JP2006201135A

JP2006201135A - 欠陥検査装置、欠陥検査方法及び欠陥検査プログラム

Info

Publication number: JP2006201135A
Application number: JP2005015977A
Authority: JP
Inventors: Sukenori Mano; 祐徳真野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】検査時間を短縮することができる欠陥検査装置、欠陥検査方法及び欠陥検査プログラムを提供すること。
【解決手段】被検物６の画像を撮像する撮像手段４と、前記被検物６の画像から前記被検物６の輪郭を抽出する輪郭抽出手段１２と、記憶手段１３に記憶された前記被検物６の図面データと、前記被検物６の輪郭の輪郭データと前記図面データとの差から前記被検物６の欠陥を検出する欠陥検出手段１２とを有することを特徴とする欠陥検査装置１００。
【選択図】図６

Description

本発明は、欠陥検査装置、欠陥検査方法及び欠陥検査プログラムに関する。

従来、被検物の欠陥検査を行う際、測定機を介して取得した被検物の画像とこの被検物に対するリファレンスワークの画像とを比較して目視で欠陥を検出する欠陥検査方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、リファレンスワークを測定機に載置してリファレンスワーク画像を取得した後、同じ測定機に被検物を載置して被検物画像を取得し、先に取得したリファレンスワーク画像と被検物画像とをモニター上で重ねて表示し、目視で両者のずれやリファレンス画像に無い被検物画像を欠陥として検出していた。
特開平１０−４７９３５号公報

しかしながら、従来の方法では、リファレンスワークと被検物をそれぞれ個別に測定機に載置して画像を取得しているので、目視で検査するために検査時間がかかる問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、検査時間を短縮することができる欠陥検査装置、欠陥検査方法及び欠陥検査プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、被検物の画像を撮像する撮像手段と、前記被検物の画像から前記被検物の輪郭を抽出する輪郭抽出手段と、記憶手段に記憶された前記被検物の図面データと、前記被検物の輪郭の輪郭データと前記図面データとの差から前記被検物の欠陥を検出する欠陥検出手段とを有することを特徴とする欠陥検査装置を提供する。

また、本発明にかかる欠陥検査装置では、前記図面データは、前記被検物の公差データを有することが好ましい。

また、本発明にかかる欠陥検査装置では、前記欠陥検出手段は、前記被検物を載置するＸＹステージの位置決め誤差に相当する前記被検物画像の画素数以下の画素数ずらした前記被検物の輪郭の輪郭データと前記図面データとの差から前記被検物の欠陥を検出することが好ましい。

また、本発明にかかる欠陥検査装置では、前記欠陥検出手段は、前記被検物を載置するＸＹステージの位置決め誤差に相当する前記被検物画像の画素数以下の画素数ずらした複数の前記被検物の輪郭の輪郭データについて、それぞれ前記図面データとの差を算出し、前記差の最小値から欠陥を検出することが好ましい。

また、本発明にかかる欠陥検査装置では、前記欠陥検出手段は、前記ＸＹステージの位置決め誤差に相当する前記被検物画像の画素数が２画素以上ある場合には、前記被検物の画像を複数の方向に１画素ずらし前記差が最小の位置を決定し、前記最小の位置に画素をずらした前記被検物の画像を、前記最小の位置に画像をずらしたのと同じ方向と、それに隣接する方向とに１画素ずらした複数の前記被検物の輪郭データについて、前記差が最小の位置を決定することを前記ＸＹステージの位置決め誤差に相当する前記被検物画像の画素数以内で行い、前記差のうち最小値から欠陥を検出することが好ましい。

また、本発明は、被検物の画像から前記被検物の輪郭を抽出する輪郭抽出処理と、前記被検物の輪郭の輪郭データと前記被検物の図面データとの差から前記被検物の欠陥を検出する欠陥検出処理とを有することを特徴とするコンピュータで実行される欠陥検査プログラムを提供する。

また、本発明は、被検物の画像から前記被検物の輪郭を抽出し、前記被検物の輪郭の輪郭データと前記被検物の図面データとの差から前記被検物の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法を提供する。

本発明によれば、検査時間を短縮することができる欠陥検査装置、欠陥検査方法及び欠陥検査プログラムを提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。

本発明の欠陥検査装置の概略構成図を図６に示す。本実施の形態の欠陥検査装置１００は、測定装置１と、制御解析ユニット２とを有する。また、測定装置１は、支持体３と、支持体３のベース部３ａの上に設けられた、被検物６を載置するためのＸＹステージ５と、支持体３の支持部３ｂに支持されている撮像部４とを有する。また、このＸＹステージ５には、制御解析ユニット２から出力されるＸＹステージ５移動指令データを受信し、該受信したＸＹステージ５移動指令データに基づいて、ＸＹステージ５を水平２軸方向に駆動させるＸＹステージ５部（図６には図示せず）と、ＸＹステージ５の座標位置を検出し該ＸＹステージ５座標位置を表すデータを制御解析ユニット２に出力するＸＹステージ５位置検出部（図６には図示せず）とを有する。

また、ベース部３ａには透過照明光学系７が、撮像部４に落射照明光学系９が、それぞれ設けられている。そして、ＸＹステージ５上に、二次元的な輪郭形状を有し、かつ僅かな厚みを有する被検物６が載置され、ベース部３ａに設けられた透過照明光学系７または、撮像部４に設けられた落射照明光学系９により照明される。また、撮像部４は、上述の落射照明光学系９と、被検物６の像を結像させる光学倍率が可変の結像光学系１０と、結像された画像を撮像するＣＣＤカメラ８とを有する。ＣＣＤカメラ８で撮像した画像は、制御解析ユニット２に送られる。

制御解析ユニット２は、測定装置１を制御し、測定装置１から取得した画像に基づいて後述する方法で被検物の欠陥を検出する制御解析装置１２と、制御解析装置１２に接続されたモニタ画面１１ａを有するモニタ１１と、制御解析装置１２で使用するＣＡＤデータを記憶する記憶装置１３とを有する。

上記の構成を備えた欠陥検査装置１００は、ＸＹステージ５を移動させて、撮像部４で被検物６を撮像し、撮像した画像とＣＡＤデータを制御解析装置１２で解析し、被検物６の欠陥を検出する。

次に本実施の形態で行う欠陥検査方法について説明する。

本発明にかかる欠陥検査方法は、被検物６の検査に用いる測定装置１で取得する被検物６の画像サイズと被検物６に対応するＣＡＤ図から作成したリファレンス画像の画像サイズが同じになるように設定し、被検物画像の各画素の階調値とリファレンス画像の各画素の階調値の差分値から欠陥を検出するものである。

図１は、本発明の実施の形態に係る欠陥検査方法の処理フローを示す。これらの処理は制御解析装置１２で行われる。以下ステップ毎に説明する。

（ステップＳ１）
被検物６に対応するＣＡＤデータを制御解析ユニット２に読み込む。被検物６の設計図面はＣＡＤで作成されＣＡＤデータとして保存されている。このＣＡＤデータを欠陥検査装置１００で使えるデータフォーマットに変換し、欠陥検査装置１００の入力装置を介して測定装置２の記憶装置１３に記録保管する。記録された被検物６のＣＡＤデータは以降の欠陥検出の際に用いられる。

（ステップＳ２）
測定装置１のＸＹステージ５に被検物６を載置する。作業者が制御解析ユニット２を介してＸＹステージ５を移動し被検物６の座標原点を結像光学系１０を介して検出し、結像光学系１０の中心位置（十字カーソル）に位置付ける。なお、この位置付けは、制御解析ユニット２で自動的に行っても良い。この後欠陥検査装置１００では、制御解析装置１２が測定装置１のＸＹステージ５に載置された被検物６（実ワークとも言う）の座標原点と記憶されている被検物６のＣＡＤデータの座標原点とを合わせ、被検物６の座標系とＣＡＤデータの座標系とを一致させる処理を実行する。

（ステップＳ３）
作業者、または自動で測定装置１のＸＹステージ５を移動して、被検物６を検査位置に移動し検査位置の画像を撮像部４を介して取得する。図２（ａ）は、取得した画像の各画素の階調値を示している。説明を簡単にする為に白（１）黒（０）の２値でそれぞれの画素の階調値を示している。以降の説明は、黒ラインの検査画像を用いて説明するが、白ラインの検査画像でも同様の処理で欠陥検出を行える。

（ステップＳ４）
図２（ａ）の被検物６画像の各画素にラプラシアンフィルタ処理を施し図２（ｂ）に示す輪郭位置を抽出した被検物６の輪郭画像を算出して記憶装置１３に保存する。ここでは、４近傍のラプラシアンフィルタ処理を行った一例を示している。

ラプラシアンフィルタについて簡単に説明する。４近傍のラプラシアンフィルタは、注目する画素の階調値の４倍値から、注目する画素の上下左右の４画素の階調値をそれぞれ引き、その結果を注目画素の処理後の階調値とするものである。

図２（ａ），（ｂ）を用いて説明すると、例えば、フィルタ処理後の注目画素が図２（ｂ）の２行２列目Ｂ（２，２）（以後、図２（ａ）のｉ行ｊ列の画素をＡ（ｉ，ｊ）、図２（ｂ）のｉ行ｊ列の画素をＢ（ｉ，ｊ）と記す）の時、図２（ａ）の画素Ａ（１、１）〜Ａ（３，３）までの９画素のうち、Ａ（１，２）、Ａ（２，１）、Ａ（２，３）、およびＡ（３，２）の４箇所の画素の階調値を用いて、Ｂ（２，２）の階調値は以下の計算式で得られる。

Ｂ（２，２）＝４×Ａ（２，２）−｛Ａ（１，２）＋Ａ（２，１）＋Ａ（２，３）＋Ａ（３，２）｝
一般式は、
Ｂ（ｉ，ｊ）＝４×Ａ（ｉ，ｊ）−｛Ａ（ｉ，ｊ−１）＋Ａ（ｉ，ｊ＋１）＋Ａ（ｉ−１、ｊ）＋Ａ（ｉ＋１、ｊ）｝・・・（１）
である。

図２（ａ）の被検物画像から、式（１）を用いた計算により図２（ｂ）に示す輪郭位置（Ｂ（５，２）〜Ｂ（５，１３）、およびＢ（１６、２）〜Ｂ（１６、１３）のみが１（白）となる）を示す輪郭画像が得られる。但し、Ｂ（６，２）〜Ｂ（６，１３）およびＢ（１５、１）〜Ｂ（１５，１３）は算出された階調値が”−１”であるが、階調値にマイナス成分は無いのでここでは”０”と置き換えている。

被検物６の画像にフィルタ処理を実行することで白黒の画像から、輪郭位置のみが白で示される被検物６の輪郭画像（図２（ｂ））が作成される。作成された輪郭画像データは記憶装置１３に記録され保存される。

（ステップＳ５）
被検物６の画像を取り込んだ位置における視野範囲内で、記憶されている被検物６に対応するＣＡＤデータから図３（ａ）に示す輪郭画像を作成する。ＣＡＤデータから作成した輪郭画像は、図面の線のみが輪郭位置となる（輝度１）画像が得られる。

（ステップＳ６）
ＣＡＤデータの輪郭画像に製造公差分を付加したリファレンス画像を作成する（図３（ｂ））。ＣＡＤデータの輪郭画像に以下に記述するフィルタ処理を施すことで、図３（ｂ）に示す製造公差分を含んだリファレンス画像が作成される。

図３（ａ）から図３（ｂ）への変換は、公差が２画素分ある場合を想定している。この場合、画素Ｂ（３，３）は、画素Ａ（１，１）〜Ａ（５，５）の２５画素の階調値のうち最大の階調値を処理後のＢ（３，３）の階調値として用いる。従って、
Ｂ（３，３）＝Ｍａｘ｛Ａ（１，１）〜Ａ（５，５）｝
一般式は、公差分の画素数をｋとすると
Ｂ（ｉ，ｊ）＝Ｍａｘ｛Ａ（ｉ−ｋ，ｊ−ｋ）〜Ａ（ｉ＋ｋ，ｊ＋ｋ）｝・・・（２）
である。

この様にして、製造時の公差分を含んだ輪郭位置を有するリファレンス画像が得られ記憶装置１３に記録し保管される。

（ステップＳ７）
被検物６の輪郭画像とリファレンス画像との階調値の差分から欠陥画像を作成し欠陥量（欠陥が存在する画素数）Ｄ０を算出する（図４参照）。

図４（ｃ）に示す被検物６の欠陥画像は、図２（ｂ）の被検物６の輪郭画像と図３（ｂ）のリファレンス画像との階調値の差分を算出することによって取得される。

一般式は、
Ｃ（ｉ，ｊ）＝Ａ（ｉ，ｊ）−Ｂ（ｉ，ｊ）・・・（３）
である。

図４に示す例では、被検物６の輪郭画像がリファレンス画像に含まれてしまうので算出された欠陥画像の画素Ｃ（ｉ，ｊ）の階調値は全て”０”でＤ０＝０となり無欠陥であることを示している。なお、”−１”はステップ４と同様に”０”としている。

図５は、被検物６に欠陥がある場合を示している。図５（ａ）において、画素Ａ（６，６）〜Ａ（１５，６）に欠陥（輝度１）がある場合を一例として示している。図５（ａ）の輪郭画像と図５（ｂ）のリファレンス画像の階調値の差分を式（３）により求めると図５（ｃ）に示す欠陥画像が得られる。図５（ｃ）から、この被検物６は画素Ｃ（９，６）〜Ｃ（１２，６）が欠陥であると判断され、Ｄ０＝４となる。

（ステップＳ８）
作成された欠陥画像から欠陥の有無を判断する。欠陥量Ｄ０＝０の場合ステップＳ９に進み、被検物６（実ワーク）は、欠陥”０”と検査者にレポートする。

欠陥量Ｄ０≠０の場合、ステップＳ１０に進む。

（ステップＳ１０）
ステップＳ７で求めた欠陥量Ｄ０を記憶する。この時点での輪郭画像の各画素の位置を基準位置とする。被検物６の画像には、画像の取得時に測定装置１に使用されているＸＹステージ５のバックラッシュなどの誤差に起因する座標のずれが含まれ、このずれが擬似欠陥になる可能性がある。擬似欠陥の検出を防止するために測定装置１の誤差に対応する画素分、検査画像またはリファレンス画像を移動させ、それぞれの位置で欠陥画像を取得して欠陥検出を実行する。ここでは一例として、測定装置１の誤差が２画素分存在する場合について説明する。

（ステップＳ１１）
図２（ａ）の輪郭画像の各画素全体を１画素分ずらす。ずらす順序は図１（ａ）の番号に従う。番号１の場合、例えば図３（ａ）の画素は、Ａ（ｉ，ｊ）＝Ａ（ｉ＋１、ｊ）と置換される。

（ステップＳ１２）
ずらした後の輪郭画像とリファレンス画像（図３（ｂ））との差分から欠陥画像（図４（ｃ））を作成し、欠陥量Ｄ１を算出し記録する。

（ステップ１３）
欠陥量Ｄ１＝０の場合、ステップＳ９に進んで処理を終了する。Ｄ１≠０の場合にはステップＳ１４に進む。

（ステップＳ１４）
欠陥量Ｄ０とＤ１を比較して欠陥量の小さい方の輪郭画像位置と欠陥量を記録する。ここでは、Ｄ０＜Ｄ１として説明する。

（ステップＳ１５）
図１（ａ）に示す１〜８の全方向に順に輪郭画素をずらして欠陥を検出し終わったか判断する。ずらし終わっていなければステップＳ１１からステップＳ１５までを実行する。８方向全てずらして欠陥検出処理が終了したらステップＳ１６に進む。

（ステップＳ１６）
欠陥量Ｄｘ（ｘは図１（ａ）に示すずらす位置の番号：ｘ＝０〜８）が最小となった位置（図１（ａ）に示す位置（例えば、４番とする））に対して、更に輪郭画像をずらす３箇所の画素位置を決定する（図１（ｂ）参照）。この３箇所の画素位置は、基準位置（番号０）から最小となった位置（４番）方向に有って、最小となった位置に隣接する画素位置（番号、３、５、１４、１５、１６）のうち、先に輪郭画像をずらした画素位置（番号３、５）を除く画素位置（番号１４、１５、１６）を選択する。また、最小欠陥量の画素位置が例えば、７番の場合には、３箇所の画素位置は、２０、２１、２２番となる。

なお、誤差に相当する画素数が２画素以上の場合でも、輪郭画像をずらす方向は、先の番号１４、１５、または１６に隣接する３つの画素に対して同様の処理を行えばよい。これは、４番に限らず他の方向でも同様である。

（ステップＳ１７）
輪郭画像の基準位置（番号０）が位置（番号１５）になるように輪郭画像をずらす。

（ステップＳ１８）
ずらした後の輪郭画像とリファレンス画像（図３（ｂ））との差分から欠陥画像を作成し、欠陥量Ｄ１５を算出し、記録する。

（ステップ１９）
欠陥量Ｄ１５＝０の場合、ステップＳ９に進んで処理を終了する。Ｄ１５≠０の場合にはステップＳ２０に進む。

（ステップＳ２０）
欠陥量Ｄ０とＤ１５を比較して欠陥量の小さい方の輪郭画像位置と欠陥量を記録する。ここでは、Ｄ０＜Ｄ１５として説明する。

（ステップＳ２１）
図１（ｂ）に示す３つの方向に画素をずらし終わったか判断する。ずらし終わっていなければステップＳ１７からステップＳ２１までを実行し、１４番、１６番それぞれの欠陥検出を実行する。３方向全ての処理が終了したらステップＳ２２に進む。

（ステップＳ２２）
欠陥量が最小の値を被検物６の欠陥量（Ｄ値）として検査者にレポートして被検物６の検査を終了する。

この様にずらす方向を制限することで、２画素分の誤差を有する場合では、最悪で１２（＝１＋８＋３）回の処理で欠陥検査を終了することができる。一般的には、誤差の画素数をｍとすると、処理の回数ｎはｎ＝１＋８＋３×（ｍ−１）となり、誤差の画素数が多い場合でも処理の回数を少なくすることができる。

この様に、本発明の実施の形態に係る欠陥検査方法では、被検物画像から得られる輪郭画像と、ＣＡＤデータ画像から得られる公差を含んだリファレンス画像との差分から欠陥画像が算出され、この算出結果に基づき被検物６の欠陥の有無を判断することができる。

また、輪郭画像を測定装置１の誤差に相当する画素分ずらすことで測定装置１の誤差に起因する擬似欠陥を除くことができる。更に、輪郭画像のずらし方を基準位置の周囲８箇所と最小の欠陥量であった画素の近傍の３箇所（基準位置の周囲８箇所を除く）に限定することで、検査に必要な時間を短縮することができる。

この様な処理は、被検物画像を取得した後は、全て欠陥検査装置内の制御解析装置１２で計算され欠陥の有無が判断され、良品か不良品かの判定が成される。この結果、従来の画像を重ね目視で観察して欠陥の有無を判定する場合に比べ検査時間を大幅に短縮できると供に、擬似欠陥の検出を防止することが可能になる。

なお、ラプラシアンフィルタは４近傍ラプラシアンフィルタについて説明したが、これに限られず８近傍ラプラシアンフィルタなどを用いることもできる。

また、本実施の形態の説明では、画素の階調値を黒（０）、白（１）の２値の場合を例に説明したが、階調値はこれに限られない。２値以外の階調値を用いる場合には、階調値に閾値を設けて欠陥の検出を行うようにすればよい。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本発明の実施の形態に係る欠陥検査方法の処理フローチャートを示し、（ａ）、（ｂ）は欠陥検査において基準位置をずらす位置をそれぞれ示す。被検物画像の各画素のフィルタ処理について示し、（ａ）は、被検物画像の各画素の階調値を、（ｂ）はフィルタ処理後の輪郭画像の各画素の階調値をそれぞれ示す。被検物に対応するＣＡＤ図の画像を示し、（ａ）は、ＣＡＤ図から輪郭画像を作成した際の各画素の階調値を、（ｂ）は、（ａ）の輪郭画像に公差分を含めたリファレンス画像の各画素の階調値をそれぞれ示す。被検物の欠陥画像を作成した結果を示し、（ａ）は輪郭画像を、（ｂ）はリファレンス画像を、（ｃ）は欠陥画像をそれぞれ示す。欠陥を有する被検物の欠陥画像を作成した結果を示し、（ａ）は輪郭画像を、（ｂ）はリファレンス画像を、（ｃ）は欠陥画像をそれぞれ示す。本発明にかかる欠陥検査装置の概略構成図。

符号の説明

１測定装置
２制御解析ユニット
３支持体
４撮像部
５ＸＹステージ
６被検物
７透過照明光学系
８ＣＣＤカメラ
９落射照明光学系
１０結像光学系
１１モニタ
１２制御解析装置
１００欠陥検査装置

Claims

被検物の画像を撮像する撮像手段と、
前記被検物の画像から前記被検物の輪郭を抽出する輪郭抽出手段と、
記憶手段に記憶された前記被検物の図面データと、
前記被検物の輪郭の輪郭データと前記図面データとの差から前記被検物の欠陥を検出する欠陥検出手段と、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
前記図面データは、前記被検物の公差データを有することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
前記欠陥検出手段は、前記被検物を載置するＸＹステージの位置決め誤差に相当する前記被検物画像の画素数以下の画素数ずらした前記被検物の輪郭の輪郭データと前記図面データとの差から前記被検物の欠陥を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置。
前記欠陥検出手段は、前記被検物を載置するＸＹステージの位置決め誤差に相当する前記被検物画像の画素数以下の画素数ずらした複数の前記被検物の輪郭の輪郭データについて、それぞれ前記図面データとの差を算出し、前記差の最小値から欠陥を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置。
前記欠陥検出手段は、前記ＸＹステージの位置決め誤差に相当する前記被検物画像の画素数が２画素以上ある場合には、前記被検物の画像を複数の方向に１画素ずらし前記差が最小の位置を決定し、前記最小の位置に画素をずらした前記被検物の画像を、前記最小の位置に画像をずらしたのと同じ方向と、それに隣接する方向とに１画素ずらした複数の前記被検物の輪郭データについて、前記差が最小の位置を決定することを前記ＸＹステージの位置決め誤差に相当する前記被検物画像の画素数以内で行い、前記差のうち最小値から欠陥を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置。
被検物の画像から前記被検物の輪郭を抽出する輪郭抽出処理と、
前記被検物の輪郭の輪郭データと前記被検物の図面データとの差から前記被検物の欠陥を検出する欠陥検出処理とを有することを特徴とするコンピュータで実行される欠陥検査プログラム。
被検物の画像から前記被検物の輪郭を抽出し、
前記被検物の輪郭の輪郭データと前記被検物の図面データとの差から前記被検物の欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。