JP2014206547A - 複数のカメラを使用した基板検査 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物を検査するために複数のカメラを使用する、自動光学的検査のための装置及び方法を提供する。【解決手段】撮像組立品であって、撮像組立品中の異なる、それぞれの位置に搭載され、試料のそれぞれの画像を記録するように構成された複数のカメラを含む撮像組立品と、撮像組立品を、位置に関する所定の許容誤差で制限された走査精度で試料を走査させるために、撮像組立品と試料の少なくとも一つを動かすように構成された移動組立品と、位置に関する許容誤差よりも細かい位置精度で試料の中の欠陥の位置を特定するために、カメラによって記録された画像を受信し、かつ、処理するように結合された画像処理装置と、を備える、検査用の装置および検査方法。画像処理装置は、試料の走査中に複数のカメラで記録された全ての画像について登録を実行することにより、累積の誤差無しで欠陥のグローバルな位置を決定する。【選択図】図２

Description

本発明は自動光学的検査に関するもので、特に、対象物を検査するために複数のカメラを使用するシステム及び方法に関する。

自動光学的検査（ＡＯＩ）用のシステムでは、一般に、電子画像カメラが使用される。本願明細書で定義するように、そのようなカメラは、画像センサ、すなわち、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型ＭＯＳ（ＣＭＯＳ）といった、統合化２次元（２Ｄ）検知素子アレイを含む。いくつかの応用において、検査される試料の領域は、画像センサの視野（ＦＯＶ）よりも広くなっている。そのような場合、通常、ＦＯＶが試料の上を走査されるにつれて、カメラは複数の画像を記録し、試料の欠陥またはその他の特徴を検出するために、画像処理装置がこれらの画像の中の情報を結合する。（その他のＡＯＩシステムは線形アレイとＴＤＩセンサを使用している。）

この種のＡＯＩシステムのいくつかにおいて、記録された各画像は隣接する１つまたはそれ以上の画像と重なり合う。例えば、米国特許７，１２９，５０９は、参照することによりその開示が本明細書に組み込まれるが、少なくとも１つの光検出器の２Ｄアレイを含む検査システムで、電気回路の画像といった、対象物を表す画像を取得するために用いられるものについて説明している。少なくとも部分的に重なり合っている画像が取得され、重なり合っている画像の中のピクセルで、対象物の対応する部分と関連付けられているものが、対象物の合成画像を形成するためにお互いに加えられる。

他の例として、米国特許７，０７５，５６５は、参照することによりその開示が本明細書に組み込まれるが、プリント回路基板といった対象物についての画像データを提供するための、複数の非同期で駆動可能なカメラを含む、自動光学的検査システムについて説明している。回路基板は、１つまたはそれ以上のカメラにおいて１つまたはそれ以上の照明モードで撮影される視野に分解される。基板上の各位置は、基板全域の一回の通過において、複数の照明モードで各カメラによって撮影され得る。一つの実施形態において、各カメラは回路基板上の所定の位置を２回、各画像が異なる照明モードとなるように、撮影することができる。アセンブリの速度は、撮影される基板が、各ストライプ上での一回の通過において、所定数の照明モードで撮影され得るように選択することができる。

同じような種類の方法が米国特許出願公開２００６／００６６８４３において説明されているが、その開示は参照することにより本明細書に組み込まれる。照明モジュールは、パルス状の光学的放射によって、試料の表面を照射する。連続した、部分的に重なり合っている表面上のフレームを、対応する連続するパルス状の放射のパルスで照射するために、表面の全域において、パルス状の光学的放射によって照射される領域が走査されるように、機械的なスキャナが試料及び画像システムの一部分のうちの少なくとも一つを移動させる。収集モジュールは、照射されたフレームの一連の画像を記録するために、表面から散乱された光学的放射を収集する。システムコントローラは、パルス状の光学的放射と同期して、第１と第２の光学的構成の間で交互に、画像システムの構成を変化させる。

上述したような、複数のカメラ及び重なり合う画像を利用するＡＯＩシステムは、一般的に、異なる画像のピクセルが、試料の領域全体にわたって適切に記録されるようにカメラ及び試料の間の厳密な位置合わせを維持しなければならない。この位置合わせの制約を満たすためには、高価な、高精度の土台、および、要求される位置精度で、試料上で、カメラのＦＯＶを走査するための移動組立品が必要となる。

他方、本願発明の実施形態において、画像処理装置は、画像間の重複する領域における画像の特徴の位置合わせを行うことによって、隣接する画像を登録する。（本特許出願および請求項の中において使用されるとき、「特徴」という用語は、角や境界だけでなく、例えば、グレースケールグラデーションを含む、画像の任意の領域上において撮られたピクセル値の、ありとあらゆる認識可能な特性に関係する。）画像の登録は、画像処理装置が欠陥のグローバルな位置を累積誤り無しで測定することができるように、走査中に、連続して全画像を通して行うことができる。従って、画像処理装置は、移動組立品の位置の許容誤差よりも細かい位置精度で画像を結合し、かつ、試料における欠陥の位置を特定することができる。このため、本発明の原理に基づいて、システムにおいて移動組立品の精度を緩和することができ、従って、そのようなシステムの費用は当技術分野で周知のシステムと比較して相当に下げることができる。

従って、本発明の実施形態に従い、検査用装置で、
複数のカメラで、撮像組立品における異なるそれぞれの位置に搭載され、試料のそれぞれの画像を記録するように構成されているものを含む、前記撮像組立品と、
位置に関する所定の許容誤差で制限される走査精度で、前記撮像組立品が前記試料を走査するように、前記撮像組立品及び前記試料の少なくとも一つを移動させるように構成された移動組立品と、
前記位置に関する許容誤差よりも細かい位置精度で、前記試料における欠陥の位置を特定するように、前記カメラにより記録された前記画像を受信し処理するために結合されている画像処理装置と、
を備えるものが提供される。

開示されている実施形態において、各画像それぞれは、前記撮像組立品の中のカメラによって記録された、隣接する１つまたはそれ以上の画像と重複する領域を持った試料の各領域を含み、前記画像処理装置は、前記欠陥の位置を算出するために、各画像をお互いに登録するように構成されている。一般に、隣接する画像は、移動組立品の位置に関する許容誤差内で変動するそれぞれの補正値を持ち、画像処理装置はそれぞれの相対的な補正値を算出するように構成されている。画像は、一般的に、一定の間隔幅を持つピクセルを含み、１つの実施形態において、画像処理装置は、その一定の間隔幅よりも細かい精度でそれぞれの相対的な補正値を算出し、その一定の間隔幅よりも細かい解像度を持った結合された画像を作り出すために、それぞれの相対的な補正値を使用して画像を結合するように構成されている。

いくつかの実施形態において、画像は、所定の信号対雑音比（ＳＮＲ）を持った、ピクセル値を持つピクセルを含み、画像処理装置は、所定のＳＮＲよりも大きなＳＮＲを持つ、結合された画像を作り出すために、重複領域中の隣接する画像のピクセル値を加算するように構成されている。

代替的にまたは追加的に、画像処理装置は、少なくとも１つのカメラで記録された、それぞれの画像中に現れる、試料上の周期的パターンと、移動組立品により加えられる試料と撮像組立品との間の相対的な移動に応答して、仮想的ポジションクロックを正常な状態に戻し、そして、前記仮想的ポジションクロックを、それぞれの画像をお互いに登録するために使用するように構成されている。

開示された実施態様において、装置は、カメラにより記録された画像が、それぞれ第１と第２の照明配置において、走査中に異なる位置で記録された、少なくとも第１と第２の画像のセットを含むように、撮像組立品による試料の走査の間に、少なくとも第１と第２の異なる照明配置で試料を照射する少なくとも１つの光源を含む。

一般に、移動組立品は、試料を把持することなく、試料を撮像組立品に対して移動させるように構成されている。

いくつかの実施形態において、複数のカメラは少なくとも２０台のカメラを含み、そして、少なくとも１００台のカメラを含む場合がある。

開示されている実施形態において、撮像組立品中のカメラは、撮像組立品が試料を走査する時に、各カメラにより記録された画像が、移動組立品の走査方向に沿って試料の各細長い領域を覆い、また、試料の全域での撮像組立品の一回の走査で、それらの細長い領域全体が試料の有効面積全体を覆うように、移動組立品の走査方向を横切る方向に沿った少なくとも１つの列の中のそれぞれの位置に配置されている。一般に、前記少なくとも１つの列は、少なくとも第１と第２の列を含み、第１の列におけるカメラのそれぞれの位置は、第２の列におけるカメラの位置に対して、横方向に交互配置されている。

一つの実施形態において、撮像組立品を、走査方向に試料を走査させるように、移動組立品は構成されていて、そして、装置は、少なくとも一つの事後検査カメラと、その少なくとも一つの事後検査カメラが、画像処理装置によって位置を特定された欠陥の領域を撮像するように、撮像組立品が試料を走査する間に、少なくとも一つの事後検査カメラを走査方向を横切る方向に移動させるように構成された横方向移動部とを備えている。一般に、画像処理装置は、理想的移動モデルに対する移動組立品の動きのずれを示すエラー信号を算出するように構成されていて、そして、エラー信号に応答して、少なくとも一つの事後検査カメラに、欠陥の領域を撮像させるように構成されている。

本発明の実施形態に従い、
撮像組立品における異なるそれぞれの位置に搭載された複数のカメラを含む撮像組立品を使用して、位置に関する所定の許容誤差で制限される走査精度で、試料を走査すること、
試料を走査する間に、前記カメラを使用して、試料のそれぞれの画像を撮影すること、及び、
前記試料における欠陥の位置を、前記位置に関する許容誤差よりも細かい位置精度で特定するために、カメラによって撮影された画像を処理すること、
を含む検査方法が提供される。

本発明は、以下の、図面と共に理解される、その実施形態に関する詳細な説明によってより十分に理解することができる。

図１は、本発明の実施形態に従う、ＡＯＩのシステムの概要の図解説明図である。 図２は、本発明の実施形態に従う、撮像組立品の概略底面図である。 図３は、本発明の実施形態に従う、電子画像カメラの概略側面図である。 図４及び５は、ＡＯＩのシステムによって撮影されたサンプルの画像のパターンを示す、本発明の実施形態に従う、試料の概略上面図である。 図４及び５は、ＡＯＩのシステムによって撮影されたサンプルの画像のパターンを示す、本発明の実施形態に従う、試料の概略上面図である。

図１は、本発明の実施形態に従う、試料２２の自動光学的検査用のシステム２０の概要の図解説明図である。説明されている実施形態において、試料は、大きなガラス基板及びその上面に形成された適切な回路部品を含む、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）とされている。（ＦＰＤを製造するために現在使用されているガラス基板の面積は、２４６×２１６ｃｍの大きさである場合がある。）代替的に、システム２０は、プリント回路基板や集積回路ウェハといった、一般に平面的なその他のタイプの基板の検査用に、変更すべきところは変更して、適応される場合がある。更に、本発明の原理は、非平面的な試料の検査においても同様に適用することができる。

検査中、試料２２は、統合移動組立品２６の備えられているテーブル２４により支持される。図１に示される例において、移動組立品は、試料を走査方向（以下の説明における明確さ及び統一性のため、Ｙ−方向として識別される）に推進する車輪２８のアレイを含む。ガイド３０は、試料が走査方向に揃うように維持するために、試料の端とかみ合わされる。選択的に、テーブル２４は、参照することによりその開示が本明細書に組み込まれる米国特許６，８１０，２９７に記載されるように、吸引口と浮揚コンベアを備える場合がある。しかしながら、この分野で知られているように、ＡＯＩシステムにおける正確な移動を確保するために、システムが試料２２を把持する必要はなく、そして、車輪２８は、特別な制御手段なしで、試料の適切な移動を提供することができる。

移動組立品２６が試料２２をテーブル２４に沿って搬送する際、撮像組立品３２は、試料の表面上の回路部品の画像を記録する。撮像組立品の詳細は次の図に示される。代替的に、又は、追加的に、移動組立品は、撮像組立品を試料の表面上で移動させるように構成される場合がある。どちらの場合においても、移動組立品は、撮像組立品に試料の表面全域を走査させる。画像記録中の撮像組立品と試料との間の相対的な移動による画像のぶれを避けるため、走査中、一般に、光源は試料をパルス光で照射する。図３に説明されているように、光源は撮像組立品３２に組み込まれる場合がある。代替的に、又は、追加的に、透視のために、独立した光源３４が、試料２２の反対側に設けられる場合がある。更に、代替的に、又は、追加的に、試料の撮像組立品と同じ側の光源（図示せず）で、撮像組立品とは独立したものを使用することもできる（特に、試料が暗視モードで撮像される場合）。

画像処理装置３６は、試料２２上の回路部品の欠陥を特定し、そして、位置を確認するために、撮像組立品３２によって記録された画像を受信し処理する。一般に、画像処理装置は、本明細書に記載される機能を実行するためのソフトウエアでプログラムされている一つ又はそれ以上の汎用コンピュータを含む。このソフトウエアは、例えばネットワーク上で、電子的な型式でコンピュータにダウンロードされ、又は、光学的、磁気的、又は、電子的な記録媒体上で提供される場合がある。代替的に、処理速度が向上されている場合、画像処理装置の少なくともいくつかの機能は、専用の又はプログラム可能なハードウエアによって実行される場合がある。画像処理装置は、疑われる欠陥の欠陥報告及び／又は画像といった、欠陥情報を、ビデオ・モニター又はプリンター（図示せず）といった出力装置３８に出力する。代替的に、又は、追加的に、画像処理装置は、限界寸法又は巨視的欠陥といった、試料のその他の特性を測定して報告することができる。

画像処理装置３６が試料の上で欠陥を特定した場合、画像処理装置は、欠陥を診断し、そして、場合によっては修理するのに十分な位置精度で、欠陥の位置を特定し示さなければならない。例えば、典型的なＦＰＤアプリケーションにおいて、画像処理装置は、欠陥の位置座標を誤差±２０μｍ未満で測定しなければならない。システム２０の固定された参照フレームにおいて、このレベルの精度で欠陥の座標を測定することは、通常、検査のための走査中に、撮像組立品３２に対する試料２２の位置が、このレベルの誤差以下の許容誤差で制御されることを必要とする。もちろん、試料の広い領域の至る所で、この許容誤差を維持するためには、移動組立品２６を複雑で高価な部品で構成すること、及び、制御できない動きを妨げるために、試料を堅く保持することが必要となる。

しかしながら、システム２０において、画像処理装置３６は、システムの固定された参照フレームの中においてではなく、試料それ自身の移動する参照フレームの中において、試料２２の欠陥の場所を特定する。試料にプリントされた回路部品のパターンを解析することによって、画像処理装置は、試料の端、又は、既知の基準マークといった、サンプル上の基準点に対する欠陥の位置を特定することができる。例えば、回路部品が、繰り返されるセルの既知のパターンの中に形成されている場合（ＦＰＤ及びその他のタイプの集積電子装置で一般的であるように）、画像処理装置は、試料上の基準点と欠陥のあるセルとの間のセルの数を測定し、そして、そのセル内で欠陥の正確な座標を測定することができる。

選択的に、システム２０は、一つまたはそれ以上の、一般的に、精密検査及び疑われる欠陥の分類を行なうための、高い倍率の光学素子を備える、事後検査用カメラ３７を備える場合がある。そのようなカメラは、適切な移動載物台といった、撮像組立品３２の「下流」にある横移動ユニット３９に搭載される場合がある。このように、試料２２の領域は、撮像組立品の下を通過した後、カメラ３７の位置に到達する。画像処理装置３６は、撮像組立品によって生成された画像中に疑われる欠陥を検出した場合、欠陥がカメラ３７の位置の下を走査（Ｙ）方向（これは、等価的に、時間軸と見ることもできる）に通過したと推定される時、ユニット３９を欠陥の横軸（Ｘ）の位置に駆動する。

この推定される（Ｘ，Ｙ）位置は、Ｙ方向に対して一定の速度で、Ｘのずれ、又は、角度に関する歪みがない、試料の理想的な動きの仮定に基づいている。試料のＸ，Ｙ及び角度に関する非理想的な動きを補正するために、画像処理装置３６は、重なり合う画像をお互いに対して登録し、これにより、撮像組立品３２によって記録されたフレーム間のシフトを作成することで、試料の動きを算出する。このように、画像処理装置は、試料の実際の位置の理想的動作モデルに対するずれを示す、精密な動作誤差信号（△Ｘ、△Ｙ、及び角度の歪み）を算出することができる。画像処理装置は、動作誤差信号を、理想位置に対する推定される欠陥の位置を計算するために使用し、このようにして、カメラ３７を誘導する。推定される時間と位置において、カメラ３７は、画像中の動作スミアーを克服するため、一般的に、ストロボ又はフラッシュ照明を用いて、欠陥についての高い倍率の画像を一つ又はそれ以上記録する。これらの画像は、欠陥を分類するため、及び、必要とされる場合には、更にどのような措置が必要となるかを判断するために、画像処理装置又は人の作業によって分析される。

一般的に、後において示され、より詳細に説明されるように、撮像組立品３２は、それぞれ試料２２の狭い面積のみを含んだ、カメラそれぞれの視野の、重なり合った画像を記録するために配列された複数のカメラを含む。画像処理装置３６は、これら個々の画像を登録して、隣接する画像の間の特徴を合わせることによって、試料の結合された画像へと配列する。画像処理装置は、その後、この結合された画像を参照して、欠陥の位置を特定することができる。欠陥の位置は、上述の通り、試料の繰り返されるパターンを参照することによって決定されるか、又は、単に結合された画像のピクセルで決定される場合がある。

画像処理装置３６は、試料自体の参照フレームの中において欠陥の位置を特定するので、システム２０において試料の位置及び動きの精密な制御は必要ではない。従って、移動組立品２６の位置に関する許容誤差は、画像処理装置が欠陥の位置を特定する位置精度よりも大幅に大きくなる。例えば、システム２０による走査中における試料のどの点の実際の位置も、その点の名目上の位置に対して±１００ｍｍ程度変動する場合があるにもかかわらず、一方で、上述したように、画像処理装置は、±２０μｍよりも悪くなることのない欠陥位置特定精度を達成し、または、±１μｍ程度の細かさの精度でさえも達成する。この高い位置精度は、正確な欠陥の報告を行なうことに対して重要であるだけでなく、事後検査カメラ３７及びその他の確認及び修理装置の正確な位置決めに対しても重要である。更に、画像処理装置は、正確な位置情報を、試料の特定の領域で使用する、特定の、位置に特有の処理アルゴリズムを選択する際に利用することができる。

ここで、本発明の実施形態に従う撮像組立品３２の詳細を概略的に示す図２及び３を参照する。図２は、試料２２の視点から見える、撮像組立品の底面図である。撮像組立品は、複数のカメラ４０を含み、その中の１つは図３の側面図に示されている。図３の特定のカメラの構造及び図２の撮像組立品の配置は、システム２０の動作を説明するために、単に例として示されているだけである。複数の画像センサが同一のプリント回路基板上に搭載される構造といったような、その他の多重カメラ構造も使用することができる。

撮像組立品３２は、多数のカメラ４０を含み、一般的に、プリント回路基板といった比較的小さな試料を検査する場合、少なくとも２０台のカメラを含み、大型のＦＰＤを検査する場合、最大１００台のカメラを含み、そして、より解像度の高いシステムの場合には、数百台程度含む可能性がある。代替的に、カメラが高解像度の画像センサ（例えば、５−８メガピクセル）を含む場合には、解像度が低めのシステムにおいては、カメラの数を約５０台に減らすことができる。その一方で、本発明の原理は、カメラの特定の数に限定されることはなく、１０台のカメラまたはそれ以下といった、より少ない数のカメラを使用するシステムにおいて実施することもできる。そのようなシステムもまた、本発明の範囲内であると考えられる。

カメラ４０は、試料２２の表面の上に、一般的に、走査を横切る方向（図においてＸ−方向と示されている）に沿った一つ又はそれ以上の列に配列される。各カメラ４０は、それぞれの視野（ＦＯＶ）４２の画像を記録する。カメラは試料の全幅に亘って、横方向に配列される場合がある。各カメラは、試料２２がＹ（走査）方向に進むにつれて、複数の画像を記録する。カメラのフレーム速度に対する最大走査速度が、連続する画像フレームの間で試料により横切られる距離が、ＦＯＶの走査方向における幅未満となる限りにおいては、各カメラによって記録された画像は、少なくともカメラによって記録された前の画像と次の画像において重複する。この種の走査パターンは、例えば、図４及び５に示されている。結果的に、各カメラによって記録された画像は、長く狭い、走査方向に沿った試料上の細長い領域を覆う。

システム２０のような、微細な特性を検査し、微小な欠陥の位置を特定するシステムは、一般的に、高い倍率で動作するので、図２に説明されているように、ＦＯＶ４２はカメラ自身の外側の寸法よりもかなり小さくなることがある。従って、Ｘ−方向に沿ったカメラの単一の列では、Ｙ方向に沿った一回の通過で、試料の有効面積の全体（すなわち、場合によっては端を除いた、回路部品が形成されている全領域）を撮像することができない。また、光源がカメラの間で交互配置されている場合（例えば、暗視野照明を提供するため）、隣接するカメラの視野の間に間隔ができてしまうことがあり得る。

この問題を克服するため、図２に示されるように、カメラ４０は撮像組立品３２において複数の列に配列されていて、各列のカメラは、その他の列に対して、Ｘ−方向にずらされている。列の間の適切なオフセットを選択することによって、移動に関するゆるい許容誤差にかかわらず、画像間の信頼性のある登録を可能とするために、個別のカメラで撮像された細長い領域がＸ−方向に重なり合うようにすることができる。カメラの数及び配置は、試料２２の有効面積の全幅が、撮像組立品３２の下での試料の一回の通過において覆われるようにすることができる。従って、走査の繰り返しを行うこと、又は、試料又は撮像組立品の構成要素の横移動を行うことは必要とされない。代替的に、個別のカメラで撮像される細長い領域は、試料の有効面積の幅の一部のみを覆うようにすることができ、必要に応じて、試料に対して異なる横の位置にある撮像組立品を用いた、複数の走査を利用することができる。

図３に示される実施形態において、カメラ４０は、光源をパルス状にするための適切な駆動回路５２と一体となった、高輝度発光ダイオード（ＬＥＤ）といったような、光源５０を備えている。光源によって放射された光線は、適切な照明光学素子５４によって成形され、対物光学素子５８によって、ビームスプリッタ５６を通して、ＦＯＶ４２の上に放たれる。光学素子５８は、ビームスプリッタ５６を通して、画像センサ６０上に、ＦＯＶ４２内の回路部品の画像を形成する。画像センサは、適切なカメラ回路６２を通して、画像処理装置３６に接続されており、このようにして、画像処理装置３６は、撮像組立品３２中の全てのカメラから電子画像（アナログ信号又はデジタル画像データの形式の）を受信する。

図３に示されるカメラ４０の配置は、システム２０の照明部品と撮像組立品の両方が、一般的に差し渡し数センチメートルにすぎない、狭い空間内に一緒に詰め込むことを可能にするという点で、便利である。代替的に、システム２０において、照明部品と撮像組立品のその他の配置を用いることができ、図３のように、共通の光学素子を共有して、撮像組立品と一緒に照明部品を詰め込むか、又は、独立した照明モジュールの中に照明部品を詰め込むことができる。

カメラ４０内の画像センサ６０は、Ｍｉｃｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．（Ｂｏｉｓｅ， Ｉｄａｈｏ）によって製造された、ＭＴ９Ｍ００１Ｃ１２ＳＴＭ ＣＭＯＳといった、標準的な、市販の装置とすることができる。このセンサは、間隔幅５．２μｍの、１２８０×１０２４の検出素子の配列となっている。これは、大体４０メガピクセル／秒の画像データを出力する（３０フレーム／秒のフルフレーム出力を与える）ように設計されている。ＦＯＶ４２が約６−１０ｍｍの幅を持つように光学系５８が設計されていると仮定すると、センサ６０は対物面における約６−１０μｍの画像解像度を与えることになるが、それは、例えば、大抵のＦＰＤ検査アプリケーションにとって十分になっている。回折限界を上回っている、この解像度のレベルは、カメラ４０において、大きなＦ値及び深い被写界深度を持つ、簡単で、安い光学系を使用することを可能にする。更に、画像処理装置３６による画像の登録及び位置合わせ機能のため、各カメラにおける光学系の正確な位置合わせ、又は、カメラ間の正確な相対的位置合わせは必要とされない。

カメラ４０の低解像度及び低出力速度（高性能のＡＯＩシステムで用いられる特殊な、最新のカメラと比較して）にかかわらず、試料の横方向（Ｘ）の寸法にわたって配列された多数のカメラの使用は、システム２０が高い速度のスループットで動作することを可能とする。この速度は、撮像組立品３２の性能というより、むしろ、一般的に、画像処理装置３６の計算能力によって制限される。特殊な高性能のカメラと比較して、カメラ４０内の画像センサ６０は比較的高いノイズを持ち、低いダイナミックレンジを持つとしても、これらの短所は、移動組立品２６の走査速度を下げて、これによって、隣接する画像の重なり合いの程度を増加させ、そして、画像処理装置３６に各ピクセルにおける追加のデータを提供することによって、克服することができる。この種の走査は、図５において説明され、そのような走査から導出し得る効果は、この図を参照して記述される。

上述のカメラの配列及び一般的な寸法に基づき、２００のカメラを含む撮像組立品は、１００−１５０ｃｍの幅の資料の全表面を、一回の通過で走査するように使用することができる。多数のカメラにもかかわらず、上において説明された許容誤差の緩和の結果、システム２０は、精密で高性能なカメラ、光学系及び移動組立品を用いた、同等の性能のシステムよりも相当に低価格となる。撮像組立品３２の独特の構造及び走査パターンは、以下で説明するように、フレーム毎に照明の条件を変えることを可能にするといった、その他の性能上の優位性を提供することを可能にする。

図４は試料（試料２２といった）の概略上面図で、本発明の実施例に従う、撮像組立品３２によって記録された画像７０、７２、７４のパターンを示している。この例は、横（Ｘ）方向に、そのそれぞれの視野４２が隣接する３つのカメラ４０で記録された画像を示している。これらのカメラのうちの一つは、連続する画像７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、．．．（集合的に、画像７０と参照される）を記録する；次のカメラは、連続する画像７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、．．．（集合的に、画像７２）を記録する；そして、三番目のカメラは、連続する画像７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、．．．（集合的に、画像７４）を記録する。任意のカメラで記録された画像は、それによる先行する画像及び隣接するカメラで記録された画像を含む、複数の隣接する画像と重なり合う。

図４において、移動組立品２６の位置に関するゆるい許容誤差の結果を説明するために、画像は意図的に、不完全に配列されているように示されている。フレーム間のずれは、説明のために誇張されており、実際には、連続するフレーム間のすれは数ピクセルにすぎない。それにもかかわらず、特に長い走査における累積誤差が考慮される場合、ずれは、撮像組立品３２によって記録された画像において、欠陥の位置を特定する際に画像処理装置３６が要求される精度よりも大きい場合がある。図２において説明されるように、画像はまた、カメラ４０の相対的なずれのため、走査（Ｙ）方向にずらされることがある。

画像処理装置３６は、所定の参照点に対する各画像の正確なずれを測定するために、重複する領域において隣接する画像を縫い合わせることによって、画像７０、７２、７４、．．．を結合する。この結合された画像は、コンピュータのメモリ中又は出力装置において全て同時に、実際に完全な像を組み立てること無しに、黙示的に生成される場合があるが、実際に、画像処理装置は、これらの画像を試料２２の単一の広域的な像に結合する。写真をお互いに縫い合わせるために、画像処理装置は、例えば、重複領域に現れる画像の特徴の形状に合致したデジタルフィルタを用いることができる。フィルタは、試料上に現れる特徴の形状についての事前の知識に基づく場合があり、また、代替的に、画像の内容に基づいて、その場その場で生成される場合もある。画像処理装置は、このフィルタを使用して、画像間の相関関係を最大化するずれを見つけるまで、隣接する画像の間の相対的なずれの可能な値を探す。前記のとおり、ずれは数ピクセルにすぎない可能性が高いので、検索の範囲は、非常に広くする必要はないが、必要に応じて大きめの検索範囲とすることも可能である。十分な数のピクセルが計算に含まれる場合、オフセットは、サブピクセル精度で見出すことができる。

重なり合っている画像両方において、対象となっている特徴の位置座標を正確に合わせることにより、画像処理装置は、結合された画像において画像登録することができる。（前記のとおり、「特徴」という用語は、グレースケールグラデーションを含めて、重複領域における、ありとあらゆる認識可能なピクセルの特徴について言及するように、広く解釈すべきである。）全試料上における特徴（欠陥といった）の位置座標は、試料の端又は基準点からの登録作業をお互いにつなぎ合わせることで、決定することができる。代替的に、例えばＦＰＤの場合のように、試料における各セルの寸法が事前にわかっている場合、画像処理装置は、結合された画像において、端または基準点から、欠陥またはその他の重要な特徴までのセルを計算することができる。

画像処理装置３６は、試料２２上の走査中にカメラ４０によって生成された全ての画像上で連続して画像の登録手順を実行することができる。画像処理装置は、累積の誤差無しで、欠陥のグローバルな位置を検出することができる。各カメラに対して、画像処理装置は、推定されるずれ（Ｘ、Ｙ）と角度歪みを算出する。（カメラはお互いに対して厳密に位置を合わせられていると一般に仮定できる。）しかし、全てのカメラからデータを集めて処理することにより、画像処理装置は正確に連続するフレームの間の動きを推定することができる。画像処理装置は、グローバル位置推定を与えるために、この動きを加算し、このようにして、最小の誤差以内で、任意の画像フレームにおける疑わしい欠陥の位置を算出することができる。

この種のグローバル位置計算手順は、所定の画像フレーム中又はフレームの集合の中の画像が、完全に滑らかであって（又は、特徴が無く）、相対的な位置がフレーム中において算出できない場合には特に役に立つ。この場合、画像処理装置は、他のカメラからのデータを、欠落している位置情報を補うために使用する。

実際において、試料が周期的パターン（ＦＰＤのセルといったような）を含む場合、画像処理装置３６は、移動組立品２６によって与えられるパターンに対する移動に基づき、仮想的ポジションクロックを復元する。言い換えれば、画像における繰り返しパターンは、位置の符号化器の機能の役割を果たし、Ｙ−方向の走査の動作のみならず、Ｘ−方向の横移動及び角度の歪みについても符号化する。このポジションクロックは、異なるカメラの個別のクロックの間の相対的ずれ及び歪みにもかかわらず、個別の画像の座標が絶対的に揃えられるように全ての画像７０、７２、７４、．．．、を再サンプリングする際に適用することができる。カメラは、この種の歪みを減らすために、共通のクロック及び他の駆動信号を共有することができる。しかしながら、図２に示されるように、カメラが走査方向に少しずつずらして配置される場合、各カメラのフレームクロックは、復元されたポジションクロックに対して本質的にずれる。この本質的なずれは、走査方向における効果的なサンプリング密度を増加させるために、有利に利用することができる。

さらに、いくつかの場合において、隣接するカメラのフレームクロックをずらすことが有利となることがある。隣接するカメラの相対的位置が厳密に維持されると仮定して、カメラにより記録される画像は、クロックのずれにかかわらず、信頼できるように登録することができる。従って、例えば、隣接するカメラのフレームクロックは、１８０°ずらすことができ、これにより撮像組立品のサンプリングレートの実効値は２倍になる。（１２０°又は９０°のずれを選択することにより、サンプリングレートの実効値は、３倍又は４倍、及びその他とすることができる。）サンプリングレートを増加することは、ある種の周期的パターンの画像における、画像の登録を乱すエイリアシングを克服するのに役に立つ。（ここで用いられるエイリアシングという用語は、周期的な画像フレームの記録において、ＦＰＤパネルといった、ある種のサンプルの周期的なパターンのために発生する不明瞭な結果のことをいう。このような場合、整数の周期の動きのずれは、理論的には同じ画像を与える。この種のエリアシングは、画像センサピクセルサイズ及び画像中の光学的周波数に関するエリアシング効果と混同すべきではない。）

いくつかの場合において、図４の個別の画像の間の重複する小領域は、信頼できるシステム位置の復元を提供するには十分ではないことがある。この問題を克服するため、例えば図５に説明されるように、各画像の細長い領域における画像が大幅に重なるように、画像フレームレートに対して、移動組立品の走査速度は下げられる場合がある。

代替的に、撮像組立品は、一つ又はそれ以上の追加的なカメラで、より高いフレームレートで動作するように構成されたものを含むことがあり、これにより、より広い重なりを達成する。これらのカメラは、その結果、残りのカメラに対する基準位置としての役割を果たすことができる。ＣＭＯＳセンサベースのカメラにおいて、この高いフレームレートを達成する一つの方法は、カメラの走査領域を減らすことであり、すなわち、センサによって読み出される、検査要素の横（Ｘ−方向）の範囲を狭くする一方で、走査（Ｙ）方向の検出要素の全領域はそのまま読むことである。（この種のスキャン領域の削減は、しばしば、選択的関心領域[ＲＯＩ]センサ操作と呼ばれる。）基準カメラのピクセルクロックは、不変なままとなる。例えば、横の領域が半分に削減された場合、基準カメラによる画像の読み取りは、幅に関しては半分になるが、それ以前のフレームレートの２倍の速さで読み取ることになる。基準カメラからの連続する画像は、広い重複領域を持ち、残りのカメラで記録された画像に対する信頼できるクロックを復元するために利用することができる。

図５は、試料（試料２２といった）の概略上面図で、本発明の別の実施形態に従う、撮像組立品３２によって記録された画像８０のパターンを示している。便宜上、この図は、単一のカメラ４０によって記録された細長い領域の画像のみを示すが、複数の平行なこの種の細長い領域も、図４に示すように記録することができる。しかしながら、図５の実施形態において、移動組立品２６は、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、８０ｅの各画像が、それに先行するものに対して約７５％重なるように、カメラのフレームクロックと比較して、試料２２を比較的ゆっくりと動かす。移動組立品とフレームクロックとの比較速度は、アプリケーションの要求条件に応じて、連続するフレームの間のより大きな又は小さな領域を与えるために、変えられる。

連続する画像の間の大きな重なりは、正確な登録を確保する上で、当然役に立つが、しかし、画像の向上の別の目的のためにも利用することができる。例えば、画像の登録に続けて、画像８０ｂ、８０ｃ、及び８０ｄの画像の重複領域における画像８０ａのピクセル値は、向上された信号対雑音比（ＳＮＲ）を持つ結合画像を与えるために、重なり合う画像における対応するピクセルの値と加算される。

その他の例として、連続する画像の間の相対的なずれは、上述の方法を使用して、サブピクセル精度で、すなわち、画像におけるピクセルの間隔よりも細かい精度で、算出することができる。さらに、走査の位置に関するゆるい許容誤差のため、連続する画像の間のずれは、一般的に、ピクセル数の全体とはならない。従って、画像８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、及び８０ｄの間（又は、その他の４つの連続する画像の間）の重複領域において、試料２２の各点は、４つの異なる、わずかにずれたピクセルを記録する。既知の、４つの画像の間のサブピクセルのずれを使用して、ピクセルデータは、各画像のピクセル間隔よりも細かい解像度で、共通の格子の上で再サンプルされ、そして、再サンプルされたデータは、向上された解像度（一般に、超解像度と呼ばれる）の単一の画像を与えるために、交互配置され、又は、そうでなければ結合される。

さらに他の例として、照明部品により生成される照明の特性は、２つ又はそれ以上の異なる画像のセットが、それぞれ異なる照明の構成において、異なる走査の位置で記録されるように、フレーム毎に変えられる場合がある。例えば、８０ａと８０ｃの画像は、１つの種類の照明条件の下で記録され、一方で、画像８０ｂ及び８０ｄはその他の種類の下（異なる照明の強度及び／又は波長において）で記録される。個別の画像は、ダイナミックレンジの向上された、又は、そうでなければ、かすかな画像特性の視認性の向上された、結合された画像を与えるために、結合されることがある。

上述の実施例は、例として言及されたが、本発明は、特に示された内容及び上記の記載には限定されないことが理解されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、上述のさまざまな特徴の組み合わせ及びサブコンビネーションの両方に加えて、前述の記載を読んだことにより当業者の頭に浮かび、かつ、先行技術文献によって開示されていないその変形及び改良を含む。

Claims (27)

1. 撮像組立品であって、前記撮像組立品中の異なる、それぞれの位置に搭載され、試料のそれぞれの画像を記録するように構成された複数のカメラを含む撮像組立品と、
   前記撮像組立品を、位置に関する所定の許容誤差で制限された走査精度で試料を走査させるために、前記撮像組立品と前記試料の少なくとも一つを動かすように構成された移動組立品と、
   前記位置に関する許容誤差よりも細かい位置精度で前記試料の中の欠陥の位置を特定するために、前記カメラによって記録された画像を受信し、かつ、処理するように結合された画像処理装置と、
   を備え、
   前記画像処理装置は、前記試料の走査中に前記複数のカメラで記録された全ての画像について登録を実行することにより、累積の誤差無しで前記欠陥のグローバルな位置を決定する、検査用の装置。
2. 前記それぞれの画像は、前記撮像組立品における前記カメラによって記録された隣接する一つ又はそれ以上の画像と重複する領域を持った、前記試料のそれぞれの領域を含み、前記画像処理装置は、前記欠陥の位置を算出するために、前記重複する領域を使用して、前記それぞれの画像をお互いに登録するように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記隣接する画像は、前記移動組立品の前記位置に関する許容誤差内で変化する、それぞれの相対的なずれを持ち、前記画像処理装置は、前記それぞれの相対的なずれを算出するように構成されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記画像は間隔幅を持つピクセルを含み、前記画像処理装置は、前記それぞれの相対的なずれを、前記間隔幅よりも細かい精度で算出し、かつ、前記間隔幅よりも細かい精度を持つ結合画像を作るために、前記それぞれの相対的なずれを使用して画像を結合するように構成されている、請求項３に記載の装置。
5. 画像は、ピクセル値を持ったピクセルで構成され、かつ、所定の信号対雑音比（ＳＮＲ）を持ち、画像処理装置は前記所定のＳＮＲよりも大きなＳＮＲを持つ結合画像を作るために、前記重複する領域中の前記隣接する画像の前記ピクセル値を加算するように構成されている、請求項２に記載の装置。
6. 前記画像処理装置は、少なくとも一つの前記カメラによって記録された、前記それぞれの画像の中に現れる、前記試料の周期的パターン、及び、前記移動組立品により加えられる前記試料と前記撮像組立品との間の相対的な動きに応答して仮想的ポジションクロックを復元するように構成されていて、かつ、前記それぞれの画像をお互いに登録するなかで、前記仮想的ポジションクロックを使用する、請求項２に記載の装置。
7. 前記撮像組立品による前記試料の走査中に、少なくとも第１と第２の異なる照明の構成で前記試料を照明することで、前記カメラによって記録された画像が、前記走査における異なる位置における、前記第１と第２の照明の構成においてそれぞれ記録された画像の、少なくとも第１と第２のセットを含むように構成された少なくとも一つの光源を備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記移動組立品は、前記試料を把持することなく、前記撮像組立品に対して前記試料を動かすように構成されている、請求項１に記載の装置。
9. 前記複数のカメラとして、少なくとも２０台のカメラを含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記複数のカメラとして、少なくとも１００台のカメラを含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記撮像組立品内の前記カメラは、前記撮像組立品が前記試料を走査するにつれて、前記各カメラによって記録された画像が、前記移動組立品の走査方向に沿って、前記試料のそれぞれの細長い領域を覆い、かつ、前記細長い領域を合わせることで、前記試料の全域での前記撮像組立品の一回の走査において、前記試料の全有効面積を覆うように、前記移動組立品の走査方向に対して横の方向に沿った少なくとも一つの列の中のそれぞれの位置に配置される、請求項１に記載の装置。
12. 前記少なくとも一つの列は、少なくとも第１と第２の列を含み、前記第１の列の前記カメラの前記それぞれの位置は、前記第２の列の前記カメラの前記位置に対して、前記横の方向に互い違いに置かれる、請求項１１に記載の装置。
13. 前記移動組立品は、前記撮像組立品に試料を走査方向に走査させるように構成され、かつ、前記装置は、少なくとも一つの事後検査カメラ、及び、前記撮像組立品が前記試料を走査する間に、前記少なくとも一つの事後検査カメラを前記走査方向に対して横の方向に移動させるように構成された横移動部とを備え、前記少なくとも一つの事後検査カメラが、前記画像処理装置によって位置を特定された前記欠陥の領域を撮像するものである、請求項１に記載の装置。
14. 前記画像処理装置は、理想移動モデルに対する前記移動組立品の動作ずれを示すエラー信号を算出し、かつ、前記エラー信号に応答して、前記少なくとも一つの事後検査カメラを、前記欠陥の前記領域を撮像するために駆動するように構成されている、請求項１３に記載の装置。
15. 撮像組立品であって、前記撮像組立品の中の異なる、それぞれの位置に搭載された複数のカメラを含むものを使用して、位置に関する所定の許容誤差で制限される走査精度で試料を走査することと、
    前記試料を走査する間に、前記カメラを使用して前記試料のそれぞれの画像を記録することと、
    前記位置に関する許容誤差よりも細かい位置精度で前記試料の中の欠陥の位置を特定できるように、前記カメラにより記録された画像を処理すること、
    を含み、
    前記画像の処理は、前記試料の走査中に前記複数のカメラで記録された全ての画像について登録を実行することにより、累積の誤差無しで前記欠陥のグローバルな位置を決定することを含む、検査方法。
16. 前記それぞれの画像は、前記撮像組立品における前記カメラによって記録された隣接する一つ又はそれ以上の画像と重複する領域を持った、前記試料のそれぞれの領域を含み、前記画像の処理は、前記欠陥の位置を算出するために、前記重複する領域を使用して、前記それぞれの画像をお互いに登録することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記隣接する画像は、前記移動組立品の前記位置に関する許容誤差内で変化する、それぞれの相対的なずれを持ち、前記それぞれの画像を登録することは、前記それぞれの相対的なずれを算出することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記画像は間隔幅を持つピクセルを含み、かつ、前記それぞれの相対的なずれの算出は、前記それぞれの相対的なずれを、前記間隔幅よりも細かい精度で特定することを含み、かつ、前記画像の処理は、前記間隔幅よりも細かい精度を持つ結合画像を作るために、前記それぞれの相対的なずれを使用して画像を結合することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記画像は、ピクセル値を持ったピクセルで構成され、かつ、所定の信号対雑音比（ＳＮＲ）を持ち、前記画像の処理は、前記所定のＳＮＲよりも大きなＳＮＲを持つ結合画像を作るために、前記重複する領域中の前記隣接する画像の前記ピクセル値を加算することを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記画像の処理は、少なくとも一つの前記カメラによって記録された、前記それぞれの画像の中に現れる、前記試料の周期的パターン、及び、前記移動組立品により加えられる前記試料と前記撮像組立品との間の相対的な動きに応答して仮想的ポジションクロックを復元することと、前記それぞれの画像をお互いに登録するなかで、前記仮想的ポジションクロックを使用することを含む、請求項１６に記載の方法。
21. 前記撮像組立品による前記試料の走査中に、少なくとも第１と第２の異なる照明の構成で前記試料を照明することを含み、前記カメラによって記録された画像が、前記走査における異なる位置における、前記第１と第２の照明の構成においてそれぞれ記録された画像の、少なくとも第１と第２のセットを含むようにされている、請求項１５に記載の方法。
22. 前記試料の走査は、前記試料を把持することなく、前記撮像組立品に対して前記試料を動かすことを含む、請求項１５に記載の方法。
23. 前記複数のカメラは、少なくとも２０台のカメラを含む、請求項１５に記載の方法。
24. 前記撮像組立品中のカメラは、前記試料を走査中に、前記各カメラによって記録された前記画像が、前記走査方向に沿った、それぞれの細長い領域を覆い、前記細長い領域を合わせることで、前記試料の全域での一回の走査において、前記試料の全有効面積を覆うように、前記撮像組立品の走査方向に対して横の方向に沿った少なくとも一つの列のそれぞれの位置に配置される、請求項１５に記載の方法。
25. 前記少なくとも一つの列は、少なくとも第１と第２の列を含み、前記第１の列の前記カメラの前記それぞれの位置は、前記第２の列の前記カメラの前記位置に対して、前記横の方向に互い違いに置かれる、請求項２４に記載の方法。
26. 前記試料は、前記撮像組立品によって走査方向に走査され、前記方法は、前記撮像組立品が前記試料を走査する間に、少なくとも一つの事後検査カメラを前記走査方向に対して横の方向に移動させ、前記少なくとも一つの事後検査カメラが前記画像処理装置によって位置を特定された前記欠陥の領域上に置かれるようにすることと、前記少なくとも一つの事後検査カメラを用いて、前記欠陥の前記領域の画像を記録することを含む、請求項１５に記載の方法。
27. 前記画像を記録することは、理想移動モデルに対する前記撮像組立品の動作のずれを示すエラー信号を計算することと、前記エラー信号に応答して、前記欠陥の前記領域を撮像するために、前記少なくとも一つの事後検査カメラを駆動すること、を含む、請求項２６に記載の方法。

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