JP2000251069A - パターン2値化方法とこれを用いた配線パターン検査方法 - Google Patents
パターン2値化方法とこれを用いた配線パターン検査方法Info
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Abstract
検出できるようにする。 【解決手段】 基本閾値th1及び不足系欠陥(例えば、
ピンホール欠陥)検出用閾値thLと余剰系欠陥(例え
ば、飛散欠陥)検出用閾値thHとからなる3閾値による
2値画像と、例えば、ヘアラインショートやヘアライン
断線検出用の2次微分閾値th2,th3による2次微分2
値画像とを論理合成することにより、正確な配線パター
ンの2値画像を検出する。不足系欠陥や余剰系欠陥の検
出条件を個別に設定することが可能となり、これによ
り、これら閾値は夫々が最適に設定されて、従来技術で
は困難であった微小ピンホール欠陥などを安定に検出可
能となるし、また、細密なパターン検査を実現できる。
Description
のパターン2値化方法に係り、特に、プリント配線板や
セラミック基板及びグリーンシートなどの自動外観検査
装置において、配線パターンを高精度に検出するパター
ン2値化方法とこれを用いた配線パターンの検査方法に
関する。
えば、外観検査装置において、パターン検出方法として
は、単純2値化、即ち、単一の2値化閾値による2値化
処理が一般的な方法であるが、特に、特開平1−142
988公報に記載の2値化装置の場合、配線パターンに
生ずる細いヘアライン状の断線欠陥を安定に検出可能と
するため、固定閾値による2値画像と2次微分の2値化
画像とを合成する方式がとられている。この方式によれ
ば、検出対象である配線パターンを固定閾値にて検出す
るとともに、ヘアライン状の断線欠陥や配線パターン間
をショートするショート欠陥を、2次微分画像により、
顕在化検出することが可能な構成となっている。
6」1993 pp.993〜1000の論文「設計パターンとの比
較による高精度プリント基板パターン検査装置」には、
微小振幅欠陥を抽出する2値化方式について詳細に述べ
られている。この方式も、微分を基本とするオペレータ
を作用させることにより、微細な欠陥を検出するもので
ある。
された配線パターンの濃淡画像を2次微分することによ
り、細いヘアライン状の欠陥部分が急峻な信号変化とな
って現われるようにし、これによってかかる欠陥を検出
するものである。
るピンホール状の欠陥(以下、ピンホール欠陥という)
や、実際にショートはしていないが、導体間隔が基準値
(設計仕様)以下となるような半ショート欠陥では、一
般的に、濃淡画像での信号変化がなだらかとなるため、
2次微分処理によるかかる欠陥の顕在化の効果が小さい
し、また、微小なピンホール欠陥は、信号コントラスト
も低いため、通常の場合に設定される2値化閾値では、
検出できない。
は、不足系欠陥(または欠落性欠陥とも呼ばれ、ピンホ
ール、断線や半断線などの欠陥がこれに該当する)と余
剰系欠陥(または突出性欠陥とも呼ばれ、飛散、孤立
点、半ショートやショートなどの欠陥がこれに該当す
る)とがあるが、単一の2値化閾値では、これらの欠陥
モードを同等に扱うことは困難である。
出対象物の形状や面積などによる図形的性質の違いや対
象パターン密度の変化に依存せず、画像から安定して検
出対象物を抽出することができるようにした2値化方法
及び2値化閾値の決定方法を提供することにある。
に、本発明は、プリント基板あるいはセラミック基板な
どの被検査対象物に形成された配線パターンを光電変換
してその濃淡画像を入力し、2値化手段で該濃淡画像を
2次微分画像に変換して2次微分2値画像に2値化する
とともに、該濃淡画像を3閾値により2値画像に2値化
するものであって、該濃淡画像の2値化は該2次微分2
値画像と該3閾値による2値画像との論理合成により決
定し、該論理合成によって得られた2値画像を画像表示
手段で表示して出力結果を確認可能とし、該画像表示手
段で表示される画像情報より検査条件の設定を支援する
構成とし、配線パターンの検査を容易にしたものであ
る。
2値化を基本閾値th1と不足系欠陥検出用の低い閾値th
Lと余剰系欠陥検出用の高い閾値thHとで行ない、2次
微分2値化をショート系欠陥を検出する微分閾値th2と
断線系欠陥を検出する微分閾値th3とで行なうものであ
る。
選択手段により、3閾値、即ち、該基準閾値th1と該不
足系欠陥検出用の閾値thLと該余剰系欠陥検出用の閾値
thHとによる2値化画像、該2次微分2値化、即ち、該
微分閾値th2,th3による2値化画像、及び該3閾値に
よる2値化と2次微分による2値化との論理合成による
2値化画像から任意に画像を選択して表示する構成とし
たものである。
で設定する上記条件は、被検査対象パターンの2値化画
像より、該各2値化閾値に関わる設定及び検査条件から
構成したものである。
の閾値th1,th2,th3,thL,thHの設定は、各々検
出対象とする欠陥モードの限界サンプルを用いて実行さ
れるように構成したものである。
化機能の切り替えは、上記5つの閾値th1,th2,th
3,thL,thHの設定値により決定される構成としたも
のである。
グリーンシート(以下では、プリント基板で代表させ
る)に形成された配線パターンには、図4に示すよう
に、配線パターン1の断線や配線パターン1の幅が基準
値(設計仕様)よりも狭い半断線,ピンホールといった
欠陥で代表される不足系欠陥(欠落性欠陥または凹系欠
陥とも呼称される)や、半ショートやショート,飛散と
いった欠陥で代表される余剰系欠陥(突出性欠陥または
凸系欠陥とも呼称される)が発生する。外観検査装置な
どの配線パターン検査装置は、このような欠陥の有無を
検査するものである。
陥の検査アルゴリズムの一例であるパターンの連結関係
比較方式を示す図である。かかる検査アルゴリズムの詳
細に関しては、特許第1589793号に記述されてい
るので、ここでは、その原理について簡単に説明する。
された配線パターンの濃淡画像を2値化し、この2値パ
ターンを太線状に膨張させることにより、半ショート部
分(パターンの間隔が基準値以下の部分)をショート状
態とする画像パターンに変換する膨張系と、この2値パ
ターンを細線状に収縮させて半断線部分(パターンの幅
が基準値以下の部分)を断線状態とする画像パターンに
変換する収縮系との2通りの処理を行ない、これら膨張
系で得られた画像パターンと収縮系で得られた画像パタ
ーンとについて、パッド(パターンの端部の円形部分)
間の連結関係を抽出して設計情報と比較し、半ショート
や半断線などの欠陥を検出するものである。
欠陥とし、あるいは導体幅が規定の幅以下のとき欠陥と
する検査規定によるものであって、膨張系は、欠陥とす
る規定値以下の間隔を潰して導体間をくっつけるように
し、また、収縮系では、規定値以下の導体幅をなくして
切断された状態とし、欠陥の検査を行なうものである。
従って、もとの配線パターンから膨張パターンを形成す
る場合の膨張量は最小導体間隔とし、収縮量は最小パタ
ーン幅とするものである。
の中心に番号(パッド番号)を割り当ててパッド番号を
パターンに沿って伝播させ、これが他のパッド番号に到
達したとき、そのパッド番号と出発点のパッド番号との
間に連結があったものとして記憶させるという方法であ
る。
がパッド番号,,と連結されているという連結
関係が抽出されるが、設計情報によると、パッド番号
とパッド番号とが、また、パッド番号とパッド番号
とが夫々連結されていることになるから、抽出された
連結関係と設計情報とを比較することにより、パッド番
号とパッド番号,との間に半ショートあるいはシ
ョートといった欠陥があることが分かる。
ッド番号,間のみが連結されているという連結関係
が抽出されるが、設計情報によると、パッド番号,
間も連結されていることになるから、このパッド番号
,間に半断線あるいは断線といった欠陥があること
が分かる。
リズムの全体構成を示す図である。
は、プリント基板からの光画像を光電変換することによ
り、このプリント基板の表面の濃淡画像の信号を得る。
この濃淡画像は膨張系と収縮系とに送られる。
を2値化101し、得られた2値パターンを、上記のよ
うに、膨張110aさせ、この膨張パターンを、連結関
係を保ったまま画像を縮小変化させるデータ圧縮処理1
11aを行なった後、一旦画像メモリに記憶112させ
る。縮小系でも同様であって、配線パターンの濃淡画像
を2値化102し、得られた2値パターンを、上記のよ
うに、縮小120させ、この縮小パターンを、連結関係
を保ったまま画像を縮小変化させるデータ圧縮処理11
1bを行なった後、一旦画像メモリに記憶113させ
る。
縮小パターンとを読み出して夫々の連結関係を抽出11
4し、夫々の抽出結果を設計情報115と比較して欠陥
の判定116を行ない、この判定結果に基づいて膨張パ
ターンと収縮パターンでの欠陥を含む連結関係部分を抽
出117し、欠陥位置を特定118する。
膨張系では、図4に示すようなショートは勿論のこと、
半ショートや細い幅のヘアラインショートや細かい飛
散,孤立点といった小さい余剰系欠陥も明確に欠陥とし
て検出可能となり、かつヘアライン断線やピンホールと
いった不足系欠陥がなくなるような膨張パターンが得ら
れるようにすることが必要であるし、また、収縮系につ
いても、図4に示すような断線や半断線は勿論のこと、
細い幅のヘアライン断線や細かいピンホールといった不
足系欠陥も明確に欠陥として検出可能となり、かつヘア
ラインショートや細かい飛散,孤立点といった余剰系欠
陥がなくなるような収縮パターンが得られるようにする
ことが必要である。
ては、単一の2値化閾値を用いる単純2値化方式によ
り、検出された濃淡画像の2値化を行ない、これを膨張
系,収縮系で処理するようにしていたが、上記のような
余剰系,不足系の欠陥全てを検出できるような2値化閾
値を設定することができなかった。これに対し、本発明
では、膨張系,収縮系での処理で上記の欠陥が全て検出
できるような2値化101,102を可能とするもので
ある。
一実施形態について説明する。この実施形態は、3閾値
による2値化と2次微分による2値化とを併用し、かつ
これら2値化のための5種類の閾値を適正に設定するこ
とができるようにしたものであるが、まず、図1によ
り、かかる5種類の閾値について説明する。
ンの一具体例を示すものであって、1は配線パターン、
2はヘアライン断線、3はピンホール、4はヘアライン
ショート、5は飛散、6はプリント基板の基材部であ
る。
部6の表面は輝度が高くて明るく、この表面に輝度が低
くて暗い配線パターン1が形成されているものとする。
そして、ここでは、この配線パターン1にヘアライン断
線2やピンホール3が生じており、また、この配線パタ
ーン1と他の配線パターンとの間にヘアラインショート
4が、さらに、基材部6の表面に飛散5が発生している
ものとする。
読み取られる濃淡画像信号10は、図1(b)に示すよ
うに、配線パターン1に対する低レベル部分と基材部6
に対する高レベル部分とからなり、これら低レベル部分
と高レベル部分との境のレベル変化部分が配線パターン
1のエッジ部分となる。
アライン断線2は、配線パターン1の部分よりも明るい
が、基材部6に比べて暗く、細くなるほど配線パターン
1の明るさに近づいていく。このため、濃淡画像信号1
0では、図1(b)に示すように、ヘアライン断線2の
部分のレベルは配線パターン1の部分のレベルよりも若
干高くなっている。また、ピンホール3も、ヘアライン
断線2と同様、配線パターン1と基材部6との間の明る
さを持つが、ヘアライン断線2に比べて広い面積を持つ
ため、濃淡画像信号10では、図1(b)に示すよう
に、ヘアライン断線2の部分よりもレベルが高いものと
なる。
その周りが基材部6で囲まれているため、むしろ基材部
6に近い明るさを持っており、その幅や大きさが小さく
なるほど、その明るさが基材部6に近づいてくる。従っ
て、濃淡画像信号10では、図1(b)に示すように、
ヘアラインショート4や飛散5の部分のレベルは、基材
部6のレベルよりも低いが、ヘアライン断線2やピンホ
ール3の部分のレベルよりも高く、これら間のレベル差
は、基材部6と配線パターン1との明るさの差(コント
ラスト)が大きくなるほど、大きくなる。この場合も、
飛散5は、ヘアラインショート4に対して面積を持つた
め、濃淡画像信号10では、飛散5の部分のレベルがヘ
アラインショート4の部分のレベルよりも低い。
ル3といった不足系欠陥とヘアラインショート4や飛散
5といった余剰系欠陥とでは、濃淡画像信号10での信
号レベルが大きく異なるものであり、このため、従来の
ような単一の2値化閾値を用いた2値化方式では、これ
ら欠陥を全て含む2値化パターンを得ることができな
い。
に、濃淡画像信号10に対しては、 th1:基本閾値 thH:飛散検出用の高い閾値 thL:ピンホール検出用の低い閾値 を用いる。
ート4の検出には、濃淡画像信号10の2次微分信号の
2値化方式を併用するものである。図1(c)はこの2
次微分信号11を示すものである。濃淡画像信号10で
のヘアライン断線2の部分はピンホール3の部分よりも
信号変化も急峻であるから、図1(c)に示すように、
2次微分信号11において、ヘアライン断線2の部分は
ピンホール3の部分よりも振幅が大きい。同様にして、
2次微分信号11において、ヘアラインショート4の部
分は飛散5の部分よりも振幅が大きい。このことから、
この2次微分信号11に対し、 th2:2次微分画像に対するヘアラインショート検出用
閾値 th3:2次微分画像に対するヘアライン断線検出用閾値 を設定する。
信号10を適切に設定された基本閾値th1で2値化して
得られる2値パターンA1を示すものであって、この濃
淡画像信号の明るさ(濃淡値)をIとすると、
画像信号10を適切に設定された飛散検出用閾値thHで
2値化して得られる2値パターンAHを示すものであっ
て、
濃淡画像信号10を適切に設定されたピンホール検出用
閾値thLで2値化して得られる2値パターンALを示す
ものであって、
分信号11を適切に設定されたヘアラインショート検出
用閾値th2で2値化して得られる2値パターンA2を示
すものであって、2次微分値をI"a,I"b,I"c,I"d
として、
(b)に示した濃淡画像信号10に図2(a)に示す画
素単位で5×5の2次微分オペレータを作用させること
によって得られるものであり、以下、2次微分値を
I"b,I"c,I"dは夫々、濃淡画像信号10に図2
(b),(c),(d)に示す画素単位で5×5の2次
微分オペレータを作用させることによって得られるもの
である。図1(k)は図1(c)における2次微分信号
11を適切に設定されたヘアラインショート検出用閾値
th3で2値化して得られる2値パターンA3を示すもの
であって、
は水平方向に沿うパターンエッジを顕在化するものであ
り、図2(b)に示す2次微分オペレータは右上がり方向
に沿うパターンエッジを顕在化するものであり、図2
(c)に示す2次微分オペレータは垂直方向に沿うパター
ンエッジを顕在化するものであり、図2(d)に示す2次
微分オペレータは右下がり方向に沿うパターンエッジを
顕在化するものである。即ち、これら2次微分オペレー
タは入力される濃淡画像のエッジ部分を顕在化するもの
であり、このエッジ部が急峻なほど2次微分値I"a,
I"b,I"c,I"dは大きくなる。従って、図1(c)に
示すように、ヘアライン断線2やヘアラインショート4
の部分の2次微分値はピンホール3や飛散5の部分の2
次微分値よりも大きくなる。
なうと、基準閾値による2値パターンA1は、図1
(d)に示すように、パターンエッジを境として、配線
パターン1の部分で“1”,基材部6の部分で“0”と
なる。つまり、パターンエッジでレベルが反転する信号
である。
2値パターンAHは、図1(h)に示すように、基材部6
に存在するヘアラインショート4や飛散5といった欠陥
に対して“1”となり、飛散検出用閾値thHを適切に設
定することにより、飛散5に対する信号成分はこの飛散
5の幅の実寸法に応じた時間幅の信号として含まれる。
しかし、この2値パターンAHには、かかる飛散5に対
する信号成分ばかりでなく、ヘアラインショート4に対
する信号成分も含まれる場合もあるし、また、配線パタ
ーン1の部分では、常時“1”である。
値thLによる2値パターンALは、図1(j)に示すよう
に、配線パターン1に存在するヘアライン断線2やピン
ホール3といった欠陥に対して“0”となり、ピンホー
ル検出用閾値thLを適切に設定することにより、ピンホ
ール3に対する信号成分はこのピンホール3の幅の実寸
法に応じた時間幅の信号として含まれる。基材部6の部
分では、2値パターンALは常時“0”となる。
ト検出用閾値th2による微分2値パターンA2は、図1
(i)に示すように、ヘアラインショート検出用閾値th
2を適切に設定することにより、ヘアラインショート4
に対する信号成分がこの欠陥の幅の実寸法に応じた時間
幅の“1”の信号として含まれるのであるが、エッジ部
分の急峻さに応じて、ピンホール3や飛散5のエッジ部
や配線パターン1のエッジ部なども含まれることにな
る。
出用閾値th3による微分2値パターンA2は、図1(k)
に示すように、ヘアライン断線検出用閾値th3を適切に
設定することにより、ヘアライン断線2に対する信号成
分がこの欠陥の幅の実寸法に応じた時間幅の“0”の信
号として含まれるのであるが、エッジ部分の急峻さに応
じて、ピンホール3や配線パターン1などのエッジ部も
含まれることになる。
て、2値パターンAL,A3を論理積処理することによ
り、ヘアライン断線2及びピンホール3の夫々の欠陥に
対するそれらの実寸法に応じた時間幅の信号成分を含む
2値パターン(AL・A3)が得られる。同様にして、2
値パターンAH,A2を論理積処理することにより、ヘア
ラインショート4及び飛散5の夫々の欠陥に対するそれ
らの実寸法に応じた時間幅の信号成分を含む2値パター
ン(AH+A2)が得られる。ここで、・は論理積、+は
論理和を表わす。
についてみると、ヘアライン断線2及びピンホール3は
配線パターン1の領域に存在する欠陥であるから、これ
ら欠陥の信号成分を得るためには、この2値パターン
(AL・A3)のうちの配線パターン1の領域の部分のみ
抽出する必要がある。同様にして、上記2値パターン
(AH+A2)についてみると、ヘアラインショート4及
び飛散5は基材部6の領域に存在する欠陥であるから、
これら欠陥の信号成分を得るためには、この2値パター
ン(AH+A2)のうちの基材部6の領域の部分のみ抽出
する必要がある。なお、配線パターン1のエッジ部は、
上記の各閾値th1,thH,thL,th2,th3による2値
化で検出されるが、欠陥ではない。また、閾値th1,th
H,thL,th2,th3による2値化では、この配線パタ
ーン1のエッジ部は正しく検出されない。即ち、基本閾
値th1が配線パターン1のエッジ部を検出するためのも
のであり、この基本閾値th1を適切に設定することによ
り、配線パターン1のエッジ部が正しい位置で検出され
ることになる。図1(d)に示す2値パターンA1のレ
ベル反転部が配線パターン1のエッジ部を表わしている
ことになる。
びピンホール3は2値パターン(AL・A3)から、ヘア
ラインショート4及び飛散5は2値パターン(AH+
A2)から、配線パターン1のエッジ部は2値パターン
A1から夫々得られるようにする必要がある。
の時間軸方向に、エッジ部を除いた配線パターン1の領
域とこの配線パターン1のエッジ部を含むエッジ領域と
基材部6の領域とに領域分割する。図1(e)は配線パ
ターン1の領域を表わす2値パターンANL(なお、この
配線パターン1の領域も配線パターン領域ANLという)
を、図1(f)は配線パターン1のエッジ部の領域を表
わす2値パターンANM(なお、このエッジ部の領域もエ
ッジ領域ANMという)を、図1(g)は基材部6の領域を
表わす2値パターンANH(なお、この基材部6の領域も
基材部領域ANHという)を夫々表わしている。かかる領
域ANL,ANM,ANHは、後述する領域分割オペレータで
の着目画素の周囲の“1”の有効画素数をN、後述する
ように判定値をNL,NHとして、次の数6で表わされ
る。
線2及びピンホール3の検出を行なうために、2値パタ
ーン(AL・A3),ANLの演算処理、即ち、 ANL・(AL・A3) を行ない、基材部6の領域でヘアラインライン4及び飛
散5の検出を行なうために、2値パターン(AH+
A2),ANHの演算処理、即ち、 ANH・(AH+A2) を行なう。また、エッジ領域で配線パターン1のエッジ
部の検出を行なうために 、 ANM・(A1・A3+A1・A2) の処理を行なう。なお、上記演算式において、A1・A3
はこのエッジ領域でのレベルと配線パターン領域でのA
NL・(AL・A3)のレベルとを揃えるための演算であ
り、また、A1・A2は2値パターンA1が図示とはレベ
ル反転しているときのエッジ領域でのレベルと基材部領
域でのANH・(AH+A2)のレベルとを揃えるための演
算である。
る2値化出力ARは、
ANL,エッジ領域ANM,基材部領域ANHへの分割は、図
1(d)に示す基本閾値th1による2値パターンA1へ
領域分割オペレータを作用させ、2値パターンA1での
着目画素がこれら領域ANL,ANM,ANHのいずれに属し
ているかを判定するものである。この領域分割オペレー
タは、2値パターンA1での画素の2次元配列に作用さ
せるものであって、着目画素が判定基準となる周囲の有
効画素にどのような状態で囲まれているかに応じて、こ
の着目画素が領域ANL,ANM,ANHのいずれに属してい
るかを判定するものである。
ものである。かかる具体例は、有効画素を着目画素Pを
中心とする円周上の画素Bとするものであって、これら
有効画素Bが“1”であるか否かを判定して、“1”の
有効画素Bの個数Nをカウントし、このカウント値Nに
応じてこの着目画素Pが領域ANL,ANM,ANHのいずれ
に属しているかを判定するものである。
が画素単位でn画素であるとき、この領域分割オペレー
タをサイズn×nのオペレータという。このオペレータ
サイズは配線パターン1の線幅やこの配線パターンのエ
ッジ幅に応じて設定されるものであって、異なる線幅や
エッジ幅の配線パターンのプリント基板を検査する検査
装置の場合には、各プリント基板毎に最適なサイズの領
域分割オペレータが予め設けられており、検査するプリ
ント基板に応じて使用する領域分割オペレータを異なら
せる。
1×11の領域分割オペレータを示している。サイズ7
×7の領域分割オペレータでは、有効画素Bは16画素
であり、この画素数に対して2つの判定値NL=14,
NH=2が設定されている。また、サイズ9×9の領域
分割オペレータでは、有効画素Bは24画素であって、
この画素数に対して2つの判定値NL=22,NH=2が
設定され、サイズ11×11の領域分割オペレータで
は、有効画素Bは28画素であり、この画素数に対して
2つの判定値NL=25,NH=3が設定されている。
L,NHと上記の“1”の有効画素Bの個数Nとから、上
記数6に基づいて着目画素Pの属する領域ANL,ANM,
ANHを判定するものである。
とするならば、有効画素Bが全て“1”のとき、着目画
素Pは配線パターンの領域にあると判定でき、また、有
効画素Bが全て“0”のとき、着目画素Pは基材部の領
域にあると判定でき、さらに、一部の有効画素Bが
“1”での凝りの有効画素Bが“0”のとき、着目画素
Pは配線パターンのエッジ部の領域に属すると判定する
ことができる。このため、例えば、サイズ7×7の領域
分割オペレータにおいて、NL=16,NH=0とするこ
とも考えられる。
ズ7×7の領域分割オペレータにおいて、配線パターン
領域ANLで有効画素Bが並んだ円周を1画素以下の幅の
ヘアライン断線が横切る場合、2個の有効画素が“0”
となって“1”の有効画素Bの個数N=14となり、N
<NLであるから、配線パターン領域ANLであるにもか
かわらず、配線パターンのエッジ部の領域ANMと誤った
判定をすることになる。このため、図3では、判定値N
Lを有効画素Bの総数よりもヘアライン断線の幅分少な
い値としているのである。同様にして、判定値NHに
も、ヘアラインショートの幅分の値を持たせ、ヘアライ
ンショートがあっても、これにより、基材部の領域ANH
を配線パターンのエッジ部の領域ANMと誤って判定する
ことがないようにしている。
して正しく配線パターン,そのエッジ部,基材部の各領
域を判定できることにより、配線パターンの領域ANLで
のヘアライン断線を、また、基材部の領域ANHでのヘア
ラインショートを検出できるようになる。
トの幅は、領域分割オペレータのサイズに応じて異なら
せてもよく、その領域分割オペレータを使用する配線パ
ターンでのかかる欠陥の幅がどの程度となるかに応じて
決定されるものである。
に対して等方的な配置となる円周上に配置されたものと
したが、これのみに限定されるものではなく、例えば、
着目画素Pを中心とする円内の全ての画素や着目画素を
中心とする正方形内の全ての画素など、被検査物の図形
的性質や仕様などに応じて適宜その範囲を変更可能であ
る。
の線幅との関係について、図7を用いて説明する。
は、この線幅を5画素分とする)以下のサイズの領域分
割オペレータ(ここでは、オペレータサイズ5×5とす
る)がこの配線パターン1を、図面上、右方向に横切る
動作を示しており、配線パターン1に対する領域分割オ
ペレータの位置が(i),(ii),(iii)の順に変化し
ていくものとする。
素Bが全て配線パターン1の領域内にあり、このときの
有効画素Bは全て“1”である。ここで、全有効画素B
の個数に対する“1”の有効画素Bの個数Nの比をαと
すると、この(i)の状態では、α=12/12であ
る。次に、配線パターン1に対して領域分割オペレータ
が2画素分右方に移動した(ii)の状態では、右側の5
個の有効画素Bが配線パターン1からはみ出して“0”
となり、このときには、比α=7/12となる。さら
に、配線パターン1に対して領域分割オペレータが1画
素分右方に移動した(iii)の状態になると、右側の7個
の有効画素Bが配線パターン1からはみ出して“0”と
なり、このときには、比α=5/12となる。
ーン1の線幅よりも小さいときには、領域分割オペレー
タが配線パターン1内にあるとき、比α=1となって最
大となり、領域分割オペレータが配線パターン1から外
れていくにつれてαが小さくなっていく。
が配線パターン1の線幅(ここでも、この線幅を5画素
分としている)よりも大きい場合(ここでは、オペレー
タサイズ7×7とする)を示すものである。この場合
も、図7(a)の場合と同様、領域分割オペレータがこの
配線パターン1を、図面上、右方向に横切る動作を示し
ており、配線パターン1に対する領域分割オペレータの
位置が(イ),(ロ),(ハ)の順に変化していくもの
とする。
の幅方向中心部に位置しているものとしている。この場
合には、5画素の線幅に対してオペレータサイズが7×
7であるから、左右両側3個ずつの有効画素Bが配線パ
ターン1の領域からはみ出して“0”である。従って、
この(イ)の状態では、α=10/12である。次に、配
線パターン1に対して領域分割オペレータが1画素分右
方に移動した(ロ)の状態では、右側の5個の有効画素B
のみが配線パターン1からはみ出して“0”となり、こ
のときには、比α=11/12となる。さらに、配線パ
ターン1に対して領域分割オペレータが1画素分右方に
移動した(ハ)の状態になると、右側の7個の有効画素
Bが配線パターン1からはみ出して“0”となり、この
ときには、比α=9/12となる。
ーン1の線幅よりも大きいときには、着目画素Pが配線
パターン1の幅方向中心部にあるよりも、領域分割オペ
レータが配線パターン1から一方に若干片寄った方が比
αが大きくなり、しかる後、領域分割オペレータが配線
パターン1から外れていくにつれてαが小さくなってい
く。
配線パターン1の線幅以下のときには、領域分割オペレ
ータがこの配線パターン1内にあるとき、比α=1とな
って最大となり、領域オペレータが配線パターン1から
外れていくにつれてαは単調に小さくなっていくが、オ
ペレータサイズが配線パターン1の線幅よりも大きい
と、着目画素Pが配線パターン1の幅方向中心部にある
よりも、これよりも若干ずれた方がαが大きくなり、領
域分割オペレータと配線パターンとの位置関係とαとの
関係が不自然なものとなる。
ては、プリント基板上での配線パターン1の最小線幅以
下であることが必要である。これにより、検査対象とな
るプリント基板上での配線パターン1の最小線幅に応じ
て、使用可能な領域分割オペレータの最大のサイズが決
まることになる。
配線パターン1に対する使用可能な領域分割オペレータ
の最小のサイズを説明した図である。
ジ部は、パターンのにじみにより、図8に示すように、
明るさ(濃淡値)が連続して変化していく傾斜した波形
の有限の期間を有している。ここで、このエッジ部にお
いて、ピンホール検出用閾値thLの明るさから飛散検出
用閾値thHの明るさまでの明るさ範囲に含まれる明るさ
の画素数を、以下、明かるさ変化画素数という。
化画素数の場合のエッジ部近傍での2値パターンを示す
ものであって、この場合には、領域分割オペレータで決
まるエッジ部の領域ANMはこの濃淡画像信号10のエッ
ジ部全体を含むため、このこのエッジ部の領域ANM 内
にのみ基本閾値th1で得られた2値パターンA1のエッ
ジE0が得られることになる。
ペレータサイズ<明るさ変化画素数の場合には、領域分
割オペレータで決まるエッジ部の領域ANMは濃淡画像信
号10のエッジ部の範囲よりも狭くなり、領域分割オペ
レータで決まる配線パターン1の領域ANLも基材部6の
領域ANHもこのエッジ部の範囲に入り込んでくる。この
ため、勿論領域ANMで基本閾値th1で得られた2値パタ
ーンA1のエッジE0が得られるが、領域ANLでも、ピン
ホール検出用閾値thLで得られる2値パターンALでこ
のエッジ部に対するエッジELが、また、領域ANHで
も、飛散検出用閾値thHで得られる2値パターンAHで
このエッジ部に対するエッジEHが夫々発生することに
なる。
化画素数にすると、領域ANL,ANM,ANHの全てに配線
パターン1での同じエッジ部が誤って検出されるという
不自然な事態が発生することになる。従って、領域分割
オペレータのサイズは、配線パターン1のエッジ部の幅
以上とすることが必要となる。
7,9×9,11×11と離散的な値しかとれないが、
有効画素数のカウントに対して閾値NH、NLを設けるこ
とにより、かかる離散的な実際のサイズの間のサイズの
領域分割オペレータを実現することができる。即ち、閾
値NH,NLを近づけると、オペレータサイズが小さくな
ることと同様な効果が得られるのである。
い閾値thLでピンホール欠陥を、高い閾値thHで飛散欠
陥を夫々顕在化し、また、ヘアライン断線やヘアライン
ショートは専ら2次微分閾値により検出するものであ
り、この結果、上記数7で示す2値化出力ARが得られ
るのであるが、上記各閾値th1,thH,thL,th2,th
3の設定は、図6に示す欠陥検査装置の場合、2値化手
段101,102とこれによって得られる上記数7で表
わされる2値化画像を表示する画像表示手段131,1
32を用いて行なわれる。
は、上記閾値を適宜設定することにより、2値化機能の
切り替えを可能となる。即ち、2次微分併用の2値化と
するためには、閾値の設定をth1=thH=thLとすれば
よい。これにより、数1,2,3からA1=AH=ALと
なるので、上記数7に示す2値化出力信号ARは、 AR=(ANL・A1・A3)+{ANM・(A1・A3+A1・A2)} +{ANH・(A1+A2)} =ANL・A1・A3+ANM・A1・A3+ANM・A1・A2 +ANH・A1+ANH・A2 =A1・A3・(ANL+ANM)+A2・(ANM・A1+ANH)+ANH・A1 ここで、 A1⊂(ANL+ANM)により、A1・(ANL+ANM)=A
1 ANH⊂A1により、ANM・A1+ANH=ANM・A1+ANH
・A1 であり、従って、 AR=A1・A3+A2・A1・(ANM+ANH)+ANH・A1 さらに、 A1⊂(ANM+ANH)により、A1・(ANM+ANH)=A
1 であるから、 AR=A1・A3+A2・A1+ANH・A1 であり、さらにまた、 ANH⊂A1により、ANH・A1=0 であるから、 AR=A1・A3+A1・A2 となり、従来の2次微分を併用した2値化を実現でき
る。但し、この場合の上記数7では、ANM・A1・A2は
ANM=1(パターンエッジ領域)かつA1=0の領域で
の閾値th2による2次微分2値画像を表わすものであ
り、また、ANH・A3・A2はANH=1の領域であるが、
この領域ではA3=1であり、A1=1と同等である。従
って、この場合の数7における(ANM・A1・A2+ANH
・A3・A2)はA1・A2となり、上記の2値化出力信号
AR が得られることになる。
2値化として機能させるためには、2次微分画像I"の
閾値をth2=∞、th3=−∞とすればよく、上記数4に
より、A2=0、また、上記数5により、A3=1となる
ため、これを上記数7に代入すると、2値化出力信号A
Rは、 AR=ANL・AL+ANM・A1+ANH・AH となり、3閾値2値化パターンが得られることになる。
2値化)として機能させる場合には、th1=thH=th
L,th2=∞,th3=−∞とすればよい。これにより、
A1=AH=AL、A2=0,A3=1となり、かつANL+A
NM+ANH=1であるから、これを上記数7に代入する
と、2値化出力信号ARは、 AR=A1 となる。
の検出に対応することが可能であると共に、柔軟に機能
の切り替えを行なうことができる。
2値化閾値th1,th2,th3,thH,thLの設定方法に
ついて説明する。
ち、ヘアライン断線やヘアラインショートなどの欠陥の
種類)の限界欠陥サンプルを基準として用いる。基準と
なるサンプルは、実欠陥でも、模擬欠陥でもよい。即
ち、検出すべき最小幅を有するヘアライン断線やヘアラ
インショート,最小導体間隔となる半ショート,最小線
幅を有する半断線欠陥,最小検出サイズのピンホールや
飛散欠陥などである。
閾値の設定基準の一具体例を示すものである。
パターン検出手段100から上記のサンプルを持つ濃淡
画像を2値化手段101に供給し、ここで得られる2値
化パターンAR を画像表示手段131で表示させ、閾値
を調整することにより、最適な閾値に設定するものであ
る。以下、その設定方法を図9を用いて説明する。
th1は、検出対象をパターンのエッジ部と半ショート
(導体パターン間隔が規定される最小間隔よりも狭くな
っている欠陥:図4を参照)とするものであって、この
基準閾値th1で得られる2値化パターンを、先に説明し
たように、規定幅だけ膨張したとき、この半ショートが
必ずショートするような閾値とするものであり、また、
飛散検出用の閾値thHを決定する際の基準となるもので
ある。従って、濃淡画像をこの基準閾値th1で2値化し
て得られる2値化パターンの規定される最小導体間隔
(欠陥ではない)が実寸通りに検出されるように、この
閾値th1を設定する必要がある。このことは、半ショー
トがなければ、導体パターンの間隔が規定の最小の場所
でも、膨張したときにショートが生じないことを意味し
ている。このように基準閾値th1を設定するためには、
th1=thH=thL,th2=∞,th3=−∞とし、かつ最
小導体間隔の濃淡画像をサンプルとして使用して、この
サンプルから得られる上記数7の2値化出力信号ARを
AR=A1として画像表示手段131で表示しながら基準
閾値th1を調整する。
を2値化するものであって、余剰系欠陥としてのヘアラ
インショートや孤立点を検査対象欠陥とするものであ
り、検出すべき最小サイズのかかる欠陥が実寸で検出さ
れるように設定されるものであるが、このためには、か
かるサイズの欠陥を持つサンプルの濃淡画像を得、これ
を上記のように基準閾値th1で2値化して2値化パター
ンA1を得るとともに、この濃淡画像の2次微分画像を
得、これを閾値th2で2値化してかかる最小サイズのか
かる欠陥が実寸で検出されるように、この閾値th2を調
整するものである。この場合、検査対象欠陥が抽出され
て画像表示手段131で表示されるように、2次微分画
像の閾値th2による2値画像のうちの2値化パターンA
1の“0"の領域だけを抽出して画像表示手段131に供
給するようにする。このために、th1=thH=thL,th
3=−∞とすることにより、A1=AH=AL=0(従っ
て、A1=1),かつA3=1とし、2値化出力信号AR
を、上記数7から、 AR=ANM・A1・A2+ANH・A2=(ANM・A1+
ANH)・A2 とするものである。領域(ANM・A1+ANH)は、図1
から明らかなように、A1=1の領域である。
値化して余剰系欠陥としての飛散を検出するためのもの
であって、その2値化画像で検出する最小サイズのかか
る欠陥が実寸で検出されるように設定される。この場
合、検査対象欠陥が抽出されて画像表示手段131で表
示されるように、濃淡画像の閾値thHによる2値画像の
うちの2値化パターンA1の“0"の領域だけを抽出して
画像表示手段131に供給するようにする。このため
に、th1=thL,th2=∞,th3=−∞とすることによ
り、A1=AL=A2=0(従って、A1=1),かつA3
=1とし、2値化出力信号ARを、上記数7から、 AR=ANH・AH とするものである。領域ANHは、図1から明らかなよう
に、パターンエッジ部を除いたA1=1の領域である。
あるヘアライン断線を検出するためのものであり、閾値
thLは導体パターン中の不足系欠陥であるピンホールを
検出するためのものであるから、膨張系では、これら閾
値th3,thLは使用されず、一例として収縮系と同じ値
に設定される。
場合、パターン検出手段100からサンプルを持つ濃淡
画像を2値化手段102に供給し、ここで得られる2値
化パターンARを画像表示手段132で表示させ、閾値
を調整することにより、最適な閾値に設定するものであ
る。以下、その設定方法を図9を用いて説明する。
th1は、検出対象をパターンのエッジ部と半断線(導体
パターンの幅が規定される最小幅よりも狭くなっている
欠陥:図4を参照)とするものであって、この基準閾値
th1で得られる2値化パターンを、先に説明したよう
に、規定幅だけ縮小したとき、この半断線が必ず断線す
るような閾値とするものであり、また、ピンホール検出
用の閾値thLとを決定する際の基準となるものである。
従って、濃淡画像をこの基準閾値th1で2値化して得ら
れる2値化パターンの規定される最小導体幅(欠陥では
ない)が実寸通りに検出されるように、この閾値th1を
設定する必要がある。このことは、半断線がなければ、
導体パターンの幅が規定の最小の場所でも、収縮したと
きに断線が生じないことを意味している。このように基
準閾値th1を設定するためには、th1=thH=thL,th
2=∞,th3=−∞とし、かつ最小導体幅の濃淡画像を
サンプルとして使用して、このサンプルから得られる上
記数7の2値化出力信号ARをAR=A1として画像表示
手段131で表示しながら基準閾値th1を調整する。
を2値化するものであって、不足系欠陥としてのヘアラ
イン断線を検査対象欠陥とするものであり、検出すべき
最小サイズのかかる欠陥が実寸で検出されるように設定
されるものであるが、このためには、かかるサイズの欠
陥を持つサンプルの濃淡画像を得、これを上記のように
基準閾値th1で2値化して2値化パターンA1を得ると
ともに、この濃淡画像の2次微分画像を得、これを閾値
th3で2値化してかかる最小サイズのかかる欠陥が実寸
で検出されるように、この閾値th3を調整するものであ
る。この場合、検査対象欠陥が抽出されて画像表示手段
132で表示されるように、2次微分画像の閾値th3に
よる2値画像のうちの2値化パターンA1の“1"の領域
だけを抽出して画像表示手段132に供給するようにす
る。このために、th1=thH=thL,th2=∞とするこ
とにより、A1=AH=AL=1(従って、A1=0),か
つA2=0とし、2値化出力信号ARを、上記数7から、 AR=ANL・A3+ANM・A3=(ANL+ANM)・A3 (但し、ANH=1の領域でA1=AH=0であるから、A
NH・A3・AH=0)とするものである。領域(ANL+A
NM)は、図1から明らかなように、A1=1の領域であ
る。
値化して不足系欠陥としてのピンホールを検出するため
のものであって、その2値化画像で検出する最小サイズ
のかかる欠陥が実寸で検出されるように設定される。こ
の場合、検査対象欠陥が抽出されて画像表示手段132
で表示されるように、濃淡画像の閾値thLによる2値画
像のうちの2値化パターンA1の“1"の領域だけを抽出
して画像表示手段132に供給するようにする。このた
めに、th1=thH,th2=∞,th3=−∞とすることに
より、A1=AH=1(従って、A1=0),かつA2=
0,A3=1とし、2値化出力信号ARを、上記数7か
ら、 AR=ANL・AL+ANM・A1 (但し、ANH=1の領域でA1=AH=0であるから、A
NH・A3・AH=0)とするものである。領域ANLは、図
1から明らかなように、パターンエッジ部を除いたA1
=1の領域であり、また、分割領域ANM(即ち、パター
ンエッジ部)でのA1=1の領域である。
あるヘアラインショートを検出するためのものであり、
閾値thHは導体パターン中の余剰系欠陥である飛散を検
出するためのものであるから、収縮系では、これら閾値
th2,thHは使用されず、一例として膨張系と同じ値に
設定される。
値化手段101と画像表示手段131とを用いて、基準
閾値th1とヘアラインショート/孤立点検出用の閾値th
2と飛散検出用の閾値thHとが設定され、また、図6の
収縮系では、2値化手段102と画像表示手段132と
を用いて、基準閾値th1とヘアライン断線検出用の閾値
th2とピンホール検出用の閾値thLとが設定される。
メータとして、対象欠陥の検出寸法の関係を求めるとよ
い。図10にピンホール検出用の閾値thLと飛散検出用
の閾値thHの設定例を示す。
欠陥に対して閾値thLを変化させた場合のこのピンホー
ル欠陥の検出サイズを示したものである。この検出結果
から明らかなように、閾値thLを高めるにつれて検出サ
イズが小さくなっていき、図示する関係から、ピンホー
ル欠陥が正確に検出することができるためには、閾値th
Lを50階調とすればよいことが分かる。ここで、閾値
に依存して検出欠陥サイズが変化するのは、濃淡画像に
おけるパターン波形のモジュレーションに起因するもの
である。なお、基準閾値th1は、上記手順によって最小
導体間隔から求めたものを用いる。
欠陥に対する閾値thHを変化させた場合のこの飛散欠陥
の検出サイズを示したものである。この検出結果から明
らかなように、閾値thHを高めるにつれて検出サイズが
大きくなっていき、図示する関係から、飛散欠陥が正確
に検出することができるためには、閾値thHを90〜1
10階調の範囲にすればよく、特に、100階調が最適
であることが分かる。
の2値化画像の表示及び閾値をパラメータとしたときの
基準欠陥の検出サイズに関するデータの集計が、図6に
おいて、画像表示手段131,132で行なわれる。こ
れら画像表示手段131,132は、例えば、パーソナ
ルコンピュータとモニタで構成されたものとすることが
できる。
2での表示画面200の一具体例を示す図である。
2の機能としては、夫々の閾値を変化させたときの2値
画像201の記憶及び表示画面200での表示機能、上
記5つの閾値th1,th2,th3,thL,thHによる2値
画像を表示画面200で選択表示する機能、原画像20
2と2値画像との比較表示が表示画面200でできるよ
うに構成することも可能である。また、表示画面200
で上記2値画像の任意の局所領域203を所定の倍率に
より拡大表示するように構成することも可能である。さ
らに、上記2値化閾値と欠陥検出サイズに関するデータ
の集計及び図10で説明したようなグラフ204を表示
画面200で表示するように構成することも可能であ
る。さらにまた、かかるデータの集計にあたっては、対
象物の2値画像において、寸法の測定位置を予め教示し
ておくことにより、上記2値化閾値の設定手順を自動化
するように構成することも可能である。そして、以上の
機能を実行する際には、グラフィックインタフェースに
よるメニュー205に集約すると使い勝手がよい。
構成においては、最小線幅と最小導体間隔を実寸通り検
出する基本閾値th1が各々異なる場合を想定し、図6に
示したように、膨張系と収縮系とで個別に2値化手段1
01,102を設けた。但し、これら膨張系,収縮系で
基本閾値th1が一致するか、またはその差が無視できる
条件下では、膨張系と収縮系とでの2値化を共通化して
もよい。
ディング補正や暗レベル補正を行なった上で2値化閾値
の設定を行なうことにより、パラメータの標準化が可能
となる。即ち、これにより、材質の変化や検出系の特性
に依存するような明るさ変化の影響を最小限に抑制する
効果がある。
所定の画像入力手段により入力したパターンを、実寸通
り高精度に2値化検出することが可能となり、パターン
上の欠陥をより安定かつ精密に検査することができる
し、2値化の際には、検出対象欠陥の限界値サンプルを
使用することにより、容易に2値化閾値を設定すること
ができる。これにより、従来の検査では対応が困難であ
ったような微小欠陥を検出することが可能になるという
優れた効果が得られる。
を示す図である。
分オペレータの一具体例を示す図である。
ータの具体例を示す図である。
である。
を示す図である。
アルゴリズムの全体構成を示す図である。
ズとの関係を示す図である。
ズとの関係を示す図である。
である。
サイズとの関係を示す図である。
一具体例を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 プリント基板あるいはセラミック基板な
どの被検査対象物に形成された配線パターンの濃淡画像
を画像入力手段により入力し、 2次微分処理手段により該濃淡画像を2次微分画像に変
換し、 2次微分2値化手段により該2次微分画像を所定の閾値
で2値化し、 3閾値2値化手段により該濃淡画像を3閾値を用いて2
値化し、 該2次微分2値化手段によって2値化された2次微分画
像と該3閾値2値化手段によって2値化される濃淡画像
との論理合成により、該濃淡画像の2値化画像を得るこ
とを特徴とするパターン2値化方法。 - 【請求項2】 プリント基板あるいはセラミック基板な
どの被検査対象物に形成された配線パターンの濃淡画像
を画像入力手段により入力し、 2次微分処理手段により該濃淡画像を2次微分画像に変
換し、 2次微分2値化手段により該2次微分画像を所定の閾値
で2値化し、 3閾値2値化手段により該濃淡画像を3閾値を用いて2
値化し、 該2次微分2値化手段によって2値化された2次微分画
像と該3閾値2値化手段によって2値化される濃淡画像
との論理合成により、該濃淡画像の2値化画像を得、 該各2値化手段によって得られる該各2値化画像と論理
合成して得られた該濃淡画像の2値化画像とを画像表示
手段で表示することにより、該濃淡画像の2値化画像を
得るために用いた閾値を確認可能とし、 条件設定支援手段で、該画像表示手段で表示される画像
情報より検査条件の設定を支援することを特徴とするパ
ターン2値化方法。 - 【請求項3】 請求項1または2において、 前記画像表示手段は、前記3閾値2値化手段における前
記基準閾値th1,不足系欠陥検出用の閾値thL及び余剰
系欠陥検出用の閾値thH夫々による2値化画像と、前記
2次微分2値化手段における微分閾値th2,th3による
2値化画像と、前記3閾値2値化手段による該2値化画
像と前記2次微分2値化手段による2値化画像との論理
合成による2値化画像とから任意の2値化画像を選択し
て表示させる表示画像選択手段を有することを特徴とす
るパターン2値化方法。 - 【請求項4】 請求項1,2または3において、 前記条件設定支援手段の設定条件は、前記被検査対象物
の配線パターンの2値化画像より、前記各2値化閾値に
関わる設定及び検査条件を含むことを特徴とするパター
ン2値化方法。 - 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1つにおいて、 前記2次微分2値化手段及び前記3閾値2値化手段での
2値化に際しての閾値の設定は夫々、検出対象とする欠
陥モードの限界サンプルを用いて行なわれることを特徴
とするパターン2値化方法。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1つにおいて、 前記2次微分2値化手段及び前記3閾値2値化手段によ
る2値化に際し、前記2次微分2値化手段及び前記3閾
値2値化手段手段での閾値を適宜設定することにより、
前記濃淡画像の2値化機能の切り替え可能としたことを
特徴とするパターン2値化方法。 - 【請求項7】 請求項1〜6記載のパターン2値化方法
によって配線パターンの濃淡画像の2値化画像が得られ
ることを特徴とするプリント配線板製品。 - 【請求項8】 請求項1〜6記載のパターン2値化方法
によって得られる2値化画像を用いて前記被検査対象物
に形成された配線パターンの欠陥を検査することを特徴
とする配線パターン検査方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05161099A JP3581040B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 配線パターン検査方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP05161099A JP3581040B2 (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 配線パターン検査方法 |
Publications (2)
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