特開 2024-112094 外観検査方法及び外観検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024112094

(43)【公開日】2024-08-20

(54)【発明の名称】外観検査方法及び外観検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20240813BHJP

【ＦＩ】

G01N21/956 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023016946

(22)【出願日】2023-02-07

(71)【出願人】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】301014904

【氏名又は名称】東レエンジニアリング先端半導体ＭＩテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉谷 篤志

【テーマコード（参考）】

2G051

【Ｆターム（参考）】

2G051AA51

2G051AB02

2G051AC21

2G051CA04

2G051DA09

2G051EB01

(57)【要約】

【課題】検査画像と基準画像との比較による検査を正確に行うことが可能な外観検査方法を提供する。
【解決手段】被検査物を撮像して得られた検査画像Ｐ_ｔに基づいて、被検査物の外観を検査する外観検査方法であって、被検査物を複数の視野Ｆ_ｉに分割して、視野毎に順次撮像し、視野毎に撮像された撮像画像から、視野内に設定されたアライメントマークＭ_ｉの撮像位置を基準に検査画像を作成し、検査画像の良否を判定するステップを含み、分割された視野は、隣合う視野においてオーバーラップ領域Ｖ_ｉを有し、オーバーラップ領域内にある所定のパターンの撮像画像を、隣の視野で用いられるアライメントマークとして登録し、隣の視野で、登録したアライメントマークの撮像位置を基準に、検査画像を作成する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検査物を撮像して得られた検査画像に基づいて、前記被検査物の外観を検査する外観検査方法であって、
前記被検査物を、複数の視野に分割して、前記視野毎に順次撮像するステップと、
前記視野毎に撮像された前記被検査物の撮像画像から、前記視野内に設定されたアライメントマークの撮像位置を基準に、前記視野毎に所定範囲の検査画像を作成するステップと、
前記視野毎に作成された前記検査画像の所定領域に対して、該検査画像の良否を判定するステップと
を含み、
前記分割された視野は、隣合う視野においてオーバーラップ領域を有し、
前記検査画像を作成するステップでは、前記オーバーラップ領域内にある所定のパターンの撮像画像を、隣の視野で用いられるアライメントマークとして登録し、前記隣の視野で実行される前記検査画像を作成するステップでは、前記登録したアライメントマークの撮像位置を基準に、前記検査画像を作成する、外観検査方法。

【請求項2】

前記検査画像の良否を判定するステップは、前記視野毎に作成された前記検査画像と、前記視野毎に予め登録された前記所定範囲の基準画像とを比較して、前記検査画像の良否を判定する、請求項１に記載の外観検査方法。

【請求項3】

前記検査画像を作成するステップにおいて、前記オーバーラップ領域内にある所定のパターンは、前記オーバーラップ領域内の予め設定された位置及び範囲にあるパターンが用いられる、請求項１に記載の外観検査方法。

【請求項4】

最初に撮像される視野で実行される前記検査画像を作成するステップでは、該視野内にある予め登録されたアライメントマークの撮像位置を基準に、前記検査画像を作成する、請求項１に記載の外観検査方法。

【請求項5】

被検査物を撮像して得られた検査画像と基準画像に基づいて、前記被検査物の外観を検する外観検査装置であって、
前記被検査物を、複数の視野に分割して、視野毎に順次撮像する撮像手段と、
前記視野毎に撮像された前記被検査物の撮像画像から、前記視野内に設定されたアライメントマークの撮像位置を基準に、前記視野毎に所定範囲の検査画像を作成する検査画像作成手段と、
前記視野毎に作成された前記検査画像に基づいて、該検査画像の良否を判定する判定手段と
を備え、
前記分割された視野は、隣合う視野においてオーバーラップ領域を有し、
前記検査画像作成手段では、前記オーバーラップ領域内にある所定のパターンの撮像画像を、隣の視野におけるアライメントマークとして登録し、前記隣の視野で実行される前記検査画像作成手段では、前記登録したアライメントマークの撮像位置を基準に、前記検査画像を作成する、外観検査装置。

【請求項6】

前記判定手段では、前記視野毎に作成された前記検査画像と、前記視野毎に予め登録された前記所定範囲の基準画像とを比較して、前記検査画像の良否を判定する、請求項５に記載の外観検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被検査物を撮像して得られた検査画像に基づいて、被検査物の外観を検査する外観検査方法及び外観検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェハや液晶基板等の被検査物に形成されたパターンを検査する方法として、撮像手段で被検査物を撮像し、得られた撮像画像から検査画像を作成して、この検査画像と基準画像とを比較することにより、欠陥の有無を検査する方法が行われている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７－３２５０４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、被検査物を、複数の視野に分割して、撮像手段を被検査物に対して相対的に移動させながら、視野毎に順次撮像して、得られた撮像画像から検査画像を作成する場合、撮像手段の位置決め精度が低いと、比較する検査画像と基準画像との位置にずれが生じ、ずれの生じた部分が疑似欠陥として検出されてしまうことがある。

【0005】

このような誤判定が生じないよう、視野毎にアライメントマークを登録し、当該アライメントマークの撮像位置を基準にして、撮像画像の視野内から検査画像を切り出し、切り出した検査画像と基準画像とを比較して検査を行う方法が考えられる。

【0006】

しかしながら、被検査物に形成されたパターンは、プロセス変動によって、パターン形状が変化する場合がある。もし、登録されたアライメントマークが、プロセス変動によりパターン形状が変化していると、アライメントマークを認識することができない。そのため、正しい位置で、検査画像を切り出しすることができず、検査画像と基準画像との比較による検査を正確にできないという課題があった。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、検査画像と基準画像との比較による検査を正確に行うことが可能な外観検査方法及び外観検査装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る外観検査方法は、被検査物を撮像して得られた検査画像に基づいて、被検査物の外観を検査する外観検査方法であって、被検査物を、複数の視野に分割して、視野毎に順次撮像するステップと、視野毎に撮像された被検査物の撮像画像から、視野内に設定されたアライメントマークの撮像位置を基準に、視野毎に所定範囲の検査画像を作成するステップと、視野毎に作成された検査画像の所定領域に対して、検査画像の良否を判定するステップとを含み、分割された視野は、隣合う視野においてオーバーラップ領域を有し、検査画像を作成するステップでは、オーバーラップ領域内にある所定のパターンの撮像画像を、隣の視野で用いられるアライメントマークとして登録し、隣の視野で実行される検査画像を作成するステップでは、登録したアライメントマークの撮像位置を基準に、検査画像を作成する。

【0009】

本発明に係る外観検査装置は、被検査物を撮像して得られた検査画像と基準画像に基づいて、被検査物の外観を検する外観検査装置であって、被検査物を、複数の視野に分割して、視野毎に順次撮像する撮像手段と、視野毎に撮像された被検査物の撮像画像から、視野内に設定されたアライメントマークの撮像位置を基準に、視野毎に所定範囲の検査画像を作成する検査画像作成手段と、視野毎に作成された検査画像に基づいて、検査画像の良否を判定する判定手段とを備え、分割された視野は、隣合う視野においてオーバーラップ領域を有し、検査画像作成手段では、オーバーラップ領域内にある所定のパターンの撮像画像を、隣の視野におけるアライメントマークとして登録し、隣の視野で実行される検査画像作成手段では、登録したアライメントマークの撮像位置を基準に、検査画像を作成する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、検査画像と基準画像との比較による検査を正確に行うことが可能な外観検査方法及び外観検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本実施形態における外観検査装置の構成を模式的に示した図である。

【図2】図２は、本実施形態における外観検査方法の検査フローを示した図である。

【図3】図３（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態における検査画像の作成方法を説明した図である。

【図4】図４は、検査画像の良否判定の一例を示した図である。

【図5】図５は、検査画像の良否判定の一例を示した図である。

【図6】図６（Ａ）、（Ｂ）は、半導体ウェハに形成されたパターンを検査する方法を例示した図である。

【図7】図７（Ａ）、（Ｂ）は、従来の検査画像を作成する方法を説明した図である。

【図8】図８（Ａ）、（Ｂ）は、従来の検査画像を作成する工程を説明した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明を説明する前に、被検査物を、複数の視野に分割して、撮像手段を被検査物に対して相対的に移動させながら、視野毎に順次撮像して、得られた撮像画像から検査画像を作成する方法を説明する。

【0013】

図６は、半導体ウェハＷに形成されたパターンを検査する方法を例示した図である。図６（Ａ）に示すように、半導体ウェハＷには、同じパターンが形成された複数のチップＣが形成されている。

【0014】

図６（Ｂ）は、一つのチップＣを拡大した図で、チップＣを、破線で示した９個の視野Ｆ_ｉ（ｉ＝１～９）に分割して、撮像手段を半導体ウェハＷに対して相対的に移動させながら、視野毎に順次撮像する。各視野Ｆ_ｉには、それぞれ、アライメントマークＭ_ｉ（ｉ＝１～９）が予め登録されており、視野Ｆ_ｉ毎に撮像された撮像画像から、アライメントマークＭ_ｉの撮像位置を基準に、検査画像が作成する。なお、アライメントマークＭ_ｉは、通常、各視野Ｆ_ｉ内にあるユニークなパターンが登録されている。

【0015】

図７は、検査画像を作成する方法を説明した図である。図７（Ａ）に示すように、視野Ｆ_ｉ毎に、アライメントマークＭ_ｉの位置（ｘ、ｙ）を基準に、所定範囲の基準画像Ｐ_Ｓが予め登録されている。なお、基準画像Ｐ_Ｓは、欠陥を検出するために、検査画像と比較するもので、通常、複数の良品画像から代表して選定した画像や、良品学習法で生成した画像などが用いられる。

【0016】

図７（Ｂ）は、撮像手段の位置決め精度により、撮像された視野Ｆ’_ｉの位置がずれた状態を示した図である。このとき、アライメントマークＭ_ｉの撮像位置（ｘ’、ｙ’）もずれた位置にあるため、アライメントマークＭ_ｉの撮像位置（ｘ’、ｙ’）を基準に、視野Ｆ’_ｉの撮像画像から検査画像Ｐ_ｔを切り出し、切り出した検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとの比較を行う。これにより、正しい位置で、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとの比較による検査を行うことができる。

【0017】

図８は、撮像手段を矢印Ｓの方向に相対的に走査して、分割された視野Ｆ_１～Ｆ_３を順次撮像し、検査画像Ｐ_ｔを作成する工程を説明した図である。

【0018】

図８（Ａ）に示すように、視野Ｆ_１～Ｆ_３には、それぞれアライメントマークＭ_１～Ｍ_３が予め登録されている。アライメントマークＭ_１～Ｍ_３は、各視野Ｆ_１～Ｆ_３内にあるパターンの中から、認識しやすいユニークなパターンが選ばれる。

【0019】

先頭の視野Ｆ_１では、アライメントマークＭ_１をサーチして、認識したアライメントマークＭ_１の撮像位置を基準に、視野Ｆ_１における検査画像Ｐ_ｔを作成する。同様に、２番目、３番目の視野Ｆ_２～Ｆ_３についても、アライメントマークＭ_２～Ｍ_３をサーチして、認識したアライメントマークＭ_２～Ｍ_３の撮像位置を基準に、視野Ｆ_２～Ｆ_３における検査画像Ｐ_ｔを作成する。

【0020】

しかしながら、被検査物に形成されたパターンは、プロセス変動によって、パターン形状が変化する場合がある。例えば、図８（Ｂ）に示すように、視野Ｆ_２のアライメントマークＭ_２に異物が付着していると、登録したアライメントマークＭ_２のパターン形状と異なる形状になるため、アライメントマークＭ_２を認識することができない。同様に、視野Ｆ_３のアライメントマークＭ_３のパターン形状が変化していると（図８（Ｂ）に示した例では、線状のパターンが太っている）、登録したアライメントマークＭ_３のパターン形状と異なる形状になるため、アライメントマークＭ_３を認識することができない。そのため、正しい位置で、検査画像Ｐ_ｔを切り出しすることができず、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとの比較による検査を正確に行うことができない。

【0021】

本発明は、かかる課題を解決するもので、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとの比較による検査を正確に行うことが可能な外観検査方法及び外観検査装置を提供する。

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

【0023】

図１は、本発明の一実施形態における外観検査装置１００の構成を模式的に示した図である。

【0024】

図１に示すように、本実施形態における外観検査装置１００は、被検査物Ｗを載置するステージ１０と、被検査物Ｗを撮像する撮像手段１１と、撮像された被検査物Ｗの撮像画像から、検査画像を作成する検査画像作成手段１２と、検査画像と基準画像とを比較して、検査画像の良否を判定する判定手段１３と、基準画像やアライメントマーク等を記憶した記憶手段１４とを備えている。

【0025】

撮像手段１１は、ステージ１０を、撮像手段１１に対して相対的に移動しながら、被検査物Ｗを、複数に分割した視野毎に順次撮像する。例えば、被検査物Ｗが半導体ウェハの場合、図６（Ａ）、（Ｂ）に示したように、同じパターンが形成された各チップＣに対して、撮像手段１１を、複数に分割した各視野Ｆ_ｉの直下に順次移動しながら、チップＣを視野Ｆ_ｉ毎に順次撮像する。

【0026】

図２は、本実施形態における外観検査方法の検査フローを示した図である。

【0027】

まず、ステージ１０に載置された被検査物Ｗを、グローバルアライメントする（ステップＳ１００）。被検査物Ｗが半導体ウェハの場合、チップＣ毎にグローバルアライメントを行う。

【0028】

次に、撮像手段１１を、分割された視野Ｆ_ｉのうち、先頭の視野Ｆ_１に相対的に移動する（ステップＳ１０１）。

【0029】

次に、先頭の視野Ｆ_１内にある被検査物Ｗを撮像する（ステップＳ１０２）。

【0030】

次に、撮像された被検査物Ｗの撮像画像から、視野Ｆ_１内に設定されたアライメントマークを基準に、視野Ｆ_１内の検査画像Ｐ_ｔを作成する（ステップＳ１０３）。

【0031】

次に、視野Ｆ_１に作成された検査画像Ｐ_ｔと、視野Ｆ_１内に予め登録された基準画像Ｐ_Ｓとを比較して、検査画像Ｐ_ｔの良否を判定する（ステップＳ１０４）。検査画像Ｐ_ｔの良否判定は、例えば、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとを比較して、各画素の輝度値の差分が、予め設定された範囲内であれば良品パターンと判定し、範囲外であれば不良パターンと判定する。

【0032】

そして、全ての視野Ｆ_ｉに対して検査が終了したかどうかを判定して（ステップＳ１０５）、終了していなければ、隣の視野Ｆ_ｉに対して、ステップＳ１０１～Ｓ１０４を繰り返し行い、終了していれば、検査を終了する。

【0033】

次に、図３を参照しながら、本実施形態の特徴である検査画像Ｐ_ｔの作成方法を説明する。

【0034】

図３は、撮像手段１１を矢印Ｓの方向に相対的に走査して、分割された視野Ｆ_１～Ｆ_３を順次撮像し、検査画像Ｐ_ｔを作成するステップ（Ｓ１０３）を示した図である。

【0035】

図３（Ａ）に示すように、分割された視野Ｆ_１～Ｆ_３は、隣合う視野（Ｆ_１とＦ_２；Ｆ_２とＦ_３）おいて、それぞれ、オーバーラップ領域Ｖ_１、Ｖ_２を有している。ここで、オーバーラップ領域Ｖ_１、Ｖ_２は、必ずしも、同じ大きさの範囲でなくてもよい。

【0036】

まず、先頭の視野Ｆ_１では、アライメントマークＭ_１をサーチして、認識したアライメントマークＭ_１の撮像位置を基準に、視野Ｆ_１における検査画像Ｐ_ｔを作成する。なお、アライメントマークＭ_１は、予め、記憶手段１４に登録されている。

【0037】

先頭の視野Ｆ_１で、検査画像Ｐ_ｔを作成するとともに、隣の視野Ｆ_２とのオーバーラップ領域Ｖ_１内にある所定のパターンの撮像画像を、隣の視野Ｆ_２で用いられるアライメントマークＭ_２として、記憶手段１４に登録する。アライメントマークＭ_２のパターンは、オーバーラップ領域Ｖ_１内の予め設定された位置及び範囲にあるパターンが用いられる。当該パターンの位置及び範囲は、予め、記憶手段１４に登録されている。

【0038】

隣の視野Ｆ_２では、視野Ｆ_１とのオーバーラップ領域Ｖ_１内で登録されたアライメントマークＭ_２をサーチして、認識したアライメントマークＭ_２の撮像位置を基準に、検査画像Ｐ_ｔを作成するとともに、隣の視野Ｆ_３とのオーバーラップ領域Ｖ_２内にある所定のパターンの撮像画像を、隣の視野Ｆ_３で用いられるアライメントマークＭ_３として、記憶手段１４に登録する。

【0039】

隣の視野Ｆ_３でも、同様に、視野Ｆ_２とのオーバーラップ領域Ｖ_２内で登録されたアライメントマークＭ_３をサーチして、認識したアライメントマークＭ_３の撮像位置を基準に、検査画像Ｐ_ｔを作成する。

【0040】

上述したように、被検査物Ｗに形成されたパターンは、プロセス変動によって、パターン形状が変化する場合がある。例えば、図３（Ｂ）に示すように、視野Ｆ_２のアライメントマークＭ_２に異物が付着したり、あるいは、視野Ｆ_３のアライメントマークＭ_３のパターン形状が変わったりする場合がある。

【0041】

このように、アライメントマークＭ_２、Ｍ_３のパターン形状が、プロセス変動によって変化した場合でも、前の視野Ｆ_１、Ｆ_２において、形状の変化したパターンが、隣の視野Ｆ_２、Ｆ_３で用いられるアライメントマークＭ_２、Ｍ_３として登録されているため、視野Ｆ_２、Ｆ_３では、登録されたアライメントマークＭ_２、Ｍ_３を容易に認識することができる。その結果、正しい位置で、検査画像Ｐ_ｔを切り出しすることができるため、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとの比較による検査を正確に行うことができる。

【0042】

このように、本実施形態によれば、隣合う視野Ｆ_ｉにオーバーラップ領域Ｖ_ｉを設け、オーバーラップ領域Ｖ_ｉ内にある所定のパターンの撮像画像を、隣の視野Ｆ_ｉで用いられるアライメントマークＭ_ｉとして登録し、隣の視野Ｆ_ｉで、登録したアライメントマークＭ_ｉの撮像位置を基準に、検査画像Ｐ_ｔを作成することによって、アライメントマークＭ_ｉのパターン形状が、プロセス変動によって変化しても、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとの比較による検査を正確に行うことが可能となる。

【0043】

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとを比較して、検査画像Ｐ_ｔの良否を判定したが、これに限定されず、例えば、図４に示すように、検査画像Ｐ_ｔ内に、周期性のある繰り返しパターンＤがある場合、隣合う繰り返しパターンＤ同士を比較して、良品パターンに混在する不良パターンを検出してもよい。あるいは、図５に示すように、検査画像Ｐ_ｔ内の所定領域Ｑの画素情報（輝度、その他）が、予め設定した閾値と比較して、この閾値を超えた箇所を、不良部位として検出してもよい。

【0044】

また、上記実施形態では、視野Ｆ_ｉ毎に、逐次、図２に示した検査フロー（ステップＳ１０１～Ｓ１０４）に従って、検査画像Ｐ_ｔの良否判定を行ったが、視野Ｆ_ｉ毎に、逐次」、被検査物Ｗの撮像、及び検査画像Ｐ_ｔの作成を行った後（ステップＳ１０２～Ｓ１０３）、全ての視野Ｆ_ｉにおいて、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとを比較して、検査画像Ｐ_ｔの良否を判定してもよい（ステップＳ１０４）。

【0045】

また、上記実施形態では、半導体ウェハに形成されたチップＣを複数の視野に分割し、分割した視野Ｆ_ｉ毎に、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとを比較して、検査画像Ｐ_ｔの良否を判定したが、２個以上のチップＣに跨がった領域に対して、当該領域を複数の視野に分割し、分割した視野Ｆ_ｉ毎に、検査画像Ｐ_ｔと基準画像Ｐ_Ｓとを比較して、検査画像Ｐ_ｔの良否を判定してもよい。

【0046】

また、上記実施形態では、被検査物Ｗとして、半導体ウェハに形成されたパターンを検査する方法を例に説明したが、これに限定されず、例えば、液晶基板、回路基板等に形成されたパターンを検査する方法にも適用することができる。

【符号の説明】

【0047】

１０ ステージ
１１ 撮像手段
１２ 検査画像作成手段
１３ 判定手段
１４ 記憶手段
１００ 外観検査装置
Ｆ_ｉ 視野
Ｍ_ｉ アライメントマーク
Ｐ_Ｓ 基準画像
Ｐ_ｔ 検査画像
Ｖ_ｉ オーバーラップ領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】