JP2010025803A

JP2010025803A - 位置決め機能を有する検査装置、位置決め機能を有する検査装置用プログラム、位置決め機能を有する検査装置の検査方法

Info

Publication number: JP2010025803A
Application number: JP2008188611A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yoshida; 收志吉田
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】平面画像による位置決め精度が上がらない場合でも三次元情報を利用して、必要な位置決め精度を実現しつつ、検査を可能な限り短時間で行うこと。
【解決手段】移動ステージと、被検体の平面画像を取得する平面画像取得手段と、三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、予め記憶されている基準画像と平面画像とに基づき位置ズレ量を演算する平面画像位置ズレ検出部と、三次元情報取得の要否を判断する三次元情報取得判断部と、三次元情報取得手段で取得した三次元情報に基づき二次元画像を生成する二次元画像生成部と、予め記憶されている基準画像と二次元画像とに基づき位置ズレ量を演算する二次元画像位置ズレ検出部と、位置ズレ量に基づきステージの位置補正量を演算する補正計算部と、移動指令または位置補正量に基づきステージの移動を制御するステージ制御部と、平面画像取得手段にて取得した平面画像に基づき検査判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡やカメラなどを用いて異物付着や傷など欠陥検査や寸法測定をする検査装置、そのプログラム、その検査方法に関する。

顕微鏡やカメラなどを用いてウェハやＩＣチップ、プリント基板などの検査を行う場合、位置決めマークやパターン情報を用いて位置ズレや傾きの補正を行った後に、良品であるかの検査や、指定部分の寸法測定する方法がよく知られている。
例えば、位置決めマークを含む領域の平面画像を取得し、予め記憶した位置決めマークのパターン情報を濃淡パターンマッチング法などで画像内を探索し、位置決めマークの位置と方向を用いて、位置補正と傾き補正を行っている。

従来の構成について図７を用いて説明する。ウェハやＩＣチップ、プリント基板など被検体６０１を可動ステージ６０２にセットし、顕微鏡やマイクロスコープ、エリアカメラなど光学系６０４を有する平面画像取得手段６０３で撮像し、平面画像（平面パターン情報）を取得する。平面画像は平面画像位置ズレ検出部６１３に転送され位置ズレ量が計測される。そのズレ量に対し補正計算部６０９でステージ制御量に変換されステージ制御部６１０にてステージ６０２が補正される。ステージ６０２の位置補正後、再び平面画像取得手段６０３にて平面画像を取得し、当該平面画像を用いて画像処理により判定部６１１で検査を行い、判定結果６１２を出力する。

このような検査装置に関する技術として、特開２０００−２００８１３号公報（特許文献１）において、画像自動収集装置およびその方法が提案されている。
特開２０００−２００８１３号公報

ウェハやＩＣチップ、プリント基板などで位置決めを行う際、位置決め用の領域やマークを決定したとしても個体差や撮像環境、検査環境の変化により取得する画像にバラツキが生じるため、位置決め精度が低下するという課題がある。そのため、位置決めマークが取得画像によりバラツキが生じないように特別な加工を施す場合もある。しかし、特別な加工は作業工程が増え、コストが増大するという問題が起きている。

またＭＥＭＳウェハなど立体構造を持つウェハ（立体加工されたウェハ）や実装基板、構造物などの場合、立体構造を持つ部分での位置決めをすることが多いが、加工精度や焦点距離の問題で輪郭情報が不安定な場合が多くとくに位置決め精度の低下が問題となる。
一方で、平面画像が０．０３秒から０．２秒程度で取得できるのに対し、立体構造に対応するために被検体の全ての三次元情報を取得すると数秒から数十秒もの時間を要するため、生産効率が著しく低下するという問題も発生する。

本発明は、上記課題に鑑み、被検体の立体構造部を利用し、短時間で必要な精度の位置決めを可能とする装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、被検体を載置して移動させるステージと、前記被検体の平面画像を取得する平面画像取得手段と、前記被検体の三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、予め記憶されている基準画像と前記平面画像とに基づき、マッチング評価値を求めて位置ズレ量を演算する平面画像位置ズレ検出部と、前記マッチング評価値に基づき三次元情報取得の要否を判断し、三次元情報取得が必要と判断した場合には三次元情報取得指令を出力し、三次元情報取得が不要と判断した場合には前記平面画像位置ズレ検出部で演算した位置ズレ量を出力する、三次元情報取得判断部と、前記三次元情報取得指令により前記三次元情報取得手段を用いて前記三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づき二次元画像を生成する二次元画像生成部と、予め記憶されている基準画像と前記二次元画像とに基づき位置ズレ量を演算し、当該位置ズレ量を出力する二次元画像位置ズレ検出部と、前記平面画像位置ズレ検出部または前記二次元画像位置ズレ検出部にて演算された位置ズレ量に基づき前記ステージの位置補正量を演算する補正計算部と、移動指令または前記位置補正量に基づき前記ステージの移動を制御するステージ制御部と、平面画像取得手段にて取得した位置ズレがない平面画像に基づき検査判定を行う判定部と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の検査装置において、前記二次元画像生成部は三次元情報の高さに基づき二値化画像を生成することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、被検体を載置して移動させるステージと、前記被検体の平面画像を取得する平面画像取得手段と、前記被検体の三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、を有する検査装置のプログラムにおいて、前記平面画像取得手段にて前記被検体の平面画像を取得し、予め記憶されている基準画像と前記平面画像とに基づきマッチング評価値を求めて位置ズレ量を演算し、前記マッチング評価値に基づき三次元情報取得の要否を判断する手段、三次元情報取得が必要と判断した場合には、前記三次元情報取得手段にて前記被検体の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づき二次元画像を生成し、予め記憶されている基準画像と前記二次元画像とに基づき位置ズレ量を演算する手段、前記平面画像に基づく位置ズレ量または前記二次元画像に基づく位置ズレ量に基づき前記ステージの位置補正量を演算する手段、前記位置補正量に基づきステージを移動させる手段、再び平面画像取得手段にて取得した平面画像に基づき検査判定を行う手段、をコンピュータに実行させるプログラムであることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、被検体を載置して移動させるステージと、前記被検体の平面画像を取得する平面画像取得手段と、前記被検体の三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、を有する検査装置の検査方法において、前記平面画像取得手段にて前記被検体の平面画像を取得し、予め記憶されている基準画像と前記平面画像とに基づきマッチング評価値を求めて位置ズレ量を演算し、前記マッチング評価値に基づき三次元情報取得の要否を判断し、三次元情報取得が必要と判断した場合には、前記三次元情報取得手段にて前記被検体の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づき二次元画像を生成し、予め記憶されている基準画像と前記二次元画像とに基づき位置ズレ量を演算し、前記平面画像に基づく位置ズレ量または前記二次元画像に基づく位置ズレ量に基づき前記ステージの位置補正量を演算し、前記位置補正量に基づきステージを移動させ、再び平面画像取得手段にて取得した平面画像に基づき検査判定を行うこと、を特徴とする。

本発明では、平面画像を取得する手段と三次元情報を取得する手段を持ち、平面画像による位置決め精度が上がらない場合にのみ三次元情報を利用して位置決めを実行することで、必要な位置決め精度を実現しつつ、検査を可能な限り短時間で行うことができる。
ＭＥＭＳウェハなど立体構造を持つウェハ（立体加工されたウェハ）や実装基板、構造物などの場合は立体構造を持つ部分での位置決めをすることが多いが、加工精度や焦点距離の問題で輪郭情報が不安定な場合でも３次元情報を２値化し、２値化パターンの形状により位置決めすることにより安定した位置決めが可能となる。

さらには、従来汚れや明るさ変化などで位置決めマークの適用が難しいケースなどにも、立体構造をもつ位置決めピンやホールを活用することにより、より有効な位置決め方法を提供することが可能となる。
これらの結果、検査能力、生産能力の向上が可能である。

本発明の実施形態について、図１乃至５を用いて説明する。
図１は本発明に係る第１の実施例における検査装置の構成を示す図である。検査装置は、ＩＣチップやウェハなど被検体１０１を載置して移動する可動ステージ１０２と、平面画像取得手段１０３と、三次元情報取得手段１０５と、検査部１０７とから構成されている。

平面画像取得手段１０３は、顕微鏡やマイクロスコープ、エリアカメラなど光学系１０４を備え、可動ステージ１０２に載置された被検体１０１の平面画像を撮像する。
三次元情報取得手段１０５は、レーザ変位計やレーザ顕微鏡など各画素の高さ情報を取得する測定系１０６を備え、可動ステージ１０２に載置された被検体１０１の三次元情報を取得する。ここで、取得する三次元情報には被検体１０１の高さ情報が含まれる。

なお、図において被検体１０１と可動ステージ１０２は、説明のために平面画像取得手段１０３と三次元情報取得手段１０５とにおいて別々に記載されているが、実際は一の被検体１０１と一の可動ステージ１０２とで構成されている。
検査部１０７は、平面画像位置ズレ検出部１１３と、二次元画像生成部１１６と、二次元画像位置ズレ検出部１１４と、三次元情報取得判断部１１５と、補正計算部１０９と、判定部１１１と、ステージ制御部１１０とを備えている。

次に、図２に示す検査装置のフローチャートを用いて各部の詳細な説明をする。
ステップ２０１では、可動ステージ１０２に載置された被検体１０１の平面画像を平面画像取得手段１０３にて取得する。
例えば、ＩＣチップやウェハなど被検体１０１を可動ステージ１０２にセットし、平面元画像取得部１０３で撮像を行う。顕微鏡やマイクロスコープ、エリアカメラなど光学系１０４で平面画像（平面パターン情報）を取得することとなる。

ステップ２０２では、平面画像位置ズレ検出部１１３において、平面画像取得手段１０３にて取得された平面画像と予め記憶されている基準画像とを、周知技術であるマッチング手法を用いてマッチング評価値を求めて位置ズレ量を演算する。
具体的には、平面画像をIm(x,y)(x=1,・・・,Lx ; y=1,・・・,Ly)と、予め記憶している位置決めマーク等をP(x,y)(x=1,・・・,Mx ; y=1,・・・,My)とし、平面画像Imから位置決めマーク等P(x,y)のマッチングを行うこととなる。マッチング方法としては、差分をとる方法や相関法などにより行うことができる。また回転を許す方法、許さない方法がある。

説明を簡単にするため、以下、回転を許さない差分をとる方法にて説明する。
マッチングは、評価値をP1(x,y)=Σ((Im(x+i,y+j)−P(i,j)) (i=1,・・・,Mx ; j=1,・・・,
My)とし、平面画像Imの全画像領域(x=1,・・・,Lx ; y=1,・・・,Ly)において評価値P1(x,y)を演算し、最小の評価値P1(x,y)を評価値P1_minとして、評価値P1_minとなる位置(x,y)を検出位置として記憶する。当該検出位置と予め記憶された位置決めマーク等の基準位置とを比較し、平面画像の位置ズレ量を求める。

ステップ２０３では、三次元情報取得判断部１１５において、平面画像位置ズレ検出部１１３で求めた評価値P1_minと予め設定した評価値のしきい値ThPとを比較し、評価値P1_minがしきい値ThPよりも小さかった場合には、平面画像により正しい検出位置が演算され精度が良い位置ズレ量が求められたと判断し、位置ズレ量を補正計算部１０９に出力し、後述するステップ２０６に進む。

一方、評価値P1_minがしきい値ThPよりも大きかった場合には、三次元情報取得判断部１１５は平面画像により正しい検出位置が演算されていないと判断し、ステップ２０４に進む。
ステップ２０４においては、ステージ制御部１１０により被検体１０１を三次元情報が取得できる位置に移動させ、二次元画像生成部１１６が三次元情報取得手段１０５を用いて三次元情報を取得する。例えば、３次元情報取得部１０５では、被検体１０１の位置毎の高さ情報を取得することとなる。ここで高さ測定器はレーザ変位計やレーザ顕微鏡など各画素の高さ情報を取得する測定器である。

ステップ２０５では、二次元画像生成部１１６にて三次元情報に基づく二次元画像を生成し、二次元画像位置ズレ検出部１１４は、二次元画像生成部１１６にて生成された二次元画像と予め記憶されている基準画像とを、前記した周知技術であるマッチング手法を用いてマッチング評価値を求めて位置ズレ量を演算し、その結果を補正計算部１０９に出力し、ステップ２０６に進む。

ステップ２０６では、三次元情報取得判定部１１５または二次元画像位置ズレ検出部１１４より出力された位置ズレ量を補正計算部１０９が受け取り、補正計算部１０９は可動ステージ１０２の補正量を計算し、ステージ制御部１１０に出力する。
ステップ２０７では、ステージ制御部１１０が補正計算部１０９より出力された補正量に基づき可動ステージ１０２を動作させ、被検体１０１を検査に適切な位置へ補正する。

ステップ２０８では、再び平面画像取得手段１０３で平面画像を取得し、当該平面画像に基づき判定部１１１にて欠陥検査や寸法測定を行い、その結果を判定結果１１２として出力する。
次に、三次元情報による位置ずれ量の演算方法についてより詳細に説明する。図３は、三次元情報による位置ずれ量の演算のフローチャートである。

三次元空間内で三次元形状データによるマッチングにより位置ズレ量を演算する方法もあるが、演算時間および処理時間の短縮化や演算精度の安定化のため、高さしきい値ThHを用いて２値化により行うことができる。
まず、二次元画像生成部１１６が、三次元情報取得手段１０５より三次元情報を受け取る（ステップ３０１）。ただし、三次元情報はノイズが多い場合があるため、必要に応じてノイズ処理（ステップ３０２）を行っても良い。そして予め記憶している高さしきい値ThHにより二値化をする。例えばThHより大きい（高い）場合を０（黒）とし、それ以外を１（白）とし、二値化された二次元画像を生成する（ステップ３０４）。この二値化された二次元画像と、予め登録あるいは記憶している二値化した位置決め用マークあるいは領域を、先に記載したような公知のマッチング手法を用いることで、位置ズレ量の演算を行うことができる。

三次元情報の処理について具体例をもって説明する。図４は、位置決め用マークの三次元情報と平面画像と三次元情報から生成した二次元画像を示した図である。
図４（Ａ）は理想的な３次元情報、図４（Ｂ）は理想的な平面画像である。係る平面画像は位置ズレ量の演算に用いられる予め記憶された基準画像とできる。また、係る平面画像に近い画像が取得できれば、三次元情報を取得することなく、平面画像により演算された位置ズレ量を用いて補正計算をすることができる。

図４（Ｃ）、図４（Ｄ）は実際の検査の場面における三次元情報と平面画像の具体例である。図４（Ｃ）に示すように、三次元情報は個体差や環境により肩の部分のデータがくずれ、輪郭情報もきれいに抽出できない場合が多くある。係る場合に平面画像を取得しても、図４（Ｄ）のように輪郭がぼけ、明るさレベルも変化するため、平面画像によるマッチングによって正確な位置を検出することが難しい。

ここで、図４（Ｅ）のように３次元情報を高さしきい値ThHを設定し、２値化した二次元画像を生成すると、図４（Ｆ）のような輪郭が明確である画像を得ることができる。ここで、高さしきい値ThHは、位置決め用マーク等の形状や環境等を考慮し、安定的に２値化画像を得られる高さが望ましく、場合によってはテスト等により安定したしきい値ThHを設定することが望まれる。

このような２値化画像においては精度良く位置を検出することが可能である。
また、第２の実施例として、上記説明においてはステップ２０１にて取得した平面画像には位置ズレがあることを前提としているが、ステップ２０１にて取得した平面画像の位置ズレ量が０であった場合には、図５に示すフローチャートのように処理しても良い。
具体的には、ステップ２２１で平面画像の位置ズレ量が０であるかを判断し、位置ズレ量が０である場合には、ステップ２２２で判定部１１１により欠陥検査や寸法測定を行い、その結果をステップ２０９にて判定結果１１２として出力しても良い。

なお、図６は第３の実施例の構成図である。第３の実施例においては、光学系と測定系が光学測定系５０４として一体に構成された平面画像・三次元情報取得手段５０３を有している。例えば、高さ方向の制御機構と画像取得機能をもったレーザ顕微鏡など２次元画像と３次元情報の両方を取得できる装置である。
第３の実施例においては、平面画像取得手段と三次元情報取得手段とが平面画像・三次元情報取得手段５０３に置換されたのみで、他の構成要素は同一である。よって、三次元情報を取得するための可動ステージ１０２を移動させる必要がなくなるため、検査時間を短縮できるシステムである。

本発明に係る第１の実施例における検査装置の構成を示す図である。本発明に係る検査装置のフローチャートである。三次元情報による位置ずれ量の演算のフローチャートである。位置決め用マークの三次元情報と平面画像と三次元情報から生成した二次元画像を示した図である。本発明に係る第２の実施例における検査装置のフローチャートである。本発明に係る第３の実施例における検査装置の構成を示す図である。従来の検査装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０１被検体
１０２可動ステージ
１０３平面画像取得手段
１０５三次元情報取得手段
１０９補正計算部
１１０ステージ制御部
１１１判定部
１１２判定結果
１１３平面画像位置ズレ検出部
１１４二次元画像位置ズレ検出部
１１５三次元情報取得判断部
１１６二次元画像生成部

Claims

被検体を載置して移動させるステージと、
前記被検体の平面画像を取得する平面画像取得手段と、
前記被検体の三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、
予め記憶されている基準画像と前記平面画像とに基づき、マッチング評価値を求めて位置ズレ量を演算する平面画像位置ズレ検出部と、
前記マッチング評価値に基づき三次元情報取得の要否を判断し、三次元情報取得が必要と判断した場合には三次元情報取得指令を出力し、三次元情報取得が不要と判断した場合には前記平面画像位置ズレ検出部で演算した位置ズレ量を出力する、三次元情報取得判断部と、
前記三次元情報取得指令により前記三次元情報取得手段を用いて前記三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づき二次元画像を生成する二次元画像生成部と、
予め記憶されている基準画像と前記二次元画像とに基づき位置ズレ量を演算し、当該位置ズレ量を出力する二次元画像位置ズレ検出部と、
前記平面画像位置ズレ検出部または前記二次元画像位置ズレ検出部にて演算された位置ズレ量に基づき前記ステージの位置補正量を演算する補正計算部と、
移動指令または前記位置補正量に基づき前記ステージの移動を制御するステージ制御部と、
平面画像取得手段にて取得した位置ズレがない平面画像に基づき検査判定を行う判定部と、
を有することを特徴とする検査装置。
請求項１に記載の検査装置において、前記二次元画像生成部は前記三次元情報に含まれる高さ情報に基づき二値化画像を生成することを特徴とする検査装置。
被検体を載置して移動させるステージと、前記被検体の平面画像を取得する平面画像取得手段と、前記被検体の三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、を有する検査装置のプログラムにおいて、
前記平面画像取得手段にて前記被検体の平面画像を取得し、予め記憶されている基準画像と前記平面画像とに基づきマッチング評価値を求めて位置ズレ量を演算し、前記マッチング評価値に基づき三次元情報取得の要否を判断する手段、
三次元情報取得が必要と判断した場合には、前記三次元情報取得手段にて前記被検体の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づき二次元画像を生成し、予め記憶されている基準画像と前記二次元画像とに基づき位置ズレ量を演算する手段、
前記平面画像に基づく位置ズレ量または前記二次元画像に基づく位置ズレ量に基づき前記ステージの位置補正量を演算する手段、
前記位置補正量に基づきステージを移動させる手段、
再び平面画像取得手段にて取得した平面画像に基づき検査判定を行う手段、
をコンピュータに実行させるプログラムであることを特徴とする検査装置プログラム。
被検体を載置して移動させるステージと、前記被検体の平面画像を取得する平面画像取得手段と、前記被検体の三次元情報を取得する三次元情報取得手段と、を有する検査装置の検査方法において、
前記平面画像取得手段にて前記被検体の平面画像を取得し、予め記憶されている基準画像と前記平面画像とに基づきマッチング評価値を求めて位置ズレ量を演算し、前記マッチング評価値に基づき三次元情報取得の要否を判断し、
三次元情報取得が必要と判断した場合には、前記三次元情報取得手段にて前記被検体の三次元情報を取得し、前記三次元情報に基づき二次元画像を生成し、予め記憶されている基準画像と前記二次元画像とに基づき位置ズレ量を演算し、
前記平面画像に基づく位置ズレ量または前記二次元画像に基づく位置ズレ量に基づき前記ステージの位置補正量を演算し、
前記位置補正量に基づきステージを移動させ、
再び平面画像取得手段にて取得した平面画像に基づき検査判定を行うこと、
を特徴とする検査方法。