JP2009192358A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正解パターン画像と検査対象画像とのマッチング精度を向上させることが可能な欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】撮像部１１にて撮像された合焦高さ位置の異なる複数枚の正解パターン画像を正解パターン画像保存部１３２に保存し、ピント合わせ部１３６は、正解パターン画像保存部１３２に保存された複数枚の正解パターン画像に基づいて、検査対象画像のピント補正処理を行い、欠陥検出部１３７は、正解パターン画像保存部１３２に保存された複数枚の正解パターン画像と、ピント合わせ部１３６にてピント補正処理が行われた検査対象画像との比較結果に基づいて、検査対象パターンの欠陥を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は欠陥検査装置に関し、特に、正解パターン画像と検査対象画像との比較結果に基づいて検査対象の欠陥を検出する方法に適用して好適なものである。

半導体ウェハ上のＩＣチップやプリント基板の表面の欠陥を検査するために、正解パターン画像と検査対象画像とを比較し、それらの画像間の差異を検出する方法がある。ここで、検査対象の欠陥検出精度を向上させるため、画像全体のピントを計算し、ピント位置を最適化してから、正解パターン画像や検査対象画像を撮像する方法が提案されている。
また、例えば、特許文献１には、画像検査装置において、被検体の種類や製造工程などが変わってもオートフォーカスの合焦位置を適切な位置に補正できるようにするために、基板に照射された反射光の位置を検出することより、目標合焦位置を検出し、目標合焦位置をオフセットするオフセット値に応じて色補正レンズ群の位置を移動させる方法が開示されている。
特開２００６−１８４３０３号公報

しかしながら、画像全体にピントを合わせるために、焦点深度の浅い高倍率な画像を撮像すると、一部のエリアにしかピントの合わない画像が生成される。このため、従来の欠陥検出方法では、ピントの合っているエリアは精度よくマッチングさせることができるが、ピントの合っていないエリアは精度よくマッチングさせることができなくなり、正解パターン画像と検査対象画像の全体をマッチングさせることができなくなるという問題があった。

また、特許文献１に開示された方法では、合焦位置はマニュアル操作にて設定されるため、設定登録時のユーザの作業量が増大するという問題があった。また、合焦位置をマニュアル操作にて設定する際に、合焦位置に高低差があると、一部のエリアにしかピントの合わない画像が生成され、正解パターン画像と検査対象画像の全体をマッチングさせることができなくなるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、正解パターン画像と検査対象画像とのマッチング精度を向上させることが可能な欠陥検査装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の欠陥検査装置によれば、正解パターンおよび検査対象パターンを撮像する撮像手段と、前記撮像手段にて撮像された合焦高さ位置の異なる複数枚の正解パターン画像を保存する正解パターン画像保存手段と、前記撮像手段にて撮像された検査対象画像を保存する検査画像保存手段と、前記正解パターン画像保存手段に保存された複数枚の正解パターン画像と、前記検査画像保存手段に保存された検査対象画像との比較結果に基づいて、前記検査対象の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２記載の欠陥検査装置によれば、前記正解パターン画像保存手段に保存された複数枚の正解パターン画像に基づいて、前記検査対象画像のピント補正処理を行うピント合わせ手段をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項３記載の欠陥検査装置によれば、前記正解パターン画像のピント計算を行うピント計算手段と、前記正解パターン画像のピント検出エリアをその合焦高さ位置ととともに保存するピントエリア保存手段とを備え、前記ピント合わせ手段は、前記検査対象画像のピンボケの程度から判定された合焦高さ位置でのピント検出エリアの正解パターン画像に基づいて、前記検査対象画像のピント補正処理を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、合焦高さ位置の異なる複数枚の正解パターン画像と検査対象画像とを比較することにより、正解パターンの合焦高さ位置が異なる場合においても、正解パターン画像上の全てのエリアにおいてピントが合っている状態で検査対象パターンの欠陥を検出することが可能となる。このため、正解パターン画像と検査対象画像とのマッチング精度を向上させることが可能となり、検査対象の欠陥検出精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る欠陥検査装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、欠陥検査装置には、正解パターンおよび検査対象パターンを撮像する撮像部１１、良品サンプルや検査対象を撮像位置に搬送する搬送部１２、正解パターン画像と検査対象画像との比較結果に基づいて検査対象の欠陥を検出する画像処理部１３、撮像部１１、搬送部１２および画像処理部１３が協調して動作するように全体を制御する全体制御部１４が設けられ、全体制御部１４には、操作情報や検査情報をユーザに提供するユーザインターフェース１４１および検査結果などの情報を記憶する記憶装置１４２に接続されている。

ここで、撮像部１１には、ＸＹステージ１２１上のサンプルを照明する光源１１１、照明光の光路を設定する照明光学系１１２、サンプル上に照明光を合焦させる対物レンズ１１３、サンプルの撮像を行うイメージセンサ１１４、対物レンズ１１３の高さ位置を調節する高さ位置調節器１１５が設けられ、照明光学系１１２には、レンズ１１０およびハーフミラー１１６が設けられている。
また、搬送部１２には、サンプル１２３を水平面内で移動させるＸＹステージ１２１およびＸＹステージ１２１の移動を制御するステージコントローラ１２２が設けられている。

また、画像処理部１３には、イメージセンサ１１４から出力された撮像信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部１３１、撮像部１１にて撮像された正解パターン画像を保存する正解パターン画像保存部１３２、撮像部１１にて撮像された検査対象画像を保存する検査対象画像保存部１３３、正解パターン画像保存部１３２に保存された正解パターン画像のピント計算を行うピント計算部１３４、正解パターン画像のピント検出エリアをその合焦高さ位置ととともに保存するピントエリア保存部１３５、正解パターン画像保存部１３２に保存された複数枚の正解パターン画像に基づいて、検査対象画像のピント補正処理を行うピント合わせ部１３６、正解パターン画像保存部１３２に保存された複数枚の正解パターン画像と、検査対象画像保存部１３３に保存された検査対象画像との比較結果に基づいて、検査対象の欠陥を検出する欠陥検出部１３７が設けられている。

なお、画像処理部１３に含まれる各要素は、専用回路によるハードウェアにて構成するようにしてもよいし、プロセッサ上で動作するソフトウェアにて構成するようにしてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを混在させて構成するようにしてもよい。
そして、検査対象の欠陥検出を行う場合、実際の検査に先立ち、正解パターン画像の生成が行われる。

図２は、本発明の一実施形態に係る正解パターン画像の生成方法を示すフローチャートである。
図２において、正解パターン画像の生成を行う場合、正解パターンとして良品（欠陥がないことが確認されている対象物）のサンプル１２３をＸＹステージ１２１上に載置する。そして、良品のサンプル１２３がＸＹステージ１２１上に載置されると、ステージコントローラ１２２はＸＹステージ１２１を移動させることにより、良品のサンプル１２３を対物レンズ１１３の焦点位置に搬送する。そして、良品のサンプル１２３が対物レンズ１１３の焦点位置に搬送されると、光源１１１から出射された照明光がレンズ１１０、ハーフミラー１１６を介して対物レンズ１１３に導かれ、良品のサンプル１２３が照明される。そして、良品のサンプル１２３にて反射された照明光は、対物レンズ１１３およびハーフミラー１１６を介してイメージセンサ１１４に導かれる。

そして、イメージセンサ１１４にて良品のサンプル１２３の撮像が行われる場合、高さ位置調節器１１５は、対物レンズ１１３の高さ位置を調節することで、良品のサンプル１２３上の合焦高さ位置（良品のサンプル１２３上で焦点の合致する高さ位置）を調整する）。
そして、高さ位置調節器１１５にて良品のサンプル１２３上の合焦高さ位置が設定されると、その合焦高さ位置における正解パターン画像がイメージセンサ１１４にて撮像され、画像処理部１３に送られる（ステップＳ１２）。そして、イメージセンサ１１４にて撮像された正解パターン画像が画像処理部１３に送られると、ＡＤ変換部１３１にてデジタルデータに変換され、正解パターン画像保存部１３２に保存される。

さらに、高さ位置調節器１１５にて対物レンズ１１３の高さ位置を調節させることで、良品のサンプル１２３上の合焦高さ位置の異なる複数の正解パターン画像をイメージセンサ１１４にて撮像させ、それら複数の正解パターン画像を正解パターン画像保存部１３２に保存させる（ステップＳ１１、Ｓ１３）。
なお、画像処理部１３は、正解パターン画像を正解パターン画像保存部１３２に保存する場合、ノイズの除去や特徴画像への変換など検査に必要な前処理を行うようにしてもよい。

また、照明光学系１１２は、対物レンズ１１３の光軸と同軸の明視野照明を構成する方法について説明したが、検査対象の表面状態や検出結果に応じて暗視野照明や透過照明を構成するようにしてもよい。また、光源１１１は、白色光源、単色可視光源または赤外光源であってもよい。また、イメージセンサ１１４は、エリアセンサやラインセンサなどの撮像素子を用いるようにしてもよい。

そして、複数枚の正解パターン画像が正解パターン画像保存部１３２に保存されると、ピント計算部１３４は、これらの正解パターン画像全体のピント計算を行い、正解パターン画像の中からピントの合っているピント検出エリアを抽出する（ステップＳ１４）。そして、ピント計算部１３４は、正解パターン画像のピント検出エリアをその合焦高さ位置ととともにピントエリア保存部１３５に保存する（ステップＳ１５）。
なお、ピント計算部１３４で行われるピント検出エリアの抽出処理は、正解パターン画像全体が走査されるため、計算量が多くなるが、ピント検出エリアをピントエリア保存部１３５に一旦保存すれば、検査時にその都度更新する必要はなく、検査全体の処理時間に及ぼす影響をわずかに抑えることができる。

次に、正解パターン画像の生成が行われると、検査対象パターンとして検査対象のサンプル１２３をＸＹステージ１２１上に載置する。そして、検査対象のサンプル１２３がＸＹステージ１２１上に載置されると、ステージコントローラ１２２はＸＹステージ１２１を移動させることにより、検査対象のサンプル１２３を対物レンズ１１３の焦点位置に搬送する。そして、検査対象のサンプル１２３が対物レンズ１１３の焦点位置に搬送されると、光源１１１から出射された照明光がレンズ１１０、ハーフミラー１１６を介して対物レンズ１１３に導かれ、検査対象のサンプル１２３が照明される。そして、検査対象のサンプル１２３にて反射された照明光は、対物レンズ１１３およびハーフミラー１１６を介してイメージセンサ１１４に導かれる。そして、その検査対象のサンプル１２３の検査対象画像がイメージセンサ１１４にて撮像され、画像処理部１３に送られる。そして、イメージセンサ１１４にて撮像された検査対象画像が画像処理部１３に送られると、ＡＤ変換部１３１にてデジタルデータに変換され、検査画像保存部１３３に保存される。

そして、検査画像保存部１３３に検査対象画像が保存されると、その検査対象画像の各エリアについてピンボケの程度が判定され、そのピンボケの程度に対応した合焦高さ位置のズレがピント合わせ部１３６にて判別される。そして、ピント合わせ部１３６は、検査対象画像が撮像された時の高さ位置と、検査対象画像の各エリアについて合焦高さ位置のズレから、検査対象画像の各エリアについての合焦高さ位置を求め、その合焦高さ位置に対応するからピント検出エリアをピントエリア保存部１３５から読み出す。

そして、ピント合わせ部１３６は、ピントエリア保存部１３５から読み出したピント検出エリアに基づいて、各エリアについての合焦高さ位置ごとに検査対象画像のピンボケを補正し、検査対象画像を鮮明化する。
そして、ピント合わせ部１３６にて検査対象画像のピンボケが補正されると、欠陥検出部１３７は、正解パターン画像保存部１３２に保存された複数枚の正解パターン画像と、ピント合わせ部１３６３にてピンボケが補正された検査対象画像とを順次比較する。そして、複数枚の正解パターン画像と検査対象画像との比較結果に基づいて、検査対象の欠陥を検出する。

なお、複数枚の正解パターン画像と検査対象画像との比較結果に基づいて、検査対象の欠陥を検出する方法としては、２値化処理を行った後に排他的論理和をとる方法や、濃淡画像のまま差分をとる方法などの公知の方法を用いることができる。
これにより、正解パターンの合焦高さ位置が異なる場合においても、正解パターン画像上の全てのエリアにおいてピントが合っている状態で検査対象パターンの欠陥を検出することが可能となる。このため、正解パターン画像と検査対象画像とのマッチング精度を向上させることが可能となり、検査対象の欠陥検出精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る正解パターン画像の生成方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 撮像部
１１０ レンズ
１１１ 光源
１１２ 照明光学系
１１３ 対物レンズ
１１４ イメージセンサ
１１５ 高さ位置調節器
１１６ ハーフミラー
１２ 搬送部
１２１ ＸＹステージ
１２２ ステージコントローラ
１２３ サンプル
１３ 画像処理部
１３１ ＡＤ変換部
１３２ 正解パターン画像保存部
１３３ 検査対象画像保存部
１３４ ピント計算部
１３５ ピントエリア保存部
１３６ ピント合わせ部
１３７ 欠陥検出部
１４ 全体制御部
１４１ ユーザインターフェース
１４２ 記憶装置

Claims (3)

1. 正解パターンおよび検査対象パターンを撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段にて撮像された合焦高さ位置の異なる複数枚の正解パターン画像を保存する正解パターン画像保存手段と、
   前記撮像手段にて撮像された検査対象画像を保存する検査画像保存手段と、
   前記正解パターン画像保存手段に保存された複数枚の正解パターン画像と、前記検査画像保存手段に保存された検査対象画像との比較結果に基づいて、前記検査対象の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記正解パターン画像保存手段に保存された複数枚の正解パターン画像に基づいて、前記検査対象画像のピント補正処理を行うピント合わせ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 前記正解パターン画像のピント計算を行うピント計算手段と、
   前記正解パターン画像のピント検出エリアをその合焦高さ位置ととともに保存するピントエリア保存手段とを備え、
   前記ピント合わせ手段は、前記検査対象画像のピンボケの程度から判定された合焦高さ位置でのピント検出エリアの正解パターン画像に基づいて、前記検査対象画像のピント補正処理を行うことを特徴とする請求項２記載の欠陥検査装置。

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