JP2000182555A - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

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JP2000182555A
JP2000182555A JP10355926A JP35592698A JP2000182555A JP 2000182555 A JP2000182555 A JP 2000182555A JP 10355926 A JP10355926 A JP 10355926A JP 35592698 A JP35592698 A JP 35592698A JP 2000182555 A JP2000182555 A JP 2000182555A
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JP
Japan
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focusing
evaluation
focal position
evaluation value
image data
Prior art date
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Pending
Application number
JP10355926A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigehiro Mitamura
茂宏 三田村
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve accuracy of automatic focusing of an automatic focusing device by reducing focusing time. SOLUTION: This automatic focusing device 1 is equipped with evaluation means 11, 12 with different detection accuracy of focal position, and focuses by using these evaluation means. The evaluation means 11 with coarse detection accuracy of the focal position focuses roughly in a short period by using evaluation values obtained by broad detection of the focal position. The evaluation means 12 with fine detection accuracy of the focal position focuses very precisely by using evaluation values obtained by narrow detection in vicinity of the focal point obtained by the coarse detection means 11. With a combination of different evaluation values of different characteristics, a period of focusing is reduced and accuracy of focusing is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子顕微鏡や、導
体製造装置、精密機械、バイオ分野等の荷電粒子ビーム
を用いた装置において、ビームの焦点合わせを行う装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for focusing a beam in an apparatus using a charged particle beam, such as an electron microscope, a conductor manufacturing apparatus, a precision machine, and a biotechnology field.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子顕微鏡や半導体製造装置等では、電
子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを試料に照
射することによって試料の分析や観察、あるいは加工を
行っている。このような荷電粒子ビームを用いる装置で
は、分析精度や加工精度を高めるには試料上でビームの
焦点が合うことが必要である。
2. Description of the Related Art In an electron microscope, a semiconductor manufacturing apparatus, or the like, a sample is analyzed, observed, or processed by irradiating the sample with a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam. In such an apparatus using a charged particle beam, it is necessary that the beam be focused on the sample in order to increase the analysis accuracy and processing accuracy.

【0003】従来、ビームの焦点合わせは測定者が測定
結果を判断したり、あるいは電子顕微鏡では得られた画
像データに対して画像を評価する評価値を求め、この評
価値を用いてビーム焦点が合うように対物レンズのパワ
ー等の測定条件を調整することによって行っている。
Conventionally, beam focusing is performed by a measurer who judges a measurement result or obtains an evaluation value for evaluating an image with respect to image data obtained by an electron microscope, and uses this evaluation value to adjust the beam focus. The measurement is performed by adjusting measurement conditions such as the power of the objective lens so as to match.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に、画像評価によ
る焦点合わせ自体を評価する特性として、焦点合わせの
精度と焦点合わせに要する時間の両特性が考慮される。
通常、両特性を両立させることは困難であり、短時間で
焦点合わせを行う場合には焦点合わせの精度が粗くな
り、逆に高精度の焦点合わせを行う場合には焦点合わせ
に長時間を要するという問題がある。特に、高精度の焦
点合わせにおいて焦点の変化幅を大きくして粗い変化で
行うと、この変化幅内に焦点が位置する場合には焦点合
わせが困難となる。そこで、本発明は前記した従来の問
題点を解決し、焦点合わせに要する時間を短縮し、焦点
合わせの精度を高めることができる自動焦点合わせ装置
を提供することを目的とする。
Generally, as characteristics for evaluating focusing itself by image evaluation, both characteristics of focusing accuracy and time required for focusing are considered.
Normally, it is difficult to achieve both characteristics at the same time. When focusing is performed in a short period of time, the accuracy of focusing is low, and when performing high-precision focusing, it takes a long time to perform focusing. There is a problem. In particular, in the case of high-precision focusing, if the change width of the focus is made large and the change is made coarsely, it becomes difficult to perform focusing if the focus is located within this change width. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problems, to provide an automatic focusing device capable of shortening the time required for focusing and improving the accuracy of focusing.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、画像データに
基づいて得られる評価値を用いて焦点合わせのパラメー
タを変更して焦点合わせを行う自動焦点合わせ装置であ
って、特性の異なる評価値を組み合わせることによっ
て、焦点合わせに要する時間を短縮すると共に、焦点合
わせの精度を高める。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an automatic focusing apparatus for performing focusing by changing focusing parameters using an evaluation value obtained based on image data, wherein the evaluation values have different characteristics. By combining the above, the time required for focusing can be reduced and the accuracy of focusing can be increased.

【0006】本発明の自動焦点合わせ装置は、焦点位置
の検出精度を異にする評価手段を複数備え、これらの評
価手段を組み合わせて焦点合わせを行う。焦点位置の検
出精度が粗の評価手段は、焦点位置を広い範囲で検索し
て評価値を得る。この評価値を用いて、短時間で粗い焦
点合わせを行う。
The automatic focusing apparatus of the present invention includes a plurality of evaluation means having different detection accuracy of the focus position, and performs focusing by combining these evaluation means. The evaluation means having a coarse focus position detection accuracy retrieves the focus position in a wide range to obtain an evaluation value. Using this evaluation value, rough focusing is performed in a short time.

【0007】次に、焦点位置の検出精度が精の評価手段
は、粗の評価手段で得られた焦点位置の近傍を狭範囲で
検索し評価値を得る。この評価値を用いて、高精度で焦
点合わせを行う。通常、高精度の焦点合わせは長時間を
要するが、精の評価手段は粗の評価手段で得られた焦点
位置の近傍を狭範囲で検索するため、焦点合わせの時間
を短縮することができる。
[0007] Next, the evaluation means having a fine focus position detection accuracy retrieves the vicinity of the focus position obtained by the coarse evaluation means in a narrow range to obtain an evaluation value. Focusing is performed with high accuracy using this evaluation value. Normally, high-precision focusing takes a long time, but the fine evaluation means searches in a narrow range near the focal position obtained by the coarse evaluation means, so that the focusing time can be reduced.

【0008】評価値は、ある焦点合わせのパラメータで
ビームを走査して得られる信号変化を1画面上あるいは
1ライン上で数値化し、該数値によって焦点合わせの程
度を評価するものである。焦点合わせのパラメータとし
て対物レンズに供給するパワーを用いることができ、こ
の対物レンズパワーを評価値に基づいて調整することに
よって焦点合わせを行うことができる。
The evaluation value is obtained by digitizing a signal change obtained by scanning a beam with a certain focusing parameter on one screen or one line, and evaluating the degree of focusing based on the numerical value. The power supplied to the objective lens can be used as a focusing parameter, and the focusing can be performed by adjusting the power of the objective lens based on the evaluation value.

【0009】ビーム走査で得られる画像を複数の領域に
分割した場合、評価手段の一態様では、ビーム走査で検
出される1画面上あるいは1ライン上の信号強度におい
て、最大信号強度と最小信号強度との差を評価値として
得ることができる。この評価手段で得られる評価値は焦
点合わせの程度と単純増加の関係にあり、最大信号強度
と最小信号強度との差が大きいほど良好な焦点合わせで
あることを表している。この評価値を求める演算は、1
画面上あるいは1ライン上において、単に最大信号強度
と最小信号強度とを求め、その差を算出するだけである
ため短時間で行うことができるが、その焦点位置の検出
精度は高くない。したがって、この評価手段は本発明の
焦点位置の検出精度が粗の評価手段に適している。
In the case where an image obtained by beam scanning is divided into a plurality of regions, one aspect of the evaluation means is that the signal intensity on one screen or one line detected by beam scanning has a maximum signal intensity and a minimum signal intensity. Can be obtained as an evaluation value. The evaluation value obtained by this evaluation means is in a simple increasing relationship with the degree of focusing, and the greater the difference between the maximum signal intensity and the minimum signal intensity, the better the focusing. The calculation for obtaining this evaluation value is 1
On the screen or on one line, the maximum signal intensity and the minimum signal intensity are simply obtained and the difference between them is calculated, so that it can be performed in a short time, but the focus position detection accuracy is not high. Therefore, this evaluation means is suitable for the evaluation means of the present invention having a coarse focus position detection accuracy.

【0010】また、評価手段の他の態様では、ビーム走
査で検出される各微小領域上の信号強度において、隣接
する領域間で信号強度の差を求め、この差の絶対値を1
画面上あるいは1ライン上で加算して得られる差分積分
値、あるいはその差分積分値の平均の差分平均値を評価
値として得ることができる。この評価手段で得られる評
価値は焦点合わせの程度と単純増加の関係にあり、値が
大きいほど良好な焦点合わせであることを表している。
この評価値を求める演算は、全領域において、隣接する
微小領域間で信号強度の差の絶対値を1画面上あるいは
1ライン上で加算するため、演算時間を要するが、その
焦点位置の検出精度は高い。したがって、この評価手段
は本発明の焦点位置の検出精度が精の評価手段に適して
いる。
In another aspect of the evaluation means, a difference in signal intensity between adjacent regions is obtained for a signal intensity on each minute region detected by beam scanning, and the absolute value of the difference is set to 1
A difference integrated value obtained by adding on the screen or one line, or a difference average value of the average of the difference integrated values can be obtained as the evaluation value. The evaluation value obtained by this evaluation means is in a relationship between the degree of focusing and the simple increase, and the larger the value, the better the focusing.
This calculation for obtaining the evaluation value requires the calculation time because the absolute value of the signal intensity difference between the adjacent minute regions is added on one screen or one line in the entire region. Is expensive. Therefore, this evaluator is suitable for the estimator of the present invention that has a high focus position detection accuracy.

【0011】なお、ビーム走査で得られる画像の強度を
検出する微小領域は、画像を検出する各画素に対応させ
ることができ、評価手段は各画素から得られる検出信号
の信号強度を用いて評価値を得ることができる。
The minute area for detecting the intensity of the image obtained by the beam scanning can correspond to each pixel for detecting the image, and the evaluation means evaluates using the signal intensity of the detection signal obtained from each pixel. Value can be obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の自
動焦点合わせ装置の構成例の概略ブロック図である。図
1において、測定装置2は電子顕微鏡や半導体製造装置
が備える測定部分であり、試料に対するビームの照射状
態を画像データとして検出する。検出された画像データ
は、制御装置3を介して自動焦点合わせ装置1に送信さ
れる。また、測定装置2は自動焦点合わせ装置1から焦
点制御信号を受けて、対物レンズのパワー等の焦点合わ
せのパラメータ制御を行うことによって焦点合わせを行
う。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram of a configuration example of the automatic focusing apparatus of the present invention. In FIG. 1, a measurement device 2 is a measurement portion provided in an electron microscope or a semiconductor manufacturing device, and detects a beam irradiation state on a sample as image data. The detected image data is transmitted to the automatic focusing device 1 via the control device 3. Further, the measuring device 2 receives a focus control signal from the automatic focusing device 1 and performs focusing by controlling focusing parameters such as the power of the objective lens.

【0013】自動焦点合わせ装置1は、焦点合わせに用
いる評価値を得るための第1評価手段11及び第2評価
手段12と、測定装置2で得られる画像データを記憶す
る画像メモリ13と、第1評価手段11及び第2評価手
段12が行う演算の際に用いるデータを一時記憶する演
算用メモリ14を備える。
The automatic focusing apparatus 1 includes a first evaluating means 11 and a second evaluating means 12 for obtaining an evaluation value used for focusing, an image memory 13 for storing image data obtained by the measuring apparatus 2, An operation memory 14 for temporarily storing data used in the operation performed by the first evaluation unit 11 and the second evaluation unit 12 is provided.

【0014】本発明による自動焦点合わせの動作の概略
を図2のフローチャート、及び図3のグラフを用いて説
明する。自動焦点合わせ装置1は、第1評価手段で求め
た第1の評価値を用いて粗の焦点位置検出を行う。この
粗の焦点位置検出では、大きな変化幅で、焦点位置を広
い範囲で検索して評価値を得ることによって、短時間で
粗い焦点合わせを行う。
The outline of the operation of automatic focusing according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 and the graph of FIG. The automatic focusing device 1 performs coarse focus position detection using the first evaluation value obtained by the first evaluation means. In this coarse focus position detection, coarse focus adjustment is performed in a short time by searching for the focus position in a wide range and obtaining an evaluation value with a large change width.

【0015】図3(a)は焦点位置の変化に対する第1
の評価値の変化を示している。なお、図3においてWは
焦点位置に対応する値である。第1評価手段は、広範囲
の第1焦点位置範囲を検索範囲とし、この範囲内におい
て大きな変化幅Dの焦点位置毎に画像データを取得し、
取得した画像データに基づいて第1の評価値を求める。
ここで、第1評価手段は、広範囲の検索範囲において大
きな変化幅で画像データを取得して行う焦点合わせに適
した評価手段を採用する。図3(a)において、第1の
評価値の値が大きいほど焦点合わせが良好であることを
示しており、第1評価手段によればW1において焦点合
わせが行われる。
FIG. 3A shows a first example of a change in the focal position.
Shows the change in the evaluation value. In FIG. 3, W is a value corresponding to the focal position. The first evaluation means sets a wide first focus position range as a search range, acquires image data for each focus position having a large variation width D within this range,
A first evaluation value is obtained based on the acquired image data.
Here, the first evaluation unit employs an evaluation unit suitable for focusing performed by acquiring image data with a large change width in a wide search range. In FIG. 3A, it is shown that the larger the value of the first evaluation value, the better the focusing, and the first evaluating means performs the focusing at W1.

【0016】第1評価手段による焦点位置の分解能は変
化幅Dで定まるため、求められる焦点位置W1は粗い焦
点位置となる(ステップS1)。次に、ステップS1で
粗く焦点位置を求めた後、この焦点位置の近傍におい
て、第2評価手段で求めた第2の評価値を用いて精の焦
点位置検出を行う。この精の焦点位置検出では、小さな
変化幅で、焦点位置を狭い範囲で検索して評価値を得る
ことによって、高い精度で焦点合わせを行う。
Since the resolution of the focus position by the first evaluation means is determined by the change width D, the obtained focus position W1 is a coarse focus position (step S1). Next, after the focus position is roughly determined in step S1, near the focus position, fine focus position detection is performed using the second evaluation value obtained by the second evaluation means. In this precise focus position detection, focusing is performed with high accuracy by searching for the focus position in a narrow range and obtaining an evaluation value with a small change width.

【0017】図3(b)は焦点位置の変化に対する第2
の評価値の変化を示している。第2評価手段は、第1の
評価手段で求めた焦点位置W1からの近傍を第2焦点位
置範囲とし検索範囲とする。第2焦点位置範囲は、例え
ば焦点位置W1を中心として変化幅D内の範囲とするこ
とができる。
FIG. 3 (b) shows a second example with respect to a change in the focal position.
Shows the change in the evaluation value. The second evaluation means sets the vicinity from the focus position W1 obtained by the first evaluation means as a second focus position range and a search range. The second focus position range can be, for example, a range within the change width D around the focus position W1.

【0018】第2評価手段は、狭範囲の第2焦点位置範
囲を検索範囲とし、この範囲内において小さな変化幅d
の焦点位置毎に画像データを取得し、取得した画像デー
タに基づいて第2の評価値を求める。ここで、第2評価
手段は、狭範囲の検索範囲において小さな変化幅で画像
データを取得して行う焦点合わせに適した評価手段を採
用する。図3(b)において、第2の評価値の値が大き
いほど焦点合わせが良好であることを示しており、第2
評価手段によればW2において焦点合わせが行われる。
The second evaluation means sets a narrow second focus position range as a search range, and a small change width d within this range.
The image data is acquired for each focal position of and the second evaluation value is obtained based on the acquired image data. Here, the second evaluation unit employs an evaluation unit suitable for focusing performed by acquiring image data with a small change width in a narrow search range. FIG. 3B shows that the larger the value of the second evaluation value is, the better the focusing is.
According to the evaluation means, focusing is performed at W2.

【0019】第2評価手段による焦点位置の分解能は変
化幅dで定まるため、求められる焦点位置W2は精の焦
点位置を求めることができる(ステップS2)。次に、
本発明の自動焦点合わせ装置の第1,2評価手段の構成
例について説明する。第1,2評価手段はビーム走査で
得られる画像データを基にして評価値を求め、この評価
値によって焦点合わせを行う。以下、はじめに図4,5
によってビーム走査による画像データの取得について説
明し、図6〜図9によって画像データを用いた焦点合わ
せについて説明する。
Since the resolution of the focal position determined by the second evaluation means is determined by the change width d, the focal position W2 to be determined can be precisely determined (step S2). next,
A configuration example of the first and second evaluation units of the automatic focusing apparatus of the present invention will be described. The first and second evaluation means obtain an evaluation value based on the image data obtained by the beam scanning, and perform focusing based on the evaluation value. First, FIGS.
The acquisition of image data by beam scanning will be described below, and focusing using image data will be described with reference to FIGS.

【0020】図4,5は第1,2評価手段が評価する画
像データを説明するための図であり、図4は画像データ
を取得する領域を示し、図5は焦点と取得画像データと
の関係を示している。図4において、符号23は測定装
置におけるビームの走査範囲を示している。ビーム源か
ら放射されたビームは走査レンズ等によって2次元方向
に振られ、走査範囲23内を走査する。測定装置は、ビ
ーム走査で得られる画像データを取得し、焦点合わせを
行う。画像データは、走査範囲23内を複数の微小な領
域20に分割し、各微小領域20を単位として取得する
ことができる。微小領域20は例えば検出素子の画素に
対応させることができる。微小領域20と画素との対応
は、一つの微小領域20に対して1画素を対応させるこ
とも、また、一つの微小領域20に対して複数個の画素
を対応させることもできる。
FIGS. 4 and 5 are diagrams for explaining image data evaluated by the first and second evaluation means. FIG. 4 shows an area for acquiring image data, and FIG. Shows the relationship. In FIG. 4, reference numeral 23 indicates a beam scanning range in the measuring apparatus. The beam emitted from the beam source is swung in a two-dimensional direction by a scanning lens or the like, and scans the scanning range 23. The measuring device acquires image data obtained by beam scanning and performs focusing. The image data can be obtained by dividing the scanning range 23 into a plurality of minute regions 20 and by using each minute region 20 as a unit. The minute area 20 can correspond to, for example, a pixel of the detection element. As for the correspondence between the minute region 20 and the pixel, one pixel can correspond to one minute region 20 or a plurality of pixels can correspond to one minute region 20.

【0021】図4では走査範囲23をn×n個の微小領
域20に分割した構成例を示している。各微小領域20
には、(1,1)、(1,2)、(1,3)、・・・
(1,n−1)、(1,n)、・・・(n,n−1)、
(n,n)の各符号を付し、各微小領域20で検出され
る信号強度をI1,1 、I1,2 、I1,3 、・・・I1,n-
1、In,n-1 、In,n で示している。第1,2評価手段
は、各微小領域20で検出される信号強度I1,1 〜In,
n-1 、In,n に基づいて第1の評価値及び第2の評価値
を求めて焦点合わせを行う。
FIG. 4 shows an example of a configuration in which the scanning range 23 is divided into n × n minute areas 20. Each minute area 20
Include (1,1), (1,2), (1,3), ...
(1, n-1), (1, n), ... (n, n-1),
(N, n), and the signal intensities detected in each minute area 20 are represented by I1,1, I1,2, I1,3,.
1, In, n-1 and In, n. The first and second evaluation means provide signal intensities I1,1 to In, detected in each minute area 20.
Focusing is performed by obtaining a first evaluation value and a second evaluation value based on n-1 and In, n.

【0022】図5(a),(b)と図5(c),(d)
とは異なる焦点位置による走査状態を示している。図5
(a)では焦点位置がWのビーム21は走査領域23上
で照射領域24aを照射し、図5(c)では焦点位置が
Wのビーム21は走査領域23上で照射領域24bを照
射する。なお、焦点位置Wは、図5(a)中に示す照射
領域24aの面とビームの焦点との距離を表し、ビーム
を絞る対物レンズ22に供給するパワーによって表すこ
とができる。焦点位置Wが大きくなるほど対物レンズパ
ワーは小さくなり、逆に焦点位置Wが小さくなると対物
レンズパワーは大きくなる。したがって、焦点合わせ
は、第1の評価値及び第2の評価値に基づいて対物レン
ズパワーを調整することによって行われる。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) and FIGS. 5 (c) and 5 (d)
3 shows a scanning state at a different focus position. FIG.
5A, the beam 21 whose focal position is W irradiates the irradiation region 24a on the scanning region 23, and the beam 21 whose focal position is W irradiates the irradiation region 24b on the scanning region 23 in FIG. The focal position W represents the distance between the surface of the irradiation area 24a shown in FIG. 5A and the focal point of the beam, and can be represented by the power supplied to the objective lens 22 that narrows the beam. As the focal position W increases, the objective lens power decreases. Conversely, as the focal position W decreases, the objective lens power increases. Therefore, focusing is performed by adjusting the objective lens power based on the first evaluation value and the second evaluation value.

【0023】図5(a),(b)は焦点位置Wが大きな
場合を示し、図5(c),(d)は焦点位置Wが小さい
場合を示し、走査領域23に対して照射領域24aを走
査しながら、各微小領域(画素)20で信号強度を検出
する。焦点位置Wが大きな場合には、照射領域24aが
広がっているため、多数の微小領域(画素)20でビー
ム検出が行われるが、その信号強度は低くなる。これに
対して、焦点位置Wが小さい場合には、照射領域24b
が絞られているため、少数の微小領域(画素)20で高
い信号強度のビーム検出が行われる。
FIGS. 5A and 5B show the case where the focal position W is large, and FIGS. 5C and 5D show the case where the focal position W is small. , The signal intensity is detected in each minute area (pixel) 20. When the focal position W is large, the irradiation area 24a is widened, so that beam detection is performed in a large number of minute areas (pixels) 20, but the signal intensity is low. On the other hand, when the focal position W is small, the irradiation area 24b
, The beam detection with a high signal intensity is performed in a small number of small regions (pixels) 20.

【0024】次に、図6のフローチャート、図7の第1
の評価値を説明する図、図8の第2の評価値を説明する
図、及び図9の第1の評価値とを第2の評価値との関係
を説明する図を用いて、画像データによる自動焦点合わ
せを説明する。なお、図6のフローチャートにおいて、
ステップS10〜ステップS16は、図2のフローチャ
ートのステップS1に示す第1の評価手段による動作を
示し、ステップS12〜ステップS27は、図2のフロ
ーチャートのステップS2に示す第2の評価手段による
動作を示している。
Next, FIG. 6 is a flowchart, and FIG.
FIG. 8 illustrates the evaluation value, FIG. 8 illustrates the second evaluation value, and FIG. 9 illustrates the relationship between the first evaluation value and the second evaluation value. Will be described. In the flowchart of FIG.
Steps S10 to S16 show the operation by the first evaluation unit shown in step S1 of the flowchart of FIG. 2, and steps S12 to S27 show the operation by the second evaluation unit shown in step S2 of the flowchart of FIG. Is shown.

【0025】はじめに、第1評価手段が検索する第1焦
点位置範囲を、最小焦点位置WA及び最大焦点位置WB
を定めることによって設定し、この第1焦点位置範囲内
で変化させる焦点の変化幅D及び第2焦点位置範囲内で
変化させる焦点の変化幅dを設定する。なお、変化幅d
は変化幅Dより小さな変化幅とする。これらの第1焦点
位置範囲、第2焦点位置範囲、変化幅D、及び変化幅d
は、図9に示した関係にあり、図3中の各焦点位置範囲
及び変化幅に対応している(ステップS10)。
First, the first focus position range searched by the first evaluation means is defined as a minimum focus position WA and a maximum focus position WB.
, And a focus change width D to be changed within the first focus position range and a focus change width d to be changed within the second focus position range are set. The change width d
Is a change width smaller than the change width D. These first focus position range, second focus position range, change width D, and change width d
Have the relationship shown in FIG. 9 and correspond to the respective focus position ranges and the change widths in FIG. 3 (step S10).

【0026】制御装置3は、第1評価手段11からの指
令に基づいて対物レンズパワーを調節し、焦点位置Wを
第1焦点位置範囲の端部であるWAに設定する(ステッ
プS11)。制御装置3は、この焦点位置WAでビーム
を走査して画像データを取得し、画像メモリ13に記憶
する(ステップS12)。
The control device 3 adjusts the power of the objective lens based on the command from the first evaluating means 11 and sets the focal position W to WA, which is the end of the first focal position range (step S11). The control device 3 scans the beam at the focal position WA to acquire image data and stores it in the image memory 13 (step S12).

【0027】焦点位置WAによる画像データを取得した
後、焦点位置Wを変化幅D分だけ変化させて(W+D)
とし(ステップS13)、この焦点位置(W+D)でビ
ームを走査して画像データを取得し、画像メモリ13に
記憶する(ステップS12)。焦点位置Wを変化幅D分
だけ変化させながら、焦点位置Wが最大焦点位置WBと
なるまで画像データの取得を繰り返す(ステップS1
4)。
After acquiring the image data at the focal position WA, the focal position W is changed by the change width D (W + D).
(Step S13), the beam is scanned at this focal position (W + D) to acquire image data, and stored in the image memory 13 (Step S12). While changing the focal position W by the change width D, the acquisition of image data is repeated until the focal position W becomes the maximum focal position WB (step S1).
4).

【0028】ステップS12〜ステップS14によっ
て、第1焦点位置範囲において幅D毎の焦点位置での画
像データを取得し、記憶することができる。
By the steps S12 to S14, it is possible to acquire and store the image data at the focal position for each width D in the first focal position range.

【0029】次に、ステップS15,16によって取得
した画像データから第1の評価値を求める。第1評価手
段11は、各焦点位置Wで取得した画像データを画像メ
モリ13から読み出し、その信号強度Iを数値化し、1
画面上あるいは1ライン上で最大値と最小値を求め、そ
の差の絶対値|最大値−最小値|を求め、第1の評価値
S1とする(ステップS15)。
Next, a first evaluation value is obtained from the image data obtained in steps S15 and S16. The first evaluation means 11 reads out the image data acquired at each focal position W from the image memory 13, converts the signal intensity I into a numerical value, and
The maximum value and the minimum value are obtained on the screen or on one line, and the absolute value | maximum value−minimum value | of the difference is obtained and set as the first evaluation value S1 (step S15).

【0030】第1の評価値S1は焦点合わせの程度を表
す指標であり、焦点位置Wが大きな場合には小さな値と
なり、焦点合わせが良好で焦点位置Wが小さい場合には
大きな値となる。図5(a),(b)に示すように焦点
位置Wが大きな場合には、中程度の信号強度Iが検出さ
れる画素の個数が多数を占め、図7の信号強度Iと画素
個数との関係図において破線で示す分布となる。一方、
図5(c),(d)に示すように焦点位置Wが小さい場
合には、信号強度Iが大きい画素から小さな画素までを
含み、図7の関係図において実線で示す分布となる。
The first evaluation value S1 is an index indicating the degree of focusing. The first evaluation value S1 has a small value when the focus position W is large, and has a large value when the focus is good and the focus position W is small. When the focal position W is large as shown in FIGS. 5A and 5B, the number of pixels for which the medium signal intensity I is detected occupies a large number, and the signal intensity I and the number of pixels in FIG. Is a distribution indicated by a broken line in the relationship diagram of FIG. on the other hand,
When the focal position W is small as shown in FIGS. 5C and 5D, the distribution includes the pixels from the large signal intensity I to the small pixel, and has the distribution indicated by the solid line in the relationship diagram of FIG.

【0031】この分布において、信号強度Iの最大値と
最小値との差を求めると、焦点位置Wが大きな場合の第
1の評価値はS1aとなり、焦点位置Wが小さい場合の
第1の評価値はS1bとなり、第1の評価値S1の値に
よって焦点合わせの程度を評価することができる。な
お、図7の分布図において、各分布曲線の端部は画像検
出でのノイズの影響を受けやすい。このノイズの影響
は、分布曲線の端部の信号強度を平均することによって
除去することができる。
In this distribution, when the difference between the maximum value and the minimum value of the signal intensity I is obtained, the first evaluation value when the focal position W is large is S1a, and the first evaluation value when the focal position W is small. The value is S1b, and the degree of focusing can be evaluated by the value of the first evaluation value S1. In the distribution diagram of FIG. 7, the end of each distribution curve is easily affected by noise in image detection. The effects of this noise can be eliminated by averaging the signal strength at the end of the distribution curve.

【0032】ステップS15で求めた各第1の評価値S
1の中から最大となるものを求め、このときの焦点位置
Wを第1評価手段による焦点位置W1とする。図9
(a)中のW1は第1評価手段で求めた焦点位置W1を
示している(ステップS16)。
Each of the first evaluation values S obtained in step S15
The focal point W at this time is determined as the focal point W1 by the first evaluation means. FIG.
W1 in (a) indicates the focal position W1 obtained by the first evaluation means (step S16).

【0033】次に、第1評価手段で求めた焦点位置W1
の近傍でより高精度で焦点合わせを行う。制御装置3は
焦点位置W1を基準とし、第2評価手段12からの指令
に基づいて対物レンズパワーを調節し、焦点位置Wを第
2焦点位置範囲の端部であるW1−kDに設定する。な
お、kは0と1との間の係数とし、W1−kDとするこ
とによって、焦点位置W1から変化幅D内にある焦点位
置を第2焦点位置範囲の端部とする(ステップS2
1)。制御装置3は、この焦点位置W1−kD(W)で
ビームを走査して画像データを取得し、画像メモリ13
に記憶する(ステップS22)。
Next, the focal position W1 obtained by the first evaluation means
Is performed with higher accuracy in the vicinity of. The control device 3 adjusts the power of the objective lens based on the instruction from the second evaluating means 12 based on the focal position W1, and sets the focal position W to W1-kD, which is the end of the second focal position range. Note that k is a coefficient between 0 and 1 and W1-kD, so that the focal position within the change width D from the focal position W1 is set as the end of the second focal position range (step S2).
1). The controller 3 scans the beam at the focal position W1-kD (W) to acquire image data, and acquires the image data.
(Step S22).

【0034】焦点位置W1−kD(W)による画像デー
タを取得した後、焦点位置Wを変化幅d分だけ変化させ
てW1−kD+d(W+d)とし(ステップS23)、
この焦点位置W1−kD+d(W+d)でビームを走査
して画像データを取得し、画像メモリ13に記憶する
(ステップS22)。焦点位置Wを変化幅d分だけ変化
させながら、焦点位置Wが第2焦点位置範囲の端部であ
るW1+kDとなるまで画像データの取得を繰り返す
(ステップS24)。
After obtaining the image data based on the focal position W1-kD (W), the focal position W is changed by the change width d to W1-kD + d (W + d) (step S23).
The beam is scanned at this focal position W1-kD + d (W + d) to acquire image data, and stores it in the image memory 13 (step S22). While changing the focal position W by the change width d, the acquisition of image data is repeated until the focal position W becomes W1 + kD, which is the end of the second focal position range (step S24).

【0035】ステップS22〜ステップS24によっ
て、第2焦点位置範囲において幅d毎の焦点位置での画
像データを取得し、記憶することができる。
By the steps S22 to S24, it is possible to acquire and store the image data at the focal positions for each width d in the second focal position range.

【0036】次に、ステップS25,26によって取得
した画像データから第2の評価値を求める。第2評価手
段12は、各焦点位置Wで取得した画像データを画像メ
モリ13から読み出し、その信号強度Iを数値化し、隣
接する画素間で信号強度の差をとり、この絶対値を1画
面上あるいは1ライン上において積算することによって
得られる差分積分値、又はその平均をとった差分平均値
を求め、第2の評価値S2とする。
Next, a second evaluation value is obtained from the image data obtained in steps S25 and S26. The second evaluation means 12 reads out the image data obtained at each focal position W from the image memory 13, quantifies the signal intensity I, obtains the difference in signal intensity between adjacent pixels, and displays this absolute value on one screen. Alternatively, a difference integrated value obtained by integrating on one line, or a difference average value obtained by averaging the difference integrated values is obtained and set as a second evaluation value S2.

【0037】ライン方向で隣り合う画素間の信号強度の
差を用いる場合には、第2の評価値S2は以下の式で表
される(ステップS25)。 S2=|I1,2−I1,1|+|I1,3−I1,2|+|I1,4−I1,3|+ ・・・+|In,n−In,n-1| =Σ|(In,n−In,n-1)| 第2の評価値S2は焦点合わせの程度を表す指標であ
り、焦点位置Wが大きな場合には小さな値となり、焦点
合わせが良好で焦点位置Wが小さい場合には大きな値と
なる。図5(a),(b)に示すように焦点位置Wが大
きな場合には、隣接する画素間の信号強度Iの差に大き
なものはなく、図8の信号強度Iの差分と個数との関係
図において破線で示す分布となる。一方、図5(c),
(d)に示すように焦点位置Wが小さい場合には、隣接
する画素間の信号強度Iの差が大きなものが存在し、図
7の関係図において実線で示す分布となる。
When the difference in signal strength between pixels adjacent in the line direction is used, the second evaluation value S2 is expressed by the following equation (step S25). S2 = | I1,2-I1,1 | + | I1,3-I1,2 | + | I1,4-I1,3 | +... + | In, n-In, n-1 | = Σ | (In, n−In, n−1) | The second evaluation value S2 is an index indicating the degree of focusing. When the focus position W is large, the value is small. If the value is small, the value is large. When the focal position W is large as shown in FIGS. 5A and 5B, there is no large difference between the signal intensities I between adjacent pixels, and the difference between the signal intensity I and the number in FIG. In the relationship diagram, the distribution is indicated by a broken line. On the other hand, FIG.
As shown in (d), when the focal position W is small, there is a case where the difference between the signal intensities I between adjacent pixels is large, and the distribution shown by the solid line in the relationship diagram of FIG.

【0038】この分布において、信号強度Iの差の絶対
値を積算すると、焦点位置Wが大きな場合の第2の評価
値はS2aとなり、焦点位置Wが小さい場合の第2の評
価値はS2bとなる。S2bに含まれる信号強度Iの差
の絶対値は、S2aに含まれる信号強度Iの差の絶対値
より大きいため、その積算であるS2bはS2aよりも
大きくなり、第2の評価値S2の値によって焦点合わせ
の程度を評価することができる。
In this distribution, when the absolute value of the difference between the signal intensities I is integrated, the second evaluation value when the focal position W is large is S2a, and the second evaluation value when the focal position W is small is S2b. Become. Since the absolute value of the difference between the signal intensities I included in S2b is larger than the absolute value of the difference between the signal intensities I included in S2a, the sum S2b is larger than S2a, and the value of the second evaluation value S2 The degree of focusing can be evaluated.

【0039】ステップS25で求めた各第2の評価値S
2の中から最大となるものを求め、このときの焦点位置
Wを第2評価手段による焦点位置W2とする。図9
(b)中のW2は第2評価手段で求めた焦点位置W2を
示している(ステップS26)。
Each second evaluation value S obtained in step S25
The focal position W at this time is determined as the focal position W2 by the second evaluation means. FIG.
W2 in (b) indicates the focal position W2 obtained by the second evaluation means (step S26).

【0040】制御装置3は、ステップS26で求めた焦
点位置W2を第2の評価手段12から入力して焦点合わ
せを行う(ステップS27)。画素データを取得におい
て、第1評価手段で行う画像データの取得において第1
焦点位置範囲を4mm、変化幅Dを0.05mmとする
と、0.05mmを分解能とする焦点位置W1を求める
ことができる。また、第2評価手段で行う画像データの
取得において第2焦点位置範囲を±25μm、変化幅d
を1μmとすると、1μmを分解能とする焦点位置W2
を求めることができる。
The control device 3 inputs the focal position W2 obtained in step S26 from the second evaluation means 12 and performs focusing (step S27). In obtaining pixel data, the first evaluation unit obtains the first image data.
Assuming that the focal position range is 4 mm and the change width D is 0.05 mm, the focal position W1 having a resolution of 0.05 mm can be obtained. Further, in the image data acquisition performed by the second evaluation means, the second focus position range is set to ± 25 μm, and the change width d
Is 1 μm, a focal position W2 having a resolution of 1 μm
Can be requested.

【0041】このとき、第1評価手段では80画面分の
画像データを取得し、第2評価手段では50画面分の画
像データを取得する。仮に、第1焦点位置範囲4mmを
変化幅d1μmで画像データを取得すると、4000画
面分の画像データを取得する必要が生じ、多大な測定時
間を要することになる。なお、評価手段は上記例に限ら
ず他の評価手段とすることもできる。また、焦点位置の
検出精度を異にする評価手段は二つに限らず、複数用い
ることができる。
At this time, the first evaluator acquires image data for 80 screens, and the second evaluator acquires image data for 50 screens. If image data is acquired in the first focal position range of 4 mm with a change width d1 μm, it is necessary to acquire image data for 4000 screens, which requires a great amount of measurement time. The evaluation means is not limited to the above example, and may be another evaluation means. Further, the number of the evaluation means having different detection accuracy of the focus position is not limited to two, and a plurality of evaluation means can be used.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
焦点合わせに要する時間を短縮し、焦点合わせの精度を
高めることができる。
As described above, according to the present invention,
The time required for focusing can be reduced, and the accuracy of focusing can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の自動焦点合わせ装置の構成例の概略ブ
ロック図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram of a configuration example of an automatic focusing apparatus according to the present invention.

【図2】本発明の自動焦点合わせ装置が行う自動焦点合
わせの概略動作を説明するためのフローチャートであ
る。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a schematic operation of an automatic focusing performed by the automatic focusing apparatus of the present invention.

【図3】本発明の自動焦点合わせ装置が行う自動焦点合
わせの概略動作を説明するためのグラフである。
FIG. 3 is a graph for explaining a schematic operation of an automatic focusing performed by the automatic focusing device of the present invention.

【図4】本発明の第1,2評価手段が評価する画像デー
タを取得する領域を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an area where image data to be evaluated by first and second evaluation means of the present invention is obtained.

【図5】本発明の第1,2評価手段が評価する画像デー
タと焦点との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between image data evaluated by first and second evaluation means of the present invention and a focus;

【図6】本発明の画像データによる自動焦点合わせを説
明するフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating automatic focusing using image data according to the present invention.

【図7】本発明の画像データによる自動焦点合わせの第
1の評価値を説明する図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a first evaluation value of automatic focusing using image data according to the present invention.

【図8】本発明の画像データによる自動焦点合わせの第
2の評価値を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a second evaluation value of automatic focusing based on image data according to the present invention.

【図9】本発明の第1の評価値とを第2の評価値との関
係を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a first evaluation value and a second evaluation value according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…自動焦点合わせ装置、2…測定装置、3…制御装
置、11…第1評価手段、12…第2評価手段、13…
画像メモリ、14…演算用メモリ、20…画素、21…
電子ビーム、22…対物レンズ、23…走査領域、24
a,24b…照射領域、D,d…変化幅、I…信号強
度、S…評価値、S1…第1の評価値、S2…第2の評
価値、W…焦点位置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Automatic focusing device, 2 ... Measuring device, 3 ... Control device, 11 ... 1st evaluation means, 12 ... 2nd evaluation means, 13 ...
Image memory, 14 ... operation memory, 20 ... pixels, 21 ...
Electron beam, 22 ... objective lens, 23 ... scanning area, 24
a, 24b: irradiation area, D, d: change width, I: signal intensity, S: evaluation value, S1: first evaluation value, S2: second evaluation value, W: focal position.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/027 G02B 7/11 N H01L 21/30 541F ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/027 G02B 7/11 N H01L 21/30 541F

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 画像データに基づいて得られる評価値を
用いて焦点合わせのパラメータを変更して焦点合わせを
行う自動焦点合わせ装置であって、焦点位置の検出精度
を異にする評価手段を複数備え、焦点位置の検出精度が
粗の評価手段は、広範囲で評価値を得て粗の焦点合わせ
を行い、焦点位置の検出精度が精の評価手段は、粗の評
価手段で得られた焦点位置の近傍において狭範囲で評価
値を得て焦点合わせを行う、自動焦点合わせ装置。
1. An automatic focusing apparatus for performing focusing by changing a focusing parameter using an evaluation value obtained based on image data, wherein a plurality of evaluation means having different focus position detection accuracy are provided. The evaluation means having a coarse focus position detection accuracy obtains an evaluation value over a wide range to perform coarse focusing, and the fine focus position detection accuracy has a fine focus position obtained by the coarse evaluation means. Automatic focusing device that obtains an evaluation value in a narrow range in the vicinity of and performs focusing.
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