JP3706051B2 - パターン検査装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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するものであり、例えば、高精細プリント基板や、リードフレーム、半導体ウェハー、及びそれらのフォトマスク等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。
【０００２】
【従来の技術】
高精細プリント基板や、リードフレーム、半導体ウェハー、及びそれらのフォトマスク等のパターンを検査するための方法として比較法がある。この比較法では、欠陥の無い良品のパターンを表す参照画像と被検査物のパターンを表す被検査画像との間で位置的に対応する画素（以下「対応画素」という）の値を比較することにより、その被検査物における欠陥が検出される。このような比較法によるパターン検査を多値画像を用いて行う場合、画像取得時のサンプリング位置の誤差（以下「画像サンプリング誤差」という）に起因して誤検出が生じることがある。すなわち、参照画像と被検査画像とにつき比較すべき画素値の相違が検出されても、その相違が画像サンプリング誤差の影響によるものか微小な欠陥によるものかを区別できず、実際には欠陥ではない部分を欠陥として検出することがあった。
【０００３】
この問題を解決する方法として、特開２０００−６５５４５号公報において開示されたパターン検査方法がある。このパターン検査方法は、特公平６−２１７６９号公報において提案された２値画像用の欠陥検出方法を多値画像に適用できるように拡張したものであって、参照画像と被検査画像についての対応画素の値の一致性判断における許容誤差範囲として、参照画像における各画素の値に対して幅を持たせた画素値範囲を設定するように構成されている。このような構成によれば、被検査画像における画素は、その値が参照画像における対応画素の画素値範囲内であれば参照画像の対応画素と一致すると判定され、その一致する部分には欠陥が無いと見なされる。これにより、画像におけるエッジ部分に代表される画素値変化の大きい部分で発生するサンプリング誤差による過剰検出（欠陥でない部分を欠陥部分とする誤検出）を防止しつつ、微小な欠陥を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２０００−６５５４５号公報で開示された上記パターン検査方法（以下「従来法」という）では、図６（ａ）に示すように参照画像に微小パターン２０１が含まれている場合、その微小パターン２０１を構成する画素に対して設定される画素値範囲（許容誤差範囲）が広くなる。すなわち、この場合、参照画像における微小パターン２０１を通るＸ方向のプロファイルは図６（ｂ）に示すようになり、微小パターン２０１の中心の画素（以下、単に「中心画素」という）に対して設定される画素値範囲は、中心画素を含むその隣接画素群の値のうちの最大値Ｖａと最小値Ｖｂとに基づき決定されるので、広いものとなる。ところで図６（ａ）の例では、参照画像における中心画素の値はＶａであり、被検査画像においてその中心画素に対応する画素の値は“０”であるので、この中心画素の位置での対応画素間の値の差（以下「画素差分」という）はＶａである。これに対し、上記従来法では、中心画素を含むその隣接画素群の値のうちの最小値Ｖｂ〜最大値Ｖａまでを中心画素の画素値範囲とすると、この範囲Ｖｂ〜Ｖａ内の画素値はその中心画素の画素値と一致すると判定されるので、この中心画素の位置での画素差分はＶｂとみなされる（図６（ｃ）参照）。したがって、図６（ａ）に示すように被検査物において微小パターン２０１の位置にパターン欠損等が存在すると、図６（ｃ）に示すように上記従来法による比較結果である差分値が実際の差分値よりも小さくなる。これは、従来法では画素値範囲の設定によって微小パターンの欠損に対する検出感度が低下することを意味する。
【０００５】
また、繰り返しパターンの検査においては、図７に示すように参照画像を入れ替えながら検査する方式が一般的であり、この方式の下で上記従来法によりパターン検査を実施した場合、欠陥の見逃しが発生しやすくなる。以下、この点につき図７および図８を参照して説明する。
【０００６】
図７に示した例では、まず、繰り返しパターンＡを参照画像のパターンとし、繰り返しパターンＢを被検査画像のパターンとして、これらの繰り返しパターンＡとＢとの比較による第１の検査を行う。次に、繰り返しパターンＢを参照画像のパターンとし、繰り返しパターンＣを被検査画像のパターンとして、これらの繰り返しパターンＢとＣとの比較による第２の検査を行う。第１および第２の検査では、参照画像のパターンと被検査画像のパターンとの比較、その比較に基づく差分マップの作成、その差分マップを所定の閾値Ｔｈで２値化することによる欠陥候補の決定が順に行われる。その後、第１および第２の検査で得られる欠陥候補を示す２値データの間での論理積に相当するデータを求めることにより、パターンＢにおける欠陥個所が特定される。いま、このような繰り返しパターンの検査において、図８に示すように、パターンＢに微小な欠陥３０１が存在するものとすると、上記従来法では参照画像の各画素に対して画素値範囲が設定されることから、第１の検査と第２の検査との間で、微小な欠陥３０１に相当する画素についての画素差分の値が異なる。その結果、両検査で得られる差分マップを同一の閾値Ｔｈで２値化して欠陥候補を求めると、第２の検査では、画素差分の値が小さくなるため欠陥の検出感度が低下し、欠陥を見逃しやすくなる。
【０００７】
なお、差分マップから欠陥候補を求めるための閾値Ｔｈを第１の検査と第２の検査とで適切に変えることで上記問題を回避することも考えられるが、どの位置に欠陥が存在するかは未知であるため、欠陥の見逃しが生じないように適切に閾値Ｔｈを変更することは困難である。
【０００８】
そこで、本発明では、多値画像を用いた比較法によるパターン検査であって、画像サンプリング誤差に起因する誤検出を回避しつつ欠陥を確実に検出することができるパターン検査を行うための装置および方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、所定パターンの形成された被検査物を撮影することにより得られる多値画像である被検査画像と、前記所定パターンを表す基準とすべき多値画像である参照画像とを画素毎に比較することにより、前記被検査画像と前記参照画像との差異を示す差分マップを作成し、当該差分マップに基づき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、
前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段と、
前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、近傍画素値の空間的変化量の小さい方の着目画素を許容画素として選択すると共に他方の着目画素をターゲット画素として選択する選択手段と、
前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために前記許容画素の値と見なすべき画素値の範囲を許容範囲として算出する許容範囲算出手段と、
前記許容範囲内の任意の値を前記許容画素の値と見なして前記ターゲット画素と前記許容画素とを比較することにより前記ターゲット画素と前記許容画素との差異を示す差分値を算出し、当該差分値を所定メモリに書き込む比較手段と
を備え、前記差分値の前記所定メモリへの書き込みにより前記差分マップが作成されることを特徴とする。
【００１０】
このような第１の発明によれば、参照画像および被検査画像の着目画素のうち近傍画素値の空間的変化量の小さい方が許容画素として選択されると共に他方がターゲット画素として選択され、許容画素について許容範囲が設定される。そして、その許容範囲内の任意の値は許容画素の値と見なされて、ターゲット画素と許容画素とが比較されることにより、それらの画素の差分値が算出され、その差分値に基づき被検査画像と参照画像との差異を示す差分マップが作成される。このようにして被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために許容範囲の設定される画像が着目画素近傍の空間的変化量に応じて画素単位で切り換えられるので、画像サンプリング誤差による擬似欠陥の検出を回避しつつ欠陥の検出感度を向上させることができる。すなわち、被検査物に微小パターンの欠損がある場合、その微小パターン部分については、近傍画素値の空間的変化量の小さい被検査画像の着目画素が許容画素として選択され、許容範囲が従来法のように広くなることはないので、その微小パターンの欠損を確実に検出することができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、
前記特徴値算出手段は、前記被検査画像の着目画素近傍の画素群における最大値と最小値との差を前記第１の周辺分布特徴値として算出すると共に、前記参照画像の着目画素近傍の画素群における最大値と最小値との差を前記第２の周辺分布特徴値として算出することを特徴とする。
【００１２】
このような第２の発明によれば、被検査画像および参照画像の着目画素のうち、近傍画素群における最大値と最小値との差が小さい方の着目画素が許容画素として選択されてそれに対して許容範囲が算出されるので、画像サンプリング誤差による誤検出を回避しつつ欠陥の検出感度を向上させることができる。
【００１３】
第３の発明は、第１の発明において、
前記特徴値算出手段は、前記被検査画像の着目画素近傍の画素群の画素値における分散を前記第１の周辺分布特徴値として算出すると共に、前記参照画像の着目画素近傍の画素群の画素値における分散を前記第２の周辺分布特徴値として算出することを特徴とする。
【００１４】
このような第３の発明によれば、被検査画像および参照画像の着目画素のうち、近傍画素群の画素値における分散が小さい方の着目画素が許容画素として選択されてそれに対して許容範囲が算出されるので、画像サンプリング誤差による誤検出を回避しつつ欠陥の検出感度を向上させることができる。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明において、
前記許容範囲算出手段は、前記許容画素として選択された着目画素の近傍画素群における最大値および最小値に基づき前記許容範囲を算出することを特徴とする。
【００１６】
このような第４の発明によれば、画像のエッジ部のように画素値変化の大きい部分についてはその変化量に応じて許容範囲が算出されるので、画像サンプリング誤差に基づく誤検出を回避し、精度良く欠陥を検出することができる。
【００１７】
第５の発明は、第４の発明において、
前記許容範囲算出手段は、前記許容画素として選択された着目画素の値と該着目画素の近傍画素群における最大値とに基づく補間により前記許容範囲の上限値を算出すると共に、前記許容画素として選択された着目画素の値と該着目画素の近傍画素群における最小値とに基づく補間により前記許容範囲の下限値を算出することを特徴とする。
【００１８】
このような第５の発明によれば、画像のエッジ部のように画素値変化の大きい部分についてはその変化量に応じて許容範囲が算出されるので、画像サンプリング誤差に基づく誤検出を回避して精度良く欠陥を検出できると共に、その許容範囲は補間によって算出されるので、欠陥の検出感度と検出精度を両者のバランスが適切なものとなるように調整することができる。
【００１９】
第６の発明は、所定パターンの形成された被検査物を撮影することにより得られる多値画像である被検査画像と、前記所定パターンを表す基準とすべき多値画像である参照画像とを画素毎に比較することにより、前記被検査画像と前記参照画像との差異を示す差分マップを作成し、当該差分マップに基づき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、
前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出する特徴値算出ステップと、
前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、近傍画素値の空間的変化量の小さい方の着目画素を許容画素として選択すると共に他方の着目画素をターゲット画素として選択する選択ステップと、
前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために前記許容画素の値と見なすべき画素値の範囲を許容範囲として算出する許容範囲算出ステップと、
前記許容範囲内の任意の値を前記許容画素の値と見なして前記ターゲット画素と前記許容画素とを比較することにより、前記ターゲット画素と前記許容画素との差異を示す差分値を算出し、当該差分値を所定メモリに書き込む比較ステップと
を備え、前記差分値の前記所定メモリへの書き込みにより前記差分マップが作成されることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき添付図面を参照して説明する。
＜１．パターン検査装置の全体構成＞
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。このパターン検査装置は、プリント基板や半導体ウェハー等、表面にパターンの形成された被検査物を撮影して得られる多値画像である被検査画像と、その被検査物と同種の良品の画像に相当する多値画像である参照画像とを画素毎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。ここで参照画像は、被検査物における欠陥を検出するために被検査画像と比較する基準とすべき画像であって、その被検査物と同種の良品を撮影することにより生成されるか、または、その被検査物に形成されるべきパターンを示す設計データから生成される。
【００２１】
図１に示すように、このパターン検査装置は、撮像装置１４と、第１バッファメモリ１６と、参照画像発生回路１０と、参照画像記憶部１２とを備える。撮像装置１４は、例えば、被検査物等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、そのステージ上の被検査物を撮影するＣＣＤ等の撮像素子と、その撮像素子から出力される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、被検査物またはそれと同種の良品を撮影してデジタル画像信号を出力する。撮像装置１４において被検査物が撮影された場合には、デジタル画像信号として被検査画像を示す信号が出力され、第１バッファメモリ１６に被検査画像データとして格納される。撮像装置１４において被検査物と同種の良品が撮影された場合には、デジタル画像信号として参照画像を示す信号が出力され、参照画像記憶部１２に参照画像データとして格納される。参照画像発生回路１０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から参照画像データを生成し、これを参照画像記憶部１２に格納する。このようにして、参照画像記憶部１２には、撮像装置１４で生成される撮影画像のデータである参照画像データ、または、参照画像発生回路１０で設計データから生成される参照画像データのいずれかが格納される。
【００２２】
更に、このパターン検査装置は、周辺分布特徴算出部２０と、選択信号生成部２２と、許容画像生成選択部２６と、許容画像生成部２８と、ターゲット画像選択部３０と、第２バッファメモリ３２とを備える。周辺分布特徴算出部２０は、被検査画像の画素と参照画像の画素とからなる２つの画素であって互いに位置的に対応する２つの画素に順次着目し、被検査画像における着目画素周辺の画素値分布の特徴を抽出すると共に、参照画像における着目画素周辺の画素値分布の特徴を抽出し、これらの特徴を示す値を周辺分布特徴値として出力する。選択信号生成部２２は、その周辺分布特徴値に基づき選択信号Ｓselを生成する。この選択信号Ｓselは、被検査画像における着目画素近傍の画素値の空間的変化量が参照画像における着目画素近傍の画素値の空間的変化量よりも大きい場合に参照画像を選択し、その逆の場合には被検査画像を選択するための信号である。なお、両空間的変化量が同程度の場合は、いずれを選択してもよいが、以下では参照画像を選択するものとする。許容画像生成選択部２６は、被検査画像と参照画像のうち選択信号Ｓselによって選択される画像の着目画素値を許容画像生成のための元データとして出力し、許容画像生成部２８は、その元データから許容画像を生成する。ここで許容画像は、参照画像と被検査画像のうち選択信号Ｓselによって画素単位で選択される画像の着目画素から生成される許容画素からなり、各許容画素の値は一定値ではなく幅を持っている。この幅は、被検査画像の着目画素と参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために許容画素の値と見なすべき画素値の範囲（以下「許容範囲」という）に相当する。一方、ターゲット画像選択部３０は、選択信号Ｓselの反転信号に基づき、被検査画像と参照画像のうち許容画像として選択されなかった方の画像（以下「ターゲット画像」という）の着目画素値を順次出力することにより、第１バッファメモリ３２にターゲット画像データを格納する。
【００２３】
更にまた、このパターン検査装置は、比較演算回路３４と、第３バッファメモリ３６と、欠陥判定回路３８と、検査結果保存部４０と、検査結果表示部４２とを備えている。比較演算回路３４は、各許容画素の許容範囲内の任意の値をその許容画素の値と見なして、ターゲット画像と許容画像とを画素毎に比較し、ターゲット画像の画素値と許容画像の画素値との差異を示す差分値ｓｕｂを順次出力する。すなわち、ターゲット画像の画素（以下「ターゲット画素」という）の値が、そのターゲット画素に位置的に対応する許容画素の許容範囲内であれば、差分値ｓｕｂとして“０”を出力し、そのターゲット画素値がその許容範囲外であれば、そのターゲット画素値がその許容範囲から離れている程度を示す値を差分値ｓｕｂとして出力する。このようにして比較演算回路３４から順次出力される差分値ｓｕｂは第３バッファメモリ３６に書き込まれる。ターゲット画像の全画素についての差分値ｓｕｂが第３バッファメモリ３６に書き込まれると、許容画像とターゲット画像との画素毎の差分値からなる差分マップが第３バッファメモリ３６内に作成されたことになる。この差分マップは、被検査画像と参照画像との差異を示す差分画像と見なすことができる。欠陥判定回路３８は、このようにして得られた差分マップより閾値を選定し、差分マップにおいて差分値がその閾値以上である部分には欠陥が存在すると判定し、その欠陥に相当する画素を示すデータを検査結果として出力する。検査結果保存部４０は、ハードディスク装置または半導体メモリ等により実現され、欠陥判定回路３８によって得られた検査結果を保存する。また、検査結果表示部４２は、ＣＲＴまたは液晶パネル等によって実現され、欠陥判定回路３８によって得られた検査結果を表示する。
【００２４】
＜２．本実施形態の基礎となる画素比較方式＞
上述のように本実施形態においても、従来法と同様、画像サンプリング誤差による誤検出を防止するために、比較すべき２つの画素の一方に画素値範囲が許容範囲として設定される。しかし、本実施形態では参照画像と被検査画像のいずれに許容範囲を設定するかが画素単位で決まり、この点で本実施形態は、参照画像についてのみ許容範囲（画素値範囲）が設定される従来法と相違する。また、許容範囲の具体的な設定方法についても、本実施形態は従来法と若干相違する。以下では、前者の相違点に対応する本実施形態の構成については後で詳述することとし、まず、従来のように参照画像に対してのみ許容範囲が設定されるものと仮定して、本実施形態において被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための画素比較方式（以下「本実施形態の基礎となる画素比較方式」または単に「基礎方式」という）を説明する。
【００２５】
図２は、本実施形態の基礎となる画素比較方式（基礎方式）を説明するためのブロック図である。この基礎方式では、図１において点線で囲まれた部分（以下「比較処理部」という）１００は、図２に示すように構成され、周辺分布特徴算出部２０に相当する最大最小探索部１２０と、許容画像生成部２８に相当する許容値生成回路１２８と、比較演算回路３４に相当する誤差許容比較回路１３４とを備えている。既述のように本実施形態では、被検査画像の画素と参照画像の画素からなる２つの画素であって互いに位置的に対応する２つの画素に順次着目し、これら２つの着目画素が互いに比較される。この基礎方式における最大最小探索部１２０は、参照画像ＲＥＦにおける着目画素の近傍画素群（着目画素を含む）Ｄ９の値である９画素値における最大画素値ｍａｘと最小画素値ｍｉｎを求め、これらをその着目画素値ｃｅｎと共に出力する。許容値生成回路１２８は、最大画素値ｍａｘ、最小画素値ｍｉｎ、着目画素値ｃｅｎ、および外部から与えられる補間スケールscaleを使用して、次式により最大許容値Ｒmaxおよび最小許容値Ｒminを算出する（ただし、0.0≦scale≦1.0）。
Ｒmax＝ｃｅｎ×scale＋ｍａｘ×（１−scale） …（１）
Ｒmin＝ｃｅｎ×scale＋ｍｉｎ×（１−scale） …（２）
これら最大許容値Ｒmaxおよび最小許容値Ｒminによって決まる範囲Ｒmin〜Ｒmaxが、参照画像ＲＥＦの着目画素に対して設定される許容範囲である。誤差許容比較回路１３４は、この許容範囲Ｒmin〜Ｒmax内の任意の値を参照画像ＲＥＦの着目画素の値と見なして、被検査画像ＯＢＪの着目画素と参照画像ＲＥＦの着目画素とを比較し、被検査画像ＯＢＪにおける着目画素値ｏｂｊがその許容範囲Ｒmin〜Ｒmaxからどの程度離れているかを示す差分値ｓｕｂを出力する。すなわち、Ｒmin＜ｏｂｊ＜Ｒmaxであれば被検査画像ＯＢＪの着目画素が参照画像ＲＥＦの着目画素に一致すると判定してｓｕｂ＝０を出力し、ｏｂｊ≦Ｒminであればｓｕｂ＝Ｒmin−ｏｂｊを出力し、ｏｂｊ≧Ｒmaxであればｓｕｂ＝ｏｂｊ−Ｒmaxを出力する。
【００２６】
上記基礎方式によれば、参照画像の着目画素の近傍画素値に基づき許容範囲が設定され、その設定の下で被検査画像と参照画像とが画素毎に比較されるので、画像におけるエッジ部分に代表されるような画素値変化の激しい部分での誤検出すなわち画像サンプリング誤差による擬似欠陥の検出を防止することができる。また、上記方式において、補間スケールscaleを調整することにより、欠陥の検出感度を調節することができる。すなわち、補間スケールscaleを“１”に選定すると、許容誤差が無くなるので、エッジ部分などでの誤検出の可能性が高くなるが、検出感度が高くなる。一方、補間スケールscaleを“０”に選定すると、着目画素の近傍画素群における最大値と最小値とによって規定される範囲が許容範囲となって許容誤差が大きくなるので、エッジ部分などでの誤検出が確実に防止されるが、検出感度は低下する。
【００２７】
＜３．本実施形態における画素比較方式＞
本実施形態における画素比較方式は上記方式（基礎方式）を基礎としているが、参照画像と被検査画像のうちいずれに許容範囲を設定すべきかが画素毎に判定され、許容画像生成の元になる画像データが参照画像と被検査画像の間で画素単位で切り換わる。図３は、本実施形態において被検査画像ＯＢＪと参照画像ＲＥＦとから差分マップを作成するための画素比較方式を説明するためのブロック図であり、図１に示した周辺分布特徴算出部２０、選択信号生成部２２、許容画像生成選択部２６、許容画像生成部２８、ターゲット画像選択部３０、第２バッファメモリ３２、および比較演算回路３４からなる比較処理部１００の具体的構成例を示している。すなわち、この例では、比較処理部１００は、図１に示す周辺分布特徴算出部２０を構成する第１および第２の最大最小探索部２２０ａ，２２０ｂ並びに第１および第２の減算器２２１ａ，２２１ｂと、選択信号生成部２２に相当する比較器２２２と、許容画像生成選択部２６を構成する第１および第２の３ステートゲート２２６ａ，２２６ｂと、ターゲット画像選択部３０を構成する第３および第４の３ステートゲート２３０ａ，２３０ｂと、許容画像生成部２８に相当する許容値生成部２２８と、比較演算回路３４に相当する誤差許容比較回路２３４とから構成されている。
【００２８】
上記比較処理部１００において、第１および第２の最大最小探索部２２０ａ，２２０ｂは、共に、上記基礎方式における最大最小探索部１２０と同様の構成である。第１の最大最小探索部２２０ａは、参照画像ＲＥＦにおける着目画素近傍の画素群（以下「着目近傍画素群」といい、着目画素を含む９個の画素からなる）の９画素値における最大画素値ＭＡＸａと最小画素値ＭＩＮａを求め、これらをその着目画素値ＣＥＮａと共に出力する。一方、第２の最大最小探索部２２０ｂは、被検査画像ＯＢＪにおける着目画素近傍の画素群の９画素値における最大画素値ＭＡＸｂと最小画素値ＭＩＮｂを求め、これらをその着目画素値ＣＥＮｂと共に出力する。
【００２９】
第１の減算器２２１ａは、第１の最大最小探索部２２０ａから出力される最大画素値ＭＡＸａと最小画素値ＭＩＮａとの差ＭＡＸａ−ＭＩＮａを参照画像の着目近傍変化量ΔＲとして出力する。一方、第２の減算器２２１ｂは、第２の最大最小探索部２２０ｂから出力される最大画素値ＭＡＸｂと最小画素値ＭＩＮｂとの差ＭＡＸｂ−ＭＩＮｂを被検査画像の着目近傍変化量ΔＯとして出力する。比較器２２２は、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯよりも大きいか否かを判定し、その判定結果を示す肯定信号Ｓyesおよび否定信号Ｓnoを出力する。すなわち、ΔＲ＞ΔＯであれば、肯定信号ＳyesはＨレベル（ハイレベル）、否定信号ＳnoはＬレベル（ローレベル）となり、ΔＲ≦ΔＯであれば、肯定信号ＳyesはＬレベル、否定信号ＳnoはＨレベルとなる。
【００３０】
第１および第２の３ステートゲート２２６ａ，２２６ｂは、共に、第１〜第３入力端子群からなる３つのデータ入力端子群と第１〜第３出力端子群からなる３つのデータ出力端子群と１つの制御入力端子ＥＮＡとを有しており、制御入力端子ＥＮＡにＨレベルの信号が供給されると、第１〜第３入力端子群に入力された信号は、第１〜第３出力端子群からそれぞれ出力され、制御入力端子ＥＮＡにＬレベルの信号が供給されると、第１〜第３出力端子群は全て高インピーダンス状態となる。第１の３ステートゲート２２６ａの第１〜第３入力端子群には、参照画像ＲＥＦの着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸａ、着目画素値ＣＥＮａ、最小画素値ＭＩＮａを示す信号がそれぞれ入力され、第２の３ステートゲート２２６ｂの第１〜第３入力端子群には、被検査画像ＯＢＪの着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸｂ、着目画素値ＣＥＮｂ、最小画素値ＭＩＮｂを示す信号がそれぞれ入力される。また、第１の３ステートゲート２２６ａの制御入力端子には否定信号Ｓnoが、第２の３ステートゲート２２６ｂの制御入力端子には肯定信号Ｓyesがそれぞれ入力されている。そして、第１の３ステートゲート２２６ａの第１〜第３出力端子群は、第２の３ステートゲート２２６ｂの第１〜第３出力端子群とそれぞれ接続され、かつ、許容値生成回路２２８の第１〜第３入力端子群にそれぞれ接続されている。したがって、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯよりも大きい場合には、被検査画像ＯＢＪの着目画素が許容画素として選択され、その着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸｂ、着目画素値ＣＥＮｂ、最小画素値ＭＩＮｂが、それぞれ許容画像生成のための元データである最大画素値ｍａｘ、着目画素値ｃｅｎ、最小画素値ｍｉｎとして、許容値生成回路２２８に入力される。一方、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯ以下である場合には、参照画像ＲＥＦの着目画素が許容画素として選択され、その着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸａ、着目画素値ＣＥＮａ、最小画素値ＭＩＮａが、それぞれ許容画像生成の元データである最大画素値ｍａｘ、着目画素値ｃｅｎ、最小画素値ｍｉｎとして、許容値生成回路２２８に入力される。
【００３１】
第３および第４の３ステートゲート２３０ａ，２３０ｂは、共に、データ入力端子群とデータ出力端子群と制御入力端子ＥＮＡとを有しており、制御入力端子ＥＮＡにＨレベルの信号が供給されると、データ入力端子群に入力された信号はデータ出力端子群から出力され、制御入力端子ＥＮＡにＬレベルの信号が供給されると、データ出力端子群は高インピーダンス状態となる。第３の３ステートゲート２３０ａのデータ入力端子群には参照画像ＲＥＦの着目画素値ＣＥＮａを示す信号が、第４の３ステートゲート２３０ｂのデータ入力端子群には被検査画像ＯＢＪの着目画素値ＣＥＮｂを示す信号が、それぞれ入力され、第３の３ステートゲート２３０ａの制御入力端子には肯定信号Ｓyesが、第４の３ステートゲート２３０ｂの制御入力端子には否定信号Ｓnoが、それぞれ入力されている。そして、第３の３ステートゲート２３０ａのデータ出力端子群は、第４の３ステートゲート２３０ｂのデータ出力端子群と接続され、かつ、誤差許容比較回路２３４のデータ入力端子群に接続されている。したがって、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯよりも大きい場合には、参照画像ＲＥＦの着目画素がターゲット画素として選択され、その着目画素値ＣＥＮａがターゲット画素値ｔｇｔとして誤差許容比較回路２３４に入力される。一方、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯ以下である場合には、被検査画像ＯＢＪの着目画素がターゲット画素として選択され、その着目画素値ＣＥＮｂがターゲット画素値ｔｇｔとして誤差許容比較回路２３４に入力される。
【００３２】
許容値生成回路２２８は、上記基礎方式における許容値生成回路１２８と同様の構成であって、入力される最大画素値ｍａｘ、着目画素値ｃｅｎ、最小画素値ｍｉｎ、および補間スケールscaleに基づき、次式により最大許容値Ａmaxおよび最小許容値Ａminを算出する（ただし、0.0≦scale≦1.0）。
Ａmax＝ｃｅｎ×scale＋ｍａｘ×（１−scale） …（３）
Ａmin＝ｃｅｎ×scale＋ｍｉｎ×（１−scale） …（４）
これら最大許容値Ａmaxおよび最小許容値Ａminによって決まる範囲Ａmin〜Ａmaが、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪの着目画素のうち許容画素として選択された着目画素に対して設定される許容範囲である。誤差許容比較回路２３４は、この許容範囲Ａmin〜Ａmax内の任意の値をその許容画素の値と見なして、そのターゲット画素とその許容画素とを比較し、ターゲット画素値ｔｇｔがその許容範囲Ａmin〜Ａmaxからどの程度離れているかを示す差分値ｓｕｂを出力する。すなわち、Ａmin＜ｔｇｔ＜Ａmaxであればターゲット画素が許容画素に一致すると判定してｓｕｂ＝０を出力し、ｔｇｔ≦Ａminであればｓｕｂ＝Ａmin−ｔｇｔを出力し、ｔｇｔ≧Ａmaxであればｓｕｂ＝ｔｇｔ−Ａmaxを出力する。このようにして誤差許容比較回路２３４から出力される差分値ｓｕｂは、被検査画像ＯＢＪの着目画素値と参照画像ＲＥＦの着目画素値との差異を示す差分値として第３バッファメモリ３６に格納される。
【００３３】
＜４．本実施形態の動作例＞
本実施形態の動作を説明する前に、比較のためにまず基礎方式による動作例を説明する。
【００３４】
図４は、被検査画像ＯＢＪと参照画像ＲＥＦとから差分マップを作成するための基礎方式（図２）による動作例を示している。この例では、参照画像ＲＥＦは、第１微小パターン１Ａと第２微小パターン２Ａを含み、被検査画像ＯＢＪは、第１微小パターン１Ａに対応する微小パターン１Ｂと微小欠陥としてのパターン３Ｂとを含み、被検査画像ＯＢＪにおいて第２微小パターン２Ａに対応するパターンは欠損しているものとする。この場合、許容値生成回路１２８により参照画像ＲＥＦの各画素につき算出される最大許容値Ｒmaxからなる画像（以下「最大許容値画像」という）ＲＥＦmaxは、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の大きい画素からなる微小パターン１Ａmaxを含み、第２微小パターン２Ａに相当するパターンとして、値の大きい画素からなる微小パターン２Ａmaxを含んでいる。一方、許容値生成回路１２８により参照画像ＲＥＦの各画素につき算出される最小許容値Ｒminからなる画像（以下「最小許容値画像」という）ＲＥＦminは、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の小さい画素からなる微小パターン１Ａminを含み、第２微小パターン２Ａに相当するパターンとして、値の小さい画素からなる微小パターン２Ａminを含んでいる。
【００３５】
このような最大許容値画像ＲＥＦmaxおよび最小許容値画像ＲＥＦminによって規定される許容範囲が設定された参照画像ＲＥＦと、被検査画像ＯＢＪとに対し、誤差許容比較回路２３４により比較処理が実行されると、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪとの差異を示す差分マップＭsub0が作成される。この差分マップＭsub0では、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン１Ａと被検査画像ＯＢＪの微小パターン１Ｂとの差分に相当するパターンは存在せず（ｓｕｂ＝０）、第２微小パターン２Ａの被検査画像ＯＢＪにおける欠損を示すパターンとして、値の小さい画素からなるパターン２sub0が存在し、被検査画像ＯＢＪにおける微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターンとして、値の大きい画素からなるパターン３sub0が存在する。このような差分マップＭsub0によれば、微小欠陥パターン３Ｂの示す微小欠陥は、値の大きい画素からなるパターン３sub0に対応するので検出可能である。しかし、微小パターン２Ａの欠損は、値の小さい画素からなるパターン２sub0に対応するので、欠陥判定回路３８の閾値の設定によっては検出できない可能性がある。また、微小パターン２Ａの欠損がパターン２sub0によって検出されたとしても、値の小さい画素からなるパターン２sub0が示す欠陥は重大なものではないと判断されるおそれがある。
【００３６】
次に、上記と同様の被検査画像ＯＢＪおよび参照画像ＲＥＦに対する本実施形態の動作について説明する。
【００３７】
図５は、被検査画像ＯＢＪと参照画像ＲＥＦとから差分マップを作成するための本実施形態（図１、図３）による動作例を示している。上記と同様、参照画像ＲＥＦは、第１微小パターン１Ａと第２微小パターン２Ａを含み、被検査画像ＯＢＪは、第１微小パターン１Ａに対応する微小パターン１Ｂと微小欠陥パターン３Ｂとを含み、被検査画像ＯＢＪにおいて第２微小パターン２Ａに対応するパターンは欠損しているものとする。この場合、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン１Ａについては、対応する微小パターン１Ｂが被検査画像ＯＢＪに存在するので、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪのいずれの画素値から許容画像が生成されても広い許容範囲Ａmin〜Ａmaxが設定される。しかし、参照画像ＲＥＦの第２微小パターン２Ａについては、対応するパターンが被検査画像ＯＢＪに存在しないので、着目近傍変化量の小さい被検査画像ＯＢＪの画素値から許容画像が生成される。すなわち、第２微小パターン２Ａを構成する画素に対応する被検査画像ＯＢＪの画素の近傍画素群の値に基づき、共にほぼ“０”の最大許容値Ａ maxと最小許容値Ａ minとが生成される。また、被検査画像ＯＢＪの微小欠陥パターン３Ｂについては、参照画像ＲＥＦにおいてそれに対応するパターンは存在しないので、着目近傍変化量の小さい参照画像ＲＥＦの画素値から許容画像が生成される。すなわち、微小欠陥パターン３Ｂを構成する画素に対応する参照画像ＲＥＦの画素の近傍画素群の値に基づき、共にほぼ“０”の最大許容値Ａ maxと最小許容値Ａ minとが生成される。したがって、上記最大許容値Ａmaxからなる最大許容値画像ＡＩmaxは、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の大きい画素からなる微小パターン１Ｃmaxを含むが、第２微小パターン２Ａに相当するパターンを含まない（そのようなパターンを含んだとしても相当に小さい値の画素から構成される）。また、上記最小許容値Ａminからなる最小許容値画像ＡＩminは、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の小さい画素からなる微小パターン１Ｃminを含むが、第２微小パターン２Ａに相当するパターンを含まない（そのようなパターンを含んだとしても相当に小さい値の画素から構成される）。なお、微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターンは、最小許容値画像ＡＩminに含まれず、最大許容値画像ＡＩmaxにも含まれない。許容画像は、被検査画像ＯＢＪおよび参照画像ＲＥＦの着目画素のうち許容画素として選択された画素からなり、許容画像の各画素には、上記の最大許容値画像ＡＩmaxと最小許容値画像ＡＩminとによって規定される許容範囲が設定されている。
【００３８】
一方、ターゲット画像ＴＧＴは、参照画像ＲＥＦおよび被検査画像ＯＢＪの着目画素のうち着目近傍変化量の大きい方（正確には小さくない方）の画素から構成されるので、微小パターン１Ａまたは１Ｂに相当するパターンとして値の大きい画素からなる微小パターン１Ｄと、微小パターン２Ａに相当するパターンとして値の大きい画素からなる微小パターン２Ｄと、微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターンとして値の大きい画素からなる微小パターン３Ｄとを含んでいる。
【００３９】
上記のような最大許容値画像ＡＩmaxおよび最小許容値画像ＡＩminによって規定される許容範囲を有する許容画素からなる許容画像とターゲット画像ＴＧＴとに対し、誤差許容比較回路２３４により処理が実行されると、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪとの差異を示す差分マップＭsubが得られる。この差分マップＭsubには、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン１Ａと被検査画像ＯＢＪの微小パターン１Ｂとの差分に相当するパターンは存在せず（ｓｕｂ＝０）、第２微小パターン２Ａに相当するパターンの被検査画像ＯＢＪにおける欠損を示すパターンとして値の大きい画素からなるパターン２subが存在し、被検査画像ＯＢＪにおける微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターンとして値の大きい画素からなるパターン３subが存在する。したがって、このような差分マップＭsubによれば、被検査画像ＯＢＪの表す被検査物につき、第２微小パターン２Ａの欠損とパターン３Ｂが示す微小欠陥との双方を確実に検出することができる。
【００４０】
＜５．本実施形態の効果＞
上記画素比較方式に基づく本実施形態によれば、許容範囲が参照画像についてのみ設定されるのではなく、参照画像および被検査画像の着目画素のうち着目近傍変化量（ΔＲ，ΔＯ）の小さい方が許容画像を構成する許容画素として選択されて、その許容画素について許容範囲Ａmin〜Ａmaxが設定されると共に、参照画像と被検査画像の着目画素のうち許容範囲が設定されなかった方の着目画素がターゲット画像を構成するターゲット画素として選択される。そして、許容範囲Ａmin〜Ａmax内の任意の値はその許容画素の値と見なされて、ターゲット画像と許容画像とに対して誤差許容比較処理が実行される。このように、着目近傍変化量（ΔＲ，ΔＯ）に応じて画素単位で許容範囲を設定すべき画像が切り換えられるので、基礎方式と同様に画像サンプリング誤差による擬似欠陥の検出を回避できるだけでなく、検出感度の低下を抑えることができる。すなわち、微小パターンを含む参照画像とその微小パターンが欠損している被検査画像とを比較する場合には、その微小パターン部分についての比較の前処理として被検査画像の着目画素に対して許容範囲が設定されるので、その微小パターン部分についての差分値ｓｕｂは十分に大きな値となる。そして、この差分値ｓｕｂはその微小パターン部分についての参照画像と被検査画像との差異を示す値として第３バッファメモリ３６に格納されるので、被検査物における微小パターンの欠損という欠陥を確実に検出することができる。
【００４１】
このように本実施形態によれば、被検査画像と参照画像との比較において許容範囲を設定すべき画像が着目近傍変化量に応じて動的かつ画素単位で切り換えられるので、検出精度および検出感度のパターン形状等に対する依存性の少ないロバストネスな欠陥検出が可能となる。なお、許容画像の各画素に対して許容範囲が設定されるので、従来法と同様、画像比較の際に正確な位置合わせをしなくても欠陥検出が可能になるという効果もある。
【００４２】
また、本実施形態では、誤差許容比較のために許容範囲が設定される画像は画素単位で切り換わるので、画像の比較演算においては、参照画像と被検査画像とは区別されずに両画像間の差異が算出される。したがって、本実施形態によれば、参照画像を入れ替えながら繰り返しパターンを検査する場合（図７、図８参照）においても、従来とは異なり、参照画像の入れ替えによって検出感度が変わることはないので、欠陥の見逃しを防止することができる。
【００４３】
＜６．変形例＞
上記実施形態では、被検査画像の着目画素と参照画像の着目画素のうちいずれに許容範囲を設定するか（いずれの着目画素から許容画像を生成するか）は周辺分布特徴値によって決定され、周辺分布特徴値としては、両画像の着目画素近傍の９画素値における最大値と最小値との差である着目近傍変化量ΔＲ，ΔＯが使用されている（図３）。しかし、許容範囲を設定すべき着目画素決定のための周辺分布特徴値としては、このような着目近傍変化量ΔＲ，ΔＯに限定されるものではなく、着目画素近傍の画素値の空間的変化量を示すものであればよい。したがって、上記着目近傍変化量ΔＲ，ΔＯに代えて、例えば着目画素近傍の９画素値についての分散を周辺分布特徴値として使用してもよい。また、分散などの周辺分布特徴値を算出するために使用する画素は着目画素近傍の９画素に限定されるものではなく、例えば着目画素近傍の５×５＝２５画素を使用して周辺分布特徴値を算出してもよい。
【００４４】
なお、上記実施形態に係るパターン検査装置は専用ハードウェアとして実現されるものとしているが、所定プログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）に実行させることにより、例えば図１や図３に示す比較処理部１００の一部または全部をソフトウェア的に実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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２】上記実施形態において被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための基礎となる方式（基礎方式）を説明するための詳細ブロック図である。
【図３】上記実施形態において被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための画素比較方式を説明するための詳細ブロック図である。
【図４】被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための基礎方式による動作例を示す図である。
【図５】被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための上記実施形態の動作例を示す図である。
【図６】従来のパターン検査方法（従来法）を微小パターン欠損のある被検査物に適用した場合の問題点を説明するための図である。
【図７】比較法による繰り返しパターンの検査方法を説明するための図である。
【図８】従来の比較法（従来法）によって繰り返しパターンを検査する場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ …参照画像発生回路
１２ …参照画像記憶部
１４ …撮像装置
１６ …第１バッファメモリ
２０ …周辺分布特徴算出部
２２ …選択信号生成部
２６ …許容画像生成選択部
２８ …許容画像生成部
３０ …ターゲット画像選択部
３２ …第２バッファメモリ
３４ …比較演算回路
３６ …第３バッファメモリ
３８ …欠陥判定回路
２２０ａ，２２０ｂ …最大最小探索部
２２１ａ，２２１ｂ …減算器
２２２ …比較器
２２６ａ，２２６ｂ …３ステートゲート
２２８ …許容値生成回路
２３０ａ，２３０ｂ …３ステートゲート
２３４ …誤差許容比較回路
ＲＥＦ …参照画像
ＯＢＪ …被検査画像
ΔＲ …参照画像の着目近傍変化量
ΔＯ …被検査画像の着目近傍変化量
Ａmax …最大許容値
Ａmin …最小許容値
ｔｇｔ …ターゲット画素値
ｓｕｂ …差分値
ＴＧＴ …ターゲット画像
ＡＩmax …最大許容値画像
ＡＩmin …最小許容値画像
Ｍsub …差分マップ
【発明の属する技術分野】
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するものであり、例えば、高精細プリント基板や、リードフレーム、半導体ウェハー、及びそれらのフォトマスク等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。
【０００２】
【従来の技術】
高精細プリント基板や、リードフレーム、半導体ウェハー、及びそれらのフォトマスク等のパターンを検査するための方法として比較法がある。この比較法では、欠陥の無い良品のパターンを表す参照画像と被検査物のパターンを表す被検査画像との間で位置的に対応する画素（以下「対応画素」という）の値を比較することにより、その被検査物における欠陥が検出される。このような比較法によるパターン検査を多値画像を用いて行う場合、画像取得時のサンプリング位置の誤差（以下「画像サンプリング誤差」という）に起因して誤検出が生じることがある。すなわち、参照画像と被検査画像とにつき比較すべき画素値の相違が検出されても、その相違が画像サンプリング誤差の影響によるものか微小な欠陥によるものかを区別できず、実際には欠陥ではない部分を欠陥として検出することがあった。
【０００３】
この問題を解決する方法として、特開２０００−６５５４５号公報において開示されたパターン検査方法がある。このパターン検査方法は、特公平６−２１７６９号公報において提案された２値画像用の欠陥検出方法を多値画像に適用できるように拡張したものであって、参照画像と被検査画像についての対応画素の値の一致性判断における許容誤差範囲として、参照画像における各画素の値に対して幅を持たせた画素値範囲を設定するように構成されている。このような構成によれば、被検査画像における画素は、その値が参照画像における対応画素の画素値範囲内であれば参照画像の対応画素と一致すると判定され、その一致する部分には欠陥が無いと見なされる。これにより、画像におけるエッジ部分に代表される画素値変化の大きい部分で発生するサンプリング誤差による過剰検出（欠陥でない部分を欠陥部分とする誤検出）を防止しつつ、微小な欠陥を検出することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２０００−６５５４５号公報で開示された上記パターン検査方法（以下「従来法」という）では、図６（ａ）に示すように参照画像に微小パターン２０１が含まれている場合、その微小パターン２０１を構成する画素に対して設定される画素値範囲（許容誤差範囲）が広くなる。すなわち、この場合、参照画像における微小パターン２０１を通るＸ方向のプロファイルは図６（ｂ）に示すようになり、微小パターン２０１の中心の画素（以下、単に「中心画素」という）に対して設定される画素値範囲は、中心画素を含むその隣接画素群の値のうちの最大値Ｖａと最小値Ｖｂとに基づき決定されるので、広いものとなる。ところで図６（ａ）の例では、参照画像における中心画素の値はＶａであり、被検査画像においてその中心画素に対応する画素の値は“０”であるので、この中心画素の位置での対応画素間の値の差（以下「画素差分」という）はＶａである。これに対し、上記従来法では、中心画素を含むその隣接画素群の値のうちの最小値Ｖｂ〜最大値Ｖａまでを中心画素の画素値範囲とすると、この範囲Ｖｂ〜Ｖａ内の画素値はその中心画素の画素値と一致すると判定されるので、この中心画素の位置での画素差分はＶｂとみなされる（図６（ｃ）参照）。したがって、図６（ａ）に示すように被検査物において微小パターン２０１の位置にパターン欠損等が存在すると、図６（ｃ）に示すように上記従来法による比較結果である差分値が実際の差分値よりも小さくなる。これは、従来法では画素値範囲の設定によって微小パターンの欠損に対する検出感度が低下することを意味する。
【０００５】
また、繰り返しパターンの検査においては、図７に示すように参照画像を入れ替えながら検査する方式が一般的であり、この方式の下で上記従来法によりパターン検査を実施した場合、欠陥の見逃しが発生しやすくなる。以下、この点につき図７および図８を参照して説明する。
【０００６】
図７に示した例では、まず、繰り返しパターンＡを参照画像のパターンとし、繰り返しパターンＢを被検査画像のパターンとして、これらの繰り返しパターンＡとＢとの比較による第１の検査を行う。次に、繰り返しパターンＢを参照画像のパターンとし、繰り返しパターンＣを被検査画像のパターンとして、これらの繰り返しパターンＢとＣとの比較による第２の検査を行う。第１および第２の検査では、参照画像のパターンと被検査画像のパターンとの比較、その比較に基づく差分マップの作成、その差分マップを所定の閾値Ｔｈで２値化することによる欠陥候補の決定が順に行われる。その後、第１および第２の検査で得られる欠陥候補を示す２値データの間での論理積に相当するデータを求めることにより、パターンＢにおける欠陥個所が特定される。いま、このような繰り返しパターンの検査において、図８に示すように、パターンＢに微小な欠陥３０１が存在するものとすると、上記従来法では参照画像の各画素に対して画素値範囲が設定されることから、第１の検査と第２の検査との間で、微小な欠陥３０１に相当する画素についての画素差分の値が異なる。その結果、両検査で得られる差分マップを同一の閾値Ｔｈで２値化して欠陥候補を求めると、第２の検査では、画素差分の値が小さくなるため欠陥の検出感度が低下し、欠陥を見逃しやすくなる。
【０００７】
なお、差分マップから欠陥候補を求めるための閾値Ｔｈを第１の検査と第２の検査とで適切に変えることで上記問題を回避することも考えられるが、どの位置に欠陥が存在するかは未知であるため、欠陥の見逃しが生じないように適切に閾値Ｔｈを変更することは困難である。
【０００８】
そこで、本発明では、多値画像を用いた比較法によるパターン検査であって、画像サンプリング誤差に起因する誤検出を回避しつつ欠陥を確実に検出することができるパターン検査を行うための装置および方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、所定パターンの形成された被検査物を撮影することにより得られる多値画像である被検査画像と、前記所定パターンを表す基準とすべき多値画像である参照画像とを画素毎に比較することにより、前記被検査画像と前記参照画像との差異を示す差分マップを作成し、当該差分マップに基づき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、
前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段と、
前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、近傍画素値の空間的変化量の小さい方の着目画素を許容画素として選択すると共に他方の着目画素をターゲット画素として選択する選択手段と、
前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために前記許容画素の値と見なすべき画素値の範囲を許容範囲として算出する許容範囲算出手段と、
前記許容範囲内の任意の値を前記許容画素の値と見なして前記ターゲット画素と前記許容画素とを比較することにより前記ターゲット画素と前記許容画素との差異を示す差分値を算出し、当該差分値を所定メモリに書き込む比較手段と
を備え、前記差分値の前記所定メモリへの書き込みにより前記差分マップが作成されることを特徴とする。
【００１０】
このような第１の発明によれば、参照画像および被検査画像の着目画素のうち近傍画素値の空間的変化量の小さい方が許容画素として選択されると共に他方がターゲット画素として選択され、許容画素について許容範囲が設定される。そして、その許容範囲内の任意の値は許容画素の値と見なされて、ターゲット画素と許容画素とが比較されることにより、それらの画素の差分値が算出され、その差分値に基づき被検査画像と参照画像との差異を示す差分マップが作成される。このようにして被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために許容範囲の設定される画像が着目画素近傍の空間的変化量に応じて画素単位で切り換えられるので、画像サンプリング誤差による擬似欠陥の検出を回避しつつ欠陥の検出感度を向上させることができる。すなわち、被検査物に微小パターンの欠損がある場合、その微小パターン部分については、近傍画素値の空間的変化量の小さい被検査画像の着目画素が許容画素として選択され、許容範囲が従来法のように広くなることはないので、その微小パターンの欠損を確実に検出することができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、
前記特徴値算出手段は、前記被検査画像の着目画素近傍の画素群における最大値と最小値との差を前記第１の周辺分布特徴値として算出すると共に、前記参照画像の着目画素近傍の画素群における最大値と最小値との差を前記第２の周辺分布特徴値として算出することを特徴とする。
【００１２】
このような第２の発明によれば、被検査画像および参照画像の着目画素のうち、近傍画素群における最大値と最小値との差が小さい方の着目画素が許容画素として選択されてそれに対して許容範囲が算出されるので、画像サンプリング誤差による誤検出を回避しつつ欠陥の検出感度を向上させることができる。
【００１３】
第３の発明は、第１の発明において、
前記特徴値算出手段は、前記被検査画像の着目画素近傍の画素群の画素値における分散を前記第１の周辺分布特徴値として算出すると共に、前記参照画像の着目画素近傍の画素群の画素値における分散を前記第２の周辺分布特徴値として算出することを特徴とする。
【００１４】
このような第３の発明によれば、被検査画像および参照画像の着目画素のうち、近傍画素群の画素値における分散が小さい方の着目画素が許容画素として選択されてそれに対して許容範囲が算出されるので、画像サンプリング誤差による誤検出を回避しつつ欠陥の検出感度を向上させることができる。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明において、
前記許容範囲算出手段は、前記許容画素として選択された着目画素の近傍画素群における最大値および最小値に基づき前記許容範囲を算出することを特徴とする。
【００１６】
このような第４の発明によれば、画像のエッジ部のように画素値変化の大きい部分についてはその変化量に応じて許容範囲が算出されるので、画像サンプリング誤差に基づく誤検出を回避し、精度良く欠陥を検出することができる。
【００１７】
第５の発明は、第４の発明において、
前記許容範囲算出手段は、前記許容画素として選択された着目画素の値と該着目画素の近傍画素群における最大値とに基づく補間により前記許容範囲の上限値を算出すると共に、前記許容画素として選択された着目画素の値と該着目画素の近傍画素群における最小値とに基づく補間により前記許容範囲の下限値を算出することを特徴とする。
【００１８】
このような第５の発明によれば、画像のエッジ部のように画素値変化の大きい部分についてはその変化量に応じて許容範囲が算出されるので、画像サンプリング誤差に基づく誤検出を回避して精度良く欠陥を検出できると共に、その許容範囲は補間によって算出されるので、欠陥の検出感度と検出精度を両者のバランスが適切なものとなるように調整することができる。
【００１９】
第６の発明は、所定パターンの形成された被検査物を撮影することにより得られる多値画像である被検査画像と、前記所定パターンを表す基準とすべき多値画像である参照画像とを画素毎に比較することにより、前記被検査画像と前記参照画像との差異を示す差分マップを作成し、当該差分マップに基づき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、
前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出する特徴値算出ステップと、
前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、近傍画素値の空間的変化量の小さい方の着目画素を許容画素として選択すると共に他方の着目画素をターゲット画素として選択する選択ステップと、
前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために前記許容画素の値と見なすべき画素値の範囲を許容範囲として算出する許容範囲算出ステップと、
前記許容範囲内の任意の値を前記許容画素の値と見なして前記ターゲット画素と前記許容画素とを比較することにより、前記ターゲット画素と前記許容画素との差異を示す差分値を算出し、当該差分値を所定メモリに書き込む比較ステップと
を備え、前記差分値の前記所定メモリへの書き込みにより前記差分マップが作成されることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき添付図面を参照して説明する。
＜１．パターン検査装置の全体構成＞
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。このパターン検査装置は、プリント基板や半導体ウェハー等、表面にパターンの形成された被検査物を撮影して得られる多値画像である被検査画像と、その被検査物と同種の良品の画像に相当する多値画像である参照画像とを画素毎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。ここで参照画像は、被検査物における欠陥を検出するために被検査画像と比較する基準とすべき画像であって、その被検査物と同種の良品を撮影することにより生成されるか、または、その被検査物に形成されるべきパターンを示す設計データから生成される。
【００２１】
図１に示すように、このパターン検査装置は、撮像装置１４と、第１バッファメモリ１６と、参照画像発生回路１０と、参照画像記憶部１２とを備える。撮像装置１４は、例えば、被検査物等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、そのステージ上の被検査物を撮影するＣＣＤ等の撮像素子と、その撮像素子から出力される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、被検査物またはそれと同種の良品を撮影してデジタル画像信号を出力する。撮像装置１４において被検査物が撮影された場合には、デジタル画像信号として被検査画像を示す信号が出力され、第１バッファメモリ１６に被検査画像データとして格納される。撮像装置１４において被検査物と同種の良品が撮影された場合には、デジタル画像信号として参照画像を示す信号が出力され、参照画像記憶部１２に参照画像データとして格納される。参照画像発生回路１０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から参照画像データを生成し、これを参照画像記憶部１２に格納する。このようにして、参照画像記憶部１２には、撮像装置１４で生成される撮影画像のデータである参照画像データ、または、参照画像発生回路１０で設計データから生成される参照画像データのいずれかが格納される。
【００２２】
更に、このパターン検査装置は、周辺分布特徴算出部２０と、選択信号生成部２２と、許容画像生成選択部２６と、許容画像生成部２８と、ターゲット画像選択部３０と、第２バッファメモリ３２とを備える。周辺分布特徴算出部２０は、被検査画像の画素と参照画像の画素とからなる２つの画素であって互いに位置的に対応する２つの画素に順次着目し、被検査画像における着目画素周辺の画素値分布の特徴を抽出すると共に、参照画像における着目画素周辺の画素値分布の特徴を抽出し、これらの特徴を示す値を周辺分布特徴値として出力する。選択信号生成部２２は、その周辺分布特徴値に基づき選択信号Ｓselを生成する。この選択信号Ｓselは、被検査画像における着目画素近傍の画素値の空間的変化量が参照画像における着目画素近傍の画素値の空間的変化量よりも大きい場合に参照画像を選択し、その逆の場合には被検査画像を選択するための信号である。なお、両空間的変化量が同程度の場合は、いずれを選択してもよいが、以下では参照画像を選択するものとする。許容画像生成選択部２６は、被検査画像と参照画像のうち選択信号Ｓselによって選択される画像の着目画素値を許容画像生成のための元データとして出力し、許容画像生成部２８は、その元データから許容画像を生成する。ここで許容画像は、参照画像と被検査画像のうち選択信号Ｓselによって画素単位で選択される画像の着目画素から生成される許容画素からなり、各許容画素の値は一定値ではなく幅を持っている。この幅は、被検査画像の着目画素と参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために許容画素の値と見なすべき画素値の範囲（以下「許容範囲」という）に相当する。一方、ターゲット画像選択部３０は、選択信号Ｓselの反転信号に基づき、被検査画像と参照画像のうち許容画像として選択されなかった方の画像（以下「ターゲット画像」という）の着目画素値を順次出力することにより、第１バッファメモリ３２にターゲット画像データを格納する。
【００２３】
更にまた、このパターン検査装置は、比較演算回路３４と、第３バッファメモリ３６と、欠陥判定回路３８と、検査結果保存部４０と、検査結果表示部４２とを備えている。比較演算回路３４は、各許容画素の許容範囲内の任意の値をその許容画素の値と見なして、ターゲット画像と許容画像とを画素毎に比較し、ターゲット画像の画素値と許容画像の画素値との差異を示す差分値ｓｕｂを順次出力する。すなわち、ターゲット画像の画素（以下「ターゲット画素」という）の値が、そのターゲット画素に位置的に対応する許容画素の許容範囲内であれば、差分値ｓｕｂとして“０”を出力し、そのターゲット画素値がその許容範囲外であれば、そのターゲット画素値がその許容範囲から離れている程度を示す値を差分値ｓｕｂとして出力する。このようにして比較演算回路３４から順次出力される差分値ｓｕｂは第３バッファメモリ３６に書き込まれる。ターゲット画像の全画素についての差分値ｓｕｂが第３バッファメモリ３６に書き込まれると、許容画像とターゲット画像との画素毎の差分値からなる差分マップが第３バッファメモリ３６内に作成されたことになる。この差分マップは、被検査画像と参照画像との差異を示す差分画像と見なすことができる。欠陥判定回路３８は、このようにして得られた差分マップより閾値を選定し、差分マップにおいて差分値がその閾値以上である部分には欠陥が存在すると判定し、その欠陥に相当する画素を示すデータを検査結果として出力する。検査結果保存部４０は、ハードディスク装置または半導体メモリ等により実現され、欠陥判定回路３８によって得られた検査結果を保存する。また、検査結果表示部４２は、ＣＲＴまたは液晶パネル等によって実現され、欠陥判定回路３８によって得られた検査結果を表示する。
【００２４】
＜２．本実施形態の基礎となる画素比較方式＞
上述のように本実施形態においても、従来法と同様、画像サンプリング誤差による誤検出を防止するために、比較すべき２つの画素の一方に画素値範囲が許容範囲として設定される。しかし、本実施形態では参照画像と被検査画像のいずれに許容範囲を設定するかが画素単位で決まり、この点で本実施形態は、参照画像についてのみ許容範囲（画素値範囲）が設定される従来法と相違する。また、許容範囲の具体的な設定方法についても、本実施形態は従来法と若干相違する。以下では、前者の相違点に対応する本実施形態の構成については後で詳述することとし、まず、従来のように参照画像に対してのみ許容範囲が設定されるものと仮定して、本実施形態において被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための画素比較方式（以下「本実施形態の基礎となる画素比較方式」または単に「基礎方式」という）を説明する。
【００２５】
図２は、本実施形態の基礎となる画素比較方式（基礎方式）を説明するためのブロック図である。この基礎方式では、図１において点線で囲まれた部分（以下「比較処理部」という）１００は、図２に示すように構成され、周辺分布特徴算出部２０に相当する最大最小探索部１２０と、許容画像生成部２８に相当する許容値生成回路１２８と、比較演算回路３４に相当する誤差許容比較回路１３４とを備えている。既述のように本実施形態では、被検査画像の画素と参照画像の画素からなる２つの画素であって互いに位置的に対応する２つの画素に順次着目し、これら２つの着目画素が互いに比較される。この基礎方式における最大最小探索部１２０は、参照画像ＲＥＦにおける着目画素の近傍画素群（着目画素を含む）Ｄ９の値である９画素値における最大画素値ｍａｘと最小画素値ｍｉｎを求め、これらをその着目画素値ｃｅｎと共に出力する。許容値生成回路１２８は、最大画素値ｍａｘ、最小画素値ｍｉｎ、着目画素値ｃｅｎ、および外部から与えられる補間スケールscaleを使用して、次式により最大許容値Ｒmaxおよび最小許容値Ｒminを算出する（ただし、0.0≦scale≦1.0）。
Ｒmax＝ｃｅｎ×scale＋ｍａｘ×（１−scale） …（１）
Ｒmin＝ｃｅｎ×scale＋ｍｉｎ×（１−scale） …（２）
これら最大許容値Ｒmaxおよび最小許容値Ｒminによって決まる範囲Ｒmin〜Ｒmaxが、参照画像ＲＥＦの着目画素に対して設定される許容範囲である。誤差許容比較回路１３４は、この許容範囲Ｒmin〜Ｒmax内の任意の値を参照画像ＲＥＦの着目画素の値と見なして、被検査画像ＯＢＪの着目画素と参照画像ＲＥＦの着目画素とを比較し、被検査画像ＯＢＪにおける着目画素値ｏｂｊがその許容範囲Ｒmin〜Ｒmaxからどの程度離れているかを示す差分値ｓｕｂを出力する。すなわち、Ｒmin＜ｏｂｊ＜Ｒmaxであれば被検査画像ＯＢＪの着目画素が参照画像ＲＥＦの着目画素に一致すると判定してｓｕｂ＝０を出力し、ｏｂｊ≦Ｒminであればｓｕｂ＝Ｒmin−ｏｂｊを出力し、ｏｂｊ≧Ｒmaxであればｓｕｂ＝ｏｂｊ−Ｒmaxを出力する。
【００２６】
上記基礎方式によれば、参照画像の着目画素の近傍画素値に基づき許容範囲が設定され、その設定の下で被検査画像と参照画像とが画素毎に比較されるので、画像におけるエッジ部分に代表されるような画素値変化の激しい部分での誤検出すなわち画像サンプリング誤差による擬似欠陥の検出を防止することができる。また、上記方式において、補間スケールscaleを調整することにより、欠陥の検出感度を調節することができる。すなわち、補間スケールscaleを“１”に選定すると、許容誤差が無くなるので、エッジ部分などでの誤検出の可能性が高くなるが、検出感度が高くなる。一方、補間スケールscaleを“０”に選定すると、着目画素の近傍画素群における最大値と最小値とによって規定される範囲が許容範囲となって許容誤差が大きくなるので、エッジ部分などでの誤検出が確実に防止されるが、検出感度は低下する。
【００２７】
＜３．本実施形態における画素比較方式＞
本実施形態における画素比較方式は上記方式（基礎方式）を基礎としているが、参照画像と被検査画像のうちいずれに許容範囲を設定すべきかが画素毎に判定され、許容画像生成の元になる画像データが参照画像と被検査画像の間で画素単位で切り換わる。図３は、本実施形態において被検査画像ＯＢＪと参照画像ＲＥＦとから差分マップを作成するための画素比較方式を説明するためのブロック図であり、図１に示した周辺分布特徴算出部２０、選択信号生成部２２、許容画像生成選択部２６、許容画像生成部２８、ターゲット画像選択部３０、第２バッファメモリ３２、および比較演算回路３４からなる比較処理部１００の具体的構成例を示している。すなわち、この例では、比較処理部１００は、図１に示す周辺分布特徴算出部２０を構成する第１および第２の最大最小探索部２２０ａ，２２０ｂ並びに第１および第２の減算器２２１ａ，２２１ｂと、選択信号生成部２２に相当する比較器２２２と、許容画像生成選択部２６を構成する第１および第２の３ステートゲート２２６ａ，２２６ｂと、ターゲット画像選択部３０を構成する第３および第４の３ステートゲート２３０ａ，２３０ｂと、許容画像生成部２８に相当する許容値生成部２２８と、比較演算回路３４に相当する誤差許容比較回路２３４とから構成されている。
【００２８】
上記比較処理部１００において、第１および第２の最大最小探索部２２０ａ，２２０ｂは、共に、上記基礎方式における最大最小探索部１２０と同様の構成である。第１の最大最小探索部２２０ａは、参照画像ＲＥＦにおける着目画素近傍の画素群（以下「着目近傍画素群」といい、着目画素を含む９個の画素からなる）の９画素値における最大画素値ＭＡＸａと最小画素値ＭＩＮａを求め、これらをその着目画素値ＣＥＮａと共に出力する。一方、第２の最大最小探索部２２０ｂは、被検査画像ＯＢＪにおける着目画素近傍の画素群の９画素値における最大画素値ＭＡＸｂと最小画素値ＭＩＮｂを求め、これらをその着目画素値ＣＥＮｂと共に出力する。
【００２９】
第１の減算器２２１ａは、第１の最大最小探索部２２０ａから出力される最大画素値ＭＡＸａと最小画素値ＭＩＮａとの差ＭＡＸａ−ＭＩＮａを参照画像の着目近傍変化量ΔＲとして出力する。一方、第２の減算器２２１ｂは、第２の最大最小探索部２２０ｂから出力される最大画素値ＭＡＸｂと最小画素値ＭＩＮｂとの差ＭＡＸｂ−ＭＩＮｂを被検査画像の着目近傍変化量ΔＯとして出力する。比較器２２２は、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯよりも大きいか否かを判定し、その判定結果を示す肯定信号Ｓyesおよび否定信号Ｓnoを出力する。すなわち、ΔＲ＞ΔＯであれば、肯定信号ＳyesはＨレベル（ハイレベル）、否定信号ＳnoはＬレベル（ローレベル）となり、ΔＲ≦ΔＯであれば、肯定信号ＳyesはＬレベル、否定信号ＳnoはＨレベルとなる。
【００３０】
第１および第２の３ステートゲート２２６ａ，２２６ｂは、共に、第１〜第３入力端子群からなる３つのデータ入力端子群と第１〜第３出力端子群からなる３つのデータ出力端子群と１つの制御入力端子ＥＮＡとを有しており、制御入力端子ＥＮＡにＨレベルの信号が供給されると、第１〜第３入力端子群に入力された信号は、第１〜第３出力端子群からそれぞれ出力され、制御入力端子ＥＮＡにＬレベルの信号が供給されると、第１〜第３出力端子群は全て高インピーダンス状態となる。第１の３ステートゲート２２６ａの第１〜第３入力端子群には、参照画像ＲＥＦの着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸａ、着目画素値ＣＥＮａ、最小画素値ＭＩＮａを示す信号がそれぞれ入力され、第２の３ステートゲート２２６ｂの第１〜第３入力端子群には、被検査画像ＯＢＪの着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸｂ、着目画素値ＣＥＮｂ、最小画素値ＭＩＮｂを示す信号がそれぞれ入力される。また、第１の３ステートゲート２２６ａの制御入力端子には否定信号Ｓnoが、第２の３ステートゲート２２６ｂの制御入力端子には肯定信号Ｓyesがそれぞれ入力されている。そして、第１の３ステートゲート２２６ａの第１〜第３出力端子群は、第２の３ステートゲート２２６ｂの第１〜第３出力端子群とそれぞれ接続され、かつ、許容値生成回路２２８の第１〜第３入力端子群にそれぞれ接続されている。したがって、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯよりも大きい場合には、被検査画像ＯＢＪの着目画素が許容画素として選択され、その着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸｂ、着目画素値ＣＥＮｂ、最小画素値ＭＩＮｂが、それぞれ許容画像生成のための元データである最大画素値ｍａｘ、着目画素値ｃｅｎ、最小画素値ｍｉｎとして、許容値生成回路２２８に入力される。一方、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯ以下である場合には、参照画像ＲＥＦの着目画素が許容画素として選択され、その着目近傍画素群における最大画素値ＭＡＸａ、着目画素値ＣＥＮａ、最小画素値ＭＩＮａが、それぞれ許容画像生成の元データである最大画素値ｍａｘ、着目画素値ｃｅｎ、最小画素値ｍｉｎとして、許容値生成回路２２８に入力される。
【００３１】
第３および第４の３ステートゲート２３０ａ，２３０ｂは、共に、データ入力端子群とデータ出力端子群と制御入力端子ＥＮＡとを有しており、制御入力端子ＥＮＡにＨレベルの信号が供給されると、データ入力端子群に入力された信号はデータ出力端子群から出力され、制御入力端子ＥＮＡにＬレベルの信号が供給されると、データ出力端子群は高インピーダンス状態となる。第３の３ステートゲート２３０ａのデータ入力端子群には参照画像ＲＥＦの着目画素値ＣＥＮａを示す信号が、第４の３ステートゲート２３０ｂのデータ入力端子群には被検査画像ＯＢＪの着目画素値ＣＥＮｂを示す信号が、それぞれ入力され、第３の３ステートゲート２３０ａの制御入力端子には肯定信号Ｓyesが、第４の３ステートゲート２３０ｂの制御入力端子には否定信号Ｓnoが、それぞれ入力されている。そして、第３の３ステートゲート２３０ａのデータ出力端子群は、第４の３ステートゲート２３０ｂのデータ出力端子群と接続され、かつ、誤差許容比較回路２３４のデータ入力端子群に接続されている。したがって、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯよりも大きい場合には、参照画像ＲＥＦの着目画素がターゲット画素として選択され、その着目画素値ＣＥＮａがターゲット画素値ｔｇｔとして誤差許容比較回路２３４に入力される。一方、参照画像の着目近傍変化量ΔＲが被検査画像の着目近傍変化量ΔＯ以下である場合には、被検査画像ＯＢＪの着目画素がターゲット画素として選択され、その着目画素値ＣＥＮｂがターゲット画素値ｔｇｔとして誤差許容比較回路２３４に入力される。
【００３２】
許容値生成回路２２８は、上記基礎方式における許容値生成回路１２８と同様の構成であって、入力される最大画素値ｍａｘ、着目画素値ｃｅｎ、最小画素値ｍｉｎ、および補間スケールscaleに基づき、次式により最大許容値Ａmaxおよび最小許容値Ａminを算出する（ただし、0.0≦scale≦1.0）。
Ａmax＝ｃｅｎ×scale＋ｍａｘ×（１−scale） …（３）
Ａmin＝ｃｅｎ×scale＋ｍｉｎ×（１−scale） …（４）
これら最大許容値Ａmaxおよび最小許容値Ａminによって決まる範囲Ａmin〜Ａmaが、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪの着目画素のうち許容画素として選択された着目画素に対して設定される許容範囲である。誤差許容比較回路２３４は、この許容範囲Ａmin〜Ａmax内の任意の値をその許容画素の値と見なして、そのターゲット画素とその許容画素とを比較し、ターゲット画素値ｔｇｔがその許容範囲Ａmin〜Ａmaxからどの程度離れているかを示す差分値ｓｕｂを出力する。すなわち、Ａmin＜ｔｇｔ＜Ａmaxであればターゲット画素が許容画素に一致すると判定してｓｕｂ＝０を出力し、ｔｇｔ≦Ａminであればｓｕｂ＝Ａmin−ｔｇｔを出力し、ｔｇｔ≧Ａmaxであればｓｕｂ＝ｔｇｔ−Ａmaxを出力する。このようにして誤差許容比較回路２３４から出力される差分値ｓｕｂは、被検査画像ＯＢＪの着目画素値と参照画像ＲＥＦの着目画素値との差異を示す差分値として第３バッファメモリ３６に格納される。
【００３３】
＜４．本実施形態の動作例＞
本実施形態の動作を説明する前に、比較のためにまず基礎方式による動作例を説明する。
【００３４】
図４は、被検査画像ＯＢＪと参照画像ＲＥＦとから差分マップを作成するための基礎方式（図２）による動作例を示している。この例では、参照画像ＲＥＦは、第１微小パターン１Ａと第２微小パターン２Ａを含み、被検査画像ＯＢＪは、第１微小パターン１Ａに対応する微小パターン１Ｂと微小欠陥としてのパターン３Ｂとを含み、被検査画像ＯＢＪにおいて第２微小パターン２Ａに対応するパターンは欠損しているものとする。この場合、許容値生成回路１２８により参照画像ＲＥＦの各画素につき算出される最大許容値Ｒmaxからなる画像（以下「最大許容値画像」という）ＲＥＦmaxは、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の大きい画素からなる微小パターン１Ａmaxを含み、第２微小パターン２Ａに相当するパターンとして、値の大きい画素からなる微小パターン２Ａmaxを含んでいる。一方、許容値生成回路１２８により参照画像ＲＥＦの各画素につき算出される最小許容値Ｒminからなる画像（以下「最小許容値画像」という）ＲＥＦminは、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の小さい画素からなる微小パターン１Ａminを含み、第２微小パターン２Ａに相当するパターンとして、値の小さい画素からなる微小パターン２Ａminを含んでいる。
【００３５】
このような最大許容値画像ＲＥＦmaxおよび最小許容値画像ＲＥＦminによって規定される許容範囲が設定された参照画像ＲＥＦと、被検査画像ＯＢＪとに対し、誤差許容比較回路２３４により比較処理が実行されると、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪとの差異を示す差分マップＭsub0が作成される。この差分マップＭsub0では、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン１Ａと被検査画像ＯＢＪの微小パターン１Ｂとの差分に相当するパターンは存在せず（ｓｕｂ＝０）、第２微小パターン２Ａの被検査画像ＯＢＪにおける欠損を示すパターンとして、値の小さい画素からなるパターン２sub0が存在し、被検査画像ＯＢＪにおける微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターンとして、値の大きい画素からなるパターン３sub0が存在する。このような差分マップＭsub0によれば、微小欠陥パターン３Ｂの示す微小欠陥は、値の大きい画素からなるパターン３sub0に対応するので検出可能である。しかし、微小パターン２Ａの欠損は、値の小さい画素からなるパターン２sub0に対応するので、欠陥判定回路３８の閾値の設定によっては検出できない可能性がある。また、微小パターン２Ａの欠損がパターン２sub0によって検出されたとしても、値の小さい画素からなるパターン２sub0が示す欠陥は重大なものではないと判断されるおそれがある。
【００３６】
次に、上記と同様の被検査画像ＯＢＪおよび参照画像ＲＥＦに対する本実施形態の動作について説明する。
【００３７】
図５は、被検査画像ＯＢＪと参照画像ＲＥＦとから差分マップを作成するための本実施形態（図１、図３）による動作例を示している。上記と同様、参照画像ＲＥＦは、第１微小パターン１Ａと第２微小パターン２Ａを含み、被検査画像ＯＢＪは、第１微小パターン１Ａに対応する微小パターン１Ｂと微小欠陥パターン３Ｂとを含み、被検査画像ＯＢＪにおいて第２微小パターン２Ａに対応するパターンは欠損しているものとする。この場合、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン１Ａについては、対応する微小パターン１Ｂが被検査画像ＯＢＪに存在するので、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪのいずれの画素値から許容画像が生成されても広い許容範囲Ａmin〜Ａmaxが設定される。しかし、参照画像ＲＥＦの第２微小パターン２Ａについては、対応するパターンが被検査画像ＯＢＪに存在しないので、着目近傍変化量の小さい被検査画像ＯＢＪの画素値から許容画像が生成される。すなわち、第２微小パターン２Ａを構成する画素に対応する被検査画像ＯＢＪの画素の近傍画素群の値に基づき、共にほぼ“０”の最大許容値Ａ maxと最小許容値Ａ minとが生成される。また、被検査画像ＯＢＪの微小欠陥パターン３Ｂについては、参照画像ＲＥＦにおいてそれに対応するパターンは存在しないので、着目近傍変化量の小さい参照画像ＲＥＦの画素値から許容画像が生成される。すなわち、微小欠陥パターン３Ｂを構成する画素に対応する参照画像ＲＥＦの画素の近傍画素群の値に基づき、共にほぼ“０”の最大許容値Ａ maxと最小許容値Ａ minとが生成される。したがって、上記最大許容値Ａmaxからなる最大許容値画像ＡＩmaxは、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の大きい画素からなる微小パターン１Ｃmaxを含むが、第２微小パターン２Ａに相当するパターンを含まない（そのようなパターンを含んだとしても相当に小さい値の画素から構成される）。また、上記最小許容値Ａminからなる最小許容値画像ＡＩminは、第１微小パターン１Ａに相当するパターンとして、値の小さい画素からなる微小パターン１Ｃminを含むが、第２微小パターン２Ａに相当するパターンを含まない（そのようなパターンを含んだとしても相当に小さい値の画素から構成される）。なお、微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターンは、最小許容値画像ＡＩminに含まれず、最大許容値画像ＡＩmaxにも含まれない。許容画像は、被検査画像ＯＢＪおよび参照画像ＲＥＦの着目画素のうち許容画素として選択された画素からなり、許容画像の各画素には、上記の最大許容値画像ＡＩmaxと最小許容値画像ＡＩminとによって規定される許容範囲が設定されている。
【００３８】
一方、ターゲット画像ＴＧＴは、参照画像ＲＥＦおよび被検査画像ＯＢＪの着目画素のうち着目近傍変化量の大きい方（正確には小さくない方）の画素から構成されるので、微小パターン１Ａまたは１Ｂに相当するパターンとして値の大きい画素からなる微小パターン１Ｄと、微小パターン２Ａに相当するパターンとして値の大きい画素からなる微小パターン２Ｄと、微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターンとして値の大きい画素からなる微小パターン３Ｄとを含んでいる。
【００３９】
上記のような最大許容値画像ＡＩmaxおよび最小許容値画像ＡＩminによって規定される許容範囲を有する許容画素からなる許容画像とターゲット画像ＴＧＴとに対し、誤差許容比較回路２３４により処理が実行されると、参照画像ＲＥＦと被検査画像ＯＢＪとの差異を示す差分マップＭsubが得られる。この差分マップＭsubには、参照画像ＲＥＦの第１微小パターン１Ａと被検査画像ＯＢＪの微小パターン１Ｂとの差分に相当するパターンは存在せず（ｓｕｂ＝０）、第２微小パターン２Ａに相当するパターンの被検査画像ＯＢＪにおける欠損を示すパターンとして値の大きい画素からなるパターン２subが存在し、被検査画像ＯＢＪにおける微小欠陥パターン３Ｂに相当するパターンとして値の大きい画素からなるパターン３subが存在する。したがって、このような差分マップＭsubによれば、被検査画像ＯＢＪの表す被検査物につき、第２微小パターン２Ａの欠損とパターン３Ｂが示す微小欠陥との双方を確実に検出することができる。
【００４０】
＜５．本実施形態の効果＞
上記画素比較方式に基づく本実施形態によれば、許容範囲が参照画像についてのみ設定されるのではなく、参照画像および被検査画像の着目画素のうち着目近傍変化量（ΔＲ，ΔＯ）の小さい方が許容画像を構成する許容画素として選択されて、その許容画素について許容範囲Ａmin〜Ａmaxが設定されると共に、参照画像と被検査画像の着目画素のうち許容範囲が設定されなかった方の着目画素がターゲット画像を構成するターゲット画素として選択される。そして、許容範囲Ａmin〜Ａmax内の任意の値はその許容画素の値と見なされて、ターゲット画像と許容画像とに対して誤差許容比較処理が実行される。このように、着目近傍変化量（ΔＲ，ΔＯ）に応じて画素単位で許容範囲を設定すべき画像が切り換えられるので、基礎方式と同様に画像サンプリング誤差による擬似欠陥の検出を回避できるだけでなく、検出感度の低下を抑えることができる。すなわち、微小パターンを含む参照画像とその微小パターンが欠損している被検査画像とを比較する場合には、その微小パターン部分についての比較の前処理として被検査画像の着目画素に対して許容範囲が設定されるので、その微小パターン部分についての差分値ｓｕｂは十分に大きな値となる。そして、この差分値ｓｕｂはその微小パターン部分についての参照画像と被検査画像との差異を示す値として第３バッファメモリ３６に格納されるので、被検査物における微小パターンの欠損という欠陥を確実に検出することができる。
【００４１】
このように本実施形態によれば、被検査画像と参照画像との比較において許容範囲を設定すべき画像が着目近傍変化量に応じて動的かつ画素単位で切り換えられるので、検出精度および検出感度のパターン形状等に対する依存性の少ないロバストネスな欠陥検出が可能となる。なお、許容画像の各画素に対して許容範囲が設定されるので、従来法と同様、画像比較の際に正確な位置合わせをしなくても欠陥検出が可能になるという効果もある。
【００４２】
また、本実施形態では、誤差許容比較のために許容範囲が設定される画像は画素単位で切り換わるので、画像の比較演算においては、参照画像と被検査画像とは区別されずに両画像間の差異が算出される。したがって、本実施形態によれば、参照画像を入れ替えながら繰り返しパターンを検査する場合（図７、図８参照）においても、従来とは異なり、参照画像の入れ替えによって検出感度が変わることはないので、欠陥の見逃しを防止することができる。
【００４３】
＜６．変形例＞
上記実施形態では、被検査画像の着目画素と参照画像の着目画素のうちいずれに許容範囲を設定するか（いずれの着目画素から許容画像を生成するか）は周辺分布特徴値によって決定され、周辺分布特徴値としては、両画像の着目画素近傍の９画素値における最大値と最小値との差である着目近傍変化量ΔＲ，ΔＯが使用されている（図３）。しかし、許容範囲を設定すべき着目画素決定のための周辺分布特徴値としては、このような着目近傍変化量ΔＲ，ΔＯに限定されるものではなく、着目画素近傍の画素値の空間的変化量を示すものであればよい。したがって、上記着目近傍変化量ΔＲ，ΔＯに代えて、例えば着目画素近傍の９画素値についての分散を周辺分布特徴値として使用してもよい。また、分散などの周辺分布特徴値を算出するために使用する画素は着目画素近傍の９画素に限定されるものではなく、例えば着目画素近傍の５×５＝２５画素を使用して周辺分布特徴値を算出してもよい。
【００４４】
なお、上記実施形態に係るパターン検査装置は専用ハードウェアとして実現されるものとしているが、所定プログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）に実行させることにより、例えば図１や図３に示す比較処理部１００の一部または全部をソフトウェア的に実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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２】上記実施形態において被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための基礎となる方式（基礎方式）を説明するための詳細ブロック図である。
【図３】上記実施形態において被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための画素比較方式を説明するための詳細ブロック図である。
【図４】被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための基礎方式による動作例を示す図である。
【図５】被検査画像と参照画像とから差分マップを作成するための上記実施形態の動作例を示す図である。
【図６】従来のパターン検査方法（従来法）を微小パターン欠損のある被検査物に適用した場合の問題点を説明するための図である。
【図７】比較法による繰り返しパターンの検査方法を説明するための図である。
【図８】従来の比較法（従来法）によって繰り返しパターンを検査する場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ …参照画像発生回路
１２ …参照画像記憶部
１４ …撮像装置
１６ …第１バッファメモリ
２０ …周辺分布特徴算出部
２２ …選択信号生成部
２６ …許容画像生成選択部
２８ …許容画像生成部
３０ …ターゲット画像選択部
３２ …第２バッファメモリ
３４ …比較演算回路
３６ …第３バッファメモリ
３８ …欠陥判定回路
２２０ａ，２２０ｂ …最大最小探索部
２２１ａ，２２１ｂ …減算器
２２２ …比較器
２２６ａ，２２６ｂ …３ステートゲート
２２８ …許容値生成回路
２３０ａ，２３０ｂ …３ステートゲート
２３４ …誤差許容比較回路
ＲＥＦ …参照画像
ＯＢＪ …被検査画像
ΔＲ …参照画像の着目近傍変化量
ΔＯ …被検査画像の着目近傍変化量
Ａmax …最大許容値
Ａmin …最小許容値
ｔｇｔ …ターゲット画素値
ｓｕｂ …差分値
ＴＧＴ …ターゲット画像
ＡＩmax …最大許容値画像
ＡＩmin …最小許容値画像
Ｍsub …差分マップ
Claims (6)
- 所定パターンの形成された被検査物を撮影することにより得られる多値画像である被検査画像と、前記所定パターンを表す基準とすべき多値画像である参照画像とを画素毎に比較することにより、前記被検査画像と前記参照画像との差異を示す差分マップを作成し、当該差分マップに基づき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、
前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出する周辺分布特徴値算出手段と、
前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、近傍画素値の空間的変化量の小さい方の着目画素を許容画素として選択すると共に他方の着目画素をターゲット画素として選択する選択手段と、
前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために前記許容画素の値と見なすべき画素値の範囲を許容範囲として算出する許容範囲算出手段と、
前記許容範囲内の任意の値を前記許容画素の値と見なして前記ターゲット画素と前記許容画素とを比較することにより、前記ターゲット画素と前記許容画素との差異を示す差分値を算出し、当該差分値を所定メモリに書き込む比較手段と
を備え、前記差分値の前記所定メモリへの書き込みにより前記差分マップが作成されることを特徴とするパターン検査装置。 - 前記特徴値算出手段は、前記被検査画像の着目画素近傍の画素群における最大値と最小値との差を前記第１の周辺分布特徴値として算出すると共に、前記参照画像の着目画素近傍の画素群における最大値と最小値との差を前記第２の周辺分布特徴値として算出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。
- 前記特徴値算出手段は、前記被検査画像の着目画素近傍の画素群の画素値における分散を前記第１の周辺分布特徴値として算出すると共に、前記参照画像の着目画素近傍の画素群の画素値における分散を前記第２の周辺分布特徴値として算出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。
- 前記許容範囲算出手段は、前記許容画素として選択された着目画素の近傍画素群における最大値および最小値に基づき前記許容範囲を算出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。
- 前記許容範囲算出手段は、前記許容画素として選択された着目画素の値と該着目画素の近傍画素群における最大値とに基づく補間により前記許容範囲の上限値を算出すると共に、前記許容画素として選択された着目画素の値と該着目画素の近傍画素群における最小値とに基づく補間により前記許容範囲の下限値を算出することを特徴とする、請求項４に記載のパターン検査装置。
- 所定パターンの形成された被検査物を撮影することにより得られる多値画像である被検査画像と、前記所定パターンを表す基準とすべき多値画像である参照画像とを画素毎に比較することにより、前記被検査画像と前記参照画像との差異を示す差分マップを作成し、当該差分マップに基づき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、
前記被検査画像における各画素と当該画素に位置的に対応する前記参照画像の画素とに順次着目し、前記被検査画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第１の周辺分布特徴値、および、前記参照画像の着目画素の近傍における画素値の空間的変化量を示す第２の周辺分布特徴値を算出する特徴値算出ステップと、
前記第１および第２の周辺分布特徴値に基づき、前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素のうち、近傍画素値の空間的変化量の小さい方の着目画素を許容画素として選択すると共に他方の着目画素をターゲット画素として選択する選択ステップと、
前記被検査画像の着目画素と前記参照画像の着目画素との一致性判断において誤差を許容するために前記許容画素の値と見なすべき画素値の範囲を許容範囲として算出する許容範囲算出ステップと、
前記許容範囲内の任意の値を前記許容画素の値と見なして前記ターゲット画素と前記許容画素とを比較することにより、前記ターゲット画素と前記許容画素との差異を示す差分値を算出し、当該差分値を所定メモリに書き込む比較ステップと
を備え、前記差分値の前記所定メモリへの書き込みにより前記差分マップが作成されることを特徴とするパターン検査方法。
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