JPH03225481A

JPH03225481A - 画像位置合せ方法

Info

Publication number: JPH03225481A
Application number: JP2018899A
Authority: JP
Inventors: Toshibumi Watanabe; 俊文渡辺; Minoru Ito; 稔伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する技術分野）本発明はパターン照合、パターン検査等の画像処理工程
において、画像間の位置合せを正確でかつ、高速に行な
う画像位置合せ方法に関する。

（従来の技術）画像間の位置合せ方法しては、相関法（Ａ）、残差逐次
検定法（Ｂ）、拡張残差逐次検定法（Ｃ）等が知られて
いる。これらの方法を簡単に説明する。

（Ａ）相関法これは画像間の相関度を最大にする場所を検索するもの
であり、第３図に示すように大きさＬ×Ｌの基準画像Ｗ
（１１Ｊ）２６、および大きさＭＸＭの対象画像Ｓ　（
ｉ、　ｊ）２５間において、前記基準画像Ｗ２６の原点
側の角の座標を（＋１１口）としたとき、該基準画像Ｗ
２６が対象画像Ｓ２５のある部分に対応していることを
知るために下記式（１）％式％（１）１を検索許容範囲２７として計算し、Ｒ（■＋　ｎ）が
最大値をとる位置（ｍ、　ｎ）を求める方法である。

（参照文献１．に、Ｐｒａｔｔ　：　Ｃｏｒｒｅｌａｔ
ｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆ　ｉ＋ｍａｇｅ　ｒ
ｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ、　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、、
　ＡＥＳ−１０゜２ｙ　Ｐρ、３５３−３５８（１９７
４））（Ｂ）残差逐次検定法これは、　Ｓ　Ｓ　Ｄ　Ａ　（Ｓｅｑｕｅｎｔｊａｌ　
５１ｍ１ｌａｒｉｔｙ口ｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒ
ｉｔｈｍ）と呼ばれる方法であり、前記相関法（Ａ）で
定義した変数を用いるとパターンの類似度を下記式（２
）に示される誤差の累積で定義し、対象画像の全画素に
ついて同様に値を求め、この値が最小値をとる位置（ｍ
ｙ　ｎ）を求める方法である。

（参照文献り、１．Ｂａｒｎｅａ　ａｎｄ　Ｈ，Ｆ、Ｓ
ｉｌｖｅｒｍａｎ　：Ａ　　ｃｌａｓｓ　　ｏｆ　ａｌ
ｇｏｒｉｔｈｍｓ　ｆｏｒ　ｆａｓｔ　　ｄｉｇｉｔａ
ｌ　　ｉｍａｇｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ、ＩＥＥＥ
　　Ｔｒａｎｓ、、Ｃ−２１，２，ｐｐ、１７９−１８
６（１９７２））（Ｃ）拡張残差逐次検定法（Ｃ１）部分基準画像を用いる拡張残差逐次検定法これは、基準画像の１部を部分基準画像とし、この部分
基準画像を対象に適用し、残差が最小値をとる位置を全
て求め、これらを位置合せの正解の候補とし、その候補
に対し前記基準画像の全体について残差が最小値になる
位置を求める方法である。

（参照文献Ｇ、Ｊ、Ｖａｎｄｅｒｂｒｕｇ　ａｎｄ　Ａ
、Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ　：Ｔｗｏ−ｓｔａｇｅ　　ｔｅ
ｍｐｌａｔｅ　　ｍａｔｃｈｉｎｇ、　　ＩＥＥＥ　　
Ｔｒａｎｓ、。

Ｃ−２６，４，ｐｐ、３８４−３９３（１９７７））（
Ｃ２）低分解能の基準画像を用いる拡張残差逐次検定法これは、対象画像および基準画像を全体に空間フィルタ
などを用いて分解能を落すことによって被検査対象の有
効画素数を減らし、その結果に対し残差をとることによ
り粗い位置合せを行ない、次に解像度の基準画像を用い
検定を行なう方法である。

（参照文献Ａ、Ｒｏｓｅｎｆｅｌｄ　ａｎｄ　Ｇ、Ｊ、
Ｖａｎｄｅｒｂｒｕｇ　：Ｃｏａｒｓｅ−ｆｉｎｅ　ｔ
ｅ＋＋＋ｐｌａｔｅ　ｍａｔｃｈｉｎｇ、　ＩＥＥＥ　
Ｔｒａｎｓ、。

ＳＭＣ−７，ｐｐ、１０４−１０７（１９７７））（発
明が解決しようとする課題）例えば、ＬＳＩ製造工程におけるＬＳＩパターン検査時
の位置合せにおいて、上述した従来の方法を適用した場
合に次のような問題点が発生する。

これを具体的に説明すると、ＬＳＩパターンの性質とし
て、下記４点があることを前提とする。

（ａ）ＬＳＩパターンは大半が直交している方向成分か
ら形成されている。

（ｂ）類似したパターンが隣接している可能性が多い。

（Ｃ）検査工程での欠陥等の検出対象の大きさから入力
画像の分解能を下げることは好ましくない。

（ｄ）各画素の大きさは、対象画像として５１２Ｘ５１
２画素以上、基準画像として１０　Ｘ　１０から９６Ｘ
９６画素以上の大きな画像である。

このような画像に対し計算量の観点から比較すると、前
述した（Ｃ１）方法の部分基準画像を１６Ｘ１６画素、
’（Ｃ，）方法の分解能を１７３程度に低減する曲型的
な計算量の見積りを下表に示すが、（Ａ）方法、（Ｂ）
方法も合せて示すと計算量が極めて多いことがわかる。

（表）さらに、正解の候補の絞り易さから比較すると、ＣＢ）
方法では類似したパターンの並ぶ中から目的のパターン
を特定するために、基準画像が周辺の広い範囲のパター
ンを含んでいなければならず、計算量が増加する。

また、（Ｃ□）方法は類似したパターンが極めて多いた
め正解の候補パターンの数が多くなり、改めて候補の中
から対象を絞る処理が必要になる。

さらに−（ＣＺ）方法は対象物周辺の平均的パターンを
基準画像とするため、分解能が足らず正確な位置ずれ量
を算出できず、また、対象を検索できない場合が生じ易
く、適用できる対象が限定される。

（発明の目的）本発明は上述した画像間の位置合せ方法の問題点を解決
し、類似性を持ち、かつ、パターンの方向成分がある程
度特定される画像間の画素レベルでのパターン位置合せ
において、類似した多数のパターンが存在しても正確で
、かつ、高速に位置合せを実現する画像位置合せ方法を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するための画像位置合せ方法を
第１図（１）のフローチャート（１）とこれに対応する
対象画像（２）および基準画像（３）のアルゴリズムに
よりのべる。

本発明は２つの入力画像（対象画像と基準画像）を２値
化しくＳ□）、この２値化した画像に対し２値画像上に
設けた直交座標軸に対し１画像値の積算値を投影パター
ンとして作成する（８つ）。次にこの投影パターンのう
ちの相対応するパターン間（Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ、Ｘ’−Ｘ
’、Ｙ’−Ｙ’）テ残差が最小になる位置を一方の投影
を移動（Ｘへｄ、、ＹへｄＸ）させながら求める１次元
での粗位置ずれ量ｄｉｊｄ２を求め（Ｓ３）、粗い位置
合せを行なう（Ｓ４）。

次にこの粗い位置合せ結果の画像と元の画像間の残差が
最小になる位置を一方の対象画像を平面内で移動させな
がら精密な位置ずれ量ｅｘｅ　ｅ２を求め（Ｓ、）、２
次元の精密な位置合せを行なう（Ｓ、）。

（作　用）上述したように本発明は、粗い位置合せと精密な位置合
せを組合せて、精確で高速な位置合せを可能とする。こ
れをＬＳＩパターン特有の性質であるパターンの大半が
特定方向成分からなっているものについては、上記１次
元投影をとり、類似したパターンが隣接していても処理
量をそれ程増さずに充分広い範囲を高速に探索し、さら
に２次元パターンマツチングにより精密な位置合せを行
なうことができる。

（実施例）以下本発明をＬＳＩチップのパターン検査工程における
位置合せに実施した場合についてのべる。

ＬＳＩチップのパターン検査工程において配線を検査す
る場合、装置に対して相対的なＬＳＩチップ基板の精確
な位置を求める必要が有る。

ＬＳＩチップ基板は平行移動のみ可能なステージに乗せ
てｆ７Ｒ察する場合が一般的であり、−度ステージ上に
固定した場合、基板の法線回りの回転変位は一度観察す
ればステージの移動に際して容易に変わるものではない
。

一方基板の法線に垂直な方向の変位は、ステージを動か
すたびに測定する必要があり、しかも工程上このステー
ジ移動をきわめて多数回行なう必要があり、この変位を
容易に測定できることが望ましい。

第２図は上記ＬＳＩチップのパターン検査を行なう一実
施例のブロック構成図を示す。図において、１８は電子
顕微鏡などの外部装置で被測定対象画像を入力する。１
９は基準画像として用いる設計データ、２０は上記両画
像を入力する画像入力部で、画像入力部１と２でなる。

２Ｉは該画像入力部２０の出力Ｄｉ、Ｄ２を２値化する
２値化部で、２値化部３と４でなる。２２は該２値化部
２１の出力Ｄ３．　Ｃ４を入力としｘ、Ｙ軸方向の投影
を行なう投影部で、Ｘ軸投影部５と７及びＹ軸投影部６
と８でなる。

２３は粗ずれ量検出部で、前記投影部２２の出力Ｄ５゜
Ｃ７およびＣ６，Ｃ８を入力とするＸ軸およびＹ軸方白
組残差検出部９と１０、および該粗残差検出部９と１０
の出力Ｄ９．ＤＩＯを入力とするＸ軸およびＹ軸方向の
粗位置ずれ量算出部１１と１２でなる。

また、１３は前記Ｘ軸、Ｙ軸方向粗位置ずれ量算出部１
１と１２の出力Ｄｌｌ、　Ｃ１２および前記被検査対象
画像の２値化部３の出力Ｄ３を入力とする粗位置合せ部
であり、上記各部３〜１３が粗い位置合せ部（１）を構
成する。

また、２４は微ずれ量検出部で、前記粗位置合せ部１３
の出力Ｄ１３および前記基準画像（設計データ１９）の
２値化部４の出力Ｄ４を入力する微残差算出部Ｉ４と、
該微残差算出部Ｉ４の出力Ｄ１４を入力とする微ずれ量
算出部１５とで構成される。１６は前記微ずれ量算出部
１５の出力Ｄ１５．　Ｃ１６および２値化部３の出力Ｄ
３を入力とする微画像合せ部であり、これら各部１４〜
１６が微細な位置合せ部（ＩＩ）を構成する。

なお、１７は前記微画像合せ部Ｉ６の出力Ｄ１７を入力
とする画像出力部である。

次に本実施例の動作を説明すると、電子顕微鏡１８およ
び設計データ１９からの各出力は夫々画像入力部１と２
に入力され、前者は被測定対象画像出力Ｄ１．後者は基
準画像出力Ｄ２として、夫々の２値化部３と４に入力さ
れる。２値化部３では被測定対象画像を２値化し画像出
力Ｄ３を得、また２値化部４では画像入力部２の出力Ｄ
２の２値化が必要な場合、２値化を行ない、その設計デ
ータの出力Ｄ４を得る。即ち、出力Ｄ２が２値画像のと
きは２値化部４での２値化は不必要であり出力Ｄ２はそ
のまま出力する。

投影部２２は上記２値化部３と４の各出力Ｄ３゜Ｃ４を
入力として、夫々Ｘ軸、Ｙ軸投影部５と７および６と８
により、Ｘ方向およびＸ方向の投影を行ない、投影出力
Ｄ５．Ｄ７およびＣ６，Ｃ８をＸ軸、Ｙ軸方面粗残差算
出部９と１０に夫々入力する。

ここでＸ軸方向粗列差算出部９において投影出力Ｄ５．
Ｄ７同士で一方を他方に対して移動させて残差を求め、
その結果の残差分布を出力Ｄ９とする。

また、Ｙ軸方面粗残差算出部１０において投影出力Ｄ６
．Ｄ８同士で一方を他方に対して移動させて残差を求め
、その結果の残差分布を出力Ｄ１０とする。

次に、Ｘ軸方向粗位置ずれ量算出部１１において、前記
残差分布の出力Ｄ９が最小になる位置よりＸ方向の粗位
置ず九量Ｄｌｌ、および前記Ｙ軸方向粗位置ずれ量算出
部１２において、前記残差分布の出力Ｄ１０が最小にな
る位置によってＸ方向の粗位置ずれ量Ｄ１２を求める。

この両組位置ずれ量Ｄ１１゜Ｃ１２を用い粗位置合せ部
１３において、被測定対象画像の２値出力Ｄ３を、Ｘ方
向およびＸ方向に夫々粗位置ずれ量Ｄｌｌ、　０１２だ
け移動させて粗い位置合せをした画像Ｄ１３を出力する
。

次に微ずれ量検出部２４の微残差算出部１４において、
粗い位置合せがなされた画像Ｄ１３と基本画像（設計デ
ータ１９）の２値化出力Ｄ４間の画像間残差の分布出力
Ｄ１４を、画像Ｄ１３の最初の位置を中心に平面内で移
動させることによって求める。次に微ずれ量算出部１５
において上記分布出力Ｄ１４が最小になる位置（Ｃ１５
，Ｃ１６）を求め、微画像合せ部１６において画像Ｄ３
をＸ方向、Ｘ方向に夫々位置Ｄ１５．　Ｃ１６だけ移動
させ、微細な位置合せされた画像ＤＬ７を画像出力部１
７へ出力する。

この画像位置合せの結果、前出の表と同様の５１２　Ｘ
　５１２画像の入力対象画像において、９６Ｘ９６画像
程度の基準画像の位置で、粗い位置合せ部（Ｉ）での結
果は数画素以下の誤差で求められる。また、微細な位置
合せ部（Ｉｆ）での結果は、ｌｏＸＩＯ画素以下の領域
を探索することが可能になり、四則演算の回数を７００
万回程度（０，００７ｘ　１ｏ９）にすることができる
。これに対し同程度の検出率を持つ従来方法（Ｃ２）に
比べ１０倍以上の高速で、かつ高い位置精度で可能とな
る。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は、類似した２次元画像の
位置合わせを対象に、双方の画像が−意的な位置合わせ
を可能にするパターンをもっていれば、そのパターンの
大きさにそれほどよらず、高速にしかも高い位置合せ精
度を持った位置合せを可能にする効果がある。

実施例に示した中で位置ずれ量のみが必要な場合は、粗
画像合せおよびずれ微画像合せは必要なく、直接粗ずれ
量算出および微ずれ量算出から位置ずれ量のみ出力する
ことも可能である。

また、入力画像ＤＩ、Ｄ２とも濃淡画像の場合及び一方
のみ２値化画像の場合でもＤＩまたはＤ２に合せ２値化
部３または４を動作させるか、いなかを切り替えること
により位置合せが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアルゴリズムの説明図、第２図は本発
明の一実施例のブロック構成図、第３図は画像位置合せ
に用いる検索領域の説明図である。１３　・・・粗位置合せ部。１６　・・微画像合せ部。１７　・・・画像出力部。１８　・・・電子顕微鏡、１９　・・・設計データ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）類似した２値対象画像および２値基準画像間の水
平および垂直方向の画像位置合せ方法であって、夫々の
上記２値画像の同一方向にＸ軸およびこのＸ軸に直交す
るＹ軸を定め、４つの座標軸毎に同一座標軸上の画素値
の累積値を１次元投影パターンとして算出し、各画像の
相対応する１次元投影パターンについて、一方の投影パ
ターンを移動させながら残差が最小になる位置を粗位置
ずれ量として求め、前記対象画像を前記粗位置ずれ量に
基づいて平行移動し粗い位置合せを行ない、かつ、この
粗い位置合せをした対象画像と前記基準画像間の２次元
での残差について、一方の画像を他の画像平面内で平行
移動させて求め、該残差の絶対値の和が最小になる位置
を微位置ずれ量として求め、前記粗い位置合せをした対
象画像を前記微位置ずれ量に基づいて平行移動し微細な
位置合せを行なうことを特徴とする画像位置合せ方法。
（２）前記請求項（１）において、始めに濃淡対象画像
および濃淡基準画像を入力し、該両濃淡画像を２値化し
た結果を前記２値対象画像および２値基準画像として夫
々用い、さらに粗い位置合せにおける変換対象を濃淡対
象画像とし、かつ微位置ずれ量の算出に於ける２つの画
像を粗い位置合せした濃淡対象画像および濃淡基準画像
とし、微位置ずれ変換における対象を粗い位置合せをし
た濃淡対象画像とすることを特徴とする画像位置合せ方
法。