(57)【要約】【課題】  表面に電気的パターンが形成される、又は形成された基板の外観に現れる欠陥を検出する際に、基準画像を生成することなく、繰り返しパターン領域以外の領域においても欠陥検出が可能な外観検査装置及び外観検査方法を提供する。【解決手段】  外観検査装置３を、基板２３の表面を撮像する撮像手段３４と、複数の基板２３をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各基板２３上の同じ箇所を撮像した画素同士を比較する画素比較手段３６と、複数の基板２３のうちの一の基板に係る上記画素の画素値が他の基板に係る上記画素の画素値と異なるときに、上記基板に係る画素を欠陥として検出する欠陥検出手段３８と、を備えて構成する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電気的パターンが形成される、または形成された基板の外観に現れる欠陥を検出する外観検査装置であって、
前記基板を撮像する撮像手段と、
複数の前記基板をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各前記基板上の同じ箇所を撮像した画素同士を比較する画素比較手段と、
前記複数の基板のうちの一の基板に係る前記画素の画素値が、他の基板に係る前記画素の画素値と異なるときに、前記の基板に係る前記画素を欠陥として検出する欠陥検出手段と、
を備えることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記基板表面には、前記電気的パターンとして繰り返しパターンが形成され、
前記欠陥検出手段は、前記基板表面における前記繰り返しパターンの形成領域以外の領域に現れる欠陥を検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記画素比較手段は、複数の前記基板について、これらをそれぞれ撮像した各前記撮像画像の各前記基板上の同じ箇所を撮像した画素同士を比較し、
前記欠陥検出手段は、前記の比較の結果の多数決によって、前記欠陥を有する基板を決定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記画素比較手段は、複数の前記基板について、これらをそれぞれ撮像した各前記撮像画像の各前記基板上の同じ箇所を撮像した画素の画素値の、その平均値からのそれぞれの偏差を求め、
前記欠陥検出手段は、前記偏差が所定の閾値より大きい基板を、前記欠陥を有する基板として決定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記撮像画像の任意の画素について、その周囲の画素との間の画素値の変動を検出する画素値変動検出手段をさらに備え、
前記欠陥検出手段は、複数の前記基板をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各前記基板上の同じ箇所を撮像した画素の画素値同士が異なるとき、前記画素値変動検出手段によって各前記画素とその周囲の画素との間に、より大きな変動が検出された基板を、前記画素に欠陥を有する基板として決定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査装置。
【請求項６】
前記基板は、半導体ウエハ又は液晶基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【請求項７】
表面に電気的パターンが形成される、または形成された基板の表面の外観に現れる欠陥を検出する外観検査方法であって、
前記基板を撮像し、
複数の前記基板をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各前記基板上の同じ箇所を撮像した画素同士を比較し、
前記複数の基板のうちの一の基板に係る前記画素の画素値が、他の基板に係る前記画素の画素値と異なるときに、前記の基板に係る前記画素を欠陥として検出する、
ことを特徴とする外観検査方法。
【請求項８】
前記基板表面には、前記電気的パターンとして繰り返しパターンが形成され、
前記基板表面における前記繰り返しパターンの形成領域以外の領域に現れる欠陥を検出する、
ことを特徴とする請求項７に記載の外観検査方法。
【請求項９】
前記の各前記基板上の同じ箇所を撮像した画素同士の比較を、複数の前記基板について行い、
前記の比較の結果の多数決によって、前記欠陥を有する基板を決定する、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の外観検査方法。
【請求項１０】
複数の前記基板について、これらをそれぞれ撮像した各前記撮像画像の各前記基板上の同じ箇所を撮像した画素の画素値の、その平均値からのそれぞれの偏差を求め、
前記偏差が所定の閾値より大きい基板を、前記欠陥を有する基板として決定する、
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の外観検査方法。
【請求項１１】
複数の前記基板をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各前記基板上の同じ箇所を撮像した画素の画素値同士が異なるとき、
これら画素についてその周囲の画素との間の画素値の変動を検出し、より大きな変動が検出された基板を前記画素に欠陥を有する基板として決定する、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の外観検査方法。
【請求項１２】
前記基板は、半導体ウエハ又は液晶基板であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に電気的パターンが形成される基板の表面の外観に現れる欠陥を検出する外観検査装置及び外観検査方法に関し、特に、上記基板として半導体製造工程で半導体ウエハ上に形成した半導体回路パターンや、液晶表示パネルの欠陥検出を行う外観検査装置及び外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
形成したパターンを撮像して画像データを生成し、画像データを解析してパターンの欠陥の有無などを検査することが広く行われている。特に、半導体製造の分野では、フォトマスクを検査するフォトマスク検査装置や半導体ウエハや、液晶表示パネルの上に形成したパターンを検査する外観検査装置が広く使用されている。以下本明細書では、半導体製造工程で半導体ウエハ上に形成した半導体回路パターンの欠陥を検出する外観検査装置（インスペクションマシン）を例として説明を行なうが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００３】
また、一般の外観検査装置は、対象表面を垂直方向から照明してその反射光の像を捕らえる明視野検査装置であるが、照明光を直接捕らえない暗視野検査装置も使用されている。暗視野検査装置の場合、対象表面を斜め方向又は垂直方向から照明して正反射は検出しないようにセンサを配置し、照明光の照射位置を順次走査することにより対象表面の暗視野像を得る。従って、暗視野装置ではイメージセンサを使用しない場合もあるが、これも当然発明の対象である。このように、半導体ウエハや液晶表示パネル等といった表面に電気的パターンが形成される基板の表面を撮像して得た撮像画像から基板の外観を検査する外観検査装置及び外観検査方法であれば、どのような装置及び方法にも適用可能である。
【０００４】
図１に、本特許出願の出願人が、特開２００４−１７７３９７号公報（下記特許文献１）にて提案する外観検査装置と同様の、従来の外観検査装置についてそのブロック図を示す。図示するように、２次元又は３次元方向に自在に移動可能なステージ２１の上面に試料台（チャックステージ）２２が設けられている。この試料台２２の上に、検査対象となる基板である半導体ウエハ２３を載置して固定する。ステージの上部には１次元又は２次元のＣＣＤカメラなどを用いて構成される撮像装置２４が設けられており、撮像装置２４は半導体ウエハ２３上に形成されたパターンの画像信号を発生させる。
【０００５】
図２に示すように、半導体ウエハ２３上には、複数のダイ２３Ａが、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ繰返し、マトリクス状に配列されている。各ダイには同じパターンが形成されるので、隣接するダイの対応する部分の画像を比較するのが一般的である。両方のダイに欠陥がなければグレイレベル差は閾値より小さいが、一方に欠陥があればグレイレベル差は閾値より大きくなる（シングルディテクション）。これではどちらのダイに欠陥があるか分からないので、更に異なる側に隣接するダイとの比較を行ない、同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなればそのダイに欠陥があることが分かる（ダブルディテクション）。
【０００６】
撮像装置２４は１次元のＣＣＤカメラを備え、カメラが半導体ウエハ２３に対してＸ方向又はＹ方向に一定速度で相対的に移動（スキャン）するようにステージ２１を移動する。画像信号は多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換された後、差分検出部２６に入力されると共に、信号記憶部２５に記憶される。スキャンにより隣のダイのグレイレベル信号が生成されると、それに同期して信号記憶部２５に記憶された前のダイのグレイレベル信号を読み出し、差分検出部２６に入力する。実際には微小な位置合わせ処理などが行われるがここでは詳しい説明は省略する。
【０００７】
差分検出部２６には隣接する２個のダイのグレイレベル信号が入力され、２つのグレイレベル信号の差（グレイレベル差）が演算されて検出閾値計算部２７と欠陥検出部２８に出力される。ここでは、差分検出部２６は、グレイレベル差の絶対値を算出し、それをグレイレベル差として出力する。検出閾値計算部２７は、グレイレベル差から検出閾値を決定し、欠陥検出部２８に出力する。欠陥検出部２８は、グレイレベル差を決定された閾値と比較し、欠陥かどうかを判定する。
【０００８】
半導体パターンは、メモリセル部、論理回路部、配線部、アナログ回路部などのパターンの種類に応じてノイズレベルが異なるのが一般的である。半導体パターンの部分と種類の対応関係は設計データにより分かる。そこで、例えば、検出閾値計算部２７は部分毎に、その部分のグレイレベル差の分布に応じて検出閾値を自動的に決定し、欠陥検出部２８は部分毎に決定された閾値で判定を行なう。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１７７３９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の外観検査装置は、上述のように基板上に複数形成されたダイや、このダイ内に複数形成されたセルから成る繰り返しパターンの、隣接するダイ（セル）の対応する部分同士を比較して相違する部分を欠陥として検出するか、あるいは設計データや、過去に撮像したサンプル画像から作成した模範的な基準画像を生成して、この基準画像と相違する部分を欠陥として算出していた。
【００１１】
しかし、上述の繰り返しパターンの対応部分を検出する方法では、繰り返しパターンが形成されないウエハの周辺部分を検査することができない。この周辺部分は、ダイが形成されないため従来検査を行わなかった領域であるが、半導体製造工程で形成された各膜が剥離しやすく、欠陥発生の原因の１つであるパーティクルの発生源ともなる。したがって、かかる基板の周辺部分においても欠陥を検出してパーティクルの発生源を特定することは、半導体製造工程の管理の上で非常に有益である。
【００１２】
一方で、上記基準画像と比較する方法では、検査する基板や工程の段階に応じて、それぞれ基準画像を生成する必要がある。一般にこのような基準画像を設計データから生成する場合には、撮像した実際画像と比較しうる基準画像を生成するのは非常に難しく、また過去のサンプル画像から作成する場合には、多数撮像した撮像画像から合成して模範的な画像を作成する必要があるため基板毎や工程の段階毎に作成するのは煩雑である。
【００１３】
上記問題点に鑑み、本発明は、基準画像を生成することなく、繰り返しパターン領域以外の領域においても欠陥検出が可能な外観検査装置及び外観検査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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明では、表面に電気的パターンが形成される、または形成された基板の表面の外観に現れる欠陥を検出する際に、複数の基板をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各基板上の同じ箇所を撮像した画素同士を比較して、複数の基板のうちの一の基板に係る上記画素の画素値が他の基板に係る上記画素の画素値と異なるときに、これら基板に係る前記画素を欠陥として検出する。
【００１５】
そして、基板表面に繰り返しパターンが電気的パターンとして形成される場合には、基板表面における繰り返しパターンの形成領域以外の領域に現れる欠陥を検出する。併せて繰り返しパターンの形成領域内に現れる欠陥を検出してもよい。
【００１６】
欠陥を有する基板を特定するために、上記した各基板上の同じ箇所を撮像した画素同士の比較を、複数の基板について行い、前記の比較の結果の多数決によって前記欠陥を有する基板を決定する。
または、欠陥を有する基板を特定するために、複数の基板について、これらをそれぞれ撮像した各撮像画像の各基板上の同じ箇所を撮像した画素の画素値の、その平均値からのそれぞれの偏差を求め、偏差が所定の閾値より大きい基板を、欠陥を有する基板として決定してもよい。
【００１７】
さらに、欠陥を有する基板を特定するために、複数の基板をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各基板上の同じ箇所を撮像した画素の画素値同士が異なるとき、これら画素についてその周囲の画素との間の画素値の変動を検出し、より大きな変動が検出された基板を画素に欠陥を有する基板として決定してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来のダイ・トゥ・ダイ比較やセル・トゥ・セル比較では検出できなかった、繰り返しパターンの形成領域外の周辺部分についても欠陥検査を行うことが可能となる。これにより基板の周辺部分から発生しうるパーティクルの発生箇所を特定して工程管理に寄与することが可能となる。
さらに、上述した基準画像を生成する必要がないため、簡易に基板の周辺部分の欠陥検査を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図３は、本発明の実施例の半導体パターン用外観検査装置の全体斜視図である。外観検査装置１は、図１及び図２を参照して説明した従来の外観検査装置に類似する構成の外観検査手段を外観検査部２として備える。外観検査部２は、複数のウエハ２３（基板）を収容して外観検査装置１にセットされるウエハカセット６１及び６２内のウエハ２３に対して、上記説明した従来のダイ・トゥ・ダイ比較及び／又はセル・トゥ・セル比較などの外観検査を行う。
【００２０】
その一方で、外観検査装置１は、本発明に係る外観検査装置を前検査部３として備える。この前検査部３は、外観検査部２がウエハカセット６１及び６２内の１つのウエハ２３に対して従来の外観検査を行うのに平行して、ウエハカセット６１及び６２内のその他のウエハに対して、本発明に係る外観検査方法による外観検査を行う。
【００２１】
なお、以下に述べる本実施例の説明では、本発明に係る外観検査装置を、従来の外観検査装置に付随して設けられる前検査部３として構成するが、本発明に係る外観検査装置を、単独で構成してもよい。
また、本発明に係る外観検査装置及び外観検査方法の検査対象である基板の例として、半導体ウエハ２３を例として説明するが、本発明に係る外観検査装置及び外観検査方法は、その他にも、液晶表示パネルに使用される液晶基板など、表面に電気的パターンが形成される基板であれば他の様々な基板を検査対象としてもよい。さらに、検査対象である基板は、すでに電気的パターンが形成されたウエハや液晶基板でもよく、そのような電気的パターンが形成される前のウエハ（ベアウエハ）や液晶基板でもよい。さらにまた、本発明に係る外観検査装置及び外観検査方法は、電気的パターンが形成される基板の表面だけでなく、その裏面を検査するためにも使用することが可能である。
【００２２】
さらに、外観検査装置１は、ウエハカセット６１及び６２内に収容される複数のウエハのいずれかを選択して、外観検査部２及び前検査部３へ搬送するための搬送部４と、ウエハカセット６１及び６２を設置して外観検査装置１にセットするための、本発明に係る試料設置部であるカセットラック４１及び４２を備える。
【００２３】
図４は、搬送部４内部の基本構成図（平面図）であり、図５の（Ａ）は搬送部内部の基本構成図（側断面図）であり、図５の（Ｂ）は、ウエハカセットの斜視図である。
図４及び図５の（Ａ）に示すように、搬送部４の内部には、カセットラック４１及び４２にそれぞれセットされたウエハカセット６１及び６２内に収容される、複数のウエハ２３のいずれかを選択して、外観検査部２及び前検査部３のいずれにも搬送するためのアーム機構４３が備えられている。
【００２４】
一方で、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に示すようにウエハカセット６１、６２は、複数のウエハ２３を収容するためにその内部に複数の棚部６３が設けられており、それぞれの棚部６３の上にウエハ２３を載置することにより、その内部にウエハ２３を重ねて収容し、１ロット分の枚数（例えば２５枚）のウエハ２３をそれぞれのカセット内に収容できるように構成される。
【００２５】
図４に示すアーム機構４３の試料保持部４４は、図５の（Ｂ）に示すように図のＺ方向に昇降するアーム機構４３の働きにより、ウエハカセット６１、６２内に重ねて載置されたウエハ２３のいずれをも選択して取り出し、またはその反対にウエハ２３をウエハカセット６１、６２内のいずれの棚に載置することも可能である。
【００２６】
図６は、図３に示す前検査部３のブロック図である。図示するとおり、前検査部３には、２次元又は３次元方向に自在に移動可能なステージ３１の上面に試料台（チャックステージ）３２が設けられている。この試料台の上に、検査対象となる半導体ウエハ２３を載置して固定する。ステージの上部には前検査用撮像装置３４が設けられており、前検査用撮像装置３４はウエハ２３表面を撮像した撮像画像の画像信号を発生させる。なお、前検査用撮像装置３４は、繰り返しパターンが形成されたダイ領域以外の周辺部分を含むウエハ２３表面の全領域に亘って撮像した画像信号を発生させることがとしてよく、ダイ領域以外の周辺部分のみを検査する場合には、かかる周辺部分を撮像した画像信号のみを発生させることとしてもよい。
【００２７】
さらに、前検査部３には、前検査用撮像装置３４により撮像されたウエハ２３表面の撮像画像を複数枚分記憶する前検査用信号記憶部３５と、前検査用信号記憶部３５に記憶された複数のウエハ２３の撮像画像の同じ箇所の画素同士（すなわち複数のウエハ２３上の同じ箇所を撮像した画素同士）を比較する画素比較部３６と、検出閾値を設定するための検出閾値設定部３７と、画素比較部３６により対比される複数のウエハ２３のうちの一のウエハが、他のウエハに比べて、同一箇所を撮像した画素の画素値が設定された検出閾値よりも大きく異なるとき、欠陥を検出する前検査用欠陥検出部３８を備える。
【００２８】
なお、画素比較部３６が、対比される複数のウエハ２３の撮像画像のうち、最後に撮像される１つのウエハ２３の撮像画像を直接前検査用撮像装置３４から読み込むように構成して、このウエハ２３の撮像画像を前検査用信号記憶部３５に記憶することを省略して、前検査用信号記憶部３５の記憶容量を節約することとしてもよい。
また、検出閾値設定部３７は、前検査用撮像装置３４による撮像画像に応じて（たとえば撮像画像のノイズレベルに応じて）、自動的に検出閾値を変更して設定してもよく、予め定めた検出閾値を固定的に使用してもよい。また設定される検出閾値は、撮像画像の全ての点（画素）について同じ閾値を使用してもよく、または撮像画像の各点（各画素）ごとに異なる検出閾値を設定してもよく、予め所定のサイズに区画した領域（例えば１０×１０画素の画素ブロック単位に区分けされた領域）ごとにそれぞれ検出閾値を設定して使用してもよい。
【００２９】
図７は、本発明に係る外観検査方法の第１例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、図４に示すアーム機構４３によって、ウエハカセット６１（又は６２）内に収容される複数枚のウエハ２３のうちの１枚を取り出して、図６の前検査部３の試料台３２上に載置する。そして、前検査用撮像装置３４によって、試料台３２上のウエハ２３表面の撮像画像であるグレイレベル信号を取得する。
そして取得された撮像画像を、ステップＳ２において、前検査用信号記憶部３５に記憶する。以上ステップＳ１及びステップＳ２を、所定の枚数のウエハ２３表面の画像が得られるまで繰り返し行い、これらウエハ２３の撮像画像を前検査用信号記憶部３５に記憶する（Ｓ３）。
【００３０】
ステップＳ４において、画素比較部３６は、前検査用信号記憶部３５に記憶される所定の枚数分のウエハ２３の中から、１つのウエハが少なくとも他の２枚のウエハと対比されるようにウエハ２３の対を選択して、ある同じ箇所を撮像した画素同士を比較する。そしてその画素値同士の差を前検査用欠陥検出部３８に出力する。
【００３１】
例えば、図８の（Ａ）に示すように３枚のウエハＡ、Ｂ及びＣについて比較する場合、画素比較部３６は、これら３枚のウエハＡ、Ｂ及びＣの撮像順にウエハＡ及びＢの対、ウエハＢ及びＣの対について同じ箇所の画素同士を比較し、さらに最初に撮像したウエハＡと最後に撮像したウエハＣについて同じ箇所の画素同士を比較する。
また、例えば、図８の（Ｂ）に示すように４枚のウエハＡ、Ｂ、Ｃ及びＤについて比較する場合、画素比較部３６は、これら３枚のウエハＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの撮像順にウエハＡ及びＢの対、ウエハＢ及びＣの対、ウエハＣ及びＤの対について同じ箇所の画素同士を比較し、さらに最初に撮像したウエハＡと最後に撮像したウエハＤについて同じ箇所の画素同士を比較する。
【００３２】
ステップＳ５において、前検査用欠陥検出部３８は、入力された画素値の各差分のそれぞれについて、検出閾値設定部３７により設定された検出閾値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判定し、画素値の差分が検出閾値Ｔｈ１よりも大きいときに欠陥であると判定し、ステップＳ６に処理を移行する。画素値の差分が検出閾値Ｔｈ１以下である場合には欠陥はないと判定し処理をステップＳ７へ移行する。
そしてステップＳ６において、前検査用欠陥検出部３８は、入力された画素値の各差分に基づいて、検出された欠陥が、画素比較部３６により対比された複数のウエハのうちいずれのウエハに存在するかを、比較結果の多数決により決定する。図８の（Ａ）の例で、ウエハＡ及びＢの対、ウエハＢ及びＣの対、ウエハＡ及びＣの対同士の画素値の差分をそれぞれΔＡＢ、ΔＢＣ、ΔＡＣとし、例えばΔＡＢ＞Ｔｈ１、ΔＢＣ≦Ｔｈ１、ΔＡＣ＞Ｔｈ１とするとき、ウエハＢ及びＣの対の間の差分は小さくこれらのウエハに係る画素は欠陥のない正常な画素であると判定して、残るウエハＡに係る画素が欠陥であると判定する。
【００３３】
また図８の（Ｂ）の例で、あるウエハＡ及びＢの対、ウエハＢ及びＣの対、ウエハＣ及びＤの対、並びにウエハＡ及びＤの対同士の画素値の差分をそれぞれΔＡＢ、ΔＢＣ、ΔＣＤ、ΔＡＤ、とし、例えばΔＡＢ＞Ｔｈ１、ΔＢＣ≦Ｔｈ１、ΔＣＤ≦Ｔｈ１、ΔＡＤ＞Ｔｈ１とするとき、ウエハＢ、Ｃ及びＤの対の間の差分は小さくこれらのウエハに係る画素は欠陥のない正常な画素であると判定して、残るウエハＡに係る画素が欠陥であると判定する。
なお、ステップＳ４において５枚以上のウエハを比較した場合も同様に判定することが可能である。
【００３４】
なお、ステップＳ４において、画素比較部３６は、前検査用信号記憶部３５に記憶される所定の枚数分のウエハ２３の中から選ぶことができる全てのウエハ２３の対について、ある同じ箇所を撮像した画素同士を比較することとしてもよい。例えば、図９に示すように４枚のウエハＡ、Ｂ、Ｃ及びＤについて比較する場合、画素比較部３６は、これら４枚のウエハＡ、Ｂ、Ｃ及びＤから選ぶことが可能な全てのウエハ２３の対であるウエハＡ及びＢの対、ウエハＡ及びＣの対、ウエハＡ及びＤの対、Ｂ及びＣの対、ウエハＢ及びＤの対、ウエハＣ及びＤの対について同じ箇所の画素同士を比較することとしてもよい。
【００３５】
そして、そしてステップＳ６において、あるウエハＡ及びＢの対、ウエハＡ及びＣの対、ウエハＡ及びＤの対、Ｂ及びＣの対、ウエハＢ及びＤの対、ウエハＣ及びＤの対同士の画素値の差分をそれぞれΔＡＢ、ΔＡＣ、ΔＡＤ、ΔＢＣ、ΔＢＤ、ΔＣＤとし、例えばΔＡＢ＞Ｔｈ１、ΔＡＣ＞Ｔｈ１、ΔＡＤ＞Ｔｈ１、ΔＢＣ≦Ｔｈ１、ΔＢＤ≦Ｔｈ１、ΔＣＤ≦Ｔｈ１とするとき、ウエハＢ、Ｃ及びＤの対の間の差分は小さくこれらのウエハに係る画素は欠陥のない正常な画素であると判定して、残るウエハＡに係る画素が欠陥であると判定する。
【００３６】
以上のステップＳ４〜Ｓ６を、この所定の枚数分のウエハ２３上の撮像画像の全ての画素について繰り返し行い（Ｓ７）、これによりウエハ２３上の表面の全ての領域について欠陥を検出する。
そして、以上のステップＳ１〜Ｓ７を、カセット６１（又は６２）内に収容されるウエハ２３の全てについて、少なくとも１回は撮像され、ステップＳ４にて画素比較部３６に比較されるまで繰り返す（Ｓ８）。
【００３７】
なお、図６の前検査部３は、図３の外観検査部２がウエハカセット６１及び６２のいずれか一方のカセット内のウエハ２３について検査を行っている間に、平行して、他方のカセット内のウエハ２３について上記検査を行うように動作することが好ましい。このように外観検査装置１を構成することにより、前検査部３による外観検査を行うことによって生じるスループットの増加を防止することが可能となる。
【００３８】
さらに、外観検査部２によって行われる外観検査は、常にウエハカセット６１（６２）内の全てのウエハ２３について行われるわけではなく、その中のいくつかのウエハ２３について抜き取り検査を行うことも考えられる。したがって、前検査部３によって行われるカセット１つ当たりの外観検査に要する検査時間は、外観検査部２によって行われる従来の外観検査のウエハ２３の抜き取り枚数分に要する検査時間と同程度か、それよりも短時間であることが好ましい。
【００３９】
このために、例えば撮像装置３４に使用される撮像素子は、図１の撮像装置２４に使用される撮像素子よりも低解像度（少画素）の撮像素子が使用され、信号処理に要する時間を節約することによって前検査に要する時間を短縮してもよい。
または撮像装置３４に使用される撮像素子に２次元ＣＣＤを採用して、ウエハ２３全体を撮像する回数を減少させて、その間に行われるステージ５１の移動回数を減らすことによって前検査に要する時間を短縮してもよい。
【００４０】
また、前検査用信号記憶部３５には、ウエハ２３全体に亘る撮像画像を、複数枚分記憶することが要求される。したがって、前検査用信号記憶部３５の記憶容量を節約するために、上述の通り例えば撮像装置３４に使用される撮像素子は、図１の撮像装置２４に使用される撮像素子よりも低解像度（少画素）の撮像素子が使用することとしてよい。
【００４１】
また、対比される複数のウエハ２３の撮像画像のうち最後に撮像されるウエハ２３の撮像信号については、前検査用信号記憶部３５に記憶することなく、画素比較部３６が前検査用撮像装置３４から直接読み込んで比較に使用してもよい。これにより前検査用信号記憶部３５の記憶容量を節約する。
【００４２】
図９は、本発明に係る外観検査方法の第２例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１〜Ｓ３において、図７に示す外観検査方法の第１例と同様に、ウエハカセット６１（又は６２）内に収容される複数枚のウエハ２３のうち所定枚数のウエハ２３の表面を撮像して、得られた撮像画像を前検査用信号記憶部３５に記憶する。
次にステップＳ１１において、画素比較部３６は、前検査用信号記憶部３５に記憶される所定の枚数分のウエハ２３の撮像画像について、ある同じ箇所の画素同士の画素値の平均値を算出する。そしてステップＳ１２において、そして画素比較部３６は、所定の枚数分のウエハ２３に係る当該画素のそれぞれについて、上記の画素の平均値からの偏差を算出して前検査用欠陥検出部３８へ出力する。
【００４３】
ステップＳ１３において、前検査用欠陥検出部３８は、入力された各画素値の偏差のそれぞれについて、検出閾値設定部３７により設定された検出閾値Ｔｈ２よりも大きいか否かを判定し、偏差が検出閾値Ｔｈ２よりも大きいときには、その偏差を有する当該ウエハ２３の画素が欠陥であると判定し（Ｓ１４）、偏差が検出閾値Ｔｈ２以下である場合には欠陥はないと判定し処理をステップＳ１５へ移行する。
【００４４】
以上のステップＳ１１〜Ｓ１４を、この所定の枚数分のウエハ２３上の撮像画像の全ての画素について繰り返し行い（Ｓ１５）これによりウエハ２３上の表面の全ての領域について欠陥を検出する。
そして、以上のステップＳ１〜Ｓ１５を、カセット６１（又は６２）内に収容されるウエハ２３の全てについて、少なくとも１回は撮像され、ステップＳ４にて画素比較部３６に比較されるまで繰り返す（Ｓ１６）。
【００４５】
比較される複数のウエハ２３のいずれに欠陥があるかを決定する際に、図７及び図８を参照して上述した多数決による判定では、少なくとも３枚以上のウエハ２３間の比較結果を必要とする、すなわち１枚のウエハについて少なくとも他の２枚のウエハ２３との比較を行う必要がある。このため前検査用信号記憶部３５には、少なくとも２枚以上のウエハの撮像画像を記憶できる容量を用意する必要がある。
【００４６】
そこで、撮像画像の画素同士の比較を２枚のウエハ２３の間でのみ行い、画素値の差が所定の検出閾値より大きい場合に、いずれのウエハ２３に係る画素が欠陥であるか判定可能な方法を、図１０を参照しながら説明する。
図１０は、本発明に係る外観検査方法の第３例を示すフローチャートである。本方法では、複数のウエハ２３をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各ウエハ２３上の同じ箇所を撮像した画素の画素値同士が異なるとき、これら各画素について近接するその周囲の画素との間の画素値の変動を検出し、より大きな変動が検出されたウエハ２３を欠陥を有すると判定する。このため図６に示すように、前検査装置３は、撮像画像の任意の画素について、その近接する周囲の画素との間の画素値の変動を検出する画素値変動検出部３９を備える。
【００４７】
上記方法は、欠陥のない撮像画像の場合、通常は各位置の画素がその周辺の画素値とほぼ同様の値を有するという検知に基づく。この方法によれば、比較される複数のウエハ２３のいずれに欠陥があるかを決定する際に、対比されるウエハ２３間の多数決を行う必要がなくなるため、仮に上述の画素同士の比較を２枚のウエハ２３の間でのみ行っても、いずれのウエハ２３に係る画素が欠陥であるかを判定することが可能である。
以下図１０を参照しながら、本発明に係る外観検査方法の第３例を説明する。
【００４８】
ステップＳ２１において、図４に示すアーム機構４３によって、ウエハカセット６１（又は６２）内に収容される複数枚のウエハ２３のうちの最初の１枚を取り出して、図６の前検査部３の試料台３２上に載置する。そして、前検査用撮像装置３４によって、試料台３２上のウエハ２３表面の撮像画像であるグレイレベル信号を取得する。
そして、ステップＳ２２において、そして取得された撮像画像を前検査用信号記憶部３５に記憶する。
【００４９】
ステップＳ２３において、図４に示すアーム機構４３によって、試料台３２上に載置するウエハ２３を、ウエハカセット６１（又は６２）内に収容される他のウエハ２３に交換する。そして、ステップＳ２４において、前検査用撮像装置３４は、交換されたウエハ２３の所定の撮像開始位置を撮像して撮像画像を取得する。
【００５０】
ステップＳ２５において、画素比較部３６は、ステップＳ２４において撮像されたウエハ２３の撮像画像の各画素を入力する。また、画素前検査用信号記憶部３５に直前に撮像され画素前検査用信号記憶部３５に記憶されたウエハ２３の撮像画像のうち、ステップＳ２４において撮像された撮像位置と同じ位置の各画素を読み出す。そして、これら２枚のウエハ２３の同じ箇所を撮像した画素同士を比較し、その画素値同士の差分を前検査用欠陥検出部３８に出力する。
ステップＳ２６において、前検査用欠陥検出部３８は、入力された差分が検出閾値設定部３７により設定された検出閾値Ｔｈ１よりも大きいか否かを判定し、画素値の差分が検出閾値Ｔｈ１よりも大きいときに欠陥であると判定し、ステップＳ２７に処理を移行する。画素値の差分が検出閾値Ｔｈ１以下である場合には欠陥はないと判定し処理をステップＳ３０へ移行する。
【００５１】
ステップＳ２７において、画素値変動検出部３９は、ステップＳ２４において撮像されたウエハ２３の撮像画像、及び直前に撮像され画素前検査用信号記憶部３５に記憶されたウエハ２３の撮像画像の中の、上記比較が行われたそれぞれの当該画素について、その近接する周囲の画素との間の画素値の変動を検出し、その変動値を前検査用欠陥検出部３８に出力する。
そしてステップＳ２８において、前検査用欠陥検出部３８は、ステップＳ２４において撮像されたウエハ２３及び直前に撮像され画素前検査用信号記憶部３５に記憶されたウエハ２３のうち、上記変動値が大きい方のウエハ２３に係る画素が欠陥であると判定する。
【００５２】
以上のステップＳ２４〜Ｓ２８を、ステップＳ２９にて撮像位置を変えながら、ウエハ２３上の全領域について繰り返し行い（Ｓ３０）、これによりウエハ２３上の表面の全ての領域について欠陥を検出する。
そして、以上のステップＳ２３〜Ｓ３０を、カセット６１（又は６２）内に収容されるウエハ２３の全てについて、少なくとも１回は撮像されステップＳ２５にて画素比較部３６に比較されるまで繰り返す（Ｓ３１）。
【００５３】
以上本発明に係る外観検査方法の第３例を、２枚のウエハ２３を対比する場合について説明したが、本方法が３枚以上のウエハ２３を対比する場合にも使用できることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、表面に電気的パターンが形成される基板の表面の外観に現れる欠陥を検出する外観検査装置及び外観検査方法に利用可能であり、特に、上記基板として半導体製造工程で半導体ウエハ上に形成した半導体回路パターンや、液晶表示パネルの欠陥検出を行う外観検査装置及び外観検査方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来の外観検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】半導体ウエハ上のダイの配列を示す図である。
【図３】本発明の実施例の半導体パターン用外観検査装置の全体斜視図である。
【図４】搬送部内部の基本構成図（平面図）である。
【図５】（Ａ）は搬送部内部の基本構成図（側断面図）であり、（Ｂ）はウエハカセットの斜視図である。
【図６】図３の前検査部のブロック図である。
【図７】本発明に係る外観検査方法の第１例を示すフローチャートである。
【図８】図７に示す本発明に係る外観検査方法の説明図（その１）である。
【図９】図７に示す本発明に係る外観検査方法の説明図（その２）である。
【図１０】本発明に係る外観検査方法の第２例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明に係る外観検査方法の第３例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１    外観検査装置
２    外観検査部
３    前検査部
４    搬送部
２３    ウエハ
２３Ａ    ダイ
４１、４２    カセットラック
４３    アーム機構
６１、６２    ウエハカセット
６３    棚部
【図１】
2006308376.tif 000003
【図２】
2006308376.tif 000004
【図３】
2006308376.tif 000005
【図４】
2006308376.tif 000006
【図５】
2006308376.tif 000007
【図６】
2006308376.tif 000008
【図７】
2006308376.tif 000009
【図８】
2006308376.tif 000010
【図９】
2006308376.tif 000011
【図１０】
2006308376.tif 000012
【図１１】
2006308376.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月12日(2006.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記基板は、半導体ウエハ又は液晶パネル用基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
前記基板は、半導体ウエハ又は液晶パネル用基板であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の外観検査方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
なお、以下に述べる本実施例の説明では、本発明に係る外観検査装置を、従来の外観検査装置に付随して設けられる前検査部３として構成するが、本発明に係る外観検査装置を、単独で構成してもよい。
また、本発明に係る外観検査装置及び外観検査方法の検査対象である基板の例として、半導体ウエハ２３を例として説明するが、本発明に係る外観検査装置及び外観検査方法は、その他にも、液晶表示パネルに使用される液晶パネル用基板など、表面に電気的パターンが形成される基板であれば他の様々な基板を検査対象としてもよい。さらに、検査対象である基板は、すでに電気的パターンが形成されたウエハや液晶パネル用基板でもよく、そのような電気的パターンが形成される前のウエハ（ベアウエハ）や液晶パネル用基板でもよい。さらにまた、本発明に係る外観検査装置及び外観検査方法は、電気的パターンが形成される基板の表面だけでなく、その裏面を検査するためにも使用することが可能である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図１０は、本発明に係る外観検査方法の第２例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１〜Ｓ３において、図７に示す外観検査方法の第１例と同様に、ウエハカセット６１（又は６２）内に収容される複数枚のウエハ２３のうち所定枚数のウエハ２３の表面を撮像して、得られた撮像画像を前検査用信号記憶部３５に記憶する。
次にステップＳ１１において、画素比較部３６は、前検査用信号記憶部３５に記憶される所定の枚数分のウエハ２３の撮像画像について、ある同じ箇所の画素同士の画素値の平均値を算出する。そしてステップＳ１２において、そして画素比較部３６は、所定の枚数分のウエハ２３に係る当該画素のそれぞれについて、上記の画素の平均値からの偏差を算出して前検査用欠陥検出部３８へ出力する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
そこで、撮像画像の画素同士の比較を２枚のウエハ２３の間でのみ行い、画素値の差が所定の検出閾値より大きい場合に、いずれのウエハ２３に係る画素が欠陥であるか判定可能な方法を、図１１を参照しながら説明する。
図１１は、本発明に係る外観検査方法の第３例を示すフローチャートである。本方法では、複数のウエハ２３をそれぞれ撮像した各撮像画像の、各ウエハ２３上の同じ箇所を撮像した画素の画素値同士が異なるとき、これら各画素について近接するその周囲の画素との間の画素値の変動を検出し、より大きな変動が検出されたウエハ２３を欠陥を有すると判定する。このため図６に示すように、前検査装置３は、撮像画像の任意の画素について、その近接する周囲の画素との間の画素値の変動を検出する画素値変動検出部３９を備える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
上記方法は、欠陥のない撮像画像の場合、通常は各位置の画素がその周辺の画素値とほぼ同様の値を有するという知見に基づく。この方法によれば、比較される複数のウエハ２３のいずれに欠陥があるかを決定する際に、対比されるウエハ２３間の多数決を行う必要がなくなるため、仮に上述の画素同士の比較を２枚のウエハ２３の間でのみ行っても、いずれのウエハ２３に係る画素が欠陥であるかを判定することが可能である。
以下図１１を参照しながら、本発明に係る外観検査方法の第３例を説明する。