JP6958345B2 - 外観検査装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示する技術は、外観検査装置に関する。詳細には、半導体素子の上面を外観検査する外観検査装置に関する。

半導体素子の欠陥を検出するために、半導体素子の外観を検査する外観検査装置が開発されている。外観検査装置は、半導体素子の外観を撮影するカメラと、カメラによって撮影された撮影画像を処理する処理装置を備えている。例えば、特許文献１の外観検査装置では、処理装置は、欠陥のない半導体素子を撮影したマスタ画像を記憶しており、撮影画像とマスタ画像との間の差分を演算する。処理装置は、演算された差分が所定の閾値を超えていると、半導体素子に欠陥があると判定する。また、半導体素子の表面の外観が一様でない場合には、外観の異なる領域毎に検査エリアを設定し、検査エリア毎に異なるパラメータを設定して差分を演算する。

特開２０１４−１９０８２１号公報

特許文献１の外観検査装置では、処理装置は、外観の異なる領域毎に検査エリアを設定している。しかしながら、半導体素子の上面では、表面に露出する電極膜の境界位置に、製造上の避けられない個体差が生じ得る。即ち、欠陥がない場合であっても、電極膜の実際の境界位置は、処理装置に記憶されたマスタ画像中の境界位置と必ずしも一致しない。このため、電極膜の境界位置が許容範囲内に位置していても、マスタ画像中の電極膜の境界位置と一致していないと、電極膜の境界付近に欠陥があると誤判定されるという問題があった。本明細書は、半導体素子の上面の外観検査において、欠陥をより精度よく検出する技術を開示する。

本明細書に開示する外観検査装置は、半導体素子の上面を外観検査する。半導体素子は、上面に露出するとともに上面の一部に設けられた電極膜を有する。外観検査装置は、半導体素子の上面を撮影するカメラと、カメラによって撮影された撮影画像を処理する処理装置と、を備える。処理装置は、電極膜を許容範囲の最大の大きさで形成した半導体素子の上面を撮影した第１マスタ画像と電極膜形成前の半導体素子の上面を撮影した第２マスタ画像とを記憶する記憶部と、撮影画像に対して境界線抽出を実行し、撮影画像において電極膜が形成されている第１領域と電極膜が形成されていない第２領域とを識別する識別部と、第１領域と第１マスタ画像との間の差分を演算すると共に、第２領域と第２マスタ画像との間の差分を演算する演算部とを有する。

上記の外観検査装置では、電極膜を許容範囲の最大の大きさで形成した半導体素子の上面を撮影した第１マスタ画像と、電極膜形成前の半導体素子の上面を撮影した第２マスタ画像とが用意されている。そして、半導体素子の上面の撮影画像に対して、電極膜が形成されている第１領域と電極膜が形成されていない第２領域を識別し、それぞれの領域に対して異なるマスタ画像を選択的に使用する。このため、電極膜が形成されている第１領域については、第１マスタ画像を用いることによって、欠陥を正しく検出することができる。電極膜が形成されていない第２領域については、第２マスタ画像を用いることによって、欠陥を正しく検出することができる。したがって、電極膜の境界位置の個体差による電極膜の境界付近の欠陥の誤判定を回避でき、半導体素子の上面の外観検査を正しく実施することができる。

実施例に係る外観検査装置の概略構成を示す図。 プロセッサが半導体素子の上面の画像を処理する手順の一例を示すフローチャート。 撮影画像を模式的に示す図。 図３の部分ＩＶを示す図。 第１マスタ画像と第２マスタ画像について、図３の部分ＩＶに対応する部分を示す図であり、（ａ）は第１マスタ画像を示し、（ｂ）は第２マスタ画像を示す。

本実施例に係る外観検査装置１０について説明する。外観検査装置１０は、半導体素子２の上面の外観から半導体素子２の上面の欠陥を検出する装置である。半導体素子２の上面と下面にはそれぞれ上面電極と下面電極が形成されており、半導体素子２が動作すると、上面電極と下面電極の間に電流が流れる。本実施例では、このような電極（具体的には、上面電極）の他に種々の電極が形成されている側を上面といい、その反対側の面を下面という。半導体素子２を上面側から見ると、上面電極は、半導体素子２の上面のうちの一部に露出している（図３参照）。以下では、上面電極のうち、半導体素子２の最も上面側に形成され、半導体素子２の上面に露出するものを電極膜４という。

図１に示すように、外観検査装置１０は、半導体素子２を載置するステージ１２と、半導体素子２の外観を撮影するカメラ１４と、カメラ１４によって撮影した撮影画像を処理するプロセッサ１６を備えている。

ステージ１２上には、半導体素子２の下面が当接するように、半導体素子２が載置される。したがって、ステージ１２上に半導体素子２が載置されると、半導体素子２の上面が上方となる。カメラ１４は、ステージ１２の上方に配置される。カメラ１４は、下方に向かって配置されており、ステージ１２上に載置された半導体素子２の上面を撮影する。

プロセッサ１６は、カメラ１４と接続している。カメラ１４で撮影された半導体素子２の上面の画像（以下、「撮影画像」ともいう）は、カメラ１４からプロセッサ１６に出力される。プロセッサ１６は、入力された撮影画像を処理する。

また、プロセッサ１６には、第１マスタ画像２０と第２マスタ画像２２が記憶されている。第１マスタ画像２０は、電極膜４を許容範囲の最大の大きさで形成した半導体素子２の上面について、欠陥のない状態のものを撮影した画像である。また、第２マスタ画像２２は、電極膜４を形成する前の半導体素子２の上面について、欠陥のない状態のものを撮影した画像である。

次に、外観検査装置１０が半導体素子２の上面を外観検査する手順について説明する。まず、検査対象の半導体素子２が、その上面が上方となるようにステージ１２上に載置される。半導体素子２がステージ１２上に載置されると、カメラ１４は半導体素子２の上面を撮影する。カメラ１４で撮影された画像は、プロセッサ１６で処理される。以下では、プロセッサ１６が撮影画像を処理する手順について説明する。

図２は、プロセッサ１６が半導体素子２の上面の画像を処理する手順の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、まず、プロセッサ１６は、検査対象の半導体素子２の上面の撮影画像を取得する（Ｓ１２）。詳細には、プロセッサ１６は、半導体素子２の上面の画像をカメラ１４から出力されることによって取得する。

次に、プロセッサ１６は、撮影画像に対して、電極膜４が形成されている領域と電極膜４が形成されていない領域の境界線３０の抽出を実行する（Ｓ１４）。半導体素子２の上面では、表面に露出する電極膜４の境界位置（即ち、境界線３０の位置）に、製造上の避けられない個体差が生じ得る。従来の技術では、１つのマスタ画像に基づいて欠陥の有無を検査していた。このため、電極膜４の境界位置が許容範囲内に位置していても、そのマスタ画像中の電極膜４の境界位置と一致していないと、電極膜４の境界付近に欠陥があると誤判定されていた。本実施例では、２つのマスタ画像２０、２２を用いることにより、電極膜４の境界位置が許容範囲内に位置している半導体素子２の上面の欠陥の有無を正しく判定する。

境界線３０が抽出されると、プロセッサ１６は、ステップＳ１４で抽出した境界線３０に基づいて、撮影画像中の第１領域３２と第２領域３４とを識別する（Ｓ１６）。第１領域３２は、電極膜４が形成されている領域であり、第２領域３４は、電極膜４が形成されていない領域である。図４は、図３に示す撮影画像のうちの部分ＩＶを示している。図４に示すように、プロセッサ１６は、境界線３０を境界として電極膜４が存在する領域（即ち、図４の左下の領域）を第１領域３２と識別し、境界線３０を境界として電極膜４が存在しない領域（即ち、図４の右上の領域）を第２領域３４と識別する。

次に、プロセッサ１６は、ステップＳ１６で識別された第１領域３２と、第１マスタ画像２０との間の差分を演算する（Ｓ１８）。上述したように、第１マスタ画像２０は、電極膜４を許容範囲の最大の大きさで形成した半導体素子２の上面を撮影した画像である。このため、電極膜４が許容範囲内で形成されていれば、図５（ａ）に示すように、第１マスタ画像２０において電極膜４が形成されている領域と電極膜４が形成されていない領域の境界線３０ａは、第１領域３２の外側（即ち、図５（ａ）では、撮影画像の境界線３０より右上側）に位置する。このため、撮影画像の第１領域３２と、第１マスタ画像２０の第１領域３２に対応する部分とは互いに、電極膜４を撮影した画像として一致する。したがって、第１領域３２において、撮影画像と第１マスタ画像２０との間の差分を演算することにより、異物や欠損等の欠陥を検出できる。なお、電極膜４が許容範囲を超えて大きく形成されている場合は、撮影画像における境界線３０が、第１マスタ画像２０における境界線３０ａよりも外側に位置する。この場合でも、撮影画像と第１マスタ画像２０との間の差分を演算することにより、許容範囲を超えて形成された電極膜４の余剰部分が、欠陥として検出される。

次に、プロセッサ１６は、ステップＳ１６で識別された第２領域３４と、第２マスタ画像２２との間の差分を演算する（Ｓ２０）。上述したように、第２マスタ画像２２は、電極膜４を形成する前の半導体素子２の上面を撮影した画像である。このため、図５（ｂ）に示すように、撮影画像の第２領域３４と、第２マスタ画像２２の第２領域３４に対応する部分のいずれも、電極膜４が形成されていない部分を撮影した画像となる。したがって、第２領域３４において、撮影画像と第２マスタ画像２２との間の差分を演算することにより、異物や欠損等の欠陥を検出できる。

最後に、プロセッサ１６は、ステップＳ１８及びステップＳ２０で演算した差分に基づいて、検査対象の半導体素子２の上面の欠陥を検出する（Ｓ２２）。詳細には、プロセッサ１６は、ステップＳ１８及びステップＳ２０で演算した差分のうち予め設定した閾値以上のものを、異物や欠損等の欠陥として検出する。即ち、撮影画像において演算された差分のうち閾値以上のものが存在する場合、検査対象の半導体素子２の上面に欠陥があるという検査結果となる。なお、撮影画像において演算された差分のうち閾値以上のものが存在しない場合、検査対象の半導体素子２の上面には欠陥がないという検査結果となる。

本実施例では、プロセッサ１６が、電極膜４を許容範囲の最大の大きさで形成した半導体素子２の上面を撮影した第１マスタ画像２０と、電極膜４を形成する前の半導体素子２の上面を撮影した第２マスタ画像２２を記憶している。そして、プロセッサ１６は、電極膜４が形成されている第１領域３２については第１マスタ画像２０を用いて外観検査を実行し、電極膜４が形成されていない第２領域３４については第２マスタ画像２２を用いて外観検査を実行する。このため、電極膜４の境界位置が許容範囲内に位置している半導体素子２において、電極膜４の境界付近の誤判定を回避することができ、半導体素子２の上面の欠陥の有無をより精度よく判定できる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：半導体素子
４：電極膜
１０：外観検査装置
１２：ステージ
１４：カメラ
１６：プロセッサ
２０：第１マスタ画像
２２：第２マスタ画像
３０：境界線
３２：第１領域
３４：第２領域

Claims (1)

1. 半導体素子の上面を外観検査する外観検査装置であって、前記半導体素子は、前記上面に露出するとともに前記上面の一部に設けられた電極膜を有し、
   前記外観検査装置は、
   前記半導体素子の前記上面を撮影するカメラと、
   前記カメラによって撮影された撮影画像を処理する処理装置と、を備え、
   前記処理装置は、
   前記電極膜を許容範囲の最大の大きさで形成した前記半導体素子の前記上面を撮影した第１マスタ画像と、前記電極膜形成前の前記半導体素子の前記上面を撮影した第２マスタ画像とを記憶する記憶部と、
   前記撮影画像に対して境界線抽出を実行し、前記撮影画像において前記電極膜が形成されている第１領域と前記電極膜が形成されていない第２領域とを識別する識別部と、
   前記第１領域と前記第１マスタ画像との間の差分を演算すると共に、前記第２領域と前記第２マスタ画像との間の差分を演算する演算部とを有する、
   外観検査装置。

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