JPWO2011138882A1 - テンプレートマッチング処理装置およびテンプレートマッチング処理プログラム - Google Patents

Abstract

設計画像と撮影画像のテンプレートマッチングで形態変化が激しい場合でも対応する一致度を計算することのできるテンプレートマッチング処理装置である。テンプレートマッチング処理装置において、設計画像と撮影画像のマッチング処理を行い、最も相関の高い部分を切り出した設計部分画像を切り出し（ステップ１０１）、切り出した設計画像に合わせて撮影画像を変形する処理（ステップ１０２〜１０５）を行い、できた変形画像について、設計画像との相関を取り、一致度とする。

Description

本発明は、テンプレートマッチングを行うテンプレートマッチング処理装置に関し、特に、検査対象にテンプレートと同一のパターンがあるかないか判定を行う判定機能や、その位置を検出する位置検出機能を作り、各種検査装置、認識装置、判定装置などに組み込み利用するためのプログラムに関するものである。

特開２００９−２２３４１４号公報（特許文献１）には、半導体設計時のＣＡＤから作成した設計画像と製造途中の半導体を電子顕微鏡で撮影した撮影画像をマッチングし、マッチングで一致した候補位置について、どの程度一致しているか再度、精密に照査する方法が記載されている。特許文献１においては、照査は、設計画像に合わせて撮影画像を変形し、変形した画像について一致度を計算することで行われる。

特許文献１の実施例に記載された具体的な処理手順は、撮影画像のタイプとしてある程度限定されたタイプのものに有効な手段が記載されている。

特開２００９−２２３４１４号公報

田口順一、他、「エッジ部と平たん部の切分けを行った方向依存型画像フィルタ」、電子情報通信学会論文誌、Ｄ、Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ｄ２、Ｎｏ．９、ｐｐ．２３４５−２３５０ 酒井幸市、「Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＃．ＮＥＴ ＆ Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ．ＮＥＴによるデジタル画像処理の基礎と応用−基本概念から顔画像認識まで」、ＣＱ出版社、２００３年９月１日初版発行、５章３節、８４〜８６ページ

しかしながら、特許文献１の実施例で行われる撮影画像の処理では、エッジ強調をした後に、値の上限と下限を定めた輝度変換を行う処理が記載されているが、この処理は、撮影画像の形態部のコントラストが比較的良好な場合に有効な処理である。コントラストが悪くなると、うまく上限と下限を定めることができなくなり、この手法を使うと性能が劣るようになる。

また、特許文献１の実施例で行われる撮影画像の変形処理では変形が比較的大きい場合を想定して複雑な処理を行っているが、撮影倍率が低く且つ変形が少ない場合にはより簡易な変形処理で済む場合もあるにもかかわらず、簡易な変形処理の記載はない。

そこで、本発明の目的は、上記特許文献１の実施例で想定していなかった様々な画像の種類について、設計画像と撮影画像の一致度を評価する性能を向上させる様々な手段を提供できるテンプレートマッチング処理装置を提供することにある。

例えば、上記のように、コントラストが悪い画像の場合でも比較的良好に一致度を求める方法や、変形が少ない画像で簡易に変形処理をする方法などを提供するものである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、代表的なものの概要は、所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、設計データから作成した大きさの異なる複数の設計画像の中から、マッチング手段により定まった一致位置で撮影画像と最も対応関係の取れる大きさの設計画像を選択する大きさ選択手段と、設計データから作成した大きさの異なる複数の一致度計算用設計画像の中で、大きさ選択手段で選択された大きさを持つ一致度計算用設計画像を参照して、撮影画像を変形し、所望の一致度を計算する変形一致度計算手段とを備えたものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

すなわち、代表的なものによって得られる効果は、様々な画像のタイプに対応して、ある時は、求まる一致度の尺度の性能が向上し、また、ある時は計算が簡易になりシステム負担を軽減することができる。

本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置のハードウエア構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムで使用する設計画像の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムで使用する撮影画像の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の特徴部の詳細手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の処理におけるマッチング、および位置の対応関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の処理における設計画像を参照した撮影画像の変形例を示す図である。 従来技術の全体の処理手順を示すフローチャートである。 従来技術の特徴部の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の一致度計算用の設計画像の作成例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の一致度計算用の設計画像の作成例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るテンプレートマッチング処理装置の特徴部の詳細手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るテンプレートマッチング処理装置の設計画像から部分を選択する一例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係るテンプレートマッチング処理装置の設計部分画像と撮影画像のマッチング、および位置の対応関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係るテンプレートマッチング処理装置の複数の大きさを変えた設計画像から部分を選択する一例を示す図である。 本発明の実施の形態５に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５に係るテンプレートマッチング処理装置の設計画像から第１と第２の部分を選択する一例を示す図である。 本発明の実施の形態６に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態６に係るテンプレートマッチング処理装置の設計画像から複数の部分画像を選択する一例を示す図である。 本発明の実施の形態７に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

本発明は、テンプレートマッチングを行うテンプレートマッチング処理装置が実行する画像処理に特徴があり、これを実施する形態は様々な形態を取ることができる。

例えば、本発明の画像処理を実施する専用のハードウエアを作成することを実施の形態とすることもできるし、本発明の画像処理プロセスを記述したソフトウエアを作成し、このソフトウエアを汎用の計算機（コンピュータ）に実行させる形態も取ることができる。

汎用の計算機を用いる場合、ソフトウエアを記憶した記憶媒体は、計算機を特定せず任意に実行可能なので、本発明全体を実施するための重要な普遍的要素であり、組み込み先が任意の部品となる本発明の１つの実施の形態である。ソフトウエアを記憶した記憶媒体には、ＣＤ、ＤＶＤ、メモリ−カード、ＨＤ、インターネットで接続・ダウンロード可能な外部記憶装置などがある。

（実施の形態１）
＜（１．１）構成＞
図１および図２により、本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの全体構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの全体構成を示す図、図２は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置のハードウエア構成の一例を示す図である。

図１において、テンプレートマッチング処理装置を含むシステムは、設計システム２１１、製造システム２１２、検査システム２１３から構成され、それぞれネットワーク２１０を介して接続されている。

検査システム２１３は、ステージ２０１、電子銃２０３、２次電子検出部２０４、および画像化部２０５を有する走査型電子顕微鏡、テンプレートマッチング処理装置として動作する計算機２０６、表示装置２０７から構成され、その他、各種検査装置も備えている。また、計算機２０６を走査型電子顕微鏡に内蔵しても良いし、外部に出しても良い。

実施の形態１は、テンプレートマッチング処理装置として動作する計算機２０６が画像処理を行う画像処理の方法に関わり、特に、画像処理の中でもテンプレートマッチング処理で一致度を計算する方法に特徴がある。

設計システム２１１では、ＣＡＤを用いて半導体回路が設計され、製造で利用するリソグラフィー装置のマスクデータなど、各種設計データが作成される。

製造システム２１２では、ネットワーク２１０を介し、設計システム２１１で作成された各製造装置の設計データが各装置に渡り、各装置は、それに基づいて半導体を流れ作業で製造する。製造装置の１つであるリソグラフィーは、設計システム２１１で作成されたマスクデータに基づいて工作されたマスクを装着し、光リソグラフィーでレジストを感光させ、その後感光部をエッジングして半導体表面にレジストが乗った回路パタンを形成することができる。

検査システム２１３では、製造システム２１２で製造、または製造途中の半導体が運搬され、所定の検査を行う。製造途中の半導体ならば、検査結果が悪い場合は半導体は破棄、または再製造プロセスに渡るよう運搬される。

製造システム２１２のリソグラフィー工程でできた製造途中のレジストパタンの載った半導体は、運搬され、検査システム２１３の走査型電子顕微鏡で撮影検査される。走査型電子顕微鏡には、ステージ２０１があり、レジストの乗った半導体２０２が検査対象となり、撮影視野に運搬され、電子銃２０３で電子が打ち出され、検査対象２０２の所定領域を走査して、出てきた２次電子を２次電子検出部２０４で捉え、画像化部２０５で撮影画像の画像データとなる。

画像化部２０５は、撮影画像を得るため、ステージ２０１、電子銃２０３、２次電子検出部２０４を動作させる制御信号を送り、２次電子検出部２０４で検出される信号を順序良く適切に位置づけ、画像データにする。

計算機２０６は、画像化部２０５で作られた撮影画像の画像データと、設計システム２１１で設計された設計データを受け取り、所定の画像処理をして、結果を表示装置２０７に表示させる。

図２において、テンプレートマッチング処理装置として動作する計算機２０６は、ＣＰＵ１０、ＲＯＭ１１、ＲＡＭ１２、ＨＤＤ１３、ユーザインタフェース１４、通信インタフェース１５など、通常のコンピュータ装置と同様のハードウエアを備えている。計算機２０６は、ＨＤＤ１３などの格納されたテンプレートマッチング処理プログラムなどをＣＰＵ１０で実行することにより、テンプレートマッチング処理を行う。

＜（１．２）全体の処理手順＞
図３〜図５により、本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順について説明する。図３は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートであり、図３中の番号をステップ番号として手順を説明する。図４は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムで使用する設計画像の一例を示す模式図、図５は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムで使用する撮影画像の一例を示す模式図であり、以下、各画像は、図４および図５の模式図で示した画像番号を付して呼ぶことにする。

ステップ３０１：
設計システム２１１では、ＣＡＤを用いた半導体回路設計を行い、各種設計データが作られる。各種設計データの中には、製造システム２１２にあるリソグラフィーで利用するマスクを設計したマスクデータもある。

ステップ３０２：
製造システム２１２では、ステップ３０１で作成したマスクデータに基づいてマスクを作り、マスクをリソグラフィーに装着して、光リソグラフィーでレジストを感光させ、その後感光部をエッジングして半導体表面にレジストが乗った回路パタンを形成する。

ステップ３０３：（図４参照）
設計システム２１１では、ステップ３０１で作成した設計データから回路パタンを描画した設計画像３０１ｉを作成し、線を太くする処理を行ってマッチング用の設計画像３０３ｉを作成する。線を太くする処理は、着目画素とその縦横斜めの近接画素を合わせた９画素の中から最も大きな値を選択するＭａｘ３処理を所定回行うことで行われる。

設計画像３０１ｉ、マッチング用の設計画像３０３ｉの一例の模式図を図４に示す。設計画像３０１ｉは形態を形成する輪郭からなる形態部３０１ｐ１とその他の背景部３０１ｐ２からなる画像である。形態部３０１ｐ１の値を１とし、背景部３０１ｐ２を０とする。Ｍａｘ３処理により、形態部３０１ｐ１が広がり、マッチング用の形態部３０３ｐ１となり、背景部３０１ｐ２が狭まってマッチング用の背景部３０３ｐ２となる。

ステップ３０４：（図４参照）
設計システム２１１では、ステップ３０３の途中で作成した設計画像３０１ｉを元に、一致度を評価する場所を示した一致度計算用設計画像３０４ｉを作成する。一致度計算用設計画像３０４ｉの一例を図４に示す。この例では、一致度計算用設計画像３０４ｉは、設計画像３０１ｉの形態部３０１ｐ１に相当する形態評価部３０４ｐ１と、そこから所定の距離内で近接する形態近傍無評価部３０４ｐ２と、それ以外の評価に利用する領域からなる形態外評価部３０４ｐ３からなる。形態評価部３０４ｐ１の値を１とし、形態近傍無評価部３０４ｐ２の値を０とし、形態外評価部３０４ｐ３の値を−１とする。

ステップ３０５：（図５参照）
検査システム２１３では、ステップ３０２で作成されたレジストが乗った半導体を走査型電子顕微鏡で撮影し、撮影画像３０５ｉを取得する。撮影画像３０５ｉの一例を図５に示す。撮影画像３０５ｉは、レジストが乗った半導体上に加工などによるエッジ部があれば他の場所よりも強く映るホワイトバンド部３０５ｐ１と、それ以外の背景部３０５ｐ２からなる。

ここでは、撮影倍率が２万倍など、電子顕微鏡としては比較的倍率が低く、撮影画像３０５ｉは、ホワイトバンド部３０５ｐ１の幅が狭く、明瞭に映っていない部分を若干含むことを想定する。

ステップ３０６：（図５参照）
計算機２０６では、ステップ３０５で撮影した撮影画像３０５ｉからマッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉを作成する。マッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉの一例を図５に示す。マッチング用の処理は、ホワイトバンドなどの形態を残してノイズを除去するエッジ保存型画像フィルタをかけ、Ｍａｘ３処理を所定回行ってホワイトバンドを太くする処理とする。エッジ保存型画像フィルタには、例えば、非特許文献１に挙げるような方向依存型フィルタを採用することができる。

この方向依存型フィルタは、エッジの方向に着目した非線形なフィルタ種類で、画像の非線形な平滑化の処理を行うものである。

なお、Ｍａｘ３処理とは、着目する画像画素の上下左右斜めの最近傍８画素と自身の点を含めた９画素の中にある画素値の中で最も大きな値を選択し、着目する点の新しい画素値とする処理である。

これらの処理により、マッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉは、撮影画像３０５ｉよりもホワイトバンド部３０６ｐ１と背景部３０６ｐ２のコントラストが良く、ホワイトバンド部３０６ｐ１が太くなっている。

ステップ３０７：（図５参照）
計算機２０６では、ステップ３０５で撮影した撮影画像３０５ｉから一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉを作成する。一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉの一例を図５に示す。一致度計算用の処理は、ホワイトバンドなどの形態を残してノイズを除去するフィルタが好ましく、例えば、ステップ３０６で用いた非特許文献１のエッジ保存型画像フィルタを用いることができる。この場合、ステップ３０７を先に行い、その結果を用いてステップ３０６では、Ｍａｘ３処理を所定回行うことにより不要な２度手間の計算を避ける。

一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉは、撮影画像３０５ｉよりも、ホワイトバンド部３０７ｐ１と、それ以外の背景部３０７ｐ２のコントラストが良くなっている。

ステップ３０８：［マッチング手段］（図５参照）
計算機２０６では、ステップ３０３で作成されたマッチング用の設計画像３０３ｉとステップ３０６で作成されたマッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉについてテンプレートマッチングを行う。

テンプレートマッチングは、一般的な方法で、例えば、非特許文献２に記載されている。

テンプレートマッチングは、例えば、画像より小さいテンプレートを予め定めて、そのテンプレートと入力画像とを比較することにより処理するものである。

ここでは、マッチング用の設計画像３０３ｉは、マッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉよりも画像サイズが大きく用意されている場合を想定し、マッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉをテンプレートとし、マッチング用の設計画像３０３ｉを入力画像とする、テンプレートマッチングを行うことにする。

テンプレートマッチングでは、非特許文献２のように、テンプレートと入力画像を重ねた場合の両者の一致の度合いを評価値として算出することを基本単位にし、入力画像の全てをカバーするように少しづつテンプレートをずらし、全ての重ね方をした場合についての評価値を求める処理を行う。評価値の計算方法は、各種あるが、ここでは、テンプレートと入力画像を重ねた時の相関を計算する処理とする。

以上の処理を行い、評価値の最も高い場所が、マッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉとマッチング用の設計画像３０３ｉの所定の評価計算方法で最も一致した所となる。

ただし、計算方法を変えると、別の場所がその評価計算方法で最も一致した場所となることもあり、一般に、評価値が最も高い場所が、本当に一致している場所である保障はない。また、別の場所を撮影した画像である時もあり、両者が一致する場所がない場合さえある。

ステップ３０９：（図４、図５、図８参照）
計算機２０６では、ステップ３０８のマッチング処理で、最も評価値の高い所となった重なり位置について、ステップ３０４で作成した一致度計算用の設計画像３０４ｉを参照して、ステップ３０７で作成した一致度計算用の撮影画像３０７ｉを変形する。

具体的な処理方法については、図７および図８を用いて、後に（１．３）節で記載する。この処理により、一致度計算用の撮影画像を変形した撮影画像３０９ｉが作成される。

ステップ３１０：［一致度計算手段］（図４参照）
計算機２０６では、ステップ３０９で作成した一致度計算用の変形した撮影画像３０９ｉと、ステップ３０８で評価値が最大となった位置の一致度計算用の設計画像３０４ｉとを参照して、一致度の計算を行う。一致度の計算は、形態近傍無評価部３０４ｐ２は評価計算に入れず、形態評価部３０４ｐ１と形態外評価部３０４ｐ３について、両者の相関計算を行うものとする。数式で表現すると以下の（数１）〜（数５）の式となる。

（数１）
ｖ＝Σ（Ａ（ｉ，ｊ）−Ａｈ）×（Ｂ（ｉ，ｊ）−Ｂｈ）／（Ａａ×Ｂａ）
（数２）
Ａｈ＝ΣＡ（ｉ，ｊ）／Ｎ
（数３）
Ｂｈ＝ΣＢ（ｉ，ｊ）／Ｎ
（数４）
Ａａ＝ｓｑｒｔ（Σ（Ａ（ｉ，ｊ）−Ａｈ）×（Ａ（ｉ，ｊ）−Ａｈ）／Ｎ）
（数５）
Ｂａ＝ｓｑｒｔ（Σ（Ｂ（ｉ，ｊ）−Ｂｈ）×（Ｂ（ｉ，ｊ）−Ｂｈ）／Ｎ）。

ただし、Ａ（ｉ，ｊ）は、ステップ３０８で評価値が最大となった位置の一致度計算用の設計画像３０４ｉを撮影画像３０５ｉの長さ分切り出した画像の点（ｉ，ｊ）での値、Ｂ（ｉ，ｊ）は、一致度計算用の変形した撮影画像３０９ｉの点（ｉ，ｊ）での値、Σは点（ｉ，ｊ）での加算を意味し、加算範囲は、点（ｉ，ｊ）が、形態評価部３０４ｐ１と形態外評価部３０４ｐ３のどちらかの位置に属すような点の集合全体とする。

Ｎは、Σの範囲とした点の総数、ｓｑｒｔ（）は平方根を取ることを意味し、ｖは、求める相関値で、これを一致度とする。

ステップ３１１：
計算機２０６では、ステップ３１０で求まった一致度が所定の値以上であれば、正しい位置に一致したものと見なし、ステップ３１２の検査処理に進み、そうでなければ、正しい位置にはないので、この半導体は検査には適さないものとして、ステップ３０５に進んで次の半導体の撮影を行うようにする。

ステップ３１２：
計算機２０６では、所定の半導体の検査を行う。検査は、所望の場所の線幅を計るなど各種あり、場合によっては必要な部位の撮影なども行い、その製造工程の品質管理に必要な検査処理がなされる。

＜（１．３）特徴部の詳細手順＞
図６〜図８により、本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の特徴部の詳細手順について説明する。図６は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の特徴部の詳細手順を示すフローチャートであり、図３のステップ３０９の処理の詳細を示している。図７は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の処理におけるマッチング、および位置の対応関係の一例を示す図、図８は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の処理における設計画像を参照した撮影画像の変形例を示す図である。

ステップ１０１：（図７参照）
図３のステップ３０８のマッチング処理の結果、最も評価値の高くなった位置１４０１と同じ位置１４０２で一致度計算用の設計画像３０４ｉの画像を切り出し、変形処理用の切り出し設計画像１０１ｉを作成する。

ステップ１０２：（図８参照）
一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉの中で、形態評価部３０４ｐ１と形態近傍無評価部３０４ｐ２とを合わせた併合領域に相当する部位のみ値をコピーした画像について、その併合領域内に限定してＭａｘ３処理を所定回行い、処理画像１０２ｉを作成する。

ステップ１０３：（図８参照）
ステップ１０２の処理画像１０２ｉの形態評価部３０４ｐ１のみ値をコピーした画像１０３ｉを作成する。その他の値は０とする。

ステップ１０４：（図８参照）
一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉの中で、形態外評価部３０４ｐ３に相当する部位のみ値をコピーし、他は０の値を埋めた画像について、形態外評価部３０４ｐ３に相当する領域のみでＭａｘ３処理を所定回行い、処理画像１０４ｉを作成する。Ｍａｘ３処理を行う回数は、ステップ１０２で行うＭａｘ３処理の回数と同じである。

ステップ１０５：（図８参照）
ステップ１０２の処理で作成した処理画像１０２ｉとステップ１０４の処理で作成した処理画像１０４ｉを加算し、合成画像を作成する。できた合成画像は、一致度計算用の変形撮影画像３０９ｉとなる。

以上の処理により、一致度計算用の変形撮影画像３０９ｉが得られ、次のステップの３１０で一致度が計算されることになる。

＜（１．４）従来技術との比較＞
従来技術も、実施の形態１と同じように図１に示す構成を持つ。実施の形態１と従来技術では、計算機２０６の処理の仕方が異なる。

図９および図１０により、本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の比較例の従来技術の処理手順について説明する。図９は従来技術の全体の処理手順を示すフローチャートである。図３に示す実施の形態１の手順と図４に示す従来技術の処理手順を比較し、両者で異なる手順のある位置をそれぞれの図では太枠で示している。以下、両者の差異の部分のみ記載する。図１０は従来技術の特徴部の処理手順を示すフローチャートである。

従来技術は、図９に示すように、ステップ３０３のマッチング用の設計画像３０３ｉを参照して、ステップ４２４で従来の一致度計算用設計画像を作成していた。

実施の形態１では、図３に示すように、ステップ３０１の設計データを参照してステップ３０４で一致度計算用画像３０４ｉを作成する。また、実施の形態１ではステップ３０７で一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉを作成するが、従来技術はマッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉを一致度計算用に併用していた。そして、撮影画像を変形する処理が、実施の形態１はステップ３０９、従来技術はステップ４０９と異なっている。

従来技術の一致度計算用の設計画像は、形態部が太く、エッジからの距離を値とした。また、形態近傍部は、エッジからの距離を負の値にして入れていた。外側評価部を０の値とした。

図１０は、従来技術の撮影画像の変形処理４０９の処理手順である。

ステップ１００１でマッチングで最も評価の高かった位置の従来の設計画像を撮影画像３０５ｉの長さ分切り出す。ステップ１００２でマッチング処理用の撮影画像３０６を負のエッジ強調をした後、輝度変換し、ここで一致度を評価する撮影処理画像とする。

ステップ１００３で、形態部の等距離部のみに相当する撮影処理画像の領域で各々Ｍｉｎ３処理を所定回行った後、ステップ１００４でＭａｘ３処理を所定回行う。

ステップ１００５で、形態近傍部に相当する撮影処理画像の領域で、所定の値より低いものを形態部に隣接する部位を基点にリージョングローイングして形態シミ出し部を抽出する。ステップ１００６で形態外部に相当する撮影処理画像の領域でＭｉｎ３処理を所定回行った後Ｍａｘ３処理を所定回行う。

最後に、ステップ１００７で形態シミ出し部を無評価にするため、ステップ１００５で求まった形態シミ出し部に相当する撮影処理画像の値を、それ以外の処理画像の値の平均値に置き換え、変形画像ができる。

なお、一致度の評価をする設計画像は、形態内部の値を１、無評価部を０、形態内部でなく、かつ無評価部でない設計画像の値を−１、とし、ステップ３０９で変形画像と設計画像の相関を取り、一致度を計算することになる。

ここで、Ｍｉｎ３処理とは、着目する画像画素の上下左右斜めの最近傍８画素と自身の点を含めた９画素の中にある画素値の中で最も小さな値を選択し、着目する点の新しい画素値とする処理である。

以上のように、実施の形態１と従来技術では、画像の変形の仕方が大きく異なっている。このように処理が異なる理由は、このような処理の仕方をして有効な画像のタイプがそれぞれ異なるからである。

従来技術の処理では、撮影画像の倍率が比較的高く、ホワイトバンドが太く写り、設計画像と撮影画像の形態の変化も大きく、従って、実施の形態１より大きな変形を要する画像の場合を想定している。このような画像では、撮影画像も設計画像も、Ｍａｘ３処理を多く行ない、撮影画像のホワイトバンドを大胆に太くし、設計画像の形態部の線も大胆に太くした画像を作成する。

すると、マッチングで一致度の高い部位として選択されたものは、両者の画像が、ホワイトバンドと形態部が細いが長く繋がって重なるようになる。従来技術の処理は、このような画像で、設計画像を参照に、撮影画像を設計画像に近づける処理になっている。

実施の形態１では、撮影倍率が２万倍など、電子顕微鏡としては比較的倍率が低く、撮影画像のホワイトバンドの幅が狭く、明瞭に映っていない部分を若干含むことを想定した。このような画像では、設計画像と撮影画像の変形の度合いも、従来技術より小さく、変形処理も実施の形態１のように、比較的簡易なもので済むことができる。

以上のように、実施の形態１は、撮影の倍率が低いことにより、撮影画像と設計画像の変形の度合いが小さくなったことに対応して、撮影画像の変形を簡易に行ったことが特徴である。そのため、処理が簡易で安定した性能が得られるという利点がある。

＜（１．５）その他＞
実施の形態１の各ステップにおける処理方法を変えた他の形態について簡単に説明する。図１１および図１２は本発明の実施の形態１に係るテンプレートマッチング処理装置の一致度計算用の設計画像の作成例を示す図である。

図３のステップ３０７で述べた処理結果画像に、エッジ検出処理を行ったものを、一致度計算用の処理をした画像３０７ｉとすることができる。エッジ検出処理は、各種方法があるが、例えば、着目する画素の上下左右斜めの最近傍８画素の値と自身の点の値の差を各々取り、この差の絶対値が最も大きなものを選択してエッジの値とする処理がある。

その他、最近傍８画素の平均値と自身の点の値の差、または差の絶対値をエッジの値とするなどエッジを検出する処理は各種ある。撮影画像のホワイトバンドの幅が１〜２ピクセル程度と狭い場合には、このようなエッジ検出処理を行うと、画像に濃淡ムラが出ても安定した一致度の評価ができるという効果がある。

図３のステップ３０４でも設計画像３０１ｉのエッジ検出をしてから所定の閾値操作をして形態部を１にし、その後、ステップ３０４に記載した処理と同様に近傍無評価部、形態外評価部を作る処理を行うこともできる。この場合、形態部が太くなるので、上述したようにステップ３０７でエッジ検出処理を行った場合には、両者の線の太さのバランスが取れ、安定した一致度の評価ができるという効果がある。

なお、ここでは、設計画像をＭａｘ３処理しても形態部の幅が広がる同様の効果がある。

図３のステップ３０４で作成する一致度計算用の設計画像も、図１１や図１２に示すように、形態外評価部の厚さを小さくして、その他を形態外無評価部にすることができる。

形態外無評価部を設けた場合は、図３のステップ３１１の一致度の評価では、形態外無評価部は、形態近傍無評価部とともに、その領域は、一致度の評価計算に入れない。

図１１は、形態評価部２１００ｐ１、形態近傍無評価部２１００ｐ２、形態外評価部２１００ｐ３、形態外無評価２１００ｐ４と４つの領域に分けている。例えば、形態近傍無評価部２１００ｐ２の厚さを３ピクセル取り、形態外評価部の幅を１ピクセルとし、ステップ３０９の変形処理で行うＭａｘ３処理の回数を１回にすることができる。

これは、形態部について、撮影画像と設計画像の変形が少なく、形態外無評価部については、設計画像にはない形態が撮影画像にある場合であって、これを無視して評価したい場合に特に有効である。倍率の低い光学顕微鏡で半導体を撮影した場合などは、このような場合が多く、有効となる。

図１２は、図１１と同様に、形態評価部２２００ｐ１、形態近傍無評価部２２００ｐ２、形態外評価部２２００ｐ３、形態外無評価２２００ｐ４と４つの領域に分けているが、２つの形態評価部２２００ｐ１が接近していて、形態近傍無評価部２２００ｐ２がくっついた場所が現れた場合である。このように両者がくっついた場合は、形態外評価部２２００ｐ３は、くっついた場所を避け、近接する外側領域のみとなる。

図３のステップ３０９とステップ３１０で、ステップ３０８のマッチングで最大の評価値を持つ位置の周辺数ピクセルの範囲について、それぞれステップ３１０の一致度を求める処理を行い、一致度の一番高いものを最も合った位置とし、その値を求める一致度とすることもできる。

この場合、マッチングで多少位置がずれていても、一致度の再計算で正確な位置を知り、より精度の良い一致度の評価ができるという効果がある。

図３のステップ３０９と３１０で、ステップ３０８のマッチングで最大の評価値を持つ位置の他、２番目、３番目など、複数の地点についてそれぞれ一致度を求める処理を行い、一致度の一番高いものを最も合った位置とし、その値を求める一致度とすることもできる。

この場合、マッチングで正解位置が評価１番にならない場合でも、２番、３番に正解位置があれば、正解位置の一致度が高くなることから、マッチングのミスをカバーして正解位置を知り、意味のある一致度の評価ができるという効果がある。

その他にも、図３のステップ３０８で、入力画像の全てをカバーするように少しづつテンプレートをずらし、全ての重ね方をした場合について評価値を求めたが、入力画像に重ねるテンプレートの左上の位置に対応した画像位置の画素値が評価値となるような評価値画像を作り、その評価値画像を所定のフィルタをかけて、フィルタ後の評価値画像を作り、各評価値をフィルタ後の評価値画像の対応した位置にある画素値に置き換えることもできる。

すなわち、評価値の最も高い場所は、フィルタ後の評価値画像の画素値が最も高い位置をテンプレートの左上にして重ねる位置であるようにすることもできる。

また、評価値画像にかけるフィルタに、ステップ３０６で行ったＭａｘ３処理の回数の２倍程度の幅を持つ平滑化フィルタを用いることもできる。

図３のステップ３１０で、一致度の計算方法を評価部における相関としたが、その他にも、重み付き相関や、相関の分子の項のみや、両画像の差の絶対値など、一般のマッチングで採用される数々の評価指標を用いることができる。

（実施の形態２）
＜（２．１）構成、処理手順＞
実施の形態２における構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。

図１３および図１４により、本発明の実施の形態２に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順について説明する。図１３は本発明の実施の形態２に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートであり、図１３の太い線で記した部分は、図３で示した実施の形態１と異なる部分である。異なる部分は、図３でステップ３１０であったものが、図１３ではステップ５１０［一致度計算手段］になった箇所のみで、他の処理は全く同じである。図１４は本発明の実施の形態２に係るテンプレートマッチング処理装置の特徴部の詳細手順を示すフローチャートであり、図１３のステップ５１０の処理の詳細を示している。

以下、図１４に基づいて、実施の形態２の特徴であるステップ５１０の手順を説明する。なお、以下のステップ５１０の各処理は、計算機２０６が行う。

ステップ１１０１：
一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉの最小値と最大値を求め、最小値が０、最大値が２５５になるように線形変換し、少数点以下を四捨五入して整数化し変換画像を作成する。

ステップ１１０２：
形態評価部３０４ｐ１に対応した領域のみで、この変換画像の累積ヒストグラムＲ１を作成する。累積ヒストグラムＲ１の輝度値ｃでの値Ｒ１（ｃ）は、形態評価部３０４ｐ１に対応する領域で、一致度計算用の設計画像３０４ｉの画素値が０からｃ迄の値を取る画素の総数を示したものである。

ステップ１１０３：
形態外評価部３０４ｐ３に対応した領域のみで、この変換画像の累積ヒストグラムＲ３を作成する。

累積ヒストグラムＲ３の輝度値ｃでの値Ｒ３（ｃ）は、同様に、形態外評価部３０４ｐ３に対応する領域で、一致度計算用の設計画像３０４ｉの画素値が０からｃ迄の値を取る画素の総数を示したものである。

ステップ１１０４：
両者の累積ヒストグラムＲ１，Ｒ３を用い、一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉを閾値ｃ以下の場合を０に、閾値ｃより上の場合を１にする２値化をした時の相関値ｖ［ｃ］を、以下の（数６）〜（数１１）の式に基づき計算する。相関値ｖ［ｃ］は、ｃが０〜２５５の全ての値について求める。

（数６）
ｖ［ｃ］＝２×ｋ×（ｂ−ａ）×（１−ｋ）／（Ｓ１×Ｓ３）
（数７）
Ｓ１＝２×ｓｑｒｔ（ｋ×（１−ｋ））
（数８）
Ｓ３＝ｓｑｒｔ（（１−ｂ−（ａ−ｂ）×ｋ）×（ｂ＋（ａ−ｂ）×ｋ））
（数９）
ｋ＝Ｒ１［２５５］／（Ｒ１［２５５］＋Ｒ３［２５５］）
（数１０）
ａ＝Ｒ１［ｃ］／Ｒ１［２５５］
（数１１）
ｂ＝Ｒ３［ｃ］／Ｒ３［２５５］。

ただし、ｖ［ｃ］は、閾値ｃの時の求める相関値、Ｒ１［ｃ］は、上記累積ヒストグラムＲ１の輝度値ｃでの値（概当画素の数）、Ｒ３［ｃ］は、上記累積ヒストグラムＲ３の輝度値ｃでの値（概当画素の数）、Ｒ１［２５５］は形態評価部にある画素の総数、Ｒ３［２５５］は形態外評価部にある画素の総数となる。

ステップ１１０５：
相関値ｖ［ｃ］の中から最も高い値を選択し、求める一致度とする。

＜（２．２）特徴＞
実施の形態２では、閾値ｃで一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉを２値化した時に、形態評価部３０４ｐ１と形態外評価部３０４ｐ３の領域内で一致度計算用の設計画像３０４との相関を上記２つの累積ヒストグラムを使って求めることに特徴がある。

閾値ｃが所定の値として与えられれば、実施の形態１の（数１）〜（数５）の式で記載した計算式で素直に相関を求めても演算量はあまり変わらない。閾値を０〜２５５迄、全ての値について相関値を数１〜５迄の計算式で求めると演算量は膨大になるが、実施の形態２の（数６）〜（数１１）の式では、一度作成した累積ヒストグラムの値を参照することで、閾値ｃを変えた時の相関値ｖ［ｃ］を少ない演算量で計算することができる。

実施の形態２は、このように、閾値ｃを変えた時の相関値ｖ［ｃ］を高速に計算できるので、相関値の最も高くなる相関値とその時の閾値の値ｃを高速に求めることができるという効果がある。

（実施の形態３）
＜（３．１）構成、処理手順＞
実施の形態３における構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。

図１５〜図１７により、本発明の実施の形態３に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順について説明する。図１５は本発明の実施の形態３に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートであり、図１５の太い線で記した部分は、図１３で示した実施の形態２と異なる部分である。異なる部分は、ステップ６２０、ステップ６２３、ステップ６２４、ステップ６０８を追加し、ステップ３０９をステップ６０９に置き換えた箇所であり、他の処理は実施の形態２と全く同じである。図１６は本発明の実施の形態３に係るテンプレートマッチング処理装置の設計画像から部分を選択する一例を示す図、図１７は本発明の実施の形態３に係るテンプレートマッチング処理装置の設計部分画像と撮影画像のマッチング、および位置の対応関係の一例を示す図である。

以下、実施の形態２と異なる部分についてのみ説明する。

ステップ６２０：（図１６参照）
設計システム２１１では、ステップ３０４で作成した一致度計算用の設計画像３０４ｉの特徴部分１６０１を選択する。すると、ステップ３０６で作成したマッチング用の設計画像３０３ｉでも、一致度計算用の設計画像３０４ｉの特徴部分１６０１と同じ場所にある特徴部分１６１１が選択される。

ステップ６２３：（図１６参照）
設計システム２１１では、計算ステップ６２０で選択した、マッチング用の設計画像３０３ｉの特徴部分１６１１の部分を切り出し、マッチング用の設計部分画像６２３ｉを作成する。

ステップ６２４：（図１６参照）
設計システム２１１では、ステップ６２０で選択した、一致度計算用の設計画像３０４ｉの特徴部分１６０１の部分を切り出し、一致度計算用の設計部分画像６２４ｉを作成する。

ステップ６０８：（図１７参照）
計算機２０６では、ステップ６２３で作成したマッチング用の設計部分画像６２３ｉをテンプレートとし、ステップ３０６で作成したマッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉを入力画像としてテンプレートマッチングを行う。テンプレートマッチングの方法については、上記実施例１のステップ３０８で述べた。図１７のマッチング位置１７０１は、マッチングで一番評価の高い位置を例示した。

ステップ６０９：（図１７参照）
計算機２０６では、一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉから、マッチング位置と同じ対応位置１７１１の部分を切り出し、切り出し画像１７００ｉを作成する。更に、ステップ６２４で作成した一致度計算用の設計部分画像６２４を参照し、切り出し画像１７００ｉを変形する。変形の仕方については、実施の形態１のステップ３０９で述べた方法を用いる。

＜（３．２）特徴＞
実施の形態３では、設計画像の特徴ある部分だけを切り出してマッチングや一致度の評価を行うことが特徴である。似た形状の部分が多い画像では、このように特徴ある部分のみ切り出すことで、マッチングがより正確になり、また、一致度の評価指標をより正確に得ることができるという効果がある。

（実施の形態４）
実施の形態４における構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。

図１８および図１９により、本発明の実施の形態４に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順について説明する。図１８は本発明の実施の形態４に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートであり、図１８の太い線で記した部分は、図１５で示した実施の形態３と異なる部分である。異なる部分は、ステップ７２０を追加し、ステップ３０４をステップ７０４に、ステップ６２０をステップ７２０に、ステップ６２４をステップ７２４に、ステップ６０９をステップ７０９に置き換えた箇所であり、他の処理は実施の形態３と全く同じである。図１９は本発明の実施の形態４に係るテンプレートマッチング処理装置の複数の大きさを変えた設計画像から部分を選択する一例を示す図である。

以下、実施の形態３と異なる部分についてのみ説明する。

ステップ７０４：（図１９参照）
設計システム２１１では、設計データから、大きさを変えた一致度計算用の設計画像を複数作成する。図１８では、複数の設計画像を７０４ｉ１〜７０４ｉｎとした。大きさを変えるステップは、ステップ７０９で行うＭａｘ３処理回数と同じに設定する。

ステップ７２０：（図１９参照）
設計システム２１１では、大きさを変えた設計画像７０４ｉ１〜７０４ｉｎで、特徴ある部分領域１８０１を選択する。

ステップ７２４：（図１９参照）
設計システム２１１では、大きさを変えた設計画像７０４ｉ１〜７０４ｉｎについて、部分領域１８０１の部分をそれぞれ切り出した画像７２４ｉ１〜７２４ｉｎを作成する。

ステップ７３０：［大きさ選択手段］
計算機２０６では、ステップ７２４で作成した大きさを変えた設計画像の切り出し画像７２４ｉ１〜７２４ｉｎのそれぞれについて、一致度計算用の処理をした撮影画像３０７ｉと一致度計算用の設計画像３０４ｉとの相関を計算する。各相関値の中で最も高い相関値を持つものを選択し、大きさの合ったものとする。

ステップ７０９：［変形一致度計算手段］
計算機２０６では、ステップ７３０で選択された大きさの合った一致度計算用の切り出し画像を参照して、一致度計算用の処理画像３０７ｉを変形する。変形の仕方はステップ３０９と同じである。

＜（４．２）特徴＞
実施の形態４は、大きさの異なる設計画像を複数用意し、最も大きさの合うものを検知して、それと比較して一致度を計算することに特徴がある。図３に示すステップ３０９で画像を変形する以上の大きさのずれが元の設計画像と撮影画像の間にある場合は、ステップ３０９で画像を変形する程度の範囲で合うことが十分期待される大きさの設計画像が選択され、それと比較評価できるので、一致度の評価がより安定してできるという効果がある。

＜（４．３）その他＞
ステップ７０４で大きさを変えた設計画像を作成する大きさの変化ステップは、上記では、ステップ７０９で行うＭａｘ３処理回数と同じに設定したが、撮影画像が太い場合は、その分ステップを大きくしても良い。

ステップ６０８では、マッチング用の設計部分画像６２３ｉとマッチング用の撮影画像３０６ｉのマッチングを行ったが、マッチング用の設計部分画像も大きさを変えて複数用意し、各々、マッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉとマッチングさせ、評価値の最も高いものを持つ大きさを選択し、その大きさの設計画像について一致度を計算するようにしても良い。

また、マッチング用の設計画像の大きさのステップを大きくし、一度おおよその大きさを検知した後、ステップ７２０でおおよその大きさの周辺の大きさのみ選択して更に細かく大きさの合ったものを見つけ、それと一致度の計算をするようにしても良い。この場合、マッチングが安定する効果があり、従って意味のある一致度の評価ができる場合が多くなるという効果がある。

（実施の形態５）
＜（５．１）構成、処理手順＞
実施の形態５における構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。

図２０および図２１により、本発明の実施の形態５に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順について説明する。図２０は本発明の実施の形態５に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートであり、図２０の太い線で記した部分は、図１５で示した実施の形態３と異なる部分である。異なる部分は、ステップ８００、ステップ８０１、ステップ８０２、ステップ８０３を追加した箇所であり、他の処理は実施の形態３と全く同じである。図２１は本発明の実施の形態５に係るテンプレートマッチング処理装置の設計画像から第１と第２の部分を選択する一例を示す図である。

以下、実施の形態３と異なる部分についてのみ説明する。

ステップ８００の入力画像について：（図２０参照）
設計システム２１１では、ステップ６２０で一致度計算用の設計画像３０４ｉ２の第１の特徴部１９０１を指定してステップ６２４でその部分を切り出して一致度計算用の第１の設計部分画像６２４ｉ２が作られる。

また、ステップ６２３で、マッチング用の設計画像３０３ｉ２についても部分領域１９０１と同じ位置の部分領域１９１１で切り出したマッチング用の設計部分画像６２３ｉ２が作られる。マッチング用の設計部分画像６２３ｉ２は、ステップ６０８の入力画像となるが、一致度計算用の第１の設計部分画像６２４ｉ２がステップ８００の入力画像となる。

ステップ８００：（図２１参照）
設計システム２１１では、一致度計算用の第１の設計部分画像６２４ｉ２の中から、第２の指定領域として、一致度を評価したい部分１９０２を選択する。

ステップ８０１：（図２１参照）
設計システム２１１では、一致度計算用の第１の設計部分画像６２４ｉ２から一致度を評価したい部分１９０２を切り出し、一致度計算用の第２の設計部分画像８０１ｉを作成する。

ステップ８０２：［細部一致度計算手段］（図２１参照）
計算機２０６では、一致度計算用の第２の設計部分画像８０１ｉを参照して、一致度計算用の撮影画像３０７ｉの対応位置の部分画像を変形し、この変形した部分画像画像と一致度計算用の第２の設計部分画像８０１ｉの一致度を計算する。変形や一致度の計算方法は、ステップ６０９と同じである。

なお、両者の対応位置は、ステップ６０８のマッチング処理で、最も評価の高い位置と、ステップ８００で一致度を評価したい部分１９０２を指定した位置から分かる。

ステップ８０３：
計算機２０６では、ステップ８０２で求まった一致度が所定の値以上であれば、正しい位置に一致したものと見なし、ステップ３１２の検査処理に進み、そうでなければ、正しい位置にはないので、この半導体は検査には適さないものとして、ステップ３０５に進んで次の半導体の撮影を行うようにする。

＜（５．２）特徴＞
実施の形態５は、特徴ある部位として選択した部位で一度マッチングと一致度の評価まで行い、更に詳しく一致度を評価したい部分を選択して一致度の再評価をしたことに特徴がある。

半導体の工程では層が複数あり、上の層と下の層の重なり具合が設計どおりになっておらず、位置が多少ずれる時がある。このような時に、特定の層のデータのみ選択して再評価することにより、より精度の良い一致度の指標が得られるという利点がある。

＜（５−３）その他＞
ステップ６０９、ステップ５１０、ステップ３１１で一致度の計算・判定を行ったが、このステップは省き、ステップ８０２で細部の一致度を計算する処理を行うこともできる。この場合、一致度を評価したい部位のみ簡易に評価できる利点がある。

ステップ８０２、ステップ８０３では、ステップ６０８のマッチング処理で、最も評価の高い位置と、ステップ８００で一致度を評価したい部分１９０２を指定した位置から対応位置を決めて、画像を変形、一致度の評価をしていたが、位置を所定のピクセルずらしたもの全てについても一致度を求め、これらも含めた中で最も一致度の高い位置を一致した位置とし、その時の一致度を求める一致度とすることもできる。

この場合、一致度を評価したい着目した部位と最も合った場所が検知でき、より正確な一致度が得られるという利点がある。

（実施の形態６）
＜（６．１）構成、処理手順＞
実施の形態６における構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。

図２２および図２３により、本発明の実施の形態６に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順について説明する。図２２は本発明の実施の形態６に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートであり、図２２の太い線で記した部分は、図１５で示した実施の形態３と異なる部分である。異なる部分は、ステップ９２０、ステップ９００、ステップ９０１、ステップ９０２を追加した箇所であり、他の処理は実施の形態３と全く同じである。図２３は本発明の実施の形態６に係るテンプレートマッチング処理装置の設計画像から複数の部分画像を選択する一例を示す図である。

以下、実施の形態３と異なる部分についてのみ説明する。

ステップ９２０：（図２３参照）
設計システム２１１では、マッチング用の設計画像３０３ｉ３の特徴ある部分領域２０１１を指定する。その後、ステップ６２３でマッチング用の設計画像３０３ｉ３の特徴ある部分領域２０１１が切り出されマッチング用の設計部分画像６２３ｉ３が作成されることになる。

ステップ９００：（図２３参照）
設計システム２１１では、一致度計算用の設計画像３０４ｉ３の特徴ある複数の部分領域２００２ａ、２００２ｂ、２００２ｃを指定する。指定する数は、特徴ある領域の数に依存し、適当に選択される。

ステップ９０１：（図２３参照）
設計システム２１１では、一致度計算用の設計画像３０４ｉ３から、特徴ある複数の部分領域２００２ａ、２００２ｂ、２００２ｃを切り出し、複数の一致度計算用の設計部分画像９００ｉａ、９００ｉｂ、９００ｉｃを作成する。作成は、ステップ９００で指定した部分領域の全てについて行う。

ステップ９０２：［複数選択型一致度計算手段］（図２３参照）
計算機２０６では、ステップ９００で作成した全ての一致度計算用の設計部分画像９００ｉａ、９００ｉｂ、９００ｉｃについて、一致度計算用の処理画像３０７ｉを変形して一致度を求める。これらの一致度の中から最も値いものを選択し、求める一致度とする。

一致度の計算方法は、ステップ６０９、５１０と同様である。また、それぞれの対応位置は、ステップ６０８でマッチング用設計部分画像６２３ｉ３が一致した位置と、それぞれの設計部分画像９００ｉａ、９００ｉｂ、９００ｉｃを切り出した時の部分領域２００２ａ、２００２ｂ、２００２ｃの位置の対応関係から決まる。

＜（６．２）特徴＞
実施の形態６は、特徴ある部位を複数指定して一致度を評価したことが特徴である。

半導体の工程では層が複数あり、下の層が上の層で隠れて見えないという場合があり、設計画像で特徴ある部位を指定しても、撮影画像でそれが見えない場合もある。このような場合でも、複数の特徴ある部分を指定して一致度を評価することにより、どれか合っている部分があると期待され、より安定して一致度を評価できるという利点がある。

（実施の形態７）
＜（７．１）構成、処理手順＞
実施の形態７における構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。

図２４により、本発明の実施の形態７に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順について説明する。図２４は本発明の実施の形態７に係るテンプレートマッチング処理装置を含むシステムの処理手順を示すフローチャートであり、図２４の太い線で記した部分は、図１５で示した実施の形態３と異なる部分である。異なる部分は、ステップ６０８がステップ２３０８になり、ステップ６０９とステップ５１０がステップ２３００になり、ステップ３１１がステップ２３１１になる箇所であり、他の処理は実施の形態３と全く同じである。

以下、第３の実施例と異なる部分についてのみ説明する。

ステップ２３０８：
処理はステップ６０８と全く同じである。ステップ３０３で作成されたマッチング用の設計画像３０３ｉとステップ３０６で作成されたマッチング用の処理をした撮影画像３０６ｉについてテンプレートマッチングを行い、全ての位置で両者を重ねた時に得られる相関値を評価値として得る。

実施の形態３では、以後の処理で評価値の最も高いものの位置のみ評価したが、実施の形態７では、評価値が２位、３位の値になる位置についても以後のステップ２３００で参照する。

ステップ２３００：［複数評価手段］
ステップ２３０８で得られた評価値について、値が３番目のもの迄の位置について、各々、一致度計算用の撮影画像３０７ｉを変形し、一致度を求める。一致度の求め方は、上記ステップ６０９と５１０で記した変形、一致度の求め方と同じ方法を用いる。

なお、評価値が１番高い位置の所定の周辺位置にある評価値は評価に入れず２番目に評価値の高い位置を探し、更に２番目に高い位置の所定の周辺位置にある評価値も評価に入れず３番目に評価値の高い位置を探すことにする。

ステップ２３１１：［判断手段］
以上のステップ２３００の３つの一致度の中で最も一致度の高いものが所定の値より高く、かつ、一致度の一番高いものと２番目に高いものの差が所定の値より高い場合、正しい位置に一致しているとしてステップ３１２に進み、そうでない場合はステップ３０５に戻る。

＜（７．２）特徴＞
実施の形態７は、マッチングで最も高い評価値を持つ位置ではなく、２位か３位にも、正解位置がある可能性に対応したもので、３位迄、一致度を計算し、その中で最も一致度の高いものが正解位置にある可能性があるとした。

また、マッチングの評価値の３位までに正解位置が含まれない場合は、１位と２位の一致度は似た値になる場合が多く。マッチングの評価値の３位迄に正解位置が入っていると、一致度が一番高くなるだけでなく、その他の位置の一致度との差が、正解位置が入っていない場合より大きいことが多い。

実施の形態７は、以上の性質を利用して正解位置を検知したかどうか判断することに特徴があり、より安定して一致度を評価できるという利点がある。

＜（７．３）その他＞
上記ステップ２３００では、マッチングの評価値の３位迄一致度を評価したが、５位迄など、所定の順位まで全て評価するようにすることもできる。

上記実施の形態６についても、同様にマッチングの所定順位まで全て、上記複数の設計部分画像の一致度を求め、各順位での一致度は、その順位の設計部分画像の一致度の最大値として、ステップ２３１１に進み最終判定を行うようにすることもできる。

また、上記ステップ２３００で評価するものは、マッチングの評価値が所定の値以上の場合全ての位置を対象にしたり、評価値が所定の値以上でかつ所定の順位以内のものとしたり、評価値が所定の閾値以上あるものが２つ未満であれば、２番目までは評価するなど、各種対象を定めることができる。

また、上記ステップ２３１１での判定基準を、一致度の一番高いものと２番目に高いものの差だけとし、これが所定の値より高い場合、正しい位置に一致しているとしてステップ３１２に進み、そうでない場合はステップ３０５に戻るようにすることもできる。この場合は、上記ステップ２３１１の最も一致度の高いものに課す所定の閾値を低く設定し、実質全ての場合をパスするようにしたものに相当する。

その他、上記ステップ２３１１での判定基準を、５番目など所定の順位より高いもの迄の一致度が所定の値より高く、かつ、その位置関係で、所定の位置関係にあるものが存在するか否かを見るようにしたりすることもできる。

その他、周期的に同じような形態がある場合は、周期の終端位置にその形態があることを一致度が高いことで確認し、かつ、仮に周期的に形態が続いていたとしたら、形態が現れると考えられる位置にその形態がないことを一致度が低いことで確認できた場合に、その位置が正しい位置であると判定することもできる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、テンプレートマッチングを行うテンプレートマッチング処理装置に関し、設計画像や形態を模擬したデザイン画像と撮影画像をマッチングさせる場合に広く適用可能である。

１０…ＣＰＵ、１１…ＲＯＭ、１２…ＲＡＭ、１３…ＨＤＤ、１４…ユーザインタフェース、１５…通信インタフェース、２０１…ステージ、２０２…検査対象、２０３…電子銃、２０４…２次電子検出部、２０５…画像化部、２０６…計算機、２０７…表示装置、２１０…ネットワーク、２１１…設計システム、２１２…製造システム、２１３…検査システム、３０１ｉ…設計画像の例、３０１ｐ１…形態部の例、３０１ｐ２…背景部の例、３０３ｉ…マッチング用の設計画像の例、３０３ｐ１…マッチング用の形態部の例、３０３ｐ２…マッチング用の背景部の例、３０４ｉ…一致度計算用の設計画像の例、３０４ｐ１…形態評価部の例、３０４ｐ２…形態近傍無評価部の例、３０４ｐ３…形態外評価部の例、３０５ｉ…マッチング用の撮影画像の例、３０５ｐ１…ホワイトバンド部の例、３０５ｐ２…背景部の例、３０６ｉ…マッチング用の処理をした撮影画像の例、３０６ｐ１…ホワイトバンド部の例、３０６ｐ２…背景部の例、３０７ｉ…一致度計算用の撮影画像の例、３０７ｐ１…ホワイトバンド部の例、３０７ｐ２…背景部の例、１４０１…一致位置の例、１４０２…一致度計算用の設計画像上での対応位置の例、１０１ｉ…切り出した設計画像の例、１０２ｉ…処理途中の画像例、１０３ｉ…処理途中の画像例、１０４ｉ…処理途中の画像例、３０９ｉ…変形処理画像の例、１６０１…指定位置の例、１６１１…対応する位置の例、６２３ｉ…マッチング要の設計部分画像の例、６２４ｉ…一致度計算用の設計部分画像の例、１７０１…マッチング位置の例、１７１１…対応する位置の例、１７００ｉ…一致度計算用の撮影画像の切り出し画像、１８０１…指定位置の例、７２４ｉ１…一致度計算用の設計部分画像の例、７２４ｉｎ…一致度計算用の設計部分画像の例、１９０１…第１の指定位置の例、１９１１…対応位置の例、１９０２…一致度を評価したい部分の例、６２３ｉ２…マッチング用の設計部分画像の例、６２４ｉ２…第１の一致度計算用の設計部分画像の例、８０１ｉ…第２の一致度計算用の設計部分画像の例、２０１１…指定位置の例、２００２ａ…指定位置の例、２００２ｂ…指定位置の例、２００２ｃ…指定位置の例、６２３ｉ３…マッチング用の設計部分画像の例、９００ｉａ…マッチング用の設計部分画像の例、９００ｉｂ…マッチング用の設計部分画像の例、９００ｉｃ…マッチング用の設計部分画像の例、２１００ｐ１…形態評価部の例、２１００ｐ２…形態近傍無評価部の例、２１００ｐ３…形態外評価部の例、２１００ｐ４…形態外無評価部の例、２２００ｐ１…形態評価部の例、２２００ｐ２…形態近傍無評価部の例、２２００ｐ３…形態外評価部の例、２２００ｐ４…形態外無評価部の例。

Claims (14)

1. 入力画像とテンプレートとの対比を行うテンプレートマッチング処理装置であって、
   所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
   前記設計データから作成した一致度計算用設計画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、前記一致度計算用設計画像の形態評価部の位置に対応する、前記撮影画像、または前記撮影画像を所定の処理を施した画像の累積ヒストグラムと、前記一致度計算用設計画像の形態外評価部の位置に対応する、前記撮影画像、または前記撮影画像に所定の処理を施した画像の累積ヒストグラムとを作成し、前記両ヒストグラムを参照して、前記撮影画像と前記一致度計算用設計画像の所望の一致度を計算する一致度計算手段とを備えたことを特徴とするテンプレートマッチング処理装置。
2. 入力画像とテンプレートとの対比を行うテンプレートマッチング処理装置であって、
   所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
   前記設計データから作成した大きさの異なる複数の設計画像の中から、前記マッチング手段により定まった一致位置で撮影画像と最も対応関係の取れる大きさの設計画像を選択する大きさ選択手段と、
   前記設計データから作成した大きさの異なる複数の一致度計算用設計画像の中で、前記大きさ選択手段で選択された大きさを持つ一致度計算用設計画像を参照して、前記撮影画像を変形し、所望の一致度を計算する変形一致度計算手段とを備えたことを特徴とするテンプレートマッチング処理装置。
3. 入力画像とテンプレートとの対比を行うテンプレートマッチング処理装置であって、
   所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
   前記設計データから作成した複数の一致度計算用設計部分画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、それぞれの前記一致度計算用設計部分画像ごとに、所望の一致度を計算し、その中で最大となる一致度を最終的に求める一致度とする複数選択型一致度計算手段とを備えたことを特徴とするテンプレートマッチング処理装置。
4. 入力画像とテンプレートとの対比を行うテンプレートマッチング処理装置であって、
   所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
   前記設計データから作成した一致度計算用設計画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、前記撮影画像を変形し、前記撮影画像と前記一致度計算用設計画像の所望の一致度を計算する変形一致度計算手段と、
   前記マッチング手段を参照して、前記一致度が所定の順番内にあるか、または所定の閾値以上にある複数の位置について、前記変形一致度計算手段に一致度を計算させる複数評価手段とを備えたことを特徴とするテンプレートマッチング処理装置。
5. 請求項４に記載のテンプレートマッチング処理装置において、
   前記複数評価手段で求めた複数の一致度の中で１番大きい値が所定の値よりも大きく、かつ、１番大きい値と２番目に大きい値の差が所定の値よりも大きい場合に、１番大きい値を得る位置が正解位置にあると判断する判断手段を備えたことを特徴とするテンプレートマッチング処理装置。
6. 入力画像とテンプレートとの対比を行うためにコンピュータを、
   所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
   前記設計データから作成した一致度計算用設計画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、前記撮影画像を変形し、前記一致度計算用設計画像の形態評価部と形態近傍無評価部とを合わせた併合領域に対応する前記撮影画像の部分領域内でＭａｘ３処理を所望回繰り返し実行した後、前記形態評価部に対応する部分のみ抜き出した画像と、前記一致度計算用設計画像の形態外評価部に対応する前記撮影画像の部分領域内でＭａｘ３処理を所望回繰り返し実行した後、前記形態外評価部に対応する部分のみ抜き出した画像とを合成した画像を作成し、前記合成した画像について、一致度を計算する一致度計算手段として機能させることを特徴とするテンプレートマッチング処理プログラム。
7. 請求項６に記載のテンプレートマッチング処理プログラムにおいて、
   前記一致度計算用設計画像は、前記設計データから作成した線部である形態評価部と、前記形態評価部から所定の距離離れた近傍からなる形態近傍無評価部と、前記形態評価部から更に離れ、前記形態近傍無評価部に近接する厚さが所定の線からなる前記形態外評価部と、前記形態評価部、前記形態近傍無評価部、および前記形態外評価部以外の無評価部とからなることを特徴とするテンプレートマッチング処理プログラム。
8. 請求項７に記載のテンプレートマッチング処理プログラムにおいて、
   前記形態外評価部は、前記形態評価部と所定の距離内にある場合は、その部分を無評価部として、前記形態評価部と所定の距離内にないよう設定することを特徴としたテンプレートマッチング処理プログラム。
9. 入力画像とテンプレートとの対比を行うためにコンピュータを、
   所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
   前記設計データから作成した一致度計算用設計画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、前記一致度計算用設計画像の形態評価部の位置に対応する、前記撮影画像、または前記撮影画像を所定の処理を施した画像の累積ヒストグラムと、前記一致度計算用設計画像の形態外評価部の位置に対応する、前記撮影画像、または前記撮影画像を所定の処理を施した画像の累積ヒストグラムとを作成し、前記両ヒストグラムを参照して、前記撮影画像と前記一致度計算用設計画像の所望の一致度を計算する一致度計算手段として機能させることを特徴とするテンプレートマッチング処理プログラム。
10. 入力画像とテンプレートとの対比を行うためにコンピュータを、
    所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
    前記設計データから作成した大きさの異なる複数の設計画像の中から、前記マッチング手段により定まった一致位置で撮影画像と最も対応関係の取れる大きさの設計画像を選択する大きさ選択手段と、
    前記設計データから作成した大きさの異なる複数の一致度計算用設計画像の中で、前記大きさ選択手段で選択された大きさを持つ一致度計算用設計画像を参照して、前記撮影画像を変形し、所望の一致度を計算する変形一致度計算手段として機能させることを特徴とするテンプレートマッチング処理プログラム。
11. 入力画像とテンプレートとの対比を行うためにコンピュータを、
    所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
    前記設計データから作成した一致度計算用設計画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、前記撮影画像を変形し、前記撮影画像と前記一致度計算用設計画像の所望の一致度を計算する変形一致度計算手段と、
    前記変形一致度計算手段により計算された一致度が所定の値より大きい場合に、前記設計データから作成した細部一致度計算用設計画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、前記撮影画像と前記細部一致度計算用設計画像の所望の一致度を計算する細部一致度計算手段として機能させることを特徴とするテンプレートマッチング処理プログラム。
12. 入力画像とテンプレートとの対比を行うためにコンピュータを、
    所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
    前記設計データから作成した複数の一致度計算用設計部分画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、それぞれの前記一致度計算用設計部分画像ごとに、所望の一致度を計算し、その中で最大となる一致度を最終的に求める一致度とする複数選択型一致度計算手段として機能させることを特徴とするテンプレートマッチング処理プログラム。
13. 入力画像とテンプレートとの対比を行うためにコンピュータを、
    所望の製造物を製造するための設計データから作成したマッチング用設計画像と、前記設計データに基づいて製造した製造物を所定の撮影装置で撮影した撮影画像との位置の対応関係を求めるマッチング手段と、
    前記設計データから作成した一致度計算用設計画像を参照し、前記マッチング手段により定まった位置の対応関係に基づいて、前記撮影画像を変形し、前記撮影画像と前記一致度計算用設計画像の所望の一致度を計算する変形一致度計算手段と、
    前記マッチング手段を参照して、前記一致度が所定の順番内にあるか、または所定の閾値以上にある複数の位置について、前記変形一致度計算手段に一致度を計算させる複数評価手段として機能させることを特徴とするテンプレートマッチング処理プログラム。
14. 請求項１３に記載のテンプレートマッチング処理プログラムにおいて、
    更に、コンピュータを、前記複数評価手段で求めた複数の一致度の中で１番大きい値が所定の値よりも大きく、かつ、１番大きい値と２番目に大きい値の差が所定の値よりも大きい場合に、１番大きい値を得る位置が正解位置にあると判断する判断手段として機能させることを特徴とするテンプレートマッチング処理プログラム。

Images