JP2006300615A

JP2006300615A - 外観検査装置及び外観検査方法

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Publication number: JP2006300615A
Application number: JP2005120179A
Authority: JP
Inventors: Katsu Isobe; 克礒部
Original assignee: UMC Japan Co Ltd
Current assignee: UMC Japan Co Ltd
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-11-02
Also published as: US20060231779A1

Abstract

【課題】簡便な構成で、異物等の残留や変色を高い精度で検出すること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】段階的に異なる透過波長特性を有するフィルタ２を設け、該フィルタ２を透過してＣＣＤカメラ３で撮像された画像データから作成したスペクトラム特性を基に検査対象物の特定を行い、画像データ及びスペクトラム特性データをデータベースとしてハードディスク６に記録し、データベースと検査対象物のデータとを比較する構成としている。これにより、検査対象物全体の広範囲に渡って外観検査を行い、検査対象物上の樹脂や異物等の残留及び変色を検出することができ、樹脂や異物の色波長特性に基いて、残存する物質の特定を瞬時に行うことが可能となる。従って、検査対象物の不具合を漏れなく確認することが可能な高精度の外観検査装置を、簡便な構成で実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業製品等の外観を検査する外観検査装置及び外観検査方法に関する。

従来、半導体製造装置等の各種製造工程においては、配線微細部の樹脂や金属異物等の残留物が製品に付着する事があり、これらの異物が、例えば半導体製品の品質を著しく低下させる虞があるため、画像処理よって外観の検査を行う外観検査装置が備えられ、不良品の出荷等が生じないように管理している。

従来の外観検査装置１００は、図８及び図９に示すように、レンズ１０２を有する白黒のＣＣＤカメラ１０３と、図示しない画像処理装置と、ＣＣＤカメラ１０３と検査対象物１０１との間の任意の位置に設置された図示略の顕微鏡から構成されている。
従来の外観検査装置１００による外観検査について、以下に説明する。
まず、検査対象物１０１の表面を、ＣＣＤカメラ１０３を用いて撮像し、ＣＣＤカメラ１０３からの画像情報を画像処理装置に取り込む。次いで、良品のデータとして事前に登録した画像データ１０５と、ＣＣＤカメラ１０３からの画像情報を基に作成した検査対象物の画像データ１０５ａとを比較して、両者不一致の場合は検査対象物１０１に何らかの異常があるものとして判定し、検査対象物１０１上の異常画像（形、大きさ）と、位置等の情報を記録する。具体的には、異物１０１ａの有無、変形、位置のずれ等、形状として認識できる部分の検出を主とした検査である。

また、外観検査装置１００では、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、画像データ１０５ａから画素単位の白黒２５６階調（コントラストの分解能）の画素データ１０７ａを作成し、該画素データ１０７ａと、良品のデータとして事前にハードディスク１０６に登録した白黒２５６階調（コントラストの分解能）の画素データ１０７とを比較判定部１０８で比較する。該比較判定部１０８は、サイズ解析部１０８ａ、形状解析部１０８ｂを有しており、大まかな形状や色濃度を分類することができるものである。
上述のような画像処理を行う外観検査装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。
特開２００２−８２０４８号公報

しかしながら、従来の外観検査装置１００では、色に対する感度が低く、薄い発色や色透過性を有する物質、僅かな変色等の検出は困難である。
そこで、必要な色波長を透過させ、コントラストを強調させるフィルタを用いて外観検査を行う方法も提案されているが、フィルタの減衰特性により測定対象物を限定する必要があり、汎用性に乏しいという問題がある。

また、図１０及び図１１に示すような、３台のＣＣＤユニットからなるカラーＣＣＤ１５３を用いて、カラーカメラ用フィルタ１５７を介して検査対象物１０１の光像を撮像し、画像データ１５４を作成する外観検査装置１５０も提案されている。しかし、画像処理データ量が、白黒のＣＣＤカメラ１０３を用いた外観検査装置１００に比べて１０万倍となり、画像処理に要する時間が長くなるうえに、単一波長を直接測定する方法では無いため（３台のＣＣＤユニットによる３波長の合成）、精度が低いという問題がある。

このため、より正確に単一波長の画像データを取得し、検査対象物周囲の下地の色、反射光、近似光等の影響をできるだけ取り除き、検査精度を高める必要がある。従来の外観検査装置１００では、検査対象物１０１の反射光の強弱を２５６階調の画素データ１０７ａとして作成して検査を行うため、検出対象物１０１の色濃度が薄い場合、白黒のＣＣＤカメラ１０３で撮像した画像は、双方の光の強度差が低くなる傾向がある。
検出精度を向上させるためには、検査対象物の周囲と検出対象物とのコントラスト比が高くなることが望ましい。

検査対象物の周囲と検出対象物とのコントラスト比を高めるため、スペクトラム分光器等を用いて個々の色のピーク波長を測定し、コントラスト比の高い波長を用いて検査を行う方法も提案されている。
しかしながら、この方法は、特定波長光の照射及び測定点を限定したスペクトラムの観測となり、狭範囲に限定した特定物質の検査に限定されてしまうため、多くの物質を広範囲の検査対象物から探し出す検査や、特定の物質が存在しないことを確認する検査等に用いることは出来ない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、物質の形状のみならず、多種の材質が持つ固有色を特徴とする物質を個々に判別することを可能とし、簡便な構成で、異物等の残留や変色を高い精度で検出すること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。

上記課題を解決するため、本発明は、検査対象物を撮像して該検査対象物の外観を検査する外観検査装置であって、前記検査対象物と向き合って配置され、前記検査対象物からの光像の内、特定の波長域のみを透過し、段階的に異なる透過波長で複数設けられたフィルタと、前記フィルタを透過した光像を撮像して、波長域毎に画像データを出力する撮像手段と、波長域毎に出力された前記画像データの比較によりコントラスト比の差異を解析してスペクトラム特性データを作成し、該スペクトラム特性データを基に物質の特定を行う画像処理手段と、前記画像データ及び前記スペクトラム特性データを、事例情報として読み出し可能に記録するデータベース手段とを具備してなり、前記画像処理手段には、前記データベース手段に記録された前記事例情報を読み出し、該事例情報と前記検査対象物の画像データ及びスペクトラム特性データとを比較することによって、前記検査対象物の分類を特定して分類情報及び分布情報を出力する物質特定部と、前記データベース手段に事例情報として記録された前記画像データ及び前記スペクトラム特性データを、検索して抽出する検索処理部とが設けられていることを特徴とする外観検査装置を提供する。
本発明の外観検査装置は、前記画像データの内、前記検査対象物のバックグラウンドノイズ成分となる前記検査対象物周囲からの反射光の波長スペクトラム分布を算出し、該波長スペクトラム分布の波長域データを減衰する演算手段を設けて構成しても良い。
本発明の外観検査装置は、前記フィルタを高透過率の平面フィルタとして、該フィルタの透過波長域を変化させる可変手段が設けられた可変光学フィルタとして構成しても良い。
また、本発明は、検査対象物を撮像する撮像手段を有する外観検査装置を用いて、前記検査対象物の外観を検査する外観検査方法であって、前記外観検査装置が、上述の外観検査装置であることを特徴とする外観検査方法を提供する。

本発明の外観検査装置では、段階的に異なる透過波長特性を有するフィルタを設け、該フィルタを透過して撮像手段で撮像された画像データから作成したスペクトラム特性データを基に前記検査対象物の特定を行い、前記画像データ及び前記スペクトラム特性データを事例情報としてデータベース手段に記録し、前記事例情報と前記検査対象物のデータとを比較する構成としている。
これにより、検査対象物全体の広範囲に渡って外観検査を行い、検査対象物上の樹脂や異物等の残留及び変色を検出することができ、樹脂や異物の色波長特性に基いて、残存する物質の特定を瞬時に行うことが可能となる。
従って、検査対象物の不具合を漏れなく確認することが可能な高精度の外観検査装置を、簡便な構成で実現することができる。

以下、本発明に係る外観検査装置の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１、図２及び図３は、本実施形態の外観検査装置１を説明する図であり、この外観検査装置１は、段階的に異なる透過波長で複数設けられたフィルタ２（２ａ、２ｂ）と、フィルタ２を透過した検査対象物４０の光像を撮像して波長域毎の画像データ５を出力するＣＣＤカメラ３（撮像手段）と、画像データの比較によりコントラスト比の差異を解析してスペクトラム特性データを作成し、該スペクトラム特性データを基に物質の特定を行う画像処理手コンピュータ４（画像処理手段）と、画像データ及び前記スペクトラム特性データを、事例情報として読み出し可能に記録するハードディスク６（データベース手段）とから概略構成される。
また、図示を省略するが、検査対象物４０とＣＣＤカメラ３との間の任意の位置には光像を拡大するための顕微鏡が配置され、検査対象物４０近傍には、光像を明瞭にするための光源が配置されている。

フィルタ２ａ、２ｂは、図１に示すように、検査対象物４０とＣＣＤカメラ３との間に設けられた平面型の光学フィルタであり、固有の色を有する一定の波長域の光のみを透過する特性を有している。
フィルタ２ａ、２ｂは、それぞれ異なる波長域の光を透過するものであり、後述するＣＣＤカメラ３による撮像時に、図示略の切り替え手段によって切り替えて使用する。

図３に示すように、本実施形態におけるフィルタ２ａ、２ｂの各々は、透過波長特性８ａ、８ｂの光を透過する仕様となっている。
本実施形態においては、フィルタ２ａには、６００ｎｍ波長を中心としたバンドパスフィルタが用いられ、透過波長特性８ａの光像を透過する。また、フィルタ２ｂには、５００ｎｍ波長を中心としたバンドパスフィルタが用いられ、透過波長特性８ｂの光像を透過する。

フィルタ２の波長域の範囲は、検査対象物４０を構成する物質が有する吸光又は反射波長域を含む範囲とすることが好ましいが、コントラスト比が高い状態で撮像できる波長が含まれていれば、多くの波長域のフィルタを使用する必要は無く、適切な波長のフィルタのみを用いれば良い。
検査対象物４０のスペクトラム特性が事前にわかる場合には、上述の波長中心に合わせたフィルタと、その周辺波長のフィルタを用いれば良い。
また、事前に検査対象物４０のスペクトラム特性がわからない場合には、例えば５０ｎｍ刻みに透過波長を変えたフィルタを用意し、順次交換しながら画像を取得し、コントラスト像の一番高いデータを用いて解析を行えば良い。

フィルタ２は、染色法にて染色したガラスや樹脂光学フィルタ、又は光の屈折率を利用して特定波長のみを透過するプリズムフィルタ等の他、液晶、有機材料、又は回析格子構造等からなるフィルタを用いても良く、適宜決定して採用すれば良い。

ＣＣＤカメラ３は、フィルタ２を透過した検査対象物４０の光像を撮像して画像データ５（５ａ、５ｂ）に変換、出力する。
撮像レンズ３１で集光された検査対象物４０の光像は、カメラ本体３２内に設けられた図示しないＣＣＤ素子によって電気信号に変換され、画像データ５としてＣＣＤカメラ３外部へ出力するようになっている。
ＣＣＤカメラ３から出力される画像データ５は、上述したフィルタ２ａ、２ｂを透過する波長域毎のデータとして出力される。
ＣＣＤカメラ３から出力される画像データ５は、ＣＣＤカメラ３のセル（画素）数が多くなる程、解像度が高くなる。つまり、セル数が多いＣＣＤカメラ３を用いることにより、高精度の検査が可能となる。
また、ＣＣＤカメラ３は、セル各々の光像の明暗を、２５６階調で表現した電圧信号で取り出すことができる。例えば、明るい光は２５６、暗い場合は０と数値化し表現することができる。
図３に示すように、ＣＣＤカメラ３から出力される画像データ５は、画素データ９ａ、９ｂとしてＣＣＤカメラ３より出力される。
本実施形態においては、撮像手段としてＣＣＤカメラを用いて説明しているが、他の撮像方法を用いたものであっても良く、固体素子または電子管等を用いたもの等、適宜決定して採用できる。

画像処理コンピュータ４は、ＣＣＤカメラ３から波長域毎に出力された画像データ５ａ、５ｂを取り込み、この波長域毎の画像データ５ａ、５ｂを比較して各々のコントラスト比の差異を解析することによりスペクトラム特性データを生成し、該スペクトラム特性データを基に物質の特定を行う。
画像処理コンピュータ４は、後述するハードディスク６に事例情報として記録された画像データ及びスペクトラム特性データを読み出し、検査対象物４０の画像データ５と比較することによって、検査対象物４０に付着している異物５０等の分類を特定して分類情報及び分布情報を出力する物質特定部４１を有している。
また、画像処理コンピュータ４は、後述するハードディスク６に事例情報として記録された画像データ及びスペクトラム特性データを、検索して抽出する検索処理部４２を有している。

ハードディスク６（データベース手段）は、前記画像データ及びスペクトラム特性データを、事例情報（データベース）として読み出し可能に記録する記録装置である。

上述の構成により、本実施形態の外観検査装置１は、以下のような作用を有する。
図１に示すように、検査対象物４０の光像は、切り替え可能に設けられたフィルタ２ａ、２ｂ及び図示しない顕微鏡を介して、ＣＣＤカメラ３で撮像され、該ＣＣＤカメラ３は画像データ５を出力する。検査対象物４０近傍には、該検査対象物４０の光像を明瞭にするための図示しない光源が配置されている。
画像処理コンピュータ４は、画像データ５を取り込んで解析し、検査対象物４０上に残存している異物５０の形状や大きさ、材質等を特定することができる。
また、画像データ５をデータベース化してハードディスク６に記録、保存することにより、後の外観検査装置１を用いた検査の際にハードディスク６から画像データ５を読み出して参照することにより、迅速に異物５０の材質を特定することが可能となる。

以下に、本実施形態の外観検査装置１を用いた外観検査方法について、半導体基板を検査対象物４０とした例について、図１、図２及び図３を用いて説明する。

半導体基板上に感光性レジストを塗布した後、露光及び現像処理を行ってレジストパターンを形成した半導体基板（検査対象物４０）に対して、白色光、又はフィルタの透過波長を含む光を、図示しない光源によって照射する。この時の半導体基板（検査対象物４０）の光像を、特定波長域、本実施形態においては６００ｎｍを中心とした波長域を選択的に透過するフィルタ２ａを用いて、透過光をＣＣＤカメラ３により撮像する。
半導体基板（検査対象物４０）上に樹脂等の異物５０が残存する場合、この異物５０は、周囲の半導体基板とは異なる反射スペクトラム特性を有している。図２に示すように、画素データ５１の中心部に現れる異物画像５１ａのスペクトラムピークは、スペクトラム特性７ａの様な波長ピークａを示し、異物５０の周辺では、スペクトラム特性７ｂの様に、波長ピークｂを示す。それぞれの波長ピーク付近を透過波長とするフィルタ２ａ、２ｂを用いて選択的に透過することにより、樹脂が有する特定波長域のコントラスト画像９ａ及び異物５０周辺のコントラスト画像９ｂが得られる。

コントラスト画像９ａでは、コントラストが鮮明な状態で検査対象物４０中心部の異物画像９ｃを検出できるが、この異物画像９ｃの情報のみを得るため、コントラスト画像９ｂと比較することによって情報を絞り込む。この際、コントラスト画像９ａとコントラスト画像９ｂとを画素単位で比較することにより、差異のある部分を強調した画像を得ることができる。つまり、個々の画像データ５ａ、５ｂを基に画像処理コンピュータ４を用いて画像処理を行い、コントラスト画像９ａとコントラスト画像９ｂとのコントラスト差（異物画像９ｃ、９ｄのコントラスト差）が最も大きくなる画像データ４、４１、４２を得ることができる。
なお、画像データ５ａ、５ｂ及びスペクトラム特性７ａ、７ｂのデータをハードディスク６に記録しておくことにより、以後の検査において、異物５０の材質、形状、大きさ、位置等の他、材質を示す中心スペクトラム波長を迅速に抽出できるため、これらの検査項目を同時に検査することが可能となる。
検査対象物４０自体の形状、大きさ、位置に関する検査は、良品とされる基準品の画像と検査対象物４０の画像とを比較し、差異が無ければ良品と判断、差異があれば不良として判断して取り扱うようにすれば良い。

以上、説明したように、本実施形態の外観検査装置１によれば、段階的に異なる透過波長特性を有するフィルタ２ａ、２ｂを設け、該フィルタ２ａ、２ｂを透過してＣＣＤカメラ３で撮像された画像データ５ａ、５ｂから生成したスペクトラム特性７ａ、７ｂを基に検査対象物４０上の異物５０の特定を行い、画像データ５ａ、５ｂ及びスペクトラム特性７ａ、７ｂをデータベースとしてハードディスク６に記録し、データベースと検査対象物４０のデータとを比較する構成としている。
これにより、検査対象物４０全体の広範囲に渡って外観検査を行い、検査対象物４０上における樹脂等の異物５０の残留、及び検査対象物４０上の変色等の異常を検出することができ、樹脂等の異物の色波長特性に基いて、残存する物質の特定を瞬時に行うことが可能となる。
従って、検査対象物４０の不具合を漏れなく確認することが可能な高精度の外観検査装置を、簡便な構成で実現することができる。

以下、本発明に係る外観検査装置の第２の実施形態について、図４（ａ）、（ｂ）及び図５を用いて説明する。
以下の説明において、第１の実施形態の外観検査装置１との共通部分については同じ符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の外観検査装置１０は、画像処理コンピュータ１４に、画像データの内、検査対象物４０のバックグラウンドノイズ成分となる検査対象物４０周囲からの反射光の波長スペクトラム分布を算出し、該波長スペクトラム分布の波長域データを減衰する演算手段４３が設けられている点で、第１の実施形態の外観検査装置１とは異なる。

画像処理コンピュータ１４に演算手段４３が備えられた外観検査装置１０の作用について、図４（ａ）、（ｂ）に示す例を説明する。
フィルタ２ａ（図１参照）を透過した光像の画像データ５ａを基に得られる透過波長信号１２ａから、フィルタ２ｂ（図１参照）を透過した光像の画像データ５ｂから得られる透過波長信号１２ｂを減算することにより、透過波長信号１２ａを強調し、且つ不要データを減衰させたノイズ成分除去信号１２ｃを得ることができる。

図４（ｂ）に示すように、本実施形態の外観検査装置１０では、透過波長信号１２ａに現れたピーク波長特性を強調し、そのピーク波長以外を減衰又は除去する処理において、画像データ５ａ、５ｂのコントラスト信号（明暗値）を、画素単位に０から２５５の数値を用いて２５６階調としている。
図４（ｂ）の画素データ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、ＣＣＤカメラ３から得られる画像データ５の画素データを概略図として拡大表示したものであり、細かく分類された枠の各々が画素データを表しており、本実施形態では、３種類のコントラストを濃淡と数字で説明する。また、枠単位の画素データ１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊ、１３ｋ、１３ｍについても、同様に説明する。
なお、０から２５５の画素単位の数値は、一般的な画像の分解能を表す数値であり、例えば、０から５１１の数値を用いれば一層詳細な分解能データとなるが、画素単位の数値は適宜決定すれば良い。

画素データ１３ｄ、１３ｅ、１３ｆは、透過波長信号１２ａに表されたような特定波長を透過させた際のコントラスト像を、部分拡大した図である。白く見える部分は検査対象物４０からの反射光量が多く、黒く見える部分は検査対象物からの反射光量が少なくなっており、特定の透過波長域を有するフィルタを用いてコントラスト像を取得した場合、白い部分が波長域内で最も強い反射特性を有する物質となる。
図４（ｂ）に示すように、説明上、細かく分類された枠の個々の画素データは、白い部分が２５６、ドットの荒い部分が１００、ドットが細かい部分を１０としている。
透過波長信号１２ｂの透過特性を示す波長の画像データを拡大し、同位置の画素データを表示すると、画素データ１３ｇ、１３ｈ、１３ｉとなり、同一場所の画素の濃淡（コントラスト）が異なる。これは、各フィルタの特性により、同一場所の画像データが、特定の透過波長域のコントラスト像、及び画素データが異なったデータとして得られるためである。

外観検査装置１０では、抽出したい物質の波長特性を有するデータを基に、画像データから、他の波長透過特性で取得した画像データを除去して減衰させることにより、目的とする波長の情報を強調して抽出しやすくすることができる。つまり、フィルタ２ａを透過して得られた透過波長信号１２ａの画素データ１３ｄ、１３ｅ、１３ｆから、波長域の異なるフィルタ２ｂを透過して得られた透過波長信号１２ｂの画素データ１３ｇ、１３ｈ、１３ｉを減算する演算処理を行うものである。
なお、画素データにおいて０以下の数値は存在しないため、例えば０以下の数値が算出された場合には０として取り扱う。
これにより、以下に示す（１）〜（３）式が得られる。

１３ｄ−１３ｇ＝１３ｊ（２５５−１００＝１５５）・・・（１）

１３ｅ−１３ｈ＝１３ｋ（１００−２５５＝０）・・・（２）

１３ｆ−１３ｉ＝１３ｍ（１０−１０＝０）・・・（３）

上記の結果、１５５と０のデータが得られ、画像データを、透過波長信号１２ａの画素データと、該透過波長信号１２ａ以外のデータに大別することができ、以後の外観検査の処理が容易になる。
例えば、データを１．６５倍に増幅することによって元の２５５のデータが得られ、また、他のデータは０のままである。

また、演算手段４３における演算処理をより正確に行うためには、検査対象物４０の透過波長のピークを正確に捕らえる事が重要となる。
除去を必要とする波長域が予めわかっている場合には、例えば、近接する波長域データをハードディスク６へ保存しておき、演算時に該当データを減算することにより、ノイズ成分の除去を一層容易にすることができる。
本実施形態の外観検査装置１０では、演算手段４３における減算処理により、透過波長信号１２ａに含まれる金属配線等の白色反射光成分を除去し、検査対象物４０の下地又はコーティングされた物質の波長成分を除去して演算出力信号１５として出力しているため、異物情報１６だけを抽出して、異物の特定を瞬時に高精度で行うことが可能となる。

異物の物質を特定する際は、コントラスト像から最も透過光量が多くなるピークを見つけ出すことにより、その特性から物質を特定する。
また、ピークの算出については、上述した光量の高い数値を求める方法の他、ピークが複数存在したり、他の反射光等の影響を受ける場合も有るため、透過波長を隣接して取得した画像データを比較して変化量、絶対量を演算して求める方法を採用しても良く、適宜決定すれば良い。

以下に、本発明に係る外観検査装置の第３の実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。
本実施形態の外観検査装置１１は、検査対象物４０の光像を透過させるフィルタとして、高透過率の平面フィルタであり、透過波長域を変化させる可変手段が設けられた可変光学フィルタ２１が設けられている点で、第１の実施形態の外観検査装置１とは異なる。

図６に示すように、可変光学フィルタ２１は、透過波長域を変更及び設定することによって透過波長域を変化させ、ＣＣＤカメラ３において撮像するものである。
本実施形態における可変光学フィルタ２１は、液晶フィルタを複数枚重ねて特定の波長域を透過させることが出来る可変光学フィルタであり、コントローラ２２（可変手段）によって、透過波長域を電気的に制御して設定することが可能な構成となっている。コントローラ２２は、光学可変フィルタ２１に対して可変波長透過信号２３を出力し、透過波長域の設定を行う。
可変光学フィルタ２１に用いるフィルタは、光の透過波長を電気的に可変する構成を有するフィルタであれば特に限定されず、液晶、有機材料、又は回析格子構造を用いたもの等、適宜決定して採用すれば良い。

可変光学フィルタ２１が備えられた外観検査装置１１は、以下のような作用を有する。
図７に示すように、フィルタ設定信号１７ａが入力された光学可変フィルタ２１は、透過波長特性１８ａに表されたような特性で、透過波長域が設定される。また、フィルタ設定信号１７ｂが入力された光学可変フィルタ２１は、透過波長特性１８ｂに表されるように、透過波長域が透過波長特性１８ａ以外の波長域に設定される。
予め、検査対象物４０上の異物５０の反射波長ピークが判っている場合、その波長が透過波長特性１８ａの透過波長域となるように設定すればよい。異物５０の反射波長ピークが不明な場合は、透過波長の設定を徐々に変えながら画像データを取得し、異物５０からの反射光量が高い波長を調べ、その中心波長（ピーク）情報をハードディスク６にデータベースとして保存する。これにより、以後の検査において、このデータベースの情報を用いて透過波長域の設定をプログラムすることで、異物５０の材質の特定を容易にすることができる。

可変光学フィルタ２１の透過波長域を電気的に変更する際は、コントローラ１７から電圧等を変化させたフィルタ設定信号１７ｂを可変光学フィルタ２１に印加し、透過波長域を透過波長特性１８ｂのように変化させる。
透過波長域を、透過波長特性１８ａ、１８ｂのように設定した可変光学フィルタ２１を用いて画像データ５２ａ、５２ｂを取り込んだ後、上述の第２の実施形態で説明した演算手段４３による演算処理を行うことで、物質を解析、特定することができる。

本実施形態の外観検査装置１１では、可変光学フィルタ２１を用いることにより、プログラム的に透過波長を変化させることができ、また、１０ｎｍ、１００ｎｍ刻み等、変化量を容易に変更できるため、高い精度でスペクトラムピークを調べることができる。

また、外観検査装置１１では、可変光学フィルタ２１を用いて光像を撮像し、透過波長を変化させる前のデータと変化させた後のデータを重ね合わせ、コントラストが変化した部分の像を抽出し、変化量の比較から波長ピークを得ることができる。これにより、得られた画像と色のスペクトラム特性から、検査対象物の材質を特定し、同一物質が他に存在する分類等の検索機能を持たせることで、不特定多数の物質を一度に検査し、瞬時に分類、選別することが可能となる。

図６に示すような、本発明に係る外観検査装置を作製し、検査対象物（サンプル）の外観検査を行った。

［外観検査装置］
外観検査装置に用いるフィルタとして可変式液晶フィルタを使用し、カメラとしてＣＣＤカメラ（Ｓｅｎｓｏｖａｔｉｏｎ社製：ＥＺ−１４０）を使用し、画像データをパーソナルコンピュータに入力して画像処理を行った。
外観検査の際は、可変式液晶フィルタの透過波長を変化させながら検査、観測を行い、サンプル外観において輝度に変化がある領域別に分けて分光特性グラフを作成した。

［検査対象物］
検査対象物として、以下に示す物品をサンプルとして用い、外観検査を行った。
（１）サンプルＡ：シリコンウェハ上にアルミパターンを形成後、ポリイミド系樹脂を塗布した半導体基板（茶色）
（２）サンプルＢ：シリコンウェハ上にアルミパターンを形成後、ポリマー系樹脂を塗布した後に剥離した半導体基板（無色）
（３）サンプルＣ：シリコンウェハ上にアルミパターンを形成後、ポリマー系樹脂を塗布した半導体基板（薄茶色）

［サンプルＡ］
図１２（ａ）に示すように、サンプルＡは大きく分けて２つの領域が観測され、この領域Ａ−１（配線領域）及びＡ−２（半導体基板領域）の２点について、図１３（ａ）、（ｂ）に示す分光特性グラフを作成した。
図１３（ａ）に示すように、領域Ａ−１では、配線領域の反射光の輝度が、５６０ｎｍの波長において約３８００ｃｄ／ｍ^２でピークとなっており、このピークを中心にして、波長変化に対して山形をなすグラフとなっている。
これに対し、図１３（ｂ）に示すように、領域Ａ−２では、半導体基板領域の反射光の輝度が、５６０ｎｍの波長において約９００ｃｄ／ｍ^２であり、この周辺の波長、例えば６００ｎｍの際には約１６００ｃｄ／ｍ^２であるのに比べて低くなっているとともに、上述の領域Ａ−１の輝度ピークを大きく下回った、波長変化に対して谷形のグラフとなっている。

［サンプルＢ］
図１２（ｂ）に示すように、サンプルＢは大きく分けて３つの領域が観測され、この領域Ｂ−１（配線領域）、Ｂ−２（不純物拡散領域）及びＢ−３（半導体基板領域）の３点について、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す分光特性グラフを作成した。
図１４（ａ）に示すように、領域Ｂ−１では、配線領域の反射光の輝度が、５６０ｎｍの波長において約３８００ｃｄ／ｍ^２でピークとなっており、このピークを中心にして、波長変化に対して山形をなすグラフとなっている。
これに対し、図１４（ｂ）に示すように、領域Ｂ−２では、（不純物拡散領域）の反射光の輝度が、５６０ｎｍの波長において約２３００ｃｄ／ｍ^２でピークとなる山形グラフとなっているが、輝度ピークは領域Ｂ−１のピークを大きく下回っている。
また、図１４（ｃ）に示すように、領域Ｂ−３では、半導体基板領域の反射光の輝度が、５４０ｎｍの波長において約１０５０ｃｄ／ｍ^２であり、５６０ｎｍの波長においては約９５０ｃｄ／ｍ^２であり、この付近でピークとなる山形グラフとなっているが、領域Ｂ−１及びＢ−２に比べ、更に低い輝度ピークとなっている。

［サンプルＣ］
図１２（ｃ）に示すように、サンプルＣは大きく分けて２つの領域が観測され、この領域Ｃ−１（配線領域）、Ｃ−２（半導体基板領域）の２点について、図１５（ａ）、（ｂ）に示す分光特性グラフを作成した。
図１５（ａ）に示すように、領域Ｃ−１では、配線領域の反射光の輝度が、５６０ｎｍの波長において約３７００ｃｄ／ｍ^２でピークとなる山形グラフとなっている。
これに対し、図１５（ｂ）に示すように、領域Ｃ−２では、半導体基板領域の反射光の輝度が、５８０ｎｍの波長において約１８５０ｃｄ／ｍ^２であり、５６０ｎｍの波長においては約１７００ｃｄ／ｍ^２であり、この付近でピークとなる山形グラフとなっているが、輝度ピークは領域Ｃ−１を大きく下回っている。

半導体基板の製造時、上記３種類のサンプル各々の処理形態のプロセスは、通常、サンプルＣ、サンプルＢ、サンプルＡの順番で行われる。
何れも、配線領域が形成されているため、反射光は、アルミ及び樹脂の波長を含む合成光となる。特に、色素が少ないサンプルＢ及びサンプルＣは、主としてアルミ反射光の波長（５６０ｎｍ）を多く含むスペクトラルとなっている。
これに対し、サンプルＡは、茶色の色素を多く含むため、領域Ａ−２において、波長５６０ｎｍ付近の輝度が低くなっており、吸光されているためと考えられる、非常に特徴的な反射スペクトラムとなっている。
これにより、サンプル全体の広範囲に渡って外観検査を行った場合でも、サンプル上の樹脂や異物の色波長特性に基いて、表面上の物質特定を瞬時に行うことが可能となる。

上述した本実施例の結果から、異物を含む、複数の物質が検査対象物の表面に存在している場合であっても、本発明に係る外観検査装置を用いて外観検査を行うことにより、物質を分別して検査することが容易となることが明らかである。

本発明に係る外観検査装置の一例を示す概略図である。本発明に係る外観検査装置の一例を示す概略図である。本発明に係る外観検査装置の一例を示す概略図である。本発明に係る外観検査装置の一例を示す図であり、(ａ)光の透過波長信号、（ｂ）画素データを示す。本発明に係る外観検査装置の一例を示すブロック図である。本発明に係る外観検査装置の一例を示す概略図である。本発明に係る外観検査装置の一例を示す概略図である。従来の外観検査装置の一例を示す概略図である。従来の外観検査装置の一例を示す図であり、(ａ)及び（ｂ）は概略図、（ｃ）はブロック図である。従来の外観検査装置の一例を示す概略図である。従来の外観検査装置の一例を示す概略図である。本発明に係る外観検査装置の実施例を説明する図であり、サンプル表面の測定領域を示す。本発明に係る外観検査装置の実施例を説明する図であり、各波長における輝度を示すグラフである。本発明に係る外観検査装置の実施例を説明する図であり、各波長における輝度を示すグラフである。本発明に係る外観検査装置の実施例を説明する図であり、各波長における輝度を示すグラフである。

符号の説明

１、１０、１１…外観検査装置、２、２ａ、２ｂ、２１…フィルタ、３…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、４、１４…画像処理コンピュータ（画像処理手段）、４１…物質特定部、４２…検索処理部、４３…演算手段、５、５ａ、５ｂ、５２、５２ａ、５２ｂ…画像データ、６…ハードディスク（データベース手段）、７、７ａ、７ｂ…スペクトラム特性、８、８ａ、８ｂ、１８、１８ａ、１８ｂ…透過波長特性、９、９ａ、９ｂ…コントラスト画像、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…透過波長信号、２２…コントローラ（可変手段）４０…検査対象物、５０…異物

Claims

検査対象物を撮像して該検査対象物の外観を検査する外観検査装置であって、
前記検査対象物と向き合って配置され、前記検査対象物からの光像の内、特定の波長域のみを透過し、段階的に異なる透過波長で複数設けられたフィルタと、
前記フィルタを透過した光像を撮像して、波長域毎に画像データを出力する撮像手段と、
波長域毎に出力された前記画像データの比較によりコントラスト比の差異を解析してスペクトラム特性データを作成し、該スペクトラム特性データを基に物質の特定を行う画像処理手段と、
前記画像データ及び前記スペクトラム特性データを、事例情報として読み出し可能に記録するデータベース手段とを具備してなり、
前記画像処理手段には、前記データベース手段に記録された前記事例情報を読み出し、該事例情報と前記検査対象物の画像データ及びスペクトラム特性データとを比較することによって、前記検査対象物の分類を特定して分類情報及び分布情報を出力する物質特定部と、
前記データベース手段に事例情報として記録された前記画像データ及び前記スペクトラム特性データを、検索して抽出する検索処理部とが設けられていることを特徴とする外観検査装置。
前記画像データの内、前記検査対象物のバックグラウンドノイズ成分となる前記検査対象物周囲からの反射光の波長スペクトラム分布を算出し、該波長スペクトラム分布の波長域データを減衰する演算手段が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
前記フィルタは高透過率の平面フィルタであり、該フィルタの透過波長域を変化させる可変手段が設けられた可変光学フィルタであ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。
検査対象物を撮像する撮像手段を有する外観検査装置を用いて、前記検査対象物の外観を検査する外観検査方法であって、
前記外観検査装置が、請求項１〜３の何れか１項に記載の外観検査装置であることを特徴とする外観検査方法。