JPH06309434A - 画像処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力された画像の中から特定のパターンをパ
ターンマッチングにより確実に認識できる画像処理方法
および装置を提供する。 【構成】 参照画像を抽出した位置に対応する、入力さ
れた画像中の位置を基準位置とする。ＣＰＵ２５は、画
像処理プロセッサ２４によって切出される対象画像に対
して、基準位置からの距離に応じた重み係数を設定し、
それぞれの対象画像と参照画像との相関値と、重み係数
との積を算出し、この算出結果に基づいて入力された画
像の中から参照画像と同一の対象画像を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターンマッチング方
法及びパターンマッチング装置に関し、特にウエハ、レ
チクル、マスク等の試料表面の観察を行う観察装置や試
料の加工を行う加工装置等における試料の位置合わせに
用いるに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のウエハ表面の観察を行う観察装置
においては、試料の正確な位置合わせが必須条件であ
る。この位置合わせは予備の位置合わせ（以下これをプ
リアライメントと呼ぶ。）と精密な位置合わせ（以下こ
れをアライメントと呼ぶ。）の２段階に分けて行われて
いる。プリアライメントとは、ウエハを観察装置に設置
する際にウエハのオリエンテーションフラットを検出し
てウエハの方向および位置合わせを行うものである。こ
こでオリエンテーションフラットとは、図８に示すよう
にウェハの向きを特定するために設けられた切り欠き部
のことである。また、アライメントとは、例えばプリア
ライメント行ったウエハを撮像して得られる画像からウ
エハ上に定めた特定パターンを認識し、さらにその特定
パターンの入力画像中での位置を検出して、その特定パ
ターンが入力画像中の所定の位置に撮像されるように位
置合わせを行うものである。このアライメントにかかる
一連の操作の中で、ウエハ上に定めた特定パターンを入
力画像の中から認識するために行われるのが、パターン
マッチングである。

【０００３】従来、この種の装置で行われるパターンマ
ッチング方法を図７のフローチャートを参照して説明す
る。複数のパターンを含む第１の画像の中から、特定パ
ターンが参照画像（テンプレート）として抽出され、記
憶されている。先ず、ステップ６０１では、ウエハを撮
像して第２の画像（入力画像）を取り込む。

【０００４】次にステップ６０２では、第２の画像から
参照画像と同一の大きさの対象画像を順次切り出す。次
に、ステップ６０３では、参照画像と切り出した対象画
像との相関値をそれぞれ求め、続くステップ６０４で
は、算出された相関値が格納される。次にステップ６０
５では、上述の動作が第２の画像の全面にわたって行わ
れたか否か判断し、対象画像の切り出しが終了していな
い場合にはステップ６０２に戻り、対象画像の切り出し
が続けられる。対象画像の切り出しが終了した場合に
は、ステップ６０６に進む。ステップ６０６では、格納
された相関値の中から最大のものを選別する。ステップ
６０７では、相関値の最大値を与える対象画像を選出
し、続くステップ６０８では、選出された対象画像の第
２の画像中での位置を検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが従来の方法で
パターンマッチングを行う場合、検出すべき特定のパタ
ーンの周囲に類似パターンが存在すると、ノイズ混入な
どの外的要因により周囲の類似パターンと参照画像（テ
ンプレート）との相関値が最大値となり、特定のパター
ンとは異なったパターンを検出してしまうおそれがあっ
た。

【０００６】そこで、本発明ではノイズ等の外的要因に
影響されることなく、入力された画像の中から特定のパ
ターンをパターンマッチングにより確実に認識できる画
像処理方法を提供することを目的とする。また、このよ
うな画像処理方法を実施できる画像処理装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の画像処理方法は、複数のパターンを含む第
１の画像の中から、所望のパターンの参照画像を抽出し
て記憶し、前記第１の画像と同一の大きさの第２の画像
の中から前記参照画像と同一の画像をパターンマッチン
グにより検出する画像処理方法であって、前記第２の画
像を取り込み、前記参照画像と同一の大きさの対象画像
を前記第２の画像から順次切り出し、前記第１の画像中
の前記参照画像を抽出した位置に対応する、前記第２の
画像中の位置を基準位置とし、該基準位置と前記対象画
像の切り出し位置との間の距離に基づいて、前記対象画
像それぞれに対して重み係数を設定し、前記対象画像と
前記参照画像との相関値を算出し、該相関値と、前記対
象画像に対して設定された重み係数との積をそれぞれ算
出し、該算出結果に基づいて、前記第２の画像の中から
前記参照画像と同一の対象画像を検出するようにしたも
のである。

【０００８】また、上記目的を達成するために、本発明
の画像処理装置は、複数のパターンを含む第１の画像の
中から、所望のパターンの参照画像を抽出して記憶し、
前記第１の画像と同一の大きさの第２の画像の中から前
記参照画像と同一の画像をパターンマッチングにより検
出する画像処理装置であって、前記参照画像を記憶する
記憶手段２６と、前記第２の画像を取り込む画像入力手
段６、７、８と、前記参照画像と同一の大きさの対象画
像を前記第２の画像から順次切り出す画像切出手段２４
と、前記第１の画像中の前記参照画像を抽出した位置に
対応する、前記第２の画像中の位置を基準位置とし、該
基準位置と前記対象画像の切り出し位置との間の距離に
基づいて、前記対象画像それぞれに対して重み係数を設
定する重み係数設定手段２５と、前記対象画像と前記参
照画像との相関値を算出する相関値算出手段と、該相関
値算出手段で得られた相関値と、前記対象画像に対して
設定された重み係数との積をそれぞれ算出する演算手段
２５と、該演算手段での算出結果に基づいて、前記第２
の画像の中から前記参照画像と同一の対象画像を検出す
る検出手段２５と、を有するものである。

【０００９】

【作用】パターンマッチングを行う際の画像の取り込み
は、試料をプリアライメントした後に行うので、取り込
んだ第２の画像は、参照画像を抽出した第１の画像とほ
ぼ同一となる。従って、参照画像と同一の画像は、第１
画像中の参照画像を抽出した位置に対応する、第２画像
中の位置の近傍で検出されることは確認されている。

【００１０】本発明の画像処理方法は、第１画像中の参
照画像を抽出した位置に対応する、第２画像中の位置を
基準位置とし、この基準位置からの距離に基づいて、第
２の画像から切りだされるそれぞれの対象画像に対して
重み係数を設定し、参照画像と対象画像との相関値に、
それぞれの対象画像に対する重み係数を掛け、該算出結
果から参照画像と同一の画像を第２画像の中から検出す
る構成になっており、基準位置から離れた位置に参照画
像と相関の高い対象画像が存在しても、基準位置から離
れた対象画像に対して設定される重み係数は小さいの
で、相関値と重み係数との積は小さくなり、検出すべき
特定のパターンの対象画像を確実に検出することができ
る。

【００１１】また、本発明の画像処理装置によれば、上
記の画像処理方法を直ちに実施することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。なお、本例は電子光学観察装置にお
ける試料の位置決めに本発明を適用したものである。図
１は、本例の電子光学観察装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。図１において、７は不図示のステージ上に
載置された被検試料を示し、電子光学系６からの電子ビ
ームが照射される。５は電子光学系制御装置を示し、被
検試料７に照射される電子ビームの走査などを制御する
とともに、画像処理装置２に電子ビームの走査に同期す
る同期信号を出力する。４は制御用コンピュータを示
し、電子光学系制御装置５、画像処理装置２等に接続さ
れ、入力装置３からの指令に基づいて装置全体の動作を
制御する。電子ビームの照射により被検試料７から発生
した２次電子は検出器８により検出され、検出信号が画
像処理装置２に送られる。画像処理装置２は入力された
検出信号を画像処理して、映像信号を画像表示装置１に
供給する。なお、電子光学系６、試料７、検出器８など
は実際には真空室内に配設されるが、図１においては省
略する。

【００１３】図２は図１の画像処理装置２の概略構成を
示すブロック図である。図２において、２１は検出器８
から送られた検出信号をデジタルの画像データに変換す
るＡ／Ｄコンバータである。Ａ／Ｄコンバータ２１から
出力される画像データは順次画像メモリ２２に書き込ま
れる。画像メモリ２２中の画像データは電子光学系制御
装置５から送られる同期信号に同期してＤ／Ａコンバー
タ２３に読みだされる。Ｄ／Ａコンバータ２３は画像メ
モリ２２から出力される画像データをアナログ信号の映
像信号に変換してＩＴＶ２７に供給する。２６は記憶メ
モリを示し、テンプレート、テンプレートの切り出し位
置に対応するアドレス（以下基準アドレスと称す）、基
準アドレスと対象画像それぞれの切り出し位置に対応す
るアドレス（以下実アドレスと称す）とに基づいて、対
象画像それぞれに対して重み係数を算出するための演算
式などが記憶されている。２４は画像メモリ２２の画像
データからの対象画像の切り出しなど所定の画像処理を
施す画像処理プロセッサである。２５は画像処理装置２
の各部の動作を制御すると共に、相関値の算出などを行
う中央処理ユニット（以下ＣＰＵと呼ぶ）である。な
お、ＣＰＵ２５は不図示の内部メモリを備えており、パ
ターンマッチングに使用するテンプレート、演算式、算
出された相関値等を記憶することができる。また、ＣＰ
Ｕ２５は図１の制御用コンピュータ４と信号の授受を行
う。

【００１４】次に本実施例の画像処理装置２の基本的な
動作について図３のフローチャートを参照しながら説明
する。本実施例においては、観察に先立って画像メモリ
２２に取り込まれた第１画像の中から所望のパターンの
参照画像（以下テンプレートと称す）が抽出され、記憶
メモリ２６に記憶されている。また、画像メモリ２２中
のテンプレートを抽出した位置のアドレスが基準アドレ
スとして記憶メモリ２６に記憶されている。

【００１５】観察開始にあたって、パターンマッチング
に用いるテンプレートが記憶メモリ２６から読みださ
れ、ＣＰＵ２５の内部メモリに記憶される。また、基準
アドレスが記憶メモリ２６から読みだされ、ＣＰＵ２５
の内部メモリに記憶される。さらに、重み係数を算出す
るための演算式が記憶メモリ２６から読みだされ、ＣＰ
Ｕ２５の内部メモリに記憶される。なお、ここで読みだ
された演算式は、基準アドレス番号と実アドレス番号と
の番号差に基づいて、基準位置からも距離に反比例した
重み係数を対象画像に対して算出するものである。

【００１６】試料７の観察が始まると、ステップ３０１
では、プリアライメントされて不図示のステージ上に載
置された試料７を電子ビームにより走査して、第１の画
像とほぼ同一の第２の画像が画像メモリ２２に取り込ま
れる。次のステップ３０２では、画像処理プロセッサ２
４により、画像メモリ２２に取り込まれた入力画像から
テンプレートと同一の大きさの矩形の対象画像が切り出
され、切りだされた対象画像の画像データと実アドレス
とがＣＰＵ２５に送られる。

【００１７】次のステップ３０３では、ＣＰＵ２５によ
り、基準アドレスと実アドレスとの関係に基づいて、切
りだされた対象画像に対する重み係数が算出される。次
のステップ３０４では、切りだされた対象画像とテンプ
レートとの相関値がＣＰＵ２５で算出され、さらにステ
ップ３０５では、ステップ３０４で算出された相関値と
ステップ３０３で切りだした対象画像に対して設定され
た重み係数との積（以下評価値と称す）が算出される。

【００１８】続く、ステップ３０６では、算出された評
価値がＣＰＵ２５内部のメモリに保持される。次のステ
ップ３０７では、ＣＰＵ２５により第２の画像から対象
画像の切り出しが全面にわたって終了したか否かが判断
され、対象画像の切り出しが終了していなければステッ
プ３０２に戻り、対象画像の切り出しが続けられる。対
象画像の切り出しが終了すると、ステップ３０８に進
む。

【００１９】ステップ３０８では、ＣＰＵ２５により、
ＣＰＵ２５の内部のメモリに記憶された複数の評価値の
中から最も大きい評価値が選出される。次のステップ３
０９では、ステップ３０８で選出された評価値を与える
対象画像が決定され、続くステップ３１０では、ステッ
プ３０９で選ばれた対象画像に対応する実アドレスか
ら、その対象画像の第２の画像中での位置が検出され
る。

【００２０】上述のように、テンプレートと対象画像と
の相関値と、対象画像の基準位置からの距離に基づく重
み係数との積（評価値）を算出し、この評価値に基づい
て、テンプレートと同一の対象画像を検出しているの
で、第２の画像中の基準位置から離れた位置に参照画像
と相関の高い対象画像が存在しても、重み係数を掛ける
ことによってその対象画像に対する評価値は小さくな
り、誤検出を防ぐことができる。

【００２１】図４は、画像処理装置２の動作の別の例を
示すフローチャートである。先ず、ステップ４０１で
は、プリアライメントされて不図示のステージ上に載置
された試料７を電子ビームにより走査して、第１の画像
とほぼ同一の第２の画像が画像メモリ２２に取り込まれ
る。次のステップ４０２では、画像処理プロセッサ２４
により、画像メモリ２２に取り込まれた第２の画像から
テンプレートと同一の大きさの矩形の対象画像が切り出
される。切りだされた対象画像の画像データと実アドレ
スとがＣＰＵ２５に送られる。

【００２２】次のステップ４０３では、ＣＰＵ２５の内
部メモリに記憶されていた基準アドレスと画像処理プロ
セッサーから送られるアドレスとの関係に基づいて、切
りだされた対象画像に対する重み係数が算出される。次
のステップ４０４では、ＣＰＵ２５により、切りだされ
た対象画像とテンプレートとの相関値が算出され、さら
に続くステップ４０５では、ステップ４０３で算出され
た重み係数と４０４で算出された相関値との積（評価
値）が算出される。

【００２３】次にステップ４０６では、切りだされた対
象画像が第１番目に切りだされた対象画像であるか否か
がＣＰＵ２５で判断される。第１番目の対象画像なら
ば、ステップ４０８に進み、評価値がＣＰＵ２５の内部
メモリに格納され、続くステップ４１０を介してステッ
プ４０２に戻り、対象画像の切り出しが続けられる。第
１番目の対象画像でないと判断されると、ステップ４０
７に進む。ステップ４０７では、格納されている評価値
とステップ４０５で算出された評価値とが比較される。
次のステップ４０８では、格納された評価値と算出され
た評価値との大小が判断される。格納されていた評価値
が算出された評価値よりも大きいと判断されると、ステ
ップ４１０に進む。格納された評価値が算出された評価
値よりも小さいと判断されると、ステップ４０９に進
み、格納されていた評価値に代わって算出された評価値
がＣＰＵ２５の内部メモリに格納される。続くステップ
４１０では、対象画像の切り出しが全面にわたって行わ
れたか否か判断される。対象画像の切り出しが終了して
いないと判断されると、ステップ４０２に戻り、対象画
像の切り出しが続けられる。対象画像の切り出しが終了
したと判断されると、ステップ４１１に進む。

【００２４】次のステップ４１１では、対象画像の切り
出し終了後、格納されている評価値を与える対象画像を
選出され、続くステップ４１２では、ステップ４１１で
選出された対象画像の入力画像中での位置が検出され
る。本動作においては、評価値が算出される度に格納さ
れている評価値との比較が行なわれるので、対象画像の
切り出しが終了したときに格納されている評価値を与え
る対象画像は、検出すべき対象画像である。

【００２５】上述の実施例においては、基準アドレスと
実アドレスとに基づいて、対象画像の切り出し位置と基
準位置との間の距離に反比例した重み係数が算出される
演算式を用いているが、基準位置からの距離により変則
的な重み分布を算出するような演算式を用いるようにし
ても良い。例えば、図５は基準アドレス番号と実アドレ
ス番号との番号差と、重み係数との関係の例を示すもの
で、このような種々の分布関数に従う演算式を用いても
よい。また、図５のような種々の演算式を記憶メモリに
記憶しておき、テンプレートの特徴や試料上に形成され
たパターンの特性等に基づいて、適宜演算式を選出する
ようにしてもよい。

【００２６】さらに、同種の試料に対して同一のテンプ
レートでパターンマッチングを行う場合には、プリアラ
イメントされた試料を電子ビームで走査して得られる第
２の画像はほぼ同一なるので、過去のパターンマッチン
グにおいて、テンプレートと同一の対象画像が検出され
た位置のデータを蓄積し、このデータに基づいて検出頻
度の高い範囲の重み係数を高く定め、検出頻度の低い範
囲は重み係数を低く抑えるような演算式を導き、この演
算式を用いて重み係数を求めるようにしてもよい。図６
はアドレス番号差と重み係数との関係を、過去２０回の
パターンマッチングによる検出頻度に応じて定めた分布
関数を示し、アドレス番号差が１００番以内で参照画像
と同一の対象画像が検出される頻度が高いので、アドレ
ス番号差が１００以内の対象画像に対しては重み係数が
“１”と算出される。この場合、パターンマッチングの
実行回数が増えれば増えるほど、データが増えるので、
基準位置の近傍から切りだされる対象画像に対して設定
する重み係数を極端に大きく定めることができる。さら
にまた、種々の試料毎にデータを蓄積するようにすれ
ば、種々の試料に対してその試料の特徴を生かした重み
係数を設定できるので、誤検出を防止するには一層効果
的である。

【００２７】上述の実施例においては、対象画像に対す
る重み係数を演算式を用いて算出しているが、ルックア
ップテーブル等を用いて基準アドレスと実アドレスとの
関係から直ちに重み係数が求められるようにしてもよ
い。また、上述の実施例においては、電子光学系を用い
て画像の取り込みを行っているが、ＣＣＤセンサ等の撮
像手段を用いて良いことは言うまでもない。

【００２８】

【効果】本発明によれば、第１画像の参照画像を抽出し
た位置に対応する、第２の画像の位置を基準位置とし、
この基準位置からの距離に応じた重み係数をそれぞれの
対象画像に設定し、参照画像と対象画像との相関値に、
さらに重み係数を掛け、この算出結果に基づいて参照画
像と同一の対象画像を検出する構成となっているので、
基準位置から離れた位置に存在する、参照画像と類似の
対象画像に設定される重み係数は小さく、類似の対象画
像を誤って検出するのを防ぐことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電子光学観察装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図２】図１の画像処理装置の概略構成を示すブロック
図である。

【図３】実施例における画像処理装置の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図４】実施例における画像処理装置の別の動作を示す
フローチャートである。

【図５】重み係数分布を設定例を示すいる。

【図６】出現頻度と重み係数設定

【図７】従来のパターンマッチングの一例を示すフロー
チャートである。

【図８】オリエンレーションフラットを説明するための
図である。

【符号の説明】

２ 画像処理装置 ４ 制御用コンピュータ ６ 電子光学系 ７ 試料 ２２ 画像メモリ ２４ 画像処理プロセッサ ２５ ＣＰＵ ２６ 記憶メモリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のパターンを含む第１の画像の中か
   ら、所望のパターンの参照画像を抽出して記憶し、前記
   第１の画像と同一の大きさの第２の画像の中から前記参
   照画像と同一の画像をパターンマッチングにより検出す
   る画像処理方法において、 前記第２の画像を取り込む画像入力工程と、 前記参照画像と同一の大きさの対象画像を前記第２の画
   像から順次切り出す画像切出工程と、 前記第１の画像中の前記参照画像を抽出した位置に対応
   する、前記第２の画像中の位置を基準位置とし、該基準
   位置と前記対象画像の切り出し位置との間の距離に基づ
   いて、前記対象画像それぞれに対して重み係数を設定す
   る重み係数設定工程と、 前記対象画像と前記参照画像との相関値を算出する相関
   値算出工程と、 前記相関値算出工程で得られた相関値と、前記対象画像
   に対して設定された重み係数との積をそれぞれ算出する
   演算工程と、 該演算工程での算出結果に基づいて、前記第２の画像の
   中から前記参照画像と同一の対象画像を検出する検出工
   程と、 を含むことを特徴とする画像処理方法。
2. 【請求項２】複数のパターンを含む第１の画像の中か
   ら、所望のパターンの参照画像を抽出して記憶し、前記
   第１の画像と同一の大きさの第２の画像の中から前記参
   照画像と同一の画像をパターンマッチングにより検出す
   る画像処理装置において、 前記参照画像を記憶する記憶手段と、 前記第２の画像を取り込む画像入力手段と、 前記参照画像と同一の大きさの対象画像を前記第２の画
   像から順次切り出す画像切出手段と、 前記第１の画像中の前記参照画像を抽出した位置に対応
   する、前記第２の画像中の位置を基準位置とし、該基準
   位置と前記対象画像の切り出し位置との間の距離に基づ
   いて、前記対象画像それぞれに対して重み係数を設定す
   る重み係数設定手段と、 前記対象画像と前記参照画像との相関値を算出する相関
   値算出手段と、 該相関値算出手段で得られた相関値と、前記対象画像に
   対して設定された重み係数との積をそれぞれ算出する演
   算手段と、 該演算手段での算出結果に基づいて、前記第２の画像の
   中から前記参照画像と同一の対象画像を検出する検出手
   段と、 を有することを特徴とする画像処理装置。