JPH10247466A - Astigmatic correction method and astigmatic correction device - Google Patents

Astigmatic correction method and astigmatic correction device

Info

Publication number
JPH10247466A
JPH10247466A JP4896297A JP4896297A JPH10247466A JP H10247466 A JPH10247466 A JP H10247466A JP 4896297 A JP4896297 A JP 4896297A JP 4896297 A JP4896297 A JP 4896297A JP H10247466 A JPH10247466 A JP H10247466A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sharpness
stigmata
astigmatism
image
secondary particle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4896297A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3369894B2 (en
Inventor
Kazunori Onoguchi
一則 小野口
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP04896297A priority Critical patent/JP3369894B2/en
Priority to US08/928,662 priority patent/US6067164A/en
Publication of JPH10247466A publication Critical patent/JPH10247466A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3369894B2 publication Critical patent/JP3369894B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle optical lens barrel used in SEM, and to easily correct astigmatism with high accuracy. SOLUTION: A charged particle optical lens barrel has stigmata for correcting astigmatism. An astigmatic correction method of the charged particle optical lens barrel includes a first step S1 of focusing an objective lens into a secondary particle signal image obtained by extracting a secondary particle signal obtained by two-dimensionally scanning a sample with an electron beam, and also includes a second step S2 of correcting astigmatism by adjusting the stigmata to reduce the astigmatism of the electron beam with respect to the secondary particle signal image obtained in an adjusted focusing position.

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、例えば半導体素子
の微細パターンを観察するのに用いられる走査型電子顕
微鏡等の荷電粒子光学鏡筒における非点収差補正方法及
び非点収差補正装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for correcting astigmatism in a charged particle optical column such as a scanning electron microscope used for observing a fine pattern of a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体素子の表面状態を観察する
には走査型電子顕微鏡(SEM)が用いられており、そ
の分解能は1nmを下回るようになっている。図14に
この種のSEMの一般的な構成を示し、これを簡単に説
明する。
2. Description of the Related Art In recent years, a scanning electron microscope (SEM) has been used to observe the surface state of a semiconductor device, and its resolution has been reduced to less than 1 nm. FIG. 14 shows a general configuration of this type of SEM, which will be briefly described.

【0003】カソード1及びアノード2により電界放出
型の電子銃3が構成されており、この電子銃3からは高
輝度の電子ビーム4が発生される。電子ビーム4は、コ
ンデンサレンズ5と絞り7及び対物レンズ6を介して縮
小され、試料8の表面に照射される。このとき、検出器
11によって試料表面から放出される2次電子が検出さ
れる。電子ビーム4は、走査制御回路12により制御さ
れる偏向器10によって、試料台9上に載置された試料
8上で2次元的に走査される。これと同期させて、検出
器11の信号を画像表示器13に表示することにより、
試料表面の情報が得られる。
A cathode 1 and an anode 2 constitute a field emission type electron gun 3 from which a high brightness electron beam 4 is generated. The electron beam 4 is reduced through a condenser lens 5, an aperture 7 and an objective lens 6, and is irradiated on the surface of the sample 8. At this time, the detector 11 detects secondary electrons emitted from the sample surface. The electron beam 4 is two-dimensionally scanned on a sample 8 placed on a sample table 9 by a deflector 10 controlled by a scanning control circuit 12. By synchronizing with this and displaying the signal of the detector 11 on the image display 13,
Information on the sample surface can be obtained.

【0004】ところで、このような対物レンズ6を用い
た集束系では、通常「非点収差」と呼ばれる収差が存在
する。これは、ビーム軸と垂直な2方向について電子ビ
ームが集束する位置が軸方向にずれるために起きるもの
である。このような収差が存在する場合、試料面上のビ
ーム断面形状は対物レンズ6の焦点距離に応じて図15
(a)〜(c)に示すように変化する。なお、図15
(b)に示す円形ビームが得られる状態のビーム径は、
このような非点収差が存在しない場合に比べ大きいもの
となる。かかる収差は、2方向の焦点距離が異なるため
に生じる。
Incidentally, in a focusing system using such an objective lens 6, there is an aberration generally called "astigmatism". This occurs because the position where the electron beam is focused in two directions perpendicular to the beam axis is shifted in the axial direction. When such aberrations exist, the beam cross-sectional shape on the sample surface changes according to the focal length of the objective lens 6 as shown in FIG.
It changes as shown in (a) to (c). Note that FIG.
The beam diameter at which the circular beam shown in (b) is obtained is
This is larger than the case where such astigmatism does not exist. Such aberration occurs because the focal lengths in the two directions are different.

【0005】そこで従来、電子銃3,コンデンサレンズ
5,対物レンズ6及び絞り7等からなる荷電粒子光学鏡
筒内に、「スティグマタ」と呼ばれる四重極の電場又は
磁場を発生する機構15を設け、非点収差を補正するよ
うにしている。具体的には、対物レンズ6の下方に、4
個の電磁石若しくは電極からなる4重極スティグマタを
光軸を中心に45度回転できるように設け、又は4重極
スティグマタを互いに45度ずらして2組設け、各々の
強度を調整することで、x方向及びy方向の2方向の集
束位置が一致するようにしている。
Therefore, a mechanism 15 for generating a quadrupole electric or magnetic field called "stigmata" is conventionally provided in a charged particle optical lens barrel comprising an electron gun 3, a condenser lens 5, an objective lens 6, an aperture 7, and the like. It is provided to correct astigmatism. Specifically, 4 below the objective lens 6
A quadrupole stigmat consisting of individual electromagnets or electrodes is provided so that it can be rotated 45 degrees around the optical axis, or two sets of quadrupole stigmaters are provided that are shifted from each other by 45 degrees and the strength of each is adjusted. , X-direction and y-direction.

【0006】以下、図16を参照して実際に行われる非
点収差の調整法について説明する。図16(a)に示す
ような試料を観察する際、非点収差が存在すると表示器
13上の像には、例えばビームの断面形状が図15
(a)のときは、図16(b)(c)に示されるように
エッジの分解能の高い方向と低い方向とが現われる。対
物レンズ6の焦点距離を変えてビーム形状が図15
(c)のようになると、エッジの分解能の高い方向が入
れ替わる。そこで、スティグマタ15を調整して、対物
レンズ6の焦点距離を変えても像に方向性が無くなるよ
うに調節する。このとき、ビーム断面形状は図17
(a)〜(c)に示すように、円形ビームの径のみが変
わるものとなる。
Hereinafter, a method of actually adjusting astigmatism will be described with reference to FIG. When the sample as shown in FIG. 16A is observed, if astigmatism is present, the image on the display 13 has, for example, a cross-sectional shape of the beam shown in FIG.
In the case of (a), as shown in FIGS. 16 (b) and (c), a direction in which the edge resolution is high and a direction in which the edge resolution is low appear. The beam shape is changed by changing the focal length of the objective lens 6 as shown in FIG.
In the case of (c), the direction in which the resolution of the edge is high is switched. Therefore, the stigmator 15 is adjusted so that the image has no direction even if the focal length of the objective lens 6 is changed. At this time, the beam cross-sectional shape is as shown in FIG.
As shown in (a) to (c), only the diameter of the circular beam changes.

【0007】ここで、非点収差の補正を自動的に行う場
合には、次のような操作が要求される。まず、異なるレ
ンズの焦点距離において得られる像のコントラストを求
め、当該コントラストが最大である位置を求める。非点
収差が大きい時には極大の位置が2点現われることがあ
るが、かかる場合は両者の中間をとる。こうして決定さ
れた焦点位置において、x方向のスティグマタを調整し
てコントラストを最大にする。次いで、y方向のスティ
グマタを調整してコントラストを最大にする。以上の操
作を繰り返し、収束したところを最適位置とする。
Here, in the case of automatically correcting astigmatism, the following operation is required. First, the contrast of images obtained at different focal lengths of the lenses is obtained, and the position where the contrast is maximum is obtained. When the astigmatism is large, two maximal positions may appear, but in such a case, the position between them is taken. At the focal position determined in this way, the stigmata in the x direction is adjusted to maximize the contrast. Then adjust the y-direction stigmata to maximize contrast. The above operation is repeated, and the converged position is determined as the optimum position.

【0008】しかしながら、この種の非点収差補正方法
にあっては、次のような問題があった。即ち、表示器の
画像を見ながら作業者がスティグマタを調整するという
ように、スティグマタの調整を作業者の視覚に頼って行
うために、作業者の熟練度によって調整に差がでる。そ
して、スティグマタの調整が完全でないと観察精度が低
下する。また、人間が行うために調整に時間がかかり、
試料に必要以上にビームを照射することになる。これ
は、試料に損傷を与えたり、レジスト形状を変化させた
りするので、多くの場合は好ましくない。さらに、試料
に方向性がある場合には補正は難しい。
However, this type of astigmatism correction method has the following problems. That is, since the adjustment of the stigmata depends on the visual sense of the operator, for example, the operator adjusts the stigmata while watching the image on the display device, the adjustment varies depending on the skill of the operator. If the adjustment of the stigmata is not perfect, the observation accuracy will be reduced. In addition, it takes time for adjustment to be performed by humans,
The sample is irradiated with a beam more than necessary. This is not preferable in many cases because it may damage the sample or change the resist shape. Furthermore, correction is difficult when the sample has directionality.

【0009】また、非点収差の補正を自動化する方法
は、現実の試料では人間の行う作業に比べて補正できる
範囲が限られており、殆どの場合には非点収差補正は人
手によるものより劣る。なお、例えばビームの断面形状
が図18のようなときに、図16(a)のような試料を
観察する場合には、分解能は2辺に垂直な方向に対して
概ね等しく、非点収差の補正が難しい。これは、非点補
正を自動化する場合も同様である。
In the method of automating the correction of astigmatism, the range of correction that can be performed on an actual sample is smaller than that performed by a human, and in most cases, the correction of astigmatism is performed by hand. Inferior. For example, when observing a sample as shown in FIG. 16A when the cross-sectional shape of the beam is as shown in FIG. 18, the resolution is substantially equal to the direction perpendicular to the two sides, and the astigmatism Difficult to correct. This also applies to the case where the astigmatism correction is automated.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、荷電
粒子光学鏡筒における非点収差の補正には、スティグマ
タの調整を作業者の視覚に頼って行うために作業者の熟
練によって調整に差がでる、スティグマタの調整を人間
が行うために調整に時間がかかる、試料に方向性がある
場合には補正は難しい、等の問題があった。また上記の
問題は、SEM等の観察装置に限らず、電子ビームやイ
オンビームを用いた荷電粒子ビーム描画装置においても
同様に言えることである。
As described above, conventionally, correction of astigmatism in a charged particle optical lens barrel has to be adjusted by the skill of an operator because the adjustment of the stigmata is performed by the operator's vision. There are problems such as a difference, a long time for adjustment by a human for adjusting the stigmata, and difficulty in correcting when the sample has directionality. Further, the above problem is not limited to an observation apparatus such as an SEM, but can be similarly applied to a charged particle beam drawing apparatus using an electron beam or an ion beam.

【0011】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、荷電粒子光学鏡筒に
おける非点収差の補正を迅速且つ高精度で行うことがで
き、荷電粒子ビームの断面形状に起因する観察精度の低
下等を未然に防止し得る荷電粒子光学鏡筒における非点
収差補正方法及び非点収差補正装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to correct astigmatism in a charged particle optical column quickly and with high accuracy. It is an object of the present invention to provide an astigmatism correction method and an astigmatism correction device for a charged particle optical lens barrel that can prevent a decrease in observation accuracy due to a beam cross-sectional shape.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(構成)上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、荷電粒子光学鏡
筒における非点収差補正方法において、非点収差を補正
するためのスティグマタを備えた荷電粒子光学鏡筒を用
い、試料上に荷電粒子ビームを2次元的に走査して得ら
れる2次粒子信号を抽出することにより作成される2次
粒子信号画像に対し、2次粒子信号画像情報に基づいて
前記荷電粒子光学鏡筒のレンズ系の焦点を合わせる第1
のステップと、合焦点位置で得られた2次粒子信号画像
に対し、荷電ビームの非点収差が小さくなるよう前記ス
ティグマタを調整することにより非点収差を補正する第
2のステップとを有することを特徴とする。
(Structure) In order to solve the above problem, the present invention employs the following structure. That is, the present invention provides a method for correcting astigmatism in a charged particle optical column, in which a charged particle beam having a stigmata for correcting astigmatism is used, and a charged particle beam is two-dimensionally placed on a sample. For the secondary particle signal image created by extracting the secondary particle signal obtained by scanning, the focal point of the lens system of the charged particle optical column is adjusted based on the secondary particle signal image information. First to match
And a second step of correcting the astigmatism of the secondary particle signal image obtained at the in-focus position by adjusting the stigmata so that the astigmatism of the charged beam is reduced. It is characterized by the following.

【0013】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 第1のステップが、スティグマタにより非点を発生
させる第3のステップと、非点が発生した状態で2次粒
子信号画像を入力する第4のステップと、入力した2次
粒子信号画像から非点収差の方向を求める第5のステッ
プと、予め設定しておいた位置に焦点位置を設定する第
6のステップと、設定した焦点位置において2次粒子信
号画像を入力する第7のステップと、入力された2次粒
子信号画像を非点収差の方向が画像中で水平又は垂直と
なるよう回転させる第8のステップと、回転した2次粒
子信号画像から画像の鮮明度を算出する第9のステップ
と、予め設定しておいた焦点位置に対してそれぞれ求め
た鮮明度の中から鮮明度がピークとなる焦点位置を算出
する第11のステップと、算出した鮮明度がピークとな
る焦点位置に合わせる第12のステップとからなる。 (2) 第2のステップが、x方向のスティグマタ値を設定
する第13のステップと、2次粒子信号画像を入力する
第14のステップと、入力された2次粒子信号画像を予
め設定しておいた角度だけ回転させる第15のステップ
と、回転した2次粒子信号画像から画像の鮮明度を算出
する第16のステップと、予め設定しておいたx方向の
スティグマタ値に対してそれぞれ求めた鮮明度の中から
鮮明度がピークとなるx方向のスティグマタ値を算出す
る第18のステップと、算出した鮮明度がピークとなる
x方向のスティグマタ値にx方向のスティグマタを合わ
せる第19のステップと、x方向のスティグマタ値を保
持したまま、y方向のスティグマタ値を設定する第20
のステップと、2次粒子信号画像を入力する第21のス
テップと、入力された2次粒子信号画像を予め設定して
おいた角度だけ回転させる第22のステップと、回転し
た2次粒子信号画像から画像の鮮明度を算出する第23
のステップと、予め設定しておいたy方向のスティグマ
タ値に対してそれぞれ求めた鮮明度の中から鮮明度がピ
ークとなるy方向のスティグマタ値を算出する第25の
ステップと、算出した鮮明度がピークとなるy方向のス
ティグマタ値にy方向のスティグマタを合わせる第26
のステップとからなる。 (3) 第5のステップが、2次粒子信号画像の2次空間で
のフーリエ変換を行いパワースペクトルを算出する第2
7のステップと、パワースペクトルを2値化した画像を
求める第28のステップと、2値化画像の主軸とこの主
軸に直交する方向の軸を求める第29のステップと、2
値化画像中の各点の主軸に対しての距離と主軸に直交す
る方向の軸に対しての距離を求めることで、非点収差の
強さと方向を決定する第30のステップとからなる。 (4) 第9,第16,第23のステップが、2次粒子信号
画像中で各点の周囲に設定した複数の探索領域をそれぞ
れ2つの領域に分け、これら2つの領域間の分散値を各
探索領域において求め、これら各探索領域で定めた領域
間分散値の最大値又は平均値を画像中の各点の分散値と
し、画像中で設定した領域内の各点で求めた分散値の総
和又は平均値を、2次粒子信号画像の鮮明度として算出
する。 (5) 第9,第16,第23のステップが、2次粒子信号
画像中で各点を重心とする縦方向及び横方向の2つの探
索領域を画像中で設定し、これらの探索領域を各点を中
心とした2つの領域A,Bにそれぞれ分割し、mA 及び
B を領域A及びBに含まれる画素の平均輝度、mT
領域A,Bを合わせた探索領域全体の平均輝度とした場
合に、 σ=(mA −mT )×(mA −mT )+(mB −mT
×(mB −mT ) なる時により横方向の探索領域及び縦方向の探索領域に
おける領域AとBの間の分散値をそれぞれ求め、これら
の分散値の総和又は平均値を、2次粒子信号画像の鮮明
度として算出する。 (6) 第11のステップが、予め設定しておいた複数の焦
点位置において算出した鮮明度の中から最大値を示す焦
点位置を選択する。 (7) 第11のステップが、予め設定しておいた複数の焦
点位置において求めた鮮明度に対し、焦点位置と鮮明度
の関係を示した鮮明度曲線を作成し、この鮮明度曲線に
ガウス分布曲線又は2次曲線等の曲線を当てはめ、この
曲線がピークとなる位置の焦点位置を算出する。 (8) 第18のステップが、予め設定しておいた複数のx
方向のスティグマタ値において算出した鮮明度の中か
ら、最大値を示すx方向のスティグマタ値を選択する。 (9) 第18のステップが、予め設定しておいた複数のx
方向のスティグマタ値において求めた鮮明度に対し、x
方向のスティグマタ値と鮮明度の関係を示した鮮明度曲
線を作成し、この鮮明度曲線にガウス分布曲線又は2次
曲線等の曲線を当てはめ、この曲線がピークとなる位置
の焦点位置を算出する。 (10)第25のステップが、予め設定しておいた複数のy
方向のスティグマタ値において算出した鮮明度の中か
ら、最大値を示すy方向のスティグマタ値を選択する。 (11)第25のステップが、予め設定しておいた複数のy
方向のスティグマタ値において求めた鮮明度に対し、y
方向のスティグマタ値と鮮明度の関係を示した鮮明度曲
線を作成し、この鮮明度曲線にガウス分布曲線又は2次
曲線等の曲線を当てはめ、この曲線がピークとなる位置
の焦点位置を算出する。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) The first step is a third step of generating astigmatism by stigmata, a fourth step of inputting a secondary particle signal image in a state where the stigma is generated, and the input secondary particle signal A fifth step of obtaining the direction of astigmatism from the image, a sixth step of setting a focal position at a preset position, and a seventh step of inputting a secondary particle signal image at the set focal position Step, an eighth step of rotating the input secondary particle signal image so that the direction of astigmatism is horizontal or vertical in the image, and calculating image sharpness from the rotated secondary particle signal image A ninth step, an eleventh step of calculating a focus position at which the sharpness becomes a peak from among the sharpnesses obtained for the preset focus positions, and a calculated sharpness becomes a peak Focus on focus position And a twelfth step. (2) The second step is a thirteenth step of setting a stigmata value in the x direction, a fourteenth step of inputting a secondary particle signal image, and setting the input secondary particle signal image in advance. A fifteenth step of rotating the image by a predetermined angle, a sixteenth step of calculating the sharpness of the image from the rotated secondary particle signal image, and a step of setting a previously set x-direction stigmata value. An eighteenth step of calculating an x-direction stigmata value at which the sharpness peaks from the obtained sharpness, and adjusting the x-direction stigmata value to the calculated x-direction stigmata value at which the sharpness peaks. A nineteenth step and a twentieth step of setting a stigmata value in the y direction while holding the stigmata value in the x direction
, A twenty-first step of inputting a secondary particle signal image, a twenty-second step of rotating the input secondary particle signal image by a preset angle, and a rotated secondary particle signal image 23rd which calculates the sharpness of the image from
And a twenty-fifth step of calculating a y-direction stigmata value at which the sharpness peaks from the sharpness obtained for each of the preset y-direction stigmata values. The twenty-sixth adjustment of the y-direction stigmata to the y-direction stigmata at which the sharpness reaches a peak.
Steps. (3) The fifth step is to perform a Fourier transform in a secondary space of the secondary particle signal image to calculate a power spectrum.
7, a 28th step for obtaining an image obtained by binarizing the power spectrum, a 29th step for obtaining a main axis of the binarized image and an axis in a direction orthogonal to the main axis,
A thirtieth step of determining the strength and direction of astigmatism by determining the distance of each point in the digitized image to the principal axis and the distance to an axis perpendicular to the principal axis. (4) The ninth, sixteenth, and twenty-third steps divide the plurality of search regions set around each point in the secondary particle signal image into two regions, and calculate the variance between these two regions. Determined in each search area, the maximum or average value of the inter-area variance determined in each search area as the variance of each point in the image, and the variance of the variance determined at each point in the area set in the image The sum or average value is calculated as the sharpness of the secondary particle signal image. (5) The ninth, sixteenth, and twenty-third steps set two vertical and horizontal search areas in the secondary particle signal image with each point as the center of gravity in the image, and set these search areas in the image. two regions a centered on each point, each divided into B, the average luminance of pixels included the m a and m B in regions a and B, m T region a, the average of the entire search area combined B when the brightness, σ = (m a -m T ) × (m a -m T) + (m B -m T)
× (m B −m T ), the variance between the areas A and B in the horizontal search area and the vertical search area is determined, and the sum or average of these variances is calculated as a secondary particle. It is calculated as the sharpness of the signal image. (6) In an eleventh step, a focus position indicating the maximum value is selected from among the sharpness values calculated at a plurality of preset focus positions. (7) In the eleventh step, a sharpness curve showing a relationship between the focus position and the sharpness is created for the sharpness obtained at a plurality of preset focus positions, and a Gaussian curve is added to the sharpness curve. A curve such as a distribution curve or a quadratic curve is applied, and a focal position at a position where this curve becomes a peak is calculated. (8) In the eighteenth step, a plurality of preset x
From among the sharpness values calculated for the stigmata values in the direction, the x-direction stigmata value indicating the maximum value is selected. (9) In the eighteenth step, a plurality of preset x
For the sharpness determined at the stigmata value in the direction, x
Creates a sharpness curve showing the relationship between the stigmata value in the direction and the sharpness, applies a curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve to the sharpness curve, and calculates the focal position at the position where this curve becomes a peak I do. (10) The twenty-fifth step includes a plurality of preset y
From the sharpness calculated for the stigmata value in the direction, a stigmata value in the y direction that indicates the maximum value is selected. (11) The twenty-fifth step includes a plurality of preset y
For the sharpness determined at the stigmata value in the direction, y
Creates a sharpness curve showing the relationship between the stigmata value in the direction and the sharpness, applies a curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve to the sharpness curve, and calculates the focal position at the position where this curve becomes a peak I do.

【0014】また本発明は、非点収差を補正するための
スティグマタを備えた荷電粒子光学鏡筒における非点収
差補正装置において、試料上に荷電粒子ビームを2次元
的に走査して得られる2次粒子信号を抽出することによ
り作成される2次粒子信号画像を入力する2次粒子信号
画像入力手段と、2次粒子信号画像の焦点を合わせる合
焦点位置検出手段と、前記荷電粒子光学鏡筒の対物レン
ズを変化させて焦点位置を調整する焦点調整手段と、前
記合焦点位置検出手段で得られた合焦点位置に焦点を合
わせて入力した2次粒子信号画像に対し、荷電ビームの
非点収差が小さくなるよう前記スティグマタを調整する
ことにより非点収差を補正する非点収差補正手段とを具
備してなることを特徴とする。
According to the present invention, in a device for correcting astigmatism in a charged particle optical column having a stigmator for correcting astigmatism, a charged particle beam is two-dimensionally scanned on a sample. Secondary particle signal image input means for inputting a secondary particle signal image created by extracting a secondary particle signal; focusing position detecting means for focusing the secondary particle signal image; and the charged particle optical mirror A focus adjusting means for adjusting the focus position by changing the objective lens of the cylinder; and a non-charged beam non-charged beam with respect to the secondary particle signal image inputted by focusing on the focus position obtained by the focus position detection means. Astigmatism correction means for correcting the astigmatism by adjusting the stigmata so as to reduce the astigmatism is provided.

【0015】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) スティグマタはx方向及びy方向の非点収差を補正
するものであり、非点収差補正手段によりx方向スティ
グマタを調整するx方向スティグマタ調整手段と、非点
収差補正手段によりy方向スティグマタを調整するy方
向スティグマタ調整手段とを具備すること。 (2) 合焦点検出手段が、2次粒子信号画像入力手段より
入力した2次粒子信号画像から非点収差の方向を求める
非点収差方向算出手段と、設定した焦点位置において2
次粒子信号画像入力手段より入力された2次粒子信号画
像を非点収差の方向が画像中で水平又は垂直となるよう
回転させる画像回転手段と、回転した2次粒子信号画像
から画像の鮮明度を算出する鮮明度算出手段と、予め設
定しておいた焦点位置に対してそれぞれ求めた鮮明度の
中から鮮明度がピークとなる焦点位置を算出する鮮明度
ピーク焦点位置算出手段とを具備すること。 (3) 非点収差補正手段が、合焦点位置検出手段により入
力された焦点が合っている2次粒子信号画像を予め設定
しておいた角度だけ回転させる画像回転手段と、回転し
た2次粒子信号画像から画像の鮮明度を算出する鮮明度
算出手段と、予め設定しておいたx方向のスティグマタ
値及びy方向のスティグマタ値に対して、それぞれ求め
た鮮明度の中から鮮明度がピークとなるx方向のスティ
グマタ値及びy方向のスティグマタ値を算出する鮮明度
ピークスティグマタ値算出手段とを具備すること。 (4) 非点収差方向算出手段が、2次粒子信号画像の2次
元空間でのフーリエ変換を行いパワースペクトルを2値
化した画像を求め、2値化画像の主軸とこの主軸と直交
する方向の軸を求め、2値化画像中の各点の主軸に対し
ての距離と主軸に直交する方向の軸に対しての距離を求
めることで、非点収差の強さと方向を決定すること。 (5) 鮮明度算出手段が、2次粒子信号画像中で各点の周
囲に設定した複数の探索領域をそれぞれ2つの領域に分
け、これら2つの領域間の分散値を各探索領域において
求め、これら各探索領域で定めた領域間分散値の最大値
又は平均値を画像中の各点の分散値とし、画像中で設定
した領域内の各点で求めた分散値の総和又は平均値を、
2次粒子信号画像の鮮明度として算出すること。 (6) 鮮明度算出手段が、2次粒子信号画像中で各点を重
心とする縦方向及び横方向の2つの探索領域を画像中で
設定し、これらの探索領域を各点を中心とした2つの領
域A,Bにそれぞれ分割し、mA 及びmB を領域A及び
Bに含まれる画素の平均輝度、mT を領域A,Bを合わ
せた探索領域全体の平均輝度とした場合に、 σ=(mA −mT )×(mA −mT )+(mB −mT
×(mB −mT ) なる式により横方向の探索領域及び縦方向の探索領域に
おける領域AとBの間の分散値をそれぞれ求め、これら
の分散値の総和又は平均値を、2次粒子信号画像の鮮明
度として算出すること。 (7) 鮮明度ピーク焦点位置算出手段が、予め設定してお
いた複数の焦点位置において算出した鮮明度の中から最
大値を示す焦点位置を選択すること。 (8) 鮮明度ピーク焦点位置算出手段が、予め設定してお
いた複数の焦点位置において求めた鮮明度に対し、焦点
位置と鮮明度の関係を示した鮮明度曲線を作成し、この
鮮明度曲線にガウス分布曲線又は2次曲線等の曲線を当
てはめ、この曲線がピークとなる位置の焦点位置を算出
すること。 (9) 鮮明度ピークスティグマタ値算出手段が、予め設定
しておいた複数のx方向のスティグマタ値において算出
した鮮明度の中から、最大値を示すx方向のスティグマ
タ値を選択し、さらにピーク位置にx方向スティグマタ
値を保持しながら、予め設定しておいた複数のy方向の
スティグマタ値において算出した鮮明度の中から、最大
値を示すy方向のスティグマタ値を選択すること。 (10)鮮明度ピークスティグマタ値算出手段が、予め設定
しておいた複数のx方向のスティグマタ値において求め
た鮮明度に対し、x方向のスティグマタ値と鮮明度の関
係を示した鮮明度曲線を作成し、この鮮明度曲線にガウ
ス分布曲線又は2次曲線等の曲線を当てはめ、この曲線
がピークとなる位置の焦点位置を算出し、このピーク位
置にx方向スティグマタ値を保持しながら、予め設定し
ておいた複数のy方向のスティグマタ値において求めた
鮮明度に対し、y方向のスティグマタ値と鮮明度の関係
を示した鮮明度曲線を作成し、この鮮明度曲線にガウス
分布曲線又は2次曲線等の曲線を当てはめ、この曲線が
ピークとなる位置の焦点位置を算出すること。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) The stigmata corrects astigmatism in the x direction and the y direction, and the x direction stigmata adjuster adjusts the x direction stigmata by the astigmatism corrector and the astigmatism corrector adjusts the y direction by the astigmatism corrector. Y direction stigmata adjusting means for adjusting the direction stigmata. (2) Focusing point detection means, astigmatism direction calculation means for obtaining the direction of astigmatism from the secondary particle signal image input from the secondary particle signal image input means,
Image rotating means for rotating the secondary particle signal image input from the secondary particle signal image input means so that the direction of astigmatism is horizontal or vertical in the image; and sharpness of the image from the rotated secondary particle signal image And a sharpness peak focal position calculating means for calculating a focus position at which the sharpness becomes a peak from among the sharpnesses determined for the preset focus positions. thing. (3) astigmatism correction means for rotating the focused secondary particle signal image input by the in-focus position detection means by a preset angle, and rotated secondary particles A sharpness calculating means for calculating the sharpness of the image from the signal image; and a sharpness value from the sharpness values respectively determined for the preset stigmata value in the x direction and the stigmata value in the y direction. A sharpness peak stigmata value calculating means for calculating a stigmata value in the x direction and a stigmata value in the y direction to become a peak is provided. (4) The astigmatism direction calculation means obtains an image obtained by performing a Fourier transform of the secondary particle signal image in a two-dimensional space to obtain a binarized power spectrum, and a main axis of the binarized image and a direction orthogonal to the main axis. Is determined, and the strength and direction of astigmatism are determined by determining the distance of each point in the binarized image to the main axis and the distance to an axis perpendicular to the main axis. (5) The sharpness calculating means divides each of the plurality of search areas set around each point in the secondary particle signal image into two areas, and obtains a variance between these two areas in each search area, The maximum value or the average value of the inter-region variance values determined in each of these search regions is used as the variance value of each point in the image, and the sum or average value of the variance values obtained at each point in the region set in the image is calculated as
Calculate as the sharpness of the secondary particle signal image. (6) The sharpness calculation means sets two vertical and horizontal search regions in the secondary particle signal image with each point as the center of gravity in the image, and sets these search regions around each point. When the area is divided into two areas A and B, and m A and m B are the average luminance of the pixels included in the areas A and B, and m T is the average luminance of the entire search area including the areas A and B, σ = (m A -m T) × (m A -m T) + (m B -m T)
The variance values between the regions A and B in the search region in the horizontal direction and the search region in the vertical direction are obtained by the formula of × (m B −m T ), and the sum or average value of these variance values is calculated as Calculate as the sharpness of the signal image. (7) The sharpness peak focus position calculating means selects a focus position indicating the maximum value from the sharpness calculated at a plurality of preset focus positions. (8) The sharpness peak focal position calculating means creates a sharpness curve indicating the relationship between the focus position and the sharpness with respect to the sharpness obtained at a plurality of preset focus positions, and this sharpness Applying a curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve to the curve, and calculating a focal position at a position where this curve becomes a peak. (9) The sharpness peak stigmata value calculating means selects an x-direction stigmata value indicating a maximum value from among sharpness values calculated in a plurality of preset x-direction stigmata values, Further, while holding the x-direction stigmata value at the peak position, the y-direction stigmata value indicating the maximum value is selected from the sharpness calculated for a plurality of preset y-direction stigmata values. thing. (10) The sharpness peak stigmata value calculating means indicates a relationship between the stigmata value in the x direction and the sharpness with respect to the sharpness obtained in a plurality of preset stigmata values in the x direction. A curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve is applied to the sharpness curve, a focal position at a position where the curve becomes a peak is calculated, and the x-direction stigmata value is held at the peak position. Meanwhile, a sharpness curve indicating the relationship between the stigmata value in the y direction and the sharpness is created for the sharpness determined in a plurality of previously set stigmata values in the y direction. Applying a curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve, and calculating a focal position at a position where this curve becomes a peak.

【0016】(作用)本発明によれば、試料上に荷電粒
子ビームを2次元的に走査して得られる2次粒子信号を
抽出することにより2次粒子信号画像を作成し、この2
次粒子信号画像に対し荷電粒子光学鏡筒のレンズ系の焦
点を合わせ、次いで合焦点位置で得られた2次粒子信号
画像に対し、荷電ビームの非点収差が小さくなるようス
ティグマタを調整することにより、非点収差の補正を行
うことができる。そしてこの場合、作業者の視覚に頼っ
てスティグマタの調整を行うのではないため、作業者の
熟練によって調整に差がでたり調整に時間がかかる等の
不都合はない。従って、非点収差の補正を高精度かつ容
易に行うことができ、非点収差に起因するビームの断面
形状による観察精度の低下等を未然に防止することが可
能となる。
(Operation) According to the present invention, a secondary particle signal image is created by extracting a secondary particle signal obtained by two-dimensionally scanning a charged particle beam on a sample.
Focus the lens system of the charged particle optical column on the secondary particle signal image, and then adjust the stigmata on the secondary particle signal image obtained at the in-focus position so that the astigmatism of the charged beam is reduced. This makes it possible to correct astigmatism. In this case, since the adjustment of the stigmata is not performed by relying on the visual sense of the operator, there is no inconvenience such as a difference in the adjustment or a long time required for the adjustment due to the skill of the operator. Therefore, correction of astigmatism can be easily performed with high accuracy, and it is possible to prevent a decrease in observation accuracy due to the cross-sectional shape of the beam due to astigmatism.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。図1に、同実施形態に係わる荷
電粒子光学鏡筒における非点収差補正方法の処理フロー
を示す。ここで、荷電粒子光学鏡筒は走査型電子顕微鏡
(SEM)の光学系を構成しており、その基本的な構成
は前記図14と同じである。まず、SEMにより2次粒
子信号画像(SEM画像)を撮像し、合焦点位置を検出
して焦点を合わせる(第1のステップ:S1)。次い
で、合焦点位置に焦点を合わせた状態でスティグマタを
調整し、非点収差を補正する(第2のステップ:S
2)。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a processing flow of a method for correcting astigmatism in the charged particle optical column according to the embodiment. Here, the charged particle optical column forms an optical system of a scanning electron microscope (SEM), and its basic configuration is the same as that of FIG. First, a secondary particle signal image (SEM image) is captured by the SEM, and the in-focus position is detected and focused (first step: S1). Next, the stigmata is adjusted while focusing on the in-focus position to correct astigmatism (second step: S
2).

【0018】また、図2に本実施形態に係わる荷電粒子
光学鏡筒における非点収差補正装置の構成図を示す。こ
の装置は、前記図14に示すようなSEMにおける荷電
粒子光学鏡筒の検出器11の検出信号を入力し、電子ビ
ームの2次元走査による2次粒子信号を抽出する2次粒
子信号画像入力部21、入力された2次粒子信号画像を
用いて合焦点位置を求める合焦点位置検出部22、焦点
位置を変化させるために対物レンズ24を制御する焦点
調整部23、焦点を合わせた後に非点収差を補正する非
点収差補正部25、非点収差補正部25による制御によ
りx方向スティグマタ27の駆動を調整するためのx方
向スティグマタ調整部26、非点収差補正部25による
制御によりy方向スティグマタ29の駆動を調整するた
めのy方向スティグマタ調整部28からなる。
FIG. 2 shows a configuration diagram of a device for correcting astigmatism in a charged particle optical column according to the present embodiment. This device receives a detection signal of the detector 11 of the charged particle optical column in the SEM as shown in FIG. 14 and extracts a secondary particle signal by two-dimensional scanning of an electron beam. 21, a focus position detection unit 22 that obtains a focus position using the input secondary particle signal image, a focus adjustment unit 23 that controls an objective lens 24 to change the focus position, and astigmatism after focusing The astigmatism correction unit 25 for correcting aberrations, the x-direction stigmata adjustment unit 26 for adjusting the drive of the x-direction stigmata 27 under the control of the astigmatism correction unit 25, and y under the control of the astigmatism correction unit 25 It comprises a y-direction stigmata adjustment unit 28 for adjusting the drive of the direction stigmata 29.

【0019】ここで、対物レンズ24は前記図14の対
物レンズ6に相当しており、x方向スティグマタ27と
y方向スティグマタ29から図14のスティグマタ15
が構成されている。
Here, the objective lens 24 corresponds to the objective lens 6 in FIG. 14 described above, and is moved from the x-direction stigmata 27 and the y-direction stigmata 29 to the stigmata 15 in FIG.
Is configured.

【0020】非点収差を調整するための標準サンプルと
して、図3に示すような円形パターンを有する持つ試料
を用意しておく。このような円形パターンとしては、半
導体のコンタクトホールや金粒子等があるため、これら
を有する試料を非点収差補正時にSEMにセットし、補
正処理を行う。
A sample having a circular pattern as shown in FIG. 3 is prepared as a standard sample for adjusting astigmatism. Such a circular pattern includes a semiconductor contact hole, gold particles, and the like. Therefore, a sample having these is set in an SEM at the time of correcting astigmatism, and correction processing is performed.

【0021】図4に、SEM画像を用い合焦点位置を検
出して焦点を合わせる手法(S1)の処理フローを示
し、以下にこれを説明する。まず、x方向スティグマタ
27及びy方向スティグマタ29を正常位置から大きく
ずらし、大きな非点収差を故意に発生させる(S3)。
予め設定しておいた数値にx方向スティグマタ27及び
y方向スティグマタ29をそれぞれ合わせることで、大
きな非点収差は容易に発生可能である。
FIG. 4 shows a processing flow of the technique (S1) of detecting and focusing on the in-focus position using the SEM image, which will be described below. First, the x-direction stigmata 27 and the y-direction stigmata 29 are largely displaced from their normal positions, and large astigmatism is intentionally generated (S3).
A large astigmatism can be easily generated by adjusting the x-direction stigmata 27 and the y-direction stigmata 29 to numerical values set in advance.

【0022】次いで、焦点位置を合焦位置から僅かにず
らした2次粒子信号画像Iを入力する(S4)。そし
て、入力した2次粒子信号画像Iを基に非点収差の方向
を求める(S5)。
Next, a secondary particle signal image I whose focus position is slightly shifted from the focus position is input (S4). Then, the direction of astigmatism is obtained based on the input secondary particle signal image I (S5).

【0023】ここで、S5における非点収差の方向を求
める処理フローを図5に示し、これを説明しておく。ま
ず、焦点位置を合焦位置から僅かにずらした2次粒子信
号画像Iをフーリエ変換し、パワースペクトル画像If
を作成する(S27)。この画像If は、画像中心に低
周波成分がくるよう作成する。そして、図6に示すよう
に、画像Ifの中心から一定距離dの位置に矩形形状の
帯Bを設定し、帯Bの内部の輝度平均a及び標準偏差σ
を求める。この帯Bの形状は、矩形の代わりに円環とし
ても良い。距離dの値及び帯Bの幅は実験的に設定す
る。調整に使うサンプルは常に同じであるため、これら
の値は一度設定すれば、以後は固定して用いることがで
きる。
Here, a processing flow for obtaining the direction of astigmatism in S5 is shown in FIG. 5 and will be described. First, the secondary particle signal image I whose focus position is slightly shifted from the in-focus position is Fourier-transformed to obtain a power spectrum image If
Is created (S27). This image If is created such that a low-frequency component comes at the center of the image. Then, as shown in FIG. 6, a rectangular band B is set at a position at a fixed distance d from the center of the image If, and the luminance average a and the standard deviation σ inside the band B are set.
Ask for. The shape of the band B may be a ring instead of a rectangle. The value of the distance d and the width of the band B are experimentally set. Since the sample used for the adjustment is always the same, these values can be set once and used fixed thereafter.

【0024】次いで、パワースペクトル画像If をa+
2σで2値化する(S28)。コンタクトホールの画像
If は中心付近の低周波成分が極端に大きいため、この
2値化により、画像If の中心部分のみを抽出すること
ができる。2値化して得られた画像Ib に対し、ラベリ
ング及びヒストグラム処理を施し、微小面積部分をノイ
ズとして除去する。非点収差が存在する場合、SEM画
像Iには、ある方向にボケが生じているため、ボケの方
向に低周波成分が多くなる。このため、図7に示すよう
に、画像If 中の領域R(図中のハッチング部分)はボ
ケの方向を短軸とする楕円状の細長い形状となる。
Next, the power spectrum image If is converted to a +
Binarization is performed using 2σ (S28). Since the low frequency component near the center of the image If of the contact hole is extremely large, only the central portion of the image If can be extracted by this binarization. The image Ib obtained by binarization is subjected to labeling and histogram processing to remove a small area portion as noise. When astigmatism exists, the SEM image I is blurred in a certain direction, so that low-frequency components increase in the blurring direction. For this reason, as shown in FIG. 7, the region R (hatched part in the figure) in the image If has an elliptical elongated shape with the direction of the blur being the short axis.

【0025】しかし、実際には、領域Rは真の楕円では
なく、輪郭に凹凸もあるため、画像Ib から楕円を検出
し、長軸長及び短軸長を求めるのは容易ではない。この
ため、領域Rの主軸a1 及び主軸に直交する軸a2 を、
以下の2次モーメントを算出することにより求める(S
29)。
However, actually, since the region R is not a true ellipse but has irregularities in the outline, it is not easy to detect the ellipse from the image Ib and determine the major axis length and the minor axis length. Therefore, the main axis a1 of the region R and the axis a2 orthogonal to the main axis are
It is obtained by calculating the following second moment (S
29).

【0026】tan2 θ+[{M(2,0)-M(0,2)}/M(1,1)]
tanθ−1=0 M(p,q) =Σ(i,j) (i−xc )p (i−yc )q fij ここで、(i,j)は画像Ib 上の座標であって、(x
c ,yc )は領域RのIb 中の重心座標である。また、
fijは、Ib において点(i,j)の値が0の時はfij
=0となり、0ではない時はfij=1となる関数であ
る。
Tan 2 θ + [{M (2,0) -M (0,2)} / M (1,1)]
tanθ-1 = 0 M (p , q) = Σ (i, j) (i-xc) p (i-yc) q fij Here, (i, j) is a coordinate on the image Ib, ( x
c, yc) are the barycentric coordinates of the region R in Ib. Also,
fij is fij when the value of point (i, j) is 0 in Ib.
= 0, and fij = 1 when it is not 0.

【0027】上式を解いて得られたθ1,θ2の2つの
解が、主軸方向と主軸に直交する軸方向を示している。
θ1方向の軸a1とθ2方向の軸a2のいずれかが主軸
かを判定するために、領域Rに含まれる各点とa1及び
a2との間の距離をそれぞれ求め、これらの平均D1,
D2を求める。そして、D1>D2ならば、a1を主軸
とする。ボケの方向は主軸に対し垂直方向であるため、
主軸に垂直な方向を非点収差の方向とする(S30)。
The two solutions of θ1 and θ2 obtained by solving the above equation indicate the main axis direction and the axial direction orthogonal to the main axis.
In order to determine which of the axis a1 in the θ1 direction and the axis a2 in the θ2 direction is the main axis, the distance between each point included in the region R and a1 and a2 is obtained, and the average D1,
Find D2. If D1> D2, a1 is set as the main axis. Because the direction of blur is perpendicular to the main axis,
The direction perpendicular to the main axis is defined as the direction of astigmatism (S30).

【0028】なお、上述の非点収差の方向を求める手順
に関し、2次モーメントを算出する代わりに、画像Ib
の画像中心から楕円形状の輪郭部分までの距離を画像中
心の回りで求め、最大距離を示す方向の垂直方向を非点
収差の方向としても良い。また、最大距離を示す方向の
垂直方向と最短距離を示す方向との間の平均方向を非点
収差の方向としても良い。また、最短距離を示す方向を
非点収差の方向としても良い。
In the above procedure for obtaining the direction of astigmatism, instead of calculating the second moment, the image Ib
The distance from the center of the image to the elliptical contour may be determined around the center of the image, and the vertical direction indicating the maximum distance may be set as the direction of astigmatism. Further, an average direction between the vertical direction indicating the maximum distance and the direction indicating the shortest distance may be set as the direction of astigmatism. Further, the direction indicating the shortest distance may be the direction of astigmatism.

【0029】さて、S5における非点収差の方向を求め
るステップが終了した後に、焦点位置を変化させながら
2次粒子信号画像を入力し、合焦点位置を求める。焦点
を変化させる範囲は予め設定しておき、この範囲内で予
め設定しておいた一定のステップ毎に焦点をずらしてい
く(S6)。そして、設定した焦点位置において2次粒
子信号画像を入力する(S7)。入力した2次粒子信号
画像に対し、画像中心を回転中心としたアフィン変換を
適用して、非点収差の方向θsだけ画像を回転させた画
像IR を求める(S8)。入力画像中の点(x,y)に
対し、 x´=x cos(θs)−y sin(θs) y´=x sin(θs)+y cos(θs) なる変換式を適用することにより回転後の位置(x',
y')が求まる。この回転画像IR に関し、鮮明度を算出
する(S9)。
After the step of determining the direction of astigmatism in S5 is completed, a secondary particle signal image is input while changing the focal position, and the focal point is determined. The range in which the focal point is changed is set in advance, and the focal point is shifted in predetermined steps within this range (S6). Then, a secondary particle signal image is input at the set focal position (S7). An affine transformation with the image center as the rotation center is applied to the input secondary particle signal image to obtain an image I R obtained by rotating the image by the astigmatism direction θs (S8). By applying the conversion formula x ′ = x cos (θs) −y sin (θs) y ′ = x sin (θs) + y cos (θs) to the point (x, y) in the input image, Position (x ',
y ') is obtained. The sharpness is calculated for the rotated image I R (S9).

【0030】非点収差が存在すると、前記図15(a)
(c)又は図18(a)(c)に示すように、ビーム形
状が合焦点位置を境にして90度変化するため、ボケの
方向(非点収差の方向)も合焦点位置を境に90度変化
する。つまり、回転画像IRにおいては、合焦点位置を
境にボケの方向がx方向からy方向、又はy方向からx
方向に変化するため、x方向及びy方向のボケの度合い
から画像の鮮明度を算出する。
If astigmatism is present, the above-mentioned FIG.
As shown in FIG. 18 (c) or FIGS. 18 (a) and 18 (c), since the beam shape changes by 90 degrees from the focal point position, the direction of blur (the direction of astigmatism) also varies from the focal point position. Changes 90 degrees. That is, in the rotated image I R , the direction of the blur is the x direction from the y direction or the x direction from the y direction at the in-focus position.
Since it changes in the direction, the sharpness of the image is calculated from the degree of blur in the x direction and the y direction.

【0031】そして、上記の焦点位置設定ステップ(S
6)から鮮明度算出ステップ(S9)までを、予め設定
した焦点位置の範囲内で繰り返す(S10)。焦点が合
っている画像は、焦点がずれている画像より画像中の高
周波成分が多くなる。このため、通常はフーリエ変換に
より周波数のパワースペクトルを求めたり、微分フィル
タ等の高域強調フィルタをかけたりして、高周波成分が
最大となる焦点位置を算出する。しかし、SEM画像は
ノイズによる高周波成分を多く含むため、フーリエ変換
や通常の微分フィルタでは試料上の高周波成分の変化を
細かく調べることが難しい。
Then, the focus position setting step (S
Steps from 6) to the sharpness calculation step (S9) are repeated within a preset focus position range (S10). An in-focus image has more high-frequency components in the image than an out-of-focus image. For this reason, the focus position where the high-frequency component becomes maximum is usually calculated by obtaining the power spectrum of the frequency by Fourier transform or applying a high-frequency emphasizing filter such as a differential filter. However, since the SEM image contains many high-frequency components due to noise, it is difficult to examine the change in the high-frequency component on the sample in detail by using a Fourier transform or an ordinary differential filter.

【0032】そこで、ランダムノイズの影響を受けず、
試料上のエッジ部分が強調可能なフィルタをSEM画像
に施し、得られたエッジ強調画像の輝度の総和を鮮明度
の尺度とすることにより、ノイズの多い画像に対しても
安定に合焦点位置が求まる手法を開発した。詳細を図9
を用いて説明する。
Therefore, without being affected by random noise,
By applying a filter capable of enhancing the edge portion on the sample to the SEM image and using the sum of the brightness of the obtained edge-enhanced image as a measure of sharpness, the focus position can be stably set even for a noisy image. We have developed a method to find it. Figure 9 for details
This will be described with reference to FIG.

【0033】画像中の各点Pを重心とする縦方向及び横
方向の探索領域(それぞれ高さH,幅W)を設定する。
そして、この探索領域を点Pを中心とした2つの領域
A,Bにそれぞれ分割する。この領域AとBの間の分散
値 σ=(mA −nT )×(mA −nT )+(mB −nT
×(mB −nT ) を横探索領域及び縦探索領域においてそれぞれ求め、σ
A 及びσB と記述する。ここで、σA 及びσB は領域A
及びBに含まれる画素の平均輝度、mT は領域A,Bを
合わせた探索領域全体の平均輝度である。領域間分散値
は、領域Aと領域Bの間にステップ状のエッジが存在す
る場合、大きな値を示すが、探索領域の高さや幅がある
程度大きい場合、ランダムノイズのみを含む領域では小
さな値となる。このため、ノイズの多い画像において
も、試料上に存在する真のエッジ部分のみを強調するこ
とが可能である。画像中の各点Pにおいて横探索領域の
分散値σh,縦探索領域の分散値σvをそれぞれ求め、
σh<σvならばσvを、σh>σvならばσhを点P
の分散値σとする。
A search area (height H and width W, respectively) is set in the vertical and horizontal directions with each point P in the image as the center of gravity.
Then, the search area is divided into two areas A and B centered on the point P. Variance between the regions A and B σ = (m A -n T ) × (m A -n T) + (m B -n T)
× (m B −n T ) is obtained in each of the horizontal search area and the vertical search area.
Referred to as A and sigma B. Here, σ A and σ B are in the region A
And B, the average luminance of the pixels included in B, and m T is the average luminance of the entire search area including areas A and B. The inter-region variance shows a large value when a step-shaped edge exists between the region A and the region B, but a small value when the height or width of the search region is large to some extent, in a region containing only random noise. Become. Therefore, even in a noisy image, it is possible to emphasize only a true edge portion existing on the sample. At each point P in the image, the variance value σh of the horizontal search area and the variance value σv of the vertical search area are obtained,
If σh <σv, then σv, if σh> σv, σh
And a variance value σ.

【0034】横探索領域の分散値σhは、点Pの付近に
縦エッジが存在する場合に大きな値を持つ。逆に、縦探
索領域の分散値σvは、点Pの付近に横エッジが存在す
る場合に大きな値を持つ。焦点位置がずれている場合、
回転画像IR は横方向(x方向)又は縦方向(y方向)
にボケた画像となるため、縦エッジか横エッジのいずれ
か一方がボケた状態となり、各点Pにおいてσhかσv
のいずれか一方が合焦点位置に比べ低い値を示す。この
ため、分散値σの画像全体に対する総和Sは、合焦点位
置で入力した画像が最も高い値となる。このため、画像
中の各点での分散値の総和Sを、画像のボケの度合いを
はかる鮮明度として用いる。
The variance value σh of the horizontal search area has a large value when a vertical edge exists near the point P. Conversely, the variance value σv of the vertical search area has a large value when a horizontal edge exists near the point P. If the focus position is off,
Rotated image I R is the horizontal direction (x-direction) or vertical direction (y-direction)
, One of the vertical edge and the horizontal edge is blurred, and at each point P, σh or σv
Either one of them shows a lower value than the in-focus position. Therefore, the sum S of the variance value σ for the entire image has the highest value for the image input at the in-focus position. For this reason, the sum S of the variance values at each point in the image is used as the sharpness that measures the degree of blur of the image.

【0035】予め設定した始点から終点まで焦点位置を
等間隔で順次ずらし、2次粒子信号画像を入力する。そ
して、各焦点位置Fi での鮮明度Si を求める。図10
に示すように、横軸に焦点位置Fi を、縦軸に鮮明度S
i をプロットした鮮明度曲線は、合焦点位置がピークと
なる上に凸な形状を示すため、鮮明度曲線を作成し、そ
の鮮明度がピークとなる焦点位置Fmax を求めることで
合焦点位置を検出することができる(S11)。そし
て、対物レンズ24を調整し、焦点位置をFmaxに合わ
せる(S12)。
The focal position is sequentially shifted at regular intervals from a preset start point to an end point, and a secondary particle signal image is input. Then, the sharpness Si at each focal position Fi is obtained. FIG.
, The horizontal axis represents the focal position Fi, and the vertical axis represents the sharpness S.
The sharpness curve in which i is plotted has an upwardly convex shape at which the focus point becomes a peak. Therefore, a sharpness curve is created, and the focus position Fmax at which the sharpness becomes a peak is obtained to determine the focus position. It can be detected (S11). Then, the objective lens 24 is adjusted to adjust the focal position to Fmax (S12).

【0036】ピーク位置を算出する手法としては、鮮明
度が最大となる焦点位置を単純に求める手法の他、鮮明
度曲線にガウス分布曲線や2次曲線等の曲線を当ては
め、この曲線上のピーク位置を求める手法等が適用可能
である。また、鮮明度を求めるために用いる点は、画像
中の全点に限らず一部領域内でも良い。さらに、各点の
分散値σを各点の分散値の最大値σmax で正規化した
値、例えば(σ/σmax )×255なる式で8ビット画
像に変換した値の総和を求め、鮮明度とすることも可能
である。また、横探索領域の高さをH=1とし、縦探索
領域の幅をW=1と設定した1ライン上の領域間の分散
値を用いることも可能である。
As a method of calculating the peak position, in addition to a method of simply finding the focal position at which the sharpness becomes maximum, a curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve is applied to the sharpness curve, and the peak on this curve is obtained. A method for obtaining the position or the like can be applied. Further, the points used for obtaining the sharpness are not limited to all points in the image, but may be in a partial area. Further, a value obtained by normalizing the variance value σ of each point by the maximum value σmax of the variance value of each point, for example, the sum of values converted into an 8-bit image by an equation of (σ / σmax) × 255 is obtained, and It is also possible. It is also possible to use the variance between the areas on one line in which the height of the horizontal search area is set to H = 1 and the width of the vertical search area is set to W = 1.

【0037】なお、鮮明度算出ステップ(S9)では、
画像中の各点での分散値の総和Sを画像のボケの度合い
をはかる鮮明度として用いたが、画像中の各点での分散
値の平均値を鮮明度として用いても良い。また、各探索
領域で定めた領域間分散値の最大値を画像中の各点の分
散値としたが、領域間分散値の平均値を画像中の各点の
分散値としても良い。
In the sharpness calculation step (S9),
Although the sum S of the variance values at each point in the image is used as the sharpness for measuring the degree of blur of the image, the average value of the variance values at each point in the image may be used as the sharpness. Although the maximum value of the inter-region variance determined in each search region is set as the variance of each point in the image, the average value of the inter-region variance may be set as the variance of each point in the image.

【0038】図11に、本実施形態における非点収差補
正装置の合焦点位置検出部22の構成図を示す。前記図
14に示すようなSEMにおける荷電粒子光学鏡筒の検
出器11の検出信号を入力し、電子ビームの2次元走査
による2次粒子信号画像を入力する2次粒子信号画像入
力部21より得られた画像から、非点収差の方向を算出
する非点収差方向算出部30と、2次粒子信号画像入力
部21より入力された画像を非点収差方向算出部30に
より得られた非点収差の方向だけ回転し、非点収差の方
向を画像の横方向(x方向)とする画像回転部31と、
回転した画像に対し上述の手法で鮮明度を算出する鮮明
度算出部32と、複数の焦点位置で算出した鮮明度を用
いて作成した鮮明度曲線から鮮明度がピークとなる焦点
位置を算出し、焦点調整部23及び非点収差補正部25
に焦点位置を出力する鮮明度ピーク焦点位置算出部33
から構成されている。なお、鮮明度算出部32は、焦点
調整部23に予め設定しておいた焦点位置を出力し、焦
点位置を変化させる。
FIG. 11 is a block diagram of the in-focus position detecting section 22 of the astigmatism correction device according to the present embodiment. A detection signal of the detector 11 of the charged particle optical column in the SEM as shown in FIG. 14 is input, and a secondary particle signal image input unit 21 for inputting a secondary particle signal image by two-dimensional scanning of an electron beam is obtained. An astigmatism direction calculation unit 30 for calculating the direction of astigmatism from the obtained image, and an astigmatism obtained by the astigmatism direction calculation unit 30 from the image input from the secondary particle signal image input unit 21. An image rotator 31 that rotates only in the direction of?
A sharpness calculation unit 32 that calculates the sharpness of the rotated image by the above-described method, and a focus position at which the sharpness reaches a peak is calculated from a sharpness curve created using the sharpness calculated at a plurality of focus positions. , Focus adjustment unit 23 and astigmatism correction unit 25
Peak focus position calculation unit 33 that outputs the focus position to
It is composed of Note that the sharpness calculation unit 32 outputs a preset focus position to the focus adjustment unit 23 to change the focus position.

【0039】図12に、焦点の合っている画像を入力し
て非点収差を補正する手法(S2)の処理フローを示
し、以下にこれを説明する。まず、予め設定しておいた
位置からx方向のスティグマタ27を予め設定しておい
たステップ毎に変化させ(S13)、2次粒子信号画像
を入力する(S14)。次いで、入力した2次粒子信号
画像を予め設定しておいた角度θ1だけ回転させる(S
15)。通常、θ1=45度とする。画像の回転手法
は、合焦点位置検出手法と同じ手法を用いる。次いで、
回転画像の鮮明度を合焦点位置検出手法と同じ手法で求
める(S16)。そして。上記のx方向スティグマタ設
定ステップ(S13)から鮮明度算出ステップ(S1
6)までを、予め設定した範囲内で繰り返す(S1
7)。
FIG. 12 shows a processing flow of a method (S2) for correcting an astigmatism by inputting an in-focus image, which will be described below. First, the x-direction stigmata 27 is changed from a preset position for each preset step (S13), and a secondary particle signal image is input (S14). Next, the input secondary particle signal image is rotated by a preset angle θ1 (S
15). Usually, θ1 is 45 degrees. As the image rotation method, the same method as the in-focus position detection method is used. Then
The sharpness of the rotated image is obtained by the same method as the in-focus position detection method (S16). And. From the x-direction stigmata setting step (S13) to the sharpness calculation step (S1)
6) is repeated within a preset range (S1).
7).

【0040】次いで、鮮明度がピークとなるx方向のス
ティグマタ値XSmax を、合焦点位置検出手法での手法
同じやり方で求める(S18)。そして、x方向のステ
ィグマタ27をXSmax に合わせる(S19)。次い
で、予め設定しておいた位置からy方向のスティグマタ
29を予め設定しておいたステップ毎に変化させ(S2
0)、2次粒子信号画像を入力する(S21)。そし
て、入力した2次粒子信号画像を予め設定しておいた角
度θ2だけ回転させる(S22)。通常、θ2=0度と
する。画像の回転手法は、合焦点位置検出手法と同じ手
法を用いる。次いで、回転画像の鮮明度を合焦点位置検
出手法と同じ手法で求める(S23)。そして。上記の
y方向スティグマタ設定ステップ(S20)から鮮明度
算出ステップ(S23)までを、予め設定した範囲内で
繰り返す(S24)。
Next, a stigmata value XSmax in the x direction at which the sharpness reaches a peak is obtained in the same manner as the in-focus position detecting method (S18). Then, the stigmator 27 in the x direction is adjusted to XSmax (S19). Next, the stigmata 29 in the y direction is changed from the preset position at every preset step (S2).
0) A secondary particle signal image is input (S21). Then, the input secondary particle signal image is rotated by the preset angle θ2 (S22). Usually, θ2 = 0 degrees. As the image rotation method, the same method as the in-focus position detection method is used. Next, the sharpness of the rotated image is obtained by the same method as the in-focus position detection method (S23). And. The steps from the y-direction stigmata setting step (S20) to the sharpness calculation step (S23) are repeated within a preset range (S24).

【0041】次いで、鮮明度がピークとなるy方向のス
ティグマタ値YSmax を、合焦点位置検出手法と同じや
り方で求める(S25)。そして、y方向のスティグマ
タ29をYSmax に合わせる(S26)。以上の手法に
より、SEMの非点収差の補正を行うことができる。
Next, a stigmata value YSmax in the y direction at which the sharpness reaches a peak is obtained in the same manner as the in-focus position detecting method (S25). Then, the stigmator 29 in the y direction is adjusted to YSmax (S26). With the above method, it is possible to correct the astigmatism of the SEM.

【0042】図13に、非点収差補正装置の非点収差補
正部25の構成を示す。合焦点位置検出部22より入力
されてくる焦点の合った2次粒子信号画像に対し、予め
設定しておいた回転角で画像を回転させる画像回転部3
4と、回転させた画像に対し鮮明度を算出すると共に、
x方向スティグマタ調整部26とy方向スティグマタ調
整部28にスティグマタの設定値を出力する鮮明度算出
部35と、複数のx方向又はy方向スティグマタ設定値
で算出した鮮明度を用いて作成した鮮明度曲線から鮮明
度がピークとなるx方向又はy方向スティグマタ値を算
出し、x方向スティグマタ調整部26又はy方向スティ
グマタ調整部28に出力する鮮明度ピークスティグマタ
値算出部36から構成されている。
FIG. 13 shows the configuration of the astigmatism correction unit 25 of the astigmatism correction device. An image rotator 3 that rotates the focused secondary particle signal image input from the in-focus position detector 22 by a preset rotation angle.
4 and calculate the sharpness of the rotated image,
A sharpness calculation unit 35 that outputs a set value of the stigmata to the x-direction stigmata adjustment unit 26 and the y-direction stigmata adjustment unit 28, and a sharpness calculated by a plurality of x-direction or y-direction stigmata set values. A sharpness peak stigmata value calculation unit that calculates an x-direction or y-direction stigmata value at which sharpness peaks from the created sharpness curve and outputs it to the x-direction stigmata adjustment unit 26 or the y-direction stigmata adjustment unit 28 36.

【0043】このように本実施形態によれば、電子ビー
ムを試料上で2次元走査した時に得られる2次粒子信号
を抽出することにより2次粒子信号画像を作成し、この
2次粒子信号画像に対し対物レンズ24の焦点を合わせ
る。このとき、x方向及びy方向のスティグマタ27,
29により故意に非点を発生させ、非点が発生した状態
で入力した2次粒子信号画像から非点収差の方向を求
め、予め設定した焦点位置において入力された2次粒子
信号画像を非点収差の方向が画像中で水平又は垂直とな
るよう回転させ、回転した2次粒子信号画像から画像の
鮮明度を算出し、鮮明度がピークとなる焦点位置を算出
してこの焦点位置に合わせる。
As described above, according to the present embodiment, a secondary particle signal image is created by extracting a secondary particle signal obtained when the electron beam is two-dimensionally scanned on the sample, and this secondary particle signal image is created. , The focus of the objective lens 24 is adjusted. At this time, the stigmata 27 in the x direction and the y direction
29, an astigmatism is intentionally generated, the direction of astigmatism is obtained from the secondary particle signal image input in a state where the astigmatism is generated, and the secondary particle signal image input at a preset focal position is converted to the astigmatism. The image is rotated so that the direction of the aberration is horizontal or vertical in the image, the sharpness of the image is calculated from the rotated secondary particle signal image, and the focal position where the sharpness reaches a peak is calculated and adjusted to this focal position.

【0044】次いで、合焦点位置で得られた2次粒子信
号画像に対し電子ビームの非点収差が小さくなるようス
ティグマタを調整することにより、非点収差の補正を行
う。このとき、x方向のスティグマタ値を設定し、入力
された2次粒子信号画像を回転した画像の鮮明度を算出
し、鮮明度がピークとなるx方向のスティグマタ値を算
出し、算出したスティグマタ値にx方向のスティグマタ
27を合わせ、x方向のスティグマタ値を保持したまま
y方向のスティグマタ値を設定し、入力された2次粒子
信号画像を回転した画像の鮮明度を算出し、鮮明度がピ
ークとなるy方向のスティグマタ値を算出し、鮮明度が
ピークとなるy方向のスティグマタ値にy方向のスティ
グマタ29を合わせる。
Next, the astigmatism is corrected by adjusting the stigmata of the secondary particle signal image obtained at the in-focus position so that the astigmatism of the electron beam is reduced. At this time, the x-direction stigmata value was set, the sharpness of the image obtained by rotating the input secondary particle signal image was calculated, and the x-direction stigmata value at which the sharpness reached a peak was calculated and calculated. The stigmata 27 in the x direction is matched with the stigmata value, the stigmata value in the y direction is set while the stigmata value in the x direction is maintained, and the sharpness of an image obtained by rotating the input secondary particle signal image is calculated. Then, a y-direction stigmata value at which the sharpness reaches a peak is calculated, and the y-direction stigmata 29 is matched with the y-direction stigmata value at which the sharpness reaches a peak.

【0045】これにより、試料表面を観察するためのS
EMにおいて、作業者の視覚に頼ることなくスティグマ
タの調整を自動で行うことができ、非点収差の補正を高
精度かつ容易に行うことができ、非点収差に起因する電
子ビームの断面形状による観察精度の低下を未然に防止
することが可能となる。
Thus, S for observing the sample surface is
In EM, stigmata can be automatically adjusted without relying on the operator's vision, astigmatism can be corrected with high accuracy and easily, and the cross-sectional shape of the electron beam caused by astigmatism It is possible to prevent a decrease in observation accuracy due to the above.

【0046】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、非点収差補正する第
2のステップにおいて、x方向のスティグマタ値を合わ
せた後にy方向のスティグマタ値を合わせたが、y方向
のスティグマタ値を合わせた後にx方向のスティグマタ
値を合わせてもよい。さらに、x方向及びy方向のステ
ィグマタ値を同時に変化させ、鮮明度がピークとなる位
置を求めても良い。また実施形態では、標準サンプルと
して円形パターンを有する試料を用いたが、サンプルと
してはこれに限定されることはなく、フーリエ変換して
低周波成分を2値化により抽出した際、主軸が存在する
試料なら全て標準サンプルとして用いることができる。
The present invention is not limited to the above embodiment. In the embodiment, in the second step for correcting astigmatism, the stigmata value in the y direction is adjusted after the stigmata value in the x direction is adjusted, but the stigma value in the x direction is adjusted after the stigmata value in the y direction is adjusted. The data values may be matched. Furthermore, the stigmata values in the x direction and the y direction may be changed simultaneously to find the position where the sharpness reaches a peak. In the embodiment, a sample having a circular pattern is used as a standard sample. However, the sample is not limited to this, and a main axis exists when Fourier transform is performed to extract a low-frequency component by binarization. Any sample can be used as a standard sample.

【0047】また本発明は、SEMのような観察装置に
限るものではなく、電子ビームやイオンビーム等を用い
てLSIパターンを描画する荷電粒子描画装置に適用す
ることも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。
The present invention is not limited to an observation apparatus such as an SEM, but can be applied to a charged particle writing apparatus for writing an LSI pattern using an electron beam, an ion beam, or the like. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、試
料上に荷電粒子ビームを2次元的に走査して得られる2
次粒子信号を抽出することにより2次粒子信号画像を作
成し、この2次粒子信号画像に対し荷電粒子光学鏡筒の
レンズ系の焦点を合わせ、次いで合焦点位置で得られた
2次粒子信号画像に対し、荷電ビームの非点収差が小さ
くなるようスティグマタを調整することにより、非点収
差の補正を行うことができる。従って、非点収差の補正
を高精度かつ容易に行うことができ、非点収差に起因す
るビームの断面形状による観察精度の低下等を未然に防
止することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, a charged particle beam obtained by two-dimensionally scanning a sample on a sample is obtained.
A secondary particle signal image is created by extracting a secondary particle signal, the lens system of the charged particle optical column is focused on this secondary particle signal image, and then the secondary particle signal obtained at the in-focus position The astigmatism can be corrected for the image by adjusting the stigmata so that the astigmatism of the charged beam is reduced. Therefore, correction of astigmatism can be easily performed with high accuracy, and it is possible to prevent a decrease in observation accuracy due to the cross-sectional shape of the beam due to astigmatism.

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

【図1】本発明の一実施形態に係わる非点収差補正方法
の処理フローを示す図。
FIG. 1 is a view showing a processing flow of an astigmatism correction method according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態に係わる非点収差補正装置
の概略構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an astigmatism correction device according to an embodiment of the present invention.

【図3】実施形態に用いた標準サンプルの例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of a standard sample used in the embodiment.

【図4】焦点を合わせる手法の処理フローを示す図。FIG. 4 is a diagram showing a processing flow of a focusing method.

【図5】非点収差の方向を求める手法の処理フローを示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing a processing flow of a method for obtaining a direction of astigmatism.

【図6】2値化しきい値を設定するための帯状領域を説
明するための図。
FIG. 6 is a view for explaining a band-like area for setting a binarization threshold;

【図7】主軸及び主軸と直交する方向の軸を説明するた
めの図。
FIG. 7 is a view for explaining a main axis and an axis in a direction orthogonal to the main axis.

【図8】非点収差が存在しない時のビーム断面形状を示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing a beam cross-sectional shape when astigmatism does not exist.

【図9】領域間分散を求めるための探索領域を説明する
ための図。
FIG. 9 is a diagram for explaining a search area for obtaining inter-area variance.

【図10】鮮明度曲線を説明するための図。FIG. 10 is a diagram for explaining a sharpness curve.

【図11】合焦点位置検出部の概略構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a focus position detection unit.

【図12】非点収差を補正する手法の処理フローを示す
図。
FIG. 12 is a diagram showing a processing flow of a technique for correcting astigmatism.

【図13】非点収差補正部の概略構成を示す図。FIG. 13 is a diagram illustrating a schematic configuration of an astigmatism correction unit.

【図14】従来技術に係わるSEMの基本構成を示す
図。
FIG. 14 is a diagram showing a basic configuration of an SEM according to the related art.

【図15】焦点距離に応じたビームの断面形状の変化を
示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a change in a cross-sectional shape of a beam according to a focal length.

【図16】試料表面形状とビーム断面形状のx,y方向
の分布を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing distributions of a sample surface shape and a beam cross-sectional shape in the x and y directions.

【図17】非点収差が無い時のビーム断面形状の変化を
示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a change in a beam cross-sectional shape when there is no astigmatism.

【図18】ビーム断面がx,y軸に45度傾いた方向に
変形する非点収差が存在する時のビーム断面形状の変化
を示す図。
FIG. 18 is a diagram illustrating a change in the beam cross-sectional shape when there is astigmatism that deforms the beam cross-section in a direction inclined at 45 degrees to the x and y axes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

S1〜S30…各種ステップ 1…カソード 2…アノード 3…電子銃 4…電子ビーム 5…コンデンサレンズ 6,24…対物レンズ 7…絞りマスク 8…試料 9…試料台 10…偏向器 11…検出器 12…走査制御回路 13…画像表示装置 15…スティグマタ 21…2次粒子信号画像入力部 22…合焦点位置検出部 23…焦点調整部 25…非点収差補正部 26…x方向スティグマタ調整部 27…x方向スティグマタ 28…y方向スティグマタ調整部 29…y方向スティグマタ 30…非点収差方向算出部 31…画像回転部 32…鮮明度算出部 33…鮮明度ピーク焦点位置算出部 34…画像回転部 35…鮮明度算出部 36…鮮明度ピークスティグマタ値算出部 S1 to S30 Various steps 1 Cathode 2 Anode 3 Electron gun 4 Electron beam 5 Condenser lens 6, 24 Objective lens 7 Aperture mask 8 Sample 9 Sample table 10 Deflector 11 Detector 12 ... scanning control circuit 13 ... image display device 15 ... stigmata 21 ... secondary particle signal image input unit 22 ... focus point position detection unit 23 ... focus adjustment unit 25 ... astigmatism correction unit 26 ... x-direction stigmata adjustment unit 27 ... x-direction stigmata 28 ... y-direction stigmata adjustment unit 29 ... y-direction stigmata 30 ... astigmatism direction calculation unit 31 ... image rotation unit 32 ... clarity calculation unit 33 ... clarity peak focal position calculation unit 34 ... image Rotating unit 35: Clarity calculation unit 36: Clarity peak stigmata value calculation unit

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】非点収差を補正するためのスティグマタを
備えた荷電粒子光学鏡筒を用い、試料上に荷電粒子ビー
ムを2次元的に走査して得られる2次粒子信号を抽出す
ることにより作成される2次粒子信号画像に対し、前記
荷電粒子光学鏡筒のレンズ系の焦点を合わせる第1のス
テップと、合焦点位置で得られた2次粒子信号画像にに
対し、2次粒子信号画像情報に基づいて荷電ビームの非
点収差が小さくなるよう前記スティグマタを調整するこ
とにより非点収差を補正する第2のステップとを有する
ことを特徴とする荷電粒子光学鏡筒における非点収差補
正方法。
1. A method for extracting a secondary particle signal obtained by two-dimensionally scanning a charged particle beam on a sample using a charged particle optical column having a stigmator for correcting astigmatism. A first step of focusing the lens system of the charged particle optical column on the secondary particle signal image created by A second step of correcting the astigmatism by adjusting the stigmata so as to reduce the astigmatism of the charged beam based on the signal image information. Aberration correction method.
【請求項2】前記第1のステップが、前記スティグマタ
により非点を発生させる第3のステップと、非点が発生
した状態で2次粒子信号画像を入力する第4のステップ
と、入力した2次粒子信号画像から非点収差の方向を求
める第5のステップと、予め設定しておいた位置に焦点
位置を設定する第6のステップと、設定した焦点位置に
おいて2次粒子信号画像を入力する第7のステップと、
入力された2次粒子信号画像を非点収差の方向が画像中
で水平又は垂直となるよう回転させる第8のステップ
と、回転した2次粒子信号画像から画像の鮮明度を算出
する第9のステップと、予め設定しておいた焦点位置に
対してそれぞれ求めた鮮明度の中から鮮明度がピークと
なる焦点位置を算出する第11のステップと、算出した
鮮明度がピークとなる焦点位置に合わせる第12のステ
ップとからなることを特徴とする請求項1記載の荷電粒
子光学鏡筒における非点収差補正方法。
2. The method according to claim 1, wherein the first step includes a third step of generating astigmatism by the stigmata, and a fourth step of inputting a secondary particle signal image in a state where the astigmatism is generated. A fifth step of obtaining the direction of astigmatism from the secondary particle signal image, a sixth step of setting the focal position to a preset position, and inputting the secondary particle signal image at the set focal position A seventh step,
Eighth step of rotating the input secondary particle signal image so that the direction of astigmatism is horizontal or vertical in the image, and Ninth step of calculating the sharpness of the image from the rotated secondary particle signal image Step, an eleventh step of calculating a focus position at which the sharpness peaks from among the sharpness values determined for the preset focus positions, and a step of calculating the focus position at which the calculated sharpness peaks. 2. A method for correcting astigmatism in a charged particle optical lens barrel according to claim 1, comprising a twelfth step of adjusting.
【請求項3】前記第2のステップが、x方向のスティグ
マタ値を設定する第13のステップと、2次粒子信号画
像を入力する第14のステップと、入力された2次粒子
信号画像を予め設定しておいた角度だけ回転させる第1
5のステップと、回転した2次粒子信号画像から画像の
鮮明度を算出する第16のステップと、予め設定してお
いたx方向のスティグマタ値に対してそれぞれ求めた鮮
明度の中から鮮明度がピークとなるx方向のスティグマ
タ値を算出する第18のステップと、算出した鮮明度が
ピークとなるx方向のスティグマタ値にx方向のスティ
グマタを合わせる第19のステップと、x方向のスティ
グマタ値を保持したまま、y方向のスティグマタ値を設
定する第20のステップと、2次粒子信号画像を入力す
る第21のステップと、入力された2次粒子信号画像を
予め設定しておいた角度だけ回転させる第22のステッ
プと、回転した2次粒子信号画像から画像の鮮明度を算
出する第23のステップと、予め設定しておいたy方向
のスティグマタ値に対してそれぞれ求めた鮮明度の中か
ら鮮明度がピークとなるy方向のスティグマタ値を算出
する第25のステップと、算出した鮮明度がピークとな
るy方向のスティグマタ値にy方向のスティグマタを合
わせる第26のステップとからなることを特徴とする請
求項1に記載の荷電粒子光学鏡筒における非点収差補正
方法。
3. The method according to claim 1, wherein the second step is a thirteenth step of setting a stigmata value in the x direction, a fourteenth step of inputting a secondary particle signal image, and a step of converting the input secondary particle signal image. First to rotate by a preset angle
Step 5, a sixteenth step of calculating the sharpness of the image from the rotated secondary particle signal image, and sharpness from among the sharpnesses respectively determined for the preset x-direction stigmata value. An eighteenth step of calculating an x-direction stigmata value at which the degree peaks, a nineteenth step of adjusting the x-direction stigmata value to the calculated sharpness x-direction stigmata value, and an x-direction A twentieth step of setting a stigmata value in the y direction while holding the stigmata value of the first step, a twenty-first step of inputting a secondary particle signal image, and setting of the input secondary particle signal image in advance. A twenty-second step of rotating the image by a predetermined angle, a twenty-third step of calculating the sharpness of the image from the rotated secondary particle signal image, and a previously set y-direction stigmata value. A twenty-fifth step of calculating a y-direction stigmata value at which sharpness peaks from the respective sharpness values obtained; and a y-direction stigma value at the calculated y-direction stigmata value at which the sharpness peaks. 26. The method for correcting astigmatism in a charged particle optical column according to claim 1, comprising a twenty-sixth step of adjusting the astigmatism.
【請求項4】前記第5のステップが、2次粒子信号画像
の2次空間でのフーリエ変換を行いパワースペクトルを
算出する第27のステップと、パワースペクトルを2値
化した画像を求める第28のステップと、2値化画像の
主軸とこの主軸に直交する方向の軸を求める第29のス
テップと、2値化画像中の各点の主軸に対しての距離と
主軸に直交する方向の軸に対しての距離を求めること
で、非点収差の強さと方向を決定する第30のステップ
とからなることを特徴とする請求項2に記載の荷電粒子
光学鏡筒における非点収差補正方法。
4. The fifth step is a twenty-seventh step of performing a Fourier transform on the secondary space of the secondary particle signal image to calculate a power spectrum, and the twenty-eighth step of obtaining a binary image of the power spectrum. Step 29, a main axis of the binarized image and an 29th step of obtaining an axis in a direction orthogonal to the main axis, a distance between each point in the binarized image to the main axis and an axis in a direction orthogonal to the main axis 3. The astigmatism correction method for a charged particle optical column according to claim 2, comprising a thirtieth step of determining a strength and a direction of astigmatism by calculating a distance to the astigmatism.
【請求項5】請求項2における第9のステップ又は請求
項3における第16及び第23のステップが、2次粒子
信号画像中で各点の周囲に設定した複数の探索領域をそ
れぞれ2つの領域に分け、これら2つの領域間の分散値
を各探索領域において求め、これら各探索領域で定めた
領域間分散値の最大値又は平均値を画像中の各点の分散
値とし、画像中で設定した領域内の各点で求めた分散値
の総和又は平均値を、2次粒子信号画像の鮮明度として
算出することを特徴とする荷電粒子光学鏡筒における非
点収差補正方法。
5. The ninth step according to claim 2 or the sixteenth and twenty-third steps according to claim 3, wherein a plurality of search regions set around each point in the secondary particle signal image are respectively divided into two regions. And the variance between these two areas is determined in each search area, and the maximum or average value of the variance between the areas determined in each search area is set as the variance of each point in the image, and set in the image. And calculating the sum or average of the variance values obtained at each point in the region as a sharpness of the secondary particle signal image.
【請求項6】請求項2における第9のステップ又は請求
項3における第16及び第23のステップが、2次粒子
信号画像中で各点を重心とする縦方向及び横方向の2つ
の探索領域を画像中で設定し、これらの探索領域を各点
を中心とした2つの領域A,Bにそれぞれ分割し、mA
及びmB を領域A及びBに含まれる画素の平均輝度、m
T を領域A,Bを合わせた探索領域全体の平均輝度とし
た場合に、 σ=(mA −mT )×(mA −mT )+(mB −mT
×(mB −mT ) なる式により横方向の探索領域及び縦方向の探索領域に
おける領域AとBの間の分散値をそれぞれ求め、これら
の分散値の総和又は平均値を、2次粒子信号画像の鮮明
度として算出することを特徴とする荷電粒子光学鏡筒に
おける非点収差補正方法。
6. The ninth step according to claim 2, or the sixteenth and twenty-third steps according to claim 3, wherein two search areas in the vertical direction and the horizontal direction with each point being the center of gravity in the secondary particle signal image. Is set in the image, and these search areas are divided into two areas A and B centered on each point, respectively, and m A
And m B are the average luminance of the pixels included in the regions A and B, m
T region A, when the average brightness of the entire search area combined B, σ = (m A -m T) × (m A -m T) + (m B -m T)
The variance values between the regions A and B in the search region in the horizontal direction and the search region in the vertical direction are obtained by the formula of × (m B −m T ), and the sum or average value of these variance values is calculated as A method for correcting astigmatism in a charged particle optical column, wherein the method calculates the sharpness of a signal image.
【請求項7】前記第11のステップが、予め設定してお
いた複数の焦点位置において算出した鮮明度の中から最
大値を示す焦点位置を選択することを特徴とする請求項
2記載の荷電粒子光学鏡筒における非点収差補正方法。
7. The charging method according to claim 2, wherein in the eleventh step, a focus position showing a maximum value is selected from sharpness calculated at a plurality of preset focus positions. A method for correcting astigmatism in a particle optical column.
【請求項8】前記第11のステップが、予め設定してお
いた複数の焦点位置において求めた鮮明度に対し、焦点
位置と鮮明度の関係を示した鮮明度曲線を作成し、この
鮮明度曲線にガウス分布曲線又は2次曲線等の曲線を当
てはめ、この曲線がピークとなる位置の焦点位置を算出
することを特徴とする請求項2記載の荷電粒子光学鏡筒
における非点収差補正方法。
8. The eleventh step is to create a sharpness curve showing the relationship between the focus position and the sharpness with respect to the sharpness obtained at a plurality of preset focus positions, 3. The method for correcting astigmatism in a charged particle optical column according to claim 2, wherein a curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve is applied to the curve, and a focal position at a position where the curve has a peak is calculated.
【請求項9】前記第18のステップが、予め設定してお
いた複数のx方向のスティグマタ値において算出した鮮
明度の中から、最大値を示すx方向のスティグマタ値を
選択することを特徴とする請求項3記載の荷電粒子光学
鏡筒における非点収差補正方法。
9. The eighteenth step is to select a maximum x-direction stigmata value from among sharpness values calculated in a plurality of preset x-direction stigmata values. 4. The method for correcting astigmatism in a charged particle optical column according to claim 3, wherein
【請求項10】前記第18のステップが、予め設定して
おいた複数のx方向のスティグマタ値において求めた鮮
明度に対し、x方向のスティグマタ値と鮮明度の関係を
示した鮮明度曲線を作成し、この鮮明度曲線にガウス分
布曲線又は2次曲線等の曲線を当てはめ、この曲線がピ
ークとなる位置の焦点位置を算出することを特徴とする
請求項3記載の荷電粒子光学鏡筒における非点収差補正
方法。
10. The sharpness indicating the relationship between the stigmata value in the x direction and the sharpness with respect to the sharpness obtained in a plurality of preset stigmata values in the x direction in the eighteenth step. 4. The charged particle optical mirror according to claim 3, wherein a curve is created, a curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve is applied to the sharpness curve, and a focal position at a position where the curve becomes a peak is calculated. A method for correcting astigmatism in a cylinder.
【請求項11】前記第25のステップが、予め設定して
おいた複数のy方向のスティグマタ値において算出した
鮮明度の中から、最大値を示すy方向のスティグマタ値
を選択することを特徴とする請求項3記載の荷電粒子光
学鏡筒における非点収差補正方法。
11. The twenty-fifth step is a step of selecting a y-direction stigmata value indicating a maximum value from among sharpness values calculated for a plurality of y-direction stigmata values set in advance. 4. The method for correcting astigmatism in a charged particle optical column according to claim 3, wherein
【請求項12】前記第25のステップが、予め設定して
おいた複数のy方向のスティグマタ値において求めた鮮
明度に対し、y方向のスティグマタ値と鮮明度の関係を
示した鮮明度曲線を作成し、この鮮明度曲線にガウス分
布曲線又は2次曲線等の曲線を当てはめ、この曲線がピ
ークとなる位置の焦点位置を算出することを特徴とする
請求項3記載の荷電粒子光学鏡筒における非点収差補正
方法。
12. The sharpness indicating the relationship between the stigmata value in the y direction and the sharpness in the twenty-fifth step with respect to the sharpness determined in a plurality of preset stigmata values in the y direction. 4. The charged particle optical mirror according to claim 3, wherein a curve is created, a curve such as a Gaussian distribution curve or a quadratic curve is applied to the sharpness curve, and a focal position at a position where the curve becomes a peak is calculated. A method for correcting astigmatism in a cylinder.
【請求項13】非点収差を補正するためのスティグマタ
を備えた荷電粒子光学鏡筒と、試料上に荷電粒子ビーム
を2次元的に走査して得られる2次粒子信号を抽出する
ことにより作成される2次粒子信号画像を入力する2次
粒子信号画像入力手段と、2次粒子信号画像の焦点を合
わせる合焦点位置検出手段と、前記荷電粒子光学鏡筒の
対物レンズを変化させて焦点位置を調整する焦点調整手
段と、前記合焦点位置検出手段で得られた合焦点位置に
焦点を合わせて入力した2次粒子信号画像に対し、荷電
ビームの非点収差が小さくなるよう前記スティグマタを
調整することにより非点収差を補正する非点収差補正手
段とを具備してなることを特徴とする荷電粒子光学鏡筒
における非点収差補正装置。
13. A charged particle optical column having a stigmator for correcting astigmatism, and a secondary particle signal obtained by two-dimensionally scanning a charged particle beam on a sample is extracted. Secondary particle signal image input means for inputting a secondary particle signal image to be created, in-focus position detecting means for focusing the secondary particle signal image, and focusing by changing the objective lens of the charged particle optical column Focus adjusting means for adjusting the position; and the stigmata for reducing the astigmatism of the charged beam with respect to the secondary particle signal image input by focusing on the in-focus position obtained by the in-focus position detecting means. Astigmatism correction means for correcting astigmatism by adjusting the astigmatism of the charged particle optical column.
JP04896297A 1996-09-12 1997-03-04 Astigmatism correction method and astigmatism correction device Expired - Fee Related JP3369894B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04896297A JP3369894B2 (en) 1997-03-04 1997-03-04 Astigmatism correction method and astigmatism correction device
US08/928,662 US6067164A (en) 1996-09-12 1997-09-12 Method and apparatus for automatic adjustment of electron optics system and astigmatism correction in electron optics device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04896297A JP3369894B2 (en) 1997-03-04 1997-03-04 Astigmatism correction method and astigmatism correction device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10247466A true JPH10247466A (en) 1998-09-14
JP3369894B2 JP3369894B2 (en) 2003-01-20

Family

ID=12817917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04896297A Expired - Fee Related JP3369894B2 (en) 1996-09-12 1997-03-04 Astigmatism correction method and astigmatism correction device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3369894B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1037253A2 (en) * 1999-03-05 2000-09-20 Schlumberger Technologies, Inc. Automation of beam control in scanning electron microscope systems
JP2009194272A (en) * 2008-02-18 2009-08-27 Hitachi High-Technologies Corp Reviewing process and device
JP2010135107A (en) * 2008-12-02 2010-06-17 Hitachi High-Technologies Corp Charged particle beam device, and charged particle beam evaluation device
JPWO2021100205A1 (en) * 2019-11-22 2021-05-27

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1037253A2 (en) * 1999-03-05 2000-09-20 Schlumberger Technologies, Inc. Automation of beam control in scanning electron microscope systems
EP1037253A3 (en) * 1999-03-05 2001-08-01 Schlumberger Technologies, Inc. Automation of beam control in scanning electron microscope systems
JP2009194272A (en) * 2008-02-18 2009-08-27 Hitachi High-Technologies Corp Reviewing process and device
JP2010135107A (en) * 2008-12-02 2010-06-17 Hitachi High-Technologies Corp Charged particle beam device, and charged particle beam evaluation device
JPWO2021100205A1 (en) * 2019-11-22 2021-05-27
WO2021100205A1 (en) * 2019-11-22 2021-05-27 株式会社日立ハイテク Charged particle ray system, and method to be implemented by control system of charged particle ray apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP3369894B2 (en) 2003-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10770258B2 (en) Method and system for edge-of-wafer inspection and review
US6067164A (en) Method and apparatus for automatic adjustment of electron optics system and astigmatism correction in electron optics device
US7714286B2 (en) Charged particle beam apparatus, aberration correction value calculation unit therefor, and aberration correction program therefor
JP4383950B2 (en) Charged particle beam adjustment method and charged particle beam apparatus
JP5603421B2 (en) Charged particle beam equipment with automatic aberration correction method
EP2101343B1 (en) Scanning transmission electron microscope and method of aberration correction therefor
JP2005063678A (en) Automatic focus correction method and automatic astigmatism correction method in charged particle beam device
JP3402868B2 (en) Astigmatism correction and focusing method for charged particle optical column
JP4248387B2 (en) Aberration automatic correction method and apparatus
JP4829584B2 (en) Method for automatically adjusting electron beam apparatus and electron beam apparatus
JP3340327B2 (en) Astigmatism correction method and astigmatism correction device
JP3369894B2 (en) Astigmatism correction method and astigmatism correction device
JP5836232B2 (en) Charged particle beam apparatus and aberration correction method
JP5315302B2 (en) Scanning transmission electron microscope and axis adjusting method thereof
JP2005183085A (en) Aberration automatically correcting method and device
EP3905302A1 (en) Scanning transmission electron microscope and adjustment method of optical system
JPH07307136A (en) Irradiator for charged particle beam
JP4283839B2 (en) Astigmatism adjustment method using electron beam apparatus
JP2000277046A (en) Automatic focusing method in scanning electronic microscope
JP2021176143A (en) Scanning transmission electron microscope and adjustment method of optical system
JP2010182423A (en) Focal evaluation method of charged particle beam and charged particle beam device
JP2001229866A (en) Automatic stigma adjustment apparatus
KR20220120647A (en) charged particle beam system
JP2010016007A (en) Charged particle beam adjustment method, and charged particle beam device
JP2019160464A (en) Electron microscope and adjustment method

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071115

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081115

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 7

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091115

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101115

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees