JPH0765771A - Focusing position detecting device - Google Patents

Focusing position detecting device

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Publication number
JPH0765771A
JPH0765771A JP5209798A JP20979893A JPH0765771A JP H0765771 A JPH0765771 A JP H0765771A JP 5209798 A JP5209798 A JP 5209798A JP 20979893 A JP20979893 A JP 20979893A JP H0765771 A JPH0765771 A JP H0765771A
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JP
Japan
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zone
focus
focus position
focusing
image forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP5209798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Sato
佐藤  裕
Bunichi Otani
文一 大谷
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.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0765771A publication Critical patent/JPH0765771A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce the focusing detecting time by controlling the sampling cycle of the signal to indicate the focusing regulating condition shorter/longer according to the inside/the outer side of the scope of a specific neighboring area of the scheduled focusing position stored in the memory. CONSTITUTION:The variable scope of the image forming position of an object lens 4 is divided into the A zone inside the scope of a specific neighboring area of the scheduled focusing position, and the B zone other than the A zone. And the C zone is set in the A zone as a focusing position allowable scope. The displacement amount of the object lens 4 to be the sampling cycle is set shorter in the A zone and longer in the B zone. The CPU 11 increases the image forming position of the lens 4 gradually from 0mum to a specific long displacement amount in the B zone, evaluates the focusing condition, and stores the result in a memory 14. In the A zone, the same process is carried out in a specific shorter displacement amount. When the maximum evaluation value is in the C zone after a specific scope is sampled, the position is made as the focusing position, and when it is not in the C zone, the focusing position detecting operation is carried out again.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、合焦位置検出装置に関
し、特に、光学顕微鏡,電子顕微鏡またはそれらの応用
装置に好適な合焦位置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-focus position detecting device, and more particularly to an in-focus position detecting device suitable for an optical microscope, an electron microscope or their applied devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型電子顕微鏡でウエハのパターンを
観察する場合を例に従来の合焦位置検出装置を説明す
る。走査型電子顕微鏡の合焦位置検出装置は、対物レン
ズの励磁電流の調節により対物レンズの結像位置を光軸
方向に変化させ、複数の結像位置における焦点調節状態
を表す信号を取得し、この信号を基に対物レンズの合焦
位置を決めている。
2. Description of the Related Art A conventional focus position detecting device will be described by taking a case of observing a pattern of a wafer with a scanning electron microscope as an example. The focusing position detection device of the scanning electron microscope changes the image forming position of the objective lens in the optical axis direction by adjusting the exciting current of the objective lens, and acquires a signal indicating the focus adjustment state at a plurality of image forming positions, The focus position of the objective lens is determined based on this signal.

【0003】ウエハの厚さは、同じサイズのウエハであ
っても寸法公差やそりや各プロセスなどの影響で、最大
で100μm程度の違いがある。このため、ステージ上
にウエハを載置し、対物レンズの結像位置を最大100
μm程度変化させれば合焦位置を検出することができ
る。ここで、ウエハのパターンを観察するときは、観察
倍率が数万倍であるから、走査型電子顕微鏡の焦点深度
は2μm程度である。そこで、対物レンズの結像位置の
変化幅を2μmして、各結像位置で焦点調節状態を表す
信号を取得しながら、結像位置を100μm変化させ
る。そして、各結像位置での焦点調節状態を表す信号を
基に合焦位置を検出していた。
Even if the wafers have the same size, there is a maximum difference in thickness of about 100 μm due to dimensional tolerances, warpage, and various processes. Therefore, the wafer is placed on the stage, and the imaging position of the objective lens is set to 100 at maximum.
The focus position can be detected by changing it by about μm. Here, when observing the pattern of the wafer, the observation magnification is tens of thousands times, and therefore the depth of focus of the scanning electron microscope is about 2 μm. Therefore, the change width of the image forming position of the objective lens is set to 2 μm, and the image forming position is changed by 100 μm while acquiring the signal indicating the focus adjustment state at each image forming position. Then, the focus position is detected based on the signal indicating the focus adjustment state at each image forming position.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の合焦
位置検出装置では、合焦位置を高精度に検出するため
に、多くの焦点調節状態を表す信号を取得する必要があ
った。即ち、上述の例では、結像位置の変化量が100
μmであり、変化幅が2μmであるから、焦点調節状態
を表す信号を51回取得する必要があった。また、更に
高い精度の合焦位置を検出するためには、結像位置の変
化幅を更に小さくし、焦点調節状態を表す信号をより多
く取得しなければならなかった。そのために、合焦位置
検出に時間がかかるという問題点があった。
However, in the conventional in-focus position detecting device, in order to detect the in-focus position with high accuracy, it is necessary to acquire many signals representing the focus adjustment states. That is, in the above example, the change amount of the image formation position is 100
Since it is .mu.m and the change width is 2 .mu.m, it is necessary to acquire the signal indicating the focus adjustment state 51 times. Further, in order to detect the in-focus position with higher accuracy, it is necessary to further reduce the change width of the image formation position and acquire more signals representing the focus adjustment state. Therefore, there is a problem that it takes time to detect the in-focus position.

【0005】そこで本発明では、高い合焦精度を保ちな
がら、合焦位置検出時間を短縮する合焦位置検出装置を
提供することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a focusing position detecting device which shortens the focusing position detecting time while maintaining a high focusing accuracy.

【0006】[0006]

【課題を解決する為の手段】一実施例を示す図1に対応
付けて説明すると、上記問題点を解決するために、本発
明の合焦位置検出装置は、対物レンズ(4)の結像位置
と試料(6)との相対位置を対物レンズ(4)の光軸方
向に変化させる変化手段(4,11,13)と、前記相
対位置を変化させている時の、複数の相対位置における
試料(6)に対する焦点調節状態を表す信号をサンプリ
ングするサンプリング手段(7,10,11,13)と
を具備し、前記焦点調節状態を表す信号に基づいて、試
料(6)に対する合焦位置を決定する合焦位置検出装置
において、あらかじめ予定した予定合焦位置を記憶する
記憶装置(14)と、合焦位置検出を行う試料に対し、
記憶装置(14)に記憶した前記予定合焦位置の所定近
傍範囲内では、前記焦点調節状態を表す信号のサンプリ
ング周期を短くし、所定近傍範囲外では、前記焦点調節
状態を表す信号のサンプリング周期を長くするサンプリ
ング周期制御手段(4,11,13,14)とを備えて
いる。
In order to solve the above-mentioned problems, the in-focus position detecting apparatus of the present invention uses an image formation of an objective lens (4) in order to solve the above-mentioned problems. Changing means (4, 11, 13) for changing the relative position between the position and the sample (6) in the optical axis direction of the objective lens (4), and a plurality of relative positions when the relative position is changed. Sampling means (7, 10, 11, 13) for sampling a signal indicating a focus adjustment state for the sample (6), and based on the signal indicating the focus adjustment state, a focus position for the sample (6) is determined. In the focus position detection device to be determined, a storage device (14) for storing a planned focus position in advance and a sample for performing focus position detection,
The sampling cycle of the signal indicating the focus adjustment state is shortened within a predetermined vicinity range of the planned focus position stored in the storage device (14), and the sampling cycle of the signal indicating the focus adjustment state is outside the predetermined vicinity range. Sampling cycle control means (4, 11, 13, 14) for lengthening

【0007】[0007]

【作 用】本発明の合焦位置検出装置は、記憶装置(1
4)にあらかじめ予定した予定合焦位置を記憶させ、こ
の記憶した合焦位置に基づいて、サンプリング周期制御
手段(4,11,13,14)に以下のような制御を行
なわせる。即ち、合焦検出を行う試料の合焦位置は前記
予定合焦位置の所定近傍範囲内にあると想定されるの
で、記憶装置(14)に記憶した前記予定合焦位置の所
定近傍範囲内では、前記焦点調節状態を表す信号のサン
プリング周期を短くし、所定近傍範囲外では、前記焦点
調節状態を表す信号のサンプリング周期を長くするよう
に制御する。
[Operation] The in-focus position detecting device of the present invention comprises a storage device (1
The planned focusing position is stored in advance in 4), and the sampling cycle control means (4, 11, 13, 14) is caused to perform the following control based on the stored focusing position. That is, since it is assumed that the focus position of the sample for which focus detection is performed is within the predetermined vicinity range of the planned focus position, within the predetermined vicinity range of the planned focus position stored in the storage device (14). The sampling period of the signal indicating the focus adjustment state is shortened, and the sampling period of the signal indicating the focus adjustment state is controlled to be long outside the predetermined vicinity range.

【0008】これにより、高い合焦精度を保ちながら、
合焦検出時間を短縮することができる。
As a result, while maintaining high focusing accuracy,
Focus detection time can be shortened.

【0009】[0009]

【実施例】以下、半導体ウエハ観察用の走査型電子顕微
鏡を例にして、本発明の一実施例を説明する。図1は本
発明の電子顕微鏡の概要図である。図1において、電子
銃1から射出された電子線はコンデンサレンズ2と偏向
器3と対物レンズ4とを通って、ステージ5上に載置さ
れているウエハ6を照射する。2次電子検出器7は、上
記照射によってウエハ6から発生した2次電子を検出
し、この2次電子検出器7の検出信号は増幅器8を経
て、A/Dコンバータ9でデジタルデータに変換され
て、フレームメモリ10に記憶される。デジタルデータ
は、2次電子信号をCRT12に表示するための画像信
号と、合焦位置を決める焦点検出信号として使用され
る。なお、画像信号と焦点検出信号は物理的には同じも
のである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below by taking a scanning electron microscope for observing a semiconductor wafer as an example. FIG. 1 is a schematic diagram of an electron microscope of the present invention. In FIG. 1, an electron beam emitted from an electron gun 1 passes through a condenser lens 2, a deflector 3 and an objective lens 4, and irradiates a wafer 6 mounted on a stage 5. The secondary electron detector 7 detects secondary electrons generated from the wafer 6 by the irradiation, and the detection signal of the secondary electron detector 7 is converted into digital data by the A / D converter 9 through the amplifier 8. And stored in the frame memory 10. The digital data is used as an image signal for displaying the secondary electron signal on the CRT 12 and a focus detection signal for determining the in-focus position. The image signal and the focus detection signal are physically the same.

【0010】CPU11は、合焦位置検出のための種々
の演算を行うと共に、電子光学系駆動回路13を制御す
る。この電子光学系駆動回路13はCPU11の指令に
応じて電子銃1やコンデンサレンズ2や偏向器3や対物
レンズ4などを駆動する。更にCPU11は、対物レン
ズ4がウエハ6に合焦したときの対物レンズ4の結像位
置を予定合焦位置としてメモリ14に記憶させ、この予
定合焦位置は次のウエハの合焦位置検出に使用される。
The CPU 11 performs various calculations for detecting the in-focus position and controls the electron optical system drive circuit 13. The electron optical system drive circuit 13 drives the electron gun 1, the condenser lens 2, the deflector 3, the objective lens 4 and the like according to a command from the CPU 11. Further, the CPU 11 stores the image formation position of the objective lens 4 when the objective lens 4 is focused on the wafer 6 in the memory 14 as a planned focus position, and this planned focus position is used for detecting the focus position of the next wafer. used.

【0011】次に、この実施例の作用を説明する。本発
明の合焦位置検出の動作を、対物レンズ4の結像位置を
示す図2と図3のフローチャートに沿って説明する。ウ
エハの厚さは、同じサイズのウエハであっても寸法公差
やそりや各プロセスなどの影響で、最大で100μm程
度の違いがある。そこで、本実施例では、図2に示すよ
うに、対物レンズ4の結像位置を0μm〜100μmま
で変化させる。ここで、0μmの位置とは、ウエハのサ
イズが同じときの、結像位置の下限位置のことである。
また、メモリ14に記憶されている予定合焦位置は、例
えば、前回のウエハの観察時に対物レンズ4の合焦した
42μmを使用する。
Next, the operation of this embodiment will be described. The focus position detection operation of the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 2 and 3 showing the image formation position of the objective lens 4. Even if the wafers have the same size, there is a maximum difference in thickness of about 100 μm due to dimensional tolerances, warpage, and various processes. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the image forming position of the objective lens 4 is changed from 0 μm to 100 μm. Here, the position of 0 μm is the lower limit position of the imaging position when the size of the wafer is the same.
Further, the planned focus position stored in the memory 14 is, for example, 42 μm in which the objective lens 4 is focused during the previous observation of the wafer.

【0012】そして、対物レンズ4の結像位置の可変範
囲を予定合焦位置の所定近傍範囲内と所定近傍範囲外に
分ける。本実施例では、予定合焦位置の42μmから±
16μmの位置(26μm〜58μm)を予定合焦位置
の所定近傍範囲Aゾーンとし、Aゾーン外を所定近傍範
囲外のBゾーンとする。更に、Aゾーン内に後述する
(ステップ210にて説明する)合焦位置許容範囲とし
てCゾーンを設定する。本実施例では、予定合焦位置か
ら±10μmの位置(32μm〜52μm)を合焦位置
許容範囲とする。
Then, the variable range of the image forming position of the objective lens 4 is divided into a predetermined vicinity range and a predetermined vicinity range of the planned focus position. In this embodiment, ± 42 from the planned focus position of 42 μm
A position of 16 μm (26 μm to 58 μm) is set as a predetermined near range A zone of the planned focus position, and a portion outside the A zone is set as a B zone outside the predetermined near range. Further, the C zone is set in the A zone as an in-focus position allowable range described later (described in step 210). In the present embodiment, a position within ± 10 μm (32 μm to 52 μm) from the planned focus position is set as the focus position allowable range.

【0013】CPU11は、ステップ201で対物レン
ズ4の結像位置が0μm〜100μm変化するように、
かつ、合焦位置検出時間を短縮するために偏向器3が1
ラインのみに走査するように、電子光学系駆動回路13
に制御信号を送出する。CPU11は、ステップ202
でメモリ14に記憶されている前回の合焦位置を予定合
焦位置として使用する。本実施例では、上述の通り42
μmの位置を予定合焦位置として使用する。
In step 201, the CPU 11 changes the image forming position of the objective lens 4 by 0 μm to 100 μm.
In addition, the deflector 3 is set to 1 in order to shorten the focus position detection time.
Electron optical system drive circuit 13 so as to scan only the line
Send a control signal to. The CPU 11 executes step 202
The previous focus position stored in the memory 14 is used as the planned focus position. In this embodiment, as described above, 42
The position of μm is used as the planned focus position.

【0014】なお、焦点調節状態を表す信号から合焦位
置を決める方法は種々提案されているが、本実施例で
は、焦点調節状態を表す信号の最大値と最小値との差分
が一番大きい値となる結像位置を合焦位置とする。CP
U11は、ステップ203で合焦位置検出をするための
初期値を設定する。初期値は、図2のAゾーン内を対物
レンズ4の結像位置が変化するときの変位量P1=2μ
m,図2のBゾーン内を対物レンズ4の結像位置が変化
するときの変位量P2=10μm、対物レンズ4の結像
位置を0μmから変化させるため結像位置F=0μmが
ある。なお、対物レンズ4の結像位置が変化するときの
変位量とはサンプリング周期のことである。
Although various methods have been proposed for determining the in-focus position from the signal indicating the focus adjustment state, in the present embodiment, the difference between the maximum value and the minimum value of the signal indicating the focus adjustment state is the largest. The focus position is defined as the focus position. CP
U11 sets an initial value for detecting the in-focus position in step 203. The initial value is the displacement amount P1 = 2μ when the image forming position of the objective lens 4 changes in the zone A of FIG.
m, displacement amount P2 = 10 μm when the image forming position of the objective lens 4 changes in the B zone in FIG. 2, and image forming position F = 0 μm for changing the image forming position of the objective lens 4 from 0 μm. The amount of displacement when the imaging position of the objective lens 4 changes is a sampling cycle.

【0015】CPU11は、ステップ204で対物レン
ズ4の結像位置が0μmのときの焦点調節状態を表す評
価値を以下の手順で取得する。CPU11は、電子光学
系駆動回路13を介して、対物レンズ4の結像位置が0
μmの位置になるように指令する。そして、電子銃1か
ら射出された電子線は、対物レンズ4の結像位置が0μ
mの状態でウエハ6を照射し、偏向器3により1ライン
のみ走査する。この電子線の走査によりウエハ6上から
発生した2次電子は焦点状態を表す信号として、上述の
とおり、2次電子検出器7により検出され、増幅器8と
A/Dコンバータ9とを介してデジタルデータとなり、
フレームメモリ10に記憶される。ついで、CPU11
は、このデジタルデータの最大値と最小値の差分を求め
(この差分を評価値という。)不図示のメモリに記憶す
る。
In step 204, the CPU 11 obtains an evaluation value representing the focus adjustment state when the image forming position of the objective lens 4 is 0 μm in the following procedure. The CPU 11 sets the image forming position of the objective lens 4 to 0 via the electron optical system drive circuit 13.
Instruct to move to the μm position. The electron beam emitted from the electron gun 1 has an image forming position of the objective lens 4 of 0 μm.
The wafer 6 is irradiated in the state of m, and the deflector 3 scans only one line. The secondary electrons generated from the wafer 6 by the scanning of the electron beam are detected by the secondary electron detector 7 as a signal indicating the focus state as described above, and are digitalized via the amplifier 8 and the A / D converter 9. Becomes data,
It is stored in the frame memory 10. Then, CPU11
Calculates the difference between the maximum value and the minimum value of this digital data (this difference is called an evaluation value) and stores it in a memory (not shown).

【0016】CPU11は、ステップ205において、
対物レンズ4の変位量をP1にしていいかどうかを判断
する。本実施例においては結像位置Fが26以上58未
満であるかを判断している。現在はF=0であるから、
ステップ205での判断はNOとなりステップ207に
進む。
The CPU 11 at step 205
It is determined whether or not the displacement amount of the objective lens 4 can be set to P1. In this embodiment, it is determined whether the image formation position F is 26 or more and less than 58. Currently F = 0, so
The determination in step 205 is NO, and the process proceeds to step 207.

【0017】CPU11は、ステップ207で現在の結
像位置F=0にP2(10μm)を加算して次の結像位
置F=10とする。CPU11は、ステップ208で結
像位置Fの値が対物レンズ4の結像位置の変化範囲10
0を越えていないことを判断する。現在はF=10であ
るから、ステップ208の判断はYESとなり、ステッ
プ204に戻る。
In step 207, the CPU 11 adds P2 (10 μm) to the current image forming position F = 0 to set the next image forming position F = 10. In step 208, the CPU 11 determines that the value of the image formation position F is the range 10 of change of the image formation position of the objective lens 4.
Judge that it does not exceed 0. Since F = 10 at present, the determination in step 208 is YES, and the process returns to step 204.

【0018】以下、F=10,F=20のときに、F=
0のときと同じループのステップ205,207,20
8を進み、ステップ204に戻る。CPU11は、ステ
ップ204でF=30のときの評価値を取得してステッ
プ205に進む。F=30であるから、ステップ205
での判断はYESとなり、ステップ206に進む。
Hereinafter, when F = 10 and F = 20, F =
Steps 205, 207, 20 of the same loop as when 0
8 and return to step 204. The CPU 11 acquires the evaluation value when F = 30 in step 204 and proceeds to step 205. Since F = 30, step 205
The determination is YES, and the process proceeds to step 206.

【0019】CPU11は、ステップ206で現在の結
像位置FにP2=2を加算して次の結像位置Fとする。
以下、Fは32から順に34,36,38,・・・・5
2,54,56までステップ204,205,206,
のループを繰り返す。F=56のときに、CPU11
は、ステップ206でF=58にして、ステップ204
に戻る。
In step 206, the CPU 11 adds P2 = 2 to the current image forming position F to obtain the next image forming position F.
Hereinafter, F is in order from 32, 34, 36, 38, ... 5
Steps 204, 205, 206 up to 2, 54, 56,
Repeat the loop. When F = 56, the CPU 11
Is set to F = 58 in step 206, and step 204
Return to.

【0020】CPU11は、ステップ204でF=58
のときの評価値を取得しステップ205に進む。F=5
8であるから、ステップ205での判断はNOとなり、
ステップ207に進む。CPU11は、ステップ207
で次の結像位置を決める。既に結像位置がAゾーンの範
囲を越えているので、現在の結像位置Fに10を加算し
て次の結像位置とする。即ち、現在はF=58であるか
ら、次のFは68となり、ステップ208に進む。
The CPU 11 makes F = 58 in step 204.
The evaluation value at the time of is acquired and it progresses to step 205. F = 5
8, the determination in step 205 is NO,
Go to step 207. The CPU 11 executes step 207.
The next image forming position is determined by. Since the image forming position has already exceeded the range of the zone A, 10 is added to the current image forming position F to obtain the next image forming position. That is, since F = 58 at present, the next F becomes 68, and the routine proceeds to step 208.

【0021】F=68であるから、ステップ208での
判断はYESとなり、ステップ204に戻る。以下、結
像位置が68から順に78,88,98まで、ステップ
204,205,207,208のループを繰り返す。
F=98のときに、ステップ207で次のFが108と
なり、ステップ208に進む。F=108であるから、
ステップ208での判断はNOとなり、ステップ209
に進む。
Since F = 68, the determination in step 208 is YES, and the process returns to step 204. Thereafter, the loop of steps 204, 205, 207 and 208 is repeated from the image forming position 68 to 78, 88 and 98 in order.
When F = 98, the next F becomes 108 in step 207, and the routine proceeds to step 208. Since F = 108,
The determination in step 208 is NO, and step 209
Proceed to.

【0022】CPU11は、ステップ209において、
記憶した評価値のなかで最大の評価値を選択し、選択し
た評価値に対応する対物レンズ4の結像位置を合焦位置
Fmax として不図示のメモリに記憶し、ステップ210
に進む。CPU11は、ステップ210において、ステ
ップ209で得た合焦位置Fmax の値が合焦位置許容範
囲のCゾーンにあるかどうかを判断する。即ち、合焦位
置許容範囲とは、合焦位置Fmax の合焦精度を判定する
パラメータである。合焦位置Fmax が図2のCゾーンに
ある場合は、合焦位置Fmax 近傍でのサンプリング回数
が多いので、合焦精度が高いことがわかる。しかし、合
焦位置Fmax が図2のCゾーンにない場合は、合焦位置
Fmax 近傍でのサンプリング回数が少ないので、合焦精
度の信頼性に欠ける。そこで、CPU11は、合焦位置
Fmax をメモリ14に記憶させて再度合焦位置検出動作
を行わせる。
The CPU 11 at step 209
The maximum evaluation value is selected from the stored evaluation values, and the image formation position of the objective lens 4 corresponding to the selected evaluation value is stored as a focus position Fmax in a memory (not shown), and step 210
Proceed to. In step 210, the CPU 11 determines whether or not the value of the focus position Fmax obtained in step 209 is in the C zone of the focus position allowable range. That is, the focus position allowable range is a parameter for determining the focus accuracy of the focus position Fmax. It can be seen that when the focus position Fmax is in the C zone of FIG. 2, the number of samplings near the focus position Fmax is large, and therefore the focus accuracy is high. However, when the in-focus position Fmax is not in the C zone of FIG. 2, the number of samplings near the in-focus position Fmax is small, and the reliability of the in-focus accuracy is poor. Therefore, the CPU 11 stores the focus position Fmax in the memory 14 and causes the focus position detection operation to be performed again.

【0023】合焦位置Fmax がCゾーンにある場合は、
ステップ210での判断がYESとなり、CPU11
は、合焦位置Fmax に結像するように電子光学系駆動回
路13を介して対物レンズ4の励磁電流を調節して、ウ
エハ6に合焦することができる。合焦位置Fmax がCゾ
ーンにない場合は、ステップ210での判断がNOとな
り、ステップ211に進む。
When the focus position Fmax is in the C zone,
The determination in step 210 is YES, and the CPU 11
Can focus the wafer 6 by adjusting the exciting current of the objective lens 4 through the electron optical system drive circuit 13 so that an image is formed at the focus position Fmax. If the in-focus position Fmax is not in the C zone, the determination in step 210 is NO and the process proceeds to step 211.

【0024】CPU11は、再度合焦位置検出動作を行
うために、ステップ211で合焦位置Fmax を予定合焦
位置としメモリ14に記憶させ、ステップ202に戻
る。CPU11は、ステップ202で前回の対物レンズ
4の合焦位置を合焦位置Fmax として認識し、以下、前
述と同様に合焦位置検出動作を行う。これにより、2回
目の合焦位置検出時には、1回目の合焦位置Fmax 近傍
での評価値が多く取得されるので、合焦精度が高くな
る。
In order to perform the focus position detection operation again, the CPU 11 stores the focus position Fmax as the planned focus position in the memory 14 in step 211, and returns to step 202. In step 202, the CPU 11 recognizes the previous focus position of the objective lens 4 as the focus position Fmax, and thereafter performs the focus position detection operation in the same manner as described above. As a result, when the second focus position is detected, a large number of evaluation values near the first focus position Fmax are acquired, and the focus accuracy is improved.

【0025】なお、ノイズが多かったり、ウエハパター
ンの無い所で1ライン走査をしたときには、ステップ2
12の判断が常にNOとなり合焦位置検出動作が終了し
ない場合もあるのでステップ210からステップ202
に戻る経路にループカウンタを設けておき、一定の回数
以上この経路を通過したときには強制的に合焦位置検出
動作を終了させることもできる。また、このようなエラ
ーをさけるために、1ライン走査の代わりに、全画面の
画像情報から評価値を演算して合焦位置検出動作を行う
こともできる。
If there is a lot of noise or one line scan is performed in a place where there is no wafer pattern, step 2
Since the determination of 12 is always NO and the in-focus position detecting operation may not be completed, the steps 210 to 202 are executed.
It is also possible to provide a loop counter on the route returning to the above and to forcibly end the focus position detection operation when the route has been passed a certain number of times. Further, in order to avoid such an error, the focus position detection operation can be performed by calculating the evaluation value from the image information of the entire screen instead of the one-line scanning.

【0026】なお、図3のフローチャートでは、ステッ
プ205の判断がNOになるとステップ207で現在の
FにP2=10を加算して次のFにしている。即ち、上
述のように、F=20のときは、ステップ205の判断
がNOとなり、ステップ207で次のFを30にしてい
る。本発明では、予定合焦位置の所定近傍範囲内でサン
プリング周期を短くすることにより高い合焦精度が保た
れている。このため、Aゾーンの最初の値の26と、2
6にP1=2を加算した次の結像位置28との評価値を
取得していないと合焦精度の信頼性が欠ける。そこで、
図4のフローチャートは、図3のフローチャートのステ
ップ205からステップ207に行く間に、対物レンズ
4の変化量をP2=10にしていいかという判断項目ス
テップ205A及びステップ205Bを追加している。
即ち、CPU11は、ステップ205Aにおいて、結像
位置Fが16より大きく58より小さいかどうかを判断
している。
In the flow chart of FIG. 3, if the determination in step 205 is NO, in step 207 P2 = 10 is added to the current F to obtain the next F. That is, as described above, when F = 20, the determination in step 205 is NO, and the next F is set to 30 in step 207. In the present invention, high focusing accuracy is maintained by shortening the sampling cycle within a predetermined vicinity of the planned focusing position. Therefore, the first value in the A zone, 26, and 2
If the evaluation value with respect to the next imaging position 28 obtained by adding P1 = 2 to 6 is not acquired, the reliability of focusing accuracy is lacking. Therefore,
The flow chart of FIG. 4 additionally includes determination item steps 205A and 205B for determining whether the change amount of the objective lens 4 should be P2 = 10 while going from step 205 to step 207 of the flow chart of FIG.
That is, the CPU 11 determines in step 205A whether the image formation position F is larger than 16 and smaller than 58.

【0027】F=20のときは、ステップ205Aの判
断はYESとなりステップ205Bに進む。CPU11
は、ステップ205Bで次のFをAゾーンの始まりの値
の26にしてステップ204に戻る。CPU11は、ス
テップ204でF=26のときの評価値を取得しステッ
プ205に進み、ステップ205で次のFが28とな
る。そして、ステップ204でF=28のときの評価値
を取得できるので、高い合焦精度を保つ事ができる。
When F = 20, the determination at step 205A is YES and the routine proceeds to step 205B. CPU11
In step 205B, the next F is set to 26, which is the start value of the A zone, and the process returns to step 204. The CPU 11 obtains the evaluation value when F = 26 in step 204, proceeds to step 205, and the next F becomes 28 in step 205. Since the evaluation value when F = 28 can be obtained in step 204, high focusing accuracy can be maintained.

【0028】なお、図4のフローチャートは、ステップ
205Aとステップ205Bを追加した以外は、図3の
フローチャートと同じものである。合焦動作が終了する
とCPU11は、電子光学系駆動回路13を介して、偏
向器3をウエハ6上の所定領域を2次元走査させ、フレ
ームメモリ10に1画面分の2次電子信号を取り込み、
画像処理をした後、CRT12にウエハ6の2次電子像
を表示させる。
The flowchart of FIG. 4 is the same as the flowchart of FIG. 3 except that steps 205A and 205B are added. When the focusing operation is completed, the CPU 11 causes the deflector 3 to two-dimensionally scan a predetermined area on the wafer 6 via the electron optical system drive circuit 13, and takes in a secondary electron signal for one screen into the frame memory 10,
After the image processing, the CRT 12 displays the secondary electron image of the wafer 6.

【0029】図4のフローチャートでは対物レンズ4の
結像位置を下限位置から100μm変化させたときに、
評価値の取得は、対物レンズ4の結像位置が0,10,
20,26,28,30,32,34,36,38,4
0,42,44,46,48,50,52,54,5
6,58,68,78,88,98の24点のみでよい
ので、合焦位置検出時間の短縮ができる。
In the flowchart of FIG. 4, when the image forming position of the objective lens 4 is changed from the lower limit position by 100 μm,
The evaluation value is acquired when the image forming position of the objective lens 4 is 0, 10,
20, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 4
0, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 5
Since only 24 points of 6, 58, 68, 78, 88, 98 are required, the focus position detection time can be shortened.

【0030】本実施例では予め対物レンズ4の結像位置
を下限位置0μmから上限位置100μmを固定の値と
したが、メモリ14から読み出した予定合焦位置の前ピ
ンと後ピンの方向対物レンズ4の結像位置を振り分けて
もよい。本実施例では前回のウエハの観察時に対物レン
ズ4が合焦した値を予定合焦位置としてメモリ14に記
憶させたが、ウエハの寸法が変わることもあるので、ウ
エハの寸法に応じた予定合焦位置をメモリ14に記憶さ
せておき、観察するウエハの寸法に応じて、メモリ14
から予定合焦位置を読み出してもいい。また、ウエハに
限らず、合焦した観察試料の合焦位置を予定合焦位置と
してメモリ14に記憶させておき、次に観察するときに
メモリ14に記憶させた予定合焦位置を読み出してもい
い。
In the present embodiment, the image forming position of the objective lens 4 is set to a fixed value from the lower limit position 0 μm to the upper limit position 100 μm in advance. The image forming positions may be distributed. In the present embodiment, the value at which the objective lens 4 was focused at the previous time of observing the wafer was stored in the memory 14 as the planned focus position. The focus position is stored in the memory 14, and the memory 14 is stored according to the size of the wafer to be observed.
You can also read the planned focus position from. In addition to the wafer, the focus position of the focused observation sample may be stored in the memory 14 as the planned focus position, and the planned focus position stored in the memory 14 may be read when the next observation is performed. Good.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、記憶
装置に記憶した予定合焦位置の所定近傍範囲内では、焦
点調節状態を表す信号のサンプリング周期を短くし、記
憶装置に記憶した所定近傍範囲外では、焦点調節状態を
表す信号のサンプルリング周期を長くしているので、高
い合焦精度を保ちながら合焦位置検出時間を短縮するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the sampling period of the signal indicating the focus adjustment state is shortened within the predetermined vicinity of the planned focus position stored in the storage device, and the predetermined value stored in the storage device is set. Outside the near range, the sampling period of the signal indicating the focus adjustment state is set long, so that the focusing position detection time can be shortened while maintaining high focusing accuracy.

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

【図1】本発明の一実施例である走査型電子顕微鏡の概
要図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a scanning electron microscope that is an embodiment of the present invention.

【図2】対物レンズ4の結像位置の可変範囲を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a variable range of an image forming position of an objective lens 4.

【図3】合焦位置検出動作を実行するフローチャートで
ある。
FIG. 3 is a flowchart for executing a focus position detection operation.

【図4】合焦位置検出動作を実行するフローチャートで
ある。
FIG. 4 is a flowchart for executing a focus position detection operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 対物レンズ 6 ウエハ 7 2次電子検出器 10 フレームメモリ 11 CPU 13 電子光学系駆動回路 14 メモリ 4 Objective Lens 6 Wafer 7 Secondary Electron Detector 10 Frame Memory 11 CPU 13 Electron Optical System Drive Circuit 14 Memory

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】対物レンズの結像位置と試料との相対位置
を前記対物レンズの光軸方向に変化させる変化手段と、 前記相対位置を変化させている時の、複数の相対位置に
おける前記試料に対する焦点調節状態を表す信号をサン
プリングするサンプリング手段と、を具備し、前記焦点
調節状態を表す信号に基づいて、前記試料に対する合焦
位置を決定する合焦位置検出装置において、 あらかじめ予定した予定合焦位置を記憶する記憶装置
と、 合焦位置検出を行う試料に対し、前記記憶装置に記憶し
た前記予定合焦位置の所定近傍範囲内では、前記焦点調
節状態を表す信号のサンプリング周期を短くし、 所定近傍範囲外では、前記焦点調節状態を表す信号のサ
ンプリング周期を長くするサンプリング周期制御手段
と、 を備えたことを特徴とする合焦位置検出装置。
1. A changing means for changing a relative position between an image forming position of an objective lens and a sample in an optical axis direction of the objective lens, and the sample at a plurality of relative positions when the relative position is changed. A sampling means for sampling a signal indicating a focus adjustment state for the sample, and a focus position detecting device for determining a focus position for the sample based on the signal indicating the focus adjustment state. For the storage device that stores the focus position and the sample that performs the focus position detection, within a predetermined vicinity of the planned focus position stored in the storage device, the sampling cycle of the signal indicating the focus adjustment state is shortened. A sampling period control means for lengthening the sampling period of the signal indicating the focus adjustment state outside the predetermined vicinity range. Focus position detection device.
JP5209798A 1993-08-25 1993-08-25 Focusing position detecting device Pending JPH0765771A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007227207A (en) * 2006-02-24 2007-09-06 Hitachi High-Technologies Corp Focus adjusting method and device

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