JP2009250937A - パターン検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】事前設定を行わずに２枚の画像の輝度を揃えてパターン検査を正確に行う。
【解決手段】エッジ検出部２１は、被検査画像ＯＢＪに含まれる水平エッジと垂直エッジを検出する。水平補正値算出部２２は、水平補正値Ａとして、被検査画像の水平非エッジ領域（水平方向に並び、垂直エッジ上の画素で挟まれた画素からなる領域）内の画素値の平均値と参照画像ＲＥＦの対応位置にある領域内の画素値の平均値との差を求める。垂直補正値算出部２３は同様に垂直補正値Ｂを求め、補正値選択部２４は水平補正値Ａと垂直補正値Ｂを含む複数の候補の中から補正値Ｃを選択する。補正部２５は補正値Ｃを用いて被検査画像を補正し、比較部２６は補正後の被検査画像と参照画像の差を求める。欠陥判定部３２は、求めた差に基づき被検査物における欠陥を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種対象物の外観形状に現れるパターンを検査して欠陥を検出するパターン検査装置に関し、例えば、高精細プリント基板、リードフレーム、半導体ウェハー、および、それらのフォトマスクなどのパターンを検査して微細な欠陥を検出するパターン検査装置に関する。

高精細プリント基板、リードフレーム、半導体ウェハー、および、それらのフォトマスクなどのパターンを検査するための方法として比較法がある。比較法によれば、所定パターンが形成された被検査物を撮影した被検査画像と、被検査画像の基準となる参照画像とを画素ごとに比較することにより、被検査物における欠陥を検出することができる。

以下、被検査画像と参照画像が多値画像である場合の比較法について考える。多値画像を用いた比較法では、２枚の画像の明るさ（画像の輝度）が同程度であることを前提として、２枚の画像の差（画素値の差分の絶対値）が大きい部分に欠陥が存在すると判定される。この前提が成立するときには、２枚の画像の差はどの領域でもほぼ一定になるので、固定の閾値を用いて欠陥判定を行っても良好な検査結果を得ることができる。

ところが、比較対象となる領域の周辺の状態（例えば、パターンの密度）の違いによっては、固定の閾値を用いる方法では欠陥を正しく検出できないことがある。特許文献１には、この問題の解決策として、設計データや収集した画像データなど、何らかの事前情報に基づき画像を複数の領域に分割し、領域ごとに異なる階調変換を行ったり、領域ごとに欠陥検出感度を切り替えたりする方法（以下、領域分割法という）が記載されている。
特開平１１−１３５５８３号公報

しかしながら、上記領域分割法には次のような問題がある。第１の問題は、画像を多数の領域に分割することが困難であるために、分割後の領域のサイズが大きくなることである。画像を比較するときには撮像時の位置ずれを考慮するので、画像を領域に分割するときにも位置ずれ量を考慮する必要があるが、位置ずれ量を考慮して画像を領域に分割することは困難である。また、仮に位置ずれが発生しないとしても、パターン検査装置のオペレータが画像を多数の領域に分割する指示を出すことは面倒である。このため、領域分割法では細かな設定を行えず、十分な欠陥検出精度を得ることができない。

第２の問題は、領域の位置情報や各領域に適応する階調変換の特性を検査前に知っておく必要があることである。被検査物の表面に微小な凹凸がある場合や、被検査物の表面に設けられた膜の厚さにムラがある場合には、被検査画像には光の干渉の影響による輝度ムラが発生する。例えば、ベース上にパターンを形成し、その上に膜を設けた被検査物に単一波長光を照射した場合、光の反射率は膜厚に応じて変化する（図１２を参照）。このため、ベースの反射率とパターンの反射率の大小関係が、膜厚によって逆転することがある。図１２では、膜厚がｄ１のときにはベースの反射率のほうが大きいが、膜厚がｄ２のときにはパターンの反射率のほうが大きくなっている。

また、図１３（ａ）に示す参照画像と図１３（ｂ）に示す被検査画像において輝度ムラが発生すると、線分Ａ−Ａ’に沿った画素値の変化（断面プロファイル）が図１３（ｃ）に示すようになることがある。このように２枚の画像の差が領域によって異なる場合には、固定の閾値を用いる方法では欠陥を正しく検出できない。このため、輝度ムラの発生を考慮すると、領域分割法において各領域に適用する階調変換の特性を検査前に決定することは実際上ほとんど不可能である。なお、膜厚ムラに起因する輝度ムラは、パターンが密な領域でも発生するので、第１の問題の要因にもなる。

それ故に、本発明は、事前に領域設定などを行うことなく、被検査画像と参照画像の輝度を揃えてパターン検査を正確に行うパターン検査装置およびパターン検査方法を提供すること目的とする。

第１の発明は、所定パターンが形成された被検査物を撮影した多値の被検査画像と、前記被検査画像の基準となる多値の参照画像のうち一方を第１画像とし、他方を第２画像として両者を比較することにより、前記被検査物における欠陥を検出するパターン検査装置であって、
前記第１画像に含まれる所定方向のエッジを検出するエッジ検出手段と、
前記エッジ検出手段によるエッジ検出結果に基づき、エッジ上の画素で挟まれた画素からなる非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記非エッジ領域に適用する補正値を求める補正値算出手段と、
前記補正値算出手段で求めた補正値を用いて、前記第１画像を補正する補正手段と、
前記補正手段で補正された第１画像と前記第２画像との差を求める比較手段と、
前記比較手段で求めた差に基づき、前記被検査物における欠陥を検出する欠陥判定手段とを備える。

第２の発明は、第１の発明において、
前記補正値算出手段は、前記第１画像のエッジ上の画素に適用する補正値を、当該エッジに隣接する非エッジ領域に適用する補正値に基づき求めることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、
前記補正値算出手段は、前記第１画像の非エッジ領域に適用する補正値として、前記非エッジ領域内の画素値の平均値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値との差分値を求めることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、
前記エッジ検出手段は、前記第２画像に含まれる所定方向のエッジを検出し、
前記補正値算出手段は、前記第２画像のエッジ上の画素と前記第１画像の対応位置にある画素とを除外して、前記第１画像の非エッジ領域に適用する補正値を求めることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明において、
前記エッジ検出手段は、前記第１画像に含まれる複数方向のエッジを検出し、
前記補正値算出手段は、前記第１画像の非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記非エッジ領域に適用する補正値の候補を求める処理をエッジの方向を切り替えて複数回行い、求めた複数の候補の中から前記第１画像に適用する補正値を選択することを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、
前記エッジ検出手段は、前記第１画像に含まれる水平エッジと垂直エッジを検出し、
前記補正値算出手段は、
水平方向に並び、垂直エッジ上の画素で挟まれた画素からなる水平非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記水平非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記水平非エッジ領域に適用する補正値の候補として水平補正値を求める水平補正値算出手段と、
垂直方向に並び、水平エッジ上の画素で挟まれた画素からなる垂直非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記垂直非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記垂直非エッジ領域に適用する補正値の候補として垂直補正値を求める垂直補正値算出手段と、
前記水平補正値と前記垂直補正値を含む複数の候補の中から、前記第１画像に適用する補正値を選択する補正値選択手段とを含むことを特徴とする。

第７の発明は、所定パターンが形成された被検査物を撮影した多値の被検査画像と、前記被検査画像の基準となる多値の参照画像のうち一方を第１画像とし、他方を第２画像として両者を比較することにより、前記被検査物における欠陥を検出するパターン検査方法であって、
前記第１画像に含まれる所定方向のエッジを検出するエッジ検出工程と、
前記エッジ検出工程によるエッジ検出結果に基づき、エッジ上の画素で挟まれた画素からなる非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記非エッジ領域に適用する補正値を求める補正値算出工程と、
前記補正値算出工程で求めた補正値を用いて、前記第１画像を補正する補正工程と、
前記補正工程で補正された第１画像と前記第２画像との差を求める比較工程と、
前記比較工程で求めた差に基づき、前記被検査物における欠陥を検出する欠陥判定工程とを備える。

第８の発明は、第７の発明において、
前記補正値算出工程は、前記第１画像のエッジ上の画素に適用する補正値を、当該エッジに隣接する非エッジ領域に適用する補正値に基づき求めることを特徴とする。

第９の発明は、第７の発明において、
前記補正値算出工程は、前記第１画像の非エッジ領域に適用する補正値として、前記非エッジ領域内の画素値の平均値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値との差分値を求めることを特徴とする。

第１０の発明は、第７の発明において、
前記エッジ検出工程は、前記第２画像に含まれる所定方向のエッジを検出し、
前記補正値算出工程は、前記第２画像のエッジ上の画素と前記第１画像の対応位置にある画素とを除外して、前記第１画像の非エッジ領域に適用する補正値を求めることを特徴とする。

第１１の発明は、第７の発明において、
前記エッジ検出工程は、前記第１画像に含まれる複数方向のエッジを検出し、
前記補正値算出工程は、前記第１画像の非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記非エッジ領域に適用する補正値の候補を求める処理をエッジの方向を切り替えて複数回行い、求めた複数の候補の中から前記第１画像に適用する補正値を選択することを特徴とする。

第１２の発明は、第１１の発明において、
前記エッジ検出工程は、前記第１画像に含まれる水平エッジと垂直エッジを検出し、
前記補正値算出工程は、
水平方向に並び、垂直エッジ上の画素で挟まれた画素からなる水平非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記水平非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記水平非エッジ領域に適用する補正値の候補として水平補正値を求める水平補正値算出工程と、
垂直方向に並び、水平エッジ上の画素で挟まれた画素からなる垂直非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記垂直非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記垂直非エッジ領域に適用する補正値の候補として垂直補正値を求める垂直補正値算出工程と、
前記水平補正値と前記垂直補正値を含む複数の候補の中から、前記第１画像に適用する補正値を選択する補正値選択工程とを含むことを特徴とする。

上記第１または第７の発明によれば、第１画像の非エッジ領域内の画素値と第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき非エッジ領域に適用する補正値を求めることにより、事前に領域設定などを行うことなく、第１画像の非エッジ領域内の画素値を好適なレベルに補正し、被検査画像と参照画像の輝度を揃えてパターン検査を正確に行うことができる。例えば、被検査物に膜厚ムラがあるために被検査画像に輝度ムラが発生する場合や、画像の輝度が矩形以外の形状に分布するときでも、２枚の画像の輝度を揃えてパターン検査を正確に行うことができる。

上記第２または第８の発明によれば、第１画像の非エッジ領域内の画素値に加えて、第１画像のエッジ上の画素の値を好適なレベルに補正することにより、被検査画像と参照画像のエッジ部分の輝度を揃えて、パターン検査をより正確に行うことができる。

上記第３または第９の発明によれば、第１画像の非エッジ領域内の画素値の平均値と第２画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値との差分値を求めることにより、被検査画像と参照画像の輝度を揃えるための補正値を簡単な計算で求めることができる。

上記第４または第１０の発明によれば、第２画像のエッジ上の画素と第１画像の対応位置にある画素とを除外して補正値を求めることにより、第１画像の非エッジ領域に適用する補正値としてより適切な値を求め、被検査画像と参照画像の輝度をより良く揃えて、パターン検査をより正確に行うことができる。

上記第５または第１１の発明によれば、第１画像から複数方向のエッジを検出し、検出したエッジを用いて補正値の候補を複数個求め、その中から第１画像に適用する補正値を選択することにより、被検査画像と参照画像の輝度をより良く揃えて、パターン検査をより正確に行うことができる。

上記第６または第１２の発明によれば、第１画像から水平エッジと垂直エッジを検出し、検出した垂直エッジを用いて水平補正値を求めると共に、検出した水平エッジを用いて垂直補正値を求め、水平補正値と垂直補正値を含む複数の候補の中から第１画像に適用する補正値を選択することにより、被検査画像と参照画像の輝度をより良く揃えて、パターン検査をより正確に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係るパターン検査装置の構成を示すブロック図である。図１に示すパターン検査装置１０は、画像入力部１１、バッファメモリ１２、３１、参照画像記憶部１３、エッジ検出部２１、水平補正値算出部２２、垂直補正値算出部２３、補正値選択部２４、補正部２５、比較部２６、欠陥判定部３２、検査結果保存部３３、および、検査結果表示部３４を備えている。

画像入力部１１は、被検査物を撮影し、デジタルの被検査画像を出力する。画像入力部１１は、例えば、被検査物などが載置され駆動手段によって主走査方向および副走査方向に移動するステージと、ステージ上の被検査物を撮影するＣＣＤなどの撮像素子と、撮像素子から出力された画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とから構成される。バッファメモリ１２は、画像入力部１１を用いて入力した被検査画像を記憶する。

参照画像記憶部１３は、被検査画像と比較すべき参照画像を記憶する。参照画像とは、良品の被検査物（欠陥のない被検査物）の画像である。参照画像は、例えば、画像入力部１１を用いて良品の被検査物を撮影することにより生成される。あるいは、被検査物に形成されるべきパターンを示す設計データに基づき、参照画像を生成してもよい。

エッジ検出部２１は、被検査画像と参照画像に含まれる所定方向のエッジを検出する。水平補正値算出部２２、垂直補正値算出部２３および補正値選択部２４は、エッジ検出部２１によるエッジ検出結果に基づき、補正部２５で用いる補正値Ｃを画素ごとに求める補正値算出部として機能する（詳細は後述）。補正部２５は、被検査画像の各画素値に対して補正値Ｃを加算することにより、被検査画像を補正する。比較部２６は、補正後の被検査画像と参照画像を比較し、両者の差を示す差分画像を生成する。

バッファメモリ３１は、比較部２６で求めた差分画像を記憶する。欠陥判定部３２は、生成された差分画像に基づき閾値を選定し、差分画像内の値が閾値以上である部分には欠陥が存在すると判定し、欠陥部分を特定するデータを検査結果として出力する。検査結果保存部３３は、例えばハードディスク装置や半導体メモリなどで実現され、欠陥判定部３２で求めた検査結果を保存する。検査結果表示部３４は、例えばＣＲＴや液晶パネルなどで実現され、欠陥判定部３２で求めた検査結果を表示する。

図２は、図１の破線部による処理の例を示す図である。図２に示すように、被検査画像は、被検査画像と参照画像のエッジ検出結果に基づく補正値Ｃを用いて補正される。補正値Ｃは、被検査画像と参照画像の輝度が揃うように決定される。このため、補正後の被検査画像の輝度は、欠陥が存在する部分を除き、参照画像の輝度とほぼ等しくなる。したがって、補正後の被検査画像と参照画像について差分画像を求め、差分画像内で値が大きい部分に欠陥が存在すると判定することにより、被検査物における欠陥（図２では楕円状のパターン欠損）を検出することができる。

以下、被検査画像に適用される補正値Ｃを求める方法を説明する。画像内において、水平方向に伸延するエッジを「水平エッジ」、垂直方向に伸延するエッジを「垂直エッジ」という。また、画像内において、水平方向に並び、垂直エッジ上の画素で挟まれた画素からなる領域を「水平非エッジ領域」、垂直方向に並び、水平エッジ上の画素で挟まれた画素からなる領域を「垂直非エッジ領域」という。以下では、１画素分の高さを有する水平非エッジ領域と、１画素分の幅を有する垂直非エッジ領域とを考える。

エッジ検出部２１は、被検査画像に含まれる水平エッジおよび垂直エッジ、並びに、参照画像に含まれる水平エッジおよび垂直エッジを検出する。エッジ検出部２１は、例えば、Ｓｏｂｅｌフィルタを用いてエッジを検出してもよく、隣接画素との値の差が閾値以上か否かを判定することによりエッジを検出してもよい。

水平補正値算出部２２には、被検査画像、参照画像、および、２枚の画像の垂直エッジ検出結果が入力される。水平補正値算出部２２は、被検査画像の垂直エッジ検出結果に基づき被検査画像から水平非エッジ領域を抽出し、抽出した水平非エッジ領域内の画素値の平均値と、参照画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値とを求め、両者の差を水平補正値Ａとして出力する。水平補正値Ａは、抽出した水平非エッジ領域に適用する補正値の候補となる。

図３は、水平補正値算出部２２による処理を模式的に示す図である。図３において、水平非エッジ領域４１は、被検査画像に含まれる、ある水平非エッジ領域である。水平非エッジ領域４１の左右両隣には、垂直エッジ上の画素（図示せず）がある。対応領域４２は、水平非エッジ領域４１と対応する位置にある、参照画像の領域である。対応領域４２は、参照画像の垂直エッジ上の画素４４を含むことがある。画素４３は、画素４４と対応する位置にある、被検査画像の画素である。なお、水平非エッジ領域４１は被検査画像の垂直エッジ検出結果を用いて特定され、画素４４は参照画像の垂直エッジ検出結果を用いて特定される。

水平補正値算出部２２は、水平非エッジ領域４１内の画素の値の和Ｓ１、対応領域４２内の画素の値の和Ｓ２、および、対応領域４２内の画素の個数Ｎ（水平非エッジ領域４１内の画素の個数に等しい）を求める。この際、水平補正値算出部２２は、参照画像の垂直エッジ上の画素（例えば、画素４４）と被検査画像の対応位置にある画素（例えば、画素４３）とを除外して、和Ｓ１、Ｓ２と個数Ｎを求める。次に、水平補正値算出部２２は、和Ｓ１を個数Ｎで割って水平非エッジ領域４１内の画素値の平均値Ｍ１を求め、和Ｓ２を個数Ｎで割って対応領域４２内の画素値の平均値Ｍ２を求め、さらに２つの平均値Ｍ１、Ｍ２の差を求める。求めた差（Ｍ２−Ｍ１）は、水平非エッジ領域４１内の各画素に水平補正値Ａとして設定される。

垂直補正値算出部２３には、被検査画像、参照画像、および、２枚の画像の水平エッジ検出結果が入力される。垂直補正値算出部２３は、水平補正値算出部２２と同様に、被検査画像の水平エッジ検出結果に基づき被検査画像から垂直非エッジ領域を抽出し、抽出した垂直非エッジ領域内の画素値の平均値と、参照画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値とを求め、両者の差を垂直補正値Ｂとして出力する。垂直補正値Ｂは、抽出した垂直非エッジ領域内の各画素に設定され、当該垂直非エッジ領域に適用する補正値の候補となる。垂直補正値算出部２３による処理は水平補正値算出部２２による処理と同様であるので、ここではその詳細な説明を省略する。

水平補正値算出部２２と垂直補正値算出部２３が処理を行った結果、被検査画像の各画素には、水平補正値Ａだけが設定されている場合と、垂直補正値Ｂだけが設定されている場合と、補正値が両方とも設定されている場合と、補正値が両方とも設定されていない場合とが起こり得る（以下、順に第１〜第４の場合という）。

補正値選択部２４は、水平補正値Ａと垂直補正値Ｂを含む複数の候補の中から、被検査画像に適用する補正値Ｃを選択する。図４は、補正値選択部２４の動作を示すフローチャートである。図４に示すように、補正値選択部２４は、被検査画像から未処理の画素（以下、画素Ｐという）を選択する（ステップＳ１０１）。次に、補正値選択部２４は、画素Ｐに設定されている補正値の種類を調べ（ステップＳ１０２）、第１〜第４の場合にはそれぞれステップＳ１０３〜Ｓ１０６へ進む。

第１の場合（水平補正値Ａだけが設定されている場合）には、補正値選択部２４は、画素Ｐの補正値Ｃとして水平補正値Ａを選択する（ステップＳ１０３）。第２の場合（垂直補正値Ｂだけが設定されている場合）には、補正値選択部２４は、画素Ｐの補正値Ｃとして垂直補正値Ｂを選択する（ステップＳ１０４）。第３の場合（補正値が両方とも設定されている場合）には、補正値選択部２４は、水平補正値Ａと垂直補正値Ｂのうち、画素Ｐの値を参照画像の対応位置にある画素の値により近づける補正値を、画素Ｐの補正値Ｃとして選択する（ステップＳ１０５）。

第４の場合（補正値が両方とも設定されていない場合）には、補正値選択部２４はステップＳ１０６〜Ｓ１０８を実行する。すなわち、補正値選択部２４は、画素Ｐを含む垂直エッジに隣接する（左右に位置する）水平非エッジ領域の水平補正値に対して内分計算（詳細は後述）を行うことにより、水平補正値ａを求める（ステップＳ１０６）。次に、補正値選択部２４は、画素Ｐを含む水平エッジに隣接する（上下に位置する）垂直非エッジ領域の垂直補正値に対して同様の内分計算を行うことにより、垂直補正値ｂを求める（ステップＳ１０７）。さらに、補正値選択部２４は、水平補正値ａと垂直補正値ｂのうち、画素Ｐの値を参照画像の対応位置にある画素の値により近づける補正値を、画素Ｐの補正値Ｃとして選択する（ステップＳ１０８）。

第１〜第４のいずれの場合も、補正値選択部２４は、被検査画像に含まれるすべての画素を処理したか否かを判断し（ステップＳ１０９）、すべての画素を処理済みの場合は処理を終了し、未処理の画素が残っている場合はステップＳ１０１へ進む。

図５と図６を参照して、ステップＳ１０６で行われる内分計算について説明する。ここでは、図５に示すように、水平非エッジ領域５１、５２の間に４画素幅の垂直エッジ５３があり、水平非エッジ領域５１の水平補正値はＡ１、水平非エッジ領域５２の水平補正値はＡ２であるとする。この場合、垂直エッジ５３の上の画素Ｐ１〜Ｐ４に対する水平補正値ａ１〜ａ４は、以下のようにして算出される。

画素Ｐ１と水平非エッジ領域５１の距離を１としたとき、画素Ｐ１と水平非エッジ領域５２の距離は４である。この場合、画素Ｐ１に対する水平補正値ａ１は、水平補正値Ａ１、Ａ２を２つの距離の比（４：１）で内分することにより算出される。すなわち、水平補正値ａ１は、式（１）を用いて算出される。同様に、画素Ｐ２〜Ｐ４に対する水平補正値ａ２〜ａ４は、式（２）〜（４）を用いて算出される。
ａ１＝（４／５）×Ａ１＋（１／５）×Ａ２ …（１）
ａ２＝（３／５）×Ａ１＋（２／５）×Ａ２ …（２）
ａ３＝（２／５）×Ａ１＋（３／５）×Ａ２ …（３）
ａ４＝（１／５）×Ａ１＋（４／５）×Ａ２ …（４）

具体例を挙げると、図６に示すように、被検査画像の水平非エッジ領域５１内の画素値が１００、被検査画像の水平非エッジ領域５２内の画素値が１５０、参照画像の対応位置にある領域内の画素値が１３０と２００であり、参照画像と被検査画像の画素Ｐ１〜Ｐ４の値が水平非エッジ領域５１、５２内の画素値から線形に変化する場合について考える。この場合、水平非エッジ領域５１の水平補正値Ａ１は３０（＝１３０−１００）、水平非エッジ領域５２の水平補正値Ａ２は５０（＝２００−１５０）となり、画素Ｐ１〜Ｐ４に対する水平補正値ａ１〜ａ４は以下のようになる。
ａ１＝（４／５）×３０＋（１／５）×５０＝３４
ａ２＝（３／５）×３０＋（２／５）×５０＝３８
ａ３＝（２／５）×３０＋（３／５）×５０＝４２
ａ４＝（１／５）×３０＋（４／５）×５０＝４６

これらの水平補正値Ａ１、Ａ２、ａ１〜ａ４を用いて被検査画像を補正した場合、補正後の被検査画像では、水平非エッジ領域５１内の画素値は１３０、水平非エッジ領域５２内の画素値は２００、画素Ｐ１〜Ｐ４の値は順に１４４、１５８、１７２、１８６となる。この結果、補正値の被検査画像の画素値は、いずれも参照画像の対応位置にある画素の値に一致する。

このようにステップＳ１０６では、画素Ｐを含む垂直エッジに隣接する水平非エッジ領域の水平補正値を水平非エッジ領域までの距離に応じて内分することにより、水平補正値ａが算出される。同様にステップＳ１０７では、画素Ｐを含む水平エッジに隣接する垂直非エッジ領域の垂直補正値を垂直非エッジ領域までの距離に応じて内分することにより、垂直補正値ｂが算出される。

なお、以上の説明では、補正値選択部２４は、水平非エッジ領域の水平補正値に対して内分計算を行うことにより水平補正値ａを求めることとしたが、水平非エッジ領域の水平補正値に基づき内分計算以外の方法で水平補正値ａを求めてもよい。例えば、補正値選択部２４は、画素Ｐを含む垂直エッジの左側に隣接する水平非エッジ領域の水平補正値をそのまま水平補正値ａとしてもよい。この方法で図６と同じ例について水平補正値ａを求めると、図７（ａ）に示す結果が得られる。あるいは、補正値選択部２４は、画素Ｐを含む垂直エッジの右側に隣接する水平非エッジ領域の水平補正値をそのまま水平補正値ａとしてもよい。この方法で図６と同じ例について水平補正値ａと求めると、図７（ｂ）に示す結果が得られる。また、補正値選択部２４は、垂直非エッジ領域の垂直補正値に基づき内分計算以外の方法で垂直補正値ｂを求めてもよい。

以上に示すように、本実施形態に係るパターン検査装置１０は、被検査画像と参照画像に含まれる水平エッジと垂直エッジを検出するエッジ検出部２１と、被検査画像から水平非エッジ領域を抽出し、水平非エッジ領域内の画素値と参照画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき水平補正値を求める水平補正値算出部２２と、被検査画像から垂直非エッジ領域を抽出し、垂直非エッジ領域内の画素値と参照画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき垂直補正値を求める垂直補正値算出部２３と、水平補正値と垂直補正値を含む複数の候補の中から、被検査画像に適用する補正値を選択する補正値選択部２４と、選択した補正値を用いて被検査画像を補正する補正部２５と、補正後の被検査画像と参照画像との差を求める比較部２６と、求めた差に基づき被検査物における欠陥を検出する欠陥判定部３２とを備えている。

このように被検査画像の非エッジ領域内の画素値と参照画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき被検査画像の非エッジ領域に適用する補正値を求めることにより、事前に領域設定などを行うことなく、被検査画像の非エッジ領域内の画素値を好適なレベルに補正し、被検査画像と参照画像の輝度を揃えてパターン検査を正確に行うことができる。例えば、被検査物に膜厚ムラがあるために被検査画像に輝度ムラが発生する場合や、画像の輝度が矩形以外の形状に分布するときでも、２枚の画像の輝度を揃えてパターン検査を正確に行うことができる。

また、補正値選択部２４は、被検査画像のエッジ上の画素に適用する補正値を、当該エッジに隣接する非エッジ領域に適用する補正値に基づき求める機能を有する。このように被検査画像の非エッジ領域内の画素値に加えて、被検査画像のエッジ上の画素の値を好適なレベルに補正することにより、被検査画像と参照画像のエッジ部分の輝度を揃えて、パターン検査をより正確に行うことができる。

また、水平補正値算出部２２と垂直補正値算出部２３は、補正値の候補として、被検査画像の非エッジ領域内の画素値の平均値と参照画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値との差分値を求める。これにより、被検査画像と参照画像の輝度を揃えるための補正値を簡単な計算で求めることができる。

また、水平補正値算出部２２と垂直補正値算出部２３は、参照画像のエッジ上の画素と被検査画像の対応位置にある画素とを除外して補正値の候補を求める。これにより、被検査画像の非エッジ領域に適用する補正値としてより適切な値を求め、被検査画像と参照画像の輝度をより良く揃えて、パターン検査をより正確に行うことができる。

また、エッジ検出部２１は被検査画像から水平エッジと垂直エッジを検出し、水平補正値算出部２２は検出した垂直エッジを用いて水平補正値を求め、垂直補正値算出部２３は検出した水平エッジを用いて垂直補正値を求め、補正値選択部２４は水平補正値と垂直補正値を含む複数の候補の中から被検査画像に適用する補正値を選択する。これにより、被検査画像と参照画像の輝度をより良く揃えて、パターン検査をより正確に行うことができる。

なお、本発明の実施形態に係るパターン検査装置１０については、各種の変形例を構成することができる。例えば、パターン検査装置１０は、水平エッジと垂直エッジの検出結果を用いて補正値Ｃを求めることとしたが、本発明のパターン検査装置は、水平および垂直方向以外のエッジ（例えば、斜め４５°方向のエッジ）も検出し、その検出結果を含めて補正値Ｃを求めてもよい。また、パターン検査装置１０は、補正値Ｃを求めるために、被検査画像の非エッジ領域内の画素値の平均値と参照画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値との差分値を求めることとしたが、本発明のパターン検査装置は、補正値Ｃを求めるために、被検査画像の非エッジ領域内の画素値の平均値を参照画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値で割った値（あるいは、その逆数）を求めてもよい。

また、パターン検査装置１０は被検査画像を補正することとしたが、本発明のパターン検査装置は参照画像を補正してもよい。この変形例に係るパターン検査装置は、被検査画像と参照画像に対してパターン検査装置１０とは逆の処理を行う。例えば、水平補正値算出部は、参照画像の垂直エッジ検出結果に基づき参照画像から水平非エッジ領域を抽出し、抽出した水平非エッジ領域内の画素値と被検査画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、水平補正値を求める。

また、被検査画像と参照画像が特定方向に長い画像（以下、連続画像という）である場合には、本発明のパターン検査装置は、被検査画像と参照画像をそれぞれ複数のフレームに分割し、分割後の画像に対して上述した処理を行ってもよい（図８を参照）。ただし、連続画像を分割して処理するだけでは、フレームの境界部で適切な補正を行えないことがある。例えば、図９に示すように、垂直方向に隣接するフレーム１とフレーム２の境界付近に水平エッジ６１が存在する場合を考える。この場合、フレーム１とフレーム２を独立して処理すると、フレーム１内の水平エッジ６１上の画素（例えば、画素６２）について内分計算で垂直補正値を求めようとしても、フレーム２内の水平エッジ６１の直下にある画素６３の値を参照できないので、この内分計算を行えない。

この問題を解決するためには、本発明のパターン検査装置は、あるフレームについて内分部算を行うときに他のフレームの画素値の一部を参照すればよい。例えば図９に示す場合には、本発明のパターン検査装置は、図１０に示すように、フレーム１の画素について内分計算を行うときにはフレーム２の画素値の一部を参照し、フレーム２の画素について内分計算を行うときにはフレーム１の画素値の一部を参照すればよい。この方法を用いた場合、フレームの境界部において、画素値の参照範囲は重なる。

あるいは、本発明のパターン検査装置は、図１１に示すように、連続画像を複数のフレームに分解する処理をフレームの境界をずらして複数回（ここでは３回）行い、各場合について求めた補正値に基づき、最終的な補正値を求めてもよい。図１１に示す例では、連続画像の各画素について３個の補正値が得られる。本発明のパターン検査装置は、画素ごとに３個の補正値の平均値を求めて、最終的な補正値としてもよい。あるいは、本発明のパターン検査装置は、３個の補正値の中から値が互いに近いものを２個選択し、その平均値を求めて最終的な補正値としてもよい。また、本発明のパターン検査装置は、画素値の参照範囲を広げる方法とフレームの境界をずらす方法とを併用してもよい。

また、パターン検査装置１０を専用ハードウェアで実現することに代えて、コンピュータに所定のプログラムを実行させることにより、パターン検査装置１０の一部（例えば、図１の破線部の全部または一部）を実現してもよい。

本発明の実施形態に係るパターン検査装置の構成を示すブロック図である。 図１の破線部による処理の例を示す図である。 図１に示す装置の水平補正値算出部による処理を模式的に示す図である。 図１に示す装置の補正値選択部の動作を示すフローチャートである。 図１に示す装置の補正値選択部による内分計算の対象となる画像の一部を示す図である。 図１に示す装置の補正値選択部による内分計算の具体例を示す図である。 図１に示す装置の補正値選択部による他の計算の具体例を示す図である。 連続画像を複数のフレームに分割する様子を示す図である。 フレームの境界部に存在する水平エッジを示す図である。 本発明のパターン検査装置による連続画像の処理例を示す図である。 本発明のパターン検査装置による連続画像の他の処理例を示す図である。 被検査物に設けられた膜の厚さと光の反射率との関係を示す図である。 被検査画像と参照画像の断面プロファイルの例を示す図である。

符号の説明

１０…パターン検査装置
１１…画像入力部
１２、３１…バッファメモリ
１３…参照画像記憶部
２１…エッジ検出部
２２…水平補正値算出部
２３…垂直補正値算出部
２４…補正値選択部
２５…補正部
２６…比較部
３２…欠陥判定部
３３…検査結果保存部
３４…検査結果表示部
４１、５１、５２…水平非エッジ領域
４２…対応領域
４３、４４、６２、６３…画素
５３…垂直エッジ
６１…水平エッジ
ＲＥＦ…参照画像
ＯＢＪ…被検査画像

Claims (12)

1. 所定パターンが形成された被検査物を撮影した多値の被検査画像と、前記被検査画像の基準となる多値の参照画像のうち一方を第１画像とし、他方を第２画像として両者を比較することにより、前記被検査物における欠陥を検出するパターン検査装置であって、
   前記第１画像に含まれる所定方向のエッジを検出するエッジ検出手段と、
   前記エッジ検出手段によるエッジ検出結果に基づき、エッジ上の画素で挟まれた画素からなる非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記非エッジ領域に適用する補正値を求める補正値算出手段と、
   前記補正値算出手段で求めた補正値を用いて、前記第１画像を補正する補正手段と、
   前記補正手段で補正された第１画像と前記第２画像との差を求める比較手段と、
   前記比較手段で求めた差に基づき、前記被検査物における欠陥を検出する欠陥判定手段とを備えた、パターン検査装置。
2. 前記補正値算出手段は、前記第１画像のエッジ上の画素に適用する補正値を、当該エッジに隣接する非エッジ領域に適用する補正値に基づき求めることを特徴とする、請求項１に記載のパターン検査装置。
3. 前記補正値算出手段は、前記第１画像の非エッジ領域に適用する補正値として、前記非エッジ領域内の画素値の平均値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値との差分値を求めることを特徴とする、請求項１に記載のパターン検査装置。
4. 前記エッジ検出手段は、前記第２画像に含まれる所定方向のエッジを検出し、
   前記補正値算出手段は、前記第２画像のエッジ上の画素と前記第１画像の対応位置にある画素とを除外して、前記第１画像の非エッジ領域に適用する補正値を求めることを特徴とする、請求項１に記載のパターン検査装置。
5. 前記エッジ検出手段は、前記第１画像に含まれる複数方向のエッジを検出し、
   前記補正値算出手段は、前記第１画像の非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記非エッジ領域に適用する補正値の候補を求める処理をエッジの方向を切り替えて複数回行い、求めた複数の候補の中から前記第１画像に適用する補正値を選択することを特徴とする、請求項１に記載のパターン検査装置。
6. 前記エッジ検出手段は、前記第１画像に含まれる水平エッジと垂直エッジを検出し、
   前記補正値算出手段は、
   水平方向に並び、垂直エッジ上の画素で挟まれた画素からなる水平非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記水平非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記水平非エッジ領域に適用する補正値の候補として水平補正値を求める水平補正値算出手段と、
   垂直方向に並び、水平エッジ上の画素で挟まれた画素からなる垂直非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記垂直非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記垂直非エッジ領域に適用する補正値の候補として垂直補正値を求める垂直補正値算出手段と、
   前記水平補正値と前記垂直補正値を含む複数の候補の中から、前記第１画像に適用する補正値を選択する補正値選択手段とを含むことを特徴とする、請求項５に記載のパターン検査装置。
7. 所定パターンが形成された被検査物を撮影した多値の被検査画像と、前記被検査画像の基準となる多値の参照画像のうち一方を第１画像とし、他方を第２画像として両者を比較することにより、前記被検査物における欠陥を検出するパターン検査方法であって、
   前記第１画像に含まれる所定方向のエッジを検出するエッジ検出工程と、
   前記エッジ検出工程によるエッジ検出結果に基づき、エッジ上の画素で挟まれた画素からなる非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記非エッジ領域に適用する補正値を求める補正値算出工程と、
   前記補正値算出工程で求めた補正値を用いて、前記第１画像を補正する補正工程と、
   前記補正工程で補正された第１画像と前記第２画像との差を求める比較工程と、
   前記比較工程で求めた差に基づき、前記被検査物における欠陥を検出する欠陥判定工程とを備えた、パターン検査方法。
8. 前記補正値算出工程は、前記第１画像のエッジ上の画素に適用する補正値を、当該エッジに隣接する非エッジ領域に適用する補正値に基づき求めることを特徴とする、請求項７に記載のパターン検査方法。
9. 前記補正値算出工程は、前記第１画像の非エッジ領域に適用する補正値として、前記非エッジ領域内の画素値の平均値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値の平均値との差分値を求めることを特徴とする、請求項７に記載のパターン検査方法。
10. 前記エッジ検出工程は、前記第２画像に含まれる所定方向のエッジを検出し、
    前記補正値算出工程は、前記第２画像のエッジ上の画素と前記第１画像の対応位置にある画素とを除外して、前記第１画像の非エッジ領域に適用する補正値を求めることを特徴とする、請求項７に記載のパターン検査方法。
11. 前記エッジ検出工程は、前記第１画像に含まれる複数方向のエッジを検出し、
    前記補正値算出工程は、前記第１画像の非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記非エッジ領域に適用する補正値の候補を求める処理をエッジの方向を切り替えて複数回行い、求めた複数の候補の中から前記第１画像に適用する補正値を選択することを特徴とする、請求項７に記載のパターン検査方法。
12. 前記エッジ検出工程は、前記第１画像に含まれる水平エッジと垂直エッジを検出し、
    前記補正値算出工程は、
    水平方向に並び、垂直エッジ上の画素で挟まれた画素からなる水平非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記水平非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記水平非エッジ領域に適用する補正値の候補として水平補正値を求める水平補正値算出工程と、
    垂直方向に並び、水平エッジ上の画素で挟まれた画素からなる垂直非エッジ領域を前記第１画像から抽出し、前記垂直非エッジ領域内の画素値と前記第２画像の対応位置にある領域内の画素値とに基づき、前記垂直非エッジ領域に適用する補正値の候補として垂直補正値を求める垂直補正値算出工程と、
    前記水平補正値と前記垂直補正値を含む複数の候補の中から、前記第１画像に適用する補正値を選択する補正値選択工程とを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のパターン検査方法。

Images