(57)【要約】【課題】  被検査画像から微小欠陥を検出するとともに、当該欠陥の色の違いを識別することができる外観検査装置および外観検査方法。【解決手段】  被検査基板を撮像部３０で撮像することで被検査画像を取得する。被検査画像に対して微分処理部４１２は水平方向に微分演算処理を行う。そして、微分処理部４１２は、水平方向の微分処理結果に対して、さらに垂直方向に微分演算処理を行い欠陥候補検出画像４２３を生成する。欠陥検出部４０３が欠陥候補検出画像４２３中の欠陥候補と、欠陥候補が示す特徴を記録した欠陥識別情報４２８とを比較することで、欠陥を検出するとともに、検出された欠陥が白欠陥であるか黒欠陥であるか識別することができる。【選択図】図４
2012242291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の表面の画像データを取得する画像取得部と、
前記画像取得部により得られる画像データの各画素に対して、第１の方向に微分演算を行った後に、第２の方向に微分演算を行い、欠陥候補を含む欠陥候補検出画像を生成する候補画像生成部と、
前記欠陥候補に対応する白欠陥および黒欠陥を表す画素データの配置情報を欠陥識別情報としてあらかじめ記憶しておく記憶部と、
前記欠陥候補検出画像内の欠陥候補を前記欠陥識別情報と比較することで、前記欠陥候補が白欠陥または黒欠陥のいずれであるかを検出する欠陥検出部と、を備えることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記候補画像生成部は、
前記画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行う第１微分器と、
前記第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向に微分演算を行う第２微分器と、を具備し、
前記第２微分器で生成された画像を前記欠陥候補検出画像とすることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記欠陥候補検出画像は、
前記第１微分器が、前記画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行い、前記第２微分器が前記第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向に微分演算を行い生成された第１微分画像と、
前記第１微分器が、前記画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行い、前記第２微分器が前記第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向の逆方向に微分演算を行い生成された第２微分画像と、
前記第１微分器が、前記画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向の逆方向に微分演算を行い、前記第２微分器が前記第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向に微分演算を行い生成された第３微分画像と、
前記第１微分器が、前記画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向の逆方向に微分演算を行い、前記第２微分器が前記第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向の逆方向に微分演算を行い生成された第４微分画像と、を合成して生成されたことを特徴とする請求項２に記載の外観検査装置。
【請求項４】
被検査物の画像データを取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程で得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行った後に、第２の方向に微分演算を行い、欠陥候補を含む欠陥候補検出画像を生成する候補画像生成工程と、
前記欠陥候補に対応する白欠陥および黒欠陥の画素データの配置情報を欠陥識別情報としてあらかじめ記憶しておく記憶工程と、
前記欠陥検出工程によって生成された前記欠陥候補検出画像内の欠陥候補を前記欠陥識別情報と比較することで、前記欠陥候補が白欠陥または黒欠陥のいずれであるかを検出する欠陥検出工程と、を備えることを特徴とする外観検査方法。
【請求項５】
前記候補画像生成工程は、
前記画像取得工程により得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行う第１微分工程と、
前記第１微分工程により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向に微分演算を行う第２微分工程と、を具備し、
前記第２微分工程で生成された画像を前記欠陥候補検出画像とすることを特徴とする請求項４に記載の外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被対象物上の欠陥を検出することで被対象物の外観検査を行う外観検査装置および外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの製造において、生産性を向上するため歩留まりの改善が求められている。歩留まりを改善するため半導体デバイスの製造工程において半導体ウェハ上（以下、単に基板と称する）に形成されたデバイスパターン形状の異常（ショート、断線等）や基板表面の異物などを検出し、検出された欠陥の情報を上流工程にフィードバックすることが行なわれている。特に、このようなプロセスにおいては、いかに精度よく欠陥を検出することができるかが重要となっている。
【０００３】
このような欠陥を検出する技術として、基板上を撮像して得られた画像（検査画像）と、欠陥を有しない画像（参照画像）とを比較して欠陥を検出する特許文献１に記載された欠陥検出装置が知られている。特許文献１に記載された欠陥検出装置では、試料表面に現れる反復パターン内の互いに同一であるべきパターンをそれぞれ撮像することにより得られた検査画像と参照画像の２枚の画像を使って対応する画素値を比較することで相違部分を欠陥として検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６４４８７号公報（例えば、図５、図６など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体デバイスの製造はデバイスパターンの微細化が進み、検出すべき欠陥の寸法も小さくなっている。ところで、特許文献１のような欠陥検出装置では、検査画像と参照画像とを用いて比較することで欠陥の検出を行っているため、基板表面を撮像する撮像部の撮像分解能の１画素以下の寸法となる欠陥（以下、微小欠陥と称する）を検出するには、検査画像と参照画像との完全な位置合わせが必要となる。しかしながら、検査画像と参照画像を用いる場合、これらの画像の濃度が異なれば位置合わせ精度が悪化するため微小欠陥を確実に検出するという点で問題がある。
【０００６】
また、検査画像と参照画像との完全な位置合わせができ、これらの画像の対応する画素値を比較することができたとしても、検査画像と参照画像との差分画像のダイナミックレンジを確保するため差の絶対値を計算するので、検出された欠陥が画像上で黒色に近い欠陥か白色に近い欠陥かを区別することができない。そのため、検出された欠陥の色まで識別できないという問題がある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、１画素以下の微小欠陥を検出するとともに、当該欠陥の色の違いを識別することができる外観検査装置および外観検査方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明（外観検査装置）は、被検査物の表面の画像データを取得する画像取得部と、画像取得部により得られる画像データの各画素に対して、第１の方向に微分演算を行った後に、第２の方向に微分演算を行い、欠陥候補を含む欠陥候補検出画像を生成する候補画像生成部と、欠陥候補に対応する白欠陥および黒欠陥を表す画素データの配置情報を欠陥識別情報としてあらかじめ記憶しておく記憶部と、欠陥候補検出画像内の欠陥候補を欠陥識別情報と比較することで、欠陥候補が白欠陥または黒欠陥のいずれであるかを検出する欠陥検出部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、候補画像生成部は、画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行う第１微分器と、第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向に微分演算を行う第２微分器と、を具備し、第２微分器で生成された画像を欠陥候補検出画像とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、欠陥候補検出画像は、第１微分器が、画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行い、第２微分器が第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向に微分演算を行い生成された第１微分画像と、第１微分器が、画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行い、第２微分器が第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向の逆方向に微分演算を行い生成された第２微分画像と、第１微分器が、画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向の逆方向に微分演算を行い、第２微分器が第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向に微分演算を行い生成された第３微分画像と、第１微分器が、画像取得部により得られる画像データの各画素に対して第１の方向の逆方向に微分演算を行い、第２微分器が第１微分器により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向の逆方向に微分演算を行い生成された第４微分画像と、を合成して生成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明（外観検査方法）は、被検査物の画像データを取得する画像取得工程と、画像取得工程で得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行った後に、第２の方向に微分演算を行い、欠陥候補を含む欠陥候補検出画像を生成する候補画像生成工程と、欠陥候補に対応する白欠陥および黒欠陥を表す画素データの配置情報を欠陥識別情報としてあらかじめ記憶しておく記憶工程と、欠陥検出工程によって生成された欠陥候補検出画像内の欠陥候補を欠陥識別情報と比較することで、欠陥候補が白欠陥または黒欠陥のいずれであるかを検出する欠陥検出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、候補画像生成工程は、画像取得工程により得られる画像データの各画素に対して第１の方向に微分演算を行う第１微分工程と、第１微分工程により生成された第１画像データの各画素に対して第１の方向に直交する第２の方向に微分演算を行う第２微分工程と、を具備し、第２微分工程で生成された画像を欠陥候補検出画像とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１ないし請求項５のいずれかに係る発明によれば、被検査物上に存在する１画素以下の微小欠陥を検出するとともに、検出された欠陥が黒欠陥であるか白欠陥であるかを識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】外観検査装置の構成を示す説明図である。
【図２】被検査基板の撮像を説明するための図である。
【図３】制御部の構造を示す図である。
【図４】制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態の微分演算処理を説明するための図である。
【図６】１画素の黒欠陥に対する微分演算処理を説明するための図である。
【図７】１画素の白欠陥に対する微分演算処理を説明するための図である。
【図８】パターンの角部に対する微分演算処理を説明するための図である。
【図９】外観検査の一連のフローを示す図である。
【図１０】欠陥検出処理のフローを示す図である。
【図１１】第１の実施形態で得られる欠陥候補検出画像を示す図である。
【図１２】第２の実施形態の微分演算処理を説明するための図である。
【図１３】第２の実施形態により得られる特定パターンである。
【図１４】第２の実施形態で得られる欠陥候補検出画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る外観検査装置１００の構成を示す説明図である。なお、図１において、図示および説明の都合上、Ｚ軸方向が鉛直方向を表し、ＸＹ平面が水平面を表すものとして定義するが、それらの位置関係を把握するために便宜上定義するものであって、以下に説明する各方向を限定するものではない。
【００１６】
外観検査装置１００は、表面に配線等のパターンが形成された半導体基板やガラス基板、プリント配線基板等（以降、基板と称す）の上面を撮像し基板の欠陥を検出する外観検査装置である。
【００１７】
外観検査装置１００は、主として、被検査基板６を保持するとともに、水平方向に移動する基板保持部２０と、基板保持部２０に水平に保持された被検査基板６の表面を撮像し、その像を取得する撮像部３０と、各部を制御するとともに、欠陥検出を行う制御部４０とを備える。
【００１８】
基板保持部２０は、被検査基板６を水平に保持するステージ２１と、ステージ２１をＸ・Ｙ・θ方向に移動するステージ駆動部２２とを備える。
【００１９】
ステージ２１は平板状の外形を有し、ステージ２１の上面には、図示しない吸着溝が設けられている。これらの吸着溝の内底部には図示しない複数の吸引孔が分散して形成されている。これらの吸引孔は、配管を介して真空ポンプ等に接続されており、真空ポンプを動作させることによって、吸着溝内の雰囲気を排気することができる。これにより、ステージ２１の上面に形成された吸着溝に吸引圧が発生し、被検査基板６を載置する際にはステージ２１の上面に固定的に保持することができる。
【００２０】
ステージ駆動部２２は、図示を省略する回転機構と、ステージ２１を回転可能に支持する支持プレート２４と、支持プレート２４をＸ軸方向に移動させるＸ方向移動機構２５と、Ｘ方向移動機構２５を介して支持プレート２４を支持するベースプレート２７と、ベースプレート２７をＹ軸方向に移動させるＹ方向移動機構２６とを備え、ステージ２１を図１中のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸周りの回転方向に移動させる。ステージ駆動部２２は制御部４０と電気的に接続されており、制御部４０からの指示に応じてステージ２１を移動させる。
【００２１】
回転機構はステージ２１を、支持プレート２４上の中心に位置する回転軸を中心として所定の角度の範囲内で回転させる。
【００２２】
Ｘ方向移動機構２５は、リニアモータ２５１と、支持プレート２４とベースプレート２７との間にＸ方向に伸びる一対のガイド部２５２とを備える。リニアモータ２５１は、支持プレート２４の下面に取り付けられた図示しない移動子と、ベースプレート２７の上面に敷設された図示しない固定子とからなる。このため、リニアモータ２５１を動作させると、ベースプレート２７上のガイド部２５２に沿って支持プレート２４がＸ軸方向に移動する。
【００２３】
Ｙ方向移動機構２６は、リニアモータ２６１と、ベースプレート２７と基台２８との間にベースプレート２７の一部を案内するＹ軸方向に伸びる図示を省略するガイド部とを備える。リニアモータ２６１は、ベースプレート２７の下面に取り付けられた図示しない移動子と、外観検査装置１００の基台２８上に敷設された図示しない固定子とからなる。このため、リニアモータ２６１を動作させると、基台２８上のガイド部に沿ってベースプレート２７がＹ軸方向に移動する。
【００２４】
撮像部３０は、照明光を出射する光源３１と、被検査基板６に照明光を導くとともに被検査基板６からの光が入射する光学系３２と、光学系３２により結像された被検査基板６の上面の像を電気信号に変換し、画像データとして制御部４０へと出力する撮像デバイス３３とを備える。撮像部３０は、ステージ２１の上方に配設されており、ステージ２１に保持された被検査基板６を撮像することができる。なお、撮像部３０は制御部４０と電気的に接続されており、制御部４０からの指示に応じて被検査基板６の上面の像を取得し、取得した像を画像データとして制御部４０に送信する。
【００２５】
光源３１は、例えばＬＥＤ等で構成されたライン照明でありライン照明から出射された照明光が被検査基板６の上面を線状に照らす。なお、光源３１は被検査基板６の性状に応じて特定波長の光のみを照射するための光学フィルタ等を備えてもよい。
【００２６】
光学系３２は、レンズ等の光学部材により構成されており、光源３１から照射された照明光を被検査基板６に導くとともに、被検査基板６の表面で反射した反射光を撮像デバイス３３へ導く。
【００２７】
撮像デバイス３３は、いわゆるリニアイメージ（一次元イメージセンサ）を採用することができる。光源３１から照射された照明光が被検査基板６上で反射され、その反射光を光学系３２を介して受光することで、被検査基板６上の線状の像を取得する。例えば、リニアイメージセンサが１０２４個の受光素子を有する場合は、最大で１０２４画素の線状の像を取得することができる。なお、このような撮像部３０としては、例えば１次元ＣＣＤラインセンサカメラなどを用いることができる。
【００２８】
図２の点線矢印で示されるように、ステージ２１がＹ軸方向とＸ軸方向とについて交互に移動することによって、撮像部３０が被検査基板６の表面を相対的に往復走査する。したがって、撮像部３０は基板Ｗ上を、スキャン幅を有する短冊状の複数のストライプ（部分画像）として連続的に撮像する。そして、制御部４０にスキャン幅の部分画像の画像データが連続的に入力される。このように、撮像部３０は、スキャン撮像を行う方向を交互に逆方向としながら、被検査基板６の表面の全域をスキャン撮像しながら制御部４０に線状の画像データを送信する。なお、本説明ではステージ２１が撮像部３０に対してＹ軸方向とＸ軸方向とについて交互に移動する構成であるが、これに限られるものではなく、撮像部３０がステージ２１に対して同様に移動する構成としてもよい。
【００２９】
制御部４０の構成について図３を用いて説明する。制御部４０は、各種の演算処理を実行しつつ、外観検査装置１００が備える各部の動作を制御する機能を有する。制御部４０は、例えば各種演算処理を行うＣＰＵからなる演算部４１と、ＲＯＭやＲＡＭからなる記憶部４２と、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスクからなる固定ディスク４３と、各種表示を行うディスプレイからなる表示部４４と、キーボードおよびマウスなどの入力部４５、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスクなどの記録媒体４６から読み取りを行う読取装置４７と、ＬＡＮ等のインターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介してデータを行う通信部４８とを有するコンピュータによって構成される。
【００３０】
コンピュータにインストールされたプログラム４６１にしたがってコンピュータが動作することにより、当該コンピュータが外観検査装置１００の制御部４０として機能する。なお、制御部４０において実現される各機能部は、コンピュータによって所定のプログラムが実行されることによって実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。また、例えば表示部４４と入力部４５との機能が一体となったタッチパネルディスプレイなどを用いても良い。
【００３１】
制御部４０として機能するコンピュータには、事前に読取装置４７を介して記録媒体４６からプログラム４６１が読み出され、固定ディスク４３に記憶される。そして、プログラム４６１が記憶部４２にコピーされるとともに演算部４１が記憶部４２のプログラム４６１に従って演算処理を実行することにより、外観検査装置１００が被検査基板６の検査を実行する。
【００３２】
次に制御部４０によって実現される欠陥検出に関わる各機能部について図４を用いて説明する。図３は、制御部４０が備える演算部４１がプログラム４６１に従って動作することにより実現する各機能部について説明するためのブロック図である。なお、これらの機能は専用の電気回路により実現されてもよく、部分的に電気回路が用いられてもよい。
【００３３】
制御部４０は、画像データ４２１等を記憶しておく記憶部４２と、プログラム４６１にしたがって演算処理を実行する演算部４１とを備える。
【００３４】
記憶部４２は、撮像部３０から送られてくる被検査基板６の上面を撮像して取得した線状の像である１次元の画像データ４２１と、後記する候補画像生成部４０１によって生成された欠陥候補検出画像４２３、検出される欠陥に対応する画素データの配置情報を記録した欠陥識別情報４２８とを記憶する。
【００３５】
画像データ４２１は、ステージ２１に保持された被検査基板６上を撮像部３０が走査することで取得した１次元画像であり、記憶部４２には複数の１次元の画像データ４２１が記憶されることとなるが図示の都合上、１つの画像データ４２１のみ示している。なお、画像データ４２１は多階調（例えば、２５６階調）の濃淡画像で表される。
【００３６】
欠陥識別情報４２８は、後述する候補画像生成部４０１によって生成される欠陥候補検出画像４２３に含まれる欠陥候補が示す画素データの配置情報の特徴が記録されている。
【００３７】
演算部４１は、プログラム４６１にしたがって演算処理を実行することにより、画像データ４２１から欠陥を検出する候補画像生成部４０１と、候補画像生成部４０１によって生成された欠陥候補検出画像４２３から欠陥を検出する欠陥検出部４０３と、画像処理部４０４とを備える。
【００３８】
画像処理部４０４は、撮像部３０がＹ軸方向に相対的に走査して取得した１次元の画像データ４２１を、あらかじめ設定した分だけ記憶部４２から読み出し、多階調の濃淡で表される２次元の画像データを生成する。この２次元の画像データが、被検査画像４２２（図４）となる。例えば、上述した１０２４個の受光素子を有する撮像部３０で取得した１次元の画像データ４２１を１０２４個読み出すことで、１０２４×１０２４画素からなる被検査画像４２２を生成することができる。このように所定のサイズとなる被検査画像４２２を生成し、候補画像生成部４０１に送る。なお、画像サイズはこれに限られるものではなく、演算処理の性能に応じて任意に変更することが可能である。
【００３９】
候補画像生成部４０１は、入力される２次元の画像データに対して微分演算処理を行う微分処理部４１２を備える。したがって、入力画像として被検査画像４２２が候補画像生成部４０１に入力されると、微分処理部４１２によって微分演算処理が行なわれ欠陥候補検出画像４２３が生成される。微分処理部４１２について図５を用いて説明を行う。
【００４０】
微分処理部４１２は、被検査画像４２２に対して第１の方向である水平方向に微分演算処理を行う水平微分器４１３と、水平方向と直交する第２の方向である垂直方向に微分演算処理を行う垂直微分器４１４とを備える。そして、被検査画像４２２が入力されると水平微分器４１３による水平方向（画像の幅方向）についての微分演算処理が行なわれ、当該処理が行なわれた画像に対して垂直微分器４１４による垂直方向（画像の高さ方向）についての微分演算処理が行なわれる。水平微分器４１３による微分演算処理が行なわれた後、垂直微分器４１４によって微分演算処理が行なわれた画像が欠陥候補検出画像４２３となる。なお、被検査画像４２２を各微分器で処理する順番はこれに限るものではなく、垂直微分器４１４による微分演算処理の後に、水平微分器４１３による微分演算処理を行っても良い。
【００４１】
水平微分器４１３は、被検査画像４２２の階調値ｆ（ｘ，ｙ）が入力されると当該画像を構成する各位置での画素に対して水平方向に１階微分し、水平微分画像の階調値ＦＨ（ｘ，ｙ）を求める。水平微分画像の階調値ＦＨ（ｘ，ｙ）は数式１により求めることができる。なお、ここでｘ、ｙは画像の幅および高さ方向の画素の位置をあらわすための変数である。
【数１】
2012242291.tif 000003
【００４２】
そして、水平微分画像の階調値ＦＨ（ｘ，ｙ）が垂直微分器４１４に入力される。垂直微分器４１４は、水平微分画像の階調値ＦＨ（ｘ，ｙ）が入力されると当該画像を構成する各位置での画素に対して垂直方向に１階微分し、２階微分画像の階調値Ｆ（ｘ，ｙ）を求める。２階微分画像の階調値Ｆ（ｘ，ｙ）は数式２により求めることができる。
【数２】
2012242291.tif 000004
【００４３】
以上、微分処理部４１２によって生成された２階微分画像の階調値Ｆ（ｘ，ｙ）を画像として表示したものが欠陥候補検出画像４２３となる。
【００４４】
次に、微分処理部４１２によって得られる欠陥候補検出画像４２３の一例について図６から図８を用いて具体的に説明する。図６は、寸法が１画素の黒欠陥が撮像された被検査画像４２２の階調値ｆ（ｘ，ｙ）が入力された場合について説明するための図である。なお、本実施例では説明の便宜上、２値画像を用いて説明を行い、階調値が０となる画素は黒画素を表し、階調値が２５５となる画素は白画素を表している。また、図中でＮと表しているものは、隣接画素が存在しないため後述する微分演算処理が行えない画素を表している。これらは、図７，８においても同様である。
【００４５】
図６（ａ）は入力画像の階調値ｆ（ｘ，ｙ）を表している。特に、寸法が１画素の黒欠陥を表しているものである。この入力画像の階調値ｆ（ｘ，ｙ）を上述した数式１を用いて微分処理を行うことで、図６（ｂ）で表される水平方向に微分した画像の階調値ＦＨ（ｘ，ｙ）を得ることができる。
【００４６】
図６（ｂ）は、水平微分器４１３により水平方向に１階微分することで得られた画像の階調値ＦＨ（ｘ，ｙ）である。当該画像を構成する各画素において、図中の右側端部に位置する画素の階調値はＮとなる。Ｎは上述したとおり、右側に隣接画素が存在しないため微分処理が行えなかったことを表している。この画像の階調値ＦＨ（ｘ，ｙ）を上述した数式２を用いて微分処理を行うことで、図６（ｃ）で表される水平方向に微分した結果の画像の階調値Ｆ（ｘ，ｙ）を得ることができる。
【００４７】
図６（ｃ）は、垂直微分器４１４により垂直方向にさらに１階微分することで得られた画像の階調値Ｆ（ｘ，ｙ）である。当該画像を構成する各画素において、図中の下側端部に位置する画素の階調値はＮとなる。当該画像の階調値Ｆ（ｘ，ｙ）を画像として図６（ｄ）に示す。
【００４８】
図６（ｄ）は、入力画像を水平方向に微分演算処理を行なった後、さらに垂直方向に微分演算処理を行うことで得られた画像の階調値Ｆ（ｘ，ｙ）を画像として表している。その際、階調値が０となっている画素については中間調（例えば、階調値が１２７）で表し（図中では斜線ハッチングで表現）、階調値が−２５５となっている（負となっている）画素については階調値が０である黒として表し、階調値が２５５となっている（正となっている）画素については階調値が２５５である白として表している。
【００４９】
このように表現することで、微分処理部４１２によって生成された画像から、特徴的なパターンである黒欠陥パターン４２３１を特定するのが容易になる。なお、階調値がＮである画素については図中では点ハッチングで示しており、当該画素については上記以外の階調値として、例えば階調値を１００としてもよい。なぜなら、階調値を１００と設定することで、これらの画素を特定することができるからである。また、これらは入力画像の端部に１画素幅で出現するものであり、後記する欠陥検出部４０３で確実に欠陥から除外することができる。
【００５０】
図７は、寸法が１画素の白欠陥を有する画像に対して微分処理部４１２によって微分演算処理を行なった結果である。微分演算処理については図６で示した黒欠陥の処理と同様であるため、図６との相違点についてのみ説明する。黒欠陥に対する微分演算処理と大きく異なる点は、最終的に得られた画像における白画素と黒画素の配置である。黒欠陥の場合、図６（ｄ）に示したように、左上に黒画素、右上に白画素、左下に白画素、右下に黒画素の配置となる。これに対し、図７（ｄ）に示すように、検出すべき欠陥が白欠陥の場合、黒欠陥の結果とは白黒が反転したものとなる。つまり、左上に白画素、右上に黒画素、左下に黒画素、右下に白画素の配置となる。このような特徴的なパターンである白欠陥パターン４２３５が生成されることで欠陥の検出および欠陥の色を特定することが容易となる。
【００５１】
図８は画像中の配線等のパターンに対して微分処理部４１２によって微分演算処理を行なった結果である。微分演算処理については、図６や図７で示した処理と同様であるため相違点についてのみ説明する。
【００５２】
配線等のパターンに対して微分演算処理を行うことで大きく異なる点は、パターンを構成する画素であって、２方向に隣接する画素を有する画素（以降では、角部の画素と称する）の近傍に、黒画素または白画素が配置されることである。図８（ａ）では、階調値が０で表される画素の集合がパターンを表しており、当該パターンを構成する画素のうち、角部の画素に相当する画素の近傍に黒画素に相当する階調値が−２５５、白画素に相当する階調値が２５５の画素が配置される（図８（ｃ））。つまり、被検査画像中に配線等のパターンが存在する場合、その角部の画素に隣接する位置で黒画素または白画素が配置される特徴的なパターンである角部パターン４２３０が生成されるので、白欠陥、黒欠陥、および配線等のパターンに対応する特徴的パターンである黒欠陥パターン４２３１、白欠陥パターン４２３５、角部パターン４２３０をあらかじめ欠陥識別情報４２８として記憶部４２に記憶しておくことで、欠陥検出部４０３で配線等のパターンと、白欠陥および黒欠陥を検出するとともに欠陥の色を判別することができる。
【００５３】
欠陥検出部４０３は、記憶部４２にあらかじめ記憶されている欠陥識別情報４２８を読み込み、白欠陥および黒欠陥に対応する特定パターンと一致する欠陥候補が含まれるか、欠陥候補検出画像４２３に対して特定パターンでパターンマッチングを行う。これにより、白欠陥および黒欠陥を判別して検出する。そして、検出結果を表示部４４に表示する。
【００５４】
次に、外観検査装置１００において被検査基板６の検査が行われる際の動作について説明する。図９は外観検査の一連の流れを示す図である。
【００５５】
検査に際して、図示しないプリアライメント装置によって被検査基板６の位置合わせが行なわれ（ステップＳ２１）、プリアライメント装置から図示しない搬送ロボット等により外観検査装置１００に被検査基板６が搬入されステージ２１上に載置される（ステップＳ２２）。
【００５６】
ステージ駆動部２２が駆動し、ステージ２１がＹ軸方向とＸ軸方向とについて交互に移動することで撮像部３０が被検査基板６の表面を相対的に往復走査する。そして、撮像部３０はその下方で被検査基板６の表面を撮像することで、多階調の１次元の画像データ４２１を連続的に取得し、記憶部４２に記憶する（ステップＳ２３）。被検査基板６の一方側端部から他方側端部まで画像データの取得が完了すると、隣接するストライプの撮像を行う。これを繰り返すことで被検査基板６の全面を撮像する。
【００５７】
撮像部３０により撮像され、記憶部４２に記憶された１次元の画像データ４２１を、あらかじめ設定したサイズごとに読み出しを行い、画像処理部４０４が多階調で表される２次元の画像データ４２１を生成する。この２次元の画像データが、被検査画像４２２となる（ステップＳ２４）。
【００５８】
画像処理部４０４で生成された被検査画像４２２は候補画像生成部４０１に送られ、欠陥検出処理が行なわれる（ステップＳ２５）。欠陥検出処理についての詳細は後述する。
【００５９】
欠陥検出処理が完了すると被検査基板６は図示しない搬送ロボット等により外観検査装置１００から搬出される（ステップＳ２６）。
【００６０】
続いて、図１０を用いてステップＳ２５の欠陥検出処理の流れについて詳細に説明する。欠陥検出処理では、まずステップＳ２４で生成された被検査画像４２２が微分処理部４１２に入力される。微分処理部４１２は、水平微分器４１３により被検査画像４２２の各画素に対して水平方向の微分演算処理を行う。被検査画像４２２に対する水平方向の微分演算処理が完了すると、新たに水平微分画像が生成される（ステップＳ２５１）。生成された水平微分画像は垂直微分器４１４へ送られる。
【００６１】
垂直微分器４１４は、水平微分画像の各画素に対して垂直方向の微分演算処理を行う。水平微分画像に対する垂直方向の微分演算処理が完了すると欠陥候補検出画像４２３が生成される（ステップＳ２５２）。ステップＳ２５２で生成された欠陥候補検出画像４２３には、被検査画像４２２中の欠陥に対応する欠陥候補が含まれている。
【００６２】
図１１を参照しつつ、被検査画像４２２に対して微分演算処理を行うことで生成される、欠陥候補検出画像４２３について説明する。図１１（ａ）は被検査画像４２２の一例を示している。図１１（ｂ）は、被検査画像４２２が微分処理部４１２によって微分演算処理されることで生成された欠陥候補検出画像４２３を示している。
【００６３】
被検査画像４２２には、被検査基板６上に形成されている配線等のパターン４２２０と、パターン４２２０以外の下地領域に存在する寸法が１画素となる黒欠陥４２２１と、パターン４２２０に生じている寸法が１画素となる白欠陥４２２５とが含まれている。例えば、黒欠陥４２２１はパーティクル等の欠陥であり、白欠陥４２２５はパターン４２２０の一部断線等の欠陥である。
【００６４】
このような欠陥を含む被検査画像４２２を、微分処理部４１２に入力して微分演算処理を行うと、図１１（ｂ）で示すように、欠陥候補検出画像４２３中に図６ないし図８で説明した特定パターンが出現する。具体的には、黒欠陥４２２１に対応する黒欠陥パターン４２３１が、黒欠陥４２２１と同じ位置に出現する。同様に白欠陥４２２５に対応する白欠陥パターン４２３５が、黒欠陥４２２５と同じ位置に出現する。そして、パターン４２２０の角部に対応する角部パターン４２３０が、パターン４２２０の角部の近傍に出現する。生成された欠陥候補検出画像４２３は欠陥検出部４０３に送られる。
【００６５】
欠陥検出部４０３は、記憶部４２にあらかじめ記憶している欠陥識別情報４２８を読み込み、欠陥候補検出画像４２３に含まれる欠陥候補と比較することで当該欠陥が黒欠陥であるか白欠陥であるかを判別する（ステップＳ２５３）。つまり、あらかじめ白欠陥、黒欠陥、パターンに対応する特定パターンを欠陥識別情報４２８に保持しておき、欠陥候補検出画像４２３に対して画像のパターンマッチングを行うことで、各欠陥候補がいずれの欠陥であるかを判別することができる。
【００６６】
そして、欠陥の検出結果を表示部４４に表示する（ステップＳ２４４）。なお、欠陥の検出結果を表示部４４に表示せずに、欠陥情報を管理するサーバー等にアップロードしてもよい。
【００６７】
以上、説明したように外観検査装置１００では被検査画像４２２の各画素に対して、水平方向の微分演算処理を行い、水平方向の微分演算処理を行なった結果に対してさらに垂直方向の微分演算処理を行うことで、欠陥の特徴に応じた特定パターンを有する欠陥候補検出画像４２３を取得することができる。そして、あらかじめ記憶部４２に記憶している欠陥識別情報４２８と比較することで、１画素以下の欠陥を検出するとともに、当該欠陥が黒欠陥であるか白欠陥であるかを判別することができる。
【００６８】
次に図１２を用いて第２の実施形態について説明する。図１２は微分処理部４１２の構成を示す図である。第１の実施形態とは、水平微分器４１３および垂直微分器４１４が正および負の方向に微分演算処理を行っている点、垂直微分器４１４の微分演算処理の結果を加算するための加算器４１５を備えている点で異なる。また、残余の点については同様であるため、図５と同一構成については同一符号を用いるとともに説明を省略する。
【００６９】
水平微分器４１３は、被検査画像４２２の階調値ｆ（ｘ，ｙ）が入力されると正の水平方向（画像の右側方向）について微分演算処理を行い、水平微分画像の階調値ＦＨ１（ｘ，ｙ））を求める。水平微分画像の階調値ＦＨ１（ｘ，ｙ）は数式３により求めることができる。そして、水平微分画像の階調値ＦＨ１（ｘ，ｙ）が垂直微分器４１４に入力される。垂直微分器４１４は、水平微分画像の階調値ＦＨ１（ｘ，ｙ）が入力されると当該画像を垂直方向に微分演算処理し、２階微分画像Ｆ１（ｘ，ｙ）を求める。２階微分画像の階調値Ｆ１（ｘ，ｙ）は数式４により求めることができる。
【数３】
2012242291.tif 000005
【数４】
2012242291.tif 000006
【００７０】
同様に残りの水平および垂直方向に対しても微分演算処理を行う。なお、各方向に対する２階微分画像の階調値Ｆ２（ｘ，ｙ）ないしＦ４（ｘ，ｙ）は、数式５ないし数式７により求めることができる。
【数５】
2012242291.tif 000007
【数６】
2012242291.tif 000008
【数７】
2012242291.tif 000009
【００７１】
すなわち、本実施形態では微分処理部４１２において図１２で示す４種の水平方向および垂直方向の微分演算処理を行う。これにより、４つの２階微分画像の階調値Ｆ１（ｘ，ｙ）、Ｆ２（ｘ，ｙ）、Ｆ３（ｘ，ｙ）、Ｆ４（ｘ，ｙ）が算出される。
【００７２】
加算器４１５は、垂直微分器４１４で生成された４つの２階微分画像の階調値を画素毎に加算することで欠陥候補検出画像４２４を生成する。この際、４つの２階微分画像の平均を求めるようにして、欠陥候補検出画像４２４を生成してもよい。
【００７３】
第１の実施形態と同様に、１画素の黒欠陥および白欠陥、並びにパターンに対して第２の実施形態の微分演算処理により得られる各欠陥の特定パターンについて図１３を用いて説明する。なお、図１３では、図６（ａ）から（ｃ）で示した画素ごとの階調値については省略し、最終的に得られる各欠陥を表す特定パターンのみを示す。
【００７４】
図１３（ａ）は、寸法が１画素の黒欠陥に対して第２の実施形態の微分演算処理を行なうことで生成された黒欠陥パターン４２４１を示している。黒欠陥パターン４２４１は３×３画素の矩形形状となり中央部が欠陥の色に対応するように黒の画素として表される。言い換えると、黒欠陥パターン４２４１は中央の画素が黒画素で構成される千鳥模様となる。
【００７５】
図１３（ｂ）は、寸法が１画素の白欠陥から得られる特定パターンを表している。白欠陥パターン４２４５は、３×３画素の矩形形状となり中央部が欠陥の色に対応するように白の画素として表される。言い換えると、白欠陥パターン４２４５は中央の画素が白画素で構成される千鳥模様となる。
【００７６】
図１３（ｃ）は、パターンの角部に対応する角部パターン４２４０を表している。角部パターン４２４０は、右上（左上）および左下（右下）の画素が黒く、左上（右上）および右下（左下）の画素が白く表される２×２画素の矩形形状となる。このような画素の配置で表される模様がパターンの角部の特定パターンとなる。
【００７７】
以上、第２の実施形態においては、上述した特徴を有する各欠陥に対応する特定パターンを欠陥識別情報４２８として、あらかじめ記憶部４２に記憶しておく。
【００７８】
このような第２の実施形態の微分処理部４１２に、図１４（ａ）で示す被検査画像４２２を入力すると、被検査画像４２２が微分処理部４１２によって微分演算処理され、図１４（ｂ）で示される欠陥候補検出画像４２４が生成される。第１の実施形態（図１１）と同様に、被検査画像４２２の黒欠陥４２２１の位置に対応するように、欠陥候補検出画像４２４でも黒欠陥パターン４２４１が生成される。同様に、白欠陥４２２５の位置に対応して、白欠陥パターン４２４５が生成され、パターン４２４０の角部に対応して、角部パターン４２４０が生成される。
【００７９】
このように、４種の微分演算処理により生成された画像を加算することで、欠陥候補検出画像４２４中に生成される特定パターンが強調され、欠陥候補検出画像４２４に含まれる欠陥候補が白欠陥または黒欠陥のいずれであるかの検出が容易になる。つまり、寸法が１画素以下の微小欠陥であっても、欠陥候補検出画像４２４中で欠陥候補が強調されるため検出することができる。
＜変形例＞
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記の実施の形態に限られるものではなく様々な変形が可能である。
【００８１】
上記実施形態では、水平・垂直方向に形成されたパターンが含まれる被検査画像を水平方向に微分し、垂直方向にさらに微分を行うことで欠陥の検出を行っているがこれに限られるものではない。例えば、被検査画像に含まれるパターンには、４５度（１３５度）方向に形成されるものがある。このような場合、４５度（１３５度）方向に微分演算処理を行い、さらに直交する方向に微分演算処理を行うことで、上記実施形態と同様に黒欠陥、白欠陥およびパターンの角部が特定パターンに変換されて欠陥候補検出画像に現れる。したがって、あらかじめ斜め方向の微分演算処理によって得られる特定パターンを記憶部４２等に記憶しておくことで、被検査画像中に４５度（１３５度）方向に形成されるパターンが存在する場合でも、微小欠陥を検出するとともに、当該欠陥が黒欠陥であるか白欠陥であるかを判断することができる。
【００８２】
また、上記実施形態では、数式１ないし数式７で表されるとおり微分演算処理を行う際、対象画素に隣接する画素を減算することで各画素の微分演算処理の結果を算出しているがこれに限られるものではなく、例えば、２画素あるいは３画素等の離間した画素に対して対象画素を減算するようにしてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、微分処理部４１２で数式１、数式２により欠陥候補検出画像４２２を生成していたがこれに限られるものではない。例えば、水平（垂直）方向の微分演算処理に対応する微分フィルタを用いても同様の効果を得ることができる。
【００８４】
また、上記実施形態では、撮像部３０が被検査基板６を撮像することで画像データを取得していたがこれに限られるものではない。例えば、別の装置で被検査物を撮像し、ネットワークや記録媒体等を介して制御部４０に入力するようにしてもよい。
【００８５】
また、本実施形態の外観検査装置は、例えば、半導体基板や、プリント配線基板、フラットパネルディスプレイ基板等を被検査物として検査を行ってもよい。
【符号の説明】
【００８６】
６    被検査基板
２０    基板保持部
２１    ステージ
２２    ステージ駆動部
３０    撮像部
４０    制御部
４１    演算部
１００    外観検査装置
４０１    候補画像生成部
４０３    欠陥検出部
４１２    微分処理部
４１３    水平微分器
４１４    垂直微分器
４２２    被検査画像
４２３，４２４    欠陥候補検出画像
４２８    欠陥識別情報
４２２１    黒欠陥
４２２５    白欠陥
４２３１，４２４１    黒欠陥パターン
４２３５，４２４５    白欠陥パターン
【図１】
2012242291.tif 000010
【図２】
2012242291.tif 000011
【図３】
2012242291.tif 000012
【図４】
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【図５】
2012242291.tif 000014
【図６】
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【図７】
2012242291.tif 000016
【図８】
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【図９】
2012242291.tif 000018
【図１０】
2012242291.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
2012242291.tif 000021
【図１３】
2012242291.tif 000022
【図１４】
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