JP2002314982A - 欠陥検出方法 - Google Patents

欠陥検出方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターンの違い部分や、部分的な濃淡部分の
存在のもとでも、欠陥を正確に認識できるようにする。 【解決手段】 ターゲット画像F中の欠陥をターゲット
画像Fとマスター画像Gと比較しながら検出する画像処
理手法による欠陥検出方法であって、マスター画像Gと
ターゲット画像Fとの全ての対応画素において、小領域
単位での正規化相関マッチングを行って、マッチング平
面Mにマッチング率を描き込み、このマッチング平面M
からマッチング率の低い小領域を抽出し、マッチング率
の低い小領域の存在からターゲット画像F中の欠陥を見
つける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像処理により模
様のある工業製品の欠陥を画像処理により検出する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は、検査対象の模様、たとえばシリ
コンウエハやプリント基板の回路パターン、あるいは印
刷物のパターンの欠陥検査において、従来の減算処理に
よる欠陥の検出処理例を示す。この図1で、欠陥の検出
処理は、マスター画像と検査対象のターゲット画像との
全ての対応画素の間で、差分の絶対値をとることによっ
て、濃度値の減算処理を行って、減算画像を生成し、こ
の減算画像を2値化処理して得られる2値化画像から白
い画素を欠陥要素として抽出する。なお、ここでの「欠
陥」とは、汚れ、異物、シミ、はがれ、傷、欠け、ピン
ホール、短絡、断線、凹凸などを言う。
【0003】また、欠陥要素から欠陥を抽出するにはい
くつかの手法があり、1画素でも欠陥要素があれば欠陥
とする抽出手法や、連結した欠陥要素のかたまり(閉領
域)の面積や長さなどで判断する抽出手法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記抽出手法
では、マスター画像とターゲット画像とでパターンの形
が微妙に違っていたり、また、ターゲット画像に部分的
な濃淡(明るさの違い)が生じていたりすると、検査対
象(ワーク)のパターンが良品であるのに、パターンの
違い部分や、部分的な濃淡(明るさの違い)部分で欠陥
として認識してしまう。
【0005】図2は、従来の減算処理でのパターンの違
いによる良品の誤判定例を示す。図2では、たとえばパ
ターンの幅にバラツキがあるが、この程度のバラツキは
良品としたくても、従来の抽出手法では、一連の画像処
理の過程で、パターンの幅の違い部分がすべて欠陥要素
(白)として出力されてしまうため、パターンの幅の許
容範囲の違いと本当の欠陥との識別が困難になる。
【0006】また、図3は、従来の減算処理での部分的
な濃淡(明るさの違い)による良品の誤判定例を示す。
図3では、検査用の照明や、検査対象(ワーク)自体の
濃度差の影響で、ターゲット画像に濃度差が現れた場
合、ワークが良品であるにもかかわらず、画像処理後の
2値画像には欠陥要素(白)が現れ、欠陥の識別をむず
かしくする。
【0007】したがって、本発明の目的は、パターンの
違い部分や、部分的な濃淡部分の存在のもとでも、欠陥
を正確に認識できるようにすることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的のもとに、本発
明は、ターゲット画像中の欠陥をターゲット画像とマス
ター画像と比較しながら検出する画像処理手法による欠
陥検出方法であり、マスター画像とターゲット画像との
全ての対応画素において、小領域単位での正規化相関マ
ッチングを行って、マッチング平面にマッチング率を描
き込む過程と、マッチング平面からマッチング率の低い
小領域を抽出し、マッチング率の低い小領域の存在から
ターゲット画像中の欠陥を見つける過程とからなること
を特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】図4は、本発明の欠陥検出方法を
実行するための欠陥検出装置1を示す。欠陥検出装置1
は、TVカメラ2により検査対象のワーク3のパターン
を撮像し、パターンの映像信号を画像処理ユニット4に
送る。
【0010】画像処理ユニット4は、コンピュータ、メ
モリ、入出力機器およびデイスプレイなどを含む画像処
理システムにより構成されており、画像処理ユニット4
のプログラムメモリ領域に、本発明の欠陥検出方法にも
とづくプログラムを内蔵しており、画像処理ユニット4
の画像メモリ領域に、ワーク3のパターンの映像信号か
ら生成されるデジタル画像Wを格納するとともに、デジ
タル化されたマスター画像Gを予め記憶している。
【0011】画像処理ユニット4のプログラムは、本発
明の欠陥検出方法にもとづき、ターゲット画像Fから欠
陥を検出するために、デジタル画像Wの一部としてのタ
ーゲット画像Fとマスター画像Gとを比較し、マスター
画像Gとターゲット画像Fとの全ての対応画素におい
て、小領域単位での正規化相関マッチングを行って、マ
ッチング平面にマッチング率を描き込む過程と、マッチ
ング平面からマッチング率の低い小領域を抽出し、マッ
チング率の低い小領域の存在からターゲット画像中の欠
陥を見つける過程とからなる画像処理を実行する。
【0012】図5は、マスター画像Gの構成画素の座標
(x,y)およびターゲット画像Fの構成画素の座標
(x,y)を示す。ターゲット画像Fは、これを含むデ
ジタル画像Wの一部であり、マスター画像Gをテンプレ
ートとするパターンマッチング(手法としては正規化相
関法)により、画像W中から切り出されたものである。
よって、マスター画像Gおよびターゲット画像Fの大き
さは、同じである。もちろん、マスター画像Gおよびタ
ーゲット画像Fは、全体的に見たときに類似している
が、局所的に見ると必ずしも類似していない。部分的に
明るさが違ったり、パターンの形が違ったり、欠陥があ
ったりしても、全体としてのマッチング率は高くなるた
めである。
【0013】さて、マスター画像Gの画素の座標(x,
y)を中心とする小領域をgxyとする。小領域gxyの大
きさは、あらかじめパラメータ等で設定されているもの
とする。通常、縦横ともに2〜30画素の値がとられ、
この大きさは、パターンの形の変化つまりパターンのズ
レではなく、境界のダレなどが大きいターゲット画像の
場合に、大きくとる。
【0014】また、マスター画像Gの画素の座標(x,
y)に該当する、ターゲット画像Fの画素の座標(x,
y)を中心とする小領域をfxyとする。この小領域fxy
の大きさは、マスター画像の小領域gxyと等しいか、ま
たは縦横に数画素大きい。これは、マスター画像Gおよ
びターゲット画像Fの部分画像が局所的にズレているこ
とがあるためである。
【0015】図6は、画像処理過程の概念を示す。ま
ず、小領域gxyをテンプレートとするパターンマッチン
グを小領域fxyに対して行う。小領域fxy内で、テンプ
レートgxyが移動する範囲を(u,v)としたとき、小
領域fxy内で注目する画素の座標(i+u,j+v)のマッ
チング率Rxy(u,v)を下記の正規化相関式によって
行う。
【0016】
【数1】
【0017】つぎに、小領域fxy内のすべての移動する
範囲(u,v)の組み合わせで、テンプレートを動か
し、マッチング率Rxy(u,v)が最大となる値をRxy
とし、この値Rxyをマスター画像Gおよびターゲット画
像Fと同じ大きさのマッチング平面Mの座標(x,y)
に描き込む。なお、マッチング率Rxyは、−1から+1
までの実数値をとり、マッチング平面Mは、8ビットで
表現するため、つぎのような手順で描き込まれる。
【0018】すなわち、マッチング率Rxyが負または0
の場合は、マッチング平面Mの座標(x,y)に0を描
き込む。また、マッチング率Rxyが正の場合は、255
を掛けた後に、マッチング平面Mの座標(x,y)に整
数化してその値を描き込む。
【0019】この処理をターゲット画像Fですべての有
効な画素の座標(x,y)に対して行い、マッチング平
面Mにマッチング率Rxyを描き込む。なお、ターゲット
画像Fの上下左右端は、小領域fxyの大きさの分だけ、
未処理範囲が生じる。
【0020】最後に、マッチング平面Mをあるしきい値
で2値化し、黒となる画素(欠陥要素)から構成される
連続した小領域を抽出し、その2値特徴量たとえば黒の
画素(欠陥要素)から構成される連続した小領域の面
積、長さなどがある判定値を超えたときに、その連続し
た黒い小領域を欠陥とする。
【0021】図7は、従来法では検出のむずかしかっ
た、パターンの幅にバラツキのあるターゲット画像に欠
陥のある場合である。従来法のように、画素単位では難
しかった本ケースでも、小領域自体がある大きさを持っ
ているため、多少のパターンの違いは、マッチング率の
若干の低下を招くだけで、欠陥要素にまでは至らないた
め、また、少し余裕をもって注目画素の上下左右に数画
素づつシフトして、最もマッチングする位置を見つける
ため、パターン自体の位置ズレにも柔軟に追従できる。
本発明によれば、欠陥は、欠陥要素として抽出され、パ
ターンの違いは欠陥要素としては抽出されない。
【0022】図8は、ターゲット画像に部分的に濃度差
のある場合であるが、小領域単位で見ると、小領域fxy
内の小領域gxyに対応する領域の濃度値は、単に定数倍
と見なすことができる。このため、正規化相関式の特
徴、すなわちテンプレートとターゲットが定数倍のと
き、マッチング率は1になることから、マッチング率R
xyは、1に近い値をとる。よって、画像の部分的な濃淡
の違いは、欠陥要素としては抽出されない。
【0023】
【発明の応用】1)本発明は、マスター画像とターゲッ
ト画像との全ての対応画素において、小領域単位での正
規化相関マッチングを行うが、たとえば縦横ともに1画
素飛ばしのように間引きでマッチング処理を行うと、高
速処理ができる。2)マッチング平面にマッチング率を
描き込む際に、あるしきい値と比較して、2値化した値
を直接描き込んでもよい。このようにすれば、マッチン
グ平面から、あるしきい値と比較して2値化画像を作る
手順が省ける。
【0024】なお、マスター画像とターゲット画像のマ
ッチングにおいて、画像を縦横にいくつか、たとえば縦
横ともに16分割し、このようにして得られた各小領域
(ブロック)どうしで、マッチングを行うという手法が
考えられる。しかし、この手法は、ただ単に、小領域に
分割した各ブロックどうしのマッチング率を見るもので
あって、たとえばブロック数が1200(640×48
0/(16×16))あればこの中にマッチング率の低
いブロックがあるか否か、またそのブロック数はいくつ
か、くらいしかわからない。
【0025】本来、欠陥は、その欠陥要素の特徴量(面
積や長さ)の解析から抽出されるべきものであり、上述
の手法だけでは、欠陥要素の特徴量の解析による欠陥を
抽出することはできない。
【0026】これに対して、本発明の欠陥検出方法は、
各画素単位で、その画素を中心とするマッチングを行う
ことにより、そのマッチング率をマッチング平面に描き
込んで、まさに欠陥要素を示す画像(2値画像)を得る
ことを特徴とし、欠陥要素の特徴量の解析から欠陥を見
つけているから、上記の考えられる手法よりも優れてい
る。
【0027】
【発明の効果】上記のように、本発明の欠陥検出方法
は、マスター画像とターゲット画像との全ての対応画素
において、小領域単位での正規化相関マッチングを行っ
て、マッチング平面にマッチング率を描き込み、マッチ
ング平面からマッチング率の低い小領域を抽出し、マッ
チング率の低い小領域の存在からターゲット画像中の欠
陥を見つける。
【0028】したがって、本発明では、模様のあるパタ
ーンにある欠陥の検査において、従来はむずかしかった
パターンの位置ズレや形の微妙な違いの影響を受けず、
また画像内の部分的な濃度差の影響を受けず、欠陥のみ
を忠実に抽出できる。特に、本発明によれば、各画素単
位で、その画素を中心とするマッチングを行うことによ
り、そのマッチング率をマッチング平面に描き込んで、
まさに欠陥要素を示す画像(2値画像)が得られる。こ
のように、欠陥は、マッチング平面における欠陥要素の
特徴量の解析から、欠陥がパターンの位置ズレや形の微
妙な違い、画像内の部分的な濃度差の影響を受けること
なく、検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】検査対象のシリコンウエハやプリント基板の回
路パターンあるいは印刷物のパターンの欠陥検査におい
て、従来の減算処理による欠陥の検出処理例の説明図で
ある。
【図2】従来の減算処理でのパターンの違いによる良品
の誤判定例の説明図である。
【図3】従来の減算処理での部分的な濃淡(明るさの違
い)による良品の誤判定例の説明図である。
【図4】本発明による欠陥検出方法を実行するための欠
陥検出装置1のブロック線図である。
【図5】マスター画像Gの構成画素の座標(x,y)お
よびターゲット画像Fの構成画素の座標(x,y)の説
明図である。
【図6】本発明による欠陥検出方法の画像処理過程の説
明図である。
【図7】パターンの幅にバラツキのあるターゲット画像
で、本発明による欠陥検出方法の説明図である。
【図8】ターゲット画像に部分的に濃度差のあるターゲ
ット画像で、本発明による欠陥検出方法の説明図であ
る。
【符号の説明】
1 欠陥検出装置 2 TVカメラ 3 検査対象のワーク 4 画像処理ユニット
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成13年4月24日(2001.4.2
4)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図8】
【図6】
【図7】
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G06T 7/00 300 G06T 7/00 300E Fターム(参考) 2G051 AA51 AA65 AB02 AB03 AB04 AB11 AB14 CA04 EA12 EA14 EC07 ED01 ED08 ED11 5B057 AA03 BA11 CH01 CH11 DA03 DC33 DC34 5C054 AA01 FC01 FE14 GB12 HA01 5L096 BA03 CA04 DA02 EA17 EA45 FA34 GA08 HA07 JA09

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ターゲット画像中の欠陥をターゲット画
    像とマスター画像と比較しながら検出する画像処理手法
    において、 マスター画像とターゲット画像との全ての対応画素にお
    いて、小領域単位での正規化相関マッチングを行って、
    マッチング平面にマッチング率を描き込む過程と、マッ
    チング平面からマッチング率の低い小領域を抽出し、マ
    ッチング率の低い小領域の存在からターゲット画像中の
    欠陥を見つける過程とからなることを特徴とする欠陥検
    出方法。
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