JPH06119452A - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は画像処理装置に関し、第１の画像デ
ータに基づいて表現される画像と第２の画像データに基
づいて表現される画像とのアライメント処理に係わり、
両画像データに基づく相関度算定処理を工夫し、その画
像処理の高速化を図ることを目的とする。 【構成】 第１，第２の画像データＤ１，Ｄ２に基づい
て第１の相関度データＤCLを出力する第１の相関度算出
手段１１と、第１，第２の画像データＤ１，Ｄ２に基づ
いて第２の相関度データＤCRを出力する第２の相関度算
出手段１２と、第１，第２の相関度データＤCL，ＤCRに
基づいて第１，第２の画像Ａ，Ｂのマッチング評価量を
示す相関度データＤＣを出力する相関度算出手段１３
と、相関度データＤＣに基づいてアライメント補正をす
る画像補正手段１４とを具備することを含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 〔目 次〕 産業上の利用分野 従来の技術（図16〜18） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１，２） 作用 実施例 （１）第１の実施例の説明（図３〜11） （２）第２の実施例の説明（図12〜15） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、画像処理装置及び画像
処理方法に関するものであり、更に詳しく言えば、電子
ビームテスタ等において取得される半導体集積回路（以
下ＬＳＩという）装置のＳＥＭ像とそのＣＡＤ設計デー
タに基づくＬＳＩマスク画像のパターンマッチングをす
る装置及び方法に関するものである。

【０００３】近年、高集積，超微細化するＬＳＩ装置等
に電子ビームを偏向走査して画像取得をし、その画像解
析をする電子顕微鏡，電子ビーステスタ及び収束イオン
ビーム装置等が使用されつつある。例えば、ＣＡＤ設計
データに基づいて作成されたＬＳＩ装置を電子ビーム装
置を用いて、その試験や故障診断をする場合、観測者が
被測定ＬＳＩのＳＥＭ（Ｓcanning Ｅlectron Ｍicrosc
ope)像の観測しようとする特定観測領域の設定処理を
し、そのマスク全体図から観測しようとする特定観測領
域に係るマスク図表示画面のみを設計画像モニタに表示
している。

【０００４】これによれば、ベクトル化され表現されて
いるＬＳＩ装置のＣＡＤ設計データ（配線パターン）と
ラスタ形式で格納されているグレイスケールＳＥＭ像の
パターンマッチングにおいて、倍率補正量と線幅補正量
とに対応するＣＡＤ設計データをエッジ像に係るＣＡＤ
エッジデータに変換し、また、そのエッジ像間の相関度
を求めている。

【０００５】このため、エッジ像発生回数や、相関処理
の実行回数が多くなり画像処理時間を多く要し、高速ア
ライメント処理の妨げとなっている。そこで、ＣＡＤ設
計データに基づいて表現される設計画像とＳＥＭ像デー
タに基づいて表現されるＳＥＭ像とのアライメント処理
に係わり、両画像データに基づく相関度算定処理を工夫
し、その画像処理の高速化を図ることができる装置及び
その方法が望まれている。

【０００６】

【従来の技術】図16〜18は、従来例に係るパターンマッ
チング装置の説明図であり、図16（ａ）は、当該パター
ンマッチング装置が内蔵される電圧測定装置の全体構成
図であり、図16（ｂ）は、その内部構成図をそれぞれ示
している。

【０００７】例えば、従来例に係るパターンマッチング
装置を内蔵した電圧測定装置は、図16（ａ）において、
電子ビーム装置１，偏向系２，ＳＥＭ像取得系３，制御
計算機４，ＳＥＭ像モニタ５及び設計画像モニタ６から
成る。

【０００８】当該装置の機能は、まず、制御計算機４に
ＣＡＤ設計データＤIN１が供給されると、該ＣＡＤ設計
データＤIN１に基づいてこれから測定しようとする被測
定ＬＳＩ２８の設計画像が設計画像モニタ６に表示され
る。一方，電子ビーム装置１により被測定ＬＳＩ２８に
電子ビームが照射偏向されると、これに基づいて被測定
ＬＳＩ２８の二次元画像に係る二次電子が検出され、被
測定ＬＳＩ２８の二次電子画像がＳＥＭ像モニタ５に表
示される。

【０００９】また、制御計算機４内には、パターンマッ
チング装置７が設けられ、該マッチング装置７はＣＡＤ
設計データＤIN１に基づいて表現される設計画像とＳＥ
Ｍ像データＤIN２に基づいて表現される設計画像に類似
したＳＥＭ像とを整合するものである。例えば、パター
ンマッチング装置７は図16（ｂ）において、設計データ
メモリ７Ａ，取得データメモリ７Ｂ，エッジ検出部７
Ｃ，相関度行列算定部７Ｄ及びアライメント補正部７Ｅ
から成る。

【００１０】なお、従来例に係るパターンマッチング処
理は、図17の処理フローチャートに示すように、まず、
ステップＰ１でＳＥＭ像をエッジ像に変換をする。この
際に、設計データメモリ７ＡからＣＡＤ設計データＤIN
１が読み出され、また、取得データメモリ７ＢからＳＥ
Ｍ像データＤIN２が読み出されると、エッジ検出部７Ｃ
ではＣＡＤ設計データＤIN１に基づいて配線パターンの
エッジ画像が検出される。

【００１１】次に、ステップＰ２で倍率補正量の初期値
を設定し、ステップＰ３で線幅補正量の初期値を設定を
する。また、ステップＰ４で倍率補正量と線幅補正量と
に対応するＣＡＤ設計データＤIN１をエッジ像に係るＣ
ＡＤエッジデータに変換をする。この際に、本エッジ像
の発生回数は（倍率補正範囲÷倍率補正ステップ）×
（線幅補正範囲÷線幅補正ステップ）である。

【００１２】次いで、ステップＰ５でシフト補正量の初
期値を設定し、ステップＰ６でエッジ像間の相関度を求
める。この際に、本相関処理の実行回数は（倍率補正範
囲÷倍率補正ステップ）×（線幅補正範囲÷線幅補正ス
テップ）×（シフト補正範囲÷シフト補正ステップ）で
ある。

【００１３】その後、ステップＰ７で相関度が最大であ
るか否かを判断をする。この際に、相関度が最大となる
場合（ＹES）には、ステップＰ８に移行する。また、相
関度が最大とならない場合（ＮＯ）には、ステップＰ９
に移行する。ここで、相関度が最大となったものとすれ
ば、ステップＰ８で倍率補正量と線幅補正量とを記憶す
る。この際に、ＣＡＤエッジデータＤCAに基づいて相関
度行列算定部７Ｄにより相関度データＤＣがアライメン
ト補正部７Ｅに出力される。

【００１４】次に、ステップＰ９でシフト補正量が最終
値であるか否かを判断をする。この際に、シフト補正量
が最終値と等しくなる場合（ＹES）には、ステップＰ11
に移行する。また、それが最終値と等しくならない場合
（ＮＯ）には、ステップＰ10に移行して、シフト補正量
の更新をし、その後、ステップＰ６に戻る。

【００１５】また、シフト補正量が最終値と等しくなっ
た場合（ＹES）には、ステップＰ11で線幅補正量が最終
値であるか否かを判断をする。この際に、線幅補正量が
最終値と等しくなる場合（ＹES）には、ステップＰ13に
移行する。また、それが最終値と等しくならない場合
（ＮＯ）には、ステップＰ12に移行して、線幅補正量の
更新をし、その後、ステップＰ４に戻る。

【００１６】なお、線幅補正量が最終値と等しくなった
場合（ＹES）には、ステップＰ13で倍率補正量が最終値
であるか否かを判断をする。この際に、倍率補正量が最
終値と等しくなる場合（ＹES）には、ステップＰ15に移
行する。また、それが最終値と等しくならない場合（Ｎ
Ｏ）には、ステップＰ14に移行して、倍率補正量の更新
をし、その後、ステップＰ３に戻る。

【００１７】また、シフト補正量，線幅補正量及び倍率
補正量が最終値と等しくなった場合（ＹES）には、ステ
ップＰ15でアライメントを更新する。ここで、アライメ
ント補正部７Ｅでは相関度データＤＣに基づいて被測定
ＬＳＩ２８の配線パターンに係るＳＥＭ像とそのＣＡＤ
設計データＤIN１に基づくＬＳＩマスク画像とがアライ
メント処理される。

【００１８】これにより、ＣＡＤ設計データＤIN１に基
づいて表現される設計画像とＳＥＭ像データＤIN２に基
づいて表現される設計画像に類似したＳＥＭ像とのパタ
ーンマッチングを行うことができ、オペレータは設計画
像（マスク図表示画面）を参照しながら被測定ＬＳＩ２
８の電圧測定やＳＥＭ像の観測をすることができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例の画
像処理方法によればステップＰ４で倍率補正量と線幅補
正量とに対応するＣＡＤ設計データＤIN１をエッジ像に
係るＣＡＤエッジデータに変換をし、また、ステップＰ
６でエッジ像間の相関度を求めている。

【００２０】このため、エッジ像発生回数や、相関処理
の実行回数が多くなり画像処理時間を多く要し、高速ア
ライメント処理の妨げとなるという問題がある。これ
は、ＣＡＤ設計データＤIN１のエッジ像の発生と相互相
関度の計算とがアライメント処理時間を律速するためで
ある。ここで、ステップＰ４におけるＣＡＤ設計データ
ＤIN１の発生について考察するものとすれば、その発生
回数Ｎ１とすると、Ｎ１＝（倍率補正範囲÷倍率補正ス
テップ）×（線幅補正範囲÷線幅補正ステップ）で与え
られ、例えば、（倍率補正範囲÷倍率補正ステップ）＝
（２×５％／0.2 ％）＝５０，（線幅補正範囲÷線幅補
正ステップ）＝1.0 μｍ／0.2 μｍ）＝５とすると、発
生回数Ｎ１は250 となる。

【００２１】従って、Ｘ軸又はＹ軸といった１軸のパタ
ーンマッチング処理を行う場合であっても、ＣＡＤ設計
データＤIN１のエッジ像の発生を250 回行う必要があ
り、その都度，メモリをアクセスしなければならない。

【００２２】また、各エッジ像の発生に要する時間は、
エッジ像を書き込むデータ領域のクリア操作等の固定分
と各エッジの補正，シフト補正，エッジ像の書込み等の
ようなエッジ回数に比例する変動分から成る。なお、固
定分の処理時間は変動分と比較して無視できるため、Ｃ
ＡＤ設計データＤIN１のエッジ発生時間Ｔ１は、エッジ
数ＥＮに比例したものとなる。

【００２３】ここで、αを１本のエッジ像に係る単位処
理時間とすれば、エッジ発生時間Ｔ１は次式で与えられ
る。 Ｔ１＝Ｎ１・α・ＥＮ また、相互相関度の算定については、１組の与えられた
倍率補正量とシフト補正量の組に対して（シフト補正範
囲÷シフト補正ステップ）を演算する必要があり、例え
ば、シフト補正範囲を２×１０μｍとし、シフト補正ス
テップを0.2 μｍとすると、（２×１０μｍ／0.2 μ
ｍ）＝100 回行わなければならない。

【００２４】すなわち、ＣＡＤ設計データＤIN１のエッ
ジ発生回数Ｎ１は250 であるから、相互相関算定回数Ｎ
２は、Ｎ２＝Ｎ1 ×（シフト補正範囲÷シフト補正ステ
ップ）＝25000 となる。

【００２５】したがって、ステップＰ６における相互相
関算定処理が従来例の方式のアライメント処理時間を決
定するボトルネックとなっている。例えば、１回の相互
相関算定処理を１／60秒（ビデオレート）で実行して
も、全体としての相互相関算定処理に400 秒以上を要す
ることとなる。

【００２６】なお、βを１回の相互相関処理時間とする
と、相互相関算定処理時間Ｔ２は次式のように求められ
る。 Ｔ２＝Ｎ２・β また、二次元画像を一次元の投影データに圧縮して該デ
ータ圧縮後に、相関処理を行う高速なアルゴリズムとし
て投影エッジ補正法が考えられる。これは、ＣＡＤ設計
データＤIN１とＳＥＭ像のマッチングにおいて、配線幅
の補正が必要となるが、その線幅補正を行うことによ
り、正確なパターンマッチングが可能となる。

【００２７】しかし、ＣＡＤ設計データＤIN１とＳＥＭ
像のアライメントでは、典型的な例で，±５％の倍率誤
差を0.2 ％ステップで補正し、±１０μｍのステージ誤
差（100 μｍ□，512 μｍ×512 画素のＳＥＭ像で約±
５０画素）をＸ軸方向，Ｙ軸方向で独立して補正しなく
てはならない。

【００２８】また、被測定ＬＳＩ２８の配線層毎に、配
線幅を補正をする必要があり、ある特定の座標軸・配線
層のマッチングを行う場合であっても、10000 以上の条
件の組み合わせにより、ＣＡＤ設計データ（以下第１の
画像データともいう）ＤIN１とＳＥＭ像データ（以下第
２の画像データともいう）ＤIN２間の相関度を求めなく
てはならない。

【００２９】これ等のことから、アライメント処理の高
速化の妨げとなたっり、当該画像処理装置の信頼性の向
上の妨げとなっている。本発明は、かかる従来例の問題
点に鑑み創作されたものであり、第１の画像データに基
づいて表現される画像と第２の画像データに基づいて表
現される画像とのアライメント処理に係わり、両画像デ
ータに基づく相関度算定処理を工夫し、その画像処理の
高速化を図ることが可能となる画像処理装置及び画像処
理方法の提供を目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明に係る画
像処理装置の原理図であり、図２は、本発明に係る画像
処理方法の原理図をそれぞれ示している。

【００３１】本発明の画像処理装置は図１に示すよう
に、第１の画像データＤ１に基づいて表現される第１の
画像Ａと、前記第１の画像Ａに類似し、かつ、第２の画
像データＤ２に基づいて表現される第２の画像Ｂとを整
合する装置であって、前記第１，第２の画像データＤ
１，Ｄ２に基づいて第１の相関度データＤCLを出力する
第１の相関度算出手段１１と、前記第１，第２の画像デ
ータＤ１，Ｄ２に基づいて第２の相関度データＤCRを出
力する第２の相関度算出手段１２と、前記第１，第２の
相関度データＤCL，ＤCRに基づいて第１，第２の画像
Ａ，Ｂのマッチング評価量を示す相関度データＤＣを出
力する相関度算出手段１３と、前記相関度データＤＣに
基づいてアライメント補正をする画像補正手段１４とを
具備することを特徴とする。

【００３２】また、本発明の第１の画像処理方法は第１
の画像データＤ１に基づいて表現される第１の画像Ａ
と、前記第１の画像Ａに類似し、かつ、第２の画像デー
タＤ２に基づいて表現される第２の画像Ｂとを整合する
方法であって、図２の処理フローチャートに示すよう
に、まず、ステップＰ１で前記第１，第２の画像データ
Ｄ１，Ｄ２に基づいて被整合画像対象Ａ又はＢの一方の
エッジ画像に係る第１の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕の算
出処理をし、次に、ステップＰ２で前記第１，第２の画
像データＤ１，Ｄ２に基づいて被整合画像対象Ａ又はＢ
の他方のエッジ画像に係る第２の相関度行列ＣＲ〔ｓ，
ｍ〕の算出処理をし、次いで、ステップＰ３で前記第
１，第２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕
に基づいて第１，第２の画像Ａ，Ｂのマッチング評価量
を示す相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕の算出処理をし、その
後、ステップＰ４で前記相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕の算出
処理に基づいて第１，第２の画像Ａ，Ｂのアライメント
補正処理をすることを特徴とする。

【００３３】なお、本発明の第１の画像処理方法におい
て、前記第１の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕の算出処理の
際に、ステップＰ１で被整合画像対象Ａ又はＢの一方の
エッジ画像に係る画素シフト量ｓと倍率変化量ｍとに基
づいて第１，第２の画像Ａ，Ｂの相関度を求め、前記第
２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕の算出処理の際に、ステ
ップＰ２で被整合画像対象Ａ又はＢの他方のエッジ画像
に係る画素シフト量ｓと倍率変化量ｍに基づいて第１，
第２の画像Ａ，Ｂの相関度を求め、前記相関度行列Ｃ
〔ｓ，ｍ〕の算出処理の際に、ステップP3Ａで第１，第
２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕から仮
想相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕＝ＣＬ〔ｓ−δ，ｍ〕＋
ＣＲ〔ｓ＋δ，ｍ〕を定義し、次に、ステップP3Ｂで前
記仮想相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕の微小変量δをある
範囲で変化させた時に、ステップP3Ｃで該微小変量δが
最大値を満足する相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕を決定し、そ
の後、ステップＰ４で前記第１，第２の画像Ａ，Ｂとの
アライメント補正処理の際に、相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕
が最大となる画素シフト量ｓと倍率変化量ｍとをシフト
補正量Ｓと倍率補正量Ｍと定義することを特徴とする。

【００３４】また、本発明の第１の画像処理方法におい
て、前記第１，第２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ
〔ｓ，ｍ〕の算出処理の際の画素シフト量ｓが第２の画
像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕で与えられる場合には、第１の
画像Ａの座標系〔ｘ，ｙ〕で記述された被整合画像対象
Ａ又はＢのエッジ座標ｐ〔ｘ，ｙ〕を第２の画像Ｂの座
標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ
〔ｘ，ｙ〕を算出し、前記第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，
Ｙ〕に変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕と画
素シフト量ｓとの和ｐ＋ｓを最近接整数に丸めて得られ
る第２の画像Ｂの位置座標Ｐ〔Ｘ，Ｙ〕に対応する画素
値，又は、第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換した
エッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕と画素シフト量ｓと
の和ｐ＋ｓにおける画素値の近傍画素から補完により画
素シフト量ｓを求めることを特徴とする。

【００３５】さらに、本発明の第１の画像処理方法にお
いて、前記第１，第２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，Ｃ
Ｒ〔ｓ，ｍ〕の算出処理の際に、画素シフト量ｓが第１
の画像Ａの座標系〔ｘ，ｙ〕で与えられる場合には、第
１の画像Ａの座標系〔ｘ，ｙ〕で記述された被整合画像
対象Ａ又はＢのエッジ座標ｐ〔ｘ，ｙ〕と画素シフト量
ｓとの和ｐ＋ｓを第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変
換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕を算出し、前
記第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ座
標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕を最近接整数に丸めて得られ
る第２の画像Ｂの位置座標Ｐ〔Ｘ，Ｙ〕に対応する画素
値，又は、第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換した
エッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕における画素値の近
傍画素から補完により画素シフト量ｓを求めることを特
徴とする。

【００３６】また、本発明の第２の画像処理方法は第１
の画像処理方法において、前記第１，第２の相関度行列
ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の算出処理の際に、前
記第１又は第２の画像Ａ，Ｂの部分投影法に基づいて該
第１，第２の画像Ａ，Ｂの相関度を求めることを特徴と
する。

【００３７】さらに、本発明の第１，第２の画像処理方
法において、前記第１，第２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，
ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の算出処理の際に、前記被整合画
像対象Ａ又はＢの両方のエッジ画像本数に基づいて繰り
返し相関度を求めることを特徴とし、上記目的を達成す
る。

【００３８】

【作 用】本発明の画像処理装置によれば、図１に示す
ように、第１の相関度算出手段１１，第２の相関度算出
手段１２，相関度算出手段１３及び画像補正手段１４が
具備される。

【００３９】例えば、第１，第２の画像データＤ１，Ｄ
２に基づいて第１の相関度算出手段１１により被整合画
像対象Ａ又はＢの一方のエッジ画像に係る第１の相関度
データＤCLが算定され、その第１の相関度データＤCLが
相関度算出手段１３に出力される。また、第１，第２の
画像データＤ１，Ｄ２に基づいて第２の相関度算出手段
１２により被整合画像対象Ａ又はＢの他方のエッジ画像
に係る第２の相関度データＤCRが算定され、その第２の
相関度データＤCRが相関度算出手段１３に出力される。

【００４０】これにより、第１，第２の相関度データＤ
CL，ＤCRに基づいて相関度算出手段１３により、第１，
第２の画像Ａ，Ｂのマッチング評価量を示す相関度デー
タＤＣが算定され、その相関度データＤＣが画像補正手
段１４に出力される。また、画像補正手段１４ではアラ
イメント補正に基づいて第１の画像データＤ１に係る第
１の画像Ａと、例えば、第１の画像Ａに類似し、第２の
画像データＤ２に係る第２の画像Ｂとが自動整合され
る。

【００４１】このため、第１の画像データＤ１に基づい
て表現される画像Ａと第２の画像データＤ２に基づいて
表現される画像Ｂとのアライメント処理に係わり、従来
例に比べてエッジ像発生回数や、相関処理の実行回数が
低減されることから画像処理時間の短縮化を図ることが
可能となる。

【００４２】これにより、アライメント処理の高速化が
図られ、当該画像処理装置の信頼性の向上に寄与するこ
とが可能となる。また、本発明の第１の画像処理方法に
よれば、図２の処理フローチャートに示すように、ステ
ップＰ１で第１，第２の画像データＤ１，Ｄ２に基づい
て被整合画像対象Ａ又はＢの一方のエッジ画像に係る第
１の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕の算出処理をし、次に、
ステップＰ２で第１，第２の画像データＤ１，Ｄ２に基
づいて被整合画像対象Ａ又はＢの他方のエッジ画像に係
る第２の相関度行列ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の算出処理をしてい
る。

【００４３】例えば、第１の画像Ａを第２の画像Ｂに合
わせ込む場合に、被整合画像対象Ａの一方のエッジ画像
に係る画素シフト量ｓと倍率変化量ｍとに基づいて第
１，第２の画像Ａ，Ｂの相関度を求め、また、被整合画
像対象Ａ又はＢの他方のエッジ画像に係る画素シフト量
ｓと倍率変化量ｍに基づいて第１，第２の画像Ａ，Ｂの
相関度を求めている。

【００４４】この際に、画素シフト量ｓを第２の画像Ｂ
の座標系〔Ｘ，Ｙ〕で与える場合には、第１の画像Ａの
座標系〔ｘ，ｙ〕で記述された被整合画像対象Ａ又はＢ
のエッジ座標ｐ〔ｘ，ｙ〕を第２の画像Ｂの座標系
〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，
ｙ〕が算出され、第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変
換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕と画素シフト
量ｓとの和ｐ＋ｓを最近接整数に丸めた際に得られる第
２の画像Ｂの位置座標Ｐ〔Ｘ，Ｙ〕に対応する画素値，
又は、第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッ
ジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕と画素シフト量ｓとの和
ｐ＋ｓにおける画素値の近傍画素から補完することによ
り画素シフト量ｓが求められる。

【００４５】また、画素シフト量ｓを第１の画像Ａの座
標系〔ｘ，ｙ〕で与える場合には、第１の画像Ａの座標
系〔ｘ，ｙ〕で記述された被整合画像対象Ａ又はＢのエ
ッジ座標ｐ〔ｘ，ｙ〕と画素シフト量ｓとの和ｐ＋ｓを
第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ座標
Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕が算出され、第２の画像Ｂの座
標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ
〔ｘ，ｙ〕を最近接整数に丸めた際に得られる第２の画
像Ｂの位置座標Ｐ〔Ｘ，Ｙ〕に対応する画素値，又は、
第２の画像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ座標
Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕における画素値の近傍画素を補
完することにより画素シフト量ｓが求められる。

【００４６】このため、従来例に比べてエッジ像発生回
数が低減され、その画像処理時間の短縮化を図ることが
可能となる。すなわち、第１の相関度行列ＣＬ〔ｓ，
ｍ〕や第２の相関度行列ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の発生に要する
処理時間ＴＬやＴＲは、第１の画像データＤ１から被整
合画像対象Ａの一方又は他方のエッジ画像を発生する時
間をＴＬ１，ＴＲ１とし、その相関処理に要する時間を
ＴＬ２，ＴＲ２とすると、次式，すなわち、 ＴＬ＝ＴＬ１＋ＴＬ２，ＴＲ＝ＴＲ１＋ＴＲ２ となる。ここで、被整合画像対象Ａの一方のエッジ画像
のエッジ本数をＥＬＮとし、１本のエッジ画像に要する
単位処理時間をαとすると、 ＴＬ１＝（倍率補正範囲／倍率補正ステップ）・α・Ｅ
ＬＮ となり、 同様に、被整合画像対象Ａの他方のエッジ画
像のエッジ本数をＥＲＮすると、 ＴＲ１＝（倍率補正範囲／倍率補正ステップ）・α・Ｅ
ＲＮ となる。 ここで、全エッジ本数ＥＮが、 ＥＮ＝ＥＬＮ＋ＥＲＮ であることに注意をすれば、エッジ画像を発生する時間
ＴＬ１，ＴＲ１は、 ＴＬ１＋ＴＲ１＝（倍率補正範囲／倍率補正ステップ）
・α・ＥＮ となり、また、第１の画像データＤ１の発生回数をＮ１
とすれば、 ＴＬ１＋ＴＲ１＝Ｎ１／（線幅補正範囲／線幅補正ステ
ップ）・α・ＥＮ となり、従来例のエッジ像発生時間Ｔ１に比べて本発明
に係るエッジ像発生時間ＴＬ１＋ＴＲ１を数分の１に低
減することが可能となる。

【００４７】また、ステップＰ３で第１，第２の相関度
行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕に基づいて第１，
第２の画像Ａ，Ｂのマッチング評価量を示す相関度行列
Ｃ〔ｓ，ｍ〕の算出処理をしている。

【００４８】例えば、ステップP3Ａで第１，第２の相関
度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕から仮想相関度
行列Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕＝ＣＬ〔ｓ−δ，ｍ〕＋ＣＲ〔ｓ
＋δ，ｍ〕が定義され、次に、ステップP3Ｂで仮想相関
度行列Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕の微小変量δをある範囲で変化
させた時に、ステップP3Ｃで該微小変量δが最大値を満
足する相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕が決定される。

【００４９】このため、従来例に比べて相関処理の実行
回数が低減され、その画像処理時間の短縮化を図ること
が可能となる。すなわち、相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕に係
る相関処理に要する時間ＴＬ１，ＴＬ２は，例えば、線
幅補正ステップ＝シフト補正ステップと仮定をすると、
線幅補正範囲はシフト補正範囲より十分に小さいため、
第１，第２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，
ｍ〕に係る相関処理に要する時間をＴＬ２，ＴＲ２とす
ると、 ＴＬ２＝〔（シフト率補正範囲＋線幅補正範囲）／シフト補正ステップ〕・（ 倍率補正範囲／倍率補正ステップ）・β ≒（シフト率補正範囲／シフト補正ステップ）・（倍率補正範囲／倍率 補正ステップ）・β ＴＲ２＝〔（シフト率補正範囲＋線幅補正範囲）／シフト補正ステップ〕・（ 倍 率補正範囲／倍率補正ステップ）・β ≒（シフト率補正範囲／シフト補正ステップ）・（倍率補正範囲／倍率 補正ステップ）・β となる。但し、βは１回の相互相関処理時間である。

【００５０】従って、相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕に係る相
関処理に要する時間ＴＬ１，ＴＬ２は、 ＴＬ２＋ＴＲ２＝２・（シフト率補正範囲／シフト補正
ステップ）・（倍率補正範囲／倍率補正ステップ）・β となり、ここで、従来例に係る相互相関の算定時間をＴ
２とすれば、 ＴＬ２＋ＴＲ２＝２・Ｔ２／（線幅補正範囲／線幅補正
ステップ） となり、従来例の相互相関の算定時間Ｔ２に比べて本発
明に係る相互相関の算定時間ＴＬ２＋ＴＲ２を数分の１
に低減することが可能となる。

【００５１】これにより、ステップＰ４で相関度行列Ｃ
〔ｓ，ｍ〕の算出処理に基づいて，例えば、相関度行列
Ｃ〔ｓ，ｍ〕が最大となる画素シフト量ｓと倍率変化量
ｍとを定義したシフト補正量Ｓと倍率補正量Ｍに基づい
て第１，第２の画像Ａ，Ｂとのアライメント補正処理を
することが可能となり、第１の画像データＤ１に基づい
て表現される第１の画像Ａと、第１の画像Ａに類似し、
かつ、第２の画像データＤ２に基づいて表現される第２
の画像Ｂとを精度良く整合することが可能となる。

【００５２】また、本発明の第２の画像処理方法によれ
ば、第１の画像処理方法において、第１，第２の相関度
行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の算出処理の際
に、第１又は第２の画像Ａ，Ｂの部分投影法に基づいて
該第１，第２の画像Ａ，Ｂの相関度が求められる。

【００５３】このため、部分投影法に基づいた投影エッ
ジ相関法によりエッジデータ（エッジ度）が求められ、
これに基づいて相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕を高速に発生す
ることが可能となる。すなわち、投影エッジ相関法で
は、例えば、第２の画像Ｂの一方のエッジに沿って部分
投影が求められ、次に、該部分投影から二次元データを
一次元データに圧縮した第２の画像Ｂのエッジデータが
求められる。

【００５４】このことから、例えば、被整合画像対象Ａ
の両方のエッジ画像本数に基づいて繰り返し相関度を求
める場合であって、１本のエッジに着目し当該エッジ画
像のエッジデータに係る第１，第２の相関度行列ＣＬ
〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の変換に要する処理時間Ｔ
Ｃは，まず、部分投影に係る算定時間をＴＰとし、部分
投影領域からエッジデータへの変換処理時間をＴＥと
し、画素シフト量ｓと倍率変化量ｍを与えて対応するエ
ッジデータを第１，第２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，
ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の対応する要素の値に加算する単位行列
要素当たりの処理時間ＴＭとすると、 ＴＣ＝ＴＰ＋ＴＥ＋ＴＭ・（シフト率補正範囲／シフト
補正ステップ）・（倍率補正範囲／倍率補正ステップ） となる。

【００５５】これにより、第１，第２の相関度行列ＣＬ
〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の全算定処理時間は、その
全エッジ本数をＥＮとすると、 ＥＮ・ＴＣ となる。

【００５６】これにより、第１の画像処理方法に比べて
第２の画像処理方法ではアライメント処理の高速化を図
ることが可能となる。

【００５７】

【実施例】次に、図を参照しながら本発明の各実施例に
ついて説明をする。図３〜15は、本発明の実施例に係る
画像処理装置及び画像処理方法を説明する図である。

【００５８】（１）第１の実施例の説明 図３は、本発明の各実施例に係る画像処理装置を内蔵し
た電子ビームテスタの全体構成図であり、図４はそのパ
ターンマッチング装置の構成図であり、図５〜７はその
補足説明図（その１〜３）をそれぞれ示している。

【００５９】例えば、本発明に係る画像処理装置を内蔵
した電子ビームテスタは、図３において、電子ビーム測
定系100 及び電圧測定制御系200 から成る。すなわち、
電子ビーム測定系100 はＣＡＤ設計データＤIN１に基づ
いて被測定ＬＳＩ２８のＳＥＭ像や電圧測定をするもの
である。例えば、電子ビーム測定系100 は、鏡筒２０内
に電子銃２１，偏向系22Ａ〜22Ｃ，二次電子検出器23Ａ
及びＸＹステージ25ａが設けられる。

【００６０】電子銃２１は電子ビーム21ａを被測定ＬＳ
Ｉ２８に出射するものである。偏向系22Ａ〜22Ｃは制御
計算機２７からの偏向制御データＤ７に基づいて電子ビ
ーム21ａを被測定ＬＳＩ２８に偏向走査するものであ
り、例えば、電磁偏向器，静電偏向器及び電子レンズ等
から成る。また、二次電子検出器23Ａは、被測定ＬＳＩ
２８からの二次電子21ｂを検出して二次電子検出信号を
二次電子信号処理回路23Ｂに出力するものである。ＸＹ
ステージ25ａは被測定ＬＳＩ２８を載置するものであ
る。

【００６１】電圧測定制御系200 は電子ビーム測定系10
0 の入出力を制御するものであり、二次電子信号処理回
路23Ｂ，ステージ制御回路25ｂ，第１，第２のモニタ２
４，２６，制御計算機２７及びキーボード２９から成
る。

【００６２】二次電子信号処理回路23Ｂは、二次電子検
出信号を信号処理して、その二次元画像データＤIN２を
制御計算機２７に出力するものであり、ステージ制御回
路25ｂは制御計算機２７からのステージ駆動データＤ６
に基づいて該ＸＹステージ25ａを移動するものである。

【００６３】また、第１のモニタ２４は制御計算機２７
からのＳＥＭ画像表示データＤ３に基づいて、被測定Ｌ
ＳＩ２８のＳＥＭ（Ｓcanning Ｅlectron Ｍicroscope
）像を表示するものである。第２のモニタ２６は制御
計算機２７からの画像表示データＤ４に基づいて、被測
定ＬＳＩ２８の設計画像Ａの一例となるマスク全体図を
画面表示するものである。なお、本発明の実施例では、
第２のモニタ２６の画面中で、設計画像Ａに係る被測定
領域Ｃを設定すると、第１のモニタ２４に設計画像Ａに
係るＳＥＭ像Ｂが画像表示される。

【００６４】さらに、制御計算機２７はパターンマッチ
ング装置３０及び主制御回路３１から成り、パターンマ
ッチング装置３０は画像処理装置の一例である。例え
ば、パターンマッチング装置３０は第１の画像データＤ
１の一例となるＣＡＤ設計データＤIN１に基づいて表現
される被測定ＬＳＩ２８の設計画像（第１の画像）Ａ
と、第２の画像データＤ２の一例となるＳＥＭ像データ
ＤIN２に基づいて表現されるＳＥＭ像（第２の画像）Ｂ
とを整合するものである。なお、パターンマッチング装
置３０の内部構成については、図４において詳述する。

【００６５】また、主制御回路３１は電子銃２１，偏向
系22Ａ〜22Ｃ，二次電子信号処理回路23Ｂ，第１，第２
のモニタ２４，２６，ステージ制御回路25ｂ及びキーボ
ード２９の入出力を制御するものである。さらに、キー
ボード２９は制御計算機２７に制御命令等の外部入力デ
ータＤ５を入力するものであり、例えば、オペレータは
パターンマッチング処理を行う際に、被測定ＬＳＩ２８
の部分投影領域等を指定する。

【００６６】図４は、本発明の各実施例に係るパターン
マッチング装置の構成図である。図４において、パター
ンマッチング装置３０は左相関度行列算定部３１，右相
関度行列算定部３２，相関度行列算定部３３，アライメ
ント補正部３４，エッジ検出部３５，ＣＡＤデータファ
イル３６及びＳＥＭ像データファイル３７から成る。

【００６７】すなわち、ＣＡＤデータファイル３６は被
測定ＬＳＩ２８のＣＡＤ設計データＤIN１を格納するも
のであり、図５（ａ）に示すようなＣＡＤ座標系ｘ，ｙ
で表現される配線パターンに係る図形データを図５
（ｂ）に示すようなメモリ内容により格納する。例え
ば、図５（ａ）のＣＡＤ座標系において、配線パターン
は頂点数ｎ０〜ｎ７と頂点座標〔ｘ０，ｙ０〕〜〔ｘ
７，ｙ７〕とにより図形が構成され、各頂点を反時計方
向（左回り）に結ぶと、図形パターンを囲む輪郭線によ
り得られる。ここで、図５（ａ）において、説明の都合
上、当該図形の左向きの輪郭線を上側エッジ，右向きの
輪郭線を下側エッジ，上向きの輪郭線を右側エッジ（以
下単に右エッジという），下向きの輪郭線を左側エッジ
（以下単に左エッジという）とそれぞれ定義をする。

【００６８】例えば、配線パターンの輪郭像を表現する
ＣＡＤ設計データＤIN１は、図５（ｂ）に示すような、
メモリアドレス，…ｉ＋0 ，ｉ＋１，ｉ＋２…，＋（２
ｋ＋１），＋（２ｋ＋２），…，＋（２・７＋１），＋
（２・７＋２）…，に対してノード点数＝８，ｘ０，ｙ
０……，ｘｋ，ｙｋ，……，ｘ７，ｙ７が格納される。

【００６９】さらに、エッジ検出部３５はＣＡＤ設計デ
ータＤIN１から被測定ＬＳＩ２８の配線パターンのエッ
ジの上下左右を識別・分類をするものである。例えば、
図６（ａ）に示すエッジ検出部の処理フローチャートに
おいて、まず、ステップＰ１でＣＡＤデータファイル３
６をオープンし、ステップＰ２で該データファイル３６
から１個の部分図形データを読出し、ステップＰ３でエ
ッジリストの図形データを追加する。また、ステップＰ
４でデータエンドの判断，例えば、配線パターンのエッ
ジに係る部分図形データの読出しが終了した場合（ＹE
S）には、ステップＰ５でＣＡＤデータファイル３６を
クローズする。

【００７０】これにより、配線パターンのエッジに係る
上側エッジの本数と、各上側エッジのＹ座標及びＸ座標
の始点と終点から成るエッジリストが作成される。例え
ば、エッジ検出部３５では、図形パターンの輪郭線の向
きで、エッジ方向が検出され、上下・左右に分けてエッ
ジデータがＣＡＤデータファイル３６のメモリ領域に記
憶される。

【００７１】例えば、図６（ｂ）に示すように、ＣＡＤ
設計データＤIN１から配線パターンの輪郭像が得れる
と、メモリアドレス０，１，２，３に対して登録エッジ
数ｉ、０番目左エッジ位置のｘ座標ｘ０，０番目左エッ
ジ位置のｙ座標始点ｙ10，０番目左エッジ位置のｙ座標
終点ｙ20が格納され、同様に、メモリアドレス３ｊ＋
１，３ｊ＋２，３ｊ＋３に対してｊ番目左エッジ位置の
ｘ座標ｘｊ，０番目左エッジ位置のｙ座標始点ｙ1j，０
番目左エッジ位置のｙ座標終点ｙ2jが格納される。な
お、メモリアドレス３（ｉ−１）＋１，３（ｉ−１）＋
２，３（ｉ−１）＋３に対してｉ−１番目左エッジ位置
のｘ座標ｘｉ−１，０番目左エッジ位置のｙ座標始点ｙ
1i−１，０番目左エッジ位置のｙ座標終点ｙ2i−１が格
納される。

【００７２】また、ＳＥＭ像データファイル３７は、被
測定ＬＳＩ２８のＳＥＭ像データＤIN２を格納するもの
である。ＳＥＭ像データＤIN２は二次電子信号処理回路
23Ｂから該データファイル３７に転送される。

【００７３】ここで、配線パターンのエッジ像は、ＳＥ
Ｍ像Ｂのエッジ像に対応する領域を含むものである。す
なわち、ＣＡＤ設計データＤIN１に係るエッジ像の大き
さは、ＳＥＭ像データＤIN２に係るエッジ像に対して画
素シフト量ｓに見合うマージン分だけ大きい。従って、
ＣＡＤ設計データＤIN１に係るエッジ像に対しては、Ｓ
ＥＭ像データＤIN２に係るエッジ像を画素シフト量ｓ分
だけずらして相互相関度を求め、この倍率変化量ｍ，線
幅補正量δ，画素シフト量ｓに対する相関度が設計画像
ＡとＳＥＭ像Ｂとのマッチング評価量となる。

【００７４】左相関度行列算定部３１は第１の相関度算
出手段１１の一実施例であり、ＣＡＤ設計データＤIN
１，ＳＥＭ像データＤIN２に基づいて第１の相関度デー
タＤCLの一例となる左相関度データを相関度行列算定部
３３に出力するものである。例えば、左相関度行列算定
部３１は最初に左相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕がクリアさ
れると、例えば、設計画像Ａに係る配線パターンの左側
エッジのリストから左側エッジ本数の本数ｎを求める。
次に、各左側エッジから左相関度行列への寄与を計算す
る処理をｎ回繰り返す。

【００７５】なお、当該繰り返し処理は、まず、設計画
像Ａに係る配線パターンの始点位置（ｘ１，ｙ１）と終
点位置（ｘ２，ｙ２）からＣＡＤ座標における左側エッ
ジの位置を求め、当該エッジ位置にＣＡＤ設計データＤ
IN１とＳＥＭ像データＤIN２のアライメントの誤差（倍
率誤差，シフト誤差，線幅誤差）を考慮して、部分投影
領域を決定する。次に、配線パターンの部分投影を取得
して、該部分投影をエッジデータに変換し、倍率変化量
ｍ，画素シフト量ｓで張られる左相関度行列の行列要素
ＣＬ〔ｓ，ｍ〕にエッジデータに対応する要素を加算す
る。なお、左相関度行列算定３１については、図９にお
いて詳述する。

【００７６】右相関度行列算定部３２は第２の相関度算
出手段１２の一実施例であり、ＣＡＤ設計データＤIN
１，ＳＥＭ像データＤIN２に基づいて第２の相関度デー
タＤCRの一例となる右相関度データを相関度行列算定部
３３に出力するものである。なお、右相関度行列算定部
３２の機能については、左相関度行列算定部３１の機能
と同様であるため、その説明を省略する。

【００７７】相関度行列算定部３３は相関度算出手段１
３の一実施例であり、左相関度データＤCL，右相関度デ
ータＤCRに基づいて設計画像Ａ，ＳＥＭ像Ｂのマッチン
グ評価量を示す相関度データＤＣをアライメント補正部
３４に出力するものである。例えば、相関度行列算定部
３３はマッチングの評価量となる全体として相関度行列
の行列要素Ｃ〔ｓ，ｍ〕を左相関度行列ＣＬ〔ｓ，
ｍ〕，右相関度行列ＣＲ〔ｓ，ｍ〕から定義される行列
要素Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕＝ＣＬ〔ｓ−δ，ｍ〕＋ＣＲ〔ｓ
＋δ，ｍ〕の微小変量δをある範囲で変化させた時の最
大値を定義するものである。

【００７８】アライメント補正部３４は画像補正手段１
４の一実施例であり、相関度データＤＣに基づいてアラ
イメント補正をするものである。例えば、アライメント
補正部３４は、図７（ａ）の処理フローチャートに示す
ように、ステップＰ１で行列要素Ｃ〔ｓ，ｍ〕が最大と
なる画素シフト量ｓと倍率変化量ｍとをシフト補正量Ｓ
と倍率補正量Ｍとして求め、次に、ステップＰ２でＣＡ
Ｄ座標と画像座標系の対応を補正し、設計画像ＡとＳＥ
Ｍ像Ｂとのアライメント更新をすべく主制御回路３１に
補正出力データＤOUT を出力する。

【００７９】このようにして、本発明の各実施例に係る
電子ビームテスタに内蔵されるパターンマッチング装置
によれば、図４に示すように、左相関度行列算定部３
１，右相関度行列算定部３２，相関度行列算定部３３，
アライメント補正部３４，エッジ検出部３５，ＣＡＤデ
ータファイル３６及びＳＥＭ像データファイル３７が具
備される。

【００８０】例えば、ＣＡＤ設計データＤIN１，ＳＥＭ
像データＤIN２に基づいて左相関度行列算定部３１によ
り設計画像Ａの配線パターンの左側のエッジ画像に係る
左相関度データＤCLが算定され、その左相関度データＤ
CLが相関度行列算定部３３に出力される。また、ＣＡＤ
設計データＤIN１，ＳＥＭ像データＤIN２に基づいて右
相関度行列算定部３２により設計画像Ａの配線パターン
の右側のエッジ画像に係る右相関度データＤCRが算定さ
れ、その右相関度データＤCRが相関度行列算定部３３に
出力される。

【００８１】ここで、左相関度データＤCL，右相関度デ
ータＤCRに基づいて相関度行列算定部３３により、設計
画像Ａ，ＳＥＭ像Ｂのマッチング評価量を示す相関度デ
ータＤＣが算定される。例えば、相関度行列算定部３３
では図７（ｂ）に示すように、相関度行列の行列要素Ｃ
〔ｓ，ｍ〕を左相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，右相関度行
列ＣＲ〔ｓ，ｍ〕から定義される行列要素Ｃ〔ｓ，ｍ，
δ〕＝ＣＬ〔ｓ−δ，ｍ〕＋ＣＲ〔ｓ＋δ，ｍ〕の微小
変量δ＝ｅｗをある範囲で変化させた時の最大値が定義
される。ここで、微小変量δ＝ｅｗは設計画像ＡとＳＥ
Ｍ像Ｂとのエッジ位置のずれ量であり、以後、線幅補正
量ともいう。

【００８２】相関度行列算定部３３で定義された相関度
データＤＣがアライメント補正部３４に出力される。ま
た、アライメント補正部３４ではアライメント補正に基
づいてＣＡＤ設計データＤIN１に係る設計画像Ａと、Ｓ
ＥＭ像データＤIN２に係るＳＥＭ像Ｂとが自動整合され
る。

【００８３】このため、左，右相関度行列算定部３１，
３２により、倍率補正量Ｓとシフト補正量Ｍとに相当す
る要素を，左，右相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ
〔ｓ，ｍ〕から画素シフト量ｓに各々逆方向のオフセッ
トを与えた値を画素シフト量ｓとして読出し、そして、
当該行列要素ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の和を求
め、一定のオフセット量の範囲における当該行列要素Ｃ
Ｌ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の和の最大値を求め、当
該最大値と当該倍率変化量ｍとに対する相関度をアライ
メントの評価量とすることにより、図７（ｂ）に示すよ
うにＣＡＤ設計データＤIN１に基づいて表現される設計
画像ＡとＳＥＭ像データＤIN２に基づいて表現されるＳ
ＥＭ像Ｂとのエッジ位置のずれ量ｅｗを無くすアライメ
ント処理に係わり、従来例に比べてエッジ像発生回数
や、相関処理の実行回数が低減されることから画像処理
時間の短縮化を図ることが可能となる。

【００８４】これにより、アライメント処理の高速化が
図られ、当該画像処理装置の信頼性の向上に寄与するこ
とが可能となる。次に、本発明の第１の実施例に係る画
像処理方法について、当該装置の動作を補足しながら説
明をする。

【００８５】図８は、本発明の第１の実施例に係るパタ
ーンマッチングのメイン処理フローチャートであり、図
９〜11は、そのサブルーチン処理及びその補足説明図を
それぞれ示している。

【００８６】例えば、本発明の実施例に係るパターンマ
ッチング装置を内蔵した電子ビームテスタにおいて、図
11（ａ）に示すようなＣＡＤ設計データＤIN１に基づい
て表現される設計画像Ａの配線パターン４０〜４２と、
図11（ｂ）に示すようなＳＥＭ像データＤIN２に基づい
て表現されるＳＥＭ像Ｂの配線パターン５０〜５２とを
アライメント処理をする場合、図８のメイン処理フロー
チャートにおいて、まず、ステップＰ１でＣＡＤ設計デ
ータＤIN１からの配線エッジの識別・分類に基づいて上
下左右別のエッジリストの作成処理をする。

【００８７】ここで、図11（ａ）は、ＣＡＤ設計データ
ＤIN１により指定された領域の設計画像Ａであり、図11
（ｂ）は、その概略アライメントを実行して取得したＳ
ＥＭ像Ｂとをそれぞれ示している。図11（ａ）におい
て、例えば、ＳＥＭ像ＢはＣＡＤ座標系のある位置ｐ
（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ２，ｙ２）で指定される領域に対
応する二次電子画像が第１のモニタ２４に表示されてい
る。ここで、概略アライメントでは位置ｐ（ｘ１，ｙ
１）がＳＥＭ像画素のＰ（０，０）に、他の位置（ｘ
２，ｙ２）がＳＥＭ像画素の（ＳMAX ，ＳMAX ）に対応
する。従って、概略アライメント時おけるＣＡＤ座標系
の（ｘ，ｙ）とＳＥＭ像の座標系の（Ｘ，Ｙ）は、次の
関係式で結ばれる。

【００８８】 Ｘ＝ＳMAX （ｘ−ｘ１）／（ｘ２−ｘ１） Ｙ＝ＳMAX （ｙ−ｙ１）／（ｙ２−ｙ１） しかし、アライメント誤差（倍率誤差，シフト誤差）の
ため、設計画像ＡとＳＥＭ像Ｂの対応とは不完全であ
る。また、倍率誤差，シフト誤差を補正しても、設計画
像ＡとＳＥＭ像Ｂとの配線幅（配線の輪郭線＝エッジ）
は一致していない。今、ＳＥＭ像ＢのＸ方向に着目する
と、該ＳＥＭ像Ｂの配線パターン５２が設計画像Ａの配
線パターン４２よりもやや大きく表示されている。ま
た、全体として、ＳＥＭ像Ｂの配線パターン５２が設計
画像Ａの配線パターン４２に対して右側にシフトしてい
る。

【００８９】ここで、図11（ａ）中ｅ１，ｅ３，ｅ５，
ｅ７，ｅ９は左エッジ，ｅ２，ｅ４，ｅ６，ｅ８は右エ
ッジであり、以下では、倍率誤差をｅｍ（％），シフト
誤差を±ｅｓ，線幅補正量δの下限をｅ１，上限をｅ２
とすると、ｅｓ，ｅ１，ｅ２はＣＡＤ座標系の単位で与
えられ、また、ｅ１，ｅ２は配線幅を拡大する方向を正
値として定義をする。

【００９０】次に、ステップＰ２でＣＡＤ設計データＤ
IN１，ＳＥＭ像データＤIN２に基づいて設計画像Ａの左
エッジ画像に係る相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕の算出処理
をする。この際に、設計画像Ａの左エッジ画像に係る画
素シフト量ｓと倍率変化量ｍとに基づいて設計画像Ａ，
ＳＥＭ像Ｂ間の相関度を求める。ここで、画素シフト量
ｓがＳＥＭ像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕で与えられる場合に
は、ＣＡＤ座標系〔ｘ，ｙ〕で記述された設計画像Ａの
エッジ座標ｐ〔ｘ，ｙ〕をＳＥＭ像Ｂの座標系〔Ｘ，
Ｙ〕に変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕を算
出し、ＳＥＭ像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ
座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕と画素シフト量ｓとの和ｐ
＋ｓを最近接整数に丸めて得られるＳＥＭ像Ｂの位置座
標Ｐ〔Ｘ，Ｙ〕に対応する画素値，又は、ＳＥＭ像Ｂの
座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ
〔ｘ，ｙ〕と画素シフト量ｓとの和ｐ＋ｓにおける画素
値の近傍画素から補完により画素シフト量ｓを求める。

【００９１】なお、画素シフト量ｓが設計画像Ａの座標
系〔ｘ，ｙ〕で与えられる場合には、ＣＡＤ座標系
〔ｘ，ｙ〕で記述された設計画像Ａのエッジ座標ｐ
〔ｘ，ｙ〕と画素シフト量ｓとの和ｐ＋ｓをＳＥＭ像Ｂ
の座標系〔Ｘ，Ｙ〕に変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ
〔ｘ，ｙ〕を算出し、ＳＥＭ像Ｂの座標系〔Ｘ，Ｙ〕に
変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕を最近接整
数に丸めて得られるＳＥＭ像Ｂの位置座標Ｐ〔Ｘ，Ｙ〕
に対応する画素値，又は、ＳＥＭ像Ｂの座標系〔Ｘ，
Ｙ〕に変換したエッジ座標Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕にお
ける画素値の近傍画素から補完により画素シフト量ｓを
求める。

【００９２】具体的には、図９の本発明の第１の実施例
に係る左相関度行列算定（サブルーチン）の処理フロー
チャートにおいて、まず、ステップＰ21で左相関度行列
のクリアをする。

【００９３】次に、ステップＰ22で左エッジリストの先
頭のエッジ座標（Ｘ座標，Ｙ始点，Ｙ終点）の抽出処理
をし、次いで、ステップＰ23で倍率変化量ｍの初期値を
設定をする。さらに、ステップＰ24で画素シフト量ｓの
初期値を設定をし、ステップＰ25でエッジ座標を倍率変
化量ｍ，画素シフト量ｓに応じてＳＥＭ像の座標系に変
換をする。

【００９４】その後、ステップＰ26でエッジマッピング
部分のＳＥＭ像Ｂのエッジ像に係る画素の輝度の和を左
相関度行列の要素Ｃ（ｓ，ｍ）に加算をし、ステップＰ
27で画素シフト量ｓが最終値であるか否かを判断をす
る。この際に、画素シフト量ｓが最終値と等しくなる場
合（ＹES）には、ステップＰ29に移行する。また、それ
が最終値と等しくならない場合（ＮＯ）には、ステップ
Ｐ28に移行して、画素シフト量ｓの更新をし、その後、
ステップＰ25に戻る。

【００９５】また、画素シフト量ｓが最終値と等しくな
った場合（ＹES）には、ステップＰ29で倍率変化量ｍが
最終値であるか否かを判断をする。この際に、倍率変化
量ｍが最終値と等しくなる場合（ＹES）には、ステップ
Ｐ211 に移行する。また、それが最終値と等しくならな
い場合（ＮＯ）には、ステップＰ210 に移行して、倍率
変化量ｍの更新をし、その後、ステップＰ24に戻る。

【００９６】なお、倍率変化量ｍが最終値と等しくなっ
た場合（ＹES）には、ステップＰ211 で残りエッジが有
るか否かを判断をする。この際に、残りエッジが有る場
合（ＹES）には、ステップＰ212 に移行してエッジ座標
を更新をし、その後、ステップＰ23に戻って倍率変化量
ｍの初期値を設定をする。

【００９７】また、ステップＰ211 で残りエッジが無い
場合（ＮＯ）には、左相関度行列算定（サブルーチン）
の処理を終了して、図８のメイン処理フローチャートの
ステップＰ３に戻って、右相関度行列算定（サブルーチ
ン）の処理を実行する。

【００９８】例えば、ステップＰ３でＣＡＤ設計データ
ＤIN１，ＳＥＭ像データＤIN２に基づいて設計画像Ａの
右エッジ画像に係る右相関度行列ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の算出
処理をする。この際に、設計画像Ａの右エッジ画像に係
る画素シフト量ｓと倍率変化量ｍに基づいてＣＡＤ設計
データＤIN１，ＳＥＭ像データＤIN２の相関度を求め
る。

【００９９】なお、右相関度行列算定（サブルーチン）
の処理は左相関度行列算定（サブルーチン）の処理フロ
ーチャートと同様であるため、その説明を省略する。次
いで、ステップＰ４で第１，第２の相関度行列ＣＬ
〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕に基づいてＣＡＤ設計デー
タＤIN１，ＳＥＭ像データＤIN２のマッチング評価量を
示す相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕の算出処理をする。この際
に、第１，第２の相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ
〔ｓ，ｍ〕から仮想相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕＝ＣＬ
〔ｓ−δ，ｍ〕＋ＣＲ〔ｓ＋δ，ｍ〕を定義し、次に、
ステップP3Ｂで仮想相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕の微小
変量δをある範囲で変化させた時に、ステップP3Ｃで該
微小変量δが最大値を満足する相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕
を決定する。 具体的には、図10の本発明の第１の実施
例に係る相関度行列算定（サブルーチン）の処理フロー
チャートにおいて、まず、ステップＰ41で倍率変化量ｍ
の初期値の設定をし、次いで、ステップＰ42でシフト量
ｓの初期値を設定をする。

【０１００】次に、ステップＰ43で線幅補正量δの初期
値を設定する。なお、ｍａｘ＝０と設定をし、その後、
ステップＰ44で左相関度行列の要素Ｃ（ｓ，ｍ，δ）に
つき、次式，すなわち、 Ｃ（ｓ，ｍ，δ）＝ＣＬ（ｓ−δ，ｍ）＋ＣＲ（ｓ＋δ，ｍ） の関係を求める。

【０１０１】さらに、ステップＰ45でｍａｘ＜Ｃ（ｓ，
ｍ，δ）の関係を満たすか満たさないかを判断する。こ
の際に、ｍａｘ＜Ｃ（ｓ，ｍ，δ）の関係を満たす場合
（ＹES）には、ステップＰ46に移行してｍａｘ＝Ｃ
（ｓ，ｍ，δ）とする。

【０１０２】また、その関係を満たさない場合（ＮＯ）
には、ステップＰ47に移行して、線幅補正量δが最大値
であるか否かを判断をする。この際に、線幅補正量δが
最大値と等しくなる場合（ＹES）には、ステップＰ49に
移行する。また、それが最大値と等しくならない場合
（ＮＯ）には、ステップＰ48に移行して、線幅補正量δ
の更新をし、その後、ステップＰ44に戻る。

【０１０３】なお、線幅補正量δが最大値と等しくなっ
た場合（ＹES）には、ステップＰ49で左相関度行列の要
素Ｃ（ｓ，ｍ，δ）＝ｍａｘとして相関度行列の要素を
決定する。次に、ステップＰ410 で画素シフト量ｓが最
大値であるか否かを判断をする。この際に、画素シフト
量ｓが最大値と等しくなる場合（ＹES）には、ステップ
Ｐ412 に移行する。また、それが最大値と等しくならな
い場合（ＮＯ）には、ステップＰ411 に移行して、画素
シフト量ｓの更新をし、その後、ステップＰ43に戻る。

【０１０４】また、画素シフト量ｓが最大値と等しくな
った場合（ＹES）には、ステップＰ412 で倍率変化量ｍ
が最大値と等しくなるか否かを判断をする。この際に、
倍率変化量ｍが最大値と等しくなった場合（ＹES）に
は、図８のメイン処理フローチャートのステップＰ５に
戻って、相関度行列が最大となる倍率変化量ｍと画素シ
フト量ｓとの求値処理をする。

【０１０５】なお、倍率変化量ｍが最大値と等しくなら
ない場合（ＮＯ）には、ステップＰ413 に移行して、倍
率変化量ｍを更新し、その後、ステップＰ42に戻って、
ステップＰ42で画素シフト量ｓの初期値を設定をする。

【０１０６】従って、倍率変化量ｍが最大値と等しくな
った場合（ＹES）には、図８のメイン処理フローチャー
トのステップＰ５で相関度行列が最大となる倍率変化量
ｍと画素シフト量ｓとの求値処理をする。この際に、相
関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕が最大となる画素シフト量ｓと倍
率変化量ｍとをシフト補正量Ｓと倍率補正量Ｍと定義す
る。

【０１０７】その後、ステップＰ６でシフト補正量Ｓと
倍率補正量Ｍに基づいてアライメントの更新処理をす
る。これにより、設計画像Ａ，ＳＥＭ像Ｂのアライメン
ト補正処理をすることが可能となる。

【０１０８】このようにして、本発明の第１の実施例に
係る画像処理方法理によれば、図６のメイン処理フロー
チャートに示すように、ステップＰ１でＣＡＤ設計デー
タＤIN１，ＳＥＭ像データＤIN２に基づいて設計画像Ａ
の左エッジ画像に係る左相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕の算
出処理をし、次に、ステップＰ２でＣＡＤ設計データＤ
IN１，ＳＥＭ像データＤIN２に基づいて設計画像Ａの右
エッジ画像に係る右相関度行列ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の算出処
理をしている。

【０１０９】例えば、設計画像ＡをＳＥＭ像Ｂに合わせ
込む場合に、設計画像Ａの左エッジ画像に係る画素シフ
ト量ｓと倍率変化量ｍとに基づいてＣＡＤ設計データＤ
IN１，ＳＥＭ像データＤIN２間の相関度を求め、また、
設計画像Ａの右エッジ画像に係る画素シフト量ｓと倍率
変化量ｍに基づいてＣＡＤ設計データＤIN１，ＳＥＭ像
データＤIN２間の相関度を求めている。

【０１１０】このため、従来例に比べてエッジ像発生回
数が低減され、その画像処理時間の短縮化を図ることが
可能となる。すなわち、左相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕や
右相関度行列ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の発生に要する処理時間Ｔ
ＬやＴＲは、ＣＡＤ設計データＤIN１から設計画像Ａの
左又は右エッジ画像を発生する時間をＴＬ１，ＴＲ１と
し、その相関処理に要する時間をＴＬ２，ＴＲ２とする
と、次式，すなわち、 ＴＬ＝ＴＬ１＋ＴＬ２，ＴＲ＝ＴＲ１＋ＴＲ２ で与えられる。ここで、設計画像Ａの左エッジ画像のエ
ッジ本数をＥＬＮとし、１本のエッジ画像に要する単位
処理時間をαとすると、 ＴＬ１＝（倍率補正範囲／倍率補正ステップ）・α・Ｅ
ＬＮ となり、同様に、設計画像Ａの右エッジ画像のエッジ本
数をＥＲＮすると、 ＴＲ１＝（倍率補正範囲／倍率補正ステップ）・α・Ｅ
ＲＮ となる。ここで、全エッジ本数ＥＮが、 ＥＮ＝ＥＬＮ＋ＥＲＮであることに注意をすれば、 ＴＬ１＋ＴＲ１＝（倍率補正範囲／倍率補正ステップ）
・α・ＥＮ となり、また、ＣＡＤ設計データＤIN１の発生回数をＮ
１とすれば、 ＴＬ１＋ＴＲ１＝Ｎ１／（線幅補正範囲／線幅補正ステップ）・α・ＥＮ ＝〔Ｎ１／（線幅補正範囲／線幅補正ステップ）〕・α・ＥＮ ＝Ｔ１／（線幅補正範囲／線幅補正ステップ）＝Ｔ１／５ となり、従来例のエッジ像発生時間Ｔ１に比べて５分の
１に低減することが可能となる。なお、従来例と比較を
すべく（線幅補正範囲／線幅補正ステップ）を（２×５
％／0.2 ％）＝５０，（線幅補正範囲÷倍率補正ステッ
プ）を1.0 μｍ／0.2 μｍ）＝５とした。

【０１１１】また、ステップＰ３で左，右相関度行列Ｃ
Ｌ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕に基づいて設計画像Ａ，
ＳＥＭ像Ｂのマッチング評価量を示す相関度行列Ｃ
〔ｓ，ｍ〕の算出処理をしている。

【０１１２】例えば、ステップＰ44で左，右相関度行列
ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕から仮想相関度行列Ｃ
〔ｓ，ｍ，δ〕＝ＣＬ〔ｓ−δ，ｍ〕＋ＣＲ〔ｓ＋δ，
ｍ〕が定義され、次に、ステップＰ45で仮想相関度行列
Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕の配線幅補正量（微小変量）δ＝ｅｗ
をある範囲で変化させた時に、ステップＰ46で該配線幅
補正量δが最大値を満足した場合に、ステップＰ49で相
関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕が決定される。

【０１１３】このため、従来例に比べて相関処理の実行
回数が低減され、その画像処理時間の短縮化を図ること
が可能となる。すなわち、相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕に係
る相関処理に要する時間ＴＬ２，ＴＲ２は，例えば、線
幅補正ステップ＝シフト補正ステップと仮定をすると、
線幅補正範囲はシフト補正範囲より十分に小さい。この
ため、左，右相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，
ｍ〕に係る相関処理に要する時間をＴＬ２，ＴＲ２とす
ると、 ＴＬ２＝〔（シフト量補正範囲＋線幅補正範囲）／シフト補正ステップ〕・（ 倍率補正範囲／倍率補正ステップ）・β ≒（シフト量補正範囲／シフト補正ステップ）・（倍率補正範囲／倍率 補正ステップ）・β ＴＲ２＝〔（シフト量補正範囲＋線幅補正範囲）／シフト補正ステップ〕・（ 倍 率補正範囲／倍率補正ステップ）・β ≒（シフト量補正範囲／シフト補正ステップ）・（倍率補正範囲／倍率 補正ステップ）・β となる。但し、βは１回の相互相関処理時間である。

【０１１４】従って、相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕に係る相
関処理に要する時間ＴＬ２，ＴＲ２は ＴＬ２＋ＴＲ２＝２・（シフト率補正範囲／シフト補正
ステップ）・（倍率補正範囲／倍率補正ステップ）・β となり、また、従来例に係る相互相関の算定時間をＴ２
とすると、 ＴＬ２＋ＴＲ２＝２・Ｔ２／（線幅補正範囲／線幅補正
ステップ）＝0.4 Ｔ２ となり、左右の相関度行列の算定に要する処理時間は、
次式，すなわち、 0.2 Ｔ１＋0.4 Ｔ２ で与えられる。従って、第１の実施例では従来例に係る
相関度行列の算定に要する処理時間Ｔ１＋Ｔ２に対して
その算定に要する処理時間を0.2 Ｔ１＋0.4 Ｔ２にまで
短縮をすることが可能となる。

【０１１５】これにより、ステップＰ４で相関度行列Ｃ
〔ｓ，ｍ〕の算出処理に基づいて，例えば、相関度行列
Ｃ〔ｓ，ｍ〕が最大となる画素シフト量ｓと倍率変化量
ｍとを定義したシフト補正量Ｓと倍率補正量Ｍに基づい
て設計画像Ａ，ＳＥＭ像Ｂとのアライメント補正処理を
することが可能となり、ＣＡＤ設計データＤIN１に基づ
いて表現される設計画像Ａと、ＳＥＭ像データＤIN２に
基づいて表現されるＳＥＭ像Ｂとを高速に整合すること
が可能となる。

【０１１６】例えば、線幅補正された倍率補正量Ｍとシ
フト補正量Ｓで張られる相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕を求め
る演算処理は、配列データの読出しと加算，及び比較処
理のみであり、当該パターンマッチング装置によりこの
部分を１／60秒以下で行うことが可能となる。

【０１１７】（２）第２の実施例の説明 図12は、本発明の第２の実施例に係る左相関度行列算定
（サブルーチン）の処理フローチャートであり、図13〜
15はその補足説明図をそれぞれ示している。図12におい
て、第１の実施例と異なるのは第２の実施例では、左，
右相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の算出処
理の際に、設計画像Ａの部分投影法に基づいて該設計画
像Ａ，ＳＥＭ像Ｂ間の相関度を求めるものである。

【０１１８】これは、第１の実施例では画像処理の高速
化を律速する相関処理の処理時間につき、低減率にして
６０％程度しか期待できないことから、第２の実施例で
は、相関処理の高速化を図るべく投影エッジ相関法（設
計画像Ａの部分投影法）を採るものである。

【０１１９】部分投影法は、ＳＥＭ像Ｂの部分投影から
検出したエッジデータの総和＝（左エッジのＳＥＭ像Ｂ
の部分投影から検出したエッジデータの総和）＋（右エ
ッジのＳＥＭ像Ｂの部分投影から検出したエッジデータ
の総和）の関係を利用する方法である。

【０１２０】例えば、図13（ａ）において、ＣＡＤ設計
データＤIN１により指定された配線パターン４２のエッ
ジｅ７に着目して説明をすれば、その中心位置〔（ｘ１
＋ｘ２）／２，（ｙ１＋ｙ２）〕を拡縮中心として倍率
補正を行う場合には、倍率誤差ｅｍ〔％〕のために、位
置座標ｐの値は、±ｅｍ・〔ｐ−（ｘ１＋ｘ２）／２〕
／100 の不正確さをもつ。

【０１２１】これにシフト誤差と線幅誤差による位置の
不正確さを考慮すると、ＳＥＭ像Ｂの座標系Ｘ，Ｙにお
ける位置Ｐ１からＰ２の範囲のｅ７に相当するエッジが
表示されることとなる。

【０１２２】ここで、概略アライメントでは（ｘ１，ｙ
１）がＳＥＭ像画素の（０，０）に、（ｘ２，ｙ２）が
ＳＥＭ像画素の（ＳMAX ，ＳMAX ）に対応するものとす
れば、概略アライメント時おけるＣＡＤ座標系ｘ，ｙの
位置ｐ（ｘ，ｙ）とＳＥＭ像の座標系の（Ｘ，Ｙ）は、
次の関係式，すなわち、 Ｘ＝ＳMAX （ｘ−ｘ１）／（ｘ２−ｘ１） Ｙ＝ＳMAX （ｙ−ｙ１）／（ｙ２−ｙ１）で結ばれるこ
とから、ＳＥＭ像Ｂの座標系Ｘ，Ｙの左，右エッジ位置
Ｐ１，Ｐ２は、次式，すなわち、 Ｐ１＝ＳMAX 〔〔−ｅｍ・ａｂｓ ｐ−（ｘ１＋ｘ２）／２ ／100 −ｅｓ −ｅ２〕＋ｐ−ｘ１〕／（ｘ２−ｘ１） Ｐ２＝ＳMAX 〔〔＋ｅｍ・ａｂｓ ｐ−（ｘ１＋ｘ２）／２ ／100 ＋ｅｓ −ｅ１〕＋ｐ−ｘ１〕／（ｘ２−ｘ１） となり、同様に、エッジ位置の下限Ｑ１，上限Ｑ２は次
のようになる。

【０１２３】 Ｑ１＝ＳMAX 〔〔−ｅｍ・ａｂｓ ｑ１−（ｙ１＋ｙ２）／２ ／100 −ｅ ｓ〕＋ｑ１−ｙ１〕／（ｙ２−ｙ１） Ｑ２＝ＳMAX 〔〔＋ｅｍ・ａｂｓ ｑ２−（ｙ１＋ｙ２）／２ ／100 ＋ｅ ｓ〕＋ｑ２−ｙ１〕／（ｙ２−ｙ１） となる。なお、ａｂｓは絶対値記号である。

【０１２４】従って、パターンマッチング評価量に与え
る寄与分を考慮するエッジｅ７を含むＳＥＭ像の領域
は、（Ｐ１−δ，Ｑ１）−（Ｐ２＋δ，Ｑ２）という矩
形領域になる。ここで、δはＳＥＭ像からエッジを検出
するためのフィルタリングで必要となるマージンであり
線幅補正量となる。

【０１２５】具体的には、図12の本発明の第２の実施例
に係る左相関度行列算定（サブルーチン）の処理フロー
チャートにおいて、まず、ステップＰ21で左相関度行列
のクリアをし、ステップＰ22で左エッジリストの先頭の
エッジ座標（Ｘ座標，Ｙ始点，Ｙ終点）の抽出処理をす
る。この際に、図14（ａ）において、ＳＥＭ像Ｂの配線
パターン５２のエッジｅ７に沿ってＳＥＭ像データＤIN
２を抽出する。

【０１２６】次いで、ステップＰ23でシフト補正範囲，
倍率補正範囲，線幅補正範囲に応じた部分投影領域の算
定処理をする。例えば、部分投影領域の大きさは、アラ
イメントを取る前の初期状態における倍率誤差，シフト
誤差，線幅誤差の大きさから求まる。

【０１２７】次に、ステップＰ24でＳＥＭ像の部分投影
を求めて、エッジデータに変換をし、その後、ステップ
Ｐ25で倍率変化量ｍの初期値を設定をする。なお、この
エッジデータは二次元画像データが一次元データに圧縮
されており、該エッジデータは、エッジ位置に対して画
素シフト量ｓ，倍率変化量ｍを与えてＳＥＭ像Ｂの座標
系Ｘ，Ｙに変換をすることにより得られる。

【０１２８】さらに、ステップＰ26でシフト量ｓの初期
値を設定し、ステップＰ27でエッジｅ７のＸ座標がマッ
ピングされる部分のＳＥＭ像Ｂのエッジ画素の輝度（強
度）の和を左相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕に加算をする。
例えば、図14において、画素シフト量ｓ０，倍率変化量
ｍ１によりマッピングされるエッジｅ７のＸ座標範囲Ｌ
Ｓの部分のエッジデータをシーケンシャルに読出して、
左相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕に加算をする。

【０１２９】例えば、図15の画素シフト量ｓ対倍率変化
量ｍとで表される左相関度行ＣＬ〔ｓ，ｍ〕の定義領域
において、画素シフト量ｓ０，倍率変化量ｍ１によりマ
ッピングされるエッジｅ７のＸ座標範囲ＬＳでは、左相
関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕を基準にしてＸ又はＹ方向に１
つシフトすると、画素シフト量ｓ＋１，倍率変化量ｍ−
１となることから、左相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕の行列
要素がＣＬ〔ｓ＋１，ｍ〕，ＣＬ〔ｓ，ｍ−１〕とな
る。

【０１３０】また、ステップＰ27で画素シフト量ｓが最
終値であるか否かを判断をする。この際に、画素シフト
量ｓが最終値と等しくなる場合（ＹES）には、ステップ
Ｐ28に移行する。なお、それが最終値と等しくならない
場合（ＮＯ）には、ステップＰ29に移行して、画素シフ
ト量ｓの更新をし、その後、ステップＰ27に戻る。

【０１３１】さらに、画素シフト量ｓが最終値と等しく
なった場合（ＹES）には、ステップＰ28で倍率変化量ｍ
が最終値であるか否かを判断をする。この際に、倍率変
化量ｍが最終値と等しくなる場合（ＹES）には、ステッ
プＰ210 に移行する。また、それが最終値と等しくなら
ない場合（ＮＯ）には、ステップＰ210 に移行して、倍
率変化量ｍの更新をし、その後、ステップＰ26に戻る。

【０１３２】なお、倍率変化量ｍが最終値と等しくなっ
た場合（ＹES）には、ステップＰ212 で残りエッジが有
るか否かを判断をする。この際に、残りエッジが有る場
合（ＹES）には、ステップＰ213 に移行して、エッジ座
標を更新をし、その後、ステップＰ23に戻ってシフト補
正範囲，倍率補正範囲，線幅補正範囲に応じた部分投影
領域の算定処理をする。これにより、ある画素シフト量
ｓ，倍率変化量ｍに対する当該エッジから左・右相関度
行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕への寄与分が当該
座標Ｘ，Ｙに対応するエッジ密度として求まる。

【０１３３】また、ステップＰ212 で残りエッジが無い
場合（ＮＯ）には、第２の実施例に係る左相関度行列算
定（サブルーチン）の処理を終了して、第１の実施例に
係るメイン処理フローチャートのステップＰ３に相当す
る右相関度行列算定（サブルーチン）の処理を実行す
る。

【０１３４】なお、右相関度行列算定（サブルーチン）
の処理は第２の実施例に係る左相関度行列算定（サブル
ーチン）の処理フローチャートと同様であるため、その
説明を省略し、その他，メイン処理のフローチャートに
ついても、第１の実施例と同様であるため、その説明を
省略する。

【０１３５】このようにして、本発明の第２の実施例に
係る画像処理方法によれば、図12に示すように、左，右
相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の算出処理
の際に、設計画像Ａの部分投影法に基づいて該設計画像
Ａ，ＳＥＭ像Ｂの相関度が求められる。

【０１３６】このため、部分投影法に基づいた投影エッ
ジ相関法によりエッジデータ（エッジ度）が求められ、
これに基づいて相関度行列Ｃ〔ｓ，ｍ〕を高速に発生す
ることが可能となる。すなわち、投影エッジ相関法で
は、例えば、ＳＥＭ像Ｂの左エッジに沿って部分投影が
求められ、次に、該部分投影から二次元画像データを一
次元データに圧縮したＳＥＭ像Ｂのエッジデータが求め
られる。

【０１３７】このことから、例えば、設計画像Ａの両方
のエッジ画像本数に基づいて繰り返し相関度を求める場
合であって、１本のエッジに着目し当該エッジ画像のエ
ッジデータに係る左，右相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，Ｃ
Ｒ〔ｓ，ｍ〕の変換に要する処理時間ＴＣは，まず、部
分投影に係る算定時間をＴＰとし、部分投影領域からエ
ッジデータへの変換処理時間をＴＥとし、画素シフト量
ｓと倍率変化量ｍを与えて対応するエッジデータを左，
右相関度行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕に対応す
る要素の値に加算する単位行列要素当たりの処理時間Ｔ
Ｍとすると、 ＴＣ＝ＴＰ＋ＴＥ＋ＴＭ・（シフト率補正範囲／シフト補正ステップ）・（倍 率補正範囲／倍率補正ステップ） ＝ＴＰ＋ＴＥ＋5000・ＴＭ となる。なお、従来例との比較をすべく（シフト率補正
範囲／シフト補正ステップ）・（倍率補正範囲／倍率補
正ステップ）＝5000とした。これにより、左，右相関度
行列ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，ｍ〕の全算定処理時間
は、その全エッジ本数をＥＮとすると、次式，すなわ
ち、 ＥＮ・ＴＣ で与えられることから、例えば、エッジ本数をＥＮ＝50
0 ，各単位処理時間をＴＰ＋ＴＥ＝１〔ｍ秒〕，ＴＭ＝
１〔μ秒〕とすると、 ＥＮ・ＴＣ＝３〔秒〕 となる。従って、パターンマッチングを約３〔秒〕程度
の時間により実行することが可能となり、第１の実施例
に比べてアライメント処理の高速化を図ることが可能と
なる。なお、ＴＰ＋ＴＥ＝１〔ｍ秒〕，ＴＭ＝１〔μ
秒〕という値は、ソフトウエア処理によっても実現可能
である。

【０１３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像処理
装置によれば、第１の相関度算出手段，第２の相関度算
出手段，相関度算出手段及び画像補正手段が具備され、
第１，第２の画像データに基づいて第１，第２の相関度
データが算出され、第１，第２の画像のマッチング評価
量を示す相関度データが算定される。

【０１３９】このため、第１の画像データに基づいて表
現される画像と第２の画像データに基づいて表現される
画像とのアライメント処理に係わり、従来例に比べてエ
ッジ像発生回数や、相関処理の実行回数が低減されるこ
とから画像処理時間の短縮化を図ることが可能となる。
このことで、アライメント処理の高速化が図られ、当該
画像処理装置の信頼性の向上を図ることが可能となる。

【０１４０】また、本発明の第１の画像処理方法によれ
ば、第１，第２の画像データに基づいて被整合画像対象
の一方のエッジ画像に係る第１の相関度行列の算出処理
をし、第１，第２の画像データに基づいて被整合画像対
象の他方のエッジ画像に係る第２の相関度行列の算出処
理をしている。

【０１４１】このため、従来例に比べてエッジ像発生回
数が低減され、従来例のエッジ像発生時間に比べて本発
明に係るエッジ像発生時間を５分の１程度に低減するこ
とが可能となり、その画像処理時間の短縮化を図ること
が可能となる。

【０１４２】また、本発明の第１の画像処理方法によれ
ば、第１，第２の相関度行列に基づいて第１，第２の画
像のマッチング評価量を示す相関度行列が算出処理され
る。このため、従来例に比べて相関処理の実行回数が低
減され、従来例の相互相関の算定時間に比べて本発明に
係る相互相関の算定時間を数分の１に低減することが可
能となり、その画像処理時間の短縮化を図ることが可能
となる。

【０１４３】さらに、本発明の第２の画像処理方法によ
れば、第１の画像処理方法において、第１，第２の相関
度行列の算出処理の際に、第１又は第２の画像の部分投
影法に基づいて該第１，第２の画像の相関度が求められ
る。

【０１４４】このため、部分投影法に基づいた投影エッ
ジ相関法によりエッジデータ（エッジ度）が求められ、
これに基づいて相関度行列を高速に発生することが可能
となる。このことから、第１の画像処理方法に比べて、
より一層アライメント処理の高速化を図ることが可能と
なる。

【０１４５】これにより、ＣＡＤ設計データに基づいて
作成されたＬＳＩ装置を電子ビーム装置を用いて、その
試験や故障診断をする電子ビームテスタ等に適用可能
で、かつ、高速画像処理が可能な画像処理装置の提供に
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像処理装置の原理図である。

【図２】本発明に係る画像処理方法の原理図である。

【図３】本発明の各実施例に係る電子ビームテスタの全
体構成図である。

【図４】本発明の各実施例に係るパターンマッチング装
置の構成図である。

【図５】本発明の各実施例に係るパターンマッチング装
置の補足説明図（その１）である。

【図６】本発明の各実施例に係るパターンマッチング装
置の補足説明図（その２）である。

【図７】本発明の各実施例に係るパターンマッチング装
置の補足説明図（その３）である。

【図８】本発明の第１の実施例に係るパターンマッチン
グのメイン処理フローチャートである。

【図９】本発明の第１の実施例に係る左相関度行列算定
（サブルーチン）の処理フローチャートである。

【図10】本発明の第１の実施例に係る相関度行列算定
（サブルーチン）の処理フローチャートである。

【図11】本発明の第１の実施例に係る処理フローチャー
トの補足説明図である。

【図12】本発明の第２の実施例に係る左相関度行列算定
（サブルーチン）の処理フローチャートである。

【図13】本発明の第２の実施例に係る処理フローチャー
トの補足説明図（その１）である。

【図14】本発明の第２の実施例に係る処理フローチャー
トの補足説明図（その２）である。

【図15】本発明の第２の実施例に係る処理フローチャー
トの補足説明図（その３）である。

【図16】従来例に係るパターンマッチング装置の説明図
である。

【図17】従来例に係るパターンマッチングの処理フロー
チャート（その１）である。

【図18】従来例に係るパターンマッチングの処理フロー
チャート（その２）である。

【符号の説明】

１１，１２…第１，第２の相関度算出手段、 １３…相関度算出手段、 １４…画像補正手段、 Ａ，Ｂ…第１，第２の画像、 Ｄ１，Ｄ２…第１，第２の画像データ、 ＤCL，ＤRL…第１，第２の相関度データ、 ＤＣ…相関度データ、 δ…微小変化量（線幅補正量）、 ｘ，ｙ…第１の画像の座標系、 Ｘ，Ｙ…第２の画像の座標系、 ｐ〔ｘ，ｙ〕…第１の画像のエッジ座標、 Ｐ〔Ｘ，Ｙ〕…第２の画像のエッジ座標。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の画像データ（Ｄ１）に基づいて表
   現される第１の画像（Ａ）と、前記第１の画像（Ａ）に
   類似し、かつ、第２の画像データ（Ｄ２）に基づいて表
   現される第２の画像（Ｂ）とを整合する装置であって、 前記第１，第２の画像データ（Ｄ１，Ｄ２）に基づいて
   第１の相関度データ（ＤCL）を出力する第１の相関度算
   出手段（１１）と、前記第１，第２の画像データ（Ｄ
   １，Ｄ２）に基づいて第２の相関度データ（ＤCR）を出
   力する第２の相関度算出手段（１２）と、前記第１，第
   ２の相関度データ（ＤCL，ＤCR）に基づいて第１，第２
   の画像（Ａ，Ｂ）のマッチング評価量を示す相関度デー
   タ（ＤＣ）を出力する相関度算出手段（１３）と、前記
   相関度データ（ＤＣ）に基づいてアライメント補正をす
   る画像補正手段（１４）とを具備することを特徴とする
   画像処理装置。
2. 【請求項２】 第１の画像データ（Ｄ１）に基づいて表
   現される第１の画像（Ａ）と、前記第１の画像（Ａ）に
   類似し、かつ、第２の画像データ（Ｄ２）に基づいて表
   現される第２の画像（Ｂ）とを整合する方法であって、 前記第１，第２の画像データ（Ｄ１，Ｄ２）に基づいて
   被整合画像対象（Ａ又はＢ）の一方のエッジ画像に係る
   第１の相関度行列（ＣＬ〔ｓ，ｍ〕）の算出処理をし、
   前記第１，第２の画像データ（Ｄ１，Ｄ２）に基づいて
   被整合画像対象（Ａ又はＢ）の他方のエッジ画像に係る
   第２の相関度行列（ＣＲ〔ｓ，ｍ〕）の算出処理をし、
   前記第１，第２の相関度行列（ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ
   〔ｓ，ｍ〕）に基づいて第１，第２の画像（Ａ，Ｂ）の
   マッチング評価量を示す相関度行列（Ｃ〔ｓ，ｍ〕）の
   算出処理をし、前記相関度行列（Ｃ〔ｓ，ｍ〕）の算出
   処理に基づいて第１，第２の画像（Ａ，Ｂ）のアライメ
   ント補正処理をすることを特徴とする画像処理方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の画像処理方法において、
   前記第１の相関度行列（ＣＬ〔ｓ，ｍ〕）の算出処理の
   際に、被整合画像対象（Ａ又はＢ）の一方のエッジ画像
   に係る画素シフト量（ｓ）と倍率変化量（ｍ）とに基づ
   いて第１，第２の画像（Ａ，Ｂ）の相関度を求め、 前記第２の相関度行列（ＣＲ〔ｓ，ｍ〕）の算出処理の
   際に、被整合画像対象（Ａ又はＢ）の他方のエッジ画像
   に係る画素シフト量（ｓ）と倍率変化量（ｍ）に基づい
   て第１，第２の画像（Ａ，Ｂ）の相関度を求め、 前記相関度行列（Ｃ〔ｓ，ｍ〕）の算出処理の際に、第
   １，第２の相関度行列（ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ〔ｓ，
   ｍ〕）から仮想相関度行列（Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕）＝（Ｃ
   Ｌ〔ｓ−δ，ｍ〕＋ＣＲ〔ｓ＋δ，ｍ〕）を定義し、前
   記仮想相関度行列（Ｃ〔ｓ，ｍ，δ〕）の微小変量
   （δ）をある範囲で変化させた時に、該微小変量（δ）
   が最大値を満足する相関度行列（Ｃ〔ｓ，ｍ〕）を決定
   し、 前記第１，第２の画像（Ａ，Ｂ）とのアライメント補正
   処理の際に、相関度行列（Ｃ〔ｓ，ｍ〕）が最大となる
   画素シフト量（ｓ）と倍率変化量（ｍ）とをシフト補正
   量（Ｓ）と倍率補正量（Ｍ）と定義することを特徴とす
   る画像処理方法。
4. 【請求項４】 請求項２記載の画像処理方法において、
   前記第１，第２の相関度行列（ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ
   〔ｓ，ｍ〕）の算出処理の際の画素シフト量（ｓ）が第
   ２の画像（Ｂ）の座標系（〔Ｘ，Ｙ〕）で与えられる場
   合には、第１の画像（Ａ）の座標系（〔ｘ，ｙ〕）で記
   述された被整合画像対象（Ａ又はＢ）のエッジ座標（ｐ
   〔ｘ，ｙ〕）を第２の画像（Ｂ）の座標系（〔Ｘ，
   Ｙ〕）に変換したエッジ座標（Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，
   ｙ〕）を算出し、 前記第２の画像（Ｂ）の座標系（〔Ｘ，Ｙ〕）に変換し
   たエッジ座標（Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕）と画素シフト
   量（ｓ）との和（ｐ＋ｓ）を最近接整数に丸めて得られ
   る第２の画像（Ｂ）の位置座標（Ｐ〔Ｘ，Ｙ〕）に対応
   する画素値，又は、第２の画像（Ｂ）の座標系（〔Ｘ，
   Ｙ〕）に変換したエッジ座標（Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，
   ｙ〕）と画素シフト量（ｓ）との和（ｐ＋ｓ）における
   画素値の近傍画素から補完により画素シフト量（ｓ）を
   求めることを特徴とする画像処理方法。
5. 【請求項５】 請求項２記載の画像処理方法において、
   前記第１，第２の相関度行列（ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ
   〔ｓ，ｍ〕）の算出処理の際に、画素シフト量（ｓ）が
   第１の画像（Ａ）の座標系（〔ｘ，ｙ〕）で与えられる
   場合には、第１の画像（Ａ）の座標系（〔ｘ，ｙ〕）で
   記述された被整合画像対象（Ａ又はＢ）のエッジ座標
   （ｐ〔ｘ，ｙ〕）と画素シフト量（ｓ）との和（ｐ＋
   ｓ）を第２の画像（Ｂ）の座標系（〔Ｘ，Ｙ〕）に変換
   したエッジ座標（Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕）を算出し、 前記第２の画像（Ｂ）の座標系（〔Ｘ，Ｙ〕）に変換し
   たエッジ座標（Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕）を最近接整数
   に丸めて得られる第２の画像（Ｂ）の位置座標（Ｐ
   〔Ｘ，Ｙ〕）に対応する画素値，又は、第２の画像
   （Ｂ）の座標系（〔Ｘ，Ｙ〕）に変換したエッジ座標
   （Ｐ＝ＳMAX ｐ〔ｘ，ｙ〕）における画素値の近傍画素
   から補完により画素シフト量（ｓ）を求めることを特徴
   とする画像処理方法。
6. 【請求項６】 請求項２記載の画像処理方法において、
   前記第１，第２の相関度行列（ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ
   〔ｓ，ｍ〕）の算出処理の際に、前記第１又は第２の画
   像（Ａ，Ｂ）の部分投影法に基づいて該第１，第２の画
   像（Ａ，Ｂ）の相関度を求めることを特徴とする画像処
   理方法。
7. 【請求項７】 請求項２記載の画像処理方法において、
   前記第１，第２の相関度行列（ＣＬ〔ｓ，ｍ〕，ＣＲ
   〔ｓ，ｍ〕）の算出処理の際に、前記被整合画像対象
   （Ａ又はＢ）の両方のエッジ画像本数に基づいて繰り返
   し相関度を求めることを特徴とする画像処理方法。