JP7434126B2 - 欠陥検査装置、方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、欠陥検査装置、方法およびプログラムに関する。

半導体デバイスなどの回路パターンに基づき製品を製造する工程では、製品の歩留まりの低下を抑えるため、欠陥検査が重要である。例えば半導体デバイスにおいては、Die to Database検査と呼ばれる、回路パターンの撮影画像と回路パターンから撮影画像を疑似的に生成したマスクとを比較する欠陥検査が一般に実施される。Die to Database検査では、欠陥がないマスクを生成することが重要である。

マスクの生成手法としては、例えば、サイズが同じである、回路パターンの設計画像のパッチ画像と、当該回路パターンに基づき生成された製品の撮影画像のパッチ画像とをペアとした辞書を作成しておき、検査対象の画像に類似する設計画像のパッチ画像を辞書内で探索する。類似した設計画像のペアである撮影画像のパッチ画像を貼り合わせることでマスクを生成する手法がある。しかし、撮影画像のパッチ画像は、切り出し元となる撮影画像の露光方法および撮影方法によって、周囲のパターンの影響を受けやすい。よって、パッチ画像が類似であっても、当該パッチ画像を切り出し元となる設計画像の回路パターンが異なれば、同サイズである撮影画像の輝度や色合いなどが異なることが想定され、適切なマスクを生成することが難しい。

特開２００３－２８７４１９号公報

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、高精度な欠陥検査を支援できる欠陥検査装置、方法およびプログラムを提供することを目的とする。

本実施形態に係る欠陥検査装置は、格納部と、第１取得部と、探索部と、生成部とを含む。格納部は、設計ソフトウェアにより作成された第１設計データに基づく第１設計画像と、前記第１設計データに基づき製造された欠陥がない第１検査対象を撮影した画像であって、前記第１設計画像に対応する第１撮影画像とを紐付けた辞書データを格納する。第１取得部は、前記設計ソフトウェアにより作成された第２設計データに基づく第２設計画像を取得する。探索部は、前記辞書データを参照して、前記第２設計画像と類似する第１設計画像を探索する。生成部は、前記類似する第１設計画像に紐付く第１撮影画像を用いて、前記第２設計データに基づく欠陥がない場合の第２検査対象の疑似撮影画像である参照画像を生成する。前記第１設計画像は、前記第１撮影画像よりも広い画像領域の情報を含む。

第１の実施形態に係る欠陥検査装置を示すブロック図。 辞書格納部に格納される辞書データの第１例を示す図。 辞書格納部に格納される辞書データの第２例を示す図。 辞書格納部に格納される辞書データの第３例となる、画像情報の一例を示す図。 辞書格納部に格納される辞書データの第３例となる、位置情報を示すテーブルの一例を示す図。 第１の実施形態に係る欠陥検査装置の動作の第１例を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る欠陥検査装置の動作の第２例を示すフローチャート。 第１の実施形態に係る欠陥検査装置による参照画像の生成処理の概念図。 参照画像の生成処理の第１例を示す図。 参照画像の生成処理の第２例を示す図。 設計パッチ画像を縮小してパターンマッチングを行なう一例を示す図。 辞書データの木構造の一例を説明する概念図。 辞書データの木構造に基づく探索例を説明する概念図。 第２の実施形態に係る欠陥検査装置を示すブロック図。 欠陥検査装置のハードウェア構成の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係る欠陥検査装置、方法およびプログラムについて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作を行なうものとして、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る欠陥検査装置について図１のブロック図を参照して説明する。
第１の実施形態に係る欠陥検査装置１０は、辞書格納部１０１と、設計画像取得部１０２と、探索画像生成部１０３と、パッチ探索部１０４と、参照画像生成部１０５とを含む。

辞書格納部１０１は、１以上の第１設計画像と、対応する１以上の第１撮影画像とのペアを複数有する辞書データを格納する。第１設計画像は、設計ソフトウェアにより作成された第１設計データに基づく画像である。設計ソフトウェアは、例えばＣＡＤ（Computer Aided Design）のようなコンピュータ設計で用いられる設計データに基づき生成された画像である。第１撮影画像は、第１設計データに基づき製造された第１検査対象において、欠陥がない場合の第１検査対象を撮影した撮影画像である。第１撮影画像としては、例えば目視または他の外観検査システムにより撮影画像に欠陥がないと判定された画像を用いればよい。ここで第１設計画像は、第１撮影画像よりも広い画像領域の情報を含む。

設計画像取得部１０２は、例えば外部から、設計ソフトウェアにより作成された、第１設計データとは異なる第２設計データに基づく第２設計画像を取得する。第２設計データは、例えば、欠陥検査の対象となる検査対象品の設計データである。

探索画像生成部１０３は、設計画像取得部１０２から第２設計画像を取得し、第２設計画像から探索画像を生成する。探索画像は、第２設計画像の一部を切り出した画像であり、探索のキーとなる。なお、探索画像生成部１０３は、辞書格納部１０１に格納される辞書データのデータ構造によって、探索画像の生成処理が異なる。探索画像の生成処理の具体例については、図６および図７を参照して後述する。

パッチ探索部１０４は、辞書格納部１０１に格納される辞書データから、第２設計画像と類似する第１設計画像を探索し、類似する第１設計画像と当該第１設計画像に紐づく第１撮影画像とを取得する。

参照画像生成部１０５は、設計画像取得部１０２から第２設計画像を受け取り、パッチ探索部１０４から第２設計画像に類似する第１設計画像と当該第１設計画像に紐づく第１撮影画像とを受け取り、第１撮影画像を用いて参照画像を生成する。参照画像は、複数の第１撮影画像から生成される、第２設計データに基づく欠陥がない場合の第２検査対象の疑似的な撮影画像である。
具体的に、参照画像生成部１０５は、第２設計画像から切り出された探索画像と第１設計画像とが対応する対応位置を特定し、参照画像を生成する領域（以下、参照画像領域という）において当該対応位置に第１撮影画像を貼り付ける。第２設計画像の全ての領域について処理されることで、例えば欠陥検査に用いられるマスクとなる参照画像が設計される。

次に、辞書格納部１０１に格納される辞書データの第１例について図２を参照して説明する。
辞書データの第１例では、第１設計画像として、第１設計データに基づく設計画像全体のうちの部分画像である設計パッチ画像２１を想定する。また、第１撮影画像として、第１検査対象を撮影した撮影画像全体のうちの、設計パッチ画像２１に対応する部分画像である撮影パッチ画像２２を想定する。図２は、辞書データとして保持される、設計パッチ画像２１と、設計パッチ画像２１に対応する撮影パッチ画像２２とのペアの一例を示す。なお、以下では、設計パッチ画像および撮影パッチ画像両方を指す場合は、単にパッチ画像ともいう。

ここで、設計パッチ画像２１のサイズは、撮影パッチ画像２２のサイズよりも大きく設定される。すなわち、設計パッチ画像２１と同じサイズの領域は、撮影パッチ画像２２を囲む領域２３であり、撮影パッチ画像２２は、領域２３よりも小さいサイズとなるように設定されればよい。具体的に、撮影パッチ画像２２が５×５画素のサイズであるとすると、設計パッチ画像２１は、５×５画素よりも大きいサイズの画像、例えば９×９画素のサイズであればよい。このように、設計パッチ画像２１のサイズが大きいため、設計パッチ画像２１は、撮影パッチ画像２２よりも広い画像領域の情報を含む。

また、第１の実施形態では、設計パッチ画像２１と撮影パッチ画像２２とは、中心を共通とした対応関係を想定する。例えば、設計パッチ画像２１が９×９画素のサイズであれば、撮影パッチ画像は、中心部分の５×５画素の領域に対応する。なお、これに限らず、撮影パッチ画像２２は、設計パッチ画像２１の左上の５×５画素の領域に対応する画像としても良く、露光の方向など撮影条件を考慮して設計パッチ画像２１と撮影パッチ画像２２との対応関係を決めてもよい。

また、パッチ画像の形状は、ここでは、正方形の場合を想定するが、これに限らず、台形、平行四辺形など他の四角形でもよいし、三角形や五角形以上の多角形でもよい。または、円形、十字形状など、どのような形状であってもよい。例えば、直線が多い、曲線が多いなどの検査対象の回路パターンに応じて、パッチ画像の形状を決定してもよい。

次に、辞書格納部１０１に格納される辞書データの第２例について図３を参照して説明する。
図３は図２と同様に、設計パッチ画像と対応する撮影パッチ画像とのペアを示す。図３では、設計パッチ画像３１は、撮影パッチ画像２２と同じサイズであるが、設計パッチ画像３１は、設計パッチ画像３１よりも大きい領域３２の画像をフィルタ処理対象として、フィルタ処理が行なわれた画像である。つまり、フィルタ処理が施された設計パッチ画像３１と、設計パッチ画像３１に対応する同じサイズの撮影パッチ画像２２とのペアが辞書データとして保持される。

フィルタ処理は、移動平均フィルタ、ガウシアンフィルタなどの平滑化フィルタを想定するが、フィルタ処理により領域３２の画像情報（例えば、輝度値および色情報）、つまり設計パッチ画像３１の周辺画素の情報が設計パッチ画像３１内に含まれるようなフィルタ処理であればよい。このように、設計パッチ画像３１は、撮影パッチ画像２２よりも広い画像領域の情報を含む。

次に、辞書格納部１０１の格納される辞書データの第３例について図４および図５を参照して説明する。辞書データの第３例では、第１例および第２例のようなパッチ画像ではなく、画像全体を保持し、パッチ画像として切り出す位置情報を併せて保持する。

図４に示すように、辞書データの第３例では、第１設計画像４１は、第１設計データに基づいて生成された設計画像全体であり、第１撮影画像４２は、設計画像４１に対応する画像であって、欠陥のない第１検査対象を撮影した撮影画像全体である。第１撮影画像４２は、上述の場合と同様、例えば検査者の目視により製品に欠陥がないと判定された画像とする。ここで、第１設計画像４１から切り出される設計パッチ画像のサイズは、第１撮影画像４２から切り出される撮影パッチ画像のサイズよりも大きい。具体的に、図４に示す設計パッチ画像のサイズＡが、対応する撮影パッチ画像のサイズＢよりも大きくなるように設定される。

図５は、第１設計画像４１から切り出される設計パッチ画像の切り出し位置、および第１撮影画像４２から切り出される撮影パッチ画像の切り出し位置をそれぞれ特定する位置情報を示すテーブルである。

図５のテーブルでは、画像ＩＤと、パッチ番号と、座標と、パッチサイズとがそれぞれ対応付けられて格納される。画像ＩＤは、第１設計画像４１または第１撮影画像４２を一意に識別するための識別子である。図５の例では、第１設計画像の場合は（設計）、第１撮影画像の場合は（撮影）と表現する。
パッチ番号は、第１設計画像４１から切り出される設計パッチ画像、または第１撮影画像４２から切り出される撮影パッチ画像を識別する番号である。なお、パッチ番号は、設計パッチ画像と撮影パッチ画像とを同じ値とすることを想定するが、設計パッチ画像と撮影パッチ画像との対応関係が分かれば、どのような値を設定してもよい。

座標は、第１設計画像４１の場合は、第１設計画像４１において規定された座標に基づく設計パッチ画像の中心座標であり、第１撮影画像４２の場合は、第１撮影画像４２において規定された座標に基づく撮影パッチ画像の中心座標を示す。なお、座標は、パッチ画像の中心座標に限らず、パッチの左上の座標とするなど、パッチ画像の位置を特定できる値であればよい。パッチサイズは、パッチ画像のサイズを示す。ここでは、図４に対応して、予めサイズを規定した「Ａ」または「Ｂ」といった記号で示すが、サイズを指定する数値でもよい。

具体的に図５の例では、画像ＩＤ「１（設計）」、パッチ番号「０」、座標「（ｘ０，ｙ０）」およびパッチサイズ「Ａ」がそれぞれ対応付けられて格納される。例えば、パッチ探索部１０４が設計パッチ画像を探索する場合は、画像ＩＤが「１（設計）」の第１設計画像４１から座標「（ｘ０，ｙ０）」を中心としたパッチサイズ「Ａ」の部分画像をパッチ番号「０」の設計パッチ画像として切り出せばよい。このとき、対応する設計パッチ画像は、パッチ番号が同じ「０」の画像ＩＤ「２（撮影）」のデータエントリが選択されればよい。

なお、図示していないが、辞書データの第３例においても、設計パッチ画像として、辞書データの第２例のようなフィルタ処理後の画像を用いてもよい。この場合、フィルタ処理を施す対象となるフィルタ対象の領域（図３では領域３２）のサイズを、パッチサイズとして格納すればよい。

具体的に、図５のパッチサイズ「Ａ」がフィルタ対象の領域とし、パッチ探索部１０４が設計パッチ画像を探索する場合を想定する。パッチ探索部１０４は、画像ＩＤが「１（設計）」の第１設計画像４１から座標「（ｘ０，ｙ０）」を中心としたパッチサイズ「Ａ」のフィルタ対象領域を決定し、当該フィルタ対象領域に対してフィルタ処理を行ない、パッチサイズ「Ｂ」に相当する部分画像を、パッチ番号「０」の設計パッチ画像として切り出せばよい。なお、予め第１設計画像４１全体にフィルタ処理を施し、撮影パッチ画像のパッチサイズと同じサイズの設計パッチ画像を切り出すようにしてもよい。

次に、第１の実施形態に係る欠陥検査装置１０の動作の第１例について図６のフローチャートを参照して説明する。第１例では、辞書格納部１０１に格納される設計パッチ画像のサイズが撮影パッチ画像のサイズよりも大きい場合を想定する。
ステップＳ６０１では、設計画像取得部１０２が、第２設計画像を取得する。
ステップＳ６０２では、探索画像生成部１０３が、第２設計画像から探索画像を切り出す。

ステップＳ６０３では、パッチ探索部１０４が、探索画像に類似する設計パッチ画像を探索し、類似する設計パッチ画像を選択する。ここでは、探索画像と設計パッチ画像との類似度が最も高い画像を選択することを想定するが、類似度が高い順に複数の設計パッチ画像を選択し、平均画像としてもよい。探索手法としては、探索画像と設計パッチ画像との画素値の差分に関するＳＳＤ（Sum of Squared Difference）、ＳＡＤ（Sum of Squared Difference）などのパターンマッチングといった、画像間の類似度を算出する手法であれば、どのような手法を用いてもよい。

なお、辞書格納部１０１において、複数の設計パッチ画像と対応する撮影パッチ画像とが辞書データとして格納される場合、パッチ探索部１０４は、探索画像と複数の設計パッチ画像それぞれとパターンマッチングを行ない、類似度が最大の設計パッチ画像を、探索画像に類似する設計パッチ画像として選択すればよい。
また、辞書格納部１０１において、設計画像と複数の設計パッチ画像の切り出し位置の位置情報とが辞書データとして格納される場合、パッチ探索部１０４は、位置情報に応じて順次設計パッチ画像を切り出し、切り出した設計パッチ画像と探索画像とのパターンマッチングを行なってもよい。

ステップＳ６０４では、パッチ探索部１０４が、ステップＳ６０３で選択した設計パッチ画像に対応する撮影パッチ画像を参照部分画像として決定する。
ステップＳ６０５では、参照画像生成部１０５が、探索画像の切り出し位置に対応する参照画像領域上の対応位置に参照部分画像を貼り付ける（配置する）。例えばステップＳ６０２に示す探索画像の切り出し位置の中心座標と、参照部分画像の中心位置とを位置合わせし、対応位置に参照画像領域に配置すればよい。

ステップＳ６０６では、参照画像生成部１０５が、参照画像が完成したか否かを判定する。参照画像が完成したか否かは、第２設計画像から全ての画素が探索画像の一部として切り出され、探索画像に対応する参照部分画像が参照画像領域に配置されることで、１枚の参照画像が完成したか否かを判定すればよい。参照画像が完成した場合、処理を終了し、参照画像が完成していない場合、ステップＳ６０７に進む。

ステップＳ６０７では、探索画像生成部１０３が、第２設計画像から未処理領域を含む探索画像を切り出し、ステップＳ６０２に戻り、同様の処理を繰り返す。探索画像の切り出し方法としては、例えば、第２設計画像の左上からラスタスキャンで切り出すことを想定し、右に１画素ずらした探索画像を切り出せばよい。第２設計画像の右端まで探索画像が到達した場合は、左端の画素を含みかつ下に１画素ずらした探索画像を切り出せばよい。

なお、上述の辞書データの第３例のように、第１設計画像全体と位置情報とが辞書データで保持される場合は、位置情報に基づいて設計パッチ画像を切り出すのではなく、第１設計画像全体に対して探索画像によるパターンマッチングを行ない、類似する部分画像が存在するか否かを全探索してもよい。

次に、第１の実施形態に係る欠陥検査装置１０の動作の第２例について図７のフローチャートを参照して説明する。第２例では、辞書格納部１０１にフィルタ処理後の設計パッチ画像が格納される場合を想定する。ステップＳ６０１、ステップＳ６０３からステップＳ６０７までの処理については、図６と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ７０１では、探索画像生成部１０３が、設計画像において探索画像を生成するためのフィルタ対象領域を決定する。フィルタ対象領域は、辞書格納部１０１に格納される設計パッチ画像で設定されたフィルタ対象領域と同じサイズである。
ステップＳ７０２では、探索画像生成部１０３が、フィルタ対象領域にフィルタ処理を施す。
ステップＳ７０３では、探索画像生成部１０３が、フィルタ処理後の設計画像から、設計パッチ画像と同じサイズの探索画像を切り出せばよい。

次に、第1の実施形態に係る欠陥検査装置１０による参照画像生成処理の概念について図８を参照して説明する。
図８は、欠陥検査装置１０が設計画像８１の参照画像を生成する場合を想定する。まず、探索画像生成部１０３により、探索画像８２－１が切り出される。パッチ探索部１０４は、辞書格納部１０１に格納される辞書から、探索画像８２－１に類似する設計パッチ画像を探索する。

ここで、パッチ探索部１０４により、探索画像８２に類似する設計パッチ画像８３－１と、対応する撮影パッチ画像８４－１とが取得されたと想定する。参照画像生成部１０５は、参照画像となる参照画像領域８５において、探索画像８２－１が切り出された切り出し位置８６と対応する対応位置８７に、撮影パッチ画像８４－１を参照部分画像として貼り付ける。これにより、１つの探索画像８２－１についての処理が終了する。

続いて探索画像生成部１０３は、直前の探索画像８２－１を抽出した領域から、例えば１画素右にずらした領域を次の探索画像８２－２として切り出す。その後、同様の処理を行ない、設計パッチ画像８３－２および対応する撮影パッチ画像８４－２が取得され、参照画像生成部１０５が、撮影パッチ画像８４－２を参照部分画像として参照画像領域８５に貼り付けるまで、同様の処理が順次実行されればよい。切り出された探索画像８２－２が探索画像８２－１と重複して切り出されるため、参照部分画像となる撮影パッチ画像８４－２も撮影パッチ画像８４－１と重複して貼り付けられることになる。

ここでは、設計画像８１の左上を始点とし、設計画像８１の右下を終点としたラスタスキャンにより、順次探索画像８２を取得し、最終的に参照画像を生成すればよい。また、設計画像８１の四隅の領域から探索画像８２を切り出す場合は、探索画像生成部１０３は、設計画像８１端部の画素値をコピーするなどして、他の探索画像８２のサイズと揃うように、探索画像のサイズを確保してもよい。

次に、参照画像の生成処理の第１例について図９を参照して説明する。
図９は、図８に示す参照画像領域８５の一部の領域に、複数の参照部分画像９１が貼り付けられた状態を示す図である。図９の例では、５つの参照部分画像９１－１から９１－５までが重複して貼り付けられる。参照画像生成部１０５は、重複している参照部分画像９１の画素値の平均値を、参照画像の画素位置９２の画素値として決定する。ここでは、画素位置９２には５つの画素値が重複しているため、５つの画素値の平均値を画素位置９２の画素値として決定されればよい。このように、複数の参照部分画像の画素値の平均値を画素位置９２の画素値とすることで、ノイズを低減でき、参照画像の画質を向上させることができる。

また、探索画像に対する設計パッチ画像の類似度が算出されている場合は、類似度に応じて重み付けしてもよい。例えば、参照部分画像９１－１に対応する設計パッチ画像と探索画像との類似度が、参照部分画像９１－２に対応する設計パッチ画像と探索画像との類似度よりも高い場合、参照部分画像９１－１の画素値の重みを参照部分画像９１－２の画素値よりも大きく設定して加重平均を計算し、画素位置９２の画素値を決定すればよい。

さらに、参照部分画像の中心位置からの距離に応じて、重み付けしてもよい。例えば、画素位置９２の画素値を算出する際、画素位置９２は、参照部分画像９１－５の中心に位置する一方、参照部分画像９１－１の右下に位置する。よって、参照部分画像９１－５の画素値の重みを参照部分画像９１－１の画素値よりも大きく設定した重み付け平均を計算し、画素位置９２の画素値を決定すればよい。

また、探索画像によって、必ずしも参照部分画像を重畳させて平均値を算出する処理を実行しなくてもよい場合もある。例えば、背景などの領域が探索画像として切り出された場合、背景の値は一定値であることが多いため、参照部分画像を重畳させず１枚の撮影パッチ画像を参照部分画像として貼り付けるだけでよいこともある。よって、参照画像生成部１０５は、探索画像が所定の条件を満たす画像であれば、１枚の撮影パッチ画像を参照部分画像として、参照画像の領域において他の参照部分画像を貼り付けないようにしてもよい。

次に、参照画像の生成処理の第２例について図１０を参照して説明する。図１０では、小数画素精度（サブピクセル精度）で参照部分画像の貼り付け位置を設定する例を示す。
参照画像生成部１０５は、辞書データから選択した類似する設計パッチ画像と紐付く撮影パッチ画像を対応位置に貼り付けることで、参照画像を生成する。しかし、探索画像と設計パッチ画像とで画像の位相が異なる場合もあり、探索画像を切り出した位置そのものよりも少しずれた位置のほうが、すなわち、画素単位よりもサブピクセル単位で調整したほうが、より精度よく第２設計画像に対して設計パッチ画像が対応する場合がある。よって、参照画像生成部１０５は、類似する設計パッチ画像を、探索画像を切り出した第２設計画像上でサブピクセル精度で位置合わせし、最適な貼り付け位置を決定すればよい。

図１０に示すように、類似する設計パッチ画像を第２設計画像上でサブピクセル精度で位置合わせした結果、決定された対応位置に、参照部分画像を貼り付ける。図１０の例では、参照部分画像９１－２から参照部分画像９１－４が、画素位置９２に対して、画素単位ではなくサブピクセル精度で貼り付けられる。これによって、位相ずれを吸収し参照画像の精度をより向上させることができる。

なお、設計パッチ画像の解像度が撮影パッチ画像および探索画像の解像度よりも高くかつサイズも大きい状態で、辞書格納部１０１に格納されている場合もある。この場合、解像度が異なるため設計パッチ画像と探索画像とを画像の比較をできないため、設計パッチ画像を探索画像と同じサイズとなるまで縮小してからパターンマッチングを行なえばよい。

具体的に、縮小した設計パッチ画像と探索画像とのパターンマッチングの一例について図１１を参照して説明する。
図１１は、設計パッチ画像１１００と探索画像１１０１とのパターンマッチングの模式図である。図１１の例では、設計パッチ画像１１００の解像度は、探索画像１１０１および撮影パッチ画像１１０２の解像度の２倍を想定する。つまり、探索画像１１０１と比較して縦横２倍のサイズとなるため、直接、設計パッチ画像１１００と探索画像１１０１とを比較できない。
そこで、例えばパッチ探索部１０４が、設計パッチ画像１１００を縮小し、設計パッチ画像１１００を探索画像１１０１と同じ解像度となるまで、つまり同じ画像サイズとなるまで縮小する。図１１の例では設計パッチ画像１１００の解像度が探索画像１１０１に対して２倍であるため、対象領域１１３に属する設計パッチ画像１１００の縦横が、それぞれ２分の１に縮小される。結果として、探索画像１１０１と同じ解像度の縮小された設計パッチ画像（以下、縮小設計パッチ画像１１０４ともいう）が生成される。

なお、画像を縮小する際の位相ずれを吸収するため、設計パッチ画像１１００に対して対象領域１１０３を縮小する画素サイズにあわせて１画素ずらし、複数の縮小設計パッチ画像１１０４を生成する。図１１の例では、設計パッチ画像１１００の２×２画素の領域が、探索画像１１０１の１画素の領域に対応するため、４つの縮小設計パッチ画像１１０４が生成される。具体的には、対象領域を、設計パッチ画像１１００と同じ領域、設計パッチ画像１１００から１画素右にずれた領域、設計パッチ画像１１００から１画素下にずれた領域、および、設計パッチ画像１１００から１画素右かつ下にずれた領域から、それぞれ縮小設計パッチ画像１１０４が生成される。

一方、設計パッチ画像１１００に対応する撮影パッチ画像１１０２からも、縮小設計パッチ画像１１０４のそれぞれとペアとなる４つの撮影パッチ画像１１６を生成する。ここで、設計パッチ画像１１００の１画素は撮影パッチ画像１１０２の半画素に相当するため、撮影パッチ画像に対する対象領域１１０５を半画素ずらし、設計パッチ画像１１００の場合と同様に、４つの撮影パッチ画像１１０６が生成される。
これにより、縮小設計パッチ画像１１０４と探索画像１１０１との解像度が揃うため、画像縮小による位相ずれを吸収しつつ、縮小設計パッチ画像１１０４と探索画像１１０１とに対してパターンマッチング処理が可能となる。

なお、パターンマッチングを行なう際に、縮小設計パッチ画像１１０４および対応する撮影パッチ画像１１０６とのペアを生成してもよいし、辞書データの作成時に、縮小設計パッチ画像１１０４と撮影パッチ画像１１０６とのペアを予め作成しておいてもよい。
パッチ探索部１０４が設計パッチ画像１１００を縮小する場合、予め辞書データに設計パッチ画像１１００および撮影パッチ画像１１０２の解像度に関する情報を格納しておく。パッチ探索部１０４は、探索画像生成部１０３から探索画像１１０１を生成した際の当該探索画像の解像度の情報を受け取り、辞書データに格納される設計パッチ画像１１００の解像度に関する情報に基づいて、探索画像１１０１の解像度と一致するように、設計パッチ画像１１００を縮小すればよい。

撮影パッチ画像１１０２についても、パッチ探索部１０４が、設計パッチ画像１１００の解像度と撮影パッチ画像１１０２との解像度の関係に基づいて、縮小設計パッチ画像１１０４に対応する撮影パッチ画像１１０６を生成すればよい。このように、設計パッチ画像と撮影パッチ画像との解像度の関係を記憶しておけば、辞書データ側の情報によっても画像間の位相ずれを吸収できる。

次に、辞書データのデータ構造の一例について図１２を参照して説明する。
図１２は、辞書データに含まれる設計パッチ画像がプロットされ、パターンによって２軸で分類されたプロット図である。プロット間の距離が近いほど、設計パッチ画像が類似していることを示す。図１２において、設計パッチ画像がパターンの類似度に応じてクラスタリングされ、設計パッチ画像破線と座標軸とで区切られる複数の小領域に分割される。各小領域が木構造で関連づけられる例を示す。言い換えれば、辞書データが木構造で保持される例を示す。

各小領域では代表点が求められる。代表点は、小領域に含まれる複数の設計パッチ画像１２０１を代表するパターンを示す画像であり、小領域に含まれる複数の設計パッチ画像の中から１つ選択されてもよいし、複数の設計パッチ画像の平均画像など、新たなに算出される画像でもよい。各代表点をノードとして、木構造が形成される。
具体的に図１２の例では、小領域ａおよびｂの代表点１２０２－１と、小領域ｃ、ｄおよびｅの代表点１２０２－２が同一層のノードとして形成される。代表点１２０２－１の下位層として、小領域ａの代表点１２０３－１と、小領域ｂの代表点１２０３－２とが同一層のノードとして形成される。同様に、代表点１２０２－２の下位層として、小領域ｃの代表点１２０３－３と、小領域ｄおよびｅの代表点１２０３－４とが同一層のノードとして形成される。さらに代表点１２０３－４の下位層として、小領域ｄの代表点１２０４－１と小領域ｅの代表点１２０４－２とが同一層のノードとして形成される。

次に、パッチ探索部１０４が木構造に基づいて設計パッチ画像を探索する一例について、図１３を参照して説明する。
図１３は、図１２と同様の辞書データの木構造を示す。ここで、パッチ探索部１０４は、探索画像１３０１と、木構造のノードを形成する代表点とを比較し、パターンが類似するノードを下位層に向かって順に辿る。具体的に図１３の例では、木構造の一番上の層の２つの代表点１２０２－１および１２０２－２とのそれぞれの類似度を比較、例えば画像間の距離を計算する。ここでは、代表点１２０２－２のほうが探索画像と距離が近い（つまり類似する）場合を想定し、パッチ探索部１０４は、探索画像と代表点１２０２－２の下位層（代表点１２０３－３および１２０３－４）との間の距離を計算する。ここで、探索画像が代表点１２０３－４との距離が近い場合を想定し、同様に、探索画像と代表点１２０３－４の下位層（代表点１２０４－１および１２０４－２）との間の距離を計算する。ここで最終的に探索画像と代表点１２０４－２との距離が近いと想定すると、パッチ探索部１０４は、図１３の破線の囲みで示すように、代表点１２０４－２の小領域ｅに含まれる設計パッチ画像とのみ、探索画像との距離計算を行なえばよい。

上述の様に、図１２および図１３に示す木構造によれば、パッチ探索部１０４は、探索画像に一致する撮影パッチ画像を探索する際、類似するパターンを有する設計パッチ画像について木構造を辿って探索することにより、木構造の上位層から順にたどることで探索回数（距離計算）を減らすことができる。これは、辞書データに格納されるデータ数が多いほど実益があり、探索時間が短縮でき、探索効率を向上させることができる。

なお、木構造の構築段階または更新段階において、ノード画像が同一、つまり重複するノード画像は１つのペアが存在すればよいため、画像の類似度が閾値以上となる複数のノード画像（設計パッチ画像および対応する撮影パッチ画像）は削除されてもよい。また、ノード画像に対して平準化処理が行なわれてもよい。例えば、木構造の構築段階または更新段階において、ノード画像である設計パッチ画像では同一の画像であるが、対応する撮影パッチ画像は実際に撮影した画像であるため、撮影パッチ画像は輝度などが異なる場合がありうる。よって、画像の類似度が閾値以上となるノード画像を１つとし、ノード画像である設計パッチ画像にそれぞれ紐付く撮影パッチ画像を平均化することで、ノード画像を減らし、辞書データのデータサイズを減らすことができる。

なお、図１２および図１３の例では、パッチ画像に含まれる検査対象の形状（凹凸、直線であるか曲線であるかといった曲率度など）の類似度に基づく木構造を想定したが、輝度値の分布など他の類似度指標を基準として木構造を構築し、辞書データとして保持してもよい。

また、図１２および図１３の例では、木構造のノードでの分岐に小領域の代表点との類似度を用いたが、探索画像がどちらの小領域に属するかを判定できるルールであれば何でもよい。例えば、領域を分割する超平面を利用してもよく、この場合は各ノードに代表点の代わりに超平面を保存しておくと同様の処理が行なえる。

他にも、木構造を用いずに探索を効率化する方法もある。例えば、図１２で一番小さい領域の代表点（１２０３－１、１２０３－２、１２０３－３、１２０４－１、１２０４－２）を保存しておき、パッチ探索部１０４による探索時は探索画像とそれぞれの代表点の距離計算をして探索画像が属する小領域を特定することも可能である。

以上に示した第１の実施形態によれば、第１撮影パッチ画像よりも広い画像領域の情報を含む複数の第１設計パッチ画像の中から、第２設計画像の部分画像である探索画像と類似する第２設計パッチ画像を探索し、第１撮影パッチ画像を用いて欠陥のない疑似的な撮影画像である参照画像を生成する。これにより、辞書データに含まれる撮影画像の撮影状態によらない適切な撮影パッチ画像を選択でき、結果として高精度な参照画像を生成することができ、高精度な欠陥検査を支援できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、参照画像を用いて検査対象の撮影画像について欠陥検査を行なう。
第２の実施形態に係る欠陥検査装置について図１４のブロック図を参照して説明する。
第２の実施形態に係る欠陥検査装置１０は、辞書格納部１０１と、設計画像取得部１０２と、探索画像生成部１０３と、パッチ探索部１０４と、参照画像生成部１０５と、撮影画像取得部１０６と、推定部１０７と、辞書更新部１０８とを含む。

辞書格納部１０１と、設計画像取得部１０２と、探索画像生成部１０３と、パッチ探索部１０４と、参照画像生成部１０５とは、第１の実施形態と同様でるため、ここでの説明は省略する。

撮影画像取得部１０６は、例えば外部から、第２設計データ（または第２設計画像）に基づき製造された第２検査対象を撮影した画像である第２撮影画像を取得する。

推定部１０７は、撮影画像取得部１０６から第２撮影画像を、参照画像生成部１０５から第２設計画像に基づき生成された参照画像をそれぞれ受け取り、参照画像をマスクとして第２撮影画像に重畳する。推定部１０７は、参照画像と第２撮影画像との画素値の差分が閾値以上となる場合、第２撮影画像には欠陥があると推定する。

辞書更新部１０８は、推定結果が誤りである場合に辞書データを更新する。例えば、推定部１０７において欠陥と判定されたが、実際は欠陥ではない場合、該当部分の参照画像に不備があり、欠陥と判定されてしまった第２撮影画像の部分画像に対応する設計パッチ画像および撮影パッチ画像のペアが辞書データにないといえる。よって、該当部分に関する第２設計パッチ画像および撮影パッチ画像のペアを取得して更新する。

また、辞書更新部１０８は、辞書データをメンテナンスしてもよい。例えば、欠陥検査装置１０で複数回検査を実行している場合、辞書データにおいてパッチ画像ごとの選択頻度を算出できる。よって、辞書更新部１０８は、探索画像に類似する設計パッチ画像として選択される頻度が閾値以下の設計パッチ画像および撮影パッチ画像のペアを辞書データから削除してもよい。

また、設計画像および対応する撮影画像の全体と、切り出し位置を特定する位置情報とを辞書データで保持する場合、辞書更新部１０８は、選択頻度が閾値以下の設計パッチ画像の切り出し位置に異なる設計パッチ画像を貼り付けた合成画像を、辞書データで保持させてもよい。つまり、設計画像自体は、何らかの検査対象を示すものではない部分画像の集合となるが、無駄な画像領域を有効活用できる。このように辞書データをメンテナンスすることで、できるだけ辞書データ内のパッチ画像およびデータ量を減らしつつ、辞書の精度を維持することができる。

以上に示した第２の実施形態によれば、検査対象を撮影した第２撮影画像に対し、第２設計画像に基づき生成された参照画像をマスクとして欠陥検査を行なうことで、高精度の欠陥検査を実現できる。また、欠陥の推定結果に応じて辞書データをメンテナンスすることで、辞書データのデータ量を減らしつつ、辞書の精度を維持することができる。すなわち、高精度の欠陥検査を支援できる。

次に、上述の実施形態に係る欠陥検査装置１０のハードウェア構成の一例を図１５に示す。
欠陥検査装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）５２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５３と、ストレージ５４と、表示装置５５と、入力装置５６と、通信装置５７とを含み、それぞれバスにより接続される。

ＣＰＵ５１は、プログラムに従って演算処理および制御処理などを実行するプロセッサである。ＣＰＵ５１は、ＲＡＭ５２の所定領域を作業領域として、ＲＯＭ５３およびストレージ５４などに記憶されたプログラムとの協働により各種処理を実行する。

ＲＡＭ５２は、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）などのメモリである。ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１の作業領域として機能する。ＲＯＭ５３は、プログラムおよび各種情報を書き換え不可能に記憶するメモリである。

ストレージ５４は、ＨＤＤ等の磁気記録媒体、フラッシュメモリなどの半導体による記憶媒体、または、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）などの磁気的に記録可能な記憶媒体、または光学的に記録可能な記憶媒体などにデータを書き込みおよび読み出しをする装置である。ストレージ５４は、ＣＰＵ５１からの制御に応じて、記憶媒体にデータの書き込みおよび読み出しをする。

表示装置５５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示デバイスである。表示装置５５は、ＣＰＵ５１からの表示信号に基づいて、各種情報を表示する。
入力装置５６は、マウスおよびキーボード等の入力デバイスである。入力装置５６は、ユーザから操作入力された情報を指示信号として受け付け、指示信号をＣＰＵ５１に出力する。
通信装置５７は、ＣＰＵ５１からの制御に応じて外部機器とネットワークを介して通信する。

上述の実施形態の中で示した処理手順に示された指示は、ソフトウェアであるプログラムに基づいて実行されることが可能である。汎用の計算機システムが、このプログラムを予め記憶しておき、このプログラムを読み込むことにより、上述した欠陥検査装置の制御動作による効果と同様な効果を得ることも可能である。上述の実施形態で記述された指示は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ±Ｒ、ＤＶＤ±ＲＷ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）Ｄｉｓｃなど）、半導体メモリ、又はこれに類する記録媒体に記録される。コンピュータまたは組み込みシステムが読み取り可能な記録媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。コンピュータは、この記録媒体からプログラムを読み込み、このプログラムに基づいてプログラムに記述されている指示をＣＰＵで実行させれば、上述した実施形態の欠陥検査装置の制御と同様な動作を実現することができる。もちろん、コンピュータがプログラムを取得する場合又は読み込む場合はネットワークを通じて取得又は読み込んでもよい。
また、記録媒体からコンピュータや組み込みシステムにインストールされたプログラムの指示に基づきコンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）や、データベース管理ソフト、ネットワーク等のＭＷ（ミドルウェア）等が本実施形態を実現するための各処理の一部を実行してもよい。
さらに、本実施形態における記録媒体は、コンピュータあるいは組み込みシステムと独立した媒体に限らず、ＬＡＮやインターネット等により伝達されたプログラムをダウンロードして記憶または一時記憶した記録媒体も含まれる。
また、記録媒体は１つに限られず、複数の媒体から本実施形態における処理が実行される場合も、本実施形態における記録媒体に含まれ、媒体の構成は何れの構成であってもよい。

なお、本実施形態におけるコンピュータまたは組み込みシステムは、記録媒体に記憶されたプログラムに基づき、本実施形態における各処理を実行するためのものであって、パソコン、マイコン等の１つからなる装置、複数の装置がネットワーク接続されたシステム等の何れの構成であってもよい。
また、本実施形態におけるコンピュータとは、パソコンに限らず、情報処理機器に含まれる演算処理装置、マイコン等も含み、プログラムによって本実施形態における機能を実現することが可能な機器、装置を総称している。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…欠陥検査装置、２１，８３－１，８３－２…設計パッチ画像、２２，８４－１，８４－２，１１０２，１１０６…撮影パッチ画像、２３，３２…領域、５１…ＣＰＵ、３１，１１００，１２０１…設計パッチ画像、５２…ＲＡＭ、５３…ＲＯＭ、５４…ストレージ、５５…表示装置、５６…入力装置、５７…通信装置、４１，８１…設計画像、４２…撮影画像、８２－１，８２－２，１１０１…探索画像、８５…参照画像領域、８６…切り出し位置、８７…対応位置、９１（９１－１～９１－５）…参照部分画像、９２…画素位置、１０１…辞書格納部、１０２…設計画像取得部、１０３…探索画像生成部、１０４…パッチ探索部、１０５…参照画像生成部、１０６…撮影画像取得部、１０７…推定部、１０８…辞書更新部、１１０３，１１０５…対象領域、１１０４…縮小設計パッチ画像、１２０２～１２０４…代表点。

Claims (16)

1. 設計ソフトウェアにより作成された第１設計データに基づく第１設計画像と、前記第１設計データに基づき製造された欠陥がない第１検査対象を撮影した画像であって、前記第１設計画像に対応する第１撮影画像とを紐付けた辞書データを格納する格納部と、
   前記設計ソフトウェアにより作成された第２設計データに基づく第２設計画像を取得する第１取得部と、
   前記辞書データを参照して、前記第２設計画像と類似する第１設計画像を探索する探索部と、
   前記類似する第１設計画像に紐付く第１撮影画像を用いて、前記第２設計データに基づく欠陥がない場合の第２検査対象の疑似撮影画像である参照画像を生成する生成部と、
   を具備し、
   前記第１設計画像は、前記第１撮影画像よりも広い画像領域の情報を含む、欠陥検査装置。
2. 前記第１設計画像のサイズは、前記第１撮影画像のサイズよりも大きい、請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記第１設計画像は、前記第１撮影画像よりも大きい領域に対して、前記第１設計画像の周辺画素の情報が前記第１設計画像内に含まれるフィルタ処理が行なわれた画像である、請求項１に記載の欠陥検査装置。
4. 前記第１設計画像は、前記第１設計データに基づく設計画像全体のうちの部分画像であり、
   前記第１撮影画像は、前記第１検査対象を撮影した撮影画像全体のうちの前記第１設計画像に対応する部分画像である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
5. 前記格納部は、
   前記第１設計データに基づく設計画像全体と、前記第１設計画像となる前記設計画像全体からの切り出し位置を特定する第１位置情報と、前記欠陥のない第１検査対象を撮影した撮影画像全体と、前記第１撮影画像となる前記撮影画像全体からの切り出し位置を特定する第２位置情報とをそれぞれ対応付けて前記辞書データとして格納する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
6. 前記第２設計データに基づき製造された第２検査対象を撮影した画像である第２撮影画像を取得する第２取得部と、
   前記第２撮影画像と前記参照画像とを比較して前記第２検査対象の欠陥位置を推定する推定部と、をさらに具備する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
7. 前記探索部は、前記第２設計画像の一部である探索画像を切り出し、前記探索画像と類似する第１設計画像を探索し、
   前記生成部は、前記類似する第１設計画像に紐付く第１撮影画像を、前記探索画像の切り出し位置に対応させて貼り付けることで前記参照画像を生成する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
8. 前記生成部は、複数の第１撮影画像が重畳した画素位置において、各第１撮影画像の中心からの距離に応じて画素値を重み付けすることにより、前記参照画像の前記画素位置の画素値を算出する、請求項７に記載の欠陥検査装置。
9. 前記生成部は、複数の第１撮影画像が重畳した画素位置において、前記探索画像と第１設計画像との類似度に応じて各第１撮影画像の画素値を重み付けすることにより、前記参照画像の前記画素位置の画素値を算出する、請求項７または請求項８に記載の欠陥検査装置。
10. 前記探索部は、前記類似する第１設計画像を前記切り出し位置に対して小数画素精度で位置合わせすることで対応位置を決定し、
    前記生成部は、前記類似する第１設計画像に紐付く第１撮影画像を前記対応位置に貼り付ける、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
11. 前記格納部は、複数の前記第１設計画像を木構造で保持した前記辞書データを格納し、
    前記木構造の構築段階または更新段階において、画像の類似度が閾値以上となる複数の第１設計画像が削除または平準化される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
12. 前記格納部は、複数の前記第１設計画像を木構造で保持した前記辞書データを格納し、
    前記木構造の構築段階または更新段階において、前記画像の類似度が閾値以上となる複数の第１設計画像それぞれに紐付く第１撮影画像が平均化される、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
13. 前記類似する第１設計画像として選択される頻度が閾値以下となる第１設計画像と対応する第１撮影画像とを前記辞書データから削除する更新部をさらに具備する、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。
14. 前記格納部は、
    前記設計画像全体として、前記類似する第１設計画像として選択される頻度が閾値以下となる第１設計画像の前記切り出し位置に、他の第１設計画像の部分画像を貼り付けた合成画像を格納する、請求項５に記載の欠陥検査装置。
15. 設計ソフトウェアにより作成された第１設計データに基づく第１設計画像と、前記第１設計データに基づき製造された欠陥がない第１検査対象を撮影した画像であって、前記第１設計画像に対応する第１撮影画像とを紐付けた辞書データを格納部に格納し、
    前記設計ソフトウェアにより作成された第２設計データに基づく第２設計画像を取得し、
    前記辞書データを参照して、前記第２設計画像と類似する第１設計画像を探索し、
    前記類似する第１設計画像に紐付く第１撮影画像を用いて、前記第２設計データに基づく欠陥がない場合の第２検査対象の疑似撮影画像である参照画像を生成し、
    前記第１設計画像は、前記第１撮影画像よりも広い画像領域の情報を含む、欠陥検査方法。
16. コンピュータを、
    設計ソフトウェアにより作成された第１設計データに基づく第１設計画像と、前記第１設計データに基づき製造された欠陥がない第１検査対象を撮影した画像であって、前記第１設計画像に対応する第１撮影画像とを紐付けた辞書データを格納する格納手段と、
    前記設計ソフトウェアにより作成された第２設計データに基づく第２設計画像を取得する取得手段と、
    前記辞書データを参照して、前記第２設計画像と類似する第１設計画像を探索する探索手段と、
    前記類似する第１設計画像に紐付く第１撮影画像を用いて、前記第２設計データに基づく欠陥がない場合の第２検査対象の疑似撮影画像である参照画像を生成する生成手段として機能させるための欠陥検査プログラムであって、
    前記第１設計画像は、前記第１撮影画像よりも広い画像領域の情報を含む、欠陥検査プログラム。