JPH0245706A - 形状検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術　　　　　　　　（第７図）発明が解決しよ
うとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 本発明の原理説明　　　　（第１〜３図）本発明の一実
施例　　　　（第４〜６図）発明の効果 〔概要〕 形状検査装置に関し、 輪郭誤差と欠陥部との区別を容易化し、検査精度を向上
させることを目的とし、 予め記憶していた基準画像情報と１．検査対象物体の画
像情４Ｂとの相関結果から、検査対象物体の形状の合否
を判定する形状検査装置において、前記基準画像情報を
、複数の基準画像情報の加算合成によって形成するよう
に構成している。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、形状検査装置に関し、特に、パーツ類の形状
やプリントパターンおよび集積回路パターンなどの形状
を検査する形状検査装置に関する。

一般に、工場等における自動化（ＦＡ化）の達成には、
製造工程の自動化のみならず、製品の合否を判定する検
査工程の自動化も欠かせない。これは、判定基準等を明
確にして、人為的過誤を防止する必要があるからである
。検査工程では、各種の検査項目が実施されるが、なか
でも製造された物品、例えば、電子部品あるいは機械部
品などのパーツ類、プリント基板上や集積回路上に形成
されたパターンなどの形状検査は欠かせない。人手によ
る方法では、検査結果が検査員の技量に左右される、検
査員の疲労を考慮しなければならない（すなわち、長時
間の検査は無理）、目視にたよるので複雑な形状では検
査時間が長くなる、といった欠点があり、この分野での
自動化の要求は高い。

〔従来の技術〕

従来のこの種の形状検査装置としては、例えば、パター
ンマツチング法と称されるものが知られている。第７図
はパターンマツチング法の概念図である。第７図におい
て、ＰＴａは基準側のパターンであり、このＰＴａは、
検査対象物と同一の正しい形状のものを予め画像認識し
て画像メモリ上に展開したもので、図中斜線の部分は論
理°“１″それ以外の部分は論理″０”に対応している
。すなわち、２硫化されている。一方、ＰＴｂは、被検
査側のパターンであり、このＰＴｂも、上述のＰＴａ同
様に斜線部分が論理“１°°、それ以外が論理“′０”
に対応して２値化されている。なお、ＰＴｂ中の凹部は
パターンが欠損した欠陥部を表わしている。これらのＰ
ＴａおよびＰＴｂのデータは画素毎に相関がとられる。

ＥＸゲートは、上記相関を概念的に表わしたもので、Ｐ
ＴａおよびＰＴｂの何れか一方の画素が論理“１″で、
かつ、他方の画素が論理“０”のときに論理“１”が出
力される。例えば、欠陥部（凹部）を有するＰＴｂをＰ
Ｔａによって形状検査すると、欠陥部のところでＥＸゲ
ートから論理“°１°°が出力され、その結果、検査結
果メモリ上には欠陥部が書き込まれる。したがって、こ
の検査結果メモリの斜面部（すなわち欠陥部）の画素数
を計数することにより、欠陥部の大きさを知ることがで
きる。そして、欠陥部の大きさが検査基準を超えた場合
に、被検査パターンを不良とすることができる。なお、
検査結果メモリ上の断続した部分は、ＰＴａおよびＰＴ
ｂの斜線部分の輪郭に相当するもので、画像認識時の量
子化誤差および基準パターンと被検査パターン間の微小
な形状誤差などを要因として発生し、量の多少はあるも
のの完全にな（すことが困難なものである。以下、この
ような要因で発生するものを、本明細書中においては輪
郭誤差とい〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような従来のパターンマツチング法
にあっては、各々２値化さた基準パターンと被検査側パ
ターンとの相関結果を検査結果メモリ上に書き込み、こ
のメモリ上の画素数（論理′“ｌ”）を計数し、計数値
と判定基準値とを比較して被検査側パターンの形状の合
否を判定する構成となっていたため、以下に述べる理由
から検査精度の向上が望めないといった問題点があった
。

すなわち、計数値は、欠陥部の画素数と輪郭部の画素数
（輪郭誤差によるもの）とを加算したものであり、例え
ば、欠陥部の画素数をＸとし、輪郭部の画素数をＹとし
て、それぞれ、Ｘ＝１０、Ｙ＝１０とした場合、計数値
Ｚは２０となり、仮に、検査基準値Ｆを１５とおけばＦ
ＥＺとなって欠陥を判定できる。しかし、Ｙ＝２とした
場合、Ｚ＝１２となり、Ｆ＞Ｚとなって欠陥部を判定で
きない。−般に欠陥部はパターン内部に指向するもので
あるから、製品の信頼性上致命的な欠陥になることが多
（、わずかな欠陥でも見逃すことはできない。

また、Ｘの値が固定であれば、Ｘを若干超えたレベルに
Ｆを設定することで、わずかな欠陥をも判定できるが、
通常、Ｘの値にはバラツキがあって一定ではなく、現実
的ではない。以上の結果から、従来のパターンマツチン
グ法にあっては、輪郭誤差と欠陥部との区別ができない
ので、検査精度の向上が望めない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、
基準側パターンの各画素に対し、輪郭付近の画素の重み
と、パターン内部あるいはパターン外部の画素の重みと
の間に差を持たせることにより、輪郭誤差と欠陥部との
区別を容易化し、検査精度を向上させることを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明では、上記目的を達成するために、予め記憶して
いた基準画像情報と、検査対象物体の画像情報との相関
結果から、検査対象物体の形状の合否を判定する形状検
査装置において、前記基準画像情報を、複数の基準画像
情報の加算合成によって形成するように構成している。

〔作用〕

本発明では、基準画像情報（すなわち、基準側パターン
）が、複数の基準画像情報の加算合成によって形成され
る。したがって、上記加算合成された画像情報の輪郭部
分は量子化誤差や形状誤差等によって、その値（複数の
画像情報の画素合成値）がわずかに少なくなる一方、パ
ターン内部では該誤差が関与しないので、その値は複数
の画像情報の数に一致している。その結果、加算合成さ
れた画像情報の輪郭付近の画素の重みと、パターン内部
の画素の重みとの間に差を持たせることができるので、
仮に、欠陥部の画素数が少ない場合でも、これを輪郭誤
差から容易に区別することができ、検査精度を向上させ
ることができる。

皿理説亙 第１図は本発明の原理説明図である。第１図において、
ＰＴ＋−ＰＴ、は同一形状のｎ個の基準側物体の基準画
像情報であり、これらのＰＴ、〜ＰＴ、１は、基準側の
画像メモリＭＡ上にて加算合成される。第２図はＭＡ上
の画像の画素部分を概念的に表わす図であり、縦軸にｏ
　−ｎまでの重み、横軸に画像の■〜１′矢視線を表わ
している。第２図において、分布線の立上がり立下がり
は画像の輪郭を表わしている。この立上がり立下がりは
ｎ個の画像が全て一致し、また、量子化誤差もないもの
とすると、垂直なものとなるはずであるが、実際には形
状誤差や量子化誤差に起因して若干の傾斜をもつことが
避けられない、すなわち、巨視的に見れば、輪郭部はは
じめ重みＯで、画像内部に向かうに従って重みｎへと増
加するような傾向にある。また、画像内部では形状誤差
や量子化誤差が関与しないので、その重みは全域に亘っ
てｎである。

再び第１図において、ＰＴ、は欠陥部を有する被検査側
物体（検査対象物体）の画像情報であり、このＰＴ、は
検査側の画像メモリＭ、上に書き込まれ、Ｍｍからイン
バータ（ＩＮＶ）を介して反転された後、相関回路ｌに
送られる。相関回路１は反転されたＰＴ、と加算合成さ
れたＭ、上の画像とを乗算処理してこれらの相関をとり
、相関の結果を検査結果メモリＭｃに書き込む。Ｍｃ上
の欠陥部を含む画像情報の一次元的分布状況は、従来例
のものとほぼ同様であるが、各画素の重みが違っている
。すなわち、ＰＴ、の欠陥部の反転論理は、このＰＴ、
が２値データの場合、論理“１゛であり、一方、ＰＴ、
〜ＰＴ、を加算合成した画像の欠陥部に相当する部分で
は、その合成数分だけ重みｎがつけられている。したが
って、Ｍｃ上の欠陥部の重みは、“１°”　Ｘｎ＝ｎと
なる。また、加算合成された画像の輪郭部の重みは、ｎ
以下か若しくはほとんど０である。第３図は、上述の第
２図に対応してＭ、上の画像の画素分布を概念的に表わ
す図であり、第３図中（イ）で示す画素分布が欠陥部、
（ロ）で示す画素分布が輪郭部である。第３図から読み
取られるように欠陥部の重みはｎであり、また、輪郭部
の重みはｎよりも小さい、なお、同図では輪郭部の分布
高さを誇張して作図しており、実際の量子化誤差や形状
誤差は極めて小さいので、輪郭部の分布高さはほとんど
０に近い。

これらの結果、ＭＣ上の欠陥部と輪郭部との画素を計数
するにあたり、この重みを含めて計数することにより、
欠陥部の検出精度を向上させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第４〜６図は、本発明に係る形状検査装置の一実施例を
示す図である。

まず、構成を説明する。第４図において、１０は形状検
査装置であり、形状検査装置１０は、画像認識部１１、
基準パターン生成・蓄積部１２、検査パターン蓄積部１
３、細り欠陥判定部１４、膨み欠陥判定部１５を含んで
構成されている。画像認識部１１は、搬送装置１６上に
載置された機械部品や電子部品等のパーツ類あるいはパ
ターン印刷されたプリント基板や集積回路チップなどの
何れか一種類の検査対象物体Ｘ、−Ｘ、を順次盪像して
アナグロ画像信号り、を出力する描像装置１７と、Ｄ、
をしきい値し、と比較して２値化し、画素毎のデジタル
画像信号Ｄ２に変換する変換回路１８とを有し、変換回
路１８からのＤ２は、Ｎ　ＯＲ位置とＳＥＴ位置の２つ
の切換え位置を存する信号切換えスイッチ１９を介して
、基準パターン生成・蓄積部１２若しくは検査パターン
蓄積部１３の何れか一方に伝えられる。

基準パターン生成・蓄積部１２は、加算回路２０および
画像蓄積メモリ２１を有し、加算回路２０は信号切換え
スイッチ１９を介して伝えられたＤよと画像蓄積メモリ
２１の蓄積データＤ４とを画素毎に加算合成し、Ｄ３と
して画像蓄積メモリ２１に蓄積する。

例えば、論理“１°゛のＤ２が１回入力されると、Ｄ４
はｎ回分のＤ２を加算合成したものとなり、そのＤ４の
重みはｎとなる。このように、Ｄ２の論理状態に応じて
重み０〜ｎまでの多値化されたＤ４は細り欠陥判定部１
４および膨み欠陥判定部１５に出力される。

一方、検査パターン蓄積部１３は、画像メモリで構成さ
れ、この検査パターン蓄積部１３は、信号切換えスイッ
チ１９を介して伝えられたＤｚを次回のＤｚ大入力で保
持し、その保持の間、保持内容をり、として細り欠陥判
定部１４および膨み欠陥判定部１５に出力する。

細り欠陥判定部１４は、入力されたり、を反転してり、
とするインバータ１４ａと、このＤｓと基準パターン生
成・蓄積部１２からのＤ４とを乗算処理し、処理結果り
、を出力する乗算回路１４ｂと、乗算回路１４ｂからの
Ｄ６を画素毎に記憶するメモリ１４ｃと、メモリ１４ｃ
の画素データＤ、の重み付は値の合計値り、を計数する
計数回路１４ｄと、Ｄ。

を予め設定された所定の細り欠陥検査基準値Ｌｚと比較
してＬ２＜Ｄ、のとき、細り欠陥判定警報ＡＬＭ、を発
生する警報回路１４ｅとを含んで構成されている。

一方、膨み欠陥判定部１５は、入力されたＤ４を反転し
てＤ４とする反転演算回路１．５ａを備えており、この
反転演算回路１５ａは、重みｏ　−ｎまでの多値化され
たＤ４を反転するために、次式■の論理演算を行う。

ｐ　（ｘ、ｙ）＝ｎ−ｐ　（ｘ、ｙ）・・・・・・■但
し、ｐ　（ｘ、ｙ）は画素座標（ｘ、　　ｙ）における
Ｄ４の重み付は値、ｎは基準パターンを作成するだめの
良品個数、ｐ　（ｘ、ｙ）は反転基準パターンすなわち
、Ｄ４である。また、膨み欠陥判定部１５は上記反転演
算回路１５ａに加えて、乗算回路１５ｂ、メモリ１５ｃ
、計数回路１５ｄ、警報回路１５ｅを有しており、これ
らの各部は、上述した細り欠陥判定部１４０乗算回路１
４ｂ、メモリ１４ｃ、計数回路１４ｄ、警報回路１５ｅ
各部とほぼ同一のものである。なお、細り欠陥判定部１
４の各信号と同一の信号には同一の符号にダッシュ（′
）を付して区別する。但し、膨み欠陥判定部１５の警報
回路１５ｅに入力されているし、は、予め設定された所
定の膨み欠陥検査基準値であり、また、警報回路１５ｅ
はＬ　ｓ　＜　Ｄ　ｓ　’のとき、膨み欠陥判定警報Ａ
ＬＭ２を発生する点が細り欠陥判定部１４と異なってい
る。

次に、作用を説明する。

検査に先立ち、まず、基準パターン生成・蓄積部１２内
に基準パターンを作成する前作業が行われる。この作業
は、正しいパターン形状をもつｎ個（−例としてｎ＝１
００）の検査対象物体Ｘ、〜Ｘ７（基準物体）を用意し
、これを搬送装置１６上に載置することから始められる
。そして、信号切換えスイッチ１９をＳＥＴ位置に切換
えた後、形状検査装置１０を作動させる。これにより、
基準パターン生成・蓄積部１２には、ｎ個分の基準物体
のＤ！が順次入力され、基準パターン生成・蓄積部１２
の加算回路２０はこれらを順次加算合成して画像蓄積メ
モリ２１に蓄積する。その結果、ｎ個分の基準物体の全
てが撮像装置１７によって撮像された後は、画像蓄積メ
モリ２１には、このｎ個分の画像情報が加算合成されて
、基準パターン（基準画像情報）が形成されることにな
る。このような前作業が終了すると、信号切換えスイッ
チ１９はＮＯＲ位置に戻され、そして、実際の形状検査
が開始される。

まず、先の基準物体に代えて、この基準物体と同種、同
形状の検査物体が搬送装置１６上に載置され、撮像装置
１７は検査物体を撮像してり、を出力する。Ｄｌは変換
回路１８で２値化データに変換され、Ｄ２となって信号
切換えスイッチ１９から検査パターン蓄積部１３に伝え
られ、次の検査物体の検査まで検査パターン蓄積部１３
上に保持される。検査パターン蓄積部１３からのＤＳは
細り欠陥判定部１４および膨み欠陥判定部１５に伝えら
れる。

はじめに、細り欠陥の検出について説明する。

細り欠陥とは、パターンの一部が欠損してその部分が細
くなったものをいい、例えば、半導体装置のトランジス
タパターンにこのような細り欠陥が発生した場合、正常
なトランジスタ動作は期待できない。本実施例における
細り欠陥の検出は細り欠陥判定部１４において行われる
が、その動作は第５図に従って説明される。第５図にお
いて、ＰＴＡは検査パターン蓄積部１３内に形成された
基準パターンＣＤ、に相当）であり、ＰＴ、は、細り欠
陥を有する検査物体の検査パターンである。なお、ＰＴ
ｍは検査パターン蓄積部１３内に保持した内容（Ｄ５）
をインバータ１４ａで反転したもの（Ｄ、）に相当する
。これらのＰＴＡ、ＰＴ、を乗算回路１４ｂにおいて乗
算処理した結果、メモリ１４ｃには、第５図中にＰＴｃ
で示す細り欠陥検査結果パターンが格納される。すなわ
ち、ＰＴ、の細り欠陥部には、重みｎの画素が格納され
、一方、輪郭部には重みがほとんど０の画素が格納され
ることになる。したがって、重み値に差が付けられたこ
れらの細り欠陥部と輪郭部とは、警報回路１４ｅで容易
に区別することができ、細り欠陥の検出精度を向上させ
ることができる。

次に、膨み欠陥の検出について説明する。膨み欠陥とは
、パターンの一部に余分な部分が付いたものをいう。例
えば、トランジスタパターンで膨み欠陥が発生すると、
パターンの短絡等の要因となるので望ましくない。本実
施例における膨み欠陥の検出は、膨み欠陥判定部１５に
おいて行われるが、その動作は第６図に従って説明され
る。第６図において、ＰＴＡは検査パターン蓄積部１３
内に形成された基準パターン（Ｄ、に相当）を反転演算
回路１５ａで反転したもの（Ｄ４）に相当するものであ
り、また、ＰＴ、は膨み欠陥を有する検査物体の検査パ
ターン（Ｄ、に相当）である。これらのＰＴＡ、ＰＴ、
を乗算回路１５ｂにおいて乗算処理した結果、メモリ１
５ｃには、第６図中にＰＴ。′で示す膨み欠陥検査パタ
ーンが格納される。

すなわち、ＰＴＣ′の膨み欠陥部には、重みｎの画素が
格納され、一方、輪郭部には重みかはとんど０の画素が
格納されることとなる。したがって、重み値に差がつけ
られた、これらの膨み欠陥部と輪郭部とは、警報回路１
５ｅで容易に区別することができ、膨み欠陥の検出精度
を向上させることができる。

このように本実施例では、ｎ個の基準物体による画像情
報を加算合成して基準パターン（基準画像情報）を作成
しているので、基準パターンの輪郭部の重みをほぼＯと
し、さらに、パターン内部の重みをｎとすることができ
る。あるいは、この基準パターンを反転したものにあっ
ては、輪郭部の重みをほぼＯとし、さらにパターン外部
の重みをｎとすることができる。その結果、これらの基
準パターンと検査パターンとを相関（乗算処理）して得
られた検査結果パターンでは、細り欠陥および膨み欠陥
の双方の重みをｎとすることができ、かつ、輪郭部の重
みをほぼＯとすることができる。

このため、両者の重み値の差から、細り欠陥および膨み
欠陥を精度よく検出してこれを判定することができる。

なお、上記実施例では、憑像装置１７からのり。

を変換回路１８によって２値化しているが、これに限る
ものではなく、画像の濃淡に応じて多段階に多値化して
もよい。このようにすると、検査対象物体表面の微小な
凹凸も検出できるので、更に検出精度の向上が図られて
好ましいものとなる。

また、上記実施例では、細り欠陥の判定および膨み欠陥
の判定を、それぞれメモリ１４ｃ、１５ｃに展開した後
、細り欠陥判定部１４の警報回路１４ｅおよび膨み欠陥
判定部１５の警報回路１５ｅで行っているが、これに限
らず、例えば、乗算回路１４ｂ、１５ｂの直後で検査基
準値と比較するようにしてもよい。

〔発明の効果］ 本発明によれば、基準パターンの各画素に対し、輪郭付
近の画素の重みと、パターン内部あるいはパターン外部
の重みとの間に差を持たせているので、輪郭誤差と欠陥
部（細り欠陥、膨み欠陥）との区別を容易化することが
でき、検査精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は第１図におけるＩ−１’矢視線に対応する概念
図、 第３図は第１図におけるｎ−ｎ’矢視線に対応する概念
図、 第４〜６図は本発明に係る形状検査装置の一実施例を示
す図であり、 第４図はその全体構成図、 第５図はその細り欠陥検出の動作を説明する図、第６図
はその膨み欠陥検出の動作を説明する図、第７図は従来
のパターンマツチング法の概念図である。 １１・・・・・・画像Ｐ２織部、 １２・・・・・・基準パターン生成・蓄積部、１３・・
・・・・検査パターン蓄積部、１４・・・・・・細り欠
陥判定部、 １５・・・・・・膨み欠陥判定部、 ＰＴＡ、ＰＴＡ・・・・・・基準パターン（基準画像情
報）、 ｐ’ｒｗ　、ＰＴ、・・・・・・検査パターン（検査対
象物体の画像情報）。 工 ■ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 予め記憶していた基準画像情報と、 検査対象物体の画像情報との相関結果から、検査対象物
   体の形状の合否を判定する形状検査装置において、 前記基準画像情報を、複数の基準画像情報の加算合成に
   よって形成したことを特徴とする形状検査装置。