JP2010237018A - 欠陥検出装置及び欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥を誤って検出することが少ない欠陥検出装置及び欠陥検出方法を提供する。
【解決手段】欠陥検出部１０８は、エッジ強度を算出するエッジ強度算出部１１０，１１２，１１４と、エッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する特徴量算出部１１６，１１８，１２０と、２個のエッジ強度が条件を満たすか否かを判定するエッジ強度判定部１２４，１２６と、２個の特徴量の差の絶対値が特徴量差閾値を超える場合に画素を欠陥画素と判定する特徴量差判定部１２８，１３０とを備える。欠陥検出部１０８は、２個のエッジ強度が条件を満たすエッジ部において特徴量を比較し、２個の特徴量の差の絶対値が大きい場合に画素を欠陥を撮像した欠陥画素と判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、第１のパターンを撮像した第１の画像と第２のパターンを撮像した第２の画像とを比較し第１のパターンに含まれる欠陥を検出する欠陥検出装置及びこれに関連する技術に関する。

特許文献１の欠陥検出装置（欠陥検査装置）は、第１のパターン（繰り返しパターン５ａ）を撮像した第１の画像と第２のパターン（繰り返しパターン５ｂ）を撮像した第２の画像とを比較し、第１の画像の濃度値（信号Ｓ１１）と第２の画像の濃度値（信号Ｓ１２）との差が閾値を超える場合に、パターンに欠陥が含まれると判定する。

特開平５−２６４４６７号公報

ガラス基板に形成された薄膜のパターンからの光は、薄膜の膜厚・材質・積層された層の相互の関係等、照明光の光量・波長等の影響を受け、複雑な干渉を伴う。また、パターンを撮像した画像におけるエッジの形状は、製造プロセスの変動によるパターンそのものの細り・太り、パターンを撮像するときのフォーカスボケ・サンプリング誤差・振動等の影響を受け、変化する。このため、同じパターンを写した複数の画像の濃度値が大きく異なる場合もある。したがって、パターンに含まれる欠陥を特許文献１の欠陥検出装置で検出しようとすると、欠陥に起因しない濃度値の差を欠陥として検出し、欠陥を誤って検出することが多い。

本発明は、この問題を解決するためになされたもので、欠陥を誤って検出することが少ない欠陥検出装置及び欠陥検出方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、第１のパターンを撮像した第１の画像と第２のパターンを撮像した第２の画像とを比較し第１のパターンに含まれる欠陥を検出する欠陥検出装置であって、第１の画像を構成する第１の画素におけるエッジ強度を算出する第１のエッジ強度算出部と、第２の画像を構成する第２の画素におけるエッジ強度を算出する第２のエッジ強度算出部と、第１の画像を構成する第１の画素におけるエッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する第１の特徴量算出部と、第２の画像を構成する第２の画素におけるエッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する第２の特徴量算出部と、前記第１のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度及び前記第２のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度が条件を満たすか否かを判定するエッジ強度判定部と、前記エッジ強度判定部により条件が満たされたと判定され、前記第１の特徴量算出部により算出された特徴量と前記第２の特徴量算出部により算出された特徴量との差の絶対値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥を撮像した欠陥画素と判定する特徴量差判定部と、を備える。

請求項２の発明は、請求項１の欠陥検出装置において、前記エッジ強度判定部は、前記第１のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度及び前記第２のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度の少なくとも片方が閾値を超える場合に条件を満たすと判定し、前記特徴量差判定部は、前記第１の特徴量算出部により算出された１個の第１の画素における特徴量と前記第２の特徴量算出部により算出された比較対象範囲内にある２個以上の第２の画素の各々における特徴量との差の絶対値の最小値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥画素と判定する。

請求項３の発明は、請求項１の欠陥検出装置において、前記エッジ強度判定部は、前記第１のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度及び前記第２のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度の両方が閾値を超える場合に条件を満たすと判定し、前記特徴量差判定部は、前記第１の特徴量算出部により算出された１個の第１の画素における特徴量と前記第２の特徴量算出部により算出された比較対象範囲内にある２個以上の第２の画素の各々における特徴量との差の絶対値の最小値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥画素と判定し、前記エッジ強度判定部により条件が満たされなかったと判定され、前記第１のエッジ強度算出部により算出された１個の第１の画素におけるエッジ強度と前記第２のエッジ強度算出部により算出された比較対象範囲内にある２個以上の第２の画素の各々におけるエッジ強度との差の絶対値の最小値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥画素と判定するエッジ強度差判定部、をさらに備える。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの欠陥検出装置において、２個以上の第２の画像との比較の結果として第１の画素が欠陥画素と判定された場合に第１の画素を欠陥画素と判定する論理積演算部、をさらに備える。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの欠陥検出装置において、注目画素を含む判定対象範囲に含まれる欠陥画素の数が閾値を超える場合に注目画素を欠陥画素と判定するサイズフィルタ部、をさらに備える。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかの欠陥検出装置において、エッジ強度及び特徴量の算出に先立って第１の画像を平滑化する第１の平滑化部と、エッジ強度及び特徴量の算出に先立って第２の画像を平滑化する第２の平滑化部と、をさらに備える。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの欠陥検出装置において、前記第１の特徴量算出部及び前記第２の特徴量算出部は、特徴量の算出の基礎となる範囲に含まれる画素の濃度値から算出したエッジ強度が閾値を超えない場合に特徴量の算出の基礎となる範囲を拡大する。

請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかの欠陥検出装置において、前記第１の特徴量算出部及び前記第２の特徴量算出部は、水平方向のエッジ強度に対する垂直方向のエッジ強度の比を引数とするアークタンジェントの戻り値に基づいて特徴量を算出する。

請求項９の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかの欠陥検出装置において、前記第１の特徴量算出部及び前記第２の特徴量算出部は、相関係数が最も高い形状カーネルを複数の形状カーネルの中から特定し、特定した形状カーネルに割り当てられている値を特徴量とする。

請求項１０の発明は、第１のパターンを撮像した第１の画像と第２のパターンを撮像した第２の画像とを比較し第１のパターンに含まれる欠陥を検出する欠陥検出方法であって、(a) 第１の画像を構成する第１の画素におけるエッジ強度を算出する工程と、(b) 第２の画像を構成する第２の画素におけるエッジ強度を算出する工程と、(c) 第１の画像を構成する第１の画素におけるエッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する工程と、(d) 第２の画像を構成する第２の画素におけるエッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する工程と、(e) 前記工程(a)により算出されたエッジ強度及び前記工程(b)により算出されたエッジ強度が条件を満たすか否かを判定する工程と、(f) 前記工程(e)により条件が満たされたと判定され、前記工程(c)により算出された特徴量と前記工程(d)により算出された特徴量との差の絶対値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥を撮像した欠陥画素と判定する工程と、を備える。

請求項１ないし請求項１０の発明によれば、欠陥に起因しない濃度値の差を欠陥として検出しないので、欠陥を誤って検出することが少ない。

請求項２ないし請求項３の発明によれば、エッジ部の位置のわずかなずれを欠陥として検出することが減少するので、欠陥を誤って検出することがさらに少ない。

請求項３の発明によれば、第１の画素及び第２の画素の片方がエッジ部に属する場合の欠陥の検出の感度が閾値により調整されるので、欠陥が適切に検出される。

請求項４の発明によれば、一の第２のパターンに欠陥が含まれても他の第２のパターンに欠陥が含まれなければ、一の第２のパターンに含まれる欠陥に起因して欠陥を検出することがないので、欠陥を誤って検出することがさらに少ない。

請求項５の発明によれば、ノイズの影響を受けにくくなるので、欠陥を誤って検出することがさらに少ない。

請求項６の発明によれば、第１の画像及び第２の画像に含まれるノイズが減少するので、欠陥を誤って検出することがさらに少ない。

請求項７の発明によれば、エッジが鋭い場合には狭い範囲に含まれる画素の濃度値から特徴量が精度良く算出され、エッジが鈍い場合には広い範囲に含まれる画素の濃度値から特徴量が感度良く算出される。

第１実施形態の欠陥検出装置の模式図である。 ガラス基板の平面図である。 第１実施形態の欠陥検出部のブロック図である。 特徴量の算出の基礎となる範囲を示す図である。 特徴量の算出の基礎となる範囲を示す図である。 特徴量の算出の基礎となる範囲を示す図である。 被検査画像を示す図である。 参照画像を示す図である。 被検査画像を示す図である。 参照画像を示す図である。 平滑化フィルタを示す図である。 第２実施形態のエッジ強度判定部、特徴量差判定部及びエッジ強度差判定部のブロック図である。 第３実施形態の特徴量を説明する図である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態は、欠陥検出装置１０２に関する。

（欠陥検出装置１０２の概略）
図１は、第１実施形態の欠陥検出装置１０２の模式図である。欠陥検出装置１０２は、フラットディスプレイパネル用のガラス基板１９８の表面に形成された薄膜のパターンに含まれる欠陥を検出する。

図１に示すように、欠陥検出装置１０２は、パターンを撮像するラインセンサ１０４と、ラインセンサ１０４にガラス基板１９８の表面を走査させる走査機構１０６と、欠陥を検出する画像処理を行う欠陥検出部１０８とを備える。欠陥検出装置１０２は、ラインセンサ１０４に撮像を行わせながらガラス基板１９８の表面を走査させることによりガラス基板１９８の表面に形成されたパターンの２次元画像を生成する。生成された２次元画像は、欠陥検出部１０８に入力され、欠陥の検出に供される。ラインセンサ１０４に代えてエリアセンサでパターンを撮像してもよい。

（被検査画像Obj及び参照画像Rf1,Rf2）
図２は、ガラス基板１９８の平面図である。図２に示すように、ガラス基板１９８は、８個のパネル１９６が切り出される８個取り用のマザー基板である。パネル１９６の各々には、水平方向及び垂直方向に規則的に配列された表示画素パターンが形成された画素アレイ領域１９４と、不規則に配列された配線パターンが形成された周辺回路領域１９２とがある。

画素アレイ領域１９４における欠陥の検出は、一の表示画素パターンを撮像した被検査画像Objと、当該一の表示画素パターンに隣接する他の表示画素パターンを撮像した参照画像Rf1,Rf2とを比較することにより行われる。

周辺回路領域１９２における欠陥の検出は、一のパネル１９６の配線パターンを撮像した被検査画像Objと、当該一のパネル１９６に隣接する他のパネル１９６の配線パターンを撮像した参照画像Rf1,Rf2とを比較することにより行われる。

このような被検査画像Obj及び参照画像Rf1,Rf2は、例示にすぎない。一般的には、欠陥の検出の対象となる被検査パターンを撮像した画像を被検査画像Obj、被検査パターンと同一であることが期待される参照パターンを撮像した画像を参照画像Rf1,Rf2としうる。

欠陥の検出の対象は、プリント基板、リードフレーム、半導体ウエハ、フォトマスク等に形成されたパターンであってもよい。

（欠陥検出部１０８の概略）
図３は、第１実施形態の欠陥検出部１０８のブロック図である。図３の各ブロックは、専用のハードウエアであってもよいし、コンピュータにプログラムを実行させることにより実現されてもよい。欠陥検出部１０８は、被検査パターンを撮像した１個の被検査画像Objと参照パターンを撮像した２個の参照画像Rf1,Rf2とを比較し被検査パターンに含まれる欠陥を検出する。

以下では、２個の参照画像Rf1,Rf2を区別する必要がある場合は、「第１の参照画像Rf1」及び「第２の参照画像Rf2」と称し、区別する必要がない場合は、単に「参照画像Rf」と称する。

図３に示すように、欠陥検出部１０８は、エッジ強度を算出するエッジ強度算出部１１０，１１２，１１４と、エッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する特徴量算出部１１６，１１８，１２０と、２個のエッジ強度が条件を満たすか否かを判定するエッジ強度判定部１２４，１２６と、２個の特徴量の差の絶対値が特徴量差閾値を超える場合に画素を欠陥画素と判定する特徴量差判定部１２８，１３０とを備える。欠陥検出部１０８は、２個のエッジ強度が条件を満たすエッジ部において特徴量を比較し、２個の特徴量の差の絶対値が大きい場合に画素を欠陥を撮像した欠陥画素と判定する。

エッジの方向を角度で表現した特徴量は、パターンからの光に伴う干渉、製造プロセスの変動によるパターンそのものの細り・太り、パターンを撮像するときのフォーカスボケ・サンプリング誤差・振動等の影響を受けにくい。したがって、２個の特徴量の差の絶対値が大きい場合に画素を欠陥画素と判定すれば、欠陥に起因しない濃度値の差を欠陥として検出しないので、欠陥を誤って検出することが少ない。

一方、特徴量は、パターンに含まれる欠陥の影響を受けやすい。したがって、２個の特徴量の差の絶対値が大きい場合に画素を欠陥画素と判定すれば、欠陥が確実に検出される。

欠陥検出部１０８は、画像を平滑化する平滑化部１３２，１３４，１３６と、２個の参照画像の両方について画素が欠陥画素と判定された場合に画素を欠陥画素と判定するＡＮＤ（論理積）演算部１３８と、注目画素を含む判定対象範囲に含まれる欠陥画素の数がサイズフィルタ閾値を超える場合に注目画素を欠陥画素と判定するサイズフィルタ部１４０とをさらに備える。

（エッジ強度）
「エッジ強度」とは、濃度値の変化の大きさをあらわす数値であり、エッジ部で大きな値となり、フラット部で小さな値となる。したがって、エッジ強度I(x,y)がエッジ強度閾値THI1を超える場合は画素PX(x,y)がエッジ部に属し、エッジ強度閾値THI1を超えない場合は画素PX(x,y)がフラット部に属すると判定される。(x,y)は、画像における画素の座標を表す。

画素PX(x,y)におけるエッジ強度I(x,y)は、例えば、式（１）に示すように、画素PX(x,y)における水平方向（±ｘ方向）のエッジ強度HI(x,y)及び垂直方向（±ｙ方向）のエッジ強度VI(x,y)のうちの最大値(MAX)とする。

水平方向のエッジ強度HI(x,y)は、例えば、式（２）に示すように、画素PX(x,y)の濃度値P(x,y)と画素PX(x,y)に水平方向両側に隣接する画素PX(x-1,y),PX(x+1,y)の濃度値P(x-1,y),P(x+1,y)の各々との差P(x-1,y)-P(x,y),P(x+1,y)-P(x,y)の絶対値(ABS)の和とする。

同様に、垂直方向のエッジ強度VI(x,y)も、例えば、式（３）に示すように、画素PX(x,y)の濃度値P(x,y)と画素PX(x,y)に垂直方向両側に隣接する画素PX(x,y-1),PX(x,y+1)の濃度値P(x,y-1),P(x,y+1)の各々との差P(x,y-1)-P(x,y),P(x,y+1)-P(x,y)の絶対値の和とする。

（エッジ強度算出部１１０，１１２，１１４）
被検査画像Obj用のエッジ強度算出部１１０は、被検査画像Objを構成する画素PXObj(x,y)におけるエッジ強度IObj(x,y)を算出し、第１の参照画像Rf1用のエッジ強度算出部１１２は、第１の参照画像Rf1を構成する画素PXRf1(x,y)におけるエッジ強度IRf1(x,y)を算出し、第２の参照画像Rf2用のエッジ強度算出部１１４は、第２の参照画像Rf2を構成する画素PXRf2(x,y)におけるエッジ強度IRf2(x,y)を算出する。

（特徴量）
第１実施形態の特徴量A(x,y)は、エッジ部でエッジの方向に応じて100〜190となり、フラット部で0となる。特徴量A(x,y)がエッジ部で100〜190となることは必須ではないが、フラット部での値(0)とエッジ部での下限値(100)との差(100-0=100)が、エッジ部での上限値(190)と下限値(100)との差(190-100=90)よりも大きいことが望ましい。これにより、エッジ部同士で特徴量A(x,y)を比較した場合よりもエッジ部とフラット部とで特徴量A(x,y)を比較した場合の方が特徴量A(x,y)の差が大きくなるので、欠陥が確実に検出される。

ただし、フラット部に属する画素にその旨を示すフラグを設定すれば、エッジ部で特徴量A(x,y)が0〜90となるようにしても、フラット部とエッジ部とが明確に区別され、欠陥が確実に検出される。

第１実施形態においては、画素PX(x,y)における特徴量A(x,y)は、式（４）に示すように、水平方向のエッジ強度HI(x,y)に対する垂直方向のエッジ強度VI(x,y)の比を引数とするアークタンジェントの０〜π／２の戻り値（角度）に１８０／πを乗じ、さらに１００を加算した値とする。アークタンジェントの演算は、ハードウエア化が困難であるが、テーブル変換を利用すれば実装が簡略化される。

（特徴量A(x,y)の算出の基礎となる範囲の拡大）
特徴量A(x,y)の算出の基礎となる範囲に含まれる画素の濃度値から算出した水平方向のエッジ強度HI(x,y)及び垂直方向のエッジ強度VI(x,y)のうちの最大値が閾値THI2を超える場合には、適切な特徴量A(x,y)が算出されるが、超えない場合には、適切な特徴量A(x,y)が算出されない。このため、超えない場合は、水平方向のエッジ強度HI(x,y)及び垂直方向のエッジ強度VI(x,y)のうちの最大値が閾値THI2を超え、適切な特徴量A(x,y)が得られるようになるまで、特徴量A(x,y)の算出の基礎となる範囲が拡大される。これにより、エッジが鋭い場合には狭い範囲に含まれる画素の濃度値から特徴量A(x,y)が精度良く算出され、エッジが鈍い場合には広い範囲に含まれる画素の濃度値から特徴量A(x,y)が感度良く算出される。

図４、図５及び図６は、特徴量A(x,y)の算出の基礎となる十字形の範囲の拡大を説明する図である。図４、図５及び図６は、それぞれ、画素PX(x,y)から水平方向両側及び垂直方向両側に１画素だけ広がる１番目に使用される範囲１９０、画素PX(x,y)から水平方向両側及び垂直方向両側に２画素だけ広がる２番目に使用される範囲１８８、画素PX(x,y)から水平方向両側及び垂直方向両側に３画素だけ広がる３番目に使用される範囲１８６を示している。特徴量A(x,y)の算出の基礎となる範囲が十字形であることは必須ではなく、他の形、例えば、正方形であってもよい。

また、式（５）式（６）及び式（７）は、それぞれ、特徴量A(x,y)の算出の基礎となる範囲を１番目に使用される範囲１９０、２番目に使用される範囲１８８及び３番目に使用される範囲１８６としたときの水平方向のエッジ強度HI(x,y)及び垂直方向のエッジ強度VI(x,y)の算出式を示す。特徴量A(x,y)は、式（５）式（６）及び式（７）により算出された水平方向のエッジ強度HI(x,y)及び垂直方向のエッジ強度VI(x,y)から式（４）により算出される。

水平方向のエッジ強度HI(x,y)は、画素PX(x,y)の濃度値P(x,y)と算出の基礎となる範囲に含まれ画素PX(x,y)の水平方向両側にある画素PX(x-n,y),・・・,PX(x-1,y)及びPX(x+1,y),・・・,PX(x+n,y)の濃度値P(x-n,y),・・・,P(x-1,y)及びP(x+1,y),・・・,P(x+n,y)(n=1,2,3)の各々との差の絶対値の和である。垂直方向のエッジ強度VI(x,y)は、画素PX(x,y)の濃度値P(x,y)と算出の基礎となる範囲に含まれ画素PX(x,y)の垂直方向両側にある画素PX(x,y-n),・・・,PX(x,y-1)及びPX(x,y+1),・・・,PX(x,y+n)の濃度値P(x,y-n),・・・,P(x,y-1)及びP(x,y+1),・・・,P(x,y+n)の各々との差の絶対値の和である。

算出の基礎となる範囲を３番目に使用される範囲１８６まで拡大しても水平方向のエッジ強度HI(x,y)及び垂直方向のエッジ強度VI(x,y)のうちの最大値が閾値THI2を超えない場合は、画素PX(x,y)がフラット部に属すると判定され、特徴量A(x,y)は「０」となる。

算出の基礎となる範囲の拡大を、１番目に使用される範囲１９０から２番目に使用される範囲１８８へ、２番目に使用される範囲１８８から３番目に使用される範囲１８６へというように２段階で行うことは必須ではなく、１段階又は３段階以上で行ってもよい。

（特徴量算出部１１６，１１８，１２０）
被検査画像Obj用の特徴量算出部１１６は、被検査画像Objを構成する画素PXObj(x,y)における特徴量AObj(x,y)を算出し、第１の参照画像用Rf1の特徴量算出部１１８は、第１の参照画像Rf1を構成する画素PXRf1(x,y)における特徴量ARf1(x,y)を算出し、第２の参照画像用Rf2の特徴量算出部１２０は、第２の参照画像Rf2を構成する画素PXRf2(x,y)における特徴量ARf2(x,y)を算出する。

（エッジ強度判定部１２４，１２６）
被検査画像Objと第１の参照画像Rf1との比較用のエッジ強度判定部１２４は、被検査画像Obj用のエッジ強度算出部１１０により算出されたエッジ強度IObj(x,y)及び第１の参照画像Rf1用のエッジ強度算出部１１２により算出されたエッジ強度IRf1(x,y)が条件を満たすか否かを判定する。

同様に、被検査画像Objと第２の参照画像Rf2との比較用のエッジ強度判定部１２６は、被検査画像Obj用のエッジ強度算出部１１０により算出されたエッジ強度IObj(x,y)及び第２の参照画像Rf2用のエッジ強度算出部１１４により算出されたエッジ強度IRf2(x,y)が条件を満たすか否かを判定する。

第１実施形態においては、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf1(x,y)が「条件を満たす」とは、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf1(x,y)の少なくとも片方がエッジ閾値THI1を超え、画素PXObj(x,y)及び画素PXRf1(x,y)の少なくとも片方がエッジ部に属することをいう。

同様に、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf2(x,y)が「条件を満たす」とは、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf2(x,y)の少なくとも片方がエッジ閾値THI1を超え、画素PXObj(x,y)及び画素PXRf2(x,y)の少なくとも片方がエッジ部に属することをいう。

（特徴量差判定部１２８，１３０）
被検査画像Objと第１の参照画像Rf1との比較用の特徴量差判定部１２８は、被検査画像Objと第１の参照画像Rf1との比較用のエッジ強度判定部１２４により条件が満たされたと判定され、被検査画像Obj用の特徴量算出部１１６により算出された特徴量AObj(x,y)と第１の参照画像Rf1用の特徴量算出部１１８により算出された特徴量ARf1(x,y)との差の絶対値が特徴量差閾値THAを超え、被検査画像Objと第１の参照画像Rf1とでエッジ方向が異なる場合に、画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定する。

同様に、被検査画像Objと第２の参照画像Rf2との比較用の特徴量差判定部１３０は、被検査画像Objと第２の参照画像Rf2との比較用のエッジ強度判定部１２６により条件が満たされたと判定され、被検査画像Obj用の特徴量算出部１１６により算出された特徴量AObj(x,y)と第２の参照画像Rf2用の特徴量算出部１２０により算出された特徴量ARf2(x,y)との差の絶対値が特徴量差閾値THAを超え、被検査画像Objと第２の参照画像Rf2とでエッジ方向が異なる場合に、画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定する。

望ましくは、特徴量差判定部１２８，１３０は、被検査画像Objの画素PXObj(x,y)との比較の対象となる参照画像の画素PXRf(x,y)をゆすらせ範囲内でゆすらせる「ゆすらせ比較」を行う。すなわち、特徴量差判定部１２８，１３０は、１個の画素PXObj(x,y)における特徴量AObj(x,y)と、ゆすらせ（比較対象）範囲内にある９個の画素PXRf(x-1,y-1),PXRf(x-1,y),PXRf(x-1,y+1),PXRf(x,y-1),PXRf(x,y),PXRf(x,y+1),PXRf(x+1,y-1),PXRf(x+1,y),PXRf(x+1,y+1)における特徴量ARf(x-1,y-1),ARf(x-1,y),ARf(x-1,y+1),ARf(x,y-1),ARf(x,y),ARf(x,y+1),ARf(x+1,y-1),ARf(x+1,y),ARf(x+1,y+1)の各々との差の絶対値の最小値が特徴量差閾値THAを超える場合に画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定する。これにより、エッジの位置のわずかなずれを欠陥として検出することが減少するので、欠陥を誤って検出することがさらに少ない。

「ゆすらせ範囲」は、画素PXRf(x,y)から水平方向及び垂直方向に１画素だけ広がる正方形の範囲である。ただし、ゆすらせ範囲が正方形であることは必須ではなく、他の形、例えば、十字形であってもよい。また、「ゆすらせ範囲」に含まれる画素の数が９個であることも必須ではなく、２個以上であればよい。

（特徴量の差及びゆすらせ比較による欠陥の検出の利点）
図７及び図８は、特徴量の差による欠陥の検出の利点を説明する図である。図７及び図８は、それぞれ、被検査画像Obj及び参照画像Rfの一部を示すが、被検査画像Objでは左側領域１８４よりも右側領域１８２の方が明るくなっており、参照画像Rfでは右側領域１７８よりも左側領域１８０の方が明るくなっている。このような濃度値の逆転は、薄膜の膜厚・材質・積層された層の相互の関係等、照明光の光量・波長等の影響により、ガラス基板１９８に形成された薄膜のパターンからの光が複雑な干渉を伴うことにより起こる。

このような濃度値の逆転が起こると、従来の欠陥検出装置によれば、欠陥が存在しないにもかかわらず欠陥が誤って検出される。また、このような濃度値の反転に起因する欠陥の検出を避けるために閾値を大きくすると、欠陥が存在するにもかかわらず欠陥が検出されない場合がある。

しかし、このような濃度値の逆転が起こっても、特徴量AObj(x,y),ARf(x,y)の差の絶対値が閾値THAを超えるか否かに基づいて欠陥を検出する第１実施形態の欠陥検出装置１０２によれば、欠陥が存在しないにもかかわらず欠陥が誤って検出されることが少ない。

図９及び図１０は、ゆすらせ比較による欠陥の検出の利点を説明する図である。図９及び図１０も、それぞれ、被検査画像Obj及び参照画像Rfの一部を示すが、参照画像Rfのエッジ１７４よりも被検査画像Objのエッジ１７６の方が太くなっている。このようなエッジの肥大は、製造プロセスの変動によるパターンそのものの細り・太り、パターンを撮像するときのフォーカスボケ・サンプリング誤差・振動等の影響を受けることにより起こる。

このようなエッジの肥大が起こると、従来の欠陥検出装置によれば、欠陥が存在しないにもかかわらず欠陥が誤って検出される。また、このようなエッジの肥大に起因する欠陥の検出を避けるために閾値を大きくすると、欠陥が存在するにもかかわらず欠陥が検出されない場合がある。

しかし、このようなエッジの肥大が起こっても、ゆすらせ比較を行う第１実施形態の欠陥検出装置１０２によれば、欠陥が存在しないにもかかわらず欠陥が誤って検出されることが少ない。

（平滑化部１３２，１３４，１３６）
被検査画像Obj用の平滑化部１３２は、被検査画像Objを平滑化し、第１の参照画像Rf1用の平滑化部１３４は、第１の参照画像Rf1を平滑化し、第２の参照画像Rf2用の平滑化部１３６は、第２の参照画像Rf2を平滑化する。

エッジ強度IObj(x,y),IRf1(x,y),IRf2(x,y)及び特徴量AObj(x,y),ARf1(x,y),ARf2(x,y)の算出に先立って被検査画像Obj、第１の参照画像Rf1及び第２の参照画像を平滑化することにより、被検査画像Obj、第１の参照画像Rf1及び第２の参照画像Rf2に含まれるノイズが減少するので、エッジ部とフラット部との分離度が向上する。これにより、欠陥を誤って検出することが少ない。

図１１は、平滑化に用いる３×３の平滑化フィルタを示す図である。平滑化フィルタは、重み付けが一様な平均値フィルタであってもよいし、中心から離れると重み付けが軽くなる重み付け平滑化フィルタであってもよい。エッジを保存するエッジ保存フィルタも好適に用いられる。

（ＡＮＤ演算部１３８）
ＡＮＤ演算部１３８は、被検査画像Objと第１の参照画像Rf1との比較用の特徴量差判定部１２８により画素PXObj(x,y)が欠陥画素と判定され、かつ、被検査画像Objと第２の参照画像Rf2との比較用の特徴量差判定部１３０により画素PXObj(x,y)が欠陥画素と判定された場合に、画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定する。このように２個以上の参照画像との比較の結果として画素PXObj(x,y)が欠陥画素と判定された場合に画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定するようにすれば、一の参照パターンに欠陥が含まれても他の参照パターンに欠陥が含まれなければ、一の参照パターンに含まれる欠陥に起因して欠陥を検出することがないので、欠陥を誤って検出することがさらに少ない。なお、この２個以上の参照画像との比較の結果として画素PXObj(x,y)が欠陥画素と判定された場合に、画素PXObj(x,y)を欠陥画素とする判定には、例えば、特徴量差判定部を３個以上設け、３個以上の全ての特徴量差判定部により画素PXObj(x,y)が欠陥画素と判定された場合に、画素PXObj(x,y)を欠陥画素とする判定や、３個以上の特徴量差判定部のうち２個の特徴量差判定部により画素PXObj(x,y)が欠陥画素と判定された場合に、画素PXObj(x,y)を欠陥画素とする判定も含まれる。

（サイズフィルタ部１４０）
サイズフィルタ部１４０は、画素PXObj(x,y)を含む判定対象範囲に含まれる欠陥画素の数が閾値以上である場合に画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定する。これにより、ノイズの影響を受けにくくなるので、欠陥を誤って検出することがさらに少ない。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態のエッジ強度判定部１２４，１２６及び特徴量差判定部１２８，１３０に代えて判定のための処理を行うエッジ強度判定部２２４，２２６、特徴量差判定部２２８，２３０及びエッジ強度差判定部２４２，２４４に関する。

図１２は、第１実施形態のエッジ強度判定部１２４，１２６及び特徴量差判定部１２８，１３０に代わる部分のブロック図である。

（エッジ強度判定部２２４，２２６）
被検査画像Objと第１の参照画像Rf1との比較用のエッジ強度判定部２２４も、第１実施形態のエッジ強度判定部１２４と同様に、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf1(x,y)が条件を満たすか否かを判定する。

同様に、被検査画像Objと第２の参照画像Rf2との比較用のエッジ強度判定部２２６も、第１実施形態のエッジ強度判定部１１６と同様に、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf2(x,y)が条件を満たすか否かを判定する。

第２実施形態においては、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf1(x,y)が「条件を満たす」とは、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf1(x,y)の両方がエッジ閾値THI1を超え、画素PXObj(x,y)及び画素PXRf1(x,y)の両方がエッジ部に属することをいう。

同様に、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf2(x,y)が「条件を満たす」とは、エッジ強度IObj(x,y)及びエッジ強度IRf2(x,y)の両方がエッジ閾値THI1を超え、画素PXObj(x,y)及び画素PXRf2(x,y)の両方がエッジ部に属することをいう。

（特徴量差判定部２２８，２３０）
被検査画像Objと第１の参照画像Rf1との比較用の特徴量差判定部２２８も、第１実施形態の特徴量差判定部１２８と同様に、エッジ強度判定部２２４により条件が満たされたと判定され、特徴量IObj(x,y)と特徴量IRf1(x,y)との差の絶対値が特徴量差閾値THAを超える場合に、画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定する。

同様に、被検査画像Objと第２の参照画像Rf2との比較用の特徴量判定部２３０も、第１実施形態の特徴量差判定部１３０と同様に、エッジ強度判定部２２６により条件が満たされたと判定され、特徴量IObj(x,y)と特徴量IRf2(x,y)との差の絶対値が特徴量閾値THAを超える場合に、画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定する。

特徴量差判定部２２８，２３０が「ゆすらせ比較」を行うことが望ましいことも、第１実施形態の場合と同様である。

（エッジ強度差判定部２４２，２４４）
被検査画像Objと第１の参照画像Rf1との比較用のエッジ強度差判定部２４２は、エッジ強度判定部２２４により条件が満たされなかったと判定された場合に、被検査画像Objの画素PXObj(x,y)と比較される参照画像Rf1の画素PXRf1(x,y)をゆすらせ範囲内でゆすらせる「ゆすらせ比較」を行う。

同様に、被検査画像Objと第２の参照画像Rf2との比較用のエッジ強度差判定部２４４は、エッジ強度判定部２２６により条件が満たされなかったと判定された場合に、被検査画像Objの画素PXObj(x,y)と比較される参照画像の画素PXRf2(x,y)をゆすらせ範囲内でゆすらせる「ゆすらせ比較」を行う。

すなわち、エッジ強度差判定部２４２，２４４は、１個の画素PXObj(x,y)におけるエッジ強度IObj(x,y)と、ゆすらせ範囲内にある９個の画素PXRf(x-1,y-1),PXRf(x-1,y),PXRf(x-1,y+1),PXRf(x,y-1),PXRf(x,y),PXRf(x,y+1),PXRf(x+1,y-1),PXRf(x+1,y),PXRf(x+1,y+1)におけるエッジ強度IRf(x-1,y-1),IRf(x-1,y),IRf(x-1,y+1),IRf(x,y-1),IRf(x,y),IRf(x,y+1),IRf(x+1,y-1),IRf(x+1,y),IRf(x+1,y+1)の各々との差の絶対値の最小値がエッジ強度差閾値THI3を超える場合に画素PXObj(x,y)を欠陥画素と判定する。これにより、画素PXObj(x,y),PXRf(x,y)の片方がエッジ部に属する場合の欠陥の検出の感度がエッジ強度差閾値THI3により調整されるので、欠陥が適切に検出される。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第１実施形態の特徴量に代えて採用される特徴量に関する。

図１３は、第３実施形態の特徴量を説明する図である。

第３実施形態においては、図１３に示すように、式（８）により算出される相関係数が最も高い形状カーネルを複数の形状カーネルの中から特定し、特定した形状カーネルに割り当てられている値を特徴量A(x,y)とする。

このように得られる特徴量A(x,y)も、パターンからの光に伴う干渉、製造プロセスの変動によるパターンそのものの細り・太り、パターンを撮像するときのフォーカスボケ・サンプリング誤差・振動等の影響を受けにくい。このため、欠陥を誤って検出することを減少させるのに寄与する。

＜その他＞
この発明は詳細に説明されたが、上述の説明は、すべての局面において例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得る。

１０２ 欠陥検出装置
１０８ 欠陥検出部
１１０，１１２，１１４，２２４，２２６ エッジ強度算出部
１１６，１１８，１２０ 特徴量算出部
１２４，１２６ エッジ強度判定部
１２８，１３０，２２８，２３０ 特徴量差判定部
１３２，１３４，１３６ 平滑化部
１３８ ＡＮＤ演算部
１４０ サイズフィルタ部
２４２，２４４ エッジ強度差判定部

Claims (10)

1. 第１のパターンを撮像した第１の画像と第２のパターンを撮像した第２の画像とを比較し第１のパターンに含まれる欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
   第１の画像を構成する第１の画素におけるエッジ強度を算出する第１のエッジ強度算出部と、
   第２の画像を構成する第２の画素におけるエッジ強度を算出する第２のエッジ強度算出部と、
   第１の画像を構成する第１の画素におけるエッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する第１の特徴量算出部と、
   第２の画像を構成する第２の画素におけるエッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する第２の特徴量算出部と、
   前記第１のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度及び前記第２のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度が条件を満たすか否かを判定するエッジ強度判定部と、
   前記エッジ強度判定部により条件が満たされたと判定され、前記第１の特徴量算出部により算出された特徴量と前記第２の特徴量算出部により算出された特徴量との差の絶対値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥を撮像した欠陥画素と判定する特徴量差判定部と、
   を備える欠陥検出装置。
2. 請求項１の欠陥検出装置において、
   前記エッジ強度判定部は、前記第１のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度及び前記第２のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度の少なくとも片方が閾値を超える場合に条件を満たすと判定し、
   前記特徴量差判定部は、前記第１の特徴量算出部により算出された１個の第１の画素における特徴量と前記第２の特徴量算出部により算出された比較対象範囲内にある２個以上の第２の画素の各々における特徴量との差の絶対値の最小値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥画素と判定する、
   欠陥検出装置。
3. 請求項１の欠陥検出装置において、
   前記エッジ強度判定部は、前記第１のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度及び前記第２のエッジ強度算出部により算出されたエッジ強度の両方が閾値を超える場合に条件を満たすと判定し、
   前記特徴量差判定部は、前記第１の特徴量算出部により算出された１個の第１の画素における特徴量と前記第２の特徴量算出部により算出された比較対象範囲内にある２個以上の第２の画素の各々における特徴量との差の絶対値の最小値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥画素と判定し、
   前記エッジ強度判定部により条件が満たされなかったと判定され、前記第１のエッジ強度算出部により算出された１個の第１の画素におけるエッジ強度と前記第２のエッジ強度算出部により算出された比較対象範囲内にある２個以上の第２の画素の各々におけるエッジ強度との差の絶対値の最小値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥画素と判定するエッジ強度差判定部、
   をさらに備える欠陥検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかの欠陥検出装置において、
   ２個以上の第２の画像との比較の結果として第１の画素が欠陥画素と判定された場合に第１の画素を欠陥画素と判定する論理積演算部、
   をさらに備える欠陥検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかの欠陥検出装置において、
   注目画素を含む判定対象範囲に含まれる欠陥画素の数が閾値を超える場合に注目画素を欠陥画素と判定するサイズフィルタ部、
   をさらに備える欠陥検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかの欠陥検出装置において、
   エッジ強度及び特徴量の算出に先立って第１の画像を平滑化する第１の平滑化部と、
   エッジ強度及び特徴量の算出に先立って第２の画像を平滑化する第２の平滑化部と、
   をさらに備える欠陥検出装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかの欠陥検出装置において、
   前記第１の特徴量算出部及び前記第２の特徴量算出部は、特徴量の算出の基礎となる範囲に含まれる画素の濃度値から算出したエッジ強度が閾値を超えない場合に特徴量の算出の基礎となる範囲を拡大する、
   欠陥検出装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかの欠陥検出装置において、
   前記第１の特徴量算出部及び前記第２の特徴量算出部は、水平方向のエッジ強度に対する垂直方向のエッジ強度の比を引数とするアークタンジェントの戻り値に基づいて特徴量を算出する、
   欠陥検出装置。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれかの欠陥検出装置において、
   前記第１の特徴量算出部及び前記第２の特徴量算出部は、相関係数が最も高い形状カーネルを複数の形状カーネルの中から特定し、特定した形状カーネルに割り当てられている値を特徴量とする、
   欠陥検出装置。
10. 第１のパターンを撮像した第１の画像と第２のパターンを撮像した第２の画像とを比較し第１のパターンに含まれる欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
    (a) 第１の画像を構成する第１の画素におけるエッジ強度を算出する工程と、
    (b) 第２の画像を構成する第２の画素におけるエッジ強度を算出する工程と、
    (c) 第１の画像を構成する第１の画素におけるエッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する工程と、
    (d) 第２の画像を構成する第２の画素におけるエッジの方向を角度で表現した特徴量を算出する工程と、
    (e) 前記工程(a)により算出されたエッジ強度及び前記工程(b)により算出されたエッジ強度が条件を満たすか否かを判定する工程と、
    (f) 前記工程(e)により条件が満たされたと判定され、前記工程(c)により算出された特徴量と前記工程(d)により算出された特徴量との差の絶対値が閾値を超える場合に第１の画素を欠陥を撮像した欠陥画素と判定する工程と、
    を備える欠陥検出方法。

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