一种用于缺陷检测的图像亚像素配准方法及装置与流程

本技术涉及缺陷检测，特别是涉及一种用于缺陷检测的图像亚像素配准方法及装置。

背景技术：

1、在先进半导体制造工艺中，掩模版的图形精度直接决定了芯片的良率。掩模版缺陷检测作为制程质量控制的关键环节，其准确性直接影响后续光刻工序的质量。目前，主流的掩模缺陷检测方法普遍基于参考图像（reference image）与待检测图像（test image）之间的差分信号来实现缺陷的识别与提取，即通过将待检测图像与无缺陷的参考图像进行像素级比对，提取两者之间的差异区域作为潜在缺陷。

2、若直接对两幅图像进行差分运算，在实际检测场景中因机台振动、运动台定位精度不足等原因，真实缺陷信号容易被位置误差引起的非缺陷噪声所掩盖，导致检测结果的信噪比显著降低，出现大量误检和漏检。为此，需要在差分运算之前对两幅图像进行高精度的位置配准，以抑制位置因素引入的误差干扰。

3、现有方案中为实现配准，通常采用“粗定位+精定位”的两级配准策略。其中，在精定位阶段，通过二次多项式或抛物面拟合等多项式拟合方法逼近真实的极值位置。但在实际应用中，这种处理方式暴露出明显的局限性。

4、首先，该类方法依赖强假设，默认“粗定位”阶段获得的两图像的相关峰形状符合理想的二次抛物线或高斯分布。但实际检测中，受图像纹理复杂度、噪声干扰、离焦、散焦以及轻微旋转等因素影响，相关峰的形状往往呈现非对称畸变，沿用现有的方式，常常导致拟合结果出现偏差甚至完全失败。其次，多项式拟合仅利用峰值邻域内的3或5个采样点来推算极值位置，采样点数量过少导致抗噪能力较弱，在低对比度或缺陷特征微弱的场景下，定位精度会急剧下降。此外，多项式模型的阶数通常较低以保障计算稳定性，低阶模型本身无法表达高频细节信息，使得图像的配准精度具有明显的瓶颈，无法满足先进制程掩模缺陷检测对图像配准精度的严苛要求。

5、因此，本领域亟需一种能够在复杂检测条件下具备高精度特性的缺陷检测图像亚像素配准方案，以突破现有配准方案的精度上限。

技术实现思路

1、基于上述问题，本技术提供了一种用于缺陷检测的图像亚像素配准方法及装置，目的是提升缺陷检测图像的配准精度。

2、本技术实施例公开了如下技术方案：

3、本技术第一方面提供了一种用于缺陷检测的图像亚像素配准方法，该方法包括：

4、获取待检测样品的待检测图像和无缺陷的样品的参考图像；

5、计算所述待检测图像与所述参考图像之间的相关响应信号，并从所述相关响应信号中搜索峰值位置；所述相关响应信号用于表征所述待检测图像与所述参考图像的互相关关系；所述峰值位置指示所述待检测图像与所述参考图像的整像素偏移量；

6、在所述相关响应信号中，截取所述峰值位置的邻域信号，基于亚像素倍数对所述邻域信号进行基于线性调频z变换的二维频域细化处理，得到细化相关响应面；其中，在二维频域细化处理中分别进行所述亚像素倍数的采样；

7、从所述细化相关响应面搜索最大值位置，并基于所述最大值位置计算所述待检测图像与所述参考图像的亚像素偏移修正量；

8、根据所述整像素偏移量和所述亚像素偏移修正量实现所述待检测图像与所述参考图像的配准。

9、在第一方面的可选实现方式中，所述基于所述最大值位置计算所述待检测图像与所述参考图像的亚像素偏移修正量，包括：

10、根据所述最大值位置、所述亚像素倍数和截取窗口的尺寸，计算所述待检测图像与所述参考图像的亚像素偏移修正量。

11、在第一方面的可选实现方式中，所述截取窗口的尺寸为l×l，所述待检测图像与所述参考图像的亚像素偏移修正量为：

12、，其中，△x、△y分别为x、y方向上的亚像素偏移修正量，imax、jmax分别为所述最大值位置对应的x、y坐标，k为所述亚像素倍数。

13、在第一方面的可选实现方式中，所述根据所述整像素偏移量和所述亚像素偏移修正量实现所述待检测图像与所述参考图像的配准，包括：

14、将所述整像素偏移量和所述亚像素偏移修正量求和以得到总偏移量，根据所述总偏移量实现所述待检测图像与所述参考图像的配准。

15、在第一方面的可选实现方式中，所述基于亚像素倍数对所述邻域信号进行基于线性调频z变换的二维频域细化处理，得到细化相关响应面，包括：

16、对所述邻域信号进行频域变换，得到所述邻域信号对应的频域矩阵；

17、对频域矩阵的每一行进行线性调频z变换，得到第一细化频域数据；

18、将第一细化频域数据的每一列进行线性调频z变换，得到二维细化频域数据；

19、对所述二维细化频域数据进行逆变换，得到所述细化相关响应面。

20、在第一方面的可选实现方式中，所述截取窗口的尺寸为l×l，经线性调频z变换后的输出点数为m=l×k，k为所述亚像素倍数；根据所述m确定所述线性调频z变换的步进因子，使所述线性调频z变换在行方向和列方向上的频率采样间隔缩小k倍。

21、在第一方面的可选实现方式中，所述线性调频z变换的起始复频率为根据所述邻域信号的中心位置确定，所述起始复频率用于使所述细化相关响应面的中心位置与所述邻域信号的中心位置对应。

22、在第一方面的可选实现方式中，所述计算所述待检测图像与所述参考图像之间的相关响应信号，包括：

23、对所述待检测图像和所述参考图像分别进行傅里叶变换，得到所述待检测图像的频谱数据和所述参考图像的频谱数据；基于所述待检测图像的频谱数据和所述参考图像的频谱数据构造互功率谱，并对所述互功率谱进行归一化处理；对归一化处理后的互功率谱进行逆傅里叶变换，得到所述相关响应信号；或者，

24、在空间域内计算所述待检测图像与所述参考图像在多个候选相对位移下的归一化互相关值，得到作为所述相关响应信号的归一化互相关矩阵。

25、在第一方面的可选实现方式中，所述在所述相关响应信号中，截取所述峰值位置的邻域信号，包括：

26、基于所述相关响应信号在所述峰值位置的邻近区域的响应分布，确定所述峰值位置对应的相关峰的主瓣宽度；

27、根据所述主瓣宽度确定截取窗口的尺寸参数l；其中，l大于或等于3，且l小于或等于所述主瓣宽度的2倍；

28、以所述峰值位置为中心，按照所述截取窗口的尺寸参数l在所述相关响应信号中截取尺寸为l×l的二维窗口，得到所述邻域信号。

29、本技术第二方面提供了一种用于缺陷检测的图像亚像素配准装置，该装置包括：

30、图像获取模块，用于获取待检测样品的待检测图像和无缺陷的样品的参考图像；

31、整像素偏移量计算模块，用于计算所述待检测图像与所述参考图像之间的相关响应信号，并从所述相关响应信号中搜索峰值位置；所述相关响应信号用于表征所述待检测图像与所述参考图像的互相关关系；所述峰值位置指示所述待检测图像与所述参考图像的整像素偏移量；

32、二维频域细化处理模块，用于在所述相关响应信号中，截取所述峰值位置的邻域信号，基于亚像素倍数对所述邻域信号进行基于线性调频z变换的二维频域细化处理，得到细化相关响应面；其中，在二维频域细化处理中分别进行所述亚像素倍数的采样；

33、亚像素偏移修正量计算模块，用于从所述细化相关响应面搜索最大值位置，并基于所述最大值位置计算所述待检测图像与所述参考图像的亚像素偏移修正量；

34、配准模块，用于根据所述整像素偏移量和所述亚像素偏移修正量实现所述待检测图像与所述参考图像的配准。

35、相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：

36、本技术通过先计算待检测图像与无缺陷的样品的参考图像之间的相关响应信号，获得能够反映两幅图像整体位移关系的峰值位置，再围绕该峰值位置截取局部邻域信号，并基于亚像素倍数k采用线性调频z变换对该邻域信号进行二维频域细化处理，使得采样间隔缩小k倍，从而在相关峰附近形成采样密度更高的细化相关响应面。相比直接依据整像素峰值进行配准，或者仅通过空域插值、曲线拟合等方式估计亚像素位置，本技术能够在频域层面对相关峰局部区域进行高分辨率重建，具体体现在每个维度进行亚像素倍数的采样，增大了采样点数，提高了缺陷检测的抗噪能力，且显著提升了检测精度。同时，由于细化处理仅针对峰值邻域进行，而非对整幅相关响应信号进行全局高倍插值，因此能够在保证计算效率的基础上有效提高配准精度。通过将整像素偏移量与亚像素偏移修正量结合，可实现更加准确的横向和纵向配准，提高缺陷检测结果的准确性和可靠性。因此，本技术在待检测图像与参考图像之间的相关响应信号中搜索峰值位置，并在该峰值的邻域内进行处理，实现检测图像与参考图像的配准，实现了“粗定位+精定位”。此外，在精定位时，进一步通过在峰值的邻域内进行二维频域细化处理的步骤，在行、列维度分别进行亚像素倍数采样的线性调频z变换，增大了采样点数，提高了抗噪能力。而且，还基于二维频域细化处理得到的细化相关响应面计算得到检测图像与参考图像像的亚像素偏移修正量，从而可实现检测图像与参考图像的高精度配准。因此，通过本技术的上述方案不仅提高了检测图像与参考图像的配准精度，而且提高了抗噪能力，能满足先进制程缺陷检测对匹配精度的严苛要求。