(57)【要約】    【課題】  簡単な構成で、露光時間をより短時間に制限し、高速で移動する物品についてブレのない静止画像の取得を可能とする。    【解決手段】  ストロボ発光により被撮像体を照射して撮像する画像取得装置に於いて、受光素子と、該受光素子の受光を制限するシャッタと、ストロボ発光を検知するストロボ発光検出器１１と、該ストロボ発光検出器の検知結果を基に前記シャッタの開閉を制御する制御装置１８を具備し、該制御装置はストロボ発光の前に前記シャッタを開とし、前記ストロボ発光検出器がストロボ発光を検知し、所定時間経過後前記シャッタを閉とする様該シャッタの開閉を制御する。    【選択図】          図２
2008217303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストロボ発光により被撮像体を照射して撮像する画像取得方法に於いて、露光制限するシャッタをストロボ発光前に開とし、ストロボ発光開始から所定時間後前記シャッタを閉とし、露光量をストロボ発光開始から前記シャッタ閉迄の時間で設定することを特徴とする画像取得方法。
【請求項２】
ストロボ発光により被撮像体を照射して撮像する画像取得装置に於いて、受光素子と、該受光素子の受光を制限するシャッタと、ストロボ発光を検知するストロボ発光検出器と、該ストロボ発光検出器の検知結果を基に前記シャッタの開閉を制御する制御装置を具備し、該制御装置はストロボ発光の前に前記シャッタを開とし、前記ストロボ発光検出器がストロボ発光を検知し、所定時間経過後前記シャッタを閉とする様該シャッタの開閉を制御することを特徴とする画像取得装置。
【請求項３】
前記所定時間は、ストロボの発光時間より短く設定される請求項２の画像取得装置。
【請求項４】
被検査体を保持して移動するステージと、被検査体を照射するストロボと、該ストロボの発光により露光させ被検査体を撮像する電子カメラと、前記ステージの位置を検出するステージ位置検出装置と、前記ストロボの発光を検知するストロボ発光検出器と、前記ストロボの発光、前記電子カメラの撮像を制御する制御装置とを具備し、前記電子カメラは受光素子と、該受光素子の受光を制限する様開閉するシャッタとを有し、前記制御装置は前記ステージ位置検出装置で検出されたステージの位置と、前記ストロボの発光タイミング、前記電子カメラの撮像タイミングとを同期させ、又前記ストロボの発光の前に前記シャッタを開とし、前記ストロボ発光検出器が前記ストロボの発光を検知し、所定時間経過後前記シャッタを閉とする様該シャッタの開閉を制御することを特徴とする物品検査装置。
【請求項５】
前記電子カメラで取得した画像を処理する画像処理装置を更に具備し、該画像処理装置は欠陥のないリファレンス画像データを有し、該リファレンス画像データと前記電子カメラで取得した検査画像データとを比較して欠陥の有無を信号として出力する請求項４の物品検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像取得方法、及び画像取得装置、特に高速で移動する物品を撮像する画像取得装置、及び該画像取得装置により撮像した画像データを利用して物品の外観検査を行う物品検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物品の外観検査の１つとして、検査対象物の画像を取得し、取得した画像と予め良品について取得してある画像（リファレンス画像）とを比較し、両画像間で差がない場合は検査対象の良、両画像間で差が検出された場合は欠陥あり、の判断を行っている。
【０００３】
例えば、検査対象物がシリコンウェーハである場合、具体的にはウェーハ上に多数形成された半導体装置のチップ（以下チップ）が検査対象物である場合は、顕微鏡を介して対象物が撮像され、更に高速化の為、前記ウェーハが移動ステージ上に載置され、連続して移動する状態で静止画像が取得される。
【０００４】
従来、移動している物品について静止画像を取得する場合、光源として瞬間的に閃光するストロボが用いられ、ストロボを点滅させると共にストロボの点滅に同期させ、シャッタを開閉させ、画像を取得している。
【０００５】
前記シャッタはストロボによって照射された物品を撮像する為、ストロボが閃光している間、開の状態を保っている様に、シャッタ開→ストロボ発光→シャッタ閉の様に制御され、前記シャッタの開時間は、ストロボ発光のバラツキを吸収できる様に設定されていた。
【０００６】
従って、実質的な露光時間はストロボの発光時間によって規定されており、前記ストロボの閃光時間が短時間であることから、得られる画像は静止画像と等価なものであった。
【０００７】
一方、近年の半導体装置の製造コストの低減に伴い、物品検査速度の高速化の要請も強く、検査中のウェーハの移動速度の高速化が図られている。
【０００８】
移動する物品を撮像した場合、レンズを用いた光学系（例えば顕微鏡）の撮像倍率をＭ、ストロボの発光時間をｔ、及び物品の移動速度をＶ、画像ブレをΔＩとすると、画像ぶれは、ΔＩ＝Ｍ×ｔ×Ｖとなる。
【０００９】
前記ストロボの閃光時間は、短縮化するにしても１０μｓｅｃ程度であり、物品の移動速度を１ｍ／ｓｅｃとした場合、撮像倍率を１倍としても、１０μｍ程度の画像ブレを生じる。従って、サブミクロンのパターン幅を有する半導体装置のチップでは、充分な精度を有する物品検査とは言えなかった。
【００１０】
更に、ストロボを使用しない連続照明の下でシャッタのみにより露光時間を制限することも考えられるが、撮像素子をＣＣＤとして、電子シャッタを使用したとして、開閉速度は１０μｓｅｃ程度が限度であり、シャッタのみにより露光時間を制限することも困難であった。
【００１１】
尚、移動する物品の撮像装置としては、特許文献１に示されるものがある。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−８４４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、簡単な構成で、露光時間をより短時間に制限し、高速で移動する物品についてブレのない静止画像の取得を可能とする画像取得装置を提供するものであり、又高速で移動する物品の外観検査を高精度で行える物品検査装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、ストロボ発光により被撮像体を照射して撮像する画像取得方法に於いて、露光制限するシャッタをストロボ発光前に開とし、ストロボ発光開始から所定時間後前記シャッタを閉とし、露光量をストロボ発光開始から前記シャッタ閉迄の時間で設定する画像取得方法に係るものである。
【００１５】
又本発明は、ストロボ発光により被撮像体を照射して撮像する画像取得装置に於いて、受光素子と、該受光素子の受光を制限するシャッタと、ストロボ発光を検知するストロボ発光検出器と、該ストロボ発光検出器の検知結果を基に前記シャッタの開閉を制御する制御装置を具備し、該制御装置はストロボ発光の前に前記シャッタを開とし、前記ストロボ発光検出器がストロボ発光を検知し、所定時間経過後前記シャッタを閉とする様該シャッタの開閉を制御する画像取得装置に係り、又前記所定時間は、ストロボの発光時間より短く設定される画像取得装置に係るものである。
【００１６】
更に又本発明は、被検査体を保持して移動するステージと、被検査体を照射するストロボと、該ストロボの発光により露光させ被検査体を撮像する電子カメラと、前記ステージの位置を検出するステージ位置検出装置と、前記ストロボの発光を検知するストロボ発光検出器と、前記ストロボの発光、前記電子カメラの撮像を制御する制御装置とを具備し、前記電子カメラは受光素子と、該受光素子の受光を制限する様開閉するシャッタとを有し、前記制御装置は前記ステージ位置検出装置で検出されたステージの位置と、前記ストロボの発光タイミング、前記電子カメラの撮像タイミングとを同期させ、又前記ストロボの発光の前に前記シャッタを開とし、前記ストロボ発光検出器が前記ストロボの発光を検知し、所定時間経過後前記シャッタを閉とする様該シャッタの開閉を制御する物品検査装置に係り、又前記電子カメラで取得した画像を処理する画像処理装置を更に具備し、該画像処理装置は欠陥のないリファレンス画像データを有し、該リファレンス画像データと前記電子カメラで取得した検査画像データとを比較して欠陥の有無を信号として出力する物品検査装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ストロボ発光により被撮像体を照射して撮像する画像取得方法に於いて、露光制限するシャッタをストロボ発光前に開とし、ストロボ発光開始から所定時間後前記シャッタを閉とし、露光量をストロボ発光開始から前記シャッタ閉迄の時間で設定するので、露光時間をストロボの発光時間、シャッタの開閉速度に関係なく設定でき、露光時間の大幅な短縮化が可能であり、高速の移動体を撮像した場合でも、ブレのない静止画像を取得できる。
【００１８】
又本発明によれば、ストロボ発光により被撮像体を照射して撮像する画像取得装置に於いて、受光素子と、該受光素子の受光を制限するシャッタと、ストロボ発光を検知するストロボ発光検出器と、該ストロボ発光検出器の検知結果を基に前記シャッタの開閉を制御する制御装置を具備し、該制御装置はストロボ発光の前に前記シャッタを開とし、前記ストロボ発光検出器がストロボ発光を検知し、所定時間経過後前記シャッタを閉とする様該シャッタの開閉を制御するので、露光時間をストロボの発光時間、シャッタの開閉速度に関係なく設定でき、露光時間の大幅な短縮化が可能であり、高速の移動体を撮像した場合でも、ブレのない静止画像を取得できる。
【００１９】
更に又本発明は、被検査体を保持して移動するステージと、被検査体を照射するストロボと、該ストロボの発光により露光させ被検査体を撮像する電子カメラと、前記ステージの位置を検出するステージ位置検出装置と、前記ストロボの発光を検知するストロボ発光検出器と、前記ストロボの発光、前記電子カメラの撮像を制御する制御装置とを具備し、前記電子カメラは受光素子と、該受光素子の受光を制限する様開閉するシャッタとを有し、前記制御装置は前記ステージ位置検出装置で検出されたステージの位置と、前記ストロボの発光タイミング、前記電子カメラの撮像タイミングとを同期させ、又前記ストロボの発光の前に前記シャッタを開とし、前記ストロボ発光検出器が前記ストロボの発光を検知し、所定時間経過後前記シャッタを閉とする様該シャッタの開閉を制御するので、露光時間をストロボの発光時間、シャッタの開閉速度に関係なく設定でき、露光時間の大幅な短縮化が可能であり、高速の移動体を撮像した場合でも、ブレのない静止画像を取得でき、検査精度の向上を図ると共に検査の高速化が図れるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００２１】
先ず、図１（Ａ）、図１（Ｂ）により、本発明の撮像原理を説明する。尚、撮像が行われる環境としては、暗所であり、ストロボの発光によってのみ検査対象物が露光される。
【００２２】
本発明で使用される撮像素子は光を電荷として蓄積するＣＣＤ等である。又、使用されるシャッタは前記ＣＣＤの電荷を開放するか、蓄積可能とするかの状態を選択する回路を具備する電子シャッタであり、電荷を開放している状態で電子シャッタは閉、電荷を蓄積可能としている状態で、電子シャッタは開となっている。
【００２３】
図中、曲線Ａはシャッタの開閉タイミング、曲線Ｂはストロボの発光状態を示している。
【００２４】
又、前記シャッタが開閉する間隔、ストロボが発光する間隔は、検査対象物の移動速度によって定められる。
【００２５】
シャッタは、検査対象物の移動に同期して開閉され、更にストロボについても検査対象物の移動に同期して発光され、更にシャッタの開のタイミングより遅れて発光する。遅れ時間は、ストロボが発光する時間的なバラツキより充分に大きくなっている。従って、ストロボが発光する前にシャッタは開の状態を維持している。
【００２６】
ストロボが発光すると、ストロボ発光を検出し、検出結果に基づき検出した点より設定した時間だけ遅れてシャッタを閉とする。シャッタを閉とするタイミングは前記ストロボの発光が完了する以前とし、ストロボが発光している途中で前記シャッタは閉となる。
【００２７】
従って、露光時間は図中Ｅで示される様に、ストロボの発光開始から前記シャッタが閉する迄の時間となる。又、図中、Ｌはストロボが発光している時間を示す。
【００２８】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）より、シャッタを閉とするタイミングを早めたものであり、シャッタが閉するタイミングが早くなることで露光時間Ｅが短くなる。従って、シャッタの閉じるタイミングを制御することで、露光時間を制御することが可能となる。又、露光時間の制御に利用するタイミングは、ストロボの発光開始タイミング、シャッタの閉するタイミングであるので、ストロボの発光時間、シャッタの開閉応答速度に拘らず、ストロボの発光時間、シャッタの開閉時間以下の短い露光時間を実現できる。尚、シャッタは機械式シャッタを用いてもよい。
【００２９】
次に、図２、図３により上記撮像原理を用いた画像取得装置、及び該画像取得装置を具備する物品検査装置１について説明する。
【００３０】
図２中、２は移動ステージであり、該移動ステージ２に検査対象物、例えばウェーハ３が前記移動ステージ２の移動方向に対して平行（通常は水平）に載置され、又ウェーハ３に刻設されたノッチ等を利用して所定の向きに揃えられて保持される様になっている。前記移動ステージ２は移動機構４によって所定の速度で往復移動する様になっており、前記移動ステージ２の位置はリニアエンコーダ等のステージ位置検出装置５によって検出される。
【００３１】
前記移動ステージ２上のウェーハ３に対向する様に顕微鏡６が設けられ、該顕微鏡６の光軸７は前記ウェーハ３の表面に対して垂直となっている。前記顕微鏡６には電子カメラ８が取付けられており、前記顕微鏡６を通して前記電子カメラ８によりウェーハ３の前記光軸７を中心とした所要範囲の画像が取得される様になっている。
【００３２】
前記電子カメラ８は、ＣＣＤ等の受光素子を有し、又露光を制限するシャッタとしてＣＣＤに電荷が蓄積されない様に放電させ、受光できない状態（閉状態）とし、又荷電が蓄積され受光できる状態（開状態）とする電子シャッタ（以下、シャッタ）を有している。
【００３３】
又、前記顕微鏡６にはストロボ発光装置９が設けられ、該ストロボ発光装置９は前記顕微鏡６の光学系を通して、前記ウェーハ３にストロボ光を照射し、前記ストロボ発光装置９の発光はストロボ発光検出器１１によって検出する様になっている。
【００３４】
次に、図２中、１２は物品検査装置の制御装置を示しており、該制御装置１２は、演算制御部１３、第１記憶装置１４、画像処理装置１５、第２記憶装置１６、タイミング制御回路１７、露出制御回路１８、ステージドライバ回路１９、発光検知回路２１、表示部を備えた操作部２２等を具備している。
【００３５】
前記第１記憶装置１４にはシーケンスプログラム等の制御プログラム、信号処理を統括するプログラム等、前記物品検査装置１を駆動し、表面検査を実行する為に必要な各種プログラムが格納されると共に表面検査を実行し取得した物品検査データを格納するデータ領域を有している。尚、前記第１記憶装置１４、前記第２記憶装置１６は、１つの記憶装置とし、前記第１記憶装置１４、前記第２記憶装置１６に対応して格納領域を分割してもよい。
【００３６】
又、前記演算制御部１３は制御プログラムに基づき、画像を取得する為の指令信号、又所定の露光時間が得られる様にストロボの発光タイミング、シャッタの閉タイミングに関する指令信号を前記タイミング制御回路１７に送出する。又、前記演算制御部１３は前記タイミング制御回路１７に、前記移動ステージ２を画像の取得と同期して駆動する為の駆動指令信号を前記タイミング制御回路１７に送出する。
【００３７】
該タイミング制御回路１７は、前記ステージドライバ回路１９を介して前記移動機構４を所定の速度で前記移動ステージ２を移動させると共に前記ステージ位置検出装置５から、位置信号、速度信号が前記タイミング制御回路１７にフィードバックされる。
【００３８】
該タイミング制御回路１７は、前記露出制御回路１８に前記移動ステージ２の移動速度に同期した画像取得タイミング、又露光時間等画像取得に必要な指令を出力する。
【００３９】
前記露出制御回路１８は、ストロボを発光させる為のストロボ発光信号２５を前記ストロボ発光装置９に出力する。又、ストロボが発光した瞬間を前記ストロボ発光検出器１１がストロボ光の検出によって検出し、検出信号は前記発光検知回路２１で増幅、Ａ／Ｄ等所要の信号処理され、検出結果はリアルタイムで前記露出制御回路１８にフィードバックされる。
【００４０】
又、該露出制御回路１８は、前記ストロボ発光信号に同期して、シャッタ開閉信号２６を前記電子カメラ８に出力する。
【００４１】
而して、前記露出制御回路１８は、前記移動ステージ２の移動速度に同期して所定時間間隔で、前記ストロボ発光装置９を発光させ、又前記露出制御回路１８のシャッタの開閉を制御して前記電子カメラ８により画像を取得する様になっている。
【００４２】
前記画像処理装置１５に接続された前記第２記憶装置１６には、良品についての画像データ、即ち欠陥のない画像データがリファレンス用の画像データ（以下、リファレンスデータ）として格納されており、又前記電子カメラ８で取得した画像データ（以下検査データ）を一時的に格納するデータ格納領域を有している。
【００４３】
前記電子カメラ８で取得された前記検査データ２７は前記画像処理装置１５に送出される。
【００４４】
前記電子カメラ８は、前記検査データ２７を一時的に前記画像処理装置１５に格納する。該画像処理装置１５には、前記ステージ位置検出装置５から前記タイミング制御回路１７、前記演算制御部１３を介して位置データが入力され、画像取得時の前記ウェーハ３の座標データが入力される様になっている。従って、前記検査データ２７は座標データと関連付けられ、前記検査データ２７がウェーハ３上のどこの位置のものであるかが特定される。
【００４５】
前記画像処理装置１５は、検査データとリファレンスデータとを比較し、両データ間で偏差の有無を検出し、偏差がない場合、或は予め定めた許容値以下の場合は、欠陥無しと判断する。検査データの比較は前記検査データ２７が入力されると同時にリアルタイムで実行してもよく、或は所定時間毎に前記第２記憶装置１６に格納された検査データを呼込み比較処理するバッチ処理であってもよい。
【００４６】
検査の結果の良否判定は、座標データと共に前記演算制御部１３に出力され、該演算制御部１３は良否判定と座標データとを関連付けて前記第１記憶装置１４に格納する。
【００４７】
検査結果は、前記操作部２２の表示部に表示される。表示の態様としては、ウェーハ３の画像を表示させ、画像上に欠陥部分を点で表示させる、或は欠陥部分と座標を数値で表示する等である。
【００４８】
次に、図３を参照して露出制御について説明する。
【００４９】
尚、上記した様に検査データの取得、即ち前記電子カメラ８による撮像は、前記移動ステージ２の移動速度、検査位置に同期して、所定時間間隔で行われる。尚、移動速度の変動等の影響により撮像したい領域が一定間隔でない為、前記時間間隔は一定でない。図３では、１回分の撮像を表している。
【００５０】
前記タイミング制御回路１７から前記露出制御回路１８に対して撮像指令が発せられる。撮像指令には、画像取得タイミングと露光時間が含まれている。
【００５１】
前記露出制御回路１８は撮像指令に基づき、先ずシャッタ開指令が前記電子カメラ８に発せられる。
【００５２】
該電子カメラ８は、シャッタを開として受光素子が受光可能（電荷を蓄積可能）とする。次に所定時間Ｔ経過後、ストロボ発光指令が前記ストロボ発光装置９に発せられ、該ストロボ発光装置９が発光する。前記シャッタは、開状態を維持しているので、ストロボは、シャッタが開いた状態で発光する。
【００５３】
一般に、ストロボ発光はコンデンサに蓄えた荷電を瞬間的に放電させランプを発光させるものであり、発光のタイミングにバラツキを生じ易い。前記所定時間Ｔは、発光のタイミングのバラツキを考慮したものであり、確実にシャッタが開状態でストロボが発光される様になっている。又、この様なバラツキを考慮し、未撮像部分が生じない様、撮像される画像は若干重なり合う部分を設けている。
【００５４】
又、ストロボ発光指令が発せられ、実際に放電が行われ発光する迄には、タイムラグがある。前記ストロボ発光検出器１１は発光を受光センサ等で検出する等、物理的に検出して発光した瞬間を検知する。前記ストロボ発光検出器１１が発光を検知すると、ストロボ発光検知信号を発し、該検知信号を前記発光検知回路２１を介して前記露出制御回路１８に入力する。
【００５５】
該露出制御回路１８は、ストロボ発光検知信号が入力されると、入力された時から所定時間Ｅ経過後、前記電子カメラ８にシャッタ閉信号を出力し、シャッタを閉じる。シャッタはストロボの発光が終了する前に閉じられる。従って、前記所定時間Ｅが露光時間であり、露光時間はストロボの発光時間、シャッタの開閉時間とは関係なく設定できる。又、前記所定時間Ｅは前記移動ステージ２の移動時間に対応して設定され、取得画像にブレを生じさせない長さである。又、露光量については、前記電子カメラ８のストロボ発光強度を増減させることで対応する。
【００５６】
ストロボ発光の強度は曲線（以下発光強度曲線）Ｂに見られる様に、急激に立上がり緩やかに減少する様になっている。又、発光強度曲線Ｂに再現性があることが確認されており、同一条件でストロボ発光させた場合に、発光開始から所定時間Ｅでシャッタを閉し、所定時間Ｅを正確に管理にすることで、露光量を精度よく管理することが可能となる。
【００５７】
更に、発光強度曲線Ｂの急激な立上がり部分で露光させるので、大きな光量が得られ、前記所定時間Ｅを短くでき、物品検査装置１の検査の高速化に対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は、本発明に於ける露光量制御の原理を説明する線図である。
【図２】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に於ける露光制御のタイミングを示す線図である。
【符号の説明】
【００５９】
１              物品検査装置
２              移動ステージ
３              ウェーハ
５              ステージ位置検出装置
６              顕微鏡
８              電子カメラ
９              ストロボ発光装置
１１            ストロボ発光検出器
１２            制御装置
１３            演算制御部
１４            第１記憶装置
１５            画像処理装置
１６            第２記憶装置
１７            タイミング制御回路
１８            露出制御回路
２１            発光検知回路
【図１】
2008217303.tif 000003
【図２】
2008217303.tif 000004
【図３】
2008217303.tif 000005