定しきい値以上のときに出力信号を
発生する。

微分回路１２ａ、１２ｂの各出力は、ずれ量検出回路１
５によってＸ方向及びＹ方向にどれだけずらせば最も一
致度を高くできるか否か（或いは不一致度が小さいか）
を検出する。

一方、現在検出中のチップのＡ／Ｄ変換器１０の画像情
報と遅延メモリ１１に記憶されている他のチップの画像
情報とが欠陥検出部１３に入力されて欠陥検出のための
比較処理が行われる。このとき、遅延メモリ１１の出力
は、ずれ量検出回路１５から与えられるずれ量にしたが
ってずれ補正部１４により２つの画像間の相対位置づれ
を補正する。これにより、パターンの正常部での位置づ
れがなくなる。欠陥検出部１３は、ずれ補正部１４の出
力とＡ／Ｄ変換器１０の出力とを比較し、−窓以上の明
るさの差及び大きさをもつものを欠陥として判定する。

各回路へのデータ設定、制御、判定などの処理は主制御
部１７によって行われ、−画像メモリ１６はＡ／Ｄ変換
器１０の出力又は微分回路１２ａの出力をスイッチ１６
ａの選択に応じて一時的に記憶するために用いられる。

次に、パターンの微分について説明する。

前記した文献「画像認識論」の４６頁〜５４頁に記載の
ように、欠陥検出の１手段であるパターンのエツジを検
出するために、−次微分あるいは二次微分が一般に用い
られている。その微分の方法は文献中に記載のように、
多種類がある。例えば、画像信号をｆ　　（ｘ、ｙ）で
表すと、次のようになる。

−４ｆ　　（ｘ、ｙ）＋ｆ　　（ｘ、ｙ＋１）＋ｆ　　
（ｘ’−，１，ｙ）＋ｆ　　（ｘ−１，ｙ）＋ｆ（ｘ、
ｙ−１）この演算により、Ｘ、Ｙ方向が同時に微分される。

また、次の演算によりＸ方向のみの微分を行うことがで
きる。

一２ｆ　　（ｘ、ｙ）＋ｆ　　（ｘ−１，ｙ）＋ｆ　　
（ｘ＋１．　　ｙ）第２図は微分回路１２ａ、１２ｂの詳細を示すブロック
図である。

入力段には撮像手段８のラインセンサの操作方向の１ラ
イン分の信号をシフトさせるためのラインシフタ１８ａ
〜１８ｄが直列接続され、入力点及びラインシフタ１８
ａ〜１８ｄの各々の出力及ヒ入力には複数の１ビツトの
シフトレジスタ１９が接続されている。シフトレジスタ
１９の各出力端子は、微分演算回路２０に接続され、こ
の微分演算回路２０には微分モードレジスタ２１を介し
て主制御部１７が接続されている。主制御ａ１７には微
分しきい値レジスタ２２が接続され、この出力端子及び
微分演算回路２０の出力端子には微分２値化部２３が接
続されている。

第２図の構成においては、ラインシフタ１８ａ〜１８ｄ
及びシフトレジスタ１９によって５×５の２５点の信号
が切り出される。これに対し、微分演算回路２０は２５
点の信号の内、複数の入力信号を選択して微分演算を実
行する。このとき、微分モードレジスタ２１によって演
算式の種類が設定され、この設定値に応じて微分演算回
路２０の演算式が変更される。微分演算回路２０の演算
式に対し、微分しきい値レジスタ２２で設定された微分
しきい値を用い、微分２値化部２３により２値化処理が
行われ、欠陥検出部１３へ送出される。

次に、微分式の決定方法について第３図（ａ）、　（ｂ
）。

（Ｃ）を参照して説明する。

第３図（ａ）は撮像手段８で撮像されるパターンを模式
的に示したものであり、同図のｘ−ｘ’断面のパターン
の濃淡を明るさで示したのが′！Ｊ３図ら〕である。こ
の第３図（ｂ）の濃淡信号を微分した信号波形が第３図
（Ｃ）である。

微分信号は、パターンの濃淡差、パターンのサイズなど
によってその信号値が異なる。また、微分式によっても
信号値が異なる。そこで、Ａ／Ｄ変換器１０によるＡ／
Ｄ変換後の画像信号を画像メモリ１６に取り込み、候補
とする複数の微分式を用いて主制御ｓ１７で演算を行い
、微分値のピーク値を調べる。第３図（Ｃ）の例では、
図中のｖ３がピーク値である。

パターンのエツジをコントラスト良く検出できるか否か
は、微分値のピーク値が高いか否かによって決まるので
、微分値のピークが最も高くなる微分式を最適微分式で
あると判断する。なお、微分値の絶対値の平均値を計算
し、この平均値が最も高い値となる演算式を最適微分式
としてもよい。

このようにして求められた最適微分式をモードレジスタ
２１に設定する。

次に、微分しきい値の設定方法について説明する。

第３！Ｉ！Ｊ（Ｃ）において、しきい値を高くしていく
と、図中のＶＩ、　Ｖｚ、　Ｖｓで２値化できるエツジ
の数が変化する。このエツジ検出数としきい値の関係を
示したのが第４図である。

第４図に示すように、しきい値が貰くなればエツジ検出
数が減少する。しきい値Ｖ、、　Ｖ、、　Ｖ、の間はエ
ツジ検出の変動が大きいため、この領域に微分しきい値
を設定するとエツジ検出数のばらつきが大きくなり、安
定な検出を行うことは出来ない。したがって、微分しき
い値は、第３図（Ｃ）の例では０〜Ｖ＋　の間に設定す
ればよいが、しきい値が低すぎるとパターンの微小な濃
度変化或いはノイズなども検出する恐れがあるので、第
３図のＶより少し低い値にしきい値ｖｔｈを決める。な
＄、エツジ検出数の変化傾向が検査対象によってさほど
異ならない場合、微分値のピーク値Ｖ、に一定比率を掛
けたものをｖｔｈとして設定するようにしてもよい。

第５図は最適微分式の決定方法を示すフローチャートで
ある。

まず、撮像手段８によって撮像した画像信号を人力しく
ステップ５１）、微分式（Ｎ）による微分計算ＣＢ（Ｎ
、ｉ））を行う（ステップ５２）。

ここで、１は１番目のしきい値を意味する。ステップ５
２の処理をＮ回実行する（ステップ５３）。

ついで、評価関数Ｈ（Ｎ）を求め（ステップ５４）、こ
のＨ（Ｎ）のうち最大値を与えるＮを求め、これを最適
微分式とする（ステップ５５）。

１６図は最適微分しきい値の決定方法を示すフローチャ
ートである。

まず、初期微分しきい値Ｔｈ、を求める（ステップ６１
）。ついで、しきい値Ｔｈ　（ｉ）以上のエツジ数を計
算〔→Ｅ（ｉ＞）Ｌ（ステップ６２）、これをＭ回実行
する（ステップ６３）。すなわち、Ｔｈ、に対し一定比
率を加算していきＴｈ（１）を求める（ステップ６４）
。ステップ６２゜６３によって第７図のようなしきい値
とエツジ数の関係を図表化することができる。次に、Ｍ
回のエツジ数計算の終了が判定されると（ステップ６３
）、最適しきい値Ｖｒｈ　（変動の少ない点）を求める
（ステップ６５）。

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
であることは言うまでもない。

例えば、上記実施例においては、微分式の計算をＡ／Ｄ
変換後の画像信号をもとに主制御部１７で行っているが
、候補となる微分式を順次モードレジスタ２１に設定し
、各微分式における微分演算回路２０の出力を画像メモ
リ１６に記憶し、この微分値のピーク或いは絶対値の平
均値をもとに主制御Ｂ１７によって判定しても同様に本
発明を達成することができる。

また、第２図においては、微分しきい値レジスタ２２及
び微分２値化部２３を各１個設けるものとしたが、Ｘ、
Ｙ方向へ個別に微分を行う場合、各々２個を設けるよう
にすれば良い。

以上の！！胡では、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エノ１の外観検査に
適用する場合について説明したが、これに限らずマスク
、レチクル、プリント基板などのパターン検査に適用す
ることが可能である。

〔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呂己の通りであ
る。

すなわち、被検査物の異なる２箇所の同一のパターン部
分を位置合わせし、前記２箇所のパターンに一定以上の
差異があることをもって欠陥を判定する自動外観検査ｉ
ｔであって、前記パターンの画像信号の濃淡に応じて最
適な微分式を設定し、この微分式に基づいて画像信号を
微分し、その微分値により前記位置合わせを行う処理手
段を設けるようにしたので、正確な位置合わせが可能に
なり、検出率を向上させ、誤検出率を低減することがで
きる。特に、半導体ウェハの外観検査に用いた場合、半
導体装置の歩留り向上が可能になる。

【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図は微分回路の詳細を示すブロック図、第３図（ａ
）、　（ｂ）、　（Ｃ）は微分式の決定方法を説明する
説明図、第４図はエツジ検出数としきい値の関係を示す特性図、第５図は最適微分式の決定方法を示すフローチャート、第６図は最適微分しきい値の決定方法を示すフローチャ
ート、第７図は第６図で求めたしきい値とエツジ数の関係を示
す相関図である。１・・・Ｘ−Ｙステージ、２・・・試料台、３・・・試
料、４・・・光源、５・・・集光レンズ、６・・・対物
レンズ、７・・・ハーフミラ−８・・・撮像手段、９・
・・信号処理回路、１０・・・Ａ／Ｄ変換器、１１・・
・遅延メモリ、１２ａ、１２ｂ・・・微分回路、１３・
・・欠陥検出部、１４・・・ずれ補正部、１５・・・ず
れ量検出回路、１６・・・画像メモリ、１６ａ・・・ス
イッチ、１７・・・主制御部、１８ａ〜１８ｄ・・・ラ
インシフタ、１９・・・シフトレジスタ、２０・・・微
分演算回路、２１・・・微分モードレジスタ、２２・・
・微分しきい値レジスタ、２３・・・微分２値化部。代理人　　弁理士　　筒　井　大　和第図 −〉距離第図第４図第図ｙｈしきい値−〉第図

Claims

【特許請求の範囲】１、被検査物の異なる２箇所の同一のパターン部分を位
置合わせし、前記２箇所のパターンに一定以上の差異が
あることをもって欠陥を判定する自動外観検査装置であ
って、前記パターンの画像信号の濃淡に応じて最適な微
分式を設定し、この微分式に基づいて画像信号を微分し
、その微分値により前記位置合わせを行う処理手段を設
けたことを特徴とする自動外観検査装置。２、前記微分式は、微分による信号のピーク値が最大に
なるときの微分式を最適微分式として設定することを特
徴とする請求項１記載の自動外観検査装置。３、前記微分結果を微分しきい値によって２値化する手
段を設け、この微分しきい値をエッジ検出数に基づいて
設定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。４、前記微分しきい値は、前記微分値の最大値に対し、
一定比率の値に設定することを特徴とする請求項３記載
の自動外観検査装置。５、前記微分しきい値を可変にし、その際のエッジ検出
数の変化を求め、その変化の少ない部分の微分しきい値
を最適しきい値に定めることを特徴とする請求項３記載
の自動外観検査装置。