(57)【要約】【課題】狭い波長帯の光にて撮像を行う場合であっても、良好な画像復元を行う。【解決手段】画像復元装置として機能する位置合わせ装置の撮像部では、開口パターンを有する開口絞りが設けられる。開口パターンの設計では、複数の候補パターンが準備される。各候補パターンのＰＳＦは演算により多階調の画像として求められる（ステップＳ２２）。光の波長帯は狭く、ＰＳＦにはエアリーパターンが現れる。ＰＳＦを利用して各候補パターンの評価値が求められる（ステップＳ２３）。評価値は、ＰＳＦを用いてボケ画像を復元する際の精度を示すものである。評価値に基づいて、複数の候補パターンの１つが選択される（ステップＳ３０）。多階調のＰＳＦを利用することにより、狭い波長帯の光にて撮像を行う場合であっても、良好な画像復元を実現する開口パターンを設計することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像復元装置の撮像部にて利用される開口パターンの設計方法であって、
ａ）開口パターンである複数の候補パターンを準備する工程と、
ｂ）予め定められた位置に点光源が配置された場合に、前記複数の候補パターンのそれぞれを介して前記撮像部にて取得され、かつ、エアリーパターンが現れる点広がり関数を、多階調の画像として取得する工程と、
ｃ）前記予め定められた位置に撮像対象を配置した場合に得られるボケ画像を、前記ｂ）工程にて得られた複数の点広がり関数のそれぞれを用いて復元する際の精度を示す評価値を取得する工程と、
ｄ）前記ｃ）工程にて得られた複数の評価値に基づいて、前記複数の候補パターンの１つを選択する工程と、
を備えることを特徴とする開口パターンの設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載の開口パターンの設計方法であって、
前記ｂ）工程において、前記点広がり関数が、仮想的な点光源から出射される光に対して光線追跡を行うことにより取得されることを特徴とする開口パターンの設計方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の開口パターンの設計方法であって、
前記ｃ）工程にて求められる評価値が、一のカテゴリに属する複数の撮像対象を示す複数の画像のスペクトルから求められる代表スペクトルを用いて求められることを特徴とする開口パターンの設計方法。
【請求項４】
請求項３に記載の開口パターンの設計方法であって、
周波数をξ、前記代表スペクトルをＳξ、候補パターンに対応するＰＳＦをフーリエ変換したものをＫξ、ノイズレベルをσとして、前記候補パターンの前記評価値Ｒが、
【数１】
2015185872.tif 000005
により求められることを特徴とする開口パターンの設計方法。
【請求項５】
画像の復元方法であって、
請求項１ないし４のいずれかに記載の開口パターンの設計方法にて決定された開口パターンを有する開口絞りが設けられた前記撮像部により、前記点光源から出射される光と同じ波長または同じ波長帯の光が照射される撮像対象を撮像して画像を取得する工程と、
前記開口パターンに対応する多階調の点広がり関数を用いて、前記画像から復元画像を取得する工程と、
を備えることを特徴とする画像の復元方法。
【請求項６】
画像復元装置であって、
請求項１ないし４のいずれかに記載の開口パターンの設計方法にて決定された開口パターンを有する開口絞りが設けられた撮像部と、
前記点光源から出射される光と同じ波長または同じ波長帯の光を撮像対象に照射する照明部と、
前記撮像部により前記撮像対象を撮像して取得される画像から、前記開口パターンに対応する多階調の点広がり関数を用いて復元画像を取得する画像復元部と、
を備えることを特徴とする画像復元装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像復元装置であって、
前記照明部が、光源として、レーザ、発光ダイオード、または、白色光源と狭帯域バンドパスフィルタとの組みあわせを含むことを特徴とする画像復元装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の画像復元装置であって、
アライメントマークである前記撮像対象の前記復元画像と、テンプレート画像とのパターンマッチングにより、前記撮像対象の基準位置からの位置ずれ量を求める位置ずれ量取得部をさらに備えることを特徴とする画像復元装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像復元に利用される開口パターンを設計する技術に関連する。
【背景技術】
【０００２】
検査装置や位置合わせ装置等において、対象物を撮像する撮像部では、一般的に、オートフォーカス機能が搭載される。これにより、対象物の表面に合焦位置を合わせて画像を取得することが可能となる。しかしながら、対象物の表面に自動的に合焦位置を合わせるオートフォーカス動作が何らかの原因で適切に行われない場合、合焦位置が対象物の表面からずれた状態にて撮像が行われ、非合焦画像であるボケ画像が取得されてしまう。
【０００３】
ボケ画像が取得されると、例えば、検査装置では、検査を精度よく行うことができなくなる。描画装置にてアライメントマークのボケ画像が取得されると、対象物の位置合わせに失敗したり、描画精度が低下するという問題が生じる。
【０００４】
そこで、ボケ画像から真の画像を復元する技術の開発が進められている。画像復元では、ボケ画像と、その撮像時におけるデフォーカス量に対応した点広がり関数（ＰＳＦ：Point Spread Function）との逆畳み込みを行うことにより、合焦画像が推定される。このとき、復元画像にリンギングと呼ばれるノイズが生じやすい。そこで、符号化開口または符号化絞りと呼ばれる特殊な開口パターンを有する開口絞りを設けることが提案されている。符号化開口によりＰＳＦを変化させ、逆畳み込みの精度を高めることにより、リンギングの低減が図られる（例えば、特許文献１および２参照）。また、非特許文献１では、自然画像の周波数特性であるパワースペクトルが１／ｆに従うという前提の下で、画像の復元精度を向上するための開口パターンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−８１４６０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２３０８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Changyin Zhou、外１名、“What are Good Apertures for Defocus Deblurring?”、［online］、２００９年、Columbia University、［平成２５年４月１７日検索］、インターネット＜URL:http://www1.cs.columbia.edu/~changyin/files/ZhouICCP2009.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来より、画像復元の研究は自然画像に対して行われてきた。この場合、ＰＳＦの形状は符号化開口の形状にほぼ従う。そのため、非特許文献１に示されるように、符号化開口のパターンを求める際に、開口パターンとＰＳＦとが同一であるとの前提で演算が行われてきた。具体的には、ＰＳＦが、符号化開口と同一の二値のパターンとして扱われる。
【０００８】
しかし、実際には、ＰＳＦは多値の画像パターンであり、二値のＰＳＦと多値のＰＳＦとの差異が原因で、求めた符号化開口を用いても十分な画像復元性能が発揮されない場合がある。特に、自然画像の撮像とは異なり、波長帯の狭い光で撮像を行う場合、符号化開口とＰＳＦとの差異が大きくなり、画像復元性能の低下は著しくなる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、狭い波長帯の光にて撮像を行う場合であっても、良好な画像復元を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、画像復元装置の撮像部にて利用される開口パターンの設計方法であって、ａ）開口パターンである複数の候補パターンを準備する工程と、ｂ）予め定められた位置に点光源が配置された場合に、前記複数の候補パターンのそれぞれを介して前記撮像部にて取得され、かつ、エアリーパターンが現れる点広がり関数を、多階調の画像として取得する工程と、ｃ）前記予め定められた位置に撮像対象を配置した場合に得られるボケ画像を、前記ｂ）工程にて得られた複数の点広がり関数のそれぞれを用いて復元する際の精度を示す評価値を取得する工程と、ｄ）前記ｃ）工程にて得られた複数の評価値に基づいて、前記複数の候補パターンの１つを選択する工程とを備える。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の開口パターンの設計方法であって、前記ｂ）工程において、前記点広がり関数が、仮想的な点光源から出射される光に対して光線追跡を行うことにより取得される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の開口パターンの設計方法であって、前記ｃ）工程にて求められる評価値が、一のカテゴリに属する複数の撮像対象を示す複数の画像のスペクトルから求められる代表スペクトルを用いて求められる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の開口パターンの設計方法であって、周波数をξ、前記代表スペクトルをＳξ、候補パターンに対応するＰＳＦをフーリエ変換したものをＫξ、ノイズレベルをσとして、前記候補パターンの前記評価値Ｒが、数１により求められる。
【００１４】
【数１】
2015185872.tif 000003
【００１５】
請求項５に記載の発明は、画像の復元方法であって、請求項１ないし４のいずれかに記載の開口パターンの設計方法にて決定された開口パターンを有する開口絞りが設けられた前記撮像部により、前記点光源から出射される光と同じ波長または同じ波長帯の光が照射される撮像対象を撮像して画像を取得する工程と、前記開口パターンに対応する多階調の点広がり関数を用いて、前記画像から復元画像を取得する工程とを備える。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、画像復元装置であって、請求項１ないし４のいずれかに記載の開口パターンの設計方法にて決定された開口パターンを有する開口絞りが設けられた撮像部と、前記点光源から出射される光と同じ波長または同じ波長帯の光を撮像対象に照射する照明部と、前記撮像部により前記撮像対象を撮像して取得される画像から、前記開口パターンに対応する多階調の点広がり関数を用いて復元画像を取得する画像復元部とを備える。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の画像復元装置であって、前記照明部が、光源として、レーザ、発光ダイオード、または、白色光源と狭帯域バンドパスフィルタとの組みあわせを含む。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の画像復元装置であって、アライメントマークである前記撮像対象の前記復元画像と、テンプレート画像とのパターンマッチングにより、前記撮像対象の基準位置からの位置ずれ量を求める位置ずれ量取得部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、狭い波長帯の光にて撮像を行う場合であっても、良好な画像復元を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】位置合わせ装置の構成を示す図である。
【図２】コンピュータが実現する機能構成を示すブロック図である。
【図３】開口パターンの設計に係る処理の流れを示す図である。
【図４】開口パターン決定処理の流れを示す図である。
【図５】最適化パターンの例を示す図である。
【図６】基板の位置合わせ処理の流れを示す図である。
【図７】アライメントマークを示す図である。
【図８．Ａ】開口パターンの例を示す図である。
【図８．Ｂ】多値画像であるＰＳＦの例を示す図である。
【図９】開口パターンとＰＳＦのパワースペクトルを示す図である。
【図１０．Ａ】ボケ画像の例を示す図である。
【図１０．Ｂ】リンギングを有する復元画像を示す図である。
【図１１．Ａ】白色光によるＰＳＦを示す図である。
【図１１．Ｂ】エアリーパターンを含むＰＳＦを示す図である。
【図１２】アライメントマークの検出位置の誤差を示す図である。
【図１３】合焦画像の例を示す図である。
【図１４．Ａ】円形の開口絞りを介して取得されたボケ画像を示す図である。
【図１４．Ｂ】二値のＰＳＦを用いて復元された画像を示す図である。
【図１５．Ａ】先行技術による開口絞りを介して取得されたボケ画像を示す図である。
【図１５．Ｂ】二値のＰＳＦを用いて復元された画像を示す図である。
【図１６．Ａ】本実施の形態に係る開口絞りを介して取得されたボケ画像を示す図である。
【図１６．Ｂ】多階調のＰＳＦを用いて復元された画像を示す図である。
【図１７．Ａ】開口パターンの例を示す図である。
【図１７．Ｂ】実際に取得されたＰＳＦを示す図である。
【図１７．Ｃ】演算により求められたＰＳＦを示す図である。
【図１８】図１７．Ａないし図１７．Ｃのパワースペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は本発明の一の実施の形態に係る位置合わせ装置１の構成を示す図である。位置合わせ装置１は、半導体基板やガラス基板等の基板９を基準位置に配置する装置である。位置合わせ装置１は、検査装置や描画装等に設けられ、基板９が基準位置に配置されることにより、検査装置におけるパターンの検査や、描画装置におけるパターンの描画等を精度よく行うことが実現される。
【００２２】
位置合わせ装置１は、基板９上に形成されたアライメントマークを撮像する撮像部２、撮像部２に対して基板９を移動する移動機構３、および、撮像部２からの画像データが入力されるコンピュータ４を備える。撮像部２は、照明光を出射する照明部２１、基板９に照明光を導くとともに基板９からの光が入射する光学系２２、および、光学系２２により結像された基板９の像を電気信号に変換する撮像素子２３（ラインセンサまたはエリアセンサ）を有する。照明部２１は、光源として、レーザを含む。照明部２１は、光源として、発光ダイオード、または、白色光源と狭帯域バンドパスフィルタとの組みあわせを含んでもよい。照明光の波長範囲は狭い。発光ダイオードと狭帯域バンドパスフィルタとの組合せが光源に利用されてもよい。
【００２３】
光学系２２は、後述の開口パターンが形成された開口絞り２２１を有する。開口絞り２２１は「符号化絞り」とも呼ばれ、その開口パターンは「符号化開口」とも呼ばれる。移動機構３は、基板９を保持するステージ３１、ステージ３１を図１中のＺ方向に平行な軸を中心として回動する回動機構３２、ステージ３１をＹ方向に移動するＹ方向移動機構３３、並びに、ステージ３１をＸ方向に移動するＸ方向移動機構３４を有する。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は互いに垂直である。
【００２４】
図２は、コンピュータ４が実現する機能構成を示すブロック図である。図２では、撮像部２および移動機構３も破線のブロックにて示している。コンピュータ４は、各種演算を行う演算部４１、および、位置合わせ装置１の全体制御を担う制御部４２を備える。演算部４１は、後述の画像復元部４１１および位置ずれ量取得部４１２を有する。演算部４１の機能は専用の電気回路により構築されてもよく、部分的に専用の電気回路が利用されてもよい。
【００２５】
既述のように、位置合わせ装置１の撮像部２では、基板９における撮像対象に応じた形状の開口パターンを有する開口絞り２２１が予め設計および作製されて取り付けられる。また、後述する基板９の位置合わせ処理において利用される情報であるＰＳＦ（点広がり関数）も、当該開口パターンに対応して事前に取得される。以下、基板９の位置合わせ処理の事前準備として行われる、開口パターンの設計に係る処理、すなわち、開口パターンの設計および作製処理、並びに、点広がり関数の取得処理について、図３を参照して説明する。
【００２６】
開口パターンの設計に係る処理では、まず、互いに形状が相違する複数種類のアライメントマークを示す複数の画像が準備される（ステップＳ１１）。ここでは、複数種類のアライメントマークが形成された複数の基板（後述の位置合わせ処理における基板９と区別するため、以下、「参照基板」という。）が準備される。位置合わせ装置１において複数の参照基板におけるアライメントマークが撮像され、複数の画像（の信号）が取得される。
【００２７】
このとき、アライメントマークにフォーカスが合うように、撮像部２におけるフォーカス機能が調整される。また、撮像部２における開口絞り２２１の開口として、一般的な略円形の開口領域を有するものが用いられる。各アライメントマークは、互いに直交する方向に伸びる複数の線状部を含み、異方性を有する。複数の画像において、これらの線状部は、ほぼ同じ方向を向いている。なお、複数種類のアライメントマークを示す複数の画像は、他の撮像部にて取得されてもよい。また、ステージ３１をＺ方向に移動する機構を設けることにより、参照基板の表面にフォーカスが合わされてもよい。
【００２８】
複数の画像が準備されると、演算部４１では、当該複数の画像のそれぞれをフーリエ変換することにより、当該画像中の各方向に関するパワースペクトルが取得される。これにより、各方向に関して、複数の画像における複数のパワースペクトルが取得される（ステップＳ１２）。続いて、当該各方向に関して、各周波数における当該複数のパワースペクトルの値の代表値が求められる。ここで、代表値とは、各周波数における複数のパワースペクトルの値が分布する範囲の中央近傍を示す値であり、平均値や中央値等である。そして、各周波数における代表値にて表現されるスペクトルが、当該各方向の代表スペクトルとして取得される（ステップＳ１３）。
【００２９】
代表スペクトルは、各方向に関して、複数の画像のパワースペクトルを代表するものとして捉えることができる。各方向の代表スペクトルは、ステップＳ１１にて準備される複数の画像から複数のパワースペクトル画像を取得し、当該複数のパワースペクトル画像の互いに対応する画素の値の代表値を求めることにより取得されてよい。
【００３０】
また、位置合わせ装置１では、撮像部２の撮像素子２３におけるノイズレベル（ここでは、ノイズの標準偏差）が測定される（ステップＳ１４）。例えば、撮像部２の対物レンズに光を遮蔽する蓋を設けた状態にて撮像素子２３における出力を取得することにより、ノイズレベルが測定される。撮像部２にて取得される画像（例えば、ステップＳ１１の処理にて取得された画像）からノイズレベルが演算により求められてもよい。
【００３１】
続いて、撮像部２におけるノイズレベルおよび代表スペクトルを用いて、撮像部２にて利用される開口パターンが決定される（ステップＳ１５）。本実施の形態における開口パターン決定処理では、非特許文献１の表１に記載される、遺伝的アルゴリズムを用いた手法が利用される。
【００３２】
図４は、開口パターン決定処理の流れを示す図であり、図３のステップＳ１５にて行われる処理を示す。ここでは、開口パターンの形状を、各要素に「１」または「０」を割り当てたＮ行Ｎ列の行列として捉える。「１」は開口領域に対応し、「０」は遮光領域に対応する。本実施の形態では、Ｎは１３であるが、Ｎの値は様々に変更可能である。以下の説明では、当該行列を、長さ（Ｎ×Ｎ）の２進数列（以下、「シーケンス」という。）にて表現する。シーケンスと開口パターンとは実質的に同義である。
【００３３】
開口パターン決定処理では、まず、シーケンスの（Ｎ×Ｎ）個の要素位置に「１」または「０」を不規則に割り当てることにより、互いに相違するＲ個のシーケンス（以下、「初期シーケンス」という。）が生成される（ステップＳ２１）。次に、初期シーケンスが示す開口パターンを利用して仮に取得した場合のＰＳＦを、光線追跡法等による演算により多階調の画像（以下、「多値画像」という。）として取得する（ステップＳ２２）。すなわち、仮想的に、予め定められた位置に点光源が配置された場合に、開口パターンを介して撮像部２にて取得されるＰＳＦを、多値画像として取得する。
【００３４】
例えば、光学設計ソフトウェアであるＺＥＭＡＸ（ＺＥＭＡＸ社、ワシントン州、米国）に、光の波長、レンズデータ（レンズの素材や径、レンズ間の距離等）、絞りの開口形状等を入力してＰＳＦが求められる。もちろん、他のソフトウェア、例えば、ｃｏｄｅＶ（ｓｙｎｏｐｓｙｓ社、カルフォルニア州、米国）が使用されてもよく、他のシミュレーション方式によりＰＳＦが求められてもよい。
【００３５】
続いて、各初期シーケンスが示す開口パターンを利用して、仮に画像を撮像した場合に、当該画像から復元される画像の復元精度（例えば、真の画像と復元される画像との差）を示す評価値が、各方向に対して求められる（ステップＳ２３）。具体的には、周波数をξ、当該各方向の代表スペクトルをＳξ、各初期シーケンスに対応するＰＳＦを当該各方向に関してフーリエ変換したものをＫξ、撮像部２のノイズレベルをσとして、当該初期シーケンスの当該各方向の評価値Ｒが、非特許文献１の式１２に準じて数２を用いて求められる。
【００３６】
【数２】
2015185872.tif 000004
【００３７】
非特許文献１では、白色光で照明される自然画像を対象とするため、開口パターンとＰＳＦとが一致するものとみなしている。そのため、開口パターンをフーリエ変換したものをＫξとして用いて評価値の演算が行われる。しかし、本実施の形態では、ＰＳＦは多値画像であるものとして数２の演算を行い、評価値が求められる。
【００３８】
その後、各初期シーケンスに対する複数の方向（正確には、演算対象となる全ての方向）の評価値の和がさらに求められ、Ｒ個の初期シーケンスのうち、１ないしＭ番目（ただし、Ｍは２以上かつＲよりも小さい。）に評価値の和が小さいＭ個の初期シーケンスのそれぞれが、候補シーケンスとして選択される（ステップＳ２４）。
【００３９】
続いて、Ｍ個の候補シーケンスのうち、２つの候補シーケンスが不規則に選択されて複製され、２つの複製シーケンスが準備される（ステップＳ２５）。所定の確率ｃ１（例えば、０．２）でシーケンスにおける要素位置が選択され、当該２つの複製シーケンスにおける当該要素位置の値が交換されて、新たな２つのシーケンスが取得される。すなわち、２つの数列における同じ位置の値を交換する「交叉」が行われる（ステップＳ２６）。また、当該２つのシーケンスのそれぞれにおいて、所定の確率ｃ２（例えば、０．０５）でシーケンスの要素位置が選択され、当該要素位置の値「１」が「０」に、または、「０」が「１」に反転される。すなわち、選択された要素位置の値を変化させる「突然変異」が行われる。生成された新たな２つの候補シーケンスは、上記Ｍ個の候補シーケンスに追加される（ステップＳ２７）。上記ステップＳ２５〜Ｓ２７は、候補シーケンスの個数がＲになるまで繰り返される（ステップＳ２８）。
【００４０】
続いて、直前のステップＳ２７にて取得されたＲ個の候補シーケンスをＲ個の初期シーケンスとして、上記ステップＳ２２〜Ｓ２８の処理が繰り返される（ステップＳ２９）。すなわち、世代を更新して処理が繰り返される。ステップＳ２９による処理の繰り返しは、直前のステップＳ２７にて取得されたＲ個の候補シーケンスをＲ個の初期シーケンスとしつつ、予め定められた（Ｇ−１）回行われる。これにより、（Ｒ×Ｇ）個の候補シーケンス、すなわち、開口パターンの（Ｒ×Ｇ）個の候補パターンが準備される。
【００４１】
そして、ステップＳ２３と同様に、（Ｒ×Ｇ）個の候補パターンのそれぞれの各方向に対する評価値Ｒが数２から求められる。ただし、評価値が既に求められている候補パターンについては、当該評価値が用いられてよい。各候補パターンに対して、全ての方向の評価値の和が最終的な評価値として求められ、最終的な評価値が最も低い１つの候補パターンが、撮像部２にて利用される開口パターンを示す最適化パターンとして決定される（ステップＳ３０）。最終的な評価値は、全ての方向の評価値に基づく他の値、例えば、平均値、中央値、最大値、あるいは、最小値等であってもよい。ステップＳ２４における候補シーケンスの選択においても同様である。
【００４２】
図５は、最適化パターンの一例である開口パターン８を示す図である。暗い四角は開口領域の要素８１を示し、白色の四角は遮光領域の要素８２を示す。開口パターンに従って、開口絞り２２１は作製される（ステップＳ１６）。開口絞り２２１は、円形の開口領域を有する開口絞りに替えて撮像部２の光学系２２に取り付けられる（ステップＳ１７）。
【００４３】
位置合わせ装置１では、撮像部２を用いて、点光源の多値画像がＰＳＦとして取得される（ステップＳ１８）。ここでは、撮像対象である点光源と、理想的な合焦位置との間の光軸上の距離をデフォーカス量として、複数のデフォーカス量のそれぞれにおいてＰＳＦが取得される。ＰＳＦは、演算部４１にて記憶される。複数のＰＳＦは、光線追跡法等を利用して演算により求められてもよい。以上の処理により、基板９の位置合わせ処理の事前準備である、開口パターンの設計に係る処理が完了する。
【００４４】
上記処理における代表パワースペクトルの取得および開口パターンの決定は、コンピュータ４とは異なる他のコンピュータにより実行されてもよい。
【００４５】
図６は、位置合わせ装置１における基板９の位置合わせ処理の流れを示す図である。位置合わせ装置１では、まず、ステージ３１上に載置された基板９が撮像部２により撮像され、画像（以下、「対象画像」という。）が取得される（ステップＳ４１）。このとき、照明部２１からは、ＰＳＦの取得の際に利用された波長帯と同じ波長帯の光が出射される。もちろん、この波長帯は、開口パターンの設計時に設定された波長帯と同じである。対象画像はコンピュータ４の演算部４１に出力される。基板９上には、例えば、図７に示すアライメントマーク９１が形成されており、撮像部２による基板９上の撮像領域には、撮像対象であるアライメントマーク９１が含まれる。すなわち、ステップＳ４１の処理では、図３のステップＳ１１の処理にて準備された複数の画像と同一カテゴリの撮像対象を示す対象画像が取得される。
【００４６】
画像復元部４１１では、例えば、対象画像のコントラストや、画素値のヒストグラムの広がり等に基づいて、対象画像がボケ画像であるか否かが判定される。そして、対象画像がボケ画像である場合に、ステップＳ１８にて予め準備されたＰＳＦを用いて、対象画像から復元画像が取得される（ステップＳ４２）。復元画像の取得では、例えば、周知のウィナー逆畳込み（Wiener deconvolution）が利用される。ここでは、デフォーカス量およびノイズレベルのそれぞれを複数通りに変更しつつ複数の復元画像候補がウィナー逆畳込みにより取得され、複数の復元画像候補のうちコントラストが最大のものが、復元画像として決定される。すなわち、復元画像の取得と同時に、デフォーカス量およびノイズレベルが取得される。
【００４７】
復元画像の取得において、ステップＳ１４にて取得されたノイズレベルが用いられてもよい。また、位置合わせ装置１において、レーザ測長器が設けられ、レーザ測長器の測定結果から求められるデフォーカス量、すなわち、合焦位置からの距離を利用して復元画像が取得されてもよい。デフォーカス量は、画像処理等の他の方法により取得されてもよい。
【００４８】
復元画像が取得されると、位置ずれ量取得部４１２において、アライメントマーク９１を含む復元画像と、理想的なアライメントマークを示すテンプレート画像とのパターンマッチングにより、復元画像中のアライメントマーク９１の位置が特定される。撮像部２による撮像領域と、位置合わせ装置１において予め定められた基準位置との位置関係、すなわち、撮像領域と基準位置との間のＸ方向およびＹ方向の距離は既知であるため、当該距離および復元画像中のアライメントマーク９１の位置を利用して、基板９上のアライメントマーク９１の基準位置からの位置ずれ量が求められる（ステップＳ４３）。このとき、基板９上のアライメントマーク９１の向きも特定される。
【００４９】
なお、アライメントマーク９１の向きは、ＸＹ平面上の所定の基準方向に対する傾斜角であり、通常、基板９は、ある程度向きが調整され、かつ、位置決めされてステージ３１上に載置されるため、当該傾斜角は微小である。
【００５０】
制御部４２は、当該位置ずれ量およびアライメントマーク９１の向きに基づいて移動機構３を制御することにより基板９が移動および回動し、アライメントマーク９１が所定の向きにて基準位置に配置される（ステップＳ４４）。これにより、基板９に対する各種処理を精度よく行うことが可能となる。
【００５１】
次に、ＰＳＦとして多値画像を利用する場合の効果について説明する。既述のように、従来、白色光の照明光を用いて取得された自然画像に対して画像復元の研究が行われてきた。この場合、ＰＳＦと開口パターンとは非常に類似し、二値の開口パターンをＰＳＦとみなして演算を行うことができる。非特許文献１では、開口パターンの最適化を行う際に、開口領域を「１」、遮光領域を「０」とする行列とし、開口絞りを実装したときのＰＳＦを、開口絞りの開口パターンと同一であると仮定し、評価値を求めている。
【００５２】
しかし、照明光の波長帯が狭い場合、ＰＳＦと開口パターンとは大きく相違する場合がある。このとき、ＰＳＦは二値画像とみなすことができない多値画像となる。例えば、図８．Ａに示す二値の開口パターンを用いて狭帯域の光でＰＳＦを取得すると、図８．Ｂに示す多値画像が取得される。図８．Ｂでは、点光源は、合焦位置から僅かにずれた位置に配置される。
【００５３】
図９は、図８．Ａの画像のパワースペクトル５１と、図８．Ｂの画像のパワースペクトル５２とを示す図である。これらのスペクトルはＹ＝０、すなわち、中心を通って左右に延びる直線上におけるものである。破線５１にて示すように、開口パターンは、そのパワースペクトルが０に近い値を含まないように設計されるが、実線５２にて示すように、実際のＰＳＦでは、０に近い値が含まれる。その結果、逆畳み込み演算における誤差が大きくなり、復元画像にリンギングと呼ばれるノイズが現れる。図１０．Ａはボケ画像の例を示し、図１０．Ｂは図１０．Ａから得られる復元画像を示す。復元画像では、黒い線の周囲にリンギングが現れる。リンギングは、狭い波長帯の照明光を利用する場合に顕著となる。
【００５４】
図１１．Ａおよび図１１．Ｂは、狭い波長帯の光の場合に、ＰＳＦを二値画像として表現すべきではない他の例を示す図である。図１１．Ａは、円形の開口絞りを用いて白色点光源を撮像して得られるＰＳＦを示す図である。図１１．Ｂは、円形の開口絞りを用いて、波長（６２０±１０）ｎｍの狭い波長帯の点光源を撮像して得られるＰＳＦを示す図である。白色光源の場合、ムラの少ないＰＳＦが得られるが、狭い範囲の波長の光の場合、回折の影響により、ＰＳＦにエアリーパターンと呼ばれる縞模様が現れる。ステップＳ２２にて求められるＰＳＦには、このようなエアリーパターンが現れ、二値画像では表現できないＰＳＦとなる。換言すれば、多階調のＰＳＦは、回折の影響を考慮したＰＳＦである。なお、多階調のＰＳＦには、回折の影響以外のレンズ等の光学素子の影響も反映させることも可能である。
【００５５】
狭い波長帯の光は、レンズの性能を発揮させるために産業用の撮像装置にて多く用いられており、多階調のＰＳＦは、産業用の装置において特に適している。近年、半導体回路を含むデバイスの製造装置では、パターンが極めて微細化しており、撮像部の被写界深度が狭くなっている。そのため、極めて高い精度の位置決めが求められる装置において多階調ＰＳＦの画像復元への利用は適している。
【００５６】
また、回路基板に凹凸が存在する場合、検査対象はある程度の奥行きを有し、被写界深度不足が懸念される。この場合、撮像部を検査対象に向かう方向へと移動して複数回撮像を行うか、合焦位置までの距離が異なる複数の撮像部にて撮像を行う必要がある。しかし、上記実施の形態では、画像復元により仮想的に被写界深度を拡大することができるため、１つの撮像部２にて１回撮像するのみで、リンギングを低減した適切な画像を取得することができる。
【００５７】
符号化開口を利用する技術は、ハードウェアとしては撮像部の瞳の位置（すなわち、開口位置）に設計された開口絞り２２１を挿入するだけであるため、様々な装置に容易に導入することができる。
【００５８】
次に、本実施の形態の手法による画像復元の効果を示す実験例について説明する。まず、本実施の形態の手法により、開口パターンを設計した。このとき、合焦位置からデフォーカス量（＋１００）μｍだけずれた位置、すなわち、撮像部から合焦位置よりも１００μｍ離れた位置に点光源が存在する場合のＰＳＦを用いた。また、デフォーカス量（−３００）μｍから（＋３００）μｍまで１００μｍピッチにて、設計された開口パターンに対応するＰＳＦを演算により求めた。非特許文献１に関しても、開口パターンの設計および複数のＰＳＦの算出を行い、円形開口の場合における複数のＰＳＦの取得も行った。
【００５９】
円形の開口絞り、非特許文献１の手法による開口絞り、本実施の形態に係る開口絞りを順に撮像部２に取り付け、デフォーカス量（−３００）μｍから（＋３００）μｍまで１００μｍピッチにて、アライメントマークを撮像した。得られた画像を、対応するＰＳＦを用いて復元した。ここでは、デフォーカス量は既知であるものとしている。復元画像からアライメントマークの検出位置の誤差、すなわち、真値からのユークリッド距離を評価した。
【００６０】
図１２は、評価結果を示す図である。白い菱形は円形の開口絞りに対応し、白い正方形は非特許文献１の開口絞りに対応し、黒い丸は本実施の形態の手法の開口絞りに対応する。デフォーカス量（＋３００）μｍの場合を除き、本実施の形態の手法により、他の手法よりも高い精度にて位置が検出されることが判る。また、本実施の形態の手法により、０．５画素以下の検出位置の誤差が実現される。
【００６１】
図１３は、評価に用いたアライメントマークの合焦画像を示す図である。図１４．Ａは、円形の開口絞りを介して取得された、デフォーカス量（＋３００）μｍでのボケ画像、すなわち、非合焦画像を示す図である。図１４．Ｂは、ＰＳＦを二値の円形とみなして図１４．Ａの画像を復元した画像を示す図である。図１５．Ａは、非特許文献１の手法にて得られた開口パターンを介して得られた、デフォーカス量（＋３００）μｍでのボケ画像を示す図である。図１５．Ｂは、ＰＳＦを二値の開口パターンと同一であるとみなして復元された画像を示す図である。図１６．Ａは、本実施の形態の手法にて得られた開口パターンを介して得られた、デフォーカス量（＋３００）μｍでのボケ画像を示す図である。図１６．Ｂは、多値画像であるＰＳＦを用いて復元された画像を示す図である。図１４．Ｂ、図１５．Ｂおよび図１６．Ｂに示すように、図１６．Ｂにおいて最もエッジがはっきりと現れ、リンギングも少なく、画質がよいことが判る。
【００６２】
図１７．Ａは、上記評価実験における、本実施の形態の手法により設計された開口パターンを示す図であり、図５と同様である。図１７．Ｂは、デフォーカス量（＋１００）μｍの位置に点光源を実際に配置して取得されたＰＳＦを示す図である。図１７．Ｃは、演算により求められたＰＳＦを示す図である。図１７．Ｂおよび図１７．Ｃに示すように、実際のＰＳＦと演算によりシミュレートレされたＰＳＦとは類似している。
【００６３】
図１８は、図１７．Ａないし図１７．Ｃに示す画像のＹ＝０、すなわち、中心を通って左右に延びる直線上におけるパワースペクトルを示す図である。破線５３は図１７．Ａに対応し、実線５４は図１７．Ｂに対応し、実線５５は図１７．Ｃに対応する。図１８においても、演算により多値画像として求められたＰＳＦのスペクトルは、開口パターンのスペクトルよりも実際のＰＳＦのスペクトルに近い。また、図９に例示した場合と異なり、実際のＰＳＦおよび多値画像のＰＳＦのスペクトルは、０に近い値を含まない。
【００６４】
以上のように、本実施の形態に係る画像復元により、光源からの光の波長帯が狭い場合であっても、良好な画像復元を実現することができる。
【００６５】
上記開口パターンの設計では、複数のアライメントマークをそれぞれ示す複数の画像が準備され、各方向に関して、当該複数の画像における複数のパワースペクトルが求められる。そして、複数のパワースペクトルから代表スペクトルが取得される。また、複数の候補パターンが準備され、各候補パターンを利用して撮像される画像の復元精度を示す評価値が、撮像部２におけるノイズレベルおよび代表スペクトルを用いて当該各方向に対して求められる。その後、各候補パターンに対して複数の方向の評価値から最終的な評価値を求めることにより、複数の候補パターンから撮像部２にて利用される開口パターンが決定される。
【００６６】
これにより、アライメントマークに特化した開口パターンを決定することができる。その結果、当該開口パターン２２１が撮像部２に設けられた位置合わせ装置１が、画像復元装置として画像を精度よく復元することができ、基板９上のアライメントマーク９１を基準位置に精度よく配置することが可能となる。
【００６７】
また、開口パターンの設計において、撮像部２の撮像素子２３に対して測定されたノイズレベルを用いて評価値を求めることにより、開口パターンをより適切に決定することが可能となる。
【００６８】
上記開口パターンの設計における撮像対象は、アライメントマーク以外であってもよく、撮像対象が形成される対象物も基板以外であってよい。他のカテゴリの撮像対象の場合、図３の開口パターンの設計に係る処理では、ステップＳ１１において当該他のカテゴリの複数の画像が準備される。他の処理は、上記と同様であり、これにより、当該他のカテゴリに特化した開口パターンを決定することができる。以上のように、開口パターンの設計に係る処理では、ステップＳ１１において同一カテゴリに属する複数の撮像対象をそれぞれ示す複数の画像を準備することにより、当該カテゴリに応じた適切な開口パターンを決定することができる。その結果、撮像部２および画像復元部４１１を含む画像復元装置において、当該カテゴリに属する撮像対象を撮像した画像から復元画像を精度よく取得することができる。
【００６９】
もちろん、カテゴリが特定されない撮像対象に対して、多階調のＰＳＦを利用する上記画像復元が用いられてもよい。
【００７０】
上記画像復元は、狭い波長帯の照明光が利用される産業用の装置に適している。そのため、多くの場合、撮像対象は人工的なものであり、対象となる画像は、明領域と暗領域とが存在する実質的に二値のパターンを示す。
【００７１】
上記実施の形態では、点光源や照明部２１から出射される光の波長は、単波長とみなすことができるほど波長の範囲が狭くてもよい。波長の範囲は、ＰＳＦにエアリーパターンが現れるほど狭く、半値幅は、好ましくは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。エアリーパターンは、その存在が認識できる程度であればよく、明瞭に現れる必要はない。
【００７２】
上記実施の形態では、１つのデフォーカス量に対応する開口パターンを有する開口絞り２２１が、他のデフォーカス量にて得られたボケ画像の復元にも利用される。この場合、開口パターンを決定する際に点光源が配置されると想定された予め定められた位置に撮像対象は位置するとは限らない。位置合わせ装置１では、当該予め定められた位置またはその近傍に撮像対象が配置される。
【００７３】
一方、デフォーカス量毎に開口パターンを準備されてもよい。この場合、複数の開口絞り２２１が切り替えられてもよく、液晶アレイである可変開口絞りが撮像部２に設けられてもよい。複数の開口パターンが利用される場合、撮像の際にデフォーカス量が取得されてもよい。デフォーカス量は測定されてもよく、取得画像から推定されてもよく、複数の画像復元結果から求められてもよい。
【００７４】
数２を適宜修正した式、あるいは、数２とは異なる式を用いて、各候補パターンに対する評価値が求められてもよい。代表スペクトルは、一のカテゴリに属する撮像対象を示す１つの画像から取得されてもよく、この場合、当該１つの画像における各方向のパワースペクトルが代表スペクトルとして取得される。上記評価値の算出では、全ての方向における代表スペクトルを求めているが、一部の方向における代表スペクトルだけが評価値の算出に利用されてもよい。
【００７５】
評価値としてさらに他のものが利用されてもよい。例えば、ＰＳＦのパワースペクトルの最小値が評価値として用いられてもよい。この場合、最小値が大きいほど、高い評価となる。一般的に表現すれば、予め定められた位置に撮像対象を配置した場合に得られるボケ画像を、ステップＳ２２にて得られた複数の点広がり関数のそれぞれを用いて復元する際の精度を示すものであれば、様々な評価値が利用可能である。
【００７６】
評価値に基づいて複数の候補パターンから１つの開口パターンが選択されるのであれば、その手法として様々なものが採用されてよい。上記実施の形態では、候補パターンの選択と評価値の算出とが実質的に同時に行われるが、例えば、単純にランダムに多数の候補パターンを作成し、各候補パターンの評価値を求め、評価値に基づいて１つの候補パターンが選択されてもよい。
【００７７】
上記実施の形態では、候補パターンに対応するＰＳＦを演算により効率よく求めているが、候補パターンを有する多数の開口絞り２２１を実際に作成し、点光源を用いてＰＳＦが取得されてもよい。符号化開口を有する開口絞り２２１は、紙や金属板等から切り出されてもよく、液晶シャッタが絞りとして用いられてもよい。
【００７８】
上記実施の形態では、アライメントマークは基板からの反射光を利用して撮像されるが、ガラス基板等の場合、基板からの透過光を利用してアライメントマークの撮像が行われてもよい。上記位置合わせ装置１は、検査装置や描画装置以外の様々な装置に利用可能である。例えば、高精度な印刷装置にも利用可能である。また、撮像部２および画像復元部４１１を有する画像復元装置は、位置合わせ装置１以外に、画像の取得を行う他の装置（例えば、検査装置）に設けられてよい。
【００７９】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００８０】
１    位置合わせ装置（画像復元装置）
２    撮像部
２１    照明部
９１    アライメントマーク（撮像対象）
２２１    開口絞り
４１１    画像復元部
４１２    位置ずれ量取得部
Ｓ１１〜Ｓ１８，Ｓ２１〜Ｓ３０，Ｓ４１〜Ｓ４４    ステップ
【図１】
2015185872.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図５】
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【図８．Ａ】
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【図８．Ｂ】
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【図９】
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【図１０．Ａ】
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【図１０．Ｂ】
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【図１１．Ａ】
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【図１１．Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４．Ａ】
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【図１４．Ｂ】
2015185872.tif 000023
【図１５．Ａ】
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【図１５．Ｂ】
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【図１６．Ａ】
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【図１６．Ｂ】
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【図１７．Ａ】
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【図１７．Ｂ】
2015185872.tif 000029
【図１７．Ｃ】
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【図１８】
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