JPH05187820A - 画像位置合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、画像データに１方向のエッジしか現
れなくても、又全くパターンが現れなくても確実に小領
域の画像データに対する位置合せを行う。 【構成】撮像装置(10)の撮像により得た被検査画像デー
タを第１微分２値化手段(13)により微分２値化し、参照
画像データを第２微分２値化手段(16)により複数の方向
で微分して最大微分値を示す微分方向を検出し、かつ参
照画像データを微分２値化する。この最大微分値方向の
検出数をからヒストグラム作成手段(29)で各微分方向の
ヒストグラムを作成して無効方向判定手段(30)により無
効とする微分方向を判定する。そして、補正手段(31,3
2) により被検査画像データと参照画像データとをパタ
ーンマッチングし、このときに判定された無効方向の位
置ずれ量を無効として被検査画像データと参照画像デー
タとの位置ずれ量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小領域の被検査パター
ンと参照パターンとの各画像データを位置合わせする画
像位置合わせ装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体ウエハを検査する際、こ
の半導体ウエハを図８に示すような連続する大領域の画
像データ１として撮像することがある。この半導体ウエ
ハの検査はこの画像データ１の各小領域２ａ、２ｂ…を
読出し、これら小領域２ａ、２ｂ…に対する各参照画像
データとのパターンマッチングをそれぞれ行ってその違
いを判断している。

【０００３】このような半導体ウエハの検査では各小領
域２ａ、２ｂ…に対して各参照画像データとのパターン
マッチングを行うため、この際に各小領域２ａ、２ｂ…
の画像データと各参照画像データとの位置合わせが行わ
れる。

【０００４】ところが、この位置合わせでは各小領域２
ａ、２ｂ…の画像データは図９に示すように各パターン
が在るために、位置合わせの演算処理量が多くなってい
る。すなわち、同図(a) に示す小領域２ａ、２ｂ…の画
像データではパターンエッジがｙ方向のみしか現れず、
このｙ方向に対して平行に参照画像データがずれても正
確に位置合わせされたと誤判定してしまう。又、同図
(c) に示す小領域２ａ、２ｂ…の画像データではパター
ンが存在しないために位置合わせが困難となる。なお、
同図(b) ではｘｙの２方向にパターンエッジが現れてい
るので、参照画像データに対する位置合わせが可能であ
る。

【０００５】このように上記図９(a)(c)に示す各画像デ
ータに対しては、これら画像データを区別するために例
えば特開昭６３−８８６８２号公報に記載されている技
術が用いられる。この技術では上記各画像データのパタ
ーンを区別するために同公報に記載されている方程式を
演算処理して解いている。このため、上記図９(a)(c)に
示す各パターンを区別するために大量の演算処理を実行
しなければならず、かつその回路も複雑化する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように各小領域
２ａ、２ｂ…の画像データに対する参照画像データとの
画像位置合わせにおいて、画像データに１方向のエッジ
しか現れない場合や全くパターンが現れない場合に、こ
れらパターンを区別するために大量の演算処理が実行し
なければならない。

【０００７】そこで本発明は、画像データに１方向のエ
ッジしか現れなくても、又全くパターンが現れなくても
確実に小領域の画像データに対する位置合わせができる
画像位置合わせ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検査パター
ンを撮像する撮像装置と、この撮像装置の撮像により得
られた被検査画像データを微分２値化する第１微分２値
化手段と、参照パターンの参照画像データを複数の方向
で微分して最大微分値を示す微分方向を検出し、かつ参
照画像データを微分２値化する第２微分２値化手段と、
この第２微分２値化手段により検出された最大微分値方
向の検出数を累積して各微分方向のヒストグラムを作成
するヒストグラム作成手段と、この手段により作成され
たヒストグラムから無効とする微分方向を判定する無効
方向判定手段と、被検査画像データと参照画像データと
をパターンマッチングし、無効方向判定手段により判定
された無効方向の位置ずれ量を無効として被検査画像デ
ータと参照画像データとの位置ずれ量を求める位置ずれ
補正手段とを備えて上記目的を達成しようとする画像位
置合わせ装置である。

【０００９】

【作用】このような手段を備えたことにより、撮像装置
の撮像により得た被検査画像データが第１微分２値化手
段により微分２値化され、これとともに参照画像データ
が第２微分２値化手段により複数の方向で微分されて最
大微分値を示す微分方向が検出され、かつ参照画像デー
タが微分２値化される。この最大微分値方向の検出数を
からヒストグラム作成手段により各微分方向のヒストグ
ラムが作成され、このヒストグラムから無効方向判定手
段により無効とする微分方向が判定される。しかして、
補正手段により被検査画像データと参照画像データとの
パターンマッチングが行われ、このときに判定された無
効方向の位置ずれ量を無効として被検査画像データと参
照画像データとの位置ずれ量が求められる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【００１１】図１は画像位置合わせ装置の構成図であ
る。撮像装置１０は被検査体１１に描かれているパター
ンを撮像してその画像信号を出力するものであり、この
画像信号はディジタル処理されて被検査画像データとし
て被検査パターン画像メモリ１２に記憶されるようにな
っている。この被検査パターン画像メモリ１２には第１
微分２値化回路１３が接続されている。この微分２値化
回路１３は被検査パターン画像メモリ１２に記憶されて
いる被検査画像データを読み取って微分処理し、この微
分値と閾値とを比較して微分値が閾値よりも大きい場合
に「１」を出力する機能を有している。

【００１２】一方、参照パターン発生装置１４が備えら
れている。この参照パターン発生装置１４は設計データ
を受け、この設計データから被検査体１１に描かれたパ
ターンに対する参照画像データを作成する機能を有して
いる。この参照パターン発生装置１４により作成された
参照画像データは参照パターンメモリ１５に一旦記憶さ
れて第２微分２値化回路１６に送られるようになってい
る。

【００１３】この第２微分２値化回路１６は参照画像デ
ータをＸ方向、Ｙ方向、＋４５°、−４５°の各方向で
微分し、これら微分値のうち最大微分値を示す微分方向
を検出し、かつ参照画像データに対して所定の閾値によ
って微分２値化処理する機能を有している。

【００１４】ここで、参照画像データを上記各方向で微
分して最大微分値を示す微分方向を検出する機能の具体
的な構成について図２を参照して説明する。画像入力部
１７は入力するディジタルの参照画像データをＸ方向に
１画素づづ走査して出力し、かつＸ方向に１ライン分及
び２ライン分それぞれ遅延し、図３に示すように画素
「ａ1 ，ａn1，ａm1」「ａ2 ，ａn2，ａm2」…の各画素
データが同時に微分２値化回路１６に入力するものとな
っている。

【００１５】この微分２値化回路１６には各ラッチ回路
１８、１９、２０が設けられ、各画素データ「ａ1 ，ａ
n1，ａm1」「ａ2 ，ａn2，ａm2」…はそれぞれラッチ回
路１８、１９、２０によりラッチされてＸ方向フィルタ
２１、Ｙ方向フィルタ２２、＋４５°方向フィルタ２
３、−４５°方向フィルタ２４に送られるようなってい
る。これらフィルタ２１〜２４はそれぞれ３×３マトリ
ックスのフィルタを有している。これらフィルタ２１〜
２４には微分値最大値検出回路２５が接続されている。

【００１６】この微分値最大値検出回路２５は各フィル
タ２１〜２４の微分値を受けてこれら微分値の中から最
大値を示す微分方向を検出する機能を有するもので、こ
の微分方向は方向コード作成回路２６及び２値化比較回
路２７に送られている。

【００１７】この２値化比較回路２７にはラッチ回路２
８を介して２値化閾値を入力しており、この２値化比較
回路２７は２値化閾値と微分の最大値とを比較し、微分
の最大値が２値化閾値よりも大きい場合にコード作成信
号を方向コード作成回路２６に送出する機能を有してい
る。

【００１８】この方向コード作成回路２６はコード作成
信号が入力されたときに微分値最大値検出回路２５から
の微分方向を受け、この微分方向に対応するコードを微
分方向ヒストグラム作成回路２９に送出する機能を有し
ている。

【００１９】次に、微分方向ヒストグラム作成回路２９
は方向コード作成回路２６からのコードを受けてＸ方
向、Ｙ方向、＋４５°方向及び−４５°方向に対する検
出数を累積して各微分方向に対するヒストグラムを作成
する機能を有している。

【００２０】位置ずれ判定回路３０は微分方向ヒストグ
ラム作成回路２９で作成されたヒストグラムから累積値
の多い微分方向を検出し、この微分方向に対する位置ず
れ量を無効とする旨の信号を送出する機能を有してい
る。

【００２１】前記各微分２値化回路１３、１６にはパタ
ーンマッチング回路３１が接続されている。このパター
ンマッチング回路３１は各微分２値化回路１３、１６に
よりそれぞれ２値化された被検査画像データと参照画像
データとをパターンマッチングしてＸ方向、Ｙ方向、＋
４５°方向及び−４５°方向の各位置ずれ量を求める機
能を有している。

【００２２】位置ずれ補正回路３２は無効とする微分方
向の旨を受け、この微分方向の位置ずれ量を無効として
被検査画像データと参照画像データとの位置ずれ量を求
める機能を有している。

【００２３】位置合わせ回路３３は位置ずれ補正回路３
２により補正された位置ずれ量に従って被検査画像デー
タと参照画像データとを位置合わせする機能を有してい
る。次に上記の如く構成された装置の作用について説明
する。

【００２４】撮像装置１０は被検査体１１を撮像してそ
の画像信号を出力する。この画像信号はディジタル処理
されて図４(a) に示す被検査画像データとして被検査パ
ターン画像メモリ１２に記憶される。なお、図５(a) は
被検査画像データの濃淡値を示している。

【００２５】第１微分２値化回路１３は同メモリ１２に
記憶された被検査画像データを読み取って微分処理｛図
６(a) ｝し、この微分値と閾値とを比較して微分値が閾
値よりも大きい場合に「１」を出力する｛図７(a) ｝。

【００２６】一方、参照パターン発生装置１４は設計デ
ータから被検査体１１に描かれたパターンに対する図４
(b) に示す参照画像データを作成して参照パターンメモ
リ１５に一旦記憶する。なお、図５(b) は被検査画像デ
ータの濃淡値を示している。

【００２７】又、第２微分２値化回路１６はこのメモリ
１５に記憶されてた参照画像データを読み取って微分処
理｛図６(b) ｝し、この微分値と閾値とを比較して微分
値が閾値よりも大きい場合に「１」を出力する｛図７
(b) ｝。

【００２８】これとともに参照画像データは参照パター
ンメモリ１５から読出され、かつ図２に示す画像入力部
１７により１画素づづ送出され、かつＸ方向に１ライン
分及び２ライン分それぞれ遅延され、図３に示すように
画素「ａ1 ，ａn1，ａm1」「ａ2 ，ａn2，ａm2」…の各
画素データとして微分２値化回路１６に送出される。

【００２９】この微分２値化回路１６は上記動作ととも
に各ラッチ回路１８、１９、２０により各画素データ
「ａ1 ，ａn1，ａm1」「ａ2 ，ａn2，ａm2」…をラッチ
してＸ方向フィルタ２１、Ｙ方向フィルタ２２、＋４５
°方向フィルタ２３、−４５°方向フィルタ２４に送
る。これらフィルタ２１〜２４はそれぞれ上記方向に従
って微分処理を行ってその結果を微分値最大値検出回路
２５に送出する。この微分値最大値検出回路２５は各フ
ィルタ２１〜２４の微分値を受けて、これら微分値の中
から最大値を示す微分方向を検出し、この微分最大値を
２値化比較回路２７に送出するとともに、この微分方向
を方向コード作成回路２６に送出する。２値化比較回路
２７は２値化閾値と微分最大値とを比較し、微分最大値
が２値化閾値よりも大きい場合にコード作成信号を方向
コード作成回路２６に送出する。そして、この方向コー
ド作成回路２６はコード作成信号が入力されたときに微
分最大値検出回路２５からの微分方向を受け、この微分
方向に対応するコードを微分方向ヒストグラム作成回路
２９に送出する。

【００３０】この微分方向ヒストグラム作成回路２９は
方向コード作成回路２６からのコードを受けてＸ方向、
Ｙ方向、＋４５°方向及び−４５°方向に対する検出数
のヒストグラムを作成する。位置ずれ判定回路３０は上
記ヒストグラムを読み取って累積値の多い微分方向に対
する位置ずれ量を無効とする旨の信号を送出する。

【００３１】一方、パターンマッチング回路３１は各微
分２値化回路１３、１６によりそれぞれ２値化された被
検査画像データと参照画像データとをパターンマッチン
グしてＸ方向、Ｙ方向、＋４５°方向及び−４５°方向
の各位置ずれ量を求める。

【００３２】そうして、位置ずれ補正回路３２は無効と
する微分方向の旨を受け、この微分方向の位置ずれ量を
無効として被検査画像データと参照画像データとの位置
ずれ量を求める。位置合わせ回路３３は位置ずれ補正回
路３２により補正された位置ずれ量に従って被検査画像
データと参照画像データとを位置合わせする。

【００３３】ところで、上記被検査画像データと参照画
像データとの各位置ずれ量が図８に示す小領域２ａに対
する値であれば、この位置ずれ量に従って小領域２ａの
画像データと参照画像データとの位置合わせが行われ
る。次に小領域２ｂの画像データに対して位置合わせが
行われるが、この小領域２ｂの画像データが図９(c) に
示すパターンのない画像データであれば、小領域２ａで
求められた位置ずれ量により小領域２ｂの画像データと
参照画像データとの位置合わせが行われる。又、ある小
領域で求められた位置ずれ量が例えばｙ方向に対して無
効であれば、前の小領域で求められたｙ方向の位置ずれ
量が使用されて位置合わせされる。

【００３４】このように上記一実施例においては、被検
査画像データを微分２値化するとともに参照画像データ
を各方向で微分して最大微分値を示す微分方向を検出
し、かつ参照画像データに対して微分２値化し、最大微
分値方向の検出数から各微分方向のヒストグラムを作成
して無効とする微分方向を判定し、被検査画像データと
参照画像データとのパターンマッチングを行って無効方
向の位置ずれ量を無効として被検査画像データと参照画
像データとの位置ずれ量を求めるようにしたので、図９
(b) に示す画像エッジパターンに対して精度高く位置合
わせできるのはもとより同図(a)(c)に示す各画像エッジ
パターンを判別できるとともに同図(a) に示すエッジ方
向に対する被検査画像データと参照画像データとの位置
ずれ量を無効にでき、エッジ方向が１方向のみであって
も精度高い位置合わせができる。又、構成が簡単であ
り、かつその処理も簡単である。

【００３５】なお、本発明は上記一実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変形してもよ
い。例えば、微分２値化回路１６における微分方向は上
記４方向に限らずより細かい複数の方向で微分処理して
もよい。

【００３６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、画
像データに１方向のエッジしか現れなくても、又全くパ
ターンが現れなくても確実に小領域の画像データに対す
る位置合わせができる画像位置合わせ装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる画像位置合わせ装置の一実施例
を示す構成図。

【図２】同装置における第２微分２値化回路の具体的な
構成図。

【図３】同装置における参照画像データの読出しを説明
するための模式図。

【図４】同装置における被検査画像データ及び参照画像
データの模式図。

【図５】同装置における被検査画像データ及び参照画像
データの濃淡値を示す模式図。

【図６】同装置における被検査画像データ及び参照画像
データの微分結果を示す模式図。

【図７】同装置における被検査画像データ及び参照画像
データの微分２値化結果を示す模式図。

【図８】連続する大領域の画像データを示す模式図。

【図９】同画像データにおける各小領域の各画像データ
のパターンを示す模式図。

【符号の説明】

１０…撮像装置、１１…被検査体、１２…被検査パター
ンメモリ、１３…第１微分２値化回路、１４…参照パタ
ーン発生装置、１５…参照パターンメモリ、１６…第２
微分２値化回路、２９…微分方向ヒストグラム作成回
路、３０…位置ずれ判定回路、３１…パターンマッチン
グ回路、３２…位置ずれ補正回路、３３…位置合わせ回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査パターンを撮像する撮像装置と、
   この撮像装置の撮像により得られた被検査画像データを
   微分２値化する第１微分２値化手段と、参照パターンの
   参照画像データを複数の方向で微分して最大微分値を示
   す微分方向を検出し、かつ前記参照画像データを微分２
   値化する第２微分２値化手段と、この第２微分２値化手
   段により検出された最大微分値方向の検出数を累積して
   各微分方向のヒストグラムを作成するヒストグラム作成
   手段と、この手段により作成されたヒストグラムから無
   効とする微分方向を判定する無効方向判定手段と、前記
   被検査画像データと前記参照画像データとをパターンマ
   ッチングし、前記無効方向判定手段により判定された無
   効方向の位置ずれ量を無効として前記被検査画像データ
   と前記参照画像データとの位置ずれ量を求める位置ずれ
   補正手段とを具備したことを特徴とする画像位置合わせ
   装置。