JP4915166B2

JP4915166B2 - ぼかしフィルタ設計方法

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Publication number: JP4915166B2
Application number: JP2006212802A
Authority: JP
Inventors: 岳夫野崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: JP2008040705A

Description

本発明は、撮像された実画像のパターンエッジからぼけの強さと広がりを示す光点拡がり関数を求め、実光学系から得られる実画像に極めて類似した輝度分布を示す光点拡がり関数による参照画像のぼかしフィルタ設計方法、およびぼかし参照画像生成方法に係り、例えば、フォトマスクＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、パッケージ等に描画された回路パターンの欠陥を画像比較で検出するのに必要なぼかし参照画像作成のためのぼかしフィルタの係数に用いられる光点拡がり関数を実画像から自動生成するぼかしフィルタ設計方法に関するものである。

一般に、フォトマスク、ウェーハー、液晶などに形成された半導体集積回路などの微細パターンは、設計データから作成した理想的なパターンの寸法、形状に基づいて正確に描かれているか否かを、パターン検査装置により検査する必要がある。この種のパターン検査装置では、まず、矩形または台形の位置座標、および線分長で記述された設計データを、適切な分解能で被検査パターンに相当する「０」、「１」のビットデータに変換する。

次に、被検査対象パターンを適切な撮像系で走査し、撮像レンズを通して得られる被検査対象の表示画像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）、フォトデイテクタ等の受光素子上に結像させ、電気信号に変換したパターン情報から、撮像系を含む光学系の伝達関数となる光学瞳から所定の光学的点拡がり関数を作成し、この関数を用いて２値のビットデータとの畳み込み演算を施すぼかしフィルタ処理により、設計データを多階調データ（多値データ〉に変換し、ぼかし参照画像を得る。そして、光学系走査または撮像系入力により得られた実画像に同期して、設計データから得られたぼかし参照画像を読み込み、対応する画素位置で両者の不一致点を検出する画像比較によって実パターン上の欠陥検出を行う。

なお、実画像内のパターンには、撮像系のレンズ収差、光軸ずれ等の光学的条件や製造プロセスの影響などにより、設計理想値に比べて、転写パターンの丸み、線幅の太りや細り、パターン方向のぼけ方の違いなどにより寸法誤差が存在し、特に輝度変動の大きい微細パターンエッジ付近にある欠陥は、撮像系を含む光学系の伝達関数を解析的にもとめることが難しいため、設計データから得られたぼかし参照画像との擬似的な誤差に起因して、欠陥とは判定しない疑似欠陥が生じやすい。したがって、設計データに作用させるぼかしフィルタはパターンの方向別のぼけ量に応じて、実光学系の光強度に類似した輝度分布となるぼかし処理を行って、実画像との画像比較検査に必要な設計データのぼかし参照画像を予め生成しておく方法が考えられる。

従来の光点拡がり関数の自動生成に基づくぼかしフィルタ設計方法およびぼかし参照画像生成方法では、設計データから欠陥フリーな実画像に近いぼかし参照画像作成する場合、実画像に近い光学的なぼけ情報を得るには、実装された光学系の実パターン部でのＭＴＦカーブを近似する様な光学シミュレーションや光学瞳とパターン部でのＯＴＦカーブに近くなる様なパターンエッジ部の相関関数から光強度分布を求めるか、エッジ部の光学瞳または、ビーム強さをガウシャン分布と仮定して、ガウス分布関数のパラメータを数値シミュレーションで求め、実画像のパターンエッジプロファイルを近似してぼかしフィルタ係数となる光点拡がり関数を求め、設計データとフィルタ係数とのコンポリューション演算を行うぼかしフィルタを設計データ上に作用させてぼかし参照画像を作成する。

さらに、実画像とぼかしフィル．タ設計方法で得られたぼかし参照画像を用いて画像比較を行う欠陥検出ハードウェアでは、得られたぼかし参照画像と実画像との階調差を適切な欠陥アルゴリズムのしきい値で、欠陥か否かを判定することによって、欠陥の検出を行う（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開平５−１６０００２号公報特開２００４−３０９８２６（Ｐ２００４−３０９８２６Ａ）公報

しかしながら、このような従来のぼかしフィルタ設計方法およびぼかし画像自動生成方法を画像比較による欠陥検査に適用した場合、設計データから作成したぼかし参照画像のコーナーに近い修正テンプレートを用いて、元の設計データを修正して再度、ぼかしフィルタ処理を実施してぼかし参照画像を作成することにより、光学的走査によって得られる正常パターンの実画像データに近いぼかし参照画像を作成するものとなっているため、設計データに対する修正処理により検査スループットが低下するとともに、修正テンプレートとの階調差に起因して実画像に極めて類似する階調分布が得られないという問題点があった。

すなわち、設計データのパターン修正をビット列で示されるパターン形状の複数のテンプレートから実画像の形状に近いテンプレートを選択し、その論理演算によって得られるビット列を光学的走査によって得られる点広がり関数から計算される光強度分値と修正したテンプレート画像とのたたみ込み演算によって多値の実画像との比較処理に用いるぼかし参照画像を作成するため、画素数が増えると処理すべき演算量が大幅に増大し、スループットが低下するという問題点があった。

さらに、設計データのテンプレートの修正は、各画素内においてビット列の演算で行い、ぼかし参照画像の修正された後のパターン階調値がテンプレートの階調分布に限定されてしまうという欠点がある。さらに、周囲パターンの形状に無関係に階調補正が実行されるため、パターンエッジが画素の区切りに位置していないエッジ部分では、走査によって得られる実画像との階調差が大きくなり、画像比較による欠陥検査に応用した場合、疑似欠陥が発生しやすいという問題点があった。

さらに、従来のぼかしフィルタ設計方法では、ぼかしフィルタ処理に必要な実画像から求めるぼけ情報は、撮像系を含む光学系と被検査対象との光学的な伝達関数を精密に求めるのが困難でかつ、光強度分布をガウス分布と仮定し、等方向性の光学瞳から参照データに対するぼかしフィルタ係数を求めるため、ぼかし処理後のぼかし参照画像のパターンエッジのぼけ方がどの方向も同一となってしまい、ぼかし参照画像のエッジパターンの階調分布が実光学系の示すぼけ方と乖離してしまうことがある。このためパターンエッジ付近での実画像に対応する位置のぼかし参照画像との輝度差が生じやすく、画像比較による欠陥検出では、エッジ上での欠陥検出感度が落ちやすいという欠点がある。さらに、周囲パターンの形状、受光素子から撮像系までの光軸ずれによる光学条件、光のゆらぎの周り込みを含んだぼかしフィルタによる階調補正が実行されるため、パターンが画素の区切りに位置しないエッジ部分やエッジからコーナー部にかかる丸まり部分では、走査によって得られる実画像との階調差が大きくなり、疑似欠陥が発生しやすいという問題点があった。

このため、設計パターンが画素の区切り位置に存在しない２つの任意角度の斜めエッジから構成されるパターン部では、撮像系の光軸ずれ等の光学的な誤差要因によるぼけ方が異なるため、テンプレートを用いて画素単位でパターンエッジの階調を補正しても、階調差の段差が補間できない。特に画素の区切りにある欠陥や周囲とのコントラストが悪く、検査分解能より細かいエッジ上のパターン欠陥は、周囲との階調差が出にくいため、従来のぼかしフィルタ設計法で生成したぼかし参照画像と実画像とを比較して欠陥検査を行う場合、欠陥検出感度が低下するという欠点があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決できる光点拡がり関数の自動生成方法およびぼかし参照画像作成方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、被検査対象の微細パターン部を走査し、被検査対象を通過して得られる透過光を対物レンズでＣＣＤ等の受光素子上に結像させて、前記受光素子から実画像を生成し、前記実画像のパターン情報が有するぼけ量を設計データに施し、得られた参照データのぼけ画像の階調分布が実画像の階調分布を精密に再現するぼかしフィルタ設計方法であって、実画像のパターン座標のアドレスに対応して格子状に配置され検査分解能より細かな分解能を有する各画素上に設計データに基づいた多階調の階調値を定めることで、ぼかし情報を一切持たない参照データを作成し、前記参照データ上のパターンエッジ部上の選択された任意座標において前記参照データのパターンエッジ部に対応する前記実画像のパターンエッジ部を垂直方向にトレースした輝度プロファイル上の注目画素位置と注目画素位置＋２番目の輝度差の絶対値の最大値を実画像エッジ傾きとし、当該実画像エッジ傾きから、上、下、左、右のうち、それぞれの方向の隣接する２方向の組み合わせで決まる真円または楕円の範囲内での各画素領域内に占める画素内面積値を係数に持つ半径値を前記実画像の各方向の光学係数とし、当該光学係数から実画像の光点拡がり関数となるぼけフィルタ係数の領域と方向とを決定することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載のぼかしフィルタ設計方法の前記記載の光学係数おいて、実画像の上、下、右、左方向のパターンエッジに対して垂直方向にトレースした輝度プロファイル上の注目画素と注目画素＋ｋ（ただし、ｋ＞＝１）の輝度差の最大値となる実画像エッジ傾きのうち、隣接する２方向の光学係数の半径値の組み合わせで決まる円、または楕円の範囲内での各画素領域内に占める画素内面積値を光強度に対応させてフィルタ係数値を決定するようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項２記載のぼかしフィルタ設計方法において、光学係数に一致する半径値が描く真円の範囲内で各単位画素に占める面積値をぼけフィルタ係数値とする各々の半径値のぼけフィルタで、多値化した参照データに順次たたみこみ演算を行なって得られる各々のぼかし参照画像上に対し、ぼかし参照画像上のパターンエッジを垂直方向にトレースしその輝度プロファイル上の注目画位置と注目画素位置＋２番目の輝度差の絶対値の最大値となるぼかし参照画像のエッジ傾きの最大値をαと、光学係数の半径値となる光点拡がり関数の任意の半径値Ｒが実係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを持つ
α＝ａＲ３＋ｂＲ２＋ｃＲ＋ｄ（ａ，ｂ，ｃ，ｄは実数（ａ≠０）
なる３次式の関係から唯一求められるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項３記載のぼかしフィルタ設計方法において、光学係数に一致する半径値の真円の範囲内での各画素の持つ面積値をぼけフィルタ係数とする各々の半径値を持つぼけフィルタで、多値化した参照データに順次たたみこみ演算を行なって得られる各々のぼかし参照画像上の前記記載のエッジ傾きαは、設計データに基づいて多値化された参照データのエッジ端が１画素内のいかなる任意位置でも同一近傍値をとるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項４記載のぼかしフィルタ設計方法において、実画像の上、下、右、左方向のパターンエッジに対して垂直方向にトレースした４方向の光学係数のうち、隣接する２方向の光学係数の半径値が接する領域内での画素面積値をトレース方向の光点拡がり関数とし、このトレース方向の光点拡がり関数の光強度の影響が及ぶ真円または楕円の面積範囲内に接する単位画素内に占める面積比を各トレース方向のフィルタ係数とした実画像のぼけフィルタを生成し、それぞれの光学係数のうちパターンにかかっていない方向の光学係数をそれぞれ反転させて生成した新たな光学係数を作成し、この光学係数に対応する半径値を持つ真円または、楕円が接する範囲内の各単位画素内面積値を参照データのぼかし処理に必要な光点拡がり関数のフィルタ係数とするようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項５記載のぼかしフィルタ設計方法において、実画像の各トレース方向の光学係数に対応するぼけフィルタ係数を反転させて生成した新たな４方向の光学係数から、それぞれの光学係数に対応する半径値を持つ真円、または楕円形状が接する範囲内の単位画素に占める面積値を光点拡がり関数のフィルタ係数とし、このフィルタ係数を持つぼけフィルタで多値化した参照データに対し畳み込み処理を行って、参照データの各方向毎にぼけ方の違う種々の輝度プロファイルを持つぼかし参照画像を作成できるようにしたものである。

請求項７の発明は、被検査対象の微細パターン部を走査し、被検査対象を通過して得られる透過光を対物レンズでＣＣＤ等の受光素子上に結像させて、前記受光素子から得られたパターン情報から実画像を生成し、前記実画像のパターン情報に適合するぼけ量を設計データに施し、得られた参照データのぼけ画像の階調分布が実画像の階調分布を精密に再現するぼかしフィルタ設計方法において、請求項１乃至６の光点拡がり関数の生成によって実画像のぼけ方に精密に類似するぼかし参照画像を生成するステップを備えることを特徴とする。

請求項８の発明は、被検査対象の微細パターン部を走査し、被検査対象を通過して得られる透過光を対物レンズでＣＣＤ等の受光素子上に結像させて、前記受光素子から実画像を生成し、前記実画像のパターン情報が有するぼけ量を設計データに施し、得られた参照データのぼけ画像の階調分布が実画像の階調分布を精密に再現するぼかしフィルタ設計方法であって、実画像のパターン座標のアドレスに対応して格子状に配置され検査分解能より細かな分解能を有する各画素上に設計データに基づいた多階調の階調値を定めることで、ぼかし情報を一切持たない参照データを作成し、前記参照データ上のパターンエッジ部上の選択された任意座標において前記参照データのパターンエッジ部に対応する前記実画像のパターンエッジ部を垂直方向にトレースした輝度プロファイル上の注目画素位置と注目画素位置＋２番目の輝度差の絶対値の最大値を実画像エッジ傾きとし、当該実画像エッジ傾きから、上、下、左、右のうち、それぞれの方向の隣接する２方向の組み合わせで決まる真円または楕円の範囲内での各画素領域内に占める画素内面積値を係数に持つ半径値を前記実画像の各方向の光学係数とし、当該光学係数から実画像の光点拡がり関数となるぼけフィルタ係数の領域と方向とを決定するぼかしフィルタ設計方法によって製造されたことを特徴とする。

請求項９の発明は、被検査対象の微細パターン部を走査し、被検査対象を通過して得られる透過光を対物レンズでＣＣＤ等の受光素子上に結像させて、前記受光素子から実画像を生成し、前記実画像のパターン情報が有するぼけ量を設計データに施し、得られた参照データのぼけ画像の階調分布が実画像の階調分布を精密に再現するぼかしフィルタ設計システムであって、前記被検査対象の微細パターンを走査して走査信号を出力する光学的走査手段と、前記光学的走査手段によって出力された前記走査信号を多値階調の実画像に変換して出力する光電画像処理手段と、設計データを入力する設計データ入力手段と、実画像のパターン座標のアドレスに対応して格子状に配置され検査分解能より細かな分解能を有する各画素上に前記設計データ入力手段によって入力された前記設計データに基づいた多階調の階調値を定めることで、ぼかし情報を一切持たない参照データを生成する設計データ展開手段と、前記実画像のエッジ位置に基づいて前記参照データの各パターンの幅を多階調のまま検査分解能以下でコーナー部の丸め階調補正を行い、前記実画像のパターンエッジ部を垂直方向にトレースした輝度プロファイル上の注目画素位置と注目画素位置＋２番目の輝度差の絶対値の最大値を実画像エッジ傾きとし、当該実画像エッジ傾きから、上、下、左、右のうち、それぞれの方向の隣接する２方向の組み合わせで決まる真円または楕円の範囲内での各画素領域内に占める画素内面積値を係数に持つ半径値を前記実画像の各方向の光学係数とし、当該光学係数から実画像の光点拡がり関数となるぼけフィルタ係数の領域と方向とを決定して光点拡がり関数によるぼかし処理を行ってぼかし参照画像を生成する参照画像生成手段と、前記実画像と前記ぼかし参照画像を所定の画像メモリ内で対応する画像位置アドレスに位置あわせをする、画像メモリ位置あわせ手段と、前記実画像と前記ぼかし参照画像の輝度を比較して前記パターンの欠陥を検出する画像比較欠陥検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、多数倍精度の多階調値マトリックスで画素の階調値が表現された設計データに、実画像の光学係数を反転させた光点拡がり関数を持つぼかしフィルタを走査してぼかし処理を施すことにより、参照データのエッジが画素の切れ目ではなく画素内のいかなる位置に存在していても、参照データのエッジ位置の階調を高精度に表現でき、検査対象から得られた実画像の輝度分布に極めて近い輝度分布を有する高精度なぼかし参照画像を作成できる。

実パターンの各トレース方向の任意の大きさの半径Ｒを持つ光学係数を組み合わせて光点拡がり関数のぼかしフィルタ係数を構成することにより、パターン方向によってぼけ方が異なるぼかし参照画像を自在に生成できる。また、多値の参照データで１画素以内のパターンズレがあっても光学係数が変化せず、パターンズレを許容して光学係数を安定に抽出できるので、実画像と参照画像のロバストな画像位置合わせが実現でき、欠陥検出時の位置ズレ誤差要因を大幅に低減できる効果がある。

また、光点拡がり関数が真円ではなく非対象な形状でも、１画素格子内の点拡がり関数の係数値は画素内の光の拡がりを示す楕円面積換算値かつ光強度として定義されるため、被検査対象の走査系が非対称なビーム形状、例えばレーザーのビームウエストの形状が変化する場合、光学瞳が光の回り込みや光の揺らぎの存在によって撮像光学系の伝達関数が複雑形状を有する場合でも、実画像の各方向の光学係数から生成されるぼかしフィルタの光点拡がり関数は光学係数の半径Ｒの各画素位置に占める真円、または楕円形状に一意に集約されるため、実画像から生成される光学係数は、走査系の光強度分布の形状に依存しないロバストなボケ量として定量化できる。

展開された多階調を持つ参照データに対し実画像からぼけ方の異なる方向別の光学係数からぼかしフィルタの光の強度と範囲を表す光点拡がり関数が得られるため、実画像の階調分布に則した精密なぼかし参照画像を作成できる。また、実画像のエッジバターンのぼけ量に応じて、画素単位でもまた、サブ画素単位でも光点拡がり関数を求めることができるので、所望する検査精度にあったぼかし参照画像の階調分布が得ることができる。

さらに、設計データのコーナー部および、配線パターンの任意角度を持つエッジ部が、いかなる角度で配置されていても、画素分解能より細かなサブ画素単位でのぼかし処理を行うようにしたので、設計データの配置と撮像画像の走査方向との位置関係に依存せずに被検査対象パターンの実画像に極めて近いぼかし参照画像パターンを作成できるため、パターン検査装置の実画像のコーナー部やパターンエッジ部付近にある欠陥の検出感度を大幅に向上させることができるという効果がある。

本発明は、スクリーン、ガラス素材等に描かれた微細パターンの画像比較検査において、被検査対象を撮像した実画像パターンの各方向のエッジ情報から、光の強度とボケ範囲を示す光点拡がり関数を求め、対応する位置にある設計データを実画像１５（図１）に類似したボケ量を持つ欠陥フリーなぼかし参照画像１３（図１）の設計手段を提供するものである。以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるぼかしフィルタ設計方法および、ぼかし参照画像１３の自動生成を実現する、画像比較欠陥検出ハードウェアのプロック図である。このぼかしフィルタ設計方法を実装する画像比較欠陥検出ハードウェアには、検査を行う配線パターンすなわち被検査パターンをスキャンすることにより走査信号１４を出力する光学的走査部４と、この走査信号１４を多値階調の実画像１５として変換出力する光電画像処理部５とが設けられている。

また、被検査パターンの図形寸法が定義された設計データ１１を入力する設計データ入力部１と、この設計データ１１を配線パターンに展開して多値階調の参照データ１２を作成する設計データ展開部２と、この参照データ１２の各配線パターンを実画像１５に近付けるための補正を行うことによりぼかし参照画像１３を作成する参照画像生成部３と、光学的走査により得られた被検査パターンの実画像１５と設計データ１１から作成されたぼかし参照画像１３とを内蔵する図示しない画像メモリ内で対応する画像位置のアドレスに位置あわせを行う画像メモリ位置あわせ部６と、画像メモリ位置あわせ部６内にある設計データ１１に対応する実画像１５とぼかし参照画像１３とを比較することにより被検査パターンの検査を行う画像比較欠陥検出部７とが設けられている。

次に、図を参照して、本発明の動作について説明する。ＮＥＢＥＳ，ラスタースキャンデータ形式等のフォーマットで記述された設計データ１１が、設計データ入力部１から入力される。続いて、設計データ展開部２において、入力された設計データ１１が、実画像１５のパターン座標のアドレスに対応して格子状に配置された各画素上に、回路パターンとして展開される。

図２は、展開された配線パターンの一部を示す説明図である。各画素は、設計データ展開部２における展開分解能に相当する。この場合、パターン２１のエッジ２２は画素の切れ目になく、例えば画素２３上では、ｘ方向（横方向）に３：１の比率位置に展開され、ｙ方向（縦方向）に１：１の比率位置に展開されていることを示している。

各画素には、多値階調の階調値（濃淡値）を検査分解能より細かな分解能で算出するために、複数のサブ画素が設けられており、このサブ画素の数により、各画素における階調値の精度が決定される。例えば、最大階調値を２５５、最小階調値を０としてデータを展開する場合には、１画素が１６×１６個のサブ画素で構成され、各サブ画素は、「０」，「１」の２値をとる。

図３は、図２の画素２３の拡大図であり、この場合、１６×１６個のサブ画素のうち、８×１２個のサブ画素上にパターン２１が存在している。ここで、パターン２１に属するサブ画素を「１」で表し、パターン２１に属さないサブ画素を「０」で表した場合、画素２３の階調値は、８×１２＝９６となる。

これにより、パターン２１に属さない画素の階調値は最小階調値（ＭＩＮ＝０）となり、パターン２１に属する画素のうちパターンエッジ以外の部分の画素の階調値は最大階調値（ＭＡＸ＝２５５）となる。また、パターン２１に部分的に属するパターンエッジ部分の画素の階調値は、その画素内でパターン２１に属するサブ画素数に対応する階調値となる。

このようにして、画素内のビット列の面積を積分することにより、図４に示すように、展開されたパターン２１の階調値を、各画素すなわち実画像１５のパターン座標のアドレスごとに算出できる。したがって、設計データ展開部２では、設計データ１１に基づいて各画素上に配線パターンを展開した後、各画素ごとにビット積分した値を階調値として算出し、参照データ１２として出力する。

次に参照画像生成部３において、設計データ展開部２から出力された参照データ１２のうち、各配線パターン幅の適切な画素単位またはサブ画素での拡大／縮小補正が実行され、各配線パターンのエッジ位置を移動修正する。続いて参照データ１２のコーナー部に対応する位置の実画像１５のコーナー半径に基づいて、その参照データ１２のコーナー部の丸め補正処理を行う。その後、被検査対象を光学走査して得られる実画像１５の光学特性を持つフィルタでぼかし処理を実施し、実画像１５に近いぼかし参照画像１３を作成する。

なお、画像欠陥検査部７で画像比較を行う欠陥検出ハードウェアに実装された実画像１５の光学特性を持つフィルタのぼけの強さ、ぼけの範囲については、画像メモリ位置あわせ部６に格納されている実画像１５のうち代表事例とみなされる画像から、被検査パターンの４方向の垂直・水平エッジ部分が存在する位置の階調分布に沿ってぼけ量を表す光学係数を作成し、この光学係数をトレース方向毎に反転させた光点拡がり関数を合成し、ぼかしフィルタ係数を作成する。続いて得られたぼかしフィルタ係数を用いて参照画像生成部３で、設計データ展開部２から出力された参照データ１２に対し、畳み込み演算を行い、ぼかし参照画像１３を作成して画像メモリ位置あわせ部６に転送し、画像メモリ位置あわせ部６内で設計データ１１の位置アドレスに相当する実画像１５とぼかし参照画像１３の画像メモリ内での位置あわせを行い、情報画像欠陥検査部７で実画像１５とぼかし参照画像１３の比較処理を行い、非検査対象の欠陥部を検出する。

まず最初に、ぼかしフィルタ動作を実行する参照画像生成部３に予め登録されているぼけの強さと範囲の基準となる光学係数（フィルタの半径Ｒ）、およびぼかしフィルタの係数となる光点拡がり関数の生成方法について説明する。図５は画像欠陥検出ハードウェアの光学特性の決定に必要な真円の光点拡がり関数の半径Ｒを変化させた時のぼけの範囲と、単位画素内の光強度の重み付けを表すフィルタ係数の説明図である。

図５（ａ）の格子領域は、設計データ１１の展開分解能に等しい単位画素を示し、この単位画素に占める真円の領域面積は、光点拡がり関数の光学係数となる半径Ｒが占めるフィルタ係数の強さを示している。検査分解能以下で光の強度および広がりをサブ画素単位で計算するため、単位画素に一致する領域は１６ｘ１６分割（１画素面積の最大値を２５６）に量子化されており、このサブ画素はＯＮ、ＯＦＦ値を持つビット列で構成されている。例えば図５（ｂ）に示すように、各々の単位画素内の半径Ｒを持つ光点拡がり関数のフィルタ係数は、真円領域が占める各単位画素内の灰色のサブ画素のＯｎビット数を積算して算出する。一方、ぼかし処理では個々の単位画素内のフィルタ係数値は全フィルタ係数の総和で正規化され、量子化誤差は無視できる程小さいため、本実施例では単位画素内に占めるフィルタ面積が最大値の２５６をとる場合、フィルタの光強度の最大値は２５５に設定する。

図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はトレース方向の光学係数の組み合わせから光点拡がり関数のフィルタ係数の合成方法を示す説明図である。各々のフィルタ領域内のフィルタ係数値は、図６に示す（上，右）（右、下）（下，左）（左、上）の二組の半径値の光学係数を持つ真円の光点拡がり関数の１／４分割領域内の各単位画素に占める円の面積値とする集合である。トレース方向の光学係数の組み合わせで決まる１／４分割領域が確定すると、対象領域の範囲に合わせて参照画像生成部３に予め記憶されている左上１／４分割領域を順次回転、または、反転させて光点広がり関数の全領域のフィルタ係数値を合成する。ただし、フィルタ係数の合成時は、図６（ａ）に示すように１／４分割領域のそれぞれの境界部にあたる画素位置のフィルタ係数は他の１／４分割領域との重なりを考慮して、実際にもつべき面積値の１／２を記憶しておき、重なり部分で生じる係数和は２５５を越えない値に設定する。

例えば図７に示す実施例は図６の上、下、左、右それぞれの方向の光学係数がすべて半径Ｒ＝２．０［画素］となる領域を合成して得られる光点拡がり関数の７×７画素範囲のフィルタ係数である。

本例では真円となる光学係数について示したが、真円のほかに、二つの異なる半径の光学係数から構成される楕円の面積領域でも同様な計算で光点拡がり関数のフィルタ係数値を算出してもよい。
このようにして参照画像生成部３には、予めシミュレーションで求めた真円または、楕円となる光点拡がり関数の左上１／４分割領域を占める光学係数の組み合わせでできるフィルタ係数が予め記憶されており、参照画像生成部３は二つのトレース方向の光学係数の組み合わせに応じて記憶されている左上１／４分割領域の係数群を回転または反転させて合成し、光点拡がり関数の全フィルタ係数を生成する。

次に参照画像生成部３に記憶されている真円の光学係数を持つ光点拡がり関数の半径Ｒと輝度プロファイルから算出されるトレース方向のぼけ量αについて説明する。説明を簡便化するためにここでは参照データは画素の区切りに常に存在し、パターンの辺縁部の単位画素が２５５の最大階調値をとる実施例で説明する。

図８は図５に示す真円となる光点広がり関数の半径Ｒを順次拡大し、各半径Ｒに対応するフィルタ係数で参照データ１２をぼかした時のぼかし参照画像１３のエッジ周辺部の輝度プロファイルを示したものである。半径Ｒの拡大に伴って、パターンエッジの輝度プロファイルの傾きは緩やかになり、エッジ周辺部のぼけ方が大きくなる。このようにして真円となる光点拡がり関数の半径Ｒを可変にすることで、参照データをぼかしたときの輝度プロファイルのエッジ傾き、すなわち、ぼけ量を制御することができる。

図９は真円の光点拡がり関数の光学係数となる各半径Ｒで参照データをぼかしたときのぼかし参照画像１３の輝度プロファイル上の各々の画素位置の輝度値および、ぼけ量αを算出したものである。例えば図８のぼかし参照画像１３の各半径Ｒにおける輝度プロファイル上の注目画素位置をＳ（ｘ，ｙ）、輝度値Ｌｓ（ｘ，ｙ）とした時、パターン上を左方向にトレースする場合のぼけ量αは、
α＝ＭＡＸ｛Ｌｓ（ｘ＋ｋ，ｙ）−Ｌｓ（ｘ，ｙ）｝（ただし、ｋ＝２）（数式１）
と、算出する。

図９から（数式１）で計算される輝度プロファイルの注目画素と、トレース方向にある近傍画素との絶対値の差の最大値で定義された真円となる光点広がり関数を持つぼかし参照画像１３のぼけ量αは、大きさの異なる光点広がり関数の各半径Ｒの光学係数に対し、一意に決まる固有値をとることが説明される。

さらに、これらの光学係数は参照データ１２のエッジ端の画素内の位置に依存しない性質を持っている。例えば図１１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は適切な分解能で展開された直後の参照データ１２の階調分布および、図７の半径Ｒ＝２．０［画素］の真円が占める光学係数を持つ光点拡がり関数で参照データ１２をぼかしたときの階調分布である。このパターンは、エッジ部が１／４画素ずつずらして展開された画素の切れ目に存在していない上下方向に幅を持つパターン例であり、数値はその画素位置における階調値を示している。

図１１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の実施例のいずれの場合も、１画素以内に展開された任意のエッジ位置にある注目画素のＮ〜Ｎ＋Ｋ間（だだし、ここではＫ＝２）の輝度値の絶対値の差の最大値は１５０近傍となる。
図１１（ａ）より、Ｎ〜Ｎ＋２間の輝度値最大差：１６７−１８＝１４９
図１１（ｂ）より、Ｎ〜Ｎ＋２間の輝度値最大差：１８５−３５＝１５０
図１１（ｃ）より、Ｎ〜Ｎ＋２間の輝度値最大差：２０２−５２＝１５０
図１１（ｄ）より、Ｎ〜Ｎ＋２間の輝度値最大差：２１９−７０＝１４９
このように、図１１（ａ）、図１１（ｄ）のＮからＮ＋Ｋ（Ｋ＝２）の間の輝度値の最大差が１４９となり、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）の場合の輝度値差１５０となる違いはあるが、これは計算上のまるめ誤差である。

このように光学係数の各々の半径Ｒに一意に決まるエッジパターンに垂直方向にトレースした方向のぼけ量αは、展開された参照データ１２の単位画素内のエッジ端の位置に無関係に同一値をとる。すなわちトレース方向の半径Ｒの真円で示される光点拡がり関数の光学係数は、ぼけ量αを検出することで、１画素内のエッジ端の位置ズレ量を許容して安定に求められることが説明される。

上述した真円の半径Ｒを持つ光点拡がり関数の光学係数とぼけ量αの関係は任意の大きさの半径に拡張することができる。図１０は、図９に示す半径Ｒ光学係数の半径Ｒと、注目画素位置とそのＫ個先の位置にあるトレース方向の画素位置の輝度値の絶対値差の最大値で定義されるぼけ量αとの関係を示したものである。例えば、Ｋ＝２の場合のボケ量αはボケ量を表す光学係数を用いて図９に示すぼけ量αと光学係数のサンプル点での関係から最小自乗法を用いると多項式の係数は一意に決定でき、
α＝１．３２６１Ｒ^３−０．３４４９Ｒ^２−６８．０８５Ｒ＋２７６．５（数式２）
なる３次多項式で算出される。

このようにして輝度プロファイル上のトレース方向のボケ量αは、（数式２）によって、真円となる任意サイズの半径Ｒの光学係数から一意に算出できる。また、ぼけ量αが既知の場合、（数式１）および（数式２）を用いて対応する光学係数の半径Ｒを求めることで、図５の実施例のように、ぼけの強さとぼけの範囲を示す真円の光点拡がり関数を視覚的かつ定量的に求められる。

次に参照画像生成部３に記憶された光学係数Ｒとぼけ量αを用いて実画像１５のぼけ量の設計方法について図を用いて説明する。光学特性を持つフィルタのぼけの強さ、ぼけの範囲については、画像メモリ位置あわせ部６に格納されている実画像１５のうち代表事例とみなされる画像から、被検査パターンの４方向の垂直・水平エッジ部分が存在する位置の階調分布に基づき、実画像１５のエッジパターンに垂直な方向にトレースする。

図１２は、実画像１５のエッジパターンを左方向にトレースした時のぼけ量βの算出方法を示したものである。図１２の実画像１５上の輝度プロファイル上の座標位置をＰ（ｘ，ｙ）、その位置でのパターンの輝度値がＬｐ（ｘ，ｙ）の時、探索開始点２５から左方向にトレースした場合の実画像１５のぼけ量βを
β＝ＭＡＸ｛Ｌｐ（ｘ＋ｋ，ｙ） − Ｌｐ（ｘ，ｙ）｝（ただしｋ＞＝２）（数式３）
と、算出する。残りの上、下、右方向のエッジパターンについても同様な処理を行い、実画像１５の各エッジパターン方向のぼけ量βを計算する。ただし、ノイズや光のゆらぎ、光の周り込みの影響を避けるため、実画像１５でのトレース幅２６は７画素程度とし、トレース幅２６内の輝度平均を代表輝度値として、（数式３）を用いてボケ量βを算出する。続いて、実画像１５のぼけ量βを参照画像生成部３に記憶されている真円の光点拡がり関数で得られるぼけ量αと比較し、誤差量の最も小さい時のぼけ量αの半径値を実画像１５のトレース方向の光学係数として選択する。

図１２は図１６（ｃ）の実画像１５の各方向のパターンエッジをトレースして得られた実画像１５のぼけ状態を光学係数で示したものである。図１２の各方向の光学係数Ｒに対応する実画像１５の持つぼけの強さと範囲は、１／４分割された楕円状のフィルタ領域を合成した光点拡がり関数となる。

次に、実画像１５から得られた光学係数を用いて参照データ１２に作用させる光点拡がり関数のぼかし処理フィルタの構成方法について図を用いて説明する。図１４はぼかし参照画像１３のエッジ部分とぼかしフィルタ係数との関係を示す説明図である。各方向のパターンエッジの輝度プロファイルから光学係数を抽出する場合、パターンエッジ上の各画素の輝度値はパターンの存在していない方向に対する光強度や拡がりが影響する。

図１４のようにパターンの存在しない方向に光の拡がり等がある場合、エッジ部分の輝度値は「なだらか」になる。すなわち、実画像１５内の対応する画素位置にあるエッジの輝度分布と類似するぼかし参照画像１３を得るためには、参照データ１２の位置にかけるぼかしフィルタとなる光点拡がり関数の光学係数には、パターンの存在しない方向（輝度値が小さくなる方向）に対する光学係数を割り当てる必要がある。従って、参照データ１２に対するぼかし処理に必要な光点拡がり関数は、図１５の実施例に示されるように、図１３の実画像１５で得られた走査方向の光学係数を反転させた光学係数をもつ光点拡がり関数となる。このようにして得られた光学係数を持つ、ぼかしフィルタとなる光点拡がり関数を用いて、参照データ１２に畳み込み処理を行い、ぼかし参照画像１３を作成する。

以上の参照データ１２をぼかすぼかしフィルタとなる光点拡がり関数の動作説明を補足するため、ここではパターンエッジをトレースする代表的な画像を用いて説明する。図１６（ａ）は画像メモリ位置あわせ部６内に展開された多値化した参照データ１２、図１６（ｂ）は従来のガウス分布に基づいて図１６（ａ）にぼかし処理を行った実施例、図１６（ｃ）は実際の検査装置の光学的走査でえられた実画像１５、図１６（ｄ）は図１６（ｃ）の実画像１５から抽出した図１５に示す光点拡がり関数を用いて、多値化した参照データ１２に畳み込み演算した処理結果を示すものである。

図１６（ｂ）のガウス関数をベースにした光点拡がり関数では等方性のぼけ方をするのに対し、図１６（ｃ）の実画像１５から抽出した光点拡がり関数でぼかした図１６（ｄ）のぼかし参照画像１３の上下左右のエッジのぼけ方は、それぞれのエッジ方向で異なり、実画像１５のぼけ方に極めて類似した非対称なぼけ特性を持つぼかし参照画像１３が生成できることが示されている。また、コーナー部のぼけ方においても、実画像１５の丸まりに類似した形状となる光強度分布を実現していることが示されている。

ぼかしフィルタ設計方法および、ぼかし参照画像１３の自動生成法の効果のより具体的な事例を示すため、ここでは、汎用的な配線パターンを持つ被検査対象の輝度分布を用いて説明する。図１７（ａ）は画像欠陥検査ハードウェアの光学走査によってえられたガラス基板上に描かれた欠陥を持つ配線パターンの実画像１５、図１７（ｂ）は参照データ１２に適切なリサイズおよびコーナー丸め処理を実施後、図１７（ａ）の実画像１５から抽出した図１８に示される光学係数を持つ光点広がり関数でぼかし処理行って得られるぼかし参照画像１３である。図１９に示される直線パターンは、図１７（ａ）の２７領域での実画像１５の輝度分布、図２０は図１７（ｂ）の図１７（ａ）に示す実画像１５の２７領域に対応する位置にあるぼかし参照画像１３の輝度分布例、図２１は図１９の実画像１５と図２０のぼかし参照画像１３との差画像の輝度分布である。図１９、図２０からもあきらかな様にぼかし参照画像１３は実画像１５の輝度分布に極めて類似し、図２１の差画像から平均２５階調程度の差に収まっている。

図２２〜図２４は、図１７（ｂ）に示される外コーナー、内コーナーを含み、斜めパターン部に欠陥部を持つ配線パターンの輝度分布について実画像１５とぼかし参照画像１３を比較したものである。図２３に示されるぼかし参照画像１３の欠陥の無い正常部の斜めパターン、コーナー部の輝度分布は、対応する位置にある図２２の実画像１５の輝度分布と極めて類似する。さらに、図２４に示される差画像でも周囲輝度値に対し、欠陥部の輝度値のみが高く出ることから、エッジ上の欠陥部を容易に検出することができる。

このようにして、図１の参照画像生成部３では、入力された参照データ１２に画素単位およびサブ画素単位でリサイズ処理を行い、適切なコーナー補正処理を行ってから、得られた光点拡がり関数をフィルタ係数に持つぼかしフィルタを参照データ１２に作用させて実画像１５の輝度分布に近いぼかし参照画像１３を作成する。続いて、このぼかし参照画像１３は画像メモリ位置あわせ部６の画像メモリに格納され、設計データ１１に対応する位置アドレスに実画像１５およびぼかし参照画像１３の位置あわせが行われた後、画像比較欠陥検出部７において、すでに格納されている実画像１５と比較され、被検査パターンが、設計データ１１から作成された理想的なパターンの寸法、形状に基づいて正確に描かれているか否か検査される。

なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができることは言うまでもない。

本発明は、ぼかし参照画像を自動生成する場合等にも適用することができる。

本発明の一実施の形態によるぼかしフィルタ設計方法およびぼかし参照画像自動生成方法を実装した画像比較欠陥検出ハードウェアのブロック図である。展開された配線コーナーパターンの一部を示す説明図である。図２の１画素の拡大図である。図２のパターンの各画素の階調値を示す説明図である。半径Ｒの範囲を広げたときの真円の光点拡がり関数のぼけの強さと範囲を示す説明図である。１／４分割領域で定義された光点拡がり関数の係数を用いたぼかしフィルタ係数の合成方法を示す説明図である。円形マスクパターン（半径Ｒ＝２．５）で定義された真円の光点広がり関数を示す説明図である。図５の光点拡がり関数の半径Ｒとエッジ傾きとの関係を示す説明図である。光学係数となる半径Ｒの輝度プロファイルとぼけ量αとの数値関係を示す説明図である。フィルタ半径Ｒを拡大した時の光点広がり関数の半径Ｒとぼけ量αとの関係式示す説明図である。展開された参照データのエッジが画素の切れ目にない場合のエッジ位置とぼけ量との関係を示す説明図である。実画像のエッジパターンをトレースして光学係数を求める方法を示す説明図である。実画像をトレースしたときの実画像の持つ光点拡がり関数の光強度分布および、範囲を示す説明図である。参照データのトレース方向の輝度分布と実画像から得られる光点拡がり関数の係数領域から生成される輝度プロファイルとの関係を示す説明図である。実画像から得られる光点拡がり関数の係数領域から生成される参照データのぼかし処理に必要なぼかしフィルタ係数となる光点拡がり関数を示す説明図である。光点拡がり関数を生成するのに必要な被検査対象の画像、参照データ、ぼかし参照画像の説明図である。欠陥を含む配線パターンの実画像および、対応する位置にあるぼかし参照画像との関係を示す説明図である。実画像パターンから得られた参照データのぼかし処理に必要な光点拡がり関数を示す説明図である。実画像の直線パターンの階調分布を数値で示した説明図である。実画像の直線パターンに対応する位置にあるぼかし参照画像の階調分布を数値で示した説明図である。直線パターンでの実画像とぼかし参照画像の差画像の階調分布を数値で示した説明図である。実画像の欠陥のある斜めパターンおよびコーナー部の階調分布を数値で示した説明図である。実画像の欠陥のある斜めパターンおよびコーナー部の対応する位置にあるぼかし参照画像の階調分布を数値で示した説明図である。欠陥のある斜めパターンおよびコーナー部を持つ実画像と対応する位置にあるぼかし参照画像との差画像の階調分布を数値で示した説明図である。

符号の説明

１…設計データ入力部、２…設計データ展開部、３…参照画像生成部、４…光学的走査部、５…光電画像処理部、６…画像メモリ位置あわせ部７…画像比較欠陥検出部、１１…設計データ、１２…参照データ、１３…ぼかし参照画像、１４…走査信号、１５…実画像

Claims

被検査対象の微細パターン部を走査し、被検査対象を通過して得られる透過光を対物レンズでＣＣＤ等の受光素子上に結像させて、前記受光素子から実画像を生成し、前記実画像のパターン情報が有するぼけ量を設計データに施し、得られた参照データのぼけ画像の階調分布が実画像の階調分布を精密に再現するぼかしフィルタ設計方法であって、実画像のパターン座標のアドレスに対応して格子状に配置され検査分解能より細かな分解能を有する各画素上に設計データに基づいた多階調の階調値を定めることで、ぼかし情報を一切持たない参照データを作成し、前記参照データ上のパターンエッジ部上の選択された任意座標において前記参照データのパターンエッジ部に対応する前記実画像のパターンエッジ部を垂直方向にトレースした輝度プロファイル上の注目画素位置と注目画素位置＋２番目の輝度差の絶対値の最大値を実画像エッジ傾きとし、当該実画像エッジ傾きから、上、下、左、右のうち、それぞれの方向の隣接する２方向の組み合わせで決まる真円または楕円の範囲内での各画素領域内に占める画素内面積値を係数に持つ半径値を前記実画像の各方向の光学係数とし、当該光学係数から実画像の光点拡がり関数となるぼけフィルタ係数の領域と方向とを決定することを特徴とするぼかしフィルタ設計方法。
請求項１記載のぼかしフィルタ設計方法の前記光学係数おいて、実画像の上、下、右、左方向のパターンエッジに対して垂直方向にトレースした輝度プロファイル上の注目画素と注目画素＋ｋ（ただし、ｋ＞＝１）の輝度差の最大値となる実画像エッジ傾きのうち、隣接する２方向の光学係数の半径値の組み合わせで決まる円、または楕円の範囲内での各画素領域内に占める画素内面積値を光強度に対応させた光学係数として決定し、ぼかしフィルタの係数とすることを特徴とするぼかしフィルタ設計方法。
請求項２記載のぼかしフィルタ設計方法において、光学係数に一致する半径値が描く真円の範囲内で各単位画素に占める面積値をぼけフィルタ係数値とする各々の半径値のぼけフィルタで、多値化した参照データに順次たたみこみ演算を行なって得られる各々のぼかし参照画像上に対し、ぼかし参照画像上のパターンエッジを垂直方向にトレースしその輝度プロファイル上の注目画位置と注目画素位置＋２番目の輝度差の絶対値の最大値となるぼかし参照画像のエッジ傾きの最大値をαと、光学係数の半径値となる光点拡がり関数の任意の半径値Ｒが実係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを持つ
α＝ａＲ３＋ｂＲ２＋ｃＲ＋ｄ（ａ，ｂ，ｃ，ｄは実数（ａ≠０）
なる３次式の関係で唯一求められることを特徴とするぼかしフィルタ設計方法。
請求項３記載のぼかしフィルタ設計方法において、光学係数に一致する半径値の真円の範囲内での各画素の持つ面積値をぼけフィルタ係数とする各々の半径値を持つぼけフィルタで、多値化した参照データに順次たたみこみ演算を行なって得られる各々のぼかし参照画像上の前記記載のエッジ傾きαは、設計データに基づいて多値化された参照データのエッジ端が１画素内のいかなる任意位置でも同一近傍値をとることを特徴とするぼかしフィルタ設計方法。
請求項４記載のぼかしフィルタ設計方法において、実画像の上、下、右、左方向のパターンエッジに対して垂直方向にトレースした４方向の光学係数のうち、隣接する２方向の光学係数の半径値が接する領域内での画素面積値をトレース方向の光点拡がり関数とし、このトレース方向の光点拡がり関数の光強度の影響が及ぶ真円または楕円の面積範囲内に接する単位画素内に占める面積比を各トレース方向のフィルタ係数とした実画像のぼけフィルタを生成し、それぞれの光学係数のうちパターンにかかっていない方向の光学係数をそれぞれ反転させて生成した新たな光学係数を作成し、この光学係数に対応する半径値を持つ真円または、楕円が接する範囲内の各単位画素内面積値を参照データのぼかし処理に必要な光点拡がり関数のフィルタ係数とすることを特徴とするぼかしフィルタ設計方法。
請求項５記載のぼかしフィルタ設計方法において、実画像の各トレース方向の光学係数に対応するぼけフィルタ係数を反転させて生成した新たな４方向の光学係数から、それぞれの光学係数に対応する半径値を持つ真円、または楕円形状が接する範囲内の単位画素に占める面積値を光点拡がり関数のフィルタ係数とし、このフィルタ係数を持つぼけフィルタで多値化した参照データに対し畳み込み処理を行って、参照データの各方向毎にぼけ方の違う種々の輝度プロファイルを持つぼかし画像を作成できることを特徴とするぼかしフィルタ設計方法。
被検査対象の微細パターン部を走査し、被検査対象を通過して得られる透過光を対物レンズでＣＣＤ等の受光素子上に結像させて、前記受光素子から得られたパターン情報から実画像を生成し、前記実画像のパターン情報に適合するぼけ量を設計データに施し、得られた参照データのぼけ画像の階調分布が実画像の階調分布を精密に再現するぼかしフィルタ設計方法において、請求項１乃至６の光点拡がり関数の生成によって実画像のぼけ方に精密に類似するぼかし参照画像を生成するステップを備えることを特徴とするぼかしフィルタ設計方法。
被検査対象の微細パターン部を走査し、被検査対象を通過して得られる透過光を対物レンズでＣＣＤ等の受光素子上に結像させて、前記受光素子から実画像を生成し、前記実画像のパターン情報が有するぼけ量を設計データに施し、得られた参照データのぼけ画像の階調分布が実画像の階調分布を精密に再現するぼかしフィルタ設計方法であって、実画像のパターン座標のアドレスに対応して格子状に配置され検査分解能より細かな分解能を有する各画素上に設計データに基づいた多階調の階調値を定めることで、ぼかし情報を一切持たない参照データを作成し、前記参照データ上のパターンエッジ部上の選択された任意座標において前記参照データのパターンエッジ部に対応する前記実画像のパターンエッジ部を垂直方向にトレースした輝度プロファイル上の注目画素位置と注目画素位置＋２番目の輝度差の絶対値の最大値を実画像エッジ傾きとし、当該実画像エッジ傾きから、上、下、左、右のうち、それぞれの方向の隣接する２方向の組み合わせで決まる真円または楕円の範囲内での各画素領域内に占める画素内面積値を係数に持つ半径値を前記実画像の各方向の光学係数とし、当該光学係数から実画像の光点拡がり関数となるぼけフィルタ係数の領域と方向とを決定するぼかしフィルタ設計方法によって製造されたぼかしフィルタ。
被検査対象の微細パターン部を走査し、被検査対象を通過して得られる透過光を対物レンズでＣＣＤ等の受光素子上に結像させて、前記受光素子から実画像を生成し、前記実画像のパターン情報が有するぼけ量を設計データに施し、得られた参照データのぼけ画像の階調分布が実画像の階調分布を精密に再現するぼかしフィルタ設計システムであって、前記被検査対象の微細パターンを走査して走査信号を出力する光学的走査手段と、前記光学的走査手段によって出力された前記走査信号を多値階調の実画像に変換して出力する光電画像処理手段と、設計データを入力する設計データ入力手段と、実画像のパターン座標のアドレスに対応して格子状に配置され検査分解能より細かな分解能を有する各画素上に前記設計データ入力手段によって入力された前記設計データに基づいた多階調の階調値を定めることで、ぼかし情報を一切持たない参照データを生成する設計データ展開手段と、前記実画像のエッジ位置に基づいて前記参照データの各パターンの幅を多階調のまま検査分解能以下でコーナー部の丸め階調補正を行い、前記実画像のパターンエッジ部を垂直方向にトレースした輝度プロファイル上の注目画素位置と注目画素位置＋２番目の輝度差の絶対値の最大値を実画像エッジ傾きとし、当該実画像エッジ傾きから、上、下、左、右のうち、それぞれの方向の隣接する２方向の組み合わせで決まる真円または楕円の範囲内での各画素領域内に占める画素内面積値を係数に持つ半径値を前記実画像の各方向の光学係数とし、当該光学係数から実画像の光点拡がり関数となるぼけフィルタ係数の領域と方向とを決定して光点拡がり関数によるぼかし処理を行ってぼかし参照画像を生成する参照画像生成手段と、前記実画像と前記ぼかし参照画像を所定の画像メモリ内で対応する画像位置アドレスに位置あわせをする、画像メモリ位置あわせ手段と、前記実画像と前記ぼかし参照画像の輝度を比較して前記パターンの欠陥を検出する画像比較欠陥検出手段とを備えることを特徴とするぼかしフィルタ設計システム。