特許 7368141 ウエーハ外観検査装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-16

(45)【発行日】2023-10-24

(54)【発明の名称】ウエーハ外観検査装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/956 20060101AFI20231017BHJP

【ＦＩ】

G01N21/956 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019150100

(22)【出願日】2019-08-20

(65)【公開番号】P2021032598

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-04-21

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】仲田 朋宏

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１５５６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３３４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６７６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０９９７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７７４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２７４２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２７６６６４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／８４－２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象ウエーハに形成された繰り返しパターン又は検査対象ウエーハに設定された無パターン区画の外観画像を撮像し、当該撮像された画像を予め登録された基準画像と比較して検査する、ウエーハ外観検査装置において、
前記繰り返しパターン又は前記無パターン区画毎に設定された検査対象部位を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された画像を処理する画像処理部と、
前記検査対象部位の画像に対する、良否判定の基準となる前記基準画像を予め登録しておく基準画像登録部と、
前記検査対象部位を撮像された検査画像を前記基準画像と比較して、当該検査対象部位に潜む欠陥を検査する比較検査部とを備え、
前記比較検査部は、
前記検査対象部位内に潜む欠陥を検査するミクロ検査モードと、
複数の前記検査対象部位を跨がって前記検査対象ウエーハに潜在する欠陥を検査するマクロ検査モードと、
前記マクロ検査モードの実行に先立ち、前記検査対象ウエーハに潜在する欠陥を検査するための良否判定の基準となるマクロ検査用基準画像を生成するマクロ検査用基準画像生成モードを備え、
前記マクロ検査用基準画像生成モードでは、
前記撮像部にて、検査基準となる基準ウエーハに形成された繰り返しパターン又は基準ウエーハに設定された無パターン区画を分割撮像し、
前記画像処理部にて、当該分割撮像された基準画像同士を繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用基準画像を生成した後、当該ラージサイズのマクロ検査用基準画像を圧縮処理してスモールサイズのマクロ検査用基準画像を生成し、
前記スモールサイズのマクロ検査用基準画像を前記基準画像登録部に予め登録し、
前記マクロ検査モードでは、
前記撮像部にて、前記繰り返しパターン又は前記無パターン区画を分割撮像し、
前記画像処理部にて、当該分割撮像された検査画像同士を繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用検査画像を生成した後、当該ラージサイズのマクロ検査用検査画像を圧縮処理してスモールサイズのマクロ検査用検査画像を生成し、
前記比較検査部にて、前記スモールサイズのマクロ検査用検査画像を前記スモールサイズのマクロ検査用基準画像と比較して、前記検査対象ウエーハに潜在する欠陥を検査する
ことを特徴とする、ウエーハ外観検査装置。

【請求項2】

検査対象ウエーハに形成された繰り返しパターン又は検査対象ウエーハに設定された無パターン区画の外観画像を撮像し、当該撮像された画像と予め登録された基準画像とを比較して検査する、ウエーハ外観検査方法において、
前記検査対象ウエーハを保持するウエーハ保持手段と、
前記繰り返しパターン又は前記無パターン区画毎に設定された所定範囲を撮像する撮像手段と、
前記ウエーハ保持部と前記撮像部を相対移動させる相対移動手段と、
前記撮像部で撮像された画像を処理する画像処理手段とを用い、
検査基準となる基準ウエーハを保持するステップと、
前記繰り返しパターン又は前記無パターン区画を、逐次撮像場所を変更しながら分割撮像し、当該分割撮像された基準画像同士を繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用基準画像を生成した後、当該ラージサイズのマクロ検査用基準画像を圧縮してスモールサイズのマクロ検査用基準画像を生成するステップと、
前記検査対象ウエーハを保持するステップと、
前記繰り返しパターン又は前記無パターン区画を、逐次撮像場所を変更しながら分割撮像し、当該分割撮像された検査画像同士を繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用検査画像を生成した後、当該ラージサイズのマクロ検査用検査画像を圧縮してスモールサイズのマクロ検査用検査画像を生成するステップと、
前記スモールサイズのマクロ検査用検査画像を前記スモールサイズのマクロ検査用基準画像と比較して、前ウエーハをマクロ検査するステップとを有する
ことを特徴とする、ウエーハ外観検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエーハ上に形成されたデバイスチップ等の繰返し外観パターン又は検査対象ウエーハに設定された無パターン区画の外観画像を撮像し、当該撮像された検査画像と予め登録された基準画像とを比較して、当該デバイスチップ等の検査を行うウエーハ外観検査装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスは、１枚の半導体ウエーハ上に多数の半導体デバイス回路（つまり、デバイスチップの繰り返し外観パターン）が形成された後、個々のチップ部品に個片化され、当該チップ部品がパッケージングされて、電子部品として単体で出荷されたり電気製品に組み込まれたりする。

【0003】

そして、個々のチップ部品が個片化される前に、ウエーハ上に形成されたデバイスチップの繰り返し外観パターンを撮像された検査画像と基準画像とを比較して、配線パターン等の欠落やショート、線幅異常、異物の付着等がないかどうか検査（いわゆる、外観検査。パターン検査、ミクロ検査とも言う）が行われている（例えば、特許文献１）。

【0004】

一方、比較的大きなサイズの傷や汚れ、異物の付着がないかどうかを目視による検査（いわゆる、マクロ検査）が行われている（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－１５５６１０号公報

【文献】特開平９－１８６２０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ミクロ検査と同様にマクロ検査も検査装置での自動化が求められていた。しかし、従来の自動検査装置は、ミクロ検査に特化したものであり複数のチップを跨いでの検査に対応していなかったため、マクロ検査の範疇である比較的大きなサイズの傷や汚れ、異物の付着等を検査することができなかった。

【0007】

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、
ミクロ検査のために取得した小さな区画の拡大画像に基づいて、マクロ検査の範疇である比較的大きなサイズの傷や汚れ、異物の付着等を自動的に検査することができる検査装置および方法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】

以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
検査対象ウエーハに形成された繰り返しパターン又は検査対象ウエーハに設定された無パターン区画の外観画像を撮像し、当該撮像された画像を予め登録された基準画像と比較して検査する、ウエーハ外観検査装置において、
繰り返しパターン又は無パターン区画毎に設定された検査対象部位を撮像する撮像部と、
撮像部で撮像された画像を処理する画像処理部と、
検査対象部位の画像に対する、良否判定の基準となる基準画像を予め登録しておく基準画像登録部と、
検査対象部位を撮像された検査画像を基準画像と比較して、当該検査対象部位に潜む欠陥を検査する比較検査部とを備え、
比較検査部は、
検査対象部位内に潜む欠陥を検査するミクロ検査モードと、
複数の検査対象部位を跨がって検査対象ウエーハに潜在する欠陥を検査するマクロ検査モードと、
マクロ検査モードの実行に先立ち、検査対象ウエーハに潜在する欠陥を検査するための良否判定の基準となるマクロ検査用基準画像を生成するマクロ検査用基準画像生成モードを備え、
マクロ検査用基準画像生成モードでは、
撮像部にて、検査基準となる基準ウエーハに形成された繰り返しパターン又は基準ウエーハに設定された無パターン区画を分割撮像し、
画像処理部にて、当該分割撮像された基準画像同士を繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用基準画像を生成した後、当該ラージサイズのマクロ検査用基準画像を圧縮処理してスモールサイズのマクロ検査用基準画像を生成し、
スモールサイズのマクロ検査用基準画像を基準画像登録部に予め登録し、
マクロ検査モードでは、
撮像部にて、繰り返しパターン又は無パターン区画を分割撮像し、
画像処理部にて、当該分割撮像された検査画像同士を繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用検査画像を生成した後、当該ラージサイズのマクロ検査用検査画像を圧縮処理してスモールサイズのマクロ検査用検査画像を生成し、
比較検査部にて、スモールサイズのマクロ検査用検査画像をスモールサイズのマクロ検査用基準画像と比較して、検査対象ウエーハに潜在する欠陥を検査する。

【0009】

また、本発明に係る別の一態様は、
検査対象ウエーハに形成された繰り返しパターン又は無パターン区画の外観画像を撮像し、当該撮像された画像と予め登録された基準画像とを比較して検査する、ウエーハ外観検査方法において、
ウエーハを保持するウエーハ保持手段と、
繰り返しパターン又は無パターン区画毎に設定された所定範囲を撮像する撮像手段と、
ウエーハ保持部と撮像部を相対移動させる相対移動手段と、
撮像部で撮像された画像を処理する画像処理手段とを用い、
検査基準となる基準ウエーハを保持するステップと、
基準ウエーハに形成された繰り返しパターンを、逐次撮像場所を変更しながら分割撮像し、当該分割撮像された基準画像同士を繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用基準画像を生成した後、当該ラージサイズのマクロ検査用基準画像を圧縮してスモールサイズのマクロ検査用基準画像を生成するステップと、
検査対象ウエーハを保持するステップと、
検査対象ウエーハに形成された繰り返しパターンを、逐次撮像場所を変更しながら分割撮像し、当該分割撮像された検査画像同士を繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用検査画像を生成した後、当該ラージサイズのマクロ検査用検査画像を圧縮してスモールサイズのマクロ検査用検査画像を生成するステップと、
スモールサイズのマクロ検査用検査画像をスモールサイズのマクロ検査用基準画像と比較して、検査対象ウエーハをマクロ検査するステップとを有している。

【0010】

この様なウエーハ外観検査装置および方法によれば、ミクロ検査のために取得した小さな区画の拡大画像に基づいて、マクロ検査の範疇である比較的大きなサイズの傷や汚れ、異物の付着等を自動的に検査することができる。

【発明の効果】

【0011】

１つの検査装置でミクロ検査もマクロ検査も自動で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。

【図2】本発明を具現化する形態の一例における撮像の様子を示す概念図である。

【図3】本発明を具現化する形態の一例における基準ウエーハおよび検査対象となるウエーハとデバイスチップの配置例を示す平面図である。

【図4】本発明を具現化する形態の一例におけるラージサイズのマクロ検査用画像のイメージを示す画像図である。

【図5】本発明を具現化する形態の一例におけるスモールサイズのマクロ検査用画像および差分のイメージを示す画像図である。

【図6】本発明を具現化する形態の一例におけるフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。なお、以下の説明では、直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、水平方向をＸ方向、Ｙ方向と表現し、ＸＹ平面に垂直な方向（つまり、重力方向）をＺ方向と表現する。また、Ｚ方向は、重力に逆らう方向を上、重力がはたらく方向を下と表現する。また、Ｚ方向を中心軸として回転する方向をθ方向とする。

【0014】

図１は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図１には、本発明に係るウエーハ外観検査装置１を構成する各部が概略的に示されている。

【0015】

ウエーハ外観検査装置１は、検査対象ウエーハＷに形成されたデバイスチップＣの繰り返し外観パターンを撮像し、基準画像Ｐｆと比較して、当該検査対象ウエーハＷおよび当該デバイスチップＣの検査を行うものである。

【0016】

具体的には、ウエーハ外観検査装置１は、検査対象ウエーハＷ上に設定した撮像領域Ｆの撮像場所を逐次変えながら、ウエーハＷ全面に亘って検査対象部位を撮像し、撮像された画像を処理して検査画像Ｐｘを生成する。そして、検査画像Ｐｘを基準画像Ｐｄと比較することで、デバイスチップＣの回路パターンにショートや断線等が無いか、異物やキズ等が付いていないか等、ウエーハＷ全面に亘って所望の検査（つまり、ミクロ検査）を自動的に行うものである。さらに、ウエーハ外観検査装置１は、検査画像Ｐｘ（いわゆる、分割画像）を処理してマクロ検査用検査画像Ｐｍ（いわゆる、全体画像）を生成し、当該マクロ検査用検査画像Ｐｍを予め登録されたマクロ検査用基準画像Ｐｆと比較して、ウエーハＷ全体のマクロ検査を自動的に行うものである。

【0017】

より具体的には、ウエーハ外観検査装置１は、ウエーハ保持部２、撮像部３、相対移動部４、チップレイアウト登録部５、基準画像登録部６、画像処理部７、比較検査部８、制御部ＣＮ等を備えている。

【0018】

ウエーハ保持部２は、ウエーハＷを保持するものである。
具体的には、ウエーハ保持部２は、ウエーハＷを下面側から水平状態を保ちつつ支えるものである。より具体的には、ウエーハ保持部２は、上面が水平な載置台２０を備えている。
載置台２０は、ウエーハＷと接触する部分に溝部や孔部が設けられており、これら溝部や孔部は、切替バルブなどを介して真空ポンプなどの負圧発生手段と接続されている。そして、ウエーハ保持部２は、これら溝部や孔部を負圧状態若しくは大気解放状態に切り替えることで、ウエーハＷを保持したり保持解除したりすることができる。

【0019】

撮像部３は、検査対象部位を撮像し、当該検査対象部位が含まれた画像を撮像するものである。

【0020】

ここで、検査対象部位が含まれた画像とは、検査対象ウエーハＷに形成された検査対象となるデバイスチップＣの繰返し外観パターンの一部または全部の部位を含んで撮像された画像であり、デバイスチップＣ毎の検査対象部位を分割して撮像したもの（つまり、デバイスチップＣ毎の検査対象部位の内外に、撮像領域Ｆが多数設定されている）や、１つまたは複数のデバイスチップＣの検査対象部位を含む広い範囲を撮像したもの（つまり、撮像領域Ｆ内にデバイスチップＣ毎の検査対象部位が１つまたは複数設定されている）を言う。なお、デバイスチップＣの配列（個数やピッチなど）や要求される検査精度等が検査品種毎に異なるため、撮像部３で撮像する範囲（つまり、撮像エリア）のサイズや位置、間隔等は、それぞれの検査品種に適応させて登録されている。

【0021】

具体的には、撮像部３は、鏡筒３０、照明部３１、ハーフミラー３２、複数の対物レンズ３３ａ，３３ｂ、レボルバー機構３４、撮像カメラ３５等を備えている。

【0022】

鏡筒３０は、照明部３１、ハーフミラー３２、対物レンズ３３ａ，３３ｂ、レボルバー機構３４、撮像カメラ３５等を所定の姿勢で固定し、照明光や観察光を導光するものである。鏡筒３０は、連結金具など（不図示）を介して装置フレーム１ｆに取り付けられている。

【0023】

照明部３１は、撮像に必要な照明光Ｌ１を放出するものである。具体的には、照明部３１は、レーザダイオードやメタルハライドランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ照明などが例示できる。

【0024】

ハーフミラー３２は、照明部３１から放出された照明光Ｌ１を反射させてウエーハＷ側に照射し、ウエーハＷ側から入射した光（反射光、散乱光）Ｌ２を撮像カメラ３５側に通過させるものである。

【0025】

対物レンズ３３ａ，３３ｂは、ワークＷ上の撮像エリアの像を、それぞれ異なる所定の観察倍率で撮像カメラ３５の撮像素子３６に結像させるものである。

【0026】

レボルバー機構３４は、対物レンズ３３ａ，３３ｂのいずれを使用するか切り替えるものである。具体的には、レボルバー機構３４は、手動または外部からの信号制御に基づいて、所定の角度ずつ回転および静止するものである。

【0027】

撮像カメラ３５は、ワークＷ上の撮像領域Ｆを撮像し、撮像素子３６に結像させた画像を取得するものである。取得した画像は、映像信号や映像データとして外部に出力され、画像処理部７で処理されて検査画像Ｐｘや基準画像Ｐｄが生成される。なお、これら検査画像Ｐｘや基準画像Ｐｄは、ワークＷ全体を広く一括撮像したものではなく、ワークＷを所定の区画領域毎に分割して撮像したものであるため、分割撮像された検査画像Ｐｘ、分割撮像された基準画像Ｐｄと言う。

【0028】

相対移動部４は、ウエーハ保持部２と撮像部３とを相対移動させるものである。
具体的には、相対移動部４は、Ｘ軸スライダー４１と、Ｙ軸スライダー４２と、回転機構４３とを備えて構成されている。

【0029】

Ｘ軸スライダー４１は、装置フレーム１ｆ上に取り付けられており、Ｙ軸スライダー４２をＸ方向に任意の速度で移動させ、任意の位置で静止させるものである。具体的には、Ｘ軸スライダーは、Ｘ方向に延びる１対のレールと、そのレール上を移動するスライダー部と、スライダー部を移動および静止させるスライダー駆動部とで構成されている。スライダー駆動部は、制御部ＣＮからの信号制御により回転し静止するサーボモータやパルスモータとボールネジ機構を組み合わせたものや、リニアモータ機構などで構成することができる。また、Ｘ軸スライダー４１には、スライダー部の現在位置や移動量を検出するためのエンコーダが備えられている。なお、このエンコーダは、リニアスケールと呼ばれる直線状の部材に細かな凹凸が所定ピッチで刻まれたものや、ボールネジを回転させるモータの回転角度を検出するロータリエンコーダ等が例示できる。

【0030】

Ｙ軸スライダー４２は、制御部ＣＮから出力される制御信号に基づいて、回転機構４３をＹ方向に任意の速度で移動させ、任意の位置で静止させるものである。具体的には、Ｙ軸スライダーは、Ｙ方向に延びる１対のレールと、そのレール上を移動するスライダー部と、スライダー部を移動および静止させるスライダー駆動部とで構成されている。スライダー駆動部は、制御部ＣＮからの信号制御により回転し静止するサーボモータやパルスモータとボールネジ機構を組み合わせたものや、リニアモータ機構などで構成することができる。また、Ｙ軸スライダー４２には、スライダー部の現在位置や移動量を検出するためのエンコーダが備えられている。なお、このエンコーダは、リニアスケールと呼ばれる直線状の部材に細かな凹凸が所定ピッチで刻まれたものや、ボールネジを回転させるモータの回転角度を検出するロータリエンコーダ等が例示できる。

【0031】

回転機構４３は、載置台２０をθ方向に任意の速度で回転させ、任意の角度で静止させるものである。具体的には、回転機構４３は、ダイレクトドライブモータなどの、外部機器からの信号制御により任意の角度に回転／静止させるものが例示できる。回転機構４３の回転する側の部材の上には、ウエーハ保持部２の載置台２０が取り付けられている。

【0032】

相対移動部４は、この様な構成をしているため、検査対象となるウエーハＷを保持したまま、ウエーハＷを撮像部３に対してＸＹθ方向にそれぞれ独立させて又は複合的に、所定の速度や角度で相対移動させたり、任意の位置・角度で静止させたりすることができる。

【0033】

図２は、本発明を具現化する形態の一例における撮像の様子を示す概念図である。
図２には、ウエーハＷに対して撮像部３の撮像カメラ３５を矢印Ｖｓで示す方向に相対移動させながら、ウエーハＷ上に離間配置されている複数のデバイスチップＣ（２，１）～Ｃ（５，１）の撮像場所を逐次変えて、検査対象部位を撮像（つまり、ウエーハＷを分割撮像）する様子が示されている。なお現時刻では、デバイスチップＣ（４，１）の検査対象部位を含む撮像領域Ｆを撮像カメラ３５の撮像素子に結像させて撮像している様子が図示されている。

【0034】

図３は、本発明を具現化する形態の一例における基準ウエーハＷｆおよび検査対象となるウエーハＷとデバイスチップＣの配置例を示す平面図である。
図３（ａ）には、検査基準となる基準ウエーハＷｆと、当該基準ウエーハＷｆ上に形成されたデバイスチップＣの繰返し外観パターンの配置イメージが示されている。また、図３（ａ）には、当該基準ウエーハＷｆに対して分割撮像された基準画像ＰｄとデバイスチップＣとの位置関係が示されている。
図３（ｂ）には、検査対象となるウエーハＷ上に形成されたデバイスチップＣの繰返し外観パターンの配置イメージと、当該ウエーハＷに潜む汚れＸの一例が示されている。また、図３（ｂ）には、当該ウエーハＷに対して分割撮像された検査画像ＰｘとデバイスチップＣとの位置関係が示されている。なお、ウエーハＷに潜む汚れＸは、マクロ検査における検出対象の欠陥の一類型であり、分割撮像された検査画像Ｐｘの複数に亘って跨ぐように広く分布している。

【0035】

チップレイアウト登録部５は、ウエーハＷの基準姿勢および基準位置に対する当該ウエーハのデバイスチップＣの配置情報を規定するチップレイアウトを登録するものである。

【0036】

なお、チップレイアウトには、ウエーハＷのノッチＷｋを真下に向けた状態を基準姿勢とし、この姿勢でのウエーハＷの中心をＸＹ方向の基準位置（原点とも言う）として、デバイスチップＣの繰り返し外観パターンの縦横配列やピッチ、オフセット情報など（つまり、配置情報）が規定されている。

【0037】

具体的には、チップレイアウト登録部５には、検査品種毎にチップレイアウトを規定するデータが登録されている。そのため、当該チップレイアウトに基づいて撮像を行えば、図３に示すような基準画像Ｐｄや検査画像Ｐｘを分割撮像して取得することができる。

【0038】

基準画像登録部６は、検査の基準となる基準画像を登録するものである。
具体的には、基準画像登録部６には、分割撮像された基準画像Ｐｄ（いわゆる、分割画像）と、スモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆ（いわゆる、全体画像）が登録されている。

【0039】

分割撮像された基準画像Ｐｄは、ウエーハＷ上に形成されたデバイスチップＣの繰り返し外観パターンが正常である状態の基準を示すものである。
具体的には、分割撮像された基準画像Ｐｄは、ミクロ検査において、分割撮像された検査画像Ｐｘとの比較対象となり、各画素や画素群について輝度値の差分や分散値等が予め設定された範囲内であれば正常と判定し、当該範囲外であれば異常と判定するための基準となるものである。
より具体的には、基準画像Ｐｄは、予め選定された良品画像を代表する１つの画像や、複数の良品画像を予め選定し平均化したもの、良品学習法に基づいて生成したもの等が例示できる。

【0040】

一方、スモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆは、ウエーハＷ全体として正常である状態の基準を示すものである。具体的には、基準画像登録部６には、検査品種毎にスモールサイズの基準画像Ｐｆのデータが登録されている。

【0041】

画像処理部７は、撮像部３で撮像された画像を処理するものである。
具体的には、画像処理部７は、撮像部３の撮像カメラ３５で撮像された画像を取得し、撮像領域Ｆの中から検査に必要な部位を抽出（トリミングとも言う）する処理を行って検査画像Ｐｘや基準画像Ｐｄを生成したり、複数の分割画像同士を繋ぎ合わせて１つの画像を生成する処理をしたり、圧縮処理（画像を構成する画素数を間引いて低解像度化したり、輝度値等の分解能を下げたりする処理）をしたりする機能を備えている。また、画像処理部７は、傾き補正や明るさ補正、シェーディング補正、画像の湾曲補正等の処理を行う機能を備えており、適宜処理を行うように構成されている。

【0042】

より具体的には、画像処理部７は、分割撮像された基準画像Ｐｄを繋ぎ合わせして１つの全体画像（つまり、ラージサイズのマクロ検査用基準画像ＰＦ）を生成したり、分割撮像された検査画像Ｐｘを繋ぎ合わせして１つの全体画像（つまり、ラージサイズのマクロ検査用検査画像ＰＭ）を生成したりする。さらに、画像処理部７は、ラージサイズのマクロ検査用基準画像ＰＦを圧縮処理して、スモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆを生成し、ラージサイズのマクロ検査用検査画像ＰＭを圧縮処理して、スモールサイズのマクロ検査用検査画像Ｐｍを生成する。

【0043】

図４は、本発明を具現化する形態の一例におけるラージサイズのマクロ検査用画像のイメージを示す画像図である。
図４（ａ）には、ラージサイズのマクロ検査用基準画像ＰＦのイメージが例示されており、図４（ｂ）には、ラージサイズのマクロ検査用検査画像ＰＭのイメージが例示されている。なお、ラージサイズのマクロ検査用検査画像ＰＭには、ウエーハＷに潜む汚れＸが含まれている。

【0044】

図５は、本発明を具現化する形態の一例におけるスモールサイズのマクロ検査用画像および差分のイメージを示す画像図である。
図５（ａ）には、スモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆのイメージが例示されており、図５（ｂ）には、スモールサイズのマクロ検査用検査画像Ｐｍのイメージが例示されている。なお、スモールサイズのマクロ検査用検査画像Ｐｍには、ウエーハＷに潜む汚れＸが含まれている。
図５（ｃ）は、スモールサイズのマクロ検査用検査画像Ｐｍをスモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆと比較（つまり、輝度値を差分）した後のイメージが例示されている。

【0045】

比較検査部８は、画像処理部７で生成されたマクロ検査用検査画像Ｐｍをマクロ検査用基準画像Ｐｆと比較して、検査対象部位に対して検査するものである。
具体的には、画像処理部７は、デバイスチップＣの繰返し外観パターンの検査対象部位が含まれた検査画像Ｐｋと基準画像Ｐｆの対応する画素同士を比較し、各画素や画素群について輝度値の差分や分散値等が予め設定された範囲内であれば正常と判定し、当該範囲外であれば異常と判定する。

【0046】

そのため、画像処理部７にて検査画像Ｐｋと基準画像Ｐｆとを比較処理し、輝度値の差分が基準範囲外にあるところを抽出することで、汚れＸを検出（つまり、マクロ検査）することができる。

【0047】

本発明に係るチップレイアウト登録部５、基準画像登録部６、画像処理部７、比較検査部８は、画像処理機能を備えたコンピュータＣＰ（つまり、ハードウェア）と、その実行プログラム等（つまり、ソフトウェア）で構成されている。
より具体的には、チップレイアウト登録部５や基準画像登録部６は、コンピュータＣＰの記憶部（レジスタ、メモリー等）や記録媒体（ＨＤＤ、ＳＳＤ等）などの一部にて構成されている。画像処理部７は、コンピュータＣＰの画像処理部（いわゆる、ＧＰＵ）にて構成されている。比較検査部８は、コンピュータＣＰの演算処理部および実行プログラムで構成されている。

【0048】

コンピュータＣＰは、例えば、以下の様な機能や役割を担っている。
・検査品種毎の撮像倍率および撮像位置、撮像ルートＴ、撮像間隔（ピッチ、インターバル）、送り速度等の情報（いわゆる、検査手順）の登録
・検査品種毎の検査条件（検査対象部位の輝度値や分散値等の正常範囲など）の登録
・ユーザインターフェース（キーボード、ＳＷ、モニタ等）と接続されて、各種情報の入出力
・制御部ＣＮや外部のホストコンピュータ等と接続されて、信号やデータの入出力
なお、検査品種毎の検査手順や検査条件は、レシピ情報、検査レシピとも呼ばれる。

【0049】

制御部ＣＮは、例えば、以下の様な機能や役割を担っている。
・ウエーハ保持部２に対して、ウエーハＷの保持／解除の信号を出力
・レボルバー機構３４を制御して、使用する対物レンズ（撮像倍率）を切り替える
・照明部３１に対して、発光トリガを出力する
・撮像カメラ３５に対して、撮像トリガを出力する
・相対移動部４の駆動制御：Ｘ軸スライダー４１、Ｙ軸スライダー４２、回転機構４３の現在位置をモニタリングしつつ、駆動用信号を出力する
・相対移動部４（Ｘ軸スライダー４１、Ｙ軸スライダー４２、回転機構４３）の現在位置情報をコンピュータＣＰに出力する
・検査レシピに基づいて各部を制御

【0050】

なお、制御部９から撮像部３への撮像トリガの出力は、下記の様な方式が例示できる。
・Ｘ方向にスキャン移動させながら、所定距離移動する毎に照明光Ｌ１を極短時間発光（いわゆる、ストロボ発光）させる方式。
・或いは、所定位置に移動および静止させて照明光Ｌ１を照射して撮像する（いわゆる、ステップ＆リピート）方式。

【0051】

また、撮像トリガとは、撮像カメラ３５や画像処理部７に対する画像取り込み指示、照明光Ｌ１の発光指示などを意味する。具体的には、撮像トリガとして、（ケース１）撮像カメラ３５で撮像可能な時間（いわゆる、露光時間）の間に、照明光Ｌ１をストロボ発光させたり、（ケース２）照明光Ｌ１が照射されている時間内に、撮像させたり、する。或いは、撮像トリガは、撮像カメラ３５に対する指示に限らず、（ケース３）画像を取得する画像処理装置に対する画像取込指示でも良い。そうすることで、撮像カメラ３５から映像信号や映像データが逐次出力される形態にも対応できる。

【0052】

より具体的には、制御部ＣＮは、コンピュータやプログラマブルロジックコントローラ等（つまり、ハードウェア）と、その実行プログラム等（つまり、ソフトウェア）で構成されている。

【0053】

［基準画像登録および検査フロー］
図６は、本発明を具現化する形態の一例におけるフロー図である。
図６（ａ）には、ウエーハ外観検査装置１を用いてウエーハＷのマクロ検査を行うためのマクロ検査用基準画像Ｐｆを登録する手順が、一連のフローとしてステップ毎に示されている。なお、これら一連のフローが実行できるように、コンピュータＣＰや制御部ＣＮの実行プログラムが登録されている。
図６（ｂ）には、ウエーハ外観検査装置１を用いてウエーハＷに配置されているデバイスチップＣを撮像・検査する手順が、一連のフローとしてステップ毎に示されている。

【0054】

検査に先立ち、マクロ検査用基準画像を以下の手順にて生成し、登録しておく。この一連のフローを行うモードを「マクロ検査用基準画像生成モード」と呼ぶ。

【0055】

先ず、登録するレシピを選択し、基準ウエーハＷｆを載置台２０に載置する（ステップｓ１）。そして、基準ウエーハＷｆをアライメントする（ステップｓ２）。

【0056】

基準ウエーハＷｆを相対移動させながら基準画像Ｐｄを撮像し（ステップｓ３）、当該基準画像Ｐｓを基準画像登録部６に登録する（ステップｓ４）。

【0057】

そして、基準ウエーハＷｆ全体に亘って撮像を行ったかどうかを判定し（ステップｓ５）、撮像が終了していなければ上述のステップｓ２～ｓ５を繰り返す。一方、撮像が終了していれば、基準画像Ｐｄを繋ぎ合わせてラージサイズのマクロ検査用基準画像ＰＦを生成し、当該基準画像ＰＦを圧縮処理してスモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆを生成する（ステップｓ６）。そして、当該基準画像Ｐｆを基準画像登録部６に登録する（ステップｓ７）。

【0058】

そして、基準ウエーハＷｆを払い出し（ステップｓ８）、次の基準ウエーハＷｆについて同様の処理を行うかどうかを判定する（ステップｓ９）。同様の処理を行う場合は、上述のステップｓ２～ｓ９を繰り返し、同様の処理を行わない場合は、一連のフローを終了する。

【0059】

以下、通常の検査を行う手順「ミクロ検査／マクロ検査モード」について説明する。

【0060】

先ず、検査レシピを選択してウエーハＷの検査モードや順序を決定し、検査対象となるウエーハＷを載置台２０に載置する（ステップｓ１１）。そして、検査対象となるウエーハＷをアライメントする（ステップｓ１２）。

【0061】

検査対象となるウエーハＷを相対移動させながら検査画像Ｐｘを撮像する（ステップｓ１３）。ミクロ検査を行うかどうかを判断し（ステップｓ１４）、ミクロ検査を行う場合、予め登録しておいた検査基準に基づいて各検査画像Ｐｘに対してミクロ検査を行う（ステップｓ１５）。

【0062】

そして、ウエーハＷ全体に亘って撮像を行ったかどうかを判定し（ステップｓ１６）、撮像が終了していなければ上述のステップｓ１２～ｓ１６を繰り返す。一方、撮像が終了していれば、マクロ検査を行うかどうかを判断する（ステップｓ２０）。マクロ検査を行う場合、予め登録しておいた検査基準に基づいてスモールサイズのマクロ検査用検査画像Ｐｍをスモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆと比較して、マクロ検査を行う（ステップｓ２１）。

【0063】

そして、検査対象となるウエーハＷを払い出し（ステップｓ３０）、次の検査対象となるウエーハＷについて同様の処理を行うかどうかを判定する（ステップｓ３１）。同様の処理を行う場合は、上述のステップｓ１２～ｓ３１を繰り返し、同様の処理を行わない場合は、一連のフローを終了する。

【0064】

本発明に係るウエーハ外観検査装置１およびウエーハ外観検査方法によれば、ミクロ検査のために取得した小さな区画の拡大画像に基づいて、マクロ検査の範疇である比較的大きなサイズの傷や汚れ、異物の付着等を自動的に検査することができる。そのため、１つの検査装置でミクロ検査もマクロ検査も自動で行うことができる。

【0065】

［変形例］
なお上述では、ウエーハ外観検査装置１に「マクロ検査用基準画像生成モード」を備えた構成を例示した。このような構成であれば、１つの検査装置で、スモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆの生成と登録を行い、マクロ検査を行うためのことができるので好ましい。

【0066】

しかし、ウエーハ外観検査装置１には「マクロ検査用基準画像生成モード」を備えず、外部記録媒体（ＨＤＤ，ＳＳＤ，メモリーカード等）や電気通信回線等を介して、分割撮像された基準画像Ｐｄを外部のコンピュータや処理システム等へ出力し、当該外部のコンピュータや処理システム等を用いてラージサイズのマクロ検査用基準画像ＰＦを生成し、スモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆを生成する構成であってもよい。この場合、生成されたスモールサイズのマクロ検査用基準画像Ｐｆは、外部記録媒体（ＨＤＤ，ＳＳＤ，メモリーカード等）や電気通信回線等を介して、ウエーハ外観検査装置１に受け渡し、基準画像登録部６に登録する構成とする。このような構成であれば、１つの検査装置でミクロ検査もマクロ検査も自動で行うことができる。

【0067】

なお上述では、ウエーハ外観検査装置１として、検査対象ウエーハＷに形成されたデバイスチップＣの繰り返し外観パターンの外観画像を撮像し、基準画像Ｐｆと比較して、当該検査対象ウエーハＷおよび当該デバイスチップＣの検査を行う構成および手順を例示した。しかし、本発明を適用する上で、検査対象は、ウエーハＷに形成されたデバイスチップＣの繰り返し外観パターンに限らず、ウエーハＷに設定された無パターン区画であっても良い。この場合、基準画像Ｐｄとして、ウエーハＷに設定された無パターン区画が正常である状態の基準を示すものを予め登録しておく。そして、撮像部３では、検査対象となるウエーハＷに設定された無パターン区画を撮像し、上述と同様の手順にて比較検査部８で検査を行う。

【符号の説明】

【0068】

１ ウエーハ外観検査装置
２ ウエーハ保持部
３ 撮像部
４ 相対移動部
５ 検査レシピ登録部
６ 基準画像登録部
７ 画像処理部
８ 比較検査部
１ｆ 装置フレーム
２０ 載置台
３０ 鏡筒
３１ 照明部
３２ ハーフミラー
３３ａ，３３ｂ 対物レンズ
３４ レボルバー機構
３５ 撮像カメラ
４１ Ｘ軸スライダー
４２ Ｙ軸スライダー
４３ 回転機構
ＣＮ 制御部
ＣＰ コンピュータ
Ｗ ウエーハ（検査対象）
Ｗｆ 基準ウエーハ
Ｃ デバイスチップ
Ｆ 撮像領域
Ｘ 検出対象（汚れ等）
Ｐｄ 分割撮像された基準画像
ＰＦ マクロ検査用基準画像（ラージサイズ）
Ｐｆ マクロ検査用基準画像（スモールサイズ）
Ｐｘ 撮像された検査画像
ＰＭ マクロ検査用検査画像（ラージサイズ）
Ｐｍ マクロ検査用検査画像（スモールサイズ）
Ｌ１ 照明光
Ｌ２ ウエーハ側から入射した光（反射光、散乱光）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】