DE4027002C2 - Verfahren und Anordnung zur Kontrolle des Inhaltes von Bildern - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Kontrolle des Inhaltes von BildernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur
Kontrolle des Inhaltes von Bildern durch Vergleich eines Real
bildes mit einem Idealbild, die sich beide auf den gleichen
Bildinhalt beziehen, wobei die zu vergleichenden Bilder in
nach Zeilen und Spalten geordnete Elemente zerlegt, analoge
Elemente des Realbildes und des Idealbildes in vorzugsweise
rechtwinklig zueinander gerichteten x- und y-Koordinaten
abgetastet, miteinander verglichen werden und das Vergleichs
ergebnis weiterverarbeitet wird. Die Anwendung bezieht sich
auf alle Fälle, in denen zwei nominell gleiche Bilder auf
Unterschiede in ihrer Gleichheit untersucht werden müssen. Die
Gleichheit bezieht sich dabei auf die unterschiedlichen Bild
parameter, wie bspw. das Muster (lay-out, den Grauwert, die
Wellenlänge, die Phase, den Transmissionsgrad, den Reflexions
grad, die Intensität usw. Welche dieser Parameter in den
beiden Bildern zu vergleichen sind, richtet sich nach dem
Wandler, mit dem die beiden Vorlagen untersucht werden
sollen. Die Erfindung kann insbesondere zur Kontrolle von
Masken im Herstellungsprozeß integrierter Schaltkreise verwen
det werden.
Bekanntlich werden gemäß der Planartechnologie integrierte
Schaltkreise schichtweise auf einer Scheibe aus halbleitendem
Material auf fotolithografischem Wege erzeugt (siehe H. Völz,
Elektronik für Naturwissenschaftler, Akademie-Verlag, Berlin
1974, S. 425-427. Jede Ebene im Schichtaufbau auf der Ober
fläche des halbleitenden Materials entspricht einem Verfah
rensschritt. In jedem Verfahrensschritt erfolgt die Projizie
rung des Bildinhaltes (lay-out) einer Maske auf die fotoche
misch sensibilisierte Oberfläche der Scheibe aus halbleitendem
Material. Auch die Masken werden in einem fotolithografischen
Prozeß hergestellt. Hierbei kommt entweder eine Elektronen
strahlbelichtungsanlage (EBA) oder ein lichtoptischer Pattern
generator (OPG) zum Einsatz. In diesem Prozeß werden die auf
einem CAD (Computer Aided Design)-System erarbeiteten nicht
optischen Daten mit Hilfe der EBA oder des OPG in das Masken-
lay-out umgesetzt. Auf diese Weise können 10 : 1 Reticles, 5 : 1
Reticles und 5 : 1 Blockreticles hergestellt werden. Die 10 : 1
und 5 : 1 Reticles enthalten dabei nur einmal das lay-out einer
Schaltkreisebene. In einer entsprechend verkleinernden Re
peaterkamera (H. Völz, o.a. S. 446 ff) können mit Hilfe dieser
Reticles 1 : 1 Masken für die Produktion integrierter Schalt
kreise (IC) erzeugt werden, die in regelmäßiger Anordnung
wiederholt und entsprechend verkleinert das lay-out des Retic
les enthalten. Im 5 : 1 Blockreticle ist das lay-out der ent
sprechenden IC-Ebene mehrfach enthalten. Bei der Herstellung
der Masken treten die unterschiedlichsten Fehler auf. Durch
Schmutzpartikel, Brücken, Unterbrechungen, Einbuchtungen,
Ausbuchtungen und pinholes entstehen Defekte. Außerdem fehlen
Bildelemente oder es werden parasitäre Bildelemente erzeugt.
Diese Fehler können zum Ausfall der IC führen und sind deshalb
festzustellen. Die hierzu benutzten Defektkontrollgeräte (DKG)
existieren in zwei wesentlichen Grundvarianten, siehe US-PS
42 47 203, 43 47 001, 45 32 650, 46 14 430, 48 09 341.
In einer ersten Variante werden über zwei optisch gleiche
Kanäle zwei nominell gleiche lay-out-Stellen zweier verschie
dener Einzelbilder ein und derselben Maske sukzessiv abge
tastet. Die Einzelbilder sind das Realbild und das Idealbild
der Maske. Weisen die am Ende der optischen Kanäle mit Hilfe
je eines optisch-elektronischen Wandlers (OEW) gewonnenen
Informationen Unterschiede auf, so liegen Differenzen im Bild
inhalt und somit Defekte vor. Die Vorteile dieser Variante
sind in der hohen Arbeitsgeschwindigkeit und im hohen Auf
lösungsvermögen (bis 0,35 µm) zu sehen. Ihre Nachteile liegen
darin begründet, daß Defekte, die in beiden Einzelbildern
vorhanden sind, sog. Repeatdefekte, nicht erkannt werden.
Weiterhin ist die Prüfung von Einzelbildern auf Vollständig
keit mit Hilfe von CAD-Daten nicht möglich. Reticles mit nur
einem Einzelbild können überhaupt nicht geprüft werden.
Gemäß einer zweiten Variante wird der Bildinhalt der zu über
prüfenden Maske mit einem optischen Kanal und einem nachge
schaltetem OEW aufgenommen (Realbild) und mit dem entsprechend
aufbereitetem Bild aus den CAD-Daten (Idealbild) verglichen.
Die Vorteile der zweiten Variante sind darin zu sehen, daß
alle Arten von Vorlagen geprüft werden können. Ihre Nachteile
sind durch die niedrige Arbeitsgeschwindigkeit, die geringe
Auflösung (0,8µm) und den hohen technischen Aufwand gegeben.
Beide Varianten zerlegen das optisch gewonnene Bild der Maske
mit Hilfe einer CCD (Charge Coupled Devices)-Anordnung, eines
flying-spot oder ähnlichem in einzelne Elemente, sog. Pixel.
Jedem Pixel ist dabei ein Intensitätswert zugeordnet, der in
der Regel einer AD (Analog Digital) -Wandlung unterzogen und
durch eine nachfolgende Elektronik verarbeitet wird. Um die
Registrierung von sog. Pseudodefekten zu vermeiden, müssen für
die Anlagen eine Reihe von Problemen berücksichtigt werden.
Diese Probleme betreffen:
- - Restfehler in der Ausleuchtung der optische Kanäle sowie Ausleuchtungsunterschiede der beiden optischen Kanäle untereinander,
- - Toleranzen im Objekt, wie Strukturbreitenschwankungen, Lagefehlerdifferenzen korrespondierender Strukturen so wie der Einzelbilder zueinander,
- - Restfehler im Abbildungssystem,
- - mechanische Ungenauigkeiten des Tischsystems und der automatischen Fokussierung,
- -Restfehler in der Ausrichtung der Maskenachse zu den Achsen der Anlagen,
- - Fehler der OEW und AD-Wandler,
- - Rauschen der Verarbeitungselektronik.
Für Anlagen, die gemäß der zweiten Variante eingesetzt werden,
kommt noch hinzu, daß ein metrisch richtiges Bild mit idealen
Kantenübergängen aus den CAD-Daten (Idealbild) mit einem
Realbild zu vergleichen ist. Zur Berücksichtigung dieser Tat
sachen ist in Anlagen zur Realisierung beider Varianten ein
erheblicher apparativer Aufwand zu betreiben.
Aus US-PS 46 69 123 ist bekannt, ein mit einigen bit Bildtiefe
vorliegendes Bild pixelweise in drei Intensitätsebenen zu
zerlegen. Es werden Vektoren konstruiert, die Änderungen zwischen
den Intensitätsebenen in acht ausgezeichneten Richtungen
anzeigen. Die Defekterkennung geschieht durch Summierung der
Vektoren der gleichen Richtung. Treten zwischen den Summen für
das Real- und das Idealbild Abweichungen auf, so liegt ein
Defekt vor. Neben dem wiederum erheblichen Realisierungsaufwand
besteht keine Eindeutigkeit der Defektlage zu einer bestimmten
Position.
Schließlich ist aus der EP 0 196 514 A2 eine Einrichtung zur
Detektion von Kanaten bekannt, bei der mit einem CCD-Bildwandler
die momentanen Helligkeitswerte der Bildabtastung gleichzeitig
zeilen- und spaltenweise digitalisiert erfaßt, aufintegriert
und in zugeordneten Speicherplätzen abgelegt werden.
Eine Recheneinheit wertet die Zeilen- und Spaltenintegrale zur
Auffindung der gesuchten Kanten aus. Dem Vorteil, hierbei nur
ein Bild zu benötigen, steht der Nachteil gegenüber, nur
solche Kanten detektieren zu können, die parallel oder rechtwinklig
zur zeilenweisen Abtastung gerichtet sind. Damit können
häufig vorkommende schräge Kanten nicht erfaßt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Aufberei
tung und Auswertung der Einzelbilder so zu gestalten, daß
Pseudodefekte vermieden und die Möglichkeit des Vergleichs
eines Realbildes mit einem Idealbild unabhängig davon gegeben
ist, ob das Idealbild optisch oder als gespeicherter Daten
block vorliegt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß vom
Realbild und vom Idealbild je ein x-Kantenbild und ein y-
Kantenbild angefertigt werden, das jedes x-Kantenbild in y-
Richtung und jedes y-Kantenbild in x-Richtung durchmustert und
auf diese Weise ein x/y- und ein y/x-Kantenbild erzeugt wer
den, daß durch die Differenzbildung zwischen den y/x- und x/y-
Kantenbildern des Realbildes bzw. des Idealbildes je ein Real
differenzbild bzw. ein Idealdifferenzbild erzeugt wird, daß
durch Vergleich des Realdifferenzbildes mit dem Idealdiffe
renzbild ein Realvergleichsbild ermittelt wird und daß Ideal
differenzbild für sich durchmustert und im Ergebnis der Durch
musterung auf Grund der von Null abweichenden Ecken des Ideal
differenzbildes ein Defektbild entsteht. Bei der Anfertigung
des x-Kantenbildes erfolgt die Abtastung parallel zur x-Rich
tung zeilenweise. In ähnlicher Weise wird das y-Kantenbild
durch eine fortschreitende Abtastung in Spalten parallel zur
y-Achse angefertigt. Zur Verarbeitung der geometrisch vorlie
genden Bilder wird ein Einschwellenkriterium zur Erfassung der
Kantenübergänge hell/dunkel und dunkel/hell benutzt. Es wird
der Intensitätswert des vorangehenden Bildelements von dem des
nachfolgenden Bildelements subtrahiert. Dadurch entstehen
geometrisch unähnliche, elektronisch verarbeitbare Kantenbil
dungen. Für die universelle Anwendbarkeit des erfindungsge
mäßen Verfahrens ist es von Vorteil, wenn das Idealbild in
nichtoptischer Form vorliegt.
Auf Grund von toleranzbedingten x-y-Versätzen zwischen dem
Real- und dem Idealbild bzw. dem Real- und Idealdifferenzbild
liegt i.a. eine Übereinstimmung der korrespondierenden Bild
elemente zwischen beiden Bildern nicht vor (Rasterfehler).
Daher ist eine hinreichend große Umgebung der korrespondieren
den Bildelemente im jeweiligen Idealbild nach dem geforderten
Wert der Bildelemente des Realbildes abzusuchen. Je nach dem
zulässigen Rasterfehler können das die acht unmittelbar be
nachbarten Bildelemente des korrespondierenden Bildelementes
bei einer 8-er Umgebung oder die 24 weiteren Bildelemente bei
einer 24er Umgebung usw. sein. Wird in der jeweiligen
Umgebung der gesuchte Wert gefunden, so handelt es sich dabei
um eine nicht defekte Struktur. Dabei müssen Ausgangswert und
gesuchter Wert sowohl vom Betrag wie vom Vorzeichen her über
einstimmen. Wird dieser Wert nicht gefunden, so handelt es
sich um einen Defekt, der im Defektspeicher erfaßt wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine
Anordnung, bei der zwischen den die Daten des Realbildes und
des Idealbildes liefernden Einheiten und einer Auswerteeinheit
ein Schaltungsblock angeordnet ist, der eine Säulenauswahl
schaltung und ein Interface enthält, zwischen denen sich zu
einander parallele Verarbeitungssäulen befinden. Die Säulen
auswahlschaltung leitet die von einem OEW kommenden Daten (4
bit breit) der jeweils freien Verarbeitungssäule zu, bildet
den erforderlichen Schwellwert und zählt für die Ablaufsteue
rung die in einem Bild abgetasteten Bildelemente. Jede Ver
arbeitungssäule enthält je einen Speicher für das x-Kantenbild
und das y-Kantenbild sowie für das x/y-Kantenbild und das y/x-
Kantenbild, eine Subtraktionseinrichtung für die beiden
letztgenannten Kantenbilder sowie einen Ausgangsspeicher. Vom
Zähler der Ablaufsteuerung der Säulenauswahlschaltung besteht
eine direkte Verbindung zum Interface. Durch eine geeignete
Verschaltung innerhalb einer Verarbeitungssäule ist es auch
möglich, mit nur zwei Speichern auszukommen, von denen jeder
zur Speicherung der x- bzw. y-Werte, des x- bzw. y-Kantenbil
des benutzt wird. Diese einfache und mit geringem Aufwand
realisierbare Anordnung zeichnet sich durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 8 dargelegten Merkmale aus.
Die Erfindung ermöglicht bei einer bedeutenden Verringerung
des Aufwandes an Verfahrens-, Fertigungs- und Rechentechnik
die besten bisher bekannten Ergebnisparameter, insbesondere
die Arbeitsgeschwindigkeit und das Auflösungsvermögen zumin
dest einzuhalten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Blockschema des Umwandlungsprozesses eines
Realbildes in ein Defektbild,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem in Fig. 1 dargestellten
Umwandlungsprozeß,
Fig. 3 eine in ein Koordinatensystem eingepaßte Maske,
Fig. 4 die Pixelanordnung eines Teilbildes,
Fig. 5 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Anordnung,
Fig. 6 einen Ausschnitt aus der Fig. 5 und
Fig. 7 einen vereinfachten prinzipiellen Schaltplan
einer Verarbeitungssäule.
Fig. 1 läßt erkennen, daß das Realbild 1 zunächst in ein
Realdifferenzbild 2 und in gleicher Weise das Idealbild 3 in
ein Idealdifferenzbild 4 umgewandelt werden. Aus dem Realdif
ferenzbild 2 und dem Idealdifferenzbild 4 wird ein Realver
gleichsbild 5 hergeleitet, das die Grundlage für ein Defekt
bild 6 darstellt. Um zum Defektbild 6 zu gelangen, ist eine
Beeinflussung des Realvergleichsbildes durch das Idealdiffe
renzbild 4 erforderlich. In Fig. 2 ist der prinzipielle
Umwandlungsprozeß des Realbildes 1 und in gleicher Weise des
Idealbildes 3 in das Realdifferenzbild 2 bzw. Idealdifferenz
bild 4 dargestellt. Vom Realbild 1 werden zunächst ein x-
Kantenbild 7 und ein y-Kantenbild 8 und daraus ein x/y-Kanten
bild 9 und ein y/x-Kantenbild 10 hergestellt. Aus den Kanten
bildern 9 und 10 wird dann das Realdifferenzbild 2 abgeleitet.
In gleicher Weise ergibt sich aus dem Idealbild 3 das Ideal
differenzbild 4.
Zur detaillierten Darstellung der Herleitung des Defektbildes
6 aus dem Realbild 1 und dem Idealbild 3 wird auf die Fig. 3
verwiesen, in der eine in ein x-y-Koordinatensystem eingepaßte
Maske 11 dargestellt ist. Sie enthält im zu kontrollierenden
Feld 12 ein Raster von Einzelbildern 13, deren Kanten parallel
zu den Koordinatenrichtungen verlaufen. Jedes Einzel- oder
Teilbild besteht in x-Richtung aus 1024 und in y-Richtung aus
64 Elementen (Pixeln) 14 gemäß Fig. 4, die bis zehnmal klei
ner sind, als die zu erwartende kleinste Struktur. Jedes
Teilbild der Maske 11 wird mit einer CCD-Zeile mit 1024 Pixeln
abgetastet, indem diese Zeile 64mal in y-Richtung über- bzw.
untereinandergesetzt wird. Die Austastung an der nächstfolgen
den Zeilenposition erfolgt durch eine nicht dargestellte Ge
rätesteuerung, wenn die Zeile den Weg von der Kantenlänge
eines Pixels 14 gegenüber der Maske 11 zurückgelegt hat. Bei
der Erläuterung des Umformvorganges wird angenommen, daß die
1024 * 64 Pixel mit 4-bit-Tiefe in einem entsprechend großen
Speicher abgelegt sind. Zur Verarbeitung des vorliegenden
Realbildes 1 wird ein Einschwellenkriterium für die Kantenübergänge
hell/dunkel und dunkel/hell genutzt. Dabei wird der
Intensitätswert des n-ten Pixels von dem des (n+1)-ten Pixels
subtrahiert. Überschreitet die so gebildete Differenz einen
vorgegebenen Schwellwert S, so liegt eine Kante vor. Wird
dieser Schwellwert an der Kante mehrfach überschritten, z. B.
S=2 und n-(n-1)<S, (n+1)-n<S, dann wird dafür gesorgt, daß das
Signal "Kante" nur in ein Pixel gesetzt wird. Bei einer Kante
mit positiver Differenz (Vorderkante) wird gemäß einer getrof
fenen Festlegung das Zeichen "1" in das Pixel des Minuenden
gesetzt, bei dem erstmals die Schwelle überschritten wird. Im
angegebenen Beispiel wird die "1" in das Pixel n gesetzt. Bei
einer Kante mit negativer Differenz (Hinterkante) wird defini
tionsgemäß das Zeichen "2" in das Pixel des Subtrahenten
gesetzt, bei dem letztmalig die Differenz vom Betrag her die
Schwelle S übersteigt. Ist bspw. S=2 und |n-(n-1)|<S,
|(n+1)-n| <S und |(n+2)-(n+1)|<S wird das Zeichen "2" in
das Pixel n+1 gesetzt.
Ausgehend vom Realbild in den Abmessungen 1024 * 64 Pixel wird
das beschriebene Einschwellenkriterium auf dieses Realbild
zweimal angewendet, und zwar
- - das erste Mal in Richtung +x, beginnend in der 64. Zeile am ersten Pixel bis zum 1024. Pixel und dann zeilenweise fort schreitend bis zur Zeile 1. Es entsteht das x-Kantenbild.
- - das zweite Mal in Richtung +y, beginnend in der 64. Zeile am Pixel 1 bis zum Pixel 64 und dann spaltenweise fortschrei tend bis zur 1024. Spalte, 64. Pixel. Es entsteht das y- Kantenbild.
Im x- wie auch im y-Kantenbild erscheinen an den x- bzw. y-
Kanten der Bildelemente nur noch die Zeichen "1" bzw. "2". Der
Intensitätsunterschied wird damit digitalisiert.
Ist in einer Vorgehensrichtung nur ein Pixel mit einem Wert≠0
belegt, so sollen die Zeichen für Vorder- und Hinterkante
addiert werden. Damit erscheint in diesem Pixel das Zeichen
"3". Parallel zur Durchmusterung des Realbildes oder nach
Abschluß derselben sind alle Pixel mit dem Zeichen "3" zu
ermitteln, Null zu setzen, und es ist in einem Defektspeicher
an der Stelle des entsprechenden Pixels ein Zeichen zu setzen
(z. B. "9"). Zur Markierung des Defektes kann die Kombination
dieses Zeichens unter Angabe der x-y-Koordinaten des Auftre
tens dieses Zeichens in Absolutkoordinaten der Maske oder
Relativkoordinaten des Teilbildes unter Angabe der Lage des
Teilbildes benutzt werden.
Für das weitere Vorgehen wird weiterhin das o. g. Einschwellen
kriterium benutzt, wobei als Schwellwert der Wert Null gesetzt
wird. Auch die oben angegebenen Regeln des Setzens der Zeichen
für die Vorder- und Hinterkante bleiben erhalten. Das x-Kan
tenbild wird nunmehr in y-Richtung unter Ausnutzung des modi
fizierten Einschwellenkriteriums durchmustert. Es entsteht das
y/x-Kantenbild. In gleicher Weise wird das y-Kantenbild in
Richtung x durchmustert; es entsteht das x/y-Kantenbild.
Im nächsten Schritt werden die Werte der korrespondierenden
Pixel 14 des x/y-Kantenbildes von denen des y/x-Kantenbildes
subtrahiert, woraus das Realdifferenzbild entsteht.
Die bisher beschriebene Vorgehensweise zur Erlangung des Real
differenzbildes wird auch auf die Bildung des Idealdifferenz
bildes angewendet. Dabei ist es gleichgültig ob das Idealbild
als optisches Bild oder in CAD-Daten vorliegt. Im letzteren
Fall ist das Idealbild zunächst in die Pixelform zu bringen,
bevor es in ein Idealdifferenzbild 4 umgeformt werden kann.
Die Aufbereitung des Realdifferenzbildes (Ausgangspunkt ist
der vollständig gefüllte Teilbildspeicher mit 4-bit Bildtiefe)
und des Idealdifferenzbildes erfolgt mit einer noch zu be
schreibenden Anordnung.
Die Defekt- und Bildunterschiedsextraktion gestaltet sich im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens folgendermaßen:
- 1. Das Realdifferenzbild wird vollständig nach solchen Pixeln 14 durchsucht, die einen von Null verschiedenen Wert haben. Wird ein derartiges Pixel ermittelt, so wird das korrespon dierende Pixel des Idealdifferenzbildes dahingehend über prüft, ob dessen Wert vom Betrag und vom Vorzeichen her mit dem Wert des Pixels im Realdifferenzbild übereinstimmt. Aufgrund von toleranzbedingten x-y-Versätzen zwischen Real- und Idealbild, die in der gleichen Größe auch zwischen Real- und Idealdifferenzbild vorhanden sind, ist eine Übereinstimmung der korrespondierenden Pixel i.a. nicht zu erwarten; es treten, auch wenn man von nicht defektiven Bildelementen ausgeht, sogenannte Rasterfehler auf. Deshalb ist eine hinreichend große Umgebung eines korres pondierenden Pixels im Idealdifferenzbild nach dem gefor derten Wert des Pixels aus dem Realdifferenzbild abzu suchen. Je nach dem zulässigen Rasterfehler können das die 8 bzw. 24 unmittelbar benachbarten Pixel des korrespon dierenden Pixels im Idealdifferenzbild sein. Es könnte auch ein Block aus einer noch größeren Anzahl von Pixeln heran gezogen werden, in dem sich das korrespondierende Pixel befindet. Wird in der vorgegebenen Umgebung das gesuchte Pixel gefunden, so handelt es sich dabei um eine nicht defektive Struktur. Wird das Pixel nicht gefunden, so liegt ein Defekt vor. Im Defektspeicher, der zur Aufnahme aller Defekte benutzt wird, erscheint an derselben Position, die das von Null verschiedene Pixel im Realdifferenzbild hat, ein Zeichen, z. B. "5".
- 2. Wird in der Umgebung oder an der Position des Idealdiffe renzbild-Pixels der gesuchte Wert gefunden, so wird er im Realdifferenzbild Null gesetzt.
- 3. Sind alle Pixel des Realdifferenzbildes gemäß den vor stehenden Punkten 1. und 2. abgearbeitet worden, so werden die Pixel des Idealdifferenzbildes danach untersucht, ob sie verschieden von Null sind. Zeigt sich ein Pixel dessen Wert von Null verschieden ist, so wird an der entsprechen den Stelle des Defektspeichers ein Zeichen gesetzt, z. B. "7".
Mit den unter 1. genannten Verfahrensschritten und der Null
setzung aller Ecken des Realdifferenzbildes nach dem Ecken
findungsprozeß werden parasitäre, zuviel vorhandene Bildele
mente und Defekte ermittelt. Die unter 3. beschriebenen Ver
fahrensschritte führen zur Feststellung fehlender Bildelemen
te, wobei zur Durchführung dieses Defektdetektionsschrittes
das Idealdifferenzbild ohne Berücksichtigung der regulären
Ecken des Realdifferenzbildes verwendet wird.
Während anhand der Fig. 1-4 das Verfahren zur Kontrolle des
Inhaltes von Bildern eingehend erläutert wurde, erfolgt anhand
der Fig. 5-7 die Beschreibung der hierzu erforderlichen
Anordnung.
In Fig. 5 bedeutet 15 eine reale Maske (Realbild) bzw. ein
Teilbild dieser Maske. Der Abtastung der Maske dient eine CCD-
Zeile 16, die als AD-Wandler fungiert. Die in der CCD-Zeile 16
beim Abtasten der Maske 15 erzeugten Signale werden einem
Schaltungsblock 17 zugeleitet, der mit einem Steuer- und Aus
werterechner 18 verbunden ist. Analog zur Realmaskenreihe
besteht die Idealmaskenreihe, die mit der Idealmaske 19 be
ginnt, und über eine CCD-Zeile 20, einen Schalter 21 sowie
einen Schaltungsblock 22 mit dem Steuer- und Auswerterechner
18 verbunden ist. Schließlich ist ein CAD-Datenspeicher 23
über einen CAD-Datenwandler 24 und den Schalter 21 in die
Idealmaskenreihe einkoppelbar. Der Schalter 21 ist so umleg
bar, daß er entweder den Datenfluß aus der Idealmaskenreihe
oder den CAD-Datenfluß zum Steuer- und Auswerterechner 18
gelangen läßt, der den gesamten Kontrollprozeß auswertet und
steuert.
In Fig. 6 ist der grundsätzliche Aufbau eines Schaltungs
blocks 17 bzw. 22 angegeben. Eine Säulenauswahlschaltung 25
ist einerseits mit der CCD-Zeile 16 bzw. 20 bzw. mit der CAD-
Datenumwandlung 24 und andererseits mit Säulen 26, 27, 28, 29
verbunden. Neben Mitteln zur Auswahl der richtigen Säule be
sitzt die Säulenauswahlschaltung 25 eine Schwellwertschaltung
und einen Zähler zur Ablaufsteuerung. Jede der Verarbeitungs
säulen 26 bis 29 weist nacheinander einen Eingang 30, zueinan
der parallelliegende Speicher für x und y, die mit 31 und 32
bezeichnet sind, für das Kantenbild x bzw. das Kantenbild y,
die mit 33 und 34 bezeichnet sind, sowie das Kantenbild x/y
und das Kantenbild y/x, die mit 35 und 36 bezeichnet sind,
auf. Im weiteren Verlauf jeder Verarbeitungssäule sind eine
Bildsubtraktionsstufe 37 zur Bildung des Real- bzw. Ideal
differenzbildes sowie ein Ausgangsspeicher 38 vorgesehen.
Jede der Verarbeitungssäulen 26 bis 29 ist über den Ausgangs
speicher 38 mit einem DMA (Direct-Memory-Access)-Interface 39
verbunden. Außerdem besteht zwischen der Säulenauswahlschal
tung 25 und dem DMA-Interface 39 eine direkte Verbindung 40
für die Steuersignale, die das DMA-Interface 39 veranlassen,
den jeweiligen 16 * 16-bit-Speicher 38 zu leeren.
In Fig. 7 sind die einzelnen Elemente einer der Verarbei
tungssäulen 26 bis 29 und ihre Verschaltungen dargestellt, die
durch eine vorteilhafte Verschaltung ihrer einzelnen Elemente
und Mehrfachbenutzung die verschiedenen Kanten- und Differenz
bilder in einfacher Weise herzustellen gestatten.
Der Eingang 30 ist über Schalter 41 bzw. 42 mit dem x-Speicher
31 bzw. dem y-Speicher 32 verbunden. Jeder der Schalter 41
bzw. 42 besitzt Schaltstellungen a, b, c und korrespondiert
mit einem dem Speicher 31 nachgeordneten Schalter 43 bzw.
einem dem Speicher 32 nachgeordneten Schalter 44, die entspre
chende Schaltstellungen b, c, d aufweisen. Der Speicher 31 ist
in der Schaltstellung b mit einem Komparator 45 und dieser mit
einer Auswertelogik 46 verbunden. Die Auswertelogik 46 besitzt
zwei Ausgänge. Der eine Ausgang führt zu einem Schalter 47 mit
den Schaltstellungen b und c, die den vorgenannten Schaltstel
lungen b und c entsprechen. Die Schaltstellung b des Schalters
47 ist mit der Schaltstellung b des Schalters 41 über eine
Leitung 49 verbunden. Die Schaltstellung c des Schalters 47
steht mit der Schaltstellung c des Schalters 42 über eine
Leitung 48 in Verbindung. Der zweite Ausgang der Auswertelogik
46 ist zu einem Schalter 50 geführt, der die Verbindung 51
zwischen dem Zähler 52 der Säulenauswahlschaltung 25 und einem
16 * 16-bit-Speicher 53 zu schließen oder zu öffnen gestattet.
Der Schalter 44 stellt in seiner Schaltstellung b eine Verbin
dung zwischen dem Speicher 32 und einem Komparator 54 her, der
seinerseits mit einer Auswertelogik 55 verbunden ist, die
ähnlich der Auswertelogik 46 zwei Ausgänge aufweist. Der eine
Ausgang führt zu einem Schalter 56, der wiederum zwei Schalt
stellungen b und c besitzt, die den bereits genannten Schalt
stellungen b und c des Schalters 47 entsprechen. Dabei ist die
Schaltstellung b des Schalters 56 mit der Schaltstellung b
des Schalters 42 über eine Leitung 58 verbunden. Gleicherweise
steht die Schaltstellung c des Schalters 56 mit der Schalt
stellung c des Schalters 41 über eine Leitung 57 in Verbin
dung. Von der Schaltstellung c des Schalters 43 führt eine
Leitung 59 zum Komparator 54. In analoger Weise besteht zwi
schen der Schaltstellung c des Schalters 44 und dem Komparator
45 eine Verbindung 60. Von der Schaltstellung d des Schalters
43 führt eine Leitung 61 zu einem Zweikomponentenbildner 62,
der aber einen Addierer 63 mit dem Ausgangsspeicher 38 in
Verbindung steht. Zwischen der Schaltstellung d des Schalters
44 und dem Addierer 63 besteht ebenfalls eine Leitung 64.
Der zweite Ausgang der Auswertelogik 55 wirkt auf einen Schal
ter 65, der sich in der Verbindung 51 zwischen dem Zähler 52
und einem 16 * 16-bit-Speicher 66 befindet.
Zur Taktung des Zählers 52 für die Ablaufsteuerung dient ein
20 MHz-Taktgeber 67. Zwischen dem Zähler 52 und dem DMA-
Interface 39 besteht die direkte Verbindung 40. Ebenfalls
direkt angeschlossen an das DMA-Interface 39 sind der Aus
gangsspeicher 38 und die 16 * 16-bit-Speicher 53 und 66.
Die von der CCD-Zeile 16 bzw. dem CAD-Datenwandler 24 über den
Schalter 21 (Fig. 5) kommenden Signale werden von der Säulen
auswahlschaltung 25 der jeweils freien Säule, z. B. der Säule
26, über den Eingang 30 (Fig. 6) zugeleitet. Dabei sorgt die
in die Säulenauswahlschaltung 25 integrierte Schwellwertschal
tung dafür, daß nur Kantenübergänge oberhalb einer bestimmten,
praxisorientierten Intensitätsgrenze (eines Schwellwertes)
wirksam und über die Schalter 41, 42 in den Schaltstellungen a
in die Speicher 31, 32 für x und y eingeschrieben werden. Da
im Ausführungsbeispiel jeweils eine CCD-Zeile 16 von 1024
Pixeln 64 Zeilenschiebungen erfährt, werden in jedem der Spei
cher 41, 42 1024 * 64-Bildelemente eingeschrieben, bevor ein
Übergang zum nächsten Speicher bzw. zur nächsten Verarbei
tungssäule 27 bzw. 28 bzw. 29 geschieht. Der Übergang wird
jeweils durch eine zentrale Steuereinheit 18 (Fig. 5) initi
iert, die die CCD-Zeilenabfragung und -verschiebung erzeugt,
selbst durch diese Abfragung und Verschiebung beeinflußt wird
und nach jeweils 1024 * 64-Pixeln (Bildelementen) die alte Zäh
lung beendet sowie das Öffnen des neuen Speichers und die neue
Zählung veranlaßt. Sie wirkt dabei auf den AD-Wandler 16 bzw.
20 bzw. auf die CAD-Datenumwandlung 24. Mit dem Übergang wird
der Zähler 52 in der Säulenauswahlschaltung 25 gestartet, aus
dessen Zählerstand sich die Ablaufsteuerung, die Adressierung
der Speicher 31, 32 und ggf. weitere Aktivitäten ergeben. Aus
dem Speicher 31 werden die Werte zeilenweise und aus dem
Speicher 32 spaltenweise ausgelesen, zwischengespeichert, über
die Schalter 43, 44 in Schaltstellung b den Komparatoren 45
und 54 zugeleitet und dort mit den entsprechenden vorhergehen
den Werten verglichen. Dabei wird die Differenz der Intensitä
ten zwischen dem n-ten und dem (n-1)-ten Pixel und damit das
Signal gebildet, das erkennen läßt, ob es sich um eine Kante
handelt oder nicht bzw. um welche Art von Kante (Vorder- oder
Hinterkante) es sich handelt. Dieses Signal wird in einem in
die Auswertelogik 46 bzw. 55 integrierten Flip-Flop zwischen
gespeichert und mit dem Signal des vorhergehenden Vergleichs
einer Auswertung unterzogen. Diese Auswertung stellt sicher,
daß bei mehrmaligem Auftreten des gleichen Kantensignals nach
einander die entsprechende Kanteninformation nur in einer
Speicherstelle gesetzt wird. Ebenso wird in der Auswertelogik
46 bzw. 55 festgestellt, ob die Signale von Vorder- und Hin
terkante in das gleiche Pixel (auf den gleichen Sensor) fal
len. Wenn das eintritt, handelt es sich um einen Defekt, der
nur einen Sensor betrifft, bei dem in die betreffende Spei
cherstelle eine Null (keine Kante) eingeschrieben wird und der
zugehörige Stand des Zählers 52 der Ablaufsteuerung mit Hilfe
der Verbindung der Auswertelogik 46 bzw. 55 mit dem 16 * 16-bit-
Speicher 53 bzw. 66 durch kurzzeitiges Öffnen des Schalters 50
bzw. 65 (Fig. 7) in diesen 16 * 16-bit-Speicher 53 bzw. 56
übernommen wird. Der 16 * 16-bit-Speicher 53 bzw. 66 wird vom
DMA-Interface 39 geleert und der Defektextraktion unterworfen.
Nach der zeilen- und spaltenweisen Abarbeitung der 1024 * 64-
Pixel (Sensoren, Speicherstellen) entsteht über die Leitung 49
bzw. 58 und die Schalterstellungen b der Schalter 47, 41 bzw.
56, 42 im Speicher 31 das x-Kantenbild und im Speicher 32 das
y-Kantenbild.
Danach werden die Schalter 43 und 44 in die Schalterstellung c
umgelegt, so daß der Komparator 54 aber die Leitung 59 mit dem
Speicher 31 und der Komparator 45 über die Leitung 60 mit dem
Speicher 32 in Verbindung gebracht wird. Das im Speicher 31
enthaltene x-Kantenbild wird spaltenweise und das in dem Spei
cher 32 eingeschriebene y-Kantenbild wird zeilenweise ausgele
sen, dem Komparator 45 bzw. 54 und der Auswertelogik 46 bzw.
55 zugeführt. Es entstehen das x/y-Kantenbild, das über die
Leitung 57 und die Stellung c der Schalter 56 und 41 im Spei
cher 31 abgelegt wird, und das y/x-Kantenbild, das über die
Leitung 48 und die Stellung c der Schalter 47 und 42 im Spei
cher 32 abgelegt wird.
Schließlich wird die Bildsubtraktion durch Differenzbildungen
durchgeführt. Hierzu werden das x/y- und das y/x-Kantenbild
sequentiell aus dem jeweiligen Speicher 31 bzw. 32 ausgele
sen, wobei sich die Schalter 43, 44 in der Schaltstellung d
befinden. Die Bildelemente des x/y-Kantenbildes gelangen durch
die Leitung 61 nacheinander zum Zweierkomplementbildner 62, wo
jedes Signal eine Negation mit einer anschließenden Addition
mit einer Eins in der letzten Stelle erfährt. Die Bildelemente
des y/x-Kantenbildes werden über die Leitung 64 zum 4-bit-
Volladdierer 63 geführt, in dem das Zweierkomplement des x/y-
Kantenbildes vom y/x-Kantenbild subtrahiert und in den Aus
gangsspeicher 38 überführt wird. Ist die Subtraktion für das
gesamte Teilbild vollzogen, so wird das DMA-Interface 39 vom
Rechner 52 der Säulenauswahlschaltung 25 aktiviert, das den
Ausgangsspeicher 38 und die 16 * 16-bit-Auffangspeicher 53 und
66 leert und die Speicherinhalte auf im Steuer- und Auswerte
rechner 18 (Fig. 5) intergrierte Speicher überträgt. Damit
steht die Auswertesäule 26 nach dem Rücksetzen des Zählers 52
erneut zur Aufnahme von Pixelwerten zur Verfügung. Der Steuer-
und Auswerterechner 18 dient einerseits dem koordinierten
Zusammenwirken aller Teile des Kontrollprozesses bzgl. des
Inhaltes der Bilder bzw. Teilbilder und andererseits der An
zeige der Koordinaten der Defektstellen (Pixel) in den Bildern
bzw. Teilbildern. Im Anschluß daran ist es möglich, die De
fektstellen in bekannter Weise einzeln in Augenschein zu neh
men und über die Notwendigkeit der Korrektur der jeweiligen
Defektstelle oder die Verwerfung eines ganzen Bildes, einer
Maske zu entscheiden.
Der zu den Fig. 5 bis 7 beschriebene Vorgang trifft sowohl für
die Bildung von Realdifferenzbildern 2 als auch von Idealdif
ferenzbildern 4 zu. Auf der Basis des Realdifferenzbildes 2
(Fig. 1) werden nach seiner Herstellung alle parasitären,
überzähligen und defektbehafteten Strukturen ermittelt, indem
in einem ersten Defektdetektionsschritt die Eckwerte Null
gesetzt werden. In einem zweiten Defektdetektionsschritt wer
den fehlende Strukturen auf der Basis des Idealdifferenzbildes
ermittelt, indem das Idealdifferenzbild für sich ohne Bezug
nahme auf die regulären Ecken des Realdifferenzbildes bearbei
tet wird. Auf diese Weise werden im Steuer- und Auswerterech
ner 18 (Fig. 5) das Realvergleichsbild 5 und das Defektbild 6
(Fig. 1) geschaffen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Kontrolle des Inhaltes von Bildern durch
Vergleich eines Realbildes mit einem Idealbild, die sich
beide auf den gleichen Bildinhalt beziehen, wobei die zu
vergleichenden Bilder in nach Zeilen und Spalten geordnete
Elemente zerlegt, analoge Elemente des Realbildes und des
Idealbildes in x- und y-Koordinaten abgetastet, mit einan
der verglichen und das Vergleichsergebnis weiter verarbei
tet werden, gekennzeichnet dadurch, daß vom Realbild (1)
und vom Idealbild (3) je ein x-Kantenbild (7) und ein y-
Kantenbild (8) erzeugt werden, das jedes x-Kantenbild (7)
in y-Richtung und jedes y-Kantenbild (8) in x-Richtung
abgetastet und daraus ein x/y- und ein y/x-Kantenbild (9,
10) erzeugt werden, daß durch die Subtraktion der Elementwerte
des y/x-Kantenbildes (10) von den korrespondierenden
Elementwerten des x/y-Kantenbildes (9) des Realbildes (1)
bzw. des Idealbildes (3) je ein Realdifferenzbild (2) bzw.
ein Idealdifferenzbild (4) erzeugt wird, daß durch Vergleich
des Realdifferenzbildes (2) mit dem Idealdifferenzbild
(4) ein Realvergleichsbild (5) ermittelt wird und das
Idealdifferenzbild (4) für sich abgetastet wird daß aus
dem Ergebnis der Abtastung des Idealdifferenzbildes (4)
sowie dem Realvergleichsbild (5) ein Defektbild (6) abgeleitet
wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß
beim Vergleich von Realdifferenzbild (2) und Idealdifferenzbild
(4) in beiden gefundene korrespondierende Elementwerte
im Idealdifferenzbild (4) Null gesetzt werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß
das Idealdifferenzbild (4) nach seinem Vergleich mit dem
Realdifferenzbild (2) auf von Null verschiedene Elementwerte
untersucht wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß
die von Null verschiedenen Elementwerte des Idealdifferenzbildes
(4) gespeichert werden.
5. Verfahren gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, daß das Idealbild (3) in
nichtoptischer Form vorliegt.
6. Verfahren gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, daß zum Auffinden des dem
Bildelement (14) im Realdifferenzbild (2) im Idealdifferenzbild
(4) entsprechenden Bildelements mehrere in einem
Block allseitig benachbart liegende Bildelemente abgetastet
werden.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß mindestens
einem der Ansprüche 1 bis 3 bei der zwischen die Daten des
Realbildes und des Idealbildes liefernden Einheiten und
einer Auswerteeinheit ein Schaltungsblock angeordnet ist,
gekennzeichnet dadurch, daß der Schaltungsblock (15, 22)
nacheinander eine Säulenauswahlschaltung (25), zueinander
parallel geschaltete Verarbeitungssäulen (26 bis 29) und
ein Interface (39) umfaßt, von denen die Säulenauswahlschaltung
(25) einen Schwellwertbildner und einen Zähler
für die Ablaufsteuerung beinhaltet, jede Verarbeitungssäule
(26 bis 29) einen Speicher (33 bis 36) für das x-Kantenbild
und das y-Kantenbild sowie das x/y-Kantenbild und das y/x-
Kantenbild und eine Subtraktionseinrichtung (37) sowie
einen Ausgangsspeicher (38) enthält, und das Interface (39)
einerseits über die Verarbeitungssäulen (26 bis 29) und
andererseits über eine direkte Leitung (40) mit der Säulenauswahlschaltung
(25) verbunden ist.
8. Anordnung gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß
jede Verarbeitungssäule (26 bis 29) zwei parallele Signalwege
mit je einem zwischen einem ersten und einem zweiten
Schalter (41, 43 bzw. 42, 44) angeordneten Speicher (31
bzw. 32), einem Komparator (45 bzw. 54) und einer Auswertelogik
(46 bzw. 55) mit zwei Ausgängen aufweist, der ein
dritter Schalter (47 bzw. 56) nachgeordnet ist, daß in
jedem Signalweg mit Hilfe von unterschiedlichen Schaltstellungen
der Schalter (47 bzw. 56) je eine Verbindung von der
Auswertelogik (46 bzw. 55) zum Speicher (31 bzw. 32), vom
Speicher (31 bzw. 32) des einen Signalweges zum Komparator
(54 bzw. 45) des anderen Signalweges und nach dem Durchlaufen
des jeweils anderen Signalweges vom ersten Ausgang der
Auswertelogik (55 bzw. 46) im anderen Signalweg zum Speicher
(31 bzw. 32) im einen Signalweg besteht, daß vom
zweiten Schalter (43 bzw. 44) jedes Signalweges eine Verbindung
zu einem Subtraktionsglied (37) besteht, das mit
einem Ausgangsspeicher (38) verbunden ist, daß zwischen dem
Zähler der Säulenauswahlschaltung (25) und dem Interface
(39) zwei parallel zueinander angeordnete Auffangspeicher
(53, 66) vorgesehen sind, denen für jedes Signal jeweils
ein vierter Schalter (50 bzw. 65) vorgeordnet ist, der
jeweils von einem vom anderen Ausgang der Auswertelogik (46
bzw. 55) des zugehörigen Signalweges ausgehenden Signal
kurzzeitig geschaltet wird.
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