(57)【要約】【課題】  視野に収まらない大きな異常を見逃さずに検出できる外観検査装置および外観検査方法を提供する。【解決手段】  物体の表面の一部領域を視野の中に設定して該一部領域の画像を取得する取得手段（Ｓ１,Ｓ２）と、取得した画像に基づき、物体の表面において視野からはみ出す大きさの異常の有無を判断する判断手段（Ｓ４）とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面の一部領域を視野の中に設定して該一部領域の画像を取得する取得手段と、
前記画像に基づき、前記表面において前記視野からはみ出す大きさの異常の有無を判断する判断手段とを備えた
ことを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の外観検査装置において、
前記取得手段は、前記異常があると判断されたときに、前記物体と前記視野とを相対移動させて前記異常のはみ出し部分を前記視野の中に再設定し、前記はみ出し部分を含む領域の画像をさらに取得する
ことを特徴とする外観検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の外観検査装置において、
前記取得手段は、前記異常があると判断されたときに、前記物体と前記視野とを該視野の大きさ分だけ相対移動させて、前記はみ出し部分を含む領域の画像を取得する
ことを特徴とする外観検査装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の外観検査装置において、
前記取得手段が取得した前記一部領域の画像と前記はみ出し部分を含む領域の画像とを合成して、前記異常に関わる合成画像を生成する生成手段をさらに備えた
ことを特徴とする外観検査装置。
【請求項５】
物体の表面の一部領域を視野の中に設定して該一部領域の画像を取得し、
前記画像に基づき、前記表面において前記視野からはみ出す大きさの異常の有無を判断する
ことを特徴とする外観検査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の外観検査方法において、
前記異常があるときに、前記物体と前記視野とを相対移動させて前記異常のはみ出し部分を前記視野の中に再設定し、前記はみ出し部分を含む領域の画像をさらに取得する
ことを特徴とする外観検査方法。
【請求項７】
請求項６に記載の外観検査方法において、
前記異常があるときに、前記物体と前記視野とを該視野の大きさ分だけ相対移動させて、前記はみ出し部分を含む領域の画像を取得する
ことを特徴とする外観検査方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の外観検査方法において、
前記一部領域の画像と前記はみ出し部分を含む領域の画像とを合成して、前記異常に関わる合成画像を生成する
ことを特徴とする外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の表面の観察に用いられる外観検査装置および外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの物体の表面を観察して欠陥などの異常を検出するために、その表面の一部領域の画像を取得して処理する装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。処理の際には、取得した一部領域の画像と参照画像との比較が行われ、一部領域の画像に対応する単一視野内で、欠陥などの異常の検出処理が行われる。
【特許文献１】特開２００１−１１８８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の装置では、単一視野内で異常の検出処理を行うため、視野に収まらない大きな異常（例えばクラスタ欠陥など）があっても、これを見逃してしまうという問題があった。
本発明の目的は、視野に収まらない大きな異常を見逃さずに検出できる外観検査装置および外観検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の外観検査装置は、物体の表面の一部領域を視野の中に設定して該一部領域の画像を取得する取得手段と、前記画像に基づき、前記表面において前記視野からはみ出す大きさの異常の有無を判断する判断手段とを備えたものである。
また、上記の外観検査装置において、前記取得手段は、前記異常があると判断されたときに、前記物体と前記視野とを相対移動させて前記異常のはみ出し部分を前記視野の中に再設定し、前記はみ出し部分を含む領域の画像をさらに取得するものである。
【０００５】
また、上記の外観検査装置において、前記取得手段は、前記異常があると判断されたときに、前記物体と前記視野とを該視野の大きさ分だけ相対移動させて、前記はみ出し部分を含む領域の画像を取得するものである。
また、上記の外観検査装置において、前記取得手段が取得した前記一部領域の画像と前記はみ出し部分を含む領域の画像とを合成して、前記異常に関わる合成画像を生成する生成手段をさらに備えたものである。
【０００６】
本発明の外観検査方法は、物体の表面の一部領域を視野の中に設定して該一部領域の画像を取得し、前記画像に基づき、前記表面において前記視野からはみ出す大きさの異常の有無を判断するものである。
また、上記の外観検査方法において、前記異常があるときに、前記物体と前記視野とを相対移動させて前記異常のはみ出し部分を前記視野の中に再設定し、前記はみ出し部分を含む領域の画像をさらに取得するものである。
【０００７】
また、上記の外観検査方法において、前記異常があるときに、前記物体と前記視野とを該視野の大きさ分だけ相対移動させて、前記はみ出し部分を含む領域の画像を取得するものである。
また、上記の外観検査方法において、前記一部領域の画像と前記はみ出し部分を含む領域の画像とを合成して、前記異常に関わる合成画像を生成するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、視野に収まらない大きな異常を見逃さずに検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の外観検査装置１０には、図１に示す通り、ウエハ１１を支持するステージ１２と、ステージ１２に接続された搬送制御機構部１３と、ステージ１２の上方に配置された光学顕微鏡部(１４,１５)と、コンピュータ１６とが設けられる。外観検査装置１０は、例えば、半導体素子の製造工程においてウエハ１１の表面１Ａに形成される回路パターンなどの観察に用いられる。
【００１０】
ステージ１２は、ウエハ１１の観察時、搬送制御機構部１３からの制御信号に基づいて、ウエハ１１をＸＹ方向に移動させる。また、光学顕微鏡部(１４,１５)は、対物レンズ１４とＣＣＤカメラ１５と不図示の照明系とで構成される。光学顕微鏡部(１４,１５)の視野は、ウエハ１１の表面１Ａの一部領域に相当する。
光学顕微鏡部(１４,１５)には、適宜のタイミングで、コンピュータ１６からの制御信号が出力される。そして、この制御信号に基づいて、光学顕微鏡部(１４,１５)では、ウエハ１１の表面１Ａの一部領域の拡大画像（以下「顕微鏡画像」）を取得し、これをコンピュータ１６に出力する。
【００１１】
コンピュータ１６では、光学顕微鏡部(１４,１５)が取得したウエハ１１の顕微鏡画像を処理して、ウエハ１１の表面１Ａにおける回路パターンの欠陥や異物などの検出を自動で行う。検出されるものには、欠陥や異物の他に、傷や疑似欠陥なども含まれる。本件ではこれらを総じて「異常」という。また、コンピュータ１６は、適宜、ウエハ１１の顕微鏡画像をモニタ６Ａに表示させ、操作者による観察を可能とする。
【００１２】
次に、外観検査装置１０におけるウエハ１１の観察動作の具体例を説明する。
観察用のレシピは予めコンピュータ１６に記憶され、レシピにしたがってコンピュータ１６が観察動作を実行する。その手順の一例を図２のフローチャートに示す。
観察対象のウエハ１１がステージ１２に載置されると、コンピュータ１６は、まず（ステップＳ１）、ウエハ１１の表面１Ａのうちレシピに登録されている観察位置の情報を、搬送制御機構部１３に出力する。
【００１３】
このため、搬送制御機構部１３は、コンピュータ１６からの観察位置の情報に基づいてステージ１２の搬送制御（ＸＹ方向）を行い、ウエハ１１の表面１Ａのうちレシピで指定された観察位置を光学顕微鏡部(１４,１５)の視野の中に設定する。このとき、視野内には表面１Ａの観察位置を含む一部領域（以下「観察領域」）が設定され、観察領域の拡大像が対物レンズ１４を介してＣＣＤカメラ１５の撮像面に形成される。
【００１４】
次に（ステップＳ２）、コンピュータ１６は、ＣＣＤカメラ１５を制御する。そして、ウエハ１１の表面１Ａの観察領域の拡大像に基づく顕微鏡画像（例えば図３(ａ)参照）をＣＣＤカメラ１５から取得する。また、コンピュータ１６は、顕微鏡画像をモニタ６Ａに表示させる。
次に（ステップＳ３）、コンピュータ１６は、顕微鏡画像（例えば図３(ａ)）を処理し、ウエハ１１の表面１Ａの異常検出を行う。この異常検出処理は、コンピュータ１６に搭載された異常検出ソフトウェアを利用して行われる。
【００１５】
例えば、予め用意した良品サンプルの画像（例えば図３(ｂ)）を参照画像として用い、この参照画像と上記の顕微鏡画像との画像アライメントを行った後、２枚の画像（図３(ａ),(ｂ)）の比較演算を行う。つまり、２枚の画像の対応する各画素どうしで差分強度を求め、その分布から差分画像（例えば図３(ｃ)）を生成する。
ウエハ１１の表面１Ａの観察領域に何らかの回路パターンが含まれる場合、顕微鏡画像（図３(ａ)）には回路パターンの実際の像が現れ、参照画像（図３(ｂ)）には回路パターンの良品の像が含まれる。このため、両者の差分画像（図３(ｃ)）には回路パターンの像そのものではなく、実際の像において良品とは違う部分（回路パターンの欠陥などの異常２０）が現れることになる。
【００１６】
そして、差分画像（図３(ｃ)）から自動的に異常２０の有無を検出するためには、差分画像の各画素値（差分強度）と予め定めた閾値との大小比較が行われる。比較の結果から、差分画像に閾値より大きい画素値の部分があれば、これを異常２０と判断する。その他の部分を正常と判断する。
また、差分画像において検出された異常２０が画素値の異なる複数種類の異常２１,２２（図３(ｄ),(ｅ)）を含む場合には、上記した大小比較の際の閾値の設定に応じて、これらを互いに区別して検出することもできる。
【００１７】
上記のような異常検出処理（ステップＳ３）を行えば、顕微鏡画像（図３(ａ)）に対応する視野の中で、ウエハ１１の表面１Ａにおける異常２０（または異常２１,２２）の有無を判断することができる。しかし、上記の異常は単一視野内に収まっているとは限らない。視野内で検出された異常２０〜２２に関連する（または関連しない）大きな異常が視野外まで広がっている可能性は十分にある。
【００１８】
そこで、本実施形態では、視野に収まらない大きな異常（以下適宜クラスタ欠陥と呼ぶ）を見逃さずに検出するため、次のステップＳ４以降の処理を行う。
ステップＳ４では、表面１Ａにおいて視野からはみ出す大きさの異常の有無を判断する。この判断は、例えば、顕微鏡画像（図３(ａ)）から求めた差分画像（図３(ｃ)）の４辺の各画素の中に、上記のステップＳ３で用いた閾値より大きい画素値があるか否かによって行えばよい。
【００１９】
差分画像（図３(ｃ)）の４辺の各画素の中に閾値より大きい画素値がない場合には、ウエハ１１の表面１Ａにおいて視野からはみ出す大きさの異常はない（つまり全ての異常が視野の中に収まっている）と判断し（ステップＳ４がＮｏ）、ステップＳ５〜Ｓ９の処理を省略して、図２の処理を終了する。
一方、差分画像（図３(ｃ)）の４辺の各画素の中に閾値より大きい画素値がある場合には、表面１Ａにおいて視野からはみ出す大きさの異常があると判断して（ステップＳ４がＹｅｓ）、ステップＳ５の処理に進む。
【００２０】
図３(ｃ)の例では、差分画像の４辺のうち上辺と左辺との各々に閾値より大きい画素値（ハッチング部分）を含むため、異常２０は現在の視野（図４(ａ)参照）から上方と左方との双方へはみ出していると考えられる。図４(ａ)にははみ出し部分の予測を点線で例示した。
ステップＳ５では、異常２０のはみ出し方向の何れか１つに応じてステージ１２を制御し、光学顕微鏡部(１４,１５)の視野に対してウエハ１１を移動方向における視野の大きさ分だけ微小移動させ、異常２０のはみ出し部分を含む領域３１（図４(ｂ)）を新たな観察領域として視野の中に再設定する。このとき、ウエハ１１の微小移動量を視野の大きさ分(δ)とすることで、元の観察領域３０に隣接するはみ出し部分を含む領域３１を視野の中に設定することができる。
【００２１】
次に（ステップＳ６）、ステップＳ２と同様の制御を行って、異常２０のはみ出し部分を含む領域３１の顕微鏡画像を取得する。次に（ステップＳ７）、ステップＳ３と同様の処理を行い、はみ出し部分を含む領域３１の顕微鏡画像から差分画像（図４(ｃ)）を生成した後、この差分画像から自動的に異常２３の有無を判断する。このとき、ステップＳ３と同じ閾値を用いることが好ましい。
【００２２】
さらに、次のステップＳ８では、差分画像（図４(ｃ)）の４辺のうち、過去の観察領域と隣接していない辺の各画素の中に閾値より大きい画素値があるか否かを判断し、新たなはみ出し方向があるか否かを判断する。
図４(ｃ)の例では、差分画像の４辺のうち右辺が過去の観察領域３０と隣接しており、その他の上辺,左辺,下辺のうち、上辺の各画素の中に閾値より大きい画素値（ハッチング部分）を含む。このため、差分画像（図４(ｃ)）から検出した異常２３は現在の視野からさらに上方へはみ出していると考えられる（図４(ｄ)参照）。
【００２３】
このように新たなはみ出し方向がある場合（ステップＳ８がＹｅｓ）、ステップＳ５に戻る。そして、ステップＳ５〜Ｓ７の処理を繰り返す。その結果、例えば図５(ａ)に示す通り、元の観察領域３０とはみ出し部分を含む隣の領域３１の各差分画像に加えて、はみ出し部分を含む領域３２〜３５の各差分画像を順に得ることができる。なお、領域３５の差分画像では右辺と下辺に閾値より大きい画素値があるが、何れも、過去に観察した領域と隣接しているため、画像取得を終える。
【００２４】
ステップＳ８の判断において、新たなはみ出し方向がなければ（ステップＳ８がＮｏ）、次のステップＳ９の処理に進み、元の観察領域３０の差分画像とはみ出し部分３１〜３５の各差分画像とを合成して、１つの大きな異常２４（図５(ｂ)）に関わる合成画像を生成する。図２の処理を終了する。
なお、ウエハ１１の表面１Ａの中にレシピで指定された他の観察位置がある場合には、図２の処理を繰り返せばよい。ウエハ１１の製造工程に依存するが、通常は、ウエハ１１の表面１Ａの５箇所（あるいは９箇所）で抜き取り検査が行われる。
【００２５】
このように、本実施形態の外観検査装置１０によれば、レシピで指定された観察位置を含む一部領域（図５(ａ)の観察領域３０）の顕微鏡画像に基づき、表面１Ａにおいて視野からはみ出す大きさの異常の有無を判断するので、視野に収まらない大きな異常２４（例えばクラスタ欠陥など）があっても、これを見逃さずに検出できる。
さらに、本実施形態の外観検査装置１０によれば、大きな異常２４がある場合に、対物レンズ１４の倍率を変更せず、視野の大きさを一定に保ちながら、大きな異常２４のはみ出し部分を順に視野の中に設定して顕微鏡画像を取得する。このため、表面１Ａにおける異常２４の大きさに拘わらず、その全体像を確実に検出できる。さらに、ステージ１２の移動量および移動方向に基づいて、異常２４の大きさや形状を正確に算出できる。
【００２６】
なお、上記の例に限らず、大きな異常２４を発見したときに、対物レンズ１４の倍率を下げて視野を広げ、異常２４の全体像を検出するようにしても構わない。ただし、低倍率化には限界があるため、異常２４の大きさによっては全体像を検出できないこともある。また、倍率変更によって倍率誤差が発生するため、異常２４の大きさや形状などを正確に検出できないこともある。このため、上記例のように、対物レンズ１４の倍率を変更せずに複数の顕微鏡画像を取得して異常２４の全体像を検出する方が望ましい。
【００２７】
また、本実施形態の外観検査装置１０では、異常のはみ出し方向にステージ１２を微小移動させる際、その微小移動量を視野の大きさ分(δ)とするため、ウエハ１１の表面１Ａの隣接する複数の領域（図５(ａ)の観察領域３０,はみ出し部分３１〜３５）を視野の中に順に設定することができる。このため、大きな異常２４の全体像を隙間なく連続的に効率良く検出できる。ただし、上記の微小移動量は、視野の大きさ分(δ)より小さく設定しても大きく設定しても構わない。
【００２８】
さらに、本実施形態の外観検査装置１０では、最終的に、元の観察領域３０の差分画像とはみ出し部分３１〜３５の各差分画像とを合成して、大きな異常２４（例えばクラスタ欠陥）に関わる合成画像を生成するので、視野の拡大と略同等の効果が得られる。また、この合成画像を例えばモニタ６Ａに表示させることで、異常２４の全体像を一目で把握可能となる。
【００２９】
また、本実施形態の外観検査装置１０では、大きな異常２４が画素値の異なる複数種類の異常２５,２６（図５(ｃ)）を含む場合には、その画素値の違いに応じて、これらを互いに区別して検出することもできる。そして、異常２５,２６の大小関係や位置関係などから、大きな異常２５の原因（小さい異常２６）を特定することもできる。例えば、小さい異常２６は異物であり、大きい異常２５はスピンコータによる膜厚ムラなどである。
【００３０】
（変形例）
なお、上記した実施形態では、ウエハ１１の表面１Ａの異常のはみ出し部分を視野内に再設定する際にステージ１２を制御してウエハ１１を微小移動させたが、本発明はこれに限定されない。その他、ウエハ１１を固定して光学顕微鏡部(１４,１５)の視野を微小移動させてもよいし、ウエハ１１と視野との双方を移動させてもよい。つまり、ウエハ１１と視野とを相対移動させれば、同様の効果を得ることができる。
【００３１】
また、上記した実施形態では、大きな異常２４がある場合に、差分画像の４辺の画素値から異常２４のはみ出し方向を決定し、新たなはみ出し方向に微小移動させたが、本発明はこれに限定されない。異常２４のはみ出し方向とは関係なく、レシピで指定された観察領域３０の周囲で微小移動を繰り返してもよい。ただし、本実施形態のように、大きな異常２４のはみ出し方向に応じて微小移動させる方が好ましく、スループットが向上する。
【００３２】
また、上記した実施形態では、ウエハ１１を被検物とする外観検査装置１０を例に説明を行ったが、本発明はこれに限定されない。例えば、液晶基板を被検物とする検査装置や、基板に実装された電子部品を被検物として観察する検査装置などにも、本発明を適用することができる。
ウエハ１１の表面１Ａなどのように同じパターンが繰り返し配列されている場合、微小移動量をダイピッチと同じにすれば参照画像が１枚で済み、レシピ作成時間を短縮できる。このとき、視野をダイと同じ大きさにすれば連続した複数の顕微鏡画像を取得できる（参照画像もダイと同じ大きさ）。ただし、複数の顕微鏡画像が不連続であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】外観検査装置１０の構成を示す概略図である。
【図２】ウエハ１１の観察動作の手順を示すフローチャートである。
【図３】顕微鏡画像と参照画像と差分画像を説明する図である。
【図４】異常のはみ出し方向と微小移動を説明する図である。
【図５】微小移動の繰り返しと大きな異常２４を説明する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 外観検査装置 ； １１ ウエハ ； １２ ステージ ； １３ 搬送制御機構部 ;
１４ 対物レンズ ; １５ ＣＣＤカメラ ; １６ コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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