JP4791115B2 - マーク検知装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウェハやガラス基板などの検査対象に付された位置決め用のマークなどを検知するマーク検知装置に関するものである。

本出願人は、先に、空間周波数特性に基づいて指紋などのパターンの照合を行うパターン照合装置を提案した（例えば、特許文献１参照）。このパターン照合装置では、照合画像にフーリエ変換を施して照合フーリエパターンデータを作成する。そして、この照合フーリエパターンデータと同様の処理を施して作成されている登録画像の登録フーリエパターンデータとを合成し、この合成フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理（ｌｏｇ処理など）を行ったうえ、フーリエ変換を施して相関データとする。

この相関データは、周波数空間における振幅が抑制されたデータを元に作成されるものの、基本的には照合画像と登録画像とを畳み込んだデータと考えることができ、照合画像と登録画像との相関を表すものである。この相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて、登録画像と照合画像とを照合する。この照合アルゴリズムを振幅抑制相関法と呼んでいる。

このパターン照合装置において、振幅抑制相関法の１形態として、照合フーリエパターンデータと登録フーリエパターンデータとをそれぞれ、振幅と位相とによる複素数で表現し、全ての振幅情報を１にする位相限定相関法（Phase-Only Correlation：ＰＯＣ）がある。この位相限定相関法は、フーリエ変換データのうち振幅情報は不要で、かつ、照合パターンの種類に拘わらず同じアルゴリズムが適用でき、しかも登録時／照合時の照度差や位置ずれが生じても照合精度に影響を受け難く、他の照合アルゴリズムよりも高い照合精度を誇るという長所を持つ。

このパターン照合装置は、例えば、半導体や液晶の製造工程において、半導体ウェハやガラス基板などの自動位置決めを行うために使用されている。この場合、半導体ウェハやガラス基板などの検査対象に、刻印したり、印刷するなどして、位置決め用のマークを検査マークとして付しておく。この検査対象に付された検査マークを所定の位置で撮像し、この撮像した検査マークを含む照合画像（「検査マーク」＋「背景」）と予め登録されている検査マークを含む登録画像（「登録検査マーク」＋「背景」）とを位相限定相関法を用いて照合する。この照合結果に基づいて、検査対象に付された検査マークを検知し、この検査マークの位置ずれが零となるように、検査対象の位置を調整する。なお、検査対象に付された検査マークの位置ずれは、相関データ中の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度のうち、その強度が最も高い相関ピークの位置に基づいて検知する。

特開平９−２２４０６号公報 コンピュータ画像処理入門（日本工業技術センター編、総研出版（株）発行、Ｐ．４４〜４５）

しかしながら、半導体や液晶の製造工程において、半導体やガラス基板などの検査対象は多様な化学プロセスを経るため、最初鮮明に付された検査マークも変形，コントラストの低下，振幅の大きなノイズの重畳といった影響を受ける。典型的な例として、液晶製造工程における透明電極（ＩＴＯ）印刷によるマーク、不透明な導電シート（ＡＣＦ）を通して見たマークなどが挙げられる。

一般的に、検査マークは、単純な幾何学形状（十字形、星形、多角形など）であることが多い。検査マークのような単純な図形では、フーリエ変換したときの振幅（エネルギー）が特定の周波数成分に偏る。このため、検査マークは、独特な周波数特性を持ったものが使われると言える。

一方、ノイズは一般に広い範囲の周波数成分を持つので、検査マークを含む画像にノイズが重畳されると、フーリエ変換後の画像中、振幅の小さな周波数成分ではノイズにより位相が乱れる。単純な図形では振幅の小さい周波数の方が多数を占める。

このため、例えば照合画像にノイズが重畳されていた場合、フーリエ変換された登録画像とフーリエ変換された照合画像とを合成して得られる合成フーリエ画像において、振幅の小さな周波数成分でのノイズによる位相の乱れが大きくなる。

位相限定相関法では、この合成フーリエ画像に対し、全ての周波数の振幅を１とした後、フーリエ変換を施して相関データとするので、合成フーリエ画像中のノイズによる位相の乱れが相関データに大きく影響する。これにより、相関ピークが容易に崩れてしまうことになり、位置決めができなくなる虞れが生じ、照合精度も低下する。また、位相の乱れが急激なノイズが多数存在すると、検査マークを認識できず、照合精度を落としてしまう可能性がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、照合画像にノイズが多少混入していても、精度よく登録画像と照合画像とを照合し、検査対象上のマークを確実に検知することができるマーク検知装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、検査対象上のマークを撮像し、この撮像したマークを含む照合画像と予め登録されているマークを含む登録画像とを照合し、この照合結果に基づいて検査対象上のマークを検知するマーク検知装置において、登録画像にフーリエ変換を施して登録フーリエパターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、照合画像にフーリエ変換を施して照合フーリエパターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、登録フーリエパターンデータと照合フーリエパターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理された合成フーリエパターンデータを作成する合成フーリエパターンデータ作成手段と、登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数を求め、この求められた登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数を振幅抑制処理された合成フーリエパターンデータの複素数成分にそれぞれ掛け、更にフーリエ変換および逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて登録画像と照合画像とを照合する照合手段とを設けたものである。

この発明によれば、登録画像（登録されているマークを含む画像）にフーリエ変換が施されて登録フーリエパターンデータが作成され、照合画像（検査対象上のマークを含む画像）にフーリエ変換が施されて照合フーリエパターンデータが作成され、登録フーリエパターンデータと照合フーリエパターンデータとが合成され、合成フーリエパターンデータが得られる。そして、この合成フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理が行われ、振幅抑制処理された合成フーリエパターンデータの複素数成分に登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数がそれぞれ掛けられ、更にフーリエ変換および逆フーリエ変換の何れか一方が施されて相関データとされる。そして、この相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて、登録画像と照合画像とが照合される。

この発明において、登録画像にノイズが含まれていない、あるいはノイズが含まれていても少量であるものとした場合、振幅抑制処理された合成フーリエパターンデータの複素数成分に登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けることによって、登録されているマークの特徴的な周波数特性部分ほど位相エネルギーが強調され、照合画像に含まれるノイズにより生じる影響が相対的に小さくなる。

第２発明（請求項２に係る発明）は、検査対象上のマークを撮像し、この撮像したマークを含む照合画像と予め登録されているマークを含む登録画像とを照合し、この照合結果に基づいて検査対象上のマークを検知するマーク検知装置において、登録画像にフーリエ変換を施し、これによって得られる登録フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理された登録フーリエパターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、照合画像にフーリエ変換を施し、これによって得られる照合フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理された照合フーリエパターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、振幅抑制処理された登録フーリエパターンデータと振幅抑制処理された照合フーリエパターンデータとを合成し合成フーリエパターンデータを作成する合成フーリエパターンデータ作成手段と、振幅抑制処理される前の登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数を求め、この求められた振幅抑制処理される前の登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数を合成フーリエパターンデータの複素数成分にそれぞれ掛け、更にフーリエ変換および逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて登録画像と照合画像とを照合する照合手段とを設けたものである。

この発明によれば、登録画像（登録されているマークを含む画像）にフーリエ変換が施され、これによって得られる登録フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理が行われ、照合画像（検査対象上のマークを含む画像）にフーリエ変換が施され、これによって得られる照合フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理が行われ、振幅抑制処理された登録フーリエパターンデータと振幅抑制処理された照合フーリエパターンデータとが合成され、合成フーリエパターンデータが得られる。そして、この合成フーリエパターンデータの複素数成分に振幅抑制処理される前の登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数がそれぞれ掛けられ、更にフーリエ変換および逆フーリエ変換の何れか一方が施されて相関データとされる。そして、この相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて、登録画像と照合画像とが照合される。

この発明において、登録画像にノイズが含まれていない、あるいはノイズが含まれていても少量であるものとした場合、合成フーリエパターンデータ（合成前に振幅抑制処理された合成フーリエ画像データ）の複素数成分に振幅抑制処理される前の登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けることによって、登録されているマークの特徴的な周波数特性部分ほど位相エネルギーが強調され、照合画像に含まれるノイズにより生じる影響が相対的に小さくなる。

第３発明（請求項３に係る発明）は、第１発明又は第２発明において、登録対象のマークを撮像する手段と、撮像された登録対象のマークを含む画像を登録対象画像として取り込む手段と、登録対象のマークの形状を基本としその形を少しずつ異ならせた登録候補のマークを含むノイズのない複数の理想登録画像候補と登録対象画像とを個々に相関法により照合し、最も相関値の高かった理想登録画像候補を登録画像とする手段とを設けたものである。

この発明によれば、撮像された登録対象画像（登録対象のマークを含む画像）と複数の理想登録画像候補（登録対象のマークの形状を基本としその形が少しずつ異なる登録候補のマークを含むノイズのない画像）とが個々に相関法により照合され、最も相関値の高かった理想登録画像候補が登録画像（予め登録されているマークを含む画像）とされる。これにより、登録対象のマークに最もその形状が一致する登録候補のマークを含むノイズのない理想登録画像候補が登録画像とされる。

第３発明において、第１発明の照合方式を用い、登録対象画像にフーリエ変換を施して登録フーリエパターンデータとし、理想登録画像候補にフーリエ変換を施して照合フーリエパターンデータとし、この登録フーリエパターンデータと照合フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理された合成フーリエパターンデータの複素数成分に登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛け、更にフーリエ変換および逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとし、この相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて理想登録画像候補と登録対象画像とを照合するようにしてもよい。この場合、登録対象画像が第１発明における照合画像となり、理想登録画像候補が第１発明における登録画像となり、この照合画像と登録画像との照合が行われるものとなる。

第３発明において、第２発明の照合方式を用い、登録対象画像にフーリエ変換を施して登録フーリエパターンデータとし、理想登録画像候補にフーリエ変換を施して照合フーリエパターンデータとし、振幅抑制処理した登録フーリエパターンデータと振幅抑制処理した照合フーリエパターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエパターンデータの複素数成分に振幅抑制処理される前の登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛け、更にフーリエ変換および逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとし、この相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて理想登録画像候補と登録対象画像とを照合するようにしてもよい。この場合、登録対象画像が第２発明における照合画像となり、理想登録画像候補が第２発明における登録画像となり、この照合画像と登録画像との照合が行われるものとなる。

第１発明によれば、登録画像（登録されているマークを含む画像）にフーリエ変換を施して登録フーリエパターンデータを作成し、照合画像（検査対象上のマークを含む画像）にフーリエ変換を施して照合フーリエパターンデータを作成し、登録フーリエパターンデータと照合フーリエパターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理された合成フーリエパターンデータの複素数成分に登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けるようにしたので、登録画像にノイズが含まれていない、あるいはノイズが含まれていても少量であるものとした場合、登録されているマークの特徴的な周波数特性部分ほど位相エネルギーが強調され、照合画像に含まれるノイズにより生じる影響が相対的に小さくなり、照合画像にノイズが多少混入していても、精度よく登録画像と照合画像とを照合し、検査対象上のマークを確実に検知することができるようになる。

第２発明によれば、登録画像（登録されているマークを含む画像）にフーリエ変換を施し、これによって得られる登録フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、照合画像（検査対象上のマークを含む画像）にフーリエ変換を施し、これによって得られる照合フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理した登録フーリエパターンデータと振幅抑制処理した照合フーリエパターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエパターンデータ（合成前に振幅抑制処理された合成フーリエ画像データ）の複素数成分に振幅抑制処理される前の登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けるようにしたので、登録画像にノイズが含まれていない、あるいはノイズが含まれていても少量であるものとした場合、登録されているマークの特徴的な周波数特性部分ほど位相エネルギーが強調され、照合画像に含まれるノイズにより生じる影響が相対的に小さくなり、照合画像にノイズが多少混入していても、精度よく登録画像と照合画像とを照合し、検査対象上のマークを確実に検知することができるようになる。

第３発明によれば、撮像された登録対象画像（登録対象のマークを含む画像）と複数の理想登録画像候補（登録対象のマーク形状を基本としその形が少しずつ異なる登録候補のマークを含むノイズのない画像）とを個々に相関法により照合し、最も相関値の高かった理想登録画像候補を登録画像とするようにしたので、登録対象のマークに最もその形状が一致する登録候補のマークを含むノイズのない理想登録画像候補が登録画像とされ、登録対象画像にノイズが混入することが避けられない場合でも、精度よく登録画像と照合画像とを照合し、検査対象上のマークを確実に検知することができるようになる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示すマーク検知装置のブロック構成図である。同図において、１はカメラ（ＣＣＤカメラ）、２は照合部である。照合部２は、ＣＰＵ２−１と、ＲＯＭ２−２と、ＲＡＭ２−３と、ハードディスク（ＨＤ）２−４と、フレームメモリ（ＦＭ）２−５と、外部接続部（Ｉ／Ｆ）２−６とを備えており、ＲＯＭ２−２には本実施の形態特有のプログラムとして登録プログラムと照合プログラムが格納されている。

なお、このマーク検知装置は、半導体ウェハやガラス基板などの検査対象の位置決め用として用いられる。また、このマーク検知装置では、位置決め用の検査マークとして、十字形の検査マークＭが用いられる。また、ハードディスク２−４には、検査マークＭの形状を基本とし、その形を少しずつ異ならせた登録候補の検査マークを含むノイズのない複数の理想登録画像候補が格納されている。

本実施の形態では、検査マークＭの形状パラメータを線幅Ｗ、十字の突起部の長さＬとし、この形状パラメータＷおよびＬの値を少しずつ変えた登録候補の検査マークＭ１〜Ｍｎ（図２（ａ）参照）を作成し、この登録候補の検査マークＭ１〜Ｍｎを含むノイズのない画像（「マーク」＋「背景」）を理想登録画像候補Ｇ１〜Ｇｎとしてその画像データをハードディスク２−４に格納している。なお、登録候補の検査マークＭ１〜Ｍｎには、検査マークＭとその線幅Ｗおよび十字の突起部の長さＬが等しい同一形状のものも含まれていることは言うまでもない。

以下、合成した後に振幅抑制処理を行う方式を実施の形態１とし、合成する前に振幅抑制処理を行う方式を実施の形態２とし、これら実施の形態１，２における検査マークの登録および検査マークの照合について説明する。

〔実施の形態１：合成した後に振幅抑制処理を行う方式〕
〔検査マークの登録〕
実施の形態１では、次のようにして検査マークの登録を行う。先ず、カメラ１で、検査対象上の検査マークＭ（登録対象の検査マークＭ０）を撮像し（図３：ステップ１０１）、登録対象の検査マークＭ０を含む登録対象画像Ｇ０（図４（ａ）参照）を得る。この登録対象画像Ｇ０は照合部２へ送られる。

照合部２のＣＰＵ２−１は、カメラ１からの登録対象画像Ｇ０をフレームメモリ２−５を介して取り込み（ステップ１０２）、登録対象画像Ｇ０の画像データに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ１０３）。これにより、登録対象画像Ｇ０の画像データは、フーリエ画像データ（照合フーリエパターンデータ）Ｆ０とされる（図４（ｂ）参照）。なお、２次元離散的フーリエ変換については、例えば非特許文献１等に説明されている。

次に、ＣＰＵ２−１は、ｉ＝１とし（ステップ１０４）、ハードディスク２−４からｉ＝１番目の理想登録画像候補Ｇ１を読み出し（ステップ１０５）、この理想登録画像候補Ｇ１の画像データに２次元離散的フーリエ変換を施す（ステップ１０６）。これにより、理想登録画像候補Ｇ１の画像データは、フーリエ画像データ（登録フーリエパターンデータ）Ｆ１とされる（図４（ｃ），（ｄ）参照）。

そして、ＣＰＵ２−１は、ステップ１０３で得た登録対象画像Ｇ０のフーリエ画像データＦ０とステップ１０６で得た理想登録画像候補Ｇ１のフーリエ画像データＦ１とを合成し、合成フーリエ画像データ（合成フーリエパターンデータ）Ｆ０１を得る（ステップ１０７：図４（ｅ）参照）。

本実施の形態において、合成フーリエ画像データＦ０１は、登録対象画像Ｇ０のフーリエ画像データＦ０をＡ・ｅｘｐ（ｊθ）とし、理想登録画像候補Ｇ１のフーリエ画像データＦ１をＢ・ｅｘｐ（ｊφ）とした場合、登録対象画像Ｇ０のフーリエ画像データＦ０に理想登録画像候補Ｇ１のフーリエ画像データＦ１の複素共役を乗じることによって得られるＡ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））で表される。但し、Ａ，Ｂ，θ，φとも空間周波数（フーリエ）空間（ｕ，ｖ）の関数とする。

そして、Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））は、
Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））＝Ａ・Ｂ・ｃｏｓ（θ−φ）＋ｊ・Ａ・Ｂ・ｓｉｎ（θ−φ） ・・・（１）
として表され、Ａ・ｅｘｐ（ｊθ）＝α₁ ＋ｊβ₁ 、Ｂ・ｅｘｐ（ｊφ）＝α₂ ＋ｊβ₂ とすると、Ａ＝（α₁ ²＋β₁ ²）^1/2，Ｂ＝（α₂ ²＋β₂ ²）^1/2，θ＝ｔａｎ^-1（β₁ ／α₁ ），φ＝ｔａｎ^-1（β₂ ／α₂ ）となる。この（１）式を計算することにより合成フーリエ画像データを得る。

なお、Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））＝Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊθ）・ｅｘｐ（−ｊφ）＝Ａ・ｅｘｐ（ｊθ）・Ｂ・ｅｘｐ（−ｊφ）＝（α₁ ＋ｊβ₁ ）・（α₂ −ｊβ₂ ）＝（α₁ ・α₂ ＋β₁ ・β₂ ）＋ｊ（α₂ ・β₁ −α₁ ・β₂ ）として、合成フーリエ画像データを求めるようにしてもよい。

そして、ＣＰＵ２−１は、このようにして得た合成フーリエ画像データＦ０１に対し、振幅抑制処理を行う（ステップ１０８）。これは、各画素値のうち（１）式の振幅Ａ・Ｂの大きさの違いによるばらつきを抑えるためのもので、この実施の形態では、振幅抑制処理として、全ての振幅を１とする。すなわち、前述した合成フーリエ画像データの演算式であるＡ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））の振幅Ａ・Ｂを全て１とし、位相のみとする。

なお、振幅抑制処理として、Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））の振幅Ａ・Ｂのｌｏｇをとり、ｌｏｇ（Ａ・Ｂ）・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））とすることにより、振幅であるＡ・Ｂをｌｏｇ（Ａ・Ｂ）に抑制するようにしてもよい（Ａ・Ｂ＞ｌｏｇ（Ａ・Ｂ））。また、√処理を行うようにしてもよく、ｌｏｇ処理や√処理に限らず、振幅を抑制することができればどのような処理でもよい。振幅抑制処理で全ての振幅を１にすると、ｌｏｇ処理や√処理等に比べ、計算量を減らすことができるという利点とデータが少なくなるという利点がある。

ＣＰＵ２−１は、ステップ１０８で振幅抑制処理を行った後、その振幅抑制処理された合成フーリエ画像データＦ０１ｒ（図４（ｆ）参照）の複素数成分に、ステップ１０６で得た理想登録画像候補Ｇ１のフーリエ画像データＦ１の振幅成分に比例した係数（空間周波数強度に応じた重み）をそれぞれ掛けてＦ０１ｒ′とし（ステップ１０９：図４（ｇ））、このＦ０１ｒ′にもう一度、２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ１１０）。これにより、登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇ１との相関を表す相関データＤ０１（図４（ｈ）参照）が得られる。

次に、ＣＰＵ２−１は、ステップ１１０で得た相関データＤ０１上に定められる所定の相関成分エリアＳ０１の各画素の強度（振幅）をスキャンし、登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇ１との各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度が最も高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の平均を登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇ１との相関値として求める（ステップ１１１）。

以下同様にして、ステップ１０５〜１１３を繰り返すことにより、理想登録画像候補Ｇ２〜Ｇｎと登録対象画像Ｇ０との照合を行い（以下、この照合方式をＡＣＰＯＣと呼ぶ）、登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇ２〜Ｇｎとの相関値を求める。

このＡＣＰＯＣによる理想登録画像候補Ｇｉと登録対象画像Ｇ０との照合では、振幅抑制処理された合成フーリエ画像データＦ０ｉｒの複素数成分に理想登録画像候補Ｇｉのフーリエ画像データＦｉの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けることにより、理想登録画像候補Ｇｉに含まれている登録候補の検査マークＭｉの特徴的な周波数特性部分ほど位相エネルギーが強調され、登録対象画像Ｇ０に含まれるノイズにより生じる影響が相対的に小さくなる。

これにより、登録対象画像Ｇ０にノイズが多少混入していても、精度よく登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇｉとを照合することができ、登録対象の検査マークＭ０と登録候補の検査マークＭｉとの類似度を確実に検知することが可能となる。この検査マークの登録過程でのＡＣＰＯＣにおいて、登録対象画像Ｇ０が本発明で言う照合画像に対応し、理想登録画像候補Ｇｉが本発明で言う登録画像に対応する。

ＣＰＵ２−１は、理想登録画像候補Ｇ１〜Ｇｎについて登録対象画像Ｇ０との相関値を求めた後（ステップ１１２のＹＥＳ）、その相関値が最大の理想登録画像候補Ｇｘ（図２（ｂ）参照）を登録画像ＧＲとしてその画像データをハードディスク２−４内に登録する（ステップ１１４）。

これにより、登録対象の検査マークＭ０に最もその形状が一致する登録候補の検査マークＭｘを含むノイズのない理想登録画像候補Ｇｘが登録画像ＧＲとして登録されるものとなり、登録対象画像Ｇ０に含まれるノイズの影響を排除することができるようになる。

すなわち、登録対象画像Ｇ０にノイズが含まれている場合、この登録対象画像Ｇ０をそのまま登録画像ＧＲとして登録すると、照合時に入力される照合画像中の検査マークと登録対象画像Ｇ０中の検査マークＭ０とが一致する場合でもノイズの影響で一致せずと誤判断する可能性がある。

これに対し、本実施の形態では、登録対象の検査マークＭ０に最もその形状が一致する登録候補の検査マークＭｘを含むノイズのない理想登録画像候補Ｇｘが登録画像ＧＲとして登録されるので、登録対象画像Ｇ０に含まれるノイズによる誤判断を排除することができるようになる。

〔検査マークの照合〕
実施の形態１では、次のようにして検査マークの照合を行う。先ず、カメラ１で、検査対象上の検査マークＭ（検出対象の検査マークＭＣ）を撮像し（図５：ステップ２０１）、検査マークＭＣを含む照合画像ＧＣ（図６（ａ）参照）を得る。この照合画像ＧＣは照合部２へ送られる。

照合部２のＣＰＵ２−１は、カメラ１からの照合画像ＧＣをフレームメモリ２−５を介して取り込み（ステップ２０２）、照合画像ＧＣの画像データに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ２０３）。これにより、照合画像ＧＣの画像データは、フーリエ画像データ（照合フーリエパターンデータ）ＦＣとされる（図４（ｂ）参照）。

次に、ＣＰＵ２−１は、ハードディスク２−４から登録画像ＧＲを読み出し（ステップ２０４）、登録画像ＧＲの画像データに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ２０５）。これにより、登録画像ＧＲの画像データは、フーリエ画像データ（登録フーリエパターンデータ）ＦＲとされる（図６（ｃ），（ｄ）参照）。

そして、ＣＰＵ２−１は、ステップ２０３で得た照合画像ＧＣのフーリエ画像データＦＣとステップ２０５で得た登録画像ＧＲのフーリエ画像データＦＲとを合成し、合成フーリエ画像データ（合成フーリエパターンデータ）ＦＣＲを得る（ステップ２０６：図６（ｅ）参照）。そして、この合成フーリエ画像データＦＣＲに対し、振幅抑制処理を行う（ステップ２０７）。この実施の形態では、振幅抑制処理として、全ての振幅を１とし、位相のみとする。

ＣＰＵ２−１は、ステップ２０７で振幅抑制処理を行った後、その振幅抑制処理された合成フーリエ画像データＦＣＲｒ（図６（ｆ）参照）の複素数成分に、ステップ２０５で得た登録画像ＧＲのフーリエ画像データＦＲの振幅成分に比例した係数（空間周波数強度に応じた重み）をそれぞれ掛けてＦＣＲｒ′とし（ステップ２０８：図６（ｇ））、このＦＣＲｒ′にもう一度、２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ２０９）。これにより、照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとの相関を表す相関データＤＣＲが得られる。

次に、ＣＰＵ２−１は、ステップ２０９で得た相関データＤＣＲ上に定められる所定の相関成分エリアＳＣＲの各画素の強度（振幅）をスキャンし、照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとの各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度が最も高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の平均を照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとの相関値として求める（ステップ２１０）。

そして、この求めた相関値と予め定められているしきい値とを比較し（ステップ２１１）、相関値がしきい値よりも大きければ（ステップ２１１のＹＥＳ）、照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとが一致したと判断し（ステップ２１２）、すなわち照合画像ＧＣ中に登録画像ＧＲ中の検査マーク（登録検査マーク）ＭＲと同一の検査マークＭＣがあることを検知し、上記ｎ画素の相関成分の強度のうち、その強度が最も高い相関ピークの位置に基づいて、登録検査マークＭＲと検査マークＭＣとの位置ずれ量を求める（ステップ２１３）。

このＡＣＰＯＣによる照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとの照合では、振幅抑制処理された合成フーリエ画像データＦＣＲｒの複素数成分に登録画像ＧＲのフーリエ画像データＦＲの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けることにより、登録画像ＧＲに含まれている登録検査マークＭＲの特徴的な周波数特性部分ほど位相エネルギーが強調され、照合画像ＧＣに含まれるノイズにより生じる影響が相対的に小さくなる。

これにより、照合画像ＧＣにノイズが多少混入していても、精度よく照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとを照合し、検査マークＭＣを確実に検知し、その位置ずれ量をより正確に求めることが可能となる。この検査マークの照合過程でのＡＣＰＯＣにおいて、照合画像ＧＣが本発明で言う照合画像に対応し、登録画像ＧＲが本発明で言う登録画像に対応する。

〔実施の形態２：合成する前に振幅抑制処理を行う方式〕
実施の形態２では、次のようにして検査マークの登録を行う。先ず、カメラ１で、検査対象上の検査マークＭ（登録対象の検査マークＭ０）を撮像し（図７：ステップ３０１）、登録対象の検査マークＭ０を含む登録対象画像Ｇ０（図８（ａ）参照）を得る。この登録対象画像Ｇ０は照合部２へ送られる。

照合部２のＣＰＵ２−１は、カメラ１からの登録対象画像Ｇ０をフレームメモリ２−５を介して取り込み（ステップ３０２）、登録対象画像Ｇ０の画像データに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ３０３）。これにより、登録対象画像Ｇ０の画像データは、フーリエ画像データ（照合フーリエパターンデータ）Ｆ０とされる（図８（ｂ）参照）。

そして、このフーリエ画像データＦ０に対して振幅抑制処理を行い（ステップ３０４）、振幅抑制処理されたフーリエ画像データＦ０ｒを得る（図８（ｃ）参照）。この実施の形態では、振幅抑制処理として、全ての振幅を１とし、位相のみとする。

次に、ＣＰＵ２−１は、ｉ＝１とし（ステップ３０５）、ハードディスク２−４からｉ＝１番目の理想登録画像候補Ｇ１を読み出し（ステップ３０６）、この理想登録画像候補Ｇ１の画像データに２次元離散的フーリエ変換を施す（ステップ３０７）。これにより、理想登録画像候補Ｇ１の画像データは、フーリエ画像データ（登録フーリエパターンデータ）Ｆ１とされる（図８（ｄ），（ｅ）参照）。

そして、このフーリエ画像データＦ１に対して振幅抑制処理を行い（ステップ３０８）、振幅抑制処理されたフーリエ画像データＦ１ｒを得る（図８（ｆ）参照）。この実施の形態では、振幅抑制処理として、全ての振幅を１とし、位相のみとする。

そして、ＣＰＵ２−１は、ステップ３０４で得た登録対象画像Ｇ０の振幅抑制処理されたフーリエ画像データＦ０ｒとステップ３０８で得た理想登録画像候補Ｇ１の振幅抑制処理されたフーリエ画像データＦ１ｒとを合成し、合成フーリエ画像データ（合成フーリエパターンデータ）Ｆ０１ｒを得る（ステップ３０９：図８（ｇ）参照）。

そして、ＣＰＵ２−１は、この合成フーリエ画像データＦ０１ｒの複素数成分に、ステップ３０７で得た理想登録画像候補Ｇ１の振幅抑制処理前のフーリエ画像データＦ１の振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けてＦ０１ｒ′とし（ステップ３１０：図８（ｈ））、このＦ０１ｒ′にもう一度、２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ３１１）。これにより、登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇ１との相関を表す相関データＤ０１が得られる。（図８（ｉ）参照）

次に、ＣＰＵ２−１は、ステップ３１１で得た相関データＤ０１上に定められる所定の相関成分エリアＳ０１の各画素の強度（振幅）をスキャンし、登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇ１との各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度が最も高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の平均を登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇ１との相関値として求める（ステップ３１２）。

以下同様にして、ステップ３０６〜３１４を繰り返すことにより、理想登録画像候補Ｇ２〜Ｇｎと登録対象画像Ｇ０との照合（ＡＣＰＯＣ）を行い、登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇ２〜Ｇｎとの相関値を求める。

このＡＣＰＯＣによる理想登録画像候補Ｇｉと登録対象画像Ｇ０との照合では、合成フーリエ画像データＦ０ｉｒの複素数成分に理想登録画像候補Ｇｉの振幅抑制処理される前のフーリエ画像データＦｉの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けることにより、理想登録画像候補Ｇｉに含まれている登録候補の検査マークＭｉの特徴的な周波数特性部分ほど位相エネルギーが強調され、登録対象画像Ｇ０に含まれるノイズにより生じる影響が相対的に小さくなる。

これにより、登録対象画像Ｇ０にノイズが多少混入していても、精度よく登録対象画像Ｇ０と理想登録画像候補Ｇｉとを照合することができ、登録対象の検査マークＭ０と登録候補の検査マークＭｉとの一致度を確実に検知することが可能となる。この検査マークの登録過程でのＡＣＰＯＣにおいて、登録対象画像Ｇ０が本発明で言う照合画像に対応し、理想登録画像候補Ｇｉが本発明で言う登録画像に対応する。

ＣＰＵ２−１は、理想登録画像候補Ｇ１〜Ｇｎについて登録対象画像Ｇ０との相関値を求めた後（ステップ３１３のＹＥＳ）、その相関値が最大の理想登録画像候補Ｇｘ（図２（ｂ）参照）を登録画像ＧＲとしてその画像データをハードディスク２−４内に登録する（ステップ３１５）。

これにより、登録対象の検査マークＭ０に最もその形状が一致する登録候補の検査マークＭｘを含むノイズのない理想登録画像候補Ｇｘが登録画像ＧＲとして登録されるものとなり、登録対象画像Ｇ０に含まれるノイズの影響を排除することができるようになる。

〔検査マークの照合〕
実施の形態２では、次のようにして検査マークの照合を行う。先ず、カメラ１で、検査対象上の検査マークＭ（検出対象の検査マークＭＣ）を撮像し（図９：ステップ４０１）、検査マークＭＣを含む照合画像ＧＣ（図１０（ａ）参照）を得る。この照合画像ＧＣは照合部２へ送られる。

照合部２のＣＰＵ２−１は、カメラ１からの照合画像ＧＣをフレームメモリ２−５を介して取り込み（ステップ４０２）、照合画像ＧＣの画像データに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ４０３）。これにより、照合画像ＧＣの画像データは、フーリエ画像データ（照合フーリエパターンデータ）ＦＣとされる（図１０（ｂ）参照）。

そして、このフーリエ画像データＦＣに対して振幅抑制処理を行い（ステップ４０４）、振幅抑制処理されたフーリエ画像データＦＣｒを得る（図１０（ｃ）参照）。この実施の形態では、振幅抑制処理として、全ての振幅を１とし、位相のみとする。

次に、ＣＰＵ２−１は、ハードディスク２−４から登録画像ＧＲを読み出し（ステップ４０５）、登録画像ＧＲの画像データに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ４０６）。これにより、登録画像ＧＲの画像データは、フーリエ画像データ（登録フーリエパターンデータ）ＦＲとされる（図１０（ｄ），（ｅ）参照）。

そして、このフーリエ画像データＦＲに対して振幅抑制処理を行い（ステップ４０７）、振幅抑制処理されたフーリエ画像データＦＲｒを得る（図１０（ｆ）参照）。この実施の形態では、振幅抑制処理として、全ての振幅を１とし、位相のみとする。

そして、ＣＰＵ２−１は、ステップ４０４で得た照合画像ＧＣの振幅抑制処理されたフーリエ画像データＦＣｒとステップ４０７で得た登録画像ＧＲの振幅抑制処理されたフーリエ画像データＦＲとを合成し、合成フーリエ画像データ（合成フーリエパターンデータ）ＦＣＲｒを得る（ステップ４０８：図１０（ｇ）参照）。

そして、この合成フーリエ画像データＦＣＲｒの複素数成分に、ステップ４０６で得た登録画像ＧＲの振幅抑制処理前のフーリエ画像データＦＲの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けてＦＣＲｒ′とし（ステップ４０９：図１０（ｈ））、このＦＣＲｒ′にもう一度、２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ４１０）。これにより、照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとの相関を表す相関データＤＣＲが得られる（図１０（ｉ）参照）。

次に、ＣＰＵ２−１は、ステップ４１０で得た相関データＤＣＲ上に定められる所定の相関成分エリアＳＣＲの各画素の強度（振幅）をスキャンし、照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとの各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度が最も高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の平均を照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとの相関値として求める（ステップ４１１）。

そして、この求めた相関値と予め定められているしきい値とを比較し（ステップ４１２）、相関値がしきい値よりも大きければ（ステップ４１２のＹＥＳ）、照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとが一致したと判断し（ステップ４１３）、すなわち照合画像ＧＣ中に登録画像ＧＲ中の検査マーク（登録検査マーク）ＭＲと同一の検査マークＭＣがあることを検知し、上記ｎ画素の相関成分の強度のうち、その強度が最も高い相関ピークの位置に基づいて、登録検査マークＭＲと検査マークＭＣとの位置ずれ量を求める（ステップ４１４）。

このＡＣＰＯＣによる照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとの照合では、合成フーリエ画像データ（合成前に振幅抑制処理された合成フーリエ画像データ）ＦＣＲｒの複素数成分に登録画像ＧＲの振幅抑制処理される前のフーリエ画像データＦＲの振幅成分に比例した係数をそれぞれ掛けることにより、登録画像ＧＲに含まれている登録検査マークＭＲの特徴的な周波数特性部分ほど位相エネルギーが強調され、照合画像ＧＣに含まれるノイズにより生じる影響が相対的に小さくなる。

これにより、照合画像ＧＣにノイズが多少混入していても、精度よく照合画像ＧＣと登録画像ＧＲとを照合することができ、検査マークＭＣを確実に検知し、その位置ずれ量を正確に求めることが可能となる。この検査マークの照合過程でのＡＣＰＯＣにおいて、照合画像ＧＣが本発明で言う照合画像に対応し、登録画像ＧＲが本発明で言う登録画像に対応する。

なお、上述した実施の形態１では、図３に示したステップ１１０および図５に示したステップ２０９において、上述した実施の形態２では、図７に示したステップ３１１および図９に示したステップ４１０において、２次元離散的フーリエ変換を行うようにしたが、２次元離散的フーリエ変換ではなく２次元離散的逆フーリエ変換を行うようにしてもよい。２次元離散的フーリエ変換と２次元離散的逆フーリエ変換とは、定量的にみて照合精度は変わらない。

また、上述した実施の形態１，２では、検査マークの登録において、相関値が最大の理想登録画像候補Ｇｘを登録画像ＧＲとしてその画像データを登録するようにしたが、その画像データに対して２次元離散的フーリエ変換を施した登録フーリエパターンデータＦｘを登録するようにしてもよい。このようにすれば、検査マークの照合において、その登録フーリエパターンデータＦｘを登録フーリエパターンデータＦＲとして読み出すことにより、登録画像ＧＲに対して２次元離散的フーリエを施す必要がなくなり、処理が簡単となる。

また、上述した実施の形態１，２では、検査マークの登録において、ＡＣＰＯＣによって照合を行うようにしたが、必ずしもＡＣＰＯＣによらなくてもよい。すなわち、登録対象の検査マークＭ０を撮像する際には、意識的にノイズの少ないものを撮像することが可能であり、通常のＰＯＣなど他の相関法で照合を行うようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１，２では、登録対象の検査マークＭ０を撮像し、この登録対象の検査マークＭ０に最もその形状が一致する登録候補の検査マークＭｘを含む理想登録画像候補Ｇｘを探し出すようにしたが、登録対象の検査マークＭ０をノイズを含まない状態で撮像し、この撮像した画像を登録画像として登録するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１，２では、その形状パラメータＷおよびＬの値を少しずつ変えた理想登録画像候補Ｇ１〜Ｇｎをハードディスク２−４に格納しておくようにしたが、人為的に作成した理想登録画像候補Ｇ１〜Ｇｎをハードディスク２−４に格納しておくようにしてもよく、形状パラメータＷおよびＬの値を変えて自動的に作成した理想登録画像候補をＧ１〜Ｇｎをハードディスク２−４に格納しておくようにしてもよい。また、登録対象画像Ｇ０との照合の度に、理想登録画像候補を自動作成するようにしてもよい。

また、実施の形態１おいて、実施の形態２で説明した図７に従うフローチャートによって検査マークの登録を行うようにしてもよく、実施の形態２において、実施の形態１で説明した図３に従うフローチャートによって検査マークの登録を行うようにしてもよい。
同様に、実施の形態１おいて、実施の形態２で説明した図９に従うフローチャートによって検査マークの照合を行うようにしてもよく、実施の形態２において、実施の形態１で説明した図５に従うフローチャートによって検査マークの照合を行うようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１，２では、検査マークＭを十字形としたが、星形、多角形などのマークとしてもよいことは言うまでもない。また、半導体ウェハやガラス基板などの検査対象の位置決め用として利用できるだけではなく、文字の読み取り用としても利用することが可能である。すなわち、紙面に書かれた文字をマークとみなし、この文字を撮像した照合画像と予め登録されている文字を含む登録画像とを照合することによって、紙面に書かれた文字を認識することが可能である。

本発明の一実施の形態を示すマーク検知装置のブロック構成図である。 このマーク検知装置において用いる理想登録画像候補およびこの理想登録画像候補から探し出された登録画像を例示する図である。 実施の形態１の検査マークの登録を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の検査マークの登録に際する相関値の算出過程を説明する図である。 実施の形態１の検査マークの照合を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の検査マークの照合に際する相関値の算出過程を説明する図である。 実施の形態２の検査マークの登録を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の検査マークの登録に際する相関値の算出過程を説明する図である。 実施の形態２の検査マークの照合を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の検査マークの照合に際する相関値の算出過程を説明する図である。

符号の説明

１…カメラ、２…照合部、２−１…ＣＰＵ、２−２…ＲＯＭ、２−３…ＲＡＭ、２−４…ハードディスク（ＨＤ）、２−５…フレームメモリ（ＦＭ）、２−６…外部接続部（Ｉ／Ｆ）、Ｍ…検査マーク、Ｍ０…登録対象の検査マーク、ＭＣ…検出対象の検査マーク、Ｇ０…登録対象画像、Ｇ１〜Ｇｎ…理想登録画像候補、Ｍ１〜Ｍｎ…登録候補の検査マーク、ＧＣ…照合画像、ＧＲ…登録画像。

Claims (3)

1. 検査対象上のマークを撮像し、この撮像したマークを含む照合画像と予め登録されているマークを含む登録画像とを照合し、この照合結果に基づいて前記検査対象上のマークを検知するマーク検知装置において、
   前記登録画像にフーリエ変換を施して登録フーリエパターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記照合画像にフーリエ変換を施して照合フーリエパターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記登録フーリエパターンデータと前記照合フーリエパターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理された合成フーリエパターンデータを作成する合成フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数を求め、この求められた登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数を前記振幅抑制処理された合成フーリエパターンデータの複素数成分にそれぞれ掛け、更にフーリエ変換および逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、
   このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて前記登録画像と前記照合画像とを照合する照合手段と
   を備えたことを特徴とするマーク検知装置。
2. 検査対象上のマークを撮像し、この撮像したマークを含む照合画像と予め登録されているマークを含む登録画像とを照合し、この照合結果に基づいて前記検査対象上のマークを検知するマーク検知装置において、
   前記登録画像にフーリエ変換を施し、これによって得られる登録フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理された登録フーリエパターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記照合画像にフーリエ変換を施し、これによって得られる照合フーリエパターンデータに対して振幅抑制処理を行い、振幅抑制処理された照合フーリエパターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記振幅抑制処理された登録フーリエパターンデータと前記振幅抑制処理された照合フーリエパターンデータとを合成し合成フーリエパターンデータを作成する合成フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記振幅抑制処理される前の登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数を求め、この求められた振幅抑制処理される前の登録フーリエパターンデータの振幅成分に比例した係数を前記合成フーリエパターンデータの複素数成分にそれぞれ掛け、更にフーリエ変換および逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、
   このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の強度に基づいて前記登録画像と前記照合画像とを照合する照合手段と
   を備えたことを特徴とするマーク照合装置。
3. 請求項１又は２に記載されたマーク照合装置において、
   登録対象のマークを撮像する手段と、
   撮像された前記登録対象のマークを含む画像を登録対象画像として取り込む手段と、
   前記登録対象のマークの形状を基本としその形を少しずつ異ならせた登録候補のマークを含むノイズのない複数の理想登録画像候補と前記登録対象画像とを個々に相関法により照合し、最も相関値の高かった理想登録画像候補を前記登録画像とする手段と
   を備えたことを特徴とするマーク検知装置。