JP4970570B2 - Pattern inspection device, image alignment method and program - Google Patents

Pattern inspection device, image alignment method and program Download PDF

Info

Publication number
JP4970570B2
JP4970570B2 JP2010138058A JP2010138058A JP4970570B2 JP 4970570 B2 JP4970570 B2 JP 4970570B2 JP 2010138058 A JP2010138058 A JP 2010138058A JP 2010138058 A JP2010138058 A JP 2010138058A JP 4970570 B2 JP4970570 B2 JP 4970570B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
reference image
squares
optical image
corrected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010138058A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012002674A (en
Inventor
恭司 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
NEC Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, NEC Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2010138058A priority Critical patent/JP4970570B2/en
Publication of JP2012002674A publication Critical patent/JP2012002674A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4970570B2 publication Critical patent/JP4970570B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Description

本発明は、パターン検査装置、画像位置合わせ方法、或いは、かかる方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに係り、例えば、半導体製造に用いる試料となる物体のパターン欠陥を検査するパターン検査技術に関し、半導体素子や液晶ディスプレイ(LCD)を製作するときに使用されるフォトマスク、ウェハ、あるいは液晶基板などの極めて小さなパターンの欠陥を検査する装置に関する。   The present invention relates to a pattern inspection apparatus, an image alignment method, or a program for causing a computer to execute the method, and relates to, for example, a pattern inspection technique for inspecting a pattern defect of an object serving as a sample used in semiconductor manufacturing. The present invention relates to an apparatus for inspecting a defect of an extremely small pattern such as a photomask, a wafer, or a liquid crystal substrate used for manufacturing an element or a liquid crystal display (LCD).

近年、大規模集積回路(LSI)の高集積化及び大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅はますます狭くなってきている。これらの半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン(マスク或いはレチクルともいう。以下、マスクと総称する)を用いて、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。よって、かかる微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、微細な回路パターンを描画することができるパターン描画装置を用いる。かかるパターン描画装置を用いてウェハに直接パターン回路を描画することもある。或いは、電子ビーム以外にもレーザビームを用いて描画するレーザビーム描画装置の開発が試みられている。   In recent years, the circuit line width required for a semiconductor element has been increasingly narrowed as a large scale integrated circuit (LSI) is highly integrated and has a large capacity. These semiconductor elements use an original pattern pattern (also referred to as a mask or a reticle, hereinafter referred to as a mask) on which a circuit pattern is formed, and the pattern is exposed and transferred onto a wafer by a reduction projection exposure apparatus called a stepper. It is manufactured by forming a circuit. Therefore, a pattern drawing apparatus capable of drawing a fine circuit pattern is used for manufacturing a mask for transferring such a fine circuit pattern onto a wafer. A pattern circuit may be directly drawn on a wafer using such a pattern drawing apparatus. Alternatively, development of a laser beam drawing apparatus for drawing using a laser beam in addition to an electron beam has been attempted.

そして、多大な製造コストのかかるLSIの製造にとって、歩留まりの向上は欠かせない。しかし、1ギガビット級のDRAM(ランダムアクセスメモリ)に代表されるように、LSIを構成するパターンは、サブミクロンからナノメータのオーダーになろうとしている。歩留まりを低下させる大きな要因の一つとして、半導体ウェハ上に超微細パターンをフォトリソグラフィ技術で露光、転写する際に使用されるマスクのパターン欠陥があげられる。近年、半導体ウェハ上に形成されるLSIパターン寸法の微細化に伴って、パターン欠陥として検出しなければならない寸法も極めて小さいものとなっている。そのため、LSI製造に使用される転写用マスクの欠陥を検査するパターン検査装置の高精度化が必要とされている。   In addition, improvement in yield is indispensable for manufacturing an LSI that requires a large amount of manufacturing cost. However, as represented by a 1 gigabit class DRAM (Random Access Memory), the pattern constituting the LSI is about to be in the order of submicron to nanometer. One of the major factors that reduce the yield is a pattern defect of a mask used when an ultrafine pattern is exposed and transferred onto a semiconductor wafer by a photolithography technique. In recent years, with the miniaturization of LSI pattern dimensions formed on semiconductor wafers, the dimensions that must be detected as pattern defects have become extremely small. Therefore, it is necessary to improve the accuracy of a pattern inspection apparatus that inspects defects in a transfer mask used in LSI manufacturing.

一方、マルチメディア化の進展に伴い、LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ)は、500mm×600mm、またはこれ以上への液晶基板サイズの大型化と、液晶基板上に形成されるTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)等のパターンの微細化が進んでいる。従って、極めて小さいパターン欠陥を広範囲に検査することが要求されるようになってきている。このため、このような大面積LCDのパターン及び大面積LCDを製作する時に用いられるフォトマスクの欠陥を短時間で、効率的に検査する試料検査装置の開発も急務となってきている。   On the other hand, with the development of multimedia, LCDs (Liquid Crystal Display) are increasing in size of the liquid crystal substrate to 500 mm × 600 mm or more, and TFTs (Thin Film Transistors) formed on the liquid crystal substrate. : Thin film transistors) and the like are being miniaturized. Therefore, it is required to inspect a very small pattern defect over a wide range. For this reason, there is an urgent need to develop a sample inspection apparatus for efficiently inspecting defects of a photomask used in manufacturing such a large area LCD pattern and a large area LCD in a short time.

ここで、従来のパターン検査装置では、拡大光学系を用いてリソグラフィマスク等の試料上に形成されているパターンを所定の倍率で撮像した光学画像と、設計データ、あるいは試料上の同一パターンを撮像した光学画像と比較することにより検査を行うことが知られている。例えば、パターン検査方法として、同一マスク上の異なる場所の同一パターンを撮像した光学画像データ同士を比較する「die to die検査」や、パターン設計されたCADデータをマスクにパターンを描画する時に描画装置が入力するための装置入力フォーマットに変換した描画データ(設計パターンデータ)を検査装置に入力して、これをベースに設計画像データ(参照画像)を生成して、それとパターンを撮像した測定データとなる光学画像とを比較する「die to database検査」がある。かかる検査装置における検査方法では、試料はステージ上に載置され、ステージが動くことによって光束が試料上を走査し、検査が行われる。試料には、光源及び照明光学系によって光束が照射される。試料を透過あるいは反射した光は光学系を介して、センサ上に結像される。センサで撮像された画像は測定データとして比較回路へ送られる。比較回路では、画像同士の位置合わせの後、測定データと参照データとを適切なアルゴリズムに従って比較し、一致しない場合には、パターン欠陥有りと判定する。   Here, in a conventional pattern inspection apparatus, an optical image obtained by imaging a pattern formed on a sample such as a lithography mask using a magnifying optical system at a predetermined magnification and an identical pattern on the sample are captured. It is known to perform an inspection by comparing with an optical image. For example, as a pattern inspection method, a “die to die inspection” that compares optical image data obtained by imaging the same pattern at different locations on the same mask, or a drawing apparatus that draws a pattern using pattern-designed CAD data as a mask Drawing data (design pattern data) converted into a device input format for input to the inspection device is input to the inspection device, design image data (reference image) is generated based on the drawing data, and measurement data obtained by imaging the pattern There is a “die to database test” that compares an optical image. In the inspection method in such an inspection apparatus, the sample is placed on the stage, and the stage is moved so that the light beam scans on the sample and the inspection is performed. The sample is irradiated with a light beam by a light source and an illumination optical system. The light transmitted or reflected by the sample is imaged on the sensor via the optical system. The image picked up by the sensor is sent to the comparison circuit as measurement data. The comparison circuit compares the measured data and the reference data according to an appropriate algorithm after the images are aligned, and determines that there is a pattern defect if they do not match.

ここで、参照画像と光学画像は、所定の大きさの領域ごとに比較されるが、比較するためには、参照画像と光学画像との高精度な位置合わせが必要となる。そのため、参照画像と光学画像との位置ずれ量をまず画素単位で残差2乗和演算により位置を補正した後、その位置から最小二乗法によりさらにサブ画素単位での位置補正を行なうことが行われる(例えば、特許文献1参照)。   Here, the reference image and the optical image are compared for each region having a predetermined size, but in order to compare, the reference image and the optical image need to be aligned with high accuracy. For this reason, the position deviation amount between the reference image and the optical image is first corrected for each pixel by the residual sum of squares calculation, and then the position correction for each sub-pixel is further performed from the position by the least square method. (See, for example, Patent Document 1).

しかしながら、画素単位で残差2乗和演算により位置を補正した際、本来位置合わせすべき図形の隣の図形と位置を合わせするように演算されてしまう場合があるといった問題があった。かかる問題は、例えば、ラインアンドスペースパターンのように同じような図形が繰り返し配列されたパターンや、45度ではない任意角の辺をもつ図形パターンなどで発生しやすい。隣の図形に画素単位で位置合わせ補正がなされてしまうと、その後の最小二乗法による補正ではサブ画素単位の補正となるので本来位置合わせすべき図形位置への修正が困難となってしまう。   However, when the position is corrected by the residual sum of squares calculation for each pixel, there is a problem that the calculation may be performed so as to align the position with the graphic next to the graphic that should be aligned. Such a problem is likely to occur in, for example, a pattern in which similar figures are repeatedly arranged, such as a line and space pattern, or a figure pattern having an arbitrary angle side other than 45 degrees. If the alignment correction is performed on the adjacent graphic in units of pixels, the subsequent correction by the least square method results in correction in units of sub-pixels, which makes it difficult to correct the original graphic position to be aligned.

特開2007−071630号公報JP 2007-071630 A

参照画像と光学画像を比較するためには、参照画像と光学画像との高精度な位置合わせが必要となるが、パターン寸法の微細化に伴って、参照画像と光学画像とにおけるこれらの相対的位置ずれを高い精度で検出することが困難になってきている。特に、上述したように最初の画素単位での位置合わせの段階で異なる図形同士が位置合わせされてしまうといった問題があった。   In order to compare the reference image and the optical image, it is necessary to align the reference image and the optical image with high accuracy. However, as the pattern size is reduced, the relative relationship between the reference image and the optical image is increased. It has become difficult to detect displacement with high accuracy. In particular, as described above, there is a problem in that different figures are aligned at the initial pixel-by-pixel alignment stage.

本発明は、上述した問題点を克服し、参照画像と光学画像との高精度な位置合わせを行う方法および装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for overcoming the above-described problems and performing highly accurate alignment between a reference image and an optical image.

本発明の一態様のパターン検査装置は、
パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記被検査試料の設計データに基づいて、前記光学画像と比較する参照画像を作成する参照画像作成部と、
前記光学画像と前記参照画像との合わせ位置をベースにして平行シフトした別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける位置ずれ量を取得する残差2乗和演算部と、
前記残差2乗和演算部で取得された位置ずれ量が補正された参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記補正された参照画像との合わせ位置からの位置ずれ量を演算する最小二乗法演算部と、
前記光学画像と前記残差2乗和および前記最小二乗法を用いて補正された参照画像とを比較する比較部と、
を備え、
前記残差2乗和演算部による演算を最初として、前記残差2乗和演算部と前記最小二乗法演算部は、交互に同回数だけ複数回演算を繰り返し、
前記比較部は、複数回演算が繰り返された結果得られた位置に補正された参照画像と前記光学画像とを比較することを特徴とする。
The pattern inspection apparatus according to one aspect of the present invention includes:
An optical image acquisition unit for acquiring an optical image of a test sample on which a pattern is formed;
Based on the design data of the sample to be inspected, a reference image creating unit that creates a reference image to be compared with the optical image;
Using another plurality of reference images shifted in parallel based on the alignment position of the optical image and the reference image, the optical image between the optical image and each reference image of the plurality of other reference images And the residual sum of squares that is the smallest of the calculated residual sums of squares. A residual sum-of-squares calculation unit that acquires the amount of misalignment in the combination for which
By the least-squares method of calculating using a value obtained by spatially differentiating in the x direction and a value obtained by spatially differentiating the reference image acquired by the residual sum of squares computing unit in the x direction A least-squares method computing unit that computes the amount of displacement from the alignment position of the image and the corrected reference image;
A comparison unit that compares the optical image with the reference image corrected using the residual sum of squares and the least squares method;
With
Starting with the calculation by the residual sum of squares calculation unit, the residual sum of squares calculation unit and the least squares method calculation unit alternately repeat the same number of times multiple times,
The comparison unit compares the optical image with a reference image corrected to a position obtained as a result of repeating the calculation a plurality of times.

本発明の一態様の画像位置合わせ方法は、
パターンが形成された被検査試料の光学画像と比較するために作成された第1の参照画像を第2の参照画像に代入する第1の工程と、
第2の参照画像と光学画像の残差二乗和が最小となる平行シフトによる位置補正量を探索により算出する第2の工程と、
第2の工程により算出された平行シフトによる位置補正量を示す第1のパラメータだけ第1の参照画像を位置補正して新たな第2の参照画像として得る第3の工程と、
新たな第2の参照画像に対する光学画像の平行シフト・伸縮・回転・像強度変動を未知の第2のパラメータとしてモデル化し、最小二乗法により上記第2のパラメータを算出する第4の工程と、
第4の工程により算出された第2のパラメータだけ第1の参照画像を画像補正してさらに新たな第2の参照画像として得る第5の工程と、
を備え、
前記第2から4の工程をN回、第5の工程をN−1回、第2から5の工程を順に繰り返し、
N回目の第4の工程の後、N回目の第4の工程により算出された第2のパラメータだけN回目の第4の工程で用いた新たな第2の参照画像を画像補正して第3の参照画像を得て、出力する第6の工程をさらに備えたことを特徴とする。
An image alignment method of one embodiment of the present invention includes:
A first step of substituting a first reference image created for comparison with an optical image of a sample to be inspected with a pattern into a second reference image;
A second step of calculating a position correction amount by a parallel shift that minimizes a residual sum of squares of the second reference image and the optical image;
A third step of obtaining a new second reference image by correcting the position of the first reference image by the first parameter indicating the position correction amount by the parallel shift calculated in the second step;
A fourth step of modeling the parallel shift, expansion / contraction, rotation, and image intensity variation of the optical image with respect to the new second reference image as an unknown second parameter, and calculating the second parameter by a least square method;
A fifth step of image-correcting the first reference image by the second parameter calculated in the fourth step to obtain a new second reference image;
With
Repeat the second to fourth steps N times, the fifth step N-1 times, the second to fifth steps in order,
After the Nth fourth step, the second second reference image used in the Nth fourth step is image-corrected by the second parameter calculated in the Nth fourth step and the third parameter is corrected. A sixth step of obtaining and outputting the reference image is further provided.

本発明の他の態様のパターン検査装置は、
パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記被検査試料の設計データに基づいて、前記光学画像と比較する第1の参照画像を作成する参照画像作成部と、
光学画像と前記第1の参照画像との第1番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第1番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第1番目の位置ずれ量を取得する第1番目の演算部と、
前記第1番目の位置ずれ量が補正された第2の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第2の参照画像との第2番目の合わせ位置からの第2番目の位置ずれ量を演算する第2番目の演算部と、
前記光学画像と前記第1の参照画像に前記第(2n−2)番目(但し、2≦n≦mであってn,mは整数)の位置ずれ量が補正された第(2n−1)の参照画像との第(2n−1)番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第n番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第(2n−1)番目の位置ずれ量を取得する第(2n−1)番目の演算部と、
前記第1の参照画像に前記第(2n−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2n)の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第(2n)の参照画像との合わせ位置からの第(2n)番目の位置ずれ量を演算する第(2n)番目の演算部と、
前記第1の参照画像に対し第(2m−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2m)の参照画像に対して(2m)番目の位置ずれ量が補正された第(2m+1)の参照画像と前記光学画像とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とする。
The pattern inspection apparatus according to another aspect of the present invention includes:
An optical image acquisition unit for acquiring an optical image of a test sample on which a pattern is formed;
A reference image creating unit that creates a first reference image to be compared with the optical image based on the design data of the sample to be inspected;
Using the first different reference images shifted in parallel based on the first alignment position of the optical image and the first reference image, the optical image and the first different plurality of reference images are used. And calculating a residual sum of squares of the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the first plurality of other reference images with each reference image of the reference image. A first calculation unit that obtains a first positional shift amount in a combination in which a minimum residual square sum is calculated from each residual square sum;
The optical image and the first reference image are calculated by a least square method that uses a value obtained by spatial differentiation in the x direction and a value obtained by spatial differentiation in the y direction of the second reference image in which the first positional deviation amount is corrected. A second calculation unit that calculates a second positional deviation amount from the second alignment position with the second reference image;
The (2n−1) th (2n−2) th (where 2 ≦ n ≦ m, where n and m are integers) corrected positional shift amounts in the optical image and the first reference image. Using the plurality of nth different reference images shifted in parallel based on the (2n-1) th matching position with the reference image of the reference image, the optical image and the other plurality of the nth reference images Calculating a residual sum of squares between the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the nth other reference images between each reference image of the image, A (2n-1) th arithmetic unit that obtains the (2n-1) th positional deviation amount in the combination in which the minimum residual square sum is calculated from the residual square sums;
Using a value obtained by spatially differentiating in the x direction and a value obtained by spatially differentiating in the y direction, the first reference image obtained by correcting the (2n-1) th positional deviation amount in the first reference image. A (2n) -th computing unit that computes a (2n) -th positional shift amount from the alignment position of the optical image and the (2n) reference image by a least-squares method to be computed;
The (2m + 1) th positional deviation amount corrected with respect to the (2m) th reference image with the (2m-1) th positional deviation amount corrected with respect to the first reference image. A comparison unit for comparing a reference image and the optical image;
It is provided with.

本発明の一態様の画像位置合わせ方法は、
パターンが形成された被検査試料の比較検査に用いる光学画像と参照画像とを位置合わせする画像位置合わせ方法であって、
光学画像と第1の参照画像との第1番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第1番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第1番目の位置ずれ量を取得する第1番目の演算工程と、
前記第1番目の位置ずれ量が補正された第2の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第2番目の参照画像との第2番目の合わせ位置からの第2番目の位置ずれ量を演算する第2番目の演算工程と、
前記光学画像と前記第1の参照画像に前記第(2n−2)番目(但し、2≦n≦mであってn,mは整数)の位置ずれ量が補正された第(2n−1)の参照画像との第(2n−1)番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第n番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第(2n−1)番目の位置ずれ量を取得する第(2n−1)番目の演算工程と、
前記第1の参照画像に前記第(2n−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2n)の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第(2n)の参照画像との合わせ位置からの第(2n)番目の位置ずれ量を演算する第(2n)番目の演算工程と、
前記第1の参照画像に第(2m−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2m)の参照画像に対して(2m)番目の位置ずれ量を補正して生成される第(2m+1)の参照画像と、前記光学画像とを位置合わせし、出力する位置合わせ工程と、
を備えたことを特徴とする。
An image alignment method of one embodiment of the present invention includes:
An image alignment method for aligning an optical image and a reference image used for comparative inspection of a test sample on which a pattern is formed,
The first different reference images shifted in parallel based on the first alignment position of the optical image and the first reference image are used, and the optical image and the first other plurality of reference images are used. A residual sum of squares of the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the first plurality of reference images is calculated between each reference image of the reference image, and the calculation is performed. A first calculation step of obtaining a first positional deviation amount in a combination in which a minimum residual square sum is calculated from each residual square sum;
The optical image and the first reference image are calculated by a least square method that uses a value obtained by spatial differentiation in the x direction and a value obtained by spatial differentiation in the y direction of the second reference image in which the first positional deviation amount is corrected. A second calculation step of calculating a second positional deviation amount from the second alignment position with the second reference image;
The (2n−1) th (2n−2) th (where 2 ≦ n ≦ m, where n and m are integers) corrected positional shift amounts in the optical image and the first reference image. Using the plurality of nth different reference images shifted in parallel based on the (2n-1) th matching position with the reference image of the reference image, the optical image and the other plurality of the nth reference images Calculating a residual sum of squares between the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the nth other reference images between each reference image of the image, A (2n-1) th calculation step of obtaining a (2n-1) th positional shift amount in a combination in which the minimum residual square sum is calculated from the residual square sum;
Using a value obtained by spatially differentiating in the x direction and a value obtained by spatially differentiating in the y direction, the first reference image obtained by correcting the (2n-1) th positional deviation amount in the first reference image. A (2n) th calculation step of calculating a (2n) th positional shift amount from the alignment position of the optical image and the (2n) reference image by a least square method to be calculated;
The (2m + 1) th (2m + 1) th position shift amount is generated by correcting the (2m) th position shift amount with respect to the (2m) th reference image in which the (2m-1) th position shift amount is corrected in the first reference image. ) A reference image and the optical image are aligned and output,
It is provided with.

本発明の一態様のコンピュータに実行させるためのプログラムは、
パターンが形成された被検査試料の比較検査に用いる光学画像と第1の参照画像とを記憶装置に記憶する記憶処理と、
前記記憶装置から前記光学画像と第1の参照画像とを読み出し、前記光学画像と第1番目の参照画像との第1番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第1番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第1番目の位置ずれ量を取得する第1番目の演算処理と、
前記第1番目の位置ずれ量が補正された第2の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第2の参照画像との第2番目の合わせ位置からの第2番目の位置ずれ量を演算する第2番目の演算処理と、
前記光学画像と前記第1の参照画像に前記第(2n−2)番目(但し、2≦n≦mであってn,mは整数)の位置ずれ量が補正された第(2n−1)の参照画像との第(2n−1)番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第n番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第(2n−1)番目の位置ずれ量を取得する第(2n−1)番目の演算処理と、
前記第1の参照画像に前記第(2n−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2n)の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第(2n)の参照画像との合わせ位置からの第(2n)番目の位置ずれ量を演算する第(2n)番目の演算処理と、
前記第1の参照画像に第(2m−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2m)の参照画像に対して(2m)番目の位置ずれ量を補正して生成される第(2m+1)の参照画像と、前記光学画像とを位置合わせし、出力する位置合わせ処理と、
を備えたことを特徴とする。
A program for causing a computer of one embodiment of the present invention to execute is as follows.
A storage process for storing in the storage device the optical image and the first reference image used for the comparative inspection of the test sample on which the pattern is formed;
The optical image and the first reference image are read from the storage device, and a plurality of first different plurality of signals shifted in parallel based on a first alignment position of the optical image and the first reference image. Using a reference image, each reference of the pixel value of the optical image and the first plurality of reference images between the optical image and each reference image of the first other plurality of reference images The first sum of the squares of the residual values with the pixel values of the image is calculated, and the first misregistration amount in the combination in which the minimum residual sum of squares is calculated from among the calculated residual sums of squares. A first calculation process to be acquired;
The optical image and the first reference image are calculated by a least square method that uses a value obtained by spatial differentiation in the x direction and a value obtained by spatial differentiation in the y direction of the second reference image in which the first positional deviation amount is corrected. A second calculation process for calculating a second positional shift amount from the second alignment position with the second reference image;
The (2n−1) th (2n−2) th (where 2 ≦ n ≦ m, where n and m are integers) corrected positional shift amounts in the optical image and the first reference image. Using the plurality of nth different reference images shifted in parallel based on the (2n-1) th matching position with the reference image of the reference image, the optical image and the other plurality of the nth reference images Calculating a residual sum of squares between the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the nth other reference images between each reference image of the image, A (2n-1) th calculation process for obtaining a (2n-1) th positional deviation amount in a combination in which the minimum residual square sum is calculated from the residual square sums;
Using a value obtained by spatially differentiating in the x direction and a value obtained by spatially differentiating in the y direction, the first reference image obtained by correcting the (2n-1) th positional deviation amount in the first reference image. A (2n) th calculation process for calculating a (2n) th positional shift amount from the alignment position of the optical image and the (2n) reference image by a least square method to be calculated;
The (2m + 1) th (2m + 1) th position shift amount is generated by correcting the (2m) th position shift amount with respect to the (2m) th reference image in which the (2m-1) th position shift amount is corrected in the first reference image. ) The reference image and the optical image are aligned and output,
It is provided with.

本発明によれば、最初の残差2乗和演算により異なる図形同士が位置合わせされた場合でも、次回以降の残差2乗和演算により所望する図形同士が位置合わせされるように位置を修正できる。よって、参照画像と光学画像との高精度な位置合わせができる。その結果、高感度な検査を行なうことができる。   According to the present invention, even when different figures are aligned by the first residual sum of squares calculation, the positions are corrected so that desired figures are aligned by the subsequent residual sum of squares calculation. it can. Therefore, highly accurate alignment between the reference image and the optical image can be performed. As a result, highly sensitive inspection can be performed.

実施の形態1におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing a configuration of a pattern inspection apparatus in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における位置合わせ回路の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an alignment circuit in the first embodiment. 実施の形態1におけるパターン検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。FIG. 4 is a flowchart showing main steps of the pattern inspection method in the first embodiment. 実施の形態1における光学画像の取得手順を説明するための図である。6 is a diagram for explaining an optical image acquisition procedure according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるSSD演算手法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining an SSD calculation method according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における最小二乗法に基づく位置ずれ量演算のモデル式を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a model formula for positional deviation amount calculation based on the least square method in the first embodiment. 実施の形態1における最小二乗法に基づく相関行列式を示す図である。6 is a diagram illustrating a correlation determinant based on the least square method in Embodiment 1. FIG. 1回ずつのSSDアライメントと最小二乗法アライメントを行った場合の位置合わせ状況の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the alignment condition at the time of performing SSD alignment and least square method alignment for every time. 実施の形態1における複数回のSSDアライメントと最小二乗法アライメントを行った場合の位置合わせ状況の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an alignment situation when a plurality of SSD alignments and least squares alignment are performed in the first embodiment. 別の光学画像取得手法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating another optical image acquisition method.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1におけるパターン検査装置の構成を示す概念図である。図1において、パターンが形成されたマスクやウェハ等の基板を試料して、かかる試料上のパターンの欠陥を検査するパターン検査装置100は、光学画像取得部150と制御系回路160を備えている。光学画像取得部150は、XYθテーブル102、光源103、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105、センサ回路106、レーザ測長システム122、オートローダ130、照明光学系170を備えている。制御系回路160では、コンピュータとなる制御計算機110が、データ伝送路となるバス120を介して、位置回路107、比較回路108、展開回路111、参照回路112、位置合わせ回路140、オートローダ制御回路113、テーブル制御回路114、磁気ディスク装置109、磁気テープ装置115、フレシキブルディスク装置(FD)116、CRT117、パターンモニタ118、プリンタ119に接続されている。また、XYθテーブル102は、X軸モータ、Y軸モータ、θ軸モータにより駆動される。図1では、本実施の形態1を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。パターン検査装置100にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the pattern inspection apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, a pattern inspection apparatus 100 that samples a substrate such as a mask or wafer on which a pattern is formed and inspects defects in the pattern on the sample includes an optical image acquisition unit 150 and a control system circuit 160. . The optical image acquisition unit 150 includes an XYθ table 102, a light source 103, an enlargement optical system 104, a photodiode array 105, a sensor circuit 106, a laser length measurement system 122, an autoloader 130, and an illumination optical system 170. In the control system circuit 160, the control computer 110 serving as a computer receives a position circuit 107, a comparison circuit 108, a development circuit 111, a reference circuit 112, a positioning circuit 140, and an autoloader control circuit 113 via a bus 120 serving as a data transmission path. Are connected to a table control circuit 114, a magnetic disk device 109, a magnetic tape device 115, a flexible disk device (FD) 116, a CRT 117, a pattern monitor 118, and a printer 119. The XYθ table 102 is driven by an X-axis motor, a Y-axis motor, and a θ-axis motor. In FIG. 1, description of components other than those necessary for describing the first embodiment is omitted. It goes without saying that the pattern inspection apparatus 100 usually includes other necessary configurations.

図2は、実施の形態1における位置合わせ回路の構成を示すブロック図である。
図2において、位置合わせ回路140は、参照データメモリ302、測定データメモリ、SSD(Sum of the Squared Difference)アライメント演算部310、最小二乗法アライメント演算部320、及びメモリ311,321を有している。SSDアライメント演算部310内には、複数の画素単位SSD演算部312(a,・・・n,・・・m)、複数の画素単位アライメント部314(a,・・・n,・・・m)、複数のサブ画素単位SSD演算部316(a,・・・n,・・・m)、及び複数のサブ画素単位アライメント部318(a,・・・n,・・・m)が配置されている。最小二乗法アライメント演算部320内には、複数の最小二乗法位置ずれ演算部322(a,・・・n,・・・m)、及び複数の最小二乗法アライメント部324(a,・・・n,・・・m)が配置されている。(但し、nは、2≦n≦mであって、2以上の整数とする。mは2以上の整数であってnが取り得る最大値とする。)
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the alignment circuit in the first embodiment.
2, the alignment circuit 140 includes a reference data memory 302, a measurement data memory, an SSD (Sum of the Squared Difference) alignment calculation unit 310, a least squares alignment calculation unit 320, and memories 311 and 321. . In the SSD alignment calculation unit 310, a plurality of pixel unit SSD calculation units 312 (a,... N,... M) and a plurality of pixel unit alignment units 314 (a,... N,... M ), A plurality of sub-pixel unit SSD calculation units 316 (a,... N,... M), and a plurality of sub-pixel unit alignment units 318 (a,... N,... M). ing. In the least squares alignment calculation unit 320, a plurality of least squares method displacement calculation units 322 (a,... N,... M) and a plurality of least squares alignment units 324 (a,... n,... m) are arranged. (However, n is 2 ≦ n ≦ m and is an integer of 2 or more. M is an integer of 2 or more and is the maximum value that n can take.)

位置合わせ回路140は、参照回路112から参照データを、光学画像取得部150から測定データを入力し、位置合わせをした後、比較回路108に参照データと測定データを出力する。SSDアライメント演算部310内に入力されるデータ、及びSSDアライメント演算部310内で演算されたデータは、その都度、メモリ311に記憶される。最小二乗法アライメント演算部320内に入力されるデータ、及び最小二乗法アライメント演算部320内で演算されたデータは、その都度、メモリ321に記憶される。   The alignment circuit 140 receives the reference data from the reference circuit 112 and the measurement data from the optical image acquisition unit 150, and after aligning, outputs the reference data and the measurement data to the comparison circuit 108. Data input into the SSD alignment calculation unit 310 and data calculated within the SSD alignment calculation unit 310 are stored in the memory 311 each time. Data input into the least square method alignment calculation unit 320 and data calculated in the least square method alignment calculation unit 320 are stored in the memory 321 each time.

図3は、実施の形態1におけるパターン検査方法の要部工程を示すフローチャート図である。図3において、試料検査方法は、光学画像取得工程(S102)と、参照データ作成工程(S104)と、位置合わせ工程と、比較工程(S250)という一連の工程を実施する。そして、画像位置合わせ方法の一例となる位置合わせ工程として、記憶工程(S202)、第1番目のSSDアライメント工程(S210)、第1番目の最小二乗法アライメント工程(S220)、・・・(第n番目のSSDアライメント工程、及び第n番目の最小二乗法アライメント工程)・・・最終番目の第m番目のSSDアライメント工程(S230)、及び最終番目の第m番目の最小二乗法アライメント工程(S240)という一連の工程を実施する。   FIG. 3 is a flowchart showing main steps of the pattern inspection method according to the first embodiment. In FIG. 3, the sample inspection method performs a series of steps of an optical image acquisition step (S102), a reference data creation step (S104), an alignment step, and a comparison step (S250). As an alignment process as an example of the image alignment method, a storage process (S202), a first SSD alignment process (S210), a first least squares alignment process (S220),. n-th SSD alignment step and n-th least-squares alignment step)... last m-th SSD alignment step (S230) and final m-th least-squares alignment step (S240) ) Is performed.

第1番目のSSDアライメント工程(S210)内では、画素単位SSD演算工程(S214)、画素単位アライメント工程(S214)、サブ画素単位SSD演算工程(S216)、及びサブ画素単位アライメント工程(S218)という一連の内部工程を実施する。同様に、第m番目のSSDアライメント工程(S230)内では、画素単位SSD演算工程(S234)、画素単位アライメント工程(S234)、サブ画素単位SSD演算工程(S236)、及びサブ画素単位アライメント工程(S238)という一連の内部工程を実施する。   In the first SSD alignment step (S210), a pixel unit SSD calculation step (S214), a pixel unit alignment step (S214), a sub pixel unit SSD calculation step (S216), and a sub pixel unit alignment step (S218). Perform a series of internal steps. Similarly, in the m-th SSD alignment step (S230), a pixel unit SSD calculation step (S234), a pixel unit alignment step (S234), a sub pixel unit SSD calculation step (S236), and a sub pixel unit alignment step ( A series of internal processes of S238) are performed.

第1番目の最小二乗法アライメント工程(S220)内では、最小二乗法位置ずれ演算工程(S222)及び最小二乗法アライメント工程(S224)という一連の内部工程を実施する。同様に、第m番目の最小二乗法アライメント工程(S240)内では、最小二乗法位置ずれ演算工程(S242)及び最小二乗法アライメント工程(S244)という一連の内部工程を実施する。   In the first least square method alignment step (S220), a series of internal steps of a least square method displacement calculation step (S222) and a least square method alignment step (S224) are performed. Similarly, in the m-th least square method alignment step (S240), a series of internal steps of a least square method displacement calculation step (S242) and a least square method alignment step (S244) are performed.

光学画像取得工程(S102)として、光学画像取得部150は、設計データに基づいて設計データに含まれる図形データが示す図形が描画された試料となるフォトマスク101における光学画像を取得する。具体的には、光学画像は、以下のように取得される。
被検査試料となるフォトマスク101は、XYθ各軸のモータによって水平方向及び回転方向に移動可能に設けられたXYθテーブル102上に載置され、フォトマスク101に形成されたパターンには、XYθテーブル102の上方に配置されている適切な光源103によって光が照射される。光源103から照射される光束は、照明光学系170を介して試料となるフォトマスク101を照射する。フォトマスク101の下方には、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105及びセンサ回路106が配置されており、露光用マスクなどの試料となるフォトマスク101を透過した光は拡大光学系104を介して、フォトダイオードアレイ105に光学像として結像し、入射する。
As the optical image acquisition step (S102), the optical image acquisition unit 150 acquires an optical image on the photomask 101 that is a sample on which the graphic indicated by the graphic data included in the design data is drawn based on the design data. Specifically, the optical image is acquired as follows.
A photomask 101 to be inspected is placed on an XYθ table 102 provided so as to be movable in a horizontal direction and a rotation direction by motors of XYθ axes, and the pattern formed on the photomask 101 includes an XYθ table. Light is emitted by a suitable light source 103 disposed above 102. The light beam emitted from the light source 103 irradiates the photomask 101 serving as a sample via the illumination optical system 170. A magnifying optical system 104, a photodiode array 105, and a sensor circuit 106 are disposed below the photomask 101, and light that has passed through the photomask 101 that is a sample such as an exposure mask passes through the magnifying optical system 104. Then, an image is formed as an optical image on the photodiode array 105 and is incident thereon.

図4は、実施の形態1における光学画像の取得手順を説明するための図である。
被検査領域は、図4に示すように、Y方向に向かって、スキャン幅Wの短冊状の複数の検査ストライプに仮想的に分割され、更にその分割された各検査ストライプが連続的に走査されるようにXYθテーブル102の動作が制御され、X方向に移動しながら光学画像が取得される。フォトダイオードアレイ105では、図4に示されるようなスキャン幅Wの画像を連続的に入力する。そして、第1の検査ストライプにおける画像を取得した後、第2の検査ストライプにおける画像を今度は逆方向に移動しながら同様にスキャン幅Wの画像を連続的に入力する。そして、第3の検査ストライプにおける画像を取得する場合には、第2の検査ストライプにおける画像を取得する方向とは逆方向、すなわち、第1の検査ストライプにおける画像を取得した方向に移動しながら画像を取得する。このように、連続的に画像を取得していくことで、無駄な処理時間を短縮することができる。
FIG. 4 is a diagram for explaining an optical image acquisition procedure according to the first embodiment.
As shown in FIG. 4, the inspection area is virtually divided into a plurality of strip-shaped inspection stripes having a scan width W in the Y direction, and each of the divided inspection stripes is continuously scanned. Thus, the operation of the XYθ table 102 is controlled, and an optical image is acquired while moving in the X direction. In the photodiode array 105, images having a scan width W as shown in FIG. 4 are continuously input. Then, after acquiring the image of the first inspection stripe, the image of the scan width W is continuously input in the same manner while moving the image of the second inspection stripe in the opposite direction. When an image in the third inspection stripe is acquired, the image moves while moving in the direction opposite to the direction in which the image in the second inspection stripe is acquired, that is, in the direction in which the image in the first inspection stripe is acquired. To get. In this way, it is possible to shorten a useless processing time by continuously acquiring images.

フォトダイオードアレイ105上に結像されたパターンの像は、フォトダイオードアレイ105によって光電変換され、更にセンサ回路106によってA/D(アナログデジタル)変換される。フォトダイオードアレイ105には、TDIセンサのようなセンサが設置されている。ステージとなるXYθテーブル102をX軸方向に連続的に移動させることにより、TDIセンサは試料となるフォトマスク101のパターンを撮像する。これらの光源103、拡大光学系104、フォトダイオードアレイ105、センサ回路106により高倍率の検査光学系が構成されている。   The pattern image formed on the photodiode array 105 is photoelectrically converted by the photodiode array 105 and further A / D (analog-digital) converted by the sensor circuit 106. A sensor such as a TDI sensor is installed in the photodiode array 105. By continuously moving the XYθ table 102 serving as a stage in the X-axis direction, the TDI sensor images the pattern of the photomask 101 serving as a sample. These light source 103, magnifying optical system 104, photodiode array 105, and sensor circuit 106 constitute a high-magnification inspection optical system.

XYθテーブル102は、制御計算機110の制御の下にテーブル制御回路114により駆動される。X方向、Y方向、θ方向に駆動する3軸(X−Y−θ)モータの様な駆動系によって移動可能となっている。   The XYθ table 102 is driven by the table control circuit 114 under the control of the control computer 110. It can be moved by a drive system such as a three-axis (XY-θ) motor that drives in the X, Y, and θ directions.

センサ回路106から出力された測定データ(光学画像)は、位置回路107から出力されたXYθテーブル102上におけるフォトマスク101の位置を示すデータとともに位置合わせ回路140に送られる。測定パターンデータは例えば8ビットの符号なしデータであり、各画素の明るさの階調を表現している。   The measurement data (optical image) output from the sensor circuit 106 is sent to the alignment circuit 140 together with data indicating the position of the photomask 101 on the XYθ table 102 output from the position circuit 107. The measurement pattern data is, for example, 8-bit unsigned data, and represents the brightness gradation of each pixel.

そして、参照データ作成工程(S104)として、展開回路111および参照回路112等で構成される参照画像作成部が被検査試料となるフォトマスク101の設計データに基づいて、測定データと比較するための参照データ(参照画像)を作成する。設計データは磁気ディスク装置109等に格納されている。   Then, as a reference data creation step (S104), a reference image creation unit configured by the development circuit 111, the reference circuit 112, and the like is used for comparison with measurement data based on design data of the photomask 101 to be inspected. Create reference data (reference image). The design data is stored in the magnetic disk device 109 or the like.

次に、位置合わせ工程として、測定データと参照データとを比較するために位置合わせを行なう。
記憶工程(S202)として、制御計算機110を使って、参照データを読み出して参照データメモリ302に記憶させる。同様に、測定データを読み出して測定データメモリ304に記憶させる。
Next, as an alignment process, alignment is performed in order to compare the measurement data with the reference data.
In the storage step (S202), the reference data is read out and stored in the reference data memory 302 using the control computer 110. Similarly, the measurement data is read out and stored in the measurement data memory 304.

第1番目のSSDアライメント工程(S210)として、残差2乗和演算部の一例となるSSDアライメント演算部310は、測定データメモリ304から測定データ(a1)を、参照データメモリ302から参照データ(b1)を入力する。そして、画素単位でずらして、測定データの画素値と参照データの画素値との残差2乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算し、画素単位の位置ずれ量だけずらした参照画像を作成する。そして、サブ画素単位でずらして、測定データの画素値と参照データの画素値との残差2乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算し、さらにサブ画素単位の位置ずれ量だけずらした参照画像を作成する。   As the first SSD alignment step (S210), the SSD alignment calculation unit 310, which is an example of the residual sum of squares calculation unit, receives the measurement data (a1) from the measurement data memory 304, and the reference data ( Enter b1). Then, a shift is made in units of pixels, the amount of positional deviation to the position where the residual sum of squares of the pixel value of the measurement data and the pixel value of the reference data is minimized, and the reference is shifted by the amount of positional deviation in units of pixels. Create an image. Then, by shifting in units of sub-pixels, the amount of positional deviation to the position where the residual sum of squares of the pixel value of the measurement data and the pixel value of the reference data is minimized is calculated, and only the positional deviation amount in units of sub-pixels Create a shifted reference image.

図5は、実施の形態1におけるSSD演算手法を説明するための図である。
まず、画素単位SSD演算工程(S214)として、画素単位SSD演算部312aは、位置回路107からの位置情報をベースにして、参照データメモリ302から、比較処理の単位となる所定の大きさの画像の領域(フレーム)の参照データを読み出す。この際、画素単位SSD演算部312aは、かかるフレームの参照データについて、画素単位で平行シフトした画像(ずらした画像)をそれぞれ作成する。図5では、データ1、データ2、・・・データnとして示している。かかるフレームでの測定データと参照データとを比較することになる。例えば、1つのフレームとして、512×512画素の領域とすると好適である。そして、画素単位でずらした複数の参照データの各参照データを測定データメモリ304から読み出した同じ大きさの領域の測定データとの間で、残差2乗和を演算する。残差2乗和は、参照データの各画素値と測定データの各画素値との残差を2乗して、読み出した領域全体の和をとることで解を得ることができる。そして、複数の参照データについてそれぞれ残差2乗和を演算し、残差2乗和の最小値を演算する。そして、かかる最小値をとる位置への位置ずれ量を演算する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the SSD calculation method according to the first embodiment.
First, as the pixel unit SSD calculation step (S214), the pixel unit SSD calculation unit 312a uses the position information from the position circuit 107 as a base, and obtains an image of a predetermined size as a unit of comparison processing from the reference data memory 302. The reference data of the area (frame) is read out. At this time, the pixel unit SSD calculation unit 312a creates images (shifted images) obtained by shifting the reference data of the frames in parallel on a pixel basis. In FIG. 5, data 1, data 2,..., Data n are shown. The measurement data in such a frame is compared with the reference data. For example, an area of 512 × 512 pixels is preferable as one frame. Then, a residual sum of squares is calculated between the reference data of the plurality of reference data shifted in pixel units and the measurement data in the same size area read from the measurement data memory 304. The residual sum of squares can be obtained by squaring the residual between each pixel value of the reference data and each pixel value of the measurement data, and taking the sum of the entire read area. Then, a residual sum of squares is calculated for each of the plurality of reference data, and a minimum value of the residual sum of squares is calculated. Then, the amount of positional deviation to the position where the minimum value is obtained is calculated.

そして、画素単位アライメント工程(S214)として、画素単位アライメント部314aは、かかる最小値をとる位置に測定データと参照データとを位置合わせする。具体的には、かかる最小値をとる位置にずらした参照データを作成する。このようにして、画素単位でx,y方向に平行シフトした場合に最も合った位置に位置合わせすることができる。   In the pixel unit alignment step (S214), the pixel unit alignment unit 314a aligns the measurement data and the reference data at a position where the minimum value is obtained. Specifically, reference data shifted to a position that takes such a minimum value is created. In this way, it is possible to align at the most suitable position when the pixel unit is shifted in parallel in the x and y directions.

次に、サブ画素単位SSD演算工程(S216)として、サブ画素単位SSD演算部316aは、測定データと参照データとの画素単位で合わせた位置から、サブ画素単位でずらして、測定データの画素値と参照データの画素値との残差2乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算する。サブ画素単位SSD演算手法は、図5に説明した内容と同様である。画素単位で合わせた位置をベースにして、上述した比較対象となる領域の大きさの参照データについて、サブ画素単位で平行シフトした画像(ずらした画像)をそれぞれ作成する。図5では、データ1、データ2、・・・データnとして示している。例えば、サブ画素として、1画素の1/8,1/16,1/32等を単位する。例えば、サブ画素として、1画素の1/8を単位とする場合、x方向、y方向に、それぞれ±1/8画素,±2/8画素,±3/8画素,±4/8画素,±5/8画素,±6/8画素,±7/8画素だけずらした所定の大きさの領域の参照データ及びずらし量が0の参照データを作成する。すなわち、x方向に16通り、y方向に16通りの組み合わせとなる256種の参照データを作成する。そして、各参照データと測定データとの間で、残差2乗和を演算する。残差2乗和は、参照データの各画素値と測定データの各画素値との残差を2乗して、読み出した領域全体の和をとることで解を得ることができる。そして、複数の参照データについてそれぞれ残差2乗和を演算し、残差2乗和の最小値を演算する。このようにして、かかる最小値をとる位置への位置ずれ量を得ることができる。   Next, as the sub-pixel unit SSD calculation step (S216), the sub-pixel unit SSD calculation unit 316a shifts the pixel value of the measurement data from the position where the measurement data and the reference data are combined in the pixel unit. And a positional deviation amount to a position where the residual sum of squares between the pixel values of the reference data is minimized. The sub-pixel unit SSD calculation method is the same as that described in FIG. An image (shifted image) shifted in parallel in sub-pixel units is created for the reference data of the size of the region to be compared as described above based on the position combined in pixel units. In FIG. 5, data 1, data 2,..., Data n are shown. For example, 1/8, 1/16, 1/32 or the like of one pixel is used as a sub pixel. For example, when 1/8 of one pixel is used as a sub pixel, ± 1/8 pixel, ± 2/8 pixel, ± 3/8 pixel, ± 4/8 pixel in the x direction and y direction, Reference data of an area having a predetermined size shifted by ± 5/8 pixel, ± 6/8 pixel, and ± 7/8 pixel and reference data having a shift amount of 0 are created. In other words, 256 types of reference data are created that have 16 combinations in the x direction and 16 combinations in the y direction. Then, a residual sum of squares is calculated between each reference data and measurement data. The residual sum of squares can be obtained by squaring the residual between each pixel value of the reference data and each pixel value of the measurement data, and taking the sum of the entire read area. Then, a residual sum of squares is calculated for each of the plurality of reference data, and a minimum value of the residual sum of squares is calculated. In this way, it is possible to obtain the amount of displacement from the position where the minimum value is obtained.

そして、サブ画素単位アライメント工程(S218)として、サブ画素単位アライメント部318aは、かかる最小値をとる位置に測定データと参照データとを位置合わせする。具体的には、かかる最小値をとる位置にずらした参照データを作成する。このようにして、画素単位で合わせた位置からさらにサブ画素単位でx,y方向に平行シフトした場合に最も合った位置に位置合わせすることができる。以上のようにサブ画素単位でSSD演算により位置合わせされた補正後の参照データ(c2)は次の最小二乗法アライメント演算部320に出力される。   Then, as the sub-pixel unit alignment step (S218), the sub-pixel unit alignment unit 318a aligns the measurement data and the reference data at a position where the minimum value is obtained. Specifically, reference data shifted to a position that takes such a minimum value is created. In this way, it is possible to align the position most suitable when the parallel shift is performed in the x and y directions in sub-pixel units from the position aligned in pixel units. As described above, the corrected reference data (c2) aligned by the SSD calculation in units of sub-pixels is output to the next least square method alignment calculation unit 320.

次に、第1番目の最小二乗法アライメント工程(S220)として、最小二乗法演算部の一例となる最小二乗法アライメント演算部320は、測定データメモリ304から測定データ(a2)を、参照データメモリ302から参照データ(b2)を、さらにSSDアライメント演算部310から第1番目のSSDアライメント工程(S210)による補正後の参照データ(c2)を入力する。そして、測定データ(a2)と参照データ(c2)との上述した合わせ位置からの最小二乗法に基づく位置ずれ量を演算する。そして、得られた位置ずれ量を補正するパラメータをまだ補正されていない参照データ(b2)に適用することで位置合わせされた補正後の参照データ(c2m−1)を作成する。ここでは、統計的手法である最小二乗法を用いて位置合わせに必要な位置ずれ量を演算する。   Next, as the first least square method alignment step (S220), the least square method alignment calculation unit 320, which is an example of the least square method calculation unit, receives the measurement data (a2) from the measurement data memory 304 and the reference data memory. The reference data (b2) is input from 302, and the reference data (c2) corrected by the first SSD alignment step (S210) is further input from the SSD alignment calculation unit 310. Then, a positional deviation amount based on the least square method from the above-described alignment position of the measurement data (a2) and the reference data (c2) is calculated. Then, the corrected reference data (c2m-1) aligned is created by applying the obtained parameter for correcting the positional deviation amount to the reference data (b2) that has not been corrected yet. Here, the amount of displacement required for alignment is calculated using a least square method, which is a statistical method.

図6は、実施の形態1における最小二乗法に基づく位置ずれ量演算のモデル式を示す図である。まず、最小二乗法位置ずれ演算工程(S222)として、最小二乗法位置ずれ演算部322は、最小二乗法に基づく位置ずれ量(x,y)を演算する。図6に示すように、参照画像となる参照データU(x,y)に対して、光学画像(実画像)となる測定データS(x,y)のx,y方向の位置ずれ量(x,y)と像強度変動率εを仮定すると、式(1)に示すように、S(x,y)=(1−ε)U(x−x,y−y)で表すことができる。変動量が十分小さいと仮定して線形化することにより、式(2)に示すように、ε・U+x・(dU/dx)+y・(dU/dy)=U−Sを得る。dU/dxはUのxによる偏微分、dU/dyは同じくUのyによる偏微分である。そして、二次元画像の各画素に対して、参照データ(c2)から実画となる測定データ(a2)を引き算した値(U−S)と、x方向に参照データ(c2)を空間微分した値(dU/dx)とy方向に参照データ(c2)を空間微分した値(dU/dy)を求めて、以下に示す相関行列を求めることができる。 FIG. 6 is a diagram illustrating a model formula for calculating a displacement amount based on the least square method according to the first embodiment. First, as the least square method displacement calculation step (S222), the least square method displacement calculation unit 322 calculates a displacement (x 0 , y 0 ) based on the least square method. As shown in FIG. 6, with respect to reference data U (x, y) serving as a reference image, a positional deviation amount (x in the x and y directions) of measurement data S (x, y) serving as an optical image (actual image). 0 , y 0 ) and the image intensity variation rate ε, S (x, y) = (1−ε) U (x−x 0 , y−y 0 ), as shown in equation (1). be able to. By linearizing on the assumption that the fluctuation amount is sufficiently small, ε · U + x 0 · (dU / dx) + y 0 · (dU / dy) = US is obtained as shown in the equation (2). dU / dx is a partial differential of U by x, and dU / dy is a partial differential of U by y. Then, for each pixel of the two-dimensional image, the value (US) obtained by subtracting the measurement data (a2) that is a real image from the reference data (c2) and the reference data (c2) are spatially differentiated in the x direction. A correlation matrix shown below can be obtained by obtaining a value (dU / dx) and a value (dU / dy) obtained by spatially differentiating the reference data (c2) in the y direction.

図7は、実施の形態1における最小二乗法に基づく相関行列式を示す図である。
位置ずれ(x,y)と像強度変動率εは、図7に示す相関行列式を解くことにより最小二乗法により推定することができる。これにより最小二乗法に基づいた場合に最も合った位置に位置合わせするための位置ずれ量(x,y)を得ることができる。このように、平行シフト・伸縮・回転・像強度変動を未知パラメータとしてモデル化し、最小二乗法によりかかる未知パラメータを算出する。
FIG. 7 is a diagram showing a correlation determinant based on the least square method in the first embodiment.
The positional deviation (x 0 , y 0 ) and the image intensity fluctuation rate ε can be estimated by the least square method by solving the correlation determinant shown in FIG. As a result, it is possible to obtain the amount of displacement (x 0 , y 0 ) for aligning with the most suitable position based on the least square method. In this way, parallel shift, expansion / contraction, rotation, and image intensity variation are modeled as unknown parameters, and the unknown parameters are calculated by the least square method.

そして、最小二乗法アライメント工程(S244)として、最小二乗法アライメント部324aは、得られた位置ずれ(x,y)と像強度変動率εといったパラメータをまだ補正されていない参照データ(b2)に適用することで位置合わせされた補正後の参照データ(c2n−1)を作成する。具体的には、図6の式(1)に、測定データS(x,y)と得られた位置ずれ(x,y)及び像強度変動率εを当てはめることで、補正後の参照データU(x,y)を得ればよい。補正後の参照データ(c2n−1)は次のSSDアライメント工程を行うためにSSDアライメント演算部310に出力される。 In the least square method alignment step (S244), the least square method alignment unit 324a performs reference data (b2) on which parameters such as the obtained positional deviation (x 0 , y 0 ) and the image intensity variation rate ε have not yet been corrected. ) To create the corrected reference data (c2n-1) aligned. Specifically, the corrected reference is obtained by applying the measurement data S (x, y), the obtained positional deviation (x 0 , y 0 ), and the image intensity variation rate ε to the equation (1) in FIG. Data U (x, y) may be obtained. The corrected reference data (c2n-1) is output to the SSD alignment calculation unit 310 in order to perform the next SSD alignment process.

図8は、1回ずつのSSDアライメントと最小二乗法アライメントを行った場合の位置合わせ状況の一例を示す図である。図8(a)では、測定データAと参照データBの位置合わせを行なう場合、それぞれの画素値のピーク位置(画素値が大きい位置、或いは画像強度が最大の位置)を順に1,2,3と番号付けをしている。すなわち、測定データAは、ピーク位置がA1,A2,A3,・・・と順に並んで配置されている。参照データBは、ピーク位置がB1,B2,・・・と順に並んで配置されている。ここでは、一例として、ラインアンドスペースパターンを示している。例えば、図8(a)では、測定データAのピーク位置A1,A2の中間付近に本来ピーク位置A1と比較されるはずの参照データBのピーク位置B1が位置している場合を示している。かかる状態で、SSDアライメント手法により画素単位で位置合わせすると、本来、参照データBのピーク位置B1が測定データAのピーク位置A1に合うように演算されるべきところ、隣のピーク位置A2に合うように演算されてしまう場合が発生する。かかる画素単位SSD演算での間違いは、参照データBの像強度や画像歪み等が測定データAと一致していないために起こりやすい。図8(a)に示すように、異なる図形に位置合わせしてしまうと、その後、サブ画素単位SSD演算や最小二乗法演算を行なうことでピーク位置B1がB’1に、ピーク位置B2がB’2に位置ずれ量が補正される。しかし、かかる位置合わせ補正は、図8(b)に示すように、間違った位置においてサブ画素レベルでの位置合わせをおこなってしまう。その結果、本来合わせるべき図形に合わせることが困難となる。上述したように、画素単位SSD演算での間違いは、参照データBの像強度や画像歪み等が測定データAと一致していないために起こりやすい。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an alignment situation when the SSD alignment and the least square method alignment are performed once. In FIG. 8A, when the alignment of the measurement data A and the reference data B is performed, the peak positions of the respective pixel values (the position where the pixel value is large or the position where the image intensity is maximum) are sequentially 1, 2, 3 And numbering. That is, the measurement data A is arranged such that the peak positions are arranged in order of A1, A2, A3,. In the reference data B, the peak positions are arranged in order of B1, B2,. Here, a line and space pattern is shown as an example. For example, FIG. 8A shows a case where the peak position B1 of the reference data B that should be compared with the peak position A1 is located near the middle of the peak positions A1 and A2 of the measurement data A. In this state, when the pixel alignment is performed by the SSD alignment method, the peak position B1 of the reference data B should be calculated so as to be matched with the peak position A1 of the measurement data A, but is matched with the adjacent peak position A2. May occur. Such an error in the pixel unit SSD calculation is likely to occur because the image intensity, image distortion, and the like of the reference data B do not match the measurement data A. As shown in FIG. 8 (a), after positioning to a different figure, the peak position B1 is set to B'1 and the peak position B2 is set to B by performing sub-pixel unit SSD calculation or least square method calculation. '2 corrects the displacement. However, such alignment correction results in alignment at the sub-pixel level at the wrong position, as shown in FIG. 8B. As a result, it is difficult to match the figure that should originally be matched. As described above, an error in the pixel unit SSD calculation is likely to occur because the image intensity, image distortion, and the like of the reference data B do not match the measurement data A.

そこで、実施の形態1では、画素単位で間違った位置にあわせてしまった場合でもその位置で参照データBの像強度や画像歪み等を測定データAに合わせる位置ずれ量を最小二乗法演算で求める。そして、かかる結果を用いて再度SSDアライメント手法により画素単位で位置合わせする。これにより、2回目の画素単位SSD演算では、本来合わせるべき図形に合わせることができる。そして、合わせた後に、サブ画素単位SSD演算や最小二乗法演算を行なうことでさらに高精度に位置合わせが可能となる。以下、説明の理解をしやすくするために、n=m=2である場合について説明する。   Therefore, in the first embodiment, even when the wrong position is set in units of pixels, the amount of positional deviation that matches the image intensity, image distortion, etc. of the reference data B with the measurement data A at that position is obtained by the least square method calculation. . Then, using such a result, alignment is performed on a pixel basis by the SSD alignment method again. Thereby, in the pixel unit SSD calculation of the 2nd time, it can match with the figure which should be matched. Then, after the alignment, the sub-pixel unit SSD calculation or the least square method calculation is performed, thereby enabling alignment with higher accuracy. Hereinafter, in order to facilitate understanding of the description, a case where n = m = 2 will be described.

第2番目(第m番目)のSSDアライメント工程(S230)として、SSDアライメント演算部310は、測定データメモリ304から測定データ(a3:図3ではa2m−1で示す)を、参照データメモリ302から参照データ(b3:図3ではb2m−1で示す)を、最小二乗法アライメント演算部320から補正後の参照データ(c3:図3ではc2m−1で示す)を入力する。そして、測定データ(a3:図3ではa2m−1で示す)と補正後の参照データ(c3:図3ではc2m−1で示す)とを用いて画素単位でずらして、測定データの画素値と参照データの画素値との残差2乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算し、画素単位の位置ずれ量だけずらした参照画像を作成する。そして、サブ画素単位でずらして、測定データの画素値と参照データの画素値との残差2乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算し、さらにサブ画素単位の位置ずれ量だけずらした参照データ(c4:図3ではc2mで示す)を作成する。   As the second (m-th) SSD alignment step (S230), the SSD alignment calculation unit 310 obtains measurement data (a3: indicated by a2m-1 in FIG. 3) from the measurement data memory 304 from the reference data memory 302. Reference data (b3: indicated by b2m-1 in FIG. 3) is input as corrected reference data (c3: indicated by c2m-1 in FIG. 3) from the least squares alignment calculation unit 320. Then, the measurement data (a3: indicated by a2m-1 in FIG. 3) and the corrected reference data (c3: indicated by c2m-1 in FIG. 3) are shifted in units of pixels, A positional shift amount to a position where the residual sum of squares with the pixel value of the reference data is minimized is calculated, and a reference image shifted by a positional shift amount in pixel units is created. Then, by shifting in units of sub-pixels, the amount of positional deviation to the position where the residual sum of squares of the pixel value of the measurement data and the pixel value of the reference data is minimized is calculated, and only the positional deviation amount in units of sub-pixels is calculated. The shifted reference data (c4: indicated by c2m in FIG. 3) is created.

具体的には、まず、画素単位SSD演算工程(S234)として、画素単位SSD演算部312mは、測定データメモリ304から測定データ(a3:図3ではa2m−1で示す)を、最小二乗法アライメント演算部320から補正後の参照データ(c3:図3ではc2m−1で示す)を入力する。そして、画素単位でずらした複数の参照データの各参照データを測定データメモリ304から読み出した同じ大きさの領域の測定データ(a3:図3ではa2m−1で示す)との間で、残差2乗和を演算する。そして、残差2乗和の最小値を演算する。そして、かかる最小値をとる位置への位置ずれ量を演算する。演算の手法は画素単位SSD演算工程(S214)と同様である。   Specifically, first, as the pixel unit SSD calculation step (S234), the pixel unit SSD calculation unit 312m converts the measurement data (a3: indicated by a2m-1 in FIG. 3) from the measurement data memory 304 to the least square alignment. Reference data after correction (c3: indicated by c2m-1 in FIG. 3) is input from the calculation unit 320. Then, the residual between each reference data of a plurality of reference data shifted in pixel units from the measurement data (a3: indicated by a2m-1 in FIG. 3) of the same size area read from the measurement data memory 304 Calculate the sum of squares. Then, the minimum value of the residual square sum is calculated. Then, the amount of positional deviation to the position where the minimum value is obtained is calculated. The calculation method is the same as in the pixel unit SSD calculation step (S214).

そして、画素単位アライメント工程(S234)として、画素単位アライメント部314mは、位置回路107からの位置情報をベースにして、参照データメモリ302から、比較処理の単位となる所定の大きさの画像の領域(フレーム)の参照データ(b3:図3ではb2m−1で示す)を読み出す。そして、画素単位アライメント部314mは、求めた最小値をとる位置に測定データ(a3:図3ではa2m−1で示す)と補正されていない参照データ(b3:図3ではb2m−1で示す)とを位置合わせする。具体的には、かかる最小値をとる位置にずらした参照データを作成する。   Then, as the pixel unit alignment step (S234), the pixel unit alignment unit 314m uses the position information from the position circuit 107 as a base, and from the reference data memory 302, an image area of a predetermined size serving as a unit for comparison processing. Reference data (b3: indicated by b2m-1 in FIG. 3) is read out. Then, the pixel unit alignment unit 314m has measurement data (a3: indicated by a2m-1 in FIG. 3) and uncorrected reference data (b3: indicated by b2m-1 in FIG. 3) at the position where the obtained minimum value is obtained. And align. Specifically, reference data shifted to a position that takes such a minimum value is created.

次に、サブ画素単位SSD演算工程(S236)として、サブ画素単位SSD演算部316mは、測定データ(a3:図3ではa2m−1で示す)と参照データ(b3:図3ではb2m−1で示す)との画素単位で合わせた位置から、サブ画素単位でずらして、測定データ(a3:図3ではa2m−1で示す)の画素値と参照データ(b3:図3ではb2m−1で示す)の画素値との残差2乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算する。   Next, as a sub-pixel unit SSD calculation step (S236), the sub-pixel unit SSD calculation unit 316m performs measurement data (a3: indicated by a2m-1 in FIG. 3) and reference data (b3: b2m-1 in FIG. 3). The pixel value of the measurement data (a3: indicated by a2m-1 in FIG. 3) and the reference data (b3: indicated by b2m-1 in FIG. 3) are shifted from the position aligned in pixel units to the subpixel unit. ) To calculate a position shift amount to a position where the residual sum of squares with the pixel value is minimum.

そして、サブ画素単位アライメント工程(S238)として、サブ画素単位アライメント部318mは、かかる最小値をとる位置に測定データと参照データとを位置合わせする。具体的には、かかる最小値をとる位置にずらした参照データを作成する。以上のようにサブ画素単位でSSD演算により位置合わせされた補正後の参照データ(c4:図3ではc2mで示す)は次の最小二乗法アライメント演算部320に出力される。   Then, in the sub-pixel unit alignment step (S238), the sub-pixel unit alignment unit 318m aligns the measurement data and the reference data at the position where the minimum value is obtained. Specifically, reference data shifted to a position that takes such a minimum value is created. As described above, the corrected reference data (c4: indicated by c2m in FIG. 3) aligned by the SSD calculation in units of sub-pixels is output to the next least square method alignment calculation unit 320.

次に、第2番目(第m番目)の最小二乗法アライメント工程(S240)として、最小二乗法演算部の一例となる最小二乗法アライメント演算部320は、測定データメモリ304から測定データ(a4:図3ではa2mで示す)を、SSDアライメント演算部310から第2番目(第m番目)のSSDアライメント工程(S230)による補正後の参照データ(c4:図3ではc2mで示す)を入力する。そして、測定データ(a4:図3ではa2mで示す)と参照データ(c4:図3ではc2mで示す)との上述した合わせ位置からの最小二乗法に基づく位置ずれ量を演算する。そして、得られた位置ずれ量を補正するパラメータを参照データ(c4:図3ではc2mで示す)に適用することで位置合わせされた補正後の参照データ(c2m+1)を作成する。   Next, as the second (m-th) least squares alignment step (S240), the least squares alignment calculation unit 320, which is an example of the least squares method calculation unit, receives measurement data (a4: Reference data (c4: indicated by c2m in FIG. 3) corrected by the second (m-th) SSD alignment step (S230) is input from the SSD alignment calculation unit 310. Then, a positional deviation amount based on the least square method from the above-described alignment position of the measurement data (a4: indicated by a2m in FIG. 3) and the reference data (c4: indicated by c2m in FIG. 3) is calculated. Then, the corrected reference data (c2m + 1) aligned is created by applying the obtained parameter for correcting the positional deviation amount to the reference data (c4: indicated by c2m in FIG. 3).

具体的には、最小二乗法位置ずれ演算工程(S242)として、最小二乗法位置ずれ演算部322mは、最小二乗法に基づく位置ずれ量(x,y)と像強度変動率εといったパラメータを演算する。最小二乗法位置ずれ演算の手法は、第1番目の最小二乗法アライメント工程(S220)と同様である。 Specifically, as the least square method displacement calculation step (S242), the least square method displacement calculation unit 322m includes parameters such as a displacement (x 0 , y 0 ) and an image intensity variation rate ε based on the least square method. Is calculated. The least square method displacement calculation method is the same as the first least square method alignment step (S220).

そして、最小二乗法アライメント工程(S244)として、最小二乗法アライメント部324mは、得られた位置ずれ(x,y)と像強度変動率εといったパラメータを参照データ(c4:図3ではc2mで示す)に適用することで位置合わせされた補正後の参照データ(c2m+1)を作成する。具体的には、図6の式(1)に、測定データS(x,y)と得られた位置ずれ(x,y)及び像強度変動率εを当てはめることで、補正後の参照データU(x,y)を得ればよい。補正後の参照データ(c2m+1)は比較回路108に出力される。 Then, as the least square method alignment step (S244), the least square method alignment unit 324m uses parameters such as the obtained positional deviation (x 0 , y 0 ) and the image intensity variation rate ε as reference data (c4: c2m in FIG. 3). The corrected reference data (c2m + 1) that has been aligned is created. Specifically, the corrected reference is obtained by applying the measurement data S (x, y), the obtained positional deviation (x 0 , y 0 ), and the image intensity variation rate ε to the equation (1) in FIG. Data U (x, y) may be obtained. The corrected reference data (c2m + 1) is output to the comparison circuit 108.

図9は、実施の形態1における複数回のSSDアライメントと最小二乗法アライメントを行った場合の位置合わせ状況の一例を示す図である。図9(a)では、第1番目の最小二乗法アライメントにより得られたパラメータをまだ補正されていない参照データBに適用した状況の一例を示している。図9(a)では、測定データAと参照データBの位置合わせを行なう場合、それぞれの画素値のピーク位置(画素値が大きい位置、或いは画像強度が最大の位置)を順に1,2,3と番号付けをしている。すなわち、測定データAは、ピーク位置がA1,A2,A3,・・・と順に並んで配置されている。参照データBは、ピーク位置がB1,B2,・・・と順に並んで配置されている。ここでは、一例として、ラインアンドスペースパターンを示している。上述した図8と同様、例えば、図9(a)では、測定データAのピーク位置A1,A2の中間付近に本来ピーク位置A1と比較されるはずの参照データBのピーク位置B1が位置している場合を示している。かかる参照データBに第1番目の最小二乗法アライメントにより得られたパラメータを適用して補正することで像強度や画像歪みが測定データAに近づいた参照データB’を作成できる。例えば、ラインアンドスペースパターンのような繰り返しパターンでは隣り合う図形同士の形状が一緒或いは近似しているので、第1回目の最小二乗法アライメントで隣の図形に位置合わせして得られたパラメータにより像強度や画像歪みを測定データAに近づけることができる。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an alignment state when the SSD alignment and the least square method alignment are performed a plurality of times in the first embodiment. FIG. 9A shows an example of a situation in which the parameters obtained by the first least-squares alignment are applied to the reference data B that has not been corrected yet. In FIG. 9A, when the alignment of the measurement data A and the reference data B is performed, the peak position of each pixel value (the position where the pixel value is large or the position where the image intensity is maximum) is sequentially 1, 2, 3 And numbering. That is, the measurement data A is arranged such that the peak positions are arranged in order of A1, A2, A3,. In the reference data B, the peak positions are arranged in order of B1, B2,. Here, a line and space pattern is shown as an example. As in FIG. 8 described above, for example, in FIG. 9A, the peak position B1 of the reference data B that should be compared with the peak position A1 is located near the middle of the peak positions A1 and A2 of the measurement data A. Shows the case. By correcting the reference data B by applying the parameter obtained by the first least square method alignment, the reference data B ′ in which the image intensity or the image distortion approaches the measurement data A can be created. For example, in a repetitive pattern such as a line-and-space pattern, the shapes of adjacent graphics are the same or approximate, so an image can be obtained from the parameters obtained by aligning the adjacent graphics with the first least squares alignment. The intensity and image distortion can be brought close to the measurement data A.

そして、図9(a)の状態から第2回目(第m回目)のSSDアライメントにより測定データAと参照データB’の位置合わせを行なうことで、図9(b)に示すように本来合わせるべきピーク位置同士(A1とB’1)を合わせるための位置ずれ量を得ることができる。そして、第2回目(第m回目)のSSDアライメントにより得られた位置ずれ量をまだ補正されていない参照データBに適用することで、本来合わせるべきピーク位置同士(A1とB1)を画素単位で合わせることができる。   Then, the measurement data A and the reference data B ′ are aligned by the second (m-th) SSD alignment from the state shown in FIG. 9A, so that they should be aligned as shown in FIG. 9B. A displacement amount for aligning the peak positions (A1 and B′1) can be obtained. Then, by applying the positional deviation amount obtained by the second (m-th) SSD alignment to the reference data B that has not yet been corrected, the peak positions (A1 and B1) that should originally be matched are determined in pixel units. Can be matched.

かかる本来合わせるべきピーク位置同士(A1とB1)を画素単位で合わせた図9(b)の状態から、測定データAと参照データBについて、サブ画素単位アライメントと最小二乗法アライメントを行うことで、さらに測定データAに位置が合った参照データを作成できる。   By performing the sub-pixel unit alignment and the least square method alignment on the measurement data A and the reference data B from the state of FIG. 9B in which the peak positions (A1 and B1) that should be originally aligned are aligned in pixel units, Furthermore, reference data whose position matches the measurement data A can be created.

以上のように、SSDアライメント演算部310(第1番目の演算部:特に、画素単位SSD演算部312aとサブ画素単位SSD演算部316a)は、測定データ(a1)(光学画像)と参照回路112が作成した参照データ(b1)(第1の参照画像)との最初の合わせ位置(第1番目の合わせ位置)をベースにして平行シフトした第1番目の別の複数の参照画像を用いて、光学画像と第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で光学画像の画素値と第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算する。そして、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける位置ずれ量(第1番目の位置ずれ量)を取得する。   As described above, the SSD alignment calculation unit 310 (first calculation unit: in particular, the pixel unit SSD calculation unit 312a and the sub-pixel unit SSD calculation unit 316a) has the measurement data (a1) (optical image) and the reference circuit 112. Using the first different reference images shifted in parallel based on the first alignment position (first alignment position) with the reference data (b1) (first reference image) created by The residual square between the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the first plurality of reference images between the optical image and each reference image of the first other plurality of reference images. Each sum is calculated. Then, the positional deviation amount (first positional deviation amount) in the combination in which the smallest residual square sum is calculated among the calculated residual square sums is acquired.

次に、最小二乗法アライメント演算部320(第2番目の演算部:特に、最小二乗法位置ずれ演算部322a)は、第1番目の位置ずれ量が補正された参照データ(c2)(第2の参照画像)をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、測定データ(a2)と参照データ(c2)との合わせ位置(第2番目の合わせ位置)からの位置ずれ量(第2番目の位置ずれ量)を演算する。そして得られたパラメータを参照データ(b2)に適用して、参照データ(c3:c2n−1)を生成する。   Next, the least square method alignment calculation unit 320 (second calculation unit: in particular, the least square method positional deviation calculation unit 322a) performs reference data (c2) (second) with the first positional deviation amount corrected. The reference position of the measurement data (a2) and the reference data (c2) is calculated by a least square method using a value obtained by spatially differentiating the reference image in the x direction and a value obtained by spatially differentiating in the y direction. Position misalignment (second misalignment amount) from the (alignment position). Then, the obtained parameters are applied to the reference data (b2) to generate reference data (c3: c2n-1).

そして、SSDアライメント演算部310(奇数番目となる第(2n−1)番目(但し、2≦n≦mであってn,mは2以上の整数)の演算部:特に、画素単位SSD演算部312nとサブ画素単位SSD演算部316n)は、測定データ(a2n−1)と参照データ(c3:c2n−1)(第(2n−1)の参照画像)との合わせ位置(第(2n−1)番目の合わせ位置)をベースにして平行シフトした第n番目の別の複数の参照画像を用いて、測定データ(a2n−1)と第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で測定データ(a2n−1)の画素値と第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算する。そして、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける位置ずれ量(第(2n−1)番目の位置ずれ量)を取得する。   Then, the SSD alignment calculation unit 310 ((2n-1) th (odd number) (where 2 ≦ n ≦ m, where n and m are integers equal to or greater than 2): in particular, a pixel unit SSD calculation unit 312n and the sub-pixel unit SSD calculation unit 316n) match the position of the measurement data (a2n-1) and the reference data (c3: c2n-1) ((2n-1) reference image) (second (2n-1)). The reference data of the measurement data (a2n-1) and the other reference images of the nth are used by using the reference images of the nth different reference images shifted in parallel on the basis of Between the pixel values of the measurement data (a2n-1) and the pixel values of the respective reference images of the nth different reference images. Then, a positional deviation amount ((2n-1) th positional deviation amount) in the combination in which the smallest residual square sum is calculated from among the calculated residual square sums is acquired.

そして、最小二乗法アライメント演算部320(偶数番目となる第(2n)番目の演算部:特に、最小二乗法位置ずれ演算部322n)は、参照データ(b1)に第(2n−1)番目の位置ずれ量が補正された参照データ(c4:c2n)(第(2n)の参照画像)をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、測定データ(a2n)と参照データ(c4:c2n)との合わせ位置からの位置ずれ量(第(2n)番目の位置ずれ量)を演算する。   Then, the least square method alignment calculation unit 320 (the (2n) th calculation unit which is an even number: in particular, the least square method positional deviation calculation unit 322n) has the (2n-1) th reference data (b1). By the least square method of calculating using the value obtained by spatially differentiating the reference data (c4: c2n) (the (2n) reference image) in which the displacement amount is corrected in the x direction and the value obtained by spatially differentiating in the y direction, A displacement amount (a (2n) th displacement amount) from the alignment position of the measurement data (a2n) and the reference data (c4: c2n) is calculated.

以上のように、SSDアライメント演算部310による演算を最初として、SSDアライメント演算部310と最小二乗法アライメント演算部320は、交互に同回数だけ複数回演算を繰り返す。その際、SSDアライメント演算部310は、最初の演算(第1回目の演算)の際、測定データ(a1)と位置補正されていない参照データ(b1)との合わせ位置をベースにして演算し、2回目以降は測定データ(a2n−1)と位置補正されていない参照データ(b1)に最小二乗法を用いて得られた位置ずれ量が補正された参照データ(c2n−1)との合わせ位置をベースにして演算する。   As described above, with the calculation by the SSD alignment calculation unit 310 as the first, the SSD alignment calculation unit 310 and the least square method alignment calculation unit 320 alternately repeat the calculation a plurality of times the same number of times. At that time, the SSD alignment calculation unit 310 performs calculation based on the alignment position of the measurement data (a1) and the reference data (b1) that has not been position-corrected in the first calculation (first calculation), For the second and subsequent times, the alignment position of the measurement data (a2n-1) and the reference data (c2n-1) in which the positional deviation amount obtained by using the least square method is corrected for the reference data (b1) whose position is not corrected. Calculate based on.

また、最小二乗法アライメント演算部320は、測定データ(a2n)と位置補正されていない参照データ(b1)にSSD演算を用いて得られた位置ずれ量が補正された参照データ(c2n)との合わせ位置からの位置ずれ量を演算する。但し、最後の演算(第m回目の演算)よりも前の演算の際、得られた位置ずれ量を位置補正されていない参照データ(b1)に補正して出力する。   In addition, the least square method alignment calculation unit 320 calculates the difference between the measurement data (a2n) and the reference data (c2n) in which the positional deviation amount obtained by using the SSD calculation is corrected to the reference data (b1) that is not position-corrected. The amount of displacement from the alignment position is calculated. However, in the calculation prior to the last calculation (the m-th calculation), the obtained positional deviation amount is corrected to reference data (b1) whose position is not corrected and output.

そして、最後の最小二乗法アライメント演算部320(偶数番目となる第(2m)番目の演算部:特に、最小二乗法位置ずれ演算部322m)は、最小二乗法により、測定データ(a2m)と1つの前回(第(2m−1)回目の演算)のSSDアライメント演算部310により生成された参照データ(c2m)(第(2m)の参照画像)との合わせ位置からの位置ずれ量(第(2m)番目の位置ずれ量)を演算する。そして、最小二乗法アライメント部324mは、参照データ(c2m)に対して(2m)番目の位置ずれ量となるパラメータを適用して補正する。これにより、補正された参照データ(c2m+1)(第(2m+1)の参照画像)を生成する。このように、最小二乗法アライメント部324mは、最後の演算(第m回目の演算)の際、得られた位置ずれ量を、SSD演算を用いて得られた最後の位置ずれ量が補正された参照データ(c2m)に対して補正して出力する。   Then, the last least-squares method alignment calculation unit 320 (the even-numbered (2m) -th calculation unit: in particular, the least-squares method displacement calculation unit 322m) uses the least-squares method to calculate the measurement data (a2m) and 1 The amount of displacement (second (2m) from the alignment position with the reference data (c2m) (second (2m) reference image) generated by the SSD alignment computing unit 310 of the last (2m-1) th) ) The (first positional deviation amount) is calculated. Then, the least square method alignment unit 324m corrects the reference data (c2m) by applying a parameter that is the (2m) th positional deviation amount. Thus, corrected reference data (c2m + 1) ((2m + 1) th reference image) is generated. As described above, the least square method alignment unit 324m corrects the obtained positional deviation amount in the last calculation (m-th computation) with the final positional deviation amount obtained by using the SSD calculation. The reference data (c2m) is corrected and output.

繰り返し回数nの最大値mは、2以上であればよい。大きくなるほどより高精度に位置合わせできる。   The maximum value m of the number of repetitions n may be 2 or more. The larger the position, the higher the accuracy of alignment.

以上のように、実施の形態1における画像位置合わせ方法では、まず、パターンが形成された被検査試料の光学画像と比較するために作成された参照画像(1)を参照画像(2)に代入する第1の工程を行なう。   As described above, in the image alignment method according to the first embodiment, first, the reference image (1) created for comparison with the optical image of the sample to be inspected on which the pattern is formed is substituted into the reference image (2). The first step is performed.

そして、第2の工程として、参照画像(2)と光学画像の残差二乗和(SSD)が最小となる平行シフトによる位置補正量を探索により算出する。ここでいう位置補正量とは、平行シフトδx、δyである。一般にはδx=i+j/N(i,j:整数)の範囲が可能である。   Then, as a second step, a position correction amount by parallel shift that minimizes the residual sum of squares (SSD) of the reference image (2) and the optical image is calculated by searching. The position correction amounts here are parallel shifts δx and δy. In general, a range of δx = i + j / N (i, j: integer) is possible.

続いて、第3の工程として、第2の工程により算出された平行シフトによる位置補正量を示す第1のパラメータだけ参照画像(1)を位置補正して新たな参照画像(2)として得る。   Subsequently, as a third step, the position of the reference image (1) is corrected by the first parameter indicating the position correction amount by the parallel shift calculated in the second step to obtain a new reference image (2).

続いて、第4の工程として、新たな参照画像(2)に対する光学画像の平行シフト・伸縮・回転・像強度変動を未知の第2のパラメータとしてモデル化し、最小二乗法により上記第2のパラメータを算出する。ただし、平行シフト量は1画素未満と限定される。   Subsequently, as a fourth step, the parallel shift / expansion / rotation / rotation / image intensity fluctuation of the optical image with respect to the new reference image (2) is modeled as an unknown second parameter, and the second parameter is calculated by the least square method. Is calculated. However, the parallel shift amount is limited to less than one pixel.

続いて、第5の工程として、第4の工程により算出された第2のパラメータだけ参照画像(1)を画像補正してさらに新たな第2の参照画像として得る。   Subsequently, as a fifth step, the reference image (1) is image-corrected by the second parameter calculated in the fourth step to obtain a new second reference image.

そして、かかる第2から4の工程をN回、第5の工程をN−1回、第2から5の工程を順に繰り返す。そして、最終回となる第6の工程として、N回目の第4の工程の後、N回目の第4の工程により算出された第2のパラメータだけN回目の第4の工程で用いた新たな参照画像(2)を画像補正して参照画像(3)を得て、出力する。かかる参照画像(3)が上述した参照データ(c2m+1)となる。   Then, the second to fourth steps are repeated N times, the fifth step is repeated N-1 times, and the second to fifth steps are sequentially repeated. Then, as the sixth process which is the final time, after the Nth fourth process, only the second parameter calculated in the Nth fourth process is used in the Nth fourth process. The reference image (2) is corrected to obtain a reference image (3) and output. This reference image (3) becomes the reference data (c2m + 1) described above.

比較工程(S250)として、比較回路108(比較部)は、測定データとSSD演算および最小二乗法演算を用いて補正された参照データとを比較する。図3の例では、参照データ(c2m+1)と測定データ(a2m+1)とを取り込み、所定のアルゴリズムに従って比較し、画素毎に欠陥の有無を判定する。このように高精度な位置合わせが行なわれたデータ比較を行うことにより欠陥の誤検出を抑制して擬似欠陥を低減し、高精度の検査を行うことができる。   As the comparison step (S250), the comparison circuit 108 (comparison unit) compares the measurement data with the reference data corrected using the SSD calculation and the least square method calculation. In the example of FIG. 3, reference data (c2m + 1) and measurement data (a2m + 1) are taken and compared according to a predetermined algorithm, and the presence or absence of a defect is determined for each pixel. By performing data comparison in which alignment is performed with high accuracy as described above, it is possible to suppress false detection of defects and reduce pseudo defects, and to perform high-precision inspection.

図10は、別の光学画像取得手法を説明するための図である。
図1の構成では、スキャン幅Wの画素数(例えば2048画素)を同時に入射するフォトダイオードアレイ105を用いているが、これに限るものではなく、図10に示すように、XYθテーブル102をX方向に定速度で送りながら、レーザ干渉計で一定ピッチの移動を検出した毎にY方向に図示していないレーザスキャン光学装置でレーザビームをY方向に走査し、透過光を検出して所定の大きさのエリア毎に二次元画像を取得する手法を用いても構わない。
FIG. 10 is a diagram for explaining another optical image acquisition method.
In the configuration of FIG. 1, the photodiode array 105 that simultaneously enters the number of pixels of the scan width W (for example, 2048 pixels) is used. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. Each time a constant pitch movement is detected by a laser interferometer while scanning at a constant speed in the direction, a laser scanning optical device (not shown) scans the laser beam in the Y direction, detects transmitted light, A technique of acquiring a two-dimensional image for each size area may be used.

以上の説明において、「〜回路」、「〜部」、或いは「〜工程」と記載したものは、コンピュータで動作可能なプログラムにより構成することができる。或いは、ソフトウェアとなるプログラムだけではなく、ハードウェアとソフトウェアとの組合せにより実施させても構わない。或いは、ファームウェアとの組合せでも構わない。また、プログラムにより構成される場合、プログラムは、磁気ディスク装置、磁気テープ装置、FD、或いはROM(リードオンリメモリ)等の記録媒体に記録される。例えば、演算制御部を構成するテーブル制御回路114、展開回路111、参照回路112、比較回路108、及び位置合わせ回路140内の各回路等は、電気的回路で構成されていても良いし、制御計算機110或いは各回路内に配置されるコンピュータ等によって処理することのできるソフトウェアとして実現してもよい。また電気的回路とソフトウェアの組み合わせで実現しても良い。   In the above description, what is described as “˜circuit”, “˜unit”, or “˜process” can be configured by a program operable by a computer. Or you may make it implement by not only the program used as software but the combination of hardware and software. Alternatively, a combination with firmware may be used. When configured by a program, the program is recorded on a recording medium such as a magnetic disk device, a magnetic tape device, an FD, or a ROM (Read Only Memory). For example, each circuit in the table control circuit 114, the expansion circuit 111, the reference circuit 112, the comparison circuit 108, the alignment circuit 140, and the like that constitute the arithmetic control unit may be configured by an electrical circuit, You may implement | achieve as software which can be processed by the computer 110 or the computer etc. which are arrange | positioned in each circuit. Moreover, you may implement | achieve with the combination of an electrical circuit and software.

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、各実施の形態では、透過光を用いているが、反射光あるいは、透過光と反射光を同時に用いてもよい。参照画像は設計データから生成しているが、フォトダイオードアレイ等のセンサにより撮像した同一パターンのデータを用いても良い。言い換えれば、die to die検査でもdie to database検査でも構わない。また、上述した例では、最小二乗法で求めるパラメータを参照画像となる参照データの階調値(画素値)U(x,y)に対して、光学画像(実画像)となる測定データの階調値S(x,y)のX,Y方向の位置ずれ量(x,y)と像強度変動率εとしたが、これに限るものではない。さらに、グレイレベルオフセットδを加えても構わない。 The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, in each embodiment, transmitted light is used, but reflected light or transmitted light and reflected light may be used simultaneously. Although the reference image is generated from the design data, data of the same pattern captured by a sensor such as a photodiode array may be used. In other words, a die to die inspection or a die to database inspection may be used. Further, in the above-described example, the parameter obtained by the least square method is the scale of the measurement data that becomes the optical image (actual image) with respect to the gradation value (pixel value) U (x, y) of the reference data that becomes the reference image. Although the positional deviation amount (x 0 , y 0 ) and the image intensity fluctuation rate ε in the X and Y directions of the tone value S (x, y) are used, the present invention is not limited to this. Further, a gray level offset δ may be added.

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。   In addition, although descriptions are omitted for parts and the like that are not directly required for the description of the present invention, such as a device configuration and a control method, a required device configuration and a control method can be appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパターン検査装置、パターン検査方法、画像位置合わせ方法は、本発明の範囲に包含される。   In addition, all pattern inspection apparatuses, pattern inspection methods, and image alignment methods that include elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

100 パターン検査装置
101 フォトマスク
102 XYθテーブル
103 光源
104 拡大光学系
105 フォトダイオードアレイ
106 センサ回路
107 位置回路
108 比較回路
109 磁気ディスク装置
110 制御計算機
111 展開回路
112 参照回路
115 磁気テープ装置
140 位置合わせ回路
150 光学画像取得部
302 参照データメモリ
304 測定データメモリ
310 SSDアライメント演算部
311,321 メモリ
312 画素単位SSD演算部
314 画素単位アライメント部
316 サブ画素単位SSD演算部
318 サブ画素単位アライメント部
320 最小二乗法アライメント演算部
322 最小二乗法位置ずれ演算部
324 最小二乗法アライメント部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Pattern inspection apparatus 101 Photomask 102 XY (theta) table 103 Light source 104 Magnification optical system 105 Photodiode array 106 Sensor circuit 107 Position circuit 108 Comparison circuit 109 Magnetic disk apparatus 110 Control computer 111 Expansion circuit 112 Reference circuit 115 Magnetic tape apparatus 140 Position alignment circuit 150 Optical image acquisition unit 302 Reference data memory 304 Measurement data memory 310 SSD alignment calculation unit 311, 321 Memory 312 Pixel unit SSD calculation unit 314 Pixel unit alignment unit 316 Sub pixel unit SSD calculation unit 318 Sub pixel unit alignment unit 320 Least square method Alignment calculation unit 322 Least square method position shift calculation unit 324 Least square method alignment unit

Claims (7)

パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記被検査試料の設計データに基づいて、前記光学画像と比較する参照画像を作成する参照画像作成部と、
前記光学画像と前記参照画像との合わせ位置をベースにして平行シフトした別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける位置ずれ量を取得する残差2乗和演算部と、
前記残差2乗和演算部で取得された位置ずれ量が補正された参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記補正された参照画像との合わせ位置からの位置ずれ量を演算する最小二乗法演算部と、
前記光学画像と前記残差2乗和および前記最小二乗法を用いて補正された参照画像とを比較する比較部と、
を備え、
前記残差2乗和演算部による演算を最初として、前記残差2乗和演算部と前記最小二乗法演算部は、交互に同回数だけ複数回演算を繰り返し、
前記比較部は、複数回演算が繰り返された結果得られた位置に補正された参照画像と前記光学画像とを比較することを特徴とするパターン検査装置。
An optical image acquisition unit for acquiring an optical image of a test sample on which a pattern is formed;
Based on the design data of the sample to be inspected, a reference image creating unit that creates a reference image to be compared with the optical image;
Using another plurality of reference images shifted in parallel based on the alignment position of the optical image and the reference image, the optical image between the optical image and each reference image of the plurality of other reference images And the residual sum of squares that is the smallest of the calculated residual sums of squares. A residual sum-of-squares calculation unit that acquires the amount of misalignment in the combination for which
By the least-squares method of calculating using a value obtained by spatially differentiating in the x direction and a value obtained by spatially differentiating the reference image acquired by the residual sum of squares computing unit in the x direction A least-squares method computing unit that computes the amount of displacement from the alignment position of the image and the corrected reference image;
A comparison unit that compares the optical image with the reference image corrected using the residual sum of squares and the least squares method;
With
Starting with the calculation by the residual sum of squares calculation unit, the residual sum of squares calculation unit and the least squares method calculation unit alternately repeat the same number of times multiple times,
The said comparison part compares the reference image and the said optical image which were correct | amended to the position obtained as a result of repeating calculation several times, The pattern inspection apparatus characterized by the above-mentioned.
前記残差2乗和演算部は、最初の演算の際、前記光学画像と位置補正されていない前記参照画像との合わせ位置をベースにして演算し、2回目以降は前記光学画像と位置補正されていない前記参照画像に前記最小二乗法を用いて得られた位置ずれ量が補正された参照画像との合わせ位置をベースにして演算し、
前記最小二乗法演算部は、前記光学画像と位置補正されていない前記参照画像に前記残差2乗和を用いて得られた位置ずれ量が補正された参照画像との合わせ位置からの位置ずれ量を演算し、最後の演算よりも前の演算の際、得られた位置ずれ量を位置補正されていない前記参照画像に補正して出力し、最後の演算の際、得られた位置ずれ量を前記残差2乗和を用いて得られた最後の位置ずれ量が補正された参照画像に対して補正して出力することを特徴とする請求項1記載のパターン検査装置。
The residual sum-of-squares calculation unit performs a calculation based on a matching position between the optical image and the reference image that has not been position-corrected at the time of the first calculation, and the second and subsequent times are position-corrected with the optical image. Based on the alignment position with the reference image corrected for the positional deviation amount obtained by using the least square method to the reference image that is not,
The least square method computing unit is configured to detect a positional deviation from a position where the optical image and the reference image not corrected for position are aligned with a reference image obtained by correcting a positional deviation amount obtained by using the residual sum of squares. The amount of misregistration is calculated, and the obtained misregistration amount is corrected to the reference image that has not been corrected in the calculation before the last calculation, and the obtained misregistration amount is obtained in the final calculation. The pattern inspection apparatus according to claim 1, wherein the pattern inspection apparatus corrects and outputs a reference image in which a final positional shift amount obtained using the residual sum of squares is corrected.
前記残差2乗和演算部は、画素単位でずらしながら残差2乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算し、画素単位で最小となる位置からさらにサブ画素単位でずらしながら残差2乗和が最小となる位置への位置ずれ量を演算することを特徴とする請求項1又は2記載のパターン検査装置。   The residual sum of squares calculation unit calculates the amount of positional shift to a position where the residual sum of squares is minimized while shifting in units of pixels, and further shifts in units of sub-pixels from the position where the residual sum of squares is minimum. 3. The pattern inspection apparatus according to claim 1, wherein a displacement amount to a position where the difference sum of squares is minimized is calculated. パターンが形成された被検査試料の光学画像と比較するために作成された第1の参照画像を第2の参照画像に代入する第1の工程と、
第2の参照画像と光学画像の残差二乗和が最小となる平行シフトによる位置補正量を探索により算出する第2の工程と、
第2の工程により算出された平行シフトによる位置補正量を示す第1のパラメータだけ第1の参照画像を位置補正して新たな第2の参照画像として得る第3の工程と、
新たな第2の参照画像に対する光学画像の平行シフト・伸縮・回転・像強度変動を未知の第2のパラメータとしてモデル化し、最小二乗法により上記第2のパラメータを算出する第4の工程と、
第4の工程により算出された第2のパラメータだけ第1の参照画像を画像補正してさらに新たな第2の参照画像として得る第5の工程と、
を備え、
前記第2から4の工程をN回、第5の工程をN−1回、第2から5の工程を順に繰り返し、
N回目の第4の工程の後、N回目の第4の工程により算出された第2のパラメータだけN回目の第4の工程で用いた新たな第2の参照画像を画像補正して第3の参照画像を得て、出力する第6の工程をさらに備えたことを特徴とする画像位置合わせ方法。
A first step of substituting a first reference image created for comparison with an optical image of a sample to be inspected with a pattern into a second reference image;
A second step of calculating a position correction amount by a parallel shift that minimizes a residual sum of squares of the second reference image and the optical image;
A third step of obtaining a new second reference image by correcting the position of the first reference image by the first parameter indicating the position correction amount by the parallel shift calculated in the second step;
A fourth step of modeling the parallel shift, expansion / contraction, rotation, and image intensity variation of the optical image with respect to the new second reference image as an unknown second parameter, and calculating the second parameter by a least square method;
A fifth step of image-correcting the first reference image by the second parameter calculated in the fourth step to obtain a new second reference image;
With
Repeat the second to fourth steps N times, the fifth step N-1 times, the second to fifth steps in order,
After the Nth fourth step, the second second reference image used in the Nth fourth step is image-corrected by the second parameter calculated in the Nth fourth step and the third parameter is corrected. An image alignment method, further comprising a sixth step of obtaining and outputting the reference image.
パターンが形成された被検査試料の光学画像を取得する光学画像取得部と、
前記被検査試料の設計データに基づいて、前記光学画像と比較する第1の参照画像を作成する参照画像作成部と、
光学画像と前記第1の参照画像との第1番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第1番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第1番目の位置ずれ量を取得する第1番目の演算部と、
前記第1番目の位置ずれ量が補正された第2の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第2の参照画像との第2番目の合わせ位置からの第2番目の位置ずれ量を演算する第2番目の演算部と、
前記光学画像と前記第1の参照画像に前記第(2n−2)番目(但し、2≦n≦mであってn,mは整数)の位置ずれ量が補正された第(2n−1)の参照画像との第(2n−1)番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第n番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第(2n−1)番目の位置ずれ量を取得する第(2n−1)番目の演算部と、
前記第1の参照画像に前記第(2n−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2n)の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第(2n)の参照画像との合わせ位置からの第(2n)番目の位置ずれ量を演算する第(2n)番目の演算部と、
前記第1の参照画像に対し第(2m−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2m)の参照画像に対して(2m)番目の位置ずれ量が補正された第(2m+1)の参照画像と前記光学画像とを比較する比較部と、
を備えたことを特徴とするパターン検査装置。
An optical image acquisition unit for acquiring an optical image of a test sample on which a pattern is formed;
A reference image creating unit that creates a first reference image to be compared with the optical image based on the design data of the sample to be inspected;
Using the first different reference images shifted in parallel based on the first alignment position of the optical image and the first reference image, the optical image and the first different plurality of reference images are used. And calculating a residual sum of squares of the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the first plurality of other reference images with each reference image of the reference image. A first calculation unit that obtains a first positional shift amount in a combination in which a minimum residual square sum is calculated from each residual square sum;
The optical image and the first reference image are calculated by a least square method that uses a value obtained by spatial differentiation in the x direction and a value obtained by spatial differentiation in the y direction of the second reference image in which the first positional deviation amount is corrected. A second calculation unit that calculates a second positional deviation amount from the second alignment position with the second reference image;
The (2n−1) th (2n−2) th (where 2 ≦ n ≦ m, where n and m are integers) corrected positional shift amounts in the optical image and the first reference image. Using the plurality of nth different reference images shifted in parallel based on the (2n-1) th matching position with the reference image of the reference image, the optical image and the other plurality of the nth reference images Calculating a residual sum of squares between the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the nth other reference images between each reference image of the image, A (2n-1) th arithmetic unit that obtains the (2n-1) th positional deviation amount in the combination in which the minimum residual square sum is calculated from the residual square sums;
Using a value obtained by spatially differentiating in the x direction and a value obtained by spatially differentiating in the y direction, the first reference image obtained by correcting the (2n-1) th positional deviation amount in the first reference image. A (2n) -th computing unit that computes a (2n) -th positional shift amount from the alignment position of the optical image and the (2n) reference image by a least-squares method to be computed;
The (2m + 1) th positional deviation amount corrected with respect to the (2m) th reference image with the (2m-1) th positional deviation amount corrected with respect to the first reference image. A comparison unit for comparing a reference image and the optical image;
A pattern inspection apparatus comprising:
パターンが形成された被検査試料の比較検査に用いる光学画像と参照画像とを位置合わせする画像位置合わせ方法であって、
光学画像と第1の参照画像との第1番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第1番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第1番目の位置ずれ量を取得する第1番目の演算工程と、
前記第1番目の位置ずれ量が補正された第2の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第2番目の参照画像との第2番目の合わせ位置からの第2番目の位置ずれ量を演算する第2番目の演算工程と、
前記光学画像と前記第1の参照画像に前記第(2n−2)番目(但し、2≦n≦mであってn,mは整数)の位置ずれ量が補正された第(2n−1)の参照画像との第(2n−1)番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第n番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第(2n−1)番目の位置ずれ量を取得する第(2n−1)番目の演算工程と、
前記第1の参照画像に前記第(2n−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2n)の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第(2n)の参照画像との合わせ位置からの第(2n)番目の位置ずれ量を演算する第(2n)番目の演算工程と、
前記第1の参照画像に第(2m−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2m)の参照画像に対して(2m)番目の位置ずれ量を補正して生成される第(2m+1)の参照画像と、前記光学画像とを位置合わせし、出力する位置合わせ工程と、
を備えたことを特徴とする画像位置合わせ方法。
An image alignment method for aligning an optical image and a reference image used for comparative inspection of a test sample on which a pattern is formed,
The first different reference images shifted in parallel based on the first alignment position of the optical image and the first reference image are used, and the optical image and the first other plurality of reference images are used. A residual sum of squares of the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the first plurality of reference images is calculated between each reference image of the reference image, and the calculation is performed. A first calculation step of obtaining a first positional deviation amount in a combination in which a minimum residual square sum is calculated from each residual square sum;
The optical image and the first reference image are calculated by a least square method that uses a value obtained by spatial differentiation in the x direction and a value obtained by spatial differentiation in the y direction of the second reference image in which the first positional deviation amount is corrected. A second calculation step of calculating a second positional deviation amount from the second alignment position with the second reference image;
The (2n−1) th (2n−2) th (where 2 ≦ n ≦ m, where n and m are integers) corrected positional shift amounts in the optical image and the first reference image. Using the plurality of nth different reference images shifted in parallel based on the (2n-1) th matching position with the reference image of the reference image, the optical image and the other plurality of the nth reference images Calculating a residual sum of squares between the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the nth other reference images between each reference image of the image, A (2n-1) th calculation step of obtaining a (2n-1) th positional shift amount in a combination in which the minimum residual square sum is calculated from the residual square sum;
Using a value obtained by spatially differentiating in the x direction and a value obtained by spatially differentiating in the y direction, the first reference image obtained by correcting the (2n-1) th positional deviation amount in the first reference image. A (2n) th calculation step of calculating a (2n) th positional shift amount from the alignment position of the optical image and the (2n) reference image by a least square method to be calculated;
The (2m + 1) th (2m + 1) th position shift amount is generated by correcting the (2m) th position shift amount with respect to the (2m) th reference image in which the (2m-1) th position shift amount is corrected in the first reference image. ) A reference image and the optical image are aligned and output,
An image alignment method characterized by comprising:
パターンが形成された被検査試料の比較検査に用いる光学画像と第1の参照画像とを記憶装置に記憶する記憶処理と、
前記記憶装置から前記光学画像と第1の参照画像とを読み出し、前記光学画像と第1番目の参照画像との第1番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第1番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第1番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第1番目の位置ずれ量を取得する第1番目の演算処理と、
前記第1番目の位置ずれ量が補正された第2の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第2の参照画像との第2番目の合わせ位置からの第2番目の位置ずれ量を演算する第2番目の演算処理と、
前記光学画像と前記第1の参照画像に前記第(2n−2)番目(但し、2≦n≦mであってn,mは整数)の位置ずれ量が補正された第(2n−1)の参照画像との第(2n−1)番目の合わせ位置をベースにして平行シフトした第n番目の別の複数の参照画像を用いて、前記光学画像と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像との間で前記光学画像の画素値と前記第n番目の別の複数の参照画像の各参照画像の画素値との残差2乗和をそれぞれ演算し、演算された各残差2乗和の中から最小となる残差2乗和が演算された組み合せにおける第(2n−1)番目の位置ずれ量を取得する第(2n−1)番目の演算処理と、
前記第1の参照画像に前記第(2n−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2n)の参照画像をx方向に空間微分した値とy方向に空間微分した値とを用いて演算する最小二乗法により、前記光学画像と前記第(2n)の参照画像との合わせ位置からの第(2n)番目の位置ずれ量を演算する第(2n)番目の演算処理と、
前記第1の参照画像に第(2m−1)番目の位置ずれ量が補正された第(2m)の参照画像に対して(2m)番目の位置ずれ量を補正して生成される第(2m+1)の参照画像と、前記光学画像とを位置合わせし、出力する位置合わせ処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
A storage process for storing in the storage device the optical image and the first reference image used for the comparative inspection of the test sample on which the pattern is formed;
The optical image and the first reference image are read from the storage device, and a plurality of first different plurality of signals shifted in parallel based on a first alignment position of the optical image and the first reference image. Using a reference image, each reference of the pixel value of the optical image and the first plurality of reference images between the optical image and each reference image of the first other plurality of reference images The first sum of the squares of the residual values with the pixel values of the image is calculated, and the first misregistration amount in the combination in which the minimum residual sum of squares is calculated from among the calculated residual sums of squares. A first calculation process to be acquired;
The optical image and the first reference image are calculated by a least square method that uses a value obtained by spatial differentiation in the x direction and a value obtained by spatial differentiation in the y direction of the second reference image in which the first positional deviation amount is corrected. A second calculation process for calculating a second positional shift amount from the second alignment position with the second reference image;
The (2n−1) th (2n−2) th (where 2 ≦ n ≦ m, where n and m are integers) corrected positional shift amounts in the optical image and the first reference image. Using the plurality of nth different reference images shifted in parallel based on the (2n-1) th matching position with the reference image of the reference image, the optical image and the other plurality of the nth reference images Calculating a residual sum of squares between the pixel value of the optical image and the pixel value of each reference image of the nth other reference images between each reference image of the image, A (2n-1) th calculation process for obtaining a (2n-1) th positional deviation amount in a combination in which the minimum residual square sum is calculated from the residual square sums;
Using a value obtained by spatially differentiating in the x direction and a value obtained by spatially differentiating in the y direction, the first reference image obtained by correcting the (2n-1) th positional deviation amount in the first reference image. A (2n) th calculation process for calculating a (2n) th positional shift amount from the alignment position of the optical image and the (2n) reference image by a least square method to be calculated;
The (2m + 1) th (2m + 1) th position shift amount is generated by correcting the (2m) th position shift amount with respect to the (2m) th reference image in which the (2m-1) th position shift amount is corrected in the first reference image. ) The reference image and the optical image are aligned and output,
A program that causes a computer to execute.
JP2010138058A 2010-06-17 2010-06-17 Pattern inspection device, image alignment method and program Active JP4970570B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010138058A JP4970570B2 (en) 2010-06-17 2010-06-17 Pattern inspection device, image alignment method and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010138058A JP4970570B2 (en) 2010-06-17 2010-06-17 Pattern inspection device, image alignment method and program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012002674A JP2012002674A (en) 2012-01-05
JP4970570B2 true JP4970570B2 (en) 2012-07-11

Family

ID=45534822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010138058A Active JP4970570B2 (en) 2010-06-17 2010-06-17 Pattern inspection device, image alignment method and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4970570B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5726472B2 (en) 2010-09-24 2015-06-03 株式会社東芝 Alignment method and detection apparatus
JP6981811B2 (en) 2017-08-25 2021-12-17 株式会社ニューフレアテクノロジー Pattern inspection device and pattern inspection method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3998334B2 (en) * 1997-09-22 2007-10-24 株式会社東芝 Defect inspection method
JP4199786B2 (en) * 2006-08-10 2008-12-17 アドバンスド・マスク・インスペクション・テクノロジー株式会社 Sample inspection apparatus, image alignment method, and program

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012002674A (en) 2012-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4199786B2 (en) Sample inspection apparatus, image alignment method, and program
JP4143101B2 (en) Specimen inspection apparatus, image alignment method, misregistration amount estimation method, and program
JP4143084B2 (en) Sample inspection apparatus, image alignment method, and program
US8233698B2 (en) Pattern inspection apparatus, corrected image generation method, and computer-readable recording medium storing program
JP4336672B2 (en) Sample inspection apparatus, sample inspection method, and program
JP4554691B2 (en) Correction pattern image generation apparatus, pattern inspection apparatus, and correction pattern image generation method
JP5753461B2 (en) Pattern inspection apparatus and pattern inspection method
JP5525739B2 (en) Pattern inspection apparatus and pattern inspection method
JP4185516B2 (en) Sample inspection apparatus, sample inspection method, and program
JP4988000B2 (en) Pattern inspection apparatus and pattern inspection method
JP5860646B2 (en) Misalignment map creation device, pattern inspection system, and misalignment map creation method
JP3958328B2 (en) Sample inspection apparatus, sample inspection method, and program
JP5178781B2 (en) Sensor output data correction device and sensor output data correction method
KR102146943B1 (en) Instrumentation device and instrumentation method
JP4970570B2 (en) Pattern inspection device, image alignment method and program
JP4772815B2 (en) Correction pattern image generation apparatus, pattern inspection apparatus, and correction pattern image generation method
JP4977123B2 (en) Sample inspection apparatus, sample inspection method, and program
JP4131728B2 (en) Image creation method, image creation apparatus, and pattern inspection apparatus
JP4554635B2 (en) Pattern inspection apparatus, pattern inspection method, and program
JP4960404B2 (en) Pattern inspection apparatus and pattern inspection method
JP4456613B2 (en) Correction pattern image generation apparatus and correction pattern image generation method

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120313

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120404

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150413

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4970570

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350