JP5726472B2 - アライメント方法及び検出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、アライメント方法及び検出装置に関する。

近年、ＬＳＩ（Large Scale Integration）パターン寸法の微細化に伴い、レチクル等のフォトマスクに形成されるパターン画像も微細化している。この結果、パターン画像の欠陥など検出しなければならない欠陥の最小寸法も微細化し、パターン画像の欠陥を検出するためにパターン画像を基準パターン画像と比較する際に、パターン画像と基準パターン画像との画素位置のズレ、パターン画像の伸縮・うねり、及びセンシングノイズに埋もれるほどの欠陥などを検出する必要性も生じている。

このため、従来技術では、パターン画像と基準パターン画像とを比較する前処理として、画素単位でのアライメントを行い、その後に、パターン画像のリサイズ補正、伸縮・うねり補正、及びノイズの平均化処理などの画像補正を行っている。

特許第３９６５１８９号公報

しかしながら、上述した従来技術のような画素単位でのアライメントでは、アライメントに失敗する可能性がある。

実施形態のアライメント方法は、全体アライメントステップと、輝度階調差画像生成ステップと、第１除外領域設定ステップと、局所領域設定ステップと、局所アライメントステップと、シフトステップとを、含む。全体アライメントステップでは、検査対象のパターン画像と検査基準の基準パターン画像との全体アライメントを行う。輝度階調差画像生成ステップでは、前記全体アライメント後の前記パターン画像と前記基準パターン画像との輝度階調差画像を生成する。第１除外領域設定ステップでは、前記基準パターン画像中の各画素において、当該画素地点から第１所定範囲内における最大輝度値と最小輝度値との差が第１閾値以下である場合に、当該画素地点をアライメント対象領域から除外する除外領域に設定する。局所領域設定ステップでは、前記アライメント対象領域のうち前記除外領域を除く領域の中から、前記全体アライメントよりも高精度な局所アライメントの実行対象領域である局所領域を設定する。局所アライメントステップでは、前記局所領域において、前記パターン画像と前記基準パターン画像との前記局所アライメントを行い、局所アライメント結果であるシフト量を得る。シフトステップでは、前記シフト量を用いて前記基準パターン画像全体をシフトする。前記アライメント対象領域は、前記輝度階調差画像の領域である。局所領域設定ステップでは、前記輝度階調差画像の領域のうち前記除外領域を除く領域の中から、輝度階調差の大きな地点を局所領域に設定し、直前に設定された局所領域から既定間隔以上離れた領域において、輝度階調差の大きな地点を局所領域に設定することを繰り返して、複数の局所領域を設定する。局所アライメントステップでは、前記複数の局所領域それぞれの局所アライメント特性を定量化して、局所アライメントの実行対象の局所領域を選択し、選択した前記局所領域において、前記パターン画像と前記基準パターン画像との前記局所アライメントを行う。定量化された前記局所アライメント特性は、局所アライメントによって得られる仮想シフト時の輝度階調差の二乗和の一覧をシフト方向とシフト量に応じて並べてグラフ化した局所ＳＳＤマップを正規化し、二値化した二値化ＳＳＤマップである。局所アライメントステップでは、定量化された前記局所アライメント特性により形成される特性領域を指標として、各局所領域が有する特性領域の中から基準となる第１特性領域を有する第１局所領域を選出し、選出した前記第１局所領域が有する前記第１特性領域と他の局所領域である第２局所領域が有する第２特性領域との間で形成される論理和面積に対する前記第１特性領域の隠蔽率が大きくなる組み合わせ上位の局所領域を、局所アライメントの実行対象の局所領域に選択する。

図１は、本実施形態の検査装置例を示す構成図。 図２は、本実施形態のパターン画像の取得手法例を示す説明図。 図３は、本実施形態の検出回路例を示す構成図。 図４は、本実施形態の基準パターン画像例を示す図。 図５は、本実施形態の基準パターン画像の除外領域例を示す図。 図６は、本実施形態の輝度階調差画像例を示す図。 図７は、本実施形態の輝度階調差画像の除外領域例を示す図。 図８は、本実施形態のパターン画像例を示す図。 図９は、本実施形態の輝度階調差画像例を示す図。 図１０は、本実施形態のグリッド領域に分割された輝度階調差画像例を示す図。 図１１は、本実施形態の輝度階調差画像の除外領域例を示す図。 図１２は、本実施形態の二値化ＳＳＤマップ例を示す図。 図１３は、本実施形態の二値化ＳＳＤマップ例を示す図。 図１４は、本実施形態の二値化ＳＳＤマップ例を示す図。 図１５は、本実施形態の第１特性領域及び第２特性領域例を示す図。 図１６は、本実施形態のアライメント処理例を示すフローチャート。

以下、添付図面を参照しながら、アライメント方法及び検出装置の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態では、レチクルに形成されたパターン画像のアライメント方法を、レチクルに形成されたパターン画像の欠陥の有無を検出する検出装置で使用する場合を例にとり説明するが、これに限定されるものではない。

図１は、本実施形態の検査装置１の一例を示す構成図である。図１に示すように、検査装置１は、光源１０と、ステージ１２と、透過光学系１４と、反射光学系１６と、透過光センサ１８と、反射光センサ２０と、検出回路２２とを、備えている。

光源１０は、光を発生する。ステージ１２は、レチクル２を載置する。なおステージ１２は、図示せぬ駆動系により駆動される。透過光学系１４は、光源１０からの光がステージ１２上に載置されたレチクル２を透過するように構成されている。反射光学系１６は、ステージ１２上に載置されたレチクル２に照射された光源１０からの光の反射光を検出できるように構成されている。透過光学系１４及び反射光学系１６は、例えばハーフミラー及び凸レンズにより構成されている。透過光センサ１８は、透過光学系１４による透過光を検出し、レチクル２上の２つのダイそれぞれのセンサデータ２４（例えば、パターン画像）、センサデータ２６（例えば、基準パターン画像）を取得（記録）する。反射光センサ２０は、反射光学系１６からの反射光を検出し、レチクル２上の２つのダイそれぞれのセンサデータ２４（例えば、パターン画像）、センサデータ２６（例えば、基準パターン画像）を取得（記録）する。

図２は、本実施形態のパターン画像の取得手法の一例を示す説明図である。透過光センサ１８によるレチクル２に形成されたパターン画像の取得は、図２に示すように、レチクル２をラインセンサ（図示省略）で走査することにより行われる。ここでは、便宜上、図２に示すＸ軸方向（レチクル２の一辺の方向）に細長く切った短冊４をストライプと称し、１ストライプをさらにＹ軸方向（Ｘ軸方向に垂直な方向）に細かく切った正方形の画像５をサブストライプと称する。１ストライプは、例えば２０４８ピクセル（画素）幅を有しており、１サブストライプは、例えば２０４８×２０４８ピクセル（画素）とする。ここで、１ピクセル（画素）は、２５６階調のグレースケールとする。また、検査装置１によるパターン画像の欠陥の有無の検査は、１サブストライプ毎に行うものとする。なお、基準パターン画像の取得についても同様の手法を適用できる。

図１に戻り、検出回路２２（検出装置の一例）は、パターン画像を基準パターン画像と比較してパターン画像の欠陥の有無を検出する。ここで、パターン画像と基準パターン画像との比較には、ダイとダイとの比較（ＤＤ比較：Die to Die 比較）、及びダイとデータベースとの比較（ＤＢ比較：Die to Database比較）がある。ダイとダイとの比較（ＤＤ比較）では、検出回路２２は、透過光センサ１８に記録されたセンサデータ２４及びセンサデータ２６、又は反射光センサ２０に記録されたセンサデータ２４及びセンサデータ２６を比較して、センサデータ２４（パターン画像）の欠陥の有無を検出する。また、ダイとデータベースとの比較（ＤＢ比較）では、検出回路２２は、透過光センサ１８に記録されたセンサデータ２４又は反射光センサ２０に記録されたセンサデータ２４とＬＳＩ設計用ＣＡＤデータ３０に基づいて参照データ発生回路３２から発生された設計データ３４（基準パターン画像）とを比較して、センサデータ２４（パターン画像）の欠陥の有無を検出する。

図３は、本実施形態の検出回路２２の一例を示す構成図である。図３に示すように、検出回路２２は、入力部１１０と、全体アライメント部１２０と、輝度階調差画像生成部１３０と、除外領域設定部１４０と、局所領域設定部１５０と、局所アライメント部１６０と、シフト部１７０と、検出部１８０とを、備える。

入力部１１０は、検査基準の基準パターン画像１９０及び検査対象のパターン画像１９１をそれぞれ、図２で説明したサブストライプ単位で入力する。なお本実施形態の基準パターン画像１９０及びパターン画像１９１は、センサ分解能以上の微細パターンで構成されており、十分な解像度が得られていないものとする。このため、基準パターン画像１９０及びパターン画像１９１の比較にはピクセルオーダ未満でのアライメント（位置合わせ）が要求される。本実施形態では、双三次補間（バイキュービックシフト）を用いたサブピクセルオーダの疑似シフトを行うことで、センサ分解能以上のアライメントを実現するものとする。

全体アライメント部１２０は、入力部１１０により入力された基準パターン画像１９０及びパターン画像１９１の有効領域全体（本実施形態では２０４８×２０４８ピクセル）を対象としたアライメントである全体アライメントを行う。例えば、全体アライメント部１２０は、基準パターン画像１９０及びパターン画像１９１の各ピクセルの輝度階調差の二乗和が最小となるシフト量（Ｘ_１，Ｙ_１)を探索するＳＳＤ（Sum of Squared Difference）法を使用して、アライメント処理を施す。具体的には、全体アライメント部１２０は、数式（１）〜（３）を用いて、アライメント処理を施す。

ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は画像中の座標（ｘ，ｙ）における輝度階調値を表す。Ｓ（Ｘ，Ｙ）はシフト量（Ｘ，Ｙ)でのバイキュービックシフトを用いた画像変換を表し、Ｉ’は画像Ｉのシフト後の画像を表す。シフト量はアライメント必要精度および探索範囲を満たす離散値で与えられ、ここでは１／１６ピクセル単位で−５＜Ｘ＜５、−５＜Ｙ＜５の範囲を取るものとする。また、Ｍ（Ｘ，Ｙ）は、各シフト量（Ｘ，Ｙ)での輝度階調差の二乗和（ＳＳＤ値）が格納された８０×８０成分のマトリクスとなり、これをＳＳＤマップと称する。なお、全体アライメントに使用するアライメント手法は、ＳＳＤ法に限定されるものではなく、他のアライメントアルゴリズムを用いてもよい。

輝度階調差画像生成部１３０は、全体アライメント部１２０により得られるシフト量（Ｘ_１，Ｙ_１）で基準パターン画像１９０をシフトさせ、シフト後の基準パターン画像１９０とパターン画像１９１とを用いて輝度階調差画像１９２を生成する。後述の局所領域設定部１５０は、輝度階調差画像１９２を用いて局所アライメントの実行対象の局所領域を設定する。なお、輝度階調差画像生成部１３０は、輝度階調差画像１９２中の最大階調差が既定の閾値以下に収まっている場合、アライメントが既に成功していると判断して、全体アライメント部１２０により得られるシフト量を後述のシフト部１７０に出力して、後述の処理を打ち切るようにしてもよい。

除外領域設定部１４０は、アライメント対象領域から除外する除外領域、即ち、後述の局所領域設定部１５０により局所領域として設定されることが除外（禁止）される除外領域を設定する。除外領域設定部１４０は、第１除外領域設定部１４２と第２除外領域設定部１４４と第３除外領域設定部１４６とを含む。

第１除外領域設定部１４２は、基準パターン画像１９０の各画素において、当該画素地点から第１所定範囲内での画像輝度変化量の最大値が第１閾値以下である場合に、当該画素地点をアライメント対象領域から除外する除外領域に設定する。例えば、第１除外領域設定部１４２は、基準パターン画像１９０の各画素において、当該画素地点から±１０ピクセル範囲内にある画像データの最大輝度値と最小輝度値との差が１０以下である場合に、当該画素地点を除外領域に設定する。

図４は、本実施形態の基準パターン画像１９０の一例を示す図であり、図５は、本実施形態の基準パターン画像１９０の除外領域の一例を示す図である。図５に示す例では、第１除外領域設定部１４２は、白色塗潰し部分を除外領域に設定している。これにより、輝度階調的に変化の少ない無特徴な部分が後述の局所領域設定部１５０により局所領域に設定されてしまうことを回避している。

第２除外領域設定部１４４は、輝度階調差画像生成部１３０により生成された輝度階調差画像１９２の各画素において、当該画素地点から第２所定範囲内で、第２閾値以上の輝度階調差をもつ画素数の含有率が第３閾値以上である場合に、当該画素地点及び当該画素地点の所定周囲をアライメント対象領域から除外する除外領域に設定する。例えば、第２除外領域設定部１４４は、輝度階調差画像１９２の各画素において、当該画素地点から既定のピクセル範囲内で、１０以上の値を持つ画素数の含有率が０．２以上である場合に、当該画素地点及びその周囲１０ピクセル内を除外領域に設定する。

図６は、本実施形態の輝度階調差画像１９２の一例を示す図であり、図７は、本実施形態の輝度階調差画像１９２の除外領域の一例を示す図である。図７に示す例では、第２除外領域設定部１４４は、白色塗潰し部分（図６に示す例において円２１０で示された部分）を除外領域に設定している。これにより、後述の局所領域設定部１５０により真の欠陥上に局所領域が設定されてしまうことを回避している。

第３除外領域設定部１４６は、輝度階調差画像生成部１３０により生成された輝度階調差画像１９２を所定サイズのグリッド領域に分割する。そして第３除外領域設定部１４６は、各画素に応じた重み係数であって分割したグリッド領域内の各画素地点における輝度階調差の値に応じた重み係数をかけたＳＳＤアライメントをグリッド領域内で実行し、重み係数をかけたグリッド領域内の輝度階調差の二乗和が最小となるシフト量をグリッド領域毎に求め、求めたシフト量を用いて基準パターン画像１９０をシフトする。第３除外領域設定部１４６は、シフト後の基準パターン画像１９０とパターン画像１９１とから得られる第２輝度階調差画像における各画素地点において、輝度階調差画像１９２の階調差との変化量が第４閾値以上となる地点の割合が第５閾値以上となる場合に、当該グリッド領域内の全ての画素地点をアライメント対象領域から除外する除外領域に設定する。

例えば第３除外領域設定部１４６は、輝度階調差画像１９２を縦横６４ピクセルのグリッド領域に分割する。ここで、第３除外領域設定部１４６は、分割したグリッド領域内の各画素地点（ｘ’，ｙ’）における輝度階調差ｄ（ｘ’，ｙ’）に比例した重み係数Ｄを用意しておくものとする。そして第３除外領域設定部１４６は、各画素に応じた重み係数をかけたＳＳＤアライメント（以下、加重ＳＳＤと称する）をグリッド領域内で実行し、加重輝度階調差二乗和が最小となるシフト量（Ｘ’，Ｙ’）をグリッド毎に求める。第３除外領域設定部１４６は、求めたシフト量（Ｘ’，Ｙ’）を用いて基準パターン画像１９０全体をシフトし、シフト後の基準パターン画像１９０とパターン画像１９１とから得られる輝度階調差画像ｄＩ’における各画素地点において、輝度階調差画像１９２の階調差との変化量が１０以上となる地点の画像全体に対する割合が０．３を超える場合に、グリッド領域内の全ての画素地点を除外領域に設定する。

図８は、本実施形態のパターン画像１９１の一例を示す図であり、図９は、本実施形態の輝度階調差画像１９２の一例を示す図であり、図１０は、本実施形態のグリッド領域に分割された輝度階調差画像１９２の一例を示す図であり、図１１は、本実施形態の輝度階調差画像１９２の除外領域の一例を示す図である。図１１に示す例では、第３除外領域設定部１４６は、白色塗潰し部分を除外領域に設定している。なお図１１に示す例では、図９に示す全体アライメントのエラーによる擬似欠陥２２０は除外領域に設定されておらず、図９に示す実欠陥２２２のみが除外領域に設定されている。これにより、後述の局所領域設定部１５０により真の欠陥上に局所領域が選択されてしまうことを回避しつつ、疑似欠陥上に局所領域が選択されることを許可している。

局所領域設定部１５０は、アライメント対象領域の中から、パターン画像のアライメント要求精度以上の精度で行われる局所アライメントの実行対象領域である局所領域を設定する。具体的には、局所領域設定部１５０は、輝度階調差画像生成部１３０により生成された輝度階調差画像１９２の領域のうち除外領域設定部１４０により設定された除外領域を除く領域の中から輝度階調差の大きな地点から順に既定間隔をあけて複数の局所領域を設定する。例えば、局所領域設定部１５０は、輝度階調差画像生成部１３０により生成された輝度階調差画像１９２の輝度階調差の最も大きな地点を１つ設定し、局所領域地点１とする。同様に、局所領域設定部１５０は、局所領域地点１より１００ピクセル以上離れた地点で、局所領域地点１の次に輝度階調差の大きな地点を１つ設定し、局所領域地点２とする。同様に、局所領域設定部１５０は、局所領域地点１及び２より１００ピクセル以上離れた地点で、局所領域地点２の次に輝度階調差の大きな地点を１つ設定し、局所領域地点３とする。

本実施形態では、局所領域設定部１５０は、局所領域地点を３つまで設定するものとするが、これに限定されるものではなく、局所領域地点をいくつ設定してもよい。局所領域地点の設定数まで上述の処理は繰り返される。また本実施形態では、局所領域は、局所領域地点を中心とした正方形領域で表され、ここでは２１×２１ピクセルサイズとする。但し、除外領域の面積が大きく、局所領域を設定できる範囲が狭い場合には、局所領域設定部１５０は、局所領域地点間の間隔を１００ピクセルより小さくなるよう変更して、局所領域地点を設定する。

なお局所領域設定部１５０は、第１局所領域設定部１５２と、第２局所領域設定部１５４とを、含む。但し、これに限定されるものではなく、局所領域設定部の数は１つであっても３つ以上であってもよい。第１局所領域選択部１５２は、１回目の局所領域設定を行い、第２局所領域選択部１５４は、２回目の局所領域設定を行うものであるが、局所領域設定手法はほぼ同様である。

局所アライメント部１６０は、局所領域設定部１５０により設定された局所領域において、基準パターン画像１９０とパターン画像１９１との局所アライメントを行い、局所アライメント結果であるシフト量を得る。具体的には、局所アライメント部１６０は、局所領域設定部１５０により設定された複数の局所領域それぞれの局所アライメント特性を定量化して、局所アライメントの実行対象の局所領域を選択し、選択した局所領域において、基準パターン画像１９０とパターン画像１９１との局所アライメントを行う。

例えば、局所アライメント部１６０は、局所領域設定部１５０により選択された局所領域それぞれに対して、局所領域内に限定した局所アライメントを実行し、局所アライメントによって得られる仮想シフト時の輝度階調差の二乗和の一覧をシフト方向とシフト量に応じて並べてグラフ化した局所領域それぞれのＳＳＤマップ（以下、局所ＳＳＤマップと称する）Ｍ_ｐ（Ｘ，Ｙ）を作成する。また局所アライメント部１６０は、作成したそれぞれの局所ＳＳＤマップにおいて、当該局所ＳＳＤマップ中の最小値で、当該局所ＳＳＤマップの全要素を除算した正規化ＳＳＤマップＭ_ｎ（Ｘ，Ｙ）を作成する。さらに局所アライメント部１６０は、作成したそれぞれの正規化ＳＳＤマップにおいて、当該正規化ＳＳＤマップ中の値が３以上の要素を０、３未満の要素を１と二値化したバイナリマップ（以下、二値化ＳＳＤマップと称する）Ｍ_ｂ（Ｘ，Ｙ）を作成する。図１２〜図１４は、本実施形態の二値化ＳＳＤマップの一例を示す図である。具体的には、局所アライメント部１６０は、数式（４）を用いて局所ＳＳＤマップを作成し、数式（５）及び（６）を用いて正規化ＳＳＤマップを作成し、数式（７）を用いて二値化ＳＳＤマップを作成する。ここで、局所ＳＳＤマップ、正規化ＳＳＤマップ、及び二値化ＳＳＤマップが定量化された局所アライメント特性に該当する。

ここで、（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）はｉ番目に選択した局所領域地点を表し、ｄは局所領域のハーフサイズを表し、Ｕは二値化のための閾値を表す。本実施形態では、ｄ＝１０、Ｕ＝３となる。

また局所アライメント部１６０は、二値化ＳＳＤマップにより形成される特性領域を指標として、各局所領域が有する特性領域の中から基準となる第１特性領域を有する第１局所領域を選出し、選出した第１局所領域が有する第１特性領域と他の局所領域である第２局所領域が有する第２特性領域との間で形成される論理和面積に対する第１特性領域の隠蔽率が大きくなる組み合わせ上位の局所領域を、局所アライメントの実行対象の局所領域に選択する。ここで、第１局所領域は、局所ＳＳＤマップ中の最小値となるシフト量で局所シフトを施したパターン画像１９１と基準パターン画像１９０との輝度階調差最大値が第６閾値以下であり、第２局所領域の二値化ＳＳＤマップとの論理和面積のいずれかが０でなく、二値化ＳＳＤマップの領域面積が最も小さいものである。

例えば、局所アライメント部１６０は、Ｍ_ｐ（Ｘ_ｍｉｎ，Ｙ_ｍｉｎ）＝ｍｉｎＭ_ｐ（Ｘ，Ｙ）を満たす（Ｘ_ｍｉｎ，Ｙ_ｍｉｎ）を用いて、局所ＳＳＤマップに対応する基準パターン画像１９０の局所領域をシフトさせた局所画像と、パターン画像１９１との局所輝度階調差画像中の最大値が２０以下となる局所画像のうち、自身以外の局所領域の二値化ＳＳＤマップと論理和マップ面積Ｓ_ｓｕｍのいずれかが０ではなく、さらに二値化ＳＳＤマップの領域面積Ｓが最も小さくなるものを、第１局所領域として選定する。例えば、局所アライメント部１６０は、図１２〜図１４に示す二値化ＳＳＤマップが存在する場合、二値化ＳＳＤマップの領域面積Ｓが最も小さくなる図１２に示す二値化ＳＳＤマップを第１局所領域として選定する。また例えば、局所アライメント部１６０は、図１３〜図１４に示す二値化ＳＳＤマップが存在する場合、二値化ＳＳＤマップの領域面積Ｓが最も小さくなる図１３に示す二値化ＳＳＤマップを第１局所領域として選定する。なお、Ｓ及びＳ_ｓｕｍは、それぞれ数式（８）〜（１０）で表される。

ここで、Ｓ_{ｓｕｍ ｉｊ}は、２つの局所領域ｉ，ｊの領域面積を表し、ｎｕｍ（Ｍ_ｂ）は二値化ＳＳＤマップＭ_ｂ中の１の値の数を表し、Ｍ_ｂｉ＾Ｍ_ｂｊは、２つの二値化ＳＳＤマップ各要素の論理和を表している。例えば、Ｍ_ｂｉとＭ_ｂｊの値が１である場合、Ｍ_{ｂ＿ｓｕｍ ｉｊ}の値も１となり、Ｍ_ｂｉ，Ｍ_ｂｊいずれかの値が少なくとも０の場合には、Ｍ_{ｂ＿ｓｕｍ ｉｊ}の値は０となる。

また、ここでは、二値化ＳＳＤマップにおいてＭ_ｂ（Ｘ，Ｙ）＝１となる（Ｘ，Ｙ）の集合部を「領域」と称する。また図１３及び図１４に示すように、二値化ＳＳＤマップ中の領域において、局所ＳＳＤマップ極小地点２３０、２４０同位置より最長となる領域端地点までの距離を最長距離とし、同極小地点２３０、２４０より最短となる領域端地点までの距離を最短距離とする。局所アライメント部１６０は、最長距離と最短距離との比が３以上のとき、その領域を「細長領域」と分類し、細長領域の最長距離方向を領域の「姿勢ベクトル」と称する（図１３に示す例では、姿勢ベクトル２３２、図１４に示す例では、姿勢ベクトル２４２）。

また、局所アライメント部１６０は、図１５に示すように、２つの局所領域が有する特性領域がともに細長領域の場合には、姿勢ベクトルの内角θが１０度以上あり、かつ、第１特性領域２５０の隠蔽率δが最大となる特性領域を第２特性領域２５４とし、第２特性領域２５４を有する局所領域を第２局所領域とする。つまり、第２局所領域は、第１特性領域と非平行の第２特性領域を有する。なお、図１５に示す例では、第１特性領域２５０の姿勢ベクトルは第１姿勢ベクトル２５２であり、第２特性領域２５４の姿勢ベクトルは第２姿勢ベクトル２５６である。

ここで、θ、δは、それぞれ数式（１１）〜（１２）により表される。なお、数式（１１）では、θ＞９０度の場合、θ−９０度の角度を用いる。

ここで、δ_ｉｊは、第１特性領域ｉの第２特性領域ｊに対する隠蔽率を表す。第２局所領域を複数用いる場合には、第１特性領域の隠蔽率上位から必要数だけ選択する。なお本実施形態では第２局所領域の数は１としている。

また、局所アライメント部１６０は、第１局所ＳＳＤマップ及び第２局所ＳＳＤマップを足し合わせて合成局所ＳＳＤマップＭ_{ｐ＿ｓｕｍ}を作成する。なお、Ｍ_{ｐ＿ｓｕｍ}は、数式（１３）により表される。

ここで、Ｍ_ｐ１は第１局所領域の局所ＳＳＤマップを表し、Ｍ_ｐ２は第２局所領域の局所ＳＳＤマップを表す。なお、第２局所領域が複数存在する場合は、全て足し合わせる。そして局所アライメント部１６０は、Ｍ_{ｐ＿ｓｕｍ}に関して、Ｍ_{ｐ＿ｓｕｍ}（Ｘ_ｐ，Ｙ_ｐ）＝ｍｉｎ（Ｍ_{ｐ＿ｓｕｍ}（Ｘ，Ｙ））なるシフト量（Ｘ_ｐ，Ｙ_ｐ）を求める。これは、基準パターン画像１９０中の局所領域内のみを用いてＳＳＤを行っていることに他ならない。

なお局所アライメント部１６０は、第１局所アライメント部１６２と、第２局所アライメント部１６４とを、含んでいる。但し、これに限定されるものではなく、局所アライメント部の数は１つであっても３つ以上であってもよい。第１局所アライメント部１６２は、１回目の局所アライメントを行い、第２局所アライメント部１６４は、２回目の局所アライメントを行うものであるが、局所領域設定手法はほぼ同様である。

なお、上述の処理を第１局所アライメント部１６２が行う場合には、求めたシフト量（Ｘ_ｐ，Ｙ_ｐ）で基準パターン画像１９０全体をシフト（適用）して、第２局所領域設定部１５４に出力する。第２局所領域設定部１５４は、シフト後の基準パターン画像１９０とパターン画像１９１との輝度階調差画像を生成して、上述した手法と同様の手順で再び局所領域を設定する。なお、第２局所領域設定部１５４では、設定する局所領域を先に設定した局所領域と区別するため、設定対象の局所領域を第２次局所領域と称し、先に設定した局所領域を第１次局所領域と称する。同様に、選定対象の第１局所領域を第２次第１局所領域、選定対象の第１特性領域を第２次第１特性領域などと称する。

なお、第２局所アライメント部１６４は、第１次局所領域、第２次局所領域を全て足し合わせた合成局所ＳＳＤマップＭ_{ｐ＿ｓｕｍ２}を作成する。Ｍ_{ｐ＿ｓｕｍ２}は数式（１４）により表される。Ｍ_ｐ１＿１は第１次第１局所領域を表し、Ｍ_ｐ２＿１は第１次第２局所領域を表し、Ｍ_ｐ１＿２は第２次第１局所領域を表し、Ｍ_ｐ２＿２は第２次第２局所領域を表す。また、第２局所アライメント部１６４でも第２局所領域が複数存在する場合は、全て足し合わせる。第２局所アライメント部１６４は、このＭ_{ｐ＿ｓｕｍ２}に関して、Ｍ_{ｐ＿ｓｕｍ２}（Ｘ_ｐ２，Ｙ_ｐ２）＝ｍｉｎ（Ｍ_{ｐ＿ｓｕｍ２}（Ｘ，Ｙ））なるシフト量（Ｘ_ｐ２，Ｙ_ｐ２）を求める。

シフト部１７０は、局所アライメント部１６０により求められたシフト量（Ｘ_ｐ２，Ｙ_ｐ２）を用いて、基準パターン画像１９０全体をシフトして、シフト後の基準パターン画像１９０’を生成する。

検出部１８０は、シフト部１７０によりシフトされたシフト後の基準パターン画像１９０’をアライメント結果画像として出力する。検出部１８０は、基準パターン画像１９０’とパターン画像１９１を用いて、例えば差分画像をとり、差分画像中で相対的に輝度階調差の大きな部分を欠陥部分として抽出するような検出を行う。

図１６は、本実施形態の検出回路２２で行われるアライメント処理（検出処理）の手順の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、入力部１１０は、基準パターン画像１９０及び検査対象のパターン画像１９１をそれぞれ、図２で説明したサブストライプ単位で入力する（ステップＳ１００）。

続いて、全体アライメント部１２０は、入力部１１０により入力された基準パターン画像１９０及びパターン画像１９１の全体アライメントを行う（ステップＳ１０２）。

続いて、輝度階調差画像生成部１３０は、全体アライメント部１２０により得られるシフト量（Ｘ_１，Ｙ_１）で基準パターン画像１９０をシフトさせ、シフト後の基準パターン画像１９０とパターン画像１９１とを用いて輝度階調差画像１９２を生成する（ステップＳ１０４）。

続いて、除外領域設定部１４０は、アライメント対象領域から除外する除外領域、即ち、後述の局所領域設定部１５０により局所領域として設定されることが除外（禁止）される除外領域を設定する（ステップＳ１０６）。

続いて、局所領域設定部１５０は、アライメント対象領域の中から、パターン画像のアライメント要求精度以上の精度で行われる局所アライメントの実行対象領域である局所領域を設定する（ステップＳ１０８）。

続いて、局所アライメント部１６０は、局所領域設定部１５０により設定された局所領域において、基準パターン画像１９０とパターン画像１９１との局所アライメントを行い、局所アライメント結果であるシフト量を得る（ステップＳ１１０）。

続いて、シフト部１７０は、局所アライメント部１６０により求められたシフト量を用いて、基準パターン画像１９０全体をシフトして、シフト後の基準パターン画像１９０’を生成する（ステップＳ１１２）。

続いて、検出部１８０は、シフト部１７０によりシフトされたシフト後の基準パターン画像１９０’とパターン画像１９１を用いて、例えば差分画像をとり、差分画像中で相対的に輝度階調差の大きな部分を欠陥部分として抽出するような検出を行う（ステップＳ１１４）。

このように本実施形態では、局所領域に限定したアライメントを行うことで、計算量を大幅に低減することができ、それにより負荷のかかる高精度なアライメント計算を探索シフト範囲全域で実行可能とする。更に本実施形態によれば、負荷軽減のために、段階的に探索範囲を絞り込みながらＳＳＤ精度を高めていくことでアライメントシフト量を求める必要がないため、Local Minima的な極小解に陥ってしまうことを回避できる。

また本実施形態では、局所領域選択の除外処理や選別処理を行うことで、局所領域中に実欠陥部を含めてしまうことを回避し、また、繰り返しパターンや輝度階調変化のない無特徴領域などアライメントのための特徴情報の乏しい部分を局所領域として選定することを回避させることが可能となる。従って本実施形態によれば、特徴情報の埋没を防ぐことが可能となるとともに、従来では対応の難しかったより特殊なラインパターンに対しても、一層ロバストにアライメントを成功させることが可能となる。

更に本実施形態のように、局所領域を複数回行うことで、一度目の局所アライメントにおいて、ある方向成分にのみ有効に機能する指向性の強い局所領域を選択してしまった場合でも、その結果得られる輝度階調差画像から二度目の局所領域を選ぶことで、一度目には位置合わせできなかったすなわち一度目の局所領域が不得手とする方向成分を抑制するのに適した局所領域を積極的に選択することを可能としている。このとき、二度目のアライメントでは、第二次局所領域だけでなく、第一次局所領域も同時に使用することが重要である。繰り返し計算を複数回実行すれば、その抑制をさらに効かせられる。

以上のように、本実施形態によればアライメント精度を高めることができる。

また検出部が、全体アライメント結果と局所アライメント結果との結果を比較し、例えばどちらの結果を適用した画像シフト後の輝度階調差総和が小さいか等、どちらの結果がより確からしいアライメント結果かを判定し、より確からしい方を最終的に出力するようにしてもよい。

なお、本実施の形態で使用しているパラメータ数値は一例である。数値は検査装置に使用されるセンサ解像度やセンサ感度、光源の強度、また検査対象のパターンサイズや計算機の処理能力によって変化するものであり、値を限定するものではない。

なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１ 検査装置
２ レチクル
１０ 光源
１２ ステージ
１４ 透過光学系
１６ 反射光学系
１８ 透過光センサ
２０ 反射光センサ
２２ 検出回路
２４、２６ センサデータ
３０ ＬＳＩ設計用ＣＡＤデータ
３２ 参照データ発生回路
３４ 設計データ
１１０ 入力部
１２０ 全体アライメント部
１３０ 輝度階調差画像生成部
１４０ 除外領域設定部
１４２ 第１除外領域設定部
１４４ 第２除外領域設定部
１４６ 第３除外領域設定部
１５０ 局所領域設定部
１５２ 第１局所領域設定部
１５４ 第２局所領域設定部
１６０ 局所アライメント部
１６２ 第１局所アライメント部
１６４ 第２局所アライメント部
１７０ シフト部
１８０ 検出部

Claims (8)

1. 検査対象のパターン画像と検査基準の基準パターン画像との全体アライメントを行う全体アライメントステップと、
   前記全体アライメント後の前記パターン画像と前記基準パターン画像との輝度階調差画像を生成する輝度階調差画像生成ステップと、
   前記基準パターン画像中の各画素において、当該画素地点から第１所定範囲内における最大輝度値と最小輝度値との差が第１閾値以下である場合に、当該画素地点をアライメント対象領域から除外する除外領域に設定する第１除外領域設定ステップと、
   前記アライメント対象領域のうち前記除外領域を除く領域の中から、前記全体アライメントよりも高精度な局所アライメントの実行対象領域である局所領域を設定する局所領域設定ステップと、
   前記局所領域において、前記パターン画像と前記基準パターン画像との前記局所アライメントを行い、局所アライメント結果であるシフト量を得る局所アライメントステップと、
   前記シフト量を用いて前記基準パターン画像全体をシフトするシフトステップと、
   を含み、
   前記アライメント対象領域は、前記輝度階調差画像の領域であり、
   前記局所領域設定ステップでは、前記輝度階調差画像の領域のうち前記除外領域を除く領域の中から、輝度階調差の大きな地点を局所領域に設定し、直前に設定された局所領域から既定間隔以上離れた領域において、輝度階調差の大きな地点を局所領域に設定することを繰り返して、複数の局所領域を設定し、
   前記局所アライメントステップでは、前記複数の局所領域それぞれの局所アライメント特性を定量化して、局所アライメントの実行対象の局所領域を選択し、選択した前記局所領域において、前記パターン画像と前記基準パターン画像との前記局所アライメントを行い、
   定量化された前記局所アライメント特性は、局所アライメントによって得られる仮想シフト時の輝度階調差の二乗和の一覧をシフト方向とシフト量に応じて並べてグラフ化した局所ＳＳＤマップを正規化し、二値化した二値化ＳＳＤマップであり、
   前記局所アライメントステップでは、定量化された前記局所アライメント特性により形成される特性領域を指標として、各局所領域が有する特性領域の中から基準となる第１特性領域を有する第１局所領域を選出し、選出した前記第１局所領域が有する前記第１特性領域と他の局所領域である第２局所領域が有する第２特性領域との間で形成される論理和面積に対する前記第１特性領域の隠蔽率が大きくなる組み合わせ上位の局所領域を、局所アライメントの実行対象の局所領域に選択するアライメント方法。
2. 前記輝度階調差画像中の各画素において、当該画素地点から第２所定範囲内で、第２閾値以上の輝度階調差をもつ画素数の含有率が第３閾値以上である場合に、当該画素地点及び所定周囲を前記アライメント対象領域から除外する除外領域に設定する第２除外領域設定ステップを更に含む請求項１に記載のアライメント方法。
3. 前記輝度階調差画像を所定サイズのグリッド領域に分割し、各画素に応じた重み係数であって分割した前記グリッド領域内の各画素地点における輝度階調差の値に応じた重み係数をかけたＳＳＤ（Sum of Squared Difference）アライメントを前記グリッド領域内で実行して、前記重み係数をかけた領域内の輝度階調差の二乗和が最小となるシフト量を前記グリッド領域毎に求め、求めた前記シフト量を用いて前記基準パターン画像をシフトし、
   シフト後の前記基準パターン画像と前記パターン画像とから得られる第２輝度階調差画像における各画素地点において、前記輝度階調差画像の階調差との変化量が第４閾値以上となる地点の割合が第５閾値以上となる場合に、当該グリッド領域内の全ての画素地点を前記アライメント対象領域から除外する除外領域に設定する第３除外領域設定ステップを更に含む請求項１又は２に記載のアライメント方法。
4. 前記第１局所領域は、前記局所ＳＳＤマップ中の最小値となるシフト量で局所シフトを施した前記基準パターン画像と前記パターン画像との輝度階調差最大値が第６閾値以下であり、
   前記第２局所領域の前記二値化ＳＳＤマップとの論理和面積のいずれかが０でなく、
   前記二値化ＳＳＤマップの領域面積が最も小さいものである請求項１〜３のいずれか１つに記載のアライメント方法。
5. 前記第２局所領域は、前記第１特性領域と非平行の第２特性領域を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載のアライメント方法。
6. 検査対象のパターン画像と検査基準の基準パターン画像との全体アライメントを行う全体アライメントステップと、
   前記全体アライメント後の前記パターン画像と前記基準パターン画像との輝度階調差画像を生成する輝度階調差画像生成ステップと、
   前記検査基準の基準パターン画像中の各画素において、当該画素地点から第１所定範囲内における最大輝度値と最小輝度値との差が第１閾値以下である場合に、当該画素地点をアライメント対象領域から除外する除外領域に設定する第１除外領域設定ステップと、
   前記輝度階調差画像を所定サイズのグリッド領域に分割し、各画素に応じた重み係数であって分割した前記グリッド領域内の各画素地点における輝度階調差の値に応じた重み係数をかけたＳＳＤ（Sum of Squared Difference）アライメントを前記グリッド領域内で実行して、前記重み係数をかけた領域内の輝度階調差の二乗和が最小となるシフト量を前記グリッド領域毎に求め、求めた前記シフト量を用いて前記基準パターン画像をシフトし、シフト後の前記基準パターン画像と前記パターン画像とから得られる第２輝度階調差画像における各画素地点において、前記輝度階調差画像の階調差との変化量が第４閾値以上となる地点の割合が第５閾値以上となる場合に、当該グリッド領域内の全ての画素地点を前記アライメント対象領域から除外する除外領域に設定する第３除外領域設定ステップと、
   前記アライメント対象領域のうち前記除外領域を除く領域の中から、前記全体アライメントよりも高精度な局所アライメントの実行対象領域である局所領域を設定する局所領域設定ステップと、
   前記局所領域において、前記パターン画像と前記基準パターン画像との前記局所アライメントを行い、局所アライメント結果であるシフト量を得る局所アライメントステップと、
   前記シフト量を用いて前記基準パターン画像全体をシフトするシフトステップと、
   を含むアライメント方法。
7. 検査対象のパターン画像と検査基準の基準パターン画像との全体アライメントを行う全体アライメント部と、
   前記全体アライメント後の前記パターン画像と前記基準パターン画像との輝度階調差画像を生成する輝度階調差画像生成部と、
   前記基準パターン画像中の各画素において、当該画素地点から第１所定範囲内における最大輝度値と最小輝度値との差が第１閾値以下である場合に、当該画素地点をアライメント対象領域から除外する除外領域に設定する第１除外領域設定部と、
   前記アライメント対象領域のうち前記除外領域を除く領域の中から、前記全体アライメントよりも高精度な局所アライメントの実行対象領域である局所領域を設定する局所領域設定部と、
   前記局所領域において、前記パターン画像と前記基準パターン画像との前記局所アライメントを行い、局所アライメント結果であるシフト量を得る局所アライメント部と、
   前記シフト量を用いて前記基準パターン画像全体をシフトするシフト部と、
   を備え、
   前記アライメント対象領域は、前記輝度階調差画像の領域であり、
   前記局所領域設定部は、前記輝度階調差画像の領域のうち前記除外領域を除く領域の中から、輝度階調差の大きな地点を局所領域に設定し、直前に設定された局所領域から既定間隔以上離れた領域において、輝度階調差の大きな地点を局所領域に設定することを繰り返して、複数の局所領域を設定し、
   前記局所アライメント部は、前記複数の局所領域それぞれの局所アライメント特性を定量化して、局所アライメントの実行対象の局所領域を選択し、選択した前記局所領域において、前記パターン画像と前記基準パターン画像との前記局所アライメントを行い、
   定量化された前記局所アライメント特性は、局所アライメントによって得られる仮想シフト時の輝度階調差の二乗和の一覧をシフト方向とシフト量に応じて並べてグラフ化した局所ＳＳＤマップを正規化し、二値化した二値化ＳＳＤマップであり、
   前記局所アライメント部は、定量化された前記局所アライメント特性により形成される特性領域を指標として、各局所領域が有する特性領域の中から基準となる第１特性領域を有する第１局所領域を選出し、選出した前記第１局所領域が有する前記第１特性領域と他の局所領域である第２局所領域が有する第２特性領域との間で形成される論理和面積に対する前記第１特性領域の隠蔽率が大きくなる組み合わせ上位の局所領域を、局所アライメントの実行対象の局所領域に選択する検出装置。
8. 検査対象のパターン画像と検査基準の基準パターン画像との全体アライメントを行う全体アライメント部と、
   前記全体アライメント後の前記パターン画像と前記基準パターン画像との輝度階調差画像を生成する輝度階調差画像生成部と、
   前記検査基準の基準パターン画像中の各画素において、当該画素地点から第１所定範囲内における最大輝度値と最小輝度値との差が第１閾値以下である場合に、当該画素地点をアライメント対象領域から除外する除外領域に設定する第１除外領域設定部と、
   前記輝度階調差画像を所定サイズのグリッド領域に分割し、各画素に応じた重み係数であって分割した前記グリッド領域内の各画素地点における輝度階調差の値に応じた重み係数をかけたＳＳＤ（Sum of Squared Difference）アライメントを前記グリッド領域内で実行して、前記重み係数をかけた領域内の輝度階調差の二乗和が最小となるシフト量を前記グリッド領域毎に求め、求めた前記シフト量を用いて前記基準パターン画像をシフトし、シフト後の前記基準パターン画像と前記パターン画像とから得られる第２輝度階調差画像における各画素地点において、前記輝度階調差画像の階調差との変化量が第４閾値以上となる地点の割合が第５閾値以上となる場合に、当該グリッド領域内の全ての画素地点を前記アライメント対象領域から除外する除外領域に設定する第３除外領域設定部と
   前記アライメント対象領域のうち前記除外領域を除く領域の中から、前記全体アライメントよりも高精度な局所アライメントの実行対象領域である局所領域を設定する局所領域設定部と、
   前記局所領域において、前記パターン画像と前記基準パターン画像との前記局所アライメントを行い、局所アライメント結果であるシフト量を得る局所アライメント部と、
   前記シフト量を用いて前記基準パターン画像全体をシフトするシフト部と、
   を備える検出装置。