JPH1092354A - Device and method for automatic focusing of electron optics system for scanning electron microscope - Google Patents

Device and method for automatic focusing of electron optics system for scanning electron microscope

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JPH1092354A
JPH1092354A JP8241903A JP24190396A JPH1092354A JP H1092354 A JPH1092354 A JP H1092354A JP 8241903 A JP8241903 A JP 8241903A JP 24190396 A JP24190396 A JP 24190396A JP H1092354 A JPH1092354 A JP H1092354A
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JP
Japan
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image
optical system
electron microscope
scanning electron
images
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Application number
JP8241903A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Nakai
宏章 中井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To automatize focusing work for an electron optics system, relieve an operator from working load and greatly improve the throughput of work in inspecting semiconductors by adding a processor for images obtained from a scanning electron microscope. SOLUTION: The refraction factor of an object lens for a scanning electron microscope 11 is changed by a focusing part 12 for focusing and the preset number of images obtained from the scanning electron microscope 11 in sequence are accumulated in an image accumulating part 13. Then, the moving range of specimen images which exist in the images is calculated by a moving range calculating part 14. A focusing control part 16 judges whether an electron optics system must be focused or not in accordance with the moving rang of the specimen images and, if it must be focused, the optics system focusing part 15 focuses the electron optics system for the scanning electron microscope 11 in accordance with the moving range of the specimen images.

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、走査型電子顕微鏡
において、電子光学系の自動調節を行う電子光学系自動
調節装置及び電子光学系自動調節方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic optical system automatic adjusting apparatus and an electronic optical system automatic adjusting method for automatically adjusting an electronic optical system in a scanning electron microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型電子顕微鏡(Scanning Electoron
Microscope 、SEMと略す)は、半導体検査等の幅広
い分野で盛んに利用されている。半導体等といった試料
表面の微細構造を高倍率で検査するには、常にSEMの
電子光学系が正確に調整されている必要がある。つま
り、SEMの電子銃から照射される電子ビームが電子光
学系で十分に絞り込まれ、電子ビームが電子光学系の中
心を通過し、試料上の一点に集束するようにSEM電子
光学系が調整されていなければ、試料の微細構造の鮮鋭
な画像を獲得することができない。
2. Description of the Related Art Scanning electron microscope (Scanning Electoron)
Microscope and SEM are abundantly used in a wide range of fields such as semiconductor inspection. In order to inspect a fine structure of a sample surface such as a semiconductor at a high magnification, the electron optical system of the SEM must always be accurately adjusted. That is, the electron beam emitted from the electron gun of the SEM is sufficiently narrowed down by the electron optical system, and the SEM electron optical system is adjusted so that the electron beam passes through the center of the electron optical system and is focused on one point on the sample. Otherwise, a sharp image of the microstructure of the sample cannot be obtained.

【0003】このような電子光学系の調整作業には数種
類あるが、その中で特に電子光学系の中心軸を電子ビー
ムが通過するように対物レンズ絞りの軸合わせを行う調
整作業を対物レンズアライメントと呼ぶ。
There are several types of adjustment work for such an electron optical system. Among them, adjustment work for adjusting the axis of an objective lens stop so that an electron beam passes through the center axis of the electron optical system is particularly required. Call.

【0004】この対物レンズアライメントが狂ってい
る、つまり対物レンズ絞りの中心が電子ビームの軸に合
っていない場合には、試料に対して焦点を合わせる操作
を行った時、試料像が画像中で動く。この状況は、試料
に照射される電子ビームスポットの形状が真円にならな
い、いわゆる非点収差の原因となり、像の分解能を低下
させる。このため、通常、オペレータが手作業で対物レ
ンズを操作してオーバーフォーカスとアンダーフォーカ
スの像を交互に出力し、像が画像中で動かなくなるまで
対物レンズ絞りの位置を調整する。
If the objective lens is out of alignment, that is, if the center of the objective lens aperture is not aligned with the axis of the electron beam, when the operation of focusing on the sample is performed, the sample image is displayed in the image. Move. This situation causes so-called astigmatism in which the shape of the electron beam spot irradiated on the sample does not become a perfect circle, and lowers the resolution of the image. For this reason, usually, the operator manually operates the objective lens to alternately output an overfocus image and an underfocus image, and adjusts the position of the objective lens stop until the image does not move in the image.

【0005】対物レンズアライメントは、SEMに加わ
る外的振動等によって狂いやすいため、定期的、あるい
はSEMを使用する度に調整する必要があるが、通常は
SEM画像を見ながらオペレータが手作業で行ってい
る。しかし、熟練を要する作業であるために正確に調節
できるオペレータが少なく、一般のSEM利用者が正確
に調整するのは困難である。
[0005] The objective lens alignment is likely to be out of order due to external vibrations applied to the SEM, so it is necessary to adjust the alignment periodically or every time the SEM is used. ing. However, since it is an operation requiring skill, there are few operators who can make accurate adjustments, and it is difficult for ordinary SEM users to make accurate adjustments.

【0006】さらに、電子光学系の調節に関する時間
は、SEMが半導体検査に用いられる場合等には、検査
のスループットに大きく影響することからも、調節の自
動化が望まれている。
Further, since the time required for adjusting the electron optical system greatly affects the inspection throughput when the SEM is used for semiconductor inspection or the like, automation of the adjustment is desired.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
では、走査型電子顕微鏡の対物レンズアライメントの調
整作業は、オペレータが定期的、あるいは使用の度に手
作業で行っていた。しかしながら、この調整作業は熟練
を要する困難な作業であり、また、時間も要することか
ら、SEMが多く用いられる半導体検査等の検査工程で
のスループットを低下させる原因となっていた。
As described above, in the prior art, the adjustment of the objective lens alignment of the scanning electron microscope has been performed manually by the operator periodically or every time the operator uses the objective lens. However, this adjustment operation is a difficult operation requiring skill, and requires a long time, which causes a decrease in throughput in an inspection process such as a semiconductor inspection where SEM is frequently used.

【0008】本発明はこのような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、走査型電子顕微鏡
から得られる画像を処理する装置を付加することによっ
て、電子光学系の調整作業を自動化し、オペレータの作
業負荷を軽減させると共に半導体検査等における作業の
スループットを大幅に向上させることにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a device for processing an image obtained from a scanning electron microscope to adjust an electron optical system. To reduce the workload of the operator and greatly improve the throughput of operations in semiconductor inspection and the like.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、走査型電子顕
微鏡の電子光学系を調節する電子光学系自動調節装置で
あって、上記走査型電子顕微鏡の対物レンズ屈折率を変
更して焦点調節を行う焦点調節手段と、この焦点調節手
段による焦点調節によって上記走査型電子顕微鏡から順
次得られる画像を所定数分蓄積する画像蓄積手段と、こ
の画像蓄積手段に蓄積された上記複数の画像中に存在す
る試料像の移動量を算出する移動量算出手段と、この移
動量算出手段によって算出された上記試料像の移動量に
基づいて、上記走査型電子顕微鏡の電子光学系の調整を
必要とするか否かを判断する調整処理制御手段と、この
調整処理制御手段によって上記走査型電子顕微鏡の電子
光学系の調整が必要であると判断された場合に、上記試
料像の移動量に応じて上記走査型電子顕微鏡の電子光学
系を調整する光学系調整手段とを具備したものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to an automatic adjustment apparatus for an electron optical system for adjusting an electron optical system of a scanning electron microscope, and focus adjustment by changing a refractive index of an objective lens of the scanning electron microscope. Focus adjusting means for performing the focusing, image accumulating means for accumulating a predetermined number of images sequentially obtained from the scanning electron microscope by the focus adjusting by the focus adjusting means, and the plurality of images accumulated in the image accumulating means. It is necessary to adjust the electron optical system of the scanning electron microscope based on the moving amount calculating means for calculating the moving amount of the existing sample image and the moving amount of the sample image calculated by the moving amount calculating means. Adjusting process control means for determining whether or not adjustment of the electron optical system of the scanning electron microscope is required by the adjusting process control means. Te is obtained by including an optical system adjusting means for adjusting the electron optical system of the scanning electron microscope.

【0010】上記移動量算出手段は、上記画像蓄積手段
に蓄積された上記複数の画像を二値化処理した後、その
二値化された画像中に存在する試料像の基準位置を求
め、その基準位置を追跡することによって上記試料像の
移動量を算出することを特徴とする。
The moving amount calculating means binarizes the plurality of images accumulated in the image accumulating means, obtains a reference position of a sample image present in the binarized image, and obtains a reference position. The amount of movement of the sample image is calculated by tracking a reference position.

【0011】また、上記移動量算出手段は、上記複数の
画像の統計的処理を行うことによって上記二値化処理の
ためのしきい値を算出することを特徴とする。また、上
記移動量算出手段は、上記画像蓄積手段に蓄積された上
記複数の画像間で相関演算を行うことにより上記試料像
の移動量を算出することを特徴とする。
Further, the moving amount calculating means calculates a threshold value for the binarizing process by performing a statistical process on the plurality of images. Further, the moving amount calculating means calculates the moving amount of the sample image by performing a correlation operation between the plurality of images stored in the image storing means.

【0012】また、上記移動量算出手段は、上記画像蓄
積手段に蓄積された上記複数の画像から焦点量空間画像
を作成することにより上記試料像の移動量を算出するこ
とを特徴とする。
The moving amount calculating means calculates the moving amount of the sample image by creating a focal amount space image from the plurality of images stored in the image storing means.

【0013】このような構成によれば、焦点調節によっ
て走査型電子顕微鏡から所定数分の画像が得られると、
それらの画像中に存在する試料像の移動量が例えば画像
の重心位置または相関演算または焦点空間画像によって
求められる。この試料像の移動量が許容値以上であれ
ば、電子光学系の調整が必要であると判断され、当該移
動量に応じて走査型電子顕微鏡の電子光学系が調整され
る。
According to such a configuration, when a predetermined number of images are obtained from the scanning electron microscope by the focus adjustment,
The amount of movement of the sample image present in those images is determined by, for example, the position of the center of gravity of the images or the correlation calculation or the focal space image. If the moving amount of the sample image is equal to or larger than the allowable value, it is determined that the electron optical system needs to be adjusted, and the electron optical system of the scanning electron microscope is adjusted according to the moving amount.

【0014】このように、走査型電子顕微鏡から得られ
る画像を処理することで、電子光学系の調整作業を自動
化することができる。これにより、オペレータの作業負
荷を軽減させると共に半導体検査等における作業のスル
ープットを大幅に向上させることが可能となる。
As described above, by processing the image obtained from the scanning electron microscope, the adjustment work of the electron optical system can be automated. As a result, the workload of the operator can be reduced, and the throughput of work in semiconductor inspection and the like can be significantly improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施形態)図1は本発明の第1の実施形態に係
る電子光学系自動調節装置の構成を示すブロック図であ
る。本装置は、走査型電子顕微鏡11、焦点調節部1
2、画像蓄積部13、移動量算出部14、光学系調整部
15、調整処理制御部16とからなる。
(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electronic optical system automatic adjusting apparatus according to a first embodiment of the present invention. This apparatus includes a scanning electron microscope 11, a focus adjustment unit 1
2, an image storage unit 13, a movement amount calculation unit 14, an optical system adjustment unit 15, and an adjustment processing control unit 16.

【0016】走査型電子顕微鏡11は、半導体検査等の
幅広い分野で利用されるものであり、半導体等といった
試料表面の微細構造を高倍率で検査するためのものであ
る。図2に走査型電子顕微鏡11の概略構成を示す。
The scanning electron microscope 11 is used in a wide range of fields such as semiconductor inspection and the like, for inspecting a fine structure of a sample surface such as a semiconductor at a high magnification. FIG. 2 shows a schematic configuration of the scanning electron microscope 11.

【0017】焦点調節部12は、走査型電子顕微鏡11
の対物レンズ屈折率を変更して焦点調節を行う。画像蓄
積部13は、焦点調節部12による焦点調節によって走
査型電子顕微鏡11の検出器から試料像を撮影して複数
分の画像を蓄積する。移動量算出部14は、画像蓄積部
13に蓄積された複数の画像中に存在する試料像の移動
量を算出する。光学系調整部15は、走査型電子顕微鏡
11の電子光学系を調節して対物レンズアライメントを
調整(補正)する。調整処理制御部16は、走査型電子
顕微鏡11の電子光学系調整処理全体の流れを制御す
る。
The focus adjusting unit 12 includes a scanning electron microscope 11
Is adjusted by changing the refractive index of the objective lens. The image storage unit 13 captures a sample image from the detector of the scanning electron microscope 11 by focus adjustment by the focus adjustment unit 12, and stores a plurality of images. The movement amount calculation unit 14 calculates the movement amount of the sample image present in the plurality of images stored in the image storage unit 13. The optical system adjustment unit 15 adjusts (corrects) the objective lens alignment by adjusting the electron optical system of the scanning electron microscope 11. The adjustment processing control unit 16 controls the flow of the entire electron optical system adjustment processing of the scanning electron microscope 11.

【0018】図2は図1中の走査型電子顕微鏡11の一
般的な概略構成図である。焦点調節部12は、調整処理
制御部16の制御の下で焦点調節信号202を出力し、
走査型電子顕微鏡11の対物レンズ21の焦点調節を行
う。画像蓄積部13は、走査型電子顕微鏡11の検出器
22から出力される画像検出信号203をA/D変換し
て二次元の濃淡画像を蓄積する。光学系調整部15は、
調整処理制御部16の制御の下で光学系調整信号201
を出力し、走査型電子顕微鏡11の偏向器23を調整す
ることによって対物レンズ21のアライメント調整を行
う。
FIG. 2 is a general schematic configuration diagram of the scanning electron microscope 11 in FIG. The focus adjustment unit 12 outputs a focus adjustment signal 202 under the control of the adjustment processing control unit 16,
The focus of the objective lens 21 of the scanning electron microscope 11 is adjusted. The image storage unit 13 A / D converts the image detection signal 203 output from the detector 22 of the scanning electron microscope 11 and stores a two-dimensional grayscale image. The optical system adjustment unit 15
The optical system adjustment signal 201 under the control of the adjustment processing control unit 16
Is output, and the alignment of the objective lens 21 is adjusted by adjusting the deflector 23 of the scanning electron microscope 11.

【0019】ここで、走査型電子顕微鏡11において、
対物レンズ21のアライメントが狂っている場合には、
試料24に対して焦点を合わせる(対物レンズ屈折率を
調節する)操作を行った時、試料像が画像中で動く。し
たがって、焦点調節時の試料像の移動方向とその量か
ら、レンズアライメントの調節量を知ることができる。
そして、試料像が画像中で動かなくなるまで対物レンズ
21の絞り位置の調節を繰り返すことによって、対物レ
ンズアライメントを正確に調節(つまり、正しい位置に
補正)することができる。
Here, in the scanning electron microscope 11,
If the alignment of the objective lens 21 is out of order,
When an operation of focusing (adjusting the refractive index of the objective lens) on the sample 24 is performed, the sample image moves in the image. Therefore, the adjustment amount of the lens alignment can be known from the moving direction and the amount of the sample image during the focus adjustment.
Then, by repeatedly adjusting the stop position of the objective lens 21 until the sample image does not move in the image, the objective lens alignment can be accurately adjusted (that is, corrected to a correct position).

【0020】焦点調節時の試料像の移動量と方向を知る
には、同じ試料を用いて様々に焦点を変えた画像を撮影
し、焦点調節量に対する画像特徴の移動量を測定できれ
ば良い。ここで課題となるのは、焦点調節による試料像
の“ぼけ”に対しても、安定に画像追跡できる画像処理
手法の実現である。
In order to know the moving amount and the direction of the sample image at the time of focus adjustment, it is only necessary to take images of variously changed focuses using the same sample and measure the moving amount of the image feature with respect to the focus adjusting amount. The problem here is to realize an image processing method that can stably track an image even with respect to “blur” of a sample image due to focus adjustment.

【0021】以下、第1の実施形態における電子光学系
自動調節処理について説明する。図3は第1の実施形態
における電子光学系自動調節処理の動作を示すフローチ
ャートである。予め調整処理制御部16には、調節すべ
き焦点調節量Snが設定されている(式1)。
Hereinafter, the automatic adjustment process of the electron optical system according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the electronic optical system automatic adjustment processing in the first embodiment. A focus adjustment amount Sn to be adjusted is set in advance in the adjustment processing control unit 16 (Equation 1).

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【0023】その値に従って、焦点調節部12が走査型
電子顕微鏡11の対物レンズ21の焦点距離を調節する
(ステップA11)。この後、走査型電子顕微鏡11に
おいて試料24が撮影され、その画像が画像蓄積部13
に送られる(ステップA12)。
According to the value, the focus adjusting unit 12 adjusts the focal length of the objective lens 21 of the scanning electron microscope 11 (Step A11). Thereafter, the sample 24 is photographed by the scanning electron microscope 11 and the image is stored in the image storage unit 13.
(Step A12).

【0024】焦点調節量Snに応じて獲得され、画像蓄
積部13に蓄積された画像I(n)は、画像の横方向を
x(最大値X)、縦方向をy(最大値Y)として、In
(x,y)のように表される(式2)。
The image I (n) obtained according to the focus adjustment amount Sn and stored in the image storage unit 13 is defined as x (maximum value X) in the horizontal direction of the image and y (maximum value Y) in the vertical direction. , In
It is represented as (x, y) (Equation 2).

【0025】[0025]

【数2】 (Equation 2)

【0026】蓄積された画像In(x,y)は、次々と
移動量算出部14に送られて、まず、以下のようにして
画像中の各領域毎の重心位置が算出される。すなわち、
移動量算出部14では、まず、式3に示されるように前
処理(ステップA13)によって前処理後の画像I′n
(x,y)が得られる。
The stored images In (x, y) are successively sent to the movement amount calculating unit 14, and the center of gravity of each region in the image is calculated as follows. That is,
In the movement amount calculation unit 14, first, as shown in Expression 3, the image I′n after the preprocessing is performed by the preprocessing (step A13).
(X, y) is obtained.

【0027】[0027]

【数3】 (Equation 3)

【0028】この前処理Fとしては、例えば、撮像系に
おける雑音を除去した後のラベル付け(ステップA1
6)でのラベル番号のオーバーフローを回避するための
雑音除去処理が行われる。この雑音除去処理の最も単純
なものとしては、図4に示すような3×3画素の局所平
均マスクの重畳演算による単純平滑化処理が挙げられ
る。さらに雑音除去性能を上げるために、3×3画素以
上の任意の大きさのマスクを重畳しても良いし、マスク
の各画素の値に任意の重み付けを行っても良い。また、
単純平滑化処理だけでなく、メディアンフィルタといっ
た統計的な処理を用いて雑音除去することも可能であ
る。
As the preprocessing F, for example, labeling after removing noise in the imaging system (step A1)
A noise removal process is performed to avoid overflow of the label number in 6). The simplest noise elimination processing is a simple smoothing processing by superposition calculation of a local average mask of 3 × 3 pixels as shown in FIG. In order to further improve the noise removal performance, a mask having an arbitrary size of 3 × 3 pixels or more may be superimposed, or the value of each pixel of the mask may be arbitrarily weighted. Also,
In addition to the simple smoothing process, it is also possible to remove noise using a statistical process such as a median filter.

【0029】前処理を施された画像I′n(x,y)
は、予め定められたしきい値thによって二値化処理さ
れ、式4に示されるように二値化画像Jn(x,y)が
得られる(ステップA14)。このしきい値thは、画
像In全体に対して1つに定められても良いし、画像の
座標In(x,y)に応じて別々の値が定められていて
も良い。
Image I'n (x, y) subjected to preprocessing
Is subjected to a binarization process using a predetermined threshold th, and a binarized image Jn (x, y) is obtained as shown in Expression 4 (Step A14). The threshold value th may be set to one for the entire image In, or a different value may be set according to the coordinates In (x, y) of the image.

【0030】[0030]

【数4】 二値化された画像Jn(x,y)は、画像中で連結する
領域毎にラベル付けされ、式5に表されるラベル領域A
n(k)が得られる(ステップA15)。
(Equation 4) The binarized image Jn (x, y) is labeled for each connected region in the image, and a label region A represented by Expression 5
n (k) is obtained (step A15).

【0031】[0031]

【数5】 (Equation 5)

【0032】ここで、画像In(x,y)に対して得ら
れるラベルの最大値はKnである。ラベル付け処理と
は、各々独立の連結画像領域毎に単一のラベル番号を割
り当てて画像変換する一般的な処理を指す(例えば、参
考文献1)。
Here, the maximum value of the label obtained for the image In (x, y) is Kn. The labeling process refers to a general process of performing image conversion by assigning a single label number to each independent connected image region (for example, Reference 1).

【0033】参考文献1:高木、下田監修「画像解析ハ
ンドブック」東京大学出版会ISBN4−13−061
107−0C3050 例えば図5に示されるような二値化画像は、ラベル付け
処理によって図6のようになり、この図でのラベル番号
の最大値Knは「3」、ラベル領域はAn(1)、An
(2)、An(3)の3つとなる。なお、図5および図
6において、(a)は撮像された試料像、(b)はその
試料像を画素単位で区切って示した図である。そして、
各ラベルAn(k)に応じた画像領域の重心位置のx座
標Gx(k)およびy座標Gy(k)が式6によって算
出される(ステップA16)。
Reference 1: "Image Analysis Handbook", supervised by Takagi and Shimoda, University of Tokyo Press, ISBN 4-13-061
107-0C3050 For example, a binarized image as shown in FIG. 5 becomes as shown in FIG. 6 by the labeling process. In this figure, the maximum label number Kn is “3”, and the label area is An (1). , An
(2) and An (3). 5 and 6, (a) is a captured image of the sample, and (b) is a diagram in which the sample image is divided for each pixel. And
The x coordinate Gx (k) and the y coordinate Gy (k) of the position of the center of gravity of the image area corresponding to each label An (k) are calculated by Expression 6 (step A16).

【0034】[0034]

【数6】 (Equation 6)

【0035】実際には、より正確な重心位置算出を期す
るために、ラベル画像を補正するような後処理が、重心
位置算出の前に行われても良い。このような後処理とし
ては、例えばラベル画像の穴埋め処理や、穴埋め処理後
の2次モーメント量等による特徴量算出処理等が挙げら
れる。これらの処理は、予め想定されている画像特徴の
みをラベル領域として抽出できるようにするものであ
る。
In practice, post-processing such as correcting the label image may be performed before calculating the center of gravity in order to calculate the center of gravity more accurately. As such post-processing, for example, a filling process of a label image, a feature amount calculating process based on a secondary moment amount or the like after the filling process, and the like are given. These processes allow only presumed image features to be extracted as label regions.

【0036】移動量算出部14では、焦点調節量Snに
応じた画像In(x,y)が画像蓄積部13に蓄積され
る毎に、この重心位置算出処理までをまず行い、画像I
n(x,y)の全てのラベル領域An(k)の重心位置
GXn(k),GYn(k)を保存する。以上の処理
は、調整処理制御部16で設定されている焦点調節量S
n全てについて行われるまで繰り返される(ステップA
17)。
Each time the image In (x, y) corresponding to the focus adjustment amount Sn is stored in the image storage unit 13, the movement amount calculation unit 14 first performs the process of calculating the center of gravity position.
The centroid positions GXn (k) and GYn (k) of all the label areas An (k) of n (x, y) are stored. The above processing is performed by the focus adjustment amount S set by the adjustment processing control unit 16.
n (Step A)
17).

【0037】ここで、例えばLSI等の半導体検査にお
いて撮影されるコンタクトホール像を用いて、焦点調節
量が−5μm,0μm,+5μmの3段階に設定されて
いる場合のコンタクトホール画像と重心位置算出した結
果を図7に示す。この例では、1つのコンタクトホール
に対し、上述したような方法により重心位置が算出され
ている。
Here, for example, using a contact hole image taken in a semiconductor inspection of an LSI or the like, the contact hole image and the center of gravity position calculation when the focus adjustment amount is set in three stages of -5 μm, 0 μm, and +5 μm The results obtained are shown in FIG. In this example, the position of the center of gravity is calculated for one contact hole by the method described above.

【0038】このようにして、設定されている全ての焦
点調節量Snについて画像In(x,y)が撮影されて
重心位置GXn(k),GYn(k)が算出された後、
移動量算出部14は別々の焦点調節量に対する画像間に
おいて最も近傍の重心位置となるラベル領域同士を対応
付けて重心追跡を行い(ステップA18)、焦点調節量
に対する画像の移動量を算出する処理を行う(ステップ
A19)。
As described above, after the images In (x, y) are photographed for all the set focus adjustment amounts Sn and the center of gravity positions GXn (k), GYn (k) are calculated,
The movement amount calculation unit 14 performs center-of-gravity tracking by associating the label regions that are the closest centers of gravity between images with different focus adjustment amounts (step A18), and calculates the image movement amount with respect to the focus adjustment amounts. (Step A19).

【0039】このステップA18での重心位置追跡処理
について説明する。SnとSmが焦点調節量の近いもの
同士の一組であるとする。例えばSnが「−2」,「−
1」,「0」,「+1」,「+2」の5段階設定されて
いるとすると、「−2」と「−1」,「−1」と
「0」,「0」と「+1」、「+1」と「+2」といっ
た組合せである。各々の焦点調節量SnとSmに対応す
るラベル領域An(k)とAm(k′)の組合せ全てに
ついて、横方向の距離DXnmおよび縦方向の距離DY
nmを式7によって算出する。
The center-of-gravity position tracking processing in step A18 will be described. It is assumed that Sn and Sm are a pair having close focus adjustment amounts. For example, if Sn is "-2", "-
Assuming that five levels of “1”, “0”, “+1”, and “+2” are set, “−2” and “−1”, “−1” and “0”, “0” and “+1” , “+1” and “+2”. For all combinations of the label areas An (k) and Am (k ') corresponding to the respective focus adjustment amounts Sn and Sm, the horizontal distance DXnm and the vertical distance DY
nm is calculated by equation 7.

【0040】[0040]

【数7】 また、ラベル領域An(k)とAm(k′)のユークリ
ッド距離Dnmを式8によって求める。
(Equation 7) Further, the Euclidean distance Dnm between the label areas An (k) and Am (k ′) is obtained by Expression 8.

【0041】[0041]

【数8】 (Equation 8)

【0042】そして、An(k)とAm(k′)の全て
の組合せの中で距離Dnmが最小となるもの同士を対応
するラベル領域同士であるとする。このようなラベル領
域の対応付けを、全ての焦点調節量が最も近いSnとS
mの組合せについて行い、画像蓄積部13に蓄積されて
いる全ての画像で得られた全てのラベル領域を対応付け
る。
Then, among all combinations of An (k) and Am (k '), those having the minimum distance Dnm are regarded as corresponding label areas. The correspondence between such label areas is defined as Sn and S having the closest focus adjustment amounts.
The combination of m is performed, and all label areas obtained from all the images stored in the image storage unit 13 are associated with each other.

【0043】次に、ステップA19での移動量算出処理
についてを説明する。ここでは、An(k)とAm
(k′)はステップA18で対応付けられたラベル領域
の組の一つであるとする。ステップA18と同様に、式
7および式8を用いてSnとSmの横方向および縦方向
の距離DXnm,DYnmを求める。この距離DXn
m,DYnmは、a7において一旦算出されているの
で、その時の値を移動量算出部14に蓄積しておき、そ
の値を用いても良い。ここで、先に挙げたような、Sn
が−2,−1,0,+1,+2の5段階設定されている
例のように、焦点調節量Snが等しい間隔で設定されて
いるものとし、対応付けられている全てのラベル領域S
nとSmの組の総数がNaであるとすると、式9を用い
て単位焦点調節量あたりの画像横方向および縦方向の画
像移動量Tx,Tyが得られる。
Next, the movement amount calculation processing in step A19 will be described. Here, An (k) and Am
(K ') is assumed to be one of the sets of label areas associated in step A18. Similarly to step A18, the horizontal and vertical distances DXnm and DYnm between Sn and Sm are obtained using Expressions 7 and 8. This distance DXn
Since m and DYnm are calculated once in a7, the values at that time may be stored in the movement amount calculation unit 14, and the values may be used. Here, as described above, Sn
Are set at equal intervals, as in the example in which five levels of -2, -1, 0, +1 and +2 are set, and all the associated label areas S
Assuming that the total number of pairs of n and Sm is Na, the image movement amounts Tx and Ty in the horizontal and vertical directions per unit focus adjustment amount are obtained using Expression 9.

【0044】[0044]

【数9】 (Equation 9)

【0045】実際に画像移動量Tx,Tyが算出された
結果を図8に示す。この図の各値は6つのコンタクトホ
ール画像に対して移動量を求めた結果を示している。こ
の結果から、焦点調節量が−5μm→0μmの時、平均
で左(横方向x)に17.12画素、下(縦方向y)に
30.74画素、0μm→+5μmの時、平均で左(横
方向x)に14.15画素、下(縦方向y)に25.4
5画素、試料像が移動しており、平均の画像移動量Tx
およびTyは、左に15.64画素、下に28.10画
素となる。
FIG. 8 shows the result of actually calculating the image movement amounts Tx and Ty. Each value in this figure shows the result of calculating the amount of movement for six contact hole images. From these results, when the focus adjustment amount is −5 μm → 0 μm, 17.12 pixels on the left (horizontal direction x), 30.74 pixels on the lower side (vertical direction y) on average, and when 0 μm → + 5 μm, the average is left. 14.15 pixels in the (horizontal direction x) and 25.4 pixels in the lower (vertical direction y)
The sample image is moving by 5 pixels, and the average image movement amount Tx
And Ty are 15.64 pixels to the left and 28.10 pixels below.

【0046】最後に、調整処理制御部16にて、走査型
電子顕微鏡11の電子光学系の調整が必要か否かが判断
される(ステップA20)。ここでは、ステップA19
で算出された画像移動量Tx,Tyが、予め定められて
いる許容移動量CxおよびCyを下回っているか否かが
式10により判断される。画像移動量Tx,Tyが許容
移動量未満で式10に示す2つの式が共に満たされるな
らば、電子光学系の調整の必要なしとして、全ての処理
が完了する。
Finally, the adjustment processing control section 16 determines whether or not the electron optical system of the scanning electron microscope 11 needs to be adjusted (step A20). Here, step A19
Equation 10 determines whether or not the image movement amounts Tx and Ty calculated in are smaller than predetermined allowable movement amounts Cx and Cy. If both of the two expressions shown in Expression 10 are satisfied when the image movement amounts Tx and Ty are less than the allowable movement amounts, all the processes are completed without the necessity of adjusting the electron optical system.

【0047】[0047]

【数10】 (Equation 10)

【0048】一方、ステップA20において許容移動量
以上であると判断された場合には、次にステップA19
において算出された画像移動量Tx,Tyに応じて光学
系調整部15によって走査型電子顕微鏡11の電子光学
系が調整される。以後、これまで述べてきた処理を再度
繰り返す。
On the other hand, if it is determined in step A20 that the movement amount is equal to or larger than the allowable movement amount, then in step A19
The electron optical system of the scanning electron microscope 11 is adjusted by the optical system adjusting unit 15 in accordance with the image movement amounts Tx and Ty calculated in. Thereafter, the processing described above is repeated again.

【0049】光学系調整部15には、画像移動量Tx,
Tyに対して走査型電子顕微鏡11の任意のレンズある
いは偏向器23に対する調節量が設定されている。例え
ば、あるレンズあるいは偏向器23への調節量Oiが、
式11のように任意の関数Gで設定されていても良い
し、あるいは任意のTx,Tyに対してテーブルのよう
な形で調節量Oiが設定されていても良い。
The optical system adjusting section 15 has an image moving amount Tx,
An adjustment amount for an arbitrary lens of the scanning electron microscope 11 or the deflector 23 is set for Ty. For example, the adjustment amount Oi for a certain lens or deflector 23 is
An arbitrary function G may be set as in Expression 11, or an adjustment amount Oi may be set in a form like a table for arbitrary Tx and Ty.

【0050】[0050]

【数11】 [Equation 11]

【0051】以上のようにして、ステップA20におい
て画像移動量Tx,Tyが許容値未満であると判断され
るまで、図3に示される処理を繰り返すことにより、走
査型電子顕微鏡11の電子光学系の自動調節が可能とな
る。
As described above, the processing shown in FIG. 3 is repeated until it is determined in step A20 that the image movement amounts Tx and Ty are less than the allowable values, whereby the electron optical system of the scanning electron microscope 11 is repeated. Can be automatically adjusted.

【0052】具体的に説明すると、例えば図7に示すよ
うに、3回の焦点調節により、3つの画像が走査型電子
顕微鏡11から順に得られたとする。なお、このときの
焦点調節回数は図3のステップA17に示されているよ
うに、規定焦点までの撮像回数に対応している。
More specifically, as shown in FIG. 7, for example, it is assumed that three images are sequentially obtained from the scanning electron microscope 11 by three focus adjustments. The number of times of focus adjustment at this time corresponds to the number of times of imaging up to the specified focus, as shown in step A17 in FIG.

【0053】これらの画像中に存在する試料像の重心位
置を求め、それらの重心位置を追跡することにより、試
料像の移動量を求める。上述したように、このときの試
料像の移動量が許容値未満であれば、すなわち、焦点調
節に対して試料像が移動しない状態であれば、その時点
でレンズアライメントが合っていることになるので、電
子光学系の調整の必要なしとして、ここでの処理を終え
る。
The positions of the centers of gravity of the sample images existing in these images are obtained, and the positions of the centers of gravity are tracked to obtain the amount of movement of the sample images. As described above, if the movement amount of the sample image at this time is less than the allowable value, that is, if the sample image does not move for the focus adjustment, the lens alignment is correct at that time. Therefore, the processing here is terminated as it is not necessary to adjust the electron optical system.

【0054】一方、試料像の移動量が許容値以上であれ
ば、すなわち、焦点調節に対して試料像が移動する状態
であれば、その時点でまだレンズアライメントが合って
いないことになるので、電子光学系の調整の必要ありと
して、その調整を行った後、再びステップA1からの処
理を繰り返す。
On the other hand, if the moving amount of the sample image is equal to or more than the allowable value, that is, if the sample image is moving with respect to the focus adjustment, the lens alignment has not yet been adjusted at that point. It is determined that the electron optical system needs to be adjusted, and after the adjustment is performed, the processing from step A1 is repeated again.

【0055】このようにして、走査型電子顕微鏡11か
ら得られる画像を処理することで、電子光学系の調整作
業を自動化することができる。この場合、図7(a)や
同図(b)に示すように、焦点が合っていない状態では
試料像がぼけてしまう。通常、試料像がぼけていると、
正しい移動量が算出できないので、レンズアライメント
を調整しずらいが、本発明の方式では、試料像のぼけに
関係なく調整可能である。
As described above, by processing the image obtained from the scanning electron microscope 11, the adjustment work of the electron optical system can be automated. In this case, as shown in FIGS. 7A and 7B, the sample image is blurred when the object is out of focus. Usually, when the sample image is blurred,
Since it is difficult to calculate the correct movement amount, it is difficult to adjust the lens alignment. However, according to the method of the present invention, the adjustment can be performed regardless of the blur of the sample image.

【0056】なお、この第1の実施形態では、追跡対象
を試料像の重心位置としたが、例えば試料像の中心位置
でもよい。要は基準となる位置を定め、その位置を追跡
することにより、試料像の移動量が算出できれば良い。
In the first embodiment, the tracking target is the center of gravity of the sample image. However, the tracking target may be, for example, the center position of the sample image. In short, it is only necessary that the movement amount of the sample image can be calculated by determining a reference position and tracking the position.

【0057】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態を説明する。装置構成については、図1と同様
であるため、ここではその説明を省略するものとする。
第2の実施形態における電子光学系自動調節処理のフロ
ーチャートを図9に示す。図9において、ステップB1
4のしきい値算出処理が移動量算出部14において行わ
れること以外は、第1の実施形態と同じである。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. The configuration of the device is the same as that of FIG. 1, and the description thereof is omitted here.
FIG. 9 shows a flowchart of the electronic optical system automatic adjustment processing in the second embodiment. In FIG. 9, step B1
The fourth embodiment is the same as the first embodiment except that the threshold value calculation process of No. 4 is performed in the movement amount calculation unit 14.

【0058】すなわち、第1の実施形態では、画像I′
n(x,y)の二値化処理(図3のステップA14)の
しきい値thが予め定められているものとしたが、焦点
調節によって画像が“ぼけ”ている場合でも適正にラベ
ル領域を抽出できるようにするには、撮影された試料像
に応じて統計学的な処理を行って、最適なしきい値th
を定める方が有効な場合がある。
That is, in the first embodiment, the image I '
Although the threshold value th of the binarization process of n (x, y) (step A14 in FIG. 3) is assumed to be predetermined, even if the image is "blurred" due to the focus adjustment, the label area is appropriately adjusted. In order to extract the optimum threshold value th, a statistical process is performed in accordance with the photographed sample image.
May be more effective.

【0059】そこで、第2の実施形態では、入力画像に
対する二値化処理(ステップB15)の前処理として、
しきい値算出処理(ステップB14)が挿入されてい
る。このしきい値算出処理(ステップB14)の具体的
な処理を図10のフローチャートに示す。
Therefore, in the second embodiment, as preprocessing of the binarization processing (step B15) for the input image,
A threshold value calculation process (step B14) is inserted. The specific processing of the threshold value calculation processing (step B14) is shown in the flowchart of FIG.

【0060】図10はしきい値算出処理の動作を示すフ
ローチャートである。前処理(ステップB13)後の試
料像の各画素I′n(x,y)に対し、しきい値を算出
するための画像領域Rn(x,y)が定められているも
のとする。この画像領域は任意に設定可能であり、例え
ば画素(x,y)を中心とした15×15画素の矩形領
域とか、あるいは画像全体Inとかに設定できる。画像
全体を指定した場合には、これからの処理で求められる
しきい値thn(x,y)は座標によらず画像内で一定
の値となる。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the threshold value calculation processing. It is assumed that an image region Rn (x, y) for calculating a threshold value is determined for each pixel I'n (x, y) of the sample image after the preprocessing (step B13). This image area can be set arbitrarily. For example, it can be set as a rectangular area of 15 × 15 pixels centering on the pixel (x, y) or the whole image In. When the entire image is designated, the threshold value thn (x, y) obtained in the subsequent processing becomes a constant value in the image regardless of the coordinates.

【0061】まず、しきい値算出処理(ステップB1
4)では、各画素In(x,y)の画像領域Rn(x,
y)内において画像の濃淡値のヒストグラム算出(ステ
ップC11)が行われる。簡略化のために以降では、こ
の画像領域Rn(x,y)についてのみ考えるものと
し、得られた各濃淡値iでのヒストグラム(頻度)をh
iとする。ここで、例えば8bitの濃淡画像が走査型
電子顕微鏡11から得られる場合には、濃淡値iの最小
値は「1」、最大値imaxは「255」とした256
段階の濃淡画像となる。
First, the threshold value calculation processing (step B1)
4) In the image area Rn (x, x) of each pixel In (x, y)
The histogram of the gray value of the image is calculated in step y) (step C11). For simplicity, only the image region Rn (x, y) is considered hereafter, and the obtained histogram (frequency) at each gray value i is represented by h
i. Here, for example, when an 8-bit grayscale image is obtained from the scanning electron microscope 11, the minimum value of the grayscale value i is “1” and the maximum value imax is “255”.
It becomes a gradation image of stages.

【0062】ステップC11で得られたヒストグラムh
iから、しきい値決定ステップC13に必要な統計量が
統計量算出処理(ステップC12)において算出され
る。ここでは、判別分析法、あるいは大津の方法と呼ば
れる方法を元にしたしきい値算出方法について述べる。
The histogram h obtained in step C11
From i, a statistic required for the threshold determination step C13 is calculated in a statistic calculation process (step C12). Here, a threshold value calculation method based on a discriminant analysis method or a method called Otsu's method will be described.

【0063】まず、ヒストグラムhiから式12を用い
て、濃淡値iに対する確率分布piが求められる。な
お、式12中のNrは領域Rn(x,y)に全画素数を
示している。
First, the probability distribution pi for the gray value i is obtained from the histogram hi using Expression 12. Note that Nr in Equation 12 indicates the total number of pixels in the region Rn (x, y).

【0064】[0064]

【数12】 次に、式13によってクラス内確率和ω0およびω1が
求められる。
(Equation 12) Next, the in-class probability sums ω0 and ω1 are obtained by Expression 13.

【0065】[0065]

【数13】 そして、式14によってクラス内平均μ0およびμ1と
全体平均μtが求められる。
(Equation 13) Then, the in-class averages μ0 and μ1 and the overall average μt are obtained by Expression 14.

【0066】[0066]

【数14】 [Equation 14]

【0067】これらのうち、クラス内確率和ω0,ω
1,μ0,μ1はkの全ての取りうる値について求めら
れる。各kの値について、式15によってクラス間分散
E(k)が求められる。
Of these, the in-class probability sums ω0, ω
1, μ0 and μ1 are obtained for all possible values of k. For each value of k, the inter-class variance E (k) is determined by equation (15).

【0068】[0068]

【数15】 (Equation 15)

【0069】最後に、しきい値決定処理(ステップC1
3)において、ステップC12で求められたクラス間分
散E(k)のうちで最も大きな値となるkを、その画像
領域Rn(x,y)での最適な二値化しきい値thn
(x,y)として出力することにより、この後の二値化
処理(ステップB15)で式16によって最適な二値化
画像Jn(x,y)が得られる。
Finally, the threshold value determination processing (step C1)
In 3), k, which is the largest value among the inter-class variances E (k) obtained in step C12, is set to the optimal binarization threshold thn in the image region Rn (x, y).
By outputting as (x, y), an optimal binarized image Jn (x, y) is obtained by Expression 16 in the subsequent binarization processing (step B15).

【0070】[0070]

【数16】 (Equation 16)

【0071】ここで、焦点調節量が−5μm,0μm,
+5μmの3段階に設定されている場合における二値化
しきい値算出結果と二値化画像の例を図11、図12、
図13に示す。この例では、各画素(x,y)に対応す
る画像領域Rn(x,y)が画像全体Inに設定されて
おり、しきい値thn(x,y)は1つの画像で単一の
値となっている。
Here, the focus adjustment amount is -5 μm, 0 μm,
FIGS. 11 and 12 show examples of the binarization threshold value calculation result and the binarized image when the three levels of +5 μm are set.
As shown in FIG. In this example, the image region Rn (x, y) corresponding to each pixel (x, y) is set in the entire image In, and the threshold value thn (x, y) is a single value in one image. It has become.

【0072】また、第2の実施形態では、大津の方法に
よるしきい値決定方法について述べたが、この方法に限
るものではなく、ラベル画像が画像全体に対して非常に
小さな面積しかないような場合に関しては、以下に述べ
るようなkittlerの方法が有効なこともある。
Further, in the second embodiment, the method of determining the threshold value according to the Otsu method has been described. However, the present invention is not limited to this method, and the label image has a very small area with respect to the entire image. In some cases, the kittler method described below may be effective.

【0073】このkittler方法は、統計量算出処
理(ステップC12)においてクラス内確率和ω0,ω
1は式13と同様に求め、クラス内確率和ω0,ω1に
対応するクラス内分散をσ0,σ1として求めた場合
に、式17によって求められる統計量E′(k)が最小
となるようなkを、しきい値決定処理ステップC13に
おける最適なしきい値thn(x,y)とする方法であ
る。
In the kittler method, the in-class probability sums ω0, ω
1 is obtained in the same manner as Expression 13, and when the in-class variance corresponding to the in-class probability sums ω0, ω1 is obtained as σ0, σ1, the statistic E ′ (k) obtained by Expression 17 is minimized. In this method, k is set to an optimal threshold value thn (x, y) in the threshold value determination processing step C13.

【0074】[0074]

【数17】 [Equation 17]

【0075】このように、第2の実施形態によれば、複
数の画像の統計的処理を行うことによって二値化処理の
ためのしきい値を算出し、そのしきい値に基づいて各画
像を二値化する。これにより、焦点調節によって画像が
“ぼけ”ている場合であっても、適正にラベル領域を抽
出でき、より高精度な光学系調整を実現することができ
るものである。
As described above, according to the second embodiment, a threshold value for binarization processing is calculated by performing statistical processing on a plurality of images, and each image is calculated based on the threshold value. Is binarized. As a result, even when the image is "blurred" due to the focus adjustment, the label area can be properly extracted, and more accurate optical system adjustment can be realized.

【0076】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態を説明する。装置構成については、図1と同様
であるため、ここではその説明を省略するものとする。
第3の実施形態における電子光学系自動調節処理のフロ
ーチャートを図14に示す。図14において、焦点調節
(ステップD11)、画像入力(ステップD12)、前
処理(ステップD13)、撮影終了の判断(ステップD
14)、光学系調整必要の判断(ステップD17)、光
学系調整(ステップD18)に関しては、第1の実施形
態で説明した図3中の対応する処理と同様であるため、
ここではその説明を省略するものとする。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the device is the same as that of FIG. 1, and the description thereof is omitted here.
FIG. 14 shows a flowchart of the electronic optical system automatic adjustment processing in the third embodiment. In FIG. 14, focus adjustment (step D11), image input (step D12), pre-processing (step D13), determination of photographing end (step D)
14), the determination of the need for optical system adjustment (step D17), and the adjustment of optical system (step D18) are the same as the corresponding processes in FIG. 3 described in the first embodiment.
Here, the description is omitted.

【0077】第3の実施形態では、第1の実施形態のよ
うに前処理(ステップD13)の後に二値化画像を求め
たり重心位置を算出する処理はなく、その代わりとし
て、焦点調節に対する試料像の移動量を算出する処理
(ステップD16)と、そのための画像領域間で相関値
を計算処理(ステップD15)があり、それらの処理が
第3の実施形態独自の方法で行われる。
In the third embodiment, there is no processing for obtaining a binarized image or calculating the position of the center of gravity after the preprocessing (step D13) as in the first embodiment. There is a process of calculating the moving amount of the image (step D16) and a process of calculating the correlation value between the image regions (step D15), and these processes are performed by a method unique to the third embodiment.

【0078】ステップD14までの処理が終わり、画像
蓄積部13に前処理が行われた規定数の画像I′n
(x,y)が蓄積されているものとする。また、第1の
実施形態と同様に、焦点調節量Snは等しい間隔で設定
されているものとし、SnとSmが焦点調節量の最も近
いもの同士の一組であるとする。
After the processing up to step D14 has been completed, a prescribed number of images I'n
It is assumed that (x, y) is accumulated. Further, as in the first embodiment, it is assumed that the focus adjustment amounts Sn are set at equal intervals, and that Sn and Sm are a pair of the closest focus adjustment amounts.

【0079】第3の実施形態では、この焦点調節量Sn
とSmに対応して得られる画像I′nとI′m間で最も
相関値が高くなるように画像移動量Tx,Tyを算出
し、これを光学系調節部15での光学系調節のための指
標とする(ステップD18)。
In the third embodiment, the focus adjustment amount Sn
And the image movement amounts Tx and Ty are calculated such that the correlation value between the images I'n and I'm obtained corresponding to Sm and Sm becomes the highest. (Step D18).

【0080】焦点調節量Snに対応して得られた試料像
Inに対して前処理が施された画像I′nには、図15
に示されるような画像領域Rnと探索領域Unが設定さ
れているものとする。
FIG. 15 shows a preprocessed image I'n obtained from the sample image In obtained in accordance with the focus adjustment amount Sn.
It is assumed that an image area Rn and a search area Un are set as shown in FIG.

【0081】なお、図15では画像領域Rnと探索領域
Unが各々の矩形領域で描かれているが、これは任意の
形状で任意の位置に設定することが可能であり、また、
双方ともに画像全体に設定することも可能である。
In FIG. 15, the image area Rn and the search area Un are drawn by respective rectangular areas. However, they can be set in any shape and at any position.
Both can also be set for the entire image.

【0082】相関値計算処理(ステップD15)では、
焦点調節量Snでの試料像I′nで設定されている画像
領域Rnと、焦点調節量Smでの画像I′mで設定され
ている探索領域Umに含まれる任意の画像領域Rmとの
間で、各々の領域間の相関の度合いを示す統計量を算出
する。例えば、画像領域Rnの基準座標を(x1,y
1)、画像領域Rmの基準座標を(x2,y2)とし
て、式18を用いて残差θを算出する。
In the correlation value calculation process (step D15),
Between an image region Rn set by the sample image I'n with the focus adjustment amount Sn and an arbitrary image region Rm included in the search region Um set by the image I'm with the focus adjustment amount Sm Then, a statistic indicating the degree of correlation between the respective regions is calculated. For example, the reference coordinates of the image area Rn are (x1, y
1) With the reference coordinates of the image region Rm being (x2, y2), the residual θ is calculated using Expression 18.

【0083】[0083]

【数18】 (Equation 18)

【0084】このような残差θを用いる方法は、SSD
A法といった計算コストの少ない方法もあり、相関の度
合いを求めるには簡便な手法である。また、RnとRm
の真の相互相関計数C等を求めても良い。このような相
関値計算は、ある一つのRnと、Umに含まれる全ての
Rmの間で算出される。
The method using such a residual θ is based on SSD
There is also a method with a small calculation cost such as the A method, and it is a simple method for obtaining the degree of correlation. Also, Rn and Rm
May be obtained. Such a correlation value calculation is performed between one Rn and all Rm included in Um.

【0085】次に、移動量算出処理(ステップD16)
において、例えば残差θが求められている場合には、画
像領域Rnに対して残差θが最も小さくなるようなR′
mを求め、式19を用いて画像領域Rn,R′mの各々
の基準座標(x1,y1),(x′2,y′2)の差を
焦点調節量Sn,Sm間での画像移動量Tx,Tyとし
て算出することができる。この画像移動量Tx,Tyは
全ての焦点調節量SnとSmの組について算出され、各
々の組で得られたTx,Tyの総平均値を画像移動量と
して出力する。
Next, the movement amount calculation processing (step D16)
In the case where the residual θ is obtained, for example, R ′ is set such that the residual θ is the smallest with respect to the image area Rn.
m, and the difference between the reference coordinates (x1, y1) and (x'2, y'2) of each of the image regions Rn and R'm is calculated using Equation 19, and the image is moved between the focus adjustment amounts Sn and Sm. It can be calculated as the quantities Tx, Ty. The image movement amounts Tx and Ty are calculated for all sets of the focus adjustment amounts Sn and Sm, and the total average value of Tx and Ty obtained in each set is output as the image movement amount.

【0086】[0086]

【数19】 [Equation 19]

【0087】また、画像領域Rnと探索領域Unは、あ
る画像I′nに対して一つだけでなく複数設定されてい
ても良く、この場合には全てのTx,Tyの総平均値が
移動量算出部14から画像移動量として出力され、光学
系調節部15での光学系調節のための指標とすることが
できる(ステップD18)。
The image area Rn and the search area Un may be set not only for one image I'n but also for a plurality of them. In this case, the total average value of all Tx and Ty is shifted. The amount is output as the image movement amount from the amount calculation unit 14, and can be used as an index for the optical system adjustment by the optical system adjustment unit 15 (step D18).

【0088】このように、第3の実施形態によれば、複
数の画像間で相関演算を行って試料像の移動量を求める
ようにしたため、第1の実施形態のような重心位置の算
出、追跡処理を必要とせず、簡単に試料像の移動量を求
めることができる。
As described above, according to the third embodiment, the amount of movement of the sample image is obtained by performing a correlation operation between a plurality of images. The moving amount of the sample image can be easily obtained without the need for the tracking process.

【0089】(第4の実施形態)次に、本発明の第4の
実施形態を説明する。装置構成については、図1と同様
であるため、ここではその説明を省略するものとする。
第4の実施形態における電子光学系自動調節処理のフロ
ーチャートを図16に示す。図16において、焦点調節
(ステップE11)、画像入力(ステップE12)、前
処理(ステップE13)、撮影終了の判断(ステップE
14)、光学系調整必要の判断(ステップE17)、光
学系調整(ステップE18)に関しては、第1の実施形
態で説明した図3中の対応する処理と同様であるため、
ここではその説明を省略するものとする。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The configuration of the device is the same as that of FIG. 1, and the description thereof is omitted here.
FIG. 16 shows a flowchart of the electronic optical system automatic adjustment processing in the fourth embodiment. In FIG. 16, focus adjustment (step E11), image input (step E12), pre-processing (step E13), determination of photographing end (step E)
14), the determination of the necessity of the optical system adjustment (step E17), and the optical system adjustment (step E18) are the same as the corresponding processes in FIG. 3 described in the first embodiment.
Here, the description is omitted.

【0090】第4の実施形態では、第1の実施形態のよ
うに前処理(ステップE13)の後に二値化画像を求め
たり重心位置を算出する処理はなく、その代わりとし
て、焦点調節に対する試料像の移動量を算出する処理
(ステップE16)と、そのための焦点量空間画像作成
処理(ステップE15)があり、それらの処理が第4の
実施形態独自の方法で行われる。
In the fourth embodiment, there is no processing for obtaining a binarized image or calculating the position of the center of gravity after the preprocessing (step E13) as in the first embodiment. There is a process of calculating the moving amount of the image (step E16) and a process of creating a focal amount space image (step E15) therefor, and these processes are performed by a method unique to the fourth embodiment.

【0091】ステップE14までの処理が終わり、画像
蓄積部13に前処理が行われた規定数の画像I′n
(x,y)が蓄積されているものとする。また、焦点調
節量Snは等しい間隔で多数設定されているものとす
る。このとき、各画像I′n(x,y)から特定のy座
標の値を持つ画像部分、つまり、あるy座標値に対応す
る横1ラインのスリット画像をnの順番に縦方向に並べ
ると、図17に示されるような横軸がx座標で、縦軸が
焦点調節量Snとなる画像を作成することができる。
After the processing up to step E14 has been completed, the prescribed number of images I'n
It is assumed that (x, y) is accumulated. It is assumed that a large number of focus adjustment amounts Sn are set at equal intervals. At this time, an image portion having a specific y-coordinate value from each image I′n (x, y), that is, a slit image of one horizontal line corresponding to a certain y-coordinate value is vertically arranged in the order of n. 17, an image in which the horizontal axis is the x coordinate and the vertical axis is the focus adjustment amount Sn can be created.

【0092】このような画像を、ここでは焦点量空間画
像と呼ぶことにする。また、あるx座標値に対応する縦
1ラインのスリット画像をnの順番に縦方向に並べるこ
とにより、yに関する焦点量空間画像を作成することが
できる。このようにして、焦点量空間画像作成処理(ス
テップE15)において、予め設定されたxおよびyの
座標値についての2つの焦点量空間画像が作成される。
Such an image is herein referred to as a focal amount space image. Further, by arranging the slit images of one vertical line corresponding to a certain x coordinate value in the vertical direction in the order of n, it is possible to create a focal amount space image for y. In this manner, in the focal point space image creation processing (step E15), two focal point space images for the preset x and y coordinate values are created.

【0093】このようにして作成された焦点量空間画像
から、焦点調節量に対する試料像の移動量Tx,Tyを
以下のようにして算出する(ステップE16)。まず、
2つの焦点量空間画像はsobelオペレータ等の空間
微分処理を施すことによって、焦点調節によって生じた
直線エッジのみが図18のように抽出される。そして、
画像中の直線部分の傾きを求めるハフ変換のような処理
によって(参考文献1)、各焦点量空間画像に含まれる
複数の直線の傾きbiが全て求められ、biの総平均値
bが求められる。
From the focal space image created in this way, the movement amounts Tx and Ty of the sample image with respect to the focus adjustment amount are calculated as follows (step E16). First,
By subjecting the two focus amount space images to spatial differentiation processing such as a sobel operator, only straight edges generated by focus adjustment are extracted as shown in FIG. And
By processing such as Hough transform for obtaining the inclination of a straight line portion in an image (Reference Document 1), all the inclinations bi of a plurality of straight lines included in each focal amount space image are obtained, and the total average value b of bi is obtained. .

【0094】この平均の傾きb(図18の画像中の直線
部分の傾きの平均値)は、単位焦点調節量に対する試料
像のx方向あるいはy方向の移動量を示すものである。
したがって、x方向に関する焦点量空間画像から求めら
れた傾き平均bはTxとして、y方向に関する焦点量空
間画像から求められた傾き平均bはTyとして移動量算
出部14からから出力され、光学系調節部15での光学
系調節のための指標とすることができる(ステップE1
8)。
The average inclination b (the average value of the inclination of the straight line portion in the image of FIG. 18) indicates the amount of movement of the sample image in the x direction or y direction with respect to the unit focus adjustment amount.
Accordingly, the average tilt b obtained from the focal amount space image in the x direction is output from the moving amount calculating unit 14 as Tx, and the average tilt b obtained from the focal amount space image in the y direction is output as Ty from the moving amount calculation unit 14. It can be used as an index for adjusting the optical system in the unit 15 (step E1).
8).

【0095】このように、第4の実施形態によれば、複
数の画像から焦点空間画像を作成し、その焦点空間画像
から試料像の移動量を求めるようにしたため、第1の実
施形態のような重心位置の算出、追跡処理を必要とせ
ず、より簡単に試料像の移動量を求めることができる。
As described above, according to the fourth embodiment, a focal space image is created from a plurality of images, and the amount of movement of the sample image is obtained from the focal space image. The amount of movement of the sample image can be obtained more easily without the need for calculating and tracking the center of gravity position.

【0096】なお、上述した各実施形態において記載し
た手法は、コンピュータに実行させることのできるプロ
グラムとして、例えば図19に示すように、磁気ディス
ク(フロッピーディスク、ハードディスク等)、光ディ
スク(CD−ROM、DVD等)、半導体メモリなどの
記録媒体に書き込んで各種装置に適用したり、通信媒体
により伝送して各種装置に適用することも可能である。
また、本装置を実現するコンピュータは、記録媒体に記
録されたプログラムを読み込み、このプログラムによっ
て動作が制御されることにより、上述した処理を実行す
る。
The method described in each of the above-described embodiments is a program that can be executed by a computer, such as a magnetic disk (floppy disk, hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, It is also possible to write the data on a recording medium such as a DVD or a semiconductor memory and apply it to various devices, or to transmit it via a communication medium and apply it to various devices.
Also, the computer that realizes the present apparatus reads the program recorded on the recording medium, and executes the above-described processing by controlling the operation of the program.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、走査型電
子顕微鏡から得られる画像を処理する装置を付加するこ
とによって電子光学系の調整作業を自動化することがで
きる。したがって、従来では走査型電子顕微鏡の電子光
学系調整作業が熟練を要する困難な作業であって一般の
利用者には調整不可能であったり、半導体検査等の検査
工程において電子光学系調整作業のせいで検査のスルー
プットが低くなる問題があったが、本発明により、オペ
レータの作業負荷を軽減させると共に半導体検査等にお
ける作業のスループットを大幅に向上させることが可能
となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
As described above, according to the present invention, the adjustment work of the electron optical system can be automated by adding a device for processing an image obtained from a scanning electron microscope. Therefore, conventionally, the adjustment of the electron optical system of the scanning electron microscope is a difficult operation requiring skill and cannot be adjusted by ordinary users, or the adjustment of the electron optical system in the inspection process such as semiconductor inspection. Although there was a problem that the inspection throughput was lowered due to this, according to the present invention, it is possible to reduce the work load of the operator and greatly improve the throughput of the operation in the semiconductor inspection and the like. Is played.

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

【図1】本発明の電子光学系自動調節装置の概略構成を
示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic optical system automatic adjusting device of the present invention.

【図2】上記電子光学系自動調節装置に適用される走査
型電子顕微鏡の概略構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a scanning electron microscope applied to the electron optical system automatic adjusting device.

【図3】本発明の第1の実施形態における電子光学系自
動調節処理の動作を示すフローチャート。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of an electronic optical system automatic adjustment process according to the first embodiment of the present invention.

【図4】第1の実施形態における単純平滑化処理のため
の3×3画素のマスクを示す図。
FIG. 4 is a view showing a 3 × 3 pixel mask for simple smoothing processing according to the first embodiment;

【図5】第1の実施形態における二値化画像の一例を示
す図。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a binarized image according to the first embodiment.

【図6】第1の実施形態におけるラベル画像の一例を示
す図。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a label image according to the first embodiment.

【図7】第1の実施形態における焦点調節での重心位置
算出の一例を示す図。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of calculating a center of gravity position in focus adjustment according to the first embodiment.

【図8】第1の実施形態における焦点調節に対する試料
像の移動量の算出例を示す図。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of calculating a moving amount of a sample image with respect to focus adjustment according to the first embodiment.

【図9】本発明の第2の実施形態における電子光学系自
動調節処理の動作を示すフローチャート。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation of an electronic optical system automatic adjustment process according to the second embodiment of the present invention.

【図10】第2の実施形態におけるしきい値算出処理の
動作を示すフローチャート。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation of a threshold value calculation process according to the second embodiment.

【図11】第2の実施形態における焦点調節−5μmで
のしきい値算出結果と二値化画像の例を示す図。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a threshold value calculation result and a binarized image at a focus adjustment of −5 μm according to the second embodiment.

【図12】第2の実施形態における焦点調節0μmでの
しきい値算出結果と二値化画像の例を示す図。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a threshold value calculation result and a binarized image at a focus adjustment of 0 μm according to the second embodiment.

【図13】第2の実施形態における焦点調節+5μmで
のしきい値算出結果と二値化画像の例を示す図。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a threshold value calculation result and a binarized image at a focus adjustment of +5 μm according to the second embodiment.

【図14】本発明の第3の実施形態における電子光学系
自動調節処理の動作を示すフローチャート。
FIG. 14 is a flowchart illustrating an operation of an electronic optical system automatic adjustment process according to the third embodiment of the present invention.

【図15】第3の実施形態における相関値算出領域を示
す図。
FIG. 15 is a diagram illustrating a correlation value calculation area according to the third embodiment.

【図16】本発明の第4の実施形態における電子光学系
自動調節処理の動作を示すフローチャート。
FIG. 16 is a flowchart illustrating an operation of an electronic optical system automatic adjustment process according to the fourth embodiment of the present invention.

【図17】第4の実施形態における焦点量空間画像の一
例を示す図。
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a focus amount space image according to the fourth embodiment.

【図18】第4の実施形態における焦点量空間画像の直
線抽出例を示す図。
FIG. 18 is a diagram showing an example of straight line extraction of a focal amount space image according to the fourth embodiment.

【図19】ソフトウェアによる本装置の供給方法を示す
図。
FIG. 19 is a view showing a method of supplying the apparatus by software.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…走査型電子顕微鏡 12…焦点調節部 13…画像蓄積部 14…移動量算出部 15…光学系調整部 16…調整処理制御部 21…対物レンズ 22…検出器 23…偏向器 24…試料 201…光学系調整信号 202…焦点調節信号 203…画像検出信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Scanning electron microscope 12 ... Focus adjustment part 13 ... Image accumulation part 14 ... Movement amount calculation part 15 ... Optical system adjustment part 16 ... Adjustment processing control part 21 ... Objective lens 22 ... Detector 23 ... Deflector 24 ... Sample 201 ... Optical system adjustment signal 202 ... Focus adjustment signal 203 ... Image detection signal

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 走査型電子顕微鏡の電子光学系を調節す
る電子光学系自動調節装置であって、 上記走査型電子顕微鏡の対物レンズ屈折率を変更して焦
点調節を行う焦点調節手段と、 この焦点調節手段による焦点調節によって上記走査型電
子顕微鏡から順次得られる画像を所定数分蓄積する画像
蓄積手段と、 この画像蓄積手段に蓄積された上記複数の画像中に存在
する試料像の移動量を算出する移動量算出手段と、 この移動量算出手段によって算出された上記試料像の移
動量に基づいて、上記走査型電子顕微鏡の電子光学系の
調整を必要とするか否かを判断する調整処理制御手段
と、 この調整処理制御手段によって上記走査型電子顕微鏡の
電子光学系の調整が必要であると判断された場合に、上
記試料像の移動量に応じて上記走査型電子顕微鏡の電子
光学系を調整する光学系調整手段とを具備したことを特
徴とする電子光学系自動調節装置。
1. An electron optical system automatic adjusting apparatus for adjusting an electron optical system of a scanning electron microscope, comprising: a focus adjusting means for adjusting a focus by changing a refractive index of an objective lens of the scanning electron microscope; An image storage means for storing a predetermined number of images sequentially obtained from the scanning electron microscope by the focus adjustment by the focus adjustment means, and a moving amount of a sample image present in the plurality of images stored in the image storage means. Moving amount calculating means for calculating; and adjusting processing for determining whether or not adjustment of the electron optical system of the scanning electron microscope is necessary based on the moving amount of the sample image calculated by the moving amount calculating means. Control means; and if the adjustment processing control means determines that the electron optical system of the scanning electron microscope needs to be adjusted, the scanning electron microscope is adjusted according to the amount of movement of the sample image. An electron optical system an automatic adjustment device, characterized by comprising an optical system adjusting means for adjusting the electron optical system.
【請求項2】 上記移動量算出手段は、上記画像蓄積手
段に蓄積された上記複数の画像を二値化処理した後、そ
の二値化された画像中に存在する試料像の基準位置を求
め、その基準位置を追跡することによって上記試料像の
移動量を算出することを特徴とする請求項1記載の電子
光学系自動調節装置。
2. The method according to claim 1, wherein the moving amount calculating unit performs a binarization process on the plurality of images stored in the image storing unit, and obtains a reference position of a sample image present in the binarized image. 2. The electron-optical-system automatic adjusting apparatus according to claim 1, wherein the movement amount of the sample image is calculated by tracking the reference position.
【請求項3】 上記移動量算出手段は、上記複数の画像
の統計的処理を行うことによって上記二値化処理のため
のしきい値を算出することを特徴とする請求項2記載の
電子光学系自動調節装置。
3. The electro-optical device according to claim 2, wherein the movement amount calculation means calculates a threshold value for the binarization process by performing a statistical process on the plurality of images. Automatic adjustment system.
【請求項4】 上記移動量算出手段は、上記画像蓄積手
段に蓄積された上記複数の画像間で相関演算を行うこと
により上記試料像の移動量を算出することを特徴とする
請求項1記載の電子光学系自動調節装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the moving amount calculating means calculates the moving amount of the sample image by performing a correlation operation between the plurality of images stored in the image storing means. Electronic optical system automatic adjustment device.
【請求項5】 上記移動量算出手段は、上記画像蓄積手
段に蓄積された上記複数の画像から焦点量空間画像を作
成することにより上記試料像の移動量を算出することを
特徴とする請求項1記載の電子光学系自動調節装置。
5. The moving amount calculating unit calculates a moving amount of the sample image by creating a focal amount space image from the plurality of images stored in the image storing unit. 2. The electronic optical system automatic adjusting device according to 1.
【請求項6】 走査型電子顕微鏡の電子光学系を調節す
る電子光学系自動調節装置の電子光学系自動調節方法で
あって、 上記走査型電子顕微鏡の対物レンズ屈折率を変更して焦
点調節を行い、 この焦点調節によって上記走査型電子顕微鏡から順次得
られる画像を所定数分蓄積し、 この蓄積された上記複数の画像中に存在する試料像の移
動量を算出し、 この算出された上記試料像の移動量に基づいて、上記走
査型電子顕微鏡の電子光学系の調整を必要とするか否か
を判断し、 上記走査型電子顕微鏡の電子光学系の調整が必要である
と判断された場合に、上記試料像の移動量に応じて上記
走査型電子顕微鏡の電子光学系を調整するようにしたこ
とを特徴とする電子光学系自動調節方法。
6. A method of automatically adjusting an electron optical system of an electron optical system for adjusting an electron optical system of a scanning electron microscope, the method comprising: adjusting a focus of the scanning electron microscope by changing a refractive index of an objective lens of the scanning electron microscope. Then, a predetermined number of images sequentially obtained from the scanning electron microscope are accumulated by the focus adjustment, a moving amount of a sample image present in the accumulated plurality of images is calculated, and the calculated sample is calculated. Based on the amount of movement of the image, it is determined whether or not the electron optical system of the scanning electron microscope needs to be adjusted.If it is determined that the electron optical system of the scanning electron microscope needs to be adjusted. Wherein the electron optical system of the scanning electron microscope is adjusted according to the amount of movement of the sample image.
【請求項7】 上記複数の画像を二値化処理した後、そ
の二値化された画像中に存在する試料像の基準位置を求
め、その基準位置を追跡することによって上記試料像の
移動量を算出することを特徴とする請求項6記載の電子
光学系自動調節方法。
7. After the plurality of images are binarized, a reference position of a sample image present in the binarized image is obtained, and the reference position is tracked to thereby move the sample image. 7. The method for automatically adjusting an electron optical system according to claim 6, wherein
【請求項8】 上記複数の画像の統計的処理を行うこと
によって上記二値化処理のためのしきい値を算出するこ
とを特徴とする請求項7記載の電子光学系自動調節方
法。
8. The method according to claim 7, wherein a threshold value for the binarization process is calculated by performing a statistical process on the plurality of images.
【請求項9】 上記複数の画像間で相関演算を行うこと
により上記試料像の移動量を算出することを特徴とする
請求項6記載の電子光学系自動調節方法。
9. The method according to claim 6, wherein the amount of movement of the sample image is calculated by performing a correlation operation between the plurality of images.
【請求項10】 上記複数の画像から焦点量空間画像を
作成することにより上記試料像の移動量を算出すること
を特徴とする請求項6記載の電子光学系自動調節方法。
10. The method according to claim 6, wherein the movement amount of the sample image is calculated by creating a focal amount space image from the plurality of images.
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