JPS5924361B2 - ２次元画像比較検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフオトマスクやプリント基板等に形成された回
路パターンの画像を比較検査する２次元画像比較検査装
置に関するものである。

従来、一般にフオトマスクに形成された半導体集積回路
パターン等の画像を検査するとき、検査基準となる基準
画像と、検査しようとする被検査画像を２個用意すると
共に光学的にこれらの画像を重ね合せ、両画像を目視に
より比較し、両画像の不一致部分即ち欠陥部分を抽出す
るように被検査画像を検査していた。

然るに従来の２次元画像比較検査装置では、作業者が疲
労すると共に欠陥部分の見直しも多いという欠点を有し
ていた。そこで基準画像と被検査画像を各々撮像装置に
よつて撮像して両者から得られる映像信号を比較して自
動検査することが試みられた。しかし、回路パターンを
形成する際の作図誤差、及び二つの画像の位置決め誤差
によつて二つの画像を完全に一致させて撮像装置で撮像
することは事実上不可能で、二つの画像の位置ずれを許
容せざる得なかつた。本発明の目的は、上記従来技術の
欠点に鑑み、二つの２次元画像の位置ずれを許容した上
で、正規の複雑で且微細な回路パターンを欠陥とみなす
ことなく、回路パターンに匹敵する程度の大きな欠陥で
も、微小な欠陥でも正確に抽出すると共に非常に能率よ
く検査できるようにした２次元画像比較検査装置を提供
するにある。

本発明は、上記目的を達成するために、所定の位置ずれ
範囲内で位置合せされた、本来同一であるべき二つの２
次元画像の対応する要素を、各々撮像装置、及び２値化
回路を通して２値化すると共にマトリツクス状に配列さ
れた複数個の因子信号に同期、且対応して変換する手段
と、該手段によつて変換された一方の２次元画像に対応
するマトリツクスの、限られた定位置領域に２次元画像
の境界、または微小パターンが到来したことを検出する
第１の検出手段と、上記手段によつて変換された他方の
２次元画像に対応するマトリツクスの、上記限られた定
位置領域に上記位置ずれの範囲を加えた領域に境界また
は微小パターンが存在することを検出する第２の検出手
段と、上記第１および第２の検出手段の検出結果を比較
する比較手段とからなり、位置ずれが存在する二つの、
複雑で且微細な２次元画像から、正常なパターンを欠陥
とみなすことなく（誤認識することなく）、大きな欠陥
でも、微小な欠陥でも正確に、且高能率に検出できるよ
うにした２次元画像比較検査装置である。

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて説明する。

通常基準物体１に形成された２次元画像８と被検査物体
ｖに形成された２次元画像８′とを位置決めして各撮像
装置で撮像したとしても、両２次元画像の作図誤差、及
び位置決め誤差によつて第１図Ａ，ｂに示すように１。
という範囲内で任意の方向に位置ずれが生じる。そこで
第１図ａに示す如く正常なパターンにおいては、２個の
２次元画像（パターン）８，８′を位置合せした後、重
畳すれば一方の２次元画像（パターン）８の境界線上に
位置している点ｐの半径１。の近傍には必ず他の２次元
画像（パターン）８′の境界線が存在する。従つて第１
図ｂに示すようにパターン８で境界線が見出され、その
近傍において対応するパターン８′の境界線が見出され
なければ、どちらかのパターン８，８／に欠陥が存在す
るものとして比較判定することができる。なお上記近傍
１。は上記パターン８，８′を重畳したとき両者の位置
合せ誤差により決定される距離である。上記原理にもと
づいて本発明の２次元画像比較検査装置について第２図
乃至第５図に従つて具体的に説明する。

１は正規の２次元画像（パターン）８が描かれた基準物
体である。

ｖは基準物体１と比較して検査しようとする被検査物体
にして、適宜の２次元画像（パターン）８′が描かれて
還・る。これら基準物体１と被検査物体１″は、互いに
相対位置に位置決めされている。２，２′はレンズ等で
形成された光学系にして、適宜の倍率で基準物体１に描
かれた２次元画像８及び被検査物体１″に描かれた２次
元画像８′を各々撮像装置３，３′に投影するものであ
る。

撮像装置３，３′は、ビジコンもしくはフオトダイオー
ドアレイ型受像器にて構成され、各々の２次元画像上を
走査してビデオ信号を出力する。これら撮像装置３，３
′は２次元画像の対応する同じ点を同時に走査すること
が重要である。この条件が守られない場合は結果的に撮
像解像力が著しく悪化することになる。この点フオトダ
イオードアレイ型受像器は固体走査型受像器であること
から走査点が相対的位置決めによつて定まり、本質的に
正確である。また撮像装置３，３′としてフオトダイオ
ードアレイ型受像器を用いると、基準物体１と被検査物
体１′を同期させて連続送りしながら、２次元画像の各
々を撮像してビデオ信号を抽出することができる利点も
ある。一方撮像装置３，３′としてビジコン等を用いる
場合には、画面の歪、零点の変動等を十分考慮する必要
がある。このように撮像装置３，３／からの各々のビデ
オ信号は、サンプリング回路４，４７により撮像装置３
，３′を走査する走査信号に同期した同期信号にもとづ
いて周期的にサンプリングされ、２次元画像の一行の走
査線から得られるビデオ信号を時分割して画線の明暗に
対応するシリーズ２値化ビデオ信号（ＳＯ″ ゞ１″信
号）に変換される。５ａ〜５ｆ及び５ａ′〜５ｆ′はシ
フトレジスタにして、上記のように撮像装置３，３′が
撮像する２次元画像の一行の走査線（−ラスタ）当りの
サンプリング数と同数の記憶素子にて形成され、上記走
査線の２値化ビデオ信号を入力して一時的に記憶すると
共に上記同期信号にもとづいてシフトするものである。

６及び６′は、読出可能な２次元画像切出回路にして、
ｎ列ｎ行の記憶因子Ａｉｊ及びＢｉｊ（但しＩｊ−１、
２ｃ・・ｎとする。

）を集合させた正方形の記憶要素ΣＡｉｊ及びΣＢｉｊ
から構成され、同期信号の周期で左から右へ順次送られ
、最右端の情報は次々と棄てられ、サンプリング回路４
及び４／とシフトレジスタ５ａ〜５ｆ及び５ａ′〜５ｆ
′からの２値化ビデオ信号にもとづき、パターン８，８
′の各々を網状の正方形の要素に分割すると共に同時に
切出して記憶するものである。従つて、撮像装置３と撮
像装置３′は第９図Ａ，ｂに示す如く、各々基準物体１
に描かれた正規の２次元画像８と被検査物体ｖに２次元
画像８′との対応位置を軌跡（走査線）３５，３５″が
示すように同期させて走査し、各々ビデオ信号を出力す
る。これらのビデオ信号は各々サンプリング回路４及び
４′により２値化ビデオ信号に変換され、シフトレジス
タ５ａ〜５ｆ、及び５ａ′〜５ｆ′を介して２次元画像
切出回路６及び６７により撮像装置３、及び３′の走査
速度に同期した同期信号にもとづいて２次元画像８、及
び８′をｎ列ｎ行の記憶因子Ａｉｊ、及びＢｉｊから形
成された記憶要素ΣＡｉｊ及びΣＢｉｊに逐次切出され
て記憶される。即ちシフトレジスタ５ａ〜５ｆ１及び５
ａ′〜５ｆ′からは各々、１つ前の走査線によつて得ら
れる２値ビデオ信号が出力されることになり、記憶要素
ΣＡｉｊ、及びΣＢｉｊは第９図Ａ，ｂに６，６′示す
如く２次元画像１２，１２′上を同期して走査されて逐
次切出されていくことになる。従つてΣＡｉｊ，ΣＢｉ
ｊの内容を比較することによつて２次元画像１２，１２
′の対応する部分を比較することになる。７は比較論理
回路にして、第３図に示す如く２次元画像切出回路６に
おけるＨ型の８個の記憶因子（Ａｌｊ）の内、Ｔ字形状
の４個の記憶因子ＥとＴ字形状の４個の記憶因子Ｆに記
憶された２値化ビデオ信号を論理積回路９と論理和否定
回路１０、もしくは論理和否定回路１１と論理積回路１
２にて比較し、上記記憶因子Ｅに記憶された２値化ビデ
オ信号と記憶因子Ｆに記憶された２値化ビデオ信号の内
容が全く反対である場合、即ち第４図に示す如く正規の
パターン８の縦方向の境界線２４が記憶因子Ｅと記憶因
子Ｆの境界に位置する場合、論理積回路１３もしくは論
理積回路１４の論理積（ＡＮＤ）条件がとれ、論理和回
路１５を介してパターン８の縦方向の境界線２４を見出
した′１７なる信号２７が論理積回路２３に印加される
回路である。

なお第５図ａに示す如く、２個の記憶因子Ｅ′，Ｆ′に
てパターン８の縦方向の境界線を判定せず、第４図に示
す如く、記憶因子Ｅと記憶因子Ｆとを組合せたＨ型の記
憶因子によつてパターン８の縦方向の境界線を判定する
ようにした理由は、第５図ｂに示す如く本来横方向の境
界しかない直線パターンを収集した際、２値化に伴う量
子化誤差によつて横方向の直線パターンの境界線２９に
１因子分の凹凸が発生し、１因子分の縦の境界が生じる
ことになり、第１０図Ａ，ｂに示す如く記憶因子群Ｅと
記憶因子群Ｆとが完全に異ることはなく、本来横方向の
境界しかない直線パターンにおいて縦方向の境界がある
と誤判定されるのを避けるためである。更に比較論理回
路７には２次元画像切出回路６において因子数４個隔て
４個並列に配置した２個の記憶因子Ｃｉ（１−１〜４）
と２個の記憶因子Ｄｉ（１−１〜４）から成る要素に記
憶された２値化ビデオ信号を抽出し、例えば第４図に示
す如く記憶因子Ｃ１と記憶因子Ｄ１間にパターン８′の
境界線２５が位置している場合に、論理和否定回路１６
ａと論理積回路１８ａ、もしくは論理積回路１７ａと論
理和否定回路１９ａを通して論理積回路２０ａ、もしく
は論理積回路２１ａの一方からゞ１″なる信号が論理和
否定回路２２に印加され、ゞ０″なる信号が出力され、
逆に第４図に示す如く記憶因子Ｃｉ（１−１〜４）と記
憶因子Ｄｉ（１−１〜４）間にパターン８′の境界線２
６が位置している場合に論理積回路２０ａ〜２０ｄ，２
１ａ〜２１ｄにおいて論理積条件がとれず論理和否定回
路２２からゞ１″なる信号２８が出力される回路を備え
ている。なお第５図ｃに示す如く上記要素を１個の記憶
因子Ｃ′と１個の記憶因子Ｄ′にて構成してパターン８
の境界線の近傍にパターン８′の境界線が存在するかど
うかを判定しなかつたのは、第５図ｂに示す如く量子化
誤差による誤動作を防ぐためである。即ち第５図ｂに示
す如く量子化誤差にともない、本来横方向に直線で形成
されている直線状パターンについて１因子分縦方向に凹
凸でもつて切出されて記憶されることがある。この場合
、第５図ｃに示す構成にしなかつたのは、本来横方向の
直線パターンしかないのに縦方向の境界があると判定さ
れ、欠陥があると検出されてしまうのを防止するためで
ある。更に位置ずれの許容範囲として、左右に各々２因
子、上下に各々２因子にしたので、記憶因子Ｃｉと記憶
因子Ｄｉの間に４因子入るように離間させ、また上下に
３因子の外側に各々２因子設けるようにした。但し、パ
ターンの幅の敢小が５因子分に亘るという条件で設定さ
れている。従つて両方のパターン８，８′共に正常で一
方の記憶因子Ｅ，Ｆで境界だと検出されたとき、相対的
位置ずれや、量子化誤差の影響で上下、左右に各々２因
子分の位置ずれが生じても他方の２組の記憶因子Ｃｉ，
Ｄｉ（例えばＣｌ，Ｄｌ，Ｃ２，Ｄ２；Ｃ２，Ｄ２，Ｃ
３，Ｄ３；Ｃ３，Ｄ３，Ｃ４，Ｄ４）のいずれかによつ
て境界が検出されるので、高信頼度でもつて回路パター
ンに匹敵する大きな欠陥も検出することができる。この
ようにして２次元画像切出回路６の記憶因子Ｅと記憶因
子Ｆの境界に基準物体１のパターン８の境界線２４が位
置したとき論理和回路１５からＳ１″なる信号２７が論
理積回路２３の一方の入力端子に入力され、一方２次元
画像切出回路６′の記憶因子Ｃｉと記憶因子Ｄｉの間に
被検査物体ｖのパターン８′の境界線２６が存在しない
とき論理和否定回路２２から″′１″なる信号２８が論
理積回路２３の他方の入力端子に入力され、論理積回路
２３からは被検査物体１′のパターン８′に欠陥がある
という比較検査結果が″１″なる信号１１にて検出され
る。この結果パターン８とパターン８′の位置合せ誤差
をある程度許容した上で両パターンの境界線の凹凸の大
きな変化を検出することができる。なお上記実施例では
、縦方向（Ｙ方向）に境界を有する直線パターンについ
て第１図ｂに示すような欠陥があるか検出する場合につ
いて説明したが、上記記憶因子Ｅ及びＦ、記憶因子Ｃｉ
及びＤｉを各々９０度回転した形で２次元画像切出回路
６及び６′から読み出し新に第３図に示す比較論理回路
を設けてこの比較論理回路で比較判定すれば横方向（Ｘ
方向）に境界を有する直線パターンについても第１図ｂ
に示すような欠陥の検出が可能となる。また前記実施例
では、２次元画像切出回路６の記憶因子Ｅと記憶因子Ｆ
にてパターンの境界線を検出し、２次元画像切出回路６
′の記憶因子Ｃｉと記憶因子Ｄｉで上記境界線の近傍に
他のパターンの境界線が存在するか否かの比較判定をし
、第１図ｂに示すような欠陥の検出をしているが、上記
２次元画像切出回路６からは記憶因子Ｃｉと記憶因子Ｄ
ｉでもつて読み出し、２次元画像切出回路６／からは記
憶因子Ｅと記憶因子Ｆから読み出すように交換し、新ら
たに第３図に示す比較論理回路を設けて、この比較論理
回路で比較判定すれば２次元画像８′にのみ境界を有す
るパターンが存在する欠陥（第９図に示すように被検査
対象物体１″に存在する欠陥３６，３６，３６，３７）
を検出することが可能となる。

更に記憶因子Ｃｉ及びＤｉ、並びに記憶因子Ｅ及びＦを
９０度回転させた形で読み出し新らたに設けられた比較
論理回路を設ければ縦方向（Ｙ方向）及び横方向（Ｘ方
向）について同じように両パターンの同一註について比
較判定することができる。次に微小パターンを比較判定
する方法について説明する。

通常回路パターンは第６図ａに示すように線状のパター
ン３０を有し、その最小寸法１が定められていて、その
寸法１より小さい微小パターンの部分１１は欠陥と考え
られる。しかし一般に回路パターンは第６図ｂに示すよ
うに鋭角パターン３１を含むので微小パターンを検出す
ると欠陥ではない鋭角部も欠陥と誤認することになる。
この欠点を除いた微小パターンを比較判定する方法につ
いて第７図にもとづいて具体的に説明する。まず２次元
切出回路６によつて方形の要素（ΣＡｉｊ）にてパター
ンが切出され、第７図ｂに示す如く４個のＴ字形状の記
憶因子Ｅと４個のＴ字形状の記憶因子Ｆとの間に直線上
に配列された記憶因子Ｇ１〜Ｇｎにて構成された要素３
３にて記憶された２値化ビデオ信号を同時に抽出し、記
憶因子Ｅと記憶因子Ｆの信号が同じで記憶因子Ｇ１〜Ｇ
ｎの中に１因子でも記憶因子Ｅと反対の２値化信号が検
出されたとき、パターン３２は微小パターンが存在する
ものと判定する。

なお記憶因子Ｇ１〜Ｇｎの数を回路パターンの最小幅１
が第７図ｂに示す１の幅となるように設定すれば、微小
パターンのみを検出し回路パターン３０を微小パターン
と誤認することがない。このようにパターン３２で微小
パターンが検出された場合他方のパターン３２′の対応
する点の近傍を調べ、他方のパターン３２２に微小パタ
ーンが検出されない場合はパターン３２に微小欠陥あり
と判定する。パターン３２７にも微小パターンがある場
合は、もとのパターン３２に本来微小パターンが存在す
るものとして欠陥と判定しないようにする。パターン３
２／の対応する点近傍に微小パターンの有無を調べる回
路は第７図ａに示した。同図において３４ａ〜３４ｄは
パターン３２，３２７の位置合せ誤差、及び微小パター
ンの形状には先の尖つた形状が考えられる関係で、第７
図ｂに類似したＬを適当な長さに設定とすると共に上下
方向に例えば４組の記憶因子Ｅ１ゞＥ４？Ｆ１ゞＦ４ラ
Ｇｌｌ〜１９ゞＧ４ｌ〜４９を配列した近傍微小パター
ン判定回路である。この判定回路により第７図ａに示し
たように、微小パターン判定回路３３によりパターン３
２に微小パターン有りと判定した場合、近傍微小パター
ン判定器３４ａ〜３４ｄによりパターン３２５にも微小
パターン有りと判定しているのでこの場合は欠陥と判定
されない。パターン３２′が直線である場合は近傍微小
パターン判定回路３４ａ〜３４ｄは、（Ｅｉの内容）−
（Ｆｉの内容）、Ｇｉｌ，Ｇｉ２・・・Ｇｉ４のうち１
ケでもＥｉの内容に等しいという条件が成立しないので
パターン３２に微小欠陥ありと判定することができる。
以上の判定において画像の白黒の判定を加えるため例え
ばＥとＥ１〜Ｅ４の記憶内容が一致しているか否かの判
定を加えると、より厳密な判定が行なえるが実用上は、
上記のとうりで差しつかえない第７図ａに示した論理回
路を９００倒置し、さらに要素３３と要素３４ａ〜３４
ｄを交換した形で回路を組めばパターン３２，３２′に
関して平等に欠陥判定を行なうことができる。

なお第７図ａに示した比較論理回路は回路パターンが正
常な微小パターンを含む場合に適用したものであるが、
もし回路パターンが微小パターンを含まない場合は、第
７図ｂに示す微小判定回路３３を単独で使用することに
より、微小パターンのみを検出することができる。以上
説明したように本発明によれば、二つの半導体集積回路
パターン等の複雑で、且つ微細な２次元画像を位置合せ
したとき、２次元画像を形成するときの作画誤差、及び
位置決め誤差によつて第８図に示すように両２次元画像
に相対的位置ずれが生じても、この小さな不一致部分を
欠陥として判定しないようにすることができると共に、
シヨート３５、断線３６、ピンホール３７等の真の欠陥
を、このように種類が異なろうとも、大きさが著しく変
化しようとも、正確に、且高能率でもつて検出すること
ができる優れた実用的作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，ｂは、２個の２次元画像を重畳した状態を示
した図、第２図は本発明の２次元画像比較検査装置の一
実施例の構成を示す図、第３図は第２図の２次元画像比
較検査装置に用いられている比較論理回路を詳細に示し
た図、第４図は、２次元画像の境界の位置と２次元画像
切出回路の内容を重畳した図、第５図ａ−ｃは１個の記
憶因子と１個の記憶因子にて画像の境界線を判定する一
実施例を示す図、第６図Ａ，ｂは微小回路パターンを示
した図、第７図Ａ，ｂは第６図に示す微小回路パターン
を比較検査する２次元画像切出回路の内容を示した図、
第８図は二つの半導体集積回路の一部の各々を各撮像装
置で撮像して得られる２次元画像を重畳した状態を示し
た図、第９図Ａ，ｂは２次元画像切出回路６，６／に逐
次切出されている様子を示した図、第１０図Ａ，ｂは本
来横方向に境界を有する直線パターンにおいて量子化誤
差によつて１因子分縦方向に凹凸が発生しこれを記憶因
子Ｅと記憶因子Ｆとで縦方向の境界としてみない状態を
示した図である。 １・・・・・・基準物体、１′・・・・・・被検査物体
、３，３ζ・・・・・撮像装置、４，４′・・・・・・
サンプリング回路、５ａ〜５ｆ，５ａ′〜５ｆζ・・・
・・シフトレジスタ、６，６・・・・・・２次元画像切
出回路、７・・・・・・比較論理回路、２４，２５，２
６・・・・・・境界線、Ｅ，Ｆ・・・・・・４個から形
成されるＴ字形状の記憶因子、Ｃｉ，Ｄｉ・・・・・・
２個の記憶因子、Ｇ１〜Ｇｎ，Ｇｌｌ〜Ｇｌ，，・・・
Ｇ４ｌ〜Ｇ４，・・・・・・一直線に配列された記憶因
子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の位置ずれ範囲内で位置合せされた、本来同一
   であるべき、二つの２次元画像の各々を同期走査して撮
   像する第１及び第２の撮像装置と、該第１及び第２の撮
   像装置の各々により撮像される２次元画像の各々を同期
   、且つ対応させて縦横複数個の記憶因子にて配列された
   記憶要素に順次切出すと共に上記記憶因子に２値絵素化
   信号を記憶する第１及び第２の画像切出手段と、該第１
   の画像切出手段の第１の定位置に対して互いに近接させ
   て対称的に設定され、且つ各々が複数個の連続記憶因子
   からなる第１の記憶因子群同志の２値信号が互いに異つ
   ていることを検出して一方の２次元画像における境界が
   第１の定位置に到来したことを検出する第１の検出手段
   と、上記第１の画像切出手段の第１の定位置に対応する
   上記第２の画像切出手段の第２の定位置に対して互いに
   対称的に、且つ各々が上記所定の位置ずれの範囲所定の
   記憶因子数離間させて設定され、複数個の連続記憶因子
   からなる第２の記憶因子群を上記位置ずれ範囲に応じて
   上記離間方向に直角な方向に並設された複数組の全てに
   亘つて上記第２の記憶因子群同志の２値信号が互いに同
   じあることを検出して他方の２次元画像における境界が
   第２の定位置に位置ずれ範囲を加えた領域内に到来しな
   いことを検出する第２の検出手段と、上記第１及び第２
   の検出手段の各々から出力があつたとき、出力を出す欠
   陥抽出手段とを備え、該欠陥抽出手段によつて上記二つ
   の２次元画像のいずれか一方に欠陥が存在すると判定す
   ることを特徴とする２次元画像比較検査装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の２次元画像比較検査装
   置において、第１または第２の画像切出手段の第３の定
   位置に対して互いに上記２次元画像の最小幅より僅か狭
   く離間させて対称的に設定され、且各々が複数個の連続
   記憶因子からなる第３の記憶因子群同志の２値信号が互
   いに同一であつて、上記第３の記憶因子群の間に設けら
   れた連続記憶因子の内、ある記憶因子の２値信号が上記
   第３の記憶因子群の２値信号と異なることを検出して一
   方の２次元画像における微小パターンが上記第３の定位
   置の領域に到来したことを検出する第３の検出手段と、
   上記第１または第２の画像切出手段の第３の定位置に対
   応する第２または第１の画像切出手段の第４の定位置に
   対して互いに対称的に、且つ各々が上記２次元画像の最
   小幅に上記所定の位置ずれの範囲を加えた所定の記憶因
   子数離間させて設定され、更に各々が複数個の連続記憶
   因子からなる第４の記憶因子群を上記位置ずれ範囲に応
   じて上記離間方向に直角な方向に並設された複数組の全
   てに亘つて上記第４の記憶因子群同志の２値信号が互い
   に同じであつて、上記複数組の内、少くとも両側に設定
   された第４の記憶因子群の間に設けられた連続記憶因子
   の両方に切出された２値信号が上記第４の記憶因子群の
   ２値信号と同じあることを検出して他方の２次元画像に
   おける微小パターンが第４の定位置に位置ずれの範囲を
   加えた領域内に到来しないことを検出する第４の検出手
   段と、上記第３及び第４の検出手段の各々から出力があ
   つたとき、出力を出す微小欠陥抽出手段とを備え、該微
   小欠陥抽出手段によつて上記二つの２次元画像のいずれ
   か一方に微小欠陥が存在すると判定することを特徴とす
   る２次元画像比較検査装置。