JPH0726915B2 - 画像欠陥検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の技術分野） 本発明は、例えば多層構造をもつ半導体ウェハパターン
の検査などのように、二値パターン処理では検査が困難
で、濃淡画像処理を必要とする自動欠陥検出方法に関す
る。

（従来の技術） プリント基板の配線パターン検査などの分野では、パタ
ーンの情報を二値画像として表し、二値パターン処理を
行ってパターン欠陥を検出することが一般に行われてい
る。しかしながら多層構造をもつ半導体ウェハパターン
の検査では、各層の画像濃度に差があったり、段差部が
特殊な反射をしたりするため直ちに二値化してしまう方
法では自動検査は不可能である。また半導体ウェハパタ
ーンの検査に限らず、濃淡画像処理により初めて欠陥検
出が可能になるか、あるいは検出性能が大幅に向上する
分野は多い。例えば、特開昭62-130343号公報には液晶
ディスプレイ基板の検査を濃淡画像比較により行う例が
述べられている。

濃淡画像処理により欠陥の検出を行う基本的方法の一つ
に、被検査パターンの濃淡画像と基準パターンの濃淡画
像を比較する方法がある。その場合の問題点はデータ量
の膨大さである。特に基準画像をメモリ内に蓄えておく
場合にはメモリ容量が問題となる。通常濃淡画像は８ビ
ットで表されることが多く、この場合二値画像に比べて
８倍のメモリを必要とすることになる。近年メモリが大
容量化しまた低価格になってきたとはいえ、大規模なパ
ターンの濃淡画像を蓄えておくには極めて膨大なメモリ
が必要であり、濃淡画像を用いた検査の一つのネックに
なっている。

基準パターンの画像をメモリ内に蓄えておくかわりに、
基準パターンと被検査パターンとを別々のカメラで同時
に撮像する方法も行われているが、基準パターンの画像
をメモリ内に蓄えておく方式には次のような長所があ
る。

（１）基準パターンと被検査パターンの両方を同一のカ
メラで撮像できるので、カメラや光学系の固体差の影響
を受けない検査が可能となる。

（２）基準パターンの径年変化の影響がない。また、一
度撮像した基準パターンの画像は磁気テープ等に保管し
ておけばいつでも使える。

（３）メモリ内に基準パターンの画像が入っていれば、
基準パターンと被検査パターンの画像を位置合わせする
ことが極めて高速に行え、実時間検査が可能となる。

このような利点ゆえに、二値画像を用いたパターン欠陥
検出の場合は、基準パターンの画像をメモリ内に蓄えて
おく方式はよく行われている。しかしながら前に述べた
ように濃淡画像を用いる場合には８倍のメモリを要する
という問題がネックになっていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、被検査パターンの濃淡画像を、基準パターン
の濃淡画像と比較して欠陥検査する場合に、基準パター
ンの濃淡画像の記憶を、少ないメモリで可能としようと
するものである。さらに念のためにいうなれば、基準パ
ターンの濃淡画像の記憶を少ないメモリで可能とするに
もかかわらず、欠陥の検出性能及び検査の速度は何ら低
下しないような方法を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明の画像欠陥検出方法
では、基準パターンの濃淡画像について、水平方向のｎ
画素及び垂直方向のｎ画素からなるn²画素の濃淡値の平
均値を求め、その値を圧縮データとして、予め変換され
メモリ内に記憶される。そして検査の時には、インター
ポレーションが実時間で行われ、被検査パターンと同一
のピクセルサイズの濃淡画像データに復元されたもの
が、基準パターンの濃淡画像として被検査パターンの濃
淡画像との比較に使われる。このようにすれば、メモリ
容量は1/n²ですみ、かつインターポレーションは実時間
で行われるので検査速度が遅くなることもない。

次にピクセルサイズを粗くしなかった時と比較した復元
濃淡画像の画質について述べる。ｎ＝２の場合は復元さ
れた濃淡画像は、ピクセルサイズを粗くしなかった時の
濃淡画像と比べても殆ど劣化は認められない。ｎ＝５の
場合は画像濃度の変化が大きい部分で少し画像のぼけが
認められる。

しかしながら、本発明の主眼は欠陥の検出であって、人
間が見た時の画質が問題となるわけではない。本願出願
人らは、多くの実験を行った結果、ｎが２から５までの
範囲であれば十分な欠陥検出性能が得られることを見出
した。より丁寧に言えば、極めて微細な欠陥まで検出す
る必要がある場合はｎ＝２が適当であり、この場合メモ
リは四分の一で良いことになる。また、それほど細かい
欠陥の検出が必要でない場合はｎ＝５として良く、この
場合はメモリは二十五分の一で良いことになる。

以上述べたように、本発明によれば検査速度及び欠陥検
出性能を劣化させずに基準パターンの濃淡画像を蓄える
メモリの必要量を大幅に少なくすることができるのであ
る。

（作用、実施例） 以下、本発明の一実施例を図により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の濃淡画像比較方式によるパ
ターン欠陥検出装置の構成図である。同図において被検
査パターン１は、一次元カメラ２によって適切な幅が水
平走査方向に線状に撮像されるとともに、モータ12によ
って垂直走査方向に送られ、帯状のエリアＳ（第１図で
斜線を施した部分）が検査されるようになっている。帯
状のエリアＳはモータ11によって水平走査方向に移動で
きるようになっており、水平走査方向に幅の広いパター
ンを検査する場合は、全体を複数個の帯状エリアに分割
し、それぞれの帯状エリアについて検査を行うようにな
っている。

以下、簡単のため一つの帯状エリアを検査する場合につ
いて説明を行う。

第１図の欠陥検出装置は、基準パターンの画像を記憶す
る記憶モードと被検査パターンを検査する検査モードの
２つのモードをもっている。記憶モードでは、切り換え
スイッチ３はＢのほうに接続されており、一次元カメラ
２からのビデオ信号はデータ圧縮部５に入るようになっ
ている。データ圧縮部５は、水平走査方向のｎ画素及び
垂直走査方向のｎ画素から新しい１画素のデータを作り
出す。第２図（ａ），（ｂ）にｎ＝３の場合の例を示
す。第２図において（ａ）は一次元カメラ２から送られ
てきたままの画像データを示しており、a_1-1,a_1-2,
a_1-3，……，a_2-1,a_2-2,a_2-3，……，は画素の濃淡値を
表している。第２図（ｂ）はデータ圧縮部５によって圧
縮された結果の画像データを示しており、b_1-1,b_1-2,a
_1-3，……，b_2-1,b_2-2,b_2-3，……，は画素の濃淡値を
表している。ここでもb_1-1は次式で与えられている。

b_i-j＝ （Σ_m=1,3 Σ_n=1,3 a_(3(i-1)+m) -(3(j-1)+n)）/9 即ち第２図（ａ）に太い線で示したように、一次元カメ
ラ２から送られてきた画像データの水平走査方向に３画
素、垂直走査方向に３画素、計９画素の濃淡値の平均を
求め、その値を圧縮後の画像データの値としている。

データ圧縮部５で圧縮された基準パターンの濃淡画像デ
ータは、メモリ６に記憶されるわけであるが、以上述べ
たように本実施例の画像データは1/9に圧縮されている
のでメモリ６の容量は従来の方法に比べて1/9で良いこ
とになる。この例で示した圧縮法は極めて簡単な計算で
行えるので、一次元カメラ２で撮像する速度に十分追随
して上記圧縮と記憶を行うことができる。

次に検査モードについて説明する。検査モードでは、切
り換えスイッチ３はＡのほうに接続され、一次元カメラ
２からのビデオ信号は欠陥判定部４及び位置ずれ量計測
部９に入るようになっている。一次元カメラ２の走査と
同期して基準パターンの濃淡画像データが読み出され、
同じく欠陥判定部４及び位置ずれ量計測部９に入るわけ
であるが、基準パターン濃淡画像データの読み出しは次
のように行われる。

第２図において、（ｂ）は前に述べたように圧縮された
基準パターンの濃淡画像データであり、（ｃ）はデータ
伸長部７によって復元された基準パターンの濃淡画像デ
ータである。復元は、圧縮された基準パターンの濃淡画
像データをインターポレートすることによって行われ
る。例えば、 C_3-4は、 b_1-1,b_1-2,b_2-1,b_2-2の値を用いて c_3-4=(2b_1-1+4b_1-2+b_2-1+2b_2-2)/9 で求められ、c_3-5は、 c_3-5=(6b_1-2+3b_2-2)/9 で求めることができる。このインターポレーションは簡
単な演算であるので十分高速に行うことができ、一次元
カメラ２と同じ速度で基準画像の復元を行うことが可能
である。

このようにして、被検査パターンと同一のピクセルサイ
ズに復元された基準パターンの濃淡画像データは、バッ
ファメモリ８にある程度のエリアの分が蓄えられる。バ
ッファメモリ８から取り出された基準パターンの濃淡画
像データが、欠陥判定部４及び位置ずれ量計測部９に入
るわけである。バッファメモリ８は、基準パターンの濃
淡画像と被検査パターンの濃淡画像の位置合わせで重要
な役割を果たす。即ち、被検査パターンの濃淡画像と基
準パターンの濃淡画像を比較するときに、両画像の位置
合わせが完全に行われている必要があるわけであるが、
パターンにはわずかな伸縮や歪みがあるのが普通であ
り、また検査装置にパターンをセットする時の位置や姿
勢も毎回すこしずつ異なるので、被検査パターンと基準
パターンがある部分で良く位置合わせができていても、
パターン全体にわたって位置合わせができていることは
通常はあり得ない。そのために、検査を行いながら基準
パターンと被検査パターンの位置ずれ量を計測し、その
ずれを打ち消す方向に基準パターンもしくは被検査パタ
ーンの画像の位置を修正するということを常時行う必要
がある。

第１図においてこの動作を説明すると、位置ずれ量計測
部９は、基準パターンの濃淡画像と被検査パターンの濃
淡画像から両パターン間の位置ずれ量を計測する。位置
ずれ量計測部９で計測された水平走査方向の位置ずれ量
ΔＸと垂直走査方向ΔＹの値に基づいて、アドレス制御
部10によりバッファメモリ８のアドレスが修正され、即
ち、基準パターンの濃淡画像の位置が修正され、位置合
わせが行われるようになっている。バッファメモリ８
は、データ伸長部７から新しいデータが入るに従い古い
データは捨てていくわけであるが、常時ある程度のエリ
アのデータは内部に保持しているようになっており、そ
の保持エリアのサイズは位置合わせ機能を十分に行える
だけのサイズになっている。

以上述べたようにして位置合わせが行われている状態
で、一次元カメラ２で撮像された被検査パターンの濃淡
画像と、復元された基準パターンの濃淡画像が欠陥判定
部４で比較され欠陥検出が行われる。この欠陥検出性能
は前にも述べたように、基準パターンの濃淡画像を圧縮
・復元しない場合と比較してもほとんど変化していない
ことが実験により確かめられている。

尚、本実施例ではデータ圧縮部５でデータを圧縮する方
法として３×３ピクセルの濃淡値の平均を求めたが、必
ずしもこの方法に限定する必要はなく、インターポレー
ションで復元できるような方法であれば何でもよい。例
えば、b_1-1=a_2-2,b_1-2=a_2-5等のように３×３ピクセル
の中の１つの決まった位置の画素の値をサンプリングす
るようにしても良いのである。

（発明の効果） 以上のように、本発明の画像欠陥検出方法によれば、従
来より大幅に少ないメモリ容量で濃淡画像比較による欠
陥検出を行うことが可能となる。しかもその欠陥検出性
能や検査速度は従来通りの大容量のメモリを使った場合
と比べても何ら遜色のないものである。したがって、従
来二値パターン処理で十分な検査を行うことができず、
またメモリ容量のために多値画像処理をあきらめていた
多くの分野の検査を可能とすることができ、その効果は
極めて多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるパターン検査装置の構
成図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の画像デ
ータの圧縮法、復元法を説明するための説明図である。 １……被検査パターン、２……一次元カメラ ３……切り換えスイッチ、４……欠陥判定部 ５……データ圧縮部、６……メモリ ７……データ伸長部、８……バッファメモリ ９……位置ずれ量計測部、10……アドレス制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査パターンの濃淡画像を基準パターン
   の濃淡画像と比較することによって欠陥の検出を行う方
   式の画像欠陥検出方法において、基準パターンの濃淡画
   像について水平方向のｎ画素及び垂直方向のｎ画素から
   なるn²画素の濃淡値の平均値を求め、その値を圧縮デー
   タとしてメモリ内に記憶させておき、検査時にはインタ
   ーポレーションを実時間で行いながら、被検査パターン
   と同じサイズのピクセルデータとして再生させたものを
   基準パターンの濃淡画像として用いることを特徴とする
   画像欠陥検出方法。