JPH07146249A

JPH07146249A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH07146249A
Application number: JP5295605A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Okita; 晋一沖田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】着目画素を囲む複数画素のウインドウ画像に
よってパターンの形状の種類を判別し、かつパターン形
状を代表する少なくとも１つの画素を選択し、設計デー
タから参照多値パターンデータを精度よく、かつ簡易な
回路で作成する。【構成】ＰＲＯＭａ１０１〜１０９と、ＰＲＯＭｂ１
１と、マルチプレクサ１２と、遅延装置１３と、ＰＲＯ
Ｍｃ１４とを有する欠陥検査装置において、３×３個の
各画素ごとに設けられるＰＲＯＭａ１０１〜１０９から
は、０、１６、それ以外の値を区別する２ビットデータ
が出力され、そのデータに応じてＰＲＯＭｂ１１からは
１６８通りのパターン種別のいずれかが出力される。マ
ルチプレクサ１２はＰＲＯＭｂ１１の出力に応じて黒三
角部分の画素位置を検出し、ＰＲＯＭｃ１４はＰＲＯＭ
ｂ１１で選択されたパターン種別と黒三角部分のデータ
により、着目画素の参照パターンデータを８ビットデー
タとして出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レチクル、マスクまた
はプリント基板等の配線パターンの外観検査に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】レチクル、マスクまたはプリント基板等
の設計情報から、パターンの位置や形状を抽出した参照
パターンデータと、検査対象である被検査物をＣＣＤラ
インセンサ等で順次撮像して得られた被検査パターンデ
ータとを比較し、被検査物にパターンの欠陥がないか否
かを判定する欠陥検査装置が知られている（例えば特開
昭５８−１３４４２９号公報参照）。

【０００３】この種の欠陥検査装置において、例えば１
／２画素までのパターンの欠陥、ミスサイズ、位置ずれ
（例えばパターンのエッジ部分）を検出するためには、
設計データ内のＸ，Ｙ実数座標値の小数点以下を活用
し、２値データとして１／４画素のメッシュに分割して
展開する必要がある。このとき、検出欠陥サイズに応じ
て、設計データを細かく分割したのでは、検査時間およ
びハードウェアの増大につながる。このため、設計デー
タの小数点以下の座標値を活用し、設計多値データを効
率よく作成する手法が考えられる。

【０００４】また、パターンのエッジの方向性を考慮に
入れた欠陥検出をするためには、縦ｐ画素、横ｑ画素の
複数画素（以下、この単位をウインドウと呼ぶ）を単位
として比較を行なう必要がある。一方、被検査物をＣＣ
Ｄラインセンサで撮像して被検査パターンデータを作成
する際には、ＣＣＤラインセンサによるデータ取り込み
ずれや量子化誤差等により、参照パターンデータとのず
れが生じる。このため、ウインドウ内に一つのパターン
しかない場合、そのパターンがステージのぶれ等による
ＣＣＤ撮像ずれの範囲内でずれると、そのずれがパター
ンのミスサイズや位置ずれによって生じたのか、量子化
誤差等によって生じたのか、あるいは単なるＣＣＤ撮像
ずれによるものなのか判別できない。したがって、ミス
サイズや位置ずれに関して精度よく欠陥検出を行なうた
めには、ウインドウの単位を大きくして、ウインドウ内
に複数のパターンを含ませる必要がある。例えば、ウイ
ンドウ内に図２９に示すように２本の線パターンがあ
り、そのうちの１本だけが点線位置に位置ずれを起こし
ている場合、位置ずれを起こしていないパターンを基準
とすることで、位置ずれを起こしているパターンの欠陥
検出が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】設計データからメッシ
ュ分割した２値化データをデータ変換用のルックアップ
テーブルを用いて作成する際、パターンエッジ信号の立
ち上がり幅を約３画素として、多値化の精度を上げるた
めに１／４画素までのメッシュ分割を行うとすると、１
画素につき３×３のマトリクスで計（２^4・4）⁹＝２¹⁴⁴
通りものルックアップテーブルが必要となる。一方、多
値化（８ビット）の精度を上げるため、ｍ×ｍ画素マト
リクスに対して１／ｎ画素までのメッシュに細かく分割
する場合、従来は（２^n・n）^m・m×８ビットもの膨大なル
ックアップテーブル用のＲＯＭを必要としていた。

【０００６】本発明の目的は、着目画素を囲む複数の画
素からなるウインドウ画像によってパターンの形状の種
類を判別するとともに、パターンの形状を代表する少な
くとも１つの画素を選択することで、設計データから参
照多値パターンデータを精度よく、かつ簡易な回路構成
で作成する欠陥検査装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】実施例を示す図２に対応
づけて本発明を説明すると、本発明は、設計情報に基づ
いて被検査物に形成された被検査パターンを撮像して得
られる被検査パターンデータと前記設計情報に基づいて
作成された参照パターンデータとを比較して被検査パタ
ーンの欠陥を検出する欠陥検査装置に適用され、設計情
報に基づいて作成した画素のデータであって、それぞれ
の画素に含まれるパターンの割合に応じて定められた多
値データ群の中から、ウインドウ画像を形成する、着目
画素および該着目画素を囲む複数の画素に対応する多値
データを順次抽出する多値データ抽出手段１０と、該多
値データ抽出手段により抽出された多値データを所定の
複数の閾値により分類し、それぞれの分類を示す識別デ
ータを出力するデータ分類手段１０１〜１０９と、該識
別データに基づいて、ウインドウ画像内に含まれるパタ
ーンの形状の種類を判別する判別手段１１と、該判別手
段１１による判別結果に基づいて、着目画素および該着
目画素を囲む複数の画素の中から、ウインドウ画像に含
まれるパターンの形状を代表する少なくとも１つの画素
を選択する選択手段１１、１２と、判別手段によって判
別されたパターンの形状の種類と選択手段により選択さ
れた画素に対応する多値データとに基づいて、着目画素
に対応する多値データを作成し、参照パターンデータと
して出力する参照パターンデータ作成手段１４とを備え
ることによって上記目的は達成される。

【０００８】

【作用】多値データ抽出手段によって抽出された、ウイ
ンドウ画像を形成する、着目画素および着目画素を囲む
複数の画素に対応する多値データはデータ分類手段に入
力される。データ分類手段は、所定の複数の閾値で分類
された識別データを出力する。その識別データに基づい
て判別手段はパターンの形状の種類を判別し、その結果
に基づいて、選択手段はウインドウ画像に含まれるパタ
ーンの形状を代表する少なくとも１つの画素を選択す
る。参照パターンデータ作成手段は、判別手段によって
判別されたパターンの形状の種類と、選択手段によって
選択された画素に対応する多値データに基づいて、着目
画素に対応する多値データである参照パターンデータを
作成する。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１０】

【実施例】図１は欠陥検査装置のブロック図である。図
１において、１は不図示の被検査物（例えば、レチクル
パターン）の設計データ情報を１画素単位で出力する参
照多値データ出力装置である。以下、この参照多値デー
タ出力装置１から出力されるデータを参照多値データと
呼ぶ。２は被検査物の所定箇所を順次撮像し、撮像した
画像データ（以下、被検査多値データと呼ぶ）を出力す
る撮像装置である。被検査物であるレチクルは不図示の
ステージの上に載置され、このステージを移動させるこ
とにより不図示のＣＣＤラインセンサはレチクルの所定
箇所を撮像する。３は被検査多値データを遅延させる遅
延回路であり、この遅延回路３によって被検査多値デー
タと参照多値データとの同期がとられる。４は参照多値
データと被検査多値データとの１画素以上の位置ずれを
調整する整数ピクセル補間回路である。５はステージの
ぶれ等によって生じる参照多値データと被検査多値デー
タとの１画素未満の位置ずれを調整する副ピクセル補間
回路である。この副ピクセル補間回路５によって１画素
未満の誤差が検出されると、参照多値データを修正して
修正データを作成することにより位置合わせを行なう。
６は修正データと被検査多値データとを比較してその誤
差を検出する誤差検出回路である。７は誤差検出回路６
で検出された誤差が所定値以下か否かを判定して欠陥検
出を行なう比較回路である。８は比較回路７で検出され
た欠陥情報を格納する記憶装置である。

【００１１】図２は本発明による参照多値データ出力装
置１の一実施例のブロック図である。参照多値データ出
力装置１は、パターンの設計データ情報を各画素ごとに
８ビットの多値データとして出力する。図２において、
１０は画素内データ出力回路であり、設計データのＸ，
Ｙ座標値の小数点以下の情報を活用して設計データを１
／４画素単位で区分けし、各１／４画素内にパターンが
あればその１／４画素値を「１」、パターンがなければ
１／４画素値を「０」とし、１画素内の４×４＝１６個
の１／４画素値の総和（０〜１６のいずれか）を算出
し、その値（以下、１画素内総和データと呼ぶ）を５ビ
ットデータとして出力する。

【００１２】１０１〜１０９は１画素内総和データが
「０」、「１６」またはそれ以外の値のいずれであるか
を２ビットデータとして出力するＰＲＯＭａである。Ｐ
ＲＯＭａ１０１〜１０９は３×３画素の各画素ごとに割
り当てられ、例えば、ＰＲＯＭａ１０１は３×３画素中
の左上隅の画素に対応する。１１はＰＲＯＭａ１０１〜
１０９から出力された２ビットデータに基づいてパター
ン分類を行なうＰＲＯＭｂである。このＰＲＯＭｂ１１
は、入力された３×３画素が図３に示す予め用意された
パターン種別のうちのどれに相当するかを選択し、その
結果を８ビットデータとして出力する。レチクル上のパ
ターンは任意角度で折れ曲がることはなく、通常は４５
度単位で折れ曲がるため、図３では、４５度方向（０
度、４５度、９０度、１３５度・・・）以外のパターン
はないと仮定している。また、１画素以下の線幅のパタ
ーンや、パターン間隔またはパターン段差が１画素以下
のものもないと仮定している。

【００１３】そのようにして３×３画素を単位としてパ
ターン分類を行なうと、図３に示すように、全部で１６
８通りのパターン種別が考えられる。「０」と書かれた
箇所はその画素位置にパターンがない場合、「１６」と
書かれた箇所はその画素全体にパターンがある場合、黒
三角または白三角が描かれた箇所はその画素の一部にパ
ターンがある場合を示す。

【００１４】図３において、（１）は３×３画素のうち
左上隅の１画素だけにパターンがない例を示す。パター
ン種別の数を削減するため、右上隅、左下隅、右下隅の
いずれかの１画素だけにパターンがない場合も（１）に
含めて分類する。（２）は（１）の逆の場合であり、左
上隅の１画素だけにパターンがある場合を示し、この
（２）には右上隅、左下隅、右下隅のいずれかの１画素
だけにパターンがある場合も含めて分類する。同様にし
て（３）〜（８）を分類する。（９）は図４の斜線部の
位置にパターンがある場合であり、黒三角が描かれた３
画素にパターンの境界が位置する。その３画素について
はパターンの含まれる度合によって１〜１５のいずれか
の値をとる。また、（９）の場合、Ｌ字型に並んだ黒三
角部分の向きによって図５に示す４通りが考えられた
め、図３の（９）の下に×４と書かれている。すなわ
ち、（９）は（１２）や（２）と同様に、パターンの方
向性を無視できるが、設計データ側に小数点以下の位置
情報がある場合には、実用上同じパターン情報でもパタ
ーンの方向により変換多値データを多少変えた方が望ま
しいため、×４としている。（１０）はパターンのある
位置が（９）と逆の場合である。以下同様にして、（１
１）〜（３９）を分類する。

【００１５】図３において、白三角が描かれた箇所は、
その部分の１画素内総和データの値を無視することを示
す。例えば（２９）は図６の斜線部の位置にパターンが
ある場合であり、白三角部分のデータがなくても、図６
に示すパターンの形状を特定できるため、白三角部分の
１画素内総和データを無視する。また、図３に示すよう
に、１画素内総和データが１〜１５の値をとる箇所（黒
三角部分）は、各パターン種別ごとに最大３箇所と、多
値化するのに必要最小限の数にしている。なお、図３で
は、例えば図７に示すようなパターン種別は除外してい
る。これは分類を行なう前提として、１画素以下のパタ
ーンの段差やパターン間隔は存在しないと仮定している
からである。

【００１６】このように、３×３画素を単位としたパタ
ーン形状は、９画素とも０〜１６のいずれかの値をとる
ため、本来なら１７⁹もの組合せが考えられるが、図１
の参照多値データ出力装置１では、その組合わせを図３
のように１６８通りに限定している。したがって回路規
模を大幅に縮小させることができ、コスト低減が図れる
とともに、参照多値データ作成に要する処理時間を短縮
できる。

【００１７】図２に戻って、１２は、ＰＲＯＭｂ１１で
選択されたパターン種別ごとに、黒三角部分のデータの
画素位置とそのデータ値を選択するマルチプレクサであ
る。例えば、図３の（１７）の場合、左上隅の１画素内
総和データ値がマルチプレクサから出力される。なお、
黒三角部分のデータは１〜１５のいずれかの値をとるた
め、マルチプレクサ１２には１画素内総和データ５ビッ
トのうち、下位４ビットが遅延回路１３を介して入力さ
れる。

【００１８】１４は（１）式に示す演算を行なうことに
より参照多値データを作成し、その結果を８ビットの多
値データとして出力するＰＲＯＭｃである。

【数１】（１）式において、Ｉ_ijはレチクルパターンの像強度分
布を示し、ＰＲＯＭｃ１４に入力されるデータに対して
所定の演算を施し、ＣＣＤラインセンサ上にレチクルの
像を結像するのに用いる光学レンズと同様の作用を行な
わせる。具体的には、算出した光学レンズの波面収差に
基づいて、瞳関数の自己相関または高速フーリエ変換等
を用いた光学伝達関数による演算を行ない（図８（ａ）
参照）、所定のサンプリング間隔ごとに像強度分布Ｉ_ij
（但し、１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｎ）を求める（図８
（ｂ）（ｃ）参照）。図８（ｃ）はＭ，Ｎをともに３と
した例を示す。

【００１９】一方、ＣＣＤラインセンサの感度分布は、
図８（ｄ）に示すように１画素内において一様でなく、
また、各画素の境界部分の約２０％は不感帯である。そ
こで、像強度分布Ｉ_ijとＣＣＤラインセンサの感度分布
との積和を算出し、この値をＣＣＤ画素内の各位置での
感度分布の総和で除算して規格化することにより、参照
多値データを作成する。光学系を通した像強度分布を算
出し、ＣＣＤの有効画素内感度分布特性を掛け合わせる
（１）式の演算は、図２のＰＲＯＭｃ１４の内部に設け
られたテーブルによって行なわれる。すなわち、図３に
示す１６８種類のそれぞれから最大３画素（１画素が４
ビットデータ）が選択されるため、６８７９６０通り
（２０ビット）分の（１）式の演算値を、予めＰＲＯＭ
ｃ１４内部のテーブルに格納しておく。例えば像強度分
布Ｉ_ijが図８（ｂ）の曲線ｃｂ１で示される場合、ＰＲ
ＯＭｃ１４から出力される参照多値データは、図８
（ｂ）の階段上のデジタル波形Ｌ１で表される。

【００２０】このように、参照多値データ出力装置１で
は、着目画素の周囲３×３画素の画素値を用いて着目画
素の画素値を決定するため、パターンのエッジ等のパタ
ーンの特徴を考慮に入れた精度の高い多値データを作成
できる。また、１画素内総和データを０、１６、黒三角
（０と１６以外）の３種類に分けることにより、３×３
画素のパターン種別を１６８種類に限定したため、パタ
ーン形状の分類が容易になる。さらに、各パターン種別
の中で特徴的な画素値を選択して参照多値データを作成
するため、回路規模の縮小化が図れる。

【００２１】図１において、参照多値データ出力装置１
から出力された参照多値データは整数ピクセル補間回路
４に入力される。この整数ピクセル補間回路４では、参
照多値データと被検査多値データとの１画素以上の位置
ずれが調整される。１画素以上の位置ずれを調整する方
法として、例えば図９に示すように、複数画素を単位と
したウインドウごとに参照多値データと被検査多値デー
タとを比較し、比較の結果検出されたずれ分だけ参照多
値データが格納されている不図示のメモリ上の格納位置
を移動させ、位置合わせを行なう方法が考えられる。し
かし、この場合、位置合わせ補正を行う範囲内のパター
ンのミスサイズ、位置ずれ欠陥を検出することは理論的
に不可能である。そこで、参照パターンを予め走査し
て、特徴的なパターン、例えばパターンエッジのある箇
所を検索し、その箇所のパターン形状と座標位置をテン
プレートとして登録しておく。次に被検査物を走査し、
登録されたテンプレートと同一形状を有する箇所の座標
位置を比較して１画素まで（整数ピクセル単位）の位置
合わせを行なう。通常、干渉計ステージを用いるため、
この検査前のプリスキャンによる位置合わせ後は、整数
ピクセルの位置合わせの必要はない。このような比較方
法はテンプレートマッチングとして広く知られている。
修正された参照多値データは副ピクセル補間回路５に入
力される。

【００２２】図１０は、レチクルを載置するステージの
ぶれや振動等によって生じる、１画素未満の位置ずれを
調整する副ピクセル補間回路５の回路図である。ステー
ジのぶれによる位置ずれが生じると、例えば図１１のよ
うに、本来は曲線ｃｂ２で表されるＣＣＤ出力が、曲線
ｃｂ３のようにずれて出力される（図１１は半画素ずれ
た例を示す）。図１１において、階段直線Ｌ２（実線）
は曲線ｃｂ２（実線）をサンプリングしてデジタル変換
した波形、階段直線Ｌ３（点線）は曲線ｃｂ３（点線）
をデジタル変換した波形である。このように、半画素位
相がずれるだけで、ＣＣＤ出力のサンプリング値は大き
く変化する。また、図８（ｄ）に示すように、ＣＣＤラ
インセンサの各画素の境界部分約２０％は不感帯であ
り、各画素の境界部分に近いほど感度が低下するため、
境界付近で撮像されたパターン情報には誤差が含まれて
いるおそれが大きい。したがって、ステージのぶれ等に
よる位置ずれを調整しないまま欠陥検出を行なうと、前
述したように、図１２（ｄ）のような欠陥を見逃すおそ
れがあり、さらに、正常パターンを欠陥として検出して
しまうおそれがある。以上の理由により、パターン欠陥
を精度よく検出するためには欠陥検出を行なう前に１画
素未満の位置合わせを行なう必要があり、この位置合わ
せは副ピクセル補間回路５によって行なわれる。

【００２３】図１０に示す副ピクセル補間回路５では、
欠陥検出を行なう単位（以下では、欠陥検出ウインドウ
と呼び、この実施例では３×３画素とする）よりも大き
い単位（以下では、補間係数決定ウインドウと呼び、本
実施例では９×９画素とする）ごとに１画素未満の位置
ずれを検出する（図１３参照）。この補間係数決定ウイ
ンドウは、欠陥パターンではなく、正常パターンに対し
て位置合わせを行わせるためのものである。例えば、図
１４の斜線部を欠陥検出ウインドウとすると、図１４に
示す９×９画素について１画素以下の位置ずれを検出
し、そのずれ量に応じて欠陥検出ウインドウの位置合わ
せを行なう。この補間係数決定ウインドウの大きさは検
出したい欠陥の大きさに応じて決められ、そのウインド
ウ内において、欠陥パターン部分よりも正常パターン部
分の面積の方が大きくなるように定める。通常は、補間
係数決定ウインドウの大きさを、欠陥検出ウインドウの
３〜５倍の大きさに設定する。

【００２４】図１０に示す副ピクセル補間回路５は、Ｘ
方向の±１画素未満の位置合わせをするための補間係数
を選択するＸ方向補間係数決定回路５１と、Ｙ方向の±
１画素未満の位置合わせをするための補間係数を選択す
るＹ方向補間係数決定回路５２と、Ｘ方向補間係数決定
回路５１およびＹ方向補間係数決定回路５２によって選
択された補間係数を用いて参照多値データを修正する補
間データ作成回路５３とから成る。Ｘ方向補間係数決定
回路５１、Ｙ方向補間係数決定回路５２では、±１／４
画素ごとに参照多値データをずらした修正データを作成
する。Ｘ方向Ｙ方向とも、参照多値データと被検査多値
データとの間に位置ずれがないときの補間係数を０、＋
１／４画素の位置ずれがあるときの補間係数を＋１／
４、＋１／２画素の位置ずれがあるときの補間係数を＋
１／２、−１／４画素の位置ずれがあるときの補間係数
を−１／４、−１／２画素の位置ずれがあるときの補間
係数を−１／２とする。このように、副ピクセル補間回
路５では、被検査多値データと５種類の補間係数によっ
て修正された参照多値データとをそれぞれ比較し、その
中で被検査多値データとの相関が最も高い補間係数を選
択する。

【００２５】なお、補間係数はＸＹの両方向とも５種類
ずつあるため、そのすべての組合わせは２５通りある。
しかし、２５通りのすべての組合わせについて被検査多
値データとの比較を行なうと回路規模が大きくなるた
め、ＸＹの両方向についてパターンのエッジ成分を強調
させる微分データを作成し、その微分データを用いてＸ
Ｙ方向別々に、それぞれ５通りの補間係数で参照多値デ
ータを修正して比較を行なう。これにより補間係数の組
合わせは１０通りに減少し、また、パターンのエッジ成
分を強調させるデータに変換して比較を行なうため、効
率的かつ精度のよい位置合わせを行なえる。

【００２６】図１０に示すＸ方向補間係数決定回路５１
において、５０１はＹ方向微分フィルタで参照多値デー
タを微分することにより、参照多値データのＸ方向エッ
ジ成分を強調させるＡＳＩＣａ（以下、ＡＳＩＣａ５０
１の出力をＸ微分参照データと呼ぶ）である。このＡＳ
ＩＣａ５０１の内部の回路図は図１５に示される。図１
５において、１００１〜１００３は係数レジスタであ
り、図１６（ａ）に示すような微分フィルタ係数が設定
される。この係数レジスタ１００１〜１００３には任意
の微分フィルタ係数値を設定することができる。微分フ
ィルタ係数と参照多値データがそれぞれ図１６（ａ）
（ｂ）に示されるような場合、ＡＳＩＣａ５０１では
（２）式に示す積和演算が行なわれ、これにより３×３
画素単位で参照多値データが微分される。

【数２】Ａ×Ｄ11＋Ｂ×Ｄ21＋Ｃ×Ｄ31＋Ｄ×Ｄ12＋Ｅ×Ｄ22 ＋Ｆ×Ｄ32＋Ｇ×Ｄ13＋Ｈ×Ｄ23＋Ｉ×Ｄ33 ・・・（２）

【００２７】図１７は、（２）式の演算を行なう際の、
ＡＳＩＣａ５０１の内部の動作を説明する図であり、図
１８は、不図示のクロック端子からクロックが入力され
るたびに、図１７の各加算器１０１６〜１０２４の出力
がどのように変化するかを示す図である。（２）式の微
分フィルタ係数と参照多値データはそれぞれ図１７に示
すように設定される。ＡＳＩＣａ５０１に最初のクロッ
クが入力されると、まず図１７の５ａで積和演算が開始
され、図１８の(1)に示す演算が行なわれる。クロック
が３つ入力されると、加算器１０１８から図１８の(3)
に示す結果が出力される。この演算結果は加算器１０１
９に入力され、次のクロックから図１７の５ｂで積和演
算が行なわれる。そして３クロック後に加算器１０２１
から図１８の(6)に示す結果が出力される。この演算結
果は加算器１０２２に入力され、次のクロックから図１
７の５ｃで積和演算が行なわれる。そして３クロック後
に加算器１０２４から図１８の(9)に示す演算結果が出
力され、これにより図１６（ｂ）において、二重枠で囲
んだ３×３画素の参照多値データの微分結果が出力され
る。次のクロックが入力されると、図１８の(10)に示す
ように、図１６（ｂ）の二重枠を右に１画素ずらした３
×３画素の微分結果が加算器１０２４から出力され、以
下クロックが入力されるたびに１画素ずつ右にずらした
３×３画素の微分結果が加算器１０２４から出力され
る。

【００２８】このようにＡＳＩＣａ５０１では、クロッ
クが入力されるたびに異なる３×３画素の微分結果を順
次出力する、いわゆる微分演算のパイプライン処理が行
なわれる。また、ＡＳＩＣａ５０１は図１９に示すよう
に複数個連続して接続（以下カスケード接続と呼ぶ）す
ることができ、その場合、図１９に示す左側のＡＳＩＣ
ａのカスケードＯＵＴ端子を右側のＡＳＩＣａのカスケ
ードＩＮ端子に接続する。右側のＡＳＩＣａの加算器１
０２４（図１５参照）からの出力は、シフタ１０２５を
介して加算器１０２６に入力され、カスケードＩＮ端子
に入力されたデータ（図１９の左側のＡＳＩＣａの積和
結果）と加算される。その加算結果は整流器１０２７と
シフタ１０２８を介してカスケードＯＵＴ端子から出力
される。図１９に示すように、ＡＳＩＣａ５０１は任意
の数だけカスケード接続できるため、任意の複数画素を
単位とする積和演算、すなわち微分演算が可能となる。

【００２９】なお、ＡＳＩＣａ５０１は図１５に示すよ
うに、データＯＵＴ端子を備えており、このデータＯＵ
Ｔ端子からは、データＩＮに入力された参照多値データ
またはそのデータをＰＳＲ１０１３〜１０１５で所定時
間だけ遅延させたデータのいずれかがマルチプレクサ１
０２９で選択されて出力される。このように、ＡＳＩＣ
ａ５０１では、８ビットデータの遅延も行なうことがで
きる。

【００３０】図１０に戻って、５０２はＹ方向微分フィ
ルタで被検査多値データを微分することにより、被検査
多値データのＸ方向エッジ成分を強調させるＡＳＩＣａ
（以下、ＡＳＩＣａ５０２の出力をＸ微分被検査データ
と呼ぶ）である。このＡＳＩＣａ５０２には、ＡＳＩＣ
ａ５０１と等しい微分係数が設定されており、（２）式
と同様の処理が行なわれる。５０３〜５０６は、ＡＳＩ
Ｃａ５０１からのＸ微分参照データをそれぞれ異なる補
間係数によって修正するＰＲＯＭｄである。ＰＲＯＭｄ
５０３〜５０６には、図２０（ａ）に示すように、Ｘ方
向に隣り合うＸ微分参照データがそれぞれ入力される。
このうち、左（Ｘ軸の負方向）のＸ微分参照データＰ_L
はＡＳＩＣａ５０１から入力され、中央のＰ_Cはフリッ
プフロップ（以下、Ｆ／Ｆと呼ぶ）５０７から入力さ
れ、右のＰ_RはＦ／Ｆ５０８から入力される。すなわち
Ｆ／Ｆ５０７，５０８で同期をとることにより、Ｘ方向
に隣り合うＸ微分参照データＰL、Ｐ_C、Ｐ_Rが同時にＰ
ＲＯＭｄ５０３〜５０６に入力される。

【００３１】図２０（ｂ）〜（ｅ）は、Ｘ方向のステー
ジのぶれ等による位置ずれを１／２画素以下として、１
／４画素単位で図２０（ａ）のＰ_L、Ｐ_C、Ｐ_Rの位置を
図示の点線位置にずらした図である。図２０（ｂ）は右
に１／４画素ずらした場合（補間係数Ｃ_x＝＋１／
４）、図２０（ｃ）は右に１／２画素ずらした場合（補
間係数Ｃ_x＝＋１／２）、図２０（ｄ）は左に１／４画
素ずらした場合（補間係数Ｃ_x＝−１／４）、図２０
（ｅ）は左に１／２画素ずらした場合（補間係数Ｃ_x＝
−１／２）を示す。図２０（ｂ）の場合、中央にあるＸ
微分参照データＰ_Cは、３／４Ｐ_C＋１／４Ｐ_Rに修正さ
れ、この演算は図１０に示すＰＲＯＭｄ５０３で行なわ
れる。同様に図２０（ｃ）の場合、１／２Ｐ_C＋１／２
Ｐ_Lに修正され、その演算はＰＲＯＭｄ５０４で行なわ
れ、図２０（ｄ）の場合、３／４Ｐ_C＋１／４Ｐ_Lに修正
され、その演算はＰＲＯＭｄ５０５で行なわれ、図２０
（ｅ）の場合、１／２Ｐ_C＋１／２Ｐ_Lに修正され、その
演算はＰＲＯＭｄ５０６で行なわれる。

【００３２】５０９〜５１３は、Ｘ微分参照データを補
間係数Ｃ_xによって修正した修正データと、Ｘ微分被検
査データとの差分二乗和を補間係数決定ウインドウ（９
×９画素）単位で演算するＡＳＩＣｂである。ＡＳＩＣ
ｂ５０９では、Ｘ微分参照データとＸ微分被検査データ
との間に位置ずれがない場合の差分二乗和が演算され
る。同様に、ＡＳＩＣｂ５１０では、Ｘ微分参照データ
を右に１／４画素ずらした場合（図２０（ｂ））、ＡＳ
ＩＣｂ５１１では、Ｘ微分参照データを右に１／２画素
ずらした場合（図２０（ｃ））、ＡＳＩＣｂ５１２で
は、Ｘ微分参照データを左に１／４画素ずらした場合
（図２０（ｄ））、ＡＳＩＣｂ５１３では、Ｘ微分被検
査データを左に１／２画素ずらした場合（図２０
（ｅ））について、それぞれＸ微分被検査データとの差
分二乗和を演算する。このように、補間係数決定ウイン
ドウを単位として差分二乗和を演算することにより、Ｘ
微分参照データとＸ微分被検査データとの相関関係が求
められる。

【００３３】図２１はＡＳＩＣｂ５０９の内部を示す回
路図である。ＩＮ１，ＩＮ２に入力されたデータは、Ｐ
ＳＲ２００１〜２００６を介してＰＲＯＭｅ２００７〜
２０１５に入力される。このＡＳＩＣｂ５０９は９個の
ＰＲＯＭｅ２００７〜２０１５と、各ＰＲＯＭｅ２００
７〜２０１５に接続された９個の加算器２０１６〜２０
２４とを有する。各ＰＲＯＭｅ２００７〜２０１５では
ＩＮ１，ＩＮ２に入力されたデータ間の差分の平方が演
算され、その差分の平方は各加算器２０１６〜２０２４
によって順次加算される。ＡＳＩＣｂ５０９に９個目の
クロックが入力されると、９個のＰＲＯＭｅ２００７〜
２０１５のそれぞれで演算された差分の平方の和（差分
二乗和）が加算器２０２４から出力される。

【００３４】例えば、ＩＮ１，ＩＮ２にそれぞれ図２２
（ａ）（ｂ）に示すデータが入力された場合、ＡＳＩＣ
ｂ５０９ではまず図２２の二重枠で囲んだ各３×３画素
の差分二乗和が演算される。具体的には、ＰＲＯＭｅ２
０１３では（Ａ１−Ａ２）²が、ＰＲＯＭｅ２０１４で
は（Ｂ１−Ｂ２）²が、ＰＲＯＭｅ２０１５では（Ｃ１
−Ｃ２）²が、ＰＲＯＭｅ２０１０では（Ｄ１−Ｄ２）²
が、ＰＲＯＭｅ２０１１では（Ｅ１−Ｅ２）2が、ＰＲ
ＯＭｅ２０１２では（Ｆ１−Ｆ２）²が、ＰＲＯＭｅ２
００７では（Ｇ１−Ｇ２）²が、ＰＲＯＭｅ２００８で
は（Ｈ１−Ｈ２）²が、ＰＲＯＭｅ２００９では（Ｉ１
−Ｉ２）²がそれぞれ演算される。加算器２０１６〜２
０２４では、ＰＳＲ２００１〜２００６により適量分遅
延されて演算された上記差分二乗和が順次加算され、Ａ
ＳＩＣｂ５０９に図２２に示すデータが入力されて、Ｐ
ＳＲ２００１〜２００６にデータが満ちてから９クロッ
ク後に、加算器２０２４からすべての差分二乗和が出力
される。この場合、ＰＳＲ２００３〜２００６には入力
画像のＸ方向画素サイズ＋３クロック、ＰＳＲ２００１
〜２００２には０クロックの遅延がそれぞれかけられ
る。

【００３５】そして、次のクロックが入力されると、図
２２（ａ）（ｂ）の枠をそれぞれ右に１画素ずらした３
×３画素についての差分二乗和が出力され、以下クロッ
クが入力されるたびに１画素ずつ右にずらした３×３画
素のデータが出力される。このように、ＡＳＩＣｂ５０
９は、ＡＳＩＣａ５０１と同様に、入力されたデータに
対してパイプライン演算処理を行なうことができる。ま
た、ＡＳＩＣｂ５０９は内部のＰＲＯＭｅ２００７〜２
０１５の内容を自由に書き替えることができるため、積
和演算のみを行なうＡＳＩＣａ５０１と異なり、各種の
演算を行なうことができる。さらに、ＡＳＩＣａ５０１
は係数レジスタと入力データとの積和演算を行なうのに
対し、ＡＳＩＣｂ５０９は相異なる２入力データに対し
て各種の演算を行なうことができるため、複数のデータ
バス間で種々の演算処理を行なうことができる。

【００３６】このＡＳＩＣｂ５０９はＡＳＩＣａ５０１
と同様にカスケード接続することができ、図１０では、
各補間係数値ごとにＡＳＩＣｂ５０９が９個ずつカスケ
ード接続されている。カスケード接続された９個のＡＳ
ＩＣｂのうち、最後のＡＳＩＣｂの加算器２０２４（図
２１参照）からの出力はシフタ２０２５を介して加算器
２０２６に入力され、９個のＡＳＩＣｂで演算された差
分二乗和が求められる。その値は、整流器２０２７、シ
フタ２０２８を介してカスケードＯＵＴ端子から出力さ
れる。これにより、５種類の補間係数値それぞれについ
て、９×９画素の補間係数決定ウインドウを単位とした
差分二乗和が演算され、それらの結果は図１０に示すｘ
ＭＩＮ検出器５１４に入力される。

【００３７】図２１において、ＡＳＩＣｂ５０９の内部
のＰＲＯＭｅ２００７〜２０１５では、ＩＮ１に入力さ
れたデータとＩＮ２に入力されたデータとの差分二乗を
算出したが、ＰＲＯＭｅ２００７〜２０１５の内部のテ
ーブルを変えることにより、差分和や二乗和等を演算し
てもよい。また、二乗和を行なう目的に限定する場合、
ＰＲＯＭｅ２００７〜２０１５を乗算器に置き換えても
よい。これによりＡＳＩＣｂ５０９のチップサイズゲー
ト数を減少させることができ、コスト低減が図れる。

【００３８】図１０に示す副ピクセル補間回路５では、
５種類の補間係数を設定して１／４画素ごとに位置合わ
せを行なっているが、補間係数の数を増やすことによ
り、より細かい単位で位置合わせを行なうことができ
る。また、図１０では、補間係数決定ウインドウを欠陥
検出用ウインドウの縦横それぞれ３倍の大きさにしてい
るが、補間係数決定ウインドウの大きさはこれに限定さ
れない。

【００３９】図１０に示す５１４は、ＡＳＩＣｂ５０９
〜５１３で算出された５種類の差分二乗和のうち最小の
ものを検出するｘＭＩＮ検出器である。このｘＭＩＮ検
出器５１４には、ＡＳＩＣｂ５０９〜５１３で算出され
た差分二乗和の演算値が入力され、差分二乗和の演算値
が最も小さい場合の補間係数Ｃ_xが選択され、その係数
Ｃ_xを示す３ビットデータが出力される。これにより、
参照多値データと被検査多値データとのＸ方向における
１画素未満の位置合わせをするための補間係数Ｃ_xが選
択される。

【００４０】５１５はＸ方向微分フィルタで参照多値デ
ータを微分することにより、被検査多値データのＹ方向
エッジ成分を強調させるＡＳＩＣａ（以下、ＡＳＩＣの
出力をＹ微分参照データと呼ぶ）である。５１６はＸ方
向微分フィルタで被検査多値データを微分することによ
り、被検査多値データのＹ方向エッジ成分を強調させる
ＡＳＩＣａ（以下、ＡＳＩＣの出力をＹ微分被検査デー
タと呼ぶ）である。５１７〜５２０はＡＳＩＣａ５１
５，５１６からのＹ微分参照データをそれぞれ異なる補
間係数によって修正するＰＲＯＭｄである。各ＰＲＯＭ
ｄ５１７〜５２０には、図２３（ａ）に示すように、Ｙ
方向に隣り合うＹ微分参照データＰ_U，Ｐ_C，Ｐ_Dがそれ
ぞれ入力される。このうち、上（Ｙ軸の正方向）のＰ_U
はＡＳＩＣａ５１５から入力され、中央のＰ_CはＰＳＲ
５２１から入力され、下のＰ_DはＰＳＲ５２２から入力
される。このＰＳＲ５２１，５２２で同期をとることに
より、Ｙ方向に隣り合うＹ微分参照データＰ_U，Ｐ_C，Ｐ
_Dが同時に各ＰＲＯＭｄ５１７〜５２０に入力される。

【００４１】図２３（ｂ）〜（ｅ）は、Ｙ方向のステー
ジの位置ずれを１／２画素以下として、１／４画素単位
で図２３（ａ）のＹ微分参照データＰ_U，Ｐ_C，Ｐ_Dの位
置を図示の点線の位置にずらした図である。図２３
（ｂ）は上に１／４画素ずらした場合（補間係数Ｃ_y＝
＋１／４）、図２３（ｃ）は上に１／２画素ずらした場
合（補間係数Ｃ_y＝＋１／２）、図２３（ｄ）は下に１
／４画素ずらした場合（補間係数Ｃ_y＝−１／４）、図
２３（ｅ）は下に１／２画素ずらした場合（補間係数Ｃ
_y＝−１／２）を示す。図２３（ｂ）の場合、中央にあ
る画素値Ｐ_Cは３／４Ｐ_C＋１／４Ｐ_Uに修正され、この
演算はＰＲＯＭｄ５１７で行なわれる。図２３（ｃ）の
場合、１／２Ｐ_C＋１／２Ｐ_Uに修正され、その演算はＰ
ＲＯＭｄ５１８で行なわれる。図２３（ｄ）の場合、３
／４Ｐ_C＋１／４Ｐ_Dに修正され、その演算はＰＲＯＭｄ
５１９で行なわれる。図２３（ｅ）の場合、１／２Ｐ_C
＋１／２Ｐ_Dに修正され、その演算はＰＲＯＭｄ５２０
で行なわれる。

【００４２】５２３〜５２７は、Ｙ微分参照データを修
正したデータとＹ微分被検査データとの差分二乗和を９
×９画素単位で演算するＡＳＩＣｂである。５２８はＡ
ＳＩＣｂ５２３〜５２７で演算された５種類の差分二乗
和のうち最小のものを検出するｙＭＩＮ検出器である。
このｙＭＩＮ検出器５２８には、ＡＳＩＣｂ５２３〜５
２７で演算された差分二乗和が入力され、差分二乗和が
最も小さい補間係数Ｃ_yが選択され、その係数を示す３
ビットデータが出力される。これにより、参照多値デー
タと被検査多値データとのＹ方向における１画素未満の
位置合わせをするための補間係数Ｃ_yが選択される。

【００４３】５３は、Ｘ方向補間係数決定回路５１で選
択されたＸ方向の補間係数Ｃ_xと、Ｙ方向補間係数決定
回路５２で選択されたＹ方向の補間係数Ｃ_yとによっ
て、参照多値データを修正する補間データ作成回路であ
る。この補間データ作成回路５３の内部のマルチプレク
サ５２９には、３×３画素を単位として参照多値データ
が同時に入力される。マルチプレクサ５２９は、入力さ
れた参照多値データの中から４画素分の参照多値データ
を選択し、その４画素によって補間係数決定ウインドウ
９×９画素の中央に位置する着目画素の画素値を修正す
る。その際、マルチプレクサ５２９に入力される参照多
値データの同期合わせは、遅延器５３０、ＰＳＲ５３
１，５３２およびＦ／Ｆ５３３〜５３８によって行なわ
れる。

【００４４】マルチプレクサ５２９での４画素の選択は
以下のようにして行なう。Ｘ方向補間係数決定回路５１
とＹ方向補間係数決定回路５２で選択された補間係数Ｃ
_x，Ｃ_yがともに正の場合、図２４（ａ）に示すように、
着目画素を点線の位置に移動させる必要があるため、図
２４（ａ）の二重枠で囲んだ４画素を選択する。Ｃ_x，
Ｃ_yは１画素未満のずれ量に応じて、それぞれＸ，Ｙ方
向に独立に、−１より大きく０以下、または０以上１未
満の値をとる。また、Ｃ_xが正でＣ_yが負の場合は図２４
（ｂ）の４画素を選択し、Ｃ_xが負でＣ_yが正の場合は図
２４（ｃ）の４画素を選択し、Ｃ_x，Ｃ_yとも負の場合は
図２４（ｄ）の４画素を選択する。マルチプレクサ５２
９で選択された４画素は、図１０に示すＰＲＯＭｅ５３
９とＰＲＯＭｆ５４０に入力され、着目画素のＸ方向画
素値の修正が行なわれる。

【００４５】図２４（ａ）を例にとる（選択した４画素
の参照多値データをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする）と、ＰＲＯ
Ｍｅ５３９では（１−Ｃ_x）×Ａ＋Ｃ_x×Ｂが演算され、
ＰＲＯＭｆ５４０では（１−Ｃ_x）×Ｃ＋Ｃ_x×Ｄが演算
される。ＰＲＯＭｇ５４１では、Ｘ方向画素値の修正結
果を受けて、Ｙ方向画素値の修正が行なわれる。具体的
には（１−Ｃ_y）×｛（１−Ｃ_x）×Ａ＋Ｃ_x×Ｂ｝＋Ｃ_y
×｛（１−Ｃ_x）×Ｃ＋Ｃ_x×Ｄ｝が演算される。これに
より、ＰＲＯＭｇ５４１からは、１画素未満の位置合わ
せを行なった修正データが出力される。

【００４６】このように、副ピクセル補間回路５は、ま
ずＸＹ方向それぞれについて、１／２画素未満の位置ず
れを修正するための補間係数Ｃ_x，Ｃ_yを選択し、その補
間係数に応じて各画素ごとに、その周囲の４画素の画素
データを用いて参照多値データの修正を行なう。したが
って、１画素未満の位置ずれがＸＹのどの方向に生じて
も、そのずれの補正が精度よく行なえる。なお、副ピク
セル補間回路５では、選択された補間係数Ｃ_x，Ｃ_yを用
いて、被検査多値データではなく、参照多値データを修
正している。これは被検査多値データを修正すると、被
検査多値データに含まれるパターンの欠陥情報がその修
正により一部欠落するおそれがあるからである。

【００４７】副ピクセル補間回路５から出力された修正
データは誤差検出回路６に入力される（図１参照）。誤
差検出回路６は、前述したＡＳＩＣｂ（図２１参照）か
ら成り、以下に示す（３）式に従って修正データと被検
査多値データとの差分二乗和を演算する。

【数３】上記（３）式および以下の説明では、欠陥検出ウインド
ウサイズをＭ×Ｎ画素、ウインドウ内の被検査多値デー
タをＣ_ij、ウインドウ内の参照データをＤ_ij（ただし、
１≦ｉ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｎ）とする。３×３画素を単位と
して修正データと被検査多値データの比較を行なう場
合、（３）式のＭとＮを双方とも３にして、差分二乗和
を算出する。

【００４８】このように、被検査物に欠陥があるか否か
を検出する際は、複数画素単位で修正データとの差分二
乗和を演算して比較を行なうため、パターンの特徴（例
えばパターンエッジ）を考慮に入れた比較が可能とな
る。

【００４９】誤差検出回路６からの出力は比較回路７に
入力される（図１参照）。比較回路７では、差分二乗和
の演算結果が所定の閾値以下か否かが判定される。差分
二乗和の演算結果が閾値より大きい場合には、被検査物
に欠陥があると判定される。比較回路７には、任意の閾
値を設定することができ、例えば微小な欠陥を検出した
い場合には閾値を小さくすればよい。この比較回路７で
の判定結果は記憶装置８に送られ、被検査物の欠陥情報
が記憶される。

【００５０】上記実施例の誤差検出回路６では、参照多
値データを修正した修正データと被検査多値データとの
欠陥検出ウインドウ内での差分二乗和を演算して欠陥検
出を行なったが、差分二乗和法以外の演算方法によって
欠陥検出を行なってもよい。

【００５１】例えば、図２５は輪郭相関法を用いた場合
の誤差検出回路６のブロック図である。輪郭相関法を用
いる場合、修正データと被検査多値データに対して、Ｘ
方向およびＹ方向の方向性を有するソーベル（Ｓｏｂｅ
ｌ）微分フィルタをそれぞれ掛けることにより、Ｘ方向
およびＹ方向について画像の輪郭の強さと方向性を加味
したデータに変換してから、両データ間の誤差を検出す
る。なお、ここではソーベル以外の微分フィルタを用い
てもよい。

【００５２】図２６に示すソーベル微分フィルタで微分
した結果をベクトル表示すると図２７で示される。図２
７において、ベクトルＳは被検査多値データを微分した
結果（以下、微分被検査データベクトルと呼ぶ）を表
し、ベクトルＴは修正データを微分した結果（以下、微
分修正データベクトルと呼ぶ）を表す。なお、以下では
スカラー値と区別する意味でベクトルを表す場合には下
線を施す。但し、図および式では、通常の矢印によるベ
クトル記号で表示する。これらのベクトルＳ，Ｔを成分
表示したものを、それぞれ（Ｓｘ，Ｓｙ）および（Ｔ
ｘ，Ｔｙ）とする。図２７において、ベクトルの大きさ
は画像の輪郭の強さを示し、ベクトルの角度は画像の輪
郭の方向性を示す。

【００５３】図２７に示すベクトルＳとＴの内積和を演
算すると、（４）式で表される。

【数４】ベクトルＳとＴの内積和が最大値をとるのは、ベクトル
Ｓ＝Ｔ、すなわち微分修正データと微分被検査データの
輪郭の方向性および強さが一致するときである。一方、
両データの輪郭の方向性および強さが異なる場合、すな
わち被検査パターンデータに欠陥がある場合、内積和は
小さくなる。したがって、図１３に示すように、参照デ
ータと被検査データのそれぞれについて、同時に走査さ
せた欠陥検出ウインドウ内の対応する各画素間でベクト
ルＳとＴの内積和を演算してその値を評価することによ
り、欠陥検出が可能となる。図２５の誤差検出回路６で
は、パターンエッジを示すベクトルＳとＴの内積和を演
算した後、その平均値をベクトルＳの大きさの平均値と
ベクトルＴの大きさの平均値でそれぞれ除算して正規化
を行なって、輪郭ベクトル相関係数Ｃ_vを演算する
（（５）式参照）。

【数５】正規化を行なうことにより、最終的な出力である輪郭ベ
クトル相関係数Ｃ_vの値を−１≦Ｃ_v≦１の範囲内に収め
ることができ、画像の明るさやコントラストに影響され
ることなく、パターン比較を行なうことが可能となる。

【００５４】図２５において、副ピクセル補間回路５か
ら出力された修正データは２つのＡＳＩＣａ６０１，６
０２に入力され、ＡＳＩＣａ６０１では、図２６に示す
Ｙ方向ソーベル微分フィルタによってＸ方向の輪郭（パ
ターンエッジ）成分を強調させた微分値Ｔｘが、ＡＳＩ
Ｃａ６０２では、Ｘ方向ソーベル微分フィルタによって
Ｙ方向の輪郭成分を強調させた微分値Ｔｙが演算され
る。６ａは、修正データの欠陥検出ウインドウ内エッジ
ベクトルの大きさの平均値を演算する参照データ用エッ
ジベクトル演算回路であり、その内部のＡＳＩＣｂ６０
３では（１／ＭＮ）×ΣΣＴｘ_ij ²が演算され、ＡＳＩ
Ｃｂ６０４では、（１／ＭＮ）×ΣΣＴｙ_ij ²が算出さ
れ、これらはＥＰＲＯＭ６０５に入力され、エッジベク
トルの大きさの平均値√｛（１／ＭＮ）×ΣΣ（Ｔｘ_ij
²＋Ｔｙ_ij ²）｝が算出される。６ｂは、被検査多値デー
タの欠陥検出ウインドウ内エッジベクトルの大きさの平
均値を演算する被検査データ用エッジベクトル演算回路
であり、６ａと同様の処理が行なわれ、ＥＰＲＯＭ６１
０からエッジベクトルの大きさの平均値（１／ＭＮ）×
ΣΣ（Ｓｘ_ij ²＋Ｓｙ_ij ²）が出力される。

【００５５】６ｃは、微分被検査データと微分修正デー
タとの内積和の平均値を欠陥検出ウインドウ単位で演算
する内積和平均値演算回路である。その内部のＡＳＩＣ
６１１では内積のＸ成分の平均（１／ＭＮ）×ΣΣ（Ｓ
ｘ_ij×Ｔｘ_ij）が演算され、ＡＳＩＣ６１２ではＹ成分
の平均（１／ＭＮ）×ΣΣ（Ｓｙ_ij×Ｔｙ_ij）が演算さ
れ、ＥＰＲＯＭ６１３ではこれらの結果が加算されて、
ベクトルＳとＴの内積和の平均値（１／ＭＮ）×ΣΣ
（Ｓｘ_ij×Ｔｘ_ij＋Ｓｙ_ij×Ｔｙ_ij）が演算される。参
照データ用エッジベクトル演算回路６ａ、被検査データ
用エッジベクトル演算回路６ｂの各出力はＥＰＲＯＭ６
１４に入力され、（１／ＭＮ）×√｛ΣΣ（Ｓｘ_ij ²＋
Ｓｙ_ij ²）｝×√｛ΣΣ（Ｔｘ_ij ²＋Ｔｙ_ij ²）｝が演算
された後、内積和平均値演算回路６ｃの出力と同期して
ＥＰＲＯＭ６１５に入力され、（５）式に示す輪郭ベク
トル相関係数Ｃ_vが演算される。この演算された輪郭ベ
クトル相関係数Ｃ_vの大きさによって、図１に示す比較
回路７は欠陥の有無を判定する。すなわち、一定の閾値
を設けてその値より小さい場合には欠陥ありと判定す
る。

【００５６】また、欠陥検出ウインドウ内にパターンが
存在しない場合には、欠陥検出ウインドウ内エッジベク
トルの大きさの平均値に閾値を設け、参照データ側と被
検査データ側の双方ともその閾値以下の場合には、パタ
ーンなしとして扱うことにより、検査時間を短縮するこ
とができ、これにより欠陥誤検出を防げる。輪郭ベクト
ル相関係数Ｃ_vおよびエッジベクトルの大きさの平均値
に対する閾値は、欠陥検出精度に基づいて自由に設定で
きる。

【００５７】このように、図１３に示すように、参照デ
ータと被検査データ間で同期をとって欠陥検出ウインド
ウを走査させ、内積和平均値演算回路６ｃではそのウイ
ンドウ内の対応する各画素間の内積和の平均値を算出
し、回路６ａ，６ｂでは各ウインドウ内でのエッジベク
トルの大きさの平均値を算出する。また、遅延器６１６
は、内積和平均値と、パターンエッジベクトルの大きさ
の平均値との出力間の同期をとり、ＥＰＲＯＭ６１５で
は、輪郭ベクトル相関係数Ｃ_vの値の範囲が０≦Ｃ_v１で
あるため、Ｃ_vに２５５をかけて８ビットの整数値とし
て出力する。なお、輪郭ベクトル相関係数Ｃ_vが−１≦
Ｃ_v≦０の場合には、白黒コントラスト反転パターンに
ついて輪郭が一致すれば正常パターンとするときはＣ_v
の絶対値を出力し、それ以外の場合には０を出力する。

【００５８】このように、誤差検出回路５において、輪
郭相関法を用いて修正データと被検査多値データとの比
較を行なうと、差分二乗和法による場合と異なり、パタ
ーンエッジ等の輪郭の強さと方向を加味した比較が可能
となるため、濃淡の少ない画像、例えば線画による輪郭
のみからなる被検査物に対しても有効な欠陥検出を行な
うことができる。また、輪郭相関法では、算出した内積
和を正規化するため、撮像装置２で被検査物を撮像する
際にコントラスト変化が起っても正常に欠陥検出を行な
うことができる。さらに、パターンの部分的な遮蔽にも
強く、キズ、ヒビ、ゴミ等の対象物の表面変化にも強
い。さらにまた、修正データと被検査多値データの双方
とも、いったん画像を微分してから比較するため、被検
査物を撮像する際に用いる光源等によって、被検査多値
データに一様な明るさの変化が生じても、またそれによ
り部分的な影ができても正確に欠陥検出を行なうことが
できる。したがって、輪郭相関法を用いると、画像のコ
ントラストが悪いウェハやＰＣＢ等の検査も精度よく行
なうことができる。

【００５９】また、一定方向に一定の画像の濃度勾配を
持つ被検査物、すなわち一定方向に画像の輪郭成分の背
景が一定方向に所定の勾配を持って変化する被検査物を
検査する場合、ベクトルＳ，Ｔから各ベクトルの平均値
を差引いたエッジベクトルを用いて、輪郭ベクトル相関
係数Ｃ_vを算出する方法が考えられる。この場合のベク
トルＳ，Ｔの内積和の平均値ρ、各パターンエッジベク
トル標準偏差値σ_T，σ_Sおよび輪郭ベクトル相関係数Ｃ
_vは次式で示される。

【数６】

【数７】

【数８】

【数９】

【００６０】このように、被検査物の被検査多値データ
に一定の濃度勾配がある場合、（９）式に基づいて算出
した輪郭ベクトル相関係数Ｃ_vによって誤差検出を行な
うことにより、パターンの背景データに影響されず、よ
り正確な欠陥検出を行なうことができる。ただし、各エ
ッジベクトルから欠陥検出ウインドウ内エッジベクトル
の平均値を差し引く方式では、ウインドウ内に単一方向
パターンしかない場合には、平均値を差し引いたエッジ
ベクトルの大きさが０となるため、一定の閾値を設けて
欠陥候補から除外する必要がある。ここで、欠陥検出ウ
インドウがパターンサイズよりも大きく、そのパターン
が閉じており、そのエッジの強さが一様であり、またそ
の背景も一様であれば、（６），（７），（８）の各式
の第２項（波線部分）が０となり、（９）式の輪郭ベク
トル相関係数値Ｃ_vは（５）式と一致する。

【００６１】また誤差検出回路６では、以下に示す正規
化相関法によって誤差検出を行なってもよい。正規化相
関法では、まず、被検査多値データＳと修正データＴに
ついて以下に示すように、分散Ｄ_s，Ｄ_t、およびデータ
Ｓ，Ｔの共分散Ｄ_stを求める。次に、これら分散Ｄ_s，
Ｄ_tと共分散Ｄ_stから相関係数Ｃ_stを算出する。

【数１０】

【数１１】

【数１２】ここでＭは相互相関演算を行なうべき領域の画素のＸ方
向の個数、ＮはＹ方向の個数である。このように、誤差
検出回路６において、（１２）式に基づいて算出した相
関係数Ｃ_stによって誤差検出を行なえば、輪郭相関法に
比べて線画やコントラスト変化等がある場合、全体的に
欠陥検出精度は落ちるが、全体の濃淡分布を用いている
ため、ビデオ信号のノイズ等のパターンエッジ全体を崩
すような場合には、輪郭相関法より適している。

【００６２】上記のように構成した実施例にあっては、
画素内データ出力回路１０が多値データ抽出手段に、Ｐ
ＲＯＭａ１０１〜１０９がデータ分類手段に、ＰＲＯＭ
ｂ１１が判別手段に、ＰＲＯＭｂ１１とマルチプレクサ
１２が選択手段に、ＰＲＯＭｃ１４が参照パターンデー
タ作成手段に、それぞれ対応する。

【００６３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、設計データから着目画素の多値データを作成する
場合に、着目画素を囲む複数の画素値を参照するため、
パターンのエッジ等のパターンの特徴を考慮に入れた精
度の高い多値データを作成できる。また、小数点以下の
設計データ情報を用いて多値データを作成し、パターン
エッジの立ち上がり分のマトリクス内のデータの組み合
わせによって分類した識別データを用いるため、パター
ン形状の分類が容易になる。さらに、パターン形状を代
表する画素を選択して参照パターンデータを作成するた
め、回路規模を大幅に縮小することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による欠陥検査装置の一実施例のブロッ
ク図である。

【図２】図１に示す参照多値データ出力装置の一実施例
の回路図である。

【図３】ＰＲＯＭｂに格納されているパターン種別を示
す図である。

【図４】図３（９）のパターン位置を示す図である。

【図５】図３（９）に含まれるパターン種別を示す図で
ある。

【図６】図３（２９）のパターン位置を示す図である。

【図７】除外されるパターン種別を示す図である。

【図８】像強度分布Ｉ_ijを演算する過程を説明する図で
ある。

【図９】走査するウインドウごとに参照多値データと被
検査多値データとの位置合わせを行なうことを示す図で
ある。

【図１０】図１に示す副ピクセル補間回路の一実施例の
回路図である。

【図１１】半画素位相がずれた場合のＣＣＤ出力を示す
図である。

【図１２】パターンエッジ部分を撮像する際に、１画素
未満の位置ずれが生じた例を示す図である。

【図１３】欠陥検出ウインドウおよび補間係数決定ウイ
ンドウを説明する図である。

【図１４】３×３画素の欠陥検出ウインドウと９×９画
素の補間係数決定ウインドウを説明する図である。

【図１５】ＡＳＩＣａ内部の回路図である。

【図１６】（ａ）は微分フィルタ係数を示す図、（ｂ）
は参照多値データを示す図である。

【図１７】ＡＳＩＣａの内部の動作を説明する図であ
る。

【図１８】ＡＳＩＣａ内部の各加算器の出力の変化を示
す図である

【図１９】ＡＳＩＣａをカスケード接続した図である。

【図２０】Ｘ方向に±１／２画素の範囲内で１／４画素
単位で画素位置をずらした図である。

【図２１】ＡＳＩＣｂの内部の回路図である。

【図２２】ＡＳＩＣｂのＩＮ１，ＩＮ２に入力されるデ
ータを示す図である。

【図２３】Ｙ方向に±１／２画素の範囲内で１／４画素
単位で画素位置をずらした図である。

【図２４】（ａ）は補間係数Ｃ_x，Ｃ_yがともに正の場合
に選択される４画素を示す図、（ｂ）は補間係数Ｃ_xが
正でＣ_yが負の場合に選択される４画素を示す図、
（ｃ）は補間係数Ｃ_xが負でＣ_yが正の場合に選択される
４画素を示す図、（ｄ）は補間係数Ｃ_x，Ｃ_yがともに負
の場合に選択される４画素を示す図である。

【図２５】輪郭相関法を用いた場合の誤差検出回路のブ
ロック図である。

【図２６】Ｘ方向Ｙ方向それぞれのソーベル微分フィル
タ係数を示す図である。

【図２７】微分フィルタで微分した結果をベクトル表示
した図である。

【図２８】面積減算法を説明する図である。

【図２９】正常なパターンと位置ずれパターンが同時に
起こった例を示す図である。

【符号の説明】

１参照多値データ出力装置２撮像装置３遅延装置４整数ピクセル補間回路５副ピクセル補間回路６誤差検出回路７比較回路８記憶装置１０画素内データ出力回路１１ＰＲＯＭｂ１２マルチプレクサ１３遅延回路１４ＰＲＯＭｃ１０１〜１０９ＰＲＯＭａ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ 7630−4ＭＨ０５Ｋ 3/00 Ｑ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】設計情報に基づいて被検査物に形成され
た被検査パターンを撮像して得られる被検査パターンデ
ータと前記設計情報に基づいて作成された参照パターン
データとを比較して前記被検査パターンの欠陥を検出す
る欠陥検査装置において、前記設計情報に基づいて作成した画素のデータであっ
て、それぞれの画素に含まれるパターンの割合に応じて
定められた多値データ群の中から、ウインドウ画像を形
成する、着目画素および該着目画素を囲む複数の画素に
対応する多値データを順次抽出する多値データ抽出手段
と、該多値データ抽出手段により抽出された多値データを所
定の複数の閾値により分類し、それぞれの分類を示す識
別データを出力するデータ分類手段と、該識別データに基づいて、前記ウインドウ画像内に含ま
れるパターンの形状の種類を判別する判別手段と、該判別手段による判別結果に基づいて、前記着目画素お
よび該着目画素を囲む複数の画素の中から、前記ウイン
ドウ画像に含まれるパターンの形状を代表する少なくと
も１つの画素を選択する選択手段と、前記判別手段によって判別されたパターンの形状の種類
と前記選択手段により選択された画素に対応する前記多
値データとに基づいて、前記着目画素に対応する多値デ
ータを作成し、前記参照パターンデータとして出力する
参照パターンデータ作成手段と、を備えることを特徴とする欠陥検査装置。