JPH04107946A

JPH04107946A - 自動外観検査装置

Info

Publication number: JPH04107946A
Application number: JP22717190A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Taniguchi; 雄三谷口; Fumiaki Endo; 文昭遠藤; Takahiro Kamagata; 鎌形　孝宏
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: 1992-04-09
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JP3329805B2

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、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〕

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ｔ、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、半導体ウニノー１基板、マスク
、レチクル、液晶などの外観検査を差分値処理を用いて
行う場合のしきい値の設定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。

この種の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２チップ間の画像
パターンを比較して得た差分値を用い、さらに、しきい
値を設定して欠陥判定を行っている。

しきい値を設定する方法として、例えば、画像の差分面
積を求め、その最大面積の変化に応じて自動的にしきい
値を設定する方法、正常パターン部の誤検出率を基にし
きい値を設定する方法などが知られている。

なお、検査対象が半導体ウェハの場合、半導体ウェハを
搭載したＸ−Ｙステージの移動の際の僅かな振動、及び
半導体ウェハのパターンの寸法差（製品の精度ばらつき
、例えば、チップの層形成段階でのパターンの幅の違い
など）などが誤検出の原因になる。このたと、機械的精
度及び製品精度によって検出感度が決定され、しきい値
は機械的精度及び製品精度を考慮して決定する必要があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前記の如く差分面積の最大面積を判断規準と
する方法では、入力画像点に欠陥が含まれている場合、
欠陥部が最大面積として検出されるためにしきい値を求
めることができず、また、正常パターン部の誤検出率を
基にしきい値を設定する方法では、欠陥の含まれていな
い正常パターン部を識別する点についての配慮がなされ
ておらず、欠陥のを無を目視によって確認しなければな
ら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、簡単かつ的確にしきい値の設
定を行うことのできる技術を提供することにある。

本発明の前菖己目的と新規な特徴は、本胡細書の記述お
よび添付図面から胡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、被検査物の同一のパターン部分の画像を比較
し、その差分値及びしきい値に基づいて欠陥を判定する
自動外観検査装置であって、被検査物上の複数点の差分
量データの統計量に基づいてしきい値を決定するもので
ある。

〔作用〕

上記した手段によれば、被検査物上の複数点の差分量デ
ータの統計量に基づいて決定されたしきい値は、最適し
きい値のおおよその決定値として設定でき、或いは基準
となる中心値として用いることができる。したがって、
最適な欠陥検出しきい値の設定を自動かつ短時間に行う
ことが可能になる。

〔実施例１〕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ステージ１
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（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。

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ｒＴＶ
　（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にはデジタル化された画像信号を記憶するた
袷の画像記憶部１０が接続されている。

信号処理回路９には、画像８己憶部１０の出力信号と信
号処理回路９との間の信号との差分を検出する差分検出
回路１１が接続され、この差分検出回路１１にはパター
ン上の欠陥を判定する欠陥判定部１２が接続されている
。

差分検出回路１１には、その検出結果を記憶する差分画
像記憶部１３が接続され、欠陥判定部１２にはしきい値
を記憶するしきい値レジスタ１４が接続されている。さ
らに、差分画像記憶部１３の差分データに基づいてしき
い値レジスタ１４のしきい値を選択するためにマイクロ
コンピュータなどを用いた主制御部１５が設けられてい
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にパターンを結做する。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、画像記憶部１０に一時的に記憶される。

この画像ε己憶部１０に記憶された他のチップの画像信
号と信号処理回路９から直接出力された現チップの画像
信号とが差分検出回路１１によって比較され、両画像信
号の差分がとられ、その差分信号は差分画像記憶部１３
に記憶される。

主制御部１５は、差分画像記憶部１３に記憶されている
差分データに基づいて最適なしきい値を演算し、しきい
値レジスタ１４にしきい値を設定する。

つぎに、半導体ウェハを例にとり、欠陥を検出する方法
について説明する。

第２図は半導体ウェハの構成を示す平面図である。試料
３は、円板状のシリコン基板３ａの片面に多数のチップ
３ｂが格子状に配設されている。

このような半導体ウェハ３に対し、例えば、ＣＣＤ（電
荷結合素子〉などの−次元ラインセンサを撮像手段８に
用いた場合、第３図に示すように、隣接する２つのチッ
プ３ｂに対し、まず左側のチップ３ｂを検査幅Ｗ７で画
像信号Ａを取り込み、これを信号処理回路９による処理
加工ののち画像記憶部１０へ格納する。ついで、同一の
検査幅Ｗ。によって右側のチップ３ｂを画像信号Ｂとし
て撮像し、信号処理回路９によって処理ののち画像記憶
部１０へ格納することなく差分検出回路１１へ送出する
。差分検出回路１１では、第３図の２つの画像信号（斜
Ｊ１部〉を比較し、その差が一定以上であるときに欠陥
を判定する。

また、ＩＴＶにより撮像手段８を構成した場合、第４図
に示すように、隣接する２つのチップ３ｂに対し、まず
左側のチップ３ｂを検査幅ＷＴで画像信号Ｃを取り込み
、第３ｒ！ｌＪの場合と同様に、これを信号処理回路９
による処理加工ののち画像記憶部１０へ格納する。つい
で、同一の検査ｌ１ＷＩＩＩによって右側のチップ３ｂ
を画像信号りとして撮像し、信号処理回路９によって処
理ののち画像記憶部１０へ格納することなく差分検出回
路１１へ送出する。差分検出回路１１では、第３図の２
つの画像信号（斜線部）を比較し、その差が一定以上で
あるときに欠陥を判定する。

第５図及び′！Ｊ６図は２つのチップの同一位置におけ
るパターンを比較したときの差分信号の表れ方を説明し
たものである。第５図に示すように、パターン１が比較
の基準となる正常部を示し、パターン２が欠陥１６を含
んだ比較対象である。なあ、パターン幅（パターン寸法
）が、両者で僅かに異なるが、他の寸法差は欠陥ではな
いものとする。このようなパターンの画像信号の差の絶
対値をとると、第６図のように、欠陥部の差分信号も出
るが、同時にパターン寸法差のために正常部でも差分信
号が出る。

欠陥のみを正しく検出し、正常部を欠陥として検出しな
いようにするためには、正常部での差分信号の値が問題
になる。したがって、欠陥検出のたとのしきい値が正常
部を欠陥と判定しないような値にする必要がある。

次に、本発明の特徴である最適しきい値の設定原理につ
いて説明する。

第７図はしきい値と欠陥検出率および誤検出の関係を定
性的に示した説明図である。

一般に、しきい値を低くしていくと、成るしきい値以下
で急激に誤検出が増加する。一方、欠陥検出率は、誤検
出率はど急激には増加しない。したがって最適しきい値
は、第８図中に示すように、誤検出がそれほど多くなら
ない値に設定すれば、効率のよい検査が可能になる。

第８図は一定範囲の２つの画像信号を比較し、その差分
信号の値と頻度の関係を示す説明図である。図より胡ら
かなように、差分値の頻度は差分値が大きくなると急激
に減少する。しかし、欠陥部が画像内に存在すると、最
適しきい値より高い値の点に差分値が発生する。したが
って、複数点の画像を基に、第８図に示す差分値の頻度
分布をとり、各画像入力点での最大差分値（ａ＋＞をと
り、最大差分値が比較的大きな値となった画像人力点を
欠陥の存在する可能性がある領域とみなし、これ以外の
画像入力点での最大差分値をもとに最適しきい値を算出
する。

次に、第９図〜第１３図を参照して本発明の最適しきい
値決定処理の詳細について説明する。第９図は本発明に
おける初期しきい値推定処理を示すフローチャート、第
１０図は最適しきい値を自動設定する処理を示すフロー
チャート、第１１図は最大差分値と頻度の関係を示す説
明図、第１２図はしきい値と検出数の関係を示す説明図
、第１３図は差分値と累積頻度（比率）の関係を示す説
明図である。なお、以下においては、差分検出から以降
についての処理を説明する。

差分を検出（ステップ９１）したのち、差分の最大値を
検出する（ステップ９２）。ついで、差分最大値のヒス
トグラムを算出する（ステップ９３）。すなわち、ｊ３
１１図に示すように、画像人力点が異なるとパターンの
形状も異なり、最大差分値にばらつきが生じる。

ここで、最大差分値の平均値をＳＡＹ＠、最大差分値の
標準偏差をσ３、最適しきい値をＴＨとすると、最適し
きい値ＴＨは次式で表される。

Ｔ　Ｈ＝Ｓ　ＡＹ＠　＋　ｎσ。

ここで、ｎは実数であり、発明者らの実験によれば、ｎ
＝２程度で最良の結果が得られた。

ヒストグラム算出は、予め設定した回数Ｎに達するまで
続けられ（ステップ９４）、Ｎ回に達した時点で差分最
大値のヒストグラムの平均値を算出し、これを初期しき
い値ＴＨＯとする（ステップ９５）。

次に、検査領域を指定（複数のチップのどれを検査対象
とするかの指定）シ（ステップ１０１）、ステップ９５
による初期しきい値ＴＨＯをしきい値ＴＨＯとしてしき
い値レジスタ１４に格納する（ステップ１０２）。つい
で、ｘ−ｙステージ１を駆動して自動検査を開始しくス
テップ１０３）、さらに欠陥候補の検出数をデータテー
ブルへ格納する（ステップ１０４）。

そして、初期しきい値ＴＨＯを中心に、その上下の複数
点く本実施例ではＭ＝５の５点）のしきい値を求める（
ステップ１０５，１０６）。Ｍ点のしきい値を求め終わ
ったら、第１２図のようなグラフを作成する（ステップ
１０７）。

第１２図において、曲線の平坦部は実欠陥検出領域を示
し、勾配部は誤検出領域を示している。

ここで、初期しきい値ＴＨＯを中心に求めた上下のしき
い値ＴＨＩ、ＴＨ２、ＴＨ３、ＴＨ４の相互間の検出数
（欠陥候補の）の差を求と１検出数の差すなわち第１２
図の曲線の傾きの急変する点（図中のＴＨＯ）が最適し
きい値として妥当か否かを判定する（ステップ１０８）
。

仮に、ＴＨＯ付近の曲線の差が小さい場合、しきい値の
値が高すぎるので低くなるように最適しきい値を修正す
る。逆に、曲線の傾きが急すぎれば、しきい値の値が低
すぎるので高くなるように最適しきい値を修正する。

なお、以上の処理においては、初期しきい値ＴＨＯを求
めることなく、一定間隔に多数のしきい値を設定して検
出数を求め、各しきい値開の傾きの急変するところを求
めることにより最適しきい値を末的ることができる。

〔実施例２〕第１３図は本発明による最適しきい値の他の求め方の他
の実施例を示す説明図である。

この例では、複数点の正常パターン部の画像入力点での
差分値累積頻度分布を全て累積し、図中の斜線部の比率
Ｓが一定比率以下になる値を最適しきい値ＴＨにしてい
る。この場合、比率Ｓの値は実験的に１０−ｓ程度であ
り、画像入力点の数は前転比率Ｓを高信頼度に求め得る
だけのデータを取れるようにする。

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、以上の実施例では、最適しきい値を求めるに際
し、差分値の分布を基に統計的に処理する方法であれば
、他のどのような方法を用いてもよい。

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、プリント基板、液晶、レチクル、マス
クなどの外観検査に適用することも可能である。

〔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記の通りである
。

すなわち、被検査物の同一のパターン部分の画像を比較
し、その差分値及びしきい値に基づいて欠陥を判定する
自動外観検査装置であって、被検査物上の複数点の差分
量データの統計量に基づいてしきい値を決定するように
したので、最適な欠陥検出しきい値の設定を自動、かつ
短時間に行うことが可能になり、装置稼働率の向上及び
作業者の負担を軽減することができる。

【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図は半導体ウェハの構成を示す平面図、第３図は一
次元ラインセンサを用いた場合の比較検査説明図、第４図はＩＴＶを用いた場合の比較検査説明図、第５図
は正常パターンと欠陥パターンの一例を示す説明図、第６図は第５図のパターンに対応する差分値出力特性図
、第７図はしきい値と欠陥検出率および誤検出の関係を定
性的に示した説明図、第８図は一定範囲の２つの画像信号を比較し、その差分
信号の値と頻度の関係を示す説明図、第９図は本発明に
おける初期しきい値推定処理を示すフローチャート、第１０図は最適しきい値を自動設定する処理を示すフロ
ーチャート、第１１図は最大差分値と頻度の関係を示す説明図、第１２図はしきい値と検出数の関係を示す説明図、第１３図は差分値と累積頻度（比率）の関係の他の実施
例を示す説明図である。１・・・Ｘ−Ｙステージ、２・・・試料台、３・・・試
料、３ａ・・・シリコン基板、３ｂ・・・チップ、４・
・・光源、５・・・集光レンズ、６・・・対物レンズ、
７・・・ハーフミラ−１８・・・撮像手段、９・・・信
号処理回路、１０・・・画像記憶部、１１・・・差分検
出回路、１２・・・欠陥判定部、１３・・・差分画像記
憶部、１４・・・しきい値レジスタ、１５・・・主制紳
部、１６・・・欠陥。代理人　弁理士　　筒　井　大　和第２図第３図　　６ｂ：“″。第４図第５図第６図第７図 −〉シきい値第８図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】１、被検査物の同一のパターン部分の画像を比較し、そ
の差分値及びしきい値に基づいて欠陥を判定する自動外
観検査装置であって、被検査物上の複数点の差分量デー
タの統計量に基づいてしきい値を決定することを特徴と
する自動外観検査装置。２、差分値分布のうち、欠陥部に対応して差分値が異常
に大きくなる部分を処理データから除去することを特徴
とする請求項１記載の自動外観検査装置。３、被検査物上の複数点での画像信号の差分値の最大値
または差分値の累積頻度分布を求め、差分値の最大値か
ら一定比率の差分値をしきい値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。４、被検査物の同一のパターン部分の画像を比較し、そ
の差分値及びしきい値に基づいて欠陥を判定する自動外
観検査装置であって、被検査物の品種毎のしきい値を記
憶するしきい値設定手段と、しきい値を所定間隔に求め
、その各々における検出欠陥数が急増する変化点を最適
しきい値として設定するしきい値設定手段とを具備する
ことを特徴とする自動外観検査装置。５、前記しきい値設定手段は、被検査物上の複数点での
画像信号の差分値の最大値または差分値の累積頻度分布
を求め、差分値の最大値から一定比率の差分値をしきい
値として設定し、このしきい値を基準にして前後に複数
のしきい値を決定する手段を含むことを特徴とする請求
項４記載の自動外観検査装置。