JP2006190078A

JP2006190078A - パターンマッチング装置

Info

Publication number: JP2006190078A
Application number: JP2005001407A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takahashi; 秀夫高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-01-06
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-06
Also published as: JP4582309B2

Abstract

【課題】検出すべきパターンの位置を確実に検出することができるパターンマッチング装置を提供する。
【解決手段】テンプレート１と同一サイズの部分画像３とテンプレート１のパターン画像とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、テンプレート１のパターン画像と部分画像３との相関値Ｃ１を算出する。次に、部分画像３を中心線Ｌに対して反転させて作成した反転画像５と部分画像３とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、反転画像５と部分画像３との自己相関値Ｃ２を算出する。その後、相関値Ｃ１と自己相関値Ｃ２とを足し合わせて、部分画像３のテンプレート１のパターン画像に対する類似度Ｃ３を算出する。
【選択図】図４

Description

この発明は画像処理のテンプレートマッチングによって物体上のパターン位置を検出するパターンマッチング装置に関する。

半導体素子等の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度良く重ね合せるため、露光工程の前に、半導体ウエハ等の基板のアライメントを行い、現像工程の後、加工工程の前に、基板上のレジストパターンの重ね合せ検査を行っている。

基板のアライメントや基板上のレジストパターンの重ね合わせにはパターンマッチング装置が用いられる。

従来、パターンマッチング装置として、例えばＣＣＤ等の撮像素子を用いて基板上のアライメントマーク（所定のパターン）の画像を取り込み、この画像とテンプレートとして登録したパターンとの正規化相関によりパターンマッチングを行い、アライメントマークの位置を検出するものが知られている。
特開２０００−１９８２７８号公報

しかし、取り込まれた画像内に疑似パターンが存在したり、ノイズが重畳したりする場合には、疑似パターン等の位置が検出すべきパターンの位置として検出されてしまうことがある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は検出すべきパターンの位置を誤りなく検出することができるパターンマッチング装置を提供することである。

前述の課題を解決するため請求項１記載の発明は、テンプレートとして線対称性を有するパターン画像と、検索対象画像から切り出された前記テンプレートと同一サイズの部分画像との相関値を算出する相関値算出手段と、前記部分画像を中心線に対して反転させた反転画像を作成し、この反転画像と前記部分画像との自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、前記相関値算出手段で算出された相関値と前記自己相関値算出手段で算出された自己相関値とに基づいて前記テンプレートと前記部分画像との類似度を算出する類似度算出手段とを備えていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、テンプレートとして点対称性を有するパターン画像と、検索対象画像から切り出された前記テンプレートと同一サイズの部分画像との相関値を算出する相関値算出手段と、前記部分画像を中心点周りに回転させたときの回転画像を作成し、この回転画像と前記部分画像との自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、前記相関値算出手段で算出された相関値と前記自己相関値算出手段で算出された自己相関値とに基づいて前記テンプレートと前記部分画像との類似度を算出する類似度算出手段とを備えていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のパターンマッチング装置において、前記検索対象画像から切り出された複数の前記部分画像のうち、前記テンプレートに対して最も高い類似度を有する部分画像の位置を最適位置として検出する最適位置検出手段を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、検出すべきパターンの位置を誤りなく検出することができる。

以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の第１実施形態に係るパターンマッチング装置のブロック図である。

このパターンマッチング装置はステージ１１と光学系１２とＣＣＤカメラ１３と画像処理部１４と記憶部１５とで構成されている。

ステージ１１の上面には図示しない搬送系によって搬送されてきた基板１０Ａが載置される。基板１０Ａは真空吸着等によってステージ１１の上面に保持される。ステージ１１は水平面内で２次元方向へ移動可能である。ステージ１１は検出対象であるパターンの位置検出の際に基板１０Ａの複数の領域を一定の順序で１つずつ視野（カメラ１３の撮像視野）内に位置決めする。

光学系１２は基板１０Ａの所定の領域の光学像を形成する。

カメラ１３は基板１０Ａの複数の領域を順次撮像し、取得した検索対象画像（各領域に対応する画像）２を画像処理部１４へ出力する。

画像処理部１４は画像入力部１４Ａと相関値算出部（相関値算出手段）１４Ｂと自己相関値算出部（自己相関値算出手段）１４Ｃと類似度算出部（類似度算出手段）１４Ｄと最適位置検出部（最適位置検出手段）１４Ｅとを備えている。

画像処理部１４では画像入力部１４Ａに取り込まれた撮像信号がデジタル画像に変換され、この入力画像に対して相関値算出部１４Ｂ、自己相関値算出部１４Ｃ、類似度算出部１４Ｄ及び最適位置検出部１４Ｅによるパターンマッチング等の画像処理が行われる。

記憶部１５にはテンプレート１のパターン画像が予め記憶されている。例えばテスト基板上に作成されたパターンの画像が含まれたテンプレート用画像を画像処理部１４に取り込み、その画像から特定部分の画像を切り出すことによってテンプレート１のパターン画像を作成することができる。

図２は線対称性を有するテンプレートの一例を示す図、図３は検索対象画像内の疑似パターンの位置と最適パターンの位置とを示す図である。

テンプレート１にはそれぞれの長さ及び幅が同じである４本のバーを等間隔に配置してなるパターンが形成されている。テンプレート１は中心線Ｌに関して対称である。

検索対象画像２内には、テンプレート１と同一のパターンの部分画像４とテンプレート１のパターンに類似する疑似パターンの部分画像３とがある。ここで、部分画像とは検索対象画像２から切り出された部分的な画像をいう。

部分画像３中には疑似パターンを構成する３本のバーが等間隔に配置されている。３本のバーの長さ及び幅はテンプレート１のパターンの長さ及び幅と同じである。

なお、部分画像３及び部分画像４はテンプレート１と同一サイズである。

次に、検出すべきパターンの位置の検出方法を図１〜４を用いて説明する。

図４はテンプレートと部分画像との類似度の検出方法を説明する図である。

上記パターンマッチング装置で実行される位置検出方法について説明する。

まず、記憶部１５からテンプレート１としてのパターン画像を読み出す。

次に、ステージ１１を移動させる。カメラ１３で基板１０Ａの所定の領域の光学像を撮像して検索対象画像２を取得し、撮像信号を画像処理部１４へ出力する。

次に、検索対象画像２から部分画像３を切り出す。

そして、検索対象画像２から切り出された部分画像３とテンプレート１のパターン画像とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、テンプレート１のパターン画像と部分画像３との相関値Ｃ１を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、部分画像３を中心線Ｌに対して反転させて作成した反転画像５と部分画像３とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、反転画像５と部分画像３との自己相関値Ｃ２を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

その後、相関値Ｃ１と自己相関値Ｃ２とを足し合わせて、部分画像３のテンプレート１のパターン画像に対する類似度Ｃ３を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、検索対称画像２から部分画像４を切り出す。

そして、検索対称画像２から切り出された部分画像４とテンプレート１のパターン画像とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、テンプレート１のパターン画像と部分画像４との相関値Ｃ１をそれぞれ算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、部分画像４を中心線Ｌに対して反転させて作成した反転画像５と部分画像３とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、反転画像５と部分画像４との自己相関値Ｃ２を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

その後、相関値Ｃ１と自己相関値Ｃ２とを足し合わせて、部分画像４のテンプレート１のパターン画像に対する類似度Ｃ３を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、記憶部１５から読み出された部分画像３の類似度Ｃ３と部分画像４の類似度Ｃ３とを比較し、高い類似度Ｃ３を有する方の部分画像４の位置を最適位置（検出すべきパターンの位置）として検出する。パターンマッチングの演算を相関法により行った場合、類似性が高い程、類似度Ｃ３は大きくなることから最適位置を検出できる。

なお、上記位置検出方法によれば、テンプレート１と同一のパターンを有する部分画像４にノイズが重畳した場合においても、部分画像４はテンプレート１のパターン画像に対して最も高い類似度Ｃ３を有するので、部分画像４の位置を最適位置として検出することができる。

この実施形態によれば、検索対称画像２にノイズが重畳したり、疑似パターンが存在したりした場合であっても、ノイズや疑似パターンの影響を受けることなく、検出すべき線対称性を有するパターンの位置を誤りなく検出することができる。

図５はこの発明の第２実施形態に係るパターンマッチング装置に使用される点対称性を有するテンプレートの一例を示す図、図６は検索対象画像内の疑似パターンの位置と最適パターンの位置とを示す図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符合を付してその説明を省略する。

テンプレート１０１には十字形パターンが形成されている。パターンは中心点Ｏに関して対称である。

検索対象画像２内にはテンプレート１０１と同一のパターンの部分画像１０４とテンプレート１０１のパターンに類似する疑似パターンの部分画像１０３とがある。

部分画像１０３中にはほぼＴ字形の疑似パターンが形成されている。

なお、部分画像１０３及び部分画像１０４はテンプレート１０１と同一サイズである。

次に、検出すべきパターンの位置検出方法を図１，６及び７を用いて説明する。

図７はテンプレートと部分画像との類似度の検出方法を説明するブロック図である。

まず、記憶部１５からテンプレート１０１としてのパターン画像を読み出す。

次に、検索対象画像２から部分画像１０３を切り出す。

そして、検索対象画像２から切り出された部分画像１０３とテンプレート１０１のパターン画像とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、テンプレート１０１のパターン画像と部分画像１０３との相関値Ｃ１を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、部分画像１０３を中心点Ｏ周りに９０°反時計回りに回転させて作成した回転画像１０６と部分画像１０３とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、回転画像１０６と部分画像１０３との自己相関値Ｃ２１を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

その後、部分画像１０３を更に中心点Ｏ周りに更に９０°反時計回りに回転させて作成した回転画像１０７と部分画像１０３とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、回転画像１０７と部分画像１０３との自己相関値Ｃ２２を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、部分画像１０３を更に中心点Ｏ周りに更に９０°回転させて作成した回転画像１０８と部分画像１０３とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、回転画像１０８と部分画像１０３との自己相関値Ｃ２３を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

その後、自己相関値Ｃ２１、自己相関値Ｃ２２及び自己相関値Ｃ２３を順次足し合わせて、部分画像１０３と回転画像１０６，１０７，１０８との自己相関値Ｃ２を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、相関値Ｃ１と自己相関値Ｃ２とを足し合わせて、部分画像１０３のテンプレート１のパターン画像に対する類似度Ｃ３を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

その後、検索対称画像２から部分画像１０４を切り出す。

そして、検索対称画像２から切り出された部分画像１０４とテンプレート１０１のパターン画像とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、テンプレート１０１のパターン画像と部分画像１０４との相関値Ｃ１をそれぞれ算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、部分画像１０４を中心点Ｏ周りに９０°反時計方向に回転させて作成した回転画像１０６と部分画像１０４とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、回転画像１０６と部分画像１０４との自己相関値Ｃ２１を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

その後、部分画像１０４を更に中心点Ｏ周りに更に９０°回転させて作成した回転画像１０７と部分画像１０４とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、回転画像１０７と部分画像１０３との自己相関値Ｃ２２を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、部分画像１０４を更に中心点Ｏ周りに更に９０°回転させて作成した回転画像１０８と部分画像１０４とを正規化相関によりパターンマッチングさせ、回転画像１０８と部分画像１０４との自己相関値Ｃ２３を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

その後、自己相関値Ｃ２１と自己相関値Ｃ２２と自己相関値Ｃ２３とを順次足し合わせて、部分画像１０４と回転画像１０６，１０７，１０８との自己相関値Ｃ２を算出し、記憶部１５に記憶させる。

次に、相関値Ｃ１と自己相関値Ｃ２とを足し合わせて、部分画像１０４のテンプレート１のパターン画像に対する類似度Ｃ３を算出し、その結果を記憶部１５に記憶させる。

次に、記憶部１５から読み出された部分画像１０３の類似度Ｃ３と部分画像１０４の類似度Ｃ３とを比較し、高い類似度Ｃ３を有する方の部分画像１０４の位置を最適位置として検出する。

この実施形態によれば、検索対称画像２にノイズが重畳したり、疑似パターンが存在したりした場合であっても、ノイズや疑似パターンの影響を受けることなく、検出すべき点対称性を有するパターンの位置を誤りなく検出することができる。

この出願でパターンとは上述の複数の平行なバーで構成されたもの、十字状のもの、Ｔ字状のもの等の各種のアライメントマーク、重ね合せマーク等を含む概念である。

なお、上記実施形態では部分画像１０３，１０４を３回に亘って回転させて回転画像１０６，１０７，１０８を作成しているが、回転させる回数は３回に限られるものではなく、少なくとも１回だけ回転させて少なくとも１つの回転画像（例えば回転画像１０７）を作成すればよい。

図１はこの発明の第１実施形態に係るパターンマッチング装置のブロック図である。図２は線対称性を有するテンプレートの一例を示す図である。図３は検索対象画像内の疑似パターンの位置と最適パターンの位置とを示す図である。図４はテンプレートと部分画像との類似度の検出方法を説明するブロック図である。図５はこの発明の第２実施形態に係るパターンマッチング装置に使用される点対称性を有するテンプレートの一例を示す図である。図６は検索対象画像内の疑似パターンの位置と最適パターンの位置とを示す図である。図７はテンプレートと部分画像との類似度の検出方法を説明するブロック図である。

符号の説明

１，１０１テンプレート
２検索対象画像
３，４，１０３，１０４部分画像
５反転画像
１４Ｂ相関値算出部（相関値算出手段）
１４Ｃ自己相関値算出部（自己相関値算出手段）
１４Ｄ類似度算出部（類似度算出手段）
１４Ｅ最適位置検出部（最適位置検出手段）
１０６，１０７，１０８回転画像
Ｌ中心線
Ｏ中心点

Claims

テンプレートとして線対称性を有するパターン画像と、検索対象画像から切り出された前記テンプレートと同一サイズの部分画像との相関値を算出する相関値算出手段と、
前記部分画像を中心線に対して反転させた反転画像を作成し、この反転画像と前記部分画像との自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、
前記相関値算出手段で算出された相関値と前記自己相関値算出手段で算出された自己相関値とに基づいて前記テンプレートと前記部分画像との類似度を算出する類似度算出手段と
を備えていることを特徴とするパターンマッチング装置。
テンプレートとして点対称性を有するパターン画像と、検索対象画像から切り出された前記テンプレートと同一サイズの部分画像との相関値を算出する相関値算出手段と、
前記部分画像を中心点周りに回転させたときの回転画像を作成し、この回転画像と前記部分画像との自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、
前記相関値算出手段で算出された相関値と前記自己相関値算出手段で算出された自己相関値とに基づいて前記テンプレートと前記部分画像との類似度を算出する類似度算出手段と
を備えていることを特徴とするパターンマッチング装置。
前記検索対象画像から切り出された複数の前記部分画像のうち、前記テンプレートに対して最も高い類似度を有する部分画像の位置を最適位置として検出する最適位置検出手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のパターンマッチング装置。