JP3626353B2 - パターン検査装置およびパターン検査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面にパターンが形成された対象物（たとえばプリント基板および半導体ウエハなど）の画像を読み取って、パターンの欠陥の有無の判定を行う技術の改良に関する。
【０００２】
【発明の背景】
この種のパターン検査方法の代表的方式のひとつとして比較検査がある。これは、良品の画像（参照画像）と検査対象を撮像した画像（被検査画像）の対応する同一位置の画素同士の画素値を比較する方法である。
【０００３】
【従来の技術】
このような比較検査の従来例では、被検査画像と参照画像とをそれぞれ２値化して画素ごとに比較し、被検査画像と参照画像とのいずれもが「０」となる画素や、被検査画像と参照画像とのいずれもが「１」となる画素を「一致画素」とし、他の画素を「不一致画素」として比較判定を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような画素値同士を比較する場合において、撮像時のサンプリング位置の誤差や量子化誤差などに起因する誤検出が問題となっていた。たとえば、パターンのエッジ部に量子化誤差等に起因して画素単位の「ガタツキ」を生じることが多く、このような単純な２値化画素値同士の比較では、参照画像および被検査画像の対応する画素の画素値が一致しないことが多かった。この場合に、実際には欠陥でない部分であるにもかかわらず、その部分を欠陥として誤検出してしまうことがあった。
【０００５】
図１２は、多段階に量子化された各画素値を２値化して得られた参照画像および被検査画像に基づいて各画素同士を比較する場合を例示する。
【０００６】
図１２（ａ）は参照パターンＡ’を示し、図１２（ｂ）は被検査パターンＢ’を示す。図１２（ｂ）に示すように、被検査パターンＢ’は、部分Ｄ１’，Ｄ２’に欠陥を有し、パターン検査によりこれらの欠陥部分Ｄ１’，Ｄ２’を検出することが目的である。また、図１２（ｃ）は、参照パターンＡ’を撮像した後に量子化処理および２値化処理を施して得られた参照画像ＡＰ’を示し、図１２（ｄ）は、被検査パターンＢ’を撮像してＡ／Ｄ変換（量子化処理）をした後に２値化処理を施して得られた被検査画像ＢＰ’を示す。なお、図１２（ｃ），（ｄ）においては、実線で囲まれた閉領域内部の画素の画素値が「１」であり、閉領域外部の画素の画素値は「０」であるものとする。そして、これらの参照画像ＡＰ’と被検査画像ＢＰ’の対応する画素値同士を比較することによって、パターン検査を行う。なお、図１２（ｅ）は、両者の比較結果を示しており、画素値が不一致となる画素を含む部分が部分Ｃ１〜Ｃ４，Ｅ１，Ｅ２として示されている。
【０００７】
ここで、被検査画像ＢＰ’には、図１２（ｄ）の部分Ｃ１，Ｃ２のような、量子化誤差などに起因する画素単位の「ガタツキ」が生じている。たとえば、部分Ｃ２において、被検査パターンＢ’を考慮すると、本来その画素値は「０」となるべきであるにもかかわらず、被検査画像の画素値は「１」となっている。また、同様に、参照画像ＡＰ’にも、図１２（ｃ）の部分Ｃ３，Ｃ４のような、量子化誤差などに起因する画素単位の「ガタツキ」が生じ得る。
【０００８】
このような参照画像ＡＰ’および被検査画像ＢＰ’の対応する画素値同士を比較した場合、これらの部分Ｃ１〜Ｃ４において誤検出が生じる。たとえば、部分Ｃ２〜Ｃ４においては、実際には欠陥ではないにもかかわらず、欠陥であると判定され、部分Ｃ１においては、実際には欠陥であるにもかかわらず、欠陥でないと判定される。なお、以下においては、このような誤検出が生じる部分Ｃ１〜Ｃ４を「疑似欠陥部分」と称する。
【０００９】
このような誤検出を防ぐためには、欠陥部分が一定の大きさ以上の場合のみ欠陥であると検出する方法もある。たとえば、図１２（ｅ）において、２画素以上の欠陥画素が集まっている部分Ｅ１のみを欠陥部分として検出し、画素単位の大きさのパターンの不一致（部分Ｃ１〜Ｃ４，Ｅ２）を無視して、誤検出を防止することができる。しかしながら、この場合には、その大きさが画素単位の欠陥部分である部分Ｅ２は、本来の欠陥部分Ｄ２’に対応するにもかかわらず欠陥として検出されない。言い換えれば、画素単位での欠陥の検出を行うことが困難であった。
【００１０】
また、このような問題は、多段階の階調値を有する多値画像においても同様に生じるものであり、単純な画素値同士の比較によるパターン検査性能の限界を示すものである。
【００１１】
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、疑似欠陥による誤検出の問題を回避して、画素単位の欠陥の検出を行うことが可能なパターン検査装置およびパターン検査方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のパターン検査装置は、表面にパターンが形成された対象物の画像を読取ってパターンの検査を行う装置であって、前記対象物の画像としての被検査画像と、前記被検査画像の比較基準となる参照画像とをそれぞれ多値画像として得る画像取得手段と、前記被検査画像と前記参照画像との画素値の一致性判断における許容誤差範囲を何れか一方の画像の画素ごとに、付近の画素値との補間によって算出し、設定する範囲設定手段と、前記許容誤差範囲内で前記被検査画像と前記参照画像とが一致するか否かを画素ごとに判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載のパターン検査装置は、請求項１に記載のパターン検査装置において、前記範囲設定手段は、前記許容誤差範囲として、前記参照画像の各画素の画素値に対して幅を持たせた画素値範囲を設定する手段であり、前記判定手段は、前記被検査画像の画素値が前記参照画像の画素値範囲内に含まれるか否かを画素ごとに判定する手段であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載のパターン検査装置は、請求項２に記載のパターン検査装置において、前記参照画像の各画素に対する前記画素値範囲は、当該各画素付近における画素値に基づいて、範囲の上限値および下限値として算出されることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載のパターン検査装置は、表面にパターンが形成された対象物の画像を読取ってパターンの検査を行う装置であって、前記対象物の画像としての被検査画像と、前記被検査画像の比較基準となる参照画像とをそれぞれ多値画像として得る画像取得手段と、前記被検査画像と前記参照画像との画素値の一致性判断における許容誤差範囲を、何れか一方の画像の画素ごとに、画素値の空間的微分値に応じて、設定する範囲設定手段と、前記許容誤差範囲内で前記被検査画像と前記参照画像とが一致するか否かを画素ごとに判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項４〜請求項６および請求項８の方法は、それぞれ請求項１〜請求項３および請求項７の装置の動作を方法プロセスとして一般化した構成をとる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜Ａ．装置＞
＜概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るパターン検査装置１の概略構成を示す図である。パターン検査装置１は、表面にパターンが形成された対象物２（たとえば導電性パターンが表面に形成されたプリント基板や半導体ウエハ）の画像を取得する画像取得部１０と、参照画像および被検査画像に基づいてパターンの欠陥を検出する欠陥検出部３０と、欠陥の有無などの結果を表示する表示部５０とを有している。
【００１８】
画像取得部１０は、対象物２を載置するステージ１１と、ステージ１１をそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動する駆動用モータ１２，１３と、ＣＣＤカメラ１５と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部１６と、画像メモリ１８とを有する。
【００１９】
ＣＣＤカメラ１５は、２次元に配列された受光素子により画像信号を生成する。生成された（アナログの）画像信号は、Ａ／Ｄ変換部１６で多値のデジタル信号に変換された後、画像メモリ１８にデジタル画像として記憶される。このようにして対象物２の画像を撮像することができる。
【００２０】
なお、ステージ１１のＸ軸方向およびＹ軸方向の移動に伴い、ステージ上に載置された対象物２と、所定の位置に固定されているＣＣＤカメラ１５との間に相対的な移動が生じるので、ＣＣＤカメラ１５は対象物２上の任意の所定位置の画像を撮像することができる。
【００２１】
後述するように、この画像取得部１０は、検査対象である被検査物の画像（「被検査画像」）を撮像するが、それに先だって、良品である基準試料の画像（「参照画像」）をあらかじめ撮像しておく。そして、この参照画像および被検査画像に基づいて、後述するようなパターン検査が行われる。
【００２２】
＜欠陥検出部３０の詳細＞
図２は、欠陥検出部３０の構成を示す概略図である。
【００２３】
欠陥検出部３０は、画素値範囲調整部３１、画素値範囲算出部３２、画素値範囲記憶メモリ３４を有する。画素値範囲算出部３２は、参照画像ＡＰ内の各画素に対する有効値の範囲を画素値範囲（後述）として算出し、画素値範囲記憶メモリ３４はその算出された画素値範囲を記憶する。各画素に対する画素値範囲は、それぞれ、上限値と下限値とを有しており、画素値範囲調整部３１は、画素値範囲を算出する際に、オペレータの指令入力に応答してその範囲の幅（上限値と下限値との差：「判定許容幅」）を調節する。この判定許容幅は、被検査画像と参照画像との一致性判断における許容誤差範囲に応じて定められるものである。なお、この調整のための指令入力は、キーボード、マウスなどの入力部（図示せず）を介して、オペレータとの対話により行われ得る。
【００２４】
また、欠陥検出部３０は、被検査領域算出部３７および被検査領域抽出部３８をさらに有する。被検査領域算出部３７は被検査画像ＢＰ内のどの位置の領域を被検査領域ＢＲ（図４参照）として抽出するかを算出し、その算出結果に基づいて被検査領域抽出部３８は被検査画像ＢＰから被検査領域ＢＲに含まれる各画素のデータを抽出する。
【００２５】
欠陥検出部３０は、対応領域算出部３５および対応領域抽出部３６をさらに有する。対応領域算出部３５は、参照画像ＡＰ内のどの位置の領域が、被検査領域ＢＲに対応する対応参照領域ＡＲ（図４参照）であるかを算出し、その算出結果に基づいて対応領域抽出部３６は、対応参照領域ＡＲ自体を特定するとともに、対応参照領域ＡＲに含まれる各画素の画素値範囲のデータを画素値範囲記憶メモリ３４に記憶された画素値範囲データから抽出する。
【００２６】
また、欠陥検出部３０は、比較判定部４２、結果記憶部４４、欠陥有無判定部４６をさらに有する。後述するように、比較判定部４２は、被検査領域抽出部３８によって抽出された被検査領域ＢＲ内の各画素の画素値を、参照画像ＡＰ内の対応する画素の画素値範囲の上限値および下限値と比較して、画素値範囲内の有効な値であるか否かを判定する。結果記憶部４４には、各画素についての判定結果が記憶される。そして、欠陥有無判定部４６は、被検査領域ＢＲ内の全画素の判定結果に基づいて、被検査領域ＢＲにおけるパターンの欠陥の有無を判定する。
【００２７】
このようにして、被検査領域ＢＲ内におけるパターンの欠陥の有無が判定され、パターン検査の結果が得られる。なお、その結果は、表示部５０に表示される。
【００２８】
なお、上記の欠陥検出部３０は、この実施の形態ではコンピュータ・システムを利用して構成されており、画素値範囲算出部３２、対応領域抽出部３６、被検査領域抽出部３８、比較判定部４２、欠陥有無判定部４６などは、プログラムを実行することにより機能を実現する形態となっている。これらの構成は全てソフトウェア的に構築されていてもよく、全てハードウェア的に構築されていてもよい。さらには、部分的にのみソフトウェア的に構築されていてもよい。
【００２９】
＜Ｂ．動作＞
＜概略＞
つぎに、パターン検査装置１において、表面にパターンが形成された対象物の被検査画像および参照画像に基づいて、パターンの欠陥の有無を検査する動作について説明する。
【００３０】
図３は、パターン検査装置１におけるパターン検査の処理手順を表すフローチャートである。
【００３１】
まず、ステップＳＰ１０において、参照画像ＡＰを取得する。参照画像ＡＰは、良品である基準試料の画像を画像取得部１０によってあらかじめ撮像しておくことによって得ることができる。
【００３２】
つぎに、ステップＳＰ２０において、画素値範囲算出部３２（図２）は、参照画像ＡＰ内の各画素に対する有効値の範囲を画素値範囲として算出する。算出された画素値範囲は、画素値範囲記憶メモリ３４に記憶される。ここで、画素値範囲は、各画素の有効値の範囲を上限値と下限値とによって示すものであるが、この画素値範囲の求め方については後述する。また、有効値とは、参照画像ＡＰの画素値に対して被参照画像ＢＰの画素値が一致性を有すると判定できる値のことである。
【００３３】
そして、ステップＳＰ３０において、被検査画像を取得する。この被検査画像ＢＰは、検査対象である被検査物の画像を画像取得部１０によって撮像することによって得ることができる。
【００３４】
ここで、図４は、参照画像ＡＰ（ａ）および被検査画像ＢＰ（ｂ）を示す概念図である。なお、図中における斜線部はパターンを表している。なお、この画像は、多値画像として得られており、特にエッジ部（パターンの境界部）において濃淡の階調値の急激な変化を有している。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、被検査画像ＢＰは複数（図では５×５＝２５）の領域（ブロック）である被検査領域ＢＲに分割され、分割された各被検査領域ＢＲ毎にパターン検査が行われる。各被検査領域ＢＲ内に欠陥Ｄが存在しないかどうかを、参照画像ＡＰによって得られる画素値範囲に関する情報に基づいて検査する。
【００３６】
そのため、ステップＳＰ４０において、被検査画像ＢＰから被検査領域ＢＲを抽出する。また、後述するステップＳＰ５０以降において、被検査領域ＢＲに対応する対応参照領域ＡＲを抽出して、抽出された対応参照領域ＡＲの各画素に対する画素値範囲と被検査領域ＢＲの各画素値の画素値とを比較する。
【００３７】
ここで、ステップＳＰ５０以降を説明する前に、基本的な考え方について説明する。上述した疑似欠陥部分に関する問題は、特に濃度変化（階調値変化）の大きいエッジ部分で顕著であるので、ここでは、エッジ部分を例にして説明を行う。
【００３８】
図５は、被検査領域ＢＲ内の一部のＸ軸方向の画素列ＢＬを取り出したものであり、Ｘ軸方向に急激な濃度変化が現れている場合を想定する。位置Ｐ（ｘ，ｙ）における画素Ｅ（ｘ，ｙ）の画素値Ｖ（ｘ，ｙ）は、各位置Ｐ（ｘ，ｙ）の値を量子化することによって得ることができる。なお、以下においては、まず、Ｘ軸方向の変化にのみ着目して説明を進めていく。この場合において、位置Ｐ（ｘ）、画素Ｅ（ｘ）、画素値Ｖ（ｘ）などのようにｙを省略して示すものとする。なお、表記の簡単化のため、さらに（ｘ）を略記する場合もある。
【００３９】
ここで、図５に示す濃度曲線Ｖ＝ｆ（Ｘ）は、仮想的な濃度変化をアナログ的に表しており、各画素Ｅのサンプリング位置であるＸ＝．．．，ｘ−１，ｘ，ｘ＋１，．．．のそれぞれにおける曲線ｆ（Ｘ）の値が、各画素値の値．．．，Ｖ（ｘ−１），Ｖ（ｘ），Ｖ（ｘ＋１），．．．となっている。
【００４０】
図６は、図５と同様の図を表しており、図６（ａ）は参照画像ＡＰ内のＸ軸方向の画素値変化を表したものであり、図６（ｂ）は被検査画像ＢＰ内のＸ軸方向の画素値変化を表したものである。なお、破線と破線との間のＸ方向の間隔は、１画素の幅を表しているものとする。
【００４１】
図６（ｂ）は、被検査領域ＢＲの画素列ＢＬの一例を表している。ここでは、図６（ａ）の濃度変化を表す曲線ｆａ（Ｘ）に対してＸ軸方向の負の向きに０．３画素分ずれたものとなっている曲線ｆｂ（Ｘ）が、画素列ＢＬの濃度変化を表す場合を想定している。このような場合において、両者を量子化することによってデジタル画像を得ると、各位置において大きな誤差を生ずることになる。この場合には、単なる量子化誤差のみならず、位置ズレに起因する誤差をも含むため、一般的に大きな誤差が発生することになる。したがって、そのまま各位置の画素値同士を比較した場合には、被検査画像内の画素の画素値と、参照画素の対応する画素の画素値との間には、大きな差が生じる。たとえば、被検査画像ＢＰ内の注目画素ＥＢ（ｘ）における画素値ＶＢ（ｘ）と、参照画像ＡＰ内の対応画素ＥＡ（ｘ）における画素値ＶＡ（ｘ）と、の間には、大きな差ＶＤが生じることになる。したがって、画素値同士を比較した場合には、欠陥でないにもかかわらず、欠陥であるとして判定してしまうおそれ、すなわち、「疑似欠陥」を誤検出するおそれがある。
【００４２】
そこで、本実施形態では、参照画像ＡＰおよび被検査画像ＢＰの各画素の画素値同士を比較するのではなく、画素値範囲を考慮する。具体的には、被検査領域ＢＲ内の注目画素ＥＢの画素値ＶＢが、対応画素ＥＡの画素値範囲の上限値ＶＵと下限値ＶＬとの間に存在するか否かについて検討することとする。
【００４３】
図７は、画素値範囲について説明するための図であり、図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ、図６（ａ）および図６（ｂ）に対応している。図７（ａ）は、画素ＥＡ（ｘ）の画素値ＶＡに対する画素値範囲ＲＶを示している。この画素値範囲ＲＶは、上限値ＶＵと下限値ＶＬとによって表現される。
【００４４】
図８は、図７（ａ）の一部を拡大した図である。図８を参照して、画素値範囲の算出方法について説明する。
【００４５】
＜画素値範囲の求め方１＞
図８に示されるように、画素値範囲ＲＶの上限値ＶＵおよび下限値ＶＬは、Ｘ方向の変化を表す曲線近似関数ｆａ（Ｘ）を用いて次の数１および数２のように表される。
【００４６】
【数１】
ＶＵ＝ｆａ（ｘ＋１／２）
【００４７】
【数２】
ＶＬ＝ｆａ（ｘ−１／２）
なお、曲線近似関数ｆａ（Ｘ）は、所定の方向における複数の周辺画素の値を用いて求める。たとえば、シグモイド関数を用い、さらにＸ＝ｘ−２，ｘ−１，ｘ，ｘ＋１，ｘ＋２の５つの画素値を用いて曲線近似関数を得ることが可能である。なお、ｆａ（ｘ）＝ＶＡである。
【００４８】
そして、図７（ｂ）に示すように、被検査領域ＢＲ内の注目画素ＥＢ（ｘ）の画素値ＶＢ（ｘ）が、対応画素ＥＡ（ｘ）の画素値範囲の上限値ＶＵと下限値ＶＬとの間に存在するか否かについて判定する。この場合には、画素値ＶＢ（ｘ）が、対応画素ＥＡ（ｘ）の画素値範囲の上限値ＶＵと下限値ＶＬとの間に存在するので、画素値ＶＢ（ｘ）は有効な値である、すなわち、その画素ＥＢ（ｘ）は欠陥ではないと判定される。
【００４９】
また、上記の例においては、Ｘ軸方向の変化のみについて考慮していたが、これを２次元に拡張することが可能である。たとえば、参照画像ＡＰの画素値に関する曲面近似関数Ｖ＝ｆ（Ｘ，Ｙ）に対して、画素ＥＡ（ｘ，ｙ）の境界領域面との交線上の点における値のうち、最大値を上限値ＶＵ、最小値を下限値ＶＬとすることができる。あるいは、より簡略化して、上記関数ｆ（Ｘ，Ｙ）に対して、隣接画素との境界点における値、すなわち、合計８個の（Ｘ，Ｙ）の組合せ（Ｘ＝ｘ−１／２，ｘ，ｘ＋１／２、Ｙ＝ｙ−１／２，ｙ，ｙ＋１／２）（ただし、（ｘ，ｙ）の組合せを除く）を代入して得られた関数ｆ（Ｘ，Ｙ）の値のうち、最大値をＶＵ、最小値をＶＬとすることができる。
【００５０】
このような値ＶＵ，ＶＬと画素値ＶＢ（ｘ，ｙ）とをそれぞれ比較する。そして、画素値ＶＢ（ｘ，ｙ）が、対応画素ＥＡ（ｘ，ｙ）の画素値範囲の上限値ＶＵと下限値ＶＬとの間に存在する場合には、画素値ＶＢ（ｘ，ｙ）は有効な値である、すなわち、その画素ＥＢ（ｘ，ｙ）は欠陥ではないと判定される。また、画素値ＶＢ（ｘ，ｙ）が、対応画素ＥＡ（ｘ，ｙ）の画素値範囲の上限値ＶＵと下限値ＶＬとの間に存在しない場合には、画素値ＶＢ（ｘ，ｙ）は有効な値ではない、すなわち、その画素ＥＢ（ｘ，ｙ）は欠陥であると判定される。
【００５１】
このように、画素値範囲内に存在するか否かによって、画素の有効性を判定するので、画素値同士を比較する場合に比べて許容範囲が大きい。したがって、所定程度の画素値のばらつきはこの許容範囲内に吸収されるので、誤検出を回避することができる。つまり、疑似欠陥による誤検出を回避することができる。さらに、この許容範囲内にあるか否かによって、１画素ずつその値の有効性をチェックすることができるので、高い精度で画素単位の欠陥を検出することができる。このように欠陥Ｄを精度良く検出することができる。
【００５２】
なお、上記においては、曲線近似関数や曲面近似関数を求め、その関数に基づいて画素間に存在すべき画素の画素値を求めており、これは一種の補間であると理解できる。
【００５３】
＜画素値範囲の求め方２＞
また、上記の例においては、所定の方向における画素相互間の中間地点の画素値を求めるにあたって、所定の方向における複数の周辺画素の値を用いて近似関数ｆにより算出する方法を用いていたが、さらに簡単な方法としては、隣接する画素の値を用いた直線補間による補間方法が考えられる。
【００５４】
図９は、このような場合の例を説明するための概念図である。図９は、画素ＥＡ（ｘ，ｙ）に対応する画素値範囲ＲＶを定めるにあたって、隣接する画素との中点における仮想的な画素値（補間値）を最小値ＶＬあるいは最大値ＶＵの候補として求めるものである。そして、これらの候補の中から最小値および最大値を選択する。
【００５５】
図９（ａ）においては、中央の画素ＥＡ（ｘ，ｙ）およびその周辺画素（隣接画素）の画素値が例示されている。
【００５６】
この場合、たとえば、画素ＥＡ（ｘ，ｙ）は２４、隣接する画素ＥＡ（ｘ＋１，ｙ）の画素値は４２であるので、両者の中点位置、すなわち、画素ＥＡにおける境界位置（ｘ＋１／２，ｙ）における両者の中間値は、（２４＋４２）／２＝３３となる。この「３３」を図９（ｂ）においては、画素ＥＡ（ｘ，ｙ）の右隣に示している。
【００５７】
図９（ｂ）には、同様にして求めた、画素ＥＡに隣接する合計８個の画素との中点位置における中間値（補間値）が、画素ＥＡ（ｘ，ｙ）の周囲に示されている。このうちの最大値が上限値ＶＵであり、最小値が下限値ＶＬとなる。図の場合においては、丸印で囲まれて示されている２つの値が上限値ＶＵおよび下限値ＶＬであり、画素値範囲ＲＶは、その上限値ＶＵを３５、下限値ＶＬを１２として求めることができる。
【００５８】
したがって、上記と同様に、被検査領域ＢＲ内の注目画素ＥＢの画素値ＶＢが、対応画素ＥＡの求めた画素値範囲の上限値ＶＵ（３５）と下限値ＶＬ（１２）との間に存在する有効な値であるか否かについて判定することができる。
【００５９】
＜画素値範囲の調整＞
上記画素値範囲について、さらに感度調整を行うことが可能である。これは、画素値範囲調整部３１によって、つぎのようにして行うことができる。
【００６０】
まず、上記数１および数２においては、所定の方向において隣接画素との境界点（Ｘ＝ｘ−１／２，ｘ＋１／２）の補間関数値を求めていたが、この代わりに、たとえば、Ｘ＝ｘ−１／４，ｘ＋１／４などの点における補間関数値を求めることもできる。このようにして求めた複数の方向における補間関数値の中から上記と同様に、最大値および最小値を画素値範囲の上限値および下限値とすることによっても求めることができる。なお、この場合には、上限値ＶＵと下限値ＶＬとの差が小さくなるので、注目画素ＥＢの画素値ＶＢが画素値範囲内に存在するか否かを感度をあげて判定することができる。一般的には、補間関数値ｆ（ｘ−α），ｆ（ｘ＋α）のαの値を調整して同様の動作を行うことにより、感度を調整することが可能である。
【００６１】
また、上記のようにして求めた画素値範囲に対して、一定値の調整幅を加算することも可能である。たとえば、上記の上限値ＶＵに一定値ＷＤを加えた値（ＶＵ＋ＷＤ）を新たな上限値ＶＵとし、上記の下限値ＶＬに一定値ＷＤを減算した値（ＶＬ−ＷＤ）を新たな下限値ＶＬとすることが可能である。このようにして画素値範囲の幅（判定許容幅）を調整することができる。なお、このとき、値ＷＤを正とすると感度を下げ、値ＷＤを負とすると感度を上げて画素値の判定を行うことができる。
【００６２】
さらには、一定値の調整幅を所定の条件を満たす場合にのみ加算することも可能である。たとえば、最小幅ＷＤｍｉｎを設定し、判定許容幅がこの最小幅ＷＤｍｉｎの値よりも小さくなったときには、判定許容幅として最小幅ＷＤｍｉｎが確保されるように画素値範囲を設定することも可能である。
【００６３】
あるいは、参照画像内の各画素に対する画素値範囲としては、空間的分布状況に依存させずに、あらかじめ一定の許容値ｄを定めておき、画素値ＶＡ±ｄの範囲を有効な値の範囲として算出することも可能である。
【００６４】
但し、上記の許容値ｄを採用する場合は、値の異なる複数の許容値ｄ１，ｄ２，．．．ｄｎを準備しておき、画素値の空間的微分値（厳密には近隣画素間の差分値）に応じて画素値範囲を設定することが好ましい。パターンのエッジ部分などのように画素値が急峻に変化する領域では元の画素値の誤差も大きくなりがちであり、画素値範囲を広げておくことによってそのような大きな誤差を吸収できる一方、画素値が平坦に分布している領域では元の画素値の誤差も小さいため、画素値範囲を比較的狭くして精密な比較ができるためである。
【００６５】
＜ステップＳＰ５０以降について＞
ここで、パターン検査装置１における処理動作の説明に戻る。前述のステップＳＰ２０においては、画素値範囲算出部３２は、このような画素値範囲の上限値ＶＵおよび下限値ＶＬを参照画像ＡＰの各画素について算出し、画素値範囲記憶メモリ３４に記憶する。
【００６６】
その後、ステップＳＰ３０、ＳＰ４０で被検査領域ＢＲを抽出した後、これらの比較動作を行うため、ステップＳＰ５０において、被検査領域ＢＲに対応する対応参照領域ＡＲの各画素の画素値範囲のデータを抽出する。さらにその対応参照領域ＡＲの中から、注目画素ＥＢ（ｘ，ｙ）に対応する画素ＥＡを選択して、画素値範囲ＲＶを特定する。
【００６７】
つぎに、ステップＳＰ６０において、その画素値ＶＢ（ｘ，ｙ）が画素値範囲ＲＶの上限値ＶＵと下限値ＶＬとの間に存在するか否かを判定する。そして、これらの比較動作を被検査領域ＢＲの全画素について繰り返す。
【００６８】
ここで、ステップＳＰ７０において、被検査領域ＢＲについての欠陥有無の判定を行う。
【００６９】
上記の画素単位の判定の結果、被検査領域ＢＲの全画素の画素値の全てについて画素値範囲内であると判定されれば、その被検査領域ＢＲは欠陥が無い領域であると判断される（ステップＳＰ８０）。
【００７０】
また、被検査領域ＢＲのいずれかの画素の画素値について、画素値範囲内に存在しないと判定された場合には、欠陥があるとして判断することができる（ステップＳＰ１００）。ただし、このような判定は、被検査領域ＢＲと対応参照領域ＡＲとの位置関係が１画素未満の精度で対応していることが必要である。
【００７１】
＜画素単位の位置ずれ補償動作＞
ここで、位置関係が１画素未満の精度で対応していることが保証されていない場合には、画素単位のずれが存在する場合を想定して、つぎのような画素単位のずれを補償する動作を追加することも可能である。図１０は、そのように変形した場合のパターン検査方法のフローチャートである。ステップＳＰ７０までの上記と同様の動作を行った後、被検査領域ＢＲのいずれかの画素の画素値について、画素値範囲内に存在しないと判定された場合には、直ぐに欠陥があるとして判断することはせずに、ステップＳＰ１１０へと移る（ステップＳＰ９０については後述）。
【００７２】
ステップＳＰ１１０では、１画素単位でずれた対応参照領域ＡＲを更新する。図１１に示すように、たとえば、上記の対応参照領域ＡＲを、Ｘ方向に＋１画素、−１画素、＋２画素、−２画素ずらした領域のそれぞれを新たな対応参照領域ＡＲ（ＡＲ’）として設定することができる。あるいは、Ｙ方向に＋１画素、−１画素、＋２画素、−２画素ずらした領域のそれぞれを新たな対応参照領域ＡＲとして設定することができる。さらには、これらのずらし量をＸ方向およびＹ方向に組み合わせてずらした領域のそれぞれを新たな対応参照領域ＡＲとして設定することも可能である。
【００７３】
そして、これらの新たな対応参照領域ＡＲについて、ステップＳＰ５０およびステップＳＰ６０の動作を行った後、上記と同様の欠陥有無判定動作を行う。
【００７４】
そして、いずれかの対応参照領域ＡＲについて、欠陥無しと判定された場合には、その被検査領域ＢＲは、欠陥が無いとして判定することができる。これらの動作を所定のずらし量のそれぞれについてに全て終了したか否かをステップＳＰ９０において判定し、所定のずらし量の全てについての対応参照領域ＡＲについて、欠陥が有るとして判定された場合には、被検査領域ＢＲは欠陥が有るものとして判定することができる（ステップＳＰ１００）。
【００７５】
このような欠陥有無判定により、被検査領域ＢＲが欠陥領域であるか否かを判定することができる。
【００７６】
＜Ｃ．その他＞
上記実施形態においては、被検査領域ＢＲの注目画素ＥＢと参照画像ＡＰ画像中の画素との対応関係を明確にするため、被検査領域ＢＲに対する対応参照領域ＡＲを抽出する動作を行った。しかしながら、この抽出動作は、必ずしも必要なものではなく、たとえば、被検査領域ＢＲ内の注目画素ＥＢに対応する画素を参照画像ＡＰの中から直接対応づけることも可能である。
【００７７】
上記実施形態においては、被検査領域ＢＲを被検査画像ＢＰ内の所定の領域であるとしたが、その大きさは被検査画像ＢＰに対して任意に設定することができる。たとえば、被検査領域ＢＲを被検査画像ＢＰの全体としてもよいし、被検査領域ＢＲを１画素単位としてもよい。なお、後者の場合には、特に、１画素単位での欠陥位置の特定が可能になる。
【００７８】
上記実施形態においては、被検査画像および参照画像はともに、画像取得部１０における撮像によって取得されていたが、これに限定されない。たとえば、参照画像については、設計データ（ＣＡＤデータ）などを利用して得ることができる。この場合、パターンの有無の境界部であるエッジ部分において、設計データが多値の階調値変化を有していないときでも、エッジ部分の立ち上がりを若干なまらせたモデルに基づいて多値の階調値変化を理論的に作り出すことが可能である。したがって、このようなモデル化により参照画像を生成することができる。そして、そのようにして得られた参照画像に基づいて、上記画素値範囲を作成すればよい。
【００７９】
さらに、参照画像ではなく被検査画像の画素値に幅を持たせることも原理的には可能であるが、そのようにすると新たな対象物の画像を読込むごとに画素値範囲を計算しなければならず、そのための演算時間が長くなる。この点においても、上記実施形態のように参照画像側で画素値範囲を規定することにより、そのような演算時間の増大を防止できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように、各請求項に記載の発明によれば、被検査画像と参照画像との比較において、画素値の一致性判断における許容誤差範囲が画素ごとに設定されている。したがって、画素値同士を比較する場合などにおいて生じていた疑似欠陥の誤検出を回避することができ、画素単位の欠陥を精度良く検出することが可能である。また、許容誤差範囲を、各画素付近における画素値との補間によって算出するので、画素ごとに最適な許容誤差範囲を得ることができる。
【００８１】
また、請求項２および請求項５に記載の発明によれば、参照画像の画素値にあらかじめ範囲を持たせておいて画素値範囲としておき、その範囲に被検査画像の画素値が含まれるか否か判定していることにより、共通の参照画像を使用して同種の多数の対象物についてのパターン検査を行うに際してトータルの演算時間の短縮を図ることができる。
【００８２】
特に、請求項３および請求項６に記載の発明によれば、参照画像の各画素に対する画素値範囲は、各画素付近における画素値に基づいて、範囲の上限値および下限値として算出される。したがって、簡単な比較演算によって、参照画像の各画素に対して適した厳しさで判定が可能であり、より高精度のパターン検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るパターン検査装置１の概略構成を示す図である。
【図２】欠陥検出部３０の構成を示す概略図である。
【図３】パターン検査装置１における処理手順を表すフローチャートである。
【図４】参照画像ＡＰおよび被検査画像ＢＰを示す概念図である。
【図５】被検査領域ＢＲ内のエッジ部分のＸ軸方向の画素列を表す図である。
【図６】参照画像ＡＰおよび被検査画像ＢＰのＸ軸方向の画素値変化を表した図である。
【図７】画素値範囲を説明するための図である。
【図８】図７の一部を拡大した図である。
【図９】隣接する画素の値を用いた直線補間による補間方法を説明するための概念図である。
【図１０】変形例に係るパターン検査方法の処理手順を表すフローチャートである。
【図１１】位置ずれ補償を行うための対応参照領域ＡＲの抽出方法を説明するための図である。
【図１２】従来例のパターン検査について説明するための図である。
【符号の説明】
１ パターン検査装置
１０ 画像取得部
ＡＰ 参照画像
ＡＲ 対応参照領域
ＢＰ 被検査画像
ＢＲ 被検査領域
ＥＢ 注目画素
ＲＶ 画素値範囲
ＶＵ 上限値
ＶＬ 下限値

Claims (8)

1. 表面にパターンが形成された対象物の画像を読取ってパターンの検査を行う装置であって、
   前記対象物の画像としての被検査画像と、前記被検査画像の比較基準となる参照画像とをそれぞれ多値画像として得る画像取得手段と、
   前記被検査画像と前記参照画像との画素値の一致性判断における許容誤差範囲を何れか一方の画像の画素ごとに、付近の画素値との補間によって算出し、設定する範囲設定手段と、
   前記許容誤差範囲内で前記被検査画像と前記参照画像とが一致するか否かを画素ごとに判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とするパターン検査装置。
2. 請求項１に記載のパターン検査装置において、
   前記範囲設定手段は、前記許容誤差範囲として、前記参照画像の各画素の画素値に対して幅を持たせた画素値範囲を設定する手段であり、
   前記判定手段は、前記被検査画像の画素値が前記参照画像の画素値範囲内に含まれるか否かを画素ごとに判定する手段であることを特徴とするパターン検査装置。
3. 請求項２に記載のパターン検査装置において、
   前記参照画像の各画素に対する前記画素値範囲は、当該各画素付近における画素値に基づいて、範囲の上限値および下限値として算出されることを特徴とするパターン検査装置。
4. 表面にパターンが形成された対象物の画像を読取ってパターンの検査を行う方法であって、
   前記対象物の画像としての被検査画像と、前記被検査画像の比較基準となる参照画像とをそれぞれ多値画像として得る工程と、
   前記被検査画像と前記参照画像との画素値の一致性判断における許容誤差範囲を何れか一方の画像の画素ごとに、付近の画素値との補間によって算出し、設定する範囲設定工程と、
   前記許容誤差範囲内で前記被検査画像と前記参照画像とが一致するか否かを画素ごとに判定する判定工程と、
   を備えることを特徴とするパターン検査方法。
5. 請求項４に記載のパターン検査方法において、
   前記範囲設定工程は、前記許容誤差範囲として、前記参照画像の各画素の画素値に対して幅を持たせた画素値範囲を設定する工程であり、
   前記判定工程は、前記被検査画像の画素値が前記参照画像の画素値範囲内に含まれるか否かを画素ごとに判定する工程であることを特徴とするパターン検査方法。
6. 請求項５に記載のパターン検査方法において、
   前記参照画像の各画素に対する前記画素値範囲は、当該各画素付近における画素値に基づいて、範囲の上限値および下限値として算出されることを特徴とするパターン検査方法。
7. 表面にパターンが形成された対象物の画像を読取ってパターンの検査を行う装置であって、
   前記対象物の画像としての被検査画像と、前記被検査画像の比較基準となる参照画像とをそれぞれ多値画像として得る画像取得手段と、
   前記被検査画像と前記参照画像との画素値の一致性判断における許容誤差範囲を、何れか一方の画像の画素ごとに、画素値の空間的微分値に応じて、設定する範囲設定手段と、
   前記許容誤差範囲内で前記被検査画像と前記参照画像とが一致するか否かを画素ごとに判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とするパターン検査装置。
8. 表面にパターンが形成された対象物の画像を読取ってパターンの検査を行う方法であって、
   前記対象物の画像としての被検査画像と、前記被検査画像の比較基準となる参照画像とをそれぞれ多値画像として得る工程と、
   前記被検査画像と前記参照画像との画素値の一致性判断における許容誤差範囲を、何れか一方の画像の画素ごとに、画素値の空間的微分値に応じて、設定する範囲設定工程と、
   前記許容誤差範囲内で前記被検査画像と前記参照画像とが一致するか否かを画素ごとに判定する判定工程と、
   を備えることを特徴とするパターン検査方法。

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