(57)【要約】【課題】画像間の位置ずれを高速かつ精度よく検出することができる位置ずれ検出方法及び位置ずれ検出装置並びにこれを利用した画像処理方法、画像処理装置、検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる位置ずれ検出方法は第１の画像データと第２の画像データとの間の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出方法である。画像データから得られた１次元データをフーリエ変換する（ステップＳ６）。その結果に基づき、少なくとも１つ以上の周波数を抽出し（ステップＳ７）、その周波数における位相を算出する（ステップＳ８）。さらに算出された位相と第２の画像データの周波数における位相との差に基づき、画像間の位置ずれ量を求める（ステップ９）【選択図】　図３
2004145466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の画像データと第２の画像データとの間の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出方法であって、
（ａ）前記画像データから得られた１次元データをフーリエ変換するステップと、
（ｂ）前記ステップ（ａ）の結果に基づき、少なくとも１つ以上の周波数における位相を求めるステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）において求められた位相と前記第２の画像データの前記周波数における位相との差に基づき、画像間の位置ずれ量を求めるステップを有する位置ずれ検出方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）において前記フーリエ変換により、複数の周波数に対応する係数を求め、
前記ステップ（ｂ）において、前記複数の周波数の各周波数における強度を求め、当該強度の極値に基づき周波数を抽出し、当該抽出された周波数において位相を求めることを特徴とする請求項１の位置ずれ検出方法。
【請求項３】
さらに、前記第１の画像データに基づく２次元データを取得するステップと、
前記２次元データに基づいて、前記１次元データとして投影波形データを生成するステップを有する請求項１又は２いずれかに記載の位置ずれ検出方法。
【請求項４】
前記投影波形を生成するステップは複数の異なる方向についての１次元の投影波形データをそれぞれ生成し、
前記それぞれの１次元投影波形データについて前記ステップ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）とを実行する請求項３記載の位置ずれ検出方法。
【請求項５】
第１の画像データと第２の画像データとの間の比較処理を行う画像処理方法であって、
請求項１乃至４いずれかに記載の位置ずれ検出方法の位置ずれ量を求めるステップの後に、
前記画像間の位置ずれ量を前記第１の画像データ又は前記第２の画像データに対して補正するステップと、
前記補正された画像データを比較処理するステップを有する画像処理方法。
【請求項６】
第１の画像データと第２の画像データとの間の比較処理結果に基づき検査を行う検査方法であって、
請求項５記載の画像処理方法の画像データを比較処理するステップの後に、
前記比較処理された比較結果に基づいて検査信号を出力するステップを有する検査方法。
【請求項７】
第１の画像データと第２の画像データとの間の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出装置であって、
前記第１の画像データから得られた１次元データをフーリエ変換する第１の演算手段と、
前記第１の演算の結果に基づき、少なくとも１つの周波数における位相を求める第２の演算手段と、
前記第２の演算において求められた前記第１の画像データの位相と、前記第２の画像データの前記周波数における位相との差に基づき、前記第１の画像データと前記第２の画像データとの間の位置ずれ量を求める第３の演算を行う演算手段を備えた位置ずれ検出装置。
【請求項８】
前記第１の演算において前記フーリエ変換により、複数の周波数に対応する係数を求め、
前記第２の演算において、前記複数の周波数の各周波数における強度を求め、当該強度の極値に基づき周波数を抽出し、当該抽出された周波数において位相を求めることを特徴とする請求項７の位置ずれ検出装置。
【請求項９】
前記第１の画像データが２次元データであり、当該２次元データに基づいて１次元データとして投影波形データを生成する投影波形生成回路をさらに有する請求項７又は８記載の位置ずれ検出装置。
【請求項１０】
前記投影波形生成回路は複数の異なる方向についての１次元投影波形データをそれぞれ生成し、
前記それぞれの１次元投影波形データについて前記第１の演算、第２の演算及び第３の演算を実行する請求項９記載の位置ずれ検出装置。
【請求項１１】
前記投影波形生成回路では、前記２次元のデータを第１の方向に積分することにより投影波形を生成している請求項９又は１０記載の位置ずれ検出装置。
【請求項１２】
前記投影波形生成回路において、当該投影波形を生成する前に前記第１の方向と直交する第２の方向に前記２次元データを微分する微分処理が行われている請求項９乃至１１いずれかに記載の位置ずれ検出装置。
【請求項１３】
第１の画像データと第２の画像データとの間の比較処理を行う画像処理装置であって、
請求項７乃至１２いずれかに記載の位置ずれ検出装置と、
前記位置ずれ量検出装置によって求められた位置ずれ量を前記第１の画像データ又は前記第２の画像データに対して補正するずれ補正回路と、
前記補正された画像データを比較処理する画像比較回路を有する画像処理装置。
【請求項１４】
第１の画像データと第２の画像データとの間の比較処理結果に基づき検査を行う検査装置であって、
被検査対象物の画像を撮像する撮像手段と、
前記第１の画像データから得られた１次元データをフーリエ変換する第１の演算手段と、
前記第１の演算の結果に基づき、少なくとも１つの周波数における位相を求める第２の演算手段と、
前記第２の演算において求められた前記第１の画像データの位相と、前記第２の画像データの前記周波数における位相との差に基づき、前記第１の画像データと前記第２の画像データとの間の位置ずれ量を求める第３の演算を行う演算手段と、
前記位置ずれ量検出装置によって求められた位置ずれ量を前記第１の画像データ又は前記第２の画像データに対して補正するずれ補正回路と、
前記補正された画像データを比較処理する画像比較回路と、
前記比較結果に基づいた検査信号を出力する検査装置。
【請求項１５】
前記第１の画像データが２次元データであり、当該２次元データに基づいて１次元データとして投影波形データを生成する投影波形生成回路をさらに備えた検査装置。
【請求項１６】
当該位置ずれ量を記憶する記憶手段をさらに備える請求項１４又は１５記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像間の位置ずれを検出する位置ずれ検出方法及び位置ずれ検出装置に関し、特には詳しくは画像間の位置ずれ量の補正を短時間で正確に行う画像処理方法及び画像処理装置並びにそれを用いた検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置、液晶表示装置、フォトマスク又はレチクルのパターン形状の欠陥検査装置にはＣＣＤセンサが用いられ、その画像により欠陥の有無を検出する。このような欠陥検査装置には隣接する同一パターン形状を比較するダイツーダイ方式（Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄｉｅ）と、ＣＡＤデータにより参照画像を生成してそれと比較するダイツーデータベース方式（Ｄｉｅ−ｔｏ−Ｄａｔａｂａｓｅ）とがある。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
ダイツーダイ方式では２つの同一形状のダイパターンを異なるＣＣＤセンサで検出していた。あるいは、１つのＣＣＤセンサで１度ダイパターンを検出した後に、基板又はＣＣＤセンサを移動させて同じダイパターンを検出していた。その２つのデジタル画像を比較処理することにより欠陥の有無を判別する。２つのデジタル画像において比較処理する場合、両者間で各画素値の引き算をすればよい。つまり、異なる値を持つ画素においては、０以外の値になり、この場所に欠陥が生じていることになる。このようにして、同一の内容をもつ２つの画像間のわずかな違い（すなわちパターン形状の欠陥）を見つけ出すことが出来る。また、画像データに微分処理を施した後、２次元ＦＦＴ処理し、識別対象物の識別を行うものもある。（例えば、特許文献２）この方法では、識別対象物をＣＣＤカメラにより撮像し、その画像データに対して微分処理を行う。そして、２次元的ＦＦＴ処理を行い、スペクトルのピーク値即ちＦＦＴ処理によって表れた周波数の係数の最大値（又は極値）により、画像の識別を行っている。
【０００４】
しかし、これらの方法による欠陥検出は画像間にずれが無いことが前提となる。もし画像間にわずかでもずれがあれば、たとえ全く同じ画像を引き算してもずれた分が擬似欠陥として誤って検出されてしまう。従って、この方法で欠陥検査を行う検査装置は、ずれの原因を極力抑えて検査を行わなければならない。よって、ＣＣＤセンサを異なるパターンの同じ位置に精度良く合わせる必要がある。
【０００５】
このダイツーダイ方式の欠陥検査装置の構成について図８を用いて説明する。１はＣＣＤリニアイメージセンサ、２は基板、３は画像処理装置である。被検査対象の基板２には種々のパターンが形成されており、この基板２に対向して２つのＣＣＤリニアイメージセンサ１が設けられている。この２つのＣＣＤリニアイメージセンサ１により１次元の画像が検出される。そして基板２を矢印の方向に一定速度で移動させることにより、同じダイパターンの画像の２次元データを検出する。これらの２つの画像が画像処理装置３に取り込まれる。そして画像間の２次元データの差を求め、その差異により欠陥の有無を判別していた。なお、実際の欠陥検査装置には基板２を照らすための光源や基板からの光をＣＣＤリニアイメージセンサ１に導くためのレンズ、ミラー等の光学系が設けられている場合もある。
【０００６】
基板全面の欠陥検査を行うために、基板２又はＣＣＤリニアイメージセンサ１のいずれか一方あるいは両方を移動させる。この基板全面の欠陥検査を行うための構成の一例を以下に説明する。基板２を図８の矢印の方向に連続的に移動させて一定の時間間隔でＣＣＤリニアイメージセンサ１により画像の２次元データを取り込む。その連続移動したラインの測定が終了したら、矢印に対して鉛直に基板に対して平行にＣＣＤリニアイメージセンサ１を移動させる。移動が終了したら再度基板２を矢印の方向に連続的に移動させる。この動作を繰り返すことにより基板全面の欠陥検査を行う。
【０００７】
この２つの画像間の位置ずれ補正はＣＣＤリニアイメージセンサ１又は基板２の位置や傾きを調整していた。あるいはＣＣＤリニアイメージセンサ１までの光路途中に設けられたミラーやレンズにより調整を行っていた。しかし機械的又は光学的に行うことは非常に困難であり、擬似欠陥が生じること場合があった。また、ＣＣＤリニアイメージセンサ１や基板２を移動させた後に、位置ずれが生じた場合は、その都度位置を調整しなければならなかった。
【０００８】
また、位置ずれの補正を画像上で行う画像処理方法もあり、サブピクセルまでの補正を行うことができるものもある。（例えば、特許文献３参照）しかし、最近は配線パターン幅が狭くなってきている。そのため、より精度良く検査を行うためにはＣＣＤリニアイメージセンサの分解能（１ピクセル辺りの検出範囲）を上げる必要がある。さらに、この位置ずれ補正の精度に対する要求も厳しくなってきている。従って従来の検査装置でＣＣＤセンサの分解能を上げた状態で広範囲の画像を取得する場合は、画像データ量が増加して、必要な演算時間や記憶容量が増大するといった問題もある。演算時間が増大した場合、検査のスループットが遅くなってしまうという問題もある。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第４８０５１２３号公報明細書
【特許文献２】
特開２０００−３５７２３６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２０１９０８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の検査装置において、２つの２次元画像に位置ずれ補正を行って比較処理する場合は、必要な演算時間や記憶容量が増大するといった問題があった。
【００１１】
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、２つの画像間の位置ずれを高速かつ精度よく検出することができる位置ずれ検出方法及び位置ずれ検出装置を提供することを目的とする。さらにこれらを利用した画像処理方法及び画像処理装置並びに検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる位置ずれ検出方法は、第１の画像データと第２の画像データとの間の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出方法であって、（ａ）前記画像データから得られた１次元データをフーリエ変換するステップ（例えば、本発明の実施の形態にかかるステップＳ６）と、（ｂ）前記ステップ（ａ）の結果に基づき、少なくとも１つ以上の周波数における位相を求めるステップ（例えば、本発明の実施の形態にかかるステップＳ８）と、（ｃ）前記ステップ（ｂ）において求められた位相と前記第２の画像データの前記周波数における位相との差に基づき、画像間の位置ずれ量を求めるステップ（例えば、本発明の実施の形態にかかるステップＳ９）を有するものである。これにより、画像間の位置ずれ量の検出を正確に行うことができる。
【００１３】
本発明にかかる位置ずれ検出方法は上述の位置ずれ検出方法の前記ステップ（ａ）において、前記フーリエ変換により、複数の周波数に対応する係数を求め、前記ステップ（ｂ）において、前記複数の周波数の各周波数における強度を求め、当該強度の極値に基づき周波数を抽出し、当該抽出された周波数において位相を求めることを特徴とするものである。これにより、画像間の位置ずれ量の検出を正確に行うことができる。
【００１４】
上述の位置ずれ検出方法においてさらに、前記第１の画像データに基づく２次元データを取得するステップ（例えば、本発明の実施の形態にかかるステップＳ２）と、前記２次元データに基づいて、前記１次元データとして投影波形データを生成するステップ（例えば、本発明の実施の形態にかかるステップＳ４）を有していてもよい。これにより、画像間の位置ずれ量の検出を正確に行うことができる。
【００１５】
本発明にかかる位置ずれ検出方法は上述の位置ずれ検出方法において前記投影波形を生成するステップは複数の異なる方向についての１次元の投影波形データをそれぞれ生成し、前記それぞれの１次元投影波形データについて前記ステップ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）とを実行するものである。これにより、２方向の位置ずれ量の検出を正確に行うことができる。
【００１６】
本発明にかかる画像処理方法は第１の画像データと第２の画像データとの間の比較処理を行う画像処理方法であって、上述のいずれかの位置ずれ検出方法の位置ずれ量を求めるステップの後に、前記画像間の位置ずれ量を前記第１の画像データ又は前記第２の画像データの画像データに対して補正するステップ（例えば、本発明の実施の形態にかかるステップＳ１０）と、前記補正された画像データを比較処理するステップ（例えば、本発明の実施の形態にかかるステップＳ１１）を有するものである。これにより画像間の位置ずれ補正を正確に行うことができる。
【００１７】
本発明にかかる検査方法は第１の画像データと第２の画像データとの間の比較処理結果に基づき検査を行う検査方法であって、上述の画像処理方法の画像データを比較処理するステップの後に、前記比較処理された比較結果に基づいて検査信号を出力するステップ（例えば、本発明の実施の形態にかかるステップＳ１２）を有するものである。これにより、正確に位置ずれ補正がなされた画像を比較することができるので、検査精度を向上することができる。
【００１８】
本発明にかかる位置ずれ検出装置は第１の画像データと第２の画像データとの間の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出装置であって、前記第１の画像データから得られた１次元データをフーリエ変換する第１の演算手段と、前記第１の演算の結果に基づき、少なくとも１つの周波数における位相を求める第２の演算手段と、前記第２の演算において求められた前記第１の画像データの位相と、前記第２の画像データの前記周波数における位相との差に基づき、前記第１の画像データと前記第２の画像データとの間の位置ずれ量を求める第３の演算手段（例えば、本発明の実施の形態にかかるＤＳＰ３３）を備えたものである。これにより、画像間の位置ずれ量の検出を短時間で正確に行うことができる。
【００１９】
本発明にかかる位置ずれ検出装置は上述の位置ずれ検出方法の前記第１の演算において、前記フーリエ変換により、複数の周波数に対応する係数を求め、前記第２の演算において、前記複数の周波数の各周波数における強度を求め、当該強度の極値に基づき周波数を抽出し、当該抽出された周波数において位相を求めることを特徴とするものである。これにより、画像データ間の位置ずれ量の検出を短時間で正確に行うことができる。
【００２０】
上述の位置ずれ検出装置では前記第１の画像データが２次元データであり、当該２次元データに基づいて１次元データとして投影波形データを生成する投影波形生成回路（例えば、本発明の実施の形態にかかる投影波形生成回路３１）をさらに有していてもよい。これにより、画像間の位置ずれ量の検出を短時間で正確に行うことができる。
【００２１】
上述の位置ずれ検出装置において、前記投影波形生成回路は複数の異なる方向についての１次元投影波形データをそれぞれ生成し、前記それぞれの１次元投影波形データについて前記第１の演算、第２の演算及び第３の演算を実行してもよい。これにより、２方向の位置ずれ量の検出を短時間で正確に行うことができる。
【００２２】
上述の位置ずれ検出装置の投影波形生成回路では前記２次元のデータを第１の方向に積分することにより投影波形を生成してもよい。これにより、画像間の位置ずれ量の検出を短時間で正確に行うことができる。
【００２３】
本発明にかかる位置ずれ検出装置は上述の位置ずれ検出装置の前記投影波形生成回路において、当該投影波形を生成する前に前記第１の方向と直交する第２の方向に前記２次元データを微分する微分処理が行われているものである。これにより、エッジ検出を行うことができ、画像間の位置ずれ量の検出を短時間で正確に行うことができる。
【００２４】
本発明にかかる画像処理装置は第１の画像データと第２の画像データとの間の比較処理を行う画像処理装置であって、請求項７乃至１２いずれかに記載の位置ずれ検出装置と、当該位置ずれ量を元の画像に対して補正するずれ補正回路（例えば、本発明の実施の形態にかかるずれ補正回路３４）と、前記補正された画像を比較処理する画像比較回路（例えば、本発明の実施の形態にかかる画像比較回路３６）を有するものである。これにより、画像間の位置ずれ量の補正を短時間で正確に行うことができる。
【００２５】
本発明にかかる検査装置は第１の画像データと第２の画像データとの間の比較処理結果に基づき検査を行う検査装置であって、被検査対象物の画像を撮像する撮像手段（例えば、本発明の実施の形態におけるＣＣＤリニアイメージセンサ１）と、前記第１の画像データから得られた１次元データをフーリエ変換する第１の演算手段と、前記第１の演算の結果に基づき、少なくとも１つの周波数における位相を求める第２の演算手段と、前記第２の演算において求められた前記第１の画像データの位相と、前記第２の画像データの前記周波数における位相との差に基づき、前記第１の画像データと前記第２の画像データとの間の位置ずれ量を求める第３の演算を行う演算手段（例えば、本発明の実施の形態におけるＤＳＰ３３）と、前記位置ずれ量検出装置によって求められた位置ずれ量を前記第１の画像データ又は前記第２の画像データに対して補正するずれ補正回路（例えば、本発明の実施の形態におけるずれ補正回路３４）と、前記補正された画像データを比較処理する画像比較回路（例えば、本発明の実施の形態における画像比較回路３６）と、前記比較結果に基づいた検査信号を出力するものである。これにより、正確に位置ずれ補正がなされた画像を比較することができるので、検査精度を向上することができる。
【００２６】
上述の検査装置において前記第１の画像データが２次元データであり、前記２次元データに基づいた１次元データとして投影波形データを生成する投影波形生成回路をさらに有することが望ましい。これにより、短時間で正確に位置ずれ補正がなされた画像を比較することができるので、検査精度を向上することができる。
【００２７】
上述の検査装置において当該位置ずれ量を記憶する記憶手段をさらに備えることが望ましい。これにより、検査装置の利便性を向上することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
本発明にかかる位置ずれ検出方法及び画像処理方法を利用した検査装置の構成について図１を用いて説明する。図１は検査装置の構成を示した斜視図である。１はＣＣＤリニアイメージセンサ、２は基板、３は画像処理装置である。
【００２９】
被検査対象物の基板２に対向してＣＣＤリニアイメージセンサ１が２つ設けられている。このＣＣＤリニアイメージセンサ１は有効画素数が１０２４画素であり、１次元ラインデータを取得することができる。ＣＣＤリニアイメージセンサ１を用いることにより、像の歪みを抑制することができ、精度よく検査を行うことができる。１画素には８ビットすなわち０〜２５５のデジタル信号が蓄積される。またＣＣＤリニアイメージセンサ１のレンズ系を調整することにより、ＣＣＤリニアイメージセンサ１の空間分解能は約０．１２５μｍ／画素となっている。
【００３０】
なお、図１には特に光学系を図示していないが、装置構成上、光源、レンズ、ミラー、ハーフミラー、ビームスプリッター等の光学部品が光路上に設けられていても良い。基板２はホルダー（図示せず）で支持されており、このホルダーを矢印の方向に一定速度で移動させる。これにより基板２に関する２次元の画像を取り込む。基板２の移動により１ライン１０２４画素分のラインデータを５１２回取り込む。この１０２４×５１２画素のデータが１度に処理されるため２次元画像データになる。このような２次元データが１５ｍｓｅｃ周期で取得される。そして上記の処理が連続して行われる。
【００３１】
このＣＣＤリニアイメージセンサ１によって取得された画像の１例を図２に示す。４は画像、５は配線である。この説明のため、この２つの画像４をＬとＲとする。また１次元のＣＣＤリニアイメージセンサ１はＹ方向のラインデータを取得しており、基板２はＸ方向に移動しているものとする。すなわちＸ方向には５１２画素、Ｙ方向には１０２４画素分のデジタル信号が取得されている。ＬとＲの画像４には基板上の配線５が形成されている箇所の画像が取得されている。しかし、ＣＣＤリニアイメージセンサ１が同一パターンのずれた位置を撮像しているため、この配線５もずれた位置になっている。
【００３２】
画像間の位置ずれ補正を行い検査する検査方法について図３、図４を用いて説明する。図３は位置ずれ補正を行い検査する検査方法のフローチャートであり、図４は位置ずれ補正を用いた画像処理装置の構成を示すブロック図である。ここで３１は投影波形生成回路、３２はＦＩＦＯメモリ、３３はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、３４はずれ補正回路、３５は画像メモリ、３６は画像比較回路である。これらは図１の画像処理装置３の内部に設けられている。
【００３３】
まず、前述のように２つのＣＣＤリニアイメージセンサ１によって２つの１次元の画像が取得される（ステップＳ１）。そして基板２が移動することにより２次元画像が生成される（ステップＳ２）。この２つの２次元画像が水平同期信号及び垂直同期信号により同期されて投影波形生成回路３１に入力される。この投影波形生成回路３１では２次元データがＸ方向に微分される（ステップＳ３）。引き続き、微分された後の２次元データがＹ方向に積分される（ステップＳ４）。これにより、２次元データから１次元の投影波形データが生成される。
【００３４】
この２つの投影波形をそれぞれＦＩＦＯメモリ３２に記憶させる（ステップＳ５）。ＤＳＰ３３がＦＩＦＯメモリ３２から波形データを取り込み、高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ）処理を行う（ステップＳ６）。これにより、位置の関数であった波形データが周波数の関数に変換される。このＦＦＴ処理によって求められた強度の極値近傍の周波数を抽出する（ステップ７）。その周波数において位相を算出する（ステップＳ８）。そしてその周波数において２つの画像間の位相差を求め、その位相差からずれ量を検出する（ステップＳ９）。
【００３５】
ＤＳＰ３３が２つの画像間のずれ量をずれ補正回路３４にセットして、比較処理する２つの画像に対してずれ補正を行う（ステップＳ１０）。比較処理する２つの画像は同時期に画像メモリ３５に蓄積されており、ステップ９で求められたずれ量分だけずれ補正を行う。ずれ補正が施された画像メモリ３５の内容を使って、画像比較回路３６が画像比較処理（ステップＳ１１）を行う。ここでは、ずれ量が補正された両画像間の２次元データの差分をとる。そして、この差分により欠陥の有無を判断する（ステップＳ１２）。すなわち、両画像間に差がある箇所は、この差分の値が０ではなくなる。よって、基板２の検査箇所に欠陥有りと判断され、欠陥検出信号が出力される（ステップＳ１３）。なお、欠陥無しと判断された場合は欠陥無しの信号を出力しても良いし、そのまま終了してもよい。以上に示すような工程で位置ずれ補正された２つのＣＣＤリニアイメージセンサ間の画像が比較処理され、欠陥検査を行うことができる。ＣＣＤリニアイメージセンサ１又は基板２のいずれか一方又は両方を移動させて、上記の処理を行い基板２の全面について欠陥検査を行う。また、ＣＣＤリニアイメージセンサ１と基板２の間にレンズ、ミラー等の光学部品が設けられている場合はそれらを調整することにより基板全面の欠陥検査を行ってもよい。
【００３６】
次にステップＳ２〜ステップＳ４の工程における信号処理について詳細に説明する。ステップＳ２で図２に示す画像が生成されているとする。この画像ではＹ方向に１０２４画素、Ｘ方向に５１２画素の有効画素領域を備えているとする。そして、それぞれに配線５が１本撮像されている。しかし、画像間に位置ずれがあり、画像上での配線５の位置がずれている。この配線５が設けられている領域と設けられていない領域ではＣＣＤリニアイメージセンサ１によってそれぞれ異なる値が取得されることになる。
【００３７】
この図２に示す矢印方向のラインデータの波形を図５（ａ）に示す。このラインデータは、Ｙ方向において一番上の画素のラインデータであるものとする。Ｌの画像において、配線５が設けられている領域から配線５が設けられていない領域に変化する位置をｘ１とする。同様にＬの画像４において、配線５が設けられていない領域から配線５が設けられている領域に変化する位置をｘ２とする。Ｒの画像４においてはＬの画像がΔｘ分ずれているものとする。なお、ＬとＲの画像４では同一のパターン形状を撮像しているため配線５の太さは同じである。また配線５が設けられている領域は同一の値が取得されているものとする。同様に配線が設けられていない領域は全て０の値が取得されているものとする。
【００３８】
従って、図５（ａ）に示すようにＬの画像４のラインデータは配線５が設けられているｘ１〜ｘ２の領域のみ突出した矩形型となる。同様にＲの画像４のラインデータはｘ１＋Δｘ〜ｘ２＋Δｘの領域のみ突出した矩形型となる。この波形データについて微分処理（差分処理）を行うと、値が変化する位置のみにスペクトル成分が現れる。よって図５（ｂ）に示すような波形になる。これにより、配線５のエッジ検出を行うことができる。
【００３９】
さらに上述の処理をＹ方向の全ラインについて行う。すると全ラインにおいて図５（ｂ）のような波形が得られる。次にこのＹ方向の全ライン分のデータについて積分処理を行う。すなわち、Ｘ方向の位置が同じ場所にあるデータについて和を求める。すると図５（ｃ）に示すような配線５のエッジの部分が強調された投影波形となる。上記の微分処理と積分処理は投影波形生成回路３１により行われる。これにより、２次元の画像データを１次元の投影波形データにすることができ、後のＦＦＴ処理を含んだずれ補正検出にかかる演算時間の短縮を図ることができる。例えば１０２４×５１２画素の２次元画像を１次元の投影波形にした場合、約１ｍｓｅｃでずれ量を求めることが出来る。演算時間の短縮は検査時間の短縮につながり、検査装置のスループットを向上することも可能である。なお、投影波形とは２次元データに基づき生成された１次元データのことであり、上述のように２次元データを１方向に積分することにより得ることが出来る。もちろん、微分処理を行わないでもよい。さらに、特定部分のみ積分処理を行っても良い。また、積分処理以外にも、２次元データからある１本のラインデータを抽出することにより、投影波形を得ることができる。この場合、微分処理を行った後に、エッジを含むラインのデータを抽出することが望ましい。
【００４０】
次にステップＳ７の周波数抽出とステップＳ８の位相算出について図６を用いて詳細に説明する。図６は投影波形データがＦＦＴ処理された後のパワースペクトルの一例である。１次元の波形は有限のデジタル信号であり離散フーリエ変換（ＤＦＴ）により、複数の周波数に対応するフーリエ係数を求め、振幅（強度）及び位相を算出することができる。すなわち各周波数成分の実数部及び虚数部から、その周波数における振幅（強度）と位相が算出され、パワースペクトル及び位相スペクトルを求めることができる。従って、振幅（強度）及び位相は周波数の関数として表すことができる。そしてこの位相により位置ずれ量を求めることができる。また処理の高速化のため、これらのフーリエ変換にはＦＦＴを用いることが望ましい。画像データは１次元の投影波形データに変換されているので、２次元のＦＦＴに比べて高速で演算処理を行うことができる。これにより、演算時間を短縮することができ、高性能の画像処理装置を用いる必要がなくなり、低コスト化を図ることができる。
【００４１】
このＦＦＴ処理によって得られるパワースペクトルの一例を図６に示す。図６はＣＣＤリニアイメージセンサ１の画像データの投影波形にＦＦＴ処理して得られた強度（振幅の２乗）を周波数の関数として表したものである。なお、図２及び図５で示した画像とは無関係である。まず、Ａ以上の周波数において、レベルＢ以上の成分を持つ極値（ピーク）を探索する。ここではピーク１とピーク２の２つのピークが表れている。このピーク１、ピーク２における周波数をそれぞれｆ１、ｆ２とする。まずピーク１について考える。周波数ｆ１におけるＬとＲの画像の位相を求め、その差を位相差Δθ１とする。なお、位相及び位相差の算出はその周波数における位相及び位相差のみを算出しても良いし、周波数の関数として位相スペクトル及び位相差スペクトルを求めてから算出しても良い。ここで、２つの画像の位相差をΔθ１、その角速度をω１（＝２πｆ１）とすると、ずれ量（ピクセル）＝Δθ１／ω１で表される（ただし、ω１＝２πｆ１＝２πｎ／Ｎ、ここでＮは波形の全画素数、ｎは１〜Ｎ／２である）。また、ピーク２における周波数ｆ２について同様の処理を行い、位相差Δθ２を求めずれ量を算出する。そしてこの平均が画像間のずれ量となる。なお、ピークの値によって重みをつけてずれ量を算出してもよい。このずれ量により、正確で精度の高い補正を行うことができる。なお、Ｌ又はＲのいずれのパワースペクトルから周波数ｆ１を抽出して、位置ずれ量を求めてもよい。さらに、ＬとＲのパワースペクトルの極値から２つ周波数を抽出して、その２つの位相差から求められる平均値を位置ずれ量としてもよい。パワースペクトルの極値の周波数には画像のエッジ情報が含まれるため、正確で精度の高い位置ずれ検出及び位置ずれ補正を行うことが可能になり、検査精度の向上を図ることが出来る。これにより、精度良く位置ずれ量を求めることができる。またあるレベル以上の成分を持つピークを探索することで、抽出する周波数の数も少なくすることが出来るため、演算時間の短縮につながる。さらに、一定の周波数より高い周波数を探索することで、ステージ振動等の低い周波数成分が探索対象となることがなくなり、より正確な検査を行うことができる。また、対象となるピークは２つに限られず１つ以上あればよい。さらに、この演算処理を全ての比較処理する画像に対して行うことにより、光学系が経時的にずれている場合でも、その位置ずれ量の変化に対応することができる。従ってより正確な検査を行うことが出来る。
【００４２】
発明の実施の形態２．
本実施の形態は上述の実施の形態１で示した検査方法において周波数の抽出方法が異なるものである。従って、ステップＳ７以外のステップは同様であり、また検査装置及び画像処理装置の構成も同一であるため説明を省略する。
【００４３】
実施の形態１では極値すなわちピークにおける位相差を求め、画像間のずれ量とした。本実施の形態では、図７に示すようにピーク１（極値）の１／２の強度における周波数をｆ３、ｆ４とする。なお、ｆ３及びｆ４は極値における周波数から最も近い周波数で１／２の強度となる周波数とする。同様にピーク２（極値）の１／２の強度における周波数をｆ５、ｆ６とする。そして、ｆ３〜ｆ４及びｆ５〜ｆ６の周波数帯の各周波数において、Ｌ、Ｒの位相を求め、それぞれの周波数における位相差を求める。それぞれの位相差Δθからずれ量（Δθ／ω）を求め、その平均値を画像間の位置ずれ量とする。極値に近い値の周波数帯から位相差を求め、ずれ量を算出することにより、短時間で正確な位置ずれ量を求めることができる。
【００４４】
なお、画像間のずれ量（ピクセル）は実施の形態１と同様にΔθ／ωとなる。抽出された複数の周波数から求めたずれ量の平均値を位置ずれ量として、ずれ補正している。これにより、パワースペクトルのピークがなだらかな場合や、最大極値の近傍に同程度の強度のピークがある場合でも、正確にずれ量を求めることが出来る。なお位相差を求める周波数の位置はピーク値から１／２の位置に限らず、０より大きく１より小さい値ならいかなる値でもよい。１つ以上の周波数が抽出されればよい。極値の近傍の周波数には画像のエッジ情報が含まれるため、正確で精度の高い位置ずれ検出及び位置ずれ補正を行うことが可能になり、検査精度の向上を図ることが出来る。また抽出する周波数の数を少なく出来るため、演算時間の短縮につながる。
【００４５】
発明の実施の形態３．
本実施の形態では上述の実施の形態で示した画像処理方法の投影波形の求め方が異なるものである。そのため、ステップＳ３〜ステップＳ５以外のステップは同様であり、また検査装置及び画像処理装置の構成も同一であるため説明を省略する。
【００４６】
実施の形態１においての投影波形はＸ方向に微分処理を行った後にＹ方向に積分処理を行っていた。本実施の形態ではさらにＹ方向に微分処理を行った後にＸ方向に積分処理を行い、２つの投影波形を生成している点で異なる。このような２方向の投影波形のそれぞれに対してＦＦＴ処理を行い、位相差を求める。この位相差から２方向のずれ量を補正することでより正確な２次元の補正を行うことが可能になる。なお、Ｘ方向の投影波形からずれ量を求めて、ずれ補正を行った後に、再度Ｙ方向の投影波形からずれ量を求めてずれ補正を行ってもよい。また逆にＹ方向の投影波形からずれ量を求めて、ずれ補正を行った後に、Ｘ方向のずれ補正を行ってもよい。これにより、より短時間で正確な２方向の位置ずれ補正を行うことができる。
【００４７】
その他の実施の形態．
上述の実施の形態で示したＦＦＴ処理を行う回路はＤＳＰ３３に限られるものではなくＦＦＴ処理及び位相差からずれ量を求める演算処理ができればよい。またこれらの処理を異なる回路で行っても良い。また、ＤＳＰ３３ではサブピクセル精度で演算を行うことができるのでより正確で精度の高い補正を行うことができる。ＤＳＰ３３で演算されたずれ量を記憶するメモリをさらに備えていてもよい。例えば、最初の画像のみ位置ずれ量を求め、その位置ずれ量をずれ補正回路４内に記憶させる。このずれ量は一定回数の画像に対して適用される。そして一定回数の画像を取得して比較処理を行った後にずれ量を更新する。より具体的には、例えば１枚の基板の検査が終わり、次の基板をセッティングした後にずれ量を更新して検査を行う。これにより、毎回行われる演算処理を省くことができる。さらに、画像処理が上手くいかずにずれ量を求めることができない場合は、この記憶したずれ量を用いても良い。また、ずれ量の検出を撮像毎に行っている場合でも、基板上にパターンがなくずれ量を求めることができないことがある。この場合、過去に求められたずれ量を参考にすれば、ずれ量を求められなかった場合でも対処することができる。例えば、基板上にパターンが設けられていない画像を撮像した場合であって、どちらかの画像に異物が付着している場合はずれ量を求めることができない時があるため有効である。さらに、ずれ量の基板面内の分布は基板を載せているステージ又はＣＣＤセンサの移動特性を表しているため、基板が変わった場合でも前回のずれ量を参考とすることができる。例えば、基板やＣＣＤセンサが傾いて移動している場合にはその傾きを求めて、移動特性に基づいて位置ずれ補正を行うことも可能である。
【００４８】
また上述の実施の形態では１次元のＣＣＤリニアイメージセンサ１を用いて基板２を移動させることにより２次元の画像データを取得したが、ＣＣＤリニアイメージセンサ１を移動させても良い。もちろん２次元のＣＣＤセンサを用いてもよい。さらに１次元の画像データの比較処理を行っても良い。この場合は投影波形データを生成するステップＳ２〜Ｓ４及び、投影波形生成回路３１が不要になる。また本発明にかかる画像処理方法は２つのＣＣＤセンサを用いたダイツーダイ方式の検査装置に好適である。ダイツーダイ方式に限らず、１つのＣＣＤセンサを用いたダイツーデータベース方式の検査装置に用いることも可能である。さらに１つのＣＣＤリニアイメージセンサで複数の画像データを取得して、その比較処理を行っても良い。３つ以上のＣＣＤリニアイメージセンサを用いてもよい。また検出器はＣＣＤセンサに限らず他の検出器を用いてもよい。例えば、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ　ＭＯＳ）等の個体撮像素子を用いても良い。
【００４９】
上述の実施の形態で示した画素数、画像、スペクトル等はそれぞれ一例であって、図示したものに限られるものではない。上述の画像処理方法及び画像処理装置は２つの画像間の比較処理を行う検査装置に用いることが好適である。また位置ずれ量の検出にのみ用いてもよい。なお、被検査対象物は縦置き、横置き、斜め置きのいずれでもよい。また、被検査対象物を半導体装置、液晶表示装置、フォトマスク、レチクルとして、これらのパターンの欠陥検査を行う欠陥検査装置に用いることが好適である。なお半導体装置はダイシング後の複数の半導体チップに対して検査を行っても良い。さらに同一の形状を持つ複数の被検査対象物に対して検査を行ってもよく、複数の同一パターンを有する被検査対象物に対して検査を行っても良い。例えば２つのＣＣＤリニアイメージセンサで１つの半導体ウェハ上の同一パターンに対して検査を行っても良いし、２つのＣＣＤリニアイメージセンサで同じパターンが設けられた２つの半導体ウェハに対して検査を行っても良い。また液晶表示装置に用いられるＴＦＴアレイ基板、カラーフィルタ基板又は液晶パネルに対して検査を行っても良い。さらに被検査対象物は上記以外のものでもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、画像間の位置ずれの検出を短時間で正確に行うことができる位置ずれ検出方法及び位置ずれ検出装置を提供することができ、位置ずれを補正して比較処理する画像処理方法及び画像処理装置並びに検査方法及び検査装置に利用することが好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる検査装置の構成を示す斜視図である。
【図２】ＣＣＤリニアイメージセンサで取得した画像の一例を示す図である。
【図３】本発明にかかる画像処理方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかる画像処理装置の構成を示すブロック図である。
【図５】画像データの信号処理の一例を示すグラフ図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる位置ずれ量検出の信号処理の様子を示すグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる位置ずれ量検出の信号処理の様子を示すグラフ図である。
【図８】従来の欠陥検査装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　ＣＣＤリニアイメージセンサ
２　基板
３　画像処理装置
４　画像
５　配線
３１　投影波形生成回路
３２　ＦＩＦＯメモリ
３３　ＤＳＰ
３４　ずれ補正回路
３５　画像メモリ
３６　画像比較回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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