(57)【要約】【課題】探索画像中にテンプレートと類似したパターンが存在する場合でも正確なマッチング位置を出力する、探索画像においてテンプレートマッチングを行う検査装置を提供する。【解決手段】テンプレート選択画像からテンプレートを切出すテンプレート切出し手段と、前記テンプレート選択画像における前記テンプレートとの類似度の分布である周辺類似度分布情報を算出する周辺類似度算出手段と、前記探索画像における前記テンプレートとの類似度の分布である探索画像類似度分布情報を算出する探索画像類似度算出部と、前記周辺類似度分布と前記探索画像類似度分布情報との間の類似度分布間類似度情報を算出する類似度分布間類似度算出手段と、前記類似度分布間類似度に基づいてマッチング位置を決定するマッチング位置決定部とを備える。【選択図】図１
2008065458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探索画像にテンプレートマッチングを行う検査装置において、
テンプレート選択画像からテンプレートを切出すテンプレート切出し手段と、
前記テンプレート選択画像における前記テンプレートとの類似度の分布である周辺類似度分布情報を算出する周辺類似度算出手段と、
前記探索画像における前記テンプレートとの類似度の分布である探索画像類似度分布情報を算出する探索画像類似度算出部と、
前記周辺類似度分布と前記探索画像類似度分布情報との間の類似度分布間類似度情報を算出する類似度分布間類似度算出手段と、
前記類似度分布間類似度に基づいてマッチング位置を決定するマッチング位置決定部とを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報は座標ごとの類似度を画素値とする画像であることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報は、それぞれの原画像である前記テンプレート選択画像および前記探索画像より解像度が低いことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項４】
前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報において類似度が高い領域が膨張されていることを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項５】
前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報は、類似度の高い箇所の座標情報と類似度のリストであることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項６】
前記類似度分布間類似度情報を算出する際、類似度の高い箇所の一致は所定の幅をもって判定することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項７】
前記テンプレート選択画像としては、テンプレート切り出し用と周辺類似度分布算出用で、同一視野でノイズの異なる２枚の画像を用いることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項８】
前記テンプレートと前記テンプレート選択画像、或いは前記テンプレートと前記周辺類似度分布とを関連付けて記憶する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項９】
複数の異なる倍率で撮影した前記テンプレート選択画像と前記探索画像から、それぞれの倍率に対応する前記周辺類似度分布情報と前記探索画像類似度分布情報を生成し、これらを基にマッチング位置を決定することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項１０】
前記周辺類似度分布に高い類似度を示す箇所が多数あった場合には、選択したテンプレートが不適切であると判断して警告を発することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項１１】
前記テンプレート選択画像と前記探索画像の間で回転や拡縮が生じた場合は、その程度を検知して、前記テンプレート、及び前記周辺類似度分布をその程度に応じて補正することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項１２】
探索画像にテンプレートマッチングを行う検査装置において、
テンプレート選択画像からテンプレートを切出すテンプレート切出し手段と、
前記テンプレート選択画像における前記テンプレートとの類似度の分布である周辺類似度分布情報を算出する周辺類似度算出手段と、
前記探索画像における前記テンプレートと類似度が高い領域をマッチング上位候補として選定して切出すマッチング上位候補選定部と、
前記探索画像における前記マッチング上位候補との類似度の分布である探索画像対上位候補類似度分布情報を算出する探索画像類似度算出部と、
前記周辺類似度分布と前記探索画像対上位類似候補類似度分布情報との間の類似度分布間類似度情報を算出する類似度分布間類似度算出手段と、
前記類似度分布間類似度に基づいてマッチング位置を決定するマッチング位置決定部とを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項１３】
前記周辺類似度分布情報および前記探索画像対上位候補類似度分布情報は座標ごとの類似度を画素値とする画像であることを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
【請求項１４】
前記周辺類似度分布情報および前記探索画像対上位候補類似度分布情報は、それぞれの原画像である前記テンプレート選択画像および前記探索画像より解像度が低いことを特徴とする請求項１３記載の検査装置。
【請求項１５】
前記周辺類似度分布情報および前記探索画像対上位候補類似度分布情報において類似度が高い領域が膨張されていることを特徴とする請求項１３記載の検査装置。
【請求項１６】
前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報は、類似度の高い箇所の座標情報と類似度のリストであることを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
【請求項１７】
前記類似度分布間類似度情報を算出する際、類似度の高い箇所の一致は所定の幅をもって判定することを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
【請求項１８】
前記テンプレートと前記テンプレート選択画像、或いは前記テンプレートと前記周辺類似度分布とを関連付けて記憶する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
【請求項１９】
複数の異なる倍率で撮影した前記テンプレート選択画像と前記探索画像から、それぞれの倍率に対応する前記周辺類似度分布情報と前記探索画像対上位候補類似度分布情報を生成し、これらを基にマッチング位置を決定することを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
【請求項２０】
前記周辺類似度分布に高い類似度を示す箇所が多数あった場合には、選択したテンプレートが不適切であると判断して警告を発することを特徴とする請求項１２記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テンプレートマッチング方法を用いた検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象画像の中から与えられた特定の形状（テンプレート）を探索する技術は、テンプレートマッチングとして広く用いられていた（非特許文献１参照）。また、特許文献１に開示してあるような、テンプレートと探索画像のｘ−投影、ｙ−投影それぞれの類似度を統合してマッチング位置を高速に求めるといった、テンプレートマッチングの高速化に関する試みや、特許文献２に開示してあるような、探索画像におけるテンプレートとの類似度を局所的な類似度の分散を考慮してノイズの多い画像でも高精度に見積もるといった、テンプレートマッチングの高精度化に関する試みがなされている。
【０００３】
走査式電子顕微鏡を用いた半導体ウェハ上のパターンの計測においても、計測位置を求めるためにテンプレートマッチングが行われている。計測位置の大まかな位置合わせはウェハを載せたステージの移動によって行われるが、ステージの位置決め精度では電子顕微鏡の高い倍率で撮影された画像上で大きなズレが生じる。このズレを補正して正確な位置での計測を行うためにテンプレートマッチングが行われる。具体的には、計測位置に近いユニークなパターンをテンプレートとして登録して、テンプレートから見た計測位置の相対座標を記憶しておく。撮影した画像から計測位置を求める時は、撮影した画像においてテンプレートマッチングを行いマッチング位置を求め、そこから記憶しておいた相対座標分移動したところが計測位置となる。
【０００４】
走査式電子顕微鏡におけるテンプレートマッチングでは、まず、対象物（ａ）の計測位置を撮影してその中に含まれるユニークなパターンをテンプレートとして登録する。このとき撮影された画像（ｂ）をテンプレート選択画像といい、テンプレート選択画像から選ばれたユニークなパターン（ｃ）をテンプレートという。次に、別の対象物（ａ’）（（ａ’）は（ａ）と同じウェハ上の同一パターンを持った別の場所、例えば同じウェハ上に繰り返し形成されているダイの同一部分であってもよいし、異なるウェハ上の同一パターンを持った場所でもよい）を撮影した時に、撮影画像の中からテンプレートとマッチするパターンを探す。この撮影画像（ｂ’）を探索画像という。テンプレート選択画像（ｂ）と探索画像（ｂ’）の間には、ステージの位置決め誤差分のズレがある。このズレをテンプレートマッチングで補正する。テンプレートマッチングの結果、テンプレートとの類似度が高い箇所がマッチング位置の候補となり、これらの候補の中から最もマッチング位置に相応しい箇所が最終的なマッチング位置となる。例えば上記の特許文献２に開示された方法を用いる場合には、テンプレートを細分して計算する局所的な類似度の分散を各候補において求めて、この分散を考慮して最終的なマッチング位置を決定することになる。
【０００５】
上述した走査式電子顕微鏡においてテンプレートマッチングを行う手段では、撮影されたテンプレート選択画像はテンプレートの登録を行うテンプレート登録部に入力され、手動或いは自動で選択されたユニークなパターンがテンプレート切出し部においてテンプレートとして切り出され保存される。撮影された探索画像はテンプレートとのマッチング位置を探索する画像探索部に入力され、探索画像類似度算出部においてテンプレートと照合される。探索画像類似度算出部からは探索画像中でテンプレートとの類似度がどのように分布しているかを表す探索画像類似度分布情報が出力される。マッチング位置決定部は探索画像類似度分布情報を基にマッチング位置を決定する。この時、単に類似度が最大の点をマッチング位置とすることもできるし、特許文献２に開示されたような方法を使うこともできる。この時は探索画像類似度分布情報は細分化されたテンプレートによる局所的類似度に関する情報を含むことになる。また、特許文献１に開示してあるようにテンプレートと探索画像のｘ−投影、ｙ−投影それぞれの類似度の分布を探索画像類似度分布情報として持つようにすれば高速にマッチング位置を決定することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８５５６５号公報
【特許文献２】特開昭６１−９８４８３号公報
【非特許文献１】Azriel Rosenfeld、Avinash C. Kak著Digital Picture Processing  ８．３節
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来のテンプレートマッチング手法は、探索画像におけるテンプレートとの類似度を局所的な類似度の分散を考慮してノイズの多い画像でも高精度に見積もるなどの工夫はされているが、探索画像中にテンプレートと類似したパターンがある場合、パターンの歪みや画像の輝度ムラなどの影響でマッチング位置を誤り、類似したパターンの座標をマッチング位置としてしまうことがある。
【０００８】
本発明の課題は、探索画像中にテンプレートと類似したパターンが存在する場合でも正確なマッチング位置を出力するテンプレートマッチング方法を提供することである。本発明は、それを用いた検査装置も提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明による、探索画像においてテンプレートマッチングを行う検査装置は、テンプレート選択画像からテンプレートを切出すテンプレート切出し手段と、前記テンプレート選択画像における前記テンプレートとの類似度の分布である周辺類似度分布情報を算出する周辺類似度算出手段と、前記探索画像における前記テンプレートとの類似度の分布である探索画像類似度分布情報を算出する探索画像類似度算出部と、前記周辺類似度分布と前記探索画像類似度分布情報との間の類似度分布間類似度情報を算出する類似度分布間類似度算出手段と、前記類似度分布間類似度に基づいてマッチング位置を決定するマッチング位置決定部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
好適には、前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報は座標ごとの類似度を画素値とする画像である。
【００１１】
好適には、前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報は、それぞれの原画像である前記テンプレート選択画像および前記探索画像より解像度が低い。
【００１２】
好適には、前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報において類似度が高い領域が膨張されている。
【００１３】
好適には、前記周辺類似度分布情報および前記探索画像類似度分布情報は、類似度の高い箇所の座標情報とその類似度を含む。
【００１４】
好適には、前記類似度分布間類似度情報を算出する際、類似度の高い箇所の一致は所定の幅をもって判定する。
【００１５】
好適には、前記テンプレート選択画像としては、テンプレート切り出し用と周辺類似度分布算出用で、同一視野でノイズの異なる２枚の画像を用いる。
【００１６】
好適には、前記テンプレートと前記テンプレート選択画像、或いは前記テンプレートと前記周辺類似度分布とを関連付けて記憶する手段をさらに備える。
【００１７】
好適には、複数の異なる倍率で撮影した前記テンプレート選択画像と前記探索画像から、それぞれの倍率に対応する前記周辺類似度分布情報と前記探索画像類似度分布情報を生成し、これらを基にマッチング位置を決定する。
【００１８】
好適には、前記周辺類似度分布に高い類似度を示す箇所が多数あった場合には、選択したテンプレートが不適切であると判断して警告を発する。
【００１９】
好適には、前記テンプレート選択画像と前記探索画像の間で回転や拡縮が生じた場合は、その程度を検知して、前記テンプレート、及び前記周辺類似度分布をその程度に応じて補正することを特徴とする。
【００２０】
本発明による、探索画像においてテンプレートマッチングを行う他の検査装置は、テンプレート選択画像からテンプレートを切出すテンプレート切出し手段と、前記テンプレート選択画像における前記テンプレートとの類似度の分布である周辺類似度分布情報を算出する周辺類似度算出手段と、前記探索画像における前記テンプレートと類似度が高い領域をマッチング上位候補として選定して切出すマッチング上位候補選定部と、前記探索画像における前記マッチング上位候補との類似度の分布である探索画像対上位候補類似度分布情報を算出する探索画像類似度算出部と、前記周辺類似度分布と前記探索画像対上位類似候補類似度分布情報との間の類似度分布間類似度情報を算出する類似度分布間類似度算出手段と、前記類似度分布間類似度に基づいてマッチング位置を決定するマッチング位置決定部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、探索画像中にテンプレートと類似したパターンが存在する場合でも正確にマッチング位置を決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明による検査装置の第１実施例の構成を示すブロック図である。カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像がテンプレート選択画像としてテンプレート登録部１に入力される。テンプレート登録部１に入力されたテンプレート選択画像からテンプレート切出し部２はテンプレートを切り出す。周辺類似度算出部３はテンプレート選択画像におけるテンプレートとの類似度の分布を周辺類似度分布情報として出力する。テンプレートや周辺類似度分布情報は探索画像に対してテンプレートマッチングを行うまでテンプレート登録部１に記憶されている。
【００２３】
カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像が探索画像として画像探索部４に入力されると、探索画像類似度算出部５は探索画像におけるテンプレートとの類似度分布を探索画像類似度分布情報として出力する。類似度分布間類似度算出部６は周辺類似度分布情報と探索画像類似度分布情報の類似度を類似度分布間類似度として出力する。マッチング位置決定部７は探索画像類似度分布情報と類似度分布間類似度からマッチング位置を決定する。
【００２４】
以下、図１の検査装置における各処理の詳細について説明する。
図２は、テンプレート選択画像と、探索画像として入力される走査式電子顕微鏡画像とを表している。走査式電子顕微鏡画像は非常にノイズが多く、そのままではパターンがノイズに埋もれてしまってパターンの判読が難しい。そのため何度か同じ画像を取り直して、それらを積算する。パターンの情報は取り直しても変化しないが、ノイズは取り直すたびにランダムに変化するため、積算することによってノイズが減少してパターンがはっきり現れるようになる。
【００２５】
次にテンプレートマッチングについて図３を用いて説明する。（１）が探索画像を（２）がテンプレート（参照画像）を表している。テンプレートマッチングとは、探索画像中でテンプレートと同じ部分を検出する処理である。具体的には、例えば探索画像にテンプレートをずらしながら重ね合わせて正規化相関を計算して、最も高い相関値が得られた場所をテンプレートと同じパターンを持った場所と判断する、といった処理が挙げられる。ＣＤ−ＳＥＭは、半導体ウェハ上の特定箇所を走査式電子顕微鏡を用いて測長する検査装置であるが、測長すべきウェハ上の箇所を特定するために、最初のウェハの測長を行う際に、測長箇所の付近でユニークなパターンを持つ部分をテンプレートとして登録しておき、次回からは同じ場所の測長ではテンプレートマッチングで得られた座標を基に測長箇所を特定するということが行われる。図３の場合には（３）のａの位置でテンプレートと同じパターンを持っている。また、同じパターンではないが次に相関値が高くなるところは（４）のｂ、ｃ、ｄ、ｅの４箇所である。更に、その次に相関値が高くなるのは（５）のｆ、ｇである。それ以外の場所では相関は殆どなく、相関値は０に近い値となる。（６）は正規化相関マップといって、座標ごとの相関値を画素値とする画像である。ａにおいて値を取りこれは１に近い値となる。ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇでも値ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’、ｆ’、ｇ’を取るが、これはａ’に比べたら低い値となる。正規化相関マップは類似度分布情報の一つの具体例である。
【００２６】
テンプレートマッチングを行う際は、前処理としてノイズ除去、エッジ強調などのフィルタを入力画像に施してから正規化相関を計算するのが望ましい。
【００２７】
図４は正規化相関マップ領域の大きさを示している。正規化相関マップの各点における値を、その点をテンプレートの左上端にあわせた時のテンプレートとの相関値として定義した時、正規化相関マップの右下端はテンプレートを探索画像の右下一杯に重ねた時のテンプレートの左上端と一致する。従って、正規化相関マップ領域の大きさは、探索画像の縦横の長さそれぞれからテンプレートの縦横の長さそれぞれを引いたものとなっている。
【００２８】
図５は正規化相関マップからマッチング位置を決定する方法の一例を説明する図である。横軸はｘ−ｙ座標、縦軸は相関値を表している。最も相関値が大きいところがテンプレートと最もよくマッチングした位置である。相関値の最大値ｖ１が所定の閾値ｔｈ１よりも小さくなっている場合はテンプレートと一致する箇所はなかったと考えるのが妥当である。また、２番目に大きい相関値ｖ２とｖ２の差ｖ１−ｖ２が所定の閾値ｔｈ２よりも小さくなっている場合は、相関値の大小ではなく、類似度分布間類似度の大小でマッチング位置を決定するなどの方法が挙げられる。若しくは、相関値と類似度分布間類似度にそれぞれ所定の重み付けを行い、和をとったものの大小でマッチング位置を決定する方法も考えられる。
【００２９】
図６は、類似度分布として正規化相関マップを用いた時の類似度分布間類似度、即ち正規化相関マップ間類似度を算出するのに使用できる領域の大きさを説明したものである。図４でも示したように、テンプレート選択画像、探索画像それぞれの正規化相関マップ領域はそれぞれの画像領域からテンプレートの大きさを除いた（ａ）（ｂ）の網掛け部分である。テンプレート位置がテンプレート選択画像の正規化相関マップ領域の左端からｌｔ、右端からｒｔ、上からｕｔ、下からｄｔ、探索画像の正規化相関マップ領域の左端からｌｓ、右端からｒｓ、上からｕｓ、下からｄｓとすると、正規化相関マップ間類似度の算出領域は横がｍｉｎ（ｌｔ，ｌｓ）＋ｍｉｎ（ｒｔ，ｒｓ）、縦がｍｉｎ（ｕｔ，ｕｓ）＋ｍｉｎ（ｄｔ，ｄｓ）の領域となり、テンプレート位置とマッチング候補位置がずれているほどこの領域は狭くなる。正規化相関マップ間類似度の算出領域があまり小さくなると正規化相関マップ間類似度の意味合いがなくなってくるので、このような時は撮影倍率を下げて広い領域で撮りなおすといった工夫が必要となる。
【００３０】
図７は、類似度分布情報を利用したテンプレートマッチングの一例を示している。まず、対象物（ａ）の計測位置を撮影してその中に含まれるユニークなパターンをテンプレートとして登録する。このとき撮影された画像（ｂ）をテンプレート選択画像といい、テンプレート選択画像から選ばれたユニークなパターン（ｃ）をテンプレートという。次に、別の対象物（ａ’）（（ａ’）は（ａ）と同じウェハ上の同一パターンを持った別の場所、例えば同じウェハ上に繰り返し形成されているダイの同一部分であってもよいし、異なるウェハ上の同一パターンを持った場所でもよい）を撮影した時に、撮影画像の中からテンプレートとマッチするパターンを探す。この撮影画像（ｂ’）を探索画像という。テンプレート選択画像（ｂ）と探索画像（ｂ’）の間には、ステージの位置決め誤差分のズレがある。このズレをテンプレートマッチングで補正する。テンプレートマッチングの結果、テンプレートとの類似度が高い箇所がマッチング位置の候補となり、これらの候補の中から最もマッチング位置に相応しい箇所が最終的なマッチング位置となる。本発明では、候補１と候補２のどちらをマッチング位置とするかを決める時に、もし候補１と候補２の類似度が非常に近い値を示したり、或いは逆転していたとしても、周辺類似度分布情報（ｄ）、及び探索画像類似度分布情報（ｄ’）を利用して候補２をマッチング位置とすることができる。即ち、テンプレート選択画像におけるテンプレート位置を原点とした周辺類似度分布情報を候補２の位置を原点とした探索画像類似度分布情報と重ね合わせると、二つの類似度分布情報がとても類似していることが分かる。つまり、共に原点周りが最も明るくて、右、下、右下にそれよりかなり暗い箇所が存在している。候補１を原点とする探索画像類似度分布情報は原点の下に最も明るい部分があり、類似度が低いことが分かる。
【００３１】
類似度分布情報間の類似度を求める際に、テンプレート選択画像のテンプレート位置における正規化相関値は常に１となるため、この位置の値は除外して類似度を求める必要がある。これはテンプレート選択画像がテンプレート位置においてテンプレートと完全に（ノイズまでも）一致するために生じる弊害である。或いはこの弊害を回避するためにテンプレート選択画像を同じ条件で２回撮影して、一方のテンプレート選択画像からテンプレートを切り出し、周辺類似度分布情報は他方のテンプレート選択画像との間で求めるようにしてもよい。
【００３２】
また、正規化相関マップは狭い範囲で高い値をとる傾向があるので、パターンの歪みや画像の回転（電子顕微鏡ではローレンツ力の影響で画像が僅かに回転することがある）などを考慮すると、正規化相関マップをそのまま使用するより、正規化相関マップにガウスフィルタや最大値フィルタを施して明るい部分を太らせた後、正規化相関マップ間の類似度を求めたほうがよい。また、高速化のために正規化相関マップの解像度を落として正規化相関マップ間の類似度を求めるのも有効な手段である。
【００３３】
更に、類似度分布情報は、画像としてではなく、類似度が高い箇所の座標情報と類似度をリストにしたもので表現されていてもよい。
【００３４】
図８は、本発明の検査装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。図１と同じ参照符は同様の構成要素を示す。カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像がテンプレート選択画像としてテンプレート登録部１に入力される。テンプレート登録部１に入力されたテンプレート選択画像からテンプレート切出し部２はテンプレートを切り出す。周辺類似度算出部３はテンプレート選択画像におけるテンプレートとの類似度の分布を周辺類似度分布情報として出力する。テンプレートや周辺類似度分布情報は探索画像に対してテンプレートマッチングを行うまでテンプレート登録部１に記憶されている。
【００３５】
この第２の実施例では、図１に示す第１の実施例に対して、探索画像類似度算出部５から類似度分布間類似度算出部６へ出力される探索画像類似度分布情報が、探索画像におけるテンプレートとの類似度分布ではなく、探索画像中のマッチング上位候補との類似度分布であるところが異なっている。マッチング上位候補とは、探索画像においてテンプレートとの類似度が高い順に選択され切出された領域である。
【００３６】
カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像が探索画像として画像探索部４に入力されると、探索画像類似度算出部５は探索画像におけるマッチング上位候補との類似度分布を探索画像対上位候補類似度分布情報として出力する。類似度分布間類似度算出部６は周辺類似度分布情報と探索画像対上位候補類似度分布情報の類似度を類似度分布間類似度として出力する。マッチング位置決定部７は探索画像類似度分布情報と類似度分布間類似度からマッチング位置を決定する。
【００３７】
また、第１の実施例では、類似度分布間類似度算出部６は、探索画像の各点を原点とする探索画像類似度分布情報に対して類似度分布間類似度を分布の形で算出してマッチング位置決定部に出力するようにしても良いが、第２の実施例では、予め求められた幾つかのマッチング上位候補に対してのみ類似度分布間類似度を算出してマッチング位置決定部に出力する。このようにすることでテンプレートと探索画像間に僅かな回転や拡縮が生じていても、探索画像類似度分布情報はその影響を受けないようにすることができる。なぜならば、マッチング上位候補は探索画像の部分画像であり、探索画像と同様の回転や拡縮を受けているからである。
【００３８】
図９は、第２の実施例の探索画像類似度算出部６を詳細に示すブロック図である。探索画像対テンプレート類似度算出部８は、探索画像とテンプレートから探索画像におけるテンプレートとの類似度の分布を求める。これはマッチング上位候補選定部９に送られ、類似度が高かった幾つかの座標が上位候補として選ばれる。
【００３９】
第１の実施例では、探索画像類似度分布情報として探索画像の各点における類似度がマッチング位置決定部７に送られるようにしても良いが、第２の実施例では、マッチング上位候補の座標と類似度がリストとしてマッチング位置決定部７に送られる。
【００４０】
マッチング上位候補選定部９で求めた上位候補座標は上位候補切出し部１０に送られ、各座標においてテンプレートに対応する領域が探索画像から切り出される。探索画像対上位候補類似度分布算出部１１は、探索画像における各上位候補との類似度分布情報を算出する。
【００４１】
このとき、類似度分布間類似度算出部６には上位候補の座標も一緒に送られ、これらの座標を原点とする類似度分布間類似度のみが算出される。
【００４２】
図１０は、図７の例に対して（１）探索画像及び（３）テンプレートを２／３倍の倍率で撮影したものである。（２）探索画像の正規化相関マップは、図７に比べてより広い範囲に亘り、図６で説明した正規化相関マップ間類似度算出領域も広く取ることが出来る。
【００４３】
図１１は、図１０と同じ倍率で撮影したものだが、テンプレートサイズを２／３にしないで元のままの大きさにしている。結果的に（３）テンプレートは図７よりも広い領域を占めている。また、（２）探索画像の正規化相関マップがテンプレートのオフセット分だけ平行移動したようになっている。撮影倍率に応じてテンプレートサイズを変えない場合にはこのことに注意する必要がある。
【００４４】
図１２は、図１に示す第１の実施例において類似度分布間類似度算出領域を広く取るために、異なる倍率でテンプレート選択画像と探索画像を撮影する場合を示す図である。図１と同じ参照符は同様の構成要素を示す。カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像がテンプレート選択画像としてテンプレート登録部１に入力される。テンプレート登録部１に入力されたテンプレート選択画像からテンプレート切出し部２はテンプレートを切り出す。周辺類似度算出部３はテンプレート選択画像におけるテンプレートとの類似度の分布を周辺類似度分布情報として出力する。テンプレートや周辺類似度分布情報は探索画像に対してテンプレートマッチングを行うまでテンプレート登録部１に記憶されている。
【００４５】
カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像が探索画像として画像探索部４に入力されると、探索画像類似度算出部５は探索画像におけるマッチング上位候補との類似度分布を探索画像対上位候補類似度分布情報として出力する。類似度分布間類似度算出部６は周辺類似度分布情報と探索画像対上位候補類似度分布情報の類似度を類似度分布間類似度として出力する。マッチング位置決定部７は探索画像類似度分布情報と類似度分布間類似度からマッチング位置を決定する。
【００４６】
図１２の例では、図１の場合と異なり、テンプレート切出し部２は倍率の異なる２枚のテンプレートを切り出す。周辺類似度分布情報の算出は第２倍率のみ使用する。探索画像類似度算出部５は２つの倍率用にそれぞれ探索画像類似度分布情報を算出する。類似度間類似度の算出は第２倍率のみ使用する。
【００４７】
図１３は、図８に示す第２の実施例において異なる倍率でテンプレート選択画像と探索画像を撮影した場合の例を示す。図８と同じ参照符は同様の構成要素を示す。カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像がテンプレート選択画像としてテンプレート登録部１に入力される。テンプレート登録部１に入力されたテンプレート選択画像からテンプレート切出し部２はテンプレートを切り出す。周辺類似度算出部３はテンプレート選択画像におけるテンプレートとの類似度の分布を周辺類似度分布情報として出力する。テンプレートや周辺類似度分布情報は探索画像に対してテンプレートマッチングを行うまでテンプレート登録部１に記憶されている。
【００４８】
カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像が探索画像として画像探索部４に入力されると、探索画像類似度算出部５は探索画像におけるマッチング上位候補との類似度分布を探索画像対上位候補類似度分布情報として出力する。類似度分布間類似度算出部６は周辺類似度分布情報と探索画像対上位候補類似度分布情報の類似度を類似度分布間類似度として出力する。マッチング位置決定部７は探索画像類似度分布情報と類似度分布間類似度からマッチング位置を決定する。
【００４９】
この図１３の例では、図１２の例において異なる倍率でテンプレート選択画像と探索画像を撮影した場合と比べると、探索画像類似度算出部５から類似度分布間類似度算出部６へ出力される探索画像類似度分布情報が、第２倍率のテンプレートとの類似度ではなく、第２倍率の上位候補との類似度である点が異なる。
【００５０】
図１４は、図１３における探索画像類似度算出部６を詳細に示したものである。図９と同じ参照符は同様の構成要素を示す。探索画像対テンプレート類似度算出部８は、探索画像とテンプレートから探索画像におけるテンプレートとの類似度の分布を求める。これはマッチング上位候補選定部９に送られ、類似度が高かった幾つかの座標が上位候補として選ばれる。マッチング上位候補選定部９で求めた上位候補座標は上位候補切出し部１０に送られ、各座標においてテンプレートに対応する領域が探索画像から切り出される。探索画像対上位候補類似度分布算出部１１は、探索画像における各上位候補との類似度分布情報を算出する。
【００５１】
図１４の例で図９の例と異なるのは、探索画像対テンプレート類似度算出部８は第１倍率のみ、上位候補対応部分切出し部１０と探索画像対上位候補類似度算出部１１は第２倍率のみ使用する点である。
【００５２】
図１２から図１４では倍率が２段階の場合を示したが、一般に倍率がｎ段階の場合も２段階の場合と同様に考えることが出来る。但し、マッチング位置決定部に複数の倍率における類似度分布間類似度が入力されるので、これらの扱いを定義する必要がある。一例としては、各倍率における類似度分布間類似度を重み付けした和を用いることが挙げられる。別の例としては、倍率を変更したときの類似度分布間類似度の変動が所定の閾値以内に収まるようになった最初の倍率における類似度分布間類似度を使用することが挙げられる。
【００５３】
図１２から図１４に対応する、倍率がｎ段階の場合の構成を図１５から図１７に示す。
図１５は、図１２に示す２段階の倍率の代わりにｎ段階の倍率でテンプレート選択画像と探索画像を撮影する場合を示す図である。図１２と同じ参照符は同様の構成要素を示す。カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像がテンプレート選択画像としてテンプレート登録部１に入力される。テンプレート登録部１に入力されたテンプレート選択画像からテンプレート切出し部２はテンプレートを切り出す。周辺類似度算出部３はテンプレート選択画像におけるテンプレートとの類似度の分布を周辺類似度分布情報として出力する。テンプレートや周辺類似度分布情報は探索画像に対してテンプレートマッチングを行うまでテンプレート登録部１に記憶されている。
【００５４】
カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像が探索画像として画像探索部４に入力されると、探索画像類似度算出部５は探索画像におけるマッチング上位候補との類似度分布を探索画像対上位候補類似度分布情報として出力する。類似度分布間類似度算出部６は周辺類似度分布情報と探索画像対上位候補類似度分布情報の類似度を類似度分布間類似度として出力する。マッチング位置決定部７は探索画像類似度分布情報と類似度分布間類似度からマッチング位置を決定する。
【００５５】
図１５の例では、テンプレート切出し部２は倍率の異なるｎ枚のテンプレートを切り出す。周辺類似度分布情報の算出は第２〜ｎ倍率を使用する。探索画像類似度算出部５はｎ個の倍率用にそれぞれ探索画像類似度分布情報を算出する。類似度間類似度の算出は第２〜ｎ倍率を使用する。
【００５６】
図１６は、図１３に示す２段階の倍率の代わりにｎ段階の倍率でテンプレート選択画像と探索画像を撮影する場合を示す図である。図１３と同じ参照符は同様の構成要素を示す。カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像がテンプレート選択画像としてテンプレート登録部１に入力される。テンプレート登録部１に入力されたテンプレート選択画像からテンプレート切出し部２はテンプレートを切り出す。周辺類似度算出部３はテンプレート選択画像におけるテンプレートとの類似度の分布を周辺類似度分布情報として出力する。テンプレートや周辺類似度分布情報は探索画像に対してテンプレートマッチングを行うまでテンプレート登録部１に記憶されている。
【００５７】
カメラや電子顕微鏡などで撮影された画像、或いはそれを一旦保存しておいた画像が探索画像として画像探索部４に入力されると、探索画像類似度算出部５は探索画像におけるマッチング上位候補との類似度分布を探索画像対上位候補類似度分布情報として出力する。類似度分布間類似度算出部６は周辺類似度分布情報と探索画像対上位候補類似度分布情報の類似度を類似度分布間類似度として出力する。マッチング位置決定部７は探索画像類似度分布情報と類似度分布間類似度からマッチング位置を決定する。
【００５８】
この図１６の例では、図１５の例において異なる倍率でテンプレート選択画像と探索画像を撮影した場合と比べると、探索画像類似度算出部５から類似度分布間類似度算出部６へ出力される探索画像類似度分布情報が、第２〜ｎ倍率のテンプレートとの類似度ではなく、第２〜ｎ倍率の上位候補との類似度である点が異なる。
【００５９】
図１７は、図１６における探索画像類似度算出部６を詳細に示したものである。図１４と同じ参照符は同様の構成要素を示す。探索画像対テンプレート類似度算出部８は、探索画像とテンプレートから探索画像におけるテンプレートとの類似度の分布を求める。これはマッチング上位候補選定部９に送られ、類似度が高かった幾つかの座標が上位候補として選ばれる。マッチング上位候補選定部９で求めた上位候補座標は上位候補切出し部１０に送られ、各座標においてテンプレートに対応する領域が探索画像から切り出される。探索画像対上位候補類似度分布算出部１１は、探索画像における各上位候補との類似度分布情報を算出する。
【００６０】
図１７の例で図１４の例と異なるのは、探索画像対テンプレート類似度算出部８は第１倍率のみ、上位候補対応部分切出し部１０と探索画像対上位候補類似度算出部１１は第２〜ｎ倍率を使用する点である。
【００６１】
図１８は登録テンプレートデータセットの確認画面の例を示している。１つのテンプレートデータセットは複数(或いは１つ)の倍率で撮影された画像から構成され、各倍率の画像にはテンプレート選択画像、テンプレート、類似度分布情報などが含まれる。各画像毎にサイズやテンプレート座標などマッチング位置決定に使用される数字が記憶されている。図１８は各倍率のテンプレートが同じ領域を有している場合である。このとき第１倍率のテンプレートに対する他の倍率のテンプレートのオフセットは常に０である。
【００６２】
図１９は、図１８と異なり、各倍率のテンプレートの有する領域が異なっている場合を示している。このときは各倍率のテンプレートにオフセットが付き、その分類似度分布情報が平行移動したように見える。
【００６３】
今までは類似度分布情報として正規化相関マップを用いた場合について説明してきた。正規化相関は以下のように計算される。
Ｎ１×Ｎ２のサイズの画像ｆ（ｎ１，ｎ２）とｇ（ｎ１，ｎ２）に対して
【００６４】
【数１】
2008065458.tif 000003
と置いたとき、正規化相関は
【００６５】
【数２】
2008065458.tif 000004
と計算される。ここで、０≦ｎ１≦Ｎ１−１、０≦ｎ２≦Ｎ２−１であり、
【００６６】
【数３】
2008065458.tif 000005
は
【００６７】
【数４】
2008065458.tif 000006
を表している。Ｎ１×Ｎ２はテンプレートのサイズである。ｆとｇはテンプレートと対象領域である。
【００６８】
類似度分布情報としては正規化相関マップ以外のものを使うことも出来る。例えば位相限定相関関数を使うことが出来る。位相限定相関関数について以下説明する。
【００６９】
Ｎ１×Ｎ２のサイズの画像ｆ（ｎ１，ｎ２）とｇ（ｎ１，ｎ２）(但し−Ｎ１／２≦ｎ１≦（Ｎ１／２）−１、−Ｎ２／２≦ｎ２≦（Ｎ２／２）−１）に対してその離散フーリエ変換をＦ（ｋ１，ｋ２）、Ｇ（ｋ１，ｋ２）とすると、
【００７０】
【数５】
2008065458.tif 000007
と書ける。ここで、−Ｎ１／２≦ｋ１≦（Ｎ１／２）−１、−Ｎ２／２≦ｋ２≦（Ｎ２／２）−１、
【００７１】
【数６】
2008065458.tif 000008
、
【００７２】
【数７】
2008065458.tif 000009
は
【００７３】
【数８】
2008065458.tif 000010
を表す。
【００７４】
ＡＦ（ｋ１，ｋ２）、ＡＧ（ｋ１，ｋ２）はＦ（ｋ１，ｋ２）、Ｇ（ｋ１，ｋ２）の振幅成分、
【数９】
2008065458.tif 000011
は位相成分である。
【００７５】
相互スペクトルは
【数１０】
2008065458.tif 000012
と書ける。
【００７６】
ここで
【数１１】
2008065458.tif 000013
はＧ（ｋ１，ｋ２）の複素共役、θ（ｋ１，ｋ２）＝θＦ（ｋ１，ｋ２）−θＧ（ｋ１，ｋ２）である。
【００７７】
【数１２】
2008065458.tif 000014
を相互位相スペクトルとすると
【００７８】
【数１３】
2008065458.tif 000015
と書ける。
【００７９】
【数１４】
2008065458.tif 000016
の逆離散フーリエ変換が位相限定相関関数
【００８０】
【数１５】
2008065458.tif 000017
であり、
【００８１】
【数１６】
2008065458.tif 000018
と書ける。
【００８２】
ここで
【数１７】
2008065458.tif 000019
は
【００８３】
【数１８】
2008065458.tif 000020
を意味する。
【００８４】
ｆとｇは同じサイズでなければいけないので、テンプレートは探索画像と同じ大きさに０拡張する。
【００８５】
テンプレート選択画像と探索画像の間に回転や拡縮が生じている場合には、回転や拡縮がどの程度かを推定する方法もある。詳細は、長嶋聖, 青木孝文, 常田るり子,"位相限定相関法に基づく電子顕微鏡画像の倍率推定アルゴリズム,"信学技報, SIP2005-42, pp. 19--24, June 2005.にあるが、ここでは概要を図２０を用いて示す。
【００８６】
テンプレート選択画像（ａ）、及び探索画像（ａ’）の振幅スペクトル（ｂ）（ｂ’）を計算する。振幅スペクトルは原画像の平行移動に関して不変なので、回転と拡縮のみを反映したものとなる。これにlog-polar変換（極座標変換の後、動径方向に対数を施したもの（ｃ）（ｃ’））を施すと、回転はｘ−軸、拡縮はｙ−軸方向の平行移動量として検出される。
このようにして回転や拡縮がどの程度かを推定しておき、それに応じてテンプレートや周辺類似度分布情報に回転や拡縮を施しておくことで、より確実なテンプレート・マッチングが期待できる。その際、テンプレートのオフセットには注意を払う必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明による検査装置の第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】テンプレート選択画像と、探索画像として入力される走査式電子顕微鏡画像である。
【図３】テンプレートマッチングの概念図である。
【図４】正規化相関マップ領域の大きさを示す図である。
【図５】正規化相関マップからマッチング位置を決定する方法の一例を説明する図である。
【図６】正規化相関マップ間類似度を算出するのに使用できる領域の大きさを説明する図である。
【図７】類似度分布情報を利用したテンプレートマッチングの一例を示す図である。
【図８】本発明の検査装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。
【図９】第２の実施例の探索画像類似度算出部を詳細に示すブロック図である。
【図１０】低倍率撮影時の概念図（オフセットなし）である。
【図１１】低倍率撮影時の概念図（オフセット有り）である。
【図１２】第１の実施例の変形例を示すブロック図である。
【図１３】第２の実施例の変形例を示すブロック図である。
【図１４】第２の実施例の変形例の探索画像類似度算出部を詳細に示すブロック図である。
【図１５】倍率をｎ倍にした第１の実施例の変形例を示すブロック図である。
【図１６】倍率をｎ倍にした第２の実施例の変形例を示すブロック図である。
【図１７】倍率をｎ倍にした第２の実施例の変形例の探索画像類似度算出部を詳細に示すブロック図である。
【図１８】登録テンプレートデータセットの確認画面の一例（オフセットなし）を示す図である。
【図１９】登録テンプレートデータセットの確認画面の他の例（オフセット有り）を示す図である。
【図２０】画像間の回転、拡縮の検出方法の概念図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  テンプレート登録部
２  テンプレート切出し部
３  周辺類似度算出部
４  画像探索部
５  探索画像類似度算出部
６  類似度分布間類似度算出部
７  マッチング位置決定部
８  探索画像対テンプレート類似度算出部
９  マッチング上位候補選定部
１０  上位候補切出し部
１１  探索画像対上位候補類似度分布算出部
【図１】
2008065458.tif 000021
【図２】
2008065458.tif 000022
【図３】
2008065458.tif 000023
【図４】
2008065458.tif 000024
【図５】
2008065458.tif 000025
【図６】
2008065458.tif 000026
【図７】
2008065458.tif 000027
【図８】
2008065458.tif 000028
【図９】
2008065458.tif 000029
【図１０】
2008065458.tif 000030
【図１１】
2008065458.tif 000031
【図１２】
2008065458.tif 000032
【図１３】
2008065458.tif 000033
【図１４】
2008065458.tif 000034
【図１５】
2008065458.tif 000035
【図１６】
2008065458.tif 000036
【図１７】
2008065458.tif 000037
【図１８】
2008065458.tif 000038
【図１９】
2008065458.tif 000039
【図２０】
2008065458.tif 000040